JP2000034179A - 保水性粒状焼結体の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 各種の産業廃棄物を、資源の持つ特徴的な物
性を組合せて、特にエネルギーを持つ廃棄物によって、
焼結に必要な熱量を自己発熱によって消化し、多孔性で
保水性をもち、無害化された、需要の大きい、然も地球
環境の改善に役立つ製品を、低コストで供給し、国家財
政上の廃棄物処理費を削減する。 【解決手段】 焼成過程に於て燃焼し、被熱物内部から
発熱して焼結させることは焼結反応を最も合理的に達成
する理想的な方法であり、本発明は、これらの効果を利
用して低コストで焼結体を造る為の可燃性発熱物質を、
設計された製造工程の条件を考慮して実験により限定選
択した。又生産性を向上して大きい経済性を求める為発
明者のもつ特許第１７２６２７３号の技術を併せて活用
した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】都市ゴミ焼却灰は、埋立処分
場の不足から、早急に減量化、無害化と再資源化が求め
られ、Ｒ．Ｄ．Ｆ．（固形燃焼）化と溶融スラグ化が推
進されているが、経済性の面では、国家としての大きい
負担が更に加算される方向にある。更に、最大の悩み
は、溶融により発生したスラグ類は、無害化され減量化
されているが土木用骨材としては強度不足で使用され
ず、単なる下盤用埋め込み材料としての付加価値しかな
く、地球環境の改善に役立つ機能を発揮することはでき
ないし、Ｒ．Ｄ．Ｆ．は、燃料として価値を発揮するが
発生する灰は再利用の途がない。又一方、事業系廃棄物
として、大量に発生し、膨大な処理コストをかけて処分
している請求項１に示すような廃棄物は、ＩＳＯ−１４
０００など世界的なルールの定着が義務付けられつつあ
るが、未だ経済性の高いリサイクル技術は、確立されて
いない。 本発明は、これらの問題を特に経済性の面か
ら分析し、各種の廃棄物のもつ物質の価値を効果的に活
用し、然も製造された製品は、地球環境改善に強く求め
られている需要の多い土壌改良材料を造る新規な技術を
提案する。

【０００２】

【従来の技術】都市ゴミ焼却灰の資源化方法は、数多く
発表され、又開発されているが、工業的製品として市場
に出ているものは少ない。発明者による（特願平４−３
１９１８５）では、多孔質で保水性をもち、地球温暖防
止効果をもつセラミック舗装板は、既に製造され市場に
拡大されている。千葉県船橋市においては、ゴミ焼却灰
６０［％］と、粘土４０［％］を標準組成とし、造粒成
形してロータリーキルンで１１００［℃］で焼結し、見
掛比重２．３、吸水率５．６［％］程度の道路用骨材規
格に入る人工骨材の製造が行なわれている。（文献
（株）Ｎ．Ｔ．Ｓ．社、「焼却灰、ばいじんの高度化処
理技術誌Ｐ．３８７）。又自己発熱性の組成物として、
アルミドロスの酸化発熱と発生ガスを有効利用したセラ
ミックスの利用技術は、発明者の特願平９−２３３５８
５がある。 本発明においては、表記のように廃棄物
を粒状に成形して焼結することにより多孔質の骨材にす
る方法であるが、目的とする製品は、多孔質で、保水性
機能材料であるとともに、可燃物を同時成形して内蔵さ
せ、焼成時に自らの熱エネルギーによって焼結し、エネ
ルギーコストを低減するとともに内部に微細な気孔を生
成させ、短時間に低コストで製品化する技術である。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】請求項１にあげた都市
ゴミ焼却灰などの各種の廃棄物は、化学成分や物性的特
徴は、それぞれ異なっているが、各種の物質が混合され
た廃棄物として考えるとそれぞれ焼結体の製造に有効な
物質を含んでいる。廃泥粘土類は、成形、造粒に必要な
成形助剤としての粘土成分をもち、溶融スラグ類は、ガ
ラス化されていて、低温度、短時間で焼結する目的には
有効な状態にあり、都市ゴミ焼却灰は、低温度で焼却さ
れていて、未燃炭素成分、及び中和剤として添加された
ＣａＯ成分による自硬性をもっている。又、可燃性発熱
物質としては、請求項２に示す「チャー」のように、炭
素成分４０［％］以上を含み、発熱量は、４０００［ｋ
ｃａｌ／ｋｇ］以上と高いエネルギーをもち、鋳物砂型
のダストには、グラファイトやフェノール樹脂などの可
燃成分とともに粘土質であるベントナイトを２０［％］
近く含むもので、成形助剤と熱エネルギーを併せて保有
してある。又、アルミドロスや表面溶融方式による都市
ゴミ溶融スラグ中には、金属アルミニウム分は、酸化さ
れずに、１０［％］以上も残存しているものであり、ア
ルミニウムの酸化発熱量は、約６０００［ｋｃａｌ／ｋ
ｇ］となり、これらの熱量は、本発明の目的に効果的に
活用されるものである。アスファルト舗装材の廃棄物
は、再生されてリサイクルされているが、微粉末に付着
して廃棄されるものは、高いエネルギーをもった原料と
して使用される。

【０００４】本発明の目的とする製品を製造するための
設計基準は、以下のとおりである。 （１）各種の廃棄物の化学成分や焼結条件及び成形条件
に必要な成形助剤の含有量、原料粉砕などの前工程処理
にかかるコストの条件などを考慮して組成物を造る。 （２）焼成焼結に必要な熱エネルギーは、焼成焼結時に
吸熱反応を示す成分、発熱反応を示す成分を考慮して焼
結温度に必要な熱エネルギーを請求項２に示す可燃発熱
物質の熱量を加えて組成物とするが、造粒成形条件、焼
成キルン投入時に造粒成形体が破壊したり、粉化しない
状態を保てる様に添加量により配合率を調整するが、組
成物として発熱量は、少なくとも５００［ｋｃａｌ／ｋ
ｇ］以上とする。 （３）目的とする保水性砂粒状焼結体は、それぞれの廃
棄物が現在廃棄処理にかかるコストの範囲内で製造でき
る経済性の高いものであり、これらを満足するように製
造工程の設計基準が必要である。 （４）製品は、砂状、粒状であり、用途目的により異な
るが、少なくとも気孔率は、２０［％］以上を有し、特
に高い保水性を求められるものは、５０［％］以上の軽
量骨材として多目的の用途に対応できること。 （５）製品は、環境庁の基準、土壌汚染基準を満足する
有害物の溶出条件を満足するものであること。

【０００５】

【課題を解決するための手段】課題解決の手段として、
本発明の製造方法の第１の特徴は、都市ゴミ焼却灰、下
水汚泥焼却灰、採石廃泥、上下水道廃泥粘土、建設シー
ルドスラッジ、煉瓦、陶磁器、瓦、ガラスのうちより選
ばれた１以上の窯業製品屑、金属製品製造時に発生する
各種ダスト、スラグ都市ゴミ溶融スラグなどの天然及び
人工的に生成される珪酸塩化合物の１種以上を４５
［％］以上８５［％］以内を主原料とし、水硬性セメン
ト類５［％］〜１５［％］と、可燃性発熱物質１０
［％］〜４０［％］から成る配合組成物を砂粒状に造粒
成形し、養生硬化、乾燥工程を経て、１０００［℃］〜
１３００［℃］の温度範囲に焼成し、焼結させた気孔率
２０［％］以上を有する粒状焼結体を製造することを特
徴とする保水性粒状焼結体の製造方法である。

【０００６】次に本発明の第２の特徴は、前記請求項１
に記載の可燃性発熱物質が自動車解体時に発生したシュ
レッダーダストなど合成樹脂製品を含む合成樹脂材料を
炭化乾留して生成した可燃炭素成分４０［％］以上を含
む「チャー」、金属製品の鋳造型の廃砂などのようなグ
ラファイトを含む廃棄物、アスファルト舗装材から成る
廃棄物などの炭素系質物を含むもので、発熱量１０００
［ｋｃａｌ／ｋｇ］以上を有するものであり、これらを
配合した焼成前の組成物は少なくとも５００［ｋｃａｌ
／ｋｇ］以上の熱量を内蔵するものである請求項１に記
載の保水性粒状焼結体の製造方法である。

【０００７】更に、本発明の第３の特徴は、請求項１又
は２に記載の前記可燃性発熱物質が金属アルミニウムを
１０［％］以上含む、アルミドロス、表面燃焼炉によっ
て都市ゴミを溶融したとき発生するスラグであり、これ
らのアルミドロスなどを配合した燃成前の組成物は、少
なくとも５００［ｋｃａｌ／ｋｇ］以上の熱量を内蔵す
るものである保水性粒状焼結体の製造方法である。

【０００８】本発明の製品を製造するプロセスは、前記
設計基準に基づいて原料を選択し、粉砕して少なくとも
０．５［ｍｍ］以下の粉末状とした後、１０［％］〜１
５［％］程度の水を加えて混合し造粒するが、ガラス、
スラグ類のように、それ自身で凝集して団粒化しないも
のには、粘土質を含む原料を混合させる。 この際、造
粒物は、乾燥されたとき、充分な強度をもち、機械的な
搬送設備上で破壊され粉化しないことが先ず第１の条件
となる。次に乾燥粒が、高温度のロータリーキルンなど
の炉内に投入したとき粘土分が多いと脱水時に爆裂粉化
することを実験により確認し、この欠点を改良する方法
として請求項１に示すように水硬性セメント類を５
［％］〜１５［％］の範囲で加えた組成物を調合し、必
要により硬化促進剤を加えて早期に強度を発現させると
良い。水硬性セメントを成形剤として成形し、焼結する
方法は、発明者による特許第１７２６２７３号によるも
のである。可燃性発熱成分については、紙類、木材、プ
ラスチックス類など対象物は、多いが、これら炭化され
ていない生の状態のものは、造粒、乾燥後、高温の炉内
に投入した際、着火、燃焼の初期に急激に膨張して造粒
体を破壊する欠点があることを確認し、そこで、あらか
じめ、炭化された状態にすると、製造方法として適合す
るものとなった。又、炭化物の状態によって効果的な発
熱を示す温度範囲に差があり、グラファイト質などは、
比較的高温度域で効果的であり、特にセメント水和物の
高温脱水による水蒸気は可燃炭素の燃焼に作用する。又
主原料組成が、スラグ、ガラスなどの場合は、これらの
燃焼発生ガスは、発泡効果として利用される。特に、シ
ュレッダーダスト「チャー」は、廃棄物として多量に発
生し、発熱量も高く、又造粒成形条件などすべての条件
に適するものであることを発見した。

【０００９】請求項１に示す組成原料の範囲は、前述し
たように、成形焼成の製造条件を満足するために実験的
に決めたものである。 先ず、水硬性セメント類は、粘
土質物が１０［％］以上含むものは５［％］で充分であ
り、粘土質物のないものは、少なくとも１５［％］が必
要であり、１５［％］以上は、コストの面で本発明の目
的に合わない。又、５［％］以下の場合は、粒状体の強
度が、燃焼時に爆裂防止効果は、無かった。可燃性発熱
物質の配合率は、主原料中に含まれる発熱成分によって
変わるが、１０［％］〜３０［％］の範囲とした。 組
成物中に含まれる発熱成分は、多いほど熱エネルギーが
高く好ましいものであるが、たとえば、「チャー」など
の発熱量の多いものは、４０［％］を越えると、造粒成
形した粒体の強度が不足するものであった。組成物を焼
結するための熱量原単位は、１０００［ｋｃａｌ／ｋ
ｇ］程度であるが、組成物中にこれらの１／２ 即
ち、５００［ｋｃａｌ／ｋｇ］以上の熱量を内装させな
いと、焼結時間が長くなり生産性が低く、コストの条件
を満たさないものであった。

【００１０】

【実施例】本発明における組成物の組み合わせは多様に
わたるため、実施例を３例選んで実施した。

【表１】 製造条件 主原料は、何れも粒度０．５［ｍｍ］以下の乾燥粉末と
して秤量配合した後、造粒成形水分１２［％］〜１８
［％］の範囲でオムニミキサーを用いて造粒し、８０
［℃］〜１００［℃］のドライヤーで１時間乾燥した
後、あらかじめ６００［℃］以上に加熱されている。焼
成炉内へ投入し、爆裂粉化しない状態を確認した後、
（１）は、炉内温度１２００［℃］で１０分間、（２）
は、１１５０［℃］で１０分間、（３）は、１１００
［℃］で１０分キープした後冷却した。なお、試料Ｎ
ｏ．１〜Ｎｏ．３の焼結体の重金属溶出試験の結果は、
土壌汚染基準を下回り、満足する安全なものであった。

【００１１】

【発明の効果】本発明によれば次のような効果を示す。 １）都市ゴミ焼却灰は、自治体の処分場確保が限界とな
り、更に１［トン］あたり、約５万円もかけて減量化
し、スラグ化する方向へ進められているが、従来膨大な
設備投資とコストをかけて生成されたスラグはほとんど
市場価値がない状態にある。 本発明によればこれらス
ラグ化設備の１／５以下の設備投資と１／３以下の処理
コストで無害化減量化ができるとともに、保水性砂粒
は、土壌改良剤として農業土壌、植生土壌の保水材通気
材として広く用途があり、１［トン］当たり数千円の価
格で引き取られる、需要の多い商品となる。 現在、全
国自治体の焼却灰処理コストは、２５，０００〜３５０
００円／トンかかっているが、これらのコストの中で充
分製造可能なものである。 その他の廃棄物についても
同様な経済効果と共に、地球環境において期待されるリ
サイクル製品となる。 ２）本発明を実施する際に発生する製造原価の中で熱エ
ネルギーのコストが、約１／５となる高い経済性をもっ
ている。 一般にこの種セラミックスを焼成、焼結する
熱量原単位は、８００〜１，０００Ｋｃａｌ／Ｋｇを要
するが、本発明のように、組成物自身の中に少くとも５
００Ｋｃａｌ／Ｋｇ以上の熱エネルギーを内蔵すると共
に、製品内部から発熱する事は、焼成、焼結に必要な時
間を短縮し高い生産性を発揮し、熱効率は大幅に向上す
ると共に、省エネルギー効果による大幅なコストダウン
となる。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 都市ゴミ焼却灰、下水汚泥焼却灰、採石
   廃泥、上下水道廃泥粘土、建設シールドスラッジ、煉
   瓦、陶磁器、瓦、ガラスのうちより選ばれた１以上の窯
   業製品屑、金属製品製造時に発生する各種ダスト、スラ
   グ都市ゴミ溶融スラグなどの天然及び人工的に生成され
   る珪酸塩化合物の１種以上を４５［％］以上８５［％］
   以内を主原料とし、水硬性セメント類５［％］〜１５
   ［％］と、可燃性発熱物質１０［％］〜４０［％］から
   成る配合組成物を砂粒状に造粒成形し、養生硬化、乾燥
   工程を経て、１０００［℃］〜１３００［℃］の温度範
   囲に焼成し、焼結させた気孔率２０［％］以上を有する
   粒状焼結体を製造することを特徴とする保水性粒状焼結
   体の製造方法。
2. 【請求項２】 前記可燃性発熱物質が自動車解体時に発
   生したシュレッダーダストなど合成樹脂製品を含む合成
   樹脂材料を炭化乾留して生成した可燃炭素成分４０
   ［％］以上を含む「チャー」、金属製品の鋳造型の廃砂
   などのようなグラファイトを含む廃棄物、アスファルト
   舗装材から成る廃棄物などの炭素系質物を含むもので、
   発熱量１０００［ｋｃａｌ／ｋｇ］以上を有するもので
   あり、これらを配合した焼成前の組成物は少なくとも５
   ００［ｋｃａｌ／ｋｇ］以上の熱量を内蔵するものであ
   る請求項１に記載の保水性粒状焼結体の製造方法。
3. 【請求項３】 前記可燃性発熱物質が金属アルミニウム
   を１０［％］以上含む、アルミドロス、表面燃焼炉によ
   って都市ゴミを溶融したとき発生するスラグであり、こ
   れらのアルミドロスなどを配合した燃成前の組成物は、
   少なくとも５００［ｋｃａｌ／ｋｇ］以上の熱量を内蔵
   するものである請求項１又は２に記載の保水性粒状焼結
   体の製造方法。