JPH10101365A - Alkali-proof low melting point glass and treatment of waste with the same - Google Patents

Alkali-proof low melting point glass and treatment of waste with the same

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JPH10101365A
JPH10101365A JP8254240A JP25424096A JPH10101365A JP H10101365 A JPH10101365 A JP H10101365A JP 8254240 A JP8254240 A JP 8254240A JP 25424096 A JP25424096 A JP 25424096A JP H10101365 A JPH10101365 A JP H10101365A
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Japan
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glass
alkali
low
alkaline earth
melting glass
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JP8254240A
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Japanese (ja)
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Takashi Naito
内藤  孝
Yasutaka Suzuki
康隆 鈴木
Takashi Namekawa
滑川  孝
Hirotaka Yamamoto
浩貴 山本
Narihisa Motowaki
成久 元脇
Ken Takahashi
高橋  研
Takashi Nishi
高志 西
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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    • C03C3/12Silica-free oxide glass compositions
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
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    • C03CCHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
    • C03C14/00Glass compositions containing a non-glass component, e.g. compositions containing fibres, filaments, whiskers, platelets, or the like, dispersed in a glass matrix
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain glass having a low m.p. and alkali resistance and useful to treat harmful waste by using vanadium oxide as a base. SOLUTION: This alkali-proof low m.p. glass is based on vanadium oxide, and when it is brought into contact with an alkaline material, a layer having a higher concn. of an alkaline earth metal than the interior of the glass is formed in the surface of the glass. The alkaline material is a solid, soln. or gas contg. the alkaline earth metal. Since the formed surface layer prevents the penetration of the alkaline material into the interior of the glass, the degeneration of the glass and the leaching of glass components are not caused. The thickness of the surface layer is preferably <=1,500nm. The alkaline earth metal is preferably at least one among Ca, Sr and Ba.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は耐アルカリ性低融点
ガラス及びそれを用いた有害廃棄物の処理方法に関す
る。
The present invention relates to an alkali-resistant low-melting glass and a method for treating hazardous waste using the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】有害性の低い毒性物質や放射性物質等の
廃棄物処理は、セメントを用いて固形化され、処分され
る例が多い。一方、有害性の高い廃棄物処理は有害廃棄
物の溶出をより抑えるために、セメントより緻密化が可
能なガラスを用いて固形化され、さらに固形化したもの
をコンクリート内部に設置し、処分すると言ったことが
考えられている。この場合、コンクリートを通して水や
海水が入り込むと、アルカリ性の非常に高い溶液がガラ
ス固形化物と接触することが想定される。低融性又は易
揮発性の有害廃棄物をガラスで固形化するには低融点ガ
ラスを使用する必要がある。しかし、低融点ガラスの耐
アルカリ性は乏しく、コンクリートを通して浸入してき
た高アルカリ性の水や海水が低融点ガラスを侵食し、同
時に有害廃棄物も溶出するといったことが懸念される。
このため、有害性の高い廃棄物処理に適する、低融点、
かつ耐アルカリ性の高いガラス組成物が要求されてい
る。
2. Description of the Related Art In many cases, wastes such as toxic substances and radioactive substances with low harm are solidified using cement and disposed. On the other hand, high-hazardous waste disposal is to be solidified using glass that can be densified more than cement in order to further suppress the elution of hazardous waste. It is thought what was said. In this case, when water or seawater enters through the concrete, it is assumed that the very alkaline solution comes into contact with the solidified glass. In order to solidify low melting or volatile volatile hazardous waste with glass, it is necessary to use low melting point glass. However, the alkali resistance of the low-melting glass is poor, and there is a concern that highly alkaline water or seawater that has penetrated through the concrete will erode the low-melting glass, and at the same time, hazardous wastes will elute.
For this reason, low melting point,
In addition, a glass composition having high alkali resistance is required.

【0003】低融点で、耐水性の優れたガラス組成物と
しては、特開昭62−72543 号公報に記載されているよう
にV25−P25−Sb23系のガラス組成物が低融点
かつ高耐水性を兼ね備えたガラス組成物として開示され
ている。また、特開平8−75898 号公報には、特開昭62
−72543 号公報に記載のガラス組成物を用いた放射性廃
棄物を固化する方法が開示されている。
As a glass composition having a low melting point and excellent water resistance, a glass composition of V 2 O 5 —P 2 O 5 —Sb 2 O 3 system as described in JP-A-62-72543 is known. The composition is disclosed as a glass composition having a low melting point and high water resistance. Also, JP-A-8-75898 discloses JP-A-62-75898.
-72543 discloses a method for solidifying radioactive waste using a glass composition.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】上記技術は、有害性の
低い廃棄物の処理に対しては有効であるが、有害性の高
い廃棄物をガラス固化し、さらにコンクリート内部に設
置する場合は、上記したようにガラスがアルカリ性の高
い溶液と長期間にわたり接触することになり、固化した
ガラスが溶解し、廃棄物成分が溶出する可能性があっ
た。
The above technique is effective for the treatment of low hazardous waste. However, when highly hazardous waste is vitrified and installed in concrete, As described above, the glass comes into contact with the highly alkaline solution for a long period of time, so that the solidified glass may be dissolved and the waste component may be eluted.

【0005】本発明の目的は、十分な低融性と優れた耐
アルカリ性の両方を兼ね備えたガラス組成物、及びその
ガラス組成物を用いた有害廃棄物の処理方法を提供する
ことにある。
An object of the present invention is to provide a glass composition having both low melting property and excellent alkali resistance, and a method for treating hazardous waste using the glass composition.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】発明者らは、耐アルカリ
性に優れたガラス組成物を検討するにあたり、特開昭62
−72543 号公報に記載のガラス組成物を基にして、種々
の添加物を検討し、耐アルカリ性の変化を調べた。
Means for Solving the Problems The inventors of the present invention examined a glass composition having excellent alkali resistance, and
Based on the glass composition described in JP-A-72543, various additives were examined, and changes in alkali resistance were examined.

【0007】その結果、 1.上記組成に加え、アルカリ土類元素を添加すること
により、アルカリ性溶液に接触した際に、ガラス内部よ
りアルカリ土類元素の濃度が高い層がガラス表面に形成
され、この層がアルカリ成分のガラス内部への侵入を抑
制すること。 2.接触させるアルカリ溶液中にアルカリ土類元素が含
まれている場合には、ガラス母相中にアルカリ土類元素
が含まれていなくても、上記1.のアルカリ土類元素の
濃度が高い層がガラス表面に形成され耐アルカリ性が向
上すること。を見いだした。本発明はこのような新しい
知見に基づいてなされたものである。すなわち、上記目
的を達成するため、本発明の第1の発明によれば、酸化
バナジウムを主成分とする低融点ガラスであって、アル
カリ性物質に接触させることにより、該ガラス表面近傍
に該ガラス内部よりアルカリ土類元素の濃度が高い層が
形成されることを特徴とする耐アルカリ性低融点ガラス
が提供される。
As a result, 1. In addition to the above composition, by adding an alkaline earth element, a layer having a higher concentration of the alkaline earth element than the inside of the glass is formed on the glass surface when contacting with the alkaline solution, and this layer is formed inside the glass of the alkali component. Control intrusion into the building. 2. In the case where the alkaline earth element is contained in the alkali solution to be brought into contact, even if the glass matrix contains no alkaline earth element, the above-mentioned 1. A layer having a high alkaline earth element concentration is formed on the glass surface to improve alkali resistance. Was found. The present invention has been made based on such new findings. That is, according to the first aspect of the present invention, there is provided a low-melting glass containing vanadium oxide as a main component. There is provided an alkali-resistant low-melting glass characterized in that a layer having a higher alkaline earth element concentration is formed.

【0008】アルカリ性物質とは、アルカリ性物質を含
む固体,溶液,気体を指す。接触には、アルカリ土類物
質がガラス中を拡散するために、一定の時間が必要であ
る。例えば、常温のアルカリ溶液に対しては、1時間〜
2時間が必要である。この時間は、アルカリ性物質の温
度,濃度等により影響される。ガラス表面近傍に該ガラ
ス内部よりアルカリ土類元素の濃度が高い層が形成され
ることを確認するためには、アルカリ物質に接触させる
前と、接触させた後のアルカリ土類元素の濃度を、例え
ばSIMS(二次イオン質量分析),オージェ電子分光
等で調べれば良い。これらの方法によりアルカリ土類元
素の層厚さも調べることができる。通常の方法で製造し
たガラスは、アルカリ土類元素の分布は、均一である。
[0008] The alkaline substance refers to a solid, a solution, or a gas containing the alkaline substance. Contact requires a certain amount of time for the alkaline earth material to diffuse through the glass. For example, for an alkaline solution at room temperature, 1 hour to
Two hours are required. This time is affected by the temperature, concentration, etc. of the alkaline substance. In order to confirm that a layer having a higher concentration of the alkaline earth element than the inside of the glass is formed in the vicinity of the glass surface, before contact with the alkali substance, the concentration of the alkaline earth element after the contact, For example, it may be checked by SIMS (secondary ion mass spectrometry), Auger electron spectroscopy, or the like. With these methods, the layer thickness of the alkaline earth element can also be determined. Glass produced by the usual method has a uniform distribution of alkaline earth elements.

【0009】上記構成によれば、アルカリ土類元素の高
濃度層が、アルカリ性物質のガラス内部への浸透を防ぐ
ため、ガラスの変質,ガラス成分の溶出等が発生するこ
とがない。従って、アルカリ性物質が接触するような雰
囲気下でも、長期間安定して使用できるガラス組成物が
提供できる。これらガラス組成物は、高濃度アルカリ溶
液を用いる化学プラントに用いられる機器の接合用ガラ
ス,高濃度アルカリ物質を含む産業廃棄物を廃棄,保管
するための固化剤等に用いることができる。
According to the above structure, the high concentration layer of the alkaline earth element prevents the alkaline substance from penetrating into the inside of the glass, so that the deterioration of the glass and the elution of the glass component do not occur. Therefore, it is possible to provide a glass composition that can be used stably for a long period of time even in an atmosphere where alkaline substances come into contact. These glass compositions can be used as bonding glass for equipment used in chemical plants using high-concentration alkaline solutions, solidifying agents for disposing and storing industrial waste containing high-concentration alkaline substances, and the like.

【0010】第1の発明において、アルカリ土類元素の
濃度が高い層の厚さが1500nm以下であることが好
ましい。
In the first invention, the thickness of the layer having a high alkaline earth element concentration is preferably 1500 nm or less.

【0011】また、アルカリ土類元素の濃度が高い層の
厚さが300nm以下であることがより好ましい。
The thickness of the layer having a high alkaline earth element concentration is more preferably 300 nm or less.

【0012】第1の発明において、アルカリ土類元素が
カルシウム,ストロンチウム又はバリウムの少なくとも
1種であることが好ましい。
In the first invention, it is preferable that the alkaline earth element is at least one of calcium, strontium and barium.

【0013】第1の発明において、耐アルカリ性低融点
ガラスが、必須成分として、酸化リン,酸化アンチモ
ン,アルカリ土類酸化物を含むことが好ましい。
In the first invention, the alkali-resistant low-melting glass preferably contains phosphorus oxide, antimony oxide, and alkaline earth oxide as essential components.

【0014】また、第1の発明において、アルカリ土類
酸化物が、酸化バリウム,酸化ストロンチウムのいずれ
か1種以上であることが好ましい。
In the first invention, the alkaline earth oxide is preferably at least one of barium oxide and strontium oxide.

【0015】第1の発明において、耐アルカリ性低融点
ガラスが、酸化鉛を含むことが好ましい。
In the first invention, the alkali-resistant low-melting glass preferably contains lead oxide.

【0016】第1の発明において、低融点ガラスが塩基
性ガラスであることが好ましい。
In the first invention, the low melting point glass is preferably a basic glass.

【0017】また、本発明の第2の発明によれば、酸化
物換算で、V25:40〜60mol%,P25:20〜
38mol%,BaO+SrO+Sb23:10〜30mol
%、かつ、BaO+SrO≧5mol%,BaO≧0mol%,
SrO≧0mol%,Sb23≧0mol%なる関係を有し、
かつPbO:0〜15mol%であることを特徴とする耐
アルカリ性低融点ガラスが提供される。
Further, according to the second aspect of the present invention, in terms of oxide, V 2 O 5 : 40 to 60 mol%, P 2 O 5 : 20 to
38mol%, BaO + SrO + Sb 2 O 3: 10~30mol
%, And BaO + SrO ≧ 5 mol%, BaO ≧ 0 mol%,
SrO ≧ 0 mol%, Sb 2 O 3 ≧ 0 mol%,
Also provided is an alkali-resistant low-melting glass characterized by having PbO: 0 to 15 mol%.

【0018】上記構成は、本発明の第1の発明を実現す
るための好ましい組成である。
The above structure is a preferred composition for realizing the first invention of the present invention.

【0019】また、本発明の第3の発明によれば、前記
第1または第2の発明の耐アルカリ性低融点ガラスを用
いて廃棄物を固形化することを特徴とする廃棄物の処理
方法が提供される。
According to a third aspect of the present invention, there is provided a method of treating waste, comprising solidifying waste using the alkali-resistant low-melting glass of the first or second aspect. Provided.

【0020】上記構成によれば、450〜600℃で固
形化が可能であることから、低融性又は易揮発性の有害
廃棄物の処理に有効である。この有害廃棄物としては有
毒な陽イオン又はその化合物、放射性の陽イオン又はそ
の化合物が挙げられる。
According to the above configuration, since solidification is possible at 450 to 600 ° C., it is effective for treating low melting or easily volatile hazardous waste. Examples of this hazardous waste include toxic cations or compounds thereof, and radioactive cations or compounds thereof.

【0021】第3の発明において、固形化した廃棄物
を、コンクリート内部に設置しても良い。
In the third aspect, the solidified waste may be placed inside the concrete.

【0022】固化した廃棄物をコンクリート内部に設置
して、海中または地中に保管した場合、海水または地下
水がコンクリート壁を浸透してくる間に、溶液がアルカ
リ性に変化する。このため、廃棄物の固化に、本発明の
耐アルカリ性ガラスを適用した場合、固化した物質が溶
出等を起こさず、長期間安定して保管可能となる。
When the solidified waste is placed inside concrete and stored in the sea or underground, the solution changes to alkaline while seawater or groundwater permeates the concrete wall. Therefore, when the alkali-resistant glass of the present invention is applied to solidification of waste, the solidified substance does not elute or the like, and can be stably stored for a long period of time.

【0023】[0023]

【発明の実施の形態】本発明を実施例により説明する。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will be described with reference to embodiments.

【0024】試作した酸化バナジウムを主成分とする低
融点ガラスの配合組成と特性を表1に示す。
Table 1 shows the composition and characteristics of the low-melting glass mainly composed of vanadium oxide.

【0025】[0025]

【表1】 [Table 1]

【0026】ガラスは表1に示した配合組成をもとに、
アルミナルツボを用いて1000〜1100℃の温度で
1時間溶融することによって作製した。なお、配合成分
であるV25はガラス作製時にその一部が還元されてい
た。表1に示した転移温度と軟化温度は作製したガラス
を粉末にし、示差熱分析装置を用いて大気中昇温速度5
℃/分で測定した。なお、軟化温度は示差熱曲線の第2
吸熱ピーク温度を読み取ることによった。耐アルカリ性
試験は1cmの立方体に加工したガラスを70℃のアルカ
リ性溶液40ccに4時間浸漬し、その重量減少率を測定
することによった。なお、アルカリ性溶液にはpH1
1.5〜12.5の水酸化ナトリウム(NaOH)水溶
液,水酸化カルシウム(Ca(OH)2)水溶液及び塩化
ナトリウム含有水酸化カルシウム(NaCl+Ca(O
H)2)水溶液の3種類を用いた。また、従来からのいく
つかのPbO−SiO2−B23 系低融点ガラス及び耐
アルカリ性ホウケイ酸高融点ガラスに関しても同様に評
価した。これらのガラスの系と特性を表2に示す。
Glass is based on the composition shown in Table 1,
It was prepared by melting at a temperature of 1000 to 1100 ° C. for 1 hour using an alumina crucible. It should be noted that a part of V 2 O 5 as a compounding component was reduced during glass production. The transition temperature and the softening temperature shown in Table 1 were obtained by turning the produced glass into a powder and using a differential thermal analyzer to increase the temperature in the atmosphere by 5%.
Measured in ° C / min. Note that the softening temperature is the second value of the differential heat curve.
By reading the endothermic peak temperature. In the alkali resistance test, a glass processed into a 1 cm cube was immersed in 40 cc of an alkaline solution at 70 ° C. for 4 hours, and the weight loss rate was measured. In addition, alkaline solution has pH 1
1.5 to 12.5 sodium hydroxide (NaOH) aqueous solution, calcium hydroxide (Ca (OH) 2 ) aqueous solution and sodium hydroxide-containing calcium hydroxide (NaCl + Ca (O
H) 2 ) Three types of aqueous solutions were used. Was also evaluated in the same manner with respect to several PbO-SiO 2 -B 2 O 3 based low-melting glass and alkali-resistant borosilicate high melting point glass of the prior art. Table 2 shows the system and characteristics of these glasses.

【0027】[0027]

【表2】 [Table 2]

【0028】表1の試作した酸化バナジウムを主成分と
する低融点ガラスはどれも転移温度が300〜400℃
の範囲にあり、また軟化温度も400〜470℃と低か
った。これは450〜600℃の間で封着,接合,封止
等が十分に可能であることから、低融性又は易揮発性の
有害廃棄物の固形化に有効である。耐アルカリ性に関し
ては、No.1〜3のV25−P25二元系ガラスは表2
のPbO−SiO2−B23系低融点ガラスA〜Dに比
べ、重量減少率がどのアルカリ性溶液に対しても非常に
大きく、耐アルカリ性が非常に悪かった。また、No.1
6〜18のV25−P25−PbO三元系ガラスにおい
ても耐アルカリ性に乏しかった。しかし、Ca(OH)2
水溶液に対してはPbO含有量が多いガラスほど著しく
重量減少率が低減された。一方、NaOH水溶液とNa
Cl+Ca(OH)2水溶液に対してはPbO含有の効果
はあまりなく、それらに対する重量減少率はともに同様
な結果となった。アルカリ土類酸化物を含有したNo.4
〜11の三元系ガラスでは、NaOH水溶液に対しては
アルカリ土類酸化物含有量5mol% 以上で重量減少率を
0.01% 未満まで著しく低減でき、従来からの低融点
ガラスA〜Dを陵駕した。NaOH水溶液浸漬後のガラ
スを分析すると、ガラス表面にはガラス内部よりアルカ
リ土類元素の濃度が高い層が形成されていた。すなわ
ち、No.4〜7ガラス表面にはSr高濃度層、No.8〜
11ガラス表面にはBa高濃度層が形成されていた。こ
の層の厚みはアルカリ土類酸化物の含有量が多いほど薄
く、ガラス表面より1500〜300nmの範囲にあっ
た。また、この層の形成によりNaOH水溶液中のカチ
オン(Naイオン)の浸入を抑制していた。このカチオ
ンの浸入層の厚みはアルカリ土類元素の高濃度層の厚み
にほぼ対応し、ガラス表面より1500nm以下の範囲
にあった。酸化バナジウムを主成分とするガラスは塩基
性のガラスであって、アルカリ性溶液中のカチオンを引
き寄せる。
All of the low-melting-point glasses mainly composed of vanadium oxide shown in Table 1 have a transition temperature of 300 to 400 ° C.
And the softening temperature was as low as 400 to 470 ° C. This is effective for solidifying low melting or volatile volatile harmful waste since sealing, joining, sealing and the like can be sufficiently performed at 450 to 600 ° C. With respect to alkali resistance, Table 2 shows V 2 O 5 -P 2 O 5 binary glasses of Nos. 1 to 3.
Compared with the PbO-SiO 2 -B 2 O 3 based low-melting glass to D, very large for any alkaline solution weight reduction rate, alkali resistance was very poor. No. 1
It was poor in alkali resistance even at 6-18 V 2 O 5 -P 2 O 5 -PbO ternary glass. However, Ca (OH) 2
With respect to the aqueous solution, the glass having a higher PbO content had a significantly reduced weight loss rate. On the other hand, NaOH aqueous solution and Na
The effect of containing PbO was not so significant for the Cl + Ca (OH) 2 aqueous solution, and the weight reduction rates for them were similar. No. 4 containing alkaline earth oxides
In the ternary glasses of Nos. 1 to 11, the weight loss rate can be remarkably reduced to less than 0.01% when the alkaline earth oxide content is 5 mol% or more with respect to the NaOH aqueous solution. I surpassed. When the glass after immersion in the NaOH aqueous solution was analyzed, a layer having a higher concentration of the alkaline earth element was formed on the glass surface than inside the glass. That is, the Sr high concentration layer on the glass surface of No. 4-7,
A high Ba concentration layer was formed on the surface of the 11 glass. The thickness of this layer was smaller as the content of alkaline earth oxide was larger, and was in the range of 1500 to 300 nm from the glass surface. In addition, the formation of this layer suppressed the intrusion of cations (Na ions) in the NaOH aqueous solution. The thickness of the cation infiltration layer substantially corresponded to the thickness of the high concentration layer of the alkaline earth element, and was in the range of 1500 nm or less from the glass surface. Glass containing vanadium oxide as a main component is a basic glass and attracts cations in an alkaline solution.

【0029】NaOH水溶液に対する耐アルカリ性が乏
しかったNo.16〜18のV25−P25−PbO三元
系ガラスではNaイオンの浸入層の厚みがガラス表面よ
り10000nm以上もあった。したがって、上記のよ
うなアルカリ土類元素の高濃度層の形成がNaOH水溶
液に対する耐アルカリ性を著しく向上したものと考えら
れる。
The thickness of the penetration layer of the Na ions in the V 2 O 5 -P 2 O 5 -PbO ternary glass No.16~18 alkali resistance was poor for NaOH aqueous solution was also 10000nm more than the glass surface. Therefore, it is considered that the formation of the high concentration layer of the alkaline earth element as described above significantly improved the alkali resistance against the NaOH aqueous solution.

【0030】上記No.4〜11ガラスのCa(OH)2
溶液に対する耐アルカリ性に関しては、No.9ガラスか
ら示されるようにアルカリ土類酸化物含有量10mol%
以上で重量減少率を0.01% 未満まで著しく低減でき
た。これに関しても従来からの低融点ガラスA〜Dを陵
駕していた。アルカリ土類酸化物含有量10mol% 以上
のNo.6,9,11のガラスを分析すると、ガラス表面
にはアルカリ土類元素の高濃度層が形成されていた。こ
の場合のアルカリ土類元素はNaOH水溶液に対してと
は異なり、ガラス構成元素であるSrやBaではなく、
アルカリ溶液中のカチオンであるCaであった。このC
a高濃度層は走査型電子顕微鏡でも観察され、その厚み
はガラス表面より1500nm以下であった。この層の
形成によりCa(OH)2水溶液に対する耐アルカリ性が
向上したものと考えられる。
Regarding the alkali resistance of the above No. 4 to 11 glasses to Ca (OH) 2 aqueous solution, as shown in the No. 9 glass, the alkaline earth oxide content was 10 mol%.
As described above, the weight reduction rate was significantly reduced to less than 0.01%. Also in this regard, the conventional low-melting glasses A to D surpassed. When the glasses of Nos. 6, 9, and 11 having an alkaline earth oxide content of 10 mol% or more were analyzed, a high concentration layer of an alkaline earth element was formed on the glass surface. Unlike the NaOH aqueous solution, the alkaline earth element in this case is not Sr or Ba which is a glass constituent element,
The cation was Ca in the alkaline solution. This C
The high concentration layer a was also observed with a scanning electron microscope, and its thickness was 1500 nm or less from the glass surface. It is considered that the formation of this layer improved the alkali resistance to the Ca (OH) 2 aqueous solution.

【0031】上記No.4〜11ガラスのNaCl+Ca
(OH)2水溶液に対する重量減少率は、NaOH水溶液
に対してのそれとほぼ同様な結果となった。すなわち、
Ca(OH)2水溶液に対するより良好な耐アルカリ性を
示した。重量減少率が0.01%未満であるNo.9,1
0のガラスを分析すると、ガラス表面にはやはりアルカ
リ土類元素の高濃度層が形成されていた。この場合には
アルカリ溶液中のカチオンであるCaを含み、さらにガ
ラス構成元素であるBaもガラス内部より若干高濃度と
なっていた。この層ではCaイオンが優先的に浸入して
いたが、Naイオンの浸入は著しく抑制されていた。図
1にNo.9ガラスの試験後の試料をSIMSで分析した結果
を示す。横軸は、試料表面をスパッタした時間であり、
試料の表面からの深さを示す。縦軸は検出されたイオン
の個数である。図1より、試料表面から深さ300nm
の範囲にCaの高濃度層が存在することがわかる。他の
試料の分析結果でも、アルカリ土類元素の高濃度層は試
料表面から深さ1500nm程度まで存在していた。ま
た、アルカリ土類元素の存在は、Ca(OH)2水溶液に
対してと同様に走査型電子顕微鏡でも観察され、その厚
みはガラス表面より1500nm以下であった。一方、
Naイオンの浸入層の厚みはガラス表面より150nm
以下と小さかった。このアルカリ土類元素高濃度層の形
成によりNaCl+Ca(OH)2水溶液に対する耐アル
カリ性が向上したものと考えられる。
NaCl + Ca of No. 4-11 glass
The weight reduction rate with respect to the (OH) 2 aqueous solution was almost the same as that with the NaOH aqueous solution. That is,
It showed better alkali resistance to Ca (OH) 2 aqueous solution. No. 9.1 whose weight loss rate is less than 0.01%
When the glass of No. 0 was analyzed, a high concentration layer of an alkaline earth element was also formed on the glass surface. In this case, Ca, which is a cation in the alkaline solution, was contained, and Ba, which is a glass constituent element, was also slightly higher in concentration than inside the glass. In this layer, Ca ions invaded preferentially, but infiltration of Na ions was remarkably suppressed. FIG. 1 shows the result of analyzing the sample of No. 9 glass after the test by SIMS. The horizontal axis is the time when the sample surface was sputtered,
Indicates the depth from the surface of the sample. The vertical axis is the number of detected ions. As shown in FIG. 1, the depth is 300 nm from the sample surface.
It can be seen that a high concentration layer of Ca exists in the range. In the analysis results of the other samples, the high concentration layer of the alkaline earth element was present from the sample surface to a depth of about 1500 nm. The presence of the alkaline earth element was also observed with a scanning electron microscope as in the case of the Ca (OH) 2 aqueous solution, and the thickness was 1500 nm or less from the glass surface. on the other hand,
The thickness of the infiltration layer of Na ion is 150 nm from the glass surface.
The following was small. It is considered that the formation of the alkaline earth element high concentration layer improved the alkali resistance to the NaCl + Ca (OH) 2 aqueous solution.

【0032】SrOとBaOの両方を8mol% ずつ含有
したNo.12ガラスは、どのアルカリ性溶液に対しても
重量減少率が0.01% 未満であり、良好な耐アルカリ
性を示した。また、上記同様にガラス表面にアルカリ土
類元素の高濃度層の形成が認められた。Sb23を含む
三元系ガラスNo.13〜15ではCa(OH)2水溶液に
対する耐アルカリ性は良好な結果が得られたが、NaO
H水溶液とNaCl+Ca(OH)2水溶液に対する耐ア
ルカリ性に関しては重量減少率が非常に大きかった。C
a(OH)2水溶液に対してはガラス表面にCa高濃度層
が形成されていた。その厚みはガラス表面より1500
nm以下であった。一方、その他の溶液に対しては溶液
中のカチオンであるNaイオンの浸入が認められたもの
の、このような層は確認されなかった。なお、含有した
Sb23はガラス作製時に3価から5価のイオンに変わ
っていた。Sb23とPbOの両方を含む四元系ガラス
No.19〜21ではどちらか一方を含むNo.13〜18
の三元系ガラスに比べ、耐アルカリ性を向上できた。し
かし、Ca(OH)2水溶液に対する耐アルカリ性は良好
なものの、NaOH水溶液とNaCl+Ca(OH)2
溶液に対する耐アルカリ性は従来からのPbO−SiO
2−B23 系低融点ガラスA〜Dとほぼ同等であり、十
分とは言えない。なお、Ca(OH)2水溶液に対しては
ガラス表面にCa高濃度層が形成されていた。また、そ
の厚みはガラス表面より1500nm以下であった。
The No. 12 glass containing both SrO and BaO in an amount of 8 mol% each had a weight reduction ratio of less than 0.01% with respect to any of the alkaline solutions, and showed good alkali resistance. Also, formation of a high concentration layer of an alkaline earth element on the glass surface was observed as described above. Sb 2 O 3 alkali resistance against ternary In glass No.13~15 Ca (OH) 2 aqueous solution containing is good results were obtained, NaO
With respect to the alkali resistance to the H aqueous solution and the NaCl + Ca (OH) 2 aqueous solution, the weight reduction rate was very large. C
With respect to the a (OH) 2 aqueous solution, a Ca high concentration layer was formed on the glass surface. Its thickness is 1500 from the glass surface
nm or less. On the other hand, infiltration of Na ions, which are cations in the solution, was observed in other solutions, but such a layer was not confirmed. The contained Sb 2 O 3 was changed from trivalent to pentavalent ions at the time of glass production. Sb 2 O 3 and No.13~18 containing either the four-component glass No.19~21 containing both PbO
The alkali resistance was improved as compared with the ternary glass. However, although the alkali resistance against the Ca (OH) 2 aqueous solution is good, the alkali resistance against the NaOH aqueous solution and the NaCl + Ca (OH) 2 aqueous solution is the same as the conventional PbO—SiO 2.
2 -B 2 O 3 system is substantially equal to the low-melting glass to D, not enough. Note that a Ca high concentration layer was formed on the glass surface for the Ca (OH) 2 aqueous solution. Further, its thickness was 1500 nm or less from the glass surface.

【0033】BaOとSb23の両者を含む四元系ガラ
スNo.22〜27ではその両者の利点を生かして、どの
アルカリ性溶液に対しても非常に良好な耐アルカリ性を
示した。これらのガラスの耐アルカリ性は従来からのP
bO−SiO2−B23 系低融点ガラスA〜Dのそれを
著しく上回ることはもちろんのこと、耐アルカリ性ホウ
ケイ酸高融点ガラスEのそれに匹敵するものであった。
このガラスEは優れた耐アルカリ性を示すが、転移温度
及び軟化温度が非常に高く、有害廃棄物を固形化するに
は1200℃程度の作業温度が必要となる。すなわち、
低融性又は易揮発性の有害廃棄物の固形化には不適であ
る。ガラスNo.22〜27のガラス表面にはどのアルカ
リ性溶液に対しても先に述べたアルカリ土類元素の高濃
度層の形成が認められた。しかし、その層の厚みは薄
く、ガラス表面より300nm以下であった。また、B
aO,Sb23及びPbOを含む五元系ガラスNo.28
においても上記No.22〜27と同様な結果が得られ、
優れた耐アルカリ性を示した。
The quaternary glasses Nos. 22 to 27 containing both BaO and Sb 2 O 3 exhibited very good alkali resistance to any alkaline solution, taking advantage of both. The alkali resistance of these glasses is the same as the conventional P
bO-SiO 2 -B 2 O 3 system to surpass significantly that of the low-melting glass A~D, of course, was comparable to that of an alkali-resistant borosilicate high melting point glass E.
This glass E exhibits excellent alkali resistance, but has a very high transition temperature and softening temperature, and requires a working temperature of about 1200 ° C. to solidify hazardous waste. That is,
It is not suitable for solidification of low melting or volatile volatile hazardous waste. The formation of the above-mentioned high concentration layer of alkaline earth element was observed on the glass surfaces of Glass Nos. 22 to 27 for any alkaline solution. However, the thickness of the layer was thin, 300 nm or less from the glass surface. Also, B
Pentagonal glass containing aO, Sb 2 O 3 and PbO No. 28
Also obtained the same results as in the above Nos. 22 to 27,
It showed excellent alkali resistance.

【0034】次に表1及び表2の中からガラスを選出し
て、長期耐アルカリ性試験を行った。この試験は、1cm
の立方体に加工したガラスを70℃のアルカリ性溶液1
00ccに30日間浸漬し、ガラスより溶出した各主要陽
イオン元素を化学分析することによった。なお、アルカ
リ性溶液にはpH12の水酸化ナトリウム(NaOH)水
溶液と水酸化カルシウム(Ca(OH)2)水溶液の2種
類を用いた。また、試験中の水溶液の蒸発においては随
時、水を補給することによって対処した。表3に各ガラ
スからアルカリ性溶液中へ溶出した主要陽イオン元素量
の和をガラス単位表面積当たり及び単位日数当たり(mg
/cm2・day)に計算した値を示す。
Next, a glass was selected from Tables 1 and 2 and subjected to a long-term alkali resistance test. This test is 1cm
Glass processed into a cube of 70 ° C alkaline solution 1
The sample was immersed in 00 cc for 30 days, and each major cation element eluted from the glass was subjected to chemical analysis. In addition, two kinds of aqueous solutions of sodium hydroxide (NaOH) and calcium hydroxide (Ca (OH) 2 ) having a pH of 12 were used as the alkaline solution. The evaporation of the aqueous solution during the test was dealt with by replenishing water as needed. Table 3 shows the sum of the amounts of the major cation elements eluted from each glass into the alkaline solution per unit surface area of glass and per unit day (mg
/ Cm 2 · day).

【0035】[0035]

【表3】 [Table 3]

【0036】No.2のV25−P25二元系ガラスは従
来からのPbO−SiO2−B23系低融点ガラスAに
比べても上記2種類のアルカリ性溶液に対してかなりの
量のガラス成分が溶出していた。表1の重量減少率の結
果からも分かるように耐アルカリ性は非常に悪い。しか
し、アルカリ土類酸化物を含有したNo.6,9,11の
三元系ガラスでは、どちらのアルカリ性溶液に対しても
溶出量を1mg/cm2・day 以下にまで著しく低減でき、
従来の低融点ガラスA,Cの耐アルカリ性を陵駕してい
た。アルカリ土類酸化物の含有は全ガラス構成陽イオン
元素の溶出を抑制していたが、特に主成分であるV元素
に対しての溶出抑制効果が非常に大きかった。また、ガ
ラスを分析すると、アルカリ性溶液中のカチオンの浸入
はガラス表面から1500nm以下に抑えられていた。
The V 2 O 5 -P 2 O 5 binary glass No.2 whereas the two types of alkaline solutions as compared to the PbO-SiO 2 -B 2 O 3 based low-melting glass A from the prior art And a considerable amount of glass components were eluted. As can be seen from the results of the weight loss rates in Table 1, the alkali resistance is very poor. However, in the ternary glasses of Nos. 6, 9, and 11 containing alkaline earth oxides, the elution amount can be significantly reduced to 1 mg / cm 2 · day or less for both alkaline solutions.
The alkali resistance of the conventional low melting point glasses A and C surpassed. Although the content of the alkaline earth oxide suppressed the elution of the cation elements constituting all the glasses, the effect of suppressing the elution of the element V as the main component was particularly large. When the glass was analyzed, the intrusion of cations in the alkaline solution was suppressed to 1500 nm or less from the glass surface.

【0037】Sb23を含む三元系ガラスNo.15では
Ca(OH)2水溶液への溶出量は上記アルカリ土類酸化
物を含有したNo.6,9,11ガラスの半分以下であ
り、非常に良好な結果が得られた。しかし、NaOH水
溶液に対しては溶出量が非常に多く、No.2ガラスとほ
ぼ同程度であった。Ca(OH)2水溶液に対しては全ガ
ラス構成陽イオン元素の溶出を抑制し、ガラスへのカチ
オン(Caイオン)の浸入はガラス表面から1500n
m以下に抑えられていた。しかし、NaOH水溶液に対
しては全ガラス構成陽イオン元素が多量に溶出し、その
中でもSb元素の溶出量が非常に多かった。また、Na
OH水溶液中のカチオン(Naイオン)の浸入も多く、
その浸入層の厚みはガラス表面より10000nm近く
あった。さらにPbOを含有した四元系ガラスNo.1
9,21でもCa(OH)2水溶液への溶出量は上記No.
15ガラスと同程度あり、その耐アルカリ性は良好であ
った。しかし、NaOH水溶液への溶出量は未だ多いも
のの、PbOの含有によって従来の低融点ガラスA,C
並みまでには低減できた。また、NaOH水溶液への溶
出量が少なくなった分、ガラスへのカチオン(Caイオ
ン)の浸入はNo.15ガラスの1/3〜1/2程度とな
っていた。
In the ternary glass No. 15 containing Sb 2 O 3 , the elution amount into the Ca (OH) 2 aqueous solution is less than half that of the above-mentioned alkaline earth oxide-containing No. 6, 9, and 11 glasses. Very good results were obtained. However, the elution amount was very large with respect to the NaOH aqueous solution, which was almost the same as that of No. 2 glass. For Ca (OH) 2 aqueous solution, elution of all glass constituent cation elements is suppressed, and cations (Ca ions) enter glass by 1500n from the glass surface.
m or less. However, a large amount of the cation elements constituting the entire glass eluted with respect to the NaOH aqueous solution, and among them, the elution amount of the Sb element was extremely large. Na
A large amount of cations (Na ions) in the OH aqueous solution
The thickness of the infiltration layer was nearly 10,000 nm from the glass surface. PbO-containing quaternary glass No. 1
Even in the cases of Nos. 9 and 21, the amount eluted into the Ca (OH) 2 aqueous solution was the above-mentioned No.
Alkali resistance was good, equivalent to 15 glasses. However, although the elution amount into the NaOH aqueous solution is still large, the conventional low melting point glass A, C
It could be reduced to the average. In addition, the amount of cations (Ca ions) permeated into the glass was about 1/3 to 1/2 of that of No. 15 glass because the amount of elution into the NaOH aqueous solution was reduced.

【0038】BaOとSb23の両者を含む四元系ガラ
スNo.22,24,25,27ではどちらのアルカリ性
溶液に対しても溶出量が0.1mg/cm2・day 以下と非常
に小さく、優れた耐アルカリ性を示した。これらガラス
の溶出量は従来からのPbO−SiO2−B23 系低融
点ガラスA,Cのそれよりも著しく小さく、耐アルカリ
性ホウケイ酸高融点ガラスEのそれに匹敵するものであ
った。先にも述べたように、このガラスEは優れた耐ア
ルカリ性を示すが、転移温度及び軟化温度が非常に高
く、有害廃棄物を固形化するには1200℃程度の作業
温度が必要となることから、低融性又は易揮発性の有害
廃棄物の固形化には不適である。ガラスNo.22,2
4,25,27にもどちらのアルカリ性溶液に対しても
溶液中のカチオンの浸入が認められた。しかし、その浸
入層の厚みは非常に薄く、ガラス表面より300nm以
下であった。また、BaO,Sb23及びPbOを含む
五元系ガラスNo.28ではBaOとSb23の含有量の
和が少なくとも上記No.22,24,25,27ガラス
並みの優れた耐アルカリ性を示した。
In the quaternary glasses Nos. 22, 24, 25, and 27 containing both BaO and Sb 2 O 3 , the elution amount was 0.1 mg / cm 2 · day or less for any of the alkaline solutions. It was small and showed excellent alkali resistance. Elution of these glasses was comparable to that of PbO-SiO 2 -B 2 O 3 based low-melting glass A, significantly less than that and C, alkali resistance borosilicate high melting point glass E of the prior art. As described above, this glass E exhibits excellent alkali resistance, but has a very high transition temperature and softening temperature, and requires a working temperature of about 1200 ° C. to solidify hazardous waste. Therefore, it is not suitable for solidification of low melting or volatile volatile waste. Glass No.22,2
At 4, 25, and 27, the intrusion of cations in the solutions was observed for both alkaline solutions. However, the thickness of the infiltration layer was very thin, 300 nm or less from the glass surface. Further, in the pentagonal glass No. 28 containing BaO, Sb 2 O 3 and PbO, the sum of the contents of BaO and Sb 2 O 3 is at least as high as that of the glasses No. 22, 24, 25 and 27. showed that.

【0039】以上より、本発明の耐アルカリ性低融点ガ
ラスは酸化バナジウムを主成分とする低融点ガラスであ
って、アルカリ性溶液に接するとガラス表面にガラス内
部よりアルカリ土類元素の濃度が高い層が形成されるこ
とによって、耐アルカリ性を向上又は改善した。このア
ルカリ土類元素の濃度が高い層の厚みはガラス表面より
1500nm以下であり、好ましくは300nm以下で
あった。また、この層に含まれるアルカリ土類元素はカ
ルシウム,ストロンチウム又はバリウムであった。前記
耐アルカリ性低融点ガラスは酸化バナジウムの他に、さ
らに成分として酸化リン,酸化アンチモン,アルカリ土
類酸化物を含んでいた。また、このアルカリ土類酸化物
としては酸化バリウム又は/及び酸化ストロンチウムが
有効であった。さらにガラス成分として酸化鉛を含んで
も良かった。
As described above, the alkali-resistant low-melting glass of the present invention is a low-melting glass containing vanadium oxide as a main component, and when exposed to an alkaline solution, a layer having a higher concentration of an alkaline earth element than the inside of the glass is formed on the glass surface. By being formed, the alkali resistance was improved or improved. The thickness of the layer having a high alkaline earth element concentration was 1500 nm or less from the glass surface, and was preferably 300 nm or less. The alkaline earth element contained in this layer was calcium, strontium or barium. The alkali-resistant low-melting glass further contained phosphorus oxide, antimony oxide, and alkaline earth oxide as components in addition to vanadium oxide. Barium oxide and / or strontium oxide was effective as the alkaline earth oxide. Further, lead oxide may be included as a glass component.

【0040】また、本発明の耐アルカリ性低融点ガラス
は転移温度が300〜400℃である低融点ガラスであ
って、アルカリ性溶液中へのこの低融点ガラスを構成す
る主要陽イオン元素の溶出量の和が1mg/cm2・day以下
であった。さらに好ましくはこの溶出量の和が0.1mg
/cm2・day 以下であった。前記耐アルカリ性低融点ガ
ラスは塩基性ガラスであって、アルカリ性溶液中に含ま
れるカチオンがガラス表面より浸入する厚みがガラス表
面から1500nm以下であり、好ましくは300nm以
下であった。
Further, the alkali-resistant low-melting glass of the present invention is a low-melting glass having a transition temperature of 300 to 400 ° C., and the amount of the main cation element constituting the low-melting glass eluted into an alkaline solution. The sum was 1 mg / cm 2 · day or less. More preferably, the sum of the elution amounts is 0.1 mg.
/ Cm 2 · day or less. The alkali-resistant low-melting glass was a basic glass, and had a thickness at which cations contained in the alkaline solution penetrated from the glass surface was 1500 nm or less from the glass surface, and preferably 300 nm or less.

【0041】また、本発明の耐アルカリ性低融点ガラス
は以下の酸化物換算で V25:40−60mol% P25:20−38mol% BaO+SrO+Sb23:10−30mol% (BaO+SrO≧5mol%,BaO≧0mol%,SrO
≧0mol%,Sb23≧0mol%) PbO:0−15mol% の組成範囲にあることが有効であった。
The alkali-resistant low-melting glass of the present invention has the following oxide conversion: V 2 O 5 : 40-60 mol% P 2 O 5 : 20-38 mol% BaO + SrO + Sb 2 O 3 : 10-30 mol% (BaO + SrO ≧ 5 mol%, BaO ≧ 0 mol%, SrO
≧ 0 mol%, Sb 2 O 3 ≧ 0 mol%) It was effective that the composition range of PbO: 0 to 15 mol% was effective.

【0042】以上述べた本発明の耐アルカリ性低融点ガ
ラスは十分な低融性と優れた耐アルカリ性を持ち合わせ
るために、低融性又は易揮発性の有害廃棄物の処理等に
有効に用いることができる。本発明の耐アルカリ性低融
点ガラスを用いて有害廃棄物を処理した。有害廃棄物と
しては有毒性の高い砒素イオン及びその化合物を用い
た。この有害廃棄物の含有量を10〜30wt.% とし
て、550〜600℃で加熱しながら耐アルカリ性低融
点ガラスと混ぜ合わせ固形化した。その耐アルカリ性低
融点ガラスには表1及び2で示したNo.9及び24ガラ
スを用いた。本発明の耐アルカリ性低融点ガラスは塩基
性ガラスであるため、砒素イオン等の陽イオンを安定に
トラップしやすい特長がある。No.9及び24ガラスを
用いて固形化したものは砒素イオンをほぼ完全にガラス
内にトラップされていた。また、比較のため、従来から
のPbO−SiO2 −B23系低融点ガラスA及びCも
用いて同様に固形化した。図2に示すように各低融点ガ
ラスで固形化したブロック1を、それぞれコンクリート
製の入れ物2の内部に設置し、それを水中3にて50日
間放置した。この際、コンクリート製の入れ物2の内部
にまで水3が浸透していた。また、コンクリート製の入
れ物2の内外部の水はコンクリートから溶出したCa
(OH)2等により約pH12のアルカリ性水溶液に変化
していた。50日後にコンクリート製の入れ物2の内外
部の水を採取し、溶出した砒素イオンの有無を化学分析
により確認した。従来からのPbO−SiO2−B23
系低融点ガラスA及びCを用いた場合には内外部の水の
両方に砒素イオンが確認された。その溶出量はどちらの
ガラスとも問題となる量であったが、より低融性で耐ア
ルカリ性が乏しいAガラスを用いた場合の方が多量に溶
出していた。これはアルカリ性水溶液へのガラス成分の
溶出とともに砒素イオンが溶出されることを示唆してい
る。耐アルカリ性が良好なNo.9及び24ガラスを用い
た場合にはコンクリート製の入れ物の外部の水には砒素
イオンの溶出が確認されなかった。しかし、No.9ガラ
スでは問題となる量ではないが、内部の水に微量の砒素
イオンが検出された。一方、No.9ガラスより耐アルカ
リ性が優れるNo.24ガラスでは内部の水にも砒素イオ
ンの溶出は確認されなかった。また、塩水を用いて同様
な試験を行ったが、No.9及び24ガラスに関しては水
を用いた場合と同様に良好な結果が得られた。しかし、
従来からのPbO−SiO2−B23 系低融点ガラスA
及びCを用いた場合には砒素イオンの溶出量が増加して
いた。
The alkali-resistant low-melting glass of the present invention described above can be effectively used for treating low-melting or easily volatile hazardous wastes in order to have sufficient low-melting properties and excellent alkali resistance. it can. Hazardous waste was treated using the alkali-resistant low-melting glass of the present invention. As toxic waste, highly toxic arsenic ions and their compounds were used. With the content of this hazardous waste being 10 to 30 wt.%, The mixture was mixed with an alkali-resistant low-melting glass while being heated at 550 to 600 ° C., and solidified. No. 9 and 24 glasses shown in Tables 1 and 2 were used as the alkali-resistant low-melting glass. Since the alkali-resistant low-melting glass of the present invention is a basic glass, it has a feature that cations such as arsenic ions are easily trapped stably. In the case of solidification using No. 9 and 24 glasses, arsenic ions were almost completely trapped in the glass. For comparison, solidified similarly used also PbO-SiO 2 -B 2 O 3 based low-melting glass A and C of the prior art. As shown in FIG. 2, each block 1 solidified with each low-melting glass was placed in a concrete container 2 and left in water 3 for 50 days. At this time, the water 3 had penetrated into the concrete container 2. The water inside and outside the concrete container 2 contains Ca eluted from the concrete.
By (OH) 2 etc., it was changed to an alkaline aqueous solution of about pH 12. After 50 days, water inside and outside the concrete container 2 was collected, and the presence or absence of eluted arsenic ions was confirmed by chemical analysis. PbO-SiO 2 -B 2 O 3 from the conventional
When the system low melting glasses A and C were used, arsenic ions were confirmed in both inside and outside water. The elution amount was a problematic amount in both glasses, but a larger amount was eluted when A glass having lower melting property and poor alkali resistance was used. This suggests that arsenic ions are eluted together with the elution of the glass component into the alkaline aqueous solution. When No. 9 and 24 glasses having good alkali resistance were used, no elution of arsenic ions was observed in the water outside the concrete container. However, trace amounts of arsenic ions were detected in the water inside, although this was not a problem in No. 9 glass. On the other hand, no elution of arsenic ions was observed in the internal water of No. 24 glass, which had better alkali resistance than No. 9 glass. A similar test was conducted using salt water, but good results were obtained for No. 9 and No. 24 glasses as in the case of using water. But,
PbO-SiO 2 -B 2 O 3 based low-melting glass A from the prior art
When C and C were used, the elution amount of arsenic ions increased.

【0043】次に有害廃棄物として放射性の高い溶融塩
(LiCl−KCl)を用いて、本発明の耐アルカリ性
低融点ガラスで固形化し、上記同様な試験を行った。こ
の有害廃棄物の含有量を10〜30wt.% として、4
50〜550℃で加熱しながら本発明の耐アルカリ性低
融点ガラスと混ぜ合わせて固形化した。その耐アルカリ
性低融点ガラスには表1及び2で示したNo.11と25
ガラスを用いた。本発明の耐アルカリ性低融点ガラスN
o.11及び25を用いて固形化したものには、Li及び
Kの放射性陽イオンをほぼ完全にガラス内にトラップし
ていた。しかし、Clに関してはガラス固形化時に塩素
ガス(Cl2 )としてほとんどが蒸発してしまった。C
lは放射能化されていないため、ガラス固形化時に塩素
ガスを回収し、新たに溶融塩を合成する時に再利用する
ことにした。また、比較のため、従来からのPbO−S
iO2−B23 系低融点ガラスA及びBも用いて同様に
固形化した。この場合にはClのガス化はほとんど認め
られなかった。図2で示したように各低融点ガラスで固
形化したブロック1を、それぞれコンクリート製の入れ
物2の内部に設置し、それを水中3にて50日間放置し
た。この際、コンクリート製の入れ物2の内部にまで水
3が浸透していた。また、コンクリート製の入れ物2の
内外部の水はコンクリートから溶出したCa(OH)2
により約pH12のアルカリ性水溶液に変化していた。
50日後にコンクリート製の入れ物2の内外部の水を採
取し、溶出したLi及びKの放射性陽イオンの有無を化
学分析により確認した。従来からのPbO−SiO2
23 系低融点ガラスA及びBを用いた場合には内外
部の水の両方にLiイオンとKイオンが確認された。そ
の溶出量はどちらのガラスにおいても多く、環境保全上
大きな問題であった。一方、本発明の耐アルカリ性低融
点ガラスNo.11及び25を用いた場合にはコンクリー
ト製の入れ物の外部の水にはLiイオンとKイオンの溶
出が確認されなかった。しかし、No.11ガラスでは内
部の水に微量のLiイオンとKイオンが検出された。高
レベル放射性廃棄物の処理に関しては絶対的な長期信頼
性を確保する必要があるために、50日間程度の浸漬で
微量でも溶出することは好ましくない。数十年も経過す
ればコンクリートを通してLiイオンとKイオンが外部
の水へ流れ出る可能性が高い。No.11ガラスより耐ア
ルカリ性が優れるNo.25ガラスでは内部の水にもLi
イオンとKイオンの溶出は確認されなかった。また、塩
水を用いて同様な試験を行ったが、No.25ガラスに関
しては水を用いた場合と同様に良好な結果が得られた。
しかし、従来からのPbO−SiO2−B23 系低融点
ガラスA及びCを用いた場合にはLiイオンとKイオン
の溶出量が増加していた。
Next, using a highly radioactive molten salt (LiCl-KCl) as a hazardous waste, it was solidified with the alkali-resistant low-melting glass of the present invention and subjected to the same test as described above. Assuming that the content of this hazardous waste is 10 to 30 wt.
While heating at 50 to 550 ° C., the mixture was mixed with the alkali-resistant low-melting glass of the present invention and solidified. The alkali-resistant low-melting glass includes Nos. 11 and 25 shown in Tables 1 and 2.
Glass was used. The alkali-resistant low-melting glass N of the present invention
In those solidified using o. 11 and 25, radioactive cations of Li and K were almost completely trapped in the glass. However, most of Cl was evaporated as chlorine gas (Cl 2 ) during glass solidification. C
Since l is not radioactive, chlorine gas was recovered during glass solidification and reused when synthesizing a new molten salt. For comparison, a conventional PbO-S
iO 2 -B 2 O 3 based low-melting glass A and B were also solidified similarly using. In this case, almost no gasification of Cl was observed. As shown in FIG. 2, the blocks 1 solidified with each low-melting glass were placed inside a concrete container 2 and left in water 3 for 50 days. At this time, the water 3 had penetrated into the concrete container 2. The water inside and outside the concrete container 2 was changed to an alkaline aqueous solution having a pH of about 12 due to Ca (OH) 2 and the like eluted from the concrete.
After 50 days, water inside and outside the concrete container 2 was collected, and the presence or absence of eluted Li and K radioactive cations was confirmed by chemical analysis. Conventional PbO-SiO 2-
When B 2 O 3 -based low-melting glasses A and B were used, Li ions and K ions were confirmed in both inside and outside water. The elution amount was large in both glasses, which was a major problem in environmental conservation. On the other hand, when the alkali-resistant low-melting glasses Nos. 11 and 25 of the present invention were used, no elution of Li ions and K ions was observed in the water outside the concrete container. However, in the case of No. 11 glass, trace amounts of Li ions and K ions were detected in the water inside. Since it is necessary to ensure absolute long-term reliability for the treatment of high-level radioactive waste, it is not preferable to dissolve even a minute amount by immersion for about 50 days. After several decades, there is a high possibility that Li ions and K ions flow out to outside water through concrete. No. 25 glass, which has better alkali resistance than No. 11 glass, contains Li
Elution of ions and K ions was not confirmed. A similar test was carried out using salt water. As for No. 25 glass, good results were obtained as in the case where water was used.
However, the elution amount of Li ions and K ions was increased in the case of using a PbO-SiO 2 -B 2 O 3 based low-melting glass A and C of the prior art.

【0044】以上より、本発明による有害廃棄物の処理
方法は、先に説明した本発明の耐アルカリ性低融点ガラ
スを用いて低融性又は易揮発性の有害廃棄物を450〜
600℃の低温で固形化されるため、固形化時の問題もな
く、またそれをコンクリート内部に設置することによる
長期信頼性と安全性も確保できる。本発明は低融性又は
易揮発性の有害廃棄物として有毒な陽イオン又はその化
合物の処理に適用でき、またより耐アルカリ性に優れた
本発明の低融点ガラスを用いることによって放射性の陽
イオン又はその化合物の処理にも対応できる。本発明の
耐アルカリ性低融点ガラスは塩基性ガラスであることか
ら、特に有害な陽イオンの固形化に適している。更に、
本発明の有害廃棄物の処理は、特に低融性又は易揮発性
の有害廃棄物の処理に有効であるが、その他の有害廃棄
物の処理にも適用できるものである。
As described above, the method for treating hazardous wastes according to the present invention uses the above-described alkali-resistant low-melting glass of the present invention to reduce low-melting or readily volatile hazardous wastes by 450-450.
Since it is solidified at a low temperature of 600 ° C, there is no problem during solidification, and long-term reliability and safety can be ensured by installing it inside concrete. The present invention can be applied to the treatment of toxic cations or compounds thereof as a low-melting or volatile hazardous waste, and the use of the low-melting glass of the present invention, which is more excellent in alkali resistance, allows the use of radioactive cations or The compound can be treated. Since the alkali-resistant low-melting glass of the present invention is a basic glass, it is particularly suitable for solidifying harmful cations. Furthermore,
The treatment of hazardous wastes of the present invention is particularly effective for treating low melting or volatile volatile wastes, but can also be applied to the treatment of other hazardous wastes.

【0045】[0045]

【発明の効果】本発明によれば、低融点ガラスの耐アル
カリ性を著しく向上又は改善できる。本発明の耐アルカ
リ性低融点ガラスでは従来からのPbO−SiO2−B2
3 系低融点ガラスと同等の低融性と、かつ従来からの
耐アルカリ性ホウケイ酸高融点ガラスと同等の耐アルカ
リ性とを実現できる。また、本発明によれば、発明した
耐アルカリ性低融点ガラスにより低融性又は易揮発性の
有害廃棄物を低温で固形化でき、しかも固形化したもの
は優れた信頼性と安全性を確保できる。本発明は低融性
又は易揮発性の有害廃棄物として有毒な陽イオン又はそ
の化合物の処理に適用でき、またより耐アルカリ性に優
れた本発明の低融点ガラスを用いることによって放射性
の陽イオン又はその化合物の処理にも対応できる。本発
明の耐アルカリ性低融点ガラスは塩基性ガラスであるこ
とから、特に有害な陽イオンの固形化に適している。
According to the present invention, the alkali resistance of low-melting glass can be significantly improved or improved. In the alkali-resistant low-melting glass of the present invention, conventional PbO—SiO 2 —B 2
It is possible to realize low melting property equivalent to O 3 -based low melting point glass and alkali resistance equivalent to conventional alkali-resistant borosilicate high melting point glass. Further, according to the present invention, the low-melting or easily volatile hazardous waste can be solidified at a low temperature by the invented alkali-resistant low-melting glass, and the solidified one can ensure excellent reliability and safety. . The present invention can be applied to the treatment of toxic cations or compounds thereof as a low-melting or volatile hazardous waste, and the use of the low-melting glass of the present invention, which is more excellent in alkali resistance, allows the use of radioactive cations or The compound can be treated. Since the alkali-resistant low-melting glass of the present invention is a basic glass, it is particularly suitable for solidifying harmful cations.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明ガラスのアルカリ土類元素高濃度層の存
在を示す図。
FIG. 1 is a view showing the presence of an alkaline earth element high concentration layer in the glass of the present invention.

【図2】有害廃棄物の処理試験状況を示した図。FIG. 2 is a diagram showing a treatment test status of hazardous waste.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…低融点ガラスで有害廃棄物を固形化したブロック、
2…コンクリート製の入れ物、3…水又は塩水。
1. Block made of hazardous waste solidified with low melting glass,
2 ... concrete container, 3 ... water or salt water.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山本 浩貴 茨城県日立市大みか町七丁目1番1号 株 式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者 元脇 成久 茨城県日立市大みか町七丁目1番1号 株 式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者 高橋 研 茨城県日立市大みか町七丁目1番1号 株 式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者 西 高志 茨城県日立市大みか町七丁目2番1号 株 式会社日立製作所電力・電機開発本部内 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Hiroki Yamamoto 7-1-1, Omika-cho, Hitachi City, Ibaraki Prefecture Inside the Hitachi Research Laboratory, Hitachi, Ltd. Hitachi 1-1, Hitachi Ltd. (72) Inventor Ken Takahashi 7-1-1, Omika-cho, Hitachi City, Ibaraki Pref. Hitachi Research Laboratory, Hitachi, Ltd. (72) Takashi Nishi Hitachi, Ibaraki, Japan 7-2-1, Mikamachi, Oita City Hitachi Electric Power / Electricity Development Division

Claims (11)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】酸化バナジウムを主成分とする低融点ガラ
スであって、アルカリ性物質に接触させることにより、
該ガラス表面近傍に該ガラス内部よりアルカリ土類元素
の濃度が高い層が形成されることを特徴とする耐アルカ
リ性低融点ガラス。
1. A low-melting glass containing vanadium oxide as a main component, which is brought into contact with an alkaline substance,
An alkali-resistant low-melting glass, wherein a layer having a higher alkaline earth element concentration than the inside of the glass is formed near the surface of the glass.
【請求項2】請求項1記載のアルカリ土類元素の濃度が
高い層の厚さが1500nm以下であることを特徴とす
る耐アルカリ性低融点ガラス。
2. The alkali-resistant low-melting glass according to claim 1, wherein the thickness of the layer having a high alkaline earth element concentration is 1500 nm or less.
【請求項3】請求項1記載のアルカリ土類元素の濃度が
高い層の厚さが300nm以下であることを特徴とする
耐アルカリ性低融点ガラス。
3. The alkali-resistant low-melting glass according to claim 1, wherein the layer having a high alkaline earth element concentration has a thickness of 300 nm or less.
【請求項4】請求項1〜3のいずれかに記載のアルカリ
土類元素がカルシウム,ストロンチウム又はバリウムの
少なくとも1種であることを特徴とする耐アルカリ性低
融点ガラス。
4. An alkali-resistant low-melting glass characterized in that the alkaline earth element according to claim 1 is at least one of calcium, strontium and barium.
【請求項5】請求項1〜3のいずれかに記載の耐アルカ
リ性低融点ガラスが、必須成分として、酸化リン,酸化
アンチモン,アルカリ土類酸化物を含むことを特徴とす
る耐アルカリ性低融点ガラス。
5. An alkali-resistant low-melting glass according to any one of claims 1 to 3, wherein the alkali-resistant low-melting glass contains phosphorus oxide, antimony oxide, and alkaline earth oxide as essential components. .
【請求項6】請求項5記載のアルカリ土類酸化物が、酸
化バリウム,酸化ストロンチウムのいずれか1種以上で
あることを特徴とする耐アルカリ性低融点ガラス。
6. The alkali-resistant low-melting glass according to claim 5, wherein the alkaline earth oxide is at least one of barium oxide and strontium oxide.
【請求項7】請求項5記載の耐アルカリ性低融点ガラス
が、酸化鉛を含むことを特徴とする耐アルカリ性低融点
ガラス。
7. The alkali-resistant low-melting glass according to claim 5, wherein the glass contains lead oxide.
【請求項8】請求項1〜7のいずれかに記載の低融点ガ
ラスが塩基性ガラスであることを特徴とする耐アルカリ
性低融点ガラス。
8. An alkali-resistant low-melting glass, wherein the low-melting glass according to claim 1 is a basic glass.
【請求項9】酸化物換算で V25:40〜60mol% P25:20〜38mol% BaO+SrO+Sb23:10〜30mol% かつ、BaO+SrO≧5mol%,BaO≧0mol%,S
rO≧0mol%,Sb23≧0mol%なる関係を有し、か
つ PbO:0〜15mol% であることを特徴とする耐アルカリ性低融点ガラス。
9. V 2 in terms of oxide O 5: 40~60mol% P 2 O 5: 20~38mol% BaO + SrO + Sb 2 O 3: 10~30mol% and, BaO + SrO ≧ 5mol%, BaO ≧ 0mol%, S
An alkali-resistant low-melting glass having a relationship of rO ≧ 0 mol% and Sb 2 O 3 ≧ 0 mol%, and wherein PbO is 0 to 15 mol%.
【請求項10】請求項1〜9のいずれかに記載の耐アル
カリ性低融点ガラスを用いて廃棄物を固形化することを
特徴とする廃棄物の処理方法。
10. A method for treating waste, comprising solidifying waste using the alkali-resistant low-melting glass according to any one of claims 1 to 9.
【請求項11】請求項10記載の固形化した廃棄物を、
コンクリート内部に設置することを特徴とする廃棄物の
処理方法。
11. The solidified waste according to claim 10,
A waste disposal method characterized by being installed inside concrete.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008185852A (en) * 2007-01-31 2008-08-14 Hitachi Ltd Image display device and glass frit for sealing
US7585798B2 (en) 2003-06-27 2009-09-08 Yamato Electronic Co., Ltd. Lead-free glass material for use in sealing and, sealed article and method for sealing using the same
KR100920908B1 (en) * 2007-08-29 2009-10-12 주식회사 다이온 Lead-free glass composition for sealing display panel

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