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JPH0649970B2 - 耐汚染性を有する粘土混合物 - Google Patents
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JPH0649970B2 - 耐汚染性を有する粘土混合物 - Google Patents

耐汚染性を有する粘土混合物

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JPH0649970B2
JPH0649970B2 JP14501889A JP14501889A JPH0649970B2 JP H0649970 B2 JPH0649970 B2 JP H0649970B2 JP 14501889 A JP14501889 A JP 14501889A JP 14501889 A JP14501889 A JP 14501889A JP H0649970 B2 JPH0649970 B2 JP H0649970B2
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、陽イオン、特に産業廃棄物中に多くみられる
陽イオンを含む海水その他溶液の流れを封入または防止
するのに用いられる粘土混合物とこれから作られる製品
に関する。
有毒廃棄物の流入、漏れの防止の重要性はますます高ま
ってきている。安全な環境を保持していくには、液体産
業廃棄物や下水を適切に封入処理することが最も重要と
なる。工業プロセスが新しくなれば、こうしたプロセス
からの副産物処理が新しい問題をもたらす。
ベントナイトは流体バリア形成に特に適した粘土であ
る。ベントナイトがぬれると他の粘土に比べより厚い水
分の膜を吸収して膨張、すなわち水和する。ベントナイ
トに吸収された水分は高圧をかけられても保持される。
ベントナイトはその不透水性を維持したまま、乾燥体積
の10から15倍まで膨張しかつ乾燥重量のほぼ５倍の水分
を吸収することができる。
ベントナイトの非常に重要な特性は、非封入状態では膨
張するが、それ以上膨張しないように封入しても大きな
圧力を発生しない点にある。
膨潤性粘土が一般に土壌構造中に不透水層を形成するの
に適していることは多くの文献に述べられている。さら
にアーサー・Ｇ・クレムに対して発行された一連の特
許、即ち米国特許4,048,373号、4,103,499号、4,139,58
8号、4,467,015号では、海水環境中でベントナイト層が
その性能を発揮するには添加剤の併用が「絶対に必要」
であることは示唆している。不可欠とされる配合剤には
水溶性分散剤及び水溶性ポリマーが含まれる。分散剤の
一例として燐酸の塩が挙げられている。クレム特許はそ
の他の分散剤の例としてアルカリ土金属の塩を挙げてい
る。クレム特許で言及されるもう１つの基本元素の１つ
としてポリアクリル酸がある。混合物の「基本」成分と
してこれらが選ばれた背景となる理論については明確な
説明がない。
海水および下水侵出液や紙パルプスラッジなどの溶液が
ベントナイト層の膨潤性に悪影響を与えるのは、カルシ
ウムイオンなど二重電荷を持った陽性荷電イオンが存在
するためと考えられている。ベントナイトは水分の存在
下では多層結晶構造を形成し、純水の存在下では膨潤能
力が最大になることが知られている。ナトリウムベント
ナイトでは、ナトリウム分子は二重電荷を持つ陽イオン
による攻撃又は置換（イオン交換による）を受ける。そ
の結果ナトリウムベントナイト構造からナトリウムが除
去されると、ベントナイト層の不透水層としての性能低
下につながると考えられている。従って陽イオン性汚染
物質を種々濃度で含有している可能性のある海水その他
溶液の存在下では、ベントナイトはその性能を効果的に
発揮できない。
カルシウムイオンなどの有害陽イオンの数に対し、ナト
リウムイオンなどの単荷電イオンの割合を大幅に増大さ
せることにより、海水存在下でのベントナイトの膨潤性
を高めることができることが判明した。単荷電イオンの
数を有害な二重荷電イオンよりも大幅に多くすることに
より、二重荷電イオンが単荷電イオンに置換される危険
は少なくなると考えられる。単に分布からこの結果を得
ることができる場合もあり、あるいは同様の電荷を持つ
粒子の反撥によって高まる場合もありうる。ベントナイ
ト構造を「友好的」なナトリウムイオンで取囲むことに
より、この構造の完全性が守られる。海水に汚染効果を
付与する原因となっている有害な二重荷電陽イオンと同
一又は類似の陽イオンが紙パルプのスラッジ、種々産業
廃棄物、特に鉛、カドミウム、ニッケルその他金属の二
重荷電陽イオンを含むものの中に、存在すると考えられ
る。
上述のクレムの教示とは逆に、海水による有害な影響に
対抗する混合物を形成するのに水溶性ポリマーの存在が
不可欠ではないことが判明した。
本発明の被譲渡人に譲渡された米国特許第4,501,788号
（’788号特許）は本発明による混合物の特に有用な使
用形態を示している。’788号特許は膨潤性ベントナイ
トで被覆した支持体からなる柔軟なシートについて述べ
ている。支持体は布製の柔軟な多孔層である。かかるシ
ートは池、貯水池、石油タンク集合地域危険廃棄物投棄
場のライニングとして用いられる。膨潤性ベントナイト
のシートを使用することにより、有害な侵出液の隣接地
下水系への侵入を防止する不透水層が形成される。
本発明の重要な目的は土壌構造あるいは地盤中の溶液の
流れを安価かつ有効に防ぐバリアを提供することにあ
る。
従って、本発明はさらに、海水や陽イオンを含むその他
の溶液による粘土層の劣化に対する耐性を保つのに必要
な最小限の成分からなる混合物を提供することを目的と
する。
本発明はさらに、海水その他陽イオンを含む溶液の汚染
効果を中和する力のある単荷電陽イオンを添加すること
により、ナトリウムベントナイト粘土の耐汚染性を増大
させることを目的とする。
本発明のその他の目的は以下の実施例について詳細な説
明から明らかとなろう。
本発明に基づく有効な混合物はポリ燐酸三ナトリウム塩
添加によって改質した粉末脱水ベントナイトからなり、
該添加剤はベントナイト2000ポンドに対して約10ポンド
程度の割合でベントナイトと混合する。各成分はバッチ
方式又は連続プロセスで充分混合し、次いで少なくとも
１枚は流体を透過させることのできる２枚の布の間に該
混合物をはさんで柔軟なシートを形成するのが望まし
い。
組合せ全体としての厚みは約1/4インチにするのが望ま
しく、これにより１平方フィート当り約１ポンドのベン
トナイトを含有するシートが得られる。ポリ燐酸三ナト
リウム塩の重量はベントナイト2000ポンド当り約６０ポ
ンド（即ち３％）を超えず、少なくとも約１ポンド（0.
05％）以上とすることが望ましい。この混合比の範囲は
二重荷電陽イオンを大量に含む溶液の汚染効果に対抗す
るために選ばれたものである。
混合物の調製 ポリ燐酸三ナトリウム塩とベントナイトを以下のプロセ
スにより混合し、シートを作成する。言うまでもなく、
採掘したままのベントナイトは充分脱水して粉末又はペ
レットとする。大量の粉末又はペレット状の脱水ベント
ナイトを必要量のポリ燐酸三ナトリウム塩と共にホッパ
ーに投入し、好ましくは両成分とも乾燥状態で充分に混
合する。その結果得られる混合物の薄い層を第一の地盤
用シートあるいは支持体の上に載置する。好ましい支持
体は、ポリプロピレン、ポリエステル、ジュート、又は
ナイロン製の透水性シートである。支持体は液体や気体
を透過できるよう編地仕上げまたは穿孔仕上げとしても
よいが、改質ベントナイト混合物が付着する表面積が大
きい編地材が好ましい。但し不透水性支持体が適してい
る場合もある。
支持体材の上に改質ベントナイトを載置した後、ベント
ナイト層の上に被覆層をのせる。被覆層としては、望ま
しくは流体透過性の高い軽量の布又は布様材料が好まし
い。被覆層は巻取った状態にある時ベントナイト層を互
いに分離し、またシートの取扱いや設置時にシートの一
体性あるいは複合状態を維持するために設けられる。シ
ート中の粘土塊の内部一体性を維持する手段として、大
量のセルロースを含む繊維材料などの接着剤又は結合材
を用いたり、支持体に粘土が確実に保持されるよう針で
穴をあけるか圧縮するなどの方法がある。ベントナイト
がシート中に浸透する溶液と充分接触できるよう、接着
剤や結合剤は易溶性のものを選ぶことが重要である。浸
透してくる溶液の主成分が水でない場合は、他の接着剤
や結合剤でもよいが、その場合もベントナイト層に浸透
する流体に溶解するものを選ぶ必要がある。
支持体は改質ベントナイト層と共に巻取った状態で、フ
ォークリフト、クレーン、トラック、船など種々の運搬
手段による遠隔地域への運搬や、工事作業員や搬入作業
員による手荒らな取扱いに耐えられるだけの強度がなけ
ればならない。
透水性試験 本発明混合物の有効性を検証するために、透水性の比較
試験を実施した。本発明による処理を施したナトリウム
ベントナイト粘土含有シートのサンプルと未処理サンプ
ルを各々フレキシブル、ウォール三軸浸透計中で含水さ
せた。塩水を浸透液として用いた。試験の結果、本発明
の添加剤処理を行ったナトリウムベントナイト粘土の透
過係数又は透水率は２×10-10cm／秒であり、同種の粘
土の未処理サンプルの透水率は３×10-6cm／秒であっ
た。従って添加剤は粘土の透水率を1.5×10-4(15000)を
係数とする改善効果を有する。
下水侵出液、紙パルプスラッジを浸透液として用いて、
被処理粘土の透水試験をさらに実施した。下表に結果を
まとめる。
尚、試験にはすべて閉鎖型三軸浸透計を用いて浸透液の
蒸発を防いだ。透水率測定に影響を与えないで粘土層を
支持するために砂を粘土層に隣接させて置いた。粘土層
は各テストとも厚さ0.5cmとした。標本の透水率が安定
するまでテストを行った。サンプルはテスト毎に浸透液
で予め飽和させておいた。
上述のように、含水させたナトリウムベントナイトの構
造を保護しているのは添加剤溶液から生じる大量の単荷
電ナトリウム陽イオンである。過剰ナトリウム陽イオン
の極性と濃度により、水和ベントナイトの結晶構造を破
壊するはずの二重荷電陽イオンの浸透が阻止される。粘
土混合物を大量の過剰ナトリウム陽イオンで「ドーピン
グ」することにより、二重荷電陽イオンの有害な影響を
防ぐことができる。
試験ではポリ燐酸三ナトリウム塩をサンプルの添加剤と
したが、本発明ではポリ燐酸のナトリウム塩のいずれか
を単荷電陽イオン源として用いることができるものであ
って、例えば三燐酸ナトリウム塩、ピロ燐酸四ナトリウ
ム塩ピロ燐酸ナトリウム塩、ヘキサメタ燐酸ナトリウム
塩など、分子的に脱水された燐酸ナトリウム塩を含むが
これに限定されず、またこれらはポリ燐酸三ナトリウム
塩と同量をベントナイトに添加する。これら製品は燐酸
を炭酸ナトリウム又は水酸化ナトリウムなどのアルカリ
と反応させ、塩が溶けるまで水分を排除するために加熱
し、ガラス状に急冷させて得られる。溶融塩の組成は燐
酸との反応に用いるアルカリの量で制御できる。
従って本発明の範囲は列挙した特定の例によって限定さ
れるものではなく、本発明クレームを関連先行技術に照
らして解釈される範囲とする。

Claims (17)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】膨潤性粘土層と、該粘土層の片側に載置し
    た透水性地盤用シートと、該粘土層のもう一方の側に載
    置した被覆層と、二重荷電陽イオンによって該粘土層が
    崩壊するのに対抗し、かつその結果生じる透過係数の増
    大に対抗するために該粘土層に混合される手段とからな
    り、該手段は溶液中で大量の単荷電陽イオンを生成して
    その数が前記二重荷電陽イオンの数を大幅に上回るのに
    充分な量の添加剤からなることを特徴とする二重荷電陽
    イオンを含む溶液の流れを制限するのに用いられる柔軟
    なシート。
  2. 【請求項２】該膨潤性粘土がナトリウムベントナイトで
    ある特許請求の範囲第１項に記載の柔軟シート。
  3. 【請求項３】該単荷電陽イオンがナトリウム陽イオンで
    ある特許請求の範囲第２項に記載の柔軟シート。
  4. 【請求項４】該地盤用シートがポリプロピレン、ポリエ
    ステル、ジュートおよびナイロンから選ばれる材料であ
    る特許請求の範囲第１項に記載の柔軟シート。
  5. 【請求項５】該被覆材がスパンレースポリエステルであ
    る特許請求の範囲第１項に記載の柔軟シート。
  6. 【請求項６】該手段がポリ燐酸のナトリウム塩類の中か
    ら選ばれる添加剤である特許請求の範囲第１項に記載の
    柔軟シート。
  7. 【請求項７】ほぼ無水のベントナイトと、水に溶解する
    ことにより単荷電陽イオンを生じる添加剤からなり、該
    添加剤のベントナイトに対する重量比が0.05％から３％
    であることを特徴とする水の流動を制限する粘土混合
    物。
  8. 【請求項８】該添加剤のベントナイトに対する割合が約
    1:200である特許請求の範囲第７項に記載の粘土混合
    物。
  9. 【請求項９】該添加剤がポリ燐酸三ナトリウム塩である
    特許請求の範囲第７項に記載の粘土混合物。
  10. 【請求項１０】該単荷電陽イオンがナトリウム陽イオン
    である特許請求の範囲第７項に記載の粘土混合物。
  11. 【請求項１１】該添加剤がポリ燐酸のナトリウム塩類か
    ら選ばれる特許請求の範囲第７項に記載の粘土混合物。
  12. 【請求項１２】ほぼ無水のベントナイトと、該ベントナ
    イトを支持体上に保持するための結合材と、水に溶解す
    ることにより単荷電陽イオンを生じることを特徴とする
    添加剤からなる海水の流れを制限するための粘土混合
    物。
  13. 【請求項１３】該結合材がカルボキシルメチルセルロー
    スからなる特許請求の範囲第12項に記載の粘土混合物。
  14. 【請求項１４】該添加剤と該ベントナイトを約添加剤１
    部に対しベントナイト200部の割合で混合する特許請求
    の範囲第12項に記載の粘土混合物。
  15. 【請求項１５】該添加剤がポリ燐酸のナトリウム塩類か
    ら選ばれる特許請求の範囲第12項に記載の粘土混合物。
  16. 【請求項１６】該添加剤がピロ燐酸四ナトリウム塩、ピ
    ロ燐酸ナトリウム塩、ヘキサメタピロ燐酸ナトリウム塩
    及びポリ燐酸三ナトリウム塩から選ばれる特許請求の範
    囲第12項に記載の粘土混合物。
  17. 【請求項１７】該添加剤がポリ燐酸三ナトリウム塩であ
    る特許請求の範囲第12項に記載の粘土混合物。
JP14501889A 1989-02-01 1989-06-07 耐汚染性を有する粘土混合物 Expired - Lifetime JPH0649970B2 (ja)

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US07/304,464 US4997695A (en) 1988-11-21 1989-02-01 Clay mixture having contamination resistance
US304464 1989-02-01

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JPH0376915A JPH0376915A (ja) 1991-04-02
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JP (1) JPH0649970B2 (ja)
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CN (1) CN1023455C (ja)
AT (1) ATE114763T1 (ja)
AU (1) AU627829B2 (ja)
CA (1) CA2008222C (ja)
DE (1) DE69014326T2 (ja)
DK (1) DK0381342T3 (ja)
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