(57)【要約】【課題】実用性に優れ余分な廃棄物を発生させることなく、汚染物質を不溶化し、さらに濃縮分離可能な汚染物質を含有する固体の処理方法、及び該汚染物質を含有する固体の処理方法において好適に使用可能な汚染物質を含有する固体の処理剤を提供する。【解決手段】汚染物質を含有する固体の処理方法は、汚染物質を含有する固体と、水と、水と反応し固化する固化剤と、強磁性粉末と、を混合・混練する混合・混練工程と、混合・混練物を磁力選別し、汚染物質を濃縮分離する濃縮分離工程と、を含み、前記水は、前記固化剤と反応する薬剤かつ発塵を防止する発塵防止剤であり、廃水が発生しない。放射性物質汚染土壌を本方法で処理すると、磁着土壌は、不磁着土壌に比較して多くの放射性物質を含有するため、磁着土壌を取り除くことで放射性物質汚染土壌を除染することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
汚染物質を含有する固体と、水と、水と反応し固化する固化剤と、強磁性粉末と、を混合・混練する混合・混練工程と、
混合・混練物を磁力選別し、汚染物質を濃縮分離する濃縮分離工程と、を含み、
前記水は、前記固化剤と反応する薬剤かつ発塵を防止する発塵防止剤であり、廃水が発生しないことを特徴とする汚染物質を含有する固体の処理方法。
【請求項２】
前記水は、汚染物質を含有する固体に含まれる水分であることを特徴とする請求項１に記載の汚染物質を含有する固体の処理方法。
【請求項３】
前記混合・混練工程において、汚染物質を含有する固体に対する水分量が予め定める水分量となるように、水を添加し又は水を供給しつつ混合・混練することを特徴とする請求項１又は２に記載の汚染物質を含有する固体の処理方法。
【請求項４】
前記固化剤が酸化カルシウムであることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の汚染物質を含有する固体の処理方法。
【請求項５】
前記強磁性粉末が鉄粉であることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の汚染物質を含有する固体の処理方法。
【請求項６】
前記固化剤と強磁性粉末とが、少なくとも一部がナノサイズの大きさからなる水砕スラグ及び／又は徐冷スラグの粉粒物、又は少なくとも一部がナノサイズの大きさからなる、水砕スラグ及び／又は徐冷スラグと鉄粉との粉粒物として与えられることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の汚染物質を含有する固体の処理方法。
【請求項７】
前記少なくとも一部がナノサイズの大きさからなる水砕スラグ及び／又は徐冷スラグの粉粒物は、水砕スラグ及び／又は徐冷スラグを少なくとも一部がナノサイズの大きさとなるように粉砕し得られる粉粒物、前記少なくとも一部がナノサイズの大きさからなる、水砕スラグ及び／又は徐冷スラグと鉄粉との粉粒物は、水砕スラグ及び／又は徐冷スラグと鉄粉とを少なくとも一部がナノサイズの大きさとなるように粉砕し得られる粉粒物であることを特徴とする請求項６に記載の汚染物質を含有する固体の処理方法。
【請求項８】
さらに前記混合・混練工程において、固化助剤としてリン酸塩を添加することを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の汚染物質を含有する固体の処理方法。
【請求項９】
前記混合・混練工程において、「だま」の発生を防止しつつ混合・混練することを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載の汚染物質を含有する固体の処理方法。
【請求項１０】
前記汚染物質が放射性物質及び／又は重金属であり、前記固体が土壌、固体状産業廃棄物、焼却灰、焼却飛灰、汚泥又はこれら２種以上の混合物であることを特徴とする請求項１から９のいずれか１項に記載の汚染物質を含有する固体の処理方法。
【請求項１１】
前記固体状産業廃棄物が、少なくとも瓦礫、廃プラスチック、木くず、紙くず又はこれら破砕物のうちいずれか１種以上を含むことを特徴とする請求項１０に記載の汚染物質を含有する固体の処理方法。
【請求項１２】
水存在下で汚染物質を含有する固体と混合・混練し、汚染物質を不溶化及び濃縮分離可能にする、少なくとも一部がナノサイズの大きさからなる水砕スラグ及び／又は徐冷スラグの粉粒物、又は少なくとも一部がナノサイズの大きさからなる、水砕スラグ及び／又は徐冷スラグと鉄粉との粉粒物からなる汚染物質を含有する固体の処理剤。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、汚染物質を含有する固体の処理方法及び汚染物質を含有する固体の処理剤に関する。
本発明において、汚染物質を含有する固体には、汚染物質として少なくともセシウムのような放射性物質及び／又はカドミウムのような重金属が含まれ、固体として少なくとも土壌、瓦礫のような固体状産業廃棄物、焼却灰、焼却飛灰、汚泥又はこれら２種以上の混合物が含まれる。
【背景技術】
【０００２】
東日本大震災に端を発する福島第１原発事故により、原発周辺地域への放射性物質の拡散が深刻な社会問題となっている。放出された放射性物質は主としてヨウ素（Ｉ）１３１、セシウムＣｓ１３４、Ｃｓ１３７である。但し、Ｉ１３１は、半減期が８日と短いため、長期的問題となるのは半減期が約２年のＣｓ１３４と半減期が約３０年のＣｓ１３７と考えられる。
【０００３】
原発から排出直後の放射性Ｃｓ（零価）は瞬時に酸化物や炭酸化物となり，それら潮解性のため徐々に水酸化物へ変化する。アルカリ金属であるＣｓの溶解性に、対アニオンの種類は影響しない。そのため大気中の放射性Ｃｓはいずれの形態でもＣｓ＋として雨粒等の水相へ移行し、降雨により土壌汚染を引き起こす。
【０００４】
他方、土壌中の放射性Ｃｓの存在形態は、大別して、（１）フミン物質等の有機物にイオン吸着、（２）土壌粒子表面にイオン吸着、（３）粘土などの層状鉱物内部に捕捉されるものに分類される。要するに、土壌表面に吸着、あるいは、土壌の層状構造内部に吸着した状態となる。上記（１）や（２）の放射性Ｃｓも、いずれ（３）として安定化されるが、その移行速度は共存する有機物質量等に依存するため明確には予測できない。事実、原子力委員会へ報告された資料（第３４回原子力委員会資料第１号）では、事故より半年以上経過しても、大部分の放射性Ｃｓが土壌粒子表面にあるとされた。
【０００５】
また、層状構造内部の放射性Ｃｓは比較的安定であるが，施肥による高濃度Ｋ＋やＮＨ４＋及び２価の陽イオン（融雪剤や酸性雨水中の弱酸性下のＣａ２＋等）の供給等の複合要因下では、放射性Ｃｓの再溶出の可能性がある。溶出した放射性Ｃｓは人に吸収されるリスクが高まるため、可能な限り放射性Ｃｓを長期間安定に不溶化することが望まれる。
【０００６】
既存の土壌処理技術としては，向日葵によるファイトレメディエーションやセメント固化があったに過ぎない。実証試験の結果、前者は殆ど効果が認められず、また、後者は津波被害による塩や油汚染を伴う汚染土壌の固化には課題も多い。
【０００７】
最近、既存の重金属処理技術の転用が図られ、その代表例として、水洗／篩分け法（京都大：豊原准教授ら、朝日新聞２０１１．８．１７、例えば非特許文献１参照）、セルロース系ポリイオンによる固化（ＰＩＣ）法（チェルノブイリ事故で利用）、酸抽出／紺青吸着法（産総研：八瀬  ナノシステム研究部門長ら、プレス発表２０１１．８．３１、例えば非特許文献２参照）、水洗／粘土吸着法（東北大：石井教授ら、原子力委員会定例会議資料２０１１．９．６）、紺青直接吸着法（東工大：有冨教授ら，日テレ  ２０１１、４．２０、例えば非特許文献３参照）等がある。この他、平成２３年度「除染技術実証試験事業」として多く除染技術が紹介されている（例えば非特許文献４参照）。
【０００８】
本発明者らは、ナノカルシウムを用い乾式で汚染土壌を処理するナノカルシウム法を開発し（例えば非特許文献５参照）、特許出願中である。ナノカルシウム法は、酸化カルシウム中にナノサイズの金属カルシウムを分散させたナノ分散体を汚染土壌に添加、混合し、放射性Ｃｓを不溶化させる方法である。さらに鉄粉を添加したナノ分散体を使用すれば、磁選により放射性物質を濃縮分離することができる。この方法は、乾式法であるため廃水が発生しない。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】http://www.asahi.com/science/update/0816/OSK201108160253.html
【非特許文献２】http://www.aist.go.jp/aist_j/press_release/pr2011/pr20110831/pr20110831.html
【非特許文献３】www.news24.jp/articles/2011/04/20/07181347.html
【非特許文献４】www.aec.go.jp/jicst/NC/iinkai/teirei/siryo2012/siryo12/siryo1-3.pdf
【非特許文献５】http://c-collabo.jp/act/img/nplan/cch23/rp_ic(2)_1.pdf
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら前記処理方法にも課題がある。例えば，水洗／篩分け法、ＰＩＣ法、及び粘土吸着法では、土壌中のＣｓ洗浄に多量の水を必要とし、かつ、廃液処理を要すること、さらに含水粘土の篩分けが困難であり、分離に凝集剤を添加するため廃棄物が増すこと、酸抽出法では耐腐食性の高い装置部材の使用や中和等で高コストとなること、紺青直接吸着法では、紫外線分解等でシアンガスを発生する可能性があること等である。平成２３年度「除染技術実証試験事業」として紹介されている除染技術も殆どが水を使用しており、排水処理が必要となる。
【００１１】
本発明者らが開発したナノカルシウム法は、少量のナノ分散体を汚染土壌に添加、混合するだけで放射性Ｃｓを不溶化させることができ、さらに磁選により放射性物質を濃縮分離することができる優れた方法であるが、大量の汚染土壌を処理するには、コスト、処理速度の点でさらなる改良が望まれる。また実際の運用を考えれば、粉塵対策等も非常に重要となる。さらに放射性物質汚染土壌の他、重金属で汚染された土壌等の処理を行うことができればより好ましい。
【００１２】
本発明の目的は、実用性に優れ余分な廃棄物を発生させることなく、汚染物質を不溶化し、さらに濃縮分離可能な汚染物質を含有する固体の処理方法、及び該汚染物質を含有する固体の処理方法において好適に使用可能な汚染物質を含有する固体の処理剤を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は、汚染物質を含有する固体と、水と、水と反応し固化する固化剤と、強磁性粉末と、を混合・混練する混合・混練工程と、混合・混練物を磁力選別し、汚染物質を濃縮分離する濃縮分離工程と、を含み、前記水は、前記固化剤と反応する薬剤かつ発塵を防止する発塵防止剤であり、廃水が発生しないことを特徴とする汚染物質を含有する固体の処理方法である。
【００１４】
本発明の汚染物質を含有する固体の処理方法において、前記水は、汚染物質を含有する固体に含まれる水分であることを特徴とする。
【００１５】
本発明の汚染物質を含有する固体の処理方法は、前記混合・混練工程において、汚染物質を含有する固体に対する水分量が予め定める水分量となるように、水を添加し又は水を供給しつつ混合・混練することを特徴とする。
【００１６】
本発明の汚染物質を含有する固体の処理方法において、前記固化剤が酸化カルシウムであることを特徴とする。
【００１７】
本発明の汚染物質を含有する固体の処理方法において、前記強磁性粉末が鉄粉であることを特徴とする。
【００１８】
本発明の汚染物質を含有する固体の処理方法において、前記固化剤と強磁性粉末とが、少なくとも一部がナノサイズの大きさからなる水砕スラグ及び／又は徐冷スラグの粉粒物、又は少なくとも一部がナノサイズの大きさからなる、水砕スラグ及び／又は徐冷スラグと鉄粉との粉粒物として与えられることを特徴とする。
【００１９】
本発明の汚染物質を含有する固体の処理方法において、前記少なくとも一部がナノサイズの大きさからなる水砕スラグ及び／又は徐冷スラグの粉粒物は、水砕スラグ及び／又は徐冷スラグを少なくとも一部がナノサイズの大きさとなるように粉砕し得られる粉粒物、前記少なくとも一部がナノサイズの大きさからなる、水砕スラグ及び／又は徐冷スラグと鉄粉との粉粒物は、水砕スラグ及び／又は徐冷スラグと鉄粉とを少なくとも一部がナノサイズの大きさとなるように粉砕し得られる粉粒物であることを特徴とする。
【００２０】
本発明の汚染物質を含有する固体の処理方法は、さらに前記混合・混練工程において、固化助剤としてリン酸塩を添加することを特徴とする。
【００２１】
本発明の汚染物質を含有する固体の処理方法は、前記混合・混練工程において、「だま」の発生を防止しつつ混合・混練することを特徴とする。
【００２２】
本発明の汚染物質を含有する固体の処理方法において、前記汚染物質が放射性物質及び／又は重金属であり、前記固体が土壌、固体状産業廃棄物、焼却灰、焼却飛灰、汚泥又はこれら２種以上の混合物であることを特徴とする。
【００２３】
本発明の汚染物質を含有する固体の処理方法において、前記固体状産業廃棄物が、少なくとも瓦礫、廃プラスチック、木くず、紙くず又はこれら破砕物のうちいずれか１種以上を含むことを特徴とする。
【００２４】
また本発明は、水存在下で汚染物質を含有する固体と混合・混練し、汚染物質を不溶化及び濃縮分離可能にする、少なくとも一部がナノサイズの大きさからなる水砕スラグ及び／又は徐冷スラグの粉粒物、又は少なくとも一部がナノサイズの大きさからなる、水砕スラグ及び／又は徐冷スラグと鉄粉との粉粒物からなる汚染物質を含有する固体の処理剤である。
【発明の効果】
【００２５】
本発明の汚染物質を含有する固体の処理方法により、余分な廃棄物を発生させることなく汚染物質を不溶化し、さらに濃縮分離することができる。また本発明の汚染物質を含有する固体の処理方法は、水が発塵防止剤として使用され、発塵が防止されるので実用性に優れる。また本発明の汚染物質を含有する固体の処理剤は、本発明の汚染物質を含有する固体の処理方法に好適に使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の放射性物質汚染土壌の処理手順を示すフロー図である。
【図２】本発明の放射性物質汚染土壌の処理方法における濃縮原理を説明するための模式図である。
【図３】本発明の実施例１〜６の磁力選別の結果を示す図である。
【図４】本発明の実施例１１〜１４の磁力選別の結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、放射性物質汚染土壌を被処理物として具体的な実施形態を説明するが、本発明の汚染物質を含有する固体の処理方法は、放射性物質汚染土壌の他、重金属を含有する焼却灰などのような汚染物質を含有する固体を被処理物とするものであり、重金属を含有する焼却灰などを、以下に示す放射性物質汚染土壌と同様の方法で処理することができる。汚染物質を含有する固体には、汚染物質として少なくともセシウムのような放射性物質及び／又はカドミウムのような重金属が含まれ、固体として少なくとも土壌、固体状産業廃棄物、焼却灰、焼却飛灰、汚泥又はこれら２種以上の混合物が含まれる。固体状産業廃棄物には、少なくとも瓦礫、廃プラスチック、木くず、紙くず又はこれら破砕物のうちいずれか１種以上が含まれる。
【００２８】
図１は、本発明の放射性物質汚染土壌の処理手順を示すフロー図である。本発明の放射性物質汚染土壌の処理方法は、被処理物である放射性物質汚染土壌と、水と、水と反応し固化する固化剤と、強磁性粉末とを混合・混練する混合・混練工程（第１ステップ）と、混合・混練物を磁力選別し、放射性物質を濃縮分離する濃縮分離工程（第２ステップ）とを含む。
【００２９】
混合・混練工程は、放射性物質汚染土壌と、水と、水と反応し固化する固化剤と、強磁性粉末とを混合・混練し、放射性物質汚染土壌から放射性物質が溶出しないように不溶化すると共に第２ステップの濃縮分離工程の前処理を行う。よって混合・混練工程は、不溶化工程、さらには磁力選別により放射性物質が濃縮分離されるので濃縮分離可能化工程と言うこともできる。
【００３０】
被処理物である放射性物質汚染土壌は、特定の土壌に限定されるものではない。また汚染物質である放射性物質も特定の物質に限定されるものではなく、セシウムＣｓ、プルトニウムＰｕ、ウランＵ、ラジウムＲａなど幅広い放射性物質を対象とすることができる。
【００３１】
固化剤は、放射性物質汚染土壌に含まれる水分と反応し、自身が固化する過程で放射性物質汚染土壌の粒子表面をコーティングする。固化剤は、固化した後は水に不溶である。このような機能を発揮する固化剤であれば、特定の固化剤に限定されないが、少量で固化しかつ安価なものが好ましく、酸化カルシウムＣａＯを好適に使用することができる。この他、固化剤として酸化マグネシウムＭｇＯが例示される。
【００３２】
強磁性粉末は、第２ステップの磁力選別を行うために添加される。強磁性粉末は、混合・混練操作の過程で固化剤に取り込まれ又は付着し、又は放射性物質汚染土壌に付着し、最終的には、固化した放射性物質汚染土壌に含まれる。このような強磁性粉末は、特定の強磁性粉末に限定されず公知の強磁性粉末、例えば鉄粉を使用することができる。強磁性粉末は、安価なものが好ましく、この点において鉄粉は好ましい。強磁性粉末の添加量は、固化剤に対して重量比で２／５程度とすることができる。
【００３３】
上記固化剤及び強磁性粉末は、予め、これら混合物を少なくとも一部がナノサイズとなるように粉砕したナノ分散体とし、所定量の水存在下でこのナノ分散体と放射性物質汚染土壌とを撹拌混合・混練することが好ましい。ナノ分散体は、全部がナノサイズであってもよい。ここでナノサイズとは、粒径が数ｎｍ〜サブミクロンの大きさをいう。このように固化剤及び強磁性粉末を予め調製しておけば、放射性物質の不溶化処理を簡単に行うことができる。
【００３４】
固化剤及び強磁性粉末は、試薬、工業薬品を用いることができることは当然であるが、試薬、工業薬品に代え水砕スラグ、徐冷スラグを用いることができる。さらに上記ナノ分散体と同様に、水砕スラグ、徐冷スラグを少なくとも１部がナノサイズとなるまで粉砕した粉粒物を使用することができる。水砕スラグと徐冷スラグとは混合して用いてもよい。
【００３５】
水砕スラグ、徐冷スラグは、ともに高炉スラグに属し、水砕スラグ（炉前水砕スラグ）は、溶融スラグに高圧水を噴射し、スラグを急冷したものである。徐冷スラグは、高炉スラグが自然放冷と散水とにより冷却された結晶質のスラグである。水砕スラグ、徐冷スラグの化学組成は同じであり、酸化カルシウムＣａＯと二酸化珪素ＳｉＯ２を主成分とし、さらに鉄を含む。水砕スラグ及び徐冷スラグに含まれるＣａＯ及び鉄の含有量の一例を示せば、ＣａＯが４２％、Ｔ−ＦｅがＦｅＯとして０．３％である（出典：http://www.mlit.go.jp/kowan/recycle/2/07.pdf）。
【００３６】
水砕スラグ及び徐冷スラグは、鉄の含有量が少ないので、水砕スラグ及び／又は徐冷スラグと鉄粉との混合物を使用することができる。さらに水砕スラグ及び／又は徐冷スラグと鉄粉との混合物を少なくとも１部がナノサイズとなるまで粉砕した粉粒物を好適に使用することができる。
【００３７】
固化剤及び強磁性粉末、固化剤及び強磁性粉末の前記ナノ分散体、水砕スラグ及び／又は徐冷スラグ、水砕スラグ及び／又は徐冷スラグの粉粒物、水砕スラグ及び／又は徐冷スラグと鉄粉との混合物、又は水砕スラグ及び／又は徐冷スラグと鉄粉との混合物を少なくとも１部がナノサイズとなるまで粉砕した粉粒物の汚染土壌に対する添加割合は、汚染土壌に対して重量比で１／２０〜１／１０程度である。
【００３８】
水は、固化剤と反応する薬剤であり、かつ放射性物質汚染土壌と固化剤等とを撹拌混合・混練するとき粉塵が発生しないようにする発塵防止剤である。よって水は、この２つの機能を発揮するように量が設定される。さらに水は、廃水が発生しないように量が設定される。
【００３９】
固化剤と反応する薬剤としての水の量は、添加する固化剤の量、放射性物質汚染土壌の性状に応じて適宜決定することができる。例えば、放射性物質汚染土壌に対して固化剤を重量比で１／１０程度添加する場合には、水の量は、放射性物質汚染土壌に対して５重量％以上、好ましくは１０重量％以上である。
【００４０】
一方、発塵防止剤としての水の量は、放射性物質汚染土壌の性状に応じて適宜決定することができる。放射性物質汚染土壌の粒度が大きい場合は、粉塵が発生し難いので少な目に設定すればよく、有機物を含む放射性物質汚染土壌の場合は多目に設定する。
【００４１】
水の量は、固化剤との反応及び発塵防止の点においては、多くても特に問題とならないが、固化剤等の消費量が多くなり、さらには余剰の水は廃水となるので必要以上に多くの水を添加し、混合・混練物から水が分離するようにすべきではない。水の量を例示すれば、放射性物質汚染土壌に対して５〜３５重量％、好ましくは１０〜３０重量％である。
【００４２】
水は、放射性物質汚染土壌が水を含んでいる場合はその水を使用すればよく、放射性物質汚染土壌に含まれる水のみでは、水分量が不足する場合は、混合・混練操作前に、又は混合・混練操作中に水を添加すればよい。
【００４３】
発塵防止は、放射性物質汚染土壌を実用レベルで処理する上において、作業性及び新たな汚染物を発生させない点で非常に重要である。さらに発塵を防止することは、放射性物質を不溶化、濃縮分離する点からも非常に重要である。
【００４４】
放射性物質汚染土壌を分級し、粒度毎の放射能量を測定した結果から、放射性物質汚染土壌は、粒度０．５〜２ｍｍのものが多いが、Ｃｓ１３７及びＣｓ１３４は、粒度０．１２５ｍｍ以下の土壌にも多く含まれ、粒度が小さい程、放射性物質汚染土壌中のＣｓ１３７及びＣｓ１３４の濃度が大きいことが分かっている。
【００４５】
粒度の小さい放射性物質汚染土壌ほど粉塵になり易い一方で、粉塵となった放射性物質汚染土壌は、固化剤等と混合・混練されないため不溶化、さらには濃縮分離可能化されない。このため粉塵となった放射性物質汚染土壌は未処理状態となる。放射性物質の濃度が高い粒度の小さい放射性物質汚染土壌が未処理状態となることは大きな問題である。本方法においては、水を発塵防止剤として添加し、発塵を防止するので、高濃度に汚染されている粒度の小さい汚染土壌も固化剤等と混合・混練され不溶化、濃縮分離可能にされるため上記問題は生じない。
【００４６】
混合・混練操作も重要である。本実施形態においては、単純な粉粒体の混合ではなく、水が共存するので、混合のみならず混練状態となる。水の量は、廃水が発生しない量に設定されることからも分かるように比較的少ない。このため放射性物質汚染土壌と、水と、水と反応し固化する固化剤と、強磁性粉末とを混合・混練する際、「だま」が生じ易い。「だま」は、放射性物質汚染土壌等の凝集物であり、「だま」が生じると内部の放射性物質汚染土壌等は、固化剤等と接触することができず未処理状態となるため「だま」が生じないように撹拌混合・混練する必要がある。
【００４７】
混合・混練操作に使用する混合機、混練機は、「だま」を生じさせることなく均一に撹拌混合・混練することができると共に混合・混練操作時に放射性物質汚染土壌を粉砕、破砕しないものが好ましい。粒度の大きい土壌に含まれる放射性物質含有量は少ない。この放射性物質含有量の少ない粒度の大きい土壌が破砕、粉砕されると放射性物質含有量の多い粒度の小さい土壌と混ざってしまう。粒度が等しい土壌は、放射性物質含有量によらず同じように処理されるので濃縮効率が低下する。
【００４８】
混合機、混練機の型式は特に問われないが、我々は実験から、混合・混練性能により不溶化、濃縮分離可能化に要する時間が大きく異なることを把握している。処理速度を考えれば混合・混練性能に優れる混合機、混練機が好ましく、実用的な観点からは大型化が容易で大量処理が可能であり、動力の少ないものが好ましい。
【００４９】
放射性物質汚染土壌と、水と、水と反応し固化する固化剤と、強磁性粉末とを混合・混練することで、放射性物質を不溶化、濃縮分離可能にすることができるが、さらに混合・混練工程において固化助剤を添加してもよい。
【００５０】
固化助剤は、放射性物質汚染土壌の固化を助長すると共に放射性物質の溶出を防止する機能を備える。ここで使用可能な固化助剤としては、リン酸二水素ナトリウム、リン酸二水素カリウムなどのリン酸二水素塩、その他リン酸塩が例示され、リン酸二水素ナトリウムを好適に使用することができる。リン酸二水素ナトリウムを使用し固化した放射性物質汚染土壌は、表面が中性に近づき、水溶液のｐＨが中性であることを確認済である。このため最終処分場等での長期保管前に他の場所で仮置きされる場合の、溶出や飛散による拡散や生物・植物への取り込みを減少させられる可能性がある。固化助剤の添加量は、放射性物質汚染土壌に対して５重量％程度とすることができる。
【００５１】
第２ステップでは、第１ステップで得られた不溶化・濃縮分離可能にされた放射性物質汚染土壌を磁石（マグネット）を用いて分離する（磁力選別工程）。第１ステップにおいて、強磁性粉末を添加しているので、磁石を用いて選別することができる。強磁性粉末が多く含まれる固化した土壌は、磁石に吸着するので磁石を用いて吸着分離することができる。
【００５２】
我々は、市販の磁石を用いた別の実験（薬剤としてＦｅ／Ｃａ／ＣａＯ分散体を使用）により、５０重量％以上の土壌が磁石に吸着され、土壌に含まれる放射性物質の約８０％が磁石に吸着された方の土壌（以下、磁着土壌）に含まれる結果を得ている。これは、土壌に含まれる放射性物質の多くが、比表面積の大きいシルト、粘土に付着しており、さらに粒径の小さいシルト、粘土は、比表面積が大きいため強磁性粉末を含む薬剤が付着し易いためと考えられる。
【００５３】
以上のように磁着土壌に多くの放射性物質が含まれるため、磁力選別により放射性物質を濃縮分離することができる（濃縮分離工程）。磁力選別により被処理土壌を磁着土壌と磁石に吸着されなかった土壌（以下、不磁着土壌）とに分離し、磁着土壌を取り除けば、放射性物質の含有量の少ない土壌が得られ、結果、被処理土壌を除染することができる。
【００５４】
本法における放射性物質の不溶化・濃縮・分離プロセスは次のように考えられる。図２は、放射性物質汚染土壌に含まれる放射性物質を物理的に濃縮分離するメカニズム(想定)を説明するための模式図である。以下、放射性物質をセシウムＣｓ、強磁性粉末を鉄Ｆｅ、固化剤を酸化カルシウムＣａＯとし説明する。
【００５５】
鉄粉及び酸化カルシウム、又はこれらのナノ分散体、又は水砕スラグ及び／又は徐冷スラグの粉粒物を、汚染土壌に添加混合すると、酸化カルシウムが共存する鉄粉を土壌表面に取り込みながら、土壌表層の水分と化学反応し、鉄粉入りの水酸化カルシウムの被膜を形成する。それらに磁力選別を行うと、粒子径の大きな土壌は自重が勝り磁着しないが、粒子径の小さな土壌（=粘土、シルト）は磁石側に吸着される。これにより土壌粒子の密度、被膜厚、鉄粉量、あるいは磁力を加減することで、乾式で目的の粘土、シルトのみ取り出せる。土壌に含まれる放射性物質の多くが、比表面積の大きいシルト、粘土に付着しているため磁力選別により汚染土壌を濃縮・分離可能とすることができる。なお、被膜は漆喰と同成分であるので、水に強く、強固な成型体（ブロックなど）も製造することもできる。
【００５６】
以上のように上記放射性物質汚染土壌の処理方法を用いることで、余分な廃棄物を発生させることなく簡単な操作で放射性物質汚染土壌に含まれる放射性物質を不溶化させることができる。また本方法を用いればセメント固化では困難だった放射性物質の濃縮分離が可能となる。磁着物を取り除けば被処理物に比べ放射性物質の濃度が低い低濃度汚染土壌が得られ、結果、除染することができる。また本方法は、粉塵を発生させることなく処理を行うことができるので実用性に優れる。
【００５７】
上記放射性物質汚染土壌の処理方法は、種々、変形して使用することができる。例えば、固化助剤は、混合・混練工程の最初から添加せず、混合・混練工程の途中、あるいは混合・混練工程終了後でかつ磁力選別の前に添加、撹拌混合し、放射性物質汚染土壌を固化させてもよい。
【００５８】
さらに混合・混練工程、濃縮分離工程では固化助剤を添加せず、磁力選別後の磁着土壌に固化助剤を添加、混合し、土壌を固化させてもよい。磁着土壌には放射性物質が濃縮されているから、固化助剤を添加し放射性物質の溶出をより確実に防止することは好ましい。また磁着土壌は、粒径が小さいので固化助剤で固化させることで取扱いが容易となる。
【００５９】
不磁着土壌も同様に、固化助剤を添加、混合し固化させてもよい。但し、（１）土壌に含まれる放射性物質の多くは、磁着土壌に含まれている、（２）不磁着土壌は、粒径が比較的大きく取扱いも容易である、（３）不磁着土壌も表面が固化剤でコーティングされるため放射性物質は溶出し難い、ので不磁着土壌は、溶出試験結果などに基づき、必要に応じて固化助剤を使用した固化を行えばよい。これにより固化助剤の使用量を抑制することができる。
【００６０】
重金属を含む焼却灰、重金属汚染土壌などの処理も、上記放射性物質汚染土壌の処理方法と同じ要領で処理することができる。処理可能な重金属は、特に限定されるものではなく、後述の実施例に示すように砒素Ａｓ、カドミウムＣｄ、クロムＣｒ、鉛Ｐｂなどが例示される。
【実施例】
【００６１】
＜供試土壌の調製＞
ポッドミキサーに風乾したマサ土（含水率＝０．９％）を１０ｋｇ投入し、ポッドミキサーを回転させながら、塩化セシウム１００ｍｇを精製水５００ｍｌに溶解させた塩化セシウム溶液を噴霧器で２分間噴霧した。噴霧後、さらに１分間ポッドミキサーを回転させた。調製された摸擬セシウム汚染土壌を目開き２ｍｍの篩でふるい、ふるい下の２ｍｍアンダーを供試土壌とした。
【００６２】
＜薬剤の調製＞
炉前水砕スラグ及び高炉徐冷スラグを不活性ガス雰囲気下、遊星ボールミルを用いて４００ｒｐｍで１時間粉砕し、粉粒体を得た。さらに炉前水砕スラグ及び高炉徐冷スラグそれぞれの粉砕物に含まれるＦｅの量が約６重量％となるように、炉前水砕スラグ及び高炉徐冷スラグに鉄粉を添加し、これを不活性ガス雰囲気下、遊星ボールミルを用いて４００ｒｐｍで１時間粉砕し、粉粒体を得た。表１に炉前水砕スラグ及び高炉徐冷スラグの粉粒体の元素割合を示した。
【００６３】
【表１】
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【００６４】
＜実施例１＞
撹拌混合装置には、転動ボールミルを使用した。セラミック製容器に水分量が１０重量％となるように水を添加した供試土壌２５ｇと炉前水砕スラグの粉粒体２．５ｇとを仕込み、さらにセラミックボールを１０個充填し、大気雰囲気下、２００ｒｐｍで２時間、撹拌混合・混練した。その後、土壌を取出し、プラスチック性のフィルムを介して市販の磁石を接触させ吸着させた。磁着土壌、及び不磁着土壌を十分に粉砕後、ＳＥＭ／ＥＤＳ（走査型電子顕微鏡／エネルギー分散型Ｘ線分析装置）を用いて元素分析を行った。
【００６５】
＜実施例２〜６＞
炉前水砕スラグの粉粒体に代え、高炉徐冷スラグの粉粒体、炉前水砕スラグ＋鉄粉の粉粒体、高炉徐冷スラグ＋鉄粉の粉粒体を用いて実施例１と同様の要領で実験を行った。比較例１は、混合・混練操作を行うことなく、供試土壌に対してプラスチック性のフィルムを介して市販の磁石を接触させ吸着させた。
【００６６】
結果を、表２、図３に示した。表２中セシウムの割合、及び図３は、磁着物（磁着土壌）及び不磁着物（不磁着土壌）のセシウム濃度を加算した値に対する、磁着物、不磁着物のセシウム濃度の割合である。図３に示すように磁着土壌は、不磁着土壌に比較してセシウムの含有量が多く、本方法によりセシウムを濃縮することができることが分かる。また鉄粉を加えることで磁着土壌と不磁着土壌との間でセシウム濃度差が広がり、よりセシウムを濃縮することができることが分かる。比較例１の場合、土壌に磁石を接触させても全く分離することはできなかった。
【００６７】
【表２】
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【００６８】
放射性物質に代え、重金属を含む土壌を供試土壌とし、実施例１〜６と同様の要領で実験を行った。
【００６９】
＜実施例７〜１０＞
風乾したマサ土に、重金属を含む水溶液を添加し、含水率が１０％、重金属の含有量が１００ｍｇ／ｋｇの供試土壌を調製した。重金属は、砒素Ａｓ、カドミウムＣｄ、クロムＣｒ、鉛Ｐｂの４種類である。供試土壌１０重量部に対して薬剤を０．５重量部添加し、撹拌混合・混練時間を２時間とし、実施例１〜６と同じ要領で実験を行った。
【００７０】
＜実施例１１〜１４＞
供試土壌１０重量部に対して薬剤を１重量部添加し、撹拌混合・混練時間を４時間とし、実施例７〜１０と同じ要領で実験を行った。
【００７１】
＜参考例１〜４＞
実施例７〜１０と同じ要領で含水率が１％の供試土壌を調製し、供試土壌１０重量部に対して薬剤を１重量部添加し、撹拌混合・混練時間を２時間とし、実施例７〜１０と同じ要領で実験を行った。
【００７２】
結果を表３、図４に示した。表３は、磁着物（磁着土壌）と不磁着物（不磁着土壌）との重量割合を示す。図４は、実施例１１〜１４の磁着物（磁着土壌）及び不磁着物（不磁着土壌）の重金属濃度を加算した値に対する磁着物、不磁着物の重金属濃度の割合を示す。なお図４において、磁着Ａｓとは磁着土壌に含まれる砒素Ａｓを、不磁着Ａｓとは不磁着土壌に含まれる砒素Ａｓを表す。
【００７３】
図４に示すように磁着土壌と不磁着土壌とに含まれる重金属の濃度は、重金属が砒素、カドミウム、鉛の場合、磁着土壌：不磁着土壌≒３：２であり、重金属がクロムの場合、磁着土壌：不磁着土壌≒８：２であった。また鉄粉を加えることで磁着物と不磁着物との間で重金属の濃度差が広がる傾向が見られた。特に高炉徐冷スラグに６％の鉄粉を加え粉砕した粉粒体を使用したケース（実施例１４）で、重金属がより濃縮された。但し、水分量が１重量％では、磁力選別できなかった（参考例１〜４）。なお、薬剤添加しない場合、土壌に磁石を接触させても全く分離することはできなかった。
【００７４】
【表３】
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【図１】
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【図３】
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【図４】
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【図２】
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