JP6221631B2 - 不溶化剤及びその製造方法、並びに不溶化処理方法 - Google Patents
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Description
本実施形態に係る不溶化剤は焼却灰を不溶化処理するためのものであり、当該不溶化剤の全質量を基準として、石膏をSO3換算で5〜53質量%、高炉セメントを5〜50質量%、硫酸アルミニウムを14水和物換算で5〜60質量%含有する。
上記不溶化剤の製造方法は、上述の配合比率となるように、石膏と、高炉セメントと、硫酸アルミニウムと、必要に応じて他の成分とを混合する工程を備える。これらの成分を例えばニーダーなどを使用して撹拌混合することによって不溶化剤を得ることができる。なお、ここでは不溶化剤を事前に調製する場合を例示したが、処理対象の焼却灰に対して所定量の上記成分をそれぞれ添加し、全体を撹拌混合してもよい。
上記不溶化剤は、環境面の観点から溶出が望ましくない元素を含む焼却灰を対象に使用することができ、より具体的にはフッ素及び鉛の一方又は両方が溶出するおそれのある焼却灰を対象に使用できる。
次に上記不溶化剤を使用して焼却灰を不溶化処理する方法について説明する。本実施形態に係る不溶化処理方法は、処理対象の焼却灰と上記不溶化剤とを混合する工程を備える。これによって得られた混合物は好ましくは1〜7日にわたって、より好ましくは1〜3日にわたって養生する。混合物から造粒物を作製し、造粒物を養生してもよい。
焼却灰としては、製紙スラッジ焼却灰(以下、PS灰と略記)を使用した。試験に供したPS灰の特性を表1に示す。表1の化学成分は以下の方法によって測定された値である。
(i)CaO、SiO2、Al2O3及びSO3含有量の測定
CaO、SiO2、Al2O3、SO3含有量は、JIS M 8853「セラミックス用アルミのけい酸質原料の化学分析方法」に準拠して行った。
(ii)F含有量の測定
F含有量は、自動燃焼装置(三菱化学(株)製、AQF−100)を用いて燃焼させ、燃焼ガスを吸収装置(三菱化学(株)製、GA−100)にて吸収液に吸収させ、吸着させたものを検液とし、JIS K 0102「工場排水試験方法」に準拠して測定を行った。
(iii)f.CaO含有量の測定
f.CaO含有量は、セメント協会標準試験方法のJCAS I−01:1997「遊離酸化カルシウムの定量方法」に準じて測定した。
(iv)未燃C含有量の測定
PS灰2gに(1+1)HCl(濃度35%)溶液を30ml添加し、蒸留水で200mLにフィルアップした後、30分間攪拌した。攪拌後の溶液はメンブレンフィルターを用いて吸引ろ過し、フィルター上の残渣を105℃、1時間乾燥し、高周波燃焼−赤外吸光法による炭素硫黄同時分析装置(LECO製、CS−400型)を用いて未燃Cを定量した。
(v)pHの測定
PS灰を環境省告示第46号法(平成10年)に準拠して溶出試験を行い、検液を作製した。その検液のpHをJIS K 0102「工場排水試験方法」に準拠して測定した。
表1に示すとおり、f.CaO量が多く、溶出液のpHが12.4と高アルカリ性のPS灰を使用した。
フッ素不溶化効果に及ぼす配合割合の影響を確認するため、以下の試験を実施した。
不溶化剤には、高炉セメントB種、無水石膏、硫酸アルミニウム14水和物を所定の割合で混合したものを使用した。試験に供した不溶化剤の配合割合を表2に示す。
PS灰100質量部に対して不溶化剤A〜Hをそれぞれ5質量部添加し、ベンチニーダーで攪拌混合した後、蒸留水65質量部を添加して3分間混練した。混練物をミンチミキサーに投入し、押出造粒することで直径約2mmの円柱状造粒物を作製した。作製した造粒物を1日又は3日養生した後、1日風乾した。風乾後の造粒物を2mm以下に粉砕し、フッ素溶出試験に供した。フッ素溶出試験は、環境省告示第46号法(平成10年)に準拠して行い、検液を作製した。その検液のフッ素濃度およびpHをJIS K 0102「工場排水試験方法」に準拠して測定した。結果を表3に示す。
PS灰に不溶化剤を添加しなかったことの他は、実施例1〜8と同様にして造粒物を作製し、フッ素溶出試験を行った。すなわち、PS灰100質量部に対して蒸留水65質量部を添加して3分間混練した。混練物をミンチミキサーに投入し、押出造粒することで直径約2mmの円柱状造粒物を作製した。作製した造粒物を1日又は3日養生した後、1日風乾した。風乾後の造粒物を2mm以下に粉砕し、フッ素溶出試験に供した。フッ素溶出試験は、環境省告示第46号法(平成10年)に準拠して行い、検液を作製した。その検液のフッ素濃度およびpHを測定した。結果を表3に示す。
PS灰に不溶化剤Iを添加したことの他は、実施例1〜8と同様にして造粒物を作製し、フッ素溶出試験を行った。結果を表3に示す。
PS灰に不溶化剤Jを添加したことの他は、実施例1〜8と同様にして造粒物を作製し、フッ素溶出試験を行った。結果を表3に示す。
フッ素不溶化効果に及ぼす添加量の影響を確認するため、以下の試験を実施した。
不溶化剤として、高炉セメントB種:無水石膏:硫酸アルミニウム14水和物=20:40:40の質量割合で混合した不溶化剤を用い、PS灰100質量部に対して不溶化剤を3〜15質量部添加した以外は実施例1〜8と同様にして造粒物を作製し試験を行った。結果を表4に示す。
以下のとおり、フッ素不溶化効果の長期安定性試験を実施した。
養生日数を1〜91日とした以外は実施例10と同様の試験を行った。結果を表5に示す。
不溶化剤として、普通セメント:高炉スラグ:硫酸アルミニウム14水和物=24:16:60の質量割合で混合した不溶化剤を用いた以外は実施例12と同様にして試験を行った。結果を表5に示す。
以下のとおり、フッ素及び/又は鉛の不溶化試験を実施した。焼却灰AはPS灰であり、焼却灰Bはバイオマスボイラ灰である。焼却灰A、Bのフッ素溶出量、鉛溶出量、pHを表6に示す。
高炉セメントB種:無水石膏:硫酸アルミニウム14水和物=20:40:40(試験例2と同じ)の質量割合で混合した不溶化剤を焼却灰Aに対して内割で5質量%添加し、また焼却灰Bに対して内割で10質量%添加し、環境省告示第46号に基づく溶出試験方法に準拠し、フッ素、鉛の溶出量、pHを測定した。結果を表7に示す。
(参考例1〜4)
フッ素不溶化効果とpHの関係を確認するため、以下の試験を実施した。模擬廃棄物として、フッ化ナトリウム水溶液(フッ素濃度8mg/L)にPS灰のf.CaO相当(4.55%)のCa(OH)2を添加した溶液を用いた。この模擬廃棄物300gに対して、硫酸アルミニウム14水和物を1.8g添加し、硝酸を用いてpHを8.6〜12.5に調整して6時間振盪後に固液分離して検液と固形分を得た。得られた検液のフッ素濃度、pHを測定した。固形分中の生成化合物をX線回折装置(RIGAKU社製RINT2500)を用いて分析した。結果を表8に示す。
PS灰に本発明の不溶化剤に含まれる各材料をそれぞれ添加した場合の液相中のSO4 2−/Al3+モル比及び不溶化処理物中のエトリンガイト生成量を確認するため、以下の試験を実施した。PS灰28.2gに無水石膏、高炉セメント、硫酸アルミニウム14水和物をそれぞれ1.8g添加して混合した後、混合物を固液比1:10となるように蒸留水300gに添加して所定時間振盪した。振盪後の溶液を固液分離して検液と固形分を得た。得られた検液のSO4 2−濃度、Al3+濃度をICP発光分析装置(SIIナノテクノロジー製SPS3000)を用いて分析した。固形分中のエトリンガイトの生成量をX線回折装置(RIGAKU社製RINT2500)を用いて分析した。測定したSO4 2−濃度、Al3+濃度から検液中のSO4 2−/Al3+モル比を算出し、振盪時間に対してプロットしたものを図1に示す。また、XRDで測定したエトリンガイトの第一ピーク(2θ=9.1°)のピーク強度を振盪時間に対してプロットしたものを図2に示す。
Claims (7)
- 焼却灰を不溶化処理するための不溶化剤であって、
石膏と、
高炉セメントと、
硫酸アルミニウムと、
を含み、
石膏をSO3換算で5〜53質量%、高炉セメントを5〜50質量%、硫酸アルミニウムを14水和物換算で5〜60質量%含有する不溶化剤。 - 前記石膏が無水石膏である、請求項1に記載の不溶化剤。
- 焼却灰からフッ素及び鉛の少なくとも一方が溶出する量を低減するためのものである、請求項1又は2に記載の不溶化剤。
- 石膏をSO3換算で23〜48質量%、高炉セメントを10〜20質量%、硫酸アルミニウムを14水和物換算で10〜40質量%含有する、請求項1〜3のいずれか一項に記載の不溶化剤。
- 当該不溶化剤による不溶化処理がなされた焼却灰に対する環境省告示第46号法(平成10年告示)に準拠したフッ素、鉛溶出試験において、検液のpHが9〜12.5である、請求項1〜4のいずれか一項に記載の不溶化剤。
- 焼却灰用の不溶化剤の製造方法であって、
石膏をSO3換算で5〜53質量%、高炉セメントを5〜50質量%、硫酸アルミニウムを14水和物換算で5〜60質量%含有する不溶化剤が得られるように、
無水石膏と、高炉セメントと、硫酸アルミニウムとを混合する工程を備える、不溶化剤の製造方法。 - 請求項1〜5のいずれか一項に記載の不溶化剤を使用した、焼却灰の不溶化処理方法。
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