JPH07225299A - 硫酸ナトリウム含有放射性廃液の固化処理方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 硫酸ナトリウムを長期間に亘って安定に保管
排気できるようにした硫酸ナトリウム含有放射性廃液の
固化処理方法を提供することにある。 【構成】 硫酸ナトリウムを含有する放射性廃液に、ほ
う酸又は酸化ほう素と、ガラス形成物質、又はガラス形
成物質とガラス構成成分となる金属、又はガラス形成物
質とガラス構成成分となる金属を添加した後、加熱溶融
し、硫酸ナトリウムの分解により生ずるナトリウムをガ
ラス構成成分としてガラス中に取り込む。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、硫酸ナトリウムを含有
する放射性廃液の固化処理方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】原子炉の冷却剤として現在の軽水炉は、
加圧水型原子炉（ＰＷＲ）及び沸騰水型原子炉（ＢＷ
Ｒ）の両者とも軽水（Ｈ₂Ｏ）を用いている。

【０００３】この冷却剤としての水は、イオン交換樹脂
によりイオンを除去した純水を使用しているが、このイ
オン交換樹脂の能力が低下した場合は、硫酸と水酸化ナ
トリウムにより再生を行っている。

【０００４】その再生時に液体廃棄物として硫酸ナトリ
ウムを含む廃液が発生する。又、原子力施設では、作業
員が内部で着用する作業着は施設内で洗濯を行うが、そ
の洗濯廃液中には洗剤に起因する硫酸ナトリウムや錯化
合物が含まれている。

【０００５】更に、開発中の高速増殖炉（ＦＢＲ）で
は、冷却剤として金属ナトリウムを使用しているので、
燃料集合体洗浄時に発生する洗浄廃液は、その中和処理
を硫酸で行えば、硫酸ナトリウムを含む廃液となる。

【０００６】従来、例えば、キレート化合物等の錯化合
物と共存する硫酸ナトリウムを含む放射性液体廃棄物
（例えば、除洗廃液、洗濯廃液）を処理するためには、
通常の化学沈澱処理法では困難であり、ＵＦ膜等の膜に
よる濃縮処理法や蒸発缶による濃縮処理法を組み合わせ
て濃縮した廃液（スラッジ等）をアスファルト固化法や
セメント固化法等の処理方法を用いて、固化処理するこ
とが行われている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】然し、この固化処理方
法では、処理対象の濃縮された廃液の混入割合を大きく
することは困難であるため減容性が低く、又廃液中の硫
酸ナトリウムは固化体中に混合されるだけであるため、
次に示す理由により固化体の長期安定性にも問題を有し
ている。

【０００８】硫酸ナトリウムは、廃液中では硫酸イオン
とナトリウムイオンとに解離しているが、加熱して水分
を除去していくと、再び硫酸ナトリウムとして結晶が析
出してきて次第に乾燥し固体化する。

【０００９】乾燥し固体化した硫酸ナトリウムは容易に
水に溶けるので、単に乾燥固化処理しただけでは、長期
保存できる安定な固化体とは言えない。長期安定な固化
体にするためには、硫酸ナトリウム（Ｎａ₂ＳＯ₄）を酸
化ナトリウム（Ｎａ₂Ｏ）と三酸化イオウ（ＳＯ₃）とに
分解して、そのナトリウムをガラス固化体等の長期安定
性に優れる溶融固化体にすることが良いと考えられる。

【００１０】処が、硫酸ナトリウムは、熱的に極めて安
定であるために、ガラスビーズ等のガラスと混合加熱し
たのみでは、１４００℃以下の温度では加熱を継続して
も容易に均一な溶融固化体にならない。

【００１１】これは、硫酸ナトリウムが、１４００℃を
越えて始めて、酸化ナトリウムと三酸化イオウとに分解
するためである。然し、高い温度で放射性廃液を固化す
ることは、放射性物質のオフガス系への移行の問題や、
耐火レンガ等の二次廃棄物が発生すること、高温に晒さ
れる装置の耐久性の問題等がある。

【００１２】そこで、硫酸ナトリウムを含む放射性廃液
に対して、比較的低い温度でガラス化が可能で、且つ減
容性が大きく簡易な固化方法の開発が望まれていた。本
発明は斯かる従来の問題点を解決するために為されたも
ので、その目的は、硫酸ナトリウムを長期間に亘って安
定に保管廃棄できるようにした硫酸ナトリウム含有放射
性廃液の固化処理方法を提供することにある。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】請求項１は、硫酸ナト
リウムを含有する放射性廃液に、ほう酸又は酸化ほう素
とガラス形成物質を添加した後、加熱溶融し、硫酸ナト
リウムの分解により生ずるナトリウムをガラス構成成分
としてガラス中に取り込むものである。

【００１４】請求項２は、硫酸ナトリウムを含有する放
射性廃液に、ほう酸又は酸化ほう素とガラス形成物質と
ガラス構成成分となる金属を添加した後、加熱溶融し、
硫酸ナトリウムの分解により生ずるナトリウムをガラス
構成成分としてガラス中に取り込むものである。

【００１５】請求項３は、加熱溶融を電磁波を用いて行
うものである。

【００１６】

【作用】硫酸ナトリウムを長期安定な固化体にするため
には、硫酸ナトリウムが分解して生成するナトリウムを
均一な溶融固化物とする必要がある。

【００１７】即ち、本発明は、硫酸ナトリウムに対して
その分解を促進して均一な溶融固化体にすることが可能
なように、分解促進効果のあるほう酸又は酸化ほう素を
ガラス形成物質と共に添加して加熱溶融し、安定なガラ
ス固化体とするものである。

【００１８】硫酸ナトリウムに対する分解促進剤として
は、還元性を有する鉄（２価），炭素，錫（２価）の添
加も有効であり、良好なガラス固化体を作製することが
できる。

【００１９】また、触媒作用を有する鉄（３価）の添加
も有効である。この固化処理方法において、加熱溶融を
電磁波により行うことは、廃液の乾燥、か焼、溶融、固
化の一連の過程を同一の装置で行うことができるので、
装置がシンプルになり、且つ加熱を効率良く行うことが
できる。

【００２０】一般に、硫酸ナトリウムは、図１ので示
すように、低温では分解せず、熱的に安定である。尚、
図１は加熱温度と熱重量分析との関係を表す。そして、
硫酸ナトリウムは、次式のように、１４００℃以上で分
解して酸化ナトリウムと三酸化ナトリウムになる。

【００２１】Ｎａ₂ＳＯ₄ →Ｎａ₂ Ｏ＋ＳＯ₃↑ 硫酸ナトリウムをガラス化するためには、硫酸ナトリウ
ムを分解して酸化ナトリウムにする必要があるが、完全
に分解すると共に生成する酸化ナトリウムは元の硫酸ナ
トリウムの重量の約４４重量％になるはずである。

【００２２】硫酸ナトリウムにほう酸（Ｈ₃ＢＯ₃）と二
酸化珪素等のガラス成分を添加して溶融固化を行い、ガ
ラス固化体とした。その加熱源にはマイクロ波（２４５
０Ｈｚ）を用い、マイクロ波溶融炉を使用して溶融固化
処理を行った。

【００２３】マイクロ波の加熱電力は最大４Ｋｗであっ
た。その結果を表１に示す。

【００２４】

【表１】

【００２５】又、使用したガラスビーズの組成及び性状
を表２に示す。

【００２６】

【表２】

【００２７】表１の No.１及び２に示すように、硫酸ナ
トリウムを分解してガラス化するための添加剤としての
ガラスビーズは不適当であった。これは、既にガラスと
なっているガラスビーズでは硫酸ナトリウムとのガラス
化の反応効率が悪く、添加したほう酸は硫酸ナトリウム
の分解を促進する前にガラスビーズのガラス構造中に取
り込まれてしまうためと考えられる。

【００２８】そして、溶融後の固化物は、上下２層に分
かれており、境界面は明瞭であり境界面までの溶融状態
は悪く、容易に上層（硫酸ナトリウム）と下層（ガラス
溶融物）とに分離した。

【００２９】そこで、硫酸ナトリウムに対するガラス化
反応を向上させるために、既にガラスを形成しているガ
ラスビーズに代えて、ガラス構成物質である二酸化珪素
（ＳｉＯ₂）とほう酸を添加して加熱溶融を行った。

【００３０】その結果を表１の No.３乃至５に示す。表
１の No.３の場合には、ガラスビーズの添加に比較して
生成したガラス固化体の均一性はやや向上していた。

【００３１】これは、ガラスの主成分にもなるほう素が
容易にナトリウムと結合し、ほう酸ナトリウムを形成す
ることによって硫酸ナトリウムの分解を促進したものと
推定される。

【００３２】然し、表１の No.４及び５の場合は、 No.
３に比して二酸化珪素及びほう酸の添加量が少ないた
め、溶融後の状況がやや劣った。このことから、硫酸ナ
トリウムの重量を１として場合、添加剤の添加割合は、
二酸化珪素９とほう酸３の添加量が必要であることが確
認された。

【００３３】一方、硫酸ナトリウムの分解反応及びほう
酸添加時の反応は次に示すようなものと考えられる。 Ｎａ₂ＳＯ₄ ＋２Ｈ₃ＢＯ₃ →Ｎａ₂Ｏ・Ｂ₂Ｏ₃ ＋ＳＯ₃
＋３Ｈ₂Ｏ Ｎａ₂ＳＯ₄ ＋４Ｈ₃ＢＯ₃ →Ｎａ₂Ｏ・２Ｂ₂Ｏ₃ ＋ＳＯ
₃ ＋６Ｈ₂Ｏ 然し、未だこの条件では、良好なガラス固化体とするこ
とはできなかった。

【００３４】この反応は、触媒作用を持つ物質や還元剤
の添加により促進されるものと考え、ガラス構成物質で
ある二酸化珪素（ＳｉＯ₂）に加えて、触媒としての効
果が期待でき、且つガラスの構成物質でもある鉄塩（Ｆ
ｅ（ＯＨ）₃）を添加して加熱溶融した。

【００３５】その結果は表１の No.６乃至８に示す。N
o.６及び７に示すように、溶融固化体の均質性は大幅に
向上し、硫酸ナトリウムの重量に対して１／２倍量の添
加で有効であった。

【００３６】生成した溶融固化物は、２層に分離するこ
とはなく、均質化していた。然し、 No.８に示すよう
に、鉄塩の添加量を多くすると、反応速度を低下させ、
固化体中に未反応の鉄塩を残留し易かった。

【００３７】又、鉄塩に代えて還元作用を有する物質と
して炭素を添加した処、表１の No.９乃至１１に示すよ
うに、同様の結果を得た。然し、 No.１０及び１１に示
すように、炭素の添加量を多くすると、反応速度を低下
させ、固化体中に未反応の鉄塩を残留し易かった。

【００３８】本発明においては、硫酸ナトリウムの重量
を１とした場合、添加剤の添加割合は、ほう酸≧１、二
酸化珪素≧２、鉄塩≦０．５（又は炭素≦０．５）の配
合比で良好なガラス固化体にすることが可能であった。

【００３９】尚、ガラスは、主成分（ガラス形成酸化
物）と修飾性のアルカリ酸化物（塩基性酸化物）と中性
酸化物とで構成されており、本発明において、ガラス形
成物質とは、これらの構成物質を言う。

【００４０】例えば、主成分としては、ＳｉＯ₂ ，Ｂ₂
Ｏ₃ ，Ｐ₂Ｏ₅ ，ＧｅＯ₂ ，Ａｓ₂Ｏ₅等がある。アルカ
リ酸化物としては、ＮａＯ，Ｋ₂Ｏ，ＣａＯ，ＢａＯ，
ＭｇＯ等がある。中性酸化物としては、Ｆｅ₂Ｏ₃ ，Ｚ
ｎＯ，Ａｌ₂Ｏ₃ ，ＢｅＯ等がある。

【００４１】

【実施例】以下、本発明の実施例を説明する。表３に示
す配合物を、マイクロ波溶融炉を使用して溶融固化処理
を行った。加熱源にはマイクロ波（２４５０Ｈｚ）を用
いた。マイクロ波の加熱電力は最大４Ｋｗであった。

【００４２】各配合物の加熱処理について熱分析を行っ
た。その結果を図１に示す。図１において、は配合N
o. １、は配合No. ２、は配合No. ４、は配合No.
５にそれぞれ相当する。

【００４３】図１に示すように、の硫酸ナトリウムだ
けの場合は、１４００℃まで熱的に安定であり、分解し
ないことが重量変化しないことより明らかである。の
Ｎａ₂ＳＯ₄ ：Ｈ₃ＢＯ₃ ：ＳｉＯ₂ ＝１：０．３：１の
場合には、比較的低い温度より分解が始まり、ほう酸だ
けでなく、硫酸ナトリウムも分解していることが明らか
である。

【００４４】のＮａ₂ＳＯ₄ ：Ｈ₃ＢＯ₃ ：ＳｉＯ₂ ：
Ｆｅ（ＯＨ）₃ ＝１：１：４：０．５の場合には、１１
００〜１２００℃程度で徐々に重量が減少し、その付近
での反応が進むものと思われる。

【００４５】のＮａ₂ＳＯ₄ ：Ｈ₃ＢＯ₃ ：ＳｉＯ₂ ：
Ｃ＝１：１：２：０．５の場合には、１０００℃付近で
急激な重量減少があり、これは炭素の燃焼反応と考えら
れる。

【００４６】熱分析は、島津製作所製ＤＴＧ−３０型を
用い、その条件は次の通りとした。 昇温速度 ： １５℃／min 熱重量（ＴＧ） ： ±５０mg チャートスピード： ２．５mm/min 対照 ： α−Ａｌ₂Ｏ₃

【００４７】

【表３】

【００４８】

【発明の効果】上述したように、本発明によれば、硫酸
ナトリウムを含む放射性廃液を加熱溶融することによっ
て硫酸ナトリウムを分解し、更にガラス成分と反応させ
て安定なガラス固化体とし、長期間安定に保管廃棄する
ことを可能とすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】加熱温度と熱重量分析の関係を示す図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 桐村 泰彦 神奈川県川崎市川崎区田辺新田１番１号 富士電機株式会社内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 硫酸ナトリウムを含有する放射性廃液
   に、ほう酸又は酸化ほう素とガラス形成物質を添加した
   後、加熱溶融し、硫酸ナトリウムの分解により生ずるナ
   トリウムをガラス構成成分としてガラス中に取り込むこ
   とを特徴とする硫酸ナトリウム含有放射性廃液の固化処
   理方法。
2. 【請求項２】 硫酸ナトリウムを含有する放射性廃液
   に、ほう酸又は酸化ほう素とガラス形成物質とガラス構
   成成分となる金属を添加した後、加熱溶融し、硫酸ナト
   リウムの分解により生ずるナトリウムをガラス構成成分
   としてガラス中に取り込むことを特徴とする硫酸ナトリ
   ウム含有放射性廃液の固化処理方法。
3. 【請求項３】 加熱溶融を電磁波を用いて行うことを特
   徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の硫酸ナトリウ
   ム含有放射性廃液の固化処理方法。