JP2007301423A

JP2007301423A - アスベストの無害化処理方法及び水素ガスの生成方法

Info

Publication number: JP2007301423A
Application number: JP2006037295A
Authority: JP
Inventors: Yasuo Shirai; 靖男白井; Nozomi Shiobara; 望塩原
Original assignee: Tokyo Polytechnic University; Tama TLO Co Ltd
Current assignee: Tokyo Polytechnic University; Tama TLO Co Ltd
Priority date: 2006-02-14
Filing date: 2006-02-14
Publication date: 2007-11-22

Abstract

【課題】高温での処理を要することなく、低コストかつ安全にアスベストを無害化することができるアスベストの処理方法、並びに産業廃棄物であるアスベストを用いて水素ガスを生成する方法を提供する。
【解決手段】アスベスト又はアスベスト及び金属、金属酸化物又は金属フッ化物よりなる第２成分を水中に添加し、メカノ化学反応を生じさせることによりアスベストを無害化するとともに、有用ガスである水素ガスを生成することができる。金属又は金属フッ化物よりなる第２成分としては、アルミニウム粉末、チタン粉末、マンガン粉末、鉄粉末、フッ化ナトリウム粉末又はフッ化カルシウム粉末又はその混合物を特に好ましく使用することができる。
【選択図】図４

Description

本発明は、常温処理が可能であり、安全性に優れるアスベストの無害化処理方法、並び産業廃棄物であるアスベストを利用した有用ガスである水素ガスの生成方法に関する。

アスベスト（石綿）は天然の鉱物繊維であり、種類としてはクリソタイル（白石綿）やアモサイト（茶石綿）、クロシドライト（青石綿）などがある。アスベストは耐熱性、耐薬品性、絶縁性などの諸特性に優れているため、建設資材、電気製品、自動車および家庭用品などの分野で幅広く利用されている。我が国で１９３０年から２００２年の間に消費されたアスベストは１０００万トンにも及び、その９割以上は建築資材（スレート板、屋根瓦、耐火被覆材等）として使用されたと言われている。

アスベストは上述の優れた特性を有するものの、疾病との因果関係が指摘されている。即ち、アスベストは太さが人間の髪の毛の１／５０００という非常に微細な針状結晶構造を有しており、アスベストの粉塵を人が吸い込むと、この針状結晶が肺細胞に刺さることにより、石綿肺、肺癌、悪性中皮腫などの重大な疾病が引き起こされる。

上記アスベストの危険性に鑑み、世界各国においてアスベストの使用に対する規制が行われているが、過去に使用された大量のアスベストをいかに処理するかが問題となっている。特にアスベストを含む建築資材が使用された建造物の解体は今後ピークを迎えることから、アスベスト暴露とアスベスト処理の問題の深刻化が予測されている。

現在、アスベストおよびアスベスト含有物質は産業廃棄物として最終処分場に埋め立てられているが、これには限度がある。そのため、従来より種々のアスベストの無害化処理技術が提案されている。

例えば特許文献１は、密閉型電気炉によりシュートを介して袋中に収容されたアスベストを高温（１５００℃）で溶解する無害化処理方法を開示している。また非特許文献１には、よりエネルギー消費量の少ない処理方法として、フロン分解物を加えて６００〜７００℃程度の加熱処理を行う無害化処理方法が提案されている。
特許第３０８５９５９号公報金子憲治“６００〜７００℃での無害化に成功溶融処理に比べてコストを半減”２００５年１１月１８日公開、日経ＢＰ社ＳＡＦＥＴＹＪＡＰＡＮ２００５［２００６年２月１３日検索］、インターネット＜URL: http://nikkeibp.jp/sj2005/report/39/＞

上記した従来のアスベストの処理方法は、いずれも高温での処理を必要とするために処理コストが大きくなる問題があり、更には乾式での処理であるために、処理中に飛散するアスベストによる２次被害への対策が必要となる問題がある。

本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、以下のいずれか一以上の目的を達成するものである。

即ち本発明の目的は、高温での処理を要することなく、アスベストを無害化することができるアスベストの処理方法を提供することにある。

本発明の他の目的は、低コストでアスベストを無害化することができるアスベストの処理方法を提供することにある。

本発明の他の目的は、処理中のアスベストの飛散による２次被害を効果的に防止することができるアスベストの処理方法を提供することにある。

本発明の他の目的は、燃料電池などの作動ガスとして使用しうる水素ガスを、アスベストを用いた処理によって生成できる方法を提供することにある。

本発明は、アスベストを水中に添加し、メカノ化学反応を生じさせることを特徴とするアスベストの無害化処理方法、又は、アスベスト及び金属、金属酸化物又は金属フッ化物よりなる第２成分を水中に添加し、メカノ化学反応を生じさせることを特徴とするアスベストの無害化処理方法により上記課題を達成したものである。

本発明のアスベスト処理に要するエネルギーは、メカノ化学反応を生じさせるための機械的エネルギーのみであり、従来必要とされてきた高温での加熱処理が不要となるため、低コストで経済性に優れるアスベストの無害化処理を実現することができる。

また、本発明では、水中での湿式処理によりアスベストが無害化されるため、アスベストの飛散による二次被害を防止することが容易である。

更に本発明では、アスベスト処理を金属、金属酸化物又は金属フッ化物よりなる第２成分とともに処理した場合に、副生成物として水素ガスが発生することが確認されている。水素ガスは燃料電池等の作動ガスとして使用することが可能であり、本発明において生成される水素ガスを有効利用することで、アスベスト処理に係るトータルコストを一層低減できる可能性がある。

なお、本発明におけるメカノ化学反応は、摩擦などの機械的エネルギーを与えることにより生じる物質の酸化、還元、分解、合成などの反応をいう。

本発明におけるメカノ化学反応は、前記アスベストを含む懸濁水、又は前記アスベスト及び前記第２成分を含む懸濁水を攪拌することにより生じさせること（請求項２、４）が可能であり、これにより、より低コストで効率的なアスベストの無害化処理を行うことが可能になる。

本発明では、前記第２成分を、アルミニウム（Ａｌ）粉末、チタン（Ｔｉ）粉末、マンガン（Ｍｎ）粉末、鉄（Ｆｅ）粉末、フッ化ナトリウム（ＮａＦ）粉末及びフッ化カルシウム（ＣａＦ_２）粉末よりなる第１群から選ばれる一の粉末又は二以上の粉末の混合物とすること（請求項５）が特に好ましく、これにより、アスベストの無害化処理の効率を高めることが可能となる。

或いは前記第２成分を、ニッケル（Ｎｉ）粉末、銅（Ｃｕ）粉末及び酸化第二鉄（Ｆｅ_２Ｏ_３）粉末よりなる第２群から選ばれる一の粉末又は前記第１群及び前記第２群から選ばれる二以上の粉末の混合物とすること（請求項６）、又は、前記第２成分を、インジウム（Ｉｎ）粉末、亜鉛（Ｚｎ）粉末、過マンガン酸カリウム（ＫＭｎＯ_４）粉末及びケイ素（Ｓｉ）粉末よりなる第３群から選ばれる一の粉末又は前記第１〜第３群から選ばれる二以上の粉末の混合物とすること（請求項７）も可能であり、この場合も一定以上の効率でアスベストの無害化処理を行うことができる。

本発明における処理対象物であるアスベストは、建材等における使用比率の高いクリソタイルとすること（請求項８）が好ましい。

本発明は、アスベスト及び金属、金属酸化物又は金属フッ化物よりなる第２成分を水中に添加し、メカノ化学反応を生じさせる第１の処理と、前記第１の処理により発生した水素ガスを収集する第２の処理とを有することを特徴とする水素ガスの生成方法（請求項９）によっても上記課題が解決される。

アスベスト及び上記第２成分を用いてメカノ化学反応を生じさせることにより、副生成物として水素ガスが発生することは上記の通りであり、この水素ガスを収集することにより、燃料電池の作動ガスなどの用途での利用が可能となる。

以下、図面に基づいて本発明の実施形態を説明する。

図１は、本発明に係るアスベストの無害化処理方法の原理を示す説明図である。

図示のように、乳鉢１やボールミルなどの適当な粉砕混合手段により調整されたアスベスト（この例では、クリソタイル）と金属又は金属フッ化物よりなる第２成分との混合物２は、水（好ましくは純水）を貯留した処理器（図ではビーカー）３に投入される。

処理器３は、処理器３の内容物を攪拌することで内容物に機械的エネルギーを加えるための攪拌手段（図ではスターラー４及び攪拌子５）を備えており、この攪拌手段により攪拌されることで、アスベスト又はアスベスト及び第２成分にメカノ化学反応が生じせしめられる。

なお、図示の例では、容器蓋６により処理器３が密閉可能となっており、当該容器蓋６に取り付けられたガス循環経路７及びその分岐管８により、処理器３内ガスのパージや、その採取、分析を行うことが可能になっている。

図２〜図５には、図１に示す処理器３を用い、それぞれ第２成分としてチタン粉末、フッ化カルシウム粉末、鉄粉末及びケイ素粉末を使用して行われたアスベストの処理実験の結果が示されている。図２〜図５において、（Ａ）及び（Ｂ）は処理実験前後におけるサンプルのＸ線回折装置（ＸＲＤ）による測定結果であり、（Ｃ）は処理実験前（０時間）、（Ｄ）は処理実験後（２０時間）のサンプルのＳＥＭ画像である。

なお、上記処理実験においては、処理器３内の純水量を１００ｍｌ、アスベスト量を３ｇ、第２成分量を０．５ｇとし、１５００ｒｐｍ×２０時間の攪拌条件で処理を行った。またＸＲＤによる分析においては、処理前後に処理器３内の液を採取し、これに減圧濾過及び減圧乾燥を施したものをサンプルとした。また、第２成分として鉄を使用して行われた処理実験（図４）については、処理開始後５時間経過の時点におけるＸＲＤによる測定結果及びＳＥＭ画像が併せて示されている。

図２〜図５から明らかなように、特に第２成分としてチタン粉末、フッ化カルシウム粉末及び鉄粉末を使用した場合には、２０時間の処理により、アスベストの第一ピーク（１２．２０°）、第２回折ピーク（２４．５０°）が顕著に低下するとともに、アスベストに特有の針状結晶の消失を確認することができる。

第２成分を用いない条件（アスベスト単体）、及び第２成分としてアルミニウム粉末、マンガン粉末及びフッ化ナトリウム粉末を使用した場合を追加して、同様の処理実験行ったときの処理前後のＸＲＤ測定におけるアスベストの第一、第二回折ピーク値を図６に示す。なお、図２〜図６に結果を示す処理実験は、全て処理器３内のガスパージを行うことなく大気雰囲気下で行った。また、この実験において第２成分として使用した各粉末の特性を図７に、そのＳＥＭ画像を図８に示す。

図６に示されるように、第２成分としてアルミニウム粉末、チタン粉末、マンガン粉末、鉄粉末、フッ化ナトリウム粉末及びフッ化カルシウム粉末を用いた場合には、２０時間の処理によりアスベストのピーク強度を４０〜６０％減少させることができる。

以上より、本発明によるアスベストの無害化処理の効果は、処理時間に依存して増大することが判る。

図９は、それぞれ第２成分として鉄粉末を使用した場合（図９（Ａ））及びケイ素粉末を使用した場合（図９（Ｂ））の上記処理実験中における水素発生量の測定結果である。なお、この水素発生量を測定するため、処理実験の開始前に処理器３内をアルゴンガスによりパージした。

図示されるように、アスベスト単体、鉄粉末単体又はケイ素粉末単体で処理した場合の水素発生量との対比から、アスベストと鉄粉末の混合物２又はアスベストとケイ素粉末の混合物２を処理した場合に多量の水素が発生することが確認された。

なお、アスベストのピーク強度の低減効果の小さいケイ素粉末を用いた処理においてより多量の水素が発生していることから、水素発生量はアスベストの無害化処理の程度と直接の相関を有するものではないことが推測される。

以上、好ましい実施形態に基づいて本発明を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載内において種々の改変が可能である。

例えば、上記実施形態では、第２成分としてアルミニウム粉末、チタン粉末、マンガン粉末、鉄粉末、フッ化ナトリウム粉末及びフッ化カルシウム粉末を使用する場合を例として説明したが、これらに代えてニッケル粉末、銅粉末、酸化第二鉄粉末、インジウム粉末、亜鉛粉末、過マンガン酸カリウム粉末、ケイ素粉末を使用した場合もこれに準じる程度でアスベストの無害化効果が得られることが実験的に確認されており、これらの粉末又はその混合物を使用する場合も本発明の範囲に含まれる。

また、上記した実施形態では、処理対象のアスベストとしてクリソタイル（白石綿）を使用した場合のデータを示したが、クリソタイルに代えてアモサイト（茶石綿）やクロシドライト（青石綿）を使用した場合も同様の効果が達成されるのであり、その場合も本発明の範囲に含まれる。

本発明に係るアスベストの無害化処理方法の原理を示す説明図。第２成分としてチタン粉末を使用して本発明に係る無害化処理を行った場合の処理前後のＸＲＤによる測定結果（Ａ）、（Ｂ）及びＳＥＭ画像（Ｃ）、（Ｄ）を示す説明図。第２成分としてフッ化カルシウム粉末を使用して本発明に係る無害化処理を行った場合の処理前後のＸＲＤによる測定結果（Ａ）、（Ｂ）及びＳＥＭ画像（Ｃ）、（Ｄ）を示す説明図。第２成分として鉄粉末を使用して本発明に係る無害化処理を行った場合の処理前後のＸＲＤによる測定結果（Ａ）、（Ｂ）及びＳＥＭ画像（Ｃ）、（Ｄ）を示す説明図。第２成分としてケイ素粉末を使用して本発明に係る無害化処理を行った場合の処理前後のＸＲＤによる測定結果（Ａ）、（Ｂ）及びＳＥＭ画像（Ｃ）、（Ｄ）を示す説明図。各種第２成分を使用して本発明に係る無害化処理を行った場合の処理前後のアスベストの第一、第二回折ピーク値を示す説明図。図６に結果を示す実験において使用された第２成分の特性の一覧。図６に結果を示す実験において使用された第２成分のＳＥＭ画像。本発明に係る無害化処理において第２成分として鉄粉末を使用した場合（Ａ）及びケイ素粉末を使用した場合（Ｂ）の水素発生量を示す説明図。

符号の説明

１粉砕混合手段
２混合物
３処理器
４スターラー
５攪拌子
６容器蓋
７ガス循環経路
８分岐管

Claims

アスベストを水中に添加し、メカノ化学反応を生じさせることを特徴とするアスベストの無害化処理方法。
前記メカノ化学反応が、前記アスベストを含む懸濁水を攪拌することにより生じるものであることを特徴とする請求項１に記載のアスベストの無害化処理方法。
アスベスト及び金属、金属酸化物又は金属フッ化物よりなる第２成分を水中に添加し、メカノ化学反応を生じさせることを特徴とするアスベストの無害化処理方法。
前記メカノ化学反応が、前記アスベスト及び前記第２成分を含む懸濁水を攪拌することにより生じるものであることを特徴とする請求項３に記載のアスベストの無害化処理方法。
前記第２成分が、アルミニウム粉末、チタン粉末、マンガン粉末、鉄粉末、フッ化ナトリウム粉末及びフッ化カルシウム粉末よりなる第１群から選ばれる一の粉末又は二以上の粉末の混合物であることを特徴とする請求項３又は４に記載のアスベストの無害化処理方法。
前記第２成分が、ニッケル粉末、銅粉末及び酸化第二鉄粉末よりなる第２群から選ばれる一の粉末又は前記第１群及び前記第２群から選ばれる二以上の粉末の混合物であることを特徴とする請求項３〜５のいずれか一項に記載のアスベストの無害化処理方法。
前記第２成分が、インジウム粉末、亜鉛粉末、過マンガン酸カリウム粉末及びケイ素粉末よりなる第３群から選ばれる一の粉末又は前記第１〜第３群から選ばれる二以上の粉末の混合物であることを特徴とする請求項３〜６のいずれか一項に記載のアスベストの無害化処理方法。
前記アスベストがクリソタイルであることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載のアスベストの無害化処理方法。
アスベスト及び金属、金属酸化物又は金属フッ化物よりなる第２成分を水中に添加し、メカノ化学反応を生じさせる第１の処理と、
前記第１の処理により発生した水素ガスを収集する第２の処理とを有することを特徴とする水素ガスの生成方法。