(57)【要約】【課題】使用済み核燃料再処理工場における低レベル放射性廃液などの処理において、マイクロ波照射を行って硝酸イオンを含有する固体状の放射性廃棄物中の前記硝酸イオンを除去するに際し、高い除去効率にて硝酸イオンを除去することができるようにした、放射性廃棄物の処理方法を提供すること。【解決手段】硝酸イオンを含有する固体状の放射性廃棄物とマイクロ波吸収剤との混合物にマイクロ波を照射することにより、前記放射性廃棄物中の硝酸イオンを除去する放射性廃棄物の処理方法である。また、硝酸イオンを含有する固体状の放射性廃棄物と、マイクロ波吸収剤と、アルカリ金属と化合物を形成することで前記硝酸イオンの除去を促進する分解促進剤との混合物にマイクロ波を照射することにより、前記放射性廃棄物中の硝酸イオンを除去する放射性廃棄物の処理方法である。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
硝酸イオンを含有する固体状の放射性廃棄物とマイクロ波吸収剤との混合物にマイクロ波を照射することにより、前記放射性廃棄物中の硝酸イオンを除去することを特徴とする放射性廃棄物の処理方法。
【請求項２】
前記マイクロ波吸収剤が、Ｆｅ３Ｏ４、Ｐ２Ｏ５及びＣｕＯより選ばれる少なくとも１種であることを特徴とする請求項１記載の放射性廃棄物の処理方法。
【請求項３】
硝酸イオンを含有する固体状の放射性廃棄物と、マイクロ波吸収剤と、アルカリ金属と化合物を形成することで前記硝酸イオンの除去を促進する分解促進剤との混合物にマイクロ波を照射することにより、前記放射性廃棄物中の硝酸イオンを除去することを特徴とする放射性廃棄物の処理方法。
【請求項４】
前記マイクロ波吸収剤が、Ｆｅ３Ｏ４、Ｐ２Ｏ５及びＣｕＯより選ばれる少なくとも１種であることを特徴とする請求項３記載の放射性廃棄物の処理方法。
【請求項５】
前記分解促進剤が、Ｂ２Ｏ３、Ｆｅ３Ｏ４及びＰ２Ｏ５より選ばれる少なくとも１種であることを特徴とする請求項３又は４記載の放射性廃棄物の処理方法。
【請求項６】
前記マイクロ波吸収剤と前記分解促進剤とが、両方ともにＦｅ３Ｏ４、若しくは両方ともにＰ２Ｏ５、又は両方ともにＦｅ３Ｏ４及びＰ２Ｏ５であることを特徴とする請求項３記載の放射性廃棄物の処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
使用済み核燃料再処理工場の低レベル放射性廃液処理設備では、硝酸ナトリウム等の硝酸イオンを含有する固体状の放射性廃棄物が発生する。本発明は、放射性低レベル廃棄物の貯蔵に先立ち、固体状の放射性低レベル廃棄物中の硝酸イオンを除去するようにした、放射性廃棄物の処理方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
使用済み核燃料の処理に多量の硝酸が用いられる使用済み核燃料再処理工場において、低レベル放射性廃液を蒸発濃縮し、さらに乾燥させて固体状にするという処理工程を有する低レベル放射性廃液処理設備では、硝酸ナトリウム等の硝酸イオン（ＮＯ３−）を含有する固体状の放射性廃棄物が発生する。そして、低レベルの放射性廃棄物の地層処分などの貯蔵に先立ち、固体状の放射性廃棄物中の硝酸イオンを除去する方法の開発が望まれている。
【０００３】
従来、硝酸ナトリウムを含有する固体状の放射性廃棄物の脱硝処理に適用される方法として、特公平３−３９０１１号公報（特許文献１）に、硝酸ナトリウム（ＮａＮＯ３）に対してホウ酸（ＨＢＯ３）又は酸化ホウ素（Ｂ２Ｏ３）を添加し、マイクロ波照射による加熱溶融によってホウ酸ナトリウムとＮＯｘガスとに分解させるようにした、硝酸ナトリウムの分解方法が提案されている。ホウ酸又は酸化ホウ素は、硝酸ナトリウム中のナトリウムと容易に結合することで、硝酸ナトリウムの分解（硝酸イオンの除去）を促進する役割を有する分解促進剤として用いられている。
【０００４】
しかしながら、前述した従来方法では、硝酸ナトリウムを分解し硝酸イオンを除去するに際し、硝酸ナトリウムはマイクロ波吸収効率である誘電損失係数（比誘電率ε×誘電体損失角ｔａｎδ）が低いため、マイクロ波照射による加熱効率が悪く、加熱に多大のエネルギーを要し、硝酸イオンの除去処理に時間がかかるという問題があった。
【０００５】
【特許文献１】特公平３−３９０１１号公報（第１頁，第２頁）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
そこで、本発明の課題は、使用済み核燃料再処理工場における低レベル放射性廃液などの処理において、マイクロ波照射を行って硝酸イオンを含有する固体状の放射性廃棄物中の前記硝酸イオンを除去するに際し、分解促進剤としてのホウ酸又は酸化ホウ素を用いる従来方法に比べて、高い除去効率にて硝酸イオンを除去することができるようにした、放射性廃棄物の処理方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記の課題を解決するため、本願発明では、次の技術的手段を講じている。
【０００８】
請求項１の発明は、硝酸イオンを含有する固体状の放射性廃棄物とマイクロ波吸収剤との混合物にマイクロ波を照射することにより、前記放射性廃棄物中の硝酸イオンを除去することを特徴とする放射性廃棄物の処理方法である。
【０００９】
請求項２の発明は、請求項１記載の放射性廃棄物の処理方法において、前記マイクロ波吸収剤が、Ｆｅ３Ｏ４、Ｐ２Ｏ５及びＣｕＯより選ばれる少なくとも１種であることを特徴とするものである。
【００１０】
請求項３の発明は、硝酸イオンを含有する固体状の放射性廃棄物と、マイクロ波吸収剤と、アルカリ金属と化合物を形成することで前記硝酸イオンの除去を促進する分解促進剤との混合物にマイクロ波を照射することにより、前記放射性廃棄物中の硝酸イオンを除去することを特徴とする放射性廃棄物の処理方法である。
【００１１】
請求項４の発明は、請求項３記載の放射性廃棄物の処理方法において、前記マイクロ波吸収剤が、Ｆｅ３Ｏ４、Ｐ２Ｏ５及びＣｕＯより選ばれる少なくとも１種であることを特徴とするものである。
【００１２】
請求項５の発明は、請求項３又は４記載の放射性廃棄物の処理方法において、前記分解促進剤が、Ｂ２Ｏ３、Ｆｅ３Ｏ４及びＰ２Ｏ５より選ばれる少なくとも１種であることを特徴とするものである。
【００１３】
請求項６の発明は、請求項３記載の放射性廃棄物の処理方法において、前記マイクロ波吸収剤と前記分解促進剤とが、両方ともにＦｅ３Ｏ４、若しくは両方ともにＰ２Ｏ５、又は両方ともにＦｅ３Ｏ４及びＰ２Ｏ５であることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１４】
請求項１又は２の放射性廃棄物の処理方法は、硝酸イオンを含有する固体状の放射性廃棄物とマイクロ波吸収剤との混合物にマイクロ波を照射することにより、前記放射性廃棄物中の硝酸イオンを除去するようにしている。したがって、マイクロ波を吸収し易いマイクロ波吸収剤の発熱によって固体状の硝酸塩（硝酸ナトリウム）を昇温・分解することができ、硝酸イオンをＮＯ、ＮＯ２などＮＯｘガス（後工程にて無害化処理される）に転換、除去することで、マイクロ波吸収剤を用いずに分解促進剤としてのホウ酸又は酸化ホウ素を用いてマイクロ波照射を行う従来方法に比べて、高い除去効率にて硝酸イオンを除去することができ、マイクロ波照射時間の短縮による省エネルギー化を図ることができる。
【００１５】
請求項３、４、５又は６の放射性廃棄物の処理方法は、硝酸イオンを含有する固体状の放射性廃棄物と、マイクロ波吸収剤と、アルカリ金属と化合物を形成することで前記硝酸イオンの除去を促進する分解促進剤との混合物にマイクロ波を照射することにより、前記放射性廃棄物中の硝酸イオンを除去するようにしている。したがって、マイクロ波を吸収し易いマイクロ波吸収剤の発熱によって固体状の硝酸塩（硝酸ナトリウム）を昇温・分解することができ、硝酸イオンをＮＯ、ＮＯ２などＮＯｘガスに転換、除去し、このとき、分解促進剤が硝酸塩（硝酸ナトリウム）のアルカリ金属（ナトリウム）と化合物を形成することでＮＯｘガスの発生による硝酸イオンの除去を促進させることができる。よって、マイクロ波吸収剤と分解促進剤とを併用するようにしたので、マイクロ波吸収剤を用いず分解促進剤としてのホウ酸又は酸化ホウ素を用いてマイクロ波照射を行う従来方法に比べて、高い除去効率にて硝酸イオンを除去することができ、マイクロ波照射時間の短縮による省エネルギー化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明について、詳しく説明する。
【００１７】
硝酸イオンは硝酸ナトリウムなどの硝酸塩として含有されており、硝酸塩はマイクロ波吸収効率である誘電損失係数が低いため、硝酸ナトリウムなどの硝酸塩についてマイクロ波加熱により直接、昇温・脱硝を行うことは困難である。
【００１８】
そこで、本発明による放射性廃棄物の処理方法では、硝酸イオンを含有する固体状の放射性廃棄物とマイクロ波吸収剤との混合物にマイクロ波を照射することにより、前記放射性廃棄物中の硝酸イオンを除去するようにしている。
【００１９】
マイクロ波吸収剤としては、Ｆｅ３Ｏ４，Ｐ２Ｏ５，ＣｕＯ，Ｆｅ，Ｃｕ，Ｎｉ，炭素などが利用可能であり、Ｆｅ３Ｏ４（四三酸化鉄）、Ｐ２Ｏ５（五酸化リン）及びＣｕＯ（酸化第二銅）より選ばれる少なくとも１種がよい。このうち、Ｆｅ３Ｏ４及びＰ２Ｏ５は、低レベル放射性廃棄物の処理にあたり、硝酸イオンが除去された放射性廃棄物を後の工程にてガラス固化する際に、シリカ、アルミナとともにガラス形成剤の一部となるものである。また、Ｆｅ３Ｏ４及びＰ２Ｏ５は、反応過程で硝酸ナトリウム中ナトリウムと化合物（Ｎａ３Ｆｅ５Ｏ９、Ｎａ３Ｐ３Ｏ９）を形成することで脱硝反応を進めてＮＯｘガスの発生による硝酸イオンの除去を促進させる分解促進剤としても機能するものである。したがって、Ｆｅ３Ｏ４とＰ２Ｏ５は、特に好ましいものである。
【００２０】
マイクロ波吸収剤の添加割合は、処理対象である放射性廃棄物の硝酸イオン含有量などにより一義的に規定（特定）できないものの、マイクロ波吸収剤を単独で用いる場合、硝酸ナトリウムに対するモル比で、例えば、Ｆｅ３Ｏ４では０．５以上、Ｐ２Ｏ５では０．２５以上、ＣｕＯでは３以上添加することにより、効率的に脱硝を行うことができる。
【００２１】
また、本発明による放射性廃棄物の処理方法では、前記マイクロ波吸収剤と併用する態様で、ナトリウムとの化合物を形成する剤を分解促進剤として用いることで脱硝効率（硝酸イオン除去効率）を向上させるべく、硝酸イオンを含有する固体状の放射性廃棄物、マイクロ波吸収剤及び分解促進剤との混合物にマイクロ波を照射することにより、前記放射性廃棄物中の硝酸イオンを除去するようにしている。
【００２２】
この場合、分解促進剤としては、Ｂ２Ｏ３，ＴｉＯ２，Ａｌ２Ｏ３などの酸化物が利用可能であるが、硝酸イオンが除去された放射性廃棄物を後の工程にてガラス固化する際にガラス形成剤としても作用するという点から、Ｂ２Ｏ３（酸化ホウ素）が特に好ましい。分解促進剤の添加割合は、処理対象である放射性廃棄物の硝酸イオン含有量などにより一義的に規定できないものの、例えば、マイクロ波吸収剤として機能するＦｅ３Ｏ４とＢ２Ｏ３とを併用する場合、Ｂ２Ｏ３量としては硝酸ナトリウムに対するモル比で０．５以上であればその効果が高くてよい。
【００２３】
以下、硝酸ナトリウムを含有する固体状の放射性廃棄物に代えて通常の硝酸ナトリウム試薬を用いての、本発明の効果を確認するための試験を実施した。なお、表１における試験例１〜１４は実施例に相当するものであり、同表１における比較用試験例１，２は比較例に相当するものである。
【００２４】
マイクロ波照射装置としては、市販の電子レンジ（マイクロ波出力：７００Ｗ，マイクロ波周波数：２４５０ＭＨｚ）を使用した。マイクロ波を吸収して発熱しない石英からなる石英製プレート上に、硝酸ナトリウムと添加剤（表１参照）とを混合したものを載せ、この試料に対して出力７００Ｗで所定時間（３分又は５分間）マイクロ波の照射を行った。硝酸ナトリウムの脱硝効率（硝酸イオン除去効率）は、マイクロ波照射処理前後の試料の重量変化より、硝酸ナトリウムの重量変化率（下記の式１で示す）を求めて、これを脱硝効率の指標とした。
【００２５】
重量変化率＝１００×（処理後試料重量−処理前試料重量）／処理前硝酸ナトリウム重量  …式１
【００２６】
【表１】
2008145191.tif 000002
【００２７】
表１に試験結果を示す。比較用試験例１にあるとおり、マイクロ波吸収剤を用いない硝酸ナトリウム単独ではマイクロ波照射により脱硝を行うことは難しい。また、分解促進剤（Ｂ２Ｏ３）のみを用いる従来方法である比較用試験例２では、脱硝反応がほとんど起こらず、重量変化率が−３．２％と極めて低いものであった。
【００２８】
これに対して、試験例１では、マイクロ波吸収剤としてＦｅ３Ｏ４を用い、硝酸ナトリウム量（２００ｍｇ）に対しモル比で１の割合（５４５ｍｇ）で混合し、マイクロ波照射を行うことで重量変化率が−４６．２％となり、効率的に脱硝を行うことができた。試験例２では、硝酸ナトリウムに対しＦｅ３Ｏ４をモル比で０．５添加することで重量変化率が−３８．５％と高い脱硝効率が得られた。
【００２９】
試験例３及び試験例４では、マイクロ波吸収剤としてＣｕＯを用い、ＣｕＯ添加量が硝酸ナトリウム量に対しモル比３で高い脱硝効率が得られた。試験例５〜７は、マイクロ波吸収剤としてＰ２Ｏ５を用いた場合のものであり、Ｐ２Ｏ５の添加量がモル比で０．２５以上（試験例５：モル比１、試験例６：モル比０．５、試験例７：モル比０．２５）のいずれの条件でも高い脱硝効率が得られた。
【００３０】
試験例８，９は、マイクロ波吸収剤としてＦｅ３Ｏ４を用い、かつ、分解促進剤としてＢ２Ｏ３を用いた場合のものである。Ｆｅ３Ｏ４とＢ２Ｏ３とを併用することで脱硝効率を高めることが可能であり、マイクロ波吸収剤であるＦｅ３Ｏ４の添加モル比が０．２５の場合（試験例９）でも分解促進剤であるＢ２Ｏ３を加えることで脱硝が可能であった。なお、前記比較用試験例２においてＢ２Ｏ３のみ添加した場合には脱硝反応がほとんど起こらず、マイクロ波吸収剤と併用することでその効果が発揮されることが分かる。
【００３１】
試験例１０〜１２は、マイクロ波吸収剤であるＦｅ３Ｏ４と同じくマイクロ波吸収剤であるＰ２Ｏ５とを組み合わせて用いた場合のものである。Ｆｅ３Ｏ４の添加モル比０．２５以上（試験例１０：モル比１、試験例１１：モル比０．５、試験例１２：モル比０．２５）、Ｐ２Ｏ５の添加モル比０．５以上（試験例１０：モル比１、試験例１１：モル比０．５、試験例１２：モル比０．５）のいずれの条件においても効果的脱硝が可能であった。
【００３２】
試験例１３は、マイクロ波吸収剤であるＣｕＯとマイクロ波吸収剤と分解促進剤との機能を併せ持つＰ２Ｏ５とを組み合わせて用いた場合のものである。ＣｕＯの添加モル比１．５、Ｐ２Ｏ５の添加モル比０．５の条件で効果的脱硝が可能であった。また、試験例１４は、マイクロ波吸収剤としてＣｕＯを用い、かつ、分解促進剤としてＢ２Ｏ３を用いた場合のものである。ＣｕＯの添加モル比３、Ｂ２Ｏ３の添加モル比３にてＢ２Ｏ３を併用することで、Ｂ２Ｏ３を併用せずマイクロ波吸収剤であるＣｕＯのみを用いる前記試験例３よりも高い脱硝効率が得られた。