JP2003190779A

JP2003190779A - 有害重金属低減剤

Info

Publication number: JP2003190779A
Application number: JP2001391283A
Authority: JP
Inventors: Minoru Morioka; 実盛岡
Original assignee: Denki Kagaku Kogyo KK
Current assignee: Denka Co Ltd
Priority date: 2001-12-25
Filing date: 2001-12-25
Publication date: 2003-07-08

Abstract

(57)【要約】【課題】カドミウムや鉛の低減効果に優れ、六価クロ
ムの低減効果も有するなど、多面的に有害重金属を低減
できるなどの効果を奏する主に、水質浄化、土壌浄化、
及びセメント・コンクリート分野等において使用される
有害重金属低減剤を提供すること。【解決手段】骨灰を含有してなる有害重金属低減剤、
骨灰と、脱硫スラグ及び／又は高炉徐冷スラグを含有し
てなる有害重金属低減剤、骨灰のブレーン比表面積が1
0,000cm²/g以上である該有害重金属低減剤、脱硫スラグ
及び／又は高炉徐冷スラグが非硫酸態イオウとして存在
するイオウを0.5％以上含む該有害重金属低減剤、並び
に、ブレーン比表面積が3,000cm²/g以上である該有害重
金属低減剤を構成とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、主に、水質浄化、
土壌浄化、及びセメント・コンクリート分野等において
使用される有害重金属低減剤に関する。なお、本発明に
おける部や％は特に規定しない限り質量基準で示す。

【０００２】

【従来の技術とその課題】環境問題の観点から、人体に
悪影響をおよぼす有害重金属について大きな関心が寄せ
られている。有害重金属としては、例えば、クロム(C
r)、カドミウム(Cd)、及び鉛(Pb)などが挙げられ、これ
らのうち、特にクロムは、主に、三価と六価の形態をと
り、六価が有害であるが、三価クロムも酸化条件で容易
に六価に変化するため完全に無害化することが困難なも
のとされている。そして、有害重金属がカチオン性の場
合にはカチオン収着剤を、また、有害重金属がアニオン
性の場合にはアニオン収着剤を使用するため、三価クロ
ムがカチオン性で、六価クロムがアニオン性であること
は、クロムの処理を困難にしている要因のひとつであ
る。また、カドミウムや鉛等の重金属がカチオン性であ
るため、カチオン収着剤を使用するが、六価クロムはア
ニオン性であることから、アニオン収着剤を適用しなけ
れば捕集することができないという課題があった。

【０００３】また、従来より、六価クロムは第一鉄塩等
の還元剤によって低減する方法が提案されている(特開
平3-205331号公報、特開2000-86322号公報等)。しかし
ながら、これらの還元剤は高価なものであり、広域にわ
たる汚染された水質や土壌を改質するために使用するに
はあまりにも不経済であるという課題があった。今日で
は、安価であって、カドミウムや鉛等のカチオン性有害
重金属とアニオン性有害重金属である六価クロムを同時
に低減できる有害重金属の低減剤の開発が強く待たれて
いる。

【０００４】一方、産業副産物である各種の骨灰や鉄鋼
スラグの有効利用に関しても関心が寄せられている。

【０００５】骨灰は、家畜の廃棄物、例えば牛骨や鶏
骨、あるいは肉骨粉を焼却処理した後の残灰であり、ほ
とんどが廃棄処分されているのが現状である。

【０００６】また、鉄鋼スラグはプロセスや設備によっ
て様々な組成や性状を有するスラグとして副生する。例
えば、銑鉄を調製するプロセスで用いる高炉からは高炉
スラグが、銑鉄から製鋼するプロセスで用いる溶銑予備
処理設備、転炉、及び電気炉からは、それぞれ、溶銑予
備処理スラグ、転炉スラグ、及び電気炉スラグが副生す
る。さらに、高炉スラグには水砕スラグと徐冷スラグが
あり、溶銑予備処理スラグには、脱珪スラグ、脱リンス
ラグ、及び脱硫スラグがあり、電気炉スラグにも酸化期
スラグと還元期スラグが存在する。しかしながら、この
鉄鋼スラグと呼ばれるものには未だに有効な利用方法が
見出されていないものが多い。

【０００７】本発明者は、鋭意努力を重ね、未だに有効
利用方法が見出されていない骨灰が優れた有害重金属の
低減能力を有すること、また、産業副産物である鉄鋼ス
ラグのうちの脱硫スラグや高炉徐冷スラグを骨灰に組み
合わせることによって、より有害重金属の低減効果が顕
著となり、多面的に有害重金属の低減を達成できること
を見出し本発明を完成するに至った。

【０００８】

【課題を解決するための手段】即ち、本発明は、骨灰を
含有してなる有害重金属低減剤であり、骨灰と、脱硫ス
ラグ及び／又は高炉徐冷スラグを含有してなる有害重金
属低減剤であり、骨灰のブレーン比表面積が10,000cm²/
g以上である該有害重金属低減剤であり、脱硫スラグ及
び／又は高炉徐冷スラグが非硫酸態イオウとして存在す
るイオウを0.5％以上含有してなる該有害重金属低減剤
であり、脱硫スラグ及び／又は高炉徐冷スラグのブレー
ン比表面積が3,000cm²/g以上である該有害重金属低減剤
である。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、本発明を詳細に説明する。

【００１０】本発明で使用する骨灰とは、家畜の廃棄
物、例えば、牛骨や鶏骨、あるいは、肉骨粉を焼却処理
した後の残灰であり、CaOやP₂O₅を主成分とし、その他
の成分として、微量のSiO₂、Al₂O₃、Fe₂O₃、MgO、Na
₂O、K₂O、及びCなどを含有するものである。骨灰の粉末
度は特に限定されるものではないが、ブレーン比表面積
(以下、ブレーン値という)で10,000cm²/g以上が好まし
く、10,000〜30,000cm²/gがより好ましく、10,000〜20,
000cm²/gが最も好ましい。ブレーン値が10,000cm²/g未
満では、本発明の効果、即ち、有害重金属の低減効果が
充分に得られない場合があり、30,000cm²/gを超えるよ
うに粉砕することは、粉砕動力が大きくなり不経済であ
る。

【００１１】本発明では、有害重金属低減剤として、骨
灰とともに、必要に応じて脱硫スラグ及び／又は高炉徐
冷スラグを併用することが可能である。

【００１２】本発明で使用する脱硫スラグとは、溶銑の
予備処理段階で副生するスラグ、いわゆる、予備処理ス
ラグのうち、脱硫工程で副生するスラグを総称するもの
である。脱硫スラグの成分は特に限定されるものではな
いが、具体的には、CaO、SiO₂、Al₂O₃、Fe₂O₃、S、Mg
O、TiO₂、MnO、Na₂O、及びP₂O₅など、並びに、Fe₂O₃以
外の状態で存在するFeを含有するものである。これらの
成分割合は、使用する鉄鉱石の組成や脱硫剤の組成等に
よって大きく異なるので一義的な組成範囲を持つもので
はない。また、化合物としては、トライカルシウムシリ
ケート3CaO・SiO₂、ダイカルシウムシリケート2CaO・Si
O₂、ランキナイト3CaO・2SiO₂、及びワラストナイトCaO・
SiO₂などのカルシウムシリケート、カルシウムフェライ
トやカルシウムアルミノフェライト、遊離石灰、リュー
サイト(K₂O、Na₂O)・Al₂O₃・SiO₂、スピネルMgO・Al ₂O₃、
マグネタイトFe₃O₄、並びに、硫化カルシウムCaSや硫化
鉄FeSなどの硫化物等を含む場合が多いが、化合物組成
も化学成分の変動と関連するため一義的に決定されるも
のではない。

【００１３】本発明で使用する高炉徐冷スラグ粉末(以
下、徐冷スラグ粉という)は徐冷されて結晶化した高炉
スラグの粉末である。徐冷スラグ粉の成分は高炉水砕ス
ラグと同様の組成を有しており、具体的には、SiO₂、Ca
O、Al₂O₃、及びMgOなどを主要な化学成分とし、その他
の成分として、TiO₂、MnO、Na₂O、S、P₂O₅、及びFe₂O₃
などの微量成分が挙げられる。化学成分の割合は特に限
定されるものではないが、通常、主成分である、SiO₂は
25〜45％、CaOは30〜50％、Al₂O₃は10〜20％、及びMgO
は３〜10％程度であり、微量成分はそれぞれ２％以下で
ある。また、化合物としては、ゲーレナイト2CaO・Al₂O₃
・SiO₂とアケルマナイト2CaO・MgO・2SiO₂の混晶である、
いわゆるメリライトを主成分とし、その他、ダイカルシ
ウムシリケート2CaO・SiO₂、ランキナイト3CaO・2SiO₂、
及びワラストナイトCaO・SiO₂などのカルシウムシリケー
ト、メルビナイト3CaO・MgO・2SiO₂やモンチセライトCaO・
MgO・SiO₂などのカルシウムマグネシウムシリケート、ア
ノーサイトCaO・Al₂O₃・2SiO₂、リューサイト(K₂O、Na₂O)
・Al₂O₃・SiO₂、スピネルMgO・Al₂O₃、マグネタイトFe
₃O₄、並びに、硫化カルシウムCaSや硫化鉄FeSなどの硫
化物等を含む場合がある。これら硫化物は徐冷スラグを
粉砕することにより粒子表面に露出し、水と接した際に
チオ硫酸イオンや亜硫酸イオンとして溶出し、六価クロ
ム還元性能を発揮する。

【００１４】本発明では、脱硫スラグ及び／又は高炉徐
冷スラグ(以下、合わせて本スラグという)のうち、例え
ば、硫化物、多硫化物、イオウ、チオ硫酸、及び亜硫酸
等のように非硫酸態イオウとして存在するイオウ(以
下、単に非硫酸態イオウという)を0.5％以上含むものを
用いることが、本発明の効果が顕著であることから好ま
しい。非硫酸態イオウが0.5％未満では、本発明の効
果、即ち、有害重金属の低減効果が充分に得られない場
合がある。非硫酸態イオウは0.5％以上が好ましく、0.7
％以上がより好ましく、0.9％以上が最も好ましい。非
硫酸態イオウ量は、全イオウ量、単体イオウ量、硫化物
態イオウ量、チオ硫酸態イオウ量、及び硫酸態イオウ量
(三酸化イオウ)を、山口と小野の方法により定量するこ
とによって、また、硫酸態イオウ量(三酸化イオウ)と硫
化物態イオウ量については、JIS R 5202に定められた方
法により定量することによっても求められる(「高炉ス
ラグ中硫黄の状態分析」、山口直治、小野昭紘、製鉄研
究、第301号、pp.37-40、1980参照)。

【００１５】本スラグのガラス化率は30％以下が好まし
く、10％以下がより好ましい。ガラス化率が30％を超え
ると本発明の効果、即ち、有害重金属の低減効果が充分
に得られない場合がある。本発明でいうガラス化率(Ｘ)
は、Ｘ(％)＝(１−Ｓ／Ｓ₀)×100として求められる。こ
こで、Ｓは粉末Ｘ線回折法により求められる徐冷スラグ
粉中の主要な結晶性化合物であるメリライト(ゲーレナ
イト2CaO・Al₂O₃・SiO₂とアケルマナイト2CaO・MgO・2SiO₂
の混晶)のメインピークの面積であり、Ｓ₀は徐冷スラグ
粉を1,000℃で３時間加熱し、その後、５℃／分の冷却
速度で冷却したもののメリライトのメインピークの面積
を表す。

【００１６】本スラグの粉末度は特に限定されるもので
はないが、ブレーン値で、3,000cm²/g以上が好ましく、
4,000〜8,000cm²/gがより好ましく、5,000〜8,000cm²/g
が最も好ましい。ブレーン値が3,000cm²/g未満では、本
発明の効果、即ち、有害重金属の低減効果が充分に得ら
れない場合があり、8,000cm²/gを超えるように粉砕する
には、粉砕動力が大きくなり不経済であり、また、徐冷
スラグ粉が風化しやすくなり、品質の経時的な劣化が大
きくなる場合がある。この粉末度によって、チオ硫酸イ
オンや亜硫酸イオンなどの溶出量をコントロールするこ
とが可能であり、粉末度を高めることにより初期の六価
クロム還元性能が高まり、逆に粉末度を低くすることで
長期にわたる六価クロム還元性能を与えることが可能と
なる。

【００１７】骨灰と本スラグの使用量は、目的や用途に
よって一義的に規定されるものではなく特に限定される
ものではないが、通常、骨灰と本スラグの合計100部
中、各々10〜90部が好ましく、20〜80部がより好まし
い。骨灰が10部未満で本スラグが90部を超えると鉛やカ
ドミウムなどのカチオン性重金属の低減効果が充分でな
い場合があり、骨灰が90部を超え本スラグが10部未満で
は六価クロムの低減効果が充分に得られない場合があ
る。

【００１８】本発明では、骨灰や本スラグの他に、従来
より知られている有害重金属低減剤を本発明の目的を実
質的に阻害しない範囲で併用することが可能である。従
来より知られている有害重金属低減剤の具体例として
は、例えば、モンモリロナイトやカオリナイトなどに代
表される層状化合物である、いわゆるベントナイト類、
クリノプチロライトやモルデナイトに代表されるゼオラ
イト類、セピオライト、アパタイト、リン酸ジルコニウ
ムなどのリン酸塩、三酸化アンチモンや五酸化アンチモ
ンなどのアンチモン酸塩、ハイドロタルサイト類、活性
炭、多硫化物、硫化物、チオ硫酸塩類、及び亜硫酸塩類
等のイオウ化合物、アマルガム、硫酸第一鉄や塩化第一
鉄等の鉄化合物、セルロース類、ポリビニルアルコー
ル、及びキトサンなどの水溶性高分子類、ジアルキルジ
チオカルバミン酸類、キノリン化合物類、ポリアミン
類、並びに、糖類等が挙げられ、これらのうちの一種又
は二種以上を併用することが可能である。

【００１９】

【実施例】以下、本発明の実験例に基づいてさらに説明
する。

【００２０】実験例１骨灰と各種スラグを表１に示す割合で配合して有害重金
属低減剤を調製し、各種有害重金属の低減能力を確認し
た。比較のために、本発明の有害重金属低減剤の代わり
に公知の有害重金属低減剤としてベントナイトを使用し
た場合について、また、本スラグ代わりに高炉水砕スラ
グや予備処理スラグのうちの脱珪スラグを用いた場合に
ついても同様の実験を行った。結果を表１に併記する。

【００２１】＜使用材料＞骨灰：豚の骨を1,000℃で焼却した後の残灰、ブレーン値15,000cm²/g スラグＡ：脱硫スラグ、ブレーン値6,000cm²/g、非硫酸態イオウ0.9％スラグＢ：徐冷スラグ粉、ブレーン値3,000cm²/g、非硫酸態イオウ0.9％スラグＣ：徐冷スラグ粉、ブレーン値4,000cm²/g、非硫酸態イオウ0.9％スラグＤ：徐冷スラグ粉、ブレーン値5,000cm²/g、非硫酸態イオウ0.9％スラグＥ：徐冷スラグ粉、ブレーン値6,000cm²/g、非硫酸態イオウ0.9％スラグＦ：徐冷スラグ粉、ブレーン値8,000cm²/g、非硫酸態イオウ0.9％スラグＧ：スラグＤを水に浸漬してエイジングし、非硫酸態イオウを0.7％にしたもの、ブレーン値6,000cm²/g スラグＨ：スラグＤを水に浸漬してエイジングし、非硫酸態イオウを0.5％にしたもの、ブレーン値6,000cm²/g スラグＩ：高炉水砕スラグ、ブレーン値6,000cm²/g、非硫酸態イオウ0.6％スラグＪ：脱珪スラグ、ブレーン値6,000cm²/g、非硫酸態イオウ0.02％ベントナイト：市販品六価クロム標準溶液：関東化学工業社製カドミウム標準溶液：関東化学工業社製鉛標準溶液：関東化学工業社製

【００２２】＜測定方法＞有害重金属の溶出量：有害重金属の低減能力を評価する
ために有害重金属の溶出量を測定した。クロム低減能力
に関しては、六価クロム標準溶液を希釈して、六価クロ
ム濃度が50mg/lの溶液を調製し、この六価クロム溶液50
ccに各種有害重金属低減剤10ｇを入れて攪拌し、1日後
に固液分離して液相中の残存六価クロム濃度と三価クロ
ム濃度を測定することによって評価した。ただし、三価
クロム濃度は全クロム濃度から六価クロム濃度を差し引
いて求めた。即ち、三価クロムと六価クロムの混合クロ
ム溶液から三価クロムを分離処理する前と後でクロム濃
度を、JIS K 0102に準じ、ICP発光分光分析法により測
定した。また、カドミウムや鉛の低減能力に関しては、
カドミウム標準溶液又は鉛標準溶液を希釈して、それぞ
れの濃度が25mg/lの溶液を調製し、この溶液50ccに各種
有害重金属低減剤10ｇを入れて攪拌し、１日後に固液分
離して液相中のカドミウム又は鉛の残存濃度を測定し
た。

【００２３】

【表１】

【００２４】

【発明の効果】本発明の有害重金属低減剤は、未だに有
効利用方法が見出されずにいる骨灰を含有し、カドミウ
ムや鉛の低減効果に優れ、六価クロムの低減効果も有す
るなど、多面的に有害重金属を低減できる。さらに、脱
硫スラグや高炉徐冷スラグを併用することにより、さら
に六価クロムを著しく低減することができ、また、酸化
条件下で六価クロムに変化する三価クロムも併せて低減
できるなどの効果を奏する。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｃ０２Ｆ 1/28 Ｂ０９Ｂ 3/00 ＺＡＢ 1/70

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】骨灰を含有してなる有害重金属低減剤。
【請求項２】骨灰と、脱硫スラグ及び／又は高炉徐冷
スラグを含有してなる有害重金属低減剤。
【請求項３】骨灰のブレーン比表面積が10,000cm²/g
以上であることを特徴とする請求項１又は２に記載の有
害重金属低減剤。
【請求項４】脱硫スラグ及び／又は高炉徐冷スラグが
非硫酸態イオウとして存在するイオウを0.5％以上含有
することを特徴とする請求項２又は３に記載の有害重金
属低減剤。
【請求項５】脱硫スラグ及び／又は高炉徐冷スラグの
ブレーン比表面積が3,000cm²/g以上であることを特徴と
する請求項２〜４のうちの一項に記載の有害重金属低減
剤。