JP5959709B1 - 低流動性混合物の製造方法 - Google Patents
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前記粒状物は、平均粒子径が300μm以下かつBET法による比表面積が0.25m2/g以上100m2/g以下であり、又は(1−かさ密度/真密度)×100で計算される空隙率が50%以上かつBET法による比表面積が0.25m2/g以上100m2/g以下であり、
前記容器への前記低流動性混合物の搭載目標容積に対して、前記固液混合物が50容積%以上100容積%未満の量で混合され、かつ前記固液混合物及び前記流動性低下剤の使用量の容積合計が前記容器への前記低流動性混合物の搭載目標容積を超える方法である。
本発明に係る流動性低下剤の一態様は、繊維が絡み合った構造を有する粒状物であり、前記粒状物は、平均粒子径が300μm以下であり、BET法による比表面積が0.25m2/g以上100m2/g以下である、固液混合物の流動性低下剤である。また、本発明に係る流動性低下剤の別の態様は、繊維が絡み合った構造を有する粒状物であり、前記粒状物は、(1−かさ密度/真密度)×100で計算される空隙率が50%以上であり、BET法による比表面積が0.25m2/g以上100m2/g以下である、固液混合物の流動性低下剤である。この別の態様において、粒状物の平均粒子径は、300μm以下であってもよい。なお、本明細書において、平均粒子径とは、光学顕微鏡下で測定した粒状物の粒子径の平均値をいう。
(1)瞬間性
(2)作業簡易性
(3)汎用性
(4)低容積増加率
従来のアプローチは、セメント系固化材を中心とした水和反応等の化学反応に伴う固化によるアプローチであり、反応時間、即ち「養生期間」を要する。一方、本発明に係る流動性低下剤は、物理的な吸液を主メカニズムとしており、反応時間を要しない。その結果、含水比の高い汚泥等の、流動性の高い固液混合物の発生から処理完了(低流動性混合物の完成)に至る時間の短縮が可能である。
本発明に係る流動性低下剤は、上記のような物理的な拘束による吸液によって、液性を有する固液混合物に塑性をもたらしていることから、処理に要する作業は、即ち、上記流動性低下剤の固液混合物への添加と撹拌のみである。よって、複数の薬剤の添加や、複数の薬剤添加に伴う添加の順番、配合量のバランスといった複雑な手順・作業・検討事項等を要せず、作業は誰でもできる簡易なものとなる。
本発明に係る流動性低下剤は、上記のような物理的な拘束による吸液によって、液性を有する固液混合物に塑性をもたらしていることから、改良対象である固液混合物の化学的組成を問わずに使用することができる。例えば、固液混合物の固相は、無機物質であっても有機物質であってもよい。また、固液混合物の液相は、水でも有機溶媒でもよく、溶液であってもよい。溶液の場合、例えば、電解質等の溶質やイオンの濃度、種類等を問わない。
本発明に係る流動性低下剤を構成する粒状物は、上述の通り、空隙を有する。この空隙は、上記流動性低下剤を構成する繊維同士の絡み合いによる連通性空隙、繊維そのものが有する微細空隙、粒子間空隙である。本発明に係る流動性低下剤を構成する粒状物は、一態様において、(1−かさ密度/真密度)×100で計算される空隙率が50%以上である。上記空隙率は、上記流動性低下剤による吸液性能の観点から、好ましくは60%以上、より好ましくは70%以上、更により好ましくは80%以上、特に好ましくは85%以上である。上記空隙率の上限は、上記流動性低下剤の強度等の観点から、好ましくは95%以下、より好ましくは93%以下、更により好ましくは91%以下、特に好ましくは89%以下である。
本発明に係る流動性低下剤を構成する繊維がセルロースを含有する場合について、低環境負荷性を説明する。セルロースは、セルラーゼによって分解されるものであり、土中に存在する菌類等によって分解されるため、環境中に添加された上記流動性低下剤は時間経過とともに、元の土に戻っていく。また、この生分解性は、セルラーゼといった分解酵素の添加によって、上記流動性低下剤により物理的に拘束した水や細粒子等をその拘束から解くことを可能にする。また、上記流動性低下剤のpHは中性域(pH8前後)であり、上記流動性低下剤添加後の土壌のpHは中性域にとどまることから、農地や周辺植生への影響が小さい。
本発明に係る、低流動性混合物の製造方法は、固液混合物と本発明に係る流動性低下剤とを混合して低流動性混合物を得ることを含む。混合方法は、特に限定されず、公知の方法でよい。固液混合物と混合する流動性低下剤の量としては、特に限定されず、固液混合物の流動性低下の程度等の観点から、固液混合物100重量部に対し、例えば、1.5重量部以上、好ましくは3重量部以上、より好ましくは4.5重量部以上、更により好ましくは9重量部以上である。また、上記量の上限としては、特に限定されず、容積増加を抑制しやすい点等から、固液混合物100重量部に対し、例えば、50重量部以下、好ましくは30重量部以下、より好ましくは20重量部以下、更により好ましくは15重量部以下である。
本発明に係る、低流動性混合物の搬送方法は、本発明に係る、低流動性混合物の製造方法により得た低流動性混合物を移動体で移動させることを含む。移動体としては、例えば、粉粒体運搬車、ダンプトラック等が挙げられる。搬送された低流動性混合物は、移動先で工事等に用いられてもよいし、廃棄されてもよい。
本発明の別の態様は、繊維の絡み合いにより形成した空隙に固液混合物の固相及び液相を侵入させて捕捉することにより、前記固液混合物の流動性低下の程度を向上させる方法である。この方法においては、例えば、本発明に係る流動性低下剤を用いることができる。この流動性低下剤を構成する粒状物は、繊維の絡み合いにより形成された空隙を有し、この空隙には、固液混合物の固相及び液相が侵入して捕捉されるからである。
本発明の別の態様は、繊維の絡み合いにより形成した空隙に固液混合物の固相及び液相を侵入させて捕捉することにより、流動性低下の対象となる固液混合物の化学的組成の自由度を向上させる方法である。この方法においては、例えば、本発明に係る流動性低下剤を用いることができる。上述の通り、本発明に係る流動性低下剤は、固液混合物の化学的組成を問わずに使用することができ、流動性低下の対象となる固液混合物の化学的組成の自由度を向上させることができる。
本発明の別の態様は、繊維の絡み合いにより形成した空隙に固液混合物の固相及び液相を侵入させて捕捉することにより、流動性低下後において固液混合物の容積増加を抑制する方法である。この方法においては、例えば、本発明に係る流動性低下剤を用いることができる。上述の通り、本発明に係る流動性低下剤は、流動性低下後において固液混合物の容積増加を抑制することができる。
シュレッダー屑(BET法による比表面積0.23m2/g)をミルによって粉砕して、平均粒子径200μm、BET法による比表面積1.6m2/gの粒状物からなる流動性低下剤を得た。この粒状物を光学顕微鏡で観察したところ、繊維が絡み合った構造を有し、この構造は綿状を呈していた(図1)。この粒状物の真密度を島津製作所製乾式密度計で測定したところ、1.9g/cm3であった。また、この粒状物のかさ密度は0.25g/cm3であった。よって、この粒状物の空隙率は(1−0.25/1.9)×100≒87%であった。
含水率48重量%の泥土と実施例1で得た流動性低下剤とを、表1に示す重量で混合した。混合後の土について、JIS A 1228に準拠して、コーン指数を測定した。結果を表1に示す。なお、表1において、割合とは、上記泥土に対する上記流動性低下剤の重量比をいう。
セルラーゼによる分解試験には、下記の試料を用いた。
実施例6:実施例1で得た流動性低下剤
比較例2:実施例1において流動性低下剤を得るのに用いたシュレッダー屑
参考例1:Cellulose Microcrystalline(メルク社製)
実施例3において上記泥土と上記流動性低下剤とを混合して得た試料10gをガラス容器に採取し、そこに純水25mlを加えて撹拌を行った後、1時間放置した。放置後の土壌懸濁液について、軽く撹拌を行った後、ガラス電極法にてpHを測定した。なお、試験方法については、日本土壌肥料学会監修「土壌環境分析法」第V章 土壌化学 1.pH(ガラス電極法)のpH(H2O)を参照した。
1.分析内容
実施例1で得た流動性低下剤について次の分析を行った。
(1)強熱減量(以下、ig−Lossともいう。)
(2)熱重量・示差分析(以下、TG−DTAともいう。)
(3)強熱灰分のX線回折分析(以下、XRDともいう。)
(1)ig−Loss
磁性坩堝に上記流動性低下剤約8gを1/100gまで正確に計量し、電気炉に入れ約2時間で1,000℃まで加熱し、1時間保持した。その後、炉内で100℃付近まで除冷した磁性坩堝を炉内から取り出し、デシケータに入れた。室温まで冷却させ、すばやく秤量した。上記流動性低下剤は減量が大きいことが予想されるため、測定は3回行った。強熱減量は次式で求めた。
強熱減量=(加熱前の重量−加熱後の重量)/加熱前の重量
TG−DTAは、加熱によって材料が化学変化(燃焼を含む。)を起こす状況を、発熱吸熱挙動と重量変化で調べる方法で調べる方法である。実施例1で得た流動性低下剤について、リガク製Thermo Plus EVO2 差動型示熱天秤 TG8121を用いて、TG−DTAを計測した。なお、測定条件は、サンプル重量15mg、測定温度範囲20〜950℃、昇温速度20℃/分であった。
XRDは、個々の物質が固有の結晶構造を持っていることを利用した物質の定性・定量を行う分析方法である。上記(1)のig−Lossで生成した灰分を、メノウ乳鉢で粉砕し、メノウ乳鉢粉砕で生成した灰分を、メノウ乳鉢粉砕で生成した灰分を、メノウ乳鉢で粉砕し、XRD計測用ホルダーに詰めた。分析には、リガク製smart labを用いた。測定条件は、ゴニオメータ:MultiFlex+ゴニオメータ、X線:CuKα、40kV/30mA、走査モード:連続モード、スキャンスピード:2.0°/分、走査範囲:2θ=5〜65°とした。
(1)ig−Loss
結果を表3に示す。
結果を図3(a)及び図3(b)に示す。図中、「TEMP」と表示されたラインは加熱温度を示し、「TG」と表示されたラインは重量変化(TG曲線)を示し、「DTA」と表示されたラインは発熱吸熱(DTA曲線)を示す。なお、図3(b)は、図3(a)中のDTA曲線の作図スケールを変えたものである。
結果を図4に示す。
(1)ig−Loss
3回の測定は、ほとんどバラツキがなく、ig−Lossは約74%であった。この強熱によって有機成分は燃焼・消失して、填料やその他無機系混在物が灰分として残ったと考えられる。詳細については次のTG−DTA及びXRDで考察する。
室温〜100℃で緩やかな吸熱ピークがあり、同温度でTG曲線が若干下がっている(減量している)のは、流動性低下剤に吸着していた水分が蒸発したことを示している。計測値から読み取ると、流動性低下剤が持っていた吸着水の重量割合は約3%であった。
図4に示すXRDパターンから、灰分には、酸化カルシウム(CaO)、ゲーレナイト(Ca2Al(AlSi)O7)、マグネタイト(酸化鉄Fe203)、水酸化カルシウム(Ca(OH)2)が含まれていると思われる。検出ピークの高さから推定すると、灰分に含有され量は、酸化カルシウム>ゲーレナイト>>マグネタイト>水酸化カルシウムである。
Claims (4)
- 固液混合物と、繊維が絡み合った構造を有する粒状物である前記固液混合物の流動性低下剤とを容器内で混合して低流動性混合物を得ることを含む、低流動性混合物の製造方法であって、
前記粒状物は、平均粒子径が300μm以下かつBET法による比表面積が0.25m2/g以上100m2/g以下であり、又は(1−かさ密度/真密度)×100で計算される空隙率が50%以上かつBET法による比表面積が0.25m2/g以上100m2/g以下であり、
前記容器への前記低流動性混合物の搭載目標容積に対して、前記固液混合物が50容積%以上100容積%未満の量で混合され、かつ前記固液混合物及び前記流動性低下剤の使用量の容積合計が前記容器への前記低流動性混合物の搭載目標容積を超える方法。 - 前記混合は、前記容器の閉鎖空間又は一定容積の空間内で行われる請求項1に記載の方法。
- 前記混合は、粉粒体運搬車上の前記容器を用いて行われる請求項1又は2記載の方法。
- 前記固液混合物が泥土である請求項1から3のいずれかに記載の方法。
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