(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
放射性セシウムを含む鉄材とコークスを混合して炉内で加熱し、還元雰囲気の炉内で溶融した前記鉄材から前記放射性セシウムを気化させ、炉外へ排気された前記放射性セシウムを冷却して捕集することを特徴とする、放射性セシウムを含む鉄の浄化方法。
【請求項２】
前記炉内に石灰を投入して加熱することを特徴とする請求項１に記載の放射性セシウムを含む鉄の浄化方法。
【請求項３】
前記炉内の温度が１５００℃以上であることを特徴とする請求項１又は２に記載の放射性セシウムを含む鉄の浄化方法。
【請求項４】
前記鉄材１００質量部に対して２０〜３０質量部のコークスを混合することを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の放射性セシウムを含む鉄の浄化方法。
【請求項５】
前記炉内に塩素を導入しないことを特徴とする請求項１〜４の何れか一項に記載の放射性セシウムを含む鉄の浄化方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放射性セシウムを含む鉄の浄化方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
原子力発電所で発生した汚染水には放射性セシウムが含まれている。汚染水に対する現行の対応として、汚染水を一時的に鉄製のタンク内に貯蔵している。汚染水を処理した後には、内壁面に放射性セシウムが付着した鉄製タンクが残される。非常に高い線量が観測される鉄製タンクをそのまま他の用途に転用することはできないため、廃棄処分することが検討されている。しかし、鉄は放射化されていないので、微量の放射性セシウムを鉄から分離することができれば、鉄を放射性廃棄物として扱う必要が無くなり、一般廃棄物として処理することができる。
【０００３】
鉄板の表面を除染する方法として、タンク内壁面を構成する鉄板の表面をはつりする（表面を削ぎ落とす）方法が検討されている。しかし、はつりによって生じる粉塵には放射性セシウムが含まれているため、粉塵の飛散が問題となりうる。
【０００４】
コンクリートや土壌等に付着した放射性セシウムについては、塩素の存在下で、高温で溶融処理することにより、塩化セシウムとして揮発させて飛灰中に回収し、溶融スラグと分離する塩化揮発法が開示されている（特許文献１，２）。しかしながら、鉄は塩化物となってセシウムと同様に揮発してガス側へ移行するため、従来の塩化揮発法を適用しても鉄から放射性セシウムを分離することは困難である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１３−１２０１３６号公報
【特許文献２】特開２０１３−１３４０８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、鉄から放射性セシウムを分離することが可能な、放射性セシウムを含む鉄の浄化方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の目的を達するために、本発明は以下の手段を提供する。
［１］  放射性セシウムを含む鉄材とコークスを混合して炉内で加熱し、還元雰囲気の炉内で溶融した鉄鋼スラグから前記放射性セシウムを気化させ、炉外へ排気された前記放射性セシウムを冷却して捕集することを特徴とする、放射性セシウムを含む鉄の浄化方法。
［２］  前記炉内に石灰を投入して加熱することを特徴とする前記［１］に記載の放射性セシウムを含む鉄の浄化方法。
［３］  前記炉内の温度が１５００℃以上であることを特徴とする前記［１］又は［２］に記載の放射性セシウムを含む鉄の浄化方法。
［４］  前記鉄材１００質量部に対して２０〜３０質量部のコークスを混合することを特徴とする前記［１］〜［３］の何れか一項に記載の放射性セシウムを含む鉄の浄化方法。
［５］  前記炉内に塩素を導入しないことを特徴とする前記［１］〜［４］の何れか一項に記載の放射性セシウムを含む鉄の浄化方法。
【発明の効果】
【０００８】
本発明にかかる放射性セシウムを含む鉄の浄化方法によれば、鉄から放射性セシウムを分離することができる。放射性セシウムが除去された鉄を含む溶融スラグは一般廃棄物として処理することができる。除去した放射性セシウムは比較的少量の飛灰として回収されるため、放射性廃棄物を減容化することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明にかかる放射性セシウムを含む鉄の浄化方法の一例を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明にかかる放射性セシウムを含む鉄の浄化方法の第一実施形態は、以下の加熱工程、捕集工程、及び固化工程を有する。以下に各工程の詳細を説明するが、これらの工程以外の工程又は処理を含んでいてもよい。
【００１１】
＜加熱工程＞
本実施形態の加熱工程は、放射性セシウムを含む鉄材とコークスを混合して炉内で加熱する工程である。鉄材をコークスと共に加熱することによって炉内を還元雰囲気にすることができる。
【００１２】
前記鉄材とコークスの混合物を加熱する温度は、鉄材が溶融する温度以上であれば特に限定されず、通常、鉄の融点１５３８℃に近い１５００℃以上が好ましい。鉄材に酸化鉄が含まれていたとしても、還元雰囲気で鉄になるため、１５００℃程度で溶融させることができる。鉄の融点を低下させるために、石灰を添加して加熱することが好ましい。
なお、鉄の表面の酸化被膜を形成する四酸化三鉄の融点は１５９７℃である。
【００１３】
セシウム単体の沸点は６７０℃、水酸化セシウムの沸点は９９０℃、塩化セシウムの沸点は１２９５℃であるため、前記混合物を１５００℃以上で加熱すると、溶融した鉄から放射性セシウムを充分に気化させることができる。
加熱温度の上限値は、鉄の沸点２８６２℃以下であることが好ましく、加熱炉の耐久性を考慮して、例えば１７００℃〜２０００℃程度であることがより好ましい。
【００１４】
上記の温度で加熱する時間は特に限定されず、鉄材の分量に応じて適宜設定され、例えば、前記放射性セシウムを充分に気化させる観点から、溶融状態を０．５時間〜３時間程度継続するように加熱することが好ましい。
【００１５】
本実施形態の加熱工程においては、従来の塩化揮発法とは異なり、前記炉内に塩素を導入しないことが好ましい。塩素を導入すると、塩化セシウムとともに大量の塩化鉄が形成される。塩化鉄（ＩＩ）の沸点は６７７℃であり、塩化鉄（ＩＩＩ）の沸点は３５１℃であるため、塩化セシウム（沸点１２９５℃）と共に塩化鉄が揮発してしまい、鉄とセシウムとを分離することが困難になる。
【００１６】
炉内で加熱する前記鉄材とコークスの混合比としては、例えば、前記鉄材１００質量部に対して、５〜８０質量部のコークスが好ましく、１０〜５０質量部のコークスがより好ましく、２０〜３０質量部のコークスがさらに好ましい。
上記範囲であると、炉内を充分に還元雰囲気にすることができ、酸化鉄を鉄に還元して充分に溶融させることができる。
【００１７】
炉内で加熱する前記鉄材とコークスに石灰を混合する場合の混合比としては、例えば、前記鉄材１００質量部に対して、５〜８０質量部の石灰が好ましく、１０〜５０質量部の石灰がより好ましく、２０〜３０質量部の石灰がさらに好ましい。
上記範囲であると、鉄材の融点を下げて、溶融に必要な加熱温度を低く設定することができる。
【００１８】
炉内に投入する鉄材は加熱前に予め粗く（大雑把に）切断された状態であることが好ましい。加熱による溶融が容易になり、コークスや石灰との混合も容易になるため、放射性セシウムの気化を促進することができる。
【００１９】
鉄材を加熱して溶融する炉は、還元雰囲気で鉄材を溶融し、気化した放射性セシウムを含む排気ガスや飛灰を捕集可能な密閉型の炉がより好ましい。このような炉としては、例えば、コークスベッド式溶融炉が挙げられる。
【００２０】
＜捕集工程＞
本実施形態の捕集工程は、溶融した鉄材から放射性セシウムを気化させ、炉外へ排気された放射性セシウムを冷却して捕集する工程である。
【００２１】
揮発した放射性セシウムは、炉内の燃焼ガスによって炉外に排出される。排出された放射性セシウムを含む排気ガスは、排気経路上で冷却される。凝縮又は凝固した放射性セシウムの捕集は、排気経路上に設置された所定の捕集器で行うことが好ましい。捕集器としては、例えば、バグフィルター、セラミックフィルタ等の公知の集塵装置が挙げられる。公知の集塵装置の前段には、高温の排気ガスを例えば２００℃程度に冷却するための冷却機構が備えられていることが多い。このような冷却機構は本実施形態においても有用である。捕集された放射性セシウムは法令に則った公知方法により処分される。
【００２２】
＜固化工程＞
本実施形態の固化工程は、鉄材の溶融物を冷却し、固化した溶融スラグを得る工程である。充分に加熱及び溶融することにより、溶融スラグには放射性セシウムが実質的に含まれない程度まで処理することができる。得られた溶融スラグは法令に則った公知方法により処分される。この処分方法には再利用も含まれる。
【００２３】
本実施形態の浄化方法の概要を図１に示す。放射性セシウムで汚染された鉄材（例えば、鉄板）を大雑把に切断し、適量のコークス及び石灰と混合して、加熱炉１０へ投入する。炉内に空気を供給し、１５００℃程度に加熱することにより、鉄材を溶融させる。数時間加熱する間に放射性セシウムは気化する、放射性セシウムのガスは炉外へ排気され、バグフィルター１２で捕集される。放射性セシウムが除かれた排気ガスは大気放出される。その後、溶融スラグは炉外へ排出される。
【実施例】
【００２４】
セシウム及び鉄を含む廃棄物の焼却灰１０ｇを、１５００℃で３０分間、還元雰囲気下で加熱し、その後ゆっくりと冷却して、処理済み焼却灰（スラグ）を得た。
焼却灰と処理済み焼却灰に含まれるセシウム及び鉄の各元素量をAgilent社製のICP-MSで測定したところ、加熱前の焼却灰に含まれていたセシウムのうち、約８５％のセシウムが焼却灰から除去され、約１５％のセシウムが処理済み焼却灰に残っていた。一方、鉄の殆どは処理済み焼却灰に残ったことが分かった。この結果は、セシウムが焼却灰から揮発し、鉄から分離されたことを示している。揮発したセシウムを冷却することによって回収できることは別途確認した。本実験では、実験を簡便な装置で実施するためにセシウム及び鉄を含む焼却灰を処理したが、セシウムを含む鉄材を処理する場合にも同様の結果が得られる。
したがって、放射性セシウムを含む鉄材を本発明の方法によって処理すれば、揮発した放射性セシウムを冷却して捕集するとともに、放射能が十分に低減された溶融スラグを得られることが明らかである。  
【００２５】
以上で説明した各実施形態における各構成及びそれらの組み合わせ等は一例であり、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、公知の構成の付加、省略、置換、およびその他の変更が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００２６】
本発明は、放射性セシウムを取り扱う分野に広く適用できる。
【符号の説明】
【００２７】
１０…加熱炉、１２…バグフィルター
【図１】
0006524532.tif 000002