(57)【要約】本発明は、鉱業、粉砕、または精錬工業動作のような活動によって生成され得る有害物質、例えばヒ素廃棄物（スコロダイト、硫化ヒ素、ヒ酸カルシウム、亜ヒ酸カルシウム、ヒ酸カルシウム−リン酸混合物、ヒ酸第一鉄、亜ヒ酸第二鉄、三酸化ヒ素など）、アンチモン、水銀、またはセレン含有廃棄物の、炭酸塩によるＡｌ（ＳＯ４）１．５の部分的中和によって生成された加水分解アルミニウムゲルの無機化生成物中の前記ヒ素廃棄物のカプセル化による、安定化および／または固化に関する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
有害物質の安定化方法であって、
ａ）水性媒体中において、炭酸塩塩基でＡｌ（ＳＯ４）１．５を部分的に中和することにより、加水分解アルミニウムゲルを形成するステップと、
ｂ）前記加水分解アルミニウムゲルと有害物質とを混合するステップと、
ｃ）前のステップで得られた前記混合物を貯蔵して、無機化（オキシ）水酸化アルミニウム／有害物質複合物を得るステップと、
を含む、有害物質の安定化方法。
【請求項２】
前記加水分解アルミニウムゲルを形成するステップは、前記炭酸塩塩基を前記Ａｌ（ＳＯ４）１．５を含む水性媒体に添加することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
水性媒体中のＡｌ（ＳＯ４）１．５の濃度が約１．０から３．０ｍｏｌ／Ｌである、請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
前記炭酸塩塩基がＮａＨＣＯ３またはＮａ２ＣＯ３である、請求項１から３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
前記炭酸塩塩基は、Ｎａ２ＣＯ３粉末またはＮａＨＣＯ３粉末である、請求項１から４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
前記炭酸塩塩基は、約２Ｍから４Ｍの濃度のＮａ２ＣＯ３または約４Ｍから８Ｍの濃度のＮａＨＣＯ３の懸濁液／溶液である、請求項１から４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
前記炭酸塩塩基は、Ａｌに対する炭酸塩塩基のモル比が約２＜０．５ＣＯ３２−＝ＨＣＯ３−／Ａｌ＜約３となるように存在する、請求項１から６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
前記有害物質はヒ素（Ａｓ）を含み、前記加水分解アルミニウムゲルと前記有害物質とを混合する前記ステップにおいて、アルミニウム対ヒ素のモル比が約１未満である、請求項１から７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
前記有害物質は、採鉱、粉砕又は精錬の工業作業によって発生するヒ素廃棄物である、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記有害物質は、スコロダイト（ＦｅＡｓＯ４．２Ｈ２Ｏ）として知られるヒ酸第二鉄である、請求項１から９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１１】
前記有害物質は、硫化ヒ素、ヒ酸カルシウムまたは亜ヒ酸塩、ヒ酸カルシウム−リン酸塩混合物、ヒ酸第一鉄、亜ヒ酸第二鉄、または三酸化ヒ素である、請求項１から８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１２】
前記有害物質は、アンチモン、水銀、またはセレン含有廃棄物である、請求項１から７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１３】
前記混合後、得られた前記混合物を、前記貯蔵ステップの前に一日から七日間熟成する、請求項１から１２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１４】
有害物質の安定化における、炭酸塩塩基（ＮａＨＣＯ３またはＮａ２ＣＯ３）由来の加水分解アルミニウムゲルおよびそれらの無機化生成物の使用。
【請求項１５】
スコロダイト粒子と、（オキシ）水酸化アルミニウム鉱物相を含むゲル由来固化マトリックスと、を含む複合物。
【請求項１６】
前記相は、結晶性および結晶性の乏しいＡｌＯＯＨ（ベーマイト及び疑ベーマイト）、またはギブサイト、バイエライトおよびノルドストランド石のＡｌ（ＯＨ）３の多形を含む、請求項１５に記載の複合物。
【請求項１７】
前記ＡｌＯＯＨまたはＡｌ（ＯＨ）３鉱物相は、炭酸塩塩基での部分中和により生成された加水分解硫酸アルミニウムゲルから得られうる、請求項１６に記載の複合物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、加水分解アルミニウムゲルの無機化生成物を用いたカプセル化による、有害物質、特にヒ素廃棄物の安定化／固化に関する。
【背景技術】
【０００２】
さまざまな産業で発生する有害物質は、有毒元素が環境へ放出されないようことを確実にするために、廃棄物管理施設での処理と格納を要する。ヒ素は、適切な固定化および廃棄を必要とする多くの採鉱、粉砕または製錬作業において、主たる環境有害物質である。鉱物／金属産業におけるヒ素問題に対する好ましい処理アプローチの中には、ヒ素を石灰で中和することによって鉄−ヒ酸塩固体に共沈させることがある。この手順はヒ素が希薄な発生源には適しているかもしれないが、ヒ素に富む発生源に施すことはできない。後者の場合、高いヒ素含有量（約２３％）と比較的低い溶解度のために、ヒ素含有鉱石の乾式冶金処理または湿式冶金処理中に放出されるヒ素をスコロダイト（ＦｅＡｓＯ４・２Ｈ２Ｏ）の形で固定化することが提唱されている。しかしながら、スコロダイトの安定性に関連する特別な問題は、適切に廃棄されない場合、アルカリ条件下（ｐＨが７より大きい）および嫌気性／無酸素条件下での分解が経時的に進行し得ることである。
【０００３】
安定化／固化（Ｓ／Ｓ）は、様々なタイプと発生源の有毒廃棄物の固定化に使用されるアプローチである。そのようなプロセスの例には、ゴミ処分場での使用に適した化学的および物理的に安定な固体塊を生成するために、有毒廃棄物をセメントおよび／または他の結合材と混合することが含まれる。有害廃棄物の安定化／固化のために現在使用されている最も一般的な技術は、水硬性セメントおよび／または消石灰に基づく技術であり、さほど一般的ではないが、有機ポリマー、硫黄ポリマーセメント、および他のカプセル化材料に基づく技術もある。
【０００４】
ポルトランドセメントを使用したヒ素含有化合物の安定化／固化によって、不溶性の水酸化物、炭酸塩、または収着を起こすケイ酸塩の形成、もしくは単に物理的なカプセル化により、ヒ素の流動性が低下する可能性がある。しかしながら、セメントベースの安定化／固化は、スコロダイトなどの鉄ヒ酸塩固体にとって長期の堅牢な選択肢ではない。これは、このプロセスにより、ヒ素が放出される高いアルカリ性環境（ｐＨ約１２．５）が生じるからである。
【発明の概要】
【０００５】
一態様では、
ａ）水性媒体中において、炭酸塩塩基でＡｌ（ＳＯ４）１．５を部分的に中和することにより、加水分解アルミニウムゲルを形成するステップと、
ｂ）加水分解アルミニウムゲルと有害物質とを混合するステップと、
ｃ）前のステップで得られた混合物を貯蔵して、無機化（オキシ）水酸化アルミニウム／有害物質複合物を得るステップと、
を含む、有害物質の安定化方法が提供される。
【０００６】
さらなる態様では、有害物質の安定化における、炭酸塩塩基（ＮａＨＣＯ３やＮａ２ＣＯ３など）由来の加水分解アルミニウムゲルおよびそれらの無機化生成物の使用が提供される。
【０００７】
さらなる態様において、スコロダイト粒子と、（オキシ）水酸化アルミニウム無機相を含むゲル由来固化マトリックスとを含む複合物が提供される。
【０００８】
さらなる態様では、本明細書で定義される方法により調製された複合物が提供される。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
本開示の実施形態は、添付の図面を参照して、以下のように説明される。
【図１】Ｎａ２ＳＯ３（上）またはＮａ２Ｓ（下）のいずれかを使用してＥｈを調整するスコロダイトゲル混合物の安定性試験における、ｐＨとＥｈの経時変化プロファイルのグラフ。
【図２】酸素条件下で、むきだしのスコロダイト、ならびに本開示の炭酸塩塩基（Ｎａ２ＣＯ３）と比較した参照塩基ＮａＯＨおよびＭｇ（ＯＨ）２に由来するアルミニウムゲルでカプセル化されたスコロダイトからのヒ素放出を示す図。
【図３】無酸素条件下で、むきだしのスコロダイト、ならびに本開示の炭酸塩塩基（Ｎａ2ＣＯ３）と比較した参照塩基ＮａＯＨおよびＭｇ（ＯＨ）２に由来するアルミニウムゲルでカプセル化されたスコロダイトからのヒ素放出を示す図。
【図４】無酸素（Ｎａ２ＳＯ３）およびｐＨ約９の条件で、むきだしのスコロダイト、ならびにＮａＯＨ、Ｎａ２ＣＯ３およびＮａＨＣＯ３から調製されたＡｌゲルでカプセル化されたスコロダイトからのヒ素放出を示すグラフ。
【図５】Ｎａ２Ｓで化学的に生成された無酸素条件下における、Ｎａ２ＣＯ３およびＮａＨＣＯ３由来のアルミニウムゲルでカプセル化されたスコロダイトからのヒ素放出を表す図。
【図６】酸素条件下および無酸素条件下での１６７日間の安定性試験後のＮａ２ＣＯ３由来のアルミニウムゲルのＸＲＤパターン。
【図７】ｐＨ約９の水中での酸素（硫黄元素の有無にかかわらず）条件下または無酸素（Ｎａ２Ｓ）条件下（硫黄元素の有無にかかわらず）での、Ｎａ２ＣＯ３またはＭｇ（ＯＨ）２から調製したＡｌゲルでカプセル化したスコロダイトからのヒ素放出のプロファイルを、むきだしのスコロダイトからの同一条件下でのヒ素放出と比較して示す図。
【図８】ゲル由来の無機化（オキシ）水酸化アルミニウム相でカプセル化されたスコロダイト粒子の略図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明者らは、炭酸塩塩基で中和することにより得られる硫酸アルミニウム溶液由来の加水分解アルミニウムゲルが、スコロダイト粒子のような有害物質をカプセル化するのに非常に有効であることを発見した。前記アルミニウムゲルは、スコロダイト粒子をアルカリ水中または無酸素水中での分解から保護する無機化マトリックスを形成し、従ってヒ素の放出を最小にする。
【００１１】
カプセル化プロセスでは、スコロダイト粒子を硫酸アルミニウム溶液からの炭酸塩塩基で調製したゲルと混合することと、無機化（オキシ）水酸化アルミニウムマトリックスのその場形成により保護する、得られた複合物を保存することとが含まれる。
【００１２】
カプセル化スコロダイトの安定性をアルカリ（ｐＨ８〜９）酸素条件または化学還元（無酸素）条件下で浸出性試験を実施してラボ試験を行い、ヒ素放出の低減における有効性を実証した。
【００１３】
一実施形態において、炭酸塩塩基は、炭酸アニオン（式：ＣＯ３２−）または重炭酸アニオン（式：ＨＣＯ３−、ＩＵＰＡＣ命名法において炭酸水素イオンとも呼ばれる）を含む。
【００１４】
適切な炭酸塩は以下を含む。
【００１５】
2020525121.tif 000003
【００１６】
一実施形態では、炭酸塩塩基はＮａＨＣＯ３またはＮａ２ＣＯ３である。
【００１７】
一実施形態では、Ａｌ：Ａｓ（Ａｌ（ＳＯ４）１．５からのＡｌとスコロダイトからのＡｓ）のモル比は約１．５から０．０５の範囲である。好ましくは約１未満、または約１．０から０．１、または約０．２未満、またはより好ましくは約０．２から０．１、および最も好ましくは約０．１である。
【００１８】
一実施形態では、Ａｌゲルを調製するための水性媒体中のＡｌ（ＳＯ４）１．５の濃度は、１．０から３．０ｍｏｌ／Ｌの中の約０．５から３．０Ｍ（ｍｏｌ／Ｌ）の範囲である。好ましくは約１．０から２．０、より好ましくは約１．５から２．０、最も好ましくは約２．０である。
【００１９】
炭酸塩塩基は、粉末または懸濁液／溶液として使用することができる。Ｎａ２ＣＯ３の場合には、乾燥粉末約０．５Ｍから、好ましくは約１．０Ｍから６Ｍ、より好ましくは約２Ｍから４Ｍ、最も好ましくは約２．５から３Ｍである。ＮａＨＣＯ３の場合には、これらの数を二倍にすることができ、すなわち、粉末約１Ｍから、または約２Ｍから１２Ｍ、または約４Ｍから８Ｍ、最も好ましくは約５から６Ｍである。この量は、硫酸アルミニウム溶液の濃度に応じて適宜変化する。当業者は、塩基またはＡｌ−ＳＯ４が非常に希薄な溶液を使用することは、非常に液体様のゲルをもたらすので望ましくないかもしれないことを理解している。一方で、濃度が高すぎる溶媒を使用すると、ゲルが即座に固化（砕氷の形で）され、保管場所への輸送などの取り扱いが難しくなるため、望ましくない場合がある。
【００２０】
一実施形態において、Ａｌに対する炭酸塩塩基のモル比は、０．５ＣＯ３２−＝ＨＣＯ３−／Ａｌが約２より大きく約３より小さい、または好ましくは約２．２から２．８の間、またはより好ましくは約２．４から２．６、最も好ましくは約２．５である。
【００２１】
一実施形態では、ゲルを形成するか、有害物質と混合するための温度範囲は、約０から８０℃、または好ましくは約１０から４０℃、またはより好ましくは約１５から３０℃、または約２０℃である。
【００２２】
本明細書中で使用される場合、本明細書中で定義される加水分解アルミニウムゲルで安定化される「有害物質」は、特に限定されない。例としては、ヒ酸第二鉄／スコロダイトが挙げられるが、硫化ヒ素、ヒ酸カルシウムまたは亜ヒ酸塩、ヒ酸カルシウム−リン酸塩混合物、ヒ酸第一鉄、亜ヒ酸第二鉄、三酸化ヒ素などの、他のヒ酸化合物、残渣、沈殿物、または煙塵であってもよい。さらに、炭酸塩由来のアルミニウムゲルは、従来のセメントベースの方法で以前に（部分的に）安定化されたヒ素残留物に対する付加的な保護を提供するために使用することができる。最後に、ゲルは、例えば製錬および他の工業操作によって発生するアンチモン、水銀またはセレン含有廃棄物の場合のように、他の種類の有害物質に使用することができる。
【００２３】
本明細書で使用する場合、「混合」とは、ゲルと有害ヒ素物質の混合後または永久廃棄前の熟成を含んでもよい。熟成時間の非限定的な例は、混合された物質の永久廃棄（保管）の約１日前、または１日から３０日前であってもよい。
【００２４】
本明細書で使用される「水性媒体」は、本質的に水であり得、本明細書で定義される加水分解アルミニウムゲルによる安定化に供される「有害物質」に存在する従来の追加成分を任意に含む。
【実施例】
【００２５】
（スコロダイトの調製）
スコロダイト基材は、本発明者らが以前に開発した種及び過飽和制御法を用いて、大気沈殿により合成した。この手順では、４０ｇ／ＬのＡｓ（Ｖ）（ヒ素）およびヒ素に対するモル比が１のＦｅ（ＩＩＩ）（鉄）を含む０．５ＬのＡｓ−（Ｖ）−Ｆｅ（ＩＩＩ）−Ｈ２ＳＯ４溶液を反応器に入れ、９５°Ｃまで加熱した。反応器内の温度が約６５°Ｃに達し、ｐＨが０．４５にまで低下したとき、熱水生成スコロダイト５ｇを種として反応器に加えた。種の存在下で沈殿を開始し、２４時間進行させた後、スラリーを孔径０．２２μｍのメンブレンフィルターを有する圧力フィルターを用いて濾過した。次に、固体をいくつかの洗浄および連続したＴＣＬＰ型洗浄工程に供した。ＴＣＬＰは、米国環境保護局（ＥＰＡ）によって開発されたＴｏｘｉｃｉｔｙ  Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ  Ｌｅａｃｈａｂｉｌｉｔｙ  Ｐｒｏｃｅｄｕｒｅ−ｍｅｔｈｏｄ（毒性指標浸出法）の略である。その後、洗浄したスコロダイト粒子を水酸化アルミニウムゲルで熟成した。使用した試薬および化学物質はすべて分析級試薬であった。
【００２６】
（アルミニウムゲルの合成）
硫酸アルミニウム（ＩＩＩ）溶液の部分中和により、重炭酸ナトリウム（ＮａＨＣＯ３）と炭酸ナトリウム（Ｎａ２ＣＯ３）を用いて、好ましいゲルを調製した。室温で、２ｍｏｌ／ＬのＡｌ（ＳＯ４）１．５溶液を５．０ｍｏｌ／ＬのＮａＯＨで部分的に（モル比ＯＨ：Ａｌ＝２．５で）急速中和することにより、ＮａＯＨ由来のアルミニウムゲル（参照ゲルとして）を作製した。他の二つのタイプのゲルを製造するために、水酸化マグネシウム（参照用ゲルとしても）、炭酸ナトリウム及び重炭酸ナトリウムの、粉末あるいは水に溶解または水に懸濁した（特定の例で報告されているように）ものを、調製したＡｌ（ＳＯ４）１．５溶液（標準濃度：２ｍｏｌ／Ｌ）に導入した。混合中に過剰な力をかけることは逆効果であり、ゲルが薄くなることが判明したので、穏やかな攪拌が必要であった。スコロダイト粒子の安定化のために、新鮮に調製したアルミニウムゲルを用いた。
【００２７】
（スコロダイトとアルミニウムゲルの混合）
スコロダイトとアルミニウム系ゲルとを共に混合し、続いて室温で７日間熟成した。二つの生成物の混合にあたって、低いゲル／スコロダイト比（Ａｌ：Ａｓ＝０．１モルベース）を適用した。この手順は、安定性試験を開始する前に、密封された三角フラスコ中で混合物を熟成することを含む。
【００２８】
（安定性試験）
スコロダイトゲル混合物を、制御物としてのむきだしのスコロダイトと共に、ｐＨ８〜９の水中で、酸素および無酸素（Ｎａ２ＳまたはＮａ２ＳＯ３化学物質を還元剤として使用）条件下で、安定性試験に供した。本明細書に開示する炭酸塩塩基ゲルに加えて、参照例をＮａＯＨおよびＭｇ（ＯＨ）２中和ゲルから調製した。固体を１００ｍＬの脱イオン水と共に密封した２５０ｍＬの三角フラスコに入れ、ｐＨおよび酸化還元電位（Ｅｈ）を定期的に調節しながら長時間にわたってオービタルシェーカーで撹拌し、サンプリングおよびＩＣＰ分析によりヒ素の放出をモニターした。液体の固体に対する比（Ｌ／Ｓ）は、すべての試験で２０に維持した。安定性試験中の典型的なｐＨおよびＥｈの変化データを図１に示す。
【００２９】
（酸素安定性試験）
様々な材料の安定性を、室温の酸化条件下で、時間の関数として調査した。安定性は、最初に０．５ｍｏｌ／Ｌ  Ｃａ（ＯＨ）２スラリーでｐＨ＝９±０．２に調整した脱イオン水中において、これらの固体を平衡させることにより評価した。系のｐＨを約ｐＨ＝７．５まで下げ、その後再調整した。図１を参照のこと。
【００３０】
（無酸素安定性試験（Ｎａ２ＳＯ３））
この無酸素安定性試験は、亜硫酸ナトリウム（０．１５ｍｏｌ／Ｌ  Ｎａ２ＳＯ３）溶液の添加による調整還元電位（Ｅｈ）条件（２００±２０ｍＶ）で行った。溶液のｐＨをモニターし、定期的に０．５ｍｏｌ／Ｌ  Ｃａ（ＯＨ）２スラリーでｐＨ９±０．２に調整した。図１を参照のこと。
【００３１】
（無酸素安定性試験（Ｎａ２Ｓ））
この無酸素安定性試験は、硫化ナトリウム溶液（０．１２５Ｍ  Ｎａ２Ｓ）の添加による５０ｍＶの調整還元電位（Ｅｈ）条件で実施した。溶液のｐＨをモニターし、定期的に０．５ｍｏｌ／Ｌ  Ｃａ（ＯＨ）２スラリーでｐＨ９±０．２に調整した。図１を参照のこと。
【００３２】
酸素と無酸素の両方の試験において、サンプルを１０ｍＬのプラスチック製シリンジで定期的に採取し、０．２μｍ孔径の直径２８ｍｍシリンジフィルターでろ過し、化学分析の準備のために酸性化（ＨＮＯ３）脱イオン水で希釈した。ｐＨの測定は、±０．１ｐＨ単位の精度で再充填可能なダブルジャンクション電極を用いて行った。Ｅｈは白金シングルジャンクションコンビネーション電極（Ａｇ／Ｃｌ）を用いて測定し、その精度は±２０ｍＶと報告されている。実験はすべて室温（２２°Ｃ）で行った。
【００３３】
（分析と特性評価）
水性試料中のヒ素濃度を、誘導結合プラズマ発光分光分析法（ＩＣＰ−ＡＥＳ）を用いて分析した。固体の化学分析は、酸分解後ＩＣＰ−ＡＥＳにより行った。
【００３４】
Ｃｕ  Ｋα輻射（λ＝１．５４０５A）によるＸ線回折計（Ｄ８  Ｄｉｓｃｏｖｅｒ、Ｂｒｕｋｅｒ社製）を用いたＸ線粉末回折により、粉末の特性評価を行った。
【結論】
【００３５】
（カプセル化材料）
スコロダイトのカプセル化／安定化の文脈では、熟成試験のために許容できる品質のアルミニウムゲルは、固体粒子がその後沈殿することなくゲルと混合できるほど十分に高い初期粘度（少なくとも３００ｃＰ）を有する。また、アルミニウムゲルは、固化する前の保管場所への輸送を容易にするために、十分な時間（例えば１〜２４時間）にわたって十分に高い粘度を維持することが好ましい。
【００３６】
以下の例では、Ａｌ（ＳＯ４）１．５溶液を室温で塩基により部分的に急速中和（モル比０．５ＣＯ３２−＝ＨＣＯ３−／Ａｌ＝２．５）することによりＡｌゲルを調製した。得られた混合物を、ゲル状の粘度となるまで、穏やかに攪拌した。
【００３７】
下記の表１〜４に、粘度測定の一部を要約する。測定はブルックフィールドＬＶＤＶ−Ｅ粘度計装置で行った。
【００３８】
ＮａＯＨペレット、Ｎａ２ＣＯ３、ＮａＨＣＯ３粉末を２ＭのＡｌ（ＳＯ４）１．５溶液に導入した。
【００３９】
【表１】
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【００４０】
Ｎａ２ＣＯ３、ＮａＨＣＯ３粉末を１ＭのＡｌ（ＳＯ４）１．５溶液に導入した。
【００４１】
【表２】
2020525121.tif 000005
【００４２】
Ｎａ２ＣＯ３、ＮａＨＣＯ３粉末を０．５ＭのＡｌ（ＳＯ４）１．５溶液に導入した。
【００４３】
【表３】
2020525121.tif 000006
【００４４】
５．０ＭのＮａＯＨ、２．５ＭのＮａ２ＣＯ３、および５．０ＭのＮａＨＣＯ３懸濁液を２ＭのＡｌ（ＳＯ４）１．５溶液に導入した。
【００４５】
【表４】
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【００４６】
表１から４に示すように、ＮａＨＣＯ３およびＮａ２ＣＯ３は、非常に希薄なＡｌ（ＳＯ４）１．５溶液（表３の０．５Ｍ）を除いて、種々の反応条件下で十分な初期粘度をもたらした。加えて、ＮａＯＨで作られたゲルが時間と共に破壊され、すなわち、水／ゲル分離（表４）が起きることが試験により示された。
【００４７】
各アルミニウムゲル（ＮａＯＨ、Ｍｇ（ＯＨ）２、Ｎａ２ＣＯ３）について、対応するＸ線回折パターンを生成した。洗浄および乾燥後のすべてのゲルは、非晶質性を示す同一のＸ線回折図を示すことが観察された。アルミニウムを含む結晶性化合物は確認できなかった。
【００４８】
（酸素環境下での安定性）
大気中で製造されたスコロダイト制御材料と共に、Ｎａ２ＣＯ３、ＮａＯＨ、又はＭｇ（ＯＨ）２の三つの異なる塩基で作られたアルミニウムゲルでカプセル化されたスコロダイトについて、Ａｓ濃度の観点からのヒ素放出を時間の関数として図２に示す。加水分解アルミニウムゲルによるカプセル化により、ヒ素の放出が効果的に減少することが明らかとなった。スコロダイト基材からのヒ素の放出は、１６７日間の安定性試験後、ｐＨ７．１で８．８ｍｇ／Ｌ程度であった。特に、Ｎａ２ＣＯ３由来のゲルでカプセル化されたスコロダイトは１６７日後のヒ素放出は無視できる量であり、最終ｐＨ約７．６でヒ素のＩＣＰ−ＡＥＳの検出限界未満（すなわち０．１ｍｇ／Ｌ未満）であった。これは、日本のような特定の国々における１．０ｍｇ／Ｌから米国における５．０ｍｇ／Ｌまでの範囲の産業／採鉱廃棄物からの浸出液中のヒ素の許容放出量よりも著しく低い。それゆえ、これらのゲルは産業用途に対して優れた性能を示す。また、二つのタイプの水酸化物イオン（すなわちＮａＯＨとＭｇ（ＯＨ）２）から放出されるヒ素は、互いに幅広く、予想外の様式で変化することが観察された。
【００４９】
（無酸素環境下での安定性）
図３は、無酸素環境（Ｎａ２ＳＯ３下で化学的に生成される）のスコロダイト基材と比較した、様々なアルミニウムゲル／スコロダイト材料の時間に対するヒ素放出を示す。スコロダイトの溶解（むきだしの鉱物の場合は約１３７ｍｇ／Ｌ）は、これらのアルミニウムゲルのカプセル化によって効果的に抑制されたことがわかる。特定のアルミニウムゲルでカプセル化したスコロダイトから放出されたヒ素の濃度は少なくとも１桁低下した。水酸化ナトリウム由来ゲルでカプセル化したスコロダイトは有意に高いヒ素放出を示した。例えば、１６７日後にＮａＯＨ由来ゲルは４．２ｍｇ／Ｌ（ｐＨ＝８．３で）を放出したが、炭酸ナトリウムゲルは２．７ｍｇ／Ｌ（ｐＨ＝８．７で）を示した。水酸化マグネシウムゲル試料のヒ素放出量は１９．９ｍｇ／Ｌ（ｐＨ＝８．４で）であった。したがって、二つのタイプのアルカリイオン（ＯＨ−対ＣＯ３２またはＨＣＯ３−）から放出されるヒ素が幅広く変化することが再び明らかとなった。
【００５０】
同様の傾向（すなわち炭酸塩ゲルはＮａＯＨゲルよりも優れている）が、図４のデータで要約された別のシリーズでも観察された。二つの炭酸塩塩基で生成されたゲルでカプセル化されたスコロダイトは、６２日間の水との接触後、ＮａＯＨ（１．７ｍｇ／Ｌ  Ａｓ）で作られたゲルの試料よりも少ないヒ素（０．２〜０．５ｍｇ／Ｌ  Ａｓ）を放出したことが分かる。比較すると、同じ無酸素（Ｎａ２ＳＯ３、ｐＨ約９）条件下で、むきだしのスコロダイトからのヒ素の放出は１７ｍｇ／Ｌであった。
【００５１】
図５は、無酸素条件下（Ｎａ２Ｓで化学的に生成される）でＮａ２ＣＯ３およびＮａＨＣＯ３由来のアルミニウムゲルでカプセル化されたスコロダイトから放出されたヒ素を示す。３０日間の安定性試験中、ＮａＨＣＯ３由来のＡｌゲルでカプセル化されたスコロダイトから放出されたヒ素は０．１ｍｇ／Ｌ以下であり、Ｎａ２ＣＯ３由来のＡｌゲルから放出されたヒ素よりも低い。
【００５２】
炭酸塩塩基（今回はＮａ２ＣＯ３）で生成した加水分解アルミニウムゲルの有効性のさらなる証拠は、図７のデータで提供されている。Ａｌゲルによるスコロダイトのカプセル化は、酸素条件および無酸素条件の両方においてその安定性を改善することが分かる。この場合、還元剤としてＮａ２Ｓを用い、ｐＨは約９であった。本研究の結果は、Ｎａ２ＣＯ３粉末を２ＭのＡｌ（ＳＯ４）１．５溶液に添加して調製したＮａ２ＣＯ３Ａｌゲルでカプセル化したスコロダイトは、「むきだしの」スコロダイトよりもヒ素の放出が少ない（約０．５ｍｇ／Ｌ）ことを示す。さらに、Ｎａ２ＣＯ３を用いて加水分解したＡｌゲルの安定性はＭｇ（ＯＨ）２基ゲルよりも優れていた。いくつかの試験では、安定性への悪影響の可能性を評価するために、一部の工業用ヒ素残留物に含まれる一般的な成分である元素硫黄が加えられたが、そのような証拠は得られなかった。
【００５３】
（安定性試験後の特性評価）
安定性試験前後のＮａ２ＣＯ３由来アルミニウムゲルをＸＲＤ分析すると、非晶質アルミニウムゲルの無機化結晶ＡｌＯＯＨまたはＡｌ（ＯＨ）３相（図６）への変換が示された。Ｎａ２ＣＯ３由来アルミニウムゲルのパターンは２θ＝約２０°、約４０°、約６０°にブロードピークが現れる非晶質性を示す。酸素条件下での１６７日間の安定性試験後、非晶質から結晶相への相変態に完全に起因する鋭い線が発達した。非晶質アルミニウムゲルは、ギブサイトとバイエライトＡｌ（ＯＨ）３結晶相からなる無機化マトリックスに変換された。
【００５４】
一方、化学的に生成した無酸素条件下での１６７日間の安定性試験後のアルミニウムゲルもまた、無機化相に変換され、今度はベーマイト（ＡｌＯＯＨ）結晶相と一致させた。
【００５５】
図８に概略的に示すように、加水分解アルミニウムゲルを不活性な（オキシ）水酸化アルミニウム結晶相にその場で無機化することにより、スコロダイト粒子に保護層を与え、それによって溶解／分解を防止する。無機化（オキシ）水酸化アルミニウムマトリックスは、化学的還元剤の添加により生じるものと比較して、ｐＨと酸化還元電位の変動に影響を受けづらく、したがって有毒物質の安定化を大きく高める。
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【国際調査報告】
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