JPS647359B2

JPS647359B2 -

Info

Publication number: JPS647359B2
Application number: JP24839883A
Authority: JP
Inventors: Akio Tanaka; Nobuo Yomo; Tsutomu Oonuma; Koji Kato; Toshio Yamadera
Original assignee: Hitachi Plant Engineering and Construction Co Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1983-12-28
Filing date: 1983-12-28
Publication date: 1989-02-08
Also published as: JPS60140199A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は、放射性物質を含む酸化皮膜層及び放
射性物質を含む地金部を有する放射性金属廃棄物
を電解除染する方法に関する。

放射性金属廃棄物は、主として配管、バルブ等
の廃材であり、従来、この種の廃棄物は、細かく
切断する等してドラム罐詰めにし、サイト内に保
管、貯蔵されている。しかし、貯蔵中のドラム罐
の数は年々増加し、その保管場所の確保が大きな
問題になると考えられている。この種の廃棄物に
おいては、その表面の酸化皮膜層に大半の放射性
クラツドが存在しているが、地金部分にも放射性
物質が拡散、浸透していたり、放射化されている
ので、表面に堆積している酸化皮膜層を除去する
だけでは完全な除染ではなく、従つて地金部をも
迅速に溶解除去する必要がある。

そのため、表面及び地金部の汚染を迅速に除去
し、一般廃棄物として廃棄できる電解除染法が注
目を集めている。電解除染法としては、電解液と
してリン酸を主成分とする強酸性電解液を用いる
方法と、中性塩系の電解液を用いる方法が知られ
ている。前者の方法は、濃厚な強酸水溶液を使用
するため、電解液中の放射能濃度が一定値に達し
た時点で中和処理し、その後固化するので、その
都度電解液を更新する必要が生じ、二次廃棄物量
が増加するという欠点がある。また、後者の方法
では、電解除染時に溶解した金属イオンが電解液
中で金属水酸化物になるので、その水酸化物フロ
ツクを固液分離し、電解液を再利用することがで
きる。これらの電解液には、硝酸ナトリウムや塩
化ナトリウム等が電解質として使用されている。
これらの中性塩電解液は、液を容易に再利用でき
るという利点を有するが、その反面、硝酸ナトリ
ウムにあつては硝酸根の陽極酸化により酸化皮膜
層に対しては除去性能が悪いという欠点を有す
る。また、塩化ナトリウムにあつては、塩素イオ
ンの還元力により酸化皮膜の除去性能が優れ、そ
の腐食性により地金の溶解能力が優れているが、
その腐食性故に、孔食が発生しやすく、金属表面
が荒れ、効率の良い除染を行うことができず、更
には溶解した金属地金が被除染面に水酸化物又は
酸化物スラツジとして付着、残留するという問題
がある。また、塩素イオンに起因するステンレス
鋼に対する応力腐食割れへの考慮から、洗浄液へ
の多大な配慮が必要になるという欠点もある。

本発明の目的は、前記の従来技術の欠点を解消
し、二次廃棄物量が少なく、放射性物質を含む酸
化皮膜層及び地金部を迅速かつ完全に除去でき、
しかも電解液の取り扱い上の問題のない放射性金
属廃棄物の除染方法を提供することを目的とす
る。この目的は本発明によれば、温度及び電流密
度を適切に選択して交番電解と陽極電解を順次行
うことによつて達成される。

即ち、本発明方法は、電解液の温度と金属に印
加する電流密度を活性溶解域になるように保持し
て交番電解する第一電解工程と、電解液の温度と
金属に印加する電流密度を過不動態域になるよう
に保持して陽極電解する第二電解工程とから成る
ことを特徴とする。

本発明は、中性塩電解液で電解除染を行う場合
に、活性溶解域での溶解反応（電流効率100％）
と過不動態域での酸素ガス発生及び溶解反応（電
流効率約５％）とを利用し、迅速でかつ効果的な
電解除染を行うものである。

本発明には中性塩電解液を使用するが、硫酸ナ
トリウム溶液が有利である。

以下、説明に簡明にするため、中性塩として硫
酸ナトリウムを使用した場合を例にとつて、図面
を参照して記載する。

20重量％硫酸ナトリウム水溶液中で配管等の材
料である送素鋼の分極状態を調べ、その分極曲線
を第１図に示す。分極曲線は電解液中での金属の
陽極溶解特性を表すもので、鉄の活性溶解域（電
流効率100％）、鉄の不動態皮膜生成域及び水の電
気分解による酸素発生と若干の鉄の溶解の起こる
過不動態域（電流効率約５％）に分けられる。本
発明は、活性溶解域での鉄の溶解速度が大きいこ
と、過不動態域で酸素ガス発生と鉄の溶解が起
き、表面付着物の除去効果が大きいことを利用
し、放射性金属廃棄物の汚染を効率良く除染しよ
うとするものである。

前記のように、除染対象廃棄物の汚染は表面の
酸化皮膜層に大半が取り込まれているが、本発明
は、その酸化皮膜層の除去に交番電解を応用する
ものである。第２図には、酸化皮膜除去曲線を示
すが、曲線ａとして電流密度0.3A／cm²、、電解温
度60℃で陰極30秒、陽極30秒の交番条件で交番電
解した場合を示し、曲線ｂとして電解温度を25℃
とした以外はａと同様に交番電解を行つた場合を
示し、曲線ｃとして温度60℃で陽極電解を行つた
場合を示す。この第２図から判るように、陽極電
解を行つた場合に比べて、交番電解を行つた場合
の酸化皮膜除去効果は極めて大きく、厚さ40μ
ｍ、組成Fe₃O₄の酸化皮膜を15〜20分で除去する
ことができた。

しかし、放射能除染効果はスプレー水による水
洗後にも第３図に示すように、ａの60℃及びｂの
25℃のいずれの交番電解の場合でも、放射能汚染
のない通常の状態（バツクグラウンド）にまで放
射能の除染はなされていなかつた。ａの60℃にお
ける交番電解の場合は、皮膜除去終了後の表面を
観察すると、付着物が沈着しており、これが放射
能除染効果を妨げている。一方、ｂの25℃におけ
る交番電解の場合は、皮膜は完全に除去され、付
着物も観察されなかつたことから、地金部分の放
射能がまだ残留しているためと考えられる。そこ
で、ａ及びｂの酸化皮膜除去後の試料を更に、陽
極電解する。

この陽極電解の結果、第４図に示すように、ａ
を25℃で陽極電解した場合（図中、ａ−２５で示
す）には、１分間にバツクグラウンドまで除染で
き、付着物の存在も認められなかつた。また、ａ
を60℃で陽極電解した場合（図中、ａ−６０で示
す）では、付着物は除去されず、５分後にもほと
んど放射能除染が行われていなかつた。ｂを60℃
で陽極電解した場合（図中、ｂ−６０で示す）に
は、新たに付着物が生じ、放射能除染効果も少な
かつた。また、ｂを25℃で陽極電解した場合（図
中、ｂ−２５で示す）には、付着物は生じなかつ
たが、除染効果は少なかつた。

このような現象は、単に前記の条件下でのみ起
こる現象ではなく、電解温度及び電流密度を適切
に設定することにより効果的な除染を行うことが
できることが判つた。即ち、一定電流密度では、
第５図に示すように、ある電解温度をしきい値と
して急激に鉄溶解量が増加する。この鉄溶解量の
増加した範囲は、第１図で述べた活性溶解域であ
り、溶解速度が早いという特徴を有する。しかし
ながら、鉄溶解量が大きく、被除染面近傍に鉄水
酸化物が多量に存在し、更に酸素ガス発生による
撹乱作用がないことから、陽極溶解にあつても、
アノード沈着現象により付着物を生じる。この付
着物は通常の撹拌程度では除去できない。一方、
逆に、温度を下げると、過不動態域の反応により
酸素ガス発生と若干の鉄溶解反応が起きて、付着
物は生じず、付着物を除去する効果が大である。

電流密度及び電解温度を種々に変化させ、活性
溶解域及び過不動態域を求め、結果を第６図に示
す。第６図に基づいて、活性溶解域で交番電解を
行い、大部分の酸化皮膜を除去すると共に、地金
を迅速に溶解することにより大部分の除染を行う
ことができ、その後過不動態域で陽極電解を行う
と、交番電解中に生じた付着物を容易に除去する
ことができ、放射能を完全に除染することができ
る。

第７図は本発明方法を実施するため好適な装置
の系統図である。この装置は、主として直流電源
１、交番制御装置２、第一電解槽３、対極４、第
二電解槽５、洗浄槽６、遠心脱水機７及びセメン
ト固化装置８から成る。放射性金属廃棄物９はヒ
ータ１１により所定の温度に保持された硫酸ナト
リウム電解液１２の充填された第一電解槽３に浸
潰され、対極４と共に交番電解される。電解液の
温度は、始めに所定の温度に加熱すれば、その後
の定常運転時には電解時の発熱によつて保持され
るので、加熱を続ける必要はない。電解時間は酸
化皮膜厚によつて左右され、40μｍ程度の皮膜に
対しては15〜20分が好適である。

交番電解によつて除去された汚染物は水酸化物
又は酸化物となつて沈澱し、遠心脱水機７に送ら
れ、スラツジとして配管１０によりセメント固化
装置８へ送られ、ドラム罐詰めされる。一方、脱
水後の脱水液は再び電解液として再使用される。
放射性金属廃棄物９は交番電解によつて大部分除
染されているが、若干の付着物を有し、次に、第
二電解槽５で陽極電解される。

陽極電解によつて除染された廃棄物１３は洗浄
槽６においてスプレー洗浄機１４によつて水洗す
ることによつて除染され、放射能強度はバツクグ
ラウンド領域になる。

このように構成することによつて、本発明によ
れば、極めて効果的に除染することができ、交番
電解中に生じる付着物も完全に除去することがで
き、また電解液として中性塩の硫酸ナトリウムを
用いることにより、構成機器、周辺機器への腐食
の心配がなく、特にBWR発電所にあつては通常
発生している廃液、例えばイオン交換樹脂の再生
廃液の主成分と同一であるので、この再生廃液を
電解液として利用できる。また、洗浄液は放射能
レベルを低下して通常の廃液処理系で処理するこ
とができる。

次に、実施例に基づいて本発明を詳述するが、
本発明はこれに限定されるものではない。

実施例１原子力発電所で放射能を汚染された鋼製配管を
第７図に示した装置を用い、20重量％硫酸ナトリ
ウム水溶液を電解液とし、SUSを対極として電
解温度70℃、電流密度0.4A／cm²、陽極電解30秒、
陰極電解30秒で交番電解を約10分行つた。これに
より酸化皮膜層を完全に除去でき、除染係数10²
を達成することができた。交番電解後の配管を次
に第二電解槽で電解温度25℃、電流密度0.3A／
cm²で１分間陽極電解し、更に洗浄を行つたとこ
ろ、除染係数（汚染除去の前後の放射能レベル又
は濃度の比）10³が得られ、バツクグラウンドま
で除染できた。

実施例２原子力発電所で放射能で汚染された鋼製配管を
第７図に示した装置を用い、20重量％硫酸ナトリ
ウム水溶液を電解液とし、SUSを対極として電
解温度50℃、電流密度0.2A／cm²、陽極電解30秒、
陰極電解30秒で交番電解を約10分行つた。これに
より酸化皮膜層を完全に除去でき、除染係数５×
10²を達成することができた。交番電解後の配管
を次に第二電解槽で電解温度25℃、電流密度
0.2A／cm²で１分間陽極電解し、更に洗浄を行つ
たところ、除染係数10⁴が得られ、バツクグラウ
ンドまで除染できた。

なお、前記実施例において硫酸ナトリウム溶液
を20重量％として説明したが、飽和溶解度以下の
濃度であれば任意の濃度であつてよく、使用電力
量を考慮すると、活性溶解域と過不動態域の電解
条件を守れば、できるだけ高濃度とし、液抵抗を
低くする方が望ましい。

【図面の簡単な説明】

第１図は20重量％硫酸ナトリウム−炭素鋼系の
分極曲線図、第２図は酸化皮膜除去率の経時変化
図、第３図は電解による放射能強度変化図、第４
図は陽極電解による放射能強度変化図、第５図は
電解温度に対する溶解量変化図、第６図は反応種
の状態図、第７図は本発明方法を実施する装置の
系統図である。２……交番制御装置、３……第一電解槽、４…
…対極、５……第二電解槽、９……放射性金属廃
棄物。

Claims

【特許請求の範囲】１放射性物質を含む酸化皮膜層及び放射性物質
を含む地金部を有する放射性金属廃棄物の電解除
染方法において、電解液の温度と金属に印加する
電流密度を活性溶解域になるように保持して交番
電解する第一電解工程と、電解液の温度と金属に
印加する電流密度を過不動態域になるように保持
して陽極電解する第二電解工程とから成ることを
特徴とする放射性金属廃棄物の電解除染方法。２金属廃棄物が炭素鋼であり、電解液が10〜20
重量％硫酸ナトリウム溶液であり、第一電解工程
を40〜80℃で電流密度0.1〜0.4A／cm²で実施し、
第二電解工程を20〜60℃で電流密度0.2〜0.5A／
cm²で実施する特許請求の範囲第１項記載の電解除
染方法。