X 線回折法による土壌混合ジオポリマーの結晶構造解析
11233〇笠利実希 , 藤井健悟 , 大渕敦司 , 小川熟人 , 小池裕也
123( 明大院理工, リガク, 明大理工)

焼却飛灰の土壌混合ジオポリマー固化

放射性セシウムの溶出試験

Cs含有特定廃棄物の焼却飛灰処理1)
濃度100 Bq / kg

低134Cs, 137Cs を濃縮しており高アルカリシリカ溶液＋アルミノシリカ粉末（フィラー）

保管

33mass% NaOHaq
S/W = 0.5

• CO2 の発生が少ない• 機械的強度が高い• 化学的熱的安定性が高い
フィラーと溶出特性に関する報告が少ない

混 合ペーストが得られるまで

養 生

100℃, 24時間

遠心分離

焼却飛灰

埋め立て処分可能

廃陶器

関東ローム層の赤土を乾燥・粉砕・ふるい分けした物
結晶相： 石英、斜長石、モルデナイト、クロライト、カオリナイト、ムスコバイト

黒曜石を高温で焼成、発泡させた土壌改良材

関東地方一体に分布する表層土

明治大学生田キャンパスで採取した土壌

結晶相： すべて非晶質

結晶相： 石英、斜長石、クロライト、カオリナイト、アルミノシリカ粉末(通常のジオポリマー)

12.0

±1.1

未処理の焼却飛灰

71.7

±0.7

土壌混合ジオポリマー固化を施すことによって、放射性セシウムの溶出を抑制できた。

赤玉土、黒土、生田土壌固化体で大きな溶出抑制効果

結晶相： 石英、斜長石、ムスコバイト、カオリナイト、

生田土壌

2) 酒井伸一, 貴田晶子 監修: “廃棄物関連試料マニュアル”,
pp 31-41, 59-70 (2015) 廃棄物資源循環学会, 東京.

環境省告示 13 号試験による 137Cs の溶出試験結果
ジオポリマー固化体
溶出率, %
赤玉土
0.3±0.2
黒土
0.4±0.2
生田土壌
3.4±0.5
廃陶器
11.3±1.0
パーライト
11.8±0.9結晶相： 石英、ムスコバイト、ゲーレナイト

134Cs: 396 ± 4 Bq/kg

HPGe 半導体検出器(PGT, INC., IGC-10200)

土壌混合ジオポリマー固化体

白信楽粘土を焼成し、粉砕した物

137Cs: 4222 ± 14 Bq/kg

ろ過固化体⇒ フィラーに種々の土壌を用いてジオポリマーを作製
福島県の一般廃棄物焼却場
で 2013 年 1 月に採取

振とう：6 時間

混 合ジオポリマー

重合反応

質量比; 試料：純水 = 1 : 10
土壌を同量添加する

不溶化処理が必要 ⇒ ジオポリマー固化

水溶態として溶出しやすい

環境省告示 13 号試験2)

焼却飛灰

濃度

8,000 Bq / kg
管理型処分場で埋め立て処分

セメントの原料などそのまま再利用可能

土壌混合ジオポリマーの作製

1) 環境省廃棄物・リサイクル対策部―100 Bq/kg と 8,000 Bq/kg の二つの基準の違いについて 2011, https://www.env.go.jp/jishin/attach/waste_100-8000.pdf (閲覧 2016.11.10)

X 線回折分析で結晶構造と抑制効果の関係を調査

土壌混合ジオポリマー固化体の結晶構造解析
土壌中主要元素の蛍光 X 線分析

土壌混合ジオポリマー固化体の X 線回折分析

SiO2

Al2O3

濃度, %Fe2O3

赤玉土

48.1

28.4

16.9

1.7

1.2

黒土

52.6

25.0

14.9

1.5

3.4

生田土壌

54.0

16.1

17.7

1.8

6.7

廃陶器

68.2

25.6

1.3

0.90.6

パーライト

78.0

11.9

1.3

0.1

1.0

Hl 420Hl 222Qtz 211
Por 201
Por 112Qtz 203

廃陶器固化
Qtz 200
Sdl 411
Hl 220
Por 102
Qtz 112
Por 110

Hl 111
Hl 200, Sdl 310
Por 101

土壌Por 100

Qtz 101
Sdl 110
Por 001
Qtz 100
Sdl 211強度 / cps1000

Hl 420

Hgr 840

Sdl 600

赤玉土固化
Hl 220Qtz 112
Hgr 640
Hgr 642

Hgr 400
Hl 200Qtz 110, Hgr 422
Hgr 431
Hgr 521
Sdl 411
Hgr 6112000

CaC 131

Sdl 110強度 / cps

Hgr 211
Hgr 220
Sdl 211
Qtz 100
Qtz 101, Hgr 321

1000

TiO2

CaO

00525452θ / degree565

2545652θ / degree

0

溶出率が低
Al, Fe, Ti などが多い
パーライト固化
Hl 420Hl 222

Hl 220

Sdl 321

Hl 200, Sdl 310
Por 101

Sdl 211
Hl 111
Cal 104

Por 001

Sdl 110強度 / cps

黒土固化

Hl 420Qtz 113, Por 103

強度 / cps

Hl 200, Sdl 310
Hgr 422
Por 011
Qtz 102
Sdl 411
Hl 220
Por 102
Por 1121000

Sdl 110 Hgr 211
Por 001
Qtz 100
Crs 101
Sdl 211
Qtz 101
Por 100
Cal 1041000

0452θ / degree65

Hgr 521
Sdl 411
Hl 220
Por 102
Qtz 112
Por 110
Por 110
Hl 222

Hl 420生田土壌固化0525

525452θ / degree

65◆ セメント固化体成分であるハイドロ
ガーネットのピークが…
Por 101

Ab 040 Hl 200, Sdl 310

Sdl 110強度 / cps

Hgr 211
Por 001

1000

Qtz 101, Hgr 32125Sdl 211

5452θ / degree

溶出率が低溶出率が高確認された

ほぼ確認されず

フィラー中のアルミニウム量が溶出抑制に影響している可能性

65

Ab: Albite(NaAlSi3O8), Cal: Calcite(CaCO3),
Crs: Cristobalite(SiO2), Hl: Halite(NaCl), Hgr: Hydrogarnet(3CaO ・ Al2O3 ・ 6H2O), Por:Portlandite(Ca(OH)2), Qtz: Quartz(SiO2), Sdl: Sodalite(Na8Al6Si6O24Cl2).

KOI Lab. Meiji Univ.

アルミニウムはゲーレナイトとして存在
反応性が低いフィラーとしては、ジオポリマーが生成しやすくなるようなアルミニウムなどの金属イオンを豊富に含むものが良い
まとめ◆ 土壌混合ジオポリマー固化を施すことによって、放射性セシウムの溶出を抑制できた。また、アルミニウムなどの金属元素を多く含むフィラーを用いた方が、溶出抑制効果が大きかった。
◆ 現在は廃棄物の下部に土壌層を 50 cm 以上敷設する必要があるが、不溶化処理としては未解決である。低環境負荷な土壌混合ジオポリマー処理による放射性セシウム不溶化を目指す。
特定廃棄物
土壌層 (50 cm 以上)

土壌混合
ジオポリマー固化体

既存の廃棄物層

既存の廃棄物層

第 29 回廃棄物資源循環学会研究発表会 D6-7-P (2018 年 9 月 12 日) @ 名古屋大学東山キャンパス(名古屋)