JP2002011366A - 灰の粉砕方法及び灰の固化成形体 - Google Patents

灰の粉砕方法及び灰の固化成形体

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JP2002011366A JP2000196731A JP2000196731A JP2002011366A JP 2002011366 A JP2002011366 A JP 2002011366A JP 2000196731 A JP2000196731 A JP 2000196731A JP 2000196731 A JP2000196731 A JP 2000196731A JP 2002011366 A JP2002011366 A JP 2002011366A
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ball mill
pulverization
grinding
dry density
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Kenichi Miyahara
健一 宮原
Nobuhiko Morita
暢彦 森田
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Kurita Water Industries Ltd
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Kurita Water Industries Ltd
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    • Y02W—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
    • Y02W30/00—Technologies for solid waste management
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 粉砕により灰の乾燥密度を確実に増加させ
て、高強度固化成形体の成形原料として好適な粉砕灰を
製造する。この粉砕灰を用いて高強度な灰の固化成形体
を提供する。 【解決手段】 転動ボールミル又は振動ボールミルを用
いて灰を粉砕する方法。粉砕後の灰の乾燥密度が、粉砕
前の灰の乾燥密度より0.2g/cm3以上大きく、かつ、粉砕
後の灰の累積細孔容積が、粉砕前の灰の累積細孔容積よ
り0.14mL/g以上小さくなるように粉砕する。或いは粉砕
後の灰の乾燥密度が1.1〜1.6g/cm3となり、かつ、粉砕
後の灰の累積細孔容積が0.4〜0.8mL/gとなるように粉砕
する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、灰の粉砕方法及び
灰の固化成形体に係り、特に、製紙排水汚泥や下水汚泥
等の汚泥焼却灰を固化して舗装材等の建設資材として有
効利用可能な十分な強度を有する成形体を製造すること
を目的として、或いは、埋立処分時の飛散防止、重金属
類の溶出防止、埋立処分地の延命化、埋立後の地盤強度
確保を目的として行う灰の固化成形処理を効率的に行う
ための前処理としての灰の粉砕方法と、この灰を用いて
得られた灰の固化成形体に関する。
【０００２】
【従来の技術及び先行技術】廃棄物の有効利用や重金属
の溶出防止等を目的として、灰を固化する試みは、既に
実用化されており、本出願人は灰を固化する際に、灰の
配合量をより多くして再利用率を高めると共に、舗装材
等としての要求強度を十分に満たす成形体を製造するこ
とを目的として、先に、灰にセメントと水を添加、混合
し、得られた混合物を固化成形する方法において、該灰
を粉砕処理する灰の固化成形方法を提案した（特願平１
１−２４１７７４号。以下「先願」という。）。
【０００３】この先願の方法では、灰を粉砕処理して固
化成形することにより、灰の配合割合を高め、灰、セメ
ント以外の副資材を使用せずに十分な強度を発現させる
ことが可能となった。即ち、先願では、灰の粉砕処理に
より成形後の固化成形体が高密度化し、無機性粉体や細
骨材等の副資材を使用しなくても、得られる固化成形体
の高強度化が図れるため、灰の配合割合を大幅に増加さ
せることが可能となった。
【０００４】先願の方法においては、灰の粉砕処理によ
って次のような理由により得られる固化成形体が高強度
化するものと考えられる。 １） 灰は多孔質の粉体であるため、粉砕処理によって
灰粒子内部の空隙が低減し、成形後の固化成形体を高密
度化させる。 ２） 粉砕処理によって粒度分布がブロードになるた
め、灰粒子間の空隙が低減し、成形後の固化成形体を高
密度化させる。 ３） 強度の弱い灰粒子が、粉砕処理により予め破壊さ
れることによって、成形後の固化成形体を高強度化させ
る。
【０００５】先願の方法では、特に上記１）の灰粒子内
部の空隙の低減のために好ましくは、粉砕前の灰の乾燥
密度ρｄＡに対して、粉砕後の灰の乾燥密度ρｄＢが大
きくなるように、特に、粉砕後の灰の乾燥密度ρｄＢが
粉砕前の灰の乾燥密度ρｄＡより0.2g/cm3以上大きく、
粉砕後の灰の乾燥密度ρｄＢが0.7g/cm3以上、とりわけ
1.0g/cm3以上となるように粉砕処理を行う。
【０００６】なお、灰は、被焼却物の性状（由来、化学
組成、形状等）、焼却炉の形式、焼却炉の運転条件、集
塵方法等によって大きく性状が異なるが、一般的に灰粒
子内部に空隙を持つ多孔質の構造を持つことが多く、粉
砕処理によって灰粒子内部の空隙を低減できれば灰の乾
燥密度は増加する。従って、乾燥密度の増加は累積細孔
容積の減少と同様の意義である。
【０００７】その他、灰等の無機系廃棄物をセメントで
固化する方法において、固化に先立ち、灰等を粉砕する
技術について、従来、次のような多くの提案がなされて
いるが、いずれも先願の方法とは、次のような相違点が
ある。
【０００８】 特開平2-172581号公報「焼却灰の固化
処理方法」 粉砕(機能を持つ混合手段)により表面積を増加させるこ
とを目的としており、粉砕により乾燥密度を増加させる
技術思想はなく、得られる固化物の強度も低い。
【０００９】 特開平6-7761号公報「廃棄物の焼却残
渣の処理方法及び該方法によって得られる製品」 寸法が1cm以上の場合において粉砕しており、粉砕によ
り乾燥密度を増加させる技術思想はなく、得られる固化
物の強度も低い。
【００１０】 特開平10-18209号公報、同18506号公
報、同18207号公報「無機系廃棄物を有効利用したブロ
ック」 コンクリート骨材としての粒度調整するために粉砕して
おり、粉砕により乾燥密度を増加させる技術思想はな
い。得られる製品の強度は不明である。
【００１１】 特開平10-328637号公報「産業廃棄物
を固形化する方法」 骨材とするべく1cm程度の大きさに粉砕しており、粉砕
により乾燥密度を増加させる技術思想はない。
【００１２】 特開平7-96263号公報「廃棄物焼却灰
の処理方法及び装置」 骨材としての粒度調整のために粉砕しており、粉砕によ
り乾燥密度を増加させる技術思想はない。
【００１３】 特開平9-118556号公報「超微粉砕フラ
イアッシュを使用したコンクリート硬化体」 特開平9-175846号公報「コンクリート混和用フライアッ
シュの活性化処理方法」 特許第2987693号「流動床石炭灰を使用したコンクリー
ト硬化体」 潜在水硬性を持ちセメントの一部代替品として使用可能
であることが公知であるフライアッシュ(都市ゴミ飛灰
もフライアッシュと呼ばれるが、ここでは火力発電所石
炭灰を指している)を、さらに反応性を高めるために微
粉砕ないし超微粉砕しており、粉砕により乾燥密度を増
加させる技術思想はない。これらはいずれもセメントと
の代替割合を高めることを目的としており、乾燥密度を
高めた灰を使用することにより骨材を不要とする先願と
は異なる。また、先願で不要とされている反応促進や粉
砕助剤としてのアルカリが必要とする点においても異な
る。
【００１４】このように、従来技術においては灰の乾燥
密度を増加させるために粉砕するという技術思想はな
く、灰を粉砕してその乾燥密度を高めることにより灰の
空隙率を低減し、得られる固化体の強度を高めること
は、先願で提案された新規技術事項である。
【００１５】ところで、先願においては、原料とする灰
の物性について特に限定していないが、主に対象として
いる汚泥焼却灰の平均粒子径は数十ミクロン程度である
ことが多く、粉砕操作としては一般的に微粉砕(粉砕後
の粒径が数〜数百ミクロン)に相当する。
【００１６】転動ボールミルや振動ボールミルを用い
て、粒子径低減、表面積増加を目的として一般的な微粉
砕を行う場合の標準的な操作条件は、以下の通りであ
る。
【００１７】(1)原料灰投入量 バッチ処理の場合（転動ボールミルも振動ボールミルも
同等） Ｉv≒Ｖ2 ここで、Ｉvは原料灰投入量(m3:見掛け体積)であり、Ｖ
2はボール空隙(m3:ミルを静置したときにボール間に形
成される空隙)である。なお、一般的なボールの充填率
(Ｖ1+Ｖ2)／Ｖは、転動ボールミルの場合で0.3〜0.6、
振動ボールミルの場合で0.6〜0.9である。ここで、Ｖ1
はボール体積(m 3)、Ｖはミル容量(m3)である。即ち、従
来の標準的な操作条件では、原料投入量はボール間の空
隙を埋める程度が標準とされている。なお、粒子径の低
減を目的とする一般的な粉砕操作においてはこの原料投
入量が標準より少なくなると粉砕速度が速くなるため、
粉砕に要する時間が短縮し、標準より多くなると、粉砕
速度が遅くなるため、粉砕に要する時間が長くなる。
【００１８】(2)ボール径 粉砕作用を発揮するためには原料粒径に対して十分大き
なボール径とする必要があるが、ミルの粉砕能力はボー
ルの表面積に正比例するため、粉砕作用が発揮される範
囲でできるだけ小さいボール径が望ましい。一般的に
は、転動ボールミルの場合はボール径10〜25mm、振動ボ
ールミルの場合はボール径5〜20mmとされる。
【００１９】(3)ミル回転数 転動ボールミルにおいては、一般的に臨界回転数の65〜
80%の範囲で操作される。粗粉砕の場合は衝撃作用が主
な粉砕機構であるため、臨界回転数の70〜80%程度とさ
れるが、微粉砕の場合は摩砕作用が主な粉砕機構である
ため臨界回転数の65〜75%程度で設定される。なお、臨
界回転数とは、ボールが遠心力でミル内壁に押しつけら
れ落下しなくなるときのミル回転数であり、次式で求め
られる。 Nc=42.3／D1/2 ここで、Ncは臨界回転数(rpm)、Dはミル内径(m)であ
る。
【００２０】(4)粉砕時間 目的とする粉砕後の粒子径によって設定され、原料の種
類によっても異なる。
【００２１】
【発明が解決しようとする課題】このような通常の条件
で微粉砕操作を行うと、粒子径低減や表面積増加を目的
とする場合には有効であるものの、先願の方法のように
乾燥密度の増加を目的として粉砕操作を行う場合には必
ずしも有効ではなく、適切な粉砕装置の選定及び粉砕条
件の設定が必要となる。
【００２２】しかし、先願では、乾燥密度の増加に適し
た粉砕装置についての例示はあるものの、乾燥密度の増
加を目的として粉砕を行う場合の具体的な操作条件が明
らかにされていなかった。
【００２３】従って、本発明は、粉砕により灰の乾燥密
度を確実に増加させて、高強度固化成形体の成形原料と
して好適な粉砕灰を製造することができる灰の粉砕方法
と、この粉砕灰を用いた高強度な灰の固化成形体を提供
することを目的とする。
【００２４】
【課題を解決するための手段】本発明（請求項１）の灰
の粉砕方法は、転動ボールミル又は振動ボールミルを用
いて灰を粉砕する方法において、粉砕後の灰の乾燥密度
ρｄＢが、粉砕前の灰の乾燥密度ρｄＡより0.2g/cm3以
上大きく、かつ、粉砕後の灰の累積細孔容積Ｖ ｄＢが、
粉砕前の灰の累積細孔容積ＶｄＡより0.14mL/g以上小さ
くなるように粉砕することを特徴とする。
【００２５】本発明（請求項２）の灰の粉砕方法は、転
動ボールミル又は振動ボールミルを用いて灰を粉砕する
方法において、粉砕後の灰の乾燥密度ρｄＢが1.1〜1.6
g/cm 3となり、かつ、粉砕後の灰の累積細孔容積ＶｄＢ
が0.4〜0.8mL/gとなるように粉砕することを特徴とす
る。
【００２６】このような乾燥密度及び累積細孔容積とな
るように粉砕を行うことにより、前記１）〜３）の作用
機構で著しく高強度な固化成形体を得ることができるよ
うになる。
【００２７】請求項１の方法において、ρｄＢ−ρｄＡ
＜0.2g/cm3、或いはＶｄA−ＶｄB＜0.14mL/gであると、
粉砕による乾燥密度の増加、累積細孔容積の低減が十分
ではなく、成形後の固化成形体の高密度化を十分に達成
し得ない。
【００２８】また、請求項２の方法において、ρｄＢが
1.1g/cm3未満であったり、ＶｄBが0.8mL/gを超えると、
粉砕による乾燥密度の増加、累積細孔容積の低減が十分
ではなく、成形後の固化成形体の高密度化を十分に達成
し得ず、高強度固化成形体を得ることができない。逆
に、ρｄＢが1.6g/cm3を超えるか、ＶｄBが0.4mL/g未満
となるまで粉砕操作を行うことは、粉砕時間が過大もし
くは粉砕処理量が過少となり、効率的ではない。
【００２９】本発明者らは、このような乾燥密度の増加
（及び累積細孔容積の低減）を目的とした灰の粉砕操作
条件を種々検討した結果、以下の知見を得た。
【００３０】(1)原料灰投入量の影響 前述の標準の原料灰投入量(Ｉv≒Ｖ2)を100%としたと
き、標準に対して60〜90%、特に望ましくは70〜80%とす
ることにより、効率的に乾燥密度が増加する。この割合
が90%より多いと乾燥密度の増加が少ない。60%より少な
いと処理量が少なすぎて効率的ではない。
【００３１】このような原料灰投入量とすることによる
乾燥密度増加の効果発現の機構は明らかでないが、以下
のように推定される。
【００３２】即ち、原料灰投入量が多い場合、粉砕時に
ボールとボールの間に挟まれる粉体層が厚くなるため、
ボール同士の衝突によって発生する衝撃作用が粉体層の
変形によって吸収され、粒子自体の変形が起こり難くな
る。結果として、粒子内部の空隙が低減せず、粉体の乾
燥密度は増加しない。一方、原料灰投入量を少なくする
と、ボールとボールの間に挟まれる粉体層が薄くなるこ
とによって、衝撃作用が効率的に粒子自体の変形に働く
ため、粒子内部の空隙が低減し粉体の乾燥密度が増加す
る。
【００３３】また、微粉砕の場合、原料灰がボールに固
着することにより経時的に粉砕効率が低下するため、粉
砕助剤を使用することがあるが、このように原料灰投入
量を少なくすることで、ボール同士が直接衝突する回数
が増加するため、ボール表面への原料灰の固着を防止す
ることができ、特に粉砕助剤を使用せずに粉砕効率を維
持することができる。
【００３４】従って、バッチ方式での粉砕において、転
動ボールミル、振動ボールミルのいずれにおいても、原
料灰投入量は好ましくは下記式(1)で算出される投入量
とする。
【００３５】Ｉv＝(0.6〜0.9)×Ｖ2 …(1) （ここで、Ｉvは原料灰投入量(m3:見掛け体積)、Ｖ2は
ボール空隙(m3)） 一方、連続方式で粉砕する場合にあっては、目的とする
乾燥密度の灰を得るために、転動ボールミル、振動ボー
ルミルのいずれにおいても、原料灰の供給速度を下記式
(2)で算出される供給速度とする。 S＝(0.7〜1.3)×Ｖ2／Ｔ …(2) （ここで、Sは原料灰供給速度(m3／h：時間当たりの見
掛け体積)、Ｖ2はボール空隙(m3)、Ｔはバッチにおける
粉砕時間(h)）
【００３６】なお、バッチにおける粉砕時間Ｔとは、使
用する連続方式の転動ボールミル又は振動ボールミル
と、ミル容積、ボール体積、ボール径が同等条件であ
り、かつ、転動ボールミルの場合はさらにミル回転数、
振動ボールミルの場合はさらに振動数及び振幅も同等条
件であるミルで、バッチ方式の粉砕を前記（１）式に基
づいた原料灰投入量で行ったときに、目的とする乾燥密
度の灰を得るために必要な粉砕時間である。
【００３７】(2)ボール径の影響 重量平均ボール径(個数平均ではなく)を、転動ボールミ
ルの場合25〜125mm、特に望ましくは50〜125mm、振動ボ
ールミルの場合10〜50mm、特に望ましくは15〜50mmとす
ることにより、効率的に乾燥密度が増加する。
【００３８】上記範囲よりボール径が小さい場合には乾
燥密度の増加は少ない。上記範囲よりボール径が大きい
場合にはボールの表面積が少なくなり粉砕効率が落ち
る、衝撃作用が強すぎてミル内部に施されたライニング
の寿命を縮める、等の不都合が生じる。
【００３９】このようなボール径とすることによる乾燥
密度増加の効果発現の機構は明らかではないが、以下の
ように推定される。
【００４０】一般的な微粉砕、即ち単なる粒子径の低減
であれば、原料灰粒子が部分的に欠けていくことによっ
て粉砕が進行するため、原料灰粒子を押し潰すほどの衝
撃力は必要とせず、ボール径を小さくしてボール数を多
くする方が有効となる。これに対して、原料灰の乾燥密
度を増加させるためには原料灰粒子内部の空隙を低減す
る必要がある。そのためには、原料灰粒子を押し潰すの
に十分な衝撃力が必要となり、ボール径は大きい方が効
果が高い。
【００４１】(3)ミル回転数の影響 転動ボールミルにおいて、ミル回転数を臨界回転数の70
〜80%、特に75〜80%とすることにより、効率的に乾燥密
度が増加する。ミル回転数が、臨界回転数の70%より少
ない場合、もしくは80%より多い場合は、乾燥密度の増
加は少ない。
【００４２】このようなミル回転数とすることによる乾
燥密度増加の効果発現の機構は明らかではないが、以下
のように推定される。
【００４３】転動ボールミルの粉砕機構は、主に衝撃作
用と摩砕作用に分けられる。一般的な微粉砕、即ち単な
る粒子径の低減であれば、主に摩砕作用によって粉砕が
進行するためボールを高い位置まで持ち上げる必要がな
く、ミル回転数は臨界回転数の65〜75%で良い。これに
対して、原料灰の乾燥密度を増加させるためには、主に
衝撃作用によって原料灰粒子内部の空隙を低減する必要
がある。そのためには、ボールを高い位置まで持ち上げ
る方が有利であり、ミル回転数は臨界回転数の70〜80
%、特に75〜80%とすることが望ましい。
【００４４】(4)粉砕時間の影響 転動ボールミルにおいて、粉砕時間を0.5〜3時間、特に
1〜2時間とすることにより、効率的に乾燥密度が増加す
る。この粉砕時間が0.5時間より少ないと乾燥密度の増
加が少ない。3時間より多いと処理量が少なすぎて効率
的ではない。
【００４５】このような粉砕時間とすることによる乾燥
密度増加の効果発現の機構は明らかでないが、以下のよ
うに推定される。
【００４６】一般的な微粉砕、即ち単なる粒子径の低減
であれば、原料灰粒子が部分的に欠けていくことによっ
て粉砕が進行するため、粉砕時間の長さに応じて粒子径
は小さくなる。これに対して、原料の乾燥密度を増加さ
せるためには、衝撃作用により原料灰粒子が押し潰す必
要があり、この原料灰の粒子の押し潰し作用は粉砕開始
初期に有効であり、これにより原料灰粒子内部の空隙が
急速に低減する。従って、粉砕時間を粉砕開始初期に相
当する0.5時間以上とすることにより効率的に乾燥密度
が増加する。また、衝撃作用により押し潰され空隙を失
った原料灰粒子はそれ以上粉砕を続けても乾燥密度の増
加は期待できないため、一定時間を超えると乾燥密度は
殆ど増加しなくなる。したがって、粉砕時間を一定時間
に相当する3時間以内とすることにより効率的に乾燥密
度が増加する。
【００４７】なお、振動ボールミルの場合、粉砕時間は
０．０２５〜０．３時間とするのが好ましく、特に０．
０５〜０．２時間とするのがさらに好ましい。
【００４８】本発明の灰の固化成形体は、このような本
発明の方法で粉砕された灰に、セメントと水を添加、混
合し、得られた混合物を固化成形してなるものであり、
灰の配合量を多くした上で著しく高い強度を発現するこ
とができる。
【００４９】
【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態を詳細
に説明する。
【００５０】本発明の灰の粉砕方法では、灰を転動ボー
ルミル又は振動ボールミルを用いて粉砕する。
【００５１】本発明において、粉砕は、 粉砕後の灰の乾燥密度ρｄＢが、粉砕前の乾燥密度
ρｄＡより0.2g/cm3以上大きく、即ち、ρｄＢ−ρｄＡ
≧0.2g/cm3であり、かつ、粉砕後の灰の累積細孔容積Ｖ
ｄＢが粉砕前の灰の累積細孔容積ＶｄＡより0.14mL/g以
上小さく、即ちＶｄＡ−ＶｄＢ≧0.14mL/gとなるように
或いは 粉砕後の灰の乾燥密度ρｄＢが1.1〜1.6g/cm3であ
り、かつ、粉砕後の灰の累積細孔容積ＶｄＢが0.4〜0.8
mL/gとなるように行う。
【００５２】ここで灰の乾燥密度は、ＪＩＳ−Ａ−１２
１０「突き固めによる土の締め固め試験法」に記載の
「突き固めた土の乾燥密度」の算出方法に準拠し、次式
（３）のように定義する。 ρｄ＝ρｗ／（１＋ｗ／１００）・・・（３） ここに、ρｄ：灰の乾燥密度 ρｗ：灰の湿潤密度 ｗ：灰の含水比（％） ただし、ρｗはＪＩＳ−Ａ−１２１０に記載されている
突き固めた場合の密度ではなく、タップカサ密度として
の値である。
【００５３】なお、タップカサ密度ρｗの値は、次式
（４）によって算出するものとする。 ρｗ＝ｍｗ／ｖｔ ・・・（４） ここに、ｍｗ：有姿の含水比で１００ｍＬメスシリンダ
ーに約１００ｍＬ採取した灰の質量（ｇ） ｖｔ：メスシリンダーをタップさせ、メスシリンダー中
の灰の容積が一定になったときの灰の容積（ｃｍ３） このタップカサ密度ρｗは、ホソカワミクロン社製パウ
ダーテスターを使用して測定した固め見掛け比重を用い
ても良い。また灰の含水率が１１０℃乾燥により１％以
下の場合には、前記のタップカサ密度でもパウダーテス
ターによる固め見掛け比重でも、灰の乾燥密度と同等と
見なして良い。
【００５４】また、灰の累積細孔容積とは、次のように
して測定された値である。 （１） 前処理として灰を１１０℃で３時間乾燥する。 （２） 前処理した灰を水銀圧入法により細孔径が０．
００３２〜１００μｍの範囲の細孔分布、細孔容積を測
定し、細孔容積の累計値を累積細孔容積とする。測定装
置としては、「オートポアIII９４２０」（ＭＩＣＲＯ
ＭＥＲＩＴＩＣＳ社製）を用いることができる。
【００５５】本発明においては、粉砕により上記及び
／又はの乾燥密度及び累積細孔容積を達成するため
に、転動ボールミル又は振動ボールミルを用い、好まし
くは前述の重量平均ボール径、ミル回転数、粉砕時間、
原料灰投入量又は原料灰供給速度で粉砕を行う。
【００５６】なお、本発明の方法においては、粉砕時の
衝撃力を重視するため、ボールの材質としては比重の大
きいものが好ましい。具体的には鍛造又は鋳造による鉄
を主成分とするボールを使用することが望ましい。ま
た、乾式、湿式いずれでも粉砕可能であるが、後工程の
ミキシング工程における水分調整の容易さを考慮する
と、乾式による粉砕が望ましい。
【００５７】また、この粉砕に当たり、後述の重金属固
定剤やダイオキシン分解剤を灰と共にミル内に投入して
も良い。また、後述の如く、粉砕中にミル内を加熱して
粉砕と共にダイオキシンの分解処理を行っても良い。
【００５８】このような本発明の方法に従って粉砕され
た灰を用いて固化成形体を製造するに当たり、粉砕後の
灰とセメントの混合割合は、粉砕後の灰１００重量部に
対してセメント１０〜８０重量部とするのが好ましい。
セメントの配合量が上記範囲よりも多いとコスト高とな
り再利用できる灰の量も相対的に少なくなる。また、セ
メントの配合量が上記範囲より少ないと、十分な強度を
得るために必要な設備が過大となる。
【００５９】本発明において使用するセメントの種類と
しては、水硬性セメント及び気硬性セメント全般が使用
可能であり、成形品の用途によって選択使用される。具
体的には、水硬性セメントとしては、普通ポルトランド
セメント、中庸熱ポルトランドセメント、早強ポルトラ
ンドセメント、超早強ポルトランドセメント、耐硫酸塩
ポルトランドセメント、白色ポルトランドセメント、油
井セメント、コロイドセメント、高炉セメント、フライ
アッシュセメント、シリカセメント、超低発熱セメン
ト、高強度用セメント、地熱井セメント、ＲＣＣＰ用セ
メント、アルミナセメント、超速硬セメント、ＧＲＣ用
低アルカリセメント等が、また、気硬性セメントとして
は、消石灰、石膏、マグネシアセメント等が挙げられ
る。
【００６０】上記に示したセメントの中でも、特に支障
がない限り、安価な普通ポルトランドセメント、高炉セ
メント、フライアッシュセメントを用いるのが望まし
い。
【００６１】また、成形品の環境に対する安全性への配
慮から、土壌環境基準を遵守する必要がある場合、六価
クロム溶出量の少ない高炉セメント、フライアッシュセ
メントを使用するのが好ましい。特に、製品としてのリ
サイクル率向上を図る場合にはエコセメントの使用が望
ましい。
【００６２】本発明において、成形をプレス成形、真空
プレス成形又は振動成形で行う場合、粉砕された灰、セ
メントに、好ましくは含水比が５〜４０％となるように
水を添加するのが好ましい。この含水比が４０％を超え
ると、水が多すぎるため所定のプレス圧力をかけること
ができず、十分な強度を発現し得ない。逆に、含水比が
５％未満であると、セメントの水和反応が十分に進行せ
ず、十分な強度を発現し得ない。
【００６３】また、押出成形又は真空押出成形で成形す
る場合には、粉砕された灰、セメントに、好ましくは含
水比が１０〜８０％となるように水を添加するのが好ま
しい。この含水比が８０％を超えると、Ｗ／Ｃが高くな
り十分な強度を発現し得ない。逆に、含水比が１０％未
満であると、水が少なすぎるために押出機から排出され
ず成形が困難となる。
【００６４】なお、この含水比とは、混合物中の全乾燥
原料に対する全水量の重量割合（重量％）である。
【００６５】本発明において、粉砕された灰、セメン
ト、水の混合手順には特に制限はなく、粉砕された灰、
セメントを混合した後で水を添加して混合しても良く、
また、粉砕された灰、セメントのうちの一部を予め水と
混合した後、残った原料を添加して混合しても良い。
【００６６】更に、本発明において、灰の粉砕とセメン
ト、水との混合手順にも特に制限はなく、灰を粉砕後、
セメント、水と混合しても良く、また、灰、セメント、
水を混合後、混合物を更に粉砕混合しても良い。更に、
灰を粉砕しながらセメント及び水を全量添加して混合し
ても良く、また、灰を粉砕しながらセメント、水のうち
のを一部添加して混合後、残った原料を更に添加して混
合しても良い。特に、灰にセメントの少なくとも一部及
び／又は水の少なくとも一部を添加した後に、より好ま
しくは灰にセメントの少なくとも一部を添加した後に、
粉砕処理し、粉砕処理と混合処理とを同時に行う場合に
おいて、予め粉砕処理した灰とセメントと水を混合する
場合に比べて、灰とセメントとが効率的に接触するた
め、より一層の高強度化ないしセメント使用量の低減が
図れ、好ましい。
【００６７】本発明においては、基本的には、灰、セメ
ント及び水を原料として成形を行うが、更に、必要に応
じて、無機粉体、骨材、顔料、その他の添加材を成形原
料として配合しても良い。
【００６８】また、灰に有害な重金属類が含まれる場
合、灰の粉砕処理工程において灰に重金属固定剤を添加
し、灰の粉砕処理と同時に重金属固定処理を行うか、灰
を粉砕した後に重金属固定剤を添加して重金属固定処理
を行うのが好ましい。
【００６９】また、灰にダイオキシン類が含まれる場
合、灰の粉砕処理工程において灰にダイオキシン分解剤
を添加することによって灰の粉砕処理と同時にダイオキ
シン分解剤を混合してダイオキシン分解処理を行うか、
灰を粉砕した後にダイオキシン分解剤を添加することに
よってダイオキシン分解剤の混合してダイオキシン分解
処理を行うのが好ましい。特に、灰にダイオキシン分解
剤を添加した後、粉砕装置内部の温度を室温〜３００℃
未満に設定することにより、灰の粉砕と同時に効率的な
ダイオキシン分解処理を行うことができる。
【００７０】本発明においては、粉砕された灰、セメン
ト、水等を所定割合で混合して得られた混合物は、金型
に充填してプレス成形、真空プレス成形又は振動成形す
るか、押出成形機又は真空押出成形機に供給して成形す
る。
【００７１】プレス成形又は真空プレス成形の場合、プ
レス圧力は、５〜３００ＭＰａとするのが好ましい。こ
のプレス圧力が５ＭＰａ未満では十分な強度を有する成
形体を得ることができず、成形体の用途が限定される。
またプレス圧力が３００ＭＰａを超えるとプレス成形の
設備が過大となり現実的ではない。実用的には１０〜１
００ＭＰａのプレス圧力が好ましく、なかでも１５〜４
０ＭＰａとするのが特に好ましい。
【００７２】また、振動成形を行う場合、成形圧力は
０．０５〜０．１ＭＰａ程度の低圧力とすることができ
る。即ち、振動成形は振動を付与しながら低圧力でプレ
スするものであり、プレスと共に振動を同時併用させる
ことによって充填密度を増加させる結果、０．０５〜
０．１ＭＰａ程度という、プレス成形の成形圧力よりも
著しく低い圧力でも、プレス成形と同等の強度が発現さ
れる。
【００７３】プレス成形、真空プレス成形又は振動成形
を行う場合、粉砕された灰、セメント、水等を所定割合
で混合して得られた混合物を基層材料とし、別途、調合
した異なる配合の表層材料を用いて、２層以上の複層構
造の成形体を成形することもできる。
【００７４】なお、本発明において、成形方法はプレス
成形、真空プレス成形、振動成形、押出成形、真空押出
成形に限らず、鋳込成形等の他の成形法を採用すること
もできる。
【００７５】成形後は、十分な強度が発現されるまで養
生するのが好ましい。養生方法としては、気中養生、水
中養生、蒸気養生の他、特に養生方法の制限はないが、
コストが安価であることから気中養生が望ましく、その
場合の養生条件としては温度５〜３０℃、湿度３０〜７
０％で１日から４週間程度である。気中養生を行う場合
には、成形体をできるだけ密閉して養生することによ
り、セメントの水和熱を利用した促進養生を行うことが
好ましい。
【００７６】以上のような方法によって、インターロッ
キングブロックコンクリート平板、境界ブロック等の道
路用コンクリート製品、護岸用コンクリート製品、建築
ボード類等に準ずる十分な強度を有し、既存のセメント
コンクリート製品の代替として有効利用可能な固化成形
体を得ることができる。
【００７７】なお、得られた固化成形体にはくし目状の
すじつけ、擬石模様等の表面加工処理を施しても良い。
また、この固化成形体は板状等の定形の形状で使用する
他、１ｍｍ〜１０ｃｍ程度の大きさに破砕し、破砕物と
して路盤材や栗石などの骨材に利用することもできる。
【００７８】
【実施例】以下に実施例を挙げて本発明をより具体的に
説明する。
【００７９】なお、以下において、粉砕に供する原料灰
としては下水汚泥焼却灰（高分子系脱水剤使用、流動床
炉飛灰、粉砕前乾燥密度ρｄＡ＝0.95g/cm3、粉砕前重
量平均粒子径＝24μm、粉砕前累積細孔容積ＶｄＡ＝0.9
8mL/g）を用いた。また、粉砕に用いた転動ボールミル
及び振動ボールミルの仕様は次の通りである。転動ボー
ルミルの仕様 1)ミル直径465mm 2)ミル長さ570mm 3)ボール合計重量180kg(比重7.65:鋳鉄製、ボール空隙率
40体積％、Ｖ2=15.7L) 振動ボールミルの仕様 1)ミル直径200mm 2)ミル長さ2400mm 3)ボール合計重量240kg(比重7.65:鋳鉄製、ボール空隙率
40体積％、Ｖ2=20.9L) 4)振動数1200vpm 5)振幅8mm
【００８０】実施例１（バッチ方式の粉砕実験） 表１に示す粉砕条件でバッチ方式にて原料灰の粉砕を行
い、粉砕後の灰の乾燥密度、累積細孔容積、重量平均粒
子径を表１に示した。
【００８１】
【表１】
【００８２】実施例２（連続方式の粉砕実験） 表２に示す粉砕条件で連続方式にて原料灰の粉砕を行
い、粉砕後の灰の乾燥密度、累積細孔容積、重量平均粒
子径を表２に示した。
【００８３】
【表２】
【００８４】実施例３（灰の固化成形実験） 表３に示す灰とセメント及び水を表３に示す配合量及び
含水比で混合し、この混合物を面圧20MPaの条件でプレ
ス成形し、得られた成形体の脱型直後の密度と曲げ強度
及び圧縮強度を測定し、結果を表３に示した。
【００８５】
【表３】
【００８６】
【発明の効果】以上詳述した通り、本発明の灰の粉砕方
法によれば、粉砕により灰の乾燥密度を確実に増加させ
て、高強度固化成形体の成形原料として好適な粉砕灰を
製造することができる。
【００８７】また、本発明の灰の固化成形体によれば、
このような粉砕灰を用いて高強度な灰の固化成形体が提
供される。
フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｃ０４Ｂ 18/10 Ｃ０４Ｂ 28/02 28/02 Ｂ０９Ｂ 3/00 ＺＡＢ Ｆターム(参考） 4D004 AA36 AB03 BA02 CA04 CA14 CA45 CC13 DA03 DA13 DA20 4D063 FF02 FF08 FF35 FF37 GA10 GC40 GD11 GD24 4G012 PA26

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 転動ボールミル又は振動ボールミルを用
    いて灰を粉砕する方法において、粉砕後の灰の乾燥密度
    が、粉砕前の灰の乾燥密度より0.2g/cm3以上大きく、か
    つ、粉砕後の灰の累積細孔容積が、粉砕前の灰の累積細
    孔容積より0.14mL/g以上小さくなるように粉砕すること
    を特徴とする灰の粉砕方法。
  2. 【請求項２】 転動ボールミル又は振動ボールミルを用
    いて灰を粉砕する方法において、粉砕後の灰の乾燥密度
    が1.1〜1.6g/cm3となり、かつ、粉砕後の灰の累積細孔
    容積が0.4〜0.8mL/gとなるように粉砕することを特徴と
    する灰の粉砕方法。
  3. 【請求項３】 転動ボールミルを用い、その重量平均ボ
    ール径を25〜125mmとすることを特徴とする請求項１又
    は２に記載の灰の粉砕方法。
  4. 【請求項４】 転動ボールミルを用い、ミル回転数を臨
    界回転数の70〜80%とすることを特徴とする請求項１な
    いし３のいずれか１項に記載の灰の粉砕方法。
  5. 【請求項５】 転動ボールミルを用い、粉砕時間を0.5
    〜3時間とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載
    の灰の粉砕方法。
  6. 【請求項６】 振動ボールミルを用い、その重量平均ボ
    ール径を10〜50mmとすることを特徴とする請求項１又は
    ２に記載の灰の粉砕方法。
  7. 【請求項７】 灰をバッチ方式で粉砕する方法であっ
    て、転動ボールミル又は振動ボールミルへの灰の投入量
    を下記式(1)で算出される投入量とすることを特徴とす
    る請求項１ないし６のいずれか１項に記載の灰の粉砕方
    法。 Ｉv＝(0.6〜0.9)×Ｖ2 …(1) （ここで、Ｉvは原料灰投入量(m3:見掛け体積)、Ｖ2は
    ボール空隙(m3)）
  8. 【請求項８】 灰を連続方式で粉砕する方法であって、
    転動ボールミル又は振動ボールミルへの灰の供給速度を
    下記式(2)で算出される供給速度とすることを特徴とす
    る請求項１ないし６のいずれか１項に記載の灰の粉砕方
    法。 S＝(0.7〜1.3)×Ｖ2／Ｔ …(2) （ここで、Sは原料灰供給速度(m3／h：時間当たりの見
    掛け体積)、Ｖ2はボール空隙(m3)、Ｔはバッチにおける
    粉砕時間(h)）
  9. 【請求項９】 請求項１ないし８のいずれか１項に記載
    の方法で粉砕された灰に、セメントと水を添加、混合
    し、得られた混合物を固化成形してなることを特徴とす
    る灰の固化成形体。
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