ガラス溶融炉の堆積物除去方法
【課題】 装置構成を複雑化することなく堆積物を効率よく除去させる。
【解決手段】 溶融炉本体３内で高レベル放射性廃液６をガラス原料８と共に溶融ガラス１０化させる処理を行うようにしてあるガラス溶融炉１にて、炉底部に白金族元素を含む堆積物１５が堆積した状態のときに、ガラス溶融炉１の運転を継続したまま、亜鉛１６を、チューブ１７を通して炉底部へ供給する。ガラス溶融炉１の通常運転温度で溶融する亜鉛１６を堆積物１５の周囲の溶融ガラス１０に取り込ませることで、溶融ガラス１０の粘度を低下させ、この低粘度化された溶融ガラス１０に、堆積物１５を構成している白金族元素の懸濁物を拡散させる。その後、流下ノズル１２を通して溶融ガラス１０を排出することにより、堆積物１５を形成していた白金族元素の懸濁物を一緒に排出させる。
【解決手段】 溶融炉本体３内で高レベル放射性廃液６をガラス原料８と共に溶融ガラス１０化させる処理を行うようにしてあるガラス溶融炉１にて、炉底部に白金族元素を含む堆積物１５が堆積した状態のときに、ガラス溶融炉１の運転を継続したまま、亜鉛１６を、チューブ１７を通して炉底部へ供給する。ガラス溶融炉１の通常運転温度で溶融する亜鉛１６を堆積物１５の周囲の溶融ガラス１０に取り込ませることで、溶融ガラス１０の粘度を低下させ、この低粘度化された溶融ガラス１０に、堆積物１５を構成している白金族元素の懸濁物を拡散させる。その後、流下ノズル１２を通して溶融ガラス１０を排出することにより、堆積物１５を形成していた白金族元素の懸濁物を一緒に排出させる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高レベル放射性廃液をガラス原料と共に溶融処理するために用いるガラス溶融炉にて、炉底部に堆積した白金族元素を含む堆積物を除去するために用いるガラス溶融炉の堆積物除去方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
原子力発電における使用済み核燃料の再処理過程で発生する高レベル放射性廃液（ＨＡＬＷ）は、非常に高い放射能を有する核分裂生成物を多く含むことから、物理的、化学的に安定なガラス固化体に処理するようにしてある。
【０００３】
ガラス固化体の製造に使用するガラス溶融炉の１つとしては、直接通電加熱方式のガラス溶融炉があり、これは、金属製ケーシングに収納された耐火レンガ製の溶融炉本体内で、溶融ガラスに直接通電することにより、ジュール熱による加熱を行うことができるようにしてあり、この溶融炉本体内にて、高レベル放射性廃液をガラス原料と共に溶融して溶融ガラス化し、その後、上記溶融ガラスを、ガラス固化体を封入するためのキャニスタへ向けて排出させるようにしてある。
【０００４】
ところで、上記高レベル放射性廃液中に含まれる金属元素のうち、ルテニウム（Ｒｕ）、ロジウム（Ｒｈ）、パラジウム（Ｐｄ）の白金族元素はガラスマトリクスに溶解せず、酸化物等の形態で溶融ガラス中に懸濁する。
【０００５】
これらの白金族元素の懸濁物はガラスよりも比重が大きいため、溶融炉本体内に存在する溶融ガラスの中で炉底部に沈降し易く、しかも粘性が高いために、圧密されることによって炉底部に堆積する。
【０００６】
上記のようにして白金族元素を含む堆積物がガラス溶融炉の炉底部に堆積すると、該白金族元素を含む堆積物は溶融ガラスに比して電気抵抗が小さいために、電極より供給される電流が上記堆積物に集中して流れてしまい、ガラス溶融炉内の溶融ガラスに流れる電流が小さくなるために、溶融ガラスの通電加熱（ジュール熱による加熱）が阻害されて、溶融ガラスの加熱効率が低下してしまう。
【０００７】
又、白金族元素を含む堆積物が炉底部に堆積することに伴って、溶融ガラスの流下ノズルへの安定した流動が阻害されるようになるため、流下ノズルからキャニスタへの溶融ガラスの排出速度が低下したり、流下ノズルの閉塞を引き起こす可能性もある。
【０００８】
そのため従来は、ガラス溶融炉の炉底部に上記白金族元素を含む堆積物が堆積した場合は、ガラス溶融炉より溶融ガラスを一旦ドレンアウトさせた後、ガラス溶融炉の炉底部に堆積している白金族元素を含む堆積物を、はつり作業等で物理的に除去する手法が採られている。
【０００９】
又、ガラス溶融炉の炉底部に堆積した白金族元素を含む堆積物を除去するための別の手法としては、ガラス溶融炉内の溶融ガラスを機械的撹拌や空気撹拌して、上記白金族を含む堆積物の流動性を高めるようにする手法が従来提案されている（たとえば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００８−３７６７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
ところが、ガラス溶融炉の炉底部に堆積した白金族元素を含む堆積物をはつりにより物理的に除去する手法を実施する場合は、ガラス溶融炉内の溶融ガラスのドレンアウトの後、該ガラス溶融炉の炉内の堆積物のはつり作業を開始する前に、予め炉内温度を冷却させる必要がある。又、炉内の堆積物のはつり作業が終了した後は、高レベル放射性廃液の処理を再開する前に、ガラス原料の投入、再加熱、規定量のガラス固化体製造という処理工程が必要になる。
【００１２】
そのために、炉内の堆積物のはつり作業自体に時間がかかることに加えて、ガラス溶融炉における溶融ガラスのドレンアウトや、耐火レンガ製としてある溶融炉本体の冷却及び再加熱にも多くの時間を要するため、上記ガラス溶融炉の炉底部の堆積物の除去のために多大な時間を要し、ガラス溶融炉の運転停止期間が長期に亘るという問題がある。更に、運転の再開時に無駄なガラス固化体の製造が必要になるという問題もある。
【００１３】
特許文献１に示された手法は、ガラス溶融炉内の溶融ガラスを機械的撹拌や空気撹拌により撹拌するようにしてあるが、このような撹拌では、ガラス溶融炉内の炉底部に沈降し、圧密されて粘性が高まっている白金族元素を含む堆積物を完全には浮き上がらせることが困難なため、すべての白金族元素を含む堆積物を流下、排出させることは難しい。そのため、炉底部の白金族元素を含む堆積物の量が徐々に多くなることを回避できないため、堆積物の量が多くなった時点で、前述したと同様の堆積物のはつりによる物理的な除去作業を実施しなければならない。
【００１４】
しかも、上記特許文献１に示されたものでは、ガラス溶融炉の溶融炉本体内に、機械的撹拌や空気撹拌用の撹拌手段を装備しなければならないため、ガラス溶融炉の構造が複雑化してしまう。
【００１５】
そこで、本発明は、ガラス溶融炉の構造の複雑化を招くことなく、ガラス溶融炉の炉底部に堆積した白金族元素を含む堆積物を容易に且つ効率よく除去することができるようにするためのガラス溶融炉の堆積物除去方法を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明は、上記課題を解決するために、請求項１に対応して、炉底部に白金族元素を含む堆積物がある状態の高レベル放射性廃液処理用のガラス溶融炉における上記炉底部に、上記高レベル放射性廃液とガラス原料の少なくとも一方に含まれている元素からなると共にガラス溶融炉の通常運転温度よりも低融点であり、且つ溶融ガラスに取り込まれて該溶融ガラスの粘度を低下させることが可能な性状を有するガラス粘度低下用化学物質を供給するようにして、ガラス溶融炉の通常運転温度で溶融する該ガラス粘度低下用化学物質を溶融ガラス中へ取り込ませることにより、該溶融ガラスの粘度を低下させ、該粘度の低下したガラス中へ上記ガラス溶融炉の炉底部に堆積している白金族元素を拡散させることで該堆積物を流動化させ、該流動化した堆積物を上記ガラス溶融炉の溶融ガラスの出口より排出させるようにするガラス溶融炉の堆積物除去方法とする。
【００１７】
又、上記構成において、ガラス粘度低下用化学物質として、亜鉛、スズ、ユウロピウム、セリウムのいずれかを用いるようにする。
【００１８】
更に、上記各構成において、ガラス粘度低下用化学物質を、ガラス溶融炉の運転中に供給するようにする。
【００１９】
同様に、上記各構成において、ガラス粘度低下用化学物質を、ガラス溶融炉より溶融ガラスのドレンアウトをした後、該ガラス溶融炉に供給してガラス溶融炉の通常運転温度で溶融させるようにする。
【発明の効果】
【００２０】
本発明のガラス溶融炉の堆積物除去方法によれば、以下のような優れた効果を発揮する。
（１）炉底部に白金族元素を含む堆積物がある状態の高レベル放射性廃液処理用のガラス溶融炉における上記炉底部に、上記高レベル放射性廃液とガラス原料の少なくとも一方に含まれている元素からなると共にガラス溶融炉の通常運転温度よりも低融点であり、且つ溶融ガラスに取り込まれて該溶融ガラスの粘度を低下させることが可能な性状を有するガラス粘度低下用化学物質を供給するようにして、ガラス溶融炉の通常運転温度で溶融する該ガラス粘度低下用化学物質を溶融ガラス中へ取り込ませることにより、該溶融ガラスの粘度を低下させ、該粘度の低下したガラス中へ上記ガラス溶融炉の炉底部に堆積している白金族元素を拡散させることで該堆積物を流動化させ、該流動化した堆積物を上記ガラス溶融炉の溶融ガラスの出口より排出させるようにしてあるので、ガラス溶融炉の炉底部へガラス粘度低下用化学物質を供給するという容易な操作のみで、ガラス溶融炉の炉底部に堆積した白金族元素を含む堆積物の除去を効率よく実施できる。このため、ガラス溶融炉に撹拌装置等の特別な装置を付加する必要はなく、よって、ガラス溶融炉の構造の複雑化を招くことはない。
（２）又、上記ガラス粘度低下用化学物質は、元々、高レベル放射性廃液とガラス原料のいずれかに含まれている成分であるため、製造されるガラス固化体の性状が大きく変化する虞を防止できる。
（３）しかも、上記ガラス溶融炉の炉底部の堆積物の除去を、該ガラス溶融炉の炉内温度を冷却せずに実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明のガラス溶融炉の堆積物除去方法の実施の一形態を示す概要図である。
【図２】本発明者等が実施した亜鉛濃度とガラス融点の関係についての試験結果を示す図である。
【図３】本発明の実施の他の形態を示す概要図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明を実施するための形態を図面を参照して説明する。
【００２３】
図１及び図２は本発明のガラス溶融炉の堆積物除去方法の実施の一形態として、図１に示す如きガラス溶融炉に適用する場合を示すもので、以下のようにしてある。
【００２４】
ここで、先ず、本発明を適用するガラス溶融炉の構成について概説すると、該ガラス溶融炉は、図１に符号１で示す如く、角筒形状として金属製ケーシング２に収納された耐火レンガ製の溶融炉本体３の内部にガラスの溶融処理を行うための溶融空間３ａが形成してある。
【００２５】
上記溶融炉本体３の上端部には、上記溶融空間３ａに連通する原料供給ノズル４を設けて、該原料供給ノズル４に、高レベル放射性廃液６を供給するための廃液供給管５と、ガラス原料８を供給するための原料供給管７が接続してある。
【００２６】
更に、上記金属製ケーシング２及び溶融炉本体３の側壁部には、上記溶融空間３ａに露出する複数の電極９が貫通させて設けてある。これにより、上記溶融炉本体３の溶融空間３ａに貯留した溶融ガラス１０に対し上記電極９を介して直接通電することによって生じるジュール熱を熱源として、該溶融ガラス１０を１０００〜１２００℃に加熱できるようにしてある。
【００２７】
溶融炉本体３の上部位置には、間接加熱ヒータ１１を備えて、ガラス溶融炉１の運転開始時に原料供給管７より原料供給ノズル４を通して溶融空間３ａに投入されるガラス原料８を、該間接加熱ヒータ１１による加熱によって通電可能な溶融状態とすることができるようにしてある。
【００２８】
上記溶融炉本体３における溶融空間３ａの下部は、たとえば、下向きの角錐形状として、その下端部に、誘導加熱コイルのような排出制御用の加熱手段１３を備えた溶融ガラス１０の出口としての流下ノズル１２が設けてある。
【００２９】
上記流下ノズル１２の下端部には、図示しない結合装置を介してキャニスタ１４を着脱自在に連結することができるようにしてある。
【００３０】
上記構成としてある上記ガラス溶融炉１を運転する場合は、上記溶融炉本体３の溶融空間３ａに、予め上記原料供給管７より供給されるガラス原料８を溶融させて形成した１０００〜１２００℃の溶融ガラス１０を或る一定量貯留した状態で、上記廃液供給管５より供給される高レベル放射性廃液６と、上記原料供給管７より供給されるガラス原料８を、原料供給ノズル４を通して溶融空間に投入すると、上記高レベル放射性廃液６がガラス溶融炉１内で１０００〜１２００℃の高温に加熱されて、高レベル放射性廃液６に含まれる水分が蒸発させられ、蒸発後に残った高レベル放射性廃液６が、上記ガラス原料８と共に溶融ガラス化するようになる。
【００３１】
その後は、上記流下ノズル１２の排出制御用加熱手段１３により、該流下ノズル１２内で固化している図示しないガラスによるプラグ（栓）を加熱し溶融させている間に、上記溶融炉本体３の溶融空間３ａに貯留されている上記高レベル放射性廃液６を含有する溶融ガラス１０の一部を、該流下ノズル１２を通してその下端部に取り付けてあるキャニスタ１４へ注入して、該キャニスタ１４に封入することで、ガラス固化体（図示せず）を形成させるようにしてある。
【００３２】
上記ガラス溶融炉１の運転を継続して行うと、図１に示すように、該ガラス溶融炉１の炉底部に、白金族元素を含む堆積物１５の堆積が生じるようになる。
【００３３】
そこで、本発明のガラス溶融炉の堆積物除去方法（以下、単に、本発明の堆積物除去方法と云う）を、上記のような炉底部に白金族元素を含む堆積物１５の堆積が生じたガラス溶融炉１に対して、以下のようにして実施する。
【００３４】
なお、ガラス溶融炉１の炉底部における白金族元素を含む堆積物１５の堆積量は、ガラス溶融炉１の電極９より溶融ガラス１０に通電するときの抵抗値の低下度や、電極９より溶融ガラス１０に与える電力と該溶融ガラス１０の温度との関係から求められる加熱効率の低下度から、推定可能であることが、本発明者等の経験則より判明している。
【００３５】
本発明の堆積物除去方法は、上述したような溶融ガラス１０の通電時における抵抗値の低下度や、加熱効率の低下度から、白金族元素を含む堆積物１５が、炉底部に或る許容量以上の量で堆積していると推定される状態のガラス溶融炉１について、該ガラス溶融炉１の運転中に、上記ガラス原料８と高レベル放射性廃液６の少なくとも一方に含まれている元素からなると共にガラス溶融炉１の通常運転温度である１０００〜１２００℃よりも低融点であり、且つ溶融ガラス１０に取り込まれて該溶融ガラス１０の粘度を低下させることが可能な性状を有するガラス粘度低下用化学物質としての亜鉛（Ｚｎ）１６を、上記ガラス溶融炉１の炉底部に堆積している上記白金族元素を含む堆積物１５の付近に供給するようにする。
【００３６】
具体的には、予め、インコネル（ＩＮＣＯＮＥＬ（登録商標））等の耐熱性と耐蝕性を備えた合金によりチューブ１７を製作し、該チューブ１７を、上記ガラス溶融炉１における上記原料供給ノズル４の上端部より、該原料供給ノズル４と溶融炉本体３の溶融空間３ａを通して配置すると共に、該チューブ１７の下端部を炉底部付近に配置させた状態で吊り下げて設ける。更に、上記チューブ１７における上記原料供給ノズル４の上端よりも上方に突出させた上端部（突出端部）に、外部のガラス粘度低下用化学物質供給装置としての亜鉛供給装置１８を接続した構成としておく。これにより、上記亜鉛供給装置１８の運転に伴って、該亜鉛供給装置１８より供給される亜鉛１６を、上記チューブ１７を通してガラス溶融炉１の炉底部へ供給できるようにしてある。
【００３７】
なお、上記ガラス溶融炉１の炉底部へ供給する亜鉛１６の供給量は、ガラス溶融炉１内の溶融ガラス１０における亜鉛濃度を、該ガラス溶融炉１へ供給されるガラス原料８に元々含まれている亜鉛の含有量より少なくとも０．１％（質量パーセント、本明細書における以降の％の記載も同様）以上増加させることができるように下限値を設定し、且つ上記溶融ガラス１０を固化させることでガラス化させることが可能となる範囲に収まるように上限値が設定してある。
【００３８】
上記のように亜鉛１６の供給量の範囲の下限側を、溶融ガラス１０の亜鉛濃度を上記ガラス原料８に元々含まれている亜鉛の含有量より０．１％以上増加させることができるように設定したのは、溶融ガラス１０の亜鉛濃度と、ガラス原料８の元々の亜鉛含有量との差が０．１％よりも小さい範囲では、上記溶融ガラス１０の粘度の低下が、後述する上記ガラス溶融炉１の炉底部に堆積している白金族元素を含む堆積物１５の除去の効果に不十分になるためである。
【００３９】
具体的には、ＳｉＯ２とＺｎＯ、及び、Ｂ２Ｏ３とＺｎＯがガラスを形成するためには、ＺｎＯの量がそれぞれ５６．３％以下、及び、６７．２％以下である必要がある。そのため、上記ガラス原料８に、たとえば、６０．０％のＳｉＯ２と１８．２％のＢ２Ｏ３が含有されているとすると、該ガラス原料８を溶融させて形成する溶融ガラス１０においては、該溶融ガラス１０を固化させてガラス化が可能な範囲として、亜鉛濃度を酸化物換算で４６．０％まで高めることが可能になる。
【００４０】
一方、上記ガラス原料８には、或る量の亜鉛が元々含まれていると共に、該ガラス原料８の製造時には、亜鉛含有量は誤差が±０．０１％オーダーで規定されている。そのため、たとえば、該ガラス原料８に元々含まれている亜鉛含有量が３．８％であるとすると、本発明の堆積物除去方法にてガラス溶融炉１へ供給する亜鉛１６の供給量は、ガラス溶融炉１内の溶融ガラス１０における亜鉛濃度（酸化物換算）をｘ［％］として、この値が、３．９≦ｘ≦４６．０［％］になるように設定すればよい。
【００４１】
なお、本発明者等が亜鉛濃度とガラスの融点との相関について試験した結果によれば、図２に示すように、ガラスの融点は、亜鉛濃度が２０．０％になるまでは、該亜鉛濃度の増加に伴って減少して行くことが判明した。このため、上記ガラス溶融炉１へ供給する亜鉛１６の供給量は、３．９≦ｘ≦２０．０［％］となるように設定することがより望ましい。
【００４２】
又、亜鉛濃度が４０．０％となる条件においても、ガラス転移点は１０．０％よりも低いことが判明した。よって、図２に基づく予測により、ガラス溶融炉１の炉底部に堆積している白金族元素を含む堆積物１５を除去するのに有効な亜鉛濃度の上限側を、上記したように亜鉛１６がガラスを形成可能な理論量の上限値である４６．０％に設定することの妥当性が確認されている。
【００４３】
したがって、上記したように、ガラス溶融炉１について、溶融ガラス１０の通電時における抵抗値の低下度や、加熱効率の低下度から、白金族元素を含む堆積物１５が、炉底部に或る許容量以上の量で堆積していると推定される状態となった場合は、該ガラス溶融炉１の運転中に、上記亜鉛供給装置１８を運転して、該亜鉛供給装置１８より上記チューブ１７を通して供給される亜鉛１６を、上記所定の供給量で上記ガラス溶融炉１の炉底部に堆積している上記白金族元素を含む堆積物１５の付近に供給する。この際、上記亜鉛１６は、通常運転温度が１０００〜１２００℃としてある上記ガラス溶融炉１の熱で溶融するため、上記チューブ１７からは、この溶融状態の亜鉛１６が、ガラス溶融炉１の炉底部に堆積している上記白金族元素を含む堆積物１５の付近に供給されるようになる。
【００４４】
これにより、上記溶融状態の亜鉛１６が供給された炉底部では、該溶融状態の亜鉛１６が炉底部の上記白金族元素を含む堆積物１５の周囲に存在している溶融ガラス１０に拡散して取り込まれるようになり、この亜鉛１６の取り込みに伴って、該白金族元素を含む堆積物１５の周囲に存在している溶融ガラス１０の粘度が低下する。
【００４５】
上記のようにして白金族元素を含む堆積物１５の周囲の溶融ガラス１０の粘度が低下すると、沈降によって該堆積物１５を構成していた白金族元素の懸濁物が、上記低粘度となった周囲の溶融ガラス１０に拡散するようになる。このため、該白金族元素の懸濁物の粘性が低下するようになると共に、上記白金族元素を含む堆積物１５の圧密状態が軽減されるようになる。
【００４６】
よって、この状態で、溶融炉本体３の溶融空間３ａの下端部に設けてある溶融ガラス１０の出口としての流下ノズル１２の排出制御用加熱手段１３により、該流下ノズル１２内の図示しないガラスによるプラグ（栓）を加熱し溶融させて、上記溶融空間３ａに貯留されている上記高レベル放射性廃液６を含有する溶融ガラス１０の一部を、該流下ノズル１２を通して流下させて、流下ノズル１２の下端部に取り付けてあるキャニスタ１４へ排出させるときに、上記粘度が低下した溶融ガラス１０の流下する流れに上記堆積物１５を形成していた白金族元素の懸濁物が巻き込まれるようになるため、該白金族元素の懸濁物を、上記粘度が低下した溶融ガラス１０と一緒に上記流下ノズル１２より上記キャニスタ１４へ排出させることが可能になる。
【００４７】
したがって、上記ガラス溶融炉１では、炉底部に形成されていた白金族元素を含む堆積物１５の除去が行われるようになる。
【００４８】
このように、本発明の堆積物除去方法によれば、ガラス溶融炉１に、ガラス粘度低下用化学物質としての亜鉛１６を炉底部へ供給するためのチューブ１７を設け、該チューブ１７に、外部のガラス粘度低下用化学物質供給部としての亜鉛供給装置１８を接続するという構成を用いて、ガラス溶融炉１の通常運転中に、必要に応じて上記亜鉛供給装置１８を運転して上記チューブ１７を通してガラス溶融炉１の炉底部へ亜鉛１６を供給するという容易な操作のみで、ガラス溶融炉１の炉底部に堆積した白金族元素を含む堆積物１５の除去を効率よく実施することが可能になる。
【００４９】
したがって、ガラス溶融炉１の構造が特に複雑化することはない。
【００５０】
しかも、上記ガラス溶融炉１の炉底部の堆積物１５の除去を、該ガラス溶融炉１の運転中に行うことができるため、上記堆積物１５の除去処理を行う際のガラス溶融炉１の溶融ガラス１０のドレンアウトを実施する手間及び時間を不要にすることができる。又、上記ガラス溶融炉１より白金族元素を含む堆積物１５を除去することを目的とした運転停止期間を不要にできる。
【００５１】
又、上記ガラス粘度低下用化学物質として用いる亜鉛１６は、元々、高レベル放射性廃液６と一緒に溶融ガラス化させるためのガラス原料８に含まれている成分であるため、製造されるガラス固化体の性状が大きく変化する虞はない。
【００５２】
次に、図３は本発明の実施の他の形態を示すもので、以下に示す手順で実施するようにしてある。
【００５３】
すなわち、図１に示したと同様のガラス溶融炉１にて、ガラス溶融炉１の炉底部における白金族元素を含む堆積物１５の堆積が生じ、溶融ガラス１０の通電時の抵抗値の低下度や、加熱効率の低下度から、上記堆積物１５が許容量以上の堆積量になったと推定された段階で、上記ガラス溶融炉１より、溶融ガラス１０のドレンアウトを実施する。
【００５４】
次に、図１に示したと同様のガラス粘度低下用化学物質供給部としての亜鉛供給装置１８を運転して、ガラス粘度低下用化学物質としての亜鉛１６を、チューブ１７を通して上記ガラス溶融炉１の炉底部へ供給する。
【００５５】
なお、本実施の形態では、ガラス溶融炉１より溶融ガラス１０はドレンアウトさせることに伴って、溶融ガラス１０への直接通電によって生じるジュール熱を熱源とする加熱は一旦停止するが、ガラス溶融炉１の耐火レンガ製としてある溶融炉本体３に通常運転時の熱が保持されている状態のまま、上記亜鉛１６の供給を行うようにする。これにより、上記ガラス溶融炉１へ供給された亜鉛１６は、上記溶融炉本体３に残存する熱により溶融された状態で、上記溶融ガラス１０がドレンアウトされた後のガラス溶融炉１の炉底部、すなわち、該炉底部に堆積している白金族元素を含む堆積物１５の付近に溜まるようになる。
【００５６】
ところで、本実施の形態では、上記したように亜鉛１６の供給時には、ガラス溶融炉１より溶融ガラス１０がドレンアウトさせてあるため、炉底部における上記堆積物１５の周囲には、溶融ガラス１０は存在していない状態となる。よって、本実施の形態では、上記ガラス溶融炉１の炉底部に堆積している堆積物１５の量に応じて亜鉛１６の供給量を定めるようにする。
【００５７】
具体的には、たとえば、上記堆積物１５中に白金族元素が１５．０％含まれるとし、残り８５．０％がガラス原料８と同組成のガラスであるとすると、本実施の形態における亜鉛１６の供給量は、前述したようにガラス溶融炉１の電極９より溶融ガラス１０に通電するときの抵抗値の低下度や、電極９より溶融ガラス１０に与える電力と該溶融ガラス１０の温度との関係から求められる加熱効率の低下度から予め推定しておいたガラス溶融炉１の炉底部における白金族元素を含む堆積物１５の堆積量（重量）と、図１の実施の形態の場合の亜鉛１６の供給量とを基に、上記堆積物１５の堆積量（重量）に対する亜鉛濃度（酸化物換算）ｙ［％］の値が、３．３≦ｙ≦３９．１［％］、より望ましくは、３．３≦ｙ≦１７．０［％］（図１及び図２の実施の形態で設定した亜鉛濃度（酸化物換算）ｘ［％］の範囲の上限値と下限値に、上記堆積物１５中のガラスの割合をかけることで算出）となるように設定すればよい。
【００５８】
上記のようにして所定の供給量での亜鉛１６の供給を行った後は、上記ガラス溶融炉１に装備されている間接加熱ヒータ１１により、上記炉底部に溜まった上記亜鉛１６、及び、上記白金族元素を含む堆積物１５を、ガラス溶融炉１の通常運転温度である１０００〜１２００℃に加熱する。
【００５９】
これにより、上記亜鉛１６が確実に溶融された状態で上記ガラス溶融炉１の炉底部に形成されている白金族元素を含む堆積物１５と接するようになり、この溶融した亜鉛１６が、上記白金族元素を含む堆積物１５を構成しているガラスであって、且つ上記ガラス溶融炉１の通常運転温度である１０００〜１２００℃に加熱されて溶融状態となるガラスに拡散して取り込まれるようになる。このため、上記白金族元素を含む堆積物１５では、該堆積物１５を構成しているガラスの粘度が、上記溶融状態の亜鉛１６の取り込みに伴って低下する。
【００６０】
これにより、上記堆積物１５を構成していた白金族元素の懸濁物同士の間に存在するガラスが、粘度の低下に伴って流動化するため、該堆積物１５を構成している白金族元素の懸濁物も、上記ガラスの流動に伴われて流動化するようになる。
【００６１】
よって、この状態で、溶融炉本体３の溶融空間３ａの下端部に設けてある溶融ガラス１０の出口としての流下ノズル１２を、排出制御用加熱手段１３により加熱して開放すると、上記亜鉛１６の取り込みによって粘度が低下して流動化したガラスの流下する流れに、上記堆積物１５を形成していた白金族元素の懸濁物が巻き込まれて、上記流下ノズル１２より外部へ一緒に排出させることができるようになる。この排出される粘性が低下した亜鉛を含むガラス、及び、白金族元素の懸濁物は、キャニスタ１４（図１参照）に受けるようにするか、あるいは、白金族元素が含まれている点に鑑みて、別の図示しない容器に回収してから、白金族元素の回収を行う処理設備に送るようにしてもよい。
【００６２】
図３において、図１に示したものと同一のものには同一符号が付してある。
【００６３】
このように、本実施の形態によっても、ガラス溶融炉１の炉底部に堆積した堆積物１５を除去することができる。
【００６４】
更に、溶融ガラス１０をドレンアウトした後の溶融炉本体３内に亜鉛１６を供給するようにしてあるため、炉底部の白金族元素を含む堆積物１５に対し、溶融炉本体３に残存する熱や間接加熱ヒータ１１による加熱で溶融させる亜鉛１６を効率よく接触させることができる。このため、該堆積物１５に含まれるガラスに上記溶融した亜鉛１６を効率よく接触させて、該ガラスの粘度の低減化を効率よく実施できるため、上記堆積物１５の粘性を低下させるのに要する時間を低減させる効果や、堆積物１５の除去効率をより高める効果が期待できる。
【００６５】
更に、本実施の形態の処理を実施する際には、ガラス溶融炉１の運転を一旦停止して、溶融炉本体３より溶融ガラス１０のドレンアウトを実施する必要はあるが、該溶融ガラス１０のドレンアウト後に上記亜鉛１６を投入するときには、炉内温度を冷却する必要はなく、又、上記したように粘性が低下した亜鉛１６を含むガラスと一緒に堆積物１５を構成していた白金族元素の懸濁物を流下ノズル１２を通して外部に排出させる際にも、炉内温度を冷却する必要はない。よって、ガラス溶融炉１の炉内温度の冷却及び再加熱を必要としないことから、上記堆積物１５の除去処理に伴うガラス溶融炉１の運転停止期間を、従来のはつりによる堆積物１５の除去処理を行う場合に比して、大幅に短縮させることが可能になる。
【００６６】
なお、上記図１及び図２の実施の形態、並びに、図３の実施の形態においては、ガラス粘度低下用化学物質の一例として、亜鉛１６を示したが、高レベル放射性廃液６とガラス原料８の少なくとも一方に含まれている元素からなると共にガラス溶融炉１の通常運転温度である１０００〜１２００℃よりも低融点であり、且つ溶融ガラス１０に取り込まれて該溶融ガラス１０の粘度を低下させることが可能な性状を有するガラス粘度低下用化学物質であれば、たとえば、高レベル放射性廃液６に含まれているスズ（Ｓｎ）、ユウロピウム（Ｅｕ）、セリウム（Ｃｅ）を用いるようにしてもよい。
【００６７】
スズについては、酸化物はＳｎＯ２を基準とし、以下濃度（質量パーセント）は酸化物換算とすると、ガラス溶融炉１内の溶融ガラス１０に対する投入量が１５．０〜５７．０％となる濃度範囲において、ガラス溶融炉１の炉底部に形成されている白金族元素を含む
堆積物１５の除去に有効な効果が得られる。すなわち、スズは、ホウ酸ガラスとは１７．０〜８８．０％で融点の低いガラスを形成する。又、スズは、ケイ酸ガラスに対してもホウ酸ガラスと同モルの反応に相当する１９．０〜６８．０％で融点の低いガラスを形成すると想定すると、スズのガラス固化処理で用いるホウケイ酸ガラス（Ｂ２Ｏ３ １８．２％，ＳｉＯ２ ６０．０％)に対する有効な投入量は１５．０〜５７．０％となる。
【００６８】
ユウロピウム、及び、セリウムについては、それぞれ酸化物はＥｕ２Ｏ３及びＣｅＯ２を基準とし、以下濃度（質量パーセント）は酸化物換算とすると、ガラス溶融炉１内の溶融ガラス１０に対する投入量が、ユウロピウムは０．２〜３９．０％、セリウムは１．２〜５１．３％となる濃度範囲で、ガラス溶融炉１の炉底部に形成されている白金族元素を含む堆積物１５の除去に有効な効果が得られる。なお、上記濃度範囲の上限の設定は、ホウケイ酸ガラスの架橋酸素数からガラスを形成できなくなる条件から設定したものである。一方、濃度範囲の下限は、高レベル放射性廃液６中の上記元素がガラスに取り込まれる濃度より設定したものである。
【００６９】
上記ガラス粘度低下用化学物質として用いる亜鉛１６、スズ、ユウロピウム、セリウムは単体の金属に限定されるものではなく、合金、あるいは、その硝酸塩や酸化物を用いるようにしてもよい。
【００７０】
又、本発明は上記実施の形態のみに限定されるものではなく、亜鉛１６をガラス溶融炉の炉底部付近へ供給するためのチューブ１７は、図１、図３に示した以外の配置としてもよい。
【００７１】
本発明の堆積物除去方法は、高レベル放射性廃液６をガラス原料８と共に溶融ガラス１０化させるようにしてあるガラス溶融炉１であって、炉底部に堆積する白金族元素を含む粘性の高い堆積物１５の除去が必要とされるガラス溶融炉１であれば、図示した以外のいかなる形式のガラス溶融炉１からの堆積物１５の除去に適用してもよい。
【００７２】
その他本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々変更を加え得ることは勿論である。
【符号の説明】
【００７３】
１ ガラス溶融炉
６ 高レベル放射性廃液
１０ 溶融ガラス
１２ 流下ノズル（出口）
１５ 堆積物
１６ 亜鉛（ガラス粘度低下用化学物質）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高レベル放射性廃液をガラス原料と共に溶融処理するために用いるガラス溶融炉にて、炉底部に堆積した白金族元素を含む堆積物を除去するために用いるガラス溶融炉の堆積物除去方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
原子力発電における使用済み核燃料の再処理過程で発生する高レベル放射性廃液（ＨＡＬＷ）は、非常に高い放射能を有する核分裂生成物を多く含むことから、物理的、化学的に安定なガラス固化体に処理するようにしてある。
【０００３】
ガラス固化体の製造に使用するガラス溶融炉の１つとしては、直接通電加熱方式のガラス溶融炉があり、これは、金属製ケーシングに収納された耐火レンガ製の溶融炉本体内で、溶融ガラスに直接通電することにより、ジュール熱による加熱を行うことができるようにしてあり、この溶融炉本体内にて、高レベル放射性廃液をガラス原料と共に溶融して溶融ガラス化し、その後、上記溶融ガラスを、ガラス固化体を封入するためのキャニスタへ向けて排出させるようにしてある。
【０００４】
ところで、上記高レベル放射性廃液中に含まれる金属元素のうち、ルテニウム（Ｒｕ）、ロジウム（Ｒｈ）、パラジウム（Ｐｄ）の白金族元素はガラスマトリクスに溶解せず、酸化物等の形態で溶融ガラス中に懸濁する。
【０００５】
これらの白金族元素の懸濁物はガラスよりも比重が大きいため、溶融炉本体内に存在する溶融ガラスの中で炉底部に沈降し易く、しかも粘性が高いために、圧密されることによって炉底部に堆積する。
【０００６】
上記のようにして白金族元素を含む堆積物がガラス溶融炉の炉底部に堆積すると、該白金族元素を含む堆積物は溶融ガラスに比して電気抵抗が小さいために、電極より供給される電流が上記堆積物に集中して流れてしまい、ガラス溶融炉内の溶融ガラスに流れる電流が小さくなるために、溶融ガラスの通電加熱（ジュール熱による加熱）が阻害されて、溶融ガラスの加熱効率が低下してしまう。
【０００７】
又、白金族元素を含む堆積物が炉底部に堆積することに伴って、溶融ガラスの流下ノズルへの安定した流動が阻害されるようになるため、流下ノズルからキャニスタへの溶融ガラスの排出速度が低下したり、流下ノズルの閉塞を引き起こす可能性もある。
【０００８】
そのため従来は、ガラス溶融炉の炉底部に上記白金族元素を含む堆積物が堆積した場合は、ガラス溶融炉より溶融ガラスを一旦ドレンアウトさせた後、ガラス溶融炉の炉底部に堆積している白金族元素を含む堆積物を、はつり作業等で物理的に除去する手法が採られている。
【０００９】
又、ガラス溶融炉の炉底部に堆積した白金族元素を含む堆積物を除去するための別の手法としては、ガラス溶融炉内の溶融ガラスを機械的撹拌や空気撹拌して、上記白金族を含む堆積物の流動性を高めるようにする手法が従来提案されている（たとえば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００８−３７６７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
ところが、ガラス溶融炉の炉底部に堆積した白金族元素を含む堆積物をはつりにより物理的に除去する手法を実施する場合は、ガラス溶融炉内の溶融ガラスのドレンアウトの後、該ガラス溶融炉の炉内の堆積物のはつり作業を開始する前に、予め炉内温度を冷却させる必要がある。又、炉内の堆積物のはつり作業が終了した後は、高レベル放射性廃液の処理を再開する前に、ガラス原料の投入、再加熱、規定量のガラス固化体製造という処理工程が必要になる。
【００１２】
そのために、炉内の堆積物のはつり作業自体に時間がかかることに加えて、ガラス溶融炉における溶融ガラスのドレンアウトや、耐火レンガ製としてある溶融炉本体の冷却及び再加熱にも多くの時間を要するため、上記ガラス溶融炉の炉底部の堆積物の除去のために多大な時間を要し、ガラス溶融炉の運転停止期間が長期に亘るという問題がある。更に、運転の再開時に無駄なガラス固化体の製造が必要になるという問題もある。
【００１３】
特許文献１に示された手法は、ガラス溶融炉内の溶融ガラスを機械的撹拌や空気撹拌により撹拌するようにしてあるが、このような撹拌では、ガラス溶融炉内の炉底部に沈降し、圧密されて粘性が高まっている白金族元素を含む堆積物を完全には浮き上がらせることが困難なため、すべての白金族元素を含む堆積物を流下、排出させることは難しい。そのため、炉底部の白金族元素を含む堆積物の量が徐々に多くなることを回避できないため、堆積物の量が多くなった時点で、前述したと同様の堆積物のはつりによる物理的な除去作業を実施しなければならない。
【００１４】
しかも、上記特許文献１に示されたものでは、ガラス溶融炉の溶融炉本体内に、機械的撹拌や空気撹拌用の撹拌手段を装備しなければならないため、ガラス溶融炉の構造が複雑化してしまう。
【００１５】
そこで、本発明は、ガラス溶融炉の構造の複雑化を招くことなく、ガラス溶融炉の炉底部に堆積した白金族元素を含む堆積物を容易に且つ効率よく除去することができるようにするためのガラス溶融炉の堆積物除去方法を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明は、上記課題を解決するために、請求項１に対応して、炉底部に白金族元素を含む堆積物がある状態の高レベル放射性廃液処理用のガラス溶融炉における上記炉底部に、上記高レベル放射性廃液とガラス原料の少なくとも一方に含まれている元素からなると共にガラス溶融炉の通常運転温度よりも低融点であり、且つ溶融ガラスに取り込まれて該溶融ガラスの粘度を低下させることが可能な性状を有するガラス粘度低下用化学物質を供給するようにして、ガラス溶融炉の通常運転温度で溶融する該ガラス粘度低下用化学物質を溶融ガラス中へ取り込ませることにより、該溶融ガラスの粘度を低下させ、該粘度の低下したガラス中へ上記ガラス溶融炉の炉底部に堆積している白金族元素を拡散させることで該堆積物を流動化させ、該流動化した堆積物を上記ガラス溶融炉の溶融ガラスの出口より排出させるようにするガラス溶融炉の堆積物除去方法とする。
【００１７】
又、上記構成において、ガラス粘度低下用化学物質として、亜鉛、スズ、ユウロピウム、セリウムのいずれかを用いるようにする。
【００１８】
更に、上記各構成において、ガラス粘度低下用化学物質を、ガラス溶融炉の運転中に供給するようにする。
【００１９】
同様に、上記各構成において、ガラス粘度低下用化学物質を、ガラス溶融炉より溶融ガラスのドレンアウトをした後、該ガラス溶融炉に供給してガラス溶融炉の通常運転温度で溶融させるようにする。
【発明の効果】
【００２０】
本発明のガラス溶融炉の堆積物除去方法によれば、以下のような優れた効果を発揮する。
（１）炉底部に白金族元素を含む堆積物がある状態の高レベル放射性廃液処理用のガラス溶融炉における上記炉底部に、上記高レベル放射性廃液とガラス原料の少なくとも一方に含まれている元素からなると共にガラス溶融炉の通常運転温度よりも低融点であり、且つ溶融ガラスに取り込まれて該溶融ガラスの粘度を低下させることが可能な性状を有するガラス粘度低下用化学物質を供給するようにして、ガラス溶融炉の通常運転温度で溶融する該ガラス粘度低下用化学物質を溶融ガラス中へ取り込ませることにより、該溶融ガラスの粘度を低下させ、該粘度の低下したガラス中へ上記ガラス溶融炉の炉底部に堆積している白金族元素を拡散させることで該堆積物を流動化させ、該流動化した堆積物を上記ガラス溶融炉の溶融ガラスの出口より排出させるようにしてあるので、ガラス溶融炉の炉底部へガラス粘度低下用化学物質を供給するという容易な操作のみで、ガラス溶融炉の炉底部に堆積した白金族元素を含む堆積物の除去を効率よく実施できる。このため、ガラス溶融炉に撹拌装置等の特別な装置を付加する必要はなく、よって、ガラス溶融炉の構造の複雑化を招くことはない。
（２）又、上記ガラス粘度低下用化学物質は、元々、高レベル放射性廃液とガラス原料のいずれかに含まれている成分であるため、製造されるガラス固化体の性状が大きく変化する虞を防止できる。
（３）しかも、上記ガラス溶融炉の炉底部の堆積物の除去を、該ガラス溶融炉の炉内温度を冷却せずに実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明のガラス溶融炉の堆積物除去方法の実施の一形態を示す概要図である。
【図２】本発明者等が実施した亜鉛濃度とガラス融点の関係についての試験結果を示す図である。
【図３】本発明の実施の他の形態を示す概要図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明を実施するための形態を図面を参照して説明する。
【００２３】
図１及び図２は本発明のガラス溶融炉の堆積物除去方法の実施の一形態として、図１に示す如きガラス溶融炉に適用する場合を示すもので、以下のようにしてある。
【００２４】
ここで、先ず、本発明を適用するガラス溶融炉の構成について概説すると、該ガラス溶融炉は、図１に符号１で示す如く、角筒形状として金属製ケーシング２に収納された耐火レンガ製の溶融炉本体３の内部にガラスの溶融処理を行うための溶融空間３ａが形成してある。
【００２５】
上記溶融炉本体３の上端部には、上記溶融空間３ａに連通する原料供給ノズル４を設けて、該原料供給ノズル４に、高レベル放射性廃液６を供給するための廃液供給管５と、ガラス原料８を供給するための原料供給管７が接続してある。
【００２６】
更に、上記金属製ケーシング２及び溶融炉本体３の側壁部には、上記溶融空間３ａに露出する複数の電極９が貫通させて設けてある。これにより、上記溶融炉本体３の溶融空間３ａに貯留した溶融ガラス１０に対し上記電極９を介して直接通電することによって生じるジュール熱を熱源として、該溶融ガラス１０を１０００〜１２００℃に加熱できるようにしてある。
【００２７】
溶融炉本体３の上部位置には、間接加熱ヒータ１１を備えて、ガラス溶融炉１の運転開始時に原料供給管７より原料供給ノズル４を通して溶融空間３ａに投入されるガラス原料８を、該間接加熱ヒータ１１による加熱によって通電可能な溶融状態とすることができるようにしてある。
【００２８】
上記溶融炉本体３における溶融空間３ａの下部は、たとえば、下向きの角錐形状として、その下端部に、誘導加熱コイルのような排出制御用の加熱手段１３を備えた溶融ガラス１０の出口としての流下ノズル１２が設けてある。
【００２９】
上記流下ノズル１２の下端部には、図示しない結合装置を介してキャニスタ１４を着脱自在に連結することができるようにしてある。
【００３０】
上記構成としてある上記ガラス溶融炉１を運転する場合は、上記溶融炉本体３の溶融空間３ａに、予め上記原料供給管７より供給されるガラス原料８を溶融させて形成した１０００〜１２００℃の溶融ガラス１０を或る一定量貯留した状態で、上記廃液供給管５より供給される高レベル放射性廃液６と、上記原料供給管７より供給されるガラス原料８を、原料供給ノズル４を通して溶融空間に投入すると、上記高レベル放射性廃液６がガラス溶融炉１内で１０００〜１２００℃の高温に加熱されて、高レベル放射性廃液６に含まれる水分が蒸発させられ、蒸発後に残った高レベル放射性廃液６が、上記ガラス原料８と共に溶融ガラス化するようになる。
【００３１】
その後は、上記流下ノズル１２の排出制御用加熱手段１３により、該流下ノズル１２内で固化している図示しないガラスによるプラグ（栓）を加熱し溶融させている間に、上記溶融炉本体３の溶融空間３ａに貯留されている上記高レベル放射性廃液６を含有する溶融ガラス１０の一部を、該流下ノズル１２を通してその下端部に取り付けてあるキャニスタ１４へ注入して、該キャニスタ１４に封入することで、ガラス固化体（図示せず）を形成させるようにしてある。
【００３２】
上記ガラス溶融炉１の運転を継続して行うと、図１に示すように、該ガラス溶融炉１の炉底部に、白金族元素を含む堆積物１５の堆積が生じるようになる。
【００３３】
そこで、本発明のガラス溶融炉の堆積物除去方法（以下、単に、本発明の堆積物除去方法と云う）を、上記のような炉底部に白金族元素を含む堆積物１５の堆積が生じたガラス溶融炉１に対して、以下のようにして実施する。
【００３４】
なお、ガラス溶融炉１の炉底部における白金族元素を含む堆積物１５の堆積量は、ガラス溶融炉１の電極９より溶融ガラス１０に通電するときの抵抗値の低下度や、電極９より溶融ガラス１０に与える電力と該溶融ガラス１０の温度との関係から求められる加熱効率の低下度から、推定可能であることが、本発明者等の経験則より判明している。
【００３５】
本発明の堆積物除去方法は、上述したような溶融ガラス１０の通電時における抵抗値の低下度や、加熱効率の低下度から、白金族元素を含む堆積物１５が、炉底部に或る許容量以上の量で堆積していると推定される状態のガラス溶融炉１について、該ガラス溶融炉１の運転中に、上記ガラス原料８と高レベル放射性廃液６の少なくとも一方に含まれている元素からなると共にガラス溶融炉１の通常運転温度である１０００〜１２００℃よりも低融点であり、且つ溶融ガラス１０に取り込まれて該溶融ガラス１０の粘度を低下させることが可能な性状を有するガラス粘度低下用化学物質としての亜鉛（Ｚｎ）１６を、上記ガラス溶融炉１の炉底部に堆積している上記白金族元素を含む堆積物１５の付近に供給するようにする。
【００３６】
具体的には、予め、インコネル（ＩＮＣＯＮＥＬ（登録商標））等の耐熱性と耐蝕性を備えた合金によりチューブ１７を製作し、該チューブ１７を、上記ガラス溶融炉１における上記原料供給ノズル４の上端部より、該原料供給ノズル４と溶融炉本体３の溶融空間３ａを通して配置すると共に、該チューブ１７の下端部を炉底部付近に配置させた状態で吊り下げて設ける。更に、上記チューブ１７における上記原料供給ノズル４の上端よりも上方に突出させた上端部（突出端部）に、外部のガラス粘度低下用化学物質供給装置としての亜鉛供給装置１８を接続した構成としておく。これにより、上記亜鉛供給装置１８の運転に伴って、該亜鉛供給装置１８より供給される亜鉛１６を、上記チューブ１７を通してガラス溶融炉１の炉底部へ供給できるようにしてある。
【００３７】
なお、上記ガラス溶融炉１の炉底部へ供給する亜鉛１６の供給量は、ガラス溶融炉１内の溶融ガラス１０における亜鉛濃度を、該ガラス溶融炉１へ供給されるガラス原料８に元々含まれている亜鉛の含有量より少なくとも０．１％（質量パーセント、本明細書における以降の％の記載も同様）以上増加させることができるように下限値を設定し、且つ上記溶融ガラス１０を固化させることでガラス化させることが可能となる範囲に収まるように上限値が設定してある。
【００３８】
上記のように亜鉛１６の供給量の範囲の下限側を、溶融ガラス１０の亜鉛濃度を上記ガラス原料８に元々含まれている亜鉛の含有量より０．１％以上増加させることができるように設定したのは、溶融ガラス１０の亜鉛濃度と、ガラス原料８の元々の亜鉛含有量との差が０．１％よりも小さい範囲では、上記溶融ガラス１０の粘度の低下が、後述する上記ガラス溶融炉１の炉底部に堆積している白金族元素を含む堆積物１５の除去の効果に不十分になるためである。
【００３９】
具体的には、ＳｉＯ２とＺｎＯ、及び、Ｂ２Ｏ３とＺｎＯがガラスを形成するためには、ＺｎＯの量がそれぞれ５６．３％以下、及び、６７．２％以下である必要がある。そのため、上記ガラス原料８に、たとえば、６０．０％のＳｉＯ２と１８．２％のＢ２Ｏ３が含有されているとすると、該ガラス原料８を溶融させて形成する溶融ガラス１０においては、該溶融ガラス１０を固化させてガラス化が可能な範囲として、亜鉛濃度を酸化物換算で４６．０％まで高めることが可能になる。
【００４０】
一方、上記ガラス原料８には、或る量の亜鉛が元々含まれていると共に、該ガラス原料８の製造時には、亜鉛含有量は誤差が±０．０１％オーダーで規定されている。そのため、たとえば、該ガラス原料８に元々含まれている亜鉛含有量が３．８％であるとすると、本発明の堆積物除去方法にてガラス溶融炉１へ供給する亜鉛１６の供給量は、ガラス溶融炉１内の溶融ガラス１０における亜鉛濃度（酸化物換算）をｘ［％］として、この値が、３．９≦ｘ≦４６．０［％］になるように設定すればよい。
【００４１】
なお、本発明者等が亜鉛濃度とガラスの融点との相関について試験した結果によれば、図２に示すように、ガラスの融点は、亜鉛濃度が２０．０％になるまでは、該亜鉛濃度の増加に伴って減少して行くことが判明した。このため、上記ガラス溶融炉１へ供給する亜鉛１６の供給量は、３．９≦ｘ≦２０．０［％］となるように設定することがより望ましい。
【００４２】
又、亜鉛濃度が４０．０％となる条件においても、ガラス転移点は１０．０％よりも低いことが判明した。よって、図２に基づく予測により、ガラス溶融炉１の炉底部に堆積している白金族元素を含む堆積物１５を除去するのに有効な亜鉛濃度の上限側を、上記したように亜鉛１６がガラスを形成可能な理論量の上限値である４６．０％に設定することの妥当性が確認されている。
【００４３】
したがって、上記したように、ガラス溶融炉１について、溶融ガラス１０の通電時における抵抗値の低下度や、加熱効率の低下度から、白金族元素を含む堆積物１５が、炉底部に或る許容量以上の量で堆積していると推定される状態となった場合は、該ガラス溶融炉１の運転中に、上記亜鉛供給装置１８を運転して、該亜鉛供給装置１８より上記チューブ１７を通して供給される亜鉛１６を、上記所定の供給量で上記ガラス溶融炉１の炉底部に堆積している上記白金族元素を含む堆積物１５の付近に供給する。この際、上記亜鉛１６は、通常運転温度が１０００〜１２００℃としてある上記ガラス溶融炉１の熱で溶融するため、上記チューブ１７からは、この溶融状態の亜鉛１６が、ガラス溶融炉１の炉底部に堆積している上記白金族元素を含む堆積物１５の付近に供給されるようになる。
【００４４】
これにより、上記溶融状態の亜鉛１６が供給された炉底部では、該溶融状態の亜鉛１６が炉底部の上記白金族元素を含む堆積物１５の周囲に存在している溶融ガラス１０に拡散して取り込まれるようになり、この亜鉛１６の取り込みに伴って、該白金族元素を含む堆積物１５の周囲に存在している溶融ガラス１０の粘度が低下する。
【００４５】
上記のようにして白金族元素を含む堆積物１５の周囲の溶融ガラス１０の粘度が低下すると、沈降によって該堆積物１５を構成していた白金族元素の懸濁物が、上記低粘度となった周囲の溶融ガラス１０に拡散するようになる。このため、該白金族元素の懸濁物の粘性が低下するようになると共に、上記白金族元素を含む堆積物１５の圧密状態が軽減されるようになる。
【００４６】
よって、この状態で、溶融炉本体３の溶融空間３ａの下端部に設けてある溶融ガラス１０の出口としての流下ノズル１２の排出制御用加熱手段１３により、該流下ノズル１２内の図示しないガラスによるプラグ（栓）を加熱し溶融させて、上記溶融空間３ａに貯留されている上記高レベル放射性廃液６を含有する溶融ガラス１０の一部を、該流下ノズル１２を通して流下させて、流下ノズル１２の下端部に取り付けてあるキャニスタ１４へ排出させるときに、上記粘度が低下した溶融ガラス１０の流下する流れに上記堆積物１５を形成していた白金族元素の懸濁物が巻き込まれるようになるため、該白金族元素の懸濁物を、上記粘度が低下した溶融ガラス１０と一緒に上記流下ノズル１２より上記キャニスタ１４へ排出させることが可能になる。
【００４７】
したがって、上記ガラス溶融炉１では、炉底部に形成されていた白金族元素を含む堆積物１５の除去が行われるようになる。
【００４８】
このように、本発明の堆積物除去方法によれば、ガラス溶融炉１に、ガラス粘度低下用化学物質としての亜鉛１６を炉底部へ供給するためのチューブ１７を設け、該チューブ１７に、外部のガラス粘度低下用化学物質供給部としての亜鉛供給装置１８を接続するという構成を用いて、ガラス溶融炉１の通常運転中に、必要に応じて上記亜鉛供給装置１８を運転して上記チューブ１７を通してガラス溶融炉１の炉底部へ亜鉛１６を供給するという容易な操作のみで、ガラス溶融炉１の炉底部に堆積した白金族元素を含む堆積物１５の除去を効率よく実施することが可能になる。
【００４９】
したがって、ガラス溶融炉１の構造が特に複雑化することはない。
【００５０】
しかも、上記ガラス溶融炉１の炉底部の堆積物１５の除去を、該ガラス溶融炉１の運転中に行うことができるため、上記堆積物１５の除去処理を行う際のガラス溶融炉１の溶融ガラス１０のドレンアウトを実施する手間及び時間を不要にすることができる。又、上記ガラス溶融炉１より白金族元素を含む堆積物１５を除去することを目的とした運転停止期間を不要にできる。
【００５１】
又、上記ガラス粘度低下用化学物質として用いる亜鉛１６は、元々、高レベル放射性廃液６と一緒に溶融ガラス化させるためのガラス原料８に含まれている成分であるため、製造されるガラス固化体の性状が大きく変化する虞はない。
【００５２】
次に、図３は本発明の実施の他の形態を示すもので、以下に示す手順で実施するようにしてある。
【００５３】
すなわち、図１に示したと同様のガラス溶融炉１にて、ガラス溶融炉１の炉底部における白金族元素を含む堆積物１５の堆積が生じ、溶融ガラス１０の通電時の抵抗値の低下度や、加熱効率の低下度から、上記堆積物１５が許容量以上の堆積量になったと推定された段階で、上記ガラス溶融炉１より、溶融ガラス１０のドレンアウトを実施する。
【００５４】
次に、図１に示したと同様のガラス粘度低下用化学物質供給部としての亜鉛供給装置１８を運転して、ガラス粘度低下用化学物質としての亜鉛１６を、チューブ１７を通して上記ガラス溶融炉１の炉底部へ供給する。
【００５５】
なお、本実施の形態では、ガラス溶融炉１より溶融ガラス１０はドレンアウトさせることに伴って、溶融ガラス１０への直接通電によって生じるジュール熱を熱源とする加熱は一旦停止するが、ガラス溶融炉１の耐火レンガ製としてある溶融炉本体３に通常運転時の熱が保持されている状態のまま、上記亜鉛１６の供給を行うようにする。これにより、上記ガラス溶融炉１へ供給された亜鉛１６は、上記溶融炉本体３に残存する熱により溶融された状態で、上記溶融ガラス１０がドレンアウトされた後のガラス溶融炉１の炉底部、すなわち、該炉底部に堆積している白金族元素を含む堆積物１５の付近に溜まるようになる。
【００５６】
ところで、本実施の形態では、上記したように亜鉛１６の供給時には、ガラス溶融炉１より溶融ガラス１０がドレンアウトさせてあるため、炉底部における上記堆積物１５の周囲には、溶融ガラス１０は存在していない状態となる。よって、本実施の形態では、上記ガラス溶融炉１の炉底部に堆積している堆積物１５の量に応じて亜鉛１６の供給量を定めるようにする。
【００５７】
具体的には、たとえば、上記堆積物１５中に白金族元素が１５．０％含まれるとし、残り８５．０％がガラス原料８と同組成のガラスであるとすると、本実施の形態における亜鉛１６の供給量は、前述したようにガラス溶融炉１の電極９より溶融ガラス１０に通電するときの抵抗値の低下度や、電極９より溶融ガラス１０に与える電力と該溶融ガラス１０の温度との関係から求められる加熱効率の低下度から予め推定しておいたガラス溶融炉１の炉底部における白金族元素を含む堆積物１５の堆積量（重量）と、図１の実施の形態の場合の亜鉛１６の供給量とを基に、上記堆積物１５の堆積量（重量）に対する亜鉛濃度（酸化物換算）ｙ［％］の値が、３．３≦ｙ≦３９．１［％］、より望ましくは、３．３≦ｙ≦１７．０［％］（図１及び図２の実施の形態で設定した亜鉛濃度（酸化物換算）ｘ［％］の範囲の上限値と下限値に、上記堆積物１５中のガラスの割合をかけることで算出）となるように設定すればよい。
【００５８】
上記のようにして所定の供給量での亜鉛１６の供給を行った後は、上記ガラス溶融炉１に装備されている間接加熱ヒータ１１により、上記炉底部に溜まった上記亜鉛１６、及び、上記白金族元素を含む堆積物１５を、ガラス溶融炉１の通常運転温度である１０００〜１２００℃に加熱する。
【００５９】
これにより、上記亜鉛１６が確実に溶融された状態で上記ガラス溶融炉１の炉底部に形成されている白金族元素を含む堆積物１５と接するようになり、この溶融した亜鉛１６が、上記白金族元素を含む堆積物１５を構成しているガラスであって、且つ上記ガラス溶融炉１の通常運転温度である１０００〜１２００℃に加熱されて溶融状態となるガラスに拡散して取り込まれるようになる。このため、上記白金族元素を含む堆積物１５では、該堆積物１５を構成しているガラスの粘度が、上記溶融状態の亜鉛１６の取り込みに伴って低下する。
【００６０】
これにより、上記堆積物１５を構成していた白金族元素の懸濁物同士の間に存在するガラスが、粘度の低下に伴って流動化するため、該堆積物１５を構成している白金族元素の懸濁物も、上記ガラスの流動に伴われて流動化するようになる。
【００６１】
よって、この状態で、溶融炉本体３の溶融空間３ａの下端部に設けてある溶融ガラス１０の出口としての流下ノズル１２を、排出制御用加熱手段１３により加熱して開放すると、上記亜鉛１６の取り込みによって粘度が低下して流動化したガラスの流下する流れに、上記堆積物１５を形成していた白金族元素の懸濁物が巻き込まれて、上記流下ノズル１２より外部へ一緒に排出させることができるようになる。この排出される粘性が低下した亜鉛を含むガラス、及び、白金族元素の懸濁物は、キャニスタ１４（図１参照）に受けるようにするか、あるいは、白金族元素が含まれている点に鑑みて、別の図示しない容器に回収してから、白金族元素の回収を行う処理設備に送るようにしてもよい。
【００６２】
図３において、図１に示したものと同一のものには同一符号が付してある。
【００６３】
このように、本実施の形態によっても、ガラス溶融炉１の炉底部に堆積した堆積物１５を除去することができる。
【００６４】
更に、溶融ガラス１０をドレンアウトした後の溶融炉本体３内に亜鉛１６を供給するようにしてあるため、炉底部の白金族元素を含む堆積物１５に対し、溶融炉本体３に残存する熱や間接加熱ヒータ１１による加熱で溶融させる亜鉛１６を効率よく接触させることができる。このため、該堆積物１５に含まれるガラスに上記溶融した亜鉛１６を効率よく接触させて、該ガラスの粘度の低減化を効率よく実施できるため、上記堆積物１５の粘性を低下させるのに要する時間を低減させる効果や、堆積物１５の除去効率をより高める効果が期待できる。
【００６５】
更に、本実施の形態の処理を実施する際には、ガラス溶融炉１の運転を一旦停止して、溶融炉本体３より溶融ガラス１０のドレンアウトを実施する必要はあるが、該溶融ガラス１０のドレンアウト後に上記亜鉛１６を投入するときには、炉内温度を冷却する必要はなく、又、上記したように粘性が低下した亜鉛１６を含むガラスと一緒に堆積物１５を構成していた白金族元素の懸濁物を流下ノズル１２を通して外部に排出させる際にも、炉内温度を冷却する必要はない。よって、ガラス溶融炉１の炉内温度の冷却及び再加熱を必要としないことから、上記堆積物１５の除去処理に伴うガラス溶融炉１の運転停止期間を、従来のはつりによる堆積物１５の除去処理を行う場合に比して、大幅に短縮させることが可能になる。
【００６６】
なお、上記図１及び図２の実施の形態、並びに、図３の実施の形態においては、ガラス粘度低下用化学物質の一例として、亜鉛１６を示したが、高レベル放射性廃液６とガラス原料８の少なくとも一方に含まれている元素からなると共にガラス溶融炉１の通常運転温度である１０００〜１２００℃よりも低融点であり、且つ溶融ガラス１０に取り込まれて該溶融ガラス１０の粘度を低下させることが可能な性状を有するガラス粘度低下用化学物質であれば、たとえば、高レベル放射性廃液６に含まれているスズ（Ｓｎ）、ユウロピウム（Ｅｕ）、セリウム（Ｃｅ）を用いるようにしてもよい。
【００６７】
スズについては、酸化物はＳｎＯ２を基準とし、以下濃度（質量パーセント）は酸化物換算とすると、ガラス溶融炉１内の溶融ガラス１０に対する投入量が１５．０〜５７．０％となる濃度範囲において、ガラス溶融炉１の炉底部に形成されている白金族元素を含む
堆積物１５の除去に有効な効果が得られる。すなわち、スズは、ホウ酸ガラスとは１７．０〜８８．０％で融点の低いガラスを形成する。又、スズは、ケイ酸ガラスに対してもホウ酸ガラスと同モルの反応に相当する１９．０〜６８．０％で融点の低いガラスを形成すると想定すると、スズのガラス固化処理で用いるホウケイ酸ガラス（Ｂ２Ｏ３ １８．２％，ＳｉＯ２ ６０．０％)に対する有効な投入量は１５．０〜５７．０％となる。
【００６８】
ユウロピウム、及び、セリウムについては、それぞれ酸化物はＥｕ２Ｏ３及びＣｅＯ２を基準とし、以下濃度（質量パーセント）は酸化物換算とすると、ガラス溶融炉１内の溶融ガラス１０に対する投入量が、ユウロピウムは０．２〜３９．０％、セリウムは１．２〜５１．３％となる濃度範囲で、ガラス溶融炉１の炉底部に形成されている白金族元素を含む堆積物１５の除去に有効な効果が得られる。なお、上記濃度範囲の上限の設定は、ホウケイ酸ガラスの架橋酸素数からガラスを形成できなくなる条件から設定したものである。一方、濃度範囲の下限は、高レベル放射性廃液６中の上記元素がガラスに取り込まれる濃度より設定したものである。
【００６９】
上記ガラス粘度低下用化学物質として用いる亜鉛１６、スズ、ユウロピウム、セリウムは単体の金属に限定されるものではなく、合金、あるいは、その硝酸塩や酸化物を用いるようにしてもよい。
【００７０】
又、本発明は上記実施の形態のみに限定されるものではなく、亜鉛１６をガラス溶融炉の炉底部付近へ供給するためのチューブ１７は、図１、図３に示した以外の配置としてもよい。
【００７１】
本発明の堆積物除去方法は、高レベル放射性廃液６をガラス原料８と共に溶融ガラス１０化させるようにしてあるガラス溶融炉１であって、炉底部に堆積する白金族元素を含む粘性の高い堆積物１５の除去が必要とされるガラス溶融炉１であれば、図示した以外のいかなる形式のガラス溶融炉１からの堆積物１５の除去に適用してもよい。
【００７２】
その他本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々変更を加え得ることは勿論である。
【符号の説明】
【００７３】
１ ガラス溶融炉
６ 高レベル放射性廃液
１０ 溶融ガラス
１２ 流下ノズル（出口）
１５ 堆積物
１６ 亜鉛（ガラス粘度低下用化学物質）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
炉底部に白金族元素を含む堆積物がある状態の高レベル放射性廃液処理用のガラス溶融炉における上記炉底部に、上記高レベル放射性廃液とガラス原料の少なくとも一方に含まれている元素からなると共にガラス溶融炉の通常運転温度よりも低融点であり、且つ溶融ガラスに取り込まれて該溶融ガラスの粘度を低下させることが可能な性状を有するガラス粘度低下用化学物質を供給するようにして、ガラス溶融炉の通常運転温度で溶融する該ガラス粘度低下用化学物質を溶融ガラス中へ取り込ませることにより、該溶融ガラスの粘度を低下させ、該粘度の低下したガラス中へ上記ガラス溶融炉の炉底部に堆積している白金族元素を拡散させることで該堆積物を流動化させ、該流動化した堆積物を上記ガラス溶融炉の溶融ガラスの出口より排出させるようにすることを特徴とするガラス溶融炉の堆積物除去方法。
【請求項２】
ガラス粘度低下用化学物質として、亜鉛、スズ、ユウロピウム、セリウムのいずれかを用いるようにする請求項１記載のガラス溶融炉の堆積物除去方法。
【請求項３】
ガラス粘度低下用化学物質を、ガラス溶融炉の運転中に供給するようにする請求項１又は２記載のガラス溶融炉の堆積物除去方法。
【請求項４】
ガラス粘度低下用化学物質を、ガラス溶融炉より溶融ガラスのドレンアウトをした後、該ガラス溶融炉に供給してガラス溶融炉の通常運転温度で溶融させるようにする請求項１又は２記載のガラス溶融炉の堆積物除去方法。
【請求項１】
炉底部に白金族元素を含む堆積物がある状態の高レベル放射性廃液処理用のガラス溶融炉における上記炉底部に、上記高レベル放射性廃液とガラス原料の少なくとも一方に含まれている元素からなると共にガラス溶融炉の通常運転温度よりも低融点であり、且つ溶融ガラスに取り込まれて該溶融ガラスの粘度を低下させることが可能な性状を有するガラス粘度低下用化学物質を供給するようにして、ガラス溶融炉の通常運転温度で溶融する該ガラス粘度低下用化学物質を溶融ガラス中へ取り込ませることにより、該溶融ガラスの粘度を低下させ、該粘度の低下したガラス中へ上記ガラス溶融炉の炉底部に堆積している白金族元素を拡散させることで該堆積物を流動化させ、該流動化した堆積物を上記ガラス溶融炉の溶融ガラスの出口より排出させるようにすることを特徴とするガラス溶融炉の堆積物除去方法。
【請求項２】
ガラス粘度低下用化学物質として、亜鉛、スズ、ユウロピウム、セリウムのいずれかを用いるようにする請求項１記載のガラス溶融炉の堆積物除去方法。
【請求項３】
ガラス粘度低下用化学物質を、ガラス溶融炉の運転中に供給するようにする請求項１又は２記載のガラス溶融炉の堆積物除去方法。
【請求項４】
ガラス粘度低下用化学物質を、ガラス溶融炉より溶融ガラスのドレンアウトをした後、該ガラス溶融炉に供給してガラス溶融炉の通常運転温度で溶融させるようにする請求項１又は２記載のガラス溶融炉の堆積物除去方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２０１２−２０７９７２（Ｐ２０１２−２０７９７２Ａ）
【公開日】平成２４年１０月２５日（２０１２．１０．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−７２７２４（Ｐ２０１１−７２７２４）
【出願日】平成２３年３月２９日（２０１１．３．２９）
【出願人】（０００００００９９）株式会社ＩＨＩ (5,014)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１０月２５日（２０１２．１０．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月２９日（２０１１．３．２９）
【出願人】（０００００００９９）株式会社ＩＨＩ (5,014)
【Ｆターム（参考）】
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