(57)【要約】【課題】本発明は、水およびEAFDを含有する危険廃棄組成物のための緩衝化剤の提供。【解決手段】緩衝化危険廃棄組成物であって、電気アーク炉塵、該電気アーク炉塵と反応するのに十分な水、および（ａ）含水重量基準で測定して、少なくとも０．５％の、該廃棄組成物中の酸化マグネシウム当量濃度を達成するのに十分で、かつ（ｂ）酸に曝された後の重金属イオン水溶性を減少させるｐＨの範囲である、８．５〜１１．５に、該廃棄組成物を、維持するのに十分な量のドロマイト性石灰、を含む、組成物であって、組成物。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
緩衝化危険廃棄組成物であって、電気アーク炉塵、該電気アーク炉塵と反応するのに十分な水、および（ａ）含水重量基準で測定して、少なくとも０．５％の、該廃棄組成物中の酸化マグネシウム当量濃度を達成するのに十分で、かつ（ｂ）酸に曝された後の重金属イオン水溶性を減少させるｐＨの範囲である、８．５〜１１．５に、該廃棄組成物を、維持するのに十分な量のドロマイト性石灰、を含む、組成物であって、組成物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
発明の分野
本発明は、水および電気アーク炉塵（EAFD）を含有する危険廃棄組成物のpHを、重金属の溶解性を最小化するpH範囲に維持するための緩衝化剤に関連する。
【背景技術】
【０００２】
発明の背景
危険廃棄組成物、より詳細には電気アーク炉塵（EAFD）を含有する危険廃棄組成物の廃棄について、有効な環境的に受容可能なオプションは、相対的にほとんどない。任意の廃棄物において、リサイクルは明らかに最も望ましい「廃棄」オプションである。しかし、このオプションは、危険な廃棄物には極めて限定される。廃棄物の焼却は、廃棄物が可燃性である場合には非常に望ましく、そして燃焼による、副成エネルギーが捕捉され得るのに十分な量である場合には、さらにより望ましい。焼却は、代表的には、いくらかの不燃残留物を生成する。
【０００３】
ほぼすべての廃棄物残留物についての究極的な廃棄方法は、地球表面の中または上に埋め立てる方法である。特に、危険廃棄物に焦点を当てると、これらの廃棄物は、環境から単離され、処理もしくは固定／安定化またはその両者により、将来的な環境への影響をなくすかまたは最小にしなければならない。埋め立て地に置かれる危険廃棄物については、非常に望ましいオプションは、固定／安定化であり、このオプションにおいて廃棄物は、良好な構造集積度、低い透過係数、および低減された浸出能を有する一体の固まりに変換される。
【０００４】
「電気アーク炉塵を処理するための方法および混合物（METHOD AND MIXTURE FOR TREATING ELECTRIC ARC FURNACE DUST）」という題名の、米国特許第5,245,122号は、EAFDを含有する危険廃棄組成物を、EAFDの火山灰的性質を利用して化学的に安定化する方法を開示する。この方法は、水を有するEAFDと石灰と（そして必要に応じて、硫酸第一鉄と）の混合物を形成する工程を包含する。新たにブレンドされた生産物は、受容可能な浸出物濃度を有する。'122号特許に開示された方法は、新たにブレンドされた生産物からの浸出物中の特定の重金属の濃度を最小化する。
【０００５】
浸出物中の特定の重金属濃度は、特に重要である。なぜなら、環境保護機関（EPA）は、危険廃棄物の廃棄組成物が、酸性雨にさらされた後でさえも重金属を放出しないことを要求しているからである。酸性雨は、部分的には、人工の大気汚染（例えば、焼却および化石燃料からの硫黄酸化物および窒素酸化物）により、そして部分的には大気中の二酸化炭素が降雨に含まれることにより、合衆国のほとんどにわたって広がっていることが知られている。EPAは、特別な試験プロトコルを確立した。プロセスが環境的に適切であると考えられる場合には、固定化／安定化廃棄物材料は、このプロトコルに合格しなければならない。この試験プロトコルは、埋め立て廃棄された廃棄物への酸性雨の効果に関連する。
【０００６】
特に、EPAによって開発された３つの試験のすべては、埋め立て組成物が酸に曝されることに基づき、続いて、試験により生成する液体を、毒性金属含量について分析する。
【０００７】
特に、固体廃棄物評価のためのEPA SW-846試験方法：物理的／化学的方法、第３版は、以下の工程を包含する：
(1)方法1310-抽出手順毒性試験（EPTT）方法；
(2)方法1311-毒性性能浸出手順（TCLP）；および
(3)方法1320-複抽出手順。
【０００８】
EPTT方法は、試験される材料を酢酸溶液に曝す工程を包含し、これは、酸性雨への曝露と等価であると考えられる。EPTT方法は、より厳しい酢酸手順であるTCLPに変更された。複抽出手順は、９つの連続的な試験において硝酸および硫酸の組合せに曝すことにより、長期間の酸性雨を評価する方法である。
【０００９】
固定化され／安定化された固まりへの酸性度の影響は、固まり中の低いpHのレベルに対応する。このことにより、多くの重金属（例えば、鉛、ニッケル、クロム）が水溶化されやすい。実際、多くの重金属は、かなり狭いpH範囲内において最小の溶解性を達成しやすい。すなわち、それらの重金属は、その範囲よりも低いpHレベルにおいて、そしていくつかの場合には、その範囲を超えるpHレベルにおいて、再可溶化される。重金属が最小の溶解性を示す、このpH範囲は、金属および廃棄組成物の源に依存して変化する。もちろん、可溶化を許してしまえば、重金属は容易に固定化／安定化された固まりから浸出し、環境に有害となる。
【００１０】
代表的な固定化／安定化組成物（例えば、石灰、ポートランドセメント、または「Ｃ」クラスのフライアッシュを含有する組成物）は、天然においてはアルカリ性であるが、酸性雨または模擬酸性雨試験は、このアルカリ性に打ち勝ち得る。酸性雨への曝露に起因するpHの減少を避けるための１つの手段は、さらなる量のアルカリ試剤（例えば、石灰、または石灰石）を廃棄組成物に配することである。しかし、このようなアルカリ試剤が添加されると、組成物中のpHレベルは上下に変動しやすく、試剤が石灰石である場合にはpH値が８に向かい、または試剤が石灰である場合にはpH値が12に向かう。これらの値の両方は、重金属の溶解性を最小化する目標pH範囲の外である。従って、石灰または石灰石のような単なるアルカリ試剤の含有は、重金属の可溶化防止の補助にはならない。
【００１１】
従って、危険廃棄組成物を、重金属溶解性が最小化されるpH範囲内に維持することができる緩衝化剤の必要性がある。
【００１２】
さらに、この緩衝化剤については、比較的に広い範囲の廃棄物中の石灰含量にわたって、このpH範囲を維持できることが有利である。そうでなければ、石灰含量が廃棄組成物のpHに影響してしまう。石灰含量が変化するのにはいくつかの理由がある。例えば、廃棄組成物が、完全には十分に混合されていないかも知れず、このことが、石灰濃度の高い領域および低い領域をもたらす原因となる。また、EAFD廃棄物に関しては、石灰の濃度は、廃棄物の供給源に依存して変化する。また、いくつかの供給源からのEAFDの利用可能な酸化カルシウム含量は、時間によって大きく変化する。さらに、例えば、硫酸第一鉄および石灰のような、組成物の様々な成分を正確に釣り合わせることは困難であり得る。釣り合わせおよび混合を容易にするためには、緩衝化剤は、好ましくは、細かい乾燥した材料として利用可能であるべきである。
【００１３】
最終的に、緩衝剤は、一般には可溶物質として知られているが、本発明に使用される緩衝化剤は、実質的に非水溶性であるべきである。固定／安定化系における可溶緩衝剤は、降雨により急速に希釈され、または固まりから浸出してしまい、それにより、このような緩衝化剤は、このような系の所望のpH範囲を維持するのに役に立たなくなってしまう。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明によって以下が提供される：
（１）緩衝化危険廃棄組成物であって、
EAFD、該EAFDと反応するのに十分な水、および
（ａ）含水重量基準で測定して、少なくとも0.5％の、該廃棄組成物中の酸        化マグネシウム当量濃度を達成するのに十分で、かつ
（ｂ）酸に曝された後の重金属イオン水溶性を減少させるpHの範囲である、8.        5〜11.5に、該廃棄組成物を、維持するのに十分な
量のドロマイト性（dolomitic）石灰、を含む、組成物。
（２）項目１に記載の緩衝化危険廃棄組成物であって、ここで、前記ドロマイト性石灰は、含水重量基準で測定して、0.5〜3.0％の該廃棄組成物中の酸化マグネシウム当量濃度を達成するのに十分な量で添加される、組成物。
（３）9.4〜10.2のpHを有する、項目１に記載の緩衝化危険廃棄組成物。
（４）含水重量基準で測定して１〜30％の量の硫酸第一鉄をさらに含む、項目１に記載の緩衝化危険廃棄組成物。
（５）含水重量基準で測定して約３％の量の硫酸第一鉄をさらに含む、項目１に記載の緩衝化危険廃棄組成物。
（６）含水重量基準で測定して少なくとも5.5％の利用可能な石灰の合計濃度を達成するのに十分な量の、前記ドロマイト性石灰が添加される、項目１に記載の緩衝化危険廃棄組成物。
（７）含水重量基準で測定して約5.5〜6.5％の利用可能な石灰の合計濃度を達成するのに十分な量の、前記ドロマイト性石灰が添加される、項目６に記載の緩衝化危険廃棄組成物。
（８）9.4〜10.2のpHを有する、項目４に記載の緩衝化危険廃棄組成物。
（９）前記ドロマイト性石灰がドロマイト性水和石灰である、項目１に記載の緩衝化危険廃棄組成物。
（１０）前記ドロマイト性水和石灰がドロマイト性一水和石灰である、項目９に記載の緩衝化危険廃棄組成物。
（１１）前記ドロマイト性水和石灰がドロマイト性二水和石灰である、項目９に記載の緩衝化危険廃棄組成物。
（１２）前記ドロマイト性石灰がドロマイト性生石灰である、項目１に記載の緩衝化危険廃棄組成物。
（１３）前記組成物が、含水重量基準で測定して63％〜76％のEAFDを含む、項目１に記載の緩衝化危険廃棄組成物。
（１４）重金属イオンの水溶性を減少させるための、EAFDおよび水を含む危険廃棄組成物の処理方法であって、以下の工程：
（ａ）該廃棄組成物が、含水重量基準で測定して4.0％を超える、該廃棄物組        成物中の利用可能な石灰の合計濃度を有するかを決定する工程であって、
そして：
（ｉ）該廃棄組成物が、含水重量基準で測定して4.0％を超える、該廃棄組成物中の利用可能な石灰の合計濃度を有する場合には、該廃棄組成物に中和剤を、該利用可能な石灰の合計濃度を、含水重量基準で測定して最大で4.0％にまで減少させるのに十分な量で添加し、そして
（ii）該廃棄組成物が、含水重量基準で測定して4.0％を超える、該廃棄組成物中の利用可能な石灰の合計濃度を有さない場合には、直接工程（ｂ）に進む、
工程、および
（ｂ）該廃棄組成物にドロマイト性石灰を、含水重量基準で測定して少なくとも0.5％の該廃棄組成物中の酸化マグネシウム当量濃度を達成するのに十分な量で添加する工程
を包含し、pHを8.5〜11.5とする方法。
（１５）求項１４に記載の方法であって、ここで：
中和剤を添加する前記工程は、前記廃棄組成物中の利用可能な石灰の合計濃度が、含水重量基準で測定して2.0％を超える場合に、行われ；
該中和剤が、利用可能な石灰の合計濃度が、含水重量基準で測定して2.0％に減少させるように添加され；そして
ドロマイト性石灰が、含水重量基準で測定して1.0〜3.0％の該廃棄組成物中の酸化マグネシウム当量濃度を達成するように添加される、
方法。
（１６）得られるpHが9.4〜10.2である、項目１４に記載の方法。
（１７）前記中和剤が硫酸第一鉄であって、該硫酸第一鉄が含水重量基準で測定して１〜30％の濃度を達成するように添加される、項目１４に記載の方法。
（１８．前記中和剤が硫酸第一鉄であって、該硫酸第一鉄が含水重量基準で測定して約３％の濃度を達成するように添加される、項目１４に記載の方法。
（１９．ドロマイト性石灰を添加する前記工程が、含水重量基準で測定して少なくとも5.5％の利用可能な石灰の合計濃度を達成するのに十分な量でドロマイト性石灰を添加する工程を包含する、項目１４に記載の方法。
（２０）得られるpHが9.4〜10.2である、項目１９に記載の方法。
（２１）前記ドロマイト性石灰がドロマイト性水和石灰である、項目１４に記載の方法。
（２２）前記ドロマイト性水和石灰がドロマイト性一水和石灰である、項目２１に記載の方法。
（２３）前記ドロマイト性水和石灰がドロマイト性二水和石灰である、項目２１に記載の方法。
（２４）前記ドロマイト性石灰がドロマイト性生石灰である、項目１４に記載の方法。
（２５）EAFDおよび水を含有する危険廃棄組成物を、含有されたドロマイト性石灰とともに反応させて、炭化鉄硬化生産物を形成する工程をさらに包含する、項目１４に記載の方法。
（２６）前記中和剤が二酸化炭素である、項目１４に記載の方法。
（２７）EAFDと水との混合物を形成する工程を包含する、EAFDを含有する危険廃棄物を安定化する方法において、該混合物中にドロマイト性石灰を含有する緩衝化剤を含む工程を包含する改良。
（２８）含水重量基準で測定して0.5〜1.0％の、前記廃棄組成物中の酸化マグネシウム当量濃度を達成するように、ドロマイト性石灰が添加される、項目１４に記載の方法。
（発明の要旨）
これらの必要性および他の必要性を満足するために、本発明は、水およびEAFDを含有する危険廃棄組成物のための緩衝化剤を提供する。緩衝化剤は、ドロマイト性石灰（dolomitic lime）であり、例えば、ドロマイト性生石灰（dolomitic quick lime）、ドロマイト性一水和石灰（dolomitic monohydrated lime）、またはドロマイト性二水和石灰（dolomitic dihydrated lime）である。この緩衝化剤は、危険廃棄組成物を、酸曝露の間、重金属イオンの水溶性を最小化するpH範囲に維持する。
【００１５】
本発明はまた、EAFD、そのEAFDと反応するのに十分な水、および：（ａ）含水重量基準で測定して、少なくとも0.5％の、廃棄組成物中の酸化マグネシウム当量濃度を達成するのに十分で、かつ（ｂ）廃棄組成物を、酸曝露により重金属イオンの水溶性が減少するpHの範囲である、8.5〜11.5に、酸曝露の間および後において、維持するのに十分な量のドロマイト性石灰を含む、緩衝化危険廃棄組成物を包含する。好ましくは、本発明の緩衝化危険廃棄組成物は、酸曝露の間および後において9.4〜10.2のpH範囲を維持する。
【００１６】
本発明はまた、EAFDおよび水を含有する危険廃棄組成物を処理して、重金属イオンの水溶性を減少させる方法に関する。本発明の方法は、前記廃棄組成物中の利用可能な石灰の合計濃度が含水重量基準で（すなわち、水を含んだ重量％で）4.0％（必要に応じて2.0％）を超える場合に廃棄組成物に中和剤を添加する工程を提供する。中和剤は利用可能な石灰の合計濃度を、含水重量基準で測定して最大で4.0％（必要に応じて2.0％）にまで減少させるのに十分な量で添加するべきである。本発明の方法は、予備的な中和工程を用いて、または用いずに、次いで廃棄組成物にドロマイト性石灰を、含水重量基準で測定して少なくとも0.5％の廃棄組成物中の酸化マグネシウム当量濃度を達成するのに十分な量で添加する工程を包含する。
【００１７】
本発明の１つの実施態様によれば、中和剤は、利用可能な石灰の合計濃度が、含水重量基準で測定して2.0％に減少させるように用いられる場合、ドロマイト性石灰は、含水重量基準で測定して少なくとも1.0〜3.0％の酸化マグネシウム当量濃度を達成するのに十分な量で添加される。
【００１８】
本発明の別の実施態様によれば、緩衝化危険廃棄組成物は、硫酸第一鉄を、含水重量基準で測定して１〜30％の量で添加される。好ましくは、硫酸第一鉄は、含水重量基準で測定して３％の濃度を得るように添加される。
【００１９】
本発明のさらに別の実施態様によれば、含水重量基準で測定して少なくとも約5.5％、そして好ましくは5.5％〜6.5％の利用可能な石灰の合計濃度を達成するのに十分な量で、ドロマイト性石灰を添加する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
発明の詳細な説明
本発明は、米国特許第5,245,122号（この教示は、本明細書中で参考として援用される）の改良であると考えられる。'122号特許は、電気アーク炉塵（EAFD）、水、石灰、および必要に応じて硫酸第一鉄の混合物を形成し、次いで混合物を反応させて炭化鉄硬化生成物を形成することによる、EAFDを処理する方法および混合物を開示する。
【００２１】
本発明によれば、ドロマイト性石灰は、'122号特許中に開示された組成物中に添加されたタイプの石灰として選択される。ドロマイト性石灰は、緩衝化剤として働き、EAFDを含有する危険廃棄組成物のpHを、重金属の溶解性が最小化される狭い範囲内に維持する。本明細書中で用いる、用語「ドロマイト性石灰」は、ドロマイト性生石灰（CaO＋MgO）、ドロマイト性一水和石灰（Ca(OH)2＋MgO）、およびドロマイト性二水和石灰（Ca(OH)2＋Mg(OH)2）を含み、すべて、約1:1の範囲のカルシウムイオンのマグネシウムイオンに対するモル比を有する。より詳細には、用語「ドロマイト性（dolomitic)」は、この材料が形成された石灰石中に35重量％〜46重量％の炭酸マグネシウムの存在を示す。
【００２２】
'122号特許において規定されたEAFDは、代表的にはいくらかの固有の石灰をEAFD中に含有する。EAFD中の固有の石灰は、ほとんどが生石灰（CaO）である。'122号特許と同様に、EAFDまたは組成物中の石灰の量は、ASTM名称（Designation）の第28章：Ｃ25〜93a、題名「石灰石、生石灰、および水和石灰の化学分析のための標準的な試験方法」中に定義されるように、「利用可能な石灰」として計算される。本発明の目的のために、用語「利用可能な石灰の合計」は、ASTM名称：Ｃ25〜93a中に議論されるように、反応に利用可能な、EAFD中に固有に存在する石灰に加えて、反応に利用可能な、任意の添加された石灰（例えば、本発明の緩衝化剤として働くドロマイト性石灰）との両方を示す。利用可能な石灰の合計には、酸化カルシウム、水酸化カルシウム、酸化マグネシウム、および水酸化マグネシウムを含むが、他のカルシウムまたはマグネシウム供給源（例えば、ケイ酸カルシウム、アルミン酸カルシウム、炭酸カルシウム、および炭酸マグネシウム）は含まない。図面中、Ｘ-軸は、添加された石灰を示すが、利用可能な石灰の合計は、下記の実施例から与えられる。
【００２３】
最終的な廃棄組成物中のEAFDの量は、広い範囲で変化する。下記の実施例に示すように、EAFDの含有量は、含水重量基準で（すなわち、水の重量を含む混合物の合計重量で割った構成物の重量で）63〜76％の範囲にわたって変化する。炭化鉄の反応の反応物、すなわちEAFD、水、硫酸第一鉄、および石灰の相対量は、炭化鉄の反応を行うのに十分な比率であるべきである。
【００２４】
水の含量の実施可能な範囲もまた広い。下記の実施例に示すように、水の含量範囲は８〜20％である。それにもかかわらず、混合物が25％ほどの水を含有しても、反応物は依然として炭化鉄硬化生成物を形成する。'122号特許に開示されるように、好ましい水の含量はまた、混合物が圧縮により最適な密度を達成することを可能にするのに十分な量よりもわずかに少ない水含量として決定され得る。
【００２５】
必要に応じて、硫酸第一鉄は、混合物に添加され得る。硫酸第一鉄は、結晶形態でまたはその溶液として添加され得、そして硫酸第一鉄の実施可能な範囲は広い。下記の実施例において、硫酸第一鉄は、３％〜10％の量で添加される（含水重量基準）。しかし、'122号特許に記載されるように、硫酸第一鉄の量は、０％〜30％のいずれでもあり得る。硫酸第一鉄は、６価クロムを３価クロム（これはクロムの溶解性の低い形態である）に還元するように機能する。また、硫酸第一鉄は、硫酸鉛（PbSO4、鉛の溶解性の低い形態）の形成を補助する。従って、廃棄物に６価クロムもしくは溶解性鉛がほとんど含まれないもしくは全く含まれないないと決定された場合には、硫酸鉄は必要ない。
【００２６】
本発明の緩衝化剤、すなわちドロマイト性石灰は、酸曝露の間および酸曝露の後に、組成物のpHを、重金属溶解性を最小化する範囲に維持する機能を果たす。この範囲は、EAFDの供給源、最小の溶解性に維持するつもりの重金属の数、および浸出物中の各重金属の所望の最大濃度に依存する。例えば、表Ａに示すように、8.5〜11のおよそのpH範囲が、供給源ＥからのEAFDについて受容可能である。なぜなら、供給源Ｅは、表Ａ中の試験が行われたときに適切な、規制による制限のために、４種の金属（すなわち鉛、カドミウム、クロムおよびニッケル）のみを含むからである。ＡからＤまでの供給源からのEAFD（このうちのいくつかは、13までの金属を含む）には、より狭い範囲が必要とされる。
【００２７】
【表１Ａ】
2006212634.tif 000002
【００２８】
上記で使用する、用語「証明された受容pH範囲」とは、指示したそのpH範囲内では、これらのサンプルからの浸出物中の金属含量が、Federal Register、第57巻、No.160、1992年8月18日に説明されているように、EPAの「一般的な除外（genericexclusion）」標準の限度未満であることを意味する。特に、表Ｂは、13の金属およびEPAの一般的な除外標準に適合するためには超えることができない浸出濃度の一覧を示す。
【００２９】
【表１Ｂ】
2006212634.tif 000003
【００３０】
下記の実施例からの実験の浸出物中の金属含量の分析に基づくと、EAFDを含有する廃棄組成物を9.4〜10.2のpH範囲内に維持することで、実質的にすべての公知のEAFD供給源について、EPAの一般的な除外標準が達成される。さらに、EAFD含有廃棄組成物を8.5〜11.5のpH範囲内に維持すれば、重金属イオン溶解性は減少する。
【００３１】
ドロマイト性石灰の量は、広い範囲にわたって変化し得る。ドロマイト性石灰は、この分野（field）において緩衝化効果を達成するために、含水重量基準で測定して少なくとも0.5％の酸化マグネシウム当量濃度を達成するのに十分な量が添加されるべきである。制御された理想的な実験室条件においては、EAFD（添加剤なし）の利用可能な石灰含量が5.5％と6.5％との間であるときには、ドロマイト性石灰の添加が必要ないことが発見されていることに注意すべきである。しかし、この分野において、いくらかの酸化カルシウムを分解すること、およびいくらかのドロマイト性石灰を添加することをやめることは、EAFD供給源に依存する石灰含量の変動および成分の不十分な混合のため、現実的ではない。より詳細には、少なくとも0.5％の酸化マグネシウム当量を達成する量のドロマイト性石灰の存在は、受容可能なpH範囲を維持しながら、石灰含量のより広範な変化を可能にする。本発明の好ましい実施態様においては、含水重量基準で測定して少なくとも5.5％、そして好ましくは約5.5〜6.5％の利用可能な石灰の合計濃度を達成するのに十分な量のドロマイト性石灰が添加されるべきである。この利用可能な石灰の合計濃度を達成するのに必要なドロマイト性石灰の量は、EAFD廃棄物中に固有に存在する石灰の量に依存する。
【００３２】
本発明の方法に従って、EAFD廃棄物は、最初に分析されて、EAFD廃棄物中の固有の石灰の量が決定される。このような石灰は、代表的には酸化カルシウムの形態である。EAFD廃棄物中の固有の利用可能な石灰（酸化カルシウムの形態で）の合計濃度が含水重量基準で測定して4.0％（または2.0％）を超える場合には、利用可能な石灰の合計濃度を含水重量基準で測定して4.0％（または2.0％）まで減少させるのに十分な量の中和剤が添加される。本発明の１つの実施態様に従えば、EAFD廃棄物中の固有の利用可能な石灰の合計の濃度が2.0％（中和により、または中和が必要ないという理由により、のいずれかで）である場合、含水重量基準で測定して少なくとも1.0〜3.0％の酸化マグネシウム当量濃度を達成するのに十分な量のドロマイト性石灰が添加される。
【００３３】
任意の公知の中和剤が、利用可能な石灰の合計濃度を減少させるため、および組成物のpHを下降させるために使用され得る。液体酸（例えば、硫酸）は、酸性条件および酸による石灰の中和により発生するさらなる熱の放出に装置が順応する限り、中和剤として使用され得る。硫酸第一鉄は、クロムおよび鉛の溶解性を低くするのに加えて、中和剤としても働き得る。硫酸第一鉄の量は、利用可能な石灰の合計濃度を4.0％（または2.0％）まで減少させるのに必要な量であるべきであり、代表的には１〜30％である。硫酸第一鉄は、中和されるべき利用可能な石灰の合計のパーセントについてそれぞれ、約３：１の比で、添加されるべきである。硫酸第一鉄を使用することの１つの不利な点は、その後に埋め立て地に置かれる廃棄物の容積の増加である。
【００３４】
本発明の別の実施態様によれば、気体二酸化炭素が中和剤として選択される。EAFDおよび水を含有する危険廃棄組成物を二酸化炭素に曝露することが、EAFD中の固有の酸化カルシウムのいくらかから炭酸カルシウムを形成する原因となることが発見されている。この実施態様によれば、酸性条件に順応し得る装置は必要でなく、そして廃棄物の容積は顕著には増大しない。さらに、膨張する気体が反応熱のいくらかを消散させる。他の実施態様の場合と同様に、利用可能な石灰の合計濃度を４％未満、そして好ましくは2.0％にまで減少させるための二酸化炭素処理の後に、必要な酸化マグネシウム当量濃度を達成するためにドロマイト性石灰が添加される。
【００３５】
ドロマイト性一水和石灰またはドロマイト性二水和石灰が、pH値が9.4〜10.2の「最適pH範囲」内に近づくまたは範囲内にあることの原因となることは予想されない。以下の表Ｃに示すように、水中のドロマイト性一水和石灰の24時間後のpH値は11.5であり、そしてドロマイト性二水和物のpH値は11.3である。これにもかかわらず、下記に示す実施例から、EAFD混合物中にドロマイト性一水和物およびドロマイト性二水和物を含むことは、pH値が9.4〜10.2の最適なpH範囲に近づくまたはその範囲の間に実質的に維持される原因となる。
【００３６】
【表１Ｃ】
2006212634.tif 000004
【００３７】
水中の炭酸マグネシウムの24時間後のpHは9.5であって、この最適なpH範囲内であるので、ドロマイト性石灰由来のマグネシウムが微量の炭酸イオン（添加された石灰中の固有の石灰石（CaCO3）由来）と反応して炭酸マグネシウムを形成することが可能である。従って、おそらく炭酸マグネシウムの形成のため、ドロマイト性水和石灰の添加は、pH値を11.5の方へはもっていかずに、TCLP後のpHを最適な範囲内に維持するようである。実施例７の結果より、炭酸マグネシウムが実際に、それ自身の緩衝物として働くことが確認される。
【００３８】
ドロマイト性生石灰が緩衝化剤として働くことを実験は示さないが、(1)生石灰が混合の直前に微粉砕されて水和石灰に近づく微粉末とされ、または(2)生石灰が混合の直前に消和（すなわち、水と反応）されるという条件の下で、ドロマイト性生石灰もまた組成物のpH値を最適pH範囲内に維持すると考えられる。ドロマイト性生石灰は代表的には、水和形態よりも顕著に粗く、そのことが適切な分散を阻害する。さらに、より大きい生石灰の粒子は、硫酸第一鉄に直接曝露されると、石膏のシェルを、生石灰粒子の周りに形成し得、それにより、反応性を阻害する。
【００３９】
混合の直前に生石灰を微粉砕または消和のいずれかをすることにより、生石灰は十分に反応性となると考えられる。ドロマイト性生石灰中のマグネシウムイオンは、ドロマイト性一水和物中のマグネシウムイオンと同じ形態（すなわち、酸化マグネシウム（MgO））であり、この形態が、pH値を最適なpH範囲に維持することが示されている。従って、ドロマイト性生石灰中のマグネシウムは、炭酸マグネシウムを形成すべきであり、このことが、組成物を最適なpH範囲内に維持する理由であると考えられる。
【００４０】
構成成分の混合後、選択されるドロマイト性石灰の特別なタイプを考慮せずに、混合物は反応（または硬化）して炭化鉄硬化生成物を形成する。例えば、混合物を100°Fにて７日間反応させることにより、反応は完結され得る。より一般的には、100°Fで７日間に等価なフィールド硬化時間が使用される。代表的なフィールド硬化時間は、例えば、73°Fにて30日間である。下記の実施例において報告される実験に使用された組成物は、TCLP試験に供される前には反応し得なかったことに注意するべきである。
【００４１】
本発明の混合物からの炭化鉄形成生成物は、無制限の圧縮強度および透過性能を有し、このことは、化学的に安定な生成物であることを示す。より詳細には、本発明の混合物から形成された炭化鉄硬化生成物は、'122号特許に開示されたような特性を有する。9.4〜10.2のpH範囲内に維持された場合、浸出物の金属含量は、FederalRegister、第57巻、No.160、1992年8月18日に説明された制限より低い。
【００４２】
さらに、表Ｃにより示されるように、ドロマイト性石灰は、実質的に非水溶である。例えば、ドロマイト性一水和石灰は、低温で、水酸化カルシウムおよび酸化マグネシウムのそれぞれについて、0.185および0.00062の溶解度（塩のグラム数／100ml H2Oで測定）を有する。ドロマイト性二水和石灰は、低温で、水酸化カルシウムおよび水酸化マグネシウムのそれぞれについて、0.185および0.0009の溶解度（塩のグラム数／100ml H2Oで測定）を有する。示してはいないが、ドロマイト性生石灰は、水と反応し、低温で、酸化カルシウム（水酸化カルシウムとして）および酸化マグネシウムのそれぞれについて、0.185および0.00062の溶解度（塩のグラム数／100ml H2Oで測定）を有する。さらに、ドロマイト性石灰の３つのタイプのすべては、釣り合わせることおよび混合を容易にする微細な、乾燥粉末として利用可能である。
【００４３】
以下の実施例は、本発明の全体の性質をより明確に例証するために包含される。これらの実施例は例示であり、本発明を制限するものではない。
【実施例】
【００４４】
実施例１〜７のぞれぞれは、様々な組成物の最終TCLP pH値を報告する。最終TCLP pH値は、EPA毒性性能浸出手順（TCLP）、方法1311、改訂０、1990年11月、（これは本明細書中で参考として援用される）に従って決定された。要約すると、この手順は、廃棄組成物を混合した直後に16時間、組成物を酢酸溶液に曝露しながら組成物をかき混ぜる工程を包含する。かき混ぜおよび酸への曝露の期間の後、次いで、浸出物は、金属含量について分析される。
【００４５】
実施例１
供給源「Ｂ」からの、14個のEAFDサンプルを、硫酸第一鉄、水、およびドロマイト性一水和石灰、ドロマイト性二水和石灰もしくは高カルシウム水和石灰のいずれかから選択された緩衝化剤と混合した。供給源「Ｂ」からのEAFDは約1.5％の利用可能な石灰の合計を酸化カルシウムの形態で含有する。図１および表Ｄは、添加された利用可能な石灰を示す。
【００４６】
【表１Ｄ】
2006212634.tif 000005
【００４７】
表Ｅは、各サンプルについての利用可能な石灰の合計量（すなわち、EAFD中の固有の利用可能な石灰および添加された利用可能な石灰）、ならびに各サンプルについての酸化マグネシウム当量を示す。本明細書中で用いられるように、用語「酸化マグネシウム当量」とは、添加される石灰中に見出される任意の酸化マグネシウムまたは水酸化マグネシウムの合計を、酸化マグネシウム当量に変換したことを意味する。この定義には、炭酸マグネシウムが含まれ、これもまた酸化マグネシウム当量に変換される。
【００４８】
【表１Ｅ】
2006212634.tif 000006
【００４９】
サンプルを、TCLPに従って、酢酸溶液に曝露しながら、16時間かき混ぜた。次いで、最終的なTCLPpHを測定した。表Ｄは、各サンプルの組成物、ならびに最終的なTCLP pHを示す。最終的なTCLP pH対添加された石灰のパーセント（含水重量基準）を図１のグラフに示す。
【００５０】
図１に示されるように、選択された石灰がドロマイト性一水和石灰である場合には、３％を超える添加されたドロマイト性一水和石灰の処方可変条件（formulation variance）について、pHは最適な範囲（9.4〜10.2）内に維持される。さらに、ドロマイト性二水和石灰が、約3.0％の添加されたドロマイト性二水和石灰の処方可変条件として選択される場合には、pH値は最適な範囲内に維持される。酸化マグネシウム当量濃度が2.12〜3.17％である場合（サンプルNo.10を除く）には、pH値は最適な範囲内に維持される。一方、高カルシウム水和石灰が選択される場合、約1.2％の高カルシウム水和石灰のみの処方可変条件について、組成物は所望の範囲にある。したがって、ドロマイト性一水和石灰およびドロマイト性二水和石灰は、供給源ＢからのEAFDに対する緩衝化剤として働き、pH値を最適な範囲内に維持する。
【００５１】
実施例２
供給源「Ｆ」からの、11個のEAFDサンプルを、硫酸第一鉄、水、およびドロマイト性二水和石灰もしくは高カルシウム水和石灰のいずれかから選択された緩衝化剤と混合した。供給源「Ｆ」からのEAFDは約5.0％の利用可能な石灰の合計を酸化カルシウムの形態で含有する。図２および表Ｆは、添加された利用可能な石灰を示す。
【００５２】
【表１Ｆ】
2006212634.tif 000007
【００５３】
以下の表Ｇは、各サンプルについての利用可能な石灰の合計量（すなわち、EAFD中の固有の利用可能な石灰および添加された利用可能な石灰）、ならびに各サンプルについての酸化マグネシウム当量を示す。
【００５４】
【表１Ｇ】
2006212634.tif 000008
【００５５】
サンプルを、TCLPに従って、酢酸溶液に曝露しながら、16時間かき混ぜた。次いで、最終的なTCLP pHを測定した。表Ｆは、各サンプルの組成物、ならびに最終的なTCLP pHを示す。最終的なTCLP pH対添加された石灰のパーセント（含水重量基準）を図２のグラフに示す。
【００５６】
図２に示されるように、選択された石灰がドロマイト性二水和石灰である場合には、少なくとも1.0％のドロマイト性二水和石灰の処方可変条件について、pHは最適な範囲（9.4〜10.2）内に維持される。酸化マグネシウム当量濃度が0.92〜1.22％である場合には、pH値は最適な範囲内に維持される。一方、高カルシウム水和石灰が選択される場合、約0.2％の高カルシウム水和石灰のみの処方可変条件について、組成物は所望の範囲にある。従って、ドロマイト性二水和石灰は、供給源ＦからのEAFDに対する緩衝化剤として働き、pH値を最適な範囲内に維持する。
【００５７】
実施例３
供給源「Ｇ」からの、25個のEAFDサンプルを、硫酸第一鉄、水、およびドロマイト性二水和石灰、水酸化カルシウム、または添加された1.5％の炭酸マグネシウムを有する水酸化カルシウムのいずれかから選択された緩衝化剤と混合した。供給源「Ｇ」からのEAFDは約0.4％の利用可能な石灰の合計を酸化カルシウムの形態で含有する。図３および表Ｈは、添加された利用可能な石灰を示す。
【００５８】
【表１Ｈ】
2006212634.tif 000009
【００５９】
以下の表Ｉは、各サンプルについての利用可能な石灰の合計量（すなわち、EAFD中の固有の利用可能な石灰および添加された利用可能な石灰）、ならびに各サンプルについての酸化マグネシウム当量を示す。
【００６０】
【表１Ｉ−１】
2006212634.tif 000010
【００６１】
【表１Ｉ−２】
2006212634.tif 000011
【００６２】
サンプルを、TCLPに従って、酢酸溶液に曝露しながら、16時間かき混ぜた。次いで、最終的なTCLPpHを測定した。表Ｈは、各サンプルの組成物、ならびに最終的なTCLP pHを示す。最終的なTCLP pH対添加された石灰のパーセント（含水重量基準）を図３のグラフに示す。
【００６３】
図３に示されるように、選択された石灰がドロマイト性二水和石灰である場合には、約5.0％のドロマイト性二水和石灰の処方可変条件について、pHは最適な範囲（9.4〜10.2）内に維持される。酸化マグネシウム当量濃度が0.53〜4.27％である場合（サンプルNo.13および14を除く）には、pH値は最適な範囲に維持される。一方、水酸化カルシウムが選択される場合、0.5％未満の水酸化カルシウムの処方可変条件について、組成物は所望の範囲にある。また、1.5％の炭酸マグネシウムを添加された水酸化カルシウムが選択される場合、1.0％未満の水酸化カルシウムの処方可変条件について、組成物は所望の範囲にある。従って、ドロマイト性二水和石灰は、供給源ＧからのEAFDに対する緩衝化剤として働き、pH値を最適な範囲内に維持する。
【００６４】
実施例４
供給源「Ｈ」からの、40個のEAFDサンプルを、硫酸第一鉄、水、およびドロマイト性一水和石灰、ドロマイト性二水和石灰、ドロマイト性生石灰、高カルシウム水和石灰、または２％の炭酸マグネシウムを有する高カルシウム水和石灰のいずれかから選択された緩衝化剤と混合した。供給源「Ｈ」からのEAFDは約0.3％の利用可能な石灰の合計を酸化カルシウムの形態で含有する。図４および表Ｊは、添加された利用可能な石灰を示す。
【００６５】
【表１Ｊ−１】
2006212634.tif 000012
【００６６】
【表１Ｊ−２】
2006212634.tif 000013
【００６７】
以下の表Ｋは、各サンプルについての利用可能な石灰の合計量（すなわち、EAFD中の固有の利用可能な石灰および添加された利用可能な石灰）、ならびに各サンプルについて酸化マグネシウム当量を示す。
【００６８】
【表１Ｋ】
2006212634.tif 000014
【００６９】
サンプルを、TCLPに従って、酢酸溶液に曝露しながら、16時間かき混ぜた。次いで、最終的なTCLPpHを測定した。表Ｊは、各サンプルの組成物、ならびに最終的なTCLP pHを示す。最終的なTCLP pH対添加された石灰のパーセント（含水重量基準）を図４のグラフに示す。
【００７０】
図４に示されるように、選択された石灰がドロマイト性一水和石灰である場合には、3.0％を超えるドロマイト性一水和石灰の処方可変条件について、pHは最適な範囲（9.4〜10.2）内に維持される。さらに、ドロマイト性二水和石灰が、3.5％を超えるドロマイト性二水和石灰の処方可変条件として選択される場合には、pH値は最適な範囲内に維持される。酸化マグネシウム当量濃度が0.96〜2.82％である場合（サンプルNo.14および21〜23を除く）には、pH値は最適な範囲に維持される。一方、高カルシウム水和石灰が選択される場合、0.5％未満の高カルシウム水和石灰の処方可変条件について、組成物は所望の範囲にある。また、２％の炭酸マグネシウムを添加された高カルシウム水和石灰が選択される場合、1.0％未満の高カルシウム水和石灰の処方可変条件について、組成物は所望の範囲にある。従って、ドロマイト性一水和石灰およびドロマイト性二水和石灰は、供給源ＨからのEAFDに対する緩衝化剤として働き、pH値を最適な範囲内に維持する。
【００７１】
本実施例において、ドロマイト性生石灰は、pHを最適なpH範囲に維持しなかったが、これの理由は、この使用した生石灰が、水和石灰より粗かったためであると考えられる。生石灰は、水和石灰のような微粉末としては滅多に見出されない。なぜなら、生石灰は、粉砕または貯蔵の間の空気への曝露により、水和しやすく、および／または炭酸化しやすいからである。比較的大きい生石灰粒子が硫酸第一鉄に曝露されると、粒子は直ぐに石膏のシェルでコーティングされる。このシェルは粒子内部を孤立化し、石灰の重要な部分を無駄にする。
【００７２】
実施例５
供給源「Ｉ」からの、18個のEAFDサンプルを、硫酸第一鉄、水、およびドロマイト性一水和石灰、ドロマイト性二水和石灰、高カルシウム水和石灰、または２％の炭酸マグネシウムを添加された高カルシウム水和石灰のいずれかから選択された緩衝化剤と混合した。供給源「Ｉ」からのEAFDは約0.3％の利用可能な石灰の合計を酸化カルシウムの形態で含有する。図５および表Ｌは、添加された利用可能な石灰を示す。
【００７３】
【表１Ｌ】
2006212634.tif 000015
【００７４】
以下の表Ｍは、各サンプルについての利用可能な石灰の合計量（すなわち、EAFD中の固有の利用可能な石灰および添加された利用可能な石灰）、ならびに各サンプルについて酸化マグネシウム当量を示す：
【００７５】
【表１Ｍ】
2006212634.tif 000016
【００７６】
サンプルを、TCLPに従って、酢酸溶液に曝露しながら、16時間かき混ぜた。次いで、最終的なTCLPpHを測定した。表Ｌは、各サンプルの組成物、ならびに最終的なTCLP pHを示す。最終的なTCLP pH対添加された石灰のパーセント（含水重量基準）を図５のグラフに示す。
【００７７】
図５に示されるように、選択された石灰がドロマイト性一水和石灰である場合には、約3.0％のドロマイト性一水和石灰の処方可変条件について、pHは最適な範囲（9.4〜10.2）内に維持される。さらに、ドロマイト性二水和石灰が、5.0％を超えるドロマイト性二水和石灰の処方可変条件として選択される場合には、pH値は最適な範囲内に維持される。酸化マグネシウム当量濃度が2.14〜3.66％である場合には、pH値は最適な範囲内に維持される。一方、高カルシウム水和石灰が選択される場合、1.0％未満の高カルシウム水和石灰の処方可変条件について、組成物は所望の範囲にある。また、２％の炭酸マグネシウムを添加された高カルシウム水和石灰が選択される場合、約1.0％の高カルシウム水和石灰の処方可変条件について、組成物は所望の範囲にある。従って、ドロマイト性一水和石灰およびドロマイト性二水和石灰は、供給源ＩからのEAFDに対する緩衝化剤として働き、pH値を最適な範囲内に維持する。
【００７８】
実施例６
供給源「Ｊ」からの、18個のEAFDサンプルを、硫酸第一鉄、水、およびドロマイト性一水和石灰、ドロマイト性二水和石灰、または高カルシウム水和石灰のいずれかから選択された緩衝化剤と混合した。供給源「Ｊ」からのEAFDは約2.65％の利用可能な石灰の合計を酸化カルシウムの形態で含有する。図６および表Ｎは、添加された利用可能な石灰を示す。
【００７９】
【表１Ｎ】
2006212634.tif 000017
【００８０】
以下の表Ｏは、各サンプルについての利用可能な石灰の合計量（すなわち、EAFD中の固有の利用可能な石灰および添加された利用可能な石灰）、ならびに各サンプルについて酸化マグネシウム当量を示す：
【００８１】
【表１Ｏ】
2006212634.tif 000018
【００８２】
サンプルを、TCLPに従って、酢酸溶液に曝露しながら、16時間かき混ぜた。次いで、最終的なTCLPpHを測定した。表Ｎは、各サンプルの組成物、ならびに最終的なTCLP pHを示す。最終的なTCLP pH対添加された石灰のパーセント（含水重量基準）を図６のグラフに示す。
【００８３】
図６に示されるように、選択された石灰がドロマイト性一水和石灰である場合には、3.5％を超えるドロマイト性一水和石灰の処方可変条件について、pHは最適な範囲（9.4〜10.2）内に維持される。さらに、ドロマイト性二水和石灰が、約4.0％のドロマイト性二水和石灰の処方可変条件として選択される場合には、pH値は最適な範囲内に維持される。酸化マグネシウム当量濃度が1.06〜2.14％である場合には、pH値は最適な範囲内に維持される。一方、高カルシウム水和石灰が選択される場合、約1.2％の高カルシウム水和石灰のみの処方可変条件について、組成物は所望の範囲にある。従って、ドロマイト性一水和石灰およびドロマイト性二水和石灰は、供給源ＪからのEAFDに対する緩衝化剤として働き、pH値を最適な範囲内に維持する。
【００８４】
実施例７
供給源「Ｈ」からの、16個のEAFDサンプルを、硫酸第一鉄、水、および可変量の炭酸マグネシウムを添加された高カルシウム水和石灰を混合した。サンプルを、TCLPに従って、酢酸溶液に曝露しながら、16時間かき混ぜた。次いで、最終的なTCLPpHを測定した。表Ｐは、各サンプルの組成物、ならびに最終的なTCLP pHを示す。最終的なTCLP pH対添加された炭酸マグネシウムのパーセント（含水重量基準）を図７のグラフに示す。
【００８５】
【表１Ｐ】
2006212634.tif 000019
【００８６】
以下の表Ｑは、各サンプルについての利用可能な石灰の合計量（すなわち、EAFD中の固有の利用可能な石灰および添加された利用可能な石灰）、ならびに各サンプルについて酸化マグネシウム当量を示す：
【００８７】
【表１Ｑ】
2006212634.tif 000020
【００８８】
図７に示されるように、炭酸マグネシウムが添加されない場合には、0.25％のみ添加された石灰の処方可変条件について、組成物は、所望のpH範囲に維持される。炭酸マグネシウムの量が増加するにつれて、組成物が所望のpH範囲に維持される間、添加される石灰の処方可変条件もまた増加する。2.5％の炭酸マグネシウム（すなわち、0.48〜1.20％の酸化マグネシウム当量）が添加される場合には、約1.5％の添加された石灰の処方可変条件について、組成物は、所望のpH範囲に維持される。
【００８９】
本明細書中において、特定の特徴的な実施態様および実施例に関して説明及び記述したが、以下の請求の範囲は、特徴的な実施態様および実施例の記述に限定されることを意図されない。それにおいては、本発明の精神から離れることなく当業者によりされ得るような変形および改変にもかかわらず、むしろ、請求の範囲は、本発明の全体を包含すると解釈される。
【図面の簡単な説明】
【００９０】
本発明は、以下の詳細な説明を、添付の図面と関連づけて読めば、最良に理解される。図面においては、：
【図１】図１〜６は、EAFDを含有する様々な危険廃棄組成物について、添加した石灰に対する毒性性能浸出手順（TCLP）の最終pHのグラフである。
【図２】図１〜６は、EAFDを含有する様々な危険廃棄組成物について、添加した石灰に対する毒性性能浸出手順（TCLP）の最終pHのグラフである。
【図３】図１〜６は、EAFDを含有する様々な危険廃棄組成物について、添加した石灰に対する毒性性能浸出手順（TCLP）の最終pHのグラフである。
【図４】図１〜６は、EAFDを含有する様々な危険廃棄組成物について、添加した石灰に対する毒性性能浸出手順（TCLP）の最終pHのグラフである。
【図５】図１〜６は、EAFDを含有する様々な危険廃棄組成物について、添加した石灰に対する毒性性能浸出手順（TCLP）の最終pHのグラフである。
【図６】図１〜６は、EAFDを含有する様々な危険廃棄組成物について、添加した石灰に対する毒性性能浸出手順（TCLP）の最終pHのグラフである。
【図７】図７は、EAFDを含有する危険廃棄組成物について、添加した炭酸マグネシウムに対する毒性性能浸出手順（TCLP）の最終pHのグラフである。
【図１】
2006212634.tif 000021
【図２】
2006212634.tif 000022
【図３】
2006212634.tif 000023
【図４】
2006212634.tif 000024
【図５】
2006212634.tif 000025
【図６】
2006212634.tif 000026
【図７】
2006212634.tif 000027