JP6323914B2 - 放射能汚染した金属材料の除染方法 - Google Patents

Description

本発明は、放射能汚染した金属材料の除染方法に関する。

2011年3月に襲った東北地方太平洋沖地震、これに伴う津波によって発生した原子力発電所事故は未だに、その爪痕を残している。そのなかで、放射能汚染地域の環境を回復させる除染作業が続けられている。

２０Km圏外の生活領域の除染は、事故発生から４年が経過した今日、ほぼ終わりに近づいている。しかし、放射能汚染された動産が廃棄できない状態が続いている。その典型例が自動販売機（ショーケースを含む）、自動車、空調機である。

例えば、汚染された自動販売機のうち関東鉄源協同組合が規定する基準値を超えた自動販売機は、これを除染して基準値以下にする必要があるが、未だに有効な除染手法が確立できていないのが実情である。

生活領域の除染は高圧洗浄が有効である。この手法を自動販売機に適用した場合、自動販売機の筐体の除染には有効であるが、内蔵物である金属製の機構部品つまりラジエータを含むコンプレッサ機構部品に適用するのは難しい。

自動販売機を典型例として説明すると、自動販売機は、野ざらしの状態で長年放置され続けてきた結果、金属の酸化（錆）及び空気中に存在する金属イオンにより金属表面に何らかの金属化合物が形成され、これらに放射性物質が取り込まれることで自動販売機の金属製の機構部品つまりラジエータを含むコンプレッサ機構部品に放射性物質が固着している。

高圧水をコンプレッサ機構部品に当てたとき、高圧水によって放熱フィンが変形し、変形した放熱フィンが邪魔をして高圧水をコンプレッサ機構部品の内部まで到達させるのが事実上不可能になる。

金属に固着した放射性物質の除染に関して、特許文献１は化学除染剤を提案している。特許文献１には、段落[0033]に次の記載がある。
「従来、化学除染剤として、シュウ酸、ギ酸、ＥＤＴＡなどの有機酸錯化剤を用いていたが、除染後に発生する放射性廃棄物の量を最小化するために、それらを分解するかイオン交換樹脂に吸着させなければならないという欠点があった。」

特許文献１は、還元剤を主に使う化学除染を提案している。すなわち、特許文献１は、還元剤、還元性金属イオン、無機酸を含む錯化剤非含有化学除染剤を使うことを提案している。実施例では、汚染した鉄系金属に対して硝酸、還元剤、還元性金属イオンを添加した化学除染剤を提案している。そして、この化学除染剤により鉄成分を完全に溶解できる効果を確認したと明細書中に記述されている。

特開２０１４−１４２３２８号公報

上述したように、コンプレッサ機構部品の除染には、高圧水を使った除染は効果的でない。コンプレッサ機構部品に含まれるラジエータは、一対のタンクと、この一対のタンクに接続されたコアとで構成されている。タンクは鉄系金属材料で構成されている。

コアは、細い銅管と、その回りの放熱フィンとで構成されている。放熱フィンはアルミニウム薄片で構成されているため、極めて変形し易い。このことから、上述したように、高圧水を当てると放熱フィンが変形し、変形した放熱フィンが邪魔して高圧水を銅管まで到達させるのが事実上不可能になる。

本発明の目的は、放射能汚染した金属材料を効果的に除染できる除染方法を提供することにある。
本発明の更なる目的は、複数種類の金属材料で構成された構造体を効果的に除染できる除染方法を提供することにある。

上記の技術的課題は、本発明の1つの観点によれば、
密閉された破砕空間において、放射能汚染した金属材料を破砕して金属片にする第１準備工程と、
閉鎖した収容空間を備えた篭の中に前記金属片を収容する第２準備工程と、
前記金属片を収容した前記篭を化学除染剤の水溶液に浸漬して前記金属片を除染する化学除染工程とを有し、
前記化学除染工程において、前記化学除染剤の水溶液を強制的に流動させ、
前記篭は、球、楕球のような角張った形状無しの形状を有し、前記収容空間が、前記篭の中に収容された前記金属片に接する前記水溶液を常に流動状態にすることができる大きさを有することを特徴とする、放射能汚染した金属材料の除染方法を提供することにより達成される。

上記の技術的課題は、本発明の他の観点によれば、
密閉された破砕空間において、放射能汚染した金属材料を破砕して金属片にする第１準備工程と、
閉鎖した収容空間を備えた篭の中に前記金属片を収容する第２準備工程と、
前記篭の中に前記金属片を収容した状態で該金属片を化学除染剤で除染する化学除染工程とを有し、
該化学除染工程が、
前記篭に収容した前記金属片をアルカリ水溶液に浸漬しながら、該アルカリ水溶液を強制的に流動させるアルカリ除染工程と、
該アルカリ除染工程の次に、前記篭に収容した前記金属片を水洗する第１水洗工程と、
前記篭に収容した前記金属片を酸水溶液に浸漬しながら、該酸水溶液を強制的に流動させる酸除染工程と、
該酸除染工程の次に、前記篭に収容した前記金属片を水洗する第２水洗工程とを有し、
前記篭は、球、楕球のような角張った形状無しの形状を有し、前記収容空間が、前記篭の中に収容された前記金属片に接する前記アルカリ水溶液、水、前記酸水溶液を常に流動状態にすることができる大きさを有する、放射能汚染した金属材料の除染方法を提供することにより達成される。
本発明の更なる別の観点によれば、
密閉された破砕空間において、放射能汚染した金属材料を破砕して金属片にすると共に前記破砕空間で前記金属材料を破砕することで前記金属片の表面の付着物を前記金属片から剥離させる準備工程と、
前記金属片を化学除染剤で除染する化学除染工程とを有し、
該化学除染工程が、
前記金属片をアルカリ水溶液に浸漬しながら、該アルカリ水溶液を強制的に流動させるアルカリ除染工程と、
該アルカリ除染工程の次に前記金属片を水洗する第１水洗工程と、
前記金属片を酸水溶液に浸漬しながら、該酸水溶液を強制的に流動させる酸除染工程と、
該酸除染工程の次に前記金属片を水洗する第２水洗工程とを有し、
前記金属材料が、自動販売機、自動車、空調機から取り出したラジエータであることを特徴とする放射能汚染した金属材料の除染方法を提供することにより、上述した本発明の技術的課題が達成される。

この他の観点による発明において、時系列に、アルカリ除染工程を酸除染工程よりも先に行ってもよいし、アルカリ除染工程を酸除染工程よりも後に行ってもよい。

本発明の実施において、放射能汚染した金属材料を破砕する準備工程と、破砕した金属材料を化学除染する化学除染工程とを同じ業者が行ってもよいし、別の業者が行ってもよい。すなわち、準備工程と化学除染工程とは使用する設備などが異なるため、準備工程を実施するための建屋と、化学除染剤を使用する化学除染工程を実施するための建屋とは別であってもよい。

準備工程で行う破砕処理において、汚染した金属材料は摩擦、衝撃を受ける。これにより、金属材料に固着した放射性物質の一部が金属材料から除去される。つまり、準備工程である破砕処理は実質的に一次的な除染処理に相当する。

次の化学除染工程において、従来から知られている化学除染剤を採用すればよいが、実験によれば、鉄系の金属材料や銅(Ｃu)の除染には酸処理が効果的であり、アルミニウム材料の除染にはアルカリ処理が効果的であることが分かった。除染処理の対象となる金属によって化学除染剤を適宜選択すれば良く、効果的な酸又はアルカリ水溶液を採用すればよい。

破砕した金属材料を化学除染剤の水溶液に浸漬したときに、水溶液を強制的に流動させるのが良い。これにより金属材料の表面の境界領域の水溶液を入れ替えることで化学除染剤の化学反応を促進することができる。水溶液を強制的に流動させる手段として、ジェット水流を使っても良いが、そのためには比較的高価な機材が必要となるので曝気を使って水溶液を強制的に流動させるのがよい。水溶液にエアを供給する曝気は、工場に広く設置されているコンプレッサを使うことができる。コンプレッサが生成した高圧エアを水溶液に供給することで、水溶液を強制的に流動させることができる。

アルカリ水溶液の典型例として、水酸化ナトリウム水溶液を挙げることができる。酸水溶液の典型例として、クエン酸又はギ酸の水溶液を挙げることができる。水溶液の濃度は数パーセント（重量）であり、実施例では１重量％である。実験によれば、２重量％、３重量％でも除染効果としては実質的に同じであった。極力低濃度の水溶液を使うことで排液処理が容易になる。

実施例の自動販売機の除染工程の手順を示すフロー図である。 実施例の化学除染の工程図である。 化学除染に使用する篭の説明図である。

以下に、添付の図面に基づいて本発明の好ましい実施例を説明する。

放射能汚染地域や放射能汚染及び津波被害を受けた地域から回収した自動販売機の除染を代表例として以下に説明する。

自動販売機は、周知のように、筐体の中にラジエータを含むコンプレッサ機構部品を備え、筐体の内部に収容した飲料商品を販売するのに適用される。

図１は、自動販売機の除染に関する処理手順を示すフローである。図１を参照して、ステップＳ１において、処理工場に持ち込まれた自動販売機の汚染状況を簡易測定で確認する。この簡易測定による確認によって、当該自動販売機の処理プランを立てることができる。

次のステップＳ２において、自動販売機の中に収容されている商品の全てを取り出す。つまり、自動販売機を空にする。次のステップＳ３において、自動販売機の筐体からラジエータを含むコンプレッサ機構部品を取り外す。このラジエータを含むコンプレッサ機構部品は通常はユニット化されていることから、実施例の説明では、機構ユニットと呼ぶことにする。

機構ユニットを取り外した筐体は、これを必要であれば高圧水を使って除染又は洗浄した後、ステップＳ４に進んで、重機によって解体処理される。解体した後、放射線測定器を使って汚染度合い測定が行われる（Ｓ５）。

測定器で検出した放射線量が、関東鉄源協同組合が規定する基準値（今現在の基準値は0.2μSv/h）よりも低ければ、資源として再利用に回される（Ｓ６）。

筐体から取り外した機構ユニットは、ステップＳ７で冷媒の抜き取りが行われる。また、機構ユニットの放射線量の測定が行われる（Ｓ８）。この測定は、後に説明する化学除染の効果を確認するためである。したがって、ステップＳ８の機構ユニットの放射線量の測定は省いても良い。

ステップＳ９において、機構ユニットは破砕処理される。破砕処理した後の金属片は親指サイズである。金属片の大きさは任意である。作業効率、機構ユニットの汚染度合いや作業性などによって適宜決めればよい。

破砕機として、富山県中新川郡立山町の佐藤鉄工株式会社が「クロスフローシュレッダ」の名で製造販売する破砕機が好適に適用できる。「クロスフローシュレッダ」は、チェーンと破砕物の衝突による破砕だけでなく、密閉された破砕室内での破砕物同士の衝突や摩擦により、破砕物表面の付着物・塗料などを剥離できるという利点がある。このことから、「クロスフローシュレッダ」を使った破砕処理により、一次的な除染が実質的に行われることになる。

破砕した後の金属片は、次のステップＳ１０において、放射線量の計測が行われ、関東鉄源協同組合が規定する基準値（0.2μSv/h）よりも低ければ、前述したステップＳ６の再資源化に回すことができる。

破砕した後の金属片は、その放射線量が基準値よりも高い場合には化学除染処理の対象となる（Ｓ１１）。化学除染処理の詳細は後に説明する。化学除染が終了すると、再び、ステップＳ１２において放射線量の測定が行われ、関東鉄源協同組合の基準により再資源化が可能な0.2μSv/hよりも低い値まで除染できた場合には、資源として再利用に回される（Ｓ６）。

化学除染後の金属片の放射線量が上記基準値（0.2μSv/h）以上のときには、ステップＳ１１に戻って再度、化学除染の処理が行われる。

化学除染処理に使用した後の水溶液は、放射性物質を含む固形物成分と液体成分とを含む。ステップＳ１３において、固液分離処理が行われ、放射性物質を含む固形物成分は、放射線量の計測（Ｓ１４）を行った後に、国が規定する基準値(8000Bq/kg)に基づいて、産業廃棄物処理（Ｓ１５）又は管理型埋立処分（Ｓ１６）が行われる。

図２は、化学除染工程（Ｓ１１）に含まれる複数の工程を説明するための図である。化学除染工程は、第１〜第４の４つの槽１１〜１４を使って行われる。第１槽１１には、水酸化ナトリウム水溶液が収容されている。水酸化ナトリウム水溶液の濃度は１重量％である。第２、第４の槽１２、１４には水が収容されている。第３槽１３にはクエン酸又はギ酸の水溶液が収容されている。クエン酸又はギ酸の水溶液の濃度は１重量％である。

化学除染処理する第１、第３の槽１１、１３には、図外のコンプレッサのエア源から高圧エアを導く第１、第２の導気管２１、２２の吐出口が、対応する第１、第３の槽１１、１３の中に配置されている。この第１、第２の導気管２１、２２から吐出されるエアによって、第１、第３の槽１１、１３が曝気される。つまり、高圧エアによって第１、第３の槽１１、１３内の液体が強制的に流動される。

変形例として、水洗するための第２、第４の槽１２、１４も高圧エアによって洗浄水を強制流動させるようにしてもよい。

「クロスフローシュレッダ」によって破砕処理された金属片は、第１槽１１でアルカリ処理され、次に第２槽１２で水洗され、次に第３槽１３で酸処理され、最後に第４槽１４で水洗される。破砕処理した後の金属片は、図３に詳細に図示されている球形の篭３０に収容され、この篭３０に入れた状態で、第１槽１１から順に、第２、第３、第４の槽１２〜１４に送り込まれる。

時系列に説明すると、篭３０に収容された金属片は、先ず、第１槽１１に浸漬される。そして、エアによって第１槽１１内の水酸化ナトリウム水溶液が強制的に流動される。これによりアルミニウムに固着した放射性物質を除去することができる。次の第２槽１２で水洗される。篭３０に収容された金属片は、次に、第３槽１３に浸漬される。エアによって第３槽１３内のクエン酸又はギ酸の水溶液が強制的に流動される。これにより、Ｆｅ系金属及び銅管に固着した放射性物質を除去することができる。そして次の第４槽１４で水洗される。

破砕処理した後の金属片を収容して第１〜第４の槽１１〜１４に搬送するための篭３０は、図３から最も良く分かるように、球形の形状を有している。第１〜第４の槽１１〜１４において、篭３０に収容された状態で水没状態になる金属片は、篭３０の形状による拘束なしに、篭３０の中で比較的自由に動くことができる。これにより、金属片の表面に接する水溶液を常に流動状態にすることができる。例えば矩形の形状の篭を使ったときには、篭の角隅部に位置する金属片は篭の形状によってその動きが拘束され、この金属片に接する水溶液の動きが止まった状態になり易い。

球形の形状の篭３０は、例えば楕球のような角張った形状無しの形状であれば球形の形状に限定されない。

第１〜第４の槽１１〜１４の中に収容されている液体は廃液として１つの廃液槽１５に回収される。廃液槽１５には、第１槽１１の水酸化ナトリウム水溶液、第３槽１３のクエン酸又はギ酸の水溶液、第２、第４の槽１２，１４の水が取り込まれる。第１槽１１の水酸化ナトリウム水溶液及び第３槽１３のクエン酸又はギ酸の水溶液は比較的低濃度である。このことから、廃液槽１５のpHは中性に近づき、さらにpH計で確認しながら調整することで中性にする。廃液槽１５には、固形物成分と液体成分との固液分離を促進するために凝集剤が添加される。入手可能な凝集剤の殆どは中性状態でその凝集機能が有効に働く。したがって、固液分離処理を円滑に行うことができる。

上記の化学除染工程では、第１槽１１にアルカリ水溶液を収容し、第３槽１３に酸水溶液を収容したが、変形例として、第１槽１１に酸水溶液を収容し、第３槽１３にアルカリ水溶液を収容してもよい。この変形例では、破砕処理した後の金属片が先ず、酸処理され、その後でアルカリ処理されることになる。

以上、本発明の好適な実施例として自動販売機の機構ユニットの化学除染を説明した。本発明はこれに限定されない。特許請求の範囲に規定する除染方法を適用することで効果的に除染可能な金属材料の除染に本発明を適用することができる。具体的に例示すれば、空調機の例えば室外機の除染や自動車に含まれる各種の部品、ユニットの除染に本発明を好適に適用することができる。

Claims (11)

1. 密閉された破砕空間において、放射能汚染した金属材料を破砕して金属片にする第１準備工程と、
   閉鎖した収容空間を備えた篭の中に前記金属片を収容する第２準備工程と、
   前記金属片を収容した前記篭を化学除染剤の水溶液に浸漬して前記金属片を除染する化学除染工程とを有し、
   前記化学除染工程において、前記化学除染剤の水溶液を強制的に流動させ、
   前記篭は、球、楕球のような角張った形状無しの形状を有し、前記収容空間が、前記篭の中に収容された前記金属片に接する前記水溶液を常に流動状態にすることができる大きさを有することを特徴とする、放射能汚染した金属材料の除染方法。
2. 密閉された破砕空間において、放射能汚染した金属材料を破砕して金属片にする第１準備工程と、
   閉鎖した収容空間を備えた篭の中に前記金属片を収容する第２準備工程と、
   前記篭の中に前記金属片を収容した状態で該金属片を化学除染剤で除染する化学除染工程とを有し、
   該化学除染工程が、
   前記篭に収容した前記金属片をアルカリ水溶液に浸漬しながら、該アルカリ水溶液を強制的に流動させるアルカリ除染工程と、
   該アルカリ除染工程の次に、前記篭に収容した前記金属片を水洗する第１水洗工程と、
   前記篭に収容した前記金属片を酸水溶液に浸漬しながら、該酸水溶液を強制的に流動させる酸除染工程と、
   該酸除染工程の次に、前記篭に収容した前記金属片を水洗する第２水洗工程とを有し、
   前記篭は、球、楕球のような角張った形状無しの形状を有し、前記収容空間が、前記篭の中に収容された前記金属片に接する前記アルカリ水溶液、水、前記酸水溶液を常に流動状態にすることができる大きさを有する、放射能汚染した金属材料の除染方法。
3. 前記アルカリ除染工程の前記アルカリ水溶液が水酸化ナトリウム水溶液であり、前記酸除染工程の前記酸水溶液がクエン酸又はギ酸の水溶液である、請求項２に記載の放射能汚染した金属材料の除染方法。
4. 前記水溶液を強制的に流動させるのにエアによる曝気が用いられる、請求項１に記載の放射能汚染した金属材料の除染方法。
5. 密閉された破砕空間において、放射能汚染した金属材料を破砕することにより作られた金属片を受け取る工程と、
   該受け取った前記金属片を閉鎖した収容空間を備えた篭の中に収容する準備工程と、
   前記金属片を収容した前記篭を化学除染剤の水溶液に浸漬して前記金属片を除染する化学除染工程とを有し、
   前記化学除染工程において、前記化学除染剤の水溶液を強制的に流動させ、
   前記篭は、球、楕球のような角張った形状無しの形状を有し、前記収容空間が、前記篭の中に収容された前記金属片に接する前記水溶液を常に流動状態にすることができる大きさを有することを特徴とする、放射能汚染した金属材料の除染方法。
6. 該化学除染工程が、
   前記篭に収容した前記金属片をアルカリ水溶液に浸漬しながら、該アルカリ水溶液を強制的に流動させるアルカリ除染工程と、
   該アルカリ除染工程の次に、前記篭に収容した前記金属片を水洗する第１水洗工程と、
   前記篭に収容した前記金属片を酸水溶液に浸漬しながら、該酸水溶液を強制的に流動させる酸除染工程と、
   該酸除染工程の次に、前記篭に収容した前記金属片を水洗する第２水洗工程とを有する、請求項５に記載の放射能汚染した金属材料の除染方法。
7. 前記金属材料が、自動販売機、自動車、空調機から取り出したラジエータであり、
   前記破砕空間で前記ラジエータを破砕することで前記金属片の表面の付着物が前記金属片から剥離される、請求項１〜６のいずれか一項に記載の放射能汚染した金属材料の除染方法。
8. 前記金属材料が、前記ラジエータを含む機構ユニットである、請求項７に記載の放射能汚染した金属材料の除染方法。
9. 密閉された破砕空間において、放射能汚染した金属材料を破砕して金属片にすると共に前記破砕空間で前記金属材料を破砕することで前記金属片の表面の付着物を前記金属片から剥離させる準備工程と、
   前記金属片を化学除染剤で除染する化学除染工程とを有し、
   該化学除染工程が、
   前記金属片をアルカリ水溶液に浸漬しながら、該アルカリ水溶液を強制的に流動させるアルカリ除染工程と、
   該アルカリ除染工程の次に前記金属片を水洗する第１水洗工程と、
   前記金属片を酸水溶液に浸漬しながら、該酸水溶液を強制的に流動させる酸除染工程と、
   該酸除染工程の次に前記金属片を水洗する第２水洗工程とを有し、
   前記金属材料が、自動販売機、自動車、空調機から取り出したラジエータであることを特徴とする放射能汚染した金属材料の除染方法。
10. 前記金属材料が、前記ラジエータを含む機構ユニットである、請求項９に記載の放射能汚染した金属材料の除染方法。
11. 前記アルカリ除染工程の前記アルカリ水溶液が水酸化ナトリウム水溶液であり、前記酸除染工程の前記酸水溶液がクエン酸又はギ酸の水溶液である、請求項９又は１０に記載の放射能汚染した金属材料の除染方法。

Images