JP2016179439A - 汚染物質除去剤および土壌浄化方法 - Google Patents
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- Processing Of Solid Wastes (AREA)
Abstract
【解決手段】砂型鋳造で得られた鋳物に対するショットブラスト処理工程から生じたショット廃砂を主成分とする汚染物質除去剤。前記ショット廃砂は少なくとも、70〜74質量%の酸化珪素、9〜13質量%の鉄及び酸化鉄、9〜13質量%の酸化アルミニウム、を含んでなる汚染物質除去剤。より好ましくは、砂型鋳造で得られた鋳物に対するショットブラスト処理工程から生じたショット廃砂を磁選機で磁選して得られる鉄分主体の成分からなる汚染物質除去剤。土壌浄化方法は、汚染物質を含む土壌を泥水化し、その泥水に上記の汚染物質除去剤を添加した後、常温常圧下で遠心分離する汚染物質除去剤。
【選択図】なし
Description
特許文献1は、砒素含有汚染土壌の浄化処理方法及びその装置を開示する。文献1の技術では、鉄を含有する物質と、砒素を含有する土壌とを混合し、この混合物を700〜1300℃の温度で加熱処理することで砒素を揮発除去している(文献1の要約参照)。文献1によれば、鉄含有物質の添加後に前記混合物を700℃以上の高温で加熱することにより、鉄分が通常の還元力を超える非常に優れた還元力を発揮することとなり、還元性雰囲気下のみならず酸素存在下でも充分に砒素を揮発させることが可能になるとのことである(文献1の段落0013〜0016参照)。
本発明に係る汚染物質除去剤は、砂型鋳造で得られた鋳物に対するショットブラスト処理工程から生じたショット廃砂を主成分(又は主原料)とするものである。
ここで「ショットブラスト処理」とは、砂型に金属溶湯を注湯した後に砂型を解枠して得られた鋳物(粗製品)の表面に対し、例えば鋼鉄製の球状投射材(ショット)を投射して、鋳物の地肌表面に付着・残留する鋳物砂を取り除くと共に、鋳物の地肌表面の平滑化や硬化を図るための吹付け(ブラスト)処理をいう。そして一般的にショット廃砂とは、上記ショットブラスト処理の工程で生じた、主として粒子状の廃棄物をいい、概ね砂混じりの状態で回収されることからショット廃砂と呼ばれる。多くの場合、ショット廃砂の物質的実態は、鋳物砂と、鉄その他の金属成分の酸化物の粒子と、ショットブラストに用いた球状投射材と、ショットブラストにより鋳物から剥がれ落ちたバリ等が混じり合った混合物である(本明細書では、このような混合物を「狭義のショット廃砂」と位置付ける)。
なお、この「狭義のショット廃砂」に準じるものとして、ショット集塵ダストがある。ショット集塵ダストとは、鋳物工場内のショットブラスト処理設備付近に設置された集塵機で回収されたダストをいい、そのダストの実態は、通常は粒子状態にある狭義のショット廃砂が微粉化してダスト状(ちり、埃の状態)になったものであり、化学的組成を同じくするものである。つまり、ショット集塵ダストとは、ダスト状のショット廃砂である。本明細書および特許請求の範囲では、特にことわらない限り、狭義のショット廃砂(粒子状のショット廃砂)のみならず、ショット集塵ダスト(ダスト状のショット廃砂)をも含めて「ショット廃砂」(広義のショット廃砂)と呼ぶものである。
70〜74質量%の酸化珪素(SiO2)、
9〜13質量%の鉄(Fe)および酸化鉄、
9〜13質量%の酸化アルミニウム(Al2O3)、を含有する。
尚、ショット廃砂中の酸化鉄は、FeO、Fe2O3、Fe3O4の形態で存在し得る。
ショット廃砂を磁選機で磁選(磁気選別)することによって鉄分主体の成分を回収でき、ショット廃砂中から、主として鋳物砂に由来する酸化珪素の多くと、非磁性金属であるアルミニウムの酸化物の多くを分離することができ、その結果、鉄および酸化鉄の比率を高めることができる。このような磁選のメリットは、砒素等の汚染物質を除去する上で有用な鉄分の濃度を高めるというにとどまらず、ロットごとに成分比率が安定しないショット廃砂のロットぶれによる悪影響を緩和(低減)できることにある。つまり、ショットブラスト処理設備から回収したばかりのショット廃砂よりも、磁選処理後のショット廃砂の方が品質面でのぶれが少なく、原材料としての品質が安定していると考えられる。なお、磁選の際の磁力(又は磁界)の強さは特に限定されないが、例えば500〜10000ガウスであってもよい。
88〜92質量%の鉄(Fe)および酸化鉄、
4〜8質量%の酸化珪素(SiO2)、を含有する。
尚、この鉄分主体の成分中の酸化鉄は、FeO、Fe2O3、Fe3O4の形態で存在し得る。また、この鉄分主体の成分中には、不純物として酸化アルミニウムその他の金属酸化物が若干量残留することがある。
本発明の汚染物質除去剤を用いて除去される汚染物質としては、砒素、燐酸、シアン、フッ素、ホウ素および重金属を例示することができる。また、本除去剤の適用対象となり得る重金属としては、水銀、鉛、カドミウム、クロム(特に六価クロム)を例示できる。これら汚染物質の中でも、とりわけ砒素に対して本発明の除去剤は有効である。
少なくとも鉄分(鉄および酸化鉄)を含有するショット廃砂由来の汚染物質除去剤が、土壌中から砒素を除去するメカニズムについて考察する。例えば大深度地下のシールド工事によって生じた掘削土中には砒素が比較的多く含まれている。かかる掘削土が水(雨水でもよい)に触れると、掘削土から砒素イオンが溶出すると考えられる。そして、水濡れ状態の掘削土に対して本発明の汚染物質除去剤を混ぜたときに起こり得る化学反応として次の二態様が考えられる。第1の反応態様は、鉄イオン溶出による砒化鉄の生成である。即ち、本発明の除去剤から鉄イオン(二価又は三価の陽イオン)が溶け出し、鉄イオンと砒素イオンとが結合して砒化鉄(非水溶性の塩)を生成することで砒素が固定化される。第2の反応態様は、表面吸着反応である。即ち、本発明の除去剤の表面に露出した鉄(酸化又は水酸化を受けている可能性が高い)に対して砒素が化学吸着し、除去剤表面に固定化される。前記第1の反応態様及び/又は第2の反応態様に基づいて、掘削土からの砒素の除去が図られるものと考えられる。
本発明に係る土壌浄化方法は、砒素等の汚染物質を含む土壌を泥水化し、その泥水に対し上記のような汚染物質除去剤を添加し、その後に、常温常圧下で遠心分離することを特徴とするものである。このような手順を踏むことで、例えば砒素を砒化鉄として固定化し、それを遠心分離後に固形物として取り除くことができる。なお、「常温」とは一般に室温付近の温度を意味し、極度な低温や高温ではないとの意味である。また、「常圧」とは一般に大気圧付近の圧力を意味する。
砒素除去剤の主原料として、本件の一出願人の子会社であるアイシン高丘東北株式会社の鋳物工場内にあるショットブラスト処理設備で生じたショット廃砂(ショット集塵ダストを含まない狭義のショット廃砂)を使用した。このショット廃砂をほぼそのまま転用して得た第1の砒素除去剤を指して、以下では「生ショット廃砂」と呼ぶことにする。
以下に説明する性能評価試験(砒素吸着試験)で使用した砒素除去剤としての「生ショット廃砂」は、概ね次のような組成を有していた。
鉄および酸化鉄:11wt%、酸化アルミニウム:11wt%、酸化珪素:72wt%、その他の成分:6wt%
また、この生ショット廃砂をレーザー回折散乱式粒度分布測定器で測定した平均粒径(体積基準平均径)は、251μmであった。
上記「生ショット廃砂」を磁選機にかけて約3000ガウスで磁選した後、分級機にて20メッシュを通過したものを第2の砒素除去剤とした。この第2の砒素除去剤を指して以下では「磁選後鉄粉」と呼ぶことにする。
この「磁選後鉄粉」は、概ね次のような組成を有していた。
鉄および酸化鉄:90wt%、酸化アルミニウム:2wt%、酸化珪素:6wt%、その他の成分:2wt%
また、この磁選後鉄粉をレーザー回折散乱式粒度分布測定器で測定した平均粒径(体積基準平均径)は、263μmであった。
三酸化二砒素(As2O3)を用いて砒素(III)水溶液を調製した。具体的には、水酸化ナトリウム水溶液に三酸化二砒素の粉末を溶解させ、これに希硫酸を加えてpH7に調整し、1ppmの砒素(III)水溶液を準備した。そして、この砒素(III)水溶液100mLに対し、砒素除去剤(生ショット廃砂又は磁選後鉄粉)10gを添加して混合液(液体/固体の比=10)とし、この混合液を振とう機により振とう回数毎分約200回転で1時間振とうした。その後、毎分約3000回転で20分間、遠心分離を行い、遠心分離後の上澄み液を孔径0.45μmのメンブランフィルターでろ過してろ液を回収した。そして、ろ液の砒素濃度をICP発光分光分析計で実測し、砒素除去剤による砒素の吸着濃度を算出した。
砒酸水素二ナトリウム・七水和物(Na2HAsO4・7H2O)を用いて砒素(V)水溶液を調製した。具体的には、水酸化ナトリウム水溶液に砒酸水素二ナトリウム・七水和物の粉末を溶解させ、これに希硫酸を加えてpH7に調整し、1ppmの砒素(V)水溶液を準備した。そして、この砒素(V)水溶液100mLに対し、砒素除去剤(生ショット廃砂又は磁選後鉄粉)10gを添加して混合液(液体/固体の比=10)とし、この混合液を振とう機により振とう回数毎分約200回転で1時間振とうした。その後、毎分約3000回転で20分間、遠心分離を行い、遠心分離後の上澄み液を孔径0.45μmのメンブランフィルターでろ過してろ液を回収した。そして、ろ液の砒素濃度をICP発光分光分析計で実測し、砒素除去剤による砒素の吸着濃度を算出した。
泥水式シールド工法に本発明の土壌浄化方法を適用した事例について図3を参照しつつ説明する。図3に例示する汚染土壌浄化システムにおいてシールド機10はカッターヘッドを回転駆動させて切羽面の掘削を行い、カッターヘッドにより切削した切羽面の土砂すなわち掘削土を泥水と混合し、これを適宜な圧送ポンプと配管からなる排泥系統25により坑外に圧送する。こうして圧送した泥水は、固液分離装置11へ送られる。この固液分離装置11は、泥水と掘削土を分離する泥水処理装置であって、上述の泥水を、振動ふるい等により、掘削土由来の建設発生土(振動ふるい等にて抽出)と泥水とに分離する。
11:固液分離装置
12:調整槽
13:余剰槽
14:砒素除去槽
15:遠心分離機
20:砒素除去剤タンク
25:排泥系統
Claims (6)
- 砂型鋳造で得られた鋳物に対するショットブラスト処理工程から生じたショット廃砂を主成分とする汚染物質除去剤。
- 前記ショット廃砂は少なくとも、
70〜74質量%の酸化珪素、
9〜13質量%の鉄および酸化鉄、
9〜13質量%の酸化アルミニウム、
を含んでなるものであることを特徴とする請求項1に記載の汚染物質除去剤。 - 砂型鋳造で得られた鋳物に対するショットブラスト処理工程から生じたショット廃砂を磁選機で磁選して得られる鉄分主体の成分からなることを特徴とする汚染物質除去剤。
- 前記鉄分主体の成分は少なくとも、
88〜92質量%の鉄および酸化鉄、
4〜8質量%の酸化珪素、
を含んでなるものであることを特徴とする請求項3に記載の汚染物質除去剤。 - 除去されるべき汚染物質が、砒素、燐酸、シアン、フッ素、ホウ素および重金属からなる群から選択される少なくとも一種である、ことを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載の汚染物質除去剤。
- 汚染物質を含む土壌を泥水化し、その泥水に請求項1〜5のいずれか一項に記載の汚染物質除去剤を添加した後、常温常圧下で遠心分離することを特徴とする土壌浄化方法。
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