JPS5888697A - 放射性廃棄物の固化処理方法 - Google Patents

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、放射性廃棄物の同化処理方法に関し、さらに
詳しくは、放射性廃棄物をガラスまたはセラミックスと
ともに固化して得られた固化体粒子を金属粉末中に混合
した後、圧縮、′焼結することにより、化学的、機械的
に安定であり、半永久的貯蔵に適′１″ろ放射性廃棄物
貯蔵体を得る方法に関する。

発明の技術的背景とその問題点 原子力発送所や、使用済核燃料の再処理工場から発生す
る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、廃棄物を減容
、固形化し、できた固化体が熱的、化学的、機械的に安
定であって、長期の貯蔵によっても放射性物質の外界へ
の拡散がないことが要請される。

このような観点で、従来性なわれている同化体の形成方
法は、ガラス固化技術が主流を占め、高濃度の放射性廃
棄物をリン酸もしくはホウケイ酸ガラスとともに溶礪し
、一定形状のガラスインゴットに凝固させ、ガラス同化
体を形成するものである。

上記方法によれば、廃棄物含有量、ガラス組成などを検
討することにより、機械的強度も比較的大きいガラス同
化体を得ることができるが、以下のような問題点を何ｊ
る。

丁なわち、ガラス固化体の貯蔵容器が破損した場合を相
定すると、該固化体は外部の雰囲気、例えば地中貯蔵の
場合は地下水などと直接接することになるため、水など
の外部雰囲気に対する放射性物實の浸出率を可能な限り
少なくすることが要請される。この点、ガラス同化体は
基本材料であるガラスによる制約を受けるため、さらに
浸出率を低減させるためには、他の材料の検討が必侵で
ある。このために、アルミナ・シリカ系などを基本系と
するセラミックス同化体あるいは結晶化ガラス固化体な
どが開発されている。しかしながら、ガラス同化体を言
めで、これらの同化体の熱伝導度は金属に比較すると本
質的に小さいため、特に放射性廃棄物の再処即後の経」
ｄ時間が短い間は、含有する放射性物質の放射性崩壊に
よる発熱が犬であり、固化体内部の温度は上昇し、中心
部では７００°Ｃμ上に及ぶこともあり得る。かかる温
度上昇に長時間さらされることは、固化体の構造を脆弱
にし、機械的、化学的安定性をそこない、艮Ｊυ］にわ
たる放射性廃棄物の安全な貯蔵を困難にする。

さらにまた、これらガラスまたはセラミックス同化体（
以下、これら固化体をセラミックス固化体と総称する）
は共通しで衝撃に弱いという欠点を何している。

上述したセラミックス固化処理方法の欠点を補う方法と
しで、セラミックス同化体をさらに金属中に埋め込む、
いわゆる金回マトリクス法が考えられている。この方法
は、セラミックス同化体の小粒を作り、その乗合体に低
謙点の金属、たとえばＳｎ　、　Ｐｂなどを注入、凝固
せしめ、金属マトリクス中にセラミックス同化体を埋込
み、固化体の安蓋性を向上させろものである。

上述した金属マトリクス法によれば、固化体の熱伝導特
性、化学的安定性の幾分の向上はもたらされるものの、
一般に低融点の金属の機械的強度は低く、また熱伝導度
、化学的安定性も、より高融点の金属、たとえばＣｕ　
、　Ｎｉなどと比較すると著しく劣っている。したがっ
てこの点に鑑みれば、Ｃｕ　、　Ｎｉなとの高融点の＠
属をマ）　ＩＪガラスして用いることにより、丁ぐれた
安定性を有する、金属−セラミックス複合同化体が得ら
れると考えられるが、欠の様な問題点を有する。

（イ）セラミックス同化体の軟化点がマトリクス金属の
融点（Ｃｕ　：　１０８３℃、　Ｎｉ　：１４５５℃）
ヨリモ低い場合にあっては、浴融金属注入時に同化体が
融解、流出し、複合固化体の形成は不可能となる。

（ロ）逆に、マトリクス金属の融点よりも同化体の軟化
点の方が高い場合は上記（イ）のような問題はないか、
かかる高温度においては、セラミックス同化体中の高揮
発性の放射性元素の逸出を促してしまうという新たな問
題が生ずる。

←→　上述した（イ）、（ロ）の問題は、マトリクス金
属粉末を焼結して複合同化体を形成する場合にも同様に
生ずる。例えば、純Ｃｕ粉末を使用する場合、光分な強
度、熱伝導度、耐蝕性を有するＣｕ　マトリクスを得る
ためには、９００℃以上の温度での焼結が心安であり、
かかる温度においては、上述（イ）、（ロ）の開用は依
然として生ずる。

に）さらに、炉、キャンスター、冶具などの複合同化体
形成に必安な器具に対する負担の低減の点で、処理温度
は低い方が望オしい。

発明の目的 本発明の目的は、上述した従来の放射性廃棄物の固化処
理方法の欠点を除き、化学的安定性、機械的強度および
熱伝導特性に丁ぐれ、艮期に安全に貯蔵し得るよ５な複
合固化貯蔵体の製造法を提供することにある。

発明の概要 本発明者らの研究によれば、マトリクスとして少縦のｐ
ｂを含むＣｕ　−ｐｂ合金粉末を用いて放射性廃棄物を
含む同化体粒子との間で焼結を行なえば、ガラス等から
なる同化体粒子の溶融を起さない程度の低温で複合固化
体が得られ、得られる複合固化体の熱伝導度、したがっ
て熱放散性も丁ぐれていることが見出された。丁なわち
、本発明の放射性廃棄物の同化処理方法は、放射性廃棄
物をガラス又はセラミックスとともに固化して得られた
固化体粒子と、Ｐｂ　１．０〜３．５％を含むＣｕ　−
Ｐｂ合金粉下とを混合した後、圧縮し、７５０℃以下の
温度で焼結することを特徴とするものである。

発明のより詳細なる説明 以下の記載において「％」は、特に断わらない限り重量
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、使用済
核燃料を処理時に、Ｕ＋Ｐｔ１回収した残りの放射性廃
液や、原子力発電所から発生−ｆろ各種の高および中祷
度の放射性廃棄物が含まれる。

本発明で用いるガラス同化体、結晶化ガラス同化体また
はセラミックス固化体としては上記の放射性廃棄物を含
有し、溶融または焼結などの工程で作られたホウグイ酸
ガラス系、リン酸ガラス系などのガラス固化体、Ｄｉｏ
ｐｉｄｅ系などの結晶化ガラス固化体、ＴｉＯ２系、Ａ
１２０３−８ｉＯ□系、ＭｎＯ２−８１０゜系、ｚｒＯ
２系などのセラミックス同化体がある。

上記固化体は粉砕、浴融造粒等の方法により、球状、長
円球、円柱、多角柱、凸条面体状などの各種形状の粒子
とされる。固化体粒子の寸法に関しては、あまり小さい
場合には、粒子凝集の問題が生じ、また後述するメッキ
を施丁除の模厚制斜が困難となる。一方、大きすぎると
、内部の放射性崩壊による発熱により、中心部の温度上
昇が犬となるため、径２龍〜ヌ）朋の範囲が過当である
。

このような固化体粒子を、ｐｂ　ｉ、ｏ〜３．５％を含
むＣｕ−ｐｂ金合金粉末中均一に分散ｊゐよ５［混合し
、型の中に装入する。ここで上記合金中のｐｂの添加目
的ならびに組成限定の理由は以下のとおりである。

複ず、第１図横軸に列記した各種の金属元素を２．５％
含有し、残部がＣＩＪからなる合金の粉末を４ｔｏｎ／
傭２の圧力で成型伊、水系中で７００℃、２時間の焼結
を行ない、焼結体の熱伝導度を測定した（第１図）。第
１図に示されるよ５に、Ｃｕ−Ｐｂ合金のみが純ＣＬＩ
　　より丁ぐれた熱伝導特注を示した。

次に、Ｐｂ含再量を変化させた各種のＣｕ　−Ｐｂ合金
粉末を、前記の場合と同様に成型、焼結した焼結体につ
いて熱伝導度を測定した（第２図）。第２図から明らか
なように、ｐｂ　含有量に関しては、１％以下であると
熱伝導度は純Ｃｕ　　と余り変わらず、一方３．５％を
越えると低下する。したがってｐｂ含有量は１．０〜３
．５％が適当である。

合金粉末の粒径としては、たとえば１μ〜１００μ程度
が適する。

固化体粒子と合金粉末との配合比としては、固化体粒子
の含有量が多い程、放射性廃棄物の処理量は多（なるが
、多丁ぎろと、熱伝導性、機械的強度が低下するので、
固化体粒子の含有量は体積％で５〜５０％が望ましい。

次に、型に装入された上記合金粉末と固化体粒子の均一
な混合物に圧縮成型が施される。この圧縮成型は、通常
の金型プレスあるいはゴム袋に入れ液圧で圧縮するラバ
ープレスにて行なう。また、圧縮と焼結をカーゼン型中
で同時に行なうホットプレスを用いてもよい。

上記圧縮成型の後、あるいは圧縮成型と同時に、焼結が
施される。・焼結は、Ｃｕ　−Ｐｂ合金粉末の酸化を防
止するため、■■２、高純度Ａｒ、真空などの非酸化性
雰囲気中で行なう。焼結温度は、固化体の流動、固化体
粒子中での気泡の発生、高揮発性の放射性元素の逸出を
避けるために、７５０°Ｃ以下の温度とし、かつ焼結を
有効に行なうため６００℃以上の温度であることが好ま
しい。

このような同化体粒子のマトリクス金属に対する密着性
の向上、および焼結時において同化体粒子中の放射性元
素等の有害成分が逸出するのを防止するため、固化体粒
子を合金粉末に混入する前に、該固化体粒子の外表ｒｆ
ｒに金補を被慢することもできろ。破＠する金属として
は、マトリクスＣｕ　−Ｐｂ合金との密着性ならびに熱
伝導が良好であるという点で、Ｃｕが好ましい。

また、金属の被偉方法としては、固化体粒子は通常電気
的な不導体であるため、無電解化学メツキ法、真空蒸着
法、スパッタリング法、ＰＶＤ、ＣＶＤなとの方法が用
いられる。

ただし、上記の方法のみでは厚膜を作る場合、時間、コ
ストがかかる等の欠点を有するので、Ｃｕ　、　Ｎｉ　
、　Ｃｒ　、　Ａｕ　、　Ａｇなどの金属により上記方
法でメッキし固化体粒子表面に一旦導電性被膜を形成し
た後、電解メッキ法を含む各種の被覆方法により金属層
を形成するのが適当である。金属被膜の厚さは、あまり
に薄いと混合時、圧縮時あるいは焼結時に破れ、剥離し
、マドＩＪクス金属との接合性の改善、あるいは固化体
成分元素のマトリクス中への逸出に対する障壁としての
役目がはたせな（なるため、２０μｍ以上の厚さが好ま
しい。

厚さの上限は、特に明確な制限はないが、固化体粒子の
直径に比べあまりに太きいと、複合固化体中にしめる固
化体粒子の体積比率が著しく小さくなるため、厚さとし
ては、固化体粒子の直径の１／２程度以下が望ましい。

また上記のような金属岐慢が癩されてあれば、固化体粒
子が合金粉末中に均一に分散せず固化体粒子が相互に接
触したとしでも、固化体粒子は金属被膜層を介して接す
るため、放射性崩壊による固化体からの熱の放散は充分
に行なわれる。

発明の実施例および比較例 実施例 下記第１表に示す組成の模擬放射性廃棄物３０％を含有
する下記第２表に示す組成のホウケイ酸ガラス同化体粒
子（球状で直径５關）を用意した。

第　１　表 第　　２　　表 上記同化体粒子を、Ｐｂ　２．５％残部Ｃｕの合金粉末
（３２５メツシユ）の中に均一に分散するように混合し
、内径４０朋、深さ１００朋の金型中に装入した。矢に
これに４ｔｏｎ／ｃ−の圧力にてプレス成型を施し、得
られた圧粉成型体を水素気流中において、７５０”Ｃの
温度で４時間熱処理し、複合固化体を形成した。

得られた複合固化体の表面にはガラスのしみ出しは全（
見られなかった。上記複合固化体を１００℃の純水中に
１時間浸せきした後、ガラス固化体から純水中に浸出し
たＭｏイオンの籏度を測定し、その浸出率（１旧間でガ
ラス同化体単位表面績当りのガラス含有成分が浸出する
：敏）を算出したが、その浸出率は検出限界のｌ　Ｘ　
ｉＯ−６９／ｃＷＬ２・ｄａｙ以下であった。

比較例１ 上記央帷例で用いたと同様のガラス固化体粒子を、純Ｃ
ｕ粉末（３２５メツシユ）中に均一に混合し、プレス成
型の後、９００℃、１時間の焼結を行なった。得られた
複合同化体の表面にガラスのしみ出しが認められた。

比較例２ 上記実施例で用いたと同様のガラス固化体粒子を、その
まま１００℃の純水中に１時間浸せきし、溶液中のＭｏ
イオンの嬶度を測定した。浸出率は２．５　Ｘ　１０−
５１　／ａｍ”　−ｄ　ａｙ　テあツタ。

発明の効果 本発明の方法によれは、熱伝導性に丁ぐれたＣｕ　−Ｐ
ｂ合金をマトリクスとして便用したので、得られる複合
同化体は熱放散性に丁ぐれるとともに、化学的、機械的
に安定であり、放射性廃棄物の長期貯蔵に：Ｉ＋１１ｉ
′１″る。

また、上記複合固化体は、比較的低温の焼結により得ら
れるため、・焼結時にマトリクス中に分散した同化体粒
子が軟化し、外部へ浸出するよ５なことは起こらず、さ
らに高温の焼結において起こり得る高揮発性の放射性元
素の逸出も防止できる。

さらに複だ、低温の焼結によれば、炉、キャンスター、
冶具などの複合同化体形成に必要な器具に対する負担の
低減を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、横軸に示す各種の金属を全重量に対し２．５
％含む各々のＣｕ合金の粉末を７００°Ｇで焼結した焼
結体の熱伝導度を示す。縦軸は純Ｃｕ粉末焼結体の熱伝
導度を１００とした場合の相対熱伝導度を示す。 第２図は、Ｃｕ　−Ｐｂ合金粉末の７００℃での焼結体
の熱伝導度とｐｂ含有量の関係を示す。縦軸は上記第１
図と同様に熱伝導度の相対値であり、横軸は合金粉末中
のｐｂの含有量（重量％）を示す。 出願人代理人　　　猪　　股　　　　　清（１５） 理叔犯す曜娯ヱ 兵校亜だ計〈工

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、放射性廃棄物をガラス又はセラミックスとともに固
   化して得られた固化体粒子と、取量比でＰｂ　１．０〜
   ３．５％を含むＣｕ　−Ｐｂ　　合金粉末とを混合した
   後、圧縮し、７５０℃以下の温度で焼結することを特徴
   とする放射性廃棄物の固化処理方法。 ２、同化体粒子を、Ｃｕ　−Ｐｂ合金粉末と混合するに
   先立ち、予め金属で被覆する特許請求の範囲第１項の方
   法。 ３、同化体粒子の被覆金属がＣｕである特許ａ’ｉ？求
   の範囲第２項の方法。