JP2019043810A - ガラス固化体の処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 より簡便に所定の金属元素を溶出することができるガラス固化体の処理方法を提供すること。【解決手段】 ガラス固化体の処理方法は、ガラス固化体に、Ｌｉ２Ｏ及び溶融の際にＬｉ２Ｏに分解するＬｉ２Ｏ原料から選ばれる少なくとも１種並びにＺｎＯ及び溶融の際にＺｎＯに分解するＺｎＯ原料から選ばれる少なくとも１種の少なくともいずれか一方を添加、溶融、固化して改質ガラスを得る第１工程と、改質ガラスを熱処理して分相ガラスを得る第２工程と、分相ガラスを純水、酸性水溶液及び塩基性水溶液から選ばれるいずれか１種で処理してガラス固化体に含まれていた所定の金属元素を溶出する第３工程とを含む。【選択図】 図２

Description

本発明は、ガラス固化体の処理方法に関する。

高レベル放射性廃棄物はガラス原料とともに溶融、固化された「ガラス固化体」として長期間地層処分される。地層処分されたガラス固化体から放射性物質が流出しないよう、ガラス固化体は化学的耐久性が非常に高い組成が用いられる。非特許文献１によると、図１に示すように、ガラス固化体の組成は図中の黒塗り領域の組成と同等であると推定される。ガラス固化体を評価するために用いられる模擬ガラス固化体の組成の一例を表１に示す。なお、表１中の「＊」は長寿命核種の成分を表す。

一方、放射性廃棄物の新しい処理方法が開発される等によって、今後、ガラス固化体から所定の金属元素（特に、長寿命核種）を溶出する必要が生じることも考えられる。この場合、ガラス固化体は約４００〜５００ｋｇの質量を有し、かつ、化学的耐久性が非常に高いため、直接溶解しようとすると、高濃度で大量の酸性又は塩基性水溶液が必要となる。さらに、実際にガラス固化体を直接溶解すると、膨大な量の放射性物質を含む水溶液が生成されるため、所定の金属元素の濃縮が必要になる。したがって、ガラス固化体から所定の金属元素（特に、長寿命核種）を溶出するには、より簡便なガラス固化体の処理方法が望まれる。

M. J. Plodinec, "Borosilicate Glasses for nuclear waste imobilisation", Glass Technology, Vol.41, No.6, (2000) 186-192 Kazuyoshi URUGA et.al., Journal of NUCLEAR SCIENCE and TECHNOLOGY, Vol.45, No.9, (2008) 889-898

ところで、ガラス固化体はホウケイ酸塩ガラスに分類される。ホウケイ酸塩ガラスには６００℃程度の熱処理によってＳｉＯ_２に富む相（ＳｉＯ_２リッチ相）とＢ_２Ｏ_３に富む相（Ｂ_２Ｏ_３リッチ相）に分離（分相）する組成領域（分相領域）が存在することが知られる。非特許文献２には、分相を用いて模擬ガラス固化体から所定の金属元素を溶出する方法が記載されている。即ち、模擬ガラス固化体にＳｉＯ_２及びＢ_２Ｏ_３を添加、溶融、固化、熱処理して分相させる。Ｎｉ等の金属元素はＢ_２Ｏ_３リッチ相に偏析する。Ｂ_２Ｏ_３リッチ相は純水、酸性水溶液又は塩基性水溶液に溶解しやすいのに対し、ＳｉＯ_２リッチ相は溶解し難いため、硝酸等でＢ_２Ｏ_３リッチ相を溶解することにより、Ｂ_２Ｏ_３リッチ相に偏析したＮｉ等の金属元素（Ｚｒを除く）を溶出することができる。また、ＳｉＯ_２及びＢ_２Ｏ_３の他にＣａＯをさらに添加してＣａＯの濃度を１０ｗｔ％超にすると、長寿命核種であるＺｒ元素の溶出が硝酸で可能になる。しかし、非特許文献２に記載されているガラス固化体からの金属元素の溶出方法は、多くのＣａＯを必要とするため、さらに簡便なガラス固化体の処理方法が望まれる。

本発明の態様は、より簡便に所定の金属元素（特に、長寿命核種）を溶出することができるガラス固化体の処理方法を提供することを目的とする。さらに、本発明の他の態様は、より簡便に所定の金属元素を溶出することができるガラス組成物を提供することを目的とする。

（１）本発明の第１の態様は、ガラス固化体に、Ｌｉ_２Ｏ及び溶融の際にＬｉ_２Ｏに分解するＬｉ_２Ｏ原料から選ばれる少なくとも１種並びにＺｎＯ及び溶融の際にＺｎＯに分解するＺｎＯ原料から選ばれる少なくとも１種の少なくともいずれか一方を添加、溶融、固化して改質ガラスを得る第１工程と、前記改質ガラスを熱処理して、ガラス固化体に含まれていた所定の金属元素をＢ_２Ｏ_３リッチ相に偏析させた分相ガラスを得る第２工程と、前記分相ガラスを純水、酸性水溶液及び塩基性水溶液から選ばれるいずれか１種で処理して前記ガラス固化体に含まれていた前記所定の金属元素を溶出する第３工程とを含むことを特徴とするガラス固化体の処理方法に関する。

ホウケイ酸塩ガラスに分類されるガラス固化体にＬｉ_２Ｏ及び溶融の際にＬｉ_２Ｏに分解するＬｉ_２Ｏ原料から選ばれる少なくとも１種並びにＺｎＯ及び溶融の際にＺｎＯに分解するＺｎＯ原料から選ばれる少なくとも１種の少なくともいずれか一方を添加、溶融、固化して得られる改質ガラスは、熱処理によって容易に分相して分相ガラスが得られる。その際、ガラス固化体に含まれていた所定の金属元素はＢ_２Ｏ_３リッチ相に偏析する。この分相ガラスを純水、酸性水溶液及び塩基性水溶液から選ばれるいずれか１種で処理することによって、ガラス固化体に含まれていた所定の金属元素を容易に溶出することができる。

（２）本発明の第１の態様では、前記第１工程でＬｉ_２Ｏ及び溶融の際にＬｉ_２Ｏに分解するＬｉ_２Ｏ原料から選ばれるいずれか１種を添加する場合、前記改質ガラスに含まれるＬｉ_２Ｏの含有量は４〜３０質量％であり、前記第１工程でＺｎＯ及び溶融の際にＺｎＯに分解するＺｎＯ原料から選ばれるいずれか１種を添加する場合、前記改質ガラスに含まれるＺｎＯの含有量が４〜４０質量％であることが好ましい。そのような組成の改質ガラスは熱処理によってより容易に分相し、ガラス固化体に含まれていた所定の金属元素をより容易に溶出することができるからである。

（３）本発明の第１の態様では、前記第１工程で前記ガラス固化体に、ＳｉＯ_２及び溶融の際にＳｉＯ_２に分解するＳｉＯ_２原料から選ばれる少なくとも１種並びにＢ_２Ｏ_３及び溶融の際にＢ_２Ｏ_３に分解するＢ_２Ｏ_３原料から選ばれる少なくとも１種の少なくともいずれか一方をさらに添加することが好ましい。改質ガラスの組成が分相領域に近づくため、熱処理によってより容易に分相し、ガラス固化体に含まれていた所定の金属元素をより容易に溶出することができるからである。

（４）本発明の第１の態様では、前記第１工程でＳｉＯ_２及び溶融の際にＳｉＯ_２に分解するＳｉＯ_２原料から選ばれる少なくとも１種を添加する場合、前記改質ガラスに含まれるＳｉＯ_２の含有量は３５〜５０質量％であり、前記第１工程でＢ_２Ｏ_３及び溶融の際にＢ_２Ｏ_３に分解するＢ_２Ｏ_３原料から選ばれる少なくとも１種を添加する場合、前記改質ガラスに含まれるＢ_２Ｏ_３の含有量は１０〜５０質量％であることが好ましい。改質ガラスの組成がさらに分相領域の組成に近づくため、熱処理によってさらに容易に分相し、ガラス固化体に含まれていた所定の金属元素をさらに容易に溶出することができるからである。

（５）本発明の第１の態様では、前記所定の金属元素が長寿命核種であることが好ましい。ガラス固化体に含まれていた長寿命核種の溶出をより簡便に行うことができるからである。

（６）本発明の第１の態様では、前記長寿命核種がＺｒ、Ｐｄ及びＳｅから選ばれる少なくとも１種又は２種以上を含むことが好ましい。溶出が難しい長寿命核種のＺｒ、Ｐｄ及びＳｅの溶出をより簡便に行うことができるからである。

（７）本発明の第２の態様は、３５〜５０質量％のＳｉＯ_２と、１０〜５０質量％のＢ_２Ｏ_３と、２〜１５質量％のＮａ_２Ｏと、２〜１０質量％のＡｌ_２Ｏ_３と、４〜３０質量％のＬｉ_２Ｏとを含有することを特徴とするガラス組成物に関する。このようなガラス組成物は、比較的少量のＬｉ_２Ｏの添加によって分相が促進されるため、分相ガラスとして利用することができる。

（８）本発明の第３の態様は、３５〜５０質量％のＳｉＯ_２と、１０〜５０質量％のＢ_２Ｏ_３と、２〜１５質量％のＮａ_２Ｏと、２〜１０質量％のＡｌ_２Ｏ_３と、４〜４０質量％のＺｎＯとを含有することを特徴とするガラス組成物に関する。このようなガラス組成物は、ＺｎＯの添加によって分相が促進されるため、分相ガラスとして利用することができる。

（９）本発明の第２又は第３の態様では、長寿命核種をさらに含有することが好ましい。ガラス組成物中の長寿命核種の溶出を分相により容易に行うことができるからである。

（１０）本発明の第２又は第３の態様では、長寿命核種がＺｒを含むことが好ましい。ガラス組成物中の長寿命核種であるＺｒの溶出を分相により容易に行うことができるからである。

（１１）本発明の第３の態様では、長寿命核種がＳｅを含むことが好ましい。Ｌｉ_２Ｏ添加では溶出できない長寿命核種のＳｅの溶出をＺｎＯ添加によって溶出できるからである。

Ｎａ_２Ｏ・Ｂ_２Ｏ_３・ＳｉＯ_２ ３成分系ガラスの分相領域とガラス固化体との組成関係を示す。 溶出前後の分相ガラス（Ｎｏ．１〜５）の質量減少率を示す。 改質ガラス（Ｎｏ．３，５）に含まれていた各元素の、溶出液への溶出量を示す。

以下、添付図面を参照しつつ本発明の一実施形態を説明する。なお、以下に説明する本実施形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではなく、本実施形態で説明される構成のすべてが本発明の解決手段として必須であるとは限らない。

（１）ガラス固化体の処理方法
本実施形態におけるガラス固化体の処理方法は、ガラス固化体に、Ｌｉ_２Ｏ及び溶融の際にＬｉ_２Ｏに分解するＬｉ_２Ｏ原料から選ばれる少なくとも１種並びにＺｎＯ及び溶融の際にＺｎＯに分解するＺｎＯ原料から選ばれる少なくとも１種の少なくともいずれか一方を添加、溶融、固化して改質ガラスを得る第１工程と、改質ガラスを熱処理して分相ガラスを得る第２工程と、分相ガラスを純水、酸性水溶液及び塩基性水溶液から選ばれるいずれか１種で処理してガラス固化体に含まれていた所定の金属元素を溶出する第３工程とを含む。以下、さらに詳しく説明する。

（１−１）第１工程
ガラス固化体は、高レベル放射性廃棄物はガラス原料とともに溶融、固化されたものである。長期間地層処分されるため、放射性物質が流出しないよう、ガラス固化体は化学的耐久性が非常に高い組成が用いられる。図１に示すように、ガラス固化体の組成は図中の黒塗り領域と同等の組成であると推定され、分相もしにくい。本実施形態では、ガラス固化体そのものを用いることはできないので、表１に組成を示す評価用の模擬ガラス固化体（以下、「Ｆｒｉｔ」という。）を用いた。Ｆｒｉｔは、ガラス固化体中の放射性元素を評価するために長寿命核種のＺｒ、Ｐｄ及びＳｅを含む。しかし、ガラス固化体の組成は高レベル放射性廃棄物の内容によって変動するため、Ｆｒｉｔの組成も表１に限定されないのはいうまでもない。ガラス固化体（Ｆｒｉｔを含む）は化学的耐久性が高く、分相もしにくいため、所定の金属元素（特に、長寿命核種）を溶出することが難しい。そこで、Ｌｉ_２Ｏ及びＺｎＯの少なくともいずれか一方をガラス固化体に添加、溶融、固化して、分相しやすい改質ガラスを得る。所定の金属元素は、第２工程の熱処理によってＢ_２Ｏ_３リッチ相に偏析する。Ｂ_２Ｏ_３リッチ相は純水、酸性水溶液又は塩基性水溶液に溶解しやすいため、第３工程の純水、酸性水溶液及び塩基性水溶液から選ばれるいずれか１種で処理することにより、Ｂ_２Ｏ_３リッチ相に偏析した所定の金属元素を溶出することができる。所定の金属元素は長寿命核種を含むことが好ましく、Ｚｒ、Ｐｄ、Ｓｅ及びＣｓから選ばれる少なくとも１種を含むことがより好ましい。

添加するＬｉ_２ＯはＬｉ_２Ｏそのものなくてもよく、高温での溶融の際にＬｉ_２Ｏに分解するＬｉ_２Ｏ原料、例えば、炭酸リチウム（Ｌｉ_２ＣＯ_３）や水酸化リチウム（ＬｉＯＨ）等を用いてもよい。改質ガラスに含まれるＬｉ_２Ｏの含有量は４〜３０質量％が好ましく、５．５〜２５質量％がより好ましく、７〜２０質量％がさらに好ましく、８〜１５質量％が特に好ましい。

添加するＺｎＯはＺｎＯそのものなくてもよく、高温での溶融の際にＺｎＯに分解するＺｎＯ原料、例えば、炭酸亜鉛（ＺｎＣＯ_３）や水酸化亜鉛（Ｚｎ（ＯＨ）_２）等を用いてもよい。改質ガラスに含まれるＺｎＯの含有量は４〜４０質量％が好ましく、９〜３５質量％がより好ましく、１３〜３０質量％がさらに好ましく、１７〜２７質量％が特に好ましい。

ガラス固化体にＬｉ_２Ｏ（溶融の際にＬｉ_２Ｏに分解するＬｉ_２Ｏ原料を含む）及びＺｎＯ（溶融の際にＺｎＯに分解するＺｎＯ原料を含む）の少なくともいずれか一方を添加、溶融、固化して得られた改質ガラスは、熱処理によって分相する。このため、第３工程でＢ_２Ｏ_３リッチ相に偏析した所定の金属元素、例えば、長寿命核種のＺｒ等を溶出することができる。Ｌｉ_２Ｏは比較的少量でも分相効果を得ることができる。ＺｎＯは、Ｌｉ_２Ｏでは溶出できない長寿命核種のＳｅの溶出を促進することができる。Ｌｉ_２Ｏ（溶融の際にＬｉ_２Ｏに分解するＬｉ_２Ｏ原料を含む）及びＺｎＯ（溶融の際にＺｎＯに分解するＺｎＯ原料を含む）の添加はいずれか一方でもよく、両方でもよい。

溶融温度は、原料が十分に溶融、混合されれば特に制限はなく、１３００℃以上が好ましく、１４００℃以上がより好ましい。溶融理時間は、原料が十分に溶融、混合されれば特に制限はなく、０．５時間以上が好ましく、１時間以上がより好ましく、２時間以上がさらに好ましい。溶融雰囲気は酸化雰囲気であり、大気が好ましい。

固化方法は、処理目的、規模等に応じて公知の方法を適宜選択することができ、例えば、自然放冷、ロールアウト法等を用いてもよい。

第１工程では、ガラス固化体に、ＳｉＯ_２及び溶融の際にＳｉＯ_２に分解するＳｉＯ_２原料から選ばれる少なくとも１種並びにＢ_２Ｏ_３及び溶融の際にＢ_２Ｏ_３に分解するＢ_２Ｏ_３原料から選ばれる少なくとも１種の少なくともいずれか一方をさらに添加することが好ましい。改質ガラスの組成が分相領域に近づくため、熱処理によってより容易に分相し、ガラス固化体に含まれていた所定の金属元素をより容易に溶出することができる。

添加するＳｉＯ_２はＳｉＯ_２そのものなくてもよく、高温での溶融の際にＳｉＯ_２に分解するＳｉＯ_２原料、例えば、シリカゲル（ＳｉＯ_２・ｎＨ_２Ｏ）等を用いてもよい。改質ガラスに含まれるＳｉＯ_２の含有量は３５〜５０質量％が好ましく、３７〜４８質量％がより好ましく、３９〜４７質量％がさらに好ましく、４１〜４６質量％が特に好ましい。

添加するＢ_２Ｏ_３はＢ_２Ｏ_３そのものなくてもよく、高温での溶融の際にＢ_２Ｏ_３に分解するＢ_２Ｏ_３原料、例えば、ホウ酸（Ｈ_３ＢＯ_３）等を用いてもよい。改質ガラスに含まれるＢ_２Ｏ_３の含有量は１０〜５０質量％が好ましく、１１〜４０質量％がより好ましく、１２〜３５質量％さらに好ましく、１３〜３０質量％が特に好ましい。

（１−２）第２工程
改質ガラスの熱処理温度は、改質ガラスを分相させ、分相ガラスを得ることができれば特に制限はなく、５００〜８００℃が好ましく、５５０〜７００℃がより好ましく、５８０〜６５０℃がさらに好ましい。熱処理時間は、改質ガラスを分相させることができれば特に制限はなく、１２時間以上が好ましく、２４時間以上がより好ましく、４８時間以上がさらに好ましい。熱処理雰囲気は酸化雰囲気であり、大気が好ましい。

（１−３）第３工程
ガラス固化体に含まれ、Ｂ_２Ｏ_３リッチ相に偏析させた所定の金属元素（特に、長寿命核種）を溶出するため、分相ガラスを処理液に浸漬する（第３工程）。処理液は純水、酸性水溶液及び塩基性水溶液から選ばれるいずれか１種である。酸性水溶液は特に制限はなく、ＨＮＯ_３水溶液、Ｈ_２ＳＯ_４水溶液、ＨＣｌ水溶液等、公知の酸性水溶液を用いることができる。塩基性水溶液は特に制限はなく、ＮａＯＨ水溶液等、公知の塩基性水溶液を用いることができる。処理液の濃度は、所定の金属元素が十分に溶出されれば特に制限はなく、０．１Ｎ以上が好ましく、０．５Ｎ以上がより好ましく、１Ｎ以上がさらに好ましい。処理液の温度は特に制限はないが、高温の方が反応速度が高くなるため、７０℃以上が好ましく、８０℃以上がより好ましく、９０℃以上がさらに好ましい。浸漬時間は、所定の金属元素が十分に溶出されれば特に制限はなく、６時間以上が好ましく、１２時間以上がより好ましく、２４時間以上がさらに好ましい。

（２）ガラス組成物
（２−１）Ｌｉ_２Ｏ含有ガラス組成物
本実施形態におけるガラス組成物は、３５〜５０質量％のＳｉＯ_２と、１０〜５０質量％のＢ_２Ｏ_３と、２〜１５質量％のＮａ_２Ｏと、２〜１０質量％のＡｌ_２Ｏ_３と、４〜３０質量％のＬｉ_２Ｏとを含有する。このようなガラス組成物は、比較的少量のＬｉ_２Ｏの添加によって分相が促進されるため、分相ガラスとして利用することができる。以下、さらに詳しく説明する。

ＳｉＯ_２の含有量は３５〜５０質量％であり、３７〜４８質量％が好ましく、３９〜４７質量％がより好ましく、４１〜４６質量％がさらに好ましい。Ｂ_２Ｏ_３の含有量は１０〜５０質量％であり、１１〜４０質量％が好ましく、１２〜３５質量％がより好ましく、１３〜３０質量％がさらに好ましい。Ｎａ_２Ｏの含有量は２〜１５質量％であり、５〜１３質量％が好ましく、７〜１２質量％がよりに好ましい。Ａｌ_２Ｏ_３の含有量は２〜１０質量％であり、３〜８質量％が好ましく、４〜６質量％がより好まししい。Ｌｉ_２Ｏの含有量は４〜３０質量％であり、５．５〜２５質量％が好ましく、７〜２０質量％がより好ましく、８〜１５質量％がさらに好ましい。

このガラス組成物は長寿命核種をさらに含有することが好ましく、長寿命核種がＺｒを含むことがより好ましい。ガラス組成物中の長寿命核種、特にＺｒの溶出を分相により容易に行うことができる。

（２−２）ＺｎＯ含有ガラス組成物
本実施形態におけるガラス組成物は、３５〜５０質量％のＳｉＯ_２と、１０〜５０質量％のＢ_２Ｏ_３と、２〜１５質量％のＮａ_２Ｏと、２〜１０質量％のＡｌ_２Ｏ_３と、４〜４０質量％のＺｎＯとを含有する。このようなガラス組成物は、ＺｎＯの添加によって分相が促進されるため、分相ガラスとして利用することができる。以下、さらに詳しく説明する。

ＳｉＯ_２の含有量は３５〜５０質量％であり、３７〜４８質量％が好ましく、３９〜４７質量％がより好ましく、４１〜４６質量％がさらに好ましい。Ｂ_２Ｏ_３の含有量は１０〜５０質量％であり、１１〜４０質量％が好ましく、１２〜３５質量％がより好ましく、１３〜３０質量％がさらに好ましい。Ｎａ_２Ｏの含有量は２〜１５質量％であり、５〜１３質量％が好ましく、７〜１２質量％がよりに好ましい。Ａｌ_２Ｏ_３の含有量は２〜１０質量％であり、３〜８質量％が好ましく、４〜６質量％がより好まししい。ＺｎＯの含有量は４〜４０質量％であり、９〜３５質量％が好ましく、１３〜３０質量％がより好ましく、１７〜２７質量％がさらに好ましい。

このガラス組成物は長寿命核種をさらに含有することが好ましく、長寿命核種がＺｒ及びＳｅの少なくともいずれか一方を含むことがより好ましい。ガラス組成物中の長寿命核種、特にＺｒ及びＳｅの少なくともいずれか一方の溶出を分相により容易に行うことができる。さらに、Ｌｉ_２Ｏ添加では溶出できないＳｅを溶出することができる。

以下、本発明の実施例について詳細に説明するが、それらは本発明の目的を限定するものではない。

（１）実験方法
ガラスの原料には、表１に組成を示す模擬ガラス固化体（Ｆｒｉｔ）の他、ＳｉＯ_２、Ｈ_３ＢＯ_３、Ｌｉ_２ＣＯ_３、ＣａＣＯ_３及びＺｎＯの各試薬を用いた。溶融の際に分解する原料は分解後の酸化物に換算し、表２に示す含有量（単位：質量％）で合計が１ｇになるように秤量した。以下、表２の組成を「原料含有量」という。

表２の原料含有量から換算した各元素の酸化物の含有量（質量％）を表３に示す。以下、表３の組成を「酸化物含有量」という。これが第１工程で得られる改質ガラスの組成である。

Ｎｏ．１はＦｒｉｔ １００％であり、図１の黒塗り領域の組成と同等と推定される。Ｎｏ．２は図１のハッチングされた分相領域に相当し、酸化物含有量がＳｉＯ_２ ４０質量％、Ｂ_２Ｏ_３ ５０質量％（表３）となるように、原料含有量をＦｒｉｔ ２７質量％、ＳｉＯ_２ ２７質量％、Ｂ_２Ｏ_３ ４６質量％とする。Ｎｏ．３〜５は分相に対するＬｉ_２Ｏ、ＣａＯ、ＺｎＯの影響を評価するため、それぞれ原料含有量でＬｉ_２Ｏ ７質量％、ＣａＯ ２０質量％、ＺｎＯ ２０質量％をＦｒｉｔに添加する（表２）。これらの酸化物含有量は、それぞれＬｉ_２Ｏ ９．８７質量％、ＣａＯ ２２．４７質量％、ＺｎＯ ２２．４７質量％である（表３）。Ｎｏ．６は分相に対するＬｉ_２Ｏの添加量の影響を評価するため、原料含有量でＮｏ．３よりも多いＬｉ_２Ｏ １０質量％をＦｒｉｔに添加する（表２）。酸化物含有量はＬｉ_２Ｏ １２．７８質量％である（表３）。

秤量した原料を混合、１４００℃で１時間溶融、ステンレス板で挟んで急冷して固化し、改質ガラスを得た（第１工程）。改質ガラスを６００℃で２０時間熱処理し、分相ガラスを得た（第２工程）。分相ガラスを９０℃の純水、０．１ＮのＨＮＯ_３水溶液、１．０ＮのＨＮＯ_３水溶液及び１．０ＮのＨ_２ＳＯ_４水溶液のいずれかに２０時間浸漬し、Ｂ_２Ｏ_３リッチ相に偏析させた所定の金属元素を溶出した（第３工程）。

（２）評価方法
Ｎｏ．１〜６について第３工程の溶出前後で分相ガラスの乾燥質量を測定し、質量減少率を算出した。また、Ｎｏ．３（Ｌｉ_２Ｏの原料含有量 ７質量％）及びＮｏ．５（ＺｎＯの原料含有量 ２０質量％）の第３工程の溶出後の溶出液について誘導結合プラズマ発光分光分析（ＩＣＰ分析）を行い、溶出前の分相ガラスに含まれていた各元素の含有量をそれぞれ１００％としたとき、溶出液への各元素の溶出量を算出した。なお、溶出前の分相ガラスに含まれていた各元素の含有量は、表３に示す各元素の酸化物の含有量から換算した。

（３）評価結果
第３工程の溶出前後のＮｏ．１〜５の分相ガラスの質量減少率を図２に示す。Ｎｏ．１は質量減少がほとんどないことから分相していないことがわかる。また、酸性水溶液に対しても質量がほとんど減少しておらず、化学的耐久性が非常に高いことが裏付けられた。Ｎｏ．２は純水、０．１ＮのＨＮＯ_３水溶液、１．０ＮのＨＮＯ_３水溶液及び１．０ＮのＨ_２ＳＯ_４水溶液のいずれも３０〜４８％の高い質量減少率を示すことから、分相していることが裏付けられた。Ｎｏ．３は純水、０．１ＮのＨＮＯ_３水溶液での質量減少はほとんどなかったが、１．０ＮのＨＮＯ_３水溶液では３６．９％、１．０ＮのＨ_２ＳＯ_４水溶液では２３．３％と、比較的高い質量減少率を示した。Ｌｉ_２Ｏの添加（原料含有量 ７質量％、酸化物含有量 ９．８７質量％）によって分相が促進されていることがわかる。Ｎｏ．４は純水、０．１ＮのＨＮＯ_３水溶液での質量減少はほとんどなかった。また、１．０ＮのＨ_２ＳＯ_４水溶液ではコロイド状の析出物が認められ、質量減少はほとんどなかった。１．０ＮのＨＮＯ_３水溶液では４２．３％の質量減少率を示した。ＣａＯの添加（原料含有量 ２０質量％、酸化物含有量 ２２．４７質量％）によって分相が促進されていることがわかる。但し、Ｈ_２ＳＯ_４水溶液では質量減少がほとんどなかったことから、Ｈ_２ＳＯ_４水溶液で２３．３％減少したＮｏ．３の方が分相は促進されていると考えられる。Ｎｏ．５は純水、０．１ＮのＨＮＯ_３水溶液での質量減少はほとんどなかったが、１．０ＮのＨＮＯ_３水溶液では５１．９％、１．０ＮのＨ_２ＳＯ_４水溶液では２７．７％と、高い質量減少率を示した。ＺｎＯの添加（原料含有量 ２０質量％、酸化物含有量 ２２．４７質量％）によって分相が促進されていることがわかる。Ｎｏ．３よりも質量減少率が若干高いことから、Ｎｏ．３よりも分相が促進されていると考えられる。Ｎｏ．６は純水、０．１ＮのＨＮＯ_３水溶液での質量減少はほとんどなかったが、１．０ＮのＨＮＯ_３水溶液では３５．０％、１．０ＮのＨ_２ＳＯ_４水溶液では２５．１％と、Ｎｏ．３と同等の質量減少率を示した。Ｌｉ_２Ｏの添加（原料含有量 １０質量％、酸化物含有量 １２．７８質量％）によってＮｏ．３と同等に分相が促進されていると考えられる。

Ｎｏ．３（Ｌｉ_２Ｏの原料含有量 ７質量％）及びＮｏ．５（ＺｎＯの原料含有量 ２０質量％）の改質ガラスに含まれていた各元素の、溶出液への溶出量を図３に示す。Ｎｏ．３（Ｌｉ_２Ｏの原料含有量 ７質量％）では、Ｙ、Ｎａ、Ｂ、Ｌｉ、Ａｌ、Ｃａ、Ｚｎがいずれの溶出液の場合も１００％に近い溶出量を示した。また、Ｚｒは１．０ＮのＨ_２ＳＯ_４水溶液の場合に高い溶出量を示した。Ｓｒは１．０ＮのＨＮＯ_３水溶液の場合に高い溶出量を示した。長寿命核種のＺｒを初め、種々の元素を、比較的少量のＬｉ_２Ｏの添加によって溶出できることがわかる。したがって、Ｚｒ、Ｙ、Ｓｒ、Ｎａ、Ｂ、Ｌｉ、Ａｌ、Ｃａ、ＺｎはＢ_２Ｏ_３リッチ相に偏析したと考えられる。また、元素によっては溶出液の種類を使い分ける必要があることがわかる。さらに、Ｐｄ、Ｓｅ、Ｓｉはほとんど溶出せず、ＳｉＯ_２リッチ相に偏析したことがわかる。Ｎｏ．５（ＺｎＯの原料含有量 ２０質量％）では、Ｙ、Ｎａ、Ｂ、Ｌｉ、Ａｌ、Ｃａ、Ｚｎがいずれの溶出液の場合も１００％に近い溶出量を示した。また、Ｚｒは１．０ＮのＨ_２ＳＯ_４水溶液の場合に高い溶出量を示した。Ｓｒは１．０ＮのＨＮＯ_３水溶液の場合に高い溶出量を示した。さらに、Ｓｅはいずれの溶出液の場合も少量ながら溶出を示した。長寿命核種のＺｒを初め、種々の元素をＺｎＯの添加によって溶出できることがわかる。特に、Ｌｉ_２Ｏ添加では溶出できなかった長寿命核種のＳｅを溶出できることがわかった。したがって、Ｚｒ、Ｓｅ、Ｙ、Ｓｒ、Ｎａ、Ｂ、Ｌｉ、Ａｌ、Ｃａ、ＺｎはＢ_２Ｏ_３リッチ相に偏析したと考えられる。また、元素によっては溶出液の種類を使い分ける必要があることがわかる。さらに、Ｐｄ、Ｓｉはほとんど溶出せず、ＳｉＯ_２リッチ相に偏析したことがわかる。

なお、上記のように本実施形態について詳細に説明したが、本発明の新規事項及び効果から実体的に逸脱しない多くの変形が可能であることは当業者には容易に理解できるであろう。したがって、このような変形例はすべて本発明の範囲に含まれる。例えば、明細書又は図面において、少なくとも一度、より広義又は同義な異なる用語とともに記載された用語は、明細書又は図面のいかなる箇所においても、その異なる用語に置き換えられることができる。

Claims (6)

1. ガラス固化体に、Ｌｉ_２Ｏ及び溶融の際にＬｉ_２Ｏに分解するＬｉ_２Ｏ原料から選ばれる少なくとも１種並びにＺｎＯ及び溶融の際にＺｎＯに分解するＺｎＯ原料から選ばれる少なくとも１種の少なくともいずれか一方を添加、溶融、固化して改質ガラスを得る第１工程と、
   前記改質ガラスを熱処理して、ガラス固化体に含まれていた所定の金属元素をＢ_２Ｏ_３リッチ相に偏析させた分相ガラスを得る第２工程と、
   前記分相ガラスを純水、酸性水溶液及び塩基性水溶液から選ばれるいずれか１種で処理して前記所定の金属元素を溶出する第３工程とを含むことを特徴とするガラス固化体の処理方法。
2. 請求項１に記載のガラス固化体の処理方法において、
   前記第１工程でＬｉ_２Ｏ及び溶融の際にＬｉ_２Ｏに分解するＬｉ_２Ｏ原料から選ばれるいずれか１種を添加する場合、前記改質ガラスに含まれるＬｉ_２Ｏの含有量は４〜３０質量％であり、
   前記第１工程でＺｎＯ及び溶融の際にＺｎＯに分解するＺｎＯ原料から選ばれるいずれか１種を添加する場合、前記改質ガラスに含まれるＺｎＯの含有量は４〜４０質量％であることを特徴とするガラス固化体の処理方法。
3. 請求項１又は２に記載のガラス固化体の処理方法において、
   前記第１工程でガラス固化体に、ＳｉＯ_２及び溶融の際にＳｉＯ_２に分解するＳｉＯ_２原料から選ばれる少なくとも１種並びにＢ_２Ｏ_３及び溶融の際にＢ_２Ｏ_３に分解するＢ_２Ｏ_３原料から選ばれる少なくとも１種の少なくともいずれか一方をさらに添加することを特徴とするガラス固化体の処理方法。
4. 請求項３に記載のガラス固化体の処理方法において、
   前記第１工程でＳｉＯ_２及び溶融の際にＳｉＯ_２に分解するＳｉＯ_２原料から選ばれる少なくとも１種を添加する場合、前記改質ガラスに含まれるＳｉＯ_２の含有量は３５〜５０質量％であり、
   前記第１工程でＢ_２Ｏ_３及び溶融の際にＢ_２Ｏ_３に分解するＢ_２Ｏ_３原料から選ばれる少なくとも１種を添加する場合、前記改質ガラスに含まれるＢ_２Ｏ_３の含有量は１０〜５０質量％であることを特徴とするガラス固化体の処理方法。
5. 請求項１乃至４のいずれか１項に記載のガラス固化体の処理方法において、
   前記所定の金属元素が長寿命核種であることを特徴とするガラス固化体の処理方法。
6. 請求項５に記載のガラス固化体の処理方法において、
   前記長寿命核種がＺｒ、Ｐｄ及びＳｅから選ばれる１種又は２種以上を含むことを特徴とするガラス固化体の処理方法。

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