(57)【要約】【課題】フッ化物廃吸着剤のガラス固化処理および酸化転換処理において、放射性不純物の揮発を抑制することを課題とする。【解決手段】核燃料物質をフッ素ガスと反応させてフッ化物ガスに転換するフッ化工程２と、フッ化物ガスに含まれる核燃料物質中の放射性不純物をフッ化物吸着剤により除去する際に発生するフッ化物の廃吸着剤を、０℃〜４００℃の温度領域で水蒸気と反応して、フッ化物の廃吸着剤に吸着した放射性不純物のフッ化物を酸化物に転換する第一酸化転換工程７を備えるフッ化物廃吸着剤の処理方法によって、上記課題を解決することができる。【選択図】  図１
2011179820.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
核燃料物質をフッ素ガスと反応させてフッ化物ガスに転換し、
前記フッ化物ガスに含まれる核燃料物質中の放射性不純物をフッ化物吸着剤により除去する際に発生するフッ化物の廃吸着剤を、０℃〜４００℃の温度領域で水蒸気と反応させ、前記フッ化物の廃吸着剤に吸着した放射性不純物のフッ化物を酸化物に転換することを特徴とするフッ化物廃吸着剤の処理方法。
【請求項２】
前記フッ化物の廃吸着剤及び酸化物に転換された前記放射性不純物をガラス固化処理することを特徴とする請求項１に記載のフッ化物廃吸着剤の処理方法。
【請求項３】
前記フッ化物の廃吸着剤及び酸化物に転換された前記放射性不純物を４００℃〜１２００℃の温度領域で水蒸気と反応させて前記フッ化物の廃吸着剤を酸化物に転換し、
酸化物に変換された前記廃吸着剤及び酸化物に転換された前記放射性不純物をガラス固化処理することを特徴とする請求項１に記載のフッ化物廃吸着剤の処理方法。
【請求項４】
前記フッ化物の廃吸着剤及び酸化物に転換された前記放射性不純物に、ガラス母材となる酸化物を添加し、
前記放射性不純物と前記フッ化物の廃吸着剤と前記ガラス母材の混合物を、４００℃〜１２００℃の水蒸気と反応させて前記フッ化物の廃吸着剤を酸化物に転換し、
酸化物に転換された前記放射性不純物及び酸化物に転換された前記廃吸着剤をガラス固化処理することを特徴とする請求項１に記載のフッ化物廃吸着剤の処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、使用済燃料の再処理あるいは天然ウランの精製工程，ウラン濃縮工程において発生するフッ化物廃吸着剤の処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
核燃料物質をフッ素ガスと反応させて気体のフッ化物に転換し、フッ化された気体の核燃料物質中の放射性不純物をフッ化物吸着剤により除去する工程を含む技術として、例えば、特許文献１に開示されている使用済燃料の再処理技術であるフッ化揮発法がある。フッ化揮発法では、使用済燃料をフッ素と反応させて揮発性の六フッ化ウランへ転換する。その際、使用済燃料に含まれる放射性不純物である核分裂生成物（ＦＰ）もフッ素と反応し、一部の揮発性のＦＰフッ化物が六フッ化ウランへ不純物として同伴される。六フッ化ウランから不純物である揮発性のＦＰフッ化物を分離する技術として、フッ化物吸着剤（ＮａＦ，ＭｇＦ2，ＢａＦ2）を充填した吸着塔へ六フッ化ウランガスを流通し、ＦＰフッ化物を吸着除去する手法がある（特許文献１）。放射性のＦＰフッ化物を吸着したフッ化物吸着剤、すなわちフッ化物廃吸着剤を処理する手法としては、ガラス固化体として安定化処理する手法が候補の一つとして考えられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−２５７９８０号公報
【特許文献２】特開平１１−１１８９９５号公報
【特許文献３】特開平５−８７９８５号公報
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】Y. Inagaki et al., J. Nucl. Mater., 345(2006)171-184.
【非特許文献２】中原勝巖著、無機化合物・錯体辞典、講談社、１９９７．
【非特許文献３】熱力学データベースＭＡＬＴグループ．熱力学データベース  MALT for Windows(登録商標). 科学技術社．２００５．
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
フッ化揮発した核燃料物質中の放射性不純物をフッ化物吸着剤により除去する際に発生するフッ化物廃吸着剤をガラス固化処理する方法としては、フッ化物廃吸着剤をガラス母材と混合し、８００℃以上で溶融してガラス固化体とする方法が考えられる。もしくはフッ化物廃吸着剤を酸化物に転換した後、非特許文献１に開示されているホウケイ酸ガラス母材と高温で混合することでホウケイ酸ガラス固化体とする方法などが考えられる。
【０００６】
また、フッ化物を酸化物に転換する方法として次に２つ示す技術が上げられる。一つ目は、フッ化物を高温の水蒸気と反応させることで酸化物に転換する方法である。乾式再処理で発生する塩化物廃棄物を対象とし、８００〜１０００℃において水蒸気と塩化物を反応させ、塩化物を酸化物へ転換した例がある（特許文献２）。二つ目は、高温状態においてホウ酸とフッ化物との混合物を水蒸気と反応させる方法である。乾式再処理で発生する塩化物廃棄物をホウ酸と混ぜ、８００〜１０００℃で溶融した状態で水蒸気を吹き込み、塩化物を酸化物へ転換した例がある（特許文献３）。
【０００７】
一方、フッ化された核燃料物質中の放射性不純物をフッ化物吸着剤により除去する工程は、最大４００℃で行われる。したがって、４００℃以上となる高温のプロセスでは、吸着した放射性不純物が再揮発する可能性がある。したがって、既に述べたフッ化物廃吸着剤をガラス固化処理する手法では吸着した放射性不純物が再揮発する恐れがあり、ガラス固化処理の実施が困難となる。
【０００８】
本発明の目的は、高温のプロセスにおける放射性不純物の揮発を防止しながら、フッ化物廃吸着剤を処理することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記した目的を達成する本発明の特徴は、核燃料物質をフッ素ガスと反応させてフッ化物ガスに転換し、フッ化物ガスに含まれる核燃料物質中の放射性不純物をフッ化物吸着剤により除去する際に発生するフッ化物の廃吸着剤を、０℃〜４００℃の温度領域で水蒸気と反応させ、フッ化物の廃吸着剤に吸着した放射性不純物のフッ化物を酸化物に転換することにある。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、フッ化物廃吸着剤を４００℃以下の水蒸気と反応させ、吸着した放射性不純物元素を不揮発性の酸化物とすることで、ガラス固化工程，フッ化物廃吸着剤を酸化物に転換工程といった高温のプロセスにおける放射性不純物の揮発を防止しながら、フッ化物廃吸着剤を処理できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の好適な一実施例であるフッ化物廃吸着剤の処理ステップを示す図である。
【図２】本発明の他の実施例である実施例２のフッ化物廃吸着剤の処理ステップを示す図である。
【図３】本発明の他の実施例である実施例３のフッ化物廃吸着剤の処理ステップを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施形態について、図面を用いて説明する。
【００１３】
（実施例１）
本実施例の好適な一実施形態である実施例１のフッ化物廃吸着剤の処理方法を、図１を用いて説明する。本実施例は、使用済燃料の再処理技術であるフッ化揮発法に関する例である。
【００１４】
本実施例のフッ化物廃吸着剤の処理方法は、図１に示すように、フッ化工程２と、ウラン精製工程５と、第一酸化転換工程７と、オフガス処理工程９と、ガラス固化工程１０を備える。まず、フッ化工程２において、使用済燃料１にフッ素ガスを添加すると、使用済燃料１とフッ素ガスが反応し、固体である残渣３とフッ化揮発ガス４が生成される。ここで生成されるフッ化揮発ガス４は、六フッ化ウラン，放射性不純物である揮発性のＦＰフッ化物，フッ化工程において余剰となったフッ素ガス、及び使用済燃料とフッ素の反応で発生した酸素ガス等のオフガスを含む。
【００１５】
ウラン精製工程５では、フッ化工程２で生成されたフッ化揮発ガス４に含まれている六フッ化ウラン，揮発性ＦＰフッ化物の一部及びその他オフガスを、フッ化物揮発法を用いて分離する。ウラン精製工程５で用いられるウラン精製装置は、フッ化物吸着剤（ＮａＦ，ＭｇＦ2，ＢａＦ2）が充填された吸着塔で構成され、この吸着塔は１００〜４００℃に保温されている。この吸着塔にフッ化揮発ガス４を流通することで、揮発性ＦＰフッ化物のみをフッ化物吸着剤に吸着させる。このとき吸着するＦＰフッ化物との元素は、Ｎｂ，Ｍｏ，Ｔｃ，Ｒｕ，Ｓｂが挙げられる。揮発性ＦＰフッ化物を吸着したフッ化物吸着剤は、フッ化物廃吸着剤６となる。揮発性ＦＰフッ化物から分離された六フッ化ウランとその他オフガスは、蒸気圧の差を利用する方法や、六フッ化ウランのみを吸着剤に吸着させる方法で分別し、回収された六フッ化ウランは原子燃料として再利用される。オフガスは、活性アルミナ等の吸着剤に吸収させ、安全に処理される。
【００１６】
次に、第一酸化転換工程７において、ウラン精製工程５で発生したフッ化物廃吸着剤６を処理する方法について述べる。第一酸化転換工程７では、フッ化物廃吸着剤６を水蒸気８と反応させる。ここで、フッ化物廃吸着剤６と水蒸気８を反応させる温度は、０〜４００℃（２７３〜６７３Ｋ）とする。水蒸気の温度を０℃以上とすることで、効率よく水蒸気を第一酸化転換工程７に供給できる。なお、反応温度が４００℃よりも高くなると、吸着した放射性廃棄物（固体）がガス化して再揮発する可能性がある。このため、第一酸化転換工程７においてフッ化物廃吸着剤６と水蒸気８を反応させる温度を０〜４００℃（２７３〜６７３Ｋ）とする。例えば、この第一酸化転換工程７は、フッ化物廃吸着剤６が充填されたままの吸着塔に水蒸気８を流通させることで行う。表１にフッ化物と水蒸気の反応について、非特許文献３により６００Ｋにおける反応のギブス自由エネルギー（ΔＧ）を求めた結果を示す。Ｔｃフッ化物に関しては、熱力学データがないため、ΔＧを求められないが、非特許文献２によるＴｃＦ5の定性的な情報を記載した。
【００１７】
【表１】
2011179820.tif 000003
【００１８】
表１によれば、水蒸気とＦＰフッ化物の反応のギブス自由エネルギーは負の値となる傾向があり、ＦＰフッ化物は水蒸気と反応して酸化物に転換される。一方、水蒸気とフッ化物吸着剤（ＮａＦ，ＭｇＦ2，ＢａＦ2）の反応のギブス自由エネルギーは正の値なため、フッ化物吸着剤は水蒸気と反応せず、フッ化物は酸化物に転換されない。第一酸化転換工程７で発生した未反応の水蒸気、及びＦＰフッ化物と水蒸気の反応で発生したＨＦは、オフガス処理工程９に送られる。オフガス処理工程９では、例えば、水蒸気とＨＦは、アルカリスクラバーに流通し、ＨＦを溶液として回収するなどして安全に処理される。
【００１９】
ガラス固化工程１０では、第一酸化転換工程７で得られたフッ化物の吸着剤と酸化物に転換されたＦＰを処理する。具体的には、ガラス固化工程１０は、フッ化物の吸着剤とＦＰ酸化物にホウケイ酸ガラス母材１１を添加し、８００℃以上で溶融させることでガラス固化体１２とする。添加するホウケイ酸ガラス母材１１は、Ｂ2Ｏ3，Ａｌ2Ｏ3，ＳｉＯ2等、非特許文献１に記載のホウケイ酸ガラス固化体に使用される物質で構成される。ホウケイ酸系のガラスではガラスネットワーク中に酸化物を取り込めるため、放射性のＦＰ酸化物は安定なガラスとなる。一方、非放射性のフッ化物吸着剤は、ガラスネットワーク中には取り込まれないため、ホウケイ酸とＦＰ酸化物で形成されるガラス中にフッ化物の状態で分散する。
【００２０】
本実施例によれば、第一酸化転換工程７にてフッ化物廃吸着剤を０〜４００℃の温度領域で水蒸気と反応させるため、吸着した放射性不純物元素を不揮発性の酸化物とすることができ、高温のプロセスにおける放射性不純物の揮発を防止しながら、フッ化物廃吸着剤をガラス固化処理することができる。
【００２１】
（実施例２）
本発明の他の実施形態である実施例２について、図２を用いて説明する。本実施例は、実施例１のフッ化物廃吸着剤の処理方法における第一酸化転換工程７とガラス固化工程１０の間に、第二酸化転換工程Ａ１３を実施する。以下、本実施例において実施例１のフッ化物廃吸着剤の処理方法と異なる手順について説明する。
【００２２】
第二酸化転換工程Ａ１３では、第一酸化転換工程７で得られたフッ化物の吸着剤とＦＰ酸化物に、水蒸気８を添加する。添加された水蒸気８は、４００℃〜１２００℃の温度でフッ化物吸着剤及びＦＰ酸化物と反応させる。４００℃以上の高温の水蒸気と反応させることで酸化転換反応を促進できる。また、装置の材料の観点より、１２００℃が上限となる。例えば、この第二酸化転換工程Ａ１３は、第一酸化転換工程７で得られるフッ化物吸着剤とＦＰ酸化物を吸着塔から取り出し、ロータリーキルンへ導入し、攪拌しつつ水蒸気を吹き込むことで行われる。このようにフッ化物の酸化を促進し、フッ化物の吸着剤を酸化物へ転換する。第二酸化転換工程Ａ１３で発生した水蒸気とＨＦは、実施例１と同様、オフガス処理工程９で処理される。第二酸化転換工程Ａ１３では、酸化物の吸着剤とＦＰ酸化物が得られる。
【００２３】
ガラス固化工程１０では、第二酸化転換工程Ａ１３で得られた酸化物吸着剤とＦＰ酸化物にホウケイ酸ガラス母材１１を添加し、８００℃以上で溶融させることでガラス固化体１２とする。添加するホウケイ酸ガラス母材１１は、Ｂ2Ｏ3，Ａｌ2Ｏ3，ＳｉＯ2等のホウケイ酸ガラス固化体に使用される物質で構成される。ホウケイ酸系のガラスは、実施例１と同様、ガラスネットワーク中に酸化物を取り込めるため、放射性のＦＰ酸化物は安定なガラスとなる。また、非放射性のフッ化物吸着剤は、ガラスネットワーク中には取り込まれないため、ホウケイ酸とＦＰ酸化物で形成されるガラス中にフッ化物の状態で分散する。
【００２４】
本実施例によれば、第一酸化転換工程７にてフッ化物廃吸着剤を０〜４００℃の温度領域で水蒸気と反応させるため、吸着した放射性不純物元素を不揮発性の酸化物とすることができ、高温のプロセスにおける放射性不純物の揮発を防止しながら、フッ化物廃吸着剤をガラス固化処理することができる。
【００２５】
さらに、本実施例によれば、フッ化物廃吸着剤を０〜４００℃の温度領域で水蒸気と反応させる第一酸化転換工程７の後、取り出された吸着剤（フッ化物）及びＦＰ（酸化物）を４００〜１２００℃の温度領域でさらに水蒸気と反応させる第二酸化転換工程Ａ１３を実施するため、ガラス固化工程１０に入る吸着剤及びＦＰが共に酸化物に転換することができる。このため、これらが完全にホウケイ酸ガラス中に溶解したガラス固化体を得ることができる。
【００２６】
また、本実施例では、フッ化物廃吸着剤を０〜４００℃の温度領域で水蒸気と反応させる第一酸化転換工程７の後、４００〜１２００℃の温度領域で水蒸気と反応させる第二酸化転換工程Ａ１３を実施している。この第一酸化転換工程７では、吸着した放射性不純物（ＦＰ）を酸化物に転換できるが、フッ化物吸着剤を酸化物に転換できない。フッ化物吸着剤に吸着する代表的な放射性不純物元素とその酸化物、及び非特許文献２から抜粋した揮発に関するデータを表２に示す。表２は、ＦＰ酸化物の揮発性を示すデータである。表２に示すように、吸着した放射性不純物元素の酸化物は、高温においても容易に揮発しないため、４００〜１２００℃の高温の温度領域で反応させる第二酸化転換工程Ａ１３においても放射性不純物が再揮発することを防止もしくは大幅に抑制することができる。
【００２７】
【表２】
2011179820.tif 000004
【００２８】
（実施例３）
本発明の他の実施形態である実施例３について、図３を用いて説明する。本実施例は、実施例２のフッ化物廃吸着剤の処理方法における第二酸化転換工程Ａ１３を、第二酸化転換工程Ｂ１５に替えた手順となっている。以下、本実施例において実施例２のフッ化物廃吸着剤の処理方法と異なる手順について説明する。
【００２９】
第二酸化転換工程Ｂ１５では、第一酸化転換工程７で得られたフッ化物吸着剤とＦＰ酸化物に、ガラス母材１４を添加し、このフッ化物吸着剤、ＦＰ酸化物及びガラス母材１４で構成される混合物に水蒸気８を添加する。添加された水蒸気８は、４００℃〜１２００℃の温度領域でフッ化物吸着剤，ＦＰ酸化物及びガラス母材１４で構成される混合物と反応させる。実施例２と同様に、４００℃以上の高温の水蒸気と反応させることで酸化転換反応を促進でき、また、装置の材料の観点より、１２００℃が上限となる。本実施例のように第二酸化転換工程Ｂ１５でガラス母材を添加することで、フッ化物吸着剤の酸化物への転換が促進される。ここで添加するガラス母材としては、Ｂ2Ｏ3，Ａｌ2Ｏ3，ＳｉＯ2，Ｐ2Ｏ5等の酸化物系のガラス材料がある。例えば、この第二酸化転換工程Ｂ１５は、第一酸化転換工程７で得られるフッ化物吸着剤とＦＰ酸化物を吸着塔から取り出し、アルミナ製坩堝へ導入し、そこへガラス母材１４を添加し、水蒸気を吹き込みつつ４００〜１２００℃の高温に熱することで溶融体とすることで行われる。第二酸化転換工程Ｂ１５で発生した水蒸気とＨＦは、オフガス処理工程９で処理される。第二酸化転換工程Ｂ１５では、ガラス母材，酸化物吸着剤及びＦＰ酸化物の混合物が得られる。
【００３０】
ガラス固化工程１０では、第二酸化転換工程Ｂ１５で得られたガラス母材，酸化物吸着剤及びＦＰ酸化物の混合物にホウケイ酸ガラス母材１１を添加し、８００℃以上で溶融させることでガラス固化体１２とする。添加するホウケイ酸ガラス母材１１は、Ｂ2Ｏ3，Ａｌ2Ｏ3，ＳｉＯ2等のホウケイ酸ガラス固化体に使用される物質で構成される。ホウケイ酸系のガラスは、実施例１と同様、ガラスネットワーク中に酸化物を取り込めるため、放射性のＦＰ酸化物は安定なガラスとなる。また、非放射性のフッ化物吸着剤は、ガラスネットワーク中には取り込まれないため、ホウケイ酸とＦＰ酸化物で形成されるガラス中にフッ化物の状態で分散する。
【００３１】
本実施例によれば、第一酸化転換工程７にてフッ化物廃吸着剤を０〜４００℃の温度領域で水蒸気と反応させるため、吸着した放射性不純物元素を不揮発性の酸化物とすることができ、高温のプロセスにおける放射性不純物の揮発を防止しながら、フッ化物廃吸着剤をガラス固化処理することができる。
【００３２】
さらに、本実施例によれば、フッ化物廃吸着剤６を０〜４００℃の温度領域で水蒸気と反応させる第一酸化転換工程７の後、取り出された吸着剤（フッ化物）及びＦＰ（酸化物）を４００〜１２００℃の温度領域でさらに水蒸気と反応させる第二酸化転換工程Ｂ１５を実施するため、ガラス固化工程１０に入る吸着剤及びＦＰが共に酸化物に転換することができる。このため、これらが完全にホウケイ酸ガラス中に溶解したガラス固化体を得ることができる。
【００３３】
また、本実施例では、フッ化物廃吸着剤を０〜４００℃の温度領域で水蒸気と反応させる第一酸化転換工程７の後、４００〜１２００℃の温度領域で水蒸気と反応させる第二酸化転換工程Ａ１３を実施している。前述の表２に示すように、吸着した放射性不純物元素の酸化物は、高温においても容易に揮発しないため、４００〜１２００℃の高温の温度領域で反応させる第二酸化転換工程Ａ１３においても放射性不純物が再揮発することを防止もしくは大幅に抑制することができる。
【００３４】
本実施例によれば、第二酸化転換工程Ｂ１５においてガラス母材を添加しているため、酸化物吸着剤及びＦＰ酸化物にガラス母材が共存した反応となり、フッ化物吸着剤をより酸化物吸着剤に転換することができる。
【符号の説明】
【００３５】
１  使用済燃料
２  フッ化工程
３  残渣
４  フッ化揮発ガス
５  ウラン精製工程
６  フッ化物廃吸着剤
７  第一酸化転換工程
８  水蒸気
９  オフガス処理工程
１０  ガラス固化工程
１１  ホウケイ酸ガラス母材
１２  ガラス固化体
１３  第二酸化物転換工程Ａ
１４  ガラス母材
１５  第二酸化物転換工程Ｂ
【図１】
2011179820.tif 000005
【図２】
2011179820.tif 000006
【図３】
2011179820.tif 000007