Improvement of the stability of IO-, SeO-, and SeO-coprecipitated barite after treatment with phosphate

リン酸イオン処理によるバライト中のヨウ素酸,亜セレン酸,セレン酸の安定性の向上の効果

徳永 紘平   ; 田中 万也  ; 高橋 嘉夫*; 香西 直文   

Tokunaga, Kohei; Tanaka, Kazuya; Takahashi, Yoshio*; Kozai, Naofumi

核燃料の核分裂生成核種の中には半減期が極めて長いものが存在し、それらの適切な処理処分方法の開発は重要な課題である。特に福島第一原子力発電所での汚染水処理において問題となるセレン79(Se)やヨウ素129(I)は、核分裂生成核種の中でも半減期が特に長く、かつ水溶液中からの除去が困難な陰イオンとして存在する(ヨウ素酸(IO)、亜セレン酸(SeO)、セレン酸(SeO))。本研究では、これら長半減期の陰イオン系核種に対する新規の処理処分法として、極めて安定な鉱物であるバライト(BaSO)中にこれらの陰イオンを水溶液中から効果的に取り除いた後に、鉱物の構造内で長期間安定に保持する技術の開発を行った。実験の結果、バライトへのヨウ素酸、亜セレン酸、セレン酸の分配は競合イオンの存在下においても高い除去効率を示した一方、時間の経過に伴う固相からのイオンの溶出が問題として生じた。特に電荷の小さなヨウ素酸に対してその影響は顕著であり、純水条件においては約20%、塩化物イオンや硝酸イオンの競合イオンをそれぞれ含む溶液中においては約60%と固相からの高いヨウ素の溶出が示された。一方で、バライト共沈試料を希薄なリン酸イオン溶液に添加することで、純水のみでの溶出に比べて、陰イオンの溶出量が著しく減少する結果が得られた。これはリン酸イオンがバライト全体を安定化させたことを示しており、他の鉱物では強い抽出剤として働くリン酸イオンが、バライトに対してはイオンの溶出を低減化させることを示している。この効果を系統的に明らかにするために、XAFS法による、バライト表面でのリン酸イオンの吸着メカニズムの解明を行ったところ、リン酸イオンはバライト表面から数ナノメートルの深さにおいてバリウムのリン酸塩の化学形態で存在することが示された。このリン酸イオンの吸着によるバライト表層での二次的な沈殿相の形成により、固相からの元素の溶出が制限され、バライト全体が安定化されたと考えられる。この効果はセレン酸、亜セレン酸、ヨウ素酸の陰イオンを含んだバライト共沈試料においても同様に確認されており、バライトへの共沈とリン酸イオン吸着を合わせた処理を行うことで、放射性陰イオン系核種の溶液中からの効果的な除去と、鉱物構造内での長期的な安定化が可能となる。

Coprecipitation of radionuclides with barite has been studied to remove radionuclides from radioactive liquid waste because of its excellent removal efficiency; however, little information exists concerning the stability of the ions coprecipitated with barite. This study systematically investigated the stability of iodate, selenite, and selenate coprecipitated with barite via leaching tests. These oxyanions were gradually leached from the oxyanion-bearing barite into ultrapure water over time. Leaching of the oxyanions significantly increased in leaching solutions containing NaCl (pH5.3), NaNO (pH5.9), and NaSO (pH5.7). Conversely, leaching of the oxyanions was suppressed in KHPO solution (pH8.5), indicating that phosphate stabilized the oxyanion-bearing barite. The effect of phosphate treatment on oxyanion-bearing barite was further investigated. The results showed that the barite surface was modified with phosphate, and a thin surface layer of a barium phosphate-like structure was formed. The amount of oxyanions leached from the phosphate-treated samples into leaching solutions containing NaCl or NaNO was much lower than the amounts leached from the untreated barite samples into ultrapure water. The barite coprecipitation combined with subsequent phosphate treatment may be a promising method to efficiently remove iodate, selenite, and selenate from wastewater and stabilize them as barite coprecipitates.