放射性廃棄物処理用の耐火物形成体およびその製造方法
【課題】耐火物の表面にコーティング層を形成することにより、高い耐食性を有する放射性廃棄物処理用の耐火物形成体およびその製造方法を提供することを目的とする。
【解決手段】放射性廃棄物処理用の耐火物形成体１０は、少なくとも酸化アルミニウムを６０重量％以上含有してなる耐火物本体２０と、この耐火物本体２０の表面に形成され、酸化ジルコニウムを７０〜９６重量％およびシリコン化合物を３０〜４重量％含有してなるコーティング層３０とを具備する。
【解決手段】放射性廃棄物処理用の耐火物形成体１０は、少なくとも酸化アルミニウムを６０重量％以上含有してなる耐火物本体２０と、この耐火物本体２０の表面に形成され、酸化ジルコニウムを７０〜９６重量％およびシリコン化合物を３０〜４重量％含有してなるコーティング層３０とを具備する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放射性廃棄物処理用の耐火物形成体に関し、特に原子力発電所等から発生する低レベル放射性雑固体廃棄物（金属類、フィルタ類、保温材、ガラス、コンクリート及び焼却灰等）を高周波誘導加熱により溶融して固化する際に使用される放射性廃棄物処理用の耐火物形成体およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
再処理施設等から発生する高線量、高汚染の不燃性廃棄物の処理において、廃棄物をルツボ中に投入し、高周波加熱処理を施すことにより廃棄物を溶融して固化させ、ルツボとともに地中に埋めることが計画されている。ここで使用されるルツボは、溶融した廃棄物との反応により溶融物の漏れが生じないこと、加熱の際の昇温時、または冷却時に熱スポーリング損傷によるき裂や割れが発生しないこと等の特性を有することが要求されている。また、廃棄物を溶融して固化させた後に、ルツボを埋める場所まで搬送する必要があるため、その際、ルツボが一定の機械的強度を備えていることが要求される。さらに、大型のルツボを大量に使用する関係上、低コストであることも重要な条件の１つである。
【０００３】
高周波加熱処理を施す際、溶融物の温度は１６００℃以上に達するため、上記した要求の中でも、特に溶融廃棄物に対する耐食性を向上させることが重要となる。従来のルツボを構成する耐火物材料では、耐食性が不十分であるため、溶融物との反応による減肉、さらには貫通による溶融物の漏れが発生することがあり、この問題を改善する必要があった。
【０００４】
これらの問題に対して従来、ルツボを構成する耐火物材料である、例えばアルミナ、炭化ケイ素、炭素からなる組成を最適化することにより、耐食性を向上させる技術が開示されている（例えば、特許文献１参照。）。また、ルツボを構成する耐火物材料である、アルミナ、アルミナ・マグネシア系スピネル、炭素からなる組成を最適化することにより、耐食性を向上させる技術が開示されている（例えば、特許文献２参照。）。
【特許文献１】特開平７−２６７７２１号公報
【特許文献２】特開２００４−３０７２７７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記した従来のようなルツボでは、耐食性、耐熱スポーリング性、機械的強度を同時に満足することは難しく、特に耐食性に関して、放射性廃棄物の溶融処理に用いるのに満足な特性を有するものは得られていない。
【０００６】
そこで、本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、耐火物の表面にコーティング層を形成することにより、高い耐食性を有する放射性廃棄物処理用の耐火物形成体およびその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明の一態様によれば、少なくとも酸化アルミニウムを６０重量％以上含有してなる耐火物本体と、前記耐火物本体の表面に形成され、酸化ジルコニウムを７０〜９６重量％およびシリコン化合物を３０〜４重量％含有してなるコーティング層とを具備することを特徴とする放射性廃棄物処理用の耐火物形成体が提供される。
【０００８】
また、本発明の一態様によれば、酸化ジルコニウムを７０〜９６重量％およびシリコン化合物を３０〜４重量％含有してなる原料を配合し、混練して混練物を形成する混練物形成工程と、少なくとも酸化アルミニウムを６０重量％以上含有し、見かけ気孔率が５〜３０％である耐火物本体の表面に、前記混練物を塗布し、熱処理してコーティング層を形成するコーティング層形成工程とを具備することを特徴とする放射性廃棄物処理用の耐火物形成体の製造方法が提供される。
【発明の効果】
【０００９】
本発明に係る放射性廃棄物処理用の耐火物形成体およびその製造方法によれば、耐火物の表面にコーティング層を形成することにより、高い耐食性を有することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。
【００１１】
図１は、本発明に係る一実施の形態の放射性廃棄物処理用の耐火物形成体１０の断面を模式的に示す図である。
【００１２】
図１に示すように、本発明に係る一実施の形態の耐火物形成体１０は、耐火物本体２０と、この耐火物本体２０の表面に形成されたコーティング層３０とを備える。
【００１３】
耐火物本体２０は、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）を主成分として構成され、少なくとも酸化アルミニウムを６０重量％以上含有してなる。ここで、酸化アルミニウムの含有立を６０重量％以上とすることが好ましいのは、酸化アルミニウムの含有率が６０重量％より少ない場合、耐火物本体２０の耐火性が不十分となるからである。また、耐火物本体２０は、ムライト成分を含有してもよい。このムライト成分を含有することで、耐火性の向上、あるいは耐熱スポーリング性の向上が可能となる。また、耐食性向上などの観点から酸化クロムなどを含有してもよい。
【００１４】
なお、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）に添加される物質は、上記したものに限られるものではなく、前述したように、耐火物形成体１０は、放射性廃棄物を高周波加熱処理する際に使用されるルツボとして用いられるため、高周波加熱処理における溶融物の温度である１６００℃〜１７００℃においても耐熱性、機械的強度等を有する耐火物形成体１０を構成する物質であればよい。このような耐火物本体２０を構成する材料の組成として、例えば、Ａｌ２Ｏ３―ＳｉＯ２系、Ａｌ２Ｏ３―Ｃｒ２Ｏ３系、Ａｌ２Ｏ３―ＳｉＯ２―Ｃｒ２Ｏ３系等が挙げられる。なお、耐火物本体２０を構成する材料の組成には、例えば、Ｆｅ２Ｏ３、ＴｉＯ２、ＣａＯ、ＭｇＯ等の不可避不純物が含まれることがあるが、この不可避不純物を含有する割合をできる限り「０」に近づけることが好ましい。
【００１５】
また、耐火物本体２０の見かけ気孔率は、５〜３０％であることが好ましい。ここで、見かけ気孔率Ｐｏは、次に示す式（１）によって定義される。
Ｐｏ＝（Ｗ３−Ｗ１）／（Ｗ３−Ｗ２） …式（１）
【００１６】
ここで、Ｗ１は、乾燥重量であり、耐火物本体２０の気孔に水を含浸しない状態の重量である。Ｗ２は、水中重量であり、耐火物本体２０の浮力分が減じられた水中における耐火物本体２０の重量である。Ｗ３は、飽水重量であり、気孔に水を含浸した状態の耐火物本体２０の大気中における重量である。
【００１７】
耐火物本体２０の見かけ気孔率を５〜３０％とすることが好ましいのは、見かけ気孔率が５％より低い場合には、コーティング層３０と十分な密着強度が得られないとともに、耐火物形成体自身の耐熱スポーリング性が低下し、実用性に欠けるからである。一方、見かけ気孔率が３０％より高い場合には、コーティング層３０が必要以上に耐火物本体２０の内部に浸透し、好適なコーティング層３０を形成することが難しくなるとともに、耐火物形成体自身の機械的強度が低下し、実用性に欠けるからである。また、耐火物本体２０の見かけ気孔率のより好ましい範囲は１０〜２０％である。
【００１８】
耐火物本体２０は、少なくとも酸化アルミニウムを６０重量％以上含有する材料を用いて、従来におけるルツボ等の耐火物の製造方法と同様に作製される。耐火物本体２０は、例えば、少なくとも酸化アルミニウムを６０重量％以上含有する材料に、必要に応じて結合材を添加して混練し、この混練された混練物を用いて所定の形状に成形し、焼成して作製される。なお、気孔率を上記した範囲に形成するのは、組成、成形体密度、焼成温度、焼成雰囲気等を制御することによって可能となる。
【００１９】
次に、コーティング層３０について説明する。
【００２０】
図１に示すように、コーティング層３０は、耐火物本体２０の表面に形成されている。このコーティング層３０は、酸化ジルコニウムを７０〜９６重量％およびシリコン化合物を３０〜４重量％含有してなる。ここで、酸化ジルコニウムの含有率を７０〜９６重量％とすることが好ましいのは、含有率が７０重量％よりも小さい場合および含有率が９６重量％よりも大きい場合ともに、耐食性が不十分となるからである。また、シリコン化合物の含有率を３０〜４重量％とすることが好ましいのは、含有率が４重量％よりも小さい場合および含有率が３０重量％よりも大きい場合ともに、耐食性が不十分となるからである。
【００２１】
シリコン化合物は、主にコーティング層３０の主成分である酸化ジルコニウムと耐火物本体２０の反応を促進する機能を有し、シリコン化合物として、具体的には、例えば酸化ケイ素、炭化ケイ素、窒化ケイ素などを用いる。
【００２２】
また、コーティング層３０を構成する材料の組成として、酸化ジルコニウムを８０〜９６重量％、シリコン化合物を２０〜４重量％含有する場合がより好ましく、酸化ジルコニウムを９０〜９５重量％、シリコン化合物を１０〜５重量％含有する場合がさらに好ましい。
【００２３】
なお、コーティング層３０を構成する材料の組成には、例えば、炭素、酸化ハフニウム等の不可避不純物が含まれることがあるが、この不可避不純物を含有する割合をできる限り「０」に近づけることが好ましい。
【００２４】
また、コーティング層３０の厚さは、５μｍ〜１００μｍであることが好ましい。コーティング層３０の厚さを５μｍ〜１００μｍとするのが好ましいのは、５μｍよりも薄い場合には、耐食性が不十分であり、１００μｍよりも厚い場合には、コーティング層３０が耐火物本体２０から剥がれ、これにより耐食性が不十分となるからである。また、コーティング層３０の厚さのより好ましい範囲は、１０μｍ〜５０μｍである。なお、コーティング層３０の厚さは、例えば、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ；Scanning Electron Microscope）による耐火物形成体１０の断面の画像から測定される。
【００２５】
また、コーティング層３０を構成する酸化ジルコニウムの平均粒径は、０．０１μｍ〜１μｍであることが好ましく、最大粒径が３μｍ以下であることが好ましい。また、シリコン化合物として、酸化ケイ素を用いる場合には、酸化ケイ素の平均粒径は、０．０１μｍ〜１μｍであることが好ましく、最大粒径が５μｍ以下であることが好ましい。また、シリコン化合物として、炭化ケイ素を用いる場合には、炭化ケイ素の平均粒径は、０．０１μｍ〜１μｍであることが好ましく、最大粒径が４μｍ以下であることが好ましい。上記した各平均粒径の範囲が好ましいのは、各下限値よりも平均粒径が小さい場合には、粒子の凝集が顕著で安定したコーティング剤が得られないためであり、各上限値よりも平均粒径が大きい場合には、コーティング層３０の主成分である酸化ジルコニウムと耐火物本体２０の反応を促進することが難しくなるからである。また、最大粒径が上記した各値を超えると、同様にコーティング層３０の主成分である酸化ジルコニウムと耐火物本体２０の反応を促進することが難しくなる。
【００２６】
ここで、平均粒径は、その粉体の集団の全体積を１００％として累積カーブを求めたときに、その累積カーブが５０％となる点の粒子径であり、いわゆるメディアン粒径である。また、平均粒径は、例えば、レーザ回折・散乱法（マイクロトラック法）などによって測定される。
【００２７】
次に、コーティング層３０の形成方法について説明する。
【００２８】
まず、酸化ジルコニウムを７０〜９６重量％およびシリコン化合物を３０〜４重量％含有してなる原料を配合し、該配合された原料に必要に応じて適量の結合材を添加して混練して、混練物を形成する。ここで、結合材としては、例えば、アクリル系バインダ、ＰＶＡ（ポリビニルアルコール）などが用いられる。これらの結合材は、後述する熱処理、すなわち焼成によって消失する。
【００２９】
続いて、前述した耐火物本体２０の表面に、混練物を塗布し、熱処理してコーティング層を形成する。混練物の塗布の方法は、公知な皮膜形成の手法により行えばよく、特に限定されるものではない。混練物の塗布の方法として、例えば、ディップコーティング、スプレーコーティング、刷毛塗り、ローラ等の湿式コーティングなどが挙げられる。また、熱処理後のコーティング層３０の厚さを、前述した５μｍ〜１００μｍとするのは、例えば、塗布回数や混練物における原料と結合材の混合比などを調整することで可能となる。熱処理、すなわち焼成は、混練物が塗布された耐火物本体２０を、例えば酸化アルミニウムの容器などに入れ、所定温度で所定時間加熱することで行われる。熱処理して得られた耐火物形成体１０は、自然冷却される。なお、得られた耐火物形成体１０は、例えば、再処理施設等から発生した廃棄物を高周波加熱処理する際に使用される収容容器、いわゆるルツボとして適用することができる。
【００３０】
上記したように、本発明に係る耐火物形成体１０によれば、酸化アルミニウムを主成分とする耐火物本体２０の表面に、酸化ジルコニウムを主成分とし、さらにシリコン化合物を含有するコーティング層３０を形成することで耐食性を向上させることができる。すなわち、耐火物形成体１０内に、再処理施設等から発生した廃棄物を投入し、高周波加熱処理を施すことにより廃棄物を溶融させたときであっても、溶融した廃棄物との反応が抑制される。また、コーティング層３０を形成することで、高周波加熱処理等の際に生じる熱スポーリング損傷によるき裂や割れの発生を防止することができる。これによって、耐火物形成体１０からの溶融物の漏れなどが生じない、高い信頼性を有する放射性廃棄物処理用の耐火物形成体１０を提供することができる。
【００３１】
また、本発明の実施形態は、本発明の技術的思想の範囲内で拡張もしくは変更することができ、この拡張、変更した実施形態も本発明の技術的範囲に含まれるものである。
【００３２】
次に、本発明に係る耐火物形成体１０が、優れた耐食性を有することを実施例および比較例に基づいて説明する。
【００３３】
（実施例１）
実施例１では、Ａｌ２Ｏ３を９３重量％、ＳｉＯ２を４．７重量％含有し、残部がＦｅ２Ｏ３、ＴｉＯ２、ＣａＯ、ＭｇＯ等からなる不可避不純物からなる耐火物本体を使用した。この耐火物本体の形状は、一端側が開口し他端が閉鎖された円筒体とし、外径を６０ｍｍ、内径を４０ｍｍ、高さを５０ｍｍ、厚さを均一（１０ｍｍ）とした。また、耐火物本体２０の見かけ気孔率は２０％であった。
【００３４】
また、酸化ジルコニウム９１重量％、酸化ケイ素９重量％を含有する原料に、微量の水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）を含む結合材を添加して混練し、水系スラリーを作製した。また、酸化ジルコニウムの平均粒径は０．１μｍで最大粒径が１μｍであり、酸化ケイ素の平均粒径は０．２μｍで最大粒径が０．５μｍであった。
【００３５】
この混練物である水系スラリーを耐火物本体の表面に、刷毛塗りにより塗布した。続いて、水系スラリーが塗布された耐火物本体を常温で２時間乾燥させた後、大気中において１０００℃の温度で３０分間熱処理してコーティング層を形成し、耐火物形成体を得た。なお、熱処理後、この耐火物形成体を大気中で自然冷却した。形成されたコーティング層の厚さは３０μｍであった。
【００３６】
上記した耐火物形成体に、炭素鋼および同重量比のＳｉＯ２とＣａＯとからなるスラグを１５０ｇ投入し、１７００℃に設定された高周波誘導炉に３０分間保持して、炭素鋼およびスラグを溶融させ、侵食試験を行った。侵食試験後、耐火物形成体を冷却し、耐火物形成体の断面を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察した。観察した結果、炭素鋼およびスラグと接触する耐火物形成体の接触面において、炭素鋼およびスラグとの反応層の形成は極わずかであり、良好な耐食性を示すことが確認された。
【００３７】
（実施例２）
実施例２では、実施例１で使用した耐火物本体と同じ、組成、形状および見かけ気孔率を有する耐火物本体を使用した。
【００３８】
また、酸化ジルコニウム９１重量％、炭化ケイ素９重量％を含有する原料に、微量の結合材を添加して混練し、水系スラリーを作製した。また、酸化ジルコニウムの平均粒径は０．１μｍで最大粒径が１μｍであり、炭化ケイ素の平均粒径は０．４μｍで最大粒径が１μｍであった。
【００３９】
この混練物である水系スラリーを耐火物本体の表面に、刷毛塗りにより塗布した。続いて、水系スラリーが塗布された耐火物本体を常温で２時間乾燥させた後、大気中において１３００℃の温度で３０分間熱処理してコーティング層を形成し、耐火物形成体を得た。なお、熱処理後、この耐火物形成体を大気中で自然冷却した。形成されたコーティング層の厚さは３０μｍであった。
【００４０】
この耐火物形成体を用いて、実施例１と同じ条件で侵食試験を行い、耐火物形成体の断面を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察した。観察した結果、炭素鋼およびスラグと接触する耐火物形成体の接触面において、炭素鋼およびスラグとの反応層の形成は極わずかであり、良好な耐食性を示すことが確認された。
【００４１】
（実施例３）
実施例３では、Ａｌ２Ｏ３を７０重量％、ムライトを３０重量％含有してなる耐火物本体を使用した。耐火物本体の形状および見かけ気孔率は、実施例１で使用した耐火物本体のそれらと同じとした。また、この耐火物本体の表面に形成されるコーティング層は、実施例１におけるコーティング層と同じであり、形成方法も同じである。
【００４２】
この耐火物形成体を用いて、実施例１と同じ条件で侵食試験を行い、耐火物形成体の断面を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察した。観察した結果、炭素鋼およびスラグと接触する耐火物形成体の接触面において、炭素鋼およびスラグとの反応層の形成は極わずかであり、良好な耐食性を示すことが確認された。
【００４３】
（実施例４）
実施例４では、実施例１で使用した耐火物本体と同じ、組成、形状および見かけ気孔率を有する耐火物本体を使用した。
【００４４】
また、この耐火物本体の表面に形成されるコーティング層は、酸化ジルコニウム８０重量％、酸化ケイ素２０重量％を含有する原料を用いた以外は、実施例１におけるコーティング層と同じであり、形成方法も同じである。
【００４５】
この耐火物形成体を用いて、実施例１と同じ条件で侵食試験を行い、耐火物形成体の断面を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察した。観察した結果、炭素鋼およびスラグと接触する耐火物形成体の接触面において、炭素鋼およびスラグとの反応層の形成は極わずかであり、良好な耐食性を示すことが確認された。
【００４６】
（実施例５）
実施例５では、実施例１で使用した耐火物本体と同じ、組成、形状および見かけ気孔率を有する耐火物本体を使用した。
【００４７】
また、この耐火物本体の表面に形成されるコーティング層は、酸化ジルコニウム７０重量％、酸化ケイ素３０重量％を含有する原料を用いた以外は、実施例１におけるコーティング層と同じであり、形成方法も同じである。
【００４８】
この耐火物形成体を用いて、実施例１と同じ条件で侵食試験を行い、耐火物形成体の断面を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察した。観察した結果、炭素鋼およびスラグと接触する耐火物形成体の接触面において、炭素鋼およびスラグとの反応層の形成は極わずかであり、良好な耐食性を示すことが確認された。
【００４９】
（実施例６）
実施例６では、実施例１で使用した耐火物本体と同じ、組成、形状および見かけ気孔率を有する耐火物本体を使用した。
【００５０】
また、この耐火物本体の表面に形成されるコーティング層は、酸化ジルコニウム９６重量％、酸化ケイ素４重量％を含有する原料を用いた以外は、実施例１におけるコーティング層と同じであり、形成方法も同じである。
【００５１】
この耐火物形成体を用いて、実施例１と同じ条件で侵食試験を行い、耐火物形成体の断面を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察した。観察した結果、炭素鋼およびスラグと接触する耐火物形成体の接触面において、炭素鋼およびスラグとの反応層の形成は極わずかであり、良好な耐食性を示すことが確認された。
【００５２】
（比較例１）
比較例１では、実施例１で使用した耐火物本体と同じ、組成、形状および見かけ気孔率を有する耐火物本体を使用した。
【００５３】
また、この耐火物本体の表面に形成されるコーティング層は、酸化ジルコニウム６５重量％、酸化ケイ素３５重量％を含有する原料を用いた以外は、実施例１におけるコーティング層と同じであり、形成方法も同じである。
【００５４】
この耐火物形成体を用いて、実施例１と同じ条件で侵食試験を行い、耐火物形成体の断面を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察した。観察した結果、炭素鋼およびスラグと接触する耐火物形成体の接触面において、炭素鋼およびスラグとの反応層が深く浸食しており、耐食性が十分でないことが確認された。
【００５５】
（比較例２）
比較例２では、実施例１で使用した耐火物本体と同じ、組成、形状および見かけ気孔率を有する耐火物本体を使用した。
【００５６】
また、この耐火物本体の表面に形成されるコーティング層は、酸化ジルコニウム９８重量％、酸化ケイ素２重量％を含有する原料を用いた以外は、実施例１におけるコーティング層と同じであり、形成方法も同じである。
【００５７】
この耐火物形成体を用いて、実施例１と同じ条件で侵食試験を行い、耐火物形成体の断面を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察した。観察した結果、炭素鋼およびスラグと接触する耐火物形成体の接触面において、炭素鋼およびスラグとの反応層が深く浸食しており、耐食性が十分でないことが確認された。
【００５８】
（実施例１〜実施例６および比較例１〜比較例２のまとめ）
実施例１〜実施例６および比較例１〜比較例２における侵食試験の結果から、コーティング層において、酸化ジルコニウムとシリコン化合物の含有率を本発明の範囲（酸化ジルコニウムを７０〜９６重量％およびシリコン化合物を３０〜４重量％）とすることで良好な耐食性が得られることがわかった。
【００５９】
（実施例７）
実施例７では、実施例１で使用した耐火物本体と同じ、組成、形状および見かけ気孔率を有する耐火物本体を使用した。
【００６０】
また、この耐火物本体の表面に形成されるコーティング層は、コーティング層の厚さが５μｍである以外は、実施例１におけるコーティング層と同じであり、形成方法も同じである。
【００６１】
この耐火物形成体を用いて、実施例１と同じ条件で侵食試験を行い、耐火物形成体の断面を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察した。観察した結果、炭素鋼およびスラグと接触する耐火物形成体の接触面において、炭素鋼およびスラグとの反応層の形成は極わずかであり、良好な耐食性を示すことが確認された。
【００６２】
（実施例８）
実施例８では、実施例１で使用した耐火物本体と同じ、組成、形状および見かけ気孔率を有する耐火物本体を使用した。
【００６３】
また、この耐火物本体の表面に形成されるコーティング層は、コーティング層の厚さが１００μｍである以外は、実施例１におけるコーティング層と同じであり、形成方法も同じである。
【００６４】
この耐火物形成体を用いて、実施例１と同じ条件で侵食試験を行い、耐火物形成体の断面を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察した。観察した結果、炭素鋼およびスラグと接触する耐火物形成体の接触面において、炭素鋼およびスラグとの反応層の形成は極わずかであり、良好な耐食性を示すことが確認された。
【００６５】
（比較例３）
比較例３では、実施例１で使用した耐火物本体と同じ、組成、形状および見かけ気孔率を有する耐火物本体を使用した。
【００６６】
また、この耐火物本体の表面に形成されるコーティング層は、コーティング層の厚さが２μｍである以外は、実施例１におけるコーティング層と同じであり、形成方法も同じである。
【００６７】
この耐火物形成体を用いて、実施例１と同じ条件で侵食試験を行い、耐火物形成体の断面を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察した。観察した結果、炭素鋼およびスラグと接触する耐火物形成体の接触面において、炭素鋼およびスラグとの反応層が深く浸食しており、耐食性が十分でないことが確認された。
【００６８】
（比較例４）
比較例４では、実施例１で使用した耐火物本体と同じ、組成、形状および見かけ気孔率を有する耐火物本体を使用した。
【００６９】
また、この耐火物本体の表面に形成されるコーティング層は、コーティング層の厚さが１２０μｍである以外は、実施例１におけるコーティング層と同じであり、形成方法も同じである。
【００７０】
この耐火物形成体を用いて、実施例１と同じ条件で侵食試験を行い、耐火物形成体の断面を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察した。観察した結果、耐火物本体からコーティング層が剥がれている部分が観察された。さらに、コーティング層が剥がれている部分では、炭素鋼およびスラグとの反応層が深く浸食しており、耐食性が十分でないことが確認された。
【００７１】
（実施例１、実施例７〜実施例８および比較例３〜比較例４のまとめ）
実施例１、実施例７〜実施例８および比較例３〜比較例４における侵食試験の結果から、コーティング層の厚さを本発明の範囲（５μｍ〜１００μｍ）とすることで良好な耐食性が得られることがわかった。
【００７２】
（実施例９）
実施例９では、見かけ気孔率を５％とした以外は、実施例１で使用した耐火物本体と同じ、組成および形状を有する耐火物本体を使用した。また、この耐火物本体の表面に形成されるコーティング層は、実施例１におけるコーティング層と同じであり、形成方法も同じである。
【００７３】
この耐火物形成体を用いて、実施例１と同じ条件で侵食試験を行い、耐火物形成体の断面を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察した。観察した結果、炭素鋼およびスラグと接触する耐火物形成体の接触面において、炭素鋼およびスラグとの反応層の形成は極わずかであり、良好な耐食性を示すことが確認された。
【００７４】
（実施例１０）
実施例１０では、見かけ気孔率を３０％とした以外は、実施例１で使用した耐火物本体と同じ、組成および形状を有する耐火物本体を使用した。また、この耐火物本体の表面に形成されるコーティング層は、実施例１におけるコーティング層と同じであり、形成方法も同じである。
【００７５】
この耐火物形成体を用いて、実施例１と同じ条件で侵食試験を行い、耐火物形成体の断面を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察した。観察した結果、炭素鋼およびスラグと接触する耐火物形成体の接触面において、炭素鋼およびスラグとの反応層の形成は極わずかであり、良好な耐食性を示すことが確認された。
【００７６】
（比較例５）
比較例５では、見かけ気孔率を３％とした以外は、実施例１で使用した耐火物本体と同じ、組成および形状を有する耐火物本体を使用した。また、この耐火物本体の表面に形成されるコーティング層は、実施例１におけるコーティング層と同じであり、形成方法も同じである。
【００７７】
この耐火物形成体を用いて、実施例１と同じ条件で侵食試験を行い、耐火物形成体の断面を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察した。観察した結果、耐火物本体からコーティング層が剥がれている部分が観察された。さらに、コーティング層が剥がれている部分では、炭素鋼およびスラグとの反応層が深く浸食しており、耐食性が十分でないことが確認された。
【００７８】
（比較例６）
比較例６では、見かけ気孔率を３５％とした以外は、実施例１で使用した耐火物本体と同じ、組成および形状を有する耐火物本体を使用した。また、この耐火物本体の表面に形成されるコーティング層は、実施例１におけるコーティング層と同じであり、形成方法も同じである。
【００７９】
この耐火物形成体を用いて、実施例１と同じ条件で侵食試験を行い、耐火物形成体の断面を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察した。観察した結果、炭素鋼およびスラグと接触する耐火物形成体の接触面において、炭素鋼およびスラグとの反応層が深く浸食しており、耐食性が十分でないことが確認された。
【００８０】
（実施例１、実施例９〜実施例１０および比較例５〜比較例６のまとめ）
実施例１、実施例９〜実施例１０および比較例５〜比較例６における侵食試験の結果から、耐火物本体の見かけ気孔率を本発明の範囲（５〜３０％）とすることで、侵食試験後においても、耐火物本体からコーティング層が剥がれることなく、十分な密着強度を有していることがわかった。これによって、良好な耐食性が得られることがわかった。
【図面の簡単な説明】
【００８１】
【図１】本発明に係る一実施の形態の放射性廃棄物処理用の耐火物形成体の断面を模式的に示す図。
【符号の説明】
【００８２】
１０…耐火物形成体、２０…耐火物本体、３０…コーティング層。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放射性廃棄物処理用の耐火物形成体に関し、特に原子力発電所等から発生する低レベル放射性雑固体廃棄物（金属類、フィルタ類、保温材、ガラス、コンクリート及び焼却灰等）を高周波誘導加熱により溶融して固化する際に使用される放射性廃棄物処理用の耐火物形成体およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
再処理施設等から発生する高線量、高汚染の不燃性廃棄物の処理において、廃棄物をルツボ中に投入し、高周波加熱処理を施すことにより廃棄物を溶融して固化させ、ルツボとともに地中に埋めることが計画されている。ここで使用されるルツボは、溶融した廃棄物との反応により溶融物の漏れが生じないこと、加熱の際の昇温時、または冷却時に熱スポーリング損傷によるき裂や割れが発生しないこと等の特性を有することが要求されている。また、廃棄物を溶融して固化させた後に、ルツボを埋める場所まで搬送する必要があるため、その際、ルツボが一定の機械的強度を備えていることが要求される。さらに、大型のルツボを大量に使用する関係上、低コストであることも重要な条件の１つである。
【０００３】
高周波加熱処理を施す際、溶融物の温度は１６００℃以上に達するため、上記した要求の中でも、特に溶融廃棄物に対する耐食性を向上させることが重要となる。従来のルツボを構成する耐火物材料では、耐食性が不十分であるため、溶融物との反応による減肉、さらには貫通による溶融物の漏れが発生することがあり、この問題を改善する必要があった。
【０００４】
これらの問題に対して従来、ルツボを構成する耐火物材料である、例えばアルミナ、炭化ケイ素、炭素からなる組成を最適化することにより、耐食性を向上させる技術が開示されている（例えば、特許文献１参照。）。また、ルツボを構成する耐火物材料である、アルミナ、アルミナ・マグネシア系スピネル、炭素からなる組成を最適化することにより、耐食性を向上させる技術が開示されている（例えば、特許文献２参照。）。
【特許文献１】特開平７−２６７７２１号公報
【特許文献２】特開２００４−３０７２７７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記した従来のようなルツボでは、耐食性、耐熱スポーリング性、機械的強度を同時に満足することは難しく、特に耐食性に関して、放射性廃棄物の溶融処理に用いるのに満足な特性を有するものは得られていない。
【０００６】
そこで、本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、耐火物の表面にコーティング層を形成することにより、高い耐食性を有する放射性廃棄物処理用の耐火物形成体およびその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明の一態様によれば、少なくとも酸化アルミニウムを６０重量％以上含有してなる耐火物本体と、前記耐火物本体の表面に形成され、酸化ジルコニウムを７０〜９６重量％およびシリコン化合物を３０〜４重量％含有してなるコーティング層とを具備することを特徴とする放射性廃棄物処理用の耐火物形成体が提供される。
【０００８】
また、本発明の一態様によれば、酸化ジルコニウムを７０〜９６重量％およびシリコン化合物を３０〜４重量％含有してなる原料を配合し、混練して混練物を形成する混練物形成工程と、少なくとも酸化アルミニウムを６０重量％以上含有し、見かけ気孔率が５〜３０％である耐火物本体の表面に、前記混練物を塗布し、熱処理してコーティング層を形成するコーティング層形成工程とを具備することを特徴とする放射性廃棄物処理用の耐火物形成体の製造方法が提供される。
【発明の効果】
【０００９】
本発明に係る放射性廃棄物処理用の耐火物形成体およびその製造方法によれば、耐火物の表面にコーティング層を形成することにより、高い耐食性を有することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。
【００１１】
図１は、本発明に係る一実施の形態の放射性廃棄物処理用の耐火物形成体１０の断面を模式的に示す図である。
【００１２】
図１に示すように、本発明に係る一実施の形態の耐火物形成体１０は、耐火物本体２０と、この耐火物本体２０の表面に形成されたコーティング層３０とを備える。
【００１３】
耐火物本体２０は、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）を主成分として構成され、少なくとも酸化アルミニウムを６０重量％以上含有してなる。ここで、酸化アルミニウムの含有立を６０重量％以上とすることが好ましいのは、酸化アルミニウムの含有率が６０重量％より少ない場合、耐火物本体２０の耐火性が不十分となるからである。また、耐火物本体２０は、ムライト成分を含有してもよい。このムライト成分を含有することで、耐火性の向上、あるいは耐熱スポーリング性の向上が可能となる。また、耐食性向上などの観点から酸化クロムなどを含有してもよい。
【００１４】
なお、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）に添加される物質は、上記したものに限られるものではなく、前述したように、耐火物形成体１０は、放射性廃棄物を高周波加熱処理する際に使用されるルツボとして用いられるため、高周波加熱処理における溶融物の温度である１６００℃〜１７００℃においても耐熱性、機械的強度等を有する耐火物形成体１０を構成する物質であればよい。このような耐火物本体２０を構成する材料の組成として、例えば、Ａｌ２Ｏ３―ＳｉＯ２系、Ａｌ２Ｏ３―Ｃｒ２Ｏ３系、Ａｌ２Ｏ３―ＳｉＯ２―Ｃｒ２Ｏ３系等が挙げられる。なお、耐火物本体２０を構成する材料の組成には、例えば、Ｆｅ２Ｏ３、ＴｉＯ２、ＣａＯ、ＭｇＯ等の不可避不純物が含まれることがあるが、この不可避不純物を含有する割合をできる限り「０」に近づけることが好ましい。
【００１５】
また、耐火物本体２０の見かけ気孔率は、５〜３０％であることが好ましい。ここで、見かけ気孔率Ｐｏは、次に示す式（１）によって定義される。
Ｐｏ＝（Ｗ３−Ｗ１）／（Ｗ３−Ｗ２） …式（１）
【００１６】
ここで、Ｗ１は、乾燥重量であり、耐火物本体２０の気孔に水を含浸しない状態の重量である。Ｗ２は、水中重量であり、耐火物本体２０の浮力分が減じられた水中における耐火物本体２０の重量である。Ｗ３は、飽水重量であり、気孔に水を含浸した状態の耐火物本体２０の大気中における重量である。
【００１７】
耐火物本体２０の見かけ気孔率を５〜３０％とすることが好ましいのは、見かけ気孔率が５％より低い場合には、コーティング層３０と十分な密着強度が得られないとともに、耐火物形成体自身の耐熱スポーリング性が低下し、実用性に欠けるからである。一方、見かけ気孔率が３０％より高い場合には、コーティング層３０が必要以上に耐火物本体２０の内部に浸透し、好適なコーティング層３０を形成することが難しくなるとともに、耐火物形成体自身の機械的強度が低下し、実用性に欠けるからである。また、耐火物本体２０の見かけ気孔率のより好ましい範囲は１０〜２０％である。
【００１８】
耐火物本体２０は、少なくとも酸化アルミニウムを６０重量％以上含有する材料を用いて、従来におけるルツボ等の耐火物の製造方法と同様に作製される。耐火物本体２０は、例えば、少なくとも酸化アルミニウムを６０重量％以上含有する材料に、必要に応じて結合材を添加して混練し、この混練された混練物を用いて所定の形状に成形し、焼成して作製される。なお、気孔率を上記した範囲に形成するのは、組成、成形体密度、焼成温度、焼成雰囲気等を制御することによって可能となる。
【００１９】
次に、コーティング層３０について説明する。
【００２０】
図１に示すように、コーティング層３０は、耐火物本体２０の表面に形成されている。このコーティング層３０は、酸化ジルコニウムを７０〜９６重量％およびシリコン化合物を３０〜４重量％含有してなる。ここで、酸化ジルコニウムの含有率を７０〜９６重量％とすることが好ましいのは、含有率が７０重量％よりも小さい場合および含有率が９６重量％よりも大きい場合ともに、耐食性が不十分となるからである。また、シリコン化合物の含有率を３０〜４重量％とすることが好ましいのは、含有率が４重量％よりも小さい場合および含有率が３０重量％よりも大きい場合ともに、耐食性が不十分となるからである。
【００２１】
シリコン化合物は、主にコーティング層３０の主成分である酸化ジルコニウムと耐火物本体２０の反応を促進する機能を有し、シリコン化合物として、具体的には、例えば酸化ケイ素、炭化ケイ素、窒化ケイ素などを用いる。
【００２２】
また、コーティング層３０を構成する材料の組成として、酸化ジルコニウムを８０〜９６重量％、シリコン化合物を２０〜４重量％含有する場合がより好ましく、酸化ジルコニウムを９０〜９５重量％、シリコン化合物を１０〜５重量％含有する場合がさらに好ましい。
【００２３】
なお、コーティング層３０を構成する材料の組成には、例えば、炭素、酸化ハフニウム等の不可避不純物が含まれることがあるが、この不可避不純物を含有する割合をできる限り「０」に近づけることが好ましい。
【００２４】
また、コーティング層３０の厚さは、５μｍ〜１００μｍであることが好ましい。コーティング層３０の厚さを５μｍ〜１００μｍとするのが好ましいのは、５μｍよりも薄い場合には、耐食性が不十分であり、１００μｍよりも厚い場合には、コーティング層３０が耐火物本体２０から剥がれ、これにより耐食性が不十分となるからである。また、コーティング層３０の厚さのより好ましい範囲は、１０μｍ〜５０μｍである。なお、コーティング層３０の厚さは、例えば、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ；Scanning Electron Microscope）による耐火物形成体１０の断面の画像から測定される。
【００２５】
また、コーティング層３０を構成する酸化ジルコニウムの平均粒径は、０．０１μｍ〜１μｍであることが好ましく、最大粒径が３μｍ以下であることが好ましい。また、シリコン化合物として、酸化ケイ素を用いる場合には、酸化ケイ素の平均粒径は、０．０１μｍ〜１μｍであることが好ましく、最大粒径が５μｍ以下であることが好ましい。また、シリコン化合物として、炭化ケイ素を用いる場合には、炭化ケイ素の平均粒径は、０．０１μｍ〜１μｍであることが好ましく、最大粒径が４μｍ以下であることが好ましい。上記した各平均粒径の範囲が好ましいのは、各下限値よりも平均粒径が小さい場合には、粒子の凝集が顕著で安定したコーティング剤が得られないためであり、各上限値よりも平均粒径が大きい場合には、コーティング層３０の主成分である酸化ジルコニウムと耐火物本体２０の反応を促進することが難しくなるからである。また、最大粒径が上記した各値を超えると、同様にコーティング層３０の主成分である酸化ジルコニウムと耐火物本体２０の反応を促進することが難しくなる。
【００２６】
ここで、平均粒径は、その粉体の集団の全体積を１００％として累積カーブを求めたときに、その累積カーブが５０％となる点の粒子径であり、いわゆるメディアン粒径である。また、平均粒径は、例えば、レーザ回折・散乱法（マイクロトラック法）などによって測定される。
【００２７】
次に、コーティング層３０の形成方法について説明する。
【００２８】
まず、酸化ジルコニウムを７０〜９６重量％およびシリコン化合物を３０〜４重量％含有してなる原料を配合し、該配合された原料に必要に応じて適量の結合材を添加して混練して、混練物を形成する。ここで、結合材としては、例えば、アクリル系バインダ、ＰＶＡ（ポリビニルアルコール）などが用いられる。これらの結合材は、後述する熱処理、すなわち焼成によって消失する。
【００２９】
続いて、前述した耐火物本体２０の表面に、混練物を塗布し、熱処理してコーティング層を形成する。混練物の塗布の方法は、公知な皮膜形成の手法により行えばよく、特に限定されるものではない。混練物の塗布の方法として、例えば、ディップコーティング、スプレーコーティング、刷毛塗り、ローラ等の湿式コーティングなどが挙げられる。また、熱処理後のコーティング層３０の厚さを、前述した５μｍ〜１００μｍとするのは、例えば、塗布回数や混練物における原料と結合材の混合比などを調整することで可能となる。熱処理、すなわち焼成は、混練物が塗布された耐火物本体２０を、例えば酸化アルミニウムの容器などに入れ、所定温度で所定時間加熱することで行われる。熱処理して得られた耐火物形成体１０は、自然冷却される。なお、得られた耐火物形成体１０は、例えば、再処理施設等から発生した廃棄物を高周波加熱処理する際に使用される収容容器、いわゆるルツボとして適用することができる。
【００３０】
上記したように、本発明に係る耐火物形成体１０によれば、酸化アルミニウムを主成分とする耐火物本体２０の表面に、酸化ジルコニウムを主成分とし、さらにシリコン化合物を含有するコーティング層３０を形成することで耐食性を向上させることができる。すなわち、耐火物形成体１０内に、再処理施設等から発生した廃棄物を投入し、高周波加熱処理を施すことにより廃棄物を溶融させたときであっても、溶融した廃棄物との反応が抑制される。また、コーティング層３０を形成することで、高周波加熱処理等の際に生じる熱スポーリング損傷によるき裂や割れの発生を防止することができる。これによって、耐火物形成体１０からの溶融物の漏れなどが生じない、高い信頼性を有する放射性廃棄物処理用の耐火物形成体１０を提供することができる。
【００３１】
また、本発明の実施形態は、本発明の技術的思想の範囲内で拡張もしくは変更することができ、この拡張、変更した実施形態も本発明の技術的範囲に含まれるものである。
【００３２】
次に、本発明に係る耐火物形成体１０が、優れた耐食性を有することを実施例および比較例に基づいて説明する。
【００３３】
（実施例１）
実施例１では、Ａｌ２Ｏ３を９３重量％、ＳｉＯ２を４．７重量％含有し、残部がＦｅ２Ｏ３、ＴｉＯ２、ＣａＯ、ＭｇＯ等からなる不可避不純物からなる耐火物本体を使用した。この耐火物本体の形状は、一端側が開口し他端が閉鎖された円筒体とし、外径を６０ｍｍ、内径を４０ｍｍ、高さを５０ｍｍ、厚さを均一（１０ｍｍ）とした。また、耐火物本体２０の見かけ気孔率は２０％であった。
【００３４】
また、酸化ジルコニウム９１重量％、酸化ケイ素９重量％を含有する原料に、微量の水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）を含む結合材を添加して混練し、水系スラリーを作製した。また、酸化ジルコニウムの平均粒径は０．１μｍで最大粒径が１μｍであり、酸化ケイ素の平均粒径は０．２μｍで最大粒径が０．５μｍであった。
【００３５】
この混練物である水系スラリーを耐火物本体の表面に、刷毛塗りにより塗布した。続いて、水系スラリーが塗布された耐火物本体を常温で２時間乾燥させた後、大気中において１０００℃の温度で３０分間熱処理してコーティング層を形成し、耐火物形成体を得た。なお、熱処理後、この耐火物形成体を大気中で自然冷却した。形成されたコーティング層の厚さは３０μｍであった。
【００３６】
上記した耐火物形成体に、炭素鋼および同重量比のＳｉＯ２とＣａＯとからなるスラグを１５０ｇ投入し、１７００℃に設定された高周波誘導炉に３０分間保持して、炭素鋼およびスラグを溶融させ、侵食試験を行った。侵食試験後、耐火物形成体を冷却し、耐火物形成体の断面を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察した。観察した結果、炭素鋼およびスラグと接触する耐火物形成体の接触面において、炭素鋼およびスラグとの反応層の形成は極わずかであり、良好な耐食性を示すことが確認された。
【００３７】
（実施例２）
実施例２では、実施例１で使用した耐火物本体と同じ、組成、形状および見かけ気孔率を有する耐火物本体を使用した。
【００３８】
また、酸化ジルコニウム９１重量％、炭化ケイ素９重量％を含有する原料に、微量の結合材を添加して混練し、水系スラリーを作製した。また、酸化ジルコニウムの平均粒径は０．１μｍで最大粒径が１μｍであり、炭化ケイ素の平均粒径は０．４μｍで最大粒径が１μｍであった。
【００３９】
この混練物である水系スラリーを耐火物本体の表面に、刷毛塗りにより塗布した。続いて、水系スラリーが塗布された耐火物本体を常温で２時間乾燥させた後、大気中において１３００℃の温度で３０分間熱処理してコーティング層を形成し、耐火物形成体を得た。なお、熱処理後、この耐火物形成体を大気中で自然冷却した。形成されたコーティング層の厚さは３０μｍであった。
【００４０】
この耐火物形成体を用いて、実施例１と同じ条件で侵食試験を行い、耐火物形成体の断面を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察した。観察した結果、炭素鋼およびスラグと接触する耐火物形成体の接触面において、炭素鋼およびスラグとの反応層の形成は極わずかであり、良好な耐食性を示すことが確認された。
【００４１】
（実施例３）
実施例３では、Ａｌ２Ｏ３を７０重量％、ムライトを３０重量％含有してなる耐火物本体を使用した。耐火物本体の形状および見かけ気孔率は、実施例１で使用した耐火物本体のそれらと同じとした。また、この耐火物本体の表面に形成されるコーティング層は、実施例１におけるコーティング層と同じであり、形成方法も同じである。
【００４２】
この耐火物形成体を用いて、実施例１と同じ条件で侵食試験を行い、耐火物形成体の断面を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察した。観察した結果、炭素鋼およびスラグと接触する耐火物形成体の接触面において、炭素鋼およびスラグとの反応層の形成は極わずかであり、良好な耐食性を示すことが確認された。
【００４３】
（実施例４）
実施例４では、実施例１で使用した耐火物本体と同じ、組成、形状および見かけ気孔率を有する耐火物本体を使用した。
【００４４】
また、この耐火物本体の表面に形成されるコーティング層は、酸化ジルコニウム８０重量％、酸化ケイ素２０重量％を含有する原料を用いた以外は、実施例１におけるコーティング層と同じであり、形成方法も同じである。
【００４５】
この耐火物形成体を用いて、実施例１と同じ条件で侵食試験を行い、耐火物形成体の断面を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察した。観察した結果、炭素鋼およびスラグと接触する耐火物形成体の接触面において、炭素鋼およびスラグとの反応層の形成は極わずかであり、良好な耐食性を示すことが確認された。
【００４６】
（実施例５）
実施例５では、実施例１で使用した耐火物本体と同じ、組成、形状および見かけ気孔率を有する耐火物本体を使用した。
【００４７】
また、この耐火物本体の表面に形成されるコーティング層は、酸化ジルコニウム７０重量％、酸化ケイ素３０重量％を含有する原料を用いた以外は、実施例１におけるコーティング層と同じであり、形成方法も同じである。
【００４８】
この耐火物形成体を用いて、実施例１と同じ条件で侵食試験を行い、耐火物形成体の断面を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察した。観察した結果、炭素鋼およびスラグと接触する耐火物形成体の接触面において、炭素鋼およびスラグとの反応層の形成は極わずかであり、良好な耐食性を示すことが確認された。
【００４９】
（実施例６）
実施例６では、実施例１で使用した耐火物本体と同じ、組成、形状および見かけ気孔率を有する耐火物本体を使用した。
【００５０】
また、この耐火物本体の表面に形成されるコーティング層は、酸化ジルコニウム９６重量％、酸化ケイ素４重量％を含有する原料を用いた以外は、実施例１におけるコーティング層と同じであり、形成方法も同じである。
【００５１】
この耐火物形成体を用いて、実施例１と同じ条件で侵食試験を行い、耐火物形成体の断面を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察した。観察した結果、炭素鋼およびスラグと接触する耐火物形成体の接触面において、炭素鋼およびスラグとの反応層の形成は極わずかであり、良好な耐食性を示すことが確認された。
【００５２】
（比較例１）
比較例１では、実施例１で使用した耐火物本体と同じ、組成、形状および見かけ気孔率を有する耐火物本体を使用した。
【００５３】
また、この耐火物本体の表面に形成されるコーティング層は、酸化ジルコニウム６５重量％、酸化ケイ素３５重量％を含有する原料を用いた以外は、実施例１におけるコーティング層と同じであり、形成方法も同じである。
【００５４】
この耐火物形成体を用いて、実施例１と同じ条件で侵食試験を行い、耐火物形成体の断面を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察した。観察した結果、炭素鋼およびスラグと接触する耐火物形成体の接触面において、炭素鋼およびスラグとの反応層が深く浸食しており、耐食性が十分でないことが確認された。
【００５５】
（比較例２）
比較例２では、実施例１で使用した耐火物本体と同じ、組成、形状および見かけ気孔率を有する耐火物本体を使用した。
【００５６】
また、この耐火物本体の表面に形成されるコーティング層は、酸化ジルコニウム９８重量％、酸化ケイ素２重量％を含有する原料を用いた以外は、実施例１におけるコーティング層と同じであり、形成方法も同じである。
【００５７】
この耐火物形成体を用いて、実施例１と同じ条件で侵食試験を行い、耐火物形成体の断面を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察した。観察した結果、炭素鋼およびスラグと接触する耐火物形成体の接触面において、炭素鋼およびスラグとの反応層が深く浸食しており、耐食性が十分でないことが確認された。
【００５８】
（実施例１〜実施例６および比較例１〜比較例２のまとめ）
実施例１〜実施例６および比較例１〜比較例２における侵食試験の結果から、コーティング層において、酸化ジルコニウムとシリコン化合物の含有率を本発明の範囲（酸化ジルコニウムを７０〜９６重量％およびシリコン化合物を３０〜４重量％）とすることで良好な耐食性が得られることがわかった。
【００５９】
（実施例７）
実施例７では、実施例１で使用した耐火物本体と同じ、組成、形状および見かけ気孔率を有する耐火物本体を使用した。
【００６０】
また、この耐火物本体の表面に形成されるコーティング層は、コーティング層の厚さが５μｍである以外は、実施例１におけるコーティング層と同じであり、形成方法も同じである。
【００６１】
この耐火物形成体を用いて、実施例１と同じ条件で侵食試験を行い、耐火物形成体の断面を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察した。観察した結果、炭素鋼およびスラグと接触する耐火物形成体の接触面において、炭素鋼およびスラグとの反応層の形成は極わずかであり、良好な耐食性を示すことが確認された。
【００６２】
（実施例８）
実施例８では、実施例１で使用した耐火物本体と同じ、組成、形状および見かけ気孔率を有する耐火物本体を使用した。
【００６３】
また、この耐火物本体の表面に形成されるコーティング層は、コーティング層の厚さが１００μｍである以外は、実施例１におけるコーティング層と同じであり、形成方法も同じである。
【００６４】
この耐火物形成体を用いて、実施例１と同じ条件で侵食試験を行い、耐火物形成体の断面を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察した。観察した結果、炭素鋼およびスラグと接触する耐火物形成体の接触面において、炭素鋼およびスラグとの反応層の形成は極わずかであり、良好な耐食性を示すことが確認された。
【００６５】
（比較例３）
比較例３では、実施例１で使用した耐火物本体と同じ、組成、形状および見かけ気孔率を有する耐火物本体を使用した。
【００６６】
また、この耐火物本体の表面に形成されるコーティング層は、コーティング層の厚さが２μｍである以外は、実施例１におけるコーティング層と同じであり、形成方法も同じである。
【００６７】
この耐火物形成体を用いて、実施例１と同じ条件で侵食試験を行い、耐火物形成体の断面を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察した。観察した結果、炭素鋼およびスラグと接触する耐火物形成体の接触面において、炭素鋼およびスラグとの反応層が深く浸食しており、耐食性が十分でないことが確認された。
【００６８】
（比較例４）
比較例４では、実施例１で使用した耐火物本体と同じ、組成、形状および見かけ気孔率を有する耐火物本体を使用した。
【００６９】
また、この耐火物本体の表面に形成されるコーティング層は、コーティング層の厚さが１２０μｍである以外は、実施例１におけるコーティング層と同じであり、形成方法も同じである。
【００７０】
この耐火物形成体を用いて、実施例１と同じ条件で侵食試験を行い、耐火物形成体の断面を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察した。観察した結果、耐火物本体からコーティング層が剥がれている部分が観察された。さらに、コーティング層が剥がれている部分では、炭素鋼およびスラグとの反応層が深く浸食しており、耐食性が十分でないことが確認された。
【００７１】
（実施例１、実施例７〜実施例８および比較例３〜比較例４のまとめ）
実施例１、実施例７〜実施例８および比較例３〜比較例４における侵食試験の結果から、コーティング層の厚さを本発明の範囲（５μｍ〜１００μｍ）とすることで良好な耐食性が得られることがわかった。
【００７２】
（実施例９）
実施例９では、見かけ気孔率を５％とした以外は、実施例１で使用した耐火物本体と同じ、組成および形状を有する耐火物本体を使用した。また、この耐火物本体の表面に形成されるコーティング層は、実施例１におけるコーティング層と同じであり、形成方法も同じである。
【００７３】
この耐火物形成体を用いて、実施例１と同じ条件で侵食試験を行い、耐火物形成体の断面を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察した。観察した結果、炭素鋼およびスラグと接触する耐火物形成体の接触面において、炭素鋼およびスラグとの反応層の形成は極わずかであり、良好な耐食性を示すことが確認された。
【００７４】
（実施例１０）
実施例１０では、見かけ気孔率を３０％とした以外は、実施例１で使用した耐火物本体と同じ、組成および形状を有する耐火物本体を使用した。また、この耐火物本体の表面に形成されるコーティング層は、実施例１におけるコーティング層と同じであり、形成方法も同じである。
【００７５】
この耐火物形成体を用いて、実施例１と同じ条件で侵食試験を行い、耐火物形成体の断面を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察した。観察した結果、炭素鋼およびスラグと接触する耐火物形成体の接触面において、炭素鋼およびスラグとの反応層の形成は極わずかであり、良好な耐食性を示すことが確認された。
【００７６】
（比較例５）
比較例５では、見かけ気孔率を３％とした以外は、実施例１で使用した耐火物本体と同じ、組成および形状を有する耐火物本体を使用した。また、この耐火物本体の表面に形成されるコーティング層は、実施例１におけるコーティング層と同じであり、形成方法も同じである。
【００７７】
この耐火物形成体を用いて、実施例１と同じ条件で侵食試験を行い、耐火物形成体の断面を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察した。観察した結果、耐火物本体からコーティング層が剥がれている部分が観察された。さらに、コーティング層が剥がれている部分では、炭素鋼およびスラグとの反応層が深く浸食しており、耐食性が十分でないことが確認された。
【００７８】
（比較例６）
比較例６では、見かけ気孔率を３５％とした以外は、実施例１で使用した耐火物本体と同じ、組成および形状を有する耐火物本体を使用した。また、この耐火物本体の表面に形成されるコーティング層は、実施例１におけるコーティング層と同じであり、形成方法も同じである。
【００７９】
この耐火物形成体を用いて、実施例１と同じ条件で侵食試験を行い、耐火物形成体の断面を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察した。観察した結果、炭素鋼およびスラグと接触する耐火物形成体の接触面において、炭素鋼およびスラグとの反応層が深く浸食しており、耐食性が十分でないことが確認された。
【００８０】
（実施例１、実施例９〜実施例１０および比較例５〜比較例６のまとめ）
実施例１、実施例９〜実施例１０および比較例５〜比較例６における侵食試験の結果から、耐火物本体の見かけ気孔率を本発明の範囲（５〜３０％）とすることで、侵食試験後においても、耐火物本体からコーティング層が剥がれることなく、十分な密着強度を有していることがわかった。これによって、良好な耐食性が得られることがわかった。
【図面の簡単な説明】
【００８１】
【図１】本発明に係る一実施の形態の放射性廃棄物処理用の耐火物形成体の断面を模式的に示す図。
【符号の説明】
【００８２】
１０…耐火物形成体、２０…耐火物本体、３０…コーティング層。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも酸化アルミニウムを６０重量％以上含有してなる耐火物本体と、
前記耐火物本体の表面に形成され、酸化ジルコニウムを７０〜９６重量％およびシリコン化合物を３０〜４重量％含有してなるコーティング層と
を具備することを特徴とする放射性廃棄物処理用の耐火物形成体。
【請求項２】
前記シリコン化合物が、酸化ケイ素であることを特徴とする請求項１記載の放射性廃棄物処理用の耐火物形成体。
【請求項３】
前記シリコン化合物が、炭化ケイ素であることを特徴とする請求項１記載の放射性廃棄物処理用の耐火物形成体。
【請求項４】
前記コーティング層の厚さが、５μｍ〜１００μｍであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載の放射性廃棄物処理用の耐火物形成体。
【請求項５】
前記耐火物本体の見かけ気孔率が、５〜３０％であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項記載の放射性廃棄物処理用の耐火物形成体。
【請求項６】
前記耐火物本体が、ムライト成分を含有することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項記載の放射性廃棄物処理用の耐火物形成体。
【請求項７】
酸化ジルコニウムを７０〜９６重量％およびシリコン化合物を３０〜４重量％含有してなる原料を配合し、混練して混練物を形成する混練物形成工程と、
少なくとも酸化アルミニウムを６０重量％以上含有し、見かけ気孔率が５〜３０％である耐火物本体の表面に、前記混練物を塗布し、熱処理してコーティング層を形成するコーティング層形成工程と
を具備することを特徴とする放射性廃棄物処理用の耐火物形成体の製造方法。
【請求項８】
前記シリコン化合物が、酸化ケイ素であることを特徴とする請求項７記載の放射性廃棄物処理用の耐火物形成体の製造方法。
【請求項９】
前記シリコン化合物が、炭化ケイ素であることを特徴とする請求項７記載の放射性廃棄物処理用の耐火物形成体の製造方法。
【請求項１０】
前記耐火物本体が、ムライト成分を含有することを特徴とする請求項７乃至９のいずれか１項記載の放射性廃棄物処理用の耐火物形成体の製造方法。
【請求項１】
少なくとも酸化アルミニウムを６０重量％以上含有してなる耐火物本体と、
前記耐火物本体の表面に形成され、酸化ジルコニウムを７０〜９６重量％およびシリコン化合物を３０〜４重量％含有してなるコーティング層と
を具備することを特徴とする放射性廃棄物処理用の耐火物形成体。
【請求項２】
前記シリコン化合物が、酸化ケイ素であることを特徴とする請求項１記載の放射性廃棄物処理用の耐火物形成体。
【請求項３】
前記シリコン化合物が、炭化ケイ素であることを特徴とする請求項１記載の放射性廃棄物処理用の耐火物形成体。
【請求項４】
前記コーティング層の厚さが、５μｍ〜１００μｍであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載の放射性廃棄物処理用の耐火物形成体。
【請求項５】
前記耐火物本体の見かけ気孔率が、５〜３０％であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項記載の放射性廃棄物処理用の耐火物形成体。
【請求項６】
前記耐火物本体が、ムライト成分を含有することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項記載の放射性廃棄物処理用の耐火物形成体。
【請求項７】
酸化ジルコニウムを７０〜９６重量％およびシリコン化合物を３０〜４重量％含有してなる原料を配合し、混練して混練物を形成する混練物形成工程と、
少なくとも酸化アルミニウムを６０重量％以上含有し、見かけ気孔率が５〜３０％である耐火物本体の表面に、前記混練物を塗布し、熱処理してコーティング層を形成するコーティング層形成工程と
を具備することを特徴とする放射性廃棄物処理用の耐火物形成体の製造方法。
【請求項８】
前記シリコン化合物が、酸化ケイ素であることを特徴とする請求項７記載の放射性廃棄物処理用の耐火物形成体の製造方法。
【請求項９】
前記シリコン化合物が、炭化ケイ素であることを特徴とする請求項７記載の放射性廃棄物処理用の耐火物形成体の製造方法。
【請求項１０】
前記耐火物本体が、ムライト成分を含有することを特徴とする請求項７乃至９のいずれか１項記載の放射性廃棄物処理用の耐火物形成体の製造方法。
【図１】
【公開番号】特開２００９−１５５１２４（Ｐ２００９−１５５１２４Ａ）
【公開日】平成２１年７月１６日（２００９．７．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−３３２０３７（Ｐ２００７−３３２０３７）
【出願日】平成１９年１２月２５日（２００７．１２．２５）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【出願人】（３９５００９９３８）東芝アイテック株式会社 (82)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年７月１６日（２００９．７．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年１２月２５日（２００７．１２．２５）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【出願人】（３９５００９９３８）東芝アイテック株式会社 (82)
【Ｆターム（参考）】
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