2019 Fiscal Year Annual Research Report
アルカリ長石による焼却飛灰中重金属の溶出抑制と最終安定化物化の実現
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19H04298
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| Research Institution | Hokkaido University |
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Principal Investigator |
東條 安匡 北海道大学, 工学研究院, 准教授 (70250470)
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2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 焼却飛灰 / 重金属 / 難溶性態化 / アルミノ珪酸塩 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、アルミノ珪酸塩（アルカリ長石）がその骨格内への陽イオン交換反応から外部の他の陽イオン元素を捕捉する先行研究に基づき、焼却飛灰中の重金属類をアルミノ珪酸塩によって捕捉し、難溶性態化することを試みるものである。具体的な実施予定事項は、①アルカリ長石による飛灰中重金属類の捕捉・難溶性態化の確認、②捕捉された重金属の化学形態の特定と捕捉機構の解明、そして最終的には、③本手法により飛灰中の重金属溶出抑制（最終安定化物化）を実現する実プロセスを提案である。
2019年度は①を実施した。焼却飛灰に含まれる重金属のうち、Pb、Cd、Znを選択し、それぞれの塩化物、酸化物の試薬を用いた。これらの金属試薬に二種類のアルミノ珪酸塩（非晶質化インド長石とゾル試薬）をそれぞれ金属試薬の7倍量添加し、マッフル炉で700℃、3時間加熱した。加熱後には、水洗により易溶性画分を分離し、水洗後の残渣に対して王水分解、フッ酸分解を行うことで難溶性画分を抽出した。水溶性画分、難溶性画分の定量については、備品として購入したグラファイト原子吸光光度計を用いて行った。揮発画分については、添加量に対する易溶性画分、難溶性画分の収支から決定した。その結果、いずれの金属も酸化物（PbO, CdO, ZnO）では、加熱前、加熱後いずれも難溶性であり、例え飛灰中に存在していてもそれぞれの金属の溶出に与える影響は小さい。一方、それぞれの塩化物（PbCl2, CdCl2, ZnCl2）とアルミノ珪酸塩の混合加熱では、いずれも易溶性であるが、加熱後には難溶性態の増大が確認され、アルミノ珪酸塩での捕捉が認められた。特にゾルを用いた場合に、捕捉・難溶性化の割合が向上した。加熱温度は900℃での検討もおこなったが、900℃では揮発量が増大する傾向にあった。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本研究で設定している３つの検討項目［①アルカリ長石による飛灰中重金属類の捕捉・難溶性態化の確認、②捕捉された重金属の化学形態の特定と捕捉機構の解明、③本手法による飛灰中の重金属溶出抑制（最終安定化物化）を実現する実プロセスを提案］のうち、それぞれを3年間の各年度で実施する計画となっている。2019年度は①の重金属の捕捉確認を実施しているが、上記したとおり、易溶性の塩の形態であっても、アルミノ珪酸塩との混合加熱により、難溶性態として捕捉されることが確認できており、予定通りの進展であると考えている。対象とする金属元素の種類を予定よりも少なくしたのは、飛灰中で重要な金属元素に絞ったためである。また、より高い捕捉効率を得るための前処理や加熱条件（接触形態、ガス雰囲気等）の検討は十分な検討ができていない。2020年度は②の化学形態の特定に焦点を当てる予定であるが、捕捉効率を上げるための検討も並行して行う予定である。
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| Strategy for Future Research Activity |
選択した３つの金属元素については、易溶性から難溶性への変化が確認されたことから、捕捉形態の確認を行う。具体的には、加熱後残渣の水洗試料から薄片試料を作成し、電子顕微鏡観察ならびにEDS分析を行い、元素マッピングから存在状態を把握する。次に、水洗後の試料についてFT-IR、レーザーラマン分光、μXRD分析を行い、既存のデータベースとの照合から各重金属の化学形態、結合形態を明らかにする。また、溶出特性を多角的に把握するために溶出試験（pH依存試験、シリアルバッチ試験、逐次抽出試験）を行う。更に、熱力学平衡計算ソフト（FactSage）を用いて、アルカリ長石による重金属の捕捉機構に関する科学的証明を行う。
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Research Products
(2 results)
