JP6431744B2 - 防草材料の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、土壌面の防草に用いる防草材料の製造方法に関する。

一般に、植物の生育に適した水素イオン指数（ｐＨ）は、ｐＨ６〜７の中性付近であり、アルカリ性土壌は植物の生長を阻害する。そこで、金属製造工程で副産される製鋼スラグや廃棄物の溶融処理工程で副産される廃棄物溶融炉水砕スラグを防草材料として土壌面に敷設することで、土壌面の防草を行う技術が提案されている（例えば、特許文献１、２参照）。製鋼スラグや廃棄物溶融炉水砕スラグは、雨水などと接触した場合に、浸出水がｐＨ９以上のアルカリ性を示し、植物の生長を阻害することができる。

特許第４７４９４９３号公報 特開２０１１−１６３０８８号公報

しかしながら、従来技術のように、製鋼スラグや廃棄物溶融炉水砕スラグを土壌面に敷設して防草スラグ層を形成した場合には、この防草スラグ層からの浸出水を中和する中和対策が必要となることがある。
例えば、工場敷地内の土壌面に製鋼スラグや廃棄物溶融炉水砕スラグを敷設して防草スラグ層を形成した場合、この防草スラグ層からの浸出水は、ｐＨ９以上となり、工場外に放流するための基準値ｐＨ８．５を超える。そのため、防草スラグ層からの浸出水が工場敷地内の排水溝に流れ込む場合には、排水施設に中和装置が必要となり、その設置や運用のための管理作業が発生した。
例えば、製鋼スラグや廃棄物溶融炉水砕スラグを敷いた場所を整地して建物を建てる場合、ｐＨ９以上のアルカリ性建設残土が発生する。この建設残土は、一般土砂として取り扱うことができず、土壌改良が必要であった。さらに、ｐＨｌｌ以上のアルカリ性土壌は、土壌改良も困難のため、廃棄物処分が必要となり、産業廃棄物の管理や搬出の作業が発生してしまう。

本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、上述の課題を解消し、浸出水の中和対策を必要としない防草材料の製造方法を提供することにある

本発明の防草材料の製造方法は、石炭ガス化複合発電において、石炭を全ての結晶鉱物が溶融する高温で燃焼した燃焼残渣を冷やすだけで副産した非晶質の石炭ガス化スラグを、防草材料の主成分とすることを特徴とする。
さらに、本発明の防草材料の製造方法において、前記石炭ガス化スラグは、水破方式で生産された物であっても良い。
さらに、本発明の防草材料の製造方法は、リン吸着材を含有し、酸性を示す火山灰を、前記石炭ガス化スラグに１００℃以上の余熱がある状態で混入しても良い。
さらに、本発明の防草材料の製造方法において、前記火山灰は、容積百分率で１０％以下であっても良い。
さらに、本発明の防草材料の製造方法は、重量百分率で９０％以上が０．４２５ｍｍふるいで分級されない前記石炭ガス化スラグで構成しても良い。

本発明によれば、石炭ガス化スラグは物質としての安定性が高く、アルカリ成分が溶出しないため、浸出水の中和対策が不必要であるという効果を奏する。

本発明に係る防草材料の主成分である石炭ガス化スラグの特性を示すグラフである。 石炭ガス化スラグ及び鉄鋼スラグのｐＨを比較したグラフである。 本発明に係る防草材料の施工方法の実施の形態を示す説明図である。

次に、本発明を実施するための形態（以下、単に「実施の形態」という）を、図面を参照して具体的に説明する。

本実施の形態の防草材料は、石炭ガス化複合発電で副産される石炭ガス化スラグを主成
分としている。防草材料として用いる石炭ガス化スラグは、石炭ガス化発電施設で生産さ
れる溶融スラグであり、加工時に水で急冷することで細かく砕かれる水破方式（水砕方式
とも言う）によって生産された物を用いる。

石炭ガス化発電施設では、石炭を１，６００℃の高温で燃焼するため、全ての結晶鉱物が溶融する。そのため、燃焼残渣は、冷やすだけで非晶質のスラグになる。従って、水破方式により生産することで、粒径が整った、粒径が砂〜礫状の均等な粒子で構成された石炭ガス化スラグが得られる。

そして、防草材料は、重量百分率で９０％以上が０．４２５ｍｍふるいで分級されない石炭ガス化スラグで構成されている。土の液性限界、塑性限界試験で、０．４２５ｍｍふるいを通過した試料が用いられるように、０．４２５ｍｍふるいを通過する石炭ガス化スラグは、保水してしまう。そこで、本実施の形態の防草材料は、重量百分率で９０％以上を、０．４２５ｍｍふるいを通過しない石炭ガス化スラグで構成することで、保水力を極めて低下させている。

また、石炭ガス化スラグは、原料（燃料）が石炭のみであり、燃焼残渣に含まれる石灰の割合が低く、１，６００°Ｃの高温溶融の影響で物質としての安定性が高い。従って、水と接触して溶出する成分が鉄鋼スラグに比べて少なく、石炭ガス化スラグと接触した水のｐＨはほとんど変化しない。図１（ａ）には、純水に石炭ガス化スラグを浸し、その浸漬時間（ｈ）に応じた電気伝導率（ＥＣ）の変化が示されている。図１（ａ）に示すように、電気伝導率（ＥＣ）は、浸漬時間（ｈ）が長くなってもそれほど上昇することなく石炭ガス化スラグから水に溶出する成分が少ないことが分かる。なお、図１（ａ）に示す点線は水道水の電気伝導率（ＥＣ：ｍＳ／ｍ）である。また、図１（ｂ）には、純水に石炭ガス化スラグを浸し、その浸漬時間（ｈ）に応じたｐＨの変化が示されている。図１（ｂ）に示すように、ｐＨは浸漬時間（ｈ）が長くなってもほぼ中性（ｐＨ７）を示し、石炭ガス化スラグと接触した水のｐＨは、ほとんど変化しないことが分かる。

図２には、石炭ガス化スラグの懸濁液と鉄鋼フラグの懸濁液とのその浸漬時間（ｈ）に応じたｐＨの変化がそれぞれ示されている。図２に示すように、鉄鋼フラグの懸濁液は、浸漬直後から継続してｐＨ１１程度のアルカリ性を示すのに対し、石炭ガス化スラグの懸濁液は、浸漬時間（ｈ）に拘わらずほぼ中性であることが分かる。

本実施の形態の防草材料の施工方法について詳細に説明する。
図３（ａ）を参照すると、防草対象の土壌面１に、他の土壌層やシルト層を介することなく、本実施の形態の防草材料を厚さ３０〜３００ｍｍの範囲で敷設して防草スラグ層２を形成する。本実施の形態の防草材料は、重量百分率で９０％以上が、０．４２５ｍｍふるいを通過しない石炭ガス化スラグで構成されているため、排水性が高く、保水性を植物が育つには不十分なレベルにすることができる。従って、防草の対象となる植物の根が伸びる深さ以上の厚さで防草スラグ層２を形成することで、植物は生育に必要な水を給水できないため、植物の生長を阻害することができる。なお、防草スラグ層２の厚さの範囲３０〜３００ｍｍは、防草の対象となる一般的な雑草の根が伸びる深さの範囲である。

また、本実施の形態の防草材料の主成分である石炭ガス化スラグは、物質としての安定性が高く、アルカリ成分が溶出しないため、防草スラグ層２からの浸出水のｐＨは石炭ガス化スラグによって変化することがない。すなわち、防草スラグ層２に接触する水が中性の場合には、防草スラグ層２からの浸出水も中性に維持される。従って、防草スラグ層２からの浸出水が防草対象の土壌面に影響を与えることがない。これにより、防草スラグ層２は、防草対象の土壌面１に、アルカリ性を中和するための他の土壌層やシルト層を介することなく形成することができる。また、防草スラグ層２からの浸出水を中和する中和対策も不必要であり、中和剤およびその混合作業の削減、使用時の排水処理の削減、使用後の廃棄物処分の削減（リサイクル利用）を実現できる。そのため、工事費用や維持管理のコスト、そして廃棄時のコストを下げることができる。

図３（ｂ）に示すように、防草スラグ層２を形成した後に、粒径４０ｍｍ以上の砕石を敷設して表層３を形成しても良い。石炭ガス化スラグは、水砕スラグのために角が尖った形状をしている。表層３を形成することで、石炭ガス化スラグの角部が地表面に露出することを防止できる。また、石炭ガス化スラグの角部は、角部が締め固め等で細かく砕かれて細かい粒になることがある。この細かい粒の飛散も表層３を形成することで防止することができる。なお、地表面の景観に配慮する場合、採石の代わりに、マツの樹皮の固まり等、ウッドマルチによって表層３を形成しても良い。

図３（ｃ）に示すように、防草対象の土壌面１にシート４を敷いた後に、防草スラグ層２を形成しても良い。シート４としては、例えば、不織布を用いることができる。不織布を敷くことで、雑草を押さえつけ、地上への伸張を抑制することができるので、事前の草刈りや雑草の株の掘り起こしが不要になる。また、シート４として不織布を敷いた場合には、シート４に、さらに排水用の暗渠を設けると良い。この場合には、防草スラグ層２からの浸出水は、シート４によって暗渠に集められる。すなわち、不織布があることで、土壌面１と防草スラグ層２との間に水が流れる空間ができ、排水の効率が高まる。なお、工事の前に植物の種類を調べておき、クズなどの栄養を蓄える根がない場合には、シート４の代わりに各種のネットを利用することもできる。シート４やネットは、土壌面１と防草スラグ層２とを分離する分離手段として機能する。すなわち、土壌面１と防草スラグ層２との間にシート４やネットが存在すると、防草スラグ層２のみを土壌面１から分離させて簡単に回収することができ、回収した防草材料を土木工事の材料等にリサイクルすることが容易になる。

防草スラグ層２を形成した後に、水溶性の合成樹脂エマルジョンを散布しても良い。水性の合成樹脂エマルジョンとしては、例えば、ポリビニルアルコールの水溶液を用いることができる。水溶性の合成樹脂エマルジョンを散布することで、石炭ガス化スラグの粒子と粒子との接点をくっつけて、固い構造を作ることができる。これにより、風による飛散を防ぎ、表面の粒子が大雨で流されにくくなる。

本実施の形態の防草材料の施工方法は、放射能汚染地域における農地や水道水源の土壌面１に対して効果的である。すなわち、放射能汚染され、人の立ち入りが制限されている土壌面１は、放射性物質の半減期が過ぎ、放射能が人体に影響を与えないレベルになるまで使用することができない。放射性物質で問題とされている元素は、放射性ヨウ素（Ｉ）と放射性セシウム（ＣＳ）である。とりわけ、放射性セシウム１３７は、半減期が３０年と長い。従って、放射能汚染された土壌面１が再び使用可能になるまでの間に雑草や雑木が繁茂して、復旧に多大な負担が生じることになる。それを防ぐために、定期的な草刈り作業を行うことで対応できるが、長時間の草刈り作業は被爆のリスクを高める危険を伴う。また、放射性セシウム１３７は、植物に吸収され、草刈りで生じる廃棄物は、放射性セシウム１３７を含むため、その対策が必要になる。さらに、放射能汚染された土壌面１に侵入した植物や動物が汚染を農地以外に拡散する状態になる。植物やキノコなどが放射性セシウム１３７を吸収するため、動物に食べられ、糞尿と一緒に排出される。あるいは枯れて生分解して、雨風によって飛散、流出してしまう。そこで、本実施の形態の防草材料の施工方法によって、放射能汚染された土壌面１を覆う防草スラグ層２を形成して、土壌面１における植物の生長を阻害する。防草スラグ層２からの浸出水の中和対策は、不必要である。すなわち、土壌面１は、防草スラグ層２からの浸出水や、中和対策のための薬剤等によって、影響を受けることがない。従って、放射能が人体に影響を与えないレベルまで下がると、防草スラグ層２を取り除くだけで、土壌面１を簡単に復旧させ、再利用可能な状態にすることができる。

また、本実施の形態の防草材料に、リン吸着材を含有し、酸性を示す火山灰を混入すると好適である。リン吸着材を含有する火山灰は、ｐＨと可給態リン酸の上昇を効果的に抑制することができ、アルカリ土壌を好む外来種植物の進出を防ぐことができる。リン吸着材を含有する火山灰としては、鹿沼土を用いると好適である。鹿沼土は、リン吸着材としてアロフェンやイモゴライトを含有している。火山灰である鹿沼土は、酸性であり、中性の石炭ガス化スラグを主成分とする防草材料に混入することで、防草材料は酸性になる。そして、アロフェンやイモゴライトは、比表面積が大きく、その表面にＡｌ−ＯＨ^＋が多く露出するため、酸性状態では、負に荷電しているリン酸イオンを強く引きつける。また、アロフェンやイモゴライトから溶出したＡｌ−ＯＨ^＋はリン酸イオンと反応してリン酸アルミニウムとなり、可給態リン酸が固定化される。これにより、植物への栄養源を遮断することができる。

なお、鹿沼土は、保水性が高いので、防草材料に混ぜすぎると、保水性が高くなりすぎる。従って、鹿沼土の混入率を容積百分率で１０％以下にすれば、防草材料の排水性を保つことができ、保水性を植物が育つには不十分なレベルに維持することができる。なお、本実施の形態の防草材料の主成分である石炭ガス化スラグは非晶質物であるが、化学的に安定しているため、酸性を示す火山灰を混ぜても成分がほとんど溶出しない。さらに、火山灰は、自然由来の材料で、汚染物でないため、自然の状態になる。

新鮮な火山灰には、植物の種子などが含まれないため、雑草が生える原因にならない。しかし、風化が進んだ火山灰には、雑草の種子が含まれる場合がある。そこで、火山灰を混入する場合には、石炭ガス化スラグが冷えて固まる時、余熱がある状態で混合すると良い。例えば、石炭ガス化スラグに１００℃以上の余熱がある状態で火山灰を混入することで、火山灰に含まれている種子を死滅させることができる。また、石炭ガス化スラグが十分に冷えている状態で火山灰を混入する場合には、炉に入れて１００℃以上３０分程度加熱した火山灰を用いると好適である。

以上説明したように、本実施の形態の防草材料は、石炭ガス化複合発電で副産された石炭ガス化スラグを主成分としている。
この構成により、石炭ガス化スラグは物質としての安定性が高く、アルカリ成分が溶出しないため、浸出水の中和対策は不必要である。従って、防草材料の敷設に係る工事費用や維持管理のコスト、そして廃棄時のコストを下げることができる。

さらに、本実施の形態の防草材料は、重量百分率で９０％以上が０．４２５ｍｍふるいで分級されない前記石炭ガス化スラグで構成されている。
この構成により、防草材料の保水力を極めて低下させて植物が育つには不十分なレベルにすることができ、防草材料を敷設することで簡単に植物の生長を阻害することができる。

さらに、本実施の形態の防草材料に、リン吸着材を含有し、酸性を示す火山灰を混入することができる。火山灰は、鹿沼土であっても良く、容積百分率で１０％以下であることが好ましい。
この構成により、ｐＨと可給態リン酸の上昇を効果的に抑制することができ、アルカリ土壌を好む外来種を防ぐことができる。

また、本実施の形態の防草材料の施工方法は、上述の防草材料を、他の土壌層やシルト層を介することなく、防草対象の土壌面に敷設して防草スラグ層２を形成する。
この構成により、防草スラグ層２の形成に際し、アルカリ性を中和するための他の土壌層やシルト層を形成する必要がない。また、防草スラグ層２からの浸出水を中和する中和対策も不必要であり、工事費用や維持管理のコスト、そして廃棄時のコストを下げることができる。

さらに、本実施の形態の防草材料の施工方法は、前記土壌面をシートもしくはネットで覆った後に、前記防草材料を敷設して防草スラグ層２を形成しても良い。
この構成により、防草スラグ層２のみを土壌面１から分離させて簡単に回収することができ、回収した防草材料を土木工事の材料等にリサイクルすることが容易になる。

以上、本発明を実施の形態をもとに説明した。この実施の形態は例示であり、それらの各構成要素の組み合わせ等にいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。

１ 土壌面
２ 防草スラグ層
３ 表層
４ シート

Claims (5)

1. 石炭ガス化複合発電において、石炭を全ての結晶鉱物が溶融する高温で燃焼した燃焼残渣を冷やすだけで副産した非晶質の石炭ガス化スラグを、防草材料の主成分とすることを特徴とする防草材料の製造方法。
2. 前記石炭ガス化スラグは、水破方式で生産された物であることを特徴とする請求項１記載の防草材料の製造方法。
3. リン吸着材を含有し、酸性を示す火山灰を、前記石炭ガス化スラグに１００℃以上の余熱がある状態で混入することを特徴とする請求項１又は２記載の防草材料の製造方法。
4. 前記火山灰は、容積百分率で１０％以下であることを特徴とする請求項３記載の防草材料の製造方法。
5. 重量百分率で９０％以上が０．４２５ｍｍふるいで分級されない前記石炭ガス化スラグで構成することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の防草材料の製造方法。

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