JPH0222597A - 放射性金属廃棄物の化学除染方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、原子力発電所などの放射性物質取り扱い施設
から発生する表面が汚染された放射・性金属廃棄物の除
染方法に係り、特に放射性金属廃棄物を一般廃棄物並み
の放射能レベルにまで除染して放射性廃棄物を減容する
除染方法に関する。

〔従来の技術〕

原子力発電所や核燃料再処理工場等から発生する放射性
物質で汚染された金属廃棄物は、従来、切断等してドラ
ム缶詰めにし、廃棄物建屋に保管されている。この保管
中のドラム缶数は、年々増加傾向にある。このことから
、前記放射性金属廃棄物の減容化が望まれている。現在
の減容化技術としては、電解研磨除染法、ブラスト除染
法等が開発されているが、これらの方法では、除染対象
物に電極あるいはノズルを挿入する必要があり、バルブ
、ポンプ等の複雑な形状物への対応は難しい、このよう
な複雑な形状物に適用できる除染法としては、化学除染
法があるが、従来開発されている化学除染法の多くは、
金属廃棄物の表面に強固に付着し、放射性物質の大部分
を取り込んでいるクララＹの溶解を目的としている。

しかしながら、このクラッドが付着している金属母材の
表層には、孔食が発生しており、この深部にも放射性物
質が侵入しているため、母材の表層も汚染していると言
われている。したがって、表面のクラッドだけの化学溶
解では、この放射性物質の除去は、不充分であり、一般
廃棄物並みの放射能レベルまで除染できないという問題
があった。この問題を解決する方法として、硝酸又は硫
酸に４価のセリウムを添加した溶液を用いてクラッドを
溶解又は剥離除去するとともに金属母材の表層をも酸化
溶解する方法も開発されている。

しかるに、この方法では、放射性金属廃棄物のうちステ
ンレス鋼系の廃棄物は、４価のセリウムが３価になると
きの酸化力を利用して母材表面が溶解するのに対し、炭
素鋼系の廃棄物は、主に酸の働きによって母材表面が溶
解する。例えば、ステンレス鋼において、鉄は次式のよ
うに３価イオンとなって溶解するとき、４価のセリウム
は３個の電子を受容し、 Ｆ　ｅ　　−〉Ｆｅ”　＋　３　ｅ ３　Ｃｅ”　＋　３　ｅ　−−〉３　Ｃｅ”３価のセリ
ウムとなるため、鉄１モルを溶解するのに、４価のセリ
ウムは３モル消費される。また、炭素鋼においては、ス
テンレス鋼と同じ反応でも溶解するが、主に次式のよう
に一旦２価のイオンとして溶解したものが、４価のセリ
ウムの作用で３価にまで酸化される反応が起こる。

Ｆｅ　＋２Ｈ”　→Ｆｅ”　＋Ｈｚ Ｆｅ”　＋Ｃｅ”　−＋Ｆｅ”　＋Ｃｅ”〔発明が解決
しようとする課題〕 したがって、ステンレス鋼系の廃棄物の除染においては
、除染が完了するまでに必要な４価のセリウムの量が多
く、また、炭素鋼系の廃棄物の除染においては、−旦溶
解した金属イオンがさらに酸化され、無駄に４価のセリ
ウムが消費されることから、前記した鉱酸に４価のセリ
ウムを添加した溶液を用いる方法では、使用する４価の
セリウムが多いという問題がある。この問題を解決する
ために、３価のセリウムを４価のセリウムに電解再生し
て利用する方法も提案されているが、この方法において
は電流効率が悪く、使用電気量が多いという問題がある
。

したがって、本発明は、前記の従来技術の欠点を解消し
、酸化性の金属塩の使用量が少なく、二次廃棄物量が少
ない放射性金属廃棄物の化学除染方法を開発することを
課題とする。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、原子力発電所などの放射性廃棄物取り扱い施
設から発生する放射性金属廃棄物の大部分が炭素鋼製及
びステンレス鋼製のものであり、ステンレス鋼は磁性を
持たないオーステナイト系であること及び炭素鋼系廃棄
物は硫酸液で溶解可能であるが、ステンレス系廃棄物は
不働態化しているため、単に硫酸に浸漬しただけでは溶
解しないことから、炭素鋼系廃棄物とステンレス系廃棄
物とを分別し、それぞれに適した除染工程を実施するこ
とにより上記の課題を解決したものである。

すなわち、本発明の放射性金属廃棄物の除染方法は、表
面が放射性物質で汚染された金属廃棄物を化学除染する
に当たり、金属廃棄物を炭素鋼系の廃棄物とステンレス
鋼系の廃棄物に分別し、炭素鋼系の廃棄物については硫
酸液に浸漬する第一工程だけを実施し、ステンレス鋼系
の廃棄物については硫酸液に浸漬し、所定時間電解還元
する第一工程と硫酸に酸化性の金属塩を添加した液に浸
漬する第二工程を実施することを特徴とする。

本発明の方法において、炭素鋼系の廃棄物とステンレス
鋼系の廃棄物との分別は、磁性の有無によって行うこと
ができる。

炭素鋼系廃棄物は、上記のように硫酸液で溶解可能であ
るから、硫酸液に浸漬する工程だけを実施すればよい、
使用する硫酸液としては、５重量％以上の濃度、好まし
くは５〜３０重景％の濃度の硫酸溶液を用い、この溶液
を４０℃以上の温度に加熱して被除染物を浸漬する。硫
酸濃度があまり低濃度では効果がなく、また、あまり低
い温度でも効果がない、また、１００°Ｃ以上の高温で
は、圧力容器が必要となり、装置が複雑化するので、実
用的な除染条件は、硫酸濃度１５重量％前後、温度８０
℃付近であるのが好ましい。

一方、ステンレス鋼系の廃棄物は、不働態化しているた
めに、単に硫酸に浸漬しただけでは溶解しないが、不ｍ
態皮膜の一部を除去すれば、この部分で硫酸と母材とが
次式（１） ％式％（１） のように反応し、この反応に伴って発生する電子（ｅ）
が、残存している不働態皮膜の主成分であるＦｅｚｅｓ
を次式（２） ％式％（２） のように還元して溶解するという局部電池の作用が逐次
進行し、被除染物の全面が、硫酸溶液中で溶解すること
を見出し、本発明の方法においては、前記した不働態皮
膜の一部を除去する手段として被除染物であるステンレ
ス鋼を硫酸溶液に浸漬した初期に所定時間、電解還元す
る。

さらに硫酸液に浸漬溶解したときには、ステンレス鋼に
不純物として含まれている銅を主成分とする物質、いわ
ゆるスマットと呼はれるものが付着しており、これには
−旦溶解した放射性物質が取り込まれて被除染物が再汚
染されるため、このスマットだけを除去する手段として
、硫酸液に浸漬した後の被除染物を硫酸に酸化性の金属
塩を添加した液中に浸漬する第二工程を実施する。

ステンレス鋼系の廃棄物の除染に用いる硫酸液は、前記
の炭素鋼の除染について記載したものと同様であってよ
い。

電解還元は、参照電極を用いて電位を測定しながら実施
し、測定した電位が不働態域にあれば、放射性廃棄物の
電位が活性履域以下になるように電圧を印加し、電圧の
印加を停止した後、放射性廃棄物の電位が活性態域にあ
れば硫酸との化学溶解反応が行われているのであるから
、電圧の印加を停止したまま、硫酸液への浸漬を続ける
。このとき、まだ不働態域にあれば、再度、電圧を印加
し、電圧の印加を停止した後に電位が活性態域に停滞す
るようになるまで、この操作を繰り返す。

電圧の印加時間は、不働態化の程度に左右されるが、通
常、１〜２０分程度で充分である。

このようにして第一工程においては、母材の溶解及びこ
れに伴って表面に固着したクラッドが剥離されることに
より放射性物質の９０％以上が除去される。しかし、ス
テンレス鋼と硫酸溶液の化学反応による溶解では、ステ
ンレス鋼に不純物として含まれている銅や、剥離されず
に残ったクラッドの一部が、被除染物の表面に沈着して
おり、これに−旦溶出した放射性物質の一部が取り込ま
れるため、被除染物表面の沈着物を溶解する操作として
、次に、硫酸に酸化性の金属塩を添加した液に浸漬する
第二工程を実施する。

酸化性の金属塩としては、６価のクロム酸塩、例えばク
ロム酸カリウムなど、重クロム酸塩、例えば重クロム酸
カリウムなど、４価のセリウム塩、例えば硫酸第二セリ
ウムなど又は過マンガン酸塩、例えば過マンガン酸カリ
ウムなどを用いることができる。これらの酸化性の金属
塩は、１〜６重量％、好ましくは２〜４重量％の濃度に
添加する。

第二工程において用いる溶液は３０゛Ｃ以上に加熱して
用いるのが好ましい。

次に、図面に基づいて本発明を説明する。

第１図は、本発明の方法を示す系統図である。

第１図において、第１除染槽ｌには第１液として硫酸を
使用する。この第１液はヒータ２によって所定温度まで
加温される。また、第２除染槽３には、第２液として硫
酸に４価のセリウム塩、６価のクロム酸塩又は重クロム
酸塩あるいは過マンガン酸塩などの酸化剤のいずれかを
添加した液を使用し、この第２液もヒータ４によって所
定温度に加温される。

本発明の方法によれば、放射性金属廃棄物は次のように
して除染される。

まず、放射性金属廃棄物４は、磁石５への接着の有無に
よって炭素鋼系の廃棄物とステンレス鋼系の廃棄物とに
分別される。

磁石５へ接着する炭素鋼系の廃棄物は、第１液である硫
酸溶液中に単純に浸漬する。このとき、炭素鋼系の廃棄
物の表面にあり、放射性物質の大部分を含んでいるクラ
ッドの一部と母材金属が溶解するとともに、母材金属の
溶解に伴ってクラッドが剥離することにより、炭素鋼系
の廃棄物は除染され、水洗後、一般廃棄物と同様に廃棄
することができる。

一方、磁石５へ接着しないステンレス鋼系の廃棄物は、
第１除染槽１中において、第１液である硫酸溶液中に浸
漬される。このとき、放射性金属廃棄物４の電位を、電
位測定槽６に設置した参照電極７を用いてポテンショス
タット８を通して記録装置９に記録する。

この時、測定した電位が不動Ｈ域にあれば、参照電極８
で電位を測定しながら、放射性金属廃棄物４の電位が活
性履域以下になるように電源１０によって放射性金属廃
棄物４と電極１１との間に電圧を一定時間印加する。そ
の後、電圧の印加を停止した後、再び参照電極７を用い
て放射性金属廃棄物４の電位を測定し、活性態域にあれ
ば、電圧の印加を停止したまま、第１液への浸漬を続け
る。このとき、まだ不働態域にあれば、再度、電圧を印
加し、電圧の印加を停止した後に電位が活性態域に停滞
するようになるまで、この操作を繰り返す。

その後、放射性金属廃棄物４を第２液として硫酸に酸化
性の金属塩を添加した液が入っている第２除染槽３に浸
漬し、被除染物表面の沈着物を溶解する。このようにし
て、不働態化したステンレス鋼性の放射性金属廃棄物は
一般廃棄物並みの放射能レベルに除染され、水洗後、一
般廃棄物と同様に廃棄することができる。

〔実施例〕

次に、実施例に基づいて本発明を詳述するが、本発明は
これに限定されるものではない。

実施例１ 放射性物質で汚染された炭素鋼（ＳＳ４１）製パイプ及
びステンレス鋼（ＳＵＳ３０４）製パイプの各５０ｋｇ
を第１図に示した本発明の方法により分別して除染処理
した場合と、炭素鋼系とステンレス系とに分別しないで
、４価のセリウム（硫酸第二セリウム）を添加した硫酸
液だけに浸漬する従来法により除染した場合について、
放射能が検出限界以下（Ｉ　Ｘ　１０−’ｕｃｉ／ｃｊ
）になるまでの除染時間と酸化剤として使用した４価の
セリウムの使用量を比較した。除染条件を第１表に示し
、除染結果を第２表に示す。

第１表 第２表 （以下余白） 上記の結果から明らかなとおり、従来法では、炭素鋼系
の廃棄物の除染時間は、本発明の方法と同じであるが、
ステンレス鋼系の廃棄物の溶解速度が遅いため、除染時
間が長ぐ、また、廃棄物を炭素鋼系とステンレス鋼系と
に分別せずに、４価のセリウムを添加した硫酸液のみで
除染するために、４価のセリウムの使用量が著しく多い
。

これに対し、本発明の方法では、廃棄物を炭素鋼系とス
テンレス系とに分別し、４価のセリウムはステンレス鋼
系の廃棄物を硫酸に浸漬して溶解させた時に付着するス
マットを溶解するためだけに使用されるため、４価のセ
リウムの使用量は、従来法の９６０分の１と極めて少な
くてすむ。さらに、ステンレス鋼系の廃棄物は、硫酸液
中で所定時間電解還元する操作を行うことにより電解還
元操作を停止後における硫酸液中での溶解速度が著しく
早くなるので、除染時間は従来法の約４分の１に短縮す
ることができる。

〔発明の効果〕

本発明の方法によれば、放射性金属廃棄物を一般廃棄物
並みの放射能レベルにまで化学除染するために使用する
酸化性の金属塩が微量ですみ、除染後の二次廃棄物量を
少なくすることができ、また、除染時間も著しく短縮す
ることができ、複雑な形状の放射性金属廃棄物に対して
も効率よい除染が達成される。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の方法の一実施態様を示す系統図である
。 符号の説明 １・・・第１除染槽、３・・・第２除染槽、４・・・放
射性金属廃棄物、５・・・磁石、６・・・ポテンショス
タット、７・・・電位測定槽、８・・・参照電極、１０
・・・電源、１１・・・電極

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）表面が放射性物質で汚染された金属廃棄物を化学
   除染するに当たり、金属廃棄物を炭素鋼系の廃棄物とス
   テンレス鋼系の廃棄物に分別し、炭素鋼系の廃棄物につ
   いては硫酸液に浸漬する第一工程だけを実施し、ステン
   レス鋼系の廃棄物については硫酸液に浸漬し、所定時間
   電解還元する第一工程と硫酸に酸化性の金属塩を添加し
   た液に浸漬する第二工程を実施することを特徴とする放
   射性金属廃棄物の化学除染方法。
2. （２）金属廃棄物を炭素鋼系の廃棄物とステンレス鋼系
   の廃棄物に分別する手段として、磁性の有無を検知する
   方法を用いる請求項１記載の放射性金属廃棄物の化学除
   染方法。
3. （３）電圧を一定時間印加し、停止後に放射性金属廃棄
   物の電位が活性態域に停滞するようになるまで、電圧の
   印加及び停止からなる操作サイクルを繰り返すことによ
   って電解還元を行う請求項１記載の放射性金属廃棄物の
   化学除染方法。