JPH03235098A - 低レベル放射性廃棄物のガラス固化処理用ガラス化材 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明は、原子力発電所やその関連施設ならびに使用済
み燃料の再処理工場で発生する、濃縮廃液の乾燥物や廃
溶媒残渣といった低レベル放射性廃棄物をガラス固化処
理するために用いるガラス化材に関する。

〈従来の技術〉 上述した濃縮廃液の乾燥物としては、施設の管理区域内
の床清掃とか、炭酸ナトリウム・硝酸等による有機溶媒
の洗浄によって生じる溶媒洗浄廃液があり、これは硝酸
ナトリウム（ＮａＮＯｚ）として乾燥粉粒化される。

また、廃溶媒残渣としては、溶媒回収設備から排出され
る廃溶媒であるピロリン酸カルシウム（Ｃａｚ　Ｐｚ　
Ｏｑ　）の乾燥粉末がある。

このような低レベル放射性廃棄物である生成物質を安定
な状態で固化処理する方法として、従来一般に、アスフ
ァルト固化、セメント固化、プラスチック固化により処
理する方法が知られている。

ところが、このような方法では、固化材が有機材料であ
るために、耐熱性が低い欠点があり、また、低レベル放
射性廃棄物自体を分解させることができないものである
ために減容化できない欠点があった。

そこで、例えば、特開昭６１−８２２００号公報に開示
されるように、二酸化珪素、ホウ酸、水酸化アルミニウ
ムおよび炭酸カルシウムの混合物から成るガラス化材を
用い、そのガラス化材と上述乾燥物とを加熱溶融し、ガ
ラス固化により処理する方法とか、また、特開昭６１〜
１３２８９８号公報に開示されるように、二酸化珪素、
ホウ素化合物、アルミニウム化合物およびアルカリ土類
金属化合物の混合物から成るガラス化材を用い、そのガ
ラス化材と上述乾燥物とを加熱溶融し、ガラス固化によ
り処理する方法が提案されている。

〈発明が解決しようとする課題〉 しかしながら、上述従来例によって固化処理されたガラ
スは、高温度域（５００〜８００℃）に長時間保持され
ると分相が生じやすく、耐水性、いわゆる化学的耐久性
が劣化しやすい欠点があった。

すなわち、低レベル放射性廃棄物のガラス固化処理にお
いては、次の要件を満足することが重要である。

■セラミックメルターでの溶融が容易であり、かつ、ガ
ラス化の際の耐火物の浸食を抑制するために溶融温度が
低いこと、つまり、１０３・ゝボイズの粘度における溶
融温度は１２００℃以下が好ましい。

■廃棄物を多量に含有させ、減容化が大きいこと。

■ガラス固化処理に係る費用が安価であること。

■熱膨張係数が小さく、機械的強度が大きいこと。

■長時間高温保持された場合に、化学的耐久性が劣化し
ないこと。

すなわち、ガラス固化体を地底に最終処分した場合に、
地下水等の水分によって放射性物質が漏洩する危険性を
回避できることが必要である。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであっ
て、低レベル放射性廃棄物と混合してガラス固化したと
きに、セラミックメルターでの溶融を容易に行うことが
できるとともに減容化が大きく、かつ、化学的耐久性に
優れたガラス固化体を成形できるガラス化材を提供する
ことを目的とする。

＜ｔＪＲを解決するための手段〉 本発明の低レベル放射性廃棄物のガラス固化処理用ガラ
ス化材は、上述のような目的を達成するために、重量％
でＳｉＯ□４０〜６０、Ａｎ！、　０．３〜１５、Ｂ　
＊　Ｏｓ　　７．５〜１５、Ｃａ１ｌ〜１０、Ｐｔ　Ｏ
ｓＯ，１−１０、Ｎａ！００〜３０のガラスになるよう
に調整されてなることを特徴としている。

Ｓｉｎ、は、ガラス固化体の骨格を成す成分であり、そ
の含有量は４０〜６０重量％である。４０重量％未満で
は、ガラス固化体が分相しやすくなって化学的耐久性が
劣化し、一方、６０重量％を越えると、セラミックメル
ターでの溶融が困難になるからである。

Ａｊ！ｘＯｚは基本系の構成成分であり、ガラス固化体
の骨格を形成し、化学的耐久性を改善する作用が大きく
、その含有量は３〜１５重量％である。

３重量％未満ではガラス固化体が分相しやすくなって化
学的耐久性が劣化し、一方、１５重量％を越えると、ガ
ラス融液の粘度が上昇し、セラミックメルターでの溶融
が困難になるからである。

ＢｇＯ＊は溶融促進剤としての機能を有するとともに、
化学的耐久性を改善する作用が大きく、その含有量は７
．５〜１５重量％である。７．５重量％未満では効果が
無く、一方、１５重量％を越えると、分権傾向が増大し
て化学的耐久性が劣化するからである。

ＣａＯは化学的耐久性を改善する効果を有しており、そ
の含有量は１〜１０重量％である。１重量％未満では効
果が無く、一方、１０重量％を越えると、失透が発生し
やすくなるからである。

ＰｔＯｓは化学的耐久性を改善するとともに失透安定性
を向上する効果を有しており、その含有量は０．１〜１
０重量％である。０．１重量％未満でばガラス固化体の
失透安定性が低下し、製造が困難になりやすく、一方、
１０重量％を越えると、溶融温度が高くなって乳濁した
不均質なガラス固化体になり、化学的耐久性が劣化する
からである。

Ｎａｇ　Ｏは、低レベル放射性廃液乾燥粉粒体である硝
酸ナトリウム（ＮａＮＯｌ）をガラス中に減容化して含
有させるものであり、その最大含有量は３０重量％であ
る。３０重量％を越えると、ガラス固化体の化学的耐久
性が劣化し、また、セラミックメルターの耐火物を浸食
する作用が増大する問題を生じるからである。

ガラス固化体を成形するときには、上述ガラス化材に模
擬放射性廃棄物である濃縮廃液乾燥粉粒体（Ｎ　ａ　Ｎ
　Ｏｓ　）を混合した俵、これらを溶融して溶融ガラス
を得る。この溶融ガラスを１０２・Ｓポイズの粘度にお
ける溶融温度域から断熱手段を施し、内面側に黒鉛離型
剤を塗布し、セラミックウールを円周方向に配置した円
筒金属容器中に直接的に注入して断熱放冷し、冷却固化
してガラス固化体を得る。

なお、本発明におけるガラス化材は、上述酸化物以外に
も、ＭｇＯ１Ｂａ、Ｏ，５ｒＯ１ＺｎＯ１ＰｂＯのアル
カリ土類金属の一種以上と、ＬｉｚＯｌＫｚＯｌＲｂ、
０１Ｃ５２０のアルカリ類の一種以上と、ＺｒＯ□とＴ
ｉｅ、とを、各々５重量％以下含有できる。

これらの成分は、ガラス固化体の化学的耐久性の改善、
および、溶融ガラスの失透性の改良に寄与するが、それ
ぞれの含有量が５重量％を越えると、逆に、ガラスが不
安定となって化学的耐久性が劣化するからである。

また、ガラスの均質化および脱泡を促進する目的でＡｓ
、Ｏｓ　、Ｓ　ｂｚ　０２　、Ｃ１のうちから、一種ま
たは二種を合計重量１重量％までの範囲内で含有させて
も良い。

〈作用〉 前述した本発明に係る低レベル放射性廃棄物のガラス固
化処理用ガラス化材の特徴構成によれば、種々の実験の
結果、ＳｉＯ□、Ａ　ｉｔ　Ｏｘ　、ＢｚＯ，、ＣａＯ
ｌＰｇ　Ｏｓ　、Ｎａｇ　Ｏを所定範囲の含有量で含有
することにより、ガラス固化体を成形したときに、化学
的耐久性の改善と失透安定性の向上に大きく寄与するこ
とを見出すに至り、このガラス化材に低レベル放射性廃
棄物を混合溶融して成形したガラス固化体において、後
述実験結果から明らかなように、低レベル放射性廃棄物
の主要成分である硝酸ナトリウムおよびピロリン酸カル
シウムを工業的規模で減容化できるとともに熱膨張係数
を小さくでき、また、溶融温度を低下できるとともに、
化学的耐久性を改善できる。

〈実施例〉 次に、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明する
。

先ず、本発明の実施例１ないし５、ならびに、比較例１
および２それぞれのガラス化材の組成を次表に示す。

表 （以下、余白） 珪石粉末、酸化アルミニウム、無水硼砂、炭酸カルシウ
ム、炭酸ナトリウム、トリポリリン酸ソーダ、酸化マグ
ネシウム、酸化亜鉛、炭酸バリウム、炭酸カリウムを上
記実施例１ないし５、ならびに、比較例１および２それ
ぞれの組成となるように調整したガラス化材９０重量％
と、硝酸ナトリウムとピロリン酸カルシウムとを含有さ
せた模擬放射性廃棄物１０重量％とを混合し、耐火物製
のルツボにより、１２５０℃で１６時間溶融し、次いで
、その溶融ガラスを、１５０°Ｃで１時間予備加熱した
熱膨張係数が１２０Ｘ１０−’／’Ｃの金属円筒容器中
に金属製の杓で汲み取って注入し、徐冷を施して直径２
００■で高さ４５０閣のガラス成形体を作成し、しかる
後に、ガラス成形体を、断熱処理した金属円筒容器とと
もに外筒金属製ドラム缶内に移し、１０日間断熱放冷し
て室温まで冷却し、ガラス固化体を得た。

第１図は、ガラス固化体成形に用いる容器の縦断面図、
第２図はその横断面図であり、１はガラス固化体を、２
はセラミックウール製モールドをそれぞれ示し、セラミ
ックウール製モールド２の内周面には黒鉛離型剤３が塗
布されるとともに一昼夜の乾燥により固化され、ガラス
固化体ｌを固化後にセラミックウール製モールド２から
離型しやすいように構成されている。

セラミックウール製モールド２は、その底部が保温用の
黒鉛容器底板４を介して金属円筒容器５内に収容支持さ
れるとともに、上部は、保温用の黒鉛容器蓋体６によっ
て閉塞され、かつ、セラミックウール製モールド２の外
周面と金属円筒容器５の内周面との間の環状空間には、
断熱保温用のグラスファイバーバルク７が充填されてい
る。

また、金属円筒容器５が外筒金属製ドラム缶８内に収容
されるとともに、金属円筒容器５全体が断熱保温用のグ
ラスファイバーバルク９中に埋められており、断熱状態
で徐々に冷却できるように構成されている。

このようにして得られたガラス固化体１それぞれでは、
その徐冷によって内部応力が緩和されているために破損
の発生が認められず、また、ガラス固化体Ｉが円柱形状
を有しているために、内部での残留応力が均等で機械的
強度が大きく、セラミックメルターによって低レベル放
射性廃棄物のガラス固化体を好適に成形できる利点を有
している。

上述のようにして得た実施例１ないし５、ならびに、比
較例１および２それぞれのガラス固化体について、外観
を視覚的に観察するとともに、熱膨張係数、アルカリ溶
出量および１０２・５ポイズの粘度における溶融温度そ
れぞれを測定したところ、表に示す結果を得た。

熱膨張係数については、自動熱膨張計によって３０〜３
８０°Ｃで測定し、その平均値を表に示した。

アルカリ溶出量は、ＪＩＳ　Ｒ−３５０２法に基づき、
１００°Ｃの水中に溶出した合計アルカリ溶出量を示し
ており、この値が小さいほど化学的耐久性に優れている
ことを表している。

１０富・５ポイズの粘度における溶融温度は、白金法引
き上げ法による測定値で示しており、この溶融温度が低
いほど溶融性が優れており、溶融温度を降下することが
できて、耐火物の浸食を抑制することが可能である。

上記結果から、比較例１では、ＰｔＯｓを含有していな
いために、失透して乳白色を生じており、一方、比較例
２では、Ｐｉｅｓの含有量が多いために、乳濁した不均
質なガラス固化体になっているのに対し、実施例工ない
し５のいずれのガラス固化体も、透明で均質であり、外
観および内部に失透が認められなかった。

また、実施例１ないし５のいずれのガラス固化体も、熱
膨張係数が、１０１−１２０ｘ　１０−７／’Ｃと比較
的小さくてガラス固化体を収納する金属円筒容器５のそ
れ２適合しており、歪の発生によるガラス固化体の破損
を防止でき、ガラス固化体を良好に成形できることが明
らかである。

また、実施例１ないし５のいずれのガラス固化体も、ア
ルカリ溶出量が１．０以下と少なく、高アルカリ含有ガ
ラスであるにもかかわらず、通常市販されている窓板ガ
ラス並の優れた化学的耐久性を有していることが明らか
である。一方、比較例１のガラス固化体はアルカリ溶出
量が３０と多く、化学的耐久性に劣っていた。

更に、実施例１ないし５のいずれのガラス固化体も、１
０２・５ポイズの粘度における溶融温度が充分低く、セ
ラミックメルターによるガラスの溶融が容易で、耐火物
の浸食を抑制することができ、硝酸ナトリウム（ＮａＮ
Ｏｔ）およびピロリン酸カルシウム（Ｃａｚ　ＰＺ　０
７　）の低レベル放射性廃棄物を多量に含有できること
が明らかである。

一方、比較例２のガラス固化体は、溶融温度が高く、耐
火物の浸食作用が大きいことがわかる。

〈発明の効果〉 以上説明したように、本発明の低レベル放射性廃棄物の
ガラス固化処理用ガラス化材によれば、硝酸ナトリウム
およびピロリン酸カルシウムを工業的規模で減容化でき
るとともに熱膨張係数を小さくできるから、機械的強度
を高くできて熱的応力によるガラスの破損を回避できる
ようになった。

また、溶融温度を低下できるから、セラミックメルター
での溶融が容易になり、ガラス固化処理を実規模におい
て安価に行うことができるようになった。

しかも、ＰｚＯｓを適量含有することにより、分相を生
しずに失透安定性を向上できるとともに化学的耐久性を
向上できるから、ガラス固化体を長期にわたって地底に
埋没保管する場合に、高温度域に長時間保持されても、
水分による放射性物質の漏洩、浸出を防止でき、低レベ
ル放射性廃棄物を安全に廃棄処理できるようになった。

【図面の簡単な説明】

第１図は、ガラス固化体成形に用いる容器の縦断面図、
第２図はその横断面図である。 ■・・・ガラス固化体

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）重量％でＳｉＯ＿２４０〜６０、Ａｌ＿２Ｏ＿３
   ３〜１５、Ｂ＿２Ｏ＿３７．５〜１５、ＣａＯ１〜１０
   、Ｐ＿２Ｏ＿５０．１〜１０、Ｎａ＿２Ｏ０〜３０のガ
   ラスになるように調整されてなることを特徴とする低レ
   ベル放射性廃棄物のガラス固化処理用ガラス化材。