焼却炉から発生する主灰および飛灰中のアルカリ金属類の塩化揮発法による低減

氯化物挥发法减少焚烧炉底灰和飞灰中的碱金属

• 批准号: 15F15051
• 负责人: 二宮 善彦
• 金额: $ 1.47万
• 依托单位: Chubu University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2015
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2015-04-24 至 2017-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-15F15051/
• 关键词: セシウム; 塩化揮発法; アルカリ金属; 焼却灰; XAFS; 塩化カルシウム

2011年3月11日に発生した東日本大震災に伴う原子力発電所の事故によって、セシウム ( Cs ) などの放射性物質が流出し、特に放射性セシウム（ Cs-134 およびCs-137 ）は発生する放射性元素のなかで揮発性が高いため、その流出量が多くなっている。このうちCs-137 は、半減期が約30 年であるため、放射能による環境への影響は長時間持続される。瓦礫や草木に付着および吸収された放射性セシウムは、焼却による減容化処理が実施されている。ごみと一緒に焼却炉に入った放射性セシウムは、800℃以上の高温燃焼条件で、一部は揮発もしくは液滴となって排ガスへ移動し、残りの放射性セシウムは、ごみの燃え残り（主灰）に固溶する。このうち、主灰に固溶した放射性セシウムは主にアルミナシリケートと結合し、難溶性のためその除染は簡単ではない。そこで、本研究では、高温下でのアルミナシリケートに固溶するアルカリ金属類（Na, K, Cs）の塩化揮発反応の測定を行い、セシウムの揮発速度に及ぼす競合元素や促進元素の影響を反応工学的観点から明らかにすることを目的に共同で研究を実施した。具体的な成果として（1）実験には放射性セシウムを含まない焼却灰および焼却灰にセシウム添加して模擬灰を作製して実験を行った。この結果、焼却灰に30%wtのCaCl2を添加した場合、1200℃以上の温度でセシウムの揮発率が90％以上を超えることを確かめ、Cs>K＞Naの順に揮発しやすいことがわかった。（2）また、反応中間体として700～1100℃の温度範囲でCsCaCl3生成をX線回折装置にて検出。また、焼却灰に添加する塩化物としてCaCl2以外にMgCl2の効果についても評価した。

由于2011年3月11日发生的东日本大地震的核电站事故，导致铯（Cs）等放射性物质泄漏，特别是放射性铯（Cs-134和Cs-137）被泄漏。挥发性强，泄漏量大。其中，Cs-137的半衰期约为30年，因此放射性对环境的影响将持续很长一段时间。附着在瓦砾和植物上并被其吸收的放射性铯通过焚烧而减少体积。与垃圾一起进入焚烧炉的放射性铯，经受800℃以上的高温燃烧条件，部分蒸发或变成液滴移至废气中，剩余的放射性铯在垃圾燃烧后留下。 （底灰））在固溶体中。其中，溶解在底灰中的放射性铯主要与硅酸铝结合，溶解性差，去污不易。因此，本研究通过测定高温下溶解在硅酸铝中的碱金属（Na、K、Cs）的氯化物挥发反应，并研究竞争元素和促进元素对铯挥发速率的影响进行了联合研究。目的是从工程角度澄清这一点。具体结果包括（1）利用不含放射性铯的焚烧灰和在焚烧灰中添加铯的模拟灰进行实验。结果表明，当焚烧灰中添加30%wt的CaCl2时，证实在1200℃以上温度下铯的挥发率超过90%，并且发现挥发率较高的顺序为Cs>K >娜。 (2)此外，利用X射线衍射装置检测到在700～1100℃的温度范围内作为反应中间体CsCaCl3的形成。除了 CaCl2 之外，我们还评估了 MgCl2 作为氯化物添加到焚烧灰中的效果。

项目成果

Vaporization Mechanisms of Water-Insoluble Cs in Ash During Thermal Treatment with Calcium Chloride Addition

添加氯化钙热处理过程中灰分中不溶于水的Cs的蒸发机理

• DOI: 10.1021/acs.est.6b03635
• 发表时间: 2016
• 期刊: Environmental Science & Technology
• 影响因子: 11.4
• 作者: Facun Jiao;Norie Iwata;Norikazu Kinoshita;Masato Kawaguchi;Motoyuki Asada;Maki Honda, Keisuke Sueki;Yoshihiko Ninomiya
• 通讯作者: Yoshihiko Ninomiya

Role of CaCl2 and MgCl2 addition in the vaporization of water-insoluble cesium from incineration ash during thermal treatment

• DOI: 10.1016/j.cej.2017.04.086
• 发表时间: 2017-09
• 期刊: Chemical Engineering Journal
• 影响因子: 15.1
• 作者: F. Jiao;N. Kinoshita;M. Kawaguchi;M. Asada;M. Honda;K. Sueki;Y. Ninomiya

Comparison of the effects of CaCl2 and MgCl2 on the vaporization of Cs in ashes during thermal treatment

CaCl2和MgCl2对热处理过程中灰烬中Cs蒸发的影响比较

• 发表时间: 2016
• 作者: Facun Jiao;Norie Iwata;Yoshihiko Ninomiya;Norikazu Kinoshita;Motoyuki Asada;Motoyuki Asada;Maki Honda
• 通讯作者: Maki Honda

Removal of cesium from incineration ash by the chloride volatilization method

氯化物挥发法去除焚烧灰中铯

• 发表时间: 2016
• 作者: Facun Jiao;Norie Iwata;Yoshihiko Ninomiya;Norikazu Kinoshita;Takuma Noto;Motoyuki Asada;Keisuke Sueki;Maki Honda
• 通讯作者: Maki Honda

Vaporization of cesium in ash by chlorination and its dependence

灰中铯的氯化蒸发及其依赖性

• 发表时间: 2016
• 作者: Facun Jiao;岩田倫枝;木下哲一;能任琢真;浅田素之;二宮善彦
• 通讯作者: 二宮善彦