(57)【要約】【課題】多層覆土の細粒層に好適なフェロニッケルスラグ砂を提供する。【解決手段】多層覆土の細粒層用スラグ砂は、ニッケル鉱石を還元剤とともに高温中で還元精錬を行い、得られたクリンカを粉砕して粒表面に破断面を形成したフェロニッケルスラグ砂を多層覆土の細粒層に用いる。この場合においてクリンカは少なくとも粒径を５ｍｍまで粉砕する。また、粉砕したフェロニッケルスラグ砂は、水槽に投入して微粉を浮上分離し、分級処理して粒度調整している。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
埋立廃棄物の上表面に形成した細粒層とレキ層からなるキャピラリーバリア層の前記細粒層に、ニッケル鉱石を還元剤とともに高温中で還元精錬したフェロニッケルスラグのクリンカを粉砕して粒表面に保水性を備えた破断面を形成したフェロニッケルスラグ砂を用いることを特徴とする廃棄物埋立構造。
【請求項２】
前記クリンカは少なくとも粒径を５ｍｍまで粉砕することを特徴とする請求項１記載の廃棄物埋立構造。
【請求項３】
前記フェロニッケルスラグ砂の粒度分布は、通過質量百分率が粒径０．１５ｍｍを１０−３０％，粒径０．３ｍｍを２５−６０％，粒径０．６ｍｍを６０−９０％，粒径１．２ｍｍを８５−１００％で構成したことを特徴とする請求項１または２記載の廃棄物埋立構造。
【請求項４】
粉砕した前記フェロニッケルスラグ砂を水槽に投入して微粉を浮上分離したことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１に記載の廃棄物埋立構造。
【請求項５】
ニッケル鉱石を還元剤とともに高温中で還元精錬したフェロニッケルスラグのクリンカを粉砕して粒表面に保水性を備えた破断面を形成し、微粉を浮上分離して粒度調整し透水性を備えたことを特徴とする廃棄物埋立構造の細粒層用スラグ砂。
【請求項６】
ニッケル鉱石を還元剤とともに高温中で還元精錬を行い、
得られたクリンカを粉砕して粒表面に破断面を形成して、
破砕したフェロニッケルスラグ砂を水槽に投入して浮上分離手段で微粉を除去して粒度調整したことを特徴とする廃棄物埋立構造の細粒層用スラグ砂の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特に廃棄物埋立地などに浸透する浸透水を側方へ排水させる廃棄物埋立構造および廃棄物埋立構造の細粒層用スラグ砂ならびにその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
廃棄物の埋立て地内に浸透した水が汚水となり周辺環境を汚染する問題がある。この問題を防止するために多層覆土を利用した廃棄物埋立て構造がある。図５に多層覆土の構成概略を示す。図示のように多層覆土は廃棄物１を粘性土層２で覆った後、レキ層３とこれに引き続いて細粒層４を敷設して構成されるキャピラリーバリア層５を形成し、最後に全体を遮水性の良い粘性土６で覆う構成としている。ここでレキ層３と細粒層４との層境界には勾配をつけている。これは、キャピラリーバリア層５を構成する粒の大きいレキ層３の上層に、小さい粒で構成した保水性の大きい細粒層４を設けることにより、降雨等による浸透水を細粒層４で止まらせるとともに、覆土に導水勾配を付してレキ層３と細粒層４の境界面に沿って側方へ流下させる、キャピラリーバリア効果を利用している。
【０００３】
これにより多層覆土表面を通過して細粒層に浸透し下方に移動した浸透水は、レキ層との境界面付近で流れの方向を勾配に沿って横向きに変え、細粒層中に保水されながら流下して集水除去される。埋立て廃棄物の雨水浸透水量を低減することができる（例えば特許文献１に示す）。
【０００４】
ところでキャピラリーバリア層の性能（排水性、浸透水の滞留性）に最も大きな影響を及ぼすのは砂の性質または材質である。キャピラリーバリア層の細粒層に適した砂は、不飽和域での滞留する浸透水が多く、排水性に優れていることが要求される。これにより表層から浸透した多量の水を側方へ排水させることができる。細粒層の毛管力が小さいと細粒層内に浸透してきた水の滞留量が少なくなり、少量の降雨によっても浸透水が廃棄物層まで達し、地下水汚染を助長する可能性がある。したがって細粒層の毛管力は大きい方が望ましい。
【０００５】
一方粗粒層は砂に比べて飽和透水性は大きいが、不飽和域での透水性は小さく、水分を吸引する力も弱い。細粒層とレキ層の境界付近は、常に不飽和になるため、粘性土を透過した水は砂の毛管力によって細粒層内に保持されたまま、砂とレキの境界の勾配によって側方へ移動し排除される。このような原理を利用し、近年、廃棄物埋め立て処分場などに多層覆土を適用するケースが増えている。
【特許文献１】特開２００１−１７９３３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
多層覆土を利用した廃棄物埋設構造では、埋設廃棄物保護層の上表面にレキ層とその上に細粒層を積層し、さらにその上の表土層からなる勾配が付されたキャピラリーバリア層が形成される。このキャピラリーバリア層を形成する場合、細粒層に適した砂を見つけることが必要であり、従来細粒層に用いる砂は、まず現場付近の砂をサンプリングして性能試験を行い細粒層に適した保水性および排水性を備えているか否かの判定を行っていた。
【０００７】
しかしながら側方排水性を備えたキャピラリーバリア層を満足させるためには、細粒層に対し透水性能が良好で、かつ保水能力が良好という相反する性質を付与させなければならない。良質な現地発生の天然砂は少なく、現状そのような砂を見つけることは困難であるという問題があった。また細粒層を構成する砂の性状によっては経年変化による過圧密により間隙が詰まり、局所的に存在する逆勾配によって、排水性が確保できなくなる危険性があった。
【０００８】
上記従来技術の問題を改善するため、本発明は廃棄物埋立地のキャピラリーバリア層を構成する最適な細粒層を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の廃棄物埋立構造は、埋立廃棄物の上表面に形成した細粒層とレキ層からなるキャピラリーバリア層の前記細粒層に、ニッケル鉱石を還元剤とともに高温中で還元精錬したフェロニッケルスラグのクリンカを粉砕して粒表面に保水性を備えた破断面を形成したフェロニッケルスラグ砂を用いることを特徴としている。
【００１０】
この場合において、前記クリンカは少なくとも粒径を５ｍｍまで粉砕するとよい。また前記フェロニッケルスラグ砂の粒度分布は、通過質量百分率が粒径０．１５ｍｍを１０−３０％，粒径０．３ｍｍを２５−６０％，粒径０．６ｍｍを６０−９０％，粒径１．２ｍｍを８５−１００％で構成するとよい。また前記粉砕したフェロニッケルスラグ砂を水槽に投入して微粉を浮上分離するとよい。
【００１１】
本発明の廃棄物埋立構造の細粒層用スラグ砂は、ニッケル鉱石を還元剤とともに高温中で還元精錬したフェロニッケルスラグのクリンカを粉砕して粒表面に保水性を備えた破断面を形成し、微粉を浮上分離して粒度調整し透水性を備えたことを特徴としている。
【００１２】
本発明の廃棄物埋立構造の細粒層用スラグ砂の製造方法は、ニッケル鉱石を還元剤とともに高温中で還元精錬を行い、得られたクリンカを粉砕して粒表面に破断面を形成して、破砕したフェロニッケルスラグ砂を水槽に投入して浮上分離手段で微粉を除去して粒度調整したことを特徴としている。
【発明の効果】
【００１３】
酸化ニッケル鉱石と還元剤を還元精錬し粉砕して得られるフェロニッケルのほかに副生成物であるフェロニッケルスラグ砂がある。フェロニッケルスラグ砂はコンクリート用の骨材、中詰材などに利用され、吸水率が低く、比重が比較的重い物性が知られている。そこで発明者はフェロニッケルスラグ砂の物性に着目し、キャピラリーバリア層の効果的な側方排水を行うことができるフェロニッケルスラグ砂を得ている。すなわち本発明のフェロニッケルスラグ砂は、ニッケル鉱石と還元剤の還元精錬後に得られたクリンカを少なくとも粒径５ｍｍまで破砕している。よって粒径５ｍｍ以下のフェロニッケルスラグ砂は、表面に凹凸を有し、形状が角張った形状となる。このためフェロニッケルスラグ砂は、表面における水との接触面積が大きくなり、球形の砂に比べて保水性及び吸水性が高くなる。したがって多層覆土の細粒層に用いることにより排水性及び浸透水の滞留性が良くなる。
【００１４】
またフェロニッケルスラグ砂の粒度分布は、通過質量百分率が粒径０．１５ｍｍを１０−３０％，粒径０．３ｍｍを２５−６０％，粒径０．６ｍｍを６０−９０％，粒径１．２ｍｍを８５−１００％に調整している。このため細粒層は、透水性と保水性を有し、キャピラリーバリア層に必要な排水性と浸透水の滞留性を具備し、浸透水の側方排水を促進させることができる。
【００１５】
粉砕したフェロニッケルスラグ砂は、粒径が細かい微粉を含んでいる。微粉を含むスラグ砂を多層覆土の細粒層に用いると浸透水とともに微粉が側方排水されて汚水の原因となる。またスラグ砂に含まれる微粉は細粒層を透水する浸透水の障害となって、排水性が損なわれることがある。そこで水槽内で浮上分離することによって微粉を除去することができる。
【００１６】
またフェロニッケルの製造の際、副生成物として生成するスラグ砂を用いてキャピラリーバリア層の細粒層として有効活用することにより、品質が安定し、コストが安く、更には施工性・排水性に優れたフェロニッケルスラグ砂の適用範囲の拡大を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下本発明の廃棄物埋立構造および廃棄物埋立構造の細粒層用スラグ砂ならびにその製造方法について、添付の図面を参照しながら詳細に説明する。図１は実施形態に係る廃棄物埋立構造の細粒層用スラグ砂の製造方法の説明図である。図２はフェロニッケルスラグ砂の分級工程の説明図である。
【００１８】
まず原料となるフェロニッケルスラグ砂の製造方法について以下説明する。図１に示すようにフェロニッケルの原料として、酸化ニッケル鉱石（Ｓ１００）と無煙炭・石灰石（Ｓ１１０）を用い、その混合割合は一例として、酸化ニッケル鉱石１トンあたりに無煙炭材を１００−１５０ｋｇ、石灰石を３０−８０ｋｇ添加し混合している。
【００１９】
混合した原料をロータリーキルンなど加熱炉内に装入する。ロータリーキルン中では、最高温度１４００℃で酸化燃焼気流中で転動させながら還元精錬することにより、鉱石中の酸化ニッケルと酸化鉄分を還元してクリンカとしている（Ｓ１２０）。ロータリーキルンは、円形長尺の加熱炉であって、一定の速度で軸回りに回転している。またロータリーキルンの原料供給口は排出口よりも僅かに高く設置しているため、ロータリーキルンは上方の原料供給口から下方の排出口に向かって傾斜している。ロータリーキルンの排出口には加熱バーナを設けている。加熱バーナはキルン内部を下方の排出口から上方の原料供給口に向かって加熱している。原料供給口に供給された原料は、ロータリーキルン内部で焼成されて排出口に向かって移動する。排出口に設けられた加熱バーナによって内部温度は焼成に最適な約１４００℃に設定されている。炉内で加熱された原料は、焼成されてクリンカとなる。
【００２０】
ロータリーキルンから排出されたクリンカは、空冷した後水冷する（Ｓ１３０）。そして冷却後のクリンカをチューブミルによって少なくとも粒径を５ｍｍとなるまで粉砕する（Ｓ１４０）。粉砕後のクリンカは比重選別および磁力選別を行い、粒径の大きいクリンカなどを選別して、粒度を揃える（Ｓ１５０）。さらに分級工程によってクリンカの粒度調整を行う（Ｓ１６０）。図２に示すように選別後のクリンカは、浮上分離装置１０に導入される。浮上分離装置１０は、水槽１２と、気泡発生手段１４と、浮上分離手段１６とを基本構成としている。
【００２１】
得られた粉砕物を水槽１２に投入し、浮上分離処理を行う。浮上分離に用いる水槽１２は、ロート状の水槽１２であり、所定量の水を貯水している。水槽１２は上側の水面を開放してあり、水槽１２の下部中心に排出用の開閉口１８を設けてある。浮上分離装置１０の上部から粉砕したクリンカを投入する。クリンカは水槽内のロート状の側面を底部に向かって下降する。水槽内の斜面には複数の気泡発生手段１４を取り付けてある。気泡発生手段１４は、分配器を介してコンプレッサーに接続し、気泡の発生量を任意に調整できる。気泡発生手段１４よって槽内に気泡が発生し、槽内を下降するクリンカと気泡とが混合される。このとき、クリンカ中の微粉が、スラグ砂から分離して気泡とともに水面上に浮上する。水面には整流板を備えた浮上分離手段１６を配置してあり、浮上物（スカム）を水面上の排出口２２へ押し出し、外部へオーバーフローさせている。微粉と分離したスラグ砂は、槽内底部の開閉口１８から一定量ごと引き出されて、分級機３０に送られる。
【００２２】
本実施形態に係る分級機３０は、一例としてエーキンス分級機を用いて説明する。分級機３０は、沈殿槽３２とスクリュー３４を基本構成としている。浮上分離装置１０から引き出されたスラグ砂は、分級機３０の沈殿槽３２に導入される。沈殿槽３２内にはスクリュー３４の下端部が装入されており、予め設定した任意の回転数で回転するスクリュー３４によって槽内に沈殿した所定粒径のスラグ砂を上方に引き上げている。
【００２３】
上記製造方法により得られたフェロニッケルスラグ砂の物性について、図３を用いて説明する。同図（１）は不飽和域の透水性試験であり、縦軸は不飽和透水係数ｋ（ｃｍ／ｓｅｃ）、横軸は負の圧力水頭Ψ（ｃｍ）をそれぞれ示している。また（２）は保水性試験であり、縦軸は体積含水率θ−最小体積含水率θｒ（−）、横軸は負の圧力水頭Ψ（ｃｍ）をそれぞれ示している。なお白丸は本発明のフェロニッケルスラグ砂、黒丸は天然砂をそれぞれ示している。ここで実施形態に係る天然砂は、これまでキャピラリーバリア層の施工実績・研究成果においてキャプラリーバリア層の細粒層として高い性能（保水性および透水性）を示した千葉県産の粒度調整した山砂を用いている。
【００２４】
不飽和域の透水性試験は、キャピラリーバリア層の細粒層の側方排水性を示す指標であり、不飽和透水試験の値が大きいほど側方排水性に優れていることになる。また保水性試験は、細粒層に浸透した水の滞留量を示す指標であり（体積含水率θ―最小体積含水率θｒ）が大きいほど浸透水の滞留量が多いことになる。
【００２５】
実施例の不飽和域の透水性試験は、圧力水頭が２０ｃｍのときフェロニッケルスラグ砂は天然砂の７．５倍、圧力水頭が４０ｃｍのときフェロニッケルスラグ砂は天然砂の８０倍となり、圧力水頭によらず常に天然砂を上回った。
【００２６】
実施例の保水性試験は、圧力水頭が２０ｃｍのときにフェロニッケルスラグ砂は天然砂の１．５倍、圧力水頭が４０ｃｍのときフェロニッケルスラグ砂は天然砂の３．７倍となり、圧力水頭によらず常に天然砂を上回った。この性質は粒度分布と砂材料の粒の形状と表面の粗さの影響が考えられる。
【００２７】
得られた本発明のフェロニッケルスラグ砂の粒度分布は、図４に示すように通過質量百分率が粒径０．１５ｍｍを１０−３０％，粒径０．３ｍｍを２５−６０％，粒径０．６ｍｍを６０−９０％，粒径１．２ｍｍを８５−１００％で構成してあり、粒径０．０７５ｍｍは２０％以下となる。これにより排水性と浸透水の滞留性を兼備することができる。フェロニッケルスラグ砂は吸水率が低く、多層覆土の砂層用材料として優れた排水性を有している。また転圧施工性が向上し、天然砂と比較すると転圧回数にして６０〜３０％低減することができる。
【００２８】
多層覆土に用いる砂層はモース硬度が５以上であることが好ましい。本発明のフェロニッケルスラグ砂は、モース硬度が４．５〜６．５である。これにより転圧時に粒が破壊され細粒化して砂層の空隙が閉塞され排水性が劣化することを防止できる。
【００２９】
本発明のフェロニッケルスラグ砂の化学成分は、ＳｉＯ２；５０−６０％、ＭｇＯ；４０−２０％、ＣａＯ；１０−２％、ＦｅＯ；１２−５％である。ＳｉＯ２、ＭｇＯ、ＦｅＯはニッケル鉱石起因の成分であり、鉱物組成の大部分はＥｎｓｔａｔｉｔｅ（ＭｇＯ・ＳｉＯ２）の緻密な集合体で、他にＦｏｒｓｔｅｒｉｔｅ（２ＭｇＯ・ＳｉＯ２）および少量のＳｉＯ２からなり、いずれも極めて安定な結晶構造で天然の鉱物と同等である。ＣａＯはフェロニッケル精錬工程で挿入物の軟化点温度を下げるために添加している。
【００３０】
このように本発明に係るフェロニッケルスラグ砂によれば、天然砂に比べて、吸水率が低く、密度が大きく、コストが安い、天然砂の代替として、かつフェロニッケルスラグの再利用として有効活用することができる。キャプラリーバリア層の細粒層に用いるフェロニッケルスラグ砂は、分級工程を制御した粒度分布により細粒層に適した透水性を備えることができる。また転圧時に粒が破壊され細粒層が閉塞するおそれがあるが、フェロニッケルスラグ砂の組成と加熱工程を制御して砂粒の硬度を確保することによりこのような不具合は解消することができる。天然砂に比べて毛管力の大きい上記材料は、粒度分布を適正とし、角張った形状で表面の粗い粒とすることで得られる。これらは破砕・分級工程の制御により可能である。さらに排水の濁りの少ない上記材料は、分級工程を制御することにより得られる。細粒層を側方へと通過する排水が持ち出す可能性のある微粉を分級工程で除去していることおよび、精錬後に材料中に残留する未燃炭などが混入する可能性がある。これらの比重が軽く細かい異物をエアレーションによる浮上分離により除去している。
【００３１】
キャピラリーバリア層の性能試験を実施した結果、比較例に用いた天然砂よりも多量の浸透水を側方排水できキャピラリーバリア層の細粒層用材料として優れていることが確認できた。また堅牢で施工性にも優れている。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】実施形態に係る廃棄物埋立構造の細粒層用スラグ砂の製造方法の説明図である。
【図２】フェロニッケルスラグ砂の分級工程の説明図である。
【図３】本発明の多層覆土の細粒層のスラグ砂の物性を示す説明図である。
【図４】実施形態に係るフェロニッケルスラグ砂の粒径加積曲線を示す図である。
【図５】多層覆土の構成概略を示す図である。
【符号の説明】
【００３３】
１………廃棄物、２………粘性土層、３………レキ層、４………細粒層、５………キャピラリーバリア層、６………粘性土、１０………浮上分離装置、１２………水槽、１４………気泡発生手段、１６………浮上分離手段、１８………開閉口、２２………排出口、３０………分級機、３２………沈殿槽、３４………スクリュー。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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