JPS58218696A - 放射性廃棄物の処理方法 - Google Patents

放射性廃棄物の処理方法

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JPS58218696A
JPS58218696A JP10245782A JP10245782A JPS58218696A JP S58218696 A JPS58218696 A JP S58218696A JP 10245782 A JP10245782 A JP 10245782A JP 10245782 A JP10245782 A JP 10245782A JP S58218696 A JPS58218696 A JP S58218696A
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JP
Japan
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sintered body
container
radioactive waste
metal
storage
Prior art date
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Pending
Application number
JP10245782A
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English (en)
Inventor
安斎 和雄
多禾夫 太田
後藤 昭
辰彦 松本
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Toshiba Corp
Original Assignee
Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
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Publication date
Application filed by Tokyo Shibaura Electric Co Ltd filed Critical Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
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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】 〔発明の技術分野〕 本発明は、放射性廃棄物の処理方法に関し、さらに詳し
くは、放射性廃棄物か焼体とセラミック形成物質の混合
粉末を成形した後、加熱焼成によって形成される焼結体
を容器に装入して保存するにあたって、該焼結体をあら
かじめAl2O3膜で被膜することにより、外界に対す
る耐浸出性が向上された放射性廃棄物貯蔵体を製造する
方法に関する。
〔発明の技術的背景とその問題点〕
原子力発電の普及にともない使用済核燃料の再処理工場
から発生する高濃度の放射性廃液は、年々増加する傾向
にあり、これらの放射性廃液を液状のままでタンク貯蔵
することは安全上の問題があるため、より安全に保管で
きる固形貯蔵体への変換技術の確立が切望されている。
一般に放射性廃棄物の処分に際しては、放射性物質の周
囲への拡散が最小限となる形態に廃棄物全固形化し、得
られた固形貯蔵体が、化学的、機械的に安定していて、
長期の貯蔵によっても環境汚染の原因にならないことが
必要である。このような観点で現在までに提案されてい
る固形化方法としてセラミック固化法(例えば、特開昭
55−12447号、同55−12448号、同55−
87100号、同55−90463号各公報に記載のも
の等)がある。この方法は、放射性廃棄物のか焼体に、
例えば、アルミナ、シリカ、チタニア等のセラミック形
成物質を適当量添加し、圧縮成形後、加熱焼成すること
により一定形状のセラミック固化体を製造するものであ
る。
一ヒ述したような従来のセラミック固化法によれば、比
較的機械的強度も大きく耐水性に丁ぐれた焼結体を得る
ことができるが、以下のような問題が残されている。
通常、セラミック同化体は、そのまま容器に装入し貯蔵
されるが、この貯蔵容器が破損したり、亀裂が生じた場
合を想定すると、該固化体は外部の雰囲気、たとえば地
中貯蔵の場合は地下水などと直接接することとなる。そ
のため、水などの外部雰囲気に対する同化体含有物質の
浸出率な可能な限り小さくすることが要請される。この
点、セラミック固化体の耐浸出性は必ずしも充分ではな
い。
〔発明の目的〕
本発明は、上述したような従来のセラミック固化法の問
題点全解決するものであり、水などの外部雰囲気に対す
る耐浸出性にすぐれ、安全性、信頼性が向上された放射
性廃棄物貯蔵体の製造法を提供することを目的とする。
〔発明の概要〕
本発明者らの研究によれば、か焼した放射性廃棄物とセ
ラミック形成物質の混合粉末を成形後、加熱焼成して得
られる緻密な焼結体の表面に、プラズマ溶射法によりA
l2O3を被覆することによって、焼結体含有物質の耐
浸出性が極めて有効に向上することが見出された。本発
明の放射性廃棄物の処理方法は、このような知見に基(
ものであり、より詳しくは、か焼した放射性廃棄物20
〜40重量%とセラミック形成物質間〜印重量%と全混
合し成形した後、該混合物’11200℃以上の温度で
加熱焼成することにより緻密な焼結体を形成し、次いで
該焼結体の表面にプラズマ溶射法によって300μm〜
2朋の厚さのA1203(酸化アルミニウム)被膜を形
成することを特徴とするものである。
〔発明の詳細な説明〕
以下、本発明を更に具体的に説明する。以下の記載にお
いて、「部」および「チ」は特に断らない限り重量基準
とする。
本発明の処理対象となる放射性廃棄物としては、例えば
、使用済核燃料を処理した後、U、Pu’(i7回収し
た残りの放射性廃棄物の他、混床式脱塩器の再生廃液の
濃縮液、建屋から発生する床ドレインあるいは機器ドレ
インの濃縮廃液などの放射性物質を含む各種の廃液、更
には原子炉水浄化系、燃料プール系、復水系、ドレイン
系の各系統から生ずる使用済イオン交換樹脂、フィルタ
ースラッジ、廃液の凝集沈澱処理によって生ずる沈澱ス
ラッジなどの各種の固体廃棄物など、高レイルおよび中
低レベルの放射性廃棄物が含まれる。これら放射性廃棄
物をか焼することにより、原料としてのか焼体が得られ
る。一方、セラミック形成物質としてはAl2O3,5
i02、BaO、SrO、ZrO2、T i 02  
またはこれらの酸化物の一部ないし全部を混合したもの
が含まれる。
か焼体の含有量としては、あまりに少量であると廃棄物
の処理能率が低下する一方、か焼体の量が多すぎるとセ
ラミック固化体の形成が困難となるため全重量に対して
20〜40チの範囲が適当である。本発明に従い、まず
上記したよ5なか焼体粉末とセラミック形成物質粉末を
混合した後一定形状に圧縮、成形し、これe 1200
℃以上の温度で焼成して緻密な焼結体を形成する。焼成
温度が1200℃未満であると、多孔質となりやすく、
緻密な焼結体を得ることが困難となる。一般に焼結体が
多孔質であるほど一定体積の焼結体に含有し得る廃棄物
の量は少な(なり不利である。また特に焼成温度が80
0℃以下のように更に低ければ、か焼体粉末とセラミッ
ク形成物質が反応して化学的に安定な化合物を形成する
に到らず、未反応のまま焼成が終了することもある。
焼成は、通常、常圧で足りるが、より緻密な焼結体を得
るために加圧することも好ましい。一般に、上述したよ
うな条件により得られる焼結体は緻密で、機械的強度、
耐水性にすぐれている。
次いで、このようにして得られた焼結体の表面に、プラ
ズマ溶射法によりAl2O3k被覆する。第1図は、A
l2O3が被覆された焼結体の縦断面図である。より詳
細には、まず前述した方法で得られた焼結体10表面に
、プラズマ溶射法によりAl2O3k 300 Jim
 〜2 Innの厚さに被着し、Al2O3膜2を形成
する。Al2O3の膜厚は、厚い方が好ましいが、処理
時間が長く必要となる一方薄すぎると被ムむらが生じや
丁(耐浸出性も低下するため300μm〜2mmの範囲
が適当である。
また、このようにして得られたAl2O3膜を被覆した
焼結体を容器に装入し、該焼結体と容器との間の空隙全
溶融金属により充填し、固化するという方法も、耐浸出
性の向上や機械的強度を向上させる点で好ましい。第2
図は、このようにして得られる貯蔵体の一例の縦断面図
である。より詳細には、まず前述した方法で得られたA
l2O3で被覆された焼結体1を容器に装入し、さらに
容器と焼結体との間の空隙に空隙充填用金属4を充填し
、密閉した後冷却固化する。
金属の充填方法としては、(イ)溶融した金属を容器に
流し込む方法、(ロ)金属粉(粒)を焼結体とともに容
器に装入しておき外部から加熱して内部の金属を溶融し
冷却固化する方法、が用いられる。
空隙充填用の金属材料としては、容器相別の耐熱温度範
囲での溶融性の点から、Cu、 Fe、 AI。
Pb 、: Sn 、 Zn 、 Niおよびこれらの
金属の少なくとも一種ヲ主成分とする合金などが適する
。例えば、Cu製の容器中で溶融金属を用いる場合は、
Pb、 Sn、 Zn、 AIおよびこれらの金属の少
なくとも一種を主成分とする合金などが適する。
容器の大きさは、その容積が大きい程、放射性廃棄物の
固化量を多くすることかできるが、太きすぎると、熱伝
導性、機械的強度が低下するので好ましくない。測知ば
、円筒状の容器とした場合、内径は5〜500 mmが
望ましい。また容器の肉厚は、厚い程腐食による減肉に
対し耐久性があり、また機械的強度の点でも有利である
が、厚すぎると容器を含めた一定体積中に包含し得る放
射性廃棄物の量比が低下し、且つ熱伝導性も低下するの
で0.5〜10龍の範囲が望ましい。
また必要ならば、第3図に示すように、上述した方法で
得られた、内部に金属で埋設された焼結体固化体を有す
る容器(内部容器3)の1または2以上を、さらに貯蔵
容器(外部容器5)中に金属を用いて埋設することがで
きる。第3図は、外部容器中に1個の内部容器を埋設し
た場合の縦断面図である。すなわち、焼結体1が金属と
ともに内部容器3中で固化されており、この内部容器3
が外部容器5のほぼ中央部においてさらに埋設用金属6
中に埋設されている。このように金属により多重に被覆
された結果、本発明による放射性廃棄物貯蔵体は、機械
的、化学的安定性が極めて高く、長期にわたる安全な貯
蔵に好適なものとなる。
内部容器全外部容器内に埋設する方法としては、(イ)
内部容器全金属粉末とともに圧縮成形し、必要に応じて
更に焼結するか、あるいは外部容器に装入して容器ごと
加熱して内部の金it溶融後、冷却固化する方法、(ロ
)内部容器全外部容器内に装入後、浴融金属を注入した
後冷却する方法、(ハ)逆に外部容器内に適険の溶融金
属を入れておぎ、しかる後に粒状物を装入してから溶融
金属を冷却固化させる方法、などが用いられる。ただし
、内部容器全2以上埋設する場合も、互いに適宜離間さ
せて、外部容器の中央近傍に置いて外界からできるだけ
遮断することが望ましいのは云うまでもない。
外部容器の材料としては、たとえばFe、AI、Cu%
Pb%Sn、 ’Zn、Ni、TI、Zrまたは、これ
らのうち少な°くとも一種を主成分とする合金などが用
いられ、上記固化方法や埋設方法に応じて適宜決定され
る。例えば、焼結体との空隙ecuによって充填された
容器をさらに、1apb’を用いて外部容器中で埋設す
る場合には、融点、機絨的強度を考慮して、Fe、 A
I、 Cu、 Ni、 TI、Zr  又はこれらのう
ち少なくとも一種を主成分とする合金が好ましく用いら
れる。
なお上記固化工程および埋設工程後、それぞれ内部容器
および外部容器と同様な材料よりなるフタをかぶせ、周
縁を溶接等により密封する。
上述したような本発明の方法により得られる放射性廃棄
物貯蔵体は、例えば万一貯蔵容器(外部容器5)が破損
した場合でも、焼結体1はAl2O3膜2に被われてお
り、さらに充填金属4とともに埋設用金属6および内部
容器3により外部雰囲気、例えば海水から遮断されてい
るため、外部雰囲気に直接接触するおそれは極めて少な
い。金属の水への極めて小さい浸出率を考1町すると、
上記のごとき貯蔵容器破損の事故があってもなお長期の
安全貯蔵は確保される。また更に万が一理設金属6を通
じての浸水ならびに内部容器の一部分の破損があっても
、内容物のか焼した放射性廃棄物とセラミック形成物質
から焼成された緻密な焼結体は内部容器内で容器との空
隙が金属により充填されているため浸水による放射性物
質の散逸は、焼結体を単に容器に収納してお(だけの場
合に比べてはるかに少ないばかりでな(、熱放散性、機
械的強度にもすぐれている。
〔発明の実施例および比較例〕
実施例 下表に示す組成の模擬放射性廃棄物のか焼体粉末(再処
理工場より出る廃液をが焼して得られる酸化物を模擬し
たもの)を用意した。
表 シ 上記した模擬放射性j発棄物のか焼体粉末と、Al2O
340%、5in240 %、BaO5%、SrO5%
、ZrO25%、TiO25%からなるセラミック形成
物質粉末を重量比にして3ニアで均一に混合したのちに
金型に入れ1ton/αの圧力で圧縮し、直径30關高
さ3Q +l1rRの円柱状の成形体を得た。
この成形体を、1250℃にて2時間焼成して直径約2
411111、高さ約25111mの円柱状の緻密な焼
結体を得た。この焼結体の表面に、30V −80OA
の条件でプラズマ溶射法により焼結体を回転しつつ、均
一な厚さで表面にAl2O3k被覆した。膜厚は1.5
Fであった。
このようにして表面ヲA1゜03膜全被覆した焼結体を
、内径30111111、肉厚511111.高さ60
 mmのニッケル製円筒状容器に入れ、100メツシユ
以下のCu粉末?つめた。このニッケル製円筒状容器を
水素雰囲気において1150℃、30分間加熱してCu
 k溶融させ焼結体と容器の空@を溶融Cuで埋めたの
ち冷却固化した。さらにニッケル製円筒内に直径30 
m+i弱、肉厚5龍のニッケル製内フタを落し周囲’1
TIG溶接により密封し、また溶接部分より上部は切り
落した。次に、前記ニッケル容器を内径50i11J高
さ50朋のステンレス製容器内に入れ、周囲全100メ
ツシユ以下の銅粉末で包み覆ってから圧力(3ton/
CIl  で圧縮し、更に水素気流中で800’C11
時間焼結処理を施し、ステンレス製のフタをかぶせTI
G溶接をした。このようにして製造した貯蔵体から貯蔵
容器を取9はすし内部容器km出させた。さらに内部容
器を埋設金属とともに取りはずしA1□03被覆膜を露
出させた。これをオートクレーブ中に水とともに装入し
、300℃での平衡蒸気圧下における高温高圧水中にu
時間保持したのちに溶出したMoイ・オン’ff IC
P (InductivelyCoupled Pla
sma )  発光分光法にて分析したところその濃度
は0.lppm1以下であった。
比較例 実施例で用いた模擬放射性廃棄物のか焼体粉末と、Al
2O340%、510240%、BaO5%、SrO5
チ、ZrO25%、TiO25%からなるセラミック形
成物質粉末を重量比にして3ニアで均一に混合したのち
に金型に入れ1ton/crIL2の圧力で圧縮し、直
径30 ma、高さ30 nl1aの円柱状成形体を得
た。この成形体fr 1250℃にて2時間焼成して直
径約24 mm、高さ約25m111.の円柱状の緻密
な焼結体を得た。この焼結体を内径30mm、肉厚5龍
、高さ60朋のニッケル製円筒状容器に入れ100メツ
シユ以下のCu粉末をつめた。このニッケル製円筒状容
器全水素雰囲気において1150℃、30分間加熱して
Cu f浴−融させ焼結体と容器の空隙を溶融Cuで埋
めたのち冷却固化した。
このようにして製造した貯蔵体から貯蔵容器を取りはず
し、内部容器を露出させ、さらに内部容器を取りはずし
、焼結体表面を露出させた。これをオートクレーブ中に
水とともに装入し300℃での平衡蒸気圧下における高
温高圧水中にU時間保持したのちに溶出したMoイオン
i ICP発光分光法に分析したところ、その濃度は約
10 ppm程度検出された。
〔発明の効果〕
上述した実施例、比較例から、明らかなように、本発明
の方法により得られる放射性廃棄物貯蔵体は、1200
℃以上の温度の焼成で得られる緻密な焼結体の表面に、
プラズマ溶射法により厚さ300μm〜2龍のAl2O
3膜を被覆したので、貯蔵容器が破損し、貯蔵体が直接
外部雰囲気に接した場合であってもその内部の放射性物
質が浸出することが極めて少な(安全性、長期貯敵性に
すぐれている。
【図面の簡単な説明】
第1図、第2図および第3図は、本発明の方法により得
られろ放射性廃棄物貯蔵体の縦断面図である。 1・・・焼結体、2・・・Al2O3膜、3・・・内部
容器、4・・・空隙充填用金属、5・・・外部容器、6
・・・埋設用金属。 出願人代理人   猪 股    清

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、か焼した放射性廃棄物20〜40重量%とセラミッ
    ク形成物質80〜60重量係とを混合し成形した後、該
    混合物e1200℃以上の温度で加熱焼成することによ
    り緻密な焼結体を形成し、次いで該焼結体の表面にプラ
    ズマ浴射法によって300珈〜2maの厚さの酸化アル
    ミニウム被膜を形成することを特徴とする、放射性廃棄
    物の処理方法。 2、酸化アルミニウム被膜が形成された前記焼結体全容
    器中に装入し、該容器と前記焼結体との空隙を溶融金属
    により充填し固化することを特徴とする特許請求の範囲
    第1項に記載の方法。 3、金属に埋設された焼結体を収納する前記容器の少な
    くとも−をさらに外部容器内で金属に埋設することを特
    徴とする特許請求の範囲第2項に記載の方法。
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