(57)【要約】【課題】電力等による熱エネルギーを使用することなく、水分を含有する物質の含水率が所望とする値となるまで効率的に脱水することができる方法を提供する。【解決手段】本発明は、水分を含む物質（脱水対象物質）Ｘを堆積させることで、その脱水対象物質Ｘから脱水するための脱水用床１であって、下層から順に、所定の粒子径を有する砂１１により構成される第１層１０と、第１層１０を構成する砂１１よりも粒子径の大きい礫２１により構成される第２層２０と、が積層されてなり、その第１層１０には複数の孔が設けられたパイプ１２が埋設されている。また、脱水用床１においては、第２層２０の上に、脱水対象物質Ｘと同じ物質により構成される第３層３０がさらに積層されていることが好ましい。また、第２層２０の最上面には、ワイヤーメッシュ４０が設けられていることが好ましい。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水分を含む物質を堆積させることで、該物質から脱水するための脱水用床であって、
下層から順に、
所定の粒子径の砂により構成される第１層と、
前記第１層の前記砂よりも粒子径の大きい礫により構成される第２層と、
が積層されてなり、前記第１層には複数の孔が設けられたパイプが埋設されている
脱水用床。
【請求項２】
前記第２層の上に、前記水分を含む物質と同じ物質により構成される第３層がさらに積層されている
請求項１に記載の脱水用床。
【請求項３】
前記第２層の最上面には、ワイヤーメッシュが設けられている
請求項１又は２に記載の脱水用床。
【請求項４】
当該脱水用床は、
所定の角度で傾斜したコンクリート上に敷設されて用いられる
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の脱水用床。
【請求項５】
前記第１層を構成する前記砂の粒子径が２ｍｍ以上１９ｍｍ以下であり、
前記第２層を構成する前記礫の粒子径が１９ｍｍを超え２００ｍｍ以下である
請求項１乃至４のいずれか１項に記載の脱水用床。
【請求項６】
前記水分を含む物質が、ニッケル酸化鉱石の湿式製錬プロセスで得られるクロマイトを含む鉱石である
請求項１乃至５のいずれか１項に記載の脱水用床。
【請求項７】
水分を含む物質から該水分を取り除いて回収する脱水処理方法であって、
下層から順に、所定の粒子径の砂により構成され、複数の孔が設けられたパイプが埋設されている第１層と、前記第１層の前記砂よりも粒子径の大きい礫により構成される第２層と、が積層されてなる脱水用床を、所定の角度で傾斜したコンクリート上に敷設し、
前記脱水用床の最上面に、前記水分を含む物質を堆積させる
脱水処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、脱水用床に関するものであり、より詳しくは、水分を含有する鉱石等の物質からその水分を取り除くための脱水用床に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、水分を含有する鉱石等から水分を取り除く方法として、電気を使用した熱源や蒸気を使用した熱源から熱を与え、その鉱石に付着する水分を蒸発させることによって脱水する手法が広く用いられていた。しかしながら、電力や蒸気を用意するためのユーティリティー付帯設備を設ける必要があり、また、それら設備を運転するためのコストが問題となる。
【０００３】
このような問題に対応するために、例えば特許文献１には、浚渫汚土を自然乾燥させて脱水する技術が開示されている。しかしながら、透水材料の種類についての事項や、脱水後の汚泥を重機等により回収する際に、透水材料と脱水した汚土とを如何にして分離するかの分離方法について示されていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−３１６２００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、このような実情に鑑みて提案されたものであり、電力等による熱エネルギーを使用することなく、水分を含有する物質（脱水対象物質）の含水率が所望とする値となるまで効率的に脱水することができる方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明者は、上述した課題を解決するために鋭意検討を重ねた。その結果、特定の複数の層が積層させてなる脱水用床を用い、その脱水用床の上に脱水目的物質を堆積させることにより、簡易な方法で、その脱水目的物質から水分を効率的に取り除くことができることを見出し、本発明を完成するに至った。
【０００７】
（１）本発明の第１の発明は、水分を含む物質を堆積させることで、該物質から脱水するための脱水用床であって、下層から順に、所定の粒子径の砂により構成される第１層と、前記第１層の前記砂よりも粒子径の大きい礫により構成される第２層と、が積層されてなり、前記第１層には複数の孔が設けられたパイプが埋設されている、脱水用床である。
【０００８】
（２）本発明の第２の発明は、第１の発明において、前記第２層の上に、前記水分を含む物質と同じ物質により構成される第３層がさらに積層されている、脱水用床である。
【０００９】
（３）本発明の第３の発明は、第１又は第２の発明において、前記第２層の最上面には、ワイヤーメッシュが設けられている、脱水用床である。
【００１０】
（４）本発明の第４の発明は、第１乃至第３のいずれかの発明において、当該脱水用床は、所定の角度で傾斜したコンクリート上に敷設されて用いられる、脱水用床である。
【００１１】
（５）本発明の第５の発明は、第１乃至第４のいずれかの発明において、前記第１層を構成する前記砂の粒子径が２ｍｍ以上１９ｍｍ以下であり、前記第２層を構成する前記礫の粒子径が１９ｍｍを超え２００ｍｍ以下である、脱水用床である。
【００１２】
（６）本発明の第６の発明は、第１乃至第５のいずれかの発明において、前記水分を含む物質が、ニッケル酸化鉱石の湿式製錬プロセスで得られるクロマイトを含む鉱石である、脱水用床である。
【００１３】
（７）本発明の第７の発明は、水分を含む物質から該水分を取り除いて回収する脱水処理方法であって、下層から順に、所定の粒子径の砂により構成され、複数の孔が設けられたパイプが埋設されている第１層と、前記第１層の前記砂よりも粒子径の大きい礫により構成される第２層と、が積層されてなる脱水用床を、所定の角度で傾斜したコンクリート上に敷設し、前記脱水用床の最上面に前記水分を含む物質を堆積させる、脱水処理方法。
【発明の効果】
【００１４】
本発明に係る脱水用床を用いることにより、電力等による熱エネルギーを使用することなく、脱水対象物質に含まれる水分を、重力による圧密及びその透水床による重力方向への透水によって効果的に除去することができ、所望とする含水率となるまで効率的に脱水することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】脱水用床の構成を説明するための断面図である。
【図２】実施例１における脱水試験の結果を示すグラフ図である。
【図３】比較例１における脱水試験の結果を示すグラフ図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の具体的な実施形態（以下、「本実施の形態」という）について詳細に説明する。なお、本発明は、以下の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を変更しない範囲で種々の変更が可能である。また、本明細書において、「Ｘ〜Ｙ」（Ｘ、Ｙは任意の数値）との表記は、「Ｘ以上Ｙ以下」の意味である。
【００１７】
≪１．脱水用床≫
本実施の形態に係る脱水用床は、水分を含有する物質（以下、「脱水対象物質」ともいう）から、所望する含水率となるように水分を取り除くためのものであり、当該脱水用床の上に脱水対象物質を堆積させるようにして使用される。
【００１８】
図１は、本実施の形態に係る脱水用床の構成を説明するための断面図である。この図１では、当該脱水用床１を、舗装されたコンクリート５０上に置き、そしてその脱水用床１の上に脱水対象物質Ｘを堆積させたときの状態を示している。
【００１９】
具体的に、図１に示すように、脱水用床１は、下層から順に、所定の粒子径を有する砂１１により構成される第１層１０と、第１層１０を構成する砂１１よりも粒子径の大きい礫２１により構成される第２層２０と、が積層されている。また、脱水用床１においては、第１層１０の中に、複数の孔が設けられたパイプ１２が埋設されている。さらに、好ましくは、第２層２０の上に、脱水対象物質Ｘと同じ物質から構成される第３層３０をさらに積層した構造とすることができる。
【００２０】
このような構成からなる脱水用床１は、空隙をもった透水性を有する床（透水床）となる。脱水用床１は、例えば、舗装されたコンクリート５０の上に置かれて用いられ、脱水対象物質Ｘを堆積させていくことで、その堆積した脱水対象物質Ｘから圧密作用により水分が搾り取られて、脱水用床１における重力方向に透水するようになり、徐々に脱水対象物質Ｘから水分が除去されていく。そして、脱水用床１内を透水して重力方向に移動した水分は、第１層１０の内部に埋設したパイプ１２内に取り込まれ、そのパイプ１２内を通って所定の箇所で回収される。このように、脱水用床１によれば、電力等のエネルギーを使用することなく、脱水目的物質を堆積させるという簡易な操作で、水分を効率的に取り除くことができる。
【００２１】
また、好ましくは、第２層２０の上に、脱水対象物質Ｘと同じ物質により構成される第３層３０をさらに積層した構造とすることで、第２層２０を構成する礫２１や第１層１０を構成する砂１１が掘り起こされて、脱水対象物質に混ざり合ってしまうことを防ぐことができる。すなわち、所望とする含水率となるまで脱水された脱水対象物質Ｘを回収する際には、例えばホイールローダーやショベルカー等の重機を使用し掘削することで行われるが、最上層に、脱水対象物質Ｘと同じ物質からなる第３層３０を設けることで、その第３層３０が緩衝層として作用して、回収する脱水対象物質に第２層２０を構成する礫が混ざり合ってしまうことを防ぐことができる。なお、第３層３０は、第２層２０の上面全体を覆うようにすることが望ましい。
【００２２】
ここで、脱水の対象となる水分を含有する物質（脱水対象物質）としては、特に限定されるものではなく、所定の割合で水分を含有する鉱石等を適用することができる。具体的には、例えば、ニッケル酸化鉱石の湿式製錬プロセスで得られるクロマイト（Ｃｒ２Ｏ３）を含む鉱石等を用いることができる。クロマイトを主成分とする鉱石は、その粒子径が１００μｍ〜１ｍｍ程度の範囲であり、湿式製錬プロセスから物理分離によって得ることができ、分離直後の重量含水率はおよそ１２％〜１５％程度である。なお、そのクロマイトを主成分とする鉱石では、一般的に、その含水率を７％〜８％程度にまで減少させることが必要となっている。
【００２３】
特に、ニッケル酸化鉱石の湿式製錬プロセスで得られるクロマイトには、水分が含まれているだけでなく、その水分には重金属イオンが含まれている。したがって、このような重金属イオンを含む水分を、土壌もしくは河川、海域に直接流出することを防ぐために、効果的にかつ簡易な方法で効率的にその水分を取り除き、回収することが望まれる。この点、本実施の形態に係る脱水用床１によれば、電力等のエネルギーを使用することなく効率的に脱水することができるとともに、脱水した水分を有効に回収することができる。
【００２４】
（１）第１層
第１層１０は、当該脱水用床１の最下層を構成する層であり、所定の粒子径を有する砂１１から構成されている。砂１１としては、空隙が形成されて透水性を有するものであれば特に限定されず、例えば、自然砂等を用いることができる。また、砂１１としては、脱水用床１の最上層である第３層３０の上にホイールローダー等の重機が乗っても、破砕や粉砕が生じず、その層を維持することが可能な強度を有するものであることが好ましい。
【００２５】
また、第１層１０を構成する砂１１は、後述する第２層２０を構成する礫２１よりも小さい粒子径を有するものである。具体的に、その砂の粒子径は、２ｍｍ以上１９ｍｍ以下であることが好ましく、５ｍｍ以上１５ｍｍ以下であることがより好ましい。
【００２６】
第１層１０の厚さとしては、特に限定されず、脱水対象物質Ｘの量（処理量）等に応じて適宜設定することができる。具体的には、例えば、５０ｍｍ〜１０００ｍｍ程度の層厚とすることができる。
【００２７】
ここで、第１層１０においては、その内部に、複数の孔が設けられたパイプ１２が埋設されている。パイプ１２は、例えば、径が数ｍｍ〜数百ｍｍ程度の、少なくとも一方の端が開放している中空管であり、中空管の表面（パイプ１２の表面）に複数の孔が設けられている。このようなパイプ１２を第１層１０の内部に埋設することによって、最上層から重力により浸透してきた脱水対象物質Ｘに由来する水分が、そのパイプ１２の表面に設けられた複数の孔を介してその内部に取り込まれ、排水される。
【００２８】
パイプ１２の大きさは、当該脱水用床１の大きさや第１層１０を厚みに応じて適宜調整することができるが、例えば、上述したように径が数ｍｍ〜数百ｍｍ程度であり、長さが数ｍ〜数十ｍのものを用いることができる。また、パイプ１２に設けられた複数の孔の径としては、そのパイプ１２自体の径に応じて適宜設定することができ、例えば０．５ｍｍ〜３ｍｍ程度とすることができる。なお、パイプ１２は、第１層１０の内部に埋設したとき、その底部に位置する表面には孔が設けられておらず、そのパイプ１２を介して排水可能となっている。
【００２９】
パイプ１２は、例えば、図１に示すように当該脱水用床１を断面で視たときに、同様の高さレベルに所定の間隔で設けるようにすることができる。あるいは、パイプ１２は、第１層１０の内部にランダムに設けるようにすることもできる。また、パイプ１２の設置間隔としては、特に限定されず、間隔をあけずに設けてもよいが、１ｍ〜２０ｍの間隔で設置することが好ましく、５ｍ〜１２ｍの間隔で設置することがより好ましい。
【００３０】
（２）第２層
第２層２０は、第１層１０の上に設けられる層であり、その第１層１０を構成する砂よりも大きな粒子径を有する礫２１から構成されている。礫２１としては、第１層１０の砂よりも粒子径が大きいものであって、透水性を有するものであれば特に限定されない。例えば、クラッシャー等によって岩等を砕いて所定の大きさで分級した砕石を用いることができる。また、礫２１としては、脱水用床１の最上層である第３層３０の上にホイールローダー等の重機が乗っても、破砕や粉砕が生じず、その層を維持することが可能な強度を有するものであることが好ましい。
【００３１】
具体的に、その礫２１の粒子径は、第１層１０の砂１１の粒子径を考慮して適宜調整することが好ましく、例えば、その砂１１の粒子径が２ｍｍ以上１９ｍｍ以下である場合には、礫２１の粒子径としては１９ｍｍを超えて２００ｍｍ以下の粒子径とする。また、より好ましくは、２５ｍｍ以上１５０ｍｍ以下の粒子径の礫２１を用いる。
【００３２】
このように、第１層１０を構成する砂１１よりも粒子径が大きい礫２１により第２層２０を構成することで、脱水対象物質Ｘを当該脱水用床１に堆積させて脱水させたとき、その水分に含まれている成分に起因して上層の部分に目詰まりが生じ、最下層である第１層１０にまで水分が浸透しないことを防ぐことができる。つまり、脱水不良を防ぐことができる。また、その水分に含まれる成分によって、上層部分にケーキ層が形成されてしまうことを防ぐことができる。このように、脱水用床１においては、水分の透水速度を維持しながら、効率的に脱水対象物質Ｘから脱水を行うことができる。
【００３３】
特に、クロマイト鉱物は、非常に微細な粒子を含む。このようなクロマイト鉱物を脱水対象物質として脱水を行った場合でも、脱水用床１によれば、その微細な粒子のみが透過していくようになるため、目詰まりやケーキ層の形成を有効に防ぐことができる。
【００３４】
第２層２０の厚さとしては、特に限定されず、脱水対象物質Ｘの量（処理量）や第１層１０の層厚等に応じて適宜設定することができる。具体的には、例えば、１００ｍｍ〜１０００ｍｍ程度の層厚とすることができる。
【００３５】
ここで、第２層２０においては、その最上面に、ワイヤーメッシュ４０が設けられていることが好ましい。ワイヤーメッシュ４０は、礫２１により構成される第２層２０を保護するために用いられ、例えば、脱水対象物質Ｘを堆積させるときや脱水後に採掘するときに、重機等によって第２層２０以降の下層が乱されることを防ぐことができる。第２層２０の上に第３層３０を設けた場合には、そのワイヤーメッシュ４０により、第３層３０を構成する脱水対象物質Ｘが礫２１と混じり合うことを防ぐことができる。
【００３６】
ワイヤーメッシュ４０の材質や形状等は、特に限定されず、例えば、直径が１ｍｍ〜５ｍｍのワイヤーがメッシュ状に形成されたものを用いることができる。また、そのメッシュの目開き寸法等についても特に限定されず、例えば、ワイヤー同士の間隔が１０ｍｍ〜１０００ｍｍで構成されているものを用いることができる。なお、その目開きは、第２層２０を構成する礫２１の粒子径や、第３層３０を構成する脱水対象物質Ｘの大きさ等に応じて適宜調整することができる。
【００３７】
ワイヤーメッシュ４０は、第２層２０の最上面の面全体に設けることが好ましいが、一定の間隔をあけて設けるようにしてもよい。また、ワイヤーメッシュ４０は、脱水後に脱水対象物質Ｘの採掘する際、ホイールローダー等の重機の操縦者に採掘可能な深さを把握するための目印としても作用するため、その目印となり得る箇所（例えば、側方から見える箇所）に設けることが好ましい。
【００３８】
なお、第２層２０として、上述したように、第１層１０を構成する砂１１よりも粒子径が大きい礫２１により構成する態様について説明したが、これに限定されない。例えば、第２層として、透水性を有する不織布を複数枚積層させて構成してもよい。
【００３９】
（３）第３層
脱水用床１では、好ましくは、第２層２０の上に、脱水対象物質Ｘと同じ物質により構成される第３層３０を積層させて設けることができる。第２層２０の最上面にワイヤーメッシュ４０を設ける場合には、そのワイヤーメッシュ４０の上に第３層３０を設ける。
【００４０】
ここで、脱水用床１において、最上層に当該第３層３０を設けた場合には、その第３層３０の上に脱水対象物質Ｘを堆積させて脱水を行う。このように、第３層３０は、脱水対象物質Ｘと同じ物質から構成されていることから、いわゆる緩衝層として作用する。したがって、このように第３層３０を設けることによって、例えば、その第３層３０の上に堆積させた脱水対象物質Ｘを脱水後に採掘する際、第２層２０以降の下層が乱れてしまうことを防ぐことができる。
【００４１】
第３層３０の設置態様としては、特に限定されないが、第２層２０の上面全体を覆うように設けることが望ましい。
【００４２】
≪２．脱水用床の使用方法（脱水処理方法）≫
図１にある脱水用床１の使用状態の様子の例でも示すように、脱水用床１は、例えば舗装されたコンクリート５０上に敷設されて用いられる。具体的に、脱水用床１を敷設する土台となるコンクリート５０としては、所定の方向に、所定の角度だけ僅かに傾斜した構造を有するものとすることが好ましい。
【００４３】
このように、所定の角度で傾斜したコンクリート５０上に脱水用床１を敷設することで、脱水用床１自体が傾斜して設けられるようになる。すると、脱水用床１に堆積させた脱水対象物質Ｘから脱水された水分が、重力によって脱水用床１の内部を下層に向かって移動した後、第１層１０内に埋設されたパイプ１２を介して排水されるときに、傾斜方向に向かってその水分がスムーズに流れていくようになる。これにより、脱水対象物質Ｘから取り除いた水分を効率的に排水することができるとともに、傾斜した脱水用床１の先に、回収ピット等を設けておくことによって、効率的に回収することができる。
【００４４】
上述したように、例えばクロマイトを主成分とする鉱石に付着している水分には、重金属イオンが含まれており、脱水後、その水分を回収した後に、無害化設備等にて無害化することが必要となる。このようなときでも、回収ピット等に効率的に水分を回収できる態様であることにより、その回収ピットを介して簡単に無害化処理に供することができる。
【００４５】
脱水用床１を敷設するコンクリート５０の傾斜角度としては、特に限定されず、脱水対象物質Ｘから取り除いた水分を第１層１０内に埋設されたパイプ１２を介して除去、回収するときに、その水分がパイプ１２を回収方向にスムーズに流れる程度の角度であればよい。例えば、１度〜１０度程度の角度で傾斜したものを用いることができる。
【００４６】
なお、脱水用床１の第１層１０においては、パイプ１２が例えば１ｍ〜２０ｍ程度の間隔をあけて埋設されている。そのことから、脱水用床１の上層から下層にかけて透過してきた水分が、例えば水位が低い間等では、必ずしもパイプ１２の内部に取り込まれないこともある。しかしながら、水分が、第１層１０内のパイプ１２に取り込まれなかった場合でも、脱水用床１の第１層１０の底面まで透過すると、傾斜したコンクリート５０上をその傾斜方向に流れていくようになるため、その先に回収ピットを設けておくことで、有効に回収することができる。
【実施例】
【００４７】
以下、本発明の実施例を示してより具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に何ら限定されるものではない。
【００４８】
［実施例１］
図１に使用状態を示して説明したような、空隙を持った透水性を示す脱水用床を用いて、その脱水用床の上に重量含水率１４％のクロマイトを含む鉱石（クロマイト鉱石）を円錐状に堆積し、脱水試験を行った。
【００４９】
具体的に、脱水用床としては、粒子径が２ｍｍ〜１９ｍｍの範囲の自然砂により構成され、その内部に、径が５０ｍｍ、長さが１０ｍ、表面に多数の孔が設けられたパイプを埋設した第１層と、粒子径が１９ｍｍ〜１００ｍｍの範囲の礫により構成される第２層とが下層から順に積層されてなるものを用いた。また、第２層の最上面には、直径が２ｍｍのワイヤーからなるワイヤーメッシュを面全体に張った。さらに、脱水に際しては、第３層として、脱水対象物質と同じクロマイト鉱石からなる層を第２層の上にさらに積層させた。
【００５０】
このような脱水用床を用いて、その第３層の上に脱水対象物質であるクロマイト鉱石を円錐状に堆積して、１，０００時間超える時間に亘って脱水試験を行った。評価としては、円錐状に堆積したクロマイト鉱石の堆積物中における特定の５箇所での含水率を測定することで行った。
【００５１】
下記表１は、所定の脱水時間（脱水試験開始からの時間）における平均含水率（％）を示すものである。平均含水率（％）とは、クロマイト鉱石の堆積物中における５箇所の含水率の平均をいう。また、図２は、実施例１の脱水試験の結果を示すグラフであり、脱水時間を経過に伴う、堆積物中における５箇所のそれぞれの重量含水率の推移を示す。なお、図２中に、円錐状に堆積したクロマイト鉱石の堆積物（正面視）においてサンプリングした特定の５箇所の位置を示す。
【００５２】
【表１】
2018012087.tif 000003
【００５３】
［比較例１］
比較例１では、舗装したコンクリートを想定した平面床を用い、実施例１と同じクロマイト鉱石（重量含水率１４％）を脱水対象物質として堆積させて脱水試験を行った。
【００５４】
下記表２は、所定の脱水時間（脱水試験開始からの時間）における平均含水率（％）を示すものである。また、図３は、比較例１の脱水試験の結果を示すグラフであり、脱水時間を経過に伴う、堆積物中における５箇所のそれぞれの重量含水率の推移を示す。
【００５５】
【表２】
2018012087.tif 000004
【００５６】
図２、図３の結果に示すように、特定の構成を有する脱水用床を用いた実施例１では、単なる平面床を用いた比較例１に比べて、クロマイト鉱石の堆積物のいずれの箇所においても、均一に脱水されていくことが分かり、しかもその脱水速度が速く、効果的にかつ効率的に脱水することができることが分かる。
【００５７】
具体的には、表１、表２に示すように、例えば、脱水時間が４０５時間において、比較例１のコンクリート舗装を想定した平面床では平均含水率は８．２％であったのに対して、実施例１の脱水用床では６．４％であり、実施例１にて用いた脱水用床によれば、脱水対象物質に含まれる水分を効果的にかつ迅速に取り除くことができることが分かる。
【符号の説明】
【００５８】
１    脱水用床
１０    第１層
１１    砂
２０    第２層
２１    礫
３０    第３層
４０    ワイヤーメッシュ
５０    コンクリート
Ｘ    脱水対象物質
【図１】
2018012087.tif 000005
【図２】
2018012087.tif 000006
【図３】
2018012087.tif 000007