JEFMA No.62［2014.3］

セシウム濃縮技術

焼却飛灰に含まれる放射性 Cs の除去技術
アタカ大機株式会社〒 277‑8515

1.

概要
東日本大震災により被災した福島第一原子力発電所から放出された放射性物質は、広範囲に

企画開発本部 産機開発部
千葉県柏市新十余二 11 番地 柏事業所
TEL 04‑4131‑2273
FAX 04‑7133‑6631

が可能となり、飛灰は水洗浄することで、塩化Cs となった放射性 Cs を水に抽出して、飛灰も浄化することが出来る。

拡散し、国土を汚染し、深刻な社会問題となっそこで、水に溶けやすい形態となった溶融飛ている。このように広く拡散した放射性物質は灰や飛灰を用いて、放射性 Cs を水に抽出し、放置しておくと、自然循環あるいは人間の営み

1)
2)
ゼオライト やプルシアンブルー などの吸着の循環の中で高濃度に濃縮したホットスポット剤を使って抽出水を放流可能なレベルまで浄化と呼ばれる危険な場所が放射線管理の行われてするための様々な検討結果を報告するものであいない通常の生活の場に生み出されていくと懸る。

念される。
とりわけ可燃性のごみを焼却すると、減容化2.

するため焼却残渣中の放射性 Cs が濃縮され2‑1る。この焼却残渣のうち、8,000Bq/kg を越える焼却残渣は、特定廃棄物に指定され中間貯蔵設備に搬入される。また、避難区域における除染作業で集められた可燃性物質は仮焼却場ある

溶融飛灰からの Cs の抽出
溶融飛灰の洗浄

表 1 に 約 80,000 Bq/kg 以 上 の 放 射 性 Cs を含む溶融飛灰を水で洗浄した例を示す。
表1

溶融飛灰の洗浄結果

いは中間貯蔵設備で焼却処分され、減容化した後に中間貯蔵設備に保管される。
保管される焼却残渣の中でも、溶融処理して生じる溶融飛灰では、高濃度の放射性 Cs が検出されているが、これは焼却過程や溶融過程でCs が塩素と結びつき塩化 Cs となり、これが揮発して溶融飛灰に付着し濃縮するというメカニズムを解明されている。

原飛灰と水の重量比で 1：10 の時、94.4％のこのメカニズムを有効に利用すれば、焼却残放射性 Cs が水に移行し、洗浄後の飛灰には渣を溶融することで、放射性 Cs 濃度の低いス

4,946 Bq/kg 残っているが、基準の 8,000 Bq/ラグと濃度の高い飛灰に分類することが出来、kg 以下なので、一般的な処理方法で最終処分

スラグは骨材等の建設資材など資源化することを行うことが出来るので、水に移行した放射性58

製品技術紹介Cs を水から分離することが出来れば、水も排出することが出来る。
ゼオライトは Cs を除去するための有効な吸着剤であるが、溶融飛灰には Cs と同じアルカ
リ 金 属 で あ る Na や K が 多 く（ 本 洗 浄 液 に はNa：7,500ppm、K：15,000ppm が溶解）、Cs の吸着阻害を引き起こし、結果として大きな減容化が期待できない。
2‑2

不溶性フェロシアン化物

図1

硫酸第二鉄当量（左）と過剰（右）に加えた場合の違い

Na や K の影響を受けない Cs の吸着剤として、不溶性フェロシアン化物が優れていることは 古 く か ら 知 ら れ て い る が、 そ の ま ま で は
40 nm 以下のナノ粒子であり、接液および固液分離など取り扱い上に問題があるとされ、固体粒状とするか、多孔性無機担体の細孔に不溶性フェロシアン化物を沈殿生成させるなどの利用方法が提案されている 3)。
2‑3

処理液中でプルシアンブルー合成

フェロシアン化カリウムと硫酸第二鉄を反応させると反応式⑴のように不溶性のフェロシアン化鉄（プルシアンブルー）が合成されることは知られている。
（CN）＋ 2Fe（SO→
3K［Fe46］24）3

図2

液中合成による Cs の除去性能（CN）
6K2SO4 ＋ Fe［Fe46］
3…………⑴しかし、前述のように、そのままでは 40nm剰に、10mol は 8mol 過剰に加えたことを意味以下のナノ粒子であり、固液分離など取り扱いする。過剰に加えた硫酸第二鉄は Fe（OH）
3 と上に問題がある。

なり、生成したプルシアンブルーを凝集沈殿さ一方、プルシアンブルーの合成に用いられるせる。

硫酸第二鉄はこれら懸濁粒子を凝集して沈殿さ硫酸第二鉄を 2.4mol、4mol、10mol 添加しせる効果があり、上記反応式の必要な硫酸第二た時の処理後の放射性 Cs の濃度の比較では、鉄に、過剰な硫酸第二鉄を加えるとこれらナノ（CN）
Fe［Fe46］
3 の合成量が同じ 0.1g/L の時の粒子を凝集して、図 1 に示すように固液分離が比較でわかるように、2.4mol ＜ 4mol ＜ 10mol改善される。と過剰に硫酸第二鉄を加えることで、放射性図 2 に示す 2.4mol や 4mol、10mol の硫酸第Cs の吸着量が増大していることがわかる。

（CN）6］3 を二鉄添加とは、⑴式に示す Fe［Fe40.1g/L のプルシアンブルーを液中で合成す1mol 生成するのに必要な硫酸第二鉄は 2molる際、硫酸第二鉄を 4mol 加えた場合の放射性が当量である。硫酸第二鉄 2.4mol とは当量のCs の濃度の変化は図 2 に示すように 7,680Bq/2mol に対して 0.4mol 過剰に、4mol は 2mol 過kg → 1,720Bq/kg で あ っ て、 除 去 率 に し て59

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77.6％であった。硫酸第二鉄を 10mol 加えた場 合、 放 射 性 Cs 濃 度 は、 不 検 出（ 検 出 限 界20Bq/kg 以下）となり、放射性 Cs の殆どを除（CN）6］3去することが出来た。これを Fe［Fe4の換算で吸着した重さあたりの放射性 Cs を捕集量に換算すると、
7,680Bq/kg ÷ 0.1g/L ＝ 76,800,000Bq/kgとなり、原飛灰 8,588Bq/kg に比較すれば、960倍濃縮に成功した。
また、図 2 の 10mol の硫酸第二鉄を添加したカーブでは、0.05g/L の時、374Bq/kg であ

図4実証試験における焼却飛灰洗浄液からの放射性 Cs 除去の結果り、除去率で言えば 95％以上除去している。
吸着した Cs の放射能濃度を 0.05g/L で除する

浄済み焼却飛灰のリンス水を加えた液 6,000Lと、7,306Bq/kg ÷ 0.05g/L = 146,040,000を 500L（平均Bq/kg となり、1,700 倍以上の濃縮が可能となけてバッチ処理した。

った。

約 1,400Bq/kg）ずつ 12 回に分発生した凝集沈殿物はフィルタープレスでろ過した。ろ液と原液の放射性 Cs 濃度の比較を3.

化学共沈法を用いた実証試験

図 4 に示す。ろ液の放射性 Cs 濃度は、12 バッ

具体的に、本方法の有効性を調べるために、チのうち 7 バッチで、検出限界 10Bq/kg 以下

一般廃棄物焼却施設において独立行政法人国立で、高いものであっても基準以下であり、放流環境研究所と共同でスケールアップした実証試可能なものであった。

験を実施した。実証試験のフローは図 3 に示す。

また、重金属についても、元々キレート処理試験では、8,000Bq/kg を超える飛灰の洗浄を行っている飛灰なので、洗浄水への溶出は認水（ 約 1,400Bq/kg、6,000L） か ら 放 射 性 Cs

められないものの、Cs 除去後の処理水も基準を除去するプロセスを稼働し、実際の作業での以下となっていることを確認した。

放射線管理のあり方、洗浄効果と排水の水質等保管を必要とする二次廃棄物（放射性 Cs をを確認するとともに、作業員の被ばく防護と運濃 縮、 吸 着 し た 物 質）の 発 生 量 は 4.2kg、転管理等の情報収集を行った。

2.7L、放射能濃度は 200 万 Bq/kg であり、原平均約 20,000Bq/kg の 0.6 トンの焼却飛灰を 10 倍の水で洗浄した結果、溶出率 90％の平均約 1,800Bq/L の洗浄液が得られ、これに洗図360

飛灰からの減容化率 1/278、減量化率で 1/143であった。
本実証試験では、2‑3 項で示した乾燥固形物実証試験の処理フロー

製品技術紹介

換算のビーカー試験の減量化率 1/1700 と異な

2） 見塩規行、鴨志田厚、角谷省三、石原健

るのは、乾燥固形物ではないこと、洗浄液の放彦 日本原子力学会誌、6、［1］、2‑7、1964

射性 Cs の濃度がビーカー試験よりも 1/6 と低

3） 三村均、木村仁宣、秋葉健一、小野寺嘉かったためで、洗浄液の濃度をもっと濃くする

郎 不溶性フェロシアン化物（KNiFC）担持こと、およびろ過した汚泥を乾燥する工程を加シリカゲルの調整およびセシウムの吸着特えれば、ほぼビーカー試験と同等の成果が得ら性れるものと考えている。

（1/2）､ 1‑8､ 1998

4.

東 北 大 学 素 材 工 学 研 究 所 彙 報 54まとめ

1） プルシアンブルーは、ごみの焼却残渣の洗浄水のように塩分が多く含まれている状況でも、Cs を選択的に吸着する点で、ゼオライトより優れた吸着物質である。しかし、そのままではナノ粒子であり、造粒などの加工を行わないと固液分離が難しかった。
2） 筆者らは水溶液中でプルシアンブルーを合成する際に用いる硫酸第二鉄が向き凝集財であって、過剰に加えればナノ粒子であるプルシアンブルーの固液分離性が改善すると考え、試験を実施した。
3） 過剰に加えることで、プルシアンブルーの単位重量あたりの吸着性能が著しく高くなることを見出した。
4） この方法を用いて、一般廃棄物焼却場で行った実証試験においても、有効性を見出した。
5） この技術は吸着反応であるため、洗浄液中の放射性 Cs が薄いと吸着物質、すなわち放射性二次廃棄物が増加するので、出来るだけ薄い洗浄水の濃度を濃くする方法を見出し、高濃度の放射性 Cs の廃液から、吸着浄化すれば、二次廃棄物量は減らせるものと考える。
【参考文献】
1） 菅野卓治、三村均、北村強

日本原子力学会誌 18［8］518‑521、1976

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