JP5734807B2 - Method for treating radioactive cesium and radioactive strontium-containing substances - Google Patents
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Description
本発明は、放射性セシウム及び放射性ストロンチウム含有物質の処理方法に関する。 The present invention relates to a method for treating radioactive cesium and radioactive strontium-containing materials.
例えば、原子力発電所において大規模な事故が発生した場合、大量の放射性核種が飛散し、土壌汚染を引き起こすことが懸念される。また、各地の下水処理場で発生する汚泥や、各地の一般廃棄物焼却場で発生する焼却灰にも放射性核種が含有され、その処理方法の開発が急務となっている。 For example, when a large-scale accident occurs at a nuclear power plant, there is a concern that a large amount of radionuclide will be scattered and cause soil contamination. Radioactive nuclides are also contained in sludge generated at sewage treatment plants in various regions and incineration ash generated at municipal waste incineration plants in various regions, and the development of treatment methods is urgently needed.
放射性核種で汚染された土壌や汚泥に含有される放射性核種の大部分は134Csや137Cs、90Srであり、特に137Csは半減期が30.2年、90Srは半減期が28.7年と長く、長期に影響を及ぼすことが想定される。そのため、汚染土壌や汚泥からのセシウム及びストロンチウムの除去が望まれる。このような放射性の汚染物質の除去に関しては、いくつかの提案がなされている。 Most of the radionuclides contained in soil and sludge contaminated with radionuclides are 134 Cs, 137 Cs, and 90 Sr. In particular, 137 Cs has a half-life of 30.2 years, and 90 Sr has a half-life of 28. It is expected to have a long-term impact of 7 years. Therefore, removal of cesium and strontium from contaminated soil and sludge is desired. Several proposals have been made for the removal of such radioactive contaminants.
例えば、放射性物質を含む汚染物質とカチオン、アニオン等の化学種を混合させた後、陽極及び陰極間に電位勾配を生ぜしめ、これらカチオンあるいはアニオンをそれぞれ陰極及び陽極へ移動させながら、その間に上記放射性物質と親和性のあるマトリックス材料を配置して吸着させるとともに、これら系のpHを所定の値以下とすることによって汚染物質を沈殿させ、上記放射性物質を除去することが提案されている。 For example, after mixing pollutants including radioactive substances and chemical species such as cations and anions, a potential gradient is generated between the anode and the cathode, and these cations or anions are moved to the cathode and the anode, respectively. It has been proposed that a matrix material having an affinity for a radioactive substance is disposed and adsorbed, and the contaminants are precipitated by setting the pH of these systems to a predetermined value or less to remove the radioactive substance.
また、汚染土壌の表層に少なくとも一組の電極を所定の間隔で埋設し、これら電極間に通電することにより電極で汚染物質を集積するとともに、汚染土壌中に有害物質高蓄積植物を栽培し、当該植物に上記汚染物質を吸収させて除去する方法が開示されている。しかしながら、これらの方法では、電極の設置や通電が必要であり、オンサイトでの処理が難しく、植物栽培の工程を含むため処理に長時間を要するという問題もある。 In addition, at least one set of electrodes is embedded in the surface layer of the contaminated soil at a predetermined interval, and by energizing between these electrodes, the pollutants are accumulated at the electrodes, and plants with high accumulation of harmful substances are cultivated in the contaminated soil, A method for removing the pollutant by absorbing the plant is disclosed. However, these methods require installation of electrodes and energization, are difficult to perform on-site, and have a problem that a long time is required for the treatment because it includes a plant cultivation process.
さらに、環境対応型合成無機イオン吸着材、無機ヒ素吸着材を用いる方法も提案されているが、この方法は、海洋や河川、湖沼、地下水等の陸水、及び農薬、合金や半導体等の製造排水の分離・除去に有用であるが、土壌や汚泥では、吸着に使用した吸着剤の除去が出来ないという課題がある。 In addition, methods using environmentally friendly synthetic inorganic ion adsorbents and inorganic arsenic adsorbents have also been proposed. This method can be used for the production of land water such as oceans, rivers, lakes, and groundwater, and agricultural chemicals, alloys, and semiconductors. Although it is useful for separation and removal of wastewater, there is a problem that the adsorbent used for adsorption cannot be removed in soil and sludge.
また、汚染された水及び土壌から地衣類とその代謝生成物及び合成代謝生成物とを用いて放射性核種を除去する方法も提案されているが、対象核種がウラン、プルトニウムであり、セシウムやストロンチウムの除去には適していない。さらに、地層または海底層に存在する可溶性重金属汚染物質に対処する方法も提案されているが、安定化することにより重金属汚染物質が地下水によって再び流動化させられるのを防ぐものであり、セシウム及びストロンチウムを除去するものではない。 A method for removing radionuclides from contaminated water and soil using lichens and their metabolites and synthetic metabolites has also been proposed, but the target nuclides are uranium and plutonium, and cesium and strontium. It is not suitable for removal. In addition, a method has been proposed to deal with soluble heavy metal pollutants present in the formation or the seafloor, but by stabilizing it, the heavy metal pollutants are prevented from being re-fluidized by groundwater. Cesium and strontium Is not intended to remove.
本発明の課題は、放射性セシウム及び放射性ストロンチウムで汚染された土壌や汚泥等の物質から放射性セシウム及び放射性ストロンチウムを簡易かつ効率的に除去することである。 An object of the present invention is to easily and efficiently remove radioactive cesium and radioactive strontium from substances such as soil and sludge contaminated with radioactive cesium and radioactive strontium.
本発明の一態様は、放射性セシウム及び放射性ストロンチウムを含有する土壌、汚泥、砂、岩、粘土、コンクリート、アスファルト、可燃性廃棄物を焼却処理した後に発生する焼却灰や飛灰に対して水又はシュウ酸溶液及びギ酸溶液の少なくとも一方からなる水溶液を添加し、前記物質中のセシウム化合物及びストロンチウム化合物を溶解させて、前記水又は水溶液中にセシウム及びストロンチウムを溶出させるステップと、溶出したセシウム及びストロンチウムを含む液相からセシウム及びストロンチウムを、磁性体を担持させた吸着剤を用いて回収するステップと、回収したセシウム及びストロンチウムを固定化材料と混合させて安定化処理を行うステップと、を具えることを特徴とする、放射性セシウム及び放射性ストロンチウム含有物質の処理方法に関する。 One embodiment of the present invention is directed to water or fly ash generated from incineration of soil, sludge, sand, rock, clay, concrete, asphalt, and combustible waste containing radioactive cesium and radioactive strontium. Adding an aqueous solution comprising at least one of an oxalic acid solution and a formic acid solution, dissolving the cesium compound and strontium compound in the substance, and eluting cesium and strontium in the water or aqueous solution; and the eluted cesium and strontium And a step of recovering cesium and strontium from a liquid phase containing a magnetic material using an adsorbent and a step of mixing the recovered cesium and strontium with an immobilization material to perform a stabilization treatment. Contains radioactive cesium and radioactive strontium It relates to a process for the treatment of quality.
本発明によれば、放射性セシウム及び放射性ストロンチウムで汚染された土壌や汚泥等の物質から放射性セシウム及び放射性ストロンチウムを簡易かつ効率的に除去することができる。 According to the present invention, radioactive cesium and radioactive strontium can be easily and efficiently removed from substances such as soil and sludge contaminated with radioactive cesium and radioactive strontium.
図1〜図6は、本実施形態の放射性セシウム及び放射性ストロンチウム含有物質の処理方法の工程を概略的に示す図である。なお、本実施形態では、本発明の特徴を明確にすべく、バッチ式の処理方法を示しているが、本発明の処理方法は、このようなバッチ式の処理方法に限定されるものではなく、必要に応じて連続した処理方法とすることもできる。 FIGS. 1-6 is a figure which shows roughly the process of the processing method of the radioactive cesium and radioactive strontium containing material of this embodiment. In the present embodiment, a batch processing method is shown to clarify the features of the present invention, but the processing method of the present invention is not limited to such a batch processing method. If necessary, a continuous processing method can be used.
最初に、図1に示すように、所定の容器11内に放射性セシウム及び放射性ストロンチウムを含む物質Sを充填するとともに、当該物質Sに対して水又は水溶液Wを添加し、必要に応じて攪拌混合する。なお、図1において、物質Sと水又は水溶液Wとは分離して記載しているが、実際には、上述した攪拌混合の操作及び物質Sの態様(形態及び大きさ等)が相伴って、物質Sは、水又は水溶液に分散するようになる。しかしながら、ここでは本実施形態の説明の便宜のために、物質Sと水又は水溶液Wとを分離して記載している。
First, as shown in FIG. 1, a substance S containing radioactive cesium and radioactive strontium is filled in a predetermined
物質Sとしては、放射性セシウム及び放射性ストロンチウムを含む可能性のあるあらゆる物質を候補として挙げることができ、例えば土壌、汚泥、砂、岩、粘土、コンクリート、アスファルト、可燃性廃棄物を焼却処理した後に発生する焼却灰や飛灰を例示することができる。 The substance S can include any substance that may contain radioactive cesium and radioactive strontium, for example, after incineration of soil, sludge, sand, rock, clay, concrete, asphalt, flammable waste The incineration ash and fly ash which generate | occur | produce can be illustrated.
この場合、物質Sが土壌、汚泥、砂等の場合は、これら自体が粒子の集合体であって、粒子自体はμmのオーダからcmのオーダであるので、水溶液Wとの接触面積を大きくすることができ、以下に説明する物質Sからのセシウム及びストロンチウムの抽出を効率的かつ効果的に行うことができる。 In this case, when the substance S is soil, sludge, sand, etc., these are aggregates of particles themselves, and the particles themselves are in the order of μm to cm, so that the contact area with the aqueous solution W is increased. The extraction of cesium and strontium from the substance S described below can be performed efficiently and effectively.
一方、物質Sが岩、粘土、コンクリート、アスファルト等の場合は、一般に所定の大きさの塊として存在する場合が多いので、物質Sが岩などの場合は、上述したμmのオーダからcmのオーダの大きさとなるように適宜粉砕することが好ましい。これによって、水溶液Wとの接触面積を大きくすることができ、以下に説明する物質Sからのセシウム及びストロンチウムの抽出を効率的かつ効果的に行うことができる。 On the other hand, when the substance S is a rock, clay, concrete, asphalt or the like, generally, it exists as a lump of a predetermined size. Therefore, when the substance S is a rock, the order of μm to the above-mentioned order of cm. It is preferable to pulverize as appropriate so that the size becomes. Thereby, the contact area with the aqueous solution W can be increased, and extraction of cesium and strontium from the substance S described below can be performed efficiently and effectively.
容器11としては、実験室レベルにおいてはビーカーなどのガラス容器でもよいが、実用レベルにおいては、耐食性に富むSUS等のステンレス材の容器であることが好ましい。また、容器11の容量は、処理すべき固体Sの量に応じて適宜に選択することができる。
The
水又は水溶液Wは、物質S中のセシウム化合物及びストロンチウム化合物を溶解させ、セシウム及びストロンチウムを抽出するものである。 The water or aqueous solution W dissolves the cesium compound and strontium compound in the substance S and extracts cesium and strontium.
例えば、物質Sが土壌や粘土等のように、セシウム及びストロンチウムと強く結合した化合物を含むような場合は、シュウ酸、ギ酸及び硫酸等の酸溶液、又は水酸化カルシウムのようなアルカリ溶液を用いることが好ましいが、特にシュウ酸及びギ酸を用いることが好ましい。シュウ酸及びギ酸は自然分解可能であるので、これらを用いることによって酸やアルカリを二次廃棄物として処理する操作を省略することができる。 For example, when the substance S contains a compound strongly bound to cesium and strontium such as soil and clay, an acid solution such as oxalic acid, formic acid and sulfuric acid, or an alkaline solution such as calcium hydroxide is used. However, it is particularly preferable to use oxalic acid and formic acid. Since oxalic acid and formic acid are naturally decomposable, using them can eliminate the operation of treating acid or alkali as secondary waste.
なお、酸溶液及びアルカリ溶液中の酸濃度及びアルカリ濃度は、物質Sの種類に応じて適宜設定するが、例えばシュウ酸及びギ酸を用いた場合は、溶液中におけるシュウ酸及びギ酸の濃度をそれぞれ0.1M〜5.0Mに設定する。 The acid concentration and the alkali concentration in the acid solution and the alkali solution are appropriately set according to the type of the substance S. For example, when oxalic acid and formic acid are used, the oxalic acid and formic acid concentrations in the solution are set respectively. Set to 0.1M-5.0M.
なお、シュウ酸を用いた物質Sとの溶解反応は、例えば、以下のような反応式に基づいて行われる。
シュウ酸:HCOO、物質Sの例:カオリナイト(Al2Si2O5(OH)4)
HCOO + Al2Si2O5(OH)4 → Al2O3 + 2SiO2 + 2H2O + HCOO
但し、土壌や粘土等は多種多様のセシウム化合物及びストロンチウム化合物を含むので、上述した反応式はあくまで一例であって、総ての溶解反応が上述した反応式によって生じるものではない。また、セシウムやストロンチウムは物質中の積層内に吸着している。このため、シュウ酸等を添加することで積層内のセシウムやストロンチウムがイオンとして溶出する。
The dissolution reaction with the substance S using oxalic acid is performed based on the following reaction formula, for example.
Oxalic acid: HCOO, example of substance S: kaolinite (Al 2 Si 2 O 5 (OH) 4 )
HCOO + Al 2 Si 2 O 5 (OH) 4 → Al 2 O3 + 2SiO 2 + 2H 2 O + HCOO
However, since soil, clay, and the like contain a wide variety of cesium compounds and strontium compounds, the above-described reaction formula is merely an example, and not all dissolution reactions are caused by the above-described reaction formula. Moreover, cesium and strontium are adsorbed in the stack in the material. For this reason, cesium and strontium in the stack are eluted as ions by adding oxalic acid or the like.
一方、物質Sが塩化物を多量に含むような場合、物質S中にセシウム及びストロンチウムは塩化物として存在する割合が高くなるので、このような場合は、水溶液に代えて水を用いることにより、上記塩化物を溶解することができる。溶解反応式の一例を示すと以下のようになる。
この場合も、土壌や粘土等は多種多様の塩化物を含むので、上述した反応式はあくまで一例であって、総ての溶解反応が上述した反応式によって生じるものではない。 Also in this case, since soil, clay, and the like contain a wide variety of chlorides, the above reaction formula is merely an example, and not all dissolution reactions are caused by the above reaction formula.
上述のようにして、物質S中のセシウム化合物及びストロンチウム化合物を水又は酸などの水溶液中に溶解させると、これらの化合物は水又は水溶液中でイオン化し、当該水又は水溶液中にセシウム及びストロンチウムを溶出させ、抽出させることになる。 As described above, when the cesium compound and the strontium compound in the substance S are dissolved in an aqueous solution such as water or an acid, these compounds are ionized in the water or the aqueous solution, and cesium and strontium are dissolved in the water or the aqueous solution. Elute and extract.
なお、上述のように酸溶液やアルカリ溶液で物質Sのセシウム化合物及びストロンチウム化合物を溶解させる場合は、溶液を例えば80℃以上100℃以下に加熱することによって、溶解速度を向上させることができ、上述した溶解処理及びセシウム、ストロンチウムの溶出及び抽出の操作を迅速化させることができる。 In addition, when dissolving the cesium compound and the strontium compound of the substance S with an acid solution or an alkali solution as described above, the dissolution rate can be improved by heating the solution to, for example, 80 ° C. or more and 100 ° C. or less. It is possible to speed up the above-described dissolution treatment and the elution and extraction operations of cesium and strontium.
上述した処理を行うことにより、容器11内には、図2に示すように、溶出したセシウム及びストロンチウムを含む液相Lと、水又は水溶液に対して非溶解性の物質Sの残部が沈殿してなる固相Saとが含まれるようになる。
By performing the above-described treatment, the liquid phase L containing the eluted cesium and strontium and the remainder of the substance S that is insoluble in water or an aqueous solution are precipitated in the
次いで、図3に示すように、容器11内の液相Lに対して磁性体付き吸着剤15及び17を添加し、十分に攪拌混合する。なお、吸着剤15は、セシウムに対する吸着性を有する吸着剤であり、吸着剤17は、ストロンチウムに対する吸着性を有する吸着剤である。
Next, as shown in FIG. 3, the
吸着剤15は、セシウムに対して高い吸着性能を有することが必要であり、好ましくは、以下の式で定義される分配係数が1000(ml/g)以上である。また、吸着剤17は、ストロンチウムに対して高い吸着性能を有することが必要であり、好ましくは、以下の式で定義される分配係数が1000(ml/g)以上である
Kd=(Ci−Cf)/Ci×V/m
(Kd:分配係数(ml/g)、Ci:溶液中セシウム又はストロンチウム初期濃度(Bq/g)、Cf:溶液中セシウム又はストロンチウム平衡後濃度(Bq/g)、V:溶液体積(ml)、m:吸着剤重量(g))。
The adsorbent 15 is required to have high adsorption performance with respect to cesium, and preferably the distribution coefficient defined by the following formula is 1000 (ml / g) or more. Further, the adsorbent 17 needs to have a high adsorption performance with respect to strontium, and preferably, the distribution coefficient defined by the following formula is 1000 (ml / g) or more.
Kd = (Ci−Cf) / Ci × V / m
(Kd: partition coefficient (ml / g), Ci: cesium or strontium initial concentration in solution (Bq / g), Cf: cesium or strontium concentration in solution (Bq / g), V: solution volume (ml), m: adsorbent weight (g)).
このような要件を満足する吸着剤15としては特に限定されるものではないが、例えばフェロシアン化物、ケイチタン酸、及びゼオライトを挙げることができる。同様に、上記要件を満足する吸着剤17としては、チタン酸塩及びA型ゼオライトを挙げることができる。 Although it does not specifically limit as the adsorbent 15 which satisfies such requirements, For example, ferrocyanide, silicotitanic acid, and a zeolite can be mentioned. Similarly, examples of the adsorbent 17 that satisfies the above requirements include titanate and A-type zeolite.
フェロシアン化物としては、フェロシアン化カリウム、フェロシアン化ナトリウム、フェロシアン化カルシウム、フェロシアン化鉄、フェロシアン化ニッケル、フェロシアン化銅などを上げることができる。また、ゼオライトは、モルデナイト型ゼオライト、チャバサイト型ゼオライト、クリノプチロライト型ゼオライト、A型ゼオライト、Y型ゼオライト、X型ゼオライトなどを挙げることができる。さらに、ケイチタン酸は、ケイチタン酸バリウム、ケイチタン酸ストロンチウムなどの塩であってもよい。 Examples of the ferrocyanide include potassium ferrocyanide, sodium ferrocyanide, calcium ferrocyanide, iron ferrocyanide, nickel ferrocyanide, copper ferrocyanide, and the like. Examples of the zeolite include mordenite zeolite, chabazite zeolite, clinoptilolite zeolite, A zeolite, Y zeolite, and X zeolite. Further, the silicic titanic acid may be a salt such as barium silicotitanate or strontium silicotitanate.
ケイチタン酸塩としては、チタン酸カリウム、チタン酸ナトリウムなどを挙げることができる。 Examples of the silicate titanate include potassium titanate and sodium titanate.
なお、吸着剤15及び17の分配係数は高いほど好ましいが、現状での上限値は約10000程度である。このような吸着剤15及び17としては、所定のゼオライト、例えばモルデナイト型ゼオライトや、所定のフェロシアン化物、例えばフェロシアン化ニッケルによって達成することができる。
The higher the distribution coefficient of the
また、添加する吸着剤15及び17の量は、吸着剤15及び17の種類(分配係数)や液相L中のセシウム濃度及びストロンチウム濃度などに応じて適宜決定する。
Further, the amounts of
一方、図3に示す吸着剤15及び17には磁性体が担持されているが、吸着剤15及び17に対する磁性体の担持は、例えば圧着法、ゾルゲル法又は共沈法で行うことができる。
On the other hand, the
圧着法による場合は、例えば、吸着剤15、17及び磁性体を、ミキサー、撹拌機、ミル、ニーダー等の混練機中で混練することによって、吸着剤15,17と磁性体とを圧着することができる。また、実験室レベルにおいては、吸着剤15,17及び磁性体を乳鉢に入れ、乳棒で吸着剤15,17及び磁性体を擦り潰して圧力を負荷することによっても行うことができる。
In the case of the pressure bonding method, for example, the
ゾルゲル法による場合は、別途準備した容器内に吸着剤15,17及び磁性体を入れ、これにヒドロゾルあるいはオルガノゾルを導入し、十分混合した後に加熱してゲル化することにより、吸着剤15,17及び磁性体を接着させるものである。なお、多量の吸着剤15,17を使用する場合は、ヒドロゲルを用いた方が安価であって好ましい。
In the case of the sol-gel method, the
共沈法による場合は、例えばpH調整した溶媒中に、吸着剤15,17及び磁性体又は磁性体の前駆体を添加して懸濁させ、その後、再度pH調整を行って共沈させることにより、吸着剤15,17に対して磁性体を担持させることができる。なお、溶媒の温度は、共沈し易いように、適宜最適な温度に調整する。
In the case of the coprecipitation method, for example, by adding and suspending the
共沈法による磁性体担持の一例として、吸着剤15,17に対してマグネタイトを担持させる場合は、最初に、pH8〜10に調整し、温度60℃〜80℃に保持した水中に塩化鉄(III)を投入して水酸化鉄(III)を生成する。その後、塩化鉄(II)の水和物を混合することにより、塩化鉄(II)の水和物は水酸化鉄(III)とともに共沈し、同時に塩化鉄(II)のFe2+が酸化されてFe3+となり、マグネタイトが析出するようになる。そして、上記共沈の際に、吸着剤15及び17も同時に沈殿するようになるので、これら吸着剤15,17に対してマグネタイトが担持するようになる。
As an example of the magnetic material support by the coprecipitation method, when magnetite is supported on the
磁性体は、磁鉄鉱、チタン鉄鉱、磁硫鉄鉱、マグネシウムフェライト、コバルトフェライト、ニッケルフェライト、バリウムフェライトなどから構成できるが、水中での安定性に優れたフェライト系化合物からなる磁性粒子であればより好ましい。例えば磁鉄鉱であるマグネタイト(Fe3O4)は安価であるだけでなく、水中でも磁性体として安定し、元素としても安全であるため、水処理に使用しやすいので好ましい。 The magnetic body can be composed of magnetite, titanite, pyrrhotite, magnesium ferrite, cobalt ferrite, nickel ferrite, barium ferrite, or the like, but more preferably magnetic particles made of a ferrite compound having excellent stability in water. For example, magnetite (Fe 3 O 4 ), which is a magnetite, is preferable because it is not only inexpensive, but also stable as a magnetic substance in water and safe as an element, so that it can be easily used for water treatment.
磁性体は、球状、多面体、不定形など種々の形状を取り得るが特に限定されず、望ましい粒径や形状は、製造コストなどを鑑みて適宜選択すればよい。 The magnetic body can take various shapes such as a spherical shape, a polyhedron, and an indeterminate shape, but is not particularly limited, and a desirable particle size and shape may be appropriately selected in view of manufacturing costs and the like.
図3に示すように、容器11内の液相Lに対して磁性体付き吸着剤15及び17を添加すると、図4に示すように、吸着剤15及び17は液相L中のセシウム及びストロンチウムを吸着するようになる。
As shown in FIG. 3, when the
次いで、吸着剤15及び17が液相L中のセシウム及びストロンチウムを吸着した後は、図5に示すように、容器11中の液相L中に磁石19を挿入し、適宜攪拌することにより、磁石19に対して液相L中の吸着剤15及び17を、これに担持された磁性体の磁力を利用して付着させる。その後、図6に示すように、磁石19を容器11から引き上げることによって、磁石19とともにセシウム及びストロンチウムを吸着した吸着剤15及び17が容器11、すなわち液相Lから取り出される。
Next, after the
磁石19に吸着したセシウム及びストロンチウムは、放射性セシウム及び放射性ストロンチウムを含む物質Sに由来するので、放射性セシウム及び放射性ストロンチウムを含有する。したがって、上述した操作によって、物質Sから液相L中に溶出した放射性セシウム及び放射性ストロンチウムが除去されることになる。
Since cesium and strontium adsorbed on the
なお、磁石19を容器11内に挿入する代わりに、容器11の周囲に電磁石や永久磁石等を配置し、これら磁石を上下動させることなどによって液相L中の磁性体付き吸着剤15及び17を容器11外に取り出すようにすることもできる。
Instead of inserting the
図6に示すように、容器11から取り出した放射性セシウムを吸着した吸着剤15及び放射性ストロンチウムが吸着した吸着剤17は、磁石19から掻き取ることによって除去する。なお、容器11の外部に電磁石や永久磁石等を配置した場合は、通電を止める、あるいは掻き取りなどの処理を行うことにより、吸着剤15及び17を電磁石や永久磁石より除去する。
As shown in FIG. 6, the adsorbent 15 adsorbed with radioactive cesium taken out from the
なお、上記具体例においては、図3に示すように、液相L及び固相Saを互いに分離することなく、液相L内に吸着剤15及び17を添加しているが、液相L及び固相Saを沈殿、ろ過及び遠心分離などの汎用の固液分離操作に供することによって、液相L及び固相Saを固液分離し、これによって得た液相Lを別の容器に移し取り、当該別の容器に移し取った液相Lのみに対して、吸着剤15及び17を添加し、その後、図5及び図6に示すような操作を行って、液相L中の放射性セシウム及び放射性ストロンチウムを除去するようにすることもできる。
In the above specific example, as shown in FIG. 3, the
また、上記具体例においては、容器11内の液相Lに対して吸着剤15及び17を添加し、さらに磁力を用いて吸着剤15及び17を容器11外に取り出して、液相L中の放射性セシウム及び放射性ストロンチウムを除去しているが、このような吸着剤を用いることなく、ろ過、沈降分離、サイクロン分離等によっても液相L中の放射性セシウム及び放射性ストロンチウムを除去することもできる。しかしながら、これらの方法では、液相L中の放射性セシウム及び放射性ストロンチウムを除去率が十分でなく、また、ろ過装置等の処理装置を放射能で汚染してしまい、除染等の複雑な操作が必要となるので、好ましくない。
Further, in the above specific example, the
但し、本実施形態では、上述したろ過などの除去方法を完全に排除するものではなく、必要に応じて、上述した吸着剤15及び17による除去と併用することもできるし、吸着剤15及び17による除去の代わりに用いることもできる。
However, in the present embodiment, the above-described removal method such as filtration is not completely excluded, and can be used together with the above-described removal by the
次いで、上述のようにして液相L中から除去回収された吸着剤15及び16は、必要に応じて減容化処理がなされた後、固定化材料と混合して安定化処理する。固定化材料としてはセメント材及びガラス材を挙げることができる。セメント材を用いた安定化処理はいわゆるセメント固化処理であり、ガラス材を用いた安定化処理はいわゆるガラス固化処理である。
Next, the
セメント材としては、ポルトランドセメント、高炉セメント、フライアッシュセメント、及びアルミナセメントなどを挙げることができる。これらのセメント材は容易に入手ができるとともに安価であって、かつ海水や化学物質に対して安定であるので、本実施形態のように放射性排液を固化して安定化させるセメント材として適している。特に、アルミナセメントは、アルミニウムの原料であるボーキサイトと石灰石から作られ、酸化アルミニウムを含むセメントであって、混練後すぐに強い強度を発揮するので、イオン閉じ込め性に優れている。 Examples of the cement material include Portland cement, blast furnace cement, fly ash cement, and alumina cement. Since these cement materials are easily available, are inexpensive, and are stable to seawater and chemical substances, they are suitable as cement materials for solidifying and stabilizing radioactive drainage as in this embodiment. Yes. In particular, alumina cement is made of bauxite and limestone, which are raw materials of aluminum, and is a cement containing aluminum oxide, and exhibits high strength immediately after kneading, and therefore has excellent ion confinement properties.
混練水は通常の市水とすることができる。なお、セメント1kg当たりに使用する混練水の量は、例えば数百mlのオーダである。 The kneading water can be ordinary city water. The amount of kneading water used per 1 kg of cement is, for example, on the order of several hundred ml.
また、セメント材に対して、シリカゾル及びリチウムシリケートなどの無機結合剤を含有させることにより、セメント固化体の強度を増大させることができ、放射性セシウム及び放射性ストロンチウムを吸着した吸着剤15及び17をより確実にセメント固化体中に保持することができる。
Moreover, the strength of the cement solidified body can be increased by adding an inorganic binder such as silica sol and lithium silicate to the cement material, and the
ガラス材としては、ホウ珪酸ガラスなどの汎用のガラス材を用いることができる。 A general-purpose glass material such as borosilicate glass can be used as the glass material.
(実施例1)
本実施例では、放射性セシウム及び放射性ストロンチウムを含む土壌に対する所定の酸溶液及びアルカリ溶液による、当該土壌からの放射性セシウム及び放射性ストロンチウムの溶出量について調べた。具体的には、液固比=100mL/gまたは200mL/gでバッチ法浸漬試験を実施し、その後、ろ過により固液分離することで放射性セシウム及び放射性ストロンチウムを含む液相を土壌残留物から分離した。そして、液相中に溶出した放射能量を測定し、液相中への放射性セシウム及び放射性ストロンチウムの抽出量を算出した。
Example 1
In this example, the amount of elution of radioactive cesium and radioactive strontium from the soil by a predetermined acid solution and alkaline solution for the soil containing radioactive cesium and radioactive strontium was examined. Specifically, a batch method immersion test is performed at a liquid-solid ratio = 100 mL / g or 200 mL / g, and then the liquid phase containing radioactive cesium and radioactive strontium is separated from the soil residue by solid-liquid separation by filtration. did. Then, the amount of radioactivity eluted in the liquid phase was measured, and the amount of radioactive cesium and radioactive strontium extracted into the liquid phase was calculated.
具体的な実験は、0.5Mギ酸溶液または0.5Mシュウ酸溶液、温度95℃、液固比100mL/g、0.5Mシュウ酸溶液、水酸化カルシウム飽和溶液、または1.5Mシュウ酸溶液で温度95℃、液固比200mL/gなる条件で5時間の浸漬試験を行った。結果を表1に示す。 The specific experiments were as follows: 0.5 M formic acid solution or 0.5 M oxalic acid solution, temperature 95 ° C., liquid-solid ratio 100 mL / g, 0.5 M oxalic acid solution, calcium hydroxide saturated solution, or 1.5 M oxalic acid solution, temperature 95 ° C. Then, a 5-hour immersion test was conducted under the condition of a liquid-solid ratio of 200 mL / g. The results are shown in Table 1.
なお、本実施例で使用した土壌は、一般的な土壌であり、その成分は、Si:27.7wt%、Al:8.1wt%、Fe:5wt%、Ca:3.6wt%、Na:2.8wt%、K:2.6wt%、Mg:2.1wt%及び残部である。一般に、土壌中において、上述した元素は酸化物や所定の塩として存在する。また、上記残部には、動植物が作り出した有機物等が含まれる。 In addition, the soil used in the present Example is general soil, and the components are Si: 27.7 wt%, Al: 8.1 wt%, Fe: 5 wt%, Ca: 3.6 wt%, Na: 2.8 wt%, K: 2.6 wt%, Mg: 2.1 wt% and the balance. Generally, in the soil, the above-described elements exist as oxides or predetermined salts. In addition, the remainder includes organic matter produced by animals and plants.
表1から明らかなように、酸溶液では0.5Mシュウ酸溶液、液固比=200mL/gで86%の最大抽出量を示し、アルカリ溶液では水酸化カルシウム飽和水、液固比=200mL/gで17%であった。すなわち、酸溶液及びアルカリ溶液に放射性セシウムや放射性ストロンチウムを含有している固体を浸漬することで、これら放射性セシウム及び放射性ストロンチウムを酸溶液及びアルカリ溶液中に溶出できることが判明した。 As is apparent from Table 1, the acid solution shows a maximum extraction of 86% at 0.5 M oxalic acid solution, liquid-solid ratio = 200 mL / g, and the alkaline solution shows saturated calcium hydroxide, liquid-solid ratio = 200 mL / g. It was 17%. That is, it has been found that the radioactive cesium and radioactive strontium can be eluted into the acid solution and the alkaline solution by immersing a solid containing radioactive cesium and radioactive strontium in the acid solution and the alkaline solution.
(実施例2)
本実施例でも、放射性セシウム及び放射性ストロンチウムを含む土壌に対する所定の酸溶液及びアルカリ溶液による、当該土壌からの放射性セシウム及び放射性ストロンチウムの溶出量について調べた。但し、実験条件を実施例1における温度95℃から200℃に変化させた。
(Example 2)
Also in the present Example, the elution amount of radioactive cesium and radioactive strontium from the soil by a predetermined acid solution and alkaline solution with respect to the soil containing radioactive cesium and radioactive strontium was examined. However, the experimental condition was changed from the temperature 95 ° C. in Example 1 to 200 ° C.
具体的には、0.5M硫酸溶液、温度200℃、液固比=42mL/g、水酸化カルシウム飽和溶液、温度200℃、液固比=61mL/gで0.75時間の浸漬試験を実施した。結果を表2に示す。 Specifically, a 0.75 hour immersion test was performed at 0.5 M sulfuric acid solution, temperature 200 ° C., liquid-solid ratio = 42 mL / g, calcium hydroxide saturated solution, temperature 200 ° C., liquid-solid ratio = 61 mL / g. The results are shown in Table 2.
表2から明らかなように、アルカリ水溶液での抽出率は低いものの、酸溶液では放射性セシウムや放射性ストロンチウムを含有している土壌から、酸溶液中に放射性セシウム及び放射性ストロンチウムを溶出できることが判明した。したがって、本実験結果から、酸溶液中では、低い液固比においても放射性セシウム及び放射性ストロンチウムを酸溶液中に溶出できることが判明した。 As is clear from Table 2, although the extraction rate with an alkaline aqueous solution was low, it was found that in an acid solution, radioactive cesium and radioactive strontium can be eluted in the acid solution from soil containing radioactive cesium and radioactive strontium. Therefore, from this experimental result, it was found that radioactive cesium and radioactive strontium can be eluted in an acid solution even in a low liquid-solid ratio.
(実施例3)
本実施例では、セシウムに対して高い吸着性能を有するといわれている吸着剤を選別し、その吸着性能、具体的には分配係数(ml/g)を調べた。なお、各吸着剤の分配係数は、液固比=40ml/gにおけるバッチ法浸漬試験により取得した。具体的にはセシウムを1ppm添加した溶液40mlを調整し、これに吸着剤を1g添加して混合後、5日以上静置し、上澄み液中のセシウム濃度を測定して行った。
(Example 3)
In this example, an adsorbent which is said to have high adsorption performance for cesium was selected, and the adsorption performance, specifically, the distribution coefficient (ml / g) was examined. In addition, the distribution coefficient of each adsorbent was obtained by a batch method immersion test at a liquid-solid ratio = 40 ml / g. Specifically, 40 ml of a solution containing 1 ppm of cesium was prepared, 1 g of adsorbent was added thereto, mixed, and allowed to stand for 5 days or more, and the cesium concentration in the supernatant was measured.
その結果、フェロシアン化ニッケルの分配係数は10000(ml/g)程度であり、ケイチタン酸の分配係数は約4200(ml/g)であり、モデナイト型ゼオライトの分配係数は約7000(ml/g)であり、チャバサイト型ゼオライトの分配係数は約1000(ml/g)であることが判明した。 As a result, the distribution coefficient of nickel ferrocyanide is about 10,000 (ml / g), the distribution coefficient of silicotitanate is about 4200 (ml / g), and the distribution coefficient of modenite-type zeolite is about 7000 (ml / g). ) And the distribution coefficient of the chabasite-type zeolite was found to be about 1000 (ml / g).
これより、チャバサイト型ゼオライトの分配係数はやや低いものの、いずれもセシウムに対して高い吸着性能を示すことが判明した。 From this, it was found that although the distribution coefficient of the chabazite-type zeolite is somewhat low, all show high adsorption performance for cesium.
(実施例4)
本実施例では、ストロンチウムに対して高い吸着性能を有するといわれている吸着剤を選別し、その吸着性能、具体的には分配係数(ml/g)を調べた。なお、各吸着剤の分配係数は、液固比=40ml/gにおけるバッチ法浸漬試験により取得した。具体的にはセシウムを1ppm添加した溶液40mlを調整し、これに吸着剤を1g添加して混合後、5日以上静置し、上澄み液中のセシウム濃度を測定して行った。
Example 4
In this example, an adsorbent which is said to have a high adsorption performance for strontium was selected, and the adsorption performance, specifically, the distribution coefficient (ml / g) was examined. In addition, the distribution coefficient of each adsorbent was obtained by a batch method immersion test at a liquid-solid ratio = 40 ml / g. Specifically, 40 ml of a solution containing 1 ppm of cesium was prepared, 1 g of adsorbent was added thereto, mixed, and allowed to stand for 5 days or more, and the cesium concentration in the supernatant was measured.
その結果、チタン酸カリウムの分配係数は8000(ml/g)程度であり、A型ゼオライトの分配係数は約3150(ml/g)であることが判明した。したがって、チタン酸カリウム及びA型ゼオライトのいずれもストロンチウムに対して高い吸着性能を示すことが判明した。 As a result, it was found that the partition coefficient of potassium titanate was about 8000 (ml / g), and that of A-type zeolite was about 3150 (ml / g). Accordingly, it has been found that both potassium titanate and A-type zeolite exhibit high adsorption performance for strontium.
以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は例として掲示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。 As mentioned above, although several embodiment of this invention was described, these embodiment was posted as an example and is not intending limiting the range of invention. These novel embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the scope of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention, and are included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.
11 容器
15,17 吸着剤
19 磁石
S 放射性セシウム及び放射性ストロンチウム含有物質
W 水又は水溶液
L 液相
Sa 固相
11
Claims (9)
溶出したセシウム及びストロンチウムを含む液相からセシウム及びストロンチウムを、磁性体を担持させた吸着剤を用いて回収するステップと、
回収したセシウム及びストロンチウムを固定化材料と混合させて安定化処理を行うステップと、
を具えることを特徴とする、放射性セシウム及び放射性ストロンチウム含有物質の処理方法。 Water, oxalic acid solution and formic acid solution of incineration ash and fly ash generated after incineration of soil, sludge, sand, rock, clay, concrete, asphalt, and combustible waste containing radioactive cesium and radioactive strontium Adding an aqueous solution comprising at least one , dissolving the cesium compound and strontium compound in the substance, and eluting cesium and strontium in the water or aqueous solution;
Recovering cesium and strontium from the liquid phase containing the eluted cesium and strontium using an adsorbent carrying a magnetic material;
Mixing the recovered cesium and strontium with an immobilization material and performing a stabilization treatment;
A method for treating radioactive cesium and radioactive strontium-containing materials, comprising:
(Kd:分配係数(ml/g)、Ci:溶液中セシウム又はストロンチウム初期濃度(Bq/g)、Cf:溶液中セシウム又はストロンチウム平衡後濃度(Bq/g)、V:溶液体積(ml)、m:吸着剤重量(g))で示される分配係数が1000ml/g以上であることを特徴とする、請求項1に記載の放射性セシウム及び放射性ストロンチウム含有物質の処理方法。 The adsorbent is Kd = (Ci−Cf) / Ci × V / m
(Kd: partition coefficient (ml / g), Ci: cesium or strontium initial concentration in solution (Bq / g), Cf: cesium or strontium concentration in solution (Bq / g), V: solution volume (ml), 2. The method for treating radioactive cesium and radioactive strontium-containing substances according to claim 1 , wherein a distribution coefficient represented by m: adsorbent weight (g) is 1000 ml / g or more.
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