(57)【要約】  【課題】  フッ素を含有する廃石膏ボードを破砕・加熱処理して得られる半水石膏を軟弱土壌と混合して固化処理する場合に、半水石膏中のフッ素が土壌中に溶出するのを抑制可能な廃石膏を用いた軟弱土壌の固化処理方法を提供する。  【解決手段】    フッ素を含有する半水石膏に対してアルミナと酸化カルシウムを含有する添加材を所定割合で添加する第一の工程と、この第一の工程で添加材を添加した半水石膏を軟弱土壌と混合して固化処理する第二の工程とから成り、前記第二の工程時には、半水石膏と、添加材に含まれるアルミナと酸化カルシウムとを、軟弱土壌中の水分を利用して水和反応させてエトリンガイトを生成させ、半水石膏から溶出するフッ素イオンを前記エトリンガイトのＳＯ４２−と置換させて固定し、土壌中へのフッ素の溶出を抑制しながら軟弱土壌を固化処理する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
フッ素を含有する廃石膏ボードを破砕・加熱処理して得られる半水石膏を軟弱土壌と混合して固化処理する廃石膏を用いた軟弱土壌の固化処理方法において、前記半水石膏に対してアルミナと酸化カルシウムを含有する添加材を所定量添加する第一の工程と、この第一の工程で添加材を添加した半水石膏を軟弱土壌と混合して固化処理する第二の工程とから成り、前記第二の工程時には、半水石膏（ＣａＳＯ４・１／２Ｈ２Ｏ）と、添加材に含まれるアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）と酸化カルシウム（ＣａＯ）とを、軟弱土壌中の水分を利用して水和反応させてエトリンガイト（３ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３・３ＣａＳＯ４・３２Ｈ２Ｏ）を生成させ、半水石膏から溶出するフッ素イオンを前記エトリンガイトのＳＯ４２−と置換させて固定し、土壌中へのフッ素の溶出を抑制しながら軟弱土壌を固化処理するようにしたことを特徴とする廃石膏を用いた軟弱土壌の固化処理方法。
【請求項２】
アルミナと酸化カルシウムを含有する添加材は、高炉スラグ及び／または石炭灰であることを特徴とする請求項１記載の廃石膏を用いた軟弱土壌の固化処理方法。
【請求項３】
ホウ素、ヒ素、セレン、鉛、カドミウム、クロム、水銀から選択される１種以上の有害物質を含む軟弱土壌に対し、この軟弱土壌中の前記有害物質のイオンを前記エトリンガイトのＣａ２＋またはＳＯ４２−と置換させて固定するようにしたことを特徴とする請求項１または２記載の廃石膏を用いた軟弱土壌の固化処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、軟弱土壌の固化処理方法に関し、特に建築廃材である廃石膏ボードを破砕・分別処理後、所定温度で加熱処理して得られる半水石膏を軟弱土壌と混合して固化処理する廃石膏を用いた軟弱土壌の固化処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、建築物の解体などに伴って多量に発生する廃石膏ボードは、そのほとんどが埋め立てなどによって廃棄処分されていたが、廃棄物処理法の改正によって廃石膏ボードが安定型産業廃棄物から管理型産業廃棄物へ移行したことに伴う処理コストの高騰や、資源の有効活用という観点からも、廃石膏ボードから石膏を分離回収して再利用することが望まれている。
【０００３】
石膏は、結晶水の相違により二水石膏（ＣａＳＯ４・２Ｈ２Ｏ）、半水石膏（ＣａＳＯ４・１／２Ｈ２Ｏ）、及び無水石膏（ＣａＳＯ４）の三種類におおよそ分類され、二水石膏を約１３０℃以上に加熱処理すれば半水石膏に転位し、更に約１８０℃以上に加熱処理するとIII型無水石膏を経てII型無水石膏に転位する。また、半水石膏に加水処理を行うと速やかに水和反応が進んで二水石膏に転位して短時間で硬化するが、II型無水石膏に加水処理を行ってもゆっくりとしか水和反応は進まない。なお、III型無水石膏は大気中の水分を強力に吸湿するため、自然に放置しておれば極めて容易に半水石膏に転位することが判明している。
【０００４】
石膏ボードなどの石膏は二水石膏の状態にあり、これに加水処理を行っても水和反応は起こらず硬化するようなことはないが、前記のように加熱処理を施して半水石膏の状態に転位させてやれば加水処理によって短時間で硬化させることが可能となり、例えば、土壌固化材などとして十分有効的に再利用できると考えられる。
【０００５】
ところが、石膏ボードの原料には火力発電所等から出される排煙脱硫石膏が多く用いられており、この排煙脱硫石膏には有害物質であるフッ素が含まれているため、回収してきた廃石膏ボードを破砕・分別処理後、所定温度で加熱処理して半水石膏としたものをそのまま土壌固化材として使用した場合には、土壌中に環境基準（０．８ｍｇ／ｌ以下）を超える量のフッ素が溶出してしまうおそれがある。
【０００６】
上記問題に対し、例えば、特許文献１（特開２００８−９４９０１号）には、泥土固化材として使用される半水石膏に対して所定割合で酸化マグネシウムを添加することによりフッ素の溶出を抑制するようにしたものが記載されており、また特許文献２（特開２００６−２２５４７５号）には、半水石膏と無水石膏とを所定の割合で配合して成る固化材を使用することによりフッ素の溶出を抑制するようにしたものが記載されている。
【特許文献１】特開２００８−９４９０１号公報
【特許文献２】特開２００６−２２５４７５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
このように、廃石膏ボード等から再生した半水石膏を主成分とする土壌固化材から、フッ素が土壌中へ溶出するのを抑制するように図ったものは既に幾つか存在するが、本発明者らはこの他にも土壌固化材である半水石膏から土壌中へフッ素が溶出するのを抑制できる方法がないか検討した。
【０００８】
本発明は上記の点に鑑み、フッ素を含有する廃石膏ボードを破砕・加熱処理して得られる半水石膏を軟弱土壌と混合して固化処理する場合に、半水石膏中のフッ素が土壌中に溶出するのを抑制可能な廃石膏を用いた軟弱土壌の固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】
【０００９】
本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意研究を重ねた結果、半水石膏に対して高炉セメントを予め所定量添加した上で軟弱土壌と混合させることにより、半水石膏から土壌中へ溶出するフッ素イオン量を抑制できることを見出した。ここで、高炉セメントはアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）と酸化カルシウム（ＣａＯ）成分を含有しており、これら各成分と半水石膏（ＣａＳＯ４・１／２Ｈ２Ｏ）とが、軟弱土壌中の水分と水和反応を起こしてエトリンガイト（３ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３・３ＣａＳＯ４・３２Ｈ２Ｏ）を生成し、半水石膏から溶出するフッ素イオンが前記エトリンガイトのＳＯ４２−と置換して固定され、土壌中へのフッ素の溶出が効果的に抑制されると考えた。そして、今実験のフッ素イオンの溶出量の抑制が上記反応によるものであれば、前記高炉セメントに代えて、同様にアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）と酸化カルシウム（ＣａＯ）成分を含有する、例えば、高炉スラグや石炭灰等も有効に採用することが可能となり、これらは廃石膏ボードの原料である排煙脱硫石膏と同様に工業副産物であるため、環境面において好適であると共に、コストも低廉で有利であると考えられる。
【００１０】
また、固化処理する軟弱土壌によっては、例えば、ホウ素、ヒ素、セレン、鉛、カドミウム、クロム、水銀等、重金属を含む様々な有害物質を含有している場合があるが、これら各種有害物質のイオンについてもエトリンガイトのＣa２＋またはＳＯ４２−と置換させて固定できることが文献等から判明しており、このような場合に前記固化処理を行うことで、半水石膏からの土壌中へのフッ素の溶出を抑制しながら、同時に軟弱土壌中の有害物質を浄化処理することができると考えられる。
【００１１】
即ち、上記課題を解決するために、本発明に係る請求項１記載の廃石膏を用いた軟弱土壌の固化処理方法は、フッ素を含有する廃石膏ボードを破砕・加熱処理して得られる半水石膏を軟弱土壌と混合して固化処理する廃石膏を用いた軟弱土壌の固化処理方法において、前記半水石膏に対してアルミナと酸化カルシウムを含有する添加材を所定量添加する第一の工程と、この第一の工程で添加材を添加した半水石膏を軟弱土壌と混合して固化処理する第二の工程とから成り、前記第二の工程時には、半水石膏（ＣａＳＯ４・１／２Ｈ２Ｏ）と、添加材に含まれるアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）と酸化カルシウム（ＣａＯ）とを、軟弱土壌中の水分を利用して水和反応させてエトリンガイト（３ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３・３ＣａＳＯ４・３２Ｈ２Ｏ）を生成させ、半水石膏から溶出するフッ素イオンを前記エトリンガイトのＳＯ４２−と置換させて固定し、土壌中へのフッ素の溶出を抑制しながら軟弱土壌を固化処理するようにしたことを特徴としている。
【００１２】
また、請求項２記載の廃石膏を用いた軟弱土壌の固化処理方法は、アルミナと酸化カルシウムを含有する添加材は、高炉スラグ及び／または石炭灰であることを特徴としている。
【００１３】
また、請求項３記載の廃石膏を用いた軟弱土壌の固化処理方法は、ホウ素、ヒ素、セレン、鉛、カドミウム、クロム、水銀から選択される１種以上の有害物質を含む軟弱土壌に対し、この軟弱土壌中の前記有害物質のイオンを前記エトリンガイトのＣａ２＋またはＳＯ４２−と置換させて固定するようにしたことを特徴としている。
【発明の効果】
【００１４】
本発明に係る請求項１記載の廃石膏を用いた軟弱土壌の固化処理方法によれば、フッ素を含有する廃石膏ボードを破砕・加熱処理して得られる半水石膏を軟弱土壌と混合して固化処理する廃石膏を用いた軟弱土壌の固化処理方法において、前記半水石膏に対してアルミナと酸化カルシウムを含有する添加材を所定量添加する第一の工程と、この第一の工程で添加材を添加した半水石膏を軟弱土壌と混合して固化処理する第二の工程とから成り、前記第二の工程時には、半水石膏（ＣａＳＯ４・１／２Ｈ２Ｏ）と、添加材に含まれるアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）と酸化カルシウム（ＣａＯ）とを、軟弱土壌中の水分を利用して水和反応させてエトリンガイト（３ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３・３ＣａＳＯ４・３２Ｈ２Ｏ）を生成させ、半水石膏から溶出するフッ素イオンを前記エトリンガイトのＳＯ４２−と置換させて固定し、土壌中へのフッ素の溶出を抑制しながら軟弱土壌を固化処理するようにしたので、土壌固化材として再生処理した半水石膏に含まれるフッ素が土壌中に溶出するのを抑制することができ、軟弱土壌を好適に固化処理できる。
【００１５】
また、請求項２記載の廃石膏を用いた軟弱土壌の固化処理方法によれば、アルミナと酸化カルシウムを含有する添加材は、高炉スラグ及び／または石炭灰であるので、処理コストを低廉に抑えることができて有利であると共に、工業副産物である高炉スラグや石炭灰を有効活用できて環境面においても有益である。
【００１６】
また、請求項３記載の廃石膏を用いた軟弱土壌の固化処理方法によれば、ホウ素、ヒ素、セレン、鉛、カドミウム、クロム、水銀から選択される１種以上の有害物質を含む軟弱土壌に対し、この軟弱土壌中の前記有害物質のイオンを前記エトリンガイトのＣａ２＋またはＳＯ４２−と置換させて固定するようにしたので、軟弱土壌の固化処理と併せて土壌中の有害物質の浄化処理も行えて好適である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明の廃石膏を用いた軟弱土壌の固化処理方法にあっては、先ず、フッ素を含有する廃石膏ボードを所定サイズに破砕して紙類等と分別処理し、主成分である二水石膏を回収した後、この二水石膏を所定温度で加熱処理して半水石膏化し、土壌固化材として適した状態に調整する。そして、こうして得られた半水石膏に対し、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）と酸化カルシウム（ＣａＯ）成分とを含有する、例えば高炉セメントや、高炉スラグ、石炭灰等の添加材を所定量添加した後、軟弱土壌と混合させて固化処理する。
【００１８】
このとき、半水石膏に含まれるフッ素イオンが土壌中へと溶出しようとするが、半水石膏単独の場合と比較してその溶出量は大きく減少する。これは、半水石膏（ＣａＳＯ４・１／２Ｈ２Ｏ）と、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、及び酸化カルシウム（ＣａＯ）が、軟弱土壌に存在する多量の水分によって水和反応を生じてエトリンガイト（３ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３・３ＣａＳＯ４・３２Ｈ２Ｏ）を生成し、半水石膏から溶出するフッ素イオンを前記エトリンガイトのＳＯ４２−と置換して固定し、土壌中へのフッ素の溶出を抑制したためと考えられる。
【００１９】
このように、土壌固化材として再生処理した半水石膏に含まれているフッ素が土壌中に溶出するのを効果的に抑制することができ、環境的にも好適に軟弱土壌を固化処理できる。また、半水石膏に添加する添加材として高炉スラグや石炭灰等を採用した場合には、これらは石膏ボードの原料である排煙脱硫石膏と同様に工業副産物であるので、処理コストを比較的低廉に抑えることができると共に、これらを有効活用できることは環境面において非常に有益であると考えられる。
【００２０】
また、処理対象である軟弱土壌が、ホウ素、ヒ素、セレン、鉛、カドミウム、クロム、水銀等、重金属を含む様々な有害物質を含有している場合があるが、これら各種有害物質のイオンも同様に、前記エトリンガイトのＣａ２＋またはＳＯ４２−と置換させて固定させることができると考えられる。したがって、前記固化処理を施すことにより、半水石膏からのフッ素の溶出を抑制しながら、同時に土壌中の有害物質の浄化処理も行えて好適である。
【００２１】
なお、エトリンガイトが有するこのような性質を積極的に利用し、例えば、フッ素を含有していない半水石膏を土壌固化材として使用する場合でも、敢えて高炉セメントや高炉スラグ、石炭灰等を添加して固化処理を行うことでエトリンガイトを生成させ、このエトリンガイトには専ら土壌中の有害物質を浄化処理させるようにしてもよい。また、固化処理を必要とするような軟弱土壌でなくとも、上記有害物質にて汚染されている土壌に対し、適宜量の半水石膏と、高炉セメントや高炉スラグ、石炭灰等を添加すると共に、水和反応に要するだけの水道水を散布することでエトリンガイトを生成させ、土壌中の有害物質を浄化処理させるといったこともできる。
【実施例】
【００２２】
以下、本発明の一実施例を詳細に説明する。
【００２３】
先ず、フッ素を含有する廃石膏ボードを細かく破砕し、紙類等と分別処理して主成分である二水石膏を回収した後、この二水石膏を約１３０〜１８０℃程度で加熱処理して半水石膏を得た。そして、固化処理する軟弱土壌の代わりに用意した、山陽クレー工業株式会社製のＭＣクレー（商標）１００重量％に水１４０重量％を加えたものに対し、高炉セメントを０、５、１０重量％と、前記半水石膏を０〜５０重量％をそれぞれ添加して十分に攪拌混合した後、２８日間養生させた。
【００２４】
そして、前記養生後、それぞれの検体について環境庁告示第１３号法に準じてフッ素の溶出試験を行い、溶出させたフッ素イオンの濃度を、水質環境基準告示付表６に掲げる方法に準じて測定し、その測定結果を図１のグラフに示す。
【００２５】
その結果、図１のグラフからも分かるように、高炉セメントを全く添加しない場合には（点線）、半水石膏の添加量に拘わらず全てフッ素の溶出量が環境基準（０．８ｍｇ／ｌ）を超えていたのに対し、高炉セメントを５重量％（二点鎖線）または１０重量％（一点鎖線）添加したものについては、フッ素の溶出量が半水石膏の添加量に拘わらず全て環境基準（０．８ｍｇ／ｌ）を下回っていた。なお、グラフ中、半水石膏を添加しない場合においてもフッ素の溶出が認められるが、これはＭＣクレー中に元々含まれているフッ素によるものである。
【００２６】
そして、上記各検体についてエトリンガイトの存在を確認するため、各検体を粉末Ｘ線回折法により分析を行ったところ、図２に示すように、高炉セメントを添加しなかったもの（図２ａ）からはエトリンガイトを特定するピーク（図２ａの丸で囲った部分）は見られず、エトリンガイトは生成されていなかったが、高炉セメントを５重量％または１０重量％添加したもの（図２ｂ）には何れからもエトリンガイトを特定するピーク（図２ｂの丸で囲った部分）が見られ、エトリンガイトの存在が確認された。
【００２７】
以上の結果より、十分な水分存在下で、土壌に適宜量の半水石膏と、高炉セメント等の添加材とを添加して混合させることにより、水和反応が生じてエトリンガイトが生成され、このエトリンガイトによって半水石膏から溶出するフッ素イオンが固定され、土壌中への溶出を抑制できることが確認された。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明に係る廃石膏を用いた軟弱土壌の固化処理方法に関するフッ素の溶出試験の結果を示すグラフである。
【図２】本発明に係る廃石膏を用いた軟弱土壌の固化処理方法に関する粉末Ｘ線回折の結果を示す図であり、ａが高炉セメントを添加しなかった場合、ｂが高炉セメントを添加した場合を示したものである。
【図１】
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【図２】
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