JP4178794B2 - Iron sulfide, method for producing the same, iron sulfide composition, treatment agent for heavy metals, and treatment method using the same - Google Patents

Iron sulfide, method for producing the same, iron sulfide composition, treatment agent for heavy metals, and treatment method using the same Download PDF

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Description

【0001】
【発明が属する技術分野】
本発明は、耐久性に優れた新規な硫化鉄、その製造方法、これを含む硫化鉄組成物、この新規な硫化鉄を有効成分とする重金属類処理剤、及びこの重金属類処理剤を用いた各種重金属類を含む廃棄物の無害化処理方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
Reviews of Pure and Applied Chemistry,20巻,175〜206頁(1970年)には、硫化鉄の構造が示されており、一般に知られている工業用硫化鉄や鉄粉と硫黄を融解して作られる硫化鉄はピロータイト構造であり、また、鉄(II)イオンを含んだ溶液と硫黄イオンを含んだ溶液を混合することにより生成する硫化鉄はマキナワイト構造であることが開示されている。
【0003】
硫化鉄を用いて各種重金属類を含んだ廃棄物を無害化処理することは広く知られており、例えば、特公昭49−43472号公報、特開昭47−31806号公報、特開昭50−13294号公報、特開昭50−96053号公報、特開昭52−126685号公報、特開昭60−227881号公報等に工業用硫化鉄(ピロータイト構造)等を用いて水溶液中のPb、Cd、Cr、Hg、As等の有害な重金属類を処理する方法が開示されている。
【0004】
また、鉄(II)イオンを含んだ溶液と硫黄イオンを含んだ溶液を混合して調製した硫化鉄(マキナワイト構造)を用いて重金属類を処理することも公知であり、この方法で得られた硫化鉄は工業用硫化鉄よりも重金属類を処理する能力が高いことが知られている。例えば、特開昭48−11291号公報、特開昭49−31152号公報、特開昭52−113559号公報、特開昭52−148473号公報、特開昭53−102273号公報等に、鉄(II)イオンを含んだ溶液と硫黄イオンを含んだ溶液、あるいはこれらの溶液を混合して得られた硫化鉄を用いて有害な重金属類を処理する方法が開示されている。
【0005】
しかし、マキナワイト構造の硫化鉄は非常に酸化されやすく、空気中の水分及び酸素と反応してイオウと水酸化鉄(III)に分解し、重金属類を処理する能力が容易に低下してしまう。そのため従来は、鉄(II)イオンを含んだ溶液と硫黄イオンを含んだ溶液を混合し硫化鉄を含んだスラリーを調製し、スラリーのまま直ちに廃水のような被処理物と混合して使用することが通例であった。通常、硫黄イオンを含んだ溶液は価格および工業的な入手のしやすさから硫化ナトリウムまたは水硫化ナトリウム水溶液を用いるが、その有害性、腐食性、悪臭等のため化学の知識を有した熟練者が操作を行なう必要があり、一般的な取り扱いは困難であった。さらにスラリーで用いる場合、一定の流動性を持たせるために硫化鉄の濃度を高くすることは困難であり、例えば工場で硫化鉄スラリーを製造した場合、輸送コストが多大なものとなり、また、廃水処理等に用いる場合は問題が生じないものの、例えば高濃度の重金属類を含んだ飛灰や土壌を処理するために多量の硫化鉄を添加した場合、被処理物の含水量が高くなりすぎ、そのあとのハンドリングが困難となる等の課題があった。
【0006】
一方、スラリーを濾過、乾燥してマキナワイト構造硫化鉄粉末を調製する場合、酸化を防ぐため、不活性雰囲気下で操作を行なうか酸化防止剤を加える必要があった。得られた硫化鉄粉末は酸化劣化を起こさないように、酸素および水分が透過しない容器に保存するか、酸化防止のための還元剤を加える必要があった。還元剤を加えても、酸化劣化されやすさを根本的に解決したわけでなく、還元剤が消費された時点で硫化鉄の酸化が始まるために保存安定性は極めて低いものであった。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、上記記載の背景において、耐久性に優れ、重金属類の処理特性が優れた新規な硫化鉄、この新規な硫化鉄を含む硫化鉄組成物及びこれらを合成する方法を提供することにある。さらに、その硫化鉄を有効成分として含む重金属類処理剤、及びこの処理剤を用いて、灰、土壌、廃水等に含まれる重金属類を処理し無害化する方法を提供することも本発明の目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは上記課題、すなわち従来の合成硫化鉄は重金属の処理活性が高いものの耐久性に劣る欠点を持っているため、これを解決するために鋭意検討した結果、硫化鉄中にアルカリ土類金属を一定量以上取り込ませ、構成元素の必須成分として、Fe・Mx・Ny・Sz(式中、Mはアルカリ土類金属、Nはアルカリ金属、x、y及びzはモル比であり、0.01<x≦0.5、y≦0.2、0.7≦z≦1.4を示す。)で表される新規な組成の硫化鉄とすることにより耐久性を飛躍的に向上させることができることを見出し、また、そのような硫化鉄は、2価の鉄塩の水溶液と硫黄イオンを含む水溶液とアルカリ土類成分を混合し、かつ、混合後のスラリーpHを7.0以上とすることにより得られることを見出した。さらに、この新規な硫化鉄を有効成分として含む重金属類処理剤は、従来の合成硫化鉄やピロータイト構造の硫化鉄よりも各種重金属類の処理特性が飛躍的に優れていることを見出し、本発明を完成させるに至った。
【0009】
以下、本発明について詳細に説明する。
【0010】
本発明の硫化鉄は、構成元素の必須成分として、Fe・Mx・Ny・Sz(式中、Mはアルカリ土類金属、Nはアルカリ金属、x、y及びzはモル比であり、0.01<x≦0.5、y≦0.1、0.7≦z≦1.4を示す。)であることが必須である。
【0011】
一般に硫化鉄の鉄と硫黄のモル比は不定比性があることが知られており、そのモル比1前後で任意の値を取りうる。本発明の硫化鉄もこれまでのマキナワイト構造の硫化鉄と同様、鉄に対する硫黄のモル比zは0.7以上1.4以下の値を示す。より安定性の高いマキナワイト構造とする為には、0.8以上1.0以下が好ましい。
【0012】
本発明の硫化鉄におけるアルカリ土類金属の量は、鉄に対するモル比xで表し、xが0.01<x≦0.5の範囲である。モル比xが0.01以下の場合には耐久性の向上は望めず、一方、xが0.5を超える場合には得られる安定化の向上効果は、この範囲内のものに比較し少ない。
【0013】
本発明の組成のアルカリ土類金属を含有した硫化鉄は、調製時にアルカリ土類金属を加える順により、異なるXRDを示す。即ち、2価鉄塩と硫黄イオンを含む水溶液を混合後、アルカリ土類金属成分を加えpH7以上とした場合には、マキナワイト構造に帰属されるXRDを示し、アルカリ土類金属成分の共存下に2価鉄塩と硫黄イオンを含む水溶液を混合しpH7以上とした場合には、後述の変性マキナワイト構造を示す。本発明者らは、いずれの場合においても、本発明の組成範囲内においては、アルカリ土類金属成分に由来するピークが見られず、また、この範囲において耐久性の向上効果が極めて大きい事を見出したものである。さらに、この組成範囲を超えたアルカリ土類金属成分を加えた場合には、アルカリ土類金属成分の化合物に帰属されるピークが観測されるようになり、耐久性の向上効果は、それ以下の組成のものとほぼ同等となる。但し、アルカリ土類金属の種類により、この効果を認める最適範囲は若干異なり、マグネシウムでは、0.04≦x≦0.5、カルシウムでは、0.03≦x≦0.4、ストロンチウムでは、0.02≦x≦0.3、更に、バリウムでは0.01≦x≦0.2である。
【0014】
本発明では、アルカリ土類金属の種類として、上記した4つの元素を任意に組合せて複数種用いることも可能である。なお、本発明において最も好ましいアルカリ土類金属は上記した4つの元素のなかで、カルシウムおよびマグネシウムである。カルシウムおよびマグネシウムは硫化鉄中に取り込まれやすいだけでなく、工業的に入手が容易で、ストロンチウムのように高価でなく、また、バリウムのように毒性が問題となることもない。
【0015】
本発明の硫化鉄におけるアルカリ金属の量において、鉄に対するモル比であるyはこれまで知られていたマキナワイト構造を有する硫化鉄の場合よりも上限が低く、0.2以下であることが必須である。アルカリ金属の量が0.2よりも大きい場合、本発明の目的である耐久性に優れた硫化鉄を得ることは困難となり、アルカリ金属の量が少ないほど耐久性の向上が期待でき、より好ましくはアルカリ金属の量が0.1以下である。尚、本発明の硫化鉄においては、アルカリ金属を全く含まない場合も含まれ、例えば原料としてアルカリ金属を含まないものにより製造したり、アルカリ金属分を洗浄等により除去することでyが0となるような硫化鉄が得られうる。アルカリ金属の種類は用いる原料により異なるため一概には言えないが、例えば硫黄イオンの原料として工業的に入手が容易な硫化ナトリウムや水硫化ナトリウムをを用いた場合、上記組成式のNはナトリウムとなる。
【0016】
本発明では、耐久性について温度、相対湿度を変化させ評価を行った。従来の合成法によるマキナワイト構造の硫化鉄は夏場の気温(〜30℃)と相対湿度(〜70%)では1日で分解が進行し、XRDにおいてSのピークが観察され始め、7日で完全に分解し、マキナワイト構造に帰属できるピークは消失する。さらに、50℃、相対湿度70%の条件では1日で完全に分解し、マキナワイト構造に帰属できるピークが消失する。これに対し本発明の硫化鉄は更に厳しい70℃、相対湿度70%の条件で1日の耐久処理を行なった場合でも、その残存率は50%以上(分解率が50%未満)であり、極めて耐久性が向上していることで特徴づけられる。
【0017】
アルカリ土類金属を添加することにより、耐久性が向上する原因は明らかではないが、硫化鉄中にアルカリ土類金属が取り込まれ硫化鉄の表面に酸化分解を妨げる層が形成されるか、あるいはアルカリ土類金属が酸化分解の進行を妨げているためと推定される。
【0018】
また、硫化鉄中に取り込まれるアルカリ土類金属は、硫化鉄中の鉄と置換して取り込まれるのではなく、アルカリ土類金属の水酸化物、または酸化物の形で取り込まれているものと推定される。
【0019】
尚、本発明でいうマキナワイト構造とは、JCPDSカード(Powder Diffraction File)の15−37に示され、そのXRD回折パターンは、以下の表1の通りである。
【0020】
【表1】

Figure 0004178794
また、本明細書にいう変性マキナワイト構造とは、上記表1に示されるマキナワイト構造のXRDの回折パターンにおいて、001面の面間隔が5.03Å以上5.53Å以下とc軸方向に広がり、この001面からのピーク強度を100とした場合、他のhkl面からの回折ピークの強度比がすべて20以下であることにより特徴づけられる構造を意味する。
【0021】
変性マキナワイト構造となる原因は明らかではないが、硫化鉄が生成する際にアルカリ土類金属成分が存在していた場合、硫化鉄中へアルカリ土類金属が、c軸すなわち鉄原子層とイオウ原子層の間隔を広げ、かつ、a軸及びb軸すなわち鉄原子及びイオウ原子の並びの乱れを生じさせるように取り込まれるためと推定される。
【0022】
上記した変性マキナワイト構造の硫化鉄の検討を行なった結果、変性マキナワイト構造の硫化鉄は、これを水に分散し、酢酸のような弱酸を添加した後、濾過洗浄を行なうことにより、アルカリ土類金属の一部が溶出し、XRD回折パターンがマキナワイト構造に可逆的に変化することを見出した。従って、本発明の変性マキナワイト構造とは、これまで知られていたマキナワイト構造の特殊形態であると考えられる。
【0023】
次に本発明の硫化鉄の製造方法について詳細に説明する。
【0024】
本発明の方法は、2価の鉄塩の水溶液と硫黄イオンを含む水溶液とアルカリ土類金属成分を混合し、かつ、混合後のスラリーpHを7.0以上とすることにより、耐久性に優れたマキナワイト構造の硫化鉄を得るものである。
【0025】
本発明の方法では、上記した3つの成分の混合順序は適宜選択することができ、2価の鉄塩の水溶液と硫黄イオンを含む水溶液を混合した後にアルカリ土類金属成分を混合してもよく、また、2価の鉄塩の水溶液とアルカリ土類金属成分を混合しその後硫黄イオンを含む水溶液と混合しても良く、また、硫黄イオンを含む水溶液とアルカリ土類金属成分を混合し、2価の鉄塩の水溶液を混合しても良く、生産プロセス上最適な方法を選択することができる。
本発明者が更に、上記した混合方法において、2価の鉄塩の水溶液と硫黄イオンを含む水溶液を混合し硫化鉄が生成する際にアルカリ土類金属が存在した場合は、生成するマキナワイト構造の硫化鉄は変性マキナワイト構造となることを見出した。
【0026】
本発明の方法において用いられる2価の鉄塩の水溶液は、水溶性の2価の鉄塩であれば特に限定されず、具体的には塩化鉄(II)、硝酸鉄(II)、硫酸鉄(II)酢酸鉄(II)等を例示することができる。この中で、塩化鉄(II)が工業的に入手が容易で安価なために最も好ましく、また、鉄屑等を塩酸で溶解した溶液や、鉄板を塩酸で洗浄した後の廃液等も好ましく用いることができる。一方、硫酸鉄(II)は、アルカリ土類金属成分がCa、Sr、Baの場合はこれらと難溶性の塩を作りやすいため、原料の混合を注意深くゆっくり行なわなければならず好ましいものではないが、アルカリ土類金属成分がMgの場合は好適に用いることができる。
【0027】
用いられる2価の鉄塩の水溶液の濃度は特に限定されないが、濃度が薄すぎると反応槽の容積が大きくなり、さらに濾過を行なうスラリーの量が増大するため工業的に不利となることがある。逆に濃度が濃すぎると、温度の変動による塩の析出等のトラブルが生じ易くなり、また、生成するスラリーの粘度が高くなりハンドリングや均一な混合が困難になることがある。従って具体的な2価の鉄塩の濃度としては、Feとして1〜25wt%、より好ましくは3〜20wt%の範囲を例示することができる。
【0028】
本発明の方法において用いられる硫黄イオンを含む溶液は、硫黄イオンを含むものであれば特に限定されず、アルカリ金属塩の硫化物や水硫化物、アンモニウム塩の硫化物や水硫化物、アルカリ土類金属の硫化物や水硫化物を水に溶解したものであればすべて好適に用いることができる。この中でも硫化ナトリウムや水硫化ナトリウムが、工業的に入手が容易で安価なために最も好ましく、また、石油の脱硫工程で得られる硫化水素を水酸化ナトリウム等のアルカリ水溶液に吸収させた溶液も好ましく用いることができる。
【0029】
用いられる硫黄イオンを含む溶液の濃度は特に限定されないが、2価の鉄塩の水溶液の濃度と同様の理由である。具体的な硫黄イオンの濃度としては、Sとして1〜15wt%、より好ましくは2〜10wt%の範囲を例示することができる。
【0030】
アルカリ土類金属成分は水溶性のものであれば特に限定されず、また、炭酸塩のように水溶性を示さないものであっても酸性溶液に溶解するものも使用が可能である。具体的なアルカリ土類金属成分としてはアルカリ土類金属の塩化物やカルボン酸塩、硝酸塩、水酸化物、硫化物を例示することができる。
【0031】
2価の鉄塩の水溶液と硫黄イオンを含む水溶液との混合割合は特に限定されないが、硫黄イオンが多すぎた場合、原料コストが高くなるだけでなく、未反応の硫黄イオンが母液中に残存し廃水処理が必要となることがある。逆に少なすぎた場合は過剰の鉄分が水酸化鉄として沈澱し、硫化鉄と水酸化物の混合物が得られ、硫化鉄の特性の低下は生じないものの、水酸化鉄の重量分だけ硫化鉄が希釈され見かけの特性が低下する。従って、FeとSのモル比は、1:0.7〜1.8、さらに好ましくは1:0.8〜1.5の範囲になるように混合することが好ましい。
【0032】
2価の鉄塩の水溶液とアルカリ土類金属成分の混合割合はアルカリ土類金属の種類により異なるが、アルカリ土類金属の量が少ないと本発明の耐久性に優れたマキナワイト構造を有する硫化鉄は得られない。従って、アルカリ土類金属成分がマグネシウム(Mg)の場合FeとMgのモル比が、1:0.04以上となるように混合することが好ましく、アルカリ土類金属成分がカルシウム(Ca)の場合FeとCaのモル比が、1:0.03以上なるように混合することが好ましく、アルカリ土類金属成分がストロンチウム(Sr)の場合FeとSrのモル比が、1:0.02以上となるように混合することが好ましく、アルカリ土類金属成分がバリウム(Ba)の場合FeとBaのモル比が、1:0.01以上となるように混合することが好ましい。
【0033】
混合操作は特に限定されず、化学工学で知られている半回分式方法または連続式を用いることができる。
【0034】
混合時の温度は特に限定されず、冷却及び加熱する必要はなく、例えば10〜60℃の温度を例示することができる。
【0035】
混合時の撹拌は特に限定されず、生成する硫化鉄を含んだスラリーの滞留が生じないような撹拌強度であれば特に問題はない。
【0036】
原料の混合速度は特に限定されないが、混合があまり遅いと生産性が低下することがあり、速すぎると局部的な滞留や粘度の上昇が起きる可能性がある。従って、例えば半回分式の場合1〜240分で、より好ましくは3〜120分ですべての原料が混ざるような添加速度を選択すればよく、また連続法では原料の供給速度を平均滞留時間が10〜240分、より好ましくは15〜120分となるようにすればよい。
【0037】
以上のように、混合操作が終了した時点で本発明の硫化鉄を含むスラリーが得られる。本発明では、混合操作終了時のスラリーpHが7.0以上となっていることが必須である。スラリーpHを7.0以上とするために混合終了後にアルカリ源を添加してもよいが、予めアルカリ源を硫黄イオンを含む水溶液に添加しておくことがより好ましい。アルカリ源は特に限定されず、アルカリ金属の水酸化物、アルカリ土類金属の水酸化物等を例示でき、具体的には水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化カルシウム、水酸化バリウム等を例示できる。スラリーpHが7.0未満の場合、アルカリ土類金属が硫化鉄内に取り込まれず本発明の硫化鉄は得られない。スラリーpHは高いほど好ましく、8.0以上、より好ましくは10.0以上、さらに好ましくは12.0前後とすることがよい。
【0038】
また、原料の混合が終了した後、生成したスラリー全体を均一にするために、そのまま撹拌を継続し、熟成を行なってもよい。熟成時間は特に限定されず、例えば0〜300分の時間を例示することができる。
【0039】
以上の方法で本発明の硫化鉄を含んだスラリーが得られる。このスラリーをそのまま重金属類の処理に用いてもよいが、輸送コストが多大なものとなり、また、高濃度の重金属類を含んだ飛灰や土壌を処理するために多量の硫化鉄を添加する場合、被処理物の含水量が高くなりすぎ、そのあとのハンドリングが困難となる可能性がある。そのため、通常は濾過・洗浄を行なった後、乾燥を行ない硫化鉄の粉末とする。
【0040】
このときの濾過・洗浄の方法としては公知の方法を用いることができるが、濾過・洗浄が不十分であると、硫化鉄中に残存するアルカリ金属のため耐久性に優れた硫化鉄を得ることは困難となる。従って、濾過・洗浄条件は、濾過・洗浄後に得られる硫化鉄中の鉄とアルカリ金属のモル比が、鉄のモル比を1とした場合、アルカリ金属の値が0.2以下、より好ましくは0.1以下となるような条件とすることが必要である。
【0041】
乾燥は従来知られているどのような方法で行なっても良いが、硫化鉄の酸化を防ぐために、不活性雰囲気ガス中での乾燥あるいは真空乾燥がより好ましく用いることができる。
【0042】
以上の方法で本発明の硫化鉄を得ることができる。
【0043】
本発明者らは更に検討を加えた結果、本発明の組成の硫化鉄に各種のアルカリ土類金属化合物を加えることにより、本発明の目的の一つである重金属類の処理剤としてより好適に用いることができる硫化鉄組成物が得られることを見出した。この硫化鉄組成物は、本発明の組成の硫化鉄を調製し、これに別途添加して混合する、例えばボールミル等で機械的に混合するなどして調製するか、或いは本発明の組成の硫化鉄の範囲を超えたアルカリ土類金属成分を過剰に使用して調製することも可能である。
【0044】
添加或いは過剰に使用するアルカリ土類金属化合物としては、アルカリ土類の水酸化物、カルボン酸塩、リン酸塩、亜硫酸塩、硫酸塩、炭酸塩等が例示できる。更に詳しくは、水酸化マグネシウム、水酸化カルシウム、水酸化ストロンチウム、水酸化バリウム、酢酸、ぎ酸、しゅう酸、クエン酸、ステアリン酸などの対応するアルカリ土類金属塩、また、例えば、リン酸水素カルシウム等のリン酸、ポリリン酸の対応するアルカリ土類金属塩、炭酸マグネシウム、炭酸カルシウムなどのアルカリ土類金属の炭酸塩、硫酸マグネシウム、硫酸カルシウム、硫酸バリウムなどのアルカリ土類金属の硫酸塩、更には、酸化防止機能などを有する亜硫酸、アスコルビン酸などのアルカリ土類金属塩などが例示できる。
【0045】
これらのアルカリ土類金属化合物は本発明の硫化鉄の耐久性を低下させることがなく、また、その種類に応じて、硫化鉄の担体効果による重金属処理活性向上作用、耐久性の向上作用、重金属類の処理時の補助剤、ハンドリンク性の向上、等の作用を有しており、目的により1種以上複数種のアルカリ土類金属塩を本発明の硫化鉄に添加して用いることもできる。例えば、酸性の飛灰を処理する場合、アルカリ剤を補助剤として添加することが好ましく、その場合、本発明の硫化鉄とアルカリ土類の水酸化物の混合物が好適に用いることができ、また、多量の6価クロムのような酸化成分が大量に含まれている場合は、本発明の硫化鉄と亜硫酸塩の混合物が好適に用いることができる。また、本発明の硫化鉄は耐久性に優れているが、本発明者らはアルカリ土類のカルボン酸塩、とくに酢酸塩を加えることによりその耐久性は更に向上することを見出しており、過酷な保存条件が考えられるときにはこれらを添加することができる。
【0046】
これらのアルカリ土類金属化合物の添加量は特に限定されず、目的に応じて変化し、例えば本発明の硫化鉄100重量部に対し0.1〜100重量部添加することができる。
【0047】
本発明の硫化鉄および硫化鉄組成物は、極めて耐久性に優れ、これを有効成分とする「重金属類処理剤」として用いた場合、きわめて高い性能を発揮する。以下、本発明の重金属類処理剤について、その詳細を説明する。
【0048】
本発明の重金属類処理剤では、その処理が可能な重金属類とは具体的な元素として、Pb、Cd、Cr、Hg、As、Se、Cu、Ni、Sb、Moを示すことができる。もちろん、本発明の処理剤では上記した重金属類をそれぞれ単独に処理するだけでなく、これらの内の任意の複数の元素が含まれたものを処理する場合においても処理が可能である。
【0049】
本発明の重金属類処理剤は、重金属類を含んだごみ焼却灰や飛灰の処理に極めて有効である。ごみ焼却灰や飛灰中には、各種ごみに含まれていた重金属類が濃縮されている。特に飛灰や溶融飛灰において顕著であり、溶融飛灰の中にはパーセントオーダーで鉛のような重金属が含まれているものも数多く、無害化処理が必要とされる。飛灰や溶融飛灰は焼却炉の構造や運転方法の違いにより、アルカリ性飛灰、中性飛灰、アルカリ性溶融飛灰、中性溶融飛灰等の種類があり、また、焼却するごみの種類によって含まれる重金属類の種類と含有量は大きく異なっていることが知られているが、本発明の重金属類処理剤はどのような種類の飛灰にも用いることができる。これらごみ焼却灰や飛灰に対し、本発明の重金属類処理剤と水を添加し混練する。
【0050】
本発明の重金属類処理剤の添加量は、ごみ焼却灰や飛灰に含まれる重金属類の種類と総量により異なるため一概に規定できず、ごみ焼却灰や飛灰の量に対して、0.1〜50wt%、好ましくは0.5〜30wt%を例示することができ、さらに、予めごみ焼却灰や飛灰をサンプリングしてラボテストで最小添加量を求め、ごみ焼却灰や飛灰に含まれる重金属類の量の変動を考慮して最適添加量を求めておくことが好ましい。また、仮に過剰添加を行なっても、例えば水銀(Hg)が多硫化物となり可溶性となるような現象は生じず、問題はない。
【0051】
水の添加量はごみ焼却灰や飛灰の性質により異なるが、通常、ごみ焼却灰や飛灰の量に対して、10〜40wt%を例示することができる。混練の方法、時間は特に限定されず従来から知られている方法を用いることができ、可溶性の重金属類は不溶性の硫化物または鉄塩となり処理が行われる。
【0052】
また、本発明の重金属類処理剤は、重金属類を含んだ土壌の処理にも有効である。重金属類を含んだ土壌に対して、重金属類処理剤を、さらに必要に応じて、水を添加し、混練する。
【0053】
本発明の重金属類処理剤の添加量は、土壌に含まれる重金属類の総量により異なるため一概に規定できず、処理すべき土壌の量に対して0.1〜20wt%を例示することができ、さらに、予め土壌をサンプリングしてラボテストで最小添加量を求め、安全を見込んで若干過剰量を添加することが好ましい。土壌に含まれる水分が少ない場合は、土壌の種類によっても異なるが、必要に応じて水を添加し、土壌に含まれる水分の量が通常10〜60wt%となるようにする。混練の方法、時間は特に限定されず従来から知られている方法を用いることができ、可溶性の重金属類は不溶性の硫化物または鉄塩となり処理が行われる。
【0054】
さらに、本発明の重金属類処理剤を用い、重金属類を含んだ廃水の処理も可能である。重金属類を含んだ廃水に対して、重金属類処理剤を添加し混合する。重金属類処理剤の添加量は、廃水に含まれる重金属類の総量により異なるため一概に規定できず、予め廃水をサンプリングしてラボテストで最小添加量を求め、安全を見込んで若干過剰量を添加することが好ましい。この時に、廃水のpHが低いと硫化鉄が分解し硫化水素の生成の可能性があるため、廃水のpHを前もって調整しておくことが好ましく、その場合には廃水のpHは3.0以上、より好ましくは6.0以上となるようにする。混合の方法、時間は特に限定されず従来から知られている方法を用いることができ、廃水中の重金属類は不溶性の硫化物または鉄塩となり処理が行われる。また、通常、凝集沈澱処理の際に使用される無機系凝集沈澱剤、例えば塩化第2鉄、ポリ塩化アルミニウム、硫酸バンド等を併用し、あるいは凝集速度を速める高分子凝集剤等を併用することも可能である。
【0055】
【実施例】
以下、実施例において本発明をさらに詳細に説明する。しかし、本発明はこれら実施例のみに限定されるものではない。尚、実施例における各測定方法は以下の通りである。
【0056】
(1)化学組成の測定方法
Fe、S、Ca、Sr、Baは、蛍光X線分析装置(日本電子社製、型式JSX−3200)を用いて測定した。また、Na、Mg、Feは試料を塩酸で溶解した後、ICP発光分析装置(パーキンエルマー社製、型式:optima 3000)を用いて測定した。測定後、鉄を基準としてアルカリ土類金属元素、アルカリ金属元素、硫黄のモル比を求めた。
【0057】
(2)結晶構造の測定方法
X線回折装置(マックサイエンス社製、型式:MXP−3、Cuターゲット)を用い測定した。
【0058】
(3)硫化鉄の残存率
耐久処理前の硫化鉄のメインピーク強度をI1、耐久処理後の硫化鉄のメインピーク強度をI2として、
硫化鉄残存率(%)=I2/I1×100 として計算した。
【0059】
実施例1
実効内容積750mLのステンレス製連続反応容器を25℃に保ち、攪拌しながら塩化鉄(II)水溶液(0.5mol/L)と硫化ナトリウム水溶液(1.0mol/L)をそれぞれ500ml/h、250ml/hで連続的に添加し、硫化鉄スラリーを調製した。
【0060】
得られた硫化鉄スラリーのうち1000mlを内容積2Lのガラス製反応容器に入れ、攪拌しながら塩化カルシウム83mmolを添加し、さらに48%NaOH水溶液を加え、スラリーpHを12.8とした。このまま60分攪拌を継続し熟成を行なった。熟成後得られたスラリーを濾過・洗浄した後、乾燥し、粉砕を行ない硫化鉄粉末を得た。得られた硫化鉄粉末は、X線回折の結果マキナワイト構造であった。このときのX線回折のチャートを図1及び図2に示す。また組成分析の結果、各成分のモル比は、Fe・Ca0.22・Na0.016・S1.00であった。
【0061】
次に、得られた硫化鉄粉末の一部を70℃、相対湿度70%の恒温恒湿機に入れ、1日耐久処理を行なった。耐久処理後の粉末はX線回折の結果マキナワイト構造であり、硫化鉄の分解生成物である硫黄、および酸化鉄(III)のピークは観察されなかった。このときのX線回折のチャートを図1に示す。耐久処理前後におけるメインピークの強度比をもとに硫化鉄の残存率を計算した結果、85%であった。
【0062】
実施例2
スラリーpHを11.7とした以外、実施例1と全く同じ操作を行ない硫化鉄粉末を得た。得られた硫化鉄粉末は、X線回折の結果マキナワイト構造であった。このときのX線回折のチャートを図2に示す。また組成分析の結果、各成分のモル比は、Fe・Ca0.073・Na0.032・S0.99であった。
【0063】
次に、得られた硫化鉄粉末の一部を70℃、相対湿度70%の恒温恒湿機に入れ、1日耐久処理を行なった。耐久処理後の粉末はX線回折の結果マキナワイト構造であり、硫化鉄の分解生成物である硫黄のピークがわずかに観察された。耐久処理前後におけるメインピークの強度比をもとに硫化鉄の残存率を計算した結果、71%であった。
【0064】
実施例3
スラリーpHを10.3とした以外、実施例1と全く同じ操作を行ない硫化鉄粉末を得た。得られた硫化鉄粉末は、X線回折の結果マキナワイト構造であった。このときのX線回折のチャートを図2に示す。また組成分析の結果、各成分のモル比は、Fe・Ca0.035・Na0.077・S0.99であった。
【0065】
次に、得られた硫化鉄粉末の一部を70℃、相対湿度70%の恒温恒湿機に入れ、1日耐久処理を行なった。耐久処理後の粉末はX線回折の結果、マキナワイト構造硫化鉄以外に分解生成物である硫黄に帰属できるピークが観察された。耐久処理前後におけるメインピークの強度比をもとに硫化鉄の残存率を計算した結果、53%であった。
【0066】
実施例4
添加した塩化カルシウムの量を220mmol、スラリーpHを12.6とした以外、実施例1と全く同じ操作を行ない硫化鉄粉末を得た。得られた硫化鉄粉末は、X線回折の結果、マキナワイト構造の硫化鉄以外に水酸化カルシウムのピークが観察された。組成分析の結果、各成分のモル比は、Fe・Ca0.43・Na0.004・S0.98であった。
【0067】
次に、得られた硫化鉄粉末の一部を70℃、相対湿度70%の恒温恒湿機に入れ、1日耐久処理を行なった。耐久処理後の粉末はX線回折の結果、マキナワイト構造の硫化鉄以外に水酸化カルシウムおよび炭酸カルシウムのピークが観察された。耐久処理前後におけるメインピークの強度比をもとに硫化鉄の残存率を計算した結果、87%であった。
【0068】
比較例1
実施例1と同様の方法で連続的に調製した硫化鉄スラリーを濾過・洗浄した後、乾燥し、粉砕を行ない硫化鉄粉末を得た。得られた硫化鉄粉末は、X線回折の結果マキナワイト構造であった。このときのX線回折のチャートを図3に示す。また組成分析の結果、各成分のモル比は、Fe・Na0.22・S0.99であった。
【0069】
次に、得られた硫化鉄粉末の一部を70℃、相対湿度70%の恒温恒湿機に入れ、1日耐久処理を行なった。耐久処理後の粉末はX線回折の結果、硫化鉄の分解生成物である硫黄と酸化鉄(III)の混合物であり、硫化鉄に帰属できるピークは観察されなかった。このときのX線回折のチャートを図3に示す。
【0070】
比較例2
比較例1で調製した硫化鉄粉末30gに水酸化カルシウム4gを加え、ボールミルで30分混合し、硫化鉄と水酸化カルシウムの混合組成物を調製した。この組成物は、X線回折の結果マキナワイト構造の硫化鉄と水酸化カルシウムの混合物であった。また組成分析の結果、各成分のモル比は、Fe・Ca0.19・Na0.22・S0.99であった。
【0071】
次に、得られた硫化鉄粉末の一部を70℃、相対湿度70%の恒温恒湿機に入れ、1日耐久処理を行なった。耐久処理後の粉末はX線回折の結果、硫化鉄の分解生成物である硫黄と酸化鉄(III)および水酸化カルシウムと炭酸カルシウムの混合物であり、硫化鉄に帰属できるピークは観察されなかった。
【0072】
比較例3
塊状の市販試薬硫化鉄(II)を粉砕し硫化鉄粉末を得た。得られた硫化鉄粉末は、X線回折の結果ピロータイト構造であった。このときのX線回折のチャートを図4に示す。
【0073】
次に、得られた硫化鉄粉末の一部を70℃、相対湿度70%の恒温恒湿機に入れ、1日耐久処理を行なった。耐久処理後の粉末は、X線回折の結果1ピロータイト構造と、硫化鉄の分解生成物である硫黄に帰属できるピークが観察された。このときのX線回折のチャートを図4に示す。
【0074】
実施例1、比較例1、2、3の結果より、本発明における硫化鉄は、従来知られていた合成硫化鉄より耐久性が大きく向上しており、しかも、添加したカルシウムは単なる混合物ではなく、硫化鉄内に取り込まれていると判断できる。実施例1〜4の結果より、スラリーpHが高いほどカルシウムが硫化鉄に取り込まれやすくなり、取り込まれるカルシウムの量が多いほど硫化鉄の安定性が向上することがわかる。さらに、アルカリ土類金属が硫化鉄に取り込まれる量には上限があり、カルシウムの場合では0.4前後であると推定でき、それ以上のカルシウムを導入しようとした場合、水酸化カルシウムとの混合組成物となることがわかる。以上のことより、アルカリ土類金属がカルシウムの場合、鉄に対してカルシウムのモル比が0.03〜0.4の領域で本発明の耐久性が向上した硫化鉄が得られると判断できる。また、図2において、実施例1で得られた硫化鉄の回折ピークが実施例2、3で得られたものよりも低角度側にシフトしており、硫化鉄にカルシウムが多く取り込まれたためと考えられる。
【0075】
実施例5
実施例1と同様の方法で連続的に調製した硫化鉄スラリーのうち1000mlを内容積2Lのガラス製反応容器に入れ、攪拌しながら塩化バリウム83mmolを添加し、さらに48%NaOH水溶液を加え、スラリーpHを13.0とした。このまま60分攪拌を継続し熟成を行なった。熟成後得られたスラリーを濾過・洗浄した後、乾燥し、粉砕を行ない硫化鉄粉末を得た。得られた硫化鉄粉末は、X線回折の結果マキナワイト構造であった。このときのX線回折のチャートを図5に示す。また組成分析の結果、各成分のモル比は、Fe・Ba0.078・Na0.014・S0.96であった。
【0076】
次に、得られた硫化鉄粉末の一部を70℃、相対湿度70%の恒温恒湿機に入れ、1日耐久処理を行なった。耐久処理後の粉末はマキナワイト構造であり、硫化鉄の分解生成物である硫黄、および酸化鉄(III)のピークは観察されなかった。このときのX線回折のチャートを図5に示す。耐久処理前後におけるメインピークの強度比をもとに硫化鉄の残存率を計算した結果、93%であった。
【0077】
実施例6
実施例1と同様の方法で連続的に調製した硫化鉄スラリーのうち1000mlを内容積2Lのガラス製反応容器に入れ、攪拌しながら塩化ストロンチウム66mmolを添加し、さらに48%NaOH水溶液を加え、スラリーpHを13.1とした。このまま60分攪拌を継続し熟成を行なった。熟成後得られたスラリーを濾過・洗浄した後、乾燥し、粉砕を行ない硫化鉄粉末を得た。得られた硫化鉄粉末は、X線回折の結果マキナワイト構造であった。また組成分析の結果、各成分のモル比は、Fe・Sr0.095・Na0.023・S0.98であった。
【0078】
次に、得られた硫化鉄粉末の一部を70℃、相対湿度70%の恒温恒湿機に入れ、1日耐久処理を行なった。耐久処理後の粉末は、X線回折の結果マキナワイト構造であり、硫黄、および酸化鉄(III)のピークは観察されなかった。耐久処理前後におけるメインピークの強度比をもとに硫化鉄の残存率を計算した結果、88%であった。
【0079】
実施例7
実施例1と同様の方法で連続的に調製した硫化鉄スラリーのうち1000mlを内容積2Lのガラス製反応容器に入れ、攪拌しながら塩化マグネシウム130mmolを添加し、さらに48%NaOH水溶液を加え、スラリーpHを12.9とした。このまま60分攪拌を継続し熟成を行なった。熟成後得られたスラリーを濾過・洗浄した後、乾燥し、粉砕を行ない硫化鉄粉末を得た。得られた硫化鉄粉末は、X線回折の結果マキナワイト構造であった。また組成分析の結果、各成分のモル比は、Fe・Mg0.37・Na0.068・S0.95であった。
【0080】
次に、得られた硫化鉄粉末の一部を70℃、相対湿度70%の恒温恒湿機に入れ、1日耐久処理を行なった。耐久処理後の粉末は、X線回折の結果マキナワイト構造であり、硫化鉄の分解生成物である硫黄に帰属できるピークがわずかに観察された。耐久処理前後におけるメインピークの強度比をもとに硫化鉄の残存率を計算した結果、72%であった。
【0081】
実施例5〜7の結果より、カルシウム以外のアルカリ土類金属にも合成硫化鉄の耐久性を向上する作用があることがわかる。
【0082】
実施例8
内容積2リットルのガラス製反応容器に市販試薬の水硫化ナトリウム480mmol、水酸化ナトリウム720mmol、水1000gを入れ撹拌・溶解しながらウォーターバスを用い25℃に保った。この溶液に、水600gに塩化鉄(II)480mmol、塩化カルシウム120mmolを溶解した溶液を40分かけて添加した。添加終了後のスラリーのpHは、12.3であった。このまま30分撹拌を継続し熟成を行なった。熟成後得られたスラリーを濾過・洗浄した後、乾燥し、粉砕を行ない硫化鉄粉末を得た。得られた硫化鉄粉末は、X線回折の結果17〜18°付近にブロードなピークを持った、変性マキナワイト構造であった。このときのX線回折のチャートを図6及び図8に示す。また組成分析の結果、各成分のモル比は、Fe・Ca0.16・Na0.006・S0.90であった。
【0083】
次に、得られた硫化鉄粉末の一部を70℃、相対湿度70%の恒温恒湿機に入れ、1日耐久処理を行なった。耐久処理後の粉末は、X線回折の結果17〜18°付近にブロードなピークを持った変性マキナワイト構造であり、硫化鉄の分解生成物である硫黄、および酸化鉄(III)のピークは観察されなかった。このときのX線回折のチャートを図6に示す。耐久処理前後におけるメインピークの強度比をもとに硫化鉄の残存率を計算した結果、91%であった。
【0084】
また、得られた硫化鉄粉末の一部を用いて、夏場から秋にかけて3ヶ月の室内保存試験を行なった。保存試験後の粉末は、X線回折の結果変性マキナワイト構造であり、硫化鉄の分解生成物である硫黄、および酸化鉄(III)のピークは観察されなかった。
【0085】
実施例9
内容積2リットルのガラス製反応容器に市販試薬の水硫化ナトリウム480mmol、水酸化ナトリウム720mmol、水1000gを入れ撹拌・溶解しながらウォーターバスを用い25℃に保った。この溶液に、水600gに塩化鉄(II)480mmol、塩化バリウム120mmolを溶解した溶液を40分かけて添加した。添加終了後のスラリーのpHは、12.6であった。このまま30分撹拌を継続し熟成を行なった。熟成後得られたスラリーを濾過・洗浄した後、乾燥し、粉砕を行ない硫化鉄粉末を得た。得られた硫化鉄粉末は、X線回折の結果17〜18°付近にブロードなピークを持った、変性マキナワイト構造であった。このときのX線回折のチャートを図7に示す。また組成分析の結果、各成分のモル比は、Fe・Ba0.083・Na0.028・S0.88であった。
【0086】
次に、得られた硫化鉄粉末の一部を70℃、相対湿度70%の恒温恒湿機に入れ、1日耐久処理を行なった。耐久処理後の粉末は、X線回折の結果17〜18°付近にブロードなピークを持った変性マキナワイト構造であり、硫化鉄の分解生成物である硫黄に帰属できるピークがわずかに観察された。このときのX線回折のチャートを図7に示す。耐久処理前後におけるメインピークの強度比をもとに硫化鉄の残存率を計算した結果、87%であった。
【0087】
実施例10
内容積2リットルのガラス製反応容器に市販試薬の水硫化ナトリウム480mmol、水酸化ナトリウム720mmol、水1000gを入れ撹拌・溶解しながらウォーターバスを用い25℃に保った。この溶液に、水600gに塩化鉄(II)480mmol、塩化ストロンチウム120mmolを溶解した溶液を40分かけて添加した。添加終了後のスラリーのpHは、12.4であった。このまま30分撹拌を継続し熟成を行なった。熟成後得られたスラリーを濾過・洗浄した後、乾燥し、粉砕を行ない硫化鉄粉末を得た。得られた硫化鉄粉末は、X線回折の結果17〜18°付近にブロードなピークを持った、変性マキナワイト構造であった。また組成分析の結果、各成分のモル比は、Fe・Sr0.097・Na0.019・S0.92であった。
【0088】
次に、得られた硫化鉄粉末の一部を70℃、相対湿度70%の恒温恒湿機に入れ、1日耐久処理を行なった。耐久処理後の粉末は、X線回折の結果17〜18°付近にブロードなピークを持った変性マキナワイト構造であり、硫化鉄の分解生成物である硫黄、および酸化鉄(III)のピークは観察されなかった。耐久処理前後におけるメインピークの強度比をもとに硫化鉄の残存率を計算した結果、93%であった。
【0089】
実施例11
内容積2リットルのガラス製反応容器に市販試薬の水硫化ナトリウム420mmol、水酸化ナトリウム780mmol、水1000gを入れ撹拌・溶解しながらウォーターバスを用い25℃に保った。この溶液に、水600gに硫酸鉄(II)420mmol、硫酸マグネシウム180mmolを溶解した溶液を40分かけて添加した。添加終了後のスラリーのpHは、10.5であった。このまま30分撹拌を継続し熟成を行なった。熟成後得られたスラリーを濾過・洗浄した後、乾燥し、粉砕を行ない硫化鉄粉末を得た。得られた硫化鉄粉末は、X線回折の結果17〜18°付近にブロードなピークを持った、変性マキナワイト構造であった。また組成分析の結果、各成分のモル比は、Fe・Mg0.37・Na0.079・S0.94であった。
【0090】
次に、得られた硫化鉄粉末の一部を70℃、相対湿度70%の恒温恒湿機に入れ、1日耐久処理を行なった。耐久処理後の粉末は、X線回折の結果17〜18°付近にブロードなピークを持った変性マキナワイト構造以外に、硫化鉄の分解生成物である硫黄に帰属できるピークがわずかに観察された。耐久処理前後におけるメインピークの強度比をもとに硫化鉄の残存率を計算した結果、78%であった。
【0091】
実施例8〜11の結果により、アルカリ土類金属成分の存在下で、2価の鉄塩の水溶液と硫黄イオンを含む水溶液を混合した場合には、変性マキナワイト構造の硫化鉄が得られることがわかる。
【0092】
実施例12
用いる水硫化ナトリウムの量を420mmol水酸化ナトリウムの量を780mmol、塩化鉄(II)の量を420mmol、塩化カルシウムの量を180mmolとして実施例8と同じ操作を行なった。
【0093】
添加終了後のスラリーpHは12.6、得られた粉末は変性マキナワイト構造の硫化鉄、各成分のモル比はFe・Ca0.28・Na0.002・S0.88であった。このときのX線回折のチャートを図8に示す。また、耐久処理後の粉末は変性マキナワイト構造の硫化鉄であり、硫化鉄の残存率は88%であった。
【0094】
実施例13
用いる水硫化ナトリウムの量を360mmol水酸化ナトリウムの量を840mmol、塩化鉄(II)の量を360mmol、塩化カルシウムの量を240mmolとして実施例8と同じ操作を行なった。
【0095】
添加終了後のスラリーpHは12.5、得られた粉末は変性マキナワイト構造の硫化鉄でありトレース量の水酸化カルシウムのピークが観察され、各成分のモル比はFe・Ca0.39・Na0.001・S0.91であった。このときのX線回折のチャートを図8に示す。また、耐久処理後の粉末は変性マキナワイト構造の硫化鉄であり、トレース量の水酸化カルシウムと炭酸カルシウムのピークが観察され、硫化鉄の残存率は93%であった。
【0096】
実施例14
用いる水硫化ナトリウムの量を300mmol水酸化ナトリウムの量を900mmol、塩化鉄(II)の量を300mmol、塩化カルシウムの量を300mmolとして実施例8と同じ操作を行なった。
【0097】
添加終了後のスラリーpHは12.5、得られた粉末は変性マキナワイト構造の硫化鉄と水酸化カルシウムの混合物であった。各成分のモル比はFe・Ca0.66・Na0.001・S0.88であった。このときのX線回折のチャートを図8に示す。また、耐久処理後の粉末は変性マキナワイト構造の硫化鉄と水酸化カルシウムと炭酸カルシウムの混合物であり、硫化鉄の残存率は93%であった。
【0098】
実施例15
用いる水硫化ナトリウムの量を540mmol水酸化ナトリウムの量を660mmol、塩化鉄(II)の量を270mmol、塩化カルシウムの量を60mmolとして実施例8と同じ操作を行なった。
【0099】
添加終了後のスラリーpHは11.1、得られた粉末は変性マキナワイト構造の硫化鉄であり、各成分のモル比はFe・Ca0.038・Na0.089・S0.85であった。このときのX線回折のチャートを図8に示す。また、耐久処理後の粉末は変性マキナワイト構造の硫化鉄とその分解生成物の硫黄の混合物であり、硫化鉄の残存率は56%であった。
【0100】
比較例4
用いる水硫化ナトリウムの量を600mmol水酸化ナトリウムの量を600mmol、塩化鉄(II)の量を600mmol、塩化カルシウムの量を10mmolとして実施例5と同じ操作を行なった。
【0101】
添加終了後のスラリーpHは6.8、得られた粉末はマキナワイト構造の硫化鉄であり、各成分のモル比はFe・Ca0.008・Na0.14・S0.94であった。また、耐久処理後の粉末は硫化鉄の分解生成物である硫黄と酸化鉄(II)の混合物であり、硫化鉄に帰属できるピークは観察されなかった。
【0102】
実施例1〜5、12〜15の結果より、マキナワイト構造の硫化鉄より、変性マキナワイト構造であるほうがより耐久性が向上していると考えられる。また、比較例4の結果より、添加終了後のスラリーpHが7未満の場合、カルシウムの存在下で硫化鉄を調製しても、カルシウムが取り込まれず、耐久性が向上しないことがわかる。
【0103】
次に本発明の硫化鉄を用いて重金属類の処理を行なった結果を示す。
【0104】
実施例16
鉛を2400ppm、クロムを160ppm、水銀を2.1ppm含有するアルカリ性飛灰を用い、重金属類の処理特性の検討を行なった。アルカリ性飛灰100重量部に対し、水30重量部、および実施例、比較例で調製した硫化鉄を加え、混練し重金属処理を行なった。得られた処理飛灰に対し、環境庁告示第13号溶出試験(1973年)を行ない、その結果を表2に示した。
【0105】
【表2】
Figure 0004178794
の結果から明らかなように、実施例で得た硫化鉄は、耐久処理前の重金属類の処理特性はマキナワイト型の硫化鉄とほぼ同等であり、比較例で得たピロータイト型の硫化鉄よりはるかに優れていることがわかる。さらに、従来のマキナワイト型の硫化鉄は、70℃、相対湿度70%で1日耐久処理を行なった場合、重金属類の処理特性が劣化してしまうのに対し、本発明における硫化鉄は耐久処理後も重金属類の処理特性を維持していることがわかる。
【0106】
実施例17
鉛を1900ppm、クロムを1100ppm、カドミウムを100ppm含有する中性飛灰を用い、重金属類の処理特性の検討を行なった。中性飛灰100重量部に対し、水30重量部、および実施例、比較例で調製した硫化鉄を加え、混練し重金属処理を行なった。得られた処理飛灰に対し、環境庁告示第13号溶出試験(1973年)を行ない、その結果を表に示した。
【0107】
【表3】
Figure 0004178794
の結果から明らかなように、実施例8及び9で得た硫化鉄は、中性飛灰に含まれる重金属類の処理も可能であり、さらに比較例1で得た従来の合成硫化鉄とほぼ同等の初期特性を持ち、しかもはるかに耐久性が優れていることがわかる。
【0108】
実施例18
鉛を7700ppm、カドミウムを470ppm、6価クロムを1800ppm、ヒ素を96ppm、セレンを2200ppm含有するモデル汚染土壌(含水量50%)を用い、重金属類の処理特性の検討を行なった。土壌100重量部に対し、実施例、比較例で調製した硫化鉄を加え、混練し重金属処理を行なった。得られた土壌に対し、環境庁告示第46号による溶出試験(1991年)を行ない、その結果を表4及び表5に示した。
【0109】
【表4】
Figure 0004178794
【表5】
Figure 0004178794
表4及び5の結果から明らかなように、実施例1、8で得た硫化鉄は、土壌に含まれる重金属類の処理も可能であり、比較例1で得たマキナワイト型の硫化鉄とほぼ同等の初期特性を持ち、さらにマキナワイト型の硫化鉄よりもはるかに耐久性が優れていることがわかる。
【0110】
実施例19
鉛10ppmを含む溶液、カドミニウム10ppm含む溶液、水銀1ppmを含む溶液、六価クロム10ppmを含む溶液、砒素10ppmを含む溶液、セレン10ppmを含む溶液の6種類のモデル排水に対し、実施例1および8で調製した硫化鉄を0.2重量部添加し、硫化鉄による重金属類の処理特性の検討を行なった。モデル排水に硫化鉄を加えた後、30分混合し、ガラス濾紙(アドバンテック東洋製GS−25)で濾過後、濾液中に含まれている各成分の量を測定した。その結果を表6に示した。
【0111】
【表6】
Figure 0004178794
表6の結果から明らかなように、本発明における硫化鉄は、排水中の重金属類の処理も可能である。
【0112】
【発明の効果】
本発明によれば、以下の効果を奏する。
1)本発明の硫化鉄は、従来知られていなかった新規な組成のマキナワイト構造を有し、重金属類の処理特性が優れると共に、その耐久性も優れている。
2)本発明の製造方法は、この優れた硫化鉄を容易に製造することができる。
3)本発明の重金属類処理剤は、この優れた硫化鉄を有効成分として含むものであり、この処理剤を用いることで、灰、土壌、廃水等に含まれる重金属類を処理し無害化できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施例1で調製した硫化鉄粉末、およびそれを70℃、相対湿度70%で1日耐久処理を行なった後のX線回折の結果を示す。X軸(横軸)は回折角2θ(単位は、degree)を示し、Y軸(縦軸)はX線の強度(単位はcps)を示す。
【図2】実施例1、実施例2、実施例3で調製した硫化鉄粉末のX線回折の結果を示す。X軸(横軸)は回折角2θ(単位は、degree)を示し、Y軸(縦軸)はX線の強度(単位はcps)を示す。
【図3】比較例1で調製した硫化鉄粉末、およびそれを70℃、相対湿度70%で1日耐久処理を行なった後のX線回折の結果を示す。X軸(横軸)は回折角2θ(単位は、degree)を示し、Y軸(縦軸)はX線の強度(単位はcps)を示す。
【図4】比較例3で調製した硫化鉄粉末、およびそれを70℃、相対湿度70%で1日耐久処理を行なった後のX線回折の結果を示す。X軸(横軸)は回折角2θ(単位は、degree)を示し、Y軸(縦軸)はX線の強度(単位はcps)を示す。
【図5】実施例5で調製した硫化鉄粉末、およびそれを70℃、相対湿度70%で1日耐久処理を行なった後のX線回折の結果を示す。X軸(横軸)は回折角2θ(単位は、degree)を示し、Y軸(縦軸)はX線の強度(単位はcps)を示す。
【図6】実施例8で調製した硫化鉄粉末、およびそれを70℃、相対湿度70%で1日耐久処理を行なった後のX線回折の結果を示す。X軸(横軸)は回折角2θ(単位は、degree)を示し、Y軸(縦軸)はX線の強度(単位はcps)を示す。
【図7】実施例9で調製した硫化鉄粉末、およびそれを70℃、相対湿度70%で1日耐久処理を行なった後のX線回折の結果を示す。X軸(横軸)は回折角2θ(単位は、degree)を示し、Y軸(縦軸)はX線の強度(単位はcps)を示す。
【図8】実施例8、実施例12、実施例13、実施例14、実施例15で調製した硫化鉄粉末のX線回折の結果を示す。X軸(横軸)は回折角2θ(単位は、degree)を示し、Y軸(縦軸)はX線の強度(単位はcps)を示す。
【符号の説明】
1:実施例1で調製した硫化鉄粉末のX線回折パターン
2:実施例1で調製した硫化鉄粉末を耐久処理した後のX線回折パターン
3:実施例1で調製した硫化鉄粉末のX線回折パターン
4:実施例2で調製した硫化鉄粉末のX線回折パターン
5:実施例3で調製した硫化鉄粉末のX線回折パターン
6:比較例1で調製した硫化鉄粉末のX線回折パターン
7:比較例1で調製した硫化鉄粉末を耐久処理した後のX線回折パターン
8:比較例3で調製した硫化鉄粉末のX線回折パターン
9:比較例3で調製した硫化鉄粉末を耐久処理した後のX線回折パターン
10:実施例5で調製した硫化鉄粉末のX線回折パターン
11:実施例5で調製した硫化鉄粉末を耐久処理した後のX線回折パターン
12:実施例8で調製した硫化鉄粉末のX線回折パターン
13:実施例8で調製した硫化鉄粉末を耐久処理した後のX線回折パターン
14:実施例9で調製した硫化鉄粉末のX線回折パターン
15:実施例9で調製した硫化鉄粉末を耐久処理した後のX線回折パター
16:実施例14で調製した硫化鉄粉末のX線回折パターン
17:実施例13で調製した硫化鉄粉末のX線回折パターン
18:実施例12で調製した硫化鉄粉末のX線回折パターン
19:実施例8で調製した硫化鉄粉末のX線回折パターン
20:実施例15で調製した硫化鉄粉末のX線回折パターン[0001]
[Technical field to which the invention belongs]
The present invention uses a novel iron sulfide excellent in durability, a method for producing the same, an iron sulfide composition containing the same, a heavy metal treating agent containing the novel iron sulfide as an active ingredient, and the heavy metal treating agent. The present invention relates to a detoxification method for waste containing various heavy metals.
[0002]
[Prior art]
Reviews of Pure and Applied Chemistry, Vol. 20, pp. 175-206 (1970) shows the structure of iron sulfide, which is made by melting commonly known industrial iron sulfide, iron powder and sulfur. It is disclosed that the iron sulfide obtained has a pyrotite structure, and the iron sulfide produced by mixing a solution containing iron (II) ions and a solution containing sulfur ions has a macinaite structure.
[0003]
It is widely known to use iron sulfide to detoxify waste containing various heavy metals. For example, Japanese Patent Publication Nos. 49-43472, 47-31806, and 50- No. 13294, JP-A-50-96053, JP-A-52-126665, JP-A-60-227881, etc. A method for treating harmful heavy metals such as Cd, Cr, Hg, As and the like is disclosed.
[0004]
In addition, it is also known to treat heavy metals using iron sulfide (makinawite structure) prepared by mixing a solution containing iron (II) ions and a solution containing sulfur ions, and obtained by this method. It is known that iron sulfide has a higher ability to treat heavy metals than industrial iron sulfide. For example, JP-A-48-11291, JP-A-49-31152, JP-A-52-113559, JP-A-52-148473, JP-A-53-102273, etc. (II) A method of treating harmful heavy metals using a solution containing ions and a solution containing sulfur ions, or iron sulfide obtained by mixing these solutions is disclosed.
[0005]
However, the iron sulfide having a makinawite structure is very easily oxidized, reacts with moisture and oxygen in the air, decomposes into sulfur and iron (III) hydroxide, and easily reduces the ability to treat heavy metals. Therefore, conventionally, a solution containing iron (II) ions and a solution containing sulfur ions are mixed to prepare a slurry containing iron sulfide, and the slurry is immediately mixed with an object to be treated such as waste water. It was customary. Usually, a solution containing sulfur ions uses sodium sulfide or aqueous sodium hydrosulfide solution because of its price and industrial availability. However, a skilled person who has knowledge of chemistry due to its harmfulness, corrosiveness, bad odor, etc. However, it was necessary to perform operation, and general handling was difficult. Furthermore, when used in a slurry, it is difficult to increase the concentration of iron sulfide in order to have a certain fluidity. For example, when iron sulfide slurry is produced in a factory, the transportation cost becomes large, and wastewater When used for treatment, etc., no problem occurs, but for example when adding a large amount of iron sulfide to treat fly ash or soil containing high concentrations of heavy metals, the water content of the treated material becomes too high, There were problems such as subsequent handling becoming difficult.
[0006]
On the other hand, when preparing the makinawite-structured iron sulfide powder by filtering and drying the slurry, it was necessary to operate in an inert atmosphere or add an antioxidant to prevent oxidation. It was necessary to store the obtained iron sulfide powder in a container that does not allow oxygen and moisture to permeate, or to add a reducing agent for preventing oxidation so as not to cause oxidative deterioration. Even when a reducing agent is added, the ease of oxidative degradation has not been fundamentally solved, and since the oxidation of iron sulfide starts when the reducing agent is consumed, the storage stability is extremely low.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
An object of the present invention is to provide a novel iron sulfide excellent in durability and processing characteristics of heavy metals, an iron sulfide composition containing the novel iron sulfide, and a method for synthesizing these in the background described above. There is. Furthermore, it is also an object of the present invention to provide a heavy metal treating agent containing the iron sulfide as an active ingredient, and a method for treating and detoxifying heavy metals contained in ash, soil, waste water, etc. using the treating agent. And
[0008]
[Means for Solving the Problems]
The present inventors have studied the above problem, that is, conventional synthetic iron sulfide has a drawback that it has a high treatment activity of heavy metals but is inferior in durability. Incorporating a certain amount or more of similar metals, and as an essential component of the constituent elements, Fe · M x ・ N y ・ S z (Wherein, M is an alkaline earth metal, N is an alkali metal, x, y and z are molar ratios, 0.01 <x ≦ 0.5, y ≦ 0.2, 0.7 ≦ z ≦ 1. It is found that the durability can be remarkably improved by using the iron sulfide having a novel composition represented by the formula (4), and such an iron sulfide is an aqueous solution of a divalent iron salt. And an aqueous solution containing sulfur ions and an alkaline earth component, and the slurry pH after mixing was found to be 7.0 or higher. Furthermore, this new heavy metal treatment agent containing iron sulfide as an active ingredient has been found to have significantly better treatment characteristics of various heavy metals than conventional synthetic iron sulfide and iron sulfide with a pyrotite structure. The invention has been completed.
[0009]
Hereinafter, the present invention will be described in detail.
[0010]
The iron sulfide of the present invention contains Fe.M as an essential component of the constituent elements. x ・ N y ・ S z (In the formula, M is an alkaline earth metal, N is an alkali metal, x, y and z are molar ratios, 0.01 <x ≦ 0.5, y ≦ 0.1, 0.7 ≦ z ≦ 1. .4 is required).
[0011]
In general, it is known that the iron / sulfur molar ratio of iron sulfide is non-stoichiometric, and an arbitrary value can be taken at a molar ratio of about 1. In the iron sulfide of the present invention, the molar ratio z of sulfur to iron shows a value of 0.7 or more and 1.4 or less, similarly to the iron sulfide having the conventional makinawite structure. In order to obtain a more stable makinawite structure, 0.8 or more and 1.0 or less are preferable.
[0012]
The amount of the alkaline earth metal in the iron sulfide of the present invention is represented by a molar ratio x to iron, and x is in the range of 0.01 <x ≦ 0.5. When the molar ratio x is 0.01 or less, improvement in durability cannot be expected. On the other hand, when x exceeds 0.5, the stabilization improvement effect obtained is less than that within this range. .
[0013]
The iron sulfide containing the alkaline earth metal having the composition of the present invention exhibits different XRD depending on the order of adding the alkaline earth metal during preparation. That is, after mixing an aqueous solution containing a divalent iron salt and sulfur ions, when an alkaline earth metal component is added and the pH is set to 7 or higher, XRD attributed to the makinawite structure is shown, and in the presence of the alkaline earth metal component. When an aqueous solution containing a divalent iron salt and sulfur ions is mixed to have a pH of 7 or more, a modified macinaite structure described later is shown. In any case, the inventors found that no peak derived from the alkaline earth metal component was observed within the composition range of the present invention, and that the durability improvement effect was extremely large within this range. It is what I found. Furthermore, when an alkaline earth metal component exceeding this composition range is added, a peak attributed to the alkaline earth metal component compound is observed, and the durability improvement effect is less than that. It is almost equivalent to that of the composition. However, the optimum range in which this effect is recognized is slightly different depending on the type of alkaline earth metal, 0.04 ≦ x ≦ 0.5 for magnesium, 0.03 ≦ x ≦ 0.4 for calcium, and 0 for strontium. 0.02 ≦ x ≦ 0.3, and for barium, 0.01 ≦ x ≦ 0.2.
[0014]
In the present invention, it is possible to use a plurality of kinds of the above-mentioned four elements in any combination as the kind of alkaline earth metal. The most preferred alkaline earth metal in the present invention is calcium and magnesium among the above-mentioned four elements. Calcium and magnesium are not only easily incorporated into iron sulfide, but also easily available industrially, are not as expensive as strontium, and toxicity is not a problem as barium does.
[0015]
In the amount of alkali metal in the iron sulfide of the present invention, the upper limit of y, which is the molar ratio to iron, is lower than that in the case of iron sulfide having a makinawite structure known so far, and it is essential that it is 0.2 or less. is there. When the amount of alkali metal is larger than 0.2, it is difficult to obtain iron sulfide excellent in durability, which is the object of the present invention, and as the amount of alkali metal is small, improvement in durability can be expected, and it is more preferable. Has an alkali metal content of 0.1 or less. Incidentally, the iron sulfide of the present invention includes cases in which no alkali metal is contained. For example, the iron sulfide can be produced using a material that does not contain an alkali metal as a raw material, or by removing the alkali metal component by washing or the like. An iron sulfide can be obtained. Since the type of alkali metal varies depending on the raw material used, it cannot be generally stated. For example, when sodium sulfide or sodium hydrosulfide, which is industrially easily available, is used as a raw material for sulfur ions, N in the above composition formula is sodium. Become.
[0016]
In the present invention, durability was evaluated by changing temperature and relative humidity. Mackinaite structure iron sulfide by conventional synthesis method decomposes in one day at summer temperature (~ 30 ° C) and relative humidity (~ 70%), S peak in XRD starts to be observed, complete in 7 days The peak that can be attributed to the makinawite structure disappears. Furthermore, under conditions of 50 ° C. and a relative humidity of 70%, it completely decomposes in one day, and the peak that can be attributed to the makinawite structure disappears. On the other hand, the iron sulfide of the present invention has a residual rate of 50% or more (decomposition rate is less than 50%) even when the durability treatment is carried out for one day under more severe conditions of 70 ° C. and relative humidity of 70%. It is characterized by extremely improved durability.
[0017]
The reason why the durability is improved by adding the alkaline earth metal is not clear, but the alkaline earth metal is incorporated into the iron sulfide and a layer that prevents oxidative decomposition is formed on the surface of the iron sulfide, or It is presumed that alkaline earth metals hinder the progress of oxidative decomposition.
[0018]
In addition, the alkaline earth metal incorporated in iron sulfide is not incorporated by replacing iron in iron sulfide, but is incorporated in the form of hydroxide or oxide of alkaline earth metal. Presumed.
[0019]
The makinawite structure referred to in the present invention is shown in JCPDS card (Powder Diffraction File) 15-37, and its XRD diffraction pattern is as shown in Table 1 below.
[0020]
[Table 1]
Figure 0004178794
The modified makinawite structure referred to in the present specification refers to the XRD diffraction pattern of the makinawite structure shown in Table 1 above, in which the plane spacing of the 001 plane is 5.03 mm or more and 5.53 mm or less and spreads in the c-axis direction. When the peak intensity from the 001 plane is 100, it means a structure characterized by the fact that all diffraction peak intensity ratios from other hkl planes are 20 or less.
[0021]
The cause of the modified makinawite structure is not clear, but when an alkaline earth metal component is present when iron sulfide is formed, the alkaline earth metal is c-axis, ie, an iron atom layer and a sulfur atom. It is presumed that the distance between the layers is increased and the a-axis and the b-axis, that is, the disorder of the arrangement of iron atoms and sulfur atoms is taken in.
[0022]
As a result of studying the iron sulfide having the modified makinawite structure described above, the iron sulfide having the modified makinawite structure was dispersed in water, added with a weak acid such as acetic acid, and then filtered and washed to obtain alkaline earth. It was found that part of the metal was eluted and the XRD diffraction pattern was reversibly changed to a makinawite structure. Therefore, the modified makinawite structure of the present invention is considered to be a special form of the makinawite structure known so far.
[0023]
Next, the method for producing iron sulfide of the present invention will be described in detail.
[0024]
The method of the present invention is excellent in durability by mixing an aqueous solution of a divalent iron salt, an aqueous solution containing sulfur ions, and an alkaline earth metal component, and setting the slurry pH after mixing to 7.0 or more. In this way, iron sulfide having a makinawite structure is obtained.
[0025]
In the method of the present invention, the mixing order of the above-mentioned three components can be selected as appropriate, and the alkaline earth metal component may be mixed after mixing the aqueous solution of the divalent iron salt and the aqueous solution containing sulfur ions. Alternatively, an aqueous solution of a divalent iron salt and an alkaline earth metal component may be mixed and then mixed with an aqueous solution containing sulfur ions, or an aqueous solution containing sulfur ions and an alkaline earth metal component may be mixed and An aqueous solution of a valent iron salt may be mixed, and an optimum method in the production process can be selected.
Further, the present inventor further mixed an aqueous solution of a divalent iron salt and an aqueous solution containing sulfur ions in the above-described mixing method, and when an alkaline earth metal is present when iron sulfide is generated, the generated makinawite structure is formed. It was found that iron sulfide has a modified makinawite structure.
[0026]
The aqueous solution of the divalent iron salt used in the method of the present invention is not particularly limited as long as it is a water-soluble divalent iron salt, and specifically, iron (II) chloride, iron (II) nitrate, iron sulfate. (II) Iron acetate (II) etc. can be illustrated. Among them, iron (II) chloride is most preferable because it is industrially easily available and inexpensive, and a solution obtained by dissolving iron scraps with hydrochloric acid, a waste liquid after washing an iron plate with hydrochloric acid, or the like is also preferably used. be able to. On the other hand, iron (II) sulfate is not preferable because when alkaline earth metal components are Ca, Sr, and Ba, it is easy to form a hardly soluble salt with them, and the raw materials must be carefully and slowly mixed. When the alkaline earth metal component is Mg, it can be preferably used.
[0027]
The concentration of the aqueous solution of the divalent iron salt used is not particularly limited. However, if the concentration is too low, the volume of the reaction vessel increases, and the amount of slurry to be filtered increases, which may be industrially disadvantageous. . On the other hand, if the concentration is too high, troubles such as salt precipitation due to temperature fluctuations are likely to occur, and the viscosity of the resulting slurry increases, which may make handling and uniform mixing difficult. Therefore, the specific concentration of the divalent iron salt can be exemplified by the range of 1 to 25 wt%, more preferably 3 to 20 wt% as Fe.
[0028]
The solution containing sulfur ions used in the method of the present invention is not particularly limited as long as it contains sulfur ions. Alkali metal salt sulfides and hydrosulfides, ammonium salt sulfides and hydrosulfides, alkaline earths Any metal sulfide or hydrosulfide dissolved in water can be suitably used. Among these, sodium sulfide and sodium hydrosulfide are most preferable because they are industrially easily available and inexpensive, and a solution obtained by absorbing hydrogen sulfide obtained in the desulfurization process of petroleum in an alkaline aqueous solution such as sodium hydroxide is also preferable. Can be used.
[0029]
Although the density | concentration of the solution containing the sulfur ion used is not specifically limited, It is the same reason as the density | concentration of the aqueous solution of a bivalent iron salt. As a specific sulfur ion concentration, S can be exemplified by a range of 1 to 15 wt%, more preferably 2 to 10 wt%.
[0030]
The alkaline earth metal component is not particularly limited as long as it is water-soluble, and even if it does not show water solubility such as carbonate, it can be used that dissolves in an acidic solution. Specific examples of the alkaline earth metal component include alkaline earth metal chlorides, carboxylates, nitrates, hydroxides, and sulfides.
[0031]
The mixing ratio of the divalent iron salt aqueous solution and the aqueous solution containing sulfur ions is not particularly limited, but when there are too many sulfur ions, not only the raw material cost increases, but unreacted sulfur ions remain in the mother liquor. Wastewater treatment may be required. On the other hand, when the amount is too small, excess iron precipitates as iron hydroxide, and a mixture of iron sulfide and hydroxide is obtained. Is diluted and apparent properties are deteriorated. Therefore, it is preferable to mix so that the molar ratio of Fe and S is in the range of 1: 0.7 to 1.8, more preferably 1: 0.8 to 1.5.
[0032]
The mixing ratio of the divalent iron salt aqueous solution and the alkaline earth metal component varies depending on the type of the alkaline earth metal, but when the amount of the alkaline earth metal is small, the iron sulfide having the makinawite structure excellent in durability of the present invention. Cannot be obtained. Therefore, when the alkaline earth metal component is magnesium (Mg), it is preferable to mix so that the molar ratio of Fe and Mg is 1: 0.04 or more. When the alkaline earth metal component is calcium (Ca) It is preferable to mix so that the molar ratio of Fe and Ca is 1: 0.03 or more. When the alkaline earth metal component is strontium (Sr), the molar ratio of Fe and Sr is 1: 0.02 or more. It is preferable to mix so that the molar ratio of Fe to Ba is 1: 0.01 or more when the alkaline earth metal component is barium (Ba).
[0033]
The mixing operation is not particularly limited, and a semi-batch method or a continuous method known in chemical engineering can be used.
[0034]
The temperature at the time of mixing is not specifically limited, It is not necessary to cool and heat, For example, the temperature of 10-60 degreeC can be illustrated.
[0035]
Stirring at the time of mixing is not particularly limited, and there is no particular problem as long as the stirring strength does not cause retention of the slurry containing iron sulfide to be generated.
[0036]
The mixing speed of the raw materials is not particularly limited, but if the mixing is too slow, the productivity may be reduced, and if it is too fast, local stagnation and increase in viscosity may occur. Therefore, for example, in the case of a semi-batch type, the addition rate should be selected such that all the raw materials are mixed in 1 to 240 minutes, more preferably 3 to 120 minutes. The time may be 10 to 240 minutes, more preferably 15 to 120 minutes.
[0037]
As described above, the slurry containing the iron sulfide of the present invention is obtained when the mixing operation is completed. In the present invention, it is essential that the slurry pH at the end of the mixing operation is 7.0 or more. An alkali source may be added after mixing to make the slurry pH 7.0 or more, but it is more preferable to add the alkali source to the aqueous solution containing sulfur ions in advance. The alkali source is not particularly limited, and examples thereof include alkali metal hydroxides and alkaline earth metal hydroxides. Specific examples include sodium hydroxide, potassium hydroxide, calcium hydroxide, and barium hydroxide. it can. When the slurry pH is less than 7.0, the alkaline earth metal is not taken into the iron sulfide and the iron sulfide of the present invention cannot be obtained. The slurry pH is preferably as high as possible, and is preferably 8.0 or more, more preferably 10.0 or more, and still more preferably around 12.0.
[0038]
Further, after the mixing of the raw materials is completed, in order to make the entire slurry generated uniform, stirring may be continued as it is and aging may be performed. The aging time is not particularly limited, and for example, a time of 0 to 300 minutes can be exemplified.
[0039]
The slurry containing the iron sulfide of the present invention is obtained by the above method. This slurry may be used for the treatment of heavy metals as it is, but the transportation cost becomes significant, and when a large amount of iron sulfide is added to treat fly ash and soil containing high concentrations of heavy metals The water content of the object to be processed becomes too high, and subsequent handling may be difficult. Therefore, it is usually filtered and washed and then dried to obtain iron sulfide powder.
[0040]
As a method of filtration / washing at this time, a known method can be used. However, if filtration / washing is insufficient, iron sulfide having excellent durability can be obtained because of the alkali metal remaining in the iron sulfide. Will be difficult. Therefore, the filtration / washing conditions are such that when the molar ratio of iron to alkali metal in the iron sulfide obtained after filtration / washing is 1, the value of alkali metal is 0.2 or less, more preferably It is necessary to set the condition to be 0.1 or less.
[0041]
Although drying may be performed by any conventionally known method, in order to prevent oxidation of iron sulfide, drying in an inert atmosphere gas or vacuum drying can be used more preferably.
[0042]
The iron sulfide of the present invention can be obtained by the above method.
[0043]
As a result of further investigations, the present inventors have added more various alkaline earth metal compounds to the iron sulfide having the composition of the present invention, thereby making it more suitable as a treatment agent for heavy metals that is one of the objects of the present invention. It has been found that an iron sulfide composition that can be used is obtained. This iron sulfide composition is prepared by preparing iron sulfide having the composition of the present invention, and adding and mixing it separately, for example, mechanically mixing with a ball mill or the like, or sulfurizing the composition of the present invention. It is also possible to prepare by using an excess of an alkaline earth metal component exceeding the iron range.
[0044]
Examples of the alkaline earth metal compound added or used in excess include alkaline earth hydroxides, carboxylates, phosphates, sulfites, sulfates, carbonates, and the like. More specifically, the corresponding alkaline earth metal salts such as magnesium hydroxide, calcium hydroxide, strontium hydroxide, barium hydroxide, acetic acid, formic acid, oxalic acid, citric acid, stearic acid, and also, for example, hydrogen phosphate Phosphoric acid such as calcium, corresponding alkaline earth metal salt of polyphosphoric acid, carbonate of alkaline earth metal such as magnesium carbonate and calcium carbonate, sulfate of alkaline earth metal such as magnesium sulfate, calcium sulfate and barium sulfate, Furthermore, alkaline earth metal salts such as sulfurous acid and ascorbic acid having an antioxidant function can be exemplified.
[0045]
These alkaline earth metal compounds do not reduce the durability of the iron sulfide of the present invention, and depending on the type thereof, the heavy metal treatment activity improving action by the support effect of iron sulfide, the durability improving action, heavy metal It has an action such as an auxiliary agent at the time of the treatment of the metal, improvement of hand linkability, etc., and one or more kinds of alkaline earth metal salts can be added to the iron sulfide of the present invention depending on the purpose. . For example, when treating acidic fly ash, it is preferable to add an alkaline agent as an auxiliary agent, in which case the mixture of iron sulfide and alkaline earth hydroxide of the present invention can be suitably used, When a large amount of an oxidizing component such as hexavalent chromium is contained, the mixture of iron sulfide and sulfite of the present invention can be preferably used. Further, although the iron sulfide of the present invention is excellent in durability, the present inventors have found that the durability can be further improved by adding an alkaline earth carboxylate, particularly acetate, which is severe. These can be added when appropriate storage conditions are considered.
[0046]
The addition amount of these alkaline earth metal compounds is not particularly limited, and varies depending on the purpose. For example, 0.1 to 100 parts by weight can be added to 100 parts by weight of iron sulfide of the present invention.
[0047]
The iron sulfide and iron sulfide composition of the present invention are extremely excellent in durability, and exhibit extremely high performance when used as a “heavy metal treating agent” containing this as an active ingredient. Hereinafter, the details of the treatment agent for heavy metals of the present invention will be described.
[0048]
In the heavy metal treating agent of the present invention, the heavy metals that can be treated include Pb, Cd, Cr, Hg, As, Se, Cu, Ni, Sb, and Mo as specific elements. Of course, the treatment agent of the present invention can treat not only each of the above-mentioned heavy metals, but also treatment of those containing any of these elements.
[0049]
The treatment agent for heavy metals of the present invention is extremely effective for treatment of incineration ash and fly ash containing heavy metals. Heavy metals contained in various types of garbage are concentrated in the waste incineration ash and fly ash. This is particularly noticeable in fly ash and molten fly ash, and many of the molten fly ash contain heavy metals such as lead in a percent order, and thus a detoxification treatment is required. Fly ash and molten fly ash are classified into alkaline fly ash, neutral fly ash, alkaline molten fly ash, neutral molten fly ash, etc., depending on the structure and operation method of the incinerator, and the type of garbage to be incinerated. Although it is known that the kind and content of heavy metals contained greatly differ depending on each other, the heavy metal treating agent of the present invention can be used for any kind of fly ash. The heavy metal treating agent of the present invention and water are added to these waste incineration ash and fly ash and kneaded.
[0050]
The amount of addition of the heavy metal treatment agent of the present invention differs depending on the type and total amount of heavy metals contained in the waste incineration ash and fly ash, and thus cannot be defined unconditionally. 1 to 50 wt%, preferably 0.5 to 30 wt% can be exemplified, and further, the incineration ash and fly ash are sampled in advance and the minimum addition amount is obtained by a laboratory test, and is included in the incineration ash and fly ash It is preferable to obtain the optimum addition amount in consideration of fluctuations in the amount of heavy metals. Further, even if excessive addition is performed, for example, a phenomenon that mercury (Hg) becomes polysulfide and becomes soluble does not occur, and there is no problem.
[0051]
The amount of water to be added varies depending on the properties of the waste incineration ash and fly ash, but usually 10 to 40 wt% can be exemplified with respect to the amount of the waste incineration ash and fly ash. The kneading method and time are not particularly limited, and a conventionally known method can be used. The soluble heavy metals are converted into insoluble sulfides or iron salts, and the treatment is performed.
[0052]
The heavy metal treatment agent of the present invention is also effective for treating soil containing heavy metals. A heavy metal treatment agent is further added to the soil containing heavy metals, if necessary, and kneaded.
[0053]
The addition amount of the heavy metal treatment agent of the present invention cannot be defined unconditionally because it varies depending on the total amount of heavy metals contained in the soil, and can be exemplified by 0.1 to 20 wt% with respect to the amount of soil to be treated. Furthermore, it is preferable to sample the soil in advance and obtain the minimum addition amount by a laboratory test, and add a slight excess amount in anticipation of safety. When the amount of water contained in the soil is small, although depending on the type of soil, water is added as necessary so that the amount of water contained in the soil is usually 10 to 60 wt%. The kneading method and time are not particularly limited, and a conventionally known method can be used. The soluble heavy metals are converted into insoluble sulfides or iron salts, and the treatment is performed.
[0054]
Furthermore, wastewater containing heavy metals can be treated using the heavy metal treatment agent of the present invention. A heavy metal treating agent is added to and mixed with wastewater containing heavy metals. The amount of heavy metal treatment agent added varies depending on the total amount of heavy metals contained in the wastewater, so it cannot be specified unconditionally. Sampling the wastewater in advance to obtain the minimum addition amount in a laboratory test, adding a slight excess amount in anticipation of safety It is preferable. At this time, if the pH of the wastewater is low, iron sulfide may decompose and hydrogen sulfide may be generated. Therefore, it is preferable to adjust the pH of the wastewater in advance, in which case the pH of the wastewater is 3.0 or more. More preferably, it should be 6.0 or more. The mixing method and time are not particularly limited, and a conventionally known method can be used, and the heavy metals in the wastewater are treated as insoluble sulfides or iron salts. Ordinarily, inorganic coagulant precipitants used in the coagulation precipitation process, for example, ferric chloride, polyaluminum chloride, sulfuric acid band, etc. are used in combination, or polymer coagulants that increase the coagulation rate are used in combination. Is also possible.
[0055]
【Example】
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples. However, the present invention is not limited to these examples. In addition, each measuring method in an Example is as follows.
[0056]
(1) Method for measuring chemical composition
Fe, S, Ca, Sr, and Ba were measured using a fluorescent X-ray analyzer (manufactured by JEOL Ltd., model JSX-3200). Na, Mg and Fe were measured using an ICP emission analyzer (manufactured by Perkin Elmer, model: optima 3000) after dissolving the sample with hydrochloric acid. After the measurement, the molar ratio of alkaline earth metal element, alkali metal element, and sulfur was determined based on iron.
[0057]
(2) Crystal structure measurement method
Measurement was performed using an X-ray diffractometer (manufactured by Mac Science, model: MXP-3, Cu target).
[0058]
(3) Residual rate of iron sulfide
The main peak intensity of iron sulfide before endurance treatment is I1, and the main peak intensity of iron sulfide after endurance treatment is I2.
The iron sulfide residual ratio (%) was calculated as I2 / I1 × 100.
[0059]
Example 1
A stainless steel continuous reaction vessel having an effective internal volume of 750 mL is maintained at 25 ° C., and while stirring, an aqueous solution of iron (II) chloride (0.5 mol / L) and an aqueous solution of sodium sulfide (1.0 mol / L) are respectively 500 ml / h and 250 ml. / H was added continuously to prepare an iron sulfide slurry.
[0060]
1000 ml of the obtained iron sulfide slurry was put into a glass reaction vessel having an internal volume of 2 L, 83 mmol of calcium chloride was added with stirring, and a 48% NaOH aqueous solution was further added to make the slurry pH 12.8. In this state, stirring was continued for 60 minutes, and aging was performed. The slurry obtained after aging was filtered and washed, then dried and pulverized to obtain iron sulfide powder. The obtained iron sulfide powder had a makinawite structure as a result of X-ray diffraction. The X-ray diffraction charts at this time are shown in FIGS. As a result of composition analysis, the molar ratio of each component is Fe · Ca. 0.22 ・ Na 0.016 ・ S 1.00 Met.
[0061]
Next, a part of the obtained iron sulfide powder was put into a constant temperature and humidity machine at 70 ° C. and a relative humidity of 70% and subjected to a one-day durability treatment. As a result of X-ray diffraction, the powder after endurance treatment had a makinawite structure, and peaks of sulfur and iron (III) oxide, which are decomposition products of iron sulfide, were not observed. The X-ray diffraction chart at this time is shown in FIG. As a result of calculating the residual ratio of iron sulfide based on the intensity ratio of the main peak before and after the durability treatment, it was 85%.
[0062]
Example 2
Except for the slurry pH being 11.7, the same operation as in Example 1 was performed to obtain an iron sulfide powder. The obtained iron sulfide powder had a makinawite structure as a result of X-ray diffraction. The X-ray diffraction chart at this time is shown in FIG. As a result of composition analysis, the molar ratio of each component is Fe · Ca. 0.073 ・ Na 0.032 ・ S 0.99 Met.
[0063]
Next, a part of the obtained iron sulfide powder was put into a constant temperature and humidity machine at 70 ° C. and a relative humidity of 70% and subjected to a one-day durability treatment. As a result of X-ray diffraction, the powder after endurance treatment had a makinawite structure, and a slight peak of sulfur, which is a decomposition product of iron sulfide, was observed. As a result of calculating the residual ratio of iron sulfide based on the intensity ratio of the main peak before and after the durability treatment, it was 71%.
[0064]
Example 3
Except for the slurry pH being 10.3, the same operation as in Example 1 was performed to obtain an iron sulfide powder. The obtained iron sulfide powder had a makinawite structure as a result of X-ray diffraction. The X-ray diffraction chart at this time is shown in FIG. As a result of composition analysis, the molar ratio of each component is Fe · Ca. 0.035 ・ Na 0.077 ・ S 0.99 Met.
[0065]
Next, a part of the obtained iron sulfide powder was put into a constant temperature and humidity machine at 70 ° C. and a relative humidity of 70% and subjected to a one-day durability treatment. As a result of X-ray diffraction, the powder after endurance treatment was observed to have a peak that can be attributed to sulfur, which is a decomposition product, in addition to the makinawite structure iron sulfide. As a result of calculating the residual ratio of iron sulfide based on the intensity ratio of the main peak before and after the durability treatment, it was 53%.
[0066]
Example 4
Except that the amount of added calcium chloride was 220 mmol and the slurry pH was 12.6, the same operation as in Example 1 was performed to obtain an iron sulfide powder. In the obtained iron sulfide powder, as a result of X-ray diffraction, a peak of calcium hydroxide was observed in addition to iron sulfide having a makinawite structure. As a result of composition analysis, the molar ratio of each component is Fe · Ca. 0.43 ・ Na 0.004 ・ S 0.98 Met.
[0067]
Next, a part of the obtained iron sulfide powder was put into a constant temperature and humidity machine at 70 ° C. and a relative humidity of 70% and subjected to a one-day durability treatment. As a result of X-ray diffraction of the powder after the durability treatment, peaks of calcium hydroxide and calcium carbonate were observed in addition to iron sulfide having a makinawite structure. As a result of calculating the residual ratio of iron sulfide based on the intensity ratio of the main peak before and after the durability treatment, it was 87%.
[0068]
Comparative Example 1
The iron sulfide slurry continuously prepared in the same manner as in Example 1 was filtered and washed, then dried and pulverized to obtain iron sulfide powder. The obtained iron sulfide powder had a makinawite structure as a result of X-ray diffraction. The X-ray diffraction chart at this time is shown in FIG. As a result of composition analysis, the molar ratio of each component was Fe · Na. 0.22 ・ S 0.99 Met.
[0069]
Next, a part of the obtained iron sulfide powder was put into a constant temperature and humidity machine at 70 ° C. and a relative humidity of 70% and subjected to a one-day durability treatment. As a result of X-ray diffraction, the powder after endurance treatment was a mixture of sulfur and iron (III) oxide, which is a decomposition product of iron sulfide, and no peak attributable to iron sulfide was observed. The X-ray diffraction chart at this time is shown in FIG.
[0070]
Comparative Example 2
4 g of calcium hydroxide was added to 30 g of the iron sulfide powder prepared in Comparative Example 1, and mixed with a ball mill for 30 minutes to prepare a mixed composition of iron sulfide and calcium hydroxide. As a result of X-ray diffraction, this composition was a mixture of iron sulfide and calcium hydroxide having a makinawite structure. As a result of composition analysis, the molar ratio of each component is Fe · Ca. 0.19 ・ Na 0.22 ・ S 0.99 Met.
[0071]
Next, a part of the obtained iron sulfide powder was put into a constant temperature and humidity machine at 70 ° C. and a relative humidity of 70% and subjected to a one-day durability treatment. As a result of X-ray diffraction, the powder after endurance treatment was a mixture of sulfur and iron oxide (III), which are decomposition products of iron sulfide, and calcium hydroxide and calcium carbonate, and no peak attributable to iron sulfide was observed. .
[0072]
Comparative Example 3
Bulk commercial reagent iron sulfide (II) was pulverized to obtain iron sulfide powder. The obtained iron sulfide powder had a pyrotite structure as a result of X-ray diffraction. The X-ray diffraction chart at this time is shown in FIG.
[0073]
Next, a part of the obtained iron sulfide powder was put into a constant temperature and humidity machine at 70 ° C. and a relative humidity of 70% and subjected to a one-day durability treatment. As a result of X-ray diffraction, the powder after the durability treatment was observed to have a 1 pilotite structure and a peak attributable to sulfur, which is a decomposition product of iron sulfide. The X-ray diffraction chart at this time is shown in FIG.
[0074]
From the results of Example 1 and Comparative Examples 1, 2, and 3, the iron sulfide in the present invention has greatly improved durability over the conventionally known synthetic iron sulfide, and the added calcium is not a mere mixture. It can be judged that it is taken into iron sulfide. From the results of Examples 1 to 4, it can be seen that the higher the slurry pH, the easier the calcium is incorporated into the iron sulfide, and the greater the amount of calcium incorporated, the better the stability of the iron sulfide. Furthermore, there is an upper limit to the amount of alkaline earth metal incorporated into iron sulfide, and in the case of calcium, it can be estimated that it is around 0.4, and if more calcium is to be introduced, it is mixed with calcium hydroxide. It turns out that it becomes a composition. From the above, when the alkaline earth metal is calcium, it can be determined that iron sulfide having improved durability of the present invention can be obtained in a region where the molar ratio of calcium to iron is 0.03 to 0.4. Moreover, in FIG. 2, the diffraction peak of iron sulfide obtained in Example 1 is shifted to a lower angle side than that obtained in Examples 2 and 3, and a large amount of calcium was taken into iron sulfide. Conceivable.
[0075]
Example 5
1000 ml of the iron sulfide slurry continuously prepared in the same manner as in Example 1 was placed in a glass reaction vessel having an internal volume of 2 L, 83 mmol of barium chloride was added with stirring, and a 48% NaOH aqueous solution was further added. The pH was 13.0. In this state, stirring was continued for 60 minutes, and aging was performed. The slurry obtained after aging was filtered and washed, then dried and pulverized to obtain iron sulfide powder. The obtained iron sulfide powder had a makinawite structure as a result of X-ray diffraction. The X-ray diffraction chart at this time is shown in FIG. As a result of the composition analysis, the molar ratio of each component is Fe · Ba. 0.078 ・ Na 0.014 ・ S 0.96 Met.
[0076]
Next, a part of the obtained iron sulfide powder was put into a constant temperature and humidity machine at 70 ° C. and a relative humidity of 70% and subjected to a one-day durability treatment. The powder after the endurance treatment had a makinawite structure, and sulfur and iron (III) oxide peaks which were decomposition products of iron sulfide were not observed. The X-ray diffraction chart at this time is shown in FIG. As a result of calculating the residual ratio of iron sulfide based on the intensity ratio of the main peak before and after the durability treatment, it was 93%.
[0077]
Example 6
1000 ml of the iron sulfide slurry continuously prepared in the same manner as in Example 1 was placed in a glass reaction vessel with an internal volume of 2 L, 66 mmol of strontium chloride was added with stirring, and a 48% NaOH aqueous solution was further added. The pH was 13.1. In this state, stirring was continued for 60 minutes, and aging was performed. The slurry obtained after aging was filtered and washed, then dried and pulverized to obtain iron sulfide powder. The obtained iron sulfide powder had a makinawite structure as a result of X-ray diffraction. As a result of the composition analysis, the molar ratio of each component was Fe · Sr. 0.095 ・ Na 0.023 ・ S 0.98 Met.
[0078]
Next, a part of the obtained iron sulfide powder was put into a constant temperature and humidity machine at 70 ° C. and a relative humidity of 70% and subjected to a one-day durability treatment. As a result of X-ray diffraction, the powder after endurance treatment had a makinawite structure, and no sulfur and iron (III) oxide peaks were observed. As a result of calculating the residual ratio of iron sulfide based on the intensity ratio of the main peak before and after the durability treatment, it was 88%.
[0079]
Example 7
1000 ml of the iron sulfide slurry continuously prepared in the same manner as in Example 1 was placed in a glass reaction vessel having an internal volume of 2 L, 130 mmol of magnesium chloride was added with stirring, and a 48% NaOH aqueous solution was further added. The pH was 12.9. In this state, stirring was continued for 60 minutes, and aging was performed. The slurry obtained after aging was filtered and washed, then dried and pulverized to obtain iron sulfide powder. The obtained iron sulfide powder had a makinawite structure as a result of X-ray diffraction. As a result of composition analysis, the molar ratio of each component was Fe · Mg. 0.37 ・ Na 0.068 ・ S 0.95 Met.
[0080]
Next, a part of the obtained iron sulfide powder was put into a constant temperature and humidity machine at 70 ° C. and a relative humidity of 70% and subjected to a one-day durability treatment. As a result of X-ray diffraction, the powder after the endurance treatment had a makinawite structure, and a peak attributable to sulfur, which is a decomposition product of iron sulfide, was slightly observed. As a result of calculating the residual ratio of iron sulfide based on the intensity ratio of the main peak before and after the durability treatment, it was 72%.
[0081]
From the results of Examples 5 to 7, it can be seen that alkaline earth metals other than calcium also have an effect of improving the durability of synthetic iron sulfide.
[0082]
Example 8
A commercially available reagent, sodium hydrosulfide (480 mmol), sodium hydroxide (720 mmol), and water (1000 g) were placed in a glass reaction vessel having an internal volume of 2 liters and kept at 25 ° C. using a water bath while stirring and dissolving. A solution prepared by dissolving 480 mmol of iron (II) chloride and 120 mmol of calcium chloride in 600 g of water was added to this solution over 40 minutes. The pH of the slurry after the addition was 12.3. In this state, stirring was continued for 30 minutes and aging was performed. The slurry obtained after aging was filtered and washed, then dried and pulverized to obtain iron sulfide powder. As a result of X-ray diffraction, the obtained iron sulfide powder had a modified makinawite structure having a broad peak in the vicinity of 17 to 18 °. 6 and 8 show X-ray diffraction charts at this time. As a result of composition analysis, the molar ratio of each component is Fe · Ca. 0.16 ・ Na 0.006 ・ S 0.90 Met.
[0083]
Next, a part of the obtained iron sulfide powder was put into a constant temperature and humidity machine at 70 ° C. and a relative humidity of 70% and subjected to a one-day durability treatment. As a result of X-ray diffraction, the powder after endurance treatment has a modified makinawite structure with a broad peak in the vicinity of 17 to 18 °, and the peaks of sulfur and iron (III) oxide, which are decomposition products of iron sulfide, are observed. Was not. The X-ray diffraction chart at this time is shown in FIG. As a result of calculating the residual ratio of iron sulfide based on the intensity ratio of the main peak before and after the durability treatment, it was 91%.
[0084]
A part of the obtained iron sulfide powder was used for a three-month indoor storage test from summer to autumn. As a result of X-ray diffraction, the powder after the storage test had a modified makinawite structure, and sulfur and iron (III) oxide peaks, which are decomposition products of iron sulfide, were not observed.
[0085]
Example 9
A commercially available reagent, sodium hydrosulfide (480 mmol), sodium hydroxide (720 mmol), and water (1000 g) were placed in a glass reaction vessel having an internal volume of 2 liters and kept at 25 ° C. using a water bath while stirring and dissolving. To this solution, a solution prepared by dissolving 480 mmol of iron (II) chloride and 120 mmol of barium chloride in 600 g of water was added over 40 minutes. The pH of the slurry after the addition was 12.6. In this state, stirring was continued for 30 minutes and aging was performed. The slurry obtained after aging was filtered and washed, then dried and pulverized to obtain iron sulfide powder. As a result of X-ray diffraction, the obtained iron sulfide powder had a modified makinawite structure having a broad peak in the vicinity of 17 to 18 °. A chart of X-ray diffraction at this time is shown in FIG. As a result of the composition analysis, the molar ratio of each component is Fe · Ba. 0.083 ・ Na 0.028 ・ S 0.88 Met.
[0086]
Next, a part of the obtained iron sulfide powder was put into a constant temperature and humidity machine at 70 ° C. and a relative humidity of 70% and subjected to a one-day durability treatment. As a result of X-ray diffraction, the powder after the endurance treatment had a modified makinawite structure having a broad peak in the vicinity of 17 to 18 °, and a slight peak attributable to sulfur, which is a decomposition product of iron sulfide, was observed. A chart of X-ray diffraction at this time is shown in FIG. As a result of calculating the residual ratio of iron sulfide based on the intensity ratio of the main peak before and after the durability treatment, it was 87%.
[0087]
Example 10
A commercially available reagent, sodium hydrosulfide (480 mmol), sodium hydroxide (720 mmol), and water (1000 g) were placed in a glass reaction vessel having an internal volume of 2 liters and kept at 25 ° C. using a water bath while stirring and dissolving. A solution prepared by dissolving 480 mmol of iron (II) chloride and 120 mmol of strontium chloride in 600 g of water was added to this solution over 40 minutes. The pH of the slurry after the addition was 12.4. In this state, stirring was continued for 30 minutes and aging was performed. The slurry obtained after aging was filtered and washed, then dried and pulverized to obtain iron sulfide powder. As a result of X-ray diffraction, the obtained iron sulfide powder had a modified makinawite structure having a broad peak in the vicinity of 17 to 18 °. As a result of the composition analysis, the molar ratio of each component was Fe · Sr. 0.097 ・ Na 0.019 ・ S 0.92 Met.
[0088]
Next, a part of the obtained iron sulfide powder was put into a constant temperature and humidity machine at 70 ° C. and a relative humidity of 70% and subjected to a one-day durability treatment. As a result of X-ray diffraction, the powder after endurance treatment has a modified makinawite structure with a broad peak in the vicinity of 17 to 18 °, and the peaks of sulfur and iron (III) oxide, which are decomposition products of iron sulfide, are observed. Was not. As a result of calculating the residual ratio of iron sulfide based on the intensity ratio of the main peak before and after the durability treatment, it was 93%.
[0089]
Example 11
A commercially available reagent, sodium hydrosulfide 420 mmol, sodium hydroxide 780 mmol, and water 1000 g, was placed in a glass reaction vessel having an internal volume of 2 liters and kept at 25 ° C. using a water bath while stirring and dissolving. A solution prepared by dissolving 420 mmol of iron (II) sulfate and 180 mmol of magnesium sulfate in 600 g of water was added to this solution over 40 minutes. The pH of the slurry after the addition was 10.5. In this state, stirring was continued for 30 minutes and aging was performed. The slurry obtained after aging was filtered and washed, then dried and pulverized to obtain iron sulfide powder. As a result of X-ray diffraction, the obtained iron sulfide powder had a modified makinawite structure having a broad peak in the vicinity of 17 to 18 °. As a result of composition analysis, the molar ratio of each component was Fe · Mg. 0.37 ・ Na 0.079 ・ S 0.94 Met.
[0090]
Next, a part of the obtained iron sulfide powder was put into a constant temperature and humidity machine at 70 ° C. and a relative humidity of 70% and subjected to a one-day durability treatment. In addition to the modified makinawite structure having a broad peak in the vicinity of 17 to 18 ° as a result of X-ray diffraction, a peak that can be attributed to sulfur, which is a decomposition product of iron sulfide, was slightly observed in the powder after the durability treatment. As a result of calculating the residual ratio of iron sulfide based on the intensity ratio of the main peak before and after the durability treatment, it was 78%.
[0091]
According to the results of Examples 8 to 11, when an aqueous solution of a divalent iron salt and an aqueous solution containing sulfur ions are mixed in the presence of an alkaline earth metal component, iron sulfide having a modified makinawite structure can be obtained. Recognize.
[0092]
Example 12
The same operation as in Example 8 was performed with the amount of sodium hydrosulfide used being 420 mmol, the amount of sodium hydroxide being 780 mmol, the amount of iron (II) chloride being 420 mmol, and the amount of calcium chloride being 180 mmol.
[0093]
The slurry pH after the addition was 12.6, the obtained powder was iron sulfide having a modified macinaite structure, and the molar ratio of each component was Fe · Ca. 0.28 ・ Na 0.002 ・ S 0.88 Met. The X-ray diffraction chart at this time is shown in FIG. Moreover, the powder after the durability treatment was iron sulfide having a modified machinawite structure, and the residual ratio of iron sulfide was 88%.
[0094]
Example 13
The same procedure as in Example 8 was performed, except that the amount of sodium hydrosulfide used was 360 mmol, the amount of sodium hydroxide was 840 mmol, the amount of iron (II) chloride was 360 mmol, and the amount of calcium chloride was 240 mmol.
[0095]
The slurry pH after the addition was 12.5, and the obtained powder was iron sulfide having a modified makinawite structure, and a trace amount of calcium hydroxide peak was observed. The molar ratio of each component was Fe · Ca. 0.39 ・ Na 0.001 ・ S 0.91 Met. The X-ray diffraction chart at this time is shown in FIG. In addition, the powder after the durability treatment was iron sulfide having a modified makinawite structure, and trace amounts of calcium hydroxide and calcium carbonate were observed, and the residual ratio of iron sulfide was 93%.
[0096]
Example 14
The same operation as in Example 8 was performed with the amount of sodium hydrosulfide used being 300 mmol, the amount of sodium hydroxide being 900 mmol, the amount of iron (II) chloride being 300 mmol, and the amount of calcium chloride being 300 mmol.
[0097]
The slurry pH after the addition was 12.5, and the obtained powder was a mixture of iron sulfide and calcium hydroxide having a modified makinawite structure. The molar ratio of each component is Fe · Ca. 0.66 ・ Na 0.001 ・ S 0.88 Met. The X-ray diffraction chart at this time is shown in FIG. The powder after the durability treatment was a mixture of iron sulfide, calcium hydroxide, and calcium carbonate having a modified makinawite structure, and the residual ratio of iron sulfide was 93%.
[0098]
Example 15
The same procedure as in Example 8 was performed, except that the amount of sodium hydrosulfide used was 540 mmol, the amount of sodium hydroxide was 660 mmol, the amount of iron (II) chloride was 270 mmol, and the amount of calcium chloride was 60 mmol.
[0099]
The slurry pH after the addition was 11.1 and the obtained powder was iron sulfide having a modified makinawite structure. The molar ratio of each component was Fe · Ca. 0.038 ・ Na 0.089 ・ S 0.85 Met. The X-ray diffraction chart at this time is shown in FIG. Further, the powder after the durability treatment was a mixture of iron sulfide having a modified makinawite structure and sulfur of the decomposition product thereof, and the residual ratio of iron sulfide was 56%.
[0100]
Comparative Example 4
The amount of sodium hydrosulfide used was 600 mmol, the amount of sodium hydroxide was 600 mmol, the amount of iron (II) chloride was 600 mmol, and the amount of calcium chloride was 10 mmol.
[0101]
The slurry pH after the addition was 6.8, and the obtained powder was iron sulfide having a makinawite structure. The molar ratio of each component was Fe · Ca. 0.008 ・ Na 0.14 ・ S 0.94 Met. Further, the powder after the durability treatment was a mixture of sulfur and iron (II) oxide, which is a decomposition product of iron sulfide, and no peak attributable to iron sulfide was observed.
[0102]
From the results of Examples 1 to 5 and 12 to 15, it is considered that the durability is improved more in the modified makinawite structure than in the iron sulfide having the makinawite structure. Moreover, from the results of Comparative Example 4, it can be seen that when the slurry pH after addition is less than 7, even if iron sulfide is prepared in the presence of calcium, calcium is not taken in and durability is not improved.
[0103]
Next, the result of processing heavy metals using the iron sulfide of the present invention will be shown.
[0104]
Example 16
The processing characteristics of heavy metals were examined using alkaline fly ash containing 2400 ppm lead, 160 ppm chromium, and 2.1 ppm mercury. To 100 parts by weight of alkaline fly ash, 30 parts by weight of water and the iron sulfide prepared in Examples and Comparative Examples were added and kneaded to carry out heavy metal treatment. The obtained treated fly ash was subjected to Environmental Agency Notification No. 13 dissolution test (1973), and the results are shown in Table 2.
[0105]
[Table 2]
Figure 0004178794
table 2 As is apparent from the results, the iron sulfide obtained in the example has almost the same processing characteristics as heavy machinawite type iron sulfide before the endurance treatment, which is higher than the pilotite type iron sulfide obtained in the comparative example. It turns out that it is far superior. Furthermore, when the conventional makinawite-type iron sulfide is subjected to an endurance treatment at 70 ° C. and a relative humidity of 70% for one day, the treatment characteristics of heavy metals are deteriorated, whereas the iron sulfide in the present invention is an endurance treatment. It turns out that the processing characteristic of heavy metals is maintained afterwards.
[0106]
Example 17
Using neutral fly ash containing 1900 ppm lead, 1100 ppm chromium, and 100 ppm cadmium, the processing characteristics of heavy metals were examined. To 100 parts by weight of neutral fly ash, 30 parts by weight of water and iron sulfide prepared in Examples and Comparative Examples were added and kneaded to carry out heavy metal treatment. The Environment Agency Notification No. 13 dissolution test (1973) was conducted on the obtained processed fly ash, and the results were displayed. 3 It was shown to.
[0107]
[Table 3]
Figure 0004178794
table 3 As is apparent from the results, the iron sulfides obtained in Examples 8 and 9 can be used to treat heavy metals contained in neutral fly ash, and are almost the same as the conventional synthetic iron sulfide obtained in Comparative Example 1. It can be seen that they have equivalent initial characteristics and are much more durable.
[0108]
Example 18
The treatment characteristics of heavy metals were examined using model-contaminated soil (water content 50%) containing 7700 ppm lead, 470 ppm cadmium, 1800 ppm hexavalent chromium, 96 ppm arsenic, and 2200 ppm selenium. The iron sulfide prepared in Examples and Comparative Examples was added to 100 parts by weight of soil, kneaded and subjected to heavy metal treatment. The obtained soil was subjected to a dissolution test (1991) according to Notification No. 46 of the Environment Agency, and the results are shown in Tables 4 and 5.
[0109]
[Table 4]
Figure 0004178794
[Table 5]
Figure 0004178794
As is clear from the results in Tables 4 and 5, the iron sulfides obtained in Examples 1 and 8 can be used to treat heavy metals contained in the soil, which is almost the same as the makinawite-type iron sulfide obtained in Comparative Example 1. It can be seen that it has equivalent initial characteristics and is much more durable than makinawite iron sulfide.
[0110]
Example 19
Examples 1 and 8 are applied to six types of model wastewater including a solution containing 10 ppm lead, a solution containing 10 ppm cadmium, a solution containing 1 ppm mercury, a solution containing 10 ppm hexavalent chromium, a solution containing 10 ppm arsenic, and a solution containing 10 ppm selenium. Then, 0.2 parts by weight of the iron sulfide prepared in Step 1 was added, and the treatment characteristics of heavy metals with iron sulfide were examined. After adding iron sulfide to the model wastewater, the mixture was mixed for 30 minutes, filtered with glass filter paper (GS-25 manufactured by Advantech Toyo), and then the amount of each component contained in the filtrate was measured. The results are shown in Table 6.
[0111]
[Table 6]
Figure 0004178794
As is apparent from the results in Table 6, the iron sulfide in the present invention can also treat heavy metals in waste water.
[0112]
【The invention's effect】
The present invention has the following effects.
1) The iron sulfide of the present invention has a makinawite structure with a novel composition that has not been known so far, and has excellent treatment characteristics for heavy metals and also has excellent durability.
2) The production method of the present invention can easily produce this excellent iron sulfide.
3) The heavy metal treatment agent of the present invention contains this excellent iron sulfide as an active ingredient, and by using this treatment agent, heavy metals contained in ash, soil, waste water, etc. can be treated and rendered harmless. .
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 shows the results of X-ray diffraction after iron sulfide powder prepared in Example 1 and its durability treatment at 70 ° C. and 70% relative humidity for 1 day. The X axis (horizontal axis) indicates the diffraction angle 2θ (unit is degree), and the Y axis (vertical axis) indicates the intensity of X-rays (unit is cps).
2 shows the results of X-ray diffraction of the iron sulfide powders prepared in Example 1, Example 2, and Example 3. FIG. The X axis (horizontal axis) indicates the diffraction angle 2θ (unit is degree), and the Y axis (vertical axis) indicates the intensity of X-rays (unit is cps).
FIG. 3 shows the results of X-ray diffraction after iron sulfide powder prepared in Comparative Example 1 was subjected to a one-day durability treatment at 70 ° C. and a relative humidity of 70%. The X axis (horizontal axis) indicates the diffraction angle 2θ (unit is degree), and the Y axis (vertical axis) indicates the intensity of X-rays (unit is cps).
FIG. 4 shows the result of X-ray diffraction after iron sulfide powder prepared in Comparative Example 3 was subjected to a one-day durability treatment at 70 ° C. and a relative humidity of 70%. The X axis (horizontal axis) indicates the diffraction angle 2θ (unit is degree), and the Y axis (vertical axis) indicates the intensity of X-rays (unit is cps).
FIG. 5 shows the results of X-ray diffraction after iron sulfide powder prepared in Example 5 and its one-day durability treatment at 70 ° C. and a relative humidity of 70%. The X axis (horizontal axis) indicates the diffraction angle 2θ (unit is degree), and the Y axis (vertical axis) indicates the intensity of X-rays (unit is cps).
FIG. 6 shows the result of X-ray diffraction after iron sulfide powder prepared in Example 8 was subjected to a one-day durability treatment at 70 ° C. and a relative humidity of 70%. The X axis (horizontal axis) indicates the diffraction angle 2θ (unit is degree), and the Y axis (vertical axis) indicates the intensity of X-rays (unit is cps).
7 shows the iron sulfide powder prepared in Example 9 and the results of X-ray diffraction after it was subjected to endurance treatment at 70 ° C. and a relative humidity of 70% for 1 day. FIG. The X axis (horizontal axis) indicates the diffraction angle 2θ (unit is degree), and the Y axis (vertical axis) indicates the intensity of X-rays (unit is cps).
8 shows the results of X-ray diffraction of the iron sulfide powders prepared in Example 8, Example 12, Example 13, Example 14, and Example 15. FIG. The X axis (horizontal axis) indicates the diffraction angle 2θ (unit is degree), and the Y axis (vertical axis) indicates the intensity of X-rays (unit is cps).
[Explanation of symbols]
1: X-ray diffraction pattern of the iron sulfide powder prepared in Example 1
2: X-ray diffraction pattern after endurance treatment of the iron sulfide powder prepared in Example 1
3: X-ray diffraction pattern of the iron sulfide powder prepared in Example 1
4: X-ray diffraction pattern of the iron sulfide powder prepared in Example 2
5: X-ray diffraction pattern of the iron sulfide powder prepared in Example 3
6: X-ray diffraction pattern of the iron sulfide powder prepared in Comparative Example 1
7: X-ray diffraction pattern after endurance treatment of the iron sulfide powder prepared in Comparative Example 1
8: X-ray diffraction pattern of the iron sulfide powder prepared in Comparative Example 3
9: X-ray diffraction pattern after endurance treatment of the iron sulfide powder prepared in Comparative Example 3
10: X-ray diffraction pattern of the iron sulfide powder prepared in Example 5
11: X-ray diffraction pattern after endurance treatment of the iron sulfide powder prepared in Example 5
12: X-ray diffraction pattern of the iron sulfide powder prepared in Example 8
13: X-ray diffraction pattern after endurance treatment of the iron sulfide powder prepared in Example 8
14: X-ray diffraction pattern of the iron sulfide powder prepared in Example 9
15: X-ray diffraction pattern after endurance treatment of the iron sulfide powder prepared in Example 9
16: X-ray diffraction pattern of the iron sulfide powder prepared in Example 14
17: X-ray diffraction pattern of the iron sulfide powder prepared in Example 13
18: X-ray diffraction pattern of the iron sulfide powder prepared in Example 12
19: X-ray diffraction pattern of the iron sulfide powder prepared in Example 8
20: X-ray diffraction pattern of the iron sulfide powder prepared in Example 15

Claims (16)

構成元素の必須成分として、Fe・Mx・Ny・Sz(式中、Mはアルカリ土類金属、Nはアルカリ金属、x、y及びzはモル比であり、0.01<x≦0.5、y≦0.2、0.7≦z≦1.4を示す。)で表されるマキナワイト構造を有する耐久性に優れた硫化鉄。As essential components of the constituent elements, Fe · M x · N y · S z (wherein M is an alkaline earth metal, N is an alkali metal, x, y and z are molar ratios, and 0.01 <x ≦ 0.5, y ≦ 0.2, 0.7 ≦ z ≦ 1.4.) Iron sulfide excellent in durability having a makinawite structure represented by: 請求項1記載のマキナワイト構造において、XRDの回折パターンが、001面の面間隔が5.03Å以上5.53Å以下とc軸方向に広がり、この001面からのピーク強度を100とした場合、他のhkl面からの回折ピークの強度比がすべて20以下の変性マキナワイト構造である耐久性に優れた硫化鉄。2. The machinaite structure according to claim 1, wherein the XRD diffraction pattern has a 001 plane spacing of 5.03 mm to 5.53 mm in the c-axis direction, and the peak intensity from the 001 plane is 100. An iron sulfide excellent in durability having a modified makinawite structure in which the intensity ratio of diffraction peaks from the hkl plane is 20 or less. 2価の鉄塩の水溶液と硫黄イオンを含む水溶液とアルカリ土類金属成分を混合し、かつ、混合後のスラリーpHを7.0以上とすることを特徴とする請求項1記載の硫化鉄の製造方法。The aqueous solution of a divalent iron salt, an aqueous solution containing sulfur ions, and an alkaline earth metal component are mixed, and the slurry pH after mixing is 7.0 or more. Production method. アルカリ土類金属がカルシウム(Ca)および/またはマグネシウム(Mg)であることを特徴とする請求項3記載の硫化鉄の製造方法。The method for producing iron sulfide according to claim 3, wherein the alkaline earth metal is calcium (Ca) and / or magnesium (Mg). アルカリ土類金属成分の存在下で、2価の鉄塩の水溶液と硫黄イオンを含む水溶液を混合してスラリーを生成させ、かつ混合後のスラリーpHを7.0以上とすることを特徴とする請求項2記載の硫化鉄の製造方法。A slurry is produced by mixing an aqueous solution of a divalent iron salt and an aqueous solution containing sulfur ions in the presence of an alkaline earth metal component, and the slurry pH after mixing is 7.0 or more. The manufacturing method of the iron sulfide of Claim 2. アルカリ土類金属がカルシウム(Ca)および/またはマグネシウム(Mg)であることを特徴とする請求項5記載の硫化鉄の製造方法。6. The method for producing iron sulfide according to claim 5, wherein the alkaline earth metal is calcium (Ca) and / or magnesium (Mg). 請求項1又は請求項2記載の硫化鉄100重量部に対しアルカリ土類金属化合物を0.1〜100重量部含んでなる硫化鉄組成物。An iron sulfide composition comprising 0.1 to 100 parts by weight of an alkaline earth metal compound with respect to 100 parts by weight of the iron sulfide according to claim 1 or 2. アルカリ土類金属化合物が、アルカリ土類金属の水酸化物、カルボン酸塩、リン酸塩及び亜硫酸塩からなる群より選ばれる1種以上の化合物である請求項7記載の硫化鉄組成物。The iron sulfide composition according to claim 7, wherein the alkaline earth metal compound is one or more compounds selected from the group consisting of hydroxides, carboxylates, phosphates and sulfites of alkaline earth metals. 請求項1又は請求項2記載の硫化鉄を有効成分とする重金属類処理剤。The heavy metal processing agent which uses the iron sulfide of Claim 1 or Claim 2 as an active ingredient. 請求項7又は請求項8記載の硫化鉄組成物を有効成分とする重金属類処理剤。The heavy metal processing agent which uses the iron sulfide composition of Claim 7 or Claim 8 as an active ingredient. 重金属類を含むごみ焼却灰、飛灰又は溶融飛灰のいずれかに、請求項9又は請求項10記載の重金属類処理剤を添加し、混練することを特徴とする無害化処理方法。A detoxification treatment method comprising adding the heavy metal treating agent according to claim 9 or 10 to any one of incineration ash, fly ash, and molten fly ash containing heavy metals, and kneading. 重金属類処理剤に加えさらに水を添加し、混練することを特徴とする請求項11記載の無害化処理方法。The detoxification treatment method according to claim 11, wherein water is further added to the heavy metal treatment agent and kneading. 重金属類を含む土壌に、請求項9又は請求項10記載の重金属類処理剤を添加し、混練することを特徴とする無害化処理方法。A detoxification treatment method comprising adding the heavy metal treatment agent according to claim 9 or 10 to a soil containing heavy metals and kneading. 重金属類処理剤に加えさらに水を添加し、混練することを特徴とする請求項13記載の無害化処理方法。14. The detoxification treatment method according to claim 13, wherein water is further added to the heavy metal treatment agent and kneading is performed. 重金属類を含む廃水に、請求項9又は請求項10記載の重金属類処理剤を添加し、混合することを特徴とする無害化処理方法。A detoxification treatment method comprising adding and mixing the heavy metal treatment agent according to claim 9 or 10 to wastewater containing heavy metals. 重金属類が、Pb、Cd、Hg、Zn、Cu、Ni、Cr、As、Se、Sb及びMoの群より選択される1種以上の元素である請求項11〜15のいずれかに記載の無害化処理方法。The harmless metal according to any one of claims 11 to 15, wherein the heavy metal is one or more elements selected from the group consisting of Pb, Cd, Hg, Zn, Cu, Ni, Cr, As, Se, Sb and Mo. Processing method.
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