JPH03235099A - 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焼却灰等の低レベル放射
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〉 上述した焼却灰等のＳＯ１含有粉粒物質は、各工程中で
の放射能汚染が少ない有機物あるいはフィルター等の無
機物を高温で焼却減容化したものである。

表 このようなＳＯ１含有粉粒物賞を安定な状態で固定化し
て処分する方法として、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低温溶融が可能なようにガラ
スの溶融粘度、つまり、ＩＱＩＳボイズの粘度における
溶融温度が低いこと。

■廃棄物を多量に含有させ得ること、すなわち、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も安定で、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。

く課題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ＳｉＯ２４０〜７０、Ａｎｇ　０３３〜１５、Ｂ、　
０．　７．５〜２０、Ｃａ０１〜１０、Ｍｇ０Ｏ１５〜
５、ＺｎＯ１〜５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。

ＳｉＯ□は、ガラス固化体の骨格を成す成分であり、そ
の含有量は４０〜７０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、７０重量％を越えると、粘度が高くなっ
てセラミックメルターでの溶融が困難になるからである
。

Ａｚ！ｏ３は化学的耐久性の向上に寄与する成分であり
、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重置％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。

Ｂ、０．は溶融性の改善のために用いる成分であり、そ
の含有量は７．５〜２０重量％である。７．５重量％未
満では効果が無く、一方、２０重量％を越えると、分相
傾向が増大して化学的耐久性が劣化するからである。

ＣａＯは化学的耐久性の向上に寄与する成分であり、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。

ＭｇＯは失透抑制作用を有する成分であり、その含有量
は０．５〜５重量％である。０．５重量％未満では効果
が無く、一方、５重置％を越えると、失透傾向が増大す
るからである。

ＺｎＯは化学的耐久性の改善、および、失透抑制の目的
で用いる成分であり、その含有量は１〜５重量％である
。１重量％未満では効果が無く、一方、５重量％を越え
ると、失透傾向が増大するからである。

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焼却灰（Ｓ０３含有粉粒物質）
を混合した後、これらを溶融して溶融ガラスを得る。こ
の溶融ガラスを１０”・５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、上述酸化物組成以
外にも、ＢａＯ１ＳｒＯ，ＰｂＯ１ＴｉＯ２、Ｚｒ０ｚ
　、５０３　、Ｐｚ　Ｏｓを各々５重量％以下含有し、
かつ、Ｋ２Ｏ、Ｆｅ１ｏ３を各々１０重量％以下含有し
、ＬｉｚＯを３重量％以下含有し、更に、Ｎａ、Ｏを２
０重量％以下含有するようにしても良い。

ＢａＯは化学的耐久性に寄与する成分であり、その含有
量は５重量％以下である。５重量％を越えると失透傾向
が増大するからである。

ＳｒＯは化学的耐久性の改善、および、失透抑制の目的
で用いる成分であり、その含を量は５重量％以下である
。５重量％を越えると失透傾向が増大するからである。

ＰｂＯは溶融性改善と化学的耐久性、および、失透抑制
の目的で用いる成分であり、その含有量は５重量％以下
である。５重量％を越えると化学的耐久性が劣化するか
らである。

Ｔｉ０ｚは化学的耐久性および溶融性を改善する成分で
あり、その含有量は５重量％以下である。

５重量％を越えると失透傾向が増大するからである。

Ｚｒ０ｚは化学的耐久性を付与する目的で用いる成分で
あり、その含有量は５重量％以下である。

５重量％を越えると溶融性が低下するからである。

ＳＯｌは、本質的には焼却灰より混入する成分であり、
その含有量は５重量％以下である。５重量％を越えると
ガラス融液中にＮａ、Ｓｏ、芒硝を生成し、安全性が低
下するからである。

Ｐ、０．は化学的耐久性を改善するとともに失透安定性
を向上する成分であり、その含有量は５重量％以下であ
る。５重量３％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となり、化学的耐久性が劣化
するからである。

Ｋ２ＯはＮａ、Ｏと混合使用することによって化学的耐
久性を改善し得る成分であり、その含有量は１０重量％
以下である。１０重量％を越えると溶融性困難を招くか
らである。

Ｆｅ、Ｏ，は本質的には焼却灰より混入する成分であり
、その含有量は１０重量％以下である。１０重量％を越
えると失透傾向が増大するからである。

ＬｉｚＯは溶融性を改善する成分であり、Ｎａ２Ｏおよ
びに２０と混合使用することによって耐水性を改善する
ことができ、その含有量は３重量％以下である。３重量
％を越えると、化学的耐久性を劣化させ、熱膨張係数が
増大するからである。

Ｎａ２Ｏは溶融性を改善するために用いる成分であり、
その含有量は２０重量％以下である。２０重量％を越え
ると、化学的耐久性を劣化するからである。

〈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、Ｓ　ｔＯｔ、ｋｌｔ　Ｏｘ・Ｂ寡Ｏｓ　、Ｃａｂ
、ＭｇＯ，ＺｎＯ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、ならびに、溶融性の改善に大
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、溶融温
度を低下できるとともに、アルカリ溶出量を低下できて
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、本発明の実施何重ないし６、ならびに、比較例１
それぞれのガラス化材の組成を表−２に示す。

（以下、余白） 表−２ 珪石粉末、酸化アルミニウム、無水硼砂、炭酸カルシウ
ム、酸化マグネシウム、酸化亜鉛、炭酸バリウム、炭酸
ストロンチウム、−酸化鉛、炭酸ナトリウム、炭酸カリ
ウム、−酸化リチウム、二酸化チタン、二酸化ジルコニ
ウム、酸化第二鉄、芒硝、トリポリリン酸ソーダを上記
実施例１ないし６、ならびに、比較例１それぞれの組成
となるように調整したガラス比相９０重量％と、前述の
表−１で示した組成の焼却灰１０重量％とを混合し、耐
火物製のルツボにより、１２５０°Ｃで１６時間溶融し
、次いで、その溶融ガラスを、１５０℃で１時間予備加
熱した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２００ｍ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
ン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１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ば、その底部が保温用の
黒鉛容器底板４を介して熱膨張係数が１２０ＸＩＯ−７
／”Ｃの金属円筒容器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Ｉ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１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、セラミン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６、ならびに、比
較例１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−２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。

１０２・５ボ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は、外観および熱膨張係数では
良好な結果を得られたが、ＺｎＯを含有していないため
、アルカリ溶出量が多くて化学的耐久性が劣化しやすく
、また、溶融温度が高くてセラミックメルターによるガ
ラスの溶融が困難であるのに対して、実施例１ないし６
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、優れた化学的耐久性を有していることが明
らかである。

また、実施例１ないし６のいずれのガラス固化体も、１
０２・５ボ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、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。

〈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、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、分相を生じ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。

また、熱膨張係数が小さく、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。

【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。 １・・・ガラス固化体

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）重量％でＳｉＯ＿２４０〜７０、Ａｌ＿２Ｏ＿３
   ３〜１５、Ｂ＿２Ｏ＿３７．５〜２０、ＣａＯ１〜１０
   、ＭｇＯ０．５〜５、ＺｎＯ１〜５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。