JP2017164705A - 粒状の土工資材およびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】レアアースを含有する泥を酸で処理した後に発生する残渣からなる、脱水ケーキまたはスラリーを焼成してなる粒状の土工資材。粒状の土工資材の見かけ密度は、好ましくは、0.7〜1.6g/cm3である。粒状の土工資材の製造方法は、レアアースを含有する泥を酸で処理した後に発生する残渣からなる、脱水ケーキまたはスラリーを焼成して、焼成物を得る焼成工程と、得られた焼成物を破砕、切断または分級して、粒状の土工資材を得る粒状化工程、を含む。
【選択図】なし
Description
このような状況下において、太平洋の広範囲に分布しているレアアースを高含有率で含む深海の泥が、レアアースの新たな供給源として注目されている。
レアアースを高含有率で含む泥(例えば、太平洋の深海の泥)は、その資源量が膨大であること、希酸中に1〜3時間浸漬するという簡易な方法で抽出することができること、トリウムやウラン等の放射性元素をほとんど含まないこと、等の数々の利点を有している。
また、この酸性の泥は、大きな水分含有率を有し、扱い難いという問題もある。
例えば、特許文献1に、レアアースを含有する泥を酸で処理した後に発生する酸性の残渣と、アルカリ性固化材(例えば、セメント)を混合して、固化体(例えば、埋め立て資材として利用可能なもの)を得ることを特徴とするレアアースを含有する残渣の固化処理方法が記載されている。
また、特許文献2に、レアアースを含有する泥を酸で処理した後に発生する酸性の残渣及び/又は該酸性の残渣の中和物を、コンクリートまたはモルタルの原料の一部(例えば、セメントの原料の一部)として使用して、コンクリート構造物を構築するコンクリート構造物構築工程を含むことを特徴とする、レアアースを含有する泥の処理方法が記載されている。
さらに、特許文献3に、レアアースを含有する泥を酸で処理した後に発生する酸性の残渣を含む焼成物製造用原料を加熱してなる、圧壊強度が1,000N以上の人工骨材が記載されている。
本発明の目的は、レアアースを含有する泥を酸で処理した後に発生する残渣を用いた土工資材であって、軽量であるため、軽量骨材等の用途に利用することができる粒状の土工資材、およびその製造方法を提供することである。
[1] レアアースを含有する泥を酸で処理した後に発生する残渣からなる、脱水ケーキまたはスラリーを焼成してなることを特徴とする粒状の土工資材。
[2] 上記粒状の土工資材の見かけ密度が、0.7〜1.6g/cm3である、上記[1]に記載の粒状の土工資材。
[3] 上記[1]又は[2]に記載の粒状の土工資材を製造するための方法であって、上記脱水ケーキまたはスラリーを焼成して、焼成物を得る焼成工程と、上記焼成物を破砕、切断または分級して、上記粒状の土工資材を得る粒状化工程、を含むことを特徴とする粒状の土工資材の製造方法。
[4] 上記焼成の最高温度が、1,070〜1,130℃である、上記[3]に記載の粒状の土工資材の製造方法。
[5] 上記粒状の土工資材が、埋め戻し材、埋め立て材、軽量盛り土材、エアーモルタル用骨材、路盤の下方の緩衝層用の緩衝材、軽量骨材、または、防音壁、断熱材、遮熱材もしくは防犯用の砂利である、上記[3]又は[4]に記載の粒状の土工資材の製造方法。
また、本発明の粒状の土工資材は、レアアースを含有する泥を酸で処理した後に発生する残渣以外の材料(ただし、少量の水酸化ナトリウム等を用いることはある。)を用いなくてよいため、低コストでかつ容易に製造することができる。
本発明において、「レアアースを含有する泥を酸で処理した後に発生する残渣」(以下、「残渣」と略すことがある。)とは、レアアースを含有する泥を酸(例えば、希塩酸)で処理して、レアアースを液中に抽出した後に発生する酸性の残渣である。
レアアースとは、周期律表の第3族のランタロイド(La(ランタン)からLu(ルテチウム))に、Sc(スカンジウム)とY(イットリウム)を加えた17元素をいう。
本発明において、レアアースを含有する泥(乾燥状態のもの;固形分)の中のレアアースの含有率(質量基準)は、資源であるレアアースを採掘する際の経済性の観点から、好ましくは1,000ppm以上、より好ましくは2,000ppm以上である。
残渣の含水比を低減させる方法(方式)としては、泥をタンク等の容器に貯留して、泥の固形分を沈澱させ、その上澄みを回収する沈澱方式や、スクリューデカンター等の装置を用いる遠心分離方式や、フィルタープレス等の装置を用いる加圧脱水方式等が挙げられる。
中でも、低コストで簡易に脱水することができる点で、沈澱方式および遠心分離方式が好ましく、沈澱方式が、より好ましい。
なお、脱水の程度は、沈澱方式、遠心分離方式、加圧脱水方式の順に大きくなる。
前記(b)の場合、残渣以外の材料の例としては、水酸化ナトリウム、水酸化カルシウム、フライアッシュ等が挙げられる。
残渣以外の材料の形態としては、水溶液、懸濁液、粉状、粒状等が挙げられる。
残渣と残渣以外の材料の合計量100質量部(残渣に含まれている水分や、残渣以外の材料として水溶液を用いる場合における当該水溶液中の水分を含む質量)に対する残渣以外の材料(水分を含まないもの;固形分)の配合量は、本発明の粒状の土工資材の軽量性を高める観点から、好ましくは5質量部未満、より好ましくは3質量部以下、さらに好ましくは2質量部以下、特に好ましくは1質量部以下である。
本発明において、「残渣からなる、脱水ケーキまたはスラリーを焼成してなるもの」とは、加熱による熔融によって減容するような過度の高温ではない、適度に高い温度での加熱によって、部分的にもしくは全体的に熔融が生じたものである。
本発明の粒状の土工資材の製造方法は、レアアースを含有する泥を酸で処理した後に発生する残渣からなる、脱水ケーキまたはスラリーを焼成して、焼成物を得る焼成工程と、この焼成物を破砕、切断または分級して、粒状の土工資材を得る粒状化工程、を含む。
以下、工程毎に説明する。
焼成工程は、レアアースを含有する泥を酸で処理した後に発生する残渣(通常、酸性のもの)からなる、脱水ケーキまたはスラリー(以下、「焼成原料」ともいう。)を焼成して、焼成物を得る工程である。
残渣は、上述のとおり、含水比を小さくするための処理を予め施しておくことが望ましい。
残渣以外の材料を用いる場合、造粒の前に、残渣と、残渣以外の材料を混合して、混合物を調製しておく。
焼成原料は、製造の目的物である土工資材の種類(例えば、粗骨材)に応じて、適宜の大きさの粒状物に形成してもよい。
また、焼成原料は、加熱の前に乾燥させてもよい。
焼成物の用途が、軽量粗骨材、または、防音壁、断熱材、遮熱材もしくは防犯用の砂利である場合、加熱前の造粒物は、好ましくは、5〜40mmの粒度を有する粒体を、50質量%以上の割合で含むものであり、より好ましくは、7〜30mmの粒度を有する粒体を、50質量%以上の割合で含むものである。
焼成物の用途が、軽量細骨材、または、エアーモルタル用骨材である場合、加熱前の造粒物は、好ましくは、3〜5mmの粒度を有する粒体を、50質量%以上の割合で含むものである。
焼成物の用途が、埋め戻し材、埋め立て材、または、軽量盛り土材である場合、加熱前の造粒物は、好ましくは、5〜30mmの粒度を有する粒体を、50質量%以上の割合で含むものである。
焼成物の用途が、路盤の下方の緩衝層用の緩衝材である場合、加熱前の造粒物は、好ましくは、3〜10mmの粒度を有する粒体を、50質量%以上の割合で含むものである。
本発明では、通常、造粒機や成形機を用いた造粒方法を採用するので、上述の好ましい粒度分布を有する造粒物は、容易に得ることができる。
連続式の加熱手段としては、例えば、ロータリーキルン、トンネル炉等が挙げられる。
バッチ式の加熱手段としては、例えば、焼却炉(ガス等を燃料として用いるもの)、電気炉、マイクロ波加熱装置等が挙げられる。
中でも、処理の効率を高める観点から、ロータリーキルンを用いることが好ましい。
焼成工程で得られる焼成物は、通常、独立した粒体と、複数の粒体が連なった塊(2個以上の塊が融着部分を介して結合したもの)の混合物である。焼成物の全量中の独立した粒体の割合は、通常、20質量%以下である。このため、本発明において、焼成工程の後に、粒状化工程が必要である。
粒状化工程は、焼成工程で得た焼成物を破砕、切断または分級して、粒状の土工資材を得る工程である。
破砕または切断のための手段としては、焼成工程で得られた焼成物を破砕または切断することができるものであればよく、特に限定されないが、例えば、破砕のための手段としては、ジョークラッシャー、インパクトクラッシャ等が挙げられ、また、切断のための手段としては、ワイヤーソー、ダイヤモンドカッター等が挙げられる。
また、分級のための手段としては、篩等が挙げられる。なお、分級で得られた粗粒分については、さらに、破砕または切断を行って、粒状物を得て、この粒状物を、細粒分(本発明の粒状の土工資材)と共に、または、細粒分(本発明の粒状の土工資材)とは別の用途で、本発明の粒状の土工資材として用いることができる。
[材料]
以下の材料を使用した。
(1)レアアースを含有する泥(太平洋の水深4,000m以上の深海の泥;該泥の固形分中のレアアースの含有率:質量基準で2,000ppm以上)
(2)水酸化カルシウム(試薬)
レアアースを含有する泥を、0.1Nの塩酸に1時間浸漬し、次いで、含水比が100質量%になるように、遠心分離装置で脱水して、残渣を得た。
この残渣を、凹部の大きさが異なる複数の種類の製氷皿を用いて、造粒(成型)し、造粒物(粒度:5〜30mm)を得た。
この造粒物を、105℃で12時間乾燥後、電気炉内で10℃/分で昇温し、最高温度1,100℃で20分間、加熱した。
得られた焼成物(粒度:焼成後に5〜35mm)について、見かけ密度の測定、および、外観観察を行った。
その結果を表1に示す。
次いで、得られた焼成物を、破砕手段(ハンマー)を用いて破砕することによって、焼成物に含まれている、複数の粒体が連なった塊を、独立した粒体とし、本発明の粒状の土工資材を得た。
表1に示すように最高温度を変更したこと以外は、実施例1と同様にして実験した。
ただし、比較例1では、造粒物同士の融着が生じなかったため、破砕等は、行わなかった。比較例2では、破砕によって、独立した粒体をほぼ100%の割合で得ることができた。
[比較例3〜4]
残渣(100質量部)に代えて、残渣80質量部と水酸化カルシウム20質量部の混合物を用いたこと、および、最高温度を表1に示す温度に変更したこと以外は、実施例1と同様にして実験した。
ただし、比較例3では、造粒物同士の融着が生じなかったため、破砕等は、行わなかった。比較例4では、破砕の後、得られた土工資材の全量中、粒状物(大塊以外のもの)の割合は、目視で観察したところ、10質量%以下であった。
比較例1〜4における見かけ密度および外観観察の結果を、表1に示す。
一方、比較例1〜2では、実施例1に比べて最高温度が低いため、実施例1に比べて軽量性が劣ることがわかる。また、比較例3〜4では、水酸化カルシウムを大きな割合(20質量%)で配合しているため、実施例1と同等以上の最高温度で加熱を行ったにもかかわらず、実施例1に見られるような優れた軽量性が得られておらず、また、加熱温度の増大(比較例3の1,100℃から比較例4の1,200℃への増大)による軽量性の向上の効果も得られていないことがわかる。
Claims (5)
- レアアースを含有する泥を酸で処理した後に発生する残渣からなる、脱水ケーキまたはスラリーを焼成してなることを特徴とする粒状の土工資材。
- 上記粒状の土工資材の見かけ密度が、0.7〜1.6g/cm3である請求項1に記載の粒状の土工資材。
- 請求項1又は2に記載の粒状の土工資材を製造するための方法であって、
上記脱水ケーキまたはスラリーを焼成して、焼成物を得る焼成工程と、
上記焼成物を破砕、切断または分級して、上記粒状の土工資材を得る粒状化工程、
を含むことを特徴とする粒状の土工資材の製造方法。 - 上記焼成の最高温度が、1,070〜1,130℃である請求項3に記載の粒状の土工資材の製造方法。
- 上記粒状の土工資材が、埋め戻し材、埋め立て材、軽量盛り土材、エアーモルタル用骨材、路盤の下方の緩衝層用の緩衝材、軽量骨材、または、防音壁、断熱材、遮熱材もしくは防犯用の砂利である請求項3又は4に記載の粒状の土工資材の製造方法。
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