2017年から2019年にかけてスウェーデンの16か所の製紙工場から得られたグリーンリカー残渣の元素溶出

二つの廃棄物問題を一つの解決策に変える

スウェーデン国内外で、数千に及ぶ古い金属鉱山が静かに酸性で金属を多く含む水を近隣の小川や土壌に漏らしています。これら散在するサイトの浄化は費用と手間がかかり、特に景観を変えられない歴史的遺構では複雑です。そこへ、製紙工場は大量のグリーンリカー残渣というチョーク状の残留物を生じ、通常は埋立地に捨てられます。本研究は、この産業副産物が酸性鉱山排水を抑えるための安全な再利用に適するかを検討し、廃棄物を環境修復の道具へと転換できるかを探ります。

この一見ありえない素材とは何か

グリーンリカー残渣は、製紙工程で薬品を回収する際に発生します。木材チップは強アルカリ溶液で煮られて繊維が分離され、使用済み液は燃焼・処理されて薬品が再循環されます。その過程で、未反応の消石灰やナトリウム化合物、微量の金属を含むスラッジ状の残渣が形成されます。強いアルカリ性で酸を緩衝でき、混ぜると他の粒子に付着しやすい性質があります。現在ほとんどが埋立てられているため、安全な再利用方法を見つけられれば処分費削減と製紙産業の環境負荷低減の両面で利点が期待されます。

研究者たちの実証方法

この物質が実際にどのように振る舞うかを調べるため、著者らは2017〜2019年の2年間にわたりスウェーデンの16工場から71検体のグリーンリカー残渣を採取しました。一つや二つのサンプルを調べるのではなく、多様な工場、季節、処理条件を意図的に取り込んでいます。実験室では、湿った残渣を純水で2段階にわたり振とうし、数回の雨が通過する大まかな状況を模擬しました。その後、ナトリウムやカルシウムのような一般成分から、鉛、カドミウム、クロム、亜鉛などの有害となりうる微量金属まで、長い元素リストについて水中へどれだけ溶出したかを測定しました。さらに、コンピュータモデルを用いて、残渣内部のどの固体鉱物が水中への溶出を制御しているかを推定しました。

溶け出すものと留まるもの

試験は二面性を示しました。ナトリウム、カリウム、ルビジウムといった塩類成分は容易に洗い流され、試験条件下で総含有量の3分の2以上が水に移行しました。これらは主に製紙薬品に由来する単純で高い溶解性を持つ塩から来ており、最初の洗い流しの水の強いアルカリ性を生みます。対照的に、カルシウム、マグネシウム、鉄や亜鉛、鉛、ニッケル、銅といった懸念される多くの金属はほとんど動きませんでした。水中濃度は低く、固体中に存在する総量の1％未満であることが多かったのです。モデリングは、方解石（一般的な石灰岩の形態）、様々な金属水酸化物や酸化物といった鉱物が、これらの元素を固定しゆっくりとしか放出させない主要な“錠”になっていることを示しました。

汚染金属に関する安全性

グリーンリカー残渣は微量金属を一定量含むことがあるため、鉱山現場で使用した場合に水質が悪化しないかを規制当局は知る必要があります。本研究では、溶出量を埋立て物質に関するスウェーデンの法的基準と比較しました。ほとんどのサンプルで、残渣から流れ出た水はヒ素、バリウム、カドミウム、鉛、亜鉛などの主要元素に関して基準を下回りました。クロム、銅、モリブデン、ニッケルについて基準を超えた異常なサンプルはごく一部でした。重要なのは、これらの室内試験が保守的に設計されている点で、純水を用い、溶出を促すために長い接触時間を取っています。現実の鉱山環境では、残渣が酸性廃棄物と混ざり、条件が時間とともに変化するため、著者らは多くの金属の放出率はさらに低くなると予想しています。

古い鉱山にとっての意義

強アルカリ性の残渣が酸性の鉱山廃棄物と接触すると、酸を中和し鉱物の崩壊を遅らせ、金属が溶液中にとどまるよりも固相に付着することを促します。本研究は、平均してグリーンリカー残渣自身が問題となる金属を多量に放出するわけではなく、可溶性塩からの迅速なpH上昇と、徐々に溶解する炭酸塩鉱物による長期的な緩衝効果の双方を提供することを示しています。この組合せは、硫化鉱床廃棄物と混合あるいは併置することで酸性流出の影響を低減するために安全に注入・処分できる可能性を示唆します。追加の現場試験でこれらの結果が確認されれば、製紙工場と放棄鉱山の両方を抱える国は、工場廃棄物の埋立量を減らしつつ歴史的鉱山周辺の水質を改善するという二つの環境負担に同時に対処できるかもしれません。

引用: Stahre, N., Sartz, L. & Bäckström, M. Element leaching from green liquor dregs from 16 Swedish pulp and paper mills between 2017 and 2019. Sci Rep 16, 14683 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-51421-1

キーワード: グリーンリカー残渣, 酸性鉱山排水, 鉱山廃棄物の修復, 産業副産物の再利用, 金属の溶出