JP2017500591A - 混合廃棄物をガラス化するためのガラス組成物及びこれを用いた混合廃棄物のガラス化方法 - Google Patents

混合廃棄物をガラス化するためのガラス組成物及びこれを用いた混合廃棄物のガラス化方法 Download PDF

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Abstract

【課題】混合廃棄物のガラス化に最も適したガラス組成物、及び該ガラス組成物を用いた混合廃棄物のガラス化方法を提供する。【解決手段】本発明は放射性廃棄物のガラス化に関するものである。本発明によれば、 手袋、作業服、ビニル、ゴム類などの可燃性廃棄物と低放射性廃棄物とが混合された混合廃棄物に適したガラス組成物及びこれを用いた混合廃棄物のガラス化方法を提供することにより、放射性廃棄物の体積を著しく低減させることができるだけでなく、混合廃棄物のガラス化に適したガラス組成物で混合廃棄物をガラス化させることにより、ガラス固化体内に放射性物質が流出することを最大限抑制するか或いは全く遮断することができるという効果がある。【選択図】図1

Description

本発明は、放射性廃棄物のガラス化に係り、さらに詳しくは、原子力発電所から発生する手袋、作業服、ビニル、ゴム類などの可燃性廃棄物と低放射性廃棄物とが混合された混合廃棄物に適したガラス組成物及びこれを用いた可燃性廃棄物のガラス化方法に関する。
原子力発電所から発生する放射性廃棄物である手袋、作業服、ビニル、ゴム類などの可燃性廃棄物、低放射性廃棄物及びこれらの混合廃棄物は、セメントで固化させるか、或いは廃棄物ドラムに入れて処理している。セメント固化体に比べ、地下水と接触したときに内部の放射性物質が地下水に流出する速度の一層遅い固化体、或いは内部の放射性物質が全く流出しない固化体を作り出す技術が必要であり、処理場の建設が難しくなるから、一つの処理場を長期間にわたって使えるように放射性廃棄物ドラムの数を大幅に減少させることができる技術が要求される。
このような要求に応えて、最近、各国では放射性廃棄物をガラス媒質を用いてガラス化させる技術に関する研究が盛んに行われている。
一方、放射性廃棄物のガラス化工程に関する従来技術として、韓国特許登録第10−0768093号(鉄/リン酸ガラスを用いた中低準位放射性廃棄物ガラス化方法)、韓国特許登録第10−0432450号(中低準位放射性廃棄物の処理システム)などがあるが、 高準位廃棄物とは廃棄物の種類、発生量、化学的組成などが異なるから、高準位廃棄物のガラス化に関する技術をそのまま適用することができないことにも拘わらず、手袋、作業服、ビニル、ゴム類などの可燃性廃棄物と低放射性廃棄物とが混合された混合廃棄物をガラス化するためのガラス組成物に関するものは全く開示されていない。
本発明の目的は、混合廃棄物のガラス化に最も適したガラス組成物を提供することにある。
また、本発明の他の目的は、混合廃棄物ガラス組成物を用いた混合廃棄物のガラス化方法を提供することにある。
上記目的を達成するために、本発明は、混合廃棄物をガラス化するためのガラス組成物において、SiO2、Al、B、CaO、KO、LiO、MgO、NaO、TiOおよびVOを含む混合廃棄物用ガラス組成物を提供する。
前記混合廃棄物用ガラス組成物は、As、CeO、CoO、Fe、MnO、P、ZrOをさらに含むことができる。
前記混合廃棄物用ガラス組成物は、SiO40〜50重量%Al11〜16重量%、B8〜15重量%、CaO3〜6重量%、KO1〜3重量%、LiO1〜3重量%、MgO1〜3重量%、NaO15〜19重量%、TiO0.5〜3重量%、及びVO0.5〜3重量%を含むことを特徴とし、As、CeO、CoO、Fe、MnO、P、ZrOをさらに含む場合、混合廃棄物用ガラス組成物は、SiO40〜50重量%Al11〜16重量%、B8〜15重量%、CaO3〜6重量%、KO1〜3重量%、LiO1〜3重量%、MgO1〜3重量%、NaO15〜19重量%、TiO0.5〜3重量%、VO0.5〜3重量%、As0.5〜3重量%、CeO0.5〜3重量%、CoO0.1〜2重量%、Fe1〜3重量%、MnO0.01〜0.1重量%、P0.1〜1.0重量%、ZrO0.5〜3重量%を含むことを特徴とする。
また、本発明は、混合廃棄物をガラス化する方法において、溶融炉に、混合廃棄物とSiO2、Al、B、CaO、KO、LiO、MgO、NaO、TiO及びVOを含むガラス組成物を一緒に投入することを特徴とする混合廃棄物のガラス化方法を提供する。
前記ガラス組成物は、As、CeO、CoO、Fe、MnO、P、ZrOをさらに含むことができる。
前記ガラス組成物は、SiO40〜50重量%Al11〜16重量%、B8〜15重量%、CaO3〜6重量%、KO1〜3重量%、LiO1〜3重量%、MgO1〜3重量%、NaO15〜19重量%、TiO0.5〜3重量%及びVO0.5〜3重量%を含むことを特徴とし、As、CeO、CoO、Fe、MnO、P、ZrOをさらに含む場合、混合廃棄物用ガラス組成物は、SiO40〜50重量%Al11〜16重量%、B8〜15重量%、CaO3〜6重量%、KO1〜3重量%、LiO1〜3重量%、MgO1〜3重量%、NaO15〜19重量%、TiO0.5〜3重量%、VO0.5〜3重量%、As0.5〜3重量%、CeO0.5〜3重量%、CoO0.1〜2重量%、Fe1〜3重量%、MnO0.01〜0.1重量%、P0.1〜1.0重量%、ZrO0.5〜3重量%を含むことを特徴とする。
上述したような本発明によれば、手袋、作業服、ビニル、ゴム類などの可燃性廃棄物と低放射性廃棄物とが混合された混合廃棄物に適したガラス組成物及びこれを用いた混合廃棄物のガラス化方法を提供することにより、放射性廃棄物の体積を著しく低減させることができるだけでなく、混合廃棄物のガラス化に適したガラス組成物で混合廃棄物をガラス化させることにより、ガラス固化体内に放射性物質が流出することを最大限抑制するか或いは全く遮断することができるという効果がある。
ガラス組成選定のフローチャートである。 候補ガラスAG8W1及びDG−2の粘度の変化を示すグラフである。 候補ガラスSGの粘度変化を示すグラフである。 候補ガラスAG8W1及びDG−2の電気伝導度の変化を示すグラフである。 候補ガラスSGの電気伝導度変化を示すグラフである。 候補ガラスのANSI/ANS16.1の浸出指数を示すグラフである。 候補ガラスと基準ガラスの7日PCT浸出率の結果を示すグラフである。 候補ガラスと基準ガラスの7日PCT浸出率の結果を示すグラフである。 120日PCT実験後の浸出結果を示すグラフである。 ISO浸出試験法における元素別浸出率の変化を示すグラフである。 ISO浸出試験法における候補ガラスAG8W1の元素による累積浸出分率を示すグラフである。
以下、実施例に基づいて本発明をより詳細に説明する。これらの実施例が、本発明を例示するためのものに過ぎず、本発明の範囲を制限するものではないことは、当業者にとって自明であろう。
実施例1.実験方法
ウルチン原子力発電所から発生するガラス化対象廃棄物をガラス化するために、廃棄物別に含んでいる無機物の種類及び濃度を評価し、廃棄物から発生する無機物に適切な添加剤を投入し、溶融炉の工程変数、溶融品質、及び減容効果に優れたガラス組成物を選定した。
ガラス対象廃棄物別候補ガラス選定工程は、図1のガラス組成選定フローチャートに示したように、添加剤(ベースガラスフリット(frit))の選定、候補ガラスの選定、実験実績の評価、及び実証試験の段階によって決められた。
ガラス対象廃棄物内の無機物を添加剤と合わせて、ガラス化工程及び溶融固化体品質を満たすガラス組成に作らなければならない。まず、分析された廃棄物内の無機物濃度に基づいて適切な添加剤、すなわちベースガラスフリット(Frit)を選定した。このベースガラスフリットの構成成分にどれくらいの無機物を供給(waste loading量)するかによって候補ガラスの特性が変わる。
コンピューターコード作業によって評価する主要項目は、ガラス化工程の側面で重要な粘度と電気伝導度値が運転温度である1,150℃で10〜100poiseと0.1〜1.0S/cmの範囲に属するかを評価することになり、溶融品質の側面で化学的堅固性評価である7日PCTの浸出率がB、Na、Li、Si元素に対して2g/m以下であるかを評価することになる。この2側面を満たすと、その次に廃棄物別に現れる減容効果は非常に異なるが、廃棄物種類別に適切な水準の減容比が算出されるかを評価することで、候補ガラスに選定することになる。コンピューターコード作業によって選定された候補ガラスはガラス化工程と溶融固化体品質の側面で要求する特性を実験実績作業によっても満たすかを評価し、最終的に実証試験によって検証した。
実施例2.候補ガラスの開発(ガラス組成のシミュレーション)
ガラス対象廃棄物をガラス化するために、Glass Form 1.1電算コードを用い、可燃性廃棄物と低放射性廃棄物とが混合された混合廃棄物(以下、「W1廃棄物」という)候補ガラスはAG8W1、可燃性廃棄物(以下、「雑固体」という)候補ガラスはDG−2、廃樹脂はSGを選定し、表1に成分と主な特性などを示した。
Figure 2017500591
実験例1.物理/機械的特性試験
前記実施例2で選定したW1廃棄物候補ガラスAG8W1、雑固体候補ガラスDG−2、廃樹脂候補ガラスSGの粘度及び電気伝導度、相均質性及び液相温度、遷移温度及び軟化点、熱膨張係数及び圧縮強度に対する実験を次のとおり実施した。
(1)粘度及び電気伝導度
粘度を測定した結果、図2及び図3に示したように、候補ガラスDG−2、AG8W1、SGの粘度は運転温度1,150℃で要求される10〜100poiseの範囲内にあることを確認した。また、電気伝導度測定結果を示した図4及び図5を見ると、候補ガラスDG−2、AG8W1及びSGのいずれも1000℃以上で電気伝導度要求値を満たすことが分かった。
(2)相均質性及び液相温度
ガラスを長期的に溶融させるとき、結晶が生じないように液相温度(liquidus temperature)以上に維持することは非常に重要である。溶融温度で均質な溶融ガラスが生成すれば、ガラスの正常排出及び長期運転が可能であるが、反対に結晶相が形成されれば、沈澱が生じ、それは究極的に沈積によるガラス排出口の詰まり現象を引き起こすだけでなく、ガラスの化学的堅固性、すなわち浸出性(leachability)にも影響を与えることになる。経験的に溶融状態の温度とガラスの液相温度との違いは100℃以上を超えることが好ましいと知られている。
SEM/EDS分析結果、3種の候補ガラス(AG8W1、DG−2及びSG)に対する950℃/20時間の熱処理実験結果、メニスカス(meniscus)とるつぼ境界面で共に結晶の生成はなかった。20時間の熱処理実験結果、結晶が生成しない最低温度をガラスの液相温度に定義する。この実験結果、候補ガラスの液相温度は950℃以下に推正している。したがって、長期間のガラス化過程で溶融ガラスは結晶に遷移する可能性がないことが分かった。
(3)遷移温度及び軟化点
ガラスは物理/化学的面で結晶とは違い、遷移領域を持つ。すなわち、温度による体積変化は溶融液体が過冷却されるとき、結晶の場合、溶融温度で体積が急激に変わるが、ガラス溶融体の場合、過冷却時に体積が徐々に平衡状態に変化することが見られる。ガラスは温度による体積変化を現す。この際、勾配の変化が生じる温度をガラス変形温度またはガラス遷移温度(Tg)と呼び、熱力学的に準安定した平衡状態と言う。
候補ガラスAG8W1及びSGに対して分析装備で遷移温度を測定した結果、約498℃と466.7〜498.1℃に評価された。AG8W1及びSG候補ガラスの軟化点は551℃と547℃に測定された。
(4)熱膨張係数
ある物質のすべての構成要素は持続的な熱エネルギーによって振動する。温度の上昇に伴って熱エネルギーが増加して振幅が増加する結果をもたらし、結合力によって連結された二つの原子間の間隔が増加する。すなわち、温度の上昇に伴って膨脹が起こる。固体状態はこの熱エネルギーによる振動の強い結合によって制限されるが、液体状態はあまり制限されないため、液体の膨張係数は大きい。
AG8W1とSG候補ガラスの熱膨張係数を測定した結果、それぞれ107×10−7−1と98×10−7−1に測定された。この値は一般的なソーダ石灰ガラスの熱膨張係数に近いことが分かった。
(5)圧縮強度
ガラスの使用時、圧縮強度は重要な特性で、昔から破壊の原因を糾明してもっと堅固なガラスを生産しようと努力して来た。破壊過程は疲労現象に直結するもので、履歴による影響と特性条件をよく理解しなければならなく、表面結合はとても重要な要素で、強度を増大させるために充分に考慮しなければならない。ガラスの強度は破壊がガラスの全体に伝播するまでの値である。
AG8W1及びSG候補ガラスを転移温度から分当たり2.7℃の速度で冷却して圧縮強度を測定した結果、それぞれ2,146psi及び7,985psiに測定された。放射性廃棄物処理セメントに要求するアメリカNRC要求条件によると、圧縮強度は500psi以上を要求する。溶融固化体もこの要求条件を適用することができるので、候補ガラスの圧縮強度は良好なものに評価することができた。
実験例2.浸出特性試験
ガラス化工程中に発生した溶融固化体は、中間貯蔵及び最終処理場の環境で、化学的観点で安定しなければならない。多くの他の材料の中でもガラスが放射性廃棄物の処理媒質として選定された最大の理由は、放射性物質を環境に漏出せずに長期間貯蔵する化学的堅固性に優れるからである。したがって、これまで選定した候補ガラス組成を国際的に認証された浸出試験法で試験及び分析して溶融固化体の化学的安全性を比較評価した。原子力環境技術院で選定したガラスの堅固性を互いに比較するために、フランスのR7T7高準位候補ガラスとアメリカのSRL−EA基準ガラスも並行して試験した。
(1)TCLP(toxicity characteristic leaching procedure)
US EPA TCLP(Toxicity Characteristic Leaching Procedure)試験法は、ガラス固化体を最終処分した後、各種の事故に対する固化体の安全性を示す最も重要な指標である。最終処理場でガラス固化体が直面し得る危険は水との接触による放射能及び有害物質の流出であり、TCLP試験はその状況を予め考慮したシミュレーションであると思われる。
ガラス組成選定の研究によって発生した溶融固化体(AG8W1、DG−2及びSG)は、特にガラス化工程中に発生する還元性物質の沈澱を防止するために、強酸化剤であるバナジウム(V)などを始めとして、有害物質であるクロム(Cr)、ニッケル(Ni)などを少量含んでいる。したがって、前記候補ガラス組成の3種を用いてTCLP試験を遂行した。TCLP試験の結果、環境及び再生に関する保全法(RCRA)に基づいて規制する元素(総14種:Ag、As、Ba、Be、Cd、Cr、Hg、Ni、Pb、Sb、Se、Th、V、Zn)の浸出溶液内に溶出して出た程度を分析した結果、すべての対象元素の濃度は分析器の検出下限値以下に分析されて、アメリカEPA基準のすべてを満たした。
(2)ANSI/ANS16.1(American National Standards Institute/American Nuclear Society 16.1)
ガラスの化学的な耐久性評価のための浸出試験法で短期間(3ヶ月)の間に遂行することができるANSI/ANS16.1(American National Standards Institute/American Nuclear Society 16.1)浸出試験を遂行した。溶融固化体から浸出して出た主要元素とCo、Csなどの模擬放射性核種の濃度を分析して有効拡散度を計算し、各放射性核種に対して10回の浸出区間で決められた10個の浸出指数の平均値をその元素に対する浸出性指数(Leachability Index、L)で評価した。
ANSI/ANS16.1の浸出試験結果を示した図6から分かるように、3ヶ月の試験期間の間にCo、Csは浸出水に溶出しなく、すべての元素の浸出指数がアメリカNRC要求条件である6以上と現れた。試験初期に試片の表面汚染が早く分離された後、廃棄物固化体で初期に観察される浸出は主に拡散によるものであると説明される。ある一種の固化物質においてもその内部に存在する化学元素の移動性の大小によって放射性核種の浸出指数は変わる。したがって、候補ガラスのすべての元素に対する浸出指数はUSNRC要求条件である6.0以上を満たし、ガラスに含有されているコバルトとこの実験のために少量をAG8W1ガラスに投入したセシウムは検出されなかった。
(3)PCT(Product Consistency Test)
固化体の安全性、均一性及び再現性ある構成比などを測定するための堅固性試験としてUS DOE PCT(Product Consistency Test)は最小7日または長期間(数百日)の間に溶融固化体内の元素の浸出挙動を基準(benchmark)ガラスの浸出挙動と比較する試験である。遂行した候補ガラスはDG−2、AG8W1及びSGとフランスのR7T7、基準ガラスとしてアメリカのSavannah River研究所で製造したSRL−EA(Environmental Assessment)ガラスを使った。
DG−2、AG8W1及びSG候補ガラスとフランスR7T7候補ガラス、そしてSRL−EA基準ガラスに対して7日PCTを遂行した結果を図7及び図8に示したように、候補ガラスがR7T7及び基準ガラスより相対的に優れた耐浸出特性を示した。ホウ素とナトリウムの浸出率が他の元素より高く現れた。これは、浸出境界面にケイ酸塩化合物を形成して浸出液中のケイ酸(silicic acid)の濃度が減少した反面、他の元素の浸出は増加すると思われる。AG8W1ガラスの場合、DG−2ガラスに比べて4種元素の浸出抵抗力は相対的に優れたものであることが見つかった。SGガラスの場合、アメリカのHanfordの高/低準位ガラス化規制値である2g/m以下を満たした。
候補ガラスと基準ガラスであるSRL−EAを120日の間に長期浸出試験を遂行した結果は図9に示したようである。候補ガラス内の各元素別浸出率はSRL−EAより優れ、アメリカのHanford高/低準位ガラス化規制値である2g/m以下より低く現れることが分かった。
(4)ISO(International Standarda Organization)
溶融固化体を構成している元素の浸出メカニズム、長期間の化学的健全性の評価のために長期浸出試験法であるISO(International Standards Organization)標準試験法を用いて浸出試験法を遂行した。
AG8W1を対象として長期間浸出試験を行い、浸出液に溶出するガラス構造内の主要元素の浸出挙動を評価した。図10は602日の間にB、Na、Siの浸出率変化の推移を示した。AG8W1内の3種元素は比較的安定した状態の浸出率を示した。
図11は主要元素別累積浸出分率を示した。B、Naの累積浸出分率は非常に緩やかな傾きを維持しながら上昇する曲線であるが、ガラス構造の主要骨格をなしているSiの場合は飽和することが分かった。浸出液中のケイ酸の濃度が減少するが、他の元素の持続的な拡散は継続して進行すると思われる。
602日間のISO浸出試験の結果、セシウムの浸出挙動を確認するためにAG8W1に少量投入したセシウムは検出されなかったが、コバルトは間歇的に浸出水から検出され、累積浸出分率は他の元素に比べて極微量であることが現れた。
実験例3.実証試験
前記実施例2で選定した3種の候補ガラスを用い、これらガラスのガラス化工程の容易性及びガラス化過程で発生した溶融固化体の品質を確認するために、実証設備を用いた実証試験を遂行した。
AG8W1候補ガラスの実証試験特性を分析するために、総5回の実証試験を成功的に遂行し、DG−2候補ガラス組成の実証試験特性を確認するために2回の実証試験を遂行し、SG候補ガラス組成の場合は1回の実証試験を遂行した。廃棄物別主要実証試験の結果は下記の表2にまとめた。
Figure 2017500591
W1廃棄物の実証試験時、初期のガラス溶湯はAG8W1候補ガラス70kgから用意し、6時間の間に廃棄物とベースガラスフリットAG8を連続的に供給し、1時間の間に残余物の燃焼、混合及び増加したガラス量の排出を単一運転サイクルにし、長くは約10日余りを連続的に運転した。試験に使用したAG8W1候補ガラスの初期点火と廃棄物の供給がない場合の溶湯制御は非常に容易であった。排出された溶融固化体を分析した結果、均質な溶融固化体が生産されたことが分かった。
雑固体の場合、時間当たり20kg、25kgで供給しても工程変数調節の側面または溶融固化体品質の側面で特別な影響をもたらさなかったものに評価された。雑固体は、時間当たり20kgで供給する場合、8時間の間に連続的にDG−2baseガラスフリットと一緒に供給することができ、1時間の残余物の燃焼、混合、そして増加したガラス量の排出によって総9時間が一サイクルである運転モードを成功的に運営することができた。雑固体内にPVC、ゴム類、ランシンフィルター、木材を原子力発電所から供給しようとする目標値(0、11.62、03、0.5wt%)含量より高く(5、15、1wt%)して供給したが、発生する有害ガスの濃度、粉塵発生量及び色は非常に良かった。したがって、商用運転の際、雑固体の分類過程で人為的な間違いによってこれら廃棄物が一定量混合されて入って来た場合に発生可能な問題点は特にないものに評価された。実証試験の初期、中期及び末期に排出した溶融固化体の化学的堅固性評価の結果、本実証試験で排出されたガラスはアメリカの高準位溶融固化体の基準ガラスであるSRL−EAガラスより堅固なものであることが分かった。実証試験によって雑固体のガラス化は、他の可燃性廃棄物(廃樹脂など)に比べ、ガラス化の運転変数の調節が非常に容易であり、高品質の溶融固化体の生産が可能であることが分かった。このために使用したガラス組成とガラス化工程用運転モードを商用化過程にも適用する場合に予想される単純減容比は175程度に高く評価された。しかし、洗浄廃液発生量、寿命が尽きた高温フィルターなどの二次発生廃棄物を考慮すると、総合的な減容比は多少減少すると判断されたが、100以上の非常に高い減容比の達成が可能であると判断された。
廃樹脂の実証試験の際、初期ガラス溶湯はSG候補ガラス70kgから用意し、20時間の間に廃棄物とベースガラスフリットSG−Fを連続的に供給し、1時間の間に残余物の燃焼、混合及び増加したガラス量の排出を単一運転サイクルにして連続的に運転した。試験に使用したSG候補ガラスの初期点火と廃棄物供給がない場合の溶湯の制御は非常に容易であった。廃樹脂ガラス化工程用運転モードを商用化過程にも適用する場合に予想される単純減容比は50程度に評価された。二次発生廃棄物を考慮しても、30以上の減容比の達成が可能であると判断された。
以上、本発明の内容の特定の部分を詳細に記述したところ、当業界における通常の知識を有する者にとって、このような具体的な記述は単に好適な実施様態に過ぎず、本発明の範囲を制限するものではないことは明らかであろう。したがって、本発明の実質的な範囲は、添付された請求の範囲とそれらの等価物によって定められるというべきである。

Claims (8)

  1. 混合廃棄物をガラス化するためのガラス組成物において、
    SiO2、Al、B、CaO、KO、LiO、MgO、NaO、TiOおよびVOを含む、混合廃棄物用ガラス組成物。
  2. 前記混合廃棄物用ガラス組成物は、As、CeO、CoO、Fe、MnO、P、ZrOをさらに含むことを特徴とする、請求項1に記載の混合廃棄物用ガラス組成物。
  3. 前記混合廃棄物用ガラス組成物は、SiO40〜50重量%Al11〜16重量%、B8〜15重量%、CaO3〜6重量%、KO1〜3重量%、LiO1〜3重量%、MgO1〜3重量%、NaO15〜19重量%、TiO0.5〜3重量%、及びVO0.5〜3重量%を含むことを特徴とする、請求項1に記載の混合廃棄物用ガラス組成物。
  4. 前記混合廃棄物用ガラス組成物は、SiO40〜50重量%Al11〜16重量%、B8〜15重量%、CaO3〜6重量%、KO1〜3重量%、LiO1〜3重量%、MgO1〜3重量%、NaO15〜19重量%、TiO0.5〜3重量%、VO0.5〜3重量%、As0.5〜3重量%、CeO0.5〜3重量%、CoO0.1〜2重量%、Fe1〜3重量%、MnO0.01〜0.1重量%、P0.1〜1.0重量%、ZrO0.5〜3重量%を含むことを特徴とする、請求項2に記載の混合廃棄物用ガラス組成物。
  5. 混合廃棄物をガラス化する方法において、
    溶融炉に、混合廃棄物とSiO2、Al、B、CaO、KO、LiO、MgO、NaO、TiO及びVOを含むガラス組成物を一緒に投入することを特徴とする、混合廃棄物のガラス化方法。
  6. 前記ガラス組成物は、As、CeO、CoO、Fe、MnO、P、ZrOをさらに含むことを特徴とする、請求項5に記載の混合廃棄物のガラス化方法。
  7. 前記ガラス組成物は、SiO40〜50重量%Al11〜16重量%、B8〜15重量%、CaO3〜6重量%、KO1〜3重量%、LiO1〜3重量%、MgO1〜3重量%、NaO15〜19重量%、TiO0.5〜3重量%及びVO0.5〜3重量%を含むことを特徴とする、請求項5に記載の混合廃棄物のガラス化方法。
  8. 前記ガラス組成物は、SiO40〜50重量%Al11〜16重量%、B8〜15重量%、CaO3〜6重量%、KO1〜3重量%、LiO1〜3重量%、MgO1〜3重量%、NaO15〜19重量%、TiO0.5〜3重量%、VO0.5〜3重量%、As0.5〜3重量%、CeO0.5〜3重量%、CoO0.1〜2重量%、Fe1〜3重量%、MnO0.01〜0.1重量%、P0.1〜1.0重量%、ZrO0.5〜3重量%を含むことを特徴とする、請求項6に記載の混合廃棄物のガラス化方法。
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Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106875997A (zh) * 2017-01-19 2017-06-20 杨红波 一种处理中低放可降解废物的工艺
JP7488260B2 (ja) 2018-11-26 2024-05-21 オウェンス コーニング インテレクチュアル キャピタル リミテッド ライアビリティ カンパニー 改善された弾性率を有する高性能ガラス繊維組成物
KR20210096138A (ko) 2018-11-26 2021-08-04 오웬스 코닝 인텔렉츄얼 캐피탈 엘엘씨 비탄성률이 향상된 고성능 섬유 유리 조성물
KR102486547B1 (ko) * 2022-06-07 2023-01-10 군산대학교산학협력단 폐유리를 함유한 도시소각로 비산재의 유리화 뱃지조성물
CN115677214B (zh) * 2022-11-10 2024-03-15 中国建筑材料科学研究总院有限公司 一种改善贵重金属沉积的玻璃固化体及其制备方法

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH03235099A (ja) * 1990-02-10 1991-10-21 Nippon Electric Glass Co Ltd 低レベル放射性廃棄物のガラス固化処理用ガラス化材
JPH03235098A (ja) * 1990-02-10 1991-10-21 Nippon Electric Glass Co Ltd 低レベル放射性廃棄物のガラス固化処理用ガラス化材
JPH07225299A (ja) * 1994-02-10 1995-08-22 Sanki Eng Co Ltd 硫酸ナトリウム含有放射性廃液の固化処理方法
KR20040018856A (ko) * 2002-08-27 2004-03-04 한국수력원자력 주식회사 중·저준위 방사성폐기물 유리화 장치 및 공정
JP2006145543A (ja) * 2004-11-24 2006-06-08 Korea Hydro & Nuclear Power Co Ltd 遷移金属含有の廃樹脂のガラス化装置及び方法
JP2011528992A (ja) * 2008-07-28 2011-12-01 コミッサリア ア ロンネルジー アトミック エ オ ゾンネルジー ザルテルナティーフ 金属缶中のガラス固化による廃棄物の閉じ込めプロセス
US20130303822A1 (en) * 2012-05-14 2013-11-14 Energysolutions, Llc System and method for vitrification of waste

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11258398A (ja) * 1998-03-16 1999-09-24 Konica Corp 放射線増感スクリーン及び放射線像変換パネル
CN1119820C (zh) * 2000-04-07 2003-08-27 清华大学 一种处理放射性废物的类玻璃体固化材料及固化方法
KR100432450B1 (ko) 2000-12-21 2004-05-20 한국수력원자력 주식회사 중저준위 방사성 폐기물의 처리시스템
JP4690347B2 (ja) 2004-02-23 2011-06-01 ジオマトリクス ソリューションズ,インコーポレイテッド 放射性および有害廃棄物のホウケイ酸ガラス固定化の方法および組成物
US7550645B2 (en) 2004-02-23 2009-06-23 Geomatrix Solutions, Inc. Process and composition for the immobilization of radioactive and hazardous wastes in borosilicate glass
KR100768093B1 (ko) 2006-10-31 2007-10-17 한국지질자원연구원 철-인산 유리를 이용한 중저준위 방사성 폐기물 유리화방법

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH03235099A (ja) * 1990-02-10 1991-10-21 Nippon Electric Glass Co Ltd 低レベル放射性廃棄物のガラス固化処理用ガラス化材
JPH03235098A (ja) * 1990-02-10 1991-10-21 Nippon Electric Glass Co Ltd 低レベル放射性廃棄物のガラス固化処理用ガラス化材
JPH07225299A (ja) * 1994-02-10 1995-08-22 Sanki Eng Co Ltd 硫酸ナトリウム含有放射性廃液の固化処理方法
KR20040018856A (ko) * 2002-08-27 2004-03-04 한국수력원자력 주식회사 중·저준위 방사성폐기물 유리화 장치 및 공정
JP2006145543A (ja) * 2004-11-24 2006-06-08 Korea Hydro & Nuclear Power Co Ltd 遷移金属含有の廃樹脂のガラス化装置及び方法
JP2011528992A (ja) * 2008-07-28 2011-12-01 コミッサリア ア ロンネルジー アトミック エ オ ゾンネルジー ザルテルナティーフ 金属缶中のガラス固化による廃棄物の閉じ込めプロセス
US20130303822A1 (en) * 2012-05-14 2013-11-14 Energysolutions, Llc System and method for vitrification of waste

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
C. W. KIM ET AL.: ""Studies on the physicochemical properties of borosilicate glass developed for radioactive waste"", JOURNAL OF THE CERAMIC SOCIETY OF JAPAN, vol. 116, no. 1351, JPN6018038472, 2008, pages 497 - 499, ISSN: 0003891033 *

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