(57)【要約】【課題】溶融塩を含まないで、且つ、従来よりも低い温度で還元処理を行うことによってガラスの分解を効率的に行うとともに、処理炉の長寿命化及び処理の安全性の向上を図ることができるガラス固化体の分解方法、及び前記ガラス固化体から高レベル放射性廃棄物を含む各種の化学種及び元素を効率的に、且つ確実に分離できる分離方法とその分離装置を提供する。【解決手段】本発明によるガラス固化体の分解方法は、４５０℃未満の温度で溶融状態にあり、且つ、溶融塩が含まれない金属リチウム（Ｌｉ）の浴に、ガラス固化体を投入することにより、金属Ｌｉによる還元反応を利用してガラス固化体の分解を行う。本発明のガラス固化体からの化学種及び元素の分離方法は、長寿命核分裂化学種、ランタノイド系化学種及び白金族化学種の少なくとも何れかを含むガラス固化体の分解を、前記ガラス固化体の分解方法によって行うことを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
４５０℃未満の温度で溶融状態にあり、且つ、溶融塩が含まれない金属リチウム（Ｌｉ）の浴に、ガラス固化体を投入することにより、前記金属リチウム（Ｌｉ）による還元反応を利用して前記ガラス固化体の分解を行うことを特徴とするガラス固化体の分解方法。
【請求項２】
前記溶融状態にある金属リチウム（Ｌｉ）の浴の温度が２００〜４００℃であることを特徴とする請求項１に記載のガラス固化体の分解方法。
【請求項３】
前記溶融塩が含まれない金属リチウム（Ｌｉ）の浴へ不活性ガスを導入しながら前記金属リチウム（Ｌｉ）による還元反応を行うことを特徴とする請求項１又は２に記載のガラス固化体の分解方法。
【請求項４】
前記溶融状態にある金属リチウム（Ｌｉ）による還元分解反応によって生成する前記ガラス固化体の還元物を、前記溶融状態にある金属リチウム（Ｌｉ）の一部又は全部とともに、前記金属リチウム（Ｌｉ）及び前記還元物が含まれる槽の底部から取り出して分離することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のガラス固化体の分解方法。
【請求項５】
前記ガラス固化体が、長寿命核分裂化学種、ランタノイド系化学種及び白金族化学種の少なくとも何れかを含むガラス固化体であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載のガラス固化体の分解方法。
【請求項６】
請求項５に記載のガラス固化体の分解方法によって前記長寿命核分裂化学種、ランタノイド系化学種及び白金族化学種の少なくとも何れかを含むガラス固化体を分解する分解工程と、
前記分解工程によって生成される揮発性元素化学種として生成される元素を回収する揮発性化学種回収工程、及び前記分解工程によって生成される前記ガラス固化体の還元物に、長寿命核分裂化学種、ランタノイド系化学種、及び白金族化学種として含まれる元素の少なくとも何れか１種の元素を分離回収する分離回収工程、の少なくとも何れかの回収工程と、
を有するガラス固化体からの化学種及び元素の分離方法。
【請求項７】
前記分離回収工程が、前記還元物に長寿命核分裂化学種として含まれるジルコニウム（Ｚｒ）及びランタノイド系化学種として含まれる元素の少なくとも何れか１種をリン酸塩転換材と反応させて不溶性のオルソリン酸塩として沈殿させるリン酸塩沈殿工程を有することを特徴とする請求項６に記載のガラス固化体からの化学種及び元素の分離方法。
【請求項８】
前記分離回収工程が、前記リン酸塩沈殿工程と、
さらに、前記不溶性のオルソリン酸塩を、前記ガラス固化体の還元物及び前記溶融状態にある金属リチウム（Ｌｉ）が含まれる融体とともに取り出した後、リン酸塩分離筒又はセラミックフィルタを用いて前記融体の固液分離を行うことにより回収するリン酸塩回収工程と、
を有することを特徴とする請求項７に記載のガラス固化体からの化学種及び元素の分離方法。
【請求項９】
前記分離回収工程が、前記ガラス固化体の還元物に白金族化学種として含まれる元素を、溶融した金属溶媒と接触させ合金化することにより、前記ガラス固化体の還元物から分離して回収する白金族元素回収工程を有することを特徴とする請求項６〜８のいずれか一項の記載のガラス固化体からの化学種及び元素の分離方法。
【請求項１０】
前記金属溶媒に合金化した白金族化学種として含まれる元素を、蒸留法又は電解精製法により前記金属溶媒と分離して回収する工程を有する請求項９に記載のガラス固化体からの化学種及び元素の分離方法。
【請求項１１】
前記金属リチウム（Ｌｉ）による前記ガラス固化体の分解後、前記金属リチウム（Ｌｉ）及び前記ガラス固化体の還元物が含まれる槽の温度を、前記金属リチウム（Ｌｉ）の溶融温度よりも高くすることにより、前記揮発性化学種の揮発を促進させて前記揮発性化学種回収工程を行うことを特徴とする請求項６〜１０のいずれか一項に記載のガラス固化体からの化学種及び元素の分離方法。
【請求項１２】
前記揮発性化学種回収工程が、前記揮発性化学種をコールドトラップ又はケミカルトラップできる回収筒の１段又は直列に連結した２段以上を用いて、前記揮発性化学種を分離及び回収する工程を有することを特徴とする請求項６〜１１のいずれか一項に記載のガラス固化体からの化学種及び元素の分離方法。
【請求項１３】
前記揮発性化学種回収工程において、分離回収化学種として揮発性のＳｅ及びＣｓの少なくとも何れかの元素を回収するための回収筒と、必要に応じて前記分離回収化学種以外の分離対象外物質を回収するための回収筒とを用いて、前記揮発性化学種の分離及び回収を行うことを特徴とする請求項１２に記載のガラス固化体からの化学種及び元素の分離方法。
【請求項１４】
長寿命核分化学種、ランタノイド系化学種及び白金族化学種の少なくとも何れかを含むガラス固化体を、溶融状態にある金属リチウム（Ｌｉ）による還元反応を利用して分解することにより、前記ガラス固化体から長寿命核分裂化学種、ランタノイド系化学種及び白金族化学種の少なくとも何れかを分離するための装置であって、
ガラス固化体を供給するためのガラス供給槽と、
溶融塩が含まれない金属リチウム（Ｌｉ）を有し、前記金属リチウム（Ｌｉ）を溶融状態にするための加熱機能を有するガラス固化体溶解槽と、
前記溶融状態の金属リチウム（Ｌｉ）の還元分解反応によって揮発性化学種として生成される元素を回収する回収筒、及び前記還元分解反応によって生成される前記ガラス固化体の還元物に、長寿命核分裂化学種、ランタノイド系化学種、及び白金族化学種として含まれる元素の少なくとも何れか１種を分離回収するための分離回収装置の少なくとも何れかと、
を有することを特徴とするガラス固化体からの化学種及び元素の分離装置。
【請求項１５】
前記ガラス固化体溶解槽が、不活性ガス導入手段を備えることを特徴とする請求項１４に記載のガラス固化体からの化学種及び元素の分離装置。
【請求項１６】
前記分離回収装置が、リン酸塩転換材供給槽と、リン酸塩沈殿槽と、リン酸塩分離筒とを有することを特徴とする請求項１４又は１５に記載のガラス固化体からの化学種及び元素の分離装置。
【請求項１７】
前記分離回収装置が、白金族化学種として含まれる元素を分離回収するための金属溶媒供給槽と、白金族元素分離槽と、白金族元素回収槽とを有することを特徴とする請求項１４〜１６のいずれか一項に記載のガラス固化体からの化学種及び元素の分離装置。
【請求項１８】
前記ガラス固化体溶解槽が、前記金属リチウム（Ｌｉ）による前記ガラス固化体の分解後、前記金属リチウム（Ｌｉ）の溶融温度よりも高温に加熱できる機能を有することを特徴とする請求項１４〜１７のいずれか一項に記載のガラス固化体からの化学種及び元素の分離装置。
【請求項１９】
前記ガラス固化体溶解槽に対して下流側に、前記金属リチウム（Ｌｉ）の溶融温度よりもさらに高温に加熱するためのガラス固化体加熱槽を連結させることを特徴とする請求項１４〜１７のいずれか一項に記載のガラス固化体からの化学種及び元素の分離装置。
【請求項２０】
前記揮発性化学種を回収する回収筒が、前記揮発性化学種をコールドトラップ又はケミカルトラップできる回収筒の１段又は直列に連結した２段以上を有することを特徴とする請求項１４〜１９のいずれか一項に記載のガラス固化体からの化学種及び元素の分離装置。
【請求項２１】
前記揮発性化学種を回収する回収筒が、分離回収化学種として揮発性のＳｅ及びＣｓの少なくとも何れかの元素を吸着する回収筒と、必要に応じて前記分離回収化学種以外の分離対象外物質を回収するための回収筒と、を有することを特徴とする請求項２０に記載のガラス固化体からの化学種及び元素の分離装置。
【請求項２２】
前記ガラス固化体に、前記の揮発性化学種、長寿命核分裂化学種、ランタノイド系化学種、及び白金族化学種として含まれる元素の少なくとも何れか１種の元素を分離した後に取出される前記ガラス固化体の還元物を回収するための回収槽を、前記ガラス固化体からの化学種及び元素の分離装置の最後尾に設けることを特徴とする請求項１４〜２１のいずれか一項に記載のガラス固化体からの化学種及び元素の分離装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属リチウム（Ｌｉ）による還元反応を利用してガラス固化体を、従来方法よりも低温で、且つ、効率的に分解できるガラス分解方法、及び該分解方法を利用することによりガラス固化体に長寿命核分裂化学種、ランタノイド系化学種及び白金族化学種として含まれる元素の少なくとも１種を簡便な方法で効率的に分離することができる前記ガラス固化体の化学種及び元素の分離方法とその分離装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
原子力発電所等から出る使用済燃料を再処理する際に発生する高レベル放射性廃棄物（ＨＬＷ）は、ホウケイ酸塩ガラスに充填された後、安定なガラス固化体として加工されたうえで地層処分されることになっている。しかしながら、前記ガラス固化体にはＨＬＷとして長い半減期を有する核分裂生成物（ＦＰ）や発熱性の高いＦＰが含まれているため、前記ガラス固化体を処分し、長期間にわたり管理するための処分場の確保が必要である。
【０００３】
このガラス固化体については、原子力発電の継続に伴い、今後数量が増加する傾向にあるため、発生本数を可能な限り抑制するだけでなく、限られた地層処分場の空間を効率的に、かつ、有効に活用していく必要がある。このような観点から、将来発生するガラス固化体は、数量の減少も含めてより一層の減容化と放射線量の低減化を図ることが求められている。
【０００４】
そこで、現状のガラス固化体を用いて処理する際、ガラス固化体中の長寿命核分裂生成物（ＬＬＦＰ）を分離する方法が確立できれば、ＨＬＷを長期間保管する必要もなくなるため、ガラス固化体の管理が極めて容易になり、その減容化も同時に行うことができる。そのような分離方法を利用することにより、将来的に、コスト的に有利になるだけでなく、環境的にも優れる原子力利用システムを構築することが可能になる。そのため、ガラス固化体中から長寿命核分裂生成物（ＬＬＦＰ）を分離する方法の確立に対して大きな期待が寄せられている。
【０００５】
従来から、ガラスを分解する方法については様々な提案及び検討がなされている。例えば、フッ化水素酸を用いてガラスを分解する方法、ガラスの溶融剤として炭酸ナトリウムやホウ酸を用いて高温（例えば９００〜１０００℃）でガラス溶融を行うアルカリ溶融法、及び炭素を用いてガラス成分を還元する炭素熱還元法等が知られている。しかしながら、これらの方法は、腐食性の高いフッ化水素酸の使用、２次廃棄物量の問題、又は高温環境下での還元反応等により、コスト、安全性及び環境負荷の点でそれぞれいくつかの問題を抱えており実用化が進んでいないのが現状である。
【０００６】
したがって、そのような問題を解決するため、特許文献１には、ガラス固化体を保持させた保持容器内に、溶融塩と還元剤とを添加することにより、ガラス固化体を容易に分解する方法が提案されている。そして、前記特許文献１には、前記溶融塩及び還元剤としてそれぞれＬｉＣｌ−ＫＣｌ及び金属リチウムを使用することが具体的に記載されている。
【０００７】
また、適用分野が異なるものの、特許文献２には、ウラン、プルトニムおよびマイナーアクチニドの酸化物を溶融塩中で還元剤である金属リチウムと反応させてウラン、プルトニムおよびマイナーアクチニドの金属に還元する方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０１６−９０３４１号公報
【特許文献２】特許第３７６３９８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、上記特許文献１及び２に開示されている金属リチウムによる還元方法は、溶融塩と還元剤とを共存させ、両者を溶解させた状態で行う必要があるため、ガラス固化体を保持させる保持容器の温度を高くする必要がある。例えば、上記特許文献１には、融点が比較的低い溶融塩であるＬｉＣｌ−ＫＣｌ（融点：３５２℃）を使用する場合でも、保持容器を４５０℃の高温で加熱してガラスを分解する方法が開示されている。前記保持容器は還元処理炉として使用されるものであるが、４５０℃の高温で行う場合は還元処理炉が長期間の使用に耐えきれず、処理炉の交換及び保守点検と補修を行う頻度が高くなることが避けられない。加えて、処理炉の亀裂や破損等により突発的に事故が発生するリスクが高く、安全性及び環境負荷の点からも問題がある。
【００１０】
また、上記特許文献１及び２に記載の発明で使用される溶融塩は、例として金属ハロゲン化物が挙げられており、ハロゲン化物は還元処理炉を腐食しやすいという問題がある。特に、還元処理炉の内部にわずかな水と酸素が存在する場合は、腐食が長時間にわたって継続し、さらに高温で加熱される場合には腐食が加速される。それによって還元処理炉の寿命が大幅に低下するだけでなく、使用中に処理炉の亀裂や破損等が発生するという問題が発生しやすくなる。
【００１１】
また、溶融塩は、還元処理後において不要物である２次廃棄物として取り扱われるのが一般的である。溶融塩を２次廃棄物として処理する際にはその手間と費用が、また、溶融塩を再利用する場合でも再処理工程とそれを行うためのコストが必要となる。さらに、金属ハロゲン化物の処理は、環境面での負荷が高くなるという問題を考慮しなければならなかった。
【００１２】
本発明は、係る問題を解決するためになされたものであり、ガラス分解処理後に不要な２次廃棄物となる溶融塩を含まないで、かつ、従来よりも低い温度で還元処理を行うという簡便な方法によってガラス固化体の分解を効率的に行うとともに、処理炉の長寿命化及び処理作業と処理装置の安全性の向上を図ることができるガラス固化体の分解方法を提供することを目的とする。また、前記ガラス固化体の分解方法を利用することにより、前記ガラス固化体から高レベル放射性廃棄物（ＨＬＷ）を含む各種の化学種及び元素を効率的に、且つ、確実に分離できる分離方法とその分離装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明者は、上記の課題を解決するために、金属還元剤の中で融点が１８０．５℃と比較的低い金属リチウムに着目し、該金属リチウムが溶融塩と共存させない状態でも４５０℃未満の低温でガラス固化体の分解を促進できるだけの十分な還元作用を有することを見出し本発明に到った。
【００１４】
すなわち、本発明の構成は以下の通りである。
［１］本発明は、４５０℃未満の温度で溶融状態にあり、且つ、溶融塩が含まれない金属リチウム（Ｌｉ）の浴に、ガラス固化体を投入することにより、前記金属リチウム（Ｌｉ）による還元反応を利用して前記ガラス固化体の分解を行うことを特徴とするガラス固化体の分解方法を提供する。
［２］本発明は、前記溶融状態にある金属リチウム（Ｌｉ）の浴の温度が２００〜４００℃であることを特徴とする前記［１］に記載のガラス固化体の分解方法を提供する。
［３］本発明は、前記溶融塩が含まれない金属リチウム（Ｌｉ）の浴へ不活性ガスを導入しながら前記金属リチウム（Ｌｉ）による還元反応を行うことを特徴とする前記［１］又は［２］に記載のガラス固化体の分解方法を提供する。
［４］本発明は、前記溶融状態にある金属リチウム（Ｌｉ）による還元分解反応によって生成する前記ガラス固化体の還元物を、前記溶融状態にある金属リチウム（Ｌｉ）の一部又は全部とともに、前記金属リチウム（Ｌｉ）及び前記還元物が含まれる槽の底部から取り出して分離することを特徴とする前記［１］〜［３］のいずれか一項に記載のガラス固化体の分解方法を提供する。
［５］本発明は、前記ガラス固化体が、長寿命核分裂化学種、ランタノイド系化学種及び白金族化学種の少なくとも何れかを含むガラス固化体であることを特徴とする前記［１］〜［４］のいずれか一項に記載のガラス固化体の分解方法を提供する。
［６］本発明は、前記［５］に記載のガラス固化体の分解方法によって前記長寿命核分裂化学種、ランタノイド系化学種及び白金族化学種の少なくとも何れかを含むガラス固化体を分解する分解工程と、前記分解工程によって生成される揮発性元素化学種として生成される元素を回収する揮発性化学種回収工程、及び前記分解工程によって生成される前記ガラス固化体の還元物に、長寿命核分裂化学種、ランタノイド系化学種、及び白金族化学種として含まれる元素の少なくとも何れか１種の元素を分離回収する分離回収工程、の少なくとも何れかの回収工程と、を有するガラス固化体からの化学種及び元素の分離方法を提供する。
［７］本発明は、前記分離回収工程が、前記還元物に長寿命核分裂化学種として含まれるジルコニウム（Ｚｒ）及びランタノイド系化学種として含まれる元素の少なくとも何れか１種をリン酸塩転換材と反応させて不溶性のオルソリン酸塩として沈殿させるリン酸塩沈殿工程を有することを特徴とする前記［６］に記載のガラス固化体からの化学種及び元素の分離方法を提供する。
［８］本発明は、前記分離回収工程が、前記リン酸塩沈殿工程と、さらに、前記不溶性のオルソリン酸塩を、前記ガラス固化体の還元物及び前記溶融状態にある金属リチウム（Ｌｉ）が含まれる融体とともに取り出した後、リン酸塩分離筒又はセラミックフィルタを用いて前記融体の固液分離を行うことにより回収するリン酸塩回収工程と、を有することを特徴とする前記［７］に記載のガラス固化体からの化学種及び元素の分離方法を提供する。
［９］本発明は、前記分離回収工程が、前記ガラス固化体の還元物に白金族化学種として含まれる元素を、溶融した金属溶媒と接触させ合金化することにより、前記ガラス固化体の還元物から分離して回収する白金族元素回収工程を有することを特徴とする前記［６］〜［８］のいずれか一項の記載のガラス固化体からの化学種及び元素の分離方法を提供する。
［１０］本発明は、前記金属溶媒に合金化した白金族化学種として含まれる元素を、蒸留法又は電解精製法により前記金属溶媒と分離して回収する工程を有する前記［９］に記載のガラス固化体からの化学種及び元素の分離方法を提供する。
［１１］本発明は、前記金属リチウム（Ｌｉ）による前記ガラス固化体の分解後、前記金属リチウム（Ｌｉ）及び前記ガラス固化体の還元物が含まれる槽の温度を、前記金属リチウム（Ｌｉ）の溶融温度よりもさらに高くすることにより、前記揮発性化学種の揮発を促進させて前記揮発性化学種回収工程を行うことを特徴とする前記［６］〜［１０］のいずれか一項に記載のガラス固化体からの化学種及び元素の分離方法を提供する。
［１２］本発明は、前記揮発性化学種回収工程が、前記揮発性化学種をコールドトラップ又はケミカルトラップできる回収筒の１段又は直列に連結した２段以上を用いて、前記揮発性化学種を分離及び回収する工程を有することを特徴とする前記［６］〜［１１］のいずれか一項に記載のガラス固化体からの化学種及び元素の分離方法を提供する。
［１３］本発明は、前記揮発性化学種回収工程において、分離回収化学種として揮発性のＳｅ及びＣｓの少なくとも何れかの元素を回収するための回収筒と、必要に応じて前記分離回収化学種以外の分離対象外物質を回収するための回収筒とを用いて、前記揮発性化学種の分離及び回収を行うことを特徴とする前記［１２］に記載のガラス固化体からの化学種及び元素の分離方法を提供する。
［１４］本発明は、長寿命核分裂化学種、ランタノイド系化学種及び白金族化学種の少なくとも何れかを含むガラス固化体を、溶融状態にある金属リチウム（Ｌｉ）による還元反応を利用して分解することにより、前記ガラス固化体から長寿命核分裂化学種、ランタノイド系化学種及び白金族化学種の少なくとも何れかを分離するための装置であって、
ガラス固化体を供給するためのガラス供給槽と、
溶融塩が含まれない金属リチウム（Ｌｉ）を有し、前記金属リチウム（Ｌｉ）を溶融状態にするための加熱機能を有するガラス固化体溶解槽と、
前記溶融状態の金属リチウム（Ｌｉ）の還元分解反応によって揮発性化学種として生成される元素を回収する回収筒、及び前記還元分解反応によって生成される前記ガラス固化体の還元物に、長寿命核分裂化学種、ランタノイド系化学種、及び白金族化学種として含まれる元素の少なくとも何れか１種を分離回収するための分離回収装置の少なくとも何れかと、
を有することを特徴とするガラス固化体からの化学種及び元素の分離装置を提供する。
［１５］本発明は、前記ガラス固化体溶解槽が、不活性ガス導入手段を備えることを特徴とする前記［１４］に記載のガラス固化体からの化学種及び元素の分離装置を提供する。
［１６］本発明は、前記分離回収装置が、リン酸塩転換材供給槽と、リン酸塩沈殿槽と、リン酸塩分離筒とを有することを特徴とする前記［１４］又は［１５］に記載のガラス固化体からの化学種及び元素の分離装置を提供する。
［１７］本発明は、前記分離回収装置が、白金族化学種として含まれる元素を分離回収するための金属溶媒供給槽と、白金族元素分離槽と、白金族元素回収槽とを有することを特徴とする前記［１４］〜［１６］のいずれか一項に記載のガラス固化体からの化学種及び元素の分離装置を提供する。
［１８］本発明は、前記ガラス固化体溶解槽が、前記金属リチウム（Ｌｉ）による前記ガラス固化体の分解後、前記金属リチウム（Ｌｉ）の溶融温度よりもさらに高温に加熱できる機能を有することを特徴とする前記［１４］〜［１７］のいずれか一項に記載のガラス固化体からの化学種及び元素の分離装置を提供する。
［１９］本発明は、前記ガラス固化体溶解槽に対して下流側に、前記金属リチウム（Ｌｉ）の溶融温度よりもさらに高温に加熱するためのガラス固化体加熱槽を連結させることを特徴とする前記［１４］〜［１７］のいずれか一項に記載のガラス固化体からの化学種及び元素の分離装置を提供する。
［２０］本発明は、前記揮発性化学種を回収する回収筒が、前記揮発性化学種をコールドトラップ又はケミカルトラップできる回収筒の１段又は直列に連結した２段以上を有することを特徴とする前記［１４］〜［１９］のいずれか一項に記載のガラス固化体からの化学種及び元素の分離装置を提供する。
［２１］本発明は、前記揮発性化学種を回収する回収筒が、分離回収化学種として揮発性のＳｅ及びＣｓの少なくとも何れかの元素を回収する回収筒と、必要に応じて前記分離回収化学種以外の分離対象外物質を回収するための回収筒と、を有することを特徴とする前記［２０］に記載のガラス固化体からの化学種及び元素の分離装置を提供する。
［２２］本発明は、前記ガラス固化体から、前記の揮発性化学種、長寿命核分裂化学種、ランタノイド系化学種、及び白金族化学種として含まれる元素の少なくとも何れか１種の元素を分離した後に取出される前記ガラス固化体の還元物を回収するための回収槽を、前記ガラス固化体からの化学種及び元素の分離装置の最後尾に設けることを特徴とする前記［１４］〜［２１］のいずれか一項に記載のガラス固化体からの化学種及び元素の分離装置を提供する。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によるガラス固化体の分解方法は、融点の低い金属リチウムを還元剤として使用し、前記還元剤の単独で還元処理を行うことにより、ガラス分解処理後に不要な２次廃棄物となる溶融塩を含まないで、かつ、簡便な方法で従来よりも低い温度でガラス固化体の分解を効率的に行うことができる。さらに、還元処理温度が低いため、処理炉の長寿命化及び処理作業と処理装置の安全性の向上を図ることができる。また、溶融塩が含まれない金属リチウム（Ｌｉ）の浴に不活性ガスを導入することにより、金属リチウム（Ｌｉ）の単独でも還元反応が促進するため、ガラス固化体の分解を効率的に行うことができる。加えて、不活性ガスの導入は、前記浴として使用する処理炉の腐食を抑える効果が得られる。
【００１６】
本発明によるガラス固化体からの化学種及び元素の分離方法は、本発明のガラス固化体の分解方法を利用することにより、前記ガラス固化体から高レベル放射性廃棄物（ＨＬＷ）を含む各種の化学種及び元素を効率的に、且つ、確実に分離できる。また、本発明の分離装置は、本発明のガラス固化体の分解方法を利用した装置の構成であるため、ガラス固化体の分解を行うための装置を簡便に低コストで構成することができる。さらに、前記ガラス固化体の分解装置と、前記溶融状態の金属リチウム（Ｌｉ）の還元分解反応によって揮発性化学種として生成される元素を回収する回収筒、及び前記還元分解反応によって生成される前記ガラス固化体の還元物（スラグ）に、長寿命核分裂化学種、ランタノイド系化学種、及び白金族化学種として含まれる元素の少なくとも何れか１種を分離回収するための分離回収装置の少なくとも何れかと組み合せることにより、ガラス固化体から高レベル放射性廃棄物（ＨＬＷ）を含む各種の化学種及び元素を効率的に、且つ、確実に分離できる装置を構築することができる。それにより、将来的に、高レベル放射性廃棄物（ＨＬＷ）が含まれるガラス固化体の数量が増えても十分に対応することができ、コスト的に有利で、且つ、環境的にも優れる原子力利用システムを構築することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明によるガラス固化体の分解方法及びガラス固化体からの化学種及び元素の分離方法の工程を示す模式図である。
【図２】本発明のリチウム還元工程及び該リチウム還元工程で使用するガラス固化体溶解槽を示す図である。
【図３】本発明の揮発性化学種回収工程を示す概略図である。
【図４】本発明の長寿命分裂化学種、ランタノイド系化学種及び白金族化学種の分離回収工程を示す概略図である。
【図５】本発明のガラス固化体からの化学種及び元素の分離装置において、ガラス固化体溶解槽と揮発性化学種回収筒とを組合せた例を模式的に示す図である。
【図６】本発明のガラス固化体からの化学種及び元素の分離装置において、ガラス固化体溶解槽と揮発性化学種回収筒とを組合せた例の変形例を模式的に示す図である。
【図７】本発明のガラス固化体からの化学種及び元素の分離装置において、ガラス固化体溶解槽とリン酸塩分解回収装置とを組合せた例を模式的に示す図である。
【図８】本発明のガラス固化体からの化学種及び元素の分離装置において、ガラス固化体溶解槽と白金族元素分離回収装置とを組合せた例を模式的に示す図である。
【図９】本発明のガラス固化体からの化学種及び元素の分離装置の全体構成を模式的に示す図である。
【図１０】本発明の実施例１においてガラス固化体の分解について予備評価を行ったときの実験方法を示す概略図である。
【図１１】本発明の実施例１において各温度で分解処理を行った後のガラス試験片の外観写真を示す図である。
【図１２】本発明の実施例１において分解処理後のガラス試験片の重量減少率を浸漬時間に対してプロットした図である。
【図１３】本発明の実施例１において分解の反応速度定数の対数を加熱処理の絶対温度の逆数に対してプロットした図である。
【図１４】本発明の実施例２においてガラス固化体に含まれるＣｓの回収方法について予備評価を行ったときの実験方法を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本発明のガラス固化体の分解方法は、溶融状態にある金属リチウムを用いて、ガラスを構成している酸化物を還元することによりガラスの網目構造を分断し、ガラスを分解するというメカニズムに基づいて行うものである。そして、前記特許文献１に記載の方法において実用化の妨げとなっていた金属リチウム還元分解反応の低温化及び二次廃棄物の発生量の低減という技術課題を解決するため、可能な限り低い温度で、且つ、分解反応後に二次廃棄物となる溶融塩を使用しないでリチウムによる還元分解反応を行う点に特徴を有する。
【００１９】
すなわち、本発明は、４５０℃未満の温度で溶融状態にあり、且つ、溶融塩が含まれない金属リチウム（Ｌｉ）の浴に、ガラス固化体を投入することにより、前記金属リチウム（Ｌｉ）による還元反応を利用して前記ガラス固化体の分解を行うガラス固化体の分解方法である。金属リチウムは融点が１８０．５℃であり、且つ、融点が高い溶融塩を使用しないため、前記浴の温度を４５０℃未満とすることができる。さらに、還元反応後のＬｉ２Ｏ（比重：２．０１３）を、溶融リチウム（比重：０．５３４）との密度差を利用し、他の還元された元素及びその酸化物（ガラス固化体を構成する元素及びその酸化物）とともに前記炉の底部に沈降させ取り出す。それにより、溶融状態にあるリチウムと分離して回収することができる。したがって、本発明のガラス固化体の分解方法は、従来技術と異なり、リチウム還元反応によって生成するＬｉ２Ｏを吸着し、溶融塩相として分離するために使用されていた溶融塩を併用する必要がない。回収後のＬｉ２Ｏは、ガラス固化体を構成する元素及びその酸化物と同様に、ガラス原料としてリサイクルすることができる。また、ガラス固化体を構成する元素及びその酸化物とは別に、Ｌｉ２Ｏだけを分離回収して、溶融塩電解法、晶析法及び蒸留法の少なくとも一つの方法によって金属リチウムに還元した後、本発明のガラス固化体の分解方法に再利用してもよい。
【００２０】
本発明で使用する金属リチウムは、前記浴の温度を４５０℃未満に加熱して溶融状態で使用されるが、ガラス固化体を可能な限り低い温度で分解するため、金属リチウム（Ｌｉ）の浴の温度は２００〜４００℃であることが好ましい。リチウム還元反応は、前記浴の温度が４００℃以下であっても十分に進むことを確認している。他方で、前記浴の温度が２００℃未満であると、金属リチウムの融点である１８０．５℃に近づくため、還元反応の低下が顕著になる。本発明においては、実用化のために従来技術より低温でリチウム還元反応を促進させるため、前記浴の温度を３００〜４００℃の温度範囲で加熱するのがより好ましい。前記浴の温度の設定は、一つの温度に固定する方法には限定されず、例えば、２００〜４００℃の温度範囲内で連続的に、又は段階的に温度を高くするように設定して加熱を行ってもよい。
【００２１】
本発明のガラス固化体からの化学種及び元素の分離方法は、長寿命核分裂化学種、ランタノイド系化学種及び白金族化学種の少なくとも何れかを含むガラス固化体を分解するときに発生する揮発性化学種、及び分解した後に生成されるガラス成分からそれら化学種を分離して取り出す方法に関するものであり、ガラス固化体を分解するときに上記のガラス固化体の分解方法を利用することを特徴とする。本発明において、ガラス固化体からの化学種及び元素の分離対象とする長寿命核分裂化学種、ランタノイド系化学種及び白金族化学種は、セシウム（Ｃｓ）、セレン（Ｓｅ）、ジルコニウム（Ｚｒ）及びパラジウム（Ｐｄ）の群から選ばれる少なくともいずれか一種元素であり、これらの元素の他にも、ランタノイド元素（Ｌｎ）及びＰｄ以外の白金族元素の分離が可能である。また、ガラス固化体の分解時に揮発性化学種としてセシウム（Ｃｓ）及びセレン（Ｓｅ）とともに発生するＬｉ、Ｎａ、Ｒｂ等の元素も本発明の分離方法によって分離することができる。これらＬｉ、Ｎａ、Ｒｂ等の元素はＳｅ及びＣｓと比べると放射壊変上の安全性が高いため、本発明の分離方法においては、とりあえず分離対象外物質とみなして回収を行う。
【００２２】
本発明のガラス固化体からの化学種及び元素の分離方法によって分離される長寿命核分裂化学種、ランタノイド系化学種及び白金族化学種として含まれる元素の少なくとも何れかは、最終的に安全な場所に隔離して保管されるか、又は安定核種や短寿命各種に変換する処理が行われる。
【００２３】
本発明によるガラス固化体の分解方法及びガラス固化体からの化学種及び元素の分離方法を図を用いて説明する。図１に、本発明によるガラス固化体の分解方法及びガラス固化体からの化学種及び元素の分離方法の工程を模式的に示す。
【００２４】
図１に示すように、まず、ガラス固化体を溶融塩が含まれない金属リチウム（Ｌｉ）の浴に投入し（Ｓ１）、ガラス固化体の分解方法としてリチウム還元工程（Ｓ２）及びガラス固化体の還元物の取出し及び分離工程（Ｓ３）によってガラス固化体の分解を行う。Ｓ３の取出し及び分離工程において、還元反応後に生成するＬｉ２Ｏ（密度：２．０１３ｇ／ｃｍ３）は溶融Ｌｉ（密度：０．５３４ｇ／ｃｍ３）との密度差によりガラス固化体から還元によって分解された他の元素（分解物）とともに金属リチウム（Ｌｉ）の浴の底部に沈降するため、両者の密度差を利用することにより、溶融している金属Ｌｉとは別にＬｉ２Ｏ及び分解物を回収することができる。図１において点線で囲むＳ２とＳ３の工程が、本発明のガラス固化体の分解方法を行うために基本的に構成される工程である。
【００２５】
リチウム還元工程においてガラス固化体を４５０℃未満で溶解し還元を行っている最中に、溶融塩が含まれない金属リチウム（Ｌｉ）の浴から揮発する化学種、例えば、放射性のセシウム（Ｃｓ）及びセレン（Ｓｅ）等を揮発性化学種回収工程によって回収する（Ｓ４）。このＳ４の工程は、ガラス固化体に含まれる長寿命核生成物（ＬＬＦＰ）の中で、Ｓ２のリチウム還元工程において発生する揮発性化学種を回収するものであり、本発明のガラス固化体からの化学種及び元素の分離方法の一部を構成する。
【００２６】
一方、Ｓ２のリチウム還元工程でガラス固化体を分解した後、Ｓ３の工程で取出し分離されるガラス固化体の還元物は、分離回収工程（Ｓ５）において長寿命核分裂化学種、ランタノイド系化学種、及び白金族化学種として含まれる元素の少なくとも何れか１種の元素の分離回収を行う。分離回収工程Ｓ５において、長寿命核分裂化学種及びランタノイド系化学種として含まれる元素の少なくとも１種は、リン酸塩沈殿工程（Ｓ５１）及びリン酸回収工程（Ｓ５２）によって分離回収される。また、白金族化学種として含まれる元素は、白金族元素分離工程（Ｓ５３）及び白金族元素回収工程（Ｓ５４）によって分離回収される。分離回収工程（Ｓ５）において、Ｓ５３及びＳ５４の工程は、基本的にＳ５１及びＳ５２の工程と独立して行うことができる。また、長寿命核分裂化学種及びランタノイド系化学種とともに、白金族化学種として含まれる元素を連続した工程で分離回収してもよい。その場合は、図１において矢印で示すように、一点鎖線で囲んだＳ５３及びＳ５４の工程を、Ｓ５１及びＳ５２の工程の後に行うことが好ましい。
【００２７】
図１において、二点鎖線で囲んだ揮発性化学種回収工程（Ｓ４）及び分離回収工程（Ｓ５）が、本発明のガラス固化体からの化学種及び元素の分離方法を行うために基本的に構成される工程である。本発明の分離方法によって分離された化学種又は元素は、別途、隔離場所に集めて放射線が漏れないように厳重に保管する。また、前記の分離された化学種又は元素は、安定核種や短寿命核種に変換する方法によって放射線量の低減を行ってもよい。これらの方法により、放射性物質を含むガラス固化体は、数量の減少も含めてより一層の減容化を図ることができる。
【００２８】
最終的に、Ｓ５２又はＳ５４の各工程の後に取出された前記ガラス固化体の還元物を回収する（Ｓ６）。回収された還元物は、廃棄するか、又はガラス原料として再利用する（Ｓ７）。廃棄又は再利用を行う際には、あらかじめ回収された還元物の放射線量の測定を行い、放射量が許容値以下であることを確認してから行う。仮に、放射量が許容値を超える場合は、再度、ガラス固化体の一部としてＳ１の工程に戻し、図１に示す各工程に従って放射線量が許容値以下まで低減するまで分離回収操作を行ってもよい。
【００２９】
図１において、Ｓ５１〜Ｓ５４の各工程を有する分離回収工程（Ｓ５）による処理を行わない場合、Ｓ３の工程において取出し及び分離した後のガラス固化体の還元物は、そのままＳ６の回収工程で回収してもよい。
【００３０】
以下、図１に示す各工程を図２〜図４によって詳細に説明する。
【００３１】
［リチウム還元工程］
本発明のリチウム還元工程Ｓ１は、図２に示すように、溶融状態にある金属リチウム（Ｌｉ）の浴としてガラス固化体溶解槽１を用いて行う。ガラス固化体溶解槽１は、基本的に、ガラス固化体を供給するためのガラス供給槽２と、溶融状態にある金属リチウム（Ｌｉ）３を撹拌するための攪拌機４と、金属リチウムを溶融状態にするため、槽の全体又は少なくとも金属リチウム３が存在する槽又は配管の部分に配置される加熱装置５とを有する。ガラス固化体溶解槽１の底部には、リチウムによる還元分解反応によって生成するガラス固化体の還元物を取出すため、バルブ６を有する還元物取出し口７を設ける。ここで、攪拌機４は、ガラス固化体の還元分解を効率的に行うために使用される。また、ガラス固化体溶解槽１の上部は、溶融リチウムによる還元分解中にガラス固化体から発生する揮発性化学種を回収するため開口部分を有し、前記開口部分は揮発性化学種回収用配管８と繋がっている。
【００３２】
ガラス固化体溶解槽１は、さらに、溶融状態にある金属リチウム単独によるガラス固化体の還元反応を促進させるため、不活性ガス導入用配管９を備えるのが実用的である。本発明において、ガラス固化体の分解処理量が少ない場合、又は処理速度が遅い場合には、必ずしも窒素、アルゴン及びヘリウム等の不活性ガスをガラス固化体溶解槽１の内部に導入する必要はないが、大量のガラス固化体の連続的な分解処理を行う場合には、溶融塩が含まれない金属リチウムによるガラス固化体の還元反応を迅速に、且つ、効率的に行うために不活性ガスの導入が必要となる。
【００３３】
また、不活性ガスのガラス固化体溶解槽１の内部への導入は、還元分解反応の促進の他にも、ガラス固化体溶解槽１の材質として一般的に使用されるステンレス鋼の腐食防止又は腐食抑制に対して大きな効果が得られる。本発明者が代表的なステンレス鋼であるＳＵＳ３０４のリチウムによる腐食の程度を熱力学的に検討したところ、ＳＵＳ３０４の不動態被膜として知られている酸化クロム槽は、リチウムによって破壊される可能性が大きいことが分かった。しかしながら、酸素が介在しない場合は、リチウムがＳＵＳ３０４を形成している金属（Ｆｅ、Ｃｒ、Ｎｉ）と反応しないので、被膜がなくなっても金属面でガラス固化体溶解槽１の健全性を維持できる。すなわち、空気や水分が存在する雰囲気で酸化クロムの被膜が破壊される場合は、下部層のＣｒが酸素や水分と反応し新たな被膜を形成するが、ガラス固化体溶解槽１の内部を不活性ガス雰囲気で行うことにより、そのような新たなＣｒの消費が起こらず、金属表面が反応しない状態で存在させることができる。それにより、ガラス固化体溶解槽１は腐食が防止又は抑制される。
【００３４】
図２に示すガラス固化体溶解槽１において、溶融状態にある金属リチウム（Ｌｉ）の還元反応を利用して分解生成する前記ガラス固化体の還元物は、底部に配置した還元物取出し口７から取り出して分離される。上記で述べたように、この還元物は、図１に示すＳ６の工程で直接回収するか、又は、ガラス固化体に含まれる揮発性化学種、長寿命核分裂化学種、ランタノイド系化学種、及び白金族化学種として含まれる元素の少なくとも何れか１種を分離する場合には、連続した工程として、図１に示すＳ４の揮発性化学種回収工程及びＳ５の分離回収工程の少なくともいずれかの工程に送られる。ここで、ガラス固化体溶解槽１において溶融状態にある金属リチウム（Ｌｉ）は、一部が自動的に前記ガラス固化体の還元物とともに、還元物取出し口７から取り出されることになる。前記ガラス固化体の還元物及び還元反応後のＬｉ２Ｏの取出し及び分離は、溶融状態の金属リチウムとの密度差を利用して行われるが、金属リチウムを、ガラス固化体の還元物及び還元反応後のＬｉ２Ｏと完全に分離して取出すことは困難である。Ｌｉ２Ｏを前記還元物から完全に分離するため新たな工程を追加して取り出すことも可能であるが、その場合はコスト的に不利になる。
【００３５】
前記ガラス固化体の還元物（スラグ）及び還元反応後のＬｉ２Ｏとともに取り出される金属リチウムは、図１に示すＳ６の工程後、例えば、融点の差を使用した濾過法や晶析法等により前記ガラス固化体の還元物及び還元反応後のＬｉ２Ｏと容易に分離することができる。分離した金属リチウムは、Ｓ２の工程に戻して再利用してもよい。このように、金属リチウムは容易に分離して再利用できるため、ガラス固化体溶解槽１にある金属リチウム（Ｌｉ）の全部を、ガラス固化体の還元物及び還元反応後のＬｉ２Ｏとともに、還元物取出し口７から取り出すこともできる。ガラス固化体の分解方法をバッチ式で行う場合、その方法によってバッチごとに新しい金属リチウムを使用することができるため、還元反応を利用したガラス固化体の分解を効率的に行うことができる。
【００３６】
［揮発性化学種回収工程］
図３は、本発明の揮発性化学種回収工程（Ｓ４）を示す概略図である。図３に示すように、ガラス固化体溶解槽１を用いて行うガラス固化体の還元溶解において、分解生成される一部の元素は４５０℃未満の温度（Ｔ０）で還元中に揮発する。例えば、揮発性化学種であるＳｅ及びＣｓは、それぞれ４３１℃及び３５０℃において１ｋＰａの蒸気圧を有する。ガラス固化体のリチウム還元工程（Ｓ２）においてガラス固化体溶解槽１の温度（Ｔ０）を４５０℃未満で加熱するとき、開放系において回収目的とするＳｅ及びＣｓの元素が十分に揮発する。ここで、揮発する各元素は、図３に示す揮発性化学種回収工程（Ｓ４）において回収することができる。
【００３７】
揮発性化学種回収工程（Ｓ４）による回収の方式は、ケミカルトラップ方式でもよいし、フィンアンドチューブ方式でもよい。ケミカルトラップ方式の場合は、充填材として、例えばゼオライト等を使用することができる。充填材は使用後に廃棄物となるため、この廃棄物の発生量を抑制した場合には、コールドトラップ方式による回収方式を採用する。
【００３８】
図３に示す揮発性化学種回収工程（Ｓ４）は、コールドトラップ方式による回収方法の例を示しており、揮発性化学種の種類ごとに回収が可能な回収筒１０、１１及び１２を配置して行う。このとき、回収筒１０、１１及び１２は、例えば回収する化学種の融点に応じて、その温度が高い順から低い順に運転温度をＴ１、Ｔ２及びＴ３に設定する。すなわち、Ｔ１＞Ｔ２＞Ｔ３で運転温度を設定する。ここで、回収筒１０、１１及び１２による揮発性化学種の回収は乾式法で行うことができるが、揮発性化学種を溶解させることができる液体を用いて湿式法によって行ってもよい。
【００３９】
図３において、ガラス固化体溶解１に最も近い位置で配置する回収筒１０は、Ｓｅの回収を行うために使用する。回収筒１０の運転温度Ｔ１は、Ｓｅの融点（２２０．５℃）より低い１５０〜２００℃に設定する。それにより、Ｓｅは回収筒１０で回収することができる。他方、Ｓｅよりも低い融点を有する揮発性化学種は回収筒１０で回収されず、Ｔ１より低いＴ２及びＴ３の運転温度に保たれる回収筒１１及び１２で回収されることになる。例えば、揮発性化学種であるＣｓは融点が２８．５°であるため、その温度より低い温度に設定した回収筒を用いてＣｓの回収を行うことができる。Ｃｓの回収は、図３において、運転温度Ｔ３を好ましくは１０℃以下、より好ましくは０℃まで冷却した回収筒１２で行うことによって効率的に行うことができる。また、回収筒１２による回収段階では湿式法を採用することにより、Ｃｓを溶解する水やｐＨを調整したアルカリ水等や酸性水等を用いて回収を効率的に行うことができる。その場合は回収筒１２の運転温度Ｔ３を１０℃以下に設定する必要がなく、室温においてもＣｓの回収を行うことができる。
【００４０】
図３に示す回収筒１１は、Ｓｅ及びＣｓの他に、ガラス固化体溶解槽１を加熱するときの温度で揮発する元素を回収するために配置するものである。これら他の元素としては、例えば、Ｌｉ、ナトリウム（Ｎａ）等のアルカリ金属及びルビジウム（Ｒｂ）等が挙げられるが、Ｔ２の運転温度の設定条件によってはＳｅが含まれることもある。回収筒１１の運転温度Ｔ２としては、温度Ｔ１と温度Ｔ３との間の温度、例えば３５℃に設定するが、３０〜１００℃の温度範囲であればこれらの元素の回収が可能である。なお、Ｌｉ、ナトリウム（Ｎａ）、ルビジウム（Ｒｂ）等の元素はＳｅ及びＣｓと比べると相対的に放射壊変上の安全性が高く、本発明の揮発性化学種回収工程（Ｓ４）において分離対象外物質として扱うため、場合によっては回収筒１１を省略してもよい。
【００４１】
上記コールドトラップ方式で回収する元素において、Ｓｅの場合は、その融点以上の温度に加熱して液体として抜き取ることができる。また、Ｃｓの場合は、同様に、その融点以上に加熱して液体として抜き取るか、または、Ｃｓを吸着材に吸着させてから抜き取る方法を採用してもよい。
【００４２】
図３に示すＳ４の工程において揮発性化学種の回収をケミカルトラップ方式によって行う場合は、揮発性化学種の種類に応じて固有の吸着性能を有するゼオライト、アルミナ及び粘土等の吸着剤を選択し、回収筒１１、１２及び１３の内部にそれぞれ充填したものを吸着機能を有するケミカルトラップ用の回収筒として使用する。
【００４３】
図３に示す回収例は、回収筒を２以上で用いることにより、複数の揮発性化学種を回収することを目的にしているが、本発明の分離回収法において特定の揮発性化学種の１種を回収する場合には、使用する回収筒の数は１つでもよい。
【００４４】
［リン酸塩沈殿工程とリン酸線回収工程］
図４に、本発明の長寿命核分裂化学種、ランタノイド系化学種及び白金族化学種として含まれる元素の分離回収工程の概略をまとめて示す。図１に示すように、Ｓ３の工程により分離されたガラス固化体の還元物には、ガラスの構成元素及び該元素の酸化物の他に、ジルコニウム（Ｚｒ）、ランタノイド（Ｌｎ）元素、白金族元素が残留している。これらの元素は、Ｓ４の工程において揮発性化学種を除去した後のガラス固化体の還元物にも残留する。図４に示すように、これらの元素の中でＺｒとＬｎ元素は、リン酸塩沈殿工程（Ｓ５１）及びリン酸回収工程（Ｓ５２）により分離することができる。
【００４５】
リン酸塩沈殿工程（Ｓ５１）では、ガラス固化体の還元融解によって生成する還元物の融体をリン酸塩沈殿槽に送液した後、リン酸塩転換材を前記酸塩沈殿槽に供給して添加することによりリン酸塩沈殿を行う。リン酸塩転換材としては、例えば、五酸化リン（Ｐ２Ｏ５）又はリン酸三リチウム（Ｌｉ３ＰＯ４）やリン酸三カリウム（Ｋ３ＰＯ４）等のリン酸塩を使用する。また、Ｚｎ又はランタノイド（Ｌｎ）元素は、これらのリン酸塩転換材と反応し、不溶性のオルソリン酸塩を生成する。Ｐ２Ｏ５は、ほとんどの物質をオルソリン酸塩に転換するが、選択的にリン酸塩を沈殿させたい場合はＬｉ３ＰＯ４やＫ３ＰＯ４を使用することが好ましい。さらに、長寿命核分裂化学種の一つであるウランが含まれる場合は、Ｌｉ３ＰＯ４の添加によりリン酸塩として沈殿分離することができる。また、酸化プルトニウムを分離する場合は、Ｐ２Ｏ５を添加することによりＰｕ３（ＰＯ４）４を生成させて沈殿分離することができる。
【００４６】
リン酸塩分離を行った後のガラス固化体の還元物は、そのままＳ６の工程によって回収してもよいし、連続した工程で白金族の分離及び回収を行う場合は、図４の点線矢印で示すように白金族元素分離工程（Ｓ５３）に移送してもよい。
【００４７】
このようにして沈殿したオルソリン酸塩は、リン酸塩沈殿槽から還元物の融体とともに抜出し、リン酸塩回収工程（Ｓ５２）に設置しているリン酸塩分離筒の金属又はセラミックフィルタ等を用いて固液分離を行いリン酸塩の分離を行う。その後、リン酸塩の受入を行うことにより、Ｚｒとランタノイド（Ｌｎ）元素を還元物の融体から分離する。
【００４８】
［白金族元素分離工程と白金族元素回収工程］
ガラス固化体の還元物に含まれる白金族元素は、白金族元素分離工程（Ｓ５３）により分離された後、白金族元素回収工程（Ｓ５４）によって回収することができる。図４に示す白金族元素分離工程（Ｓ５３）において、ガラス固化体の還元融解により生成する還元物の融体を白金元素分離槽に送液した後、溶融した金属溶媒を前記白金元素分離槽に供給して前記還元物と接触させる。白金族元素は、主に合金の形態で溶融金属溶媒層に含まれるようになるため、ガラス融体層から区別して分離することができる。前記溶融した金属溶媒としては、例えば、銅（Ｃｕ：融点１０８５℃）、ニッケル（Ｎｉ：融点１４５５℃）、亜鉛（Ｚｎ：融点４２０℃）、スズ（Ｓｎ：融点２３２℃）及びカドニウム（Ｃｄ：融点３２１℃）等が挙げられる。これらの金属溶媒は単独で、又は２種以上を混合して使用することができる。これらの溶融金属の中で、例えば、銅は白金族元素と面心立方格子構造（ＦＣＣ）を、Ｚｎの場合は、体心立方格子構造（ＢＣＣ）、ＦＣＣ、正方晶系（Ｔｅｔｒａｇｏｎａｌ  Ｃｒｙｓｔａｌ  Ｓｙｓｔｅｍ）、ＰｄＺｎ２を、また、Ｓｎの場合はＰｄＳｎ、ＰｄＳｎ２、Ｐｄ３Ｓｎ、Ｐｄ２０Ｓｎ１３等の合金を形成するため分離可能である。
【００４９】
白金族元素分離工程（Ｓ５３）において合金化された金属溶媒の中で、例えば、Ｃｕ合金は電解精製法によって、また、Ｃｕ合金以外の合金については蒸留法を用いて、それぞれ白金族分離槽において白金族元素を回収することができる。この工程が、図４に示す白金族元素回収工程（Ｓ５４）に相当する。この白金族元素回収工程（Ｓ５４）において白金族元素が回収された後に残存する溶融金属は、白金族元素工程（Ｓ５３）で使用する金属溶媒として再利用してもよい。また、白金族元素分離工程（Ｓ５３）において分離するガラス融体層は、ガラス成分としてガラス成分回収槽によって回収され、ガラス材料としてリサイクルすることにより廃棄物の発生量を抑制することができる。
【００５０】
図４に示す白金族元素分離工程（Ｓ５３）及び白金族元素回収工程（Ｓ５４）で行う処理は、リチウム還元工程（Ｓ２）によって生成するガラス固化体の還元物を使用するだけでなく、図４の点線矢印で示すように、リン酸塩分離を行った後のガラス固化体の還元物を使用してもよい。その場合は、Ｓ５１及びＳ５２の工程を有するリン酸塩分解回収工程の後に、連続した工程で白金族の分離及び回収を行うことができる。
【００５１】
［ガラス固化体からの化学種及び元素の分離装置］
次に、本発明のガラス固化体からの化学種及び元素の分離装置について図５〜図９を用いて説明する。本発明のガラス固化体からの化学種及び元素の分離装置は、長寿命核分裂化学種、ランタノイド系化学種及び白金族化学種の少なくとも何れかを含むガラス固化体を、溶融状態にある金属リチウム（Ｌｉ）による還元反応を利用して分解することにより、前記ガラス固化体から長寿命核分裂化学種、ランタノイド系化学種及び白金族化学種の少なくとも何れかを分離するための装置であって、前記ガラス固化体を供給するためのガラス供給槽と、溶融塩が含まれない金属リチウム（Ｌｉ）を有し、前記金属リチウム（Ｌｉ）を溶融状態にするための加熱機能を有するガラス固化体溶解槽と、前記溶融状態の金属リチウム（Ｌｉ）の還元分解反応によって揮発性化学種として生成される元素を回収する回収筒、及び前記還元分解反応によって生成される前記ガラス固化体の還元物に、長寿命核分裂化学種、ランタノイド系化学種、及び白金族化学種として含まれる元素の少なくとも何れか１種を分離回収するための分離回収装置の少なくとも何れかと、を有する。
【００５２】
本発明の分離装置の一つの例として、ガラス固化体溶解槽と揮発性化学種回収筒とを組合せるときの構成の模式図を図５に示す。図５に示す分離装置は、基本的に図２に示すガラス固化体溶解槽１及び一種又は複数の揮発性化学種を一つの工程で回収できるように一つ又は複数の回収筒を有する。図５には、複数の揮発性化学種を回収するため、回収筒を複数配置する例を示している。
【００５３】
図５に示す分離装置は、固化体溶解槽１と、ガラス供給槽２と、撹拌機４と、溶融塩が含まれない金属リチウム３を溶融状態にするために加熱する加熱装置５と、還元物取出しをバルブ６によって行う還元物取出し口７とを有する。また、金属リチウムによるガラス固化体の還元反応を促進するため、不活性ガス導入用配管９を備える。
【００５４】
溶融状態にある金属リチウムによる還元分解中に生成する揮発性化学種は、固化体溶解槽１の上部に位置する開口部から揮発性化学種回収用配管８を通過した後、複数の回収筒で回収される。ここで、回収筒１０はＳｅ回収のために、また、回収筒１２はＣｓ回収のために使用される。図５に示す記号（▼）及び記号（□）は、それぞれ模式的にＳｅ及びＣｓを意味したものである。なお、図５には、図３に示す回収筒１１が記載されていないが、Ｓｅ及びＣｓの他にもＬｉ、ナトリウム（Ｎａ）、ルビジウム（Ｒｂ）等の分離対象外物質を回収する場合は、図３に示すように、回収筒１０と１２との間に回収筒１１を挿入させる形で設けてもよい。
【００５５】
Ｓｅ及びＣｓの回収を行うときに選択する運転温度Ｔ１及びＴ３は図３に示す工程で説明したように、Ｔ１＞Ｔ３に設定する。その際、運転温度Ｔ１は１５０℃以上に加熱する必要があるため、回収筒１０は加熱装置を用いて自動的に温度調整する。一方、Ｃｓの回収を行う回収筒１２は運転温度Ｔ３を室温以下、好ましくは１０℃以下、より好ましくは０℃以下にまで設定する必要があるため、冷却が必要な場合は冷却装置を用いて自動的に温度調整を行う。他方、Ｃｓの回収を回収筒１２において湿式法で行う場合は、運転温度Ｔ３を０℃近い低温まで冷却する必要がなく、室温以下に設定するだけで十分な回収を行うことができる。また、分離対象外物質の回収を行うときに設ける回収筒１１は、運転温度Ｔ２をＴ１＞Ｔ２＞Ｔ３の条件に設定し、加熱及び冷却の機能を併せ持つ温度制御装置を用いて所定の温度（３０〜１００℃）に自動調整を行う。Ｔ１〜Ｔ３の温度調整は、各回収筒の外部又は内部に熱電対等の温度センサを設置し、自動温度制御装置によって所定の温度に調整する。
【００５６】
図５に示すガラス固化体溶解槽１に備わる加熱装置５は、主に、金属リチウムを４５０℃未満で加熱して溶融状態にするために使用するものであるが、本発発明の分離装置は、金属リチウム（Ｌｉ）３を溶融状態になるまで所望の温度Ｔ０（図３を参照）で加熱し、その温度Ｔ０でガラス固化体の分解を進めた後、さらに溶融状態にある金属リチウム（Ｌｉ）３の加熱温度（Ｔ０）よりも高温に加熱できる機能を有することが好ましい。これは、金属リチウムの還元反応中にガラス固化体から揮発する揮発性化学種の一つであるＳｅの融点が２２０℃と高く、ガラス固化体溶解槽１の温度を高くすることによりＳｅの蒸気圧を大きくし、Ｓｅの回収をより効率的に、且つ、確実に行うためである。溶融状態にある金属リチウム（Ｌｉ）３の加熱温度（Ｔ０）よりも高温で加熱する場合の設定温度としては、４５０℃未満であるのが実用的である。しかしながら、Ｓｅの揮発を促進させることを目的として加熱温度（Ｔ０）を超える高温で短時間加熱する場合は、４５０℃以上で加熱してもよい。その場合でも、ガラス固化体溶解槽１の耐久性と寿命を考慮して、最高温度は５００℃以下とすることが好ましい。
【００５７】
図６は、ガラス固化体溶解槽と揮発性化学種回収筒とを組合せた分離装置の変形例を示す模式図である。図６に示す分離装置は、ガラス固化体溶解槽１と、該ガラス固化体溶解槽１に対して下流側に連結したガラス固化体加熱槽１３を有する。ガラス固化加熱槽１３は、ガラス固化体溶解槽１で設定した溶融状態にある金属リチウム（Ｌｉ）の加熱温度（ＴＯ）よりさらに高い温度で加熱することにより、揮発性化学種の一つであるＳｅの揮発を促進するために連結して使用するものである。それにより、本発明の分離装置で揮発性化学種を効率的に、且つ、確実に分離回収するために好適な分離装置として構成することができる。ガラス固化体加熱槽１３には撹拌機１４を備えるだけでなく、上部に符号８とは別の揮発性化学種回収用配管１５を設置する。ガラス固化体加熱槽１３の加熱によって揮発する揮発性化学種は、ガラス固化体加熱槽１３の上部に位置する開口部分から揮発性化学種回収用配管１５を通過し、Ｓｅは回収筒１０で、また、Ｃｓは回収筒１２で回収することができる。分離対象外物質の回収を行う場合は、回収筒１０と回収筒１２の間に回収筒１１を設置すればよい。ここで、揮発性化学種回収用配管１５の周囲には、揮発性化学種の凝集又は露結を防止するため加熱装置１６が配置されている。また、ガラス固化体加熱槽１３の底部には、ガラス固化体溶解槽１と同様に、揮発性化学種の分離が完了したガラス固化体の還元物を取出すため、バルブ１７を有する還元物（スラグ）取出し口１８が設けられている。
【００５８】
ガラス固化体加熱槽１３の温度は、ガラス固化体溶解槽１において溶融状態の金属リチウム（Ｌｉ）３の溶融するときの加熱温度（Ｔ０）より高く設定されるが、ガラス固化体加熱槽１３の耐久性及び寿命を考慮して４５０℃未満に設定するのが実用的である。しかしながら、Ｓｅの揮発を促進させることを目的としてＴ０を超える高温で短時間加熱する場合は、４５０℃以上で加熱してもよい。その場合でも、ガラス固化体加熱槽１３の耐久性と寿命を考慮して、最高温度は５００℃以下とすることが好ましい。
【００５９】
図７は、本発明のガラス固化体からの化学種及び元素の分離装置として、ガラス固化体溶解槽とリン酸塩分解回収装置とを組合せた例を模式的に示す図である。図７に示す分離装置は、図２に示すものと同じガラス固化体溶解槽１とともに、長寿命核分裂化学種及びランタノイド系化学種の少なくともいずれかを分離回収するための装置構成として基本的にリン酸塩転換材供給槽１９と、リン酸塩沈殿槽２０と、リン酸塩分離筒２１とを有する。使用するリン酸転換材の例並びにリン酸塩転換材供給槽１９、リン酸塩沈殿槽２０、及びリン酸塩分離筒２１の構成と機能については、図４に示すＳ５１及びＳ５２の工程に基づいて上記で説明した内容と同じである。
【００６０】
図８は、本発明のガラス固化体からの化学種及び元素の分離装置として、ガラス固化体溶解槽と白金族元素分離回収装置とを組合せた例を模式的に示す図である。図８に示す分離装置は、図２に示すものと同じガラス固化体溶解槽１とともに、白金族元素として含まれる元素を分離回収するための装置構成として基本的に、金属溶媒供給槽２２と、白金族元素分離槽２３と、白金族元素回収槽２４とを有する。また、図４に示す白金族元素分離工程（Ｓ５３）の後にガラス成分を回収するためのガラス成分回収槽２５を備える。白金族元素分離回収装置の構成と機能については、図４に示すＳ５３及びＳ５４の工程に基づいて上記で説明した内容と同じである。
【００６１】
図９は、本発明のガラス固化体からの化学種及び元素の分離装置の全体構成を模式的に示す図である。図９に示す分離装置は、溶融塩が含まれない金属リチウム（Ｌｉ）を有し、前記金属リチウム（Ｌｉ）を溶融状態にするための加熱機能を有するガラス固化体溶解槽１と、溶融状態の金属リチウム（Ｌｉ）の還元分解反応によって揮発性化学種として生成される元素を回収する回収筒１０、１２と、前記還元分解反応によって生成される前記ガラス固化体の還元物に含まれる長寿命核分裂化学種及びランタノイド系化学種の少なくともいずれか１種を分離回収するための分離回収装置を構成する槽１９、２０及び筒２１と、白金族化学種として含まれる元素の少なくとも何れか１種を分離回収するための分離回収装置を構成する槽２２、２３、２４及び２５とから構成されている。ここで、白金族化学種として含まれる元素の分離回収装置は、長寿命核分裂化学種及びランタノイド系化学種の少なくともいずれか１種を分離回収するための分離回収装置の下流側に連結して設けられている。
【００６２】
図９に示す符号１０、１２、１９、２０、２１、２２、２３、２４及び２５は、それぞれ図５、図７及び図８に示す符号と同じ構成を意味するものである。なお、図９に示す分離装置において、揮発性化学種を回収するために設置する回収筒の数は２つに限定されない。このように、図９に示す分離装置を使用することにより、揮発性化学種、長寿命核分裂化学種及びランタノイド系化学種の少なくともいずれか１種、及び白金族化学種として含まれる元素を一つの装置で分離回収することができる。
【実施例】
【００６３】
以下の実施例により本発明をさらに具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【００６４】
＜実施例１＞
本発明のガラス固化体の分解方法を検証するため、溶融塩を含まないで、４５０℃未満の温度において溶融状態にある金属リチウム中に安定核種から成る模擬ガラス固化体を浸漬させ、前記金属リチウムの還元反応によるガラス固化体の分解について予備的な評価を行った。図１０は、予備評価で行ったときの実験方法を示す概略図である。
【００６５】
図１０に示すように、模擬ガラス固化体の溶解槽としてＳＵＳ製ルツボ２６を使用し、ＳＵＳ製ルツボ２６をヒータ２７中に耐熱性のセラミックウール２８を介在させた形で挿入する。引き続き、ヒータ２７によって所定の温度、具体的には２２０℃、２５０℃及び２８０℃の各温度に加熱して金属リチウムを完全に溶融させた状態にあるリチウム金属融体２９の内部に模擬ガラス固化体としてガラス試験片（大きさ：３×３×１２ｍｍ）３０を入れてから、所定の時間浸漬させたガラス試験片３０をリチウム金属融体２９から取り出す。ここで、ガラス試験片としてはホウケイ酸塩ガラスを用いた。使用したホウケイ酸塩ガラスの成分組成は、１１．６８Ｎａ２Ｏ−７．２７Ｌｉ２Ｏ−３．８７ＣａＯ−２．６７７ＺｎＯ―３．５５Ａｌ２Ｏ３−１４．７７Ｂ２Ｏ３−５６．１７ＳｉＯ２（数値はすべてモル％で表す）である。これらの操作は、不活性ガスとしてアルゴン（Ａｒ）ガスをグローブボックス３１の内部に流しながら、酸素濃度を１ｐｐｍ未満、水分濃度を１０ｐｐｍ未満の状態にしたＡｒガス雰囲気中で行った。そして、取出したガラス試験片は室温に戻してから水に浸漬して洗浄することにより、ガラス試験片３０から分解成分及び金属Ｌｉを除去する操作を行った。
【００６６】
このようにして得られる分解処理後のガラス試験片の重量を測定し、分解前の初期のガラス試験片３０の重量に対して、還元反応による分解によって減少した重量減少率（％）を求めた。ガラス固化体の分解の進行程度は、分解前後におけるガラス試験片の重量減少率によって評価することができるため、該重量減少率が大きい試験片ほど、金属Ｌｉの還元反応によるガラス固化体の分解が進行していることを意味する。評価結果を図１１及び図１２に示す。
【００６７】
図１１に、加熱温度２２０℃及び２５０℃において、ガラス試験片３０を溶融状態にある金属リチウムに浸漬してから取出すまでの浸漬時間を１〜５分間と変えて、各浸漬時間ごとに取出した後のガラス試験片の外観写真を示す。図１１から分かるように、溶融状態にある金属リチウムの加熱温度を高くし、ガラス試験片３０の浸漬時間を長くするほど、還元反応によるガラス試験体の分解が進んでいることが目視でも容易に確認することができる。
【００６８】
図１２は、溶融状態にあるリチウム金属融体２９を２２０℃、２５０℃及び２８０℃で加熱したときの分解処理後に測定したガラス試験片の重量減少率を反応時間に対してプロットした図である。図１２に示すように、加熱温度が高くなるに伴い、短時間でガラス試験片３０の分解が進むことが定量的に分かる。特に、加熱温度が２８０℃になると、重量減少率が急激に大きくなり、３分間という短時間の浸漬でも９０％に近くまで分解できた。このように、本発明のガラス分解方法は、溶融塩を含まないでも、４５０℃未満、好ましくは２００〜４００℃で模擬ガラス固化体の分解を効率的に行うことができる。また、模擬ガラス固化体をほぼ完全に分解するまでの時間は、４５０℃未満、好ましくは２００〜４００℃の加熱温度において１時間以下の短時間で分解処理が可能であることが確認できた。
【００６９】
次に、図１２に示す結果に基づいて、［単位表面積当たりの重量減少量／時間］（単位：ｇ／ｃｍ２／ｓ）を浸漬時間（単位：秒（ｓ））に対してプロットし、各プロット点が単純に直線で近似されると仮定して求めた分解の反応速度定数を２２０℃、２５０℃及び２８０℃の各温度について求めた。模擬ガラス固化体の分解の反応速度定数は、下記の（１）式で表されるアウレニス式に従うものとし、下記（１）式から活性化エネルギーを求めることができる。
ｋ＝Ａｅｘｐ（−Ｅａ／ＲＴ）              （１）
ここで、ｋ、Ａ、Ｅａ、Ｒ及びＴは、それぞれ反応速度定数（ｃｍ２ｇ−１ｓ−１）、頻度因子、活性化エネルギー（Ｊｍｏｌ−１）、気体定数（８．３１ＪＫ−１ｍｏｌ−１）及び絶対温度（ケルビンＫ）である。
【００７０】
式（１）に従って、分解の反応速度定数の対数を加熱温度の絶対温度（処理温度：２２０℃、２５０℃及び２８０℃）の逆数に対してプロットした結果を図１３に示す。図１３に示すように、分解の反応速度定数の対数は、絶対温度の逆数に対して直線を示しており、その直線の勾配から活性化エネルギー（Ｅａ）が求められる。以上のようにして求めたＥａは、１３７（ＫＪＫ−１ｍｏｌ−１）であった。したがって、本発明のガラス固化体の分解方法においては、図１３に示す結果を用いて各加熱温度における分解の反応速度定数、分解量及び分解に要する反応時間をそれぞれ予測することが可能である。例えば、溶融状態にある金属リチウムの浸漬によってガラス固化体をほぼ完全に分解できる処理時間は、加熱温度が３００〜４００℃において１０分未満の短時間で十分であると予測できる。実際に加熱温度を３３０〜４００℃に設定して検証した結果、３×３×１２ｍｍの大きさを有するガラス片であれば、１０分以下の短時間で分解処理できることを確認している。
【００７１】
本実施例においては、ガラス試験片３０としてホウケイ酸塩ガラスの予備検証結果を示したが、ガラス成分としてＳｉＯ２が１００モル％であるシリカガラスにおいても、ほぼ同じ結果が得られている。したがって、本発明は、ガラスの種類にほとんど依存しないでガラス固化体を効率的に分解できる方法である。
【００７２】
本実施例で行った検証結果から分かるように、ガラス固化体の分解を効率的に行うためには、ガラス固化体を細かく砕くこと、ガラス固化体溶解槽１の撹拌を十分に行うこと、及び溶融状態にある金属リチウムの還元反応雰囲気をアルゴン等の不活性ガスを使用して酸素濃度及び水分濃度を低減すること等を十分に行うことが好ましい。それにより、長寿命核分裂化学種、ランタノイド系化学種及び白金族化学種として含まれる元素の少なくとも何れかを含むガラス固化体の分解方法の一工程として適用したときに効果的に機能し、それらの少なくとも一種を分離回収するための分離方法の確立及び分離装置の構築を図ることができる。
【００７３】
＜実施例２＞
ガラス固化体からの化学種及び元素の分離方法の一例として、ガラス固化体に含まれる揮発性元素のひとつであるＣｓの回収方法について本発明の効果を検証するため、予備的な評価を行った。図１４は、予備評価を行ったときの実験方法を示す概略図である。
【００７４】
図１４に示すように、模擬ガラス固化体の溶解槽としてＳＵＳ製ルツボ３２を使用し、ＳＵＳ製ルツボ３２をヒータ３３中に挿入する。ヒータ３３としては、例えばマントルヒータを使用する。ＳＵＳ製ルツボ３２の上部には、模擬ガラス固化体の加熱溶解時に揮発する化学種Ｃｓが外部に揮散しないように、セパラブルの蓋３４を取付けた。ＳＵＳ製ルツボ３２、ヒータ３３及びセパラブルの蓋３４は、グルーブボックス３５の内部に設置し、不活性ガスとしてアルゴン（Ａｒ）ガスをグローブボックス３５の内部に流しながら、酸素濃度を１ｐｐｍ未満の状態にしたＡｒガス雰囲気中で模擬ガラス固化体の加熱溶解を行った。
【００７５】
図１４において、セパラブルの蓋３４は、上部に三方の開口部Ａ、Ｂ、Ｃを備えるものを使用した。開口部Ａは、グローブボックス３５の内部に流したアルゴンガスが溶解槽の内部まで充満させるためのものであり、グローブボックス３５の酸素濃度を確認した後、ガラス栓によって密閉した。中央の開口部Ｂは、撹拌機３６に接続された撹拌棒３７を挿入するために設けたものであり、撹拌棒３７の挿入後はフッ素樹脂製シールを用いて溶解槽の気密性を保った。また、開口部Ｃは、模擬ガラス固化体を加熱溶解するときに揮発するＣｓの捕集用通路として使用するＬ字ガラス管３８を挿入するための挿入口である。Ｌ字ガラス管３８は、Ｃｓ捕集用配管３９に接続されている。Ｃｓ捕集用配管３９としては、金属配管及び該金属配管の両端をフッ素樹脂チューブで接続したものを使用した。フッ素樹脂チューブは腐食を避けたい部分及び柔軟性が求められる部分の配管部材として採用した。
【００７６】
模擬ガラス固化体の加熱溶解は、リチウム金属（重量：１２．１５６ｇ）４０と、模擬ガラス固化体としてガラス試験体（重量：２．４０１ｇ）４１とをＳＵＳ製ルツボ３２に入れ、所定の温度、具体的には３８０℃に加熱して金属リチウムを完全に溶融させることにより行った。ここで使用したガラス試験体４１は、「革新的研究開発推進プログラム（ＩｍＰＡＣＴ）にて使用する分離・回収試験用模擬ガラス固化体」と表示されるホウケイ酸塩のガラスサンプルである。このとき、グルーブボックス３５の内部の酸素濃度が１ｐｐｍ未満であることを確認し、ＳＵＳ製ルツボ３２の温度が３８０℃に到達した時点で、セパラブルの蓋３４の開口部Ａをガラス栓を用いて密閉した。その後、３８０℃の温度で加熱を１時間継続して行った。加熱溶解時の撹拌は、撹拌を４分３０秒行った後３０秒間停止するサイクルを１サイクルとし、計１２サイクルで行った。
【００７７】
以上のようにしてガラス試験体４１の加熱溶解を１時間で行ったときに揮発するＣｓは、系内を負圧にするため真空度調整弁４２を備えた真空ポンプ４３によって吸引することにより、Ｌ字ガラス管３８及びＣｓ捕集用配管３９を通して、コールドトラップ用の捕集容器４４、４５に導入した。捕集容器４４、４５には超純水の２００ｍｌがそれぞれ入れられており、ガラス試験体４１から揮発するＣｓを冷却するとともに、超純水に溶解させることによって室温で回収を行った。なお、図１４に示す符号４６は水吸込防止容器であり、捕集容器に４４、４５に含まれる超純水が真空ポンプ４３に吸い込まれるのを防止するために設けた。
【００７８】
ガラス試験体４１の加熱溶解を１時間で行ったときに揮発するＣｓのほとんどは捕集容器４４、４５に含まれる超純水に溶解されるが、Ｌ字ガラス管３８及びＣｓ捕集用配管３９にもＣｓの一部が付着する可能性がある。その場合を想定して、Ｌ字ガラス管３８及びＣｓ捕集用配管３９の内部についても超純水を用いて洗浄を行い、そのとき使用した洗浄液を全て採取し、捕集容器４４、４５に含まれる超純水と合わせてＣｓの定量分析用の溶液とした。該分析用の溶液中に含まれるＣｓの定量分析は、イオン化源として高周波誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）に水溶液試料を霧化・導入し、プラズマ中でイオン化した元素を四重極質量分析計で分離・検出するＩＣＰ質量分析法によって行った。
【００７９】
ＩＣＰ質量分析法による分析の結果、捕集容器４４、４５に含まれる超純水と前記洗浄水とを合わせた溶液中のＣｓ元素濃度は１２６９１ｐｐｂ（１２６９１×１０−９）であった。前記溶液の全量は６８０ｍＬであったため、ガラス試験体の加熱溶解を１時間で行ったときに揮発するＣｓの総量は８．６３０×１０−３ｇとなる。一方、模擬ガラス固化体として使用したガラス試験体４１には、あらかじめガラス成分としてＣｓ２Ｏを０．００７１モル％配合しており、ガラス試験体４１の２．４０１ｇには質量換算で１．６０８×１０−２ｇのＣｓが含まれることになる。したがって、図１４に示す実験方法に従って回収できたＣｓは回収率が５３．７質量％であることが分かった。
【００８０】
本実施例で検証したＣｓの回収率は５３．７質量％であったが、図１４に示す実験方法は予備評価用の簡易的なものであるため、Ｃｓガスの系外への漏洩が避けられなかったものと考えている。そのため、回収装置の密閉性を向上させるとともに、真空ポンプによって得られる負圧状態の維持を確実にすることにより、Ｃｓ回収率の一層の向上を図ることが期待できる。具体的には、図５又は図６に示すように、密閉性に優れる装置を用いて、回収温度及び回収方法を最適化することにより、回収率の大幅な向上を図ることが可能である。
【００８１】
以上のように、本発明によるガラス固化体の分解方法は、融点の低い金属リチウムを還元剤として使用し、前記還元剤の単独で還元処理を行うことにより、ガラス分解処理後に不要な２次廃棄物となる溶融塩を含まないで、かつ、簡便な方法で、従来よりも低い温度でガラス固化体の分解を効率的に行うことができる。その際、不活性ガスの導入により金属リチウムの還元分解を促進させることができる。溶融塩が含まれない金属リチウムの使用による還元分解温度の低温化は、処理炉の長寿命化及び処理作業と処理装置の安全性の向上に貢献する。
【００８２】
また、本発明によるガラス固化体からの化学種及び元素の分離方法は、本発明のガラス固化体の分解方法を利用することにより、前記ガラス固化体から高レベル放射性廃棄物（ＨＬＷ）を含む各種の化学種及び元素を効率的に、且つ、確実に分離できる。さらに、前記ガラス固化体の分解装置と、前記溶融状態の金属リチウム（Ｌｉ）の還元分解反応によって揮発性化学種として生成される元素を回収する回収筒、及び前記還元分解反応によって生成される前記ガラス固化体の還元物（スラグ）に、長寿命核分裂化学種、ランタノイド系化学種、及び白金族化学種として含まれる元素の少なくとも何れか１種を分離回収するための分離回収装置の少なくとも何れかと組み合せることにより、ガラス固化体から高レベル放射性廃棄物（ＨＬＷ）を含む各種の化学種及び元素を効率的に、且つ、確実に分離できる装置を構成することができるとともに、そのための分離装置を簡便に低コストで構成することができる。
【００８３】
本発明によるガラス固化体の分解方法及び前記ガラス固化体からの化学種及び元素の分離方法とその分離装置は、将来的に、高レベル放射性廃棄物（ＨＬＷ）が含まれるガラス固化体の数量が増えても十分に対応することができ、コスト的に有利で、且つ、環境的にも優れる原子力利用システムを構築することが可能になる。
【符号の説明】
【００８４】
１、１３・・・ガラス固化体溶解槽
２・・・ガラス供給槽
３・・・金属リチウム（Ｌｉ）
４、１４、３６・・・攪拌機
５、１６・・・加熱装置
６、１７・・・バブル
７、１８・・・還元物取出し口
８、１５・・・揮発性化学種回収用配管
９・・・不活性ガス導入用配管
１０、１１、１２・・・回収筒
１９・・・リン酸塩転換材供給槽
２０・・・リン酸塩沈殿槽
２１・・・リン酸塩分離筒
２２・・・金属溶媒供給槽
２３・・・白金族元素分離槽
２４・・・白金族元素回収槽
２５・・・ガラス成分回収槽
２６、３２・・・ＳＵＳルツボ
２７、３３・・・ヒータ
２８・・・セラミックウール
２９、４０・・・リチウム金属融体
３０、４１・・・ガラス試験体
３１、３５・・・グルーブボックス
３４・・・セパラブルの蓋
３７・・・撹拌棒
３８・・・Ｌ字ガラス管
３９・・・Ｃｓ捕集用配管
４２・・・真空度調整弁
４３・・・真空ポンプ
４４、４５・・・捕集容器
４６・・・水吸込防止容器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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