(57)【要約】      （修正有）【課題】放射性物質を蓄積した土壌や汚泥等の被処理物から放射性セシウムを効率的に分離濃縮する方法を提供する。【解決手段】被処理物に金属酸化物、塩素系酸化剤、アルカリを添加する添加工程と、薬剤を添加した被処理物を熔融する工程、該溶融物を水に溶かした後イオン交換樹脂により濃縮する工程からなる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理物に含まれる放射性セシウムを効率的に分離濃縮する方法であって、被処理物に金属酸化物、塩素系酸化剤、アルカリを添加する添加工程と、被処理物に薬剤を添加しての熔融工程と、水に溶かした後イオン交換樹脂により濃縮する工程からなる放射性セシウムの除去方法。
【請求項２】
前記添加工程の金属酸化物として二酸化マンガンを、塩素系酸化剤として塩素酸ナトリウム、塩素酸カリウム、次亜塩素酸、塩素酸カルシウム、塩素ガスのいずれか、またはこれらの混合物を、熔融行程の混和薬剤として水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化カルシウムのいずれか、またはこれらの混合物を用い、混和後４００℃以上〜８００℃以下に加熱熔融し、放射性セシウムをマンガン酸塩として水に溶かした後、水相に移動し陽イオン交換樹脂により放射性セシウムを捕捉する請求項１の放射性セシウムの除去方法。
【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被処理物から、放射線セシウムを分離・除去し、濃縮する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、原子力発電所等から漏洩した放射性物質で汚染された土壌及び、汚泥等から放射性物質を分離濃縮する技術が求められている。その為、様々な方策が研究され事故時の主たる漏洩放射線物質である沃素、セシウムは特に注目されている。この内、沃素は半減期が短くガス体であるため、現場からの拡散及び減衰が早い。しかし、セシウムは半減期が３０年と長いため問題視されている。更に、セシウムは粘土鉱物との吸着性が強く粘土鉱物内に吸着されると酸洗浄、強熱等でも容易に遊離しないので、処理上の大きな問題になっていることが、様々な研究から報告されている。
【０００３】
セシウムはアルカリ金属であり、イオン化傾向等からも反応性の高い金属であるにも関わらず、イオン半径が大きい為イオンの移動のしにくいアルカリ金属となっている。また、イオン半径のおおきさが、粘土鉱物及びケイ酸塩鉱物の結晶間隔とマッチするため結晶内に挟みこまれ更に遊離を妨げている。
これらの事から、セシウムを効率的に除去する技術が求められており、特許文献１や特許文献２などにみられる数々の技術が公開されている。
【０００４】
しかし、これら従来技術は、放射性セシウムを遊離させるために、特許文献１では１３５０℃と言う高温が必要であり、実験室レベルでは可能であっても、実行レベルとなると温度維持に設備的、ランニングコスト的に大きな問題を発生する。
【０００５】
特許文献２では、高濃度の強酸を被処理物に添加して３０日間置くなどと、実際の大規模な処理に適応するには、強酸を被処理物に添加した時に発生する酸性ガスの処理、強酸を用いるため、反応時の容器の腐食等の問題がある。
【０００６】
土壌に吸着された放射性セシウムは、反応性がアルカリ金属中最大であるにもかかわらず、イオン半径が大きいため移動しにくい。また、粘土鉱物に吸着されると、そのイオン半径の大きさから結晶間に
はさまれ、簡単には遊離出来なくなる。このことは雲母鉱物では顕著である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１３―２４２１９４
【特許文献２】特開２０１４―３２１１０
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、上記のような従来の欠点をクリアするとともに、他の従来技術にない新しい工夫も加え、高効率の汚染土壌における放射性セシウムの除去方法を提供する事を目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、上記目的である被処理物に含まれる放射性セシウムを効率的に分離濃縮するために、被処理物に金属酸化物、塩素系酸化剤、アルカリを添加する添加工程と、被処理物に薬剤を添加しての熔融工程と、水に溶かした後イオン交換樹脂により濃縮する工程から構成される放射性セシウムの除去方法である。（請求項１）
【００１０】
またその工程をより具体的に述べると、前期構成において、添加工程の金属酸化物として二酸化マンガンを、塩素系酸化剤として塩素酸ナトリウム、塩素酸カリウム、次亜塩素酸、塩素酸カルシウム、塩素ガスのいずれか、またはこれらの混合物を、熔融行程の混和薬剤として水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化カルシウムのいずれか、またはこれらの混合物を用い、混和後４００℃以上〜８００℃以下に加熱熔融し、放射性セシウムをマンガン酸塩として水に溶かした後、水相に移動し陽イオン交換樹脂により放射性セシウムを捕捉することを特徴とする。（請求項２）
【発明の効果】
【００１１】
本発明では、非処理物に吸着された遊離しがたい放射性セシウムを、二酸化マンガンと塩素系酸化剤の損在化でアルカリ溶融する事により、水溶性のマンガン酸塩及び、塩化セシウムに変化させ、変化したセシウムはイオン化しているため、イオン交換樹脂の捕捉が効率的かつ容易となる。
また、本発明では、二酸化マンガンを除く添加剤は水溶性であり、更に二酸化マンガンの一部は水溶性のマンガン酸塩に変化するため、添加量を増やしても処理後分離した被処理物が大きな増量を起こさないことも利点であり、発明の効果でもある。
【００１２】
本発明での被処理物からの放射線セシウムの分離は物理的な分離ではなく、化学的な分離をしているので、セシウム単品での濃縮が可能であり、イオン交換樹脂で捕捉出来る形態に変化させた事により、汚染物質を限界までの減容化が可能になった。このことは、今まで困難と言われていた細かい粒度の被処理物からも放射性セシウムを分離する事を可能とした。
さらに、使用している薬剤に有害性が少なく、除去後の処理物の管理がいらないことも発明の効果の一つである。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の基本工程を示すフロー図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態を説明する。図１は、本発明の基本工程を示すフロー図であり、判断Ａ（１）は、熔融物が緑色でない場合に混和の前に戻し、熔融物が緑色の場合に次に進む。判断Ｂ（２）は、陽イオン交換樹脂を通過したろ液に放射線が検出され時に、陽イオン交換樹脂を交換し、続行する。
【００１５】
本発明を実施するための装置としては、被処理物、及び薬剤を定量的に送り出すフィーダー、それらを混和しながら熔融するロータリーキルン、熔融した被処理物を溶解する水槽、溶解したセシウムと被処理物とを分離するフィルタープレス、ろ液内のセシウムを吸着する交換樹脂搭から構成される。
【００１６】
本発明での、被処理物の粒径は特にこだわりはなく、添加する薬剤が混和出来る粒径で有ればよい。ただし、添加する薬剤が酸化剤なので、予備焼成により可燃物を抜いておく方が好ましい。添加する二酸化マンガンは、被処理物の２％以上〜５質量％以下である。同時に添加する塩素系酸化剤は、１０％以上〜２０質量％以下となる。熔融温度は、使用するアルカリにより変化するが、４００℃以上〜８００℃以下となる。アルカリの添加量は、被処理物の粒度により異なるが、被処理物の２０％以上〜５０質量％以下が望ましい。
【００１７】
本発明での、被処理物より放射性セシウムを遊離させるための薬剤の添加量は、被処理物の粒径によって多少異なる。添加剤である二酸化マンガンは、粒子径の大きな被処理物（篩上５ｍｍ以上）では、５％程度添加しないと被処理物と接触が取れない場合もある。塩素系酸化剤の添加量は多くても良いが、可燃物が多いとロスが多くなるので、一度に多量に入れるよりも一度熔融して反応が不十分であれば、再度薬剤を添加しての再溶融が望ましい。熔融用のアルカリ量は被処理物の粒径が下がるほど吸収してしまうので被処理物の粒径が下がるとアルカリの添加量は上がる。
【００１８】
本発明での添加薬剤である塩素系酸化剤及びアルカリは、溶融温度が低い塩素酸ナトリウム、水酸化ナトリウムの添加は、熔融温度が４００℃程度の低温で済むので一番好ましい。他の塩素系酸化剤としては、過塩素酸塩類、塩素酸塩類、塩素ガス等いずれかでも使用できるが、溶融温度の上昇や、爆発危険等の安全性の問題を含む。同様に他のアルカリ、水酸化カリウム、水酸化カルシウム、炭酸カルシウム等いずれかでも熔融する事は可能であるが、熔融温度が上昇傾向になる。
【００１９】
被処理物からの放射性セシウムの遊離が不十分の条件は熔融の際に、添加した塩素系酸化剤が被処理物の可燃性物質に消費されてしまう場合と、アルカリが被処理物に吸収され、被処理物に二酸化マンガン存在化での、塩素系酸化剤とアルカリの接触が不十分であることが考えられる。これらの場合、熔融物が黒色または、茶色となり、十分な溶融状態であれば緑色になる。
【００２０】
被処理物からの放射性セシウムの遊離が不十分の場合、再度、塩素系酸化剤及びアルカリ添加による再加熱で回収率は上がる。この場合、二酸化マンガンは被処理物内にあり再添加の必要はない。
【００２１】
溶融後の処理物を水に溶解させた後にろ過するが、ろ過残渣は放射性セシウムを除去した処理物となり、ろ液を陽イオン交換樹脂に通過させることにより放射性セシウムを吸着させる。このろ液には、多量のアルカリが存在するが、セシウム塩は他の金属よりイオン化傾向が大きいので、優先的にイオン交換樹脂に捕捉される。
【実施例１】
【００２２】
本発明を実施した例を以下に説明する。東日本大震災事故後の福島の土壌を、篩下５ｍｍ以下２ｍｍ以上の粒度の物を試料にして、５質量％の二酸化マンガン、１０質量％の塩素酸ナトリウム、３０質量％の水酸化ナトリウムを混合し、４００℃１５分熔融した。放冷後、水に溶かし塩類を分離した所土壌中の放射線濃度が７５％低下した。
【実施例２】
【００２３】
また、事故後の福島の側溝に溜まった汚泥を、篩下２ｍｍ以下の粒度の物を試料にして、５質量％の二酸化マンガン、１０質量％の塩素酸ナトリウム、４０質量％の水酸化ナトリウムを混合し、４００℃１５分熔融する。放冷後水に溶かし塩類を分離した土壌中の放射線濃度が８６％低下した。
【００２４】
上記実施例１、２とも放射線量の測定器は、堀場製作所のシンチレーションカウンターであるＲａｄｉ（登録商標）ＰＡ-１０００を用いた。
【産業上の利用可能性】
【００２５】
本発明は、汚染土壌におけるセシウム除去の切り札として、広く汚染除去プラントに採用されるものであり、その効率的な方法の普及により東日本大震災からの復興を早期に実現することを願うものである。
【図１】
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