JP5748015B1 - 不溶化剤および不溶化処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】鉛、砒素、フッ素の汚染土壌等を全て土壌溶出量基準以下に不溶化するとともに、不溶化処理土のコーン指数を４００ｋＮ／ｍ２以上に高めることができ、かつ地下水等の処理土の周辺環境のｐＨを中性とすることができる不溶化剤およびそれを用いた不溶化処理方法を提供する。【解決手段】軽焼酸化マグネシウム４５〜６０質量％と、残部に硫酸アルミニウム（Ａ）と硫酸第一鉄（Ｆ）から構成される硫酸塩化合物を含み、前記硫酸塩化合物中の硫酸第一鉄に対する硫酸アルミニウムの無水物換算の質量比率（Ａ／Ｆ）が３．０〜６．５である不溶化剤である。この不溶化剤を、土壌１ｍ３に対して、３０〜２００ｋｇ／ｍ３添加し、混合して、土壌に含まれる鉛、砒素、フッ素の不溶化処理する不溶化処理方法である。【選択図】なし

Description

本発明は、鉛、砒素、フッ素の汚染土壌等を不溶化する不溶化剤および不溶化処理方法に関する。

近年、道路・トンネル・河川工事等では、鉛、砒素、フッ素を含有した土壌が大量に発生するケースがある。全ての汚染土壌を掘削除去することは困難であることから、低コスト・短処理時間で汚染物質の溶出を防止できる不溶化処理が着目されており、各種不溶化剤が提案されてきた。例えば、酸化マグネシウムを含む不溶化剤は重金属類等に対する不溶化性能が優れていることが開示されている（例えば、特許文献１、特許文献２）。

一方、酸化マグネシウムにより不溶化を行う場合は、酸化マグネシウムが周囲の水と反応して、処理土の周辺環境のｐＨがアルカリ性になりやすいため、地下水等への環境に配慮した中性不溶化剤を用いることが注目されている。中性不溶化剤とは、土壌環境基準で定められる重金属等の溶出量を土壌溶出量基準値以下に不溶化する材料である。中性不溶化剤としては、酸化マグネシウムや石灰石（炭酸カルシウム）等に、ｐＨ調整剤として硫酸アルミニウムや硫酸第一鉄等のような硫酸塩化合物を１種または２種以上添加したものが提案されている（例えば、特許文献１、特許文献３、特許文献４、特許文献５）。中性不溶化剤で処理された不溶化処理土は、工事現場等で改良土として有効に利用されることがあるため、改良特性（固化性能）の指標となるコーン指数が例えば４００ｋＮ／ｍ^２以上（国土交通省令に基づくコーン指数による建設発生土の土質区分基準の第３種に分類、以下「第３種改良土」という）であることが望ましい。なお、ここで、中性とはｐＨが５．８〜８．６の範囲である。

また、中性不溶化剤と類似する材料として、中性または低アルカリ性の土壌固化材（非セメント系）が知られており、基材として酸化マグネシウムが使用されている（例えば、特許文献６、特許文献７）。その土壌固化材のｐＨ調整剤として、硫酸アルミニウム、硫酸第一鉄、ポリ塩化アルミニウムなどを１種または２種以上添加することが開示されている（特許文献６、特許文献７）。

特開２００３−３３４５２６号公報 特開２０１２−１８４３８８号公報 特開２００６−１８７７７３号公報 特開２０１２−９２１８０号公報 特開２０１１−１６２７１２号公報 特開２０００−２３９６６０号公報 特開２０００−１０９８３０号公報

上記特許文献には、ｐＨ調整剤として、硫酸アルミニウム、硫酸第一鉄、硫酸第二鉄、ポリ塩化アルミニウム、塩化第一鉄、塩化第二鉄、硝酸第一鉄、硝酸第二鉄、酸性硫酸ナトリウム、リン酸、過リン酸カルシウム等の多数のｐＨ調整剤が開示されている。これらのｐＨ調整剤は、必要に応じて１種または２種以上添加すれば良いと記載されており、それらの不溶化効果ならびに不溶化効果を発揮するための特定な配合割合については言及されていない（例えば、特許文献１、特許文献３〜７）。これらの記載からｐＨ調整剤は、文字通り、中性不溶化剤や前記土壌固化材用のｐＨ調整機能しか期待されていないことが示唆される。

これらの文献の中で、特許文献５には、中性不溶化剤に使用する酸性鉄塩は、ｐＨ調整機能以外に、難溶性の砒酸鉄が生成されて砒素を不溶させることが記載されている。このような酸性の鉄塩としては、特許文献５には、例えば硫酸第一鉄等が有効であることが開示されている。しかしながら、硫酸第一鉄等の鉄塩が鉛やフッ素のような重金属類の不溶化に対する作用や効果に関する記載はされていない。

一般的に、土壌中の鉛は陽イオンの形態で存在することが多く、土壌中の砒素やフッ素は陰イオンの形態で存在することが多い。鉛は２価の陽イオン（Ｐｂ^２＋）、砒素はＡｓＯ_３ ^３−やＡｓＯ_４ ^３−のような陰イオン、フッ素はＦ⁻として１価の陰イオンとして存在しやすい。鉛イオン、砒素イオン、フッ素イオンはイオン形態だけでなく、イオン半径、その価数等が異なり、また鉛は両性金属であるため中性領域（ｐＨ：５．８〜８．６）では不溶化されにくいため、中性領域において鉛、砒素、フッ素の全てを土壌溶出量基準以下に不溶化することが困難であった。

本発明は、上記課題に鑑みて、鉛、砒素、フッ素の汚染土壌等を全て土壌溶出量基準以下に不溶化するとともに、不溶化処理土のコーン指数を４００ｋＮ／ｍ^２（第３種改良土）以上に高めることができ、かつ地下水等の処理土の周辺環境のｐＨを中性とすることができる不溶化剤と不溶化処理方法を提供することを課題とする。

本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意検討した結果、軽焼酸化マグネシウムに特定量の硫酸アルミニウムおよび硫酸第一鉄を添加することにより、中性領域において鉛、砒素、フッ素を全て不溶化することができる水和物を生成しやすく、またこれらの硫酸塩化合物の添加による酸化マグネシウムの水和阻害を抑制することにより、鉛、砒素、フッ素を物理的に封じ込めることができ、さらに固化性能を向上させることができるとの知見を得て、本発明を完成するに至った。

本発明は、軽焼酸化マグネシウム４５〜６０質量％と、残部に硫酸アルミニウム（Ａ）と硫酸第一鉄（Ｆ）から構成される硫酸塩化合物を含み、前記硫酸塩化合物中の硫酸第一鉄に対する硫酸アルミニウムの無水物換算の質量比率（Ａ／Ｆ）が３．０〜６．５であり、土壌に含まれる鉛、砒素、フッ素を不溶化処理する、不溶化剤に関する。
本発明２は、前記不溶化剤と水とを水粉体比１０％でペーストを調製し、７日間密封養生したペースト水和物が、波長１．５４０５Åにおける粉末Ｘ線回折スペクトルが２θ＝９．６±０．５°にピークを有するハイドロタルサイト様化合物を生成する、本発明１の不溶化剤に関する。
本発明３は、軽焼酸化マグネシウムが、ＭｇＯ含有率が８０質量％以上、ＣａＯ含有率が１質量％以下であり、かつＢＥＴ比表面積が５〜３５ｍ^２／ｇである、本発明１または２記載の不溶化剤に関する。

本発明は、本発明１〜３のいずれかに記載の不溶化剤を、土壌１ｍ^３に対して、３０〜２００ｋｇ／ｍ^３添加し、混合して、土壌に含まれる鉛、砒素、フッ素を不溶化処理する不溶化処理方法に関する。

本発明の不溶化剤によれば、道路・トンネル・河川工事等で発生しやすい鉛、砒素、フッ素の汚染土壌等を全て不溶化することができる。また、本発明の不溶化剤によれば、不溶化処理土は改良土として工事現場等で有効に利用することができ、不溶化処理土の周辺環境（地下水）のｐＨを中性（５．８〜８．６）に維持するため、最終処分場を延命化することができ、環境負荷を低減することができる。

実施例１の不溶化剤ｃ、比較例４の不溶化剤ｇ、比較例５の不溶化剤ｈを用いたペーストの７日間密封養生したペースト水和物の粉末Ｘ線回折パターン（図中の●はハイドロタルサイト様化合物のピーク、○は水酸化マグネシウムのピーク）である。

本発明についての好適な実施形態を以下に説明する。

本発明は、軽焼酸化マグネシウム４５〜６０質量％と、残部が硫酸アルミニウム（Ａ）と硫酸第一鉄（Ｆ）から構成される硫酸塩化合物を含み、前記硫酸塩化合物中の硫酸第一鉄に対する硫酸アルミニウムの無水物換算の質量比率（Ａ／Ｆ）が３．０〜６．５である、不溶化剤である。本発明の不溶化剤は、鉛、砒素、フッ素の汚染土壌を化学的および物理的に不溶化するとともに、固化特性を高めることができ、かつ処理土のｐＨを中性領域（５．８〜８．６）とする中性不溶化剤を提供することができる。

本発明の不溶化剤は、軽焼酸化マグネシウムの含有量は、好ましくは４５〜６０質量％、より好ましくは４６〜６０質量％、さらに好ましくは４８〜６０質量％、特に好ましくは４９〜６０質量％である。不溶化剤中の軽焼酸化マグネシウムの含有量が４５質量％未満では、フッ素の不溶化性能が低下し、不溶化剤の固化性能が低下しやすくなる。また、不溶化剤中の軽焼酸化マグネシウムの含有量が６０質量％を超えると、処理土のｐＨが８．６を上回り、地下水等の周辺環境がアルカリ性になるので好ましくない。

本発明の不溶化剤は、軽焼酸化マグネシウムを４５〜６０質量％含み、残部に硫酸アルミニウム（Ａ）および硫酸第一鉄（Ｆ）から構成される硫酸塩化合物を含み、硫酸塩化合物中の硫酸第一鉄（Ｆ）に対する硫酸アルミニウム（Ａ）の無水物換算の質量比率（Ａ／Ｆ）は３．０〜６．５である。不溶化剤の硫酸塩化合物中の硫酸第一鉄（Ｆ）に対する硫酸アルミニウム（Ａ）の無水物換算の質量比率（Ａ／Ｆ）は、好ましくは４．０〜６．３、より好ましくは５．０〜６．２である。
不溶化剤の軽焼酸化マグネシウムの残部における硫酸塩化合物において、硫酸第一鉄（Ｆ）に対する硫酸アルミニウム（Ａ）の無水物換算の質量比率（Ａ／Ｆ）が３．０未満では、ｐＨ調整機能の低下やフッ素の不溶化効果が低下するため好ましくない、質量比率（Ａ／Ｆ）が６．５を超えると鉛や砒素等の不溶化効果が低下するため好ましくない。

不溶化剤の硫酸塩化合物中の硫酸第一鉄（Ｆ）に対する硫酸アルミニウム（Ａ）の無水物換算の質量比率（Ａ／Ｆ）３．０〜６．５の範囲であり、不溶化剤の硫酸アルミニウムの含有量は、無水物換算で、好ましくは３５〜５０質量％、より好ましくは３６〜４８質量％、さらに好ましくは３７〜４７質量％、特に好ましくは３８〜４５質量％である。
不溶化剤の硫酸アルミニウムの含有量が上記範囲であると、処理土のｐＨを中性領域（ｐＨ５．８〜８．６）とすることができ、十分な不溶化効果と固化性能を発揮することができる。
不溶化剤の硫酸アルミニウムの含有量が、無水物換算で３５質量％未満ではｐＨ調整機能の低下や不溶化効果の低下を招く恐れがある。また、不溶化剤の硫酸アルミニウムの含有量が、無水物換算で５０質量％を超えると鉛等の不溶化効果の低下を招く恐れがある。

不溶化剤の硫酸塩化合物中の硫酸第一鉄（Ｆ）に対する硫酸アルミニウム（Ａ）の無水物換算の質量比率（Ａ／Ｆ）３．０〜６．５の範囲であり、不溶化剤の硫酸第一鉄の含有量は、無水物換算で、好ましくは５〜２０質量％、より好ましくは６〜１８質量％、さらに好ましくは７〜１５質量％、特に好ましくは７〜１０質量％である。
不溶化剤の硫酸第一鉄の含有量が上記範囲であると、処理土のｐＨを中性領域（ｐＨ５．８〜８．６）とすることができ、十分な不溶化効果と固化性能を発揮することができる。
不溶化剤の硫酸第一鉄の含有量が、無水物換算で５質量％未満ではｐＨ調整機能低下や不溶化効果の低下が生じる場合がある。また、不溶化剤の硫酸第一鉄の含有量が、無水物換算で２０質量％を超えると、不溶化効果の低下や固化性能の低下が起こる場合がある。本発明において、発明者らは、不溶化剤中に硫酸第一鉄を過剰添加すると、不溶化効果の低下や固化性能の低下が起こるとの知見を見出した。

本発明は、前記不溶化剤と水とを水粉体比１０％でペーストを調製し、７日間密封養生したペースト水和物が、波長１．５４０５Åにおける粉末Ｘ線回折スペクトルが２θ＝９．６±０．５°にピークを有するハイドロタルサイト様化合物を生成する不溶化剤である。

ハイドロタルサイトとは、Ｍｇ_６Ａｌ_２（ＯＨ）_１６ＣＯ_３・４Ｈ_２Ｏの組成をもつ化合物であり、正に帯電した基本層[Ｍｇ_１−ｘＡｌ_ｘ（ＯＨ）_２]^ｘ＋と負に帯電した中間層[（ＣＯ_３）_ｘ／２・ｍＨ_２Ｏ]^ｘ−とからなる層状複水酸化物である。
この層状複水酸化物は、一般式として、[Ｍ^２＋ _１−ｘＭ^３＋ _ｘ（ＯＨ）_２]^ｘ＋[Ａ^ｎ− _ｘ／ｎ・ｍＨ_２Ｏ]^ｘ−で表され、ハイドロタルサイト様化合物とも呼ばれる。ここでＭ^２＋とＭ^３＋は２価と３価の金属、Ａ^ｎ−は層間陰イオンである。層間陰イオンは同じ価数であればイオン半径が小さいほど高い選択性を示す傾向があり、例えば、ＯＨ⁻＞Ｆ⁻＞Ｃｌ⁻＞Ｂｒ⁻＞ＮＯ^３−＞Ｉ⁻とされている。また、電荷密度が高いほうが選択性は高くなり、同じような大きさの陰イオンであれば多価陰イオンのほうが概して高い選択性を示すことが知られている。しかしながら、これらの陰イオン選択性は水溶液系の一般説であり、使用材料や土壌中に含まれる化学成分や不純物等による影響は不明である。

本発明の不溶化剤による不溶化機構の詳細は明らかにできていないものの、易溶性の鉛、砒素、フッ素が土粒子から脱着した後、酸化マグネシウム、硫酸アルミニウム、硫酸第一鉄および土壌から間隙水に供給されるマグネシウム、アルミニウム、鉄、可溶性シリカ等が水和反応することにより、それらの水和生成物（例えば、水酸化マグネシウム、ハイドロタルサイト様化合物、水酸化アルミニウム、水酸化第一鉄、Ｍｇ−Ａｌ系水和物、Ｍｇ−Ｓｉ系水和物等）による化学的な不溶化および／若しくは物理的な封じ込め、ならびに／又は前記水和生成物による共沈現象等が複合的に生じているものと推察できる。

（軽焼酸化マグネシウム）
軽焼酸化マグネシウムは、軽焼酸化マグネシウムとして市販されているものであれば、十分に使用することができる。軽焼酸化マグネシウムは、水和活性が高いことが好ましい。例えば、ブレーン比表面積やＢＥＴ比表面積が大きい軽焼酸化マグネシウムがより好ましい。

本発明の不溶化剤に使用する軽焼酸化マグネシウムのＢＥＴ比表面積は、好ましくは５〜３５ｍ^２／ｇ、より好ましくは１０〜３５ｍ^２／ｇ、さらに好ましくは１５〜３５ｍ^２／ｇ、特に好ましくは１６〜３５ｍ^２／ｇである。不溶化剤に含まれる軽焼酸化マグネシウムのＢＥＴ比表面積が５〜３５ｍ^２／ｇであると、不溶化剤の水和活性が活発化し、不溶化効果を十分に発揮することができ、コーン指数が４００ｋＮ／ｍ^２以上（第３種改良土）の十分な強度が発揮される。軽焼酸化マグネシウムのＢＥＴ比表面積が５ｍ^２／ｇ未満では、不溶化剤の水和活性が低下し、不溶化効果や固化性能が不十分となる場合がある。軽焼酸化マグネシウムのＢＥＴ比表面積が３５ｍ²／ｇを超えると粉体やスラリーの流動性が低下し、不溶化剤の発塵性や施工性等が悪くなる場合がある。

本発明の不溶化剤に使用する軽焼酸化マグネシウムは、ＭｇＯ含有率が８０質量％以上であり、ＣａＯ含有率が１質量％以下であることが好ましい。軽焼酸化マグネシウムのＭｇＯ含有率が８０質量％以上、ＣａＯ含有率が１質量％以下であると、処理土のｐＨを中性領域（ｐＨ５．８〜８．６）とすることができ、十分な不溶化効果と固化性能を発揮することができる。軽焼酸化マグネシウムのＭｇＯ含有率は、より好ましくは８５質量％以上、さらに好ましくは９０質量％以上、特に好ましくは９５質量％以上である。軽焼酸化マグネシウムのＭｇＯ含有率が８０質量％未満では、処理土の周辺環境（地下水等）のｐＨ緩衝能が低下する恐れがあり、また不溶化性能が低下する恐れがある。
また、軽焼酸化マグネシウムのＣａＯ含有率は、より好ましくは０．８質量％以下、さらに好ましくは０．７質量％以下、特に好ましくは０．６質量％以下である。軽焼酸化マグネシウムのＣａＯ含有率が１質量％を超えると、処理土の周辺環境（地下水等）のｐＨがアルカリ性になる恐れがあり、または不溶化性能が低下する恐れがある。

軽焼酸化マグネシウムを形成するための出発原料は、水酸化マグネシウム、炭酸マグネシウムが挙げられる。水酸化マグネシウムのほうが炭酸マグネシウムよりも低温で焼成できるため好ましい。低温で焼成可能であるマグネシウムのほうが、ＢＥＴ比表面積を大きくすることが可能である。一般的に、水酸化マグネシウムの脱水領域温度は４００〜５５０℃程度と比較的低いため、それ以上の温度、即ち、５５０〜７００℃で焼成することができる。軽焼酸化マグネシウムを得るために、水酸化マグネシウムを焼成する温度は、より好ましくは５５０〜６５０℃であり、特に好ましくは５５０〜６００℃である。焼成時間は、好ましくは１０〜６０分、より好ましくは１５〜５０分、さらに好ましくは２０〜４０分である。

また、軽焼酸化マグネシウムを形成するための出発原料としては、ＣａＯ含有率を１質量％以下にするためには、炭酸マグネシウムではなく水酸化マグネシウムを使用することが好ましい。軽焼酸化マグネシウムの出発原料として炭酸マグネシウムを使用すると、炭酸マグネシウム鉱物に存在する不純物（炭酸カルシウム）由来のＣａＯが含有されやすくなる。

水酸化マグネシウムは、天然にはブルース石として産出されるが、ほとんどが海水を原料として合成される海水マグネシアである。海水中に含まれるマグネシウムイオンに石灰乳を添加し、水酸化マグネシウムを沈降生成させ、沈降した水酸化マグネシウムを低温焼成すれば酸化マグネシウムを得ることができる。

軽焼酸化マグネシウムに含まれるＭｇＯ含有率およびＣａＯ含有率は、ＪＩＳ Ｍ ８８５３：１９９８「セラミックス用アルミノけい酸塩質原料の化学分析方法」に準拠して測定することができる。

（硫酸アルミニウム）
本発明の不溶化剤に使用する硫酸アルミニウムは、市販の硫酸アルミニウムであれば十分に使用することができる。硫酸アルミニウムは、粉末状または液状のどちらの形態でも良い。硫酸アルミニウムは、好ましくは粉末状である。また、硫酸アルミニウムは、無水和物または水和物のいずれであっても良い。

（硫酸第一鉄）
本発明の不溶化剤に使用する硫酸第一鉄は、市販の硫酸第一鉄であれば十分に使用することができる。硫酸第一鉄は、粉末状または液状のどちらの形態のものでも良い。硫酸第一鉄は、好ましくは粉末状である。また、硫酸第一鉄は無水和物または水和物のいずれであっても良い。

（その他の材料）
本発明の不溶化剤は、汚染土壌の汚染度合に応じて、また本来の不溶化性能を損なわない範囲で、さらにｐＨが中性領域を確保できる範囲で、炭酸カルシウム、石灰石粉、珪石粉、高炉スラグ、製鋼スラグ、フライアッシュ、ベントナイト、ハイドロタルサイト、ハイドロカルマイト、硬焼マグネシア、死焼マグネシア、水酸化マグネシウム、炭酸マグネシウム、パーライト、珪藻土、ゼオライト、セピオライト、アタパルジャイト、活性炭、キレート、鉄粉などの各種添加剤と任意に混合することができる。なお、各種添加剤の混合については、事前の室内配合試験の結果および／又は現地混合機を使用した配合試験の結果によって決定するのが好ましい。

（不溶化剤の製造）
不溶化剤は、所定量の軽焼酸化マグネシウム、硫酸アルミニウム、硫酸第一鉄、必要に応じてその他の材料を混合することによって製造することができる。不溶化剤を構成する各成分の混合順序は、特に限定されない。不溶化剤は、所定量の軽焼酸化マグネシウムに、硫酸アルミニウムおよび硫酸第一鉄から構成される硫酸塩化合物の混合物を投入して撹拌することが好ましい。硫酸第一鉄は粒子同士が固結しやすいため，目開き１ｍｍの振動篩を通した後に投入することが好ましい。

（不溶化処理方法）
本発明は、前記不溶化剤を、土壌１ｍ^３に対して、３０〜２００ｋｇ／ｍ^３添加し、混合して、土壌に含まれる鉛、砒素、フッ素を不溶化処理する不溶化処理方法である。
土壌に対する不溶化剤の添加量は、処理対象の汚染土壌の種類や汚染度合によって選定されるもので、特に限定されるものではない。本発明の不溶化剤は、土壌１ｍ^３に対して３０〜２００ｋｇ／ｍ^３添加すれば十分な不溶化効果を得ることができる。本発明の不溶化剤の添加量は、土壌１ｍ^３に対して、好ましくは３０〜１５０ｋｇ／ｍ^３、より好ましくは３０〜１００ｋｇ／ｍ^３、特に好ましくは３０〜７５ｋｇ／ｍ^３である。本発明の不溶化剤の土壌１ｍ^３に対する添加量が、３０ｋｇ／ｍ^３未満であると、不溶化剤と土との混合が不十分になる可能性があるため好ましくない。一方、本発明の不溶化剤の土壌１ｍ^３に対する添加量が、２００ｋｇ／ｍ^３を超えると処理コストが高くなりすぎるため経済的に好ましくない。
なお、不溶化剤の添加量は、事前の室内配合試験の結果および／又は現地混合機を使用した配合試験の結果によって決定するのが好ましい。

また、汚染土壌への不溶化剤の添加は、粉体の状態又はスラリーの状態のいずれ状態で添加しても良い。不溶化剤と汚染土壌との混合は、バックホウ、ミキシングバケット装着バックホウ、スタビライザー、自走式土質改良機、定置式ミキサー、トレンチャー型撹拌混合機、深層混合処理機、パワーブレンダー、プラント混合等による通常用いられる装置を用いて混合することができる。

以下に、本発明について実施例を挙げて詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。

[模擬汚染土壌の作製]
本例では２種類の原土を使用した（原土Ａ、原土Ｂ）。表１は、原土の性状を示す。原土Ａは鉛の模擬汚染土と砒素の模擬汚染土として使用した。原土Ｂはフッ素の模擬汚染土として使用した。それぞれの原土を４０℃で加熱処理することにより含水比を自然含水比の半分程度に調整し、試料土とした。次いで、この蒸発水量に相当する水分に所定の試薬を溶解して水溶液を調製し、試料土に添加した後、ソイルミキサーで低速で２．５分間練り混ぜ、容器やパドルに付着した土を掻き落とし、さらに低速で２．５分間練り混ぜた。その後、練り混ぜた試料土をポリエチレン袋で密封した状態で７日間養生し、各種模擬汚染土壌を作製した。なお、砒素模擬汚染土は砒酸水素二ナトリウム七水和物（Ｎａ_２ＨＡｓＯ_４・７Ｈ_２Ｏ，和光純薬工業社製）を所定量添加し、調製した。フッ素模擬汚染土はフッ化カリウム（ＫＦ・２Ｈ_２Ｏ，和光純薬工業社製）を所定量添加し、調製した。鉛模擬汚染土壌は硝酸鉛（Ｐｂ（ＮＯ）_３，和光純薬工業社製）を所定量添加し、調製した。環境庁告示４６号法（平成３年８月２３日）に準拠して検液を作製した。その検液の重金属濃度をＪＩＳ Ｋ ０１０２「工場排水試験方法」に準拠して測定した。表２は、各模擬汚染土壌からの鉛、砒素、フッ素の溶出量を示す。

以下に、不溶化剤に使用した材料を記載する。
軽焼酸化マグネシウム：宇部マテリアルズ社製（商品名：酸化マグネシウム、ＵＣ９５Ｓ）
硫酸アルミニウム：大明化学工業社製（商品名：硫酸アルミニウム１４水和物、粉末状）
硫酸第一鉄：テイカ社製（商品名：硫酸第一鉄（７Ａ）７水和物、粉末状）

軽焼酸化マグネシウムについて、以下の測定を行った。
[軽焼酸化マグネシウムの化学組成]
軽焼酸化マグネシウムの化学組成は、ＪＩＳ Ｍ ８８５３：１９９８「セラミックス用アルミノけい酸塩質原料の化学分析方法」に準拠して測定した。表３は、不溶化試験に使用した軽焼酸化マグネシウムの化学組成を示す。表３中、数値の単位は、含有率（％）である。

[軽焼酸化マグネシウムのブレーン比表面積]
不溶化試験に使用した軽焼酸化マグネシウムのブレーン比表面積は、ＪＩＳ Ｒ ５２０１：１９９７「セメントの物理試験方法」に準拠して、ブレーン空気透過装置を用いて測定した。
[軽焼酸化マグネシウムのＢＥＴ比表面積]
不溶化試験に使用した軽焼酸化マグネシウムのＢＥＴ比表面積は、高精度ガス吸着装置（日本ベル社製、ＢＥＬＳＯＲＰ−ｍｉｎｉ）を用いて、定容量型ガス吸着法にて測定した。
[軽焼酸化マグネシウムの密度]
不溶化試験に使用した軽焼酸化マグネシウムの密度は、ＪＩＳ Ｒ ５２０１：１９９７「セメントの物理試験方法」に準拠して、ルシャテリエフラスコを用いて測定した。表４は、軽焼酸化マグネシウムの物理的性質（密度、ブレーン比表面積、ＢＥＴ比表面積）を示す。

[不溶化剤の製造]
表５に示す配合で、軽焼酸化マグネシウム、硫酸アルミニウム（Ａ）、硫酸第一鉄（Ｆ）を混合し、不溶化剤を製造した。不溶化剤の製造方法は、特に限定されないが、軽焼酸化マグネシウム、硫酸アルミニウム（Ａ）、硫酸第一鉄（Ｆ）の順序で混合して製造した。表５中、硫酸アルミニウム１４水和物、硫酸第一鉄７水和物は、無水換算で質量％を表記した。

表５に記載の各種不溶化剤（ｃ、ｇ、ｈ）を用いたペーストからなるペースト水和物について、以下のように粉末Ｘ線回折法により、波長１．５４０５Åにおける粉末Ｘ線回折スペクトルを測定した。

[粉末Ｘ線回折法]
各種不溶化剤（ｃ、ｇ、ｈ）と蒸留水とを水粉体比１０％で１時間撹拌することによりペーストを調製し、メンブランフィルター（０．４５μｍ）で濾過した後、７日間、密封して養生したペースト水和物をアセトンで水和を停止した試料（７５μｍアンダー）を粉末Ｘ線回折法で解析した。測定は、粉末Ｘ線回折装置ＲＩＮＴ−２５００（リガク社製）を用い、管電圧３５ｋＶ、管電流１１０ｍＡ、測定範囲２θ＝５〜７０°、ステップ幅０．０２°、発散スリット：１°、散乱スリット：１．２６ｍｍおよび受光スリット：０．３ｍｍ、波長１．５４０５Åの条件で行った。表６は、粉末Ｘ線回折法で測定したハイドロタルサイト様化合物（００３）面に相当する２θの値（°）を示す。図１は、実施例１の不溶化剤ｃ、比較例４の不溶化剤ｇ、比較例５の不溶化剤ｈを用いたペーストの７日間密封養生したペースト水和物の粉末Ｘ線回折パターン（図中の●はハイドロタルサイト様化合物のピーク、○は水酸化マグネシウムのピーク）である。

〔粉末Ｘ線回折法の結果の考察〕
図１に示すように、不溶化剤ｃ、ｇ、ｈを用いたペースト水和物から低結晶性のハイドロタルサイト様化合物の回折線が検出された。不溶化剤ｃを用いて調製したペースト水和物は、ハイドロタルサイト様化合物（００３）面の回折線位置（９．６４°）であり、不溶化剤ｇ（８．７２°）と不溶化剤ｈ（８．３０°）に比べて高角側に現れていた。土壌中に含まれる鉛、砒素、フッ素等に対する不溶化機構に関する詳細は不明であるが、ハイドロタルサイト様化合物（００３）面の回折線位置が高角側に現れることが不溶化効果に好影響を及ぼしたものと推察された。

[不溶化試験]
上記のように調製した各種模擬汚染土壌に各種不溶化剤を添加し、ソイルミキサーにて低速で２．５分間練り混ぜた後、容器やパドルに付着した土を掻き落とし、さらに低速で２．５分間練り混ぜた。このときの不溶化剤の添加量は、模擬汚染土壌１ｍ^３に対して、５０ｋｇ／ｍ^３とした。このようにして得られた処理土は、直径φ５×高さ１０ｃｍのモールドに３層に分けて充填し円柱供試体を作製し、２０℃で材齢７日、２８日まで密封養生した。環境庁告示４６号法（平成３年８月２３日）に準拠して検液を作製した。その検液の重金属濃度をＪＩＳ Ｋ ０１０２「工場排水試験方法」に準拠して測定した。なお、砒素の定量下限値は０．００２ｍｇ／Ｌ、フッ素の定量下限値は０．０２ｍｇ／Ｌ、鉛の定量下限値は０．００１ｍｇ／Ｌであった。表７は、材齢７日（養生７日）の不溶化試験結果を示す。表８は、材齢２８日（養生２８日）の不溶化試験の結果を示す。

[コーン指数]
上記のように調製した、各種模擬汚染土壌に各種不溶化剤を添加し、ソイルミキサーにて低速で２．５分間練り混ぜた後、容器やパドルに付着した土を掻き落とし、さらに低速で２．５分間練り混ぜた。このときの不溶化剤の添加量は、模擬汚染土壌１ｍ^３に対して、５０ｋｇ／ｍ^３とした。このようにして得られた処理土は、直径φ５×高さ１０ｃｍのモールドに３層に分けて充填し円柱供試体を作製し、２０℃で材齢７日、２８日まで密封養生した後、ＪＩＳ Ａ １２１６「土の一軸圧縮試験」に準拠して一軸圧縮強さを測定した。コーン指数は、「セメント系固化材による地盤改良マニュアル 第４版（２０１２）」に記載されているコーン指数と一軸圧縮試験強さとの関係線から換算することにより求めた。表７は、材齢７日（養生７日）のコーン指数を示す。表８は、材齢２８日（養生２８日）のコーン指数を示す。

[ｐＨ試験]
上記のように調製した各種模擬汚染土壌に各種不溶化剤を添加し、ソイルミキサーにて低速で２．５分間練り混ぜた後、容器やパドルに付着した土を掻き落とし、さらに低速で２．５分間練り混ぜた。このときの不溶化剤の添加量は、模擬汚染土壌１ｍ^３に対して、５０ｋｇ／ｍ^３とした。このようにして得られた処理土は、直径φ５×高さ１０ｃｍのモールドに３層に分けて充填し円柱供試体を作製し、２０℃で材齢７日、２８日まで密封養生した。環境庁告示４６号法に準拠して検液を作製した。その検液のＪＩＳ Ｚ８８０２に準拠してｐＨを測定した。表７は、材齢７日（養生７日）の処理土のｐＨを示す。表８は、材齢２８日（養生２８日）の処理土のｐＨを示す。

〔不溶化試験の結果の考察〕
評価基準としては、鉛、砒素およびフッ素の溶出量はそれぞれの土壌溶出量基準以下（鉛：０．０１ｍｇ／Ｌ以下、砒素：０．０１ｍｇ／Ｌ以下、フッ素：０．８ｍｇ／Ｌ以下）を合格とした。固化性能はコーン指数で４００ｋＮ／ｍ^２以上（第３種改良土）を合格とした。処理土（地下水）のｐＨは中性領域となる５．８〜８．６を合格とした。なお、鉛の溶出量が土壌溶出量基準値を超過した比較例１と比較例２ではフッ素溶出量測定と一軸圧縮強さ（コーン指数への換算）は実施しなかった。また、比較例５では一軸圧縮強さが測定できなかったため、固化性能が不合格となり、フッ素の溶出量は測定しなかった。

表７および表８に示すように、軽焼酸化マグネシウム４５〜６０質量％と、残部に硫酸アルミニウム（Ａ）と硫酸第一鉄（Ｆ）から構成される硫酸塩化合物を含み、前記硫酸塩化合物中の硫酸第一鉄に対する硫酸アルミニウムの無水物換算の質量比率（Ａ／Ｆ）が３．０〜６．５である不溶化剤（ｃ、ｄ、ｅ）は、鉛、砒素およびフッ素の溶出量は土壌溶出量基準以下であった。また、これらの不溶化剤で処理した処理土のコーン指数は、４００ｋＮ／ｍ^２以上（第３種改良土）の十分な強度であり、処理土のｐＨは中性領域となる５．８〜８．６を満足した。

硫酸第一鉄を含まない不溶化剤（ａ、ｂ）で処理した処理土は、ｐＨが中性になるものの、鉛が不溶化されず、鉛の溶出量が土壌溶出基準値を超えていた（比較例１〜２）。比較例１〜２は、硫酸第一鉄を含んでいない不溶化剤であり、比較例１〜２は、鉛の不溶化効果が認められず、両性金属である鉛は中性領域では不溶化が難しくなることが示唆された。比較例１〜２において、鉛の不溶化効果が認められなかったのは硫酸第一鉄が添加されていないためであると考えられる。その他に、比較例１〜２では硫酸第一鉄が添加されていないにもかかわらず、砒素は土壌溶出量基準値以下になっており、砒素イオンは砒酸鉄以外の形態で不溶化されているものと推察される。硫酸第一鉄が添加されていない不溶化剤であっても、砒素を不溶化処理することができるため、砒素は、先行技術文献の特許文献５に開示されている難溶解性の砒酸鉄が生成されて不溶化されているものではないと推察される。

不溶化剤ｆ、ｇ、ｈで処理した処理土は、フッ素の溶出量が土壌溶出量基準を超えていた（比較例３〜５）。不溶化剤ｆは、軽焼酸化マグネシウムが４５質量％未満であるため、フッ素の溶出抑制効果が低下した（比較例３）。不溶化剤ｇは、軽焼酸化マグネシウムが４５質量％未満であり、硫酸第一鉄（Ｆ）に対する硫酸アルミニウム（Ａ）の無水物換算の質量比率（Ａ／Ｆ）が３．０未満となり、フッ素の溶出抑制効果が低下した（比較例４）。また、不溶化剤ｈは、硫酸第一鉄を多量に使用したことにより円柱供試体脱型時に供試体が自立できないほど固化性能が大きく低下し、一軸圧縮強さの測定ならびにコーン指数への換算が不可能であった（比較例５）。図１に示すように、不溶化剤ｈ（比較例５）は、軽焼酸化マグネシウムの水和生成物となる水酸化マグネシウムの回折線が検出されなかった。これは、硫酸第一鉄の過剰添加により鉄系水和物が生成することにより酸化マグネシウムの水和が阻害されたためと推察された。

以上のように、軽焼酸化マグネシウム４５〜６０質量％と、残部に硫酸アルミニウム（Ａ）と硫酸第一鉄（Ｆ）から構成される硫酸塩化合物を含み、前記硫酸塩化合物中の硫酸第一鉄に対する硫酸アルミニウムの無水物換算の質量比率（Ａ／Ｆ）が３．０〜６．５である不溶化は、鉛、砒素およびフッ素の溶出量は土壌溶出量基準以下であった。また、コーン指数は４００ｋＮ／ｍ^２以上（第３種改良土）の十分な強度であり、処理土のｐＨは中性領域となる５．８〜８．６を満足した。

本発明の不溶化処理剤およびこれを用いた不溶化処理方法は、道路・トンネル・河川工事等で発生しやすい鉛、砒素、フッ素の汚染土壌等を全て不溶化することができ、不溶化処理土は改良土として工事現場等で有効に利用することができ、不溶化処理土の周辺環境（地下水）のｐＨを中性（５．８〜８．６）に維持するため、最終処分場を延命化することができ、環境負荷を低減することができるため、産業上有用である。

Claims (4)

1. 軽焼酸化マグネシウム４５〜６０質量％と、残部に硫酸アルミニウム（Ａ）と硫酸第一鉄（Ｆ）から構成される硫酸塩化合物を含み、前記硫酸塩化合物中の硫酸第一鉄に対する硫酸アルミニウムの無水物換算の質量比率（Ａ／Ｆ）が３．０〜６．５であり、土壌に含まれる鉛、砒素、フッ素を不溶化処理することを特徴とする不溶化剤。
2. 前記不溶化剤と水とを水粉体比１０％でペーストを調製し、７日間密封養生したペースト水和物が、波長１．５４０５Åにおける粉末Ｘ線回折スペクトルが２θ＝９．６±０．５°にピークを有するハイドロタルサイト様化合物を生成する、請求項１記載の不溶化剤。
3. 軽焼酸化マグネシウムが、ＭｇＯ含有率が８０質量％以上、ＣａＯ含有率が１質量％以下であり、かつＢＥＴ比表面積が５〜３５ｍ^２／ｇである、請求項１又は２記載の不溶化剤。
4. 請求項１〜３のいずれか１項記載の不溶化剤を、土壌１ｍ^３に対して、３０〜２００ｋｇ／ｍ^３添加し、混合して、土壌に含まれる鉛、砒素、フッ素を不溶化処理する不溶化処理方法。

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