JP6199703B2

JP6199703B2 - 放射性廃棄物の処理方法

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Publication number: JP6199703B2
Application number: JP2013232735A
Authority: JP
Inventors: 春口　佳子; 佳子春口; 政道小畑; 弘忠林; 裕一東海林; 佐藤　龍明; 龍明佐藤
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2013-11-11
Filing date: 2013-11-11
Publication date: 2017-09-20
Anticipated expiration: 2033-11-11
Also published as: JP2015094611A

Description

本発明の実施形態は、放射性汚染水の処理方法及び放射性汚染水の処理装置に関する。

想定を越える天災などで原子炉に事故が発生した場合、炉水から炉心が露出し、核燃料の崩壊熱により燃料棒及び制御棒が溶解する炉心溶融が生じる可能性がある。

この場合、高温の炉心溶融物（コリウム）が原子炉圧力容器下部に溶け落ち、さらに原子炉圧力容器の下部を溶融貫通して、格納容器内の床上に落下する可能性もある。

このような非常事態に至った場合には、格納容器内に落下した炉心溶融物を冷却するために外部から大量の冷却水が投入され、その結果、タービン建屋、原子炉建屋などの地下階には大量の放射性汚染水が滞留するようになる。

原子炉施設内に滞留した放射性汚染水は、放射性核種を除去して浄化することで、原子炉の冷却に使用することが可能である。このため、放射性汚染水が滞留する原子炉施設内には、セシウム吸着装置、第二セシウム吸着装置、除染装置などで構成される処理装置と逆浸透膜装置、蒸発缶装置などで構成される淡水化装置からなる汚染水浄化システムが設置される。

しかしながら、上記した汚染水浄化システムでは、セシウム以外の放射性核種全般を除去することは困難であり、その処理水には、α核種等の一部の放射性核種が残存する。

そこで、放射性汚染水に残存する多種類の放射性核種をより高精度で除去して海洋放出レベル以下の濃度まで浄化するため、汚染水浄化システムの後段に、多核種除去装置を別途設置することが検討されている。

多核種除去装置は、放射性汚染水に含まれるα核種、Ｃｏ−６０、Ｍｎ−６０などの放射性核種除去を行う鉄共沈処理設備及びＭｇ、Ｃａなどの吸着阻害イオンの除去を行う炭酸塩沈殿処理設備からなる前処理装置と、この前処理装置の処理水を活性炭、ゼオライト、キレート樹脂などの吸着材に通水して前処理装置の処理水中に微量残存する放射性核種を吸着除去する多核種除去装置によって構成されている。このような、多核種除去装置によれば放射性汚染水に含まれる放射性核種を、高い精度で除去することが可能である。

このような多核種除去装置の前処理装置では、鉄共沈処理設備及び炭酸塩沈殿処理設備において、沈殿物（以下、スラッジと称する。）が生成するが、これらのスラッジは比較的高線量を呈することから、中間保管に向けて、これらを安定した保管体として固形化する技術が求められている。

放射性廃棄物の固化方法として、例えば、高レベルの樹脂などの固形廃棄物や液体の廃棄物を、水硬性の固化材及び添加水と混練機に投入し、混練機に設けられた撹拌翼を回転させて混合ペーストを作成し、これを固化容器に注入して固化する方法が開示されている。しかしながら、スラッジには、一般に、放射性核種が極めて高濃度で含有されていることから、固化体に水分が含まれる場合には、スラッジから放出される高線量の放射線により水分が放射線分解して、水素等の可燃性ガスが発生するおそれがある。また、スラッジは硬く、また破砕され易いことから、取り扱い時における飛散等を抑制する必要がある。

一方、得られたスラッジを、ガラス原料と混合して、高温で加熱してガラス化する方法も検討されている。この方法においては、スラッジを高温で加熱するため、放射線分解により可燃性ガス発生の原因となる水分を含有させることなく固化体を形成することが可能であり、また取り扱い時の破砕による飛散の問題も解消される。

しかしながら、スラッジを単に酸化ケイ素、ホウ酸、酸化アルミニウムなどの汎用のガラス原料と混合したのでは、相当高温にしないと均一にガラス化することが困難である。特に、ガラス化のための処理温度が、１２００℃を超える場合には、加熱炉の炉壁材料として、特殊な耐火材料を用いる必要が生じるなど加熱炉の耐熱性に対する要求性能が一段と高まることから、廃棄物処理のコストが増大する可能性があった。

特許第３０４８８０６号

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、放射性核種を高濃度で含有するスラッジを、一般的な加熱炉を用いて効率的に、安全性に優れた固化体として処理することが可能な放射性廃棄物の処理方法を提供することを目的とする。

実施形態の放射性廃棄物の処理方法は、放射性汚染水の処理施設で発生する放射性核種を高濃度で含むスラッジから水分を除去して乾燥スラッジとする工程を有する。さらに、この放射性廃棄物の処理方法は、前記乾燥スラッジに、下記（Ａ）成分〜（Ｃ）成分からなるガラス原料から構成される溶融助剤を加えて１１００℃以下の溶融温度で加熱してガラス化する工程を有する。
（Ａ）（ａ）ホウ酸ナトリウム又は（ｂ）ナトリウム化合物とホウ酸との組合せから選ばれた少なくとも一つ。
（Ｂ）（ｃ）アルミン酸ナトリウム又は（ｄ）ナトリウム化合物と酸化アルミニウムとの組合せから選ばれた少なくとも一つ。
（Ｃ）（ｅ）ケイ酸ナトリウム又は（ｆ）ナトリウム化合物と酸化ケイ素との組合せから選ばれた少なくとも一つ。

本発明によれば、放射性核種を高濃度で含有するスラッジを、安全性に優れた固化体として、低コストでかつ効率的に処理することができる。

放射性汚染水の処理施設（多核種除去装置）の概略図。実施形態に係る放射性廃棄物の処理装置の概略図。実施形態に係る放射性廃棄物の処理装置の概略図。例２で得られたガラス固化体のＸ線回折による測定結果を示す図。

実施形態に係る放射性廃棄物の処理方法について説明する。

実施形態の放射性廃棄物の処理方法に適用されるスラッジとしては、具体的には、例えば、図１で示す放射性汚染水の処理施設（以下、多核種除去装置１と示す。）で発生する、スラッジが挙げられる。

多核種除去装置１は、放射性核種が含まれる放射性汚染水（以下単に汚染水と示す。）から、放射性核種を除去するための装置であり、例えば、雨水、地下水、海水等に放射性核種が溶解して原子炉建屋内に滞留する汚染水から、不図示のセシウム除去装置によりセシウムを除去した後の処理水や、この処理水の逆浸透膜による濃縮水や透過水などから各種の放射性核種が除去される。

図１において、多核種除去装置１は、α核種等の除去を行う鉄共沈処理部２と、Ｍｇ、Ｃａ等の吸着阻害イオンの除去を行う炭酸塩沈殿処理部３と、を有する前処理装置４と、ゼオライトやキレート樹脂等の吸着材５を有する吸着塔６と、吸着塔６で処理された処理水を貯留する保管タンク７を具備している。

多核種除去装置１では、具体的には、例えば、配管８を経由して、放射性汚染水が鉄共沈処理部２の共沈タンク（不図示）に供給される。鉄共沈処理部２の共沈タンク（不図示）には、共沈剤として、例えば塩化第二鉄が添加され、さらにｐＨ調製剤として水酸化ナトリウムが添加されて、水酸化鉄が生成する。放射性汚染水中のα核種等の放射性核種は、水酸化鉄と共沈し、鉄を主成分として含むスラッジ（以下、鉄を主成分として含むスラッジを、単に鉄含有スラッジと示す。）として、放射性汚染水から除去される（鉄共沈法）。

鉄共沈処理部２で生成するスラッジに含まれる放射性核種としては、例えばＰｕ−２３８、Ｐｕ−２３９、Ｐｕ−２４０、Ａｍ−２４１、Ａｍ−２４２ｍ、Ａｍ−２４３、Ｃｍ−２４２、Ｃｍ−２４３、Ｃｍ−２４４等のα線放出核種（以下α核種と呼ぶ。）、Ｃｏ−６０、Ｍｎ−５４等のγ線放出核種（以下γ核種と呼ぶ。）が挙げられる。

鉄共沈処理部２の処理水は、不図示の配管を経由して、炭酸塩沈殿処理部３の沈殿タンク（不図示）に被処理水として供給される。炭酸塩沈殿処理部３では、共沈タンク（不図示）に、沈殿形成剤として、例えば炭酸ナトリウムと水酸化ナトリウムが添加され、後段の吸着材５における吸着阻害物質であるＭｇ、Ｃａや、Ｓｒ−９０等（β線放出核種）の放射性核種が、炭酸塩として析出沈殿し、炭酸塩を主成分として含むスラッジ（以下、炭酸塩を主成分として含むスラッジを、単に炭酸塩含有スラッジと示す。）として、被処理水から除去される（析出沈殿法）。

なお、炭酸塩沈殿処理部３の処理水は、配管９を経由して、吸着塔６に被処理水として供給される。吸着塔６に供給された被処理水は、ゼオライト等の吸着材５に通水され、Ｓｒ、Ｃｓ等の放射性核種が吸着されて除去された後、配管１０を経由して、保管タンク７に供給される。

実施形態に係る放射性廃棄物の処理方法は、例えば、前処理装置４で生成した鉄含有スラッジや炭酸塩含有スラッジについて、適用することができる。

図２は、本発明の放射性廃棄物の処理方法に適用される放射性廃棄物の処理装置の概略構成図である。

図２において、放射性廃棄物の処理装置２０は、スラッジを収容するスラッジ受けタンク２１と、スラッジ受けタンク２１から供給されるスラッジを収容し加熱脱水して乾燥スラッジを生成するスラッジ加熱脱水装置２２と、スラッジ計量槽２３と、が順次設置されている。

スラッジ受けタンク２１に収容するスラッジとしては、例えば、上記した多核種除去装置１の前処理装置４で生成した、鉄含有スラッジや、炭酸塩含有スラッジが挙げられる。

スラッジ受けタンク２１及びスラッジ加熱脱水装置２２間、並びにスラッジ加熱脱水装置２２及びスラッジ計量槽２３間は、それぞれ、配管２４、配管２５で接続されている。

一方、放射性廃棄物の処理装置２０は、ナトリウムを含むガラス原料からなる溶融助剤を収容する溶融助剤タンク２６と、溶融助剤計量槽２７とが、スラッジ受けタンク２１、スラッジ加熱脱水装置２２及びスラッジ計量槽２３のラインと並列して設置されている。溶融助剤タンク２６及び溶融助剤計量槽２７間は、配管２８で接続されている。

スラッジ計量槽２３及び溶融助剤計量槽２７の後段には、乾燥スラッジと溶融助剤とを所定の割合で混合する乾燥スラッジ・溶融助剤混合装置２９と、乾燥スラッジ・溶融助剤混合装置２９で得られた乾燥スラッジと溶融助剤との混合物が供給される処理槽３０と、が設置されている。乾燥スラッジ・溶融助剤混合装置２９と処理槽３０とは、配管３１で接続されている。処理槽３０には、処理槽３０の外周面を囲むように、処理槽３０内に収容された乾燥スラッジと溶融助剤との混合物を加熱溶融してガラス化する加熱装置３２が設置されている。

処理槽３０には、例えばバグフィルタなどを備えた、オフガス系の安全性を担保するための排気用配管３３が接続されている。処理槽３０には、適宜撹拌装置が設置されていてもよい。

乾燥スラッジ・溶融助剤混合装置２９としては、撹拌羽根を備えたものであってもよく、ブレンダー（振動法）による混合が可能なものであってもよい。

処理槽３０を構成する材質としては、８００〜１５００℃において、通常の耐熱性、耐腐食性を有するものであれば、特に限定することなく適用することができる。

処理槽３０のサイズとしては、特に限定されないが、高レベル放射性廃棄物用ガラス固化体の保管容器のサイズ、すなわち、内径４３０ｍｍ×高さ１３４０ｍｍのサイズの処理槽を好適に用いることができる。

スラッジ計量槽２３及び溶融助剤計量槽２７には、それぞれ配管３４及び配管３５が接続されており、乾燥スラッジ・溶融助剤混合装置２９に接続された配管３６と、点Ｐにおいて接続している。

なお、処理槽３０は、図２に示した構成に限られず、例えば図３に示すように、処理槽３０に流下用バルブ３７を配設し、処理槽３０の後段に、保管容器３８が設置された構成としてもよい。

スラッジ受けタンク２１に供給されるスラッジが、炭酸塩含有スラッジである場合には、溶融助剤としては、ナトリウム、ホウ素、アルミニウム及びケイ素を含有するものを用いることができる。ナトリウム、ホウ素、アルミニウム及びケイ素を含有する溶融助剤を、炭酸塩含有スラッジと混合することで、該炭酸塩含有スラッジを、溶融助剤の添加量を過度に増大させることなく、１１００℃以下の加熱温度で、マトリックスとして一体化されたガラス固化体として固形化することができる。

炭酸塩含有スラッジに添加する溶融助剤を構成するガラス原料としては、ナトリウム、ホウ素、アルミニウム及びケイ素から選ばれた少なくとも１種の元素を主成分として含む化合物を用いることができる。ガラス原料としては、具体的には、例えば下記の（Ａ）成分〜（Ｃ）成分からなるものを用いることができる。
（Ａ）（ａ）ホウ酸ナトリウム又は（ｂ）ナトリウム化合物とホウ酸との組合せから選ばれた少なくとも一つ。
（Ｂ）（ｃ）アルミン酸ナトリウム又は（ｄ）ナトリウム化合物と酸化アルミニウムとの組合せから選ばれた少なくとも一つ。
（Ｃ）（ｅ）ケイ酸ナトリウム又は（ｆ）ナトリウム化合物と酸化ケイ素との組合せから選ばれた少なくとも一つ。

なお、（Ａ）成分、（Ｂ）成分、（Ｃ）成分に含まれるナトリウム化合物としては、特に限定されないが、例えば炭酸ナトリウム、水酸化ナトリウム等を用いることができる。

炭酸塩含有スラッジに添加する溶融助剤として、上記した（Ａ）成分、（Ｂ）成分及び（Ｃ）成分を含有するものを用いることで、例えばＭｇ、Ｃａ等の吸着阻害イオンを高濃度で含むスラッジを、１１００℃以下の加熱温度で、空隙が少なく良好に一体化され、かつ全体が十分にガラス化された固化体として、固形化することができる。このため、炭酸塩含有スラッジを、上記した温度範囲で、高密度でかつ耐水性に優れたガラス固化体として処理することができる。

（ａ）ホウ酸ナトリウムは、乾燥スラッジに対して、質量比で０．１倍以上となるように、溶融助剤に配合されることが好ましい。溶融助剤に配合される（ａ）ホウ酸ナトリウムの量が、乾燥スラッジに対して、質量比で０．１倍未満であると、１１００℃以下の溶融温度では、十分に一体化されたマトリックスとしての固化体を得ることができず、得られるガラス固化体における空隙率が増大するおそれがある。

より好ましくは、（ａ）ホウ酸ナトリウムは、乾燥スラッジに対して、質量比で０．８倍以上となるように、溶融助剤に配合されることがよい。溶融助剤に配合される（ａ）ホウ酸ナトリウムの量が、乾燥スラッジに対して、質量比で０．８倍未満であると、スラッジと溶融助剤との混合物を加熱溶融したときに、全体がガラス化する前にネッキングして、得られるガラス固化体に結晶体が残存しやすく、ガラス固化体の一部に失透が生じることがある。この場合、得られるガラス固化体において十分な耐水性を得られず、放射性核種が外部に流出する等の不具合が生じ易くなる。

（ｃ）アルミン酸ナトリウムは、乾燥スラッジに対して、質量比で０．４倍以上となるように、溶融助剤に配合されることが好ましい。溶融助剤に配合される（ｃ）アルミン酸ナトリウムの量が、乾燥スラッジに対して、質量比で０．４倍未満であると、安定したガラス固化体を得られず、また得られるガラス固化体における耐候性が低下するおそれがある。このため、水分等の接触により、ガラス固化体が浸食され易く、放射性核種が外部に流出する等の不具合が生じ易くなる。溶融助剤に配合される（ｃ）アルミン酸ナトリウムの量は、好ましくは、乾燥スラッジに対して、質量比で０．５倍以上である。

（ｅ）ケイ酸ナトリウムは、乾燥スラッジに対して、質量比で０．５倍以上となるように、溶融助剤に配合されることが好ましい。溶融助剤に配合される（ｅ）ケイ酸ナトリウムの量が、乾燥スラッジに対して、質量比で０．５倍未満であると、安定したガラス固化体を得ることができず、得られるガラス固化体における空隙率が増大するおそれがある。（ｅ）ケイ酸ナトリウムの量は、より好ましくは、乾燥スラッジに対して、質量比で０．６５倍以上である。

（ａ）ホウ酸ナトリウム、（ｃ）アルミン酸ナトリウム及び（ｅ）ケイ酸ナトリウムを含む溶融助剤においては、（ｃ）アルミン酸ナトリウムの配合量と（ｅ）ケイ酸ナトリウムの配合量との合計量に対する、（ａ）ホウ酸ナトリウムの配合量の割合、すなわち、（ａ）ホウ酸ナトリウムの配合量／（（ｃ）アルミン酸ナトリウムの配合量＋（ｅ）ケイ酸ナトリウムの配合量）により算出される値が、質量比で１．０２〜０．４４であることが好ましい。

（ａ）ホウ酸ナトリウムの配合量／（（ｃ）アルミン酸ナトリウムの配合量＋（ｅ）ケイ酸ナトリウムの配合量）により算出される値が、質量比で０．４４未満であると、ガラスの軟化温度が上昇し、１１００℃以下の溶融温度では、十分に一体化されたマトリックスとしての固化体を得ることができず、得られるガラス固化体における空隙率が増大するおそれがある。一方、（ａ）ホウ酸ナトリウムの配合量／（（ｃ）アルミン酸ナトリウムの配合量＋（ｅ）ケイ酸ナトリウムの配合量）により算出される値が、質量比で１．０２を超えると、安定したガラス固化体を得られない。より好ましくは、（ａ）ホウ酸ナトリウムの配合量／（（ｃ）アルミン酸ナトリウムの配合量＋（ｅ）ケイ酸ナトリウムの配合量）により算出される値が、質量比で０．６〜１であることが好ましい。（ａ）ホウ酸ナトリウムの配合量／（（ｃ）アルミン酸ナトリウムの配合量＋（ｅ）ケイ酸ナトリウムの配合量）により算出される値を０．６以上とすることで、乾燥スラッジと溶融助剤との混合物が、加熱溶融により良好にガラス化し、結晶体の残留による失透がなく、耐水性に優れたガラス固化体を得ることができる。

スラッジ受けタンク２１に供給されるスラッジが、鉄含有スラッジである場合には、溶融助剤としては、ナトリウム及びリンを含有するものを用いることができる。ナトリウム及びリンを含有する溶融助剤を、鉄含有スラッジと混合することで、該鉄含有スラッジを、溶融助剤の添加量を過度に増大させることなく、１１００℃以下の加熱温度で、マトリックスとして一体化されたガラス固化体として固形化することができる。

鉄含有スラッジに添加する溶融助剤を構成するガラス原料としては、（ｇ）リン酸ナトリウム又は（ｈ）ナトリウム化合物とリン酸との組合せから選ばれた少なくとも一つからなるものを用いることが好ましい。

なお、ナトリウム化合物としては、特に限定されないが、例えば炭酸ナトリウム、水酸化ナトリウム等を用いることができる。

中でも、（ｇ）リン酸ナトリウムは、鉄を高濃度で含むスラッジを、１１００℃以下の加熱温度で、空隙率が少なく良好に一体化され、かつ全体が十分にガラスし、耐水性に優れたガラス固化体を形成できるため好ましい。

溶融助剤として（ｇ）リン酸ナトリウムを使用する場合、（ｇ）リン酸ナトリウムの使用量は、乾燥スラッジに対して、質量比で０．５倍以上とされることが好ましい。

なお、実施形態に係る放射性廃棄物の処理装置２０は、上述した多核種除去装置１と一体として形成してもよく、多核種除去装置１とは別体として形成してもよい。

また、実施形態に係る放射性廃棄物の処理装置２０は、必ずしも上記した構成に限られず、例えば、乾燥スラッジ・溶融助剤混合装置２９を配設せず、処理槽３０が、乾燥スラッジ・溶融助剤混合装置２９の機能を兼ね備える構成としてもよい。

次に、図２に基づいて、本発明の放射性廃棄物の処理装置２０による放射性廃棄物の処理方法について説明する。

初めに、スラッジ受けタンク２１に収容されているスラッジは、配管２４により、スラッジ加熱脱水装置２２内に供給される。

スラッジ加熱脱水装置２２では、スラッジから水分が除去されて乾燥スラッジとされる。スラッジ加熱脱水装置２２で生成した乾燥スラッジは、配管２５によりスラッジ計量槽２３に供給されて所定量が計量され、配管３４、配管３６により乾燥スラッジ・溶融助剤混合装置２９に供給される。

一方、溶融助剤タンク２６に収容された溶融助剤は、配管２８により溶融助剤計量槽２７に供給され、所定量が計量されて、配管３５、配管３６により、乾燥スラッジ・溶融助剤混合装置２９に供給される。

乾燥スラッジ・溶融助剤混合装置２９に供給された溶融助剤と乾燥スラッジは、撹拌羽根による撹拌、又は振動法（ブレンダー）などにより混合されて、配管３１により、混合物として処理槽３０に供給される。

処理槽３０内に収容された乾燥スラッジと溶融助剤との混合物は、排気用配管３３により処理槽３０内の排ガスを排気しながら、加熱装置３２により加熱溶融される。

乾燥スラッジと溶融助剤との混合物の加熱溶融温度は、１１００℃以下の温度で行われる。加熱溶融温度が１１００℃を超えると、処理槽３０として要求される耐熱性が過度に高くなり、製造コストの増大を招くおそれがある。一方、乾燥スラッジと溶融助剤との混合物の加熱溶融温度は９００℃以上であることが好ましい。乾燥スラッジと溶融助剤との混合物の加熱溶融温度が９００℃未満であると、乾燥スラッジと溶融助剤との混合物において、十分な溶融状態を得られず、得られる固化体が十分に一体化されないか、又は溶融助剤として添加した成分や乾燥スラッジの成分が十分に非晶質化されず、得られる固化体に失透が生じるおそれがある。

乾燥スラッジと溶融助剤との混合物の加熱溶融温度は、９３０℃以上１０５０℃以下がより好ましい。

加熱溶融時間は、処理槽３０の大きさや、乾燥スラッジと溶融助剤の混合物の量などに応じて、適宜調整することができる。

処理槽３０内に供給された、乾燥スラッジと溶融助剤との混合物は、加熱溶融により容積が減容されることから、処理槽３０への混合物の供給後、処理槽３０の上方に空間が形成された場合には、この空間に新たに混合物を供給し、加熱溶融処理を行うことが好ましい。

処理槽３０内で加熱溶融されたスラッジは、所定時間放冷されて、ガラス固化体が形成される。ガラス固化体により充填された処理槽３０は、開口部が蓋締めされて閉鎖され、中間保管施設に移送される。

なお、放射性廃棄物の処理装置２０が、処理槽３０に流化用バルブ３７を配設した構成である場合には、処理槽３０において、乾燥スラッジと溶融助剤との混合物が加熱溶融された後、流化用バルブ３７が開とされ、保管容器３８内に供給される。保管容器３８内に供給された溶融物は、保管容器３７内で徐冷され、ガラス固化体が形成される。

以上、具体例を参照しつつ本発明の実施形態について説明したが、上記の実施例は、本発明の一例として挙げたものであり、本発明を限定するものではない。また、上記の各実施形態の説明では、放射性廃棄物の処理方法及び放射性廃棄物の処理装置において、本発明の説明に直接必要とされない部分等についての記載を省略したが、これらについて必要とされる各要素を適宜選択して用いることができる。

その他、本発明の要素を具備し、本発明の趣旨に反しない範囲で当業者が適宜設計変更しうる全ての放射性廃棄物の処理方法及び放射性廃棄物の処理装置は、本発明の範囲に包含される。本発明の範囲は、特許請求の範囲及びその均等物の範囲によって定義されるものである。

以下、本発明について実施例、比較例を参照してさらに詳細な説明を行うが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。なお、例１〜７及び例８〜９は実施例である。

（例１〜７）
まず、炭酸塩含有スラッジを乾燥させた乾燥スラッジ（１）１０ｇをアルミナ製のるつぼに投入し、次いで、溶融助剤として、Ｎａ_２Ａｌ_２Ｏ_４（アルミン酸ナトリウム）、Ｎａ_２ＳｉＯ_３（ケイ酸ナトリウム）、Ｎａ_２Ｂ_４Ｏ_７（ホウ酸ナトリウム）を、それぞれ表１に示す割合で混合してアルミナ製のるつぼに投入した。この溶融助剤と乾燥スラッジ（１）との混合物を、アルミナ製るつぼ内で、大気雰囲気下、１０００℃で３時間加熱溶融した。得られた溶融物を、アルミナ製るつぼ内で、常温で放置して徐冷し、ガラス固化体を得た。

例１〜７で得られた各ガラス固化体の外観を目視で観察した。各ガラス固化体の外観の評価結果を、乾燥スラッジ及び溶融助剤の各成分の配合量、溶融温度、溶融時間と併せて、表１に示す。

乾燥スラッジ（１）に対し、溶融助剤として、Ｎａ_２Ａｌ_２Ｏ_４、Ｎａ_２ＳｉＯ_３、Ｎａ_２Ｂ_４Ｏ_７を配合した例１〜例６では、溶融温度１０００℃の条件下で、乾燥スラッジ（１）と溶融助剤との混合物からなる固化体を得ることができた。特に、乾燥スラッジ（１）１０ｇに対して、Ｎａ_２Ｂ_４Ｏ_７の添加量が８〜１０ｇである例２〜３及び例５〜６では、ガラス固化体の失透もなく、良好に一体化した固化体が形成されていることが確認された。一方、Ｎａ_２Ｂ_４Ｏ_７を添加していない例７では、乾燥スラッジ（１）と溶融助剤との混合物からなる固化体を得られたものの、全体の外観が粉体状となっており、固化体としての一体化が十分に進行していないことが確認された。また、乾燥スラッジ（１）１０ｇに対して、Ｎａ_２Ｂ_４Ｏ_７の配合量が６ｇである例１、例４では、得られた固化体は一体的に形成されたものの、ガラス化が十分に進行せず、固化体に一部結晶質が残存しており、失透が生じていることが確認された。

例２のガラス固化体の密度を測定したところ、３．３５ｇ／ｃｍ^３であり、乾燥後のスラッジと比較して、かさ密度が増大しており、溶融助剤との溶融混合により、十分な減容効果を得られることが認められた。また、例２のガラス固化体について、ＰＣＴ−Ｂ法による規格化浸出率を測定したところ、Ｓｉ成分において約０．０４ｇ・ｍ^−２・ｄ^−１であり、充分な耐水性が認められた。

（例８〜９）
まず、鉄含有スラッジを乾燥させた乾燥スラッジ（２）１０ｇをアルミナ製のるつぼに投入し、次いで溶融助剤として、Ｎａ_３ＰＯ_４（リン酸ナトリウム）をそれぞれ表２に示す割合で投入した。この乾燥スラッジ（２）と溶融助剤との混合物を、アルミナ製るつぼ内で、大気雰囲気下、１０００℃で３時間加熱溶融した後、常温で放置して徐冷し、ガラス固化体を得た。

例８〜９で得られたガラス固化体の外観を目視で観察した。各ガラス固化体の外観の評価結果を、乾燥スラッジ及び溶融助剤の配合量、溶融温度、溶融時間と併せて、表２に示す。

乾燥スラッジ１０ｇに対し、溶融助剤として、Ｎａ_３ＰＯ_４を１０ｇ添加した例９では、溶融温度１０００℃の条件下で、鉄を主成分とする乾燥スラッジが溶融助剤とともに一体化した良好な固化体を得られることが確認された。一方、乾燥スラッジ１０ｇに対する、Ｎａ_３ＰＯ_４の配合量が５ｇである例８では、得られた固化体は一体的に形成されたものの、ガラス化が十分に進行しておらず、一部失透が生じていることが確認された。

上記した例９のガラス固化体の密度を測定したところ、２．７ｇ／ｃｍ^３であり、乾燥後のスラッジと比較して、かさ密度が増大しており、溶融助剤との溶融混合により、十分な減容効果が認められた。また、例９のガラス固化体について、ＰＣＴ−Ｂ法による規格化浸出率を測定したところ、充分な耐水性が認められた。

（例１０）
まず、乾燥スラッジ（１）１０ｇをアルミナ製のるつぼに投入し、次いで、溶融助剤として、Ｎａ_２Ａｌ_２Ｏ_４、Ｎａ_２ＳｉＯ_３、Ｎａ_２Ｂ_４Ｏ_７を、例1と同じ割合で混合して、アルミナ製のるつぼに投入した。この溶融助剤と乾燥スラッジ（１）との混合物を、アルミナ製るつぼ内で、大気雰囲気下、８００℃で３時間加熱溶融した後、常温で放置して徐冷し、ガラス固化体を得た。得られたガラス固化体を、目視で観察したところ、全体の外観が粉体状となっており、固化体としての一体化が十分に進行していないことが確認された。

例２で得られたガラス固化体について、Ｘ線回折装置によるＸ線回折を行った。Ｘ線回折による測定結果を図４に示す。

図４から明らかなように、例２で得られたガラス固化体は、加熱処理前のスラッジ及び溶融助剤に含まれる結晶成分のピークが消滅しており、ガラス固化体として非晶質化されていることが確認された。

以上説明した少なくとも一つの実施形態によれば、放射性核種を高濃度で含有するスラッジを、安全性に優れた固化体として、低コストでかつ効率的に処理することができる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１…多核種除去装置、２…鉄共沈処理部、３…炭酸塩沈殿処理部、４…前処理装置、５…吸着材、６…吸着塔、７…保管タンク、８〜１０，２４〜２５，２８，３４〜３６…配管、２０…放射性廃棄物の処理装置、２１…スラッジ受けタンク、２２…スラッジ加熱脱水装置、２３…スラッジ計量槽、２６…溶融助剤タンク、２７…溶融助剤計量槽、
２９…乾燥スラッジ・溶融助剤混合装置、３０…処理槽、３２…加熱装置、３３…排気用配管、３７…流化用バルブ、３８…保管容器

Claims

放射性汚染水の処理施設で発生する放射性核種を高濃度で含むスラッジから水分を除去して乾燥スラッジとする工程と、この乾燥スラッジに、下記（Ａ）成分〜（Ｃ）成分からなるガラス原料から構成される溶融助剤を加えて１１００℃以下の溶融温度で加熱してガラス化する工程と、を有することを特徴とする放射性廃棄物の処理方法。
（Ａ）（ａ）ホウ酸ナトリウム又は（ｂ）ナトリウム化合物とホウ酸との組合せから選ばれた少なくとも一つ。
（Ｂ）（ｃ）アルミン酸ナトリウム又は（ｄ）ナトリウム化合物と酸化アルミニウムとの組合せから選ばれた少なくとも一つ。
（Ｃ）（ｅ）ケイ酸ナトリウム又は（ｆ）ナトリウム化合物と酸化ケイ素との組合せから選ばれた少なくとも一つ。
前記放射性核種を高濃度で含むスラッジが、前記放射性汚染水に沈殿形成剤を添加して形成されたスラッジであることを特徴とする請求項１記載の放射性廃棄物の処理方法。
前記放射性核種を高濃度で含むスラッジは炭酸塩を主成分とするスラッジであることを特徴とする請求項１又は２記載の放射性廃棄物の処理方法。