JP4579893B2 - 放射性廃棄物の処理方法 - Google Patents

Description

使用済み核燃料再処理工場の低レベル放射性廃液処理設備では、硝酸ナトリウム等の硝酸イオンを含有する固体状の放射性廃棄物が発生する。本発明は、放射性低レベル廃棄物の貯蔵に先立ち、固体状の放射性低レベル廃棄物中の硝酸イオンを除去するようにした、放射性廃棄物の処理方法に関するものである。

使用済み核燃料の処理に多量の硝酸が用いられる使用済み核燃料再処理工場において、低レベル放射性廃液を蒸発濃縮し、さらに乾燥させて固体状にするという処理工程を有する低レベル放射性廃液処理設備では、硝酸ナトリウム等の硝酸イオン（ＮＯ_３ ⁻）を含有する固体状の放射性廃棄物が発生する。そして、低レベルの放射性廃棄物の地層処分などの貯蔵に先立ち、固体状の放射性廃棄物中の硝酸イオンを除去する方法の開発が望まれている。

従来、硝酸ナトリウムを含有する固体状の放射性廃棄物の脱硝処理に適用される方法として、特公平３−３９０１１号公報（特許文献１）に、硝酸ナトリウム（ＮａＮＯ_３）に対してホウ酸（ＨＢＯ_３）又は酸化ホウ素（Ｂ_２Ｏ_３）を添加し、マイクロ波照射による加熱溶融によってホウ酸ナトリウムとＮＯｘガスとに分解させるようにした、硝酸ナトリウムの分解方法が提案されている。ホウ酸又は酸化ホウ素は、硝酸ナトリウム中のナトリウムと容易に結合することで、硝酸ナトリウムの分解（硝酸イオンの除去）を促進する役割を有する分解促進剤として用いられている。

しかしながら、前述した従来方法では、硝酸ナトリウムを分解し硝酸イオンを除去するに際し、硝酸ナトリウムはマイクロ波吸収効率である誘電損失係数（比誘電率ε×誘電体損失角ｔａｎδ）が低いため、マイクロ波照射による加熱効率が悪く、加熱に多大のエネルギーを要し、硝酸イオンの除去処理に時間がかかるという問題があった。

特公平３−３９０１１号公報（第１頁，第２頁）

そこで、本発明の課題は、使用済み核燃料再処理工場における低レベル放射性廃液などの処理において、マイクロ波照射を行って硝酸イオンを含有する固体状の放射性廃棄物中の前記硝酸イオンを除去するに際し、分解促進剤としてのホウ酸又は酸化ホウ素を用いる従来方法に比べて、高い除去効率にて硝酸イオンを除去することができるようにした、放射性廃棄物の処理方法を提供することにある。

前記の課題を解決するため、本願発明では、次の技術的手段を講じている。

請求項１の発明は、硝酸イオンを含有する固体状の放射性廃棄物と、マイクロ波吸収剤と、アルカリ金属と化合物を形成することで前記硝酸イオンの除去を促進する分解促進剤との混合物にマイクロ波を照射することにより、前記放射性廃棄物中の硝酸イオンを除去する放射性廃棄物の処理方法であって、前記マイクロ波吸収剤と前記分解促進剤とが、両方ともにＦｅ _３ Ｏ _４ 、若しくは両方ともにＰ _２ Ｏ _５ 、又は両方ともにＦｅ _３ Ｏ _４ 及びＰ _２ Ｏ _５ であることを特徴とする放射性廃棄物の処理方法である。

本発明による放射性廃棄物の処理方法は、硝酸イオンを含有する固体状の放射性廃棄物と、マイクロ波吸収剤と、アルカリ金属と化合物を形成することで前記硝酸イオンの除去を促進する分解促進剤との混合物にマイクロ波を照射することにより、前記放射性廃棄物中の硝酸イオンを除去するようにしている。したがって、マイクロ波を吸収し易いマイクロ波吸収剤の発熱によって固体状の硝酸塩（硝酸ナトリウム）を昇温・分解することができ、硝酸イオンをＮＯ、ＮＯ_２などＮＯｘガスに転換、除去し、このとき、分解促進剤が硝酸塩（硝酸ナトリウム）のアルカリ金属（ナトリウム）と化合物を形成することでＮＯｘガスの発生による硝酸イオンの除去を促進させることができる。よって、マイクロ波吸収剤と分解促進剤とを併用するようにしたので、マイクロ波吸収剤を用いず分解促進剤としてのホウ酸又は酸化ホウ素を用いてマイクロ波照射を行う従来方法に比べて、高い除去効率にて硝酸イオンを除去することができ、マイクロ波照射時間の短縮による省エネルギー化を図ることができる。

以下、本発明について、詳しく説明する。

硝酸イオンは硝酸ナトリウムなどの硝酸塩として含有されており、硝酸塩はマイクロ波吸収効率である誘電損失係数が低いため、硝酸ナトリウムなどの硝酸塩についてマイクロ波加熱により直接、昇温・脱硝を行うことは困難である。

そこで、本発明による放射性廃棄物の処理方法では、マイクロ波吸収剤を用いるようにしている。

マイクロ波吸収剤としては、Ｆｅ_３Ｏ_４，Ｐ_２Ｏ_５，ＣｕＯ，Ｆｅ，Ｃｕ，Ｎｉ，炭素などが利用可能であり、Ｆｅ_３Ｏ_４（四三酸化鉄）、Ｐ_２Ｏ_５（五酸化リン）及びＣｕＯ（酸化第二銅）より選ばれる少なくとも１種がよい。このうち、Ｆｅ_３Ｏ_４及びＰ_２Ｏ_５は、低レベル放射性廃棄物の処理にあたり、硝酸イオンが除去された放射性廃棄物を後の工程にてガラス固化する際に、シリカ、アルミナとともにガラス形成剤の一部となるものである。また、Ｆｅ_３Ｏ_４及びＰ_２Ｏ_５は、反応過程で硝酸ナトリウム中ナトリウムと化合物（Ｎａ_３Ｆｅ_５Ｏ_９、Ｎａ_３Ｐ_３Ｏ_９）を形成することで脱硝反応を進めてＮＯｘガスの発生による硝酸イオンの除去を促進させる分解促進剤としても機能するものである。したがって、Ｆｅ_３Ｏ_４とＰ_２Ｏ_５は、特に好ましいものである。

マイクロ波吸収剤の添加割合は、処理対象である放射性廃棄物の硝酸イオン含有量などにより一義的に規定（特定）できないものの、マイクロ波吸収剤を単独で用いる場合、硝酸ナトリウムに対するモル比で、例えば、Ｆｅ_３Ｏ_４では０．５以上、Ｐ_２Ｏ_５では０．２５以上、ＣｕＯでは３以上添加することにより、効率的に脱硝を行うことができる。

また、本発明による放射性廃棄物の処理方法では、前記マイクロ波吸収剤と併用する態様で、ナトリウムとの化合物を形成する剤を分解促進剤として用いることで脱硝効率（硝酸イオン除去効率）を向上させるべく、硝酸イオンを含有する固体状の放射性廃棄物、マイクロ波吸収剤及び分解促進剤との混合物にマイクロ波を照射することにより、前記放射性廃棄物中の硝酸イオンを除去するようにしている。

この場合、分解促進剤としては、前記のＦｅ _３ Ｏ _４ 及びＰ _２ Ｏ _５ の他に、Ｂ_２Ｏ_３，ＴｉＯ_２，Ａｌ_２Ｏ_３などの酸化物が利用可能であるが、硝酸イオンが除去された放射性廃棄物を後の工程にてガラス固化する際にガラス形成剤としても作用するという点から、Ｂ_２Ｏ_３（酸化ホウ素）が特に好ましい。分解促進剤の添加割合は、処理対象である放射性廃棄物の硝酸イオン含有量などにより一義的に規定できないものの、例えば、マイクロ波吸収剤として機能するＦｅ_３Ｏ_４とＢ_２Ｏ_３とを併用する場合、Ｂ_２Ｏ_３量としては硝酸ナトリウムに対するモル比で０．５以上であればその効果が高くてよい。

以下、硝酸ナトリウムを含有する固体状の放射性廃棄物に代えて通常の硝酸ナトリウム試薬を用いての、本発明の効果を確認するための試験を実施した。なお、表１における試験例１〜１４は実施例に相当するものであり、同表１における比較用試験例１，２は比較例に相当するものである。

マイクロ波照射装置としては、市販の電子レンジ（マイクロ波出力：７００Ｗ，マイクロ波周波数：２４５０ＭＨｚ）を使用した。マイクロ波を吸収して発熱しない石英からなる石英製プレート上に、硝酸ナトリウムと添加剤（表１参照）とを混合したものを載せ、この試料に対して出力７００Ｗで所定時間（３分又は５分間）マイクロ波の照射を行った。硝酸ナトリウムの脱硝効率（硝酸イオン除去効率）は、マイクロ波照射処理前後の試料の重量変化より、硝酸ナトリウムの重量変化率（下記の式１で示す）を求めて、これを脱硝効率の指標とした。

重量変化率＝１００×（処理後試料重量−処理前試料重量）／処理前硝酸ナトリウム重量 …式１

表１に試験結果を示す。比較用試験例１にあるとおり、マイクロ波吸収剤を用いない硝酸ナトリウム単独ではマイクロ波照射により脱硝を行うことは難しい。また、分解促進剤（Ｂ_２Ｏ_３）のみを用いる従来方法である比較用試験例２では、脱硝反応がほとんど起こらず、重量変化率が−３．２％と極めて低いものであった。

これに対して、試験例１では、マイクロ波吸収剤としてＦｅ_３Ｏ_４を用い、硝酸ナトリウム量（２００ｍｇ）に対しモル比で１の割合（５４５ｍｇ）で混合し、マイクロ波照射を行うことで重量変化率が−４６．２％となり、効率的に脱硝を行うことができた。試験例２では、硝酸ナトリウムに対しＦｅ_３Ｏ_４をモル比で０．５添加することで重量変化率が−３８．５％と高い脱硝効率が得られた。

試験例３及び試験例４では、マイクロ波吸収剤としてＣｕＯを用い、ＣｕＯ添加量が硝酸ナトリウム量に対しモル比３で高い脱硝効率が得られた。試験例５〜７は、マイクロ波吸収剤としてＰ_２Ｏ_５を用いた場合のものであり、Ｐ_２Ｏ_５の添加量がモル比で０．２５以上（試験例５：モル比１、試験例６：モル比０．５、試験例７：モル比０．２５）のいずれの条件でも高い脱硝効率が得られた。

試験例８，９は、マイクロ波吸収剤としてＦｅ_３Ｏ_４を用い、かつ、分解促進剤としてＢ_２Ｏ_３を用いた場合のものである。Ｆｅ_３Ｏ_４とＢ_２Ｏ_３とを併用することで脱硝効率を高めることが可能であり、マイクロ波吸収剤であるＦｅ_３Ｏ_４の添加モル比が０．２５の場合（試験例９）でも分解促進剤であるＢ_２Ｏ_３を加えることで脱硝が可能であった。なお、前記比較用試験例２においてＢ_２Ｏ_３のみ添加した場合には脱硝反応がほとんど起こらず、マイクロ波吸収剤と併用することでその効果が発揮されることが分かる。

試験例１０〜１２は、マイクロ波吸収剤であるＦｅ_３Ｏ_４と同じくマイクロ波吸収剤であるＰ_２Ｏ_５とを組み合わせて用いた場合のものである。Ｆｅ_３Ｏ_４の添加モル比０．２５以上（試験例１０：モル比１、試験例１１：モル比０．５、試験例１２：モル比０．２５）、Ｐ_２Ｏ_５の添加モル比０．５以上（試験例１０：モル比１、試験例１１：モル比０．５、試験例１２：モル比０．５）のいずれの条件においても効果的脱硝が可能であった。

試験例１３は、マイクロ波吸収剤であるＣｕＯとマイクロ波吸収剤と分解促進剤との機能を併せ持つＰ_２Ｏ_５とを組み合わせて用いた場合のものである。ＣｕＯの添加モル比１．５、Ｐ_２Ｏ_５の添加モル比０．５の条件で効果的脱硝が可能であった。また、試験例１４は、マイクロ波吸収剤としてＣｕＯを用い、かつ、分解促進剤としてＢ_２Ｏ_３を用いた場合のものである。ＣｕＯの添加モル比３、Ｂ_２Ｏ_３の添加モル比３にてＢ_２Ｏ_３を併用することで、Ｂ_２Ｏ_３を併用せずマイクロ波吸収剤であるＣｕＯのみを用いる前記試験例３よりも高い脱硝効率が得られた。

Claims (1)

1. 硝酸イオンを含有する固体状の放射性廃棄物と、マイクロ波吸収剤と、アルカリ金属と化合物を形成することで前記硝酸イオンの除去を促進する分解促進剤との混合物にマイクロ波を照射することにより、前記放射性廃棄物中の硝酸イオンを除去する放射性廃棄物の処理方法であって、前記マイクロ波吸収剤と前記分解促進剤とが、両方ともにＦｅ _３ Ｏ _４ 、若しくは両方ともにＰ _２ Ｏ _５ 、又は両方ともにＦｅ _３ Ｏ _４ 及びＰ _２ Ｏ _５ であることを特徴とする放射性廃棄物の処理方法。