JP4528916B2 - Method for decontamination and treatment of spent alumina - Google Patents

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Description

本発明は、核燃料サイクルから発生する放射性物質で汚染された使用済アルミナを効果的に除染でき、それによって使用済アルミナの処理、処分を行い易くして、最終的な高レベル放射性廃棄物の発生量の低減化を図ることができる、使用済アルミナの除染および処理方法に関するものである。   The present invention can effectively decontaminate spent alumina contaminated with radioactive material generated from the nuclear fuel cycle, thereby facilitating the treatment and disposal of the spent alumina, and the final high-level radioactive waste. The present invention relates to a method for decontamination and treatment of used alumina, which can reduce the amount of generation.

核燃料サイクルにおいてアルミナは、ウラン転換プロセスのフッ化工程で使用される流動床炉の流動媒体として、さらには、ウラン転換プロセス、ウラン濃縮プロセス、再転換プロセス、フッ素製造プロセス等の各排ガス処理工程におけるフッ素吸着材として広く用いられている。このアルミナは、各プロセスの運転に伴い、一部はフッ化物に変化し、破過や劣化等で仕様を満たさなくなり、放射性廃棄物となる。本明細書においては、核燃料サイクルで使用されて破過や劣化等で仕様を満たさなくなり、放射性物質で汚染され、フッ化物も共存しているかようなアルミナを「使用済アルミナ」と称する。   In the nuclear fuel cycle, alumina is used as a fluidized medium in a fluidized bed furnace used in the fluorination step of the uranium conversion process, and further in each exhaust gas treatment step such as a uranium conversion process, uranium enrichment process, reconversion process, and fluorine production process. Widely used as a fluorine adsorbent. This alumina is partly changed to fluoride with the operation of each process, and does not satisfy the specifications due to breakthrough or deterioration, and becomes radioactive waste. In the present specification, alumina that is used in the nuclear fuel cycle and does not satisfy specifications due to breakthrough or deterioration, is contaminated with radioactive substances, and fluoride is also present is referred to as “used alumina”.

これらの使用済アルミナは、現状では、放射能が減衰するまで保管管理されているのみで、除染や処理、処分の方法については十分な検討がなされていないため、将来的には、環境負荷や経済性の観点から大きな問題となるものと予想される。放射性廃棄物の一般的な除染処理技術として、湿式法と乾式法が考えられるが、湿式法により使用済アルミナを処理する場合には、さらに放射性液体廃棄物が発生することになる。また、乾式法として溶融塩電解除染法を用いる場合には、ウラン等とアルミニウムとを電気化学的に分離することが困難であることがわかっている(非特許文献1)。
このような背景から、放射性廃棄物発生量を削減する一環として、使用済アルミナの除染および処理技術の開発が望まれている。
At present, these used aluminas are only stored and managed until the radioactivity decays, and decontamination, treatment, and disposal methods have not been sufficiently studied. It is expected to become a big problem from the viewpoint of economic efficiency. As a general decontamination processing technique for radioactive waste, a wet method and a dry method are conceivable. However, when used alumina is processed by the wet method, further radioactive liquid waste is generated. In addition, it has been found that it is difficult to electrochemically separate uranium and the like from aluminum when the molten salt electrolysis dyeing method is used as a dry method (Non-patent Document 1).
Against this background, as a part of reducing the amount of radioactive waste generated, development of decontamination and treatment technology for spent alumina is desired.

日本原子力学会2005年秋の大会予稿集「J42:フッ化物揮発法を用いた再処理技術に係る検討(4)」、2005年8月12日発行。Proceedings of the 2005 Atomic Energy Society of Japan Annual Meeting “J42: Study on Reprocessing Technology Using Fluoride Volatilization Method (4)”, published on August 12, 2005.

そこで本発明は、核燃料サイクルのフッ化工程における流動床炉の流動媒体や排ガス処理工程のフッ素吸着材として使用されて、放射性物質によって汚染された使用済アルミナの除染を行うことによって、使用済アルミナの処理、処分を行いやすくし、最終的な高レベル放射性廃棄物発生量の低減化を図ることができる、使用済アルミナの新規な除染および処理方法を提供することを目的としてなされたものである。   Therefore, the present invention is used as a fluidized medium in a fluidized bed furnace in a fluorination process of a nuclear fuel cycle or a fluorine adsorbent in an exhaust gas treatment process, and is used by decontamination of spent alumina contaminated with radioactive substances. It was made for the purpose of providing a new decontamination and treatment method for used alumina that makes it easy to treat and dispose of alumina and reduce the amount of final high-level radioactive waste generated. It is.

本発明者らは、アルミニウム化合物のうち、他の物質と比較して低温で揮発する塩化アルミニウムの物性に着目し、使用済アルミナを塩素化して塩化物に転換することにより、沸点の低い塩化アルミニウムを選択的に揮発させ、沸点の高い他の塩化物から効果的に塩化アルミニウムを分離、回収できることを見出し、本発明を完成させたものである。   The present inventors pay attention to the physical properties of aluminum chloride that volatilizes at a low temperature compared with other substances among aluminum compounds, and chlorinate spent alumina to convert it to chloride, thereby lowering the boiling point of aluminum chloride. The present invention has been completed by finding that aluminum chloride can be selectively volatilized and aluminum chloride can be effectively separated and recovered from other chlorides having a high boiling point.

すなわち本発明は、核燃料サイクルから発生する放射性物質で汚染された使用済アルミナを所定の反応温度で塩素ガスと接触させることにより酸化物を塩化物に転換し、得られた塩化物から塩化アルミニウムを選択的に気化させる塩化転換工程と前記気化した塩化アルミニウムをコールドトラップにより凝縮させて捕集する塩化アルミニウム回収工程とからなることを特徴とする使用済アルミナの除染および処理方法である。 That is, the present invention converts spent oxides into chlorides by contacting spent alumina contaminated with radioactive material generated from the nuclear fuel cycle with chlorine gas at a predetermined reaction temperature, and converts aluminum chloride from the obtained chlorides. A spent alumina decontamination and treatment method comprising: a selective chloride conversion step, and an aluminum chloride recovery step in which the vaporized aluminum chloride is condensed by a cold trap and collected.

本発明においては、核燃料サイクルから発生する放射性物質で汚染された使用済アルミナを所定温度で水蒸気と接触させて、使用済アルミナと共存するフッ化物を酸化物に転換する酸化転換工程を前記塩化物転換工程の前工程として設け、得られた酸化物を前記塩化物転換工程へ送るようにすることもできる。   In the present invention, the chloride conversion step comprises converting the fluoride coexisting with the used alumina into an oxide by contacting the used alumina contaminated with the radioactive material generated from the nuclear fuel cycle with water vapor at a predetermined temperature. It can also be provided as a pre-process of the conversion step, and the resulting oxide can be sent to the chloride conversion step.

さらに本発明においては、前記塩化アルミニウム回収工程で塩化アルミニウムを凝縮捕集したコールドトラップを所定温度に加熱して塩化アルミニウムを再度気化させた後、水蒸気と向流接触させて塩化アルミニウムを酸化アルミニウムに転換する塩化アルミニウム再転換工程を前記塩化アルミニウム回収工程の後工程として設けることもできる。   Furthermore, in the present invention, after the cold trap in which aluminum chloride is condensed and collected in the aluminum chloride recovery step is heated to a predetermined temperature to vaporize the aluminum chloride again, the aluminum chloride is converted into aluminum oxide by countercurrent contact with water vapor. An aluminum chloride reconversion step for conversion may be provided as a subsequent step of the aluminum chloride recovery step.

本発明によれば、放射性物質によって汚染された使用済アルミナを効果的に塩化物に転換することができる。この塩素化により生成する塩化物のうち、塩化アルミニウムの沸点は、使用済アルミナと共存する放射性物質の各種元素の塩化物の沸点に比べて著しく低いため、沸点の低い塩化アルミニウムを所定温度で選択的に揮発させることによって、沸点の高い他の塩化物から効果的に塩化アルミニウムのみを分離、回収でき、効果的に除染を行うことができる。
さらに、回収した塩化アルミニウムを、安定な酸化物に再転換することによって、その後の処理、処分を行いやすくし、最終的な高レベル放射性廃棄物発生量の低減化を図ることができる。
ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the used alumina contaminated with the radioactive substance can be effectively converted into a chloride. Of the chlorides produced by this chlorination, the boiling point of aluminum chloride is significantly lower than the boiling point of chlorides of various radioactive materials coexisting with the used alumina, so aluminum chloride with a low boiling point is selected at a given temperature. By volatilizing automatically, only aluminum chloride can be effectively separated and recovered from other chlorides having a high boiling point, and decontamination can be performed effectively.
Furthermore, by reconverting the recovered aluminum chloride into a stable oxide, the subsequent treatment and disposal can be facilitated, and the final amount of high-level radioactive waste generated can be reduced.

図1は、本発明方法の一実施例を示す工程図である。各工程を順を追って以下に説明する。
(1)酸化転換工程
核燃料サイクルから発生する使用済アルミナは、各種フッ化物および酸フッ化物が共存している。酸化転換工程は、これらのフッ化物および酸フッ化物を酸化物に転換する工程であり、使用済アルミナを反応温度400〜600℃において水蒸気と接触させる。このとき、以下の反応が起こりフッ化物は酸化物に転換される。
2AlF3 + 3H2O → Al23 + 6HF
FIG. 1 is a process chart showing an embodiment of the method of the present invention. Each process will be described below in order.
(1) Oxidation conversion process Spent alumina generated from the nuclear fuel cycle coexists with various fluorides and oxyfluorides. The oxidation conversion step is a step of converting these fluorides and oxyfluorides into oxides, and the used alumina is brought into contact with water vapor at a reaction temperature of 400 to 600 ° C. At this time, the following reaction occurs and the fluoride is converted into an oxide.
2AlF 3 + 3H 2 O → Al 2 O 3 + 6HF

使用済アルミナの大部分がフッ化物である場合、または表面のフッ化皮膜により内部まで塩素化するのが困難となる場合に酸化転換工程を施す必要があるが、使用済アルミナと共存するフッ化物が少量の場合は、この工程を省略することができる。この工程を省略すると、使用済アルミナと共存する少量のフッ化物は、次工程の塩化転換工程において塩素化されずにフッ化物のまま共存する。後掲の表1からわかるように、これらのフッ化物はいずれも高い沸点を示し、塩化転換工程でアルミナの塩素化により生成する塩化アルミニウムの沸点(194℃)との差が極めて大きくなるため、塩化アルミニウムを選択的に揮発させることができ、これらのフッ化物との分離は容易にできる。   When most of the used alumina is fluoride, or when it is difficult to chlorinate to the inside due to the fluoride film on the surface, it is necessary to perform an oxidation conversion step, but fluoride that coexists with used alumina. If the amount is small, this step can be omitted. If this step is omitted, a small amount of fluoride coexisting with spent alumina coexists as fluoride without being chlorinated in the next chloride conversion step. As can be seen from Table 1 below, these fluorides all have a high boiling point, and the difference from the boiling point (194 ° C.) of aluminum chloride produced by chlorination of alumina in the chloride conversion step is extremely large. Aluminum chloride can be selectively volatilized and separation from these fluorides can be facilitated.

(2)塩化転換工程
酸化転換工程において生成した各元素の酸化物を塩素化する工程であり、酸化物を塩素(Cl2)ガスと反応温度200〜800℃で接触させる。Cl2ガスを用いる場合は、生成する酸素を除去するために、炭素(C)粉末を酸化物に予め添加しておく。Cl2ガスに代えて四塩化炭素(CCl4)ガスを用いて塩素化することもでき、この場合にはC粉末を使用する必要はない。また、酸化物を塩素化できるハロゲン化物ガスであれば、Cl2ガスやCCl4ガス以外でも使用できる。
この工程においては以下の反応が起こり、酸化物は塩化物に転換される。
Cl2使用の場合:
Al23 + 3Cl2 + 3/2C → 2AlCl33/2CO2
CCl4使用の場合:
Al23 + 3/2CCl4 → 2AlCl33/2CO2
(2) Chloride conversion step In this step, the oxide of each element produced in the oxidation conversion step is chlorinated, and the oxide is brought into contact with chlorine (Cl 2 ) gas at a reaction temperature of 200 to 800 ° C. In the case of using Cl 2 gas, carbon (C) powder is previously added to the oxide in order to remove the generated oxygen. Chlorination can be performed using carbon tetrachloride (CCl 4 ) gas instead of Cl 2 gas, and in this case, it is not necessary to use C powder. In addition, any gas other than Cl 2 gas or CCl 4 gas can be used as long as it is a halide gas capable of chlorinating oxides.
In this step, the following reaction occurs, and the oxide is converted to chloride.
When using Cl 2 :
Al 2 O 3 + 3Cl 2 + 3 / 2C → 2AlCl 3 + 3/2 CO 2
When using CCl 4 :
Al 2 O 3 + 3 / 2CCl 4 → 2AlCl 3 + 3/2 CO 2

表1に示すように、生成された三塩化アルミニウム(AlCl3)の沸点は194℃であり、他の元素の塩化物の沸点に比べて著しく低い。したがって、AlCl3の沸点以上の温度で、AlCl3が揮発するのに十分な時間塩素化反応を行えば、生成したAlCl3のみが揮発するため、その他の物質(不揮発性残渣)から分離することができる。そのため、塩化転換工程の反応温度を、AlCl3の沸点以上、好ましくは200〜800℃とする。 As shown in Table 1, the boiling point of the produced aluminum trichloride (AlCl 3 ) is 194 ° C., which is significantly lower than the boiling points of chlorides of other elements. Therefore, at a temperature higher than the boiling point of AlCl 3, by performing sufficient time chlorination reaction in AlCl 3 is volatilized, since only AlCl 3 is volatilized to generated, be separated from other substances (non-volatile residue) Can do. Therefore, the reaction temperature in the chloride conversion step is set to be equal to or higher than the boiling point of AlCl 3 , preferably 200 to 800 ° C.

200℃において揮発するその他の塩化物は、表1に示すとおり、塩化第二スズ(SnCl4:沸点114℃)のみである。そのため、使用済アルミナ中にSnが含まれる場合には、塩化転換工程でSnCl4も生成し、200℃の反応温度においてはAlCl3と共にSnCl4も揮発してしまう。
そのため、塩化転換工程の反応初期の反応温度を140〜150℃に設定して所定時間保持することにより、生成するSnCl4を先ず揮発させて除去した後、反応終期に反応温度を200〜800℃に設定して所定時間保持し、AlCl3を揮発させる。このように塩化転換工程の温度を二段階に分けて設定し、AlCl3より沸点の低いSnCl4を先に揮発させることにより効果的にSnCl4を分離除去することが可能となる。
使用済アルミナにウラン(U)が含まれる場合も、塩化転換工程を200℃で行えば、生成するウランの塩化物(UCl4:沸点791℃、UCl5:沸点527℃)は揮発しないため、揮発するAlCl3中に混入することはなく、効果的に分離することができる。
The other chloride that volatilizes at 200 ° C. is only stannic chloride (SnCl 4 : boiling point 114 ° C.) as shown in Table 1. Therefore, if it contains Sn in the spent alumina, SnCl 4 also generates chloride conversion step, at a reaction temperature of 200 ° C. SnCl 4 also become volatilized with AlCl 3.
Therefore, by setting the reaction temperature at the beginning of the reaction in the chloride conversion step to 140 to 150 ° C. and holding it for a predetermined time, the generated SnCl 4 is first volatilized and removed, and then the reaction temperature is 200 to 800 ° C. at the end of the reaction. And hold for a predetermined time to volatilize AlCl 3 . Thus, the temperature of the chloride conversion step is set in two stages, and SnCl 4 having a boiling point lower than that of AlCl 3 is volatilized first, whereby SnCl 4 can be effectively separated and removed.
Even when uranium (U) is contained in the used alumina, if the chlorination conversion step is performed at 200 ° C., the uranium chloride produced (UCl 4 : boiling point 791 ° C., UCl 5 : boiling point 527 ° C.) does not volatilize, It is not mixed in the volatile AlCl 3 and can be separated effectively.

Figure 0004528916
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(3)塩化アルミニウム回収工程
塩化転換工程で気化したAlCl3は、室温または室温以下に温度設定したコールドトラップに送り込むことにより凝縮させて捕集し回収する。このときAlCl3に随伴するCl2ガス(沸点:−34.04℃)は凝縮しないため、コールドトラップを通過させることでAlCl3から分離し、塩素ガス供給工程へリサイクルする。
(3) Aluminum chloride recovery process The AlCl 3 vaporized in the chloride conversion process is condensed, collected and recovered by sending it to a cold trap set at room temperature or below the room temperature. At this time, since Cl 2 gas (boiling point: −34.04 ° C.) accompanying AlCl 3 is not condensed, it is separated from AlCl 3 by passing through a cold trap and recycled to the chlorine gas supply step.

(4)塩化アルミニウム再転換工程
塩化アルミニウム回収工程においてコールドトラップで凝縮捕集したAlCl3は、コールドトラップをAlCl3の沸点以上、好ましくは200〜300℃に加熱することにより再度揮発させた後、水蒸気と接触させることにより、以下の反応により安定な酸化物(Al23)に転換する。この再揮発操作によりAlCl3に随伴する他の塩化物は、コールドトラップに残留するため、AlCl3とその他の放射性物質との最終的な分離が可能になる。
2AlCl3 + 3H2O → Al23 + 6HCl
この反応で同時に生成する塩化水素(HCl)ガスは塩酸として回収し、電解して塩素ガスとした後、塩素ガス供給工程にリサイクし、塩化転換工程で再利用される。なお、塩化アルミニウム回収工程で回収されたAlCl3をそのまま保管する場合や、そのまま別な用途に用いる場合は、塩化アルミニウム再転換工程を施す必要はない。
(4) Aluminum chloride reconversion step After the AlCl 3 condensed and collected by the cold trap in the aluminum chloride recovery step is volatilized again by heating the cold trap to the boiling point of AlCl 3 or higher, preferably 200 to 300 ° C, By contacting with water vapor, it is converted into a stable oxide (Al 2 O 3 ) by the following reaction. By this re-volatilization operation, other chlorides accompanying AlCl 3 remain in the cold trap, so that final separation of AlCl 3 and other radioactive substances becomes possible.
2AlCl 3 + 3H 2 O → Al 2 O 3 + 6HCl
The hydrogen chloride (HCl) gas generated simultaneously in this reaction is recovered as hydrochloric acid, electrolyzed into chlorine gas, recycled to the chlorine gas supply step, and reused in the chloride conversion step. When the AlCl 3 recovered in the aluminum chloride recovery process is stored as it is or used for another purpose as it is, it is not necessary to perform the aluminum chloride reconversion process.

図2は、本発明の方法を実施するための装置の一例を示している。主要な装置は、(1)酸化転換工程を行う酸化転換装置、(2)塩化転換工程を行う塩化転換装置、(3)塩化アルミニウム回収工程を行う塩化アルミニウム回収装置および(4)塩化アルミニウム再転換工程を行う塩化アルミニウム再転換装置から構成されている。   FIG. 2 shows an example of an apparatus for carrying out the method of the present invention. The main equipments are (1) an oxidation conversion device for performing an oxidation conversion step, (2) a chloride conversion device for performing a chloride conversion step, (3) an aluminum chloride recovery device for performing an aluminum chloride recovery step, and (4) an aluminum chloride reconversion. It consists of an aluminum chloride reconverter that performs the process.

除染処理されるべき使用済アルミナは、先ず使用済アルミナ供給ホッパーへ投入し、このホッパーから酸化転換装置へ導入する。酸化転換装置は反応温度である400〜600℃に維持されており、水蒸気供給装置から供給される水蒸気と使用済アルミナとを装置内で向流触させ、使用済アルミナと共存する各種フッ化物や酸フッ化物を酸化物に転換する。   The used alumina to be decontaminated is first put into a used alumina supply hopper, and is introduced from this hopper into an oxidation conversion device. The oxidation conversion device is maintained at a reaction temperature of 400 to 600 ° C., and the water vapor supplied from the water vapor supply device and the used alumina are countercurrently contacted in the device, so that various fluorides coexisting with the used alumina, Converts acid fluoride to oxide.

酸化転換装置で生成した酸化物は、酸化物供給ホッパーに一旦貯留し、ここから塩化転換装置の下部へ導入する。この導入途中で、炭素供給ホッパーから供給される炭素粉末が酸化物に添加される。一方、塩素ガス供給装置から供給されるCl2ガスも塩化転換装置下部へ導入する。塩化転換装置は、反応温度である200〜800℃に維持されており、装置内で酸化物とCl2ガスとが接触して酸化物の塩素化が進行する。これにより、生成するAlCl3は装置内の温度で揮発し、装置上部から塩化アルミニウム回収装置へと導かれる。装置内の温度で揮発しないその他の塩化物は、不揮発性残渣として装置底部から残渣受槽へ排出する。 The oxide produced | generated by the oxidation converter is once stored in an oxide supply hopper, and introduce | transduced into the lower part of a chloride converter from here. During this introduction, carbon powder supplied from a carbon supply hopper is added to the oxide. On the other hand, Cl 2 gas supplied from the chlorine gas supply device is also introduced into the lower portion of the chloride conversion device. The chloride conversion apparatus is maintained at a reaction temperature of 200 to 800 ° C., and the oxide and Cl 2 gas come into contact with each other in the apparatus, and the chlorination of the oxide proceeds. As a result, the generated AlCl 3 volatilizes at the temperature in the apparatus and is led from the upper part of the apparatus to the aluminum chloride recovery apparatus. Other chlorides that do not volatilize at the temperature in the apparatus are discharged as a non-volatile residue from the bottom of the apparatus to the residue receiving tank.

塩化アルミニウム回収装置は内部に室温または室温以下の温度に維持されたコールドトラップが配設されており、この装置へ導入されたAlCl3はコールドトラップを通過する際に冷却されて凝縮し、コールドトラップに捕集される。AlCl3に随伴してこの装置内に導入されるCl2ガスは、コールドトラップで凝縮せずに通過し、装置外に排出して塩素ガス供給装置へリサイクルさせる。 The aluminum chloride recovery device is provided with a cold trap maintained at room temperature or a temperature below room temperature, and AlCl 3 introduced into the device is cooled and condensed when passing through the cold trap. To be collected. The Cl 2 gas introduced into the apparatus accompanying the AlCl 3 passes through the cold trap without being condensed, is discharged outside the apparatus, and is recycled to the chlorine gas supply apparatus.

塩化アルミニウム回収装置内のコールドトラップに捕集されたAlCl3凝縮物は、コールドトラップを200〜300℃に加熱することにより塩化アルミニウム回収装置内で再度揮発させ、揮発したAlCl3を塩化アルミニウム再転換装置へ導入する。塩化アルミニウム再転換装置においては、水蒸気供給装置から供給される水蒸気とAlCl3とを向流触させ、AlCl3を安定なAl23に転換し、これを酸化アルミニウム受槽に貯留する。このとき生成するHClガスは、塩素ガス供給装置へリサイクルする。 The AlCl 3 condensate collected in the cold trap in the aluminum chloride recovery unit is volatilized again in the aluminum chloride recovery unit by heating the cold trap to 200 to 300 ° C., and the volatilized AlCl 3 is reconverted to aluminum chloride. Install into the device. In the aluminum chloride re-conversion device, the water vapor supplied from the water vapor supply device and AlCl 3 are countercurrently contacted to convert AlCl 3 into stable Al 2 O 3 and stored in an aluminum oxide receiving tank. The HCl gas generated at this time is recycled to the chlorine gas supply device.

実験例Experimental example

小型ロータリーキルン(反応部内径100mm、長さ300mm)を用いて、酸化転換試験および塩化転換試験を行った。
[酸化転換試験]
使用済アルミナと共存するフッ化物(AlF3)を、下記試験条件にて酸化物に転換した。反応生成物の分析は、X線回折により行った。試験結果を表2に示す。表2から、酸化転換の反応温度は400〜600℃が好ましいことがわかる。
反応温度:200〜800℃
反応物質供給条件:固体(AlF3)はバッチ式で供給
気体(水蒸気)は窒素キャリアガスを用いて連続通気。
ロータリーキルン回転数:1rpm
ロータリーキルン運転時間:1時間
Using a small rotary kiln (reaction part inner diameter 100 mm, length 300 mm), an oxidation conversion test and a chloride conversion test were conducted.
[Oxidation conversion test]
Fluoride (AlF 3 ) coexisting with spent alumina was converted to an oxide under the following test conditions. The reaction product was analyzed by X-ray diffraction. The test results are shown in Table 2. From Table 2, it is understood that the reaction temperature for the oxidative conversion is preferably 400 to 600 ° C.
Reaction temperature: 200-800 ° C
Reactant supply conditions: Solid (AlF 3 ) supplied in batch mode
The gas (water vapor) is continuously ventilated using a nitrogen carrier gas.
Rotary kiln speed: 1rpm
Rotary kiln operation time: 1 hour

Figure 0004528916
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[塩化転換試験]
アルミナ(Al23)を、下記試験条件にて酸化物に転換した。反応生成物であるAlCl3の回収率は、揮発物質を回収して重量を測定することにより求めた。試験結果を表3に示す。表3から、反応温度200〜800℃のいずれの温度においても、90%以上のAlCl3回収率が得られることがわかる。なお、試験に際しては、安全のためにロータリーキルンを回転させずに、各所の気密を担保した上で試験を行った。
反応温度:200〜800℃
反応物質供給条件:固体(Al23、炭素)はバッチ式で供給
気体(塩素)は窒素キャリアガスを用いて連続通気。
ロータリーキルン回転数:0rpm
ロータリーキルン運転時間:2時間
[Chlorination conversion test]
Alumina (Al 2 O 3 ) was converted to an oxide under the following test conditions. The recovery rate of the reaction product AlCl 3 was determined by recovering volatile substances and measuring the weight. The test results are shown in Table 3. Table 3 shows that an AlCl 3 recovery rate of 90% or more can be obtained at any reaction temperature of 200 to 800 ° C. During the test, the test was performed without ensuring that the rotary kiln was rotated for safety, while ensuring the airtightness of each part.
Reaction temperature: 200-800 ° C
Reactant supply conditions: Solid (Al 2 O 3 , carbon) supplied in batch
Gas (chlorine) is continuously ventilated using nitrogen carrier gas.
Rotary kiln speed: 0rpm
Rotary kiln operation time: 2 hours

Figure 0004528916
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以上の説明からわかるように本発明によれば、放射性物質で汚染された使用済アルミナの除染および処理、処分が効果的に達成できることになる。その結果、流動床炉を使用するウラン転換プロセスにおけるフッ化処理で問題となる高レベル放射性廃棄物としての使用済アルミナの発生量を、大幅に抑制することができる。国内におけるウラン転換運転においては、ウラン酸化物1tにつき30〜40kgの使用済アルミナが発生している実績から考えれば、再処理プロセスからはさらなる量の使用済アルミナが排出するものと想定されるため、本発明は、高レベル放射性廃棄物の発生量低減化に大きく寄与するものである。   As can be seen from the above description, according to the present invention, it is possible to effectively achieve decontamination, treatment and disposal of used alumina contaminated with radioactive substances. As a result, the amount of used alumina as high-level radioactive waste that becomes a problem in the fluorination treatment in the uranium conversion process using a fluidized bed furnace can be greatly suppressed. In domestic uranium conversion operation, it is assumed that a further amount of used alumina will be discharged from the reprocessing process, considering the fact that 30 to 40 kg of used alumina is generated per ton of uranium oxide. The present invention greatly contributes to reducing the amount of high-level radioactive waste generated.

本発明方法の一実施例を示す工程図である。It is process drawing which shows one Example of this invention method. 本発明方法を実施するための装置構成の一例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows an example of the apparatus structure for implementing this invention method.

Claims (8)

核燃料サイクルから発生する放射性物質で汚染された使用済アルミナを所定の反応温度で塩素ガスと接触させることにより酸化物を塩化物に転換し、得られた塩化物から塩化アルミニウムを選択的に気化させる塩化転換工程と
前記気化した塩化アルミニウムをコールドトラップにより凝縮させて捕集する塩化アルミニウム回収工程と
からなることを特徴とする使用済アルミナの除染および処理方法。
By contacting spent alumina contaminated with radioactive material generated from the nuclear fuel cycle with chlorine gas at a predetermined reaction temperature, the oxide is converted to chloride, and aluminum chloride is selectively vaporized from the resulting chloride. A chloride conversion step ;
An aluminum chloride recovery step of condensing and collecting the vaporized aluminum chloride by a cold trap ;
A method for decontaminating and treating spent alumina, comprising:
核燃料サイクルから発生する放射性物質で汚染された使用済アルミナを所定温度で水蒸気と接触させて、使用済アルミナと共存するフッ化物を酸化物に転換する酸化転換工程を前記塩化物転換工程の前工程として設け、得られた酸化物を前記塩化物転換工程へ送ることを特徴とする請求項1に記載の使用済アルミナの除染および処理方法。   The oxidation conversion step in which spent alumina contaminated with radioactive material generated from the nuclear fuel cycle is brought into contact with water vapor at a predetermined temperature to convert fluoride coexisting with the used alumina into oxides is a step preceding the chloride conversion step. 2. The method for decontaminating and treating spent alumina according to claim 1, wherein the oxide obtained is sent to the chloride conversion step. 前記塩化アルミニウム回収工程で塩化アルミニウムを凝縮捕集したコールドトラップを所定温度に加熱して塩化アルミニウムを再度気化させた後、水蒸気と向流接触させて塩化アルミニウムを酸化アルミニウムに転換する塩化アルミニウム再転換工程を前記塩化アルミニウム回収工程の後工程として設けることを特徴とする請求項1または2に記載の使用済アルミナの除染および処理方法。   Reconversion of aluminum chloride that heats the cold trap that condenses and collects aluminum chloride in the aluminum chloride recovery step to a predetermined temperature to re-evaporate the aluminum chloride, and then makes countercurrent contact with water vapor to convert the aluminum chloride to aluminum oxide. 3. A method for decontaminating and treating spent alumina according to claim 1 or 2, wherein a step is provided as a step after the aluminum chloride recovery step. 前記酸化転換工程の所定温度を400〜600℃とすることを特徴とする請求項2に記載の使用済アルミナの除染および処理方法。   The method for decontaminating and treating spent alumina according to claim 2, wherein the predetermined temperature in the oxidation conversion step is 400 to 600 ° C. 前記塩化転換工程の所定の反応温度を200〜800℃とすることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の使用済アルミナの除染および処理方法。   The predetermined reaction temperature of the said chloride conversion process shall be 200-800 degreeC, The decontamination and processing method of the used alumina of any one of Claims 1-3 characterized by the above-mentioned. 前記塩化転換工程の所定の反応温度を、反応初期に140〜150℃とし、反応終期に200〜800℃とすることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の使用済アルミナの除染および処理方法。   The used alumina according to any one of claims 1 to 3, wherein the predetermined reaction temperature in the chloride conversion step is 140 to 150 ° C at the beginning of the reaction and 200 to 800 ° C at the end of the reaction. Decontamination and processing method. 前記塩化アルミニウム回収工程のコールドトラップの温度を、室温または室温以下とすることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の使用済アルミナの除染および処理方法。   The method for decontaminating and treating spent alumina according to any one of claims 1 to 3, wherein the temperature of the cold trap in the aluminum chloride recovery step is set at room temperature or below room temperature. 前記塩化アルミニウム再転換工程のコールドトラップの所定温度を200〜300℃とすることを特徴とする請求項3に記載の使用済アルミナの除染および処理方法。   The method for decontaminating and treating spent alumina according to claim 3, wherein a predetermined temperature of the cold trap in the aluminum chloride reconversion step is 200 to 300 ° C.
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