(57)【要約】【課題】硫化水銀の形態で水銀を含有する被処理物を、大がかりな設備を用いずに効率的に固型化することができる水銀の処理方法を提供する。【解決手段】水銀を硫化水銀の形態で含有する被処理物と、２液硬化型樹脂とを混合して混合物とする混合工程と、前記混合物を所定の形状に固型化させて固型化物とする固型化工程とを有する水銀の処理方法。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
水銀の処理方法であって、
前記水銀を硫化水銀の形態で含有する被処理物と、２液硬化型樹脂とを混合して混合物とする混合工程と、
前記混合物を所定の形状に固型化させて固型化物とする固型化工程とを有する水銀の処理方法。
【請求項２】
前記混合工程に先立って、水銀を含有する廃棄物と硫黄とを反応させることによって前記被処理物を得る硫化工程をさらに有する、請求項１に記載の水銀の処理方法。
【請求項３】
前記混合物における前記２液硬化型樹脂の割合を、１０質量％以上５０質量％以下とする、請求項１または２に記載の水銀の処理方法。
【請求項４】
前記２液硬化型樹脂としてエポキシ樹脂を用いる、請求項１〜３のいずれか一項に記載の水銀の処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水銀の処理方法に関し、特に、水銀を含有する廃棄物を、２液硬化型樹脂を用いて処理することによって水銀の溶出量を低減し、管理型最終処分場での埋め立て処分を可能とする方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
水銀は、その有害性のため様々な規制の対象となっているが、物理的、化学的に特異な性質を有しており産業上有用であることから今日でも幅広く用いられている。水銀の用途としては、例えば、化学工業における触媒、電池、蛍光灯、歯科用アマルガム、血圧計、体温計など、様々なものが挙げられる。これらの用途で使用された後の水銀は、水銀含有廃棄物として排出される。
【０００３】
また、銅、亜鉛、鉛などの非鉄金属の精錬においては、原料として用いられる硫化鉱などに水銀が含まれるため、水銀を含有するスラッジが大量に排出される。
【０００４】
このようにして排出された水銀を含有する廃棄物は中間処理施設において処理され、必要に応じて蒸留や焙焼などの処理を行って、水銀が回収される。現在は、上述のように様々な分野において水銀の需要があるため、このように回収された水銀は有価物として取り扱われており、その一部は国内で再利用され、残りの多くは輸出されている。
【０００５】
しかし、水銀の使用量を削減する取り組みが世界的に加速しており、２０１３年に採択された「水銀に関する水俣条約」（以下、「水俣条約」という）では、金属水銀の輸出入は原則禁止とされ、さらに水銀添加製品の製造、輸出、および輸入についても２０２０年までに原則禁止と規定されている。そのため、今後、水銀の需要は大幅に減少し、水銀を含有する廃棄物や廃水銀の多くは現在のように再利用されるのではなく、廃棄物として最終処分場に埋め立てられることになると予想される。
【０００６】
これを受け、日本国内においても２０１５年に「廃棄物の処理及び清掃に関する法律」（以下、「廃棄物処理法」という）と、それに関連する規則などが改正され、廃水銀等が特別管理廃棄物に指定されるとともに、その処理基準が強化されることとなった。これにより、今後、水銀を含有する廃棄物を埋め立て処分するためには、当該廃棄物を適切に精製したうえで粉末状の硫黄と反応させ、生じた硫化水銀を結合剤により固型化することが必要となる。
【０００７】
硫化水銀を固型化する方法としては、すでにいくつかの方法が知られている。例えば、特許文献１では、セメントを用いた方法が提案されている。この方法では、水銀を含む廃棄物である蛍光灯廃棄物に硫黄を添加するとともに粉砕し、得られた粉粒体にポルトランドセメントなどのセメントと水を加えて混練し、固型化させている。
【０００８】
また、特許文献２では、硫黄ポリマーを用いた固型化方法が提案されている。この方法では、水銀を硫黄と反応させて硫化水素とした後、骨材、硫黄、および硫黄ポリマーと混合することによって硫黄ポリマーセメントとし、固型化している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開昭６０−０７８６８３号公報
【特許文献２】特許第５７４５５２３号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかし、特許文献１に記載されているようなセメントを用いた方法では、セメントの水和反応によって凝固が進行するため、固型化に長時間を要する。また、固型化する前の状態における粘度が極めて高く、取り扱いに難がある。そのため、生産性が低く、作業のインライン化も困難である。また、水と反応したセメントは強アルカリ性を呈するため、固型化させる対象が制限される場合がある。
【００１１】
また、特許文献２に記載されているような硫黄ポリマーを用いた方法では、硫黄を溶融させるために１５０℃程度の温度まで加熱した状態で混合を行う必要があるため、処理設備が大がかりとなることに加え、揮発性成分を含む廃棄物への適用が困難である。
【００１２】
本発明は、上記実状に鑑みてなされたものであり、硫化水銀の形態で水銀を含有する被処理物を、大がかりな設備を用いずに効率的に固型化することができる水銀の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】
【００１３】
本発明の要旨構成は次のとおりである。
【００１４】
１．水銀の処理方法であって、
前記水銀を硫化水銀の形態で含有する被処理物と、２液硬化型樹脂とを混合して混合物とする混合工程と、
前記混合物を所定の形状に固型化させて固型化物とする固型化工程とを有する水銀の処理方法。
【００１５】
２．前記混合工程に先立って、水銀を含有する廃棄物と硫黄とを反応させることによって前記被処理物を得る硫化工程をさらに有する、上記１に記載の水銀の処理方法。
【００１６】
３．前記混合物における前記２液硬化型樹脂の割合を、１０質量％以上５０質量％以下とする、上記１または２に記載の水銀の処理方法。
【００１７】
４．前記２液硬化型樹脂としてエポキシ樹脂を用いる、上記１〜３のいずれか一項に記載の水銀の処理方法。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、硫化水銀の形態で水銀を含有する被処理物を、大がかりな設備を用いずに効率的に固型化することができる。また、本発明の方法によれば、固型化物からの水銀の溶出量を0.005 mg/L以下に抑制することができるため、該固型化物を管理型最終処分場で埋め立て処分することが可能となる。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本発明の水銀の処理方法は、水銀を硫化水銀の形態で含有する被処理物と２液硬化型樹脂とを混合して混合物とする混合工程と、前記混合工程で得られた混合物を所定の形状に固型化させて固型化物とする固型化工程とを有する。
【００２０】
［被処理物］
上記被処理物としては、硫化水銀を含有するものであれば任意のものを用いることができる。なお、ここで「硫化水銀を含有するもの」には、「硫化水銀のみからなるもの」、すなわち硫化水銀自体も包含されるものとする。
【００２１】
なお、硫化水銀（ＩＩ）、すなわちＨｇＳには、結晶構造が異なる赤色硫化水銀（cinnabar）と黒色硫化水銀（metacinnabar）が存在するが、本発明における硫化水銀は、赤色硫化水銀、黒色硫化水銀、およびそれらの混合物のいずれであってもよい。
【００２２】
上記被処理物の形態は特に限定されないが、樹脂と混合して最終的な固型化物中に確実に取り込むという観点からは、固体、液体、またはそれらの混合物であることが好ましい。また、被処理物が固体である場合には、樹脂との混合のしやすさや、固型化物中に均一に分散させるという観点からは、粉末状とすることが好ましい。粉末状ではない被処理物を処理する場合には、予め粉砕処理を行って粉末状することもできる。粉末状の被処理物の平均粒径は１００μｍ以下とすることが好ましい。
【００２３】
上記被処理物は、始めから水銀を硫化水銀の形態で含有しているものであってもよいが、例えば、金属水銀など、硫化水銀以外の状態で水銀を含有するものであっても、硫黄と反応させる硫化工程を経ることによって、２液硬化型樹脂による固型化に供することができる。
【００２４】
［硫化工程］
後述する混合工程に先立って、水銀を含有する廃棄物と硫黄とを反応させる硫化工程を、任意に実施することができる。この硫化工程により、前記廃棄物中に含まれる水銀が硫黄と反応（硫化）して硫化水銀となる。天然に産出される水銀の大部分が硫化水銀からなる鉱物（辰砂）の形態をとることからも分かるように、硫化水銀は化学的に安定な化合物である。したがって、水銀を硫化水銀に変換してから固型化することにより、硫化と固型化の相乗効果により水銀の溶出を高度に抑制することができる。
【００２５】
（水銀を含有する廃棄物）
上記水銀を含有する廃棄物としては、水銀を含有するものであれば任意のものを用いることができる。なお、ここで「水銀を含有する」とは、元素としての水銀を含有することを意味し、水銀の存在形態は問わないものとする。すなわち、金属水銀および水銀化合物の少なくとも一方を含有する廃棄物が、上記硫化工程における処理対象となり得る。また、前記水銀を含有する廃棄物には、「金属水銀のみからなるもの」および「水銀化合物のみからなるもの」も包含されるものとする。したがって、金属水銀の状態で回収された廃棄物（廃水銀）や、前記廃水銀をさらに生成したもの、水銀を含有する廃棄物を蒸留や焙焼などの方法で処理して得られた金属水銀などを、上記硫化工程に供することもできる。
【００２６】
（硫化方法）
水銀と硫黄とを反応させる方法（硫化方法）としては、特に限定されることなく、水銀を硫化水銀に変換できる方法であれば任意のものを用いることができる。前記硫化方法としては、例えば、ボールミルなどを用いて水銀と粉末状の硫黄とを反応させるメカノケミカル法や、４００℃以上の高温で水銀と硫黄とを気化させて気相中で反応させる気相合成法などが挙げられる。ただし、気相合成法には大がかりな装置が必要であるうえ、消費電力も大きいため、メカノケミカル法を用いることが好ましい。
【００２７】
上記メカノケミカル法としては、水銀を含有する廃棄物と硫黄とを混合した状態で、両者に剪断力、圧縮力、摩砕力、衝撃力などの機械的な力を加え、それにより水銀と硫黄とを反応させることができる方法であれば、任意の方法を用いることができる。前記メカノケミカル法による硫化は、例えば、ミル（粉砕器）を用いて行うことができる。前記ミルとしては、特に限定されることなく、ボールミル、ロッドミルなど任意のものを用いることができるが、通常はボールミルが用いられる。また、ボールミルとしては、転動ボールミル（tumbling ball mill）、遊星ボールミル（planetary ball mill）など、任意のものを用いることができる。遊星ボールミルは、ポットの自転とターンテーブルの公転を同時に行うことによって短時間で効率的に硫化を行うことができるという利点を有しているが、構造が複雑であるため装置コストが高く、また、大型化にも適さない。したがって、設備コストの低さや、大型化の容易さの観点からは、転動ボールミルを用いることが好ましい。
【００２８】
メカノケミカル法により硫化を行う場合、反応は常温で進行可能であるため、室温で、言い換えれば、加熱を行うことなく、硫化工程を実施することができる。また、メカノケミカル法で硫化を行う場合には、前記硫黄として粉末状の硫黄を用いることが好ましい。
【００２９】
硫化工程で使用される硫黄の量は、特に限定されず、処理対象である廃棄物の量に応じて適宜調整すればよい。なお、水銀（Ｈｇ)を硫黄（Ｓ）と反応させて硫化水素（ＨｇＳ）とするためには、水銀と等モルの硫黄が必要となる。したがって、処理対象である廃棄物中に含まれる水銀の量が既知である場合には、硫化工程において用いる硫黄のモル数ＭＳを、廃棄物に含まれる水銀のモル数ＭＨｇ以上とすることが好ましく、十分に反応を進行させるためには、ＭＳを１．２×ＭＨｇ以上とすることがより好ましく、ＭＳを１．２〜１．５×ＭＨｇとすることがさらに好ましい。また、ＭＨｇが正確に分からない場合でも、ＭＨｇとして概算値や推定値を用いて、上記範囲にＭＳを調整することもできる。
【００３０】
［混合工程］
次に、上記被処理物を樹脂と混合して混合物とするが、本発明においては前記樹脂として２液硬化型樹脂を用いることが重要である。
【００３１】
（２液硬化型樹脂）
２液硬化型樹脂とは、常温で安定な２種類の液体状組成物（主剤および硬化剤）を混合することによって硬化する樹脂であり、加熱せずとも室温で硬化可能という特性を有している。したがって、硫黄ポリマーを用いた固型化方法のように加熱を行う必要がなく、大がかりな設備が不要であることに加え、揮発性物質を含有する被処理物にも適用できる。また、ポルトランドセメントなどのセメントに比べて、粘度が低いため取り扱いが容易であり、さらに、短時間で硬化するため、処理効率が高い。また、樹脂自体は通常透明であるため、被処理物の分散状態を目視で確認できる。さらに、染料、顔料などの着色剤を混合することによって着色できるため、例えば、被処理物の種類などに応じて異なる色に着色すれば、最終的に得られる固型化物を容易に識別することができる。
【００３２】
本発明では、２液硬化型樹脂であれば特に限定されることなく任意のものを用いることができる。例えば、代表的な２液硬化型樹脂としては、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂が挙げられるが、いずれのものも用いることができる。しかし、硬化後の化学的安定性や機械的強度の観点からは、エポキシ樹脂を用いることが好ましい。前記エポキシ樹脂としては、主剤がビスフェノールＡ、硬化剤がポリメルカプタンである組合せを例示できる。この組合せの場合、０℃付近でも硬化させることができるという利点があり、厳密な温度管理が必ずしも必要ではなく、加熱装置が不必要な場合もある。
【００３３】
（混合方法）
被処理物と２液硬化型樹脂との混合は、任意の方法で行うことができる。例えば、混合用容器の内部において、被処理物および２液硬化型樹脂を攪拌することによって混合することができる。前記攪拌は、人手によって行うことも、機械によって行うこともできる。
【００３４】
前記混合においては、３つの材料、すなわち、被処理物、２液硬化型樹脂の主剤、および２液硬化型樹脂の硬化剤を混合する。混合の順序は特に限定されず、前記３つの材料を任意の順番で混合してもよく、また、同時に混合しても良い。しかし、十分に混合するという観点からは、主剤と硬化剤とが混合される前に、そのいずれかと被処理物とを混合しておくことが好ましい。例えば、始めに被処理物と主剤とを混合し、十分に攪拌した後にさらに硬化剤を投入し、さらに十分攪拌を行うことが好ましい。
【００３５】
［混合比］
被処理物と２液硬化型樹脂の混合比は、特に限定されず適宜調整することができる。しかし、被処理物の量に対して樹脂が過度に少ないと、後述する固型化工程において十分な強度を有する固型化物が得られない場合や、成形不良となる場合がある。そのため、前記混合物における前記２液硬化型樹脂の割合を、１０質量％以上とすることが好ましく、１５質量％以上とすることがより好ましい。一方、被処理物の量に対して樹脂が過度に多いと、固型化物に占める水銀の割合が低下する。そのため、埋め立てされる固型化物の減容化の観点からは、前記混合物における前記２液硬化型樹脂の割合を、５０質量％以下とすることが好ましく、３０質量％以下とすることがより好ましい。
【００３６】
なお、上記混合工程においては、任意の他の成分を、任意のタイミングでさらに混合することもできる。例えば、着色剤を添加すれば、最終的に得られる固型化物を任意の色に着色し、識別を容易とすることができる。前記着色剤としては、染料、顔料など任意のものを用いることができる。
【００３７】
［固型化工程］
次に、前記混合工程で得られた混合物を所定の形状に固型化させて固型化物とする。固型化の方法は特に限定されず、任意の方法を用いることができる。例えば、完全に硬化する前の前記混合物を型に注ぎ、硬化した後に型から取り出すことによって所定の形状の固型化物を得ることができる。また、上記混合工程で使用された混合用容器を固型化工程における型として使用する、すなわち、混合用容器中でそのまま硬化させることもできる。本発明の方法によれば、特殊な装置や設備などを用いることなく、このような方法で容易に固型化物を得ることができる。
【００３８】
上記固型化物の形状や寸法は特に限定されず、任意のものとすることができる。
固型化物の形状は、インゴット型、四角柱型、六角柱型など運搬や埋め立ての効率を考慮して最適なものを選択することができる。また、固型化物の寸法も特に限定されず、任意の物とすることができるが、固型化物の製造のしやすさや埋立基準の寸法などを考慮して、例えば、該固型化物の容積を０．２〜１リットルとすることが好ましい。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
以上述べたように、２液硬化型樹脂を用いることにより、硫化水銀の形態で水銀を含有する被処理物を大がかりな設備を用いずに効率的に固型化することができる。また、上記方法によれば、固型化物からの水銀の溶出量を0.005 mg/L以下に抑制することができるため、該固型化物を管理型最終処分場で埋め立て処分することが可能となり、産業上極めて有用である。