JPH10232298A

JPH10232298A - 放射化汚染材料の除染方法

Info

Publication number: JPH10232298A
Application number: JP3732097A
Authority: JP
Inventors: Yuichi Shoji; 裕一東海林; Koji Mizuguchi; 浩司水口; Hitoshi Sakai; 仁志酒井; Masaru Komatsubara; 勝小松原
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1997-02-21
Filing date: 1997-02-21
Publication date: 1998-09-02

Abstract

(57)【要約】【課題】放射化した汚染材料中に含まれる放射性物質を
除染し、除染後の材料を回収して再利用し、廃棄物量を
減少させる。【解決手段】放射化汚染材料１を溶融塩中で塩素による
溶解工程２で溶解し、前記材料１を含んだ塩溶融を低融
点金属（Ｐｂ）と接触させて置換反応３し放射性物質
（Ｎｉ，Ｃｏ）のみを還元して低融点金属（鉛相４）中
に回収する。置換反応３の後、低融点金属鉛相４と溶融
塩相７を分離する。低融点金属鉛相４を蒸留５して放射
性物質６と鉛とに分離して回収鉛10とする。一方、溶融
塩７中に溶解している他の金属イオンを電解工程８によ
り陰極で金属に還元し、溶融塩が付着しているＦｅ，Ｃ
ｒ回収物９を回収した後、溶融塩蒸留12として溶融塩11
とＦｅ，Ｃｒの有用金属13を分離する。溶融塩11は溶解
工程２にフィードバックし、回収鉛10は鉛のリサイクル
15により置換反応３の工程に戻し、除染後の有用金属13
は再利用する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、原子力発電所など
の施設から発生する放射性廃棄物のうち、構造材，配管
等の主に金属材料または金属酸化物材料で、これら材料
の表面または材料内部の放射性物質を除去（除染）する
ことで、再利用を図ることができるように構成した放射
化汚染材料の除染方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の放射性汚染物質の汚染除去方法と
しては材料表面が放射性物質で汚染されたものを対象と
していた。この場合、材料表面の汚染物質を物理的手段
または化学的手段により除去する方法が一般的に行われ
ている。前者はサンドブラストなどの研磨により材料表
面の汚染物質を除去する方法である。また後者は、電解
や酸溶液により材料表面の酸化膜を溶解して除染する方
法である。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
除染方法は下記のような課題がある。すなわち、放射化
物のように放射性物質が表面のみならず、内部にも混在
する場合には従来の方法では対応が困難である。その困
難な理由として、表面から溶解する方法は溶解速度が遅
いので、母材全体までの溶解に要する時間が長時間に及
ぶ。また、選択的に放射性物質のみ分離することは困難
であり、放射性物質の分離係数（ＤＦ）を10程度に上げ
るためには分離操作を何段も組む必要があるなど、操作
が複雑になり処理時間を要する。

【０００４】本発明は、前記課題を解決するためになさ
れたもので、放射化汚染材料中に含まれる放射性物質を
非放射性または低放射性の構成成分と分離し、構成成分
は有用物質として再利用できるレベルまで除染して回収
し、廃棄物量を減少できる効率的な放射化汚染材料の除
染方法を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】

(1) 本発明は表面または内部が放射性物質で汚染してい
る放射化汚染材料を溶融塩中で塩素ガスの作用により溶
解し、この溶融塩を低融点金属（液体金属）と接触させ
て放射性物質のみ還元して低融点金属中に回収した後、
低融点金属相と溶融塩相を分離し、低融点金属相は蒸留
して放射性物質と溶融金属を分離し、一方、溶融塩中に
溶解している他の金属イオンは電解により陰極で金属に
還元して回収した後、溶融塩と分離し再利用に供するこ
とを特徴とする。

【０００６】(2) 前記放射化汚染材料は原子力発電所な
どの施設から発生する表面が放射性物質で汚染された構
造物、配管等の放射化金属材料、および表面に酸化物の
膜を形成した構造物、配管等の放射化酸化物材料、もし
くは脱被覆後の金属廃棄物（ハル）からなることを特徴
とする。

【０００７】(3) 前記低融点金属はこの金属の塩化物の
生成自由エネルギーが除去しようとする放射性物質の塩
化物の生成自由エネルギーとその他の物質の塩化物の生
成自由エネルギーとの中間にあることを特徴とする。 (4) 前記低融点金属は、原子力発電所などの施設から発
生した汚染鉛、または廃棄用鉛を用い、この鉛の除染も
併せて行い再利用することを特徴とする。

【０００８】(5) 表面または内部が汚染している金属材
料または酸化物材料を溶融塩中で塩素ガスの作用により
溶解させる工程において、表面の酸化物膜を溶解させる
ために炭素成分を共存させて溶解を促進することを特徴
とする。

【０００９】(6) 前記低融点金属相と溶融塩相を分離す
る方法または陰極に回収した金属と溶融塩を分離する方
法において、両者の沸点の差を利用して蒸留分離する
か、または融点の差を利用して固液分離するか、あるい
は比重の差を利用して液体の２相を分離し、相互に分離
することを特徴とする。

【００１０】(7) 表面または内部が汚染している金属材
料または酸化物材料を溶融塩中で溶解する方法におい
て、前記材料を溶解用バスケットに投入後、低融点金属
をバスケットに入れて溶融させ、低融点金属を陽極とし
て電気的に前記材料を溶解させながら陰極で放射性物質
以外の有用金属のみを回収することを特徴とする。

【００１１】(8) 前記低融点金属は鉛、錫、ビスマス、
カドミウムを単独または他の金属との合金の形で投入
し、融点以上に加熱して液体とし、低融点金属を媒体と
して電流を溶解させたい材料に通じさせることを特徴と
する。

【００１２】(9) 表面または内部が汚染している金属材
料および酸化物材料を溶融塩中で溶解する方法におい
て、前記材料を溶解用バスケットに投入後、低融点金属
をバスケットに入れて溶解させ、低融点金属を陽極とし
て前記材料を電気的に溶解させながら、陰極で放射性物
質以外の有用金属のみを回収する方法において、前記有
用金属を固体陰極で回収後、残存する放射性物質を固体
陰極または低融点金属からなる液体陰極で回収すること
を特徴とする。

【００１３】(10)表面または内部が汚染している金属材
料および酸化物材料を溶融塩中で溶解する方法におい
て、前記材料を溶解用バスケットに投入後、低融点金属
をバスケットに入れて溶融させ、低融点金属を陽極とし
て前記材料を電気的に溶解させながら、陰極で放射性物
質以外の有用金属のみを回収する方法において、有用金
属の塩化物の生成自由エネルギーが放射性物質の塩化物
の生成自由エネルギーよりも小さい、塩化物が安定な低
融点の金属を共存させ、溶融塩中に溶解している放射性
物質の塩化物を低融点金属と化学反応により置換させて
金属に還元し、低融点金属中に回収することを特徴とす
る。

【００１４】(11)前記低融点金属と溶融塩との界面を機
械的に撹拌して、放射性物質と低融点金属との間の物質
移動を促進することを特徴とする。 (12)表面または内部が汚染している金属材料を溶融塩中
で溶解させる方法において、溶融塩の塩化物成分を放射
性物質の塩化物生成自由エネルギーよりも大きなもの
（不安定なもの）を用いて構成し、金属材料の成分金属
を化学的な置換反応により金属から塩化物に転換して溶
融塩中に溶解させることを特徴とする。

【００１５】(13)表面または内部が汚染している金属材
料もしくは酸化物材料を溶解用バスケットに投入後、低
融点金属をバスケットに入れて溶融し、これを陽極とし
て材料を電気的に溶解し、陰極にて放射性物質以外の有
用金属を回収する方法において、陽極電位を有用金属の
標準酸化還元電位と放射性物質のそれとの間に制御し、
陽極側では放射性物質以外の有用金属成分を溶解させ陰
極では溶解成分のみを析出させることを特徴とする。

【００１６】(14)表面または内部が汚染している金属材
料もしくは酸化物材料を溶解用バスケットに投入後、低
融点金属をバスケットに入れて溶融し、これを陽極とし
て材料を電気的に溶解し、陰極にて放射性物質以外の有
用金属を回収する方法において、溶解、析出工程を何回
か繰り返すことにより放射性物質の溶融塩中の含有量を
高めた後、陰極電位を有用金属の標準酸化還元電位と放
射性物質のそれとの間に制御し、陽極側では材料成分を
溶解させ陰極では溶解成分のうちの放射性物質を金属と
して析出させることを特徴とする。

【００１７】(15)表面または内部が汚染している金属材
料を溶融塩中で除染する方法において、前記金属をバス
ケットに入れた状態で溶融カドミウム中に浸漬し、金属
成分のニッケル、コバルトを溶解させ、未溶解分である
鉄、クロムと分離することを特徴とする。

【００１８】

【発明の実施の形態】

（第１の実施の形態）図１により本発明に係る放射化汚
染材料の除染方法の第１の実施の形態を説明する。

【００１９】鉄，クロムを主体とし放射性物質としてニ
ッケルとコバルトを含む汚染物や放射化物等の放射化汚
染材料１を図１に示すように、塩素（ｃｌ₂）などの強
酸化性ガスを用いて溶融塩中で溶解工程２で溶解する。
つぎに例えば、鉛を用いて化学的な置換反応３を行う。

【００２０】この置換反応３では、溶融塩中に存在して
いる放射性物質の主成分であるニッケル、コバルトは鉛
によって塩化物から金属に還元され、鉛相４に抽出さ
れ、同時に鉛の一部は塩化物となって溶融塩７中に溶出
する。この鉛相４を蒸留５して分離することでニッケ
ル、コバルトを鉛と分離し、回収鉛10は鉛のリサイクル
15により置換反応３へ戻され再使用に供する。

【００２１】一方、溶融塩７中には材料や放射化物の主
成分である鉄、クロムなどが残り、これを電解工程８で
電解し、陰極に固体状鉄とクロムを回収する。Ｆｅ，Ｃ
ｒ回収物９には溶融塩が付着しているため、蒸留12して
溶融塩を分離し、鉄とクロムの有用金属13を回収する。

【００２２】蒸留する代りに、溶融して溶融塩11と金属
に分離しても同様に鉄とクロムが回収できる。分離した
溶融塩11は再使用のため溶融塩のリサイクル14として、
溶解工程２に戻す。回収鉛10は再使用のため鉛のリサイ
クル15として置換反応３工程に戻す。

【００２３】上記の化学的な置換反応３の原理を図２に
示す。図２に示すように、塩化物の生成自由エネルギー
を比較すると、クロム（Ｃｒ），鉄（Ｆｅ），コバルト
（Ｃｏ），ニッケル（Ｎｉ）の順番で塩化物の生成自由
エネルギーが大きく（絶対値は小さく）なる。

【００２４】Ｐｂと塩化物は反応しないが、例えば、金
属の鉛と塩化コバルトや塩化ニッケルが共存すると、鉛
の方が塩化物になりやすいので、塩化鉛となり、ニッケ
ルやコバルトは還元されて、金属になる以下の反応を示
している。Ｐｂ＋ＣｏＣｌ₂→ＰｂＣｌ₂＋ＣｏＰｂ＋ＮｉＣｌ₂→ＰｂＣｌ₂＋Ｎｉ

【００２５】（第２の実施の形態）つぎに図３および図
４により本発明に係る放射化汚染材料の除染方法の第２
の実施の形態を説明する。

【００２６】図３に示すように、汚染物または放射化物
等の放射化汚染材料１を適当な大きさに切断16し、例え
ばカーボンやセラミックス製のバスケットに投入17し、
これに例えば鉛金属18を混ぜ、溶融塩中に投入する。鉛
は融点が低いので、操作温度を500 ℃程度に加熱すれば
溶融し液体金属として存在する。このため、液体鉛を介
して電流を放射化汚染材料１に供給することができる。
鉛は液体金属であるため電気的な接触性は極めて良くな
る。

【００２７】陽極電位を例えば、構造材の主成分である
鉄、クロムの標準酸化還元電位と放射性物質の主成分で
あるニッケル、クロムの中間に保持し第１の電解19を行
うと、鉄、クロムは溶解し、溶融塩中に塩化物イオンと
なって存在する。このため、陰極では鉄、クロムが有用
金属９として回収され、これは蒸留分離12することで溶
融塩11と有用金属13に分離でき有用金属の再利用22を行
い、また溶融塩11も溶融塩のリサイクル14により再利用
できる。

【００２８】一方、残存している放射性物質は第２の電
解21により陽極で溶解され、陰極において放射性物質６
の金属として回収されるが、これには鉛が含まれている
場合もあり、蒸留分離５により鉛成分を分離して回収し
回収鉛10を鉛のリサイクル15として再利用する。

【００２９】また、通常の汚染金属および放射化物では
鉄の量が多く、ニッケルやコバルトの量は少ないので、
図３に示すように、鉄とクロムを回収する電解を何サイ
クルか繰り返し20、これらの存在量を増やして、電解が
行いやすくしてからニッケル、コバルトを電解で回収し
ても良い。

【００３０】電解工程の分離方法の原理を図４を用いて
説明する。すなわち、クロム（曲線27），鉄（曲線2
6），鉛（曲線25），コバルト（曲線24），ニッケル
（曲線23）のそれぞれの標準酸化還元電位は図４に示す
ように、450 ℃において、-0.698，-0.445，-0.37 ，-
0.264，-0.068（ＶｖｓＡｇ／ＡｇＣｌ）であり、図中
の（Ｂ）の範囲で制御することで、Ｃｒ→Ｃｒ²⁺，Ｆｅ
→Ｆｅ²⁺の溶解電流27，26、Ｆｅ²⁺→Ｆｅ，Ｃｒ²⁺→Ｃ
ｒ析出電流31，32のみ流れるので、コバルト、ニッケル
を溶出することなく分離できる。

【００３１】残ったコバルト、ニッケルはさらに電解を
行い溶解、析出して回収するが、今度は図４に示すよう
に、（Ａ）の範囲で電解を行う。このため、溶融してい
る鉛も一部溶解する。陰極で析出する電位を鉛の析出電
位よりも高く保持できれば、鉛は析出しないはずである
が、実際は制御を厳密に行うことが難しく、また鉛の溶
融塩中の濃度が高くなるので一部は析出する。

【００３２】しかし、鉛は析出して固体になると直ちに
溶融して液体になり、析出物から脱落するので、コバル
ト、ニッケルに含まれる量はわずかである。このため鉛
の大部分はリサイクルして利用することができる。

【００３３】図４において、符号23はＮｉ→Ｎｉ²⁺の溶
解電流，24はＣｏ→Ｃｏ²⁺の溶解電流，25はＰｂ→Ｐｂ
²⁺の溶解電流，26はＦｅ→Ｆｅ²⁺の溶解電流，27はＣｒ
→Ｃｒ²⁺の溶解電流，28はＮｉ²⁺→Ｎｉの析出電流，29
はＣｏ²⁺→Ｃｏの析出電流，30はＰｂ²⁺→Ｐｂの析出電
流，31はＦｅ²⁺→Ｆｅの析出電流，32はＣｒ²⁺→Ｃｒの
析出電流をそれぞれ示している。

【００３４】また、（Ａ）の範囲で制御すると、陽極側
（＋）ではクロム、鉄、鉛、コバルト、ニッケルの順に
全て溶解し、陰極側（−）ではコバルト、ニッケルのみ
析出し、クロム、鉄は析出せず塩化物として溶解する。

【００３５】一方、（Ｂ）の範囲で制御すると、陽極側
（＋）ではクロム、鉄の順に溶出し、コバルト、ニッケ
ルは溶出しないで金属として存在する。また、陰極側
（−）では全ての金属が析出できる電位であるが、ニッ
ケル、コバルトは溶解しておらず鉄、クロムのみ析出す
る。

【００３６】（第３の実施の形態）つぎに図５により本
発明に係る放射化汚染材料の除染方法の第３の実施の形
態を説明する。

【００３７】図５において、符号33は電解槽で、電解槽
33の下部にバルブを有するドレン口41が設けられてい
る。この電解槽33内に放射化汚染材料１を収納したるつ
ぼ40が設置される。このるつぼ40の上端に陰極（円筒）
35が設けられ、この陰極35には多数のガス抜き孔43が設
けられている。るつぼ40内には陽極（鉛）が投入されて
おり、陽極37に先端部が接して筒状体で保護された陽極
のリード線36が電解槽33外に導出している。

【００３８】電解槽33内の下部には金属鉛44が収納さ
れ、その上部に溶融塩34が収納され、金属鉛44に接して
負のリード線42が電解槽33外に導出している。なお、符
号38は陰極35の内面に析出するクロム、鉄の有用金属
で、39は金属鉛44中に析出するニッケル、コバルトの放
射性物質（金属）である。

【００３９】図５に示すように、系の温度を例えば、50
0 ℃に保持し、電解槽33に収納した溶融塩34中でるつぼ
40内に放射化汚染材料１を収納し、液体鉛37を陽極とし
て溶解を行う。第２の実施の形態で述べた原理に従って
鉄、クロムは溶解し、円筒状陰極35にクロム、鉄等の有
用金属38として回収される。この際、電位が鉛の溶解電
位にまで高くなって溶出しても、鉛は陰極で液体となり
脱落するので、電解槽33の底部にたまるか、あるいはる
つぼ陽極37に再回収できる。

【００４０】また、電位が高くなって、ニッケルやコバ
ルトが塩化物となって溶出しても、第２の実施の形態に
示した原理に従い、鉛が化学的な置換反応によって塩化
物となる反応が起こり、ニッケルやコバルトは塩化物か
ら金属に還元され、陽極のるつぼ40の中の鉛相に回収さ
れ、陰極35に析出することはない。このようにして極め
て両者の分離が良い電解が行われ、鉄、クロムの有用金
属38が回収できる。

【００４１】一方、残った放射性物質を別の固体陰極で
回収しても良いが、溶融鉛のような液体をリード線42を
介して陰極としこの中にニッケル、コバルトの放射性物
質39を析出させて回収し、これをドレン口41から排出し
て分離回収することも可能である。このようにすると、
放射能濃度の高い物質であっても金属鉛44が遮蔽材の働
きをして、容易にハンドリングすることができる。作業
員の被曝量を低減する意味でも有効に作用する。

【００４２】（第４の実施の形態）図６により本発明に
係る放射化汚染材料の除染方法の第４の実施の形態を説
明する。

【００４３】本実施の形態は第３の実施の形態におい
て、るつぼ40を溶融塩34内に位置させ、溶融塩34と液体
鉛44の界面にまたがってインペラを有する撹拌機45を設
けたことにより、鉄、クロムと放射性物質であるニッケ
ル、コバルトの分離性能をさらに高めたことにある。

【００４４】ここでは、第３の実施の形態と同様に液体
鉛44を下部に設置し、溶融塩34相にるつぼ40を設置して
陽極溶解を行いながら、固体陰極35で鉄、クロムの有用
金属38を析出回収する。ニッケルやコバルトがもし塩化
物となり溶解した場合にはるつぼ40内の溶融鉛37で置換
反応により金属として回収する。

【００４５】この置換反応が不十分な場合には撹拌機45
により溶融塩34相と液体鉛44の界面を撹拌し、ニッケ
ル、コバルトの塩化物の放射性物質39を液体鉛44中に化
学的な置換反応により回収する。

【００４６】（第５の実施の形態）図７により本発明に
係る放射化汚染材料の除染方法の第５の実施の形態を説
明する。

【００４７】本実施の形態は第４の実施の形態におい
て、るつぼ40の代りにバスケット46を使用し、このバス
ケット46に回転上下動機構47を設け、液体鉛44の代りに
液体カドミウム48を使用したことにある。

【００４８】図７に示すように、液体金属としてカドミ
ウム48を用い、溶融塩２と共存させた状態で、バスケッ
ト46内に放射能汚染材料を入れ、系を500 ℃程度に保持
し、撹拌機45により液体カドミウム48を撹拌しながら溶
解させる。カドミウム48中にニッケルは１ａｔ％，コバ
ルトは0.01ａｔ％溶解するが、鉄、クロムの溶解度は0.
001 ａｔ％以下でありほとんど溶解しない。

【００４９】このため、液体カドミウム48中にはニッケ
ル、コバルトが溶解しており、主成分である鉄、クロム
はバスケット46内に残存する。液体カドミウム48は強制
的に撹拌し、放射能汚染材料１の溶解反応を促進させ
る。

【００５０】バスケット46内に残った鉄、クロムはその
まま使用しても良いが、バスケット46自体またはバスケ
ット46に低融点金属を投入して陽極36とし、電解するこ
とで鉄、クロムを溶解し陰極35に鉄、クロムを析出させ
て回収するとさらにニッケル、コバルトと良好に分離す
ることができる。

【００５１】（第６の実施の形態）図８により本発明に
係る放射化汚染材料の除染方法の第６の実施の形態を説
明する。

【００５２】本実施の形態は第１および第２の実施の形
態において、溶融金属と溶融塩、陰極に析出した固体金
属と溶融塩の分離工程が必要となるので、蒸留法の他
に、融点、沸点および比重の差を利用した分離方法にあ
る。図８はその分離方法を実施するための概略図を示し
たものである。

【００５３】図８中、符号49は筒状加熱容器で、この加
熱容器49には中央部から下方にわたり電気炉50が配設さ
れ、上部にはベローズ51を介して長尺の蒸気管52が接続
されている。蒸気管52の外側は保温用ヒータ53で包囲さ
れている。蒸気管52の端末は分離容器54に接続してい
る。分離容器54の上端には排気管55が接続しており、排
気管55にはフィルタ56および減圧用ポンプ57が接続して
いる。

【００５４】分離容器54の上部側面には溶融塩58の排出
バルブ59が接続し、分離容器54の下面には低融点金属60
の排出バルブ61が接続し、分離容器54の上端面にはガス
抜きバルブ62が接続している。加熱容器49の下部側面に
は溶融金属63の排出用バルブ64が接続しており、加熱容
器49の上部側には原料投入口65が設けられている。

【００５５】この原料投入口65にはベルトコンベア66が
設けられ、ベルトコンベア66に原料67を収納したバスケ
ット68が載置移動される。分離された溶融塩58，低融点
金属60及び溶融金属63はそれぞれのトレイ69に収納され
試料台70上に載置される。

【００５６】すなわち、例えば、鉄、クロム、鉛を含ん
だ金属と溶融塩の回収物を原料67とする。この原料67を
原料投入口65からバスケット68に入れて連続的に加熱容
器49内へ投入する。これらの原料は、鉄の融点1540℃，
クロムの融点1860℃以上に電気炉50で加熱すれば、溶融
する。

【００５７】その際、溶融塩58および低融点金属60であ
る鉛は沸点以上に加熱されるので、蒸発し保温用ヒータ
53で徐々に温度を下げながら液化させて分離容器54に導
く。この分離容器54内では操作温度を500 ℃程度に保持
することで溶融塩58と低融点金属60である鉛を比重差に
より分離する。

【００５８】前者の比重は約２（ｇ／cm³）程度であ
り、後者は11.3（ｇ／cm³）であるため、分離は十分で
ある。以上の分離操作は鉛を含んでいる場合であるが、
含まない場合であっても、分離容器54内に溶融塩が回収
でき、これを液体または冷却して固体としてプロセスで
再使用できる。また、鉛中に回収されたコバルト、ニッ
ケルも同様の方式で分離でき、その際、鉛は分離容器54
に、コバルト、ニッケルは加熱容器49に残る。

【００５９】（第７の実施の形態）図９により本発明に
係る放射化汚染材料の除染方法の第７の実施の形態を説
明する。

【００６０】本実施の形態は多数に汚染物や放射化物等
の放射化汚染材料の原料67が発生した場合には連続化し
て操業速度を向上させる必要があるので、これに適応し
た連続操業プロセスの発明である。

【００６１】図９中符号71は横長の反応装置で、この反
応装置71の上端左側には原料67を反応装置71内に投入す
る投入口ベルトコンベア66が配設されている。反応装置
71の下面は左側から右側へ向けて加工する傾斜面となっ
ている。

【００６２】反応装置71の下方には右端の出口管75から
左端の入口管76を介して鉛循環ライン72が接続され、こ
の鉛循環ライン72にはドレン口73および循環ポンプ74が
接続されている。ドレン口73の下方には貯蔵容器77が搬
送用コンベア78に載置されて設けられている。

【００６３】反応装置71内には溶融塩相79が収納され、
溶融塩相79中にはストッパ80が設けられ、ストッパ80は
上下駆動機構81に取り付けられて上下動自在となってい
る。また、反応装置71内には固体陰極82，液体陰極83お
よびコンタクトリード84，85はそれぞれ電源86に接続し
ている。なお、図９中符号87はニッケル、コバルトの微
細物，88は鉛相（液体）である。

【００６４】汚染物または放射化物の放射化汚染材料の
原料67は投入用ベルト66で一定量ずつ反応装置71に供給
され、装置71の底部には液体鉛88を存在させる。この状
態で、底部に傾斜面を設けておくと、原料67は電解で溶
解しながら反応装置71の右部へ移動してゆくと同時に
鉄、クロムなどが溶解し、細かくなってゆく（コバル
ト、ニッケルの微細物87）。

【００６５】これらは密度が鉛よりも小さいので、溶融
塩と鉛の中間に浮遊し、ストッパ80において遮ることが
できる。鉛相88は循環ライン72で循環される。反応装置
71のストッパ80の左側部分では主にニッケル、コバルト
を主成分とする放射能物質が界面に濃縮されてゆく。

【００６６】一方、溶解した鉄、クロムは固体陰極82で
回収し、再利用に供する。このような操業を連続的に行
ってゆくと、固体陰極で有用な金属が回収される一方、
界面で放射性物質が濃縮され両者は分離できる。

【００６７】放射性物質がある程度濃縮されると、スト
ッパ80を上下してドレン口73から鉛相88を直接排出し、
その際貯蔵容器77内に鉛と一緒に貯蔵する。一方、この
ような貯蔵方式が不適当な場合には、液体鉛88の陽極電
位をさらに上げて、鉛、ニッケル、コバルトを溶出さ
せ、固体陰極82に回収しても良い。また、液体陰極83に
コバルト、ニッケルを回収しても良い。

【００６８】

【発明の効果】本発明によれば、下記の通りの効果が得
られる。 (1) 放射性物質で汚染された汚染物や放射化物等の放射
化汚染材料を一旦溶解した後、低融点の溶融金属と置換
反応を行うことにより、放射性核種であるコバルト、ニ
ッケルは大部分が金属鉛の相に移行する。このため、溶
融塩中に鉄、クロムのみ残すことができ分離性能が良く
なるが、さらに電位を制御した電解を行うことで、分離
性能が向上し、極めて純度の良い鉄、クロムなどの有用
成分を効率よく分離回収できる。

【００６９】(2) 低融点金属として鉛を用いることがで
き、原子力発電所などの施設で大量に使用されている鉛
を除染できるばかりでなく、再利用することが可能であ
り、またこのプロセスの中にクローズド化して用いるこ
とができ廃棄物の再利用、低減が可能となる。

【００７０】(3) 分離したい放射性物質に応じて低融点
金属を使い分けることが可能であり、多くの金属材料の
除染法として適用性が広がる。 (4) 溶融塩電解法により溶解、析出を行う際に、処理速
度は電流密度によって設定でき安定した処理速度が保持
できる。また電位の制御により分離性能をコントロール
することができるなど、プロセス制御が容易となる。

【００７１】(5) 電解槽１基で汚染材料の受け入れ、溶
解、析出などの主要分離工程を行えるので、プロセスが
単純化できる。 (6) 金属材料ばかりでなく、溶解しにくい酸化物膜を形
成したような材料でも炭素を介在させることで金属材料
と同様な方法が適用でき、対象とする汚染物質、放射化
物の対象範囲が広がる。

【００７２】(7) 溶融塩や溶融金属などほとんど全ての
使用材料をクローズド化できるので廃棄物の発生量を少
なくできる。 (8) コバルト、ニッケルなどの放射能を分離、濃縮して
回収するので、回収物の放射線のレベルが上がり、特別
の放射線防護措置が必要であるが、本発明方法によれ
ば、鉛金属中に回収することが可能であるため、鉛の遮
蔽体としての効果により、装置表面の放射線レベルの上
昇が抑制でき、またハンドリングする際の作業員の被曝
量が軽減される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る放射性汚染材料の除染方法の第１
の実施の形態を示すプロセスフロー図。

【図２】図１における塩化物の生成自由エネルギーの比
較を示す模式図。

【図３】本発明に係る放射性汚染材料の除染方法の第２
の実施の形態を示すプロセスフロー図。

【図４】図３における電解工程の分離方法の原理を説明
するための電圧（Ｖ）と電流（Ａ）との関係を示す特性
図。

【図５】本発明に係る放射性汚染材料の除染方法の第３
の実施の形態を説明するための装置を示す概略断面図。

【図６】本発明に係る放射性汚染材料の除染方法の第４
の実施の形態を説明するための装置を示す概略断面図。

【図７】本発明に係る放射性汚染材料の除染方法の第５
の実施の形態を説明するための装置を示す概略断面図。

【図８】本発明に係る放射性汚染材料の除染方法の第６
の実施の形態を説明するための装置を示す概略断面図。

【図９】本発明に係る放射性汚染材料の除染方法の第７
の実施の形態を説明するための装置を示す概略断面図。

【符号の説明】

１…放射化汚染材料、２…溶解工程、３…置換反応、４
…鉛相、５…蒸留、６…放射性物質、７…溶融塩、８…
電解工程、９…Ｆｅ，Ｃｒ回収物、10…回収鉛、11…溶
融塩、12…蒸留、13…有用金属、14…溶融塩のリサイク
ル、15…鉛のリサイクル、16…切断、17…バスケット投
入、18…鉛金属、19…第１の電解、20…電解繰り返し、
21…第２の電解、22…有用金属の再利用、23…Ｎｉ→Ｎ
ｉ²⁺の溶解電流、24…Ｃｏ→Ｃｏ²⁺の溶解電流、25…Ｐ
ｂ→Ｐｂ²⁺の溶解電流、26…Ｆｅ→Ｆｅ²⁺の溶解電流、
27…Ｃｒ→Ｃｒ²⁺の溶解電流、28…Ｎｉ²⁺→Ｎｉの析出
電流、29…Ｃｏ²⁺→Ｃｏの析出電流、30…Ｐｂ²⁺→Ｐｂ
の析出電流、31…Ｆｅ²⁺→Ｆｅの析出電流、32…Ｃｒ²⁺
→Ｃｒの析出電流、33…電解、34…溶融塩、35…陰極
（円筒）、35ａ…陰極（棒状）、36…陽極のリード線、
37…陽極（鉛）、38…有用金属（クロム、鉄）、39…放
射性物質（ニッケル、コバルト）、40…るつぼ、41…ド
レン口、42…リード線、43…ガス抜き口、44…金属鉛
（液体鉛）、45…撹拌機、46…バスケット、47…上下移
動機構、48…液体カドミウム、49…加熱容器、50…電気
炉、51…ベローズ、52…蒸気管、53…保温用ヒータ、54
…分離容器、55…排気管、56…フィルタ、57…減圧用ポ
ンプ、58…溶融塩、59…排出バルブ、60…低融点金属、
61…排出バルブ、62…ガス抜きバルブ、63…溶融金属、
64…トレイ、65…原料投入口、66…ベルトコンベア、67
…原料、68…バスケット、69…トレイ、70…試料台、71
…反応装置、72…鉛循環、73…ドレン口、74…循環ポン
プ、75…出口管、76…入口管、77…貯蔵容器、78…搬送
用コンベア、79…溶融塩、80…ストッパ、81…上下駆動
機構、82…固体陰極、83…液体陰極、84，85…コンタク
トリード、86…電源、87…ニッケル、コバルトの微細
分。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者小松原勝神奈川県横浜市磯子区新杉田町８番地株式会社東芝横浜事業所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】放射性物質で放射化された放射化汚染材
料を溶融塩中で塩素ガスにより溶解し、前記材料を含ん
だ溶融塩を低融点金属と接触させて前記放射性物質を還
元して前記低融点金属中に回収した後、前記低融点金属
相と溶融塩相を分離し、前記低融点金属相を蒸留して放
射性物質と溶融金属を分離し、前記溶融塩相中に溶解し
ている他の金属イオンを電解により陰極で金属に還元し
て回収した後、溶融塩と分離することを特徴とする放射
化汚染材料の除染方法。
【請求項２】前記材料は原子力発電所などの施設から
発生する表面または内部が放射性物質で汚染された構造
物、配管等の放射化金属材料、あるいは表面または内部
が酸化物の膜を形成した構造物、配管等の放射化酸化物
材料、もしくは脱被覆後の金属廃棄物（ハル）からなる
ことを特徴とする請求項１記載の放射化汚染材料の除染
方法。
【請求項３】前記低融点金属はこの金属の塩化物の生
成自由エネルギーが除去しようとする放射性物質の塩化
物の生成自由エネルギーとその他の物質の塩化物の生成
自由エネルギーとの中間にあることを特徴とする請求項
１記載の放射化汚染材料の除染方法。
【請求項４】前記低融点金属は、原子力発電所などの
施設から発生した汚染鉛、または廃棄用鉛で、これらの
鉛の除染も併せて行うことを特徴とする請求項１記載の
放射化汚染材料の除染方法。
【請求項５】前記材料を溶融塩中で塩素ガスにより溶
解させる工程において、前記材料表面の酸化物膜を溶解
させるために炭素成分を共存させることを特徴とする請
求項１記載の放射化汚染材料の除染方法。
【請求項６】前記低融点金属相と溶融塩相との分離ま
たは陰極に回収した金属と溶融塩との分離方法は、前記
金属と溶融塩とを沸点の差を利用して蒸留分離するか、
または融点の差を利用して固液分離するか、あるいは比
重の差を利用して二相に分離するかのいずれかを選択す
ることを特徴とする請求項１記載の放射化汚染材料の除
染方法。
【請求項７】前記材料を溶融塩中で溶解するにあた
り、前記材料を溶解用バスケットに投入後、低融点金属
を前記バスケットに入れて溶融させ、前記低融点金属を
陽極として電気的に前記材料を溶解させながら陰極に放
射性物質以外の有用金属のみを回収することを特徴とす
る請求項１記載の放射化汚染材料の除染方法。
【請求項８】前記低融点金属は鉛、錫、、ビスマス、
カドミウムを単独または他の金属との合金からなり、融
点以上に加熱して液体とし、この液体により、前記低融
点金属を媒体として電流を溶解させたい材料に通じさせ
ることを特徴とする請求項１記載の放射化汚染材料の除
染方法。
【請求項９】前記材料を溶解用バスケットに投入後、
低融点金属を前記バスケットに入れて溶解し、低融点金
属を陽極として前記材料を電気的に溶解しながら、陰極
で放射性物質以外の有用金属のみを回収する方法におい
て、有用金属を固体陰極で回収後、残存する放射性物質
を固体陰極または低融点金属の液体陰極で回収すること
を特徴とする請求項１記載の放射化汚染材料の除染方
法。
【請求項１０】前記材料を溶解用バスケットに投入
後、低融点金属を前記バスケットに入れて溶融し、前記
低融点金属を陽極として前記材料を電気的に溶解しなが
ら、陰極で放射性物質以外の有用金属のみを回収する方
法において、前記有用金属の塩化物の生成自由エネルギ
ーが放射性物質の塩化物の生成自由エネルギーよりも小
さい塩化物が安定な低融点の金属を共存させ、溶融塩中
に溶解している放射性物質の塩化物を低融点金属と化学
反応により置換させて金属に還元し、低融点金属中に回
収することを特徴とする請求項１記載の放射化汚染材料
の除染方法。
【請求項１１】前記低融点金属と溶融塩との界面を機
械的に撹拌して放射性物質と前記低融点金属との間の物
質移動を促進することを特徴とする請求項１記載の放射
化汚染材料の除染方法。
【請求項１２】前記材料を溶融塩中で溶解させる方法
において、溶融塩の塩化物成分を放射性物質の塩化物生
成自由エネルギーよりも大きいもの（不安定なもの）を
用いて、前記材料の成分金属を化学的な置換反応により
金属から塩化物に転換して前記溶融塩中に溶解させるこ
とを特徴とする請求項１記載の放射化汚染材料の除染方
法。
【請求項１３】前記材料を溶解用バスケットに投入
後、低融点金属を前記バスケットに入れて溶融し、これ
を陽極として前記材料を電気的に溶解し、陰極で放射性
物質以外の有用金属を回収する方法において、前記陽極
の電位を有用金属の標準酸化還元電位と放射性物質のそ
れとの間に制御し、陽極側で放射性物質以外の有用金属
成分を溶解させ、陰極側で溶解成分のみを析出させるこ
とを特徴とする請求項１記載の放射化汚染材料の除染方
法。
【請求項１４】前記材料を溶解用バスケットに投入
後、低融点金属を前記バスケットに入れて溶融し、これ
を陽極として前記材料を電気的に溶解し、陰極で放射性
物質以外の有用金属を回収する方法において、溶解工程
と析出工程を繰り返して前記溶融塩中に放射性物質の含
有量を高めた後、陰極電位を有用金属の標準酸化還元電
位と放射性物質のそれとの間に制御し、陽極側で前記材
料成分を溶解させ、陰極側で溶解成分のうちの放射性物
質を金属として析出させることを特徴とする請求項１記
載の放射化汚染材料の除染方法。
【請求項１５】前記汚染金属をバスケットに入れた状
態で溶融カドミウム中に浸漬して前記金属成分のニッケ
ル、コバルトを溶解し、未溶解成分の鉄、クロムと分離
することを特徴とする請求項１記載の放射化汚染材料の
除染方法。