(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＵＦ6で汚染された金属廃棄物に水を噴射する工程と、
前記水を噴射した金属廃棄物を加温された硝酸に浸漬する工程と、
前記加温された硝酸に浸漬した金属廃棄物を水中で超音波洗浄する工程と、
前記超音波洗浄した金属廃棄物に鉄粉を研磨材として吹付けるブラスト処理を行う工程と
を含むＵＦ6で汚染された金属廃棄物の除染方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、核燃料製造施設等で使用されるＵＦ6と接触することにより汚染された金属廃棄物を除染する方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ＵＦ6は核燃料サイクルを構成する転換工程、濃縮工程、再転換工程等において用いられる種々の金属製の装置又は器具、例えばＵＦ6シリンダ、コールドトラップ、遠心分離装置の回転体、移送用パイプ等の金属体と接触する。この際、ＵＦ6は揮発性であってしかも腐食性のあるガス状化合物であるため、時間の経過とともに金属の結晶粒界の内部まで深く侵入して金属体を汚染し、腐食する。またＵＦ6と接触した金属体を老朽化等により施設から撤去し、一度大気中に解放して保管管理した場合には、金属体の表面に粗くて脆い腐食層（以下、ルーズ腐食層という）を形成する。例えば、長年使用されたコールドトラップの表面には図９〜図１１の顕微鏡写真に示すようにルーズ腐食層が多く形成されている。また図１２及び図１３の顕微鏡写真に示すようにその断面にはルーズ腐食層及び粒界腐食部が形成されている。この腐食部の断面を、図１４に示す電子線マイクロアナライザ（ＥＰＭＡ）による特定元素（ウラン）の分布の面分析を行うための二次電子像と、図１５に示すその腐食部の同一位置の断面をＸ線により観察すると、コールドトラップ表面のルーズ腐食層のみならずウランが結晶粒界の内部まで深く侵入している。図１５において、白く見える部分がウランである。
従来、上記のように汚染された金属体を除染する方法として、汚染された金属体を電気化学的な方法で除染することが考えられている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、ＵＯ2，Ｕ3Ｏ8のような安定酸化物で汚染された金属体と異なり、ＵＦ6で汚染された金属体は、上記方法では除染処理に時間とコストが多くかかり、また除染処理を行っても、汚染された金属体を自然界の放射能レベル（以下、バックグラウンドレベルという）まで低コストで除染することは極めて困難である。また除染の結果生じる二次廃棄物の処理が複雑で、更に最終保管形態が多元化する問題点もある。
本発明の目的は、ＵＦ6で汚染された金属廃棄物をバックグラウンドレベルまで低コストで再現性良く除染することができるＵＦ6で汚染された金属廃棄物の除染方法を提供することにある。
本発明の別の目的は、除染の結果生じる二次廃棄物の処理が容易であり、廃棄物の最終保管形態を一元化できるＵＦ6で汚染された金属廃棄物の除染方法を提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る発明は、ＵＦ6で汚染された金属廃棄物に水を噴射する工程と、水を噴射した金属廃棄物を加温された硝酸に浸漬する工程と、この加温された硝酸に浸漬した金属廃棄物を水中で超音波洗浄する工程と、超音波洗浄した金属廃棄物に鉄粉を研磨材として吹付けるブラスト処理を行う工程とを含むＵＦ6で汚染された金属廃棄物の除染方法である。
本発明の除染方法において、ＵＦ6で汚染された金属廃棄物に水を噴射することにより、金属廃棄物母材表面のルーズ腐食層を除去して、その下の結晶粒界部を露出させる。次いで、この金属廃棄物を加温された硝酸に浸漬することにより、硝酸が結晶粒界部に浸透してウラン酸化物を溶解し、硝酸ウラニル（ＵＯ2（ＮＯ3）2）として溶出する。次に、硝酸に浸漬した金属廃棄物を水中で超音波洗浄することにより、結晶粒界部に残留している酸化ウランや酸化鉄等の汚染微粒子を金属母材浸透部から排出除去する。更に、超音波洗浄した金属廃棄物に鉄粉を研磨材として吹付けるブラスト処理を行うことにより、露出した金属表面の結晶粒子の脱落と金属表面の研削が繰返され、残留ウランが除去される。上記４つの工程を順次組合せることにより、ＵＦ6で汚染された金属廃棄物をバックグラウンドレベルまで低コストで再現性良く除染することができる。
なお、本明細書でバックグラウンドレベルとは、αシンチレーション検出器で検出される２０ｃｐｍ以下、即ち０．０４Ｂｑ／ｃｍ2以下のレベルをいう。このレベルは原子力規制関係法による汚染物品の管理区域からの持出し基準値の１０分の１である。
【０００５】
【発明の実施の形態】
本発明において、噴射される水の圧力は好ましくは１５０〜３００ｋｇ／ｃｍ2、より好ましくは１８０〜２２０ｋｇ／ｃｍ2である。これは１５０ｋｇ／ｃｍ2未満ではルーズ腐食層の除去が不十分であり、３００ｋｇ／ｃｍ2を超えてもその効果は変らないためである。使用される硝酸の濃度は好ましくは４〜９Ｎである。また硝酸に浸漬する時間は好ましくは０．５〜１時間、その温度は好ましくは４０〜８０℃である。これは４Ｎ未満、０．５時間未満或いは４０℃未満では結晶粒界部の金属酸化物が完全に溶解せず、９Ｎを超えると硝酸の取扱いが困難となる。また１時間を超えてもその効果は変わらないためである。研磨材として用いられる鉄粉は好ましくはスチールグリッドと呼ばれる表面が不定形の鉄粉であり、その平均粒径は研磨効果の観点から好ましくは１００〜５００μｍ、より好ましくは１５０〜２５０μｍ程度である。
【０００６】
本発明の除染方法では、二次廃棄物として水の噴射工程からは不溶性スラッジが、硝酸浸漬工程からは硝酸ウラニル溶液が、水中超音波工程からは不溶性スラッジが、更にブラスト工程からは磨滅した微細鉄粉を生じる。水の噴射工程及び水中超音波工程から生じた不溶性スラッジは一緒に集めてろ過・乾燥した後、焼却して焼却灰として取扱うことができる。また硝酸浸漬工程から生じた硝酸ウラニル溶液は広く利用されているＡＤＵ（重ウラン酸アンモニウム）法により処理した後、前述の不溶性スラッジと混合して、ろ過・乾燥し、焼却可能である。またブラスト工程から生じた微細鉄粉は処理される廃棄物全体の１％未満であり、そのまま保管される。この結果、本発明の除染により生じる主たる二次廃棄物は焼却灰として一元化できるとともにその容積を極めて小さなものとすることができる。
【０００７】
【実施例】
次に本発明の実施例を比較例とともに説明する。
＜実施例１＞
核燃料製造工場で１５年間使用されたＵＦ6で汚染された外径２６７ｍｍ、長さ２２５５ｍｍの円筒状ステンレス（ＳＵＳ３１６）製コールドトラップを１４ｃｍ×５ｃｍの寸法に切断して、１１枚の板状の試料を得た。試料Ｎｏ．１〜Ｎｏ．４の４枚の試料についてそれぞれ次の処理を行った。
先ず試料に水を圧力２００ｋｇ／ｃｍ2及び１５リットル／分の割合で６０秒間噴射した。この水噴射処理した試料を５０℃の５Ｎ硝酸に１時間浸漬した。次に硝酸処理した試料を室温の水中で１０分間超音波洗浄した。最後に、超音波洗浄した試料に平均粒径が２００μｍのスチールグリッドを研磨材として６０秒間吹付けるブラスト処理を行った。
除染効果の確認はα線測定器（ＺｎＳシンチレーション検出器）により表面α線計数値（ｃｐｍ）で評価した。その結果を図１に示す。
【０００８】
＜比較例１＞
実施例１で得られたＮｏ．５の試料を５０℃の５Ｎ硝酸に１時間浸漬した。除染効果の確認は実施例１と同様に行った。その結果を図２に示す。
【０００９】
＜比較例２＞
実施例１で得られたＮｏ．６の試料を室温のシュウ酸・過酸化水素混合溶液（以下、単に「ＯＰ液」という）中で３時間超音波洗浄した。除染効果の確認は実施例１と同様に行った。その結果を図２に示す。
【００１０】
＜比較例３＞
実施例１で得られたＮｏ．７の試料に水を圧力２００ｋｇ／ｃｍ2及び１５リットル／分の割合で６０秒間噴射した。この水噴射処理した試料を５０℃の５Ｎ硝酸に１時間浸漬した。除染効果の確認は実施例１と同様に行った。その結果を図３に示す。
【００１１】
＜比較例４＞
実施例１で得られたＮｏ．８の試料を室温のＯＰ液中で３０分間超音波洗浄した。この超音波洗浄した試料を５０℃の５Ｎ硝酸に１時間浸漬した。除染効果の確認は実施例１と同様に行った。その結果を図３に示す。
【００１２】
＜比較例５＞
実施例１で得られたＮｏ．９の試料に平均粒径が２００μｍのスチールグリッドを研磨材として約１分間吹付けるブラスト処理を行った。このブラスト処理した試料を室温のＯＰ液中で４時間超音波洗浄した。除染効果の確認は実施例１と同様に行った。その結果を図４に示す。
＜比較例６＞
実施例１で得られたＮｏ．１０の試料に水を圧力２００ｋｇ／ｃｍ2及び１５リットル／分の割合で６０秒間噴射した。この水噴射処理した試料に平均粒径が２００μｍのスチールグリッドを研磨材として約１分間ずつ３回吹付けるブラスト処理を行った。除染効果の確認は実施例１と同様に行った。その結果を図５に示す。
＜比較例７＞
実施例１で得られたＮｏ．１１の試料を室温のＯＰ液中で３０分間超音波洗浄した。この超音波洗浄した試料に平均粒径が２００μｍのスチールグリッドを研磨材として約１分間ずつ３回吹付けるブラスト処理を行った。除染効果の確認は実施例１と同様に行った。その結果を図５に示す。
【００１３】
図１より明らかなように、超音波洗浄後の試料にスチールグリッドを吹付ける本発明の最終工程を完了した時点で、４枚の試料を全てバックグラウンドレベル（２０ｃｐｍ以下、即ち０．０４Ｂｑ／ｃｍ2以下）まで除染することができる。これに対して、図２〜図５に示すように本発明の４つの工程のうちの１つの工程又は２つの工程の組合せに相当する比較例１〜７はいずれもバックグラウンドレベルまで除染できなかった。
【００１４】
＜除染前後の試料の表面の組織と断面のＳＥＭ像＞
実施例１の試料Ｎｏ．１の除染前の表面を図６（ａ）に、除染後の表面を図６（ｂ）にそれぞれ示す。これらの比較から実施例１の除染方法により試料表面に存在していたルーズ腐食層が除去されていた。
また走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）により撮影した試料Ｎｏ．１の除染前後の４０倍の断面写真図を図７（ａ）及び（ｂ）に、また同じく除染前後の４００倍の断面写真図を図８（ａ）及び（ｂ）にそれぞれ示す。これらの比較から実施例１の除染方法により試料のルーズ腐食層が除去されかつ金属結晶粒界部が明瞭に示され、この粒界部に侵入していた汚染微粒子が排出されていた。
【００１５】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、ＵＦ6で汚染された金属廃棄物に水を噴射した後、硝酸に浸漬し、次いで水中で超音波洗浄し、最後に鉄粉を研磨材として吹付けるので、ＵＦ6で汚染された金属廃棄物をバックグラウンドレベルまで低コストで再現性良く除染することができる。
また除染の結果生じる二次廃棄物の処理が容易であり、廃棄物の最終保管形態を一元化できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例１の試料の除染状況を示す図。
【図２】比較例１及び比較例２の試料の除染状況を示す図。
【図３】比較例３及び比較例４の試料の除染状況を示す図。
【図４】比較例５の試料の除染状況を示す図。
【図５】比較例６及び比較例７の試料の除染状況を示す図。
【図６】除染前後の実施例１の試料表面の金属組織を示す写真図。
【図７】除染前後の実施例１の試料断面を４０倍で示す走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真図。
【図８】除染前後の実施例１の試料断面を４００倍で示す走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真図。
【図９】除染前のコールドトラップ表面を４０倍で示す走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真図。
【図１０】図９に示すコールドトラップ表面のうち地肌部を８００倍で示す走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真図。
【図１１】図９に示すコールドトラップ表面のうちルーズ腐食部を４００倍で示す走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真図。
【図１２】除染前のコールドトラップ断面におけるルーズ腐食部及び粒界腐食部を１００倍で示す光学顕微鏡写真図。
【図１３】除染前のコールドトラップ断面における腐食の激しい粒界腐食部を１００倍で示す光学顕微鏡写真図。
【図１４】除染前のコールドトラップ断面について電子線マイクロアナライザ（ＥＰＭＡ）による特定元素（ウラン）の分布の面分析を行うための二次電子像を１０００倍で示す顕微鏡写真図。
【図１５】図１４のコールドトラップ断面のＥＰＭＡ分析による92Ｕ（Ｍα）の分布を示すＸ線写真図。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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