JP2015222184A - 放射性物質分離方法、および、放射性物質分離装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】凝集剤を添加することなく放射性物質が吸着した吸着剤の分離方法を提供する。
【解決手段】放射性の陽イオンを含む水溶液にフェロシアン化金属を含める工程（セシウム−プルシアンブルー接触工程Ｓ１１０）と、該水溶液に気泡を導入して、陽イオンが吸着したフェロシアン化金属を浮上分離させる工程（浮上分離工程Ｓ１２０）からなり、浮上分離した放射性物質が吸着したフェロシアン化金属を固液分離する。
【選択図】図２
【解決手段】放射性の陽イオンを含む水溶液にフェロシアン化金属を含める工程（セシウム−プルシアンブルー接触工程Ｓ１１０）と、該水溶液に気泡を導入して、陽イオンが吸着したフェロシアン化金属を浮上分離させる工程（浮上分離工程Ｓ１２０）からなり、浮上分離した放射性物質が吸着したフェロシアン化金属を固液分離する。
【選択図】図２
Description
本発明は、放射性物質が吸着された吸着剤を水溶液から分離する放射性物質分離方法、および、放射性物質分離装置に関する。
近年、放射性セシウム等の放射性物質に汚染された土壌や焼却灰等の固形物の除染と減容化が問題となっている。従来の固形物の除染と減容化は、次の方法で行われている。まず、放射性物質に汚染された固形物を水で洗浄し放射性物質を水へ溶解させる。続いて、洗浄された固形物と、放射性物質が含まれる水溶液とを固液分離により分離し、当該水溶液に吸着剤を添加することで水溶液中の放射性物質を吸着剤に吸着させる。そして、放射性物質を吸着した吸着剤を分離する。
水溶液中の放射性物質を吸着する吸着剤として、ゼオライト（例えば、特許文献１)や、プルシアンブルー（例えば、特許文献２）が開示されている。ゼオライトと比べ、プルシアンブルーは、セシウムに対する選択性が高いため、放射性セシウムの吸着率が高く、効率的に水溶液中の放射性セシウムを濃縮することができる。
上述したように、プルシアンブルーにより放射性セシウムを濃縮させ、濃縮された放射性セシウムを水溶液から分離（固液分離）することで、放射性セシウムに汚染された汚染物の減容化が可能となる。しかし、プルシアンブルーは水中でコロイドとなるため固液分離が困難であり、プルシアンブルーを水中から分離するためには、凝集剤を添加する必要がある。しかし、凝集剤によって凝集し、分離されたプルシアンブルーは、凝集剤を含むため、プルシアンブルーのみと比較して体積が大きくなってしまい十分な減容化ができない。また、プルシアンブルーを凝集させるために時間を要するという問題があった。
そこで、本発明は、このような課題に鑑み、凝集剤を添加することなく吸着剤の分離が可能な放射性物質分離方法、および、放射性物質分離装置を提供することを目的としている。
上記課題を解決するために、本発明の放射性物質分離方法は、放射性物質の陽イオンをフェロシアン化金属に吸着させるため、陽イオンとフェロシアン化金属とを１の水溶液中に含める工程と、陽イオンとフェロシアン化金属とを含む水溶液に気泡を導入して、陽イオンが吸着したフェロシアン化金属を浮上分離させる工程と、を含むことを特徴とする。
また、陽イオンとフェロシアン化金属とを１の水溶液中に含める工程のいずれかのタイミングにおいて、陽イオンとフェロシアン化金属とを含む水溶液をｐＨ３〜９に調整するとしてもよい。
また、陽イオンは１価の陽イオンであるとしてもよい。
また、気泡の平均粒径は、５００μｍ未満であるとしてもよい。
上記課題を解決するために、本発明の放射性物質分離装置は、放射性物質の陽イオンと、フェロシアン化金属とを含む水溶液を貯留する貯留槽と、貯留槽に気泡を導入して、陽イオンが吸着したフェロシアン化金属を浮上分離させる気泡導入部と、を備えることを特徴とする。
本発明によれば、凝集剤を添加することなく吸着剤の分離が可能となる。
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値等は、発明の理解を容易とするための例示にすぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。
本実施形態では、放射性物質を含む水溶液中で吸着剤に放射性物質を吸着させ、放射性物質を吸着した吸着剤を分離することで、水溶液中から放射性物質の分離を行う。ここでは、吸着剤として、フェロシアン化金属（ヘキサシアノ鉄（ＩＩ）酸金属）を用いる。
フェロシアン化金属は、２価の鉄イオン（Ｆｅ２＋）と金属イオンとの間をシアノ基（ＣＮ−）が架橋してなる金属錯体である。金属イオンは、鉄イオン（Ｆｅ３＋、Ｆｅ２＋）、コバルトイオン（Ｃｏ２＋）、マンガンイオン（Ｍn２＋）、銀イオン（Ａg＋）、カドミウムイオン（Ｃd２＋）、銅イオン（Ｃｕ２＋）、ニッケルイオン（Ｎｉ２＋）、鉛イオン（Ｐb２＋）、および亜鉛イオン（Ｚn２＋）の群から選択される、１または複数の金属イオンであり、好ましくは、鉄イオン（Ｆｅ３＋、Ｆｅ２＋）、コバルトイオン（Ｃｏ２＋）、マンガンイオン（Ｍｎ２＋）の群から選択される１または複数の金属イオンであり、より好ましくは、鉄イオン（Ｆｅ３＋、Ｆｅ２＋）である。
鉄イオン（Ｆｅ３＋、Ｆｅ２＋）、コバルトイオン（Ｃｏ２＋）、マンガンイオン（Ｍｎ２＋）の群から選択される１または複数を金属イオンとして含んで構成されるフェロシアン化金属は、セシウムに対する選択性が高いため、放射性セシウムを効率よく吸着することができる。また、鉄イオン（Ｆｅ３＋、Ｆｅ２＋）を金属イオンとして含んで構成されるフェロシアン化金属、すなわち、プルシアンブルー（Ｆｅ（ＩＩＩ）４［Ｆｅ（ＩＩ）（ＣＮ）６］３）は、広く流通しているため、入手が容易である。
フェロシアン化金属は、安定同位体であるか放射性同位体であるかに拘わらず、陽イオン、中でも１価の陽イオンを選択的に吸着する（取り込む）。また、フェロシアン化金属は、１価の陽イオンの中でも、特に、セシウムイオン（Ｃs＋）を選択的に取り込む。また、フェロシアン化金属は、安定同位体であるセシウム１３３（１３３Ｃs）イオンに加え、放射性同位体であるセシウム１３７（１３７Ｃs）イオンも取り込むことができる。
そこで、本実施形態では、放射性物質の陽イオンとしてセシウム１３７イオン（以下、「放射性セシウム」と称する）を、フェロシアン化金属としてプルシアンブルーを例に挙げて説明する。以下、水に溶解した放射性セシウムをプルシアンブルーに吸着させることで、放射性セシウムを濃縮する放射性物質分離装置について詳述する。
（放射性物質分離装置１００）
図１は、本実施形態にかかる放射性物質分離装置１００を説明するための図である。図１に示すように、放射性物質分離装置１００は、セシウム水溶液導入部１１０、吸着剤収容槽１２０、吸着剤導入部１２２、貯留槽１３０、気泡発生装置１４０、ポンプ１４２、気泡導入部１４４、分離部１５０、バルブ１５２を含んで構成される。
図１は、本実施形態にかかる放射性物質分離装置１００を説明するための図である。図１に示すように、放射性物質分離装置１００は、セシウム水溶液導入部１１０、吸着剤収容槽１２０、吸着剤導入部１２２、貯留槽１３０、気泡発生装置１４０、ポンプ１４２、気泡導入部１４４、分離部１５０、バルブ１５２を含んで構成される。
セシウム水溶液導入部１１０は、例えばポンプにより構成され、放射性セシウムを含む水溶液を貯留槽１３０へ導入する。放射性セシウムを含む水溶液は、例えば、放射性セシウムに汚染された土壌や焼却灰等の固形物を水で洗浄した結果得られる水溶液である。
吸着剤収容槽１２０は、放射性セシウムの吸着剤であるプルシアンブルーを収容する収容槽である。吸着剤収容槽１２０には、プルシアンブルーが直接導入されてもよいし、吸着剤収容槽１２０において、プルシアンブルーを生成してもよい。吸着剤収容槽１２０において、プルシアンブルーを生成する場合、例えば、硫酸第二鉄とフェロシアン化カリウムとを水に溶解させてプルシアンブルーを生成する。吸着剤収容槽１２０に収容されたプルシアンブルーは、吸着剤導入部１２２によって貯留槽１３０へ導入される。
吸着剤導入部１２２は、例えばポンプにより構成され、吸着剤収容槽１２０に収容されたプルシアンブルーを貯留槽１３０に導入する。
貯留槽１３０は、セシウム水溶液導入部１１０から導入される放射性セシウムを含む水溶液と、吸着剤導入部１２２から導入されるプルシアンブルーとを混合して生成される放射性セシウムとプルシアンブルーの混合液（放射性セシウム−プルシアンブルー混合液）を貯留する。なお、貯留槽１３０には、プルシアンブルーによる放射性セシウムの吸着効率を向上させるため、放射性セシウム−プルシアンブルー混合液を撹拌する、プロペラ等で構成される撹拌部を備えてもよい。
気泡発生装置１４０は、気体を用いて水溶液中で気泡を発生させる。本実施形態において、水溶液は、貯留槽１３０に貯留された放射性セシウム−プルシアンブルー混合液を用いる。放射性セシウム−プルシアンブルー混合液は、ポンプ１４２により気泡発生装置１４０へ導入される。気泡発生装置１４０では、加圧により気体を水溶液中に大量に溶解させた後、大気圧に減圧することで気泡を発生させる加圧溶解方式を用いてもよいし、水溶液で形成された渦流内に気体を巻き込み、渦流を崩壊させたときに相対的に粒径が大きい気泡が細分化されることで、相対的に粒径が小さい気泡を発生させる気液二相流旋回方式を用いてもよい。
また、気泡発生装置１４０が、気泡を発生させるために用いる気体としては、空気、酸素、二酸化炭素、および、窒素、アルゴンなどの不活性ガスが利用可能である。これらの気体の中でも、入手が容易であり、かつ低コストであることから、空気を利用して気泡を生成するとよい。
気泡導入部１４４は、気泡発生装置１４０で発生させた気泡を貯留槽１３０へ導入する。気泡導入部１４４を備える構成により、気泡を、放射性セシウムを吸着したプルシアンブルーに付着させることができ、放射性セシウムを吸着したプルシアンブルーを水溶液中から浮上分離させることが可能となる。
本実施形態において、気泡導入部１４４は、平均粒径が５００μｍ未満の気泡を貯留槽１３０へ導入する。以下、平均粒径が５００μｍ未満の気泡を微細気泡と称し、平均粒径が５００μｍ以上の気泡を通常気泡と称する。
貯留槽１３０内の放射性セシウム−プルシアンブルー混合液に微細気泡が導入されると、微細気泡は放射性セシウムを吸着したプルシアンブルーに付着し、プルシアンブルーを浮上させる。通常気泡と比較して、微細気泡は、粒径が小さく、１の微細気泡がプルシアンブルーと接触する面積が小さい。このため、微細気泡は、通常気泡よりも大量にプルシアンブルーに付着することができる。したがって、微細気泡は、通常気泡と比較して、プルシアンブルーの浮上分離効率を向上することができる。このような理由から、放射性セシウム−プルシアンブルー混合液に導入する気泡の平均粒径は、５００μｍ未満であることが好ましい。
分離部１５０は、バルブ１５２を介して貯留槽１３０から放射性セシウム−プルシアンブルー混合液を取り込み、例えばフィルター濾過により、浮上した固体である、放射性セシウムを吸着したプルシアンブルーと、プルシアンブルーにより放射性セシウムが取り除かれた水とを分離する。
以上説明したように、本実施形態にかかる放射性物質分離装置１００によれば、放射性セシウムを吸着したプルシアンブルーが分散された水溶液に気泡を導入するといった簡易な構成で、凝集剤を添加せずとも、放射性セシウムを吸着したプルシアンブルーを浮上分離することができる。したがって浮上分離した固体（放射性セシウムを吸着したプルシアンブルー）の体積が増加してしまう事態を回避することができ、放射性セシウムに汚染された汚染物の減容化が可能となる。
また、凝集剤の添加が不要となることから、凝集剤による凝集の時間を削減することができ、凝集剤を添加する場合と比較して、短時間で、放射性セシウムを吸着したプルシアンブルーを水中から固液分離することが可能となる。さらに、凝集剤の添加が不要となるため、凝集剤に要するコストを削減することができる。
（放射性物質分離方法）
続いて、上述した放射性物質分離装置１００を用いた放射性物質分離方法について説明する。図２は、本実施形態にかかる放射性物質分離方法の処理の流れを説明するためのフローチャートである。図２に示すように、本実施形態にかかる放射性物質分離方法は、セシウム−プルシアンブルー接触工程Ｓ１１０、浮上分離工程Ｓ１２０、分離工程Ｓ１３０を含む。以下、各工程について詳述する。
続いて、上述した放射性物質分離装置１００を用いた放射性物質分離方法について説明する。図２は、本実施形態にかかる放射性物質分離方法の処理の流れを説明するためのフローチャートである。図２に示すように、本実施形態にかかる放射性物質分離方法は、セシウム−プルシアンブルー接触工程Ｓ１１０、浮上分離工程Ｓ１２０、分離工程Ｓ１３０を含む。以下、各工程について詳述する。
（セシウム−プルシアンブルー接触工程Ｓ１１０）
セシウム−プルシアンブルー接触工程Ｓ１１０は、放射性セシウムをプルシアンブルーに吸着させるため、放射性セシウムとプルシアンブルーとを１の水溶液中に含める工程である。このとき、放射性セシウムが含まれている水溶液に、例えば硫酸第二鉄とフェロシアン化カリウムとを個別に溶解させることで、放射性セシウムが含まれている水溶液中でプルシアンブルーを生成してもよいし、既に生成されたプルシアンブルーを放射性セシウムが含まれる水溶液に分散させてもよい。この工程を遂行することにより、放射性セシウムとプルシアンブルーの混合液（放射性セシウム−プルシアンブルー混合液）が生成される。
セシウム−プルシアンブルー接触工程Ｓ１１０は、放射性セシウムをプルシアンブルーに吸着させるため、放射性セシウムとプルシアンブルーとを１の水溶液中に含める工程である。このとき、放射性セシウムが含まれている水溶液に、例えば硫酸第二鉄とフェロシアン化カリウムとを個別に溶解させることで、放射性セシウムが含まれている水溶液中でプルシアンブルーを生成してもよいし、既に生成されたプルシアンブルーを放射性セシウムが含まれる水溶液に分散させてもよい。この工程を遂行することにより、放射性セシウムとプルシアンブルーの混合液（放射性セシウム−プルシアンブルー混合液）が生成される。
プルシアンブルーはフェロシアン酸イオンと鉄（III）イオンにより生成されるが、水溶液中では、フェロシアン酸イオンはフェリシアン酸イオンに、フェリシアン酸イオンはフェロシアン酸イオンに可逆的に酸化還元し、平衡状態となっている。このため、フェロシアン酸イオンとフェリシアン酸イオンのいずれかが含まれていれば、フェロシアン酸イオンは鉄イオンと、フェリシアン酸イオンは電離してフェロシアン酸イオンとなり鉄イオンと結合するため、プルシアンブルーが生成される。したがって、例えば、硫酸第二鉄とフェリシアン化カリウムを溶解させることでもプルシアンブルーを生成することができる。
また、セシウム−プルシアンブルー接触工程Ｓ１１０のいずれかのタイミングにおいて、放射性セシウム−プルシアンブルー混合液のｐＨの調整を行うとよく、放射性セシウム−プルシアンブルー混合液のｐＨを、ｐＨ３〜ｐＨ９に調製するとよい。ｐＨ３未満の酸性条件下では、硫酸第二鉄とフェロシアン化カリウムを溶解させたときにプルシアンブルーが生成されにくいため、放射性セシウムの吸着が不十分となる。また、ｐＨ９より高い塩基性条件下では、フェロシアン酸イオンの分解によりシアンガスが発生するおそれがある。したがって、放射性セシウム−プルシアンブルー混合液のｐＨを３〜９に調整することで、効率的にプルシアンブルーを生成することができ、放射性セシウムの吸着効率を向上させることが可能となる。
（浮上分離工程Ｓ１２０）
浮上分離工程Ｓ１２０は、放射性セシウム−プルシアンブルー混合液に気泡（例えば、微細気泡）を導入して、放射性セシウムを吸着したプルシアンブルーを浮上分離させる工程である。プルシアンブルーは水中でコロイドとなるため、沈殿や濾過による固液分離が困難である。そこで、放射性セシウム−プルシアンブルー混合液に微細気泡を導入し、プルシアンブルーに微細気泡を付着させ、微細気泡が付着したプルシアンブルーを浮上させる。
浮上分離工程Ｓ１２０は、放射性セシウム−プルシアンブルー混合液に気泡（例えば、微細気泡）を導入して、放射性セシウムを吸着したプルシアンブルーを浮上分離させる工程である。プルシアンブルーは水中でコロイドとなるため、沈殿や濾過による固液分離が困難である。そこで、放射性セシウム−プルシアンブルー混合液に微細気泡を導入し、プルシアンブルーに微細気泡を付着させ、微細気泡が付着したプルシアンブルーを浮上させる。
（分離工程Ｓ１３０）
浮上分離工程Ｓ１２０において浮上分離した、放射性セシウムを吸着したプルシアンブルーを、例えばフィルター濾過により、放射性セシウムが取り除かれた水から分離する。
浮上分離工程Ｓ１２０において浮上分離した、放射性セシウムを吸着したプルシアンブルーを、例えばフィルター濾過により、放射性セシウムが取り除かれた水から分離する。
以上説明したように、本実施形態にかかる放射性物質分離方法によれば、放射性セシウムを吸着したプルシアンブルーが分散された水溶液に気泡を導入するといった簡易な構成で、凝集剤を添加せずとも、放射性セシウムを吸着したプルシアンブルーを浮上分離することができる。したがって浮上分離した固体（放射性セシウムを吸着したプルシアンブルー）の体積を増加してしまう事態を回避することができ、放射性セシウムに汚染された汚染物の減容化が可能となる。
（実施例）
硫酸第二鉄をフェロシアン化カリウム水溶液に加え、プルシアンブルーが分散された水溶液（以下、プルシアンブルー液と称する）を作製し、プルシアンブルー液のｐＨをｐＨ７に調整した後、微細気泡を含むイオン交換水を加えた。微細気泡を生成する気体として空気を用い、加圧溶解方式で微細気泡を生成した。図３は、プルシアンブルーが浮上する様子を示した図である。
硫酸第二鉄をフェロシアン化カリウム水溶液に加え、プルシアンブルーが分散された水溶液（以下、プルシアンブルー液と称する）を作製し、プルシアンブルー液のｐＨをｐＨ７に調整した後、微細気泡を含むイオン交換水を加えた。微細気泡を生成する気体として空気を用い、加圧溶解方式で微細気泡を生成した。図３は、プルシアンブルーが浮上する様子を示した図である。
微細気泡の導入直後（図３（ａ））のプルシアンブルー液は、プルシアンブルーにより青く混濁している。導入後１分経過後（図３（ｂ））では、プルシアンブルー液上部にプルシアンブルーが浮上し黒い固体層を形成しはじめ、プルシアンブルー液下部の透明度が上がりはじめることが確認できた。導入後３分経過後（図３（ｃ））では、プルシアンブルー液上部の黒い固体層が厚くなり、プルシアンブルー液下部は、図３（ｂ）に示す導入後１分経過後より透明度が上がっていた。以上の結果から、プルシアンブルーは気泡により水中から浮上分離できることが確認された。
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
例えば、上述した実施形態では、吸着剤収容槽１２０においてプルシアンブルーを収容し、吸着剤収容槽１２０から貯留槽１３０にプルシアンブルーを導入する構成について説明した。しかし、放射性セシウムを含む水溶液中でプルシアンブルーを生成してもよい。具体的に説明すると、セシウム水溶液導入部１１０より貯留槽１３０に導入された放射性セシウムを含む水溶液に、金属イオンを含む化合物（例えば、硫酸第二鉄）と、フェロシアン酸イオンを含む化合物（例えば、フェロシアン化カリウム）とをそれぞれ供給することで、放射性セシウムを含む水溶液中でフェロシアン化金属を生成してもよい。
また、上述した実施形態では、貯留槽１３０の外部に設けられた気泡発生装置１４０で気泡を生成し、当該外部で生成された気泡を、貯留槽１３０に導入する構成について説明した。しかし、貯留槽１３０内で気泡を生成するとしてもよい。例えば、多孔質で構成された散気管を貯留槽１３０に設けておき、散気管に気体を供給することで、貯留槽１３０に貯留された放射性セシウム−プルシアンブルー混合液中で気泡を生成してもよい。
本発明は、放射性物質が吸着された吸着剤を水溶液から分離する放射性物質分離方法、および、放射性物質分離装置に利用することができる。
１３０ 貯留槽
１４４ 気泡導入部
１４４ 気泡導入部
Claims (5)
- 放射性物質の陽イオンをフェロシアン化金属に吸着させるため、前記陽イオンと前記フェロシアン化金属とを１の水溶液中に含める工程と、
前記陽イオンと前記フェロシアン化金属とを含む水溶液に気泡を導入して、前記陽イオンが吸着した前記フェロシアン化金属を浮上分離させる工程と、
を含むことを特徴とする放射性物質分離方法。 - 前記陽イオンと前記フェロシアン化金属とを１の水溶液中に含める工程のいずれかのタイミングにおいて、前記陽イオンと前記フェロシアン化金属とを含む水溶液をｐＨ３〜９に調整することを特徴とする請求項１に記載の放射性物質分離方法。
- 前記陽イオンは１価の陽イオンであることを特徴とする請求項１または２に記載の放射性物質分離方法。
- 前記気泡の平均粒径は、５００μｍ未満であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の放射性物質分離方法。
- 放射性物質の陽イオンと、フェロシアン化金属とを含む水溶液を貯留する貯留槽と、
前記貯留槽に気泡を導入して、前記陽イオンが吸着した前記フェロシアン化金属を浮上分離させる気泡導入部と、
を備えることを特徴とする放射性物質分離装置。
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| JP2014105880A JP2015222184A (ja) | 2014-05-22 | 2014-05-22 | 放射性物質分離方法、および、放射性物質分離装置 |
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| JP2015222184A true JP2015222184A (ja) | 2015-12-10 |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115121575A (zh) * | 2022-06-27 | 2022-09-30 | 中国矿业大学 | 一种煤矸石基活性粉体制备及固化核素Se的方法 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| JP2013064690A (ja) * | 2011-09-20 | 2013-04-11 | Shonan Suri Kenkyukai Co Ltd | 汚染土の除染方法 |
| JP2013250261A (ja) * | 2012-05-02 | 2013-12-12 | Shonan Suri Kenkyukai Co Ltd | 放射性セシウム汚染スラリの除染方法 |
-
2014
- 2014-05-22 JP JP2014105880A patent/JP2015222184A/ja active Pending
Patent Citations (2)
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| CN115121575A (zh) * | 2022-06-27 | 2022-09-30 | 中国矿业大学 | 一种煤矸石基活性粉体制备及固化核素Se的方法 |
| CN115121575B (zh) * | 2022-06-27 | 2023-11-24 | 中国矿业大学 | 一种煤矸石基活性粉体制备及固化核素Se的方法 |
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