(57)【要約】【課題】既設コンクリート構造物解体時に発生するコンクリート塊から製造する再生砂の六価クロムの溶出を抑えて、埋め戻し材として利用可能にせしめる技術の提供。【解決手段】コンクリートを、例えば５ｍｍ四方以下のサイズの粉粒状に破砕した再生砂に酸を添加して酸性域に調整する工程と、酸性域の再生砂に還元剤を混合する工程と、還元剤を混合した後に放置する工程とを有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
コンクリートを粉粒状に破砕した再生砂に酸を添加して酸性域に調整する工程と、酸性域の再生砂に還元剤を混合する工程と、還元剤を混合した後に放置する工程とを有することを特徴とする六価クロムの不溶化方法。
【請求項２】
コンクリートを粉粒状に破砕した再生砂に還元剤を添加する工程と、還元剤を添加した再生砂に酸を添加して酸性域に調整する工程と、一時的に酸性域に調整した後に放置する工程とを有することを特徴とする六価クロムの不溶化方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えばコンクリート廃材を破砕して得られる再生砂中に包含される六価クロム（Ｃｒ６＋）の不溶化方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
天然砂に代えて再生砂を埋め戻し材として利用する場合には、有害な六価クロム（Ｃｒ６+）の含有について配慮する必要がある。六価クロムは、含有量と溶出量の各々について、基準値以下であることが要求されている（例えば、六価クロムについては国土交通省の通達による土壌環境基準）。そして、係る基準値をクリアするための分析方法についても、厳格に定められている。
【０００３】
再生砂を分析した結果において、六価クロムの含有量は基準値以下であっても、溶出量が基準値（０．０５ｍｇ／Ｌ）以上となってしまう場合が存在する。そして、六価クロムの含有量及び溶出量の双方が基準値を充足していない再生砂については、産業廃棄物として処分することになる。
しかし、その様な再生砂を産業廃棄物として処分することは、コンクリート塊のリサイクル率を低下させる要因となり、埋め戻し材の取得、運搬費用等に関するコスト上昇が課題となり、社会的な問題ともなってしまう。
【０００４】
その様な問題に対処するため、従来技術では、例えば、硫酸第一鉄を添加して、可溶化六価クロムを無害化する技術が提案されている（特許文献１参照）。
しかし、係る技術（特許文献１）では、硫酸等に比較して価格が高い硫酸第一鉄を大量に添加しなければならないので、コストが高騰化してしまう、という問題を有している。
【０００５】
これに対して、例えば、還元剤として、硫酸第一鉄に代えて亜硫酸カルシウムを用いて、六価クロムを無害化する技術が提案されている（特許文献２参照）。
亜硫酸カルシウムは、排ガス脱硫の副製品なので安価であり、硫酸第一鉄に比較して、還元剤のコストを低く抑えることが可能である。
しかし、亜硫酸カルシウムを安価に供給することが出来るのは、精錬所等の排ガス脱硫装置を設けた施設の近傍領域のみである。そして、係る従来技術（特許文献２）を都市部で実施した場合には、精錬所等の排ガス脱硫装置を設けた施設から実施個所まで還元剤を輸送するコストが必要となり、結果として還元剤調達コストが高騰してしまう。
また、亜硫酸カルシウムは、排ガス脱硫の副製品以外には入手が困難であるという問題も存在する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００１−１２１１０９号公報
【特許文献２】特開２００７−１４８８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は上述した従来技術の問題点に鑑みて提案されたものであり、既設コンクリート構造物の解体時に発生するコンクリート塊から製造する再生砂の六価クロムの溶出を抑えて、埋め戻し材として利用可能にせしめることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の六価クロムの不溶化方法は、コンクリートを粉粒状に破砕した（例えば、５ｍｍ四方以下のサイズに破砕した）再生砂に酸（硫酸等）を添加して酸性域に調整する工程と、酸性域の再生砂に還元剤を混合する工程と、還元剤を混合した後に放置する工程とを有することを特徴としている（請求項１）。
【０００９】
また本発明の六価クロムの不溶化方法は、コンクリートを粉粒状に破砕した（例えば、５ｍｍ四方以下のサイズに破砕した）再生砂に還元剤を添加する工程と、還元剤を添加した再生砂に酸（硫酸等）を添加して酸性域に調整する工程と、一時的に酸性域に調整した後に放置する工程とを有することを特徴としている（請求項２）。
【００１０】
本発明の実施に際して、前記酸性域としてはｐＨ４．５以下でｐＨ２以上が望ましい。
【発明の効果】
【００１１】
上述する構成を具備する本発明によれば、下式で示すように六価クロムを毒性の少ない三価クロムに還元して、六価クロムの溶出量を基準値（０．０５ｍｇ／Ｌ）を基準値未満に抑制することが出来る。
Ｃｒ２Ｏ７２−＋１４Ｈ＋＋６ｅ＝２Ｃｒ３＋＋７Ｈ２Ｏ
【００１２】
ここで、発明者の研究によれば、上述した還元反応の反応速度は、中性域やアルカリ性域では極めて遅いが、酸性域では反応速度が増加する。
本発明によれば、先ず酸性域にしてから硫酸第一鉄を添加し（請求項１）、或いは、再生砂に還元剤を添加した後に酸性域に調整しているので（請求項２）、上述した還元反応の反応速度が速くなる。そのため、同一の還元反応速度であれば、硫酸第一鉄の使用量（添加量）が、従来技術（例えば、特許文献１）に比較して、遥かに少なくて済む。
また、還元剤として、排ガス脱硫の副製品以外には、入手が困難な亜硫酸カルシウムを使用する必要がない。そのため、亜硫酸カルシウムを生成する精錬所等の排ガス脱硫装置を設けた施設近傍の領域でなくても、還元剤の輸送コストが高額になることがなく、還元剤に関するコストを低く抑えることが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】第1実施形態の工程を示すフローチャート。
【図２】第２実施形態の工程を示すフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施形態について、添付図面を参照し、実験例を参照しつつ、説明する。
図１は、第1実施形態を示している。
図１のステップＳ１では、コンクリート塊を粉粒状に破砕して再生砂にする。粉粒のサイズに格別な所定値はないが、第1実施形態では、例えば５ｍｍ四方以下にしている。
【００１５】
ついで、上記再生砂に酸を添加して、一時的に酸性域にする（ステップＳ２）。
第1実施形態では、酸として硫酸を用いている。ただし、本発明において用いられる「酸」は、硫酸に限定される訳ではない。
再生砂に酸を添加するにあたっては、再生砂に水を加えてよく攪拌混合している。
【００１６】
次に、上記酸性域の再生砂に、還元剤を添加して混合する（ステップＳ３）。
第1実施形態では、還元剤として硫酸第１鉄を用いた。ただし、これに限定される訳ではない。
還元剤を混合することにより、下式で示すように、六価クロム（Ｃｒ６＋）は無害な三価クロム（Ｃｒ３＋）に還元される。ただし、三価クロムは不安定である。
Ｃｒ２Ｏ７２−＋１４Ｈ＋＋６ｅ＝２Ｃｒ３＋＋７Ｈ２Ｏ
【００１７】
上記の状態（酸の添加量を制御することにより、一時的に酸性域とした状態）で放置すれば（ステップＳ４）、コンクリート塊中にあったセメント成分により、全体がアルカリ性に戻る。
ステップＳ４で放置することにより、還元で生じた三価クロムは下記の反応式に従って、水酸化クロムとして固定化される。水酸化クロムとして固定化することによって、再び酸化することによる六価クロムの溶出量は少なくなる。
Ｃｒ３＋＋３ＯＨ−＝Ｃｒ（ＯＨ）３↓
【００１８】
図２は、第２実施形態を示している。
図２のステップＳ１１では、コンクリート塊を粉粒状に破砕して再生砂にする。粉粒のサイズに格別な所定値はないが、第２実施形態では、例えば５ｍｍ四方以下にしている。
【００１９】
ついで、上記再生砂に還元剤を添加する（ステップＳ１２）。
第２実施形態の場合でも、還元剤として硫酸第１鉄が用いられているが、これに限定されるものではない。
ここで、ステップＳ１２で還元剤（硫酸第１鉄）を添加した状態では、酸性域になっていないので、六価クロム（Ｃｒ６＋）が無害な三価クロム（Ｃｒ３＋）に還元する反応（下式）の反応速度は遅く、三価クロムに還元されるのは極微量に留まる。
Ｃｒ２Ｏ７２−＋１４Ｈ＋＋６ｅ＝２Ｃｒ３＋＋７Ｈ２Ｏ
【００２０】
ついで、再生砂に酸を添加し、酸性域にする（ステップＳ１３）。ステップＳ１３では、再生砂に水を加えて、良く攪拌混合している。第２実施形態で使用される酸は、硫酸等である。
ステップＳ１３では、再生砂に酸を添加して酸性域にすることにより、上述した還元反応（六価クロムが無害な三価クロムに還元される反応）の反応速度が増加し、三価クロムへ還元される六価クロムの量も増加する。
そしてステップＳ１３では、再生砂に酸を添加して一時的に酸性域にした状態で、放置する（ステップＳ１４）。ステップＳ１３で酸性域にした状態で放置している間に、コンクリート中に存在するセメント成分により、全体がアルカリ性域に戻る。
【００２１】
第２実施形態では、酸を添加して酸性域にすることによって、還元剤の添加量を少なくして、還元剤の使用量を節約することができる。
第２実施形態におけるその他の構成及び作用効果は、第１実施形態と同様である。
図示の実施形態を実施するに際して、亜硫酸カルシウムが安価に入手できる場合には、硫酸第１鉄に代えて、亜硫酸カルシウムを還元剤として使用することも得策である。
【００２２】
〔実験例〕
次に、図示の実施形態の実験例について説明する。実験例は、第１実施形態に対応して行われている。
実験例では、先ず、再生砂への酸の添加量を決定するために、表１で示す様な実験を行った。
表１で示す実験では、再生砂に硫酸を添加して、添加後のｐＨと一日後ｐＨとを計測した。ここで、「添加後ｐＨ」とは硫酸を添加してから１０分経過後のｐＨを表している。「１日後ｐＨ」とは、硫酸を添加してから１日経過後のｐＨを表している。
また表１において、符合ａ１〜ａ７は、実験名或いはサンプルを示しており、サンプル（実験名）ａ１〜ａ７は、再生砂の量は一定（１０ｇ）であるが、硫酸添加量は異なっている。
表１
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【００２３】
上述した通り、六価クロムを三価クロムに還元する反応は、酸性域でなければ十分な反応速度が得られない。その意味で、添加後ｐＨが５以下でないと、六価クロムは三価クロムに十分に還元しない。
表１において、硫酸添加後の添加後ｐＨが酸性域となっているのは、サンプルａ４〜ａ７である。サンプルａ１〜ａ３は、硫酸添加後に酸性域となっていないので、六価クロムを三価クロムに還元する反応が十分に行われないと予想される。
ここで、サンプルａ７は、一日後ｐＨがｐＨ１．８である。すなわち、再生砂１０ｇに対して硫酸１．０ｍＬを添加したサンプルａ７では、放置（ステップＳ４、Ｓ１４）しても酸性のままであり、アルカリ性域に戻らないので、不都合である。
それに対して、サンプルａ４〜ａ６は、一日後ｐＨがｐＨ１２以上であるため、放置（ステップＳ４、Ｓ１４）にアルカリ性域に戻ると予想される。
【００２４】
表１で示す実験の結果、再生砂１０ｇに対して、硫酸添加量が０．２ｍＬ、０．２５ｍＬ、０．５ｍＬのサンプル（サンプルａ４〜ａ６）のみが、「添加後ｐＨ」と「１日後ｐＨ」が好適であることが明らかになった。
係る結果より、表２を参照して後述する実験では、再生砂１０ｇに対して、硫酸添加量が０．２ｍＬ、０．２５ｍＬ、０．５ｍＬのサンプルのみを実験している。換言すれば、表２で示す実験は、再生砂１００ｇに対して、硫酸添加量が２．０ｍＬ、２．５ｍＬ、５．０ｍＬの三種類のサンプルについてのみ行われる。
【００２５】
表２で示す実験に先立ち、還元剤理論量を求める。
還元剤を鉄とした場合の六価クロムの還元反応は、
２Ｃｒ６＋＋６Ｆｅ２＋  ＝２Ｃｒ３＋  ＋６Ｆｅ３＋
なる反応式で示される。係る反応式において、還元剤である鉄（２価の鉄）の理論量は、六価クロム１０４ｇに対して、鉄（２価の鉄）は３３５ｇとなる。
【００２６】
ここで、再生砂を還元するために添加する還元剤の量を求めるにあたり、再生砂中の六価クロムの含有量について、以下のように仮定した。
セメント中の六価クロムの含有量は、２０ｍｇ／ｋｇ以下とされている（セメント協会：セメント中の水溶性六価クロム含有量に関するガイドライン）。そして、一般的な建築物に使用されるセメント量は、コンクリート１ｍ３当たり約３７０ｋｇと推定される。
【００２７】
そのため、コンクリートの単位堆積重量を２．５ｔ／ｍ３とすると、コンクリート塊１ｔに含まれる六価クロムは、２，９６０ｍｇ／ｔ（＝２０ｍｇ／ｋｇ×３７０ｋｇ÷２．５ｔ／ｍ３）である。
次に、コンクリート塊を粉砕し、１０ｍｍふるいで分級した場合に、セメントが含まれる微粒分の割合が９０％であると仮定する。コンクリート塊１ｔから製造される再生砂の割合は約３０％であるので、再生砂１ｔ中に含まれる六価クロムの量は、８，８８０ｍｇ（＝２９６０×０．９÷０．３）と想定される。
よって、再生砂１ｔ中の六価クロムを還元するのに必要な鉄の理論量は、２８，７００ｍｇ（＝８８８０÷１０４×３３６）となる。そして、還元剤として硫酸第1鉄（ＦｅＳＯ４・７Ｈ２Ｏ）を使用するのであれば、再生砂１ｔ中の六価クロムを還元するのに必要な硫酸第1鉄の理論量は、１４２０００ｍｇ（＝２８７００÷５６×２７８）である。
【００２８】
表２に示す実験は、以下の手順により、還元剤（例えば２価の鉄）の添加量を変動して、六価クロムの溶出量を測定した。
（ａ）  再生砂１００ｇに表１で説明した比率の硫酸（２．０ｍＬ、２．５ｍＬ、５．０ｍＬ）を添加した。
（ｂ）  項目（ａ）において硫酸が添加された再生砂（１００ｇ）に、理論量の約１７．５倍、３５倍、７０倍、１４０倍の還元剤を加えた。
（ｃ）  六価クロム溶出量試験（環境省告示第１８号試験）を行い、溶出量を測定した。
【００２９】
表２
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【００３０】
ここで、再生砂１ｔ中の六価クロムを還元するのに必要な硫酸第1鉄の理論量は、上述した様に１４２０００ｍｇであり、再生砂１００ｇ中の六価クロムを還元するのに必要な硫酸第1鉄の理論量は０．０１４２ｇとなる。
従って、再生砂１００ｇ中の六価クロムを還元するのに必要な理論量の約１７．５倍の硫酸第1鉄は０．２５ｇであり、理論量の約３５倍の硫酸第1鉄は０．５０ｇであり、理論量の約７０倍の硫酸第1鉄は１．０ｇであり、理論量の約１４０倍の硫酸第1鉄は２．０ｇである。
【００３１】
表２において、縦行を示す符合ｅ１〜ｅ１２は実験名（サンプル名）を示している。
また、表２における符号「Ｃｒ６+（ｍｇ／Ｌ）」は、六価クロムの溶出量を表している。
上述した様に、表２では、全てのサンプルｅ１〜ｅ１３について、再生砂は１００ｇであり、硫酸添加量は２．０ｍＬ、２．５ｍＬ、５．０ｍＬの三種類のみである。
【００３２】
表２において、六価クロムの溶出量が基準値（＝０．０５ｍｇ／Ｌ）未満であるサンプルは、サンプルｅ７〜ｅ１２である。
すなわち、再生砂１００ｇに対して、硫酸添加量が２．５ｍＬであれば、還元剤である硫酸第１鉄は１．０ｇ（理論量の約７０倍）以上添加しなければならない。そして、再生砂１００ｇに対して、硫酸添加量が５．０ｍＬであれば、還元剤である硫酸第１鉄は０．２５ｇ（理論量の約１７．５倍）でも、六価クロムの溶出量を基準値未満にすることが出来る。
【００３３】
換言すれば、再生砂１００ｇに対して、硫酸添加量が２．５ｍＬより少なければ、或いは、硫酸第１鉄が１．０ｇ（理論量の約７０倍）よりも少なければ六価クロムの溶出量が基準値（０．０５ｍｇ／Ｌ）を越えてしまう恐れがある。
同様に、再生砂１００ｇに対して、硫酸添加量が５．０ｍＬより少なければ、或いは、硫酸第１鉄は０．２５ｇ（理論量の約１７．５倍）よりも少なければ六価クロムの溶出量が基準値（０．０５ｍｇ／Ｌ）を越えてしまう恐れがある。
一方、硫酸及び／又は硫酸第１鉄の添加量が上記より多ければ、六価クロムの溶出量を基準値（０．０５ｍｇ／Ｌ）未満に抑えることは出来るが、硫酸及び／又は硫酸第１鉄の調達コストが増加し、処理コスト全体が増加してしまう。
【００３４】
明細書中に表を示してはいないが、第２実施形態についても、上述した実験例と同様な実験を行った。
第２実施形態に対応する実験例でも、酸として硫酸を使用し、還元剤として硫酸第１鉄を使用した。そして第２実施形態に対応する実験例の結果として、上述した実験例と同じ結果が得られた。
【００３５】
第２実施形態に対応する実験例では、再生砂１００ｇに対して、硫酸第１鉄は０．２５ｇ（理論量の約１７．５倍）あるいは１．０ｇ（理論量の約７０倍）添加するのが適当であり、硫酸添加量は２．０ｍＬ、２．５ｍＬ、５．０ｍＬの三種類が適当であった。
そして、再生砂１００ｇに対して、還元剤である硫酸第１鉄を０．２５ｇ（理論量の約１７．５倍）添加した場合に、硫酸添加量が５．０ｍＬであれば、六価クロムの溶出量を基準値未満にすることが出来た。また、再生砂１００ｇに対して、還元剤である硫酸第１鉄を１．０ｇ（理論量の約７０倍）添加した場合は、硫酸添加量が２．５ｍＬであれば、六価クロムの溶出量を基準値未満にすることが出来た。
【００３６】
図示の実施形態及び実験例はあくまでも例示であり、本発明の技術的範囲を限定する趣旨の記述ではないことを付記する。
【図１】
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【図２】
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