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リン酸石膏（PG）は、リン酸岩から肥料、特にリン酸を製造する際に副産物として生成される硫酸カルシウム水和物である。PGは主に石膏（CaSO 4 ·2H 2 O）で構成される。石膏は建設業界で広く使用されている材料であるが、リン酸石膏は通常は使用されず、天然に存在するウラン（U）とトリウム（Th）、およびそれらの娘核種であるラジウム（Ra）、ラドン（Rn）、ポロニウム（Po）の存在によって引き起こされる弱い放射能のために無期限に保管される。一方、リン酸石膏には硫酸カルシウムや、ケイ素、鉄、チタン、マグネシウム、アルミニウム、マンガンなどの元素など、いくつかの貴重な成分が含まれている。[1]しかし、リン酸石膏の長期保管は議論の的となっている。[2]リン酸1トンあたり約5トンのリン酸石膏が生成されます。世界中で毎年生成されるリン酸石膏の量は1億～2億8千万トンと推定されている。[3]
生産と特性
リン酸石膏は、以下の反応に従って リン酸鉱石（アパタイト）を硫酸で処理してリン酸を生成する際に生成される副産物です。
- Ca5 ( PO4 ) 3X + 5H2SO4 + 10H2O → 3H3PO4 + 5 ( CaSO4・2H2O ) + HX
- ここで、XにはOH、F、Cl、またはBrが含まれる。
リン酸塩は、天然に存在するウラン（5～10 ppm）とトリウム、およびそれらの娘核種であるラジウム、ラドン、ポロニウムなどが存在するため、放射性です。海水中のウラン濃度はおよそ 3 ppb （総溶解固形物のおよそ 85 ppb ）であるため、海洋堆積リン酸塩は火成リン酸塩鉱床よりも放射能レベルが一般的に高くなります。蒸発岩鉱床の形成中にウランが濃縮されるのは、溶解固形物が溶解度の順に沈殿し、塩化ナトリウムなどの溶解しやすい物質がウランや硫酸塩などの溶解度の低い物質よりも長く溶液中に留まるためです。リン酸石膏の他の成分には、シリカ（5～10％）、フッ化物（F、約1％）、リン（P、約0.5％）、鉄（Fe、約0.1％）、アルミニウム（Al、約0.1％）、バリウム（Ba、50 ppm）、鉛（Pb、約5 ppm）、クロム（Cr、約3 ppm）、セレン（Se、約1 ppm）、カドミウム（Cd、約0.3 ppm）などがあります。[3] [5]原鉱石からのPoとRaの約90％がリン酸石膏に保持されます。[3]そのため、リン酸石膏は技術的に強化された天然放射性物質（ TENORM ）と考えることができます。
使用
リン酸石膏の用途としては、次のような様々なものが提案されている。[2]
テイラー（2009）によると、「世界のPG生産の最大15％は、建築資材、土壌改良剤、およびポートランドセメント製造時の硬化制御剤として使用されています。」残りはスタックに残ります。[3]
アメリカでは
米国環境保護庁（EPA）は、1990年に226Raの濃度が10ピコキュリー/グラム（0.4 Bq /グラム）を超えるリン酸 石膏の使用をほとんど禁止しました[7] 。 [3]その結果、この制限を超えるリン酸石膏は、現在の技術では、石膏またはラジウムの使用のいずれにおいても、そのような低濃度のラジウムの抽出が不可能または経済的ではないため、大量に保管されています[要出典]。キュリーの伝統的な定義は、ラジウムの特定の活性によるものです。226
Ra の場合、この制限は 1 メートルトンあたり 0.01 ミリグラム (0.00015 gr) のラジウム、または 10 兆分の 1 の濃度に相当します。 (下記の § 石膏スタックを参照してください。)
EPAは2020年にトランプ政権下で道路建設にリン酸石膏の使用を承認したが、これは肥料業界を擁護する肥料協会の要請によるものだと述べた。[8]環境保護論者は、放射性物質をこのように使用すると健康リスクが生じる可能性があるとして、この決定に反対した。[9] 2021年、EPAは道路建設にリン酸石膏の使用を許可する規則を撤回した。[10]
フロリダ州は世界のリン酸石膏生産能力の約80％を保有している。2023年5月、フロリダ州議会はフロリダ州運輸局に対し、実証プロジェクトを含む道路建設におけるリン酸石膏の使用を研究するよう義務付ける法案を可決したが、これには連邦政府の承認が必要となる。[11]同法は、同局が2024年4月1日までに研究を完了し勧告を行うことを義務付けており、 2023年6月29日にロン・デサンティス知事によって法制化された。[12]
中国では
中国のリン酸肥料生産量は2005年に米国を上回り、リン酸石膏の過剰問題が生じた。2018年までに、不適切な保管が揚子江流域で大きな問題となり、水質基準違反の56%がリンによるものとなった。リン酸石膏に残留するリンは水域の富栄養化を引き起こし、水域の下層で藻類の大量発生や無酸素状態（「デッドゾーン」）を引き起こす可能性がある。2020年までに保管されるリン酸石膏の総量は6億トンを超え、毎年7500万トンが生産される。[13]
建設業界は2020年にリン酸石膏の最大の使用者であり、コンクリートの硬化遅延剤として10.5 Mt、乾式壁に3.5 Mtが使用されました。[13]また、硫酸塩を製造するための化学原料として、また通常の石膏と同様に土壌改良剤としても使用されています。 [14] 2020年の総消費量は31 Mtで、蓄積率を大幅に下回っています。[13] 2016年以降、2つの連続した5カ年計画の一環として、国家レベルでリン酸石膏の使用を拡大するための大きな取り組みが行われてきました。[14]
リン酸石膏は、使用前に汚染物質を除去するための前処理が必要な場合があります。リン (P) は硬化を著しく遅らせ、材料の強度を低下させるため、建設業では重要な懸念事項です。フッ素 (F) は作物に蓄積する可能性があります。中国産リン酸石膏は一般に毒性の低い重金属や放射性元素を含んでいますが[なぜ? ] [要出典]、それでも建築材料の許容放射能限度を超えたり、ヒ素 (As)、鉛 (Pb)、カドミウム (Cd)、水銀 (Hg) の許容量を超えた作物を生産したりします。さらに使用する際の問題としては、重金属の除去コストとリン酸石膏の供給源間の大きなばらつきが挙げられます。[14]
汚染と浄化
リン酸石膏は、富栄養化を引き起こすリン含有量、有毒な重金属含有量、放射能によって環境を汚染する可能性があります。PG はラドンを放出し、建設資材として使用した場合、屋内に蓄積する可能性があります。屋外の貯蔵庫も、労働者に潜在的に危険なレベルのラドンを放出します。[3]ラドンは希ガスで、空気より重いため、鉱山や地下室などの換気の悪い地下空間に蓄積する傾向があります。天然のラドンは、喫煙に次いで 2 番目に多い肺がんの原因と考えられています。[15]しかし、より重大なのは、リン酸石膏の内容物が地下水面、ひいては土壌に浸出することであり、PG はスラリーとして輸送されることが多いという事実によって悪化します。[3]石膏の積み重ねの内部に水が蓄積すると、積み重ね構造が弱くなる可能性があり、米国ではいくつかの警告の原因となっています。[6]
PG汚染を減らすための主なアプローチは、それが環境に浸出する前に行動することです。これは、PGから精製された材料をさまざまな用途でリサイクルする（上記参照）[3]か、より安定した形に変換して保管することを意味します。セメントペースト埋め戻しは、PGなどの危険な採掘廃棄物をセメントペーストに変換し、そのペーストを使用して岩石の採掘によって生じた空隙を埋めます。[16]
バイオレメディエーションは、すでに汚染された水や土壌を浄化するために使用できます。微生物は、重金属、放射性物質[要出典]、および有機汚染物質を除去し、硫酸塩物質を減らすことができます。[17]適切な土壌改良剤と添加剤を使用すると、PGは耐寒性植物の成長をサポートし、さらなる浸食を防ぐこともできます。[18]
石膏スタック
リン酸石膏の再利用は不純物のために不経済であることが多いため[さらなる説明が必要]、鉱山会社は一般的に廃棄物を「リン酸石膏スタック」と呼ばれる人工の丘や鉱山近くの廃棄物池に投棄します。廃棄物池[19]は、さまざまな種類の産業廃棄物や農業廃棄物を含む屋外の貯水池です。少なくとも70のリン酸石膏スタック（肥料生産に使用されるリン酸鉱山から）が含まれます。[20] 2021年にフロリダ州タンパ湾に廃棄物が流入しなければほぼ崩壊していたリン酸石膏廃棄物池の漏れは、全国の廃水池に関連する危険性と災害に近いことを浮き彫りにしています。[21]
セントラルフロリダには、特にボーンバレー地域に大量のリン酸塩鉱床がある。セントラルフロリダの海洋堆積リン酸塩鉱石は放射能が弱く、そのため副産物のリン酸石膏（放射性核種がいくらか濃縮されている）は放射能が強すぎて、ほとんどの用途には使用できない。その結果、フロリダには約10億トンのリン酸石膏が25の山に積まれており（22はセントラルフロリダ）、毎年約3000万トンがさらに生産されている。[22]
参照
- 石膏 § 製油所廃棄物
- 赤泥- アルミニウム加工から生じる高アルカリ性の廃棄物
- 鉱山残渣- 採掘後に残る廃棄物の一般的な問題
- 酸性鉱山排水- 還元条件下で堆積した水、酸素、硫黄化合物の相互作用によって生成される高酸性水
参考文献
- ^ チェルニシュ、エリザベタ;ヤフネンコ、オレナ。チューバー、ビクトリア。ルービック、ハイネック（2021）。 「リン石膏のリサイクル：環境問題、現在の傾向、および展望のレビュー」。応用科学。11 (4): 1575.土井: 10.3390/app11041575。
- ^ ab Ayres, RU, Holmberg, J., Andersson, B.、「材料と地球環境: 21 世紀の廃棄物採掘」、MRS Bull. 2001, 26, 477. doi :10.1557/mrs2001.119
- ^ abcdefgh タイビ、ハナン;チョーラ、モハメッド。ロペス、フェリックス A.アルグアシル、フランシスコ J.ロペス デルガド、オーロラ (2009)。 「環境への影響とリン石膏の管理」。環境管理ジャーナル。90 (8): 2377–2386。ビブコード:2009JEnvM..90.2377T。土井：10.1016/j.jenvman.2009.03.007。hdl : 10261/45241。PMID 19406560。S2CID 24111765 。
- ^ ステファニー・ヴェンゲル、« チュニジア : コメント Sfax veut récupérer « sa » mer »、ラ・トリビューン、2013 年 7 月 29 日
- ^ Ramzi Taha、Roger K. Seals、Marty E. Tittlebaum、Willis Thornsberry Jr、James T. Houston。「道路建設における副産物のリン酸石膏の使用」(PDF)。交通研究記録。第 1345 号。
- ^ ab 「タンパ湾のリン酸石膏スタックの差し迫った故障がリン酸産業のリスクを露呈」アリゾナ州ツーソン：生物多様性センター。2021年4月3日。
- ^ 米国環境保護庁 (EPA) (1992)。「サブパート R - リン酸石膏スタックからのラドン放出に関する国家排出基準」連邦規則集、 40 CFR 61
- ^ 「EPAが道路建設におけるリン酸石膏の使用を承認」（プレスリリース）。EPA。2020年10月14日。2021年3月18日時点のオリジナルよりアーカイブ。
- ^ Frazin, Rachel (2020-10-15). 「EPA、一部の道路建設で放射性物質の使用を許可」The Hill。
- ^ Budryk, Zack (2021年7月2日). 「EPA、道路建設における放射性物質の使用を許可する規則を撤回」The Hill。2021年7月3日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2021年7月4日閲覧。
- ^ ビル・チャペル（2023年5月9日）。「フロリダ州議会議員、道路舗装に放射性物質の使用を希望」NPR。
- ^ ビル・チャペル（2023年6月30日）。「フロリダ州、デサンティス知事が新法に署名し、放射能道路舗装計画を前進させる」NPR 。 2023年7月1日閲覧。
- ^ abc 经济日报 (経済日報)。 长江边の「渣山」是固废还是璞玉——磷石膏堆存污染及び综合利用调查 [「スラグ山」は動かせない廃棄物か、それとも切り取られていない翡翠か？リン石膏の保管、汚染、使用に関する調査]。新華網。
- ^ abc 河北省DONR、科学技術対外事務局。 磷石膏の組み合わせ利用探査 [リン石膏の用途について]。河北省天然資源局海洋局。2022 年3 月 10 日に取得。
- ^ Vogeltanz -Holm, N.; Schwartz , GG (2018). 「ラドンと肺がん：一般の人々は実際に何を知っているのか？」。環境放射能ジャーナル。192 ：26–31。Bibcode ：2018JEnvR.192 ... 26V。doi ：10.1016/ j.jenvrad.2018.05.017。PMID 29883874。S2CID 47009598 。
- ^ Liu, Y; Chen, Q; Wang, Y; Zhang, Q; Li, H; Jiang, C; Qi, C (2021年11月18日). 「セメントペーストバックフィルを使用した水洗浄前処理によるリン石膏の原位置修復：レオロジー挙動と損傷の進展」. Materials . 14 ( 22): 6993. Bibcode :2021Mate...14.6993L. doi : 10.3390/ma14226993 . PMC 8618653. PMID 34832394.
- ^ トリフィ、フーダ;ナッジャリ、アフェフ。アチョアク、ワファ;バラカット、モハメッド。ゲディラ、カイス。ムラド、ファテン。サイディ、モールディ。ハイサム、スガイエル（2020年1月）。 「5 つのバイオインフォマティクス パイプラインに基づくチュニジアのリン石膏のメタタクソノミクス: バイオレメディエーションに関する洞察」。ゲノミクス。112 (1): 981–989。土井: 10.1016/j.ygeno.2019.06.014。PMID 31220587。
- ^ Komnitsas, K.; Paspaliaris, I.; Lazar, I.; Petrisor , IG (1999). 「リン酸石膏スタックの修復。現場でのパイロット規模の適用」。プロセス冶金。9 : 645–654。doi : 10.1016 / S1572-4409(99)80154-0。ISBN 9780444501936。
- ^ 「有毒廃水池による汚染のリスク | Hydroviv」www.hydroviv.com 。 2022年4月22日閲覧。
- ^ US EPA、OAR (2018-11-28)。「肥料生産からの放射性物質」www.epa.gov 。 2022年4月22日閲覧。
- ^ Tabuchi, Hiroko (2021-04-06). 「フロリダの危機は有毒な池による全国的なリスクを浮き彫りにする」 ニューヨークタイムズ。ISSN 0362-4331 。 2022年4月22日閲覧。
- ^ フロリダリン酸研究所。「リン酸石膏とEPAの禁止」2015年2月19日アーカイブ。
さらに読む
- Chernysh, Yelizaveta; Yakhnenko, Olena; Chubur, Viktoriia; Roubík, Hynek (2021年2月9日). 「リン石膏のリサイクル：環境問題、現在の傾向、および展望のレビュー」.応用科学. 11 (4): 1575. doi : 10.3390/app11041575 .