JPH0531759B2 - - Google Patents
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- JPH0531759B2 JPH0531759B2 JP59147544A JP14754484A JPH0531759B2 JP H0531759 B2 JPH0531759 B2 JP H0531759B2 JP 59147544 A JP59147544 A JP 59147544A JP 14754484 A JP14754484 A JP 14754484A JP H0531759 B2 JPH0531759 B2 JP H0531759B2
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-
- G—PHYSICS
- G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
- G21F—PROTECTION AGAINST X-RADIATION, GAMMA RADIATION, CORPUSCULAR RADIATION OR PARTICLE BOMBARDMENT; TREATING RADIOACTIVELY CONTAMINATED MATERIAL; DECONTAMINATION ARRANGEMENTS THEREFOR
- G21F9/00—Treating radioactively contaminated material; Decontamination arrangements therefor
- G21F9/001—Decontamination of contaminated objects, apparatus, clothes, food; Preventing contamination thereof
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- Engineering & Computer Science (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Food Science & Technology (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- High Energy & Nuclear Physics (AREA)
- Cleaning By Liquid Or Steam (AREA)
Description
〔発明の利用分野〕
本発明は、核燃料物質を取扱う原子力施設等で
発生する放射性物質で汚染した金属にスラグ剤を
添加して加熱溶融し、放射性物質をスラグ中に包
含させる溶融除染法に係り、特に放射性物質がス
ラグへ移行する効率を最適にするスラグ剤組成を
与えるのに好適な放射能汚染金属の溶融除染法に
関する。 〔発明の背景〕 金属溶融除染法は、放射能で汚染した金属と共
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スラグ剤に包含させ金属
より分離回収する方式である。この方式の具体例
を第１図により説明する。まず放射能としてウラ
ンで汚染した金属をルツボ１に入れ、さらに主に
ケイ酸（SiO2）、カルシア（CaO）からなるスラ
グ剤を金属に対して10wt％以下で適量添加する。
このルツボ１を汚染物飛散防止のためフイルタな
どを設けて排ガス処理対策を施した密閉型電気炉
２に納め、炉内をケミカルトラツプ３を介して排
気ポンプ４で真空排気したのち、不活性ガスボン
ベ５より不活性ガスを封入し一定圧力に制御す
る。次にヒーター６で加熱昇温して金属およびス
ラグ剤を溶融すると、ルツボ１内では比重差によ
り溶融スラグ７と溶融金属８の２液層に分離し、
この過程でスラグ中にウラン化合物が取り込まれ
る。 このような放射能汚染物質の溶融除染の過程で
除染効果に最も関与しているものはスラグ剤であ
る。従来、このスラグ剤を選定する上では特に最
適化がはかれておらず、例えば鉄材に対しては、
一般に金属精製錬に用いられているSiO2―CaO
―Al2O3系スラグ剤やSiO2―CaO―Fe2O3系スラ
グ剤に対して第３成分を加えてその除染効果の有
無を評価していた。しかし、これではたとえ目標
とする除染効果が得られたとしても、それが当該
スラグ組成の中で最適な組成比であるのかに関し
ては不明であつた。 〔発明の目的〕 本発明は、添加するスラグ剤の放射能汚染物質
の除染効果を最大限に引き上げるのに最適な放射
能汚染物質の溶融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を溶解
処理したとき、ウラン化合物が溶融金属中からス
ラグ層へ移行するメカニズムの一つとしてイオン
反応を考えている。すなわち、溶融金属中で生成
したウラニルイオン（UO2 2 +）と、溶融スラグ中
で生成したスラグイオンが溶融金属―スラグ界面
で会合し、イオン反応でスラグ・ウラニル複合体
を形成しスラグ層へ移行すると考える。 スラグイオン＋ウラニルイオン →スラグ・ウラニル複合体 ……(1) ここで代表的なスラグ剤としてSiO2―CaO系
を例にとると、CaOはイオン化傾向が高く、CaO
→Ca2+＋O2-に解難し易く、一方SiO2は共有結合
体が強く遊離したO2-イオンをとり込みSiO2＋
2O2-→SiO4 4 -となつて安定なイオン分子として存
在し易いと言われている。以上の化学反応を式で
表わすと次のようになる。 SiO2＋2CaOSiO4 4 -＋2Ca2+ ……(2) ここでウラニルイオンの捕集に関与するスラグ
イオンがSiO4 4 -とする(1)式の反応で得られる複合
体は次の生成物となる。 SiO4 4 -＋2UO2 2 +SiO4（UO2）2 ……(3) 今、(3)式が除染に支配的であるとするなば、
SiO44 -イオンの生成量が多いほど除染効果は高い
はずである。SiO2→CaO系スラグで混合比を
色々と変えた時、CaO／SiO2モル比に対して一
定量のスラグ中で生成するSiO4 4 -イオン生成量を
計算すると、第２図に示す関係となる。図よりモ
ル比が２のとき最大になることがわかる。 一般に、CaOのごときイオン結合性の高い酸化
物を塩基性酸化物、SiO2のごとき共有結合性の
高い酸化物を酸性酸化物と区別する。さらに厳密
な規定法ととして、金属陽イオンと酸素陰イオン
のそれぞれの原子価をZ+，Z-とし、両イオン間
距離をａ（Å）とした時、両イオン間の引力Ｉを
次式で表わし、Ｉの値で塩基性と酸性を区別す
る。 Ｉ＝Z+・Z-／a2＝2Z+／a2 ……(4) (4)式でＩ値が１未満の無機酸化物を塩基性、１
以上と大きい無機酸化物を酸性とする。代表例を
あげると、CaO＝0.7，SiO2＝28，Al2O3＝1.9で
ある。多成分系のスラグ剤において、スラグのイ
オン的性質を示す定義として塩基度が使われる。 塩基度＝塩基性無機酸化物（モル数）／酸性無機酸化
物（モル数）……(5) 第２図に示したCaO／SiO2モル比は(5)式で示
す塩基度に対応しており、SiO4 4 -イオンの生成量
は塩基度２の時最大になることを示している。塩
基度が１以下のときSiO4 4 -イオンの絶対量が不足
しCa2+やO2-が過剰になる、一方、塩基度が３以
上になると、SiO2が過剰になりSiO2が重合して
還状陰イオンとなつて挙動する。例えばSiO2が
２分子重するとSiO2O4となり、ケイ酸アニオン
の生成反応は次式となる。 Si2O4＋2CaOSi2O4 6 -＋2Ca2+ ……(6) (6)式の場合Si2O4 6 -の生成量のみに着目すると、
塩基度が１のときに最大値を示す。従つて、上記
スラグで重合体を含むケイ酸アニオンがウラン捕
集反応に寄与しているとすれば、ケイ酸アニオン
の生成量が最大になる塩基度２以下、１以上の範
囲で除染効果が最大になると考えた方が妥当であ
る。このような理論的な根拠のもとに代表的な酸
性―塩基性混合酸化物SiO2―Al2O3―CaOスラグ
剤を用いて、ウラン化合物で汚染した鉄材の溶融
試験を行つた。その結果を第３図に示す。 第３図の実験条件は表面付着ウラン濃度
500ppm相当、スラグ添加量は鉄材重量の10wt
％、加熱温度約1650℃である。図より、塩基度
1.5前後において除染係数は最大になることがわ
かる。ここで除染係数は（金属汚染ウラン量）／
（除染後の金属中ウラン量）で求めた。 除染係数は理論的に導くことができ、(3)式にお
ける反応で生成したSiO4（UO2）2が除染反応に関
与しているものとすれば除染係数DFは次式で表
わすことができる。 DF＝WS／WM・（％SiO4（UO2）2）／〔％SiO4（UO2）2〕
＋１＝WS／WMＬ＋１ ……(7) ここで、WS：スラグ剤の重量 WM：金属の重量 （％ ）：スラグ中の重量百分率、 〔％ 〕：金属中の重量百分率、 Ｌ ：複合酸化物の分配率、を示す。 (7)式からDFはスラグ・ウラニルイオン複合体
の分配率Ｌに依存することがわかる。しかし、一
般的にＬは被分配物質の濃度に依存すると言われ
ており、汚染物質であるウランの濃度に対してＬ
は必ずしも一定値をとらない。一方、完全除染に
最適な、十分なDF値を一様に規定することはで
きず、むしろより高いDF値が要求されるのみで
ある。実際に低レベル汚染廃棄物を対象にした場
合、表面汚染レベルで10-3μCi／cm2以下、濃度に
して約100ppmと考えられるで、例えば鉄に付着
したウラン濃度が100ppmとしたとき、一般廃材
中のウラン濃度0.02ppmまで汚染するのに必要な
DF値は５×103となる。この観点から第３図のグ
ラフをみると、SiO2―Al2O3―CaO系スラグを用
いた場合には塩基度が１〜２の間にあるスラグ剤
を用いれば一応満足すべき除染効果が得られるこ
とがわかる。 一方、同じ塩基度範囲であつても、スラグ剤の
構成成分が変わる除染係数も大きく変わる。例え
ば第３図からわかるようにSiO2―Fe2O3―CaO系
スラグを用いたときには、約１桁除染係数が悪く
なる。しかし、塩基度１〜２の範囲に最適値が存
在することにおいては、前記SiO2―Al2O3―CaO
系スラグを用いた場合と同様の傾向にある。この
ことはSiO2―CaO系スラグを基本とした場合、
塩基度１〜２の範囲に除染効果が最大となる最適
値が存在し、ウランの捕集機構から考祭して予想
したように、SiO4 4 -イオンの生成量と除染効果は
ほぼ一致した傾向を示している。SiO2―Al2O3―
CaO系スラグ剤において、 Al2O3をFe2O3に換えると総じて除染係数は高
くないが、SiO2―Al2O3―CaO系スラグ剤に第三
成分を添加すると除染効果が向上する場合もあ
る。表１に第三成分添加による除染係数向上の例
を示す。表において、第三成分を添加したことに
よる除染係数向上の理由は二つ考えられる。一つ
は、塩基度がより最適な塩基度範囲である１〜２
の範囲に推移したため、他の理由は第三成分が固
有の除染反応促進効果を有しているためである。
従つて、最適なスラグ組成を選定する条件は、除
染効果が本質的に高い種類のスラグ成分を用い、
かつ最適な塩基度範囲になるように成分比を調整
することにある。これによつて処理金属中のウラ
ン濃度を原材中のウラン濃度と同等もしくはそれ
以下にすることができる。 本発明者らは放射性物質で汚染した物質の除染
係数を高め、最適な条件下で溶融除染が可能とな
るスラグ剤の選定方式を検討した。その結果、ス
ラグ剤の塩基度が１から２の間の範囲、すなわち
塩基性無機酸化物のスラグ中のモルパーセントが
50から66の範囲にあり、残部がケイ酸を含む酸性
無機酸化物である組成のスラグ剤を用いると除染
条件を最適化しうることを、除染機構の推定と実
験の結果から見い出し、本発明を完成するに至つ
た。 すなわち、SiO2―CaO―Al2O3系スラグ剤にお
いては、第４図に示す三成分系図における図示範
囲にあることが条件となる。この塩基度の範囲で
あればCaOを他の塩基性無機酸化物に、SiO2や
Al2O3を他の酸性無機酸化物に変え、より高い除
染効果を得ることも可能である。さらに、無機フ
ツ化物を代表例とする無機ハロゲン化合物は、イ
オン化傾向が高く、重合したケイ酸の結合を切断
し、結果的にケイ酸イオンを増大させる作用があ
つて除染効果を高める。無機ハロゲン化物はイオ
ン結合性の高い傾向を示すので、塩基性酸化物と
置き換わることが可能である。このため等モルの
ハロゲン化物と塩基性酸化物で置き換えても、ハ
ロゲン化物を塩基性酸化物とみなして塩基度を計
算し、その塩基度を１から２の範囲に調整すれば
除染用スラグ剤として有効である。無機ハロゲン
化物では特にフツ化物が有効である。 以上、溶融除染効果のみをねらつたスラグ剤組
成について述べてきたが、実際にはスラグ剤の融
点もスラグ剤選定の条件になる。スラグ剤の融点
は対象金属の融点に近く、かつ可能な限り低い方
が良い。従つて、第４図に示すSiO2―Al2O3―
CaO系スラグ剤を例にとつても、塩基度が１〜２
の範囲にあつて、なおかつ融点が鉄の融点1550℃
よりも低い範囲はさらに限定を受ける。スラグの
低融点化に対してはハロゲン化物を添加すると効
果があり、除染効果を高めることと合いまつて一
部ハロゲン化物を添加することは有効である。 本発明における適用金属は鉄以外にステンレス
を始めとする鉄合金および銅があげられる。 また、汚染核種としては、ウラン以外にプルト
ニウムなどの超ウラン元素およびその他の安定な
酸化物形態を有する放射性元素があり、本発明は
これら放射性物質で汚染した金属の除染にも適用
可能である。 〔発明の実施例〕 第１図に示す放射能汚染金属の溶融装置におい
て、上述した操作手順に従つてウラン汚染金属の
溶融処理を行つた。本実施例ではウラン汚染濃度
500ppm相当を99％純鉄表面に塗布したのち、
10wt％量の各種スラグ剤と共にルツボにおさめ、
約1650℃加熱溶融後得られたインゴツト中のウラ
ン濃度を測定し除染係数を求めた。実施例の結果
を第３図と表１に示す。第３図において最適塩基
度範囲にあつて、最も高い除染係数が得られたス
ラグ剤の組成例はモル％で12SiO2―61CaO―
27Al2O3（塩基度＝1.56）であつた。表１のNo.１〜
３にはSiO2―Al2O3―CaO系スラグの組成比を変
えることによつて塩基度を変化させ、No.１に塩基
度１以下の例を、No.２に塩基度１〜２の例を、No.
３に塩基度２以上の例をあげた。いづれも103以
上の除染係数を示しているが、塩基度1.5前後に
於ては104以上の除染係数が得られ、第３図にお
いて塩基度１〜２の範囲のスラグ剤を用いれば、
500ppm程度の汚染金属を原材レベルまで除染で
きることがうかがえる。次に、表１のNo.４〜６に
はNo.１の組成スラグ剤に第三のスラグ成分を添加
した例を示す。No.４でMgOを添加したことによ
り、塩基度は0.82から1.03側へ推移した影響もあ
つてやや除染係数が上つた。No.５にMgOをCaF2
に換えた例を示す。CaF2はMgOよりは除染効果
が高く、フツ化物で塩基性酸化物の一部を置き換
えることによつて除染効果が高くなることの例を
示している。No.６はMgOやCaF2の換えてNiOを
添加した例を示すが、これでは大巾に除染係数が
上昇している。この理由はNiOが除染金属母材で
ある鉄酸化物、FeOやFe2O3よりも生成自由エネ
ルギーが小さく、NiO＋FeFeO＋Niなる反応
で還元を受け易く、溶融スラグ―金属界面近傍で
酸素イオン濃度を増し、これらイオンの受けけ渡
しが活発となり、結果としてウラン化合物の捕集
イオンと考えられるSiO4 4 -などのスラグイオンの
生成を促進するためと考えられる。
発生する放射性物質で汚染した金属にスラグ剤を
添加して加熱溶融し、放射性物質をスラグ中に包
含させる溶融除染法に係り、特に放射性物質がス
ラグへ移行する効率を最適にするスラグ剤組成を
与えるのに好適な放射能汚染金属の溶融除染法に
関する。 〔発明の背景〕 金属溶融除染法は、放射能で汚染した金属と共
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スラグ剤に包含させ金属
より分離回収する方式である。この方式の具体例
を第１図により説明する。まず放射能としてウラ
ンで汚染した金属をルツボ１に入れ、さらに主に
ケイ酸（SiO2）、カルシア（CaO）からなるスラ
グ剤を金属に対して10wt％以下で適量添加する。
このルツボ１を汚染物飛散防止のためフイルタな
どを設けて排ガス処理対策を施した密閉型電気炉
２に納め、炉内をケミカルトラツプ３を介して排
気ポンプ４で真空排気したのち、不活性ガスボン
ベ５より不活性ガスを封入し一定圧力に制御す
る。次にヒーター６で加熱昇温して金属およびス
ラグ剤を溶融すると、ルツボ１内では比重差によ
り溶融スラグ７と溶融金属８の２液層に分離し、
この過程でスラグ中にウラン化合物が取り込まれ
る。 このような放射能汚染物質の溶融除染の過程で
除染効果に最も関与しているものはスラグ剤であ
る。従来、このスラグ剤を選定する上では特に最
適化がはかれておらず、例えば鉄材に対しては、
一般に金属精製錬に用いられているSiO2―CaO
―Al2O3系スラグ剤やSiO2―CaO―Fe2O3系スラ
グ剤に対して第３成分を加えてその除染効果の有
無を評価していた。しかし、これではたとえ目標
とする除染効果が得られたとしても、それが当該
スラグ組成の中で最適な組成比であるのかに関し
ては不明であつた。 〔発明の目的〕 本発明は、添加するスラグ剤の放射能汚染物質
の除染効果を最大限に引き上げるのに最適な放射
能汚染物質の溶融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を溶解
処理したとき、ウラン化合物が溶融金属中からス
ラグ層へ移行するメカニズムの一つとしてイオン
反応を考えている。すなわち、溶融金属中で生成
したウラニルイオン（UO2 2 +）と、溶融スラグ中
で生成したスラグイオンが溶融金属―スラグ界面
で会合し、イオン反応でスラグ・ウラニル複合体
を形成しスラグ層へ移行すると考える。 スラグイオン＋ウラニルイオン →スラグ・ウラニル複合体 ……(1) ここで代表的なスラグ剤としてSiO2―CaO系
を例にとると、CaOはイオン化傾向が高く、CaO
→Ca2+＋O2-に解難し易く、一方SiO2は共有結合
体が強く遊離したO2-イオンをとり込みSiO2＋
2O2-→SiO4 4 -となつて安定なイオン分子として存
在し易いと言われている。以上の化学反応を式で
表わすと次のようになる。 SiO2＋2CaOSiO4 4 -＋2Ca2+ ……(2) ここでウラニルイオンの捕集に関与するスラグ
イオンがSiO4 4 -とする(1)式の反応で得られる複合
体は次の生成物となる。 SiO4 4 -＋2UO2 2 +SiO4（UO2）2 ……(3) 今、(3)式が除染に支配的であるとするなば、
SiO44 -イオンの生成量が多いほど除染効果は高い
はずである。SiO2→CaO系スラグで混合比を
色々と変えた時、CaO／SiO2モル比に対して一
定量のスラグ中で生成するSiO4 4 -イオン生成量を
計算すると、第２図に示す関係となる。図よりモ
ル比が２のとき最大になることがわかる。 一般に、CaOのごときイオン結合性の高い酸化
物を塩基性酸化物、SiO2のごとき共有結合性の
高い酸化物を酸性酸化物と区別する。さらに厳密
な規定法ととして、金属陽イオンと酸素陰イオン
のそれぞれの原子価をZ+，Z-とし、両イオン間
距離をａ（Å）とした時、両イオン間の引力Ｉを
次式で表わし、Ｉの値で塩基性と酸性を区別す
る。 Ｉ＝Z+・Z-／a2＝2Z+／a2 ……(4) (4)式でＩ値が１未満の無機酸化物を塩基性、１
以上と大きい無機酸化物を酸性とする。代表例を
あげると、CaO＝0.7，SiO2＝28，Al2O3＝1.9で
ある。多成分系のスラグ剤において、スラグのイ
オン的性質を示す定義として塩基度が使われる。 塩基度＝塩基性無機酸化物（モル数）／酸性無機酸化
物（モル数）……(5) 第２図に示したCaO／SiO2モル比は(5)式で示
す塩基度に対応しており、SiO4 4 -イオンの生成量
は塩基度２の時最大になることを示している。塩
基度が１以下のときSiO4 4 -イオンの絶対量が不足
しCa2+やO2-が過剰になる、一方、塩基度が３以
上になると、SiO2が過剰になりSiO2が重合して
還状陰イオンとなつて挙動する。例えばSiO2が
２分子重するとSiO2O4となり、ケイ酸アニオン
の生成反応は次式となる。 Si2O4＋2CaOSi2O4 6 -＋2Ca2+ ……(6) (6)式の場合Si2O4 6 -の生成量のみに着目すると、
塩基度が１のときに最大値を示す。従つて、上記
スラグで重合体を含むケイ酸アニオンがウラン捕
集反応に寄与しているとすれば、ケイ酸アニオン
の生成量が最大になる塩基度２以下、１以上の範
囲で除染効果が最大になると考えた方が妥当であ
る。このような理論的な根拠のもとに代表的な酸
性―塩基性混合酸化物SiO2―Al2O3―CaOスラグ
剤を用いて、ウラン化合物で汚染した鉄材の溶融
試験を行つた。その結果を第３図に示す。 第３図の実験条件は表面付着ウラン濃度
500ppm相当、スラグ添加量は鉄材重量の10wt
％、加熱温度約1650℃である。図より、塩基度
1.5前後において除染係数は最大になることがわ
かる。ここで除染係数は（金属汚染ウラン量）／
（除染後の金属中ウラン量）で求めた。 除染係数は理論的に導くことができ、(3)式にお
ける反応で生成したSiO4（UO2）2が除染反応に関
与しているものとすれば除染係数DFは次式で表
わすことができる。 DF＝WS／WM・（％SiO4（UO2）2）／〔％SiO4（UO2）2〕
＋１＝WS／WMＬ＋１ ……(7) ここで、WS：スラグ剤の重量 WM：金属の重量 （％ ）：スラグ中の重量百分率、 〔％ 〕：金属中の重量百分率、 Ｌ ：複合酸化物の分配率、を示す。 (7)式からDFはスラグ・ウラニルイオン複合体
の分配率Ｌに依存することがわかる。しかし、一
般的にＬは被分配物質の濃度に依存すると言われ
ており、汚染物質であるウランの濃度に対してＬ
は必ずしも一定値をとらない。一方、完全除染に
最適な、十分なDF値を一様に規定することはで
きず、むしろより高いDF値が要求されるのみで
ある。実際に低レベル汚染廃棄物を対象にした場
合、表面汚染レベルで10-3μCi／cm2以下、濃度に
して約100ppmと考えられるで、例えば鉄に付着
したウラン濃度が100ppmとしたとき、一般廃材
中のウラン濃度0.02ppmまで汚染するのに必要な
DF値は５×103となる。この観点から第３図のグ
ラフをみると、SiO2―Al2O3―CaO系スラグを用
いた場合には塩基度が１〜２の間にあるスラグ剤
を用いれば一応満足すべき除染効果が得られるこ
とがわかる。 一方、同じ塩基度範囲であつても、スラグ剤の
構成成分が変わる除染係数も大きく変わる。例え
ば第３図からわかるようにSiO2―Fe2O3―CaO系
スラグを用いたときには、約１桁除染係数が悪く
なる。しかし、塩基度１〜２の範囲に最適値が存
在することにおいては、前記SiO2―Al2O3―CaO
系スラグを用いた場合と同様の傾向にある。この
ことはSiO2―CaO系スラグを基本とした場合、
塩基度１〜２の範囲に除染効果が最大となる最適
値が存在し、ウランの捕集機構から考祭して予想
したように、SiO4 4 -イオンの生成量と除染効果は
ほぼ一致した傾向を示している。SiO2―Al2O3―
CaO系スラグ剤において、 Al2O3をFe2O3に換えると総じて除染係数は高
くないが、SiO2―Al2O3―CaO系スラグ剤に第三
成分を添加すると除染効果が向上する場合もあ
る。表１に第三成分添加による除染係数向上の例
を示す。表において、第三成分を添加したことに
よる除染係数向上の理由は二つ考えられる。一つ
は、塩基度がより最適な塩基度範囲である１〜２
の範囲に推移したため、他の理由は第三成分が固
有の除染反応促進効果を有しているためである。
従つて、最適なスラグ組成を選定する条件は、除
染効果が本質的に高い種類のスラグ成分を用い、
かつ最適な塩基度範囲になるように成分比を調整
することにある。これによつて処理金属中のウラ
ン濃度を原材中のウラン濃度と同等もしくはそれ
以下にすることができる。 本発明者らは放射性物質で汚染した物質の除染
係数を高め、最適な条件下で溶融除染が可能とな
るスラグ剤の選定方式を検討した。その結果、ス
ラグ剤の塩基度が１から２の間の範囲、すなわち
塩基性無機酸化物のスラグ中のモルパーセントが
50から66の範囲にあり、残部がケイ酸を含む酸性
無機酸化物である組成のスラグ剤を用いると除染
条件を最適化しうることを、除染機構の推定と実
験の結果から見い出し、本発明を完成するに至つ
た。 すなわち、SiO2―CaO―Al2O3系スラグ剤にお
いては、第４図に示す三成分系図における図示範
囲にあることが条件となる。この塩基度の範囲で
あればCaOを他の塩基性無機酸化物に、SiO2や
Al2O3を他の酸性無機酸化物に変え、より高い除
染効果を得ることも可能である。さらに、無機フ
ツ化物を代表例とする無機ハロゲン化合物は、イ
オン化傾向が高く、重合したケイ酸の結合を切断
し、結果的にケイ酸イオンを増大させる作用があ
つて除染効果を高める。無機ハロゲン化物はイオ
ン結合性の高い傾向を示すので、塩基性酸化物と
置き換わることが可能である。このため等モルの
ハロゲン化物と塩基性酸化物で置き換えても、ハ
ロゲン化物を塩基性酸化物とみなして塩基度を計
算し、その塩基度を１から２の範囲に調整すれば
除染用スラグ剤として有効である。無機ハロゲン
化物では特にフツ化物が有効である。 以上、溶融除染効果のみをねらつたスラグ剤組
成について述べてきたが、実際にはスラグ剤の融
点もスラグ剤選定の条件になる。スラグ剤の融点
は対象金属の融点に近く、かつ可能な限り低い方
が良い。従つて、第４図に示すSiO2―Al2O3―
CaO系スラグ剤を例にとつても、塩基度が１〜２
の範囲にあつて、なおかつ融点が鉄の融点1550℃
よりも低い範囲はさらに限定を受ける。スラグの
低融点化に対してはハロゲン化物を添加すると効
果があり、除染効果を高めることと合いまつて一
部ハロゲン化物を添加することは有効である。 本発明における適用金属は鉄以外にステンレス
を始めとする鉄合金および銅があげられる。 また、汚染核種としては、ウラン以外にプルト
ニウムなどの超ウラン元素およびその他の安定な
酸化物形態を有する放射性元素があり、本発明は
これら放射性物質で汚染した金属の除染にも適用
可能である。 〔発明の実施例〕 第１図に示す放射能汚染金属の溶融装置におい
て、上述した操作手順に従つてウラン汚染金属の
溶融処理を行つた。本実施例ではウラン汚染濃度
500ppm相当を99％純鉄表面に塗布したのち、
10wt％量の各種スラグ剤と共にルツボにおさめ、
約1650℃加熱溶融後得られたインゴツト中のウラ
ン濃度を測定し除染係数を求めた。実施例の結果
を第３図と表１に示す。第３図において最適塩基
度範囲にあつて、最も高い除染係数が得られたス
ラグ剤の組成例はモル％で12SiO2―61CaO―
27Al2O3（塩基度＝1.56）であつた。表１のNo.１〜
３にはSiO2―Al2O3―CaO系スラグの組成比を変
えることによつて塩基度を変化させ、No.１に塩基
度１以下の例を、No.２に塩基度１〜２の例を、No.
３に塩基度２以上の例をあげた。いづれも103以
上の除染係数を示しているが、塩基度1.5前後に
於ては104以上の除染係数が得られ、第３図にお
いて塩基度１〜２の範囲のスラグ剤を用いれば、
500ppm程度の汚染金属を原材レベルまで除染で
きることがうかがえる。次に、表１のNo.４〜６に
はNo.１の組成スラグ剤に第三のスラグ成分を添加
した例を示す。No.４でMgOを添加したことによ
り、塩基度は0.82から1.03側へ推移した影響もあ
つてやや除染係数が上つた。No.５にMgOをCaF2
に換えた例を示す。CaF2はMgOよりは除染効果
が高く、フツ化物で塩基性酸化物の一部を置き換
えることによつて除染効果が高くなることの例を
示している。No.６はMgOやCaF2の換えてNiOを
添加した例を示すが、これでは大巾に除染係数が
上昇している。この理由はNiOが除染金属母材で
ある鉄酸化物、FeOやFe2O3よりも生成自由エネ
ルギーが小さく、NiO＋FeFeO＋Niなる反応
で還元を受け易く、溶融スラグ―金属界面近傍で
酸素イオン濃度を増し、これらイオンの受けけ渡
しが活発となり、結果としてウラン化合物の捕集
イオンと考えられるSiO4 4 -などのスラグイオンの
生成を促進するためと考えられる。
【表】
〔発明の効果〕
以上のように本発明によれば、溶融処理金属に
適したスラグ成分種、およびスラグの融点や処理
後の金属の化学的性質等を調整するために添加す
るスラグ成分種を決めた後、スラグの塩基度が
1.5前後の値になるような組成比に調整すること
によつて最適な除染用スラグ剤を与えることがで
きる。
適したスラグ成分種、およびスラグの融点や処理
後の金属の化学的性質等を調整するために添加す
るスラグ成分種を決めた後、スラグの塩基度が
1.5前後の値になるような組成比に調整すること
によつて最適な除染用スラグ剤を与えることがで
きる。
第１図は溶融処理装置のフロー図、第２図は
SiO2―CaO系溶融スラグの塩基度とSiO4 4 -イオン
生成量（計算値）の関係図、第３図は塩基度と除
染係数の関係図、第４図はSiO2―Al2O3―CaO系
スラグ剤における塩基度0.5〜３の範囲の組成比
を限定する図を示す。 １…ルツボ、２…密閉型電気炉、３…ケミカル
トラツプ、４…排気ポンプ、５…不活性ガスボン
ベ、６…ヒータ、７…溶融スラグ、８…溶融金
属。
SiO2―CaO系溶融スラグの塩基度とSiO4 4 -イオン
生成量（計算値）の関係図、第３図は塩基度と除
染係数の関係図、第４図はSiO2―Al2O3―CaO系
スラグ剤における塩基度0.5〜３の範囲の組成比
を限定する図を示す。 １…ルツボ、２…密閉型電気炉、３…ケミカル
トラツプ、４…排気ポンプ、５…不活性ガスボン
ベ、６…ヒータ、７…溶融スラグ、８…溶融金
属。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 放射性物質で汚染した金属に塩基性無機酸化
物と酸性無機酸化物と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
させる放射性汚染金属の溶融除染方法において、 前記酸性無機酸化物はケイ酸であり、且つ塩基
度が１から２の間にある組成の前記スラグ剤を用
いることを特徴とする放射性汚染金属の溶融除染
方法。 ２ 前記塩基性無機酸化物の一部または全部を無
機ハロゲン化物に置き換え、双方の和によるの塩
基度が１から２の間にある組成の前記スラグ剤を
用いることを特徴とする特許請求の範囲第１項記
載の放射性汚染金属の溶融除染方法。 ３ 前記放射性物質で汚染した金属が、鉄もしく
は鉄を含む合金であることを特徴とする特許請求
の範囲第１項記載の放射性汚染金属の溶融除染方
法。 ４ 前記添加するスラグ剤は前記塩基性無機酸化
物として少なくとも酸化カルシウムを含むことを
特徴とする特許請求の範囲第１項記載の放射性汚
染金属の溶融除染方法。 ５ 前記酸性無機酸化物として更に酸化アルミニ
ウムを含むことを特徴とする特許請求の範囲第４
項記載の放射性汚染金属の溶融除染方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14754484A JPS6126898A (ja) | 1984-07-18 | 1984-07-18 | 放射能汚染金属の溶融除染方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14754484A JPS6126898A (ja) | 1984-07-18 | 1984-07-18 | 放射能汚染金属の溶融除染方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6126898A JPS6126898A (ja) | 1986-02-06 |
| JPH0531759B2 true JPH0531759B2 (ja) | 1993-05-13 |
Family
ID=15432718
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP14754484A Granted JPS6126898A (ja) | 1984-07-18 | 1984-07-18 | 放射能汚染金属の溶融除染方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6126898A (ja) |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE69503338T2 (de) * | 1994-11-25 | 1998-11-19 | Doryokuro Kakunenryo | Schmelzverfahren zur Dekontaminierung von radioaktiven kontaminierten Metalen |
| FR2730091A1 (fr) * | 1995-02-01 | 1996-08-02 | Commissariat Energie Atomique | Decontamination de zircaloy a l'aide d'un laitier par une operation de fusion en creuset froid avec tirage continu du lingot |
| KR100234828B1 (ko) | 1995-10-16 | 1999-12-15 | 카나가와 치히로 | 액정조성물 및 이를 함유하는 액정표시소자 |
| DE19543549A1 (de) * | 1995-11-22 | 1997-05-28 | Siemens Ag | Verfahren zur Verwertung kontaminierter Metallteile |
| DE19546789A1 (de) * | 1995-12-14 | 1997-06-19 | Siemens Ag | Verfahren zur Verwertung kontaminierter Metallteile |
| AU2003902200A0 (en) | 2003-05-06 | 2003-05-22 | Meggitt (Uk) Ltd | Heat exchanger core |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5928700A (ja) * | 1982-08-11 | 1984-02-15 | 株式会社日立製作所 | 放射性物質汚染金属の溶解処理装置 |
-
1984
- 1984-07-18 JP JP14754484A patent/JPS6126898A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6126898A (ja) | 1986-02-06 |
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