JP6363399B2

JP6363399B2 - 放射性物質吸着剤の処理方法及び処理装置

Info

Publication number: JP6363399B2
Application number: JP2014111034A
Authority: JP
Inventors: 中村　秀樹; 秀樹中村; 金子　昌章; 昌章金子; 紘子阿部; 加苗川内; 雄生山下
Original assignee: Toshiba Corp; Toshiba Energy Systems and Solutions Corp
Current assignee: Toshiba Corp; Toshiba Energy Systems and Solutions Corp
Priority date: 2014-05-29
Filing date: 2014-05-29
Publication date: 2018-07-25
Anticipated expiration: 2034-05-29
Also published as: JP2015225012A

Description

本発明の実施形態は、放射性物質吸着剤の処理方法及び処理装置に関する。

放射性セシウムなどの放射性物質を含有する焼却灰から、放射性物質を回収・固定化するために、さまざまな方法が提案されている。

例えば、モルデナイトなどのゼオライト系鉱物を放射性物質吸着剤として用いて、放射性セシウムを回収することが行われている。この場合には、ゼオライト系鉱物を多量に使用するため、コスト及び廃棄物の量が多大になる。このため、ゼオライト系鉱物に代えて、プルシアンブルー（紺青（フェロシアン化第二鉄））などのフェロシアン化物を、放射性物質の吸着剤として使用することが試みられている。

フェロシアン化物は、経済的に量産が可能であって、ＣＮ⁻の解離定数（Ｋ≒１０^−３６）が小さい。また、フェロシアン化物は、放射性セシウムなどの放射性物質を吸着する吸着能が高い。

しかし、フェロシアン化物は、ｐＨが高い環境、紫外線に曝される環境及び還元性の雰囲気において、シアンを高濃度で放出する場合がある。放射性物質吸着剤の最終処分としては、地中に埋設して処分することが考えられているが、埋設後に雨水や地下水に浸漬され、シアンが溶出する可能性がある。

なお、一般的なシアン対策としては、酸化分解、生物分解及び光分解によってシアン化物を分解することが知られている。また、沈殿分離、気層分離及び逆浸透膜による二層分離によって、遊離シアンを分離することが知られている。しかしながら、これらの方法では、放射性物質が吸着した放射性物質吸着剤について効率的に処理することが困難である。

特許第３８６７３０６号公報特許第５０２４８７６号公報

本発明は、放射性物質が吸着したフェロシアン化物を含む放射性物質吸着剤について、シアンの溶出を効率的に抑制し、効率的に処理することが可能な、放射性物質吸着剤の処理方法及び放射性物質吸着剤の処理装置を提供することを目的とする。

本発明の放射性物質吸着剤の処理方法の一態様は、放射性物質が吸着したフェロシアン化物を含む放射性物質吸着剤を処理する方法であって、前記放射性物質吸着剤と、シアン吸着剤としてのアルミナ系鉱物又は酸化マグネシウム系鉱物と、ケイ酸アルミニウム塩とを混合する混合工程を備えることを特徴とする。

本発明の放射性物質吸着剤の処理装置の一態様は、放射性物質が吸着したフェロシアン化物を含む放射性物質吸着剤を処理する装置であって、前記放射性物質吸着剤とシアン吸着剤とケイ酸アルミニウム塩とを混合する混合部と、前記混合部に前記放射性物質吸着剤を添加する放射性物質吸着剤添加部と、前記混合部に前記シアン吸着剤を添加するシアン吸着剤添加部と、前記混合部に前記ケイ酸アルミニウム塩を添加するケイ酸アルミニウム塩添加部とを備えることを特徴とする。

本発明によれば、放射性物質が吸着したフェロシアン化物を含む放射性物質吸着剤について、シアンの溶出を効率的に抑制し、効率的に処理することが可能な、放射性物質吸着剤の処理方法及び放射性物質吸着剤の処理装置を提供することができる。

実施形態に係る放射性物質吸着剤の処理方法を示すフロー図。実施形態に係る放射性物質吸着剤の処理装置を模式的に示す図。実施例におけるフェロシアン化物のシアン溶出試験の結果を示すグラフ。実施例のシアン溶出試験における成型体の各成分の添加量と溶出した全シアン濃度の関係を示すグラフ。実施例で用いた酸化マグネシウム系鉱物のＸ線回折（ＸＲＤ）測定結果を示す図。実施例で用いたハロイサイトのＸＲＤ測定結果を示す図。

本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。
図１は、実施形態に係る放射性物質吸着剤の処理方法を示すフロー図である。本実施形態の放射性物質吸着剤の処理方法では、混合工程Ｓ１で、放射性物質を吸着した放射性物質吸着材１に、シアン吸着剤２と、ケイ酸アルミニウム塩３と、必要に応じて鉄化合物５とを添加する。そして、これらを混合した後、混合物４を、成型工程Ｓ２でプレス成型して成型体６を形成する。

放射性物質吸着剤１は、例えば、下記一般式（Ａ）で示されるプルシアンブルー（紺青（フェロシアン化第二鉄））などのフェロシアン化物を含む。
Ｍ^４＋［Ｆｅ（ＩＩ）（ＣＮ）_６］^４−（Ｍ＝Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｋ，Ｎａ，ＮＨ_４等）
・・・（Ａ）

シアン吸着剤２は、陰イオンに対して吸着性能を有する無機吸着剤であり、フェロシアン化物イオン（［Ｆｅ（ＩＩ）（ＣＮ）_６］^４―）を吸着する。シアン吸着剤２としては、アルミナ系鉱物又は酸化マグネシウム系鉱物を用いることができる。アルミナ系鉱物又は酸化マグネシウム系鉱物は、１種を単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。

アルミナ系鉱物としては、例えば、下記一般式（Ｂ）で示されるハイドロタルサイトを用いることができる。

［Ｍｇ_６Ａｌ_２（ＯＨ）_１６ＣＯ_３・４Ｈ_２Ｏ］・・・（Ｂ）

アルミナ系鉱物は、層間に陰イオン（特に、炭酸イオン（ＣＯ_３ ^２−））を保持しており、その陰イオンの置換によって、ＣＮ⁻を吸着する。特に、加熱によって脱炭酸化処理を行うことによって、この陰イオンの吸着性能を向上させることができる。

シアン吸着剤２の添加量は、放射性物質吸着剤１の１００質量部に対して、２５〜２５０質量部であることが好ましい。シアン吸着剤２の添加量が２５質量部未満である場合には、成型体６からのシアンの溶出を十分に抑制できない場合がある。一方で、２５０質量部を超える場合には、廃棄物増加の不具合が生ずる場合がある。

ケイ酸アルミニウム塩３は、結合材料として作用する。ケイ酸アルミニウム塩３としては例えば、下記一般式（Ｃ）で示されるハロイサイトを用いることができる。

Ａｌ_２Ｓｉ_２Ｏ_５（ＯＨ）_４・・・（Ｃ）

フェロシアン化物イオンは、浸漬液のｐＨが７以上の中性又はアルカリ性のときに、フェロシアン化物から溶出し易く、シアンの溶出量が多くなり易い。本実施形態では、結合材料としてケイ酸アルミニウム塩３を添加することで、成型体６が水に浸漬された際のｐＨを４以下程度に維持することができる。そのため、成型体６からのシアンの溶出を抑制することができる。

ケイ酸アルミニウム塩３の添加量は、放射性物質吸着剤１の１００質量部に対して、５０〜６００質量部であることが好ましく、１００〜６００質量部であることがより好ましい。ケイ酸アルミニウム塩３の添加量が５０質量部未満である場合には、成型体６からのシアンの溶出を十分に抑制できない場合がある。一方で、６００質量部を超える場合には、廃棄物量増加の不具合が生ずる場合がある。

また、混合工程Ｓ１で、さらに鉄化合物５を添加してもよい。鉄化合物５は、水溶液中で、成型体６から溶出したフェロシアン化物イオンと反応し、フェロシアン化物を生成する。したがって、鉄化合物５を用いることで、シアンの溶出を抑制することが可能である。鉄化合物５としては、鉄を含む化合物であれば特に限定されず、１種を単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。

鉄化合物５として例えば、ＦｅＣｌ_２（塩化鉄ＩＩ）、Ｆｅ_３Ｏ_４（酸化鉄（ＩＩ，ＩＩＩ)）、Ｆｅ_２Ｏ_３（酸化鉄（ＩＩＩ））、［Ｆｅ（ＯＨ）_２］（水酸化鉄（ＩＩ））、［Ｆｅ（ＯＨ）］（水酸化鉄（Ｉ））、ＦｅＳＯ_４（硫酸鉄（ＩＩ））、Ｆｅ_２ＳＯ_４（硫酸鉄（Ｉ））等を用いることができる。鉄化合物５としては、シアンの溶出の抑制効果に優れる点から、２価の鉄を含む鉄化合物５が好ましく、ＦｅＳＯ_４、ＦｅＣｌ_２、Ｆｅ_３Ｏ_４、［Ｆｅ（ＯＨ）_２］がより好ましい。

鉄化合物５の添加量は、放射性物質吸着剤１の１００質量部に対して、２５〜５０質量部であることが好ましい。鉄化合物を２５質量部以上添加することで、シアン溶出の抑制向上効果を十分に得ることができる。一方で、５０質量部を超える場合には、廃棄物量増加の不具合が生ずる場合がある。

（成型工程Ｓ２）
成型工程Ｓ２は、混合工程Ｓ１において混合された混合物４をプレス成型して成型体６を得る工程である。成型工程Ｓ２では例えば、圧縮成型機を使用して、混合物４をプレス成型する。プレス成型は例えば、圧力が５５０ｋｇ／ｃｍ^２程度であって、圧縮時間が１０〜１５分間程度の成型条件で行う。

以上、本実施形態の放射性物質吸着剤の処理方法によれば、放射性物質が吸着したフェロシアン化物を含む放射性物質吸着剤について、シアンの溶出を効率的に抑制し、効率的に処理することができる。

次に、本発明の放射性物質吸着剤の処理装置の実施形態について説明する。
図２は、本実施形態の放射性物質吸着剤の処理装置３０を示す概略図である。本実施形態の放射性物質吸着剤の処理装置３０は、混合部３１を備えている。また、混合部３１に放射性物質吸着剤１を添加する放射性物質吸着剤添加部３２と、混合部３１にシアン吸着剤２を添加するシアン吸着剤添加部３３と、混合部３１にケイ酸アルミニウム塩３を添加するケイ酸アルミニウム塩添加部３４を備えている。また、放射性物質吸着剤の処理装置３０は、混合部３１に、必要に応じて鉄化合物５を添加する鉄化合物添加部３５を備えている。

放射性物質吸着剤の処理装置３０において、混合部３１は、添加された放射性物質吸着剤１、シアン吸着剤２、ケイ酸アルミニウム塩３及び必要に応じて用いられる鉄化合物５を混合して混合物４を調製する。また、放射性物質吸着剤の処理装置３０は、成型部３６を備えており、成型部３６は、混合物４をプレス成型して成型体６を形成する。

本実施形態の放射性物質吸着剤の処理装置によれば、放射性物質が吸着したフェロシアン化物を含む放射性物質吸着剤について、シアンの溶出を効率的に抑制し、効率的に処理することができる。

［シアン溶出試験］
フェロシアン化物に関して、以下のようにシアン溶出試験を行った。
フェロシアン化物の５ｇに純水を５０ｍｌ加え（液固比：１０ｍＬ／ｇ）、ＮａＯＨ（水酸化ナトリウム）及びＨＣｌ（塩酸）を用いてｐＨを５、７、１２のそれぞれに調整したサンプルを用意した。サンプルのそれぞれについて、回転数２００ｒｐｍで６時間撹拌した。その後、溶液中の全シアン濃度を、ＪＩＳＫ０１０２：２０１３３８．１及び３８．３に従い、オートアナライザー（ビーエルテック社製、ＡＡＣＳＩＶ）を用いて測定した。結果を図３に示す。

図３より、溶液のｐＨが５以下では、溶液のｐＨが７以上である場合に比べて、溶出する全シアンの濃度が大幅に抑えられることが分かる。

（例１）
［成型体のシアン溶出試験１］
「シアン溶出試験」で準備したのと同様のフェロシアン化物１００質量部（１ｇ）に、シアン吸着剤である酸化マグネシウム系鉱物（ＭｇＯ）を２００質量部、普通ポルトランドセメントを２００質量部、純水を２０質量部、添加し、混合した。その後、混合物を、圧力５５０ｋｇ／ｃｍ^２で１０〜１５分間、圧縮、成型し、直径３０ｍｍ、厚み２〜３ｍｍの成型体Ｎｏ１を得た。

また、フェロシアン化物１００質量部に、酸化マグネシウム系鉱物を３００質量部、ケイ酸アルミニウム塩であるハロイサイトを６００質量部、純水を２００質量部添加して混合し、上記と同様に成型し、成型体Ｎｏ２を得た。

成型体Ｎｏ１，２について、上述の「シアン溶出試験」と同様のシアン溶出試験を行った。撹拌後、成型体Ｎｏ１を浸漬した溶液のｐＨは９、成型体Ｎｏ２を浸漬した溶液のｐＨは４に変化した。成型体Ｎｏ１，２における各成分の添加量とシアン溶出試験の結果を表１に示す。また、シアン溶出試験の結果を図４のグラフに、溶出全シアン濃度を縦軸として示す。なお、シアン吸着剤として、アルミナ系鉱物であるハイドロタルサイトを用いて作製した成型体についても、シアン溶出試験について、成型体Ｎｏ２と同等の結果が得られた。また、本試験で用いた、酸化マグネシウム系鉱物のＸ線回折（ＸＲＤ）測定結果を図５に、ハロイサイトのＸＲＤ測定結果を図６に示す。

（例２）
［成型体のシアン溶出試験２］
「シアン溶出試験」で準備したのと同様のフェロシアン化物１００質量部（１ｇ）に、純水を添加し、さらに、結合材料であるハロイサイトをそれぞれ表２に示す質量割合で添加し、例１と同様にして成型体Ｎｏ３〜８を得た。
成型体Ｎｏ３〜８について、例１と同様に、シアン溶出試験を行った。成型体Ｎｏ３〜８における各成分の添加量及びシアン溶出試験の結果を表２に示す。

（例３）
［成型体のシアン溶出試験３］
「シアン溶出試験」で準備したのと同様のフェロシアン化物１００質量部（１ｇ）に、例１と同様な酸化マグネシウム系鉱物、ハロイサイト、ＦｅＳＯ_４(硫酸鉄)をそれぞれ表３に示す質量割合で添加し、例１と同様にして成型体Ｎｏ９，１０を得た。

成型体Ｎｏ９，１０について、例１と同様に、シアン溶出試験を行った。成型体Ｎｏ９，１０について、各成分の添加量及びシアン溶出試験の結果を表３に示す。

表１より、フェロシアン化物に酸化マグネシウム系鉱物及びハロイサイトを添加して作製した成型体Ｎｏ２では、これを浸漬した溶液のｐＨが４以下程度の酸性になり、ハロイサイトの代わりに普通ポルトランドセメントを使用した成型体Ｎｏ１に比べて、溶出する全シアン濃度を大幅に抑制できたことが分かる。また、表２より、フェロシアン化物に酸化マグネシウム系鉱物及びハロイサイトを添加して作製した成型体Ｎｏ４〜８についても、溶出する全シアン濃度を大幅に抑制できたことが分かる。また、表３より，硫酸鉄を添加して作製した成型体Ｎｏ９，１０では、成型体Ｎｏ４〜８よりさらに、溶出する全シアン濃度が抑制されていることが分かる。

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、例として提示したものであり、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。

１…放射性物質吸着剤、２…シアン吸着剤、３…ケイ酸アルミニウム塩、４…混合物、５…鉄化合物、６…成型体、３０…放射性物質吸着剤の処理装置、３１…混合部、３２…放射性物質吸着剤添加部、３３…シアン吸着剤添加部、３４…ケイ酸アルミニウム塩添加部、３５…鉄化合物添加部、３６…成型部、Ｓ１…混合工程、Ｓ２…成型工程。

Claims

放射性物質が吸着したフェロシアン化物を含む放射性物質吸着剤を処理する方法であって、
前記放射性物質吸着剤と、シアン吸着剤としてのアルミナ系鉱物又は酸化マグネシウム系鉱物と、ケイ酸アルミニウム塩とを混合する混合工程を備えることを特徴とする放射性物質吸着剤の処理方法。
前記混合工程において、さらに、鉄化合物を混合することを特徴とする請求項１記載の放射性物質吸着剤の処理方法。
前記鉄化合物は、硫酸鉄（ＩＩ）であることを特徴とする請求項２記載の放射性物質吸着剤の処理方法。
前記ケイ酸アルミニウム塩の添加量が、前記放射性物質吸着剤の１００質量部に対して５０〜６００質量部であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載の放射性物質吸着剤の処理方法。
前記シアン吸着剤の添加量が、前記放射性物質吸着剤１００質量部に対して２５〜２５０質量部であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項記載の放射性物質吸着剤の処理方法。
前記混合工程で得られた混合物をプレス成型して成型体を得る成型工程を有することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項記載の放射性物質吸着剤の処理方法。
放射性物質が吸着したフェロシアン化物を含む放射性物質吸着剤を処理する装置であって、
前記放射性物質吸着剤とシアン吸着剤とケイ酸アルミニウム塩とを混合する混合部と、
前記混合部に前記放射性物質吸着剤を添加する放射性物質吸着剤添加部と、
前記混合部に前記シアン吸着剤を添加するシアン吸着剤添加部と、
前記混合部に前記ケイ酸アルミニウム塩を添加するケイ酸アルミニウム塩添加部と
を備えることを特徴とする放射性物質吸着剤の処理装置。