微細尾鉱複合防 seepage 材料の混合比率とメカニズムに関する研究
Study on mix proportion and mechanism of fine-grained tailing composite anti-seepage material
本研究では、従来のセメント-ベントナイト遮水材の耐薬品性腐食性の弱さと、尾鉱を補助充填材として使用する既存の尾鉱系バリアの多成分協調改質不足という課題に対し、ポルトランドセメント、ナトリウムベントナイト、ケイ酸ナトリウムを混合した、全微細尾鉱を主骨材とする複合防 seepage 材料を開発した。6群の供試体を用いた単因子制御変数試験によりセメントとベントナイトの配合量を調整し、透水試験、四重直接せん断試験、Micro-CTスキャンにより、水理・機械的特性と微細孔構造を評価した。結果として、原料尾鉱の透水係数が 5.3 × 10−4 cm/s であるのに対し、改質サンプルの透水係数は 1.1 × 10−7 から 5.5 × 10−7 cm/s の範囲となった。ベントナイト量を 8 kg に固定した場合、セメント量を増やすと透水性は増加するが、せん断強度は大幅に向上し、凝集力は 63.2 kPa から 345.2 kPa に、内部摩擦角は 30.2° から 39.1° に増加した。セメント量を 20 kg に固定した場合、ベントナイト量を増やすと透水性は 1.1 × 10−7 cm/s まで連続的に減少し、凝集力は 182.2 kPa、摩擦角は 38.9° までわずかに向上した。CT結果は、最適な供試体の気孔率が 1.94% であり、セメント水和 C-S-H ゲルセメンテーションとベントナイト膨潤による細孔閉塞によって制御されていることを示した。この材料は大規模な尾鉱リサイクルを実現し、尾鉱主体の複合バリアの研究ギャップを埋め、顕著な環境・経済的利益をもたらす尾鉱池垂直防 seepage 工学に技術的サポートを提供するものである。
- 微細尾鉱を主骨材とし、ポルトランドセメント・ナトリウムベントナイト・ケイ酸ナトリウムを混合した複合遮水材料を開発し、透水係数を原料尾鉱の5.3×10−4 cm/sから1.1×10−7〜5.5×10−7 cm/sへと約3桁改善した。
- セメント量を増やすと透水性は増加するが、凝集力は63.2 kPaから345.2 kPaへ、内部摩擦角は30.2°から39.1°へと大幅に向上した。
- ベントナイト量を増やすと透水性は1.1×10−7 cm/sまで連続的に減少し、最適供試体の気孔率はMicro-CT解析で1.94%と評価された。
鉱山尾鉱(廃棄物)を主骨材とした複合遮水材料の開発は、鉱山廃棄物処理コスト削減と環境規制対応の両面で投資価値がある。透水係数を5.3×10−4から1.1×10−7 cm/sオーダーへと3桁改善した点は実用性を示しており、尾鉱リサイクル市場や鉱山環境インフラ分野での活用余地がある。ただし現時点では学術研究段階であり、商用化や事業化の具体的な計画は示されていない点に留意が必要。