JP3628661B2 - 無機系廃棄物を原料とする多孔質粒状体の製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、有効利用が進んでいない鋳物砂ダスト、砕石スラッジ、建設汚泥、上水汚泥、石炭灰等のシリカ（ＳｉＯ２）を多く含む粉末状あるいは泥状廃棄物を原料とし、石灰源材料と水の添加を行って、中速混練で製造したファニキュラーＩ、ＩＩ状態〜キャピラリー状態の混練物を、必要に応じて振動成形後、水熱処理を行い、さらに必要に応じて破砕処理、分級処理を行うことにより、園芸材、土壌改良材、土木資材などとして利用できる多孔質粒状体の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、特開平６−９３２６０号公報には、無機系廃棄物（廃鋳物砂）に高炉スラグ、カリウム化合物等を添加し、造粒後、８５０〜１３００℃で焼成を行うことにより、肥料効果を有する土壌改良材を製造する技術が記載されている。この技術では、焼成処理が高温のため、エネルギーを多く使用し、環境負荷が大きい。また、粒状体品質として、溶出液ｐＨは中性付近であるが、吸水率、陽イオン交換能力は小さい。さらに、粒状体の色は無機系廃棄物の組成等により、灰色、茶色、黒色などまちまちである。
【０００３】
また、特開２００１−１２１１９６号公報、特開２００１−１２２６４７号公報には、無機系廃棄物（泥土スラッジ）にカルシウム化合物を添加し、４００〜８００ｒｐｍ（フルード数として２．５以上）の高速攪拌にて造粒後、１３０〜３００℃で水熱処理を行うことにより、コンクリート細骨材、路盤材、園芸資材などに利用できる骨材を製造する方法が記載されている。この方法は、高速による攪拌造粒であり、少ない水量で緻密な略球状体を製造するものである。したがって、水熱反応の進行が不十分となり、吸水率が２５％以下と小さく、かつ骨材の強度も低く、未反応ＣａＯの残存により溶出液が高ｐＨとなる。さらに、粒状体の色は無機系廃棄物の組成等により、灰色、茶色、黒色などまちまちである。
【０００４】
また、特開昭５５−１２４５９９号公報には、無機系廃棄物（汚泥）にカルシウム成分を添加し、成形（加圧、転動、押し出し等）後、１〜２０ｋｇ／ｃｍ２（１００〜２１１℃）で水熱処理を行うことにより、埋め立て用などに利用できる骨材を製造する方法が記載されている。この技術では、成形が加圧、転動、高圧押し出しなどにて、円柱物、球状物を得る方法であるので、混練物状態はファニキュラーＩ状態と考えられ、しかも、圧力をかけない振動成形とは異なる方式による成形である。したがって、骨材特性として、粒度が大きく、粒度幅が小さく、さらに、吸水率が小さく、かつ骨材の強度も低く、未反応ＣａＯの残存により溶出液が高ｐＨとなる。さらに、骨材の色は、無機系廃棄物の組成等により、灰色、茶色、黒色などまちまちである。
以上より、従来の技術では、環境負荷の小さい技術により、用途に応じた色の多孔質な粒状体を製造することが困難である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、無機系廃棄物を原料として安全で利用価値の高い多孔質粒状体を製造する技術では、処理温度があまり高温とならず、少ないエネルギー量で粒状体を製造できる環境負荷の小さい技術の開発が望まれている。
また、上述の従来技術で製造された粒状体では、園芸材として用いる場合に必要な特性である、吸水率、陽イオン交換容量、溶出液ｐＨに問題があり、園芸材としての品質を満足する粒状体、すなわち、高い吸水率、高い陽イオン交換容量を有し、溶出液ｐＨが低い粒状体を製造できる技術の開発が望まれている。
【０００６】
また、上述の従来技術で製造された粒状体では、土木材として用いる場合に必要な特性である、粒度分布、締め固め特性、強度に問題があり、土木材としての品質を満足する粒状体、すなわち、幅広い粒度分布、優れた締め固め特性、高強度を有する粒状体を製造できる技術の開発が望まれている。
また、上述したように、従来技術では粒状体の色が廃棄物組成等によりまちまちであったが、廃棄物の組成や色に左右されずに、用途に応じた色を有する多孔質粒状体を製造する技術の開発が望まれている。さらに、安全性において、溶出液が土壌環境基準を満足することが必要である。
【０００７】
本発明は上記の諸点に鑑みなされたもので、本発明の目的は、鋳物砂ダスト、砕石スラッジ、建設汚泥、上水汚泥、石炭灰等の無機系廃棄物に対し、石灰源材料と水の添加を行い、フルード数０．１〜２．０、好ましくは０．５〜１．５の中速混練で製造したファニキュラーＩ、ＩＩ状態〜キャピラリー状態の混練物を、必要に応じて振動成形後、水熱処理を行い、さらに必要に応じて破砕処理、分級処理を行うことにより、園芸材、土壌改良材、土木資材などとして利用できる吸水率３０％以上の多孔質粒状体を製造する方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明の無機系廃棄物を原料とする多孔質粒状体の製造方法は、無機系廃棄物１００重量部に、石灰源材料２．５〜２５重量部及び必要に応じて水０．０１〜３０重量部を加えて混練機に投入し、フルード数が０．１〜２．０、好ましくは０．５〜１．５となるように中速で混練を行って含水率２０％以上のファニキュラーＩ状態の略球状に造粒された混練物とし、該混練物を３〜１０ｍｍで分級して、３〜１０ｍｍ以上のものは破砕処理した後、前記混練機又は投入原料に戻し、３〜１０ｍｍ以下のものを常温〜９５℃で０．２〜３６時間養生を行った後、１３０〜２２０℃で１〜２４時間水熱処理を行うように構成されている（図１参照）。上記の方法においては、水熱処理で得られた粒状体を０．１〜１ｍｍで分級し、０．１〜１ｍｍ以下のものを混練機又は投入原料に戻してもよい（図２参照）。
【０００９】
また、本発明の方法は、無機系廃棄物１００重量部に、石灰源材料２．５〜２５重量部及び必要に応じて水０．０１〜６０重量部を加えて混練機に投入し、フルード数が０．１〜２．０、好ましくは０．５〜１．５となるように中速で混練を行って含水率３０％以上のファニキュラーＩＩ状態乃至キャピラリー状態の混練物とし、該混練物を常温〜９５℃で０．２〜３６時間養生を行い、ついで、１３０〜２２０℃で１〜２４時間水熱処理を行った後、破砕処理を行うことを特徴としている（図３参照）。
【００１０】
また、本発明の方法は、原料である無機系廃棄物１００重量部に、石灰源材料２．５〜２５重量部及び必要に応じて水０．０１〜６０重量部を加えて混練機に投入し、フルード数が０．１〜２．０、好ましくは０．５〜１．５となるように中速で混練を行って含水率３０％以上のファニキュラーＩＩ状態乃至キャピラリー状態の混練物とし、該混練物を振動成形した後、常温〜９５℃で０．２〜３６時間養生を行い、ついで、１３０〜２２０℃で１〜２４時間水熱処理を行った後、破砕処理を行うことを特徴としている（図４参照）。
【００１１】
これらの場合、前処理として、無機系廃棄物１００重量部に、硝酸塩などの酸化剤０．５〜２０重量部及び必要に応じて水０．０１〜６０重量部を加えて混練し、得られた混練物を常温〜２２０℃で０．２〜１５時間加熱処理又は水熱処理した後、得られた処理物に石灰源材料及び必要に応じて水を加えて上記のいずれかの処理を行うことができる（図５参照）。
また、無機系廃棄物１００重量部に、石灰源材料２．５〜２５重量部、硝酸塩などの酸化剤０．５〜２０重量部、及び必要に応じて水０．０１〜６０重量部を加えて混練機に投入し、フルード数が０．１〜２．０、好ましくは０．５〜１．５となるように中速で混練を行って含水率３０％以上のファニキュラーＩＩ状態乃至キャピラリー状態の混練物とし、該混練物に対して上記の養生、水熱処理、破砕処理、又は振動成形、養生、水熱処理、破砕処理を行うこともできる（図６参照）。
【００１２】
また、これらの方法においては、まず無機系廃棄物を破砕した後に、上記のいずれかの処理を行ってもよい（図７参照）。
また、これらの方法においては、まず無機系廃棄物を０．０５〜０．３ｍｍで分級を行って粗粒子の除去を行い、微粒子は上記のいずれかの処理を行い、粗粒子は水熱処理後の処理物と混合するようにしてもよい（図８参照）。
また、これらの方法においては、水熱処理し破砕した後の粒状体を０．０５〜０．３ｍｍで分級して微粒子の除去を行い、微粒子を投入原料又は混練機に戻すようにしてもよい（図９参照）。
【００１３】
本発明は、以上のような多孔質粒状体の製造方法であり、具体的には、次のような手段を講じることにより、環境負荷の小さい技術で、優れた特性を有する粒状体を製造することができる。
（１）環境負荷の小さい技術
処理温度が高いほどエネルギーが多く必要であり、環境負荷を低減させるには、処理温度の低下が有効である。そこで、１３０〜２２０℃の温度で水熱処理を行う。１３０℃未満では反応速度が遅く、未反応の石灰が残存し、低強度であるとともに、粒状体溶出液ｐＨが高くなる。２２０℃を超えると圧力が高くなり、装置コストが高くなる。
【００１４】
（２）高強度
無機系廃棄物のＳｉＯ２含有量、水分量等により、石灰源材料の添加量を２．５〜２５重量部の範囲で調整し、ファニキュラーＩ、ＩＩ状態〜キャピラリー状態となるように水を徐々に加え、中速混練を行うことにより、石灰源材料、水が均一に分散され、水熱処理にて、高強度を有する多孔質粒状体が得られる。石灰源材料の添加量が２．５重量部よりも少ないと高強度を発現せず、２５重量部よりも多いとコスト高になるとともに、未反応石灰が多く残存し、粒状体の品質が悪くなる。また、混練物を常温〜９５℃で０．２〜３６時間養生を行うことにより、水和反応が進行し、表面水がなくなるので、その後の水熱処理で粒子同士がくっつかず、かつ高強度を発現する。９５℃を超える温度、３６時間より長時間での処理はコスト高となり、０．２時間未満の処理では養生が不十分で、強度が低下する。
【００１５】
（３）園芸材としての特性
ａ）高い吸水率
無機系廃棄物における塑性限界は２０〜７０％と幅広い。塑性限界が約３０％以上の無機系廃棄物においては、中速混練を行うことにより、吸水率３０％以上の粒状体を容易に製造できる。塑性限界が約３０％未満の無機系廃棄物は、０．０５〜０．３ｍｍで分級を行い、粗粒子を除去するか、あるいは破砕処理を行い、０．１ｍｍ以上の粒子を少なくすることにより、あるいは微粒子の多孔質粒状体を原料に添加することにより、無機系廃棄物の塑性限界を３０％程度とすることができる。
水熱処理を速やかに、均一に進行させ、多孔質な粒状体とするためには、中速混練にて、混練物をファニキュラーＩ、ＩＩ状態〜キャピラリー状態とすることが重要である。ここで中速混練とは、フルード数が０．１〜２．０、好ましくは０．５〜１．５となる条件で混練することである。なお、フルード数は、Ｎ２Ｒ／ｇ（Ｎ：回転数、Ｒ：攪拌翼径、ｇ：重力加速度）で表される無次元数であり、本発明では混練速度に対応している。低速混練では混練物の均一化に長時間を要し、高速混練では水量が少なくなり、緻密化するので、多孔質粒状体とならず、さらに、短時間に混練物状態が変化し、所定の混練物とするために混練機操作条件の制御が難しくなる。混練物がファニキュラーＩ状態にならないペンデュラー状態では、水和反応が十分進行せず、低強度で、陽イオン交換容量が小さくなる。また、キャピラリー状態以上の混練物状態、すなわちスラリーでは混練物が流動し、ハンドリングが難しくなり、装置の安定運転が難しくなる。なお、ファニキュラーＩＩ状態、キャピラリー状態とは、ＪＩＳ Ａ １２０５（土の液性限界・塑性限界試験方法）によって測定された塑性限界、液性限界の状態を指す。
【００１６】
ｂ）適正な粒度（高い透水性の確保）
粒状体に３〜１０ｍｍ以上の粗粒子ができないようにするには、混練物を３〜１０ｍｍで分級し、粗粒子は破砕してから混練工程（又は原料工程）に戻し、３〜１０ｍｍ以下の粒子を水熱処理すればよい。一方、０．１〜１ｍｍ以下の微粒子は、水熱処理後に分級して除去すればよい。さらに、水熱処理後に破砕して生じた０．０５〜０．３ｍｍ以下の微粒子は、破砕処理後に分級して除去すればよい。微粒子は混練工程（又は原料工程）に戻すことにより、全量の廃棄物を粒状体とすることができる。
【００１７】
ｃ）高い陽イオン交換容量
水熱処理による生成物はトバモライト系物質である。トバモライト系物質は陽イオン交換能力を有しているので、この量を多くすることが重要である。無機系廃棄物に石灰系材料を２．５〜２５重量％添加することにより、トバモライト系物質の生成が可能で、高い陽イオン交換容量を確保できる。石灰系材料の量が多くなると、コスト高になるとともに、未反応の石灰系材料が残存し、溶出液ｐＨが高くなる。石灰系材料としては、生石灰、消石灰、セメント、粉末スラグ、廃コンクリート微粉などが適している。特に、生石灰がコスト、粒状体性能、装置の安定運転性等より優れている。
ｄ）長期的な透水性の確保
高い強度が長期的に保持されるので、大きい透水性が長期的に確保される。
【００１８】
（４）土木材としての特性（締め固め特性、修正ＣＢＲ特性）
破砕処理条件にて、クラッシャランＣ−４０（最大径４０ｍｍ）、Ｃ−２０（最大径２０ｍｍ）、Ｆ−２．５（最大径５ｍｍ）などの粒度とすることができる。分級機と併用すれば、粒度調整砕石の粒度とすることができる。また、粒子形状は略球状体よりも不定形の方が、粒子同士の絡み合いが強く、締め固め特性が良好で、修正ＣＢＲが高くなる。したがって、最大径、粒度分布、粒形によるが、破砕処理による不定形粒子は、天然材相当の締め固めで、修正ＣＢＲ３０〜１３０％とすることができ、各種の土木材としての適用が可能である。また、高い吸水率と大きい透水係数を有しているので、排水性が要求される運動場などへの適用も可能である。
【００１９】
（５）粒状体の色
粒状体の色は無機系廃棄物の色（組成等によって異なる）によって異なり、黒色〜茶色〜灰色の色を呈する。用途によっては、色が重要な評価項目となる。粒状体の色の調整は、無機系廃棄物に含まれている鉄化合物を活用する。すなわち、鉄化合物の粒度が大きければ、粉砕することにより色が濃くなる。また、硝酸鉄、硝酸マグネシウム、硝酸アルミニウムなどの酸化剤を選定し、常温〜２２０℃の加熱処理あるいは水熱処理にて鉄化合物を酸化させることにより、黒色〜茶色とすることができる。添加する酸化剤の種類、量、熱処理温度により色は異なるので、目的とする色でそれらを調整する。なお、添加する酸化剤量が少なすぎると色の変化がなく、多すぎるとコスト高になるとともに、粒状体品質が低下する。
【００２０】
（６）安全性
水熱反応によるトバモライト系物質は有害物を固定するので、適正な処理条件による多孔質粒状体の溶出液（環境庁告示４６号法に準拠）は、土壌環境基準を満足する。その他、多孔質粒状体は排ガス吸着剤、水処理材、建材添加材などへの用途にも利用ができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について説明するが、本発明は下記の実施の形態に何ら限定されるものではなく、適宜変更して実施することが可能なものである。図１は、本発明の実施の第１形態による無機系廃棄物を原料とする多孔質粒状体の製造方法の工程を示している。鋳物砂ダスト、砕石スラッジ、建設汚泥、上水汚泥、石炭灰等の無機系廃棄物に対し、生石灰、消石灰、セメント、粉末スラグ、廃コンクリート微粉等の石灰系材料と必要に応じて水の添加を行い、フルード数が０．１〜２．０、好ましくは０．５〜１．５となるように中速で混練を行って含水率２０％以上のファニキュラーＩ状態の略球状の造粒物（混練物）とする。該混練物を３〜１０ｍｍでふるい等により分級し、３〜１０ｍｍ以上のものは破砕処理した後、混練工程（又は原料工程）に戻し、３〜１０ｍｍ以下のものを常温〜９５℃で０．２〜３６時間養生を行った後、１３０〜２２０℃で１〜２４時間水熱処理を行い、多孔質粒状体を得る。
【００２２】
図２は、本発明の実施の第２形態による無機系廃棄物を原料とする多孔質粒状体の製造方法の工程を示している。無機系廃棄物に対し、石灰系材料と必要に応じて水の添加を行い、中速混練を行って含水率２０％以上のファニキュラーＩ状態の略球状の造粒物（混練物）とする。該混練物を３〜１０ｍｍで分級し、３〜１０ｍｍ以上のものは破砕処理した後、混練工程（又は原料工程）に戻し、３〜１０ｍｍ以下のものは養生した後、水熱処理を行う。水熱処理で得られた粒状体を０．１〜１ｍｍで分級し、０．１〜１ｍｍ以下のものを混練工程（又は原料工程）に戻し、微粉を除去した多孔質粒状体を得る。他の構成及び作用等は、実施の第１形態の場合と同様である。
【００２３】
図３は、本発明の実施の第３形態による無機系廃棄物を原料とする多孔質粒状体の製造方法の工程を示している。無機系廃棄物に対し、石灰系材料と必要に応じて水の添加を行い、中速混練を行って含水率３０％以上のファニキュラーＩＩ状態〜キャピラリー状態の混練物（塊状）とし、該混練物を常温〜９５℃で０．２〜３６時間養生を行い、ついで、１３０〜２２０℃で１〜２４時間水熱処理を行った後、破砕処理を行って不定形の多孔質粒状体を得る。他の構成及び作用等は、実施の第１形態の場合と同様である。
【００２４】
図４は、本発明の実施の第４形態による無機系廃棄物を原料とする多孔質粒状体の製造方法の工程を示している。無機系廃棄物に対し、石灰系材料と必要に応じて水の添加を行い、中速混練を行って含水率３０％以上のファニキュラーＩＩ状態〜キャピラリー状態の混練物（塊状）とし、該混練物を振動により圧力をかけずに成形した後、養生を行い、ついで、水熱処理を行った後、破砕処理を行って不定形の多孔質粒状体を得る。なお、振動成形は、混練物を型枠に投入し、下から振動を与えて成形するものである。他の構成及び作用等は、実施の第１、第３形態の場合と同様である。
【００２５】
図５は、本発明の実施の第５形態による無機系廃棄物を原料とする多孔質粒状体の製造方法の工程の一例を示している。無機系廃棄物に対し、硝酸鉄、硝酸マグネシウム、硝酸アルミニウム等の酸化剤と必要に応じて水の添加を行い、混練を行って混練物とし、該混練物を常温〜２２０℃で０．２〜１５時間加熱処理又は水熱処理する。このような酸化処理を行った処理物に、石灰系材料と必要に応じて水を加えて、実施の第１〜第４形態のような処理を行う。なお、図５では、酸化処理の後に、一例として、混練、養生、水熱処理、破砕の各工程を図示しているが、酸化処理の後に図１〜図４に示すような処理を行うことができる。
【００２６】
図６は、本発明の実施の第６形態による無機系廃棄物を原料とする多孔質粒状体の製造方法の工程の一例を示している。無機系廃棄物に対し、石灰系材料及び酸化剤と必要に応じて水の添加を行い、中速混練を行って含水率３０％以上のファニキュラーＩＩ状態〜キャピラリー状態の混練物（塊状）とする。該混練物を養生し、ついで、水熱処理を行った後、破砕処理を行って不定形の多孔質粒状体を得る。本実施の形態は、酸化処理を別に前処理として行うのではなく、酸化剤を石灰系材料等と一緒に添加して混練工程、養生工程等で酸化処理も行うものである。なお、図６では、一例として、実施の第３形態（図３）の工程において石灰系材料とともに酸化剤を添加した構成を示しているが、実施の第４形態（図４）の工程において石灰系材料とともに酸化剤を添加した構成としてもよく、その場合は、混練物を振動成形した後、養生、水熱処理、破砕を行う。他の構成及び作用等は、実施の第１、第３、第４、第５形態の場合と同様である。
【００２７】
図７は、本発明の実施の第７形態による無機系廃棄物を原料とする多孔質粒状体の製造方法の工程の一例を示している。本実施の形態は、無機系廃棄物を破砕処理して粗粒子をなくした後で、実施の第１〜第６形態のような処理を行うものである。なお、図７では、破砕処理の後に、一例として、混練、養生、水熱処理、破砕の各工程を図示しているが、破砕処理の後に図１〜図６に示すような処理を行うことができる。
【００２８】
図８は、本発明の実施の第８形態による無機系廃棄物を原料とする多孔質粒状体の製造方法の工程の一例を示している。本実施の形態は、無機系廃棄物を０．０５〜０．３ｍｍで分級して粗粒子を除去してから、微粒子に対して実施の第１〜第６形態のような処理を行うものである。粗粒子は水熱処理後の処理物と混合する。なお、図８では、分級して粗粒子を除去した後に、一例として、混練、養生、水熱処理、破砕の各工程を図示しているが、分級の後に図１〜図６に示すような処理を行うことができる。
【００２９】
図９は、本発明の実施の第９形態による無機系廃棄物を原料とする多孔質粒状体の製造方法の工程の一例を示している。本実施の形態は、水熱処理し破砕した後の破砕物（粒状体）を０．０５〜０．３ｍｍで分級して微粒子の除去を行い、微粒子を原料工程（又は混練工程）に戻し、微粒子を除去した多孔質粒状体を得るものである。なお、図９では、一例として、混練、養生、水熱処理、破砕の工程の後に分級を行う構成としているが、分級の前に図３〜図８に示すような処理を行うことができる。
【００３０】
【実施例】
実施例１
鋳物砂ダストＡ（ＳｉＯ２：６５ｗｔ％、塑性限界：３２％）に、後述の５ｍｍ以上で分級して破砕した混練物を加えた原料１００重量部に対して、生石灰５．５重量部、水３０重量部を加え、フルード数１．１の中速で混練し、得られた混練物をふるいで５ｍｍにて分級して５ｍｍ以上のものを破砕してから混練機に戻した後、５ｍｍ以下の混練物を常温で１時間養生し、ついで、１９０℃にて１０時間水熱処理を行って５ｍｍ以下の略球状の粒状体（黒色）を製造した。この粒状体の吸水率は３５％、陽イオン交換容量は１６ｍｅｑ／１００ｇ、圧壊強度は２．５ｋｇ（２ｍｍ粒子）であり、溶出液ｐＨは９．３であった。
【００３１】
実施例２
実施例１で得られた粒状体を０．１ｍｍで分級し、０．１ｍｍ以下の全量を鋳物砂ダストＡに添加し、該ダスト１００重量部に対して、生石灰５．５重量部、水３１重量部を加え、フルード数１．２の中速で混練を行った後、得られた混練物を常温で０．５時間養生し、ついで、１８０℃にて１０時間水熱処理を行って粒状固化体（灰色）を製造した。この粒状体の吸水率は３６％、陽イオン交換容量は１５ｍｅｑ／１００ｇ、圧壊強度は２．３ｋｇであり、溶出液ｐＨは９．２であった。
【００３２】
実施例３
鋳物砂ダストＢ（ＳｉＯ２：６１ｗｔ％、塑性限界：３５％）１００重量部に対して、生石灰６．５重量部、水３４重量部を加え、フルード数０．８の中速で混練を行った後、得られた混練物を常温で２時間養生し、ついで、１９５℃にて１０時間水熱処理を行って固化体を製造した。この固化体を衝撃式破砕機で破砕して１０ｍｍ以下の粒状体（灰色）とした。この粒状体の吸水率は３７％、陽イオン交換容量は２３ｍｅｑ／１００ｇ、圧壊強度は２．０ｋｇ（２ｍｍ粒子）であり、溶出液ｐＨは９．６であった。
【００３３】
実施例４
石炭灰（ＳｉＯ２：５５ｗｔ％、塑性限界：３３％）１００重量部に対して、消石灰１０重量部、水３５重量部を加え、フルード数０．８の中速で混練を行った後、ブロック状に振動成形し、得られた混練物を常温で２時間養生し、ついで、１８０℃にて１０時間水熱処理を行って固化体を製造した。この固化体を衝撃式破砕機で破砕して４０ｍｍ以下の粒状体（灰色）とした。この粒状体の圧壊強度は２０ｋｇ（１０ｍｍ粒子）、修正ＣＢＲは７５％であり、下層路盤材規格の２０％を満足した。
【００３４】
実施例５
建設汚泥（水分５０ｗｔ％、ＳｉＯ２：５３ｗｔ％（固形分中）、塑性限界：４８％）１００重量部に対して、生石灰２０重量部を加え、フルード数０．８の中速で混練を行った後、得られた混練物を６０℃で１時間養生し、ついで、１９０℃にて１０時間水熱処理を行って固化体を製造した。この固化体を衝撃式破砕機で破砕して１０ｍｍ以下の粒状体（灰色）とした。この粒状体の吸水率は３８％、陽イオン交換容量は１４ｍｅｑ／１００ｇ、圧壊強度は２．０ｋｇ（２ｍｍ粒子）であり、溶出液ｐＨは９．４であった。
【００３５】
実施例６
鋳物砂ダストＢ１００重量部に硝酸マグネシウム２重量部、水２５重量部を加え、混練を行った後、９５℃にて３時間加熱処理を行った。この処理物１００重量部を用いて、実施例２と同じ処理を行った。得られた粒状体は、色がこげ茶色であり、吸水率は３８％、陽イオン交換容量は２５ｍｅｑ／１００ｇ、圧壊強度は２．０ｋｇ（２ｍｍ粒子）であり、溶出液ｐＨは９．３であった。
【００３６】
比較例１
鋳物砂ダストＢ１００重量部に対して、生石灰６．５重量部、水２４重量部を加え、フルード数３．５の高速で混練を行った後、得られた混練物を常温で２時間養生し、ついで、１９０℃にて１０時間水熱処理を行って粒状体（灰色）を製造した。この粒状体の吸水率は２６％、陽イオン交換容量は８ｍｅｑ／１００ｇ、圧壊強度は０．５ｋｇ（２ｍｍ粒子）であり、溶出液ｐＨは１０．４であった。
【００３７】
比較例２
鋳物砂ダストＢ１００重量部に対して、消石灰１０重量部、水３２重量部を加え、フルード数３．５の高速で混練を行った後、圧力３００ｋｇ／ｃｍ２で押し出し成形を行い、径２０ｍｍ、長さ３０〜６０ｍｍの円柱状に成形し、これを常温で２時間養生し、ついで、２００℃にて１０時間水熱処理を行って固化体（灰色）を製造した。この固化体の修正ＣＢＲは１５％であり、下層路盤材規格の２０％を満足しなかった。
【００３８】
【発明の効果】
本発明は上記のように構成されているので、つぎのような効果を奏する。
（１） 無機系廃棄物を水熱処理にて多孔質粒状体とするので、小さい環境負荷での処理技術により、無機系廃棄物のリサイクルを図ることができる。
（２） 無機系廃棄物に石灰源材料を添加材として用い、中速混練にて、ファニキュラーＩ、ＩＩ状態〜キャピラリー状態の混練物とすることにより、園芸材、土木材、土壌改良材等に適した品質を有する多孔質粒状体が製造できる。
（３） 混練物の３〜１０ｍｍ以上を混練工程（又は原料工程）に戻すこと、水熱処理後の０．１〜１ｍｍ以下の微粉あるいは破砕後の０．０５〜０．３ｍｍ以下の微粉を混練工程（又は原料工程）に戻すことにより、製品の粒度を確保し、廃棄物の全量を製品とすることができる。
（４） 酸化剤を用いることにより、粒状体の色の調整を図ることができる。
（５） 石灰源材料、０．０５〜０．３ｍｍ以下（又は０．１〜１ｍｍ以下）の粉末量、水の量の調整により、泥状廃棄物、粉末状廃棄物などの保有水分、塑性限界の異なる廃棄物をファニキュラーＩ、ＩＩ状態〜キャピラリー状態の混練物とすることができ、粒状体又は固化体の品質が確保できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の第１形態による無機系廃棄物を原料とする多孔質粒状体の製造方法の工程を示す概略説明図である。
【図２】本発明の実施の第２形態による無機系廃棄物を原料とする多孔質粒状体の製造方法の工程を示す概略説明図である。
【図３】本発明の実施の第３形態による無機系廃棄物を原料とする多孔質粒状体の製造方法の工程を示す概略説明図である。
【図４】本発明の実施の第４形態による無機系廃棄物を原料とする多孔質粒状体の製造方法の工程を示す概略説明図である。
【図５】本発明の実施の第５形態による無機系廃棄物を原料とする多孔質粒状体の製造方法の工程の一例を示す概略説明図である。
【図６】本発明の実施の第６形態による無機系廃棄物を原料とする多孔質粒状体の製造方法の工程の一例を示す概略説明図である。
【図７】本発明の実施の第７形態による無機系廃棄物を原料とする多孔質粒状体の製造方法の工程の一例を示す概略説明図である。
【図８】本発明の実施の第８形態による無機系廃棄物を原料とする多孔質粒状体の製造方法の工程の一例を示す概略説明図である。
【図９】本発明の実施の第９形態による無機系廃棄物を原料とする多孔質粒状体の製造方法の工程の一例を示す概略説明図である。
【発明の属する技術分野】
本発明は、有効利用が進んでいない鋳物砂ダスト、砕石スラッジ、建設汚泥、上水汚泥、石炭灰等のシリカ（ＳｉＯ２）を多く含む粉末状あるいは泥状廃棄物を原料とし、石灰源材料と水の添加を行って、中速混練で製造したファニキュラーＩ、ＩＩ状態〜キャピラリー状態の混練物を、必要に応じて振動成形後、水熱処理を行い、さらに必要に応じて破砕処理、分級処理を行うことにより、園芸材、土壌改良材、土木資材などとして利用できる多孔質粒状体の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、特開平６−９３２６０号公報には、無機系廃棄物（廃鋳物砂）に高炉スラグ、カリウム化合物等を添加し、造粒後、８５０〜１３００℃で焼成を行うことにより、肥料効果を有する土壌改良材を製造する技術が記載されている。この技術では、焼成処理が高温のため、エネルギーを多く使用し、環境負荷が大きい。また、粒状体品質として、溶出液ｐＨは中性付近であるが、吸水率、陽イオン交換能力は小さい。さらに、粒状体の色は無機系廃棄物の組成等により、灰色、茶色、黒色などまちまちである。
【０００３】
また、特開２００１−１２１１９６号公報、特開２００１−１２２６４７号公報には、無機系廃棄物（泥土スラッジ）にカルシウム化合物を添加し、４００〜８００ｒｐｍ（フルード数として２．５以上）の高速攪拌にて造粒後、１３０〜３００℃で水熱処理を行うことにより、コンクリート細骨材、路盤材、園芸資材などに利用できる骨材を製造する方法が記載されている。この方法は、高速による攪拌造粒であり、少ない水量で緻密な略球状体を製造するものである。したがって、水熱反応の進行が不十分となり、吸水率が２５％以下と小さく、かつ骨材の強度も低く、未反応ＣａＯの残存により溶出液が高ｐＨとなる。さらに、粒状体の色は無機系廃棄物の組成等により、灰色、茶色、黒色などまちまちである。
【０００４】
また、特開昭５５−１２４５９９号公報には、無機系廃棄物（汚泥）にカルシウム成分を添加し、成形（加圧、転動、押し出し等）後、１〜２０ｋｇ／ｃｍ２（１００〜２１１℃）で水熱処理を行うことにより、埋め立て用などに利用できる骨材を製造する方法が記載されている。この技術では、成形が加圧、転動、高圧押し出しなどにて、円柱物、球状物を得る方法であるので、混練物状態はファニキュラーＩ状態と考えられ、しかも、圧力をかけない振動成形とは異なる方式による成形である。したがって、骨材特性として、粒度が大きく、粒度幅が小さく、さらに、吸水率が小さく、かつ骨材の強度も低く、未反応ＣａＯの残存により溶出液が高ｐＨとなる。さらに、骨材の色は、無機系廃棄物の組成等により、灰色、茶色、黒色などまちまちである。
以上より、従来の技術では、環境負荷の小さい技術により、用途に応じた色の多孔質な粒状体を製造することが困難である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、無機系廃棄物を原料として安全で利用価値の高い多孔質粒状体を製造する技術では、処理温度があまり高温とならず、少ないエネルギー量で粒状体を製造できる環境負荷の小さい技術の開発が望まれている。
また、上述の従来技術で製造された粒状体では、園芸材として用いる場合に必要な特性である、吸水率、陽イオン交換容量、溶出液ｐＨに問題があり、園芸材としての品質を満足する粒状体、すなわち、高い吸水率、高い陽イオン交換容量を有し、溶出液ｐＨが低い粒状体を製造できる技術の開発が望まれている。
【０００６】
また、上述の従来技術で製造された粒状体では、土木材として用いる場合に必要な特性である、粒度分布、締め固め特性、強度に問題があり、土木材としての品質を満足する粒状体、すなわち、幅広い粒度分布、優れた締め固め特性、高強度を有する粒状体を製造できる技術の開発が望まれている。
また、上述したように、従来技術では粒状体の色が廃棄物組成等によりまちまちであったが、廃棄物の組成や色に左右されずに、用途に応じた色を有する多孔質粒状体を製造する技術の開発が望まれている。さらに、安全性において、溶出液が土壌環境基準を満足することが必要である。
【０００７】
本発明は上記の諸点に鑑みなされたもので、本発明の目的は、鋳物砂ダスト、砕石スラッジ、建設汚泥、上水汚泥、石炭灰等の無機系廃棄物に対し、石灰源材料と水の添加を行い、フルード数０．１〜２．０、好ましくは０．５〜１．５の中速混練で製造したファニキュラーＩ、ＩＩ状態〜キャピラリー状態の混練物を、必要に応じて振動成形後、水熱処理を行い、さらに必要に応じて破砕処理、分級処理を行うことにより、園芸材、土壌改良材、土木資材などとして利用できる吸水率３０％以上の多孔質粒状体を製造する方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明の無機系廃棄物を原料とする多孔質粒状体の製造方法は、無機系廃棄物１００重量部に、石灰源材料２．５〜２５重量部及び必要に応じて水０．０１〜３０重量部を加えて混練機に投入し、フルード数が０．１〜２．０、好ましくは０．５〜１．５となるように中速で混練を行って含水率２０％以上のファニキュラーＩ状態の略球状に造粒された混練物とし、該混練物を３〜１０ｍｍで分級して、３〜１０ｍｍ以上のものは破砕処理した後、前記混練機又は投入原料に戻し、３〜１０ｍｍ以下のものを常温〜９５℃で０．２〜３６時間養生を行った後、１３０〜２２０℃で１〜２４時間水熱処理を行うように構成されている（図１参照）。上記の方法においては、水熱処理で得られた粒状体を０．１〜１ｍｍで分級し、０．１〜１ｍｍ以下のものを混練機又は投入原料に戻してもよい（図２参照）。
【０００９】
また、本発明の方法は、無機系廃棄物１００重量部に、石灰源材料２．５〜２５重量部及び必要に応じて水０．０１〜６０重量部を加えて混練機に投入し、フルード数が０．１〜２．０、好ましくは０．５〜１．５となるように中速で混練を行って含水率３０％以上のファニキュラーＩＩ状態乃至キャピラリー状態の混練物とし、該混練物を常温〜９５℃で０．２〜３６時間養生を行い、ついで、１３０〜２２０℃で１〜２４時間水熱処理を行った後、破砕処理を行うことを特徴としている（図３参照）。
【００１０】
また、本発明の方法は、原料である無機系廃棄物１００重量部に、石灰源材料２．５〜２５重量部及び必要に応じて水０．０１〜６０重量部を加えて混練機に投入し、フルード数が０．１〜２．０、好ましくは０．５〜１．５となるように中速で混練を行って含水率３０％以上のファニキュラーＩＩ状態乃至キャピラリー状態の混練物とし、該混練物を振動成形した後、常温〜９５℃で０．２〜３６時間養生を行い、ついで、１３０〜２２０℃で１〜２４時間水熱処理を行った後、破砕処理を行うことを特徴としている（図４参照）。
【００１１】
これらの場合、前処理として、無機系廃棄物１００重量部に、硝酸塩などの酸化剤０．５〜２０重量部及び必要に応じて水０．０１〜６０重量部を加えて混練し、得られた混練物を常温〜２２０℃で０．２〜１５時間加熱処理又は水熱処理した後、得られた処理物に石灰源材料及び必要に応じて水を加えて上記のいずれかの処理を行うことができる（図５参照）。
また、無機系廃棄物１００重量部に、石灰源材料２．５〜２５重量部、硝酸塩などの酸化剤０．５〜２０重量部、及び必要に応じて水０．０１〜６０重量部を加えて混練機に投入し、フルード数が０．１〜２．０、好ましくは０．５〜１．５となるように中速で混練を行って含水率３０％以上のファニキュラーＩＩ状態乃至キャピラリー状態の混練物とし、該混練物に対して上記の養生、水熱処理、破砕処理、又は振動成形、養生、水熱処理、破砕処理を行うこともできる（図６参照）。
【００１２】
また、これらの方法においては、まず無機系廃棄物を破砕した後に、上記のいずれかの処理を行ってもよい（図７参照）。
また、これらの方法においては、まず無機系廃棄物を０．０５〜０．３ｍｍで分級を行って粗粒子の除去を行い、微粒子は上記のいずれかの処理を行い、粗粒子は水熱処理後の処理物と混合するようにしてもよい（図８参照）。
また、これらの方法においては、水熱処理し破砕した後の粒状体を０．０５〜０．３ｍｍで分級して微粒子の除去を行い、微粒子を投入原料又は混練機に戻すようにしてもよい（図９参照）。
【００１３】
本発明は、以上のような多孔質粒状体の製造方法であり、具体的には、次のような手段を講じることにより、環境負荷の小さい技術で、優れた特性を有する粒状体を製造することができる。
（１）環境負荷の小さい技術
処理温度が高いほどエネルギーが多く必要であり、環境負荷を低減させるには、処理温度の低下が有効である。そこで、１３０〜２２０℃の温度で水熱処理を行う。１３０℃未満では反応速度が遅く、未反応の石灰が残存し、低強度であるとともに、粒状体溶出液ｐＨが高くなる。２２０℃を超えると圧力が高くなり、装置コストが高くなる。
【００１４】
（２）高強度
無機系廃棄物のＳｉＯ２含有量、水分量等により、石灰源材料の添加量を２．５〜２５重量部の範囲で調整し、ファニキュラーＩ、ＩＩ状態〜キャピラリー状態となるように水を徐々に加え、中速混練を行うことにより、石灰源材料、水が均一に分散され、水熱処理にて、高強度を有する多孔質粒状体が得られる。石灰源材料の添加量が２．５重量部よりも少ないと高強度を発現せず、２５重量部よりも多いとコスト高になるとともに、未反応石灰が多く残存し、粒状体の品質が悪くなる。また、混練物を常温〜９５℃で０．２〜３６時間養生を行うことにより、水和反応が進行し、表面水がなくなるので、その後の水熱処理で粒子同士がくっつかず、かつ高強度を発現する。９５℃を超える温度、３６時間より長時間での処理はコスト高となり、０．２時間未満の処理では養生が不十分で、強度が低下する。
【００１５】
（３）園芸材としての特性
ａ）高い吸水率
無機系廃棄物における塑性限界は２０〜７０％と幅広い。塑性限界が約３０％以上の無機系廃棄物においては、中速混練を行うことにより、吸水率３０％以上の粒状体を容易に製造できる。塑性限界が約３０％未満の無機系廃棄物は、０．０５〜０．３ｍｍで分級を行い、粗粒子を除去するか、あるいは破砕処理を行い、０．１ｍｍ以上の粒子を少なくすることにより、あるいは微粒子の多孔質粒状体を原料に添加することにより、無機系廃棄物の塑性限界を３０％程度とすることができる。
水熱処理を速やかに、均一に進行させ、多孔質な粒状体とするためには、中速混練にて、混練物をファニキュラーＩ、ＩＩ状態〜キャピラリー状態とすることが重要である。ここで中速混練とは、フルード数が０．１〜２．０、好ましくは０．５〜１．５となる条件で混練することである。なお、フルード数は、Ｎ２Ｒ／ｇ（Ｎ：回転数、Ｒ：攪拌翼径、ｇ：重力加速度）で表される無次元数であり、本発明では混練速度に対応している。低速混練では混練物の均一化に長時間を要し、高速混練では水量が少なくなり、緻密化するので、多孔質粒状体とならず、さらに、短時間に混練物状態が変化し、所定の混練物とするために混練機操作条件の制御が難しくなる。混練物がファニキュラーＩ状態にならないペンデュラー状態では、水和反応が十分進行せず、低強度で、陽イオン交換容量が小さくなる。また、キャピラリー状態以上の混練物状態、すなわちスラリーでは混練物が流動し、ハンドリングが難しくなり、装置の安定運転が難しくなる。なお、ファニキュラーＩＩ状態、キャピラリー状態とは、ＪＩＳ Ａ １２０５（土の液性限界・塑性限界試験方法）によって測定された塑性限界、液性限界の状態を指す。
【００１６】
ｂ）適正な粒度（高い透水性の確保）
粒状体に３〜１０ｍｍ以上の粗粒子ができないようにするには、混練物を３〜１０ｍｍで分級し、粗粒子は破砕してから混練工程（又は原料工程）に戻し、３〜１０ｍｍ以下の粒子を水熱処理すればよい。一方、０．１〜１ｍｍ以下の微粒子は、水熱処理後に分級して除去すればよい。さらに、水熱処理後に破砕して生じた０．０５〜０．３ｍｍ以下の微粒子は、破砕処理後に分級して除去すればよい。微粒子は混練工程（又は原料工程）に戻すことにより、全量の廃棄物を粒状体とすることができる。
【００１７】
ｃ）高い陽イオン交換容量
水熱処理による生成物はトバモライト系物質である。トバモライト系物質は陽イオン交換能力を有しているので、この量を多くすることが重要である。無機系廃棄物に石灰系材料を２．５〜２５重量％添加することにより、トバモライト系物質の生成が可能で、高い陽イオン交換容量を確保できる。石灰系材料の量が多くなると、コスト高になるとともに、未反応の石灰系材料が残存し、溶出液ｐＨが高くなる。石灰系材料としては、生石灰、消石灰、セメント、粉末スラグ、廃コンクリート微粉などが適している。特に、生石灰がコスト、粒状体性能、装置の安定運転性等より優れている。
ｄ）長期的な透水性の確保
高い強度が長期的に保持されるので、大きい透水性が長期的に確保される。
【００１８】
（４）土木材としての特性（締め固め特性、修正ＣＢＲ特性）
破砕処理条件にて、クラッシャランＣ−４０（最大径４０ｍｍ）、Ｃ−２０（最大径２０ｍｍ）、Ｆ−２．５（最大径５ｍｍ）などの粒度とすることができる。分級機と併用すれば、粒度調整砕石の粒度とすることができる。また、粒子形状は略球状体よりも不定形の方が、粒子同士の絡み合いが強く、締め固め特性が良好で、修正ＣＢＲが高くなる。したがって、最大径、粒度分布、粒形によるが、破砕処理による不定形粒子は、天然材相当の締め固めで、修正ＣＢＲ３０〜１３０％とすることができ、各種の土木材としての適用が可能である。また、高い吸水率と大きい透水係数を有しているので、排水性が要求される運動場などへの適用も可能である。
【００１９】
（５）粒状体の色
粒状体の色は無機系廃棄物の色（組成等によって異なる）によって異なり、黒色〜茶色〜灰色の色を呈する。用途によっては、色が重要な評価項目となる。粒状体の色の調整は、無機系廃棄物に含まれている鉄化合物を活用する。すなわち、鉄化合物の粒度が大きければ、粉砕することにより色が濃くなる。また、硝酸鉄、硝酸マグネシウム、硝酸アルミニウムなどの酸化剤を選定し、常温〜２２０℃の加熱処理あるいは水熱処理にて鉄化合物を酸化させることにより、黒色〜茶色とすることができる。添加する酸化剤の種類、量、熱処理温度により色は異なるので、目的とする色でそれらを調整する。なお、添加する酸化剤量が少なすぎると色の変化がなく、多すぎるとコスト高になるとともに、粒状体品質が低下する。
【００２０】
（６）安全性
水熱反応によるトバモライト系物質は有害物を固定するので、適正な処理条件による多孔質粒状体の溶出液（環境庁告示４６号法に準拠）は、土壌環境基準を満足する。その他、多孔質粒状体は排ガス吸着剤、水処理材、建材添加材などへの用途にも利用ができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について説明するが、本発明は下記の実施の形態に何ら限定されるものではなく、適宜変更して実施することが可能なものである。図１は、本発明の実施の第１形態による無機系廃棄物を原料とする多孔質粒状体の製造方法の工程を示している。鋳物砂ダスト、砕石スラッジ、建設汚泥、上水汚泥、石炭灰等の無機系廃棄物に対し、生石灰、消石灰、セメント、粉末スラグ、廃コンクリート微粉等の石灰系材料と必要に応じて水の添加を行い、フルード数が０．１〜２．０、好ましくは０．５〜１．５となるように中速で混練を行って含水率２０％以上のファニキュラーＩ状態の略球状の造粒物（混練物）とする。該混練物を３〜１０ｍｍでふるい等により分級し、３〜１０ｍｍ以上のものは破砕処理した後、混練工程（又は原料工程）に戻し、３〜１０ｍｍ以下のものを常温〜９５℃で０．２〜３６時間養生を行った後、１３０〜２２０℃で１〜２４時間水熱処理を行い、多孔質粒状体を得る。
【００２２】
図２は、本発明の実施の第２形態による無機系廃棄物を原料とする多孔質粒状体の製造方法の工程を示している。無機系廃棄物に対し、石灰系材料と必要に応じて水の添加を行い、中速混練を行って含水率２０％以上のファニキュラーＩ状態の略球状の造粒物（混練物）とする。該混練物を３〜１０ｍｍで分級し、３〜１０ｍｍ以上のものは破砕処理した後、混練工程（又は原料工程）に戻し、３〜１０ｍｍ以下のものは養生した後、水熱処理を行う。水熱処理で得られた粒状体を０．１〜１ｍｍで分級し、０．１〜１ｍｍ以下のものを混練工程（又は原料工程）に戻し、微粉を除去した多孔質粒状体を得る。他の構成及び作用等は、実施の第１形態の場合と同様である。
【００２３】
図３は、本発明の実施の第３形態による無機系廃棄物を原料とする多孔質粒状体の製造方法の工程を示している。無機系廃棄物に対し、石灰系材料と必要に応じて水の添加を行い、中速混練を行って含水率３０％以上のファニキュラーＩＩ状態〜キャピラリー状態の混練物（塊状）とし、該混練物を常温〜９５℃で０．２〜３６時間養生を行い、ついで、１３０〜２２０℃で１〜２４時間水熱処理を行った後、破砕処理を行って不定形の多孔質粒状体を得る。他の構成及び作用等は、実施の第１形態の場合と同様である。
【００２４】
図４は、本発明の実施の第４形態による無機系廃棄物を原料とする多孔質粒状体の製造方法の工程を示している。無機系廃棄物に対し、石灰系材料と必要に応じて水の添加を行い、中速混練を行って含水率３０％以上のファニキュラーＩＩ状態〜キャピラリー状態の混練物（塊状）とし、該混練物を振動により圧力をかけずに成形した後、養生を行い、ついで、水熱処理を行った後、破砕処理を行って不定形の多孔質粒状体を得る。なお、振動成形は、混練物を型枠に投入し、下から振動を与えて成形するものである。他の構成及び作用等は、実施の第１、第３形態の場合と同様である。
【００２５】
図５は、本発明の実施の第５形態による無機系廃棄物を原料とする多孔質粒状体の製造方法の工程の一例を示している。無機系廃棄物に対し、硝酸鉄、硝酸マグネシウム、硝酸アルミニウム等の酸化剤と必要に応じて水の添加を行い、混練を行って混練物とし、該混練物を常温〜２２０℃で０．２〜１５時間加熱処理又は水熱処理する。このような酸化処理を行った処理物に、石灰系材料と必要に応じて水を加えて、実施の第１〜第４形態のような処理を行う。なお、図５では、酸化処理の後に、一例として、混練、養生、水熱処理、破砕の各工程を図示しているが、酸化処理の後に図１〜図４に示すような処理を行うことができる。
【００２６】
図６は、本発明の実施の第６形態による無機系廃棄物を原料とする多孔質粒状体の製造方法の工程の一例を示している。無機系廃棄物に対し、石灰系材料及び酸化剤と必要に応じて水の添加を行い、中速混練を行って含水率３０％以上のファニキュラーＩＩ状態〜キャピラリー状態の混練物（塊状）とする。該混練物を養生し、ついで、水熱処理を行った後、破砕処理を行って不定形の多孔質粒状体を得る。本実施の形態は、酸化処理を別に前処理として行うのではなく、酸化剤を石灰系材料等と一緒に添加して混練工程、養生工程等で酸化処理も行うものである。なお、図６では、一例として、実施の第３形態（図３）の工程において石灰系材料とともに酸化剤を添加した構成を示しているが、実施の第４形態（図４）の工程において石灰系材料とともに酸化剤を添加した構成としてもよく、その場合は、混練物を振動成形した後、養生、水熱処理、破砕を行う。他の構成及び作用等は、実施の第１、第３、第４、第５形態の場合と同様である。
【００２７】
図７は、本発明の実施の第７形態による無機系廃棄物を原料とする多孔質粒状体の製造方法の工程の一例を示している。本実施の形態は、無機系廃棄物を破砕処理して粗粒子をなくした後で、実施の第１〜第６形態のような処理を行うものである。なお、図７では、破砕処理の後に、一例として、混練、養生、水熱処理、破砕の各工程を図示しているが、破砕処理の後に図１〜図６に示すような処理を行うことができる。
【００２８】
図８は、本発明の実施の第８形態による無機系廃棄物を原料とする多孔質粒状体の製造方法の工程の一例を示している。本実施の形態は、無機系廃棄物を０．０５〜０．３ｍｍで分級して粗粒子を除去してから、微粒子に対して実施の第１〜第６形態のような処理を行うものである。粗粒子は水熱処理後の処理物と混合する。なお、図８では、分級して粗粒子を除去した後に、一例として、混練、養生、水熱処理、破砕の各工程を図示しているが、分級の後に図１〜図６に示すような処理を行うことができる。
【００２９】
図９は、本発明の実施の第９形態による無機系廃棄物を原料とする多孔質粒状体の製造方法の工程の一例を示している。本実施の形態は、水熱処理し破砕した後の破砕物（粒状体）を０．０５〜０．３ｍｍで分級して微粒子の除去を行い、微粒子を原料工程（又は混練工程）に戻し、微粒子を除去した多孔質粒状体を得るものである。なお、図９では、一例として、混練、養生、水熱処理、破砕の工程の後に分級を行う構成としているが、分級の前に図３〜図８に示すような処理を行うことができる。
【００３０】
【実施例】
実施例１
鋳物砂ダストＡ（ＳｉＯ２：６５ｗｔ％、塑性限界：３２％）に、後述の５ｍｍ以上で分級して破砕した混練物を加えた原料１００重量部に対して、生石灰５．５重量部、水３０重量部を加え、フルード数１．１の中速で混練し、得られた混練物をふるいで５ｍｍにて分級して５ｍｍ以上のものを破砕してから混練機に戻した後、５ｍｍ以下の混練物を常温で１時間養生し、ついで、１９０℃にて１０時間水熱処理を行って５ｍｍ以下の略球状の粒状体（黒色）を製造した。この粒状体の吸水率は３５％、陽イオン交換容量は１６ｍｅｑ／１００ｇ、圧壊強度は２．５ｋｇ（２ｍｍ粒子）であり、溶出液ｐＨは９．３であった。
【００３１】
実施例２
実施例１で得られた粒状体を０．１ｍｍで分級し、０．１ｍｍ以下の全量を鋳物砂ダストＡに添加し、該ダスト１００重量部に対して、生石灰５．５重量部、水３１重量部を加え、フルード数１．２の中速で混練を行った後、得られた混練物を常温で０．５時間養生し、ついで、１８０℃にて１０時間水熱処理を行って粒状固化体（灰色）を製造した。この粒状体の吸水率は３６％、陽イオン交換容量は１５ｍｅｑ／１００ｇ、圧壊強度は２．３ｋｇであり、溶出液ｐＨは９．２であった。
【００３２】
実施例３
鋳物砂ダストＢ（ＳｉＯ２：６１ｗｔ％、塑性限界：３５％）１００重量部に対して、生石灰６．５重量部、水３４重量部を加え、フルード数０．８の中速で混練を行った後、得られた混練物を常温で２時間養生し、ついで、１９５℃にて１０時間水熱処理を行って固化体を製造した。この固化体を衝撃式破砕機で破砕して１０ｍｍ以下の粒状体（灰色）とした。この粒状体の吸水率は３７％、陽イオン交換容量は２３ｍｅｑ／１００ｇ、圧壊強度は２．０ｋｇ（２ｍｍ粒子）であり、溶出液ｐＨは９．６であった。
【００３３】
実施例４
石炭灰（ＳｉＯ２：５５ｗｔ％、塑性限界：３３％）１００重量部に対して、消石灰１０重量部、水３５重量部を加え、フルード数０．８の中速で混練を行った後、ブロック状に振動成形し、得られた混練物を常温で２時間養生し、ついで、１８０℃にて１０時間水熱処理を行って固化体を製造した。この固化体を衝撃式破砕機で破砕して４０ｍｍ以下の粒状体（灰色）とした。この粒状体の圧壊強度は２０ｋｇ（１０ｍｍ粒子）、修正ＣＢＲは７５％であり、下層路盤材規格の２０％を満足した。
【００３４】
実施例５
建設汚泥（水分５０ｗｔ％、ＳｉＯ２：５３ｗｔ％（固形分中）、塑性限界：４８％）１００重量部に対して、生石灰２０重量部を加え、フルード数０．８の中速で混練を行った後、得られた混練物を６０℃で１時間養生し、ついで、１９０℃にて１０時間水熱処理を行って固化体を製造した。この固化体を衝撃式破砕機で破砕して１０ｍｍ以下の粒状体（灰色）とした。この粒状体の吸水率は３８％、陽イオン交換容量は１４ｍｅｑ／１００ｇ、圧壊強度は２．０ｋｇ（２ｍｍ粒子）であり、溶出液ｐＨは９．４であった。
【００３５】
実施例６
鋳物砂ダストＢ１００重量部に硝酸マグネシウム２重量部、水２５重量部を加え、混練を行った後、９５℃にて３時間加熱処理を行った。この処理物１００重量部を用いて、実施例２と同じ処理を行った。得られた粒状体は、色がこげ茶色であり、吸水率は３８％、陽イオン交換容量は２５ｍｅｑ／１００ｇ、圧壊強度は２．０ｋｇ（２ｍｍ粒子）であり、溶出液ｐＨは９．３であった。
【００３６】
比較例１
鋳物砂ダストＢ１００重量部に対して、生石灰６．５重量部、水２４重量部を加え、フルード数３．５の高速で混練を行った後、得られた混練物を常温で２時間養生し、ついで、１９０℃にて１０時間水熱処理を行って粒状体（灰色）を製造した。この粒状体の吸水率は２６％、陽イオン交換容量は８ｍｅｑ／１００ｇ、圧壊強度は０．５ｋｇ（２ｍｍ粒子）であり、溶出液ｐＨは１０．４であった。
【００３７】
比較例２
鋳物砂ダストＢ１００重量部に対して、消石灰１０重量部、水３２重量部を加え、フルード数３．５の高速で混練を行った後、圧力３００ｋｇ／ｃｍ２で押し出し成形を行い、径２０ｍｍ、長さ３０〜６０ｍｍの円柱状に成形し、これを常温で２時間養生し、ついで、２００℃にて１０時間水熱処理を行って固化体（灰色）を製造した。この固化体の修正ＣＢＲは１５％であり、下層路盤材規格の２０％を満足しなかった。
【００３８】
【発明の効果】
本発明は上記のように構成されているので、つぎのような効果を奏する。
（１） 無機系廃棄物を水熱処理にて多孔質粒状体とするので、小さい環境負荷での処理技術により、無機系廃棄物のリサイクルを図ることができる。
（２） 無機系廃棄物に石灰源材料を添加材として用い、中速混練にて、ファニキュラーＩ、ＩＩ状態〜キャピラリー状態の混練物とすることにより、園芸材、土木材、土壌改良材等に適した品質を有する多孔質粒状体が製造できる。
（３） 混練物の３〜１０ｍｍ以上を混練工程（又は原料工程）に戻すこと、水熱処理後の０．１〜１ｍｍ以下の微粉あるいは破砕後の０．０５〜０．３ｍｍ以下の微粉を混練工程（又は原料工程）に戻すことにより、製品の粒度を確保し、廃棄物の全量を製品とすることができる。
（４） 酸化剤を用いることにより、粒状体の色の調整を図ることができる。
（５） 石灰源材料、０．０５〜０．３ｍｍ以下（又は０．１〜１ｍｍ以下）の粉末量、水の量の調整により、泥状廃棄物、粉末状廃棄物などの保有水分、塑性限界の異なる廃棄物をファニキュラーＩ、ＩＩ状態〜キャピラリー状態の混練物とすることができ、粒状体又は固化体の品質が確保できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の第１形態による無機系廃棄物を原料とする多孔質粒状体の製造方法の工程を示す概略説明図である。
【図２】本発明の実施の第２形態による無機系廃棄物を原料とする多孔質粒状体の製造方法の工程を示す概略説明図である。
【図３】本発明の実施の第３形態による無機系廃棄物を原料とする多孔質粒状体の製造方法の工程を示す概略説明図である。
【図４】本発明の実施の第４形態による無機系廃棄物を原料とする多孔質粒状体の製造方法の工程を示す概略説明図である。
【図５】本発明の実施の第５形態による無機系廃棄物を原料とする多孔質粒状体の製造方法の工程の一例を示す概略説明図である。
【図６】本発明の実施の第６形態による無機系廃棄物を原料とする多孔質粒状体の製造方法の工程の一例を示す概略説明図である。
【図７】本発明の実施の第７形態による無機系廃棄物を原料とする多孔質粒状体の製造方法の工程の一例を示す概略説明図である。
【図８】本発明の実施の第８形態による無機系廃棄物を原料とする多孔質粒状体の製造方法の工程の一例を示す概略説明図である。
【図９】本発明の実施の第９形態による無機系廃棄物を原料とする多孔質粒状体の製造方法の工程の一例を示す概略説明図である。
Claims (11)
- 原料である無機系廃棄物１００重量部に、石灰源材料２．５〜２５重量部及び水０．０１〜３０重量部を加えて混練機に投入し、フルード数が０．１〜２．０となるように中速で混練を行って含水率２０％以上のファニキュラーＩ状態の略球状に造粒された混練物とし、該混練物を３〜１０mmで分級して、３〜１０mm以上のものは破砕処理した後、前記混練機又は投入原料に戻し、３〜１０mm以下のものを常温〜９５℃で０．２〜３６時間養生を行った後、１３０〜２２０℃で１〜２４時間水熱処理を行って粒状体とすることを特徴とする無機系廃棄物を原料とする多孔質粒状体の製造方法。
- 水熱処理で得られた粒状体を０．１〜１mmで分級し、０．１〜１mm以下のものを混練機又は投入原料に戻し、０．１〜１mm以上の粒状体を得る請求項１記載の無機系廃棄物を原料とする多孔質粒状体の製造方法。
- 原料である無機系廃棄物１００重量部に、石灰源材料２．５〜２５重量部及び水０．０１〜６０重量部を加えて混練機に投入し、フルード数が０．１〜２．０となるように中速で混練を行って含水率３０％以上のファニキュラーII状態乃至キャピラリー状態の混練物とし、該混練物を常温〜９５℃で０．２〜３６時間養生を行い、ついで、１３０〜２２０℃で１〜２４時間水熱処理を行った後、破砕処理を行って粒状体を得ることを特徴とする無機系廃棄物を原料とする多孔質粒状体の製造方法。
- 原料である無機系廃棄物１００重量部に、石灰源材料２．５〜２５重量部及び水０．０１〜６０重量部を加えて混練機に投入し、フルード数が０．１〜２．０となるように中速で混練を行って含水率３０％以上のファニキュラーII状態乃至キャピラリー状態の混練物とし、該混練物を振動成形した後、常温〜９５℃で０．２〜３６時間養生を行い、ついで、１３０〜２２０℃で１〜２４時間水熱処理を行った後、破砕処理を行って粒状体を得ることを特徴とする無機系廃棄物を原料とする多孔質粒状体の製造方法。
- 前処理として、無機系廃棄物１００重量部に、酸化剤０．５〜２０重量部及び水０．０１〜６０重量部を加えて混練し、得られた混練物を常温〜２２０℃で０．２〜１５時間加熱処理又は水熱処理した後、得られた処理物に石灰源材料及び必要に応じて水を加えて請求項１〜４のいずれかに記載の処理を行うことを特徴とする無機系廃棄物を原料とする多孔質粒状体の製造方法。
- 原料である無機系廃棄物１００重量部に、石灰源材料２．５〜２５重量部、酸化剤０．５〜２０重量部、及び必要に応じて水０．０１〜６０重量部を加えて混練機に投入し、フルード数が０．１〜２．０となるように中速で混練を行って含水率３０％以上のファニキュラーII状態乃至キャピラリー状態の混練物とし、該混練物に対して請求項３記載の養生、水熱処理、破砕処理、又は請求項４記載の振動成形、養生、水熱処理、破砕処理を行って粒状体を得ることを特徴とする無機系廃棄物を原料とする多孔質粒状体の製造方法。
- 無機系廃棄物を破砕した後、請求項１〜６のいずれかに記載の処理を行うことを特徴とする無機系廃棄物を原料とする多孔質粒状体の製造方法。
- 無機系廃棄物を０．０５〜０．３mmで分級を行って粗粒子の除去を行い、微粒子は請求項１〜７のいずれかに記載の処理を行い、粗粒子は水熱処理後の処理物と混合することを特徴とする無機系廃棄物を原料とする多孔質粒状体の製造方法。
- 水熱処理し破砕した後の粒状体を０．０５〜０．３mmで分級して微粒子の除去を行い、微粒子を投入原料又は混練機に戻して請求項３〜８のいずれかに記載の処理を行うことを特徴とする無機系廃棄物を原料とする多孔質粒状体の製造方法。
- 無機系廃棄物が、鋳物砂ダスト、砕石スラッジ、建設汚泥、上水汚泥及び石炭灰の少なくともいずれかである請求項１〜９のいずれかに記載の無機系廃棄物を原料とする多孔質粒状体の製造方法。
- 石灰源材料として、生石灰、消石灰、セメント、スラグ粉末及び廃コンクリート微粉の少なくともいずれかを用いる請求項１〜１０のいずれかに記載の無機系廃棄物を原料とする多孔質粒状体の製造方法。
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