アルカリ性掘削岩からのヒ素の溶出を鉄鋼スラグのカルシウムが抑制します

Suppression of arsenic release from alkaline excavated rock by calcium dissolved from steel slag.

• Sayuko Hada
• Shuji Moriguchi
• Yuuzo Akashi
• Masahiko Katoh

抄録

都市部の沿岸部や山間部では、インフラ整備のために地下空間を確保するためにアルカリ性の岩石が大量に掘削されているが、このような掘削された岩石からヒ素が放出されることが多い。本研究では、製鋼スラグを用いた掘削岩からのヒ素の溶出を、透析試験とバッチ浸出試験を用いて検討し、ヒ素がどこに固定化されているか、製鋼スラグ中のどの成分が掘削岩からのヒ素の溶出を抑制しているかを明らかにしました。透析試験の結果、10wt%の製鋼スラグを添加することで66%以上の砒素の溶出を抑制できることがわかった。また、製鋼スラグ中の総ヒ素量は、試験前と比較して増加しなかった。透析試験中に放出されたヒ素は、製鋼スラグを含む掘削岩石中のヒ素画分の量が多いことから、主にヒ素画分１（非特定結合）に由来するものであることが逐次抽出分析により明らかになった。さらに、鋼スラグ抽出物は、掘削岩からのヒ素の放出を抑制し、水溶液中のヒ素を除去することができた。さらに、pH依存性試験の結果、鋼スラグ抽出物が固定化したヒ素はアルカリ性のpH条件下でも安定であることが明らかになった。また、アルカリ性pHの掘削岩の種類にかかわらず、鋼スラグからのカルシウム放出量が増加するにつれて砒素の放出量が減少し、特にカルシウム放出量が500mgkgを超えると砒素の放出量が増加することが明らかになった。これらの結果から、砒素の固定化は鉄鋼スラグ表面ではなく掘削岩盤上で発生している可能性があり、鉄鋼スラグから溶出したカルシウムが掘削岩盤表面からの砒素放出挙動を制御していることが示唆された。本研究の結果は、アルカリ性pHの堆積変成岩の再利用を可能にし、砒素の溶出を抑制するために製鋼スラグを利用できる可能性を示唆している。

Massive quantities of alkaline rocks are excavated from urban coastal and mountain areas to make underground spaces available for infrastructure projects; however, such excavated rock often releases arsenic. In the present study, arsenic release from the excavated rocks with steel slag was investigated using dialysis and batch leaching tests to understand where arsenic is immobilized and which components in the steel slag suppress arsenic release from the excavated rock. Dialysis test indicated that the addition of steel slag at 10 wt% could suppress arsenic release at a level greater than 66%. The total arsenic content in the steel slag did not increase as compared with that before the test. Sequential extraction analysis indicated that the arsenic released during the dialysis test is mainly derived from arsenic fraction 1 (nonspecifically bound) due to the higher amount of this arsenic fraction in the excavated rock with the steel slag. Moreover, the steel slag extract could suppress arsenic release from the excavated rock and remove the arsenic from aqueous solution. The pH dependence test further indicated that the arsenic immobilized by the steel slag extract was stable under alkaline pH conditions. The levels of arsenic release decreased with increasing calcium release from the steel slag regardless of the type of excavated rock with an alkaline pH and were particularly seen at calcium released > 500 mg kg. These results indicate that the arsenic immobilization could be occurred not on the surface of steel slag, but on the excavated rock, and the calcium dissolved from the steel slag regulates the behavior of arsenic release from the surface of excavated rock. The findings of the present study suggest that the steel slag could be utilized to enable the reuse of excavated sedimentary and metamorphic rock of alkaline pH for the control of arsenic release.