JP3487106B2 - 燃料再処理廃棄物の処理方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、燃料再処理廃棄物
の処理方法に係り、特に、ジルコニウム合金を含む軽水
炉燃料の、剪断−浸出・ピュレックス溶媒抽出法による
再処理の工程で発生する金属廃棄物を処理するのに好適
な燃料再処理廃棄物の処理方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】使用済の軽水炉燃料集合体（以下、使用
済燃料という）は、ジルコニウム合金製の被覆管に核燃
料物質酸化物を封入してなる複数の燃料棒を有する。こ
れらの燃料棒は、適当な長さに剪断される。核燃料物質
酸化物は硝酸によって溶解される。ジルコニウム合金製
被覆管は核燃料物質酸化物を含む硝酸溶液から分離され
る。この処理は、剪断−溶出法と呼ばれる。硝酸溶液に
含まれるウラン及びプルトニウムは、ピュレックス溶媒
抽出法により、溶媒である三ブチル燐酸を用いて抽出さ
れ、核燃料として再利用される。

【０００３】上述のピュレックス溶媒抽出法で発生す
る、放射性廃液である硝酸溶液は、核分裂生成物元素，
使用済燃料に付着していた鉄、及び再処理工程で添加さ
れるナトリウムを含む。この硝酸溶液は、水及び硝酸が
蒸発された後、核分裂生成物元素の濃度が高い濃縮液と
なる。この濃縮液は、放射能濃度及び崩壊熱発生率が高
いために高レベル廃液と呼ばれる。

【０００４】高レベル廃液は、核分裂生成物元素を成分
とするガラスを生成して固化体とする方法により一般的
に処理されている。なかでも、硼硅酸ガラスを成分とす
る方法が最も一般的である。ガラス固化体の重量は、高
レベル廃棄物の重量の５倍である。

【０００５】上記の高レベル廃棄物を、単一の鉱物種で
ある燐酸ジルコニウム・ナトリウム（ＮａＺｒ₂Ｐ
₃Ｏ₁₂）により固化することが、単相［ＮＺＰ］セラミ
ック放射性廃棄物、アール・ロイ、エル・ジェー・ヤン
グ、イー・アール・バンス、サイエンテイフィック ベ
ーシス フォー ニュークリア ウエスト マネージメ
ント、エルセビア サイエンス パブリシュイング シ
ーオ．、アイエヌシー．、６巻、頁１５−２１(１９８
３）(A single phase［NZP］ceramic radioactivewaste
form, R. Roy, L. J. Yang, E. R. Vance, Scientific
Basis for Nuclear Waste Management, Elsevier Scie
nce Publishing Co., Inc., Ｖol.６，ｐ．１５−２１
(１９８３)）に報告されている。この文献に記載されて
いる燐酸ジルコニウム・ナトリウムは、

【０００６】

【外１】

【０００７】の記号で示される空間群に属する３次元結
晶構造を有する。この燐酸ジルコニウム・ナトリウム
は、溶解度及び熱膨張係数が著しく小さい。

【０００８】使用済燃料の剪断−溶出・ピュレックス溶
媒抽出法再処理において、前述の高レベル廃棄物の他
に、剪断−溶出工程では、上部及び下部の各タイプレー
ト（ステンレス鋼），燃料棒被覆管（ジルコニウム合
金），燃料スペーサ（ジルコニウム合金及びニッケル合
金），チャネルボックス（ジルコニウム合金）等の金属
類ならびに被覆管剪断屑（ジルコニウム合金）などの放
射性金属廃棄物が、ピュレックス法溶媒抽出工程では、
放射線劣化した溶媒である廃溶媒の成分、及び低レベル
廃液の成分などの放射性廃棄物が発生する。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】放射性金属廃棄物，廃
溶媒の成分、及び低レベル廃液の成分の放射能レベル
は、高レベル廃棄物のそれに比べて著しく低い。しかし
ながら、ウラン燃料１トン当り、前者の廃棄物の発生量
は、後者の高レベル廃棄物の発生量の９.５ 倍である。
無機化・減容化などの前処理を行って得られた廃溶媒の
成分及び低レベル廃液の成分、及び放射性金属廃棄物を
それぞれセメントにより固化して固化体にした場合、そ
れぞれの固化後の放射性廃棄物の重量は、セメントの使
用により少なくとも約３倍に増加する。再処理を行うウ
ラン燃料１トン当り、放射性金属廃棄物の発生量は、廃
溶媒の成分及び低レベル廃液の成分、及び放射性金属廃
棄物の全発生量のうちの７０％を占める。放射性金属廃
棄物の発生量のうち、ジルコニウム合金の発生量は、８
８％を占める。

【００１０】本発明の目的は、固化体の発生量を低減で
きる燃料再処理廃棄物の処理方法を提供することにあ
る。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成する第
１発明の特徴は、燐，ナトリウム、及び燃料再処理によ
って発生した金属廃棄物を構成していた元素であるジル
コニウムを用いて、ジルコニウムを主要な組成元素とす
る、

【００１２】

【外１】

【００１３】の記号で示される空間群に属する３次元結
晶構造を有する燐酸ジルコニウム・ナトリウム（ＮａＺ
ｒ₂Ｐ₃Ｏ₁₂）を合成することにある。

【００１４】第１の発明は、放射性廃棄物であるジルコ
ニウムを組成として含む、

【００１５】

【外１】

【００１６】の記号で示される空間群に属する３次元結
晶構造を有する燐酸ジルコニウム・ナトリウム（ＮａＺ
ｒ₂Ｐ₃Ｏ₁₂）を合成することができ、放射性廃棄物であ
るジルコニウムを燐酸ジルコニウム・ナトリウム内に封
じ込めることができる。燐酸ジルコニウム・ナトリウム
自体が固化材の機能を有するので、従来のようにジルコ
ニウムを固化するためのセメントのような固化材を必要
としない。このため、発生する固化された放射性廃棄物
の重量が減少する。

【００１７】上記の目的を達成する第２発明の特徴は、
ジルコニウムを主要な組成元素とする、

【００１８】

【外１】

【００１９】の記号で示される空間群に属する３次元結
晶構造を有する燐酸ジルコニウム・ナトリウム（ＮａＺ
ｒ₂Ｐ₃Ｏ₁₂）に含まれる元素の一部がＮａ，Ｚｒ，Ｐ及
びＯ以外の元素と置換され、かつジルコニウムを含み前
記３次元結晶構造を有する結晶構造体物質を、燐，ナト
リウム、及び燃料再処理によって発生した金属廃棄物を
構成していた元素を用いて合成することにある。

【００２０】第２の発明は、放射性廃棄物であるジルコ
ニウム、及びＮａ，Ｚｒ，Ｐ及びＯ以外の放射性廃棄物
である元素を用いて、ジルコニウムを含み前記３次元結
晶構造を有する結晶構造体物質を合成するので、第１の
発明よりも発生する固化された放射性廃棄物の重量が減
少する。

【００２１】上記の目的を達成する第３発明の特徴は、
前記燐として、前記燃料再処理によって発生する放射性
廃棄物に含まれていた燐を用いることにある。

【００２２】第３の発明は、放射性廃棄物に含まれてい
た燐を用いるので、燃料再処理によって発生する燐を別
途セメントによって固化する必要がなく、固化された放
射性廃棄物の重量が更に減少する。

【００２３】上記の目的を達成する第４発明の特徴は、
前記ナトリウムとして、前記燃料再処理によって発生す
る廃棄物に含まれていたナトリウムを用いることにあ
る。

【００２４】第４の発明は、放射性廃棄物に含まれてい
たナトリウムを用いるので、燃料再処理によって発生す
るナトリウムを別途セメントによって固化する必要がな
く、固化された放射性廃棄物の重量が更に減少する。

【００２５】上記の目的を達成する第５発明の特徴は、
ジルコニウムを主要な組成元素とする、

【００２６】

【外１】

【００２７】の記号で示される空間群に属する３次元結
晶構造を有する燐酸ジルコニウム・ナトリウム（ＮａＺ
ｒ₂Ｐ₃Ｏ₁₂）に含まれる元素の一部がＮａ，Ｚｒ，Ｐ及
びＯ以外の元素と置換され、かつジルコニウムを含み前
記３次元結晶構造を有する結晶構造体物質を、ナトリウ
ム，燃料再処理によって発生する廃棄物である廃溶媒に
含まれていた廃溶媒成分、及び前記燃料再処理によって
発生した金属廃棄物を用いて合成する処理方法であっ
て、前記金属廃棄物の少なくとも一部はジルコニウム合
金であることにある。

【００２８】第５発明は、結晶構造体物質を、燃料再処
理によって発生する廃棄物である廃溶媒に含まれていた
廃溶媒成分、及び燃料再処理によって発生した金属廃棄
物を用いて合成するので、第２発明に比べて、廃溶媒成
分（例えば燐酸）のセメント固化体を作成する必要がな
い分、固化された放射性廃棄物の発生重量が減少する。
特に、廃溶媒成分は、石灰を混合して焼却し、その後、
石灰と共にセメントで固化していたが、第５発明によれ
ば、このような固化体の生成が不要になる。

【００２９】上記の目的を達成する第６発明の特徴は、
ジルコニウムを主要な組成元素とする、

【００３０】

【外１】

【００３１】の記号で示される空間群に属する３次元結
晶構造を有する燐酸ジルコニウム・ナトリウム（ＮａＺ
ｒ₂Ｐ₃Ｏ₁₂）に含まれる元素の一部がＮａ，Ｚｒ，Ｐ及
びＯ以外の元素と置換され、かつジルコニウムを含み前
記３次元結晶構造を有する結晶構造体物質を、燐，燃料
再処理によって発生する廃棄物である低放射能レベル廃
液に含まれていた低放射能レベル廃液成分、及び前記燃
料再処理によって発生した金属廃棄物を用いて合成する
処理方法であって、前記金属廃棄物の少なくとも一部は
ジルコニウム合金であることにある。

【００３２】第６発明は、結晶構造体物質を、燃料再処
理によって発生する廃棄物である低放射能レベル廃液に
含まれていた低放射能レベル廃液成分、及び燃料再処理
によって発生した金属廃棄物を用いて合成するので、第
２発明に比べて、低放射能レベル廃液成分（例えばナト
リウム）のセメント固化体を作成する必要がない分、第
２発明に比べて固化された放射性廃棄物の発生重量が減
少する。

【００３３】上記の目的を達成する第７発明の特徴は、
ジルコニウムを主要な組成元素とする、

【００３４】

【外１】

【００３５】の記号で示される空間群に属する３次元結
晶構造を有する燐酸ジルコニウム・ナトリウム（ＮａＺ
ｒ₂Ｐ₃Ｏ₁₂）に含まれる元素の一部がＮａ，Ｚｒ，Ｐ及
びＯ以外の元素と置換され、かつジルコニウムを含み前
記３次元結晶構造を有する結晶構造体物質を、燃料再処
理によって発生する廃棄物である廃溶媒に含まれていた
廃溶媒成分、前記燃料再処理によって発生する廃棄物で
ある低放射能レベル廃液に含まれていた低放射能レベル
廃液成分、及び前記燃料再処理によって発生した金属廃
棄物を用いて合成する処理方法であって、前記金属廃棄
物の少なくとも一部はジルコニウム合金であることにあ
る。

【００３６】第７発明は、結晶構造体物質を、燃料再処
理によって発生する廃棄物である廃溶媒に含まれていた
廃溶媒成分、燃料再処理によって発生する廃棄物である
低放射能レベル廃液に含まれていた低放射能レベル廃液
成分、及び燃料再処理によって発生した金属廃棄物を用
いて合成するので、第５発明及び第６発明に比べて固化
された放射性廃棄物の発生重量が減少する。

【００３７】上記の目的を達成する第８発明の特徴は、
前記燃料再処理によって発生する廃棄物である高放射能
レベル廃液に含まれていた高放射能レベル廃液成分を、
前記結晶構造体物質の合成に用いることにある。

【００３８】第８発明は、高放射能レベル廃液成分に対
するガラス固化体を作成する必要がなく、その分、固化
された放射性廃棄物の発生重量が減少する。

【００３９】上記の目的を達成する第９発明の特徴は、
前記結晶構造体物質の合成に用いる複数の物質のうち１
つを液体の状態で、他の物質と混合し、これらの混合物
を加熱し、前記結晶構造体物質を合成することにある。

【００４０】第９発明は、結晶構造体物質の合成に用い
る複数の物質のうち１つを液体の状態で他の物質と混合
するので、これらの物質がよく混ざる。このため、これ
らの物質がより低い温度で反応して、結晶構造体物質を
短時間で合成できる。上記加熱に用いる加熱手段の加熱
容量を低減できると共に、再処理で発生する放射性廃棄
物の処理に要する時間が短縮される。また、加熱時にお
いて、結晶構造体物質の組成物質の固相拡散反応が助長
されるので、結晶構造体物質の密度が増加する。

【００４１】上記の目的を達成する第１０発明の特徴
は、前記ジルコニウム合金を酸化物粉末とし、この酸化
物粉末、前記廃溶媒成分である燐酸化合物、及び前記低
放射能レベル廃液成分であるナトリウム化合物を混合し
て加熱し、前記結晶構造体物質を合成することにある。

【００４２】第１０発明は、ジルコニウム合金を酸化物
粉末にしているので、燐酸化合物及びナトリウム化合物
との混合が容易になり、結晶構造体物質の合成も容易に
なる。前述の第７発明の作用効果も生じる。

【００４３】上記の目的を達成する第１１発明の特徴
は、前記ジルコニウム合金を燐酸ジルコニウム粉末と
し、この燐酸ジルコニウム粉末、及び前記低放射能レベ
ル廃液成分であるナトリウム化合物を混合して加熱し、
前記結晶構造体物質を合成することにある。

【００４４】第１１発明は、ジルコニウムと燐を混合し
なくてもよく、予め燐酸ジルコニウムにしているので、
結晶構造体物質の合成が容易に行える。また、燐酸は蒸
発しないので、燐を結晶構造体物質の合成のために有効
に活用できる。

【００４５】上記の目的を達成する第１２発明の特徴
は、前記金属廃棄物のうちジルコニウム合金を硝酸溶液
に溶解させ、前記ジルコニウム合金を構成していた元素
を含む硝酸溶液、前記廃溶媒成分である燐酸化合物、及
び前記低放射能レベル廃液成分であるナトリウム化合物
を混合して加熱し、前記結晶構造体物質を合成すること
にある。

【００４６】第１２発明は、第９発明と同様な作用効果
を生じる。

【００４７】上記の目的を達成する第１３発明の特徴
は、前記金属廃棄物のうちジルコニウム合金を硝酸溶液
に溶解させ、前記ジルコニウム合金を構成していた元素
を含む硝酸溶液、前記廃溶媒成分である燐酸化合物、前
記低放射能レベル廃液成分であるナトリウム化合物、及
び前記燃料再処理によって発生する廃棄物である高放射
能レベル廃液に含まれていた高放射能レベル廃液成分を
混合して加熱し、前記結晶構造体物質を合成することに
ある。

【００４８】第１３発明は、第８発明及び第１２発明と
同様な作用効果を生じる。

【００４９】上記の目的を達成する第１４発明の特徴
は、燃料再処理で発生する前記三ブチル燐酸を水酸化ナ
トリウム水溶液中で加水分解して水溶解性の二ブチル燐
酸ナトリウムとし、前記二ブチル燐酸ナトリウムを前記
結晶構造体物質の合成に用いることにある。

【００５０】第１４発明は、揮発性の三ブチル燐酸を不
揮発性の二ブチル燐酸ナトリウムに変えるので、揮発性
の物質を結晶構造体物質の合成に用いなくて済み、装置
構成を単純化できる。

【００５１】上記の目的を達成する第１５発明の特徴
は、前記金属廃棄物であるステンレス鋼及びジルコニウ
ム合金の混合物を弗化アンモニウム溶液に接触させて前
記ジルコニウム合金を溶解し、前記ジルコニウム合金を
構成していた元素を含む溶解液に燐酸アンモニウム化合
物を添加して燐酸ジルコニウムを生成し、この燐酸ジル
コニウムを回収し、弗化アンモニウムを再生して再利用
することにある。

【００５２】第１５発明は、弗化アンモニウムを再生し
て再利用できるので、固化された放射性廃棄物の発生重
量が減少する。従来は、弗化アンモニウムをカルシウム
を加えて固めていた。このような固化体の生成量が、第
１５発明において、著しく減少する。

【００５３】上記の目的を達成する第１６発明の特徴
は、前記金属廃棄物であるステンレス鋼，ニッケル合金
及びジルコニウム合金の混合物を弗化アンモニウム溶液
に接触させて前記ジルコニウム合金を溶解させ、前記ジ
ルコニウム合金を構成していた元素を含む溶解液に燐酸
アンモニウム化合物を添加して燐酸ジルコニウムを回収
し、弗化アンモニウムを再生後に再利用し、残存した前
記ステンレス鋼及び前記ニッケル合金を硝酸中で電解酸
化して溶解させ、前記燐酸ジルコニウム、及び溶解後の
前記ステンレス鋼及びニッケル基合金をそれぞれ構成し
ていた元素を前記結晶構造体物質の合成に用いることに
ある。

【００５４】第１６発明は、燐酸ジルコニウムを回収し
た後で、残存したステンレス鋼及び前記ニッケル合金を
硝酸中で電解酸化して溶解させているので、ステンレス
鋼が効率よく溶ける。このため、ステンレス鋼，ニッケ
ル合金及びジルコニウム合金の組成物と、燐及びナトリ
ウム等の物質との混合が良くなり、結晶構造体物質の合
成が容易になる。

【００５５】上記の目的を達成する第１７発明の特徴
は、前記金属廃棄物であるステンレス鋼，ニッケル合金
及びジルコニウム合金の混合物を、硝酸中で電解酸化に
より溶解してすべての構成元素を水溶性とし、これらの
元素の水溶性化合物を前記結晶構造体物質の合成に用い
ることにある。

【００５６】第１７発明は、燐酸ジルコニウムを回収し
た後に、残存したステンレス鋼及び前記ニッケル合金を
硝酸中で電解酸化して溶解するという二段階の処理を行
う必要がなく、ステンレス鋼，ニッケル合金及びジルコ
ニウム合金を一度に溶解できるので、第１６発明に比べ
て結晶構造体物質の合成工程を単純化できる。第１７発
明は、第１６発明と同様な作用効果を生じる。

【００５７】上記の目的を達成する第１８発明の特徴
は、 前記結晶構造体物質に含まれる１分子中の２原子
以内の燐が珪素で置換されることにある。

【００５８】第１８発明によれば、結晶構造体物質に含
まれる１分子中の２原子以内の燐が珪素で置換されるの
で、ナトリウムを伴う高放射能レベル廃液成分をより多
く含んだ結晶構造体物質を得ることができる。

【００５９】上記の目的を達成する第１９発明の特徴
は、前記燐酸ジルコニウム・ナトリウムまたは前記結晶
構造体物質の粉末を、圧粉体として焼結し、焼結された
前記燐酸ジルコニウム・ナトリウムまたは前記結晶構造
体物質を容器内に充填しこの容器を密封することにあ
る。

【００６０】第１９発明は、結晶構造体物質の粉末を圧
粉体として焼結するので、密度が増加した固化体を得る
ことができる。このため、発生する固化された放射性廃
棄物の容積が減少する。

【００６１】上記の目的を達成する第２０発明の特徴
は、前記燐酸ジルコニウム・ナトリウムまたは前記結晶
構造体物質の粉末を、加圧容器内で水の存在下で熱処理
し、前記燐酸ジルコニウム・ナトリウムまたは前記結晶
構造体物質の粉末を固化することにある。

【００６２】第２０発明は、燐酸ジルコニウム・ナトリ
ウムまたは結晶構造体物質の粉末を加圧容器内で水の存
在下で熱処理するので、燐酸ジルコニウム・ナトリウム
または結晶構造体物質を、第１９発明よりも低い温度で
合成できる。すなわち、第２０発明において必要な熱エ
ネルギーを第１９発明よりも低減できる。

【００６３】上記の目的を達成する第２１発明の特徴
は、前記燐酸ジルコニウム・ナトリウムまたは前記結晶
構造体物質を、金属製の容器内に充填し、その後、前記
容器を密封し、密封された前記容器を加熱した状態で外
圧により等方向的に圧縮することにある。

【００６４】第２１発明は、密封された容器を加熱した
状態で外圧により等方向的に圧縮するので、結晶構造体
物質を内蔵する容器内の空間が著しく減少し容器を含め
た容積が減少する。このため、発生する固化された放射
性廃棄物の容積が、更に減少する。また、容器内の放射
性物質である結晶構造体物質に触れないで、上記のよう
に容積を減少できる。

【００６５】

【発明の実施の形態】使用済燃料等の燃料再処理で発生
する高放射能レベル廃液（以下、高レベル廃液という）
の元素の組成、及び高レベル廃液以外の放射性廃棄物の
組成を以下に説明する。

【００６６】高レベル廃液成分は、使用済燃料の種類，
燃焼度ならびに処理プロセスによって異なるが、燃焼度
が４５,０００ＭＷＤ／Ｔ の使用済燃料を対象に剪断−
溶出・ピュレックス溶媒抽出法が適用された場合、原子
炉に装荷したウラン燃料の１トン当りに表１に示す量の
酸化物に換算した元素を含んでいる。これらの元素の合
計重量は、７３.６７４kgである。

【００６７】

【表１】

【００６８】高レベル廃棄物以外の放射性廃棄物の発生
量と組成は、処理する燃料の種類と処理方法によって異
なるが、ジルカロイ合金を被覆管として用いた使用済燃
料に、剪断−溶出・ピュレックス溶媒抽出法が適用され
た場合、原子炉に装荷されたウラン燃料の１トンを処理
するに当り表２〜表５に示すようになる。

【００６９】

【表２】

【００７０】

【表３】

【００７１】

【表４】

【００７２】

【表５】

【００７３】高レベル廃棄物以外の表２〜表５に示す全
放射性廃棄物の合計の放射能は、使用済燃料の全放射能
のうち僅かの割合にしかならない。しかしながら、表２
〜表５に示す全放射性廃棄物の正味重量の合計は、使用
済燃料の再処理で発生する放射性廃棄物料の大部分を占
める。すなわち、集合体金属廃棄物の構成元素が４８
７.６kg，燃料棒剪断屑の構成元素が５.０kg，三ブチル
燐酸廃溶媒の構成成分が１０６.４kg，低レベル廃液成
分が１０１.５kgである。これらの合計重量は７００.５
kgであって、高レベル廃液成分の９.５倍に相当する。
表２〜表５に示すそれぞれの放射性廃棄物の成分を、無
機化・減容化などの予備処理の後に、セメント等で固化
して耐浸出性のある固化体にすれば、それぞれを固化し
て得られる放射性廃棄物重量は少なくとも約３倍に増加
して、２１００kgとなる。これに、高レベル廃棄物固化
体の重量を加えれば、少なくとも２５００kgになる可能
性がある。このような従来の固化処理方法によって発生
する固化体の重量は、表１に示す高レベル廃液成分の酸
化物の重量の約３５倍となる。

【００７４】このような使用済燃料の再処理によって発
生する固化された放射性廃棄物の重量を低減する必要が
ある。後述する本発明の各実施例は、使用済燃料の再処
理によって発生する放射性廃棄物の少なくとも一部の物
質を用いて、ジルコニウムを主要な組成元素とする、

【００７５】

【外１】

【００７６】の記号で示される空間群に属する３次元結
晶構造を有する燐酸ジルコニウム・ナトリウム（ＮａＺ
ｒ₂Ｐ₃Ｏ₁₂）、またはジルコニウムを主要な組成元素と
する、

【００７７】

【外１】

【００７８】の記号で示される空間群に属する３次元結
晶構造を有する燐酸ジルコニウム・ナトリウム（ＮａＺ
ｒ₂Ｐ₃Ｏ₁₂）に含まれる元素の一部がＮａ，Ｚｒ，Ｐ及
びＯ以外の元素と置換され、かつジルコニウムを含み前
記３次元結晶構造を有する結晶構造体物質を、合成する
ものである。

【００７９】燐酸ジルコニウム・ナトリウム、または結
晶構造体物質を合成する方法は、“核廃棄物固定のため
の宿主構造体としての燐酸ジルコニウム・ナトリウム
〔ＮＺＰ〕：レビュー”ビイ・イ・シーツ、デイ・ケイ
・ブレバル アンド アル・ロイ、ウエスト マネージ
メント、１４巻、Ｎo.６、４８９〜５０５頁（１９９
４）〔“Sodium Zirconium Phosphate（NZP）as a Host
Structure forNuclear Waste Immobilization: a Revi
ew，”B.E.Sheetz, D.K.Agrawal, E. Breval and R.Ro
y, Waste Management, Ｖol.１４, Ｎo.６，pp.４８９
−５０５（１９９４）〕に総説的に記載されている。

【００８０】燐酸ジルコニウム・ナトリウム（以下にＮ
ＺＰと略記する）は分子式がＮａＺｒ₂Ｐ₃Ｏ₁₂（分子
量：４９０.３４ｇ）であり、その結晶構造式は一般的
に［Ｍ′₁］［Ｍ″₃］［Ａ^VI ₂］［Ｂ^IV ₃］Ｏ₁₂と表され
る。ＮＺＰの結晶は、ＺｒＯ₆８面体が、６個のＰＯ₄４
面体と酸素原子を共有して結合された三次元構造を有す
る。すなわち、各々のＰＯ₄４面体及び４個のＺｒＯ₆８
面体が、酸素原子を共有して結合されて、基本構成単位
が(Ｚｒ₂Ｐ₃Ｏ₁₂)^- である複数のリボン構造を構成して
いる。ＮＺＰの結晶は、複数のリボン構造がＰＯ₄ ４面
体で結合されてなる３次元構造を有する。リボン構造内
に空孔Ｍ′があり、イオン半径が大きいナトリウムイオ
ンはリボン構造内の空孔Ｍ′に配位される。リボン構造
同志の間に存在する別の空孔Ｍ″に配位できる１価原子
の数は３個である。しかし、空孔Ｍ″は、

【００８１】

【外１】

【００８２】の記号で表される空間群に属する三次元結
晶構造である限り原子で満たされることはない。

【００８３】Ｂ^IV位置は、Ｐ⁵⁺と同様にイオン半径の小
さな原子価状態の異なるイオンによって置換される。ま
た、Ａ^VI位置は、Ｚｒ⁴⁺と同様にやや大きいイオン半径
の、原子価状態の異なるイオンによって置換される。こ
れらの置換のいずれにおいても、原子価を補償するよう
にＭ″位置にナトリウムイオンが特異的に配位される。
Ｍ′位置が、Ｎａ⁺ と同様にイオン半径が大きいアルカ
リ金属イオン又は当量のアルカリ土類金属のイオン、あ
るいはよりイオン半径の小さい当量のイオンで置換され
ても、ＮＺＰの

【００８４】

【外１】

【００８５】の記号で表される空間群に属する三次元結
晶構造は保存される。ＮＺＰの組成元素の一部が上記の
ような他の元素に置換されてもＮＺＰの上記三次元結晶
構造を保存している物質を、結晶構造体物質（以下、
［ＮＺＰ］と略記）という。

【００８６】上記三次元結晶構造内の各位置で置換でき
る典型的な陽イオンの種類は、イオンの大きさに依存し
ている。Ｍ′位置では最も大きい陽イオンを含む多様な
陽イオンが、Ｍ″位置ではＡ^VI位置およびＢ^IV位置の置
換イオン原子価を補償するようにナトリウムイオンが、
Ｂ^IV位置では最も小さい陽イオンが、Ａ^VI位置は中間の
大きさの陽イオンがそれぞれほぼ選択的に置換される。
各位置で置換されるイオンを以下に示す。

【００８７】Ｍ′位置：Ｎａ⁺，Ｒｂ⁺，Ｃｓ⁺，Ａｇ⁺，
Ｍｇ²⁺，Ｃａ²⁺，Ｓｒ²⁺,Ｂａ²⁺,Ｚｎ²⁺，Ｃｄ²⁺，Ｐｂ
²⁺，Ｕ⁴⁺，Ｎｐ⁴⁺，Ｐｕ⁴⁺，Ａｍ⁴⁺，Ｃｍ⁴⁺ Ｍ″位置：Ｎａ⁺ Ａ^VI位置：Ｔｉ⁴⁺，Ｃｒ³⁺，Ｆｅ³⁺，Ｃｏ²⁺，Ｎｉ²⁺，
Ｙ³⁺，Ｚｒ²⁺，Ｔｃ⁴⁺，Ｒｕ⁴⁺，Ｒｈ³⁺，Ｐｄ³⁺，Ｓｎ
⁴⁺，Ｓｂ⁵⁺，Ｔｅ⁴⁺，Ｉｎ³⁺，Ｌａ³⁺，Ｃｅ³⁺，Ｐ
ｒ³⁺，Ｎｄ³⁺，Ｐｍ³⁺，Ｓｍ³⁺，Ｅｕ³⁺，Ｇｄ³⁺ Ｂ^IV位置：Ａｌ³⁺，Ｓｉ⁴⁺，Ｐ⁵⁺，Ａｓ⁵⁺，Ｓｅ⁶⁺，Ｍ
ｏ⁶⁺ ＮＺＰ又は［ＮＺＰ］の合成には、置換すべきイオンの
種類及び量に応じて組成元素の量を適度に調整する必要
がある。

【００８８】ＮＺＰ又は［ＮＺＰ］を合成する方法とし
て、ゾルゲル法，固相反応法，水熱反応法等が知られて
いる。

【００８９】ゾルゲル法は、酸性の燐酸塩水溶液を攪拌
しながらジルコニル塩水溶液を添加してゾル状とし、続
いて攪拌しながらアルカリ化合物水溶液を添加してゲル
状とし、低温で脱水，５００℃で脱硝してＮＺＰ又は
［ＮＺＰ］の合成反応を起こさせる。

【００９０】固相反応法は、化学量論的に混合した組成
化合物の微粉末を圧粉成形後に800−１３５０℃で焼結
して粉末粒子間の反応を起こさせ、ＮＺＰ又は［ＮＺ
Ｐ］を合成する。

【００９１】水熱反応法は、化学量論的に混合した組成
化合物の微粉末を水と共に加圧容器に入れて、２００−
３００℃において数日間加熱して反応を起こさせ、ＮＺ
Ｐ又は［ＮＺＰ］を合成する。

【００９２】何れの方法も、生成された上記三次元結晶
構造を有するＮＺＰ又は［ＮＺＰ］の粉末から圧粉成形
及び焼結、あるいは水熱固化などからなる窯業的方法に
よって高密度の固化体を生成することができる。圧粉成
形の方法として、金型と杵による一軸圧縮の他に流体を
媒体とした等方向圧縮が冷間又は熱間で用いられる。圧
粉成形と焼結及び密封体化の方法として熱間等方向圧
縮、又は熱間衝撃圧縮が用いられる。

【００９３】以下に述べる本発明の各実施例は、使用済
燃料の全再処理廃棄物の重量の５０％以上を占めるジル
コニウムを用いてＮＺＰ又は［ＮＺＰ］を合成するもの
である。

【００９４】〔実施例１〕本発明の好適な一実施例であ
る燃料再処理廃棄物の処理方法を図１を用いて以下に説
明する。

【００９５】剪断・溶出工程１は、使用済燃料の燃料棒
を剪断し、燃料棒内のウラン・プルトニウムを硝酸溶液
を用いて溶解する。ピュレックス法溶媒抽出工程２は、
硝酸溶液に溶けているウラン・プルトニウムを回収す
る。回収されたウラン・プルトニウムは、精製工程３で
精製される。剪断・溶出工程１では、ジルコニウム合金
及び不溶解性核分裂生成物を含む被覆管剪断屑、及びジ
ルコニウム合金，ステンレス鋼及びニッケル合金等の燃
料体金属廃棄物の放射性廃棄物が発生する。ピュレック
ス法溶媒抽出工程２では、三ブチル燐酸等を含む廃溶
媒，ナトリウム，鉄及び硝酸塩水溶液を含む低放射能レ
ベル廃液（以下、低レベル廃液という）、及び核分裂生
成物，ナトリウム，鉄及び硝酸水溶液を含む高レベル廃
液の放射性廃棄物が発生する。

【００９６】被覆管剪断屑及び低レベル廃液は、セメン
トで固化される。廃溶媒は、石灰を混合して焼却された
後にセメントで固化される。高レベル廃液は、ガラス固
化体に生成される。

【００９７】集合体金属廃棄物は、空気中での加熱酸化
工程４で酸化される。処理４で酸化ジルコニウム粉末が
得られ、他の金属廃棄物から除去される。他の金属廃棄
物であるステンレス鋼及びニッケル合金はセメントで固
化される。酸化ジルコニウム粉末は、ＮＺＰ合成工程５
に送られる。ＮＺＰ合成工程５は、組成物の混合工程
６，加熱分解工程７，圧粉体成形工程８，焼成工程９及
び粉砕工程１０を含む。混合工程６で、酸化ジルコニウ
ム粉末，添加物である燐酸化合物水溶液及びナトリウム
化合物水溶液が混合され、これらのペーストが作られ
る。このペーストは加熱分解工程７で加熱されて粉末に
なる。この粉末は、圧粉体成形工程８で圧粉体に成形さ
れる。圧粉体は、焼成工程９で焼成されて［ＮＺＰ］と
なり、粉砕工程１０で［ＮＺＰ］の粉末になる。焼結固
化工程１１で、［ＮＺＰ］の粉末は圧粉体に成形されて
焼結される。容器密封工程１２で、［ＮＺＰ］の焼結体
が充填された容器が密封される。密封容器は、除染工程
１３で表面が除染され、貯蔵等の廃棄物処分に付され
る。

【００９８】（具体例１ａ）表２に示すように、ウラン
１トンの軽水炉燃料の再処理によって発生する集合体金
属廃棄物に含まれるジルコニウム合金は４２９.１kg で
ある。これは、98.2％に相当する４２１.４kg（４.６２
０kg−原子）のＺｒの他に、合金成分として、Ｓｎの
６.４kg（０.０５４kg−原子）のＳｎ、０.７kg（０.０
１３kg−原子）のＦｅ、０.４kg（０.００８kg−原子）
のＣｒ及び０.２kg(０.００３kg−原子)のＮｉを含む。

【００９９】上記の集合体金属廃棄物は、図１の処理工
程に基づいて処理される。集合体金属廃棄物を空気中で
約６００℃に加熱する。ジルコニウム合金が酸化ジルコ
ニウム粉末となり、容易にステンレス鋼及びニッケル合
金から分離できる。

【０１００】

【表６】

【０１０１】表６に示す組成に従い、酸化ジルコニウム
粉末に、適量の燐酸及び水酸化ナトリウム水溶液を添加
してペーストを生成する。その後、ペーストを乾燥して
得られた粉末は、金型を用いて圧粉体に成形される。圧
粉体，空気中で800〜1000℃で焼成され、ＮＺＰに独特
の結晶構造を有する単一の結晶物質である［ＮＺＰ］の
焼成体となる。焼成体は粉砕されて（１）の組成式を有
する［ＮＺＰ］粉末になる。

【０１０２】 ＮａＺｒ_1.98Ｓｎ_0.02Ｐ₃Ｏ₁₂ …（１） 分子量＝４９０.９ｇ １１４５.４kg の［ＮＺＰ］が合成される。ＳｎはＺｒ
と置換して結晶に入り、ＳｎはＺｒと同様に４価の原子
価状態にあるイオンを形成するのでＮａの変動はない。
合成された［ＮＺＰ］粉末は、金型を用いて圧粉体に成
形され、その後、空気中で８００〜１０００℃で焼結さ
れる。得られた焼結体を充填したステンレス鋼容器は蓋
を取り付けた後に密封される。密封された容器は外表面
を除染されて付着している放射能を除去される。このよ
うに、処分に対応する廃棄物固化体が得られる。

【０１０３】本実施例によれば、軽水炉燃料の再処理廃
棄物に含まれる、集合体金属廃棄物から分離されたジル
コニウム，ナトリウム及び燐酸を用いて［ＮＺＰ］を合
成するので、この固化体の重量は１１４５.４kg とな
る。この重量は、廃棄物であるジルコニウム合金の発生
重量の２.７倍 であり、ジルコニウム合金をセメントで
固化した場合に比べて重量を低減できる。

【０１０４】〔実施例２〕本発明の他の実施例である燃
料再処理廃棄物の処理方法を図２を用いて以下に説明す
る。本実施例は、図１の実施例の加熱酸化工程４を電解
酸化溶解工程１５に替え、ＮＺＰ合成工程５の工程の一
部が変更されたＮＺＰ合成工程５Ａを適用したものであ
る。本実施例のこれら以外の部分は、図１の実施例と同
じである。電解酸化溶解工程１５は、集合体金属廃棄物
であるジルコニウム合金，ステンレス鋼及びニッケル合
金を硝酸中で電解酸化溶解を行い、これらの全ての金属
を溶解する。電解酸化溶解は、ジェー・テイー・ロング
核燃料再処理技術、アメリカン ニュークリア ソサ
イアテイ、３０９〜３１４頁(１９７８)(J. T. Long,En
gineering for Nuclear Fuel Reprocessing, American
Nuclear Society, ｐ.３０９−３１４(１９７８)）に示
されている。ＮＺＰ合成工程５Ａの混合工程６では、電
解酸化溶解工程１５で得られた溶解金属成分を含む硝酸
水溶液に、廃溶媒及び燃料再処理から発生する廃棄物以
外の燐酸化合物水溶液のうちの少なくとも１つ、及び低
レベル廃液及び燃料再処理から発生する廃棄物以外のナ
トリウム化合物水溶液のうちの少なくとも１つを混合す
る。ＮＺＰ合成工程５Ａの加熱脱硝工程１６では、混合
工程６で得られた混合溶液が加熱され、混合溶液中の
水，硝酸及び有機物が除去される。更に、硝酸塩を熱分
解する。この結果、加熱脱硝工程１６において、酸化物
と燐酸塩の混合粉末が得られる。混合粉末は、圧粉体成
形工程８で圧粉体に成形される。以下の具体例２ａ，２
ｂ，２ｃ及び２ｄには、図２の処理工程が適用される。

【０１０５】（具体例２ａ）使用済燃料の再処理廃棄物
に含まれる集合体金属廃棄物の構成元素の量は、Ｚｒ４
２１.４kg（４.６２０kg−原子）,Ｆｅ３７.２kg（０.
６６６kg−原子),Ｃｒ１０.６kg（０.２０４kg−原
子）,Ｎｉ１２.０kg（０.２０４kg−原子）、及びＳｎ
６.４kg(０.０５４kg−原子）である。これらの合計重
量は４８７.６kg（５.７４８kg−原子）である。これら
の構成元素が本具体例で処理される。

【０１０６】本具体例は、集合体金属廃棄物を構成する
ジルコニウム合金，ステンレス鋼，ニッケル合金を陽極
となるタンタル又はニオブの籠に入れて、６０℃乃至７
０℃に保った２Ｍ乃至８ＭのＨＮＯ₃ 溶液中で、電解酸
化溶解工程１５を実施する。この結果、これらの金属成
分が溶解している硝酸水溶液が得られる。

【０１０７】

【表７】

【０１０８】混合工程６で、硝酸水溶液に、廃溶媒及び
添加物である燐酸化合物水溶液に含まれる燐酸の必要量
を燐酸アンモニウムとして、及び低放射能レベル廃液及
びナトリウム化合物水溶液に含まれるナトリウムの必要
量を水酸化ナトリウムとして、表７のケース１のように
混合する。その後、加熱脱硝工程１６で、混合溶液は加
熱され、水，硝酸、及び有機物が除去される。最終的に
は、硝酸塩が熱分解されて酸化物及び燐酸塩の混合粉末
が得られる。

【０１０９】圧粉体成形工程８以降の処理を以下に述べ
る。酸化物及び燐酸塩の混合粉末は、金型を用いて圧粉
体に成形され、空気中で８００〜１０００℃で焼成され
る。これにより、［ＮＺＰ］の焼成体が得られる。［Ｎ
ＺＰ］の焼成体が粉砕されて（２）の組成式を有する
［ＮＺＰ］粉末となる。

【０１１０】 (Ｎa_0.44)″(Ｎa_1.00)′(Ｚr_1.61Ｆe_0.23Ｃr_0.07Ｎi_0.07Ｓn_0.01）Ｐ₃Ｏ₁₂ …（２） 分子量＝４８７.９ｇ ここで、（ )″は［Ｍ］″空孔に配位されたＮａを示
し、（ )′は［Ｍ］′空孔に配位されたＮａを示す。
１４００.０kg の［ＮＺＰ］が合成される。Ｆｅ，Ｃ
ｒ，Ｎｉ，ＳｎはそれぞれＺｒと置換されて結晶内に入
り、結晶内の電荷の釣り合いを保つために０.４４ 原子
のＮａがＭ″空孔中に配位された。式（２）の組成式の
［ＮＺＰ］を合成するためには、９５.０kg（４.１３２
kg−原子）のナトリウムと、２６６.６kg（８.６０９kg
−原子）の燐をそれぞれ化合物として添加する必要があ
る。

【０１１１】［ＮＺＰ］の粉末は再び金型によって圧粉
体に成形される。圧粉体は、空気中で８００〜１０００
℃で焼結された後、ステンレス鋼容器内に充填される。
蓋で密封されたステンレス鋼容器の外表面の放射能が除
去される。

【０１１２】本具体例によれば、以下の効果が得られ
る。

【０１１３】（１）使用済燃料の再処理廃棄物を構成す
る集合体金属廃棄物の合計４８７.６kg，燐酸成分及び
少量のナトリウム成分を用いて、１４００.０kg の溶解
度が低くかつ耐熱衝撃性の高い［ＮＺＰ］固化体が得ら
れる。

【０１１４】（２）［ＮＺＰ］固化体の重量は再処理廃
棄物の組成物重量の２.９ 倍であり、セメントによる固
化によって得られるセメント固化体の重量よりも低減す
る。 （具体例２ｂ）本具体例で用いられる使用済燃料の再処
理廃棄物に含まれる集合体金属廃棄物の構成元素の量は
Ｚｒ４２１.４kg（４.６２０kg−原子），Ｆｅ３７.２k
g （０.６６６kg−原子），Ｃｒ１０.６kg（０.２０
４kg−原子），Ｎｉ１２.０kg（０.２０４kg−原子），
Ｓｎ６.４kg(０.０５４kg−原子）である。表４に示す
ように廃溶媒の構成元素の量はＰＯ₄：３７.９kg(０.４
００kg−分子）である。集合体金属廃棄物の構成元素、
及び廃溶媒の構成元素の合計は５２５.５kg である。

【０１１５】本具体例は、上記の集合体金属廃棄物を構
成するジルコニウム合金、ステンレス鋼，ニッケル合金
を具体例２ａと同様に電解酸化溶解工程１５で処理し、
金属成分が溶解している硝酸水溶液を得る。具体例２ａ
と同様に、混合工程６で硝酸水溶液，燐酸アンモニウ
ム、及び水酸化ナトリウムを表７のケース２のように混
合し、具体例２ａと同様に加熱脱硝工程１６以降の処理
が実行される。

【０１１６】［ＮＺＰ］の焼成体は粉砕によって式
（２）の組成式を有する［ＮＺＰ］粉末になる。１４０
０.０kg の［ＮＺＰ］が合成される。Ｆｅ，Ｃｒ，Ｎ
ｉ，ＳｎはそれぞれＺｒと置換して結晶に入る。結晶内
の電荷の釣り合いを保つためにＮａが増加する。ＰＯ₄
は８.６０９kg−分子(８１７.６kg）必要であり、大部
分である８.２０９kg−分子(７７９.６kg）が補充され
た。(２）の組成式の［ＮＺＰ］を合成するためには、
廃溶媒に含まれる燐は、０.４kg−原子 であるため、２
５４.３kg（８.２０９kg原子）の燐を別途に添加する必
要がある。

【０１１７】具体例２ｂは、以下の効果を生じる。

【０１１８】（１）使用済燃料の再処理廃棄物を構成す
る集合体金属廃棄物及び廃溶媒の合計５９４.０kg 、及
び添加された燐酸成分及び少量のナトリウム成分によ
り、１４００.０kg の溶解度が低く、耐熱衝撃性の高い
［ＮＺＰ］固化体を得た。 （２）［ＮＺＰ］固化体の重量は再処理廃棄物の組成物
重量の２.４ 倍であり、セメントによる固化によって得
られるセメント固化体の重量よりも低減する。 （具体例２ｃ）表２に示すように、使用済燃料の再処理
廃棄物に含まれる集合体金属廃棄物の構成元素の量は、
Ｚｒ４２１.４kg（４.６２０kg−原子），Ｆｅ３７.２k
g （０.６６６kg−原子），Ｃｒ１０.６kg（０.２０
４kg−原子），Ｎｉ１２.０kg（０.２０４kg−原子），
Ｓｎ６.４kg（０.０５４kg−原子）である。合計487.6k
g(５.７４８kg−原子）である。表４に示すように、廃
溶媒の構成元素の量は、ＰＯ₄３８.０kg（０.４００kg
−分子），Ｃ₄Ｈ９６８.４kg(１.２００kg−分子)であ
る。表５に示すように、低放射能レベル廃液の構成元素
の量は、Ｎａ91.0kg（３.９５８kg−原子)，Ｆｅ１０.
５kg（０.１８９kg−原子）である。合計すると、Ｚｒ
４２１.４kg（４.６２０kg−原子），Ｆｅ４７.７kg
（０.８５４kg−原子），Ｃｒ１０.６kg（０.２０４kg
−原子），Ｎｉ１２.０kg（０.２０４kg−原子），Ｓｎ
６.４kg（０.０５４kg−原子），Ｎａ９１.０kg(３.９
５８kg−原子)，ＰＯ₄３８.０kg（０.４００kg−分
子）、及びＣ₄Ｈ₉：６８.４kg(１.２００kg−分子）で
ある。これらの成分の合計重量は７００.５kg である。
以上の廃棄物が本具体例で処理される。

【０１１９】本具体例は、具体例２ａと同様に電解酸化
溶解工程１５よって、集合体金属廃棄物を構成するジル
コニウム合金，ステンレス鋼，ニッケル合金の金属成分
が溶解している硝酸水溶液を得る。混合工程６におい
て、硝酸水溶液，硝酸塩水溶液である低レベル廃液及び
廃溶媒の混合液に、必要量の燐酸を燐酸アンモニウムと
した必要量の燐酸，水酸化ナトリウムとした必要量のナ
トリウムを表７のケース３の組成に従い添加する。この
混合溶液は、具体例２ａと同様に工程８〜１０の処理が
実行されて（３）の組成式を有する［ＮＺＰ］粉末にな
る。

【０１２０】 （Ｎa_0.50)″(Ｎa_1.00)′(Ｚr_1.55Ｆe_0.29Ｃr_0.07Ｎi_0.07Ｓn_0.01)Ｐ₃Ｏ₁₂ …（３） 分子量＝４８７.１ｇ ここで、( )″は［Ｍ］″空孔に配位されたＮａを示
し、( )′は［Ｍ］′空孔に配位されたＮａを示す。１
４５１.９kg の［ＮＺＰ］が合成され、Ｆｅ，Ｃｒ，Ｎ
ｉ，ＳｎはそれぞれＺｒと置換されて結晶に入る。結晶
内の電荷の釣り合いを保つために０.５原子のＮａが
Ｍ″空孔に配位される。

【０１２１】工程１１以降の処理が実行されて、［ＮＺ
Ｐ］の焼結体が内部に密封充填され、且つ外表面の放射
能が取り除かれたステンレス鋼容器が得られる。

【０１２２】（３）の組成式の［ＮＺＰ］を合成するた
めには、ＰＯ₄は８.９４２kg−分子（８４９.３kg）必
要である。廃溶媒では足りない燐酸８.５４２kg−分子
(811.3kg）が燐酸化合物水溶液として補充された。４.
４７１kg−原子 のＮａが必要であるが、低放射能レベ
ル廃液成分に含まれるナトリウムは９１.０kg（３.９５
８kg原子）であるため、ナトリウムは不足する。この不
足分は僅かに１１.８kg（０.５１３kg原子)であり、ナ
トリウム化合物水溶液として補充する。低レベル廃液成
分に含まれる１０.５kg(０.１８８kg−原子)の鉄は、集
合体金属廃棄物に含まれる３７.２kg(０.６６６kg−原
子)の鉄と共にＺｒと置換されて［ＮＺＰ］に取り込ま
れる。

【０１２３】具体例２ｃは以下の効果を生じる。

【０１２４】（１）使用済燃料の再処理廃棄物を構成す
る集合体金属廃棄物，廃溶媒及び低放射能レベル廃液成
分の合計６９５.５kg ，燐酸成分及び少量のナトリウム
成分を添加することにより、１４５１.９kg の溶解度が
低く、耐熱衝撃性の高い［ＮＺＰ］固化体を得た。

【０１２５】（２）［ＮＺＰ］固化体の重量は再処理廃
棄物の組成物重量の２.１ 倍であり、セメント固化体の
重量よりも低減する。

【０１２６】（具体例２ｄ）本具体例では、図２に基づ
いて処理される実施例２ｂに係わらず、廃溶媒は表７に
示されるケース２の組成のナトリウムを含む水酸化ナト
リウム水溶液中で加熱下に加水分解される。加水分解で
得られる水溶性の二ブチル燐酸ナトリウムの水酸化ナト
リウム水溶液が、具体例２ｂと同様に、金属成分が溶解
している硝酸水溶液と混合される。混合工程６以降のＮ
ＺＰ合成工程５Ａの各工程が実行され、式（２）の組成
式を有する［ＮＺＰ］粉末が得られた。その後、具体例
２ｂと同様に工程１１以降の処理が実行される。

【０１２７】本具体例では、廃溶媒に含まれる三ブチル
燐酸を加水分解するための水酸化ナトリウムの一部とし
て、低レベル廃液成分に含まれる硝酸ナトリウムを電気
的に加水分解して調製した水酸化ナトリウムを用いて表
７に示すケース３の組成の［ＮＺＰ］を合成してもよ
い。

【０１２８】上記の二ブチル燐酸ナトリウムの水酸化ナ
トリウム水溶液の生成について以下に説明する。再処理
廃棄物を構成している、燐の化合物である三ブチル燐酸
を含む廃溶媒を、水酸化ナトリウム水溶液中で加熱して
下式に従って加水分解する。（Ｃ₄Ｈ₉)₃ＰＯ₄＋ＮａＯ
Ｈ＝Ｎａ(Ｃ₄Ｈ₉)₂ＰＯ₄＋Ｃ₄Ｈ₉ＯＨ …（４）この
加水分解によって、水溶性で不揮発性の二ブチル燐酸ナ
トリウムが生成される。その後、ブタノールを蒸発させ
て、二ブチル燐酸ナトリウムの水酸化ナトリウム水溶液
が生成される。

【０１２９】具体例２ｄは、具体例２ｂで得られる効果
に加えて以下の効果を生じる。

【０１３０】（１）三ブチル燐酸は熱処理中に揮発して
燐の添加量が変動する可能性がある。しかし、二ブチル
燐酸は不揮発性であるため燐組成が一定した熱処理生成
物を調製することができる。

【０１３１】〔実施例３〕本発明の他の実施例である燃
料再処理廃棄物の処理方法を図３を用いて以下に説明す
る。図３に示す本実施例の処理工程は、図２の実施例と
実質的に同じである。ただし、本実施例は、低レベル廃
液の替わりに高レベル廃液を用いる。高レベル廃液は、
加熱脱硝工程１７において酸化物にされる。加熱脱硝工
程１７で行われる加熱脱硝に、ＡＶＭ（Atelier de Vit
rification de Marcoule）法として知られている高レベ
ル廃液をガラス固化体にする際に用いられる高レベル廃
液の加熱脱硝法が適用できる。

【０１３２】混合工程６において、電解酸化溶解工程１
５で得られた溶解金属成分を含む硝酸水溶液に、廃溶媒
及び燃料再処理から発生する廃棄物以外の燐酸化合物水
溶液のうちの少なくとも１つ、及び高レベル廃液の酸化
物及び燃料再処理から発生する廃棄物以外のナトリウム
化合物水溶液のうちの少なくとも１つを混合する。

【０１３３】

【表８】

【０１３４】

【表９】

【０１３５】使用済燃料の１トンウラン当たりで発生す
る高放射能レベル廃液成分の酸化物の重量が表１に示す
７３.６７４kgであるとき、核分裂生成物等の負荷率を2
0.5％，２５.６％及び２９.７％に変えて［ＮＺＰ］を
合成する場合に必要な添加物質重量組成（kg）を表８及
び表９に示す。［ ］内はkg原子数を示す。表９は廃溶
媒の燐成分を高レベル廃棄物に含めたもので、表８は廃
溶媒の燐成分を低レベル廃棄物に含めたものである。

【０１３６】負荷率２９.７％においては、高レベル廃
棄物に含まれたナトリウムが［NZP］の組成として必要
にして十分な量が存在し、ナトリウムを添加する必要が
ない。これ以上負荷率を高くすると、ナトリウムが過剰
になる。従って、表１に示した組成の高レベル廃液を含
んで［ＮＺＰ］として合成できる負荷率の上限は29.7％
となる。

【０１３７】それぞれの負荷率において、［ＮＺＰ］の
組成式、分子量は、以下のようになる。（５)，(６)，
(７）が組成式である。

【０１３８】負荷率２０.５％： 分子量＝５１０.５ｇ

【０１３９】

【外２】

【０１４０】負荷率２５.６％： 分子量＝５１６.３ｇ

【０１４１】

【外３】

【０１４２】負荷率２９.７％： 分子量＝５１６.３ｇ

【０１４３】

【外４】

【０１４４】上記の組成式において、（ ）″はＭ″空
孔に配位されたＮａの原子を示し、（ ）′はＭ′空孔
に配位されたＮａ及びＮａと置換した核分裂生成物元素
（ＦＰ）を示す。

【０１４５】ＦＰ^I，ＦＰ^II，ＦＰ^IIIは、それぞれ以下
に示す元素である。

【０１４６】ＦＰ^I ：Ｎａ，Ｒｂ，Ｃｓ，Ａｇ，Ｓ
ｒ，Ｂａ，Ｃｄ，Ｕ，Ｎｐ，Ｐｕ，Ａｍ，Ｃｍ ＦＰ^II ：Ｃｒ，Ｆｅ，Ｎｉ，Ｙ，Ｚｒ，Ｔｃ，Ｒｕ，
Ｒｈ，Ｐｄ，Ｉｎ，Ｓｎ，Ｓｂ，Ｔｅ，Ｌａ，Ｃｅ，Ｐ
ｒ，Ｎｄ，Ｐｍ，Ｓｍ，Ｅｕ，Ｇｄ，Ｔｂ，Ｄｙ ＦＰ^III：Ｐ，Ｓｅ，Ｍｏ 組成式（７）の組成において、Ｍ′空孔に配位されたＮ
ａ原子の０.５１ 個がＦＰ原子の０.１４ 個と置換して
おり、Ｚｒ原子と置換し、又はＰ原子と置換したＦＰ原
子の原子価を補償するためにＭ″に配位したＮａ原子は
０.５６ 個であった。従って、２９.７％の負荷率は

【０１４７】

【外１】

【０１４８】の記号で示される空間群に属する３次元結
晶構造を保持するためにＭ″空孔及びＭ′空孔の配位数
には十分余裕がある。しかし、負荷率が２９.７％ を越
えて大きくなると、高レベル廃液に伴って供給されるＮ
ａの量は［ＮＺＰ］の組成として過剰となる。従って、
表１に示した組成の高レベル廃液を［ＮＺＰ］として固
化できる高レベル廃液成分の負荷率の上限は２９.７％
となる。

【０１４９】軽水炉の使用済燃料の再処理廃棄物を構成
する廃溶媒の燐酸成分は、全量を高レベル廃棄物固化体
の合成に利用できる。高レベル廃液成分の負荷率が高く
なるほど成分に含まれるナトリウムの量が増加するた
め、最終的には外部からナトリウムを添加する必要がな
くなる。低レベル廃液から分離した鉄のみを高レベル廃
棄物固化体に取り込むことができる。

【０１５０】図３の処理工程は以下の具体例３ａ，３
ｂ，３ｃ及び３ｄに適用される。

【０１５１】（具体例３ａ）本具体例において、硝酸塩
の硝酸溶液である高レベル廃液は、加熱脱硝工程１７で
酸化物にしてから［ＮＺＰ］の合成に用いられる。加熱
脱硝工程１７での酸化物化は、ＡＶＭ法で行われる。す
なわち、僅かに傾斜した円筒形の回転焼成炉（図示せ
ず）の上端から高レベル廃液を供給して回転焼成炉内を
流下させる。回転焼成炉の前半で流下する高レベル廃液
から水分が除去され残った物質が固体化される。回転焼
成炉の後半でその固体を３００℃乃至４００℃に加熱し
て脱硝するものである。回転焼成炉内での固体の塊状化
による固着、及びルテニウムの揮発を防止するため、有
機系添加物が供給前の高放射能レベル廃液に混合され
る。

【０１５２】具体例２ａと同様に、電解酸化溶解工程１
５でＺｒ，Ｆｅ，Ｃｒ，Ｎｉ，Ｓｎを含む硝酸水溶液が
得られる。混合工程６で、表８に示す組成となるよう
に、硝酸水溶液に高レベル廃液酸化物，ナトリウム化合
物ならびに燐酸化合物と混合してペーストにする。工程
１６以降が実行されて［ＮＺＰ］焼結体が得られる。加
熱脱硝工程１６では、６００℃を超えない温度で加熱さ
れる。［ＮＺＰ］焼結体はステンレス鋼容器に密封充填
され、［ＮＺＰ］高レベル廃棄物として処分される。

【０１５３】表８に示す高レベル廃棄物組成とするため
に余剰となった集合体金属廃棄物の硝酸水溶液は、具体
例２ｃと同様に図２に示した工程に従い、表７に示した
［ＮＺＰ］低レベル廃棄物とした。

【０１５４】具体例３ａによって以下の効果が生じる。

【０１５５】（１）軽水炉の使用済燃料の再処理廃棄物
を構成する、集合体金属廃棄物，廃溶媒成分，低レベル
廃液成分，高レベル廃液成分を一括処理して、溶解度が
低く、熱的に安定性の高い［ＮＺＰ］固化体とすること
ができた。

【０１５６】（２）核分裂生成物酸化物の負荷率が２
９.７％ までの［ＮＺＰ］固化体とすることができ、高
レベル廃棄物の［ＮＺＰ］固化体の重量は２５９kg／to
nＵ と従来のガラス固化体と比較して約７０％に少なく
なった。

【０１５７】（３）使用済燃料の再処理廃棄物を構成す
る全ての廃棄物の［ＮＺＰ］固化体の重量は、核分裂生
成物の負荷率には殆ど依存せず、約１５１０kg／tonＵ
となり、従来のガラス固化とセメント固化を組み合わせ
た方法と比較して約５０％に少なくなった。

【０１５８】（具体例３ｂ）具体例２ｃと同様に、電解
酸化溶解工程１５でＺｒ，Ｆｅ，Ｃｒ，Ｎｉ，Ｓｎを含
む硝酸水溶液を得る。表９に示す組成となるように具体
例３ａと同様に、混合工程６で、硝酸水溶液に、高レベ
ル廃液成分の酸化物，ナトリウム化合物，燐酸を成分と
する廃溶媒ならびに燐酸化合物を混合してペーストにす
る。工程１６以降の処理が実行され、［ＮＺＰ］の焼結
体が充填密封されたステンレス鋼容器が得られる。これ
は［ＮＺＰ］高レベル廃棄物として処分される。

【０１５９】表９に示す高レベル廃棄物組成とするため
に余剰となった集合体金属廃棄物の硝酸水溶液は、具体
例２ｃと同様に図２に示した工程に従い、表７に示した
［ＮＺＰ］低レベル廃棄物にした。

【０１６０】具体例３ｂは具体例３ａと同様な効果を生
じる。

【０１６１】（具体例３ｃ）具体例３ｂの記載に係わら
ず、図３の処理工程は核分裂生成物等の硝酸塩の硝酸溶
液である高レベル廃液を水溶液のまま、具体例２ｃと同
様に、混合工程６で、Ｚｒ，Ｆｅ，Ｃｒ，Ｎｉ，Ｓｎを
含む硝酸水溶液と混合してもよい。この混合は、表８に
示す組成となるようにナトリウム化合物ならびに燐酸化
合物を水溶液として混ぜる。加熱脱硝工程１６以降の処
理が実行されて［ＮＺＰ］の焼結体が充填密封されたス
テンレス鋼容器が得られる。これは［ＮＺＰ］高レベル
廃棄物として処分される。

【０１６２】具体例３ａと同様に、ＡＶＭ法に基づく加
熱脱硝による高レベル廃液の酸化物化の工程は、本具体
例の混合溶液の加熱脱硝工程１６における酸化物・燐酸
化合物化に適用できる。加熱脱硝工程１６は、具体例３
の加熱脱硝工程１７と同様に行われる。表９に示す組成
の［ＮＺＰ］高レベル廃棄物を調製することができる。

【０１６３】具体例３ｃは具体例３ａで得られる効果に
加えて以下の効果を生じる。

【０１６４】（１）溶液系の混合によって均一な［ＮＺ
Ｐ］合成が容易となった。

【０１６５】（２）一括的な脱水・加熱脱硝によって
［ＮＺＰ］合成工程が単純化した。

【０１６６】（具体例３ｄ）純粋なＮＺＰでは、燐の原
子数はジルコニウムの原子数の１.５ 倍である。しか
し、高レベル廃液成分を２０乃至２９.７％ 負荷された
［ＮＺＰ］高レベル廃棄物では、燐の原子数がジルコニ
ウムの原子数の２倍以上になる特徴がある。そこで、燐
の原子数がジルコニウムの原子数の２倍である燐酸ジル
コニウム（Ｚｒ(ＨＰＯ₄)₂）をジルコニウム及び燐の合
成成分と共に添加することが可能である。不足する燐は
燐酸等として補充すればよい。

【０１６７】軽水炉燃料再処理廃棄物を構成している、
ジルコニウム合金，ステンレス鋼及びニッケル合金の金
属混合物から、弗化アンモニウム溶液を用いた場合に、
後述の（８)，(９）及び（１０）式に従って、ジルコニ
ウム合金を選択的に溶解してステンレス鋼やニッケル合
金と分離することができる。ジルコニウム合金を選択的
に溶解してステンレス鋼やニッケル合金から分離する処
理は、図３の電解酸化溶解工程１５の替わりに行う。
（８)，(９）及び（１０）式に従って、ジルコニウム合
金を選択的に溶解できることは、ジルフレックス プロ
セス又はモデイファイド ジルフレックス プロセス
（ジェー・テイー・ロング 核燃料再処理技術、アメリ
カン ニュークリア ソサイアテイ、２９６〜３００頁
（１９７８）〔Zirflex Process又はModified Zirflex
Process（J. T. Long, Engineeringfor Nuclear Fuel R
eprocessing, American Nuclear Society, ｐ．２９６
− ３００（１９７８))〕に記載されている。

【０１６８】 Ｚｒ＋６ＮＨ₄Ｆ＝＋２Ｈ₂＋４ＮＨ₃ …（８） 又は、 Ｚｒ＋６ＮＨ₄Ｆ＋０.５ＮＨ₄ＮＯ₃＝（ＮＨ₄)₂ＺｒＦ₆＋５ＮＨ₃ ＋１.５Ｈ₂Ｏ …（９） 或は、 Ｚｒ＋６ＮＨ₄Ｆ＋２Ｈ₂Ｏ₂＝（ＮＨ₄)₂ＺｒＦ₆＋５ＮＨ₃＋４Ｈ₂Ｏ …（１０） ４ＮＨ₃＋Ｈ₃ＰＯ₄＝２(ＮＨ₄)₂ＨＰＯ₄ …（１１） （ＮＨ₄)₂ＺｒＦ₆＋２(ＮＨ₄)₂ＨＰＯ₄＝Ｚｒ(ＨＰＯ₄)₂＋６ＮＨ₄Ｆ …（１２） 本具体例において、集合体金属廃棄物は沸騰６Ｍ，ＮＨ
₄Ｆ 水溶液で処理して、ジルコニウム成分を（ＮＨ₄)₂
ＺｒＦ₆として溶解して、ステンレス鋼やニッケル合金
と分離した。（１２）式に従って（ＮＨ₄)₂ＺｒＦ₆水溶
液に２倍当量の（ＮＨ₄)₂ＨＰＯ₄を添加して、Ｚｒ(Ｈ
ＰＯ₄)₂を、ゲル状固体として沈殿させて溶液から分離
する。水溶液中には（１２）式に従って６分子当量のＮ
Ｈ₄Ｆ を再生して回収し、循環して溶解剤に使用した。
ＮＨ₄Ｆ 水溶液によるジルコニウム合金の溶解反応に伴
って発生するＮＨ₃ は（１２）式に従って燐酸水溶液で
吸収して（ＮＨ₄)₂ＨＰＯ₄として回収して再利用した。

【０１６９】集合体金属廃棄物からジルコニウムの選択
溶解によって固体として残ったステンレス鋼及びニッケ
ル合金部材は、具体例２ａと同様によって電解酸化溶解
を行ない、硝酸中に金属成分を含む水溶液とした。

【０１７０】Ｚｒ(ＨＰＯ₄)₂のゲル状固体は、乾燥して
粉砕した後、混合工程６で表１の組成を示すに高レベル
廃液中に分散してスラリー状とする。この混合処理は、
ステンレス鋼及びニッケル合金の構成元素が溶解した水
溶液も混ぜる。必要に応じてナトリウム化合物と燐酸化
合物を添加する。加熱脱硝工程１６は、具体例３ｃの加
熱脱硝工程１６と同様な処理を行う。本具体例は、加熱
脱硝工程１７を実行しない。

【０１７１】工程８以降の処理が実行され、［ＮＺＰ］
の焼結体が充填密封されたステンレス鋼容器が得られ
る。これは［ＮＺＰ］高レベル廃棄物として処分され
る。本具体例では、焼結固化工程１１で結合剤を加えて
圧粉体を１０００〜１２００℃で焼結するので高密度の
［ＮＺＰ］高レベル廃棄物固化体が得られる。

【０１７２】具体例３ｄは以下の効果を生じる。

【０１７３】（１）Ｚｒ(ＨＰＯ₄)₂は酸性の溶液から多
量のアルカリ，アルカリ土類金属イオンをイオン交換す
る能力があり、Ｚｒ(ＨＰＯ₄)₂を高レベル廃液と混合し
て［ＮＺＰ］合成の組成成分とすることによって［ＮＺ
Ｐ］の合成反応を容易に進行させることができた。

【０１７４】（２）燐単独成分の添加量は僅かですみ、
焼結中に燐酸が分離して揮発する問題がなくなった。

【０１７５】〔実施例４〕本発明の他の実施例である燃
料再処理廃棄物の処理方法を図４を用いて以下に説明す
る。図４の処理工程は、図２の処理工程と実質的に同じ
である。本実施例は、混合工程６に更に無水珪酸粉末の
添加物を加える点が図２の処理工程と異なっている。

【０１７６】ＮＺＰの組成元素である５価の原子価状態
にある３個の燐原子は、４価の原子価状態にある。この
燐原子は、イオン半径が類似する珪素原子で一部又は全
部の置換が可能である。珪素原子の置換数に相当する数
のナトリウムが結晶構造の空間Ｍ″に取り込まれて電荷
を補償することが知られている。燐原子を珪素原子で置
換すれば、より多量のナトリウム原子を［ＮＺＰ］結晶
に取り込むことができるが、廃棄物固化体を合成するた
めに廃棄物自体以外に添加する物質の量はできるだけ少
量とすることが望ましい。本実施例では、実施例３のＮ
ａＺｒ₂Ｐ₃Ｏ₁₂の替わりに１個以上の燐原子を珪素原子
で置換し、２個以上のナトリウム原子を含む［ＮＺＰ］
である、Ｎａ_2+xＺｒ₂Ｓｉ_1+xＰ_2-xＯ₁₂を宿主物質とす
る。図４に示す本実施例の処理工程は、具体例４ａ，４
ｂ，４ｃ及び４ｄに適用される。 （具体例４ａ）表２に示すように、使用済燃料の再処理
廃棄物に含まれる集合体金属廃棄物の構成元素の量は、
Ｚｒ４２１.４kg（４.６２０kg−原子），Ｆｅ３７.２k
g（０.６６６kg−原子），Ｃｒ１０.６kg（０.２０４kg
−原子），Ｎｉ１２.０kg（０.２０４kg−原子)、及び
Ｓｎ６.４kg（０.０５４kg−原子）である。これらの合
計重量は４８７.６kg（５.７４８kg−原子）である。

【０１７７】本具体例は、ジルコニウム合金，ステンレ
ス鋼及びニッケル合金を具体例２ａと同様に電解酸化溶
解工程１５によって金属成分が溶解している硝酸水溶液
を得た。表１０に示すケース１の重量に各廃棄物がなる
ように、混合工程６で、

【０１７８】

【表１０】

【０１７９】硝酸水溶液に、必要量の燐酸を含む燐酸ア
ンモニウム，必要量のナトリウムを含む水酸化ナトリウ
ム，硅素である無水硅酸を混合してスラリーにする。そ
の後、具体例２ａと同様にして工程１６以降の処理が実
行される。工程１０で得られた珪素置換［ＮＺＰ］粉末
は、下記の組成式で示される構成を有する。

【０１８０】

【外５】

【０１８１】分子量＝５０８.０ｇ 上記の組成式において、（ ）″はＭ″空孔に配位され
たＮａの原子を示し、（ ）′はＭ′空孔に配位された
Ｎａの原子を示す。ここで、１４５７.７kg の珪素置換
［ＮＺＰ］が合成され、Ｆｅ，Ｃｒ，ＮｉはそれぞれＺ
ｒと置換されて、ＳｉはＰと置換されてそれぞれ結晶に
取り込まれる。結晶内の電荷の釣り合いを保つために
１.４４原子のＮａがＭ″空孔に配位された。

【０１８２】（１３）の組成式の珪素置換［ＮＺＰ］を
合成するためには、１６１.０kg（７.００２kg−原子）
のナトリウム，１７７.８kg（５.７３９kg−原子）の
燐，８０.６kg（２８６９kg−原子）の硅素をそれぞれ
化合物として添加する必要がある。

【０１８３】具体例４ａは、以下の効果を生じる。

【０１８４】（１）使用済燃料の再処理廃棄物を構成す
る、合計重量４８７.６kg の集合体金属廃棄物を処理し
て、１４５７.７kg のセメント固化体より溶解度が低く
かつ耐熱衝撃性の高い珪素置換［ＮＺＰ］固化体を得
た。

【０１８５】（２）珪素置換［ＮＺＰ］固化体の重量は
廃棄物の組成物重量の３.０ 倍であり、セメント固化体
と同等の固化体重量となった。

【０１８６】（具体例４ｂ）本具体例は、以下の再処理
廃棄物を処理する。集合体金属廃棄物の構成元素の量
は、Ｚｒ４２１.４kg（４.６２０kg−原子），Ｆｅ３
７.２kg（０.６６６kg−原子），Ｃｒ１０.６kg（０.２
０４kg−原子），Ｎｉ１２.０kg（０.２０４kg−原
子），Ｓｎ６.４kg（０.０５４kg−原子）である。表４
に示すように、廃溶媒の構成元素の量は、ＰＯ₄３７.９
kg(０.４００kg−分子）である。これらの合計重量は、
５２５.５kgである。

【０１８７】本具体例は、ジルコニウム合金，ステンレ
ス鋼，ニッケル合金を、具体例２ａと同様に、電解酸化
溶解工程１５の処理を行い、金属成分を溶解している硝
酸水溶液を得た。表１０に示すケース２のような各廃棄
物の重量になるように、硝酸水溶液に、廃溶媒をもとに
生成された必要量の燐酸を含む燐酸アンモニウム、必要
量のナトリウムを含む水酸化ナトリウム、及び硅素であ
る無水硅酸を混合してスラリーにする。その後、具体例
２ａと同様にして工程１６以降の処理が実行される。工
程１０で得られた珪素置換［ＮＺＰ］粉末は、（１３）
の組成式で示される構成を有する。本具体例では１４５
７.７kg の珪素置換［ＮＺＰ］が合成された。Ｆｅ，Ｃ
ｒ，Ｎｉ，ＳｎはそれぞれＺｒと置換されて、ＳｉはＰ
と置換されてそれぞれ結晶に取り込まれる。結晶内の電
荷の釣り合いを保つためにＮａの必要量が増加した。

【０１８８】本具体例で（１３）の組成式の珪素置換
［ＮＺＰ］を合成するためには、１６１.０kg（７.００
２kg−原子）のナトリウム，１７７.８kg（５.７３９kg
−原子）の燐，８０.６kg(２８６９kg−原子）の硅素を
それぞれ化合物として添加する必要がある。

【０１８９】具体例４ｂは、以下の効果を生じる。

【０１９０】（１）集合体金属廃棄物４８７.６kg 及び
廃溶媒１０６.４kg を処理して、１４５７.７kg のセメ
ント固化体より溶解度が低くかつ耐熱衝撃性の高い珪素
置換［ＮＺＰ］固化体を得た。

【０１９１】（２）珪素置換［ＮＺＰ］固化体の重量は
廃棄物の組成物重量の２.５倍 であり、セメント固化体
に比べて重量を低減できた。

【０１９２】（具体例４ｃ）本具体例は、以下の再処理
廃棄物を処理する。集合体金属廃棄物，低レベル廃液及
び廃溶媒のすべての構成元素の量は、Ｚｒ４２１.４kg
(４.６２０kg−原子)，Ｆｅ４７.７kg（０.８５４kg−
原子），Ｃｒ１０.６kg（０.２０４kg−原子),Ｎｉ１
２.０kg（０.２０４kg−原子），Ｓｎ６.４kg（０.０５
４kg−原子），Ｎａ９１.０kg（３.９５８kg−原子），
ＰＯ₄ ３７.９kg（０.４００kg−分子）である。これら
の合計重量は６２７.０kgである。

【０１９３】本具体例は、具体例２ａと同様に処理され
る。本具体例の特徴的な部分を以下に述べる。ジルコニ
ウム合金，ステンレス鋼，ニッケル合金は、電解酸化溶
解工程１５で金属成分を溶解している硝酸水溶液とな
る。表１０に示すケース３の重量になるように、硝酸水
溶液に、廃溶媒をもとに生成された必要量の燐酸を含む
燐酸アンモニウム，低レベル廃液成分をもとに生成され
た必要量のナトリウムを含む水酸化ナトリウム、及び硅
素である無水硅酸を、混合工程６で混合してスラリーに
する。本具体例では、（１４）の組成式を有する珪素置
換［ＮＺＰ］を得た。

【０１９４】

【外６】

【０１９５】分子量＝５０７.２ｇ 上記の組成式において、（ ）″はＭ″空孔に配位され
たＮａの原子を示し、（ ）′はＭ′空孔に配位された
Ｎａを示す。本具体例では、１５１１.８kg の珪素置換
［ＮＺＰ］が合成された。Ｆｅ，Ｃｒ，Ｎｉ，ＳｎはＺ
ｒと置換されて、ＳｉはＰと置換されて結晶に取り込ま
れる。結晶内の電荷の釣り合いを保つために１.５原子
のＮａがＭ″空孔に配位された。(１４）の組成式の珪
素置換［ＮＺＰ］を合成するためには、ＰＯ₄ は５.９
６１kg−分子（５６６.１kg）必要である。大部分であ
る５.５６１kg−分子（５２８.１kg）のＰＯ₄ が別途補
充された。Ｎａは７.４５２kg−原子必要である。低レ
ベル廃液成分は９１.０kg（３.９５８kg原子）のナトリ
ウムを含んでいるだけであり、８０.３６kg(3494kg原
子）のナトリウムを別途添加する必要がある。低レベル
廃液成分に含まれる１０.５kg(０.１８８kg−原子）の
鉄は集合体金属廃棄物に含まれる３７.２kg（０.６６６
kg−原子)の鉄と共にＺｒと置換されて珪素置換［ＮＺ
Ｐ］に取り込まれる。

【０１９６】具体例４ｃは以下の効果を生じる。

【０１９７】（１）集合体金属廃棄物４８７.６kg，廃
溶媒１０６.４kg及び低レベル廃液成分１０１.５kgの合
計６９５.５kgの再処理廃棄物を処理することにより、1
511.8kgのセメント固化体より溶解度が低くかつ耐熱衝
撃性の高い珪素置換［NZP］固化体を得た。

【０１９８】（２）珪素置換［ＮＺＰ］固化体の重量は
廃棄物の組成物重量の２.２倍 であり、セメント固化体
の重量に比べて低減できた。

【０１９９】（具体例４ｄ）具体例４ｃと同様なスラリ
ーが混合工程６で生成される。加熱脱硝工程１６では、
具体例３ｃと同様な処理で混合粉末を生成した。本具体
例は、図４の工程８及び９の替わりに以下の処理を行う
工程とした。すなわち、上記の混合粉末は少量の水とと
もに２００±３０℃の加熱金型中で、杵によって水蒸気
圧以上の圧力で圧縮しながら１乃至３日間保持して(１
４)の組成式からなる硅素置換［NZP］成型体を得た。硅
素置換［ＮＺＰ］成型体に対して、具体例２ａと同様に
工程１０以下の処理が実行された。

【０２００】具体例４ｄは具体例４ｃで得られる効果以
外に以下の効果を生じる。

【０２０１】（１）硅素置換［ＮＺＰ］焼結体におい
て、無水珪酸と他の組成物質の固相拡散反応が促進さ
れ、高い密度の焼結体が与えられた。

【０２０２】〔実施例５〕本発明の他の実施例である燃
料再処理廃棄物の処理方法を図５を用いて以下に説明す
る。本実施例は、図４の実施例において低レベル廃液の
替わりに高レベル廃液を混合工程６に供給するものであ
る。

【０２０３】

【表１１】

【０２０４】

【表１２】

【０２０５】再処理する使用済燃料の１トンウラン当た
りで発生する高レベル廃液成分の酸化物重量が表１に示
したように７３.６７４kg であるとき、核分裂生成物等
の負荷率を３１.５％，４６.３％及び５１.９％ に変え
て硅素置換［ＮＺＰ］を合成する場合に必要な添加物質
重量組成（kg）を表１１及び表１２に示す。［ ］内は
kg原子数を示す。表１２は廃溶媒の燐成分を高レベル廃
棄物に含めたもので、表１１は廃溶媒の燐成分を低レベ
ル廃棄物に含めたものである。

【０２０６】これらの表は、［ＮＺＰ］の結晶構造に取
り込むことができるナトリウム原子の数が増加すること
によって、高レベル廃棄物が多量のナトリウムを含んで
いても、より多くの核分裂生成物元素を珪素置換［ＮＺ
Ｐ］に取り込めることを示している。

【０２０７】集合体金属廃棄物の構成元素を主成分とし
て、合成される珪素置換［ＮＺＰ］において、核分裂生
成物等元素の酸化物の負荷率に依存して、組成式は、
(１５)，(１６)，(１７)のようになる。

【０２０８】負荷率３１.５％： 分子量＝５４２.９ｇ

【０２０９】

【外７】

【０２１０】負荷率４６.３％： 分子量＝５５６.０ｇ

【０２１１】

【外８】

【０２１２】負荷率５１.９％： 分子量＝５８２.５ｇ

【０２１３】

【外９】

【０２１４】上記の組成式において、（ ）″はＭ″空
孔に配位されたＮａの原子を示し、（ ）′はＭ′空孔
に配位されたＮａ及びＮａと置換された核分裂生成物元
素（ＦＰ）を示す。

【０２１５】ＦＰ^I，ＦＰ^II，ＦＰ^IIIはそれぞれ、 ＦＰ^I ：Ｎａ，Ｒｂ，Ｃｓ，Ａｇ，Ｓｒ，Ｂａ，Ｃ
ｄ，Ｕ，Ｎｐ，Ｐｕ，Ａｍ，Ｃｍ ＦＰ^II ：Ｃｒ，Ｆｅ，Ｎｉ，Ｙ，Ｚｒ，Ｔｃ，Ｒｕ，
Ｒｈ，Ｐｄ，Ｉｎ，Ｓｎ，Ｓｂ，Ｔｅ，Ｌａ，Ｃｅ，Ｐ
ｒ，Ｎｄ，Ｐｍ，Ｓｍ，Ｅｕ，Ｇｄ，Ｔｂ，Ｄｙ ＦＰ^III：Ｐ，Ｓｅ，Ｍｏ である。

【０２１６】４６.３％ の負荷率までは、ナトリウムを
添加することによって燐原子の１個が珪素で置換された
［ＮＺＰ］を合成することができる。４６.３％ の負荷
率において、［ＮＺＰ］結晶構造のＭ″空孔に配位され
るＮａ原子の数は１.６５ 個、Ｍ′空孔に残っているＮ
ａ原子は０.１３個 であって、前述の３次元結晶構造を
保つために余裕がある。しかし、負荷率が４６.３％を
越えて大きくなると、高レベル廃液に含まれたナトリウ
ムが［ＮＺＰ］の結晶構造における必要量を越えて過剰
になる。燐原子の１.３８ 個を珪素で置換することによ
って、負荷率５１.９％ までナトリウムを過剰にしない
で［ＮＺＰ］を合成することができる。負荷率５１.９
％ では、［ＮＺＰ］結晶構造のＭ′空孔のＮａはＦＰ
によって完全に置換され、Ｍ″空孔に配位されるＮａ原
子の数が２.０５個となる。

【０２１７】本実施例では、負荷率５１.９％ を越えな
ければ高レベル廃棄物に含まれたナトリウムが珪素置換
［ＮＺＰ］の組成として過剰にならない。従って、表１
に示した組成の高レベル廃液を珪素置換［ＮＺＰ］とし
て固化できる高レベル廃液成分の負荷率の上限は５１.
９％となる。組成式(１８）の組成よりも珪素を増加し
ても、ナトリウム成分を添加することによって［ＮＺ
Ｐ］を合成することが可能である。しかし、高レベル廃
棄物の負荷率が低下し、発生する高レベル廃棄物固化体
の重量増加するので好ましくない。高レベル廃液成分の
負荷率をできるだけ高めるためには、高レベル廃棄物固
化体の合成に低レベル廃液成分をナトリウム源として使
用することは好ましくない。低レベル廃液成分は低レベ
ル廃棄物固化体の合成に消費すべきである。しかし、廃
溶媒に含まれる燐は、低レベル廃棄物固化体に使用せ
ず、すべてを高レベル廃棄物固化体の合成に使用するこ
とが可能である。

【０２１８】（具体例５ａ）本具体例では、具体例２ａ
と同様に調製した金属成分を溶解している硝酸水溶液
に、混合工程６で高レベル廃液を表１１に示す組成とな
るように混合する。加熱脱硝工程１６以下の処理が、具
体例２ａと同様に行われる。ただし、加熱脱硝工程１６
は、具体例３ｃと同様に図３の加熱脱硝工程１７で行わ
れる処理が実施される。燐酸化合物と無水硅酸を添加し
て生成したスラリーを加熱分解して硅素置換［ＮＺＰ］
の合成原料粉末を調製した。本具体例では、（１５）の
組成式からなる珪素置換［ＮＺＰ］焼結体が得られる。
また、（１６）又は（１７）の組成式の構成を有する珪
素置換［ＮＺＰ］を得ることもできる。

【０２１９】表１１に示す高レベル廃棄物組成とするた
めに余剰となった集合体金属廃棄物成分の硝酸水溶液に
対しては、具体例４ｃと同様に図４に示した工程６以降
の処理が実行される。この結果、表１０に示した珪素置
換［ＮＺＰ］低レベル廃棄物を得た。

【０２２０】同様にして、集合体金属廃棄物成分の硝酸
水溶液，高レベル廃液，廃溶媒，追加の燐酸，無水硅酸
及び必要に応じてナトリウム化合物を、表１２に示す組
成に従って混合した混合スラリー水溶液を加熱分解する
ことによって、表１２に示す高レベル［ＮＺＰ］廃棄物
とすることができる。

【０２２１】具体例５ａは以下の効果を生じる。

【０２２２】（１）合計重量７７４kgの集合体金属廃棄
物，廃溶媒，低レベル廃液成分及び高レベル廃液成分を
処理することにより、合計重量が１５２０kgのセメント
固化体より溶解度が低くかつガラス固化体より高温安定
性の高い珪素置換［NZP］固化体を得た。

【０２２３】（２）核分裂生成物酸化物の負荷率が５２
％までの珪素置換［ＮＺＰ］固化体とすることができ、
高レベル廃棄物の珪素置換［ＮＺＰ］固化体の重量は、
従来のガラス固化体と比較して約４０％に相当する１４
２kg／tonＵ となった。

【０２２４】（３）軽水炉燃料の再処理廃棄物を構成す
る全ての廃棄物の珪素置換［ＮＺＰ］固化体の重量は核
分裂生成物の負荷率には殆ど依存せず、従来のガラス固
化体及びセメント固化体の合計重量の６０％に相当する
約１５２０kg／tonＵ となった。

【０２２５】（４）高レベル廃棄物の負荷率を高めて
も、低レベル廃液成分としてのナトリウムが余剰になる
ことがなく、全ての廃棄物を珪素置換［ＮＺＰ］に取り
込むことができる。

【０２２６】〔実施例６〕本発明の他の実施例である燃
料再処理廃棄物の処理方法を図６を用いて以下に説明す
る。工程１５から工程１６までの処理は、図５と同じで
ある。圧粉体成形工程８Ａは、加熱脱硝工程１６で得ら
れた混合粉体に被覆管剪断屑を混合して圧粉体を成形す
る。圧粉体は、容器充填工程１８でステンレス鋼容器内
に充填される。減圧脱ガス工程１９で、圧粉体を充填し
たステンレス鋼容器内を減圧し内部の空気等を外部に排
除する。その後、ステンレス鋼容器は密封工程１２で密
封される。密封されたステンレス鋼容器は、除染工程１
３で外表面が洗浄され、容器圧縮工程２１で加熱しなが
ら外側から圧縮される。この加熱によって、容器内の圧
粉体は珪素置換［ＮＺＰ］になる。容器圧縮工程２１を
経たステンレス鋼容器は廃棄物処分に付される。圧粉体
をステンレス鋼容器に充填する替わりに、図５に示され
る工程９，１０及び１１の各処理を、図６に示される工
程８Ａと工程１８との間で実施してもよい。この場合、
圧粉体は珪素置換［ＮＺＰ］の焼結体としてステンレス
鋼容器内に充填される。図６の処理工程は、具体例６ａ
及び６ｂで実行される。

【０２２７】被覆管剪断屑は、表３に示すように、燃料
棒の剪断時に発生するジルコニウム合金被覆管の０.１m
m 乃至４mmの破片である。この被覆管剪断屑は、１トン
のウラン燃料の処理によって５kg発生し、溶解液から回
収される。被覆管剪断屑は、硝酸水溶液中に懸濁するた
め、電解酸化溶解工程１５で溶解することは好ましくな
い。被覆管剪断屑は、核分裂生成物金属の微細な粒子を
同伴しているので、粒状の金属の状態で加熱脱硝工程１
６で得られる混合粉末に混合することが望ましい。被覆
管剪断屑の発生量は［ＮＺＰ］高レベル廃棄物重量の
１.５乃至３.３％に相当する。

【０２２８】（具体例６ａ）本具体例では、具体例２ａ
と同様にして得られた金属成分を溶解している方法で調
製した集合体金属廃棄物の成分の硝酸水溶液に、表１１
に示すいずれかの負荷率の組成になるように、高レベル
廃液及び無水珪酸粉末等を混合する（混合工程６）。こ
こで、硝酸水溶液に、表１２に示すいずれかの負荷率の
組成となるように、廃溶媒，高レベル廃液及び無水珪酸
粉末等を混合してもよい。圧粉体成形工程８Ａで、粒子
径が０.１mm から４mmのジルコニウム合金である被覆管
剪断屑が、加熱脱硝工程１６の実行で得られた混合粉末
に混合される。更に、この混合によって得られた粉末を
用いて、圧粉体が成形される(圧粉体成形工程８Ａ)。工
程８Ａを添加して混合粉末とする。その後、工程１８か
ら工程１３までの処理が実行される。減圧脱ガス工程１
９では、圧粉体を充填したステンレス鋼容器を６００℃
以下に加熱しながら内部を減圧する。この減圧によっ
て、容器内のガスはもとより圧粉体に吸着しているガス
も外部へ取り除かれる。密封工程１２は、減圧状態でス
テンレス鋼容器に蓋を溶接する。

【０２２９】ステンレス鋼容器の密封体は、容器圧縮工
程２１で、エー・ビイー・ハーカー、エット オール、
“高レベル各廃棄物に対する多相セラミックの系統的記
述及び処理″、ザ サイエンテイフィック ベーイス
フォー ニュークリア ウエスト マネージメント、エ
ス・ブイ・トップ、エデイター、エルスイビア サイエ
ンス パブリッシュイング シーオー．、アイエヌシ
ー．、５６７〜５７３頁（１９８２）〔A．B．Harker,e
t al，“Formulation and Processing of Polyphase Ce
ramics for High Level Nuclear Waste，”The Scienti
fic Basisfor Nuclear Waste Management,S.V.Topp,Edi
tor,Elsevier Science PublishingCo.，Inc.，ｐ.５６
７−５７３(１９８２)〕に記載されているように１０４
０℃で２０,０００−３０,０００psi の圧力で高温等方
圧縮法（ＨＩＰ）によって圧縮される。ステンレス鋼容
器内の圧粉体は高温等方圧縮法適用時の高温状態で珪素
置換［ＮＺＰ］になる。そして高密度化すると同時にス
テンレス鋼容器中に密封された固化体として処分され
る。本具体例において、圧粉体から生成された珪素置換
［ＮＺＰ］の焼結体を密封したステンレス鋼容器に対し
て、容器圧縮工程２１で上記の高温等方圧縮法を適用し
てもよい。

【０２３０】具体例６ａは以下の効果を生じる。

【０２３１】（１）［ＮＺＰ］の合成及び合成後の［Ｎ
ＺＰ］の粉末化を経ないで、組成成分の混合物から高密
度で容器に密封された珪素置換［ＮＺＰ］の固化体を製
造できた。

【０２３２】（２）容器圧縮工程前に密封容器表面の放
射能汚染を除去するので、容器圧縮に用いる設備の放射
能汚染を防止できる。

【０２３３】（３）被覆管剪断屑は揮発分と反応して吸
収され、高密度化のために有効に利用でき、安全に処理
できた。

【０２３４】（具体例６ｂ）本具体例は、具体例６ａと
同様にして図６に示す工程１５から工程１３までの処理
を順次実行する。容器圧縮工程２１の具体的な処理方法
が、具体例６ａと異なっている。この容器圧縮工程２１
の処理を以下に説明する。

【０２３５】ステンレス鋼容器の密封体は、特開昭59−
201000号公報に開示されるているように、６００〜１２
００℃に加熱されてから、金型内において杵による４３
ｋＪの衝撃力によって外側から圧縮される。この圧縮方
法は、高温衝撃圧縮法と呼ばれる。圧縮後、ステンレス
鋼容器の密封体は、金型の内径で定まる一定の外径を有
する扁平な円柱状の形状になる。本具体例において、圧
粉体から生成された珪素置換［ＮＺＰ］の焼結体を密封
したステンレス鋼容器に対して、容器圧縮工程２１で上
記の高温衝撃圧縮法を適用してもよい。

【０２３６】具体例６ｂは、具体例６ａによって得られ
る効果に加えて以下の効果を生じる。

【０２３７】（１）再包装が容易な一定の直径を有した
容器に密封された固化体ができた。

【０２３８】〔実施例７〕前述の実施例に係わらず、使
用済燃料の再処理に伴って発生する他の放射性廃棄物で
ある焼結金属フィルタ類を構成するステンレス鋼の構成
元素，可燃性廃棄物の焼却灰に含まれるマグネシウム，
カルシウム，珪素，チタン，亜鉛，鉛等の酸化物，溶媒
又は溶媒を含んだ物質を焼却することで発生する燐酸カ
ルシウム等、排水処理で発生する水酸化鉄，バリウム塩
などの凝集沈殿物、及びフィルタ用ガラス繊維を構成す
るナトリウム，アルミニウム及び珪素の酸化物のうちの
少なくとも１つを、前述した各実施例の混合工程６で、
他の物質と混合することにより、［ＮＺＰ］の結晶内に
取り込むことができる。上記のステンレス鋼は、前述の
電解酸化溶解方法により硝酸水溶液にすることによって
上記の混合工程６で他の物質との混合が可能になる。

【０２３９】本実施例は以下の効果を生じる。

【０２４０】（１）燃料再処理で発生する全ての廃棄物
を、溶解度が低く、熱的安定性が高い単一で同種の結晶
構造を有する［ＮＺＰ］の合成に利用することができ
る。このため、従来のセメント固化体と比較して少量の
結晶性物質として処分することができる。

【０２４１】（２）特に、工程廃棄物に含まれるナトリ
ウム，珪素，アルミニウム，マグネシウム，カルシウ
ム，バリウム，亜鉛，鉛，燐などの元素は、［ＮＺＰ］
の合成のために用いるナトリウム，燐，硅素などの元素
成分の代替となる。このため、合成される［ＮＺＰ］の
重量が実質的に増加されない。

【０２４２】

【発明の効果】第１の発明によれば、燐酸ジルコニウム
・ナトリウム自体が固化材の機能を有するので、従来の
ようにジルコニウムを固化するためのセメントのような
固化材を必要としなく、発生する固化された放射性廃棄
物の重量が減少する。

【０２４３】第２の発明によれば、第１の発明よりも発
生する固化された放射性廃棄物の重量が減少する。

【０２４４】第３の発明によれば、燃料再処理によって
発生する燐を別途セメントによって固化する必要がな
く、固化された放射性廃棄物の重量が更に減少する。

【０２４５】第４の発明によれば、燃料再処理によって
発生するナトリウムを別途セメントによって固化する必
要がなく、固化された放射性廃棄物の重量が更に減少す
る。第５発明によれば、第２発明に比べて、廃溶媒成分
（例えば燐酸）のセメント固化体を作成する必要がない
分、固化された放射性廃棄物の発生重量が減少する。

【０２４６】第６発明によれば、第２発明に比べて、低
放射能レベル廃液成分（例えばナトリウム）のセメント
固化体を作成する必要がない分、第２発明に比べて固化
された放射性廃棄物の発生重量が減少する。

【０２４７】第７発明によれば、第５発明及び第６発明
に比べて固化された放射性廃棄物の発生重量が減少す
る。

【０２４８】第８発明によれば、高放射能レベル廃液成
分に対するガラス固化体を作成する必要がなく、その
分、固化された放射性廃棄物の発生重量が減少する。

【０２４９】第９発明によれば、加熱手段の加熱容量を
低減できると共に、再処理で発生する放射性廃棄物の処
理に要する時間が短縮される。また、結晶構造体物質の
密度が増加する。

【０２５０】第１０発明によれば、燐酸化合物及びナト
リウム化合物との混合が容易になり、結晶構造体物質の
合成も容易になる。前述の第７発明の作用効果も生じ
る。

【０２５１】第１１発明によれば、予め燐酸ジルコニウ
ムにしているので、結晶構造体物質の合成が容易に行え
る。また、燐酸は蒸発しないので、燐を結晶構造体物質
の合成のために有効に活用できる。

【０２５２】第１２発明によれば、第９発明と同様な効
果を生じる。

【０２５３】第１３発明によれば、第８発明及び第１２
発明と同様な効果を生じる。

【０２５４】第１４発明によれば、揮発性の物質を結晶
構造体物質の合成に用いなくて済み、装置構成を単純化
できる。

【０２５５】第１５発明によれば、弗化アンモニウムを
再生して再利用できるので、固化された放射性廃棄物の
発生重量が減少する。

【０２５６】第１６発明によれば、ステンレス鋼，ニッ
ケル合金及びジルコニウム合金の組成物と、燐及びナト
リウム等の物質との混合が良くなり、結晶構造体物質の
合成が容易になる。

【０２５７】第１７発明によれば、ステンレス鋼，ニッ
ケル合金及びジルコニウム合金を一度に溶解できるの
で、第１６発明に比べて結晶構造体物質の合成工程を単
純化できる。

【０２５８】第１８発明によれば、ナトリウムを伴う高
放射能レベル廃液成分をより多く含んだ結晶構造体物質
を得ることができる。

【０２５９】第１９発明によれば、発生する固化された
放射性廃棄物の容積が減少する。

【０２６０】第２０発明によれば、燐酸ジルコニウム・
ナトリウムまたは結晶構造体物質を、第１９発明よりも
低い温度で合成できる。すなわち、第２０発明において
必要な熱エネルギーを第１９発明よりも低減できる。

【０２６１】第２１発明によれば、発生する固化された
放射性廃棄物の容積が、更に減少する。また、容器内の
放射性物質である結晶構造体物質に触れないで、上記の
ように容積を減少できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の好適な一実施例である燃料再処理廃棄
物の処理方法を示す説明図である。

【図２】本発明の他の実施例である燃料再処理廃棄物の
処理方法を示す説明図である。

【図３】本発明の他の実施例である燃料再処理廃棄物の
処理方法を示す説明図である。

【図４】本発明の他の実施例である燃料再処理廃棄物の
処理方法を示す説明図である。

【図５】本発明の他の実施例である燃料再処理廃棄物の
処理方法を示す説明図である。

【図６】本発明の他の実施例である燃料再処理廃棄物の
処理方法を示す説明図である。

【符号の説明】

４…加熱酸化工程、５，５Ａ…ＮＺＰ合成工程、６…混
合工程、７…加熱分解工程、８…圧粉体成形工程、９…
焼成工程、１１…焼結固化工程、１２…容器密封工程、
１５…電解酸化溶解工程、１６，１７…加熱脱硝工程。

フロントページの続き (56)参考文献 特開 平７−101711（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−148396（ＪＰ，Ａ) ＲＵＳＴＵＭ ＲＯＹ， Ｌ．Ｊ． ＹＡＮＧ， Ｊ．ＡＬＡＭＯ ＡＮＤ Ｅ．Ｒ． ＶＡＮＣＥ，Ａ ＳＩＮＧＬ Ｅ ＰＨＡＳＥ（［ＮＺＰ］） ＣＥＲ ＡＭＩＣ ＲＡＤＩＯＡＣＴＩＶＥ Ｗ ＡＳＴＥ ＦＯＲＭ，Ｓｃｉｅｎｔｉｆ ｉｃ Ｂａｓｉｓ ｆｏｒ Ｎｕｃｌｅ ａｒ Ｗａｓｔｅ Ｍａｎａｇｅｍｅｎ ｔ，米国，Ｅｌｓｅｖｉｅｒ Ｓｃｉｅ ｎｃｅ Ｐｕｂｌｉｓｈｉｎｇ Ｃ ｏ．，1983年12月31日，Ｖｏｌ．６, ｐ．15−21 (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G21F 9/06 G21F 9/30 G21F 9/46

Claims (24)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】燐，ナトリウム、及び燃料再処理によって
   発生した金属廃棄物を構成していた元素であるジルコニ
   ウムを用いて、ジルコニウムを主要な組成元素とする、 【外１】 の記号で示される空間群に属する３次元結晶構造を有す
   る燐酸ジルコニウム・ナトリウム（ＮａＺｒ₂Ｐ₃Ｏ₁₂）
   を合成することを特徴とする燃料再処理廃棄物の処理方
   法。
2. 【請求項２】ジルコニウムを主要な組成元素とする、 【外１】 の記号で示される空間群に属する３次元結晶構造を有す
   る燐酸ジルコニウム・ナトリウム（ＮａＺｒ₂Ｐ₃Ｏ₁₂）
   に含まれる元素の一部がＮａ，Ｚｒ，Ｐ及びＯ以外の元
   素と置換され、かつジルコニウムを含み前記３次元結晶
   構造を有する結晶構造体物質を、燐，ナトリウム、及び
   燃料再処理によって発生した金属廃棄物を構成していた
   元素を用いて合成することを特徴とする燃料再処理廃棄
   物の処理方法。
3. 【請求項３】前記燐として、前記燃料再処理によって発
   生する廃棄物に含まれていた燐を用いる請求項１または
   請求項２の燃料再処理廃棄物の処理方法。
4. 【請求項４】前記ナトリウムとして、前記燃料再処理に
   よって発生する廃棄物に含まれていたナトリウムを用い
   る請求項１または請求項２の燃料再処理廃棄物の処理方
   法。
5. 【請求項５】ジルコニウムを主要な組成元素とする、 【外１】 の記号で示される空間群に属する３次元結晶構造を有す
   る燐酸ジルコニウム・ナトリウム（ＮａＺｒ₂Ｐ₃Ｏ₁₂）
   に含まれる元素の一部がＮａ，Ｚｒ，Ｐ及びＯ以外の元
   素と置換され、かつジルコニウムを含み前記３次元結晶
   構造を有する結晶構造体物質を、ナトリウム，燃料再処
   理によって発生する廃棄物である廃溶媒に含まれていた
   廃溶媒成分、及び前記燃料再処理によって発生した金属
   廃棄物を用いて合成する処理方法であって、前記金属廃
   棄物の少なくとも一部はジルコニウム合金であることを
   特徴とする燃料再処理廃棄物の処理方法。
6. 【請求項６】ジルコニウムを主要な組成元素とする、 【外１】 の記号で示される空間群に属する３次元結晶構造を有す
   る燐酸ジルコニウム・ナトリウム（ＮａＺｒ₂Ｐ₃Ｏ₁₂）
   に含まれる元素の一部がＮａ，Ｚｒ，Ｐ及びＯ以外の元
   素と置換され、かつジルコニウムを含み前記３次元結晶
   構造を有する結晶構造体物質を、燐，燃料再処理によっ
   て発生する廃棄物である低放射能レベル廃液に含まれて
   いた低放射能レベル廃液成分、及び前記燃料再処理によ
   って発生した金属廃棄物を用いて合成する処理方法であ
   って、前記金属廃棄物の少なくとも一部はジルコニウム
   合金であることを特徴とする燃料再処理廃棄物の処理方
   法。
7. 【請求項７】ジルコニウムを主要な組成元素とする、 【外１】 の記号で示される空間群に属する３次元結晶構造を有す
   る燐酸ジルコニウム・ナトリウム（ＮａＺｒ₂Ｐ₃Ｏ₁₂）
   に含まれる元素の一部がＮａ，Ｚｒ，Ｐ及びＯ以外の元
   素と置換され、かつジルコニウムを含み前記３次元結晶
   構造を有する結晶構造体物質を、燃料再処理によって発
   生する廃棄物である廃溶媒に含まれていた廃溶媒成分、
   前記燃料再処理によって発生する廃棄物である低放射能
   レベル廃液に含まれていた低放射能レベル廃液成分、及
   び前記燃料再処理によって発生した金属廃棄物を用いて
   合成する処理方法であって、前記金属廃棄物の少なくと
   も一部はジルコニウム合金であることを特徴とする燃料
   再処理廃棄物の処理方法。
8. 【請求項８】前記燃料再処理によって発生する廃棄物で
   ある高放射能レベル廃液に含まれていた高放射能レベル
   廃液成分を、前記結晶構造体物質の合成に用いる請求項
   ５乃至請求項７のいずれかの燃料再処理廃棄物の処理方
   法。
9. 【請求項９】前記結晶構造体物質の合成に用いる複数の
   物質のうち１つを液体の状態で、他の物質と混合し、こ
   れらの混合物を加熱し、前記結晶構造体物質を合成する
   請求項２乃至請求項７のいずれかの燃料再処理廃棄物の
   処理方法。
10. 【請求項１０】前記結晶構造体物質の合成に用いる物質
    のうち１つを液体の状態で、他の物質と混合し、これら
    の混合物を加熱し、前記結晶構造体物質を合成する請求
    項８の燃料再処理廃棄物の処理方法。
11. 【請求項１１】前記ジルコニウム合金を酸化物粉末と
    し、この酸化物粉末，前記廃溶媒成分である燐酸化合
    物、及び前記低放射能レベル廃液成分であるナトリウム
    化合物を混合して加熱し、前記結晶構造体物質を合成す
    る請求項７の燃料再処理廃棄物の処理方法。
12. 【請求項１２】前記ジルコニウム合金を燐酸ジルコニウ
    ム粉末とし、この燐酸ジルコニウム粉末、及び前記低放
    射能レベル廃液成分であるナトリウム化合物を混合して
    加熱し、前記結晶構造体物質を合成する請求項７の燃料
    再処理廃棄物の処理方法。
13. 【請求項１３】前記金属廃棄物のうちジルコニウム合金
    を硝酸溶液に溶解させ、前記ジルコニウム合金を構成し
    ていた元素を含む硝酸溶液，前記廃溶媒成分である燐酸
    化合物、及び前記低放射能レベル廃液成分であるナトリ
    ウム化合物を混合して加熱し、前記結晶構造体物質を合
    成する請求項７の燃料再処理廃棄物の処理方法。
14. 【請求項１４】前記金属廃棄物のうちジルコニウム合金
    を硝酸溶液に溶解させ、前記ジルコニウム合金を構成し
    ていた元素を含む硝酸溶液，前記廃溶媒成分である燐酸
    化合物，前記低放射能レベル廃液成分であるナトリウム
    化合物、及び前記燃料再処理によって発生する廃棄物で
    ある高放射能レベル廃液に含まれていた高放射能レベル
    廃液成分を混合して加熱し、前記結晶構造体物質を合成
    する請求項７の燃料再処理廃棄物の処理方法。
15. 【請求項１５】前記燐酸化合物の一部が三ブチル燐酸で
    ある請求項１１，請求項１３または請求項１４の燃料再
    処理廃棄物の処理方法。
16. 【請求項１６】前記三ブチル燐酸を水酸化ナトリウム水
    溶液中で加水分解して水溶解性の二ブチル燐酸ナトリウ
    ムとし、前記二ブチル燐酸ナトリウムを前記結晶構造体
    物質の合成に用いる請求項１５の燃料再処理廃棄物の処
    理方法。
17. 【請求項１７】前記金属廃棄物であるステンレス鋼及び
    ジルコニウム合金の混合物を酸化性雰囲気中で加熱し、
    前記ジルコニウム合金を前記酸化物粉末である酸化ジル
    コニウムとする請求項１１の燃料再処理廃棄物の処理方
    法。
18. 【請求項１８】前記金属廃棄物であるステンレス鋼及び
    ジルコニウム合金の混合物を弗化アンモニウム溶液に接
    触させて前記ジルコニウム合金を溶解し、前記ジルコニ
    ウム合金を構成していた元素を含む溶解液に燐酸アンモ
    ニウム化合物を添加して燐酸ジルコニウムを生成し、こ
    の燐酸ジルコニウムを回収し、弗化アンモニウムを再生
    して再利用することを特徴とする請求項１１の燃料再処
    理廃棄物の処理方法。
19. 【請求項１９】前記金属廃棄物であるステンレス鋼，ニ
    ッケル合金及びジルコニウム合金の混合物を弗化アンモ
    ニウム溶液に接触させて前記ジルコニウム合金を溶解さ
    せ、前記ジルコニウム合金を構成していた元素を含む溶
    解液に燐酸アンモニウム化合物を添加して燐酸ジルコニ
    ウムを回収し、弗化アンモニウムを再生後に再利用し、
    残存した前記ステンレス鋼及び前記ニッケル合金を硝酸
    中で電解酸化して溶解させ、前記燐酸ジルコニウム、及
    び溶解後の前記ステンレス鋼及びニッケル基合金をそれ
    ぞれ構成していた元素を前記結晶構造体物質の合成に用
    いる請求項７の燃料再処理廃棄物の処理方法。
20. 【請求項２０】前記金属廃棄物であるステンレス鋼，ニ
    ッケル合金及びジルコニウム合金の混合物を、硝酸中で
    電解酸化により溶解してすべての構成元素を水溶性と
    し、これらの元素の水溶性化合物を前記結晶構造体物質
    の合成に用いる請求項７の燃料再処理廃棄物の処理方
    法。
21. 【請求項２１】前記結晶構造体物質に含まれる１分子中
    の２原子以内の燐が珪素で置換される請求項５乃至請求
    項７のいずれかの燃料再処理廃棄物の処理方法。
22. 【請求項２２】前記燐酸ジルコニウム・ナトリウムまた
    は前記結晶構造体物質の粉末を、圧粉体として焼結し、
    焼結された前記燐酸ジルコニウム・ナトリウムまたは前
    記結晶構造体物質を容器内に充填しこの容器を密封する
    請求項１乃至請求項２１の燃料再処理廃棄物の処理方
    法。
23. 【請求項２３】前記燐酸ジルコニウム・ナトリウムまた
    は前記結晶構造体物質の粉末を、加圧容器内で水の存在
    下で熱処理し、前記燐酸ジルコニウム・ナトリウムまた
    は前記結晶構造体物質の粉末を固化する請求項１乃至請
    求項２１の燃料再処理廃棄物の処理方法。
24. 【請求項２４】前記燐酸ジルコニウム・ナトリウムまた
    は前記結晶構造体物質を、金属製の容器内に充填し、そ
    の後、前記容器を密封し、密封された前記容器を加熱し
    た状態で外圧により等方向的に圧縮する請求項１乃至請
    求項２１の燃料再処理廃棄物の処理方法。