JP2009220032A

JP2009220032A - 不溶化材

Info

Publication number: JP2009220032A
Application number: JP2008067781A
Authority: JP
Inventors: Yusuke Matsuyama; 祐介松山; Shigeru Matsuura; 茂松浦
Original assignee: Taiheiyo Cement Corp
Current assignee: Taiheiyo Cement Corp
Priority date: 2008-03-17
Filing date: 2008-03-17
Publication date: 2009-10-01

Abstract

【課題】フッ素含有量の多い土壌等に対しても、フッ素を効果的に不溶化することができる不溶化材を提供する。
【解決手段】酸化マグネシウムとリン酸一水素カルシウム２水塩とからなる不溶化材であって、リン酸一水素カルシウム２水塩の配合割合が、酸化マグネシウム100質量部に対して0.1〜20質量部である不溶化材。
前記酸化マグネシウムは、く溶性苦土（C-MgO）の割合が85質量％以上であることが好ましく、また軽焼マグネシウムであることが好ましい。
【選択図】なし

Description

本発明は、土壌等に含まれる有害物質を不溶化し得る不溶化材に関し、特にフッ素含有量の多い土壌等に含まれるフッ素を不溶化し得る不溶化材に関する。

フッ素は、自然由来、工場からの排水等によって土壌中に存在し得るが、降雨等によって土壌中のフッ素が地下水等に侵入すると飲料水に混入される恐れがあるため、フッ素汚染土壌の処理技術は環境保全の面で非常に重要な技術となってきている。また、焼却灰や飛灰等にもフッ素が含まれていることが知られており、その処理技術は環境保全の面で非常に重要な技術となってきている。

従来、フッ素を含有する土壌等の処理技術として、当該土壌等に酸化マグネシウムを添加して、フッ素の溶出を抑制する方法が提案されている（特許文献１−３）。
特開２００３−３３４５２６号公報特開２００４−２９８７４１号公報特開２００５−３２４０８３号公報

上記特許文献１−３に記載されている方法は、フッ素によって汚染された土壌等に適用してフッ素の溶出を抑制することは可能ではあるものの、フッ素含有量の多い土壌等や土壌等の特性（ｐＨや含水率等）によっては、酸化マグネシウムの添加量を増加させる必要がある。そのため、不溶化処理にかかるコストが高くなってしまうとともに、酸化マグネシウムを混合した後のボリュームが増加するため、副次的な対策が必要であるという問題がある。

本発明は、上述の背景に鑑みてなされたものであって、フッ素含有量の多い土壌等に対しても、フッ素を効果的に不溶化することができる不溶化材を提供することを目的とする。

本発明者は、上記課題を解決するために鋭意検討した結果、酸化マグネシウムとリン酸一水素カルシウム２水塩を組み合わせることによって、フッ素の溶出を効果的に抑制し得ることを見い出し、本発明を完成するに至った。
すなわち、本発明は、酸化マグネシウムとリン酸一水素カルシウム２水塩とからなる不溶化材であって、前記リン酸一水素カルシウム２水塩の配合割合が、前記酸化マグネシウム100質量部に対して0.1〜20質量部であることを特徴とする不溶化材を提供する。

本発明の不溶化材では、フッ素含有量の多い土壌等の不溶化処理対象物であっても、フッ素を効果的に不溶化することができるとともに、原位置にて不溶化処理を行うことができる。

以下、本発明について詳細に説明する。なお、本発明の不溶化材は、特にフッ素を効果的に不溶化し得るものであるが、その他の物質（例えば、６価クロム、マンガン、銅、カドミウム、水銀、鉛、亜鉛、砒素、セレン等の重金属、シアン化合物、有機リン化合物等）も不溶化することができる。

本発明の不溶化材は、酸化マグネシウムとリン酸一水素カルシウム２水塩とからなるものである。酸化マグネシウムとしては、天然に算出されるものであってもよいし、工業的に製造されるものであってもよい。工業的に製造される酸化マグネシウムとしては、例えば、炭酸マグネシウム又は水酸化マグネシウムを主要原料として、これを所定の温度で焼成して得られるもの等が挙げられる。

本発明において酸化マグネシウムは、上記のようにして焼成して工業的に製造される酸化マグネシウムのうち、軽焼マグネシウムであるのが好ましい。かかる軽焼マグネシウムは、650〜1000℃で焼成して得られるものであるのが好ましく、750〜1000℃で焼成して得られるものであるのがより好ましく、800〜1000℃で焼成して得られるものであるのが特に好ましい。上記焼成温度範囲で焼成して得られる軽焼マグネシウムであれば、処理対象物（土壌等）中のフッ素の溶出を効果的に抑制し得るとともに、実用上十分な固化強度を発現することができる。

酸化マグネシウムの焼成原料である炭酸マグネシウム又は水酸化マグネシウムとしては、フッ素の溶出抑制効果の観点から、不純物含有量の少ないものを使用するのが好ましい。具体的には、焼成後の酸化マグネシウムの量が85質量％以上となるものを使用するのが好ましく、90質量％以上となるものがより好ましい。

酸化マグネシウムのブレーン比表面積は3000〜10000cm²/gであるのが好ましく、3500〜9000cm²/gであるのがより好ましい。酸化マグネシウムのブレーン比表面積が3000cm²/g未満では、フッ素の溶出抑制効果が低減するとともに、実用上十分な固化強度を発現することも困難となるおそれがある。酸化マグネシウムのブレーン比表面積が10000cm²/gを越えるものは、入手が困難であるうえ、サイロ等での保管にいたってはシュート詰まり等のトラブルを引き起こしやすくなり、またコストも高くなるおそれがある。

酸化マグネシウムの密度は、3.0〜3.6g/cm³であることが好ましく、3.3〜3.6g/cm³であることがより好ましい。前記密度の範囲にある酸化マグネシウムは、風化によって受けた劣化が小さいことから水和活性度が高く、フッ素の溶出抑制効果に優れるうえ、固化強度の発現にも優れる。

本発明において酸化マグネシウムは、く溶性苦土（C-MgO）の割合が85質量％以上であるものが好ましく、87質量％以上であるものがより好ましく、90質量％以上であるものが特に好ましい。当該く溶性苦土（C-MgO）の割合が85質量％未満であると、フッ素の溶出抑制効果が低減するおそれがある。
なお、く溶性苦土（C-MgO）の含有割合を測定する方法は、特に限定されるものではなく常法に従って行うことができる。例えば、試料としての酸化マグネシウムの粒度を200メッシュ全通に調整し、試料に２％クエン酸を加え30℃で１時間回転振とうする(30〜40rpm)。振とう後、冷却して緩衝剤(塩化アンモニウム、モノエタノールアミン等)を添加し、希塩酸及び希アンモニア水にてｐＨ５程度の弱酸に調整する。その後、シュウ酸アンモニウムを添加し、80℃の湯浴にて１時間反応させる。その後、マスキング剤としてのＬ−アスコルビン酸、（１＋３）トリエタノールアミン、ＫＣＮ等を添加するとともに、緩衝剤としての塩化アンモニウム又はモノエタノールアミンを添加して溶液のｐＨを１０程度に調整する。そして、指示薬として、エリオクロムブラックＴ数滴を加え、標準エチレンジアミン四酢酸溶液で滴定することで、く溶性苦土（C-MgO）の含有割合（質量％）を測定する。

本発明において酸化マグネシウムは、ハンターＬａｂ表色系におけるａ値が0.7以上であるのが好ましく、0.9以上であるのがより好ましい。当該ａ値が0.7未満であると、フッ素の溶出抑制効果が低減するおそれがある。なお、当該ａ値は、分光色差計(日本電色社製、商品名：CP6R-2000DP)を用いて測定することができる。

本発明で使用するリン酸一水素カルシウム２水塩としては、例えば、工業用リン酸一水素カルシウム２水塩粉末、飼料用リン酸一水素カルシウム２水塩粉末、食品添加剤用リン酸一水素カルシウム２水塩粉末や試薬のリン酸一水素カルシウム２水塩粉末等を使用することができる。

本発明において、酸化マグネシウムとリン酸一水素カルシウム２水塩の配合割合は、酸化マグネシウム100質量部に対して、リン酸一水素カルシウム２水塩が0.1〜20質量部であることが好ましく、0.2〜10質量部であることがより好ましく、0.5〜６質量部であることが特に好ましい。酸化マグネシウム100質量部に対して、リン酸一水素カルシウム２水塩が0.1質量部未満では、フッ素含有量の多い土壌等や土壌等の特性（ｐＨや含水率等）によっては、フッ素の溶出を抑制するために、添加量が増大するおそれがあり、不溶化処理にかかるコストが高くなるとともに、不溶化材を混合した後のボリュームが増加するため、副次的な対策が必要となるおそれがある。一方、酸化マグネシウム100質量部に対して、リン酸一水素カルシウム２水塩が20質量部を越えると、コスト高になるうえ、実用上十分な固化強度を発現することも困難となるおそれがある。
なお、本発明において「フッ素含有量の多い土壌等」とは、フッ素を1000mg/kg以上含有する土壌等を意味する。

本発明の不溶化材の土壌等への添加方法は、粉体又はスラリーいずれの添加でもよく、簡便性を重視した場合は粉体で添加し、粉塵の発生抑制や土壌との混合性を考慮した場合はスラリーにした態様で添加する等、適宜選択できる。粉体で添加する場合は、酸化マグネシウムとリン酸一水素カルシウム２水塩を予め混合しておいても良いし、別々に添加しても良い。スラリーで添加する場合は、スラリーの水粉体比は100〜400質量％であることが好ましい。

不溶化材を土壌に添加する場合、不溶化材と土壌との混合方法は土壌の改良深さによって異なり、改良深さが２〜３ｍ程度まではスタビライザや特殊バックホウ等の混合機械を用いた原位置混合方式又はプラントで連続的に混合する事前混合方式が採用できる。一方、改良深さが３ｍ以上の場合には機械攪拌翼方式若しくは噴射攪拌方式を用いる深層混合処理工法又は柱列式若しくは等厚壁式を用いるソイルセメント地中連続壁工法がよい。

本発明の不溶化材を土壌等に添加する場合、土壌等への不溶化材の添加量は、処理対象物（土壌等）1m³あたり50〜300kgであるのが好ましく、100〜250kgであるのがより好ましい。不溶化材の添加量が50kg未満では、フッ素の溶出を効果的に抑制することができないおそれがある。一方、不溶化材の添加量が300kgを越えると、不溶化処理にかかるコストが高くなるとともに、不溶化材を混合した後のボリュームが増加するため、副次的な対策が必要となるおそれがある。

なお、本発明の不溶化材は、フッ素を含有する土壌に対して好適に用いられるものであるが、土壌以外の対象物（例えば、フッ素を含有する焼却灰、飛灰、汚泥等）に使用することは差し支えない。

次に、実施例を挙げて本発明をさらに説明するが、本発明は、これら実施例により限定されるものではない。
１．使用材料
（１）不溶化材の材料として、以下に示す材料を使用した。
1)軽焼マグネシウム:炭酸マグネシウムを850℃で焼成後、ブレーン比表面積4600cm²/gに粉砕したもの（酸化マグネシウム含有量:92質量％、く溶性苦土含有量:88質量％、ａ値 :1.2）。
2)リン酸一水素カルシウム２水塩：リン酸一水素カルシウム２水塩(関東化学製試薬特級)

（２）フッ素汚染土壌として、以下に示す土壌を使用した。
フッ素含有量：55600mg/kg
フッ素溶出量：1.7mg/l
ｐＨ：8.1
湿潤密度：2.01g/m³
汚染由来：肥料工場跡地

（３）評価
上記汚染土壌に、上記各材料を表１に示す量となるように添加し、ホバートミキサで３分間混合して、JGS 0821「安定処理土の締固めをしない供試体作製」に準じて直径3.5cm×高さ7cmの供試体を作製した。作製した供試体は20℃にて湿空養生を行い、材齢７日および28日において一軸圧縮試験を実施した。また、圧縮試験後の供試体を使用して、フッ素の溶出量を環境庁告示46号法に準じて、イオンクロマトグラフを用いて測定した。
その結果を表１に示す。

表１から、本発明の不溶化材は、フッ素汚染土壌からのフッ素の溶出量を大幅に低減できることが分かる。また、本発明の不溶化材は、実用上十分な固化強度を発現できることも分かる。

Claims

酸化マグネシウムとリン酸一水素カルシウム２水塩とからなる不溶化材であって、
前記リン酸一水素カルシウム２水塩の配合割合が、前記酸化マグネシウム100質量部に対して0.1〜20質量部であることを特徴とする不溶化材。
前記酸化マグネシウム中のく溶性苦土（C-MgO）の割合が85質量％以上である請求項１記載の不溶化材。
前記酸化マグネシウムが、軽焼マグネシウムである請求項１又は２に記載の不溶化材。