(57)【要約】本発明は表面、特に金属表面を洗浄する方法に関する。化学種Ｚが吸着又は化学吸着によって固定された表面を洗浄する方法は、化学種Ｚの吸着又は化学吸着平衡をシフトさせて該化学種を水溶液中に移すことが可能な水溶液に表面を接触させ、化学種（Ｚ）を含有する水溶液を、このようにして洗浄された表面から分離することを特徴とする。本発明は、セシウムによって汚染されたステンレス鋼表面の汚染を、ｐＨが２から４の酸性水溶液によって除去するために使用することができる。【特許請求の範囲】
【請求項１】
化学種Ｚが吸着又は化学吸着によって固定された表面を洗浄する方法において、化学種Ｚの吸着又は化学吸着平衡をシフトさせて該化学種を水溶液中に移すことが可能な水溶液に表面を接触させ、化学種Ｚを含有する水溶液を、このようにして洗浄された表面から分離することを特徴とする方法。
【請求項２】
洗浄された表面を清水で洗い流し乾燥させる、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
表面が金属表面である、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
化学種Ｚの吸着平衡を、化学種Ｚを放出するように表面の電荷を調節可能な溶液を使用してシフトさせる、請求項１ないし３の何れか１項に記載の方法。
【請求項５】
化学種がカチオンであり、表面が負電荷を持ち、酸性水溶液を用いて表面の負電荷を減少させる、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
表面がステンレス鋼製であり、酸化クロムの存在のために負電荷を持ち、該電荷がｐＨによって増加し、表面を酸性水溶液に接触させることによって該電荷が減少させる、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
化学種Ｚが表面に、該化学種Ｚと該表面上に存在しイオンＸを放出する部分Ｆとの間のイオン交換化学反応を介して固定されており、イオンＸを含む溶液を用いて、イオン交換化学反応の平衡を化学種Ｚの放出の方向にシフトさせる、請求項１ないし３の何れか１項に記載の方法。
【請求項８】
イオンＸがＨ＋イオンであり、酸性水溶液を使用してイオン交換反応の平衡をシフトさせる、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
表面がステンレス鋼製であり、部分ＦがＣｒＯＨ基である、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
化学種Ｚがセシウムイオンである、請求項４ないし９の何れか１項に記載の方法。
【請求項１１】
ｐＨが２から４の硝酸水溶液が使用される、請求項１０に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明の目的は表面、特に金属表面を洗浄する方法である。
これは原子力産業設備の汚染除去、メインテナンス及び解体、並びに金属部品の洗浄に利用できる。
【背景技術】
【０００２】
特に原子力産業において使用されている表面の汚染除去方法は、様々な機構を作用させてこの汚染除去を実施する。
しかして、化学抽出、表面コート塗布法、レーザでの汚染除去法、物理的機械的方法、熱的方法、吸引法及び洗浄法を用いる方法が知られている。
【０００３】
これらの方法のなかで、化学抽出法は汚染除去をなす表面の表層を、該表面から汚染を排除するために腐食させる。これは、酸腐食、酸又は過酸化水素環境中への溶解、アルカリ塩混合物を用いる処理、洗浄剤での苛性処理、有機キレート化剤によるキレート化、酸化、酸化還元及び電解研磨によってなされうる。
これらの方法の全てにおいて、目的は汚染除去がなされる表面の表面層、例えば金属の場合には汚染物質の着座部である酸化層の腐食を達成することにある。
【０００４】
洗浄法では、汚染化学種を溶解すると共に汚染除去がなされる表面の表層を溶解させ、もって汚染を除去するために熱水、蒸気、過熱蒸気あるいは超高圧水が使用できる。上述の汚染除去法は文献「Decommissioning Technology Descriptions: Decontamination」エネルギー省(DOE)、２０００年８月１日［１］に記載されている。
【０００５】
上記の方法の殆どは処理される材料に対して攻撃性であり、その目的は汚染が存在しているパッシブ層又は酸化層を除去することにある。従って、メインテナンスでの汚染除去には適しておらず、また材料の表面性状を維持しなければならない場合には適していない。
【０００６】
よって、核燃料サイクル産業において、高温（〜３００℃）法が使用される場合には非常に厚い酸化表層が存在する恐れのある酸化され汚染された鋼の汚染除去の問題がある。この汚染除去のために現在実用されている方法は加圧脱塩水での洗浄と研磨であるが、これらの方法は、残留汚染量が最大認可値に近すぎる点で完全には満足できるものではない。更に、これらの方法は表面の磨滅を引き起こす。
【０００７】
従って、
−  表面の性状を保ち、
−  既存の汚染除去設備を使用し、
−  コストを低く抑え、
−  核現場の設備の寿命を延ばし、
−  作業員に注がれる線量を制限し、
−  管理しやすい廃液を生じ、
−  環境への影響が制限する、
ことを可能にする、表面、特に金属表面を洗浄する方法があると好ましい。
【発明の開示】
【０００８】
この発明の正確な目的は、表面の物理化学的性状を使用して上述の目的を達成する、表面の洗浄方法にある。
本発明によれば、化学種Ｚが吸着又は化学吸着によって固定された表面を洗浄する方法は、化学種Ｚの吸着又は化学吸着平衡をシフトさせて該化学種を水溶液中に移すことが可能な水溶液に表面を接触させ、化学種Ｚを含有する水溶液を、このようにして洗浄された表面から分離することを特徴とする。
【０００９】
吸着によって固定された化学種を脱着するために使用可能なこの方法を実施する第一の手段では、表面の電位が変化させられて、化学種Ｚを水溶液中に放出する。
この場合、化学種Ｚの吸着平衡は、化学種Ｚを放出するように表面の電荷を調節可能な溶液を使用してシフトされる。
この方法は表面上の水性環境中につくり出されるGouy-Chapmanの二重層の電荷の変動を使用し、該表面上に吸着された化学種Ｚを脱着することからなる。
【００１０】
化学種がカチオンで、表面が負電荷を持つ場合、酸性水溶液を用いて表面の負電荷を減少させる。
これは、例えば酸化クロムの存在のために負電荷を持つステンレス鋼の場合で、これらの電荷はｐＨに応じて増大する。よって、化学種Ｚを、酸性水溶液を使用してｐＨを低下させることによって切り離すことができる。
【００１１】
化学吸着によって固定された化学種を切り離すために使用することができる本発明の方法を実施する第二の手段では、処理される表面のルイス酸の性質が化学吸着された化学種Ｚを切り離すために使用される。
これは、例えば化学種Ｚと表面上に存在する部分Ｆの間のイオン交換化学反応によって表面に固定されている化学種Ｚの場合で、反応はイオンＸを放出する。
この場合、化学種Ｚは、化学種Ｚを切り離す方向へイオン交換反応の平衡をシフトさせるイオンＸ含有溶液の使用により切り離される。
イオンＸがＨ＋イオンである場合、これは酸性水溶液を使用して実施することができる。
【００１２】
このような放出は、カチオン、例えばＣｓ＋のような化学種Ｚを固定するための部分Ｆとして使用されるＣｒＯＨの基を含むステンレス鋼の場合に、次の反応式に従って：
【化１】
2004533614.tif 000002
起こりうる。
本発明の方法では、所望の方向へ化学種Ｚの吸着又は化学吸着平衡をシフトさせる機構であって、表面の物理化学的性質、特にルイスのようなその酸性性状又はその電荷を使用して上記化学種を水溶液中に放出する機構がこのようにして実施される。
【００１３】
処理表面の磨滅又は劣化に依存しないで化学種を水溶液中に移動させるかかる性質を専ら使用する方法は先行技術にはない。
本発明の方法を実施するためには、化学種Ｚに関して洗浄される表面の物理化学的性質を詳細に把握し、ついで洗浄される表面の化学種Ｚをシフト可能と思われる溶液Ｚを選択することが重要である。
多くの場合、これは既に上述した酸性溶液を使用して実施することができる。
この酸性水溶液は硝酸溶液あるいはｐＨが処理される材料に適合化される強い又は弱い任意の他の酸とできる。一般に、ｐＨは１から７である。
【００１４】
使用されるｐＨは処理される表面の他の化合物を分解させることなく化学種Ｚの放出を引き起こすように選択される。
水溶液は、浸漬、加圧又は非加圧での噴霧のような任意の既知の手段によって処理される表面に塗布でき、ついで処理される表面へ分散させられる。
脱着した化学種Ｚを含んでいる水溶液はついで洗浄された表面から分離される。
好ましくは、汚染除去がなされた表面をついで水で洗い流し乾燥させる。洗い流しは清水を用いて行うことができ、乾燥は例えば圧縮空気を用いて実施することができる。
【００１５】
本発明に係る方法は、化学種固定の性質を持つあらゆる材料、例えば金属、金属合金、プラスチック、ガラスを洗浄するために使用することができる。
化学又は物理化学反応によって材料に固定されたあらゆる汚染物質の脱着に利用できる。この方法によってシフトされる可能性のある化学種の例は金属イオン、特にＣｓ＋、Ｃｏ＋、Ｐｂ２＋、Ａｇ＋及びＣｄ２＋のようなカチオンである。
【００１６】
例えば、本発明に係る方法によって、セシウムによって汚染されたステンレス鋼の金属表面を、本発明の方法を実施する二つの手段を同時に使用して処理することができる。
この場合、セシウムを固定する可能性のある二つの主要な部分がステンレス鋼の表面にある。これらは酸化クロムＣｒ２Ｏ３及び水酸化クロムＣｒＯＨである。酸化物はｐＨと共に増加する負の全表面電荷を有している。従って、特に負電荷が増大して塩基性ｐＨになると、正に荷電したカチオンＣｓ＋を固定してGouy-Chapmanの二重層を形成する可能性がある。よって、カチオンＣｓ＋は水溶液のｐＨを下げると脱着される。
【００１７】
水酸化物は次のイオン交換反応：
【化２】
2004533614.tif 000003
を介してカチオンＣｓ＋を固定することができる。
Le Chatelierの原理に従って、この反応は、Ｈ＋の濃度が増加すると、従って酸性ｐＨの方向へシフトすると、Ｃｓ＋の脱着の方向である左方向にシフトする。
【００１８】
また、セシウムで汚染されたステンレス鋼を酸性水溶液に接触させることにより、水溶液中のセシウムを放出することができる。
これはｐＨ２から４の硝酸水溶液を使用して実施することができる。
よって、水性手段を解する本汚染除去処理の効率は僅かに酸性の水性相を使用して改善することができる。
【００１９】
本発明に係る方法は多くの利点を有する。使用が簡単で効率的である。処理面に対して攻撃性ではなく、除去される化学種に対して選択性を有する水溶液を使用する。更に、該方法は処理される材料の表面性状を維持することを可能にし、蒸発させることができ、例えば使用済核燃料再処理設備のガラス固化装置中に導入することができるので、管理が簡単である廃液を生じる。更に、該方法は既存の汚染除去設備において使用することができる。
【００２０】
本発明のその他の特徴と利点は、添付図面を参照して、明らかに例示のためのもので非限定的な実施例である次の説明を読むことによって更に明らかになるであろう。
【実施例】
【００２１】
酸性水溶液を使用してセシウムで汚染されたステンレス鋼金属表面の汚染を除去する本発明の方法の利用法を以下に記載する。
この作業では酸性硝酸水溶液が使用され、除染係数ＤＦに対するこの溶液のｐＨの影響が研究される。
セシウムで汚染された幾種かのステンレス鋼サンプルが使用され、５から２の範囲のｐＨを持つ硝酸水溶液中に２４時間浸漬される。
【００２２】
それぞれの場合、浸漬後の水溶液のセシウム濃度を測定して、試験溶液によって除去された汚染物質量と清水によって除去された量の間の比に対応する除染係数ＦＤを算定する。
得られた結果は添付の図１に示され、溶液のｐＨに対するＤＦの変動を示している。
この図中、矢印は、この汚染除去に通常使用される５．４５のｐＨの脱塩水を指す。
よって、脱塩水に対してｐＨを５．４５から２に低下させることによって、ステンレス鋼表面のセシウム汚染除去効率は２００倍を超えた。
【００２３】
よって、本発明に係る方法により揮発性セシウムタイプの汚染の除去が可能になる。材料の表面性状の変化は認められない。
この方法を核燃料サイクル産業において使用すると、処理の終了時点での表面に残留する全汚染を許容基準よりも遙かに低く低減することができ、よって、
−  一回の汚染除去作業だけが必要で、
−  プラント操業コストが低減される。
【００２４】
引用文献
［１］「Decommissioning Technology Description: Decontamination」、DOE、２０００年８月１日。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】この汚染除去に使用される水溶液のｐＨに対する、セシウムイオンで汚染された金属表面の除染係数の変動を示すグラフである。
【図１】
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【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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