JRSM 6月シンポジウム(郡山) 2013.5.13‐5.14

粘土鉱物のセシウム吸着と土壌の汚染除去
Adsorption of cesium Ion on Various Clay Minerals and Remediation ofCesium Contaminated Soil in Japan(東大院工)

藤田豊久、王 立邦、藪井耕史、 トドビバ・ジョルジ 岡屋克則 野村貴美
ジョルジ、岡屋克則、野村貴美
Toyohisa Fujita, Li Pang Wang, Koji Yabui, Gjergj Dodbiba,
Katsunori Okaya, Seiji Matsuo, and Kiyoshi Nomura
School of Engineering, The University of Tokyo

研究内容• 2011年3.11の東日本大震災の後に起きた2011年3 11の東日本大震災の後に起きた福島第1原子力発電所の事故によって一般環境に放射能汚染をもたらした その汚般環境に放射能汚染をもたらした。その汚染土壌と落ち葉の、中間貯蔵施設に格納すべき量は2900万m3にも達すると推測されている。
• この研究では、様々な鉱物へのセシウム(Cs)( )吸着能を明らかにするとともに、セシウム(Cs)汚染土壌の中間貯蔵量を少なくするために汚染 壌 洗浄 ふる 分けを実験的 試
汚染土壌の洗浄とふるい分けを実験的に試みた。その結果を示す。

放射線量の分布
文部科学省 2011. 12.16
Fig.1 Distribution of
Cecium‐134 and 137 of
East Japan.
It has been estimated thatas much as 29 million m3of soil and fallen leaves
should be removed andstored in interim storage
facilities. (Oct.
(13th, 2012,Asahi Shinbun)

Fig.2 Concept for safe keeping facility of Cs
contaminated soil
(From the Ministry of the Environment in Japan)

Cs汚染土壌の粒度分離と水洗Fig 3 The flow sheet for washing of Cs contaminated soil
Fig.3
Cs汚染土壌

細粒

粗粒

水洗, 浮選によるふるい

水洗

高濃度Cs汚染土壌

中間貯蔵

低濃度Cs汚染土壌

低濃度Cs汚染土壌

自然に戻すFig.4 Sieving result of radioactivity of as received
Cs contaminated soil

土壌の粒度分布と比放射能• 東和町の畑の東和町の畑の土壌を105μm以上、105‐74μm,壌をμ 以 、μ , 74μm以下の粒子に分けてCs‐134とμ 以下の粒子に分けてとCs‐137の合計比放射能を測定した。
•
105μm以上の粒子とその比放射能は、約80%、200Bq/kg以下、105‐74μmの粒子では、約16%、約450Bq/kg、74μm以下の粒子では、約4%、480Bq/kgであった。
粒
約あ たFig.5 Washing by water of as‐received Cs contaminated soil.
(Water temperature 288K, Dried soil after one hour stirring)

水洗によって放射能を約60%に減少させることができる。
水洗後の水溶性 イオンは、ゼオライトやプルシャンブル 類似錯体で取り除く
水洗後の水溶性Csイオンは、ゼオライトやプルシャンブルー類似錯体で取り除くことができる。

Table 1 Chemical components of various materials used for Cs
adsorptiondti

Fig.6Fig
6 Langmuir and Freundlich isotherms:
adsorption of Cs by zeolite (Experimental conditions: Solution:water;
t Ad
Adsorbent’s
b t’ dosagedini solution:l ti0.1
0 1 g/L;/L CContactt t time;
ti120 min;iInitial pH: 7.5; Particle size: 74‐149 µm; Temperature: 288 K)

Fig.7 Langmuir and Freundlich isotherms: adsorption of Cs bybi tit 黒雲母biotite(Experimental conditions: Solution: water; Adsorbent’s dosage insolution: 00.1
1 g/L; Contact time; 120 min; Initial pH: 77.5;
5; Particle
size: 74‐149 µm; Temperature: 288 K)

Table2. Isotherm parameters obtained from adsorptionof Cs using various minerals （Particle size :74:74‐149149 µm）

鉱物の吸着能• 吸着等温式によって鉱物のCsの吸着能を評価。
• ゼオライトが最も高い吸着能を示し、つぎに、黒雲母、モンモオライトが最も高 吸着能を示し、 ぎに、黒雲母、 ンリロナイトおよび白雲母の粘土鉱物の順に吸着能を示した。
石英の吸着能は低い。

浮選による土壌の浄化について• 土壌のサイズは土壌のサイズは100μm以下、パルプの密度は1重量％を含む。
00 以下 パルプの密度は 重量％を含む
浮選条件は、pHは2.5、界面活性剤DAA（ジアセトンアルコール）とMIBC（メチルイソブチルカルビノ ル）を気泡材として使用し、とMIBC（メチルイソブチルカルビノール）を気泡材として使用しその投与量は、1kg/ton。
• 弱酸性側で負に帯電している石英と正に帯電している沸石に正のドデシルアミン塩のような 陽イオン性界面活性剤を添加することにより、石英は表面にアミンが付着して 疎水性になり、泡について浮遊し、親水性の沸石と分離することができると予測される。

Table 3
3. Element analysis of froth and tailing in Cs
contaminated soil collected from school grounds.
蛍光 線による元素分析
蛍光X線による元素分析

分離した成分の元素を蛍光X線分析により測定した結果を表3に示すと、残渣中のSiとCaの含有割合は、泡のものより大きい。一方、残渣のFeの含有割合は泡のも含有割合 、泡り大。 方、残渣含有割合 泡のよりも小さい。

土壌の比重選別と浮選壌浮• 石英とゼオライトの比重は、それぞれ2.6と1.8であるために水流で比重選鉱する場合、媒体としての水は1であるために、比重選鉱のためのしきい値（concentration criteria）が(2.6‐1)/(1.8‐1)=2となり、比重選鉱は粗い粒子にのみ適用できる。
• 一方、比放射能の高い105μm以下の微粒子の重量の割合は約20%で、その放射能が80%を占めるため、界面活性剤（陽イオン性）を添加して酸性側で負に帯電する石英のみを泡につけて浮遊させ、除去する浮選法による分離は有効であろう。
• 以上、浮選法を適用することによって汚染鉱物の微粒子を効果的に取り除くことができるので、粒径の粗い汚染土壌の放射能濃度が規制値以下になっていれば 貯蔵すべき汚染土壌の総重量をが規制値以下になっていれば、貯蔵すべき汚染土壌の総重量を約1/5以下に減らすことができる。
This paper was published in the following Journal :T Fujita,T.
F jit ett al,l Resource
RProcessing,60:
P
i 60 13‐17
13 17 (2013)