JPS5944700A - 放射性廃イオン交換樹脂の分解処理方法 - Google Patents

放射性廃イオン交換樹脂の分解処理方法

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JPS5944700A
JPS5944700A JP15515682A JP15515682A JPS5944700A JP S5944700 A JPS5944700 A JP S5944700A JP 15515682 A JP15515682 A JP 15515682A JP 15515682 A JP15515682 A JP 15515682A JP S5944700 A JPS5944700 A JP S5944700A
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JP
Japan
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reaction
exchange resin
copper
resin
decomposition
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JP15515682A
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English (en)
Inventor
宰田 豊安
山川 常雄
沖 慎一
太田 文馬
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Toyo Engineering Corp
Original Assignee
Toyo Engineering Corp
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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】 この発明は、各種産業分野において有用であるが、特に
原子力施設より発生する廃イオン交換樹脂の減容処理の
ための改良された樹脂分解処理方法に関するものである
放射性物質を含有する廃イオン交換樹脂の減容処理技術
として、焼却法、酸消化法、酸素または空気による湿式
酸化法、過酸化水素による酸化法などが開発段階にある
が、いずれも決定的技術になっていない。
これらの方法中、過酸化水素による分解法には、硫酸を
添加する方法(特開昭53−88り00)および鉄イオ
ンの存在下で分解する方法(特開昭57−1446など
)があるが、後者の鉄イオンの存在下で分解する方法は
、他の処理方法と比較して処理条件が温和である特長を
有している。
しかし、鉄イオンの存在下で過酸化水素を酸化剤として
使用する廃イオン交換樹脂の分解法は、カチオン樹脂は
、略々完全に分解するが、アニオン交換樹脂は、溶解し
得るのみが、あるいは、多量の過酸化水素および鉄イオ
ンを使用しても、分解率が最大約90%程度である。
この発明は、この不利点を改良し、カチオン樹脂は勿論
アニオン交換樹脂、さらにはカチオン交換樹脂と7ニオ
ン交換樹脂の混合樹脂(因みに実用原発プラントからり
廃イオン交換樹脂はアニオンおよびカチオン樹脂混合物
が主である)などのイオン交換樹脂を過酸化水素によっ
て、略々完全に分解する方法である。即ち、7ニオン樹
脂ならびにアニオン・カチオン混合樹脂などのイオン交
換樹脂分解率の向上が可能になった。このことは、放射
性廃イオン交換樹脂処分の際、放射性廃棄物減容比の向
」−を可能とするとともに、分解残渣の固化処理の際、
分解残渣中の有機物残渣による固化体充填率および分解
残渣の脱水操作に対する悪影響の軽減も可能とする。ま
た、中性近辺および塩基性溶液である反応領域でも、略
々完全な分解が可能になった。従来の方法では、触媒自
体あるいは樹脂分解生成物(樹脂の有機骨格の分解によ
るカルボン酸およびカチオン交換樹脂のスルポン基より
生成する硫酸)によって反応系はpH1〜3の強酸性と
なり、反応装置拐質が苛酷な条件に曝もされ、材料腐蝕
の問題が生じる。アルカリを添加して反応系を中性近辺
にすると鉄触媒は失活する欠点がある。この発明の触媒
即ち銅又は銅および鉄混合物使用の場合、中性近辺およ
び塩基性の反応領域でも充分に活性である0次に、この
発明の方法について詳細に説明する。
この発明の対象とするイオン交換樹脂は、カチオン樹脂
単独、アニオン樹脂単独、並びにカチオン樹脂と7ニオ
ン樹脂の混合物である。
これらのイオン交換樹脂は、スチレンおよびジヒニルベ
ンゼン共重合体を基体とし、これに陰イオン交換基ある
いは陽イオン交換基を導入したものが主であるが、これ
らのみに限定されず、他の構造のものも、この発明によ
れば分解可能である。陰イオン交換樹脂は、OH型の他
にC/、型、SO,型巣に放射性の陰イオンをイオン交
換あるーいは吸着した状態において分解可能である。陽
イオン交換樹脂は、H型、Na型。
その他の金属イオンおよび放射性核種をイオン交換ある
いは吸着した状態において分解可能である。
pH3乃至110間の反応域における銅イオンについて
云えば、アニオン交換樹脂ある(・Gまカチオン交換樹
脂各々単独の分解に硫酸銅、硝酸銅なとの銅塩は、相当
に高い活性を発揮する0しかし、アニオン交換樹脂とカ
チオン交換樹脂の混合物に銅のみを触媒として適用した
場合には、活性が若干低く、分解率の向」−はや〜困難
である。発明者らはこの場合、固液反応混合物をpH3
乃至11の間に離合することによって、略々完全な分解
率が得られることを見出した。
カチオンあるいはアニオン単独処理の場合にも反応系を
pH3乃至11のpH領域で、銅触媒によって分解でき
ることは、反応器拐質腐蝕防止の観点からも非常に重要
である。
銅触媒の供給源としては、硫酸銅、硝酸鋼、塩化銅、酢
酸銅など銅の無機および有機塩が使用できる。銅イオン
の量は、通常処理すべき樹脂1gに対してO,]〜2ミ
リモル、溶液中の濃度どしては0001〜002モル/
リットルが好適である。反応系のpHを3乃至11の状
態に保つためには、塩基性物質を添加する。
塩基性物質としては、Na 、に、Ca 、Ba。
M g + Z n + Cuなと周期律表1および■
族金属の酸化物、水酸化物、炭酸塩ならびに水酸化アン
モニウムが適当である。これら塩基性物質は、反応開始
前に全量加えてもよいし、また、反応系のp Hを測定
しつつ、反応の進行に従って間欠的あるいは連続的に添
加する方法をとってもよい。
銅イオンおよび鉄イオンを組合わせることによって、カ
チオン交換樹脂は勿論、アニ」−ン交換樹脂の分解に対
して、各々単独の金属イオンでは得られない高分解率が
得られる。また、アニオン交換樹脂とカチオン交換樹脂
の混合物に銅−鉄触媒を適用した場合にも、高し・分解
率が得られる。この場合触媒となる銅イオンの供給源と
しては硫酸銅、硝酸銅、塩化銅、酢酸銅などの無機およ
び有機塩が使用可能である。
触媒とする鉄イオンの供給源としては、硫酸鉄、硝酸鉄
、塩化鉄など各種の塩が使用可能である。
この反応系において銅および鉄の合割量並びに銅および
鉄の比率は活性に対して著しい影響を及ぼす。銅および
鉄の金言1量は樹脂1グラムにつ(・て通常005〜2
ミリモル、溶液中の濃度として0.0005〜002モ
ル/リットル、鋼中の鉄の割合は、95モルパーセント
までが好適な範囲であり、樹脂の種類、処理量、カチオ
ンあるいは7ニオン樹脂単独処理か、混合処理か、更に
反応条件などを考慮して最適値で処理する。
第1図は、アニオン樹脂の分解における銅−鉄触媒の組
成の影響を示した例である。第1図におけるC u S
 04  F et (S 0n)s  の適当モル比
は、9515 乃至5/95の範囲である。銅−鉄触媒
の他の利点は、中性近辺の反応系においても高い活性を
示すことである。このことは、反応器材質の腐蝕防止の
観点から非常に好ましい特長である。
第2図は、銅−鉄触媒にZnOを加えてアニオン樹脂の
分解を行った例である。Cu5O*−F ex (S 
0J)s  触媒系では、塩基性物質としてZnOの添
加によってFew(SO4)s  の増加即ち、反応系
のFeイオン含有率の増加とともに、分解率は大巾に低
下した。
塩基性物質を加えて、中性近辺で分解処理を行う場合は
、塩基性物質を間欠的にあるいは連続的に添加するか、
あるいは塩基性物質の所要量を予め反応開始時に全量添
加することによって目的を達成することができる。この
場合の塩基性物質としては前述の銅イオン単独の場合同
様Na、に、Ca、Ba、Mg、Zn、Cuなと周期律
表1および■族金属酸化物、水酸化物。
炭酸塩ならびに水酸化アンモニウムが適当である0 次に分解反応操作法および反応条件について述べる。
分解剤として反応系に加える過酸化水素の濃度は特に制
限はない。35%、50%濃度の市販品を直接あるいは
適当に希釈して使用できる。
過酸化水素の所要量は、樹脂および触媒の種類1反応条
件によって異るが、樹脂の分解な略々完全とするために
は、] OO% H2O2に換算して通常樹脂1g当り
5〜20gが必要である。
反応は、イオン交換樹脂を水中に懸濁した状態で行う。
水中の樹脂量は特に制限はないが、通常5〜30%の範
囲で行われる。
過酸化水素は、樹脂、触媒および水の固液混合物へ反応
開始時に全量加えてもよいし、また適当な間隔をおいて
、間欠的にある(・は連続的に供給してもよい。場合に
よっては、触媒およびH2O2の混合物へ樹脂を逐次添
加することもできる。
反応温度は、常温から反応混合物の沸騰状態における温
度(約100℃)の範囲が好ましい。
反応圧力は、通常、常圧であるが、加圧あるいは減圧下
の操作も可能である。
反応は、発熱的であるから、冷却器を備えた反応器を使
用することが好ましい。
また、反応混合物は、攪拌を行うのが好ましいO 以上の如く、この発明の触媒系を使用することによって
、カチオン交換樹脂は勿論、アニオン交換樹脂並びにカ
チオン交換樹脂と7ニオン交換樹脂混合物の分解を略々
完全に行うことができる。これにより分解残渣の量は、
低減され、放射性廃棄物の減容性の向」二、固化処理の
改善が可能になる。
また樹脂の分解率をある値に設定して分解処理を行う場
合に、より少量の過酸化水素で目的を達することが可能
であり処理費の軽減となる。
更に、この発明の銅あるいは銅−鉄触媒によれば、反応
系が中性近辺あるいは塩基性領域での操作が可能であり
、腐蝕防止の温和な条件となるので反応装置の経済的な
材質選定かり能となるとともに、運転保全も容易になる
また、放射性廃イオン交換樹脂の分解反応系に塩基性物
質を添加することは、廃イオン交換樹脂の分解時に、反
応液中に生成する硫黄、窒素、塩素等の酸性物質と塩基
性物質との反応で塩を生成するため、分解反応系から発
生する排ガス中への酸性物質の混入を抑制することがで
きる。これにより、排ガス処理の際、酸性物質除去工程
が不要となるので、排ガス処理が容易になる。その」二
、排ガス中の酸性物質除去に伴って生ずる廃液の発生が
な(・ため、放射性廃棄物発生量の低減も可能である。
この発明は、廃イオン交換樹脂のみでなく、原子力発電
所より発生する放射性有機固体廃棄物の分解処理への応
用も可能である。
以下この発明の実施例を表1として示す。
表    1 −44 反応添加物 蒸留水、ml  50   22 ・反応時間 1分 約120      120・反応
温度 1°C約100     約100注)実施例1
〜6および比較例2の樹脂分解率算出式:樹脂分解率=
((イオン交換樹脂のTOC−分解反応層TOC)/イ
オン交換樹脂のTOC)× 100 TOC:全有機炭素量 実施例I 実施例2 ・反応添加物 蒸留水、ml22   22 ・反応時間 1分   120       ] 20
・反応温度 1℃ 約100      約1009反
応液のp )l    5.9−>4.1      
 ]、 9・樹脂分解率、係  99.95     
 99.9実施例3 実施例4 ・反応添加物 イオン交換樹脂 実施例2に同じ 実施例1に同じ蒸留
水、ml   22   22 触 媒、ミリモル 実施例2に同じ 硫酸第2銅05(
酸化亜鉛)、I                 4
ミリモル・反応時間 9分   120      1
20・反応温度 1℃ 約100      約100
−反応液のpH6,9→6.3     11.0→8
3・樹脂分解率、φ   99.1      96.
7実施例5 実施例6 ・反応添加物 イオン交換樹脂 実施例2に同じ 実施例2に同じ蒸留
水、mA   22   22 触 媒、ミリモル 硫酸第2銅10  硫酸第2銅10
(酸化亜鉛)1,9 ・反応時間 2分   120      120・反
応温度 2℃ 約100     約100会反応液の
pH6,8→57    39→32・樹脂分解率、チ
   99.2      ’  99.4
【図面の簡単な説明】
第1図は、アニオン樹脂の分解における銅−鉄触媒の組
成の影響を示した例であり、第2図は銅−鉄触媒にZn
Oを加えてアニオン樹脂の分解を行った例を示した図で
ある。 出願人 東洋エンジニアリング株式会社代理人  大 
 洲  明  峰 →Fex(SD+”)aシ都じtJrlf7 (moブ
X)CuSO4−NJ717量(mo1%)÷−−第2
7fi

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 】)放射性物質を含有する廃イオン交換樹脂を過酸化水
    素を酸化剤として分解する場合に銅イオンを触媒として
    使用することを特徴とするイオン交換樹脂の分解処理方
    法。 2)銅イオンに鉄イオンを触媒として共存させる特許請
    求の範囲第1項に記載のイオン交換樹脂の分解処理方法
    。 3)放射性物質を含有する廃イオン交換樹脂の分解反応
    系のpHを3乃屋11に調整し、銅イオンを触媒として
    使用する特許請求の範囲第】項に記載のイオン交換樹脂
    の分解処理方法。
JP15515682A 1982-09-08 1982-09-08 放射性廃イオン交換樹脂の分解処理方法 Pending JPS5944700A (ja)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS59184898A (ja) * 1983-04-05 1984-10-20 株式会社東芝 放射性有機廃棄物の分解方法および減容固化方法
JPS61283899A (ja) * 1985-06-10 1986-12-13 富士電機株式会社 放射性イオン交換樹脂の分解処理方法
JPS63165800A (ja) * 1986-12-26 1988-07-09 富士電機株式会社 放射性イオン交換樹脂の分解処理方法
EP0257192B1 (en) * 1986-08-20 1992-09-30 Fuji Electric Co., Ltd. Method of treating radioactive ion-exchange resins by oxidative decomposition

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EP0257192B1 (en) * 1986-08-20 1992-09-30 Fuji Electric Co., Ltd. Method of treating radioactive ion-exchange resins by oxidative decomposition
JPS63165800A (ja) * 1986-12-26 1988-07-09 富士電機株式会社 放射性イオン交換樹脂の分解処理方法

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