JPS5950960B2 - 放射能汚染金属の減容処理方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は放射性物質で汚染された金属の減容処理方法に
係り、特に酸化性の大きいアルミニウム、鉄等の汚染金
属類の廃棄処分に有効な処理方法に関するものである。

原子力発電プラントの定期検査において、機器補修に伴
い放射性物質で汚染されたアルミニウムや鉄などの金属
が発生する。

従来、放射能汚染金属を除染する方法として、水酸化す
） ＩＪウム水溶液、硝酸水溶液等を用いて洗浄する、
いわゆる化学除染法が行われている。

この方法は除染係数が大きいという利点を有しているが
、放射性物質を含んだ多量の洗浄廃液が発生し、この廃
液処理のために複雑な施設が必要になるという問題点が
ある。

このため、従来の化学除染法にかわり、水溶液を用いな
い乾式処理法として溶融処理法が提案されている。

この方法は放射性物質で汚染された金属：例えば鉄、Ｆ
ｅ−Ｎｉ合金を酸化雰囲気中で加熱溶融し、溶融金属上
部に溶出する放射性物質含有スラグを分離するものであ
る。

放射性物質が溶融した金属の表面に溶出する理由の一つ
とじて酸化雰囲気下で金属表面に生じた酸化物が放射性
物質を吸着し、この酸化物の密度が溶融金属のそれより
小さいため表面に浮遊するためと考えられている。

この方法では前記したように２次廃棄物が発生しないと
いう長所を有しているが、放射性物質の分離性能がそれ
ほど良好でないという欠点がある。

これは酸化雰囲気下で形成される酸化物が結晶性のもの
であり、酸化物の放射性物質の吸着性が小さいためと推
定される。

そこで放射性物質で汚染された鉄、Ｆｅ−Ｎｉ合金を酸
化雰囲気中で加熱溶融する際、二酸化けい素、酸化カル
シウムのような表面積の大きい吸着性物質を添加し、放
射性物質の分離性能を向上させることが行われている。

しかしこの方法は吸着性物質の比重とアルミニウムの比
重が近似しているので、アルミニウムには適用できない
ものであり、また鉄、Ｆｅ−Ｎｉ合金の場合にも、放射
性廃棄物量が増大し、減容効果が小さくなる欠点がある
。

本発明の目的は、上記従来技術の欠点をなくし、放射性
物質による汚染の機会の多いアルミニウムや鉄又は鉄を
主体とする合金にも適用でき、しかも放射性物質の除染
効果が大きく減容比の大きい放射能汚染金属の減容処理
方法を提供することにある。

本発明は、放射性物質で汚染された金属を水蒸気を含む
酸化雰囲気下において加熱溶融した後、上記金属を放射
性物質汚染部と非汚染部に分離する点に特徴を有する。

以下添付図面に基づいて本発明を明する。

本発明において、放射性物質で汚染された金属としては
アルミニウムの他に近年放射性物質に触れやすい種々の
ケーシングに使用されつつある鉄およびＦｅ−Ｎｉ合金
などの鉄を主体とする合金が挙げられる。

これら金属は水蒸気を含む酸化雰囲気中で加熱溶融され
る。

加熱溶融時の酸化雰囲気は溶融語中に酸素ガス、空気な
どを吹込むことによって達成される。

加熱温度はアルミニ”ラムの場合、７００〜１０００℃
が望ましく、鉄の場合、１７００〜１８００℃が望まし
い。

加熱温度が７００℃より低いアルミニウムの溶融が困難
であり、１０００℃を越えると多孔質のδアルミナが形
成されない。

また加熱温度が１７００℃より低いと鉄の溶融が困難で
あり、１８００℃を超えると、酸化鉄の結晶態様が変わ
り、密度が高くなる。

本発明において、水蒸気を含む酸化雰囲気中で放射性物
質で汚染したアルミニウム、鉄などの金属を加熱溶融す
ることによって多孔質のδアルミナや酸化鉄などが形成
され、これらにウラニウムなどの放射性物質が吸着され
る。

このようにして生成され、かつ放射性物質を吸着したδ
アルミナ、酸化鉄は多孔質であって、溶融アルミニウム
、溶融鉄に比べて密度が小さいので上部に浮上上これに
よって放射性物質の汚染部と非汚染部とに分離される。

実際には層状に分離した放射性物質の汚染部と非汚染部
とからなるインゴットを切削加工して両者を分離するこ
とかできる。

また加熱溶融物を金属フィルタなどで濾過してほぼ一定
の平均粒径を有するδアルミナ、酸化鉄を捕集し、非汚
染部から分離することもできる。

さらに放射性物質による汚染部と非汚染部とは密度に差
があるから、理論上は遠心分離機による分離法も不可能
ではないが、然る後切削加工を必要とするので実用上の
利点は少ない。

次に基礎実験と、本発明の好適な一実施例を示すフロー
シートに基づいて本発明をさらに詳細に説明する。

まず、放射性物質としてウラン、金属として酸化性の大
きいアルミニウムを取り上げ基礎実験を行った。

第１図は基礎実験装置のフローシートである。

第１図において１は電気炉、２は供試金属、３はルツボ
、４は収納容器、５は排ガスフィルタ、６は真空ポンプ
、７は加湿器、８は圧力計、９は水分計、１０は温度計
、１１はガス供給ライン、１２はガス排出ラインで゛あ
る。

基礎実験において、各種のパラメータサーベイを行った
結果、水蒸気の添加によりウランの除染性能が向上する
ことが判明した。

以下にその詳細を記す。

フッ化ウラニウム（ＵＯ２Ｆ２）を付着したアルミニウ
ムよりなる供試金属２を入れたルツボ３を電気炉１に収
納された容器４に入れる。

真空ポンプ６を用い、容器４内を真空に引き、所定の真
空度にする。

真空度は例えばピラニ型の圧力計８で計測する。

また、容器中のガスは例えばフッ化ナトリウムペレット
を充填した排ガスフィルタ５を介してガス排出ライン１
２より放出される。

所定時間真空を保持した後、ガス供給ライン１１より耐
素ガスおよび加湿器７を介して水蒸気を添加する。

水蒸気の添加量は水分計９で測定する。所外の酸素ガス
と水蒸気を通気した後、電気炉１を作動し容器４を加熱
して供試金属を溶融する。

温度計１０で容器内の温度を検出し、容器内を所定Ｃ温
度に保持する。

所定時間加熱した後、容器４を冷却し、ルツボ３から凝
固したアルミニウムのインゴットを取り出す。

次に、このインゴットを高さ方向に多層に切断し、各試
１験片表面のα放射能強度をＮａＩシンチレーション検
出器を用いて測定する。

第２図に実験結果の一例として、酸素分圧１００Ｔｏｒ
ｒ、水蒸気分圧１００Ｔｏｒｒ、温度８００℃の条件下
で約３時間溶融後、試験片表面のα放射能強度を測定し
た結果を示す。

この図には水蒸気を添加しない場合の結果を同時に示し
である。

この図において、たて軸はインゴットの高さを上端部の
それが１とした場合の相対値、横軸は各試験片のα放射
能強度を上端部のそれが１とした場合の相対値で表しで
ある。

この図から、水蒸気を添加した場合（図中の実線）では
水蒸気を添加しない場合（図中の点線）に比してα放射
能分布がインゴットの下部方向に恵激に減少し、放射性
物質の分離性能が大きいことがわかる。

次に、水蒸気の添加量を変えてアルミニウムを溶融し、
インゴットのα放射能を測定した結果を第３図に示す。

この図において、横軸は酸素分圧に対する水蒸気分圧の
比、たて軸は除染係数を水蒸気分圧が酸素分圧と等しい
場合のそれが１とした場合の相対値で表わしである。

なお、この場合の除染係数はインゴット上端部のα放射
能強度をインゴット下端部のそれで割った値で定義した
ものである。

この図より水蒸気分圧の酸素分圧の０．５から１．５の
範囲内におい除染係数は最大となるおとがわかる。

これは水蒸気分圧が酸素分圧に比して小さすぎる場合に
は多孔質のアルミナの生成量が少なくなり、また、水蒸
気分圧が酸素分圧に比して大きすぎる場合、多孔性アル
ミナが多量に生成し、除染係数がかえって小さくなるも
のと考えられる。

上記したように、ウラン汚染アルミニウムを溶融処理の
場合、水蒸気を酸素分圧の０．５倍から１．５倍の範囲
内で添加することにより、溶融アルミニウムからウラン
を効率よく分離できると共に、減容比を大きくできる。

第４図を用いて、ウラン汚染アルミニウムを工学的に溶
融処理する場合に好適な実施例を説明する。

第４図について１〜１２は第１のそれと同一、１３は供
給金属受器、１４は電磁ポンプ、１５はろ過器、１６は
金属フィルタ、１７は金属回収受器である。

ウランで汚染されたアルミニウム材よりなる供試金属２
は容器４に搬入される。

上記した基礎実験の方法と同じようにして、容器内に１
００Ｔｏｒｒの酸素および水蒸気を添加後、電気炉１で
８００℃に加熱する。

約４時間加熱後、溶融したアルミニウムを容器下部の配
管を通して試料金属受器１３にためる。

溶融アルミニウムは電磁ポンプ１４によりろ過器１５に
供給される。

電磁ポンプとしては例えばファラデイ型のナトリウムポ
ンプが用いられる。

ろ過器１５の内部には１６〜２０メツシユの金属フィル
タ１６が挿入しである。

金属フィルタとしては例えばインコネル等の耐熱材が用
いられる。

溶融時に形成されるアルミナの平均粒子径は３００μ程
度であるため、金属フィルタによって、ウランの付着し
たアルミナは捕集され、ウランを含まないアルミニウム
が金属回収容器１７に回収される。

以上のろ過操作によって、回収されたアルミニウム中に
含まれるウラン量は当初アルミニウムに付着していたウ
ラン量の１７１００以下に低減できる。

また、金属フィルタによって捕集されたアルミナの量は
当初金属の５％程度であり、放射性廃棄物量を約１７２
０に低減できる。

本実施例において、ウランによって汚染されたアルミニ
ウムについて説明したが゛、ウラン以外の他の放射性物
質も同様の挙動を示し、またアルミニウムおよび鉄また
は鉄を主体とする合金以外の被酸化性の大きい金属であ
って放射能物質で汚染されたものについても本発明を適
用することができる。

以上のように本発明によれば、放射性物質で汚染された
金属に対する放射性物質の除染効果が大きくなると共に
放射性廃棄物量を低減することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は基礎実験に用いた装置を示すフローチャート図
、第２図はアルミニウムインゴットの高さ方向とα放射
能強度の関係を示すグラフ図、第３図は水蒸気分圧／酸
素分圧と除染係数の関係を示すグラフ図、第４図は本発
明方法の一実施例を示す系統図である。 １・・・・・・電気炉、２・・・・・・供給金属、３・
・・・・・ルツボ、４・・・・・・収納容器、５・・・
・・・排ガスフィルタ、６・・・・・・真空ポンプ、７
・・・・・・加湿器、８・・・・・・圧力計、９・・・
・・・水分計、１０・・・・・・温度計、１１・・曲ガ
ス供給ライン、１２・・・・・・ガス排出ライン、１３
・・曲供給金属受器、１４・・・・・・電磁ポンプ、１
５・・曲ろ過器、１６・・・・・・金属フィルタ、１７
・・曲金属回収受器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 放射性物質で汚染された金属を、水蒸気を含む酸化
   雰囲気下で該金属の融点を越えない温度にて加熱して、
   前記金属の表面を酸化物に変化させ、その後金属の融点
   以上の温度にて加熱溶融して放射性物質を前記酸化物中
   に包含させ、これにより上記金属を放射性物質汚染部と
   非汚染部に分離することを特徴とする放射能汚染金属の
   減容処理方法。 ２、特許請求の範囲第１項において、放射性物質汚染部
   と非汚染部との分離手段は、前記金属の加熱溶融によっ
   て生じたインゴットを切削する手段であることを特徴と
   する放射能汚染金属の減容処理方法。 ３ 特許請求の範囲第１項において、放射性物質汚染部
   と非汚染部との分離手段は、前記金属の加熱溶融物を濾
   過する手段であることを特徴とする放射能汚染金属の減
   容処理方法。 ４ 特許請求の範囲第１項において、前記金属はアルミ
   ニウムであることを特徴とする放射能汚染金属の減容処
   理方法。 ５ 特許請求の範囲第１項において、前記金属は鉄又は
   鉄を主成分とする合金であることを特徴とする放射能汚
   染金属の減容処理方法。 ６ 特許請求の範囲第１項において、前記放射性物質は
   ウラニウムであることを特徴とする放射能汚染金属の減
   容処理方法。 ７ 特許請求の範囲第４項又は第５項において、酸化雰
   囲気中の水蒸気分圧が酸素分圧の０．５〜１．５の範囲
   であることを特徴とする放射能汚染金属の減容処理方法
   。