(57)【要約】【課題】放射性物質、特にセシウムが周辺に飛散し広範囲に汚染された土壌や物質に対する洗浄剤および除染方法を提供する。【解決手段】本発明の技術は、放射性物質汚染土壌を、HSAB理論に基づく塩素イオンよりソフトな陰イオンを対イオンとして持つ金属塩を含む放射性汚染土壌の洗浄剤と接触させ汚染土壌に含有される放射性金属をイオン交換により溶出させることにより放射性物質に汚染されていない土壌を得る。特に、金属塩としてヨウ化金属塩および臭化金属塩群なる群から単独または複数が選択される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水乃至はHSAB理論に基づく塩素イオンよりソフトな陰イオンを対イオンとして持つ金属塩を含むことを特徴とする放射性物質汚染土壌の洗浄剤。
【請求項２】
前記金属塩としてヨウ化金属塩および臭化金属塩群なる群から単独または複数が選択されることを特徴とする請求項１に記載の放射性物質汚染土壌の洗浄剤。
【請求項３】
前記金属塩の金属として、ナトリウム、カリウム、ベリリウム、カルシウムなる群から単独または複数が選択されることを特徴とする請求項１又は２に記載の放射性物質汚染土壌の洗浄剤。
【請求項４】
前記金属塩としてヨウカカリウム、ヨウカナトリウム、ヨウカカルシウムなる群から単独または複数を選択されることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の放射性物質汚染土壌の洗浄剤。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載の放射性物質汚染土壌の洗浄剤においては、水溶性溶剤が含まれることを特徴とする放射性物質汚染土壌の洗浄剤。
【請求項６】
前記水溶性溶剤として、グリセリン、エチレングリコールなる群から単独または複数が選択されることを特徴とする請求項５に記載の放射性物質汚染土壌の洗浄剤。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれかに記載の放射性物質汚染土壌の洗浄剤においては、ブレステッド酸が含まれることを特徴とする放射性物質汚染土壌の洗浄剤。
【請求項８】
前記ブレステッド酸としてヨウ化水素酸を選択することを特徴とする請求項７に記載の放射性物質汚染土壌の洗浄剤。
【請求項９】
pHが４〜７となっていることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の放射性物質汚染土壌の洗浄剤。
【請求項１０】
前記放射性物質が放射性セシウムであることを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載の放射性物質汚染土壌の洗浄剤。
【請求項１１】
前記放射性物質汚染土壌が、粘土質土壌であることを特徴とする請求項１〜１０のいずれかに記載の放射性物質汚染土壌の洗浄剤。
【請求項１２】
放射性物質汚染土壌を、HSAB理論に基づく塩素イオンよりソフトな陰イオンを対イオンとして持つ金属塩を含む放射性汚染土壌の洗浄剤と接触させ汚染土壌に含有される放射性金属をイオン交換により溶出させることにより放射性物質に汚染されていない土壌を得ることを特徴とする放射性物質汚染土壌の除染方法。
【請求項１３】
前記金属塩としてヨウ化金属塩、臭化金属塩なる群から単独または複数が選択される洗浄剤を用いることを特徴とする請求項１２に記載の放射性物質汚染土壌の除染方法。
【請求項１４】
前記金属塩の金属として、ナトリウム、カリウム、ベリリウム、カルシウムなる群から単独または複数が選択される洗浄剤を用いることを特徴とする請求項１２又は１３に記載の放射性物質汚染土壌の除染方法。
【請求項１５】
水溶性溶剤を含む洗浄剤を用いることを特徴とする請求項１２〜１４のいずれかに記載の放射性物質汚染土壌の除染方法。
【請求項１６】
前記水溶性溶剤としてエチレングリコール、グリセリンからなる群から単独または複数が選択される洗浄剤を用いることを特徴とする請求項１５に記載の放射性物質汚染土壌の除染方法。
【請求項１７】
ブレステッド酸を含む洗浄剤を用いることを特徴とする請求項１２〜１６のいずれかに記載の放射性物質汚染土壌の除染方法。
【請求項１８】
ブレステッド酸としてヨウ化水素酸を選択する洗浄剤を用いることを特徴とする請求項１７に記載の放射性物質汚染土壌の除染方法。
【請求項１９】
pHが４〜７である洗浄剤を用いることを特徴とする請求項１２〜１８のいずれかに記載の放射性物質汚染土壌の除染方法。
【請求項２０】
接触する温度として80℃から250℃で行うことを特徴とする請求項１２〜１９のいずれかに記載の放射性物質汚染土壌の除染方法。
【請求項２１】
マイクロ波、超音波のそれぞれ単独あるいは複数の存在下で行うことを特徴とする請求項１２〜２０のいずれかに記載の放射性物質汚染土壌の除染方法。
【請求項２２】
前記放射性物質が放射性セシウムであることを特徴とする請求項１２〜２１のいずれかに記載の放射性物質汚染土壌の除染方法。
【請求項２３】
溶出した放射性セシウムを選択的に吸着する吸着材で取り除いたのち、洗浄液を再利用することを特徴とする請求項２２に記載の放射性物質汚染土壌の除染方法。
【請求項２４】
放射性汚染土壌が粘土質土壌であることを特徴とする請求項１２〜２３のいずれかに記載の放射性物質汚染土壌の除染方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放射性物質汚染土壌の洗浄剤および放射性物質汚染土壌の除染方法に関する。より詳細には、粘土層に強固に吸着された放射性金属を効率よくイオン交換する特定の金属イオンからなる洗浄液の組成とその洗浄液を用いて放射線汚染土壌から放射性物質を取り除く方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、特許文献１には、 放射性物質により汚染された土壌を分級して、放射性物質汚染シルトを得、次いで、水、酸性溶媒、金属塩化物、分散剤およびジカルボン酸を含む放射性物質汚染土壌洗浄剤と、該放射性物質汚染シルトとを接触させ、該放射性物質汚染シルトに含有される放射性物質をイオン交換によって水中に溶解させて、放射性物質を含有しないシルトと放射性物質汚染水とを得る、放射性物質により汚染された土壌を洗浄する方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１４−１３００２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
福島第一の事故以来、放射性物質、特にセシウムが周辺に飛散し広範囲の土壌が汚染された。住民が戻るために、汚染された土地の上約30センチを取り除いてフレコンバッグに入れるといった作業が行われている。これらの作業は土壌除去と呼ばれる。
この内、放射能濃度が8000Bq/kg以上のものは、国が直轄管理の中間貯蔵施設に一時貯蔵している。その量は増え続けこのままではパンクするので、減容化再生利用技術の開発が急務でとされている。
【０００５】
かかる状況を打破すべく、何年も新技術（放射性物質された土壌を洗浄する技術）の公募が行われてきたが有望な技術が開発される事なく今日に至っている。
そこで、出願人は、従来の技術の弱点を精査し、だれも思いつかなかった方法で、除染をするものである。
ここで除染され、基準値以下(8000Bq/kg)になった土壌は、(いくらか少量の放射能は残っているので)どこでも再生利用するとはいかず、地方自治体や国がコントロールできる構造物のセメント等、例えば海岸の堤防、高速道路のコンクリート構造物等に再生利用することになる。この再生利用の技術も確立されてはいない。なお、土壌から除去されたセシウムはレベルが非常に高い(濃縮されている)ので高レベルの放射性物質を扱う処分場に隔離処分される。これは福島県外としているが立地は未定。30年後を目処に決める事になっている。
【０００６】
以上述べた問題を解決するためには、特許文献１の技術では全く対応ができないものであり、従来にはない新しい技術が熱望されていた。
そこで、本発明は、放射性物質、特にセシウムが周辺に飛散し広範囲に汚染された土壌や物質に対する洗浄剤および除染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】
前記目的を達成するため、本発明においては以下の技術的手段を講じた。
本発明の洗浄剤は、水乃至はHSAB理論に基づく塩素イオンよりソフトな陰イオンを対イオンとして持つ金属塩を含むことを特徴とする。
好ましくは、前記金属塩としてヨウ化金属塩および臭化金属塩群なる群から単独または複数が選択されるとよい。
【０００８】
好ましくは、前記金属塩の金属として、ナトリウム、カリウム、ベリリウム、カルシウムなる群から単独または複数が選択されるとよい。
好ましくは、前記金属塩としてヨウカカリウム、ヨウカナトリウム、ヨウカカルシウムなる群から単独または複数を選択されるとよい。
好ましくは、上記のいずれかに記載の放射性物質汚染土壌の洗浄剤においては、水溶性溶剤が含まれるとよい。
【０００９】
好ましくは、前記水溶性溶剤として、グリセリン、エチレングリコールなる群から単独または複数が選択されるとよい。
好ましくは、上記のいずれかに記載の放射性物質汚染土壌の洗浄剤においては、ブレステッド酸が含まれるとよい。
好ましくは、前記ブレステッド酸としてヨウ化水素酸を選択するとよい。
【００１０】
好ましくは、pHが４〜７となっているとよい。
好ましくは、前記放射性物質が放射性セシウムであるとよい。
好ましくは、前記放射性物質汚染土壌が、粘土質土壌であるとよい。
本発明の除染方法は、放射性物質汚染土壌を、HSAB理論に基づく塩素イオンよりソフトな陰イオンを対イオンとして持つ金属塩を含む放射性汚染土壌の洗浄剤と接触させ汚染土壌に含有される放射性金属をイオン交換により溶出させることにより放射性物質に汚染されていない土壌を得ることを特徴とする。
【００１１】
好ましくは、前記金属塩としてヨウ化金属塩、臭化金属塩なる群から単独または複数が選択される洗浄剤を用いるとよい。
好ましくは、前記金属塩の金属として、ナトリウム、カリウム、ベリリウム、カルシウムなる群から単独または複数が選択される洗浄剤を用いるとよい。
好ましくは、水溶性溶剤を含む洗浄剤を用いるとよい。
【００１２】
好ましくは、前記水溶性溶剤としてエチレングリコール、グリセリンからなる群から単独または複数が選択される洗浄剤を用いるとよい。
好ましくは、ブレステッド酸を含む洗浄剤を用いるとよい。
好ましくは、ブレステッド酸としてヨウ化水素酸を選択する洗浄剤を用いるとよい。
好ましくは、pHが４〜７である洗浄剤を用いるとよい。
【００１３】
好ましくは、接触する温度として80℃から250℃で行うとよい。
好ましくは、マイクロ波、超音波のそれぞれ単独あるいは複数の存在下で行うとよい。
好ましくは、前記放射性物質が放射性セシウムであるとよい。
好ましくは、溶出した放射性セシウムを選択的に吸着する吸着材で取り除いたのち、洗浄液を再利用するとよい。
【００１４】
好ましくは、放射性汚染土壌が粘土質土壌であるとよい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の技術によれば、放射性物質、特にセシウムが周辺に飛散し広範囲に汚染された土壌や物質を確実に洗浄し除染することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明における除染のやり方を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施形態を、図を基に説明する。
放射性セシウムをイオン交換で他の金属イオンで置き換えて除染するという過去の技術に比して、本発明はイオン交換の効率と実用性に効果がある技術である。
すなわち、ピアソンの提唱するHSAB理論に基づくセシウム金属カチオンとの親和性がよりつよいソフトアニオン、粘土層内のアニオンにより親和性の強いハードカチオンの組みわた金属塩水溶液でイオン交換を効率的に行わせる方法で、放射性物質汚染土壌の洗浄剤および放射性物質汚染土壌の除染方法を確立するに至ったものである。    
【００１８】
出願人は、ブレステッド酸、特にヨウ化水素酸を加えると交換反応するがさらに促進され、またグリセリンやエチレングリコールの水溶性溶剤を加えると常圧での交換温度を100度以上にでき交換速度を高めることができることを知見している。また、超音波やマイクロ波を用いると温度条件を緩和して交換効率を高める効果があることを知見している。
「背景技術」にも記載したが、2011年に発生した東日本大震災後に起きた福島第一原子力発電所の事故により、放射性セシウムで汚染された土壌が6000万トン以上発生した。このような汚染土壌においては、放射性セシウムは粘土層に最も多く吸着されており、金属カチオンで交換する方法が試みられているが、粘土層に取り込まれた放射性セシウムはほとんど交換されないことが報告されてされている（森本 和也、「粘土鉱物に吸着したセシウムイオンの構造解析と脱離方法の提案」、科学研究費助成事業研究、成果報告書 機関番号82626 課題番号24760688）。
【００１９】
また、粘土層に取り込まれたセシウムを取り除くために、酸を多量に配合した洗浄剤で層間構造を破壊して溶出する方法が報告されてされているが、溶出された洗浄剤は中和処理してから溶存する放射性セシウムを吸着材で吸着させ廃棄するので、多量の排水が発生するため実用に乏しい（佐藤久子ほか、「汚染土壌の減容化実験に向けた粘土化学的手法の開発」、平成28年度 3k143012環境研究総合推進費最終審査報告書）。
【００２０】
そこで、出願人は、粘土層に取り込まれた放射性金属イオンをイオン交換により取り除く洗浄液を鋭意検討した結果、金属カチオン特にセシウムカチオンに対する親和力が粘土層間のアニオンよりより強いアニオンを対アニオンに持つ金属塩の水溶液が効果的であることを知見し、本発明に至った。
セシウムカチオンに対して粘土層のシリケート類のアニオンよりも強い親和力のアニオンの類別はピアソンが提唱するHSAB理論で定義されるソフトアニオンから選択される。具体的には、臭素アニオン、ヨウ素アニオンであるが、好ましくはヨウ素イオンである（真鍋 敬、「酸・塩基の硬さ・軟らかさ」、化学と教育、2008、56、400-401）。
【００２１】
金属塩のカチオンとしては、粘土層のアニオンがセシウムよりもより親和力の強い金属カチオンが好ましく、先に述べたHSAB理論ではセシウムよりも周期律表の上位に属するナトリウム、カリウム、ベリリウム、カルシウムなどが好ましが、より好ましくはナトリウムとカリウムである。
また、ブレステッド酸を用いると交換反応が促進される。水溶性溶剤を加えると、土壌の分散性の向上と沸点上昇による常圧条件下での反応温度を100℃以上に上昇させ、交換速度を早める効果がある。
【００２２】
この洗浄剤を用いて、汚染土壌を洗浄したところ高い除染率が得られたので本発明を完成した。
洗浄する条件として常温から250℃までの温度条件が可能であるが、除染効率からは高い温度が好ましいが、加圧条件が伴うので、100℃〜150℃が好ましい。
また除染におけるイオン交換反応をマイクロ波や超音波の存在はより緩和した温度条件で交換速度を維持できる効果がある。
【００２３】
以上述べた手法を具体的に示したものを、図１のフローチャートに示している。
図１の処理フローは特別の機器を要するものではなく、従来の化学工業のユニットを利用、操作することで実現可能なものである。
具体的には、以下に示すプロセス１〜プロセス４に基づいて、除染作業を行うこととしている。
［プロセス1］
1） 放射性セシウム汚染土壌を篩い器で篩い、平均粒径75ミクロンの放射線セシウム汚染粘土質土壌を得る。
【００２４】
2） 放射線汚染粘土質土壌100gに1規定（1モル濃度）のヨウ化カリウム水溶液400gを洗浄液として加える。
3） 100℃で6時間攪拌を行う。
4）遠心分離器で粘土質土壌と洗浄液を分離し、土壌110g、洗浄液390gを得る。
5）分離した土壌に水400gを加えて攪拌したのち、遠心分離器で土壌110g と洗浄水390gを得る。
【００２５】
6） 洗浄液と洗浄水をそれぞれ別個でバームキュライトを充填したカラムを通過させて放射性セシウムを吸着分離し、溶液中の放射性セシウムを除去した。
7）洗浄液は土壌洗浄に再利用し、洗浄水は廃棄した。
［プロセス２］
プロセス1の2）においては、 ヨウ化ナトリウムを使用することが好ましい。
［プロセス３］
プロセス1の3）においては、グリセリンを30g加えて120℃で6時間加熱することが好ましい。
［プロセス４］
プロセス1の2）においては、1規定のヨウ化カリウム400gと1mlのヨウ化水素酸水溶液を洗浄液として加えることが好ましい。
【００２６】
以上述べたように、水乃至はHSAB理論に基づく塩素イオンよりソフトな陰イオンを対イオンとして持つ金属塩を含む洗浄剤を用いたり、放射性物質汚染土壌を、HSAB理論に基づく塩素イオンよりソフトな陰イオンを対イオンとして持つ金属塩を含む放射性汚染土壌の洗浄剤と接触させ汚染土壌に含有される放射性金属をイオン交換により溶出させる除染方法を使用することにより、放射性物質、特にセシウムが周辺に飛散し広範囲に汚染された土壌や物質から、放射性物質を確実に除染することが可能となる。
【００２７】
今回開示された各実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。特に、今回開示された各実施形態において、明示的に開示されていない事項、例えば、運転条件、各種パラメータ、構成物の寸法、重量、体積などは、当業者が通常実施する範囲を逸脱するものではなく、通常の当業者であれば、容易に想定することが可能な値を採用している。
【図１】
2020122703.tif 000003