水硬性アルミナ、それを用いた含水土用中性固化材、水硬性アルミナの製造方法、重金属溶出防止方法、及び高含水土の脱水固化処理方法
【課題】 硬化体が中性を示し、十分な強度を有するように、含水土を固化することができる手段を提供する。
【解決手段】
非晶質の水酸化アルミニウム含水物５０℃〜４００℃で恒量となるまで加熱し、水硬性アルミナを生成する。この水硬性アルミナは、波長１．５４０５Åにおける粉末Ｘ線回折スペクトルが、２θ＝２２°±５°にブロードなピークの頂点を有し、ブロードなピークのベースラインを基準とした半値幅が６〜２０°である。この水硬性アルミナを６５〜９８質量％、炭酸リチウムを２〜２０質量％及び酸化マグネシウムを０〜１５質量％含有させて含水土用中性固化材を作製する。この固化材により、硬化体が中性を示し、十分な強度を有するようにすることができ、汚染土から重金属の溶出防止が可能となる。
【解決手段】
非晶質の水酸化アルミニウム含水物５０℃〜４００℃で恒量となるまで加熱し、水硬性アルミナを生成する。この水硬性アルミナは、波長１．５４０５Åにおける粉末Ｘ線回折スペクトルが、２θ＝２２°±５°にブロードなピークの頂点を有し、ブロードなピークのベースラインを基準とした半値幅が６〜２０°である。この水硬性アルミナを６５〜９８質量％、炭酸リチウムを２〜２０質量％及び酸化マグネシウムを０〜１５質量％含有させて含水土用中性固化材を作製する。この固化材により、硬化体が中性を示し、十分な強度を有するようにすることができ、汚染土から重金属の溶出防止が可能となる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、浚渫底泥や建設汚泥等の含水土を固化するために適した含水土用中性固化材、その含水土用中性固化材を構成する水硬性アルミナ、その水硬性アルミナの製造方法、含水土用中性固化材を用いた重金属溶出防止方法及び高含水土の脱水固化処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
軟弱土の土質改良には、固化材を使用する固化処理が施される。また、土木工事等に伴って発生する建設汚泥等を搬出する際、流動性が高くそのままでの搬送が困難な場合があるので、固化材を使用して建設汚泥等を固化処理した後、搬出するという方法が採用される。何れの目的においても、固化材には、固化後の土が目的に合った十分な強度を有していること、適度の固化速度を有していること、固化材が化学的に安定であり有害物質が溶出しないこと等の特性が要求される。
【０００３】
これら複数の特性が要求される固化材に関し、既に多くの技術が開示されている。このうちセメントを主成分とするセメント系固化材では高強度は得られるものの、セメント自体のアルカリにより固化処理土のｐＨ値が高くなり、これが問題となる場合がある。また、鉛汚染土等の処理においては、両性金属である鉛が高アルカリ側で可溶化することから、セメント系固化材での処理が困難である等の問題がある。
【０００４】
これらの問題を解決するために、セメント、石膏双方を成分とした固化材或いは石膏系及びマグネシア系固化材等が提案されている。
【０００５】
例えば、特許文献１及び特許文献２には、半水石膏、セメント、石灰及び高炉スラグ等の混合材より成る固化材が開示され、特許文献３には、石膏、ポルトランドセメント及び硫酸アルミニウムより成る固化材が開示されている。また、特許文献４には、無水又は半水石膏、セメント及び硫酸基を有する無機塩よりなる固化材が開示されている。
【０００６】
これらのセメントと石膏を併用した中性固化材は、ｐＨ値としては中性領域の指標として排水基準に規定される５．８〜８．６の範囲となるものが多いものの、改良後、土が十分な強度を示さないなどの問題がある。
【０００７】
一方、特許文献５〜７では、酸化マグネシウムとｐＨ調整剤として酸性材料を組合せたマグネシア系固化材が開示されている。マグネシア系固化材は、前述の半水石膏系の中性固化材に比較して高い強度が得られるのに加え、セメント系固化材では処理が困難な鉛、六価クロム、セレン、砒素等の不溶化効果が大きい等の利点がある。しかし、セメント系固化材に比較して未だ十分な強度は得られず、また、硬化の主体となるマグネシアの特性上、改良土がｐＨ１０程度の低アルカリを示す場合が多く、中性とはなり難い等の問題がある。このｐＨ調整を行うため、酸性材料を添加することも開示されているが、この場合、固化強度の低下を伴う問題がある。
【０００８】
一方、高含水の浚渫底泥や建設汚泥を機械脱水により減容化させ、その脱水ケーキにセメント系固化材や石灰系固化材を添加するか、或いは、予めセメント系固化材や石灰系固化材を添加したものに脱水処理を加えて、強度を確保する方法が採られる。
【０００９】
前者の方法では、脱水処理後の脱水ケーキがある程度の強度を有しているため、脱水ケーキと固化材との混合が困難であり、均一な改良土が得られない欠点を有する。一方、後者の方法では、固化強度の向上が図られるだけではなく、固化材の混合が容易であることから、均一な改良土を得ることが可能である。しかし、セメントや石灰分が濾布に侵入し硬化することにより目詰まりが生じ、処理の繰返しによる脱水速度の低下が避けられない。また、添加固化材に含まれるアルカリ成分の作用により、浚渫底泥や建設汚泥に含まれる有機物が濾水に溶出しＣＯＤが増加することから、その処理に費用がかさむ欠点を有する。
【００１０】
【特許文献１】特開平８−３０２３４６号公報
【特許文献２】特開平８−３１１４４６号公報
【特許文献３】特開平６−２２０４５１号公報
【特許文献４】特開平７−１７９８５４号公報
【特許文献５】特開２００２−２０６０９０号公報
【特許文献６】特開２００２−１６７５８２号公報
【特許文献７】特開２００２−２４９７７４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は、硬化体が中性を示し、十分な強度を有するように、含水土を固化することができる含水土用中性固化材、その含水土用中性固化材を構成する水硬性アルミナ、その水硬性アルミナの製造方法、含水土用中性固化材を用いた重金属溶出防止方法及び高含水土の脱水固化処理方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明に係る水硬性アルミナは、波長１．５４０５Åにおける粉末Ｘ線回折スペクトルが、２θ＝２２°±５°にブロードなピークの頂点を有し、該ブロードなピークのベースラインを基準とした半値幅が６°〜２０°であることを特徴とする。
【００１３】
あるいは本発明に係る水硬性アルミナは、アルミニウムの陽極酸化処理工程の中和・凝集により副生した非晶質の水酸化アルミニウム化合物を、５０℃〜４００℃で恒量となるまで加熱して製造されたことを特徴とする。
【００１４】
これらの構成の水硬性アルミナを固化材の構成成分として用いると、その固化材により硬化された硬化体は中性を示し、かつ極めて高い強度を有するようになる。
【００１５】
本発明に係る含水土用中性固化材は、上記の水硬性アルミナを６５質量％〜９８質量％、炭酸リチウムを２質量％〜２０質量％、及び酸化マグネシウムを０質量％〜１５質量％含むことを特徴とする。
【００１６】
この含水土用中性固化材によれば、含水土の存在下で炭酸リチウム及び酸化マグネシウムが優れた固化助剤（固化強度増進材）として作用し、中性領域において、半水石膏系中性固化材に比較して高い強度が得られる。ここで、炭酸リチウムの添加量が２質量％より小さいと、十分な固化強度が得られない傾向にあり、一方、炭酸リチウムを２０質量％より大きくしてもそれ以上の添加効果が発現せず、むしろ改良土のｐＨが上昇するうえ、経済的にも好ましくない。また、酸化マグネシウムは任意成分であるが、これを添加することにより、高価な炭酸リチウムの使用量を削減することが可能なため、１５質量％以下の範囲で使用が望ましい。１５質量％以上添加した場合、改良土のpHが上昇することから好ましくない。
【００１７】
また、本発明に係る水硬性アルミナの製造方法は、アルミニウムの陽極酸化処理工程の中和・凝集により副生した非晶質の水酸化アルミニウム化合物を、５０℃〜４００℃で恒量となるまで加熱し、水硬性アルミナを製造することを特徴とする。なお、この方法によって得られる生成物は、厳密にはアルミナではないが、本発明では水硬性アルミナと称する。
【００１８】
この製造方法により、非晶質の水硬性アルミナが得られ、この水硬性アルミナを固化材の構成成分として用いれば、含水土を、中性で十分な強度を有する硬化体に固化することができる。ここで、加熱温度が５０℃よりも低いと、水酸化アルミニウムの反応性が十分でなく、固化材とした場合、十分な固化強度を得ることができない。また、恒量（乾燥する）となるまでに長時間がかかり、製造コストの増加を招くことになる。一方、４００℃よりも高い温度で長時間加熱すると、同様に水酸化アルミニウムの反応性が低下し、固化強度が低下する。
【００１９】
また、本発明に係る重金属溶出防止方法は、重金属を含有する汚染土１ｍ３当たり、上記の含水土用中性固化材を５０ｋｇ〜３５０ｋｇ混合することにより、汚染土からの重金属の溶出を防止することを特徴とする。
【００２０】
この方法により、既存のセメント系固化材では不溶化処理が困難な六価クロム、鉛、砒素、セレン等の重金属によって汚染された汚染土であっても、重金属を固定化し、汚染土から重金属の溶出を十分防止することができる。
【００２１】
また、本発明に係る高含水土の脱水固化処理方法は、含水比１００質量％以上の高含水土に対し、上記の含水土用中性固化材を、高含水土の固形成分１ｔ当たり５０ｋｇ〜２００ｋｇ混合した後、脱水機により脱水してケーキとすることを特徴とする。
【００２２】
これにより、高含水土であっても、ｐＨ値が中性領域でケーキ状に形成することができ、処理し易くすることができる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、含水土を中性状態で十分な強度を有するように固化することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、本発明に係る水硬性アルミナ、それを用いた含水土用中性固化材、水硬性アルミナの製造方法、重金属溶出防止方法、及び高含水土の脱水固化処理方法の好適な実施形態について説明する。
【００２５】
＜水硬性アルミナ＞
本発明に係る水硬性アルミナの好適な実施形態について説明する。水硬性アルミナは、波長１．５４０５Åにおける粉末Ｘ線回折スペクトルが、２θ＝２２°±５°、好ましくは２２°±２°、あるいは１７°≦２θ＜２０°とすることが好ましく、そのブロードなピークのベースラインを基準とした半値幅が６°〜２０°、好ましくは９°〜１２°である。このような特性を有すると、炭酸リチウムと好適に反応して水硬性が得られる。また、この構成の水硬性アルミナを固化材の構成成分として用いると、その固化材により硬化された硬化体は中性を示し、かつ極めて高い強度を有するようになる。
【００２６】
また、水硬性アルミナの反応性は粒度に影響されるため、レーザー回折式粒度分布計により測定される水硬性アルミナの平均粒径は１μｍ〜２０μｍのものが好ましく、２μｍ〜１５μｍものの使用は更に望ましい。平均粒径が２０μｍ以下の場合、十分な固化強度が得られ易く材料分離を生じにくい傾向がある。１μｍ以上であると、粉体流動性が好ましく輸送時のハンドリング性や固化助剤との混合性に問題が生じにくい。
【００２７】
固化助剤として使用する炭酸リチウムは、純度９０質量％以上のものが望ましい。９０質量％未満の製品も使用可能であるが、その場合、水硬性アルミナに対する割合を調整する必要がある。また、その粒度は平均粒径で２μｍ〜２０μｍのものが好ましく、２μｍ〜１５μｍのものが更に好ましい。２０μｍ以下では十分な促進効果が得られ、材料分離を生じにくい傾向があり、また、２μｍ以上では、上述の水硬性アルミナと同様に、粉体流動性が好ましく輸送時のハンドリング性や固化助剤との混合性に問題が生じにくい。なお、固化助剤として、炭酸リチウムの他に、塩化リチウム、硝酸リチウム等の無機塩等も使用可能である。ただし、入手の容易さで炭酸リチウムの使用が最も好ましい。
【００２８】
また、固化助剤としての任意成分として用いられる酸化マグネシウムは、か焼温度により軽焼マグネシアと硬焼マグネシアの２種に大別できるが、本発明においては、軽焼マグネシアを使用するのが好ましい。硬焼マグネシアは水和活性に乏しいことから、非晶質な水硬性アルミナの固化助剤として使用した場合に目標強度への到達に時間がかかるためである。この軽焼マグネシアは、粒度の細かいものが好ましく、そのＢＥＴ比表面積は２５ｍ２／ｇ程度である。なお、ハンドリング性を悪化させない範囲で更に粒度の細かい軽焼マグネシアを使用するとより好ましい結果が得られる。
【００２９】
固化材として混合されたこれらの材料、すなわち水硬性アルミナ、炭酸リチウム及び酸化マグネシウムは何れも粉末状であればよく、その調製に当たっては特別な機器、手段を必要とせず、ミキサー等公知の粉体混合用の機器を使った公知の粉体混合方法が適用できる。更に好ましくは、これらの粉体の混合と粉砕をボールミル等公知の粉砕機で同時に行うことで、より固化特性に優れた混合物を得ることが出来る。
【００３０】
＜含水土用中性固化材＞
本発明に係る含水土用中性固化材の好適な実施形態について説明する。含水土用中性固化材は、水硬性アルミナが６５質量％〜９８質量％、好ましくは８０質量％〜９５質量％、炭酸リチウムが２質量％〜２０質量％、好ましくは２．５質量％〜１０質量％、酸化マグネシウムが０質量％〜１５質量％、好ましくは５質量％〜１０質量％の割合で混合されている。炭酸リチウムの添加量が２質量％より小さいと硬化体に十分な固化強度が得られず、一方、炭酸リチウムが２０質量％を超えて添加しても、それ以上の添加効果が発現せず、改良土のｐＨが上昇するうえ、経済的にも好ましくない。
【００３１】
また、酸化マグネシウムは任意成分であるが、これを添加することにより、高価な炭酸リチウムの使用量を削減することが可能なため、１５質量％以下の範囲で使用が望ましい。１５質量％を超えて添加した場合、改良土のpHが上昇することから好ましくない。
【００３２】
＜水硬性アルミナの製造方法＞
次に、本発明に係る水硬性アルミナの製造方法の好適な実施形態について説明する。水硬性アルミナを製造するに当たっては、アルミニウム製造産業の副産物として生成する非晶質の水酸化アルミニウム含水物等（アルミニウムの陽極酸化処理工程の中和・凝集により副生する水酸化アルミニウム）を主成分とするスラッジを原料とする。このスラッジを５０℃〜４００℃、好ましくは１１０℃〜３５０℃で恒量になるまで加熱する。これにより、水硬性アルミナが得られる。加熱温度が５０℃よりも低いと、水酸化アルミニウムの反応性が十分でなく、固化材とした場合、十分な固化強度を得ることができない。また、恒量（乾燥する）となるまでに長時間がかかり、製造コストの増加を招くことになる。一方、４００℃よりも高い温度で長時間加熱すると、同様に水酸化アルミニウムの反応性が低下し、固化強度が低下する。なお、水硬性アルミナの製造装置としては、通常の各種の電気加熱式、熱風式乾燥機、或いはロータリーキルン等の加熱装置を好適に使用することができる。
【００３３】
このようにして得られた水硬性アルミナに、炭酸リチウムや酸化マグネシウム等の固化助剤（固化強度増進材）を含有させることにより、含水土用の中性固化材として使用することができる。
【００３４】
＜重金属溶出防止方法＞
次に、本発明に係る重金属溶出防止方法の好適な実施形態について説明する。重金属で汚染された汚染土から重金属の溶出を防止するためには、汚染土１ｍ３当たりに対し、上記の含水土用中性固化材を５０ｋｇ〜３５０ｋｇ、好ましくは５０ｋｇ〜１５０ｋｇの範囲で、目標強度、処理コスト等を考慮して混合する。これにより、既存のセメント系固化材では不溶化処理が困難な六価クロム、鉛、砒素、セレン等による汚染土を処理し、重金属の溶出を防止することができる。この場合、予め溶出試験等を行って適正な固化材添加量を選定するのが好ましい。更に、鉛等の重金属汚染土において溶出防止に最適なｐＨ値、例えばｐＨ１０程度に調整する場合は、酸化マグネシウムを多めに加えることで対応が可能である。この場合、酸化マグネシウムの所要量は通常１５質量％〜５０質量％である。
【００３５】
＜高含水土の脱水固化処理方法＞
次に、本発明に係る高含水土の脱水固化処理方法の好適な実施形態について説明する。含水比１００質量％以上、好ましくは３００質量％〜５００質量％の浚渫底泥や建設汚泥等の高含水土と上記の含水土用中性固化材とを、高含水土の固形成分１ｔ当たり含水土用中性固化材５０ｋｇ〜２００ｋｇの割合で混合する。さらに、脱水機により脱水してケーキにする。脱水処理に当たっては、脱水前の高含水土に含水土用中性固化材を添加・混合し、その後、フィルタープレス等の公知の脱水機で脱水処理する。これにより、濾布の目詰まりや有機物の溶出がなく、且つ、土木材料として再利用するに必要なコーン指数４００ｋＮ／ｍ２以上の強度を得ることができる。含水土用中性固化材の添加量は、５０ｋｇ／ｔ・固形成分〜２００ｋｇ／ｔ・固形成分の範囲で、ケーキ強度、処理コスト等を考慮して設定する。
【００３６】
含水土用中性固化材を使用して含水土の改良を行うに当たっては、含水土にさらに余分な水を加えないようにするため、含水土用中性固化材を粉末状態にして混合するのが望ましい。その際、一般に行なわれている改良プラントを用いて混合するプラント混合法やバックホウやスタビライザー等を用いる方法が効果的に適用できる。また、状況に応じて予めスラリー状態にした含水土用中性固化材を含水土に混合することも可能である。
【００３７】
この場合、含水土用中性固化材の添加は脱水直前に行うのが望ましく、含水土用中性固化材と併用して、脱水速度を向上させる目的で従来公知のＰＡＣ（ポリ塩化アルミニウム）と消石灰を組合せた凝集剤や、ポリアクリルアミド等の有機系の高分子凝集剤を併用添加しても良い。また、状況によっては炭酸リチウムがろ液側に流失し、十分な固化強度が得られない場合があるため、予め、炭酸リチウムを含ませていない水硬性アルミナからなる固化材を添加し、脱水した後、脱水ケーキに炭酸リチウムを添加し、混合する方法を採用することも出来る。
【実施例】
【００３８】
以下に実施例を示し本発明を具体的に詳細に説明するが、本発明は、下記実施例に限定されるものではない。
【００３９】
（１）水硬性アルミナの製造
アルミニウムの陽極酸化処理工程の中和・凝集により副生した非晶質の水酸化アルミニウム含水物をPasolina（株）製(TYO-300)乾燥機またはヤマト科学（株）製の電気炉を用いて、ＪＩＳ Ｒ ５２０２ 「ポルトランドセメントの化学分析方法」 ８．強熱減量の定量方法に則り、１５分間ずつ加熱を繰返し、恒量（５０〜４００℃における最後の１５分間の加熱前後の質量差が乾燥前の水酸化アルミニウム含有物の０．０５重量％以下）になるまで加熱した後、通常のボールミルを用いて粉砕することにより、粉体状の水硬性アルミナを得た。そして、得られた水硬性アルミナを、（株）堀場製作所製レーザー回折式粒度分布測定装置ＬＡ−５００Ａによって測定したところ、非晶質な水硬性アルミナの平均粒径は１５μｍであった。
【００４０】
ここで、図１に、原料に使用した副生水酸化アルミニウムの自然乾燥（天日乾燥）におけるＸ線回折測定結果を示し、図２、図３および図４に、その副生水酸化アルミニウムを加熱温度１１０℃、２００℃および４００℃として得られた非晶質な水硬性アルミナのＸ線回折測定結果を示す。また、表１に、副生水酸化アルミニウムの１１０℃乾燥後の化学分析結果、並びに強熱減量を示す。
【００４１】
【表１】
【００４２】
なお、Ｘ線回折測定には、Ｘ線回折装置として理学電気（株）製ＲＩＮＴ−２５００Ｖを用いた。Ｘ線回折装置における測定条件は次の通りとした。
【００４３】
管球：Cu、管電流：１３０ｍＡ、管電圧：５０ｋV、サンプリング幅：０．０２°、走査速度：４°／ｍｉｎ、波長：１．５４０５Å、測定回折角範囲（２θ）：５°〜７０°
【００４４】
図１に示すＸ線回折の結果、加熱前の副生水酸化アルミニウムには、少量のギブサイト（Ａｌ（ＯＨ）３）：Ｇｉ及びバイヤライト（Ａｌ２Ｏ３）：Ｂａのピークが確認されるものの、副生水酸化アルミニウムの大半は非晶質のアルミニウム化合物であることが確認された。図２に示すＸ線回折の結果では、副生水酸化アルミニウム含水物を１１０℃で加熱することによって得られた水硬性アルミナには、２θ＝約１３°〜３３°にブロードなピークが認められ、２θ＝２０°にその頂点を有している。さらに、このブロードなピークの左右のボトムにベースラインＢを引き（ブロードなピークの裾野を線で結び）、このベースラインＢからのブロードなピークの高さを基準にして半値幅を求めたところ、２θ＝１７°と２θ＝２６°で半値となり、半値幅は９°であった。図３に示すＸ線回折の結果でも、副生水酸化アルミニウム含水物を２００℃の温度で加熱することによって得られた水硬性アルミナには、２θ＝約１４°〜３８°にブロードなピークが認められ、２θ＝２２°にその頂点を有している。また、ベースラインＢからのブロードなピークの高さを基準にして半値幅を求めたところ、２θ＝１８°と２θ＝２９°で半値となり、半値幅は１１°であった。図４に示すＸ線回折の結果でも、副生水酸化アルミニウム含水物を４００℃の温度で加熱することによって得られた水硬性アルミナには、２θ＝約１３°〜４０°にブロードなピークが認められ、２θ＝２４°にその頂点を有している。また、ベースラインＢからのブロードなピークの高さを基準にして半値幅を求めたところ、２θ＝１９°と２θ＝３１°で半値となり、半値幅は１２°であった。
【００４５】
（２）固化材等の調製
非晶質の副生水酸化アルミニウム含水物を表２に示す温度で恒量になるまで加熱することにより水硬性アルミナを得た。そして、これらの水硬性アルミナを固化材とし、本荘ケミカル（株）製工業品の炭酸リチウム、及び中国産の軽焼マグネシアを固化助剤（固化強度増進材）として、固化材及び固化助剤を表２に示す割合で混合して調製した（実施例１〜１１）。また、比較用の中性固化材として、水硬性アルミナ単味（比較例１）、炭酸リチウムを過剰添加した固化材（比較例２）さらに軽焼マグネシア（酸化マグネシウム）単味（比較例７，９）および過剰添加した固化材（比較例３）、副生水酸化アルミニウム含水物を４０℃及び５００℃で調製した固化材（比較例４，５）、宇部三菱セメント（株）製セメント系固化材ユースタビラー１０をそれぞれ用意した（比較例６，８）。
【００４６】
【表２】
【００４７】
【表３】
【００４８】
（３）供試体の調製
（i）固化試験用供試体の調整：上記（２）において調製した固化材（固化助剤が混合されているものも含む）を、表３に示すように試料土（参照表３「試料土」欄）１ｍ３に対し１００ｋｇの割合で添加した後（参照表２「固化材の配合割合」欄）、ホバート型ミキサーで３分間混合して改良土壌を調製した。このとき、土質の異なる２種の粘性土Ａ（含水比３６．１％、ｐＨ７．６４），粘性土Ｂ（含水比１００．１％、ｐＨ７．４９）を対象とした。その後、地盤工学会基準ＪＧＳ０８１２−２０００「安定処理土の静的締固めによる供試体作製方法」或いはセメント協会標準試験方法ＪＣＡＳ Ｌ−０１−２００３「セメント系固化材による安定処理土の試験方法」に則り、改良土壌から、直径５ｃｍ×高さ１０ｃｍの成型体を得た。成型体は、温度２０℃、湿度９６％の恒温恒湿槽内で７日間養生して供試体を得た。
【００４９】
（ii）重金属溶出試験用供試体の調整：非晶質の副生水酸化アルミニウム含水物を表４に示す温度で恒量になるまで加熱することにより水硬性アルミナを得た。そして、これらの水硬性アルミナを固化材とし、固化助剤として本荘ケミカル（株）製工業品の炭酸リチウムを表４に示す割合「固化材配合」で混合して調製した。一方、処理対象土として、含水比３６．１質量％の粘性土である各試料土に六価クロム、鉛、砒素、セレンの各重金属を夫々添加した模擬汚染土を使用した。表４の「重金属種類」の欄及び「含有量」の欄それぞれに、試料土に添加した重金属の種類及び添加した結果の重金属の含有量を示す。さらに、表５に示すように、模擬汚染土１ｍ３に対し、固化助剤が添加された固化材を１００ｋｇの割合で混合し、供試体を試製した（実施例１２〜１５）。供試体の試製方法は、上記（３）（i）に示した方法と同じ方法とした。
【００５０】
【表４】
【００５１】
【表５】
【００５２】
（iii）脱水・固化試験用供試体の調整：表６の「水硬性アルミナ」欄に示すように、非晶質の副生水酸化アルミニウム含水物を表６に示す温度で恒量になるまで加熱することにより水硬性アルミナを得た。そして、表６の「固化材配合」欄に示すように、実施例１６では、この水硬性アルミナを固化材とし、炭酸リチウムを固化助剤として、水硬性アルミナと炭酸リチウムとを質量比９：１の割合で混合した。比較例１０では、固化助剤を混合せずに、水硬性アルミナを固化材として用いた。比較例１１では、固化材として宇部三菱セメント（株）製のセメント系固化材を用いた。比較例１２では、参考のため、固化材を添加しないものを用意した。
【００５３】
これらの固化材を浚渫底泥（高含水土）に添加、混合し、小型フィルタープレス（４００ｍｍ×４００ｍｍ×１５ｍｍ×９室（１５リットル）、ポンプ圧力：０．4ＭＰａ、流量：０．８ｍ３／ｈｒ）で、表７に示す脱水時間にて脱水して脱水ケーキを得た。固化材と浚渫底泥との混合割合は、浚渫底泥の固形成分１ｔ当たり固化材１００ｋｇである。さらに、この脱水ケーキを温度２０℃、湿度９６％の恒温恒湿槽内で７日間養生して供試体を得た。また、この処理工程で発生する濾水も分析の対象とした。
【００５４】
【表６】
【００５５】
【表７】
【００５６】
（４）改良土壌の評価：一軸圧縮試験
上記（３）の（i）（ii）で得られた供試体を、ＪＩＳ Ａ１２１６：１９９８「土の一軸圧縮試験方法」に則り一軸圧縮試験を行った。一軸圧縮強さについては、第３種改良土相当であるコーン指数４００ｋＮ／ｍ２を一軸圧縮強さに換算した値である１６０ｋＮ／ｍ２以上を目標とした。コーン指数の一軸圧縮強さへの換算は以下のとおりとした。表３及び表５の「一軸圧縮強さ」の欄に測定結果を示す。
〔一軸圧縮強さ換算値＝４００（コーン指数）／１０（一軸換算係数）／０．５（現場室内強度比）／０．５（ときほぐし・締固めによる強度低下）〕
【００５７】
（５）改良土壌の評価：ｐＨ測定
上記（３）で得られた改良土壌について材齢７日で、地盤工学会基準ＪＧＳ０２１１−２０００「土懸濁液のｐＨ試験方法」に則りｐＨを測定した。ｐＨ値については、一般に中性の指標とされる排水基準５．８〜８．６の範囲内に在ることを目標とした。表３の「改良土のｐＨ」の欄に測定結果を示す。
【００５８】
（６）改良土壌の評価：重金属溶出量の測定
上記（３）の（ii）で得られた改良土壌について材齢７日で、環告第４６号の方法に則り溶出操作を行った後、六価クロム、鉛、砒素、セレン量を測定した。表５の「溶出量」の欄に測定結果を示す。なお、例えば「＜０．０２」とあるのは、溶出量が０．０２ｍｇ／Ｌ未満であったことを示す。
【００５９】
（７）改良土壌の評価：脱水時間及び脱水ケーキのコーン指数の測定
脱水時間として、上記（３）の(iii)における脱水開始から脱水終了までの時間を測定した。表７の「脱水時間」の欄にその結果を示す。また、得られた脱水ケーキを解きほぐし、９．５ｍｍ篩を通した後、直径１０ｃｍ、容量１リットルのモールドに締固め、ＪＩＳ Ａ １２２８「締固めた土のコーン指数試験方法」に則った方法でコーン指数を測定した。コーン指数については、第３種改良土相当であるコーン指数４００ｋＮ／ｍ２以上を目標とした。表７の「コーン指数」の欄にその測定結果を示す。
【００６０】
（８）改良土壌の評価：有機物溶出量の測定
上記（３）の(iii)で得られた濾水をＪＩＳ Ｋ ０１０２ １７「工業排水試験方法（１００℃における過マンガン酸カリウムによる酸素消費量（ＣＯＤＭｎ））」にてＣＯＤを測定した。表７の「濾水ＣＯＤ」の欄にその測定結果を示す。
【００６１】
（９）濾布への目詰まり評価：目視観察
上記（３）の(iii)の脱水操作を５０回繰返し、その後、濾布を水で洗浄し、濾布の目詰まり状況を観察した。表７の「目詰まり状況」の欄にその観察結果を示す。
【００６２】
［固化試験について］
（３）（i）で述べたように、水硬性アルミナ、炭酸リチウム及び酸化マグネシウムより成る固化材を調製し、土質の異なる２種の粘性土Ａ，Ｂを対象とした場合の固化試験結果を表３に示している。
【００６３】
比較例１に示すように、水硬性アルミナ単独で構成される固化材を用いた供試体の一軸圧縮強さは、９８ｋＮ／ｍ２と低い値を示した。一方、実施例１〜９に示すように、固化助剤である炭酸リチウムおよび酸化マグネシウムが添加、混合された水硬性アルミナを土壌固化材として使用した場合、得られた供試体の一軸圧縮強さは、目標とする１６０ｋＮ／ｍ２を十分超えていた。実施例１〜９で用いた粘性土Ａと同じ粘性土を特許請求範囲を越えた炭酸リチウムおよび酸化マグネシウムで固化した供試体（比較例２、３）の一軸圧縮強さは高くなるが、改良土のｐHが中性領域（５．８〜８．６）を逸脱する。
【００６４】
そして、実施例１〜１１によれば、固化材には、水硬性アルミナが７０質量％〜９８質量％、炭酸リチウムが２質量％〜２０質量％、酸化マグネシウムが０質量％〜１０質量％程含まれていることがわかった。
【００６５】
［重金属溶出試験について］
（３）（ii）で述べたように、粘性土Ａに所定量の各種重金属を添加して作製した模擬汚染土に、水硬性アルミナ及び炭酸リチウムより成る固化材を添加し、材齢７日で溶出試験を行った結果を表５に示す。この結果、水硬性アルミナ及び炭酸リチウムより成る固化材を用いた改良土からの重金属溶出量は、いずれの重金属においても環境基準値を下回った（実施例１２〜１５）。
【００６６】
［脱水・固化試験について］
表６に示すように含水比４００質量％の浚渫底泥に固化材を添加した後、機械で脱水した場合の脱水時間、ケーキ強度、濾水ＣＯＤ、ｐＨ試験及び目詰まりの目視観察結果を表７に示す。実施例１６の水硬性アルミナ及び炭酸リチウムを含有する固化材を浚渫底泥に添加して試製した供試体は、比較例１１のセメント系固化材を浚渫底泥に添加して試製した供試体と同等の脱水時間で、コーン指数は５１０ｋＮ／ｍ２であり、目標とする４００ｋＮ／ｍ２を十分超えていた。さらに、実施例１６の濾水ＣＯＤの測定値は、浚渫底泥に固化材を添加していない未処理土（比較例１２）の濾水ＣＯＤと同等であることから、固化材添加による有機物の溶出はないことが確認された。また、実施例１６における繰返し脱水試験後の濾布付着物は水で簡単に除去されることから目詰まりがないことが確認された。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】副生水酸化アルミニウムを自然乾燥（天日乾燥）した後のＸ線回折測定結果を示したグラフである。
【図２】副生水酸化アルミニウムを１１０℃で加熱した後のＸ線回折測定結果を示したグラフである。
【図３】副生水酸化アルミニウムを２００℃で加熱した後のＸ線回折測定結果を示したグラフである。
【図４】副生水酸化アルミニウムを４００℃で加熱した後のX線回折測定結果を示したグラフである。
【符号の説明】
【００６８】
Ｂａ…バイヤライト（Ａｌ２Ｏ３）、Ｇｉ…ギブサイト（Ａｌ（ＯＨ）３）、Ｂ…ベースライン。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、浚渫底泥や建設汚泥等の含水土を固化するために適した含水土用中性固化材、その含水土用中性固化材を構成する水硬性アルミナ、その水硬性アルミナの製造方法、含水土用中性固化材を用いた重金属溶出防止方法及び高含水土の脱水固化処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
軟弱土の土質改良には、固化材を使用する固化処理が施される。また、土木工事等に伴って発生する建設汚泥等を搬出する際、流動性が高くそのままでの搬送が困難な場合があるので、固化材を使用して建設汚泥等を固化処理した後、搬出するという方法が採用される。何れの目的においても、固化材には、固化後の土が目的に合った十分な強度を有していること、適度の固化速度を有していること、固化材が化学的に安定であり有害物質が溶出しないこと等の特性が要求される。
【０００３】
これら複数の特性が要求される固化材に関し、既に多くの技術が開示されている。このうちセメントを主成分とするセメント系固化材では高強度は得られるものの、セメント自体のアルカリにより固化処理土のｐＨ値が高くなり、これが問題となる場合がある。また、鉛汚染土等の処理においては、両性金属である鉛が高アルカリ側で可溶化することから、セメント系固化材での処理が困難である等の問題がある。
【０００４】
これらの問題を解決するために、セメント、石膏双方を成分とした固化材或いは石膏系及びマグネシア系固化材等が提案されている。
【０００５】
例えば、特許文献１及び特許文献２には、半水石膏、セメント、石灰及び高炉スラグ等の混合材より成る固化材が開示され、特許文献３には、石膏、ポルトランドセメント及び硫酸アルミニウムより成る固化材が開示されている。また、特許文献４には、無水又は半水石膏、セメント及び硫酸基を有する無機塩よりなる固化材が開示されている。
【０００６】
これらのセメントと石膏を併用した中性固化材は、ｐＨ値としては中性領域の指標として排水基準に規定される５．８〜８．６の範囲となるものが多いものの、改良後、土が十分な強度を示さないなどの問題がある。
【０００７】
一方、特許文献５〜７では、酸化マグネシウムとｐＨ調整剤として酸性材料を組合せたマグネシア系固化材が開示されている。マグネシア系固化材は、前述の半水石膏系の中性固化材に比較して高い強度が得られるのに加え、セメント系固化材では処理が困難な鉛、六価クロム、セレン、砒素等の不溶化効果が大きい等の利点がある。しかし、セメント系固化材に比較して未だ十分な強度は得られず、また、硬化の主体となるマグネシアの特性上、改良土がｐＨ１０程度の低アルカリを示す場合が多く、中性とはなり難い等の問題がある。このｐＨ調整を行うため、酸性材料を添加することも開示されているが、この場合、固化強度の低下を伴う問題がある。
【０００８】
一方、高含水の浚渫底泥や建設汚泥を機械脱水により減容化させ、その脱水ケーキにセメント系固化材や石灰系固化材を添加するか、或いは、予めセメント系固化材や石灰系固化材を添加したものに脱水処理を加えて、強度を確保する方法が採られる。
【０００９】
前者の方法では、脱水処理後の脱水ケーキがある程度の強度を有しているため、脱水ケーキと固化材との混合が困難であり、均一な改良土が得られない欠点を有する。一方、後者の方法では、固化強度の向上が図られるだけではなく、固化材の混合が容易であることから、均一な改良土を得ることが可能である。しかし、セメントや石灰分が濾布に侵入し硬化することにより目詰まりが生じ、処理の繰返しによる脱水速度の低下が避けられない。また、添加固化材に含まれるアルカリ成分の作用により、浚渫底泥や建設汚泥に含まれる有機物が濾水に溶出しＣＯＤが増加することから、その処理に費用がかさむ欠点を有する。
【００１０】
【特許文献１】特開平８−３０２３４６号公報
【特許文献２】特開平８−３１１４４６号公報
【特許文献３】特開平６−２２０４５１号公報
【特許文献４】特開平７−１７９８５４号公報
【特許文献５】特開２００２−２０６０９０号公報
【特許文献６】特開２００２−１６７５８２号公報
【特許文献７】特開２００２−２４９７７４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は、硬化体が中性を示し、十分な強度を有するように、含水土を固化することができる含水土用中性固化材、その含水土用中性固化材を構成する水硬性アルミナ、その水硬性アルミナの製造方法、含水土用中性固化材を用いた重金属溶出防止方法及び高含水土の脱水固化処理方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明に係る水硬性アルミナは、波長１．５４０５Åにおける粉末Ｘ線回折スペクトルが、２θ＝２２°±５°にブロードなピークの頂点を有し、該ブロードなピークのベースラインを基準とした半値幅が６°〜２０°であることを特徴とする。
【００１３】
あるいは本発明に係る水硬性アルミナは、アルミニウムの陽極酸化処理工程の中和・凝集により副生した非晶質の水酸化アルミニウム化合物を、５０℃〜４００℃で恒量となるまで加熱して製造されたことを特徴とする。
【００１４】
これらの構成の水硬性アルミナを固化材の構成成分として用いると、その固化材により硬化された硬化体は中性を示し、かつ極めて高い強度を有するようになる。
【００１５】
本発明に係る含水土用中性固化材は、上記の水硬性アルミナを６５質量％〜９８質量％、炭酸リチウムを２質量％〜２０質量％、及び酸化マグネシウムを０質量％〜１５質量％含むことを特徴とする。
【００１６】
この含水土用中性固化材によれば、含水土の存在下で炭酸リチウム及び酸化マグネシウムが優れた固化助剤（固化強度増進材）として作用し、中性領域において、半水石膏系中性固化材に比較して高い強度が得られる。ここで、炭酸リチウムの添加量が２質量％より小さいと、十分な固化強度が得られない傾向にあり、一方、炭酸リチウムを２０質量％より大きくしてもそれ以上の添加効果が発現せず、むしろ改良土のｐＨが上昇するうえ、経済的にも好ましくない。また、酸化マグネシウムは任意成分であるが、これを添加することにより、高価な炭酸リチウムの使用量を削減することが可能なため、１５質量％以下の範囲で使用が望ましい。１５質量％以上添加した場合、改良土のpHが上昇することから好ましくない。
【００１７】
また、本発明に係る水硬性アルミナの製造方法は、アルミニウムの陽極酸化処理工程の中和・凝集により副生した非晶質の水酸化アルミニウム化合物を、５０℃〜４００℃で恒量となるまで加熱し、水硬性アルミナを製造することを特徴とする。なお、この方法によって得られる生成物は、厳密にはアルミナではないが、本発明では水硬性アルミナと称する。
【００１８】
この製造方法により、非晶質の水硬性アルミナが得られ、この水硬性アルミナを固化材の構成成分として用いれば、含水土を、中性で十分な強度を有する硬化体に固化することができる。ここで、加熱温度が５０℃よりも低いと、水酸化アルミニウムの反応性が十分でなく、固化材とした場合、十分な固化強度を得ることができない。また、恒量（乾燥する）となるまでに長時間がかかり、製造コストの増加を招くことになる。一方、４００℃よりも高い温度で長時間加熱すると、同様に水酸化アルミニウムの反応性が低下し、固化強度が低下する。
【００１９】
また、本発明に係る重金属溶出防止方法は、重金属を含有する汚染土１ｍ３当たり、上記の含水土用中性固化材を５０ｋｇ〜３５０ｋｇ混合することにより、汚染土からの重金属の溶出を防止することを特徴とする。
【００２０】
この方法により、既存のセメント系固化材では不溶化処理が困難な六価クロム、鉛、砒素、セレン等の重金属によって汚染された汚染土であっても、重金属を固定化し、汚染土から重金属の溶出を十分防止することができる。
【００２１】
また、本発明に係る高含水土の脱水固化処理方法は、含水比１００質量％以上の高含水土に対し、上記の含水土用中性固化材を、高含水土の固形成分１ｔ当たり５０ｋｇ〜２００ｋｇ混合した後、脱水機により脱水してケーキとすることを特徴とする。
【００２２】
これにより、高含水土であっても、ｐＨ値が中性領域でケーキ状に形成することができ、処理し易くすることができる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、含水土を中性状態で十分な強度を有するように固化することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、本発明に係る水硬性アルミナ、それを用いた含水土用中性固化材、水硬性アルミナの製造方法、重金属溶出防止方法、及び高含水土の脱水固化処理方法の好適な実施形態について説明する。
【００２５】
＜水硬性アルミナ＞
本発明に係る水硬性アルミナの好適な実施形態について説明する。水硬性アルミナは、波長１．５４０５Åにおける粉末Ｘ線回折スペクトルが、２θ＝２２°±５°、好ましくは２２°±２°、あるいは１７°≦２θ＜２０°とすることが好ましく、そのブロードなピークのベースラインを基準とした半値幅が６°〜２０°、好ましくは９°〜１２°である。このような特性を有すると、炭酸リチウムと好適に反応して水硬性が得られる。また、この構成の水硬性アルミナを固化材の構成成分として用いると、その固化材により硬化された硬化体は中性を示し、かつ極めて高い強度を有するようになる。
【００２６】
また、水硬性アルミナの反応性は粒度に影響されるため、レーザー回折式粒度分布計により測定される水硬性アルミナの平均粒径は１μｍ〜２０μｍのものが好ましく、２μｍ〜１５μｍものの使用は更に望ましい。平均粒径が２０μｍ以下の場合、十分な固化強度が得られ易く材料分離を生じにくい傾向がある。１μｍ以上であると、粉体流動性が好ましく輸送時のハンドリング性や固化助剤との混合性に問題が生じにくい。
【００２７】
固化助剤として使用する炭酸リチウムは、純度９０質量％以上のものが望ましい。９０質量％未満の製品も使用可能であるが、その場合、水硬性アルミナに対する割合を調整する必要がある。また、その粒度は平均粒径で２μｍ〜２０μｍのものが好ましく、２μｍ〜１５μｍのものが更に好ましい。２０μｍ以下では十分な促進効果が得られ、材料分離を生じにくい傾向があり、また、２μｍ以上では、上述の水硬性アルミナと同様に、粉体流動性が好ましく輸送時のハンドリング性や固化助剤との混合性に問題が生じにくい。なお、固化助剤として、炭酸リチウムの他に、塩化リチウム、硝酸リチウム等の無機塩等も使用可能である。ただし、入手の容易さで炭酸リチウムの使用が最も好ましい。
【００２８】
また、固化助剤としての任意成分として用いられる酸化マグネシウムは、か焼温度により軽焼マグネシアと硬焼マグネシアの２種に大別できるが、本発明においては、軽焼マグネシアを使用するのが好ましい。硬焼マグネシアは水和活性に乏しいことから、非晶質な水硬性アルミナの固化助剤として使用した場合に目標強度への到達に時間がかかるためである。この軽焼マグネシアは、粒度の細かいものが好ましく、そのＢＥＴ比表面積は２５ｍ２／ｇ程度である。なお、ハンドリング性を悪化させない範囲で更に粒度の細かい軽焼マグネシアを使用するとより好ましい結果が得られる。
【００２９】
固化材として混合されたこれらの材料、すなわち水硬性アルミナ、炭酸リチウム及び酸化マグネシウムは何れも粉末状であればよく、その調製に当たっては特別な機器、手段を必要とせず、ミキサー等公知の粉体混合用の機器を使った公知の粉体混合方法が適用できる。更に好ましくは、これらの粉体の混合と粉砕をボールミル等公知の粉砕機で同時に行うことで、より固化特性に優れた混合物を得ることが出来る。
【００３０】
＜含水土用中性固化材＞
本発明に係る含水土用中性固化材の好適な実施形態について説明する。含水土用中性固化材は、水硬性アルミナが６５質量％〜９８質量％、好ましくは８０質量％〜９５質量％、炭酸リチウムが２質量％〜２０質量％、好ましくは２．５質量％〜１０質量％、酸化マグネシウムが０質量％〜１５質量％、好ましくは５質量％〜１０質量％の割合で混合されている。炭酸リチウムの添加量が２質量％より小さいと硬化体に十分な固化強度が得られず、一方、炭酸リチウムが２０質量％を超えて添加しても、それ以上の添加効果が発現せず、改良土のｐＨが上昇するうえ、経済的にも好ましくない。
【００３１】
また、酸化マグネシウムは任意成分であるが、これを添加することにより、高価な炭酸リチウムの使用量を削減することが可能なため、１５質量％以下の範囲で使用が望ましい。１５質量％を超えて添加した場合、改良土のpHが上昇することから好ましくない。
【００３２】
＜水硬性アルミナの製造方法＞
次に、本発明に係る水硬性アルミナの製造方法の好適な実施形態について説明する。水硬性アルミナを製造するに当たっては、アルミニウム製造産業の副産物として生成する非晶質の水酸化アルミニウム含水物等（アルミニウムの陽極酸化処理工程の中和・凝集により副生する水酸化アルミニウム）を主成分とするスラッジを原料とする。このスラッジを５０℃〜４００℃、好ましくは１１０℃〜３５０℃で恒量になるまで加熱する。これにより、水硬性アルミナが得られる。加熱温度が５０℃よりも低いと、水酸化アルミニウムの反応性が十分でなく、固化材とした場合、十分な固化強度を得ることができない。また、恒量（乾燥する）となるまでに長時間がかかり、製造コストの増加を招くことになる。一方、４００℃よりも高い温度で長時間加熱すると、同様に水酸化アルミニウムの反応性が低下し、固化強度が低下する。なお、水硬性アルミナの製造装置としては、通常の各種の電気加熱式、熱風式乾燥機、或いはロータリーキルン等の加熱装置を好適に使用することができる。
【００３３】
このようにして得られた水硬性アルミナに、炭酸リチウムや酸化マグネシウム等の固化助剤（固化強度増進材）を含有させることにより、含水土用の中性固化材として使用することができる。
【００３４】
＜重金属溶出防止方法＞
次に、本発明に係る重金属溶出防止方法の好適な実施形態について説明する。重金属で汚染された汚染土から重金属の溶出を防止するためには、汚染土１ｍ３当たりに対し、上記の含水土用中性固化材を５０ｋｇ〜３５０ｋｇ、好ましくは５０ｋｇ〜１５０ｋｇの範囲で、目標強度、処理コスト等を考慮して混合する。これにより、既存のセメント系固化材では不溶化処理が困難な六価クロム、鉛、砒素、セレン等による汚染土を処理し、重金属の溶出を防止することができる。この場合、予め溶出試験等を行って適正な固化材添加量を選定するのが好ましい。更に、鉛等の重金属汚染土において溶出防止に最適なｐＨ値、例えばｐＨ１０程度に調整する場合は、酸化マグネシウムを多めに加えることで対応が可能である。この場合、酸化マグネシウムの所要量は通常１５質量％〜５０質量％である。
【００３５】
＜高含水土の脱水固化処理方法＞
次に、本発明に係る高含水土の脱水固化処理方法の好適な実施形態について説明する。含水比１００質量％以上、好ましくは３００質量％〜５００質量％の浚渫底泥や建設汚泥等の高含水土と上記の含水土用中性固化材とを、高含水土の固形成分１ｔ当たり含水土用中性固化材５０ｋｇ〜２００ｋｇの割合で混合する。さらに、脱水機により脱水してケーキにする。脱水処理に当たっては、脱水前の高含水土に含水土用中性固化材を添加・混合し、その後、フィルタープレス等の公知の脱水機で脱水処理する。これにより、濾布の目詰まりや有機物の溶出がなく、且つ、土木材料として再利用するに必要なコーン指数４００ｋＮ／ｍ２以上の強度を得ることができる。含水土用中性固化材の添加量は、５０ｋｇ／ｔ・固形成分〜２００ｋｇ／ｔ・固形成分の範囲で、ケーキ強度、処理コスト等を考慮して設定する。
【００３６】
含水土用中性固化材を使用して含水土の改良を行うに当たっては、含水土にさらに余分な水を加えないようにするため、含水土用中性固化材を粉末状態にして混合するのが望ましい。その際、一般に行なわれている改良プラントを用いて混合するプラント混合法やバックホウやスタビライザー等を用いる方法が効果的に適用できる。また、状況に応じて予めスラリー状態にした含水土用中性固化材を含水土に混合することも可能である。
【００３７】
この場合、含水土用中性固化材の添加は脱水直前に行うのが望ましく、含水土用中性固化材と併用して、脱水速度を向上させる目的で従来公知のＰＡＣ（ポリ塩化アルミニウム）と消石灰を組合せた凝集剤や、ポリアクリルアミド等の有機系の高分子凝集剤を併用添加しても良い。また、状況によっては炭酸リチウムがろ液側に流失し、十分な固化強度が得られない場合があるため、予め、炭酸リチウムを含ませていない水硬性アルミナからなる固化材を添加し、脱水した後、脱水ケーキに炭酸リチウムを添加し、混合する方法を採用することも出来る。
【実施例】
【００３８】
以下に実施例を示し本発明を具体的に詳細に説明するが、本発明は、下記実施例に限定されるものではない。
【００３９】
（１）水硬性アルミナの製造
アルミニウムの陽極酸化処理工程の中和・凝集により副生した非晶質の水酸化アルミニウム含水物をPasolina（株）製(TYO-300)乾燥機またはヤマト科学（株）製の電気炉を用いて、ＪＩＳ Ｒ ５２０２ 「ポルトランドセメントの化学分析方法」 ８．強熱減量の定量方法に則り、１５分間ずつ加熱を繰返し、恒量（５０〜４００℃における最後の１５分間の加熱前後の質量差が乾燥前の水酸化アルミニウム含有物の０．０５重量％以下）になるまで加熱した後、通常のボールミルを用いて粉砕することにより、粉体状の水硬性アルミナを得た。そして、得られた水硬性アルミナを、（株）堀場製作所製レーザー回折式粒度分布測定装置ＬＡ−５００Ａによって測定したところ、非晶質な水硬性アルミナの平均粒径は１５μｍであった。
【００４０】
ここで、図１に、原料に使用した副生水酸化アルミニウムの自然乾燥（天日乾燥）におけるＸ線回折測定結果を示し、図２、図３および図４に、その副生水酸化アルミニウムを加熱温度１１０℃、２００℃および４００℃として得られた非晶質な水硬性アルミナのＸ線回折測定結果を示す。また、表１に、副生水酸化アルミニウムの１１０℃乾燥後の化学分析結果、並びに強熱減量を示す。
【００４１】
【表１】
【００４２】
なお、Ｘ線回折測定には、Ｘ線回折装置として理学電気（株）製ＲＩＮＴ−２５００Ｖを用いた。Ｘ線回折装置における測定条件は次の通りとした。
【００４３】
管球：Cu、管電流：１３０ｍＡ、管電圧：５０ｋV、サンプリング幅：０．０２°、走査速度：４°／ｍｉｎ、波長：１．５４０５Å、測定回折角範囲（２θ）：５°〜７０°
【００４４】
図１に示すＸ線回折の結果、加熱前の副生水酸化アルミニウムには、少量のギブサイト（Ａｌ（ＯＨ）３）：Ｇｉ及びバイヤライト（Ａｌ２Ｏ３）：Ｂａのピークが確認されるものの、副生水酸化アルミニウムの大半は非晶質のアルミニウム化合物であることが確認された。図２に示すＸ線回折の結果では、副生水酸化アルミニウム含水物を１１０℃で加熱することによって得られた水硬性アルミナには、２θ＝約１３°〜３３°にブロードなピークが認められ、２θ＝２０°にその頂点を有している。さらに、このブロードなピークの左右のボトムにベースラインＢを引き（ブロードなピークの裾野を線で結び）、このベースラインＢからのブロードなピークの高さを基準にして半値幅を求めたところ、２θ＝１７°と２θ＝２６°で半値となり、半値幅は９°であった。図３に示すＸ線回折の結果でも、副生水酸化アルミニウム含水物を２００℃の温度で加熱することによって得られた水硬性アルミナには、２θ＝約１４°〜３８°にブロードなピークが認められ、２θ＝２２°にその頂点を有している。また、ベースラインＢからのブロードなピークの高さを基準にして半値幅を求めたところ、２θ＝１８°と２θ＝２９°で半値となり、半値幅は１１°であった。図４に示すＸ線回折の結果でも、副生水酸化アルミニウム含水物を４００℃の温度で加熱することによって得られた水硬性アルミナには、２θ＝約１３°〜４０°にブロードなピークが認められ、２θ＝２４°にその頂点を有している。また、ベースラインＢからのブロードなピークの高さを基準にして半値幅を求めたところ、２θ＝１９°と２θ＝３１°で半値となり、半値幅は１２°であった。
【００４５】
（２）固化材等の調製
非晶質の副生水酸化アルミニウム含水物を表２に示す温度で恒量になるまで加熱することにより水硬性アルミナを得た。そして、これらの水硬性アルミナを固化材とし、本荘ケミカル（株）製工業品の炭酸リチウム、及び中国産の軽焼マグネシアを固化助剤（固化強度増進材）として、固化材及び固化助剤を表２に示す割合で混合して調製した（実施例１〜１１）。また、比較用の中性固化材として、水硬性アルミナ単味（比較例１）、炭酸リチウムを過剰添加した固化材（比較例２）さらに軽焼マグネシア（酸化マグネシウム）単味（比較例７，９）および過剰添加した固化材（比較例３）、副生水酸化アルミニウム含水物を４０℃及び５００℃で調製した固化材（比較例４，５）、宇部三菱セメント（株）製セメント系固化材ユースタビラー１０をそれぞれ用意した（比較例６，８）。
【００４６】
【表２】
【００４７】
【表３】
【００４８】
（３）供試体の調製
（i）固化試験用供試体の調整：上記（２）において調製した固化材（固化助剤が混合されているものも含む）を、表３に示すように試料土（参照表３「試料土」欄）１ｍ３に対し１００ｋｇの割合で添加した後（参照表２「固化材の配合割合」欄）、ホバート型ミキサーで３分間混合して改良土壌を調製した。このとき、土質の異なる２種の粘性土Ａ（含水比３６．１％、ｐＨ７．６４），粘性土Ｂ（含水比１００．１％、ｐＨ７．４９）を対象とした。その後、地盤工学会基準ＪＧＳ０８１２−２０００「安定処理土の静的締固めによる供試体作製方法」或いはセメント協会標準試験方法ＪＣＡＳ Ｌ−０１−２００３「セメント系固化材による安定処理土の試験方法」に則り、改良土壌から、直径５ｃｍ×高さ１０ｃｍの成型体を得た。成型体は、温度２０℃、湿度９６％の恒温恒湿槽内で７日間養生して供試体を得た。
【００４９】
（ii）重金属溶出試験用供試体の調整：非晶質の副生水酸化アルミニウム含水物を表４に示す温度で恒量になるまで加熱することにより水硬性アルミナを得た。そして、これらの水硬性アルミナを固化材とし、固化助剤として本荘ケミカル（株）製工業品の炭酸リチウムを表４に示す割合「固化材配合」で混合して調製した。一方、処理対象土として、含水比３６．１質量％の粘性土である各試料土に六価クロム、鉛、砒素、セレンの各重金属を夫々添加した模擬汚染土を使用した。表４の「重金属種類」の欄及び「含有量」の欄それぞれに、試料土に添加した重金属の種類及び添加した結果の重金属の含有量を示す。さらに、表５に示すように、模擬汚染土１ｍ３に対し、固化助剤が添加された固化材を１００ｋｇの割合で混合し、供試体を試製した（実施例１２〜１５）。供試体の試製方法は、上記（３）（i）に示した方法と同じ方法とした。
【００５０】
【表４】
【００５１】
【表５】
【００５２】
（iii）脱水・固化試験用供試体の調整：表６の「水硬性アルミナ」欄に示すように、非晶質の副生水酸化アルミニウム含水物を表６に示す温度で恒量になるまで加熱することにより水硬性アルミナを得た。そして、表６の「固化材配合」欄に示すように、実施例１６では、この水硬性アルミナを固化材とし、炭酸リチウムを固化助剤として、水硬性アルミナと炭酸リチウムとを質量比９：１の割合で混合した。比較例１０では、固化助剤を混合せずに、水硬性アルミナを固化材として用いた。比較例１１では、固化材として宇部三菱セメント（株）製のセメント系固化材を用いた。比較例１２では、参考のため、固化材を添加しないものを用意した。
【００５３】
これらの固化材を浚渫底泥（高含水土）に添加、混合し、小型フィルタープレス（４００ｍｍ×４００ｍｍ×１５ｍｍ×９室（１５リットル）、ポンプ圧力：０．4ＭＰａ、流量：０．８ｍ３／ｈｒ）で、表７に示す脱水時間にて脱水して脱水ケーキを得た。固化材と浚渫底泥との混合割合は、浚渫底泥の固形成分１ｔ当たり固化材１００ｋｇである。さらに、この脱水ケーキを温度２０℃、湿度９６％の恒温恒湿槽内で７日間養生して供試体を得た。また、この処理工程で発生する濾水も分析の対象とした。
【００５４】
【表６】
【００５５】
【表７】
【００５６】
（４）改良土壌の評価：一軸圧縮試験
上記（３）の（i）（ii）で得られた供試体を、ＪＩＳ Ａ１２１６：１９９８「土の一軸圧縮試験方法」に則り一軸圧縮試験を行った。一軸圧縮強さについては、第３種改良土相当であるコーン指数４００ｋＮ／ｍ２を一軸圧縮強さに換算した値である１６０ｋＮ／ｍ２以上を目標とした。コーン指数の一軸圧縮強さへの換算は以下のとおりとした。表３及び表５の「一軸圧縮強さ」の欄に測定結果を示す。
〔一軸圧縮強さ換算値＝４００（コーン指数）／１０（一軸換算係数）／０．５（現場室内強度比）／０．５（ときほぐし・締固めによる強度低下）〕
【００５７】
（５）改良土壌の評価：ｐＨ測定
上記（３）で得られた改良土壌について材齢７日で、地盤工学会基準ＪＧＳ０２１１−２０００「土懸濁液のｐＨ試験方法」に則りｐＨを測定した。ｐＨ値については、一般に中性の指標とされる排水基準５．８〜８．６の範囲内に在ることを目標とした。表３の「改良土のｐＨ」の欄に測定結果を示す。
【００５８】
（６）改良土壌の評価：重金属溶出量の測定
上記（３）の（ii）で得られた改良土壌について材齢７日で、環告第４６号の方法に則り溶出操作を行った後、六価クロム、鉛、砒素、セレン量を測定した。表５の「溶出量」の欄に測定結果を示す。なお、例えば「＜０．０２」とあるのは、溶出量が０．０２ｍｇ／Ｌ未満であったことを示す。
【００５９】
（７）改良土壌の評価：脱水時間及び脱水ケーキのコーン指数の測定
脱水時間として、上記（３）の(iii)における脱水開始から脱水終了までの時間を測定した。表７の「脱水時間」の欄にその結果を示す。また、得られた脱水ケーキを解きほぐし、９．５ｍｍ篩を通した後、直径１０ｃｍ、容量１リットルのモールドに締固め、ＪＩＳ Ａ １２２８「締固めた土のコーン指数試験方法」に則った方法でコーン指数を測定した。コーン指数については、第３種改良土相当であるコーン指数４００ｋＮ／ｍ２以上を目標とした。表７の「コーン指数」の欄にその測定結果を示す。
【００６０】
（８）改良土壌の評価：有機物溶出量の測定
上記（３）の(iii)で得られた濾水をＪＩＳ Ｋ ０１０２ １７「工業排水試験方法（１００℃における過マンガン酸カリウムによる酸素消費量（ＣＯＤＭｎ））」にてＣＯＤを測定した。表７の「濾水ＣＯＤ」の欄にその測定結果を示す。
【００６１】
（９）濾布への目詰まり評価：目視観察
上記（３）の(iii)の脱水操作を５０回繰返し、その後、濾布を水で洗浄し、濾布の目詰まり状況を観察した。表７の「目詰まり状況」の欄にその観察結果を示す。
【００６２】
［固化試験について］
（３）（i）で述べたように、水硬性アルミナ、炭酸リチウム及び酸化マグネシウムより成る固化材を調製し、土質の異なる２種の粘性土Ａ，Ｂを対象とした場合の固化試験結果を表３に示している。
【００６３】
比較例１に示すように、水硬性アルミナ単独で構成される固化材を用いた供試体の一軸圧縮強さは、９８ｋＮ／ｍ２と低い値を示した。一方、実施例１〜９に示すように、固化助剤である炭酸リチウムおよび酸化マグネシウムが添加、混合された水硬性アルミナを土壌固化材として使用した場合、得られた供試体の一軸圧縮強さは、目標とする１６０ｋＮ／ｍ２を十分超えていた。実施例１〜９で用いた粘性土Ａと同じ粘性土を特許請求範囲を越えた炭酸リチウムおよび酸化マグネシウムで固化した供試体（比較例２、３）の一軸圧縮強さは高くなるが、改良土のｐHが中性領域（５．８〜８．６）を逸脱する。
【００６４】
そして、実施例１〜１１によれば、固化材には、水硬性アルミナが７０質量％〜９８質量％、炭酸リチウムが２質量％〜２０質量％、酸化マグネシウムが０質量％〜１０質量％程含まれていることがわかった。
【００６５】
［重金属溶出試験について］
（３）（ii）で述べたように、粘性土Ａに所定量の各種重金属を添加して作製した模擬汚染土に、水硬性アルミナ及び炭酸リチウムより成る固化材を添加し、材齢７日で溶出試験を行った結果を表５に示す。この結果、水硬性アルミナ及び炭酸リチウムより成る固化材を用いた改良土からの重金属溶出量は、いずれの重金属においても環境基準値を下回った（実施例１２〜１５）。
【００６６】
［脱水・固化試験について］
表６に示すように含水比４００質量％の浚渫底泥に固化材を添加した後、機械で脱水した場合の脱水時間、ケーキ強度、濾水ＣＯＤ、ｐＨ試験及び目詰まりの目視観察結果を表７に示す。実施例１６の水硬性アルミナ及び炭酸リチウムを含有する固化材を浚渫底泥に添加して試製した供試体は、比較例１１のセメント系固化材を浚渫底泥に添加して試製した供試体と同等の脱水時間で、コーン指数は５１０ｋＮ／ｍ２であり、目標とする４００ｋＮ／ｍ２を十分超えていた。さらに、実施例１６の濾水ＣＯＤの測定値は、浚渫底泥に固化材を添加していない未処理土（比較例１２）の濾水ＣＯＤと同等であることから、固化材添加による有機物の溶出はないことが確認された。また、実施例１６における繰返し脱水試験後の濾布付着物は水で簡単に除去されることから目詰まりがないことが確認された。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】副生水酸化アルミニウムを自然乾燥（天日乾燥）した後のＸ線回折測定結果を示したグラフである。
【図２】副生水酸化アルミニウムを１１０℃で加熱した後のＸ線回折測定結果を示したグラフである。
【図３】副生水酸化アルミニウムを２００℃で加熱した後のＸ線回折測定結果を示したグラフである。
【図４】副生水酸化アルミニウムを４００℃で加熱した後のX線回折測定結果を示したグラフである。
【符号の説明】
【００６８】
Ｂａ…バイヤライト（Ａｌ２Ｏ３）、Ｇｉ…ギブサイト（Ａｌ（ＯＨ）３）、Ｂ…ベースライン。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
波長１．５４０５Åにおける粉末Ｘ線回折スペクトルが、２θ＝２２°±５°にブロードなピークの頂点を有し、該ブロードなピークのベースラインを基準とした半値幅が６°〜２０°であることを特徴とする水硬性アルミナ。
【請求項２】
アルミニウムの陽極酸化処理工程の中和・凝集により副生した非晶質の水酸化アルミニウム化合物を、５０℃〜４００℃で恒量となるまで加熱して製造されたことを特徴とする水硬性アルミナ。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の水硬性アルミナを６５質量％〜９８質量％、炭酸リチウムを２質量％〜２０質量％、及び酸化マグネシウムを０質量％〜１５質量％含むことを特徴とする含水土用中性固化材。
【請求項４】
アルミニウムの陽極酸化処理工程の中和・凝集により副生した非晶質の水酸化アルミニウム化合物を、５０℃〜４００℃で恒量となるまで加熱し、水硬性アルミナを製造することを特徴とする水硬性アルミナの製造方法。
【請求項５】
重金属を含有する汚染土１ｍ３当たり、請求項３に記載の含水土用中性固化材を５０ｋｇ〜３５０ｋｇ混合することにより、前記汚染土からの前記重金属の溶出を防止することを特徴とする重金属溶出防止方法。
【請求項６】
含水比１００質量％以上の高含水土に対し、請求項３に記載の含水土用中性固化材を、前記高含水土の固形成分１ｔ当たり５０ｋｇ〜２００ｋｇ混合した後、脱水機により脱水してケーキとすることを特徴とする高含水土の脱水固化処理方法。
【請求項１】
波長１．５４０５Åにおける粉末Ｘ線回折スペクトルが、２θ＝２２°±５°にブロードなピークの頂点を有し、該ブロードなピークのベースラインを基準とした半値幅が６°〜２０°であることを特徴とする水硬性アルミナ。
【請求項２】
アルミニウムの陽極酸化処理工程の中和・凝集により副生した非晶質の水酸化アルミニウム化合物を、５０℃〜４００℃で恒量となるまで加熱して製造されたことを特徴とする水硬性アルミナ。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の水硬性アルミナを６５質量％〜９８質量％、炭酸リチウムを２質量％〜２０質量％、及び酸化マグネシウムを０質量％〜１５質量％含むことを特徴とする含水土用中性固化材。
【請求項４】
アルミニウムの陽極酸化処理工程の中和・凝集により副生した非晶質の水酸化アルミニウム化合物を、５０℃〜４００℃で恒量となるまで加熱し、水硬性アルミナを製造することを特徴とする水硬性アルミナの製造方法。
【請求項５】
重金属を含有する汚染土１ｍ３当たり、請求項３に記載の含水土用中性固化材を５０ｋｇ〜３５０ｋｇ混合することにより、前記汚染土からの前記重金属の溶出を防止することを特徴とする重金属溶出防止方法。
【請求項６】
含水比１００質量％以上の高含水土に対し、請求項３に記載の含水土用中性固化材を、前記高含水土の固形成分１ｔ当たり５０ｋｇ〜２００ｋｇ混合した後、脱水機により脱水してケーキとすることを特徴とする高含水土の脱水固化処理方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２００６−１９３３８７（Ｐ２００６−１９３３８７Ａ）
【公開日】平成１８年７月２７日（２００６．７．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−８０５４（Ｐ２００５−８０５４）
【出願日】平成１７年１月１４日（２００５．１．１４）
【出願人】（０００００６２６４）三菱マテリアル株式会社 (4,417)
【出願人】（００００００２０６）宇部興産株式会社 (2,022)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年７月２７日（２００６．７．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年１月１４日（２００５．１．１４）
【出願人】（０００００６２６４）三菱マテリアル株式会社 (4,417)
【出願人】（００００００２０６）宇部興産株式会社 (2,022)
【Ｆターム（参考）】
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