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特開2023-24411ホウ素含有土壌のホウ素の不溶化能を有する固化材及びホウ素含有地下水の遮蔽材
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2023024411
(43)【公開日】2023-02-16
(54)【発明の名称】ホウ素含有土壌のホウ素の不溶化能を有する固化材及びホウ素含有地下水の遮蔽材
(51)【国際特許分類】
C09K 17/02 20060101AFI20230209BHJP
B01J 20/04 20060101ALI20230209BHJP
B01J 20/28 20060101ALI20230209BHJP
B01J 20/30 20060101ALI20230209BHJP
C02F 1/28 20230101ALI20230209BHJP
C09K 17/10 20060101ALI20230209BHJP
C09K 17/06 20060101ALI20230209BHJP
【ＦＩ】
C09K17/02 P
B01J20/04 C
B01J20/28 Z
B01J20/30
C02F1/28 E
C09K17/10 P
C09K17/06 P
【審査請求】未請求
【請求項の数】5
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022126138
(22)【出願日】2022-08-08
(31)【優先権主張番号】P 2021129924
(32)【優先日】2021-08-06
(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP
(71)【出願人】
【識別番号】515104512
【氏名又は名称】株式会社エージェック
(74)【代理人】
【識別番号】100090985
【弁理士】
【氏名又は名称】村田 幸雄
(72)【発明者】
【氏名】佐藤 良
(72)【発明者】
【氏名】粟田 敬二
【テーマコード（参考）】
4D624
4G066
4H026
【Ｆターム（参考）】
4D624AA01
4D624AB14
4D624BA12
4D624BB01
4G066AA16B
4G066AA17C
4G066AA43C
4G066AA73C
4G066BA09
4G066BA20
4G066BA26
4G066CA45
4G066DA07
4G066DA20
4G066FA22
4G066FA34
4H026CA01
4H026CA02
4H026CB03
4H026CB05
4H026CC02
4H026CC04
4H026CC05
(57)【要約】
【課題】 ホウ素含有土壌のホウ素を高率で不溶化できる固化材及びホウ素含有地下水中のホウ素を高率で遮蔽できる遮蔽材を提供する。
【解決手段】 平均粒子径が３～１５μｍで、ＢＥＴ比表面積が２０～３５ｍ２／ｇの酸化マグネシウム５～２５％と平均粒子径が１５～３５μｍで、ＢＥＴ比表面積が５～１５ｍ２／ｇの酸化マグネシウム１０～５０％とセメント系、石灰系又はマグネシア系の固化材１０～８０％との混合物からなるホウ素含有土壌のホウ素の不溶化能を有する固化材。
上記ホウ素の不溶化能を有する固化材には、中和材５～５０％を含有させてもよい。
酸化マグネシウムは、マグネサイトを７００～８００℃に急加熱・分解して製造されたもの、あるいは水酸化マグネシウム（Ｍｇ（ＯＨ）２）を４００～５００℃で熱分解して製造されたものであることを好ましい。
【選択図】 図１
【解決手段】 平均粒子径が３～１５μｍで、ＢＥＴ比表面積が２０～３５ｍ２／ｇの酸化マグネシウム５～２５％と平均粒子径が１５～３５μｍで、ＢＥＴ比表面積が５～１５ｍ２／ｇの酸化マグネシウム１０～５０％とセメント系、石灰系又はマグネシア系の固化材１０～８０％との混合物からなるホウ素含有土壌のホウ素の不溶化能を有する固化材。
上記ホウ素の不溶化能を有する固化材には、中和材５～５０％を含有させてもよい。
酸化マグネシウムは、マグネサイトを７００～８００℃に急加熱・分解して製造されたもの、あるいは水酸化マグネシウム（Ｍｇ（ＯＨ）２）を４００～５００℃で熱分解して製造されたものであることを好ましい。
【選択図】 図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
平均粒子径が３～１５μｍで、ＢＥＴ比表面積が２０～３５ｍ２／ｇの酸化マグネシウム５～２５％と平均粒子径が１５～３５μｍで、ＢＥＴ比表面積が５～１５ｍ２／ｇの酸化マグネシウム１０～５０％とセメント系、石灰系又はマグネシア系の固化材１０～８０％との混合物からなるホウ素含有土壌のホウ素の不溶化能を有する固化材。
【請求項2】
平均粒子径が３～１５μｍで、ＢＥＴ比表面積が２０～３５ｍ２／ｇの酸化マグネシウム５～２５％と平均粒子径が１５～３５μｍで、ＢＥＴ比表面積が５～１５ｍ２／ｇの酸化マグネシウム１０～５０％とセメント系、石灰系又はマグネシア系の固化材１０～８０％と中和材５～５０％との混合物からなるホウ素含有土壌のホウ素の不溶化能を有する固化材。
【請求項3】
酸化マグネシウムが、マグネサイトを７００～８００℃に急加熱・分解して製造されたものであることを特徴とする請求項１又は２に記載のホウ素含有土壌のホウ素の不溶化能を有する固化材。
【請求項4】
酸化マグネシウムが、水酸化マグネシウム（Ｍｇ（ＯＨ）２）を４００～５００℃で熱分解して製造されたものであることを特徴とする請求項１又は２に記載のホウ素含有土壌のホウ素の不溶化能を有する固化材。
【請求項5】
請求項１～４のいずれか１項に記載のホウ素含有土壌の固化材がホウ素含有地下水の遮蔽材として使用されることを特徴とするホウ素含有地下水の遮蔽材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、ホウ素含有土壌のホウ素の不溶化能を有する固化材及びホウ素含有地下水の遮蔽材に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、地下水は飲料水や温泉水として利用されているが、人体に有害な砒素やホウ素あるいはフッ素等を含有している場合がある。
これら有害物を溶解している地下水は、地下水が有害物質を含む地下土壌層と接触又は浸透し溶出した場合に生成し、また、石炭フライアッシュなどを浸透した雨水などが地下水に流入しした場合に生成することが多い。
そのような地下水が拡散しないようにするためには、有害物を含む土壌にあらかじめ不溶化材を添加し不溶化して有害物を含まない地下水とすること、又は、例えばセメントを用いたコンクリートで地下水が漏れないように遮蔽施工をしていた。
これら有害物を溶解している地下水は、地下水が有害物質を含む地下土壌層と接触又は浸透し溶出した場合に生成し、また、石炭フライアッシュなどを浸透した雨水などが地下水に流入しした場合に生成することが多い。
そのような地下水が拡散しないようにするためには、有害物を含む土壌にあらかじめ不溶化材を添加し不溶化して有害物を含まない地下水とすること、又は、例えばセメントを用いたコンクリートで地下水が漏れないように遮蔽施工をしていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開２０１４―２２７４５７公報
【特許文献2】特開２０１０―６９４２２公報
【特許文献3】特開２００３―１２１２公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
しかし、不溶化材は、ｐＨ値の変動による影響があり、環境への負荷を考慮した中性域では効果が発揮されない。
また遮蔽施工には下記の問題点があった。
（１）施工後に、掘り起こす際にバックホーンなどで簡単に撤去することができない。
（２）瓦礫が発生し、廃棄物の処理が必要となる。
（３）何かの要因で亀裂が入ると、浸透し有機物を含む地下水が拡散する場合がある。
また、土壌の重金属不溶化材としてマグネシア系固化材があるが、ホウ素の吸着や不溶化には性能が発揮できなかった。
また遮蔽施工には下記の問題点があった。
（１）施工後に、掘り起こす際にバックホーンなどで簡単に撤去することができない。
（２）瓦礫が発生し、廃棄物の処理が必要となる。
（３）何かの要因で亀裂が入ると、浸透し有機物を含む地下水が拡散する場合がある。
また、土壌の重金属不溶化材としてマグネシア系固化材があるが、ホウ素の吸着や不溶化には性能が発揮できなかった。
【課題を解決するための手段】
【0005】
本発明者は鋭意研究の結果、上記課題をｐＨ値の変動による影響を受けることなく、下記発明によって解決した。
〔１〕平均粒子径が３～１５μｍで、ＢＥＴ比表面積が２０～３５ｍ２／ｇの酸化マグネシウム５～２５％と平均粒子径が１５～３５μｍで、ＢＥＴ比表面積が５～１５ｍ２／ｇの酸化マグネシウム１０～５０％とセメント系、石灰系又はマグネシア系の固化材１０～８０％との混合物からなるホウ素含有土壌のホウ素の不溶化能を有する固化材。
〔２〕平均粒子径が３～１５μｍで、ＢＥＴ比表面積が２０～３５ｍ２／ｇの酸化マグネシウム５～２５％と平均粒子径が１５～３５μｍで、ＢＥＴ比表面積が５～１５ｍ２／ｇの酸化マグネシウム１０～５０％とセメント系、石灰系又はマグネシア系の固化材１０～８０％と中和材５～５０％との混合物からなるホウ素含有土壌のホウ素の不溶化能を有する固化材。
〔３〕酸化マグネシウムが、マグネサイトを７００℃～８００℃に急加熱・分解して製造されたものであることを特徴とする前記〔１〕又は〔２〕に記載のホウ素含有土壌のホウ素含有土壌のホウ素不溶化能を有する固化材。
〔４〕酸化マグネシウムが、水酸化マグネシウム（Ｍｇ（ＯＨ）２）を４００～５００℃で熱分解して製造されたものであることを特徴とする前記〔１〕又は〔２〕に記載のホウ素不溶化能を有する固化材。
〔５〕前記〔１〕～〔４〕のいずれか１項に記載のホウ素含有土壌の固化材がホウ素含有地下水の遮蔽材として使用されること特徴とするホウ素含有地下水の遮蔽材。
〔１〕平均粒子径が３～１５μｍで、ＢＥＴ比表面積が２０～３５ｍ２／ｇの酸化マグネシウム５～２５％と平均粒子径が１５～３５μｍで、ＢＥＴ比表面積が５～１５ｍ２／ｇの酸化マグネシウム１０～５０％とセメント系、石灰系又はマグネシア系の固化材１０～８０％との混合物からなるホウ素含有土壌のホウ素の不溶化能を有する固化材。
〔２〕平均粒子径が３～１５μｍで、ＢＥＴ比表面積が２０～３５ｍ２／ｇの酸化マグネシウム５～２５％と平均粒子径が１５～３５μｍで、ＢＥＴ比表面積が５～１５ｍ２／ｇの酸化マグネシウム１０～５０％とセメント系、石灰系又はマグネシア系の固化材１０～８０％と中和材５～５０％との混合物からなるホウ素含有土壌のホウ素の不溶化能を有する固化材。
〔３〕酸化マグネシウムが、マグネサイトを７００℃～８００℃に急加熱・分解して製造されたものであることを特徴とする前記〔１〕又は〔２〕に記載のホウ素含有土壌のホウ素含有土壌のホウ素不溶化能を有する固化材。
〔４〕酸化マグネシウムが、水酸化マグネシウム（Ｍｇ（ＯＨ）２）を４００～５００℃で熱分解して製造されたものであることを特徴とする前記〔１〕又は〔２〕に記載のホウ素不溶化能を有する固化材。
〔５〕前記〔１〕～〔４〕のいずれか１項に記載のホウ素含有土壌の固化材がホウ素含有地下水の遮蔽材として使用されること特徴とするホウ素含有地下水の遮蔽材。
【発明の効果】
【0006】
本発明によれば、ホウ素含有土壌のホウ素を高率で不溶化できる固化材を提供でき、またホウ素含有地下水中のホウ素を高率で遮蔽できる遮蔽材を提供することができる。
そして、ｐＨ値の変動による影響を受けることなしに上記の処理ができる。
そして本発明の材料は環境にも安全なものである。
そして、ｐＨ値の変動による影響を受けることなしに上記の処理ができる。
そして本発明の材料は環境にも安全なものである。
【図面の簡単な説明】
【0007】
【図1】本発明実施例の試験装置の構成説明図
【発明を実施するための形態】
【0008】
次に本発明の実施の形態について説明する。
(１）本発明で提案されるホウ素吸着性の酸化マグネシウムは、ａ．平均粒子径３～１５μｍで、ＢＥＴ比表面積が２０～３５ｍ２／ｇの酸化マグネシウム５～２５％と、ｂ．平均粒子径が１５～３５μｍで、ＢＥＴ比表面積が５～１５ｍ２／ｇの酸化マグネシウム１０～５０％の組合せであり、前記ａ，ｂ２種類の比表面積の物が前記所定割合量存在することで達成される。
すなわち、ＢＥＴ比表面積が大きいａ材のみではホウ素不溶化は不十分である。
これは、特許文献４において、ＢＥＴ比表面積が８０ｍ２／ｇ以下の酸化マグネシウムでは、ホウ素吸着性が劣ると記載されていることからも明かである。
［特許文献４］特開２００５－１９４９公報
そして、粒平均粒子径とＢＥＴ比表面積が上記範囲を外れると、ホウ素含有物質中のホウ素不溶化が非常に悪くなる。
例えば平均粒子径５０μｍ、ＢＥＴ比表面積９．７ｍ２／ｇの場合は、本発明範囲の酸化マグネシウムの１５％以下減のホウ素不溶化率となり、平均粒子径３μｍ未満、ＢＥＴ比表面積２３ｍ２／ｇの酸化マグネシウム２６％以上の配合では、吸着性の効果に上昇はなく、配合する際に嵩比重が小さいために混合が難しくなりまた均一性を確保することが困難となる。
（２）また本発明で提案されるホウ素の不溶化能を有する固化材は、
ａ．平均粒子径が３～１５μｍで、ＢＥＴ比表面積が２０～３５ｍ２／ｇの酸化マグネシウム５～２５％とｂ．平均粒子径が１５～３５μｍで、ＢＥＴ比表面積が５～１５ｍ２／ｇの酸化マグネシウム１０～５０％とｃ．セメント系、石灰系又はマグネシア系の固化材１０～８０％との混合物からなるものであるが、この数値範囲から外れるとホウ素の不溶化能、すなわち溶存ホウ素の濾出率が増大してしまう。
本発明では、ａグループの酸化マグネシウムとｂグループの酸化マグネシウムと、ｃグループの固化材の混合物となすことで、溶存ホウ素の補足・固化能力を極大化することができる。
（３）また、前記（２）のものに中和材（例えばアルミニウム、マグネシウム、鉄の硫酸塩）を添加したものは、遮水性が良く、ホウ素の濾出も減少することができる。
（４）上記の酸化マグネシウムの製造は、マグネサイト（ＭｇＣＯ３）を７００～８００℃に急加熱・分解して得られたもの、あるいは海水から得られた水酸化マグネシウム（Ｍｇ（ＯＨ）２）を４００～５００℃で熱分解して得られたものであることが好ましい。
そして、上記ホウ素の不溶化能を有する固化材は、ホウ素含有地下水の遮水材として好適に使用される。
(１）本発明で提案されるホウ素吸着性の酸化マグネシウムは、ａ．平均粒子径３～１５μｍで、ＢＥＴ比表面積が２０～３５ｍ２／ｇの酸化マグネシウム５～２５％と、ｂ．平均粒子径が１５～３５μｍで、ＢＥＴ比表面積が５～１５ｍ２／ｇの酸化マグネシウム１０～５０％の組合せであり、前記ａ，ｂ２種類の比表面積の物が前記所定割合量存在することで達成される。
すなわち、ＢＥＴ比表面積が大きいａ材のみではホウ素不溶化は不十分である。
これは、特許文献４において、ＢＥＴ比表面積が８０ｍ２／ｇ以下の酸化マグネシウムでは、ホウ素吸着性が劣ると記載されていることからも明かである。
［特許文献４］特開２００５－１９４９公報
そして、粒平均粒子径とＢＥＴ比表面積が上記範囲を外れると、ホウ素含有物質中のホウ素不溶化が非常に悪くなる。
例えば平均粒子径５０μｍ、ＢＥＴ比表面積９．７ｍ２／ｇの場合は、本発明範囲の酸化マグネシウムの１５％以下減のホウ素不溶化率となり、平均粒子径３μｍ未満、ＢＥＴ比表面積２３ｍ２／ｇの酸化マグネシウム２６％以上の配合では、吸着性の効果に上昇はなく、配合する際に嵩比重が小さいために混合が難しくなりまた均一性を確保することが困難となる。
（２）また本発明で提案されるホウ素の不溶化能を有する固化材は、
ａ．平均粒子径が３～１５μｍで、ＢＥＴ比表面積が２０～３５ｍ２／ｇの酸化マグネシウム５～２５％とｂ．平均粒子径が１５～３５μｍで、ＢＥＴ比表面積が５～１５ｍ２／ｇの酸化マグネシウム１０～５０％とｃ．セメント系、石灰系又はマグネシア系の固化材１０～８０％との混合物からなるものであるが、この数値範囲から外れるとホウ素の不溶化能、すなわち溶存ホウ素の濾出率が増大してしまう。
本発明では、ａグループの酸化マグネシウムとｂグループの酸化マグネシウムと、ｃグループの固化材の混合物となすことで、溶存ホウ素の補足・固化能力を極大化することができる。
（３）また、前記（２）のものに中和材（例えばアルミニウム、マグネシウム、鉄の硫酸塩）を添加したものは、遮水性が良く、ホウ素の濾出も減少することができる。
（４）上記の酸化マグネシウムの製造は、マグネサイト（ＭｇＣＯ３）を７００～８００℃に急加熱・分解して得られたもの、あるいは海水から得られた水酸化マグネシウム（Ｍｇ（ＯＨ）２）を４００～５００℃で熱分解して得られたものであることが好ましい。
そして、上記ホウ素の不溶化能を有する固化材は、ホウ素含有地下水の遮水材として好適に使用される。
【実施例0009】
以下に本発明の実施例について説明する。
ホウ素含有水を試験体として用意し、すなわち溶出性ホウ素１．７ｍｇ／Ｌと溶出性砒素０．０１８ｍｇ／Ｌ含有水を用意した。
一方、本発明に係る固化材と比較例のものを、表１に記載のごとく用意した。
ホウ素含有水を試験体として用意し、すなわち溶出性ホウ素１．７ｍｇ／Ｌと溶出性砒素０．０１８ｍｇ／Ｌ含有水を用意した。
一方、本発明に係る固化材と比較例のものを、表１に記載のごとく用意した。
【表1】
【0010】
まず、図１に示す構成図の試験装置を用意した。
すなわち、フラスコ型の濾過びん１の上方に濾過ロートである適合濾紙直径１５０ｍｍのブフナロート２を取り付けた。
すなわち、フラスコ型の濾過びん１の上方に濾過ロートである適合濾紙直径１５０ｍｍのブフナロート２を取り付けた。
【0011】
次に、上記試験装置のブフナロート２に表１に示す各種固化材（不溶化材）を含む試験体土壌を軽く転圧しながら厚さ４０ｍｍに充填し、その後１時間放置して養生し遮水層３となした。
なお、試験体土壌（遮水層３）は、土壌（嵩比重１．１８）に各種固化材３．５％と水１２％を添加し、混合した後１時間放置し養生したものである。
なお、試験体土壌（遮水層３）は、土壌（嵩比重１．１８）に各種固化材３．５％と水１２％を添加し、混合した後１時間放置し養生したものである。
【0012】
そこで、上記試験装置に各種固化材を含む遮水層３を形成し、ホウ素と砒素を含む試験体水４を注水して、濾過した。
その結果は表１に示す通りであった。
次に遮蔽材としての強度への影響効果を見るために、土壌に本発明材製品を４０ｋｇ／ｍ３混合し強度試験を行った。
なお、本試験は、環境への負荷が少ない中性域での固化試験を行った。
この結果より本発明品は、強度においても固化への効果が確認されるとともに遮水層にホウ素が吸着されていることも確認でき、地下水遮蔽材としてもより効果があることが確認された。
表２に結果を示す。
その結果は表１に示す通りであった。
次に遮蔽材としての強度への影響効果を見るために、土壌に本発明材製品を４０ｋｇ／ｍ３混合し強度試験を行った。
なお、本試験は、環境への負荷が少ない中性域での固化試験を行った。
この結果より本発明品は、強度においても固化への効果が確認されるとともに遮水層にホウ素が吸着されていることも確認でき、地下水遮蔽材としてもより効果があることが確認された。
表２に結果を示す。
【表2】
【0013】
さらにホウ素の不溶化の確認するために、ホウ素溶出量２．９ｍｇ／Ｌの石炭フライアッシュのホウ素不溶化を確認した。
不溶化材としては、本発明の配合量とフライアッシュと混合しやすくするため細砂を用いた。
不溶化方法は、試料のフライアッシュに対して２５％の水を加え、本発明不溶化材を５０ｋｇ／ｍ３混合した。
２４時間熟成後、平成３年環境庁告示第４６号付表に定める方法により、溶出試験を行った。
結果を表３に示す。
不溶化材としては、本発明の配合量とフライアッシュと混合しやすくするため細砂を用いた。
不溶化方法は、試料のフライアッシュに対して２５％の水を加え、本発明不溶化材を５０ｋｇ／ｍ３混合した。
２４時間熟成後、平成３年環境庁告示第４６号付表に定める方法により、溶出試験を行った。
結果を表３に示す。
【表3】
【0014】
この結果より、本発明のａ材ｂ材が所定割合配合されていれば環境に安全な材料で、ホウ素、砒素等の不溶化が可能であり、特に難しいとされているホウ素も容易に不溶化可能となることが理解される。実施例結果のメカニズムは、ＢＥＴ比表面積の大きい酸化マグネシウムによりホウ素が吸着しやすい層状複水酸化物生成による効果であると推定される。
【図1】