JPS6145999A - 放射能汚染アルミニウム材の溶融除染方法 - Google Patents
放射能汚染アルミニウム材の溶融除染方法Info
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- JPS6145999A JPS6145999A JP16865984A JP16865984A JPS6145999A JP S6145999 A JPS6145999 A JP S6145999A JP 16865984 A JP16865984 A JP 16865984A JP 16865984 A JP16865984 A JP 16865984A JP S6145999 A JPS6145999 A JP S6145999A
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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。
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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材の溶融除染方法に係
り、特に原子力施設のうち燃料製造施設あるいは再処理
施設などで発生する核燃料物質を主体とする放射性物質
で汚染されたアルミニウムおよびその合金材をスラグ剤
添加のもとに加熱溶融した融体中に存在するウラン化合
物を効率よくスラグ中に抽出して除染するのに好適な溶
融除染方法に関するものである。
り、特に原子力施設のうち燃料製造施設あるいは再処理
施設などで発生する核燃料物質を主体とする放射性物質
で汚染されたアルミニウムおよびその合金材をスラグ剤
添加のもとに加熱溶融した融体中に存在するウラン化合
物を効率よくスラグ中に抽出して除染するのに好適な溶
融除染方法に関するものである。
放射能汚染金属の溶融除染方法の原理は、放射性物質で
表面汚染された金属を無機酸化物または無機ハロゲン化
物を主体とするスラグ剤添加のもとに加熱溶融して放射
性物質を選択的に溶融スラグ中に抽出包含させ、金属を
放射能的に清浄化することにあシ、一種の精錬浄化法で
ある。
表面汚染された金属を無機酸化物または無機ハロゲン化
物を主体とするスラグ剤添加のもとに加熱溶融して放射
性物質を選択的に溶融スラグ中に抽出包含させ、金属を
放射能的に清浄化することにあシ、一種の精錬浄化法で
ある。
この方法の具体例を第1図を用いて説明する。
まず、放射性物質であるウラン化合物で表面を汚染され
た金属片を磁製ルツボ1に収納し、これに無機化合物(
無機酸化物または無機ハロゲン化物)からなるスラグ粉
末または粒子を添加する。このルツボ1を密閉構造の電
気炉2内に入れた後、炉内を一担真空排気してから不活
性ガスを封入し、負圧下の一定圧力に調整して加熱昇温
する。このように密閉構造としたのは、金属の酸化を防
止するためだけではなく、放射性物質が加熱時に突沸な
どで周囲に飛散するのを防止するためである。
た金属片を磁製ルツボ1に収納し、これに無機化合物(
無機酸化物または無機ハロゲン化物)からなるスラグ粉
末または粒子を添加する。このルツボ1を密閉構造の電
気炉2内に入れた後、炉内を一担真空排気してから不活
性ガスを封入し、負圧下の一定圧力に調整して加熱昇温
する。このように密閉構造としたのは、金属の酸化を防
止するためだけではなく、放射性物質が加熱時に突沸な
どで周囲に飛散するのを防止するためである。
加熱昇温過程で炉内圧力が上昇したときは、排ガス中の
フッ化ガスを捕集するために、フッ化ナトリウム(Na
F)ペレットを充填したケミカルトラップと通常のアブ
ソリュートフィルタ3を通して排気ポンプ4で排気する
。5は不活ガスボンベである。加熱溶融は、発熱体6と
プログラム制御可能の負荷電流制御装置7とを用いて炉
内温度を白金−ロジウム熱電対で計測しつつ一定速度で
昇温しで所定温度に一定時間保持して行9゜通常は、融
点が低く、比重の軽いスラグ剤がまず溶融して溶融スラ
グ8となシ、続いて金属が溶融して溶融金属9となる。
フッ化ガスを捕集するために、フッ化ナトリウム(Na
F)ペレットを充填したケミカルトラップと通常のアブ
ソリュートフィルタ3を通して排気ポンプ4で排気する
。5は不活ガスボンベである。加熱溶融は、発熱体6と
プログラム制御可能の負荷電流制御装置7とを用いて炉
内温度を白金−ロジウム熱電対で計測しつつ一定速度で
昇温しで所定温度に一定時間保持して行9゜通常は、融
点が低く、比重の軽いスラグ剤がまず溶融して溶融スラ
グ8となシ、続いて金属が溶融して溶融金属9となる。
溶融過程で金属表面に付着していた放射性物質は溶融ス
ラグ8中に取シ込まれ、ルツボ1の中では比重差によっ
て上層部は溶融スラグ8、下層部は溶融金属9となって
分離される。
ラグ8中に取シ込まれ、ルツボ1の中では比重差によっ
て上層部は溶融スラグ8、下層部は溶融金属9となって
分離される。
一定時間溶融処理後冷却凝固せしめると、ガラス化した
スラグと清浄な金属塊とに比較的容易に分離回収できる
。以上述べた放射能汚染金属の溶融処理法の最大の効果
は、廃棄物の大幅な減容にあるが、同時に汚染金属を除
染できることにある。
スラグと清浄な金属塊とに比較的容易に分離回収できる
。以上述べた放射能汚染金属の溶融処理法の最大の効果
は、廃棄物の大幅な減容にあるが、同時に汚染金属を除
染できることにある。
ここで、除染を支配する因子としては、スラグ剤の種類
および成分比、溶融温度および時間などの溶融条件があ
けられる。
および成分比、溶融温度および時間などの溶融条件があ
けられる。
従来、上記した溶融除染を支配する因子を考慮して、鉄
、銅、アルミニウム材の溶融処理を実施していた。ここ
に、ウラン汚染金属の溶融除染結果の具体例を第1表に
示す。第1表に示すように、鉄、銅はスラグ材として金
属酸化物(ケイ酸−カルシアHCaO−8ing )系
スラグ剤を用い、1650〜1500 Cで約30分溶
融処理すると、103オーダーの除染率が得られること
がわかる。
、銅、アルミニウム材の溶融処理を実施していた。ここ
に、ウラン汚染金属の溶融除染結果の具体例を第1表に
示す。第1表に示すように、鉄、銅はスラグ材として金
属酸化物(ケイ酸−カルシアHCaO−8ing )系
スラグ剤を用い、1650〜1500 Cで約30分溶
融処理すると、103オーダーの除染率が得られること
がわかる。
この結果、除染前の原料に当初含まれていた自然界に存
在するウラン濃度レベルに近いかあるいはこれ以下の値
まで除染できることがわかる。しかしながら、アルミニ
ウム材は除染が困難で、さらに2桁除染効率を上げなけ
れば、−殻材中のウラン濃度レベルまで下けることがで
きない。アルミニウム材の除染が困難な理由は、金属種
によって“その活性が異なることによる。すなわち、冶
金精錬分野において考えられている理論によると、溶融
スラグと金属の間では、下記に示す反応式にしたがう反
応平衡が成立し、ウラン化合物が金属によって還元を受
けやすい条件下では除染が困難になることになる。
在するウラン濃度レベルに近いかあるいはこれ以下の値
まで除染できることがわかる。しかしながら、アルミニ
ウム材は除染が困難で、さらに2桁除染効率を上げなけ
れば、−殻材中のウラン濃度レベルまで下けることがで
きない。アルミニウム材の除染が困難な理由は、金属種
によって“その活性が異なることによる。すなわち、冶
金精錬分野において考えられている理論によると、溶融
スラグと金属の間では、下記に示す反応式にしたがう反
応平衡が成立し、ウラン化合物が金属によって還元を受
けやすい条件下では除染が困難になることになる。
UX+MjiU十厩 ・・・・・・(1)也
城
ここに、U;ウラン
X;酸素またはフッ素
M;金属
に;反応平衡定数で次式によって表わ
される。
ここに、a;各成分の活量
N;各成分の存在量
γ;各成分の活量係数
また、Kは熱力学的に決まる定数でもあシ、次式で表わ
すこともできる。
すこともできる。
K=e x p (−ΔG/7RT’) −
・・−(3)R;気体定数(cat/motK) T;溶融温度(′K) 定性的には、(1)式の平衡定数Kが1以上のときは、
反応が右に進みやすくなシ、元素ウランが生成される。
・・−(3)R;気体定数(cat/motK) T;溶融温度(′K) 定性的には、(1)式の平衡定数Kが1以上のときは、
反応が右に進みやすくなシ、元素ウランが生成される。
この場合、元素ウランと金属とは金属間化合物を生成し
ゃすくなシ、金属相に残るため除染が不可能になる。K
の大きさは、第2図に示す各種金属酸化物の温度と生成
自由エネルギーとの関係よシ計算できる。
ゃすくなシ、金属相に残るため除染が不可能になる。K
の大きさは、第2図に示す各種金属酸化物の温度と生成
自由エネルギーとの関係よシ計算できる。
銅および鉄は小さな値を有しているが、これに比べてア
ルミニウムおよびウラン酸化物の生成自由エネルギーは
大きな値を有しておシ、非常に活性で安定な酸化物を生
成する。銅や鉄とウラン酸化物との反応平衡定数は第2
表に示すように、極めて小さな値であシ、はとんど還元
ウランを生成しないと予測される。これに対してアルミ
ニウムの場合は、1前後の値であシ、還元ウランを生成
しやすい。このことがウラン汚染アルミニウムの除染が
困難である主な理由と考えられる。
ルミニウムおよびウラン酸化物の生成自由エネルギーは
大きな値を有しておシ、非常に活性で安定な酸化物を生
成する。銅や鉄とウラン酸化物との反応平衡定数は第2
表に示すように、極めて小さな値であシ、はとんど還元
ウランを生成しないと予測される。これに対してアルミ
ニウムの場合は、1前後の値であシ、還元ウランを生成
しやすい。このことがウラン汚染アルミニウムの除染が
困難である主な理由と考えられる。
平衡定数Kを変える因子としては、そのほかに温度があ
げられる。ウラン酸化物とアルミニウムの反応平衡定数
にと温度との関係は、第2表に代表温度におけるに値を
示しであるように、温度下降とともにに値がさらに大き
くなる傾向にある。
げられる。ウラン酸化物とアルミニウムの反応平衡定数
にと温度との関係は、第2表に代表温度におけるに値を
示しであるように、温度下降とともにに値がさらに大き
くなる傾向にある。
K値は除染効率を支配する因子の1つであるが、ほかに
も除染効率を支配する因子があると考えられ、アルミニ
ウム除染の場合は、溶融処理温度は重要である。第3図
は純アルミニウムの溶融除染の温度効果を示す線図で、
溶融温度を1000Cから5ooCに下げるにしたがい
、At(アルミニウム)インゴット中のウラン濃度が下
がる。このことは、溶融温度を高くすると、一旦スラグ
中に取シ込まれたウラン化合物が再び金属中に溶解する
作用があるためと考えられるが、詳細な理由は不明であ
る。いずれにせよ、溶融温度を低くすると除染効果が向
上するが、なお原料中のウラン濃度レベルより高く、目
標除染レベルを達成するだめには、さらに1桁除染効率
を上げねばならない。
も除染効率を支配する因子があると考えられ、アルミニ
ウム除染の場合は、溶融処理温度は重要である。第3図
は純アルミニウムの溶融除染の温度効果を示す線図で、
溶融温度を1000Cから5ooCに下げるにしたがい
、At(アルミニウム)インゴット中のウラン濃度が下
がる。このことは、溶融温度を高くすると、一旦スラグ
中に取シ込まれたウラン化合物が再び金属中に溶解する
作用があるためと考えられるが、詳細な理由は不明であ
る。いずれにせよ、溶融温度を低くすると除染効果が向
上するが、なお原料中のウラン濃度レベルより高く、目
標除染レベルを達成するだめには、さらに1桁除染効率
を上げねばならない。
そのためには、従来の溶融処理方法では困難であつた。
本発明は上記に鑑みてなされたもので、その目的とする
ところは、アルミニウムの活量を低下させて放射能で汚
染されたアルミニウム材の除染効率を向上させることが
できる放射能汚染アルミニウム材の溶融除染方法を提供
することにある。
ところは、アルミニウムの活量を低下させて放射能で汚
染されたアルミニウム材の除染効率を向上させることが
できる放射能汚染アルミニウム材の溶融除染方法を提供
することにある。
本発明の特徴は、放射能で汚染されたアルミニウム材に
無機化合物からなるスラグ剤を添加して加熱溶融する過
程において、アルミニウムの活量を低減させるのに有効
な少なくとも一種類の異種金属を含有量が所定値以上に
なるように添加するようにした点にある。
無機化合物からなるスラグ剤を添加して加熱溶融する過
程において、アルミニウムの活量を低減させるのに有効
な少なくとも一種類の異種金属を含有量が所定値以上に
なるように添加するようにした点にある。
以下本発明の方法の一実施例を第1図〜第8図を用いて
詳細に説明する。
詳細に説明する。
実施例の説明の前に、まず、本発明の基本概念について
説明する。
説明する。
ウランなどの放射性物質で汚染された金属のうちアルミ
ニウムは、他の鉄などの金属に比べて活性が強く、除染
が困難である。その理由は、すでに述べたように、アル
ミニウムとウラン酸化物とが次式で示されるような反応
を起こしやすいことによる。
ニウムは、他の鉄などの金属に比べて活性が強く、除染
が困難である。その理由は、すでに述べたように、アル
ミニウムとウラン酸化物とが次式で示されるような反応
を起こしやすいことによる。
平衡定数には、(2)式を適用すると、次のようになる
。
。
a tloz ’ aAtNuo 2 ’ N A 1
γ[102@γAt・・・・・・(5) (5)式を計算した結果は第2表に示しである。ここで
、純アルミニウムの場合は、活量係数γAtは1である
。まだ、U(ウラン)、UO2(二酸化ウラン)、At
203(酸化アルミニウム)は微量なので、γυ、γo
o2やγ の真値は不明で 40g あるが、反応量に係わシなく一定とみなせるので、C:
rU・γ /γUO2として(5)式は次のようh
t203 に表わせる。
γ[102@γAt・・・・・・(5) (5)式を計算した結果は第2表に示しである。ここで
、純アルミニウムの場合は、活量係数γAtは1である
。まだ、U(ウラン)、UO2(二酸化ウラン)、At
203(酸化アルミニウム)は微量なので、γυ、γo
o2やγ の真値は不明で 40g あるが、反応量に係わシなく一定とみなせるので、C:
rU・γ /γUO2として(5)式は次のようh
t203 に表わせる。
そこで、伺らかの要因によってアルミニウムの活量aA
t=NAt・γAtが減少したとすると、Kが一定なの
で、それに見合った分だけNuo2は増すがNtrは減
少するはずである。すなわち、相対的に還元ウランの生
成量が減るため、除染効率が上がることになる。従来例
において、温度を・ 下けるにしたがって除染効率が
向上した理由の1つとして、アルミニウムの活量、すな
わち、活量係数が低下することが考えられる。しかしな
がら、温度効果だけでは目的とする除染効率を達成でき
ないことがわかった。そこで、さらにアルミニウムの活
量aAZを低下させる原因となるものを検討した結果、
アルミニウム中に異種の金属を含ませて合金を形成した
とき、aAtが低下する場合があることをつきとめた。
t=NAt・γAtが減少したとすると、Kが一定なの
で、それに見合った分だけNuo2は増すがNtrは減
少するはずである。すなわち、相対的に還元ウランの生
成量が減るため、除染効率が上がることになる。従来例
において、温度を・ 下けるにしたがって除染効率が
向上した理由の1つとして、アルミニウムの活量、すな
わち、活量係数が低下することが考えられる。しかしな
がら、温度効果だけでは目的とする除染効率を達成でき
ないことがわかった。そこで、さらにアルミニウムの活
量aAZを低下させる原因となるものを検討した結果、
アルミニウム中に異種の金属を含ませて合金を形成した
とき、aAtが低下する場合があることをつきとめた。
以下、このことを具体的゛ にマグネシウム(Mg)を
添加金属とした場合を例にとって説明する。
添加金属とした場合を例にとって説明する。
本来、マグネシウムも第2図に示すようにアルミニウム
と同様に活性な金属であるが、アルミニウムとマグネシ
ウムを混合溶融したとき、A4−Mgの金属間化合物を
形成する。このとき、アルミニウムの活量係数γAtは
、第4図に示すように、マグネシウム成分増加にともな
い減少する。
と同様に活性な金属であるが、アルミニウムとマグネシ
ウムを混合溶融したとき、A4−Mgの金属間化合物を
形成する。このとき、アルミニウムの活量係数γAtは
、第4図に示すように、マグネシウム成分増加にともな
い減少する。
一方、マグネシウムの成分増加にともなってマグネシウ
ムの活量係数γ旬は増加するが、マグネシウムの存在率
が低いときは0.5前後の値を示す。
ムの活量係数γ旬は増加するが、マグネシウムの存在率
が低いときは0.5前後の値を示す。
このことから、双方の金属とも活量が低下していること
がわかる。さらに、第5図に示すように、A/、−Mg
の金属間化合物が生成されると、生成自由エネルギー変
化(−ΔGヮ4.)量が増加し、At−Mg金属間化合
物として安定化するので、htやMg単体として有して
いた活性度よりさらに減少する。
がわかる。さらに、第5図に示すように、A/、−Mg
の金属間化合物が生成されると、生成自由エネルギー変
化(−ΔGヮ4.)量が増加し、At−Mg金属間化合
物として安定化するので、htやMg単体として有して
いた活性度よりさらに減少する。
次に、合金化したアルミニウム材とウラン酸化物との反
応平衡定数Kを計算で示す。アルミニウムとマグネシウ
ム混合比に対応した金属間化合物A/、い−Mg−が生
成されたものとし、以下の反応を考える。
応平衡定数Kを計算で示す。アルミニウムとマグネシウ
ム混合比に対応した金属間化合物A/、い−Mg−が生
成されたものとし、以下の反応を考える。
・・・・・・(7)
ここに、
K= e x、p(−ΔG/RT)
・−・−・・(9)ΔG−,(iγAt・ΔG、、+m
γがΔ〜、0)−(ΔGAJI−Mg+ΔGuoz)
−−(LdlQO1式において、At203とMg
Oの生成自由エネルギー変化ΔGア1.とΔGM、Oに
活量係数を掛ける理由は、見かけ上反応に寄与するAt
やMg成分量が減少しているためである。第6図にkt
−Mg合金中のMg存在比に対する(7)式に示す反応
の平衡定数にの関係を示す。第6図からMg存在比O〜
0.5の間では、Mg量の増加にしたがってに値は指数
関数的に減少することがわかる。しかし、Mg存在比が
0.5 t−超えると、マグネシウムの活性の影響が支
配的になるため、再びに値は上昇する。したがって、マ
グネシウムの添加量を50−以上にすると逆効果になる
。ただし、本発明はアルミニウム材の除染にあるので、
50’1以上のマグネシウムを添加することは実際的で
なく、廃棄物量の減少という概念からもはずれる。
・−・−・・(9)ΔG−,(iγAt・ΔG、、+m
γがΔ〜、0)−(ΔGAJI−Mg+ΔGuoz)
−−(LdlQO1式において、At203とMg
Oの生成自由エネルギー変化ΔGア1.とΔGM、Oに
活量係数を掛ける理由は、見かけ上反応に寄与するAt
やMg成分量が減少しているためである。第6図にkt
−Mg合金中のMg存在比に対する(7)式に示す反応
の平衡定数にの関係を示す。第6図からMg存在比O〜
0.5の間では、Mg量の増加にしたがってに値は指数
関数的に減少することがわかる。しかし、Mg存在比が
0.5 t−超えると、マグネシウムの活性の影響が支
配的になるため、再びに値は上昇する。したがって、マ
グネシウムの添加量を50−以上にすると逆効果になる
。ただし、本発明はアルミニウム材の除染にあるので、
50’1以上のマグネシウムを添加することは実際的で
なく、廃棄物量の減少という概念からもはずれる。
いま、ウランで汚染したアルミニウム材に対して5チの
マグネシウムを添加し、(7)式における平衡定数Kが
減少したとき、理論的には非還元ウラン化合物がスラグ
中に取シ込まれると考えられるので、除染係数はKに逆
比例する。しかしながら、除染を支配する因子として、
上述した熱力学的に決まる平衡定数に以外にスラグ剤の
種類および組成比で決まるスラグのイオン的性質があげ
られる。
マグネシウムを添加し、(7)式における平衡定数Kが
減少したとき、理論的には非還元ウラン化合物がスラグ
中に取シ込まれると考えられるので、除染係数はKに逆
比例する。しかしながら、除染を支配する因子として、
上述した熱力学的に決まる平衡定数に以外にスラグ剤の
種類および組成比で決まるスラグのイオン的性質があげ
られる。
溶融スラグ中でウラン捕集に有効なスラグイオンの生成
量が最大となる最適組成比があシ、イオン的性質を示す
指標の代表として塩基度が用いられる。一般的に、スラ
グ剤は数種の無機化合物混合体であるが、相対的にイオ
ン化率が高いスラグ剤を塩基性、イオン化率が低く共有
結合性が強いスラグ剤を酸性と分類し、塩基度=櫨基性
成分/酸性成分モル比で表わす。チルミニラム溶融処理
用スラグ剤は、アルミニウムの融点が6・′60Cと低
いだめ、鉄材処理用スラグ剤と異なり、低融点スラグ剤
が要求される。このため、フッ化物や塩化物系スラグ剤
を用いる。従来例に示したアルミニウム材の溶融除染結
果は、イオン的な性質を考慮し、最も除染効果が高い塩
基度範囲にあるスラグ剤を用いたものである。したがっ
て、現在までのところ、スラグ剤としては、最適と考え
られるものを使用している。これまで種々のスラグ剤を
選んで試みた結果によれば、スラグ剤を種々変えただけ
では、目標とする除染効率が得られないため、金属側の
性¥tを変えて除染効果を高める方法として考案したの
が本発明に係る溶融除染方法である。
量が最大となる最適組成比があシ、イオン的性質を示す
指標の代表として塩基度が用いられる。一般的に、スラ
グ剤は数種の無機化合物混合体であるが、相対的にイオ
ン化率が高いスラグ剤を塩基性、イオン化率が低く共有
結合性が強いスラグ剤を酸性と分類し、塩基度=櫨基性
成分/酸性成分モル比で表わす。チルミニラム溶融処理
用スラグ剤は、アルミニウムの融点が6・′60Cと低
いだめ、鉄材処理用スラグ剤と異なり、低融点スラグ剤
が要求される。このため、フッ化物や塩化物系スラグ剤
を用いる。従来例に示したアルミニウム材の溶融除染結
果は、イオン的な性質を考慮し、最も除染効果が高い塩
基度範囲にあるスラグ剤を用いたものである。したがっ
て、現在までのところ、スラグ剤としては、最適と考え
られるものを使用している。これまで種々のスラグ剤を
選んで試みた結果によれば、スラグ剤を種々変えただけ
では、目標とする除染効率が得られないため、金属側の
性¥tを変えて除染効果を高める方法として考案したの
が本発明に係る溶融除染方法である。
以下、アルミニウムの活量を低下させるため異種金属と
してマグネシウムを添加した場合の溶融除染の様子につ
いて説明する。
してマグネシウムを添加した場合の溶融除染の様子につ
いて説明する。
第7図は溶融除染効果に及ぼすマグネシウム添加率の影
響を示す線図で、横軸にMg存在率、縦軸にAtインゴ
ットのU濃度をとって示しである。
響を示す線図で、横軸にMg存在率、縦軸にAtインゴ
ットのU濃度をとって示しである。
純アルミニウム材に含有させたマグネシウム量が増すに
したがい除染後のアルミニウムインゴット中のウラン量
が減少し、除染効率が指数関数的に向上することがわか
る。そして、マグネシウム存在率が5チを越えたときに
は、一般のアルミニウム材中に含まれるウラン濃度(i
p以下)まで下けることができることがわかる。これに
より目標の除染レベルを達成できるが、さらに除染効果
を上げるためにマグネシウムの添加量を増すかどうかは
、廃棄物量の増加および添加剤を加えることによる経済
的損失など技術的な観点以外のことを考慮して決める必
要がある。
したがい除染後のアルミニウムインゴット中のウラン量
が減少し、除染効率が指数関数的に向上することがわか
る。そして、マグネシウム存在率が5チを越えたときに
は、一般のアルミニウム材中に含まれるウラン濃度(i
p以下)まで下けることができることがわかる。これに
より目標の除染レベルを達成できるが、さらに除染効果
を上げるためにマグネシウムの添加量を増すかどうかは
、廃棄物量の増加および添加剤を加えることによる経済
的損失など技術的な観点以外のことを考慮して決める必
要がある。
以上、マグネシウムの添加効果を具体例で説明したが、
同様の効果を有する金属として銅(Cu)があげられる
。At−C11合金も同様に安定な金属間化合物を生成
し、銅の添加量を増加するにしたがって、第4図、第5
図と同様の傾向を示し、アルミニウムの活量が減少する
。また、銅を含有させたアルミニウム材についても同様
に除染効率の向上をはかることができる。
同様の効果を有する金属として銅(Cu)があげられる
。At−C11合金も同様に安定な金属間化合物を生成
し、銅の添加量を増加するにしたがって、第4図、第5
図と同様の傾向を示し、アルミニウムの活量が減少する
。また、銅を含有させたアルミニウム材についても同様
に除染効率の向上をはかることができる。
その他、例えば、鉄やクロムなどの異種金属を添加して
も同様の効果を期待できるが、この場合、添加量を多く
することはできない。その理由は。
も同様の効果を期待できるが、この場合、添加量を多く
することはできない。その理由は。
アルミニウム材の溶融処理の従来例で述べたように、溶
融温度は除染効果を左右する第2の因子であシ、処理温
度を低くするはど除染効果が高くなり、し11えば、第
3図に示しであるように、900〜1000℃以上の処
理では、除染が難しくなシ、ちなみに、5%添加したと
きのAt−Fe、At−Cr合金の融点は、それぞれ5
ooc、ss。
融温度は除染効果を左右する第2の因子であシ、処理温
度を低くするはど除染効果が高くなり、し11えば、第
3図に示しであるように、900〜1000℃以上の処
理では、除染が難しくなシ、ちなみに、5%添加したと
きのAt−Fe、At−Cr合金の融点は、それぞれ5
ooc、ss。
Cであシ、このような場合には、処理温度を9ooc以
上にする必要があシ、鉄やクロムの添加効果は、温度上
昇にともなう負の除染効果によって、相殺されるからで
ある。この点から、添加すべき異種の金属は、少なくと
も1(1%加えたときに、合金の融点がアルミニウムの
融点660C以下か、高くとも700℃付近であること
が望ましい。
上にする必要があシ、鉄やクロムの添加効果は、温度上
昇にともなう負の除染効果によって、相殺されるからで
ある。この点から、添加すべき異種の金属は、少なくと
も1(1%加えたときに、合金の融点がアルミニウムの
融点660C以下か、高くとも700℃付近であること
が望ましい。
次に、具体的実施例について説明する。第1図に示す放
射能汚染アルミニウムの溶融処理装置を用いて、先に述
べた処理手順によってウラン汚染アルミニウム材の溶融
処理を行った。本実施例では、アルミニウム材の表面に
500ppm相当のウランが付着した金属棒と、これの
10重−ffi%のスラグ剤(無機ハロゲン化物L i
F−KO2−Back)粉末とを磁製のルツボ1に収
納し、さらに試験条件にしたがってO〜5.′2%のマ
グネシウムを添加した。
射能汚染アルミニウムの溶融処理装置を用いて、先に述
べた処理手順によってウラン汚染アルミニウム材の溶融
処理を行った。本実施例では、アルミニウム材の表面に
500ppm相当のウランが付着した金属棒と、これの
10重−ffi%のスラグ剤(無機ハロゲン化物L i
F−KO2−Back)粉末とを磁製のルツボ1に収
納し、さらに試験条件にしたがってO〜5.′2%のマ
グネシウムを添加した。
次に、ルツボ1を電気炉2内に入れた後、発熱体6によ
る加熱を開始し、炉内温度が800Cに達したら30分
間保持する。ただし、炉内は一旦排気ポンズ4によって
排気してから不活性ガスボンベ5からアルゴンガスを供
給し、炉内圧力を200Torrから500’l’or
rに保つ。上記温度で一定時間溶融してから放冷し、ル
ツボ1内のインゴットを取り出し、インゴット中のウラ
ン濃度を放射能測定装置によって測定した。その結果を
第7図に示した。アルミニウムインゴット中のウラ/磯
度は、マグネシウム存在率5チのとき、はぼ汚染前の原
材中の9279度に等しくなることが第7図よりわかる
。したがって、アルミニウム材中に添加すべきマグネシ
ウム量に、4チ以上とするのがよい。なお、すでにマグ
ネシウムを含んでいるアルミニウム合金材のときは、そ
の不足分以上を除却すればよい。そして、すでにマグネ
シウム成分が5%以上含まれている合金アルミニウム材
が汚染材である場合にハ、埒らにマグネシウムを添加し
なくとも、汚染前レベルのウラン濃度まで除染すること
が可能である。すなわち、ウランなど核燃料物質f:取
c扱う施設で、アルミニウム材を構成材とする装置また
は配管には、あらかじめ5チ以上のマグネシウムを含ん
だ合金アルミニウム材が使用されることがあるが、この
場合は、さらにマグネシラムラ酢加することなく、十分
に溶融除染することができる。
る加熱を開始し、炉内温度が800Cに達したら30分
間保持する。ただし、炉内は一旦排気ポンズ4によって
排気してから不活性ガスボンベ5からアルゴンガスを供
給し、炉内圧力を200Torrから500’l’or
rに保つ。上記温度で一定時間溶融してから放冷し、ル
ツボ1内のインゴットを取り出し、インゴット中のウラ
ン濃度を放射能測定装置によって測定した。その結果を
第7図に示した。アルミニウムインゴット中のウラ/磯
度は、マグネシウム存在率5チのとき、はぼ汚染前の原
材中の9279度に等しくなることが第7図よりわかる
。したがって、アルミニウム材中に添加すべきマグネシ
ウム量に、4チ以上とするのがよい。なお、すでにマグ
ネシウムを含んでいるアルミニウム合金材のときは、そ
の不足分以上を除却すればよい。そして、すでにマグネ
シウム成分が5%以上含まれている合金アルミニウム材
が汚染材である場合にハ、埒らにマグネシウムを添加し
なくとも、汚染前レベルのウラン濃度まで除染すること
が可能である。すなわち、ウランなど核燃料物質f:取
c扱う施設で、アルミニウム材を構成材とする装置また
は配管には、あらかじめ5チ以上のマグネシウムを含ん
だ合金アルミニウム材が使用されることがあるが、この
場合は、さらにマグネシラムラ酢加することなく、十分
に溶融除染することができる。
同様なことは、銅を含むアルミニウム材についてもいえ
る。5チの鋼を含むアルミニウム材の溶融除染を行った
結果によれば、原材中のウラン濃度にほぼ近いIIP以
下まで除染できた。
る。5チの鋼を含むアルミニウム材の溶融除染を行った
結果によれば、原材中のウラン濃度にほぼ近いIIP以
下まで除染できた。
第8図はエレクトロスラグ再溶解炉(EAR炉)を用い
た放射能汚染金属の溶融処理装置の構成図である。ES
R炉は、放射能で汚染された定形の配管などを直接溶解
電極として溶融除染するものであり、放射能汚染金属を
消耗電極10とし、溶融スラグ8の挿入しつつ太′区流
供給トランス電源装置11より溶融スラグ8へ入電mk
流す。このとき、溶融スラグ8中でジュール熱を発生し
、溶融スラグ8が加熱源となって電極10が溶解する。
た放射能汚染金属の溶融処理装置の構成図である。ES
R炉は、放射能で汚染された定形の配管などを直接溶解
電極として溶融除染するものであり、放射能汚染金属を
消耗電極10とし、溶融スラグ8の挿入しつつ太′区流
供給トランス電源装置11より溶融スラグ8へ入電mk
流す。このとき、溶融スラグ8中でジュール熱を発生し
、溶融スラグ8が加熱源となって電極10が溶解する。
そして電極10がアルミニウム材のときは、同時にマグ
ネシウムを金属供給装置12よシ必要量加える。また、
同時にスラグ剤をスラグ剤供給槽13よシ必要量添加す
る。溶解アルミニウムは、水冷銅製ルツボ14において
凝固積層し、インゴット15を形成する。炉内芽囲気は
負圧とし、不活性ガスボンベ5からアルゴンガスを供給
し、放射能で汚染されている可能性がある排ガスは、フ
ィルタ3を介して排気ポンプ4で排気する。なお、電極
10が溶解消耗するにしだがって、電極駆動モータ17
によって電極駆動機構18が駆動されて、電極保持体1
9を介して電極10が下降する。
ネシウムを金属供給装置12よシ必要量加える。また、
同時にスラグ剤をスラグ剤供給槽13よシ必要量添加す
る。溶解アルミニウムは、水冷銅製ルツボ14において
凝固積層し、インゴット15を形成する。炉内芽囲気は
負圧とし、不活性ガスボンベ5からアルゴンガスを供給
し、放射能で汚染されている可能性がある排ガスは、フ
ィルタ3を介して排気ポンプ4で排気する。なお、電極
10が溶解消耗するにしだがって、電極駆動モータ17
によって電極駆動機構18が駆動されて、電極保持体1
9を介して電極10が下降する。
第8図に示す構成の溶融処理装置を用いても本発明に係
る溶融除染方法を実施可能である。なお、20は保臘〃
ノく−である。
る溶融除染方法を実施可能である。なお、20は保臘〃
ノく−である。
上記した本発明の溶融除染方法によれば、活性のためこ
れまで除染が固持とされていたアルミニウム材を溶融処
理するときに、溶融アルミニウム材中にマグネシウム(
または銅)を含有量が4チ以上になるように添加するよ
うにしたので、アルミニウムの活性(活量)を低下させ
ることができ、それにともない、汚染前の原材中のウラ
ン濃度レベルまで除染可能となシ、原子力施設で発生す
るアルミニウム廃材を一般材と区別なく取シ扱うことを
可能とすることができる。
れまで除染が固持とされていたアルミニウム材を溶融処
理するときに、溶融アルミニウム材中にマグネシウム(
または銅)を含有量が4チ以上になるように添加するよ
うにしたので、アルミニウムの活性(活量)を低下させ
ることができ、それにともない、汚染前の原材中のウラ
ン濃度レベルまで除染可能となシ、原子力施設で発生す
るアルミニウム廃材を一般材と区別なく取シ扱うことを
可能とすることができる。
なお、本発明に係る溶融除染方法におけるアルミニウム
材に添加する金属は、マグネシウム、銅以外にシリコン
がある。一方、除染対象金属はアルミニウム材としたが
、他の活性な金属、例えば、チタンやシリコンなどを溶
融除染するときにも適用可能である。さらに、放射能汚
染物質がウラン以外の化合物、例えば、プルトニウムな
ど超ウラン元素の化合物で汚染されたアルミニウム材に
も適用可能である。
材に添加する金属は、マグネシウム、銅以外にシリコン
がある。一方、除染対象金属はアルミニウム材としたが
、他の活性な金属、例えば、チタンやシリコンなどを溶
融除染するときにも適用可能である。さらに、放射能汚
染物質がウラン以外の化合物、例えば、プルトニウムな
ど超ウラン元素の化合物で汚染されたアルミニウム材に
も適用可能である。
他に、原子力発電所で発生するコバルト、マンガン、ク
ロムを始めとする放射性物質で汚染された金属材につい
てもこの溶融除染方法を適用可能である。特に、原子力
発電所で生じる放射性物質は鉄に近く、その酸化物の生
成自由エネルギーは小さいので、放射性物質の化合物は
容易に還元を受けやすい。したがって、汚染金属の活性
を低下させる必要があり、本発明に係る方法を適用でき
る。
ロムを始めとする放射性物質で汚染された金属材につい
てもこの溶融除染方法を適用可能である。特に、原子力
発電所で生じる放射性物質は鉄に近く、その酸化物の生
成自由エネルギーは小さいので、放射性物質の化合物は
容易に還元を受けやすい。したがって、汚染金属の活性
を低下させる必要があり、本発明に係る方法を適用でき
る。
なお、溶融処理装置に関しては、第1図では発熱体6を
用いた外部加熱方式を採用しており、第8図ではエレク
トロスラグ再溶解炉を用いているが、このほか誘導加熱
、アーク溶解でもよい。そして連続溶解処理には第8図
のESR,炉が適している。
用いた外部加熱方式を採用しており、第8図ではエレク
トロスラグ再溶解炉を用いているが、このほか誘導加熱
、アーク溶解でもよい。そして連続溶解処理には第8図
のESR,炉が適している。
ここで、一般に工業材とされるアルミニウム材中に含ま
れるマグネシウムや銅との関連について述べておく。一
般に工業規格のアルミニウム材中にマグネシウムや銅そ
の他の金属を含ませる目的は、耐食性を、湧め、また、
強度を増すためである。
れるマグネシウムや銅との関連について述べておく。一
般に工業規格のアルミニウム材中にマグネシウムや銅そ
の他の金属を含ませる目的は、耐食性を、湧め、また、
強度を増すためである。
そして、用途に応じて1〜5チ添加しているが、一般に
特殊なアルミニウム合金を除いて、添加されるマグネシ
ウム量が5%を越える例はない。しかも、除染効果を高
める目的でマグネシウムを添加した例はなく、一般に放
射能汚染アルミニウム材を溶融処理するときは、マグネ
シウムなどの新たな添加なくしては目的とする除染効果
は得られない。
特殊なアルミニウム合金を除いて、添加されるマグネシ
ウム量が5%を越える例はない。しかも、除染効果を高
める目的でマグネシウムを添加した例はなく、一般に放
射能汚染アルミニウム材を溶融処理するときは、マグネ
シウムなどの新たな添加なくしては目的とする除染効果
は得られない。
以上説明したように、本発明によれば、アルミニウムの
活、ttt−低下させて放射能で汚染されたアルミニウ
ム材の除染効率を向上させることができるという効果が
ある。
活、ttt−低下させて放射能で汚染されたアルミニウ
ム材の除染効率を向上させることができるという効果が
ある。
第1図は溶融処理装置の構成図、第2図は各種金属酸化
物の温度と生成自由エネルギーとの関係線図、第3図は
純アルミニウムの溶融除染の温度効果を示す線図、第4
図はAt−Mg合金の100(lxの溶融体におけるM
g存在率と各金属の活量係数との関係を示す線図、第5
図はAt−Mg金属間化合物のMg存在率と生成自由エ
ネルギー変化との関係線図、第6図は1073’Kにお
けるMg存在比と、At−Mg合金とウラン酸化物の反
応平衡定数との関係線図、第7図はウラン汚染度500
pのアルミニウム材のMg存材率と除染後のアルミニウ
ムインゴットのウラン濃度との関係線図、第8図はエレ
クトロスラグ再溶解炉を用いた放射能汚染金属の溶融処
理装置の構成図である。 1・・・磁製ルツボ、2・・・電気炉、3・・・ケミカ
ルトラップおよびフィルタ、4・・・排気ポンプ、5・
・・不活性ガスボンベ、6・・・発熱体、7・・・負荷
電流制御装置、8・・・溶融スラグ、9・・・溶融金属
、10・・・放射能汚染金属消耗電極、11・・・大電
流供給トランス電源装置、12・・・金属供給装置、1
3・・・スラグ剤供給装置、14・・・水冷銅製ルツボ
、15・・・インゴソト、17・・・電極駆動モータ、
18・・・電極駆動機構、19・・・電極保持体、2o
・・・保護カバー。
物の温度と生成自由エネルギーとの関係線図、第3図は
純アルミニウムの溶融除染の温度効果を示す線図、第4
図はAt−Mg合金の100(lxの溶融体におけるM
g存在率と各金属の活量係数との関係を示す線図、第5
図はAt−Mg金属間化合物のMg存在率と生成自由エ
ネルギー変化との関係線図、第6図は1073’Kにお
けるMg存在比と、At−Mg合金とウラン酸化物の反
応平衡定数との関係線図、第7図はウラン汚染度500
pのアルミニウム材のMg存材率と除染後のアルミニウ
ムインゴットのウラン濃度との関係線図、第8図はエレ
クトロスラグ再溶解炉を用いた放射能汚染金属の溶融処
理装置の構成図である。 1・・・磁製ルツボ、2・・・電気炉、3・・・ケミカ
ルトラップおよびフィルタ、4・・・排気ポンプ、5・
・・不活性ガスボンベ、6・・・発熱体、7・・・負荷
電流制御装置、8・・・溶融スラグ、9・・・溶融金属
、10・・・放射能汚染金属消耗電極、11・・・大電
流供給トランス電源装置、12・・・金属供給装置、1
3・・・スラグ剤供給装置、14・・・水冷銅製ルツボ
、15・・・インゴソト、17・・・電極駆動モータ、
18・・・電極駆動機構、19・・・電極保持体、2o
・・・保護カバー。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1、放射能で汚染されたアルミニウム材に無機化合物か
らなるスラグ剤を添加して加熱溶融し、放射性物質を前
記スラグ中に包含させて前記アルミニウム材を放射能的
に清浄化する溶融除染方法において、前記加熱溶融過程
においてアルミニウムの活量を低減させるのに有効な少
なくとも一種類の異種金属を含有量が所定値以上になる
ように添加することを特徴とする放射能汚染アルミニウ
ム材の溶融除染方法。 2、前記異種金属は、該異種金属を含有させて溶融する
ことによって生成される金属間化合物が負の側に可及的
に大きい標準生成自由エネルギー変化を示すものである
特許請求の範囲第1項記載の放射能汚染アルミニウム材
の溶融除染方法。 3、前記異種金属は、前記金属間化合物の融点が900
℃を越えないものである特許請求の範囲第2項記載の放
射能汚染アルミニウム材の溶融除染方法。 4、前記異種金属はマグネシウム、銅またはそれらの混
合体であって、含有率が前記アルミニウム材にあらかじ
め含まれているものを含めて4%以上となるように添加
する特許請求の範囲第1項記載の放射能汚染アルミニウ
ム材の溶融除染方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16865984A JPS6145999A (ja) | 1984-08-10 | 1984-08-10 | 放射能汚染アルミニウム材の溶融除染方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16865984A JPS6145999A (ja) | 1984-08-10 | 1984-08-10 | 放射能汚染アルミニウム材の溶融除染方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6145999A true JPS6145999A (ja) | 1986-03-06 |
| JPH0242432B2 JPH0242432B2 (ja) | 1990-09-21 |
Family
ID=15872118
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP16865984A Granted JPS6145999A (ja) | 1984-08-10 | 1984-08-10 | 放射能汚染アルミニウム材の溶融除染方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6145999A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1996004663A1 (de) * | 1994-08-01 | 1996-02-15 | Siemens Aktiengesellschaft | Verfahren zur verwertung von metallteilen, die durch uran radioaktiv kontaminiert sind |
| JP2023035302A (ja) * | 2021-09-01 | 2023-03-13 | 国立研究開発法人物質・材料研究機構 | 汚染土壌から放射性セシウムを除去する方法 |
-
1984
- 1984-08-10 JP JP16865984A patent/JPS6145999A/ja active Granted
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1996004663A1 (de) * | 1994-08-01 | 1996-02-15 | Siemens Aktiengesellschaft | Verfahren zur verwertung von metallteilen, die durch uran radioaktiv kontaminiert sind |
| JP2023035302A (ja) * | 2021-09-01 | 2023-03-13 | 国立研究開発法人物質・材料研究機構 | 汚染土壌から放射性セシウムを除去する方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0242432B2 (ja) | 1990-09-21 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |