(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
放射性セシウムに汚染されたコンクリート瓦礫を２００〜４００℃に加熱したのち、
網電極上に載置し、水槽中でパルスパワー発生器からの高電圧棒状電極により印加した電気パルスで破砕しながら前記網電極で分級する工程と、
前記網電極を通過したスラリーを、前記網電極より小さな目開きの篩で処理し、通過したスラリー中の１．２ｍｍ以下の篩下の放電処理残渣を分離する工程を有し、
１．２ｍｍ以下の篩下のスラッジ部分に放射能を濃縮し、１．２ｍｍ以上の粒径の、放射能分布が減少した骨材部の回収率を高めることを特徴とするコンクリート瓦礫からの骨材の回収処理方法。
【請求項２】
放射性セシウムに汚染されたコンクリート瓦礫を２００〜４００℃に加熱したのち、
第１の網電極上に載置し、水槽中でパルスパワー発生器からの高電圧棒状電極により印加
した電気パルスで破砕しながら前記第１の網電極で分級する工程と、
前記第１の網電極を通過したスラリー中の破砕部を、水槽中で、第２の網電極で、パルスパワー発生器からの高電圧棒状電極により印加した電気パルスで破砕しながら分級する工程と、前記第２の網電極を通過したスラリーを、前記第２の網電極より小さな目開きの篩で処理し、通過したスラリー中の１．２ｍｍ以下の篩下の放電処理残渣を分離する工程を有し、
１．２ｍｍ以下の篩下のスラッジ部分に放射能を濃縮し、１．２ｍｍ以上の粒径の、放射能分布が減少した骨材部の回収率を高めることを特徴とするコンクリート瓦礫からの骨材の回収処理方法。
【請求項３】
前記第２の網電極を通過したスラリー中の破砕部を、水槽中で、第３の網電極で、パルスパワー発生器からの高電圧棒状電極により印加した電気パルスで破砕しながら分級する工程と、前記第３の網電極を通過したスラリー中の１．２ｍｍ以下の篩下の放電処理残渣を分離する工程を有し、
１．２ｍｍ以下の篩下のスラッジ部分に放射能を濃縮し、１．２ｍｍ以上の粒径の、放射能分布が減少した骨材部の回収率を高めることを特徴とする請求項２記載のコンクリート瓦礫からの骨材の回収処理方法。
【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コンクリート瓦礫の処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、放射性セシウムによって汚染した瓦礫状のコンクリート廃棄物が発生している。また、原子力発電所の建造物廃止措置においても多量の汚染コンクリート廃棄物の発生が想定される。床面や壁面などの形の残った平板コンクリートの除染については既存工法が有効であることが確認されているが、瓦礫状の汚染コンクリートを適切に処理する方法については検討が進んでいない。
【０００３】
瓦礫状の汚染コンクリートは、平板コンクリートと異なり、汚染部分が複雑に入り込んで分布しており、表面からのはつり、ブラスト等で一律に除去することができない。そこで、瓦礫の塊表面を摩滅させながら、除染する方法が検討できる。
【０００４】
例えば、コンクリート廃材を破砕した後、加熱し、再生粗骨材を回収する過程で、篩分けして細骨材原料を取り出し、この細骨材原料を乾式の第１の撹拌装置内で撹拌して表面を摩滅させた後、更に第２の撹拌装置内で撹拌して表面を摩滅させて表面に付着したペースト分を除去する機械的摩擦法（特許文献１）等の「すりもみ法」の適用が検討できる。
【０００５】
しかし、この方法は、骨材を回収する乾式攪拌過程を含み、セメントペースト部と骨材部の摩滅が生じて、汚染された微粉分を増加させ、これを飛散させる虞が考えられる。また、コンクリートの汚染部分と非汚染分が擦れあうことによる二次汚染を生じる可能性が懸念される。
【０００６】
電気的パルスを用いたパルスパワー法（非特許文献１）により、コンクリート塊から、粗骨材を再生する試みも適用が検討できる。
【０００７】
しかし、コンクリート中の骨材とセメントペーストを剥離する適切なパルスを印加しないで分離された粗骨材は、供試体作製段階の元の粗骨材と比較すると絶乾密度並びに表乾密度が低下し、吸水率は上昇する場合がある。また、元の粗骨材と比較して、パルスパワーの衝撃によって分離された粗骨材は細粒化の傾向が見られ、この方法は、破砕条件を厳密に制御しないと、元の粗骨材等の破壊により、分離回収される微粉分を増加させ、高い減容率が得られないことも考えられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平８−９１８９３号公報
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】重石ら「コンクリート用粗骨材の再生技術への電気パルスパワーの利用」土木学会第６０回年次学術講演会（平成１７年９月）７８１−７８２
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
そこで、福島第１原発事故で発生し、セシウムで汚染されたコンクリート瓦礫から、粗骨材、細骨材及びスラッジとして回収されるセメントペーストを分離、回収して再生骨材を得るとともに、併せて、コンクリートのセメントペースト部に浸透した放射性セシウム汚染部分をスラッジとして骨材と分離することにより、コンクリート瓦礫から汚染物質の減容ができる安全な処理方法を実現することを課題とした。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
放射性セシウムに汚染されたコンクリート瓦礫を２００〜４００℃に加熱したのち、
網電極上に載置し、水槽中でパルスパワー発生器からの高電圧棒状電極により印加した電気パルスで破砕しながら前記網電極で分級する工程と、
前記網電極を通過したスラリーを、前記網電極より小さな目開きの篩で処理し、通過したスラリー中の放電処理残渣を分離することを特徴とするコンクリート瓦礫の処理方法、を提供する。
【００１２】
放射性セシウムに汚染されたコンクリート瓦礫を２００〜４００℃に加熱したのち、
第１の網電極上に載置し、水槽中でパルスパワー発生器からの高電圧棒状電極により印加した電気パルスで破砕しながら前記第１の網電極で分級する工程と、
前記第１の網電極を通過したスラリー中の破砕部を、水槽中で、第２の網電極で、パルスパワー発生器からの高電圧棒状電極により印加した電気パルスで破砕しながら分級する工程と、前記第２の網電極を通過したスラリーを、前記第２の網電極より小さな目開きの篩で処理し、通過したスラリー中の放電処理残渣を分離することを特徴とするコンクリート瓦礫の処理方法、を提供する。
【００１３】
前記第２の網電極を通過したスラリー中の破砕部を、水槽中で、第３の網電極で、パルスパワー発生器からの高電圧棒状電極により印加した電気パルスで破砕しながら分級する工程と、前記第３の網電極を通過したスラリー中の放電処理残渣を分離することを特徴とするコンクリート瓦礫の処理方法、を提供する。
【００１４】
ここで、スラリー中の水と放電処理残渣の分離は、デカンテーション、比重分離、水中で篩分けまたは乾燥等に拠ることができる。放電残渣は、そのまま、または安定化処理ののち、隔離される。スラリーの脱水処理後の残渣（スラッジ）には、放射性セシウムが濃縮している。しかし、放射性セシウムは、スラッジに固定しており、特別な処理をすることなく、安全に保管可能である。特に汚染密度が高く放射性セシウムの溶出が懸念されるときは、ゼオライトやベントナイト、その他粘土鉱物等と混合して固定化、安定化ののち、保管する方法等を適用することができる。
【００１５】
パルスパワー技術は、ごく短時間に大電力を発生、制御・伝送する技術である。例えば、複数のコンデンサを並列接続して充電した後、放電ギャップを通じてこれらのコンデンサを直列接続として放電させるマルクスバンク方式パルスパワー発生器を使用し、水槽中に沈めた金網電極上にコンクリート瓦礫を置き、その上の棒電極先端から電気パルスを発生して粉砕できる。
【００１６】
本発明は、パルスパワー破砕の前処理として、放射性セシウムに汚染されたコンクリート瓦礫を加熱することが必須である。加熱温度は、２００〜４００℃が好ましい。加熱温度が低すぎると、パルスパワー法によるコンクリートからの骨材再生においても瓦礫コンクリートに使用されている骨材やセメントヘーストの強度によって破砕性状が異なり、骨材回収に最適な処理条件の選定が困難になる。加熱温度が低い場合には、セメントペーストの強度が高く、骨材の強度が低い場合に、パルスパワーによるセメントペーストの破砕と同時に骨材の破砕も進行して、骨材の回収率の低下や回収した骨材の品質を低下させる。加熱温度が高すぎると、骨材の除染処理に必要となるエネルギーが増大して効率性を悪化させる。
【００１７】
加熱温度を、２００〜４００℃で選定すると、比較的小さなエネルギーの放電条件で、広範囲のコンクリート瓦礫を処理しても、除染された骨材の回収率が高められ、汚染部分は非骨材部分に濃縮されて、汚染物質の減容が達成できる。
【００１８】
コンクリート瓦礫の加熱による効果は、パルスパワー破砕と相まって相乗的に高められることが判明した。その理由は、明確でないが、加熱作用が、セメントペースト部分を選択的に脆弱化し、骨材とセメントペーストの分離性状に大きな影響を与えるものと思われる。
【００１９】
加熱は、乾式で、通常の電気炉、バーナー式炉等を用いることができる。粉塵の外部への漏洩が防止できる密閉方式の炉または、排ガスに集塵機を配した炉が好ましい。セシウム化合物の、加熱による蒸気飛散は認められなかった。
【００２０】
図１に、本願の処理フローを示した。放射性セシウムに汚染されたコンクリート瓦礫を２００〜４００℃に加熱したのち、網電極上で電気パルス破砕しながら前記網電極で分級して、非通過分を再生骨材とする。前記網電極を通過したスラリーを、前記網電極より小さな目開きの篩で処理し、非通過分を更に再生骨材とし、通過したスラリーは、水と放電処理残渣を分離する。この放電処理残渣には、放射性セシウムが濃縮しているからである。
【００２１】
図２に、パルスパワー破砕器の構成を模式的に示した。加熱後の瓦礫２０を、パルスパワー破砕器１００の水槽１０中の網電極１３上に載置し、パルスパワー発生器１１からの高電圧棒状電極１２により印加した電気パルスで破砕した。破砕は水槽１０内でおこなわれ、網電極１３は、アース１４して陰極とし、棒状高圧電極１２との間で放電により、汚染の集中するセメントペースト部分を剥離、破壊する選択的な破砕が可能である。
【００２２】
パルスパワー破砕は、網電極上でおこなわれるので、網目より小さくなった被破砕物は、水槽中の水に落下して、網電極自体がその網目開きを分級点とする分級器となる。例えば、第１の網電極の目開きを５ｍｍとすると、分級点を５ｍｍとして、網電極上に５ｍｍより大の粗骨材が得られ、５ｍｍより小さな破砕部は、第１の網電極を通過してスラリーとして回収できる。第１の網電極上の破砕物は、除染の進んだ粗骨材として回収する。
【００２３】
第１の網電極を通過した破砕部を含むスラリーを、取出し、第２の網電極で、第２のパルスパワー放電に供する。ここで、第２の網電極を前記篩に替えて、処理することができる。篩下のスラリーは、比重分離、水中で篩い分けまたは乾燥して、放電処理残渣として隔離処理するか、さらに、第３の網電極で、パルスパワー放電に供する。この放電処理残渣には、放射性セシウムが濃縮しているからである。
【００２４】
第２の網電極上の破砕部は、水槽中でパルスパワー発生器からの高電圧棒状電極により印加した電気パルスで破砕し、同時に、破砕物を第２の網電極で分級する。例えば、第２の網電極の目開きを２．５ｍｍとすると、篩上は、２．５ｍｍ〜５ｍｍとなる細骨材として回収する。
【００２５】
第２の網電極を通過した破砕部を含むスラリーを、篩にかけて、取出し、第３の網電極で、第３のパルスパワー放電に供する。ここで、第３の網電極を前記篩に替えて、処理することができる。篩下のスラリーは、比重分離、水中で篩分けまたは乾燥して篩分けることにより放電処理残渣を隔離処理するか、第３の網電極で、パルスパワー放電に供して、分級した通過スラリーとともに比重分離、水中で篩分けまたは乾燥して篩分けることにより放電処理残渣を隔離処理する。この放電処理残渣には、放射性セシウムが濃縮しているからである。
【００２６】
第３の網電極の目開きは、第２の網電極より小さな目開き（例えば１．２ｍｍ）とする。こうして、例えば、１．２ｍｍ以下のスラリー中の放電処理残渣がスラッジとして処理される。第３の網電極を用いたパルスパワー破砕をすると、汚染のない、より細かい細骨材（微細骨材）が得られるメリットがある。この放電処理残渣には、放射性セシウムが濃縮しているからである。
【００２７】
第３の網電極処理をおこなわないときは、例えば１．２ｍｍから２．５ｍｍ粒分画の微細骨材が相対的に増えて、汚染が濃縮した、例えば１．２ｍｍ以下の粒分画を減らすことができる。
【００２８】
前記第３の網電極を通過したスラリー又は前記第３の網電極に替えた篩を通過したスラリーは放射性セシウムが濃縮した放電処理残渣スラッジとなるため、脱水して、汚染物として処理する。
【００２９】
目開きの大きさは、第１の網電極＞第２の網電極＞第３の網電極であればよいが、第１の網電極は、５ｍｍ程度、第２の網電極は、２．５ｍｍ程度、第３の網電極は、１．２ｍｍ程度とすることが好ましい。処理対象とするコンクリート瓦礫が大型の場合や使用されている粗骨材の最大粒径が大きい場合及び大型装置による大量処理の場合には、第一の網電極をたとえば１０ｍｍ程度にして網電極の強度（耐久性）を確保することも有効である。
【００３０】
除染対象とするコンクリートに使用されている骨材が川砂利等の表面が比較的滑らかな骨材が使用されている場合には、骨材とセメントペーストが剥離しやすいことから、例えば２００℃での比較的低温の加熱前処理でパルスパワーによる高い除染性が得られる。このような場合には、事前に最適な前処理の加熱温度条件を確認する。また、第一の網電極による処理で発生したスラッジを比重分離、水中で篩分けまたは乾燥して篩分けることにより放射性セシウムが濃縮した放電処理残渣の回収が可能な場合には、パルスパワーによる処理を第一の処理のみとで除染を完了することも出来る。
【発明の効果】
【００３１】
セシウムで汚染されたコンクリート瓦礫から、粗骨材、細骨材を除染しながら高回収率で再生できる。併せて、スラッジ部分を増加させずに、例えば、１．２ｍｍ以下の粒径分画に、汚染物質として濃縮できる。セシウムの加熱による飛散はなく、パルスパワー法の処理は水中であり、セシウムからの放射能の遮蔽効果があり、処理水のセシウムの放射線量は、極微量で処理が容易であるので、コンクリート瓦礫の安全な処理方法となる。従来のパルスパワー破砕のみに比べ、少ない放電回数で、JASS  5Nの規定をも満たす骨材を汚染除去しながら回収することができた。
【００３２】
JASS 5N は，原子力発電所の主要な建築物の鉄筋コンクリート工事における施工および品質管理の基準を「建築工事標準仕様書・同解説JASS5 鉄筋コンクリート工事」の形式に倣って規定したもので、JASS  5に規定されている骨材の品質より厳しい規格である。図３に再生粗骨材と再生細骨材のJASS 5N規定範囲（絶乾密度と吸水率の許容値範囲）を示した。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
［実施の形態］
コンクリート瓦礫試料の作成
福島第一発電所の事故に伴って放射性セシウムで汚染したコンクリートは、汚染した道路用側溝の蓋を新しい側溝の蓋と交換することにより入手した。コンクリート製の蓋は、JIS A 5345道路用側滞蓋で、サイズは、５００×４１２×９５ｍｍである。採取したコンクリート製の蓋を１０ｃｍ角に切断して試験に用いた。平均放射濃度は、２３３〜７５８Ｂｑ／ｋｇであった。
【００３４】
コンクリートの切断
道路用側溝のコンクリート製の蓋は、汚染している面が１０×１０ｃｍとなるようにコンクリートカッターを使用して切断した。コンクリートに付着している放射性セシウムは、コンクリート表面の固相に固定されており、洗浄によっても水に溶出しないことを確認し、コンクリート試料の切断は水冷方式とした。
【００３５】
コンクリートの汚染状況の評価
用いたコンクリートの本願処理前の放射性セシウムの分布状況（浸透状況）は、イメージングブレートを用いたベータ線オートラジオグラフィーを使用して、切断したコンクリートの断面を測定することで確認した。放射性セシウムの分布状況は、試験に供するコンクリート試料（３個）のそれぞれに対して実施した。放射性セシウムの分布状況は、上面から浸透したと考えられるコンクリート製の蓋の断面についてイメージングブレートを用いたオートラジオグラフィーによって測定した。
【００３６】
瓦礫試料の前処理
加熱によるコンクリート瓦礫試料の前処理は、密閉型大気中電気炉で、２００℃、３００℃、４００℃とした。
【００３７】
コンクリート瓦礫試料の処理と結果
パルスパワー法によるコンクリートの破砕状況は、コンクリートの強度や劣化状況によっても異なり、印加する電圧とパルスのショット数および網電極の目開きや処理順序によって変化する。パルスパワー法の処理条件は、第１の網電極、第２の網電極、第３の網電極の目開きをそれぞれ５ｍｍ、２．５ｍｍおよび１．２ｍｍの３段階処理とし、前段破砕の篩下を順次細かい目開きの網電極でパルス処理した。
【００３８】
即ち、５ｍｍの第１の網電極上に載置し、水槽中でパルスパワー発生器からの高電圧棒状電極により印加した電気パルスで破砕しながら前記第１の網電極で分級し、第１の網電極を通過した破砕部を含むスラリーを２．５ｍｍの第２の網電極上で、水篩したのち、第２の網電極上の篩上を、第２の網電極に載置したまま水槽中で、パルスパワー発生器からの高電圧棒状電極により印加した電気パルスで破砕しながら前記第２の網電極で分級し、第２の網電極を通過した破砕部を含むスラリーを１．２ｍｍの第３の網電極で、水篩したのち、パルスパワー発生器からの高電圧棒状電極により印加した電気パルスで破砕しながら非通過部分と第３の網電極を通過したスラリーとに分級した。
【００３９】
図４に、上述の処理フローを含む本願の処理フローの一部の概念図を示した。実線矢印は、破砕部（固体）の流れを示し、一点鎖線矢印は、スラリーの流れを示した。図１の破線は水の処理である。
【００４０】
パルス破砕法で印加した電圧は、３０ｋＶ、パルスのショット数は、５ｍｍの第１網電極条件では、１７０回、２．５ｍｍの第２網電極条件では、１００回、１．２ｍｍの第３網電極条件では、１２０回であった。
【００４１】
回収した５ｍｍ以上の粗骨材、２．５ｍｍ〜５ｍｍの細骨材および１．２ｍｍ〜２．５ｍｍの微細骨材の質量は、１０５℃での乾燥器で２４時間乾燥した後に質量を測定して、それぞれの回収率を算定した。第３の網電極の処理で、網を通過した試料（篩下のスラリー）を回収して、１．２ｍｍの篩下は、脱水して、固形分を回収した。
【００４２】
JIS A 1109（細骨材の密度及び吸水率試験方法）、JIS A 1110（粗骨材の密度及び吸水率試験方法）に準拠し、回収した５ｍｍ以上の粗骨材、２．５ｍｍ〜５ｍｍの細骨材および１．２ｍｍ〜２．５ｍｍの微細骨材の吸水率、表乾密度、絶乾密度を測定し、その結果を表１に示した。
【００４３】
【表１】
0006789597.tif 000002
【００４４】
４００℃で加熱した場合、JASS  5Nの規定を満たし、吸水率、表乾密度、絶乾密度ともに、骨材としての優れた性能を示した。非加熱条件の場合、JASS  5Nの規定を満たさない細骨材が得られる場合が認められ、高品質な骨材を回収するためには、パルス処理条件の最適化を図る必要があることを示唆している。４００℃以上の場合、加熱にかかるエネルギーに対するコストが必要となり経済性が低下し、２００℃未満の場合、には対象とするコンクリートの性状（特に骨材の強度とセメントペーストの強度）によってパルス処理の最適条件を調整することが必要になる。
【００４５】
そこで、加熱温度を４００℃と固定して、非加熱の場合と比較して、２試料について、パルスパワー条件を実運転可能な条件に調整しながら、表２、表３の条件で各種データを取得した。加熱試料の初期重量は、２０７９．６ｇ、初期全放射能は、９９５．０Ｂｑであり、非加熱試料の初期重量は、２１５７．１ｇ、初期全放射能は、１４７７．１Ｂｑであった。
【００４６】
【表２】
0006789597.tif 000003
【００４７】
【表３】
0006789597.tif 000004
【００４８】
網電極の目開きにより回収される粗骨材、細骨材、微細骨材およびスラッジ中の固形分に含まれる放射性セシウムの濃度は、ゲルマニウム半導体検出器を使用した波高分光分析によって定量した。
【００４９】
除染性能の評価
パルスパワー法によって分離した粗骨材、細骨材、微細骨材のデータに加えて、１．２ｍｍ以下のスラッジ中の固形分の乾燥質量および放射能濃度の測定結果から、固形分全体の回収率（ｗｔ％）と放射能分布（％）から除染性能を評価した。表４は、４００℃加熱条件の試料、表５は、非加熱の試料である。
【００５０】
【表４】
0006789597.tif 000005
【００５１】
【表５】
0006789597.tif 000006
【００５２】
表２から表５を総合的に評価すると、４００℃加熱試料では、放電回数が比較的少なく、省エネルギー放電処理であるが、吸水率等で、骨材性能を充分確保でき、１．２ｍｍ以上の骨材の回収率が高く（加熱：５１．６ｗｔ％、非加熱：４４．５ｗｔ％）、また、この骨材部分での放射能分布を減ずる（加熱：８．５％、非加熱：１２．０％）ことができた。収量の多い部分骨材部分であるが、逆に、放射能は、低分布であることが判る。また、５ｍｍ以上の回収率が高く、骨材自体を破砕することなくセメントペーストを分離できていることが確認できる。
【００５３】
１．２ｍｍ以下のスラッジ部分についても、加熱により、放射能の濃縮が認められ、特に０．１５ｍｍから１．２ｍｍの粒分において、放射能を分布が大きくなり、減容効果が認められる。４００℃加熱により、１．２ｍｍ以上の粒径の骨材部の回収率が多くなる一方で、この部分の放射能分布が減少し、パルス放射に使用する単位エネルギー当りの除染率が高くなる。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本願の処理フローを示した図である。
【図２】パルスパワー破砕器の構成を模式的に示した図である。
【図３】再生粗骨材と再生細骨材のＪＡＳＳ  ５Ｎ規定（絶乾燥比重と吸水率）を示した図である。
【図４】本願例の処理フローの一部を例示した図である。
【符号の説明】
【００５５】
１００  パルスパワー破砕器
１０    水槽
１１    パルスパワー発生器
１２    高電圧棒状電極
１３    網電極
１４    アース
２０    汚染コンクリート瓦礫試料
【図１】
0006789597.tif 000007
【図２】
0006789597.tif 000008
【図３】
0006789597.tif 000009
【図４】
0006789597.tif 000010