(57)【要約】【課題】後処理工程の酸化処理装置に廃銀吸着材の要素を効率良く回収でき、制御が容易であり、装置を単純化する。【解決手段】還元処理槽１０内に還元処理液１６を収容し、還元処理液１６中に廃銀吸着材１４を収納した通液性内部容器１３を浸漬する。還元処理槽１０の下部に排出弁１９を介して連結管１８により酸化処理装置２０を接続する。還元処理液１６を４０〜９０℃に、ｐＨを７〜１１．５に制御する。内部容器１３の下方と還元処理槽１０内との間にフィルタ１２を設け、フィルタ１２により還元処理液１６の不純物を除去する。還元処理液１６は例えば硫化ナトリウムを５０００ｐｐｍ含有する水溶液である。還元処理液１６の自重により還元処理液１６をフィルタ１２を通して酸化処理装置２０へ移送することができる。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
還元処理液を収納する還元処理槽と、この還元処理槽内に設置され廃銀吸着材を収納する通液性内部容器と、この内部容器の下部で前記還元処理槽内に設けられたフィルタと、前記還元処理槽の下方に排出弁を介して接続された酸化処理装置とを具備したことを特徴とする廃銀吸着材の前処理装置。
【請求項２】
前記内部容器内に前記還元処理液を攪拌する攪拌機を設けるか、または前記内部容器を回転または振動させる機構を設けてなることを特徴とする請求項１記載の廃銀吸着材の前処理装置。
【請求項３】
還元処理液を収納する還元処理槽と、この還元処理槽内の前記還元処理液中に浸漬され廃銀吸着材を収納するフィルタエレメントと、このフィルタエレメントを回転する回転機構と、前記フィルタエレメントの下方で前記還元処理槽内に設けられたフィルタと、前記還元処理槽の下方に排出弁を有する連結管を介して連結された酸化処理装置とを具備したことを特徴とする廃銀吸着材の前処理装置。
【請求項４】
前記フィルタは０．３μｍ以下の孔径を有するものであることを特徴とする請求項１または３記載の廃銀吸着材の前処理装置。
【請求項５】
前記還元処理槽に前記還元処理液に０．１ＭＰａ以上のガス圧を加える加圧機構を設けてなることを特徴とする請求項１または３記載の廃銀吸着材の前処理装置。
【請求項６】
還元処理液中に廃銀吸着材を浸漬し加熱して前記廃銀吸着材からよう素を離脱する廃銀吸着材の前処理方法において、前記還元処理液の反応温度を４０〜９０℃に制御することを特徴とする廃銀吸着材の前処理方法。
【請求項７】
前記還元処理液のｐＨを７〜１１．５に制御することを特徴とする請求項６記載の廃銀吸着材の前処理方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、原子力発電所、核燃料再処理工場等の原子力施設から発生する放射性よう素を多量に含んだ銀吸着材の廃棄物（以下、廃銀吸着材と記す）を固化処理するための廃銀吸着材の前処理装置及びその前処理方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
使用済核燃料の再処理工場や、原子力発電所等で問題となる放射性よう素は、主に１３１Ｉ、１２９Ｉ等である。特に再処理工場から多く発生する１２９Ｉは、半減期が１．６×１０７年と非常に長く、被ばく線量当量を評価する上で重要な核種であることが知られている。また、この放射性よう素は、再処理工場から廃銀吸着材として発生する。この廃銀吸着材中のよう素は主にＡｇＩ、ＡｇＩＯ３の形態で存在する。
【０００３】
この廃銀吸着材の固化方法としては、セメント固化がある。銀吸着材はよう素ガスを銀シリカゲルなどのよう素吸着材に吸着したものである。セメント固化は、水硬性無機化合物と水との水和反応により固化体を作製するものである。
【０００４】
セメント水和物のモノサルフェート型化合物（３ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３・ＣａＸ２・ｍＨ２Ｏ、Ｘは陰イオン、以下ＡＦｍと記す）またはトリサルフェート型化合物（３ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３・３ＣａＸ２・ｍＨ２Ｏ、Ｘは陰イオン、以下ＡＦｔと記す）は陰イオンの収着性があるために、放射性よう素の浸出を抑制する。このようなよう素の収着性を高めたセメント材料は、例えば特開平７−２５６０９１号公報及び特開平８−２０１５８５号公報に開示されている。
【０００５】
また、放射性よう素を長期的に安定した化合物中に固定化でき、地下水中に共存する陰イオン（Ｃｌ−、ＮＯ３−等）の影響を受けないセメント固化方法としては、廃銀吸着材からよう素を脱離する工程と、脱離したよう素の形態をよう素酸イオンに調整する工程と、そのよう素酸イオンをよう素の吸着性が高いセメント系固化材料で混練固化する工程からなる固化処理方法が例えば特開２００１−６６３９６号公報に開示されている。この公報には廃銀吸着材からのよう素を脱離する工程に、還元処理を用いることが記載されている。
【０００６】
図７により従来の廃銀吸着材の前処理装置を説明する。この前処理装置は図７に示したように還元処理槽１と酸化処理装置２を主体とし、還元処理槽１と酸化処理装置２は液移送ポンプ３を介して吸込管４と吐出管５により連結され、還元処理槽１の外側にはヒータ６が設けられた構成になっている。還元処理槽１内には還元処理液７と廃銀吸着材８が収納されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
従来の廃銀吸着材からよう素を脱離する工程は、硫化ナトリウムなどの還元剤により、廃銀吸着材からよう素を水溶液中に脱離し、３回以上の還元処理によって、廃銀吸着材中のよう素を全て回収することができる。
【０００８】
しかしながら、従来の還元処理装置では還元処理槽１から還元処理液７をポンプ３等によって、後工程の酸化処理装置に移送するが、特に液相に浮遊する固形分についての分離については考慮されていない。廃銀吸着材８を還元処理すると液相には、脱離したよう素イオン以外に硫化ナトリウムとヨウ化銀との反応から生成する硫化銀が浮遊する。
【０００９】
また、還元処理が高アルカリ性（ｐＨ１２以上）であるため、廃銀吸着材８の母材であるシリカゲルが溶解し浮遊する。したがって、後工程のオゾン酸化処理に影響を与える可能性がある。また、ポンプ等による液移送では装置構造が複雑になり、配管等での液だまりができる可能性が高い課題がある。
【００１０】
本発明は上記課題を解決するためになされたもので、硫化銀やシリカゲル等が浮遊することなく、廃銀吸着材からよう素を脱離する工程の後処理工程に影響を与えない前処理装置及びその前処理方法を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る発明は、還元処理液を収納する還元処理槽と、この還元処理槽内に設置され廃銀吸着材を収納する通液性内部容器と、この内部容器の下部で前記還元処理槽内に設けられたフィルタと、前記還元処理槽の下方に排出弁を介して接続された酸化処理装置とを具備したことを特徴とする廃銀吸着材の前処理装置。
【００１２】
請求項２に係る発明は、前記内部容器内に前記還元処理液を攪拌する攪拌機を設けるか、または前記内部容器を回転または振動させる機構を設けてなることを特徴とする。
【００１３】
請求項３に係る発明は、還元処理液を収納する還元処理槽と、この還元処理槽内の前記還元処理液中に浸漬され廃銀吸着材を収納するフィルタエレメントと、このフィルタエレメントを回転する回転機構と、前記フィルタエレメントの下方で前記還元処理槽内に設けられたフィルタと、前記還元処理槽の下方に排出弁を有する連結管を介して連結された酸化処理装置とを具備したことを特徴とする。
【００１４】
請求項４に係る発明は、前記フィルタは０．３μｍ以下の孔径を有するものであることを特徴とする。
請求項５に係る発明は、前記還元処理槽に前記還元処理液に０．１ＭＰａ以上のガス圧を加える加圧機構を設けてなることを特徴とする。
【００１５】
請求項６に係る発明は、還元処理液中に廃銀吸着材を浸漬し加熱して前記廃銀吸着材からよう素を離脱する廃銀吸着材の前処理方法において、前記還元処理液の反応温度を４０〜９０℃に制御することを特徴とする。
請求項７に係る発明は、前記還元処理液のｐＨを７〜１１．５に制御することを特徴とする。
【００１６】
【発明の実施の形態】
図１により本発明に係る廃銀吸着材の前処理装置の第１の実施の形態を説明する。
図１において、符号１０は還元処理槽を示しており、この還元処理槽１０の下端部には中央部に向けて下り勾配の傾斜面を有する底板１１が取着されている。底板１１の上方に固液分離用のフィルタ１２が設置されている。このフィルタ１２は０．３μｍ以下の孔径を有する例えば中空系膜フィルタ等の膜フィルタからなっている。
【００１７】
還元処理槽１０内には内部容器１３が設置されており、内部容器１３内には廃銀吸着材１４が収納されている。また、内部容器１３内には攪拌機１５が挿入されて、還元処理槽１０と内部容器１３内の還元処理液１６を攪拌する。内部容器１３は網目状部材または多孔性部材により構成され、通液性を有している。還元処理槽１０の外側にはヒータ１７が設けられて還元処理液１６を４０〜９０℃の所定温度に加熱制御する。
【００１８】
還元処理槽１０の底板１１の下面中央部には排出弁１９を有する連結管１８の上端が接続され、連結管１８の下端には酸化処理装置２０が連結されている。これにより、還元処理槽１０から酸化処理装置２０への液移送を自重による流出を利用し、還元処理槽１０に固液分離機能をもたせている。
【００１９】
つぎに上気構成の廃銀吸着材の前処理装置により、廃銀吸着材の前処理方法の第１の実施の形態を説明する。
模擬廃銀吸着材５００ｇに対し硫化ナトリウム５０００ｐｐｍを含む還元処理液５ｌの固液比で、繰り返し３回の還元処理を行った。その後、５ｌのイオン交換水での洗浄を４回実施した。
【００２０】
従来の図７に示したポンプ３を有する廃銀吸着材の前処理装置による還元処理液の回収は最大９７％であったが、本実施の形態では９９％以上の還元処理液を回収できることが認められた。また、装置の配管等への液溜りが非常に少なく、系統から出る二次廃棄物量を低減できることが認められた。
【００２１】
つぎに、図２により本発明に係る廃銀吸着材の前処理装置の第２の実施の形態を説明する。
図２中、図１と同一部分には同一符号を付して重複する部分の説明は省略する。本実施の形態が第１の実施の形態と異なる点は、内部容器１３の代りに廃銀吸着材１４を収納したフィルタエレメント２１を設けるとともに、フィルタエレメント２１にこのフィルタエレメント２１を回転できる回転機構２２を取着したことにある。
【００２２】
廃銀吸着材１４はフィルタエレメント２１に収納されたものが廃棄物として発生する。本実施の形態は、このフィルタエレメント２１を第１の実施の形態における内部容器１３の代りにして内部に廃銀吸着材１４を収納した状態で前処理する例である。本実施の形態では回転機構２２によりフィルタエレメント２１自体を回転させることによって、攪拌と同じ効果が得られる。
【００２３】
本実施の形態によれば、フィルタエレメント２１を直接還元処理液１６に浸漬でき、フィルタエレメント２１から廃銀吸着材１４を取り出すための工程を省略することができること、及び前記工程から発生する二次廃棄物を低減することができる。
【００２４】
つぎに、図３により本発明に係る廃銀吸着材の前処理方法の第２の実施の形態を説明する。
本実施の形態は第１の実施の形態において、よう素を脱離する還元処理において、反応温度を４０〜９０℃に制御したことにある。図３は還元処理でのよう素脱離率に対する温度の影響を示している。還元処理は繰り返し３回で廃銀吸着材中のよう素を全量脱離する必要があるため、少なくとも１回で３０％のよう素脱離率が必要である。
図３から明らかなように、１回の還元処理で３０％以上のよう素脱離率を得るためには温度４０℃から９０℃の範囲が望ましいことが認められる。
【００２５】
つぎに、図４により本発明に係る廃銀吸着材の前処理方法の第３の実施の形態を説明する。
本実施の形態は第１の実施の形態において、よう素を脱離する還元処理において、還元処理液をｐＨ７〜ｐＨ１１．５に制御したことにある。図４は還元処理でのｐＨに対する液相に溶出するケイ素濃度への影響を示している。
【００２６】
液中のケイ素は、廃銀吸着材の母材であるシリカゲルがケイ酸ゲルとして溶解している。後工程の酸化処理装置に液中の不純物が移行しないためにろ過を設置する。ろ過の負荷を低減するためには、液相に溶出するケイ素濃度を抑制するｐＨ範囲が必要である。また、還元剤に硫化ナトリウムを使用するため、液相ｐＨが酸性（７以下）では毒性が高い硫化水素を発生する。
これらの検討と図４の試験結果から、還元処理の液相ｐＨには、ｐＨ７〜ｐＨ１１．５の範囲が適していることが分かる。
【００２７】
つぎに、図５により本発明に係る廃銀吸着材の前処理方法の第４の実施の形態を説明する。
本実施の形態は第１の実施の形態における還元処理において、廃銀吸着材を攪拌する効果を確認することの例にある。図５は還元処理時の攪拌の有無によるよう素脱離率の挙動変化を示している。縦軸はよう素脱離率、横軸は還元処理時間である。
【００２８】
図５から、攪拌を行うことによって、還元処理液が廃銀吸着材に均一に反応が進み、効率良くよう素を脱離できることが分かる。本実施の形態によれば、還元処理には、攪拌が有効であることが認められた。
【００２９】
つぎに、図６により本発明に係る廃銀吸着材の前処理方法の第５の実施の形態を説明する。
本実施の形態は第１の実施の形態における固液分離構造においてフィルタの孔径を０．３μｍ以下に限定した理由を説明するための例である。
【００３０】
図６は還元処理液相中の浮遊物質の粒径分布を示した棒線図とプロット図を併記しており、縦軸は粒径差分値と粒径積算値で、横軸は粒径である。
後処理工程の酸化処理装置２０に液中の不純物が移行しないためにフィルタ１２を図１に示すように内部容器１３と還元処理槽１０内の底部との間に設ける。フィルタ１２の孔径には液相中の浮遊物質の粒径以下が必要である。図６から明らかなようにフィルタ１２の孔径には０．３μｍ以下が必要であることが認められる。
【００３１】
【発明の効果】
本発明によれば、還元処理槽からの液移送を自重による流出を利用し、還元処理槽に固液分離の機能を持たせることにより装置及び制御が簡易になる。これにより、廃銀吸着材中のよう素を後処理工程の酸化処理装置に効率良く回収でき、還元処理液の不純物を除去することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る廃銀吸着材の前処理装置及びその前処理方法の第１の実施の形態を説明するための一部縦断面で示す装置配置図。
【図２】図１と同じく前処理装置の第２の実施の形態を説明するための装置配置図。
【図３】本発明処理方法の第２の実施の形態における還元処理温度に対するよう素脱離率を示す曲線図。
【図４】本発明処理方法の第３の実施の形態における還元処理ｐＨに対する液相のケイ素濃度を示す線図。
【図５】本発明処理方法の第４の実施の形態における攪拌の有無によるよう素脱離率の挙動変化を示す線図。
【図６】本発明処理方法の第５の実施の形態における還元処理液相中の浮遊物質の粒径分布図と粒径積算値図。
【図７】従来の廃銀吸着材の前処理装置を一部縦断面で示す装置配置図。
【符号の説明】
１０…還元処理槽、１１…底板、１２…フィルタ、１３…内部容器、１４…廃銀吸着材、１５…攪拌機、１６…還元処理液、１７…ヒータ、１８…連結管、１９…排出弁、２０…酸化処理装置、２１…フィルタエレメント、２２…回転機構。
【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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