(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
放射性ヨウ素ガスを細孔内に吸着し、固定化させるケイ酸塩系鉱物からなる放射性ヨウ素ガスの固定化剤であって、該ケイ酸塩系鉱物が、ハイドロソーダライト及びハイドロガーネットから選ばれる１種以上であることを特徴とする放射性ヨウ素ガスの固定化剤。
【請求項２】
放射性廃棄物処理において排出される放射性ヨウ素含有ガスを、３００〜９００℃の高温条件下に、ハイドロソーダライト及びハイドロガーネットから選ばれる１種以上からなるケイ酸塩系鉱物と接触させて、それらの細孔内に吸着し、固定化させることを特徴とする放射性ヨウ素ガスの固定化法。
【請求項３】
放射性廃棄物処理において排出される放射性ヨウ素含有ガスを、３００〜９００℃の高温条件下に、ハイドロソーダライト及びハイドロガーネットから選ばれる１種以上からなるケイ酸塩系鉱物と接触させて、それらの細孔内に吸着し、固定化させた後、銀含有溶液と接触させることを特徴とする放射性ヨウ素ガスの固定化法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、放射性ヨウ素ガスの固定化剤及びそれを用いるヨウ素ガスの固定化法に関するものであり、より詳しくは、例えば、放射性廃棄物処理や使用済み核燃料再生成等の処理過程で廃棄物として発生するヨウ素ガスを吸収及び固定化させるために用いられる固定化剤及びその固定化剤を用いるヨウ素ガスの除去方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
現在、原子力発電を使用している国では、その放射性廃棄物の処理対策が大きな問題となっている。放射性廃棄物の固化処理方法として、高レベル放射性廃棄物処理に対するガラス固化技術がほぼ確立されつつある一方で、TRU廃棄物における被爆線量評価上の支配核種であるヨウ素の固定化技術に関しては、未だ多くの課題が残されている。
従来、放射性廃棄物処理等から発生するヨウ素の除去法としては、ヨウ素ガスを一旦廃銀吸着剤としてヨウ化銀の形に固定させた後、地層処分に適するように長期安定化のための処理法が検討されている。例えば、廃銀吸着剤をＨＩＰ固化し、結晶質あるいは銅マトリクス化する方法やガラス固化する方法、廃銀吸着剤から遊離させたヨウ素をオゾン酸化し、セメント水和鉱物やハイドロタルサイトに収着させる方法等が検討されてきた。また、廃銀吸着剤からヨウ素をＮａＩに変換しソーダライト化する方法や、ヨウ素をＨＩに変換し鉛アパタイト化する方法により低溶解性の化合物に変化させる方法が検討されてきた。
【０００３】
ところが、廃銀吸着剤をＨＩＰ固化あるいはガラス固化する方法では、ヨウ素の固定化原理がマトリクス材中に物理的に閉じ込めるものであるため、ヨウ素の溶解がマトリクスの溶解に支配されており被爆線量の低減化については信頼性が低いという問題がある。
また、セメント水和鉱物やハイドロタルサイトに収着させる方法では、ヨウ素をオゾン酸素化する前処理の必要性や、収着させても還元環境中においてはオゾン化されたヨウ素がヨウ素イオンに還元される可能性も指摘されており、これらの方法も被爆線量低減化の信頼性に問題がある。
更に、ソーダライト化や鉛アパタイト化する方法では、廃銀吸着剤中のヨウ化銀をＮａＩやＨＩに変換する際の前処理技術が確立されていないことや、前処理において廃シリカゲルや廃銀の2次廃棄物が発生するという欠点がある。
【０００４】
加えて、従来の放射性廃棄物処理法では、いずれもヨウ素ガスを廃銀回収剤として固定化させていることから処理が始まるため最終的な処理形態に至るまでに、数多くの工程を経なければならないという問題がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、従来の技術における上記した実状に鑑みてなされたものである。すなわち、本発明の目的は、原子力発電所などから発生するガス状の放射性ヨウ素を安全で効率的に処理できるヨウ素ガスの固定化剤を提供することにある。また、本発明の他の目的は、放射性廃棄物処理において排出されるヨウ素ガスを、廃銀吸着材として回収する過程を経ることなく、前処理を要しない簡単な工程で安全に処理するヨウ素ガスの固定化法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、放射性廃棄物中の放射性ヨウ素ガスを安全に処理する方法について鋭意検討を重ねた結果、特定の多孔質鉱物を固定化剤として用いることにより、放射性ヨウ素ガスを簡易に吸着・固定化処理できることを見出し、本発明を完成するに至った。
すなわち、本発明の放射性ヨウ素ガスの固定化剤は、放射性ヨウ素ガスを細孔内に吸着し、固定化させるケイ酸塩系鉱物からなるものであって、該ケイ酸塩系鉱物が、ハイドロソーダライト及びハイドロガーネットから選ばれる１種以上であることを特徴とする。
【０００７】
また、本発明の放射性ヨウ素ガスの固定化法は、放射性廃棄物処理において排出される放射性ヨウ素含有ガスを、３００〜９００℃の高温条件下に、ハイドロソーダライト及びハイドロガーネットから選ばれる１種以上からなるケイ酸塩系鉱物と接触させて、それらの細孔内に吸着し、固定化させることを特徴とする。
さらに、本発明の放射性ヨウ素ガスの固定化法は、放射性廃棄物処理において排出されるヨウ素含有ガスを、３００〜９００℃の高温条件下に、ハイドロソーダライト及びハイドロガーネットから選ばれる１種以上からなるケイ酸塩系鉱物と接触させて、それらの細孔内に吸着し、固定化させた後、銀含有溶液と接触させることを特徴とする。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明について詳細に説明する。
本発明は、放射性廃棄物処理において排出される放射性ヨウ素ガスを、廃銀吸着剤として回収することなく、直接的に固定化剤中に取り込んで吸収及び固定化させることを可能とする新しいヨウ素ガスの固定化技術であって、2次廃棄物を発生させることなく、また複雑な前処理技術を要しない簡易な方法で、長期に亘って安全にヨウ素ガスを固定化するものであり、その固定化剤として低溶解性のケイ酸塩系鉱物を用いることを要旨とするものである。
【０００９】
本発明における放射性ヨウ素ガスの固定化剤は、気体として存在するヨウ素を固定化剤中に取り込むことのできるミクロな細孔を有するケイ酸系鉱物の構造体が用いられる。そのミクロな細孔とは、ヨウ素が気体として存在する温度において、ヨウ素のイオン半径よりも大きな細孔を有するものが好ましい。ところで、上記したミクロな細孔を有するケイ酸系鉱物であっても、ヨウ素を吸着・固定化した後、常温において水溶液中あるいはエタノール等の有機溶剤溶液中にヨウ素が溶け出してしまうものは望ましくない。そこで、本発明にいう固定化剤は、その構造体の細孔内にヨウ素が取り込まれて固定化されるものであり、そのヨウ素を固定化した構造体自体が溶解しなければヨウ素が溶出しない低溶解性のものである。
【００１０】
本発明におけるヨウ素ガス固定化剤としては、上記したケイ酸系鉱物の構造体であって、ハイドロソーダライト又はハイドロガーネットが挙げられ、これらを単独で或いは適宜混合して使用される。これらの固定化剤を用いることにより、ヨウ素含有ガス中のヨウ素ガスは、高温条件下において固定化剤と容易に反応して吸着し、固定化されるので、放射性ヨウ素ガスの除去に極めて有効である。その高温条件としては、８０〜１１００℃の範囲であり、好ましくは３００〜９００℃である。
【００１１】
次に、図面を参照して、本発明のヨウ素ガス固定化剤を用い、ヨウ素ガスを吸収及び固定化する方法について説明する。
図1に示す装置１１は、ヨウ素ガス固定化剤１２の特性を実験的に確認するために用いたものであるが、実際には、このヨウ素ガス固定化剤は、放射性廃棄物処理において発生するヨウ素ガスの吸収及び固定化に使用される。この装置において、ヨウ素ガス固定化剤の配置は、石英管１３内であれば如何なる場所にも使用可能であって、特に限定されるものではない。
【００１２】
本方法では、ヨウ素ガス固定化剤１２は単独で使用してもよく、必要に応じて他のヨウ素ガス固定化剤と併用してもよい。
このヨウ素ガス固定化剤１２は、所定の粒径に粉砕した粉体の状態や、その粉体を加圧成形した成形体の状態などで使用することができる。成形体の形状は、球体、円柱、アーモンド形、ハニカム状等の適宜のものが採用される。このように、ヨウ素ガス固定化剤１２は、任意形状に成形できるため、装置の任意の場所に配置して用いることが可能である。
【００１３】
図１においては、石英管１３は縦方向に配置され、その上下両端は出口用蓋１４及び入口用蓋１５により密閉されている。ヨウ素ガス固定化剤１２は、石英管１３内の中央付近に配置され、そのヨウ素ガス固定化剤１２の上下両端にロックウール層１６が設けられている。
【００１４】
加熱装置としての電気炉１７は、石英管１３の周囲に配設され、石英管１３内のヨウ素ガス固定化剤１２を８０〜１１００℃の温度域に加熱する。この加熱温度は、ヨウ素固定化剤１２によりヨウ素ガスを固定化して効率よく除去するために、３００〜９００℃に設定することが望ましい。温度コントローラー１８は、石英管１３外の温度検出部１９と、リード線２０によって接続されており、反応中の温度が一定になるように制御される。
【００１５】
第１ボンベ２１には、キャリアガスとして窒素ガスが充填され、第１バルブ２２により窒素ガスを放出できるようになっている。第１導入部としての第1導入管２３は、一端が第１バルブ２２に接続され、他端が石英管１３の入口用蓋１５を貫通して石英管１３内に突出しており、第１ボンベ２１内の窒素ガスを石英管１３内に供給する。流量計２４は、第１導入管２３に設けられ、第１導入管２３内を流れる窒素ガスの流量を調節できるようになっている。この窒素ガスは、石英管１３内のガス流量を調節するために用いられるものであり、その他のガスをキャリアガスとして使用しても良い。
【００１６】
マイクロシリンジ２５には、ヨウ素溶液あるいはヨウ素水溶液（以下、これらを「ヨウ素含有液」という。）が充填され、マイクロ送液装置２６によってヨウ素含有液の吐出速度を制御しながら送り出すことができるようになっている。第２導入部としての第２導入管２７は、一端がマイクロシリンジ２５に接続され、他端が石英管１３の入口用蓋１５を貫通して石英管１３内に突出し、マイクロシリンジ２５内のヨウ素含有液を石英管１３内に供給する。なお、石英管１３内に供給されたヨウ素含有液は、石英管１３内に送り込まれた後、ヨウ素が気化して、第１ボンベ２１から供給された窒素ガスとともに石英管中を上から下に移動する。
【００１７】
排出部としての排出管２８は、一端が石英管１３の出口用蓋１４から石英管１３内に突出し、他端は第１吸収ビン２９に挿入されている。そして、別の排出管２８が第２吸収ビン３０内に挿入され、さらに別の排出管２８が第３吸収ビン３１内に挿入され、さらにまた、別の排出管２８を介して大気中へ開放されている。第１吸収ビン２９には硝酸銀水溶液３２が、第２吸収ビン３０にはエタノール３３が、第３吸収ビン３１には硝酸銀水溶液３４が、それぞれ収容されており、石英管１３から排出される残余のヨウ素を含むガスを通過させ、その際にヨウ素を吸着させる。なお、第１吸収ビン２９には第１蓋３５により、第２吸収ビン３０には第２蓋３６により、第３吸収ビン３１は第３蓋３７により、それぞれ密閉されている。
【００１８】
次に、ヨウ素ガス固定化剤１２を用いてヨウ素ガスを吸収及び固定化する場合の作用について説明する。ヨウ素ガスを吸収及び固定化させるには、まず石英管１３内の中央部付近に粒状あるいは成形体状のヨウ素ガス固定化剤１２を配置し、その両端をロックウール層１６で固定する。次に、第１ボンベ２１に窒素を充填するとともに、マイクロシリンジ２５にヨウ素含有液を充填する。そして第１吸収ビン２９に硝酸銀水溶液３２を、第２吸収ビン３０にエタノール３３を、第３吸収ビン３１に硝酸銀水溶液３４を、それぞれ入れておく。
【００１９】
この状態で、第１バルブ２２を開き、第１ボンベ２１内の窒素ガスを第１反応管２３及び流量計２４を介して石英管１３内に導入する。さらに、電気炉１７を作動させて石英管１３内を８０〜１１００℃の温度範囲に上昇させる。
【００２０】
電気炉１７の温度が所定の温度に達した後、しばらく経過してから、マイクロ送液装置２６を作動させることにより、マイクロシリンジ２５内のヨウ素含有液を、第２反応管２７を介して石英管１３内に導入させる。石英管１３内に導入されたヨウ素含有液中のヨウ素は、気化してヨウ素ガスとなり、このヨウ素ガスは固定化剤１２と反応し、ヨウ素含有ガス中のヨウ素は固定化剤に吸収され固定化される。
【００２１】
反応後のガスは、排出管２８から順に第１吸収ビン２９、第２吸収ビン３０及び第３吸収ビン３１に導入される。第１吸収ビン２９内では、排出管２８から導入されたヨウ素ガスによりヨウ化銀が沈殿する。排出管２８から排出されるガス中に含まれるヨウ素ガスは、すべて第１吸収ビン２９内においてヨウ化銀として固定化され、通常、その後の第２吸収ビン３０及び第３吸収ビン３１に導入されるガスにはヨウ素は含まれていない。
【００２２】
【実施例】
以下、実施例により本発明をさらに具体的に説明するが、本発明はこの実施例により何ら限定されるものではない。
実施例１
ヨウ素ガスの吸収及び固定化には、先に説明した装置１１を使用し、固定化剤としてハイドロソーダライトを用いて行った。
粒状のハイドロソーダライト（粒径約３００〜４００ｎｍ）０．５ｇを石英管１３内に充填し、電気炉１７を加熱してハイドロソーダライトを７００℃に加熱した後、石英管１３内に０．００２ｍｏｌ／ｌヨウ素水溶液と窒素ガスとを導入した。この石英管内への導入は、ヨウ素水溶液を０．２ｍｌ／分、また窒素ガスは６０ｍｌ／分の速度で行った。そのヨウ素水溶液は、濃度０．００２ｍｏｌ／ｌのものを３０ｍｌ導入した。
【００２３】
加熱温度７００℃において、ヨウ素水溶液導入後における固定化剤中のヨウ素固定化量を調べたところ、１．４重量％のヨウ素が固定されていた。
また、ヨウ素固定化剤とヨウ素水溶液との反応前後における試料のＸ線回折パターンを比較すると、反応後の試料の回折パターンは反応前の試料の回折パターンよりも低角度側にシフトしており、結晶の単位格子が大きくなっていることを示しているから、ヨウ素が結晶構造中に取り込まれていることを確認した。
【００２４】
【発明の効果】
本発明は、原子力発電所などで発生する放射性廃棄物中の放射性ヨウ素ガスを、直接に低溶解性の鉱物に吸収及び固定化できるから、長期間に亘り安全に処理できるという利点がある。
また、本発明によれば、ヨウ素ガスを廃銀吸着材として回収することなく除去できるから、処理工程数の削減及び銀の使用量の削減を達成できるうえに、2次廃棄物の発生がなく、また複雑な前処理を要しない簡易な方法で放射性ヨウ素を低コストで安全に処理できるから、工業的実施に極めて有用である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明における放射性ヨウ素ガスの固定化除去に用いられる一例の装置の概略構成図である。
【符号の説明】
１１  放射性ヨウ素ガスの固定化装置
１２  ヨウ素ガス固定化剤
１３  石英管
１４  出口用蓋
１５  入口用蓋
１６  ロックウール層
１７  電気炉
１８  温度コントローラー
１９  温度検出部
２０  リード線
２１  第１ボンベ
２２  第１バルブ
２３  第１導入管
２４  流量計
２５  マイクロシリンジ
２６  マイクロ送液装置
２７  第２導入管
２８  排出管
２９  第１吸収ビン
３０  第２吸収ビン
３１  第３吸収ビン
３２  硝酸銀水溶液
３３  エタノール
３４  硝酸銀水溶液
３５  第１蓋
３６  第２蓋
３７  第３蓋
【図１】
0003987920.tif 000002