説明

水浄化材及び水浄化方法

【課題】 資源の有効利用を図りつつ、重金属類含有水から重金属類を効率良く除去し得る水浄化材を提供することにある。
【解決手段】 フェロニッケルスラグ及びセメントが含有されてなることを特徴とする水浄化材を提供する。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、水浄化材及び水浄化方法に関し、詳しくは、重金属類含有水から重金属類を除去する水浄化材及び水浄化方法に関する。
【背景技術】
【0002】
工場での製品の生産工程、汚染土壌の浄化工程、及び廃棄物焼却施設の解体工程等で排出される排水には、重金属類(ヒ素、鉛、六価クロム、カドミウム、水銀等)が含有されていることがある。斯かる排水を河川や海等に放流する際には、河川や海等の環境保全の観点から、重金属類の濃度が一定基準値以下となるように該排水中の重金属類を除去する必要がある。また、重金属類で汚染された土壌に含まれる土壌水は、周囲の環境に移動し、それに伴い土壌水に含まれる重金属類も周囲の環境に移動されるという問題等があることから、土壌水からも重金属類を除去する必要がある。
【0003】
斯かる観点から、排水をキレート剤やゼオライトに接触させる方法(例えば、特許文献1)や、高炉スラグ及びポルトランドセメントが含有される重金属溶出抑制剤を土壌に混合する方法(例えば、特許文献2)が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開2003−53343号公報
【特許文献2】特開2005−162862号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかしながら、キレート剤やゼオライトは、比較的高価な材料であるため、キレート剤やゼオライト以外の水浄化材が強く望まれている。
【0006】
これに対し、本発明者らは、高炉スラグ及びポルトランドセメントを含有する重金属溶出抑制剤を用いて、土壌水としての重金属類含有水から重金属類を除去することを試みた。しかしながら、このような重金属溶出抑制剤では、重金属類が十分には除去されなかった。
【0007】
ところで、フェロニッケルを製造する際には、副産物としてフェロニッケルスラグ(FNS)が生成される。フェロニッケルスラグ(FNS)は、年間約2500千トン(1999年度)(2002 日本鉱業協会データを参照。)も生成されている。
【0008】
近年、フェロニッケルスラグ(FNS)に関しては、コンクリート用細骨材としての用途の研究開発が活発に行われ、JIS(JIS A 5011−2)に規定される程まで実用化に至っている。現状では、生成されるフェロニッケルスラグ(FNS)のうち、約50%が路盤材用、約30%が造滓材用の細骨材として用いられている。
【0009】
しかるに、残りの約20%のフェロニッケルスラグ(FNS)は、資源としての有効利用が十分にされておらず、そのほとんどが廃棄処分されていることから、フェロニッケルスラグ(FNS)のさらなる用途が望まれ得る。
【0010】
本発明は、上記問題点及び要望点に鑑み、資源の有効利用を図りつつ、重金属類含有水から重金属類を効率良く除去し得る水浄化材及び水浄化方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【0011】
本発明者らが鋭意研究したところ、フェロニッケルスラグ及びセメントが含有されてなる水浄化材に重金属類含有水を接触させることにより、該重金属類含有水から重金属類を効率良く除去し得ることを見出し、本発明の完成を想到するに至った。
【0012】
即ち、本発明は、フェロニッケルスラグ及びセメントが含有されてなることを特徴とする水浄化材にある。
【0013】
また、本発明は、フェロニッケルスラグ及びセメントが含有されてなる水浄化材に重金属類含有水を接触させることを特徴とする水浄化方法にある。
【発明の効果】
【0014】
本発明によれば、資源の有効利用を図りつつ、重金属類含有水から重金属類を効率良く除去し得る。
【発明を実施するための形態】
【0015】
以下、本発明の一実施形態について説明する。
【0016】
先ず、本実施形態に係る水浄化材について説明する。
本実施形態に係る水浄化材は、フェロニッケルスラグ(FNS)及びセメントを含有してなる。具体的には、本実施形態に係る水浄化材は、フェロニッケルスラグ(FNS)及びセメントが混合されたものを含有してなる。
本実施形態に係る水浄化材が重金属類含有水から重金属類を除去するメカニズムは、フェロニッケルスラグ(FNS)中のシリカ(SiO2 )やマグネシア等の成分が、セメントの何らかの刺激により重金属類を吸着する成分となり、重金属類含有水から重金属類を除去するものと考えられる。但し、斯かる刺激が、単にアルカリによる刺激であると考えると、消石灰、水ガラス等でも同様な結果が得られ得るが、そのような結果となっておらず、詳しいメカニズムは不明である。
【0017】
該フェロニッケルスラグ(FNS)は、シリカ(SiO2 )及びマグネシア(MgO)を主成分として含有してなる。
また、該フェロニッケルスラグ(FNS)は、砂状であり、一般的には粒径が5mm以下のものである。
【0018】
該フェロニッケルスラグ(FNS)の粉末度は、好ましくは6,000〜12,000cm2 /g、より好ましくは、8,000〜10,000cm2 /gである。本実施形態に係る水浄化材は、該フェロニッケルスラグ(FNS)の粉末度が6,000cm2 /g以上であることにより、重金属類をより一層効率良く除去することができるという利点がある。
尚、粉末度は、「セメントの物理試験方法(JIS R 5201)」の粉末度試験(比表面積試験)に従って測定する。
【0019】
前記フェロニッケルスラグ(FNS)としては、フェロニッケルの製造工程で発生する溶融スラグが礫状となり破砕され篩分けられた徐冷スラグ(温度管理しながら時間をかけて冷却されたもの。結晶が成長することから結晶質・岩石状の形態をとる。)、溶融スラグが水を用いて冷却され破砕され篩分けられた水砕スラグ、溶融スラグが空気を用いて冷却され破砕され篩分けられた風砕スラグ(溶融した状態のスラグに強制的に風を当てて冷やしたもの。徐冷スラグよりも細かいものとなる。)が挙げられる。
該フェロニッケルスラグ(FNS)は、好ましくは、水砕スラグ及び/又は風砕スラグである。水砕スラグや風砕スラグが徐冷スラグに比して粒径が小さいため、該フェロニッケルスラグ(FNS)は、水砕スラグ及び/又は風砕スラグであることにより、重金属類をより一層効率良く除去することができるという利点がある。
【0020】
前記セメントは、特に限定されるものではないが、該セメントとしては、普通、早強、超早強、白色、耐硫酸塩、中庸熱、低熱などの各種ポルトランドセメントや、ジェットセメント、アルミナセメントなどの特殊セメントを挙げることができる。
【0021】
本実施形態に係る水浄化材は、前記セメント100質量部に対して前記フェロニッケルスラグ(FNS)を、好ましくは150〜1900質量部、より好ましくは233〜900質量部、更に好ましくは400〜567質量部備えてなる。
本実施形態に係る水浄化材は、前記セメント100質量部に対して前記フェロニッケルスラグ(FNS)が150質量部以上であることにより、重金属類がより一層効率よく除去されるという利点がある。斯かるメカニズムは、斯かる構成により、セメントの何らかの刺激により重金属類を吸着する成分としてのシリカ(SiO2 )やマグネシア等の成分が多く含まれるからであると考えられる。また、本実施形態に係る水浄化材は、前記セメント100質量部に対して前記フェロニッケルスラグ(FNS)が1900質量部以下であることにより、重金属類がより一層効率よく除去されるという利点がある。斯かるメカニズムは、斯かる構成により、重金属類を吸着する成分を刺激するセメントが多く含まれるからであると考えられる。
【0022】
本実施形態の水浄化材は、上記の如く構成されてなるが、次ぎに、本実施形態の水浄化方法について説明する。
【0023】
本実施形態に係る水浄化方法は、前記水浄化材に、重金属類(例えば、水質汚濁防止法、大気汚染防止法、及び土壌汚染対策法で規制対象となっている重金属類等)(より具体的には、ヒ素、鉛、六価クロム、カドミウム、水銀等)が含有される水(重金属類含有水)を接触させる。
【0024】
また、前記重金属類含有水が土壌水である場合には、本実施形態に係る水浄化方法は、水浄化材を土壌に混合することにより、水浄化材に重金属類含有水を接触させる。あるいは、フェロニッケルスラグ、セメントを別々に土壌に加え、そしてこれらを混合することにより、結果として、水浄化材に重金属類含有水を接触させる。
【0025】
具体的には、本実施形態に係る水浄化方法は、流動状の水浄化材に重金属類含有水を接触させる。流動状の水浄化材としては、粉末状のものやスラリー状のものが挙げられる。
【0026】
尚、本実施形態の水浄化材及び水浄化方法は、上記構成により、上記利点を有するものであったが、本発明の水浄化材及び水浄化方法は、上記構成に限定されず、適宜設計変更可能である。
【実施例】
【0027】
次に、実施例および比較例を挙げて本発明についてさらに具体的に説明する。
【0028】
(実施例1)
フェロニッケルスラグ(FNS)((株)日向精錬所社製、商品名:グリーンサンド)の粒径1.2mm以下のものを、遊星ミル(FRITSCH製、商品名:puiuerrisette55743)を使用して粉末度が8000cm2 /gとなるように粉砕した。
該フェロニッケルスラグ(FNS)80質量部と、セメントとしての普通ポルトランドセメント(NC:住友大阪セメント(株)社製)20質量部とを混合し、実施例1の水浄化材を作製した。
【0029】
(実施例2)
未粉砕のフェロニッケルスラグ(FNS)((株)日向精錬所社製、商品名:グリーンサンド)の粒径1.2mm以下のものを用いたこと以外は、実施例1の水浄化材と同様にして、実施例2の水浄化材を作製した。
【0030】
(比較例1)
セメントが含有されてないこと以外は、実施例1の水浄化材と同様にして、比較例1の水浄化材を作製した。
【0031】
(比較例2)
フェロニッケルスラグ(FNS)の代わりに、高炉スラグ((株)住金和歌山社製)を用いたこと以外は、比較例1の水浄化材と同様にして、比較例2の水浄化材を作製した。
【0032】
(比較例3)
フェロニッケルスラグ(FNS)の代わりに、高炉スラグ((株)住金和歌山社製)を用いたこと以外は、実施例2の水浄化材と同様にして、比較例3の水浄化材を作製した。
【0033】
(比較例4)
セメントの代わりに、アルカリ刺激材としての水ガラス(珪酸ソーダ3号、東曹産業(株)社製)を用いたこと以外は、実施例1の水浄化材と同様にして、比較例4の水浄化材を作製した。
【0034】
(比較例5)
セメントの代わりに、アルカリ刺激材としての消石灰(上田石灰工業社製)を用いたこと以外は、実施例1の水浄化材と同様にして、比較例5の水浄化材を作製した。
【0035】
実施例1の水浄化材1gに対して、ヒ素5mg/L(初期濃度)の標準溶液100mLの割合で実施例1の水浄化材と該標準溶液とを容器に入れ4時間攪拌混合し、該混合溶液を濾紙(商品名:セルロースアセテートタイプ メンブレンフィルター(0.45ミクロン)、東洋濾紙(株)社製)で濾過して濾液を得、該濾液のヒ素濃度をICP分析装置(商品名:VARIAN ICP発光分光分析装置 730−ES、バリアンテクノロジーズジャパンリミテッド社製)により測定した。そして、下記算出式により、ヒ素の吸着除去率を算出した。
吸着除去率(%) = (初期濃度(mg/L) − 濾液中濃度(mg/L)) ÷ 初期濃度(mg/L) × 100
また、濾液のpHをpHメーター(堀場製作所社製)により測定した。
また、実施例2、比較例1〜5の水浄化材においても同様に試験を行った。
実施例1、2、比較例1〜5の水浄化材の使用材料及び配合量を表1に示す。また、結果を表2に示す。
【0036】
【表1】

【0037】
【表2】

【0038】
表2に示すように、本発明の範囲内である実施例1、2の水洗浄材では、セメントが含有されていない比較例1、フェロニッケルスラグの代わりに高炉スラグが含有されてなる比較例2、3、セメントの代わりに水ガラスや消石灰が含有されてなる比較例4、5に比して、ヒ素の吸着除去率が高い値が示された。
また、フェロニッケルスラグの粉末度が8,000cm2/gである実施例1の水洗浄材では、未粉砕のフェロニッケルスラグを含有する実施例2の水洗浄材に比して、ヒ素の吸着除去率が高い値が示された。

【特許請求の範囲】
【請求項1】
フェロニッケルスラグ及びセメントが含有されてなることを特徴とする水浄化材。
【請求項2】
フェロニッケルスラグ及びセメントが含有されてなる水浄化材に重金属類含有水を接触させることを特徴とする水浄化方法。

【公開番号】特開2011−245436(P2011−245436A)
【公開日】平成23年12月8日(2011.12.8)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2010−122310(P2010−122310)
【出願日】平成22年5月28日(2010.5.28)
【出願人】(000183266)住友大阪セメント株式会社 (1,342)
【Fターム(参考)】