(57)【要約】【課題】処理対象物から重金属を効率的に除去することを可能とする浄化処理剤及び浄化処理方法を提供することを課題とする。【解決手段】本発明の浄化処理剤は、重金属元素を除去する浄化処理剤であって、製鋼ダストを含有する。本発明の浄化処理方法は、処理対象物から重金属元素を除去する浄化処理方法であって、製鋼ダストを含有する浄化処理剤を上記処理対象物に接触させる工程を備える。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
重金属元素を除去する浄化処理剤であって、
製鋼ダスト
を含有する浄化処理剤。
【請求項２】
下記条件（１）及び（２）の少なくとも一方を満たす請求項１に記載の浄化処理剤。
（１）上記製鋼ダスト中の０価の鉄元素の含有量が１０質量％以上である。
（２）上記製鋼ダスト中の２価の鉄元素の含有量が１０質量％以上である。
【請求項３】
酸をさらに含有する請求項１又は請求項２に記載の浄化処理剤。
【請求項４】
上記酸が塩酸又は硫酸第一鉄である請求項３に記載の浄化処理剤。
【請求項５】
処理対象物から重金属元素を除去する浄化処理方法であって、
製鋼ダストを含有する浄化処理剤を処理対象物に接触させる工程
を備える浄化処理方法。
【請求項６】
上記浄化処理剤が酸をさらに含有する請求項５に記載の浄化処理方法。
【請求項７】
上記接触工程では、上記浄化処理剤を上記処理対象物に接触させて得られる混合物のｐＨが３以上９．５以下である請求項５又は請求項６に記載の浄化処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、浄化処理剤及び浄化処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
セレン、水銀、ヒ素、鉛、カドミウム、クロム等の重金属元素による環境汚染が問題となっている。上記重金属元素は、人体に対して有害であり、健康障害をもたらす。このため、重金属元素毎に厳しい環境基準が定められている。例えば、重金属元素を含有する鉄鋼副産物が上記環境基準を満たさない場合、この鉄鋼副産物を陸上埋立、海域埋立等に用いることが困難となる。すなわち、処理対象物を産業上利用することが困難となる。
【０００３】
上記重金属元素を除去する浄化処理剤を用いて上記重金属元素を含む処理対象物を浄化する方法として、鉄又はその合金粉であるアトマイズ粉を含有する浄化処理剤に重金属又は重金属化合物を吸着させる方法が提案されている（特開２０１５−２１３８７３号公報、特開２０１８−１６１６０４号公報参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１５−２１３８７３号公報
【特許文献２】特開２０１８−１６１６０４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記特許文献１及び２に示すような浄化処理方法では、鉄又はその合金粉として、水アトマイズ法で製造したアトマイズ粉を用いている。この浄化処理方法では、アトマイズ粉を製造する必要がある分、資源及びエネルギーが必要となる。このため、上記浄化処理方法は、環境・資源エネルギーの観点で改善すべき部分がある。
【０００６】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、処理対象物から重金属元素を効率的に除去することができる浄化処理剤及び浄化処理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】
【０００７】
上記課題を解決するためになされた発明は、重金属元素を除去する浄化処理剤であって製鋼ダストを含有する浄化処理剤である。
【０００８】
当該浄化処理剤を用いた処理の対象である処理対象物に含まれる重金属元素は、水を含む液（以下、単に「液」という場合がある）の存在下で、この液にイオンの形態で溶出する。例えば上記処理対象物が上記液を含んでいる場合、この液中にイオン化した重金属元素（以下、「重金属元素イオン」という場合がある）が既に溶出している。例えば上記処理対象物が上記液を含んでいない場合には、上記処理対象物が上記液と接触すると、上記液中に重金属元素イオンが溶出する。
【０００９】
一方、上記製鋼ダストは、製鋼の過程で本来不要物として排出される。この製鋼ダストは、通常、０価の鉄元素及び２価の鉄元素の少なくとも一方を含んでいる。この製鋼ダストが上記液と接触すると、下記（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）の少なくとも１つの反応が生じる。
【００１０】
（ａ）上記製鋼ダスト中の０価の鉄元素から２価の鉄イオンが上記液中に溶出する（アノード反応、すなわち酸化反応）。
（ｂ）上記鉄鋼ダスト中の２価の鉄元素から３価の鉄イオンが溶出する（アノード反応、すなわち酸化反応）。
（ｃ）上記鉄鋼ダスト中の２価の鉄元素がそのまま（価数を２価に維持したまま）溶出する（溶解反応）。
【００１１】
上記（ａ）〜（ｃ）に示すように、上記製鋼ダスト中の０価の鉄元素に由来して２価の鉄イオンが上記液中に溶出する。加えて、上記製鋼ダスト中の２価の鉄元素に由来して２価の鉄イオン及び３価の鉄イオンが上記液中に溶出する。上記（ａ）及び（ｂ）の酸化反応によって上記液中の重金属元素イオンが還元され、０価の重金属元素に変化する。上記（ａ）の酸化反応及び（ｃ）の溶解反応で溶出した２価の鉄イオンが重金属元素イオンと不溶性の塩を形成する。このように、上記０価及び２価の鉄元素に起因する酸化反応、並びに上記２価の鉄元素に起因する溶解反応によって、重金属元素イオンを不溶物として析出させる（不溶化させる）ことができる。この析出は製鋼ダストの表面（具体的には０価及び２価の鉄元素の表面）で生じる。よって、析出物を上記製鋼ダストに吸着させることができる。この析出（不溶化）及び吸着によって、重金属元素を除去することができる。
【００１２】
加えて、上記製鋼ダストを浄化処理剤の成分として用いると、浄化処理剤の重要な成分を、あえて製造する必要がない。また、製鋼の過程で発生する不要物を有効に利用することができる。よって、当該浄化処理剤が上記製鋼ダストを含むことで、コスト及び環境負荷を低減することができるため、効率的である。
【００１３】
このように、当該浄化処理剤が上記製鋼ダストを含有することで、処理対象物から溶出する重金属元素イオンを効率的に不溶化し、不溶化物を上記製鋼ダストに吸着させて除去することができる。すなわち、処理対象物から重金属元素を効率的に除去することができる。なお、このような効果を有するものとして製鋼ダスト以外に圧延スラッジが挙げられる。
【００１４】
当該浄化処理剤が下記条件（１）及び（２）の少なくとも一方を満たすとよい。このように、当該浄化処理剤が下記条件（１）及び（２）の少なくとも一方を満たすことで、より確実に処理対象物から重金属元素を除去することができる。
（１）上記製鋼ダスト中の０価の鉄元素の含有量が１０質量％以上である。
（２）上記製鋼ダスト中の２価の鉄元素の含有量が１０質量％以上である。
【００１５】
当該浄化処理剤が酸をさらに含有するとよい。ここで、上記製鋼ダストは、通常、不可避不純物として酸化カルシウム（ＣａＯ、生石灰とも呼ばれる）等のアルカリ成分を含んでいる。このため、上記製鋼ダストが上記液に接触すると、上記アルカリ成分に起因して上記液のｐＨが上昇する。上記液のｐＨが上昇すると、上記製鋼ダストから上記２価及び３価の鉄イオンが溶出し難くなる（すなわち、酸化反応及び溶解反応が生じ難くなる）おそれがある。
【００１６】
しかし、当該浄化処理剤が上記酸を含有することで、上記製鋼ダストが上記アルカリ成分を含んでいても、このアルカリ成分に起因する上記液のｐＨの上昇を抑制し、そのｐＨを上記２価及び３価の鉄イオンの溶出に適切な範囲へと低下させる（調整する）ことができる。このｐＨの低下によって、上記２価及び３価の鉄イオンの溶出を促進することができる。よって、より確実に処理対象物から重金属元素を効率的に除去することができる。
【００１７】
上記酸が塩酸又は硫酸第一鉄であるとよい。このように、上記酸が塩酸又は硫酸第一鉄であることで、より適切に上記液のｐＨを低下させることができる。すなわち、上記液のｐＨが低下し過ぎない程度に、上記液のｐＨを低下させることができる。よって、より確実に処理対象物から重金属元素を効率的に除去することができる。
【００１８】
上記課題を解決するためになされた別の発明は、処理対象物から重金属元素を除去する浄化処理方法であって、製鋼ダストを含有する浄化処理剤を上記処理対象物に接触させる工程を備える浄化処理方法である。
【００１９】
当該浄化処理方法は、製鋼ダストを含有する浄化処理剤を用いることで、上述の通り、処理対象物から重金属元素を効率的に除去することができる。
【００２０】
すなわち、上記液の存在下で上記製鋼ダストと上記処理対象物とを接触させると、上述の通り、上記（ａ）〜（ｃ）の少なくとも１つの反応が生じる。上記０価及び２価の鉄元素に起因する上記（ａ）及び（ｂ）の酸化反応、並びに上記２価の鉄元素に起因する上記（ｃ）の溶解反応によって、重金属元素イオンを不溶物として析出させる（不溶化させる）ことができる。この析出は製鋼ダストの表面で生じるため、析出物を上記製鋼ダストに吸着させることができる。この析出（不溶化）及び吸着によって、重金属元素を除去することができる。加えて、上述した通り、上記製鋼ダストを浄化処理剤の成分として用いると、コスト及び環境負荷を低減することができるため、効率的である。従って、処理対象物から重金属元素を効率的に除去することができる。
【００２１】
上記浄化処理剤が酸をさらに含有するとよい。このように、上記浄化処理剤が酸をさらに含有することで、上述の通り、上記製鋼ダストが上記アルカリ成分を含んでいても、このアルカリ成分に起因する上記液のｐＨの上昇を抑制し、そのｐＨを上記２価及び３価の鉄イオンの溶出に適切な範囲へと低下させる（調整する）ことができる。このｐＨの低下によって、上記２価及び３価の鉄イオンの溶出を促進することができる。よって、より確実に処理対象物から重金属元素を効率的に除去することができる。
【００２２】
上記接触工程では、上記浄化処理剤を上記処理対象物に接触させて得られる混合物のｐＨとしては、３以上９．５以下が好ましい。上記混合物のｐＨが３未満であると、還元された重金属元素が再び溶解するおそれがある。また、製鋼ダスト中の鉄元素が酸と反応して発生する水素量が大きくなり、製鋼ダストに吸着した不溶化物（析出物）が製鋼ダストから剥がれ落ちる懸念がある。一方、上記混合物のｐＨが９．５を超えると、水酸化鉄の生成量が大きくなり、上記した不溶化の反応性が低下する懸念がある。これに対し、上記ｐＨが上記範囲であることで、より確実に処理対象物から重金属元素を効率的に除去することができる。
【００２３】
ここで、「重金属元素」とは、２５℃における比重が４．５以上の金属元素であって、鉄元素以外の金属元素をいう。「重金属元素」の形態には、０価の重金属元素（重金属単体）の形態、重金属元素と他の元素との化合物（重金属元素化合物）の形態、及びイオン（重金属元素イオン）の形態が含まれる。「重金属元素イオン」の形態には、重金属元素単体がイオン化したイオンの形態、及び重金属元素と他の元素との化合物がイオン化したイオンの形態が含まれる。
【００２４】
「重金属元素イオンの不溶化」には、既にイオン化している重金属元素イオンを不溶化すること、及び未だイオン化されていない重金属元素を、水を含む液と接触させて重金属元素イオンの形態に変化させたうえで、この重金属元素イオンを不溶化することが含まれる。
【００２５】
「混合物のｐＨ」とは、ｐＨを測定することができる程度に上記混合物が水を含む状態での処理対象物のｐＨをいう。すなわち、「混合物のｐＨ」は、処理対象物と浄化処理剤との混合物自体のｐＨを直接測定できる場合には混合物自体のｐＨを意味する。一方、処理対象物と浄化処理剤との混合物自体のｐＨを直接測定できない場合には、処理対象物及び浄化処理剤に、水を含む液をさらに接触させた状態（混合物が上記液を含む状態）での混合物のｐＨをいう。
【発明の効果】
【００２６】
以上説明したように、本発明の浄化処理剤を用いることで、処理対象物から重金属元素を効率的に除去することができる。本発明の浄化処理方法を用いることで、処理対象物から重金属元素を効率的に除去することができる。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、本発明の浄化処理剤及び浄化処理方法の実施形態について詳説する。なお、本明細書では、任意の事項について記載された複数の上限値のうちの１つと複数の下限値のうちの１つとを適宜組み合わせることができる。このように組み合わせることで、組み合わされた上限値と下限値との間の数値範囲が上記任意の事項の好適な数値範囲として本明細書中に記載されているものとする。ここで、上記した上限値と下限値との間の数値範囲は上限値から下限値までの数値範囲、及び下限値から上限値までの数値範囲を含む。
【００２８】
［浄化処理剤］
本実施形態に係る浄化処理剤は、重金属元素を除去する浄化処理剤であって、製鋼ダストを含有する。当該浄化処理剤は、酸をさらに含有してもよい。
【００２９】
＜製鋼ダスト＞
上記製鋼ダストは、銑鉄から鋼を製造する製鋼工程でガスと共に発生する粉体である。この製鋼ダストとしては、転炉での処理、脱リン炉での処理の際に排ガスと共に発生するダスト等が挙げられる。
【００３０】
上記製鋼ダストは、鉄元素を含む粉体である。具体的には、上記製鋼ダストは、通常、０価の鉄元素及び２価の鉄元素の少なくとも一方を含む。０価の鉄元素は、鉄（いわゆる金属鉄）の形態で上記製鋼ダスト中に存在する。２価の鉄元素は、この２価の鉄元素と他の元素との化合物（２価の鉄化合物）の形態で上記製鋼ダスト中に存在する。上記製鋼ダストは、鉄元素として３価の鉄元素を含んでもよい。この３価の鉄元素は、この３価の鉄元素と他の元素との化合物（３価の鉄化合物）の形態で上記製鋼ダスト中に存在する。
【００３１】
上記製鋼ダスト中の０価の鉄元素の含有量及び２価の鉄元素の含有量は、それぞれ特に限定されない。例えばこれらの含有量に関し、当該浄化処理剤が下記条件（１）及び（２）の少なくとも一方を満たすとよい。このように、当該浄化処理剤が下記条件（１）及び（２）の少なくとも一方を満たすことで、下記条件（１）及び（２）の双方ともを満たさない場合と比較して、より確実に処理対象物から重金属元素を除去することができる。
（１）上記製鋼ダスト中の０価の鉄元素の含有量が１０質量％以上である。
（２）上記製鋼ダスト中の２価の鉄元素の含有量が１０質量％以上である。
【００３２】
この場合において、上記製鋼ダスト中の０価の鉄元素の含有量の下限としては、上記のように１０質量％が好ましく、加えて３０質量％がより好ましく、５０質量％がさらに好ましく、７０質量％が特に好ましい。一方、上記０価の鉄元素の含有量の上限としては、９５質量％が好ましく、８５質量％がより好ましい。上記０価の鉄元素の含有量が上記下限に満たないと、上記製鋼ダストからの２価の鉄イオンの溶出量が小さ過ぎるおそれがある。２価の鉄イオンの溶出量が小さ過ぎると、上記液中の重金属元素イオンを十分に還元（不溶化）できず、処理対象物から重金属元素を十分に除去することができないおそれがある。加えて、２価の鉄イオンの溶出量が小さ過ぎると、上記液中の重金属元素イオンと２価の鉄イオンとの不溶性の塩を十分に形成することができず、処理対象物から重金属元素を十分に除去することができないおそれがある。逆に、上記０価の鉄元素の含有量が上記上限を超えると、上記含有量の増加に比して重金属元素の除去性能が向上せず、コストが増加するおそれがある。
【００３３】
上記製鋼ダスト中の０価の鉄元素の含有量は、ＪＩＳ  Ｍ８２１３：１９９５「鉄鉱石−酸可溶性鉄（ＩＩ）定量方法」の解説書に記載の金属鉄定量方法によって測定することができる。
【００３４】
上記製鋼ダスト中の２価の鉄元素の含有量の下限としては、上記のように１０質量％が好ましく、加えて３０質量％がさらに好ましい。一方、上記２価の鉄元素の含有量の上限としては、９５質量％が好ましく、８５質量％がより好ましい。上記２価の鉄元素の含有量が上記下限に満たないと、２価及び３価の鉄イオンの溶出量が小さ過ぎるおそれがある。３価の鉄イオンの溶出量が小さ過ぎると、上記液中の重金属元素イオンを十分に還元（不溶化）できず、処理対象物から重金属元素を十分に除去することができないおそれがある。２価の鉄イオンの溶出量が小さ過ぎると、上記液中の重金属元素イオンと２価の鉄イオンとの不溶性の塩を十分に形成することができないおそれがある。よって、処理対象物から重金属元素を十分に除去することができないおそれがある。逆に、上記２価の鉄元素の含有量が上記上限を超えると、上記含有量の増加に比して重金属元素の除去性能が向上せず、コストが増加するおそれがある。
【００３５】
上記製鋼ダスト中の２価の鉄元素の含有量は、ＪＩＳ  Ｍ８２１３：１９９５「鉄鉱石−酸可溶性鉄（ＩＩ）定量方法」によって測定することができる。
【００３６】
なお、２価の鉄元素の含有量が上記条件（２）を満たす場合には、上記製鋼ダスト中の０価の鉄元素の含有量は、上記条件（１）を満たしても、満たさなくてもよい。この上記条件（１）を満たさない場合には、上記製鋼ダスト中の０価の鉄元素の含有量が０質量％であること（すなわち、上記製鋼ダスト中に０価の鉄元素が含まれていないこと）も含まれる。また、０価の鉄元素の含有量が上記条件（１）を満たす場合には、上記製鋼ダスト中の２価の鉄元素の含有量は、上記条件（２）を満たしても満たさなくてもよい。この上記条件（２）を満たさない場合には、上記製鋼ダスト中の２価の鉄元素の含有量が０質量％であること（すなわち、上記製鋼ダスト中に２価の鉄元素が含まれていないこと）も含まれる。
【００３７】
上記製鋼ダストは、通常、鉄以外の元素も含む場合がある。例えば、上記製鋼ダストは重金属元素を不可避的に含む場合がある。この重金属元素としては、例えばセレン（Ｓｅ）、水銀（Ｈｇ）、鉛（Ｐｂ）、ヒ素（Ａｓ）、クロム（６価クロム、Ｃｒ６＋）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、銅（Ｃｕ）、亜鉛（Ｚｎ）といった元素が挙げられる。上記製鋼ダスト中の重金属元素の含有量が大き過ぎると、この製鋼ダストから、本来除去すべき重金属元素イオンが溶出してしまうおそれがある。このため、処理対象物中の重金属元素以外に除去すべき重金属元素が増え、その結果、処理対象物中の重金属元素を十分に除去することができないおそれがある。よって、上記製鋼ダスト中の重金属元素の含有量は小さい程、好ましい。例えば上記製鋼ダスト中の重金属元素の含有量の上限としては、特にセレン（Ｓｅ）、水銀（Ｈｇ）、鉛（Ｐｂ）、ヒ素（Ａｓ）及びクロム（Ｃｒ）の含有量の合計の上限が０．１質量％未満であると好ましい。
【００３８】
上記製鋼ダスト中の各重金属元素の含有量は、下記のように測定することができる。すなわち、セレン（Ｓｅ）の含有量は、ＪＩＳ  Ｍ８１３４：１９９４「鉱石中のセレン定量方法」によって測定することができる。水銀（Ｈｇ）の含有量は、環境省  底質調査法：２０１２によって測定することができる。鉛（Ｐｂ）の含有量はＪＩＳ  Ｍ８２２９：１９９７「鉄鉱石−鉛定量方法」によって測定することができる。ヒ素（Ａｓ）の含有量は、ＪＩＳ  Ｍ８２２６：２００６「鉄鉱石−ひ素定量方法」によって測定することができる。クロム（Ｃｒ）の含有量は、ＪＩＳ  Ｍ８２２４：１９９７「鉄鉱石−クロム定量方法」によって測定することができる。コバルト（Ｃｏ）の含有量は、ＪＩＳ  Ｍ８２１０：１９９５「鉄鉱石−コバルト定量方法」によって測定することができる。ニッケル（Ｎｉ）の含有量は、ＪＩＳ  Ｍ８２２３：１９９７「鉄鉱石−ニッケル定量方法」によって測定することができる。銅（Ｃｕ）の含有量は、ＪＩＳ  Ｍ８２１８：１９９７「鉄鉱石−銅定量方法」によって測定することができる。亜鉛（Ｚｎ）の含有量は、ＪＩＳ  Ｍ８２２８：１９９７「鉄鉱石−亜鉛定量方法」によって測定することができる。
【００３９】
上記の他、上記製鋼ダストは、鉄以外の元素として、例えばカルシウム（Ｃａ）及び酸素（Ｏ）を不可避的に含む。これらの元素は、例えば上記製鋼ダスト中に酸化カルシウム（ＣａＯ、生石灰）の形態で含まれる。上記液と上記製鋼ダストとが接触すると、上記製鋼ダスト中の酸化カルシウムが溶出する。酸化カルシウムはアルカリ成分であるため、この酸化カルシウムの溶出に起因して上記液のｐＨが上昇する。上記製鋼ダスト中の酸化カルシウムの含有量が大き過ぎる場合には、その分、上記液のｐＨが上昇し過ぎることになる。ｐＨが上昇し過ぎると、０価の鉄元素から２価の鉄イオンが溶出し難くなり、２価の鉄元素から２価及び３価の鉄イオンが溶出し難くなる。このため、酸化カルシウムの含有量が大き過ぎると、その分、上記液のｐＨを低下させるための酸の添加量（製鋼ダストの含有量に対する酸の含有量）を大きくする必要がある。酸の添加量が大きくなる程、コストが増大する。よって、上記製鋼ダスト中の酸化カルシウムの含有量は小さい程、好ましい。例えば、上記製鋼ダスト中の酸化カルシウムの含有量の上限としては、３０質量％が好ましく、１５質量％がより好ましい。一方、上記酸化カルシウムの含有量の下限としては、通常、２質量％程度である。
【００４０】
上記製鋼ダスト中の酸化カルシウムの含有量は、ＪＩＳ  Ｍ８２２１：１９９７「鉄鉱石−カルシウム定量方法」によって測定することができる。
【００４１】
上記の他、上記製鋼ダストに含まれ得る鉄以外の元素として、例えばケイ素、アルミニウム、マグネシウム、カリウム、ナトリウム、炭素といった元素が挙げられる。例えば、ケイ素は、酸化ケイ素（ＳｉＯ２）の形態、アルミニウムは酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）の形態、マグネシムは酸化マグネシウム（ＭｇＯ）の形態、カリウムは酸化カリウム（Ｋ２Ｏ）の形態、ナトリウムは酸化ナトリウム（Ｎａ２Ｏ）の形態、炭素（Ｃ）は金属鉄に固溶する形態、あるいはこれらの元素が化合した化合物の形態で、上記製鋼ダストに含まれる。このような上記鉄以外の元素を上記製鋼ダストが含む場合、この元素の上記製鋼ダスト中の含有量の含有量は、小さい程好ましい。例えば、この鉄元素以外の元素（ただし、重金属元素、並びに酸化カルシウムを構成するカルシウム元素及び酸素元素を除く）の含有量の上限としては、５質量％が好ましく、２質量％がより好ましく、１質量％がさらに好ましい。
【００４２】
上記製鋼ダストは、製鋼工程で発生した、ガス及びダストを含む流体からダストを捕集することによって得られる。ダストの捕集方法は、０価及び２価の鉄元素を含有しているようにダストを捕集することができる方法であればよく、特に限定されない。例えば、上記製鋼ダストは、転炉工程で発生した上記流体から湿式集塵機で捕集することによって得られる。
【００４３】
ここで、通常、発生直後の上記流体は高温である。このため、高温の状態で発生から時間が経過するにつれて、ダストに含まれる０価の鉄元素及び２価の鉄元素がそれぞれダスト中で酸化され、いずれも３価の鉄元素に変化するおそれがある。３価の鉄元素は、還元能力を有しない。加えて、３価の鉄元素は他の元素（重金属元素イオンを含む）と水に不溶性の塩を形成し難い。すなわち、３価の鉄元素は重金属元素イオンを不溶化し難い。よって、０価及び２価の鉄元素が３価の鉄元素に変化しないように、発生したダストを、冷却しながら早期に捕集する必要がある。
【００４４】
この点に関し、上記のように湿式集塵機でダストを捕集することで、ダストを急速に冷却しながら捕集することができる。この捕集によって、０価及び２価の鉄元素を、これらが３価の鉄元素に変化することを抑制しながら捕集することができる。このように、上記湿式集塵機で上記ダストを捕集することで、上述のように０価及び２価の鉄元素を含む上記製鋼ダストを得ることができる。
【００４５】
処理対象物が上記液を含有している場合には、処理対象物中の重金属元素は、重金属元素イオンの形態で上記液中に溶出している。一方、処理対象物が上記液を含有していない場合には、処理対象物が上記液と接触すると、重金属元素イオンの形態で上記液中に溶出する。このように重金属元素イオンが溶出した上記液と上記製鋼ダストとを接触させたとき、すなわち、上記液の存在下で重金属元素イオンと上記製鋼ダストとを接触させときに生じる重金属元素イオンの不溶化メカニズムは、以下のように推察される。
【００４６】
すなわち、重金属元素イオンが溶出した上記液と上記製鋼ダストとを接触させると、下記（ａ）〜（ｃ）の少なくとも１つの反応が生じる。
【００４７】
（ａ）上記製鋼ダストに含まれる０価の鉄元素（Ｆｅ）が酸化されて電子を放出するアノード反応（酸化反応）が生じる（Ｆｅ→Ｆｅ２＋＋２ｅ−）。この酸化反応によって０価の鉄元素から２価の鉄イオンが上記液中に溶出する。
（ｂ）上記製鋼ダストに含まれる２価の鉄元素（Ｆｅ２＋）の少なくとも一部が酸化されて電子を放出するアノード反応が生じる（Ｆｅ２＋→Ｆｅ３＋＋ｅ−）。この酸化反応によって２価の鉄元素から３価の鉄イオンが上記液中に溶出する。
（ｃ）上記製鋼ダストに含まれる２価の鉄元素（Ｆｅ２＋）の他の一部が、そのままその価数が変わることなく上記液中に溶出する溶解反応が生じる。この溶解反応によって２価の鉄元素から２価の鉄イオンが上記液中に溶出する。
【００４８】
上記（ａ）及び（ｂ）の酸化反応で放出された電子が上記重金属元素イオンと反応することで、上記重金属元素イオンが還元され、０価の重金属元素に変化する。この還元によって、重金属元素イオンが不溶化される。また、上記（ａ）の酸化反応及び（ｃ）の溶解反応で溶出した２価の鉄イオンと重金属元素イオンとが反応することで、不溶性の塩が形成される。この塩形成によって重金属元素イオンが不溶化される。このように、上記還元及び塩形成によって重金属元素イオンが不溶化されると推察される。
【００４９】
上記還元及び塩形成は、上記製鋼ダストの上記液と接触する部分（すなわち、表面）で生じる。このため、上記還元で得られた０価の重金属元素、及び上記塩形成で得られた重金属元素を含有する化合物（重金属元素化合物）は、上記製鋼ダストの表面に析出し、この表面に吸着する。
【００５０】
上述のように、処理対象物と上記製鋼ダストとを上記液の存在下で接触させることで、処理対象物から溶出する重金属元素イオンを０価の重金属元素又は不溶性の重金属元素化合物として析出させ、上記製鋼ダストに吸着させることができる。加えて、重金属元素を析出物（すなわち、不溶化物）の形態で上記製鋼ダストに吸着させることで、上記液から重金属元素を除去することができる。このように、上記製鋼ダストを用いることで、処理対象物から重金属元素を除去することができる。なお、処理対象物又は浄化処理剤が上記液を含む場合には、更なる水などの液体を添加しなくても、上記吸着作用で重金属元素を除去することができる。
【００５１】
加えて、処理対象物から重金属元素を除去するために、鉄鋼副産物、より具体的には製鋼副産物である上記製鋼ダストを用いることで、水アトマイズ法によって得られる鉄又はその合金粉と比較して、コスト及び環境負荷を低減することができる。
【００５２】
上記０価の鉄元素及び２価の鉄元素を含む上記製鋼ダストからの２価及び３価の鉄イオンの溶出し易さは、上記液のｐＨに影響される。上記液のｐＨは、処理対象物と当該浄化処理剤との混合物のｐＨによって決まる。よって、上記製鋼ダストからの２価及び３価の鉄イオンの溶出し易さを考慮すると、上記混合物のｐＨとしては、後述するように３以上９．５以下であることが好ましい。
【００５３】
上記製鋼ダストの平均粒径の上限としては、１０００μｍが好ましく、５００μｍがより好ましく、１００μｍがさらに好ましい。一方、上記製鋼ダストの平均粒径の下限としては、１μｍが好ましく、５μｍがより好ましく、１０μｍがさらに好ましく、５０μｍが特に好ましい。上記平均粒径が上記上限を超えると、上記製鋼ダストの表面積が小さ過ぎて、重金属元素の吸着速度（すなわち除去速度）が低下するおそれがある。逆に、上記平均粒径が上記下限に満たないと、歩留まりが低くなるおそれがある。また、取り扱い性が低下するおそれがある。ここで、「平均粒径」とは、ＪＩＳ−Ｚ−８８０１：２００６に規定されるふるいを用いた乾式ふるい分け試験によって粒子径分布を求め、この粒子径分布にて累積質量が５０％となる粒径をいう。
【００５４】
当該浄化処理剤中の上記製鋼ダストの含有量は、特に限定されず、例えば処理対象物からの重金属元素の除去の程度等に応じて適宜設定することができる。例えば当該浄化処理剤中の上記製鋼ダストの含有量の下限としては、５質量％が好ましく、１０質量％がより好ましい。一方、上記製鋼ダストの含有量の上限としては、８０質量％が好ましく、２０質量％がより好ましい。上記製鋼ダストの含有量が上記下限に満たないと、上記製鋼ダストの含有量が小さ過ぎ、その分、０価の鉄元素及び２価の鉄元素の含有量も小さ過ぎるおそれがある。０価の鉄元素及び２価の鉄元素の含有量が小さ過ぎると、処理対象物から重金属元素を十分に除去することができないおそれがある。逆に、上記製鋼ダストの含有量が上記上限を超えると、含有量の増加に比して重金属元素の除去効果が増加せず、コストが増加するおそれがある。なお、上記含有量が１００質量％であってもよい。すなわち、当該浄化処理剤が製鋼ダストのみを含有していてもよい。
【００５５】
＜酸＞
酸は、これを添加することによって、添加された材料のｐＨを低下させるものである。具体的には、上記酸は、処理対象物と当該浄化処理剤との混合物のｐＨを、この酸が含有されていない場合のそのｐＨよりも低下させるものである。処理対象物が上記液を含む場合、上記混合物のｐＨは、処理対象物と当該浄化処理剤とを接触させた混合物のｐＨである。この場合において、当該浄化処理剤（具体的には上記酸）が上記液を含んでも含まなくてもよい。処理対象物が上記液を含まず、当該浄化処理剤（具体的には上記酸）が上記液を含む場合、上記混合物のｐＨは、処理対象物と当該浄化処理剤とを接触させた混合物のｐＨである。処理対象物も当該処理対象物も上記液を含まない場合、上記混合物のｐＨは、処理対象物と当該処理対象物とさらに上記液とを接触させた混合物のｐＨである。
【００５６】
上述した通り、上記製鋼ダストは、通常、酸化カルシウムに例示されるアルカリ成分を含んでいる。このため、通常、上記液の存在下で上記製鋼ダストと処理対象物とを接触させたとき、混合物のｐＨが接触前の処理対象物のｐＨよりも上昇する。このようにｐＨが上昇すると、上記製鋼ダスト中の０価及び２価の鉄元素から２価及び３価の鉄イオンが溶出し難くなるおそれがある。しかし、当該浄化処理剤が上記酸を含有することで、上記混合物のｐＨを低下させることができる。このようにｐＨを低下させることで、後述するように、上記混合物のｐＨを、上記製鋼ダストから２価及び３価の鉄イオンが溶出し易い範囲へと低下させる（調整する）ことが可能になる。このｐＨの低下によって、２価及び３価の鉄イオンの溶出を促進することができる。よって、より確実に処理対象物から重金属元素を除去することができる。
【００５７】
なお、処理対象物が上記液を含む場合、処理対象物のｐＨは、処理対象物自体のｐＨである。処理対象物が上記液を含まない場合、処理対象物のｐＨは、処理対象物と上記液とを接触させた状態での処理対象物のｐＨである。すなわち、処理対象物と上記液とを接触させた混合物のｐＨである。
【００５８】
上記酸としては、塩酸、硫酸、硝酸等の無機酸、クエン酸等の有機酸、硫酸第一鉄、塩化第一鉄等の鉄塩といった塩等が挙げられる。これらのうち、上記酸としては塩酸又は硫酸第一鉄が好ましい。塩酸及び硫酸第一鉄は、処理対象物と当該浄化処理剤との混合物のｐＨを減少させることができる。加えて、塩酸及び硫酸第一鉄は、他の酸と比較して酸化力が弱いため、鉄イオンの価数を増大させ難い。よって、上記酸が塩酸又は硫酸第一鉄であることで、上記製鋼ダストに含まれる０価及び２価の鉄元素が各還元能力を発揮することなく酸化されることを、抑制することができる。すなわち、０価及び２価の鉄元素が重金属元素イオンを還元することなく３価の鉄イオンとして溶出してしまうことを、抑制することができる。加えて、上記の通り、塩酸及び硫酸第一鉄は鉄イオンの価数を増大させ難いため、上記酸が塩酸又は硫酸第一鉄であることで、２価の鉄イオンの減少に起因する重金属元素と不溶化の塩を形成する反応の減少を、抑制することができる。上記酸は、液体の形態であっても固体の形態であってもよい。上記酸が固体である場合、この固体の上記酸が上記液に溶解した溶液の形態で用いられてもよい。なお、上記酸として、例えば製鋼における圧延工程の後の酸洗工程の廃液等のｐＨを調整可能な液を用いてもよい。
【００５９】
当該浄化処理剤中の上記酸の含有量は、特に限定されない。例えば上記酸の含有量は、上記製鋼ダスト中の０価の鉄元素及び２価の鉄元素が処理対象物から溶出する重金属元素イオンを十分に不溶化できるように、適宜設定される。具体的には、例えば、処理対象物に含まれる重金属元素の含有量、処理対象物に含まれるアルカリ成分の含有量、上記製鋼ダストに含まれる酸化カルシウム等のアルカリ成分の含有量等に応じて、処理対象物と上記製鋼ダストとの混合物のｐＨが重金属元素の除去に適切な範囲となるように、上記酸の含有量が適宜設定される。例えば後述するように、上記製鋼ダストと処理対象物との混合物のｐＨが３以上９．５以下となるように上記酸の含有量が適宜設定されるとよい。
【００６０】
例えば当該浄化処理剤中の上記酸の含有量の下限としては、上記製鋼ダスト１００質量部に対して２５質量部が好ましく、４０質量部がより好ましい。一方、上記酸の含有量の上限としては、上記製鋼ダスト１００質量部に対して、１９００質量部が好ましく、９００質量部がより好ましい。上記酸の含有量が上記下限に満たないと、上記混合物のｐＨを十分に低下させることができないおそれがある。ｐＨを十分に低下させることができないと、処理対象物から重金属元素を十分に除去することができないおそれがある。逆に、上記酸の含有量が上記上限を超えると、上記混合物のｐＨが適切な範囲よりも低下し過ぎて重金属元素を不溶化させることが困難になるおそれがある。例えば、適切なｐＨでは溶出しない重金属元素化合物が、過度に低下したｐＨでは溶出してしまい、その結果、重金属元素を不溶化できないおそれがある。
【００６１】
＜処理対象物＞
処理対象物としては、重金属元素を含む汚染水といった液体状である処理対象物、重金属元素を含む土壌、重金属を含む鉄鋼副産物といった固体状である処理対象物、重金属元素を含む土壌、重金属を含む鉄鋼副産物といった固体と、水を含む液体との混合物といった懸濁液状又はスラリー状である処理対象物等が挙げられる。
【００６２】
上記鉄鋼副産物としては、例えば、従来公知の鉄鋼スラグ、従来公知の鉄鋼ダスト等が挙げられる。鉄鋼スラグとしては、例えば、高炉スラグといった製銑の過程で生じる製銑スラグ、転炉スラグといった製鋼の過程で生じる製鋼スラグ等が挙げられる。鉄鋼ダストとしては、例えば、高炉ダストといった製銑の過程で生じる製銑ダスト、転炉ダストといった製鋼の過程で生じるダスト、その他、電気炉ダストといった製鋼の後の過程で生じるダスト等が挙げられる。
【００６３】
＜重金属元素＞
上記処理対象物に含まれる重金属元素としては、鉄元素よりもイオン化傾向が小さい重金属元素が好ましい。重金属元素が鉄元素よりもイオン化傾向が小さいと、上述した酸化反応によって還元され易い。この鉄元素よりもイオン化傾向が小さい重金属元素としてはセレン（Ｓｅ）、水銀（Ｈｇ）、鉛（Ｐｂ）、ヒ素（Ａｓ）、カドミウム（Ｃｄ）、クロム（Ｃｒ）等の元素が挙げられる。処理対象物中の重金属元素の形態は、重金属単体の形態であっても、他の元素との化合物（重金属元素化合物）の形態であってもよい。上記重金属元素化合物としては、例えばセレン酸ナトリウム、塩化水銀、塩化鉛、ヒ酸水素ナトリウム、硝酸カドミウム、二クロム酸カリウム等が挙げられる。重金属元素イオンとしては、例えば、セレン酸イオン（ＳｅＯ４２−）、水銀イオン（Ｈｇ２２＋、Ｈｇ２＋）鉛イオン（Ｐｂ２＋）、ヒ酸イオン（ＡｓＯ４３−）、カドミウムイオン（Ｃｄ２＋）、二クロム酸イオン（Ｃｒ２Ｏ７２−）等が挙げられる。以下、上記液の存在下で重金属元素が浄化処理剤の製鋼ダストに吸着される推定メカニズムについて説明する。
【００６４】
セレン、水銀及びカドミウムの各元素は、それぞれセレン酸イオン（ＳｅＯ４２−）、水銀イオン（Ｈｇ２２＋、Ｈｇ２＋）及びカドミウムイオン（Ｃｄ２＋）の形態で、上記液中に溶解している。当該浄化処理剤を用いることで、製鋼ダスト中の０価及び２価の鉄元素から２価及び３価の鉄イオンを溶出する上記酸化反応によって、セレン酸イオン、水銀イオン及びカドミウムイオンをそれぞれ還元して、製鋼ダストの表面に析出させることができる。具体的には、上記還元反応によって、０価のセレン元素（金属セレンともいう）、０価の水銀元素（金属水銀ともいう）及び０価のカドミウム元素（金属カドミウムともいう）をそれぞれ製鋼ダストの表面に析出させ、吸着させることができる。この析出及び吸着によって、処理対象物からセレン、水銀及びカドミウムの各元素を除去することができる。
【００６５】
ヒ素元素は、ヒ酸イオン（ＡｓＯ４３−）の形態で上記液中に溶解している。当該浄化処理剤を用いることで、製鋼ダスト中の０価の鉄元素及び２価の鉄元素から溶出した２価の鉄イオンと上記ヒ酸イオンとを反応させ、不溶性の塩を生成させて、析出させることができる。具体的には、上記塩形成反応によって、不溶性のヒ酸鉄（ヒ酸と鉄との化合物）を製鋼ダストの表面に析出させ、吸着させることができる。この析出及び吸着によって、処理対象物からヒ酸イオンを除去することができる。上記２価の鉄イオンとヒ酸イオンとの反応式は、下記式のように表される。
３Ｆｅ２＋＋２ＡｓＯ４３−→Ｆｅ３（ＡｓＯ４）２
【００６６】
クロム及び鉛の各元素は、それぞれ６価のクロム元素（Ｃｒ６＋）を有する二クロム酸イオン（Ｃｒ２Ｏ７２−）及び鉛イオン（Ｐｂ２＋）の形態で上記液中に溶解している。当該浄化処理剤を用いることで、製鋼ダストから溶出した２価の鉄イオンと二クロム酸イオン及び鉛イオンとをそれぞれ反応させ、不溶性の塩を生成させて、析出させることができる。具体的には、上記塩形成反応によって、不溶性の化合物を製鋼ダストの表面に析出させ、吸着させることができる。この析出及び吸着によって、処理対象物から二クロム酸イオン及び鉛イオンを除去することができる。なお、３価のクロム元素（Ｃｒ３＋）は人体への害が少ないため、浄化対象ではない。また、６価のクロム元素の除去には、６価のクロム元素を３価のクロム元素に還元することも含まれる。
【００６７】
＜利点＞
当該浄化処理剤は、上記製鋼ダストを含有することで、処理対象物から重金属元素を効率的に除去することができる。
【００６８】
［浄化処理方法］
次いで、本実施形態の浄化処理方法について詳説する。
【００６９】
本実施形態の浄化処理方法は、処理対象物から重金属元素を除去する浄化処理方法であって、製鋼ダストを含有する浄化処理剤を上記処理対象物に接触させる工程を備える。すなわち、本実施形態では、当該浄化処理剤を上記処理対象物に接触させる工程を備える。
【００７０】
上述したように、上記処理対象物に接触される当該浄化処理剤が上記製鋼ダスト及び上記酸を含有していてもよい。上述の通り、製鋼ダストにはアルカリ成分が含有されている場合がある。また、処理対象物にもアルカリ成分が含まれている場合がある。このような場合においても、そのアルカリ成分の含有量に応じて当該浄化処理剤の量、より具体的には当該浄化処理剤に含まれる上記酸の含有量を調整することで、処理対象物と当該浄化処理剤との混合物のｐＨを、重金属元素の不溶化に適した範囲に調整することができる。
【００７１】
＜接触工程＞
接触工程では、当該浄化処理剤と処理対象物とを接触させる。この接触工程では、必要に応じて水を含む液を添加する。具体的には、この接触工程では、上記液の存在下で、当該浄化処理剤と処理対象物とを接触させる。より具体的には、処理対象物が重金属元素の除去に必要な量の上記液を含んでいる場合には、上記液を添加することなく、当該浄化処理剤と処理対象物とを接触させる。この場合において、上記液をさらに添加してもよい。一方、処理対象物が重金属元素の除去に必要な上記液を含んでいない場合には、重金属元素の除去に必要な量の上記液を添加する。このように上記液を添加する態様としては、上記製鋼ダスト及び上記酸とは別途で上記液を添加する態様、上記酸と上記液とをこれらが混合物（例えば溶液）の状態で上記製鋼ダストと共に添加する態様等が挙げられる。
【００７２】
処理対象物から重金属元素の除去に必要な上記液の量は、特に限定されない。例えば、この量は、処理対象物中の重金属元素の含有量等に応じて適宜設定することができる。上記液は、水を含み、処理対象物から重金属元素を除去することを可能にするものであればよく、特に限定されない。上記液としては、例えば水が挙げられる。
【００７３】
上記処理対象物と当該浄化処理剤とを接触させる方法は、特に限定されない。この接触方法としては、例えば当該浄化処理剤及び必要に応じて上記液を適当な容器に充填し、この容器中に処理対象物を連続的に通過させる方法、当該浄化処理剤を処理対象物に添加し撹拌等する方法等が挙げられる。
【００７４】
当該浄化処理剤を処理対象物に接触させる際には、上記製鋼ダストの添加量の下限としては、処理対象物に含まれる重金属１ｍｇに対して０．３ｇが好ましく、０．５ｇがより好ましい。上記製鋼ダストの添加量の上限としては、処理対象物に含まれる重金属１ｍｇに対して３ｇが好ましく、２ｇがより好ましい。上記製鋼ダストの添加量が上記下限に満たないと、処理対象物から重金属元素を十分に除去することができないおそれがある。逆に、上記製鋼ダストの添加量が上記上限を超えると、当該浄化処理剤の量の増加に比して重金属元素の除去効率が向上し難いおそれがある。
【００７５】
当該浄化処理剤を処理対象物に接触させる際には、上記酸の添加量の下限としては、上述したように、上記製鋼ダスト１００質量部に対して２５質量部が好ましく、４０質量部がより好ましい。一方、上記酸の添加量の上限としては、上記製鋼ダスト１００質量部に対して、１９００質量部が好ましく、９００質量部がより好ましい。上記酸の添加量が上記下限に満たないと、上述したように、上記混合物のｐＨを十分に低下させることができず、処理対象物から重金属元素を十分に除去することができないおそれがある。逆に、上記酸の含有量が上記上限を超えると、上述したように、上記混合物のｐＨが適切な範囲よりも低下し過ぎて、重金属元素を不溶化させることが困難になるおそれがある。
【００７６】
上記浄化処理剤を処理対象物に接触させて得られる混合物のｐＨの下限としては、３が好ましく、３．６がより好ましく、４がさらに好ましく、５が特に好ましい。一方、上記ｐＨの上限としては、９．５が好ましく、８．３がより好ましく、８がさらに好ましく、７が特に好ましい。上記ｐＨが上記下限に満たないと、還元された重金属元素が再び溶解するおそれがある。また、製鋼ダスト中の鉄元素が酸と反応して発生する水素量が大きくなり、製鋼ダストに吸着した不溶化物（析出物）が製鋼ダストから剥がれ落ちる懸念がある。加えて、２価の鉄イオンと重金属元素とが塩を形成しても、この塩が上記液に不溶化せずに溶解している状態になるおそれがある。よって、処理対象物から重金属元素を十分に除去することができないおそれがある。逆に、上記ｐＨが上記上限を超えると、水酸化鉄の生成量が大きくなり、上記した不溶化の反応性が低下する懸念がある。この水酸化鉄の生成量の増大によって、重金属元素の不溶化に必要な２価及び３価の鉄イオンが十分に供給されず、処理対象物から重金属元素を十分に除去することができないおそれがある。
【００７７】
浄化処理剤に含まれる製鋼ダスト及び酸を処理対象物に接触させるタイミングは、特に限定されない。例えば、製鋼ダスト及び酸を処理対象物に同時に添加しても、それぞれ異なるタイミングで添加してもよい。上記同時に添加する態様には、上記製鋼ダストと上記酸とを混合した状態で添加する態様も、上記製鋼ダストと上記酸とを別々に同じタイミングで添加する態様も含まれる。上記製鋼ダスト及び上記酸の各全部を一度に処理対象物に添加しても、上記製鋼ダスト及び上記酸の各全部をそれぞれ複数回に分けて添加してもよい。
【００７８】
上記浄化処理剤を処理対象物に接触させる際の攪拌時間の上限としては、７２時間が好ましく、４８時間がより好ましく、３６時間がさらに好ましい。一方、上記攪拌時間の下限としては、１分が好ましく、１時間がより好ましく、１０時間がさらに好ましく、１５時間が特に好ましい。上記攪拌時間が上記上限を超えると、攪拌時間の増加に比して重金属元素の除去量が向上し難くなるため、重金属元素の除去効率が低下するおそれがある。逆に、上記攪拌時間が上記下限に満たないと、処理対象物から重金属元素を十分に除去することができないおそれがある。攪拌する際に用いる攪拌機器としては、従来公知の攪拌機器が挙げられる。
【００７９】
＜重金属元素の除去の程度の確認＞
処理対象物から重金属元素が除去されたか否かは、例えば後述する実施例に示す公知の溶出試験を用いて確認することができる。具体的には、当該浄化処理剤を用い、当該浄化処理剤と処理対象物とを接触させて得られた混合物について後述する溶出試験を行った場合の重金属元素の溶出量（第１溶出量）を測定する。一方、当該浄化処理剤を用いることなく処理対象物について後述する溶出試験を行った場合の重金属元素の溶出量（第２溶出量）を測定する。そして、第２溶出量から第１溶出量を差し引くことによって、当該浄化処理剤を用いることによる重金属元素の除去の程度を確認することができる。
【００８０】
この重金属元素化合物の除去の程度を確認する際には、第１溶出量及び第２溶出量をそれぞれ処理対象物の単位量当たり（例えば単位質量（１ｇ当たり）、又は単位容量（１Ｌ当たり））の各溶出量に換算したうえで、換算した第１溶出量から換算した第２溶出量を差し引いてもよい。さらに、この差し引いた結果（処理対象物１ｇ当たりの重金属元素の除去量）を、製鋼ダスト１ｇ当たりの除去量に換算してもよい。
【００８１】
上記確認の結果、第１溶出量の方が第２溶出量よりも小さい場合には、処理対象物から一旦溶出した重金属元素イオンが析出（不溶化）し、製鋼ダストに吸着されたこと（すなわち、重金属元素が除去されたこと）が示される。また、第１溶出量の方が第２溶出量よりも小さい程、上記除去量が大きい（すなわち、製鋼ダストに対する重金属元素の吸着量が大きい）ことが示される。
【００８２】
処理対象物と当該浄化処理剤とを用いた上記溶出試験によって重金属イオンが除去されることは、水を含む液の存在下で処理対象物と当該浄化処理剤とを接触させることで重金属元素イオンを除去することができることを意味する。すなわち、上記溶出試験は、当該浄化処理方法の一態様に相当し得る。上記溶出試験の結果、上記試験液への重金属元素の溶出量がその種類に応じた環境基準を満たしていれば、その基準に従って、浄化処理された処理対象物を利用することができる。この利用としては、例えば、陸上埋立、海域埋立といった埋立等が挙げられる。なお、例えば処理対象物が溶液である場合には、上記溶出試験を行う代わりに、以下のようにして、当該浄化処理剤を用いることによる重金属元素の除去の程度を確認することもできる。すなわち、溶液である処理対象物と当該浄化処理剤とを接触させ、得られた混合物中に溶出している重金属元素の量（残存量）を上記第１溶出量として測定し、上記処理対象物中に元々溶出している重金属元素の量を上記第２溶出量として測定し、上記と同様にして、当該浄化処理剤を用いることによる重金属元素の除去の程度を確認することもできる。
【００８３】
＜利点＞
当該浄化処理方法は、当該浄化処理剤を用いることで、処理対象物から重金属元素を効率的に除去することができる。
【００８４】
［その他の実施形態］
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。例えば、上記実施形態では当該浄化処理剤が製鋼ダスト及び酸を含有する場合について説明したが、当該浄化処理剤は、製鋼ダストのみを含有してもよいし、製鋼ダスト及び酸に加えて、重金属元素の除去を妨げないような他の成分を含有していてもよい。
【００８５】
上記実施形態では湿式集塵機によって製鋼ダストを捕集したが、０価の鉄元素及び２価の鉄元素を含む製鋼ダストを捕集することが可能であれば、他の集塵機等を用いて製鋼ダストを捕集してもよい。
【実施例】
【００８６】
以下、実施例によって本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【００８７】
処理対象物（「Ａ」成分）として、下記表１に示す組成の処理対象物を用いた。浄化処理剤の成分である製鋼ダスト（「Ｂ」成分）として、下記表２に示す組成を有する製鋼ダストを用いた。また、この製鋼ダストとは異なる製鋼ダスト（「Ｂ’」成分）として、下記表２に示す組成を有する製鋼ダストを用いた。浄化処理剤の成分である酸（「Ｃ」成分）として、下記表３に示す酸を用いた。なお、表１及び表２において、「Ｔ．Ｆｅ」は０価の鉄元素、２価の鉄元素及び３価の鉄元素の含有量の合計（全鉄元素含有量）を示す。「Ｍ．Ｆｅ」は、０価の鉄元素（金属鉄）の含有量を示す。「Ｔ−Ｃｒ」は、６価のクロム元素の含有量及び３価のクロム元素の含有量の合計（総クロム元素含有量）を示す。表３において、塩酸の欄の２０質量％は塩酸水溶液中の塩化水素の濃度を示す。表３において、硫酸鉄７水和物の欄の９８質量％は、その純度を示す。処理対象物及び製鋼ダストの各成分の含有量は、以下の方法で測定した。
【００８８】
（各成分の含有量の測定方法）
処理対象物及び製鋼ダストに含まれる各成分の含有量を下記のように測定した。すなわち、全鉄（Ｔ．Ｆｅ）の含有量は、ＪＩＳ  Ｍ８２１２：２００５「鉄鉱石−全鉄定量方法」によって測定した。ＦｅＯの含有量は、ＪＩＳ  Ｍ８２１３：１９９５「鉄鉱石−酸可溶性鉄（ＩＩ）定量方法」によって測定した。Ｍ．Ｆｅの含有量は、ＪＩＳ  Ｍ８２１３：１９９５「鉄鉱石−酸可溶性鉄（ＩＩ）定量方法」の解説書に記載の金属鉄定量方法によって測定した。Ｆｅ２Ｏ３の含有量は、全鉄の含有量からＦｅＯの含有量及びＭ．Ｆｅの含有量を差し引いて算出した。酸化カルシウム（ＣａＯ）の含有量は、ＪＩＳ  Ｍ８２２１：１９９７「鉄鉱石−カルシウム定量方法」によって測定した。セレン（Ｓｅ）の含有量は、ＪＩＳ  Ｍ８１３４：１９９４「鉱石中のセレン定量方法」によって測定した。水銀（Ｈｇ）の含有量は、環境省  底質調査法：２０１２によって測定した。鉛（Ｐｂ）の含有量は、ＪＩＳ  Ｍ８２２９：１９９７「鉄鉱石−鉛定量方法」によって測定した。ヒ素（Ａｓ）の含有量は、ＪＩＳ  Ｍ８２２６：２００６「鉄鉱石−ひ素定量方法」によって測定した。クロム（Ｔ−Ｃｒ）の含有量は、ＪＩＳ  Ｍ８２２４：１９９７「鉄鉱石−クロム定量方法」によって測定した。
【００８９】
【表１】
2020189287.tif 000002
【００９０】
【表２】
2020189287.tif 000003
【００９１】
【表３】
2020189287.tif 000004
【００９２】
［実験例１〜４］
表１の「Ａ」成分（１０００ｔのロット）から３ｋｇずつ２回のサンプリングを行い、それぞれ「Ａ１」成分及び「Ａ２」成分として用いた。このうち、実験例１〜４では「Ａ１」成分を用いた。表４に示すように「Ａ１」成分を実験例１の試料としてそのまま用いた。表４に示す配合で「Ａ１」成分と「Ｂ」成分とをそれぞれ混合して、実験例２〜４の混合物（試料）を得た。
【００９３】
得られた実験例１〜４の各試料について、後述する方法で溶出試験を行って、それぞれ溶出液のｐＨ（混合物のｐＨ）、並びに試験液へのセレン（Ｓｅ）元素及び水銀（Ｈｇ）元素の溶出量（ｍｇ／Ｌ）を測定した。各溶出量の測定結果を処理対象物（「Ａ１」成分）の配合量で除して、処理対象物１ｇ当たりの溶出量（ｍｇ／Ｌ）にそれぞれ換算した。これら換算結果のうち、実験例１の換算結果を基準（上述した第２溶出量）とし、実験例２〜４の各換算結果（上述した第１溶出量）から実験例１の換算結果を差し引いた。この差し引いた結果を、製鋼ダスト（「Ｂ」成分）の配合量で除して、製鋼ダスト１ｇ当たりの除去量（ｍｇ／Ｌ）に換算した。なお、実験例２〜４の水銀元素については、その各溶出量が検出下限以下であったため、上記いずれの換算も行わなかった。各溶出量の測定結果及び各換算結果を表４に示す。
【００９４】
［実験例５〜１１］
上述のように小分けした２つの「Ａ」成分うち、実験例５〜１１では「Ａ２」成分を用いた。酸（「Ｃ」成分）として、表３に示す「Ｃ１」成分を用いた。表４に示すように「Ａ２」成分を実験例５の試料としてそのまま用いた。表４に示す配合で「Ａ２」成分と「Ｃ１」成分とを混合して、実験例６の混合物（試料）を得た。表４に示す配合で「Ａ２」成分と、「Ｂ」成分と、「Ｃ１」成分とを混合して、実験例７〜１１の混合物（試料）を得た。
【００９５】
上述した実験例１〜４と同様に、得られた実験例５〜１１について、それぞれ溶出液のｐＨ（混合物のｐＨ）、並びに試験液へのセレン元素及び水銀元素の溶出量を測定した。各溶出量の測定結果を処理対象物１ｇ当たりの溶出量にそれぞれ換算した。これら換算結果のうち、実験例５の換算結果を基準（上述した第２溶出量）とし、実験例６〜１１の各換算結果（上述した第１溶出量）から実験例５の換算結果を差し引き、この差し引いた結果を製鋼ダスト（「Ｂ」成分）１ｇ当たりの除去量に換算した。なお、実験例７〜１１の水銀元素については、その各溶出量が検出下限以下であるため、上記いずれの換算も行わなかった。また、実験例６のセレン元素及び水銀元素については、製鋼ダストが配合されていない（製鋼ダストの配合量が０質量％である）ため、上記製鋼ダスト１ｇ当たりの除去量への換算を行わなかった。各溶出量の測定結果及び各換算結果を表４に示す。
【００９６】
［実験例１２及び１３］
上述のように小分けした２つの「Ａ」成分うち、実験例１２及び１３では「Ａ１」成分を用いた。表４に示す配合で、「Ａ１」成分と、「Ｂ」成分と、「Ｃ２」成分とを混合して、実験例１２及び１３の混合物（試料）を得た。
【００９７】
上述した実験例１〜４と同様に、得られた実験例１２及び１３について、それぞれ溶出液のｐＨ（混合物のｐＨ）、並びに試験液へのセレン元素及び水銀元素の溶出量を測定した。各溶出量の測定結果を処理対象物１ｇ当たりの溶出量にそれぞれ換算した。上述した実験例１の換算結果を基準（上述した第２溶出量）とし、実験例１２及び１３の各換算結果から実験例１の換算結果（上述した第１溶出量）を差し引き、この差し引いた結果を製鋼ダスト（「Ｂ」成分）１ｇ当たりの除去量に換算した。なお、実験例１２及び１３の水銀元素については、その各溶出量が検出下限以下であったため、上記の換算を行わなかった。各溶出量の測定結果及び各換算結果を表４に示す。
【００９８】
［実験例１４〜１６］
上述した表１の「Ａ」成分から、さらに３ｋｇのサンプリングを行い、「Ａ３」成分として用いた。製鋼ダストとして、「Ｂ’」成分を用いた。表４に示すように「Ａ３」成分を実験例１４の試料としてそのまま用いた。表４に示す配合で「Ａ３」成分と「Ｂ’」成分とをそれぞれ混合して、実験例１５及び実験例１６の混合物（試料）を得た。
【００９９】
上述した実験例１〜４と同様に、得られた実験例１４〜１６について、それぞれ溶出液のｐＨ（混合物のｐＨ）、並びに試験液へのセレン元素及び水銀元素の溶出量を測定した。各溶出量の測定結果を処理対象物１ｇ当たりの溶出量にそれぞれ換算した。上述した実験例１４の換算結果を基準（上述した第２溶出量）とし、実験例１５及び１６の各換算結果から実験例１４の換算結果（上述した第１溶出量）を差し引き、この差し引いた結果を製鋼ダスト（「Ｂ’」成分）１ｇ当たりの除去量に換算した。各溶出量の測定結果及び各換算結果を表４に示す。
【０１００】
【表４】
2020189287.tif 000005
【０１０１】
（溶出試験）
試験液として、ＪＩＳ  Ｋ  ０５５７：１９９８のＡ３又はＡ４の水（以下、「純水」という）を用いた。得られた各試料を、環境省の土壌環境基準である環告１３号の（イ）に準拠して、０．５ｍｍ以上５ｍｍ以下の目のふるいを通過させた後、混合物と純水とを質量体積比（混合物の質量／水の体積）１０％の割合で、かつ、全体の体積が５００ｍＬ以上となるように混合した。得られた混合液（混合物）を常温（おおそよ２０℃、具体的には５℃以上３５℃以下）、常圧（おおよそ１０１．３ｋＰａ（１気圧）、具体的には８６ｋＰａ以上１０６ｋＰａ以下）、振とう回数：２００回／分、振とう幅：４ｃｍ以上５ｃｍ以下、振とう時間：６時間の条件で振とうした。この振とうによって、試料から重金属元素を水に溶出させた（溶出操作）。この振とう後、混合液を静置し、その後、遠心加速度：３０００Ｇ、時間：２０分の条件で遠心分離操作を行った。遠心分離操作の後、上澄み（試料液）を孔径１μｍのメンブランフィルターでろ過し、溶出液を得た。得られた溶出液のｐＨ（混合物のｐＨ）をＪＩＳ  Ｋ０１０２：２０１６の１２．１「ガラス電極法」に定める方法に準拠し、ｐＨ測定器として東亜ディーケーケー社製のｐＨ・イオンメータＨＭ−４２Ｘ型、ｐＨ電極として東亜ディーケーケー社製のＧＳＴ−５８２１Ｃを用いて測定した。得られた溶出液中のセレン元素の溶出量を、ＪＩＳ  Ｋ０１０２：２０１６の６７．２「水素化合物発生原子吸光法」に定める方法に準拠して測定した。溶出液中の水銀元素の溶出量を、ＪＩＳ  Ｋ０１０２：２０１６の６６．１．１「還元気化原子吸光法」に定める方法に準拠して測定した。
【０１０２】
表４に示すように、処理対象物に製鋼ダストを添加する一方、酸を添加しない実験例２〜４では、製鋼ダストも酸も添加しない実験例１よりも、試験液への水銀元素の溶出量が著しく減少した。実験例２〜４では、試験液への水銀元素の溶出量が検出下限以下であるため、処理対象物１ｇ及び製鋼ダスト１ｇ当たりの水銀元素の除去量を算出することができない。しかし、上記溶出量の著しい減少を考慮すると、明らかに、処理対象物に製鋼ダストを添加することで水銀元素を除去することができるといえる。
【０１０３】
表４に示すように、処理対象物に製鋼ダストを添加しない一方、酸を添加する実験例６では、製鋼ダストも酸も添加しない実験例５よりも、試験液への水銀元素の溶出量が著しく増加した。実験例６では、製鋼ダストが配合されていないため、処理対象物１ｇ及び製鋼ダスト１ｇ当たりの水銀元素の除去量を算出することができない。しかし、上記溶出量の著しい増加を考慮すると、明らかに、処理対象物に酸のみを添加しても水銀元素を除去することができないといえる。
【０１０４】
これに対し、処理対象物に製鋼ダスト及び酸を添加する実験例７〜１３では、試験液への水銀元素の溶出量が著しく減少した。上記実験例２〜４と同様、実験例７〜１３では、試験液への水銀元素の溶出量が検出下限以下であるため、処理対象物１ｇ及び製鋼ダスト１ｇ当たりの水銀元素の除去量を算出することができない。しかし、上記溶出量の著しい減少を考慮すると、明らかに、処理対象物に製鋼ダスト及び酸を添加することで水銀元素を除去することができるといえる。
【０１０５】
表４に示すように、処理対象物に製鋼ダストを添加しない一方、酸を添加する実験例６では、製鋼ダストも酸も添加しない実験例５よりも、試験液へのセレン元素の溶出量が少し増加した（すなわち、試験液へのセレン元素の溶出量が減少しなかった）。上記のように、実験例６では、製鋼ダストが配合されていないため、処理対象物１ｇ及び製鋼ダスト１ｇ当たりのセレンの除去量を算出することができない。しかし、上記溶出量が減少していないことを考慮すると、明らかに、処理対象物に酸のみを添加してもセレン元素を除去することができないといえる。
【０１０６】
これに対し、処理対象物に製鋼ダスト及び酸を添加する実験例７〜１３では、上記実験例５よりも、試験液へのセレン元素の溶出量が減少し、セレン元素が除去された。表４に示される、試験液のｐＨと、処理対象物１ｇ及び製鋼ダスト１ｇ当たりのセレン元素の除去量との関係より、少なくとも製鋼ダストを添加し、ｐＨが３以上９．５以下である実験例７〜１３では、より確実にセレン元素を除去することができることが示された。また、処理対象物に製鋼ダストだけでなく酸も添加する実験例７〜１３では、より確実にセレン元素を除去することができることが示された。特に、処理対象物に製鋼ダスト及び酸を添加し、しかもｐＨが３．６以上８．３以下である実験例９〜１１では、他の実験例よりも多くのセレン元素を除去することができることができ、その除去量が５．０×１０−４ｍｇ／Ｌを超えることが示された。
【０１０７】
このように、処理対象物に製鋼ダストを添加することで、重金属元素を除去し得ることが示された。また、処理対象物に製鋼ダスト及び酸を添加することで、より確実に重金属元素を除去し得ることが示された。さらに、処理対象物に製鋼ダスト及び酸を添加し、ｐＨが３．６以上８．３以下である場合には、より多くの重金属元素を除去量することができ、処理対象物１ｇ及び製鋼ダスト１ｇ当たりの重金属元素の除去量を５．０×１０−４ｍｇ／Ｌを超える程度にまで増大させ得ることが示された。
【０１０８】
表４の実験例１４〜１６の結果より、実験例１〜１３で用いた製鋼ダスト（Ｂ）とは異なる製鋼ダスト（Ｂ’）を用いた場合であっても、この製鋼ダスト（Ｂ’）を添加することで水銀元素を除去することができることが示された。上記実験例１〜１３の結果から明らかなように、実験例１５及び実験例１６においても、酸を添加すれば、より水銀元素を除去することができるのは明らかである。また、酸を添加すれば、水銀元素だけでなくセレン元素も十分に除去することができるのは明らかである。
【０１０９】
（実験例１７〜１９）
水銀元素及びセレン元素以外の重金属として、カドミウム元素、鉛元素及びヒ素元素を対象とし、製鋼ダストを添加することによる各重金属の除去性能を調べた。
【０１１０】
下記に示す試薬を用いた。下記表５に示す配合で、各重金属元素の濃度（含有量）が表５に示す値となるように試薬を混合して、重金属をイオンとして含有する溶液（「調製溶液（Ｘ）」）を調製した。この調製溶液（Ｘ）を処理対象物として用いた。
（試薬）
カドミウム標準液（Ｃｄ１０００）
富士フイルム和光純薬社製  製品コード：０３６−１６１７１
鉛標準液（Ｐｂ１０００）
富士フイルム和光純薬社製  製品コード：１２４−０４２９１
ヒ素標準液（Ａｓ１０００）
富士フイルム和光純薬社製  製品コード：０１３−１５４８１
【０１１１】
【表５】
2020189287.tif 000006
【０１１２】
製鋼ダストとして「Ｂ」成分を用いた。酸として、「Ｃ１」成分を用いた。下記表６に示すように調製溶液（Ｘ）を実験例１７の試料としてそのまま用いた。表６に示す配合で調製溶液（Ｘ）と「Ｂ」成分とを混合して、実験例１８の混合物（試料）を得た。表６に示す配合で調製溶液（Ｘ）と「Ｂ」成分と「Ｃ１」成分とを混合して、実験例１９の混合物（試料）を得た。
【０１１３】
得られた実験例１７の試料について、上述した溶出試験におけるｐＨの測定方法を用いて、ｐＨを測定した。
【０１１４】
一方、実験例１８及び実験例１９の試料について、上述した溶出試験と同様の条件で振とうし、この振とう後、混合液を静置し、上述と同様の条件で遠心分離操作を行った。遠心分離操作の後、上述と同様の条件で上澄み（試料液）をろ過し、溶出液を得た。なお、調製溶液Ｘには元々重金属イオンが溶出しているが、この調製溶液Ｘと「Ｂ」成分とを混合した後の溶液を、上記のように溶出液と呼ぶ。この混合後の溶出液に残存している重金属元素の量（残存量）を溶出量と呼ぶ。
【０１１５】
得られた溶出液のｐＨ（混合物のｐＨ）を、上述した溶出試験と同様にして測定した。得られた溶出液中のカドミウム（Ｃｄ）元素、鉛（Ｐｂ）元素及びヒ素（Ａｓ）元素の溶出量（残存量、ｍｇ／Ｌ）を以下の方法で測定した。すなわち、カドミウム元素の溶出量を、ＪＩＳ  Ｋ０１０２：２０１６の５５．３「ＩＣＰ発光分光分析法」に定める方法に準拠して測定した。溶出液中の鉛元素の溶出量を、ＪＩＳ  Ｋ０１０２：２０１６の５４．３「ＩＣＰ発光分光分析法」に定める方法に準拠して測定した。溶出液中のヒ素元素の溶出量を、ＪＩＳ  Ｋ０１０２：２０１６の６１．３「水素化物発生ＩＣＰ発光分光分析法」に定める方法に準拠して測定した。
【０１１６】
各溶出量（残存量）の測定結果を処理対象物（調製成分（Ｘ））の配合量（容量換算）で除して、処理対象物１Ｌ当たりの溶出量（ｍｇ／Ｌ）にそれぞれ換算した（この換算結果は表６に示さず。）。これら換算結果のうち、実験例１７の換算結果を基準（上述した第２溶出量）とし、実験例１８及び実施例１９の各換算結果（上述した第１溶出量）から実験例１７の換算結果を差し引いた。この差し引いた結果を、製鋼ダスト（「Ｂ」成分）の配合量で除して、製鋼ダスト１ｇ当たりの除去量（ｍｇ／Ｌ）に換算した。各溶出量の測定結果及び各換算結果を表６に示す。
【０１１７】
【表６】
2020189287.tif 000007
【０１１８】
表６に示すように、水銀元素及びセレン元素以外の重金属元素についても、水銀元素及びセレン元素と同様、製鋼ダストを添加することで、各重金属元素を除去することができることが示された。また、製鋼ダストに加えて酸をさらに添加することで、各重金属元素をより除去することができることが示された。
【産業上の利用可能性】
【０１１９】
以上説明したように、本発明の浄化処理剤を用いることで、処理対象物から重金属元素を効率的に除去することができる。本発明の浄化処理方法を用いることで、処理対象物から重金属元素を効率的に除去することができる。従って、本発明の浄化処理剤及び浄化処理方法は、重金属元素を含む汚染水等の溶液、重金属元素を含む土壌、重金属元素を含む鉄鋼副産物等の固形物から重金属元素を除去する際に好適に使用できる。特に、製銑から製鋼の過程で発生する鉄鋼スラグ及び鉄鋼ダストから重金属元素を除去する際に好適に使用することができる。この除去への適用によって、重金属元素を除去した後の処理対象物を、陸上埋立、海域埋立といった埋立等に有効に利用することが可能となる。