(57)【要約】      （修正有）【課題】高濃度汚染水中の放射性セシウム及び放射性ストロンチウムの除去方法を提供する。【解決手段】溶液中に含まれる放射性セシウム、及び放射性ストロンチュウム溶液に、電気分解により合成したケイ酸水溶液を混合し、さらにアルカリを添加することによって凝集沈殿させ、ろ過により得られた沈殿は乾燥もしくは天日乾燥により固化させて除去する。土壌中もしくは焼却灰中に拭き生まれる放射性セシウム及び放射性ストロンチウも、水で洗浄して水溶液として同様に除去が可能になる。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
水溶液中のセシウム、及びストロンチウムの除去方法
【請求項２】
土壌中及び焼却灰中のセシウム、及びストロンチウムの除去方法
【請求項３】
下水汚泥中のセシウム、及びストロンチウムの除去方法
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は溶液中に含まれるセシウム、及びストロンチウムをケイ酸水溶液と反応させ、これにアルカリを混合して沈降させて分離する除去技術である。
【背景技術】
【０００２】  原子力発電所の事故により原子炉建屋には高濃度の放射性物質の汚染水が保管されている。また、大気中に放出される放射性物質は、広範囲にわたって拡散して建築構造物や土木構造物、あるいは土壌、下水汚泥など、自然界に広く拡散する。そのため、この放射性物質を除染することは急務である。
現在、核種除染装置により除染が行われているが、十分な結果が得られていないと報じられている。これは吸着による除染方法であろうが、再溶出することは十分に考えられる。また、高圧洗浄により水で洗い流す方法が行われている。しかしながら、この方法では洗い流したとしてもその場所のスポットであり、洗浄後はその廃液中に移行するだけであり、また、洗浄した廃液が土壌中に侵入するだけである。したがって、到底放射性物質を低減するには至らない。【０００３】  さらに原子炉建屋の高濃度汚染水は放射性セシウム、及び放射性ストロンチウムの濃度が高く、これを取り除く方法には至っていない。
本申請の特許は、高濃度汚染水に限定するものではないが、低濃度の汚染水でも水溶液中のセシウム、及びストロンチウムの物質を凝集沈殿させる技術を提案するものである。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】  原子炉の廃炉にむけた取り組みの中で、高濃度汚染水の処理が大変憂慮される状況である。原子力の事故が発生してから、放射性セシウム、放射性ストロンチウムが放出される事態に遭遇している状況である。現在は保管するだけで、その除去技術はほとんど皆無であり、全く解決に至っていないのが実情である。【０００５】  また、高圧洗浄などにより除染しているが、この方法は結局のところ放射性物質を最終的に下水や土壌中に放流、拡散させている。【０００６】  水溶液に限らず、土壌中に拡散した放射性物質を除染することは技術的に極めて厳しい。例えば、土壌を焼却炉で加熱処理して大気中に放出するか、土壌を水で洗浄するなどの方法がある。大気中に放出することは決して良い方法とは言えないし、また、水による洗浄でも砂質土はその表面から水中に流れるにしても、粘土鉱物に付着した場合、粘土鉱物の構造中に入りこみ、放射性物質を除染することは極めて難しい。
【課題を解決するための手段】
【０００７】  本発明は高濃度の放射性汚染水溶液に限らず、土壌中に拡散された汚染物質の除染方法としても適用する技術である。土壌中に拡散された場合には土壌に水を加えて十分に良く洗浄し、付着した放射性物質を水中に洗い落とした後の水溶液の除染を行うのが本申請の特許である。すなわち、放射性物質は全て水溶液に移行する状況になるため、水溶液中の除染を行うことが極めて重要になる。【０００８】  放射性セシウム、放射性ストロンチウムでなくても同位元素である非放射性セシウム、非放射性ストロンチウムでも化学的な性質は全く同じであり、これら非放射性を用いて行った結果である。【０００９】  本発明は放射性物質と化学結合して安定な化合物を生成することを目的にしている。そのため、ケイ酸水溶液を選定した。当該の発明ではケイ酸水溶液を製造することが不可欠である。シリカを水に溶解してシリカ水溶液にするが、ほとんど水に溶解しない。そのため、特殊な方法でケイ酸水溶液を製造した。本製造方法は既に特許申請中の技術を応用している。【００１０】  セシウムやストロンチウムなどの金属は水中に溶解すると陽イオンになり、製造したケイ酸イオンとイオン結合する。
４Ｃｓ＋  ＋  ＳｉＯ４４−  →  Ｃｓ４ＳｉＯ４
２Ｓｒ２＋  ＋  ＳｉＯ４４−  →  Ｓｒ２ＳｉＯ４
この結果、セシウムはケイ酸セシウムに、ストロンチウムはケイ酸ストロンチウムになる。【００１１】  イオン結合したこれらの化合物は水溶液中に溶解している。この透明な溶液にアルカリ、例えば炭酸ナトリウム、もしくは炭酸水素ナトリウム溶液を混合すると白濁する。セシウムやストロンチウムの含有量が多ければ顕著に確認される。さらに、水酸化カルシウムを添加することにより沈殿が確認される。一昼夜静置すると、２層に分離する。この沈降した白色の物質は、ケイ酸と水酸化カルシウムが反応して生成するケイ酸カルシウム水和物も含まれる。また、過剰な水酸化カルシウムが沈降したものも含まれる。
２Ｃａ２＋  ＋  ＳｉＯ４４−  →  Ｃａ２ＳｉＯ４【００１２】  下層にはゲル状になった溶液も含まれ、ここにケイ酸とセシウムイオン、が反応して生成するケイ酸セシウム、及びケイ酸とストロンチウムイオンが反応して生成するケイ酸ストロンチウムが生成された溶液になる。この状態に水酸化カルシウムを混合することによってケイ酸カルシウム水和物が生成されと共にケイ酸セシウムカルシウム、及びケイ酸ストロンチウムカルシウムが形成され、セシウムとストロンチウムを沈殿として取り込むことができる。
Ｃａ２＋  ＋  ２Ｃｓ＋  ＋  ＳｉＯ４４−  →  ＣａＣｓ２ＳｉＯ４
Ｃａ２＋  ＋  Ｓｒ２＋  ＋  ＳｉＯ４４−  →  ＣａＳｒＳｉＯ４【００１３】  ケイ酸セシウムカルシウムはＣａＣｓ２ＳｉＯ４、ケイ酸ストロンチウムカルシウムはＣａＳｒＳｉＯ４として表される。このような形態で水溶液中に含まれてるセシウム及びストロンチウムは不溶化し、ろ過することによって下層部の固定層を分離できる。セシウム、及びストロンチウムは共沈したものである。
上層の液相は透明な溶液で、ケイ酸イオンが含まれている。しかし、過剰に水酸化カルシウムを混合すると、時間の経過と共にケイ酸カルシウムとなって沈降するが、この上層の液相には水酸化カルシウムが過剰なため、飽和値の水酸化カルシウムが存在する。ｐＨを測定すると高アルカリ性（ｐＨ＝１１．２３）になっていることからも判断できる。【００１４】  水酸化カルシウムを混合して得られる２層の溶液は、ろ過することによって下層にある過剰水酸化カルシウムの粉末、及びケイ酸セシウムカルシウム、及びケイ酸ストロンチウムカルシウムだけを分離できる。この固相はセメント鉱物と類似しており、固化する性質をもっている。したがって、天日乾燥によって水分が蒸発し、粉末状にすることが可能である。その結果、体積は激減する。
当該の発明を実施するにはケイ酸水溶液を製造することが必要である。製造方法、及び製造装置は、既に特許出願申請している（特願２００９−１０２３９８）。【００１５】  当該の発明によって水溶液以外の固体物質、例えば、土壌表面などに付着している放射性セシウム、放射性ストロンチウム、また、砂、砂利などに付着している放射性セシウム、放射性ストロンチウム、さらに焼却灰などの粉体に含まれる放射性セシウム、放射性ストロンチウムなどは、これらの物体を水で洗浄して十分に撹拌した後、その洗浄液に当該の発明を施し、除去することができる。
【発明の効果】
【００１６】  ケイ酸水溶液によって放射性セシウム、放射性ストロンチウムをケイ酸セシウムカルシウム、ケイ酸ストロンチウムカルシウムとして凝集沈殿させた後、この溶液をろ過し、沈殿は乾燥機で乾燥させるか、もしくは天日乾燥により粉末にして完全に取り除くことが可能である。
【実施例】
【００１７】    本申請の技術は以下のような操作手順で行う。
▲１▼  ４００ｍＬのイオン交換水に塩化セシウム０．１０４ｇ、塩化ストロンチウム６        水塩を投入した共存液を十分に撹拌する。
▲２▼  この内、１００ｍＬを出発溶液の濃度の測定に使用する。
▲３▼  残り３００ｍＬ溶液にケイ酸水溶液を６０ｍＬ混合して十分に撹拌した後、２４        時間静置する。
▲４▼  ５％の炭酸ナトリウム溶液を３０ｍＬ加え、暫くしてさらに３０ｍＬを追加して        混合し、静置する。
▲５▼  沈殿が確認され、ろ過して上澄み溶液中のセシウム、ストロンチウムの濃度をＩ        ＣＰ−ＭＳ（内標準法）で測定する。
▲６▼  その結果、出発濃度  セシウム      ２４０ｍｇ／Ｌ、
ストロンチウム      ９４ｍｇ／Ｌ
▲７▼  上澄み溶液濃度  セシウム          １６０ｍｇ／Ｌ、
ストロンチウム      ０．７６ｍｇ／Ｌ
に低下する。
▲８▼  セシウムの低下率        ３３．３％（８０ｍｇ／Ｌ低下）
ストロンチウムの低下率  ９９．２％
【実施例】
【００１８】    濃度を変化させて同様な測定を行った。
▲１▼  ４００ｍＬのイオン交換水に塩化セシウム０．０９６ｇ、塩化ストロンチウム６        水塩０．０９２ｇを投入した共存液を十分に撹拌する。
▲２▼  この内、１００ｍＬを出発溶液の濃度の測定に使用する。
▲３▼  残り３００ｍＬ溶液にケイ酸水溶液を６０ｍＬ混合して十分に撹拌した後、２４        時間静置する。
▲４▼  ５％の炭酸ナトリウム溶液を３０ｍＬ加えて撹拌後静置する。
▲５▼  さらに水酸化カルシウム３．０ｇを混合する。
▲６▼  沈殿が確認され、ろ過して上澄み溶液中のセシウム、ストロンチウムの濃度をＩ        ＣＰ−ＭＳ（内標準法）で測定する。
▲７▼  その結果、出発濃度  セシウム      １８０ｍｇ／Ｌ、
ストロンチウム  ７５ｍｇ／Ｌ
▲８▼  上澄み溶液濃度      セシウム      １４０ｍｇ／Ｌ、
ストロンチウム    ０．４１ｍｇ／Ｌ
に低下する。
▲９▼  セシウムの低下率              ２２．２％（４０ｍｇ／Ｌ低下）
ストロンチウムの低下率        ９９．４５％
【実施例】
【００１９】  セシウム、ストロンチウムの濃度を上記の実施例から激減し、微量にして同様な操作手順で行う。
▲１▼  ケイ酸水溶液１０ｍＬ中に１０ｐｐｍの塩化セシウム３．０ｍｌ及び１０ｐｐｍ        の塩化ストロンチウム０．４ｍｌを投入した共存液を十分に撹拌する。
▲２▼  ０．０２ｍＬの水酸化カルシウム溶液１０ｍＬを混合して十分に撹拌した後、２        ４時間静置する。
▲３▼  静置後沈殿が確認され、ろ過したろ液中に含まれるセシウム、ストロンチウムの        濃度を原子吸光（ＡＡＳ）で測定する。
▲４▼  その結果、出発濃度  セシウム            ３ｍｇ／Ｌ、
ストロンチウム      ０．４ｍｇ／Ｌ
▲５▼  上澄み溶液濃度    セシウム            確認されない
ストロンチウム      確認されない
▲６▼  セシウムの低下率        ９９．０％  以上
ストロンチウムの低下率  ９９．０％  以上
全て沈殿となって固定化する。
その結果、沈殿は  ＣａＯ−ＳｉＯ２−Ｈ２Ｏ    系化合物となって固化した。Ｘ線回折（ＸＲＤ）では非晶質で同定できないか、ＣａＣｓ２ＳｉＯ４、ＣａＳｒＳｉＯ４となって固化したものである。
【発明による波及効果】
【００２０】  本発明の実施例は非放射性セシウム、非放射性ストロンチウムによるものである。非放射性であっても、放射性であっても化学的な特性は同じなので、原子力による事故においてもその効果は同様である。
【００２１】  一般に、一定量の液体に溶ける気体の質量は気体の圧力に比例すると言われている（ヘンリーの法則）。非放射性水素の水に対する溶解度は非常に小さく、２０℃では水１Ｌ中に水素１８ｍＬ溶解する。原子力事故によって汚染水中に生じた放射性水素はトリチウム（三重水素）であるが、水溶液中のトリチウムを選択的に除去しうることは技術的に不可能である。本発明ではトリチウム（三重水素）の捕捉は測定できないが、本発明で固定化されるＣａＯ−ＳｉＯ２−Ｈ２Ｏ  系化合物は結晶水を含んで固定化されるので、その結晶水中にトリチウムが一部取り込まれることが十分考えられる。したがって、ケイ酸溶液を過剰に投入することによって、沈殿を優勢に生成させ、その中にトリチウムを取り込むことにより、溶液中のトリチウムを低減できる。