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JP2000301107A - 石炭灰の微量重金属成分の溶出抑制方法および石炭灰を用いた土工材 - Google Patents

石炭灰の微量重金属成分の溶出抑制方法および石炭灰を用いた土工材

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Publication number
JP2000301107A
JP2000301107A JP14217499A JP14217499A JP2000301107A JP 2000301107 A JP2000301107 A JP 2000301107A JP 14217499 A JP14217499 A JP 14217499A JP 14217499 A JP14217499 A JP 14217499A JP 2000301107 A JP2000301107 A JP 2000301107A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
coal ash
blast furnace
elution
cement
furnace cement
Prior art date
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Pending
Application number
JP14217499A
Other languages
English (en)
Inventor
Kazuo Ozasa
和夫 小笹
Tetsuo Owada
哲夫 大和田
Nobumichi Hosoda
信道 細田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
CENTER FOR COAL UTILIZATION JAPAN
Original Assignee
CENTER FOR COAL UTILIZATION JAPAN
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by CENTER FOR COAL UTILIZATION JAPAN filed Critical CENTER FOR COAL UTILIZATION JAPAN
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Publication of JP2000301107A publication Critical patent/JP2000301107A/ja
Pending legal-status Critical Current

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    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02WCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
    • Y02W30/00Technologies for solid waste management
    • Y02W30/50Reuse, recycling or recovery technologies
    • Y02W30/91Use of waste materials as fillers for mortars or concrete

Landscapes

  • Processing Of Solid Wastes (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、石炭灰中の微量化学成分の溶出を
抑え、その溶出量を土壌環境基準以下に抑制するのに有
効な添加材を見出し、石炭灰の処理方法、土工材とその
製造方法を提供する。 【課題を解決する手段】 従来使用していた普通ポルト
ランドセメントに代えて、高炉系セメント(とくに高炉
セメントB種)及び/又は高炉スラグを石炭灰に添加す
ると、石炭灰中の微量化学成分の溶出を抑え、その溶出
量を土壌環境基準以下に抑制することを見出した。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、石炭を燃焼させた
後に残る石炭灰の処理方法に関する。毎年日本で消費さ
れる石炭は、現状で約1億2500万トンで、その98
%以上は輸入された石炭であり、主にオーストラリヤ、
アメリカ合衆国、インドネシア、中国、南アフリカ等か
ら輸入され、その銘柄は100種類以上に及んでいる。
その結果、多種多様な石炭を混合して燃焼させることか
ら、日本で生産される石炭灰は、事業所により、また焚
く時期により、異なった性状を示すことになる。さらに
詳しくは、本発明は、排出されつづける膨大な量の石炭
灰を、土工材として再利用する方法に関する。現在日本
で使われている代表的な石炭を燃焼させた時得られる6
種類の石炭灰の微量化学成分含有量を表1に示す。
【0002】
【表1】 No.1は銘柄名 大同炭(中国)、No.2は銘柄名
ウエストレイク炭(豪州)、No.3は銘柄名モーラ炭
(豪州)、No.4は銘柄名ウイットバンク炭(南アフ
リカ)、No.5は銘柄名ワンボ炭(豪州)No.6は
銘柄名プリマ炭(インドネシア)の各石炭を、石炭火力
発電所の炉で燃焼させた時に発生した石炭灰である。含
有量分析は、有機燐はガスクロマトグラフィ法、セレン
はICP法、その他は昭和63環水管127号により、
溶出量分析は環境庁告示46号(平成3年8月23日)
「土壌汚染に係わる環境基準について」に定められた方
法によっている。以下すべて本明細書における分析はこ
れらの方法によっている。また、微量化学成分はアルキ
ル水銀、カドミウム、鉛、有機燐、クロム、砒素、シア
ン、PCB、セレンの各成分について分析を行った。こ
の表1からも明らかなように、石炭灰の中には鉛、クロ
ム、砒素、セレンは全ての石炭灰に含有されており、カ
ドミウムは一部の石炭灰に含有されている。その他のア
ルキル水銀、カドミウム、有機燐、シアン、PCBは含
有されていない。石炭灰を土工材として用いた場合、こ
れらの成分が環境中に溶け出す問題がある。6種類の石
炭灰について、溶出試験を行ったところ表2に示す結果
が得られた。
【0003】
【表2】 溶出については、六価クロム、砒素、セレンはほとんど
の灰から溶出し、土壌環境基準を越えるものもみられ
る。 鉛は一部の石炭灰で溶出がみられる。カドミウム
は測定下限値以下であることがわかる。
【0004】
【従来の技術】従来、石炭灰に普通ポルトランドセメン
トを添加することにより、その固化作用によって微量化
学成分の溶出を抑制しようとすることが試みられた。
しかし普通ポルトランドセメントによる微量化学成分の
溶出量抑制効果は、一部の微量化学成分には認められる
が、却って溶出量の増加する成分も認められた。石炭灰
のNo.1灰とNo.2灰に普通ポルトランドセメント
を質量比で0,2,6%で添加し、締固め法、スラリー
法で成型した硬化体を供試体として試験に用いた。その
結果をo.1灰を用いた結果を表3及びNo.2灰を用
いた結果を表4に示す。
【0005】
【表3】
【0006】
【表4】 ここで、「締固め」とは、JIS A 1210に規定
された手順に従って製作し硬化させる方法であり、通常
方法締固め法と呼ばれているものである。「スラリー」
とは、締固めに比して加水量が多く、フロー値240を
示すまで水を加えて調整し、ポンプ等でチューブ中を圧
送できる特性を有し、通常スラリー法と呼ばれる手順で
作成し硬化させる方法であって、通常どちらかの方法が
施行時に使われる。この溶出試験結果から、普通ポルト
ランドセメントを添加することにより、砒素、セレンの
溶出量には減少の傾向が見られたが、土壌環境基準以下
には抑制することができなかった。 更に六価クロムに
ついては増加傾向にあり、多くは土壌環境基準を越え
た。アルキル水銀、カドミウム、鉛、有機燐、シアン、
PCBの溶出量は測定下限値以下で土壌環境基準を満足
している。しかし普通ポルトランドセメントを添加材と
して用いたものでは、土工材としての石炭灰の利用は満
足できるものではなかった。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】前述の通り、大量に出
来る石炭灰を有効利用する上で、土工材としての利用拡
大は期待の大きいところである。一般的に土工材として
使用する場合、前述のように締固め施工又はスラリー施
工で使用するが、施工後の強度、透水性及び微量化学成
分の溶出等の挙動は使用上の重要なポイントとなる。と
くに環境上、土工材として利用する場合には、微量化学
成分の溶出量が土壌環境基準を満足することが必要であ
る。本発明は、石炭灰中の微量化学成分の溶出を抑え、
その溶出量を土壌環境基準以下に抑制するのに有効な添
加材を見出し、石炭灰の処理方法、土工材とその製造方
法を完成させるに至った。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明では、従来使用し
ていた普通ポルトランドセメントに代えて、高炉系セメ
ント及び/又は高炉スラグを用いると、石炭灰中の微量
化学成分の溶出を抑え、その溶出量を土壌環境基準以下
に抑制するのに有効な添加材となることを見出した。高
炉系セメントの典型的な例として高炉セメントB種(J
IS R 5211)があり、高炉セメントB種、高炉
スラグ及び参考例として普通ポルトランドセメントの主
な微量化学成分含有量を表5に示し、その微量化学成分
の溶出テストの結果を表6に示す。
【0009】
【表5】
【0010】
【表6】
【0011】
【発明の実施の形態】本発明の実施は、種々の形態を持
つが、石炭が多様な形態で焚かれているが、どのような
石炭灰であれ、高炉系セメント、高炉スラグなら、実施
例の高炉セメントB種以外のものでも、また高炉スラグ
も実施例で用いたJIS A 6206以外のものでも
同様の効果を奏することが確認されており、実施例にこ
そ示さなかったが、場合により高炉スラグのみで締固め
が行える状況であれば、セメントなしで高炉スラグのみ
でも有効であることも確認されている。高炉系セメント
は、普通ポルトランドセメントに高炉スラグを混合する
ことにより製造されるが、高炉スラグの混合率によりA
種、B種、C種の3種類がある。普通ポルトランドセメ
ントに対して、質量%で高炉スラグを5%を超え30%
以下混合したものがA種と呼ばれ、同30%を超え60
%以下混合したものがB種と呼ばれ、同60〜70%以
下混合したものがC種と呼ばれている。本発明の実施例
で用いられた高炉セメントは高炉スラグをポルトランド
セメントに対し40〜45質量%混合したものであっ
た。また、実施例においては、高炉セメントB種を質量
で石炭灰の2%〜6%加えることが示され、高炉スラグ
を質量で石炭灰の6%〜12%加えることが示されてい
るが、高炉系セメント、高炉スラグの使用量については
種々変えることができるが経済性を考慮すれば、代表的
な高炉セメントB種では、質量で石炭灰の約2%〜10
%程度加えることが望ましく、高炉スラグは質量で石炭
灰の約5%〜15%程度加えることが望ましい。また、
六価クロム、砒素、セレン、鉛、カドミウム等の重金属
類の溶出について、高炉系セメントを添加材として用い
ることで充分な効果を奏するが、場合によっては高炉ス
ラグを併用することも有効であることが確認されてい
る。土壌環境基準値にあわせて、石炭灰と高炉系セメン
ト及び又は高炉スラグの組み合わせが考えられる。まと
めると、本発明の代表的な実施の形態は以下の通りであ
る。
【0012】(1) 石炭灰に高炉系セメントを配合し
て、石炭灰を硬化させることにより、石炭灰からの微量
化学成分の溶出を抑制する方法。 (2) 石炭灰に高炉スラグを配合することにより、石
炭灰からの微量化学成分の溶出を抑制する方法。 (3) 石炭灰に高炉系セメント及び高炉スラグを配合
して、石炭灰を硬化させることにより、石炭灰からの微
量化学成分の溶出を抑制する方法。 (4) 高炉系セメントを質量で石炭灰の約2%以上〜
10%程度加える上記1または上記3に記載された方
法。 (5) 高炉スラグを質量で石炭灰の約5%以上〜15
%程度加える上記2から上記4のいずれか一つに記載さ
れた方法。 (6) 高炉系セメントが高炉セメントB種である上記
1、上記3、上記4及び上記5のいずれか一つに記載さ
れた方法。 (7) 石炭灰と高炉系セメントからなる組成物を硬化
させた土工材。 (8) 石炭灰と高炉系セメントと高炉スラグからなる
組成物を硬化させた土工材。 (9) 高炉系セメントを質量で石炭灰の約2%以上〜
10%程度加える上記7または上記8に記載された土工
材。 (10) 高炉スラグを質量で石炭灰の約5%以上〜1
5%程度加える上記7から上記9に記載された土工材。 (11) 高炉系セメントが高炉セメントB種である上
記7または上記10のいずれか一つに記載された土工
材。 (12) 組成物の硬化が、締固め法またはスラリー法
で行われた上記7ないし上記11のいずれかひとつに記
載された土工材。
【0013】
【実施例】石炭灰No.3灰と石炭灰No.4灰に、高
炉スラグ混合率40〜45%の高炉セメントB種(JI
S R 5211)を質量で0,2,6%で添加し、締
固め法(JIS A 1210)とスラリー法(フロー
値240を示す加水量で調整)によって供試体を作成
し、密閉状態で20℃の定温で気中養生した。この硬化
した供試体の溶出試験を材齢3,7,28,91日で行
った。石炭灰No.3灰と添加材として高炉セメントB
種(JIS R 5211)を用いた場合の微量化学成
分の溶出試験結果を、それぞれ締固め法とスラリー法で
成型した硬化体について表−7に示し、石炭灰No.4
灰と添加材として前記高炉セメントB種(JIS R
5211)を用いた場合の微量化学成分の溶出試験結果
を、それぞれ締固め法とスラリー法で成型した硬化体に
ついて表−8に示す。材齢とは、硬化してからの日数を
表すものである。
【0014】
【表7】
【0015】
【表8】
【0016】この試験結果から、砒素、セレン、六価ク
ロムについては石炭灰原料と比較し大幅に溶出量の抑制
効果が認められた。しかし、砒素、セレンは土壌環境基
準以下あるいは上回っても若干の数値であったが、六価
クロムの含有量が多いNo.3灰についても、締固め工
法では土壌環境基準を上回る数値であるが、スラリー硬
化体では土壌環境基準を下回る数値であった。アルキル
水銀、カドミウム、鉛、有機燐、シアン、PCB等の溶
出量は普通ポルトランドセメントと同様測定下限値以下
で、土壌環境基準を満足している。高炉セメントB種に
ついて石炭灰中の環境に悪影響を及ぼす重金属類の溶出
抑制効果を確認したが、場合により溶出抑制効果を高め
るために、更に高炉スラグ微粉末(JIS A 620
6)を添加材として用いることが有効であることが分か
った。石炭灰No.5灰と石炭灰No.6灰に、前記高
炉セメントB種及び高炉スラグ微粉末(JIS A 6
206)を添加材として用いた場合について、質量で添
加材の添加量0%、高炉セメントB種6%、高炉スラグ
6%、同12%の場合について、微量化学成分の溶出試
験結果を、それぞれ締固め法とスラリー法で成型した硬
化体について表9及び表10にその結果を示す。
【0017】
【表9】
【0018】
【表10】 なお、供試体の作製方法、溶出試験方法は、前述と同じ
方法を用いた。この試験結果から、砒素、セレン、六価
クロムについては石炭灰原料と比較し、更に微量化学成
分の溶出量抑制が認められた。六価クロムは締固め工法
で一部土壌環境基準を越えたが、その他の場合は土壌環
境基準を満足した。砒素、セレンも土壌環境基準の数値
を大幅に下回る溶出量であった。この場合も溶出量の抑
制効果は、締固め工法よりスラリー工法が大きく、スラ
リー工法では土壌環境基準を全て満足した。アルキル水
銀、カドミウム、鉛、有機燐、シアン、PCB等の溶出
量は前二例同様測定下限値以下であり、土壌環境基準を
満足している。
【0019】
【発明の効果】本発明によれば、石炭灰に高炉系セメン
トを添加し、場合により場合により高炉スラグ微粉末を
添加して用いることで、石炭灰単体では土壌環境基準を
越える石炭灰も、その微量化学成分の溶出量を土壌環境
基準以下に抑制することができる。本発明は多種多様な
形で排出される大量の石炭灰を処理する方法であり、土
工材として多種多様な形で再利用することができる技術
を幅広く提供するものであり、更に土工材の施工方法と
しては、締固め工法よりスラリー工法の方が、環境に悪
影響を及ぼす微量化学成分の溶出抑制効果が大きいこと
が分かった。
フロントページの続き (72)発明者 細田 信道 千葉県柏市布施新田1−7−5 Fターム(参考) 4D004 AA36 AB03 BA02 CA45 CC03 CC13 4G012 PA26 PA29

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 石炭灰に高炉系セメントを配合して、石
    炭灰を硬化させることにより、石炭灰からの微量化学成
    分の溶出を抑制する方法。
  2. 【請求項2】 石炭灰に高炉スラグを配合することによ
    り、石炭灰からの微量化学成分の溶出を抑制する方法。
  3. 【請求項3】 石炭灰に高炉系セメント及び高炉スラグ
    を配合して、石炭灰を硬化させることにより、石炭灰か
    らの微量化学成分の溶出を抑制する方法。
  4. 【請求項4】 高炉系セメントが高炉セメントB種であ
    る請求項1または請求項3に記載された方法。
  5. 【請求項5】 石炭灰と高炉系セメントからなる組成物
    を硬化させた土工材。
  6. 【請求項6】 石炭灰と高炉系セメントと高炉スラグか
    らなる組成物を硬化させた土工材。
  7. 【請求項7】 高炉系セメントが高炉セメントB種であ
    る請求項5または請求項6に記載された土工材。
  8. 【請求項8】 組成物の硬化が、締固め法またはスラリ
    ー法で行われた請求項5ないし請求項7のいずれかひと
    つに記載された土工材。
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