(57)【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に対し、該半水石膏中の石膏成分との反応によってフッ素イオンを固定するエトリンガイトを生成させるべく、アルミナと酸化カルシウムを含有する高炉セメントを添加材として所定量添加した後、処理土壌と攪拌・混合し、生成されるエトリンガイトにて、石膏から溶出されるフッ素イオンを固定しながら土壌を固化処理するようにした廃石膏を用いた土壌の固化処理方法において、前記半水石膏の一部と代替させる廃石膏ボードを破砕・加熱処理して得られるII型無水石膏を用意し、該II型無水石膏と半水石膏との混合割合を変えた試料に所定量の水を添加・混合して各試料に硬化が生じるまでの時間を計測する試験を予め行い、この試験データに基づいて少なくとも処理土壌を固化処理している間は硬化が始まらないように遅硬性のII型無水石膏に対する速硬性の半水石膏の混合割合を決定し、この混合割合にてII型無水石膏と半水石膏を処理土壌に添加混合して硬化時間を調整しながら土壌を固化処理するとともに、半水石膏と代替させたII型無水石膏によっても半水石膏と同様にエトリンガイトを生成させてエトリンガイトの生成量を確保しながら石膏から溶出されるフッ素イオンを固定するようにしたことを特徴とする廃石膏を用いた土壌の固化処理方法。
【請求項２】
請求項１記載の廃石膏を用いた土壌の固化処理方法において、II型無水石膏に対する半水石膏の混合割合を３０ｗｔ％以下に調整するようにしたことを特徴とする廃石膏を用いた土壌の固化処理方法。
【請求項３】
請求項１または２記載の廃石膏を用いた土壌の固化処理方法において、前記添加材として、酸化カルシウムを多く含有する高炉セメント及び高炉スラグと、アルミナを多く含有する石炭灰を使用し、エトリンガイト生成にそれぞれに不足する化学成分を補填し合うようにしたことを特徴とする廃石膏を用いた土壌の固化処理方法。
【請求項４】
請求項１または２記載の廃石膏を用いた土壌の固化処理方法において、前記添加材として、高炉セメントに代えて酸化カルシウムを多く含有する高炉スラグと、アルミナを多く含有する石炭灰を使用し、エトリンガイト生成にそれぞれに不足する化学成分を補填し合うようにしたことを特徴とする廃石膏を用いた土壌の固化処理方法。
【請求項５】
請求項１乃至４の何れかに記載の廃石膏を用いた土壌の固化処理方法において、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土壌に対し、この土壌中の前記有害物質のイオンを前記エトリンガイトにて固定するようにしたことを特徴とする廃石膏を用いた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、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とII型無水石膏とを土壌に混合して固化処理する廃石膏を用いた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】
例えば、廃石膏ボードを破砕後、所定温度にて加熱処理して得られる半水石膏は、適宜量の水分との水和反応によって二水石膏に転位して極めて短時間にて硬化するため（速硬性）、例えば、軟弱土壌等の固化処理に有効に利用できる。ただし、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、廃石膏ボード由来の半水石膏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懸念がある。
【０００４】
そこで、本発明者らは、特許文献１（特許第４８３２４７４号公報）にて開示されるように、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（ＣａＳＯ４・１／２Ｈ２Ｏ）に対して、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）と酸化カルシウム（ＣａＯ）を含有する高炉セメントを添加材として所定量添加することにより、軟弱土壌中の水分との水和反応によってエトリンガイト（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に取り込ませて固定して土壌中へのフッ素の溶出を抑制しながら、好適に軟弱土壌等の固化処理を可能にした土壌の固化処理方法を提案している。なお、前記エトリンガイトは、ホウ素、ヒ素、セレン、鉛、カドミウム、クロム、水銀等の有害物質もフッ素同様に取り込んで固定するため、土壌中の有害物質の浄化処理にも有効である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第４８３２４７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、土壌を固化処理するにあたり、上記従来例のように極力早期に硬化させることが必ずしも好ましいとは限らず、例えば、土壌を固化処理している最中に硬化が始まってしまうと作業性やハンドリング性が低下するなど、何らかの不具合を来す可能性がある。
【０００７】
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用いて土壌を固化処理する場合に、石膏中のフッ素が土壌中に溶出するのを抑制しつつ、硬化時間を適当に調整可能とした廃石膏を用いた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】
【０００８】
本発明者らは、上記課題を解決するために、先ず、処理土壌に対する半水石膏の添加量を減らす一方、その分だけ高炉セメント等の添加材を増やすようにすれば、固化処理した土壌の強度を落とすこともなく、かつ水和反応を緩慢なものとして硬化時間を適度に遅延させることができるのではないかと考えた。しかしながら、この方法では半水石膏の添加量が減ることに伴いエトリンガイトの生成量も減少してしまうため、土壌中へのフッ素イオンの溶出の抑制が難しくなるだけでなく、高炉セメントの添加量の増加に伴い土壌中のｐＨが高くなるという悪影響が懸念される上、回収資源（石膏）の有効活用という本来の目的からすれば、使用量が抑制される前記方法はあまり好ましいものとは言えない。
【０００９】
そこで、鋭意検討を重ねた結果、半水石膏と同様に、高炉セメント等に含まれるアルミナや酸化カルシウムとの水和反応によりエトリンガイトを生成する一方、緩慢な水和反応によって徐々に二水石膏に転位してゆっくりと硬化していく性質（遅硬性）を有する無水石膏であれば、半水石膏の一部と代替させることにより、エトリンガイトの生成量を十分に確保しながらも硬化時間を適当に遅延させることができるのではないかと考えた。
【００１０】
無水石膏は、二水石膏の状態にある廃石膏ボードなどの石膏を、所定温度で加熱処理することにより生成することができ、約１３０〜１８０℃の温度範囲では半水石膏が生成されるが、より高温の約１８０〜３５０℃の温度範囲ではIII型無水石膏に、約３５０〜１０００℃の温度範囲ではII型無水石膏に、更に約１１００℃以上に加熱処理することによりI型無水石膏にそれぞれ転位するとされている。このうち、III型無水石膏は、大気中の水分を強力に吸湿し、自然に放置しておれば極めて容易に半水石膏に転位してしまうため、半水石膏と代替させるのには適さない。また、I型無水石膏は、加熱処理に１１００℃以上もの高温を要するためコスト面で不利と考えられる。一方、II型無水石膏は、加熱処理温度が半水石膏と比較してそれほど高温ではなく処理コストも抑えられるため、このII型無水石膏が実用面等から最も好適に利用できるのではないかと考えた。
【００１１】
そして、本発明者らは、上記仮定に基づき、速硬性を有する半水石膏と遅硬性を有するII型無水石膏とを適宜割合にて混合したものに所定量の水を添加して水和反応させたところ、両者の混合割合に応じて硬化時間が変化することを見いだし、例えば、処理土壌に対し、半水石膏とII型無水石膏とをそれぞれ適宜割合にて添加させた上、高炉セメント等の添加材を適宜量添加混合させれば、フッ素を固定するエトリンガイトを十分に生成しながらも硬化時間を適当に調整させることができ、好適な固化処理が可能になるとの判断に至った。
【００１２】
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に対し、該半水石膏中の石膏成分との反応によってフッ素イオンを固定するエトリンガイトを生成させるべく、アルミナと酸化カルシウムを含有する高炉セメントを添加材として所定量添加した後、処理土壌と攪拌・混合し、生成されるエトリンガイトにて、石膏から溶出されるフッ素イオンを固定しながら土壌を固化処理するようにした廃石膏を用いた土壌の固化処理方法において、前記半水石膏の一部と代替させる廃石膏ボードを破砕・加熱処理して得られるII型無水石膏を用意し、該II型無水石膏と半水石膏との混合割合を変えた試料に所定量の水を添加・混合して各試料に硬化が生じるまでの時間を計測する試験を予め行い、この試験データに基づいて少なくとも処理土壌を固化処理している間は硬化が始まらないように遅硬性のII型無水石膏に対する速硬性の半水石膏の混合割合を決定し、この混合割合にてII型無水石膏と半水石膏を処理土壌に添加混合して硬化時間を調整しながら土壌を固化処理するとともに、半水石膏と代替させたII型無水石膏によっても半水石膏と同様にエトリンガイトを生成させてエトリンガイトの生成量を確保しながら石膏から溶出されるフッ素イオンを固定するようにしたことを特徴としている。
【００１３】
また、請求項２記載の廃石膏を用いた土壌の固化処理方法は、II型無水石膏に対する半水石膏の混合割合を３０ｗｔ％以下に調整するようにしたことを特徴としている。
【００１４】
また、請求項３記載の廃石膏を用いた土壌の固化処理方法は、前記添加材として、酸化カルシウムを多く含有する高炉セメント及び高炉スラグと、アルミナを多く含有する石炭灰を使用し、エトリンガイト生成にそれぞれに不足する化学成分を補填し合うようにしたことを特徴としている
【００１５】
また、請求項４記載の廃石膏を用いた土壌の固化処理方法は、前記添加材として、高炉セメントに代えて酸化カルシウムを多く含有する高炉スラグと、アルミナを多く含有する石炭灰を使用し、エトリンガイト生成にそれぞれに不足する化学成分を補填し合うようにしたことを特徴としている。
【００１６】
また、請求項５記載の廃石膏を用いた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土壌に対し、この土壌中の前記有害物質のイオンを前記エトリンガイトに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】
【００１７】
本発明に係る請求項１記載の廃石膏を用いた土壌の固化処理方法によれば、廃石膏ボードを破砕・加熱処理して得られる半水石膏に高炉セメントを添加してフッ素イオンを固定するエトリンガイトを生成させながら土壌を固化処理するに際し、半水石膏の一部と代替させる廃石膏ボードを破砕・加熱処理して得られるII型無水石膏を用意し、該II型無水石膏と半水石膏との混合割合を変えた試料に所定量の水を添加・混合して各試料に硬化が生じるまでの時間を計測する試験を予め行い、この試験データに基づいて少なくとも処理土壌を固化処理している間は硬化が始まらないように遅硬性のII型無水石膏に対する速硬性の半水石膏の混合割合を決定し、この混合割合にてII型無水石膏と半水石膏を処理土壌に添加混合して硬化時間を調整しながら土壌を固化処理するとともに、半水石膏と代替させたII型無水石膏によっても半水石膏と同様にエトリンガイトを生成させてエトリンガイトの生成量を確保しながら石膏から溶出されるフッ素イオンを固定するので、石膏からのフッ素溶出を効果的に抑制しながら、土壌を任意の硬化時間にて好適に固化処理することが可能となる。
【００１８】
また、請求項２記載の廃石膏を用いた土壌の固化処理方法によれば、II型無水石膏に対する半水石膏の混合割合を３０ｗｔ％以下に調整するようにしたので、大半を遅硬性のII型無水石膏に代替させた状態で一層緩慢な固化処理が可能となり、硬化時間の好適な遅延調整が可能となる。
【００１９】
また、請求項３記載の廃石膏を用いた土壌の固化処理方法によれば、添加材として、酸化カルシウムを多く含有する高炉セメント及び高炉スラグと、アルミナを多く含有する石炭灰を使用し、エトリンガイト生成にそれぞれに不足する化学成分を補填し合うようにしたので、添加材量を減じて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。
【００２０】
また、請求項４記載の廃石膏を用いた土壌の固化処理方法によれば、添加材として、高炉セメントに代えて酸化カルシウムを多く含有する高炉スラグと、アルミナを多く含有する石炭灰を使用し、エトリンガイト生成にそれぞれに不足する化学成分を補填し合うようにしたので、添加材量を減じて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。
【００２１】
また、請求項５記載の廃石膏を用いた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土壌に対し、この土壌中の前記有害物質のイオンを前記エトリンガイトにて固定するようにしたので、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。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】半水石膏／II型無水石膏に対する、水和反応時の硬化時間の関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
本発明の廃石膏を用いた土壌の固化処理方法にあっては、フッ素含有の廃石膏ボードから回収される二水石膏を所定温度、例えば、約１３０〜１８０℃の温度範囲で加熱処理して半水石膏に、また約３５０〜１０００℃の温度範囲で加熱処理してII型無水石膏にそれぞれ転位させる。そして、処理土壌に対して、前記加熱処理によって得られた半水石膏とII型無水石膏とをそれぞれ所定割合にて添加し、更にアルミナと酸化カルシウムとを含有する、例えば高炉セメントや、高炉スラグ、石炭灰等の添加材、及び必要に応じて所定量の水をそれぞれ添加し、適宜の攪拌・混合手段、例えば、連続式のミキサ等を用いて攪拌・混合して固化処理する。なお、必ずしもミキサを用いる必要はなく、例えば、処理土壌に対して前記各材料を散布した後、バックホウ等で土壌と共に直接攪拌・混合して固化処理するようにしてもよい。
【００２４】
このとき、速硬性の半水石膏単独であれば、処理土壌中の水分や、必要に応じて添加される水と急激に水和反応を生じて極めて短時間にて硬化が始まるため、場合によっては固化処理中に硬化が始まってしまい、作業性やハンドリング性の低下に繋がるなどの不具合を来す可能性があるが、本発明では半水石膏の一部を遅硬性のII型無水石膏と代替させているため、水和反応を比較的緩慢なものにできて硬化時間を遅延させることができ、少なくとも固化処理を行っている間は硬化が始まらないように調整して上記不具合を未然に防止可能としている。
【００２５】
なお、半水石膏に対するII型無水石膏の割合が多くなるにしたがい硬化時間をより遅延させることができるが、例えば、II型無水石膏を半水石膏の半分以上と代替させ、即ち、II型無水石膏の方が半水石膏よりも多くなるように調整することにより、遅硬性のII型無水石膏を主体とした比較的緩慢な固化処理が可能となり、硬化時間を好適に遅延調整することが可能となる。また、半水石膏とII型無水石膏との割合に対する硬化時間の関係を予め試験等にて確認しておけば、該試験データを参考にして硬化時間を任意に調整することも可能となり、例えば、固化処理中の硬化を確実に防止しながら、処理完了後には速やかに硬化させて所望の強度が得られるようにするといったことも可能となる。
【００２６】
また、上記半水石膏やII型無水石膏に含まれるフッ素イオンは、半水石膏（ＣａＳＯ４・１／２Ｈ２Ｏ）と、高炉セメント中のアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）と酸化カルシウム（ＣａＯ）とから反応生成されるエトリンガイト（３ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３・３ＣａＳＯ４・３２Ｈ２Ｏ）によって効果的に固定することができるが、II型無水石膏（ＣａＳＯ４）によっても半水石膏と同様にエトリンガイトを生成することができるため、半水石膏の一部をII型無水石膏に代替させて硬化時間を調整しながらも、石膏からの土壌へのフッ素の溶出は確実に抑制することができる。
【００２７】
このように、フッ素含有の廃石膏ボードから加熱処理温度に応じて半水石膏とII型無水石膏とを再生処理し、こうして得られた速硬性の半水石膏と遅硬性のII型無水石膏、及びアルミナと酸化カルシウムを含有する高炉セメントとを土壌に適宜量ずつ添加・混合することにより、石膏から溶出するフッ素を固定するのに必要な量のエトリンガイトを不足なく生成しながら、硬化時間を適当に調整することができ、土壌毎の性状や用途等に応じた好適な固化処理が可能となる。
【００２８】
また、添加材として、高炉セメントだけではアルミナ成分が比較的少ないため、高炉セメントに対してアルミナ成分の豊富な適宜量の石炭灰を添加させたり、或いは、高炉セメントの一部または全部を酸化カルシウム成分の豊富な高炉スラグと、アルミナ成分の豊富な石炭灰とに置き換えるようにしてもよく、その場合には、高炉スラグや石炭灰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ため、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。
【００２９】
なお、高炉セメントと置き換える高炉スラグや石炭灰の比率は、高炉スラグ中に含まれる酸化カルシウム量や、石炭灰中に含まれるアルミナ量等を考慮し、半水石膏とII型無水石膏の量に対してエトリンガイトを効率よく生成させるのに適正な酸化カルシウム量とアルミナ量とが確保されるように調整すると好ましく、例えば、アルミナと酸化カルシウムと石膏の化学当量比（ｍｏｌ比）がアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）：酸化カルシウム（ＣａＯ）：石膏（ＣａＳＯ４）＝１：３：３となるように調整した場合に、エトリンガイト（３ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３・３ＣａＳＯ４・３２Ｈ２Ｏ）が効率よく生成される。
【００３０】
また、処理対象である土壌が、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エトリンガイトにて固定でき、前記固化処理を施すことにより、半水石膏やII型無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。
【００３１】
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、適宜量の半水石膏やII型無水石膏と、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】
【００３２】
以下、本発明の一実施例を詳細に説明する。
【００３３】
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、例えばロータリーキルン等の加熱装置を用いて、約１３０〜１８０℃程度の温度範囲で加熱処理して速硬性の半水石膏を得ると共に、また約３５０〜１０００℃程度の温度範囲で加熱処理して遅硬性のII型無水石膏を得る。
【００３４】
そして、固化処理する土壌、例えば、軟弱土壌や、道路の路盤や路床、盛土等の土質材料を、例えばスタビライザー等の連続式のミキサに投入する一方、前記加熱処理によって得られた半水石膏とII型無水石膏とをそれぞれ所定割合にて前記ミキサに供給すると共に、アルミナと酸化カルシウムとを含有する、例えば高炉セメントや高炉スラグ、石炭灰等の添加材、及び必要に応じて所定量の水をそれぞれ添加し、ミキサにて前記各材料を攪拌・混合して固化処理を行う。
【００３５】
このとき、速硬性の半水石膏単独であれば硬化が不必要に早く始まり過ぎてしまう場合があり、例えば、固化処理中に硬化を生じると作業性やハンドリング性等の低下に繋がるなどの不具合を来す可能性があるが、半水石膏の一部を遅硬性のII型無水石膏に代替させることにより硬化時間を適当に遅延させて前記不具合を回避可能としており、好適な固化処理を可能としている。なお、II型無水石膏によっても半水石膏と同様にエトリンガイトが生成されるため、石膏からの溶出が懸念されるフッ素は安定して固定され確実に抑制することができる。
【００３６】
また、前記半水石膏とII型無水石膏との混合割合は適宜決定すればよいが、例えば、半水石膏とII型無水石膏との混合割合を少しずつ変えた複数の試料を用意し、それら各試料に適宜量の水を添加・混合して各試料に硬化が生じるまでの時間を計測するといった試験を予め行っておき、この試験データに基づいて半水石膏とII型無水石膏との混合割合を調整するようにしてもよい。
【００３７】
上記試験として、市販の半水石膏とII型無水石膏とをそれぞれ所定割合にて混合したものを試料として用意し（半水石膏／II型無水石膏：約１０〜５５ｗｔ％の範囲内で複数用意）、これら各試料に含水比で約６６ｗｔ％程度になるように水道水を添加・混合して水和反応させた後、その混合物の中心付近に棒体を挿し込み、該棒体がそのまま自立可能となるまでの時間を硬化が始まるまでの時間に見立てて計測を行い、その結果を図１のグラフに示す。
【００３８】
その結果、図１のグラフからも見て取れるように、II型無水石膏に対する半水石膏の割合が約３０ｗｔ％よりも多い場合では数分程度で硬化が始まってしまったが、約３０ｗｔ％以下になると徐々に硬化時間が遅くなり、前記割合が約１５ｗｔ％程度になると硬化時間は約５０００秒程度（約１．５時間程度）に、また前記割合が約１０ｗｔ％程度になると硬化時間は約９０００秒程度（約２．５時間程度）に遅延されることが確認された。
【００３９】
このように、II型無水石膏の割合が多くなるほど硬化時間を漸次遅くさせることができるが、II型無水石膏を少なくとも半水石膏の半分以上と代替させ、II型無水石膏の方が半水石膏よりも多くなるように調整し、より好ましくは、II型無水石膏に対する半水石膏の割合が約３０ｗｔ％以下になるようにして、その大部分をII型無水石膏が占めるように調整すれば、遅硬性のII型無水石膏を主体とした比較的緩慢な固化処理が可能となり、硬化時間を好適に遅延調整することが可能となる。
【００４０】
また、前記試験データに基づいて半水石膏とII型無水石膏との混合割合を決定するようにすれば、硬化時間の調整が比較的容易なものとなり、少なくとも固化処理中における硬化を確実に回避できると共に、固化処理後には速やかに硬化させて所望の強度が得られるようにすることも可能となる。
【図１】
0005737812.tif 000002