(57)【要約】【課題】揮発性のヨウ素や排水中の放射性陰イオンなどを効率的に吸着捕集可能で、固化処理後の固化体耐クラック性に優れる吸着体と該放射性元素含有廃棄物の閉じ込め性と長期安定性を備えた放射性元素含有廃棄物の固化方法を提供すること。【構成】下記一般式（ａ）又は（ｂ）で表わされる不定比化合物である球状層状複水酸化物からなる放射性元素含有廃棄物の吸着剤。[Ｍ2+1-xＭ3+x(ＯＨ)2]x+[Ａn-x/n・ｍＨ2Ｏ]x-  ・・・（ａ）、[Ａｌ2Ｌｉ (ＯＨ)６]x+[Ａn-x/n・ｍＨ2Ｏ]x-  ・・・（ｂ）（ここで、０．１≦ｘ≦０．４、０＜ｍ、ｎは１から４の自然数、Ｍ2+は２価の金属の少なくとも１種、Ｍ3+は、３価の金属の少なくとも１種、Ａn-は、ｎ価のイオン交換性アニオンの少なくとも１種である。）【選択図】  図２
2005345448.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
下記一般式（ａ）又は（ｂ）で表わされる不定比化合物である球状層状複水酸化物からな
る放射性元素含有廃棄物の吸着剤。
[Ｍ2+1-xＭ3+x(ＯＨ)2]x+[Ａn-x/n・ｍＨ2Ｏ]x-      （ａ）
[Ａｌ2Ｌｉ (ＯＨ)６]x+[Ａn-x/n・ｍＨ2Ｏ]x-        （ｂ）
（ここで、０．１≦ｘ≦０．４、０＜ｍ、ｎは１から４の自然数、Ｍ2+はＭｇ、Ｃａ、
Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ等に代表される２価の金属の少なくとも１種、Ｍ3+
は、Ａｌ，Ｆｅ，Ｃｒ，Ｇａ、Ｉｎ等に代表される３価の金属の少なくとも１種、Ａn-は
、ＯＨ-、Ｃｌ-、Ｂｒ-、ＣＯ32-、ＮＯ32-、ＳＯ42-、Ｆｅ（ＣＮ）64-、酒石酸イオン
で表わされるｎ価のイオン交換性アニオンの少なくとも１種である。）
【請求項２】
請求項１において、球状層状複水酸化物の平均粒子径が１．０μｍ〜２００μｍであるこ
とを特徴とする放射性元素含有廃棄物の吸着剤。
【請求項３】
前記球状層状複水酸化物の表面が疎水化処理されていることを特徴とする請求項１又は２
記載の放射性元素含有廃棄物の吸着剤。
【請求項４】
請求項３記載の疎水化処理がシラン化剤により行なわれることを特徴とする球状層状複水
酸化物の放射性元素含有廃棄物の吸着剤。
【請求項５】
請求項４記載の放射性元素含有廃棄物吸着剤において、シラン化剤が下記式化１で表され
ることを特徴とする放射性元素含有廃棄物の吸着剤。
Ｒ4-nＳｉＸn ｎ＝１，２，３（Ｒ：炭素数が１〜３２の炭化水素基であるか、その水素
原子の一部又は全部がフッ素原子に置換されているものである。ただし、炭素数が１でｎ
＝１のものは除く。Ｘ：アルコキシ基、水素原子、水酸基、フェノキシ基、又はジエチル
アミノ基である。）
【請求項６】
前記球状層状複水酸化物に放射性元素を吸着させ、放射性元素が吸着した層状複水酸化物
粉末（Ａ）と固定化剤（Ｂ）からなる複合粉末を加圧成型した後、所定温度で焼成するこ
とを特徴とする放射性元素の固定化方法。
【請求項７】
前記複合粉末の組成が、放射性元素を吸着した層状複水酸化物粉末（Ａ）と固定化剤（Ｂ
）の配合量が質量比で（Ａ）：（Ｂ）＝５：９５〜６０：４０であることを特徴とする請
求項６記載の放射性元素の固定化方法。
【請求項８】
請求項６又は７に記載の放射性元素含有廃棄物の固定化方法において、加圧成型した試料
を、マイクロ波処理することにより焼結体を得ることを特徴とする放射性元素の固定化方
法。
【請求項９】
請求項６又は７に記載の放射性元素含有廃棄物の固定化方法において、放射性元素を吸着
した層状複水酸化物粉末（Ａ）と固定化剤（Ｂ）からなる複合粉末を、所定の押圧力で圧
縮して圧粉体とすると共に、該圧粉体にパルス状電圧を印加することにより所定温度に加
熱することを特徴とする放射性元素の固定化方法。
【請求項１０】
請求項６から９のいずれかに記載の固定化剤が燐酸カルシウム系セラミックスであること
を特徴とする放射性元素の固定化方法。
【請求項１１】
請求項１０記載のリン酸カルシウム系セラミックスがハイドロキシアパタイト及び／又は
フッ素アパタイトであることを特徴とする放射性元素の固定化方法。
【請求項１２】
前記複合粉体に加圧する所定の押圧力が５ＭＰａ以上１００ＭＰａ以下であることを特徴
とする請求項６から１１のいずれかに記載の放射性元素の固定化方法。
【請求項１３】
前記複合粉体の焼結温度が７００℃以上１２００℃以下であることを特徴とする請求項６
から１２のいずれかに記載の放射性元素の固定化方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、使用済核燃料再処理工場で発生する放射性元素を吸着捕集する吸着剤と特に
長半減期のＣ−１４，Ｃｌ−３６，Ｓｅ−７９，Ｔｃ−９９，Ｉ−１２９などを含む放射
性元素含有廃棄物を吸着捕集し、最終的な処分に適した固化体とする方法に関するもので
ある。
【背景技術】
【０００２】
使用済核燃料再処理工場で使用済核燃料を再処理する際に発生する揮発性放射性核種の
一つである放射性ヨウ素はオフガス中に含まれることになるため、通常はアルカリでオフ
ガスを洗浄したり、ヨウ素吸着剤を充填したフィルターにオフガスを通して放射性ヨウ素
を吸着除去したりして、環境への影響をなくすようにしているが、ヨウ素吸着剤による吸
着除去が主流となりつつある。放射性ヨウ素を吸着捕集したヨウ素吸着剤等は放射性ヨウ
素含有廃棄物として固化処理されて、最終的な処分に供される。
【０００３】
また、原子力発電所の放射性核種を含む系統水中には、Ｃｏ−６０（コバルト６０）、
Ｃｓ−１３７（セシウム１３７）、Ｓｒ−９０（ストロンチウム９０）、その他Ｆｅ（鉄
）やＮｉ（ニッケル）等の放射能強度の高い陽イオン種と、Ｃ−１４（炭素１４）、Ｃｌ
−３６（塩素３６）、Ｓｅ−７９（セレン７９）、Ｔｃ−９９（テクネチウム９９）、Ｉ
−１２９（ヨウ素１２９）を含む放射能強度が低い陰イオン種（Ｈ１４ＣＯ３−，１４Ｃ
Ｏ２２−，Ｈ７９ＳｅＯ３−，７９ＳｅＯ４２−，９９ＴｃＯ４−な形で存在）とが含ま
れている。特にこれらの放射性陰イオンなどの場合、適切な鉱物系吸着剤がないためイオ
ン交換樹脂が吸着剤として用いられている。イオン交換樹脂は廃棄の際に減容化が必要と
なり、減容化処理後に、それをセメント固化体やアスファルト固化体などにして廃棄処理
を行っている。
【０００４】
放射性廃棄物の固化処理方法としてはセメント固化（特許文献１）、プラスチック固化
、アスファルト固化、金属固化（特許文献２、３）、ガラス固化（特許文献４、５）、ア
パタイト固化（特許文献６）など種々の方法が提案されている。セメント固化、プラスチ
ック固化及びアスファルト固化は、吸着体をそのまま低温度封入できるため、処理プロセ
スが簡単で二次廃棄物の発生が少ないという利点がある。しかしながら、セメント、プラ
スチック、アスファルト、金属は、一般に数十年から数百年で材質が劣化し、且つヨウ素
が不均一に封入されているため、材質劣化後にヨウ素が外側に浸出する虞がある。これに
対し、ガラス材は緻密な材料であり、又ヨウ素を固溶すればガラスの溶解分程度にヨウ素
浸出を抑制することが期待できる。また、アパタイト材は、骨の成分であり、数百万年安
定して形状を保たれることが恐竜の化石等からも実証されていることから安定的長期保存
の固定化材に向いていると考えられている。
【０００５】
【特許文献１】特開平１０−２２７８９５号公報
【特許文献２】特開平１０−６２５９８号公報
【特許文献３】特開２０００−２４９７９２号公報
【特許文献４】特開平０９−１７１０９６号公報
【特許文献５】特開２００１−１１６８９４号公報
【特許文献６】特開２００１−９１６９４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
一般に放射性ヨウ素の固化処理における課題は、Ｉ−１２９が長半減期核種であるため
長期間にわたる安定な閉じ込め性が得られること、微量に存在する放射性元素、特に揮発
性のヨウ素を効率的に捕集、吸着できなければならない。これまで検討されてきた固定化
方法の観点から、長期間の安定性を考えるとアパタイト系鉱物などのマトリックスの固定
化剤が好ましい。しかしながら、吸着体をアパタイト系セラミックスマトリックス中で固
定化処理する場合、廃棄物とガラスが均質に溶け合った固化体と比べると、固化時に吸着
剤ドメインに応力が集中することにより固化体にクラックなどが発生し、問題となる。
【０００７】
そこで、本発明は、揮発性のヨウ素や排水中の放射性陰イオンなどを効率的に吸着捕集
可能で、固化処理後の固化体耐クラック性に優れる吸着剤と該放射性元素含有廃棄物の閉
じ込め性と長期安定性を備えた放射性元素含有廃棄物の固化方法を提供することを課題と
する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者らは、上述の問題点を改善するため鋭意検討した結果、層状複水酸化物が揮発
性ヨウ素や放射性陰イオンを強く吸着し捕集することを見出した。この層状複水酸化物を
真球状にした吸着剤を用いることにより、固化プロセスにおいて、ひび割れなどの欠陥を
生じにくく、固化体マトリックス中に放射性廃棄物を吸着含有した吸着体が均一に分散し
た固化体を得られることが明らかになった。
【０００９】
すなわち、本発明は以下の［１］〜［１３］に示される構成を講じることによって解決
した。 
［１］下記一般式（ａ）又は（ｂ）で表わされる不定比化合物である球状層状複水酸化物
からなる放射性元素含有廃棄物の吸着剤。
【００１０】
[Ｍ2+1-xＭ3+x(ＯＨ)2]x+[Ａn-x/n・ｍＨ2Ｏ]x-      （ａ）
[Ａｌ2Ｌｉ (ＯＨ)６]x+[Ａn-x/n・ｍＨ2Ｏ]x-      （ｂ）
（ここで、０．１≦ｘ≦０．４、０＜ｍ、ｎは１から４の自然数、Ｍ2+はＭｇ、Ｃａ、
Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ等に代表される２価の金属の少なくとも１種、Ｍ3+
は、Ａｌ，Ｆｅ，Ｃｒ，Ｇａ、Ｉｎ等に代表される３価の金属の少なくとも１種、Ａn-は
、ＯＨ-、Ｃｌ-、Ｂｒ-、ＣＯ32-、ＮＯ32-、ＳＯ42-、Ｆｅ（ＣＮ）64-、酒石酸イオン
で表わされるｎ価のイオン交換性アニオンの少なくとも１種である。）
【００１１】
[２]   [１]において、球状層状複水酸化物の平均粒子径が１．０μｍ〜２００μｍであ
ることを特徴とする放射性元素含有廃棄物の吸着剤。
【００１２】
[３]    前記球状層状複水酸化物の表面が疎水化処理されていることを特徴とする[１] [
２] 記載の放射性元素含有廃棄物の吸着剤。
【００１３】
[４]   [３]記載の疎水化処理がシラン化剤により行なわれることを特徴とする球状層状
複水酸化物の放射性元素含有廃棄物の吸着剤。
【００１４】
[５]   [４]記載の放射性元素含有廃棄物吸着剤において、シラン化剤が下記式で表され
ることを特徴とする放射性元素含有廃棄物の吸着剤。
Ｒ4-nＳｉＸn ｎ＝１，２，３
（Ｒ：炭素数が１〜３２の炭化水素基であるか、その水素原子の一部又は全部がフッ素原
子に置換されているものである。ただし、炭素数が１でｎ＝１のものは除く。Ｘ：アルコ
キシ基、水素原子、水酸基、フェノキシ基、又はジエチルアミノ基である。）
【００１５】
[６]   前記球状層状複水酸化物に放射性元素を吸着させ、放射性元素が吸着した層状複
水酸化物粉末（Ａ）と固定化剤（Ｂ）からなる複合粉末を加圧成型した後、所定温度で焼
成することを特徴とする放射性元素の固定化方法。
【００１６】
[７]    前記複合粉末の組成が、放射性元素を吸着した層状複水酸化物粉末（Ａ）と固定
化剤（Ｂ）の配合量が質量比で（Ａ）：（Ｂ）＝５：９５〜６０：４０であることを特徴
とする[６]記載の放射性元素の固定化方法。
【００１７】
[８]   [６] 又は[７]に記載の放射性元素含有廃棄物の固定化方法において、加圧成型し
た圧粉体を、マイクロ波処理することにより焼結体を得ることを特徴とする放射性元素の
固定化方法。
【００１８】
[９]   [６] 又は[７]に記載の放射性元素含有廃棄物の固定化方法において、放射性元素
を吸着した層状複水酸化物粉末（Ａ）と固定化剤（Ｂ）からなる複合粉末を、所定の押圧
力で圧縮して圧粉体とすると共に、該圧粉体にパルス状電圧を印加することにより所定温
度に加熱することを特徴とする放射性元素の固定化方法。
【００１９】
[１０]   [６]から[９]記載の固定化剤が燐酸カルシウム系セラミックスであることを特
徴とする放射性元素の固定化方法。
【００２０】
[１１]   [１０]記載のリン酸カルシウム系セラミックスがハイドロキシアパタイト及び
／又はフッ素アパタイトであることを特徴とする放射性元素の固定化方法。
【００２１】
[１２]   [６]から[１１]に記載の放射性元素含有廃棄物の固定化方法において複合粉体
に加圧する所定の押圧力が５ＭＰａ以上１００ＭＰａ以下であることを特徴とする放射性
元素の固定化方法。
【００２２】
[１３]   [６]から[１２]に記載の放射性元素含有廃棄物の固定化方法において焼結温度
が７００℃以上１２００℃以下であることを特徴とする放射性元素の固定化方法。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本発明の構成をさらに詳細に説明する。本発明において好適に用いられる球状層
状複水酸化物は、例えば噴霧乾燥法などの方法により得ることができる。本発明の放射性
元素の固定化プロセスに使用するものは、平均粒子径が１〜２００μｍの範囲のものが好
ましい。
【００２４】
本発明中の層状複水酸化物（Ａ）は、一般式[Ｍ2+1-xＭ3+x(ＯＨ)2]x+[Ａn-x/n・ｍＨ2
Ｏ]x-  （ａ）で表される２価−３価の金属イオンの組み合わせと、一般式[Ａｌ2Li(ＯＨ
)６]x+[Ａn-x/n・ｍＨ2Ｏ]x-  （ｂ）で表されるＬｉ（１価）−Ａｌ（３価）の金属イオ
ンの組み合わせで基本層を構成する化合物が知られている。Ｍ2+はＭｇ、Ｃａ、Ｍｎ、Ｆ
ｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ等に代表される２価の金属の少なくとも１種、Ｍ3+は、Ａｌ
，Ｆｅ，Ｃｒ，Ｇａ、Ｉｎ等に代表される３価の金属の少なくとも１種、Ａn-は、ＯＨ-
、Ｃｌ−、Ｂｒ−、ＣＯ32-、ＮＯ32-、ＳＯ42-、Ｆｅ（ＣＮ）64-、酒石酸イオンで表わ
されるｎ価のイオン交換性アニオンの少なくとも１種である。２価−３価系では、一般式
（ａ）に示される不定比化合物であり（０．１≦ｘ ≦ ０．４）、多様な組み合わせ、組
成比の化合物を合成することが可能である。
【００２５】
結晶構造の概略は、二価金属Ｍ２＋の一部を三価金属Ｍ３＋が置換することによりプラ
ス電荷を持ったBrucite  Ｍｇ（ＯＨ）2 に類似の基本層ができることから、電気的中性
を保つためにマイナス荷電の中間層からなる層状構造をとる。
【００２６】
また、式（ｂ）で示されるＬｉ−Ａｌ系（一価金属と三価金属）においても類似の層状
複水酸化物が得られることがクレイズ・アンド・クレイミネラルズ（Ｃｌａｙｓ ａｎｄ 
Ｃｌａｙ Ｍｉｎｅｒａｌｓ）第３０巻 ｐ１８０〜１８４に報告されている。ＡｌはＧｉ
ｂｂｓｉｔｅ構造で配列し、その空位（Ｖａｃａｎｃｙ）をＬｉイオンが占めて２次元的
なｌａｙｅｒを形成し、その電荷を補うために、層間にアニオンが組み込まれている。
ここで、層状複水酸化物（Layered  Double  Hydroxide：LDH）とは、以下に述べるハイ
ドロタルサイト（Hydrotalcite）およびハイドロタルサイト類を含む総称である。
【００２７】
ハイドロタルサイトは元々天然鉱物Ｍｇ6 Ａｌ2（ＯＨ）16ＣＯ3・４〜５Ｈ2Ｏに与え
られた名称であるが、その後これと同じ結晶構造をもつ鉱物が多数発見され、合成もされ
た。それは次の一般式（ａ）又は（ｂ）で表わされる。
【００２８】
[Ｍ2+1-xＭ3+x(ＯＨ)2]x+[Ａn-x/n・ｍＨ2Ｏ]x-     （ａ）
[Ａｌ2Ｌｉ (ＯＨ)６]x+[Ａn-x/n・ｍＨ2Ｏ]x-     （ｂ）
ここで、０．１≦ｘ≦０．４、０＜ｍ、ｎは１から４の自然数、Ｍ2+はＭｇ、Ｃａ、Ｍ
ｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ等に代表される２価の金属の少なくとも１種、Ｍ3+は
、Ａｌ，Ｆｅ，Ｃｒ，Ｇａ，Ｉｎ等に代表される３価の金属の少なくとも１種、Ａn-は、
ＯＨ−，Ｃｌ−、Ｂｒ−、ＣＯ32-、ＮＯ32-、ＳＯ42-、Ｆｅ（ＣＮ）64-、酒石酸イオン
で表わされるｎ価のイオン交換性アニオンの少なくとも１種である。
【００２９】
上記一般式（ａ）でＭ2+がＭｇ2+、Ｍ3+がＡｌ3+である化合物がハイドロタルサイトと
言われ、それ以外の一般式（ａ）および一般式（ｂ）の化合物は通称ハイドロタルサイト
類と呼ばれている。これらのハイドロタルサイトおよびハイドロタルサイト類はプラスに
電荷した基本層と、そのプラスを電気的に中和するアニオンと結晶水を持つ中間層からな
る構造単位を有し、構造破壊温度に違いがある他は殆ど似た性質を示すことが知られてお
り、固体塩基性及び陰イオン交換能をもち、インターカレーション反応・再生反応といっ
た特異的な反応を示す。
【００３０】
なお、これらの化合物については「スメタイト研究会会報」”スメクタイト”（第６巻
第１号Ｐ．１２−２６、１９９６，５月）に詳しく説明されている。上記の層状複水酸化
物の具体例としては、スティヒタイト、パイロオーライト、リーベサイト、タコヴァィト
、オネサイト、アイオワイト等が挙げられる。
【００３１】
本発明の球形の層状複水酸化物を得るには噴霧乾燥（スプレイドライ）法による方法が
好適である。これを用いることにより簡便で比較的粒子径の整った球形層状複水酸化物が
得られる。すなわち層状複水酸化物を水性溶媒中に分散してゲル化し、しかる後に該分散
液を噴霧乾燥する方法である。上記ゲルを調製するに当たっては層状複水酸化物の濃度が
２０重量％以下になることか好ましく、更に好ましくは１〜１０重量％である。２０重量
％を超える濃度ではゲル粘度が高く、噴霧乾燥時の噴霧ノズルへの液の送りが難しく、ま
たノズルの目詰まり等が生じてしまう。
【００３２】
噴霧乾燥に際してはディスクタイプや加圧ノズル式、２流体ノズル式などの一般的噴霧
乾燥法が適用できる。いずれの場合も噴霧時の入り口空気温度は、層状複水酸化物が３０
０℃位までは熱的に十分に安定であることから１００〜３００℃程度の幅広い温度範囲を
設定できる。こうして得られる粒状層状複水酸化物の粒子径は１〜２００μｍである。こ
の球状層状複水酸化物は必要に応じて通常の乾式分級法により分級して用いられる。
【００３３】
本発明の球状層状複水酸化物は、電子顕微鏡法による粒子径測定法において平均粒子径
が１．０μｍ〜２００μｍ、特に好適な範囲は２μｍ〜１００μｍの範囲にある。固化体
への充填性、耐クラック性の観点でいえば、用いる粒子の粒径には一定の好適範囲があり
、上記範囲は圧力を均一にかけられる点で好適な範囲である。
【００３４】
この場合、粒子径の測定は、沈降重量法や遠心沈降光透過法、レーザー回折・光散乱法
などの測定法が可能である。流動相中における凝集などを区別できない可能性があるので
、透過型電子顕微鏡、走査型電子顕微鏡により直接観察し、個々の粒子の長短径の平均値
を求め、個数基準による各フラクションの対数正規分布から平均粒子径を求めることが好
ましい。
【００３５】
水中に含まれる放射性陰イオンなどの除去の場合、前記の吸着剤に耐水性が要求される
。本発明の球状層状複水酸化物は優れた耐水性を有するが、更に表面処理を行うことによ
って耐水性の向上が可能である。
【００３６】
表面処理剤としては、シラン化剤でよいが下記式で示されるシラン化剤が特に好ましい
。
Ｒ4-nＳｉＸn   ｎ＝１，２，３
（Ｒ：炭素数が１から３２までの炭化水素基であるか、その水素原子の一部又は全部がフ
ッ素原子に置換されているものである。ただし、炭素数が１でｎ＝１のものは除く。
Ｘ：アルコキシ基、水素原子、水酸基、フェノキシ基、ジエチルアミノ基である。）
【００３７】
このシラン化剤の例として、３，３，３−トリフルオロプロピルメトキシシラン、ｎ−
オクタデシルトリエトキシシラン、ｎ−オクタデシルトリメトキシシラン、ｎ−オクタデ
シルシラン、ｎ−オクチルメチルジメトキシシラン、ｎ−オクチルシラン、ｎ−オクチル
トリエトキシシラン、ｎ−ブチルトリメトキシシラン、ｎ−プロピルトリメトキシシラン
、エチルトリエトキシシラン、エチルトリメトキシシラン、メチルトリメトキシシラン、
ジメチルジメトキシシラン、ジエチルジエトキシシラン、ｎ−オクタデシルジメチルメト
キシシランなどが挙げられる。
【００３８】
つぎに、放射性元素を吸着させた上記球状層状複水酸化物を固化体中に固定化する方法
について述べる。まず、放射性元素を吸着させた球状層状複水酸化物（Ａ）と固化体の処
分環境で耐食性を有する固定化剤（Ｂ）を所定量混合し、型に混合粉末を充填し、所定圧
力で圧縮、加熱して焼結体を得る。この焼結過程は圧力を維持状態でも開放した状態でも
可能である。
【００３９】
これら放射性元素を吸着した層状複水酸化物粉末（Ａ）と固定化剤（Ｂ）の配合比は、
質量比で（Ａ）：（Ｂ）＝５：９５〜６０：４０の範囲であり、好ましくは１０：９０〜
４０：６０、更に好ましくは１０：９０〜３０：７０の範囲である。（Ａ）成分の配合量
が５質量％未満になると廃棄物処理にかかるコストに影響し、（Ａ）成分の配合量が６０
質量％を超えるとマトリックスとなる（Ｂ）成分が減少するため放射性元素含有廃棄物を
完全に固定化できなくなる虞がある。
【００４０】
本発明の固定化剤（Ｂ）としてはリン酸カルシウム系化合物としては、例えば、ハイド
ロキシアパタイト、フッ素アパタイト、炭酸アパタイト等のアパタイト類、リン酸二カル
シウム、リン酸三カルシウム、リン酸四カルシウム、リン酸八カルシウム等が挙げられ、
これらのうちの１種または２種以上を組み合わせて用いることができる。放射性元素を固
定化する固化剤としてはアパタイト類の中でも水への溶解性が最も低いフッ素アパタイト
（Ｃａ5 （ＰＯ4 ）３Ｆ）を用いることが好ましい。
【００４１】
本発明の記載の放射性元素含有廃棄物の固定化法は、例えば、所定圧力と所定温度を同
時にかけられるホットプレス焼結法（ＨＰ）、熱間等方圧焼結法（ＨＩＰ）、熱プラズマ
焼結、放電プラズマ焼結（ＳＰＳ）、また所定圧力で成形体を形成した後に所定温度をか
ける常圧焼結法（ＰＬＳ）、マイクロ波焼結、ミリ波焼結、高周波プラズマ焼結などが例
示できる。
【００４２】
マイクロ波加熱による焼結は、従来の加熱に比べて低温でしかも短時間で緻密化できる
という点で好ましい。マイクロ波による加熱、焼結機構は十分に理解されているとは言え
ないが、現在明らかにされているところでは加熱の拡散促進、内部加熱、表面活性化など
の効果により緻密な焼結体を得ることが可能となる。
【００４３】
さらに、放電による直接発熱方式のため熱効率に優れるという点で比較的単時間で焼結
体が得られることから放電プラズマ焼結（ＳＰＳ）が特に好ましい。放電焼結装置は、粉
体を圧縮して圧粉体とし、この圧粉体にパルス電圧を印加することによって、粉体に生ず
るジュール熱と粉体粒子間に生ずる放電現象及び電界拡散効果を利用して焼結を促進する
ものである。
【００４４】
本発明の記載の放射性元素含有廃棄物の固定化法における加圧条件は５ＭＰａ以上１０
０ＭＰａ以下であることが好ましい。更に好ましくは１０以上８０ＭＰａ以下である。５
ＭＰａ以下では緻密な焼結体が得られず、固化剤粒子間に隙間や空孔が形成される場合が
あり、１００ＭＰａ以上では吸着剤粒子などへ応力が集中することにより焼結体が破損す
る虞がある。
【００４５】
本発明の記載の放射性元素含有廃棄物の固定化法における加熱条件は焼結温度が７００
℃以上１２００℃以下である。更に好ましくは８００℃以上１０００℃以下である。７０
０℃未満では固定化剤（Ｂ）の焼結が不十分で放射性元素含有廃棄物を長時間安定的に固
定化できなくなり、１２００℃を超えると２成分の加熱過程で放射性元素を分解放出して
しまう虞がある。なお、圧粉体の焼結時の酸化を防止するため、焼結雰囲気を真空とする
か、真空の代わりにアルゴン雰囲気等としても良い。
【００４６】
以下、本発明を実施例により詳細に説明するが、本発明はこれら実施例によりなんら限
定されるものではない。尚、球状層状複水酸化物（ＬＤＨ）及びフッ素アパタイト（ＦＡ
ｐ）は、粉末Ｘ線回折測定（理学電機（株）製、ＲＩＮＴ２２００を用い、４０ｋＶ／４
０ｍＡで発生させたＣｕＫα線を使用し、発散スリット角１度、発散縦制限スリット１０
ｍｍ、散乱スリット１．２５ｍｍ、受光スリット０．３ｍｍ、スキャンスピード２度／分
、サンプリング幅０．０２度で測定した）と形態観察（電界放出型走査型電子顕微鏡  Ｈ
ＩＴＡＣＨＩ  S−５０００、加速電圧１０ｋＶ）を行った。
【００４７】
吸着剤としてのＬＤＨの調製には、塩化マグネシウム六水和物(ＭｇＣｌ 2・６Ｈ2Ｏ) 
試薬特級 和光純薬工業株式会社製、塩化アルミニウム六水和物(ＡｌＣｌ3・６Ｈ2Ｏ)試
薬特級 和光純薬工業株式会社製、水酸化ナトリウム (ＮａＯＨ) 試薬特級 和光純薬工業
株式会社製を使用した。ＦＡｐ調製には炭酸カルシウム試薬（９９．９９％）和光純薬工
業株式会社製、リン酸試薬  和光純薬工業株式会社製、フッ酸試薬  和光純薬工業株式会
社製を使用した。
【実施例１】
【００４８】
ＬＤＨ粉末吸着剤の合成
配合比Ｍｇ / Ａｌ = ３ / １ (ｍｏｌ％ 比)の０.０３Ｍ ＭｇＣｌ2-ＡｌＣｌ3混合水
溶液２５ｍＬを常温で攪拌しながら０．１Ｍ  ＮａＯＨを滴下速度１．７ｍＬ/分で滴下
し、ｐＨ１０にした状態を保つために逐次０．１Ｍ  ＮａＯＨを滴下した。その後、得ら
れた懸濁液６０ｍＬをフッ素樹脂容器(１００ｍＬ容量)に入れて蓋をし、それらをステン
レス鋼容器にいれて密閉し、オーブン中で１５０℃、２４時間熟成を行った。反応後の試
料をろ過し、５０℃、２４時間乾燥してＬＤＨを得た。５．７重量％の濃度のＬＤＨ懸濁
液を攪拌しながらスプレードライヤー（ＤＬ−４１、ヤマト科学）にて乾燥温度１８０℃
、噴霧圧０．１６ＭＰａ、噴霧速度  約１５０ｍＬ/ｍｉｎで噴霧乾燥により球状粒子を
得た。
【００４９】
図１にＬＤＨのＸＲＤパターンを示す。ＬＤＨのみの回折ピークを示し、不純物はみら
れなかった。ＬＤＨ真球状粉末の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）による観察像の結果を図２
に示す。ＬＤＨの真球状粉末（平均粒子径５μｍ）が得られた。  
【００５０】
この球状ＬＤＨ（５ｇ）をヨウ素の吸着剤として、内径１５ｍｍΦ、長さ２００ｍｍの
石英管に下部よりシリカウールで区分して、I2（３ｇ）／吸着剤（５ｇ）を充填しカラム
を作成した。ヨウ素の吸着条件は、カラム雰囲気を２００℃に昇温し、Ｈｅガスを流速１
cc／ｍｉｎで流してヨウ素を担持剤側に供給し、１時間反応させた。過剰ヨウ素はエタノ
ールを複数連結したトラップに捕集した。吸着剤中のヨウ素はアルカリ溶解後、イオンク
ロマトグラフ法で定量した結果、吸着剤１ｇに対して２．７５ｍｍｏｌ／ｇ吸着していた
。
【００５１】
（比較例１）
比較試料としてＣａ型ゼオライトＡ（Ｃａ−ＬＴＡ）及びＡｇ型ゼオライトＡ（Ａｇ−
ＬＴＡ）で同様はヨウ素の吸着実験を試みた結果、ヨウ素の吸着量はそれぞれ、０．０６
ｍｍｏｌ／ｇ及び１．７０ｍｍｏｌ／ｇであった。Ｃａ−ＬＴＡはＮａ型ゼオライトＡ（
試薬  和光純薬株式会社）をＣａＣｌ２でイオン交換して調製した。Ａｇ−ＬＴＡはＣａ
−ＬＴＡをＡｇＮＯ３でイオン交換して調製した。
【実施例２】
【００５２】
固化剤として用いるフッ素アパタイト（ＦＡｐ）粉末を下記のとおり合成した。炭酸カ
ルシウム粉末を１０５０℃で３時間加熱後、２８０℃まで冷却、蒸留水で加水消化し、水
酸化カルシウム水溶液を調製した。２４時間窒素バブリングした後にリン酸とフッ酸との
混合溶液を徐々に滴下しつつ、アンモニア水を加えてｐＨを７．５以上に保持した。得ら
れたＦＡｐの懸濁液をろ過洗浄し、再び蒸留水に分散（ＦＡｐ/水＝３重量％）し、製造
例１と同様噴霧乾燥法により球状粒子とした。その後３時間８００℃で仮焼したものを複
合焼結用マトリックス粉末として用いた。
【００５３】
図３に、１２００℃で焼成したＦＡｐのＸＲＤパターンを示す。ＦＡｐのみの回折ピー
クを示し、不純物はみられなかった。図４に、噴霧乾燥後８００℃で仮焼した球状ＦＡｐ
粉末のＳＥＭ像を示す。長径約１００ｎｍ、短径約２０ｎｍの針状結晶で構成された直径
５〜２０μｍの球状二次粒子が観察された。  
【００５４】
実施例１で合成しヨウ素を吸着させた球状ＬＤＨと上記の球状ＦＡｐを質量比１５：８
５（質量％）で混合し、外形７０ｍｍΦ、内径２０ｍｍΦ、厚み１０ｍｍのカーボンダイ
ス（住友石炭株式会社製）に充填した。パルス通電加圧装置（ＳＰＳ−１０３０、住友石
炭株式会社製）にて圧力５０ＭＰａ、温度１０００℃、保持時間１０分の条件で焼結体を
作成した。その結果、焼結体は亀裂やひび割れはなく均一な固化体が得られた。
【実施例３】
【００５５】
実施例１で合成しヨウ素を吸着させた球状ＬＤＨと上記の球状ＦＡｐを質量比３０：７
０（質量％）で混合した以外は実施例１同様に焼結体を作成した。その結果、焼結体は亀
裂やひび割れはなく均一な固化体が得られた。
【００５６】
（比較例２）
実施例１の合成工程中の噴霧乾燥前のＬＤＨ粉をヨウ素を吸着させずそのまま使用した
以外は実施例２同様に焼結体を作成した。その結果、得られた焼結体はひび割れが生じた
。
【産業上の利用可能性】
【００５７】
本発明は、ヨウ素や陰イオン性の放射性元素含有廃棄物の吸着、捕集に優れた球状の層
状複水酸化物（ＬＤＨ）と該放射性元素の固定化法に関するものである。球状の層状複水
酸化物（ＬＤＨ）は気体中のヨウ素や水中の他の低レベル放射性陰イオンの吸着、捕集剤
に適しており、また、リン酸カルシウム系マトリックスと混合し、圧縮、加熱処理するこ
とによって、該放射性元素含有廃棄物を吸着した吸着体を長期安定状態で廃棄処理するこ
とが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】ＬＤＨのＸ線回折パターン。
【図２】噴霧乾燥した球状ＬＤＨ粉末の図面代用ＳＥＭ像。
【図３】１２００℃で焼成したＦＡｐのＸ線回折パターン。
【図４】噴霧乾燥、８００℃で仮焼したＦＡｐ粉末の図面代用ＳＥＭ像。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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