JP5757204B2 - 放射化コンクリートの処理方法 - Google Patents

Description

本発明は、放射化したコンクリートから目的核種を除去して、放射化コンクリートを処理する放射化コンクリートの処理方法に関する。

従来、例えば原子力発電所などの原子力関連施設においては、十分な強度を有するとともに放射線の遮蔽性に優れることから、構造躯体をコンクリートで構築するようにしている。このような原子力関連施設のコンクリートは、放射線に暴露されて放射化されるため、施設のリプレイス（廃炉）などを行う際に、放射性廃棄物として保管管理の必要が生じている。このため、近年では、放射化コンクリートの処理方法が提案されている（例えば非特許文献１参照）。

ところで、コンクリートには、種々の元素が含まれているが、この中で放射化する目的核種は、Ｃｏ（コバルト）およびＥｕ（ユーロピウム）である。また、コンクリートには、非目的核種のＦｅ（鉄）やＡｌ（アルミニウム）なども含まれている。
非特許文献１の放射化コンクリートの処理方法では、コンクリートを硝酸などの酸性の処理液で溶解・加熱し、処理液中に抽出された金属（Ｃｏ、Ｅｕ、Ｆｅ、Ａｌなど）を回収している。

このような放射化コンクリートの減容技術では、骨材等から目的核種を硝酸で抽出し、さらに中和工程を経て、目的核種を回収することとしている。そして、抽出した硝酸には目的核種外の金属（鉄）なども多く含まれるため、２段階の中和工程を行うことにより、鉄分主体の目的外核種成分と目的核種成分を別々に分けて処分することが行われている。つまり、２段階中和法における一段目では、ｐＨ４程度で中和して鉄分（ＦｅやＡｌ）を沈殿させて回収し、さらに二段目で前記沈殿によるｐＨ（ｐＨ４程度）によって沈殿しない目的核種を上澄みに留め、さらにｐＨを７程度まで上昇させることにより、目的核種のＣｏ、Ｅｕを固形化を促して回収している。

"世界初、放射化コンクリートの放射能低減化技術を開発"、［ｏｎｌｉｎｅ］、平成２２年３月２日、清水建設、［平成２３年９月８日検索］、インターネット＜ＵＲＬ：ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｓｈｉｍｚ．ｃｏ．ｊｐ／ｎｅｗｓ＿ｒｅｌｅａｓｅ／２０１０／７７０．ｈｔｍｌ＞

しかしながら、従来の放射化コンクリートの処理方法では、以下のような問題があった。
すなわち、従来の２段階中和法における一段目の沈殿では、微量の目的核種（Ｃｏ、Ｅｕ）が鉄分主体とされる沈殿に混入することから、目的性能を発揮しないおそれがあった。また、脱水性が悪く、処理装置スペースが過大になるという問題があった。
また、一段目の上澄みをさらに高いｐＨ７程度で処理する際にも、目的核種が沈殿せず、そのまま液中に溜まってしまう欠点があることから、液中に残存した目的核種を回収するためにさらにプロセスが必要となるおそれがあり、さらなるコスト増加の懸念があった。
さらにまた、中和時で硝酸液のｐＨ値を４や７で管理するのが非常に難しく、このｐＨ管理にかかる手間と費用が増大しており、その点で改良の余地があった。

本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、放射化コンクリートから目的核種のＣｏ、Ｅｕを効率的にかつ確実に除去することができ、脱水性を向上させることで処理装置の設置スペースを小さくすることができる放射化コンクリートの処理方法を提供することを目的とする。
また、本発明の他の目的は、プロセスコストを抑えることができるうえ、ｐＨ管理にかかる手間と費用を低減することができる放射化コンクリートの処理方法を提供することである。

上記目的を達成するため、本発明に係る放射化コンクリートの処理方法では、放射化コンクリートを粉砕する粉砕工程と、粉砕工程で得られた粉砕物を硝酸液に浸し、硝酸液をｐＨ７〜１２のアルカリ領域まで一気に上昇させ、粉砕物に含まれるコバルト、ユーロピウムの目的核種、及び鉄、アルミニウムの非目的核種の成分からなる金属塩を沈殿させる中和工程と、中和工程で得られた沈殿物を硝酸中和液から分離し、水で洗浄する洗浄工程と、を有することを特徴としている。

本発明では、中和工程において、粉砕工程で得られた粉砕物を浸す抽出工程を経た硝酸液をｐＨ７〜１２のアルカリ領域まで一気に上昇させることで、非目的核種のＦｅ（鉄）やＡｌ（アルミニウム）などが水酸化物となり沈殿するとともに、目的核種のＣｏ（コバルト）およびＥｕ（ユーロピウム）も水酸化物となり共沈する。つまり、抽出液に含まれる目的核種と非目的核種の成分とが共沈するので、確実にかつ効率的に沈殿・除去を行うことができる。そして、中和後の硝酸中和液には少なくとも目的核種は残存しない状態となり、この硝酸中和液を一般廃液として適宜処理することができる。さらに、洗浄工程において、中和工程で得られた沈殿物を水で洗浄することにより、沈殿物に保持された水分中に高濃度で溶け込んでいる中和塩（例えば、硝酸ナトリウムや硝酸アンモニウム）を沈殿物より取り除くことができる。また、洗浄後の洗浄水中には、目的核種の溶け込みは無い状態である。

このように、本発明に係る放射化コンクリートの処理方法では、洗浄工程により洗浄された沈殿物を乾燥して固形化した放射性廃棄物として処分する沈殿物には非目的核種の鉄分も含まれるが、元の骨材等の重量比で１０％以下に減容化することが可能となる。
さらに、本発明に係る放射化コンクリートの処理方法では、硝酸液による中和工程を１回で行う方法となるので、除去作業を効率的に行うことができ、従来のように２段階の中和方法に比べてプロセスコストの低減を図ることができる。そのうえ、２段階の中和方法においてｐＨ管理が難しい一段目のｐＨ４程度の管理が無くなるので、ｐＨ管理を容易に行うことができ、これによりコストの低減を図ることができるという効果を奏する。
しかも、従来の２段階の中和方法では一段目の沈殿物の脱水性が悪く、固液分離には多大な施設コストが必要であるが、本発明では、脱水性にも優れており、簡単な構造の設備で対応することが可能である。

また、本発明に係る放射化コンクリートの処理方法では、洗浄工程で洗浄した沈殿物を塩酸に溶かした後、エーテル抽出によって沈殿した目的核種のコバルトとユーロピウムの水酸化物および非目的核種の鉄やアルミニウムの水酸化物をこれら成分が混在した状態の抽出後沈殿物に対して、乾燥させ固形化させて回収することが好ましい。

この場合、洗浄工程で洗浄した沈殿物の中で高濃度を占める鉄分に対して、さらに塩酸に溶かした後、エーテル抽出によって沈殿した目的核種のコバルトとユーロピウムの水酸化物および非目的核種の鉄やアルミニウムの水酸化物をこれら成分が混在した状態の抽出後沈殿物に対して、乾燥させ固形化させて回収することができ、これにより塩酸中には元の硝酸に含まれていた目的核種のすべてが存在し、鉄分のみをほぼ１００％排除することができる。

また、本発明に係る放射化コンクリートの処理方法では、洗浄工程で使用する水は、熱水であることがより好ましい。

この場合、上記洗浄工程において、熱水を使用して沈殿物を洗浄することにより、中和塩を沈殿物より確実に取り除くことができる。

本発明の放射化コンクリートの処理方法によれば、粉砕物を浸した硝酸液をｐＨ７〜１２のアルカリ領域まで一気に上昇させることで、放射化コンクリートから目的核種のＣｏ、Ｅｕを効率的にかつ確実に除去することができる。また、脱水性を向上させることで処理装置の設置スペースを小さくすることができる。
さらに、本発明の放射化コンクリートの処理方法では、一段階の中和工程とすることで、プロセスコストを抑えることができるうえ、従来の２段階中和法のように管理の難しいｐＨ値が４程度のｐＨ管理が不要となるので、ｐＨ管理にかかる手間と費用を低減することができるという効果を奏する。

本発明の実施の形態による放射化コンクリートの処理方法を示すフロー図である。 本発明の他の実施の形態による放射化コンクリートの処理方法を示すフロー図である。

以下、本発明の実施の形態による放射化コンクリートの処理方法について、図面に基づいて説明する。

図１に示すように、本実施の形態による放射化コンクリートの処理方法は、例えば、原子力発電所などの原子力関連施設の改修・解体などに伴い固体廃棄物として発生する放射化した廃コンクリート塊（放射化コンクリート１）を処理する方法に関するものである。

図１に示すように、本放射化コンクリートの処理方法は、放射化コンクリート１を粉砕する粉砕工程２と、粉砕工程２で得られた粉砕物Ｓを硝酸液Ｍ１に浸す抽出工程３と、その硝酸液Ｍ１をｐH７〜１２のアルカリ領域まで一気に上昇させ、粉砕物Ｓに含まれていたＣｏ（コバルト）、Ｅｕ（ユーロピウム）の目的核種Ｋ１、及びＦｅ（鉄）やＡｌ（アルミニウム）などの非目的核種Ｋ２の成分からなる金属塩（沈殿物Ｔ１）を沈殿させる中和工程４と、中和工程４で得られた沈殿物Ｔ１を水Ｗ１で洗浄する洗浄工程５と、洗浄工程５で洗浄した沈殿物（洗浄後沈殿物Ｔ２）を塩酸に溶かした後、エーテル抽出によって洗浄工程５後の洗浄後沈殿物Ｔ２中の非目的核種Ｋ２を回収するエーテル抽出工程６と、エーテル抽出工程６後の沈殿物（抽出後沈殿物Ｔ３）を乾燥させ固形化させて回収する回収工程７と、を有している。

（粉砕工程２）
図１に示すように、粉砕工程２では、粉砕機を用いて放射化コンクリート１を例えば８ｍｍ以下の粒径となるように粉砕する。このとき、例えばロールクラッシャーなどの粉砕機を用いて、表面積を極力大きくした粉砕物Ｓが得られるように放射化コンクリート１を薄片状に粉砕することが望ましい。そして、篩などで粉砕物Ｓの粒径が８ｍｍ以下であることを確認し、８ｍｍ以上のものに対しては、再度粉砕工程２を行い８ｍｍ以下にする。なお、粉砕物Ｓは、粒径が８ｍｍ以下であれば、それぞれの粒径が不揃いであってもよい。

（抽出工程３、中和工程４）
次に、粉砕工程２で得られた粉砕物Ｓを硝酸液Ｍ１に浸す抽出工程３を実施した後、その硝酸液Ｍ１をアルカリ領域まで一気に上昇させ、粉砕物Ｓに含まれるコバルト、ユーロピウムの目的核種Ｋ１、及び非目的核種Ｋ２の成分からなる金属塩（沈殿物Ｔ１）を沈殿させる中和工程４を行う。硝酸液Ｍ１の濃度は、３０重量％以上７０重量％以下のものを使用する。この硝酸液Ｍ１をｐＨ７〜１２のアルカリ領域まで任意の時間で一気に上昇させることで、目的核種Ｋ１と非目的核種Ｋ２の成分とが共沈して抽出される。この中和過程において、非目的核種Ｋ２のＦｅやＡｌなどが水酸化物となり沈殿し、目的核種Ｋ１のＣｏおよびＥｕが水酸化物となり共に共沈する。ここで、粉砕物Ｓを硝酸液Ｍ１に浸す抽出時間は、例えば骨材の大きさや材質等で異なるが１２〜４８時間である。そして、中和後の硝酸中和液Ｍ２には少なくとも目的核種Ｋ１は残存しない状態となり、この硝酸液Ｍ２を適宜処理する。

（洗浄工程５）
続いて、中和工程４で得られた沈殿物Ｔ１を硝酸中和液から分離し、水Ｗ１で洗浄する洗浄工程５を行う。
具体的には、硝酸中和液を遠心分離装置、フィルターろ過装置などの固液分離装置に導入し、固液分離する。それ沈殿に水Ｗ１を供給して沈殿物Ｔ１を洗浄する。これにより、沈殿物Ｔ１に保持された水分中に高濃度で溶け込んでいる中和塩（例えば、硝酸ナトリウムや硝酸アンモニウム）を沈殿物Ｔ１より取り除くことができる。このとき、洗い水中には、ＣｏおよびＥｕが再溶解することはない。なお、この水Ｗ１は、例えば４０〜９０℃の熱水を使用することで、より確実な洗浄を行うことが可能である。

（エーテル抽出工程６）
次に、洗浄工程５で洗浄した洗浄後沈殿物Ｔ２の中で高濃度を占める鉄分に関しては、さらに塩酸に溶かした後、エーテル抽出によって洗浄後沈殿物Ｔ２中の非目的核種Ｋ２を回収するエーテル抽出工程６を行う。これにより、塩酸中には元の硝酸に含まれていた目的核種Ｋ１の１００％が存在し、鉄分のみをほぼ１００％排除することができる。

（回収工程７）
続いて、エーテル抽出工程６後の沈殿した目的核種Ｋ１のＣｏとＥｕの水酸化物および非目的核種Ｋ２のＡｌなどの水酸化物をこれら成分が混在した状態の抽出後沈殿物Ｔ３に対して、乾燥させ固形化させて回収する回収工程７を行う。なお、これらの回収された水酸化物を、金属成分乾燥工程（図示省略）に送り、乾燥処理した後に、放射性廃棄物として処分する。このとき、乾燥した固形分には上記洗浄工程５によって中和塩が取り除かれているので、中和塩が少ない状態で処分されることになる。
また、洗浄工程５などで中和塩が溶け込んで高塩水となった処理液Ｗ２は、希釈して放流する。

次に、上述した放射化コンクリートの処理方法の作用について、図面に基づいて説明する。
図１に示すように、中和工程４において、粉砕工程２で得られた粉砕物Ｓを浸す抽出工程３を経た硝酸液Ｍ１をｐＨ７〜１２のアルカリ領域まで一気に上昇させることで、硝酸液Ｍ１の非目的核種Ｋ２のＦｅやＡｌなどが水酸化物となり沈殿するとともに、目的核種Ｋ１のＣｏおよびＥｕが水酸化物となり共沈する。
つまり、抽出液に含まれる目的核種Ｋ１と非目的核種Ｋ２の成分とが共沈するので、確実にかつ効率的に沈殿・除去を行うことができる。そして、中和後の硝酸中和液Ｍ２には少なくとも目的核種Ｋ１は残存しない状態となり、この硝酸中和液Ｍ２を一般廃液として適宜処理することができる。

さらに、洗浄工程５において、中和工程４で得られた沈殿物Ｔ１を水Ｗ１で洗浄することにより、その沈殿物Ｔ１に保持された水分中に高濃度で溶け込んでいる中和塩を沈殿物Ｔ１より取り除くことができる。また、洗浄後の洗浄水Ｗ２中には、目的核種Ｋ１の溶け込みは無い状態である。

このように、洗浄工程５による洗浄後沈殿物Ｔ２を乾燥して固形化した放射性廃棄物として処分する抽出後沈殿物Ｔ３には非目的核種Ｋ２の鉄分も含まれるが、元の骨材等の重量比で１０％以下（後述する実施例では７％）に減容化することが可能となる。
さらに、硝酸液Ｍ１による中和工程４を１回で行う方法となるので、除去作業を効率的に行うことができ、従来のように２段階の中和方法に比べてプロセスコストの低減を図ることができる。そのうえ、２段階の中和方法においてｐＨ管理が難しい一段目のｐＨ４程度の管理が無くなるので、ｐＨ管理を容易に行うことができ、これによりコストの低減を図ることができるという効果を奏する。
しかも、従来の２段階の中和方法では一段目の沈殿物の脱水性が悪く、固液分離には多大な施設コストが必要であるが、本実施の形態では、脱水性にも優れており、簡単な構造の設備で対応することが可能である。

また、洗浄工程５で洗浄した洗浄後沈殿物Ｔ２の中で高濃度を占める鉄分に対して、さらに塩酸に溶かした後、エーテル抽出によって洗浄後沈殿物Ｔ２中の非目的核種Ｋ２を回収することができ、これにより塩酸中には元の硝酸に含まれていた目的核種Ｋ１のすべてが存在し、鉄分のみをほぼ１００％排除することができる。

上述のように本実施の形態による放射化コンクリートの処理方法では、粉砕物Ｓを浸した硝酸液をｐＨ７〜１２のアルカリ領域まで一気に上昇させることで、放射化コンクリート１から目的核種Ｋ１のＣｏ、Ｅｕを効率的にかつ確実に除去することができる。また、脱水性を向上させることで処理装置の設置スペースを小さくすることができる。
さらに、一段階の中和工程４とすることで、プロセスコストを抑えることができるうえ、従来の２段階中和法のように管理の難しいｐＨ値が４程度のｐＨ管理が不要となるので、ｐＨ管理にかかる手間と費用を低減することができるという効果を奏する。

以上、本発明による放射化コンクリートの処理方法の実施の形態について説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
例えば、本実施の形態では洗浄工程５の後にエーテル抽出工程６を行ってから、その抽出後沈殿物Ｔ３を回収しているが、このような処理工程に制限されることはなく、図２に示すようにエーテル抽出工程６を省略することも可能である。この場合、洗浄工程５で洗浄した洗浄後沈殿物Ｔ２に対して、乾燥させ固形化させて回収する回収工程７を行う方法となる。

また、本実施の形態では洗浄工程５において熱水を用いているが、熱水に限定されず、常温の水であってもかまわない。
その他、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、上記した実施の形態における構成要素を周知の構成要素に置き換えることは適宜可能である。

１ 放射化コンクリート
２ 粉砕工程
３ ＨＮＯ_３抽出工程
４ 中和工程
５ 洗浄工程
６ エーテル抽出工程
７ 回収工程
Ｋ１ 目的核種
Ｋ２ 非目的核種
Ｍ１ 硝酸液
Ｍ２ 硝酸中和液
Ｓ 粉砕物
Ｔ１ 沈殿物
Ｔ２ 洗浄後沈殿物
Ｔ３ 抽出後沈殿物
Ｗ１ 水
Ｗ２ 処理液

Claims (3)

1. 放射化コンクリートを粉砕する粉砕工程と、
   前記粉砕工程で得られた粉砕物を硝酸液に浸し、該硝酸液をｐＨ７〜１２のアルカリ領域まで一気に上昇させ、前記粉砕物に含まれるコバルト、ユーロピウムの目的核種、及び鉄、アルミニウムの非目的核種の成分からなる金属塩を沈殿させる中和工程と、
   前記中和工程で得られた沈殿物を硝酸中和液から分離し、水で洗浄する洗浄工程と、
   を有することを特徴とする放射化コンクリートの処理方法。
2. 前記洗浄工程で洗浄した沈殿物を塩酸に溶かした後、エーテル抽出によって沈殿した前記目的核種のコバルトとユーロピウムの水酸化物および前記非目的核種の鉄やアルミニウムの水酸化物をこれら成分が混在した状態の抽出後沈殿物に対して、乾燥させ固形化させて回収することを特徴とする請求項１に記載の放射化コンクリートの処理方法。
3. 前記洗浄工程で使用する水は、熱水であることを特徴とする請求項１又は２に記載の放射化コンクリートの処理方法。

Images