JPH0390898A - 電解除染装置 - 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、原子力関連施設、放射性同位元素取扱施設等
で発生する放射能汚染物を除染するための電解除染装置
に関するものである。さらに詳しくは本発明は、電解除
染装置の電解質保持材として、合成樹脂イオン交換繊維
を使用する電解除染装置に関するものである。

〔従来の技術〕

原子力発電所をはじめとする原子力関連施設や放射性同
位元素取扱施設では、放射能の漏洩、拡散を防止するこ
とが極めて重要なことである。これらの施設では、ステ
ンレス鋼、炭素鋼等からなる種々の器具、工具、機器が
使用されているが、それらの表面は放射性物質で汚染さ
れるものが発生するので、このような汚染放射能を除去
（除染）して、それらを取扱う作業者の放射線被曝を極
力防止し、さらにそのような汚染物を介して周囲環境へ
の放射能の拡散、漏出の可能性をできる限り少なくする
ことに、多大の注意と努力が払われている。

その汚染形態はある場合には極めて強固に付着（吸着）
したり母材表面に生成する酸化被膜内に取り込まれたり
しており、これらを効果的に除染するには母材表面ごと
取り除く必要がある。

この除染に関する技術として、従来から、ｉ〉ブラステ
ィングなど機械的に汚染表面を削り取る物理的除染法、 １１）酸などにより表面汚染物を溶解除去する化学的除
染法、 １ｉｉ）’＄解により電気化学的に汚染表面を溶出除去
する電解除染法 等がある。

いずれの方法でも、その除染の対象、規模、効率、ラン
ニングコストあるいは２次廃棄物等の面で、それぞれ長
所および短所を有している。このうち電解除染法の一つ
として、現場（ｉｎ−ｓｉｔｕ）電解除染法がある。

この方法は、金属電極板に綿、スポンジなど含水性のす
ぐれた電解質保持材を取り付け、これに電解質溶液、例
えばりん酸、硫酸などを含ませ、これを除染対象物の表
面に押し当てる。この電解質保持材は電解ブラシとか電
解パッドとかの名で呼ばれている０次に、その電解質（
保持材）を挟んでｔ掻と除染対象物間に直流電圧をかけ
る０通常、除染物は正極（アノード）側とする。こうす
ることにより、除染対象物の表面はイオン化して電解質
中へ溶解し、表面汚染物質は除去される。

この電解除染法は、小規模な可搬装置で行えるうえ、適
用できる対象物、使用場所に自由度が大きい特長をもっ
ている。しかしながら反面、電解質保持材として使われ
ている綿、スポンジなどが耐久性（化学的、機械的〉に
劣ること、また処理容ｌが小さいため発生する二次廃棄
物（すなわち使用済電解質）が比較的多いこと、および
−旦溶解した汚染物が再付着するような現象が起こり易
く、必ずしも充分な除染効率が得られ難いこと、などの
問題がある。

〔発明が解決しようとする課題〕

前述したように、現場電解除染法に従来使用されている
綿、スポンジなどの電解質保持材には次のような技術的
課題を有している。

（１）耐久性の問題（化学的、機械的）（２）除染処理
容量の問題（作業性、二次廃棄物）（３）除染効率の問
題（再付着による残留放射能）本発明は、上記のような
現場電解除染法の従来の課題を解決することを目的とす
るものである。

〔課題を解決するための手段〕

すなわち本発明は、電解質溶液を含浸した電解質保持材
よりなる電解ブラシを有する電解除染装置において、該
電解質保持材がイオン交換繊維であることを特徴とする
、電解除染装置を提供することにより、上記の課題を解
決しようとするものである。

この除染装置は、原理的には現場電解除染法に属するも
のであり、イオン交換繊維からなるマット状保持材に電
解質溶液、例えばりん酸、硫酸などを含ませたものを電
解質マトリックスとし、これに電極を接合させた構造の
電解除染セルを使用することを特徴としている。

使用するイオン交換繊維としては、ポリエチレン、ポリ
プロピレン等のポリオレフィン、ポリアクリロニトリル
、ナイロン等のポリアミド、フッ素樹脂等の合成樹脂を
基材とし、これをａｍ状したのち、またはする前に、電
子線、ガンマ線照射＃１１スい！＋什ダ的肴辻かｙＬ！
上スゲラフト重今でこれらのポリマー鎖にイオン交換基
を導入する方法で作られたものが選ばれる。このため、
基材樹脂の選択により、耐久性に優れたものが得られ、
グラフト重合度およびイオン交換基の選択・制御にまり
含水性、イオン吸着特性に優れたものを選択することが
できる。

この電解除染セルを、施設、配管等の除染対象部位に押
し当て、このセルを挟んでセル側を負極（カソード）、
除染対象物側を正極（アノード〉として直流電圧を印加
し、除染対象部位の表面をアノード溶解させる。また場
合によっては除染効率を高めるため、極性を反転させて
除染操作を行うこともある。このようにしてイオン化し
、溶出したものは電解質マトリックス中をカソードの方
へ移行していくが、その過程で電解質マトリックス中の
イオン交換繊維に吸着される。

イオン交換繊維の基材繊維として、例えばポリプロピレ
ン繊維を選んだとして従来の電解質保持材である綿（セ
ルロース繊維）の場合と比較すると、次のようになる。

まず耐久性に関しては、機械的には引張強度で前者は２
００〜３００　ｋｇ／　ａｍ”あるのに対し、後者は１
ｏｏ〜１５０ｋｇ／ｃ１と約半分である。また、化学的
に前者は強酸、強アルカリに耐えるのに対し、後者は耐
酸性は比較的良好であるが耐アルカリ性はほとんどない
、このようなことから、イオン交換繊維の電解質保持材
としての耐久性は、従来材である綿、スポンジなどに比
べて５倍以上優れているばかりでなく、従来品では使え
なかった強酸、強アルカリ電解質が使える利点がある。

さらに除染容量の問題を考えると、従来方式であれば、
放射性物質を含めた溶出物の電解質中の濃度が約１〜２
ｍｅｑ（ミリ当量）／ａｍ’−電解質になった時点で、
電解質マトリックス（すなわち電解質およびその保持材
）を更新して除染効率の劣化を防ぐ必要があった。これ
に対し、本発明の装置においては、溶出物がイオン交換
繊維に吸着されるので、その量が飽和吸着容量に達成す
るま４では除染効率は劣化することなく、処理操作が継
続できる９例えば飽和吸着容量が　３ｖ＊ｅｑ／ｇ−繊
維のイオン交換繊維を　０．３ｇ−繊維／　（ＩＩＩ’
−マトリックスの充填密度をもつマットとした場合では
、除染処理容量は約４倍になることがわかった。

これによって電解質マトリックスの更新作業頻度が１／
４になり、作業性が大幅に改善されたばかりでなく、そ
れによって生ずる廃棄物量は、固体廃棄物の比（イオン
交換繊維／綿〉で１／４に低減した。

さらにそればかりでなく、従来法では液体廃棄物、例え
ば汚染物を溶解した酸、アルカリを発生していたが、本
発明によるイオン交換繊維の場合は、電解質中に溶解し
たものはほとんど吸着されてしまうので、そのような液
体廃棄物を発生しない利点がある。

さらに除染効率の面では、従来の現場電解除染法による
と放射能を溶解した電解質が処理後も除染対象面に多少
残留し、これが除染対象面に再付着・して除染効率を劣
化させるという問題があった。

これに対し、本発明のイオン交換繊維を用いると、電解
質中に溶解したものがほとんどイオン交換繊維に吸着さ
れ、電解質中の濃度が低く保たれるため、電解液が処理
後に除染対象面に多少残留しても再付着の問題はなく、
従来よりも除染効率は飛躍的に（約１０倍）向上した。

本発明の電解除染装置は、ステンレス鋼、銅、グラファ
イト等からなる電極に、前記のイオン交換繊維製マット
を取り付け、これに電解質溶液を浸み込ませ、プラスチ
ック等からなるハウジングを施したもので構成される。

本装置の特徴は前述のとおり、イオン交ｔＩＡｕＩｉ維
を電解質保持材として用いることである。このイオン交
換繊維基材としてはポリプロピレンなどの合成樹脂で機
械的、化学的（耐薬品性）に優れたものが選ばれる。そ
の基材にグラフト重合によりスルホン基などイオン交換
官能基を導入するが、そのイオン交換容量は繊維の耐久
性などとの兼合いから、通常２〜４ｍｅｑ（ミリ当量）
／ｇ−繊維程度が好適である。イオン交換繊維マットの
厚みは１０〜１００＋ｗ＊、充填かさ密度は０．１〜０
．５ＩＩ−繊維／Ｃ−程度が好適である。

また電解質溶液としては、従来から電解除染に用いられ
ている、りん酸や硫酸の溶液が好適であり、濃度は一般
に３０〜８０ｖｏ１％溶液がよい。

含浸させる電解質溶液の量は、イオン交換繊維マットか
らしたたり落ちない程度とし、通常その含浸量は０．２
〜２．０ｇ−溶液／Ｃ−が好適である。

このようにして構成される電解除染セルを、除染しよう
とする対象母材表面に押し当て、電解セル側電極を負極
（カソード）、除染母材を正極（アノード）とし、３〜
２０ボルトの直流電圧を印加する。電流密度は１０〜２
００−＾／ａ１がよい。

操作温度は室温〜５０℃程度である。

〔作用〕

本発明による電解除染装置を使用して母材表面を除去す
るのは、次のような反応によるものと考えられる。

すなわち、除染対象母材表面はアノード溶解でイオン化
溶出し、汚染放射性物質と共にカソード側へ移行しイオ
ン交換繊維に吸着される。

正極（汚染表面）　　・・・・（ｉ） Ｍ　４　Ｍ　”’　　＋　ｍ　ｅ 但しＭ：金属元素（例Ｆｅなど） ｅ−：電子 電解質溶液　　　　・・・・（ｂ） Ｍ”＋ｎＰＯ４−’−＋　（Ｍ−（ＰＯ４）＋１）　’
″−５“→カソード側へ移行 但しく　Ｍ　−（Ｐ　Ｏ、）、）：りん酸錯イオンイオ
ン交換繊維　　・・・・（ｅ） ＜Ｍ−（ＰＯ，）ｆｉ）　’″−”＋ｌ１（Ｒ−ｔ−ｔ
”１→　（Ｒ，ｍ−Ｍ）＋ｍＨ”＋ｎＰＯ４−’但しく
Ｒ−−Ｈ”）　：　Ｈ型イオン交換繊維負極（セル側電
極）・・・・（ｄ） 伺Ｈ”＋ｍｅ−→　−Ｈ２ （ａ）〜（ｄ）の反応で全体としてみると除染母材表面
元素をイオン交換繊維に吸着させたことになる。

Ｍ　＋　ｍ　（Ｒ”　　Ｈ−）→（Ｒ−Ｍ　）　＋　ｚ
　Ｈｔ例えば、その表面が放射性物質で汚染した炭素鋼
を、本発明の電解除染装置により除染する場合を評僅し
てみる。

汚染表面を１０μ除去すると、その電気当量値は０　、
４　ｍｅｑ／　ａｌとなる（Ｆ　ｅ”として）、これは
電流密度２００ｍ−＾／ａｍ”で操作すると、約３分間
で処理できることになる。イオン交換容量３＋＋ｅｑ／
ｇ−［維を有するイオン交換繊維を用いて、充填密度０
．３ｇ−繊維／Ｃ−で電解質マトリックスを構成したと
すると、上記１０μ母材除去分を吸着させるに必要な繊
維マット厚みは、 ０　、４　ｍｅｑ／　ｃ１÷３　（ｍｅｑ／　ｇ）　Ｘ
　０　、３　（ｙ／　ａｍ’）で求められ、その値は〜
ｏ　、４　（ａｍ）となる。

以上のとおり、本発明により極めて効率的な除染ができ
ることになる。処理容量も大きく、例えば上記のイオン
吸着特性をもつ繊維を使用した４ｃ−のマット厚みをも
つセルでは、その表面積の１０倍以上の汚染面積を処理
できる。さらに、溶出した汚染物はイオン交換樹脂に吸
着されるので二次汚染の恐れが少ない、また発生する廃
棄物繊維Ｉも、１０１の汚染母材表面積を１０μ除去し
たとしても高々〜１５ｋｙ程度でしかなく、そ五組外の
廃棄物は基本的に発生しない、これに対し、従来の方法
の場合、同様な操作をしたとして比較すると、廃棄物繊
Ｉｆ＜綿）Ｊｌで約６０ｋｇとなる。そしてこの場合、
さらに同程度の皿の液体廃棄物（汚染物質の酸溶液）を
生ずるのである。

以下に、図面を参照して実施例に基づいて本発明をさら
に説明する。

〔実施例〕

第１図に示す電解除染装置を使用して、原子力発電所で
発生したステンレス鋼製配管材試験片に対して除染処理
を行った。処理条件の詳細は以下のとおりである。

電解セル ａ、イオン交換繊維・・・ポリプロピレン繊維基材マッ
トにイオン交換基（スル ホン酸基）を２　、５　ｍｅｑ／　ＩＦ−繊維導入した
もの、マット厚 みはｉｏｍｓ ｂ、電解質溶液・・・りんｌ！！５０ｖｏ１％水溶液、
室温 ｃ、　？ｌ＄極板　　・・・銅 電圧、電流　　・・・４ボルト、Ｌｏｏｍ＾／ｃ１１２
除染供試材　　・・・約１０年間使用したＰＷＲ１次系
配管材で放射性腐食生成 物が表面に付着している。

その結果得られた処理時間と供試材の放射能強度の関係
を、第２図に示す。

この図から判るように、処理時間約３分間後には供試材
汚染放射能の９９％以上が除去されていた。また、処理
試験終了後、イオン交換繊維と電解質溶液を分離して調
べた結果、供試材表面から溶出移行した放射能の大部分
がイオン交換繊維に吸着していた。

なお、イオン交換繊維は試験前後で外観、形状変化は全
くなく、耐薬品性にも問題ないことが明らかになった。

〔発明の効果〕

本発明は上記のように構成したので、電解溶出とくに放
射能汚染施設の現場除染において、効率よくかつ処理容
量の大きな除染をすることができ、電解ブラシの耐久性
もよく、さらに二次廃棄物や残留放射能も少ない電解除
染装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の実施例に使用した電解除染装置の１
例を示す図である。 第２図は、電解時間と除染効果との関係を示す図である
。 第１図において、ｌ・・ハウジング、２・・正極、３・
・電解質マトリックス（イオン交換繊維に電解質を含浸
）、４・・除染対象材の汚染表面、５・・除染対象材。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、電解質溶液を含浸した電解質保持材よりなる電解ブ
   ラシを有する電解除染装置において、該電解質保持材が
   イオン交換繊維であることを特徴とする、電解除染装置
   。 ２、イオン交換繊維は、ポリオレフィン、ポリアクリロ
   ニトリル、ポリアミドなどの合成樹脂を基材とし、これ
   にスルホン酸基、カルボン酸基、キレート基などの陽イ
   オン交換官能基を導入した合成樹脂イオン交換繊維であ
   ることを特徴とする、請求項第１項記載の電解除染装置
   。