JP6066267B2 - Ruthenium separation and recovery method - Google Patents
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Description
本発明は、ルテニウムの分離処理方法に係わり、特に、放射性廃液の蒸発濃縮工程や高レベル放射性廃液からのルテニウムの電解除去プロセス又は高レベル放射性廃液のガラス固化プロセスによって発生するオフガス中に含まれる揮発性ルテニウムからのルテニウムの分離回収方法に関する。 The present invention relates to a method for separating ruthenium, and in particular, volatilization contained in an off-gas generated by an evaporation concentration process of radioactive liquid waste, an electrolytic removal process of ruthenium from high-level radioactive liquid waste, or a vitrification process of high-level radioactive liquid waste. The present invention relates to a method for separating and recovering ruthenium from reactive ruthenium.
原子力発電プラント関連施設において発生した高レベル放射性廃液は、安全性と取扱い性を高めるために、一般にガラス溶融炉内で原料ガラスとともに溶融して固化させるガラス固化処理が施されている(例えば、特許文献1を参照)。このようなガラス固化プロセスで発生するオフガス中には、RuO4からなる揮発性ルテニウムが混入しており、そのRuO4からルテニウムを効率的に除去するためのルテニウムの分離回収技術が大きな技術課題となっている。 The high-level radioactive liquid waste generated in facilities related to nuclear power plants is generally subjected to a vitrification process in which it is melted and solidified together with the raw glass in a glass melting furnace in order to improve safety and handling (for example, patents). Reference 1). In the off-gas generated in such a vitrification process, volatile ruthenium composed of RuO 4 is mixed, and the separation and recovery technology of ruthenium for efficiently removing ruthenium from the RuO 4 is a major technical problem. It has become.
オフガス中にRuO4の状態で混入する揮発性ルテニウムを分離回収する技術としては、例えば、RuO4をシリカゲル吸着剤に吸着させる技術が検討されていた。特許文献2には、エネルギーロスを少なくしてRuO4の除去効果を上げるために、シリカと酸化鉄とを主成分とする吸着剤による放射性廃ガスの処理方法が提案されている。しかしながら、この方法は、吸着剤が新たな固形放射性廃棄物となるため、貯蔵スペース及び処理作業が増えることが問題となっている。また、RuO4の吸着性能が、処理中に変化しやすく、ルテニウムの分離回収が安定的に行えないという課題もある。
As a technique for separating and recovering volatile ruthenium mixed in off-gas in the state of RuO 4 , for example, a technique for adsorbing RuO 4 on a silica gel adsorbent has been studied.
上記の吸着剤による処理方法の代わりに、特許文献3及び4には、揮発性ルテニウムをNOxと反応して生成される還元生成物を水等の液体に補足又は吸収させる湿式の分離回収方法が提案されている。特許文献5には、ルテニウムの液体処理方法として、揮発性ルテニウムを、溶液中で電気化学的な方法により酸化した後、還元して不溶性であるRuO2(固体)の形態に転化する処理方法が開示されている。また、特許文献6には、高レベル放射性廃液を定電位電解することによってルテニウムを揮発せしめ、揮発したルテニウムを還元性のギ酸水溶液と接触させることによってルテニウム酸化物として沈殿せしめ、この沈殿物をギ酸水溶液から分離回収する方法が開示されている。
In place of the treatment method using the adsorbent,
さらに、RuO4の状態で混入する揮発性ルテニウムを液体に補足又は吸収させる代わりに、特許文献7には揮発性ルテニウムそのものを回収する方法が提案されている。前記の特許文献7に記載のルテニウムの処理方法は、揮発性ルテニウムを凝縮させるとともに、その凝縮過程において窒素酸化物のガス又は亜硝酸溶液等の還元剤と反応させることにより、RuNO3 +の不揮発性ルテニウム化合物に変化させて、高レベル廃液を低レベル廃液として処理するものである。
Furthermore, instead of supplementing or absorbing volatile ruthenium mixed in the state of RuO 4 in the liquid,
一方、高レベル放射性廃液をガラス固化処理するための別の方法が特許文献8に提案されている。この方法は、カーボンブラック還元剤を添加した後の放射性廃液を、ガラスカートリッジからなる含浸体に含浸させて加熱処理し、前記の含浸体をガラス溶融炉に溶融した後に固化させるものである。すなわち、前記の特許文献1に記載の方法とは異なり、放射性廃液を直接、ガラス溶融体炉に導入するのではなく、還元して生成される安定な酸化物(RuO2)の微粒子の形態にしてから導入する方法である。
On the other hand, Patent Document 8 proposes another method for vitrifying the high-level radioactive liquid waste. In this method, the radioactive waste liquid to which the carbon black reducing agent has been added is impregnated into an impregnated body made of a glass cartridge and heated, and the impregnated body is melted in a glass melting furnace and then solidified. That is, unlike the method described in
前記の特許文献3〜6に記載されているように、ルテニウムの分離回収方法としては、揮発性ルテニウムを液体中で処理する湿式法が一般的である。しかしながら、これらの方法では処理後のルテニウムを含む溶液が液体放射性廃棄物に変化しただけであり、新たに溶液中に含まれる放射性ルテニウムを分離回収するための操作が必要となる。溶液から放射性ルテニウムだけを分離回収する方法は、安全上から細心の注意を要するため、煩雑な処理である。そのため、このような湿式処理を行わないで、より簡便にルテニウムを分離回収できる方法が強く求められている。 As described in Patent Documents 3 to 6, as a method for separating and recovering ruthenium, a wet method in which volatile ruthenium is treated in a liquid is generally used. However, these methods only change the solution containing ruthenium after the treatment into liquid radioactive waste, and an operation for newly separating and recovering the radioactive ruthenium contained in the solution is required. The method of separating and recovering only radioactive ruthenium from a solution is a complicated process because it requires careful attention for safety. Therefore, there is a strong demand for a method that can more easily separate and recover ruthenium without performing such wet processing.
また、前記の特許文献7には、揮発性ルテニウムそのものをRuNO3 +の不揮発性ルテニウム化合物に変化させて回収する方法が記載されているが、不揮発性ルテニウム化合物に変化させるための反応器、冷却器及び吹き込み装置等を配置する必要があり、処理装置そのものが大掛かりとなる。また、反応器内の反応を精緻に制御するための高度な技術も必要であり、必ずしも簡便な処理方法とは言えるものではなかった。
前記の特許文献8に記載のガラス固化処理法は、ガラス溶融炉からのオフガス中に含まれる揮発性ルテニウム(RuO4)を減量化できるという効果が期待できるものの、放射性廃液に還元剤を添加した後に、当該放射性廃液を含浸体に含浸させて加熱処理する工程が新たに必要となる。また、この方法は、ガラス溶融炉の底部に堆積しやすい白金族元素の大きな粒径が生成するのを抑制するためのものであり、放射性廃液に含まれるルテニウムのすべてを固体状のRuO2に還元して、ガラス溶融炉中でRuO4の発生を完全に抑えるという効果までは期待されていない。そのため、この方法を、RuO4からルテニウムを効率的に除去するためのルテニウムの分離回収技術として適用できるものなのか否かは不明である。 Although the vitrification method described in Patent Document 8 can be expected to reduce the amount of volatile ruthenium (RuO 4 ) contained in the off-gas from the glass melting furnace, a reducing agent is added to the radioactive liquid waste. Later, a step of impregnating the radioactive waste liquid into the impregnated body and performing a heat treatment is required. In addition, this method is for suppressing the formation of a large particle size of platinum group elements that are likely to be deposited at the bottom of the glass melting furnace. All of ruthenium contained in the radioactive liquid waste is converted into solid RuO 2 . The effect of reducing and completely suppressing the generation of RuO 4 in a glass melting furnace is not expected. Therefore, it is unclear whether this method can be applied as a ruthenium separation and recovery technique for efficiently removing ruthenium from RuO 4 .
本発明は、上記した従来の問題点に鑑みてなされたものであって、ルテニウムを含有する放射性廃液の処理時に発生する揮発性ルテニウム(RuO4)からのルテニウムの分離回収、特に、放射性廃液の蒸発濃縮工程や高レベル放射性廃液からのルテニウムの電解除去プロセス又は高レベル放射性廃液のガラス固化プロセスによって発生するオフガス中に含まれるRuO4からのルテニウムの分離回収を、従来のように溶液中で湿式処理する必要がなく、簡便で効率的に、且つ確実に行うことができる乾式によるルテニウムの分離回収方法を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above-described conventional problems. Separation and recovery of ruthenium from volatile ruthenium (RuO 4 ) generated during the treatment of a ruthenium-containing radioactive waste liquid, particularly the radioactive waste liquid. Separation and recovery of ruthenium from RuO 4 contained in the off-gas generated by the evaporative concentration process, the electrolytic removal process of ruthenium from the high-level radioactive liquid waste, or the vitrification process of the high-level radioactive liquid waste, An object of the present invention is to provide a dry method for separating and recovering ruthenium which can be carried out simply, efficiently and reliably without any treatment.
本発明は、ルテニウムの分離回収方法において、揮発性ルテニウム(RuO4)を容易にRuO2に還元し、RuO2を固体状粒子として捕集する方法について鋭意検討した結果、RuO4を加熱する場合にRuO4→RuO2への反応が促進することを見出し、その加熱方法及びその条件を最適化するとともに、還元反応によって生成される固体状RuO2の簡便で、且つ確実な回収方法を構築することによって、上記の課題を解決できることを見出して本発明に到った。 In the present invention, in the method of separating and recovering ruthenium, as a result of intensive investigations on a method of easily reducing volatile ruthenium (RuO 4 ) to RuO 2 and collecting RuO 2 as solid particles, RuO 4 is heated. The reaction to RuO 4 → RuO 2 is found to be accelerated, and the heating method and conditions thereof are optimized, and a simple and reliable method for recovering solid RuO 2 produced by the reduction reaction is constructed. Thus, the inventors have found that the above-described problems can be solved, and have reached the present invention.
すなわち、本発明の構成は以下の通りである。
[1]本発明は、液体に含まれるルテニウム(Ru)を四酸化物(RuO4)として揮発分離した後、該揮発分離したRuO4を含有する雰囲気中に、あらかじめ150℃以上に加熱した空気又は還元性気体を含有する空気を流入しながら、前記RuO 4 を含有する雰囲気を150℃以上の温度で加熱することによって、少なくともRuO4をRuO2の固体として分離回収することを特徴とするルテニウムの分離回収方法を提供する。
[2]本発明は、前記RuO 4 を含有する雰囲気の加熱が200〜250℃の温度で行われることを特徴とすることを特徴とする前記[1]に記載のルテニウムの分離回収方法を提供する。
[3]本発明は、前記のあらかじめ150℃以上に加熱した還元性気体を含有する空気が、還元性気体を30体積%以下で含有する空気であることを特徴とする前記[1]又は[2]に記載のルテニウムの分離回収方法を提供する。
[4]本発明は、前記の還元性気体が、一酸化炭素、NOx及び水素からなる群の1種又は2種以上を混合した気体であることを特徴とする前記[1]〜[3]の何れかに記載のルテニウムの分離回収方法を提供する。
[5]本発明は、前記のRuO4を含む雰囲気を150℃以上で加熱した後の気体を、さらにRuO4吸収液に接触させることによって未反応のRuO4の分離回収を進めることを特徴とする前記[1]〜[4]の何れかに記載のルテニウムの分離回収方法を提供する。
[6]本発明は、前記のRuO4吸収液が、水、水酸化ナトリウム水溶液、四塩化炭素、アルコール水溶液、アルコールと塩酸の混合溶液、塩酸と過酸化水素の混合溶液及びギ酸等のカルボン酸水溶液の1種又は2種以上の混合溶液からなることを特徴とする前記[5]に記載のルテニウムの分離回収方法を提供する。
[7]本発明は、前記のルテニウムを含む液体が、ルテニウムの電解除去プロセスを用いて処理される放射性廃液、又はガラス溶融炉により溶融し、ガラス固化体として処理される放射性廃液であることを特徴とする前記[1]〜[6]の何れかに記載のルテニウムの分離回収方法を提供する。
[発明の効果]
That is, the configuration of the present invention is as follows.
[1] In the present invention, ruthenium (Ru) contained in a liquid is volatilized and separated as tetraoxide (RuO 4 ), and then air heated to 150 ° C. or higher in advance in an atmosphere containing the volatilized and separated RuO 4. Or, ruthenium characterized in that at least RuO 4 is separated and recovered as a RuO 2 solid by heating the atmosphere containing RuO 4 at a temperature of 150 ° C. or higher while flowing air containing a reducing gas. A separation and recovery method is provided.
[2] The present invention provides the method for separating and recovering ruthenium according to [1], wherein the atmosphere containing the RuO 4 is heated at a temperature of 200 to 250 ° C. To do.
[3] The present invention, the air containing - reducing gas which has been heated above the NOR et beforehand 0.99 ° C., characterized in that the reducing gas is air containing 30 vol% or less [ [1] A method for separating and recovering ruthenium according to [2].
[4] In the present invention, the reducing gas is a gas obtained by mixing one or more of the group consisting of carbon monoxide, NOx and hydrogen. [1] to [3] The method for separating and recovering ruthenium according to any one of the above.
[5] The present invention is characterized by advancing separation and recovery of unreacted RuO 4 by bringing the gas after heating the atmosphere containing RuO 4 at 150 ° C. or higher into contact with a RuO 4 absorbent. The method for separating and recovering ruthenium according to any one of [1] to [4] is provided.
[6] In the present invention, the RuO 4 absorbing solution is water, a sodium hydroxide aqueous solution, carbon tetrachloride, an alcohol aqueous solution, a mixed solution of alcohol and hydrochloric acid, a mixed solution of hydrochloric acid and hydrogen peroxide, and a carboxylic acid such as formic acid. The method for separating and recovering ruthenium according to [5] above, comprising one or a mixture of two or more aqueous solutions.
[7] According to the present invention, the liquid containing ruthenium is a radioactive liquid waste processed using an electrolysis process of ruthenium or a radioactive liquid waste melted in a glass melting furnace and processed as a glass solidified body. The method for separating and recovering ruthenium according to any one of [1] to [6] is provided.
[Effect of the invention]
本発明によれば、ルテニウムが含まれる放射性廃液を処理するときに発生する揮発性ルテニウム(RuO4)を150℃以上、好ましくは200〜250℃の温度範囲で加熱処理することによって、RuO4からRuO2への還元反応によって生成されるRuO2を固体状態で分離回収することができる。それによって、RuO4又はRuO2を溶液に吸収させる必要が無くなり、溶液中から放射性ルテニウムを分離回収するための湿式処理が省略できるために、簡便にルテニウムを分離回収することができる。また、RuO4を含む雰囲気を加熱する際に、その雰囲気中にあらかじめ加熱した空気を導入するとともに、加熱空気中に還元性気体を混入させることによって、RuO4からRuO2への還元反応を促進させる効果が得られることから、RuO4からのルテニウムの分離回収の効率を高めることができる。 According to the present invention, volatile ruthenium occurs when processing radioactive waste that contains ruthenium (RuO 4) to 0.99 ° C. or more, preferably by heating at a temperature range of 200 to 250 ° C., from RuO 4 RuO 2 produced by the reduction reaction to RuO 2 can be separated and recovered in a solid state. Thereby, it is not necessary to absorb RuO 4 or RuO 2 in the solution, and the wet treatment for separating and recovering radioactive ruthenium from the solution can be omitted, so that ruthenium can be easily separated and recovered. In addition, when an atmosphere containing RuO 4 is heated, preheated air is introduced into the atmosphere, and a reducing gas is mixed into the heated air, thereby promoting a reduction reaction from RuO 4 to RuO 2 . Therefore, the efficiency of separation and recovery of ruthenium from RuO 4 can be increased.
本発明の方法は、150℃以上の加熱処理によって、揮発分離したRuO4から放射性ルテニウムのほとんどを分離回収することが可能であるが、RuO4を含む雰囲気を150℃以上で加熱した後の気体を、さらにRuO4吸収液に接触させる方法を行うことによって、未反応のRuO4の分離回収を進めることができる。両者を組み合わせる方法は、ルテニウムの分離回収を確実に行うことによって、放射性ルテニウムを外部へ一切漏洩させないために採用される。本発明の方法によれば、ルテニウムの分離回収の目的は150℃以上の加熱処理によってほぼ達成できるため、前記のRuO4吸収液の接触による方法を採用したとしても、RuO4吸収液の使用が長期間可能となる。その場合、溶液からの放射性ルテニウムの回収工程の回数と処理時間を大幅に削減できるという効果が得られる。 In the method of the present invention, most of the radioactive ruthenium can be separated and recovered from the volatilized and separated RuO 4 by a heat treatment at 150 ° C. or higher, but the gas after heating the atmosphere containing RuO 4 at 150 ° C. or higher. Is further brought into contact with the RuO 4 absorbent, whereby separation and recovery of unreacted RuO 4 can be promoted. The method of combining the two is employed in order to prevent radioactive ruthenium from leaking to the outside at all by reliably separating and recovering ruthenium. According to the method of the present invention, since the purpose of ruthenium separated and recovered it can be substantially achieved by heat treatment of the above 0.99 ° C., even employing the method according to the contact of said RuO 4 absorption liquid, the use of RuO 4 absorbing liquid It becomes possible for a long time. In that case, the effect that the frequency | count and process time of the collection | recovery process of radioactive ruthenium from a solution can be reduced significantly are acquired.
本発明による方法は、従来と比べて簡便で確実に放射性ルテニウムを分離回収できるため、ルテニウムが含まれる放射性廃棄物から発生する揮発性ルテニウム(RuO4)、例えば、放射性廃液の蒸発濃縮工程や高レベル放射性廃液の電解酸化法により除去するRuO4、放射性廃棄物の焼却や溶融により発生するRuO4、及び高レベル放射性廃液のガラス固化プロセスによって発生するRuO4の何れの処理に対しても適用することができる。それらの中で、特に、放射性廃液の蒸発濃縮工程や高レベル放射性廃液の電解酸化法により発生する揮発性ルテニウム、又は高レベル放射性廃液のガラス固化プロセスによって発生するオフガス中に含まれる揮発性ルテニウムからのルテニウムの分離回収へ適用したときに、より簡便な処理法として大きな効果が得られる。
Since the method according to the present invention can separate and recover radioactive ruthenium more easily and reliably than the conventional method, volatile ruthenium (RuO 4 ) generated from radioactive waste containing ruthenium, for example, an evaporation concentration process or high concentration process of radioactive waste liquid.
RuO4は非常に不安定な物質であり、RuO2へ安定化する。実際に熱力学平衡計算ソフト(Factsage6.1)により出発物質をRuO4として化学平衡後のRu酸化物の濃度の計算を実施した結果、400℃以下においてRuO4及び/又はRuO3として存在する割合は非常に少なく、化学平衡後ではほとんどRuO2として存在することが分かった。RuO4の反応はRuO4からのO2脱離であり一次反応である。また、400℃以下の範囲内であれば、温度を上げることによりRuO4のRuO2とO2への分解(Ruの還元反応)の反応速度が大きくなる。従って、RuO4ガスの加熱により気体状のRuO4を固体のRuO2として回収することができると考えられる。本発明はこの知見に基づいてなされたものであり、ルテニウムが含まれる放射性廃液を処理するときに発生する揮発性のRuO4ガスを加熱することによって、気体状のRuO4を固体のRuO2として分離回収することを特徴とする。それによって溶液を使用しない乾式での分離回収を行うことができ、従来の湿式法によるオフガス処理とは異なり、廃液が発生しないか、又は廃液量の大幅な削減が可能となり、本発明は簡便で高効率の実際的なオフガス処理法とすることができる。 RuO 4 is a very unstable substance and stabilizes to RuO 2 . As a result of actually calculating the concentration of Ru oxide after chemical equilibration using RuO 4 as the starting material by the thermodynamic equilibrium calculation software (Factsage 6.1), the ratio existing as RuO 4 and / or RuO 3 at 400 ° C. or lower. Was found to exist very little as RuO 2 after chemical equilibrium. The reaction of RuO 4 is located primary reaction O 2 desorption from RuO 4. Further, as long as it is within the range of 400 ° C. or less, the reaction rate of the decomposition into RuO 2 and O 2 in RuO 4 (reduction of Ru) is increased by raising the temperature. Accordingly, it is considered that gaseous RuO 4 can be recovered as solid RuO 2 by heating the RuO 4 gas. The present invention has been made based on this finding. By heating volatile RuO 4 gas generated when processing a radioactive liquid waste containing ruthenium, gaseous RuO 4 is converted into solid RuO 2. It is characterized by separating and collecting. As a result, it is possible to perform separation and recovery in a dry method without using a solution, and unlike conventional off-gas treatment by a wet method, waste liquid is not generated or the amount of waste liquid can be greatly reduced, and the present invention is simple. It can be a highly efficient practical off-gas treatment method.
本発明において、RuO4→RuO2の反応を行うための加熱は、ルテニウムが含まれる放射性廃液を処理するときに発生する気体状のRuO4が導入される反応塔の雰囲気温度を150℃以上に加熱する必要がある。加熱温度が150℃未満では、気体状のRuO4を固体のRuO2として迅速に回収する効果が得られない。さらに、加熱温度が200℃以上であれば、RuO4→RuO2の反応が促進されて、固体のRuO2として回収できる比率が大幅に向上するため、本発明は加熱温度を200℃以上にすることがより好ましい。また、加熱温度の上限は、上記でも述べたように、RuO4及び/又はRuO3の生成を抑えるために400℃以下にすることが好ましい。しかし、固体のRuO2としての回収率は、加熱温度が250℃のときにほぼ100%を達成することができ、250℃を超える加熱温度では飽和するだけである。逆に、加熱温度が250℃を超える場合は、エネルギーロスが大きくなるだけでなく、反応炉を含む装置全体の取扱い性や耐久性が低下するという悪影響が生じるため、加熱の上限温度は250℃以下がより好ましい。このように、本発明においては、雰囲気温度を150℃以上にする必要があり、好ましくは200〜250℃に設定することによって、気体状のRuO4を固体のRuO2として分離回収する際の回収率が大幅に向上し、加熱による乾式方法だけでもルテニウムの分離回収を確実に行うことができる。
In the present invention, the heating for carrying out the reaction of RuO 4 → RuO 2 is carried out by setting the atmospheric temperature of the reaction tower to which gaseous RuO 4 generated when treating the radioactive waste liquid containing ruthenium to 150 ° C. or higher. It needs to be heated. When the heating temperature is less than 150 ° C., the effect of rapidly recovering gaseous RuO 4 as solid RuO 2 cannot be obtained. Furthermore, if the heating temperature is 200 ° C. or higher, the reaction of RuO 4 → RuO 2 is promoted, and the ratio that can be recovered as solid RuO 2 is greatly improved. Therefore, the present invention makes the
以下、本発明によるルテニウムの分離回収方法を実施するための装置を、図面を用いて詳細に説明する。 Hereinafter, an apparatus for carrying out a method for separating and recovering ruthenium according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図1は本発明の分離回収方法で使用する乾式回収装置の一形態を示す概略断面図である。図1に示すように、この乾式回収装置は、気体状のRuO4の導入用配管1、加熱部2と自然冷却部3とからなる反応塔4及び加熱処理後の気体排出用配管5から主に構成される。加熱部2は、その周囲に外部から加熱する手段、例えばヒーター等の加熱手段6を備えており、温度は自動制御できるようになっている。また、反応塔4の入口と出口に相当する個所には、反応塔4の交換が可能となるように、セパラブル用クランプ7を備えている。
FIG. 1 is a schematic sectional view showing an embodiment of a dry recovery apparatus used in the separation and recovery method of the present invention. As shown in FIG. 1, this dry recovery apparatus is mainly composed of a gaseous RuO 4 introduction pipe 1, a
図1において、ガラス固化プロセスによってガラス溶融炉から発生するオフガス中に含まれるRuO4、高レベル放射性廃液の電解酸化法により発生するRuO4、又は放射性廃棄物の焼却や溶融により発生するRuO4は、導入用配管1を通して、反応塔4において150℃以上、好ましくは200〜250℃の温度に制御した加熱部2へ導入し加熱した後、自然冷却部3において空冷されるようになっている。自然冷却後の気体は排出用配管5によって排出される。ここで、反応塔の上段、すなわち加熱部2では、Ruが塔の管内部に均一に蒸着したように光沢を有して付着している。また、下段に相当する自然冷却部3には、塔の管内を流体(粉体)が流れたような跡があり、比較的大きな粒子を確認する事ができ、固体状のRuO2が観測される。
In Figure 1,
これらの反応炉4の内壁に観測される現象に基づいて、RuO4の捕集については次の2通りのメカニズムが考えられる(図2を参照)。詳細は後述するが、反応塔内に流れたRuO4が未反応のまま気体の流れに沿って反応塔2の下方向へ移動しながら拡散して反応塔の壁面に吸着するか、或いは気相中に存在する微小なRuO2粒子に付着してそのまま反応塔の下部に移動して反応塔の内部壁面に付着して捕集される場合と、RuO2へ変化してこれが凝集して粒子として塔内部壁面付着に補足されて付着する場合である。
Based on the phenomenon observed on the inner wall of these
固体状のRuO2が塔内部壁面に付着している反応塔4は、放射性廃液を含む放射性廃棄物の処理量や処理頻度に応じて、セパラブル用クランプ7を備える箇所から取り外して交換することによって、放射性ルテニウムの分離回収が行われる。固体状のRuO2が付着している反応塔4は、取り除かれた後、所定の隔離場所へ保管又は保存する。その場合、RuO2が付着している反応塔4は、コンクリート等の固化剤とともに固めて保管又は保存しても良い。
The
本発明において使用する反応塔4は、強度、耐腐食性、耐熱性、コスト及び廃棄のしやすさ等の取扱い性を考慮して、少なくとも加熱部において石英管等のガラス製又はステンレス管、鉄管等の金属製のものを使用するのが好ましい。特に、ガラス管は透明であることから、RuO4の捕集状態を外観で把握することが可能であり、コスト的にも安価であるため、反応塔の材料として好適である。本発明において、反応塔4の自然冷却部3は、加熱部2と同じ材料であっても、異なる材料であっても良い。自然冷却部3は加熱部2と比べて温度上昇が小さいため、場合によっては自然冷却部3だけを透明性又は不透明性プラスチック等の耐熱性の低い材料で作製することができる。そのときは、図1に示すように、加熱部2と自然冷却部3との境に、両者を分離又は接続するための付加的なセパラブル用クランプ8を設ける。そのようにすれば、反応塔の長さを自由に調整することが容易となり、また、反応塔の交換をRuO2の付着が著しい部分だけで済ますことができるという利点がある。なお、付加的なセパラブル用クランプ8は本発明において必ずしも必須のものではないので、図1において点線で図示してある。
In consideration of handling properties such as strength, corrosion resistance, heat resistance, cost and ease of disposal, the
上記の反応塔4において、加熱部2及び自然冷却部3の長さはRuO4の流速や反応塔4の直径等に応じて最適化して決められるが、それぞれ100以上及び50mm以上であれば、RuO4→RuO2の反応進行とRuO2の付着捕集を行うことができ、本発明の効果が得られる。さらにRuO4→RuO2の反応進行を進めてRuO2としての回収率を上げるために反応塔の加熱部及び自然冷却部を長くしたい場合、又は反応塔を設置する場所のスペースが狭い場合には、図1に示す反応塔4を2段以上の多段で並列に配置して、配管は直列に繋ぐ方法を採用することができる。例えば、加熱部を1段目の反応塔とし、自然冷却部を2段目の反応塔として1段目の加熱部と並列して配置する方法である。このとき、RuO4の導入用及び排出用の配管は直列に繋ぐ。また、加熱部と自然冷却部とを有する反応塔を1段目とし、それと並列して別の加熱部と自然冷却部とを有する反応塔を第2段目として配置しても良い。その場合は、第1段目の反応塔で完全に分離回収できなかったRuO4を、第2段目の反応塔で再処理することができるようになり、発生するRuO4のほぼすべてが固体状のRuO2として確実に分離回収される。本発明では、並列に配置する反応塔の数は、2つに限定されず、放射性廃棄物の量、反応塔の長さ及びルテニウム回収率に応じて、3つ以上としても良い。また、図1に示す反応塔2は、2つ以上の複数の反応塔を直列に配管して繋ぐだけでなく、並列に配管して繋ぐこともできる。その場合は、ルテニウムの分離回収を並列で同時に行うことができるため、処理速度と処理効率を高めることができるという効果が得られる。
In the
また、本発明は、RuO4を導入する反応塔の内部雰囲気を150℃以上で加熱するだけでなく、その反応塔内部の雰囲気中に、あらかじめ加熱した空気を流入する手段を設けることによって、ルテニウムの分離回収の効率を上げることができる。図3は、本発明の分離回収方法で使用する乾式回収装置の一形態を示す概略断面図であり、装置の構成として、あらかじめ加熱した空気9をRuO4とともに反応塔の内部へ流入させる手段を有する。図3において、加熱した空気9の流入は、送風ポンプ10を用いて流入させた空気を加熱器11を経由させることによって直接反応塔4の上部から供給される。
In addition, the present invention not only heats the internal atmosphere of the reaction tower into which RuO 4 is introduced at 150 ° C. or higher, but also provides means for introducing preheated air into the internal atmosphere of the reaction tower, thereby providing ruthenium. It is possible to increase the efficiency of separation and recovery. FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing an embodiment of a dry recovery apparatus used in the separation and recovery method of the present invention. As a configuration of the apparatus, means for flowing preheated air 9 together with RuO 4 into the reaction tower is shown. Have. In FIG. 3, the inflow of the heated air 9 is directly supplied from the upper part of the
上記の加熱した空気9は、反応炉4の加熱部2において150℃以上におけるRuO4→RuO2の反応を促進するために、あらかじめ反応塔4の上部で150℃以上となるように加熱器11の温度を調整することが好ましい。加熱器11の温度調整は、例えば、反応塔4の上部の温度センサを配置することによって、その実測温度に応じた調整を自動で行うことができる。本発明において、反応塔4の加熱部2の温度を200〜250℃に設定する場合は、200〜250℃の温度範囲に調整して加熱した空気9を直接導入しても良いし、また、あらかじめ150℃以上に加熱した空気9を反応塔4の内部に導入した後、加熱手段6によって温度を上げる方法を採用しても良い。
In order to promote the reaction of RuO 4 → RuO 2 at 150 ° C. or higher in the
本発明では、あらかじめ加熱した空気9をRuO4とともに反応塔の内部へ流入させる手段を採用することによって、反応塔4の内部へ導入する供給気体の圧力及び流量を調整できるという効果を奏する。反応塔4の内部全域でRuO4→RuO2の反応を均一に進行させるためには、気体の流れが層流となることが好ましいが、例えば、導入用配管1から供給するRuO4を含む気体の圧力や流量が小さい場合には層流状態を維持できず、反応塔4の内部においてRuO4→RuO2の反応が不均一に起こりやすくなる。それによって、反応管4の内壁へのRuO4の吸着及び固体状RuO2の付着が不均一となり、分離回収操作の途中でルテニウム回収率の低下が顕著になるという問題が発生する場合がある。また、後述するように、本発明の乾式分離回収装置の後に液体回収装置を備える場合、又は本発明の乾式分離回収装置の気体排出口近くに固体状のRuO2を回収するためのフィルターを設置する場合には、それらの付加的な装置から背圧が発生し、RuO4を含む気体の流れが阻害されやすくなり、最悪の場合には逆流の可能性がある。したがって、あらかじめ加熱した空気9を、RuO4が含まれる気体とともに反応塔4の内部へ供給する際に、加熱した空気9の圧力又は流量を調整することによって、そのような問題の発生を防止することができる。
In the present invention, there is an effect that the pressure and flow rate of the supply gas introduced into the
本発明で適用する加熱した空気9には、RuO4→RuO2の還元反応を進めるために、還元性気体を混合させても良い。還元性気体としては、例えば、一酸化炭素、NOx及び水素からなる群の1種又は2種以上からなるものを使用する。それらの中で、取り扱い性及び安全性の点から、NOxの還元性気体を混合させることが好ましい。加熱した空気9に混合される還元性気体の比率は、ルテニウムの分離回収率に応じて決めることができるが、RuO4→RuO2の還元反応は加熱温度によって制御がほぼ可能であるため、高くする必要はない。したがって、還元性気体の混合気体に占める比率は、混合気体の全量に対して30体積%以下であり、好ましくは10体積%以下、より好ましくは5体積%以下である。 In order to advance the reduction reaction of RuO 4 → RuO 2, a reducing gas may be mixed in the heated air 9 applied in the present invention. As the reducing gas, for example, a gas composed of one or more of the group consisting of carbon monoxide, NOx and hydrogen is used. Among them, it is preferable to mix a reducing gas of NOx from the viewpoints of handleability and safety. The ratio of the reducing gas mixed in the heated air 9 can be determined according to the separation and recovery rate of ruthenium, but the reduction reaction of RuO 4 → RuO 2 can be almost controlled by the heating temperature. do not have to. Accordingly, the ratio of the reducing gas to the mixed gas is 30% by volume or less, preferably 10% by volume or less, and more preferably 5% by volume or less with respect to the total amount of the mixed gas.
図3に示す乾式分離回収装置は、図1に示すものと比べて、揮発分離したRuO4から放射性ルテニウムの分離回収をより効率的に、且つ安定的に行うことができる。また、上記で述べたように、反応塔4を2段以上の多段で並列に配置する方法を採用することによって、放射性廃棄物の処理時に発生するRuO4からのルテニウムの分離回収がより確実となる。 The dry separation and recovery apparatus shown in FIG. 3 can more efficiently and stably perform the separation and recovery of radioactive ruthenium from the volatilized and separated RuO 4 as compared with the apparatus shown in FIG. In addition, as described above, by adopting a method in which the reaction towers 4 are arranged in parallel in two or more stages, the separation and recovery of ruthenium from RuO 4 generated during the treatment of radioactive waste is more reliably performed. Become.
本発明においては、未反応のRuO4の存在を皆無にして、ルテニウムの分離回収を完璧に近い形で進めるために、RuO4を含む雰囲気を150℃以上、好ましくは200〜250℃の範囲で加熱した後の気体を、さらにRuO4吸収液に接触させる湿式回収方法を採用することができる。図4は、両者を組み合わせた方法を実施するための分離回収装置であり、図3に示すRuO4乾式分離回収装置の後に湿式回収装置を接続した本発明の別の形態を示す分離回収装置の概略図である。 In the present invention, in order to eliminate the presence of unreacted RuO 4 and to proceed the separation and recovery of ruthenium in a nearly perfect form, the atmosphere containing RuO 4 is set to 150 ° C. or higher, preferably 200 to 250 ° C. A wet recovery method in which the heated gas is further brought into contact with the RuO 4 absorbent can be employed. FIG. 4 is a separation / recovery device for carrying out a method combining both of them. A separation / recovery device showing another embodiment of the present invention in which a wet recovery device is connected after the RuO 4 dry separation / recovery device shown in FIG. FIG.
図4において、湿式の回収槽12は、一定温度を保持するための恒温槽13内に、RuO4吸収液を収納した第1の吸収筒14及び第2の吸収筒15を設置し、乾式分離回収装置から気体排出用配管5を通過してきた気体を第1の配管16及び第2の配管17を介して、第1の吸収筒14及び第2の吸収筒15へ導くようになっている。気体排出用配管5と第1の配管16は、同じ配管であっても良いし、ジョイントを設けて異なる配管をそれぞれを接続しても良い。第1の配管16と第2の配管17は、ガラス製又は金属製である。また、吸収筒14、15としては、取扱い性の点で、市販のガラス製のガス洗浄瓶を使用しても良いが、実際のプラントへの適用を考慮すると、オフガス吸収塔等の化学プラントで一般的に使用されている吸収塔が好適である。図示の例では、吸収筒を2個配置し、仮に、気体に含まれる微量のRuO4が第1の吸収筒14で吸収されなった場合に、引き続き第2の吸収筒へ導かれてRuO4の吸収が確実に行えるようにしている。本発明においては、配置する吸収筒の数は、2個に限定されないで、1個又は3個以上であっても良い。ルテニウムの分離回収は、図1又は図2に示す本発明の乾式分離回収装置を用いて150℃以上の加熱処理によって、そのほとんどを分離回収することが可能であるため、湿式回収装置で使用する吸収筒の数は、1個又は2個で十分である。また、乾式分離回収装置に備える排出用配管5、第1の配管15及び第2の配管16、17には、リボンヒーター等を巻いて加温することによって、RuO4がそれぞれの配管内部で凝縮しないようにしても良い。さらに、気体排出用配管5から排出される気体の流れをスムーズに行えるように、ポンプ(P)18を使用して、前記の気体を吸収筒16及び17へ導くように吸引することもできる。
In FIG. 4, the
上記のRuO4吸収液としては、例えば、水、水酸化ナトリウム水溶液、四塩化炭素、アルコール水溶液、アルコールと塩酸の混合溶液、塩酸と過酸化水素の混合溶液及びギ酸等のカルボン酸水溶液の1種又は2種以上の混合溶液を使用できる。これらのRuO4吸収液は、すでにRuO4の吸収能の実績があるため、吸収筒への収納量や混合溶液の配合比率については当業者の技術範囲内で調整することが可能である。また、図4において、第1の吸収筒14と第2の吸収筒15には、両者とも同じ種類のRuO4吸収液を収納しても良いし、それぞれ異なる種類のRuO4吸収液を収納しても良い。
Examples of the RuO 4 absorbent include water, sodium hydroxide aqueous solution, carbon tetrachloride, alcohol aqueous solution, mixed solution of alcohol and hydrochloric acid, mixed solution of hydrochloric acid and hydrogen peroxide, and aqueous solution of carboxylic acid such as formic acid. Alternatively, a mixed solution of two or more kinds can be used. Since these RuO 4 absorbents already have a track record of absorption capability of RuO 4 , the amount stored in the absorption cylinder and the mixing ratio of the mixed solution can be adjusted within the technical scope of those skilled in the art. In FIG. 4, the
図4に示す分離回収装置を用いて実施するルテニウムの分離回収方法は、ルテニウムの分離回収を確実に行うことができるため、放射性ルテニウムを外部へ一切漏洩させないという効果が得られる。さらに、ルテニウムの分離回収は、乾式分離回収装置を用いて150℃以上の加熱処理によってほぼ達成できていることから、RuO4吸収液の接触による湿式方法を採用したとしても、RuO4吸収液の長期間使用が可能となる。これは、溶液からの放射性ルテニウムの分離回収工程の回数及び処理時間の大幅な削減に貢献する。 Since the ruthenium separation and recovery method implemented using the separation and recovery apparatus shown in FIG. 4 can reliably perform the separation and recovery of ruthenium, the effect of preventing any radioactive ruthenium from leaking to the outside can be obtained. Furthermore, since the separation and recovery of ruthenium can be almost achieved by a heat treatment at 150 ° C. or higher using a dry separation and recovery apparatus, even if a wet method by the contact of the RuO 4 absorption liquid is adopted, the RuO 4 absorption liquid Long-term use is possible. This contributes to a significant reduction in the number and process times of separating and recovering radioactive ruthenium from the solution.
次に、図1、図3又は図4に示すRuO4乾式分離回収装置の反応塔4の下部に、加熱処理によって生成するRuO2の固体微粒子を補足するためのフィルターを備える装置例を説明する。図5は、図4に示すRuO4乾式分離回収装置内にフィルターを備える分離回収装置の概略断面図である。図5において、フィルター19は金属フランジを有するフィルターホルダーの間に挿入されており、当該フィルターホルダーは反応塔4の底部に配置されている。図5では、図4に示す装置にフィルターを備える例を示しているが、本発明においては図1又は図3に示すRuO4乾式分離回収装置内にもフィルターを備えることができる。ここで、フィルター19は、加熱処理によって生成するRuO2の固体微粒子のすべてが反応炉4の内壁に付着しないで、下方へ移動して装置の底部に堆積する場合に、下方へ落下するRuO2の固体微粒子を完全に補足するために使用する。それによって、排出用配管5から装置外部へ流出するのを防止することができる。
Next, an example of an apparatus will be described in which a filter for capturing solid particulates of RuO 2 produced by heat treatment is provided below the
上記のフィルター19としては、一般的にプラントで使用されているHEPAフィルターや、さらにいえば、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリエチレン又はポリプロピレン等の樹脂製又はステンレス等の金属製のものが使用でき、フィルターの孔径は0.1〜3μmの範囲である。フィルターの孔径は1種類に限定されないで、2種類以上を積層して使用しても良い。フィルター19がRuO2の固体微粒子の補足によって目詰まりが顕著になる場合は、装置から外して、新しいものと交換する。使用後のフィルターは、そのまま廃棄することは問題があるため、外部から隔離された場所に保管又は保存する。
As the
本発明において、フィルター19を備えるRuO4乾式分離回収装置は、RuO2の固体微粒子の補足には効果があるものの、フィルターを設けたことによる背圧の影響があるため、RuO4を含む気体の圧力又は流量が小さい等の特殊な場合には、ルテニウムの分離回収率が期待した程度まで上がらないことがある。そのため、放射性廃棄物の処理方法と状況に応じて、フィルターを備えるRuO4乾式分離回収装置の適用を図ることが好ましい。
In the present invention, RuO 4 dry separation and recovery device comprising a
次に、具体的な実施形態によって本発明を説明するが、本発明は、これらの実施形態に限定されない。 Next, although this invention is demonstrated by specific embodiment, this invention is not limited to these embodiment.
〈第1の実施形態〉
RuO4の分解反応の温度依存性を調べるために、図5に示すルテニウムの乾式分離回収装置を用いて反応塔4の加熱部の雰囲気温度を室温、100℃、150℃、200℃、210℃に設定して、それぞれの温度におけるルテニウム(Ru)の回収率を求めた。本実施形態では、ルテニウムの乾式分離回収装置の後段に湿式回収装置を配置し、吸収筒14、15においてそれぞれのRu濃度を測定することにより、初期のRuO4濃度及び吸収筒14、15に収納されるRuO4吸収液中のRu濃度から、乾式分離回収装置を用いたときのRuの回収率を求めることができる。
<First Embodiment>
In order to investigate the temperature dependence of the decomposition reaction of RuO 4 , the atmospheric temperature of the heating part of the
本実施形態においては、放射性廃液を処理して揮発性RuO4を発生させる代わりに、模擬的にRuO4発生装置を作製してRuO4を発生させた。前記のRuO4発生装置の容器内に、硝酸ルテニウム溶液(0.03mol/L)と硝酸セリウムアンモニウム溶液(0.15mol/L)を0.3mL/minの速度で供給し、RuO4を連続的に発生させる。発生したRuO4は、図5の導入用配管1から反応塔4の内部に供給する。このとき、送風ポンプ10を用いて流入した空気を加熱器11の経由によって加熱し、この加熱した空気を、RuO4を含む気体と同時に直接反応塔上部へ供給する。本実施形態で使用した反応答4は円筒の石英管であり、内径が52mmである。また、反応答4の加熱部2及び自然冷却部3の長さはそれぞれ300mm及び150mmである。
In the present embodiment, instead of treating the radioactive waste liquid to generate volatile RuO 4 , a RuO 4 generator was simulated to generate RuO 4 . Ruthenium nitrate solution (0.03 mol / L) and cerium ammonium nitrate solution (0.15 mol / L) are supplied at a rate of 0.3 mL / min into the container of the RuO 4 generator, and RuO 4 is continuously supplied. To generate. The generated RuO 4 is supplied to the inside of the
前記のRuO4発生装置によって発生させたRuO4を含む気体は、反応塔4の加熱部2の内部の温度が設定の温度になるまでに加熱され一定温度に維持した後、加熱器11によって加熱した空気とともに反応塔4の内部に、それぞれ0.5L/min 及び1.5L/minの流量で供給する。反応塔の底部には粒子を捕集するためのバックアップフィルター19(Millipore type FH(孔径)0.5μm、PTFE製)を配した。さらにその後段に、湿式回収装置12を配置し、RuO4吸収液として6M塩酸−1%エタノール溶液を300mL投入したガス吸収ビンを2本直列につなぎ、乾式回収装置から漏洩してきたRuO4を捕集した。ここで、前記のガス吸収ビンの2本は、それぞれ吸収塔14、15として機能する。
Gas containing RuO 4 that caused by the above RuO 4 generator, after the internal temperature of the
前記のRuO4発生装置からのRuO4の発生量は、試験終了後直ちに、発生装置内残存液中のRuの濃度を測定して、投入量との差から算出した。なお、前記のRuO4発生装置内に残存した溶液については、試験終了後ただちに、吸収液と同じ組成の塩酸溶液に採取し、Ruを還元し揮発しないように固定化した。 The amount of RuO 4 generated from the RuO 4 generator was calculated from the difference from the input amount by measuring the concentration of Ru in the residual liquid in the generator immediately after completion of the test. The solution remaining in the RuO 4 generator was collected in a hydrochloric acid solution having the same composition as that of the absorbing solution immediately after the test, and was fixed so that Ru was reduced and not volatilized.
実験を行った時の反応塔4の加熱部2の温度は、実測の結果、それぞれ22℃、94℃、151℃、200℃、及び210℃であり、各温度に保持した後にRuO4発生装置から発生させたRuO4の混合ガスを0.5 L/min、加熱器11によって加熱した空気を1.5 L/minの速度で約30分間流した。反応塔4を通過したガスについては、上記で述べたようガス吸収ビンからなる吸収塔14、15に導き、ここでRuを捕集した。このRu量を分析することにより、初期のRuO4濃度から、吸収筒14、15に収納されるRuO4吸収液中のRuO4濃度を差し引くことによって、温度を変化させたときの乾式分離回収装置におけるRu回収率が求まる。具体的に、Ru回収率は次のようなステップに従って求める。
As a result of actual measurement, the temperatures of the
RuO4の発生量(Cvap)は、RuO4発生装置の容器に供給したRuの量(Cin)から、残った溶液中のRuの濃度から求めたRuの量(Cre) (いずれも単位はmg)を差し引く事から求まる。また、乾式回収装置から漏洩したRuO4の量は、後段のRu吸収ビンに捕集されたRu量(Cout)から求まる。これらの値から、乾式回収装置におけるRu回収率(RE)は下記の式(1)及び式(2)で求めることができる。なお、図5において、第2の吸収筒15中のRuの濃度は検出限界値以下で、第1の吸収筒14で十分にRuを捕集できることを確認している。
The amount of RuO 4 generated (C vap ) is determined from the amount of Ru (C in ) supplied to the RuO 4 generator container, and the amount of Ru (C re ) determined from the concentration of Ru in the remaining solution (both in each case) The unit is obtained by subtracting mg). In addition, the amount of RuO 4 leaked from the dry recovery device is obtained from the amount of Ru (C out ) collected in the subsequent Ru absorption bottle. From these values, the Ru recovery rate (RE) in the dry recovery apparatus can be obtained by the following formulas (1) and (2). In FIG. 5, it is confirmed that the Ru concentration in the
また、RuO4→RuO2の反応によって生成するRuO2固体粒子については、反応塔の後段に配置したバックアップフィルターの重量変化が0.1mg程度であり、今回の試験の平均の発生量である12mgと比較しても1%以下であった。このように、バックアップフィルターによって補足されるRuO2固体粒子は、非常に少なく、ほとんどが反応塔の内壁に付着していることが確認できる。 In addition, for the RuO 2 solid particles produced by the reaction RuO 4 → RuO 2, the change in the weight of the backup filter arranged at the rear stage of the reaction tower is about 0.1 mg, and the average generation amount of this test is 12 mg. And 1% or less. Thus, it can be confirmed that there are very few RuO 2 solid particles captured by the backup filter, and most of them are attached to the inner wall of the reaction tower.
得られた回収率の値を図6に示す。図6から、温度が高いほどRuの回収率(RE )は高くなることが明らかとなった。また、温度が150℃以上では、150℃未満と比べてRuの回収率が高くなる傾向が見られる。回収率は、200℃において89.9%であり、210℃では98.6%である。図6から分かるように、加熱温度が210℃以上ではRuの回収率が飽和する傾向にあり、250℃の加熱温度でほぼ100%のRuの回収率が得られる。このように、本発明によるルテニウムの分離回収方法は、湿式回収法を使用しないでも、200℃以上の加熱処理することによってルテニウムをほぼ90%以上で分離回収でき、さらに250℃まで加熱処理することによって確実な分離回収が可能となる。一方、加熱温度が150℃以上200℃未満では、Ruの回収率は高まるものの、乾式分離回収方法だけではRuをすべて回収することが難しくなる。しかし、湿式回収法と併用することによって、ルテニウムの回収率を高めることができ、ルテニウムの分離回収が完璧に近い形で進められる。 The obtained recovery value is shown in FIG. FIG. 6 reveals that the higher the temperature, the higher the Ru recovery rate (RE). In addition, when the temperature is 150 ° C. or higher, the Ru recovery rate tends to be higher than when the temperature is lower than 150 ° C. The recovery rate is 89.9% at 200 ° C. and 98.6% at 210 ° C. As can be seen from FIG. 6, when the heating temperature is 210 ° C. or higher, the Ru recovery rate tends to be saturated, and a Ru recovery rate of almost 100% is obtained at a heating temperature of 250 ° C. As described above, the method for separating and recovering ruthenium according to the present invention can separate and recover ruthenium at about 90% or more by heat treatment at 200 ° C. or higher without using a wet recovery method, and further heat-treat to 250 ° C. Thus, reliable separation and recovery can be achieved. On the other hand, when the heating temperature is 150 ° C. or higher and lower than 200 ° C., the Ru recovery rate is increased, but it is difficult to recover all Ru by the dry separation and recovery method alone. However, when used in combination with the wet recovery method, the recovery rate of ruthenium can be increased, and the separation and recovery of ruthenium can proceed in a nearly perfect manner.
〈第2の実施形態〉
次に、図2に示すRuO4の捕集メカニズムを明確にするために、本実施形態において、RuO4→RuO2の反応速度定数及びRuO4の吸着反応の加熱処理温度に影響について検討する。
<Second Embodiment>
Next, in order to clarify the trapping mechanism of RuO 4 shown in FIG. 2, in this embodiment, the influence on the reaction rate constant of RuO 4 → RuO 2 and the heat treatment temperature of the adsorption reaction of RuO 4 will be examined.
図7は、図6に示す結果から各温度におけるRuO4のRuO2への反応速度定数(k)を求めて、温度の逆数に対してアレニウスプロットを行った図である。反応速度定数(k)は次のようにして求まる。 FIG. 7 is a diagram in which the reaction rate constant (k) of RuO 4 to RuO 2 at each temperature is obtained from the results shown in FIG. 6 and an Arrhenius plot is performed with respect to the reciprocal of the temperature. The reaction rate constant (k) is obtained as follows.
RuO4のRuO2への反応は、下記の式(3)
で示されるように一次反応と考えられることから、反応速度定数をkとして、t分後のRuO4の濃度(Ct)は初期濃度(Co)に対して、
である。ここで、反応塔内の加熱部の通過時間を反応時間として、反応速度定数kを求める。
The reaction of RuO 4 to RuO 2 is represented by the following formula (3)
Since the reaction rate constant is k and the RuO 4 concentration (Ct) after t minutes is equal to the initial concentration (Co).
It is. Here, the reaction rate constant k is obtained using the passage time of the heating section in the reaction tower as the reaction time.
図7には、下記の式(5)で表される文献値を合わせて示しているが、文献値とは高温度領域では、ほぼ値が等しくなるものの、低温度領域では大きく値が外れることが分かる。
FIG. 7 also shows the document value represented by the following formula (5). The document value is substantially the same in the high temperature region, but greatly deviates in the low temperature region. I understand.
低温度領域において実験結果と文献値とが大きく異なる理由は、上記の式(3)による反応の他にも、Ruの回収率を高めるような別の反応が起きているものと考えられる。以下に示すように、本発明で実施するルテニウムの分離回収においてRuO4の捕集メカニズムは、(A)RuO4の気相内での反応による捕集、及び(B)RuO4の反応塔への吸着による捕集、の2つの要因で説明できることが分かった。 The reason why the experimental results and the literature values are greatly different in the low temperature region is considered to be caused by another reaction that raises the Ru recovery rate in addition to the reaction according to the above formula (3). As shown below, the collection mechanism of RuO 4 in the separation and recovery of the ruthenium embodied herein, (A) collected by reaction in the RuO 4 gas phase, and (B) of RuO 4 to reactor It was found that it can be explained by two factors, collection by adsorption.
上記の(A)及び(B)の2つの要因に基づいて、最終的なRuの全捕集率をそれぞれ吸着及び還元反応の捕集効率の積として計算した結果を図8に示す。図8は、本発明の乾式分離回収装置から実験で求めたルテニウム漏洩率と吸着及び反応速度から計算したRuO4残留率との対比を示す図である。図8に示すルテニウム漏洩率は、ルテニウムを分離回収できなかったルテニウムの割合を示すものであり、[1−(Ruの捕集率)]で表される物理量である。すなわち、漏洩率が小さくなるほど、Ruの捕集率は高いことを意味する。 Based on the above two factors (A) and (B), FIG. 8 shows the result of calculating the final Ru total collection rate as the product of the collection efficiency of adsorption and reduction reaction, respectively. FIG. 8 is a diagram showing a comparison between the ruthenium leakage rate obtained by experiments from the dry separation and recovery apparatus of the present invention and the RuO 4 residual rate calculated from the adsorption and reaction rates. The ruthenium leakage rate shown in FIG. 8 indicates the proportion of ruthenium that could not be separated and recovered from ruthenium, and is a physical quantity represented by [1- (Ru collection rate)]. That is, the smaller the leakage rate, the higher the Ru collection rate.
図8において、RuO4→RuO2反応(計算式)は、上記の(5)式を用いて、各温度のRuO4の平均流速(m/s)及び反応時間(s)から算出したものである。この計算値は、反応塔内壁面に吸着することが無いとした場合に未反応のRuO4気体が残存する割合となる。 In FIG. 8, RuO 4 → RuO 2 reaction (calculation formula) is calculated from the average flow rate (m / s) and reaction time (s) of RuO 4 at each temperature using the above formula (5). is there. This calculated value is the ratio at which unreacted RuO 4 gas remains when it is assumed that no adsorption occurs on the inner wall surface of the reaction tower.
図8において、吸着(計算式)は、次のようにして算出することができる。本実施形態で用いる反応塔は円筒の石英管の中をガスが流れる構造であるので、円筒管内の壁へのガスの吸着については、一般的には大気中のガス状物質であるアンモニア、二酸化硫黄や硝酸の濃度の回収に使用されている拡散デニューダ法に従うものと考えた。その方法において、入り口の対象ガスの濃度(C0)と出口での濃度(C)については下記の式(6)及び 式(7)が用いられる。 In FIG. 8, the adsorption (calculation formula) can be calculated as follows. Since the reaction tower used in the present embodiment has a structure in which a gas flows in a cylindrical quartz tube, the adsorption of gas to the wall in the cylindrical tube is generally performed using ammonia, dioxide, which are gaseous substances in the atmosphere. The diffusion denuder method used to recover the concentration of sulfur and nitric acid was considered to be followed. In the method, the following equations (6) and (7) are used for the concentration (C 0 ) of the target gas at the inlet and the concentration (C) at the outlet.
ここでΔについては温度依存性のあるパラメータ(粘度、密度、動粘度、拡散係数)が含まれているので、それぞれの温度に対する補正を行う。詳細は省略するが、最終的に、粘度(kg/m・s)、密度(kg/m3)、動粘度(m2/s)、平均流速(m/s)、Re(レイノルズ数)、拡散係数(m2/s)から吸着率C/C0(計算値)を算出する。図8に示す吸着(計算式)は、このようにして求めた計算値を温度の逆数に対してプロットしたものである。 Here, since Δ includes parameters (viscosity, density, kinematic viscosity, diffusion coefficient) having temperature dependency, correction for each temperature is performed. Although details are omitted, finally, viscosity (kg / m · s), density (kg / m 3 ), kinematic viscosity (m 2 / s), average flow velocity (m / s), Re (Reynolds number), The adsorption rate C / C 0 (calculated value) is calculated from the diffusion coefficient (m 2 / s). The adsorption (calculation formula) shown in FIG. 8 is obtained by plotting the calculated values thus obtained against the reciprocal of the temperature.
図8から明らかなように、吸着及び還元反応の捕集効率の積として計算した総合的なRuO4の全漏洩率は、ほぼ実験値と一致することが分かった。この結果から、RuO4の捕集については、低い温度の時は吸着が主であるが、温度を上げることにより、その捕集のメカニズムは吸着したものも含み、RuO4からRuO2への反応が主となってきている。したがって、150℃以上においては両者の相乗効果が得られ、捕集効率は急激に向上することが分かった。特に、両者の相乗効果は200℃以上で大きくなり、図6に示すように、Ruの回収率を90%以上、さらには100%近くまで高めることができる。このことは、図5に示す乾式分離回収装置において、反応塔4の上段、すなわち加熱部2では、Ruが塔の管内部に均一に蒸着したように光沢を有して付着しており、下段に相当する自然冷却部3には、塔の管内を流体(粉体)が流れたような跡があり、比較的大きな粒子を確認する事ができ、固体状のRuO2が観測されるという実験結果からも容易に理解される。
As is apparent from FIG. 8, it was found that the total leakage rate of the comprehensive RuO 4 calculated as the product of the collection efficiency of the adsorption and reduction reaction almost coincided with the experimental value. From this result, for the collection of RuO 4, the adsorption is mainly performed at a low temperature, but by increasing the temperature, the mechanism of the collection includes the adsorption, and the reaction from RuO 4 to RuO 2 . Has become the main. Therefore, it was found that the synergistic effect of both was obtained at 150 ° C. or higher, and the collection efficiency was drastically improved. In particular, the synergistic effect of both increases at 200 ° C. or higher, and as shown in FIG. 6, the Ru recovery rate can be increased to 90% or higher, and further to nearly 100%. This is because, in the dry separation and recovery apparatus shown in FIG. 5, in the upper stage of the
〈第3の実施形態〉
前記の第1及び第2の実施形態で使用した装置は、図5に示すように、湿式回収装置12及びバックアップフィルター19を備える。ここで、湿式回収装置12は、本発明の効果を明確にする目的から、乾式分離回収装置におけるRuの回収率を正確に求める目的で厳密な実験を行うために用いたものである。本発明は、加熱温度を200℃及び210℃以上とすることによって、ルテニウムの回収率はそれぞれほぼ90%及び98%%以上に高めることができるため、湿式回収装置12を具備しない乾式の分離回収装置が本発明を実施するための装置の基本構成とすることができる。また、第1の実施形態で述べたように、RuO4→RuO2の反応によって生成するRuO2固体粒子については、反応塔の後段に配置したバックアップフィルターの重量変化が0.1mg程度であり、今回の試験の平均の発生量である12mgと比較しても1%以下である。このように、バックアップフィルターによって補足されるRuO2固体粒子は、ほとんど無視できるほどの微量である。そこで、湿式回収装置12及びバックアップフィルター19を具備しない乾式分離回収装置、すなわち、図1及び図2に示す装置を用いる場合についても、ルテニウムの回収率を確保できるか否かについて確認実験を行った。
<Third Embodiment>
The apparatus used in the first and second embodiments includes a
その結果、加熱温度を200℃以上から250℃に設定するとともに、RuO4の流量又はRuO4とともに供給する加熱した空気の流量を調整することによって、図6に示す結果と同じような回収率を得られることが確認できた。したがって、本発明は、図1及び図2に示す乾式分離回収装置だけからなる構成でおいても、本発明の効果を十分に奏することができ、ルテニウムの分離回収を行うための簡便で効率的な方法を構築する上で有用である。 As a result, setting the heating temperature of from 200 ° C. or higher to 250 ° C., by adjusting the flow rate of the heated air is supplied along with the flow rate or RuO 4 of RuO 4, similar recoveries with the results shown in FIG. 6 It was confirmed that it was obtained. Therefore, the present invention can sufficiently achieve the effects of the present invention even in the configuration including only the dry separation and recovery apparatus shown in FIGS. 1 and 2, and is simple and efficient for separating and recovering ruthenium. It is useful for constructing a simple method.
以上のように、本発明によれば、ルテニウムが含まれる放射性廃液等の放射性廃棄物を処理するときに発生する揮発性ルテニウム(RuO4)を150℃以上、好ましくは200〜250℃の温度範囲で加熱処理することによって、RuO4からRuO2への還元反応によって生成されるRuO2を固体状態で分離回収することができる。それによって、RuO4又はRuO2を溶液に吸収させる必要が無くなり、溶液中から放射性ルテニウムを分離回収するための湿式処理が省略できるために、簡便にルテニウムを分離回収することができる。また、RuO4を含む雰囲気を150℃以上で加熱した後の気体を、さらにRuO4吸収液に接触させる湿式回収方法を行うことによって、未反応のRuO4の分離回収を進めることができ、放射性ルテニウムを外部へ一切漏洩させないという大きな効果が得られる。さらに、本発明による方法は、従来と比べて簡便で確実に放射性ルテニウムを分離回収できるため、特に、放射性廃液の蒸発濃縮工程や高レベル放射性廃液からのルテニウムの電解除去プロセス又は高レベル放射性廃液のガラス固化プロセスに適用するときに、従来の電解酸化法等で用いる電解除去装置又はガラス固化のために用いるガラス溶融炉装置と、本発明で使用する乾式分離回収装置とを配管を通して接続するだけで対応できるため、より簡便な処理法を構築するのに好都合である。本発明は、前記の電解除去プロセス及びガラス固化プロセス以外にも、放射性廃棄物の焼却や溶融により発生するRuO4からのルテニウムの分離回収方法として適用が可能であり、その有用性は極めて高い。 As described above, according to the present invention, volatile ruthenium (RuO 4 ) generated when processing radioactive waste such as radioactive liquid waste containing ruthenium is 150 ° C. or higher, preferably 200 to 250 ° C. in the heating process, the RuO 2 produced by the reduction reaction from RuO 4 to RuO 2 can be separated and recovered in the solid state. Thereby, it is not necessary to absorb RuO 4 or RuO 2 in the solution, and the wet treatment for separating and recovering radioactive ruthenium from the solution can be omitted, so that ruthenium can be easily separated and recovered. Moreover, separation and recovery of unreacted RuO 4 can be promoted by performing a wet recovery method in which a gas after heating an atmosphere containing RuO 4 at 150 ° C. or higher is further brought into contact with a RuO 4 absorbent. A great effect is obtained that no ruthenium is leaked to the outside. Furthermore, since the method according to the present invention can separate and recover radioactive ruthenium more easily and reliably than the conventional method, the process of evaporating and concentrating radioactive waste liquid, the process of electrolytic removal of ruthenium from high-level radioactive liquid waste, When applied to the vitrification process, the electrolytic removal apparatus used in the conventional electrolytic oxidation method or the like or the glass melting furnace apparatus used for vitrification and the dry separation and recovery apparatus used in the present invention are simply connected through a pipe. Since it can respond, it is convenient to construct a simpler processing method. The present invention can be applied as a method for separating and recovering ruthenium from RuO 4 generated by incineration or melting of radioactive waste, in addition to the above-described electrolytic removal process and vitrification process, and its usefulness is extremely high.
1・・・導入用配管、2・・・加熱部、3・・・自然冷却部、4・・・反応塔、5・・・気体排出用配管、6・・・加熱手段、7・・・セパラブル用クランプ、8・・・付加的なセパラブル用クランプ、9・・・加熱した空気、10・・・送風ポンプ、11・・・加熱器、12・・・湿式の回収槽、13・・・恒温槽、14・・・第1の吸収筒、15・・・第2の吸収筒、16・・・第1の配管、17・・・第2の配管、18・・・ポンプ、19・・・フィルター。
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