JPH0320719B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

〔発明の利用分野〕 本発明は、放射能汚染アルミニウムの溶融除染
方法に係り、特に原子力施設のうち特に核燃料物
質を取扱う施設で発生する核燃料物質を始めとす
る放射性物質で汚染されたアルミニウムの溶融除
染法に関する。 〔発明の背景〕 放射能汚染金属の溶融除染法は、放射能で汚染
された金属と共に無機酸化物を主体とするスラグ
剤を添加し、加熱溶融して放射性物質を選択的に
スラグ中に抽出包含させ金属から分離回収する方
法である。この方法の具体例を第１図に従つて説
明する。また放射性物質としてウランで汚染され
て金属をルツボ１に納め、さらに無機酸化物（ケ
イ酸SiO₂，カルシアCaOなど）とさらにフツ化
物（フツ化カルシウムCaF₂など）の混合粉末又
は粉子からなるスラグ剤を、処理金属量に対して
約10wt％を添加する。このルツボを外気と遮断
した密閉型電気炉２に納め、炉内を約0.1Torr真
空排気したのち、真空状態または不活性ガスボン
ベ５よりアルゴンなどの不活性ガスを導入して一
定圧力に調整したのち加熱昇温する。なお、真空
条件で加熱処理するときは常時、また一定圧力下
で処理するときは適時、排ガス処理対策のため設
けたケミカルトラツプ３又はフイルターを介して
排気する。 加熱溶融はヒーター６とプログラム機構付きの
電流制御装置７によつて、一定速度で昇温し、一
定時間溶融する。溶融過程においてルツボ内では
比重差によつて上層部には溶融スラグ８が、下層
部には溶融金属９となつて分離し、この過程でス
ラグ中にウラン化合物が取り込まれる このような操作工程で放射能汚染金属の溶融除
染は行われれるが、ここで除染に最も関与してい
る因子はスラグ剤種類および加熱条件と考えられ
る。従来、鉄および鉄合金を主体として金属の溶
融処理に関しては、鉄鋼製精錬用のスラグ剤を用
いることによつて比較的高い除染効率が得られる
ことが確認されており、例えばSiO₂−CaO−
Al₂O3系スラグ剤において組成比を最適化したス
ラグ剤を用いれば、汚染前の金属材中のウラン濃
度近くまで除染できる。しかしながら、汚染材が
アルミニウムまたはその合金（以下アルミと略
記）の場合、このような鉄材除染用スラグ剤を適
用することは困難である。その理由として以下の
ことが考えられる。 鉄材除染用スラグ剤の融点は1200℃以上であ
り、アルミの融点（約660℃）に比してはるかに
高いため、溶融スラグとアルミの溶融処理操作温
度は1200℃以上で行う必要がり、このような高温
下ではスラグ中ウラン化合物のアルミへの再溶解
反応が進み易くなる。すなわち、冶金物理化学の
考え方では一般的に溶融スラグ−金属（Ｍ）間で
次のような反応平衡が成り立つているものとして
評価される。 UX＋ＭＵ＋MX ……(1) ここで、Ｕ；ウラン Ｕ；酸素あるいはフツ素 (1)式の平衡定数Ｋが１以上では反応は右に進み元
素ウランが生成する。この場合ウランは溶融金属
と金属間化合物を生成して溶け込むので除染は不
可能になる。今、鉄とアルミの場合について(1)の
反応式における平衡定数を計算すると表１に示す
ごとくなる。表から明らかなように、鉄の場合は
平衡定数は十分小さく、ウラン酸化物形態が安定
であることがわかる。一方、アルミの場合は平衡
定数が１前後であり、(1)の反応が支配定である場
合にはウラン酸化物はアルミによつて還元を受け
易く除染がきわめて難しいことを示している。

〔発明の目的〕

本発明は放射能汚染物質の化合物に対する還元
作用が高いため除染が困難とされているアルミ材
を対象として、添加するスラグ剤の放射能汚染物
質に対する除染効果をさらに１桁以上引き上げる
のに最適な除染法を提供することにある。 〔発明の概要〕 ウランなどの放射性物質で汚染した金属のうち
活性が高いアルミやその合金を溶融除染するため

【表】 に好適なスラグ剤の種類および溶融条件として必
要な点は以下にあると考えられる。既に述べたよ
うに、アルミとウラン酸化物とは反応して還元さ
れたウラン元素を生成し易く、こうして生じたウ
ラン元素はアルミと金属間化合物を生成して金属
中に溶け込む。こうなると除染が不可能になる。
一方、温度が高くない溶融過程における、初期段
階では、ウラン化合物のスラグ中への移行反応が
進行していると考えられる。従つて一旦スラグ中
へ取り込んだウラン化合物は、安定なスラグ剤と
の複合体として存在できればアルミによる還元反
応を受けることなくスラグ中に包含されうるもの
と考える。そこでアルミ溶融除染の条件をまとめ
る。(1)スラグ剤はウラン化合物の取り込み反応を
したのち、安定な化学形態でウラン化合物と複合
体を形成し、アルミによるウラン化合物の還元反
応を抑える。(2)スラグ剤中へウラン化合物の取り
込み反応が終了した後は、金属中へのウランの再
溶解反応が考えられるので溶融温度度と時間の最
適化をへはかる。(3)スラグ剤の種類を選定する上
で、ウラン化合物の捕集反応を促進するために必
要な捕集用スラグイオンの生成量が最大となる最
適条件を選ぶ。(4)スラグの融点や粘性、化学的安
定性が適正なこと、などである。 現在までのところ、アルミ溶融除染用スラグ剤
および溶融条件に関する知見は得られていないの
で、実験結果をもとに発明に至つた最適なスラグ
剤選定根拠を説明する。表２に実験結果を示。表
２より、酸化物系は総じて融点が高いためアルミ
用スラグ剤としては適当でなく、除染効果も低
い。フツ化物系スラグの場合、酸化物系よりも除
染効果は高いがまだ不十分である。すなわち、除
染の目標レベルが原材アルミ中のウラン濃度
1ppmであるのに対しては、はるかに高いレベル
を示している。しかし、フツ化物の場合、実用的
なフツ化物の種類とその組合わせを勘案すると
100種類以上のスラグ剤が存在することになり、
フツ化物とそれらの組成比の最適化をはかれば溶
融除染に有効な可能性は残されている。次に、塩
化物系を検索した結果さらに除染効果の高いこと
がわかつた。しかし、塩化物のほとんどが塩
（NaCl）で代表されるように潮解性を有してお
り、たとえ溶融除染が完了しても、インゴツトを
取り出した時付着していたスラグが潮解してイン
ゴツト表面を濡らす。このような再汚染を生じる
と溶融除染のメリツトを失う。かつ液体状の汚染
物を取扱うことになり保管上も問題となる。塩化
物の中では比較的潮解性が少なく安定な化合物と
して塩化カリウム（KCl）と塩化バリウム
（BaCl₂）があげられる。これらの塩化物を用い
ることにより潮解性の問題は回避できるがまた除
染効果は十分でない。 そこで発明されたものが塩化物とフツ化物の混
合系スラグ剤である。これを用いることにより、
化学的安定性の問題と除染効率向上の問題をさら
に一歩前進させることができる。しかしながら、
なおかつ除染の目標レベルより１桁高い。この問
題の改善例は後述するが、これまでの実施例にお
いて、塩化物、フツ化物などのハロゲン化物系が
アルミの溶融除染に有効であつた理由を除染原理
に基づいて説明する。 ハロゲン化物系のスラグ剤が有効である理由と
して次のことがあげられる。まず、アルミの融点
に近い低融点スラグが得られるので、アルミの溶
融とほぼ同時に溶融スラグ−金属間の除染反応を
進行させうる。また、ハロゲン化物はイオン化傾
向が強くウラン捕集イオンの生成量が多く、粘性
が無機酸化物に比して１桁ないし２桁小さいため
スラグ−金属間の反応は短時間で完了すると考え
られる。次に塩化物やフツ化物系スラグ剤におい
て、除染に最適なスラグ組成に関して述べる。

〔発明の実施例〕

第１図に示す放射能汚染アルミニウムの溶融処
理装置において先に述べた処理手順によりウラン
汚染アルミニウムの溶融処理を行つた。本実施例
ではウラン汚染濃度にして500ppm相当になるよ
うに硝酸ウラニル溶液を一定量金属棒表面に塗り
つけたのち、金属の10wt％相当のスラグ剤と共
にルツボに納め最大1000℃で加熱溶融した。溶融
時間は30分一定とし、冷却後インゴツトをルツボ
から取り出し、インゴツト中のウラン濃度を測定
した。実施例の結果を表２と第３図および第４図
に示す。表２にはアルミニウム材処理用の各種ス
ラグ剤選定試験の結果をまとめて示した。第３図
はフツ化物系スラグ剤の塩基度すなわちイオン間
引力の弱いスラグ成分とイオン間引力の強いスラ
グ成分のモル数の比を求め、そのモル比に対して
得られたインゴツト中のウラン濃度の関係を示し
ており、塩基度が0.5〜２の範囲が適することを
示す実施例である。 第４図は、表３に示したスラグ剤選定試験の結
果、除染効果が最も大きかつたフツ化物、塩化物
混合系スラグ剤のうちの代表スラグ１４LiF−
76KCl−10BaCl₂スラグ剤を用いた温度効果を確
認した実施例を示す。第４図は溶融処理温度に対
するアルミインゴツト中のウラン濃度の関係を示
している。本スラグ剤の融点は約700℃であり、
実施例では最低温度はスラグ剤融点より高めの
780℃で行つている。また、ウラン汚染度は
2000ppmとして行つている。この結果、インゴツ
ト中のウラン濃度は処理温度が低いほど低下し、
除染効果が高くなつていることを示している。本
方式により目標除染レベル、すなわち一般にアル
ミニウム材中のウラン濃度0.9ppmとほとんど同
一レベルまで除染することを達成できた。 〔発明の効果〕 以上述べてきたように、本発明の方法によれば
放射能汚染物質の酸化物質を還元して溶融金属中
へ取り込み易く、一般的に除染が困難とされてい
るアルミウム材を、塩化物を含み、融点は金属材
の融点より200℃以上高くならないように成分調
整されたスラグ剤剤と共に、可及的に低い温度で
溶融処理することにより、放射能汚染アルミニウ
ム材の溶融除染効率を向上させることができる。
このような最適化をはかることにより、除染後の
アルミニウム材中のウラン濃度を原材中の濃度レ
ベルまで下げることが可能になる。

【図面の簡単な説明】

第１図は溶融処理装置の構成概略図、第２図は
鉄材溶融除染時のスラグ塩基度と除染係数の関
係、第３図はアルミニウム溶融除染時のフツ化物
系スラグ塩基度と除染効果の関係、第４図はアル
ミニウム溶融温度と除染効果の関係を示す。 １……ルツボ、２……密閉型電気炉、３……ケ
ミカル（NaF）トラツプ、４……排気ポンプ、
５……不活性ガスボンベ、６……ヒーター、７…
…電気炉制御装置、８……溶融スラグ、９……溶
融金属。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 放射能物質で汚染されたアルミニウム又はア
   ルミ合金に無機塩類からなるスラグ剤を添加して
   加熱溶融し、前記放射性物質をスラグ中に包含さ
   せる放射能汚染金属の溶融処理法において、前記
   スラグ剤としての無機塩化物と無機フツ化物の混
   合物から成るスラグ剤を用いることを特徴とする
   放射能汚染アルミニウムの溶融除染方法。 ２ 前記スラグ剤の融点は処理アルミニウム材の
   融点よりも高くても200℃以下となるように成分
   調整を施し、溶融処理はスラグ剤およびアルミニ
   ウム材が溶解する低い温度において行う特許請求
   の範囲第１項記載の放射能汚染アルミニウムの溶
   融除染方法。 ３ 前記スラグ剤の組成に少なくとも２種類の無
   機塩化物を含み、一方は化合物のイオン間引力が
   強く、他方は弱くかつ前者に対する後者のモル比
   が0.5以上あるスラグ剤を用いる特許請求の範囲
   第１項または第２項記載の放射能汚染アルミニウ
   ムの溶融除去方法。 ４ 前記無機塩化物として潮解性が少ないことを
   特徴とする化合物である塩化カリウムと塩化バリ
   ウムを用いる特許請求の範囲第１項または第２項
   記載の放射性能汚染アルミニウムの溶融除染方
   法。