JP2003095713A - 無機質固化体の製造方法 - Google Patents
無機質固化体の製造方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 都市ゴミ焼却灰の化学組成にかかわらず、建
築又は土木等に使用する骨材として満足すべき強度を有
する無機質固化体を製造する方法を提供する。 【解決手段】 焼成後の無機質固化体の化学組成におけ
るＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、Ｋ２Ｏを等モルでＮａ２Ｏに
換算し、Ｎａ２Ｏに換算したＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ ３、Ｋ
２ＯとＮａ２Ｏの合計量を１００重量％としたとき、Ｓ
ｉＯ２が７５重量％以上９５重量％未満の場合はＮａ２
Ｏ／（Ａｌ２Ｏ３＋Ｎａ２Ｏ）の重量比を０.１〜０.９
の範囲とし、またＳｉＯ２が４５重量％以上７５重量％
未満の場合にはＮａ２Ｏ／（Ａｌ２Ｏ３＋Ｎａ２Ｏ）の
重量比が０.１〜０.６となるように、且つ焼成した無機
質固化体の化学組成中のＣａＯが４０重量％未満となる
ように、主原料に組成調整材を配合し、得られた原料混
合物の粉末に加水して成形した後、１０００〜１２５０
℃で焼成する。
築又は土木等に使用する骨材として満足すべき強度を有
する無機質固化体を製造する方法を提供する。 【解決手段】 焼成後の無機質固化体の化学組成におけ
るＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、Ｋ２Ｏを等モルでＮａ２Ｏに
換算し、Ｎａ２Ｏに換算したＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ ３、Ｋ
２ＯとＮａ２Ｏの合計量を１００重量％としたとき、Ｓ
ｉＯ２が７５重量％以上９５重量％未満の場合はＮａ２
Ｏ／（Ａｌ２Ｏ３＋Ｎａ２Ｏ）の重量比を０.１〜０.９
の範囲とし、またＳｉＯ２が４５重量％以上７５重量％
未満の場合にはＮａ２Ｏ／（Ａｌ２Ｏ３＋Ｎａ２Ｏ）の
重量比が０.１〜０.６となるように、且つ焼成した無機
質固化体の化学組成中のＣａＯが４０重量％未満となる
ように、主原料に組成調整材を配合し、得られた原料混
合物の粉末に加水して成形した後、１０００〜１２５０
℃で焼成する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、都市ゴミの焼却時
に発生する焼却灰を主原料として、建築や土木用等に使
用する骨材を製造する方法に関するものである。
に発生する焼却灰を主原料として、建築や土木用等に使
用する骨材を製造する方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】焼却炉において都市ゴミを焼却処理する
と、焼却炉内には主灰が残り、その排ガス中に飛散する
飛灰は電気集塵器で除塵される。このようにして集めら
れた主灰や飛灰などの焼却灰は、そのまま廃棄物として
埋立処分されている。
と、焼却炉内には主灰が残り、その排ガス中に飛散する
飛灰は電気集塵器で除塵される。このようにして集めら
れた主灰や飛灰などの焼却灰は、そのまま廃棄物として
埋立処分されている。
【０００３】しかしながら、都市ゴミの焼却灰、特に飛
灰には鉛、亜鉛、カドミウム等の有害な重金属類が多量
に含まれているため、埋立た焼却灰からの重金属類の溶
出による環境汚染が問題となっている。
灰には鉛、亜鉛、カドミウム等の有害な重金属類が多量
に含まれているため、埋立た焼却灰からの重金属類の溶
出による環境汚染が問題となっている。
【０００４】そこで、都市ゴミ焼却灰からの有害な重金
属類の溶出を防ぐ手段として、焼却灰をセメントで固化
する方法、有害金属類を薬剤で化学的に固定して不溶化
する方法、焼却灰を１３００℃以上で溶融してガラス質
のスラグとする方法などが採用されている。
属類の溶出を防ぐ手段として、焼却灰をセメントで固化
する方法、有害金属類を薬剤で化学的に固定して不溶化
する方法、焼却灰を１３００℃以上で溶融してガラス質
のスラグとする方法などが採用されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】このように、都市ゴミ
の焼却灰は、そのまま埋立処分されるか、または有害な
重金属類を固定化又は不溶化してから埋立処分されてお
り、従来ほとんど再利用されていなかった。
の焼却灰は、そのまま埋立処分されるか、または有害な
重金属類を固定化又は不溶化してから埋立処分されてお
り、従来ほとんど再利用されていなかった。
【０００６】本発明者らは、都市ゴミの焼却灰を焼成す
ることにより、焼却灰中に含まれる重金属類を固定化又
は不溶化すると共に、建築ないし土木用等に使用する骨
材として再利用する方法を検討し、特開平１１−１２３
３７１号公報等に記載の方法を提案してきた。
ることにより、焼却灰中に含まれる重金属類を固定化又
は不溶化すると共に、建築ないし土木用等に使用する骨
材として再利用する方法を検討し、特開平１１−１２３
３７１号公報等に記載の方法を提案してきた。
【０００７】しかしながら、これらの方法により得られ
る固化体は、骨材として必要な強度を得ることが難しか
った。特に、都市ゴミ焼却灰の化学組成は焼却炉の形式
や灰の処理方法により大きく異なるため、その化学組成
の違いにより、得られる固化体の強度も大幅に変動する
ことが避けられなかった。
る固化体は、骨材として必要な強度を得ることが難しか
った。特に、都市ゴミ焼却灰の化学組成は焼却炉の形式
や灰の処理方法により大きく異なるため、その化学組成
の違いにより、得られる固化体の強度も大幅に変動する
ことが避けられなかった。
【０００８】本発明は、このような従来の事情に鑑み、
焼却炉から発生する都市ゴミ焼却灰の化学組成にかかわ
らず、建築又は土木等に使用する骨材として満足すべき
強度を有する無機質固化体を製造する方法を提供するこ
とを目的とする。
焼却炉から発生する都市ゴミ焼却灰の化学組成にかかわ
らず、建築又は土木等に使用する骨材として満足すべき
強度を有する無機質固化体を製造する方法を提供するこ
とを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明が提供する方法は、都市ゴミの焼却灰を主原
料とする粉末を成形し、焼成して無機質固化体を製造す
る方法であって、焼成後の無機質固化体の化学組成にお
けるＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、Ｋ２Ｏを等モルでＮａ２Ｏ
に換算し、Ｎａ２Ｏに換算したＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、
Ｋ２ＯとＮａ２Ｏの合計量を１００重量％としたとき、
ＳｉＯ２が７５重量％以上９５重量％未満の場合はＮａ
２Ｏ／（Ａｌ２Ｏ３＋Ｎａ２Ｏ）の重量比が０.１〜０.
９となり、またＳｉＯ２が４５重量％以上７５重量％未
満の場合にはＮａ２Ｏ／（Ａｌ２Ｏ３＋Ｎａ２Ｏ）の重
量比が０.１〜０.６となるように、且つ焼成した無機質
固化体の化学組成中のＣａＯが４０重量％未満となるよ
うに、主原料に組成調整材を配合し、得られた原料混合
物の粉末に加水して成形した後、１０００〜１２５０℃
で焼成することを特徴とする。
め、本発明が提供する方法は、都市ゴミの焼却灰を主原
料とする粉末を成形し、焼成して無機質固化体を製造す
る方法であって、焼成後の無機質固化体の化学組成にお
けるＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、Ｋ２Ｏを等モルでＮａ２Ｏ
に換算し、Ｎａ２Ｏに換算したＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、
Ｋ２ＯとＮａ２Ｏの合計量を１００重量％としたとき、
ＳｉＯ２が７５重量％以上９５重量％未満の場合はＮａ
２Ｏ／（Ａｌ２Ｏ３＋Ｎａ２Ｏ）の重量比が０.１〜０.
９となり、またＳｉＯ２が４５重量％以上７５重量％未
満の場合にはＮａ２Ｏ／（Ａｌ２Ｏ３＋Ｎａ２Ｏ）の重
量比が０.１〜０.６となるように、且つ焼成した無機質
固化体の化学組成中のＣａＯが４０重量％未満となるよ
うに、主原料に組成調整材を配合し、得られた原料混合
物の粉末に加水して成形した後、１０００〜１２５０℃
で焼成することを特徴とする。
【００１０】上記本発明の無機質固化体の製造方法にお
いては、前記原料混合物を、平均粒径が１５μｍ以下に
なるように混合・粉砕することを特徴とする。また、前
記組成調整材としては、珪砂、陶石、長石、カオリナイ
ト、木節粘度、焼却主灰、石炭灰、下水道焼却汚泥の少
なくとも一種を用いることができる。
いては、前記原料混合物を、平均粒径が１５μｍ以下に
なるように混合・粉砕することを特徴とする。また、前
記組成調整材としては、珪砂、陶石、長石、カオリナイ
ト、木節粘度、焼却主灰、石炭灰、下水道焼却汚泥の少
なくとも一種を用いることができる。
【００１１】更に、上記本発明の無機質固化体の製造方
法においては、前記主原料に、粘結剤としてベントナイ
ト、糖蜜、パルプ廃液の少なくとも一種を添加すること
を特徴とする。また、前記主原料に、焼結促進剤として
の鉄酸化物と、その還元剤とを添加することが好まし
い。前記鉄酸化物としては、ウスタイト又はヘマタイト
を用いることができ、前記還元剤としては、石炭又はコ
ークスを用いることが好ましい。
法においては、前記主原料に、粘結剤としてベントナイ
ト、糖蜜、パルプ廃液の少なくとも一種を添加すること
を特徴とする。また、前記主原料に、焼結促進剤として
の鉄酸化物と、その還元剤とを添加することが好まし
い。前記鉄酸化物としては、ウスタイト又はヘマタイト
を用いることができ、前記還元剤としては、石炭又はコ
ークスを用いることが好ましい。
【００１２】
【発明の実施の形態】都市ゴミの焼却灰、即ち飛灰や主
灰は、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、Ｆｅ２Ｏ３、ＣａＯ、Ｍ
ｇＯ、Ｎａ２Ｏ、Ｋ２Ｏ等の種々の化合物から成ってい
る。発明者らは、都市ゴミの焼却灰について、その組成
を各種成分の添加により調整しながら焼結過程を検討し
た結果、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、Ｎａ２Ｏ又はＫ２Ｏの
３元系相平衡図で示される加熱変化に近い焼成過程を辿
ることを見出した。
灰は、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、Ｆｅ２Ｏ３、ＣａＯ、Ｍ
ｇＯ、Ｎａ２Ｏ、Ｋ２Ｏ等の種々の化合物から成ってい
る。発明者らは、都市ゴミの焼却灰について、その組成
を各種成分の添加により調整しながら焼結過程を検討し
た結果、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、Ｎａ２Ｏ又はＫ２Ｏの
３元系相平衡図で示される加熱変化に近い焼成過程を辿
ることを見出した。
【００１３】更に、この焼結過程を詳しく検討すること
により、焼成後の無機質固化体の化学組成におけるＳｉ
Ｏ２、Ａｌ２Ｏ３、Ｋ２Ｏを等モルでＮａ２Ｏに換算
し、Ｎａ２Ｏに換算したＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、Ｋ２Ｏ
とＮａ２Ｏの合計量を１００重量％としたとき、その組
成を、ＳｉＯ２が７５重量％以上９５重量％未満の場合
はＮａ２Ｏ／（Ａｌ２Ｏ３＋Ｎａ２Ｏ）の重量比を０.
１〜０.９の範囲に、またＳｉＯ２が４５重量％以上７
５重量％未満の場合にはＮａ２Ｏ／（Ａｌ２Ｏ３＋Ｎａ
２Ｏ）の重量比を０.１〜０.６の範囲に調整し、且つ焼
成した無機質固化体の化学組成中のＣａＯが４０重量％
未満となるように配合することにより、高強度の無機質
固化体が得られることが判明した。
により、焼成後の無機質固化体の化学組成におけるＳｉ
Ｏ２、Ａｌ２Ｏ３、Ｋ２Ｏを等モルでＮａ２Ｏに換算
し、Ｎａ２Ｏに換算したＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、Ｋ２Ｏ
とＮａ２Ｏの合計量を１００重量％としたとき、その組
成を、ＳｉＯ２が７５重量％以上９５重量％未満の場合
はＮａ２Ｏ／（Ａｌ２Ｏ３＋Ｎａ２Ｏ）の重量比を０.
１〜０.９の範囲に、またＳｉＯ２が４５重量％以上７
５重量％未満の場合にはＮａ２Ｏ／（Ａｌ２Ｏ３＋Ｎａ
２Ｏ）の重量比を０.１〜０.６の範囲に調整し、且つ焼
成した無機質固化体の化学組成中のＣａＯが４０重量％
未満となるように配合することにより、高強度の無機質
固化体が得られることが判明した。
【００１４】即ち、上記のごとく調整した無機質固化体
の組成において、ＳｉＯ２が７５重量％以上９５重量％
未満であって、Ｎａ２Ｏ／（Ａｌ２Ｏ３＋Ｎａ２Ｏ）の
重量比が０.１〜０.９の範囲では、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ
３、Ｎａ２Ｏの３元系相平衡図におけるトリジマイト、
アルバイト、ムライトの初晶域にあって、シリカ、アル
バイト、Ｎａ２Ｏ・２ＳｉＯ２の最も低い共融点（７４
０℃）から離れているため、昇温に伴って急激に液相が
出現することなく、十分に焼結の進んだ緻密で高強度な
固化体が得られる。
の組成において、ＳｉＯ２が７５重量％以上９５重量％
未満であって、Ｎａ２Ｏ／（Ａｌ２Ｏ３＋Ｎａ２Ｏ）の
重量比が０.１〜０.９の範囲では、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ
３、Ｎａ２Ｏの３元系相平衡図におけるトリジマイト、
アルバイト、ムライトの初晶域にあって、シリカ、アル
バイト、Ｎａ２Ｏ・２ＳｉＯ２の最も低い共融点（７４
０℃）から離れているため、昇温に伴って急激に液相が
出現することなく、十分に焼結の進んだ緻密で高強度な
固化体が得られる。
【００１５】Ｎａ２Ｏ／（Ａｌ２Ｏ３＋Ｎａ２Ｏ）の重
量比を０.１〜０.９の範囲に調整するのは、この重量比
が０.１未満では、焼成温度が１２５０℃以上となり、
焼成に必要な燃料コストの増加や設備の高耐熱化のため
のコストが増加するためである。また、この重量比が
０.９を越えると、焼成温度が１０００℃以下となり、
液相の生成が急激となるため、高強度な固化体が得られ
ない。
量比を０.１〜０.９の範囲に調整するのは、この重量比
が０.１未満では、焼成温度が１２５０℃以上となり、
焼成に必要な燃料コストの増加や設備の高耐熱化のため
のコストが増加するためである。また、この重量比が
０.９を越えると、焼成温度が１０００℃以下となり、
液相の生成が急激となるため、高強度な固化体が得られ
ない。
【００１６】また、ＳｉＯ２が４５重量％以上７５重量
％未満の場合であって、Ｎａ２Ｏ／（Ａｌ２Ｏ３＋Ｎａ
２Ｏ）の重量比を０.１〜０.６の範囲では、ＳｉＯ２、
Ａｌ ２Ｏ３、Ｎａ２Ｏの３元系相平衡図におけるムライ
ト、コランダム、アルバイト、ネフェリン、カーネギエ
イトの初晶域にある。これらの組成範囲では、やはり７
４０℃付近が最も低い共融点であるが、この低共融点か
ら離れていて焼結が緩慢に進むため、高強度な焼結固化
体が得られる。
％未満の場合であって、Ｎａ２Ｏ／（Ａｌ２Ｏ３＋Ｎａ
２Ｏ）の重量比を０.１〜０.６の範囲では、ＳｉＯ２、
Ａｌ ２Ｏ３、Ｎａ２Ｏの３元系相平衡図におけるムライ
ト、コランダム、アルバイト、ネフェリン、カーネギエ
イトの初晶域にある。これらの組成範囲では、やはり７
４０℃付近が最も低い共融点であるが、この低共融点か
ら離れていて焼結が緩慢に進むため、高強度な焼結固化
体が得られる。
【００１７】この場合においても、Ｎａ２Ｏ／（Ａｌ２
Ｏ３＋Ｎａ２Ｏ）の重量比が０．１未満では、焼成温度
が１２５０℃以上となり、焼成に要する燃料コストの増
加や設備の高耐熱化のためのコストが増加して好ましく
ない。また、この重量比が０.６を越えると、焼成温度
が１０００℃以下となって、液相の生成が急激になり、
高強度な固化体が得られない。従って、ＳｉＯ２が７５
重量％以上９５重量％未満、及び７５重量％未満のいず
れの場合にも、焼成温度は１０００〜１２５０℃の範囲
とする。
Ｏ３＋Ｎａ２Ｏ）の重量比が０．１未満では、焼成温度
が１２５０℃以上となり、焼成に要する燃料コストの増
加や設備の高耐熱化のためのコストが増加して好ましく
ない。また、この重量比が０.６を越えると、焼成温度
が１０００℃以下となって、液相の生成が急激になり、
高強度な固化体が得られない。従って、ＳｉＯ２が７５
重量％以上９５重量％未満、及び７５重量％未満のいず
れの場合にも、焼成温度は１０００〜１２５０℃の範囲
とする。
【００１８】ＣａＯについては、焼成した無機質固化体
において４０重量％未満とする。ＣａＯは焼成温度１２
５０℃までは耐火剤として働き、液相の生成を緩慢にし
て高強度な固化体の生成に寄与する。しかし、ＣａＯが
４０重量％を超えると、焼成温度が１２５０℃を超える
ようになり、焼成に要する燃料コストの増加や設備の高
耐熱化のためのコストが増加して好ましくない。
において４０重量％未満とする。ＣａＯは焼成温度１２
５０℃までは耐火剤として働き、液相の生成を緩慢にし
て高強度な固化体の生成に寄与する。しかし、ＣａＯが
４０重量％を超えると、焼成温度が１２５０℃を超える
ようになり、焼成に要する燃料コストの増加や設備の高
耐熱化のためのコストが増加して好ましくない。
【００１９】都市ゴミ焼却灰中のシリカは、上記適正組
成以下の含有率である場合が多い。従って、本発明にお
いては、焼却灰に組成調整材を添加して、シリカその他
の成分組成を前記適正組成範囲内に調整する。組成調整
材としては、珪砂、陶石、長石、カオリナイト、木節粘
土、焼却主灰、石炭灰、下水道焼却汚泥等のシリカ又は
シリカとアルミナを含む鉱物を用いることが好ましい。
また、焼却灰中の塩素量は、一般的な石炭灰中の塩素量
よりも多いが、上記シリカ又はアルミナを含む成分調整
材の添加により低減されるため、高強度の固化体を得る
ための支障とならない。
成以下の含有率である場合が多い。従って、本発明にお
いては、焼却灰に組成調整材を添加して、シリカその他
の成分組成を前記適正組成範囲内に調整する。組成調整
材としては、珪砂、陶石、長石、カオリナイト、木節粘
土、焼却主灰、石炭灰、下水道焼却汚泥等のシリカ又は
シリカとアルミナを含む鉱物を用いることが好ましい。
また、焼却灰中の塩素量は、一般的な石炭灰中の塩素量
よりも多いが、上記シリカ又はアルミナを含む成分調整
材の添加により低減されるため、高強度の固化体を得る
ための支障とならない。
【００２０】更に、主原料である都市ゴミ焼却灰には、
焼結促進剤として鉄酸化物と、その還元剤とを添加する
ことが好ましい。Ｆｅ２Ｏ３は、還元されて主にＦｅＯ
として存在させると、熔剤としてマトリックスの液相焼
結に寄与する。また、固化体の表面では焼成用燃焼ガス
中の過剰空気による酸素で酸化されてＦｅ２Ｏ３の形で
存在するため、内部より液相の生成に高温が必要とな
り、焼成炉内での固化体相互や炉壁への融着を防止しな
がら内部の焼結を促進し、全体の強度を向上する効果が
ある。
焼結促進剤として鉄酸化物と、その還元剤とを添加する
ことが好ましい。Ｆｅ２Ｏ３は、還元されて主にＦｅＯ
として存在させると、熔剤としてマトリックスの液相焼
結に寄与する。また、固化体の表面では焼成用燃焼ガス
中の過剰空気による酸素で酸化されてＦｅ２Ｏ３の形で
存在するため、内部より液相の生成に高温が必要とな
り、焼成炉内での固化体相互や炉壁への融着を防止しな
がら内部の焼結を促進し、全体の強度を向上する効果が
ある。
【００２１】鉄酸化物しては、ウスタイトやヘマタイト
等の２価又は３価の鉄酸化物が好ましい。固化体中のＦ
ｅ２Ｏ３は、２重量％未満では添加による効果が不十分
で高強度な固化体を得ることができず、１２重量％より
多くなると液相生成からスラグ化するまでの温度範囲が
極めて狭くなり、均質で高強度な固化体の焼成が困難と
なるため、２〜１２重量％とすることが好ましい。ま
た、還元剤としては、石炭又はコークスが好ましく、そ
の固化体中の組成範囲は０.５〜９重量％とすることが
好ましい。
等の２価又は３価の鉄酸化物が好ましい。固化体中のＦ
ｅ２Ｏ３は、２重量％未満では添加による効果が不十分
で高強度な固化体を得ることができず、１２重量％より
多くなると液相生成からスラグ化するまでの温度範囲が
極めて狭くなり、均質で高強度な固化体の焼成が困難と
なるため、２〜１２重量％とすることが好ましい。ま
た、還元剤としては、石炭又はコークスが好ましく、そ
の固化体中の組成範囲は０.５〜９重量％とすることが
好ましい。
【００２２】上記のごとく主原料の焼却灰に組成調整材
や焼結促進剤などを添加して組成調整した原料混合物
は、平均粒径が１５μｍ以下となるように混合・粉砕す
る。焼却灰のうち飛灰の平均粒径は数μｍ程度である
が、主灰と成分調整材の鉱物等は平均粒径が大きいた
め、粉砕機で粉砕しながら混合して平均粒径を１５μｍ
以下とすることが好ましい。原料混合物の平均粒径が１
５μｍより大きいと、得られる固化体の強度が低下する
傾向がある。
や焼結促進剤などを添加して組成調整した原料混合物
は、平均粒径が１５μｍ以下となるように混合・粉砕す
る。焼却灰のうち飛灰の平均粒径は数μｍ程度である
が、主灰と成分調整材の鉱物等は平均粒径が大きいた
め、粉砕機で粉砕しながら混合して平均粒径を１５μｍ
以下とすることが好ましい。原料混合物の平均粒径が１
５μｍより大きいと、得られる固化体の強度が低下する
傾向がある。
【００２３】粉砕混合した原料混合物の粉末に水を加え
て、所望の骨材形状に成形する。一般的には、転動造粒
か又は押出造粒により、直径５〜１５ｍｍのペレットに
成形する。成形方法としては、所定の骨材形状に成形で
きるものであれば支障はないが、ペレット状の成形体を
得るにはパンペレタイザーや押出成型機を用いると簡便
である。
て、所望の骨材形状に成形する。一般的には、転動造粒
か又は押出造粒により、直径５〜１５ｍｍのペレットに
成形する。成形方法としては、所定の骨材形状に成形で
きるものであれば支障はないが、ペレット状の成形体を
得るにはパンペレタイザーや押出成型機を用いると簡便
である。
【００２４】得られた成形体を１０００〜１２５０℃で
焼成することによって、骨材として必要な強度を備えた
固化体が得られる。焼成炉としては、有害な重金属類の
揮発促進、連続操業性、品質の均一性等を勘案すれば、
ロータリーキルンを用いることが好ましい。ロータリー
キルンは設備が簡易であるうえ、加熱用燃焼ガス気流と
原料が接触しやすく、高温での滞留時間も数十分と長い
ことから、重金属類のガス中への揮発も促進しやすい。
従って、得られる骨材の品質にばらつきが少なく、重金
属類の溶出を少なくして無害化する場合の信頼性が高い
点で、骨材を焼成する設備として好ましい。
焼成することによって、骨材として必要な強度を備えた
固化体が得られる。焼成炉としては、有害な重金属類の
揮発促進、連続操業性、品質の均一性等を勘案すれば、
ロータリーキルンを用いることが好ましい。ロータリー
キルンは設備が簡易であるうえ、加熱用燃焼ガス気流と
原料が接触しやすく、高温での滞留時間も数十分と長い
ことから、重金属類のガス中への揮発も促進しやすい。
従って、得られる骨材の品質にばらつきが少なく、重金
属類の溶出を少なくして無害化する場合の信頼性が高い
点で、骨材を焼成する設備として好ましい。
【００２５】更に、ロータリーキルンで焼成する場合、
キルン内をペレットが転動して移動する際に擦り減って
粉化する。粉化量が多くなると、粉化物が焼成部でペレ
ットに付着し、更にペレットが相互に及びキルン内壁に
付着することにより、焼成操作が困難となり、実収率の
低下や煤塵の捕集設備への負荷を増加させるため好まし
くない。このようなキルン内での粉化を低減させるた
め、原料混合物にベントナイト等の粘土鉱物、パルプ廃
液、糖蜜等の粘結剤を加えることが好ましい。
キルン内をペレットが転動して移動する際に擦り減って
粉化する。粉化量が多くなると、粉化物が焼成部でペレ
ットに付着し、更にペレットが相互に及びキルン内壁に
付着することにより、焼成操作が困難となり、実収率の
低下や煤塵の捕集設備への負荷を増加させるため好まし
くない。このようなキルン内での粉化を低減させるた
め、原料混合物にベントナイト等の粘土鉱物、パルプ廃
液、糖蜜等の粘結剤を加えることが好ましい。
【００２６】本発明方法により得られる固化体は、強度
が７００Ｎ以上であり、建築・土木用に使用される骨材
として十分満足すべき強度を備えている。また、本発明
の固化体は、２４時間吸水率が１０〜２０％と比較的高
い。これは、主原料とする都市ゴミ焼却灰がアルカリ金
属や塩素を比較的多く含むため、焼成時にこれらの一部
が揮散して、骨材に微小な細孔が形成されるためと考え
られる。
が７００Ｎ以上であり、建築・土木用に使用される骨材
として十分満足すべき強度を備えている。また、本発明
の固化体は、２４時間吸水率が１０〜２０％と比較的高
い。これは、主原料とする都市ゴミ焼却灰がアルカリ金
属や塩素を比較的多く含むため、焼成時にこれらの一部
が揮散して、骨材に微小な細孔が形成されるためと考え
られる。
【００２７】
【実施例】都市ゴミの焼却飛灰を主原料とし、その組成
を調整して焼成することにより、無機質固化体を製造し
た。この実験に使用した焼却飛灰、珪砂、アルミナ、消
石灰、ベントナイト、ヘマタイト、コークスの化学組成
を下記表１に示す。
を調整して焼成することにより、無機質固化体を製造し
た。この実験に使用した焼却飛灰、珪砂、アルミナ、消
石灰、ベントナイト、ヘマタイト、コークスの化学組成
を下記表１に示す。
【００２８】
【表１】
【００２９】これらの原料を下記表２に示す配合で計量
採取し、振動ミルで粉砕混合した。粉砕後の原料混合物
の粒度分布をレーザー回析式粒度分布計で測定したとこ
ろ、実験に供した原料混合物の平均粒径は全て１５μｍ
以下であった。
採取し、振動ミルで粉砕混合した。粉砕後の原料混合物
の粒度分布をレーザー回析式粒度分布計で測定したとこ
ろ、実験に供した原料混合物の平均粒径は全て１５μｍ
以下であった。
【００３０】
【表２】
【００３１】得られた各原料混合物に水を加え、押出成
形機で直径約１０ｍｍの円柱状に造粒し、乾燥した後、
ロータリーキルン（煉瓦内径９２０〜７００ｍｍ×長さ
１２０００ｍｍ）に供給して焼成した。得られた骨材の
化学組成を下記表３に示した。尚、骨材の化学組成は、
ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、Ｋ２Ｏを等モルでＮａ２Ｏに換
算し、Ｎａ２Ｏに換算したＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、Ｋ２
ＯとＮａ２Ｏの合計量を１００重量％とて計算した。Ｃ
ａＯについては、骨材の重量に対する重量％で示した。
形機で直径約１０ｍｍの円柱状に造粒し、乾燥した後、
ロータリーキルン（煉瓦内径９２０〜７００ｍｍ×長さ
１２０００ｍｍ）に供給して焼成した。得られた骨材の
化学組成を下記表３に示した。尚、骨材の化学組成は、
ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、Ｋ２Ｏを等モルでＮａ２Ｏに換
算し、Ｎａ２Ｏに換算したＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、Ｋ２
ＯとＮａ２Ｏの合計量を１００重量％とて計算した。Ｃ
ａＯについては、骨材の重量に対する重量％で示した。
【００３２】
【表３】
【００３３】また、得られた骨材の強度及び骨材の比重
を、焼成温度と共に、下記表４に示した。骨材の強度
は、円柱状骨材の円柱軸に直角方向から加圧し、破壊時
の荷重を各試料毎に２０点測定し、その平均値を圧漬強
度とした。尚、骨材の比重はＪＩＳ Ａ １１１０に基
づいて測定した。
を、焼成温度と共に、下記表４に示した。骨材の強度
は、円柱状骨材の円柱軸に直角方向から加圧し、破壊時
の荷重を各試料毎に２０点測定し、その平均値を圧漬強
度とした。尚、骨材の比重はＪＩＳ Ａ １１１０に基
づいて測定した。
【００３４】
【表４】
【００３５】以上の結果から分かるように、Ｎａ２Ｏに
換算したＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、Ｋ ２ＯとＮａ２Ｏの合
計量を１００重量％としたとき、ＳｉＯ２が７５重量％
以上９５重量％未満で、Ｎａ２Ｏ／（Ａｌ２Ｏ３＋Ｎａ
２Ｏ）の重量比が０.１〜０.９の範囲にある本発明の試
料１〜３と８、及びＳｉＯ２が４５重量％以上７５重量
％未満で、Ｎａ２Ｏ／（Ａｌ２Ｏ３＋Ｎａ２Ｏ）の重量
比が０.１〜０.６の範囲にある本発明の試料４〜７で
は、焼成温度１０３０〜１２３０℃で焼結でき、圧潰強
度７５０〜１６８０Ｎの高強度な骨材が得られた。尚、
これら本発明の試料では、骨材中のＣａＯが４０重量％
未満となるように配合されている。
換算したＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、Ｋ ２ＯとＮａ２Ｏの合
計量を１００重量％としたとき、ＳｉＯ２が７５重量％
以上９５重量％未満で、Ｎａ２Ｏ／（Ａｌ２Ｏ３＋Ｎａ
２Ｏ）の重量比が０.１〜０.９の範囲にある本発明の試
料１〜３と８、及びＳｉＯ２が４５重量％以上７５重量
％未満で、Ｎａ２Ｏ／（Ａｌ２Ｏ３＋Ｎａ２Ｏ）の重量
比が０.１〜０.６の範囲にある本発明の試料４〜７で
は、焼成温度１０３０〜１２３０℃で焼結でき、圧潰強
度７５０〜１６８０Ｎの高強度な骨材が得られた。尚、
これら本発明の試料では、骨材中のＣａＯが４０重量％
未満となるように配合されている。
【００３６】一方、比較例である試料９では骨材のＳｉ
Ｏ２が９５重量％以上、試料１０〜１２では上記と同様
に換算したときのＮａ２Ｏ／（Ａｌ２Ｏ３＋Ｎａ２Ｏ）
の重量比が上記範囲の下限より少ないため、何れも焼成
温度が１２５０℃を超え、十分な焼結を行なうことがで
きなかった。また、比較例である試料１３〜１４ではＳ
ｉＯ２が４５重量％未満であり、試料１５〜１６では上
記と同様に換算したときのＮａ２Ｏ／（Ａｌ２Ｏ３＋Ｎ
ａ２Ｏ）の重量比が上記範囲の上限よりも大きくなるた
め、得られる骨材の強度が３００Ｎ以下と極めて低かっ
た。尚、試料１７ではＣａＯ量が多すぎるため、焼成温
度が１２５０℃を超える結果となった。
Ｏ２が９５重量％以上、試料１０〜１２では上記と同様
に換算したときのＮａ２Ｏ／（Ａｌ２Ｏ３＋Ｎａ２Ｏ）
の重量比が上記範囲の下限より少ないため、何れも焼成
温度が１２５０℃を超え、十分な焼結を行なうことがで
きなかった。また、比較例である試料１３〜１４ではＳ
ｉＯ２が４５重量％未満であり、試料１５〜１６では上
記と同様に換算したときのＮａ２Ｏ／（Ａｌ２Ｏ３＋Ｎ
ａ２Ｏ）の重量比が上記範囲の上限よりも大きくなるた
め、得られる骨材の強度が３００Ｎ以下と極めて低かっ
た。尚、試料１７ではＣａＯ量が多すぎるため、焼成温
度が１２５０℃を超える結果となった。
【００３７】
【発明の効果】本発明によれば、都市ゴミの焼却灰の化
学組成にかかわらず、即ち焼却炉の形式、焼却する都市
ゴミの性状、焼却灰の捕集・回収方式により化学組成が
大きく変化する焼却灰を主原料として、これを焼結固化
した高強度で高品質な建築・土木用の骨材を製造するこ
とができる。
学組成にかかわらず、即ち焼却炉の形式、焼却する都市
ゴミの性状、焼却灰の捕集・回収方式により化学組成が
大きく変化する焼却灰を主原料として、これを焼結固化
した高強度で高品質な建築・土木用の骨材を製造するこ
とができる。
【００３８】従って、従来は廃棄埋立処分されていた都
市ゴミの焼却灰を有効に再利用することができるうえ、
焼却灰の処理コストや処理設備投資を大きく軽減するこ
とができ、廃棄物の再資源化や環境問題の解消に寄与す
ることができる。
市ゴミの焼却灰を有効に再利用することができるうえ、
焼却灰の処理コストや処理設備投資を大きく軽減するこ
とができ、廃棄物の再資源化や環境問題の解消に寄与す
ることができる。
─────────────────────────────────────────────────────
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 14/30 Ｃ０４Ｂ 14/30
18/24 18/24 Ｚ
24/36 24/36
24/38 24/38 Ｚ
(72)発明者 高橋 純一
東京都港区新橋５−11−３ 住友金属鉱山
株式会社内
(72)発明者 松野 基次
東京都港区新橋５−11−３ 住友金属鉱山
株式会社内
Claims (8)
- 【請求項１】 都市ゴミの焼却灰を主原料とする粉末を
成形し、焼成して無機質固化体を製造する方法であっ
て、 焼成後の無機質固化体の化学組成におけるＳｉＯ２、Ａ
ｌ２Ｏ３、Ｋ２Ｏを等モルでＮａ２Ｏに換算し、Ｎａ２
Ｏに換算したＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、Ｋ２ＯとＮａ２Ｏ
の合計量を１００重量％としたとき、ＳｉＯ２が７５重
量％以上９５重量％未満の場合はＮａ２Ｏ／（Ａｌ２Ｏ
３＋Ｎａ２Ｏ）の重量比が０.１〜０.９となり、またＳ
ｉＯ２が４５重量％以上７５重量％未満の場合にはＮａ
２Ｏ／（Ａｌ２Ｏ３＋Ｎａ２Ｏ）の重量比が０.１〜０.
６となるように、且つ焼成した無機質固化体の化学組成
中のＣａＯが４０重量％未満となるように、主原料に組
成調整材を配合し、 得られた原料混合物の粉末に加水して成形した後、１０
００〜１２５０℃で焼成することを特徴とする無機質固
化体の製造方法。 - 【請求項２】 前記原料混合物を、平均粒径が１５μｍ
以下になるように混合・粉砕することを特徴とする、請
求項１に記載の無機質固化体の製造方法。 - 【請求項３】 前記組成調整材として、珪砂、陶石、長
石、カオリナイト、木節粘度、焼却主灰、石炭灰、下水
道焼却汚泥の少なくとも一種を用いることを特徴とす
る、請求項１又は２に記載の無機質固化体の製造方法。 - 【請求項４】 前記主原料に、焼結促進剤としての鉄酸
化物と、その還元剤とを添加することを特徴とする、請
求項１〜３のいずれかに記載の無機質固化体の製造方
法。 - 【請求項５】 前記鉄酸化物として、ウスタイト又はヘ
マタイトを用いることを特徴とする、請求項４に記載の
無機質固化体の製造方法。 - 【請求項６】 前記還元剤として、石炭又はコークスを
用いることを特徴とする、請求項４に記載の無機質固化
体の製造方法。 - 【請求項７】 前記主原料に、粘結剤としてベントナイ
ト、糖蜜、パルプ廃液の少なくとも一種を添加すること
を特徴とする、請求項１〜６のいずれかに記載の無機質
固化体の製造方法。 - 【請求項８】 前記原料混合物の粉末に加水してペレッ
ト状に成形し、ロータリーキルンを用いて焼成すること
を特徴とする、請求項１〜７のいずれかに記載の無機質
固化体の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001284565A JP2003095713A (ja) | 2001-09-19 | 2001-09-19 | 無機質固化体の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001284565A JP2003095713A (ja) | 2001-09-19 | 2001-09-19 | 無機質固化体の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003095713A true JP2003095713A (ja) | 2003-04-03 |
Family
ID=19107861
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001284565A Pending JP2003095713A (ja) | 2001-09-19 | 2001-09-19 | 無機質固化体の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2003095713A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008161784A (ja) * | 2006-12-27 | 2008-07-17 | Taiheiyo Cement Corp | 塩素を含む粉粒体の処理方法 |
| JP2008538347A (ja) * | 2005-01-14 | 2008-10-23 | アルケミー，リミテッド | 下水汚泥および他の廃棄物を含む合成骨材ならびにそのような骨材の製造方法 |
| CN114920479A (zh) * | 2022-06-13 | 2022-08-19 | 清华珠三角研究院 | 添加辅料的淤泥组合物及制备再生骨料的方法 |
-
2001
- 2001-09-19 JP JP2001284565A patent/JP2003095713A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008538347A (ja) * | 2005-01-14 | 2008-10-23 | アルケミー，リミテッド | 下水汚泥および他の廃棄物を含む合成骨材ならびにそのような骨材の製造方法 |
| JP2008161784A (ja) * | 2006-12-27 | 2008-07-17 | Taiheiyo Cement Corp | 塩素を含む粉粒体の処理方法 |
| CN114920479A (zh) * | 2022-06-13 | 2022-08-19 | 清华珠三角研究院 | 添加辅料的淤泥组合物及制备再生骨料的方法 |
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