JPS60122400A - Method of heating and decomposing used ion exchange resin - Google Patents
Method of heating and decomposing used ion exchange resinInfo
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- JPS60122400A JPS60122400A JP23005083A JP23005083A JPS60122400A JP S60122400 A JPS60122400 A JP S60122400A JP 23005083 A JP23005083 A JP 23005083A JP 23005083 A JP23005083 A JP 23005083A JP S60122400 A JPS60122400 A JP S60122400A
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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。(57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の利用分野〕
本発明は、使用済イオン交換樹脂(以下、廃樹脂ともい
う)、特に原子力発電所などの原子カプラントから生じ
た放射性の使用済イオン交換樹脂の加熱分解処理時に硫
黄酸化物(SOx)やアンモニア(NH3)等の有害ガ
スの発生を防止する方法に関する。[Detailed Description of the Invention] [Field of Application of the Invention] The present invention relates to the treatment of used ion exchange resins (hereinafter also referred to as waste resins), particularly radioactive used ion exchange resins generated from atomic couplants such as nuclear power plants. The present invention relates to a method for preventing the generation of harmful gases such as sulfur oxides (SOx) and ammonia (NH3) during thermal decomposition treatment.
原子力発電所などの運転に伴い種々の放射性物質を含む
廃液が発生するが、これらの廃液はイオン交換樹脂を用
いて処理されることが多い。これに伴って発生する放射
性の使用済イオン交換樹脂(廃樹脂)の処理が原子力発
電所の運転上の一つの線層とされている。例えば、沸騰
水型原子力発電所においては、発生する放射性廃棄物量
のかなりの部分が使用済イオン交換樹脂で占められてい
る。BACKGROUND OF THE INVENTION During the operation of nuclear power plants and the like, waste fluids containing various radioactive substances are generated, and these waste fluids are often treated using ion exchange resins. Disposal of radioactive used ion exchange resin (waste resin) generated in conjunction with this is considered to be one of the critical aspects of nuclear power plant operation. For example, in boiling water nuclear power plants, a significant portion of the radioactive waste generated is spent ion exchange resin.
従来、この使用済イオン交換樹脂はセメントあるいはア
スファルト等の同化剤と混合してドラム缶中に固化され
、施設内に貯蔵保管されている。Conventionally, this used ion exchange resin is mixed with an assimilating agent such as cement or asphalt, solidified in drums, and stored in a facility.
しかしながら、これらの放射性廃棄物の量は年々増加す
る傾向にあり、その保管場所の確保および保管中の安全
性の確保が重要な問題となっている。However, the amount of radioactive waste tends to increase year by year, and securing storage space and ensuring safety during storage have become important issues.
さらに、使用済樹脂は有機物のため、長期間保管すると
これが分解・腐敗する可能性もある。このため、使用済
樹脂を固化処理するに際しては、容積を可能な限り小さ
くする(減容)と共に、これを安定な無機物とすること
(無機化)に大きな関心が払われてきている。例えば、
使用済樹脂の減容・無機化処理法として酸分解による方
法が提案されている。その酸分解法の一つとしてHED
L法(Hanford Engineering De
vslopment Laboratory法)と呼ば
れるものがある。これは、150〜3000の温度にて
濃硫酸(97重量%程度)と硝酸(60重量係程度)を
用いて前記廃樹脂を酸分解する方法である。酸分解法の
他の例として、特開昭53−88500号公報に示され
ているものもある。これは濃硫酸と過酸化水素(30チ
程度)を用いて樹脂を酸分解する方法である。しかしな
がら、これらの酸分解による方法では、樹脂を溶解して
分解し、その分解液を蒸発濃縮するので、減容比は大き
くとれるが、強酸性液のハンドリング、濃縮された強酸
性液による装置の腐食、回収された濃縮液の同化技術等
の未確立など多くの困難な問題点がある。Furthermore, since used resin is an organic substance, there is a possibility that it will decompose and rot if stored for a long period of time. Therefore, when solidifying used resin, great attention has been paid to reducing the volume as much as possible (volume reduction) and converting it into a stable inorganic substance (mineralization). for example,
A method using acid decomposition has been proposed as a volume reduction and mineralization treatment method for used resin. HED is one of the acid decomposition methods.
L method (Hanford Engineering De
There is a method called vslopment laboratory method). This is a method of acid decomposing the waste resin using concentrated sulfuric acid (approximately 97% by weight) and nitric acid (approximately 60% by weight) at a temperature of 150 to 3000°C. Another example of the acid decomposition method is disclosed in JP-A-53-88500. This is a method of acid decomposing resin using concentrated sulfuric acid and hydrogen peroxide (approximately 30%). However, in these acid decomposition methods, the resin is dissolved and decomposed, and the decomposed liquid is evaporated and concentrated, so a large volume reduction ratio can be achieved, but the handling of the strongly acidic liquid and the operation of the equipment using the concentrated strong acidic liquid are difficult. There are many difficult problems such as corrosion and unestablished assimilation technology for the recovered concentrated liquid.
そこで、特開昭57−1446号公報に示されるように
、強酸性液の使用を避け、鉄触媒の存在下で過酸化水素
を用いて廃樹脂を分解する方法が提案されている。しか
し、この方法は、大量の過酸化水素を必要とするため、
過酸化水素が扁師であることを考えると、コスト高にな
るとともに、廃樹脂の分解も不十分で有機物のまま残留
してしまうという問題がある。Therefore, as shown in JP-A-57-1446, a method has been proposed in which waste resin is decomposed using hydrogen peroxide in the presence of an iron catalyst, avoiding the use of strong acidic liquids. However, this method requires large amounts of hydrogen peroxide,
Considering that hydrogen peroxide is a silica, there are problems in that the cost is high and that the waste resin is not sufficiently decomposed and remains as an organic substance.
以上のような酸分解法の問題点を避けるために、乾式法
による減容無機化処理方法が開発されている。例えば特
開昭57−12400号公報に示されるように流動床を
用いて廃樹脂を燃焼する方法が提案されている。また、
特開昭58−55608号公報には、多段焼却炉による
焼却法が、特開昭53−107600号公報には水蒸気
による分解法が、特開昭57−91500号公報にはマ
イクロ波加熱による分解法が、特開昭52−13350
0号公報′には溶融塩による分解法が提案されている。In order to avoid the above problems of the acid decomposition method, a volume reduction mineralization treatment method using a dry method has been developed. For example, as shown in Japanese Unexamined Patent Publication No. 57-12400, a method of burning waste resin using a fluidized bed has been proposed. Also,
JP-A-58-55608 discloses an incineration method using a multistage incinerator, JP-A-53-107,600 describes a decomposition method using steam, and JP-A-57-91500 describes a decomposition method using microwave heating. The law is published in Japanese Unexamined Patent Publication No. 52-13350.
Publication No. 0' proposes a decomposition method using molten salt.
また、現在、触媒を用いる熱分解法が開発されつつある
。Additionally, thermal decomposition methods using catalysts are currently being developed.
これら乾式法における共通の問題点は、廃樹脂が加熱分
解する際に有害な硫黄酸化物ガス(SOX )、アンモ
ニアガス(NH,)が発生することである。A common problem in these dry methods is that harmful sulfur oxide gas (SOX) and ammonia gas (NH) are generated when waste resin is thermally decomposed.
このため、その対策としてアルカリスクラバーによる排
ガス処理が行なわれている。すなわち、これら有害ガス
を含む排ガスを水酸化ナトリウム水溶液中に通し、排ガ
ス中のSOxおよびNH5ガスを水酸化ナトリウムと反
応させ、硫酸ナトリウム、水酸化アンモニウムとし処理
するものである。Therefore, as a countermeasure, exhaust gas treatment using an alkaline scrubber is being carried out. That is, the exhaust gas containing these harmful gases is passed through an aqueous sodium hydroxide solution, and the SOx and NH5 gases in the exhaust gas are reacted with sodium hydroxide to be treated as sodium sulfate and ammonium hydroxide.
しかし、この方法では排ガス処理設備が大がかりとなる
だけですく、排ガス中に飛散して来る分解残渣および放
射性核種も同時に水酸化す) IJウム水溶液中に吸収
されてしまうため、二次廃棄物である硫酸ナトリウム、
水酸化アンモニウムも放射性廃棄物として処理しなけれ
ばならない。However, this method only requires large-scale exhaust gas treatment equipment, and the decomposition residues and radionuclides scattered in the exhaust gas are also hydroxylated at the same time. some sodium sulfate,
Ammonium hydroxide must also be treated as radioactive waste.
(5)
そこで、排ガス処理装置を簡素化するため、石炭ガス化
システムなどに利用されている有害カス捕集剤(炭酸カ
ルシウムなど)を廃樹脂加熱分解時に反応容器内に添加
し、発生した有害ガスを捕集する方法が検討されている
。しかしこの方法では発生する有害ガスの当量の5〜6
倍の捕集剤を添加しなければならず、このことば減容比
が大巾に悪化する原因となる。(5) Therefore, in order to simplify the exhaust gas treatment equipment, we added a harmful waste scavenger (calcium carbonate, etc.) used in coal gasification systems into the reaction vessel during thermal decomposition of waste resin. Methods to capture the gas are being considered. However, in this method, 5 to 6 equivalents of the harmful gas generated
It is necessary to add twice the amount of scavenger, which causes a significant deterioration in the volume reduction ratio.
本発明の目的は、使用済イオン交換樹脂を加熱分解する
際に有害な硫黄酸化物ガス(SOx )およびア、、/
七ニアの発生を防止する方法を提供することにある。The purpose of the present invention is to eliminate harmful sulfur oxide gas (SOx) and a...
The purpose of the present invention is to provide a method for preventing the occurrence of C.7nia.
本発明は、原子力発電所などの原子カプラントで発生す
る使用済イオン交換樹脂の加熱分解方法において、該イ
オン交換樹脂がイオン交換基としてスルホシ酸基を有す
る陽イオシ交換樹脂である場合には、該スルホシ酸基と
反応して固形の硫酸塩を生成するアルカリ金属またはア
ルカリ土金属(6)
を加熱分解に先立って上記使用済イオン交換樹脂にイオ
ン交換反応により付着させておき、また上記イオン交換
樹脂がイオン交換基として四級のア、7を二つ6基を有
する陰イオン交換樹脂である場合には、該ア′J′f:
ニウム基と反応して固形のアンモニウム基を生成するへ
ロゲシ元累を加熱分解に先立って上記使用済イオン交換
樹脂にイオン交換反応により付着させておき、加熱分解
の際に硫黄酸化物ブ5スまたはアンモニアガスの発生を
防止することを特徴とする使用者イオン交換樹脂の加熱
分解方法を要旨とするものである。The present invention provides a method for thermally decomposing a used ion exchange resin generated in an atomic couplant such as a nuclear power plant, in which the ion exchange resin is a cation exchange resin having a sulfosic acid group as an ion exchange group. An alkali metal or alkaline earth metal (6) that reacts with the sulfosic acid group to produce a solid sulfate is attached to the used ion exchange resin by an ion exchange reaction prior to thermal decomposition, and the ion exchange resin is an anion exchange resin having two and six quaternary A,7 groups as ion exchange groups, the A'J'f:
Prior to thermal decomposition, a sulfur oxide group, which reacts with a solid ammonium group to form a solid ammonium group, is attached to the used ion exchange resin by an ion exchange reaction, and during thermal decomposition, a sulfur oxide bath is added to the spent ion exchange resin. Another gist is a method for thermally decomposing a user's ion exchange resin, which is characterized by preventing the generation of ammonia gas.
以下に本発明の基本原理を説明する、
イオン交換樹脂は一般に、スチリルとジじニルベシゼシ
(D、V、B、)の兵事合体を基体とし、これにイオン
交換基として、陽イオン交換樹脂の場合にはスルホン酸
基(−8O3H)を、また陰イオン交換樹脂の場合には
4級のアン℃二つ6基(−NR30H2但しRはCH3
である)を結合させた構造を有する芳香族系有機高分子
化合物である。The basic principle of the present invention will be explained below. Ion exchange resins generally have a combination of styryl and didinylbechase (D, V, B,) as a base, and a cation exchange resin is added to this as an ion exchange group. In case of sulfonic acid group (-8O3H), in case of anion exchange resin, quaternary anion ℃ 2 6 groups (-NR30H2, where R is CH3
It is an aromatic organic polymer compound having a structure in which the
イオン交換樹脂を加熱分解した際に有害ガス発生の点で
問題となるのは、スルホン酸基をもつ強酸性陽イオン交
換樹脂と4級のアンモニウム基をもつ弱塩基性陰イオン
交換樹脂である。すなわち上記陽イオン交換樹脂を加熱
分解すると、イオン交換基であるスルホン酸基が分解し
て有害な硫黄酸化物ガス(SOりが発生し、一方、上記
陰イオン交換樹脂を加熱分解すると、イオン交換基であ
る4級のアンモニウム基が分解して有害なアンモニアガ
ス(NH5)が発生する。これらの排ガスを処理するた
めには、前述のように多くの問題点があるO
本発明は上記の問題点を解決するために、イオン交換樹
脂の特徴であるイオン交換能力を利用することに着目し
、加熱分解しようとする陽イオン交換樹脂に加熱分解に
先立ち予めCa2+r Na+などのアルカリ土金属イ
オン又はアルカリ金属イオンをイオン交換させた後に、
加熱分解を行なうものである。また陰イオン交換樹脂を
加熱分解するに当っては、加熱分解に先立って予めハロ
ダンイオンをイオン交換させた後に、加熱分解を行うも
のである。Strongly acidic cation exchange resins having sulfonic acid groups and weakly basic anion exchange resins having quaternary ammonium groups pose a problem in terms of harmful gas generation when ion exchange resins are thermally decomposed. That is, when the above cation exchange resin is thermally decomposed, the sulfonic acid group, which is an ion exchange group, is decomposed and harmful sulfur oxide gas (SO gas) is generated.On the other hand, when the above anion exchange resin is thermally decomposed, ion exchange The quaternary ammonium group decomposes and generates harmful ammonia gas (NH5).In order to treat these exhaust gases, there are many problems as mentioned above. In order to solve this problem, we focused on utilizing the ion exchange ability, which is a characteristic of ion exchange resins, and added alkaline earth metal ions such as Ca2+r Na+ or alkali to the cation exchange resin to be thermally decomposed prior to thermal decomposition. After ion exchange of metal ions,
It performs thermal decomposition. Further, when thermally decomposing an anion exchange resin, prior to thermal decomposition, halodane ions are ion-exchanged and then thermally decomposed.
なお、原子カプラントで用いるイオン交換樹脂は、その
劣化に応じて廃樹脂とされるのであるが、廃樹脂となっ
ても上記のアルカリ土金属イオン又はアルカリ金属イオ
ンもしくはハロダンイオンとイオン交換反応を行う能力
を有する。The ion exchange resin used in atomic couplants is disposed of as waste resin depending on its deterioration, but even when it becomes waste resin, it has the ability to perform ion exchange reactions with the above-mentioned alkaline earth metal ions, alkali metal ions, or halodane ions. has.
そこで、上記の如きイオンを予めイオン交換しておくこ
とにより、陽イオン交換樹脂の加熱分解時には、イオン
交換基(−so5−基)とCaイオンが反応して硫酸カ
ルシウムを形成し、SOxの発生を防止するものである
。こうするとイオン交換基と(aイオンとが1対1で反
応するため、炭酸カルシウムなどのSOx捕集剤を添加
する従来方法に比べて、C&の添加量をIA〜IAに低
下でき、その結果として減容比を1/4〜115にする
ことができる。Therefore, by ion-exchanging the above ions in advance, when the cation-exchange resin is thermally decomposed, the ion-exchange group (-so5- group) and Ca ion react to form calcium sulfate, generating SOx. This is to prevent In this way, the ion exchange groups and (a ions) react on a one-to-one basis, so compared to the conventional method of adding SOx scavengers such as calcium carbonate, the amount of C& added can be reduced to IA to IA. The volume reduction ratio can be set to 1/4 to 115.
また、陰イオン交換樹脂の加熱分解時には、イオン交換
基である4級のアンモニウム基(−N(CH5)5 )
が分解し有害なアンモニアガスが発生するが、陽イオン
交換樹脂と同様な考え方で、陰イオン交換樹脂にヨウ素
イオンなどのハロダン(9)
イオンを予めイオン交換しておいて加熱分解すれば、ハ
ロダン化アンモニウムが形成され、アンモニアガスの発
生を防止することができる。In addition, during thermal decomposition of the anion exchange resin, a quaternary ammonium group (-N(CH5)5), which is an ion exchange group, is
decomposes and generates harmful ammonia gas.However, using the same concept as cation exchange resins, if you ion-exchange halodane (9) ions such as iodine ions with anion exchange resin in advance and then heat decompose them, halodane can be produced. ammonium chloride is formed, and the generation of ammonia gas can be prevented.
本発明の実施例を図面を参照して詳細に説明する。 Embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
先ず陽イオン交換樹脂の場合につき説明する。First, the case of a cation exchange resin will be explained.
重合体を高分子基体とし、これにイオン交換基であるス
ルホン酸基’(SO5H)を結合させた架橋構造をもち
、かつ立体構造を有し、次のような構造式であられされ
る。又、分子式は、(C16H1503S)nであられ
される。It has a crosslinked structure in which a polymer is used as a polymer base and a sulfonic acid group (SO5H), which is an ion exchange group, is bonded thereto, and has a three-dimensional structure, and has the following structural formula. Moreover, the molecular formula is (C16H1503S)n.
(10)
このような陽イオン交換樹脂が加熱分解を受けると、そ
のイオン交換基であるスルホン酸基(−8O5H)は、
so2 、so3などの硫黄酸化物がス(SOX)にな
る。一方、樹脂本体が分解するとCO2、H2O。(10) When such a cation exchange resin undergoes thermal decomposition, its ion exchange group, the sulfonic acid group (-8O5H), becomes
Sulfur oxides such as so2 and so3 become sulfur (SOX). On the other hand, when the resin body decomposes, CO2 and H2O are released.
H2などのガスになる。たとえば、陽イオン交換樹脂1
kgを加熱分解すると、SOxは781発生し、一方
、co2は125OA!発生する。このうちCO2など
のガスは大気中への放出が許されるが、SOxは有害で
あるため大気中への放出が規制されている。It becomes a gas such as H2. For example, cation exchange resin 1
When kg is thermally decomposed, 781 SOx is generated, while CO2 is 125OA! Occur. Among these gases, gases such as CO2 are allowed to be released into the atmosphere, but SOx is harmful, so its release into the atmosphere is regulated.
そこで、本発明実施例では、加熱分解時のSOxの発生
を防止するため、下記の式(1)に示すように、予め陽
イオン交換樹脂にカルシウムイオンをイオン交換した後
、加熱分解を行なう。Therefore, in the embodiment of the present invention, in order to prevent the generation of SOx during thermal decomposition, thermal decomposition is performed after calcium ions are ion-exchanged with a cation exchange resin in advance, as shown in equation (1) below.
この加熱分解時の反応式は式(2)に示すものとなり、
有害なSOxが発生する代りに無害なCaSO4が発生
する。The reaction equation during this thermal decomposition is shown in equation (2),
Instead of harmful SOx being generated, harmless CaSO4 is generated.
このとき、so3基とカルシウムが1対1で反応する。At this time, the so3 group and calcium react on a one-to-one basis.
従って陽イオン交換樹脂を1kg分解するのに必要なカ
ルシウムイオンの量は0.14kljである。Therefore, the amount of calcium ions required to decompose 1 kg of cation exchange resin is 0.14 klj.
これに対して、従来技術のような炭酸カルシウム添加に
よるSOx回収では、気体となったSOXと炭酸カルシ
ウムが反応するため、添加した炭酸カルシウムの一部し
かSOXと反応しない。このためSoXの当量の5〜6
倍の炭酸カルシウムを添加しなければならない。すなわ
ち1に9の陽イオン交換樹脂を分解したときに発生する
SOxの90係を回収するためには炭酸カルシウムを1
.75〜2.1 kg添加しなければならない。このと
きの反応式を式(3)に示す。On the other hand, in SOx recovery by adding calcium carbonate as in the prior art, since gaseous SOX and calcium carbonate react, only a portion of the added calcium carbonate reacts with SOX. Therefore, 5 to 6 of the equivalent of SoX
Double the amount of calcium carbonate must be added. In other words, in order to recover 90 parts of SOx generated when decomposing a 1 to 9 cation exchange resin, 1 part of calcium carbonate is
.. 75-2.1 kg must be added. The reaction formula at this time is shown in formula (3).
第1図に、本発明実施例と従来技術でのカルシウム(C
&)の添加量とSOx捕集率(1−SOX発生F理論S
Ox発生量)の関係を示す。Caをイオン交換する本発
明実施例ではSと当量のCaを添加することにより、S
OXの捕集率を100チとすることができるのに対して
、従来技術によるCaCO3添加法ではSの当量の5〜
6倍のCaを添加しても90〜95%の捕集率しか得る
ことができない。Figure 1 shows calcium (C
&) addition amount and SOx capture rate (1-SOX generation F theory S
(Ox generation amount). In the embodiment of the present invention in which Ca is ion-exchanged, S is added by adding Ca in an amount equivalent to S.
While the OX collection rate can be set to 100 cm, the conventional CaCO3 addition method can achieve a collection rate of 5 to 100 cm of S equivalent.
Even if 6 times as much Ca is added, a collection rate of only 90 to 95% can be obtained.
本発明においてSOX捕集作用のあるものとして用い得
る元素(イオン)についての条件として次の二点がある
。In the present invention, there are the following two conditions regarding elements (ions) that can be used as having an SOX trapping effect.
(1)加熱分解時にイオン交換基(−so5基)と反応
して硫酸化合物を形成するものであること。(1) It reacts with an ion exchange group (-so5 group) during thermal decomposition to form a sulfuric acid compound.
(2)加熱分解時に形成された硫酸化合物が安定である
こと。(2) The sulfuric acid compound formed during thermal decomposition is stable.
(13)
(1)の条件を充たす元素は、ナトリウムなどのアルカ
リ金属およびカルシウムなどのアルカリ土類金属である
。表1にこれらの元素の硫酸化合物の分解温度を示した
。(13) Elements that satisfy the condition (1) are alkali metals such as sodium and alkaline earth metals such as calcium. Table 1 shows the decomposition temperatures of sulfuric compounds of these elements.
表 1
SOx捕集剤として添加する元素(イオン)は、樹脂を
分解するときの温度よりその硫酸化合物の分(14)
解温度の方が高いものでなければならない。たとえば、
触媒を用いる熱分解法では分解温度が350℃であるた
め、表1のすべての元素を使うことができるが、一方、
流動床では分解温度が700〜900℃になるため、表
1におけるLl、N&%B11以外の元素を用いるのが
望ましい。Table 1 The element (ion) added as a SOx scavenger must have a decomposition temperature higher than that of the sulfuric compound (14) than the temperature at which the resin is decomposed. for example,
In the thermal decomposition method using a catalyst, the decomposition temperature is 350°C, so all the elements in Table 1 can be used, but on the other hand,
Since the decomposition temperature is 700 to 900°C in a fluidized bed, it is desirable to use elements other than Ll, N & %B11 in Table 1.
次に陰イオン交換樹脂の場合につき説明する。Next, the case of an anion exchange resin will be explained.
陰イオン交換樹脂は、陽イオン交換樹脂と同じ高分子基
体にイオン交換基である4級アンモニウム基(Na30
H)を結合させたものであり、次のような構造式であら
れされる。又、分子式は、(C2oH26ON)nであ
られされる。Anion exchange resins have quaternary ammonium groups (Na30
H), and has the following structural formula. Moreover, the molecular formula is (C2oH26ON)n.
このような陰イオン交換樹脂が加熱分解を受けると、イ
オン交換基である4級アンモニウム基の分解によp1ア
ンモニア(NHs )をはじめとして、トリメチルアミ
ン(N(CH3)3 ) 、ジメチルアミン(NH(C
H3)2 )、メチルアミン(NH2(CH3) )な
どのガスが発生する。このうちアンモニアガスは有害で
あり、大気中へのその放出は規制されている。When such anion exchange resin undergoes thermal decomposition, the quaternary ammonium group, which is an ion exchange group, is decomposed to produce p1 ammonia (NHs), trimethylamine (N(CH3)3), dimethylamine (NH( C
Gases such as H3)2) and methylamine (NH2(CH3)) are generated. Among these, ammonia gas is harmful, and its release into the atmosphere is regulated.
一方、樹脂本体が分解すると陽イオン交換樹脂と同様に
CO2などのガスが発生する。たとえば、陰イオン交換
樹脂1 kgが分解し、イオン交換基のすべてがアンモ
ニアガスになると仮定すると、アンモニアガスは’16
1発生する。On the other hand, when the resin body decomposes, gases such as CO2 are generated, similar to cation exchange resins. For example, assuming that 1 kg of anion exchange resin decomposes and all of the ion exchange groups become ammonia gas, ammonia gas is '16
1 occurs.
そこで本発明実施例では、加熱分解時のアンモニアガス
の発生を防止するため、下記の式(4)%式%)
に示すように、陰イオン交換樹脂にヨウ素イオンをイオ
ン交換した後、加熱分解を行うものである。Therefore, in the embodiment of the present invention, in order to prevent the generation of ammonia gas during thermal decomposition, after ion-exchanging iodine ions with an anion exchange resin, as shown in the following formula (4), the thermal decomposition This is what we do.
これにより、陽イオン交換樹脂と同様な原理でアンモニ
アはヨウ化アンモニウム(NH4I)となり残渣中に残
る。これによりアンモニアガスの発生を防止することが
できる。As a result, ammonia becomes ammonium iodide (NH4I) and remains in the residue based on the same principle as that of a cation exchange resin. This can prevent the generation of ammonia gas.
本発明においてアンモニア捕集作用のあるものとして用
い得る元素の条件は次の二点である。In the present invention, the following two conditions apply to the element that can be used as having an ammonia-trapping effect.
(1) 加熱分解時にアンモニアと反応してアンモニウ
ム塩を形成する元素であること。(1) It must be an element that reacts with ammonia to form ammonium salt during thermal decomposition.
(2)形成されたアンモニウム塩が安定であること。(2) The ammonium salt formed is stable.
(1)の条件をみたす元素はハロゲン族であり、表2に
それらのハロダン化アンモニウムの分解温度を示した☆
表 2
(17)
アンモニア捕集剤として添加する元素(イオン)は陰イ
オン交換樹脂を分解するときの温度より、そのアンモニ
ウム塩の分解温度の方が高いものでなければならない。Elements that satisfy the condition (1) are halogen group, and Table 2 shows the decomposition temperatures of ammonium halides. ☆ Table 2 (17) Elements (ions) added as an ammonia scavenger are anion exchange resins. The decomposition temperature of the ammonium salt must be higher than that of the ammonium salt.
たとえば、後述する触媒を用いる熱分解法では、分解温
度が350℃であるため、■又はBrが望しい。一方、
流動床では分解温度が、700〜900℃であるため使
用することができない・
次に本発明の方法の実施態様をその実施装置と共に説明
する。第2図はその概略を表わした線図であって、廃樹
脂は廃樹脂タンク1よりイオン交換タンク2に供給され
る。またカルシウムイオン溶液タンク3よりカルシウム
イオン溶液がイオン交換タンク2に供給される。イオン
交換タンク2でカルシウムがイオン交換反応により廃樹
脂に付着される。このときのイオン交換反応は平衡反応
であるから、カルシウムイオンを完全に廃樹脂にイオン
交換反応させるためには、イオン交換タンク2内のカル
シウムイオン量を廃樹脂のイオン交換容量の10倍以上
にする必要がある。イオン交(18)
換を終了した廃樹脂は分離タンク5に送られ、ここで廃
樹脂とカルシウムイオン溶液が分離され、廃樹脂は反応
容器6で加熱分解され、カルシウムイオン溶液はイオン
交換タンク2に戻されて再利用される。上記は陽イオン
交換樹脂の場合であるが、陰イオン交換樹脂の場合も同
様な装置で行うことができる。For example, in the thermal decomposition method using a catalyst described below, the decomposition temperature is 350° C., so ■ or Br is preferable. on the other hand,
A fluidized bed cannot be used because the decomposition temperature is 700 to 900°C. Next, an embodiment of the method of the present invention will be described together with an apparatus for implementing the method. FIG. 2 is a diagram schematically showing the process, in which waste resin is supplied from a waste resin tank 1 to an ion exchange tank 2. Further, a calcium ion solution is supplied from the calcium ion solution tank 3 to the ion exchange tank 2. In the ion exchange tank 2, calcium is attached to the waste resin by an ion exchange reaction. The ion exchange reaction at this time is an equilibrium reaction, so in order to completely cause the ion exchange reaction of calcium ions to the waste resin, the amount of calcium ions in the ion exchange tank 2 must be set to at least 10 times the ion exchange capacity of the waste resin. There is a need to. Ion exchange (18) The waste resin that has completed the exchange is sent to the separation tank 5, where the waste resin and calcium ion solution are separated, the waste resin is thermally decomposed in the reaction vessel 6, and the calcium ion solution is sent to the ion exchange tank 2. returned to and reused. Although the above is for a cation exchange resin, the same apparatus can be used for an anion exchange resin as well.
実施例1
本実施例は本発明者らの開発した触媒を用いる熱分解法
を適用した実施例であって、第3図によりこれを説明す
る。Example 1 This example is an example in which a thermal decomposition method using a catalyst developed by the present inventors was applied, and will be explained with reference to FIG.
第3図は沸騰水型原子炉の復水浄化器から発生する使用
済陽イオン交換樹脂(廃樹脂)を減容無機化する処理フ
ローを示している。廃樹脂は復水脱塩器から逆洗操作に
より廃棄されるためスラリー状になっている。この廃樹
脂スラリーはスラリータンク7からカルシウムイオン交
換タンク8に送られる。カルシウムイオンはカルシウム
イオン溶液タンク9からカルシウムイオン交換タンク8
に供給され、ここで廃樹脂にカルシウムイオンがイオン
交換される。カルシウムイオンをイオン交換し九廃樹脂
は、鉄イオン(触媒)交換タンク10に送られ、ここで
鉄イオン溶液タンク11から供給される触媒となる鉄イ
オンの最適量(廃樹脂のイオン交換容量の2〜10チ)
とイオン交換する。カルシウムイオンおよび触媒となる
鉄イオンをイオン交換した廃樹脂は、熱分解反応器13
に送られ、ここで加熱ヒーター19により350℃に加
熱し空気雰囲気下で廃樹脂を分解する。このとき廃樹脂
から発生する水蒸気は、コンデンサー15により凝縮さ
れ、再利用水16とされる。FIG. 3 shows a process flow for reducing the volume of spent cation exchange resin (waste resin) generated from a condensate purifier of a boiling water reactor and making it inorganic. The waste resin is in the form of a slurry because it is disposed of by backwashing from the condensate demineralizer. This waste resin slurry is sent from the slurry tank 7 to the calcium ion exchange tank 8. Calcium ions are transferred from calcium ion solution tank 9 to calcium ion exchange tank 8
Calcium ions are ion-exchanged with the waste resin. After ion-exchanging the calcium ions, the Kuusei resin is sent to the iron ion (catalyst) exchange tank 10, where the optimal amount of iron ions (based on the ion exchange capacity of the waste resin) to serve as a catalyst is supplied from the iron ion solution tank 11. 2-10ch)
exchange ions with. The waste resin that has been ion-exchanged with calcium ions and iron ions that serve as a catalyst is transferred to a thermal decomposition reactor 13.
Here, the waste resin is heated to 350° C. by a heating heater 19 to decompose the waste resin in an air atmosphere. At this time, water vapor generated from the waste resin is condensed by a condenser 15 and becomes reused water 16.
熱分解により発生する二酸化炭素(CO2) 、−酸化
炭素(CO)、水素(H2)、炭化水素(CH4など)
などの排ガスはフィルター17を介した後、フレアース
タック18で燃焼させ、CO2あるいは水蒸気などのガ
スとして排出される。分解後の残渣は、硫酸カルシウム
(CaSO4)、シリカ(8102)、酸化第二鉄(F
e20s ) 、あるいは、イオン交換樹脂に付着して
いた原子炉冷却水中のクラッド(主に酸化鉄)からなり
、タンク14に貯蔵される。これは、ドラム缶等に充填
され、最終的にはセメント、シラスチック等の固化材に
よシ固化される。Carbon dioxide (CO2), -carbon oxide (CO), hydrogen (H2), hydrocarbons (CH4, etc.) generated by thermal decomposition
After the exhaust gas passes through the filter 17, it is burned in the flare stack 18 and discharged as gas such as CO2 or water vapor. The residue after decomposition consists of calcium sulfate (CaSO4), silica (8102), and ferric oxide (F
e20s) or crud (mainly iron oxide) in the reactor cooling water that had adhered to the ion exchange resin, and is stored in the tank 14. This is filled into a drum or the like, and finally solidified with a solidifying agent such as cement or silastic.
カルシウムイオンを廃樹脂のイオン交換容量に対して9
8チ、触媒としての鉄イオンを2チ添加して熱分解を行
なったところ、350Cで分解しSOXの発生量は、カ
ルシウムイオンを添加していないときに比べ1150に
低減することができた。Calcium ion is 9% relative to the ion exchange capacity of waste resin.
When thermal decomposition was carried out with the addition of two iron ions as a catalyst, the amount of SOX generated by decomposition at 350C was reduced to 1150 compared to when no calcium ions were added.
本実施例では、触媒として廃樹脂に予め鉄イオンをイオ
ン交換しているが、鉄イオンをイオン交換しておかない
でカルシウムイオンのみライオン交換してもSOxの発
生は防止できる。しかしこのときの熱分解温度は600
℃となる。In this example, iron ions are ion-exchanged into the waste resin as a catalyst in advance, but generation of SOx can be prevented even if only calcium ions are ion-exchanged without ion-exchanging iron ions. However, the thermal decomposition temperature at this time is 600
℃.
実施例2
実施例1の装置で、使用済陰イオン交換樹脂の熱分解を
行なった。アンモニア捕集剤としてヨウ素イオンに95
%、触媒としてフェロシアンイオンを5%をそれぞれ陰
イオン交換樹脂にイオン交換し、350℃で熱分解を行
なった。この結果、アンモニアガスの発生量を、ヨウ素
イオンをイオン交換していない場合に比べて1/20に
低減する(21)
ことができた。Example 2 The apparatus of Example 1 was used to thermally decompose a used anion exchange resin. 95 to iodine ion as an ammonia scavenger
% and 5% of ferrocyanine ions as a catalyst were ion-exchanged with an anion exchange resin, and thermal decomposition was performed at 350°C. As a result, the amount of ammonia gas generated could be reduced to 1/20 compared to the case where iodine ions were not ion-exchanged (21).
実施例3
実施例1における熱分解反応容器を流動床型の反応器と
した以外は実施例1と同様に行なった結果、実施例1と
同様にSO工の発生量を1150に低減することができ
た。しかし本実施例においては、触媒を添加しない場合
は熱分解温度が700〜900℃となるため、表1に示
した各元素のうち、硫酸化合物の分解温度が900℃以
下である元素(Ll 1Na s Be )は使用する
ことができない。また、陰イオン交換樹脂を本実施例の
ように流動床で分解する場合、表2に示したようにアン
モニウム塩の分解温度が550℃以下であるため、必ず
触媒を添加しなければならない。Example 3 The same procedure as in Example 1 was carried out except that the pyrolysis reaction vessel in Example 1 was changed to a fluidized bed type reactor. As a result, the amount of SO produced could be reduced to 1150 as in Example 1. did it. However, in this example, when no catalyst is added, the thermal decomposition temperature is 700 to 900°C, so among the elements shown in Table 1, the elements whose decomposition temperature of the sulfuric acid compound is 900°C or less (Ll 1Na s Be ) cannot be used. Further, when decomposing an anion exchange resin in a fluidized bed as in this example, since the decomposition temperature of ammonium salt is 550° C. or lower as shown in Table 2, a catalyst must be added.
本発明によれば、使用済イオン交換樹脂を加熱分解処理
する際に、有害なSOxやアンモニアの発生を防止する
ことができ、しかも、SOXやアンモニアの捕集剤の使
用量はその当量と同程度で足りるので従来技術の5〜6
分の1の使用量で済み、(22)
減容比もそれだけ改善することができる。更に、比較的
簡単な処理設備で足り、副生ずる放射性廃棄物の量も低
減される利点がある。According to the present invention, it is possible to prevent the generation of harmful SOx and ammonia when thermally decomposing used ion exchange resin, and moreover, the amount of the SOX and ammonia scavenger used is the same as the equivalent amount thereof. 5 to 6 of the conventional technology is sufficient.
(22) The volume reduction ratio can be improved accordingly. Furthermore, relatively simple processing equipment is required, and the amount of by-product radioactive waste is also reduced.
第1図はカルシウムの添加量とSOX捕集率の関係を示
した図、第2図は本発明を実施するフローおよびその装
置の概念を表わした線図、第3図は本発明の一実施例を
示す線図である。
1・・・廃樹脂スラリータンク、2・・・イオン交換タ
ンク、4・・・攪拌モータ、5・・・分離タンク、6・
・・熱分解反応器、7・・・廃樹脂スラリータンク、s
、i。
・・・イオン交換タンク、12・・・攪拌モータ、13
・・・熱分解反応器、14・・・残渣タンク、15・・
・コンデンサ、17・・・フィルター、18・・・フレ
アスタック、19・・・ヒーター
(23)
第1図
CCL添加晋(Sとの当量比)
第2図Fig. 1 is a diagram showing the relationship between the amount of calcium added and the SOX capture rate, Fig. 2 is a diagram showing the flow of implementing the present invention and the concept of the device, and Fig. 3 is an example of an implementation of the present invention. FIG. 3 is a diagram illustrating an example. 1... Waste resin slurry tank, 2... Ion exchange tank, 4... Stirring motor, 5... Separation tank, 6...
...Pyrolysis reactor, 7...Waste resin slurry tank, s
,i. ... Ion exchange tank, 12 ... Stirring motor, 13
...Pyrolysis reactor, 14...Residue tank, 15...
・Capacitor, 17...Filter, 18...Flare stack, 19...Heater (23) Figure 1 CCL addition (equivalence ratio with S) Figure 2
Claims (1)
ン交換樹脂がイオン交換基としてスルホン酸基を有する
陽イオン交換樹脂でおる場合には、該スルホン酸基と反
応して固形の硫酸塩を生成するアルカリ令属またはアル
カリ土金属を加熱分解に先立って上記使用済イオン交換
樹脂にイオン交換反応により付着させておき、また上記
イオン交換樹脂がイオン交換基として四級のアシ七ニウ
ム塩を有する陰イオン交換樹脂である場合には、該アシ
七二つへ基と反応して固形のアシ七ニウム塩を生成する
ハ0ゲシ元素を加熱分解に先立って上記使用済イオン交
換樹脂にイオン交換反応により付着させておき、加熱分
解の際に硫黄酸化物ガスまたはアン七ニアガスの発生を
防止することを特徴とする使用済イオン交換樹脂の加熱
分解方法。In a method for thermally decomposing a used ion exchange resin, when the ion exchange resin is a cation exchange resin having a sulfonic acid group as an ion exchange group, it reacts with the sulfonic acid group to produce a solid sulfate. An alkali metal or alkaline earth metal is attached to the used ion exchange resin by an ion exchange reaction prior to thermal decomposition, and the ion exchange resin has an anion having a quaternary acinanium salt as an ion exchange group. In the case of an exchange resin, a bald element that reacts with the acetate group to form a solid acetate group is attached to the used ion exchange resin by an ion exchange reaction prior to thermal decomposition. A method for thermally decomposing a used ion exchange resin, which is characterized by preventing the generation of sulfur oxide gas or anhydrous gas during thermal decomposition.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP23005083A JPS60122400A (en) | 1983-12-06 | 1983-12-06 | Method of heating and decomposing used ion exchange resin |
Applications Claiming Priority (1)
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JP23005083A JPS60122400A (en) | 1983-12-06 | 1983-12-06 | Method of heating and decomposing used ion exchange resin |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS60122400A true JPS60122400A (en) | 1985-06-29 |
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---|---|---|---|
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Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS60122400A (en) |
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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1983
- 1983-12-06 JP JP23005083A patent/JPS60122400A/en active Pending
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