付録１

令和５年度
除去土壌等の減容等技術実証事業
Web 用概要書

No.１ 除去土壌を分級処理した砂をコンクリート用細骨材に利用するための技術実証実施代表者：VOREWS
全体概要

技術概要

国は中間貯蔵開始後30年以内に福島県外で最終処分を完了するため、除去土壌等の減容化・再生利用技術の開発を2024年(令和６年)迄に完了するとしている。除去土壌等減容化・再生利用技術研究組合(略称：VOREWS)では、除去土壌の減容化技術の一つとして、湿式分級処理技術が有効であることを平成３０～３１年度に実証したが、再生利用技術について十分な検討を行っていない。このため、分別後土壌等を湿式分級処理して得た分級砂の「コンクリート用細骨材」への適用性を、２ヶ年事業(令和４～５年度)にて検証した。

令和４年度に実施した練混ぜ水適合性試験、骨材品質試験結果より、帰還困難区
域内の地下水がコンクリート用練混ぜ水に適用可能なこと、山砂混合による粒度調整が必要であるが、分級砂がコンクリート用細骨材として適用できることを確認した。令和5年度は、既往実証試験由来の分級砂を用いて、配合・強度試験、耐久性試験、被ばく影響確認試験を行い、分級砂を配合したコンクリート製品の基本性状を確認するとともに、追加被ばく線量測定による安全性の評価により、分級砂の再生利用用途拡大に資する技術情報を得た。
受入・分別施設(令和4年度)

既往実証試験(平成30,31年度)

大熊2期2工区 大熊3期4工区 双葉2期1工区

実施内容
将来的に、帰還困難区域内で除去土壌を分級処理し、コンクリート製造を行うことを想定し、以下の試験を行った。
①練混ぜ水適合性確認試験（令和４年度）
受入・分別施設に併設されている井戸の水が、コンクリート製造に使用できることを確認した。
②細骨材品質確認試験（令和４年度）
受入・分別施設から新規に採取した分別後土壌を分級処理した分級砂、および、既往実証試験の分級砂の細骨材品質試験を行った。
③配合・強度試験および耐久性試験(令和５年度)分級砂を用いた配合・強度試験、耐久性試験により、分級砂のコンクリート細骨材への詳細な適用性を確認した。
④被ばく影響確認試験 (令和５年度)
分級砂を用いたコンクリート製品からの追加被ばく線量測定により安全性を評価した。

井戸 分別後水 土 壌

井戸 分別後水 土 壌

井戸 分別後水 土 壌

湿式分級(通常･高度)

井戸水 分別後土壌由来の分級砂(UT,UK) 実証試験由来の分級砂(JT,JK)【令和4年度】

練混ぜ水適合性試験

骨材品質試験

骨材品質試験

配合･強度試験

耐久性試験

被ばく影響確認試験

経時変化, 圧縮強度,静弾性係数,凝結試験,ブリーディング試験

・凍結融解試験・長さ変化試験・促進中性化試験

分級砂を配合したコンクリート
土間(□4.0 m×0.15 m厚)からの空間線量率の測定【令和5年度】

事業の主な実施場所
福島県双葉郡大熊町(技術実証フィールド)付録1-1-1結果
1. 配合・強度試験結果フレッシュ性状を満足する配合を表１に示す。この配合で製造したコンクリートの圧縮強度は、図1に示すよう、分級砂含まない山砂のみを配合した比較対照のコンクリー
ト(以下、「対照」という) と同等以上の強度発現を示した。
また、28日材齢の供試体の放射性Cs濃度を分析した結果を表２に示す。これより、放射性Cs濃度の低減率は、細骨材(分級砂に山砂を混合して粒度調整したもの)の配合比率と同様の約40%であった。なお、JK1～JT6は、山砂混合による粒度調整済みの細骨材を示す。
2.耐久性試験結果
耐久性試験結果(図2～4)は、全ての項目で基準値を満足するとともに、比較対照と同等以上の結果となった。

表1 配合表
単位単位単位単位
細骨材水量
セメント量 細骨材量 表乾 粗骨材量
SP
(W)
(C)
(S)
(G)
密度（C×%)
333
3(kg/m ) (kg/m ) (kg/m ) (g/c㎥) (kg/m )

配合名AE
（C×%)

DF（C×%)

対照

165

300

826

2.589830.700.0010 0.0000

JK1165300

838

2.539830.650.0010 0.0010

JK2165300

826

2.629830.650.0010 0.0010

JK3165300

810

2.58983

1.400.0010 0.0015

JK5165300

835

2.619830.55

0.0015 0.0010

JT6165300

810

2.539830.750.0010 0.0025

セメント密 粗骨材表乾密度 水密度
使用セメント度(g/c㎥)(g/c㎥)(g/c㎥)
NC

3.16

2.62

1.0W/C(%)

s/a(%)

55

46

目標スランプ(cm)

目標空気量(%)

ミキサー

練量18.0±2.54.5±1.555L強制練パン型ミキサー

30L

3.追加被ばく線量とシミュレーションの比較
分級砂を配合したコンクリート土間(□4.0 m×t0.15 m)の中心から0.3m高さの地点での追加被ばく線量は、0.26µSv/h(バックグラウンド0.16 µSv/h)であった。コンクリート土間の放射性Cs濃度が低い(549 Bq/kg)にも関わらず、空間線量が高めとなる傾向を示した。このため、自然界にも存在する放射性K40濃度を測定したところ、細骨材で326Bq/kg、 粗骨材で843 Bq/kgが検出された。さらに、U(ウラン)系、Th(トリウム)系の一般的な放射能濃度も考慮し、コンクリート土間からの追加被ばく線量をシミュレーションした結果、コンクリート土間からの追加被ばく線量は、実測値とシミュレーション値で概ね一致する結果となった(図5参照)。

図2 凍結融解試験結果

図3 長さ変化試験結果

図4 中性化促進試験結果

図1 圧縮強度試験結果
表2 放射能濃度測定結果一覧※3放射性Cs 放射性Cs※3濃度①濃度② 低減率(Bq/L)(µSv/h)(Bq/kg) (Bq/kg)(%)
28日材齢供試体
種類細骨材
表面※1線量率

溶出量

JK10.01 ND ※2459

1,13540

JK20.01 ND

574

1,55837

JK30.02 ND

1,133

2,70342

JK50.01 ND

458

1,040

44

JT60.01 ND

669

1,76838※1 コリメーターあり、※2 ND:非検出、※3 低減率=(1-①÷②)×100

図5 追加被ばく線量測定結果• 分級砂は、山砂混合による粒度調整が必要なこと、有機不純物が基準不適合となる場合があり、その場合、圧縮強度比率試験による確認と購入者の承認が必要になるなど、骨材の品質上の課題を内包する。しかしながら、分級砂を配合したコンクリートは、比較対照(分級砂を配合していないコンクリート)と同等以上の強度発現(図1)、耐久性(図2～4)を示す結果が得られた。よって、コンクリート用細骨材として利用可能であることが示された。
• 分別後土壌を分級処理・粒度調整によりコンクリート用細骨材に加工し、コンクリートに配合することで、放射性Cs濃度の低減率は1/25程度が見込まれることが分かった(各工程における放射性Cs濃度低減率の平均値：通常・高度分級処理0.2倍、粒度調整0.5倍、コンクリート配合0.4倍)。
• 分別後土壌由来分級砂を配合したコンクリート製品からの追加被ばく線量のシミュレーションが可能なことから、コンクリート製品の利用先に応じた追加被ばく線量の管理が行えると考えられる(図5)。

付録1-1-2

No.2 除去土壌中の放射性セシウムの溶融塩・酸処理法による脱離とゼオライトを用いた回収・安定化による減容・再生利用技術の開発
実施代表者：法政大学
全体概要

技術概要

除去土壌の多くは中間貯蔵施設に持ち込まれ、今後はこの土壌の再生利用を推進すると共に放射性セシウムを除去・濃縮し、最終処分量を減らすことが求められる。本事業では高効率かつ低コストな除去土壌の減容・再生利用を推進することを目的に 、10,000Bq/kg以上の除去土壌を想定し、福島県内の土壌中の放射性セシウムのロータリーキルン炉による連続溶融塩処理と酸処理による脱離、ゼオライトによる回収・安定化に関する実証試験を実施する。

（１）ロータリーキルン炉を用いた溶融塩処理(CaCl2)と酸処理(HCl(1 M以下）)による土壌中のCs脱離
溶融塩中のCa2+の層間導入と低濃度の酸処理によるAl溶脱の効果（２）ゼオライト（モルデナイト(MOR)）による回収
耐酸性があり、Csに対して高選択性を有するMORによるCs濃縮の効果（３）ポルサイト(POL)による固定
MORをアルカリ水熱処理することでCsを固定可能なPOLへ転換。
下記に処理フローを示す。

実施内容
福島県浪江町の2地点の放射性土壌と非放射性土
壌3種を採取し、連続処理を想定した小型ロータリー
キルン炉を用いた溶融塩処理・酸処理の条件出しを行う。その結果を踏まえてベンチスケールのロータ
リーキルン炉を用いた溶融塩処理を行い、本処理の有効性を検証する。また、酸溶液中の放射性セシウムのモルデナイトによる回収、アルカリ水熱処理によるポルサイト化を行うと共に得られたポルサイトの溶液安定性を評価する。
上記検討結果や同関係の技術情報等に基づき、実機処理プロセスについて検討する。

ロータリーキルン炉事業の主な実施場所
１．法政大学 小金井キャンパス （東京都小金井市）
２．物質・材料研究機構並木地区 （茨城県つくば市）

酸処理・ゼオライト回収装置

付録1-2-1

結果

小型ロータリーキルン処理に適した条件（酸処理 0.01M HCl 10min.処理）・土壌量 5 g, CaCl2 添加量 20%
処理温度 900℃, 処理時間: 0.5 h （大気雰囲気）
N2 雰囲気でさらに向上！
（除染率最大85%)

WB: 風化黒雲母、I: 雲母鉱物、H: 角閃石、
K: カオリナイト、F: 長石、G: ギブサイト、Q: 石英

ベンチスケールロータリーキルン⑪放射性土壌の処理条件
試料No.
891011本事業で用いた浪江町2地点の3種の土
壌のXRDパターン（放射性セシウム(RCｓ)固定サイトを有するWBとIの回折線が見られる。）
MOR通水前酸溶液中のRCs濃度と傾向が一致。
（MOR通水後の溶液のRCs濃度：検出限界以下）

焼成時間(min)
3060
3030

処理条件
焼成温度（℃）
雰囲気
800
N2800
N2850
N2800
Air

CaCl2（％）
10101010

充填率（％）
8888

各⑪放射性土壌のRCs濃度と土壌減量率及びRCs除染率
各小型ロータリーキルン炉試験条件における除染率と酸処理後試料の放射性Cs濃度
MORからPOLに転換

試料No.
8
91011

処理前土壌 (Bq/kg)

10,085

溶融塩処理後土壌(Bq/kg)
9,634
7,703
7,799
13,393非放射性土壌⑪、⑥もほぼ同様な傾向

酸処理後土壌(Bq/kg)
6,260
4,651
7,78211,292

除染率(%)
53.1
63.6
44.9
17.3

酸処理後土壌減量率 (%)
24.4
21.1
28.5
26.1

①土壌投入機

排気ファン⑤CaCl2ホッパ②土壌受入バンカー⑨フィルタ

LSLS（BF）

LSLIS
LS

DP

⑥CaCl2投入機
SF③土壌定量供給機

TE⑩ロータリーフィーダ⑪ガス冷却器

TE

冷却水④CaCl2混合ミキサー（SF）

TE
ドレン回収

※3※4乾燥コンベアより➅-1混合土壌バンカ―⑫空気加熱器TE※１乾燥コンベアへ※２乾燥コンベアへ⑦混合土壌移送コンベア

TETE

TE

TE

N2⑧ロータリーキルン（8セット）

POL中の放射性Cs浸出量
各処理後酸溶液を通水後のMORのRCs Cs除染率の高かった5条件で放射性Csを （⑪放射性土壌）
吸着させたMORのアルカリ水熱処理後の 微量な浸出のみ
濃度
XRDパターン（⑪放射性土壌）（電気式炉）⑭撹拌機

実機化に向けた概略系統図（一部抜粋）
概算費用 13.6万円/t以下

まとめ 浪江町の3種の土壌を小型ロータリーキルン炉を用いて溶融塩・酸処理することより、一定のセシウム除去効果が得られ、放射性土壌については放射性Cs濃度を5,000 Bq/kg以下に減少でき、放射性Cｓ除染率は最大85%となった。ベンチスケー
ルキルン炉では放射性Cs除染率が63.6％に低下した。しかし、それ以外の処理工程においては高いCs分配比を示した。
また、実機化を想定した本処理の概略系統図を作成でき、処理費用は13.6万円/t以下となることがわかった。

付録1-2-2

No.4 分級処理に伴い発生する細粒分の処分に関する技術的実証

実施代表者
鹿島建設株式会社～（その１）シルト分の再生資材化と細粒分中の有機物分離の検討～
全体概要

技術概要

本実証事業では土壌Ｃの分級処理によって発生する細粒分（高濃度土壌）の処理について、熱処理ではなく直接最終処分するシナリオの技術検証を行う。
分級処理によって発生する細粒分（高濃度土壌）を最終処分する上で、できるだけ再生利用量を増やして処分量を減量化することは事業全体のコスト削減に有効であると考えられるため、シルト分の再生資材化について検討した。
また土壌中の有機物量を削減することは処分後の土壌の安定化のために必要であり、遠心分離機による細粒分中の有機物分離について検討した。
分級
細粒

粗粒

再生利用

有機物除去
有機物多

最終処分
熱処理

設置した分級プラントの処理フローおよび検証する内容

除去土壌
薬剤添加
解泥機
（ボールミル）

再生利用
振動スクリーン

礫：>2㎜

2㎜以下

ハイメッシュ
セパレータ（砂分分級装置）

砂：75㎛～2㎜

75㎛以下

シルト分の再生資材化

スクリーン(75㎛)

有機物分離
効果の確認

ハイドロサイクロン

シルト（20-75µm）も再生資材化することで最終処分量を削減

草木類

熱処理

シルト：20～75㎛

20㎛以下

有機物を分離し、埋立後の脱水ケーキ性状の安定化を図る

受水槽

実施内容
• 分級プラント設備の設置・試運転調整• 除去土壌の分級洗浄の実施• 分級洗浄後の各分画の分析（シルト分の利用可能性検証、有機物除去効果の確認）

デカンタ式
遠心分離機

オーバー

フィルター
プレスB

脱水ケーキB：≤20㎛※

夾雑物が多い→熱処理を想定

フィルター
プレスA

脱水ケーキA：
≤20㎛

アンダー※

事業の主な実施場所

水槽

夾雑物が少ない→埋立処分を想定

安定性評価【令和6年度に実施予定】

・ 技術実証フィールド

付録1-3-1

結果■分級洗浄結果(代表1ケース)
分画
土壌初期値
礫＋ﾎﾞｰﾙﾐﾙ
砂
シルト
脱水ケーキA
脱水ケーキB
草木類

回収比率※[重量 %]－447.4
49.5
11.4
6.3
32.5
1.7

※礫＋ボールミルの分画は、その重量のほとんどをボールミルが占めており、礫は数%である

Cs-137[Bq/kg-d]
13,90099
5,764
17,00018,74426,929
4,060

強熱減量
[%]
11.0
0.3
3.58.117.0
20.315.6■ 遠心分離による有機物の分離➢ 強熱減量の結果で有機物量を評価した。
➢ 左の表より、脱水ケーキAより脱水ケーキBの強熱減量が高くなっており、脱水ケーキB側に有機物が分配された。
➢ 分級後の各分画の強熱減量と重量の積の比率（下の円グラフ）から、脱水ケーキBに半分以上の有機物が集積したことが分かる。
分級後の各分画の強熱減量と重量の積の比率
2%

11%
礫

■ シルト(20-75µm)の再生資材化
100%

90%
80%
70%

粒度
<20µm
37.4% 全体で<75µm 約1万 <20µm 約1万46.5% [Bq/kg-w] 35.0% [Bq/kg-w]

脱水ｹｰｷA

処分

草木類
9%+11.5%

≥20µm
65.0%

30%

3,750

4,730

20%

[Bq/kg-w][Bq/kg-w]

10%0%
分級前脱水ｹｰｷB

再生利用
≥75µm
53.5%

40%

8%

55%

[Bq/kg-w]

50%

砂シルト

9,10060%
重量15%➢ 分級洗浄の結果から75µm分級と20µm分級の再生利用／処分量をそれぞれ計算した。
➢ 20µm分級の場合は再生資材の分画が4,730Bq/kg-wで除染率48.5%となった。
➢ 65%が再生資材化可能という結果が得られ、75µm分級の場合と比較して再生資材化できる量が11.5%増となった。

分級点：75µm 分級点：20µm⚫ シルト(20-75µm)の分画を再生資材化した場合、除染率は48.5%となり、75µm以上を再生資材化する場合と比べて再生資材化できる量が11.5%増加した。結果として処理コストが高い熱処理の対象となる量が46.5%から35.0%となり、熱処理量を約25%削減できることとなる。
⚫ 分級洗浄後の細粒分を遠心分離で処理することで脱水ケーキAの有機物量が減少し、脱水ケーキBへ多く分配されることが確認された。

付録1-3-2