JP2536778B2

JP2536778B2 - 放射性廃液処理用カ―トリッジの製造法

Info

Publication number: JP2536778B2
Application number: JP63200361A
Authority: JP
Inventors: 真一郎虎田; 寛五十嵐; 豊菊地; 紀一山蔦; 省二後藤
Original assignee: Asahi Fiber Glass Co Ltd; Doryokuro Kakunenryo Kaihatsu Jigyodan
Current assignee: Asahi Fiber Glass Co Ltd; Doryokuro Kakunenryo Kaihatsu Jigyodan
Priority date: 1988-08-11
Filing date: 1988-08-11
Publication date: 1996-09-18
Anticipated expiration: 2011-09-18
Also published as: JPH0249198A

Description

【発明の詳細な説明】「産業上の利用分野」本発明は、放射性廃液を廃棄処分するに際し、放射性
廃液を含浸させて加熱溶融し、ガラス固化させるのに使
用される放射性廃液処理用カートリッジの製造法に関す
る。

「従来の技術」原子力発電において使用された使用済み燃料を再処理
工場において再処理するに際し、ウラン、超ウラン元素
および核分裂生成物を含んだ硝酸を含む高レベル放射性
廃液が副生する。そこで、かかる放射性廃液を安全にか
つ効率的に廃棄する技術が望まれている。

従来、この放射性廃液を処理するには、放射性廃液を
直接または脱硝濃縮してスラリー状とし、ガラス原料と
混合して高温のガラス溶融炉に供給し、炉内で廃液中の
液体成分を蒸発させると共に放射性物質をガラス中に溶
融させて、この溶融ガラスをステンレス製の容器に注入
して固化する技術が開発されてきている。

このような廃液処理技術においては、ガラス溶融炉内
で廃液が激しく沸騰する際、多量の放射性物質を含む粉
塵が発生し、排ガスに同伴して流出するため、この粉塵
の飛散を防止することが重要となる。

本発明者らは、ガラス繊維を部分的に融着して成形し
たカートリッジに、上記放射性廃液を含浸させて加熱溶
融し、ガラス固化させる技術を既に提案している（特開
昭60−244899号、特開昭62−222198号）。このカートリ
ッジを用いると、加熱溶融時における粉塵の発生が防止
され、取り扱いも容易となるという利点が得られる。

「発明が解決しようとする課題」従来、放射性廃液中には、その処理工程中に添加され
る成分としてNaが含まれていた。このため、廃液を処理
するカートリッジのガラス組成としては、Naを含まない
ものが好ましいと考えられていた。ところが、放射性廃
棄物の成分は処理工程上の理由からある程度変動するた
め、Naが減少あるいは含まれていない放射性廃液も作ら
れるようになってきた。

ガラス繊維のカートリッジを用いた放射性廃液の処理
においては、廃液を含浸させて加熱溶融させるときに、
粉塵の発生をできるだけ少なくすること、ガラス固化さ
せて地中へ廃棄したときに、水の侵入により固化物から
放射性物質が漏出して周囲を汚染しないようにすること
に、細心の注意を払う必要がある。

このような問題を解決するためには、カートリッジの
物理的構造のみならず、カートリッジを構成するガラス
組成についても留意しなければならない。そして、処理
しようとする放射性廃液の成分が変化した場合には、そ
れに対応してカートリッジのガラス組成についても再検
討する必要があった。

したがって、本発明の目的は、Naを殆ど含まない放射
性廃液の処理にも適した放射性廃液処理用カートリッジ
の製造法を提供することにある。

「課題を解決するための手段」本発明は、ガラス繊維を型中に充填し、これを加熱処
理して部分的に融着させ、所定形状に成形する放射性廃
液処理用カートリッジの製造法において、前記ガラス繊
維またはカートリッジ素成形物に、結合剤として無機
酸、無機塩、有機シラン、オイルエマルジョン、ケイ酸
ゾル、アルミナゾルより選ばれた一種または二種以上を
付与し、前記ガラス繊維と前記結合剤とを溶融したとき
に得られるガラス組成中に、Na₂Oおよび／またはK₂Oが
１〜13wt％含まれるようにしたことを特徴とする。

「作用」原子力発電において使用された使用済み燃料を再処理
して得られる放射性廃液は、通常、強い硝酸酸性を示し
ている。従来、上記再処理工程中に添加されるNa成分が
この酸性を中和する作用をもっていた。しかし、再処理
工程の変化により、Na成分が減少または添加されない場
合は、得られる放射性廃液は硝酸酸性のままとなってい
る。

本発明では、ガラス繊維と結合剤とを溶融したときに
得られるガラス組成中に、Na₂Oおよび／またはK₂Oが１
〜13wt％含まれるようにしたことにより、このNaおよび
／またはＫが放射性廃液の酸性を中和する作用をもたら
すので、放射性廃液の成分変化に対応したガラス組成と
することができる。

すなわち、ガラス組成中に含まれるNaおよび／または
Ｋが放射性廃液の酸性を中和して、廃液処理時における
安全性を高め、かつ、放射性物質をガラス固化して廃棄
した後におけるガラス固化物の安全性を高めることがで
きる。

また、Na、Ｋを添加することにより、ガラスの粘度が
下がり、結晶化温度が低くなるので、繊維化しやすくな
る。さらに、軟化点が低くなるので、ガラス繊維を部分
的に融着させて成形する成形作業も容易となり、カート
リッジ製造コストを低減させることができる。

本発明において、Na₂Oおよび／またはK₂Oが1wt％未満
では、上記のような効果が充分に得られず、Na₂Oおよび
／またはK₂Oが13wt％を超えると、放射性物質をガラス
固化させたときガラス固化物の強度の低下およびガラス
固化物より放射性廃棄物の漏出量が増加する。

また、本発明では、ガラス繊維またはカートリッジ素
成形物に、結合剤として無機酸、無機塩、有機シラン、
オイルエマルジョン、ケイ酸ゾル、アルミナゾルより選
ばれた一種以上の結合剤を付与する。

ガラス繊維はその交差点で互いに融着して相互に固定
されるが、結合剤を付与しない場合、融着の程度、融着
の箇所は僅かであり、したがってガラス繊維どうしの固
定は不充分であって、ガラス繊維は相対的に動き易く、
高い圧縮強度は得られない。また、ガラス繊維の固定箇
所が少なく、固定箇所間の距離が大きいため、衝撃を与
えた場合、ガラス繊維が折れ、粉塵となって飛散しやす
い。

これに対し、結合剤を付与した場合、結合剤自身によ
りガラス繊維どうしがその交差点で結合されるととも
に、結合剤がフラックスとして作用し、ガラス繊維どう
しの融着が促進される。この結果、ガラス繊維どうしの
固定も強固となり、固定箇所も増大するため、圧縮強
度、衝撃強度が増大し、粉塵の発生も減少する。

「発明の好ましい態様」本発明においては、ガラス繊維と結合剤とを溶融した
ときに得られるガラス組成中に、Na₂Oおよび／またはK₂
Oが１〜13wt％含まれるようにすればよい。このため、N
a成分および／またはＫ成分は、原料とするガラス繊維
の組成中に含ませてもよく、あるいは結合剤として添加
する成分中に含ませてもよい。勿論、Na成分および／ま
たはＫ成分をガラス繊維と結合剤との両者に含ませても
よい。

Na成分および／またはＫ成分をガラス繊維に含ませる
場合は、ガラス繊維の組成としてNa₂Oおよび／またはK₂
Oを含有するものを採用すればよい。また、Na成分およ
び／またはＫ成分を結合剤中に含ませる場合は、結合剤
としてナトリウム塩、カリウム塩を添加すればよい。ナ
トリウム塩、カリウム塩としては、特にケイ酸ナトリウ
ム、ホウ酸ナトリウム、硝酸ナトリウム、硫酸ナトリウ
ム、炭酸ナトリウム、ケイ酸カリウム、ホウ酸カリウ
ム、硝酸カリウム、硫酸カリウム、炭酸カリウムから選
ばれた一種または二種以上が好ましく使用される。

本発明のさらに好ましい態様によれば、ガラス繊維と
結合剤とを溶融したときに得られるガラス組成が、SiO₂
52〜62wt％、B₂O₃12〜23wt％、Al₂O₃3〜9wt％、CaO、Zn
O、MgO、BaO、ZrO₂、TiO₂およびLiO₂から選ばれた一種
または二種以上が６〜18wt％、Na₂Oおよび／またはK₂O
が１〜13wt％となるようにする。上記のようなガラス組
成とすることにより、ガラスの繊維化、カートリッジの
成形等を容易にし、かつ、カートリッジとしての必要な
強度を付与し、さらに、ガラス固化したときに放射性物
質を安定して保持させることができる。

なお、結合剤の付与は、溶液状態や粉末状態でガラス
繊維に添加すればよいが、好ましくは溶液状態で付与す
る。例えば水溶液などの溶液状態とし、これにガラス繊
維を浸漬させたり、あるいはガラス繊維にスプレー塗布
すればよい。この結合剤の付与は、ガラス繊維の繊維化
工程で行なってもよく、カートリッジ成形後に行なって
もよく、両者を併用してもよい。なお、カートリッジ成
形後に結合剤を付与する場合、結合剤付与後カートリッ
ジを加熱処理するのが適当である。結合剤としての無機
酸、無機塩としては、前述したケイ酸ナトリウム、ホウ
酸ナトリウム、硝酸ナトリウム、硫酸ナトリウム、炭酸
ナトリウム、ケイ酸カリウム、ホウ酸カリウム、硝酸カ
リウム、硫酸カリウム、炭酸カリウムの他に、ホウ酸、
ケイ酸、ホウ酸リチウム、ケイ酸リチウム、ホウ酸亜
鉛、ケイ酸亜鉛などが使用できる。また、有機シランと
しては、例えばγアルキルアミノトリエトキシシランな
どが使用でき、オイルエマルジョンとしては、例えば鉱
酸油等を乳化させたものなどが使用できる。また、結合
剤としては、前述したようにケイ酸ゾル、アルミナゾル
なども使用できる。

「発明の実施例」まず、本発明のカートリッジの製造工程について、第
１〜３図を参照して説明する。

第１図に示すように、繊維化されたガラス繊維11は、
ベルトコンベア12、13に堆積されて搬送される。その過
程で、ドブ漬け装置14により、ガラス繊維11に結合剤の
溶液を含浸させる。このドブ漬け装置14は、供給管14a
よりオーバーフローした結合剤の溶液をローラ14bを介
してガラス繊維11に含浸させるようになっている。ま
た、別の手段として、スプレー15により、ガラス繊維11
に結合剤の溶液を含浸させるようにしてもよい。なお、
溶液を含浸させた後、加熱乾燥して水等の溶媒を除去す
ることが好ましい。

こうしてガラス繊維11に結合剤の溶液を含浸させた
後、第２図に示すように、所定量のガラス繊維11を丸め
て金型16、17内に充填する。ガラス繊維11の密度は、17
0〜270kg/m³となるように調整することが好ましい。密
度が170kg/m³未満の場合には充分な圧縮強度が得られ
ず、かつ、保水された放射性廃液に対するガラス重量を
適正に保ったとき、体積が大きくなりすぎて大型の加熱
溶融炉が必要となる。密度が270kg/m³を超えると、全体
として割れやすくなり、落下強度が充分に得られず、か
つ、相対的にガラス繊維の間隙が小さくなるので保水率
が低下する。

このようにガラス繊維11を型16、17内に充填した後、
580±25℃にて30±５分間加熱処理し、ガラス繊維11を
部分的に融着させる。加熱温度が555℃よりも低く、あ
るいは加熱時間が25分よりも短い場合には、ガラス繊維
11の融着が充分になされず、保形性が悪くなる。また、
加熱温度が605℃よりも高く、あるいは加熱時間が35分
よりも長い場合には、ガラス繊維１が溶融して収縮し、
保水性が悪くなり割れやすくなる。そして、この加熱処
理の際に、ガラス繊維11に塗布された結合剤が酸化さ
れ、さらに溶融してガラス繊維11にコーティングされ、
接着効果ならびに被膜形成効果がもたらされる。

この加熱処理の際、型16、17を放冷してガラス繊維11
を取出すことにより、第３図に示すようなカートリッジ
18を得ることができる。この実施例の場合、カートリッ
ジ18は球形をなしているが、直方体、円筒体あるいはこ
れらに準ずる形状でもよい。また、結合剤の溶液の塗布
は、上記カートリッジ18を形成した後に行なってもよ
く、ガラス繊維11およびカートリッジ18の両方で塗布し
てもよい。

実施例１上記のような製造工程により、ガラス繊維11のガラス
組成として、SiO₂57.0wt％、B₂O₃17.4wt％、Al₂O₃6.2wt
％、Li₂O 3.8wt％、Na₂O 8.6wt％、CaO 3.5wt％、Zn
O 3.5wt％からなるものを用い、結合剤として5wt％濃
度のホウ酸水溶液を用いて、カートリッジ18を製造し
た。

このカートリッジ18を加熱溶融してガラス化し、その
ガラス組成を分析した。その結果、ガラス組成は、SiO₂
57.1wt％、B₂O₃17.9wt％、Al₂O₃6.2wt％、Li₂O 3.6wt
％、Na₂O 8.3wt％、CaO 3.5wt％、ZnO 3.4wt％とな
った。

このカートリッジ18を用いてNa成分を含まない放射性
廃液を含浸させ、加熱溶融してガラス固化させたとこ
ろ、加熱溶融時における粉塵の発生量が少なく、かつ、
ガラス固化物の放射性物質の保持性も良好であることが
わかった。

実施例２上記のような製造工程により、ガラス繊維11のガラス
組成として、SiO₂57.5wt％、B₂O₃17.1wt％、Al₂O₃6.2wt
％、Li₂O 3.8wt％、Na₂O 8.2wt％、CaO 3.4wt％、Zn
O 3.8wt％からなるものを用い、結合剤として5wt％濃
度のホウ酸ナトリウム水溶液を用いて、カートリッジ18
を製造した。

このカートリッジ18を加熱溶融してガラス化し、その
ガラス組成を分析した。その結果、ガラス組成は、SiO₂
57.4wt％、B₂O₃17.5wt％、Al₂O₃6.1wt％、Li₂O 3.6wt
％、Na₂O 8.5wt％、CaO 3.3wt％、ZnO 3.6wt％とな
った。

「発明の効果」以上説明したように、本発明によれば、ガラス繊維と
結合剤とを溶融したときに得られるガラス組成中に、Na
₂Oおよび／またはK₂Oが１〜13wt％含まれるようにした
ので、Na成分が減少したものまたはNa成分を含まない放
射性廃液に対しても、廃液処理時における安全性を高
め、かつ、放射性物質をガラス固化して廃棄した後にお
けるガラス固化物の安定性を高めることができる。

また、Na、Ｋを添加することにより、ガラスの粘度が
下がり、結晶化温度が低くなるので、繊維化しやすくな
ると共にガラス溶融温度を下げることができる。さら
に、軟化点が低くなるので、ガラス繊維を部分的に融着
させて成形する成形作業も容易となり、成形温度が下が
り、成形時間も短縮でき、カートリッジ製造コストが低
減できる。

【図面の簡単な説明】

第１図はガラス繊維に結合剤の溶液を含浸させる工程を
示す斜視図、第２図はガラス繊維を型に充填する工程を
示す斜視図、第３図は成形されたカートリッジを示す斜
視図である。図中、11はガラス繊維、14はドブ漬け装置、15はスプレ
ー装置、16、17は型、18は放射性廃液処理用カートリッ
ジである。

フロントページの続き (72)発明者菊地豊茨城県那珂郡東海村大字村松４番地33 動力炉・核燃料開発事業団東海事業所内 (72)発明者山蔦紀一神奈川県高座郡寒川町小谷644―６ (72)発明者後藤省二神奈川県高座郡寒川町宮山968 宮山アパートＢ―502 (56)参考文献特開昭62−222198（ＪＰ，Ａ) 特開昭60−186797（ＪＰ，Ａ) 特開昭60−244899（ＪＰ，Ａ) 特開昭61−132898（ＪＰ，Ａ)

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】ガラス繊維を型中に充填し、これを加熱処
理して部分的に融着させ、所定形状に成形する放射性廃
液処理用カートリッジの製造法において、前記ガラス繊
維またはカートリッジ素成形物に、結合剤として無機
酸、無機塩、有機シラン、オイルエマルジョン、ケイ酸
ゾル、アルミナゾルより選ばれた一種または二種以上を
付与し、前記ガラス繊維と前記結合剤とを溶融したとき
に得られるガラス組成中に、Na₂Oおよび／またはK₂Oが
１〜13wt％含まれるようにしたことを特徴とする放射性
廃液処理用カートシッジの製造法。
【請求項２】前記ガラス繊維中にNa₂Oおよび／またはK₂
Oが含有されたものを用いる請求項１記載の放射性廃液
処理用カートリッジの製造法。
【請求項３】前記結合剤として、ケイ酸ナトリウム、ホ
ウ酸ナトリウム、硝酸ナトリウ、硫酸ナトリウム、炭酸
ナトリウム、ケイ酸カリウム、ホウ酸カリウム、硝酸カ
リウム、硫酸カリウム、炭酸カリウムから選ばれた一種
または二種以上を用いる請求項１または２記載の放射性
廃液処理用カートリッジの製造法。
【請求項４】前記ガラス繊維と前記結合剤とを溶融した
ときに得られるガラス組成が、SiO₂52〜62wt％、B₂O₃12
〜23wt％、Al₂O₃3〜9wt％、CaO、ZnO、MgO、BaO、Zr
O₂、TiO₂およびLi₂Oから選ばれた一種または二種以上が
６〜18wt％、Na₂Oおよび／またはK₂Oが１〜13wt％とな
るようにした請求項１、２または３記載の放射性廃液処
理用カートリッジの製造法。