(57)【要約】【課題】  放射性廃棄物並びに放射性汚染物質を含む焼却灰、塵埃、下水汚泥その他の除染対象物を除染処理後の残留物体を、将来にわたり安全性を確保するために安全かつ確実に被覆及び固定化するための固定化剤及び固定化方法を提供する。【解決手段】  （Ａ）（ａ）水ガラス６０〜８０重量％と、（ｂ）アパタイト１０〜２５重量％と、（ｃ）粉末状マグネシウム５〜１５重量％と、（ｄ）バリウム５重量％と、を混合攪拌した物質６０〜８０重量％と、（Ｂ）セルロース１０〜３０重量％および（Ｃ）カチオン５〜１５重量％との混合液状体である放射性物質の固定化剤である【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
（Ａ）（ａ）水ガラス６０〜８０重量％と、（ｂ）アパタイト１０〜２５重量％と、（ｃ）粉末状マグネシウム５〜１５重量％と、（ｄ）バリウム３〜７重量％と、を１００℃前後の温度において３０〜６０分にわたり加熱しながら混合攪拌した物質６０〜８０重量％に対して、（Ｂ）セルロース１０〜３０重量％と、（Ｃ）カチオン５〜１５重量％と、を混合しながら６０〜８０℃の条件下において３０分前後にわたり撹拌・混練したことを特徴とする放射性物質の固定化剤。
【請求項２】
（Ａ）（ａ）水ガラス６０〜８０重量％と、（ｂ）アパタイト１０〜２５重量％と、（ｃ）粉末状マグネシウム５〜１５重量％と、（ｄ）バリウム５重量％と、を混合攪拌した物質６０〜８０重量％と、（Ｂ）セルロース１０〜３０重量％と、および（Ｃ）カチオン５〜１５重量％との混合液状体であることを特徴とする放射性物質の固定化剤。
【請求項３】
放射能汚染された焼却灰に対して、請求項１に記載の固定化剤６〜１０％を添加して混合しながら常温下において２０〜４０分にわたり撹拌・混練を行うことにより、放射性物質を水ガラスにより包囲して固定化する、ことを特徴とする放射性物質の固定化方法。
【請求項４】
スルファミン酸に対してアパタイトを溶かした懸濁体５０重量％と、硫酸に対してアルミニウム、チタン及び亜鉛を溶かした液体３０重量％と、硝酸に対してバリウム及びマグネシウムを溶かした液体２０重量％と、の混合液状体である除染剤により、放射能汚染された焼却灰を除染処理した後の底部に沈降した当該除染剤及び焼却灰の混合体を水分３％程度に乾燥させ、
前記乾燥させた混合体と請求項１記載の固定化剤６〜１０％とを混合しながら常温下において２０〜４０分にわたり撹拌・混練を行うことにより、放射性物質を水ガラスにより包囲して固定化することを特徴とする放射性物質の固定化方法。
【請求項５】
前記固定化された放射能汚染された焼却灰並びに除染剤及び焼却灰の混合体をペレット状に造粒する、ことを特徴とする請求項３又は４のいずれかに記載の放射性物質の固定化方法。
【請求項６】
前記放射能汚染された焼却灰が下水汚泥の焼却灰である、ことを特徴とする請求項３乃至５のいずれかに記載の放射性物質の固定化方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放射性物質、特にウラン系放射性物質によって汚染された焼却灰、塵埃、沈殿物等から放射性汚染物質を分離除去するために、除染を実施した際に対象物から分離ないし捕捉された放射性物質が放射線の影響を再び外部に対して及ぼさないように固定化処理を実施するための放射性物質の固定化剤及び固定化方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
原子力発電所に代表される各種原子力応用装置類、核燃料の分離、濃縮、加工等を行う工場、放射性廃棄物の保管及び処理場等のような放射能を有する、いわゆる放射性物質の加工・利用・処理等を行う施設や保管施設等並びにその近辺においては、例えば取扱い上の不備、装置故障、事故、自然災害等により、高い放射能を帯びた放射性物質自体及び放射性汚染物質の飛散、放出、流出、拡散等の危険に曝されている。放射線は人畜の皮膚、各種臓器、細胞等に対して回復困難なダメージをもたらし、最悪の場合はまさに致命的な影響を及ぼす懸念も否定できない。殊に、人体への被ばくに関し、骨に沈着され易いストロンチウム９０（Ｓｒ９０）や全身に沈着され易いセシウム１３７（Ｃｓ１３７）の影響が指摘されている。放射性物質そのものや放射性廃棄物等の処理にあたっては、処理工程において当該物質の飛散、流失、拡散等をもたらさないことが要求されることはもとより、集積した放射性物質自体及び放射性物質の最終処理をどのように行うかが極めて重要である。
【０００３】
このように、放射性物質はその焼却灰にも放射能が残留するため、当然に一般廃棄物や廃液のように焼却、希釈、埋設、海洋投棄等のような最終処理によっては解決されない。したがって、残留放射能の問題を完全に解決することは理論的にも困難であるため、将来にわたり安全性が維持される処理手段、例えば固体にあっては半永久的に密封状態が維持可能である固定化処理が不可欠である。かかる処理によって、一旦除染された放射性物質および放射能を帯びた固体、液体および気体等の如何なる形態であっても自然界に回帰しない永久処理が求められる。
【０００４】
特許文献１は、重金属を除去した後の生ごみ焼却灰を動物骨粉、石灰および珪質石灰岩の粉末と混合したものを焼成固化する固化材の製造方法を開示している。また、特許文献２は、重金属、フッ化化合物、ホウ素化合物等の溶出を抑制するために、被対象物質を珪酸ナトリウム、消石灰及びミョウバンを含有する固化剤及び該固化剤によって固化する方法を開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平４−６１９７８号公報
【０００６】
【特許文献２】特開２０１１−２６１５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の課題は、現在並びに将来にわたり安全性を確保するために、放射性廃棄物並びに放射性汚染物質を含む塵埃、廃棄物、下水汚泥、その他の除染対象物に対して除染処理が行われた後の残留物体を安全かつ確実に被覆並びに固定化するための放射性物質の固定化剤及び固定化方法を提供することにある。本発明において対象とする固定化剤としては、物理的及び化学的特性が安定しており、比較的簡易に被対象物を包囲しかつ固定化する性質が求められ、かつ物性的にも安定している必要があり、珪酸ナトリウムまたは珪酸ソーダが適している。これら珪酸ソーダや珪酸ナトリウムは「水ガラス」とも称され、無水珪酸（ＳｉＯ2）と酸化ソーダ（Ｎａ2Ｏ）が多様な比率で混合している液体である。
【０００８】
出願人は特願２０１２−１０４７０７において、放射性物質によって汚染された土壌、焼却灰、塵埃等から放射性汚染物質を分離除去するために使用される除染剤及び除染方法について開示している。本発明は当該除染剤及び除染方法によって処理された焼却灰等が密封状態を維持可能にする放射性物質の固定化剤及び固定化方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
請求項１に記載の発明は、（Ａ）（ａ）水ガラス６０〜８０重量％、好ましくは７０重量％程度と、（ｂ）アパタイト１０〜２５重量％、好ましくは１５重量％程度と、（ｃ）粉末状マグネシウム５〜１５重量％、好ましくは１０重量％程度と、（ｄ）バリウム３〜７重量％、好ましくは５重量％程度と、を９０℃〜１１０℃、好ましくは１００℃程度の温度において２０〜７０分、好ましくは３０〜６０分にわたり加熱しながら混合攪拌した物質６０〜８０重量％、好ましくは７０重量％程度に対して、（Ｂ）セルロース１０〜３０重量％、好ましくは２０重量％程度と、（Ｃ）カチオン５〜１５重量％、好ましくは１０重量％程度と、を混合しながら５０〜９０℃、好ましくは６０〜８０℃の条件下において２０〜４０分、好ましくは３０分程度にわたり撹拌・混練したことを特徴とする放射性物質の固定化剤。
【００１０】
請求項２に記載の発明は、（Ａ）（ａ）水ガラス６０〜８０重量％、好ましくは７０重量％程度と、（ｂ）アパタイト１０〜２５重量％、好ましくは１５重量％程度と、（ｃ）粉末状マグネシウム５〜１５重量％、好ましくは１０重量％程度と、（ｄ）バリウム３〜７重量％、好ましくは５重量％程度と、を混合攪拌した物質６０〜８０重量％、好ましくは７０重量％程度と、（Ｂ）セルロース１０〜３０重量％、好ましくは２０重量％程度と、および（Ｃ）カチオン５〜１５重量％、好ましくは１０重量％程度との混合液状体であることを特徴とする放射性物質の固定化剤。
【００１１】
請求項３に記載の発明は、放射能汚染された焼却灰に対して請求項１に記載の固定化剤６〜１０％、好ましくは７〜９％を添加して混合しながら常温下において２０〜４０分にわたり撹拌・混練を行うことにより、放射性物質を水ガラスにより包囲して固定化する放射性物質の固定化方法であることを特徴とする。
【００１２】
請求項４に記載の発明は、スルファミン酸に対してアパタイトを溶かした懸濁体５０重量％と、硫酸に対してアルミニウム、チタン及び亜鉛を溶かした液体３０重量％と、硝酸に対してバリウム及びマグネシウムを溶かした液体２０重量％と、の混合液状体である除染剤により、放射能汚染された焼却灰を除染処理した後の底部に沈降した当該除染剤及び焼却灰の混合体を水分３％程度に乾燥させ、その後、前記乾燥させた混合体と請求項１記載の固定化剤６〜１０％、好ましくは７〜９％とを混合しながら常温下において２０〜４０分にわたり撹拌・混練を行うことにより、放射性物質を水ガラスにより包囲して固定化する放射性物質の固定化方法であることを特徴とする。
【００１３】
請求項５に記載の発明は、前記固定化された放射能汚染された焼却灰並びに除染剤及び焼却灰の混合体をペレット状に造粒する、放射性物質の固定化方法であり、請求項６に記載の発明は、前記放射能汚染された焼却灰が下水汚泥の焼却灰である放射性物質の固定化方法であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明に係る放射性物質の固定化剤及び固定化方法は、放射性物質、例えばセシウム１３７（Ｃｅ137）やストロンチウム９０（Ｓｒ90）等に代表される放射能によって汚染された各種有機物体を一次処理において焼却した焼却灰は放射能を帯びているためにそのまま廃棄することはできない。本発明においては、放射能を帯びた焼却灰を上述の水ガラスによって封じ込めたガラス被覆粒状体として固定化するものである。
【００１５】
また、特願２０１２−１０４７０７において、出願人は放射性物質によって汚染された土壌、焼却灰、塵埃等から放射性汚染物質を分離除去するために使用される除染剤及び除染方法について開示している。ここで開示する除染剤及び除染方法は、放射能を帯びている焼却灰を当該除染剤に浸漬して溶かし、除染剤中の主として牛骨粉ないしアパタイト成分に放射性物質を吸着させることにより、残留する放射能を人畜にとって支障のないレベルに達するまで除染するものである。
【００１６】
このような除染処理が行われた後の沈殿物（除染処理後の底部に沈降した除染剤及び焼却灰の混合体）には、当然ながら放射性物質が残留しているため、かかる残留物はそのまま廃棄することはできない。本発明においては、放射能を帯びた残留物を上述の水ガラスによって封じ込めたガラス被覆粒状体として固定化するものである。したがって、長期間に亘り再分離、飛散、溶解等により容易に遊離することがないように固定化されたガラス被覆ペレットとして造粒し、周囲に対して危険が及ばないような状態として保管可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明に係る固定化剤の成分比及び構成例を示す説明図である。
【図２】本発明に係る固定化剤の使用例（固定化処理例）を示す概念図であり、図（Ａ）は放射能汚染された焼却灰に対する処理を示し、図（Ｂ）は放射能汚染された焼却灰を除染剤により除染処理した焼却灰に対する処理を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、添付図を参照しつつ本発明に係る放射性物質の固定化剤の構成、使用例（固定化処理例）並びに効果について詳細に説明する。本発明に係る除染剤１は、図１に示すように、（ａ）水ガラス約７０重量％と、（ｂ）アパタイト約１５重量％と、（ｃ）粉末状マグネシウム約１０重量％と、（ｄ）バリウム約５重量％とを混合攪拌した物質（Ａ）１０約７０％、セルロース（Ｂ）１１約２０％およびカチオン（Ｃ）１２約１０％とを混合した液状体として構成される。
【００１９】
固定化剤の製造条件は周囲温度によっても若干左右されるが、本実施例においては、物質（Ａ）は（ａ）水ガラス７０重量％と、（ｂ）アパタイト１５重量％と、（ｃ）粉末状マグネシウム１０重量％と、（ｄ）バリウム５重量％とを１００℃前後の温度において３０〜６０分にわたり加熱しながら混合攪拌して得る。このようにして得た物質（Ａ）７０重量％に対して、（Ｂ）セルロース２０重量％と、（Ｃ）カチオン１０重量％とを混合しながら６０〜８０℃の条件下において３０分前後にわたり撹拌・混練して固定化剤を得る。
【００２０】
ここで、本発明で用いるアパタイトは、焼成動物骨粉であり、動物生骨、例えば牛骨を煮沸し、９００℃〜１１００℃前後の高温で焼成し、破砕することにより得ることができる。本発明で用いる動物骨粉は、従来屠殺場等でほとんど廃棄されており、通常は厄介視されている骨、特に牛、馬、羊等の硬骨を主体とする動物の骨であり、ここでは生骨を次のように処理して得たものを使用した。生骨を焼成しやすい大きさに切断し、煮沸し、９００℃〜１１００℃前後で焼成する。骨に骨成分以外のゼラチン、脂肪、淡白質、にかわ等の有機物が残存すると酸化腐敗の原因となるので、これらを確実に除去する必要がある。上記煮沸工程によって、骨の外側のみならず気孔内に付着している有機物が骨から大方分離除去される。その上で上記焼成工程を行うことによって、残存する有機物を完全に除去することができ、同時に骨中の湿度 (水分) を数％以下、好ましくはほぼ０％にまで低下させた焼成動物骨粉を得る、これがいわゆるアパタイトとなる。上記焼成条件によれば、骨は完全に白骨化して無数の気孔を有する原形組織状態を維持する。焼成冷却後、この骨を破砕して骨粉とする。このようにして得られた骨粉は、生骨の場合、原料の生骨に比して重量比約４０％の収量が得られる。粒子は、カルシウム（約３３重量％）を主成分とし、リン（約１６．７重量％) 、バリウム (約１．０３重量％) 、ナトリウム (約０．７６重量％) 、イオウ (約０．６４重量％) 、他にマグネシウム、カリウム、塩素、アミン、鉄等からなっており、粒子の内外にわたって無数微小気孔が連通存在しており、アルカリ性であって、イオン交換作用を発揮する。なお、本発明においては上記アパタイトにシリカ、ゼオライト、火山噴出物の粉状体を混合したものを使用することができる。なお、本発明では水ガラスは一般に市販されているものを使用することができる。
【００２１】
次に、本発明に係る固定化剤の使用例（固定化処理例）について説明する。本発明では図２（Ａ）に示すように、放射能汚染された焼却灰２２に対して、前記した構成の固定化剤６〜１０％を添加して混合しながら約１０〜１５℃の常温下において２０〜４０分にわたり撹拌・混練を行うことにより、放射性物質を水ガラスにより包囲して固定化処理する。
【００２２】
また、本発明においては図２（Ｂ）に示すように、スルファミン酸に対してアパタイトを溶かした懸濁体５０重量％と、硫酸に対してアルミニウム、チタン及び亜鉛を溶かした液体３０重量％と、硝酸に対してバリウム及びマグネシウムを溶かした液体２０重量％との混合液状体である除染剤（特願２０１２−１０４７０７において開示した除染剤）により、放射能に汚染された焼却灰を除染処理した後の底部に沈降した当該除染剤及び焼却灰の混合体（除染処理された焼却灰）２３を水分３％程度に乾燥させ、その後、乾燥させた混合体と前記した構成の固定化剤６〜１０％とを混合しながら常温下において２０〜４０分にわたり撹拌・混練を行うことにより、放射性物質を水ガラスにより包囲して固定化処理する。
【００２３】
なお、上述した固定化処理における撹拌・混練時間の長短や固定化剤の添加量は処理対象物の放射能汚染度の軽重、処理量等によって、適宜確認を行いつつ対応するべきである。また本発明においては、固定化処理された放射能汚染の焼却灰並びに除染剤及び焼却灰の混合体をペレット状に造粒体として回収することができ、造粒した粒状体を路盤材、河川や砂浜の下敷材、浄化材等として利用することができる。本発明の実施例においては放射能汚染された焼却灰として下水汚泥の焼却灰を使用した。
【実施例１】
【００２４】
試験日：２０１２年１月３１日
試験方法：ゲルマニウム半導体検出器によるガンマ線スペクトロメトリー（文部科学省平成４年）
検査装置：ＧＣ２０２０（ＣＡＮＢＥＲＲＡ）
「不検出」とは、１０未満（Ｂｑ／ｌ）をいう。
特願２０１２−１０４７０７において開示した除染剤によって除染処理された下水汚泥焼却灰中の容器底部に沈降した除染剤及び焼却灰の混合体２３を水分３％程度になるまで乾燥した混合体（上記検査の結果：セシウム（Ｃｓ−１３７）が１，５１０（Ｂｑ／ｋｇ有姿基準））１Ｋｇに対して、前記した構成の固定化剤８０ｃｃを添加しつつ混合しながら常温下において２０〜４０分にわたり容器２１で撹拌・混練を行うことにより固定化処理を行い、固定化処理した混合体をペレット状に造粒体として回収した。回収した造粒体について上記検査を実施したところ「不検出」であった。なお、除染剤及び焼却灰の混合体と分離される懸濁水は特有の濾過剤を使用して放射線量が検出されない状態まで濾過処理が施される。
【００２５】
本発明によれば、除染することにより残留する高濃度の放射性物質は、更に放射性成分はアパタイト成分（ｂ）に吸着捕捉されることになり、そして放射性物質の周囲は水ガラス材によって被覆固定化されることになり、周囲に対する放射線の影響は大幅に低減されることになる。水ガラス成分に対してセルロース成分が付加された結果、水ガラスが固化したガラス壁は破損し難くなり、外部からの著しい圧力や衝撃を加えない限り安全に維持される。なお、水ガラスによる被覆は外部からの強い衝撃が加われば亀裂が生じ極端な場合は破砕されることもあり得るため、外部からの強い衝撃が想定される場合には、強固な箱状体や樽状体に収納し、かつ施錠することにより万が一にも人畜に被害を及ぼさないような配慮が望ましい。
【産業上の利用可能性】
【００２６】
本発明に係る固化剤ないし固定化剤は、放射性物質から除染により遊離された放射性物質自体はもとより、二次的に放射能を帯びた物体にも使用することが期待できる。かかる放射能に対する留意点を徹底して、無用な被ばく事故などが生じないように配慮する必要がある。本発明は、放射性物質の取扱者はもとより、直接は関係ないものの単に近隣に立ち入るだけの人々が被害を受けるような放射能事故を絶無とするように配慮しなければならない。
【符号の説明】
【００２７】
１      固定化剤
１０    物質（Ａ）
１１    セルロース（Ｂ）
１２    カチオン（Ｃ）
２１    容器
２２    放射能汚染された焼却灰
２３    除染剤及び除染処理された焼却灰の混合体（除染処理された焼却灰）
【図１】
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【図２】
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