JPS63315509A - 蒸発缶の硝酸液処理システム - 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、硝酸および放射性物質を蒸発濃縮する蒸発缶
を長寿命化するための硝酸液処理システムに係り、特に
核燃料再処理プラントの硝酸中のルテニウムおよび鉄に
対して高い耐食性を有する蒸発缶の硝酸液処理システム
に関する。

〔従来の技術〕

従来の技術は、特開昭５９−８８６９２号公報に記載の
ようにヒドラジンを蒸発缶中に注入して揮発性の四酸化
ルテニウムＲｕ０ａを除去し、除染効率を高める方法が
採られていた。

また、特開昭５６−５８９３５号公報に記載のように。

粒径が１μｍ以下のルテニウム金属粒子に強磁性媒剤を
添加し、強磁性粒子に磁場を印加することによってルテ
ニウム金属粒子を除去する方法がとられていた。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記、特開昭５９−８８６９２号公報に記載の従来技術
は、硝酸の蒸発処理中にルテニウムが酸化されて揮発性
の四酸化ルテニウムＲｕＯ４となって蒸発するのを抑制
し、回収硝酸中のルテニウム濃度を低減したものである
。したがって酸回収系におけるルテニウムの除染効率の
向上に対しては効果があるーが、それに付随して腐食性
の強い二酸化ルテニウムＲｕ０ｚが生成されること、ま
たこのＲｕＯ２は除去されないという問題があった。

また特開昭５６−５８９３５号公報に記載の従来技術も
同様に、安定なルテニウム金属粒子を除去し、硝酸溶液
を含む工程の構成部材の汚染を低減することに対しては
効果があるが、腐食の問題に関しては配慮されていなか
った。すなわち、安定なルテニウム金属粒子は、二酸化
ルテニウムＲｕ０ｚとして強磁性媒剤に吸着されて除去
されるが、腐食性の強い揮発性のＲｕ０ａは全く除去さ
れないという問題があった。また、強磁性媒剤を添加す
るため、その注入、交換等の操作が繁雑となる、ルテニ
ウム除去処理後の硝酸液中へ強磁性媒剤が流出混入する
可能性があるという問題があった。

以上述べたように、従来の蒸発缶ではその内部で蓄積さ
れる腐食性のＲｕ５４．Ｒｕ０ｚや鉄に対する除去シス
テムがないという開運があった。

このため蒸発缶内にはＲｕＯ４，ＲＩＪＯ２や鉄が濃縮
し、特に残留応力の介在する伝熱管と管板との溶接部に
スポット的に吸着された場合、腐食が著しく進行する問
題があった。

本発明の目的は上述の従来技術の問題点を解決し、特に
ルテニウム酸化物による腐食を防止して蒸発缶の長寿命
化を図ることにある。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は、ルテニウムと鉄を含む硝酸液を蒸発濃縮する
蒸発缶の前記硝酸液中に四酸化ルテニウムを二酸化ルテ
ニウムに還元する還元剤を注入し。

その後鉄分と共に二酸化ルテニウムを電磁フィルタで除
去するものである。

〔作用〕

硝酸中にＮｏガス等の還元剤を注入して揮発性の四酸化
ルテニウムＲｕＯ＋を数μｍ以上の固体状の二酸化ルテ
ニウムＲｕ○２に変換し、電磁フィルタに衝突させる。

このとき、電磁フィルタに吸着されている強磁性体の鉄
にＲｕ０ｚが捕獲吸着されやすい性質を利用してＲｕ　
０２を鉄と共に除去する。これによって、ＲｕＯ４，Ｒ
ｕ５ｔおよび鉄は同時に硝酸液中より除去される。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を第１図乃至第６図により説明
する。

本実施例の全体構成を第３図により概説する。

ルテニウムや鉄を含む硝酸液は、先ず、硝酸入口ライン
１に設置された硝酸水質処理装置１２に流入し、ルテニ
ウムや鉄が除去される。この後、硝酸液はリボイラ２に
供給され、加熱部入ロライン５より供給される加熱蒸気
により伝熱管３を介して加熱されて硝酸蒸気となる。加
熱蒸気は潜熱をうばわれて加熱部出ロライン６よりドレ
ンとして流出する。リボイタ２内で発生した硝酸蒸気は
セパレータ入口ライン７を通って、セパレータ８に流入
し金網分離器１０により液滴が分離されて。

セパレータ出口ライン１１より流出する。また、金網分
離器１０より分離された液滴は、セパレータ８内を落下
し硝酸循環ライン９を通って再びリボイラ２で加熱され
る。このとき、リボイラ２とセパレータ８の間で蒸発濃
縮されたルテニウムや、腐食により発生した鉄は、硝酸
水質処理装置１３により除去される。ここで鉄は主とし
てＦｅ２Ｏ３゜Ｆｅ５０＋の酸化物状態のものよりなる
。これにより、伝熱管３や管板４における溶接部にルテ
ニウムや鉄がスポット的に吸着して腐食が進行するのを
防ぐことが可能となる。

第１図に、硝酸水質処理装置１２および１３の構成を示
す。ルテニウムや鉄を含む硝酸液は、配管１５を通って
、壁部に多数の孔を有する有底筒状の液流方向調整部材
１７に流入する。このとき。

還元剤として酸化窒素Ｎｏガスを還元剤注入ライン１６
から注入する。尚、還元剤はＮｏガスに限定されず、Ｒ
ｕＯ４をＲｕ０ｚに変換しうるちのであればよく、ヒド
ラジンその他のものであってもよい。この過程において
、次の反応が起こる。

Ｒｕ　０４　＋　２　Ｎｏ−＊Ｒｕ　０２　＋　２　Ｎ
ｏ２すなわち、硝酸液中にあって構造材料の腐食を誘発
する揮発性の四酸化ルテニウムＲｕＯ＋は、Ｎｏガスと
反応して固体状のＲｕ０ｚを生成する。

このＲｕ　Ｏ２が固体状であることを利用し、液流方向
調整部材１７に設けられた流出孔により流れ方向を変え
ることによって、Ｒｕ０ｚに慣性力を与え電磁フィルタ
１８の吸着面に衝突させる。第２図に示した如く、電磁
フィルタ１８の吸着面には既に、強磁性体の鉄が吸着さ
れており、この強磁性体の鉄は固体状のＲｕ０ｚを捕獲
吸着し易い性質をもつので、結果的にＲｕ０ｚも電磁フ
ィルタ１８により除去されることになる。同図で３０は
電磁フィルタ１８により吸着された鉄およびＲｕＯ２を
示す。鉄とＲｕ０ｚは電磁フィルタ１８を脱磁すること
により、吸着物回収ｆｊ！Ｊ１９で回収される。したが
って、電磁フィルタ１８により、構造材料の腐食を起こ
すＲｕ０ａ　、ＲｕＯ２および鉄が硝酸液中から効果的
に除去され、また、廃棄物の量も最小に抑えられること
になる。

第４図は、構造材料に対するルテニウムの腐食速度を示
す。Ｚ　ｒ　＋　Ｔ　ｘ　　５　Ｔ　ａ腐食カーブ２０
より判るようにＺｒとＴｉ−５Ｔａは、ルテニウムに対
する腐食性が優れており、再処理プラントの酸回収系蒸
発缶の材料として採用されている。

Ｔｉ：＋）Ｔｉ腐食カーブ２１に示すように、ルテニウ
ムに対する耐食性が良いが、ルテニウムの濃度が下がる
と耐食性が悪くなる欠点を有し、実機には適用されてい
ない。また、５ＵＳ３０４Ｌ腐食カーブ２２に示すよう
に、ステンレス鋼の５ＵＳ３０４Ｌは、ルテニウムに対
して耐食性が悪く、ルテニウムの存在する硝酸液中では
使用条件を減圧の状態にする必要がある。第５図は、使
用圧力を変えて５ＵＳ３０４ＬのＲｕ０ａに対する耐食
性を評価したものである。常圧腐食カーブ２３は９Ｎで
１１５℃の沸騰硝酸液中におけるＳ　Ｕ　Ｓ　３０４−
　Ｌの腐食速度を示し、Ｒｕ１４の濃度がｉ　００−２
ｐｐを超えると、腐食速度の設計目標値１０”−’＋ｎ
／ｙを満たさなくなる。減圧腐食カーブ２４は減圧（約
５０Ｔｏｒｒ）で６０℃の沸騰硝酸液中における５ＵＳ
３０４Ｌの腐食速度を示したもので、常圧より腐食速度
が１ケタ低くなっているが、Ｒｕ　Ｏ４の濃度が１０′
″”ｐｐｍを超えると、やはり設計目標値を満たさなく
なる。再処理プラントの酸回収蒸発缶の材料として５Ｕ
Ｓ３０４Ｌ系を用い、減圧方式を採用している場合もあ
るが、設計寿命４０年に対し、実機の寿命が１／４の１
０年程度であるのが実状である。そこで、ルテニウムに
対する耐食性が優れているＺｒやＴｉ−５Ｔａが酸回収
蒸発缶の材料として採用されるのであるが、これらの材
料にもやはり、欠点がある。硝酸液中の鉄が。

構造材料に吸着されて堆積すると、材料と鉄との間に腐
食電位が発生し、水素が生成される。ＺｒやＴｉ−５Ｔ
ａ系の材料は、水素の溶解度が高く、発生した水素を吸
収する。第６図は、水素吸収量に対するＴｉ系材料の機
械的性質の変化を示したものである。引張強さカーブ２
７．耐力カーブ２８およびヤング率カーブ２９は水素量
に対し、低下することはないが、伸び率カーブ２６は、
７００ｐｐｍを超えると急激に低下する。このことは、
ＺｒやＴｉ−５Ｔａ系の材料を使用しても。

硝酸液中の鉄濃度が増大すると、鉄を吸着することによ
り、材料の水素脆化が発生することを意味する。したが
って、ＺｒやＴｉ−５Ｔａ系の材料はルテニウムと鉄が
混在する硝酸液中において長寿命を維持する最適な構造
材料とは言えない。これに対して、本発明では、視点を
変えて、上記の如く硝酸液中のルテニウムと鉄を同時に
除去する方法を採るものである。これにより、ＺｒやＴ
ｉ−５Ｔａ系の材料を使用しても、鉄やルテニウムがス
ポット的に吸着することによる水素脆化を防止すること
ができ、従来の使用例による寿命劣化を大幅に改善する
ことが可能となる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、硝酸液中のＲｕ０番をＲｕ０ｚに還元
し、Ｒｕ０ｚが鉄等の強磁性体に吸着されやすい性質を
利用して、鉄を電磁フィルタで捕獲すると同時にＲｕ０
ｚも捕獲するので、硝酸液中から腐食性のルテニウムお
よび鉄を確実に除去することができる。したがって、蒸
発缶内のルテニウムと鉄が除去されることにより、該蒸
発缶の寿命が従来の４倍以上に長くなる。

また、媒剤を用いない電磁フィルタのみによる除去方法
なので、廃棄物が最少に抑えられる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の断面図、第２図は同要部拡
大図、第３図は蒸発缶の全体構成図、第４図はルテニウ
ムに対する各種材料の腐食速度を示す図、第５図は５Ｕ
Ｓ３０４ＬのＲｕＯ４に対する腐食速度を示す図、第６
図はＺｒ、Ｔｉ−５Ｔａ系材料の水素脆化特性を示す図
である。 ２・・・リボイラ、８・・・セパレータ、１２．１３・
・・硝酸水素処理装置、１６・・・還元剤注入ライン、
１７・・・液流方向調整部材、１８・・・電磁フィルタ
。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、ルテニウムと鉄を含む硝酸液を蒸発濃縮する蒸発缶
   の前記硝酸液中に四酸化ルテニウムを二酸化ルテニウム
   に還元する還元剤を注入し、その後鉄分と共に二酸化ル
   テニウムを電磁フィルタで除去することを特徴とする蒸
   発缶の硝酸液処理システム。 ２、特許請求の範囲第１項において、還元剤を一酸化窒
   素又はヒドラジンとした蒸発缶の硝酸液処理システム。 ３、特許請求の範囲第１項又は第２項において、電磁フ
   ィルタを硝酸液の流路外周に設けると共に、該流路中に
   液流を前記電磁フィルタ方向に変向する液流方向調整部
   材を設けた蒸発缶の硝酸液処理システム。