(57)【要約】【課題】    高含水土の脱水固化処理に適した潜晶質マグネシア及びその製造方法を提供することを目的とする。また、その脱水固化処理において、脱水時間が短く、且つ、十分な脱水ケーキ強度が得られる脱水固化処理方法を提供することを目的とする。【解決手段】          水酸化マグネシウム及び／又は炭酸マグネシウムを３００℃以上、１０００℃未満で加熱し、潜晶質マグネシアを製造する。この潜晶質マグネシアは、波長１．５４０５Åにおける粉末Ｘ線回折スペクトルが、２θ＝４２.８°±０.３°にピークの頂点を有し、該ピークのベースラインを基準とした半値幅が０．３２〜１.５°である。この潜晶質マグネシアを含水比１００質量％以上の高含水土の固形成分１ｔ当たり３０〜３００ｋｇ混合した後、脱水機により脱水してケーキとすることにより、高含水土の脱水固化処理が可能となる。【選択図】    図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
波長１．５４０５Åにおける粉末Ｘ線回折スペクトルが、２θ＝４２.８°±０.３°にピークの頂点を有し、該ピークのベースラインを基準とした半値幅が０．３２〜１.５°であることを特徴とする潜晶質マグネシア。
【請求項２】
１０００℃における強熱減量が０.３〜２５.０質量％であることを特徴とする請求項１に記載の潜晶質マグネシア。
【請求項３】
ＢＥＴ比表面積が１５〜２００ｍ２／ｇであることを特徴とする請求項１又は２に記載の潜晶質マグネシア。
【請求項４】
水酸化マグネシウム及び／又は炭酸マグネシウムを３００℃以上、１０００℃未満で加熱することを特徴とする潜晶質マグネシアの製造方法。
【請求項５】
含水比１００質量％以上の高含水土に対し、潜晶質マグネシアを、高含水土の固形成分１ｔ当たり３０〜３００ｋｇ混合した後、脱水機により脱水してケーキとすることを特徴とする高含水土の脱水固化処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、浚渫底質や建設汚泥等の高含水土を脱水固化処理するために適した潜晶質マグネシア及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、河川や湖沼等において、水質改善を目的とした浚渫作業が多く行われているが、大量に発生する浚渫底質の処理が問題となっている。また、建設工事現場から排出される建設汚泥も処分地不足が問題となっており、その減容化、処理技術の効率化や脱水ケーキの有効利用技術の開発が望まれている。
【０００３】
これらの浚渫底質や建設汚泥の多くは高含水泥状物であり、通常の箱型ダンプ等での輸送が困難であることから、脱水処理を施して固形化されている。また、脱水濾過による減容化のさいには、必要に応じて、加水して円滑な濾過操作が行われる。脱水処理には、フィルタープレスに代表される各種機械脱水方法が採用されているが、泥水中には土粒子として粘土や微細なシルトが多量に含まれ脱水し難い場合が多く、一般に脱水前に予め無機系あるいは有機系凝集剤が添加され、脱水速度の向上が図られている。無機系凝集剤としてはＰＡＣ（ポリ塩化アルミニウム）があり、少量の消石灰と併用することにより濾水を酸性化しないようにするが、凝集した脱水ケーキは強度がないため、別途、強度を高めるための処理を行なう必要がある。
【０００４】
脱水ケーキの強度を高めるためには、含水比を過度に低減しない脱水機（例えばベルトプレス等）で比較的軟らかい脱水ケーキとし、これにセメント、セメント系固化材や石灰系固化材を添加・混合するか、または対象とする泥水に事前にセメント、セメント系固化材や石灰系固化材を添加し機械脱水する方法が採られている。
【０００５】
前者の脱水ケーキにセメント、固化材等を添加・混合する方式では、脱水処理後の脱水ケーキがある程度の強度を有している場合が多く、セメント、固化材等との混合が不十分となり、均質な改良土が得られなかったり、セメント、固化材等の所要添加量が増加し経済的でなくなる。
一方、後者の高含水土に予めセメント、固化材等を添加したのち機械脱水する場合には、一般に固化強度の高い脱水ケーキが得られるが、セメントや石灰の未水和物や水和物が濾布の目詰りを起こし、脱水速度の著しい低下を引起す。さらに、セメント、固化材等による濾水の強アルカリ化によって高含水土中の有機物が多量に溶出しＣＯＤが増加するといった問題がある。
【０００６】
これらの問題点の一部を解決する手段として、高含水土等にマグネシアを主成分とした処理剤を添加する方法が開示されている。
【０００７】
例えば、特許文献１には、酸化マグネシウムと酸性固化助剤との混合物を浚渫工事及びシールド工事から発生したヘドロ又は泥水を脱水機で脱水する前工程として添加することが開示され、また、脱水ケーキが強度を有し、ｐHが８．７であったことが開示されている。
【０００８】
また、特許文献２には、７００〜１０００℃で焼成され、粉末度が４０００ｃｍ２／ｇ以上に調整された酸化マグネシウムを汚染土壌に添加・混合する汚染物質の不溶化する方法において、汚染土壌等の含水比を、脱水機を用いて低下させ、固化・不溶化する方法が開示されている。その際、酸化マグネシウムは、濾布への目詰まり等の影響が小さく、また、脱水時間の短縮に効果があり、脱水後の処理土からの汚染物質の溶出濃度を低減できることが記述されている。
【０００９】
【特許文献１】特開２００２−２０６０９０号公報（第４頁、第３実施例）
【特許文献２】特開２００３−３３４５２６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、これら酸化マグネシウムを添加した高含水土を脱水処理する場合、脱水速度は種々の要因によって大きく影響を受けるが、その詳細は充分検討されておらず、また開示されていないのが現状である。
【００１１】
そこで、本発明は、高含水土の脱水固化処理に適した潜晶質マグネシア及びその製造方法を提供することを目的とする。また、その脱水固化処理において、脱水時間が短く、且つ、十分な脱水ケーキ強度が得られる脱水固化処理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】
【００１２】
高含水土等の脱水速度に及ぼす各種要因の影響を種々検討した結果、潜晶質マグネシアのキャラクターおよび高含水土に潜晶質マグネシアを添加した後の攪拌時間が濾過速度に大きく影響することを見出し、本発明に至った。
すなわち、本発明は、波長１．５４０５Åにおける粉末Ｘ線回折スペクトルが、２θ＝４２.８°±０.３°にピークの頂点を有し、該ピークのベースラインを基準とした半値幅が０．３２〜１.５°である潜晶質マグネシアに関する。
また、本発明は、水酸化マグネシウム及び／又は炭酸マグネシウムを３００℃以上、１０００℃未満で加熱する潜晶質マグネシアの製造方法に関する。
また、本発明は、含水比１００質量％以上の高含水土に対し、潜晶質マグネシアを高含水土の固形成分１ｔ当たり３０〜３００ｋｇ混合した後、脱水機により脱水してケーキとする高含水土の脱水固化処理方法に関する。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、河川、湖沼あるいは港湾等に堆積する底質やその浚渫土の脱水・減容化が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明に係る潜晶質マグネシア、その製造方法、及び高含水土の脱水固化処理方法について記述する。
【００１５】
＜潜晶質マグネシア＞
本発明に係る潜晶質マグネシアの好適な実施形態について説明する。潜晶質マグネシアとは、マグネシア（酸化マグネシウム）のうち、４００から１０００℃未満の低温焼成で得られる活性度の高いマグネシアのことをいう。
本発明の潜晶質マグネシアのキャラクター指標としては、１０００℃での強熱減量、結晶性またはＢＥＴ比表面積があげられる。
これらのうち、強熱減量は、１０００℃において、０．３〜２５．０質量％、好ましくは０．５〜２４.０質量％、より好ましくは３.０〜１０.０質量％である。０.３質量％未満であると脱水時間を短縮できず、２５．０質量％を超えると脱水ケーキの固化強度が不十分であり、好ましくない。
結晶性は、Ｘ線回折ピークで評価出来るものであり、波長１．５４０５Åにおける粉末Ｘ線回折スペクトルが、２θ＝４２．８°±０．３°にピークを有し、そのピークのベースラインを基準とした半値幅が０．３２〜１.５°、好ましくは０．５〜１．３°である。半値幅が０．３２°未満であると脱水時間を短縮できず、１．５°を超えると脱水ケーキの固化強度が不十分となる。半値幅が０．５〜１．３°であると、適度な結晶性を有し、より脱水時間が短縮可能である。また、ピーク強度は１０００〜３５０００counts、好ましくは２０００〜１３０００countsである。
ＢＥＴ比表面積は１５〜２００ｃｍ２／ｇ、好ましくは２０〜１５０ｃｍ２／ｇである。１５ｃｍ２／ｇ未満であると、脱水時間を短縮できず、２００ｃｍ２／ｇより大きくしてもそれ以上の効果が得られない。
【００１６】
＜潜晶質マグネシアの製造方法＞
次に、本発明に係る潜晶質マグネシアの製造方法の好適な実施形態について説明する。
潜晶質マグネシアを製造するに当たっては、原料としてマグネサイト（炭酸マグネシウム）および水酸化マグネシウムの何れも使用できるが、原料が異なれば、当然のことながら適正な加熱分解温度は異なる。マグネサイトでは６００℃以上、１０００℃未満、好ましくは７００℃〜９００℃、水酸化マグネシウムでは概ね３００℃以上、１０００℃未満、好ましくは４００℃以上、７００℃未満の範囲にある。これらの温度範囲であれば、上記のような適正なキャラクター指標を示す潜晶質マグネシアが得られる。
【００１７】
＜高含水土の脱水固化処理方法＞
次に、本発明に係る高含水土の脱水固化処理方法の好適な実施形態について説明する。
本発明の処理対象物は、河川、湖沼あるいは港湾等に堆積する底質やその浚渫土、また、建設泥土あるいは建設残土に加水、水洗・分級（砂礫分離）後の高含水土、あるいはこれに類似した高含水土等である。
【００１８】
含水比１００質量％以上、好ましくは３００〜６００質量％の浚渫低泥や建設汚泥等の高含水土と上記の潜晶質マグネシアを、高含水土の固形成分１ｔ当たり３０〜３００ｋｇの割合で混合する。さらに脱水機で脱水して脱水ケーキにする。脱水処理に当たっては、脱水前の高含水土に潜晶質マグネシアを添加・混合し、その後、フィルタープレス等の公知の脱水機で脱水処理する。これにより、濾布の目詰まりや有機物の溶出が少なく、且つ、土木材料として再利用するに必要なコーン指数４００ｋＮ／ｍ２以上の強度を得ることが出来る。脱水処理は、必要に応じて対象とする高含水土が濾過しやすいように加水しても良い。なお、上記フィルタープレスのポンプ圧力は低圧、中圧および高圧の何れのものも使用できる。
【００１９】
潜晶質マグネシアの添加量は、３０〜３００ｋｇ／ｔ・ｄｓ、好ましくは３０〜１００ｋｇ／ｔ・ｄｓの範囲で、脱水処理時間、ケーキ強度、処理コスト等を考慮して設定する。この場合、予め小型フィルタープレス等で実際の高含水土による事前試験を行い、最適脱水条件を求めておくことが有効である。
脱水処理は、高含水土と潜晶質マグネシアとの混合時間が極めて重要であり、その適正範囲は０.５〜２時間、好ましくは０．５〜１時間である。混合時間が０.５時間未満では、潜晶質マグネシアの水和率が過少で高含水土中の微細土粒子の凝集力が不十分となり、脱水時間が短縮できない。また、混合時間が２時間を超過すると、高含水土と潜晶質マグネシアの混合から脱水までの脱水工程全体の所要時間が長くなることのほかに、脱水ケーキの固化強度の低下や濾水中のＣＯＤが上昇するため好ましくない。なお、適正な混合時間は、潜晶質マグネシアの活性度によっても変化するので注意する必要がある。
【実施例】
【００２０】
以下に実施例を具体的に詳細に説明するが、本発明は、下記実施例に限定されるものではない。
【００２１】
［潜晶質マグネシアの調製］
潜晶質マグネシアの原料としては、宇部マテリアルズ（株）製の水酸化マグネシウムＵＤ６５３を使用した。
表１に、使用した水酸化マグネシウムＵＤ６５３の化学分析結果、平均粒径およびＢＥＴ比表面積を示す。
なお、化学分析はＪＩＳ  Ｋ  ８００１：１９９８「試薬試験方法通則」に則って測定した。
平均粒径は（株）堀場製作所製レーザー回折式粒度分布測定装置ＬＡ−５００Ａによって測定した。
また、ＢＥＴ比表面積は、日本ベル（株）製ＢＥＬＳＯＲＰ−ｍｉｎｉを用いて測定した。ＢＥＴ比表面積は、吸着ガスとして窒素を用い、定容法により測定した吸着等温線にＢＥＴ式を適用することで用いられる潜晶質マグネシアの表面積であり、ＪＩＳ  Ｒ  １６２６：１９９６「ファインセラミックス粉体の気体吸着ＢＥＴ法による比表面積の測定方法」で求められる。ここで、試料の前処理は、窒素雰囲気下で２００℃に加熱して行った。
【００２２】
【表１】
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【００２３】
上記、水酸化マグネシウムＵＤ６５３  １００g／バッチをヤマト科学（株）製の電気炉により、４００、６００、９００、および１０００℃でそれぞれ１５分間加熱を繰返し、１５分間の加熱前後の質量差が０．０５重量％以内になるまで焼成し、粉体状の潜晶質マグネシアを得た。得られた潜晶質マグネシアのキャラクター指標をＸ線回折測定及び強熱原料より求めた。
Ｘ線回折装置は、理学電機（株）製ＲＩＮＴ−２５００Ｖを用い、その測定条件は以下の通りとした。
管球：Ｃｕ、管電流：１３０ｍＡ、管電圧：５０ｋV、サンプリング幅：０．０２°、走査速度：４°／ｍｉｎ、波長：１．５４０５Å、測定回折角範囲（２θ）：５°〜７０°
【００２４】
また、強熱減量は、ＪＩＳ  Ｒ  ５２０２：１９９９「ポルトランドセメントの化学分析方法」８．強熱減量の定量方法に則って、１０００℃の強熱減量を測定した。平均粒径、ＢＥＴ比表面積は上記と同様の方法で測定した。
Ｘ線回折測定によるピーク位置、半値幅、強熱減量、平均粒径、並びにＢＥＴ比表面積の結果を表２に示す。
【００２５】
【表２】
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また、４００℃および１０００℃で加熱した潜晶質マグネシアのＣｕＫα線によるＸ線回折測定結果の一例を図１〜図４に示す。
図１に示すＸ線回折の結果では、３７．９°に原料の水酸化マグネシウムのピーク、４２．７２°にマグネシアのピークが確認された。このマグネシアのピークの左右のボトムにベースラインＢを引き（ピークの裾野を線で結び）、このベースラインＢからのピークの高さを基準にして半値幅を求めたところ、２θ＝４２.１０°と２θ＝４３.３２５°で半値となり、半値幅は１.２２５°であった。
図２に示すＸ線回折の結果では、３７．９°の原料の水酸化マグネシウムのピークは極端に小さくなり、４２．８°のマグネシアのピークは大きくなっていた。このマグネシアのピークの半値幅を求めたところ、２θ＝４２.３４°と２θ＝４３.２５５°で半値となり、半値幅は０.９１５°であった。
図３に示すＸ線回折の結果では、３７．９°の原料の水酸化マグネシウムのピークは無くなり、４２．８８°のマグネシアのピークは大きくなっていた。このマグネシアのピークの半値幅を求めたところ、２θ＝４２.６９°と２θ＝４３.０６°で半値となり、半値幅は０.３７０°であった。
図４に示すＸ線回折の結果では、３７．９°の原料の水酸化マグネシウムのピークは無く、４２．８８°のマグネシアのピークは更に大きくなっていた。このマグネシアのピークの半値幅を求めたところ、２θ＝４２.７３°と２θ＝４３.０３°で半値となり、半値幅は０.３００°であった。
【００２６】
［脱水ケーキの調整］
（１）試料土
試料土としては、静岡県の港湾浚渫底質Ａ（含水比４４０質量％、シルト・粘土分５８．９質量％、有機物含有量１．９６質量％）、岡山県の湖沼浚渫底質Ｂ（含水比５２７質量％、シルト・粘土分９８．０質量％、有機物含有量６．１８質量％）および茨城県の湖沼浚渫底質Ｃ（含水比８０４質量％、シルト・粘土分９９．０質量％、有機物含有量１１．１７質量％）の３種の高含水土を使用した
【００２７】
（２）脱水時間の測定
上記（１）の浚渫底質Ａに上記［潜晶質マグネシアの調整］で得られた潜晶質マグネシアを所定量添加した後、新東科学（株）製スリーワンモータＢＬ６００（羽根の形状：プロペラ翼×２枚、回転数：４００ｒｐｍ）で０.５時間攪拌混合した。
さらに、小型フィルタープレス［４００ｍｍ×４００ｍｍ×１５ｍｍ×９室（濾室総容積１５リットル）、ポンプ圧力：０．4ＭＰａ、流量：０．８ｍ３／ｈ］で脱水し、脱水開始から脱水終了までの脱水時間を測定した。表３の「脱水時間」の欄にその測定結果を示す。
なお、従来工法であるＰＡＣおよび消石灰系凝集剤、またはセメント系固化材ユースタビラー１０（宇部三菱セメント（株）製）を脱水固化処理剤として使用した結果も表２に併記した。ＰＡＣおよび消石灰系凝集剤の攪拌混合時間は、潜晶質マグネシアの０.５時間と比べ短時間である０.１７時間としたが、これは凝集体が短時間で生成し、これ以上混合しても効果は少なく、逆に凝集体が壊れる場合があるためである。
【００２８】
（３）コーン指数の測定
上記（２）に示した方法で浚渫底質Ａを脱水し、脱水ケーキを得た。その脱水ケーキを温度２０℃、湿度９６％の恒温恒湿槽内で７日間湿空養生後、解きほぐし、９．５ｍｍ以下の粒群を直径１０ｃｍ、容量１リットルのモールドに締固め、ＪＩＳ  Ａ  １２２８：２０００「締固めた土のコーン指数試験方法」に則った方法でコーン指数を測定した。ちなみに、コーン指数４００ｋＮ／ｍ２以上の改良土は、第３種改良土に相当する。表３の「コーン指数」の欄にその測定結果を示す。
【００２９】
（４）ＣＯＤの測定
上記（３）で得られた濾水をＪＩＳ  Ｋ  ０１０２−１７：１９９８「工業排水試験方法（１００℃における過マンガン酸カリウムによる酸素消費量（ＣＯＤＭｎ））」によりＣＯＤを測定した。表３の「濾水ＣＯＤ」の欄にその測定結果を示す。
表３より、本発明の潜晶質マグネシア（実施例１〜３、脱水固化処理材Ｎｏ．１〜３）は、従来工法であるＰＡＣ＋消石灰系凝集剤（比較例２、脱水固化処理材Ｎｏ．５）と同等の脱水時間、ＣＯＤ量であった。コーン指数は土木材料として再利用可能な４００ｋＮ／ｍ２以上の固化強度が得られた。
加熱処理温度が１０００℃と高い潜晶質マグネシア（比較例１、脱水固化処理材Ｎｏ．４）は、脱水時間が３５分と著しく長くなった。
【００３０】
【表３】
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【００３１】
［攪拌混合時間の影響の評価］
攪拌混合時間の影響を調べるために、攪拌混合時間を０.３３、０.５、１.０、２.０、３.５時間と変えて、その影響を調べた。潜晶質マグネシアは９００℃で加熱したＮｏ.４のものを用い、試料土は底質Ａを用いた。
攪拌混合方法、脱水時間、コーン指数、ＣＯＤの測定は上記（１）〜（４）と同様な方法で行なった。表４に、その結果を示す。
表４より、攪拌混合時間を０.５〜２.０時間とすれば（実施例３〜５）、脱水時間、コーン指数、ＣＯＤ量は問題無いことが分かる。攪拌混合時間が０.３３時間と短か過ぎる場合（比較例５）は、脱水時間が２０分と長くなり、逆に３.５時間と長すぎる場合（比較例６）は、ＣＯＤが２０.１ｍｇ／Ｌと高く、コーン指数が３１５ｋＮ／ｍ２と低かった。
【００３２】
【表４】
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【００３３】
［底質の種類による影響の評価］
底質の種類による影響を調べるために、上記「（１）試料土」を底質Ｂ、Ｃに変えて評価を行なった。潜晶質マグネシアは６００℃で加熱したＮｏ.２のものを用いた。
攪拌混合方法、脱水時間、コーン指数、ＣＯＤの測定は上記（１）〜（４）と同様な方法で行なった。表５に、その結果を示す。
表５より、底質Ｂ、Ｃの場合でも、本発明の潜晶質マグネシアを用いれば（実施例６、７）、ＰＡＣ＋消石灰系凝集剤（比較例７，８）と比較して、脱水時間、コーン指数は優れ、ＣＯＤは同等であった。
なお、ＰＡＣ＋消石灰系凝集剤の添加量は、各底質で脱水時間が最短となるようにした。具体的には、底質Ｂの場合、ＰＡＣを６０ｋｇ/ｔ・ｄｓ、消石灰を１２ｋｇ/ｔ・ｄｓとし、底質Ｃの場合、ＰＡＣを１２０ｋｇ/ｔ・ｄｓ、消石灰を２４ｋｇ/ｔ・ｄｓとした。
【００３４】
【表５】
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【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】水酸化マグネシウムを温度４００℃で焼成した後の潜晶質マグネシアのＸ線回折測定結果を示したグラフである。
【図２】水酸化マグネシウムを温度６００℃で焼成した後の潜晶質マグネシアのＸ線回折測定結果を示したグラフである。
【図３】水酸化マグネシウムを温度９００℃で焼成した後の潜晶質マグネシアのＸ線回折測定結果を示したグラフである。
【図４】水酸化マグネシウムを温度１０００℃で焼成した後の潜晶質マグネシアのＸ線回折測定結果を示したグラフである。
【符号の説明】
【００３６】
Ｏ…Ｍｇ（ＯＨ）２、Ｍ…ＭｇＯ、Ｂ…ベースライン。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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