JP5668998B2

JP5668998B2 - 核分裂生成物の濾過・収着材及びそれを使用した核分裂生成物の濾過・収着方法

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Publication number: JP5668998B2
Application number: JP2009268614A
Authority: JP
Inventors: 天本　一平; 一平天本; 都築　達也; 都築　　達也; 直樹三田村
Original assignee: Central Glass Co Ltd; Japan Atomic Energy Agency
Current assignee: Central Glass Co Ltd; Japan Atomic Energy Agency
Priority date: 2009-11-26
Filing date: 2009-11-26
Publication date: 2015-02-12
Anticipated expiration: 2029-11-26
Also published as: JP2011112483A

Description

本発明は、使用済核燃料の乾式再処理工程で生じる塩化物系電解質物質中に蓄積した核分裂生成物であるセシウムならびにストロンチウムを主成分とする塩を、単独で、あるいは混合物で高率に濾過・収着することで、電解質物質と核分裂生成物を分離できる濾過・収着材（分離材）ならびに濾過・収着方法（分離方法）に関するものである。

使用済核燃料の乾式再処理工程は、溶媒中である塩化物系の高温溶融塩に使用済燃料を溶解し、電解処理することで陰極上に析出する電解析出物を回収し、再処理している。このような工程で発生する使用済電解質物質は、アクチノイド物質や核分裂生成物を含有しているため、高レベル放射性廃棄物として廃棄される。そのため、廃棄物容量の低減や経済性の観点から、使用済電解質物質の再生を行う必要性がある。

従来の技術として、使用済電解質物質中に残留するアクチノイド物質を還元・抽出工程で取り除き、ゼオライトカラムを通過させることで核分裂生成物を吸着・除去する再処理工程が検討されている（例えば、非特許文献１参照）。しかし、この工程では核分裂生成物を吸着したゼオライトの処理・処分が必要となり、廃棄物処理工程において、核分裂生成物を安定化させた大量のソーダライトが発生し、環境負荷及び経済性の点から大きな課題となっている。

この問題を解決すべく、使用済電解質物質中の核分裂生成物をリン酸塩に転換することにより沈殿分離し、電解質物質の再生を試みている（例えば、特許文献１参照）。
「乾式再処理技術開発における要素技術開発の現状」明珍宗孝、青瀬晋一、サイクル機構、Ｎｏ．２４別冊、２００４、１１、ｐ１６６「乾式再処理から発生する廃溶融塩の固化技術の開発」豊原尚美他、日本原子力学会和文論文誌、Ｖｏｌ．１、Ｎｏ．４、２００２、ｐ４２０特開２００７−３０３９３４号公報

しかしながら、使用済電解質物質中に残留する核分裂生成物のうち、例えばセシウムのようにリン酸塩として電解質物質中に沈殿しないものがある（例えば、非特許文献２参照）。そのため、沈殿分離後の電解質物質中もまた処理・処分が必要であり、経済性の面からも大きな課題となっていた。

この発明は、上記課題を解決するものであって、その目的は、使用済核燃料の乾式再処理工程で生じる塩化物系電解質物質中に蓄積した核分裂生成物であるセシウムならびにストロンチウムを主成分とする塩を、単独で、あるいは混合物で高率に濾過・収着することで、電解質物質と核分裂生成物を分離できる濾過・収着材ならびに濾過・収着方法を提供することである。

より具体的には、上記課題を解決するために、請求項１に係る発明は、使用済み電解質物質から核分裂生成物を分離するために前記核分裂生成物を濾過及び収着する濾過・収着材であって、該濾過・収着材は、少なくともＰ₂Ｏ₅及びＦｅ₂Ｏ₃を含み、さらにＢａＯ、Ｋ ₂ Ｏの全て、又は、Ａｌ ₂ Ｏ ₃ 、ＢａＯ、Ｋ ₂ Ｏの全てを含むと共に、粉末状、繊維状、あるいは多孔質であることを特徴とする。

また、請求項２に係る発明は、請求項１に記載の濾過・収着材において、前記核分裂生成物がセシウム又はストロンチウムのいずれか一方、又は、セシウム及びストロンチウムの両方を含んでいることを特徴とする。

また、請求項３に係る発明は、請求項１又は２に記載の濾過・収着材において、前記濾過及び収着する物質は、セシウム又はストロンチウムのいずれか一方、又は、セシウム及びストロンチウムの両方であり、かつ、濾過及び収着を同時に行うことを特徴とする。

また、請求項４に係る発明は、使用済み電解質物質から核分裂生成物を分離するために前記核分裂生成物を濾過及び収着する濾過・収着材を使用して、使用済み電解質物質から核分裂生成物を濾過及び収着する核分裂生成物の濾過・収着方法において、前記濾過及び収着を同時に行うと共に、セシウム又はストロンチウムのいずれか一方、又は、セシウム及びストロンチウムの両方を濾過及び収着し、該濾過・収着材は、少なくともＰ₂Ｏ₅及びＦｅ₂Ｏ₃を含み、さらにＢａＯ、Ｋ ₂ Ｏの全て、又は、Ａｌ ₂ Ｏ ₃ 、ＢａＯ、Ｋ ₂ Ｏの全てを含むと共に、粉末状、繊維状、あるいは多孔質であることを特徴とする。

また、請求項５に係る発明は、請求項４に記載の核分裂生成物の濾過・収着方法において、前記濾過及び収着は、前記濾過・収着材の軟化する温度以下の雰囲気で行うことを特徴とする。

本発明により、使用済核燃料の乾式再処理工程で生じる塩化物系電解質物質中に蓄積した核分裂生成物であるセシウムならびにストロンチウムを主成分とする塩を、単独で、あるいは混合物で高率に濾過・収着できるため電解質の再生が可能となり、環境及び経済面での負荷を低減することが出来る。

本発明は、使用済み電解質物質から核分裂生成物を濾過ならびに収着する濾過・収着材であって、該濾過・収着材は、少なくともＰ₂Ｏ₅ならびにＦｅ₂Ｏ₃を含んでいる濾過・収着材であり、また前記濾過・収着材を使用した濾過・収着方法である。

本発明の濾過・収着材において、Ｐ₂Ｏ₅ならびにＦｅ₂Ｏ₃を含んでいるガラスあるいはセラミックスなどの無機材料であれば構わないが、収着効果などの観点から特にガラスであることが望ましい。またその形状も特に問わず、濾過・収着効果を上げるために粉末状、繊維状、あるいは多孔質にしても良い。

また本発明の濾過・収着材は、セシウムとストロンチウムのいずれか、あるいはその両方を含んでいる塩化物系電解質物質の溶融塩で特にその濾過・収着効果を示し、セシウムとストロンチウムのいずれか、あるいはその両方を同時に濾過・収着が行える。ただし、塩化物系電解質物質は、リン酸塩等の他の塩を含有しても構わない。なお、セシウムならびにストロンチウムの収着効果はイオン交換、分子篩い、反応・結晶化などのいずれかによるもの、あるいはその複合したものである。

さらに本発明の濾過・収着方法は、前記濾過・収着材を使用して塩化物系電解質物質の溶融塩からセシウムとストロンチウムのいずれか、あるいはその両方を同時に濾過・収着する方法で、その雰囲気温度は使用する濾過・収着材が軟化する温度以下であれば構わない。濾過・収着材の軟化する温度以上で濾過ならびに収着を行うと、濾過・収着材の形状を維持出来なくなるため、閉塞等の問題が生じるので好ましくない。なお、濾過・収着材の軟化する温度とは、濾過・収着材の粘性流動が明確になる温度、粘度的にはおよそ１０⁷〜１０⁸ｄＰａ・ｓになる温度とする。またその濾過・収着時の雰囲気はアルゴン等の不活性雰囲気が好ましいが、大気雰囲気下でも特に構わない。

本発明の実施例（試料Ｎｏ．１〜５）を表１に、比較例であるリン酸塩結晶物（試料Ｎｏ．６）を表２に示す。

表中の各試料は次のようにして作製した。Ｐ₂Ｏ₅源として正リン酸を、Ｆｅ₂Ｏ₃源として酸化鉄を、Ａｌ₂Ｏ₃源として酸化アルミニウムを、Ｋ₂Ｏ源として炭酸カリウムを、Ｂ
ａＯ源として炭酸バリウムを使用し、これらを表の組成となるべく調合したうえで、白金坩堝に投入し、電気加熱炉内で１１００〜１３００℃、１〜３時間加熱溶融した。溶融ガラスを鋳型に流し込み、ブロック状とし、所定温度に保持した電気炉内に移入して徐冷した。このようにして作製した各試料について、軟化点ならびに収着効果を評価した。

軟化点は、熱分析装置ＴＧ―ＤＴＡ（株式会社リガク製）を用いて測定した。

セシウムならびにストロンチウムの収着効果は、以下の方法で確認した。アルゴンガス
雰囲気中で、先ずＬｉＣｌ−ＫＣｌ混合塩５ｇに０．００３ｍｏｌになるように模擬ＦＰ（セシウムならびにストロンチウム）塩化物を添加し、さらに化学量論量の３倍のリン酸塩（Ｌｉ₃ＰＯ₄）転換材を加え、８７３Ｋで２４ｈ溶融して塩中の模擬ＦＰをリン酸塩にした。次にリン酸塩転換後の模擬電解質物質中に２５０μｍ〜４２５μｍの粒径の濾過・収着材０．５ｇを投入し、２４ｈ溶融して塩中のＦＰを濾過・収着材と接触させ、冷却固化した後に６Ｌの水で洗浄することにより分離材から塩を除去した。回収した洗浄液中のセシウムならびにストロンチウムの残留量をＩＣＰ発光分光分析装置ＵＬＴＩＭＡ２（ＨｏｒｉｂａＪｏｂｉｎＹｖｏｎ製）で測定し、その残留量から収着率を求めた。

表から明らかなように、実施例である各試料は、安定なガラス状物質が得られた。セシウムならびにストロンチウムの収着効果収着効果が得られた。

これらに対して、比較例である試料は、リン酸塩転換捜査後にセシウムならびにストロンチウムの収着効果は得られなかった。

Claims

使用済み電解質物質から核分裂生成物を分離するために前記核分裂生成物を濾過及び収着する濾過・収着材であって、該濾過・収着材は、少なくともＰ₂Ｏ₅及びＦｅ₂Ｏ₃を含み、さらにＢａＯ、Ｋ ₂ Ｏの全て、又は、Ａｌ ₂ Ｏ ₃ 、ＢａＯ、Ｋ ₂ Ｏの全てを含むと共に、粉末状、繊維状、あるいは多孔質であることを特徴とする濾過・収着材。
前記核分裂生成物がセシウム又はストロンチウムのいずれか一方、又は、セシウム及びストロンチウムの両方を含んでいることを特徴とする請求項１に記載の濾過・収着材。
前記濾過及び収着する物質は、セシウム又はストロンチウムのいずれか一方、又は、セシウム及びストロンチウムの両方であり、かつ、濾過及び収着を同時に行うことを特徴とする請求項１又は２に記載の濾過・収着材。
使用済み電解質物質から核分裂生成物を分離するために前記核分裂生成物を濾過及び収着する濾過・収着材を使用して、使用済み電解質物質から核分裂生成物を濾過及び収着する核分裂生成物の濾過・収着方法において、前記濾過及び収着を同時に行うと共に、セシウム又はストロンチウムのいずれか一方、又は、セシウム及びストロンチウムの両方を濾過及び収着し、該濾過・収着材は、少なくともＰ₂Ｏ₅及びＦｅ₂Ｏ₃を含み、さらにＢａＯ、Ｋ ₂ Ｏの全て、又は、Ａｌ ₂ Ｏ ₃ 、ＢａＯ、Ｋ ₂ Ｏの全てを含むと共に、粉末状、繊維状、あるいは多孔質であることを特徴とする核分裂生成物の濾過・収着方法。
前記濾過及び収着は、前記濾過・収着材の軟化する温度以下の雰囲気で行うことを特徴とする請求項４に記載の核分裂生成物の濾過・収着方法。