特許 5966648 放射性物質のガラス封止方法及びガラス封止装置

(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】5966648

(24)【登録日】2016年7月15日

(45)【発行日】2016年8月10日

(54)【発明の名称】放射性物質のガラス封止方法及びガラス封止装置

(51)【国際特許分類】

   G21F 9/16 20060101AFI20160728BHJP

【ＦＩ】

   G21F9/16 541D

   G21F9/16 541A

【請求項の数】12

【全頁数】19

(21)【出願番号】特願2012-134447(P2012-134447)

(22)【出願日】2012年6月14日

(65)【公開番号】特開2013-257262(P2013-257262A)

(43)【公開日】2013年12月26日

【審査請求日】2015年4月23日

(73)【特許権者】

【識別番号】000000099

【氏名又は名称】株式会社ＩＨＩ

(74)【代理人】

【識別番号】100083806

【弁理士】

【氏名又は名称】三好 秀和

(74)【代理人】

【識別番号】100100712

【弁理士】

【氏名又は名称】岩▲崎▼ 幸邦

(74)【代理人】

【識別番号】100095500

【弁理士】

【氏名又は名称】伊藤 正和

(74)【代理人】

【識別番号】100101247

【弁理士】

【氏名又は名称】高橋 俊一

(74)【代理人】

【識別番号】100098327

【弁理士】

【氏名又は名称】高松 俊雄

(72)【発明者】

【氏名】綾部 統夫

(72)【発明者】

【氏名】村本 知哉

(72)【発明者】

【氏名】西山 裕一

(72)【発明者】

【氏名】泉 良範

(72)【発明者】

【氏名】前川 弘道

【審査官】 後藤 孝平

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００２−３２８１９７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６２−１１５３９９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−１２６６３０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−２０７９７２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−１２７９２８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ２１Ｆ ９／１６

Ｃ０３Ｂ ５／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

放射性廃液に含まれる放射性物質を溶融ガラスと混合した溶融混合物を固化して放射性物質をガラスで封止する放射性物質のガラス封止方法であって、
前記溶融混合物から沈降形成される白金族元素を含む堆積物を、液相線温度が溶融ガラスの温度より低くなる白金族元素合金の生成又はガラスの粘度低下を利用して流動化又は形成抑制する流動化工程を有し、前記流動化工程は、前記放射性廃液に含まれる白金族元素の少なくとも一種と作用して、溶融ガラスの温度より液相線温度が低い白金族元素合金を形成可能な有効成分としてテルル又はその化合物を含む第１の流動化剤を添加する第１の添加工程を有し、それにより、放射性廃液に含まれる白金族元素を前記溶融混合物と共に封止可能とする放射性物質のガラス封止方法。

【請求項2】

更に、前記溶融ガラスとの混合前に、
前記放射性廃液に含まれる少なくとも一種の白金族元素又はその化合物を酸化し気化させて前記放射性廃液から分離させる分離工程
を有する請求項１に記載の放射性物質のガラス封止方法。

【請求項3】

前記第１の添加工程は、放射性廃液に含まれる放射性物質を溶融ガラスと混合する際に、又は、混合前の放射性廃液に対して行って前記堆積物の形成を抑制する請求項１又は２に記載の放射性物質のガラス封止方法。

【請求項4】

前記第１の添加工程は、前記溶融混合物から沈降形成された前記堆積物に対して第１の流動化剤が作用するように行う請求項１又は２に記載の放射性物質のガラス封止方法。

【請求項5】

放射性廃液に含まれる放射性物質を溶融ガラスと混合した溶融混合物を固化して放射性物質をガラスで封止する放射性物質のガラス封止方法であって、
前記溶融混合物から沈降形成される白金族元素を含む堆積物を、液相線温度が溶融ガラスの温度より低くなる白金族元素合金の生成又はガラスの粘度低下を利用して流動化又は形成抑制する流動化工程を有し、それにより、放射性廃液に含まれる白金族元素を前記溶融混合物と共に封止可能とし、
前記流動化工程は、
ガラスの粘度を低下させる有効成分として亜鉛又はその化合物を含む第２の流動化剤を添加する第２の添加工程
を有する放射性物質のガラス封止方法。

【請求項6】

前記第２の添加工程は、前記溶融混合物から沈降形成された前記堆積物に対して第２の流動化剤が作用するように行う請求項５に記載の放射性物質のガラス封止方法。

【請求項7】

更に、前記溶融ガラスとの混合前に、
前記放射性廃液に含まれる少なくとも一種の白金族元素又はその化合物を酸化し気化させて前記放射性廃液から分離させる分離工程
を有する請求項５に記載の放射性物質のガラス封止方法。

【請求項8】

放射性廃液に含まれる放射性物質を溶融ガラスと混合した溶融混合物を固化して放射性物質をガラスで封止する放射性物質のガラス封止方法であって、
前記溶融ガラスとの混合前に、 前記放射性廃液に含まれる少なくとも一種の白金族元素又はその化合物を酸化し気化させて前記放射性廃液から分離させる分離工程であって、ルテニウム又はその化合物に酸化剤を作用させて酸化物に変換する酸化工程を有し、酸化物としてルテニウムを気化分離する前記分離工程と、
前記溶融混合物から沈降形成される白金族元素を含む堆積物を、液相線温度が溶融ガラスの温度より低くなる白金族元素合金の生成又はガラスの粘度低下を利用して流動化又は形成抑制する流動化工程を有し、それにより、放射性廃液に含まれる白金族元素を前記溶融混合物と共に封止可能とする前記流動化工程と、
前記流動化工程後の白金属元素を伴う溶融混合物を固化する時又はその前に、前記分離工程において放射性廃液から酸化物として分離したルテニウムを前記溶融混合物に添加して一緒に封止する工程とを有する放射性物質のガラス封止方法。

【請求項9】

前記酸化工程において、酸化剤としてオゾンを前記放射性廃液に供給する請求項８に記載の放射性物質のガラス封止方法。

【請求項10】

加熱手段を有する溶融炉と、
溶融ガラスを調製するために前記溶融炉にガラスを供給するガラス供給手段と、
放射性廃液に含まれる放射性物質と前記溶融ガラスとの溶融混合物を調製するために、前記放射性廃液を前記溶融炉に供給する廃液供給手段と、
前記溶融炉から前記溶融混合物を排出して固化するガラスで放射性物質を封止するための、前記溶融炉に設けられる排出手段と、
前記放射性廃液に含まれる白金族元素を前記溶融混合物と共に封止可能とするために、第１の流動化剤及び第２の流動化剤の少なくとも一方を前記溶融炉に供給する流動化剤供給手段であって、前記第１の流動化剤は、前記放射性廃液に含まれる白金族元素の少なくとも一種と作用して、溶融ガラスの温度より液相線温度が低い白金族元素合金を形成可能な有効成分としてテルル又はその化合物を含み、前記第２の流動化剤は、ガラスの粘度を低下させる有効成分として亜鉛又はその化合物を含む前記流動化剤供給手段と
を有する放射性物質のガラス封止装置。

【請求項11】

加熱手段を有する溶融炉と、
溶融ガラスを調製するために前記溶融炉にガラスを供給するガラス供給手段と、
放射性廃液に含まれる放射性物質と前記溶融ガラスとの溶融混合物を調製するために、前記放射性廃液を前記溶融炉に供給する廃液供給手段と、
前記溶融炉から前記溶融混合物を排出して固化するガラスで放射性物質を封止するための、前記溶融炉に設けられる排出手段と、
前記放射性廃液に含まれる白金族元素を前記溶融混合物と共に封止可能とするために、第１の流動化剤及び第２の流動化剤の少なくとも一方を前記溶融炉に供給する流動化剤供給手段であって、前記第１の流動化剤は、前記放射性廃液に含まれる白金族元素の少なくとも一種と作用して、溶融ガラスの温度より液相線温度が低い白金族元素合金を形成可能な金属又はその化合物を有効成分とし、前記第２の流動化剤は、ガラスの粘度を低下させる金属又はその化合物を有効成分とする前記流動化剤供給手段と、
放射性廃液に含まれる少なくとも一種の白金族元素又はその化合物を酸化する酸化手段であって、白金族元素又はその化合物を酸化物に変換する酸化剤としてオゾンを前記放射性廃液に供給する酸化塔を有する前記酸化手段と、
前記酸化手段によって酸化されたルテニウムを酸化物として前記放射性廃液から気化分離する分離塔と、
前記分離塔において酸化物として気化分離したルテニウムを回収する回収塔と、
前記排出手段によって前記溶融炉から排出される前記溶融混合物に、前記回収塔で回収されるルテニウムを添加して一緒に封止するための添加手段と
を有し、前記分離塔から排出される放射性廃液を前記廃液供給手段によって前記溶融炉に供給する放射性物質のガラス封止装置。

【請求項12】

前記第１の流動化剤は、テルル又はその化合物を含み、前記第２の流動化剤は、亜鉛又はその化合物を含む請求項１１に記載の放射性物質のガラス封止装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、原子力発電における使用済核燃料の再処理過程で発生する高レベル放射性廃液などに含まれる放射性物質を、ガラス固化体として地中に埋設可能なように処理するための放射性物質のガラス封止方法及びガラス封止装置に関する。

【背景技術】

【0002】

原子力発電所における使用済核燃料の再処理過程で発生する高レベル放射性廃液（ＨＡＬＷ）は、非常に高い放射能を有する核分裂生成物を多く含むことから、物理的、化学的に安定なガラス（ケイ酸ガラス等の無機ガラス）によって封止し、ガラス固化体として埋設処理する。

【0003】

ガラス固化体の製造には、ガラス溶融炉が使用され、その１つとして、直接通電加熱方式のガラス溶融炉がある。これは、金属製ケーシングに収納された耐火煉瓦製の溶融炉本体内でガラスに直接通電することによってジュール熱による加熱を行うもので、高レベル放射性廃液を溶融炉本体においてガラス原料と共に加熱し、廃液に含まれる放射性物質を溶融ガラスと混合してキャニスタに排出して冷却固化することによって、放射性物質が封止されたガラス固化体が得られる。

【0004】

高レベル放射性廃液には、白金族元素であるルテニウム、ロジウム及びパラジウムが含まれ、これらは溶融ガラスに溶解し難く、酸化物等の形態で溶融ガラスに懸濁する。白金族元素の懸濁物は、ガラスより比重が大きいために溶融ガラスから沈降し易く、溶融炉内の底部に濃縮されて粘性の高い堆積物を形成する。

【0005】

このような白金族元素を含む堆積物は電気抵抗が低いので、炉底に形成されると溶融ガラスより電流が流れ易く、溶融ガラスの通電加熱が阻害されて、溶融炉の加熱性能が低下する。又、この堆積物は、非常に粘性が高いため、溶融ガラスを炉から排出する際に炉底で溶融ガラスの流動速度を低下させたり、排出口の閉塞を引き起こし易く、溶融ガラスの排出を阻害する。

【0006】

従って、炉底に堆積物が形成された場合には、溶融ガラスを溶融炉から全て排出した後に、底部に残留する堆積物を物理的にはつる作業が必要となる。このため、ガラスの排出後に、炉の冷却及び再加熱のための時間及び手間が必要となり、作業効率が悪い。

【0007】

上記の点に関し、例えば下記特許文献１においては、放射性廃液に予め還元剤を添加して白金族元素を還元し、還元析出物を磁気フィルタを用いて捕集することによって、白金族元素を除去した後の廃液をガラス溶融炉へ供給することを記載する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0008】

【特許文献1】特開２００７−２４８１６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0009】

しかし、上記特許文献１の技術では、放射性廃液の還元処理及び還元析出物の除去処理に使用する器具及び装置は、放射性廃液と接触するので、ガラス溶融炉等と同様に隔離された空間で使用する必要があり、遠隔操作を可能とするために器具及び装置の構造が複雑になる。

【0010】

本発明の課題は、上述の問題を解決し、放射性廃液に含まれる放射性物質のガラス封止において、遠隔操作用の複雑な構造の装置等を用いずに、白金族元素を含む堆積物による溶融ガラスの排出阻害を軽減可能である放射性物質のガラス封止方法及びガラス封止装置を提供することである。

【0011】

また、本発明の他の課題は、放射性廃液に含まれる放射性物質のガラス封止において、前後処理や分別処理などによる作業の繁雑さを軽減可能で、効率的に封止処理を進行可能な放射性物質のガラス封止手法を確立することである。

【課題を解決するための手段】

【0012】

上記課題を解決するために、本発明者らは、鋭意研究を重ねた結果、白金族元素を含む堆積物の流動化又は形成抑制が可能な手法を見出し、本発明を完成するに至った。

【0013】

本発明の一態様によれば、放射性物質のガラス封止方法は、放射性廃液に含まれる放射性物質を溶融ガラスと混合した溶融混合物を固化して放射性物質をガラスで封止する放射性物質のガラス封止方法であって、前記溶融混合物から沈降形成される白金族元素を含む堆積物を、液相線温度が溶融ガラスの温度より低くなる白金族元素合金の生成又はガラスの粘度低下を利用して流動化又は形成抑制する流動化工程を有し、前記流動化工程は、前記放射性廃液に含まれる白金族元素の少なくとも一種と作用して、溶融ガラスの温度より液相線温度が低い白金族元素合金を形成可能な有効成分としてテルル又はその化合物を含む第１の流動化剤を添加する第１の添加工程を有し、それにより、放射性廃液に含まれる白金族元素を前記溶融混合物と共に封止可能とすることを要旨とする。

【0014】

本発明の他の態様によれば、放射性物質のガラス封止方法は、放射性廃液に含まれる放射性物質を溶融ガラスと混合した溶融混合物を固化して放射性物質をガラスで封止する放射性物質のガラス封止方法であって、前記溶融混合物から沈降形成される白金族元素を含む堆積物を、液相線温度が溶融ガラスの温度より低くなる白金族元素合金の生成又はガラスの粘度低下を利用して流動化又は形成抑制する流動化工程を有し、それにより、放射性廃液に含まれる白金族元素を前記溶融混合物と共に封止可能とし、前記流動化工程は、ガラスの粘度を低下させる有効成分として亜鉛又はその化合物を含む第２の流動化剤を添加する第２の添加工程を有することを要旨とする。

【0015】

本発明の更に他の態様によれば、放射性物質のガラス封止方法は、放射性廃液に含まれる放射性物質を溶融ガラスと混合した溶融混合物を固化して放射性物質をガラスで封止する放射性物質のガラス封止方法であって、前記溶融ガラスとの混合前に、 前記放射性廃液に含まれる少なくとも一種の白金族元素又はその化合物を酸化し気化させて前記放射性廃液から分離させる分離工程であって、ルテニウム又はその化合物に酸化剤を作用させて酸化物に変換する酸化工程を有し、酸化物としてルテニウムを気化分離する前記分離工程と、前記溶融混合物から沈降形成される白金族元素を含む堆積物を、液相線温度が溶融ガラスの温度より低くなる白金族元素合金の生成又はガラスの粘度低下を利用して流動化又は形成抑制する流動化工程を有し、それにより、放射性廃液に含まれる白金族元素を前記溶融混合物と共に封止可能とする前記流動化工程と、前記流動化工程後の白金属元素を伴う溶融混合物を固化する時又はその前に、前記分離工程において放射性廃液から酸化物として分離したルテニウムを前記溶融混合物に添加して一緒に封止する工程とを有することを要旨とする。

【0016】

又、本発明の一態様によれば、放射性物質のガラス封止装置は、加熱手段を有する溶融炉と、溶融ガラスを調製するために前記溶融炉にガラスを供給するガラス供給手段と、放射性廃液に含まれる放射性物質と前記溶融ガラスとの溶融混合物を調製するために、前記放射性廃液を前記溶融炉に供給する廃液供給手段と、前記溶融炉から前記溶融混合物を排出して固化するガラスで放射性物質を封止するための、前記溶融炉に設けられる排出手段と、前記放射性廃液に含まれる白金族元素を前記溶融混合物と共に封止可能とするために、第１の流動化剤及び第２の流動化剤の少なくとも一方を前記溶融炉に供給する流動化剤供給手段であって、前記第１の流動化剤は、前記放射性廃液に含まれる白金族元素の少なくとも一種と作用して、溶融ガラスの温度より液相線温度が低い白金族元素合金を形成可能な有効成分としてテルル又はその化合物を含み、前記第２の流動化剤は、ガラスの粘度を低下させる有効成分として亜鉛又はその化合物を含む前記流動化剤供給手段とを有することを要旨とする。
本発明の他の態様によれば、放射性物質のガラス封止装置は、加熱手段を有する溶融炉と、溶融ガラスを調製するために前記溶融炉にガラスを供給するガラス供給手段と、放射性廃液に含まれる放射性物質と前記溶融ガラスとの溶融混合物を調製するために、前記放射性廃液を前記溶融炉に供給する廃液供給手段と、前記溶融炉から前記溶融混合物を排出して固化するガラスで放射性物質を封止するための、前記溶融炉に設けられる排出手段と、前記放射性廃液に含まれる白金族元素を前記溶融混合物と共に封止可能とするために、第１の流動化剤及び第２の流動化剤の少なくとも一方を前記溶融炉に供給する流動化剤供給手段であって、前記第１の流動化剤は、前記放射性廃液に含まれる白金族元素の少なくとも一種と作用して、溶融ガラスの温度より液相線温度が低い白金族元素合金を形成可能な金属又はその化合物を有効成分とし、前記第２の流動化剤は、ガラスの粘度を低下させる金属又はその化合物を有効成分とする前記流動化剤供給手段と、放射性廃液に含まれる少なくとも一種の白金族元素又はその化合物を酸化する酸化手段であって、白金族元素又はその化合物を酸化物に変換する酸化剤としてオゾンを前記放射性廃液に供給する酸化塔を有する前記酸化手段と、前記酸化手段によって酸化されたルテニウムを酸化物として前記放射性廃液から気化分離する分離塔と、前記分離塔において酸化物として気化分離したルテニウムを回収する回収塔と、前記排出手段によって前記溶融炉から排出される前記溶融混合物に、前記回収塔で回収されるルテニウムを添加して一緒に封止するための添加手段とを有し、前記分離塔から排出される放射性廃液を前記廃液供給手段によって前記溶融炉に供給することを要旨とする。

【発明の効果】

【0017】

本発明によれば、放射性廃液に含まれる放射性物質をガラス固化体として封止する処理を、複雑な構造の装置や特殊な機構等を用いずに、簡易な構造のガラス封止装置によって実施でき、堆積物による溶融ガラスの排出阻害を軽減可能であるので、原子力発電所などから排出される放射性廃液を処理する際の負担を軽減可能であり、経済的にも有利である。又、堆積物を排出する作業に要する時間が減少し、煩雑な作業による手間も省くことができ、効率的且つ容易に実施できる。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】本発明に係るガラス封止方法を実施するためのガラス溶融炉の一実施形態を示す概略構成図。

【図2】図１の実施形態において溶融ガラスを排出した状態を示す概略構成図。

【図3】本発明に係るガラス封止方法を実施するためのガラス溶融炉の他の実施形態を示す概略構成図。

【図4】図３の実施形態において溶融ガラスを排出した状態を示す概略構成図。

【図5】亜鉛濃度とガラスの溶融温度との関係を示すグラフ。

【図6】本発明に係るガラス封止方法を実施するガラス封止装置の一実施形態を示す概略構成図。

【発明を実施するための形態】

【0019】

使用済核燃料の再処理過程で発生する高レベル放射性廃液（ＨＡＬＷ）は、高い放射能を有する核分裂生成物を多く含む硝酸水性液であり、溶融ガラスと混合して冷却固化することにより、放射性物質をガラス中に封止したガラス固化体に調製して地中に埋設処理される。ガラス固化体の製造において、放射性廃液は、放射性物質を含む酸性水溶液の状態でガラス溶融炉に投入され、６５０〜１０００℃程度の加熱溶融したガラス（ケイ酸ガラス、ホウ酸ガラス、ホウケイ酸ガラス等の無機ガラス）との接触により水分が蒸発し、放射性物質を含む金属元素が酸化物、単体等の固体状態で溶融ガラス中に封止される。

【0020】

放射性廃液に含まれる金属元素には、ルテニウム（Ｒｕ），パラジウム（Ｐｄ），ロジウム（Ｒｈ）等の白金族元素が含まれており、その割合は、概して、Ｒｕ：Ｐｄ：Ｒｈ≒６：３：１程度（モル比）である。これらの白金族元素は、ガラスに溶解せずに酸化物その他の形態で溶融ガラス中に懸濁するが、ガラス中を沈降して溶融炉の炉底に濃縮され、堆積物を形成する。この堆積物は、ガラス中に白金族元素が高濃度（１０質量％前後）で含まれる高粘度で流動性の低いスラッジ状であるのに対し、その他の廃液成分が混和・分散する溶融ガラスは、流動性が良好であるので、炉底のドレンを開放すると、溶融ガラスのみが容易に排出されて、堆積物は炉底に付着・残留する。放射性廃液のガラス封止処理を繰り返すに従って堆積物の量が増え、ドレンを閉塞して溶融ガラスの排出を阻害するので、炉底の堆積物を除去するために、溶融炉を一旦冷却して固化した堆積物をはつる作業が行われる。このような作業による非効率性を改善するには、堆積物の流動性を向上させるか、堆積物の生成を抑制することが有効である。

【0021】

白金族元素を含む堆積物の流動性を向上させるには幾つかの方法が考えられるが、機械操作でない方法として、第１に、白金族元素を低融点物質に変化させる方法、第２に、堆積物の組成を変化させて粘度を低下させる方法が挙げられ、何れかの変化を生じさせるための成分を流動化剤として作用させることによって堆積物の流動性を向上させて排出することが可能である。第１の方法に使用する流動化剤（第１の流動化剤）は、ガラス封止の際にガラスを溶融させる温度において溶融する低融点の合金又は化合物（好ましくは共晶体）を白金族元素との反応により形成する金属を有効成分とし、融点降下によって堆積物の粘性低下を生じさせる。第２の方法に使用する流動化剤（第２の流動化剤）は、ガラス及び白金族元素の両方との親和性を有し、ガラスの粘性を低下させる成分を有効成分とし、堆積物に浸入して堆積物中のガラスの粘度を低下させて堆積物を流動化させると共に、堆積物のガラス馴染みを向上させて溶融ガラスへの分散性を高め、又、堆積物中へガラスを導入して堆積物の白金族元素濃度を低下させる。上記第１及び第２の流動化剤の何れも、溶融ガラスを排出した溶融炉に残留する堆積物に添加すると、堆積物の流動性を高めて排出除去が容易になる。この際、少量のガラスが共存すると、第２の流動化剤の場合は、ガラスによる堆積物の希釈を行い易いので流動化に有用である。

【0022】

第１の流動化剤は、ガラスに投入する前の放射性廃液に添加したり、放射性廃液を溶融炉のガラスに投入する際に並行して添加すると、白金族元素が沈降する前に第１の流動化剤と作用し易くなるので、白金族元素を含む高粘性堆積物の形成が抑制され、更に、堆積物が形成されてもその高粘性化を抑制して、流動及び排出が可能となる。

【0023】

第２の流動化剤については、ガラスに投入する前の放射性廃液に添加すると、溶融ガラスとの混合時の第２の流動化剤は、白金族元素及び溶融ガラスの両方と接触し得るので、ガラスとの親和性の方が高い場合にはガラス中に分散して堆積物から遊離する可能性がある。従って、堆積物と直接接触し易い添加形態を採用することが好ましく、放射性廃液への事前添加を行うには、白金族元素に対する第２の流動化剤の親和性が相対的に高いことが要件となる。この点に関し、後述から理解されるように、第１の流動化剤及び第２の流動化剤の両方に属する金属は、ガラスとの親和性が高いと、第２の流動化剤として優先的に作用し易くなるため、第１の流動化剤として選択する場合には、使用するガラスの組成（網目形成成分）との親和性を勘案するとよい。

【0024】

第１の流動化剤は、白金族元素と低融点の合金又は化合物（好ましくは低融点共晶体）を形成する金属成分であり、具体的には、液相線温度がガラスの溶融温度以下になる組成領域が存在する合金又は化合物を白金族元素との間で形成可能な金属又はその化合物である。溶融ガラスの温度が６５０〜１０００℃程度になるように設定され、溶融炉の加熱性能の設定としても加熱温度はこの範囲となるので、状態図の６５０〜１０００℃の温度範囲に液相線が存在する合金又は金属間化合物を白金族元素と形成する金属成分が使用される。原理的には、合金は固相線温度以上において流動性を示し得るが、高粘度の堆積物を流動化させるには、液相線温度以上における顕著な液状化を示すことが望ましいので、第１の流動化剤として使用される金属又はその化合物は、白金族元素と合金又は金属間化合物を形成して、その液相線温度が、第１の流動化剤を作用させる加熱温度以下、つまり、溶融ガラスの温度以下になるものとなる。流動化剤は、放射性廃液に含まれる白金族元素の全てとの間で上記のような合金又は化合物を形成する必要はなく、少なくとも１種の白金族元素との間で形成可能であれば、堆積物の形成量が減少するので流動化に有効である。そのような金属成分として、テルル（Ｔｅ），インジウム（Ｉｎ），錫（Ｓｎ），亜鉛（Ｚｎ），ゲルマニウム（Ｇｅ），砒素（Ａｓ），セリウム（Ｃｅ）及びジルコニウム（Ｚｒ）が挙げられ、Ｉｎ，Ｓｎ，Ｇｅ，Ａｓ及びＣｅは白金族元素と合金を形成し、Ｔｅ，Ｚｎ及びＺｒは共晶体を形成する。実用的には、取扱いの容易さや、放射性廃液に元来含まれ得る成分であってガラス固化体の内容成分の変更を避けられる等の点から、Ｔｅ及びＺｎが最適である。Ｔｅは、Ｐｄ（共晶組成：３７at％Ｔｅ−Ｐｄ、融点５１０℃）及びＲｈ（共晶組成：５０at％Ｔｅ−Ｒｈ、融点１０００℃）の各々と共晶体を形成し、Ｚｎは、Ｐｄ（共晶組成：７４at％Ｚｎ−Ｐｄ、融点８５０℃）と共晶体を形成する。従って、第１の流動化剤として、上述の金属又はその化合物、或いは、これを含有するガラス組成物が利用でき、化合物としては、酸化物、水酸化物、硝酸塩、炭酸塩等が使用できる。高温の空気中で添加すると、金属は酸化物に変化して、金属単体と酸化物とにおいて実質的に作用の相異は見られない。ガラス組成物を使用する場合、上記金属又は金属化合物を高濃度で含有するものが好適であり、含有割合が３質量％以上（金属換算）のものが作用し易さの点において好ましい。

【0025】

第２の流動化剤は、ガラス及び白金族元素の両方との親和性を有し、ガラスの粘度を低下させる成分、つまり、ガラスの粘度低下剤又は軟化点降下剤として使用される金属又はその化合物であり、具体的には、Ｌｉ，Ｎａ，Ｋ，Ｒｂ，Ｃｓ，Ｆｒ等のアルカリ金属、Ｂａ，Ｃａ，Ｓｒ，Ｍｇ等のアルカリ土類金属、Ｅｕ，Ｃｅ等の希土類金属、Ｂｉ，Ｂａ，Ｔｅ，Ｚｎ，Ｓｎ，Ｐｂ等の網目修飾酸化物を形成する金属、及び、これらの金属の化合物（特に酸化物）が挙げられる。塩基性成分は、ガラスの結合を解離させて軟化させ、Ｂｉ_２Ｏ_３，ＢａＯ，ＴｅＯ_２，ＺｎＯ，ＳｎＯ，ＰｂＯ等の網目修飾酸化物は、ガラスの３次元網目中に存在するとガラスの軟化点を降下させる作用を有するので、このような酸化物を形成する金属又は金属化合物は、溶融ガラスに添加されると網目中に浸入してガラスの軟化点及び粘性を低下させる。従って、第２の流動化剤として、上述の金属及びその化合物が利用でき、化合物としては、酸化物、水酸化物、硝酸塩、炭酸塩等が使用できる。実用的には、取扱いの容易さや、放射性廃液に含まれ得る成分であってガラス固化体の内容成分の変更を避けられる等の点から、Ｚｎ，Ｓｎ，Ｅｕ，Ｃｅが好ましく、Ｚｎが最適である。

【0026】

第１の流動化剤の添加量は、形成される堆積物に含まれる白金族元素量を基準として決定され、白金族元素に対して、液相線温度が最も低くなる組成割合（例えば共晶組成）となる比率で添加すると最適であるが、これに限定する必要はなく、液相線温度が溶融ガラス温度以下である組成範囲となる比率で添加するとよく、この比率と差がある場合であっても、当該比率分の金属は溶融合金化するので、堆積物の量が減少し、実質的に溶融炉からの排出が可能となる。実用的には、上記最適比率の０．５〜５倍程度の添加量が効率的である。

【0027】

第２の流動化剤の添加量は、ガラスの粘度を有効に低下させるために、作用する対象としてのガラスの量を基準として決定されるので、添加する状況及び流動化剤の金属種によって異なる。基本的には、堆積物を構成するガラスの粘度低下に有効な量の金属成分が導入されるような流動化剤の添加量であればよく、Ｚｎの場合は、堆積物を構成するガラス中の金属濃度（酸化物換算）が少なくとも０．１質量％増加する量、好ましくは１０質量％程度以上になる量、より好ましくは２０〜４０質量％程度になる量、最適には２０質量％程度になる量を添加するとよい。同様に、Ｓｎの場合は、ガラスの網目形成酸化物（ＳｉＯ_２、Ｂ_２Ｏ_３等）を基準として、堆積物を構成するガラス中の金属濃度（酸化物換算）が、２０〜４０質量％程度になる量を添加するとよく、Ｅｕの場合は、ガラス中の金属濃度（Ｅｕ_２Ｏ_３換算）が、２０〜４０質量％程度になる量、Ｃｅの場合は、ガラス中の金属濃度（ＣｅＯ_２換算）が、２０〜４０質量％程度になる量が好適である。効率的な添加形態は、溶融ガラスを排出した後に残留する堆積物に対する直接添加であるが、排出する前の溶融ガラス中に添加してもよく、その場合、流動化剤が効率的に堆積物に作用するように添加形態を工夫して、堆積物中のガラスに含まれる流動化剤の金属成分の濃度が上記範囲に増加するように、溶融ガラスへの拡散量を勘案して添加するとよい。

【0028】

尚、放射性廃液中に上記流動化剤の金属元素が元々含まれる場合には、その量を勘案して、上述の適正な添加量を決定するとよい。

【0029】

上記第１又は第２の流動化剤を用いて、放射性廃液に含まれる放射性物質をガラス封止する実施形態を、図面を参照して以下に説明する。

【0030】

図１は、放射性物質のガラス封止に使用するガラス溶融炉１を示し、角柱形状の金属製ケーシング２に収納される耐火煉瓦製の溶融炉本体３を有し、溶融炉本体３内の空間３ａにおいてガラスの溶融及び放射性物質との混合が行われる。溶融炉本体３の上端部には、空間３ａに連通するノズル４が接続され、放射性廃液６を供給するための廃液供給管５及びガラス原料８を供給するための供給管７がノズル４に接続される。供給管７は、流動化剤１６の添加にも使用される。廃液供給管５の上流には、放射性廃液を収容する容器（図示略）、及び、必要に応じて付設される各種機器（図示略）が接続され、供給管７の上流にはガラス原料を収容する容器（図示略）、及び、流動化剤を収容する容器（図示略）が接続される。ケーシング２及び溶融炉本体３の側壁部には、対になった電極９が空間３ａに露出するように貫通して設けられ、空間３ａに供給されるガラス原料に電極９から直接通電することによって発生するジュール熱を熱源としてガラス原料を加熱溶融する。電極９によって溶融ガラス１０は８００〜１２００℃程度に加熱可能である。又、電極９による通電加熱が可能な状態にするために、輻射熱等による間接加熱装置１１が溶融炉本体３の上部に付設され、運転開始時においては、空間３ａに投入されるガラス原料を間接加熱装置１１によって８００℃程度までガラスを加熱して溶融し、この後、放射性廃液の導入及び混合を進めるために電極９による加熱に移行する。炉底部は中央に向かって下方に傾斜して空間３ａを角錐形状に挟搾し、その下端部には、誘導加熱コイル等の加熱手段１３を付設した流下ノズル１２が接続され、加熱手段１３によって流下ノズル１２を加熱することによって、流下ノズル１２を閉塞するガラスが溶融して空間３ａの溶融ガラスの排出が可能となる。流下ノズル１２の下端部には、溶融ガラス等を収容する容器として、キャニスタ１４が結合装置（図示略）を介して着脱可能に連結され、空間３ａから排出される溶融ガラス等が投入されて固化する。

【0031】

放射性廃液６の放射性物質をガラス封止するには、先ず、溶融炉本体３の空間３ａにガラス原料８を供給して間接加熱装置１１によって溶融し、電極９によって８００〜１２００℃に昇温する。この状態において、流下ノズル１２近辺は低温であるため、流下ノズル１２はガラス固体によって閉塞されている。廃液供給管５から放射性廃液６を空間３ａに供給し、必要に応じて供給管７からガラス原料を補給すると、放射性廃液６は、溶融ガラスとの接触により水分が蒸発し、放射性物質を含む内容物が固化すると共に溶融ガラス中に混合分散する。廃液に含まれる白金族元素は、沈降して炉底部に高粘度の堆積物１５を形成する。加熱手段１３によって流下ノズル１２を加熱すると、ノズル内のガラスが溶融して閉塞が開放され、放射性物質を含んだ溶融ガラスは、空間３ａから流下ノズル１２を通じてキャニスタ１４へ排出される。キャニスタ１４内でガラスが冷却固化することによって、放射性物質を封止したガラス固化体が調製される。キャニスタ１４は、溶融炉から取り外され、ガラス固化体は、キャニスタ１４に封入された状態で埋設処理される。

【0032】

上記作業を繰り返すに従って、溶融炉底部に残留する白金族を含む堆積物１５の量が増加し、流下ノズル１２からの溶融ガラスの排出を阻害し易くなる。これを流動化して排出するために、図２に示すように、溶融炉底部に残留する堆積物１５に流動化剤１６を添加して流動化処理を行う。この実施形態では、第１の流動化剤として、テルルを金属成分とする粒状物（テルル単体、二酸化テルル又はテルルガラス）を使用し、白金族元素をＴｅ−Ｐｄ合金、Ｔｅ−Ｒｈ合金及びＴｅ−Ｒｕ合金へ変換して堆積物を流動化する。粒状物の寸法は、装置構成等に応じて適宜変更可能である。

【0033】

詳細には、先ず、堆積物に含まれる白金族元素量を求める。これは、放射性廃液に含まれる各成分の濃度を予め測定し、処理を施した廃液量に基づいて算出することができる。尚、ウラン燃料の使用済核燃料の再処理において発生する放射性廃液の内容については判明しているので、そのデータを利用して白金族元素Ｐｄ，Ｒｕ，Ｒｈの量を算出できる。あるいは、電極９によって溶融ガラス１０に通電する際の抵抗値の低下度合、又は、電極９から溶融ガラスに供給される電力量から推定される溶融ガラスの温度と実際の温度との差に基づいて、そのような導電性の上昇又は加熱効率の低下を生じる金属組成物の量として堆積物の量を推定できることが経験により判明しているので、通電抵抗又はガラス温度の測定値から概算してもよい。これらの測定値は、堆積物の除去を実施するタイミングを決定するために用いることができ、このためには、予め堆積物の許容量を設定し、この量に相当する導電性の上昇又は加熱効率の低下が観測された時点で堆積物の流動化を実施すると良い。

【0034】

次に、得られた白金族元素の量に対して、液相線温度がガラスを溶融する温度より低くなる合金組成、好ましくは最も低くなる合金組成又は共晶組成の割合となるＴｅの量を好適添加量として算出し、好適添加量の０．５〜５倍の範囲で適正添加量を設定する。Ｔｅの好適添加量及び適正添加量は、白金族元素の少なくとも一種に対して設定すればよいが、廃液に含まれる各白金族元素についてＴｅの好適添加量を設定し、それらの合計を最適値として、その１〜２倍の範囲で添加量を設定すると好ましい。例えば、３７at％Ｔｅ−Ｐｄの共晶組成に基づいてＴｅの適正添加量を求めると、それは、堆積物のＰｄ量と添加するＴｅ量との比率（モル比）が６３：３７〜５０：５０程度となる値となる。二酸化テルル又はテルルガラスを用いる場合は、更にテルル単体との分子量比に基づいて添加量を算出する。Ｔｅ−Ｒｈ合金及びＴｅ−Ｒｕ合金を形成するための添加量についても、上記と同様に公知の状態図に基づいて算出すればよい。放射性廃液に含まれる白金族元素の比は、概して、Ｒｕ：Ｐｄ：Ｒｈ≒６：３：１程度（モル比）であるので、各合金の共晶組成比に基づく適正量にこの元素比による重み付けを行って合計するとよい。

【0035】

尚、放射性廃液６にはＴｅが含まれているので、上述の流動化剤の添加量の設定において放射性廃液６に含まれるＴｅの量を勘案する場合は、算出した適正量から廃液に含まれる量を減算するが、溶融ガラスを排出した後の残留堆積物に対して添加する場合、放射性廃液由来のＴｅの殆どは溶融ガラスと共に排出されるので、考慮しなくてもよい。

【0036】

算出された添加量の流動化剤１６を供給管７から空間３ａに供給して間接加熱装置１１によって８００〜１２００℃程度に加熱すると、溶融炉底部に残留する堆積物１５の白金族元素と添加した流動化剤（Ｔｅ）との接触部分において、白金族元素とＴｅとの共晶溶融物が生成し、この溶融物を通じて、Ｔｅは堆積物中に拡散し、堆積物の白金族元素はＴｅ中へ拡散する。この結果、堆積物１５の融点降下及び粘度低下によって堆積物は流動化し、白金族元素とＴｅとの溶融物が堆積物１５から分離・放出されると、堆積物の減量・崩壊も可能になる。テルルガラスを用いた場合や、少量の溶融ガラスが存在する場合には、上記の現象に加えて、堆積物１５中の白金族元素の減少によって堆積物のガラス馴染みが向上し、溶融ガラスへ分散し易くなる。流動化剤１６として、共晶体を形成しない合金の金属成分を用いた場合にも、加熱温度（ガラスを溶融する温度）より液相線温度が低くなる組成の合金溶融物が生成し、この合金溶融物を通して上記と同様の成分拡散が進行する。流動化剤１６として金属間化合物を形成する金属成分を用いた場合も同様である。余剰の流動化剤は、ガラスとの親和性に応じて溶融ガラス中に分散する。

【0037】

流動化剤１６の添加によって、堆積物１５中の白金族元素の溶融ガラスへの分散・拡散、及び、流動化剤の堆積物中への拡散が進行し、堆積物１５の白金族元素濃度の減少によって粘性が低下するので、図１のようにキャニスタ１４を接続して流下ノズル１２を加熱手段１３によって加熱すれば、堆積物１５は、流動化剤１６及び溶融ガラスと共に排出される。キャニスタ１４内のガラス固化体において、白金族元素は、流動化剤の金属成分との合金、固溶体又は化合物の状態で封止される。流動化剤がＴｅ又はその化合物である場合、Ｐｄ：Ｔｅの比が５：２、３：２、１：１、１：２等の固相マトリクスが生成し得る。

【0038】

ガラス溶融炉１において、ガラス原料８を予め加熱溶融した状態で、放射性廃液６と第１の流動化剤とを同時に溶融ガラス中に添加してもよく、この場合、溶融ガラスとの接触によって放射性廃液６の水分蒸発により析出する固形物の白金族元素と第１の流動化剤とが接触して溶融合金が容易に形成され、白金族元素による懸濁物及び堆積物の形成は抑制されるので、白金族元素は、放射性物質を含む溶融ガラス１０と共に容易に排出できる。この場合、放射性廃液６にはＴｅが含まれているので、第１流動化剤としてテルル又はその化合物を使用する際には、流動化剤の添加量の設定において放射性廃液６に含まれるＴｅの量を勘案して、算出した適正量から廃液に含まれる量を減算する。

【0039】

図３及び図４は、放射性廃液に含まれる放射性物質をガラス封止する際に第２の流動化剤として亜鉛を用いて堆積物を除去する一実施形態を示し、溶融炉底部に形成される堆積物の近辺に流動化剤１６ａを供給可能なように構成したガラス溶融炉１’を用いる。

【0040】

詳細には、ガラス溶融炉１’は、流動化剤１６ａを供給するためのチューブ１７を有する点を除いては図１及び図２のガラス溶融炉１と同じ構成である。チューブ１７は、耐熱性及び耐蝕性を有する素材（例えば、INCONEL（ニッケル系超合金、登録商標）等）を用いて製作され、ガラス溶融炉１’の外部から空間３ａ内へ向かってノズル４内を同軸状に貫通して、その下端が炉底部の近辺において開口するように設けられる。つまり、投入される流動化剤１６ａと炉底の堆積物１５との接触が容易な構成であり、堆積物１５を構成するガラス成分に混入してガラスの粘度を低下させ、流動性を付与するのに有利である。この実施形態では、チューブ１７の下端開口部は、炉底中央の流下ノズル１２上方に位置するが、中央から離れた位置であってもよい。

【0041】

図３は、溶融ガラス１０を排出する前に流動化剤１６ａを添加する場合を示し、図４は、溶融ガラス１０を排出した後に残留する堆積物１５に流動化剤１６ａを添加する場合を示す。ガラス溶融炉１’において、図１と同様にしてガラス原料８を加熱溶融して放射性物質のガラス封止を実施し、図３のように溶融ガラス１０が存在する状態で流動化剤１６ａとして亜鉛をチューブ１７から添加すると、加熱によって溶融した亜鉛がチューブ１７の下端から堆積物１５近辺の溶融ガラスに供給される。溶融亜鉛は、溶融ガラスに分散し、これを介して堆積物１５と接触して堆積物１５を構成するガラスに混入する。これにより、堆積物１５中のガラスの粘度が低下して堆積物１５を流動化し、同時に、溶融ガラス１０の粘度も低下する。従って、流下ノズル１２を加熱して閉塞を解くと、溶融ガラス１０の流動速度が速くなって、堆積物１５の分断や溶融ガラス１０への巻き込みを生じ易くなる。これに対し、図４においては、チューブ１７から添加される亜鉛は、溶融ガラス１０の排出後の余熱、又は、必要に応じて間接加熱装置１１から供給されるエネルギーによって加熱溶融され、炉底に残留する堆積物１５に直接接触して堆積物１５のガラスに混入するので、排出の際に溶融ガラス１０による巻き込み等の利点はないが、流動化剤の添加量は、堆積物１５のガラスの粘度低下に有効な量として設定される。図３の場合の流動化剤の添加量は、堆積物１５のガラスの粘度低下に有効な量と、堆積物１５へ流動化剤が接触するように少なくとも近辺の溶融ガラス１０に分散させる量との合計となる。溶融ガラス１０に分散させる量として、流動化剤由来の金属成分濃度（酸化物換算）が溶融ガラス１０全体の０．１質量％以上となる量を設定することができる。

【0042】

上記実施形態の変形例として、図４のように溶融ガラス１０を排出した後の堆積物１５上に流動化剤１６ａとして亜鉛を供給して堆積物１５のガラスと亜鉛とを直接作用させた後に、ガラス原料８の投入及び加熱溶融を行って、溶融ガラス１０と共に堆積物１５を排出するようにしてもよい。

【0043】

ガラスに含まれる亜鉛の濃度（酸化物換算）とガラスの溶融温度との関係を調べると、図５のグラフに示すような関係になる。このグラフによれば、溶融温度は亜鉛の濃度が２０質量％付近において最も低くなり、これは、亜鉛の濃度が２０質量％付近において溶融ガラスの粘度が最も低くなることを意味する。従って、ガラスの粘度低下に有効な亜鉛の添加量は、ガラス中濃度２０質量％を最適値として、前述のように設定することができる。

【0044】

前述したように、第１の流動化剤は、放射性廃液に予め投入して、ガラス封止時の高粘性堆積物の形成を抑制するように使用することができる。この使用形態は、例えば図１のようなガラス溶融炉１を用いて実施でき、溶融炉の空間３ａにおいてガラス原料８加熱溶解しておき、第１の流動化剤を添加した放射性廃液を廃液供給管５から溶融ガラスに投入すると、廃液の水分蒸発により析出する固形物中で第１の流動化剤の金属と白金族元素との接触及び溶融物の形成が容易に起こるので、溶融物は溶融ガラス中に分散され、放射性物質を含む溶融ガラス１０と共に容易に流下ノズル１２から排出できる。従って、白金族元素による懸濁物及び堆積物の形成は抑制される。放射性廃液は、放射性物質を含んだ硝酸酸性の水性液（硝酸濃度：２．５規定以上）であり、金属単体又は化合物の形態で添加される第１の流動化剤の金属成分が放射性廃液中に溶解する。第１の流動化剤として金属化合物を使用する場合、酸化物、水酸化物、硝酸塩、炭酸塩等、廃液に溶解可能であれば如何なる形態の化合物でも良く、実用的には酸化物及び硝酸塩が好適である。或いは、第１の流動化剤を溶解した水性液、好ましくは硝酸水溶液を調製して、ガラス溶融炉に連通する廃液供給管の途中において放射性廃液に添加混合してもよい。第１の流動化剤によって白金族元素を低融点物質に変換する目的は、放射性廃液に添加する使用形態、及び、ガラス溶融炉に添加する使用形態の何れにおいても同じであるので、放射性廃液に添加する第１の流動化剤の量は、前述の溶融ガラス中に添加する形態と同様にして算出することができ、Ｔｅについては放射性廃液に含まれる量を勘案して設定するとよい。

【0045】

第１の流動化剤を、放射性廃液中に、又は、放射性廃液と共にガラス溶融炉中に添加すると、白金族元素による懸濁物及び堆積物の形成は抑制されるので、ガラス溶融炉のメンテナンス頻度を低下させ、溶融炉の寿命の延長に有利である。

【0046】

上述のように、第１又は第２の流動化剤を用いて白金族元素による堆積物の除去又は形成抑制を実施すると、溶融ガラスを排出した後のガラス溶融炉を冷却せずにそのまま作業を継続することが可能であるので、冷却・再加熱のためのエネルギー及び時間が不要であり、炉底の堆積物をはつる従来の方法に比べてエネルギー効率及び作業時間の点で非常に有利である。

【0047】

上述の第１及び第２の流動化剤による流動化作用を機構的に比較すると、論理的には、ガラス中への浸入によって粘度を低下させる第２の流動化剤より、接触により低融点合金等の生成が進行する第１の流動化剤の方が速く作用すると考えられるが、実際にはさほど差がない。これは、放射性廃液に含まれる白金族元素の割合に起因すると考えられる。放射性廃液に含まれる白金族元素の割合は、概して、Ｒｕ：Ｐｄ：Ｒｈ≒６：３：１程度（モル比）であり、Ｒｕの占める割合が高いが、Ｒｕは、他の白金族元素に比べて第１の流動化剤との反応性が低く、溶融物の形成が遅い。しかも、溶融ガラス中で形成する堆積物は、Ｒｕによる針状結晶がかご状に成長してＰｄやＲｈを包接する状態になるため、Ｐｄ及びＲｈと流動化剤との接触が阻害され易く、堆積物中のガラスの粘度が低下しても堆積物の流動化に十分に反映されないので、結果的にＲｕとの反応に左右される。この点を考慮すると、ガラス封止作業の前に放射性廃液からＲｕを除去できれば、第１流動化剤を用いた堆積物の形成抑制又は除去に要する時間を短縮することができる。これは、Ｒｕを気化容易な酸化物に変換することによって実現可能であり、具体的には、放射性廃液に酸化処理を施してＲｕを酸化し、生成するＲｕＯ_４をガスとして廃液から分離除去した後にガラス封止を行えば、溶融ガラスから生じる堆積物の量は大幅に減少し、第１の流動化剤との反応性が改善されて、堆積物の形成抑制及び除去が容易になる。又、ガラス封止中の加熱によってＲｕが酸化物として気化する懸念があると、これに対応するための設備が更に必要となるが、放射性廃液から予めＲｕを除去すれば、このような設備を省略できるので、この点においても有利である。放射性廃液からのＲｕの除去について、以下に説明する。

【0048】

Ｒｕの酸化物にはＲｕＯ_２及びＲｕＯ_４があり、ＲｕＯ_４は、融点が４０℃の気化し易い物質であるので、酸化剤を用いてＲｕ及びＲｕＯ_２をＲｕＯ_４に酸化すると、ガスとして廃液から分離除去することができる。酸化剤として、オゾン、過マンガン酸カリウム、セリウム（ＩＶ）化合物、過ヨウ素酸ナトリウム等が使用可能であり、このような酸化剤を放射性廃液に供給することによって、ＲｕＯ_４に酸化することができる。供給形態は、液体の添加、ガスの吹き込み等のいずれでも良い。廃液に含まれる他成分の種類及び量の変動を避ける点でオゾンの利用が好ましい。廃液からのＲｕＯ_４の除去は、加熱又は減圧によって促進可能であり、１３９℃以上に加熱すると、水分の蒸発と共にＲｕＯ_４が容易に気化する。また、２５〜１００torr程度の減圧下においては５０℃程度の加熱で気化することができる。

【0049】

放射性廃液から気化するＲｕＯ_４は、冷却凝縮、吸収又は吸着によって回収可能であり、吸収剤としては、ＮａＯＨ水溶液等の塩基性水が使用可能であり、吸着剤としては、シリカゲル等が挙げられる。従って、冷却媒体、吸収剤又は吸着剤を、スプレー噴霧、フィルター又は充填カラム等の形態で接触させると、ＲｕＯ_４を回収することができる。或いは、酸化剤としてオゾンを用いた場合、廃液から分離されるガスを加熱してオゾンを分解すると、ガス中のＲｕＯ_４は還元されて固体状のＲｕＯ_２として回収することが可能である。

【0050】

Ｒｕを除去した後の放射性廃液をガラス溶融炉に投入して封止すると、炉底に形成される白金族元素による堆積物は、第１の流動化剤を用いて除去するのが容易になり、除去に要する時間も短縮される。また、放射性廃液をガラス溶融炉に投入する前又は同時に第１の流動化剤を添加すると、堆積物の形成は著しく抑制される。廃液に含まれる白金族元素量が大幅に減少するので、流動化剤の添加量を削減できる。また、第２の流動化剤を用いて堆積物を除去する場合にも、Ｒｕによるかご状の結晶は存在しないので、堆積物が流動化し易くなる。

【0051】

放射性廃液からＲｕを除去する工程を有するガラス封止方法の一実施形態を、図６のガラス封止装置２０を参照して以下に説明する。

【0052】

図６のガラス封止装置２０は、廃液タンク２１、酸化塔２２、分離塔２３、流動化剤供給塔２４及び溶融部２５を有し、廃液タンク２１に収容される放射性廃液は、廃液供給配管を通じて酸化塔２２、分離塔２３及び流動化剤供給塔２４に順次供給された後に、溶融部２５に供給されてガラス封止される。溶融部２５内には、前述した図１のようなガラス溶融炉が設置され、ガラス封止用のキャニスタが接続される。

【0053】

酸化塔２２には酸化剤供給部２６が接続され、酸化剤としてオゾン等を収容するボンベが収納される。廃液タンク２１から酸化塔２２に供給される放射性廃液は、酸化剤供給部２６から供給されるオゾンの吹き込みを施され、廃液中に含まれる金属イオンはオゾンの酸化を受け、ＲｕイオンはＲｕＯ_４に変換される。この廃液は分離塔２３に供給される。分離塔２３内を２５〜１００torr程度に減圧して廃液を５０℃程度以上に加熱すると、ＲｕＯ_４の気化が容易に進行する。分離塔２３には回収塔２７が接続され、分離塔２３において放射性廃液から放出されるＲｕＯ_４及び水蒸気を含むガスは、回収塔２７において冷却されて凝縮され、ＲｕＯ_４及び水として回収される。回収塔２７にＮａＯＨ水溶液等の水性液を収容して、この中に分離塔２３から排出されるＲｕＯ_４ガスを吹き込むように構成することによって回収効率が向上する。

【0054】

分離塔２３を経た放射性廃液中の白金族元素は、Ｒｕが減少又は除去されてＰｄ及びＲｈが主となる。流動化剤供給塔２４において、流動化剤容器２８から供給される流動化剤が放射性廃液に添加された後に溶融部２５に供給されて、ガラス供給部２９から溶融部２５内のガラス溶融炉に供給されるガラス原料によって封止される。Ｐｄ及びＲｈが主となった白金族元素は、廃液が溶融ガラスに投入された際に容易に流動化剤と反応して溶融物を形成し、溶融ガラス中に分散するので、堆積物の形成は抑制される。流動化剤容器２８から供給される流動化剤は、前述の第１の流動化剤であり、Ｔｅ又はＴｅＯ_２等のＴｅ化合物を流動化剤として添加すると、白金族元素とＴｅとの溶融合金が生成する。放射性物質は、白金族元素の溶融物と共にキャニスタ中でガラス封止される。尚、ガラス封止作業の繰り返しの間に堆積物が形成された場合、予備的に付設される流動化剤容器３０から流動化剤を添加して、例えば図２のようにして除去処理することができる。この流動化剤容器３０から供給する流動化剤は、第１の流動化剤及び第２の流動化剤の何れでも良い。或いは、流動化剤供給塔２４及び流動化剤容器２８を省略して、流動化剤を流動化剤容器３０から溶融部２５へ供給するように構成することも可能である。

【0055】

分離塔２３において、廃液を１４０℃程度に加熱すると、ＲｕＯ_２に対するＲｕＯ_４の安定性が向上して除去率が向上する。これに基づいてＲｕＯ_４の気化除去を強化すると、放射性廃液は乾燥により固化し、溶融部２５へ供給するために固化物の掻き取り作業等が必要となる。このような場合、酸化塔２２を経た放射性廃液をガラス容器に収容し、分離塔２３及び流動化剤供給塔２４における処理をガラス容器内で行うと、ガラス容器中で固化した放射性物質等をそのまま溶融部２５に投入して処理することができる。

【0056】

ルテニウム酸化物に関して、非酸化性環境下ではＲｕＯ_４よりＲｕＯ_２の方が安定であるので、分離塔２３から放出されるＲｕＯ_４ガスは、回収塔２７において非酸化状態におくと、還元されて固体状のＲｕＯ_２としての回収が可能である。酸化剤供給部２６から供給する酸化剤としてオゾンを用いる場合、分離塔２３から放出されるガスはオゾン及びＲｕＯ_４を含むので、これに対して回収塔２７においてオゾン除去処理を施すと、ＲｕＯ_４をＲｕＯ_２に変換して回収することができる。オゾンの除去には、活性炭等の触媒を用いた分解反応や、高温での熱分解を利用することができ、ガスの水分除去と共にオゾン除去を行えば、ＲｕＯ_２は粒状等の取り扱い易い状態で回収できる。このような状態で回収されるＲｕＯ_２は移送が容易であるので、回収塔２７から溶融部２５内の溶融炉とキャニスタとの接続部へ導入したり、キャニスタへ直接投入することができる。従って、溶融炉から排出されるガラスと放射性物質との溶融混合物と共にＲｕＯ_２をキャニスタへ投入して、溶融混合物に添加混合してガラス封止することができる。つまり、放射性廃液からルテニウムを一旦分離して溶融炉内での白金属元素による堆積物の形成を抑制し、且つ、ルテニウムも含めた放射性廃液の内容物全てをガラス封止することができる。

【実施例1】

【0057】

ガラス封止において形成される堆積物に対する各種成分の作用を調べるために、堆積物の模擬試料を調製して以下の試験を行って、堆積物中の白金族元素の変化を調べた。

【0058】

（堆積物の模擬試料ａの調製）
０．１ｇのＲｕＯ_２、０．１ｇのＰｄ、０．１ｇのＲｈ及び２．７ｇの４％Ｎａガラスをるつぼに投入して電気炉内で１０℃／分で昇温し、８００℃で１時間加熱してガラスを溶融した後に、るつぼを取り出して室温で冷却して、放射性廃液から形成される堆積物の模擬試料ａを調製した。

【0059】

（試験１〜４及び対照試験）
堆積物の模擬試料ａが３ｇ調製されたるつぼに、流動化剤として、０．２５ｇのＴｅＯ２（試験１）、０．２０ｇのＴｅ（試験２）、０．３７ｇのＺｎ（試験３）又は１．０ｇの炭酸リチウム（試験４）を添加し、更に、４％Ｎａガラス３０ｇをるつぼに投入して、電気炉内（雰囲気：空気）において１０００℃で４時間加熱してガラスを溶融した後に、るつぼを取り出して室温で冷却してガラスを固化させることにより、ガラス封止の試験１〜４を行った。更に、対照試験として、流動化剤を添加しないこと以外は上記と同様の操作を行った。

【0060】

尚、上述の流動化剤の添加量に関して、試験１及び２においては、３７at％Ｔｅ−Ｐｄ合金及び５０at％Ｔｅ−Ｒｈ合金の共晶組成（３７at％Ｔｅ≒４１質量％、５０at％Ｔｅ≒５５質量％）を考慮して、Ｐｄ及びＲｈの５０質量％程度とした。試験３においては、２６at％Ｐｄ−Ｚｎの共晶組成（７４at％Ｚｎ≒１８質量％）に基づき、Ｒｈについても同様として、Ｐｄ及びＲｈの３６質量％程度とした。

【0061】

（試験１〜４及び対照試験の評価）
るつぼを鉛直方向に切断して、断面における白金族元素の分布をＸ線分析顕微鏡によって調べた。その結果、試験４及び対照試験においては、Ｒｕ、Ｐｄ及びＲｈの何れについても、るつぼ底部のみに分布していた。試験１〜３においては、るつぼ底部の中央においてＲｕが減少し、ガラスの中部にＲｕが検出された。又、Ｐｄ及びＲｈについては、試験１及び２では、ガラスの上面にＰｄ及びＲｈが検出され、試験３では、るつぼ底部の中央においてＰｄ及びＲｈが減少し、ガラスの中部から上部にかけてＰｄ及びＲｈが検出された。

【0062】

上記評価において、試験１と試験２とにおいて白金族元素の分布に差は見られなかったことから、空気雰囲気での酸化によってＴｅは酸化物の状態で作用したと考えられる。又、ガラス上面に金属光沢の粒子が見られ、Ｐｄ、Ｒｈ及びＴｅが検出されたことから、Ｐｄ−Ｔｅ合金及びＲｈ−Ｔｅ合金であることが理解される。

【0063】

試験３のガラス断面において、Ｚｎの分布を調べたところ、下部のガラスに広く分布しており、ガラス中への拡散が認められた。

【実施例2】

【0064】

（模擬試料ｂの調製）
０．３０ｇのＲｕＯ_２、０．１５ｇのＰｄ及び０．０５ｇのＲｈと、４．５ｇの４％Ｎａガラスとをるつぼに投入し、電気炉内で１０℃／分で昇温して８００℃で１時間加熱してガラスを溶融した後に、るつぼを取り出して室温で冷却して、放射性廃液から形成される堆積物の模擬試料ｂを調製した。模擬試料ｂの重量は約５ｇであった。

【0065】

（試験１Ａ〜３Ａ）
堆積物の模擬試料ｂが５ｇ調製されたるつぼに、流動化剤として、０．２５ｇのＴｅＯ２（試験１Ａ）、０．２０ｇのＴｅ（試験２Ａ）又は０．３７ｇのＺｎ（試験３Ａ）を添加し、更に、４％Ｎａガラス５０ｇをるつぼに投入して、電気炉内（雰囲気：空気）において１０００℃で４時間加熱してガラスを溶融した後に、るつぼを取り出して室温で冷却してガラスを固化させてガラス封止の試験１Ａ〜３Ａを行った。

【0066】

（試験１Ａ〜３Ａの評価）
るつぼを鉛直方向に切断して、断面における白金族元素の分布をＸ線分析顕微鏡によって調べた。その結果、試験１Ａ〜３Ａのいずれにおいても、白金族元素の分布はるつぼ底部に集中し、ガラス中への拡散は少なかった。

【0067】

（試験１Ｂ〜３Ｂ）
１０００℃での加熱時間を２４時間に延長したこと以外は、試験１Ａ〜３Ａと同様の操作を行って、流動化剤としてＴｅＯ２（試験１Ｂ）、Ｔｅ（試験２Ｂ）又はＺｎ（試験３Ｂ）を用いたガラス封止の試験１Ｂ〜３Ｂを行った。

【0068】

（試験１Ｂ〜３Ｂの評価）
ガラスの鉛直方向断面における白金族元素の分布をＸ線分析顕微鏡によって調べた結果、試験１Ｂ及び２Ｂの結果は、試験１及び２と同様であり、試験３Ｂの結果も、試験３と同様であった。従って、模擬試料ｂにおいては、白金族元素がガラス中に拡散する速度が遅いことが理解される。

【0069】

（模擬試料ｃの調製）
０．３０ｇのＲｕＯ_２、０．１５ｇのＰｄ及び０．０５ｇのＲｈを２．５Ｎ硝酸に溶解して模擬廃液を調製し、この廃液にオゾンガスを十分に吹き込んだ後、るつぼに投入して１４０℃の電気炉内で加熱して水分を蒸発させた。るつぼを一旦取り出して１．８ｇの４％Ｎａガラスを添加した後に、電気炉内で１０℃／分で昇温して８００℃で１時間加熱してガラスを溶融した後に、るつぼを取り出して室温で冷却して、放射性廃液から形成される堆積物の模擬試料ｃを調製した。模擬試料ｃの重量は、約２ｇであった。

【0070】

（試験１Ｃ〜３Ｃ）
堆積物の模擬試料ｃが２ｇ調製されたるつぼに、流動化剤として、０．２５ｇのＴｅＯ２（試験１Ｃ）、０．２０ｇのＴｅ（試験２Ｃ）又は０．３７ｇのＺｎ（試験３Ｃ）を添加し、更に、４％Ｎａガラス２０ｇをるつぼに投入して、電気炉内（雰囲気：空気）において１０００℃で４時間加熱してガラスを溶融した後に、るつぼを取り出して室温で冷却してガラスを固化させてガラス封止の試験１Ｃ〜３Ｃを行った。

【0071】

（試験１Ｃ〜３Ｃの評価）
ガラスの鉛直方向断面における白金族元素の分布をＸ線分析顕微鏡によって調べた結果、試験１Ｃ及び２Ｃの結果は、試験１及び２と同様であり、試験３Ｃの結果は、試験３と同様であった。従って、模擬試料ｃにおいては、白金族元素がガラス中に良好に拡散することが理解される。

【0072】

（試験１Ｄ〜３Ｄ）
ガラスの溶融温度を１０００℃から８００℃に変更したこと以外は試験１Ｃ〜３Ｃと同様にしてガラス封止の試験１Ｄ〜３Ｄを行った。

【0073】

（試験１Ｄ〜３Ｄの評価）
ガラスの鉛直方向断面における白金族元素の分布をＸ線分析顕微鏡によって調べた結果、試験１Ｄ及び２Ｄの結果は、試験１及び２と同様であり、試験３Ｄの結果は、試験３と同様であった。

【0074】

（試験１Ｅ〜３Ｅ）
ガラスの加熱溶融時間を４時間から１時間に変更したこと以外は試験１Ｃ〜３Ｃと同様にしてガラス封止の試験１Ｅ〜３Ｅを行った。

【0075】

（試験１Ｅ〜３Ｅの評価）
ガラスの鉛直方向断面における白金族元素の分布をＸ線分析顕微鏡によって調べた結果、試験１Ｅ及び２Ｅの結果は、試験１及び２と同様であり、試験３Ｅの結果は、試験３Ｅと同様であった。

【産業上の利用可能性】

【0076】

本発明は、放射性廃液を処理する際の作業における負担を軽減可能であり、簡易な構造の装置で実施可能であるため経済的にも有利であるので、原子力発電所などから排出される放射性廃液等の放射性物質を含む廃液の処理に有用である。

【符号の説明】

【0077】

１，１’：ガラス溶融炉、 ２：ケーシング、 ３：溶融炉本体、
４：ノズル、 ５：廃液供給管、 ６：放射性廃液、 ７：供給管、
８：ガラス原料、 ９：電極、 １０：溶融ガラス、 １１：間接加熱装置、
１２：流下ノズル、 １３：加熱手段、 １４：キャニスタ、
１５：堆積物、 １６，１６ａ：流動化剤、 １７：チューブ、
２０：ガラス封止装置、 ２１：廃液タンク、 ２２：酸化塔、
２３：分離塔、 ２４：流動化剤供給塔、 ２５：溶融部、
２６：酸化剤供給部、 ２７：回収塔、 ２８：流動化剤容器、
２９：ガラス供給部、 ３０：流動化剤容器。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】