JP4529630B2

JP4529630B2 - ウラン廃棄物の除染方法及び設備

Info

Publication number: JP4529630B2
Application number: JP2004294571A
Authority: JP
Inventors: 和浩荒井; 寿樹福井; 篤志亀井
Original assignee: IHI Corp
Current assignee: IHI Corp
Priority date: 2004-10-07
Filing date: 2004-10-07
Publication date: 2010-08-25
Anticipated expiration: 2024-10-07
Also published as: JP2006105846A

Description

本発明はウラン廃棄物の除染方法及び設備に関するものである。

原子炉用燃料の製造施設では、燃料製造時に生じるウラン微粉体を排ガス処理系に設置したフィルタにより捕捉し、ウラン微粉体が製造施設外部へ飛散しないようにしている。

ウラン微粉体の捕捉によって通気性が低下したフィルタは、新しいものと交換して廃棄される。

フィルタを廃棄する際には、ウラン微粉体が付着しているエレメントを金属製のケーシングから分離し、可燃物であるエレメントについては焼却処理を行ない、ケーシングについては圧縮処理を行なってそれぞれ体積を縮小したうえ、廃棄物貯蔵施設に保管している。

また、フィルタのエレメントに付着したウランや、ウラン吸着剤に使用された後のフッ化ナトリウム（ＮａＦ）あるいはフッ化カルシウム（ＣａＦ₂）などのフッ化物塩を、硝酸あるいは塩酸の溶液に溶解させてウランを抽出し、該ウランをイオン交換樹脂により回収することも検討されているが、このような湿式除染では、多量の溶液が必要になり、イオン交換樹脂そのものも最終的には廃棄物となるため、単に廃棄物を増やすことにしかならないとの見解もある。

そこで近年、フッ素化ガスを用いた乾式のウラン回収方法が提案されている。（例えば、特許文献１参照）。

図２は上記のウラン回収方法に用いる設備の一例であり、この設備は、ヒータを装備し且つウランを含んでいる焼却灰やフッ化物塩などの廃棄物１をフッ素化ガス雰囲気中で加熱する反応容器２と、六フッ化ウラン（ＵＦ₆）３を回収するための吸着回収塔４及び析出回収塔５とを備えている。

反応容器２の下部には、三方切換弁６の出口ポート６ａが接続されている。

この三方切換弁６は、出口ポート６ａに択一的に連通可能な２つの入口ポート６ｂ，６ｃを有しており、一方の入口ポート６ｂには、止弁７ａ，８ａを介してガス貯蔵容器７，８が接続されている。

ガス貯蔵容器７には、三フッ化塩素（ＣｌＦ₃）などのようなフッ素化ガス９が充填され、ガス貯蔵容器８には、窒素（Ｎ₂）などのような不活性ガス１０が充填されている。

吸着回収塔４は、下部が反応容器２内に連通し、上部に三方切換弁１１の入口ポート１１ａが接続され、六フッ化ウラン３を吸着する回収用フッ化ナトリウム（ＮａＦ）１２を内部に充填している。

更に、吸着回収塔４には、回収用フッ化ナトリウム１２を加熱して、六フッ化ウラン３を回収用フッ化ナトリウム１２から遊離させためのヒータが装備されている。

三方切換弁１１は、入口ポート１１ａに択一的に連通可能な２つの出口ポート１１ｂ，１１ｃを有しており、一方の出口ポート１１ｂには、循環用ブロワ１３の吸引口が接続されている。

また、循環用ブロワ１３の吐出口は、三方切換弁６の他方の入口ポート６ｃに接続されている。

析出回収塔５は、下部に三方切換弁１１の他方の出口ポート１１ｃが接続され、２次流体管１４を内部に配置している。

この２次流体管１４には、冷熱媒供給源１５から送給される冷却用流体または加熱用流体が選択的に流通するようになっている。

析出回収塔５の直下には、その内底部分に連通する回収容器１６が設けられている。

また、析出回収塔５の上部には、止弁１７、微粒子を捕捉するためのフィルタ（ＨＥＰＡフィルタ）１８、フッ素化ガス９を捕捉するためのガス吸着器１９、及び吸引用ブロワ２０が、順に直列に接続されている。

図２に示す設備によりウランの回収を行なう際には、予め粉砕及び乾燥処理が施された廃棄物１を反応容器２へ投入し、当該反応容器２の内部をヒータで加熱しながら真空ポンプにより減圧しておく。

次いで、三方切換弁１１を入口ポート１１ａが一方の出口ポート１１ｂに連通する状態にしたうえ、三方切換弁６を一方の入口ポート６ｂが出口ポート６ａに連通する状態にし、止弁７ａを開いてガス貯蔵容器７からフッ素化ガス９を反応容器２内へ送給する。

反応容器２内がフッ素化ガス９で満たされたならば、止弁７ａを閉じたうえ、三方切換弁６を他方の入口ポート６ｃが出口ポート６ａに連通する状態にして、フッ素化ガス９雰囲気中の廃棄物１を加熱すると、廃棄物１が含有するウラン（フッ化ウラン、フッ化ウラニル、酸化ウラン）とフッ素化ガス９との反応によって、気相状態の六フッ化ウラン３が生成され、廃棄物１そのものは、フッ素化ガス９の影響を受けずに更に酸化する。

また、循環用ブロワ１３を運転して、反応容器２内のフッ素化ガス９を、吸着回収塔４、循環用ブロワ１３、反応容器２の順で循環させると、反応容器２内の廃棄物１が流動層を形成し、六フッ化ウラン３の生成が促進される。

この六フッ化ウラン３は、フッ素化ガス９に随伴して吸着回収塔４内に流入し、六フッ化ウラン３だけが回収用フッ化ナトリウム１２に選択的に吸着される。

フッ素化ガス９雰囲気中で、廃棄物１を加熱する第１の工程が完了したならば、循環用ブロワ１３を停止する。

また、三方切換弁６を一方の入口ポート６ｂが出口ポート６ａに連通する状態にし、三方切換弁１１を入口ポート１１ａが他方の出口ポート１１ｃに連通する状態にして、反応容器２からフッ素化ガス９を掃き出せるようにする。

更に、止弁８ａ，１７を開き、ガス貯蔵容器８から不活性ガス１０を反応容器２内へ送給して、フッ素化ガス９濃度が１０％以下になるように、反応容器２内を不活性ガス１０雰囲気に置換する。

不活性ガス１０の導入に伴って掃き出されるフッ素化ガス９は、吸着回収塔４と析出回収塔５を通過した後、フィルタ１８により除塵され且つガス吸着器１９でフッ素成分が除去される。

反応容器２内が不活性ガス１０雰囲気になったならば、三方切換弁１１を入口ポート１１ａが一方の出口ポート１１ｂに連通する状態にして、止弁８ａ，１７を閉じ、三方切換弁６を他方の入口ポート６ｃが出口ポート６ａに連通する状態にして、不活性ガス１０雰囲気中の廃棄物１を加熱すると、廃棄物１が含有していたアルカリ元素あるいはアルカリ土類元素と六フッ化ウラン３との錯体が分解する。

また、循環用ブロワ１３を運転して、反応容器２内のフッ素化ガス９と不活性ガス１０を、吸着回収塔４、循環用ブロワ１３、反応容器２の順で循環させて、六フッ化ウラン３の生成の促進を図る。

廃棄物１から分離された六フッ化ウラン３は、不活性ガス１０に随伴して吸着回収塔４内に流入して、六フッ化ウラン３だけが回収用フッ化ナトリウム１２に選択的に吸着される。

不活性ガス１０雰囲気中で、廃棄物１を加熱する第２の工程が完了したならば、循環用ブロワ１３を停止する。

次いで、２次流体管１４へ冷熱媒供給源１５から冷却用流体を連続的に送給したうえ、三方切換弁１１を入口ポート１１ａが他方の出口ポート１１ｃに連通する状態に設定して止弁１７を開き、吸引用ブロワ２０を運転する。

更に、吸着回収塔４内の回収用フッ化ナトリウム１２を加熱すると、六フッ化ウラン３が回収用フッ化ナトリウム１２から遊離して析出回収塔５内へ流入する。

上記の六フッ化ウラン３は、２次流体管１４を流通している冷却用流体により冷却され、固体として析出する。

また、析出回収塔５を通過したフッ素化ガス９や不活性ガス１０は、フィルタ１８により除塵され、ガス吸着器１９でフッ素成分が除去される。

この後、止弁１７を閉じたうえ、２次流体管１４へ冷熱媒供給源１５から加熱用流体を連続的に送給し、昇温液化した六フッ化ウラン３を回収容器１６へ流入させ、廃棄物１に含まれているウランを選択的に回収する。
特開２００２−２３６１９８号公報

しかしながら、図２に示す設備を用いたウラン回収方法では、六フッ化ウラン３を生成させる工程が完了した後、反応容器２内を不活性ガス１０雰囲気に置換する際に、フッ素化ガス９がガス吸着器１９で処理されてしまうため、フッ素化ガス９を有効に利用することができなかった。

更に、廃棄物１から分離した六フッ化ウラン３の全量を吸着回収塔４内に流入させているで、加熱により六フッ化ウラン３を遊離させるにしても、徐々に吸着性能が低下するため、適宜の時期に回収用フッ化ナトリウム１２を新しいものに置き換える必要がある。

つまり図２に示す設備は、フッ素化ガス９を再利用できないことに起因してランニングコストが高く、また、多量の回収用フッ化ナトリウム１２が二次廃棄物になってしまう。

本発明は上述した実情に鑑みてなしたもので、ランニングコスト及び二次廃棄物発生量の低減を達成可能なウラン廃棄物の除染方法及び設備を提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、ウランを含んでいる廃棄物を加熱し且つ三フッ化塩素を循環通気して六フッ化ウランを生成させ、気相の六フッ化フランを遠心分離したうえ、液相状態を呈するように冷却して回収し、液化回収されなかった六フッ化ウランを回収用フッ化ナトリウムで捕捉した後、六フッ化ウランに付随して生じたハロゲン系の副次生成物を、アルカリと反応させて塩を生成する。

請求項２に記載の発明は、ウランを含んだ廃棄物を加熱する反応容器に三フッ化塩素を循環通気して六フッ化ウランを生成させる除染ループと、該除染ループ中に組み込まれ且つ気相の六フッ化ウランを選別する遠心分離手段と、該遠心分離手段により得た六フッ化ウランを冷却する液化回収手段と、回収用フッ化ナトリウムを内装し且つ液化回収手段を経た気体が流入する吸着回収手段と、塩生成用のアルカリを内装し且つ前記吸着回収手段を経た気体が流入する除害手段とを備えている。

請求項１に記載の発明においては、廃棄物に三フッ化塩素を循環通気させて三フッ化塩素の無益な消費を防ぎ、遠心分離した六フッ化ウランを冷却により回収する。

更に、副次生成物をアルカリに反応させてクリアランスレベル相当の塩を生成する。

請求項２に記載の発明においては、除染ループにより廃棄物に三フッ化塩素を循環通気させて三フッ化塩素の無益な消費を防ぎ、遠心分離機によって得た六フッ化ウランを冷却回収手段で回収する。

更に、副次生成物を除害手段に内装したアルカリに反応させてクリアランスレベル相当の塩を生成する。

本発明のウラン廃棄物の除染方法及び設備によれば、下記のような種々の優れた効果を奏し得る。

（１）請求項１に記載の発明では、廃棄物に三フッ化塩素を循環通気させて三フッ化塩素の無益な消費を防ぐので、ランニングコストの低減を図ることができ、遠心分離した六フッ化ウランを冷却により回収するので、二次廃棄物発生量を抑制できる。

（２）更に、アルカリに副次生成物を反応させてクリアランスレベル相当の塩を生成するので、廃棄物の減容を図ることができる。

（３）請求項２に記載の発明においては、除染ループにより廃棄物に三フッ化塩素を循環通気させて三フッ化塩素の無益な消費を防ぐので、ランニングコストの低減を図ることができ、遠心分離機によって得た六フッ化ウランを冷却回収手段で回収するので、二次廃棄物発生量を抑制できる。

（４）更に、除害手段に内装したアルカリに副次生成物を反応させてクリアランスレベル相当の塩を生成するので、廃棄物の減容を図ることができる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。

図１は本発明のウラン廃棄物の除染設備の一例を示すものであり、ウランを含んでいる廃棄物６１をヒータにより加熱する反応容器６２と、気相の六フッ化ウラン３を選別する遠心分離機６３と、該遠心分離機６３により得た気相の六フッ化ウラン３を冷却して液化するコールドトラップ６４と、フッ化塩素（ＣｌＦ）や酸化フッ化塩素（ＣｌＯ₂Ｆ）のようなハロゲン系の副次生成物６５から塩化カルシウム（ＣａＣｌ₂）あるいはフッ化カルシウムなどの塩６６を生成するための除害手段６７と、コールドトラップ６４で六フッ化ウラン３を液化した後の気体が含んでいる残余の気相の六フッ化ウラン３を回収用フッ化ナトリウム１２により捕捉する吸着回収手段６８とを備えている。

反応容器６２に付帯の送気弁６９には、三フッ化塩素７０を充填したガス貯蔵容器７１及び窒素７２を充填したガス貯蔵容器７３が止弁７４，７５を介して接続してあり、反応容器６２内部へ三フッ化塩素７０またはパージ用の窒素７２を送給することができる。

すなわち、廃棄物６１を投入した反応容器６２内部を加熱したうえ、反応容器６２に三フッ化塩素７０を送給すると、当該廃棄物６１が含んでいるウラン（二酸化ウラン、八酸化三ウランなど）と三フッ化塩素７０とが反応して、気相の六フッ化ウラン３が生成され、廃棄物６１そのものは、更に酸化することになる。

反応容器６２と遠心分離機６３は、中間弁７６を有する管路７７、並びに中間弁７８、ブロワ７９、中間弁８０を有する管路８１で相互に接続され、これら反応容器６２、遠心分離機６３、管路７７，８１によって除染ループ８２を構成している。

つまり、ブロワ７９及び遠心分離機６３を起動させると、六フッ化ウラン３と未反応の三フッ化塩素７０の混合流が、反応容器６２から遠心分離機６３へ向けて送給され、遠心分離機６３によって六フッ化ウラン３（分子量３５２）を分離した後の三フッ化塩素７０（分子量９０．５）が無益に消費されずに反応容器６２に戻り、新たな六フッ化ウラン３の生成に有効に利用され、ランニングコストの低減が達成できる。

また、遠心分離機６３で分離した六フッ化ウラン３の略全量は、コールドトラップ６４で液化した後、シリンダ８３に回収されるようになっている。

従って、六フッ化ウラン３を捕捉するために多量の回収用フッ化ナトリウム１２を用意しなくともよい。

更に、コールドトラップ６４により捕捉されきれなかった六フッ化ウラン３を随伴している副次生成物６５が昇温用のプレヒータ８４を経て吸着回収手段６８へ流入し、回収用フッ化ナトリウム１２で上記の六フッ化ウラン３を捕捉するようになっている。

吸着回収手段６８の捕捉対象となる六フッ化ウラン３は微量であるので、二次廃棄物となる回収用フッ化ナトリウム１２の量を抑制することができる。

除害手段６７には、前記副次生成物６５から塩６６を生成するために水酸化カルシウム（Ｃａ（ＯＨ）₂）などのアルカリ８５が充填してあり、中間弁８６、ブロワ８７を有して排ガス処理装置（図示せず）に連なる管路８８が接続されている。

前記除染ループ８２を構成している管路８１のブロワ７９下流部分と除害手段６７を、中間弁８９を有する管路９０により接続し、また、吸着回収手段６８と管路９０の中間弁８９下流部分を、中間弁９１、ブロワ９２、中間弁９３を有する管路９４により接続し、更に、前記ガス貯蔵容器７３と管路９０を、止弁９５を有する管路９６で接続している。

なお、９７はウランを除去した残渣である。

除染ループ８２に三フッ化塩素７０を循環させながらコールドトラップ６４で六フッ化ウラン３を回収するときには、中間弁７６，７８，８０，８６，９１，９３を開け、中間弁８９、止弁７４，７５，９５、及び送気弁６９を閉じておくと、吸着回収手段６８を経た副次生成物６５が除害手段６７に流入してアルカリ８５と反応し、クリアランスレベル相当の塩６６を生成する。

六フッ化ウラン３の回収が済んだならば、上記の中間弁７８，８０，８９を閉じ且つ止弁７５及び送気弁６９を開くと、反応容器６２、管路７７、遠心分離機６３、コールドトラップ６４、プレヒータ８４、吸着回収手段６８、及び管路９４，９０に存在している副次生成物６５や残余の三フッ化塩素７０が、窒素７２によって除害手段６７へ払い出され、塩６６が生成されることになる。

次いで、上記の中間弁７８，８９を開き且つ中間弁９３を閉じて、窒素７２を管路８１にも流通させ、この後、上記の中間弁８９を閉じ且つ止弁９５を開き、窒素７２を除害手段６７へ送給する。

よって、反応容器６２から取り出した残渣９７の体積が、ウランの除去と塩６６の生成に応じて除染前の廃棄物６１の体積よりも小さくなる減容効果が発現することなる。

なお、本発明のウラン廃棄物の除染方法及び設備は、上述した実施の形態のみに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において変更を加え得ることは勿論である。

本発明のウラン廃棄物の除染方法及び設備は、ウランを含んでいる様々な廃棄物に適用できる。

本発明のウラン廃棄物の除染設備の実施の形態の一例を示す概念図である。従来のウラン廃棄物の除染設備の一例を示す概念図である。

符号の説明

３六フッ化ウラン
６１廃棄物
６２反応容器
６３遠心分離機（遠心分離手段）
６４コールドトラップ（冷却回収手段）
６５副次生成物
６６塩
６７除害手段
７０三フッ化塩素
８２除染ループ
８５アルカリ

Claims

ウランを含んでいる廃棄物を加熱し且つ三フッ化塩素を循環通気して六フッ化ウランを生成させ、気相の六フッ化フランを遠心分離したうえ、液相状態を呈するように冷却して回収し、液化回収されなかった六フッ化ウランを回収用フッ化ナトリウムで捕捉した後、六フッ化ウランに付随して生じたハロゲン系の副次生成物を、アルカリと反応させて塩を生成することを特徴とするウラン廃棄物の除染方法。
ウランを含んだ廃棄物を加熱する反応容器に三フッ化塩素を循環通気して六フッ化ウランを生成させる除染ループと、該除染ループ中に組み込まれ且つ気相の六フッ化ウランを選別する遠心分離手段と、該遠心分離手段により得た六フッ化ウランを冷却する液化回収手段と、回収用フッ化ナトリウムを内装し且つ液化回収手段を経た気体が流入する吸着回収手段と、塩生成用のアルカリを内装し且つ前記吸着回収手段を経た気体が流入する除害手段とを備えたことを特徴とするウラン廃棄物除染設備。