(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
（Ａ）放射能汚染物に対し、（Ｂ）カルシウムアルミネート、アルカリ土類金属硫酸塩及びセメントを含有し、カルシウムアルミネートが、ＣａＯとＡｌ2Ｏ3が等モル比の結晶質カルシウムアルミネートとＣａＯとＡｌ2Ｏ3の含有モル比がＣａＯ／Ａｌ2Ｏ3＝１．６〜２．６の非晶質カルシウムアルミネートを１００：１５〜１００：１２０の質量比で含むものである処理剤を散布し、続いて散水する放射能汚染物の処理方法。
【請求項２】
（Ｂ）の処理剤のアルカリ土類金属硫酸塩が、硫酸カルシウム及び硫酸バリウムから選ばれる１種又は２種以上である請求項１に記載の放射能汚染物の処理方法。
【請求項３】
（Ｂ）の処理剤のアルカリ土類金属硫酸塩が、硫酸カルシウム及び硫酸バリウムである請求項１又は２に記載の放射能汚染物の処理方法。
【請求項４】
（Ｂ）の処理剤のセメントが、白色ポルトランドセメントである請求項１〜３のいずれかに記載の放射能汚染物の処理方法。
【請求項５】
（Ａ）の放射能汚染物が、焼却灰である請求項１〜４のいずれかに記載の放射能汚染物の処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放射性セシウムに汚染された土壌や焼却灰などの放射能汚染物による空間線量を低減し、放射能汚染物の保管を効率的に行うことができる放射能汚染物の処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
原子力発電所の事故により放射性物質（主に放射性セシウム）が拡散すると、放射性物質により汚染された土壌等の放射能汚染物が生じる。また、放射性物質により汚染された土壌等の放射能汚染物の一部が雨水等により下水道に流入すると、放射性物質により汚染された下水汚泥、あるいはその下水汚泥を焼却減容化することで放射性物質が濃縮された焼却灰が生じる。さらに、放射性物質で汚染された草木類や塵芥などの可燃性廃棄物がゴミ焼却場などで焼却減容化されると、放射性物質が濃縮されたゴミ焼却灰が生じる。
放射能汚染物は人体に有害な放射線（ガンマ線など）を放出するため、適切に除去・保管等の処置を行い、放射線被爆による健康被害を防ぐ必要がある。しかしながら、特に汚染規模が大きく、広い地域に大量の放射能汚染物が発生した場合には、放射能汚染物による被爆防止処置（放射能汚染物の除去処理、放射線の遮蔽・低減処理など）に膨大な手間と時間と費用が必要になるほか、放射能汚染物の保管場所の確保が大きな課題となる。そのため、効率的かつ迅速に放射能汚染物の処理を進めるためには、放射線の濃度レベルや土地利用等に応じて適切な処理方法を選択する必要がある。特に、広範囲に大量に発生した放射線濃度が比較的低い土壌や焼却灰などの放射能汚染物については、埋立処分あるいは原位置処理による迅速な被爆防止処置を可能とする効率的かつ経済的な処理技術が求められていた。
【０００３】
従来、放射能汚染物の処理技術としては、アンモニア性液体を用いて汚染土壌から放射性物質（ウラン・プルトニウム等）を含む土壌細粒を分離する方法（特許文献１）、放射線遮蔽機能のある容器・コンクリート構造体・複合板・マット（特許文献２〜６）などが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特表平１０−５０５９０３号公報
【特許文献２】特開平７−１３４１９８号公報
【特許文献３】特開２００９−２７６１９４号公報
【特許文献４】特開２００６−０３８４６５号公報
【特許文献５】特開２００３−１５６５９１号公報
【特許文献６】特開２０１１−２４７６６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、これら従来の技術では、放射性物質を分離するために大掛かりな処理システムが必要となる、分離した高濃度の放射性物質含有廃棄物の処理・保管を別途講じる必要がある、遮蔽体の製造ならびに放射能汚染物の格納作業等に多額の費用と手間が必要となる、空間線量の効果的な低減が期待できない等の問題があり、大量の放射能汚染物質を効率的かつ経済的に処理できるものではなかった。
従って、本発明の課題は、放射能汚染物による空間線量を効果的に低減し、埋立処分や原位置処理などの簡便な方法による放射能汚染物の被爆防止処置を可能とする効率的かつ経済的な処理方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明者は、上記課題解決のため検討を重ねた結果、カルシウムアルミネート、アルカリ土類金属硫酸塩及びセメントを含有する処理剤を水と反応させることで、空間線量の低減効果がある組成物が形成されることを見出し、放射能汚染物に該処理剤を散布し、続いて散水を行うという簡便な方法で、放射能汚染物による空間線量が効果的に低減できることを見出した。さらに、ＣａＯとＡｌ2Ｏ3が特定のモル比で構成された非晶質カルシウムアルミネートと結晶質カルシウムアルミネートを特定割合で含むカルシウムアルミネートを用い、アルカリ土類金属硫酸塩として硫酸カルシウム及び／又は硫酸バリウムを用い、セメントとして白色ポルトランドセメントを用いることで空間線量の低減効果が向上し、環境安全性が高まるという知見を得、本発明を完成させた。
【０００７】
すなわち、本発明は、次の［１］〜［７］に係るものである。
［１］（Ａ）放射能汚染物に対し、（Ｂ）カルシウムアルミネート、アルカリ土類金属硫酸塩及びセメントを含有してなる処理剤を散布し、続いて散水する放射能汚染物の処理方法。
［２］（Ｂ）の処理剤のカルシウムアルミネートが、ＣａＯとＡｌ2Ｏ3が等モル比の結晶質カルシウムアルミネートと、ＣａＯとＡｌ2Ｏ3の含有モル比がＣａＯ／Ａｌ2Ｏ3＝１．６〜２．６の非晶質カルシウムアルミネートとを含むものである［１］の放射能汚染物の処理方法。
［３］（Ｂ）の処理剤のカルシウムアルミネートが、ＣａＯとＡｌ2Ｏ3が等モル比の結晶質カルシウムアルミネートと、ＣａＯとＡｌ2Ｏ3の含有モル比がＣａＯ／Ａｌ2Ｏ3＝１．６〜２．６の非晶質カルシウムアルミネートとを１００：１５〜１００：１２０の質量比で含むものである［１］又は［２］の放射能汚染物の処理方法。
［４］（Ｂ）の処理剤のアルカリ土類金属硫酸塩が、硫酸カルシウム、硫酸マグネシウム及び硫酸バリウムから選ばれる１種又は２種以上である［１］〜［３］のいずれかの放射能汚染物の処理方法。
［５］（Ｂ）の処理剤のアルカリ土類金属硫酸塩が、硫酸カルシウム及び硫酸バリウムである［１］〜［４］のいずれかの放射能汚染物の処理方法。
［６］（Ｂ）の処理剤のセメントが、白色ポルトランドセメントである［１］〜［５］のいずれかの放射能汚染物の処理方法。
[７]（Ａ）の放射能汚染物が、焼却灰である［１］〜［６］のいずれかの放射能汚染物の処理方法。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の放射能汚染物の処理方法は、焼却灰や土壌等の放射能汚染物に処理剤を散布し、続いて散水を行うという簡便な方法で、放射能汚染物による空間線量を効果的に低減できるため、大量に発生した放射能汚染物に対する被爆防止処置を効率的かつ経済的に行うことができる。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本発明の放射能汚染物の処理方法において、処理剤に用いるカルシウムアルミネートは、基本的にはＣａＯ原料とＡｌ2Ｏ3原料を熱処理することにより得られる物質である。カルシウムアルミネートは化学成分としてＣａＯとＡｌ2Ｏ3からなる結晶質やガラス化が進んだ構造の水和活性物質であれば良く、ＣａＯとＡｌ2Ｏ3に加えて他の化学成分が加わった化合物、固溶体、ガラス質物質又はこれらの混合物等でもよい。前者（結晶質）としては例えば１２ＣａＯ・７Ａｌ2Ｏ3、ＣａＯ・Ａｌ2Ｏ3、３ＣａＯ・Ａｌ2Ｏ3、ＣａＯ・２Ａｌ2Ｏ3、ＣａＯ・６Ａｌ2Ｏ3等が挙げられ、後者（ガラス質）としては例えば、４ＣａＯ・３Ａｌ2Ｏ3・ＳＯ3、１１ＣａＯ・７Ａｌ2Ｏ3・ＣａＦ2、Ｎａ2Ｏ・８ＣａＯ・３Ａｌ2Ｏ3等が挙げられる。
【００１０】
さらに、本発明で用いるカルシウムアルミネートとしては、ＣａＯとＡｌ2Ｏ3が等モル比の結晶質カルシウムアルミネートと、ＣａＯとＡｌ2Ｏ3の含有モル比がＣａＯ／Ａｌ2Ｏ3＝１．６〜２．６の非晶質カルシウムアルミネートとを含むものが好ましい。
【００１１】
ＣａＯとＡｌ2Ｏ3が等モル比の結晶質カルシウムアルミネートは、前記のようなＣａＯ源とＡｌ2Ｏ3源をそれぞれＣａＯ換算及びＡｌ2Ｏ3換算して等モル比となるよう混合したものを、例えば１６００℃で加熱し、これを徐冷すれば得られる。また、徐冷は加熱装置内での自然放冷が一般的に採用できるが、加熱装置の構造上急激な温度低下が起こる場合は、概ね１０℃／分以下の降温速度になるよう加熱調整するのが好ましい。ＣａＯ源は特に限定されないが、例えば石灰石粉、消石灰や生石灰粉を好適に挙げることができ、Ａｌ2Ｏ3源は例えばボーキサイト粉、水酸化アルミニウム、炭酸アルミニウム、アルミ残灰、アルミナ粉末等を好適に挙げることができる。該結晶質カルシウムアルミネートのブレーン比表面積は、３０００〜１００００ｃｍ2／ｇが好ましく、これと共に使用する非結晶質カルシウムアルミネートのブレーン比表面積と概ね同じものとするのが好ましい。
【００１２】
ＣａＯとＡｌ2Ｏ3の含有モル比がＣａＯ／Ａｌ2Ｏ3＝１．６〜２．６の非晶質カルシウムアルミネートは、ＣａＯ源とＡｌ2Ｏ3源をそれぞれＣａＯ換算及びＡｌ2Ｏ3換算して当該モル比の範囲に混合したものを、例えば１４００〜１９００℃で加熱溶融し、これを急冷することによって得られる。急冷は、例えば溶融物の該加熱温度からの炉外取り出し、水中急冷、冷却ガスの吹き付け等の公知の急冷手法で行うことができる。ＣａＯとＡｌ2Ｏ3の含有モル比（ＣａＯ／Ａｌ2Ｏ3）が１．６未満では反応性が低下し、放射能汚染物による空間線量を低減する効果が十分得られないので好ましくない。またモル比（ＣａＯ／Ａｌ2Ｏ3）が２．６を超えると、ガラス化には極めて高い融点と当該温度からの急冷操作が必要になり、製造が困難となるため実用的でない。また前記非晶質カルシウムアルミネートは、粉砕・分級・篩い分け等を適宜行うことによって粒度を調整し、ブレーン比表面積で３０００〜１００００ｃｍ2／ｇにしたものを用いるのが好ましい。なお、ＣａＯ源及びＡｌ2Ｏ3源は、前記結晶質カルシウムアルミネートの場合と同じものが使用できる。
【００１３】
本発明で用いるカルシウムアルミネートは、前記のＣａＯとＡｌ2Ｏ3が等モル比の結晶質カルシウムアルミネートと、前記のＣａＯとＡｌ2Ｏ3の含有モル比がＣａＯ／Ａｌ2Ｏ3＝１．６〜２．６の非晶質カルシウムアルミネートとを１００：１０〜１００：２００の質量比で含むものが好ましく、１００：１５〜１００：１２０の質量比で含むものがより好ましい。この質量比のカルシウムアルミネート混合物を用いることで、空間線量の低減効果を特に良好に発揮することができる。非晶質カルシウムアルミネートが少なすぎるか、又は多すぎる場合は、カルシウムアルミネートの水和反応性が十分ではなく、水和生成物であるエトリンガイトの生成遅延あるいは生成量の減少が生じて空間線量の低減効果が低下する。
【００１４】
本発明で用いるアルカリ土類金属硫酸塩としては硫酸カルシウム、硫酸マグネシウム及び硫酸バリウムから選ばれる１種又は２種以上が挙げられる。本発明ではこれらのうち、硫酸カルシウムを用いるのが好ましく、硫酸カルシウムとしては無水石膏のみならず反応活性がより高いことから半水石膏を使用しても良い。アルカリ土類金属硫酸塩は、カルシウムアルミネートの水和反応を促進する作用をもたらし、空間線量の低減効果の向上が期待できる。
【００１５】
本発明で用いるアルカリ土類金属硫酸塩としては、硫酸カルシウムと硫酸バリウムを併用するのがより好ましく、これらを併用することにより空間線量の低減効果をより向上させることができる。硫酸バリウムのように密度の高い物質には、放射線（ガンマ線）の遮蔽効果があることが知られているが、カルシウムアルミネートの水和生成物であるエトリンガイトと硫酸バリウムが共存する組成物を形成させることで、より良好な放射線遮蔽効果が得られる。硫酸バリウムとしては、化学反応で製造した工業薬品である沈降性硫酸バリウムのほか、硫酸バリウムを主成分とする天然鉱物（バライト）の粉砕品（バライト粉）が使用できる。また、硫酸カルシウム及び硫酸バリウムとしては、粉末度がブレーン比表面積で１０００〜１００００ｃｍ2／ｇ程度のものを用いるのが好ましい。
【００１６】
アルカリ土類金属硫酸塩として硫酸カルシウムを用いる場合の配合割合は、空間線量の低減効果の点から、カルシウムアルミネート１００質量部に対して１０〜２００質量部が好ましく、１０〜１００質量部がより好ましい。また、硫酸バリウムを用いる場合の配合割合は、カルシウムアルミネート１００質量部に対して３０〜８００質量部が好ましく、５０〜５００質量部がより好ましい。硫酸バリウムが少なすぎると空間線量の低減効果がほとんど向上しないため適当ではなく、多すぎると相対的にカルシウムアルミネート量が少なくなり、空間線量の低減効果が低下する恐れがある。
【００１７】
本発明で用いるセメントとしては、ポルトランドセメント、混合セメント、特殊セメント、エコセメントが挙げられる。ポルトランドセメントとは、普通ポルトランドセメント、早強ポルトランドセメント、超早強ポルトランドセメント、中庸熱ポルトランドセメント、耐硫酸塩ポルトランドセメント、白色ポルトランドセメント、低熱ポルトランドセメント及びそれらの低アルカリ型のポルトランドセメント等を言う。混合セメントとは、高炉セメント、フライアッシュセメント、シリカセメント等を言う。特殊セメントとは、セメント系固化材、アルミナセメント、超速硬セメント、アウイン系セメント、超微粒子セメント、油井セメント等を言う。エコセメントとは、都市ごみ焼却残渣などの廃棄物を主原料として製造されたセメントを言う。本発明においては、これらのセメントのうち、白色ポルトランドセメントが特に好ましい。白色ポルトランドセメントはセレンや６価クロムなど有害な重金属類をほとんど含まないため、本発明の処理方法を用いて放射能汚染土壌を原位置処理する場合などに土壌等の環境安全性を損なう恐れがない。
【００１８】
本発明では、使用する処理剤にセメントを配合することにより放射能汚染物に対する空間線量の低減効果を向上させることができる。セメントの配合割合は、カルシウムアルミネート１００質量部に対して３０〜４００質量部が好ましく、５０〜３００質量部がより好ましい。セメントの配合割合が少なすぎると、含有効果が実質得られないことがあるので適当ではなく、多すぎると、相対的に処理剤中のカルシウムアルミネートの配合量が減少し、空間線量の低減効果が低下する恐れがある。また、本発明で用いる処理剤は、放射線低減効果を損なうものでない限り、ベントナイト、フライアッシュ、高炉スラグ粉末、製綱スラグ粉末、磁鉄鉱粉末、石灰石粉末、増粘剤などを含むものであっても良い。
【００１９】
また、該処理剤を散布した後に散水するときの水量は、該処理剤１００質量部に対して３０〜６００質量部とするのが好ましく、４０〜５００質量部とするのがより好ましい。水量が少ないと、該処理剤の水和反応が不十分となり、空間線量の低減効果が損なわれる恐れがある。多すぎると、該処理剤が放射能汚染物上で偏在化する原因となるため好ましくない。
【００２０】
本発明の放射能汚染物の処理方法では、粉末状の処理剤を放射能汚染物に散布し、続いて散布した処理剤の上に散水を行う。処理剤の散布方法は特に限定されないが、例えば、ガレキ類や草木類等の放射能汚染物あるいは容器中に保管された土砂等の放射能汚染物による空間線量を低減する場合には、埋立処分地の埋設孔に放射能汚染物を投入し、次に放射能汚染物の上に該処理剤を散布し、続けて散水を行う方法が適する。また、放射能で汚染された表土等（例えば、学校の校庭や未舗装の道路など）を原位置処理する場合などには、地盤改良用のセメント散布車などを用いて放射能汚染物（表土等）の上に処理剤を散布し、続けて散水を行い、必要に応じ処理後の表土等を転圧することで、放射能汚染物の上面に放射線遮蔽効果のある組成物（被覆層）を形成することができる。
【００２１】
本発明において、放射能汚染物に対する処理剤の散布量は特に限定されず、放射能汚染物  の汚染レベルや放射線量（空間線量）の管理レベル等に応じて定める必要があるが、処理剤の嵩高さが概ね１〜２０ｃｍとなるように放射能汚染物に散布することが望ましい。嵩高さが１ｃｍ未満では空間線量の低減効果が十分ではないため好ましくない。２０ｃｍを超える嵩高さでは放射線量の低減効果は向上するが、経済性が損なわれる恐れがあるため好ましくない。
【実施例】
【００２２】
次に実施例を挙げて本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はここに示す実施例に限定されるものではない。
【００２３】
ＣａＯ源に石灰石（ＣａＯ含有量；５６質量％）、Ａｌ2Ｏ3源にバン土頁岩（Ａｌ2Ｏ3含有量；８８質量％）のそれぞれ粗砕粒（粒径約１ｍｍ以下）を用い、以下のＡ１〜Ａ６で表すカルシウムアルミネートの粉末を作製した。その作製方法は、ＣａＯ源とＡｌ2Ｏ3源を所定のモル比に配合したものを、電気炉で１８００℃（±５０℃）に加熱し、６０分間保持した後、加熱を停止して炉内で自然放冷して得た（Ａ１〜Ａ３）。同様に１８００℃（±５０℃）に加熱し、６０分間保持した後、温度１８００℃の電気炉から加熱物を常温下に取り出し、取り出し後は直ちに加熱物表面に流量約１００ｃｃ／秒で窒素ガスを吹き付けて急冷して得た（Ａ４〜Ａ６）。得られた冷却物はボールミルで粉砕し、ブレーン比表面積が５０００±５００ｃｍ2／ｇとなるよう粉砕時間を変えて粉末度を調整した。
Ａ１；ＣａＯ／Ａｌ2Ｏ3＝モル比１．０の結晶質カルシウムアルミネート
Ａ２；ＣａＯ／Ａｌ2Ｏ3＝モル比１．７の結晶質カルシウムアルミネート
Ａ３；ＣａＯ／Ａｌ2Ｏ3＝モル比０．５の結晶質カルシウムアルミネート
Ａ４；ＣａＯ／Ａｌ2Ｏ3＝モル比１．７の非晶質カルシウムアルミネート
Ａ５；ＣａＯ／Ａｌ2Ｏ3＝モル比２．３の非晶質カルシウムアルミネート
Ａ６；ＣａＯ／Ａｌ2Ｏ3＝モル比２．９のガラス化率１０％のカルシウムアルミネート
【００２４】
Ａ１〜Ａ６のカルシウムアルミネートと次に示すＢ〜Ｄから選定される材料を用い、表１に示す配合割合でヘンシェル型ミキサーを用いて３分間乾式混合し、放射能汚染物の処理に用いる処理剤を作製した。
Ｂ；無水石膏（ブレーン比表面積４２００ｃｍ2／ｇ、市販試薬）
Ｃ；硫酸バリウム（ブレーン比表面積６０００ｃｍ2／ｇ、市販試薬）
Ｄ；白色ポルトランドセメント（太平洋セメント社製）
【００２５】
【表１】
0005909133.tif 000002
【００２６】
（処理剤の散布による放射能汚染物の遮蔽処理）
放射能汚染物として放射線濃度（セシウム１３４と１３７のガンマ線濃度の合計値）が１２２０４Ｂｑ／ｋｇである下水汚泥焼却灰を用い、この放射能汚染物４ｋｇ（かさ容積約７リットル）を容積１５リットル（内径２８２ｍｍ×内部高さ３６５ｍｍ）の放射線遮蔽容器（藤崎工業社製）に入れ、汚染物の上面を平らに均した後に１０ｇ／ｃｍ2の重さで上面から押し固めた。次に、放射線遮蔽容器内の放射能汚染物の上面に放射能汚染物処理剤を均等な厚みになるように散布し、続けて、散布した処理剤の上に散水を施すことで放射能汚染物の遮蔽処理を行った。放射能汚染物処理剤の散布量と散水量を表２に示す。
【００２７】
（放射線の空間線量の測定方法）
放射能汚染物の上面に処理剤の散布と散水を行った後、放射線遮蔽容器を密閉して常温で保管し、２日間経過後に遮蔽容器を開放してスラリー被覆物上面から高さ２０ｃｍの位置の放射線の空間線量（μＳｖ／ｈ）をＧＭ管式ガイガーカウンター（ファルーム社製ＪＧ２２Ｎ）で測定した。空間線量の測定結果を表２に示す。
【００２８】
【表２】
0005909133.tif 000003
【００２９】
表２の結果より、本発明の処理方法によって、放射能汚染物に処理剤を散布し、続けて散水を行って放射能汚染物（焼却灰）を被覆処理したものは、無処理の場合に比べて放射線の空間線量が大幅に低減されており、処理剤の散布量が多いほど低減効果が増加することが分かる。一方、本発明以外の処理方法では、空間線量の低減効果は小さいものとなった。