JP2004503791A - 放射性及び有害廃棄物の処理方法 - Google Patents

Abstract

本発明は廃棄物中に存在する放射性核種、有害元素及び有害化合物及び／又は他の化合物の１種以上を含有する廃棄物を固定化する方法１種以上を利用する。工程の各々は廃棄物の浸出及び拡散に対抗する障壁を形成する。第１の障壁は固定化用鉱物質（１００）と廃棄物を一体化することにより形成される。第２の障壁は第１の障壁を被覆する非放射性又は非有害の材料（２００）の層である。第２の障壁は過成長操作又は焼結を用いることにより形成してよい。第３の障壁は第１及び／又は第２の障壁を包囲する岩石材又はガラス材のマトリックス（３００）により形成される。第四の障壁は岩石材又はガラス材が廃棄場所における天然の岩石材（４００）と同じか類似の組成を有するようにすることで形成される。得られた岩石剤又はガラス材のマトリックスは廃棄場所の天然の岩石材の成分で飽和された地下水又は地域の熱水溶液と平衡状態となる。
【選択図】図１

Description

【０００１】
本出願は２０００年６月１２日出願のイスラエル国特許出願ＩＬ１３６，６８５号、及び２００１年３月１９日出願の米国特許出願０９／８１０，５５７号の利益を主張する。
【０００２】
【発明の技術分野】
本発明は一般的に放射性及び有害廃棄物の処理に関し、より詳細には、廃棄物中の放射性核種、有害元素、有害化合物及び他の化合物の１種以上を含有する廃棄物を固定化するための方法に関する。
【０００３】
【発明の背景】
世界における放射性及び有害な物質の使用は放射性及び有害廃棄物の多大な量の蓄積に繋がっている。地質学的に深部の埋蔵領域中において地中に前記廃棄物を埋め込ませることによりこれらの廃棄を計画的に行なうことについて国際的な同意が有る。現時点では高レベルの放射性廃棄物は恒久的廃棄を予定されている長期保存個所に置かれている。埋め込み後は時間の経過と共に地下水及び水熱溶液が廃棄物中に含有される放射性核種、有害元素又は有害化合物と接触する可能性がある。その結果、地下水及び水熱溶液は植物及び動物の生息する生物圏に向けた廃棄物の放射性核種、有害元素及び有害化合物の浸出を加速させる可能性がある。更にまた、地下水及び水熱溶液による緩衝が無い場合においても、放射性核種、有害元素又は有害化合物が廃棄物から拡散して生物圏の汚染をもたらす可能性がある。従って、廃棄物の不適切な汚染が多大な問題となっている。
【０００４】
放射性及び有害廃棄物の浸出及び／又は拡散を潜在的に低減することのできる既存の方法は多く存在する。しかしながら既存の方法は種々の難点を有している。例えば、低レベル及び中レベルの放射性廃棄物の固定化にはセメント処理が一般的に用いられている。このような方法は、少量の廃棄物を固定化するために大量のセメントを必要とするため、望ましくないものである。更にまた、セメントは浸出及び拡散ともに起こしやすい。
【０００５】
高レベル放射性廃棄物を取り扱う最も一般的な方法はホウ珪酸ガラスによるガラス化である。しかしながらこの方法は少なくとも以下の限界を有している。第１に、ガラス化により放射性核種とガラス成分との間に比較的弱い結合が生じる。第２に、ガラス化の工程はより濃縮された状態で放射性核種を含有するというよりはむしろガラスマトリックスの全容量に渡って放射性核種を分散させる。ガラス化は米国、フランス、韓国、イタリア、ドイツ、英国、日本、ベルギー、中国及びロシアを含む多くの国で採用されている。
【０００６】
【発明の概要】
本発明は廃棄物中に存在する放射性核種、有害元素、有害化合物及び／又は廃棄物の酸化物のような他の化合物を含有する廃棄物を固定化する廃棄物処理段階１種以上を有する。廃棄物処理段階の各々は廃棄物を固定化する障壁を形成する。本発明の好ましい実施態様は多くの物理化学的障壁を有する安定な熱力学的系を形成する。これらの障壁の各々は環境への放射性及び有害な物質の浸出及び拡散を低減する。
【０００７】
第１の障壁は固定化用鉱物質に廃棄物中の放射性核種、有害元素、有害化合物及び／又は他の化合物と一体化させることにより形成される。廃棄物と固定化用鉱物質との一体化は活性化−吸収−変換、合成及び固体反応を含む幾つかの方法の１つを用いて行なうことができる。前記方法の各々の生成物は本明細書においては廃棄物一体化鉱物質又は第１の障壁と呼称する。この第１の障壁を形成する方法は、２重量％より多い廃棄物中に存在する放射性核種、有害元素、有害化合物及び／又は他の化合物の担持をもたらす。後述する実施例１に示すとおり、固定化用鉱物質は酸化トリウムの７５重量％担持より多く配合される。実施例５に示すとおり、廃棄物の酸化物の担持量は１００重量％もの高値となりうる。
【０００８】
本発明は好ましくは、第１の障壁を被覆する非放射性及び非有害性の物質の層を含む有効被覆である第２の障壁を含む。第２の障壁は第１の障壁の固定化用鉱物質と同じか類似の鉱物質組成を有する。第２の障壁は少なくとも２通りの方法で形成できる。第１に、第１の障壁の表面上に結晶性物質を与える過成長操作により第２の障壁を得ることができる。過成長部の厚みは少なくとも２ミクロン、好ましくは少なくとも５０ミクロンである。第２に、第１の障壁上に多結晶被覆を与える焼結により第２の障壁を得ることができる。焼結による第２の障壁は少なくとも数ミリメートルの厚みを有する。（ｉ）固定化用鉱物質への放射性物質の取りこみ、及び、（ｉｉ）地熱勾配により生じる高温のため、第２の障壁は廃棄場所への埋め込み後も（ゆっくりではあるが）持続的に成長し、第２の障壁の安全性を向上させる。
【０００９】
本発明は好ましくは第３の障壁も包含し、これは第２の障壁を封入する岩石材又はガラス材の何れかを含む包囲マトリックスである。廃棄物中の放射性核種、有害元素、有害化合物及び／又は他の化合物を含有する別の廃棄物を岩石材又はガラス材と混合して固定化する廃棄物の総量を増大させることができる。第２の障壁が存在しない実施態様においては、第３の障壁は第１の障壁を包囲する。第３の障壁を走性するのに利用される岩石材又はガラス材は好ましくは固定化用鉱物質と同じ成分の幾つかを有し、これにより固定化用鉱物質は岩石剤又はガラス材と平衡になることができる。固定化用鉱物質の成分は包囲マトリックスに容易に拡散しないため、平衡状態は第３の障壁の強度を向上させる。
【００１０】
浸出に対抗するための障壁に加え、前記３種の障壁は放射性核種及び有害元素又は化合物の拡散を無視できる濃度にまで効果的に低減することができる。
【００１１】
放射性及び有害廃棄物は更に岩石材及びガラス材の１つを有する包囲マトリックスが廃棄場所の天然の岩石材の組成と同じか類似の組成を有することにより固定化することもできる。岩石材又はガラス材は天然の岩石材の成分と共通である成分少なくとも１種を有することが好ましい。このような場合、天然の岩石材の成分で地下水又は局所的水熱溶液が飽和した場合に、包囲マトリックスは廃棄場所の地下水又は局所的水熱溶液と平衡となる。包囲マトリックスからの放射性核種及び有害元素又は化合物の浸出又は拡散の速度は平衡状態では無視できるものとなる。事実上、平衡状態は浸出及び拡散に対抗する第４の障壁と考えることができる。
【００１２】
本特許出願は彩色された図面少なくとも１点を含んでいる。彩色された図面を伴う本特許のコピーは要請に応じ、必要な料金の支払いにより特許商標局により提供される。
【００１３】
【発明の実施の形態】
「廃棄物」という用語は廃棄物中に存在する放射性核種、有害元素、有害化合物及び／又は他の化合物を含有する核分裂産物のような廃棄物質を含む。廃棄物混合物は例えば以下の元素及びその化合物、即ち、Ｆｅ、Ｎａ、Ｐ、Ｃｒ、Ａｌ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｎａ、Ｚｒ、Ｋ、Ｃｓ、Ｒｕ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｔｃ、Ｒｈ、Ｍｇ、Ｉ、ランタニド、アクチニド及びこれらの化合物（例えばＴｈ、Ｕ、Ｐｕ、Ｎｐ、Ａｍ、Ｃｍ及びＣｅ）及び放射性及び有害廃棄物の他の成分を含む。分離された場合は、これらの元素及びその化合物の全てが有害なわけではない。
【００１４】
廃棄物混合物の化合物の大部分は酸化物であるため、混合物は一般的に「廃棄酸化物」と称される。「廃棄酸化物担持量」又は「廃棄酸化物の担持量」とは、廃棄物固定化法の最終産物中の廃棄物混合物（これは酸化物が主であるがこれに限らず、また非有害成分も含む）の重量％を指す。
【００１５】
「放射性核種」という用語は、アルファ、ベータ及びガンマ線の１種以上を含む放射線を出す何れかの核種を含む。「核種」という用語は全ての原子が同じ原子番号及び質量数を有する原子種を含む。しかしながら、異なる放射性核種の混合物を固定化する方法が特に本発明の範囲に包含される。放射性核種の例はＳｒ及びＣｓ、及びアクチニド及びランタニド、例えばトリウム及びウラニウムである。
【００１６】
「有害元素」という表現において使用する「元素」という用語は、周期表の元素を含むものとする。「有害化合物」という表現において使用する「化合物」という用語は２種以上の元素よりなる物質を含む。
【００１７】
以下に分類されるとおり放射性廃棄物には３つのレベルがある。
１．　低レベル放射性廃棄物は病院、研究所及び産業部門より主に発生する。低レベル放射性廃棄物は世界の全放射性廃棄物に対して、９０容量％を占めるが、放射能としては僅か１％である。
２．　中レベル放射性廃棄物は樹脂、化学スラッジ及び各反応成分を含む。中レベル放射性廃棄物は世界の全放射性廃棄物に対して、７容量％、及び、放射能として４％である。
３．　高レベル放射性廃棄物は使用済核反応器燃料（使用済燃料）及び使用済燃料の再処理により主に生じる他の高レベル放射性廃棄物を含む。高レベル放射性廃棄物は世界の全放射性廃棄物の僅か３容量％であるが、放射能としては９５％を占める。
【００１８】
有害廃棄物（ＥＰＡ（米国環境保護局）による環境用語集の定義による）とは、自然界で非分解性であるか残留するため、あるいは、生物学的に増強され得るため、又は、致命的であるため、又はその他の理由において望ましくない累積作用を示すかその傾向があるため人間又は生物に対して多大な顕在的又は潜在的な害をもたらす廃棄物又は廃棄物の組合せである。
【００１９】
「固定化用鉱物質」とは、廃棄物中に存在する放射性核種、有害元素、有害化合物及び／又は他の化合物が一体化する相手となる鉱物質を含む。該固定化用鉱物質は例えばリン酸塩、珪酸塩、酸化物及び粘土の１種以上又はその混合物であってよい。該固定化用鉱物質は天然又は合成のものであることができる。「固定化用鉱物質」という用語は本明細書においては固定化用鉱物質の成分も含むものとする。
【００２０】
以下に示す表１は、全てではないが、記載した放射性又は有害元素の特定の種類のものと一体化するために用いてよい固定化用鉱物質の例を示す。多くの異なる固定化用鉱物質を選択して廃棄物の特定の種類を固定化してよい。適切な固定化用鉱物質は廃棄物の元素と同形交換できるものである。
【００２１】
【表１】

【００２２】
表１に記載下各元素は元素の同位体１種以上を含む。例えば元素ＣｓはＣｓ１３４及びＣｓ１３７を含む。
【００２３】
【概要構成】
図１は本発明の好ましい実施態様による放射性及び有害廃棄物を処理する際に関与する種々の段階の概要を示すフローチャートである。好ましい実施態様は四つの段階、すなわち、段階１００、２００、３００及び４００を含む。図に示した種々の工程の順序は本発明では必ずしも重要ではない。例えば加熱及び混合工程が示されている場合は、混合は加熱の前、その間及び／又はその後に行なうことができる。
【００２４】
段階１００においては放射性核種、有害元素及び有害化合物１種以上を含む廃棄物を固定化用鉱物質と一体化して第１の障壁（又は廃棄物一体化鉱物質）を形成する。一体化は種々の方法を用いて行なうことができる。例えば、一体化を活性化−吸収−変換、合成又は固体反応を用いて行なうことにより第１の障壁を形成することができる。別の一体化方法を図２に示す。
【００２５】
段階２００においては、段階１００の産物（又は放射性核種、有害元素及び有害化合物の１種以上となんらかの別法により一体化された固定化用鉱物質）を固定化用鉱物質の組成と同じか類似の組成を有する別の鉱物質で被覆することにより第２の障壁を形成する。ここでいう「同じか類似の」という表現は近似した化学的組成及び同じか類似の結晶構造を意味する。少なくとも２種の互換の段階が段階２００には存在する。例えば、図３に示す段階２１０において、過成長操作により別の鉱物質で第１の障壁を被覆することにより第２の障壁を形成してよい。「過成長操作」という用語は固定化用鉱物質の表面上の結晶性物質の過成長を指す。
【００２６】
或いは、第２の障壁は同じ固定化用鉱物質を更に用いて第１の障壁を焼結することにより、図４に示す段階２２０において形成してよい。「焼結」という用語は粒子の相互結合により強度を増大させる目的で主成分の融点より低い温度で粉末又は緻密凝集物を熱処理することを指す。第２の障壁を形成するための別法は同じ固定化用鉱物質を更に用いて第１の障壁を燒結すること、及び、同じ鉱物質を更に用いて焼結物を更に燒結することにより行なってよい。
【００２７】
好ましい実施態様においては、段階１００及び２００の操作をあわせて単一の段階において第１及び第２の障壁を形成できる。例えば、図５に示す段階５００は単一の段階において廃棄物一体化鉱物質（第１の障壁）の上に過成長（第２の障壁）をどのようにして形成するかを示している。
【００２８】
段階３００においては、第２の障壁を包囲マトリックス（第３の障壁）で被覆する。第３の障壁は岩石材のマトリックス又はガラス材のマトリックスであってよい。第２の障壁が存在しない実施態様においては、第１の障壁が直接第３の障壁により被覆される。ガラス材又は岩石材に更に廃棄物を混合して固定化する廃棄物の総量を増大さてよい。第３の障壁中の岩石材又はガラス材は好ましくは第１及び／又は第２の障壁中に存在する固定化用鉱物質の成分を含有する。「固定化用鉱物質の成分」という表現において使用する「成分」という用語は固定化用鉱物質と会合する１種以上の異なる酸化物、ハロゲン化物、水酸化物及び水を含む。例えば、岩石材又はガラス材は固定化用鉱物質を含有する同じ酸化物の一部を含有することができる。例えば、本発明で使用する１種の固定化用鉱物質はモナザイトである。モナザイトの成分はＣｅ２Ｏ３及びＰ２Ｏ５を含む。
【００２９】
岩石材は例えばシエナイト、グラニトイド、ダケート、安山岩、玄武岩、超塩基性岩石材、カルボナタイト、アンフィボライト及び粘土の１種以上であってよい。ガラス材は例えばホウ珪酸塩、リン珪酸塩、アルミノリン酸塩、アルミノ珪酸塩及び天然のガラス、例えばオブシジアンの１種以上であることができる。
【００３０】
岩石材及びそれらの主要構成鉱物質の特定の例を以下の表２に示す。
【００３１】
【表２】

【００３２】
以下に示す表３はホスト岩石材及び使用してよい岩石材の例を固定化用鉱物質の特定の種類と共に示す。
【００３３】
【表３】

【００３４】
段階３００は図６に示すものを含む多くの方法を用いて行なってよい。段階２００及び３００の操作を組合せて単一の段階において第２及び第３の障壁を形成してよい。例えば、図７に示す段階６００はどのようにして過成長部（第２の障壁）を単一の段階において包囲マトリックス（第３の障壁）に埋め込まれるかを説明している。
【００３５】
段階４００においては段階３００の産物を廃棄場所の天然の岩石材（又はホスト岩石材）内部に埋め込ませる。天然の岩石材は好ましくは第３の障壁内に含まれる鉱物質と共通の鉱物質少なくとも１種を有する。
【００３６】
【本発明の固定化廃棄品】
図８は本発明の好ましい実施態様の２種の固定化廃棄品の断面図を示す模式図である。
【００３７】
本発明の１つの好ましくは実施態様において、産物４０は廃棄物一体化鉱物質１０（第１の障壁）、有効被覆２０（第２の障壁）及び包囲マトリックス（第３の障壁）を有し、これもまた廃棄物を一体化することができる。産物４０を廃棄場所６０の天然の岩石材５０内に埋め込ませる。
【００３８】
本発明の別の好ましい実施態様においては、産物４２は廃棄物一体化鉱物質１０及び包囲マトリックス３０を有する。本実施態様においては、有効被覆２０は存在しない。産物４２は廃棄場所６０の天然の岩石材５０に埋め込ませる。
【００３９】
廃棄物一体化鉱物質１０は放射性核種１４、有害元素１６及び有害化合物１８の１種以上と一体化された固定化用鉱物質１２を有する。固定化用鉱物質１２はリン酸塩、珪酸塩、酸化物及び粘土の１種以上であることができる。固定化用鉱物質１２の具体例は表１に示すとおりである。
【００４０】
放射性核種１４、有害元素１６及び有害化合物１８の廃棄物一体化鉱物質への担持量（即ち、廃棄物一体化鉱物質１０の総重量に対する放射性核種１４、有害元素１６及び有害化合物１８の総重量の比）は少なくとも約２重量％、好ましくは約１０重量％、そしてより好ましくは少なくとも約７５重量％である。以下に述べる実施例１においては、約７５重量％の廃棄酸化物担持が達成された。廃棄酸化物担持量は固定化用鉱物質それ自体に関しては正確であることが強調される。これらを包囲マトリックス内に入れた場合、廃棄酸化物担持量は減少する。しかしながら、包囲マトリックス３０はまたそれ意外の廃棄物粒子３２も含んでおり、これは廃棄物中に存在する放射性核種、有害元素、有害化合物及び／又は他の化合物を含有する場合がある。酸化物を固定化用鉱物質と包囲する岩石材又はガラス材のマトリックスの双方に担持させる場合、好ましい廃棄酸化物の担持量は約６０重量％である。以下に述べる実施例８においては、約６０重量％の廃棄酸化物担持量が達成された。
【００４１】
高レベル固体廃棄物の場合（例えば５〜７のような場合）は、好ましい廃棄酸化物担持量は約９０重量％〜１００重量％である。本担持量には、放射性核種１４のほかに、廃棄物中に存在する有害元素１６、有害化合物１８及び／又は他の化合物も含まれる。
【００４２】
担持量及び過成長部の厚みはマイクロプローブ分析により測定する。マイクロプローブ分析は走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いたＸ線分析である。該マイクロプローブ分析は分析される材料から電子を抽出する電子線を用いることにより種々の材料の組成を決定することができる。抽出された電子は分析された元素の濃度を測定できるようにキャリブレーションされたＳＥＭの検出器に到達する。
【００４３】
廃棄物一体化鉱物質１０は有効被覆２０により被覆される。有効被覆２０は非放射性及び非有害性の物質である。有効被覆２０は過成長操作及び焼結法の一方を用いて形成することができる。過成長操作により形成された有効被覆２０は２ミクロンより厚い。過成長操作により形成された有効被覆２０は約２ミクロン〜約３０ミクロンであるのが好ましい。より好ましくは、有効被覆２０は約５０ミクロンである。焼結により形成された有効被覆２０は少なくとも数ミリメートルの厚みを有し、１回以上焼結を行なうことにより所望の厚みとすることができる。
【００４４】
有効被覆２０は包囲マトリックス３０内に封入される。包囲マトリックス３０は岩石材マトリックス及びガラス材マトリックスの一方である。岩石材マトリックスを形成するために使用する岩石材は、シエナイト、グラニトイド、ダケート、安山岩、玄武岩、超塩基性岩石材、カルボナタイト、アンフィボライト及び粘土の１種以上である。適切な岩石材の特定の例を表２に示す。ガラス材マトリックスを形成するために使用する該ガラス材は、ホウ珪酸塩、リン珪酸塩、アルミノリン酸塩、アルミノ珪酸塩及び天然のガラス材の１種以上である。
【００４５】
包囲マトリックス３０は産物４０の約１０重量％〜約９０重量％に相当することができる。好ましくは、包囲マトリックス３０は産物４０の約２０重量％〜約８０重量％、より好ましくは約３０重量％〜約６０重量％の割合である。従って、廃棄物一体化鉱物質１０（有効被覆がある場合は合わせる）は産物４０の約１０重量％〜約９０重量％、好ましくは産物４０の約２０重量％〜約８０重量％、最も好ましくは産物４０の約４０重量％〜約７０重量％の割合である。
【００４６】
産物４０及び産物４２を廃棄場所６０の天然の岩石材５０内部に埋め込まれる。包囲マトリックス３０が岩石材又はガラス材の場合は、天然の岩石材５０の組成と同じか類似の組成を有するのが好ましい。包囲マトリックス３０が岩石材である場合は、これは天然の岩石材５０の鉱物質と共通の鉱物質少なくとも１種を有する。天然の岩石材５０の適切な例を表３に示す。
【００４７】
【段階１００：一体化】
図２は廃棄物一体化鉱物質（第１の障壁）を形成するための固定化用鉱物質への廃棄物の一体化に関与する別法を示すフローチャートである。第１の一体化方法は、本明細書においては活性化−吸収−変換法と称し、以下に示す通り工程１１０、１１２及び１１４の一つ以上の工程を含んでいる。
【００４８】
【活性化】
工程１１０は放射性又は有害廃棄物と一体化するための固定化用鉱物質の活性化の工程を含んでいる。「活性化すること」又は「活性化」という用語は固定化用鉱物質に関する場合は廃棄物中の放射性核種、有害元素及び有害化合物の１種以上と一体化する固定化用鉱物質の能力を増強することのできる何れかの方法を意味する。
【００４９】
固定化用鉱物質を活性化する方法は酸、塩基又は熱による処理を含むことができる。廃棄物及び固定化用鉱物質の特定の状態に応じて、適切な酸には塩酸、硝酸、硫酸及び他の酸が包含される。酸の濃度は約１Ｍ〜約６Ｍの範囲である。同様に、廃棄物及び固定化用鉱物質の特定の状態に応じて、適切な塩基には水酸化ナトリウム、水酸化カリウム及び他の塩基が包含される。塩基の濃度は約１Ｍ〜約３Ｍである。アルカリを除去する必要がある場合は、酸を用いる。大型のアニオンを除去しなければならない場合は、塩基を使用する。水又は他の揮発性物質を除去しなければならない場合は、熱処理を用いてよい。
【００５０】
活性化には約２００℃〜約１２００℃、好ましくは約４００℃〜約１０００℃、最も好ましくは約５００℃〜約６００℃の温度にまで固定化用鉱物質を加熱することによる高温処理が含まれる。熱処理の持続時間は、約１時間〜約４８時間、好ましくは約１時間〜約２４時間、最も好ましくは約１時間〜約１２時間である。高温による処理の１例は、実施例１及び４に示すとおりであり、その各々は粉砕された天然のカルシウム−ゼオライトを約４００℃にまで約１２時間加熱することにより揮発性化合物を除去することを包含している。工程１１０における酸、塩基又は熱による処理は必ずしも必要ではない。
【００５１】
【吸収】
次に廃棄物と会合している放射性核種、有害元素及び有害化合物の１種以上を工程１１２の溶液を用いることにより固定化用鉱物質に吸収させる。放射性核種、有害元素及び有害化合物の１種以上を含む溶液を活性な固定化用鉱物質と接触させる。この文脈における「活性」という用語は固定化用鉱物質が放射性核種、有害元素及び有害化合物の１種以上を一体化できること意味するが、必ずしも固定化用鉱物質を活性化するために他の工程を用いることを意味しない。該溶媒は廃棄物の状態に応じて、水、酸又は塩基であることができる。
【００５２】
放射性核種、有害元素及び有害化合物の１種以上の吸収は多くの手法を用いて行なってよい。例えば、一体化はある温度で固定化用鉱物質と共に放射性核種、有害元素及び有害化合物の１種以上を含む溶液を攪拌することにより工程１１２において促進してよい。該温度は約２５℃〜約３００℃、好ましくは約２５℃〜約２００℃、最も好ましくは約２５℃〜９０℃である。該方法は常圧で行ってよい。吸収工程の例は実施例１及び４に示す。
【００５３】
或いは、該吸収はある温度で固定化用鉱物質を通して放射性核種、有害元素及び有害化合物の１種以上を含有する溶液又は気体を濾過することにより工程１１２において促進できる。該温度は約２５℃〜約３００℃、好ましくは約２５℃〜約２００℃、最も好ましくは約２５℃〜９０℃である。過剰な溶液を再循環して再濾過することができる。該固定化用鉱物質は遠心分離又はポンプ操作により溶液から分離できる。
【００５４】
【変換】
一部の固定化用鉱物質は、溶媒との接触により放射性核種、有害元素又は有害化合物が固定化用鉱物質から除去されてしてしまうため、通常の条件で放射性核種、有害元素又は有害化合物を保持しない場合がある。このような場合は、固定化用鉱物質は放射性核種、有害元素及び有害化合物を保持することができる鉱物質に変換しなければならない。
【００５５】
該変換は工程１１４において行うことができる。工程１１４においては、工程１１２の産物をある時間に渡りある温度で加熱する。該温度は、安定性の低い鉱物質をより安定なものに変換するためには、約２００℃〜約１２００℃、好ましくは約４００℃〜約１０００℃、最も好ましくは約６００℃〜約８００℃である。かける時間は約１時間〜約４８時間、好ましくは約四時間〜約２４時間、最も好ましくは約６時間〜約１２時間である。例えば、ゼオライトは加熱炉を用いて常圧で約６時間〜約１２時間、約６００℃〜約８００℃の温度で加熱することにより長石又は斜長石に変換してよい。該変換工程の例を実施例１に示す。
【００５６】
工程１１４は必ずしも段階１００における分離工程ではない。工程１１４は例えば実施例３に説明する通り段階２００及び段階３００の他の工程と組合せてよい。
【００５７】
活性化工程１１０を酸又は塩基又は何らかの活性溶液による処理により行う場合は、工程１１２を実施する前に水中で工程１１０の産物を洗浄する必要がある。工程１１２の産物を乾燥した後に工程１１４を行なうのが好ましい。
【００５８】
【固体廃棄物を用いた固定化用鉱物質の合成】
合成として本明細書において呼称する第２の方法又は実施態様を用いて、固体廃棄物又は液体廃棄物を固定化用鉱物質に一体化させることができる。
【００５９】
固体廃棄物を用いた固定化用鉱物質の合成は工程１２０において実施することができる。固定化用鉱物質の成分を約２００℃〜約１６００℃、より好ましくは約４００℃〜約１４００℃、最も好ましくは約９００℃〜約１２００℃の温度で、放射性核種、有害元素及び有害化合物の１種以上を含有する固体廃棄物と混合する。混合は約１時間〜約７２時間、好ましくは約１時間〜約４８時間、最も好ましくは約１時間〜約２４時間行なうことができる。合成方法の例を実施例２及び３に示す。
【００６０】
【液体廃棄物を用いた固定化用鉱物質の合成】
固定化用鉱物質との液体廃棄物中の放射性核種、有害元素及び／又は有害化合物の一体化はある時間に渡りある温度で放射性核種、有害元素及び有害化合物の１種以上を含有する液体廃棄物又は溶媒と固定化用鉱物質の成分を混合することにより工程１２０において行ってよい。溶媒は廃棄物の組成に応じて水、酸又は塩基である。温度は２００℃〜約１６００℃、好ましくは約４００℃〜約１４００℃、最も好ましくは約９００℃〜約１２００℃である。異なる鉱物質及び異なる放射性核種及び有害元素又は化合物で異なる温度が必要になる。かける時間は約１時間〜約７２時間、好ましくは約１時間〜約４８時間、最も好ましくは約１時間〜約２４時間である。該方法は常圧にて行なうことができる。該方法は間接加熱炉又はパイロット炉を用いて行なうことができる。
【００６１】
【成分と廃棄物の固体反応】
廃棄物と固定化用鉱物質の固体反応により固定化を工程１３０において行うことができる。「固体反応」とは鉱物質の成分である固体化学物質間の反応を指す。本反応は前記成分から鉱物質を生成する。工程１３０において、放射性核種、有害元素及び有害化合物の１種以上を含有し、固定化用鉱物質の成分も含有できる固体廃棄物をある時間に渡りある温度で加熱する。温度は約２００℃〜約１８００℃、好ましくは約６００℃〜約１４００℃、最も好ましくは約１０００℃〜約１２００℃である。かける時間は約１時間〜約１２時間、好ましくは約２時間約６時間、最も好ましくは約２時間〜約４時間である。本工程の例を実施例６及び７に示す。
【００６２】
場合によっては、加熱前又は加熱中に固定化用鉱物質の成分を添加して固体廃棄物と混合してもよい。固定化用鉱物質の成分の例はＳｉＯ２及びＮａＰＯ３である。本工程の例を実施例５に示す。
【００６３】
【段階１００の結果】
前記の一体化方法又は別の一体化方法を用いて、廃棄物の放射性核種、有害元素及び有害化合物の１種以上で固定化用鉱物質の結晶格子中の元素１種以上の全て又は一部を置き換える。例えば、実施例２及び３に示すとおり、モナザイト（希土類元素のリン鉱物）中の元素ランタン（Ｌａ）及びセリウム（Ｃｅ）は廃棄物中に存在する放射性元素ウラン（Ｕ）及び／又はトリウム（Ｔｈ）又は他のアクチニド又はランタニドにより置き換えられることができる。廃棄物一体化鉱物質（第１の障壁）に対する放射性核種、有害元素及び有害化合物の比率（即ち担持量）は固定化用鉱物質の性質により異なる。方法の一体化段階により２重量％より大きい放射性核種の担持が達成される。一体化段階により少なくとも約１０重量％の担持が達成されるのが好ましい。少なくとも約５０重量％の担持が達成されるのがより好ましい。前記の通り、該廃棄酸化物担持量は実施例５の場合は１００重量％もの高値であることができる。一体化方法により得られる該廃棄物一体化鉱物質は方法で用いる固定化用鉱物質の粒径に応じて約１０ミクロン〜１ｃｍの範囲の粒径を有する。該固定化用鉱物質については、より大きい表面積及び高い吸収性の理由から、より小さい粒径が好ましい。得られる廃棄物一体化鉱物質の粒径は約３００〜５００ミクロンが好ましい。
【００６４】
【段階２１０：過成長】
図３は過成長法を用いて段階２１０の第２の障壁を形成するための同じ固定化用鉱物質又は固定化用鉱物質の組成と同じか類似の組成を有する他の鉱物質を用いて廃棄物一体化鉱物質（第１の障壁）を被覆又は包囲するための代替法を示す。ここで、放射性核種、有害元素又は有害化合物が既に固定化用鉱物質に取りこまれている場合は、段階２１０はそれ自体、即ち、先ず段階１００を行なうことなく行なうことができる。
【００６５】
段階２１０は融剤を用いる。「融剤」という用語は溶媒として、そして工程温度を下げるために用いられる何れかの化学物質を指す。融剤の２種の特定の例はＮａ２Ｂ４Ｏ７・１０Ｈ２Ｏ及びＣａＦ２である。１つの実施態様によれば、過成長法による第１の障壁の被覆は以下の通り行ってよい。
【００６６】
工程２１２においては、段階１００の廃棄物一体化鉱物質（又は放射性核種及び有害元素又は化合物と何ら別の態様で一体化された固定化用鉱物質）を融剤又は融剤と粉砕岩石材の混合物と混合する。混合物をある時間に渡りある温度まで加熱する。温度や約６００℃〜約１４００℃、好ましくは約８００℃〜約１３００℃、最も好ましくは約１０００℃〜約１２００℃である。時間は約４時間〜約７２時間、好ましくは約６時間〜約４８時間、最も好ましくは約６時間〜約２４時間である。方法は炉を用いて常圧にて行なってよい。融剤及び粉砕岩石材は共に固定化用鉱物質の成分を含有する。マトリックスが固定化用鉱物質の成分を十分含有していない場合あり、追加してより厚い過成長部を形成してよい。
【００６７】
工程２１４において、有効被覆又は過成長部（第２の障壁）を廃棄物一体化鉱物質（第１の障壁）上に形成することができる。「有効被覆」という用語は、放射性核種、有害元素及び／又は有害化合物を含む廃棄物を単離することにより廃棄物と生物圏との間の化学的相互作用の発生を最小限にするのに十分な被覆を意味する。該有効被覆又は第２の障壁は、固定化用鉱物質の組成と同じか類似の組成を有する非放射性及び非有害性の結晶性被覆である。
【００６８】
工程２１４は約１時間〜約７２時間、好ましくは約１時間〜約４８時間、最も好ましくは約１時間〜約２４時間、約６００℃の温度まで一定又は非一定の速度で工程２１２の産物を冷却することにより行ってよい。
【００６９】
或いは工程２１４は約６００℃の温度まで工程２１２の産物を冷却し、そして、温度を約２４時間（１日間）〜約１６８時間（７日間）、好ましくは約３６時間（３日間）〜約１２０時間（５日間）、最も好ましくは約７２時間（３日間）〜約４８時間（４日間）維持することにより行なってよい。
【００７０】
工程２１２で使用される融剤はその後、溶液中に工程２１４の産物を溶解することにより工程２１６において回収することができる。該溶液は沸騰水又は他の溶媒、例えば酸又は塩基であってよい。例えば、Ｎａ２Ｂ４Ｏ７・１０Ｈ２Ｏを融剤として使用する場合は、これを沸騰水に溶解する。ＣａＦ２を融剤として使用する場合は、塩酸に溶解する。次に有効被覆を有する廃棄物一体化鉱物質を風乾、濾過、遠心による抽出、又は他の方法により溶液から分離することができる。融剤を用いる過成長法の例を実施例２に示す。
【００７１】
【段階２２０：焼結】
有効被覆を形成するための別の実施態様によれば、段階１００の産物（又は放射性核種及び有害元素又は化合物と何らか別の態様で一体化された固定化用鉱物質）を段階２２０における焼結を用いて第２の障壁とともに与えることができる。工程２２２において、段階１００の廃棄物一体化鉱物質を、段階１００において固定化用鉱物質として使用したものと同じ鉱物質と混合し、ある時間で、ある温度にまで加熱する。温度は約２００℃〜約１４００℃、好ましくは約５００℃〜約１３００℃、最も好ましくは約１０００℃〜約１２００℃である。かける時間は約１時間〜約７２時間、好ましくは約１時間〜約４８時間、最も好ましくは約１時間〜約２４時間である。該方法は炉を用いて常圧にて行なうことができる。本方法で得られる産物は多結晶の集塊である。追加の鉱物質に対する第１の障壁の比率は約４０〜約７０重量％である。
【００７２】
該工程２２４において、該固定化用鉱物質上に被覆を形成する。工程２２４は工程２２２の産物を約２５℃に冷却し、放射性核種、有害元素及び有害化合物１種以上を含有する固定化用鉱物質の結晶が放射性核種、有害元素又は有害化合物を全く又は僅かしか含有しない固定化用鉱物質の結晶で囲まれている高密度のセラミックを形成することにより行なってよい。
【００７３】
焼結は１回以上行なってよい。工程２２４における１回目の焼結操作の後、セラミック表面上には一部放射性又は有害な結晶がなお残存している場合がある。２回目の焼結は固定化用鉱物質として用いたものと同じ鉱物質を工程２２４の産物を混合し、そして約１時間〜約７２時間約２００℃〜約１４００℃の温度に加熱することにより、工程２２６において行ってよい。次に工程２２６の産物を室温まで冷却してセラミックの表面上に放射性核種又は有害元素又は化合物を含有する結晶が本質的に存在しない高密度セラミックを形成することにより工程２２８を行なう。焼結法の例は実施例３に示す。
【００７４】
【段階５００：単一の段階における一体化及び過成長】
図５は単一の段階において第１及び第２の障壁を形成する際に関与する工程を示すフローチャートである。段階５００は工程５０６における決定事項に応じて、工程５０２、５０４及び場合により５０８を有する。工程５０２は工程１３０における前記した操作法に従って実施してよい。
【００７５】
工程５０２の産物は幾つかの様式の１つを用いて工程５０４において冷却することができる。例えば工程５０２の産物の冷却は約６００℃にまで一定又は非一定の速度で行なうことができ、約１時間〜７２時間、該温度を維持する。
【００７６】
或いは、工程５０２の産物の冷却は約６００℃に下げて行い、該温度を約２４時間〜約１６８時間（７日間）、好ましくは約３６時間〜約１２０時間（５日間）、最も好ましくは約４８時間〜約７２時間（３日間）維持することにより行なう。
【００７７】
工程５０４における冷却過程により工程５０２の産物を結晶化し、該結晶中に一体化された放射性核種、有害元素又は化合物の全てを有する反応鉱物質の特定の結晶は１種以上できる。例えば、ＳｉＯ２を工程５０２においてＣａＯ及びＺｒＯ２を含有する廃棄物に添加した場合、この過程の終了時（工程５０４の末尾）において、ＣａＺｒＯ３又はまたＺｒＳｉＯ４が反応鉱物質として生成する。場合により、固定化用鉱物質の有効被覆が第１の障壁上に形成される。固定化用鉱物質内の放射性核種の分布は結晶化の速度論的特性に依存しているため、場合により非放射性の層により包囲された中心部内に放射性核種を有する結晶が得られる場合がある。
【００７８】
工程５０６において工程５０４の産物が段階３００のマトリックス（第３の障壁）により包囲されていないことが判明した場合、工程５０４の産物の温度を工程５０８において更に約２５℃まで下げる。あるいは、該方法は段階３００に至る。
【００７９】
【段階３００：包囲マトリックス】
図６は段階１００、２１０、２２０又は５００の第１の障壁及び第２の障壁の１つを包囲マトリックス（第３の障壁）中に包埋するための代替法を示すフローチャートである。第１の障壁は第３の障壁に直接包囲されることができることに留意しなければならない。第３の障壁は、岩石材マトリックスであるか、又は、ガラス材マトリックスでもよい。第３の障壁を形成するために使用する岩石材又はガラス材は好ましくは固定化用鉱物質の成分を含有する。固定化用鉱物質の成分は段階３００において固定化用鉱物質と会合している酸化物、ハロゲン化物、水酸化物又は水であることができる。
【００８０】
工程３１０においては、段階１００、２１０、２２０及び５００の１つの産物（即ち、第１及び第２の障壁の一方又は両方）を粉末化された、又は溶融した岩石材又はガラス材と混合する。場合により、廃棄物中に存在する放射性核種、有害元素、有害化合物及び／又は他の化合物を含有していてよい別の廃棄物、工程３０９においてを添加し、岩石材又はガラス材と混合する。本混合物を岩石材又はガラス材の融点より高温であるが固定化用鉱物質の融点より低い（通常は約８００℃〜約１３００℃）の温度にまで加熱し、該温度で約３０分〜約２時間維持する。加熱は炉を用いて常圧にて行なうことができる。次に岩石材又はガラス材のマトリックスを工程３１２の廃棄物を含有する固定化用鉱物質の周囲に形成される。該岩石材又はガラス材は（有効被覆を伴うか伴わない）廃棄物一体化鉱物質を包囲し、そしてまた（工程３０９で添加された場合は廃棄物中に存在する放射性核種、有害元素、有害化合物及び／又は他の化合物を含有していてよい）更に別の廃棄物を包囲するマトリックスを形成する。工程３１２は工程３１０の産物を一定速度で約２５℃の低温に冷却することで行える。本工程の例は実施例２及び３に示す。
【００８１】
【段階６００：単一の段階における過成長及び包囲マトリックス】
段階２００及び３００は、岩石材又はガラス材のマトリックスが過成長を行なうのに十分な量の固定化用鉱物質成分を有する場合には、単一の段階として組合せられる。図７は単一の段階において第２及び第３の障壁を形成するための代替法を示すフローチャートである。工程６０２において、段階１００の産物又は何らかの方法で放射性核種、有害元素及び有害化合物の１種以上と一体化された固定化用鉱物質を固定化用鉱物質の成分、及び、好ましくは廃棄場所の天然の岩石材と同じか類似の組成を有する粉砕された岩石材又はガラス材と混合する。場合により、廃棄物中の放射性核種、有害元素、有害化合物及び／又は他の化合物を含有してよい別の廃棄物を工程６０１において添加し岩石材又はガラス材と混合する。粉砕した岩石材又はガラス材が十分な量の固定化用鉱物質の成分を有していない場合は、更に添加してより厚い過成長層を形成できる。
【００８２】
工程６０４においては、工程６０２の混合物を岩石材又はガラス材の融点より高温であるが固定化用鉱物質の融点より低い（通常は約８００℃〜約１３００℃）の温度にまで加熱し、約３０分〜約２時間維持する。
【００８３】
工程６０６においては、工程６０４の産物を冷却することにより過成長部及び有効被覆を有する廃棄物一体化鉱物質及び工程６０１において添加された別の廃棄物の双方を包囲する岩石材又はガラス材のマトリックスが形成される。１つの実施態様においては、工程６０６は、約１時間〜約７２時間、好ましくは約１時間〜約４８時間、最も好ましくは約１時間〜約２４時間、約６００℃まで一定又は非一定の速度で工程６０４の産物を冷却することで行える。別の実施態様においては、工程６０６は、工程６０４の産物を約６００℃まで冷却し、そして、約２４時間〜約１６８時間（７日間）、好ましくは約３６時間〜約１２０時間（５日間）、最も好ましくは約４８時間〜約７２時間（３日間）、温度を維持することで行える。
【００８４】
工程６０８においては、工程６０６の産物を約２５℃まで更に冷却する。段階６００の例を実施例１に示す。
【００８５】
【固定化液体廃棄物のためのシステムの好ましい実施態様】
図９は本発明の実施態様による高レベル放射性液体廃棄物の固化又は固定化のための施設を示す模式図である。施設９００は高レベル放射性液体廃棄物（ＨＬＬＷ）供給セル９１０、ブレンド用セル９２０、溶融用セル９３０、移送セル９５０、溶接検査用セル９６０、汚染除去試料採取用セル９７０及び保存セル９８０を有する。
【００８６】
ＨＬＬＷ供給用セル９１０は液体廃棄物供給タンク９１２を１つ以上を有する。ブレンド用セル９２０はブレンダー９２２、鉱物質ホッパー９２４、岩石材／ガラス材ホッパー９２６及び溶融器供給ホッパー９２８を有する。溶融用セル９３０は溶融器９３２、過成長ピット９３４少なくとも１つ、及び冷却用ピット９３６少なくとも１つを有する。
【００８７】
液体廃棄物供給タンク９１２には放射性核種、有害元素及び有害化合物の１種以上を有する液体廃棄物が入っている。鉱物質ホッパー９２４は液体廃棄物の放射性及び有害な成分と一体化するために使用される固定化用鉱物質を有する。岩石材／ガラス材ホッパー９２６は包囲マトリックス用の岩石材又はガラス材１種を有する。
【００８８】
該液体廃棄物及び固定化用鉱物質はブレンダー９２２内で攪拌することにより放射性核種と固定化用鉱物質を一体化させ、廃棄物一体化鉱物質を形成することができる。次に得られる廃棄鉱物質を溶融器供給ホッパー９２８に移送する。岩石材／ガラス材ホッパー９２６由来の岩石材又はガラス材を廃棄物一体化鉱物質と共に、そして、廃棄酸化物ホッパー９１４から出てきた廃棄物中の放射性核種、有害元素、有害化合物及び／又は他の化合物を含有する別の固体廃棄物と共に、溶融器供給ホッパー９２８に導入される。これらの３系統の供給物の組合せを、次に溶融器９３２に移送する。
【００８９】
溶融器９３２において、岩石材及びガラス材の一方、廃棄物一体化鉱物質及び別の固体廃棄物を加熱する。溶融器９３２内の温度は岩石材又はガラス材は溶融するが、廃棄物一体化鉱物質は固体形態で残存するように調節する。次に溶融器９３２由来の産物（固体廃棄物と廃棄物一体化鉱物質含有する溶融した岩石材又はガラス材を含む）をキャニスター９４０に注ぎ込む。該産物の入ったキャニスター９４０はその後過成長ピット９３４内に入れられ、そこで冷却されることにより過成長を形成し、岩石材又はガラス材のマトリックスを形成する。次にこれを冷却ピット９３６に移送し、そこで更に周囲温度まで冷却される。典型的なキャニスターはステンレス鋼又は不活性の合金から構築される。典型的なキャニスターの大きさは直系０．６１メートルであり高さは２．５〜４．５メートルである。
【００９０】
次に本発明の産物が入っているキャニスター９４０を知られた従来の処理に従って処理する。例えば、キャニスター９４０は更に処理する準備ができるまで移送セル９５０内に入れることができる。溶接検査用セル９６０中ではキャニスター９４０に蓋材を溶接する。溶接の一体性は溶接検査用セル９６０内部の検査ステーションにおいて検査することができる。
【００９１】
溶接された蓋材を有するキャニスター９４０は汚染除去試料採取用セル９７０に移送される。残留表面汚染の汚染除去及びキャニスター９４０の表面汚染の残留濃度を測定するための表面の強打試料採取は汚染除去試料採取用セル９７０内において実施することができる。最後に、キャニスター９４０は廃棄するか、保存セル９８０内で保存し、そこに永久的廃棄で除去されるまで留まる。
【００９２】
【液体廃棄物の固定化のための方法の好ましい実施態様】
図１０は本発明の実施態様による図９に示す施設を用いた放射性核種、有害元素及び有害化合物の１種以上を含有する液体廃棄物の固定化の１つの方法に関与する典型的な工程を示すフローチャートである。
【００９３】
工程１００２において、固定化用鉱物質を破砕又は粉砕して適切な粒径にする。その後、工程１００４において、該固定化用鉱物質を前記の方法により活性化し、鉱物質ホッパー９２４に入れる。工程１００６においては、活性化された固定化用鉱物質をブレンダー９２２に移送する。
【００９４】
工程１００８においては、液体廃棄物供給タンク９１２から出た液体廃棄物をブレンダー９２２に導入する。工程１０１０において、活性化された鉱物質及び液体廃棄物を、活性化鉱物質が液体廃棄物中の放射性核種、有害元素及び／又は有害成分で飽和するまで、ブレンダー９２２内で攪拌する。
【００９５】
工程１０１２においては、該廃棄物一体化鉱物質、岩石材／ガラス材ホッパー９２６由来の粉砕岩石材、及び、固体廃棄物ホッパー９１４由来の別の固体廃棄物をホッパー９２８を通して溶融器９３２に添加する。
【００９６】
工程１０１４においては、粉砕された岩石材／ガラス材、廃棄物一体化鉱物質及び別の固体廃棄物の入った溶融器９３２内の該内容物を溶融させ、溶融物が適切な均質性を有するのに十分な時間、溶融温度を維持する。この時点で、廃棄物一体化鉱物質は変換（第１の障壁）され、固体廃棄物は岩石材／ガラス材マトリックス内に一体化される。
【００９７】
工程１０１６においては、溶融器９３２より出た溶融した内容物をキャニスター９４０に注ぎ込む。工程１０１８においては、キャニスター９４０を過成長ピット９３４に移動させ、ここでキャニスター９４０及び該内容物を特定の様式に従って冷却して過成長法により有効被覆（第２の障壁）を形成し、そして包囲岩石材マトリックスを廃棄物一体化鉱物質及び／又は有効被覆上に形成し（第３の障壁）、そして、別の固体廃棄物を岩石材／ガラス材マトリックス内に固定化する。工程１０２０においては、本発明の産物を廃棄場所の天然の岩石材内に埋め込ませる。
【００９８】
【従来の方法よりも有利な点】
前記の通り、本発明は従来の方法よりも更に効果的で効率的に放射性及び有害廃棄物を固定化することができる。従来の技術のガラス化法を超えた本発明の具体的な利点を以下に要約する。
【００９９】
【経費の利点】
本発明の方法は従来技術のガラス化法よりも実質的に高度な廃棄酸化物担持を可能にする。廃棄酸化物の担持量は最終産物の重量に対する廃棄酸化物の重量の比である。本発明を用いて得ることのできる廃棄物担持酸化物は少なくとも６０重量％であり（実施例８参照）、これは従来技術のガラス化法で達成される廃棄酸化物担持量よりも有意に高値である。ガラス化法における廃棄酸化物の担持には、廃棄酸化物の溶解度により、そして、ガラスの特性を弱める硫酸基のような廃棄物中の一部のアニオンの存在により、限界があった。本発明はこれらの限界を克服した。本発明に廃棄酸化物の溶解度による限界がないのは、酸化物が固定化用鉱物質内部に固定化されているためである。包囲する岩石材又はガラス材のマトリックス内に一体化されているこれら酸化物は、本発明では溶解しない。本発明の実施態様においては、硫酸基もまた固定化用鉱物質内部に一体化され、これによりガラス材の弱点が回避されるのである。
【０１００】
本発明の方法は既存のガラス化法と同等以下の時間で実施することができる。前記の通り、本発明の方法は既存のガラス化法よりも高い廃棄酸化物担持量を達成することができる。これは本発明が従来のガラス化法を用いた場合に係るよりも実質的に短い時間で同じ量の廃棄物を固定化できることを意味している。更にまた、所定に量の廃棄物に対し、本発明の最終産物は従来のガラス化法の最終産物よりも実質的に少ない体積を占めることを意味しており、このことは更に、本発明の最終産物が最終的廃棄に関して有意に経費節減できることを意味している。
【０１０１】
【安全上の利点】
本発明は放射性又は有害廃棄物を固定化するために鉱物質を用いている。鉱物質は従来技術のガラス化法において用いられていたガラス材よりも環境条件に耐えるために、より安定した熱力学的な系を与える。
【０１０２】
本発明は浸出及び拡散に対抗する四種もの物理化学的障壁を与える。第１の障壁は固定化用鉱物質の別の元素に放射性核種、有害元素及び／又は有害化合物が強力に結合している廃棄物一体化鉱物質を形成するための固定化用鉱物質により放射性核種の一体化により提供される。本発明の産物のマイクロプローブ分析によれば放射性核種が固定化用鉱物質と一体化されている。
【０１０３】
第２の障壁は固定化用鉱物質からの放射性核種の浸出と拡散の双方を効果的に抑制する非放射性で非有害性の鉱物質層により固定化用鉱物質を被覆する物理化学的方法により形成される。第２の障壁は焼結による過成長法により形成することができる。過成長法により形成された２０ミクロンの被覆は約２００，０００年の間、保護される。本発明により得られる５０ミクロンの被覆は約１００万年の間、保護される。焼結の場合、形成された被覆は最低で数ミリメートルである。従って、得られる保護の水準は少なくとも５０ミクロンの過成長で得られるものと同等である。
【０１０４】
浸出及び拡散に対抗する第３の障壁は第１及び／又は第２の障壁を包囲する岩石材及びガラス材の１つを含む包囲マトリックスにより形成される。本岩石材又はガラス材のマトリックスはまた包囲マトリックスを形成する岩石材又はガラス材に追加される別の固体廃棄物に含有される放射性核種、有害元素及び／又は有害化合物に対する第１の障壁でもある。
【０１０５】
第四の障壁は岩石材マトリックスが廃棄場所の天然の岩石材に相当すると保障されることで形成される。地下水及び水熱溶液を廃棄地区の天然の岩石材の成分で飽和させる。即ち、それらが合成された固定化用鉱物質を被覆する岩石材マトリックスと接触した場合、岩石材マトリックスは地下水及び水熱溶液の双方と平衡状態となるため、浸出過程は無視できるものとなる。
【０１０６】
従来技術のガラス化法は前記四種の物理化学的障壁のうち第３のものを与えるのみであった。更にまた、従来のガラス化法により形成される廃棄物と固定化用鉱物質との間の結合は本発明を用いて得られるものよりも弱い。更に、従来のガラス化法において固定化される廃棄物はガラス材マトリックスの全体積に均一に分布しており、これにより、生物圏の浸出と汚染がもたらされる可能性がある。本発明を用いることにより、同じ量の廃棄物（又はそれ以上）を固定化用鉱物質内部に濃縮される。本発明によれば、廃棄物は岩石材マトリックスの約５０〜７０体積％を構成し、残りの３０〜５０体積％は非放射性又は非有害性である。
【０１０７】
従来技術のガラス化法と比較した場合の本発明の別の利点は、国際原子力機関により要求される誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）浸出試験において示されるとおり極めて低い浸出速度を本発明が示すことができる点である。ＩＣＰはプラズマの影響により分析対象となる全試料元素が励起／エネルギー付与される１種のスペクトル分析である。これはＩＣＰスペクトル分析器のうちのキャリブレーションされた検出器により検出されるシグナルを発する。本方法は高レベルの検出が（１０億分の１（ｐｐｂ））可能である。ＩＣＰにより分析された試料は３０日間９０℃の温度の蒸留水中におかれる。
【０１０８】
以下の浸出速度の成績が本発明で得られている。
【０１０９】
本発明の実施態様に従って固定化された液体廃棄物の場合、約１０‐^５ｇ／ｍ^２×日の浸出速度が得られており、これは従来技術のガラス化法により達成される浸出速度より二桁低値（即ち１００倍遅い）である。本浸出速度は、自身や他の岩石材又はガラス材マトリックスの破壊の状況をシミュレーションした岩石材マトリックス障壁破壊による切開試料を用いて得られる。未損傷の岩石材マトリックスの試料の浸出速度がより低いことは明らかである。本発明の実施態様に従って固定化した固体廃棄物の場合は、岩石材又はガラス材マトリックスを有さない（即ち第３の障壁を有さない）試料で約１０‐^４ｇ／ｍ^２×日の浸出速度が得られる。
【０１１０】
本発明においては、浸出に対抗する第３の障壁もまた、放射性核種、有害元素及び／又は有害化合物の拡散速度を、無視できる水準まで、例えば約１０‐^２０ｃｍ^２／ｓｅｃ〜約１０^−１４ｃｍ^２／ｓｅｃまで効果的に低下させる。拡散速度は例えば参照により本明細書に組み込まれるＤｙｎａｍｉｃ Ｐｈｅｎｏｍｅｎａ ｏｆ Ｆｌｕｉｄ Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｓｙｓｔｅｍ， Ｃｈｅｋｈｍｉｒ等、（Ｎａｕｋａ Ｅｄｉｔｉｏｎ）， Ｍｏｓｃｏｗ， １９９１に記載の方法等、何れか既知の方法により測定することができる。アクチニド及びランタニド（高レベル廃棄物放射性核種）は大型のカチオンである。廃棄物一体化鉱物質及び岩石材マトリックスからの大型のカチオンの拡散は極めて低い（１０‐^２０〜１０^−１８ｃｍ^２／ｓｅｃ）。これはホウ珪酸塩ガラスにおける同じカチオンの拡散速度より１又は２桁低値であることによる。
【０１１１】
本発明は水熱条件を必要としない。本発明では既存のガラス化溶融器の能力の範囲内である１２００℃未満の温度で実施する方法が好ましい。
【０１１２】
本発明により与えられる浸出及び拡散の障壁は、従来技術のガラス化法で必要とされるよりも低価格の人工的障壁で高レベル放射性廃棄物の廃棄を可能とする。例えば、本発明を用いることにより、従来技術の多障壁廃棄系の腐食耐性の容器（１つの障壁）及び容器周囲のバックフィル（別の障壁）が省略できる。これらの２つの層の省略により多大な経費節減が可能である。例えば、各腐食耐性容器（容器当たり５００，０００ドルもの価格となる場合がある）はガラス化廃棄物のキャニスター５個を収容できるのみである。
【０１１３】
以下に記載する実施例は全て、安定な同位体及び類縁体を有する非放射性物質を用いた実験において行われた。しかし、放射性物質も同様に処理できる。
【０１１４】
図１１における画像１１００は走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）により作成し、本発明の廃棄物一体化鉱物質の結晶の典型的な拡大図を示す。画像１１００に示される結晶は斜長石に変換させたゼオライトに一体化されたＴｈを含有するＴｈ一体化斜長石結晶である。Ｔｈ一体化斜長石結晶を約３０ミクロンの厚みの過成長部で被覆する。過成長部の厚みは廃棄物一体化鉱物質の断面の中心をほぼ通過する線に沿った５ミクロンおきの各点におけるマイクロプローブ分析を実施することにより切除研磨試料を用いて測定される。過成長層の内部及び外部の境界線の位置は、組成が変化する場所を記録することにより測定される。
【０１１５】
Ｔｈは画像１１００において白点として示す。目視検査により、Ｔｈは結晶の中心領域内に濃縮されていることが観察できる。結晶の中間部においてＴｈの濃度が高いことは、結晶の中央領域のマイクロプローブ分析により更に確認され、その結果は下部スペクトル１２００に示されている。該過成長層のマイクロプローブ分析結果を示す上部スペクトル１３００に示されるとおり、過成長層はＴｈを殆ど又は全く含んでいない。
【０１１６】
【実施例】
以下の実施例は本発明の特定の実施態様を説明することを意図しており、従って実施例は請求項の範囲を限定するために用いるべきでない。
【０１１７】
【実施例１】
天然の鉱物質中に液体形態の廃棄物を固定化するための方法
【０１１８】
１．活性化
天然のカルシウム−ゼオライトを粉砕し、約４００℃に約１２時間加熱して揮発性成分を除去した。
【０１１９】
２．吸収
硝酸トリウム結晶水和物を水に溶解し、トリウムを含有する水溶液を調製した。次に溶液をカルシウム−ゼオライト結晶（結晶の粒径は３００ミクロン未満）と共に室温で攪拌し、次に約２時間１１０℃の炉内で乾燥した。
【０１２０】
３．変換
得られた結晶を約８００℃で約１２時間加熱し、得られたカルシウム−ゼオライトをトリウム含有長石に変換した。該加熱は炉内で常圧にて行なった。
【０１２１】
４．過成長＋ガラス材マトリックス
得られた物質を粉砕黒曜石と混合し、数時間約１２００℃で加熱し、次に徐々に温度を下げて冷却し、４８時間かけて６００℃とした。これを次に２５℃まで冷却した。これにより長石層で被覆されたトリウムを含有する長石の結晶を含有する黒曜石マトリックスを得た。これはマイクロプローブ分析により確認された。
【０１２２】
５．マイクロプローブ分析
以下に示す表４Ａ〜４Ｃ（マイクロプローブ分析１）は内部にＴｈが一体化された斜長石へのゼオライト結晶の変換のマイクロプローブ分析の結果を示す。マイクロプローブ分析１においては同じ鉱物質結晶内部の１０ヶ所を分析してＴｈの統計学的担持量を測定した。表の最も左のコラムに記載された各元素に関する廃棄酸化物の担持量を右から２番目のコラムである「化合物の重量％」のコラム内に示す。本廃棄物一体化鉱物質のＴｈの平均担持量は約７５重量％である（７７．１９＋７６．９４＋７４．６８＋６５．５９＋７３．４８＋８６．３９＋７４．３６＋７７．０１＋７３．５６＋７５．６７）／１０＝７５．４８）。
【０１２３】
【表４Ａ】

【０１２４】
【表４Ｂ】

【０１２５】
【表４Ｃ】

【０１２６】
【実施例２】
合成の鉱物質中に固体形態の廃棄物を固定化するための方法
【０１２７】
１．合成
Ｃｅ２Ｏ３及びＮａＰＯ３及びＬａ２Ｏ３（モナザイトの成分）を取り、セリウム及びランタンの約１０重量％〜１５重量％をウラン及びトリウムと置き換えた。これは炉を用いて常圧で約２日間１２００℃でこれらの成分全てを加熱することにより行った。得られた合成モナザイトはセリウム及びランタンの一部がウラン及びトリウムとおきかえられたものであった。合成モナザイトはその後炉の外部でクエンチングした。
【０１２８】
２．融剤添加による過成長
次に合成モナザイトをＣｅ２Ｏ３＋Ｐ２Ｏ５を含有するＮａ２Ｂ４Ｏ７．１０Ｈ２Ｏと混合した。これを次に炉内で常圧下約２日間９００℃で加熱した。次に炉を停止することにより８時間かけて室温まで冷却した。これにより固定化用鉱物質の過成長部が得られた。次にＮａ２Ｂ４Ｏ７．１０Ｈ２Ｏを沸騰水に溶解し、ウラン及びトリウムを含有しないモナザイトの層で被覆された内部にウラン及びトリウムを有するモナザイトの結晶を得た。
【０１２９】
３．ガラス材マトリックス
次にこれらの結晶を粉砕した黒曜石と混合し、数時間１０００℃で溶融させ、次に８時間かけて４００℃まで温度を徐々に下げて冷却した。これにより内部に封入されたモナザイト結晶を有する黒曜石のブロックが得られた。これをマイクロプローブ分析により測定した。
【０１３０】
【実施例３】
合成の鉱物質中に固体形態の廃棄物を固定化するための方法
【０１３１】
１．合成
実施例２の合成方法を用いた。
【０１３２】
２．焼結
ウラン及びトリウムを含有する合成モナザイトをウラン及びトリウムは含有しないが同じ組成の天然のモナザイトと混合した。合成モナザイトの約２５重量％を天然のモナザイト７５重量％と手作業により乳鉢で混合した。本混合物を約１日炉内で常圧下約９００℃〜１０００℃で加熱し、８時間室温まで温度を徐々に下げて冷却した。これによりウラン及びトリウムを含有しないモナザイトの結晶で包囲されたウラン及びトリウムを含有するモナザイト結晶を有する集塊が得られた。
【０１３３】
３．２回目の焼結
ウラン及びトリウムの結晶の一部が表面上に残留していた。粉砕したモナザイトの約１０体積％を結晶集塊に添加し、１．５時間９００℃〜１０００℃に加熱することにより、合成モナザイトを被覆する厚さ約２ｍｍのモナザイト層が付加された。これはマイクロプローブ分析により確認された。次にこれを８時間かけて温度を徐々に室温まで下げて冷却した。
【０１３４】
４．ガラス材マトリックス
得られた産物を粉砕黒曜石と混合し、約２時間、約１１００℃で溶融した。次に徐々に温度を下げて８時間かけて室温まで冷却した。
【０１３５】
【実施例４】
天然の鉱物質中に液体形態の廃棄物を固定化するための方法
【０１３６】
１．活性化
天然のカルシウム−ゼオライトを粉砕し約１２時間約４００℃に加熱して揮発性成分を除去した。
【０１３７】
２．吸収
塩化セリウム及び硝酸トリウムの両方を水に溶解し、セリウムとトリウムを含有する水溶液を得た。次に本溶液をカルシウム−ゼオライトと共に室温で攪拌した。次にカルシウム−ゼオライトを室温でアルコール中で洗浄し、次に約２時間、１１０℃で乾燥した。
【０１３８】
３．変換＋過生成＋岩石材マトリックス（オールインワン工程）
次にこれを凝灰岩と混合した。凝灰岩は酸性の岩石材であり、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＣａＯ及びＮａ２Ｏのような酸化物１種以上を含有し、石英、曹長石及び斜長石のような鉱物質１種以上を含有する。これを１２００℃で約２時間溶融するまで過熱し、徐々に温度を下げて冷却し、４８時間で６００℃とした。次にこれを２５℃まで冷却した。得られた産物は前記の化合物を全て含む緻密なガラス材であった。これによりカルシウム−ゼオライトは（ａ）凝灰岩が斜長石の成分を含むことからセシウムとトリウムを含有する斜長石に変換されており、（ｂ）斜長石の非放射性の層で被覆されており、そして、（ｃ）その全体が凝灰岩のマトリックスで被覆されている。
【０１３９】
４．マイクロプローブ分析
以下に示す表５Ａ〜５Ｄ（マイクロプローブ分析２）は内部にＴｈが一体化された斜長石に変換されたゼオライトの結晶のマイクロプローブ分析の結果を示す。マイクロプローブ分析２で、結晶中心部のＴｈの濃度は表５Ａに示すとおり６２．４４重量％である。結晶端部に近いＴｈの濃度は表５Ｂに示すとおり３０．０６重量％である。マイクロプローブビームが半分は結晶中に、半分は過成長部に焦点を合わせたため、担持量は３０．０６重量％であった。結晶の端部より外側数ミクロンの部分ではＴｈの濃度は表５Ｃに示すとおり３．０２重量％であった。マイクロプローブビームが僅かに結晶内部に焦点を合わせたため、担持量は３．０２重量％であった。結晶を包囲している岩石材マトリックス内のＴｈの濃度は表５Ｄに示すとおり０．４４重量％であった。担持量０．４４重量％はＴｈの検出限界未満である。表５Ａ〜５Ｄに示されるとおり、Ｔｈの濃度は結晶の中心から岩石材マトリックスに向かって減少している。マイクロプローブ分析２によれば、廃棄酸化物は固定化用鉱物質により効果的に固定化されていることがわかる。
【０１４０】
【表５Ａ】

【０１４１】
【表５Ｂ】

【０１４２】
【表５Ｃ】

【０１４３】
【表５Ｄ】

【０１４４】
【実施例５】
天然の鉱物質中に液体形態の廃棄物を固定化するための方法（固定化用鉱物質との廃棄物の一体化）
【０１４５】
１．放射性核種（廃棄物中に存在）のシミュレーションによる廃棄物組成の混合シミュレーション
Ａｌ２Ｏ３、ＣａＣＯ３、Ｈ３ＢＯ３、ＺｒＯ２及びＣａＦ２を混合して廃棄物の組成をシミュレーションした。Ｓｒ、Ｃｓ、Ｃｅ、Ｌａ、Ｕ及びＴｈの酸化物（各々１重量％）を添加してこの廃棄物中の放射性核種をシミュレーションした。
【０１４６】
２．固定化用鉱物質との廃棄物の一体化
本混合物を１２５０℃に加熱し、この温度で約２時間維持した。次に温度を４８時間かけて一定速度で６００℃まで下げた。これにより混合物から幾つかの合成鉱物質への完全な結晶化が起こった。これらの鉱物質は主にカルシウムのジルコン酸塩、フッ化物及びジルコンを含んでいた。放射性核種をシミュレーションした全ての酸化物が結晶中に一体化されていた。次に炉を停止することにより約４時間かけて２５℃まで温度を低下させた。
【０１４７】
３．マイクロプローブ分析
以下に示す表６Ａ〜６Ｃ（マイクロプローブ分析３）は固体反応により内部に一体化された固体廃棄物を有する固定化用鉱物質の結晶のマイクロプローブ分析の結果を示す。表６Ａ〜６Ｃに示す結果によれば、固体反応によりカルシウム−ジルコネート、アルミナカルシウムジルコネート及びジルコンを含む幾つかの固定化用鉱物質が形成された。本実施例においては、１重量％のＴｈが廃棄物シミュレーションに用いられた。ジルコン鉱物質のマイクロプローブ分析の結果が記載されている表６Ｃに示すとおり、極めて高濃度のＴｈ（約８３重量％）がこの鉱物質に取りこまれていた。本結果は、ジルコン鉱物質が、カルシウム−ジルコネート、アルミナ−カルシウムジルコネート及びジルコンのうち、ウラン転移元素に対してもっとも固定化する鉱物質であることを示している。
【０１４８】
【表６Ａ】

【０１４９】
【表６Ｂ】

【０１５０】
【表６Ｃ】

【０１５１】
【実施例６】
添加物を添加しながら鉱物質中に固体廃棄物を固定化するための方法（固定化用鉱物質との廃棄物の一体化）
【０１５２】
１．放射性核種（廃棄物中に存在）のシミュレーションによる廃棄物組成の混合シミュレーション
実施例５の混合方法を用いた。
【０１５３】
２．添加物の添加
ＳｉＯ２を１０重量％添加した。
【０１５４】
３．固定化用鉱物質による廃棄物の一体化
実施例５と同様に行なった。これにより幾つかの合成鉱物質への混合物の完全な結晶化が起こった。これらの鉱物質には主にカルシウムのジルコネート、フッ化物及びジルコンが含まれていた（添加物無添加の実施例５を参照）。更に、一部のシミュレーションされた放射性核種を一体化した斜長石も形成された。
【０１５５】
４．マイクロプローブ分析
以下に示す表７（マイクロプローブ分析４）は固体反応により内部に一体化された固体廃棄物を有する固定化用鉱物質の結晶の別のマイクロプローブ分析の結果を示す。本分析によれば、該反応で形成された幾つかの固定化用鉱物質の１つである斜長石がＳｒに対する良好な固定化用鉱物質であることがわかる。
【０１５６】
【表７】

【０１５７】
【実施例７】
添加物を添加しながら鉱物質中に固体廃棄物を固定化するための方法（固定化用鉱物質との廃棄物の一体化）
【０１５８】
１．放射性核種（廃棄物中に存在）のシミュレーションによる廃棄物組成の混合シミュレーション
ＴｈＯ２、ＵＯ２、ＣｅＯ３及びＬａ２Ｏ３各々を１重量％添加して米国アイダホ州のＩｄａｈｏ　Ｆａｌｌｓ地区の典型的な廃棄物組成をシミュレーションした以外は、実施例５と同様に行なった。
【０１５９】
２．添加物の添加
ＮａＰＯ３約１５重量％を添加した（Ｐ２Ｏ５の１０重量％をシミュレーション）。
【０１６０】
３．固定化用鉱物質による廃棄物の一体化
実施例５と同様に行なった。これにより幾つかの合成鉱物質への混合物の完全な結晶化が起こった。これらの鉱物質には主にカルシウムのジルコネート、フッ化物及びジルコンが含まれていた（添加物無添加の実施例５を参照）。更に、シミュレーションされた放射性核種の一部も一体化したリン灰石も形成された（マイクロプローブ分析４参照）。
【０１６１】
４．マイクロプローブ分析
以下に示す表８Ａ〜８Ｂ（マイクロプローブ分析５）は固体反応により内部に一体化された固体廃棄物を有する固定化用鉱物質の結晶の別のマイクロプローブ分析の結果を示す。本分析では、この反応で形成された幾つかの固定化用鉱物質の１つとしてリン灰石を用いている。表８Ａに示す第１の分析はその中心部の鉱物質の組成を示している。Ｌａ２Ｏ３及びＣｅ２Ｏ３の濃度は比較的高いが、ＴｈＯ２及びＵＯ２の濃度は比較的低い。前者２種の酸化物に対して、リン灰石は良好な固定化用鉱物質であり、この固体反応で形成された他の鉱物質は後者２種の酸化物に対してより良好な固定化用鉱物質である。
【０１６２】
【表８Ａ】

【０１６３】
【表８Ｂ】

【０１６４】
【実施例８】
岩石材中の固体形態の廃棄物と共に天然の鉱物質中に液体形態の廃棄物を固定化するための方法
【０１６５】
１．活性化
天然のカルシウム−ゼオライトを粉砕し約１２時間約４００℃に加熱して揮発性成分を除去した。
【０１６６】
２．吸収
塩化セリウム及び硝酸トリウムの両方を水に溶解し、セリウムとトリウムを含有する水溶液を得た。次に本溶液をカルシウム−ゼオライトと共に室温で攪拌した。次にカルシウム−ゼオライトを室温でアルコール中洗浄し、次に約２時間、１１０℃で乾燥した。
【０１６７】
３．変換＋過生成＋岩石材マトリックス（オールインワン工程）
カルシウム−ゼオライト３０重量％をＳｉＯ２１０重量％、ＺｒＯ２１０重量％、Ｍｎ（ＮＯ３）２１０重量％及びＳｎＳＯ４１０重量％を含む種々の化合物（典型的な廃棄物組成をシミュレーションしたもの）４０重量％と混合した。これらの４種の化合物の粒径は２００〜３００ミクロンであった。これに凝灰岩３０重量％を添加した。得られたものを１２００℃で約２時間溶融するまで過熱し、徐々に温度を下げて冷却し、４８時間かけて６００℃とした。次にこれを２５℃まで冷却した。得られた産物は前記化合物全てを取りこんだ緻密なガラス材であった。これによりカルシウム−ゼオライトは（ａ）凝灰岩が斜長石の成分を含むことからセシウムとトリウムを含有する斜長石に変換されており、（ｂ）斜長石の非放射性の層で被覆されており、そして、（ｃ）その全体が凝灰岩のマトリックスで被覆されている。我々が達成した廃棄酸化物担持量は約６０重量％であった。これは以下の通り計算した。
【０１６８】
１）廃棄化合物４０重量％。
【０１６９】
２）放射性核種約７０重量％を含むゼオライト３０重量％（３０％×０．７＝約２０重量％）。
【０１７０】
前記のマイクロプローブ分析１〜５の結果によれば、液体廃棄物試験において本発明は最終産物の結晶構造中に液体廃棄物から廃棄酸化物９５〜１００％を一体化させることができる。固体廃棄物試験においては、本発明は最終産物の結晶構造中に固体廃棄物から廃棄酸化物１００％を一体化させることができる。
【０１７１】
本発明は多くの実施態様及び応用を有している。各実施態様は前記の工程を１つ以上含んでいる。更にまた、実施態様の各々は種々の実施態様を実施するための当該分野で既知の他の工程も含むことができる。該工程は如何なる論理的順序において実施しても良く、即ち、前記の工程、或いは以下の請求項に記載した順序に限定されない。
【０１７２】
本発明の実施態様の以上の開示は例示と説明を目的としている。開示した厳密な形態が本発明の全てではなく、またこれらに限定されるものではない。本明細書に記載した実施態様の多くの変更及び修正は前記開示を参照することにより当業者には自明なものである。本発明の範囲は記載する請求項及びそれと同等のものによってのみ定義される。
【図面の簡単な説明】
【図１】
図１は本発明の好ましい実施態様により放射性及び有害廃棄物を処理する際に関与する種々の段階の概要を示すフローチャートの図である。
【図２】
図２は第１の障壁を形成するために固定化用鉱物質に廃棄物を一体化させる際に関与する別の方法を示すフローチャートの図である。
【図３】
図３は過成長を用いた第２の障壁の形成のための別の方法を示すフローチャートの図である。
【図４】
図４は焼結による第２の障壁の形成のための別の方法を示すフローチャートの図である。
【図５】
図５は単一の段階において第１及び第２の障壁を形成する際に関与する肯定を示すフローチャートの図である。
【図６】
図６は岩石材及びガラス材の１つを含む包囲マトリックスで第１及び第２の障壁の１つを被覆するための別の方法を示すフローチャートの図である。
【図７】
図７は単一の段階において第２及び第３の障壁を形成するための別の方法を示すフローチャートの図である。
【図８】
図８は本発明の好ましい実施態様の廃棄品２種の断面図を示す模式図である。
【図９】
図９は本発明の実施態様による高レベル放射性液体廃棄物の固化又は固定化のための施設を示す模式図である。
【図１０】
図１０は本発明の実施態様による高レベル放射性液体廃棄物の固化又は固定化に関与する典型的な工程を示すフローチャートの図である。
【図１１】
図１１は本発明の廃棄物一体化鉱物質の結晶の典型的な拡大図である。

Claims (20)

1. 放射性核種、有害元素及び有害化合物を１種以上含有する廃棄物を固定化するための方法であって、
   前記廃棄物を固定化用鉱物質と一体化して廃棄物一体化鉱物質を生成し、その際に前記放射性核種、有害元素及び有害化合物の１種以上が廃棄物一体化鉱物質の少なくとも約２重量％に相当するようにし、
   岩石材及びガラス材の一方を含有する包囲マトリックス中に廃棄物一体化鉱物質を封入して廃棄品を形成する、各ステップを含む廃棄物の固定化方法。
2. 前記封入ステップの前に過成長操作及び焼結法の一方を用いて前記廃棄物一体化鉱物質の有効被覆を生成するステップを更に含む、請求項１に記載の方法。
3. 天然の岩石材内に前記廃棄品を埋没させるステップをさらに含んでおり、その際に前記天然の岩石材及び前記包囲マトリックスが少なくとも１種の共通の成分を有するようにする、請求項１に記載の方法。
4. 前記一体化ステップでは、前記廃棄物を含有する溶液に前記固定化鉱物質を接触させる、請求項１記載の方法。
5. 前記一体化ステップでは、高温で前記固定化用鉱物質の成分と前記廃棄物とを混合し、前記成分は廃棄物中に含有されるか、又は廃棄物に添加されるものである、請求項１に記載の方法。
6. 前記一体化工程では、
   前記放射性核種、有害元素及び有害化合物と合成鉱物質又は天然鉱物質の１種以上の成分との混合物を形成し、その際に、前記鉱物質の成分は、酸化物、ハロゲン化物、水酸化物及び水和化合物よりなる群から選択されるとともに、前記廃棄物に含有されるか又は前記廃棄物に添加されることにより前記混合物を形成し、前記放射性核種、有害元素及び有害化合物はアクチニド及びランタニドよりなる群から選択される元素１種以上を含有しており、
   前記混合物を反応させてロパライト、リン灰石、スフェン、長石、斜長石、ソーダライト、ネフェリン、ソライト、ジルコン、モナザイト及びカルシウム−ゼオライトよりなる群から選択される鉱物質１種以上を形成させ、前記放射性核種、有害元素及び有害化合物は前記鉱物質の結晶格子中に一体化される、請求項１に記載の方法。
7. 前記有効被覆は少なくとも２ミクロンの厚みである、請求項２に記載の方法。
8. 固定化用鉱物質及び放射性核種、有害元素及び有害化合物の１種以上を含有する廃棄物を含有する廃棄物一体化鉱物質と、当該廃棄物一体型鉱物質を包囲する包囲マトリックスとを含む封入廃棄品であって、
   前記放射性核種、有害元素及び有害化合物の１種以上は廃棄物一体化鉱物質の約２重量％以上に相当しており；
   前記包囲マトリックスは岩石材及びガラス材の１種を含有するとともに、前記固定化用鉱物質の成分と共通の成分を少なくとも１種有している、封入廃棄品。
9. 前記包囲マトリックスは封入廃棄品の総重量の３０重量％未満である、請求項８に記載の廃棄品。
10. 前記包囲マトリックスは廃棄場所の天然の岩石材と共通の鉱物質を少なくとも１種含む、請求項８に記載の廃棄品。
11. 前記固定化用鉱物質がリン酸塩、珪酸塩、酸化物及び粘度の１種である、請求項８に記載の廃棄品。
12. 前記廃棄物がアクチニド及びランタニドよりなる群から選択される元素１種以上であ、る請求項８に記載の廃棄品。
13. 前記固定化用鉱物質がロパライト、リン灰石、スフェン、長石、斜長石、ソーダライト、ネフェリン、ソライト、ジルコン、モナザイト及びカルシウム−ゼオライトよりなる群から選択される、請求項８に記載の廃棄品。
14. 前記放射性核種、有害元素及び有害化合物の１種以上が前記固定化用鉱物質の結晶格子中の元素を置換している、請求項８に記載の廃棄品。
15. 前記廃棄物一体化鉱物質と前記包囲マトリックスとの間に介在する有効被覆をさらに含む、請求項８に記載の廃棄品。
16. 前記有効被覆が少なくとも２ミクロンの厚みを有する、請求項１５に記載の廃棄品。
17. 前記有効被覆が放射性核種、有害元素及び有害化合物を殆ど、又は全く含有しない、請求項１５に記載の廃棄品。
18. 前記包囲マトリックスが別の廃棄物を含む、請求項８に記載の廃棄品。
19. 放射性核種、有害元素及び有害化合物の１種以上を含む固体廃棄物を固定化するための方法であって、
    高温で固定化用鉱物質の成分を含む固体廃棄物を加熱して廃棄物一体化鉱物質を生成し、
    有効被覆及び包囲マトリックスの一方又は両方で廃棄物一体化鉱物質を封入する、各ステップを含み、
    前記有効被覆は過成長操作及び焼結法の一方を用いて生成され、
    前記包囲マトリックスは岩石材及びガラス材の一方を含む、固定化方法。
20. 前記加熱工程の前又はその間に前記固体廃棄物と前記固定化用鉱物質の別の成分を混合する工程を更に含む、請求項１９に記載の方法。

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