JP2013245947A - 放射性物質除染剤及び除染方法 - Google Patents

Abstract

【課題】除染効率の高い放射性物質除染剤及び除染方法を提供する。
【解決手段】本発明の放射性物質除染剤は、放射性セシウム及び／又は放射性ストロンチウムを含む放射性物質除染剤であって、リン酸と、塩化水素と、硫酸と、シリカと、湿潤剤と、水を含む組成物であり、ｐＨが２以下である。本発明の除染方法は、前記の放射性物質除染剤を使用した除染方法であって、汚染物質が付着している対象物体に対して前記除染剤を塗布し、乾燥固化する前に水洗又はアイスブラストする。アイスブラストは板状フレーク氷片(1)を使用するのが好ましい。
【選択図】図１

Description

本発明は、放射性セシウム及び／又は放射性ストロンチウムを含む放射性物質の除染剤及び除染方法に関する。

２０１１年３月１１日の東日本大地震に起因して福島第１原発事故が起こり、これらに伴う放射線物質の拡散と汚染は深刻な事態を引き起こしている。問題となる放射線物質は、長期的には放射性セシウム及び／又は放射性ストロンチウムである。広い範囲に拡散し汚染している放射性物質は除染し、正常な環境に戻す必要がある。このため、放射性物質の除染方法とともに有効な除染剤も必要である。

従来の除染剤として、特許文献１の実施例で確かめられているのは、硝酸とリン酸とシリカゲルと界面活性剤の組成物を使用し、乾燥固化させて除染することが提案されている。特許文献２には塩基、ポリエトキシ化脂肪族アルコール、エチレンオキシドとプロピレンオキシトとの共重合体及び水となかなる除染剤が提案されている。しかし、これらの除染剤及び除染方法の除染効率はそれほど高くなく、さらなる改善が求められていた。

特表２００９−５１１６５３号公報 特表２００２−５２２５９４号公報

本発明は前記従来の問題を解決するため、除染効率の高い放射性物質除染剤及び除染方法を提供する。

本発明の放射性物質除染剤は、放射性セシウム及び／又は放射性ストロンチウムを含む放射性物質除染剤であって、リン酸と、塩化水素と、硫酸と、シリカと、湿潤剤と、水を含む組成物であり、ｐＨが２以下であることを特徴とする。

本発明の除染方法は、前記の放射性物質除染剤を使用した除染方法であって、汚染物質が付着している対象物体に対して前記除染剤を塗布し、乾燥固化する前に水洗又はアイスブラストすることを特徴とする。

本発明はリン酸と、塩化水素と、硫酸と、シリカと、湿潤剤と、水を含む組成物であり、ｐＨが２以下の強酸性の除染剤を用いることにより、自然界において様々な種類の塩として存在している放射性セシウム及び／又は放射性ストロンチウムを含む放射性物質を効率よく除染できる。

図１は本発明の一実施例における板状フレーク氷片を示す模式的斜視図である。 図２は本発明の一実施例における製氷機の模式的説明図である。 図３は本発明の一実施例におけるノズルの模式的断面図である。 図４は本発明の別の実施例におけるノズルの模式的断面図である。

放射性セシウム（Ｃｓ）はアルカリ金属、放射性ストロンチウム（Ｓｒ）はアルカリ土類金属であり、自然界においては様々な塩になっていると思われる。とくにある種の粘土、例えば２：１型層状珪酸塩を形成する粘土には吸着されやすいことが知られている。粘土は一般的に洗浄・除去しにくいことから、本発明は強酸性の除染剤を用いることにより、自然界において様々な種類の塩として存在している放射性セシウム及び／又は放射性ストロンチウムを化学反応によって脱離させ、除染する。

本発明において、リン酸と塩化水素と硫酸は強酸性を維持するために使用する。シリカは、粘土などから脱離した放射性物質を吸着するために使用する。またシリカは、増粘効果を利用して、除染剤を例えば５〜３０分間程度の時間、汚染物質の表面に留めるためにも使用する。

放射性物質除染剤は、リン酸３０〜４０質量％、塩化水素１〜５質量％、硫酸１〜５質量％、放射性物質吸着用シリカ（粒径１０〜１００ｎｍ）、増粘効果用シリカ（粒径３００〜１０００ｎｍ）、シリカ合計１０〜２０質量％、湿潤剤１０〜２０質量％、残余は水であることが好ましい。前記の範囲であれば、さらに効率よく除染できる。放射性物質吸着用シリカと増粘効果用シリカの混合割合は、シリカ合計１００質量％としたとき、放射性物質吸着用シリカ５０〜１００質量％、増粘効果用シリカ０〜５０質量％の範囲である。

シリカはフュームドシリカ及びコロイダルシリカから選ばれる少なくとも一種のシリカであるのが好ましい。放射性物質を効率よく吸着でき、のちの処理も容易だからである。立面塗布には、放射性物質吸着用のコロイダルシリカと、増粘効果用のフュームドシリカ（アモルファスシリカ）を混合して使用するのが好ましい。平面塗布には、粒径が小さく酸性液体に拡散しやすい酸性コロイダルシリカのみを使用するのが好ましい。

湿潤剤は、所定時間汚染物質の表面を濡らし且つ本除染剤が浸透しやすいものであれば何でもよく、例えばエチレングリコール、プロピレングリコール、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、これらの共重合体、及びグリセリンから選ばれる少なくとも一つの化合物が好ましい。

本発明の除染方法は、前記の放射性物質除染剤を使用する方法であり、汚染物質が付着している対象物体に対して除染剤を塗布し、乾燥固化する前に水洗又はアイスブラストする。直径１００μｍ以下の粘土物質などは乾燥固化すると除去しにくくなるので、濡れているうちに水洗又はアイスブラストする。

アイスブラストは、板状フレーク氷片を使用するのが好ましい。図１は本発明の一実施例における板状フレーク氷片１を示す模式的斜視図である。板状フレーク氷片１は主面２と側面部３を有する。板状フレーク氷片１は空気流に乗ると流体抵抗を受けない方向に配向するため、側面部３から対象物体に衝突しやすい。このため板状フレーク氷片１の運動エネルギーは側面部３に集中する。運動エネルギーは次のアインシュタインの相対性理論の式で表せる。
運動エネルギーＥ＝ｍｃ²
但し、ｍは質量、ｃは速度である。

板状フレーク氷片１は、厚みｔが３ｍｍ以下、一主面の表面積が厚みｔ²以上の不定形物であることが好ましい。さらに好ましくは、厚み０．５〜２ｍｍ、一主面が２〜３ｍｍ角の不定形である。この範囲であれば、製氷機からノズルまで飛行させ、ノズル先端から噴射して汚染物等を除去するのに効率的である。

前記板状フレーク氷片の比重は、好ましくは０．９２以下であり、さらに好ましくは０．５以下である。前記の範囲であれば、製氷機からノズルまで飛行させ、ノズル先端から噴射して汚染物等を除去するのに効率的である。比重を軽くするには製氷時に泡（空気）を巻き込ませる。比重が重い場合は短距離輸送（例えば水平距離１０ｍ以下）に適しており、比重を軽くすると短距離はもちろん可能であるが、長距離輸送（例えば水平距離１０〜７０ｍ程度）に好適である。

ノズル先端から噴射させる板状フレーク氷片の速度は、１５ｍ／秒以上であることが好ましい。この速度であれば洗浄などに効率的に作用できる。

図２を用いて本発明の一実施例のアイスブラスト装置における製氷機を説明する。この製氷機１０は槽６に液体水７を供給して液体水供給部とする。液体水７は水供給管４から調整弁５を通じて供給される。８は保護カバーである。液体水７に一部が浸漬するアルミ製冷却ドラム９を矢印方向に回転させ、冷却ドラム９上で製氷させて板氷１２を得る。冷却ドラム９の内部には軸芯部１１から冷媒が供給され、冷却ドラム９の表面は一例として−２１℃まで冷却されている。板氷１２は次いでスクレーパー１３で掻き落とされる。掻き落とされたフレーク状氷片１４はパイプ１７に接続する氷片貯留部１５に落とされる。氷片貯留部１５におけるフレーク状氷片の温度は一例として−９℃である。氷片貯留部１５に落とされた板状フレーク氷片は、吸引力を発生するノズルより吸引されてパイプ１７に移動する。一例としてパイプの内径は２２ｍｍである。

氷片貯留部１５には、フレーク状氷片を外部に排出する排出口１６を設けておくのが好ましい。このようにするとフレーク状氷片の噴射が必要ないときは外部にフレーク状氷片を外部に排出でき、パイプ詰まり等の障害を回避できる。

次にノズルについて説明する。ノズルは任意のものを使用できるが一例として図３〜図４に示すノズルを使用できる。図３のノズル（噴射ガン）２０は先細のエアー導入管２１からエアーを導入し、先端から噴射口２２に向かって噴射することにより、エジェクター部Ｅが負圧となり、フレーク状氷片がパイプ１７から吸引されてくる。その後エジェクター部Ｅでエアー導入管２１からのエアーと混合され、噴射口２２から先端に向かって噴射される。エアー導入管２１から導入されるエアーは一例として７気圧、１１ｍ³／分である。これによりパイプ１７は７０ｍ、ブラスト噴射距離は３０ｃｍ、噴射の初速は風速１５ｍ／秒以上で運転できる。

図４は別のノズル（噴射ガン）３０であり、エアー導入管２３からエアーを導入し、噴射口２４に向かって噴射することにより、エジェクター部Ｅが負圧となり、フレーク状氷片がパイプ１７から吸引されてくる。その後エジェクター部Ｅでエアー導入管２３からのエアーと混合され、噴射口２４から先端に向かって噴射される。他の例示条件は図３と同様である。

本発明で使用するフレーク状氷片には洗浄力を高めるためアルカリ性又は酸性の水を加えてもよい。例えば重曹水、アルカリ電解液、クエン酸、酸性電解液、洗浄剤などを加えることができる。少量であれば界面活性剤を加えてもよい。

以下実施例を用いて、本発明をさらに具体的に説明する。なお、本発明は下記の実施例に限定されるものではない。

＜除染剤１：低粘度タイプ（平面塗布用）＞
リン酸 ３５質量％
塩化水素 ３質量％
硫酸 ３質量％
シリカ（日産化学のコロイダルシリカ，Ｄ50：１０ｎｍ） １５質量％
エチレングリコール １５質量％
水 残余
＜除染剤２：高粘度タイプ（立面塗布用）＞
リン酸 ３５質量％
塩化水素 ３質量％
硫酸 ３質量％
シリカ(日本アエロジル社製,商品名"アエロジル",D50:100nm) １５質量％
エチレングリコール １５質量％
水 残余
＜放射線量の測定＞
放射線量の測定はALNOR社製、形式RDS-100 Survey Meterを使用した。

（実施例１）
前記低粘度タイプの除染剤を使用して、放射能核種で汚染されたアスファルト道路表面の縦×横：約10cm×10cmの面積２か所に塗布した。塗布直後にアスファルト道路表面から粘土状物質が泡のように分離して浮き上がってくるのが観察できた。その後、濡れているうちに中和剤を塗布し、リンス拭き取りをした。この除染作業は３分間であった。除染前後の放射線量と除染率を表１に示す。試験環境の放射線量は0.40-0.61μSV/hであった。

表１から本実施例の除染剤は放射能核種を含んでいる細かい粘土（２：１ケイ酸塩も含んでいる推測される）の汚染物質から効率よく放射能核種が除去できることが確認できた。

（実施例２）
前記の高粘度タイプの除染剤を使用して、放射能核種で汚染されたコンクリートブロック（縦40ｃｍ，横20ｃｍ，高さ10ｃｍ）に塗布した。塗布直後にコンクリートブロック表面から粘土状物質が泡のように分離して浮き上がってくるのが観察できた。塗布後５分間自然放置し、その後、濡れているうちにバキュームで吸引した。除染前後の放射線量と除染率を表２に示す。なお、試験環境の放射線量は0.11〜0.14μSV/hであった。

表２から本実施例の除染剤は放射能核種を含んでいる細かい粘土（２：１ケイ酸塩も含んでいる推測される）の汚染物質から効率よく放射能核種が除去できることが確認できた。

（実施例３）
低粘度タイプの除染剤を使用して放射能核種を含んでいる汚染土壌の除染を行った。０．４７μSV/hの汚染土を２００ｃｃ採取しビーカーに入れた。この汚染土の上から前記除染剤を２００ｃｃ加え、２０分間撹拌した。混合物を静置すると、下から砂（土）２５０ｃｃ、細かい泥１００ｃｃ、除染剤溶液５０ｃｃの３層に分かれた。この３層の放射線量は砂（土）０．３１μSV/h、細かい泥０．１８μSV/h、除染剤溶液０．１０μSV/hであった。その後フィルターを通して水分を除去した。水分除去前の混合物の放射線量は０．３１μSV/h、フィルターによる水分除去後の混合物の放射線量は０．２３μSV/hであった。除染率は５１％であり、放射能核種を含んでいる細かい粘土（２：１ケイ酸塩も含んでいる推測される）の汚染物質から効率よく放射能核種が除去できることが確認できた。なお、試験環境の放射線量は0.11〜0.14μSV/hであった。

（実施例４）
放射線汚染地域における自然石表面の除染を行った。まず自然石表面に低粘度タイプの除染剤を塗布した。塗布量は１ｍ²当たり５００ｃｃとした。その後、濡れているうちに図２に示す製氷機と図３に示すノズルからなるアイスブラスト装置を用いて洗浄した。このアイスブラスト装置の内容は次の表３に示すとおりである。

表３に示すアイスブラスト装置によって得られる板状フレーク氷片の厚みは０．５〜３ｍｍ、一主面が２〜３ｍｍ角の不定形であり、比重は０．５であった。比重が軽いのは空気泡を巻き込んでいるからである。除染の結果を表４に示す。試験環境の放射線量は0.15μSV/hであった。除染効果は高かった。

以上の実施例からから明らかなとおり、除染剤による放射線汚染物質の除染率は極めて高いことがわかる。

本発明のアイスブラスト方法及びアイスブラスト装置は、放射線汚染物体、産業汚染物体等の汚染物の除去、ガラス瓶等のラベル除去、樹脂成型物のバリ取り、錆取り、塗装物の除去、半導体表面の清浄化等、様々な除去分野に適用できる。

１ 板状フレーク氷片
２ 主面
３ 側面部
４ 水供給管
５ 調整弁
６ 槽
７ 液体水
８ 保護カバー
９ 冷却ドラム
１０ 製氷機
１１ 軸芯部
１２ 板氷
１３ スクレーパー
１４ フレーク状氷片
１５ 氷片貯留部
１６ 排出口
１７ パイプ
２０，３０ ノズル（噴射ガン）
２１，２３ エアー導入管
２２，２４ 噴射口

Claims (6)

1. 放射性セシウム及び／又は放射性ストロンチウムを含む放射性物質除染剤であって、
   リン酸と、塩化水素と、硫酸と、シリカと、湿潤剤と、水を含む組成物であり、ｐＨが２以下であることを特徴とする放射性物質除染剤。
2. 前記放射性物質除染剤の組成は、
   リン酸 ３０〜４０質量％
   塩化水素 １〜５質量％
   硫酸 １〜５質量％
   シリカ １０〜２０質量％
   湿潤剤 １０〜２０質量％
   水 残余
   である請求項１に記載の放射性物質除染剤。
3. 前記シリカがフュームドシリカ及びコロイダルシリカから選ばれる少なくとも一つのシリカである請求項１又は２に記載の放射性物質除染剤。
4. 前記湿潤剤は、エチレングリコール、プロピレングリコール、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、これらの共重合体、及びグリセリンから選ばれる少なくとも一つの化合物である請求項１〜３のいずれか１項に記載の放射性物質除染剤。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の放射性物質除染剤を使用した除染方法であって、
   汚染物質が付着している対象物体に対して前記除染剤を塗布し、乾燥固化する前に中和剤にて中和、発泡させ放射能核種を表面に析出させた後に水洗又はアイスブラストすることを特徴とする除染方法。
6. 前記アイスブラストは、板状フレーク氷片を使用する請求項５に記載の除染方法。

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