廃炉・汚染水対策事業費補助金（固体廃棄物の処理・処分に関する研究開発）

2021年度
1F水処理二次廃棄物処理へのGeoMelt® ICV™の適用性に 関する総合評価

2022年12月5日（株）キュリオン ジャパン

VEOLIA
METI GeoMelt Grant: Holistic Evaluation of GeoMelt® ICV™
Phase 2 NUCLEAR SOLUTIONS目 次

Kurion Japan Confidential Information

1. 目 的
2. 実施スケジュール
3. 実施体制
4. GeoMelt®ICV™の特徴
5. GeoMelt®ICV™ 適用のための検討項目
6. これまでの補助事業における実施内容・結果と2021年度実施項目の関係
7. 2021年度補助事業の実施内容と成果
7.1 溶融終盤のCs揮発抑制に関する試験
7.2 工学規模システムの改造とチェックアウト溶融試験
7.3 工学規模溶融試験
7.4 ガラス配合・耐久性試験
7.5 GeoMelt®ICV™の適用性の総合評価
8. まとめMETI GeoMelt Grant: Holistic Evaluation of GeoMelt® ICV™ Phase 2

2

1. 目 的Kurion Japan Confidential Information

1) 東京電力ホールディングス株式会社（TEPCO）福島第一原子力発電所（以降1F と称す）で発生している莫大な量の水処理二次廃棄物（使用済吸着材［ゼオライト等］、
スラリー及びスラッジ）の安定化、固定化の処理方法として、GeoMelt®ICV™技術を適用する総合評価を昨年度までの補助金事業から継続して実施する。
2) 昨年度までの補助金事業では、工学規模溶融試験、ガラス配合・るつぼ試験、製造したガラスの耐久性試験、Cs揮発抑制に関する基礎試験、処理施設の予備概念設計等を実施。この結果、水処理二次廃棄物処理中のCs放出を低減させ（ガラスのCs 保持率97.22％～99.44％）、かつ耐久性に優れたガラス固化体にできることを実証した。
3) 2021年度の補助金事業では、残る技術的課題への対応、廃棄物処理プロセス改善
及びCs保持の更なる改善を目的として、溶融終盤の Cs 揮発抑制に関する試験、焼結金属フィルターを組み込んだ溶融試験装置による工学規模溶融試験（廃棄物としてALPSスラリー脱水物 １ を含む）等を実施。 これまでの補助金事業の成果を含めて、 GeoMelt®ICV™の適用性の総合評価を行う。
1： ALPS 炭酸塩脱水物及び鉄共沈脱水物は、ALPS 炭酸塩スラリー及び鉄共沈スラリーを㈱ATOXがそれぞれ脱水処理したものである。
METI GeoMelt Grant: Holistic Evaluation of GeoMelt® ICV™ Phase 23

2. 実施スケジュール

METI GeoMelt Grant: Holistic Evaluation of GeoMelt® ICV™ Phase 2

Kurion Japan Confidential Information

4

Kurion Japan Confidential Information

3. 実施体制

GeoMelt®ICV™に関する専門知識
世界中の有害廃棄物及び核廃棄物処理におけるエンジニアリングのノウハウと
産業経験
試験の実施
報告書の作成

ガラス科学とメルターテクノロジーの専門知識。
ガラス配合とガラス分析を提供。
化学分析、X線回折(XRD)、ガラス耐久性試験（MCC-1、VHT、PCT）の実施。










NDF

MRI
補助事業者

TEPCO

（株）キュリオン・ジャパン(KJ)

プロジェクト全体の管理責任
R&Dの管理MRIとのインターフェース

ガラス固化に関する技術的専
門知識＆試験・研究能力試験の実施
報告書の作成補助事業の管理

Veolia Nuclear Solutions
Federal Services(VNSFS)

東京工業大学

空気品質管理と排出量測定を提供
許可コンプライアンステスト、パフォーマンス保証テスト、及び機器の調整と診断の実施。

Pacific Northwest
National Laboratory(PNNL)（公財）原子力安全研究協会

産業法医学分析研究所及び科学コンサル
ティング会社。
分析サービスラボとして、幅広い専門知識の提供。

CleanAir Engineering Inc.

研究所での試験、検査、認証、及び検証を行う。
鉱業及びプロセスエンジニアリング向けの地
球化学的サンプル準備、分析、及びデータ
管理。










ガラス固化体の処理と処分に関する専門知識（株）KK テクノ

日本の原子力発電所の工学的ノウハウと経験

大栄環境（株）

日本におけるGeoMelt®
ICV™を使用した有害廃棄物処理の産業経験(NSRA)RJ Lee GroupALS Global

METI GeoMelt Grant: Holistic Evaluation of GeoMelt® ICV™ Phase 2

5

4. GeoMeltICVの特徴 （1/2）

Kurion Japan Confidential Information① 溶融容器内でのガラス溶融、固化 （右図）
耐火砂
• 溶融容器に廃棄物を供給・溶融。
• 溶融容器底部から溶融ガラスを流下させず、溶融容器内でそのままガラス固化体とする。 耐火物容器② 溶融容器と廃棄体が同一• バッチ溶融処理を行う溶融容器自体が処分する廃棄体（バッチ毎に溶融容器を交換）。
③ 溶融容器の構造
鋼製容器• ガラスを収納する耐火物容器、その外側に耐火砂、最外部に鋼製容器を設置。
④ 溶融による耐火物容器への影響軽減• バッチ処理による耐火物容器への加熱時間の短縮。
• 高温での溶融でも溶融容器の腐食が小さい。

耐火砂またはガラスフリット

電
極

ガラス

電
極

GeoMelt®ICV™ 溶融容器の構造⑤ 高温溶融により高含有廃棄物の溶融が可能• GeoMelt®ICVTMでのバッチ処理では、より高い温度で（1600℃以上）の処理が可能。これにより、シリカに富むゼオライトをより多く含めることができるため、高い廃棄物の含有が可能。
⑥ ゼオライト又は汚染土壌による同時処理• ガラスへの廃棄物の含有は、他の1F廃棄物と同時に処理することでさらに廃棄物含有率の拡大が可能。
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6

Kurion Japan Confidential Information

4. GeoMeltICVの特徴 （2/2)⑦ コールドキャップ管理による揮発性Csの放出抑制 （下図）
• 溶融ガラス上にコールドキャップ（廃棄物）を適切な厚さに維持して管理することにより揮発性
Csの放出を抑制。
• 揮発したCsは上部のコールドキャップ内で凝縮し、その後溶融ガラスに再度取り込まれる。
• 溶融終盤では、コールドキャップが薄くなるのでトップオフフリット（TOF)を供給し、揮発したCs
をTOFで凝縮し、そして最終的にTOFがCsの溶融取り込みを促進。

⑧ 幅広い溶融容量• 溶融容量は処理量のニーズに応じて選択でき、 100kg 未満から最大 50 トンまでの実績を
有する。

START

コールドキャップ
（廃棄物）

溶融ガラス

TOF供給
END

GeoMeltICV の運転スキーム（コールドキャップ管理）
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7

Kurion Japan Confidential Information

5. GeoMelt®ICV™適用のための検討項目

１F水処理二次廃棄物処理にガラス固化技術であるGeoMelt®ICV™を適用するために検討項目を摘出。
これらについて、2017年度以降、補助金事業で検討を進め、解決を図ってきた。
A. ガラス配合１・るつぼ試験① 各廃棄物組成に対応して耐久性のあるガラスの組成の設定（本事業で継続）② ALPSスラリー廃棄物の廃棄物含有率増加を可能とするガラス組成の設定（本事業）

B．溶融処理運転の実証（工学規模溶融試験）① コールドキャップ管理による良好なCs放出抑制の実証（本事業で継続)② 溶融終盤のTOF供給によるCs放出抑制の検証（本事業で継続）③ オフガス処理系焼結金属フィルター（SMF)のバックパルス使用によるより高いCs保持の実証（本事業）

C．Cｓ揮発抑制に関するメカニズムの定量的解明① コールドキャップ管理におけるCs揮発挙動の 定量的把握（済み）② 溶融終盤でのCs揮発抑制に関する試験（本事業）

D. ガラスの耐久性の確認① 工学規模溶融試験で製造されたガラスの長期の化学的耐久性の確認（本事業で継続）② 耐火物が処分環境においてガラス耐久性に与えうる影響の確認（本事業）E．適用性評価① 溶融容器及びその周辺設備（供給系、オフガス処理系等）を含めた施設概念の検討、評価（済み）② 実処理プラントへの適用性の調査（本事業で継続）
1: 様々な組成の廃棄物を組み合わせてガラス化することをガラス配合（手段）として、そのガラス配合の結果からガラス性能を満たすガラス
組成を設定します。
METI GeoMelt Grant: Holistic Evaluation of GeoMelt® ICV™ Phase 2

86. これまでの補助金事業における実施内容・結果と2021年度実施項目の関係 （1/3）

Kurion Japan Confidential Information

2019～2020年度

2021年度

ガラス配合・るつぼ試験• １F水処理二次廃棄物の内、存在量が比較的少ない廃棄物に対応したガラス配合を12種類設定。
• るつぼ試験にてガラス特性を把握。
→ （前年度実施分と合わせて）廃棄物固化用ガラスデータベースを拡充。

ガラス配合・るつぼ試験• ALPSスラリー廃棄物含有率増加に対応したガラス配合10種類を設定。
• るつぼ試験にてのガラス特性を把握。
→ 溶融試験 12のガラス組成を設定。

2017～2018年度1

A. ガラス配合・るつぼ試験
ガラス配合・るつぼ試験• １F水処理二次廃棄物の内、主要な廃棄物に対応したガラス配合
40種類を設定。
• るつぼ試験にてガラス特性を把握。
→ 溶融試験 1から3 のガラス配合を設定。

ガラスモデリング解析

1: 2017〜2018年度の試験は、IRIDプログ
ラムの一環として(株)ATOXから（株）キュリオンジャパンが受注。

• 廃棄物組成変動による影響を評価。
• 異なる種類の廃棄物を混合処理する場合のガラス製造量削減の効果を評価。
• 溶融処理温度の違いによるガラス製造量への影響を評価、→ GeoMelt®ICV™（高温処理）優位性を確認。

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補記）• 溶融試験 4 から10のガラス組成と溶融試験 1、2、3のガラス組成の関係は次頁参照。
• 溶融試験 11のガラス組成は、ALPS
脱水物の組成を把握して設定。

9

6. これまでの補助金事業における実施内容・結果と Kurion Japan Confidential Information
2021年度実施項目の関係 （2/3）
2019～2020年度

2017～2018年度1

B. 溶融処理運転の実証（工学規模溶融試験）

4電極正方形型溶融容器：トップダウン
溶融試験 4
KUR-EH+KUR-TSG＜結果＞ ・ トップダウンとボトムアップによるCs保持率の違いは無い。

4電極正方形型溶融容器：ボトムアップ

2 電極長方形型溶融容器：ボトムアップ

溶融試験 1
KUR-EH+ALPS炭酸塩・鉄共沈スラリー

溶融試験 5
KUR-EH+ ALPS炭酸塩・鉄共沈スラリー

溶融試験 2
KUR-EH+KUR-TSG

溶融試験 6
KUR-EH+KUR-TSG

溶融試験 3
KUR-EH+AREVAスラッジ

溶融試験 7
KUR-EH+AREVAスラッジ＜結果＞• Cs保持率91.46 ～99.30%。
＜課題＞• Cs保持率の更なる向上、安定化。
（Cs保持率にばらつきがあったため。）→溶融表面積の小さい長方形型。
溶融容器で試験。
注） KUR-EH：ゼオライト（ガラス形成材）
KUR-TSG：珪チタン酸塩
1: 2017〜2018年度の試験は、IRIDプログラムの一環として(株)ATOXから（株）キュリオン
ジャパンが受注。

＜結果＞• 良好なコールドキャップ管理によりCs保持
率向上安定（ 97.22%～99.44%）。
• 長方形溶融容器の優位性は確認できず。
＜課題＞• TOF供給処理時のCs保持率の向上、操作の最適化。
溶融試験 8
土壌+ALPS炭酸塩スラリー<結果＞• 長期溶融停止時の溶融再開方法の実証。
• 土壌を KUR-EHに替わるガラ ス形成材として使用することを実証。

METI GeoMelt Grant: Holistic Evaluation of GeoMelt® ICV™ Phase 2

2021年度
4 電極正方形型溶融容器：ボトムアップ
オフガス処理系にSMF (Sintered Metal
Filter：焼結金属フィルター) を付設。
溶融試験 9
KUR-EH+KUR-TSG
溶融試験 10
KUR-EH+KUR-TSG
溶融試験 11
KUR-EH+ALPS炭酸塩・鉄共沈
脱水物
溶融試験 12
KUR-EH+ALPS炭酸塩スラリー（廃棄物の高含有化）＜実施項目＞• TOF供給溶融段階の操作最適化。
• SMFの機能を確認。
• ALPS炭酸塩・鉄共沈脱水物の処理。
• ALPS炭酸塩スラリーの高含有での処理。

<結果＞• SMF捕捉微粒子のリサイクルとそのCs
保持率向上（99.98～100.00%）を実証。
• ALPS炭酸塩・鉄共沈脱水物の混合、供給、処理を実証。
• ALPS炭酸塩スラリー含有率の増加（19.49%から29.46%）。
10

Kurion Japan Confidential Information（参考） 2電極及び４電極耐火物容器の比較

４電極耐火物容器
内部寸法：43.2cm(L)×43.2cm(W)×43.2cm(H)
溶融表面積： 約1866 cm2２電極耐火物容器
内部寸法：61.0cm(L)×21.6cm(W)×63.5cm(H)
溶融表面積： 約1266 cm2（4つの角の面積を引いた表面積）（単位： cm）（単位）： cm

22

34

電極

43

56

74
電極

電極

70
50

61

43

74

56

2電極耐火物容器

4電極耐火物容器（溶融試験 5, 6, 7, 8）（溶融試験 1, 2, 3, 4, 9, 10, 11, 12）

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116. これまでの補助金事業における実施内容・結果と2021年度実施項目の関係 （3/3）
2019～2020年度

2017～2018年度1

Kurion Japan Confidential Information

2021年度C. Cｓ揮発抑制に関するメカニズムの定量的解明• コールドキャップ管理におけるCs揮発挙動の定量的把握：
溶融容器内を3層構造として試験・解析。
→ メカニズムを把握。

• 溶融終盤でのCs揮発抑制に関する試験：
溶融容器内を4層構造として試験・解析。
→溶融試験 9以降の溶融終盤操作に反映。

D. ガラス耐久性の確認• 溶融試験 4から8の長期（365日間）
MCC-1試験。溶融試験 4、5については完了。溶融試験 6から8については28日間のデータを取得）。
→ 耐久性を確認。

• 溶融試験 6から8のガラスのMCC-1試
験（365日間）。

• 予備概念設計、各種評価書。
↓• 10トン規模溶融容器2基を設置した施設の全体像を提示。
• 経済性、運転保守性等を評価。

• 実処理プラントへの適用性を検討。

<前頁参照>• 2020年度までの工学規模溶融試験・基礎試験の結果等。

<前頁参照>• 2021年度の工学規模溶融試験・基礎試験の結果等。

• 溶融試験 1から3のガラスのMCC-12試験。
→ 耐久性を確認。

• 耐火物共存下でのガラスのMCC-1
試験（28日間）。

• 溶融試験 5から7のガラスのPCT試験。

E. GeoMelt®ICVTM適用性の評価
1: 2017〜2018年度の試験は、IRIDプログラムの一環として(株)ATOXから(株)キュリオンジャパンが受注。
2: MCC-1試験の例• ASTM標準番号C1220• 供試材は約 14mm x 14mm x 厚さ 1.5 mm• 試験容器はSavillex® Teflon®の変質容器• 表面積と溶液の体積(S/V)の比率は10 m-1• ASTM 1 型水 (DIW 水、 > 18.0 MΩ·cm)• 90 ℃で試験を実施• サンプル水を7、14、28日目に採取し、ガラス中の主要な元素(Na, B等)について水を分析

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7. 2021年度補助金事業の実施内容と成果

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7.1 溶融終盤のCs 揮発抑制に関する試験① トップオフフリット(TOF)を含む溶融終盤での加熱条件とCs揮発の関係に関する調査。
② 4層構造（TOF/廃棄物混合物/仮焼層/溶融ガラス）の温度分布と下部からの熱流束の関係解析。

7.2 工学規模溶融試験装置の改造とチェックアウト溶融
7.3 工学規模溶融試験① 工学規模溶融試験装置改造： 直接的なバックパルス及び洗浄が可能なSMF
仕様の確定、溶融容器オフガス処理系第一段に設置。
② ALPS炭酸塩・鉄共沈脱水物の物性評価。移送及び供給に関する確認試験。
③ 工学規模溶融試験 9から12• TOF供給処理段階の操作の検証（7.1①の成果反映）。
• オフガス中に放出された微粒子中Csの99.98%のSMFによる捕捉及び溶融容器へのリサイクル。これにより、ガラスのCs保持率がほぼ100％に向上。
上記2項によるガラスのCs保持率の向上。
• 以下の廃棄物を模擬した試験材料による溶融試験。
KUR-EH とKUR-TSG （溶融試験 9、10）
KUR-EH とALPS炭酸塩・鉄共沈脱水物（溶融試験 11）
KUR-EHと高廃棄物含有率組成のALPS炭酸塩スラリー（溶融試験 12）

7.4 ガラス配合・耐久性試験

ガラス配合・るつぼ試験① ガラス配合とるつぼ試験、粘度、耐久性等の評価データによるガラス組成モデル更新。 ALPS炭酸塩スラリー廃棄物の含有率を増加するガラス組成を設定。

ガラス耐久性試験① 溶融試験 5から7のガラスサンプルの
Product Consistency Test （PCT）試験。
② GeoMelt®ICV™廃棄体を構成する耐火物が処分環境条件下でガラスの耐久性に与えうる影響の確認試験。
③ 溶融試験 6から8のガラスサンプルの長期MCC-1試験。

7.5 GeoMelt®ICV™の適用性の総合評価
固体廃棄物に対するGeoMelt®ICV™の実処理プラントへの適用性について、技術的な観点から総合的に評価。
METI GeoMelt Grant: Holistic Evaluation of GeoMelt® ICV™ Phase 2

13

7.1 溶融終盤のCs揮発抑制に関する試験

Kurion Japan Confidential Information

トップオフフリット(TOF)を含む溶融終盤での加熱条件とCs揮発の関係に関する試験
 試験目的• TOF 供給段階での Cs 揮発量が比較的多く、かつバッチでの変動も一定していない（不安定）ので、TOF段階でのCs揮発を抑制するために廃棄物混合物とTOFの溶融の関係を把握。

 試験内容• TOFを含んだGeoMelt®溶融終盤での加熱条件とCs損失の関係、及びTOFのCs揮発抑制に対する役割を把握する試験を実施。
• 試験に供した廃棄物混合物
KUR-EH＋ALPS炭酸塩・鉄共沈スラリー
KUR-EH＋KUR-TSG• Cs損失を算出する揮発Csの回収の精度に関して、揮発Csの回収とTOF （Time Of
Flight）-SIMS（Secondary Ion Mass Spectrometry）による状態の推定を実施。
• 溶融終盤を模擬した TOF を含む 4層構造の温度分布と熱流束の関係について有限要素法（Finite Element Method: FEM）による計算機シミュレーションを実施。

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14

Kurion Japan Confidential Information
7.1.1 Cs揮発量とTOF投入量との関係(1) 長尺シリカガラスセルでのTOF/廃棄物混合物の溶融シリカガラスセル(75φｘ300 mmH)
束ねた熱電対廃棄物混合物

hw0 =10 cm

シリカガラスセル(75φｘ300 mmH)
廃棄物混合物の上にTs0=150℃
でTOF を供給

Ts0
断熱材

TF = 12501350℃

X0 cm
TOF供給前

移動可能ステージ
容器内の積層• TOF• 廃棄物混合物• 仮焼層• 溶融ガラスhTF0 =10 cm
断熱材

TF = 12501350℃

移動可能ステージ

X0 cm
↓(t1)
X1
↓(t2)
X2
↓(t3)
X3

溶融 TOF/
溶融廃棄物

Ts
断熱材

TF = 12501350℃

TOF供給後束ねた熱電対断熱材

X3 cm

移動可能ステージ

METI GeoMelt Grant: Holistic Evaluation of GeoMelt® ICV™ Phase 2

TF = 12501350℃

Y cm
X3 cm

移動可能ステージ

15

Kurion Japan Confidential Information(2) 溶融パラメータリスト
パタメータ

定義

標準的な値

hW0 (cm)

セルに充填される廃棄物混合物の初期高さ

10

hTF0 (cm)

廃棄物混合物上に供給されるTOFの高さ

10

TF (℃)

炉の運転温度TS0 (℃)

廃棄物混合物上にTOFを供給開始する廃棄物混
合物表面温度T S (℃ )熱電対により監視されるTOFの表面温度

Xi (cm)炉に投入されたセルの長さ. i =0; 初期値, i =3; 最 2 (i =0), 4 (i =1),
6 (i =2), 8 (i =3)
終Y (cm)

炉上端からの推定表面レベル

1 (hW0=10,
hTF0=10)t i (分 )各 i に対する持続時間

2 (i =1), 2 (i =2),
2 (i =3)

METI GeoMelt Grant: Holistic Evaluation of GeoMelt® ICV™ Phase 21250～1350
150

16Kurion Japan Confidential Information(3) オフガス分析

 オフガス中のCs濃度の測定
コンデンサー

 実験終了後に、ガラス機器を洗浄する。

容器内の積層• TOF• 廃棄物混合物• 仮焼層• 溶融ガラス 温度勾配電気炉での溶融中に発生するオフガスは、水冷コンデンサーにて凝縮する。

断熱材

X cm
1250-1350℃

移動可能ステージ

 凝縮水及び洗浄水をICP-MSで分析し、溶融廃棄物からのCsの総量を求める。
Csをトラップするためのガラス機器（緑線より上のガラス器一式）

内部のCs濃度を評価するために、溶融ガ
ラスサンプルのICP-MS分析も実施。
METI GeoMelt Grant: Holistic Evaluation of GeoMelt® ICV™ Phase 2

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Kurion Japan Confidential Information(4) 表面温度のモニタリングと材料からのCsトラップ試験の手順
 Tsのモニタリング

溶融試験6-15%水, -20%水, 重量： 330-350 g for hW0=10 cm
溶融試験5-10%水,
重量： 285-305 g for hW0=10 cm
TF=1250℃, 1300 ℃, 1350℃
重量： 520 g for hTF0=10 cm
TOF
TF=1350℃
重量： ～520 g
TOF
for hTF0=10(3/3), 6.7(2/3), 3.3(1/3), 0(0/3) cm

 材料からのCsのトラップ• 試験条件・手順は、 Tsをモニタリングするための実験と同じ。
• TOFを溶融試験6-15％水、-20％水、溶融試験5-10％水にTs> 150℃で供給した
直後に、Csをトラップするためのガラス機器をシリカガラスセルに固定した。
• ステージ（シリカガラスセル）を2分ごとにX =2cm→ 8cmまで2cmずつ下に移動し、Tsが一定後1時間保持した。
• ガラス機器を純水で洗浄し、水中のCsをICP-MSで分析した。
METI GeoMelt Grant: Holistic Evaluation of GeoMelt® ICV™ Phase 2

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Kurion Japan Confidential Information(5) 廃棄物混合物とTOFの溶融試験
溶融試験6-15%水+3/3 TOF@1350℃

1400

Tbottom=～1380℃

1300
1200
1100

TS=～1140℃

1000

温度 （℃）

900
800
700
600
500

TOF層の崩落400

熱電対の底部への挿入

300
200
100
0
0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

時間 （分）

廃棄物混合物とTOFの溶融試験
METI GeoMelt Grant: Holistic Evaluation of GeoMelt® ICV™ Phase 2

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Kurion Japan Confidential Information(6) 廃棄物混合物から発生しトラップされたCs損失関係のデータ一覧表
実験

T F (℃ )TS (℃ )

Tbottom (℃)

Cs 損失
（ %）

溶融試験6-15%水+3/3TOF

1350

1140

1390

0.08

溶融試験6-15%水+2/3TOF

1350

1170

-

0.63

溶融試験6-15%水+1/3TOF

1350

1300

-

2.08

溶融試験6-15%水+0/3TOF

1350

1300

-

3.59

溶融試験6-15%水+3/3TOF_2回目

1350

-

-

0.22

溶融試験6-15%水+2/3TOF_2回目

1350

-

-

0.43

溶融試験6-15%水+1/3TOF_2回目

1350

-

-

2.08

溶融試験6-15%水+0/3TOF_2回目

1350

-

-

3.45

溶融試験6-20%水+3/3TOF

1350

1141

1363

0.30

溶融試験6-20%水+2/3TOF

1350

1240

-

1.32

溶融試験6-20%水+1/3TOF

1350

1287

-

2.93

溶融試験6-20%水+0/3TOF

1350

1304

-

4.98

溶融試験5-10%水+3/3TOF

1350

1135

1352

0.08

溶融試験5-10%水+2/3TOF

1350

1248

-

0.17

溶融試験5-10%水+1/3TOF

1350

1284

-

1.14

溶融試験5-10%水+0/3TOF

1350

1302

-

7.54

溶融試験5-10%水+3/3TOF_2回目

1350

-

-

0.10

METI GeoMelt Grant: Holistic Evaluation of GeoMelt® ICV™ Phase 2「-」: 各温度を測定しなかったことを示す

20

Kurion Japan Confidential Information(7) Cs損失と表面温度TSとの間の関係

1320

8
溶融試験5-10%水
Melt5-10%13007

溶融試験6-15%水
Melt6-15%
溶融試験6-20%水
Melt6-20%

ＴＯＦの量が少なくなると伝熱量が上がって表面温度が上昇する。廃棄物の含水率を含む化学組成が違うことにより表面温度の上がり方が違ってくる。

6-15％水溶融試験
Melt6-15%6

溶融試験6-20％水
Melt6-20%

1260
5

1240

Cs損失 （%）

表面温度 (℃)

1280

（左図）

5-10％水溶融試験
Melt5-10%

1220
1200

4

（右図）

3

1180
2
1160
1

1140
1120
0

0.5

1

0
1100

TOF 体積比 （10cm 高さ）

TOF体積比と表面温度との関係

1150

1200

1250

1300

1350

溶融試験6は含水率に関わらず、表面温度が上がってくると徐々にCsの揮発量が増えるのに対して、溶融試験5では1250℃を超えると揮発量が非常に大きく増えるような挙動を示す。

表面温度 (℃)

表面温度とCs損失%との関係

METI GeoMelt Grant: Holistic Evaluation of GeoMelt® ICV™ Phase 221

(8) Cs損失とTF及びTSならびにTOF体積比との関係
溶融試験6-15%水+ 0/3TOF@TF

3.5

y=0.021x-23.84

Cs 損失 (％)

2

TF

y=0.019x-22.05
1130℃

0.5

1200

＊

溶融試験
回目  溶融試験5 -10％水の溶
6-15％水11st
MELT6-15%water
融プロセスからのCs損
溶融試験回目
6-15％水22nd
MELT6-15%water
失量は、10cm TOFで覆6-20％水溶融試験
MELT6-20%water
うことにより、溶融試験6
混合物と同じ低いレベル
溶融試験
5-10％水MELT5-10%waterに低減された。

5
4

0.30%
0.22%
0.08%
0.08%

1

1300

TF と TS (℃)

1400

 しかし、溶融試験5のより薄いTOFは、おそらく溶
融物の性質（組成、溶融物の特性など）の違いのために、溶融試験6よりも高いCs揮発を示した。

3
2

1160℃

0
1100

（右図）

6

2.5

1.5

Cs 損失 @TF=1350℃

7

TS

3

1

8

Cs損失 (%)

4

Kurion Japan Confidential Information

00

Cs損失%とTF及びTSとの関係

0.2

0.4
0.6
0.8
1
TOF体積比 (10cm高さ)

1.2

1.4

Cs損失%とTOF体積比との関係

TOF層がない時にCs損失ゼロ*は、炉運転温度TF が約1150℃以下または廃棄物混合物表面温度
Tsが1130℃以下で達成されるが、 TF が1150℃以上またはTsが1130℃以上に加熱されるとCsの揮発が促進される。
METI GeoMelt Grant: Holistic Evaluation of GeoMelt® ICV™ Phase 222

(9) まとめ－Cs揮発量とTOF投入量との関係 （1/2）

Kurion Japan Confidential Information

 TOFの溶融には、廃棄物混合物の溶融によって引き起こされる大きな空隙形成（体積収縮は60〜70％）による廃棄物混合物上のTOF層の下方への「崩落」が含まれる。
 TOF層の崩落は、空隙に内包された気相の放出を引き起こす。 これは、廃棄物からCsを排出するルートとなる可能性がある。
 表面温度TSの測定結果と表層の崩落の関係から、表層の水分の蒸発が終了する
前にTOFを投入する必要がある。

このことにより廃棄物混合物の溶融時に形成される空隙をTOFが逐次埋め、廃棄物混合物が高温で溶融される過程を表面ではなく、TOFの下部で進行させることができる。
 TOFによる被覆が十分でないと、自由表面で廃棄物の溶融が進行し、1130℃以上
でCs揮発が促進されることが推定される。

METI GeoMelt Grant: Holistic Evaluation of GeoMelt® ICV™ Phase 223

(9) まとめ－Cs揮発量とTOF投入量との関係 （2/2）

Kurion Japan Confidential Information

 TOFの溶融と溶融廃棄物との混合を完了するには、TS>1100℃が必要である。

この結果、室温に冷却した後、滑らかなガラス表面が形成された。
 TOF（hTF0 = 10cm）の下での廃棄物からのCs排出量は、最大TF（= 1350℃）を使用した廃棄物中のCsの～0.3％であった。

廃棄物のTOF層が薄くなると、Cs排出量が増加した。
TOF量の関数としてのCs排出量の傾向は、廃棄物粉末（おそらく、含水率及び成分の化学組成）に依存している。
 融液の粘度の観点から、溶融した廃棄物混合物とTOFの混合は液性（粘度）が同じレベルとなった場合に促進されることから、同じ粘度となるT>1100℃での保持が望ましい。同時に、対流によって混合が進むのであれば、Cs揮発を抑制する表面
温度TS<1130℃を満たす運転が理想的である。

METI GeoMelt Grant: Holistic Evaluation of GeoMelt® ICV™ Phase 224

7.1.2 揮発Csの回収精度と状態の推定(1) オフガス分析(Cs捕捉と分析)

Kurion Japan Confidential Information Cs回収精度を確認するためにシリカ
ガラス基板を挿入して測定。
コンデンサー
シリカガラス基板
容器内の積層• TOF• 廃棄物混合物• 仮焼層• 溶融ガラス 温度勾配電気炉での溶融中に発生するオフガスは、水冷コンデン
サーにて凝縮する。
 数枚のきれいなシリカガラス基板を入れ、実験終了後に回収する。
 バックグラウンド測定用基板はCsト
ラップ試験と同じ処理を行うことによって洗浄される。

断熱材

X cm
1250-1350℃
移動可能ステージ

METI GeoMelt Grant: Holistic Evaluation of GeoMelt® ICV™ Phase 2

 これらの基板は、TOF-SIMS分析
を使用して分析される。これは、高感度で表面の元素を分析するもの
である。

25

Kurion Japan Confidential Information(2) シリカガラス基板表面にトラップされた物質のTOF-SIMSスペクトル（正）シリカガラス
洗浄前シリカガラス
洗浄後シリカガラス

強度

質量数133のCsイオンによる信号が明瞭に観測されており、対象とするCsの信号が得られている。

m/Z
シリカガラス基板から収集されたTOF-SIMSスペクトル（正電荷）
METI GeoMelt Grant: Holistic Evaluation of GeoMelt® ICV™ Phase 2

26

Kurion Japan Confidential Information(3) 基板から収集されたTOF-SIMSスペクトル（正電荷）強度（cps）

シリカガラスm/Z
強度（cps）

洗浄前シリカガラス
アルカリ元素は次頁のXRDデータとよく一致

m/Z
強度（cps)

洗浄後シリカガラス
Csの収集率=96.1%

m/Z（上）未使用の基板、（中央）洗浄前の基板、（下）洗浄後の基板から収集されたTOF-SIMSスペクトル（正電荷）
METI GeoMelt Grant: Holistic Evaluation of GeoMelt® ICV™ Phase 2

27

Kurion Japan Confidential Information(4) 基板から収集されたTOF-SIMSスペクトル（負電荷）強度（
強度 cps）

シリカガラスm/Z
強度（
強度 cps）

洗浄前シリカガラス
溶融物からのB、Cl、Sの移行

強度（
強度cps）

m/Z

B、Cl、S（うちBとSは酸化物）が観察され、正電洗浄後シリカガラス
荷のTOF-SIMSスペクトル結果と照合したアルカ
リのホウ酸塩と硫酸塩も次頁のXRD分析で同定されており、これらも一緒に揮発・回収された。 揮発Cs はBO , Cl- 及び/又xはSOxと移行する可能性
m/Z（上）未使用の基板、（中央）洗浄前の基板、（下）洗浄後の基板から収集されたTOF-SIMSスペクトル（負電荷）
METI GeoMelt Grant: Holistic Evaluation of GeoMelt® ICV™ Phase 228

(5) シリカガラスセルの内壁から収集されたサンプルのKurion Japan Confidential Information
粉末X線回折パターン
Sampleサンプル(Na2B4O7・5H2O)
チンカルコナイト
Tincalconite

硫酸ナトリウムカリウム
potassium
sodium sulfate(VI)(K1.43Na0.57SO4)

強度 (cps）

 溶融試験6-15％水 + 2/3TOF@1300℃から除去及びトラップされた物質を濾紙に収集し、粉末XRDで分析した。

10

 Na2B4O7・5H2OとK1.43Na0.57SO4からの回折線が観察された。

20

30

40

50

60

70

80

2θ (°)

シリカガラスセルの内壁から収集されたサンプルの粉末X線回折パターン
METI GeoMelt Grant: Holistic Evaluation of GeoMelt® ICV™ Phase 229

(6) まとめ－揮発Csの回収精度と状態の推定

Kurion Japan Confidential Information

 ガラス機器の内壁にトラップされたCsの96％以上は、ICP-MS用に収集される水に洗い流すことができるので、Cs揮発量の測定としては十分な信頼性をもって測定できている。
 アルカリ金属、B、S、及びClとの加熱時に廃棄物からCsが放出されたことを
TOF-SIMSデータから明らかにした。
Csの揮発形態は不明ではあるものの、アルカリがホウ酸、硫酸または水酸化物として揮発し、一緒に飛んできている可能性が考えられる。
 このTOF-SIMS分析手法は、時間の関数として放出された物質を定性的に積み重ねるために使用されるが、水の蒸気圧が大きいため、現時点では定性的な測定には適用されない。
 考えられる形態は、ホウ酸塩、硫酸塩、塩化物、水酸化物、または金属蒸気である。

METI GeoMelt Grant: Holistic Evaluation of GeoMelt® ICV™ Phase 230

7.1.3 有限要素法（FEM）を用いたシミュレーションによるKurion Japan Confidential Information
溶融物の温度勾配と熱流束の関係の解析(1) TOF/廃棄物混合物の溶融過程のシミュレーションモデル
メッシュで形成した容器中の階層構造に境界条件と熱伝導度を与えて温度プロファイルを再現。

熱流束 q (W/m2)12
層熱伝導度 λj (T) (j =1-12)

直径：70mm
高さ：60mm
各層の厚さ：5mm
側壁(断熱材)計算は12層（層0～11）から成る。
層 0： 下部の溶融層で一定温度を仮定。
層11： 最上部の空気と接する層12層からなるFEMシミュレーション
モデル

底部温度
Tbottom = 1350℃ (一定)各層に与えられたパラメータとモデルの熱伝導の基本条件
パラメータλjとqは、温度プロファイルをシミュレートするように設定し、実験結果と比較。

METI GeoMelt Grant: Holistic Evaluation of GeoMelt® ICV™ Phase 2

31

Kurion Japan Confidential Information（2） 熱伝導度のモデル
ー Maxwell-Eucken モデル ー

溶融試験による溶融物の断面構造の観察から現実の様相を最も反映できる構造モデルのためMaxwell-Euckenモデルを適用。

//

λd: 分散相の熱伝導度
εp: 気相の体積分率

粉体

バルク
ガラス
気泡分散モデル
連続相： 固体

空気

ガラス
ガラス粒子充填モデル
連続相： 空気空気10

気相分率εpPorosity εp:0 (Silica sand)
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7

1

0.8
0.9

0.1

1 (Air)

気相分率εpPorosity εp :Heat conductivity
熱伝導度 (W/(m•K))

10Heat conductiviy(W/(m•K))熱伝導度

λc: 連続相の熱伝導度

0 (Silica sand)
0.1

1

0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1 (Air)

0.1

0.01

0.01

250

450

650
850
Temperature
温度 (K)

250

1050

450

650
850
Temperature
温度 (K)

1050

各モデルのλEuckenとεpの温度依存性
METI GeoMelt Grant: Holistic Evaluation of GeoMelt® ICV™ Phase 2

32

Kurion Japan Confidential Information(3) モデリングのための様々なホウケイ酸ガラス融液の熱伝導度
熱伝導度の温度依存性は低温領域と高温領域で異なり、その境界はガラス転移温度Tgとなっている。 T<Tgの温度域では、大きな温度依存性を示し、線形的に変化し、温度が高いほど熱伝導度は増加する。 T>Tgの温度域では、温度依存性は非常に小さく、ほとんど一定の値となっている。
1.8

1.8

熱伝導度 (W/(m・K))

600℃

熱伝導度 (W/(m・K))

モデル化した温度依存性では、Tgを600℃とし、その前後でTに対して熱伝導度が線形的に変化する関数（a×T℃ + b）として表されるものとした。

1.6
1.4
1.2
1
0.8

1.6
1.4
1.2
1
0.8
0.6
0

0.6

300

500

700

900

1100

1300

1500

温度 （K)
ガラスデータベースInterGrad®から収集された
熱伝導データホウケイ酸ガラスの熱伝導度(Ref: glass database, InterGrad ver.8.0)
注： データベースのガラス組成の違いによりプロットの色を変えて表示
METI GeoMelt Grant: Holistic Evaluation of GeoMelt® ICV™ Phase 2

200

400

600

800

1000 1200 1400

温度 (ºC)
ホウケイ酸ガラス融液の熱伝導度の単純化された
温度依存性
測定された温度プロファイルに合うように、
この実験データ領域でλを設定する。
33

Kurion Japan Confidential Information(4) ガラス融液伝導度データを用いたモデル計算 (1/2)

FEMによるシミュレーションに与える熱伝導度、空隙率、熱流束の各因子の影響を確認し、その計算結果を基に実測温度勾配を再現。各因子の影響を確認した結果を下記に①～③を示し、次ページに④～⑥を示す。
表面
1-6th

1400

1400

高λ

1200
1100

低λ

1000

991 ºC944 ºC895 ºC

表面での熱流束＝10 kW/m2

900

表面温度(℃)

表面温度(℃)

1300

7-12th

1200

℃

1000

℃

熱流束(W/mm2)

底部

800
600
400
200
0

800

0

0

20
40
位置 (mm)

60

5000 10000 15000 20000 25000 30000

表面での熱流束(W/m2)

熱伝導度（W/m/K）

①

②

③

• 2種のガラス（熱伝導度：高λ、低λ）を想定して• 2つの異なるガラスを積層させた系で熱流束• 表面温度が実測に近い温度となる条件は、求めた温度勾配。

を変えることでTsは変化する。

実際のガラスの熱伝導度データではb>0.65• 熱伝導度が大きい方が表面温度は高くなる。

• 実測されたTsは1150℃以上であるので、熱流束は5kW/m2程度の範囲にあると推測。

METI GeoMelt Grant: Holistic Evaluation of GeoMelt® ICV™ Phase 2であるため熱流束q>3.0kW/m2（0.003W/mm2）が予測される。

34

Kurion Japan Confidential Information

λ=0.75低い層11

λ=0.40

高い
300

800

層3

温度(℃)

空隙率

層1

温度(℃)

1.8
1.6
1.4
1.2
1
0.8
0.6
0.4
0.2
0

温度(℃)

熱伝導度(W/m/K)(4) ガラス融液伝導度データを用いたモデル計算 (2/2)

ガラス厚さ (mm)1300

温度 (K)

ガラス厚さ (mm)

ガラス厚さ (mm)

④

⑤

⑥

• 空隙率εpを変えた場合のMaxwell-Eucken• λを0.4～0.75まで0.05刻みで変化させ線形• 泡を含む層を1層挿入した場合、温度分布

モデルの温度変化を示す。

のプロファイルを得、Tsは503～688℃であっには屈曲が現れる。

た。熱流束は0.01 W/mm2 固定。
• εpが大きいと熱伝導度は低下し、断熱的になることが分かる。計算では各層は見かけの熱• Tsを実測の1100～1140℃に合わせるには伝導度が用いられ、その解釈は実際の物質

熱流束qを0.003W/mm2程度に下げる必要がの構造を反映させなければならない。

ある。

METI GeoMelt Grant: Holistic Evaluation of GeoMelt® ICV™ Phase 2• 泡を含む層の挿入を順次増加した場合、挿入数が多くなるにつれ温度勾配がきつくなる。
• 全てが泡層を含むようになると違いがなくな

るが、これはTsを一定としているため。

35

Kurion Japan Confidential Information(5) 温度勾配の測定方法

 溶融試験6-20%水/TOF (3/3) のTF = 1350℃における温度勾配の測定。
 測定方法
溶融試験6のTOF/廃棄物混合物の各層に熱電対（合計5本）を配置し、Cs排出の実験と同じ方法で電気炉で加熱。

ガラス管内熱電対

TOF

熱電対の位置TC5 (8cm)

シリカガラス容器(75φｘ300 mmH)
TOF
廃棄物混合物

廃棄物混合物と仮焼層

TC4 (6cm)

断熱材

TC3 (4cm)

X cm

1250-1350℃

TC2 (2cm)
溶融ガラス

移動可能ステージ

TC1 (0.4cm)

ガラス管内の温度測定
METI GeoMelt Grant: Holistic Evaluation of GeoMelt® ICV™ Phase 2

36

Kurion Japan Confidential Information(6) 実測した温度データ
1600

シミュレートされた温度の領域
1400

温度 （℃）
Temperature
/ oC

1200
1000
800

容器底面からの高さ

TC5を表面レベル(10cm)まで上げてTsを測定。

TC1=Bottom(4mm)
0.4cm
TOF 供給1/3

600

TC2=2cm
TC3=4cm

TOF 供給残り 2/3400

TC4=6cm
TC5=8cm

200
0
0

20

40

60

80

100

120

140

160

時間 （分）Time/ min.
セル内の材料の温度プロファイル作成のために測定された温度トレース
METI GeoMelt Grant: Holistic Evaluation of GeoMelt® ICV™ Phase 2

37

Kurion Japan Confidential Information(7) FEMを用いた最終段階での温度のシミュレーション

2
1.8

1400

Tem温度
perature( ℃) / o C

1200

1391oC

1394oC

1367oC

1362oC

1.6

1294oC1000

1.41135oC

1.2

800

Run 19温度勾配のシミュレーション

1600

測定したプロファイル
Measured
profile0.8

Thermal
熱伝導度conductivity

0.6

400

0.4
200

0.2

0

0
0

2

4

6

8

10

12

Height/ cm
高さ (cm)セルの底面からの高さに対する測定データーに対してシミュレート
された温度プロファイル
METI GeoMelt Grant: Holistic Evaluation of GeoMelt® ICV™ Phase 2

 このレベルより上の溶融したTOFは
透明性が高く、輻射伝熱の効果が大きい。このため輻射伝熱で熱エネ
ルギーが散逸していくので、伝導伝熱で伝わる熱エネルギーは低下し、実際の表面温度は低くなったと考えられる。

( Wm-1/W
K-1) m -1 K -1
Therm al熱伝導度
conductivity

1600

 熱伝導度は底面から7cmの高さで急激に低下した。これは溶融した廃棄物混合物とTOFの間の界面のレベルに対応していた。

 そのため、最表面から3∼4cm程度
下の下部の領域において、溶融した廃棄物混合物（不透明）が1300℃以上であっても、溶融したTOFの透明性により最表面温度がTs<1150℃程度に維持されるので、Cs揮発を抑制する表面温度の条件（Ts<1130℃）を満たすことになる。
 十分なTOFが充填されない場合、その熱伝導は伝導伝熱であり、最表面温度は熱流束を維持するために温度が高くならざるを得ず、Cs揮
発が起きやすい状態を形成してしまう。
38

Kurion Japan Confidential Information(8) 溶融初期段階での溶融廃棄物混合物層の温度プロファイル
1400

2

1200

この青い影付きの領域には、未溶融の材料などで構成される層が含まれている可能性があるため、評価から除外する必要がある。

温度 (℃)

1000

Thermal
熱伝導度
conductivity

800

600

400

1.8
1.6

 測定された温度プロファイルに適応させるには、より低い熱伝導度の値を使用する必要がある。 この熱伝導度の低下は、直接観察で見られた泡層の形成によって引き起こされたと考えられる。

1.4

 空隙率〜0.5は、溶融中の廃棄物混合物体積の60〜70％の収縮を考慮すると妥当な値である。

0.8

1.2
1

0.4

空隙率

200

0.6

熱伝導度 ( W m-1 K-1 )又は空隙率(-)

シミュレートされた
温度プロファイル

0.2
0

0
0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

高さ （cm）
セルの底面からの高さに対する測定データーに対してシミュレートされた温度プロファイル
METI GeoMelt Grant: Holistic Evaluation of GeoMelt® ICV™ Phase 2

39

Kurion Japan Confidential Information(9) まとめ－有限要素法（FEM）を用いたシミュレーションによる溶融物の温度勾配と熱流束の関係の解析

 溶融ガラス表面周辺の温度勾配は、熱拡散（伝導伝熱）と熱放射（輻射伝熱）のバランスによる熱伝導メカニズムに依存する。 TOF の厚さによってこの勾配が変わる。 TOFが薄いほど温度勾配が徐々に減少し、 TSが高くなる。
 実験室規模実験では、工学規模試験と比較すると、溶融中の溶融物の対流は非常に弱かった。 透明な TOF が不透明な廃棄物混合物を覆っていて、これらの溶融が完了し粘性による流動が発生した後には、これらの対流と混合が生じているはずである。
 溶融したTOF層/廃棄物混合物層の最終の溶融状態での温度プロファイルを求める
ために定常熱伝導の FEMシミュレーション用に12層モデルを構築した。このFEM
シミュレーションにより適切な熱伝導度値を使用して実測した温度プロファイルと良好な一致が見られた。
 溶融した廃棄物混合物上の溶融したTOF層は、光学的透明度（伝導伝熱に対し
輻射伝熱の割合）が高いため、見かけの熱伝導度が低くなる可能性がある。
 Maxwell-Euckenモデルは空隙の因子を組み込んでいるので、泡層を含む層（初期段階）のシミュレーションに適している。

METI GeoMelt Grant: Holistic Evaluation of GeoMelt® ICV™ Phase 2

40

Kurion Japan Confidential Information
7. 2 工学規模溶融試験装置の改造とチェックアウト溶融(1) 目的／方法

 工学規模溶融試験装置改造の目的と方法

目的：• Cs回収用の焼結金属フィルタ（SMF： Sintered Metal Filter）の追加。
• 溶融状況監視用のIRカメラ／覗き窓の改良。

方法：• SMFの重量を支えるため炉外側鋼製容器の寸法を拡大して強度を増加。
• SMF及びオフガス配管、装置内における温度低下によるオフガス中水分の凝縮防止のためヒートトレース及び断熱材を設置。
• 供給装置、配管内での結露発生に伴う供給試験材料（廃棄物＋ガラスフリット）の固着等の発生をヒートトレース等による温度上昇により防止。
 チェックアウト溶融の目的と方法

目的：• 装置改造部分の作動確認、SMFのバックパルスの最適な実施方法の確認のためにチェックアアウト溶融を実施。変更した溶融試験準備方法の確認、試験操作員の訓練。

方法（新しい溶融処理試験の手順を確認）：• 溶融準備で、ベースフリットを投入、スターターパスを設置。
• 溶融場所に移動し、オフガスフード設置後に遠隔により電極を設置してスターターパスと接続（実処理プラントで想定される手順に対応している）。
METI GeoMelt Grant: Holistic Evaluation of GeoMelt® ICV™ Phase 2

41

Kurion Japan Confidential Information(2) 工学規模溶融試験装置の改造箇所
バックパルス空気

供給システム
シールした
ホッパー＆攪拌機

スタック
出口

スクリューオーガー

装荷セル計
バランス
空気入口

空気制御式電極
フィーダー(4×)

周囲
空気

加熱した
レンズ空気
バックアップブロワー
プレ/HEPAフィルタ

プレナム
空気入口
プレナム
空気入口
ヒーター

一次
ブロワー

溶融容器
バックアップHEPAフィルタ

砂内側/
成形耐火物外側
砂中間

K/R型（場所が異なる場合）

砂外側/スキン内側

砂基部

#
①
②
③
④
⑤
⑥

機器
フード
フード
フード
フード
溶融容器
オフガス配管

⑦ 第1ステージのフィルタ

改造した項目理由

供給配管－サイズを直径3"から4”に拡大
出口配管－サイズを3"から4”に拡大
前部ハッチ窓ーサイズを10％拡大
新しいIRカメラに応じた架台・窓の改造
溶融容器の外周フランジの寸法を拡大
溶融容器からSMFへのサイズを3"から4”に拡大

供給物の固着を防ぎ、より大型のSMF出口配管に合わせる。
粒子状物質のキャリーオーバーを最小化し、より大型のSMF配管に合わせる。
溶融容器システムの準備とセットアップのため。
表面につながる新しいIRカメラを合わせる。
新しいより大型のフードの寸法に合わせる。
より大型のSMF入口に合わせる。
SMFへの交換でオフガスシステムをより効率的にし、１F GeoMelt®ICVTM予備
概念設計に適合させる。

布製バグハウスフィルタをSMFに交換⑧ 第1ステージのフィルタのバイパス バイパスラインの直径を2"から4”に拡大⑨ 1次ブロワー⑩ バックアップブロワー⑪ スタックオフガス配管

容器基部

新しいオフガス配管のサイズに合わせる。

オフガスファンを新しい大型のファンと交換取り付けたより大型のファンをSMF要件により良く適合させる。
オフガスバックアップファンを大型のファンと交換 取り付けたより大型のファンをオフガスシステムによりよく合わせる。
ファンの出口配管を2"から4”に拡大
新しいオフガスシステムの流量を増やすため。

布製バグハウスフィルターの撤去とSMFの設置による流量の変更に伴い、主にオフガス配管の寸法と送風機の容量が変更された。
METI GeoMelt Grant: Holistic Evaluation of GeoMelt® ICV™ Phase 242

(3) 改造した工学規模溶融試験装置の構成

Kurion Japan Confidential Information

配管壁で凝縮が発生しないようにするために、ヒートトレースをSMFとオフガス配管に取り付けSMFとオフガス配管に断熱材を使用した工学規模溶融試験装置の最終構成

断熱材装着前のオフガスシステム

チェックアウト溶融中のシステム
溶融容器の準備オフガスフードの下に配置する新しい溶融容器の構成（将来、耐火物容器の拡大を可能とする大きな寸法の鋼製容器を採用）

METI GeoMelt Grant: Holistic Evaluation of GeoMelt® ICV™ Phase 243

(4) チェックアウト溶融の結果（SMFの動作状況）

Kurion Japan Confidential Information目的： カートリッジ（フィルターエレメント）
への詰まりがバックパルスにより除去・洗浄されることを確認する。
結果：
 模擬的な詰まり（コーティング）がバックパルスにより除去 でき たことを差圧の回復と SMF内部の良好な清浄度により確認した。
新しいカートリッジを備えたクリーンなSMF内部（試験開始前のクリーンなカートリッジ差圧：1.5）

溶融後のバックパルス後のクリーンなSMFカートリッジ（バックパルスによるカートリッジのろ過時の差圧：1.5（元に戻る））

チェックアウト溶融前の珪藻土
コーティングを施したSMFカートリッジ（カートリッジへのコーティング時の差圧： 4.0）

チェックアウト溶融後のクリーンなSMF壁

フィルタ
試験条件

差圧
（インチH2O）①

1.5(=3.73 mbar)②

4.0(=9.95 mbar)③

1.5(=3.73 mbar)

運転前後の差圧（バックパルス
により差圧が基準圧力に戻せることを確認。）

結論： SMFは、チェックアウト溶融中に設計どおりに動作し、溶融試験に適用できることを確認。
METI GeoMelt Grant: Holistic Evaluation of GeoMelt® ICV™ Phase 2

44

Kurion Japan Confidential Information(5) チェックアウト溶融の結果（スクリューオーガー、IRカメラ／覗き窓の動作状況）

スクリューオー
ガー及び供給配管への試験
材料の蓄積なしチェックアウト溶融後の供給配管とオーガー出口の内側（上方から下方視）チェックアウト溶融後の耐火物容器内の供給配管出口（下部側から上方視）
耐火物容器内部は、側面窓とIRカメラの両方から見ることができる。見ている炉内状況は全く同じであるが、視野角が違うので完全に同じには見えない。

溶融開始（通電開始）2時間後（覗き窓から観察）

METI GeoMelt Grant: Holistic Evaluation of GeoMelt® ICV™ Phase 2

溶融開始（通電開始）2時間後（IRカメラ）

45

Kurion Japan Confidential Information(6) 工学規模溶融試験装置の改造及びチェックアウト溶融の結果のまとめ
検証項目

結果

1. 焼結金属フィルタ（SMF)の動作の検証① SMFの監視・操作システムは設計通 りに機能。 具体的には、SMFの設定温度はオフガス
配管と同様に100℃以上（設計限界は300℃）で、差圧の設計限界は20㌅H2Oであり、それぞれをSMFの監視・操作システム で監視。バックパルスの持続 時間は 制御シ ステ ム で測定、その持続時間は0.3秒。また、バックパルスの周波数は監視・操作システムで自動設定。
② バックパルスにより、差圧が基準圧力に戻せたことを確認。（44頁：試験による差圧変化参照）③ 溶融後のフィルターハウジング内部の観察により、フィルターエレメント（SMFカートリッジ）の良好な清浄度を確認。（44頁：試験ごとのSMFの内部及びカートリッジ等の状態参照）

2. SMF及びオフガス配管内で ① 溶融容器への給気を加熱するインレットヒーター等により、常に溶融容器プレナム部の温度を露点以上に維持することができるので、オフガス配管の凝縮の防止にも寄与。
の凝縮の防止② 試験全体を通じてオフガスシステムでの凝縮発生を防止できたことを確認。
3. 試験材料（廃棄物＋ガラスフリット）の供給装置、配管内での固着等の発生防止① 供給装置（スクリューオーガー・遮断バルブ）や供給配管内部での詰まり・固着・蓄積等は発生せず、溶融試験後のカメラによる点検で形跡も認められなかったことから、供給装置及び供給
配管は設計どおりに機能。
② 供給制御装置（計量システム）は中断や誤動作なしに設計どおりに機能したことを確認。

4. プロセス表示の改善（IRカ
メラ、覗き窓の改良）の検証① IRカメラは、溶融開始から溶融完了までの全てのプロセス温度範囲で問題なく動作。解像度
アップ、覗き窓の改良と合わせてプロセスの運転監視が向上。
② 溶融熱電対を用いた校正により、より正確な温度表示のための放射率値の校正が可能.。

5. 新しい溶融処理試験の手順確認① 溶融準備で、ベースフリットを投入、スターターパスを設置、溶融場所に移動。
② オフガスフード設置後に遠隔により電極を設置、スターターパスと接続。新 し い手 順 による 溶融処理準備作業を問題無く実施。

結論：

新しい工学規模溶融試験装置のチェックアウト溶融を実施し、溶融試験で使用できることを確認。

METI GeoMelt Grant: Holistic Evaluation of GeoMelt® ICV™ Phase 2

46

7.3 工学規模溶融試験(1) 目的／方法

Kurion Japan Confidential Information

2020年度までの溶融試験1から8に引き続き、2021年度は溶融試験9から12を実施。
4つの溶融試験共通の目的/方法・工学規模（各試験で廃棄物180kgを処理）での溶融処理の実証。
・試験装置改造で設置した焼結金属フィルター（SMF)の操作性と性能を確認、評価。
・Cs と Sr の放出量を連続/不連続スタックサンプリングにより定量的に把握、評価。
・溶融終盤の操作において、基礎試験により得られた知見を活用、評価。
・溶融後のガラスサンプリングにより、ガラス中のCs分布の均質性を把握。
溶融試験における目的/方法
・溶融試験 9： 廃棄物としてKUR-EH+KUR-TSGを処理。
SMF捕捉微粒子は溶融容器にリサイクルせずに回収、微粒子量とCs濃度を測定。
・溶融試験10： 廃棄物としてKUR-EH+KUR-TSGを処理。溶融試験 9 と同様だが、高含水率での処理を実証１するため含水率を 15％→20％に増加。SMF捕捉微粒子は溶融処理中に溶融容器にリサイクル。
・溶融試験11：廃棄物としてKUR-EH+ALPS炭酸塩・鉄共沈脱水物を処理。なお、本脱水物はATOX製の模擬物。
溶融試験に先行して当該廃棄物の搬送性・供給性を基礎試験で確認。 SMF捕捉微粒子は溶
融処理中に溶融容器にリサイクル。
・溶融試験12： 廃棄物としてKUR-EH+ALPS炭酸塩スラリーを処理。
溶融試験1及び5はALPS炭酸塩・鉄共沈スラリーだが、本試験では炭酸塩スラリー含有率（廃棄物中MｇO含有率）を高めた配合。 SMF捕捉微粒子は溶融処理中に溶融容器にリサイクル。
1: 高含水率廃棄物処理実証の目的：
GeoMelt®ICVTMでは多様な廃棄物組成（組み合わせ）の処理が可能。組成調整の過程で含水率の調整も可能。高含水率廃棄物でも溶融処理自体は問題 無いが、 溶融容器供給までの取り扱いで問題（固着等）が起こりうると想定。この点から高含水率廃棄物の処理（取扱い）を実証。この実証により実処理プラントでの廃棄物組成の調整は確認できる。
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47

Kurion Japan Confidential Information(2) 装置外観（右図） 改造した工学規模溶融試験装置
2021年度の4つの試験で使用。
溶融容器上部に廃棄物供給ホッパーとSMFを設置。

SMF

供給
ホッパー

（下図） 反対側から見た試験装置
４電極溶融容器のオレンジ色部分が覗き窓（溶融試験中のためオレンジ色）。

ブロワー

HEPA
フィルタ

： オフガスフローの
方向を示す

METI GeoMelt Grant: Holistic Evaluation of GeoMelt® ICV™ Phase 2

供給システムの制御盤
溶融容器

バルブと電極の制御盤

48

Kurion Japan Confidential Information(3) 試験材料（廃棄物＋ガラス添加材）の調整
 混合前にCsをKUR-EHに吸着。

 PNNLガラス組成に従って、廃棄物（ガラス形成材となるKUR-EHを含む）とガラス添加材を混合中に水を加え、含水率を調整して試験材料とする。
試験材料の組成 Csトレーサー (CsCl) を吸着
溶融試験 9溶融試験 10
溶融試験 11
溶融試験 12
成分
したKUR-EHを含む試験材料
wt%
Wt%
Wt%
Wt%
質量(kg)
質量(kg)
質量(kg)
質量(kg)
KUR-EH
93.62
61.19
88.11
61.19
75.60
50.21
65.62
45.57
とSrトレーサー (SrCO3) を
KUR-TSG
32.97
21.55
31.03
21.55
混合して最終の試験材料を調製。ALPS 炭酸塩脱
 試験材料を計量、分析用にサンプリング。

混合した試験材料、
バイアル容器にてサンプリング

水物
ALPS 鉄共沈脱
水物
ALPS 炭酸塩
スラリー
SiO2
B2 O 3
Li2CO3
Na2CO3
ZrO2
ZnO
小計

153.00100.00144.00

水

27.00

151

36.00

1.61
7.13
12.09
5.58

1.05
4.66
7.90
3.65

1.51
6.71
11.38
5.26

1.05
4.66
7.90
3.65

42.02

27.91

15.84

10.52
29.46

5.04
5.40
2.52

3.35
3.59
1.67

10.92
4.75
8.35

7.59
3.30
5.58

100.003.06
1.08
150.562.03
0.72
100.0011.67
0.27
144.008.10
0.19
100.00201

29.44

16.31,2

36.00

201

5.00
5.00
5.00
ベースフリット
TOF
15.00
15.00
15.00
200.00200.00200.00
合計
トレーサー：
CsCl
83.59 g78.67 g67.50 g
SrCO3
156.32 g
156.32 g
156.32 g
1 試験材料の総供給量に対する水の割合。ベースフリットとTOFを含まない。
2 ALPS炭酸塩・鉄共沈脱水物に含有する水分のみによる含水率の調製。

METI GeoMelt Grant: Holistic Evaluation of GeoMelt® ICV™ Phase 2

42.42

5.00
15.00
200.0058.59 g156.32 g

49

Kurion Japan Confidential Information(4) ALPS炭酸塩・鉄共沈脱水物の搬送性・供給性に関する試験

ALPS炭酸塩・鉄共沈脱水物（以降、「ALPS 脱水物」と称す。）の化学組成を分析 → 右下表のとおり。



溶融試験11を実施する前に、ALPS脱水物 のガラス形成剤及びガラス添加剤との混合性、搬送性及び供給性について試験。



混合試験： スパイラルミキシングアームとバケツにて混合→ ALPS脱水物はスパイラル ミキ シングアー ムによりガラス形成剤及びガラス添加剤とよく混合。



ALPS炭酸塩脱水物

ALPS 脱水物外観搬送・供給試験： 混合した試験材料の搬送・供給をスクリューオーガー装置
にて模擬→問題なし（固着や詰まり等の問題は発生せず）。



溶融試験11の試験材料の調整： 500L垂直型リボン混合機で混合（2時間）。



溶融処理中にオフガスに移行した微粒子量増加（後述）：← 試験材料の混合時間が2時間と長すぎたために過度に粉塵化。



溶融試験12の試験材料の調整： 同装置にて試験材料の混合時間を20分間に短縮。（試験材料の粉塵化を防止） 。

ALPS 脱水物の陰イオン組成

硫酸塩

3.11

11.8

硝酸塩

ND

ND

ALPS 脱水物の酸化物組成
SiO2

搬送・供給要素試験

METI GeoMelt Grant: Holistic Evaluation of GeoMelt® ICV™ Phase 2

500-L垂直型リボン混合機

ALPS炭酸塩脱水物 ALPS鉄共沈脱水物(%)(%)
0.0646
0.111

塩化物

酸化物

スパイラルミキシングアームを使用した混合試験

ALPS鉄共沈脱水物

ALPS炭酸塩脱水物 ALPS鉄共沈脱水物
(%)
(%)
1.09
0.79

Al2O3

0.14

0.15

Fe2O3

0.29

55.9

CaO

15.85

0.56

MgO

17.6

1.15

Na2O

17.5

10.2

K2 O

0.08

0.05

LOI １

42.5

31.6

合計

95.05

101.04

1 分析中に失われる一部のミネラルに存在する水と二酸化炭素の割合を表わす
50

(5) 溶融試験準備作業及び溶融試験方法

Kurion Japan Confidential Information

試験準備作業 耐火物容器内にベースフリット及びスターターパスを設置。
 溶融容器にオフガスフードを取り付け。
 電極を遠隔で取り付け、スターターパスに接続。
 最初の試験材料を耐火物容器に投入し、スターター
パスを覆う。
溶融試験12の溶融前の耐火物容器内の状況
START

END

溶融試験方法

スターターパスに電力を供給し、溶融開始、溶融はボトムアップ方式で上部へ進行。試験材料を追加投入。



全ての試験材料を投入した後にTOFを投入。耐火物容器内の全てのTOF処理が終了したら、溶融は終了。
METI GeoMelt Grant: Holistic Evaluation of GeoMelt® ICV™ Phase 2

51

Kurion Japan Confidential Information(6) 溶融試験の溶融電力上昇、試験材料供給、炉内温度、プレナム温度



試験材料が溶融して体積が減少し、耐火物容器内に空きが発生したら試験材料を追加供給（コールドキャップ管理）。



炉内温度は下部からの溶融進行（ボトムアップ）に応じて底部の熱電対から上昇。細かな温度変化は試験材料の化学特性に依存。珪チタン酸
塩の溶融（溶融試験9と10） は、ALPS炭酸塩・鉄共沈脱水物（溶融試験11）やALPS炭酸塩スラリー（溶融試験12）の溶融温度よりも高かった。
なお、溶融試験9、12の温度、電力データは、それぞれ溶融試験10、11とほとんど同じであった。



プレナム温度は、TOFが溶け始めるまで125℃未満のままで、溶融面が露出すると300℃前後まで上昇する。
TOF処理
溶融試験 10電力
電力
溶融試験 11
TOF投入
SMF
放出

電力（kW)

積算供給量

投入開始

溶融終了

最初の
試験材料

電力（計画）
積算供給量

電力（kW)

電力（計画）

TOF投入

最初の
試験材料

実施時間（hr)

溶融試験 10

溶融試験 11

TI-109実施時間（hr)

温度（℃）

温度 （℃）（プレナム）METI GeoMelt Grant: Holistic Evaluation of GeoMelt® ICV™ Phase 2

SMF放出

溶融
終了

投入開始

実施時間（
実施時間（hr) hr)

TOF処理

耐火物容器内の累積供給物の質量（kg）

溶融電力は細かく段階的に増加。 TOF供給開始時に溶融電力を5 kW 低下させた（Cs 揮発抑制のため）。 溶融試験11では溶融途中でCO2発生が顕著となり、これを抑えるため、一時電力を低下させた。（溶融状況により電力調整）。

耐火物容器内の累積供給物の質量（kg）（プレナム）

実施時間（hr)52

Kurion Japan Confidential Information(7) 溶融の進捗状況（IRカメラ）
溶融試験 9１

溶融試験 10１（溶融終了）（溶融終了）

溶融試験 12

溶融試験 11（溶融終了）（溶融終了）

溶融試験11
顕著な２回のCO2発
生（左:溶融開始後8.75時間・右:溶融開始後10.40 時間）
8.75 hrs

溶融試験12
SMF捕捉
微粒子供給←直前:溶融開始
後10.30時間
10.40 hrs

10.30 hrs

直後:溶融開始
後11.65 時間→

11.65 hrs

1：溶融試験9、10は特異な事象等は発生しなかった。
METI GeoMelt Grant: Holistic Evaluation of GeoMelt® ICV™ Phase 2

53

Kurion Japan Confidential Information(8) 溶融容器内耐火物温度、SMFの温度・差圧

溶融試験 12

１1173 °C
温度（℃)

 耐火物下部温度（TI-108： 上左図の赤線）、耐火物側面
温度（ＴＩ-105: 上左図の青線)： 溶融処理中の最高温度
1100～1200℃。 これらの耐火物温度は通常使用される炉内の常用温度（1650℃）を十分下回る。
 SMFの入口温度（上右図の赤線）、差圧（上右図の緑線）は溶融処理中、設計使用上限（温度： 300℃、差圧20インチH2O)を下回る。
 TOF供給直前にSMFをバックパルス。
 溶融処理中、不連続スタックサンプリングのサンプル交換時にかすかな脈動がある。

実施時間（hr)
溶融試験 12

溶融試験 12

SMF差圧

設計限界＝20㌅ H2O
脈動の箇所

設計限界300℃

SMFバックパルスの
箇所

温度（℃)

dp（インチ H2O）

SMF入口温度

TI-109
TI-110
TI-111 6” 9”
3”

TI-108
実施時間（hr)
METI GeoMelt Grant: Holistic Evaluation of GeoMelt® ICV™ Phase 2

１: グラフ上の温度を示す熱電対の配置レベルは左図の通り。
54

(9) 生成したガラスの状況

Kurion Japan Confidential Information

ガラスを4つの部分に切断し、それぞれの部分から3つのガラスサンプルを採取（計12サンプル）。
測定結果はCsがガラス全体に均質に分布していた。
溶融試験 9の表面に一部残留のTOFが観察された。残留TOFのCs濃度は珪砂または耐火物のバックグラウンド値以下で、溶融物からのCsではない可能性がある。

残留TOF中のCsはバックグラウンド以下

溶融試験 9 (KUR-EH + KUR-TSG)

溶融試験 10 (KUR-EH + KUR-TSG)

溶融試験 11 (KUR-EH + ALPS脱水物)

溶融試験 12 (KUR-EH + ALPS炭酸塩スラリー)

METI GeoMelt Grant: Holistic Evaluation of GeoMelt® ICV™ Phase 255

(10) 溶融容器上部フードの下面の状況

Kurion Japan Confidential Information

溶融容器上部のフードの下面を供給配管出口（中央部）、電極挿入口（4カ所）、IRカメラ用覗き窓とともに示す。



溶融試験9（含水率15％）と溶融試験10（含水率20％）を比較して、含水率増加によっても供給配管の詰まり等の問題は発生していない（溶融試験11、12でも同様）。



フード下面全体とオフガス配管のSMF前のスタックサンプリング場所までの内面を拭き取りサンプリングし、
Cs放出量評価に用いた（後述）。
溶融試験9

溶融試験10

プレナム排気IRカメラ用覗き窓

電極 (4)

SMF バック
パルス戻り
供給配管

プレナム吸気拭き取りサンプリング前のフード下側
METI GeoMelt Grant: Holistic Evaluation of GeoMelt® ICV™ Phase 256

Kurion Japan Confidential Information(11) オフガスのスタックサンプリング箇所
 連続等速（以降、連続）スタックサンプ
リングはSMF前後の2カ所、不連続等
速（以降、不連続）スタックサンプリン
グはSMF前の1カ所で測定。

連続スタックサンプリングの場所

SMF
バックパルス空気

SMF粒子状物質
サンプル (1)
供給システム
シールした
ホッパー＆攪拌機

不連続スタック
サンプリングの場所

スクリューオーガー

スタック
出口

装荷セル計
バランス
空気入口

周囲
空気

空気制御式電極
フィーダー(4×)

連続スタックサンプリングの場所

加熱した
レンズ空気

プレ/HEPAフィルタ

プレナム
空気入口
プレナム空気入口
ヒーター

フードふき取りサンプル(5)
一次
ブロワー

溶融容器
配管ふき取りサンプル(1)

珪砂サンプル(4)砂内側/成形耐火物外側
砂中間

バックアップブロワー

ガラスサンプル(12)

砂外側/スキン内側
成形耐火物サンプル(6)
基部砂

METI GeoMelt Grant: Holistic Evaluation of GeoMelt® ICV™ Phase 2

バックアップHEPAフィルタ

K/R型（場所が異なる場合）

耐火物
耐火砂 鋼製容器
容器基部

57

Kurion Japan Confidential Information(12) スタックサンプリング測定結果

溶融試験10におけるサンプリング（他の試験においても同様）

 オフガススタックサンプリングは米国EPA（環境保護庁）規定の「Method 29」に従い実施。
 連続スタックサンプリングは溶融開始から溶融電力遮断時点まで通して実施。不連続スタックサンプリングは溶融開始から溶融電力遮断１時間後まで、時間及び処理段階に応じて6つに区切って実施。

不連続スタックサンプリング

SMF捕捉微粒子 電源切断
TOF開始
放出 / TOF
投入 測定結果を前年度までの溶融試験結果と対比。

連続スタックサンプリング

 溶融試験 9と10では、溶融試験 5、6、7よりもTOF処理段階
で放出量がわずかに高かった。新しいIRカメラの取付角度により供給物の供給状況の見え方が変わったため、TOFが耐火物容器から溢れ出ないようTOFの供給を慎重に行った。このため、TOF処理段階前のコールドキャップが薄くなり、放出量が僅かに高かったと考えられる。
 溶融試験 11では、TOF処理段階（ラン５）でＣｓ放出量が高い。
過度の粉塵化、 ALPS脱水物に含有されている高い塩化物
濃度のため、及びTOF処理段階の時間が長かったため。
 溶融試験 12では、 TOF処理段階（ラン５）でのCs放出量が増加。これは、溶融試験 12のTOF供給前のSMF捕集微粒子のリサイクルにおいて、溶融試験 11のTOF処理段階で残留した微粒子も合わせてリサイクルしたため。
METI GeoMelt Grant: Holistic Evaluation of GeoMelt® ICV™ Phase 2

溶融試験 5
溶融試験 6
溶融試験 7
溶融試験 9溶融試験 10
溶融試験 11
溶融試験 12
溶融試験 5

Cs放出量 (g)

 溶融試験 11における微粒子放出量は、ラン 4と5で特に高かった。これは、試験材料調整段階での過度の粉塵化のため。
溶融試験 12では混合時間を短くして過度の粉塵化を防止、その結果、微粒子放出量は低下。

微粒子放出量 (g) 溶融試験 9、10、12における微粒子放出量は、ほぼ前年度ま
での試験結果と同等。

溶融試験 6
溶融試験 7
溶融試験 9溶融試験 10
溶融試験 11
溶融試験 12

電源切断
冷却ラン 1 ラン 2 ラン 3 ラン 4
1.31
0.52
1.13 26.27 ラン 5
0.85
0.87
0.75 50.67 25.62 ラン 6
0.19
0.32 47.69 45.87 20.09
1.73
0.0003 0.002
0.45
0.67
0.59
0.03
0.72
1.10
14.4 28.65 41.18
1.7
0.00
59.7
25.5 150.43 1140.23
77.3
1.8
1.5
1.2
1.76 89.33
9.3
ラン 1 ラン 2 ラン 3 ラン 4
0.00
0.00
0.00
1.35 ラン 5
0.00
0.00
0.00
0.97
0.37 ラン 6
0.00
0.00
0.06
0.10
0.44
0.01
0.00
0.00
0.45
0.67
0.59
0.03
0.00
0.00
0.28
0.68
0.70
0.02
0.00
0.18
0.02
0.23
9.03
0.05
0.02
0.01
0.00
0.02
2.09
0.14
オレンジ色の欄はＴＯＦ処理段階を示す。
58

Kurion Japan Confidential Information(13) ＳＭＦによるＣｓの捕捉、回収を含めたＣｓ量の測定結果
 溶融試験における各箇所でのＣｓ量測定結果は下表のとおり。
①
②
③
④
⑤
⑥

供給試験材料中のCs量
フード内、配管（最初の連続スタックサンプリング地点まで）内のCs付着量（ワイプサンプリング）
連続/不連続スタックサンプリング（SMF前の連続及び不連続ラン6）でのCs量連続/スタックサンプリング（SMF前の連続のみ）でのCs量SMFからのリサイクルCs量
連続スタックサンプリング（SMF後の連続）でのCs量 溶融試験では、SMFで捕捉した微粒子（Cs)について以下のように処理。
溶融試験 9： 全溶融処理中で捕捉。捕捉微粒子（Cs) は溶融容器にリサイクルせず別途回収、微粒子量とCs濃度を測定。
溶融試験10： 溶融処理中のTOF供給開始直前までに捕捉した微粒子（Cs) は溶融容器にリサイクル。リサイクル量は溶融試験9での測定値と同じと推定。
溶融試験11： 溶融処理中のTOF供給開始直前までに捕捉した微粒子（Cs) は溶融容器にリサイクル。リサイクル量は測定せず。
TOF処理段階で捕捉した微粒子（Cs）は別途回収、微粒子量とCs濃度を測定。
溶融試験12： 溶融処理中のTOF供給開始直前までに捕捉した微粒子（Cs) は、溶融試験11での残留微粒子とともに溶融容器にリサイクル。 TOF処理段階で捕捉した微粒子（Cs）は別途回収、微粒子量とCs濃度を測定。SMF前のスタックサンプリングの値は連続と不連続で差がある。
単位：メタル質量(ｇ)② ﾌｰﾄﾞ･配管内① 試験材料中の(SMF前まで) のCs量
Cs量③SMF前の連続/④ SMF前の⑥ SMF後の⑤ SMFからの不連続スタックサンプ 連続スタックサンプリ
連続スタックサンプ
リサイクルのCs量
リング ラン6のCs量
ングのCs量リングのCs量

溶融試験 9

73.10

0.04

1.74

1.71

1.02

0.0003

溶融試験 10

79.36

0.05

1.56

1.54

測定せず

0.00001

溶融試験 11

60.36

0.08

7.87

7.82

5.51

0.0006

溶融試験 12

49.64

0.04

2.15

2.01

0.75

0.0001

METI GeoMelt Grant: Holistic Evaluation of GeoMelt® ICV™ Phase 2

59

Kurion Japan Confidential Information(14) ＳＭＦによるＣｓの捕捉、回収とＳＭＦを含めたＣｓ保持率の算出


Cs保持率については以下の3つのシナリオに応じて算出、評価。

シナリオA： コールドキャップによるガラスのCs保持率（前年度までの試験と同様）{（①－②－③）/①} x 100 （％）
シナリオB： SMFで捕捉してリサイクルした量を加味したCs保持率{(①－②－③＋⑤）/①} x 100 （％）
シナリオC： コールドキャップとSMF出口の前の全てのオフガス排出のリサイクルによるCs保持率（実処理プラントで想定されるシナリオ）{(④－⑥）/④} x 100（％）


シナリオAとシナリオBの保持率の比較により、SMF設置による保持率の改善が評価できる。



実処理プラントの設計評価としては、SMFで捕捉したCsは同じバッチ1または後続のバッチ1で溶融容器にリサイク
ルでき、また、SMFハウジングやSMFまでのオフガス配管内部等に付着したCsは、溶融完了後に水により溶融容器に洗い流すことが可能であるため、シナリオCの値を用いることが妥当と考える。



SMF単体としての濾過性能は④と⑥の比から求まる。メーカー性能公称値（HEPA相当）以上であると実証された。
SMF単体での捕集効率（％）
シナリオ別Cs保持率（％）
9
10
11
12
9
10
11
12
溶融試験
溶融試験

シナリオA

97.56

97.97

86.82

95.59

シナリオB

98.96 99.262

95.95

97.10

シナリオC

99.98 100.00

99.99 100.00

Cs

99.98 100.00

99.99 100.00

1: 固化体1体あたりの溶融処理をバッチと称す。
2: 溶融試験10のシナリオBの計算に使用されたリサイクル量は溶融試験9と試験条件が同じであるため、溶融試験9のリサイクル量を使用。
METI GeoMelt Grant: Holistic Evaluation of GeoMelt® ICV™ Phase 260

(15) Cs放出抑制のための溶融終盤における運転条件

Kurion Japan Confidential Information

9
 TOF処理段階でのコールドキャップの厚さを① TOF投入前の最終供給試験材料表
面のIR画像② TOF投入時のTI-109の温度勾配と温度を組み合わせて算出。
 溶融試験9と10では新しいIRカメラの取付角度により、試験材料の追加供給を慎重に行ったため、コールドキャップ厚さは薄かった。
 溶融試験11と12ではこの点を改善した
結果、コールドキャップはかなり厚くなった。

METI GeoMelt Grant: Holistic Evaluation of GeoMelt® ICV™ Phase 2

TOF

TOF

試験材料

試験材料

溶融物

溶融物

耐火物容器

耐火物容器

TOF

TOF

試験材料

試験材料

溶融物

溶融物

耐火物容器

耐火物容器
61

(16) Cs放出抑制のための溶融終盤における運転条件 Kurion Japan Confidential Information（溶融終盤のCs揮発抑制に関する基礎試験の反映）


2021年度の工学規模溶融試験には、「溶融終盤のCs揮発抑制に関する基礎試験」を反映。

工学規模溶融試験への反映方法

工学規模溶融試験の結果

TOFの厚さCs揮発量はTOFの厚さに反比例する。TOF（hTF0=10cm）下の廃棄物からのCs揮発量は、最大TF（1350℃）を使用した廃棄物中の総Csの～0.3％だった。 廃棄物のTOF層が薄くなると、
Cs揮発量が増加した。

TOF厚さを10㎝以上とする。

TOF投入後のコールドキャップの厚さ：
溶融試験9: 13cm
溶融試験10: 10cm
溶融試験11: 17cm
溶融試験12: 21cm

TOF投入のタイミ
ング

廃棄物混合物へのTOF投入は、廃棄物混合物の表面が崩落する前に行う方がよい。

TOFの投入は、試験材 最後の試験材料を投入した後、IRカメラ
料の供給が終了したらで確認しながら実施可能な限り早くできるだけ早く供給する。 TOFを供給した。

TOF投入前の試
験材料の表面温度 (Ts)

廃棄物混合物からの水分（〜100℃）が廃棄物
混合物の上部を加熱し、完全に乾燥するまでTSをほぼ一定に保つため、実際には、廃棄物混合物が崩落する直前でTS〜100℃となる。

最初のTOF投入前の試験材料のTsは、IRカメラでのTsが経時的に測定できないので、 104℃から147℃の範囲だった。
TOF投入の目安にはできなかった。

溶融TOFと溶融廃TOFを溶融し溶融廃棄物との混合を完了するに
棄物混合物の混は、溶融TS>1100℃が必要である。 ガラスを冷合完了時の溶融
表面温度 (溶融却した後、滑らかなガラス表面が形成された。
Ts)

同上の理由により溶融Tsの管理はできなかった。

混合完了時の溶融Tsは232℃から815℃の範囲だった。GeoMelt®ICVTMの表面温度はプレナム空気によって冷却されるため基礎試験よりも低くなっている。

溶融終盤でのCs揮発を抑制するためには溶融
TSが＜1200℃とする必要があり、このためには
熱電対TI-109を< 1300℃に保つことが求められた。（溶融試験12の実施前）。

溶融Tsが直接測定できないので、TI-109の温度を利用する方法で溶融試験12を実施した。

基準

TOF段階でのTI109の温度

基礎試験の結果

METI GeoMelt Grant: Holistic Evaluation of GeoMelt® ICV™ Phase 2

溶融試験12のTOF段階でのTI-109の最高温度は1291℃で、反映した1300℃以下だった。

62

(17) 工学規模溶融試験の試験条件と結果の一覧表
項目
廃棄物

廃棄物含有率 (wt%)[ 水を含まない ][ フリットを含む]溶融試験 9溶融試験 10

KUR-EHKUR-TSG
73%(54% KUR-EH
19% TSG)

Kurion Japan Confidential Information

溶融試験 11

溶融試験 12

KUR-EHKUR-TSGKUR-EHALPS 脱水物

KUR-EH
ALPS炭酸塩
スラリー

73%(54% KUR-EH
19% TSG)

78%(44% KUR-EH
25% ALPS炭酸塩・
9% ALPS鉄共沈脱
水物)

66%(40% KUR-EH
26% ALPS 炭酸塩
スラリー)

15.00

20.00

16.30

20.00

溶融実施時間 (時間)

14.50

14.40

15.50

13.33

TOF投入

最後の供給試験材料の投入直後

TOFの最適化

含水率 (%)

TOF段階での電力削減

34→29 kWTOF量 (kg)
TOF段階のTI-109

SMFからのCsのリサイクル
オフガススタックサンプリング

31→26 kW

15 kg1380 – 1287℃

TOF段階の実施時間 (時間)

Cs保持率
(％ )

なし
(TOF 電力=32 kW)1

34→29 kW1414 – 1324℃

1.3
なし

894 – 1278℃

1.5あり

590 – 1291℃
3.3

あり

1.8
あり

2つの連続スタックサンプリング（各1回測定）と1つの不連続スタックサンプリング（6回のランを測定）

シナリオA： Cs保持率

97.56

97.97

86.82

95.59

シナリオB： SMF放出後のCs保持率

98.96

99.26

95.95

97.10

シナリオC： ガラスとSMF中の保持率

99.98

100.0099.99

100.00

99.97

99.99

99.74

100.00

Sr保持率

METI GeoMelt Grant: Holistic Evaluation of GeoMelt® ICV™ Phase 2 1 :ガス発生に対応するため、溶融の早い段階で電力を削減したため、TOF中は電力削減なし。
63

(18) まとめ-工学規模溶融試験 （1/3）

Kurion Japan Confidential Information

 4回の工学規模溶融試験を実施。
 新たに設置した焼結金属フィルター（SMF)の機能を実証。
• 濾過性能、溶融処理中に捕捉した微粒子のバックパルスと溶融容器へリサイクルする操作性を実証。
• SMFの使用条件（温度）は仕様の範囲内。溶融処理中の差圧の上昇はわずか。

 CsとSrの放出量を連続及び不連続スタックサンプリングにより定量的に把握し、評価に活用。
 溶融終盤の運転において、基礎試験により得られた知見を活用。
 含水率を20％に高めた廃棄物の溶融処理を問題無く実施（供給配管の閉塞等は発生せず）。
 ALPS脱水物の搬送性、供給性を基礎試験で確認。工学規模においても搬送性、供給性
を含め溶融処理を実証。
 ALPS炭酸塩スラリー廃棄物含有率を19.49％から29.46％に高めたガラス組成での溶融処理を実施。
 溶融後のサンプリングと分析により、得られたガラスにCsが均質に分布している（溶融試験
9から12のCsサンプルのCV値（分散係数）が十分小さい：1.56から3.76%）ことを確認。

METI GeoMelt Grant: Holistic Evaluation of GeoMelt® ICV™ Phase 264

(18) まとめ-工学規模溶融試験 （2/3）

Kurion Japan Confidential Information

 コールドキャップによるガラスのCs保持率（シナリオA)
溶融試験 9、10： 前年度までに実施した溶融試験5から7に比べ、保持率がやや低下。 新しいIRカメ
ラの取付角度により供給物の供給状況の見え方が変わったため、TOFが耐火物容器から溢れ出ないようTOFの供給を慎重に行った。このため、TOF処理段階のコー
ルドキャップが薄くなり、保持率がやや低かったと考えられる。
溶融試験 11：

保持率がかなり低下。その原因は試験材料の過度の粉塵化、ALPS 脱水物に含まれる高い塩化物濃度の影響、TOF処理段階が長時間に及んだ影響と考えられる。

溶融試験 12：

保持率は予想した値より低い。溶融試験11でTOF処理段階で捕捉した残留Csを、溶融試験12においてTOF供給直前までに捕捉したCsと一緒にリサイクルしたためと考えられる。

 SMF捕捉CsリサイクルによるガラスのCs保持率の改善（シナリオB)•

SMF捕捉Csを溶融容器にリサイクルすることにより保持率が改善（86.82～97.97％から 95.95～
99.26％）することが示された。

 コールドキャップとSMFによるガラスのCs保持率の改善（シナリオC)•

溶融試験 9から12を通して、高い保持率（99.98～100.00％）が得られた。

METI GeoMelt Grant: Holistic Evaluation of GeoMelt® ICV™ Phase 265

(18) まとめ-工学規模溶融試験 （3/3）
 実処理プラントの設計評価としては、SMFで捕捉したCsは同じ溶融処理バッチ
1のみならず、後続の溶融処理バッチ1でも溶融容器にリサイクルでき、また、SMF及びオフガス配管内部等に付着したCsは溶融完了後に水により溶融容器に洗い流すことが可能であるため、シナリオCの値を用いることが妥当と考えられる。なお、溶融終了後にオフガス配管等に付着したCｓを洗い流す設備について、実プラントの溶融設備の設計段階で検討する。
 1つの溶融処理バッチ1では、Csの放出のほとんどはTOF処理段階で発生する。
SMF捕捉微粒子中のCs濃度は供給廃棄物及び生成ガラス固化体中での濃度より数倍高い。この高Cs濃度の微粒子をSMFにて確実にリサイクルできることが重要である。また、コールドキャップ管理は高いCs保持率確保において重要であるが、廃棄物の性状（粉塵化）によってはその機能が十分発揮できない（溶融試験11での高い塩化物濃度）。この場合でもSMFにより高いCs保持率が確保できる。
 SMFで捕捉したCsを溶融容器にリサイクルした後、それの再放出を防止するためには、リサイクルを同一溶融処理バッチ1のTOF供給開始直前に実施（溶融試験10から12での操作）するのではなく後続の溶融処理バッチ1の開始段階（最初の廃棄物供給前）にリサイクルする方が良いと考えられる。これにより、SMFで捕捉した高Cｓ濃度の微粒子を厚いコールドキャップの下で溶融処理することができる。なお、この処理は同一廃棄物を処理している場合に限る。リサイクルを異なる廃棄物で行った場合、作製される固化体のインベントリ評価方法の検討が必要である。 （右図に示す）
 後続の溶融処理バッチ1まで長期間停止する場合は、SMFで捕捉した微粒子をバックパルスし、高線量下の設備として設計されたSMF内の下部保持部分にSMF微粒子を適切に保管することで対応できる。
1: 固化体1体あたりの溶融処理をバッチと称す。
METI GeoMelt Grant: Holistic Evaluation of GeoMelt® ICV™ Phase 2

Kurion Japan Confidential Information

コールドキャップ

SMF

TOF

試験材料

溶融物

溶融試験10～12

コールドキャップ
試験材料

SMF
ベースフリット

改善案
66

Kurion Japan Confidential Information(19) 補助金事業による工学規模溶融試験結果の一覧表
溶融試験

1
耐火物容器の表面積/体積 (cm2/L)
廃棄物の種類
乾燥投入廃棄物の含有率（フリットを含む） (%)
ガラス酸化物廃棄物の含有率（フリットを含む） (%)
処理した乾燥試験材料 (kg)
処理水 (kg)
処理水 （総質量の％;フリットを含まない）
処理フリット (kg)
総処理量 (kg)エネルギー (kWh)平均電力 (kW)
溶融時間 （hr）
処理速度 (kg/hr)
処理効率 (kWh/kg)
ガラスの質量 (kg)質量損失 (%)
処理量 (L)
ガラスの体積 (L)
減容率 (%)
ガラス中のSr保持率 (%)
シナリオA：ガラス中のCs保持率 (%)

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

23.17
23.17
23.17
23.17
15.77
15.77
15.77
15.77
23.17
23.17
23.17
23.17
KUR-EH KUR-EH KUR-EH KUR-EH KUR-EH KUR-EH KUR-EH 1F土壌 KUR-EH KUR-EH KUR-EH KUR-EH
ALPS 脱 ALPSス
AREVA KURAREVA ALPSス KURKURALPSス KURALPSス KUR１
１
２
水物３
スラッジ TSG
スラッジ ラリー
TSG
TSG
TSG
TSG
ラリー
ラリー
ラリー２
75.77

77.44

64.39

77.44

75.55

76.02

64.00

71.00

73.17

72.64

78.25

65.88

71.10

76.60

63.30

76.60

71.70

79.20

67.00

72.42

76.20

76.20

76.50

72.05

195.08
10.92
5
15.00
221.00219.82
16.19
13.58
16.29
0.99
176.6020267.55
68.67
74
99.76
91.46

182.73
16.77
8
12.50
212.00232.67
13.89
16.75
12.66
1.10
155.8027283.23
63.93
77
99.99
99.30

188.90
36.10
16
15.00
240.00336.06
22.40
15.00
16.00
1.40
169.2029317.4666.00
79100.0093.79

181.28
18.22
9
12.50
212.00365.02
17.11
21.33
9.94
1.72
164.2623
282.67
67.77
76
99.99
99.44

185.85
20.15
10
15.00
221
303.09
18.65
16.25
13.6
1.37
172.6922254.0260.29
76100.0097.72

169.76
24.94
13
15.00
209.70345.40
19.93
17.33
12.10
1.65
166.4121241.2660.29
75
100.0098.77

173.45
26.55
13
15.00
215.00349.04
19.39
18.00
11.94
1.62
165.0023236.9761.15
74
100.0098.47

122.6411.36
816.00*
150.00376.71
19.32
19.50
7.69
2.51
131.4012147.06
51.65
65
None
None

153.00
27.00
15
20.00
200.00290.63
20.04
14.50
13.79
1.45
148.0026
155.80
59.71
78
99.97
97.56
98.96
99.98

144.00
36.00
20
20.00
200.00344.34
23.91
14.40
13.89
1.72
135.1032
225.99
58.01
74
99.99
97.97
99.26
100.00150.56
31.08
17
20.00
200.00275.57
17.78
15.50
12.90
1.38
136.3432
214.70
52.09
75.74
99.74
86.82
95.95
99.99

144.00
36.00
20
20.00
200.00314.16
23.55
13.33
15.00
1.57
129.8035201.2052.09
74.11
100.0095.59
97.10
100.00

シナリオB：SMFからのリサイクルによるガラス中のCs保持率 (%)
シナリオC：ガラスとSMF中のCs保持率 (%)
1: ALPS炭酸塩・鉄共沈スラリー、2: ALPS炭酸塩スラリー、3: ALPS炭酸塩・鉄共沈脱水物を示す。
METI GeoMelt Grant: Holistic Evaluation of GeoMelt® ICV™ Phase 267

7.4 ガラス配合・耐久性試験
7.4.1 ALPS炭酸塩スラリーの廃棄物含有率増加（1） 技術的アプローチ

Kurion Japan Confidential Information

目的：信頼性のある高ALPS Ca-Mgスラリー配合１（単独または他の1F廃棄物と一緒に）を可能にするために、ガラス特性モデルが正確であることが判っているガラス組成領域を拡大する。
研究結果

最大廃棄物
含有率
最大廃棄物含有率の増加
1: ALPS炭酸塩スラリーにはMg, Ca, Naが含まれ、炭酸塩の廃棄物含有率を高めるにはMgを従来よりも高める必要があるが、作製するガラスの特性にはMg, Caが影響し、これらは同様に増減するため、「高ALPS Ca-Mgスラリー」として配合を検討。
METI GeoMelt Grant: Holistic Evaluation of GeoMelt® ICV™ Phase 2

68

Kurion Japan Confidential Information（2） 試験ガラスデータを用いた溶融試験12のガラス組成設定

データベースの不足部の把握ガラスの製造及び試験特性モデルへの
適用性確認

ガラスの
最適化

工学規模試験
(溶融試験12)

 現行のガラス特性データベースでデータが不足している部分（高MgO領域）を把握。
 データベースが不足している部分を効率的に満たすガラス組成を設定し、溶融ガラスを製造し、それを急冷及び徐冷したサンプルを用いて特性を測定。
 ガラス特性測定データを用いて、①粘度、②ネフェリン結晶化、③ Mg含有相結晶化、④無結晶ガラスMCC-1応答の影響及び⑤ MCC-1応答に対する結晶の影響、といった5つの特性をガラス組成の関数として予測する5つの特性モデルを開発。
 新しい特性モデルとこれまでの特性モデルを組み合わせて、ガラス特性の制約（粘性、耐久性、相安定性、溶融温度、電気伝導度等）を満足しつつ高 ALPS炭酸塩スラリー含有率を達成できる最適なガラス組成を設定。
 更新したガラス組成ｰ特性モデルを使用して溶融試験12用ガラス組成を配合し、溶融試験を実施。
METI GeoMelt Grant: Holistic Evaluation of GeoMelt® ICV™ Phase 2

69

（3）ALPS-MgOマトリックス設計

Kurion Japan Confidential Information

ステップ：
1. 対象となる組成領域を評価する（既存のガラスを収集し、MgOが現在の6wt％の制限よりも高いモデル
でガラスを生成）。
2. ガラス成分の境界を設定する。
3. ガラス溶融を可能にする特性上の制約を設定する（1300℃ で粘度 2< Pa.s <10 ）（28日目でMCC-1
NLB<10 g/m2 ）。
4. 空間充填設計を行い、対象の構成領域で既存のガラスを10個の新しいガラスで効率的に埋め込む。
高ALPS Ca-Mgを含有した1F廃棄物ガラスの対象となるガラス組成範囲（酸化物質量分率）

成分濃度分布の散布図マトリックス

METI GeoMelt Grant: Holistic Evaluation of GeoMelt® ICV™ Phase 2

70

Kurion Japan Confidential Information（4） ガラス組成
ガラス組成（酸化物質量分率で表示）
Glass ID
VNS-Mg-01
VNS-Mg-02
VNS-Mg-03
VNS-Mg-04
VNS-Mg-05
VNS-Mg-06
VNS-Mg-07
VNS-Mg-08
VNS-Mg-09
VNS-Mg-10

Al2O3 B2O3
CaO Fe2O3
K2O
Li2O
MgO Na2O SiO2
ZrO2 Others
0.0880 0.0431 0.1359 0.0115 0.0009 0.0196 0.1322 0.0712 0.4507 0.0352 0.0117
0.1160 0.0592 0.0122 0.0301 0.0028 0.0366 0.1040 0.0884 0.4073 0.1332 0.0102
0.0376 0.0417 0.1544 0.0388 0.0098 0.0058 0.0841 0.0514 0.4380 0.1283 0.0100
0.1472 0.0631 0.0646 0.0080 0.0095 0.0429 0.1167 0.0413 0.4024 0.0873 0.0169
0.0597 0.0761 0.1080 0.0531 0.0015 0.0157 0.0915 0.0464 0.4613 0.0699 0.0166
0.1541 0.0688 0.0848 0.0009 0.0057 0.0049 0.0810 0.1316 0.4207 0.0370 0.0107
0.0490 0.0403 0.0608 0.0045 0.0079 0.0101 0.1136 0.1126 0.5237 0.0664 0.0110
0.0799 0.0675 0.0035 0.0326 0.0088 0.0531 0.0978 0.0614 0.5524 0.0301 0.0130
0.1345 0.0466 0.0068 0.0018 0.0037 0.0582 0.1254 0.1193 0.4361 0.0523 0.0152
0.0307 0.0483 0.0423 0.0212 0.0044 0.0347 0.0856 0.0729 0.5458 0.0981 0.0160

 ガラスを製造し、急冷及び徐冷されたサンプル（次頁）について粘度とMCC-1及び結晶化度を測定。
 測定結果をガラス特性の範囲の拡大に使用→より高いMgO含有率への更新したガラス組成－特性モデルの適用。

METI GeoMelt Grant: Holistic Evaluation of GeoMelt® ICV™ Phase 2

71

Kurion Japan Confidential Information（5） 急冷ガラス
VNS-Mg-01

VNS-Mg-02

VNS-Mg-03

VNS-Mg-04

VNS-Mg-05

VNS-Mg-06

VNS-Mg-07

VNS-Mg-08

VNS-Mg-09

VNS-Mg-10

 急冷ガラス： 9個のガラスにはアモルファスを確認、 1個のガラスには結晶を確認（VNS-Mg-02、

これはZrO2を含む） 。
METI GeoMelt Grant: Holistic Evaluation of GeoMelt® ICV™ Phase 2

72

Kurion Japan Confidential Information（6） ボックス センター クーリング (BCC) BCCの冷却条件（右図のBCC：Box Center Cooling）に従ってガラスを冷却１した。BCC冷却とは、• 耐火物容器内の10 tG ガラスの中心が冷却の基準• 試験用の耐火ボックス内の冷却のうちで、MCC-1耐久性の点から最悪のシナリオ• 溶融からガラス転移温度Tgまで4日以上の冷却• ハンフォード廃棄物処理プラント(WTP)の約1日の冷却と比較
 BCC冷却は最も冷却速度が遅くなるので、結晶化が起こり易く（下表参照）、冷却のうちでガラスの特性に対して最悪の条件となる。
1: 溶融した後のガラス試料を耐火ボックスに入れて、その中心の温度をBCC冷却条件に従って制御して冷却処理する。
下図のBCC冷却の青線は10tGガラスのBCC冷却データをモデル化した炉温調節プログラムを示し、赤線は青線のプログラム
に従って冷却したときのガラス試料の温度プロファイルを示す。
時間 (時)

10 tG ICV BCC
温度(℃)

全てのVNS-Mgガラスの焼き鈍し、BCCガラスの28日でのNL(B)及びBCCガラスの総結晶化度（冷却過程で生成する結晶の総割合）
NLB(28日)
NLB(28日)
総結晶化度
BCC
BCC
焼き鈍し
ガラス
g·m–2
g·m–2
wt. %
VNS-Mg-01
7.5 ± 0.7
2600±250
72.8
VNS-Mg-02
9.7 ± 0.9
17.7 ± 1.7
22.9
VNS-Mg-03
9.1 ± 0.9
33.0 ± 3.2
59.9
VNS-Mg-04
9.4 ± 0.9117 ± 11
36.4
VNS-Mg-05
8.2 ± 0.8
19.3 ± 1.8
48.6
VNS-Mg-06
11.2 ± 1.1
17.0 ± 1.6
3.8
VNS-Mg-07
12.7 ± 1.2
13.1 ± 1.3
7.8
VNS-Mg-08
7.5 ± 0.7
7.3 ± 0.7
0.1
VNS-Mg-09
9.7 ± 0.9329 ± 31
54.0
VNS-Mg-10
10.0 ± 1.0
11.5 ± 1.1
7.1

3 tG
HLW
CCC

6 tG LAW(Low Active Waste)
CCC
BCCとCCCの冷却プロファイル

METI GeoMelt Grant: Holistic Evaluation of GeoMelt® ICV™ Phase 273

（7） SEM（EPMA)-EDS分析の結果

Kurion Japan Confidential Information

 本研究で作成した20個のサンプル（急冷10個、BCC10個）のうち、5個をSEM-EDS分析用に選択。結晶化後の主要元素の分布を示し、元素Al、B、Na、Mg、SiをWDSで収集し、Ca、Ti、Cl、Cr、Cs、Ni、P、S、Zrを
EDSで収集。
 全てのサンプルでZrに富む領域を観察、これらのサン
プルではバデライト（ZrO2）として観察。場合によっては、TiはZrに富む領域に関連か。
 Mg、Ca、Siで一般的に相関関係があり、XRDで観察した輝石族（普通輝石と透輝石）及びかんらん石族（フォルステライト）相とよく一致。
 Al、Na、Siはすべてのサンプルで相関関係があり、一部のサンプル（VNS-Mg-01、-04、-09）は、XRDで確定したネフェリンとよく一致。
 その他の場合、サンプルVNS-Mg-03と-05では、Al、Na、Si、Bで相関関係があり、残りのガラス相を表している。
 XRD分析に基づくとユークリプタイトである可能性のあるVNS-Mg-04サンプルでAl、Siに富むデンドライトを観察。 ただし、Li はEPMA（EDSでもWDSでも）では測定できないため、その存在を想定して実施。

METI GeoMelt Grant: Holistic Evaluation of GeoMelt® ICV™ Phase 2

分析結果の一例： EPMA WDS（Al、B、Mg、Na、Si）及びEDS（O、Ca、Zr、Ti）で測定したVNS-Mg-01元素分布マップ。 Al、Na、Siに富むネフェリン、Mg、Ca、Siに富む透輝石、Zr、Ti に富むバ
デライト。

74

（8） 粘度測定データ

Kurion Japan Confidential Information

 粘度の結果を下図にl ln(η) vs 104/Tとしてプロットした。粘度の単位はPa·s、温度の単位はKである。2番目の（上）x軸は、簡単に参照できるように温度を℃で示す。
 いくつかのガラスでは、1150℃及び／または1100℃での測定値は、おそらく溶融物の結晶化の結果として、より高温のデータポイントからの線から外れる。
 下図の赤で囲んだデータポイントは、ガラスのモデルフィッティングには使用しない。

粘度測定の例：VNS-Mgガラスの測定時の粘度データ。 粘度はPa·sで表示。
METI GeoMelt Grant: Holistic Evaluation of GeoMelt® ICV™ Phase 2

75

Kurion Japan Confidential Information(9) ALPS炭酸塩スラリーの廃棄物含有率増加
 高含有 ALPS 炭酸塩スラリーをガラス化することが可能な領域において正確な組成の予測を可能とするために、試験（73頁参照）で取得したガラス特性データ（結晶化度、 MCC-1 等）に基づく新しいモデルを開発。

 新しい特性モデルによる想定と制約
溶融温度= 1300 °C
2 （新モデル）
 28日目でMCC-1 NLB = 7.46 g/m
 US HLW制限とPCT応答は同じ
 US LAW制限とVHT応答は同じ
 粘度は10〜100 poiseの間
 電気伝導率は10〜70 S/m
 ネフェリンやユークリプタイトは形成なし（新モデル）
 Mg含有相は45 wt％ 以下（新モデル）
 非混和性の相分離なし（Taylor法）
 分離された硫酸塩なし
 新しい特性モデルを組成検討に適用。
MCC-1 耐久性モデル
 BCCでのアルミノケイ酸塩の結晶化
モデル
 Mg含有相の結晶化モデル

 更新したガラス組成ｰ特性モデル
により、KUR-EH、ALPS炭酸塩・
鉄共沈スラリーを様々に配合して15個のガラス配合を検討し、溶融試験12の組成を決定（右表：溶融試験12）。

ガラス
廃棄物含有率ALPS炭酸塩スラリー
KUR-EH
ALPS鉄共沈スラリー

溶融試験
1, 5

溶融試験
12

（従来モデル）（新モデル）

81.7
19.5
57.0
5.2

75.1
29.5
45.6
0

8.3

12.5

⇒ 51相対パーセント増加

ガラス中の濃度

MgO

METI GeoMelt Grant: Holistic Evaluation of GeoMelt® ICV™ Phase 2⇒ 51相対パーセント増加

76

Kurion Japan Confidential Information（10） まとめ–ALPS炭酸塩スラリーの廃棄物含有率増加
 本研究では、MgOを8～13.5wt％のガラス組成について検討。
 統計的に設計した10個のガラス組成で試験を実施。
•

急冷及び徐冷ガラス（焼き鈍し、BCC）へのMCC-1、XRDで結晶化を観察•

5個のガラスをSEM測定

•

粘度測定

 試験で収集したデータにより、ガラス組成－特性モデルを更新。
•

焼き鈍しガラスサンプルのMCC-1耐久性モデル１を更新•

結晶化度モデル１を更新•

BCCガラスサンプルの新しいMCC-1耐久性モデル１•

粘度モデル１を更新

 更新したガラス組成－特性モデルを使用して、溶融試験 12用ガラスを配合。このガラス配合によりALPS炭酸塩スラリーの廃棄物含有率は 51相対パーセント増加（19.5%から29.5%に増加）。なお、大量に保管されている ALPS 炭酸塩スラリー中のMg(OH)2 含有量が炭酸塩スラリー廃棄物含有率増大の制限要因であるため、ガラス中の MgO増加にはALPS炭酸塩スラリーの廃棄物含有率を高める必要がある。
1: 追加試験によるガラス特性測定データをガラス組成の関数として開発した特性モデル（粘度、ネフェリン結晶化、Mg含有
相結晶化、無結 晶ガラ ス MCC-1 応答 の 影響及び MCC-1 応答に対する結晶の影響）は、最終的なガラス組成の配合を解析するガラス組成ｰ特性モデルに用いる制約条件等を解析するモデル。

METI GeoMelt Grant: Holistic Evaluation of GeoMelt® ICV™ Phase 2

77

Kurion Japan Confidential Information

7.4.2 ガラスの耐久性への耐火物による影響(1) 目標と対照実験簡略化して表示目標：ガラスの耐久性への耐火物による影響を評価する。

ガラスのみ

耐火物のみ

ガラス
+耐火物

 2つの対照実験:•

A – ガラスのみからの元素放出を
定量化する

•

B – 耐火物のみからの元素放出を定量化する

 ガラス+耐火物実験:•

C – 2つの異なる構成で実施

タイト構成とルーズ構成
右図と次のスライドで詳述

C – タイト構成

C – ルーズ構成

ガラスと耐火物の間の水の浸透がゼロから最小の場合の耐火物による影響ガラスと耐火物の間に水を浸透させた場合の耐火物による影響

PEEKバー

PEEK: Poly Ether Ether Ketone
ポリエーテルエーテルケトン樹脂
METI GeoMelt Grant: Holistic Evaluation of GeoMelt® ICV™ Phase 2

ガラス

ガラス

耐火物

耐火物

組み立ての概略図
78

Kurion Japan Confidential Information(2) タイト構成

PEEKバー

ガラス
耐火物

PEEK
バー
ガラス
耐火物

A－タイト構成の概略図

ガラス試験片の5つの面（青）は水に曝される（→）が、耐火物と接している面は水に曝されない（↓）。
さらに、ガラス上面のPEEKバーと接している部分（ ）は水に曝されない。
B－M71タイト実験のセットアップC－セットアップでの容器中のM71タイト実験

1: M7は溶融試験 7を示す。試験としては他にM5、 6があり、同様。
METI GeoMelt Grant: Holistic Evaluation of GeoMelt® ICV™ Phase 2

79

Kurion Japan Confidential Information(3) ガラス浸出量の比較（ボロン放出より）

本研究

2

ガラスのみ

NLB (g・m-2)

ガラス＋耐火物
ルーズ構成

ガラス＋耐火物
タイト構成

黄色のハッチングは今回の試験のデータ範囲を示す。

参照ガラス

ガラスのみ1
ガラス＋耐火物1

実施期間 (日)
ガラス浸出量の比較
METI GeoMelt Grant: Holistic Evaluation of GeoMelt® ICV™ Phase 2

ガラス 米国日本

全てのケースで、耐火物が存在する場
合の放出を観察したところ、対応するガラスのみの実験よりもガラスの浸出量が少ない（NLBが低い）。
1: 78頁を参照
2: M5、 6、 7は溶融試験 5、 6、 7を示す。
3: 耐火物のみの結果は、ガラス耐久性へ影響しないので示していない。
80

(4) まとめ－ガラスの耐久性への耐火物による影響

Kurion Japan Confidential Information

 耐火物はガラスの近くにある共存材料であり、ガラスの耐久性に影響を与える可能性がある。
 試験容器に共存させたガラスと耐火物の耐久性を評価した。
 耐火物の共存により、ガラスのみの場合と比較して有益な効果（処分時のガラスの浸出量が低下）が得られた。
 ガラスと耐火物の異なる構成（タイト構成とルーズ構成）による耐火物共存時のガラスの耐久性への影響には、有意な差は見られなかった。

METI GeoMelt Grant: Holistic Evaluation of GeoMelt® ICV™ Phase 2

81

Kurion Japan Confidential Information

7.4.3 ガラス耐久性試験(1) PCT の結果

1 3つのガラス（ M5/M6/M7 ）全てで同じ様にNa/B/Li （ガラス浸出トレーサー）が放出されるが、その量はP07982よりも低い。

(g・m-2)

 M5/M6/M7のCs放出はP0798と同様で、Na放出よりも低くなっている。

1： M5、6,、7は溶融試験 5、 6、7を示す。

NL (g・m-2)

2 : P0798ガラスは日本のHLW ガラスで、本研究において評価するガラスを比較するための参照ガラスである。

NL(Na)とNL(Cs)との比較

NL (g・m-2)(g・m-2)
NL (g・m-2)

本研究実施期間 (日)実施期間 (日)ガラス耐久性試験（PCT)結果
METI GeoMelt Grant: Holistic Evaluation of GeoMelt® ICV™ Phase 2

実施期間 (日)実施期間 (日)82

Kurion Japan Confidential Information(2) MCC-1長期耐久性試験の結果


各ガラスの3つのサンプルからの平均データ（本事業では溶融試験 6、7、8のガラスを継続実施）。
28日目（以降）の全てのNL(Na) はP0798に対するNL(Na)より小さい。
初期放出が速く、その後速度が低下し、28〜90日目を超えて安定する。
全てのガラスは日本及び米国の参照ガラス（それぞれ、P0798、EAガラス１）よりも浸出が小さい。
初期純H2Oガラス

工学規模ガラス(g・m-2)溶融試験 ■ 1

GeoMelt®ICVTM
ガラス

5

炭酸塩・鉄共沈スラリー
溶融試験 ▲ 2 △ 4溶融試験 ▼ 3 ▽ 7

スラッジ
溶融試験8 ◆
炭酸塩スラリー実施期間 (日)MCC-1長期耐久性試験結果

METI GeoMelt Grant: Holistic Evaluation of GeoMelt® ICV™ Phase 2

1： EAガラスは米国のHLW ガラスで、本研究において評価するガラスを比較するための参照ガラスである。

83

(参考) MCC-1長期耐久性試験のデータ

Kurion Japan Confidential Information

MCC-1の平均結果を下表に示す。
更新した Na の MCC-1 規格化質量損失 NLNa と Na の浸出率（平均）
ガラス
溶融試験1
溶融試験2
溶融試験3
溶融試験4
溶融試験5
溶融試験6
溶融試験7
溶融試験8
P0798

NLNa at 28 日
2(g/m )

6.8 ± 1.1
6.2 ± 0.7
5.0 ± 0.2
8.4 ± 2.0
8.5 ± 0.0
5.9 ± 1.3
5.4 ± 0.4
6.0 to 8.4
9.59

28–365 日 浸出率(g/m2·d)(1.8 ± 2.0) × 10–2
(1.6 ± 0.5) × 10–2
(1.6 ± 0.5) × 10–2
(6.6 ± 2.2) × 10–3
(1.2 ± 0.1) × 10–2
(7.6 ± 7.5) × 10–3
(1.1 ± 0.8) × 10–2
5.1 × 10–3
9.0 × 10–2

不確かさ = 2×標準偏差; 溶融試験8については2つのサンプルしか作成しなかったため得られなかった。

METI GeoMelt Grant: Holistic Evaluation of GeoMelt® ICV™ Phase 284

7.5 GeoMelt®ICV™の適用性の総合評価(1) 目的と方法

Kurion Japan Confidential Information

 目的
GeoMelt®ICV™技術の実処理プラントへの適用性の総合評価
 方法

過去の試験や予備概念設計の結果、及び本事業で得られた試験結果等をもとに、技術的な観点から、以下項目について、総合評価を行う。
1.

廃棄物の取り出し、搬送、供給

2.

固化処理機器3.

オフガス及び二次廃棄物の処理

4.

規制の遵守

5.

廃棄物の仕様と組成変動による影響

6.

Cs等のオフガスシステムへの移行速度

7.

固化した材料からの核種の浸出率8.

熱の影響を受けた容器の処分時の健全性

9.

容器の経済性10.

10トン溶融容器における溶融の技術的課題

METI GeoMelt Grant: Holistic Evaluation of GeoMelt® ICV™ Phase 285

Kurion Japan Confidential Information(2) 評価結果１ （1/4）
項目

試験結果

設計検討結果評価

 予備概念設計（Preliminary
Conceptual Design: PCD)にて、Kurion及びSARRY吸着塔からの廃棄物取り出し、搬送、供給システムを設計。

 ALPS脱水物を含む主要な1F廃棄物の搬送・供給において問題は無いと考えられる。

 固化処理機器（溶融容器及び周辺
 PCDにて10トン規模の溶融機器）を用いた溶融試験装置により、容器及び周辺機器システム
１F廃棄物の溶融処理を実証。
を設計。

 工学規模溶融試験設備での固化処理機器の運転には問題はない。

1. 取り出し、搬送、  ALPS炭酸塩・鉄共沈脱水物（以降、供給
ALPS脱水物という）を含む主要な1F
廃棄物を問題無く溶融容器に供給できることを実証。

2. 固化処理機器

 実処理プラントを想定して設定した
溶融準備作業手順を実証。
3. オフガス及び運転に伴い発生する二次廃棄物の処理

 PCDで検討した廃棄物取り出しの実証が必要と考えられる。

 10トン規模においても問題は無いと考えられる。

 溶融試験にてオフガス処理系に設置した焼結金属フィルタ（SMF）の高い微粒子（Csを含む）捕捉効率を実証。

 PCDにてSMF、スクラバー、
HEPAで構成したオフガス処
理系を設計、その除去効率を検討。

 SMFの有効性が溶融試験で確認され、PCDで検討したオフガス処
理系の構成に問題は無いと考えられる。

 捕捉した微粒子を溶融処理中においても溶融容器にリサイクルできることを実証。

 オフガス処理系や廃棄物取
り出し系からの廃水のリサイ
クル、運転に伴い発生する二次廃棄物の溶融処理等を検討。

 運転に伴い発生する二次廃棄物の固化処理機器での効率的な処理が可能と考えられる。

1: 本事業で実施した試験結果に基づいて、今までの事業で実施したPCDをレビューし、本事業で評価した。

METI GeoMelt Grant: Holistic Evaluation of GeoMelt® ICV™ Phase 2

86

Kurion Japan Confidential Information(2) 評価結果 （2/4）
調査項目

試験結果

設計検討結果評価

4. 規制の遵守

 試験は実施していない。

 PCDにて日本の法規への適用性を検討。

 日本の規制への準拠に関して問題はないと予測される。

5. 廃棄物の仕様と組成変動による影響 廃棄物仕様に対応したガラス配合を設定、るつぼ試験で生成ガラスの性状を確認。

 PNNLガラスモデル（ガラス組成ｰ特性モデル）により、組成変動及び溶融温度の影響を把握。

 GeoMelt®ICVTMでは高温・高粘性度のガラスの取り扱いが可能であり、ガラス配合の設定に融通性が高い。
また廃棄物の混合と高い溶融温度によって組成変動を最大化してもガラス固化体の体数を最小化することが可能。
 様々な仕様の廃棄物が存在する１F
廃棄物処理への適用性が高い。

6. Cs等のオフガスシステムへの移行速度

 工学規模溶融試験にて、溶融処理の各段階におけるCs等のオフガス移行量を測定。

 PCDにて、溶融試験結果を基に移行速度を設定、オフガス処理系を設計。

 コールドキャップ管理とSMFによってほぼ100％のCs保持率が得られる。

 溶融終盤で移行量は増えても、コー
ルドキャップ管理により溶融処理全体としての値は供給量の数％以下。
 移行したCsの大部分はSMFで捕捉し、溶融容器にリサイクルできることを実証。

METI GeoMelt Grant: Holistic Evaluation of GeoMelt® ICV™ Phase 2

87

Kurion Japan Confidential Information(2) 評価結果 （3/4）
調査項目

試験結果

7. 固化した材料からの核種の浸出率

 溶融試験にて得られたガラスの浸出試
験（MCC-1）を実施、浸出率を把握。

設計検討結果 核種閉じ込め性能を考慮した評価モデル１を適用することができれば濃度上限値の観点か
 日本及び米国の参照ガラス（それぞれ、らはピット処分に区分できる可
P0798、EAガラス）と比較して浸出率が能性があるとの評価。
低い。

評価 GeoMelt®ICVTMガラスはピット処分に区分できる可能性があると考えられる。

 GeoMelt®ICVTMガラスの処分環境での耐火物共存における浸出率についても把握し、浸出を加速させる因子とはならないことを確認。
8. 熱の影響を受けた容器の処分時の健全性 試験は実施していない。

 PCDにて10トン規模溶融容器の構造にて、溶融処理による熱影響を評価。
 鋼製容器の最高温度は鋼の軟化温度を十分下回ることを確認。

9. 容器の経済性

 試験は実施していない。

 GeoMelt®ICVTMでは溶融処理による高温が容器の健全性に影響は与えないと考えられる。

 PCDにて容器構造の単純さ、高  経済性に有利な要素が多温度溶融ガラスへの対応、供給
いと考えられる。
エネルギー効率等の観点から経済性を評価。
 流下方式の炉等と比較して優位性がある。

1: 今までの事業により作成。
METI GeoMelt Grant: Holistic Evaluation of GeoMelt® ICV™ Phase 2

88

Kurion Japan Confidential Information(2) 評価結果 （4/4）
調査項目

試験結果

設計検討結果10. 10トン溶融容器での溶融の技術的課題

評価

 PCDで廃棄物処理の課題を評価
し、溶融試験で検証した。

 GeoMelt®ICVTMでは１F用10トン① システムの運転性、① 溶融試験にて、溶融容器の運転（溶融 ① PCDでは、過去20年間にわ規模の溶融容器の運転に関する
運転条件処理）は安定して行えることを実証。
たり問 題なく 使用 された
技術的課題は解決できると考え®
TM
廃棄物の種類により、電力供給量をGeoMelt ICV 設計に基づくられる。
®
調整して安定運転が実施できることを運転方法を1F用GeoMelt
実証。
ICVTM設備に適用することを検討。なお、SMFの効果については、「3. オフガス及び運② 廃棄物の均一供給 ② 溶融試験にて、単一の供給管からの転に伴い発生する二次廃棄供給により、廃棄物、ガラスフリット、物の処理」、「6．Cs等のオフ
SMFからのリサイクルはほぼ均一に供
ガスシステムへの移行速度」
給できることを確認。
の項に記載。
③ 温度分布と生成 ③ 溶融試験にて、溶融容器内の温度分
物ガラスの均質性布を測定、予想どおりの結果が得られた。生成ガラスのサンプリング分析により、ガラスの均質性を確認。
④ 中断後のガラス固 ④ 溶融試験にて、溶融処理途中で溶融 ④ PCDでは、工学規模試験装化の再開を中断し、その後固化したガラスの溶置で実施した方法を基に、遠融再開を試験。溶融を再開することが隔にて操作できる機器設備を可能で、処理が完了できることを実証。
検討。

METI GeoMelt Grant: Holistic Evaluation of GeoMelt® ICV™ Phase 289

8. 本事業のまとめ (1/2)

Kurion Japan Confidential Information

 溶融終盤のCs揮発抑制に関する試験：
 溶融終盤における廃棄物供給完了後に供給するトップオフフリット（TOF)の供給のタイミング、供給量（TOF層の厚さ）、及び溶融表面温度とCs揮発量の関係に関するデータを取得。
 基礎試験装置を用いてTOF層の厚さ１0ｃｍで Cs揮発は廃棄物中のCsの～0.3％に抑制。TOF層が薄くなるとCs揮発は増加、TOF層が無い状態では、表面温度が1130℃以上で大幅に増加。
 TOF供給タイミングは、廃棄物混合物表面からの水分蒸発終了前とすることが適切。廃棄物供給後できるだ
け早く供給するという工学規模溶融試験の操作方法は妥当。
 FEMを用いて廃棄物溶融ガラスとTOF溶融ガラスの上下方向の温度分布についてシミュレーションを実施。
泡層の存在、TOF溶融ガラスの透明性による輻射伝熱の増加等を考慮して熱伝導度を設定することにより、基礎試験による温度測定結果を模擬。輻射伝熱の増加により表面温度上昇が抑えられることもTOFのCs揮
発抑制のメカニズム。

 工学規模の溶融試験：
 工学規模溶融試験装置を一部改造（SMFの設置等）し、溶融試験を4回実施。
 含水率を増加（20％）した廃棄物、ALPS脱水物、廃棄物含有率を高めた（19.49％から29.46％）ALPS炭酸
塩スラリーを対象に溶融試験を行ない、溶融処理を実証。ALPS脱水物については溶融試験に先行して、搬送性と供給性を基礎試験で確認。

METI GeoMelt Grant: Holistic Evaluation of GeoMelt® ICV™ Phase 290

8. 本事業のまとめ (2/2)

Kurion Japan Confidential Information

 工学規模の溶融試験 （つづき）：
 TOF供給直前のタイミングで捕捉微粒子を溶融容器にリサイクル。SMFの操作性を実証。
 Cs保持率はコールドキャップ管理のみでは 86.82%～97.97%、SMFからのリサイクルを考慮すると95.95％～99.26％に向上。また、SMFのCsフィルター効率は99.98%～100.00%。
 SMFからの溶融容器への微粒子リサイクルをTOF供給直前ではなく、次の溶融処理バッチの最初の供給廃棄物としてリサイクルすることにより、Cs保持はより確実になると期待。さらに、SMFハウジングやSMFまでの配管内に付着したCsは溶融完了後に水により溶融容器に洗い流すことが可能であるため、実処理プ
ラントの設計ではCs保持率を99.98%とすることは妥当。

 ガラス耐久性：
 処分環境で溶融容器の構成部材である耐火物がガラスと共存することの影響を把握する試験を実施。
 ガラスと耐火物共存の条件とガラスのみの条件で耐久性試験結果を比較して、耐火物共存条件で有益な効果（ガラス浸出量の低下）があることを確認。耐火物から放出される元素（Si、Al、Caと想定）が影響している可能性がある。

 1F水処理二次廃棄物処理へのGeoMelt®ICV™技術の適用性の総合評価：
 補助金事業により実施してきた試験及び予備概念設計結果等をもとに、固化処理機器、Cs等のオフガスシ
ステムへの移行速度、廃棄物の仕様と組成変動による影響等について評価。
 GeoMelt®ICV™技術が1F水処理二次廃棄物処理への適用性に優れていることを総合的に評価。実処理プ
ラントの鳥瞰図（次頁参照） 。
METI GeoMelt Grant: Holistic Evaluation of GeoMelt® ICV™ Phase 291

実処理プラントの鳥瞰図（PCDによる10トンバッチ）
吸着塔プロセス
エリア（ゾーン-1）

管理事務所及び制御室（ゾーン-4）

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ICV供給/オフガス処理/廃水処理エリア（ゾーン-2）

ICVコンテナー準備エリア（ゾーン-3）

トラック ロック（ゾーン-4）

ICV溶融エリア（ゾーン-1）ICVコンテナ搬出エリア（ゾーン-3）

METI GeoMelt Grant: Holistic Evaluation of GeoMelt® ICV™ Phase 2

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最後に

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以上が廃炉・汚染水対策事業費補助金（固体廃棄物の処理・処分に関する研究開発）（2021年度）として実施した「１F水処理二次廃棄物の処理・処分に関する研究開発事業（GeoMelt®ICVTM)」の成果です。

METI GeoMelt Grant: Holistic Evaluation of GeoMelt® ICV™ Phase 293