JP2015052030A - 重金属溶出低減材 - Google Patents
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Abstract
Description
また、特許文献2には、炭酸マグネシウムが脱炭酸されることで生じたマグネシウム化合物(MgCxOy)と、炭酸マグネシウムとを含む軽焼生成物からなる重金属類の溶出低減材が記載されている。
このような不溶化剤及び溶出低減材は、六価クロム、鉛、ホウ素、フッ素、セレン等の重金属類を含む土壌や廃棄物に混合することで、重金属類が外部に溶出することを抑制するものである。
本実施形態の重金属溶出低減材は、炭酸マグネシウム(MgCO3)と炭酸カルシウム(CaCO3)とを含む鉱物が軽焼されてなる軽焼生成物と、水酸化カルシウムとを含み、
前記軽焼生成物は、前記MgCO3が脱炭酸されることで生成されるMgCxOy(但し、0<x≦1、0<y<3を満たす。)とMgCO3とCaCO3とを含む。
前記鉱物の具体例としては、ドロマイト等を挙げることができる。
尚、天然に産出するドロマイトは、一般に、CaO/MgOで表わされる複塩のモル比が0.70〜1.63の範囲であり、CaCO3をCaO換算で概ね9〜40質量%、MgCO3をMgO換算で概ね10〜38質量%含有するものである。
かかる大きさの鉱物にするために、例えば、前記鉱物を粉砕して大きさを調整してもよい。
尚、前記鉱物の大きさは、所定の目開きのふるいを用いて鉱物をふるって測定することができる粒径をいう。
前記粒径とは、JIS Z 8801−1「試験用網ふるい−第1部:金属製網ふるい」に規定された試験用ふるいを用いて行う分級によって測定される粒径をいう。
すなわち、公称目開き3mmのふるいの上に留まり、且つ、公称目開き10mmのふるいを通過した粒子が、90質量%以上含まれていることを、本発明において、粒径が3mm以上10mm以下の粒子であるという。
また、前記ブレーン値は、JIS R 5201「セメントの物理試験方法」に規定する比表面積試験の方法に準拠した方法で測定した値をいう。
かかる軽焼の際の温度条件としては、640〜990℃の範囲とし、好ましくは690〜890℃とし、さらに好ましくは760〜850℃とする。
また、軽焼時間は温度条件によっても変動するが、通常、10〜60分である。
すなわち、前記軽焼を行なうことにより、前記鉱物中の炭酸マグネシウム(MgCO3)の一部はそのまま残存させると同時に、炭酸マグネシウムの一部を脱炭酸してMgCxOyとし、さらに前記鉱物中の炭酸カルシウム(CaCO3)は実質的には脱炭酸させないことによって、前記MgCxOyと、炭酸マグネシウム(MgCO3)と、炭酸カルシウム(CaCO3)とを含む軽焼生成物を得ることができる。
前記鉱物を、高温長時間焼成して完全な焼成物とした場合、前記鉱物中に含まれる炭酸マグネシウム(MgCO3)が脱炭酸されると同時に、炭酸カルシウム(CaCO3)も脱炭酸されてしまい、前記のような3つの成分を実質的に含む軽焼生成物を得ることができない。
前記鉱物中の炭酸マグネシウム(MgCO3)の一部はそのまま残存させると同時に、炭酸マグネシウムの一部を脱炭酸してMgCxOyとし、さらに前記鉱物中の炭酸カルシウム(CaCO3)は実質的には脱炭酸させない状態で軽焼を停止することによって、残存するMgCO3および生成されるMgCxOyは非晶質化するものと考えられる。
このことは、前記のようなXRDによる同定結果およびXPSによる検出スペクトル解析から推測しうる。
すなわち、前記軽焼生成物を、XPSによる成分分析を行うと、MgCO3およびMgCxOyのピークが検出されるが、同時にXRDによる同定を行うと、MgCO3およびMgCxOyは検出されない。これは、XRDでは結晶質のものしか検出できないため、前記軽焼生成物中に含まれる前記MgCO3および前記MgCxOyは非晶質化しているものと推定される。
かかる範囲の含有量であることで、重金属溶出低減材とした場合に溶出低減効果を向上させることができる。
かかる範囲の前記CaCO3の含有量であることで、重金属溶出低減材とした場合に、長期間溶出低減効果を維持することができる。
前記MgCO3および前記MgCxOyの合計含有量、前記CaCO3の含有量の測定は、例えば、X線回析法(XRD)による同定結果およびX線光電子分光法(XPS)による成分分析により、測定することが可能である。
本実施形態では、例えば、X線光電子分光装置 Sigma Probe(VGサイエンティフィック社製)を用いて、前記軽焼生成物を試料ペレットに埋めて表面をエッチング処理等適宜前処理した試料から検出される、図1に示すような、XPSスペクトルのO1sに対応するスペクトルにおけるピークを調べることで、前記軽焼生成物が前記のような3つの成分を含む場合には、各成分のピークが現れる。
前記鉱物を軽焼した場合には、前記鉱物中のMgCO3の一部を脱炭酸させるが、CaCO3を実質的には脱炭酸する温度での焼成ではないため、前記軽焼生成物中には、実質的にCaOは含まれていない。
前記軽焼による質量減少率をこのような数値範囲内とすることにより、炭酸マグネシウム等からの脱炭酸反応を適切に生じさせ、前記鉱物中の炭酸マグネシウムの一部を残存させると同時に、炭酸マグネシウムの一部を脱炭酸してMgCxOyとし、かかる脱炭酸によって生じる前記MgCxOyと、炭酸マグネシウム(MgCO3)と、炭酸カルシウム(CaCO3)とを含む軽焼生成物を適切に生成させることができるものと考えられる。
尚、焼成雰囲気等の他の焼成条件や、焼成に用いる焼成装置については、従来公知の焼成条件および焼成装置を採用することができる。
また、前記焼成装置としては、電気炉やロータリーキルン等を用いることが好ましい。
水酸化カルシウム源としては、特に限定されるものではないが、例えば、市販の酸性ガス中和用の特号消石灰、工業用消石灰、食品添加用消石灰、土壌改良用消石灰、農業用消石灰、アセチレン(C2H2)ガスを発生させた後に残る水酸化カルシウムを多量に含むカルシウムカーバイド等が挙げられる。
中でも、工業用消石灰が、純度、粒度、比表面積等を所望の範囲に調整することが容易であるため好ましい。前記水酸化カルシウム源は、純度の高いものが好ましいが、重金属類を含んでいなければ、ケイ素。アルミニウム、鉄、マグネシウム等の不純物を、重金属溶出低減効果に影響のない範囲で含有していてもよい。
軽焼生成物と水酸化カルシウムとの混合比率が前記範囲である場合には、複数の重金属類の溶出を効果的に低減させることができる。
中でも、硫酸第一鉄、硫酸第二鉄等の硫酸鉄が、任意のpHに調整しやすく、且つ還元力が比較的大きいため、好ましい。
前記鉄塩は、単独でまたは二種以上混合して用いられてもよい。
鉄塩の含有量が前記範囲である場合には、複数の重金属類の溶出をより効果的に抑制できるため好ましい。
すなわち、重金属溶出低減材と処理対象物とを混合した混合物のろ液のpHが前記範囲になるように調整されていることが好ましい。
かかるpHの範囲になるように調整されている場合には、複数の重金属の溶出をより効果的に抑制できるため好ましい。
前記pHは、例えば、環境庁告示46号に準じた溶出試験で得られた検液を、公知pH測定装置で測定することができる。
処理対象物としては、例えば、重金属類を含む廃棄物、汚染土壌等が挙げられる。
前記廃棄物としては、例えば、石炭灰等が挙げられる。
本実施形態の重金属溶出低減材が溶出を抑制できる重金属類としては、例えば、六価クロム、砒素、セレン、ホウ素等が挙げられる。
処理対象物に、複数の重金属類が同時に含まれている場合には、環境汚染を抑制する観点からは全ての重金属類の溶出を抑制する必要がある。
本実施形態の重金属溶出低減材は、処理対象物に複数の重金属類が同時に含まれている場合にも、各重金属類の溶出を効果的に抑制しうる。
特に、高濃度でホウ素が含まれている処理対象物において、ホウ素及び他の重金属類を共に溶出を低減する場合には、すべての重金属類の溶出を十分に、例えば、環境基準以下にすることは困難であるが、本実施形態の重金属溶出低減材は、かかる高濃度でホウ素を含み、且つ同時に複数の重金属類を含む処理対象物に対しても高い溶出低減効果を発揮しうる。
処理対象物として石炭灰を処理する場合、本実施形態の重金属溶出低減材を石炭灰と均一に混合する。
重金属溶出低減材を混合する量は、処理する石炭灰中に含まれる重金属類の濃度等によって適宜設定可能であるが、例えば、石炭灰100kgに対して、重金属溶出低減材1kg〜15kg程度、混合することがより確実に重金属類の溶出を低減できるため好ましい。
この場合、処理対象物100kgに対して水20kg〜50kg程度混合することが、材料を混合した際に、粉末材料が飛散することを防止でき、且つ、水和反応に必要な水分量を確保できるため好ましい。
特に、複数の重金属類が含まれている処理対象物である場合には、複数の重金属類の溶出を効果的に抑制することができる。
《溶出試験》
(重金属溶出低減材)
重金属溶出低減材として、下記のものを準備した。
ドロマイト(住友大阪セメント株式会社唐沢鉱業所産)をブレーン値2000〜3000cm2/gになるように粉砕し、800℃の電気炉(光洋サーモシステム社製)で30分間加熱して軽焼生成物を得た。
この軽焼生成物と、消石灰(入交石灰工業社製、CaO:74.2%)と、硫酸第一鉄(堺化学工業社製)を混合して、表1に記載のNo1から12の重金属溶出低減材を得た。
尚、硫酸第一鉄は、軽焼生成物9重量部に対して1重量部混合した。
また、前記消石灰に代えてセメント(商品名:普通ポルトランドセメント、住友大阪セメント社製)を軽焼生成物に混合したNo13から17の重金属溶出低減材を得た。
処理対象物としてのフライアッシュ(四国電力 橘湾火力発電所産)に、水を36重量%添加して混合し、さらに、各重金属溶出低減材をフライアッシュの乾燥重量に対して10%となるように混合した。尚、フライアッシュの乾燥重量は、フライアッシュを均質化した状態で、100℃の乾燥機で乾燥後に汎用電子天秤で測定した。
各混合物は、混合後1日間、試料を薄く均一化した状態で、25℃、湿度40%の室内で乾燥させた。
結果を、表1に示す。
Claims (3)
- 炭酸マグネシウム(MgCO3)と炭酸カルシウム(CaCO3)とを含む鉱物が軽焼されてなる軽焼生成物と、
水酸化カルシウムとを含み、
前記軽焼生成物は、前記MgCO3が脱炭酸されることで生成されるMgCxOy(但し、0<x≦1、0<y<3を満たす。)とMgCO3とCaCO3とを含む、重金属溶出低減材。 - 前記軽焼生成物と前記水酸化カルシウムとを1:9〜6:4の重量比で含む請求項1に記載の重金属溶出低減材。
- 鉄塩をさらに含む請求項1又は2に記載の重金属溶出低減材。
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