2020 Fiscal Year Annual Research Report
Magnetic classification of radioactive Cs-polluted soil using formation of magnetite
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20H04365
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| Research Institution | Prefectural University of Hiroshima |
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Principal Investigator |
三苫 好治 県立広島大学, 生物資源科学部, 教授 (20301674)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
片山 裕美 八戸工業大学, 工学部, 講師 (30823661)
奥田 哲士 龍谷大学, 先端理工学部, 教授 (60343290)
水原 詞治 龍谷大学, 先端理工学部, 講師 (70638999)
澤田 剛 鹿児島大学, 総合科学域総合研究学系, 准教授 (90240902)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 放射性セシウム / 分級 / 磁力選別 / 機能性マグネタイト / 除染 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
現在，仮置き場や中間貯蔵施設におけるセシウム汚染土壌の確実な分離／減容化技術の開発が急がれている。しかしながら，先行する湿式土壌分級においても除染土の多くを占める農地土壌の根毛等が原因で十分な除染効果が得にくい。今後，有機物を容易に除去できる加熱処理に期待が集まるものの，総廃棄物量の削減等で課題があり一層の技術革新が望まれる。そこで本研究では，比較的低温燃焼で土壌中セシウムの蒸発を抑えつつ有機物の減容化を図り，土壌分級助剤として有効な磁性物質を処理土表面に直接生成させ，土壌微粒子の乾式磁選分級により高濃度放射性セシウム土の無廃水式分離技術の開発を行う。
令和２年度の研究計画では、土壌分析，熱減容，及び固相マグネタイト調製法の確立を予定した。はじめに対象土壌の基本物性を求めた。用いた土壌は、含水率15 wt%程度，有機物23 wt%を含有していた。併せて、一般的に、単位質量当たりのセシウム濃度が高濃度になることが知られている75μm未満の土壌量やその鉱物構造なども把握した。
次いで、磁選効果の評価方法について検討し、以下、「８．現在までの進捗状況」に示した「磁着増加率」を新たな分級評価指標として用いることができることを見いだした。対象土壌に対して計画に沿って、投入薬剤量、投入順序、処理温度等の処理条件の検討を進めたところ、得られた最適条件においては97%以上の粘土成分の分離に成功し、かつ、磁選物には2:1型粘土鉱物の比率が高くなることをXRD解析から明らかにした。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
令和２年度の研究計画では、土壌分析，熱減容，及び固相マグネタイト調製法の確立を予定した。コロナ禍の影響を受けたものの、「おおむね順調に進展した」ので、その進捗状況を報告する。
はじめに、試験供試土として「森林土」を想定し、有機物質を比較的多く含む市販土（黒ボク土）を選定した。次いで、その風乾細土（2mm以下）を調製し、マグネタイト調製における添加薬剤量等の諸条件を最適化した。磁性体原料である，NaOHでpH調整済みのFeCl2・4H2O溶液に、10.0 gの黒ボク土（含水率15 wt%程度，有機物23 wt%含有）を加え，軽く撹拌後，アルゴン雰囲気下とした管状炉によって250℃で2時間加熱した。放冷後，処理土壌を磁力選別（以下、磁選とする）用バイアル管に入れ，丸型ネオジム磁石（表面磁束密度：5,732G）を用いて磁選を行った。土壌の組成，構造解析，及び粒度分布測定はJIS法に準じて行った。磁選効果を評価するために，薬剤未添加における加熱処理土壌の磁着量（＝主として蹉跌等による）を基準として，薬剤添加及び加熱処理による磁着量の増加率を磁着増加率とした。このとき、加熱処理土壌の全粘土量に相当する磁着量を得るには、磁着増加率は2.5となることを予めシミュレーションで把握した。実際の処理の結果、FeCl2・4H2O添加量とNaOH添加量が黒ボク土の磁着増加率に与える影響を検討したところ，FeCl2・4H2Oを4.5 mmol，NaOHを9.0 mmol添加して加熱処理を行った際の磁着増加率が最も高く，2.4に達した。なお、磁選された小粒径の土粒子の鉱物構造は、未処理土壌に比較してセシウムを吸着しやすい2:1型粘土鉱物が多いことをXRD解析から明らかにした。
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| Strategy for Future Research Activity |
同様に様々な土壌種に対する磁選効果を検討するとともに、有機物に吸着していたセシウムが、我々が開発した磁選処理前後によって、どのフェーズにどのように移行するのか検討を継続する。
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