(57)【要約】【課題】放射性廃液中の有害物質を環境雰囲気中に揮発、拡散させることなく、簡易な制御の下に固定化処理することが可能な新規な処理方法及び処理装置を提供する。【解決手段】反応容器中で、放射性廃液とアルコキシドとを混合し、ゾルゲル法によって前記放射性廃液をゲル化する。次いで、乾燥機中で、ゲル化した前記放射性廃液を乾燥させて、前記放射性廃液の乾燥ゲルを得、次いで、粉砕機によって、前記乾燥ゲルを粉砕して粉砕物を得る。次いで、固化体作製装置内において、前記粉砕物と前記セメントとを混練し、前記粉砕物をセメント固化する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
放射性廃液とアルコキシドとを混合し、前記アルコキシドを加水分解することにより前記放射性廃液をゾル化し、前記放射性廃液のゾルを得るステップと、
前記放射性廃液のゾルをゲル化させて、前記放射性廃液のゲルを得るステップと、
前記放射性廃液のゲルを粉砕して粉砕物を得た後、この粉砕物に対して前記放射性廃液のゾルを添加し混合して混合物を得、この混合物を乾燥し焼結することにより、前記放射性廃液のガラス固化体を得るステップと、
を具えることを特徴とする、放射性廃液の処理方法。
【請求項２】
前記アルコキシドの加水分解は、ｐＨ１〜３の範囲で行うことを特徴とする、請求項１に記載の放射性廃液の処理方法。
【請求項３】
前記放射性廃液と前記アルコキシドとを混合する際に、攪拌及び超音波振動の少なくとも一方の操作を行うことを特徴とする、請求項１又は２に記載の放射性廃液の処理方法。
【請求項４】
前記放射性廃液と前記アルコキシドとの混合比が、質量比で３：７〜１０：１であることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一に記載の放射性廃液の処理方法。
【請求項５】
前記アルコキシドはＳｉ系のアルコキシドであることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一に記載の放射性廃液の処理方法。
【請求項６】
前記放射性廃液のゲルは、前記放射性廃液のゾルを１００℃以下の温度で乾燥させて得ることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一に記載の放射性廃液の処理方法。
【請求項７】
前記放射性廃液のゲルは、前記放射性廃液のゾルをｐＨ３〜５の範囲に保持し、脱水縮重合させることによって得ることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一に記載の放射性廃液の処理方法。
【請求項８】
前記放射性廃液のゲルの粉砕物の大きさが１ｍｍ以下であることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか一に記載の放射性廃液の処理方法。
【請求項９】
前記放射性廃液のゲルの粉砕物の重量（ｇ）と、前記放射性廃液のゾルの容積（ｃｍ３）との比が、０．２８５以上であることを特徴とする、請求項１〜８のいずれか一に記載の放射性廃液の処理方法。
【請求項１０】
前記放射性廃液のゲルの粉砕物と前記放射性廃液のゾルとを混合した後の乾燥は、２００℃以上の温度で行うことを特徴とする、請求項１〜９のいずれか一に記載の放射性廃液の処理方法。
【請求項１１】
前記放射性廃液のゲルの粉砕物と前記放射性廃液のゾルとを混合した後の焼結は３００℃〜５００℃の温度範囲で行うことを特徴とする、請求項１〜１０のいずれか一に記載の放射性廃液の処理方法。
【請求項１２】
前記放射性廃液と前記アルコキシドとを混合した際に生成するアルコールをアルコール分解触媒で分解するステップを具えることを特徴とする、請求項１〜１１のいずれか一に記載の放射性廃液の処理方法。
【請求項１３】
放射性廃液とアルコキシドとを混合し、前記アルコキシドを加水分解することにより前記放射性廃液をゾル化し、前記放射性廃液のゾルを得るための反応容器と、
前記放射性廃液のゾルを乾燥させて前記放射性廃液のゲルを得るための第１の乾燥機と、
前記放射性廃液のゲルを粉砕して粉砕物を得るための粉砕機と、
前記放射性廃液のゲルの粉砕物に対して前記放射性廃液のゾルを添加し混合するための混合容器と、
前記混合物を乾燥し焼結することにより、前記放射性廃液のガラス固化体を得るための第２の乾燥機と、
を具えることを特徴とする、放射性廃液の処理装置。
【請求項１４】
放射性廃液とアルコキシドとを混合し、前記アルコキシドを加水分解することにより前記放射性廃液をゾル化して前記放射性廃液のゾルを得、この放射性廃液のゾルを脱水縮重合させることにより前記放射性廃液のゲルを得るための反応容器と、
前記放射性廃液のゲルを粉砕して粉砕物を得るための粉砕機と、
前記放射性廃液のゲルの粉砕物に対して前記放射性廃液のゾルを添加し混合するための混合容器と、
前記混合物を乾燥し焼結することにより、前記放射性廃液のガラス固化体を得るための乾燥機と、
を具えることを特徴とする、放射性廃液の処理装置。
【請求項１５】
前記放射性廃液と前記アルコキシドとを混合した際に生成するアルコールを分解するためのアルコール分解触媒が充填された触媒分解槽を具えることを特徴とする、請求項１３又は１４に記載の放射性廃液の処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放射性廃液の処理方法及び処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
原子力施設より発生する放射性廃棄物は種々存在し、一般にこのような放射性廃棄物は、セメント固化、ガラス固化した後、廃棄処分することが想定されている。セメント固化方法は安価で処理が容易なため、多くの廃棄物の固化に適用されているが、放射性廃棄物に含有される放射性核種濃度が高いと、セメント固化体中に存在する間隙水や結晶水などが放射線分解して、その結果水素ガスが発生することが想定される。
【０００３】
水素ガスの固化体容器からの放出を押さえるため、容器を密閉するようなことも考えられるが、長期間の保管では内部圧力の上昇が懸念される。そのため、埋設処分後に容器内の圧力上昇を引き起こし、処分場の健全性に影響を及ぼすことも想定される。このような観点から、放射性核種濃度の高い廃棄物である使用済み燃料被覆管の圧縮体を収納する容器には、発生したガスを放出可能なように上部にフィルタを取り付けたCSD-C Universal Canisterの使用が検討している(非特許文献1)。
【０００４】
しかしながら、このようなフィルタを取り付けた場合、内部にトリチウムなどの放射性物質を含む水が存在すると、放射性物質を含むガスが発生し、容器外部へ放射性ガスが放出されることが懸念される。また、容器内に固定薬剤を配置する手法も提案されているが（特許文献１）、固定薬剤が正常に機能しないような場合、やはり圧力上昇を引き起こす可能性が否定できない。
【０００５】
一方、ガラス固化は高レベル放射性廃棄物の固化にも適用されており、安定な固化処理方法であると考えられている。ガラスは耐放射線性も高く、水素ガス発生の懸念などもないため、高線量廃棄物の固化処理に適すると考えられる（非特許文献２）。しかしながら、ガラス固化体を作製するために要する温度が１２００〜１３００℃程度と高温であり、溶融炉のメンテナンスなどに多大なコストを要するため、高レベル放射性廃棄物の固化体以外への適用が困難である。
【０００６】
このような観点から、放射性廃液のガラス固化処理方法として、ゾル・ゲル法を用いたガラス固化方法が提案されている（特許文献２）。しかしながら、ゾル・ゲル法により生成したガラスはバルク体の製作が困難であり、特許文献２においては、乾燥ゲルを仮焼した後、圧縮成型し、焼結させるため、圧縮成形機が必要となり、製造工程が煩雑になることに加えて、製造コストが増大してしまうという課題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００１−２２８２９６号
【特許文献２】特開２００９−１１５４９０号
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】F.Chotin, G.Limeui, G.Maurin., ”Quality and Safety of COGEMA Universal Canister Filled with Compacted HULL, END-PIECES and Technological Waste”., The 5th International Conference on Recycling, Conditioning and Disposal(RECOD 98) Proceedings Vol.2 pp636-643, Oct.25-28(1998), Nice-France
【非特許文献２】JNC TN1400 99-020 わが国における高レベル放射性廃棄物地層処分の技術的信頼性-地層処分研究開発第二次取りまとめ
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、放射性廃液中の種々の放射性廃棄物を、簡易な装置を用いるとともに簡易な方法でガラス固化して処理することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の一態様は、放射性廃液とアルコキシドとを混合し、前記アルコキシドを加水分解することにより前記放射性廃液をゾル化し、前記放射性廃液のゾルを得るステップと、前記放射性廃液のゾルをゲル化させて、前記放射性廃液のゲルを得るステップと、前記放射性廃液のゲルを粉砕して粉砕物を得た後、この粉砕物に対して前記放射性廃液のゾルを添加し混合して混合物を得、この混合物を乾燥し焼結することにより、前記放射性廃液のガラス固化体を得るステップと、を具えることを特徴とする、放射性廃液の処理方法に関する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、放射性廃液中の種々の放射性廃棄物を、簡易な装置を用いるとともに簡易な方法でガラス固化して処理することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】第１の実施形態における放射性廃液の処理装置の概略構成を示す図である。
【図２】最終的に得るガラス固化体の粒径と放射性廃液のゲルの粉砕物の粒径との関係を示すグラフである。
【図３】最終的に得るガラス固化体の粒径と、放射性廃液のゲルの粉砕物の重量／放射性廃液のゾルの容積比との関係を示すグラフである。
【図４】最終的に得るガラス固化体の粒径と乾燥温度との関係を示すグラフである。
【図５】第２の実施形態における放射性廃液の処理装置の概略構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図面を参照して、実施形態を詳細に説明する。
【００１４】
（第１の実施形態）
図１は、本実施形態における放射性廃液の処理装置の概略構成を示す図である。
図１に示す放射性廃液の処理装置１０は、放射性廃液とアルコキシドとを混合し、アルコキシドの加水分解によって放射性廃液をゾル化するための反応容器１１と、反応容器１１と配管２１を介して接続され、反応容器１１で得られた放射性廃液のゲルを収納するための収納容器１２とを具えている。なお、収納容器１２の外周には第１の乾燥機としての第１のヒーター１３が設けられている。収納容器１２は、配管２２を介して粉砕機１４と接続されている。
【００１５】
また、粉砕機１４の下方には、篩１５を介してホッパー１６及び混合容器１７が設けられている。混合容器１７は、ベルト状あるいはローラー状の移動手段１８上に載置され、後に放射性廃液のゲルとゾルとを混合してガラス固化体を作製すべき適当な場所に移動できるように構成されている。なお、移動後の混合容器１７の外周には、最終的なガラス固化体を得るための第２の乾燥機としての第２のヒーター１９が設けられている。
【００１６】
さらに、反応容器１１には、アルコキシドの加水分解によって生成した反応生成物であるアルコールを分解するための、図示しないアルコール分解触媒が充填された触媒分解槽１１Ａが接続されている。
【００１７】
処理装置１０を構成する反応容器１１、収納容器１２、粉砕機１４及び混合容器１７は、ステンレス等の耐食性の高い材料から構成する。粉砕機１４は、ローター式の粉砕機等、汎用のものを用いることができる。
【００１８】
次に、図１に示す放射性廃液の処理装置１０を用いた放射性廃液の処理方法について説明する。
【００１９】
最初に、図１の処理装置１０における反応容器１１中に放射性廃液を導入するとともに、アルコキシドを導入し、アルコキシドの加水分解を通じて放射性廃液のゾルを生成する。
【００２０】
なお、アルコキシドの加水分解をすることによって放射性廃液のゾルが生成する理由は以下のようにして説明することができる。
【００２１】
アルコキシド（例えば、一般式Ｍ（ＯＲ）ｎ（Ｍは金属元素、Ｒはアルキル基、ｎはＭの原子価に等しい数。以下、同じ。）とする。）と放射性廃液中の水とが反応し、これによってアルコキシドが加水分解すると同時に重縮合が生じるようになる。この結果、−Ｍ−Ｏ−Ｍ−Ｏ−結合を有する酸化物あるいは水酸化物の微粒子が生成するとともに、これが架橋して高分子化することにより、放射性廃液がゾル化するものである。
【００２２】
上述した加水分解は一般には非常に遅く、放射性廃液のゾルを得るに際しては長時間を要する。したがって、上記加水分解を促進するためには、放射性廃液中のｐＨ値を酸性領域のｐＨ値、特にｐＨ１〜３とすることが好ましい。なお、このような酸性領域で加水分解が促進される理由は、酸性領域の廃液で生成されたＨ３Ｏ＋がアルコキシドの酸素を攻撃し、ＯＲ間の結合の分断が促進されることに起因する。
【００２３】
放射性廃液をこのような酸性領域のｐＨ値を有するようにするためには、反応容器１１中に適宜ｐＨ調整剤を添加する。本実施形態では、放射性廃液のｐＨ値を酸性領域のｐＨ値に設定するので、ｐＨ調整剤としては、硫酸、硝酸、塩酸等の強酸を用いる。
【００２４】
なお、強酸を添加して放射性廃液のｐＨ値を酸性領域のｐＨ値に設定した場合、適宜水酸化ナトリウム、水酸化カリウム等の強アルカリを中和剤（液）として反応容器１１内に添加し、放射性廃液を中和する。
【００２５】
また、反応容器１１内に放射性廃液及びアルコキシドを導入して反応させる際に、図示しない撹拌機あるいは超音波振動機を用いて、放射性廃液及びアルコキシドの混合溶液を撹拌あるいは超音波振動印加することが好ましい。
【００２６】
一般に上述したようなアルコキシドは、アルキル基を有することから疎水性を示し、放射性廃液に対する分散性が悪くなる。その結果、上述したような加水分解及び重縮合が良好に行われずに、放射性廃液のゾルを得ることができない場合がある。しかしながら、上述のように、混合溶液に対して撹拌あるいは超音波振動印加の操作を行うことにより、アルコキシドは放射性廃液中に強制的に分散されるようになるので、上述した加水分解及び重縮合が良好に行われるようになる。その結果、放射性廃液のゾルを簡易かつ確実に得ることができるようになる。
【００２７】
放射性廃液とアルコキシドとの混合比は、質量比で３：７〜１０：１であることが好ましい。放射性廃液のゾルを得るに際し、使用するアルコキシドの量が少ない方がコストの観点から好ましいが、あまり少ないと放射性廃液の総てを十分にゾル化できない場合がある。一方、多すぎる場合においても、放射性廃液のゾル化に寄与しないアルコキシドが残留するようになってしまうので、コストの観点から好ましくない。したがって、放射性廃液とアルコキシドとの混合比を上述の範囲に設定することにより、放射性廃液の種類やアルコキシドの種類等に依らず、放射性廃液の総てを低コストで簡易かつ確実にゾル化することができる。
【００２８】
放射性廃液としては、例えば原子力施設から排出される放射性核種を含む種々の廃液を挙げることができる。具体的には、硫酸系廃液、硝酸系廃液、塩酸系廃液、ホウ酸系廃液、リン酸系廃液、酢酸系廃液、ギ酸系廃液等を挙げることができる。これらの廃液は、冷却水浄化系の使用済みイオン交換樹脂を洗浄する際に排出されるものであり（例えば、硫酸系廃液等）、使用済み燃料を処理する際に排出されるものである（例えば、硝酸系廃液、ギ酸系廃液等）。また、原子力施設の特定の部位から排出されるものである（ホウ酸水注入系におけるホウ酸系廃液等）。
【００２９】
また、アルコキシドは、上記廃液と加水分解及び縮重合を生ぜしめるものであれば特に限定されず、例えば、アルカリ金属アルコキシド、アルカリ土類金属アルコキシド、ホウ酸・アルミニウム・ガリウムアルコキシド、ケイ素・ゲルマニウムアルコキシド、リン・アンチモンアルコキシド、希土類アルコキシド、バナジウムアルコキシド、イットリウムアルコキシド、ビスマスアルコキシド、チタン・ジルコニウムアルコキシド、ニオブ・タンタルアルコキシドを挙げることができる。
【００３０】
アルカリ金属アルコキシドとしては、LiOCH2CH3, NaOCH2CH3, KOCH2CH3などを挙げることができ、アルカリ土類金属アルコキシドとしては、Mg(OCH2CH3)2, Ca(OCH2CH3)2, Sr(OCH2CH3)2, Ba(OCH2CH3)2 を挙げることができる。ホウ酸・アルミニウム・ガリウムアルコキシドとしては、B(OCH3)3, Al(OCH2CH3)3, Al(OCH(CH3)2)3, Ga(OCH2CH3)3などを挙げることができ、ケイ素・ゲルマニウムアルコキシドとしては、Si(OCH3)４, Si(OC2H5)４, Si(OCH2CH3)4, Ge(OCH2CH3)4, Ge(OCH(CH3)2)４などを挙げることができる。
【００３１】
また、リン・アンチモンアルコキシドとしては、P(OCH3)3, P(OCH2CH3)(OH)2, OP(OCH2CH3)3OP(OCH2CH2CH2CH3)2(OH), Sb(OCH2CH3)3などを挙げることができ、希土類アルコキシドとしては、La(OCH(CH3)2)3, Nd(OCH2CH3)3, Dy(OCH(CH3)2)3などを挙げることができる。バナジウムアルコキシドとしてはVO(OCH2CH3)3、イットリウムアルコキシドとしてはY(OCH(CH3)2)3、ビスマスアルコキシドとしては、Bi(OCH2CH3)3を挙げることができる。
【００３２】
さらに、チタン・ジルコニウムアルコキシドとしては、Ti(OCH2CH3)4, Ti(OCH(CH3)2)4, Ti(OCH2CH2CH2CH3)4, Zr(OCH2CH3)4, Zr(OCH(CH3)2)4などを挙げることができ、ニオブ・タンタルアルコキシドとしては、Nb(OCH2CH3)5, Ta(OCH2CH3)5を挙げることができる。
【００３３】
上述したアルコキシドの中でも、ゾルゲル法において実績があり、入手が容易であるとともに安価であるＳｉ系のアルコキシドが好ましく、特にはSi(OC2H5)４（テトラエトキシシラン）が好ましい。
【００３４】
次いで、上述のようにして、反応容器１１内で得た放射性廃液のゾルを、配管２１を介して収納容器１２内に導入する。そして、放射性廃液のゾルを乾燥し、放射性廃液のゲルを得る。
【００３５】
なお、収納容器１２における乾燥温度は１００℃以下とすることが好ましい。上述した放射性廃液のゾルを短時間で得るためには、高い温度で乾燥させることが好ましいが、本実施形態では、室温乾燥でも上記放射性廃液のゲルを得ることができる一方、乾燥時間の短縮化及び省エネルギーの観点から乾燥温度を１００℃以下とすることが好ましい。換言すれば、水の沸点以下の乾燥温度においても、短時間でゲルを得ることができ、省エネルギーに寄与するものである。
【００３６】
一方、反応容器１１内でアルコキシドのゾルを得る際には、上記アルコキシドの加水分解に起因してアルコールが生成される。このアルコールは、収納容器１２内での乾燥によって生じたオフガスとともに環境雰囲気中に排出されるが、アルコールがそのまま環境雰囲気中に排出されると、この環境雰囲気を汚染することになる。
【００３７】
したがって、本実施形態では、オフガスの排気系において図示しないアルコール分解触媒が充填された触媒分解槽１１Ａを反応容器１１の上部に配置し、生成した上記アルコールを、触媒分解槽１５を介して環境雰囲気に排出するようにしている。この際、アルコールは、例えば水と二酸化炭素とに分解されるので、環境雰囲気中には、水及び二酸化炭素が排出されることになる。したがって、環境雰囲気を汚染するという問題を排除することができる。
【００３８】
次いで、収納容器１２で得た放射性廃液のゲルを、配管２２を介して粉砕機１４に導入する。この場合、粉砕機１４では、放射性廃液のゲルを１ｍｍ以下の大きさに粉砕することが好ましい。これによって、最終的に得るガラス固化体の大きさを所定の大きさにまで増大させることができる。
【００３９】
図２は、最終的に得るガラス固化体の粒径と放射性廃液のゲルの粉砕物の粒径との関係を示すグラフである。図２に示すように、放射性廃液のゲルの粉砕物の粒径が１ｍｍ以下では、約５０ｍｍ径のガラス固化体を得ることができるが、１ｍｍを超えて粉砕物の大きさが大きくなると、得られるガラス固化体の大きさが徐々に減少し、粉砕物の大きさが５ｍｍ程度となると、約５ｍｍ径のガラス固化体しか得られないことが分かる。
【００４０】
なお、図２から明らかなように、放射性廃液のゲルの粉砕物の粒径が１ｍｍ以下の場合において、得られるガラス固化体の大きさが一定となるので、粉砕物の粒径の好ましい下限値は、粉砕機１４の粉砕能力等を考慮することにより、０．５ｍｍ程度である。
【００４１】
また、放射性廃液のゲルの粉砕物の粒径が１ｍｍ以下の場合において、上述のように比較的大きさガラス固化体が安定して得られる理由については、粉砕物の粒径が小さいことにより、粉砕物間の空隙が小さくなり、注入したゾルが粉砕物間に十分に行き渡りやすくなり、接着しやすくなったためと考えることができる。
【００４２】
また、放射性廃液のゲルの粉砕物の粒径とは、当該粉砕物の大きさを画定している最大の部位の大きさを意味するものである。
【００４３】
次いで、粉砕機１４で得た放射性廃液のゲルの粉砕物を篩１５で篩い分け、例えば１ｍｍ以下の粒径の粉砕物のみを混合容器１７内に導入する。次いで、混合容器１７を移動手段１８によって右方に移動させ、混合容器１７に配管２３を接続させることにより、反応容器１１内で生成した放射性廃液のゾルを導入し、混合容器１７内に予め導入した放射性廃液のゲルの粉砕物と混合する。
【００４４】
なお、混合容器１７に導入する放射性廃液のゾルは、反応容器１１から取り出した放射性廃液のゾルを収納容器１２、粉砕機１４及び混合容器１７に順次に導入する間に、新たに反応容器１１内で生成したものであってもよいし、反応容器１１で生成した放射性廃液のゾルの内、一部を収納容器１２等に導入した後の、反応容器１１内に残った放射性廃液のゾルを用いてもよい。
【００４５】
また、混合容器１７内で、放射性廃液のゲルの粉砕物と放射性廃液のゾルとを混合する際、放射性廃液のゲルの粉砕物の重量と放射性廃液のゾルの容積との比が、０．２８５以下であることが好ましい。
【００４６】
図３は、最終的に得るガラス固化体の粒径と、放射性廃液のゲルの粉砕物の重量／放射性廃液のゾルの容積比との関係を示すグラフである。図３に示すように、放射性廃液のゲルの粉砕物の重量／放射性廃液のゾルの容積比が０．２８５以下の場合においては、約５０ｍｍ径のガラス固化体を得ることができるが、放射性廃液のゲルの粉砕物の重量／放射性廃液のゾルの容積比が０．２８５を超えて大きくなると、得られるガラス固化体の大きさが急激に減少し、前記比が例えば０．４程度となると、約２ｍｍ径のガラス固化体しか得られないことが分かる。
【００４７】
上記放射性廃液のゲルの粉砕物の重量／放射性廃液のゾルの容積比なるパラメータは、本発明者らが長期かつ膨大な実験を通じ、ガラス固化体の作製に影響を与えるパラメータとして見出したものである。なお、放射性廃液のゲルの粉砕物の重量の単位はグラムであり、放射性廃液のゾルの容積は立方センチメートルである。
【００４８】
また、放射性廃液のゲルの粉砕物の重量／放射性廃液のゾルの容積比の好ましい下限値は、図３から明らかなように、前記比が０．２８５以下では得られるガラス固化体の粒径が飽和するので、使用する放射性廃液のゾルの量を削減するという観点より、約０．２程度（具体的には０．２２２程度）であることが好ましい。
【００４９】
次いで、混合容器１７の外周に第２のヒーター１９を配置し、放射性廃液のゲルの粉砕物及び放射性廃液のゾルの混合物を乾燥し焼結する。上記混合物の乾燥は例えば２００℃以上の温度で行うことが好ましい。
【００５０】
図４は、最終的に得るガラス固化体の粒径と乾燥温度との関係を示すグラフである。図４に示すように、乾燥温度２００℃以上の場合においては、約５０ｍｍ径のガラス固化体を得ることができるが、乾燥温度が２００℃より低くなると、得られるガラス固化体の大きさが急激に減少し、乾燥温度が例えば１００℃程度となると、約１ｍｍ径のガラス固化体しか得られないことが分かる。
【００５１】
なお、図４から明らかなように、乾燥温度が２００℃以上の場合において、得られるガラス固化体の大きさが一定となるので、乾燥温度の好ましい上限値は、省エネルギーの観点より３００℃程度である。
【００５２】
また、乾燥温度が２００℃以上の場合において、上述のように比較的大きさガラス固化体が安定して得られる理由については、２００℃以上の加熱では、ゾルが急速に乾燥され乾燥ゲル化して接着に寄与するのに対し、１００℃程度以下の温度では、湿潤ゲルとなってから乾燥ゲルへと変化するために、一旦粉砕物を接着しても再び収縮して割れが生じてしまうためと考えられる。
【００５３】
次いで、上記混合物を乾燥した後は、例えば３００℃〜５００℃の温度で焼結する。これによって、より短時間で上記焼結工程が終了し、目的とするガラス固化体を得ることができる。５００℃を超えると、上記混合物の一部が気化してしまい、目的とするガラス固化体を得ることができない場合がある。また、３００℃未満では、焼結時間が長時間化してしまう場合がある。
【００５４】
以上説明したように、本実施形態によれば、放射性廃液をゲル化し、放射性廃液のゲルの粉砕物と放射性廃液のゾルとを混合して混合物とし、これを乾燥し焼結することによってガラス固化体を得るようにしている。この場合、放射性廃液のゾルが放射性廃液のゲルの粉砕物に対する結合剤として機能するようになるので、上記混合物は所定の大きさに保持されるようになる。したがって、後の乾燥し焼結により、結合剤としての放射性廃液のゾルがゲル化し、さらにゲル化した放射性廃液の全体が焼結されるようになるので、上記混合物の大きさを反映したガラス固化体を得ることができる。数十ミリのオーダの放射性廃液のバルク状のガラス固化体を得ることができる。
【００５５】
一方、上述した説明から明らかなように、放射性廃液のゲルは、アルコキシドの加水分解及び脱水縮重合を介して得られた重合体である放射性廃液のゾルを乾燥して得たに過ぎないので、その大きさは重合体である放射性廃液のゾルの大きさを反映したものとなり、数μｍ〜数十μｍのオーダである。したがって、従来のように、上記放射性廃液のゲルを焼結して得たガラス固化体も、同様に数μｍ〜数十μｍのオーダのものしか得ることができない。このため、バルク状のガラス固化体を得るには、上述した数μｍ〜数十μｍのオーダのガラス固化体を、圧縮成形機を用いて成形し、１０００℃以上の高温（例えば１３００℃以上）で加熱焼結する必要がある。
【００５６】
このように、本実施形態によれば、圧縮成形機などを用いることがないので、目的とするバルク状の放射性廃液のガラス固化体を簡易に得ることができる。また、ガラス固化体を得るための焼結温度が最大でも５００℃程度であるので、圧縮成形機を用いる場合に比較して半分以下の温度での焼結が可能となり、省エネルギーにも寄与するようになる。
【００５７】
（第２の実施形態）
図５は、本実施形態における放射性廃液の処理装置の概略構成を示す図である。
図５に示す放射性廃液の処理装置３０は、図１に示す放射性廃液の処理装置１０と比較して、収納容器１２及び第１のヒーター１３が設けられていない点で相違し、その他の構成については図１に示す処理装置１０と同様の構成を採っている。したがって、本実施形態では、以下において、収納容器１２及び第１のヒーター１３の有無による放射性廃液の処理方法の相違を中心に述べる。
【００５８】
なお、図１に示す処理装置１０と同一あるいは類似の構成要素に関しては、同一の参照数字を用いている。
【００５９】
最初に、図１の処理装置３０における反応容器１１中に放射性廃液を導入するとともに、アルコキシドを導入し、アルコキシドの加水分解を通じて放射性廃液のゾルを生成する。なお、アルコキシドの加水分解することによって放射性廃液のゾルが生成する理由は、第１の実施形態で述べたとおりである。
【００６０】
このとき、放射性廃液のｐＨ値を２〜５の範囲、好ましくは３〜５の範囲に設定することにより、上述した加水分解反応が促進され、同時に縮重合も促進されるようになる。この結果、得られたポリマーは直鎖状に近い構造となり、絡み合うことによって三次元網目構造を構成し、自由に動き回ることができなくなるために流動性を失ったゲルとなる。このように、本実施形態では、反応容器１１内において、放射性廃液のｐＨを調整することによって直接的に放射性廃液のゲルを得るものである。ｐＨ調整剤としては、硫酸、硝酸、塩酸等の強酸を用いる。
【００６１】
なお、本実施形態では、第１の実施形態で説明したような加水分解を促進させて放射性廃液のゾルを得る場合のｐＨ値の範囲と、ｐＨ２〜３の範囲で重複している。しかしながら、第１の実施形態ではあくまで放射性廃液のゾルを生成することを目的としているので、当該重複するｐＨの範囲において縮重合が十分に促進されるような場合は、放射性廃液がゲル化する以前に中和剤を添加して、上記脱縮重合を終了させる。
【００６２】
また、反応容器１１内に放射性廃液及びアルコキシドを導入して反応させる際に、図示しない撹拌機あるいは超音波振動機を用いて、放射性廃液及びアルコキシドの混合溶液を撹拌あるいは超音波振動印加することが好ましい。
【００６３】
なお、放射性廃液の種類、アルコキシドの種類及びその他の条件については、第１の実施形態で述べた通りである。
【００６４】
また、反応容器１１内でアルコキシドのゲルを得る際には、上記アルコキシドの加水分解に起因してアルコールが生成されるので、本実施形態では、オフガスの排気系において図示しないアルコール分解触媒が充填された触媒分解槽１１Ａを反応容器１１の上部に配置し、生成した上記アルコールを、触媒分解槽１５を介して環境雰囲気に排出するようにしている。この際、アルコールは、例えば水と二酸化炭素とに分解されるので、環境雰囲気中には、水及び二酸化炭素が排出されることになる。したがって、環境雰囲気を汚染するという問題を排除することができる。
【００６５】
次いで、反応容器１１で得た放射性廃液のゲルを、配管３１を介して粉砕機１４に導入する。この場合、粉砕機１４では、放射性廃液のゲルを例えば１ｍｍ以下の大きさに粉砕する。これによって、最終的に得るガラス固化体の大きさを所定の大きさにまで増大させることができる。なお、放射性廃液のゲルを１ｍｍ以下とすることによって、比較的大きなバルク状のガラス固化体を得ることができる理由については、第１の実施形態で述べた通りである。
【００６６】
次いで、粉砕機１４で得た放射性廃液のゲルの粉砕物を篩１５で篩い分け、例えば１ｍｍ以下の粒径の粉砕物のみを混合容器１７内に導入する。次いで、混合容器１７を移動手段１８によって右方に移動させ、混合容器１７に配管３３を接続させることにより、反応容器１１内で生成した放射性廃液のゾルを導入し、混合容器１７内に予め導入した放射性廃液のゲルの粉砕物と混合する。
【００６７】
このとき、混合容器１７に導入する放射性廃液のゾルは、反応容器１１から取り出した放射性廃液のゾルを収納容器１２、粉砕機１４及び混合容器１７に順次に導入する間に、第１の実施形態で説明した方法に従って、新たに反応容器１１内で生成したものである。
【００６８】
また、混合容器１７内で、放射性廃液のゲルの粉砕物と放射性廃液のゾルとを混合する際、放射性廃液のゲルの粉砕物の重量と放射性廃液のゾルの容積との比が、０．２８５以下であることが好ましい。これによって、最終的に得るガラス固化体の大きさを所定の大きさにまで増大させることができる。なお、上記比を０．２８５以下とすることによって、比較的大きなバルク状のガラス固化体を得ることができる理由については、第１の実施形態で述べた通りである。
【００６９】
次いで、混合容器１７の外周に第２のヒーター１９を配置し、放射性廃液のゲルの粉砕物及び放射性廃液のゾルの混合物を乾燥し焼結する。上記混合物の乾燥は、第１の実施形態と同様に例えば２００℃以上の温度で行うことが好ましい。
【００７０】
次いで、上記混合物を乾燥した後は、第１の実施形態と同様に、例えば３００℃〜５００℃の温度で焼結する。これによって、より短時間で上記焼結工程が終了し、目的とするガラス固化体を得ることができる。５００℃を超えると、上記混合物一部が気化してしまい、目的とするガラス固化体を得ることができない場合がある。また、３００℃未満では、焼結時間が長時間化してしまう場合がある。
【００７１】
以上説明したように、本実施形態によれば、放射性廃液をゲル化し、放射性廃液のゲルの粉砕物と放射性廃液のゾルとを混合して混合物とし、これを乾燥し焼結することによってガラス固化体を得るようにしている。この場合、放射性廃液のゾルが放射性廃液のゲルの粉砕物に対する結合剤として機能するようになるので、上記混合物は所定の大きさに保持されるようになる。したがって、後の乾燥し焼結により、結合剤としての放射性廃液のゾルがゲル化し、さらにゲル化した放射性廃液の全体が焼結されるようになるので、上記混合物の大きさを反映したガラス固化体を得ることができる。数十ミリのオーダの放射性廃液のバルク状のガラス固化体を得ることができる。
【００７２】
一方、上述した説明から明らかなように、放射性廃液のゲルは、アルコキシドの加水分解及び脱水縮重合を介して得られた重合体である放射性廃液のゾルを乾燥して得たに過ぎないので、その大きさは重合体である放射性廃液のゾルの大きさを反映したものとなり、数μｍ〜数十μｍのオーダである。したがって、従来のように、上記放射性廃液のゲルを焼結して得たガラス固化体も、同様に数μｍ〜数十μｍのオーダのものしか得ることができない。このため、バルク状のガラス固化体を得るには、上述した数μｍ〜数十μｍのオーダのガラス固化体を、圧縮成形機を用いて成形し、１０００℃以上の高温（例えば１３００℃以上）加熱焼結する必要がある。
【００７３】
このように、本実施形態によれば、圧縮成形機などを用いることがないので、目的とするバルク状の放射性廃液のガラス固化体を簡易に得ることができる。また、ガラス固化体を得るための焼結温度が最大でも５００℃程度であるので、圧縮成形機を用いる場合に比較して半分以下の温度での焼結が可能となり、省エネルギーにも寄与するようになる。
【００７４】
以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は例として掲示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００７５】
１０，３０  放射性廃液の処理装置
１１  反応容器
１１Ａ  触媒分解槽
１２  収納容器
１３  第１のヒーター
１４  粉砕機
１５  篩
１６  ホッパー
１７  混合容器
１８  移動手段
１９  第２のヒーター
２１，２２，２３，３１，３３  配管
【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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