JP2014132247A

JP2014132247A - セシウム除染法

Info

Publication number: JP2014132247A
Application number: JP2013000652A
Authority: JP
Inventors: Seiichi Kato; 誠一加藤; Yukiaki Harada; 幸明原田
Original assignee: National Institute for Materials Science
Current assignee: National Institute for Materials Science
Priority date: 2013-01-07
Filing date: 2013-01-07
Publication date: 2014-07-17
Anticipated expiration: 2033-01-07
Also published as: JP6150278B2

Abstract

【課題】土壌からのセシウム除染率を高く保持しながら、処理費用も大幅に低減できると共に、除染したセシウムを簡便に回収できるセシウム除染法を提供すること。
【解決手段】本発明のセシウム除染法では、除染対象土壌に対して重量比で少なくとも０．０３倍の塩化ナトリウム（ＮａＣｌ）を混和し、当該混和物を９００℃以上に加熱して、当該加熱温度で１時間〜３時間の間保持して、セシウムを土壌から昇華させ、次にこの昇華したセシウムを冷却して固形物又は処理液に溶解した状態で回収することを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、原子力発電所の事故等により広範囲の地域が放射性セシウムに汚染された場合に用いて好適な、大量の土壌や瓦礫等におけるセシウム除染法に関する。

原子力発電所の事故等により広範囲に放射性物質に汚染された場合、大量の土壌や瓦礫等の処理が必要になる。放射性汚染物質にはいろいろな種類があるが、例えば、セシウム１３７とストロンチウム９０は現在、チェルノブイリ原子力発電所事故の周囲の地域で発生している放射能の発生源の大部分を占めている。セシウム１３７は、半減期が３０年と長く、体内に入ると血液の流れに乗って腸や肝臓にベータ線とガンマ線を放射し、カリウムと置き換わって筋肉に蓄積したのち、腎臓を経て体外に排出される。セシウム１３７は、体内に取り込まれてから体外に排出されるまでの１００日から２００日にわたってベータ線とガンマ線を放射し体内被曝の原因となる。そこで、汚染土壌から放射性セシウムを効率的に除染することは強く求められている。

しかし、汚染された土壌等は大量であるため、体積、重量を減らすことが重要である。そこで、汚染された土壌に含まれる放射性セシウムを分離し回収する必要がある。しかし、セシウムは土壌と強く結合することが知られており、これを安価な費用で効果的に分離することは現状では困難である。
例えば、特許文献１には、セシウムの抽出方法が提案されている。しかし、特許文献１は、経済的に重要なセシウム源の鉱物であるポルサイト（Ｃｓ（ＡｌＳｉ_２Ｏ_６））からルビジウムを分離する技術に関するものである。現在におけるセシウムの世界鉱山からの採掘量は年間５から１０トンであり、可採年数は数千年にもなるため、わざわざ放射能汚染された土壌からセシウムを分離しても、鉱業として商業的な成功は見込めない。
他方、放射能汚染された土壌の改善も、特許文献２、３で提案されている。しかし、特許文献２、３の処理対象とする放射性物質はプルトニウムやウランのような重金属を対象としており、セシウムのようなアルカリ金属を対象とするものではない。

そこで、非特許文献１では、セシウムを含む土壌の原位置加熱による分離方法が検討されている。しかし、セシウムを土壌から分離する場合に、下記（ａ）、（ｂ）の性質があるため、顕著な効果は得られなかった。
（ａ）水に溶けたセシウムは，土壌中で１価の陽イオンとして振る舞い，負に帯電している土壌粒子表面の粘土層である薄い層状構造の間に取り込まれて，きわめて強く「固定」され，他の陽イオンによって簡単に置き換えることができない。
（ｂ）セシウムを吸着した土壌をセシウムの沸点である６８５℃や、セシウムの化合物の融点や沸点を考慮した１３００℃程度に加熱しても，セシウムの顕著な揮発挙動は見られない。
他方、非特許文献２では、除染対象物が土壌、手法が熱処理で、高性能反応促進剤を特徴とする除染実証技術が開示されている。福島原子力発電所付近の除染対象地域での実証試験の結果によると、当該除染実証技術の除染率は９９．９％と湿式分級と比較して格段に高いが、処理費用も２０万円／トンと１０倍以上の費用がかかる問題点がある。

さらに、非特許文献３では土壌に塩化ナトリウムを添加して加熱し、土壌中のセシウム１３７を蒸発させて、土壌を浄化することが開示されている。そして、セシウム１３７含有土壌と石灰石を重量比で７：３添加することで、処理温度が８００℃で蒸発を開始して、１０００℃で９０％程度が蒸発するとの実験例が開示されている。しかし、セシウム１３７の処理温度としては、１０００℃程度が好ましいため、処理炉に耐熱材料を使用する必要があると共に、土壌を加熱するために多量のエネルギーが必要になるという課題がある。

特開平５−００５１３４号公報特開平６−０５１０９６号公報特表平１０−５０５９０３号公報

日本原子力研究開発機構：ＪＡＥＡ−Ｒｅｓｅａｒｃｈ２０１１−０２６福島第一原子力発電所事故に係る避難区域等における除染実証業務報告書独立行政法人日本原子力研究開発機構平成２４年６月 Brian P. SPALDING, Environ. Sci. Technol. (1994) No. 28, 1116-1123

本発明は上記課題を解決するもので、土壌からのセシウム除染率を高く保持しながら、処理費用も大幅に低減できると共に、除染したセシウムを簡便に回収できるセシウム除染法を提供することを目的とする。

本発明の第１のセシウム除染法では、除染対象土壌に対して、重量比で少なくとも０．０３倍の塩化ナトリウム（ＮａＣｌ）を混和し、当該混和物を９００℃以上に加熱して、当該加熱温度で１時間〜３時間の間保持して、セシウムを土壌から昇華させ、次にこの昇華したセシウムを冷却して固形物又は処理液に溶解した状態で回収することを特徴とする。

反応促進剤としての塩化ナトリウムを除染対象土壌に対して重量比で０．０３倍以下の混和とすると、土壌からのセシウム除染率として９０％以上の高い数値を維持できず、またセシウム除染を行う処理時間を長くする必要があり、処理装置のスループットが低下する。他方で、塩化ナトリウムを除染対象土壌に対して重量比で２倍以上とすると、除染対象土壌と比較して塩化ナトリウムの割合が多くなり、除染対象土壌を加熱するのに必要な熱エネルギーが高くなり、処理コストに占める光熱費の割合が増大する。
除染対象土壌の加熱温度を９００℃以下とすると、セシウム除染率として９０％以上の高い数値を維持できず、またセシウム除染を行う処理時間を長くする必要があり、処理装置のスループットが低下する。他方で、除染対象土壌の加熱温度を１５００℃以上とすると、除染対象土壌を加熱するのに必要な熱エネルギーが高くなり、処理コストに占める光熱費の割合が増大すると共に、加熱炉の熱耐久性に高級な耐熱素材が必要となり、設備コストが増大する。
本発明のセシウム除染法において、好ましくは、前記混和物の加熱保持時間は、１時間〜３時間の間であるとよい。混和物の加熱保持時間が１時間よりも短いと、土壌からのセシウム除染率が低くなる。混和物の加熱保持時間が３時間を越えると、処理装置のスループットが低下する。

本発明の第２のセシウム除染法では、除染対象土壌に対して、重量比で少なくとも０．０３倍の塩化ナトリウム（ＮａＣｌ）を混和し、当該混和物を７５０℃以上に加熱して、当該加熱温度で３時間〜２０時間の間保持して、セシウムを土壌から昇華させ、次にこの昇華したセシウムを冷却して固形物又は処理液に溶解した状態で回収することを特徴とする。
除染対象土壌の加熱温度を７５０℃以上としても、セシウム除染を行う処理時間を当該加熱温度で３時間〜２０時間の間保持することで、セシウム除染率として６０％以上の数値を維持でき、比較的低いセシウム濃度の土壌処理に有効となる。

本発明の第３のセシウム除染法では、除染対象土壌に対して、重量比で少なくとも０．０２倍の塩化ナトリウム（ＮａＣｌ）と、当該塩化ナトリウムと同重量又は等モル比の塩化カルシウム（ＣａＣｌ_２）又は塩化カリウム（ＫＣｌ）の少なくとも一方との塩混合物を混和すると共に、当該塩化ナトリウムと塩化カルシウム又は塩化カリウムとの混和割合はモル比で、
０．３≦ＮａＣｌ／（ＮａＣｌ＋ＣａＣｌ_２）≦０．７、又は
０．３≦ＮａＣｌ／（ＮａＣｌ＋ＫＣｌ）≦０．７
を充足する。そして、当該土壌と塩化物の混和物を当該塩混合物が溶融する温度以上に加熱して、セシウムを当該除染対象土壌から昇華させ、次にこの昇華したセシウムを冷却して固形物又は処理液に溶解した状態で回収することを特徴とする。

塩混合物の溶融温度は塩化ナトリウム、塩化カルシウム又は塩化カリウム単体の溶融温度と比較して低い。そこで、除染対象土壌に対して、塩化ナトリウムと塩化カルシウム又は塩化カリウムの塩混合物を混和することで、例えば６００℃程度の比較的低い温度の溶融塩で除染対象土壌のセシウム除染が行える。
塩混和物を塩混和物の溶融温度に保持する時間は、除染対象土壌のセシウム除染が行えるに足る時間に定め、例えば３時間から６時間が適切であるが、より短い１５分程度でもよく、また２０時間以上の範囲であっても良い。保持時間を短くすることは土壌の除染処理量が増大する利点があり、保持時間を長くすることは土壌の除染率が高くなる利点がある。

本発明の第４のセシウム除染法において、好ましくは、混和物の加熱空間に対して、雰囲気ガスを供給すると共に、当該雰囲気ガスに含有される昇華したセシウムを、加熱空間の下流側に設けられた壁体に付着させると共に、当該壁体の下流側に設けられた処理液に溶解させ、当該処理液からは前記雰囲気ガスにセシウムが含まれない状態で排出すると共に、前記雰囲気ガスの流量は、昇華したセシウムのうち一部が前記壁体に付着すると共に、残部が処理液に回収されるように定めるとよい。
このように構成すると、土壌から分離したセシウムが効率的に回収できる。

本発明のセシウム除染法では、塩化ナトリウムという安価で大量に存在する物質を用いることにより、土壌からのセシウム除染率を高く保持しながら、従来よりも低い熱処理温度で除染対象土壌のセシウム除染を行えるため、処理費用も大幅に低減できる。

図１は、加熱装置の概略構成図である。図２は、実施例１の試料の写真で、（Ａ）は加熱前の試料、（Ｂ）は加熱後の試料、（Ｃ）は黄色の粉末の場合を示している。図３は、実施例１のガンマ線測定結果を示す図で、（Ａ）は加熱前の試料、（Ｂ）は加熱後の試料、（Ｃ）は黄色の粉末を示している。図４は、実施例２のガンマ線測定結果を示す図で、（Ａ）は加熱前の試料、（Ｂ）は比較例としての加熱後の塩化ナトリウム無添加の試料、（Ｃ）は塩化ナトリウム混和試料の加熱後の試料を示している。図５は、実施例３のガンマ線測定結果を示す図で、（Ａ）は加熱前の試料、（Ｂ）は加熱後の試料、（Ｃ）は回収された白い粉末を示している。図６は、実施例４のガンマ線測定結果を示す図で、（Ａ）は１０００℃、３時間加熱、（Ｂ）は９００℃、３時間加熱、（Ｃ）は８５０℃、３時間加熱、（Ｄ）は７５０℃、３時間加熱、（Ｅ）は８５０℃、２０時間加熱を示している。図７は、実施例４での温度と除染率の関係図である。図８は、実施例５のガンマ線測定結果を示す図で、（Ａ）は８５０℃、３時間加熱、（Ｂ）は７５０℃、３時間加熱、（Ｃ）は７５０℃、２０時間加熱を示している。比較例としての加熱後のガンマ線測定結果である。図９は、実施例６のガンマ線測定結果を示す図で、（Ａ）は加熱前の試料、（Ｂ）は１０００℃、３時間加熱を示している。図１０は、実施例７のガンマ線測定結果を示す図で、（Ａ）は加熱前の試料、（Ｂ）は加熱後の試料、（Ｃ）は黄色の粉末、（Ｄ）は白色の粉末の場合を示している。図１１は、実施例８のガンマ線測定結果を示す図で、（Ａ）は加熱前の試料、（Ｂ）は加熱後の試料、（Ｃ）は白色の粉末の場合を示している。図１２は、ＣａＣｌ_２−ＮａＣｌの溶融塩形成条件を説明する状態図である。図１３は、ガンマ線スペクトルからベクレル換算を行う場合の説明図である。

以下、図面を用いて本発明を説明する。
図１は、加熱装置の概略構成図である。ここでは、加熱装置はラボ試験用のバッチ処理を目的とするもので、セシウム除染法の原理の確認を行うのに適している。
図において、環状電気炉１０は、ガス雰囲気中で製品の熱処理加工を行なう電気炉である。炉材は、セラミックファイバー等の断熱材を使用し、耐久性にすぐれており、温度分布も設定温度に対して均一な温度分布としている。好ましくは、炉心管構造として、あらゆる雰囲気ガスに対応可能とするとよい。ヒーターは、例えばカーボン加工品やＣＣコンポジット製を使用し、耐久性に優れ万一消耗や破損等で交換する場合でも費用が安価で迅速に保守作業が行える。試料皿１５は、炉心管２２の中央部に設置され、環状電気炉１０の設定温度で試料を熱処理できる状態とする。試料は、セシウム含有土壌と反応促進剤の粒径を細かくして、所定割合で均一に混和して調整したものである。

炉心管２２は、反応管や燃焼管とも呼ばれ、主に管内に試料を入れ外側から間接抵抗加熱し、試料を焼成させる際に使用する。炉心管には、透明石英管、セラミック管(アルミナ、ムライト管）、メタル管（ＳＵＳ３１０Ｓ、３１６、インコネル（登録商標））など様々な材質と寸法を用いることができる。入口側管部２１と出口側管部２３は、炉心管２２の両端に設けられるもので、環状電気炉１０の端部から突出している。入口側封止部２４は、入口側管部２１に装着されるもので、雰囲気ガスを導入するのに用いる。出口側封止部２５は、出口側管部２３に装着されるもので、試料の分解ガスを排出するのに用いる。入口側管部２１と出口側管部２３の突出量は、炉心管２２が１５００℃程度の高温であっても、入口側封止部２４と出口側封止部２５では、作業担当者が火傷をしない程度の温度に冷却されるように定める。

ガス洗浄部３０は、出口側管部２３から排出される試料の分解ガスを処理液３２を通して排出管３４から排出するもので、試料の分解ガスに含まれる塵埃や水溶性ガスを処理液３２に溶解させて、分解ガスの環境負荷を低減する。ガス洗浄部３０には、密閉性を確保するために、蓋状封止部３１が設けられている。導入管３３は、一端が出口側封止部２５を介して炉心管２２の内部に開口しており、他端が処理液３２の水面下に開口している。

このように構成された装置においては、まずセシウム含有土壌と反応促進剤の粒径を細かくして、所定割合で均一に混和した試料を調整する。この所定割合は、除染対象土壌に対して重量比で０．５倍から１．５倍の反応促進剤としての塩化ナトリウムを添加する。次に、試料皿１５に調整した試料を載せて、炉心管２２の所定位置に置く。そして、炉心管２２の両端に入口側封止部２４と出口側封止部２５を取り付ける。そして、環状電気炉１０に電源を投入して、所定処理温度である１０００℃〜１５００℃の範囲に昇温させると、試料皿１５の試料も当該所定処理温度に昇温・加熱する。すると、試料からセシウムが昇華してガス状となり、再度固化して出口側管部２３と導入管３３に付着すると共に、一部は導入管３３経由で処理液３２に溶けて、排出管３４から排出することはない。出口側管部２３には、セシウムの固化粉末が堆積する。

雰囲気ガスの供給量は、昇華したセシウムのうち一部が出口側管部２３や導入管３３の管壁に付着してセシウムの固化粉末が堆積すると共に、残部が処理液３２に回収される程度に定める。雰囲気ガスの供給量が少ないと、炉心管２２に昇華したセシウムが滞留して、土壌にセシウムが残留した状態で反応促進剤や雰囲気ガスと平衡状態に至り、セシウム除染率が低くなる。雰囲気ガスの供給量が多いと、昇華したセシウムの大部分が処理液３２に回収され、出口側管部２３や排出管３４の管壁に付着するのは少量となるため、処理液の廃液処理が負担となる。

所定時間が経過すると、試料からのセシウム昇華が終了すると共に、土壌と反応促進剤との物理化学的状態が平衡状態となるため、セシウム除染が終了する。この所定時間は、例えばバッチ式では１時間乃至３時間の範囲に定めると装置の稼働率とセシウム除染率とのバランスが良いが、３時間から２４時間としてセシウム除染率を高めても良い。そして、環状電気炉１０を冷却して、入口側封止部２４又は出口側封止部２５から試料皿１５を取り出す。すると、試料皿１５にはセシウム除染済の土壌と反応促進剤の残渣との混ざった物が残る。試料からのセシウムは、出口側管部２３や導入管３３の管壁に付着してセシウムの固化粉末が堆積していると共に、処理液３２にも含有されているので、これら高濃度の放射性セシウムを回収して再処理や最終保管に廻す。

次に、図１の加熱装置を用いたセシウム除染の実施例を説明する。ここでは、反応促進剤として塩化ナトリウムを用いる場合を示しているが、他のアルカリ金属の塩であっても良い。また、雰囲気ガスとしてＡｒガスを例示しているが、要はセシウムとの反応に関して不活性であればよく、例えば窒素や空気でもよい。環状電気炉１０の設定温度は、１０００℃から１５００℃の間がよく、更に好ましくは１３００℃から１４００℃の間がよい。

放射性セシウムを含む土壌５．５ｇ、塩化ナトリウム５．１ｇを混和し、３９．６ｇのアルミナ製の試料皿１５に入れた。なお、この土壌は千葉県柏市にて平成２４年５月に採取したものである。また以下の実施例においても、特に採取日時を特掲しない限り、採取日時と日時は実施例１の土壌と同じである。
この混和物をガンマ線モニターで測定したところ、土壌と塩化ナトリウムの混和物として約６０ｋＢｑ／ｋｇであった。この混和物は、環状電気炉１０にてＡｒ雰囲気中１４００℃、３ｈ加熱し、室温まで冷却してから取り出した。環状電気炉１０にＡｒガスを流入させて、次にウォータートラップののちに排気するようにしている。加熱後の土壌は溶融し試料皿１５に固着した。

図２（Ａ）は加熱前の試料、図２（Ｂ）は加熱後に取り出した試料の写真を示す。加熱後の試料の重量を測定したところ、４３．８ｇであった。またＡｒガスの下流付近を中心に黄色の粉末が付着していた（図１参照）。
図２（Ｃ）は実施例における黄色の粉末の写真を示す。これの重量は１．１０３ｇであった。ただし黄色の粉末は管内に広く付着していたため、すべてを回収した重量ではない。これらの試料もガンマ線モニターで測定した。ガンマ線モニターはＡＴＯＭＴＥＸ社製ＡＴ１３２０（Ａ）を用い、室温で３時間測定した。

図３（Ａ）は加熱前の試料のガンマ線測定結果、図３（Ｂ）は加熱後の試料のガンマ線測定結果、図３（Ｃ）の黄色の粉末のガンマ線測定結果を示す。加熱前に観測された放射性セシウム由来のガンマ線ピークが、加熱後にはほぼ消滅している。即ち、セシウム１３４については６０５ｋｅＶと７９６ｋｅＶ、セシウム１３７については６６２ｋｅＶである。また、もとの試料から分離された黄色の粉末からは、Ｃｓ由来のピークが観測された。この結果から、土壌に含まれる放射性セシウムを含む物質が加熱により気化されたのち、風下で冷えて固化し粉末となったことがわかる。このように土壌から放射性セシウムを分離することが可能となった。

実施例１では加熱前の土壌と塩化ナトリウムの混和物は約６０ｋＢｑ／ｋｇ、黄色の粉末は約８０ｋＢｑ／ｋｇと計算される。ベクレルの計算方法については、後掲の図１３を用いた箇所で説明してある。また加熱後の試料においてはセシウム由来のピークがほとんど見られないためベクレル値は計算できず、測定限界以下と解釈する。また、セシウムの除染率を次式で定義する。
［セシウムの除染率］＝１−（加熱後のセシウム由来のガンマ線の正味のカウント数）/（加熱前のセシウム由来のガンマ線の正味のカウント数）（１）
すると、実施例１での除染率は１００％である。

放射性セシウムを含む土壌１２５ｇを実施例１と同様の条件でガンマ線測定したところ、図４（Ａ）で示す結果が得られた。この土壌から一部を取り出し、一方は比較例としてそのまま、他方は実施例２として同量の塩化ナトリウムを混和し、実施例１と同じ条件でそれぞれ１４００℃、３時間加熱した。加熱後の試料のガンマ線測定結果をそれぞれ図４（Ｂ）、図４（Ｃ）に示す。もとの土壌に見られる放射性セシウム由来のガンマ線ピークは、土壌のみを加熱したのでは変化がないが、塩化ナトリウムを加えて土壌と共に加熱することによりほぼ消滅する。
実施例２のうち塩化ナトリウム無添加の比較例では、加熱前、加熱後ともに約７０ｋＢｑ／ｋｇである。すると、塩化ナトリウム無添加の比較例での除染率は０％となる。

実施例３は、千葉県柏市にて平成２４年７月に採取した土壌を用いた。ふるいを用いて石や植物等を取り除いた。土壌３．０１ｇ、塩化ナトリウム２．９７ｇを混和し８５０℃で３時間加熱したところ、アルミナ管の内側に白い粉末０．０８ｇを採取することができた。図５にこれらのガンマ線測定結果を示す。
図５は実施例３のガンマ線測定結果を示す図で、（Ａ）は加熱前の試料、（Ｂ）は加熱後の試料、（Ｃ）は回収された白い粉末を示している。
１４００℃ではセシウムが分離回収できたが８５０℃では土壌のセシウムがわずかに減っているが、回収された粉末には含まれていないことがわかる。また除染率を計算すると約３５％であった。

実施例４では、千葉県柏市で平成２４年５月に採取した土壌（約３０Ｂｑ／ｋｇ）を用いた。実施例１と比較すると、セシウム濃度は４桁から３桁程度少なくなっている。実施例４では、土壌約２ｇに重量比約１０％の塩化ナトリウムを混和して、１０００℃、９００℃、８５０℃、７５０℃で３時間加熱した後ガンマ線測定を行った。また、８５０℃については２０時間加熱処理も行った。図６に加熱後の試料のガンマ線測定結果を示す。いずれも粉末は回収されなかった。
図６は実施例４のガンマ線測定結果を示す図で、（Ａ）は１０００℃、３時間加熱、（Ｂ）は９００℃、３時間加熱、（Ｃ）は８５０℃、３時間加熱、（Ｄ）は７５０℃、３時間加熱、（Ｅ）は８５０℃、２０時間加熱の場合を示している。
各処理条件でのセシウム除染率は次のようになっている。
（処理条件１）１０００℃、３時間加熱除染率１００％
（処理条件２）９００℃、３時間加熱除染率９０％
（処理条件３）８５０℃、３時間加熱除染率９０％
（処理条件４）７５０℃、３時間加熱除染率０％
（処理条件５）８５０℃、２０時間加熱除染率１００％

図７は、実施例４での温度と除染率の関係図である。図中、白丸、黒丸はそれぞれ３時間、２０時間加熱を示す。
１０００℃ではほとんどのセシウムが取り除かれているが温度が下がるに従ってセシウムの残留量が増えることがわかる。塩化ナトリウムの融点は約８００℃であるが、その前後で除染率は大きく異なり、７５０℃ではほとんど除染されない。また８５０℃の結果から、長時間加熱することによりセシウムをより多く取り除くことができることがわかる。

実施例５では、塩化ナトリウムに塩化カルシウム（ＣａＣｌ_２）や塩化カリウム（ＫＣｌ）等の添加物を加えて、塩化ナトリウムの融点を低下させる場合を実験している。実施例５では、実施例４で用いたものと同じ土壌を用いて土壌約１g、塩化ナトリウム及び塩化カルシウムをそれぞれ約０．１ｇ混和した試料を８５０℃、７５０℃で３時間または２０時間加熱後、ガンマ線測定を行った。以下に結果を示す。いずれも粉末は回収されなかった。
図８は、実施例５のガンマ線測定結果を示す図で、（Ａ）は８５０℃、３時間加熱、（Ｂ）は７５０℃、３時間加熱、（Ｃ）は７５０℃、２０時間加熱を示している。各処理条件でのセシウム除染率は次のようになっている。
（処理条件６）８５０℃、３時間加熱除染率１００％
（処理条件７）７５０℃、３時間加熱除染率５０％
（処理条件８）７５０℃、２０時間加熱除染率１００％

実施例５と実施例４の結果と比較すればわかるように、塩化ナトリウムのみを添加した場合と比較して、塩化ナトリウムにＣａＣｌ_２を添加した場合はより多くのセシウムを除染することができる。また長時間加熱することにより除染率を上昇させることができる。実施例５では塩化ナトリウムと塩化カルシウムが大略等重量なので、モル比でＮａＣｌ：ＣａＣｌ_２＝１：０．５２となる。そこで、図１２のＣａＣｌ_２−ＮａＣｌの溶融塩形成条件を説明する状態図でのモル比に換算すると、ＮａＣｌ／［ＮａＣｌ＋ＣａＣｌ_２］＝０．６６であるから、融点は約６３０℃となり、塩化ナトリウム単体の融点温度８０１℃と比較して１７０℃程度低い。

実施例６では、土壌１．７４ｇ、塩化ナトリウム０．０１８ｇを混和し、アルゴンガス中で１０００℃、３時間加熱した。実施例６での混和物について、加熱前と加熱後の放射線測定結果を図９に示す。塩化ナトリウムの重量が土壌の約１０％である実施例４では１０００℃、３時間の加熱後にセシウムはほぼ完全に除染されたが、実施例６では塩化ナトリウムの重量比が土壌の約１％の場合は多少除染されるがまだピークははっきりと残っている。しかしながら６０％は除染できているので、汚染度の低い土壌では有効である。
図９は、実施例６のガンマ線測定結果を示す図で、（Ａ）は加熱前の試料、（Ｂ）は１０００℃、３時間加熱を示している。図９（Ｂ）の処理条件でのセシウム除染率は次のようになっている。
（処理条件９）１０００℃、３時間加熱後除染率６０％

実施例７では平成２４年８月２日に柏市で採取した土壌を使用した。実施例７では土壌７．８１ｇ、塩化ナトリウム８．６１ｇを混和し、アルゴンガス中で１４００℃３時間加熱したところ、アルミナ管の下流端から約２０ｃｍの内壁に黄色い粉末が、下流から約２０ｃｍの部分から中心部までの内壁に白い粉末が付着していた。それらを回収しガンマ線測定を行った。回収された粉末は、黄色４．１０ｇ、白色０．６０ｇであった。加熱前後の試料と回収された粉末のガンマ線測定結果を図１０に示す。
図１０は、実施例７のガンマ線測定結果を示す図で、（Ａ）は加熱前の試料、（Ｂ）は加熱後の試料、（Ｃ）は黄色の粉末、（Ｄ）は白色の粉末の場合を示している。
放射性セシウムは加熱により土壌から分離し、黄色の粉末に内部に移動したことがわかる。加熱前の土壌と回収された黄色の粉末はどちらも約２０ｋＢｑ／ｋｇであった。また図１０からわかる通り、加熱後の試料と白い粉末のセシウムは測定限界以下である。ガンマ線のカウント数から計算したセシウム回収率は約５０％であった。このようにアルミナ管の出口に近い部分の粉末、すなわち中央近くと比べて低い温度で固化する粉末を選択的に回収することによりセシウムのより効率的に回収することができる。

実施例８では、実施例７で用いた土壌について、粒径７５μm以上の大粒径の粒子をふるいで除去した試料を用いた。実施例８では、土壌５．８３ｇ、塩化ナトリウム５．９３ｇをアルゴンガス中で１４００℃、３時間加熱したところアルミナ管の内側に白い粉末が付着したので回収した。加熱前、加熱後の試料及び回収した粉末のガンマ線スペクトルを図１１に示す。
図１１は、実施例８のガンマ線測定結果を示す図で、（Ａ）は加熱前の試料、（Ｂ）は加熱後の試料、（Ｃ）は白色の粉末の場合を示している。
加熱前の土壌、白い粉末はそれぞれ２０ｋＢｑ／ｋｇ、３０ｋＢｑ／ｋｇであった。カウント数から計算した回収率は１００％であった。

［塩化ナトリウムと塩化カルシウムの分量について］
実施例５では塩化ナトリウムの融点を下げるために塩化カルシウムを混合している。図１２は、ＣａＣｌ_２−ＮａＣｌの溶融塩形成条件を説明する状態図である。図１２に示されるように、両者のモル比が０．４７９のとき最も融点が下がり５０４℃となる。従って実施例５の混合比は、共晶モル比０．４７９の近傍であるから、セシウム除染温度を低下させるのに有効である。また塩化ナトリウムの融点を下げるために塩化カルシウム以外の物質を用いる場合も、当該添加物質と塩化ナトリウムの状態図から適切な混合比を推測することができる。

［ガンマ線スペクトルからベクレルを求める方法について］
図１３は、ガンマ線スペクトルからベクレル換算を行う場合の説明図である。ここでは、実施例１で用いたガンマ線測定結果を用いている。
まずセシウム由来のガンマ線のカウント数を求めるため、バックグラウンド曲線をピーク前後の曲線から外挿して描く。このバックグラウンド曲線は図１３の点線で示される。セシウム由来の実質のガンマ線カウント数は、バックグラウンドを除外した図のＡ、Ｂで示される領域のカウント数とする（これをｘとする）。

試料からガンマ線は全方向に放出されるが、ガンマ線センサーは全方向に設置されてはないため計測されるガンマ線は実際に放出されるガンマ線一部である。したがって実際のガンマ崩壊の回数をもとめるには換算係数（ａとする）をかける必要がある。換算係数ａは計測装置や試料の形状等により異なるが、標準試料の測定により求められる。
測定時間をｓ（秒）とすると。ベクレルは次式で求められる。
［ベクレル換算値］＝ａ×ｘ／ｓ（２）
またベクレル換算値を試料の重量で割ると、単位重量当たりのベクレル値Ｂｑ／ｋｇが求められる。

なお、上記の実施の形態においては、加熱装置としてラボ試験用のバッチ処理型を示しているが、現実のフィールド試験用には連続処理が可能な構造とするとよい。現在実用されているゴミ焼却炉は１０００℃以下の温度のものが一般的であるが、灰溶融炉と呼ばれる特殊な焼却炉があり、これは１５００℃程度の温度で焼却している。本発明はセシウム除染法では、現存する灰溶融炉をセシウム分離に利用することも可能である。

本願発明のセシウム除染法を使用することにより、塩化ナトリウムという安価で大量に存在する物質を用いることで、土壌からのセシウム除染率を高く保持しながら、従来よりも処理費用も大幅に低減できる。

１０環状電気炉
１５試料皿
２１入口側管部
２２炉心管
２３出口側管部
２４入口側封止部
２５出口側封止部
３０ガス洗浄部
３１蓋状封止部
３２処理液
３３導入管
３４排出管

Claims

除染対象土壌に対して、重量比で少なくとも０．０３倍の塩化ナトリウム（ＮａＣｌ）を混和し、
当該混和物を９００℃以上に加熱して、当該加熱温度で１時間〜３時間の間保持して、セシウムを土壌から昇華させ、
次にこの昇華したセシウムを冷却して固形物又は処理液に溶解した状態で回収することを特徴とするセシウム除染法。
除染対象土壌に対して、重量比で少なくとも０．０３倍の塩化ナトリウム（ＮａＣｌ）を混和し、
当該混和物を７５０℃以上に加熱して、当該加熱温度で３時間〜２０時間の間保持して、セシウムを土壌から昇華させ、
次にこの昇華したセシウムを冷却して固形物又は処理液に溶解した状態で回収することを特徴とするセシウム除染法。
除染対象土壌に対して、重量比で少なくとも０．０２倍の塩化ナトリウム（ＮａＣｌ）と、当該塩化ナトリウムと塩化カルシウム（ＣａＣｌ_２）又は塩化カリウム（ＫＣｌ）の少なくとも一方との塩混合物を混和すると共に、当該塩化ナトリウムと塩化カルシウム又は塩化カリウムとの混和割合はモル比で、
０．３≦ＮａＣｌ／（ＮａＣｌ＋ＣａＣｌ_２）≦０．７、又は
０．３≦ＮａＣｌ／（ＮａＣｌ＋ＫＣｌ）≦０．７
を充足し、
当該土壌と塩化物の混和物を当該塩混合物が溶融する温度以上に加熱して、セシウムを当該除染対象土壌から昇華させ、
次にこの昇華したセシウムを冷却して固形物又は処理液に溶解した状態で回収することを特徴とするセシウム除染法。
さらに、前記混和物の加熱空間に対して、雰囲気ガスを供給すると共に、
当該雰囲気ガスに含有される昇華したセシウムを、前記加熱空間の下流側に設けられた壁体に付着させると共に、当該壁体の下流側に設けられた処理液に溶解させ、
当該処理液からは前記雰囲気ガスにセシウムが含まれない状態で排出すると共に、前記雰囲気ガスの流量は、昇華したセシウムのうち一部が前記壁体に付着すると共に、残部が処理液に回収されるように定めることを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか１項に記載のセシウム除染法。