JP2016038295A - 石灰岩を用いた放射性物質の処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】除染効果（封じ込め効果）の高い石灰岩を用いた放射性物質の処理方法を提供する。
【解決手段】帯磁率が３．０×１０^−８ｍ^３／ｋｇ以上の石灰岩を用いる。
【選択図】図１

Description

本発明は、石灰岩を用いた放射性物質の処理方法に関するものである。

東日本大震災に伴う原子力発電所の爆発事故によって、放射性物質が飛散し、周辺の土壌、家屋等が当該放射性物質で汚染されている。
これに対処するため、各種の除染技術（例えば、特許文献１参照。）が提案、実施され、一定の成果を挙げているが、従来実施されている除染技術は、コスト等の点で問題があるため、低コストで広い範囲の汚染を行うことができる除染技術の早期提供が要望されている。

ところで、各種の除染技術の中で、放射性物質を封じ込める方法（例えば、特許文献２〜３参照。）は、低コストで広い範囲の汚染を行うことができる点で有望であるが、特許文献２〜３に開示された琉球石灰岩を用いる技術の場合、除染原理が解明されていないことから、除染効果、特に、除染効果の程度や持続性が不明であり、実用化のレベルまで達しているとはいえなかった。

特許第５１７５９９５号公報 特開２０１３−６８４８４号公報 特開２０１３−１１３７４３号公報

一方、土壌における放射性物質、特に、問題となる放射性セシウム（Ｃｓ）（以下、単に、「Ｃｓ」又は「Ｃｓ^＋」という場合がある。）の挙動として、土壌中で１価の陽イオンとなるＣｓは、カリウム（Ｋ）やカルシウム（Ｃａ）等の陽イオンと同様に、負に帯電している土壌粒子の負電荷を中和する形で土壌表面に留まる性質を持つといわれている。
土壌粒子の負電荷は、有機物や粘土鉱物に由来しており、このうち、有機物に由来する負電荷に保持されたＣｓ^＋は他の陽イオンによって容易に置き換えられる（イオン交換反応）のに対して、ある種の粘土鉱物の持つ負電荷に、Ｃｓ^＋は極めて強く固定されて他の陽イオンによって簡単に置き換わることはないとされている。
そして、このような性質を持つ粘土鉱物には、薄いシート状の層が積み重なり、層と層の間に負電荷を持つ、２：１型層状ケイ酸塩がある。この２：１型層状ケイ酸塩の層間には、Ｃｓ^＋を閉じ込めるのにちょうど適した大きさの穴のような構造が存在し、その一部はマイナスに帯電している。また、この穴は、Ｃｓ^＋のほかに、Ｋ^＋やＮＨ_４ ^＋を閉じ込めこともできる大きさである。そのため、通常は、マイナスに帯電した穴のほとんどがこれらの陽イオンの中で最も存在量が豊富なＫ^＋で埋められている。
しかし、構造の外側では、層間が少し開いた状態となっているため、Ｃｓ^＋は、この穴に侵入することができ、さらに、この少し開いた状態の層間（フレイド・エッジ）では、穴との親和性がＫ^＋＜ＮＨ_４ ^＋＜＜Ｃｓ^＋の順に大きくなるため、Ｃｓ^＋は他の陽イオンを追い出してこの場所を埋めることができる。
このことから、土壌がＣｓ^＋を安定して固定するためには、２：１型層状ケイ酸塩の存在が重要であると考えられる。

本発明は、上記放射性セシウムの挙動に関する知見を踏まえ、除染効果（封じ込め効果）の高い石灰岩を用いた放射性物質の処理方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の放射性物質の処理方法は、帯磁率が３．０×１０^−８ｍ^３／ｋｇ以上の石灰岩を用いることを特徴とする。

この場合において、徳之島産出のサンゴ石灰岩を用いることができる。

本発明の放射性物質の処理方法によれば、除染効果（封じ込め効果）の高い石灰岩を用いた放射性物質の処理方法を提供することができる。

サンゴ石灰岩の帯磁率の測定結果を示すグラフである。 含有鉱物全体のＸ線回析スペクトラム分析結果を示すグラフである。 含有鉱物種を特定する処理後のＸ線回析スペクトラム分析結果を示すグラフである。 定量値を求めるための含有鉱物と標準蛍石のＸ線回析スペクトラム分析結果を示すグラフである。 カオリナイトの含有定量値を求めるために標準とした絹雲母の検量線を示すグラフである。 屋内遮蔽実験による石灰岩の産地による経時的な空間線量率の変化の測定結果を示すグラフである。 屋内遮蔽実験による徳之島産出のサンゴ石灰岩とゼオライトの経時的な空間線量率の変化の測定結果を示すグラフである。 屋内混合撹拌実験による石灰岩の産地による経時的な空間線量率の変化の測定結果を示すグラフである。 屋外遮蔽実験による経時的な空間線量率の低減率の測定結果を示すグラフである。 屋外混合撹拌実験による経時的な空間線量率の低減率の測定結果を示すグラフである。 屋内遮蔽実験による経時的な空間線量率の変化の測定結果を示すグラフである。 屋内遮蔽実験による経時的な空間線量率の低減率の測定結果を示すグラフである。 屋外混合撹拌実験（実験条件：サンゴ石灰岩の混合量５％［質量比］）による経時的な空間線量率の低減率の測定結果を示すグラフである。 屋外混合撹拌実験（実験条件：サンゴ石灰岩の混合量３０％［質量比］）による経時的な空間線量率の低減率の測定結果を示すグラフである。

以下、本発明の放射性物質の処理方法の実施の形態を説明する。

本発明の放射性物質の処理方法は、石灰岩を用いた放射性物質の処理方法に関するもので、特に、放射性セシウムの挙動に関する知見を踏まえ、放射性セシウムを安定して固定することができる、帯磁率が３．０×１０^−８ｍ^３／ｋｇ以上の石灰岩を用いることを特徴とする。

まず、石灰岩として、徳之島産出のサンゴ石灰岩（粒状、パウダー）と沖縄の南城市及び糸満市算出のサンゴ石灰岩（原石、粒状、パウダー）とを用意し、帯磁率計（ＫＬＹ−３Ｓスピナーカッパーブリッジ帯磁率計（チェコＡＧＩＣＯ社製））を用いて帯磁率を測定した。
その結果を、表１及び図１に示す。
なお、帯磁率計として、携帯型のＳＭ−３０（ＺＨ ＩＮＳＴＲＵＭＥＮＴＳ社製）を用いることもできる。

表１及び図１から明らかなように、徳之島産出のサンゴ石灰岩（粒状、パウダー）は、いずれも、３．０×１０^−８ｍ^３／ｋｇ以上という、他の産地のサンゴ石灰岩と比較して、大きな帯磁率（粘土鉱物含有量）を示すことが判った。

次に、徳之島産出のサンゴ石灰岩について、以下の分析方法で含有鉱物の分析試験を行った。
一次処理：石灰岩は、主成分が炭酸塩鉱物のため、総量９６ｇを希塩酸で除去した残渣１．６ｇを試料として含有物の特定と定量分析を行った。
定性分析：不定方位（粉末法）、定方位（無処理、エチレングリコール処理、ジャミン処理）の４手法により、含有物の特定を行った。
定量分析：特定した含有粘土鉱物のＸ線回析スペクトラムから面積を求め、標準物質に化学分析用高純度蛍石と絹雲母を用いた内部標準法により含有量を計算し定量値を求めた。
その結果を、表２（徳之島産出のサンゴ石灰岩の定性分析結果）及び表３（徳之島産出のサンゴ石灰岩の定量分析結果）並びに図２（含有鉱物全体のＸ線回析スペクトラム分析結果）、図３（含有鉱物種を特定する処理後のＸ線回析スペクトラム分析結果）、図４（定量値を求めるための含有鉱物と標準蛍石のＸ線回析スペクトラム分析結果）及び図５（カオリナイトの含有定量値を求めるために標準とした絹雲母の検量線）に示す。

上記の結果を踏まえ、石灰岩として、以下の実験方法で徳之島産出のサンゴ石灰岩（粒状、パウダー）と沖縄の南城市及び糸満市算出のサンゴ石灰岩、さらに、除染に汎用されるゼオライトについて、放射線低減効果の実証実験を行った。
屋内遮蔽実験：遮蔽による経時的な空間線量の低減効果を空間線量率［μＳｖ／ｈ］を測定して行った。
屋内混合撹拌実験：混合撹拌による経時的な空間線量の低減効果を空間線量率［μＳｖ／ｈ］を測定して行った。
その結果を、図６（屋内遮蔽実験による石灰岩の産地による経時的な空間線量率の変化の測定結果）、図７（屋内遮蔽実験による徳之島産出のサンゴ石灰岩とゼオライトの経時的な空間線量率の変化の測定結果）及び図８（屋内混合撹拌実験による石灰岩の産地による経時的な空間線量率の変化の測定結果）に示す。

図６〜図８から明らかなように、帯磁率が３．０×１０^−８ｍ^３／ｋｇ以上を示す（粘土鉱物含有量の多い）徳之島産出のサンゴ石灰岩（粒状、パウダー）は、いずれも、他の産地のサンゴ石灰岩やゼオライトと比較して、安定した経時的な空間線量の低減効果を奏することを確認した。

さらに、以下の実験方法で徳之島産出のサンゴ石灰岩（粒状、パウダー）について、放射線低減効果の実証実験を行った。
屋内外遮蔽実験：遮蔽による経時的な空間線量の低減効果を空間線量率［μＳｖ／ｈ］を測定して行った。
屋外混合撹拌実験：混合撹拌による経時的な空間線量の低減効果を空間線量率［μＳｖ／ｈ］を測定して行った。
その結果を、図９（屋外遮蔽実験による経時的な空間線量率の低減率の測定結果）、図１０（屋外混合撹拌実験による経時的な空間線量率の低減率の測定結果）、図１１（屋内遮蔽実験による経時的な空間線量率の変化の測定結果）、図１２（屋内遮蔽実験による経時的な空間線量率の低減率の測定結果）、図１３（屋外混合撹拌実験（実験条件：サンゴ石灰岩の混合量５％［質量比］）による経時的な空間線量率の低減率の測定結果）及び図１４（屋外混合撹拌実験（実験条件：サンゴ石灰岩の混合量３０％［質量比］）による経時的な空間線量率の低減率の測定結果）に示す。

図９〜図１４から明らかなように、帯磁率が３．０×１０^−８ｍ^３／ｋｇ以上を示す（粘土鉱物含有量の多い）徳之島産出のサンゴ石灰岩（粒状、パウダー）は、いずれも、長期的に安定した経時的な空間線量の５０％以上の低減効果を奏することを確認した。
そして、徳之島産出のサンゴ石灰岩（粒状、パウダー）は、いずれも、以下の利点を有する。
・吸水することによって土壌表面が固化し、土壌の飛散を防止できる。
・価格が安価で低コストで広い範囲の汚染を行うことができる。
・ｐＨの調整等のための土壌改良材として使用される材料であるため、農地、宅地等にも安全に使用できる。

次に、本発明の石灰岩を用いた放射性物質の処理方法の具体的な適用事例について説明する。

（１）住宅の雨樋や排水溝等の降水経路のホットスポット対策
［課題］
住宅の雨樋や排水溝等の降水経路は、除染後に日数が経過すると、空間線量率が高くなる。
除染時は、０．２μＳｖ／ｈ以下の空間線量率が、半年〜１年経つと、１．２〜２μＳｖ／ｈになる。
［適用方法及び効果］
帯磁率が３．０×１０^−８ｍ^３／ｋｇ以上を示す（粘土鉱物含有量の多い）徳之島産出のサンゴ石灰岩（粒状、パウダー）（以下、「本石灰岩」という。）を、対象箇所に散布することにより、空間線量率が半減し、０．５〜０．６μＳｖ／ｈになり、その後もその状態が維持された。

（２）路側の降雨がしみ込む箇所のホットスポット対策
［課題］
舗装されている道路の路側に降雨がしみ込み、蓄積されることによって、空間線量率が高くなる（実測値：１．２μＳｖ／ｈ）。
［適用方法及び効果］
本石灰岩を、路側に散布することにより、空間線量率が半減し、０．５〜０．６μＳｖ／ｈになり、その後もその状態が維持された。

（３）除染措置した汚染土の遮蔽
［課題］
除染措置した汚染土は、フレキシブルコンテナバッグ等の容器に収納し、シートを被せて遮蔽しているが、農地の汚染土は放置されていることが多い。
［適用方法及び効果］
本石灰岩を、放置されている農地の汚染土に散布、散水することにより、１ヶ月程度で空間線量率が半減し、その後もその状態が維持された。

（４）天地返し
［課題］
天地返しは、主にグランドや広場で行われているが、農地や宅地の場合、土壌品質が低下する。
［適用方法及び効果］
本石灰岩を、農地や宅地に散布、土壌を撹拌することにより、空間線量率が半減し、その後もその状態が維持された。
また、石灰岩は、ｐＨの調整等のための土壌改良材として使用される材料であるため、農地や宅地の土壌改良にも効果がある。

（５）客土
［課題］
汚染土を剥ぎ取り、山砂を入れると粉塵化し飛散する。
［適用方法及び効果］
本石灰岩を、対象箇所に散布、散水することにより、空間線量率が半減し、その後もその状態が維持されるともに、土壌表面が固化し、土壌の飛散を防止できる。

以上、本発明の石灰岩を用いた放射性物質の処理方法について、その実施形態に基づいて説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において適宜その構成を変更することができるものである。

本発明の石灰岩を用いた放射性物質の処理方法は、除染効果（封じ込め効果）が高いものであることから、土壌、家屋等の除染の用途に広く用いることができる。

Claims (2)

1. 帯磁率が３．０×１０^−８ｍ^３／ｋｇ以上の石灰岩を用いる放射性物質の処理方法。
2. 徳之島産出のサンゴ石灰岩を用いる請求項１記載の放射性物質の処理方法。

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