特許 5668112 放射性セシウムが捕集されたセシウム廃フィルタセラミックインゴット及びその製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5668112

(24)【登録日】2014年12月19日

(45)【発行日】2015年2月12日

(54)【発明の名称】放射性セシウムが捕集されたセシウム廃フィルタセラミックインゴット及びその製造方法

(51)【国際特許分類】

   G21F 9/30 20060101AFI20150122BHJP

   C04B 35/00 20060101ALI20150122BHJP

【ＦＩ】

   G21F9/30 517A

   G21F9/30 531A

   G21F9/30 531M

   C04B35/00 V

【請求項の数】8

【全頁数】13

(21)【出願番号】特願2013-174709(P2013-174709)

(22)【出願日】2013年8月26日

(65)【公開番号】特開2014-85336(P2014-85336A)

(43)【公開日】2014年5月12日

【審査請求日】2013年8月27日

(31)【優先権主張番号】10-2012-0118711

(32)【優先日】2012年10月24日

(33)【優先権主張国】KR

(73)【特許権者】

【識別番号】500002490

【氏名又は名称】コリア アトミック エナジー リサーチ インスティチュート

(73)【特許権者】

【識別番号】502043352

【氏名又は名称】コリア ハイドロ アンド ニュークリア パワー カンパニー リミティッド

(74)【代理人】

【識別番号】110000729

【氏名又は名称】特許業務法人 ユニアス国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】シン、チン−ミョン

(72)【発明者】

【氏名】ヤン、チェ ファン

(72)【発明者】

【氏名】パク、チャン チン

(72)【発明者】

【氏名】キム、ヨンジャ

(72)【発明者】

【氏名】パク、クン−イル

【審査官】 藤原 伸二

(56)【参考文献】

【文献】 特開昭６０−１５４１９９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 登録実用新案第３１６３７２４（ＪＰ，Ｕ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ２１Ｆ ９／３０

Ｇ２１Ｆ ９／０２

Ｇ２１Ｆ ９／１６

Ｃ０４Ｂ ３５／００−３５／２２

Ｂ０１Ｊ ２０／００−２０／３４

Ａ２３Ｌ ３／００−３／３５９８

Ｃ０２Ｆ １／２０−１／２６

Ｃ０２Ｆ １／３０−１／３８

ＪＳＴＰｌｕｓ（ＪＤｒｅａｍＩＩＩ）

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

下記段階を含む、放射性セシウムが捕集されたセシウム廃フィルタセラミックインゴットの製造方法：
（ａ）気体状セシウムが捕集されたアルミノシリケート物質を焼結して製造された廃フィルタを粉砕し、混合する段階；
（ｂ）上記粉砕・混合された廃フィルタを９００℃〜１０００℃で１次焼結させる段階；
（ｃ）上記１次焼結された廃フィルタを粉砕する段階；及び
（ｄ）上記（ｃ）段階で粉砕された粉末を１０００℃〜１５００℃で２時間〜１０時間２次焼結させて、セシウムアルミノケイ酸塩を含むセラミックインゴットを製造する段階。

【請求項2】

上記（ａ）段階の廃フィルタは、３重量％〜５０重量％のセシウムが捕集されたものである、ことを特徴とする請求項１に記載のセシウム廃フィルタセラミックインゴットの製造方法。

【請求項3】

上記２次焼結前に、固化剤を添加する段階をさらに含む、ことを特徴とする請求項１に記載のセシウム廃フィルタセラミックインゴットの製造方法。

【請求項4】

上記固化剤は、Ｎａ_２Ｏである、ことを特徴とする請求項３に記載のセシウム廃フィルタセラミックインゴットの製造方法。

【請求項5】

上記固化剤は、廃フィルタに１重量％〜３５重量％添加される、ことを特徴とする請求項３に記載のセシウム廃フィルタセラミックインゴットの製造方法。

【請求項6】

請求項１〜５のいずれかに記載の方法で製造されるセシウム廃フィルタセラミックインゴットであって、上記セシウム廃フィルタセラミックインゴットは、廃フィルタが６５重量％〜１００重量％含まれる、ことを特徴とするセシウム廃フィルタセラミックインゴット。

【請求項7】

上記セラミックインゴットは、ＣｓＡｌＳｉ_２Ｏ_６、またはＣｓＡｌＳｉ_５Ｏ_１２相である、ことを特徴とする請求項６に記載のセシウム廃フィルタセラミックインゴット。

【請求項8】

上記セラミックインゴットは、ガンマ線照射器用に活用され、食品照射または産業廃水処理に使用される、ことを特徴とする請求項６に記載のセシウム廃フィルタセラミックインゴット。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、放射性セシウムが捕集された廃フィルタ（以下「セシウム廃フィルタ」ということがある）を粉砕し焼結し、セシウム廃フィルタセラミックインゴット（ｉｎｇｏｔ）として製造する方法に関する。

【背景技術】

【0002】

現在、原子力発電によって生産される電力は、韓国内電力生産量の約４０％を占めており、原子力発電の結果として発生する使用済み核燃料は、毎年８５０トン程度に達するものと知られている。このような使用済み核燃料のリサイクル方案として、大きくパイロプロセッシング（乾式精練技術工程、Ｐｙｒｏｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ）が登場している。パイロプロセッシングというのは、高温（５００〜６５０℃）の溶融塩媒質内で電気化学的方法を利用して使用済み核燃料からウラン（Ｕ）及び超ウラン（ＴＲＵ）元素などの核燃料物質を回収する技術である。上記パイロプロセッシングの前処理過程として高温揮発性酸化（ｖｏｌｏｘｉｄａｔｉｏｎ ｐｒｏｃｅｓｓ）工程が伴われるが、この際、揮発性核種（Ｋｒ、Ｘｅ、Ｃ−１４、Ｈ−３など）及び準揮発性核種（Ｃｓ、Ｔｃ、Ｉなど）が放出されるようになる。したがって、上記核種が施設及び環境に放出されないようにこれを捕集するフィルタを処理する技術と、上記フィルタを処分するために安定した固体状インゴット（ｉｎｇｏｔ）として製造する技術の必要性が強調されている。

【0003】

これと関連して、特許文献１及び特許文献２には、石炭灰及びシリカ４０〜６５重量％、アルミナ１５〜３０重量％、鉄酸化物５〜１５重量％、モリブデン酸化物１〜１５重量％、クロム酸化物１〜１０重量％、及びバナジウム酸化物１〜１０重量％を含む固体媒質を利用して高温化学的吸着方法によってセシウムを選択的に分離し捕集する技術を提供している。上記先行特許は、パイロプロセッシング前処理高温熱処理工程中に９９％以上揮発が予想される半減期が約３０年の高放熱及び高放射能核種であるセシウム（Ｃｓ−１３７）をアルミノシリケート成分のセラミックフィルタを利用して安定したセシウムアルミノシリケート（ｃｅｓｉｕｍ ａｌｕｍｉｎｏｓｉｌｉｃａｔｅｓ：（ポルサイト（ＣｓＡｌＳｉ_２Ｏ_６）、ＣｓＡｌＳｉＯ_４、及びＣｓＡｌＳｉ_５Ｏ_１２）相で選択的に捕集することによって、使用済み核燃料の放射線及び熱を減少させて、最終的に処分に必要な面積を低減することができることを提示している。

【0004】

また、放射性高準位廃棄物処理のために頻繁にガラス化方法が行われたが、物理・化学的に堅固なガラス構造中に放射性核種を閉じこめて固体化させてガラス固化体に作るものであって、組成と工程変数に柔軟で且つ放射性に高い抵抗性がある長所があるが、耐浸出性が低い短所がある。Ｗ．Ｊ．Ｇｒａｙによれば、上記工程でセシウムは、１０００℃で５．５％、１１００℃で３１％、１２００℃で１００％揮発される。したがって、揮発されたセシウムを再処理しなければならない工程の困難があるだけでなく（Ｗ．Ｊ．、“Ｖｏｌａｔｉｌｉｔｙ ｏｆ Ｓｏｍｅ Ｐｏｔｅｎｔｉａｌ Ｈｉｇｈ−Ｌｅｖｅｌ Ｒａｄｉｏａｃｔｉｖｅ Ｗａｓｔｅ Ｆｏｒｍｓ”、Ｒａｄ．Ｗａｓｔｅ Ｍｇｍｔ．、１（２）、１４７−１６９（１９８０））、ガラス固化体内に含有することができるセシウムは、最大１５重量％で、投入する固化剤が増加し、廃棄物量が増加する問題点がある。

【0005】

同時に、ガラス固化体をガンマ線照射器に使用するとき、比放射能（Ｃｉ／ｇ、ｓｐｅｃｉｆｉｃ ａｃｔｉｖｉｔｙ）が少ないため、実際産業体でガンマ線を照射するために効率的に利用するのに困難がある（Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ａｔｏｍｉｃ Ｅｎｅｒｇｙ Ａｇｅｎｃｙ、Ｆｅａｓｉｂｉｌｉｔｙ ｏｆ Ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ Ｃｅｓｉｕｍ ａｎｄ Ｓｔｒｏｎｔｉｕｍ ｆｒｏｍ Ｈｉｇｈ Ｌｅｖｅｌ Ｌｉｑｕｉｄ Ｗａｓｔｅ、Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｒｅｐｏｒｔ Ｓｅｒｉｅｓ Ｎｏ．３５６、ＩＡＥＡ、Ｖｉｅｎｎａ（１９９３））。

【0006】

上記のように、揮発性セシウムを捕集する技術と放射性高準位廃棄物をガラス化する技術は公知されたことがあるが、多様な問題点が存在するので、使用済み核燃料高温熱処理工程中に発生する放射性気体状廃棄物を捕集したフィルタを対象にして固化体として製造する新しい方法が要求されている実情である。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【特許文献1】大韓民国登録特許第０１９２１２８号公報

【特許文献2】大韓民国登録特許第１０９０３４４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

本発明は、上記のような従来技術の問題点を解決するためになされたもので、本発明者は、使用済み核燃料高温熱処理工程中に発生する放射性気体状廃棄物を安定した固化体として製造する技術開発のために研究した結果、気体状セシウムを捕集したセシウム廃フィルタ自体を焼結し、固化剤としてガラス原料物質を添加し、安定した固化体を製造することができることを知見し、本発明を完成するに至った。

【0009】

すなわち、本発明の目的は、セシウム廃フィルタを粉砕し焼結し、固化剤としてＮａ_２Ｏ、Ｋ_２Ｏ、Ｆｅ_２Ｏ_３、ＴｉＯ_２、ＭｇＯ、ＣａＯまたはＢ_２Ｏ_３を添加し、熱的安定性に優れており、密度が高くて、向上した耐浸出性を示す安定したセラミックインゴットの製造方法を提供することにある。しかし、本発明が解決しようとする技術的課題は、以上で言及した課題に制限されず、言及されていない他の課題は、下記の記載から当業者に明確に理解されることができる。

【課題を解決するための手段】

【0010】

上記目的を達成するために、本発明は、下記段階を含む、放射性セシウムが捕集されたセシウム廃フィルタセラミックインゴット（ｉｎｇｏｔ）の製造方法を提供する：
（ａ）気体状セシウムが捕集された廃フィルタを粉砕し、混合する段階；
（ｂ）上記粉砕・混合された廃フィルタを１次焼結させる段階；
（ｃ）上記１次焼結された廃フィルタを粉砕する段階；及び
（ｄ）上記（ｃ）段階で粉砕された粉末を２時間〜１０時間２次焼結させて、セラミックインゴットを製造する段階。

【0011】

また、本発明は、上記方法で製造されるセシウム廃フィルタセラミックインゴットであって、上記セシウム廃フィルタセラミックインゴットは、廃フィルタが６５重量％〜１００重量％含まれる、ことを特徴とするセシウム廃フィルタセラミックインゴットを提供する。

【発明の効果】

【0012】

本発明のパイロプロセッシングの前処理工程のうち高温揮発性酸化工程で放出される放射性セシウム酸化物が捕集されたセシウム廃フィルタを利用してセラミックインゴットを製造する方法は、廃フィルタの粉砕及び９００℃〜１８００℃の温度での焼結により簡単に安定した固体形態で製造され、セシウムが捕集完了した廃フィルタからセシウムが施設及び環境に放出されることを防止することができ、廃フィルタの処分が容易である。

【0013】

また、上記方法で製造されたセシウム廃フィルタセラミックインゴットは、熱的安定性に優れており、密度が向上し、従来技術に比べて少ない固化剤を添加し、セシウムを多量で含有することができるとともに、放射性セシウムの漏出速度が非常に低い長所があり、向上した耐浸出性を示す長所がある。

【0014】

さらに、本発明は、従来のガラス化方法を利用する場合、ガラス化された固化体中のセシウムが容易に揮発し、再処理しなければならなかった問題点を克服し、セシウムの揮発率が約５％以下に低下したセラミックインゴットを提供することができる。また、従来ガラス化方法を利用したとき、セシウム含有量が最大１５重量％に過ぎなかったのに対し、本発明によるセシウム廃フィルタインゴットは、セシウム含有量が最大５０重量％と顕著に高く、比放射能（Ｃｉ／ｇ、ｓｐｅｃｉｆｉｃ ａｃｔｉｖｉｔｙ）も高い。したがって、本発明のセシウム廃フィルタインゴットを利用すれば、セシウム同位元素としてリサイクルし、ガンマ放射能分析などにおいてガンマ線照射器に有用に利用することができる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】アルミノシリケートフィルタを利用してセシウムが１８重量％捕集されたセシウム廃フィルタを粉砕後混合し、９００℃で１次焼結した後、さらに２次粉砕後混合し、１２００℃で焼結したアルミノシリケートセシウム廃フィルタセラミックインゴットの写真である。

【図2】本発明による石炭灰フィルタを利用してセシウムが１２．３重量％捕集されたセシウム廃フィルタを粉砕後混合し、９００℃で１次焼結した後、さらに２次粉砕後混合し、１２００℃で焼結したセシウム廃フィルタセラミックインゴットの写真である。

【図3】本発明によるセシウム廃フィルタ：Ｎａ_２Ｏの比が９０重量％：１０重量％である混合物を１２００℃で３時間焼結して製造された放射性セシウムが含有されたセシウム廃フィルタセラミックインゴットの写真である。

【図4】本発明による石炭灰フィルタを利用して放射性セシウムが捕集されたセシウム廃フィルタを焼結後に製造したセシウム廃フィルタセラミックインゴット（実施例４）のＸ−線回折（ＸＲＤ）分析結果を示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0016】

本発明者らは、前述したように、使用済み核燃料高温熱処理工程中に発生する放射性気体状廃棄物を安定した固化体として製造する方法を研究するために、セシウムが捕集されたセシウム廃フィルタを粉砕後、混合し、焼結させて、セシウム廃フィルタセラミックインゴットを製造した。

【0017】

その結果、上記方法によって製造されたセシウム廃フィルタセラミックインゴットが熱的安定性に優れており、密度が高く、耐浸出性が良く、比放射能が高いことを確認し、本発明を完成した。

【0018】

したがって、本発明は、下記段階を含む、放射性セシウムが捕集されたセシウム廃フィルタセラミックインゴットの製造方法を提供する：
（ａ）気体状セシウムが捕集された廃フィルタを粉砕し、混合する段階；
（ｂ）上記粉砕・混合された廃フィルタを１次焼結させる段階；
（ｃ）上記１次焼結された廃フィルタを粉砕する段階；及び
（ｄ）上記（ｃ）段階で粉砕された粉末を２時間〜１０時間２次焼結させて、セラミックインゴットを製造する段階。

【0019】

本発明において使用する用語「インゴット」というのは、物質を高温で溶かし、鋳型に入れて、一定の形態を有するように固めた塊、鋳塊を意味する。

【0020】

本発明において使用する用語「フィルタ」というのは、アルミノシリケート物質を焼結して製造されたセラミック気泡形フィルタを意味し、これを利用して高温（６００〜１２００℃）で気体状セシウムを化学的に捕集する（ｔｒａｐ）物質である。すなわち、本発明の「廃フィルタ」は、既に目標物質、すなわちセシウムの捕集が完了した状態のフィルタである。したがって、本発明において「セシウム廃フィルタ」は、気体で放射性セシウムの捕集が完了した（ｔｒａｐｐｅｄ ｒａｄｉｏａｃｔｉｖｅ Ｃｅｓｉｕｍ）フィルタを意味する。

【0021】

本発明において使用する用語「焼結」というのは、粉末を加熱し、粉末が互いに堅たく密着されて固体化させることを意味するもので、本発明において焼結工程は、焼結炉、焼成炉、加熱炉、またはか焼炉などを用いて行われ、好ましくは、本発明の実施例において使用する焼結炉であるが、これに制限されず、セシウム廃フィルタが粉砕された粉末を固体化させることができるものは、いずれも可能である。

【0022】

以下、本発明を段階別に詳しく説明する。

【0023】

本発明の（ａ）段階では、セシウムが捕集された廃フィルタは、石炭灰セラミックフィルタまたはアルミノシリケートセラミックフィルタであるが、揮発性セシウムを捕集することができるフィルタは、いずれでも可能である。本発明のセシウム廃フィルタは、パイロプロセッシングの前処理工程のうち、高温揮発性酸化（ｖｏｌｏｘｉｄａｔｉｏｎ ｐｒｏｃｅｓｓ）工程で発生する気体状セシウムを上記フィルタを使用してセシウムがセシウムアルミノケイ酸塩（ＣｓＡｌＳｉ_２Ｏ_６、ＣｓＡｌＳｉ_５Ｏ_１２、ＣｓＡｌＳｉＯ_４）相などで３重量％〜５０重量％捕集されたものである。上記セシウムが捕集された廃フィルタは、粒径が１０μｍ〜６０μｍになるように粉砕し、均一に混合する。上記粉砕は、ロールミル、ハンマーミル、ディスクミルなどで行うことが好ましく、最も好ましくは、本発明の実施例において使用されるディスクミルであるが、これに限定されるものではなく、均一な混合のために撹拌器などを使用することができるが、均一に混合することができるものなら上記機器に限定されない。

【0024】

本発明の（ｂ）段階は、上記粉砕されたセシウム廃フィルタを５００℃〜１５００℃で、好ましくは８００℃〜１０００℃で１次焼結する段階であって、気体状セシウム捕集時にフィルタのセシウム濃度は、フィルタ充填バスケットの軸方向を基準にしてセシウムが流入される引込部分のセシウム廃フィルタは、高濃度（０．１４ｇ−Ｃｓ／ｇ−ｆｉｌｔｅｒ）であり、引込部分での距離が遠くなるほど低濃度（０．００１ｇ−Ｃｓ／ｇ−ｆｉｌｔｅｒ）である濃度プロファイルの特徴を有する。したがって、１次焼結を通じてセシウム廃フィルタの高濃度領域で飽和されたセシウムがシリケートガラス質を生成する場合、低濃度領域のアルミノシリケート成分をさらに利用して、安定したセシウムアルミノケイ酸塩（ＣｓＡｌＳｉ_２Ｏ_６、ＣｓＡｌＳｉ_５Ｏ_１２、及び／またはＣｓＡｌＳｉＯ_４）相に転換され得るようにして、均一なセシウム含有量を有することができるようにする。

【0025】

本発明の（ｃ）段階は、上記１次焼結されたセシウム廃フィルタを粒径１０μｍ〜６０μｍになるように粉砕し、混合する段階である。１次焼結されたセシウム廃フィルタの粉砕及び混合を再び行い、本発明のセシウム廃フィルタセラミックインゴットが容易に焼結されるようにする。

【0026】

本発明の（ｄ）段階は、粉砕及び混合されたセシウム廃フィルタを大気雰囲気で２次焼結し、セシウム廃フィルタセラミックインゴットを製造する段階である。２次焼結は、３℃〜１０℃／分の昇温速度で５００℃〜１８００℃で、好ましくは９００℃〜１８００℃で３〜６時間行うことが好ましいが、これに制限されるものではない。２回にわたった焼結を通じてインゴットの耐久性を強化することができる。

【0027】

また、本発明の放射性セシウムが捕集されたセシウム廃フィルタセラミックインゴットの製造方法は、２次焼結前に固化剤を添加する段階をさらに含むことができるが、上記固化剤は、融点を降下し、物性を改善するために添加されるもので、好ましくは、Ｎａ_２Ｏ、Ｋ_２Ｏ、Ｆｅ_２Ｏ_３、ＴｉＯ_２、ＭｇＯ、ＣａＯ、またはＢ_２Ｏ_３などが使用されることができるが、これに制限されない。上記固化剤は、（ｃ）段階で粉砕されたセシウム廃フィルタに０重量％〜３５重量％で混合されることができ、好ましくは、１重量％〜１５重量％で混合されることができ、最も好ましくは、Ｎａ_２Ｏ１重量％〜１０重量％、Ｋ_２Ｏ １重量％〜１０重量％、Ｂ_２Ｏ_３ １重量％〜１５重量％で使用されることができるが、これに限定されない。上記固化剤は、上記範囲で適切な焼結温度を有するようになり、インゴットの耐久性が向上し、放射性物質の浸出が減少する。

【0028】

また、本発明は、前述した方法で製造されるセシウム廃フィルタセラミックインゴットであって、上記セシウム廃フィルタセラミックインゴットは、セシウム廃フィルタが６５重量％〜１００重量％含まれることを特徴とするセシウム廃フィルタセラミックインゴットを提供する。

【0029】

固化剤が添加される場合、セシウム廃フィルタ６５重量％〜１００重量％に、固化剤は、０重量％〜３５重量％であることが好ましい。もし、上記セシウム廃フィルタの含量が６５重量％未満の場合には、放射性セシウム酸化物の含量が少ないため、非効率的なセシウム廃フィルタセラミックインゴットが形成される問題があり、固化剤の含量が３５重量％を超過する場合には、不安定な固化体が形成される問題がある。

【0030】

本発明によるセシウム廃フィルタセラミックインゴットの浸出速度は、４．０×１０^−４ｇ／ｍ^２・ｄａｙなので、浸出速度が非常に低くて、耐浸出性に非常に優れていることを確認した（実施例１及び比較例参照）。

【0031】

また、本発明の製造方法によって製造されたセシウム廃フィルタセラミックインゴットは、焼結温度１５００℃でもセシウム揮発率が約５％以下であり、熱的安定性が高く、セシウム揮発率が非常に低くて、耐浸出性が向上する長所がある（実施例５参照）。

【0032】

本発明での用語「比放射能」は、放射性同位元素を含んでいる物質の単位質量当たり放射能の強度、すなわち特定物質の放射能の強度をその質量で分けた値を意味するものである。本発明の製造方法によって製造されたセシウム廃フィルタセラミックインゴットは、セシウム含有量が最大５０重量％であるとき、比放射能は、１８Ｃｉ／ｇと非常に高くて、ガンマ線の放出が可能なので、ガンマ線照射器用に活用して、食品照射、または産業廃水処理などに使用されることができる（実施例６参照）。

【0033】

以下、本発明の理解を助けるために好ましい実施例を提示する。しかし、下記の実施例は、本発明を一層容易に理解するために提供されるものに過ぎず、下記実施例によって本発明の内容が限定されるものではない。

【0034】

〔実施例１〕：アルミノシリケートフィルタを利用して放射性セシウムが捕集されたセシウム廃フィルタセラミックインゴットの浸出特性分析
アルミノシリケートフィルタを利用して放射性セシウムが１８重量％捕集されたセシウム廃フィルタをディスクミルを利用して１０μｍ〜６０μｍとなるように粉砕後、粉末混合器を利用して混合した。その後、混合されたセシウム廃フィルタ粉末を１０００℃で焼結した。そして、焼結されたセシウム廃フィルタをディスクミルを利用して１０μｍ〜６０μｍとなるように粉砕後、粉末混合器を利用して混合した。最後に、アルミナるつぼに上記粉末を５０ｇずつ入れて、大気雰囲気下で１０℃／分の速度でそれぞれ１０００℃、１１００℃、１２００℃、１３００℃、及び１５００℃まで昇温させて、３時間焼結し、セシウム廃フィルタセラミックインゴットを製造した（図１参照）。

【0035】

製造したセシウム廃フィルタインゴットの浸出特性を分析するために、それぞれの固化体から浸出速度を求めた。浸出実験は、上記セシウム廃フィルタセラミックインゴットを粉砕し、１００メッシュ以下で存在する粉末を回収して行われた。上記回収された粉末を蒸留水に入れた後９０℃から７日間反応させ、浸出液に存在するセシウムの含有量を分析して浸出速度を求め、その結果を表１に示した。

【0036】

【表1】

【0037】

表１に示されたように、製造されたセシウム廃フィルタセラミックインゴットのセシウムの浸出速度は、各焼結温度別に１０００℃で３．１×１０^−３ｇ／（ｍ^２・ｄａｙ）、１１００℃で１．８×１０^−３ｇ／（ｍ^２・ｄａｙ）、１２００℃で７．０×１０^−４ｇ／（ｍ^２・ｄａｙ）、１３００℃で８．０×１０^−４ｇ／（ｍ^２・ｄａｙ）、１５００℃で４．０×１０^−４ｇ／（ｍ^２・ｄａｙ）であった。上記結果から、アルミノシリケートフィルタを利用して放射性セシウムが捕集されたセシウム廃フィルタインゴットは、セシウムの浸出速度が非常に低いことを確認した。

【0038】

〔実施例２〕：石炭灰フィルタを利用して放射性セシウムが捕集されたセシウム廃フィルタセラミックインゴットの浸出特性分析
石炭灰フィルタを利用してセシウムが１２．３重量％捕集されたセシウム廃フィルタをディスクミルを利用して１０μｍ〜６０μｍとなるように粉砕し、粉末混合器を利用して混合する。その後、混合したセシウム廃フィルタ粉末を１０００℃で焼結した。そして、焼結されたセシウム廃フィルタをディスクミルを利用して１０μｍ〜６０μｍとなるように粉砕後、粉末混合器を利用して混合した。最後に、アルミナるつぼに上記粉末を５０ｇずつ入れて、大気雰囲気下で１０℃／分の昇温速度でそれぞれ１２００℃、１３００℃、及び１５００℃で３時間焼結し、放射性セシウムが含有された石炭灰セシウム廃フィルタセラミックインゴットを製造した（図２参照）。製造されたセシウム廃フィルタセラミックインゴットの浸出特性を分析するために、浸出実験は、上記セシウム廃フィルタセラミックインゴットを粉砕し、１００メッシュ以下で存在する粉末を回収して行われた。上記回収された粉末を蒸留水に入れた後、９０℃で７日間反応させ、浸出液に存在するセシウムの含有量を分析し、それぞれのインゴットから浸出速度を求め、その結果を表２に示した。

【0039】

【表2】

【0040】

表２に示されたように、石炭灰フィルタを利用したセシウム廃フィルタセラミックインゴットのセシウム浸出速度は、焼結温度によって１２００℃で６．０×１０^−４ｇ／（ｍ^２・ｄａｙ）、１３００℃で３．０×１０^−４ｇ／（ｍ^２・ｄａｙ）、１５００℃で３．０×１０^−４ｇ／（ｍ^２・ｄａｙ）であり、石炭灰フィルタを利用した場合にも、放射性セシウムが捕集されたセシウム廃フィルタインゴットは、放射性物質漏出速度が非常に低いことを確認した。

【0041】

〔実施例３〕：石炭灰フィルタを利用して放射性セシウムが捕集されたセシウム廃フィルタにＮａ_２Ｏを添加したセシウム廃フィルタインゴットの製造及び浸出特性分析
石炭灰フィルタを利用してセシウムが１８重量％捕集されたセシウム廃フィルタをディスクミルを利用して１０μｍ〜６０μｍとなるように粉砕後、粉末混合器を利用して混合した。その後、混合したセシウム廃フィルタ粉末を１０００℃で焼結した。そして焼結されたセシウム廃フィルタをディスクミルを利用して１０μｍ〜６０μｍとなるように粉砕後、粉末混合器を利用して混合した。最後にセシウム廃フィルタとＮａ_２Ｏの比が９０重量％：１０重量％混合し、アルミナるつぼに上記混合物を５０ｇ入れて、大気雰囲気下で１０℃／分の昇温速度で１２００℃で３時間焼結し、放射性セシウム酸化物が含有された密度２．３ｇ／ｃｍ^３のセラミックインゴットを製造した。また、セシウム廃フィルタインゴットの浸出特性を分析するために、セシウム廃フィルタセラミックインゴットを粉砕し、１００メッシュ以下で存在する粉末を回収した。上記回収された粉末を蒸留水に入れた後、９０℃で７日間反応させたとき、セシウムの浸出速度が６．０×１０^−４ｇ／ｍ^２・ｄａｙであって、放射性物質の漏出速度が非常に低いことが分かる。

【0042】

〔実施例４〕：放射性セシウムが捕集された石炭灰セシウム廃フィルタセラミックインゴットの相分析
石炭灰フィルタを利用してセシウムが２４重量％捕集されたセシウム廃フィルタを１２００℃〜１５００℃に焼結させて製造されたセラミックセシウム廃フィルタセラミックインゴットの相を分析するために、Ｘ−線回折分析（ＸＲＤ、Ｓｉｍｅｎｓ、Ｄ−５０００）した結果、主要ピークの位置によって固化体のセシウムは安定したポルサイト（ｐｏｌｌｕｃｉｔｅ、ＣｓＡｌＳｉ_２Ｏ_６）として存在することを確認した（図４参照）。

【0043】

〔実施例５〕：放射性セシウムが捕集されたアルミノシリケートセシウム廃フィルタセラミックインゴットの相分析
アルミノシリケートフィルタを利用してセシウムが２４重量％捕集されたセシウム廃フィルタを１２００℃から１５００℃まで焼結して製造されたセラミックセシウム廃フィルタインゴットの相を分析するために、Ｘ−線回折分析（ＸＲＤ、Ｓｉｍｅｎｓ、Ｄ−５０００）した結果、固化体内のセシウムは、ＣｓＡｌＳｉ_５Ｏ_１２またはポルサイト（ｐｏｌｌｕｃｉｔｅ、ＣｓＡｌＳｉ_２Ｏ_６）として存在することを分かる（表３参照）。

【0044】

【表3】

【0045】

〔実施例６〕：石炭灰フィルタを利用して放射性セシウムが捕集されたセシウム廃フィルタセラミックインゴットのセシウム含有量変化による比放射能
パイロプロセッシング工程の基準核燃料である加圧軽水炉使用済み核燃料（初期濃度：４．５重量％、燃焼度：５５，０００ＭＷｄ／ｔＵ、冷却期間：１０年）を選定し、ＯＲＩＧＥＮ−ＡＲＰ（Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｒａｐｉｄ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ）コードを利用してセシウム廃フィルタインゴット内のセシウム含有量が１２重量％、２４重量％、５０重量％であるときの比放射能を計算し、表４に示した。

【0046】

【表4】

【0047】

上記のように、セシウム含有量が１２重量％であるとき、４．３Ｃｉ／ｇ、２４重量％であるとき、８．６Ｃｉ／ｇ、５０重量％であるとき、１８Ｃｉ／ｇであって、比放射能が非常に高いことを確認した。

【0048】

〔比較例〕：アルミノシリケートフィルタを利用して放射性セシウムが捕集されたセシウム廃フィルタセラミックインゴットとガラス固化体の浸出特性分析
アルミノシリケートフィルタを利用して放射性セシウムが捕集された廃フィルタインゴットとガラス固化体の浸出特性を分析するために、それぞれの試料から浸出速度を求めた。

【0049】

比較例のガラス固化体は、一般的なホウケイ酸ガラス固化体の製造方法で作られるもので、アルミノシリケートフィルタを利用して放射性セシウムが１８重量％捕集されたセシウム廃フィルタをディスクミルを利用して１０〜６０μｍとなるように粉砕し、粉末混合器を利用して混合した。その後、セシウム廃フィルタ：Ｂ_２Ｏ_３：Ｎａ_２Ｏの比が５０重量％：２０重量％：３０重量％となるように混合した後、これをアルミナるつぼに５０ｇを入れて、大気雰囲気下で１０℃／分の昇温速度で１２００℃で３時間焼結し、放射性セシウムガラス固化体を製造した。

【0050】

上記製造されたホウケイ酸ガラス固化体をディスクミルを利用して粉砕後、１００メッシュ以下に存在する粉末を回収した。上記回収された粉末を蒸留水に入れた後、９０℃で７日間反応させて、浸出液に存在するセシウム含有量を分析し、浸出速度を求めた。

【0051】

また、アルミノシリケートフィルタを利用して放射性セシウムが捕集された廃フィルタを１２００℃で３時間焼結後、製造されたセラミックインゴットの浸出速度（表１参照）を比較した。

【0052】

その結果、セシウム廃フィルタインゴットのセシウム浸出速度は、約７．０×１０^−４ｇ／ｍ^２・ｄａｙであり、ガラス固化体は、約６×１０^−２ｇ／ｍ^２・ｄａｙであった。したがって、ガラス固化体の浸出速度がセシウム廃フィルタインゴットに比べて約８６倍以上高いので、本発明による方法で製造されたセシウム廃フィルタセラミックインゴットの放射性物質漏出速度が顕著に低いことを確認した。

【0053】

前述した本発明の説明は、例示のためのものであり、本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者は、本発明の技術的思想や必須な特徴を変更することなく、他の具体的な形態で容易に変形が可能であることを理解することができる。したがって、以上で記述した内容は、すべての面で例示的なものであって、限定的なものではないことを理解しなければならない。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】