JP2013231695A

JP2013231695A - 除染剤及び除染方法

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Publication number: JP2013231695A
Application number: JP2012104707A
Authority: JP
Inventors: Sanai Fujita; 佐内藤田
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2012-05-01
Filing date: 2012-05-01
Publication date: 2013-11-14

Abstract

【課題】放射性物質、特にウラン系放射性物質によって汚染された土壌、焼却灰、塵埃等から放射性汚染物質を分離除去するために使用される除染剤及び除染方法を提供する。
【解決手段】（Ａ）アパタイトをスルファミン酸に浸漬した懸濁体を１００℃前後の温度において４０分前後にわたり加熱して得られた成分５０重量％と、（Ｂ）アルミニウム、チタン及び亜鉛を１００℃前後の温度において４０分前後にわたり加熱しながら硫酸に溶解させることにより得られた成分３０重量％と、（Ｃ）バリウム及びマグネシウムを２０分前後にわたり１００℃前後に加熱しながら硝酸に溶解させることにより得られた成分２０重量％と、を混合した除染剤である。
【選択図】図１

Description

本発明は、放射性物質、特にウラン系放射性物質によって汚染された土壌、焼却灰、塵埃等から放射性汚染物質を分離除去するために使用される除染剤及び除染方法に関する。セシウムやストロンチウムのような放射性物質は、周辺に対して電磁波や粒子線の一種である放射線を放出する能力、すなわち放射能を有している。放射線量の単位にはグレイ、レントゲン、ラド等が用いられるが、生体への被曝線量を表す単位としてシーベルト〔Ｓｖ〕が用いられる。また、放射能の量を示す単位にはベクレル〔Ｂｑ〕が用いられ、1秒間に１つの原子核が崩壊する能力を１ベクレル〔Ｂｑ〕と表している。

原子力発電所に代表される各種原子力応用装置、核燃料の分離、濃縮、加工等を行う工場、放射性廃棄物の保管及び処理場等のような放射能を有する、いわゆる放射性物質の加工・利用・処理等を行う施設や保管施設等並びにその近辺においては、例えば取扱い上の不備、装置故障、事故、自然災害等により、高い放射能を放出する放射性物質自体並びに放射性汚染物質の飛散、放出、流出、拡散等の危険に曝されている。放射線は人畜の皮膚、各種臓器、細胞等に対して回復困難なダメージをもたらし、最悪の場合致命的な影響を及ぼす懸念も否定できない。殊に、人体への被ばくに関し、骨に沈着され易いストロンチウム９０（Ｓｒ９０）や全身に沈着され易いセシウム１３７（Ｃｓ１３７）の影響が大きいことが指摘されている。放射性物質そのものや放射性廃棄物等の処理にあたっては、処理工程において当該物質の飛散、流失、拡散等をもたらさないことが要求されることはもとより、集積した放射性物質自体並びに放射性を帯びた物質の最終処理をどのように行うかが極めて重要である。

このように、放射性物質は焼却しても焼却灰に放射能が残留し、当然に希釈、埋設、海洋投棄等のような一般廃棄物に適用される最終処理手段のみでは放射能の問題は解決されない。したがって、残留放射能の問題を容易に解決することは理論的に困難であり、将来にわたり安全性が維持される処理手段、例えば固体にあっては半永久的に密封状態が維持可能である固化処理が不可欠である。また粘稠体や流動体、さらには液状体等にあっては特定の機能を具備する濾過材を用いた濾過処理等を経ることにより絶対処理量を実現可能とする構成を実行することが強く求められている。特に有効な除染剤及び除染方法が希求されており、さらに除染後に分離された放射能を帯びた最終廃棄物を適切かつ半永久的に封じ込めるような保管管理を継続し、将来にわたり再拡散が生じるような事態は絶対的に回避されなければならない。

特許文献１は、放射性廃棄物中に存在する長寿命核種の捕獲並びに固定化に有効であるとされるゼオライト系化合物の製造方法に関する技術思想を開示しているものであり、一般的な放射性物質や放射性廃棄物の除染に関する技術を開示するものではない。特許文献２は、特に原子力関連の施設や放射性廃棄物処理の関連施設における除染を対象とする先行特許文献であり、放射性廃棄物に対する除染処理方法を開示しているものである。特許文献３は化学除染を行う方法およびその際に使用される装置類を開示している。特許文献４は気送管内において誘導される放射性物質という特殊環境における除染を開示するものである。

特開２００４−３０７２８８号公報

特開平１０−２１３６９７号公報

特開平１０−１２３２９３号公報

特開２００６−１１２８５０号公報

本発明の課題は、放射性廃棄物並びに放射性汚染物質を含む塵埃、廃棄物、下水汚泥、その他の除染対象物、これらの焼却灰を有効に除染することにより、現在並びに将来にわたり安全性を確保することが可能な除染剤及び除染方法を提供することにある。本発明において、除染を実施するにあたり有用な素材として、牛骨を粉砕した牛骨粉やアパタイトを使用する。牛骨粉は微細孔を多数有する粉粒状物質で、火山の噴出物であるアパタイトと類似の構造及び特性を有することが知られている。

請求項１に記載の発明は、（Ａ）アパタイトをスルファミン酸に浸漬した懸濁体を９０℃〜１１０℃、好ましくは１００℃程度の温度において２０分〜６０分、好ましくは４０分程度にわたり加熱して得られた成分４０〜６０重量％、好ましくは５０重量％程度と、（Ｂ）アルミニウム、チタン及び亜鉛を９０℃〜１１０℃、好ましくは１００℃程度の温度において２０分〜６０分、好ましくは４０分程度にわたり加熱しながら硫酸に溶解させることにより得られた成分２０〜４０重量％、好ましくは３０重量％程度と、および（Ｃ）バリウム及びマグネシウムを１０分〜３０分、好ましくは２０分程度にわたり９０℃〜１１０℃、好ましくは１００℃程度に加熱しながら硝酸に溶解させることにより得られた成分１０〜３０重量％、好ましくは２０重量％程度と、を混合して得られる除染剤であることを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、（Ａ）スルファミン酸に対してアパタイトを溶かした懸濁体４０〜６０重量％、好ましくは５０重量％程度と、（Ｂ）硫酸に対してアルミニウム、チタン及び亜鉛を溶かした液体２０〜４０重量％、好ましくは３０重量％程度と、および（Ｃ）硝酸に対してバリウム及びマグネシウムを溶かした液体１０〜３０重量％、好ましくは２０重量％程度と、の混合液状体である除染剤であることを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、放射能汚染された焼却灰を十分な量の水に溶解した懸濁体に対して、（Ａ）アパタイトをスルファミン酸に浸漬した懸濁体を９０℃〜１１０℃、好ましくは１００℃程度の温度において２０分〜６０分、好ましくは４０分程度にわたり加熱して得られた成分４０〜６０重量％、好ましくは５０重量％程度と、（Ｂ）アルミニウム、チタン及び亜鉛を９０℃〜１１０℃、好ましくは１００℃程度の温度において２０分〜６０分、好ましくは４０分程度にわたり加熱しながら硫酸に溶解させることにより得られた成分２０〜４０重量％、好ましくは３０重量％程度と、および（Ｃ）バリウム及びマグネシウムを１０分〜３０分、好ましくは２０分程度にわたり９０℃〜１１０℃、好ましくは１００℃程度に加熱しながら硝酸に溶解させることにより得られた成分１０〜３０重量％、好ましくは２０重量％程度とを混合した除染剤を、常温（約１０〜１５℃）に下げた後、１〜７％、好ましくは２〜５％添加しつつ、１０分〜１００分、好ましくは２０分〜６０分程度撹拌することにより除染処理する除染方法であることを特徴とする。

請求項４に記載の発明は前記放射能汚染された焼却灰が下水汚泥の焼却灰である除染方法であることを特徴とする。請求項５に記載の発明は、処理後の焼却灰のセシウム（Ｃｓ−１３７）濃度が約１，５００Ｂｑ／ｋｇ以下になるまで前記除染処理を２〜４回実施する除染方法であることを特徴とする。

本発明に係る除染剤は、スルファミン酸に対してアパタイトを溶かした懸濁体（Ａ）、硫酸に対してアルミニウム、チタン及び亜鉛を溶かした液体（Ｂ）および硝酸に対してバリウム及びマグネシウムを溶かした液体（Ｃ）との混合液状体である。成分（Ａ）のアパタイト（牛骨粉）がストロンチウム９０を吸着し、セシウム１３７を取り込み閉じ込め、そして成分（Ｂ）、（Ｃ）は汚染焼却灰に付着しているセシウムを洗い落とす作用を発揮する。このような除染剤は放射能汚染された焼却灰に付着した放射性物質を効率よく吸着して捕捉する。

本発明において開示する除染方法は、例えばセシウム１３７（Ｃｓ１３７）やストロンチウム９０（Ｓｒ９０）等に代表される放射能によって汚染された各種有機物体を一次処理において焼却し、放射能を帯びている焼却灰を十分な量の水に溶解した懸濁体に対して、本発明に係る除染剤を常温に戻して一定量添加しつつ一定の間撹拌する。このような除染処理において、前記した本発明に係る除染剤によって除染処理することにより、残留する放射能を人畜にとって支障のないレベルまで低減させるものである。なお、本発明では残留放射能が人畜に支障のないレベルまで低減するために除染処理が数回実施される。

このような除染処理が行われた後の残留灰分は、放射能が十分に低減されており、一般廃棄物類似の廃棄物処理が実施可能なレベルまで低減されているが、放射性成分はアパタイト成分に吸着捕捉された状態で特有の固定化剤を使用して固定化させることにより再分離、飛散、溶解等による遊離を確実に防止するために固定化処理が施される。

本発明に係る除染剤の成分比及び構成例を示す説明図である。本発明に係る除染剤の使用例を示す概念図である。

以下、添付図を参照しつつ本発明に係る除染剤の構成、使用例（除染処理例）並びに効果について詳細に説明する。本発明に係る除染剤１は、図１に示すようにアパタイトをスルファミン酸に浸漬した成分（Ａ）１０・約５０％、アルミニウムＡｌ、チタンＴｉ及び亜鉛Ｚｎを硫酸に溶解させた成分（Ｂ）１１・約３０％、バリウムＢａ及びマグネシウムＭｇを硝酸に溶解させた成分（Ｃ）１２・約２０％を混合した液状体として構成される。

除染剤の製造処理条件は周囲温度によっても若干左右されるが、本実施例においては、成分（Ａ）はアパタイト、スルファミン酸を、成分（Ｂ）はアルミニウム、チタン、亜鉛、硫酸を、それぞれ１００℃前後の温度において約４０分にわたり加熱しながら混合攪拌し、また成分（Ｃ）はバリウム、マグネシウム、硝酸を約２０分にわたり１００℃前後に加熱しながら混合攪拌を行って除染剤を得る。

ここで、本発明で用いるアパタイトは、焼成動物骨粉であり、動物生骨、例えば牛骨を煮沸し、９００℃〜１１００℃前後の高温で焼成し、破砕することにより得ることができる。本発明で用いる動物骨粉は、従来屠殺場等でほとんど廃棄されており、通常は厄介視されている骨、特に牛、馬、羊等の硬骨を主体とする動物の骨であり、ここでは生骨を次のように処理して得たものを使用した。生骨を焼成しやすい大きさに切断し、煮沸し、９００℃〜１１００℃前後で焼成する。骨に骨成分以外のゼラチン、脂肪、淡白質、にかわ等の有機物が残存すると酸化腐敗の原因となるので、これらを確実に除去する必要がある。上記煮沸工程によって、骨の外側のみならず気孔内に付着している有機物が骨から大方分離除去される。その上で上記焼成工程を行うことによって、残存する有機物を完全に除去することができ、同時に骨中の湿度 (水分) を数％以下、好ましくはほぼ０％にまで低下させた焼成動物骨粉を得る、これがいわゆるアパタイトとなる。上記焼成条件によれば、骨は完全に白骨化して無数の気孔を有する原形組織状態を維持する。焼成冷却後、この骨を破砕して骨粉とする。このようにして得られた骨粉は、生骨の場合、原料の生骨に比して重量比約４０％の収量が得られる。粒子は、カルシウム（約３３重量％）を主成分とし、リン（約１６．７重量％) 、バリウム (約１．０３重量％) 、ナトリウム (約０．７６重量％) 、イオウ (約０．６４重量％) 、他にマグネシウム、カリウム、塩素、アミン、鉄等からなっており、粒子の内外にわたって無数微小気孔が連通存在しており、アルカリ性であって、イオン交換作用を発揮する。なお、本発明においては上記アパタイトにシリカ、ゼオライト、火山噴出物の粉状体を混合したものを使用することができる。

次に、本発明に係る除染剤による除染処理例（除染剤の使用例）について説明する。本発明においては、図２に示すように、前記した除染剤を、約１０〜１５℃の常温に下げた後、放射能汚染された焼却灰２２を十分な量の水Ｗに溶解した懸濁体に対して、除染剤１を２〜５％添加しつつ１０分〜６０分程度撹拌することにより、放射能汚染された焼却灰を除染処理する。なお、撹拌時間の長短や除染剤の添加量は処理対象物の放射能汚染度の軽重、処理量等によって、適宜確認を行いつつ対応すべきである。また、本発明に係る除染処理は、１回の処理では残留する放射能が人畜にとって支障のないレベルまで低減されない場合は、除染処理を更に２〜４回繰り返し実施することができる。

試験日：２０１２年１月３１日
試験方法：ゲルマニウム半導体検出器によるガンマ線スペクトロメトリー（文部科学省平成４年）
検査装置：ＧＣ２０２０（ＣＡＮＢＥＲＲＡ）
上記検査の結果セシウム（Ｃｓ−１３７）が２４，７００（Ｂｑ／ｋｇ有姿基準）検出された下水汚泥焼却灰（除染処理前の焼却灰）１Ｋｇを、容器に投入し、水２リットルを加えた混合物に対し、上述した成分の配合比が成分（Ａ）約５０％：成分（Ｂ）約３０％：成分（Ｃ）約２０％で構成された除染剤３０ｃｃを添加し、常温下で３０分程度にわたり撹拌を行った。その結果、攪拌容器内で汚濁水と汚泥が分離して汚濁水は上方に汚泥は底部に沈降した。底部に沈降した汚泥を水分３％程度になるまで乾燥した後、乾燥した汚泥（除染処理済みの焼却灰）について上記検査を実施したところ、セシウム（Ｃｓ−１３７）が１，５１０（Ｂｑ／ｋｇ有姿基準）検出された。このような試験結果から、処理前の下水汚泥焼却灰の放射線量が、本発明に係る除染剤による除染処理された後の焼却灰汚泥は約６％程度になるまで低下した。

上記実施例における除染効果について考察してみると、成分（Ａ）のアパタイト（牛骨粉）の細粒がストロンチウム９０を吸着し、そしてセシウム１３７を取り込みかつ吸着しているものと解される。除染対象物からいかなる放射性物質が吸着されたかを測定することにより、除染対象における放射性物質の多寡並びに除染効果が確認できる。また、成分（Ｂ）及び（Ｃ）の酸類にあっては汚染焼却灰に付着しているセシウムを洗い流す作用があるものと解される。その結果、成分（Ｂ）及び（Ｃ）の酸類と成分（Ａ）のアパタイト（牛骨粉）との相乗効果により効果的な除染が行われるものと解される。このような本発明は、極めて困難と解される放射能汚染対策について廉価かつ有効な手法を提供することができる。

なお、上記した除染処理し乾燥させた焼却灰汚泥は放射能が廃棄物処理の実施可能なレベルまで低減されているが、放射性成分はアパタイト成分に吸着捕捉された状態で特有の固定化剤を使用して固定化処理が施され、また汚泥と分離され残留する汚濁水は特有の濾過剤を使用して放射線量が検出されない状態まで濾過処理が施される。

本発明に係る除染剤及び除染方法は、比較的入手容易でかつ廉価な素材を組み合わせることにより、従来困難とされた放射能対策としての除染を実現することができる。なお、除染剤はストロンチウムＳｒ９０やセシウムＣｓ１３７等を吸着ないし閉じ込めているため、そのままで放置することは危険である。したがって、事後処理として適宜手段により密閉容器に収納しまたは特殊固化剤によって固化し、厳重な保管が必要となる。

１除染剤
１０成分（Ａ）
１１成分（Ｂ）
１２成分（Ｃ）
２１容器
２２放射能汚染された焼却灰
Ｗ水

Claims

（Ａ）アパタイトをスルファミン酸に浸漬した懸濁体を１００℃前後の温度において４０分前後にわたり加熱して得られた成分４０〜６０重量％と、（Ｂ）アルミニウム、チタン及び亜鉛を１００℃前後の温度において４０分前後にわたり加熱しながら硫酸に溶解させることにより得られた成分２０〜４０重量％と、および（Ｃ）バリウム及びマグネシウムを２０分前後にわたり１００℃前後に加熱しながら硝酸に溶解させることにより得られた成分１０〜３０重量％と、を混合したことを特徴とする除染剤。
（Ａ）スルファミン酸に対してアパタイトを溶かした懸濁体４０〜６０重量％と、（Ｂ）硫酸に対してアルミニウム、チタン及び亜鉛を溶かした液体２０〜４０重量％と、および（Ｃ）硝酸に対してバリウム及びマグネシウムを溶かした液体１０〜３０重量％と、の混合液状体であることを特徴とする除染剤。
放射能汚染された焼却灰を十分な量の水に溶解した懸濁体に対して、（Ａ）アパタイトをスルファミン酸に浸漬した懸濁体を１００℃前後の温度において４０分前後にわたり加熱して得られた成分４０〜６０重量％と、（Ｂ）アルミニウム、チタン及び亜鉛を１００℃前後の温度において４０分前後にわたり加熱しながら硫酸に溶解させることにより得られた成分２０〜４０重量％と、および（Ｃ）バリウム及びマグネシウムを２０分前後にわたり１００℃前後に加熱しながら硝酸に溶解させることにより得られた成分１０〜３０重量％とを混合した除染剤を、常温に下げた後、２〜５％添加しつつ１０分〜６０分撹拌することにより除染処理する、ことを特徴とする除染方法。
前記放射能汚染された焼却灰が下水汚泥の焼却灰である、ことを特徴とする請求項３に記載の除染方法。
前記除染処理を２〜４回実施する、ことを特徴とする請求項３又は４のいずれかに記載の除染方法。