JP4403533B2

JP4403533B2 - 放射化コンクリートの処理方法

Info

Publication number: JP4403533B2
Application number: JP2001150666A
Authority: JP
Inventors: 晃嗣大石; 祐一谷本
Original assignee: Shimizu Corp
Current assignee: Shimizu Corp
Priority date: 2001-05-21
Filing date: 2001-05-21
Publication date: 2010-01-27
Anticipated expiration: 2021-05-21
Also published as: JP2002341088A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、原子力発電所などにおいて放射線（主として中性子線）により放射化したコンクリート構造物などから発生する、固体廃棄物としての放射化コンクリートを処理する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
コンクリートは、低コストで施工性が良く、構造体としての十分な強度を有し、さらに核特性の面でも遮蔽性を有するとともにこの遮蔽性をある程度コントロールすることができることから、現在、原子力施設における遮蔽材として広く用いられている。
【０００３】
コンクリートのこのような核特性は、その構成元素に適当な重い元素が含まれていることから、これがγ線の遮蔽に有効であり、また、中性子に対しては減速性の高い「軽い元素」、例えば水分中の水素などが含まれていることによる。コンクリートへの添加物としては、ホウ素（¹⁰Ｂ）の酸化化合物の使用が可能である。これは、¹⁰Ｂのもつ、低エネルギーの中性子に対する（ｎ，α）反応断面積が非常に大きいことによる。これによって変換された原子核は⁶⁰Ｃｏなどとは異なり、安定なリチウム（ ⁷Ｌｉ）になるため、残留γ線の問題が回避される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、このように原子力施設で遮蔽材として用いられたコンクリートは、施設の改築などに伴って固体廃棄物となるが、このように原子力発電所などにおいて放射線（主として中性子線）により放射化したコンクリート構造物などから生じる固体廃棄物は、ひとたび放射化すると放射性廃棄物の範疇に属され、保管管理の必要が生じてしまう。
【０００５】
しかして、このような放射性廃棄物となる放射化コンクリートは、固体廃棄物となる全コンクリート物の１％程度でしかないにもかかわらず、処分費用が３割近くを占めてしまっている。
すなわち、従来では放射化コンクリートに対処する技術が提供されていないことから、これを保管管理することのみで対応しており、したがってその管理費用が毎年増え続けてしまっているのである。ちなみに、現在の放射化コンクリートの処分費用は約１５０万円／ｍ³であり、対象コンクリート（約４０００ｔ）の原子炉１基当たりのコストは、約２７億円になる。現在稼働中の原子力発電所は、２０００年８月末現在で５１基であり、さらに４基が建築中ということから、これらの放射化コンクリートの将来における処分費は、このままでは約１５００億円に達することになる。
【０００６】
本発明は、前記事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、放射化コンクリートの処分費を削減することができ、しかもこのコンクリートの再利用を図ることができる、放射化コンクリートの処理方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明者は前記目的を達成すべく鋭意検討を重ねた結果、以下の知見を得た。
放射化コンクリートの放射化レベルは極めて低いので、一定のレベル（クリアランスレベル）以下のものについては、一般廃棄物としての取り扱いが可能であるというＩＡＥＡ（ＴＥＣＤＯＣ−８５５）答申が、原子力安全委員会で検討され、現在、そのレベルが表１に示されるように定量的に明らかにされている。なお、表１は、原子力安全委員会放射性廃棄物安全基準専門部会「主な原子炉施設におけるクリアランスレベルについて１９９９．３．１７」を出典とするものである。
【０００８】
【表１】

【０００９】
これによると、現在予測されている原子力発電所の生体遮蔽体の放射化コンクリートは、例えば図２に示すように炉心から約６５ｃｍまでであり、それより外側はクリアランスレベルとの比の総和が１以下となることから、前記の表１の注３に示したように一般廃棄物として取り扱えることになる。
しかしながら、これを放射化コンクリートとして取り扱わなくてはならない理由は、図３に示すようにごく僅かの放射性核種、すなわち全放射性核種に対して決定核種（元素）となる、 ³Ｈ、⁶⁰Ｃｏ、 ¹⁵²Ｅｕ、 ¹⁵⁴Ｅｕに起因している。
したがって、これらをコンクリートから除去することができれば、生体遮蔽体の放射化コンクリート全てを、一般廃棄物として取り扱うことが可能になるのである。
【００１０】
そして、本発明者はこのような知見に基づき鋭意研究した結果、本発明を完成させたのである。
すなわち、本発明の放射化コンクリートの処理方法では、放射化コンクリートを粉砕する粉砕工程と、粉砕工程で得られた放射化コンクリート粉砕物を洗浄液で洗浄し、該コンクリート粉砕物から決定核種を化学的に分離する洗浄工程と、洗浄工程後のコンクリート粉砕物と洗浄液とを固液分離する固液分離工程とを備えてなることを前記課題の解決手段とした。
【００１１】
この処理方法によれば、放射化コンクリート粉砕物を洗浄液で洗浄し、該コンクリート粉砕物から決定核種として例えばコバルトおよびユウロビウムを化学的に分離するようにしたので、洗浄後得られたコンクリート粉砕物からは決定核種が除かれていることになり、したがってこのコンクリート粉砕物を放射性廃棄物として保管管理をする必要がなくなる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の放射化コンクリートの処理方法を詳しく説明する。
本発明の処理方法では、図１に示すように、まず原子力施設等で生じる廃コンクリート塊、すなわち放射化コンクリートを、粉砕工程１で粉砕して所望粒径に調整する。この粉砕工程１は、廃コンクリート塊を粒径数センチ程度に破砕する荒破砕処理１ａと、荒破砕処理１ａで得られた粉砕物を粒径０．０１ｍｍ〜１０ｍｍ程度に粉砕する微粉砕処理１ｂとからなっている。
【００１３】
次に、この粉砕工程１で得られた廃コンクリート塊（放射化コンクリート）の粉砕物を洗浄工程２で洗浄する。この洗浄工程２は、前記粉砕物が導入された洗浄槽（図示せず）に予め調整された洗浄液を供給し、ここで粉砕物（放射化コンクリート）を洗浄することにより、その決定核種（元素）を化学的に分離する。
ここで、本例では、図３に示したように⁶⁰Ｃｏ、 ¹⁵²Ｅｕ、 ¹⁵⁴Ｅｕが全放射性核種に対する主の決定核種（元素）となっていることから、Ｃｏ（コバルト）とＥｕ（ユウロビウム）とを決定核種（元素）とし、これを粉砕物から分離除去するようにしている。
【００１４】
したがって、洗浄液としては、ＣｏおよびＥｕをそれぞれ粉砕物から分離除去できるものが用いられる。本例では、このような洗浄液として、ｐＨ調整剤とキレート剤とが用いられる。ｐＨ調整剤とは、酸やアルカリの水溶液などであり、具体的には硝酸や過塩素酸、硝酸アンモニウム塩の水溶液などの酸や、水酸化ナトリウムやアンモニア水などのアルカリが用いられる。
【００１５】
キレート剤としては、Ｃｏとキレート化合物を形成するものとして例えばピロリジン−Ｎ−ジチオカルボン酸アンモニウム塩（ＡＰＤＣ）が用いられ、またＥｕとキレート化合物を形成するものとして例えばトリフルオルテノイルアセトン（ＴＴＡ）が用いられる。
これらｐＨ調整剤とキレート剤とからなる洗浄液は、全部が混合されて用いられるばかりでなく、洗浄の前処理として一部のｐＨ調整剤が用いられ、洗浄の本処理としてキレート剤や他のｐＨ調整剤等が用いられる場合もある。
【００１６】
すなわち、粉砕物からのＣｏの分離除去については、粉砕物を水酸化ナトリウム水溶液で前処理し、続いて、飽和硫酸アンモニウムとキレート剤である前記のＡＰＤＣとを加える。すると、粉砕物中のＣｏは添加された水酸化ナトリウムに溶解し、さらに飽和硫酸アンモニウムの添加によって液が中和された状態のもとで、ＡＰＤＣとキレート化合物を形成する。したがって、粉砕物中のＣｏは、ｐＨ調整剤およびキレート剤からなる洗浄液により、粉砕物から分離除去されるのである。
【００１７】
また、粉砕物からのＥｕの分離除去については、Ｃｏの分離除去を行った後の粉砕物について、これを洗浄処理することで行う。すなわち、Ｃｏに関しての洗浄工程２が終了した後のコンクリート粉砕物とその洗浄液については、遠心分離法などによる固液分離工程３で一旦これらを固液分離し、固体分であるコンクリート粉砕物については再度洗浄工程２に返送する。一方、液体分である洗浄液については、重金属回収工程４にて処理を行うことにより、先に分離したＣｏを回収する。
【００１８】
このＣｏの回収については、まず、固液分離で得られた洗浄液を静置することにより、有機相と水相とに分離する。続いて、有機相に硝酸を添加し、この有機相中のキレート化合物を再度キレート剤（ＡＰＤＣ）とＣｏとに分離する。その後、分離されたＣｏを従来公知の適宜な方法で回収する。なお、Ｃｏ回収後のキレート剤については、再度Ｃｏの分離除去に用いるべく、洗浄液調整５にリサイクルされる。
【００１９】
固液分離工程３で固液分離されて得られたＣｏ分離後のコンクリート粉砕物からの、Ｅｕの分離除去については、まず、この粉砕物を硝酸と過塩素酸で前処理し、続いてこれを加熱した後、アンモニア水を添加して液のｐＨを１．５程度に調整するとともに、四塩化炭素中に溶解したキレート剤である前記のＴＴＡを加える。すると、粉砕物中のＥｕ等の金属は添加された酸に溶解する。そして、アンモニア水の添加によって液がｐＨ１．５程度に調整された状態のもとで、Ｅｕ等の一部の金属を除く他の金属がＴＴＡとキレート化合物を形成する。
【００２０】
次いで、この洗浄液を有機相と水相とに分離し、これによりキレート化合物を含む有機相からＥｕ等の一部の金属を含む水相を分離する。その後、得られた水相に酢酸アンモニウムとアンモニア水とを添加して液のｐＨを４．５程度に調整するとともに、四塩化炭素中に溶解したキレート剤である前記のＴＴＡを加える。すると、酢酸アンモニウムとアンモニア水との添加によって液がｐＨ４．５程度に調整された状態のもとで、主にＥｕがＴＴＡとキレート化合物を形成する。したがって、粉砕物中のＥｕは、ｐＨ調整剤およびキレート剤からなる洗浄液により、粉砕物から分離除去されるのである。
【００２１】
このようにしてＥｕに関しての洗浄工程２も終了した後の、コンクリート粉砕物とその洗浄液については、Ｃｏに関しての洗浄工程２が終了したときと同様にして、遠心分離法などによる固液分離工程３でこれらを固液分離する。そして、液体分である洗浄液については、重金属回収工程４にて処理を行うことにより、分離したＥｕを回収する。
【００２２】
このＥｕの回収については、まず、固液分離で得られた洗浄液を静置することにより、ＥｕとＴＴＡとのキレート化合物を含む有機相と、水相とに分離する。続いて、有機相に硝酸を添加し、この有機相中のキレート化合物を再度キレート剤（ＴＴＣ）とＥｕとに分離する。その後、分離されたＥｕを従来公知の適宜な方法で回収する。なお、Ｅｕ回収後のキレート剤については、再度Ｅｕの分離除去に用いるべく、Ｃｏ用のキレート剤と同様にして洗浄液調整５にリサイクルされる。
なお、回収した決定核種としてのＣｏおよびＥｕについては、従来の放射化コンクリートと同様にして、保管管理する。
【００２３】
また、二度の固液分離工程３を経て得られた固体分であるコンクリート粉砕物については、乾燥機による乾燥工程６で乾燥され、所定の含水率以下に調整される。なお、この乾燥工程６については、乾燥機を用いることなく、自然乾燥によって行うようにしてもよい。その後、この乾燥後のコンクリート破砕物は、その粒径などが調整されることによって細骨材や粗骨材などのリサイクル品とされ、出荷される。
【００２４】
このような放射化コンクリートの処理方法にあっては、放射化コンクリート粉砕物を洗浄液で洗浄し、該コンクリート粉砕物から決定核種としてＣｏ（コバルト）およびＥｕ（ユウロビウム）を化学的に分離するようにしたので、洗浄後得られたコンクリート粉砕物からは決定核種が除かれていることになり、したがってこのコンクリート粉砕物を放射性廃棄物として保管管理をする必要がなくなる。よって、このようにして得られたコンクリート粉砕物を例えば細骨材、粗骨材などとして再利用（リサイクル）することができ、これにより放射化コンクリートの処分費用を大幅に削減することができる。
【００２５】
なお、本発明は前記実施形態例に限定されることなく種々の設計的変更が可能であり、例えば洗浄工程の条件については、反応促進のために適切な温度条件（熱）やｐＨ条件を採用したり、キレート剤の種類、酸やアルカリなどのｐＨ調整剤の種類を変更したり、さらには界面活性剤を使用するなどしてもよい。
また、洗浄工程自体についても、単に放射化コンクリート粉砕物を洗浄液に接触させるだけでなく、電気泳動を利用して決定核種の分離除去を促進するようにしたり、超音波を用いて決定核種の分離除去を促進するようにしてもよい。
【００２６】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の放射化コンクリートの処理方法は、放射化コンクリート粉砕物を洗浄液で洗浄し、該コンクリート粉砕物から決定核種として例えばＣｏ（コバルト）およびＥｕ（ユウロビウム）を化学的に分離するようにした方法であるから、洗浄後得られたコンクリート粉砕物からは決定核種が除かれていることにより、このコンクリート粉砕物を放射性廃棄物として保管管理する必要がなくなる。
【００２７】
したがって、このようにして得られたコンクリート粉砕物を、例えば細骨材、粗骨材などとして再利用（リサイクル）することができ、これにより放射化コンクリートの処分費用を大幅に削減することができる。ちなみに、現在の大雑把な見積りによれば、放射化コンクリートの処分費用を約１／３に低減することができ、原子力発電所１基当たり約１８億円の減額、また現在稼働中及び建設中の原子力発電所に関しては、総額で１０００億円のコストダウンを達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明における放射化コンクリートの処理方法の一例を説明するためのフロー図である。
【図２】中性子束の変動によるコンクリート中の放射化放射性物質濃度について示す図であって、コンクリート深さとクリアランスレベルとの比の総和との関係を示すグラフである。
【図３】中性子束変動によるコンクリート中の放射化放射性物質濃度の差異を示す図であって、コンクリート深さと放射化放射性物質濃度との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１…粉砕工程、２…洗浄工程、３…固液分離工程

Claims

放射化コンクリートを粉砕する粉砕工程と、粉砕工程で得られた放射化コンクリート粉砕物を洗浄液で洗浄し、該コンクリート粉砕物から決定核種を化学的に分離する洗浄工程と、洗浄工程後のコンクリート粉砕物と洗浄液とを固液分離する固液分離工程とを備えてなることを特徴とする放射化コンクリートの処理方法。
前記決定核種がコバルトおよびユウロビウムであることを特徴とする請求項１記載の放射化コンクリートの処理方法。
前記洗浄液として、ｐＨ調整剤とキレート剤とを用いることを特徴とする請求項１又は２記載の放射化コンクリートの処理方法。