JP6888592B2 - ホウ素含有物質のホウ素溶出抑制方法、および、ホウ素溶出抑制処理材の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、ホウ素含有物質のホウ素溶出抑制方法、および、ホウ素溶出抑制処理材の製造方法に関する。

工業の発展に伴い、各種の産業において生成される産業副産物が増加している。
最近では、地球環境保全という観点から、産業副産物が有効利用されている。例えば、製鉄所から発生する高炉スラグ、製鋼スラグ（転炉スラグ、電気炉スラグ）などの鉄鋼スラグ；火力発電所から発生する石炭灰、廃棄物や下水汚泥の焼却灰などを高温で溶融させて得られる溶融スラグ；等の産業副産物は、冷却され固化されて、適正な粒度調整が施された後、路盤材、地盤材などの土木建築資材として再利用されている。

ところで、周辺の環境に悪影響を及ぼす成分として、代表的には、カドミウム、水銀、クロム、鉛などの重金属類が例示できる。これら重金属類以外にも、フッ素、セレン、ヒ素、ホウ素なども、環境に悪影響を与える成分として、環境への排出（溶出）が厳しく規制されている。例えば、ホウ素の場合、土壌を構成する土木建築資材からの溶出量（環境庁告示第４６号に規定される溶出試験による溶出量）を１ｍｇ／Ｌ以下とするように規制されている。

環境に悪影響を及ぼす成分の溶出抑制方法は、各種提案されている。
例えば、特許文献１には、火力発電所等から排出される石炭灰について、「石炭灰を所定期間加湿養生する」技術が開示されている（［請求項１］）。これにより、「石炭灰をそのまま埋め立て処分する場合に比べて、埋め立て地からのホウ素の溶出を大幅に抑制することができる」とされている（［００１２］）。

特開２００７−９０１５５号公報

特許文献１に記載された技術は、ホウ素含有物質を所定期間加湿養生することを要しており、ホウ素の溶出量が多いホウ素含有物質については、長期間の加湿養生が必要となることから、煩雑であり、生産性も劣る。

本発明は、以上の点を鑑みてなされたものであり、簡便な手法により、ホウ素含有物質のホウ素溶出を抑制することを目的とする。

本発明者らは、鋭意検討した結果、ホウ素含有物質にＳｉＯ_２含有物質を特定量で添加することにより、ホウ素溶出量を低減できることを見出し、本発明を完成させた。

すなわち、本発明は、以下の［１］〜［４］を提供する。
［１］ホウ素溶出量が１８ｍｇ／Ｌ以下であるホウ素含有物質からホウ素が溶出することを抑制する、ホウ素含有物質のホウ素溶出抑制方法であって、上記ホウ素含有物質が液相を有する温度状態にあるときに、上記ホウ素含有物質に対して、ＳｉＯ_２含有物質を添加し、上記ホウ素含有物質のホウ素溶出量（単位：ｍｇ／Ｌ）をＡ、上記ホウ素含有物質１００質量部に対する上記ＳｉＯ_２含有物質に含まれるＳｉＯ_２の添加量（単位：質量部）をＺとしたときに、下記式（１）を満たす、ホウ素含有物質のホウ素溶出抑制方法。
Ｚ≧２．９Ａ−２．９ ・・・（１）
［２］上記ＳｉＯ_２含有物質は、ＳｉＯ_２含有量が７０質量％以上であって、かつ、ホウ素を含まない物質である、上記［１］に記載のホウ素含有物質のホウ素溶出抑制方法。
［３］ホウ素含有物質を、上記［１］または［２］に記載の方法によって処理することにより、ホウ素溶出が抑制されたホウ素溶出抑制処理材を得る、ホウ素溶出抑制処理材の製造方法。
［４］上記ホウ素溶出抑制処理材が土木建築資材である、上記［３］に記載のホウ素溶出抑制処理材の製造方法。

本発明によれば、簡便な手法により、ホウ素含有物質のホウ素溶出を抑制できる。

ホウ素溶出抑制の試験結果をプロットしたグラフである。

［ホウ素含有物質のホウ素溶出抑制方法］
本発明のホウ素含有物質のホウ素溶出抑制方法（以下、単に「本発明の抑制方法」ともいう）は、概略的には、溶出成分としてホウ素を含有するホウ素含有物質からホウ素が溶出することを抑制する、ホウ素含有物質のホウ素溶出抑制方法である。

より詳細には、本発明の抑制方法は、ホウ素溶出量（以下、「ホウ素溶出量Ａ」ともいう）が１８ｍｇ／Ｌ以下であるホウ素含有物質に適用される。ホウ素溶出量Ａは、適宜代表サンプルを採取し、これを環境庁告示第４６号に規定される溶出試験に供することにより求める。
本発明の抑制方法においては、ホウ素含有物質が液相を有する温度状態にあるときに、ホウ素含有物質に対して、ＳｉＯ_２含有物質を添加する。
そして、ホウ素含有物質のホウ素溶出量（単位：ｍｇ／Ｌ）をＡ、ホウ素含有物質１００質量部に対するＳｉＯ_２含有物質に含まれるＳｉＯ_２の添加量（単位：質量部）をＺとしたときに、下記式（１）を満たすようにする。
Ｚ≧２．９Ａ−２．９ ・・・（１）

後出の［実施例］において実証されるように、上記式（１）を満たすことにより、ホウ素含有物質のホウ素溶出量は低減する。こうして、ＳｉＯ_２含有物質を添加するだけの簡便な手法により、ホウ素含有物質のホウ素溶出を抑制でき、環境基準を満たすようにすることができる。
本発明者らが鋭意調査した結果、ホウ素は主にホウ素含有物質中のガラス相領域に濃化していることが明らかとなった。また、ＳｉＯ_２含有物質の添加により、正四面体構造を有する強固な珪酸イオンのネットワーク構造が相対的に増加して、ホウ素溶出量が抑制されることが分かった。

本発明の抑制方法が対象とするホウ素含有物質としては、ホウ素溶出量が１８ｍｇ／Ｌ以下であれば、特に限定されない。ホウ素含有物質のホウ素溶出量は、環境庁告示第４６号に規定される溶出試験により測定する。

ホウ素溶出量Ａが１８ｍｇ／Ｌを超えるホウ素含有物質を用いる場合、ＳｉＯ_２含有物質の添加量が多くなりすぎる。この場合、液相を有するホウ素含有物質にＳｉＯ_２含有物質を添加した際に、ホウ素含有物質中のホウ素とＳｉＯ_２含有物質中のＳｉＯ_２とが十分に反応する前に、ホウ素含有物質が冷却されてしまうと考えられる。その結果、ホウ素含有物質からホウ素が溶出しにくい形態になることが妨げられやすいと推定される。また、ＳｉＯ_２含有物質の添加量が多くなりすぎることにより、最終的に生成される後述するホウ素溶出抑制処理材の量が多くなる。

ホウ素溶出量Ａは、下限は特に限定する必要はないが、例えば現状の土壌の環境規制値が１．０ｍｇ／Ｌ以下であることから、例えば、１．０ｍｇ／Ｌ超である。

ホウ素含有物質としては、例えば、鉄鋼プロセスや合金鉄の製造プロセスにおいて発生するスラグが好適に挙げられる。
このようなスラグであるホウ素含有物質について、各成分の含有量は特に限定されないが、例えば、ＳｉＯ_２：２２．０〜４０．０質量％、Ａｌ_２Ｏ_３：２．０〜２０．０質量％、ＣａＯ：２５．０〜４５．０質量％、ＭｇＯ：２．０〜１８．０質量％、Ｆｅ：３．０質量％以下、ＭｎＯ：１．０〜１８．０質量％が好ましい。

このようなスラグは、製銑プロセス、製鋼工程の各種精錬プロセス、および、各種の合金鉄の製錬プロセス毎に、概ね一定した組成である。
各プロセスの操業温度において溶融状態で排出され、その後、冷却されて凝固したスラグが、破砕、分級等の工程を経て、スラグ製品となる。
各スラグ製品は、その用途に応じて満たすべき環境基準が定められている場合がある。その場合、各スラグ製品は、必要に応じて採取した代表サンプルを用いて各種の溶出試験が行なわれ、各成分の溶出量が管理される。
上述したように、各プロセスから発生したスラグの組成は、概ね一定している。このため、各プロセスから発生したスラグから製造したスラグ製品またはその原料における各成分の溶出量も、概ね一定した値となる。したがって、１月毎などの所定の頻度で採取したサンプルにより上記管理が行なわれることが一般的である。

本発明の抑制方法においては、上述したホウ素含有物質を加熱して溶かし、液相を有する温度状態（例えば、１２００℃以上）にする。次いで、液相を有する温度状態にあるホウ素含有物質に、ＳｉＯ_２含有物質を添加して溶解させて混合物を得る。得られた混合物を冷却する。冷却後の混合物について、適宜２ｍｍ以下に粉砕等を行なった後、環境庁告示第４６号に規定される溶出試験により、ホウ素溶出量を測定する。

ＳｉＯ_２含有物質としては、特に限定されず、例えば、硅砂；硅石；金属シリコンやフェロシリコンを精錬する際の排ガス中に含まれる副産物であるシリカフューム；等が挙げられる。
ＳｉＯ_２含有物質は、ＳｉＯ_２含有量が７０質量％以上であって、かつ、ホウ素を含まない物質であることが好ましい。ＳｉＯ_２含有物質がホウ素を含まないとは、ＳｉＯ_２含有物質を元素分析した際に、ホウ素の含有量が０．３質量％以下であることを意味する。

なお、上述したように、本発明の抑制方法においては、ＳｉＯ_２含有物質の添加により、正四面体構造を有する強固な珪酸イオンのネットワーク構造が相対的に増加することにより、ホウ素含有物質中のホウ素の溶出が抑制される。
このため、ホウ素含有物質１００質量部に対するＳｉＯ_２含有物質に含まれるＳｉＯ_２の添加量（以下、「ＳｉＯ_２添加量Ｚ」ともいう）については、原理的に、上限はない。
もっとも、ＳｉＯ_２含有物質を大量に添加することは、ホウ素含有物質として管理されている本発明の抑制方法の対象物質の嵩を増加させることになる。このため、ＳｉＯ_２添加量Ｚは、例えば、１７０質量部以下が好ましい。

［ホウ素溶出抑制処理材およびその製造方法］
ホウ素含有物質を、上述した本発明の抑制方法によって処理する（すなわち、上記式（１）を満たすように、ホウ素含有物質にＳｉＯ_２含有物質を添加する）ことにより、ホウ素溶出が抑制されたホウ素溶出抑制処理材が得られる。
得られたホウ素溶出抑制処理材は、例えば、必要に応じて粒度調整が施された後、路盤材、地盤材などの土木建築資材として好適に用いられる。

以下に、実施例を挙げて本発明を具体的に説明する。ただし、本発明は以下の実施例に限定されない。

鉄鋼プロセスにおいて発生する４種のスラグ（いずれも電気炉スラグ）を、それぞれ、ホウ素含有物質α、β、γおよびδとして用いた。各ホウ素含有物質の成分組成を下記表１に示す。ただし、各ホウ素含有物質は、下記表１に示す成分以外の成分も含有する。このため、各ホウ素含有物質において、下記表１に示す成分組成の含有量の合計は、１００質量％ではない。
また、下記表１には、各ホウ素含有物質のホウ素溶出量Ａを記載した。ホウ素溶出量Ａは、それぞれのスラグ（ホウ素含有物質）を２ｍｍ以下に粉砕した後、環境庁告示第４６号に規定される溶出試験により測定した。

ＳｉＯ_２含有物質としては、珪砂およびシリカフュームのいずれかを用いた。用いたＳｉＯ_２含有物質の成分組成および粒径を下記表２に示す。

次いで、各ホウ素含有物質を、るつぼ内に収容し、小型溶解炉を用いて溶かして液相を有する温度状態にした後、ＳｉＯ_２含有物質を添加し、大気中で冷却した。各ホウ素含有物質１００質量部に対するＳｉＯ_２含有物質に含まれるＳｉＯ_２の添加量（ＳｉＯ_２添加量Ｚ）（単位：質量部）を下記表３に示す。
冷却後の各試料について、粉砕した後、環境庁告示第４６号に規定される溶出試験により、ホウ素溶出量を測定した。結果を下記表３に示す。ホウ素溶出量が１．０ｍｇ／Ｌ以下であれば、ホウ素の溶出を抑制できたと評価し、下記表３の「ホウ素溶出抑制」の欄に「○」を記載した。一方、ホウ素溶出量が１．０ｍｇ／Ｌ超であった場合には、下記表３の「ホウ素溶出抑制」の欄には「×」を記載した。

上記表１〜３に示す結果に基づき、ホウ素溶出抑制の試験結果（「○」または「×」）を図１にプロットした。
図１は、ホウ素溶出抑制の試験結果をプロットしたグラフである。図１のグラフにおいて、横軸がホウ素含有物質のホウ素溶出量Ａを示し、縦軸がＳｉＯ_２添加量Ｚを示す。図１のグラフ中、「○」と「×」との境界を通る線分は、Ｚ＝２．９Ａ−２．９の式で表される。

上記表１〜３および図１のグラフから、下記式（１）を満たす場合には、ホウ素溶出量が１．０ｍｇ／Ｌ以下となり、ホウ素の溶出を抑制できたことが分かった。
これに対して、下記式（１）を満たさない場合、ホウ素溶出量は１．０ｍｇ／Ｌ超となり、ホウ素溶出の抑制が不十分であった。
Ｚ≧２．９Ａ−２．９ ・・・（１）
こうして、簡便な手法により、ホウ素含有物質のホウ素溶出を抑制できた。

Claims (4)

1. ホウ素溶出量が１８ｍｇ／Ｌ以下であるホウ素含有物質からホウ素が溶出することを抑制する、ホウ素含有物質のホウ素溶出抑制方法であって、
   前記ホウ素含有物質が１２００℃以上の温度であるときに、前記ホウ素含有物質に対して、ＳｉＯ_２含有物質を添加し、
   前記ホウ素含有物質のホウ素溶出量（単位：ｍｇ／Ｌ）をＡ、前記ホウ素含有物質１００質量部に対する前記ＳｉＯ_２含有物質に含まれるＳｉＯ_２の添加量（単位：質量部）をＺとしたときに、下記式（１）を満たす、ホウ素含有物質のホウ素溶出抑制方法。
   Ｚ≧２．９Ａ−２．９ ・・・（１）
2. 前記ＳｉＯ_２含有物質は、ＳｉＯ_２含有量が７０質量％以上であって、かつ、ホウ素を含まない物質である、請求項１に記載のホウ素含有物質のホウ素溶出抑制方法。
3. ホウ素含有物質を、請求項１または２に記載の方法によって処理することにより、ホウ素溶出が抑制されたホウ素溶出抑制処理材を得る、ホウ素溶出抑制処理材の製造方法。
4. 前記ホウ素溶出抑制処理材が土木建築資材である、請求項３に記載のホウ素溶出抑制処理材の製造方法。

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