JP4409102B2

JP4409102B2 - 重金属溶出低減材

Info

Publication number: JP4409102B2
Application number: JP2001039421A
Authority: JP
Inventors: 茂松浦; みのり高田; 清一星野
Original assignee: Taiheiyo Cement Corp
Current assignee: Taiheiyo Cement Corp
Priority date: 2001-02-16
Filing date: 2001-02-16
Publication date: 2010-02-03
Anticipated expiration: 2021-02-16
Also published as: JP2002239523A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、有害な重金属を含有する廃棄物、汚泥、土壌等からの重金属の溶出を低減することのできる重金属溶出低減材に関する。
【０００２】
【従来の技術】
有害物質を含んだ廃棄物、汚泥、土壌等の処理の際には、何らかの手段による無害化が必要であり、該無害化の方法は、従来より多数提案されている。例えば、重金属を含む廃棄物の処理方法として、特開2000-37676号公報には、「カルシウムアルミネートおよび／またはカルシウムシリケートを含む製綱工程での生成物の粉末を、固定剤として用い、重金属を含む廃棄物の安定化処理を行うことを特徴とする重金属を含む廃棄物の安定化処理法」が開示されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
一般に、有害な重金属を含有する廃棄物には、種々の重金属が含まれていることが多い。例えば、ゴミ焼却灰や下水汚泥焼却灰には、Pb、Cd、Zn、Cr⁶⁺等の重金属が含まれている。
このようなCr⁶⁺を含む種々の重金属を含有する廃棄物に対しては、前記した特開2000-37676号公報に開示される「カルシウムアルミネートおよび／またはカルシウムシリケートを含む製綱工程での生成物の粉末」では、Cr⁶⁺の溶出の低減は困難であった。
【０００４】
本発明は、上記の課題に鑑みなされたものであって、その目的は、
Cr⁶⁺を含む種々の重金属を含有する廃棄物等であっても、Cr⁶⁺等の重金属の溶出を低減できる重金属溶出低減材を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は、上記の課題を解決すべく鋭意研究した結果、特定の条件で製造された特定の化学成分を有する材料であれば、上記課題が解決されることを見いだし、本発明を完成させたものである。
【０００６】
即ち、本発明は、１０００℃以上の還元雰囲気下で製造され、化学成分としてＣａＯ、Ａｌ_２Ｏ_３、ＳｉＯ_２及びＲ_２Ｏ（アルカリ金属酸化物）と還元性物質との合計が８５重量％以上であり、かつ、還元性物質を含有する重金属溶出低減材であって、化学成分が、ＣａＯ、Ａｌ_２Ｏ_３、ＳｉＯ_２及びＲ_２Ｏの４成分換算で、ＣａＯ量が２４．４〜４３．９重量％、Ａｌ_２Ｏ_３量が３．９〜２０．０重量％、ＳｉＯ_２量が３２．９〜４４．１重量％、Ｒ_２Ｏ量が４．２〜７．１重量％であることを特徴とする重金属溶出低減材である。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明について詳しく説明する。
本発明の重金属溶出低減材は、1000℃以上の還元雰囲気下で製造され、化学成分としてCaO、Al₂O₃、SiO₂及びR₂O（アルカリ金属酸化物）を主成分とし、かつ、還元性物質を含有するものである。ここで、R₂Oはアルカリ金属酸化物であり、具体的には、K₂O、Na₂O、Li₂Oが挙げられる。
前記本発明の重金属溶出低減材では、Cr⁶⁺を含む種々の重金属を含有する廃棄物等であっても、Cr⁶⁺等の重金属の溶出を低減することができる。
なお、本発明の重金属溶出低減材は、該重金属溶出低減材の製造の容易さや生産効率等から、CaO、Al₂O₃、SiO₂及びR₂Oの４成分換算で、CaO量が５〜70重量％、Al₂O₃量が２〜80重量％、SiO₂量が５〜90重量％、R₂O量が２〜30重量％であることが好ましい。
【０００８】
本発明の重金属溶出低減材は、1000℃以上、重金属溶出低減材の製造コストや生産効率等から好ましくは1200〜1800℃の還元雰囲気下で製造されるものである。
製造温度が1000℃未満では、重金属溶出低減材の製造に時間がかかり生産効率が低下するので好ましくない。製造時の雰囲気が酸化雰囲気では、後述する還元性物質を含有することが困難であり、重金属（特に、Cr⁶⁺）の溶出低減効果が低下するので好ましくない。
本発明の重金属溶出低減材の製造に使用する製造装置は、1000℃以上での加熱が可能で、かつ、還元雰囲気にすることができる製造装置（加熱装置）であれば、特に限定するものではなく、例えば、キルン、電気炉、反射炉、キュポラ等が挙げられる。還元雰囲気にする方法としては、例えば、コークス等の可燃物を後述する原料とともに製造装置（加熱装置）に投入する、鉄やアルミニウム等の金属成分を後述する原料とともに製造装置（加熱装置）に投入する、COやH₂等の還元性のガスを流す等の方法が挙げられる。
【０００９】
本発明の重金属溶出低減材は、還元性物質を含有するものである。該還元性物質としては、例えば、Fe、FeOや硫黄等が挙げられる。重金属溶出低減材中に還元性物質が含まれていないと、重金属（特に、Cr⁶⁺）の溶出低減効果が低下するので好ましくない。
【００１０】
重金属溶出低減材中に還元性物質が含まれているかどうかは、例えば、以下に示す方法によって確認することができる。
(1)重金属溶出低減材中の全鉄量に対する還元状態の鉄（Fe、FeO）の割合を求める方法
▲１▼試料1gをビーカーに入れ、少量の蒸留水と10mlのHClと10mlのHClO₄を加えて、時計皿をかぶせて加熱し、白煙を生じてから約10分間加熱を続けたあと、室温まだ冷却する。
▲２▼温水50mlと6規定のHClを5mlを加えて再度加熱し可溶性塩類を溶解させた後に濾過して沈殿物を取り除く。濾液を25％酢酸アンモニウム緩衝液とアンモニア水(1+1)によりpH=3に調整した後、2％サリチル酸水溶液を2ml添加し、0.01mol/lのEDTA標準溶液で滴定しFe₂O₃量を求め、試料中の全鉄量（Ｆ１）を求める。
▲３▼窒素雰囲気中で、試料1gに臭素−メチルアルコール50mlを加えて10分間攪拌した後、濾過し、残さをメチルアルコールで洗浄する。続いて、残さを濾紙ごと三角フラスコに入れ、窒素と置換した状態で6規定のHClを20ml加えて加熱溶解し、室温まで冷却したものに、更に水100mlと、H₂SO₄:HPO₄:水＝3:3:14(重量比)の混酸水溶液30ml、及び、ジフェニルアミンスルホン酸ナトリウム0.5mlを加えて、1/40規定の重クロム酸カリウムで滴定し、FeOの含有量を求め、FeOとして含有されるFe量（Ｆ２）を算出する。また、濾液と洗浄液を300mlのビーカーに入れ、6規定のHClを20ml加えて、約1時間濃縮し、さらに10mlのHClO₄を加えて乾固し、6規定のHClを10mlと温水50mlを加えて、濾過し、200mlのメスフラスコで定容し、2.483Åで原子吸光分析で測定し、Fe量（Ｆ３）を求める。
▲４▼前記Ｆ１〜Ｆ３から、全鉄量に対する還元状態の鉄（Fe、FeO）の割合を求める。
【００１１】
(2)重金属溶出低減材中の硫化物イオンの状態を測定する方法
▲１▼蛍光Ｘ線分析又は硫黄分析計により、試料中の全硫黄量（Ｓ１）を測定する。
▲２▼「JIS R 9101(せっこうの化学分析法)」等の公知の方法で、三酸化硫黄及びニ酸化硫黄として含有される硫黄量（Ｓ２）を測定する。
▲３▼（Ｓ１−Ｓ２）より、還元状態の硫黄量を算出する。
【００１２】
次に、本発明の重金属溶出低減材の製造方法について説明する。
本発明の重金属溶出低減材の製造方法としては、CaO原料、Al₂O₃原料、SiO₂原料、R₂O原料等をCaO、Al₂O₃、SiO₂及びR₂Oの４成分換算で、好ましくはCaO量が５〜70重量％、Al₂O₃量が２〜80重量％、SiO₂量が５〜90重量％、R₂O量が２〜30重量％となるように製造装置（加熱装置）に投入し、1000℃以上の還元雰囲気下で加熱（焼成、溶融等）して製造する方法が挙げられる。
前記CaO原料としては、生石灰、消石灰、石灰石等の工業原料が、Al₂O₃原料としては、ボーキサイト、ばん土頁岩、水酸化アルミニウム、アルミナ等の工業原料が、SiO₂原料としては、珪石、珪砂、長石、火山ガラス等の天然原料や工業原料が、R₂O原料としては、ソーダ灰、アルミン酸ソーダ、炭酸カリウム、アルミン酸カリウム、炭酸リチウム等の工業原料が挙げられる。
また、本発明においては、前記天然原料や工業原料以外に、石炭灰、高炉スラグ、転炉スラグ、製鋼スラグ、廃棄物溶融スラグ、シリカフューム、廃コンクリート、廃アスベスト、廃ロックウール等のリサイクル資源や産業廃棄物も原料として使用することができる。
前記各原料は、製造装置（加熱装置）に投入する前に混合しておいても良いし、個別に製造装置（加熱装置）に投入しても良い。また、原料は、粉体状のものを使用しても良いし、粒状／又は塊状のものを使用しても良い。
なお、前記した各種原料には、Fe₂O₃、TiO₂、MgO等の不純物が含まれている。本発明の重金属溶出低減材は、これらの不純物を合計で15重量％以下含有することは差し支えない。
また、本発明の重金属溶出低減材は、結晶質、非晶質のいずれであってもよい。
【００１３】
本発明の重金属溶出低減材は、ブレーン比表面積で、2000cm²/g以上に粉砕して使用することが好ましい。より好ましいブレーン比表面積は3000〜10000cm²/gである。
粉砕は、慣用の粉砕装置で行えば良い。
【００１４】
本発明の重金属溶出低減材の使用にあたっては、有害な重金属を含有する廃棄物、汚泥、土壌等に、本発明の重金属溶出低減材を水とともに加えて混練（混合）すればよい。また、セメント等の水硬性材料を併用することは差し支えない。本発明の重金属溶出低減材は、有害な重金属を含有する廃棄物、汚泥、土壌等からの重金属の溶出を低減する効果を有するものである。また、本発明の重金属溶出低減材は、水硬性材料からの重金属の溶出を低減する効果も有するものである。
【００１５】
【実施例】
以下、実施例により本発明を説明する。
(1)重金属溶出低減材の調製
CaO原料として生石灰、Al₂O₃原料としてばん土頁岩、SiO₂原料として珪石、R₂O原料としてソーダ灰又は炭酸カリウムを使用し、該原料とコークスを加熱装置に投入し、1600℃の還元雰囲気下で溶融し、重金属溶出低減材（試料１〜３）を調製した。
該重金属溶出低減材は、ボールミルでブレーン比表面積5000cm²/gに粉砕した。
調製した重金属溶出低減材の化学分析値を表１に示す。なお、試料４は、1600℃の酸化雰囲気下で溶融したものである。
【００１６】
【表１】

【００１７】
実施例１〜３、比較例１
(2)溶出試験１；重金属に汚染された土壌（砂質土、特性は表２に示す）に対する重金属溶出低減効果の測定
表３に示す配合で、表２の重金属に汚染された土壌、重金属溶出低減材、水を混合し、該混合物をφ3cm×6cmに成形し、該成形体を180℃で3時間水熱養生して、供試体を調製した。
前記供試体を粉砕し、環境庁告知13号「産業廃棄物に含まれる金属等の検定方法」に準じて、重金属の溶出量を測定した。
結果を表３に併記する。
【００１８】
【表２】

【００１９】
【表３】

【００２０】
表３から、1000℃以上の還元雰囲気下で製造され、化学成分としてCaO、Al₂O₃、SiO₂及びR₂Oを主成分とし、かつ、還元性物質を含有する本発明の重金属溶出低減材では、重金属の溶出量が少なかった。
一方、酸化雰囲気下で製造された試料４を使用した比較例１では、重金属の溶出量が多かった。
【００２１】
実施例４〜６、比較例２〜４
(3)溶出試験２；Cr⁶⁺を含有する水硬性材料に対する重金属溶出低減効果の測定
Cr⁶⁺含有量が35ppmである普通ポルトランドセメントクリンカを電気炉にて調製し、該クリンカに石膏を加えて、Cr⁶⁺を含有する水硬性材料を試製した。
表４に示す配合で、前記試製水硬性材料及び重金属溶出低減材を混合し、環境庁告知13号「産業廃棄物に含まれる金属等の検定方法」に準じて、重金属の溶出量を測定した。
また、比較として高炉スラグ（新日鐵（株）製「エスメント」）を用いた場合についても測定を行った。
結果を表４に併記する。
【００２２】
【表４】

【００２３】
表４から、1000℃以上の還元雰囲気下で製造され、化学成分としてCaO、Al₂O₃、SiO₂及びR₂Oを主成分とし、かつ、還元性物質を含有する本発明の重金属溶出低減材では、水硬性材料からの重金属（Cr⁶⁺）の溶出を低減する効果を有することが分かる。
【００２４】
【発明の効果】
以上詳記したように、本発明の重金属溶出低減材は、有害な重金属を含有する廃棄物、汚泥、土壌等からの重金属の溶出を低減する効果を有するものである。また、本発明の重金属溶出低減材は、水硬性材料からの重金属の溶出を低減する効果も有するものである。

Claims

１０００℃以上の還元雰囲気下で製造され、化学成分としてＣａＯ、Ａｌ_２Ｏ_３、ＳｉＯ_２及びＲ_２Ｏ（アルカリ金属酸化物）と還元性物質との合計が８５重量％以上であり、かつ、還元性物質を含有する重金属溶出低減材であって、化学成分が、ＣａＯ、Ａｌ_２Ｏ_３、ＳｉＯ_２及びＲ_２Ｏの４成分換算で、ＣａＯ量が２４．４〜４３．９重量％、Ａｌ_２Ｏ_３量が３．９〜２０．０重量％、ＳｉＯ_２量が３２．９〜４４．１重量％、Ｒ_２Ｏ量が４．２〜７．１重量％であることを特徴とする重金属溶出低減材。