(57)【要約】【課題】砂表面の有害イオン、例えば塩化物、硫酸塩、有機物質、藻類等がコンクリート、鉄筋などへの有害物質を効率よく洗浄、除去。臭味がなく、灰分含有量の低い、高品質の建築用砂を提供する。【解決手段】この洗浄法では、主に気体のオゾン、炭酸ガス及び液体の水が混合、共存した洗浄水で、水の物理的特性の粘度、表面張力からの毛細現象を克服し、超臨界洗浄で砂表面の有害イオンを洗浄、除去する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
主にオゾン及びＰＨ値７以下の水を混合し、液体と気体が共存する洗浄液を使用することを特徴とする超臨界砂洗浄方法。
【請求項２】
前記洗浄液はオゾンをＰＨ値７以下のろ過原生海水の中に導入し、混合したものである請求項１に記載の超臨界砂洗浄方法。
【請求項３】
前記洗浄液はあらかじめ、淡水に炭酸ガスを投入しＰＨ値を７以下にして、オゾンの半衰期が長い環境にしたうえで、オゾンを導入し、混合した高濃度のオゾン洗浄液である請求項１に記載の超臨界砂洗浄方法。
【請求項４】
前記洗浄液のオゾン濃度を５ｐｐｍにして、洗浄後、発生した微量のオゾン又は塩素、二酸化硫黄を生石灰水塔に導入し、中和、固化する請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の超臨界砂洗浄方法。
【請求項５】
砂が請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の超臨界砂洗浄方法により洗浄されて得られたことを特徴とする砂製品。
【請求項６】
前記砂は、海砂、河砂、山砂である請求項５に記載の砂製品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は超臨界砂洗浄方法及び砂製品に関し、特に、海砂、河砂、山砂などの洗浄に利用する超臨界砂洗浄方法、及び建築用砂など高い品質が求められる砂製品に関する。
【背景技術】
【０００２】
海砂は一般的に河口砂と深海砂があり、河口砂は粒が比較的細かくて、また深海砂は有害イオンのＣｌやＳＯ4の含有量が比較的高くて、洗浄が難しい。この種の砂の洗浄方法としては、従来から、（１）浸漬塩素除去法、（２）撒水塩素除去法、（３）自然堆積塩素除去法、（４）機械水車塩素除去法、の４つの手法が知られている。また、その他の海砂洗浄法が特許文献１などに提案されている。
【特許文献１】特開平１０−１６５８３７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上記従来の海砂洗浄法では、次のような問題がある。
（１）上記（１）−（４）の海砂洗浄法のうち、前三者の洗浄法に共通する欠点は、表１に示すように、品質の安定性がよくない点で、これらの洗浄法による砂製品では高い品質が要求される建築用砂に使用できない。海砂は海水の中に長期間浸かっているので、海水に浸食されやすく、表面が比較的粗くてひびがあり、普通の水で洗浄する場合、物理的特性、水の密度や粘度により、表面が粗くて又はひびがある海砂は、表面張力が形成しやすく、海砂の表面が潤されにくいため、砂洗浄の品質が安定しないのである。
（２）上記（４）の機械式塩素除去法は灰分への沈殿が最も進んでおり、この除去法はイギリスのＰＯＷＥＲＳＣＲＥＥＮが代表的で、ＰＯＷＥＲＳＣＲＥＥＮによる海砂洗浄中に高分子フロックを添加して、沈殿汚泥が比較的洗浄しやすいものになっているが、高分子フロックの添加量が少ないときれいに洗浄できず、高分子フロックの添加量が多いと海砂の泥灰が増加する。
（３）上記４つの海砂洗浄法には、経済的で効果の素早いものがなく、しかも、品質が悪い点で共通する。
【表１】
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【０００４】
本願発明は、このような従来の問題を解決するもので、特に、砂表面の有害イオン、例えば塩化物、硫酸塩、有機物質、藻類等、コンクリート、鉄筋などへの有害物質を効率よく洗浄、除去することのできる超臨界砂洗浄方法、及び臭味がなく、灰分含有量の低い、高品質の建築用砂その他の利用価値の高い砂製品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】
【０００５】
上記目的を達成するために、本発明の超臨界砂洗浄方法は、主にオゾン及びＰＨ値７以下の水を混合し、液体と気体の両相が共存する洗浄液を使用することを特徴とし、この洗浄液による超臨界洗浄を、砂中の塩化物、硫酸塩、有機物質、藻類等の除去に使用して、砂等の資源を再利用し、高品質の建築用砂等を提供しようとするものである。この洗浄方法では、洗浄液は、オゾンをＰＨ値７以下のろ過原生海水の中に導入、混合したことを特徴とする。また、この洗浄方法では、洗浄液は、あらかじめ、淡水に炭酸ガスを投入し、ＰＨ値を７以下にして、オゾンの半衰期が長い環境にしたうえ、オゾンを導入し、混合した高濃度のオゾン洗浄液であることを特徴とする。さらに、この洗浄方法では、洗浄液のオゾン濃度は５ｐｐｍで、洗浄後、発生した微量のオゾン又は塩素、二酸化硫黄は生石灰水塔に導入し、中和、固化させることを特徴とする。
【０００６】
本発明の特に重要な点は、高濃度のオゾン水を洗浄液として、汚染された砂の資源から有害イオンを除去し、有用な資源にして、洗浄後の砂を高品質の建築用砂にすること、この場合、洗浄水に炭酸ガスを入れ、ＰＨ＜７にして、更にオゾンを入れて、高濃度オゾン水の洗浄液にすること、また、洗浄液はＰＨ＜７の原生海水を高濃度の相洗浄液にすること、にある。すなわち、この発明は、気体のオゾン及び液体の水が混合、共存した洗浄水により、オゾンの特性を生かして、砂の表面を洗浄するもので、この場合、洗浄液は貯水槽で水（原生海水又は淡水）の中にＯ3を入れることで、液体と気体の両相が共存する洗浄液にし、あらかじめ、水の中に炭酸ガスを入れ、ＰＨ＜７にしてから更にオゾンを入れることで（酸性環境の中でオゾンの半衰期が長いことを利用して）、高濃度のオゾン水を形成する。海砂は海水の中に長期間浸かるため、海水に浸食されやすく、表面が比較的粗く、ひびがあり、一般の海水は、塩化ナトリウム２．７％、塩化マグネシウム０．３２％、塩化カルシウム０．０５％、硫酸マグネシウム０．２２％、硫酸カルシウム０．１１％、幾らかの微生物、有機物及び水溶性無機物等のイオンが含まれるため、海砂の表面の粘度が相当に高くて、雑質などを落とすのが難しい。このような海砂を普通の水で洗浄しようとすると、物理的特性、水の密度や粘度により、（表面が粗くて又はひびがある）海砂は、表面張力が形成しやすく、海砂の表面が潤されにくくなり、砂洗浄の品質が安定しないが、この発明では、水にオゾンを添加し、オゾンの特性を生かして、砂の表面を洗浄する。すなわち、主に水の中に気体のオゾンを入れることで、水の粘度を低減し、水の表面張力を克服し、微々たる凸凹のある表面に対して、超臨界洗浄を発揮し、有害イオンを洗浄、除去する。なお、超臨界とは、水の物理的特性の臨界点をクリアすることを指す。
【０００７】
そして、本発明の砂製品は、上記の洗浄方法により洗浄され、得られた高品質の砂であることを特徴とする。そして、この場合に採用される砂は、海砂、河砂、山砂である。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の超臨界砂洗浄方法による砂の洗浄には、次のような効果がある。
（１）本発明の超臨界砂洗浄方法では、オゾンにより、液体と気体の両相が共存する洗浄水にして、水だけが存在する時の物理的特性を克服し、水の粘度を低減し、水の表面張力及び毛細現象を克服し、超臨界洗浄効果を発揮して、砂表面の有害イオンを洗浄、除去することができる。
（２）本発明の超臨界砂洗浄方法では、オゾンにより、飽和有機物又は不飽和有機物との化学作用が素早く行われるようになり、海砂又は河砂の表面にある微生物、有機物、藻類等を除去することができる。
（３）本発明の超臨界砂洗浄方法では、オゾンは水の中に溶けて水中の酸素含有量を向上させ、水のイオン導電度を高めるもので、砂の中に多くの絶縁体であるＳＩＯ2が含まれているため、イオン導電度は静電気発生を防止し、微粉末の付着が避けられるので、洗浄後の粒を選択しやすくすることができる。
（４）本発明の超臨界砂洗浄方法では、オゾンにより、三つめの塩素原子が溢れ出て、大量の熱エネルギーが放出され、これと同時に音波が発生するため、砂表面の小さな窪みや穴にある有害イオンを出して、洗浄後の砂をよりきれいにすることができる。
（５）本発明の超臨界砂洗浄方法では、オゾンはガス原料であり、コロナ放電が発生するため、コストが低く、量産可能なメリットがある。
（６）本発明の超臨界砂洗浄方法では、あらかじめ炭酸を洗浄液に添加し、ＰＨ＜７にしてから、その中にオゾンを入れ、洗浄液のオゾン液を素早く高濃度のオゾン水溶液にするので、洗浄後の砂をよりきれいにすることができる。
（７）本発明の超臨界砂洗浄方法では、有害イオンを除去するための砂洗浄中に大量のＯ3又はＣｌ、ＳＯ2が発生するが、生石灰水塔による中和固化、又はオゾンによる塔内余分のＯ3への除去により二次汚染が生じる恐れがない。
【０００９】
また、本発明の砂製品によれば、次のような効果を有する。
（８）本発明の砂製品は、有害イオンが除去されて、高品質で、利用価値が高く、また生産性が高く、コストが低いという利点があり、建築用砂として使用することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の実施の形態について説明する。まず、図１を用いて、第１の実施の形態について説明する。なお、この実施に形態では、海辺で取れた海砂を使って砂の洗浄方法を説明するが、本発明（特許請求の範囲）はこの海砂に制限されるものではない。
【００１１】
この超臨界砂洗浄方法では、次の（１）〜（８）のステップにより、海砂を洗浄する。
（１）汚物、染物ろ過済みの原生海水１０３（ＰＨ＜７）を用い、オゾン生成装置１０２でオゾンを作り、海水にオゾンを１５分程投入し、オゾン濃度を５ｐｐｍにする。余分なオゾンはオゾン遮断器１０９内へ導入し、オゾン遮断器１０９内の酸化マンガンと中和し、遮断する。
（２）きれいな淡水１０４にオゾンを１５分程投入し、オゾン濃度を５ｐｐｍにする。余分なオゾンはオゾン遮断器１０９内に導入し、オゾン遮断器１０９内の酸化マンガンと中和し、遮断する。
（３）海砂１０１を自然に乾燥して、原生海水の含有量を低減する。
（４）海砂１０１を洗浄槽１０５に入れる。
（５）ステップ（１）のオゾン水を洗浄槽１０５に導入し、水位が洗浄槽１０５の約１／３のところに達したところで、オゾン水の導入速度を遅くする。
（６）洗浄槽１０５を起動し、洗浄槽１０５を一分間に１２回転の速度で回転する。砂をゆっくり洗浄しながら次のステップへ送る。海砂が洗浄槽１０５へ入ってから出るまでの滞在時間は５分ほどで、この間、排気ファンを起動し、発生された微量のＯ3或いはＣｌ、ＳＯ2は生石灰水塔２００を通して中和、固化する。
（７） 洗浄槽１０５から送り出された海砂１０１をフィルター付きの水ろ過ベルトコンベヤー１０６で運搬する。このベルトコンベヤー１０６にオゾン水をスプレーするためのシャワーヘッド１０８が三つあり、海砂１０１を、ステップ（２）のオゾン水で再度洗浄し、その表面に残された有害イオンを除去する。このようにして海砂１０１を完成品堆積区１０７まで運ぶ。
（８）完成品堆積区１０７に海砂を静置し、ここで余分な水分を流す。
【００１２】
以上のステップ（１）〜（８）により洗浄された海砂１０１を、純水で沸騰し、ろ過し、更に、硝酸銀で抽出して、実験した結果、塩素イオンの含有量は、表２に示すように、約０．００１９％となった。海砂は、前出の表１に示すように、塩素イオンの含有量が０．２２１９％であるが、この超臨界砂洗浄方法により、塩素イオンの含有量が約０．００１９％となり、建築用砂の品質基準に適合する砂製品となった。
【表２】
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【００１３】
また、原砂とこの洗浄後の海砂（砂製品）とは外観が次の点で明らかに異なる。
（Ａ）一般の海砂は異臭があるが、この超臨界砂洗浄方法による海砂は無臭である。
（Ｂ）一般の海砂は表面の粘度が高くて手に付き易いが、この超臨界砂洗浄方法による海砂は粒がきれいに輝いている。
（Ｃ）一般の海砂は表面の灰分含有量が高いが、この超臨界砂洗浄方法による海砂は表面に灰分がない。
【００１４】
以上の結果から、オゾン水を海砂、河砂、山砂の洗浄に使用した場合、オゾンの特性である（１）酸化作用、（２）殺菌作用、（３）除臭作用、（４）漂白作用、（５）熱エネルギー提供の特性を発揮することが分かる。また、もう一つ重要な物理的特性であるが、オゾンイオンがやや水に溶けてから、水の粘度が低減され、水の毛細現象が破壊され、超臨界洗浄を発揮するので、表面に微小たる凸凹がある荒い海砂を洗浄すると、洗浄後の海砂は粒がきれいに輝き、灰分含有量を低く下げ、有害イオンを簡単に除去することができる。
海砂は既述のとおり、河口砂と深海砂があり、河口砂は粒が比較的細く、深海砂は有害イオンのＣｌやＳＯ4の含有量が比較的高くて、洗浄が難しく、また、近隣の海辺で淡水を入手するのは困難であるが、この超臨界砂洗浄方法では、原生海水による洗浄であり、淡水の使用量は一般洗浄法の使用量の１／５ですみ、省エネルギー効果によりコストダウンを図ることができ、砂の大量洗浄が可能である。
【００１５】
以上説明したように、この超臨界砂洗浄方法では、主に気体のオゾン、炭酸ガス及び液体の水が混合、共存した洗浄水で洗浄するので、水の物理的特性の粘度、表面張力からの毛細現象を克服し、超臨界洗浄で砂表面の有害イオン、例えば塩化物、硫酸塩、有機物質、藻類等、コンクリート、鉄筋などへの有害物質を効率よく除去することができる。オゾンは強力な酸化剤であり、有機物質への分解作用があるため、洗浄水として使われる高濃度のオゾン水は、砂の有害イオンを効率よく除去して、有害物質が残らない。洗浄後の砂は臭味がなく、灰分含有量が低く、高品質の建築用砂として提供することができる。
【００１６】
次に、図２を用いて、第２の実施の形態について説明する。なお、この実施に形態では、河砂を使って砂の洗浄方法を説明するが、本発明（特許請求の範囲）はこの河砂に制限されるものではない。
【００１７】
この超臨界砂洗浄方法では、次の（１）〜（８）のステップにより、河砂を洗浄する。（１）きれいな淡水２０４に炭酸ガス２０２を投入し、水中のＰＨ値を５にする。
（２）オゾン生成装置２０３を起動し、オゾンを製造して、水の中にオゾンを１５分程投入し、オゾン濃度を５ｐｐｍにする。余分なオゾンはオゾン遮断器２０９内に導入し、オゾン遮断器２０９内の酸化マンガンと中和し、遮断する。
（３）河砂２０１を自然に乾燥し、原生河川の雑質の含有量を低減する。
（４）河砂２０１を洗浄槽２０６に入れる。
（５）ステップ（１）のオゾン水を洗浄槽２０６に導入し、水位が洗浄槽２０６の約１／３のところに達したところで、オゾン水の導入速度を遅くする。
（６）洗浄槽２０６を起動し、洗浄槽２０６を一分間に１２回転の速度で回転する。砂をゆっくり洗浄しながら次のステップへ送る。河砂２０１が洗浄槽２０６へ入ってから出るまでの滞在時間は５分程で、この間、排気ファンを起動し、発生された微量のＯ3又はＣｌ，  ＳＯ2は生石灰水塔３００を通して中和、固化する。
（７）洗浄槽２０６から送り出された河砂２０１をフィルター付きの水ろ過ベルトコンベヤー２０７で運搬する。このベルトコンベヤー２０７にオゾン水をスプレーするためのシャワーヘッド２０６が三つあり、河砂２０１を、ステップ（１）のオゾン水で再度洗浄し、その表面に残された有害イオンを除去する。このようにして河砂２０１を完成品堆積区２０８まで運ぶ。
（８）完成品堆積区２０８に河砂を静置し、ここで余分な水分を流す。
【００１８】
河砂は入手しやすくて、海砂のようにＣｌやＳＯ4等の有害イオンがないが、工業、家庭の廃水、水質富栄養化により、藻類や青苔の汚染が発生し、品質を重要視する建築用砂にも次のようなある程度のマイナスの影響を及ぼすことになり、これに対応する適当な措置を講じる必要がある。
（１）河砂は表面に藻類や青苔の有機物があると、表面の粘度が高く、微粉末が付着しやすくなり、コンクリートとの混合割合が計算しにくくなって、コンクリートの品質にマイナスな影響を及ぼす。
（２）河砂は表面に酸性物質が存在すると、コンクリートと混合するときに、酸とアルカリの中和が生じて、コンクリートに鉄筋を保護するための機能が失われる。
（３）河砂は表面に洗剤などの物質があると、コンクリートと混合するときに、コンクリートの硬化時間が短縮し、耐圧、抗引張り強度に影響を及ぼす。
この超臨界砂洗浄方法はオゾンの機能を導入するもので、以上の問題点を解決すると同時に、自然に砂から消えていくというメリットがある。なお、上述の超臨界とは、水の物理的特性の臨界点をクリアすることを指し、水は一定の密度と粘度があり、洗浄に使われるときに、微小な隙間に毛細現象が発生して、微小な隙間の洗浄能力が失われ、臨界点もアスペクト比に影響を及ぼす。すなわち、縦が横より二倍以上になると、水の密度及び粘度の臨界点により、深い底のところをきれいに洗浄できないため、この洗浄方法はガスを導入し、三相の中で密度の最も低いガス（約液体の千分の一）は粘度が最も低く、水の臨界点をクリアし、上述の問題点を解決し、臨界点をクリアする。
【００１９】
以上説明したように、この超臨界砂洗浄方法によれば、主に気体のオゾン、炭酸ガス及び液体の水が混合、共存した洗浄水で洗浄するので、水の物理的特性の粘度、表面張力からの毛細現象を克服し、超臨界洗浄で砂表面の有害イオン、例えば塩化物、硫酸塩、有機物質、藻類等、コンクリート、鉄筋などへの有害物質を効率よく除去することができる。オゾンは強力な酸化剤であり、有機物質への分解作用があるため、洗浄水として使われる高濃度のオゾン水は、砂の有害イオンを効率よく除去して、有害物質が残らない。洗浄後の砂は臭味がなく、灰分含有量が低く、高品質の建築用砂として提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の第１の実施の形態における長臨界砂洗浄方法を示す流れ図
【図２】本発明の第２の実施の形態における長臨界砂洗浄方法を示す流れ図
【符号の説明】
【００２１】
１０１  海砂
１０２  オゾン生成装置
１０３  海水
１０４  淡水
１０５  洗浄槽
１０６  水ろ過ベルトコンベヤー
１０７  完成品堆積区／完成品砂
１０８  シャワーヘッド
１０９  オゾン遮断器
２００  中和塔
２０１  河砂
２０２  炭酸ガス
２０３  オゾン生成装置
２０４  淡水
２０５  洗浄槽
２０６  シャワーヘッド
２０７  水ろ過ベルトコンベヤー
２０８  完成品堆積区／完成品砂
２０９  オゾン遮断器
３００  中和塔
【図１】
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【図２】
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