JPH01311300A - ステンレス鋼の化学除染方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、放射性物質取り扱い施設から発生する、表面
が放射性物質で汚染された放射性金属廃棄物の化学除染
方法に係り、特に、ステンレス鋼製の放射性金属廃棄物
の化学除染方法に関する。

〔従来の技術〕

原子力発電所や核燃料再処理工場等から発生する放射性
物質で汚染された金属廃棄物は、従来、切断等してドラ
ム缶詰めにし、廃棄物建屋に保管されている。この保管
中のドラム缶数は、年々増加傾向にある。このことから
、前記放射性金属廃棄物の減容化が望まれている。現在
の減容化技術としては、電解研磨除染法、プラスト除染
法等が開発されているが、これらの方法では、除染対象
物に電極あるいはノズルを挿入する必要があり、バルブ
、ポンプ等の複雑な形状物への対応は難しい、このよう
な複雑な形状物に適用できる除染法としては、化学除染
法があるが、従来開発されている化学除染法の多くは、
金属廃棄物の表面に強固に付着し、放射性物質の大部分
を取り込んでいるクラッドの溶解を目的としている。

しかしながら、このクラッドが付着している金属母材の
表層には、孔食が発生しており、この深部にも放射性物
質が侵入しているため、母材の表層も汚染していると言
われている。したがって、表面のクラッドだけの化学溶
解では、この放射性物質の除去は、不充分であり、−ａ
廃棄物並みの放射能レベルまで除染できないという問題
があった。この問題を解決する方法として、硝酸又は硫
酸に４価のセリウムを添加した溶液を用いてクラッドを
溶解又は剥離除去するとともに、金属母材の表層をも酸
化溶解する方法も開発されている。

この方法では、４価のセリウムが３価になるときの酸化
力を利用して金属を溶解するので、溶解量は添加する４
価のセリウムの量に依存する。例えば、鉄が次式のよう
に３価イオンとなって溶解するとき、４価のセリウムは
３個の電子を受容して３価のセリウムとなるため、 Ｆｅ　　−〉Ｆｅ”　＋　３　ｅ　− ３Ｃｅ”　＋３　ｅ−−−→　３　Ｃｅ”鉄１モルを溶
解するのに、４価のセリウムは３モル消費される。した
がって、除染が完了するまでに消費される４価のセリウ
ムの量が多いという問題がある。この問題を解決するた
めに、３価のセリウムを４価のセリウムに電解再生して
利用する方法も提案されているが、この方法においては
、装置が複雑化し、使用する電気量も多いという欠点が
ある。

〔発明が解決しようとする課題〕

このような観点から、本出願人は、使用する酸化剤の量
を低減する方法として、特願昭６２−２１６０８号明細
書において、放射性金属廃棄物を硫酸溶液中に浸漬ｊ７
て大部分の放射性物質を溶解又は剥離除去する第一工程
と、硫酸単独液中では溶解しにくい銅やクロムの酸化物
など、被除染物表面に沈着する物質を溶解する目的で硫
酸に酸化性の金属塩を添加した溶液中に浸漬する第二工
程とからなる放射性金属廃棄物の除染方法を提案した。

しかしながら、上記の方法では、金属廃棄物のうち表面
が不働態化されているステンレス鋼は、第一工程の硫酸
単独液への浸漬だけでは不働態皮膜が硫酸と母材との接
触をはばむため、母材の溶解反応が進行しにくく、した
がって、金属廃棄物の表面にあるクラッドも剥離除去し
ないため、この第一工程は実際上、その機催をはたさず
、除染はもっばら、第二工程である硫酸に酸化剤を添加
した溶液中に浸漬することで達成されることになる。し
たがって、不働態化していないステンレス鋼に対しては
効果を発揮するが、不働態化したステンレス鋼に対して
は酸化剤低減の効果が小さいという問題があった。

また、外部電源を用い、電気化学的手法により放射性金
属廃棄物の表面にあるクラッドを還元又は酸化溶解する
ことにより除染する方法は、−ｉ的に電解除染として知
られているが、この方法は配管や平板状のものに対して
は容易に実施できるが、パルプなどの複雑な形状物への
適用が難しいという問題がある。

本発明の課題は、前記技術の欠点を解消し、不働態化し
たステンレス鋼製の放射性金属廃棄物を一般廃棄物並み
の放射能レベルにまで化学的に除去するに当たり、使用
する酸化性の金属塩の量が少なくてすみ、複雑な形状物
にも容易に適用できる除染方法を提供することである。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、被除染物である不働態化したステンレス鋼か
ら不働態皮膜の一部を除去すれば、この部分で硫酸と母
材とが次式（１） ％式％（１） のように反応し、この反応に伴って発生する電子（ｅ−
）が、残存している不働態皮膜の主成分であるＦｅｚｅ
ｓを次式（２） ％式％（２） のように還元して溶解するという局部電池の作用が逐次
進行し、被除染物の全面が、硫酸溶液中で溶解すること
に着目し、前記した不働態皮膜の一部を除去する手段と
して、被除染物の金属部分の一部と犠牲アノードとして
作用させる金属を短絡させ、硫酸溶液中に浸漬すること
によって不働態皮膜を還元溶解させることによって前記
の課題を解決したものである。

すなわち、本発明によるステンレス鋼の化学除染方法は
、表面が放射性物質で汚染されたステンレス鋼製の金属
廃棄物を硫酸溶液中に浸漬する第一工程と、硫酸に酸化
性の金属塩を添加した水溶液中に浸漬する第二工程とか
らなるステンレス鋼の化学除染方法において、第一工程
を被除染物の金属部分の一部と犠牲アノードとして作用
させる金属を短絡させて実施することを特徴とする。

本発明の方法においては、被除染物の前処理工程として
、被除染物、例えば配管やバルブなどの金属部分の一部
と、犠牲アノードとして作用させる金属を短絡させて硫
酸溶液に浸漬する。このとき、犠牲アノードは、硫酸と
次式（３）のごとく反応し、 Ｍ＋ＨｚＳＯｎ　−Ｍ’％＋＋　３０４”−＋　２　Ｈ
”＋　ｎ　ｅ　　　（３）〔式中、Ｍは犠牲アノードを
示す〕 この反応に伴って発生する電子（ｅ−）が、犠牲アノー
ドから被除染物に流れ、被除染物の表面に付着している
不働態皮膜を（２）式のようにして還元溶解する。

犠牲アノードとして作用する金属は、硫酸溶液中で被除
染物の不働態皮膜の示す自然電位よりも卑な自然電位を
示すものである。このような金属としては、例えばステ
ンレス鋼、炭素鋼、鉄、鉛などが適用できる。

この作用により、被除染物の不働態皮膜は溶解し、次第
に被除染物の母材が露出する。この時点からは、前記し
たように母材と不働態皮膜の局部電池の作用が働き、残
存する不働態皮膜が溶解する。この局部電池の作用によ
る溶解反応は、被除染物全体に広がる。したがって、本
発明の方法は複雑な形状物に対して容易に適用できる。

上記の第一工程において硫酸溶液としては、５重量％以
上の濃度、好ましくは５〜３０重量％の濃度の硫酸溶液
を用い、この溶液を６０°Ｃ以上の温度に加熱して被除
染物を浸漬する。硫酸濃度があまり低濃度では効果がな
く、また、あまり低い温度でも効果がない。また、１０
０　’Ｃ以上の高温では、圧力容器が必要となり、装置
が複雑化するので、実用的除染条件は、硫酸濃度１５重
量％前後、温度８０″Ｃ付近であるのが好ましい。

第二工程においては、硫酸に酸化性の金属塩を添加した
水溶液を用いて除染を行う。ここで用いる硫酸は、第一
工程に用いたものと同様の濃度のものでよい。また、酸
化性の金属塩としては、６価のクロム酸塩、例えばクロ
ム酸カリウムなど、重クロム酸塩、例えば重クロム酸カ
リウムなど、４価のセリウム塩、例えば硫酸第二セリウ
ムなど又は過マンガン酸塩、例えば過マンガン酸カリウ
ムなどを用いることができる。これらの酸化性の金属塩
は、１〜６重量％、好ましくは２〜４重量％の濃度に添
加する。第二工程において用いる溶液は３０°Ｃ以上に
加熱して用いるのが好ましい。

次に、図面に基づいて本発明を説明する。

第１図は、本発明の方法を示す系統図である。

第１図において、第１除染槽１には第１液として硫酸を
使用する。この第１液はヒータ２によって所定温度まで
加温される。また、第２除染槽３には、第２液として硫
酸に４価のセリウム塩、６価のクロム酸塩又は重クロム
酸塩あるいは過マンガン酸塩などの酸化剤のいずれかを
添加した液を使用し、この第２液もヒータ４によって所
定温度に加温される。

第１図において、放射性金属廃棄物５を第１除染槽ｌ中
において第１液である硫酸溶液中に浸漬する。次いで、
犠牲アノード６として作用する金属を第１除染槽中に浸
漬しである放射性廃棄物５に接触させる。

このとき、第１除染槽では、犠牲アノード、露出した母
材の溶解及びこれに伴って表面に固着したクラッドの剥
離により、放射性物質の９０％以上が除去される。

しかし、ステンレス鋼と硫酸溶液との化学反応による溶
解では、ステンレス鋼に不純物として含まれる銅や、剥
離されずに残ったクラッドの一部が、被除染物の表面に
沈着しており、これに−旦溶出した放射性物質の一部が
取り込まれるため、被除染物表面の沈着物を溶解する操
作として、次に、第２液として、硫酸に酸化性の金属塩
を添加した液が入っている第２除染槽３に浸漬する。こ
のようにして、不働態化したステンレス鋼の放射性廃棄
物は、一般廃棄物の放射能レベルまで除染され、水洗後
、廃棄することができる。

第２図は、本発明の他の実施態様を示すものであり、第
１除染槽７の中にイオン交換膜８を設置し、犠牲アノー
ド１３として作用する金属をイオン交換膜８で仕切った
第１除染槽７の一方の側に入れ、他方の側に放射性金属
廃棄物１２を浸漬する。この実施態様では、第１除染槽
７の外で導線１４を用いて犠牲アノード１３と放射性金
属廃棄物１２と短絡させる。

第２図に示した実施態様によれば、第１除染槽７がイオ
ン交換膜８で仕切られているため、放射性廃液が発生す
るのは、第１除染槽７の放射性金属廃棄物１２を浸漬し
た側の硫酸除染液だけであり、犠牲アノード金属側の液
は放射性廃液とはならない。したがって、放射性廃液の
量が少ないという利点がある。

さらに、上記のイオン交換膜に替えて、絶縁性材料から
成る仕切り板を設けるか、又はアノード槽を被除染物槽
とは別に設置し、液絡させたり、また、アノード槽と被
除染物槽の硫酸濃度を必要に応じて差を設けるようにし
てもよい。また、アノード槽には、硫酸以外の溶液、例
えばクエン酸、シュウ酸等の酸性溶液を用いることもで
きる。

〔実施例〕 次に、実施例に基づいて本発明を詳述するが、本発明は
これに限定されるものではない。

実施例１ 放射性物質で汚染され、不働態化している５ＵＳ３０４
製バルブを第１図に示した系統図により５ＵＳ３０４仮
と接触させて本発明の方法により除染した場合と、犠牲
アノードと接触させずに除染した場合（従来法）につい
て、放射能が検出限界以下（Ｉ　Ｘ　１０−’ｕｃｉ／
ｃｆｆｌ）になるまでの除染時間と酸化剤として使用し
た４価のセリウム（硫酸第二セリウム）の使用量を比較
した。除染条件を第１表に示し、除染結果を第２表に示
す。

第１表 第２表 従来の方法では、除染の効果がもっばら第２液である硫
酸に４価のセリウムを添加した液中に浸漬する第二工程
に依存し、この第２液中での溶解速度が遅いため、４価
のセリウムの使用量が多く、除染時間も長い。

これに対し、本発明の方法では、第１液である硫酸液中
に浸漬する第一工程で、大部分の放射性物質が除去され
るため、４価のセリウムの使用量は、従来法の７００分
の１と少なく、また、除染時間も４分の１にできた。

〔発明の効果〕

本発明の方法によれば、不働態化したステンレス網製の
放射性金属廃棄物を一般廃棄物並みの放射能レベルにま
で、化学除染するために使用する酸化性の金属塩が微量
ですみ、除染後の二次廃棄物量を少なくでき、除染時間
も著しく短縮することができ、複雑な形状の放射性金属
廃棄物でも効率よく除染することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の方法の一実施態様を示す系統図、第
２図は本発明の方法の他の実施態様を示す系統図である
。 符号の説明 １．７・・・第１除染槽、２，４，９．１１・・・・ヒ
ータ、３．１０・・・第２除染槽、５゜１２・・・放射
性金属廃棄物、６．１３・・・犠牲アノード、８・・・
イオン交換膜

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）表面が放射性物質で汚染されたステンレス鋼製の
   金属廃棄物を硫酸溶液中に浸漬する第一工程と、硫酸に
   酸化性の金属塩を添加した水溶液中に浸漬する第二工程
   とからなるステンレス鋼の化学除染方法において、第一
   工程を被除染物の金属部分の一部と犠牲アノードとして
   作用させる金属を短絡させて実施することを特徴とする
   ステンレス鋼の化学除染方法。
2. （２）短絡させる金属として、硫酸酸性溶液中における
   被除染物の自然電位より卑な自然電位を示す金属を使用
   する請求項１記載のステンレス鋼の化学除染方法。
3. （３）除染槽をイオン交換膜又は絶縁性仕切板で仕切り
   、一方の側に被除染物を入れ、他方に犠牲アノードを入
   れ、被除染物と犠牲アノードとを導線によって槽外で短
   絡させる請求項１記載のステンレス鋼の化学除染方法。