JP4174622B2 - アルカリ性化合物を含む重水のアルカリ性化合物と重水の分離方法 - Google Patents
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Description
これまで、該重水廃液の不純物を除去する方法して、該重水廃液に直接炭酸ガスを吹き込み重炭酸塩とした後、蒸発釜で単蒸留、さらに重炭酸塩を熱分解温度以上に加熱して、中和塩中にトリチウムが残留しない様にした処理方法が提案されている(特許文献1)。しかしこの方法では、重炭酸塩の熱分解は250℃以上500℃にまでの高温加熱しているのが実情である。これは、結合水をもつ重炭酸塩は水と炭酸ガスに分解できるが、そのために高温を必要とすることによると考えられる。また、アルカリ金属の水酸化物を溶解した重水に炭酸ガスを吹き込み、pH12〜14の範囲に調整して、アルカリ炭酸塩を形成させた液を蒸発乾固させる方法が提案されている(特許文献2)。しかしこの方法は極めて高アルカリ性で重水液を処置し、蒸発乾固するので、処理対象液の取扱いに注意を要する。また装置の材料に特別の耐アルカリ性の材料を用いなければならず、装置のコスト上難点があった。
すなわち本発明は、
(1)アルカリ性化合物を含有する重水に予め炭酸ガスを吹き込み重炭酸塩とした後、該重炭酸塩含有の重水を硫酸によって中和し、硫酸塩を含む重水を蒸発乾固することを特徴とするアルカリ性化合物と重水を分離する方法、
(2)アルカリ性化合物を含有する重水を直接蒸留し、残留液に炭酸ガスを吹き込み重炭酸塩とした後、該重炭酸塩含有の重水を硫酸によって中和することを特徴とするアルカリ性化合物と重水を分離する方法、
(3)重水廃液のアルカリ性化合物濃度が1質量%以下であって、かつトリチウム濃度が1×10 7 Bq/ml以下である場合には、アルカリ性化合物を含有する重水を直接蒸留し、残留液に炭酸ガスを吹き込み重炭酸塩とした後、該重炭酸塩含有の重水を硫酸によって中和し、硫酸塩を含む重水を蒸発乾固する操作を行い、前記以外の濃度である場合には、アルカリ性化合物を含有する重水に予め炭酸ガスを吹き込み重炭酸塩とした後、該重炭酸塩含有の重水を硫酸によって中和し、硫酸塩を含む重水を蒸発乾固する操作を行うことにより、トリチウムの分配を制御するアルカリ性化合物と重水の分離方法、および
(4)前記(1)又は(2)記載のアルカリ性化合物を含む重水もしくは該重水の残留液に炭酸ガスを吹き込み重炭酸塩とした後、該重炭酸塩が硫酸によって中和する際に緩衝作用することを特徴とする前記(1)〜(3)のいずれか1項に記載の方法。
を提供するものである。
本発明方法においては、重水廃液をそのまま、あるいは濃縮液としたのち、この重水廃液に炭酸ガスをまず吹き込み、それから硫酸で中和する工程を有する。先に強アルカリKOHに対してCO2(弱酸)を吹き込んで中和してから、硫酸(強酸)で中和する。この方法によれば、pHが急激に変化しないため、pHコントロールがしやすくなる。また、硫酸で中和することになり、塩(残留物)がトリチウムを含む水和物を持たないため、常圧であれば100℃に加熱するだけで、水分を蒸発できる。
KOH(強塩基)+CO2(弱酸)→KHCO3(弱塩基) (1)
2KHCO3(弱塩基)+H2SO4(強酸)→K2SO4↓+2CO2↑+2H2O (2)
上記反応式から明らかなように、KOH(強塩基)をCO2(弱酸)によってKHCO3(弱塩基)とすることで、H2SO4(強酸)との中和反応が緩和される。ここでは、KHCO3(弱塩基)が緩衝剤となり、重水廃液に緩衝作用をもたらす。
また、炭酸ガスの吹き込み量は、上記式(1)に示すアルカリ化合物の反応が行われるに十分な量であり、通常、重水廃液に含まれるアルカリ性化合物濃度相当品の110%である。
また本発明において重炭酸塩を形成したのちに硫酸を添加して廃液を中和する。この硫酸の添加量は、上記式(2)の反応が完結するのに十分な量である。
一方、従来の方法はCO2を吹き込むだけなので、トリチウムを含む水和物を伴う塩を生じるため、250℃まで加熱しなければならなかった(強塩基を加熱するため、材料が高くなる。)。また、塩自体も溶解すると強アルカリとなるため、その後の処理の前に中和する工程が必要であった。
次に本発明の好ましい実施態様を、図面に従って説明する。
アルカリ性化合物とトリチウム濃度がともに低い重水廃液(アルカリ性化合物濃度がおおよそ1質量%以下)の場合は、該重水廃液を105〜120℃で単蒸留し、精製された重水が重水回収タンク11にたまる。蒸発釜7に残留したアルカリ性化合物は、溶解液(希釈液)あるいは該重水廃液(被処理液)を用いて溶解される。その際、槽内攪拌用ガスを用いて高濃度のアルカリ廃液の溶解を容易にする。緩衝用炭酸ガスを用いて重炭酸塩とした後、中和用硫酸によって中和する。中和処理された廃液は、処理液タンク10へ移送され、一連の操作を終了する。
アルカリ性化合物とトリチウム濃度がともに高い重水廃液(アルカリ性化合物濃度がおおよそ1%質量以上)の場合は、上記の構成要素を用いて重水廃液の単蒸留を行わないで重水廃液計量タンク6から、蒸発釜7に送り炭酸ガスを吹き込んだ後、中和用硫酸供給装置5から硫酸を導入し、重炭酸塩を硫酸塩とする中和を行う。次いで蒸発釜7を好ましくは105〜130℃に加熱してトリチウムを含有する重水を蒸留し、重水回収タンク11に集める。一方蒸発釜7の加熱をさらに続け、蒸発残留物である硫酸塩を乾固する。
アルカリ性化合物とトリチウム濃度がともに低い重水廃液(重水濃度99%、アルカリ性化合物濃度[KOHとして]0.5%、トリチウム濃度1×107Bq/ml、ガンマ核種濃度1.5Bq/mlを含む重水廃液)を上記に示す装置を用いて次のとおり処理した。
アルカリ性化合物とトリチウム濃度がともに高い重水廃液(重水濃度99%、アルカリ性化合物濃度[KOHとして]25%、トリチウム濃度1×108Bq/ml、ガンマ核種濃度3.2Bq/mlを含む重水廃液)を上記に示す装置を用いて次のとおり処理した。
実施例1での条件(アルカリ性化合物濃度が低い場合)で炭酸ガスを導入しないで硫酸中和した。その結果、回収重水のカリウム濃度20ppm、処理済み廃液中のガンマ核種35Bq/ml、トリチウム濃度400Bq/ml(定容値は実施例1と同じ)であったが、溶液のpHを制御できず、pHが1以下になってしまった。
実施例1での条件(アルカリ性化合物濃度が低い場合)で、緩衝工程(炭酸ガス)と中和工程(硫酸)を省いた。その結果、回収重水のカリウム濃度10ppm、処理済み廃液中のガンマ核種50Bq/ml、トリチウム濃度520Bq/ml(定容値は実施例1と同じ)であった。また、蒸留釜に残った残留物を水で溶解した時の溶解液のpHは14であり、次の工程へ進むには、なんらかで中和しなくてはならない。
実施例2での条件(アルカリ性化合物濃度が高い場合)で炭酸ガスを導入しないで蒸留し、硫酸中和した。その後再び蒸留乾固した。その結果、比較例1同様に処理液のpHが制御できず、pHが1以下となってしまった。その処理液を蒸留したところ、回収重水のカリウム濃度25ppm、ガンマ核種30Bq/ml、トリチウム濃度60Bq/ml(定容値は実施例2と同じ)となったが、二度目の蒸留乾固時、硫酸ミストが回収液側に移行し、回収液のpHが2となった。
実施例2での条件(アルカリ性化合物濃度が高い場合)で、緩衝工程(炭酸ガス)と中和工程(硫酸)を省き、105〜120℃で蒸留した。その結果、回収重水のカリウム濃度50ppm、処理済み廃液中のガンマ核種15Bq/ml、トリチウム濃度6400Bq/ml(定容値は実施例1と同じ)であった。また、蒸留釜に残った残留物を水で溶解した時の溶解液のpHは14であり、次の工程へ進むには、なんらかで中和しなくてはならなかった。
2 溶解液(希釈液)供給装置
3 緩衝用炭酸ガス供給装置
4 槽内攪拌用ガス供給装置
5 中和用硫酸供給装置
6 重水廃液計量タンク
7 蒸発釜
8 還流装置
9 冷却器
10 処理液タンク
11 重水回収タンク
Claims (4)
- アルカリ性化合物を含有する重水に予め炭酸ガスを吹き込み重炭酸塩とした後、該重炭酸塩含有の重水を硫酸によって中和し、硫酸塩を含む重水を蒸発乾固することを特徴とするアルカリ性化合物と重水を分離する方法。
- アルカリ性化合物を含有する重水を直接蒸留し、残留液に炭酸ガスを吹き込み重炭酸塩とした後、該重炭酸塩含有の重水を硫酸によって中和することを特徴とするアルカリ性化合物と重水を分離する方法。
- 重水廃液のアルカリ性化合物濃度が1質量%以下であって、かつトリチウム濃度が1×10 7 Bq/ml以下である場合には、アルカリ性化合物を含有する重水を直接蒸留し、残留液に炭酸ガスを吹き込み重炭酸塩とした後、該重炭酸塩含有の重水を硫酸によって中和し、硫酸塩を含む重水を蒸発乾固する操作を行い、前記以外の濃度である場合には、アルカリ性化合物を含有する重水に予め炭酸ガスを吹き込み重炭酸塩とした後、該重炭酸塩含有の重水を硫酸によって中和し、硫酸塩を含む重水を蒸発乾固する操作を行うことにより、トリチウムの分配を制御するアルカリ性化合物と重水の分離方法。
- 請求項1又は2記載のアルカリ性化合物を含む重水もしくは該重水の残留液に炭酸ガスを吹き込み重炭酸塩とした後、該重炭酸塩が硫酸によって中和する際に緩衝作用することを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の方法。
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