九州シンクロトロン光研究センター
県有ビームライン利用報告書
課 題 番 号 ： 081279C（様式第４号）

実施課題名
多 硫 化 カ ル シ ウ ム 処 理 に よ る ア スベ ス ト 含 有 鉱 物 の 分 解過 程 の 研 究Study on Decomposition of Rocks Involving Asbestos
Treated by Calcium Polysulfide
田端正明 保見真悟
Masaaki Tabata, Shingo Homi
佐賀大学
Saga University
１．概要
ア ス ベ ス ト を 多 硫 化 カ ル シ ウ ム 溶 液 で 処 理 す る と 常 温 で 徐 々 に 分 解 し て い く 。ア ス ベ ス
ト 結 晶 の 層 状 間 隙 に 浸 透 し た CaS,及 び Sx の 硫 黄 が 徐 々 に 酸 化 さ れ 、硫 酸 カ ル シ ウ ム となり、結晶層状間隙が膨張し、アスベスト構造を破壊するためと考えている。本実験では 、 ア ス ベ ス ト 処 理 済 み 材 料 の Ca の Ｘ Ａ Ｎ Ｅ Ｓ を 測 定 し 、 硫 黄 の 酸 化 状 態 の 異 な る カ
ルシ ウム塩のＸ ＡＮＥＳスペクトル との 比較に よりアスベスト処理 材料中のイ オウの酸化状態変化を知り、アスベストの分解機構を考察する。
Asbestos graduall y decomp oses b y treating it wit h calcium pol ysulfide due to the oxidation ofcalcium sulfide to calci um sulfate in a space between silicates of asbestos cr ystal. To know thechange in oxidation state of sulfur in the asbestos X-ray Absorption Near Edge Structure(XANES) was measured for the treated asb estos and standard sulfur compounds (CaS, CaSO 3 ,CaSO 4 ). The decomposition mechanism is discussed.

２．背景と研究目的：

験では、硫黄の酸化状態のカルシウム塩とアス

アスベスト含有鉱物を多硫化カルシウムで処理

ベスト処理済み材料の Ca のＸＡＮＥＳを測定すると、鉱物が常温で自然に分解していくことする。その比較より、アスベスト処理材料中のが分かった。多硫化カルシウムで処理し、数日イオウの酸化状態を知る。

間の放置によって見た形状も変化しているので、硫黄の酸化状態が刻々と変化していること

３．実験内容：が予想される。硫黄の酸化状態の変化が多硫化①

カルシウム処理による鉱物の分解の原因と考え

Ca のＸＥＮＥＳを透過法で測定した。ている。当初、硫黄の酸化状態を直接測定する

硫黄の酸化状態が異なった構造既知の化合物

ために BL12 での実験を計画した。しかし、ア(CaS, CaSO4, CaSO3 NDLock 液乾燥物）のＸスベスト処理化合物が無害であることは確証さＡＮＥＳを測定した。

れても、真空下での蒸気圧が不明であるので、測定したＸＡＮＥＳを比較して硫黄の酸化状態実験実施に至らなかった。脇田らによる He 置を推定した。

換法でも、Ｓの吸収端では He の吸収が大きく測定が困難であると予想された。従って、本実

試料はメノウ乳鉢で微細粉末し、BL15 で４．結果、および、考察：

クリソタイル結晶分解予想図

Ca のＸＡＮＥＳスペクトルが、4087 と 4057eVに現れる。このピークの位置は Ca 周りのイオンの影響を受けやすい。多硫化カルシウムを吹き付け処理した試料（A0）と吹付け後分解処理貫入したCaSxがCaSO4となり、結晶が破壊する
CaSx

CaSO 4したもの(A6)の XANES スペクトルを Fig１に示す。二つの XANES スペクトルの違いは第二Fig.
2Decomposi
tionmechanism of asbestos treated with CaSx.

ピークに現れたこのスペクトルは空気中に放置した多硫化カルシウムと類似しており、硫酸カルシウムとは若干異なっている。即ち、処理済

アスベストとＮＤロック液との反応
蛇紋石

アスベストの結晶構造は空気酸化を受けた多硫化カルシウムに類似している。最終酸化物と予想される硫酸カルシウムとはかなり違うので、まだ空気酸化の途中であると考えられる。

クリソタイル(Mg6Si 4O10(OH)8)

CaSx + Ca(OH)2 + Mg6Si4O10(OH)8(NDロック液）

Ca6Si4O10S4・CaS x + MgSx
Ca6Si 4O10S4· CaSO4 + MgS X
金属置換と層間へのCaSxの貫入による結晶構造の変化（粉末化）Fig. 3 Reaction mechanism of asbestos withCaSx.
アスベスト含有材料は処理するのにこれから50 年かかるほど残っているといわれている。
現在のアスベストの無害化処理法は 1,300℃での溶融ガラス化である。しかし、電力を使い、コスト高であるので、処理が進んでいない。我々が見出した方法は、常温アスベスト分解方法であり、環境省からも有効なアスベスト処理法として認定されている。従って、多硫化カルシウ
ムによるアスベストスの分解過程が確立されれば、産業や公的な廃棄物の処理法が学問的に裏付けられ、アスベスト処理法を大きく発展させると期待される。多硫化カルシウムは、また、飛灰中のダイオキシンも分解することが明らかになってきた。ダイオキシン分解法の産業利用にも影響をもたらす。学術的には、硫黄の酸化Fig。2.3 に示すように多硫化カルシウムがアスベストの結晶構造内に貫入し、徐々に酸化が進み、アスベストの結晶破壊が起きていると考えられる。

状態変化の測定例は少なく、酸化状態が変化した陰イオンとのカルシウムとの相互作用の様子がシンクロトロン光で明らかになれば、硫黄の酸化状態、特に中間の酸化状態の構造が明らかになる。また、ＸＡＮＥＳ分光の利用法の拡大に繋がると期待している。

５．今後の課題：
軟Ｘ線領域を用いて硫黄の酸化状態が直接測定できると、アスベストの分解を硫黄の酸化過程から直接証明することができる。この実験を昨年度九州シンクロトロン光研究センターで測定するよう準備を進めていたが、ＮＤロック液の蒸気圧が不明であるので高真空下でのビームライン測定ができなかった。従って、現在 He置換法による S の酸化状態の直接測定を計画中である。
６．論文発表状況・特許状況
1. Abudul Ghaffar, Masaaki Tabata, AppliedCatalysis

B:

Environmental,

86(2009)152-158. Dechlorination of p-chlorobenzene
compounds on flayash; effects of metals,aqueous/organic solvents and temperatures
2.

Abudul Ghaffar, Masaaki Tabata,

React. Kinet. Catal. Lett. 97 (2009) 35-41.
Dechlorination
flyash.

ofp-nitrobenzene

using

Effects of metal, mixed solvents andtemperature

７．参考文献８．キーワード
XANES
X 線吸収端近傍構造分光、
X 線吸収端から XAFS(Ｘ線吸収微細構造)のスペクトルまで表われる
約 100eV のスペクトルを云う。励起元素の電子遷移に依存するので、構造と結合配位子との相互作用との情報を得ることができる。