(57)【要約】【課題】超長半減期を有する有害元素を含む放射性廃液から、簡便に有害元素のそれぞれを選択回収できる放射性廃液に含まれる有害元素の分離除去方法を提供する。【解決手段】放射性廃液に含まれる有害元素の分離除去方法は、超長半減期を有する有害元素を含む放射性廃液に電極を浸漬して、有害元素に対応する標準電極電位に基づいて印加する電圧を調整して電解反応を行い、有害元素のそれぞれを選択的に還元させて電極に析出させる湿式電解工程１０と、有害元素を析出させた後に、放射性廃液に含まれるセシウムを吸着材に吸着させる吸着工程１１と、を含んでいる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
超長半減期を有する有害元素を含む放射性廃液に電極を浸漬して、前記有害元素に対応する標準電極電位に基づいて印加する電圧を調整して電解反応を行い、前記有害元素のそれぞれを選択的に還元させて前記電極に析出させる湿式電解工程と、
前記有害元素を析出させた後に、前記放射性廃液に含まれるセシウムを吸着材に吸着させる吸着工程と、を含むことを特徴とする放射性廃液に含まれる有害元素の分離除去方法。
【請求項２】
前記放射性廃液は、使用済み核燃料から発生する高レベル放射性廃液、前記有害元素を含む、硫酸ナトリウム廃液、ホウ酸ナトリウム廃液、または塩化ナトリウム廃液であることを特徴とする請求項１に記載の放射性廃液に含まれる有害元素の分離除去方法。
【請求項３】
前記有害元素は、パラジウム、セレン、セシウム、及びジルコニウムであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の放射性廃液に含まれる有害元素の分離除去方法。
【請求項４】
前記吸着材は、ゼオライト、フェロシアン化物、またはケイチタン酸塩であることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の放射性廃液に含まれる有害元素の分離除去方法。
【請求項５】
前記放射性廃液は、硝酸酸性の高レベル放射性廃液であって、
前記セシウムを前記吸着材に吸着させた後に、前記放射性廃液に電極を浸漬して電解反応を行い、前記放射性廃液に含まれる硝酸イオンをアンモニアイオンに還元させて液性をアルカリ性に変化させ、前記放射性廃液に含まれるジルコニウムを水酸化物として沈殿させる沈殿工程をさらに含むことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の放射性廃液に含まれる有害元素の分離除去方法。
【請求項６】
前記吸着材には、フェロシアン化物を用いて、
セシウムを吸着させた後の前記フェロシアン化物を焼却して、セシウムを酸化物として分離回収する焼却工程をさらに含むことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の放射性廃液に含まれる有害元素の分離除去方法。
【請求項７】
前記吸着材には、ゼオライトを用いて、
セシウムを吸着させた後の前記ゼオライトと溶離液とを混合して、セシウムを前記溶離液に溶解させて、セシウムと前記ゼオライトとを分離させるＣｓ溶離工程をさらに含むことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の放射性廃液に含まれる有害元素の分離除去方法。
【請求項８】
前記溶離液は、酸溶液またはアルカリ溶液を用いることを特徴とする請求項７に記載の放射性廃液に含まれる有害元素の分離除去方法。
【請求項９】
前記酸溶液として、硝酸溶液、硫酸溶液及び塩酸溶液の少なくとも一種を用いる特徴とする請求項８に記載の放射性廃液に含まれる有害元素の分離除去方法。
【請求項１０】
前記アルカリ溶液は、アンモニア水、水酸化ナトリウム溶液、水酸化カリウム溶液、及び水酸化カルシウム溶液の少なくとも一種を用いることを特徴とする請求項８に記載の放射性廃液に含まれる有害元素の分離除去方法。
【請求項１１】
前記溶離液には、前記アンモニア水が用いられて、
前記Ｃｓ溶離工程において分離された前記ゼオライトを加熱して、前記ゼオライトに付着しているアンモニアを蒸発させて除去するＮＨ３除去工程をさらに含むことを特徴とする請求項７に記載の放射性廃液に含まれる有害元素の分離除去方法。
【請求項１２】
前記ＮＨ３除去工程は、前記Ｃｓ溶離工程において分離された前記ゼオライトを３５０℃以上で加熱することを特徴とする請求項１１に記載の放射性廃液に含まれる有害元素の分離除去方法。
【請求項１３】
蒸発させて除去したアンモニアを、前記Ｃｓ溶離工程における前記溶離液として再利用することを特徴とする請求項１１または請求項１２に記載の放射性廃液に含まれる有害元素の分離除去方法。
【請求項１４】
前記Ｃｓ溶離工程においてセシウムが溶解された前記溶離液を加熱して前記アンモニアを蒸発させて、セシウムを水酸化物として回収する加熱工程をさらに含むことを特徴とする請求項１１から請求項１３のいずれか一項に記載の放射性廃液に含まれる有害元素の分離除去方法。
【請求項１５】
前記加熱工程において加熱して蒸発させたアンモニアを回収して、Ｃｓ溶離工程における前記溶離液として再利用することを特徴とする請求項１４に記載の放射性廃液に含まれる有害元素の分離除去方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、原子力発電所で発生する使用済み燃料を再処理する際に発生する高レベル放射性廃液から、有害元素を分離除去する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
原子力発電所で発生する使用済み燃料は再処理した際、核分裂生成物（ＦＰ）やマイナーアクチニド（ＭＡ）を含む高レベル放射性廃液が発生する。高レベル放射性廃液は現状、ガラス固化体として地層処分することとなっている。
【０００３】
高レベル放射性廃液には超長半減期を有する放射性核種が含まれており、これら核種の影響で被ばくリスクを長期にわたって評価、管理する必要がある。このため、処分場の確保やこれらを管理するためのコストが問題となっている。
【０００４】
高レベル放射性廃液中で超長半減期を有し、含有量が多い放射性核種として、Ｐｄ（パラジウム）−１０７（半減期：６５０万年）、Ｃｓ（セシウム）−１３５（半減期：２３０万年）、Ｚｒ（ジルコニウム）−９３（半減期：１５３万年）、Ｓｅ（セレン）−７９（半減期：１１３万年）が挙げられる。
【０００５】
これらの放射性核種を高レベル放射性廃棄物から分離回収して、処理・処分することができれば、廃棄物量及び処分場面の軽減、安全性の向上、さらには有用元素の資源化が可能となる。
【０００６】
従来から、高レベル放射性廃液中の元素を超ウラン元素群、ストロンチウム・セシウム群、テクネチウム・白金族元素群及びその他の元素群の４群に分離する研究が進められてきた。
これまで、溶媒抽出法、イオンクロマト法、溶融塩電解法等の高レベル放射性廃液から効率的に放射性核種を分離する技術が開発されている（例えば、特許文献１〜３）。そして、分離された長寿命放射性核種等の環境負荷の大きい放射性核種は、加速器駆動炉（ＡＤＳ）等の核変換設備によって消滅処理が可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１１−１６９８８８号公報
【特許文献２】特許第４１１４０７６号公報
【特許文献３】特許第４５０４２４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
高レベル放射性廃液から有害元素を分離除去して、放射性廃液の安全性を向上させるとともに、分離した有害元素を核変換して最終的に消滅処理するためには、高レベル放射性廃液から有害元素のそれぞれを高い純度で分離する必要がある。
特に、高レベル放射性廃液中で超長半減期を有し、含有量が多い有害元素であるＰｄ、Ｓｅ、Ｃｓ、及びＺｒを選択的に分離除去できる簡便なプロセス技術の開発が求められている。
【０００９】
本発明はこのような事情を考慮してなされたもので、超長半減期を有する有害元素を含む放射性廃液から、簡便に有害元素のそれぞれを選択回収できる放射性廃液に含まれる有害元素の分離除去方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の実施形態に係る放射性廃液に含まれる有害元素の分離除去方法において、超長半減期を有する有害元素を含む放射性廃液に電極を浸漬して、前記有害元素に対応する標準電極電位に基づいて印加する電圧を調整して電解反応を行い、前記有害元素のそれぞれを選択的に還元させて前記電極に析出させる湿式電解工程と、前記有害元素を析出させた後に、前記放射性廃液に含まれるセシウムを吸着材に吸着させる吸着工程と、を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の実施形態により、超長半減期を有する有害元素を含む放射性廃液から、簡便に有害元素のそれぞれを選択回収できる放射性廃液に含まれる有害元素の分離除去方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】第１実施形態に係る放射性廃液に含まれる有害元素の分離除去方法を示すフロー図。
【図２】第１実施形態に係る放射性廃液に含まれる有害元素の分離除去方法の変形例を示すフロー図。
【図３】第２実施形態に係る放射性廃液に含まれる有害元素の分離除去方法を示すフロー図。
【図４】第３実施形態に係る放射性廃液に含まれる有害元素の分離除去方法を示すフロー図。
【図５】第３実施形態に係る放射性廃液に含まれる有害元素の分離除去方法の変形例を示すフロー図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
（第１実施形態）
以下、本実施形態を添付図面に基づいて説明する。
図１に示すように、第１実施形態に係る放射性廃液に含まれる有害元素の分離除去方法は、超長半減期を有する有害元素を含む放射性廃液に電極を浸漬して、有害元素に対応する標準電極電位に基づいて印加する電圧を調整して電解反応を行い、有害元素（Ｐｄ，Ｓｅ）のそれぞれを選択的に還元させて電極に析出させる湿式電解工程１０と、有害元素を析出させた後に、放射性廃液に含まれるＣｓを吸着材に吸着させる吸着工程１１と、を含んでいる。
【００１４】
さらに、Ｃｓを吸着材に吸着させた後に、放射性廃液に電極を浸漬して電解反応を行い、放射性廃液に含まれる硝酸イオンをアンモニアイオンに還元させて液性をアルカリ性に変化させ、放射性廃液に含まれるＺｒを水酸化物として沈殿させる沈殿工程１２を含んでいる。
【００１５】
図１では、使用済み核燃料を再処理する際に発生する高レベル放射性廃液を処理対象としている。高レベル放射性廃液は、通常、硝酸を含む酸性（硝酸酸性）の溶液となる。
【００１６】
高レベル放射性廃液には、Ｌｎ（ランタノイド）やＡｎ（アクチノイド）等の長寿命放射性核種、ＣｓやＳｒ等の短寿命放射性核種、白金属元素（Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ等）、希土類、Ｚｒ、Ｍｏ等の希少金属などが含まれているが、本実施形態では、超長半減期を有するＰｄ、Ｓｅ、Ｃｓ、及びＺｒを分離除去の対象とする。
【００１７】
なお、本実施形態は高レベル放射性廃液の分離処理に限定されるものでは無く、超長半減期を有する有害元素を含む、硫酸ナトリウム廃液、ホウ酸ナトリウム廃液、または塩化ナトリウム廃液を処理対象としても良い。
【００１８】
湿式電解工程１０は、高レベル放射性廃液に陽極、陰極となる２つの電極を浸漬し、電圧を電極に印可して電解反応を行う。そして、Ｐｄ及びＳｅのそれぞれに対応する標準電極電位に基づいて印加する電圧を調整して、Ｐｄ及びＳｅを選択的に還元させて、陰極に析出させる。陰極を交換して電解反応を行うことで、Ｐｄ及びＳｅを別々に回収することができる。
【００１９】
なお、湿式電解工程１０では、分離回収対象となる４つの元素の中で、イオン化傾向が貴な（低い）元素であるＰｄ、Ｓｅを陰極に析出させて分離除去しているが、高レベル放射性廃液に含まれるその他の元素、例えばＲｕ、Ｒｈ等の白金族元素についても各元素に対応する標準電極電位に基づき印加電圧を調整して析出回収しても良い。
【００２０】
吸着工程１１は、Ｐｄ及びＳｅを析出回収した後の高レベル放射性廃液に含まれるＣｓを吸着材に吸着させて、廃液中からＣｓを分離回収する。吸着材は、ゼオライト、フェロシアン化物、またはケイチタン酸塩が例示され、特にゼオライトの一種であるモルデナイトはＣｓの吸着に好適となる。
【００２１】
吸着方法は、高レベル放射性廃液に含まれるＣｓを吸着材に吸着できれば良く、吸着材を充填したカラムに廃液を通水する方法、あるいは吸着材を保持させた容器内に廃液を投入する方法などがある。
【００２２】
沈殿工程１２は、Ｃｓを吸着材に吸着させた後の高レベル放射性廃液に、陽極、陰極となる２つの電極を浸漬し、電圧を電極に印可して電解反応を行う。次式（１）の反応が廃液中で発生するように、印加電圧を調整して、廃液中に含まれる硝酸イオンをアンモニアイオンに還元させる。アンモニアイオンの発生により、高レベル放射性廃液の液性はアルカリ性に変化する。
ＮＯ３−＋１０Ｈ＋＋８ｅ−→ＮＨ４＋＋３Ｈ２Ｏ      （１）
【００２３】
高レベル放射性廃液に含まれるＺｒは、溶液中のＰＨに依存して存在形態が変化する性質を有しており、廃液の液性がアルカリ性に変化すると、水酸化物（Ｚｒ（ＯＨ）４）として沈殿する。沈殿後に廃液を固液分離することで、Ｚｒ（ＯＨ）４が分離回収される。
【００２４】
固化工程１３は、Ｚｒを水酸化物として沈殿させて分離回収した後に、残留する廃液についてガラス固化などの固化処理を行う。固化処理された廃棄物は、有害元素が分離除去されているため、低レベル放射性廃棄物として処分可能となる。
【００２５】
このように、Ｐｄ及びＳｅを電解反応により析出回収する湿式電解工程１０、Ｃｓを吸着材に吸着させて分離回収する吸着工程１１、及びＺｒを水酸化物として沈殿回収する沈殿工程１２を組み合わせて順次有害元素を除去することにより、超長半減期を有する４つの元素を簡便なプロセスにより選択的に分離除去することができる。
【００２６】
図２は、第１実施形態に係る有害元素の分離除去方法の変形例を示すフロー図である。図１に示した有害元素の分離除去フローと同一の工程には同一の符号を付して、説明を省略する。
【００２７】
本変形例では、吸着工程１１において、Ｃｓを吸着させる吸着材としてフェロシアン化物を用いている。
【００２８】
焼却工程１４は、Ｃｓを吸着させた後のフェロシアン化物を焼却して、フェロシアン化物を分解させる。そして、焼却後の残留物を乾固して、Ｃｓを酸化物（Ｃｓ２Ｏ）として回収する。
【００２９】
また、焼却工程１４に代えて、Ｃｓを吸着させた後のフェロシアン化物を酸溶液またはアルカリ溶液の電解液に投入して電気分解を行い、Ｃｓを溶解させた電解液を加熱、蒸発させて、Ｃｓを酸化物（Ｃｓ２Ｏ）として回収しても良い。
【００３０】
（第２実施形態）
図３は、第２実施形態に係る有害元素の分離除去方法を示すフロー図である。なお、図１に示した第１実施形態に係る有害元素の分離除去フローと同一の工程には同一の符号を付して、説明を省略する。
【００３１】
第２実施形態において第１実施形態に係る有害元素の分離除去方法と異なる点は、Ｃｓを吸着させた後のゼオライトと溶離液とを混合して、Ｃｓを溶離液に溶解させて、Ｃｓとゼオライトとを分離させるＣｓ溶離工程１５を有する点である。なお、第２実施形態では、吸着工程１１においてＣｓを吸着させる吸着材としてゼオライトを用いるものとする。
【００３２】
Ｃｓ溶離工程１５は、ゼオライトに溶離液を通水する、あるいはゼオライトを保持させた容器内に溶離液を注入して、ゼオライトと溶離液とを混合する。そして、ゼオライトに吸着しているＣｓをゼオライトから脱離させ溶離液に溶解させて、Ｃｓとゼオライトとを分離する。
【００３３】
溶離液は、酸溶液またはアルカリ溶液のいずれかを用いる。酸溶液としては、硝酸溶液、硫酸溶液及び塩酸溶液が例示され、これらの酸溶液を組み合わせた混合溶液を用いても良い。また、アルカリ溶液としては、アンモニア水、水酸化ナトリウム溶液、水酸化カリウム溶液、及び水酸化カルシウム溶液が例示され、これらのアルカリ溶液を組み合わせた混合溶液を用いても良い。
【００３４】
Ｃｓ溶離工程１５によってＣｓが分離されたゼオライトは、吸着工程１１における吸着材として再利用される。溶離液を用いてゼオライトからＣｓを分離して、ゼオライトを再利用することで、分離除去プロセスにおける二次廃棄物の発生量を低減させることができる。
【００３５】
また、溶離液にアンモニア水を用いた場合、Ｃｓ溶離工程１５によってＣｓが分離されたゼオライトにアンモニアが付着していると、再利用するゼオライトの吸着性能が低下するおそれがある。
【００３６】
ＮＨ３除去工程１６は、Ｃｓ溶離工程１５によってＣｓが分離されたゼオライトを加熱して、ゼオライトに付着しているアンモニアを蒸発させて除去する。これにより、溶離液にアンモニア水を用いた場合であっても、ゼオライトの吸着性能を低下させること無く、吸着材として再利用できる。なお、ゼオライトの加熱は、付着しているアンモニアを蒸発させて除去することができる温度で行う必要があり、３５０℃以上が好適となる。
【００３７】
ＮＨ３除去工程１６において蒸発され除去されたアンモニアは、Ｃｓ溶離工程１５に戻され、溶離液として再利用される。ゼオライトから除去したアンモニアを再利用することにより、二次廃液の発生量を低減させることができる。
【００３８】
（第３実施形態）
図４は、第３実施形態に係る有害元素の分離除去方法を示すフロー図である。なお、図３に示した第２実施形態における有害元素の分離除去フローと同一のステップには同一の符号を付して、説明を省略する。
【００３９】
第３実施形態において第２実施形態に係る有害元素の分離除去方法と異なる点は、Ｃｓ溶離工程１５においてＣｓが溶解された溶離液を加熱しアンモニアを蒸発させて、Ｃｓを水酸化物として回収する加熱工程１７を有する点である。なお、吸着工程１１においてＣｓを吸着させる吸着材としてゼオライトを用い、Ｃｓ溶離工程１５における溶離液としてアンモニアを用いるものとする。
【００４０】
加熱工程１７は、Ｃｓ溶離工程１５においてＣｓが溶解された溶離液を加熱しアンモニアを蒸発させる。そして、蒸発後の残留物を乾固して、Ｃｓを水酸化物（ＣｓＯＨ）として回収する。
【００４１】
加熱工程１７により蒸発され除去されたアンモニアは、凝縮されてＣｓ溶離工程１５に戻され、溶離液として再利用される。このように、Ｃｓ溶離工程１５においてＣｓが溶解された溶離液中のアンモニアを再利用することにより、二次廃液の発生量を低減させることができる。
【００４２】
図５は、第３実施形態に係る有害元素の分離除去方法の変形例を示すフロー図である。図４に示した有害元素の分離除去フローと同一の工程には同一の符号を付して、説明を省略する。
【００４３】
精製工程１８は、Ｚｒを水酸化物として沈殿させて分離する沈殿工程１２の後に、放射性廃液を加熱して、蒸発した気体を精製してアンモニアを回収する。回収されたアンモニアは、凝縮されてＣｓ溶離工程１５に戻され、溶離液として再利用される。
【００４４】
以上述べた各実施形態の放射性廃液に含まれる有害元素の分離除去方法によれば、Ｐｄ及びＳｅを電解反応により析出回収する湿式電解工程、Ｃｓを吸着材に吸着させて分離回収する吸着工程、及びＺｒを水酸化物として沈殿回収する沈殿工程を組み合わせることにより、超長半減期を有する４つの元素を簡便なプロセスにより選択的に分離回収することができる。
【００４５】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００４６】
１０  湿式電解工程
１１  吸着工程
１２  沈殿工程
１３  固化工程
１４  燃焼工程
１５  Ｃｓ溶離工程
１６  湿分除去工程
１７  加熱工程
１８  精製工程
【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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