JP5988706B2 - Cesium capturing material and method for producing the same - Google Patents
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Description
本発明は、セシウム捕捉材及びその製造方法に関し、さらに詳しくは、簡略な方法で製造可能であり、セシウム捕捉能が高く、廃棄物処理の問題を軽減することができるセシウム捕捉材及びその製造方法に関する。 The present invention relates to a cesium capturing material and a method for producing the same, and more specifically, a cesium capturing material that can be produced by a simple method, has a high cesium capturing ability, and can reduce the problem of waste disposal, and a method for producing the same. About.
2011年3月11日に発生した東日本大震災では、地震とそれに伴う津波により、東京電力福島第一原子力発電所で大規模な放射性物質漏えい事故が起こり、環境中に多くの放射性物質が放出された。事故後、特に発電所に溜まる汚染水から半減期の長い放射性セシウムを除去することが急務となっている。汚染水中の放射性セシウムを除去する方法としては、ゼオライトに吸着させて除去する方法、プルシアンブルーにより共沈除去する方法等が採られている。ここで使われているセシウム処理材料は、天然ゼオライトなどの無機多孔体、及びプルシアンブルー(フェロシアン化鉄)である。これらの材料には、次のとおり問題点を有する。
まず、一般に天然ゼオライトの陽イオン交換容量は80〜180meq/100gと言われ、ゼオライト100gでは最大で11〜24gのセシウムしか吸着することができない。天然ゼオライトは価格が安く、量も豊富であるが、陽イオン交換容量が低いため、セシウム吸着量が低く、廃棄物減容の点で問題がある。放射性物質を吸着したゼオライトは放射性廃棄物であり、セシウム吸着材には除染後の廃棄物を減らすために、より少量で多くのセシウムを吸着できる高い吸着能が求められる。
また、プルシアンブルーは強アルカリ環境下では、分解してシアン化合物が遊離する。シアン化合物は毒性が非常に強いため、セシウム吸着後の廃棄物の保管及び処分に問題がある。
The Great East Japan Earthquake that occurred on March 11, 2011 caused a large-scale radioactive material leakage accident at the Tokyo Electric Power Fukushima Daiichi NPS due to the earthquake and the accompanying tsunami, and many radioactive materials were released into the environment. . After the accident, there is an urgent need to remove radioactive cesium with a long half-life from contaminated water that accumulates in the power plant. As a method for removing radioactive cesium in contaminated water, a method of removing it by adsorbing on zeolite, a method of coprecipitation removal with Prussian blue, and the like are employed. The cesium treatment material used here is an inorganic porous material such as natural zeolite and Prussian blue (iron ferrocyanide). These materials have the following problems.
First, it is generally said that the cation exchange capacity of natural zeolite is 80 to 180 meq / 100 g. With 100 g of zeolite, only 11 to 24 g of cesium can be adsorbed at maximum. Although natural zeolite is cheap and abundant in quantity, it has a problem in terms of waste volume reduction because of its low cation exchange capacity and low cesium adsorption. Zeolite adsorbed with radioactive substances is radioactive waste, and cesium adsorbents are required to have a high adsorption capacity that can adsorb more cesium in a smaller amount in order to reduce waste after decontamination.
In addition, Prussian blue decomposes and liberates a cyanide compound in a strong alkaline environment. Since cyanide is very toxic, there is a problem in storage and disposal of waste after cesium adsorption.
特許文献1には、りんモリブデン酸アンモニウムを担持した無機イオン交換体からなるセシウム吸着材が開示されている。前記セシウム吸着材の作製方法としては、天然あるいは合成の多孔性無機物(ゼオライト等)に対し、減圧下でりんモリブデン酸水和物溶液と接触させ、次に、アンモニウム塩溶液を含浸させることにより、りんモリブデン酸水和物をりんモリブデン酸アンモニウムに変換する方法が開示されている。
特許文献2には、セシウム吸着材として、プルシアンブルー型金属錯体の微粒子が開示され、フェロシアン化ナトリウム水溶液に硝酸鉄水溶液を混合、攪拌して、析出した青色の沈殿物(プルシアンブルー)を遠心分離、乾燥する工程によりプルシアンブルー型金属錯体ナノ粒子が製造されている。
Patent Document 1 discloses a cesium adsorbent made of an inorganic ion exchanger supporting ammonium phosphomolybdate. As a method for producing the cesium adsorbent, natural or synthetic porous inorganic material (zeolite, etc.) is brought into contact with a phosphomolybdic acid hydrate solution under reduced pressure, and then impregnated with an ammonium salt solution. A method for converting phosphomolybdate hydrate to ammonium phosphomolybdate is disclosed.
Patent Document 2 discloses a fine particle of Prussian blue-type metal complex as a cesium adsorbent, and an aqueous solution of iron nitrate is mixed and stirred in an aqueous solution of sodium ferrocyanide, and the precipitated blue precipitate (Prussian blue) is centrifuged. Prussian blue-type metal complex nanoparticles are produced by the steps of separation and drying.
特許文献1で開示されたセシウム吸着材は、多孔体中にりんモリブデン酸アンモニウムを晶出させるのに、2段階の工程を経なければならならず、製造に手間とコストがかかり実用的ではない。
特許文献2で開示されたセシウム吸着材は、前記で述べたようにプルシアンブルーに由来する廃棄物の保管及び処分の点で課題がある。
本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、簡略な方法で製造可能であり、セシウム捕捉能が高く、廃棄物処理の問題を軽減することができるセシウム捕捉材及びその製造方法を提供することを目的とする。
The cesium adsorbent disclosed in Patent Document 1 requires two steps to crystallize ammonium phosphomolybdate in the porous body, which is troublesome and costly to manufacture and is not practical. .
The cesium adsorbent disclosed in Patent Document 2 has a problem in terms of storage and disposal of waste derived from Prussian blue as described above.
The present invention has been made in view of the above, and provides a cesium-capturing material that can be manufactured by a simple method, has a high cesium-capturing ability, and can reduce the problem of waste disposal, and a method for manufacturing the same. For the purpose.
本発明者らは、マグネシウム化合物及びリン酸化合物を含む材により、上記課題を解決できることを見出し、本発明を完成した。 The present inventors have found that the above problems can be solved by a material containing a magnesium compound and a phosphate compound, and have completed the present invention.
すなわち本発明は以下の[1]〜[5]を提供するものである。
[1]マグネシウム化合物及びリン酸化合物を含むセシウム捕捉材であって、該捕捉材中のマグネシウム成分とリン成分とのモル比(Mg/P)が10以下であり、該セシウム捕捉材中の有効石灰の含有量が1.5質量%以下である、セシウム捕捉材。
[2]前記マグネシウム化合物が、半焼成ドロマイト、酸化マグネシウム、及び水酸化マグネシウムから選ばれる1種以上である、前記[1]に記載のセシウム捕捉材。
[3]前記マグネシウム化合物が、ドロマイトを600〜900℃の温度で焼成して得られ、かつ遊離酸化マグネシウムの含有量が8質量%以上である半焼成ドロマイトである、前記[1]又は[2]に記載のセシウム捕捉材。
[4]前記リン酸化合物が、リン酸二水素カリウム、リン酸二水素ナトリウム、リン酸二水素アンモニウム、リン酸一水素カリウム、リン酸一水素ナトリウム、リン酸三ナトリウム及びこれらの水和物から選ばれる1種以上の化合物である、前記[1]〜[3]のいずれかに記載のセシウム捕捉材。
[5]前記セシウム捕捉材中のマグネシウム成分とリン成分とのモル比(Mg/P)が、1.2〜7である、前記[1]〜[4]に記載のセシウム捕捉材。
That is, the present invention provides the following [1] to [5].
[1] A cesium capturing material containing a magnesium compound and a phosphate compound, wherein the molar ratio (Mg / P) between the magnesium component and the phosphorus component in the capturing material is 10 or less, and is effective in the cesium capturing material The cesium capture | acquisition material whose content of lime is 1.5 mass% or less.
[2] The cesium trapping material according to [1], wherein the magnesium compound is at least one selected from semi-baked dolomite, magnesium oxide, and magnesium hydroxide.
[3] The above [1] or [2], wherein the magnesium compound is a semi-fired dolomite obtained by firing dolomite at a temperature of 600 to 900 ° C. and having a content of free magnesium oxide of 8% by mass or more. ] The cesium capture | acquisition material of description.
[4] The phosphate compound is composed of potassium dihydrogen phosphate, sodium dihydrogen phosphate, ammonium dihydrogen phosphate, potassium monohydrogen phosphate, sodium monohydrogen phosphate, trisodium phosphate and hydrates thereof. The cesium capturing material according to any one of [1] to [3], which is one or more selected compounds.
[5] The cesium capturing material according to [1] to [4], wherein a molar ratio (Mg / P) of a magnesium component and a phosphorus component in the cesium capturing material is 1.2 to 7.
本発明によれば、簡略な方法で製造可能であり、セシウム捕捉能が高く、廃棄物処理の問題を軽減することができるセシウム捕捉材及びその製造方法を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a cesium capturing material that can be manufactured by a simple method, has a high cesium capturing ability, and can reduce the problem of waste disposal, and a method for manufacturing the same.
本発明に係るセシウム捕捉材は、マグネシウム化合物及びリン酸化合物を含むセシウム捕捉材であって、該捕捉材中のマグネシウム成分とリン成分とのモル比(Mg/P)が10以下であり、該セシウム捕捉材中の有効石灰の含有量が1.5質量%以下である。
以下、各成分について詳しく説明する。
The cesium-trapping material according to the present invention is a cesium-trapping material containing a magnesium compound and a phosphate compound, and the molar ratio (Mg / P) between the magnesium component and the phosphorus component in the trapping material is 10 or less, The content of effective lime in the cesium capturing material is 1.5% by mass or less.
Hereinafter, each component will be described in detail.
[マグネシウム化合物]
本発明に用いられるマグネシウム化合物としては、半焼成ドロマイト、酸化マグネシウム、水酸化マグネシウム、塩化マグネシウム、及び硫酸マグネシウム等が挙げられる。これらのマグネシウム化合物は、1種単独でも、2種以上を組み合わせて用いてもよい。これらの中で、半焼成ドロマイト、酸化マグネシウム、及び水酸化マグネシウムが好ましい。
[Magnesium compound]
Examples of the magnesium compound used in the present invention include semi-baked dolomite, magnesium oxide, magnesium hydroxide, magnesium chloride, and magnesium sulfate. These magnesium compounds may be used alone or in combination of two or more. Of these, semi-baked dolomite, magnesium oxide, and magnesium hydroxide are preferred.
本発明において「半焼成ドロマイト」とは、酸化マグネシウム及び炭酸カルシウムを主成分とするドロマイト半焼成品を指す。半焼成ドロマイトは、ドロマイトを600〜900℃の温度で焼成することにより、ドロマイト成分中の炭酸マグネシウムの大部分を脱炭酸させて、酸化マグネシウムとする一方で、炭酸カルシウムはほとんど脱炭酸させず、そのまま残すようにして得ることができる。
半焼成ドロマイト中の遊離酸化マグネシウムの含有量としては、8質量%以上であることが好ましく、15質量%以上であることがより好ましく、20質量%以上であることが更に好ましい。遊離酸化マグネシウムは、実施例に記載した方法に従って測定される。
また、汚染水中のセシウムを高度に捕捉するためには、セシウム捕捉材中の遊離酸化カルシウムや水酸化カルシウムの含有量、すなわち後述する有効石灰の含有量が低いことが望ましく、ドロマイトの半焼成に当たり、炭酸カルシウムの脱炭酸はできるだけ抑制することが望ましい。また、天然由来のドロマイトを主原料とすることにより、人体や環境中に与える影響が少ないと考えられる。
In the present invention, “semi-baked dolomite” refers to a semi-baked dolomite product mainly composed of magnesium oxide and calcium carbonate. Semi-baked dolomite decalcifies most of the magnesium carbonate in the dolomite component by calcining dolomite at a temperature of 600 to 900 ° C. to make magnesium oxide, while calcium carbonate hardly decarboxylates, It can be obtained by leaving it as it is.
The content of free magnesium oxide in the semi-baked dolomite is preferably 8% by mass or more, more preferably 15% by mass or more, and further preferably 20% by mass or more. Free magnesium oxide is measured according to the method described in the examples.
In addition, in order to highly capture cesium in contaminated water, it is desirable that the content of free calcium oxide and calcium hydroxide in the cesium capturing material, that is, the content of effective lime described later, is low. It is desirable to suppress the decarboxylation of calcium carbonate as much as possible. Moreover, it is thought that there is little influence on a human body and the environment by using dolomite derived from nature as a main raw material.
酸化マグネシウムとしては、一般に市販されているもの、または炭酸マグネシウムや水酸化マグネシウムを焼成したもの等を用いることができる。
水酸化マグネシウムとしては、一般に市販されているもの、天然鉱物を粉砕した天然品、海水と生石灰から合成して得られる合成品等を用いることができる。
As magnesium oxide, what is generally marketed, or what baked magnesium carbonate or magnesium hydroxide, etc. can be used.
As magnesium hydroxide, commercially available products, natural products obtained by pulverizing natural minerals, synthetic products obtained by synthesis from seawater and quicklime, and the like can be used.
[リン酸化合物]
本発明に用いられるリン酸化合物としては、リン酸二水素カリウム、リン酸二水素ナトリウム、リン酸二水素アンモニウム、リン酸一水素カリウム、リン酸一水素ナトリウム、リン酸三ナトリウム及びこれらの水和物等が挙げられる。リン酸化合物は、1種単独でも、2種以上を組み合わせて用いてもよい。中でも、リン酸化合物の溶解性、入手の簡便性の観点から、リン酸二水素カリウム、リン酸二水素ナトリウム、リン酸二水素アンモニウム、及びこれらの水和物が好ましく、リン酸二水素カリウム及びこの水和物がより好ましい。
リン酸化合物の使用量は、後述するセシウム捕捉材のマグネシウム成分(Mg)とリン成分(P)とのモル比(〔Mg/P〕モル比)が10以下となる範囲で選択される。
[Phosphate compound]
Examples of the phosphate compound used in the present invention include potassium dihydrogen phosphate, sodium dihydrogen phosphate, ammonium dihydrogen phosphate, potassium monohydrogen phosphate, sodium monohydrogen phosphate, trisodium phosphate, and hydration thereof. Thing etc. are mentioned. Phosphoric acid compounds may be used singly or in combination of two or more. Of these, potassium dihydrogen phosphate, sodium dihydrogen phosphate, ammonium dihydrogen phosphate, and hydrates thereof are preferable from the viewpoint of solubility of phosphate compounds and easy availability, and potassium dihydrogen phosphate and This hydrate is more preferred.
The amount of the phosphoric acid compound used is selected in such a range that the molar ratio ([Mg / P] molar ratio) between the magnesium component (Mg) and the phosphorus component (P) of the cesium scavenger described later is 10 or less.
[セシウム捕捉材]
本発明のセシウム捕捉材は、マグネシウム化合物及びリン酸化合物を含み、実質的にマグネシウム化合物及びリン酸化合物からなることが好ましい。本発明のセシウム捕捉材は、本発明の効果を妨げない範囲で他の成分を含んでもよい。他の成分としては、スラリー化のための水等が例示できる。ここで、「実質的にマグネシウム化合物及びリン酸化合物からなる」とは、例えば、セシウム捕捉材の水を除く構成成分のうち、95質量%以上がマグネシウム化合物及びリン酸化合物であることをいう。
[Cesium capture material]
The cesium capturing material of the present invention preferably contains a magnesium compound and a phosphate compound, and substantially consists of a magnesium compound and a phosphate compound. The cesium trapping material of the present invention may contain other components as long as the effects of the present invention are not hindered. Examples of other components include water for slurrying. Here, “substantially composed of a magnesium compound and a phosphate compound” means that, for example, 95% by mass or more of the constituent components excluding water of the cesium capturing material is a magnesium compound and a phosphate compound.
セシウム捕捉材中のマグネシウム成分とリン成分とのモル比(Mg/P)は10以下である。前記モル比が10以下であれば、高いセシウム捕捉効果が得られ、短時間で処理を行うことができる。前記マグネシウム成分とリン成分とのモル比の好ましい範囲は、原料の種類、処理条件等により一概には決められないが、好ましくは1.0〜8.5である。前記モル比が1.0以上であれば、リン酸化合物の使用量を低減することができ、安価に処理することができる。これらの観点から、前記モル比としては、1.2〜7がより好ましく、1.3〜5.5が更に好ましい。 The molar ratio (Mg / P) between the magnesium component and the phosphorus component in the cesium trapping material is 10 or less. When the molar ratio is 10 or less, a high cesium capturing effect can be obtained and the treatment can be performed in a short time. The preferable range of the molar ratio of the magnesium component to the phosphorus component is not generally determined by the type of raw material, processing conditions, etc., but is preferably 1.0 to 8.5. If the said molar ratio is 1.0 or more, the usage-amount of a phosphoric acid compound can be reduced and it can process cheaply. From these viewpoints, the molar ratio is more preferably 1.2 to 7, and further preferably 1.3 to 5.5.
セシウム捕捉材中の有効石灰の含有量は、セシウム捕捉材全量に対する固形分換算量として、1.5質量%以下であることが必要である。有効石灰の含有量とは、セシウム捕捉材中に含まれる酸化カルシウム及び水酸化カルシウムの合計含有量であり、実施例に記載した方法に従って測定される。酸化カルシウム及び水酸化カルシウムは水中でリン酸化合物と反応してリン酸カルシウムを生成し、リン酸カルシウムはセシウム捕捉効果に悪影響を与えるおそれがある。前記有効石灰の含有量が1.5質量%以下であれば、本発明のセシウム捕捉効果の低下を抑えることができる。 The content of effective lime in the cesium capturing material needs to be 1.5% by mass or less as a solid content conversion amount with respect to the total amount of the cesium capturing material. The content of effective lime is the total content of calcium oxide and calcium hydroxide contained in the cesium capturing material, and is measured according to the method described in the examples. Calcium oxide and calcium hydroxide react with a phosphate compound in water to produce calcium phosphate, which may adversely affect the cesium scavenging effect. If content of the said effective lime is 1.5 mass% or less, the fall of the cesium capture | acquisition effect of this invention can be suppressed.
本発明のセシウム捕捉材は、より少ない使用量で高レベル汚染水に含まれる放射性セシウムを効率的に捕捉することができる。
本発明のセシウム捕捉材は、セシウム含有汚染水と十分に接触させることにより、好ましくはセシウム捕捉材と汚染水を混合攪拌することにより、セシウムが捕捉される。
セシウム捕捉材の汚染水に対する使用量としては、汚染水中のセシウム濃度に応じて、最適な添加量を定めることができる。汚染水中のセシウム濃度が数千mg/Lのような高濃度の汚染水に対しては、例えば、多段式で処理することによりセシウム捕捉材の使用量を削減できる。以上の観点から、セシウム捕捉材の使用量としては、好ましくは汚染水に対して0.05〜5質量%となる量である。セシウム捕捉材の使用量が0.05質量%以上であると、セシウム捕捉効果が十分に得られ、5質量%以下であると、セシウム捕捉材の添加量に応じたセシウムの捕捉効果が得られ、攪拌時の負荷や処理コストの増大を抑えることができる。この観点から、セシウム捕捉材の使用量は、汚染水に対して、より好ましくは0.1〜1質量%であり、更に好ましくは0.2〜0.8質量%である。
処理時間としては、セシウム捕捉材とセシウムとの反応が平衡に達するまで処理すればよく、通常1〜24時間、好ましくは2〜10時間である。
The cesium capturing material of the present invention can efficiently capture radioactive cesium contained in high-level contaminated water with a smaller amount of use.
In the cesium capturing material of the present invention, cesium is captured by sufficiently contacting the cesium-containing contaminated water, preferably by mixing and stirring the cesium capturing material and the contaminated water.
As the usage-amount with respect to the contaminated water of a cesium capture | acquisition material, the optimal addition amount can be defined according to the cesium density | concentration in contaminated water. For high-concentration contaminated water with a cesium concentration of several thousand mg / L in the contaminated water, for example, the amount of cesium-trapping material used can be reduced by treating it in a multistage manner. From the above viewpoint, the usage amount of the cesium capturing material is preferably 0.05 to 5% by mass with respect to the contaminated water. When the used amount of the cesium capturing material is 0.05% by mass or more, a cesium capturing effect is sufficiently obtained, and when it is 5% by mass or less, a cesium capturing effect according to the addition amount of the cesium capturing material is obtained. In addition, an increase in load and processing cost during stirring can be suppressed. From this viewpoint, the amount of the cesium capturing material used is more preferably 0.1 to 1% by mass, and still more preferably 0.2 to 0.8% by mass with respect to the contaminated water.
The treatment time may be treated until the reaction between the cesium capturing material and cesium reaches equilibrium, and is usually 1 to 24 hours, preferably 2 to 10 hours.
放射性セシウムを含む汚染水処理に使用したセシウム捕捉材は、放射性廃棄物として処理される。放射性廃棄物の処理方法としてはセメント固化等が挙げられる。
本発明のセシウム捕捉材は、従来のゼオライトと比べて使用量を少なくすることができるので、放射性廃棄物の減容が可能である。
The cesium capturing material used for the treatment of contaminated water containing radioactive cesium is treated as radioactive waste. Examples of radioactive waste processing methods include cement solidification.
Since the amount of the cesium-trapping material of the present invention can be reduced compared to conventional zeolite, the volume of radioactive waste can be reduced.
次に、実施例により本発明を詳細に説明するが、本発明はこれによって制限されるものではない。
実施例及び比較例においてマグネシウム化合物の化学成分の組成分析、有効石灰の含有量及び遊離酸化マグネシウムの含有量は以下の方法で行った。
(1)マグネシウム化合物の化学成分
マグネシウム化合物の化学成分は、JIS R9011に規定する分析法に従って測定した。
EXAMPLES Next, although an Example demonstrates this invention in detail, this invention is not restrict | limited by this.
In the examples and comparative examples, the composition analysis of the chemical components of the magnesium compound, the content of effective lime and the content of free magnesium oxide were carried out by the following methods.
(1) Chemical component of magnesium compound The chemical component of the magnesium compound was measured according to the analysis method prescribed in JIS R9011.
(2)有効石灰の含有量
本発明のマグネシウム化合物中の有効石灰の含有量は、日本石灰協会の「日本石灰協会標準試験方法(2006)」に規定の「11.有効石灰の定量方法」に従って分析される、酸化カルシウム(CaO)及び水酸化カルシウム〔Ca(OH)2〕を合計した量(質量%)である。算出されたマグネシウム化合物中の有効石灰の含有量から、セシウム捕捉材中の有効石灰の含有量を求めた。
(2) Content of effective lime The content of effective lime in the magnesium compound of the present invention is determined in accordance with “11. Method for Quantifying Effective Lime” defined in “Japan Lime Association Standard Test Method (2006)” by the Japan Lime Association. This is the total amount (mass%) of calcium oxide (CaO) and calcium hydroxide [Ca (OH) 2 ] to be analyzed. From the calculated content of effective lime in the magnesium compound, the content of effective lime in the cesium capturing material was determined.
(3)遊離酸化マグネシウムの含有量
遊離酸化マグネシウムの含有量とは、ドロマイト中の炭酸マグネシウム(MgCO3)が脱炭酸して生成した酸化マグネシウム(MgO)の量(質量%)として算出される量をいう。その算出は、つぎの手順に従って行なう。
まず、JIS R9011の「石灰の分析方法」に規定された方法により、CaO,MgOおよびIg.loss(強熱減量)を分析する。つぎに、分析によって得た遊離酸化カルシウムの量が1.5質量%に達しているか否かによって、下記(i)又は(ii)のいずれかを選ぶ。
(i)遊離酸化カルシウムの量が1.5質量%以上のとき:分析で得たMgOの値を、そのまま遊離酸化マグネシウムの量として採用する。
(ii)遊離酸化カルシウムの量が1.5質量%未満のとき:遊離酸化マグネシウムの量は、[分析で得たMgO−MgCO3として存在するMgO]によって算出する。
MgCO3として存在するMgOの量は、下記式により求める。
MgCO3として存在するMgO(質量%)={Ig.loss−(CaO÷56×44)}÷44×40
(3) Content of free magnesium oxide Content of free magnesium oxide is an amount calculated as the amount (mass%) of magnesium oxide (MgO) produced by decarboxylation of magnesium carbonate (MgCO 3 ) in dolomite Say. The calculation is performed according to the following procedure.
First, CaO, MgO and Ig.loss (loss on ignition) are analyzed by a method defined in “Analyzing Method of Lime” of JIS R9011. Next, one of the following (i) and (ii) is selected depending on whether or not the amount of free calcium oxide obtained by the analysis has reached 1.5% by mass.
(I) When the amount of free calcium oxide is 1.5% by mass or more: The value of MgO obtained by analysis is adopted as the amount of free magnesium oxide as it is.
(Ii) When the amount of free calcium oxide is less than 1.5% by mass: The amount of free magnesium oxide is calculated by [MgO present as MgO—MgCO 3 obtained by analysis].
The amount of MgO present as MgCO 3 is determined by the following formula.
MgO present as MgCO 3 (mass%) = {Ig.loss− (CaO ÷ 56 × 44)} ÷ 44 × 40
(4)ドロマイトの粒度
ドロマイトの粒度は、レーザー回折式粒度分布測定装置を用いて測定し、得られた累積粒度曲線における積算値が、50%および90%に達するときの粒子径を、それぞれ「d50粒子径」および「d90粒子径」とした。
(4) Particle size of dolomite The particle size of dolomite was measured using a laser diffraction particle size distribution analyzer, and the particle size when the integrated value in the cumulative particle size curve obtained reached 50% and 90%, respectively, “d50 particle diameter” and “d90 particle diameter”.
(原料等)
実施例及び比較例で使用した原料は以下のとおりである。
・軽焼ドロマイト(目開き150μmの篩を全通)
・水酸化ドロマイト(目開き150μmの篩を全通)
・半焼成ドロマイト(目開き150μmの篩を全通)
・炭酸カルシウム(関東化学株式会社製、特級、純度99.5質量%)
・酸化マグネシウム(関東化学株式会社製、特級、純度98.0質量%)
・リン酸二水素カリウム(関東化学株式会社製、特級、純度99.5質量%)
・水酸化マグネシウム(関東化学株式会社製、一級、純度95質量%)
ドロマイト化合物の化学成分を表1に示す。
(Raw materials)
The raw materials used in Examples and Comparative Examples are as follows.
・ Lightly burned dolomite (through a sieve with 150 μm openings)
・ Hydroxy hydroxide (through a sieve with 150 μm openings)
・ Semi-baked dolomite (through a sieve with 150 μm openings)
・ Calcium carbonate (Kanto Chemical Co., Ltd., special grade, purity 99.5% by mass)
・ Magnesium oxide (manufactured by Kanto Chemical Co., Ltd., special grade, purity 98.0% by mass)
-Potassium dihydrogen phosphate (manufactured by Kanto Chemical Co., Ltd., special grade, purity 99.5% by mass)
Magnesium hydroxide (Kanto Chemical Co., Ltd., first grade, purity 95% by mass)
Table 1 shows chemical components of the dolomite compound.
実施例1〜3
(セシウム捕捉材の調製)
表2に示すマグネシウム化合物と、リン酸化合物としてリン酸二水素カリウム(KH2PO4)を、表2に示す配合割合で混合したセシウム捕捉材を調製した。
(セシウム処理試験)
セシウム捕捉材1gと塩化セシウム水溶液〔セシウム濃度1000mg/l、塩化セシウム(関東化学株式会社製、純度98.0質量%)〕300mlをビーカーに入れ、マグネチックスターラーで6時間撹拌混合する。混合液をシリンジで採取し、シリンジフィルター(孔径0.45μm)を用いて固形物を除いた液を抽出する。抽出した液のセシウム濃度を、原子吸光光度計(株式会社日立製作所製、「Z−2000」)により測定し、下記式によりセシウム捕捉率(%)を求めた。結果を表2に示す。
セシウム捕捉率(%)=〔(セシウム初期濃度−セシウム平衡濃度)/セシウム初期濃度〕×100
(セシウム平衡濃度とは、6時間撹拌した時点で反応が平衡に達したと見なし、その時の溶液中のセシウム濃度のこと)
Examples 1-3
(Preparation of cesium capture material)
A cesium scavenger was prepared by mixing a magnesium compound shown in Table 2 and potassium dihydrogen phosphate (KH 2 PO 4 ) as a phosphate compound at a blending ratio shown in Table 2.
(Cesium treatment test)
1 g of a cesium capturing material and 300 ml of an aqueous cesium chloride solution (cesium concentration 1000 mg / l, cesium chloride (manufactured by Kanto Chemical Co., Inc., purity 98.0% by mass)) are placed in a beaker and mixed with stirring with a magnetic stirrer for 6 hours. The mixed solution is collected with a syringe, and the liquid from which the solid matter is removed is extracted using a syringe filter (pore size: 0.45 μm). The cesium concentration of the extracted liquid was measured with an atomic absorption photometer (manufactured by Hitachi, Ltd., “Z-2000”), and the cesium capture rate (%) was determined by the following formula. The results are shown in Table 2.
Cesium capture rate (%) = [(cesium initial concentration−cesium equilibrium concentration) / cesium initial concentration] × 100
(The cesium equilibrium concentration is the concentration of cesium in the solution at the time when the reaction reached equilibrium after stirring for 6 hours.)
比較例1〜2
表2に示すマグネシウム化合物を用い、リン酸化合物を使用しなかった以外は、実施例1と同様の方法でセシウム捕捉材を調製し、実施例1と同様の方法でセシウム処理試験を行った。
比較例3
表2に示すマグネシウム化合物を使用した以外は、実施例1と同様の方法でセシウム捕捉材を調製し、実施例1と同様の方法でセシウム処理試験を行った。
比較例4
マグネシウム化合物に代えて、炭酸カルシウムを使用した以外は、実施例1と同様の方法でセシウム捕捉材を調製し、実施例1と同様の方法でセシウム処理試験を行った。
比較例5
マグネシウム化合物を使用せず、リン酸化合物のみを使用した以外は、実施例1と同様の方法でセシウム捕捉材を調製し、実施例1と同様の方法でセシウム処理試験を行った。
Comparative Examples 1-2
A cesium capturing material was prepared in the same manner as in Example 1 except that the magnesium compound shown in Table 2 was used and no phosphate compound was used, and a cesium treatment test was conducted in the same manner as in Example 1.
Comparative Example 3
A cesium capturing material was prepared in the same manner as in Example 1 except that the magnesium compound shown in Table 2 was used, and a cesium treatment test was performed in the same manner as in Example 1.
Comparative Example 4
A cesium capturing material was prepared in the same manner as in Example 1 except that calcium carbonate was used in place of the magnesium compound, and a cesium treatment test was conducted in the same manner as in Example 1.
Comparative Example 5
A cesium capturing material was prepared in the same manner as in Example 1 except that only the phosphate compound was used without using the magnesium compound, and a cesium treatment test was conducted in the same manner as in Example 1.
実施例1〜3と比較例4及び5とを比較すると、マグネシウム化合物及びリン酸化合物の組み合わせによって水中のセシウムを捕捉できることが分かる。これはセシウム捕捉材に含まれるマグネシウム、リン及び水中に含まれるセシウムが何らかの水に不溶な化合物を作るためだと推察される。比較例1及び2より、リン酸化合物を含有しないドロマイト焼成物単体では、セシウム捕捉能力は低いことが分かる。また、実施例1及び3と比較例3とを比較すると、水への溶解度が高いカルシウム成分(有効石灰)が多く存在すると、セシウムが捕捉されないことが分かる。これはリン酸化合物中のリンが、マグネシウムやセシウムよりも優先して、溶出したカルシウムと化合物を作るためだと推察される。
以上のことから、有効石灰の含有量が特定量以下であるマグネシウム化合物にリン酸化合物を組み合わせた複合材が、セシウム捕捉材として有用であることが分かった。
Comparing Examples 1 to 3 with Comparative Examples 4 and 5, it can be seen that cesium in water can be captured by a combination of a magnesium compound and a phosphate compound. This is presumably because magnesium, phosphorus contained in the cesium scavenger and cesium contained in the water make some water-insoluble compounds. From Comparative Examples 1 and 2, it is understood that the cesium capturing ability is low in the dolomite fired substance alone containing no phosphate compound. Moreover, when Examples 1 and 3 are compared with Comparative Example 3, it can be seen that cesium is not captured when a large amount of calcium component (effective lime) having high solubility in water is present. This is presumably because phosphorus in the phosphoric acid compound makes a compound with eluted calcium in preference to magnesium and cesium.
From the above, it has been found that a composite material in which a phosphoric acid compound is combined with a magnesium compound having an effective lime content of a specific amount or less is useful as a cesium scavenger.
実施例4〜10
実施例1で使用した半焼成ドロマイト1.2gに対し、リン酸二水素カリウムの添加量を、表3に示す割合に変えた以外は、実施例1と同様にセシウム捕捉材を調製し、実施例1と同様の方法でセシウム処理試験を行った。結果を表3に示す。
実施例11
実施例4〜10の結果から、〔Mg/P〕モル比を、最もセシウム捕捉効果の高い実施例5の2.1とし、セシウム捕捉材の総質量を3.0gとして、実施例1と同様の方法でセシウム処理試験を行った。結果を表3及び4に示す。
Examples 4-10
A cesium-trapping material was prepared in the same manner as in Example 1 except that the amount of potassium dihydrogen phosphate added to 1.2 g of the half-baked dolomite used in Example 1 was changed to the ratio shown in Table 3. A cesium treatment test was conducted in the same manner as in Example 1. The results are shown in Table 3.
Example 11
From the results of Examples 4 to 10, the [Mg / P] molar ratio was set to 2.1 of Example 5 with the highest cesium trapping effect, and the total mass of the cesium trapping material was set to 3.0 g, as in Example 1. The cesium treatment test was conducted by the method. The results are shown in Tables 3 and 4.
比較例6〜8
セシウム捕捉材として、表4に示す天然ゼオライト又は合成ゼオライトを3g用いた以外は、実施例1と同様の方法で、セシウム処理試験を実施した。結果を表4に示す。
Comparative Examples 6-8
A cesium treatment test was conducted in the same manner as in Example 1 except that 3 g of natural zeolite or synthetic zeolite shown in Table 4 was used as the cesium scavenger. The results are shown in Table 4.
実施例4〜11において、〔Mg/P〕モル比が2.1のとき、セシウム捕捉材のセシウム捕捉能力は最大となり、〔Mg/P〕モル比の範囲は1.2〜7が好ましく、1.3〜5.5がより好ましいことが分かる。
実施例11及び比較例6〜8の結果から、本発明のセシウム捕捉材は、従来のゼオライトと比べてセシウム捕捉能力が高いことが分かる。
In Examples 4 to 11, when the [Mg / P] molar ratio is 2.1, the cesium capturing ability of the cesium capturing material is maximized, and the range of the [Mg / P] molar ratio is preferably 1.2 to 7, It turns out that 1.3-5.5 is more preferable.
From the results of Example 11 and Comparative Examples 6 to 8, it can be seen that the cesium-capturing material of the present invention has a higher cesium-capturing ability than the conventional zeolite.
本発明に係るセシウム捕捉材のセシウム捕捉能力は、従来のゼオライトより高いため、少量の使用で高いセシウム捕捉効果が発揮され、多量の放射性セシウムを含む汚染水を効率的に処理できることが分かる。また、廃棄物の保管及び処分の問題が軽減されることが期待される。 Since the cesium capture | acquisition capacity | capacitance of the cesium capture | acquisition material which concerns on this invention is higher than the conventional zeolite, it turns out that the high cesium capture | acquisition effect is exhibited by a small amount of use, and the contaminated water containing a lot of radioactive cesium can be processed efficiently. It is also expected that the problem of waste storage and disposal will be reduced.
Claims (4)
該マグネシウム化合物が、半焼成ドロマイト、酸化マグネシウム、及び水酸化マグネシウムから選ばれる1種以上であり、
該リン酸化合物が、リン酸二水素カリウム、リン酸二水素ナトリウム、リン酸二水素アンモニウム、リン酸一水素カリウム、リン酸一水素ナトリウム、リン酸三ナトリウム及びこれらの水和物から選ばれる1種以上の化合物である、セシウム捕捉材。 A cesium capturing material containing magnesium compound and a phosphoric acid compound, the molar ratio of magnesium component and the phosphorus component of the cesium in capturing material (Mg / P) is 10 or less, the effective lime of the cesium in the capturing material Ri der content 1.5 mass% or less,
The magnesium compound is at least one selected from semi-baked dolomite, magnesium oxide, and magnesium hydroxide;
The phosphoric acid compound is selected from potassium dihydrogen phosphate, sodium dihydrogen phosphate, ammonium dihydrogen phosphate, potassium monohydrogen phosphate, sodium monohydrogen phosphate, trisodium phosphate and hydrates thereof 1 A cesium scavenger that is a compound of more than species .
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