JP2003246656A - 無機質固化体の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 都市ゴミを焼却して得られる灰を再利用し
て、その化学組成にかかわらず、建築用や土木用の骨材
として満足すべき高い強度を有する無機質固化体の製造
方法を提供する。 【解決手段】 灰を含む原料混合物を組成条件（ａ）〜
（ｄ）を満たすように配合し、成形して１０００〜１２
５０℃で焼成する。（ａ）無機質固化体中のＮａ _２Ｏに
換算したＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、Ｋ_２ＯとＮａ_２Ｏの合
計量を１００重量％としたとき、重量比Ｎａ_２Ｏ／（Ａ
ｌ_２Ｏ_３＋Ｎａ_２Ｏ）をＳｉＯ_２が７５重量％以上９５
重量％未満のとき０.１〜０.９に、４５重量％以上７５
重量％未満のときは０.１〜０.６とし、（ｂ）ＣａＯを
４０重量％未満とする。焼結性向上のため、全原料混合
物中の（ｃ）鉄酸化物量と、その還元剤である（ｄ）炭
素量も調整する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、都市ゴミの焼却時
に発生する灰を主原料として、建築用または土木用等に
使用する骨材（無機質固化体）を製造する方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】焼却炉において都市ゴミを焼却すると、
焼却炉内には主灰が残り、焼却炉の排ガス中に飛散した
灰（以下、飛灰という）は電気集塵器で集められる。こ
のようにして集められた主灰と飛灰（以下、単に灰と言
う）は、廃棄物として地中に埋めることにより処分され
ていた。

【０００３】しかしながら、都市ゴミを焼却して得られ
た灰、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、埋立て後この灰か
ら地中に溶出した重金属類が、環境汚染を引き起こす原
因となっていた。

【０００４】そこで、従来から、これら有害な重金属類
の溶出を防ぐ手段として、集められた灰をセメントで固
化する方法、有害な重金属類を薬剤で化学的に固定して
不溶化する方法、集められた灰を１３００℃以上の温度
で溶触してガラス質のスラグとする方法等が行われてい
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】このように、都市ゴミ
を焼却して得られた灰は、そのまま直接地中に埋められ
るか、または有害な重金属類を固定化又は不溶化して地
中に埋めるかして処分されるのが実情であり、従来は殆
ど再利用されることはなかった。

【０００６】本発明者等は、都市ゴミを焼却して得られ
た灰を焼成固化することにより、灰の中に含まれる鉛、
亜鉛、カドミウム等の重金属類を揮発させて除去すると
共に、建築用又は土木用等に使用する骨材として再利用
する方法を検討してきた。

【０００７】しかしながら、都市ゴミを焼却して得られ
た灰の化学組成は、焼却炉の形式や灰の処理方法等によ
り大きく異なる。そのため、灰の化学組成の違いによっ
て、同じ方法で焼成固化しても、得られた固化体の強度
が大幅に変動するのを避けることは出来なかった。

【０００８】本発明は、このような従来の事情に鑑み、
都市ゴミの焼却によって発生する灰の化学組成にかかわ
らず、建築用又は土木用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】本発明者等は、上記目的
を達成するため、都市ゴミを焼却して得られた灰に組成
調整材を添加することにより組成を調整し、これを焼成
して高強度な固化体とする方法について検討した。その
結果、都市ゴミを焼却して得られる灰の主な化学成分で
あるＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、Ｋ_２Ｏ、Ｎａ_２Ｏ、ＣａＯ
について、焼成により高強度な固化体が得られる化学組
成範囲を見出した。

【００１０】また、都市ゴミを焼却して得られた灰を焼
成して固化体を得る場合、焼結促進剤として鉄の酸化物
を、その還元剤として炭素を添加することが好ましいこ
とが分った。しかし、これらの鉄酸化物や炭素は、高温
での焼成後の固化体の性状に影響することが判明した
が、このような影響のない適正な組成範囲についても明
らかにすることが出来た。

【００１１】即ち、本発明は、都市ゴミを焼却して得ら
れる灰を主原料とする無機質固化体の製造方法におい
て、該灰を含む原料混合物を下記組成条件（ａ）〜
（ｄ）を満足するように配合し、該原料混合物に水を加
えて成形体とし、該成形体を１０００〜１２５０℃の温
度で焼成することを特徴とするものである； （ａ） 焼成後の無機質固化体中のＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ
_３、Ｋ_２Ｏを等モルでＮａ_２Ｏに換算し、Ｎａ_２Ｏに換
算したＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、Ｋ_２ＯとＮａ_２Ｏの合計
量を１００重量％としたとき、ＳｉＯ_２が７５重量％以
上９５重量％未満の場合はＮａ_２Ｏ／（Ａｌ_２Ｏ_３＋Ｎ
ａ_２Ｏ）の重量比を０.１〜０.９とし、またＳｉＯ_２が
４５重量％以上７５重量％未満の場合にはＮａ_２Ｏ／
（Ａｌ_２Ｏ_３＋Ｎａ_２Ｏ）の重量比を０.１〜０.６と
し、（ｄ） 焼成後の無機質固化体中のＣａＯを４０重
量％未満とし、（ｃ） 全原料混合物中の鉄酸化物量
を、ヘマタイトに換算したときの内割りで、全原料混合
物中のヘマタイト量最大値（重量％）＝（１２５０−焼
成温度（℃））×（８／２５０）＋７と、全原料混合物
中のヘマタイト量最小値（重量％）＝（１２５０−焼成
温度（℃））×（１／２５０）＋１との範囲内に調整
し、且つ（ｄ） 全原料混合物中の炭素量(重量％)を、
内割で、全原料混合物中の炭素量最大値（重量％）＝全
原料混合物中のヘマタイト量最大値×０.８と、全原料
混合物中の炭素量最小値（重量％）＝全原料混合物中の
ヘマタイト量最小値との範囲内に調整する。

【００１２】上記本発明の無機質固化体の製造方法にお
いては、前記組成条件（ａ）〜（ｂ）の調整のため、少
なくともＳｉＯ_２源、Ａｌ_２Ｏ_３源、Ｎａ_２Ｏ源、Ｃａ
Ｏ源のいずれかとなる組成調整材を主原料の灰に添加す
ることを特徴とする。主にＳｉＯ_２源となる前記組成調
整材としては、珪砂、陶石、長石、カオリナイト、木節
粘土、石炭灰、都市ゴミ焼却飛灰及び下水道焼却汚泥か
ら選ばれた少なくとも１種であることが好ましい。

【００１３】また、上記本発明の無機質固化体の製造方
法においては、前記組成条件（ｃ）の調整のため、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が
できる。更に、前記組成条件（ｄ）の調整のため、炭素
源として、石炭又はコークスを添加することが好まし
い。

【００１４】上記本発明の無機質固化体の製造方法にお
いては、前記原料混合物の平均粒径を１５μｍ以下とす
ることが好ましい。また、前記成形体がペレット状であ
り、ロータリーキルンを用いて焼成することが好まし
い。更には、前記原料混合物に、粘結剤として、ベント
ナイト、糖蜜、及びパルプ廃液から選ばれた少なくとも
１種を添加することができる。

【００１５】

【発明の実施の形態】都市ゴミを焼却して得られた灰、
即ち、焼却炉内に残った主灰及び灰ガス中に飛散した飛
灰は、ＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、Ｆｅ_２Ｏ_３、ＣａＯ、Ｍ
ｇＯ、Ｎａ_２Ｏ、Ｋ_２Ｏ等の種々の化合物から成ってい
る。かかる灰について、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、ＳｉＯ_２と、
Ａｌ_２Ｏ_３と、Ｎａ_２Ｏ又はＫ_２Ｏとの３元系相平衡図
で示される加熱変化に近い焼成過程をたどることが分っ
た。

【００１６】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
Ｏ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、Ｋ_２Ｏを等モルでＮａ_２Ｏに換算
し、このＮａ_２Ｏに換算したＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、Ｋ
_２Ｏと本来のＮａ_２Ｏの合計量を１００重量％としたと
き、Ｎａ_２Ｏ／（Ａｌ_２Ｏ_３＋Ｎａ_２Ｏ）の重量比の値
を特定の範囲に制御することによって、高強度の固化体
が焼成温度１０００から１２５０℃で得られることが判
明した。

【００１７】即ち、上記換算による焼成後の無機質固化
体の組成条件（ａ）において、（ａ−１）ＳｉＯ_２が７
５重量％以上９５重量％未満の場合には、Ｎａ_２Ｏ／
（Ａｌ _２Ｏ_３＋Ｎａ_２Ｏ）の値が０.１〜０.９の範囲と
なるように、また、（ａ−２）ＳｉＯ_２が４５重量％以
上７５重量％未満の場合には、Ｎａ_２Ｏ／（Ａｌ_２Ｏ_３
＋Ｎａ_２Ｏ）の値が０.１〜０.６の範囲となるように、
主原料である灰に各種の組成調整材を添加することによ
り原料混合物を配合する。

【００１８】上記の組成条件（ａ−１）において、Ｓｉ
Ｏ_２が７５重量％以上９５重量％未満であって且つＮａ
_２Ｏ／（Ａｌ_２Ｏ_３＋Ｎａ_２Ｏ）の値が０.１〜０.９の
範囲は、ＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、Ｎａ_２Ｏの３元系相平
衡図ではトリジマイド、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、Ｎａ_２Ｏ・２ＳｉＯ _２
の最も低い共融点（７４０℃）から離れている。そのた
め、焼成時の昇温に伴って急激に液相が出現することが
なく、十分に焼結が進行するため、緻密で高強度な固化
体が得られる。

【００１９】ここで、ＳｉＯ_２が７５重量％以上９５重
量％未満の場合に、Ｎａ_２Ｏ／（Ａｌ_２Ｏ_３＋Ｎａ
_２Ｏ）の値が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、Ｎ
ａ_２Ｏ／（Ａｌ_２Ｏ_３＋Ｎａ_２Ｏ）の値が０.９を越え
ると、焼成温度が１０００℃以下となると共に、液相が
急激に生成するため、高強度な固化体が得られなくな
る。

【００２０】また、上記の組成条件（ａ−２）におい
て、ＳｉＯ_２が４５重量％以上７５重量％未満であって
且つＮａ_２Ｏ／（Ａｌ_２Ｏ_３＋Ｎａ_２Ｏ）の値が０.１
〜０.６の範囲は、ＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、Ｎａ_２Ｏの
３元系相平衡図ではムライト、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。この
組成範囲でも７００℃付近が最も近い共融点であるが、
この低共融点から上記初晶域が離れているため、焼結が
緩慢且つ十分に進行し、緻密で高強度な焼結固化体が得
られる。

【００２１】ここで、ＳｉＯ_２が４５重量％以上７５重
量％未満の場合も同様に、Ｎａ_２Ｏ／（Ａｌ_２Ｏ_３＋Ｎ
ａ_２Ｏ）の値が０.１未満では、焼成温度が１２５０℃
以上となるため、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、Ｎａ_２Ｏ／（Ａｌ_２Ｏ_３＋Ｎａ_２Ｏ）の値が０.６
を越えると、焼成温度が１０００℃以下となると共に、
液相が急激に生成するため、高強度な固化体が得られな
い。

【００２２】尚、原料混合物の化学組成において、Ｓｉ
Ｏ_２が９５重量％以上では、焼成温度が１２５０℃以上
となるため、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、
ＳｉＯ_２が４５重量％未満では、Ｎａ_２Ｏ／（Ａｌ_２Ｏ
_３＋Ｎａ_２Ｏ）の値が０.１〜０.６の範囲にあっても、
やはり焼成温度が１２５０℃以上となるため、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。

【００２３】次に、ＣａＯに関しては、焼成した無機質
固化体の組成条件（ｂ）として、ＣａＯを４０重量％未
満とする。ＣａＯは、焼成温度１２５０℃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を
生成するのに寄与する。しかし、ＣａＯが４０重量％を
越えると、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
が増加するため好ましくない。

【００２４】都市ゴミを焼却して得られる灰の中のＳｉ
Ｏ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、Ｋ_２Ｏ、Ｎａ_２Ｏ、ＣａＯ等の含有
量は、多くの場合、上記した組成条件に適合していな
い。従って、本発明においては、灰に各種の組成調整材
を添加して、原料混合物の組成を上記組成条件（ａ）及
び（ｂ）に合わせて調整する。このような組成調整材と
しては、主にＳｉＯ_２源となるものとして、シリカ又は
シリカとアルミナを含む鉱物、例えば、珪砂、陶石、長
石、カオリナイト、木節粘土、石炭灰、都市ゴミの焼却
飛灰、及び下水道焼却汚泥等がある。また、主にＡｌ_２
Ｏ_３源となる組成調整材としてはアルミナ等があり、主
にＣａＯ源となる組成調整材としては消石灰等がある。

【００２５】更に、主原料である都市ゴミを焼却して得
られる灰には、鉄源となる鉄酸化物と、その還元剤とを
添加することが好ましい。鉄酸化物は、固化体表面の耐
火度向上と共に、固化体内部での液相生成を促進させ、
無機質固化体の強度を向上させるのに寄与するからであ
る。好ましい鉄酸化物としては、ウスタイトやヘマタイ
ト等の２価又は３価の鉄酸化物がある。無機質固化体中
の鉄酸化物は、１重量％未満では添加による効果が不十
分で高強度の固化体を得ることができないが、１５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、１〜１５重量％の範囲とすることが好
ましい。

【００２６】また、鉄酸化物の還元剤としては、石炭又
はコークスが好ましく、無機質固化体中の炭素量は１〜
１２重量％とすることが好ましい。炭素量が１重量％未
満では固化体内部での還元効果が不十分で、溶剤として
作用する十分なＦｅＯを生成することができず、また１
５重量％を超えると余剰な炭素が固化体中に残り、焼結
による強度発現を阻害すると共に、固化体表面のＦｅ_２
Ｏ_３の生成を阻害するため、固化体表面の耐火度を十分
上昇することができない。

【００２７】尚、都市ゴミを焼却して得られる灰の中の
塩素量は、一般的な石炭灰中のそれよりも多いが、上記
シリカ又はアルミナを含む組成調整材の添加配合により
相対的な塩素量が低減するため、高強度の固化体を得る
ための支障とはならない。

【００２８】上記鉄酸化物の作用として、Ｆｅ_２Ｏ_３は
還元されて主にＦｅＯとして存在させると、溶剤として
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、鉄酸化物が焼成用燃焼ガス中の過剰空気による
酸素で酸化されてＦｅ_２Ｏ_３の形で存在するため、内部
よりも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で焼結を促
進させ、固化体全体の強度を向上させる効果がある。

【００２９】しかしながら、鉄酸化物の添加は、アルカ
リ金属類が多く含まれ焼成温度が低い組成域では有効で
あるが、アルカリ金属類が少なく焼成温度が高い組成域
では注意を要する。即ち、後者の組成域においては、鉄
酸化物が少なくても焼結が十分に進行し、高強度な固化
体が得られ易いため、鉄酸化物の添加量が増加すると、
急激に液相の生成が進行して表面が軟化する前に内部が
溶融し、甚だしい場合には固化体内部が空洞となるから
である。従って、鉄源となる鉄酸化物の添加量に関して
は、組成条件（ｃ）として、全原料混合物中の鉄酸化物
量を、鉄酸化物をヘマタイトに換算したときの内割り
で、全原料混合物中のヘマタイト量最大値（重量％）＝
（１２５０−焼成温度（℃））×（８／２５０）＋７
と、全原料混合物中のヘマタイト量最小値（重量％）＝
（１２５０−焼成温度（℃））×（１／２５０）＋１と
の範囲内に調整する。

【００３０】また、鉄酸化物の還元も添加量が増える
と、原料混合物中に含まれる炭素量が多くなり、固化体
表面の酸化を阻害して耐火性皮膜の生成を阻害する。そ
のため、表面と内部の軟化温度差が少なくなり、内部の
焼結が十分に進む前に表面が焼結温度の上限に達するた
め、高強度な骨材が得られなくなる。このような還元剤
に由来する炭素の悪影響を防止するため、更に炭素に関
する組成条件（ｄ）として、全原料混合物中の炭素量
(重量％)を、内割で、全原料混合物中の炭素量最大値
（重量％）＝全原料混合物中のヘマタイト量最大値×
０.８と、全原料混合物中の炭素量最小値（重量％）＝
全原料混合物中のヘマタイト量最小値との範囲内に調整
することが好ましい。

【００３１】上記の如く主原料の灰、即ち飛灰及び／又
は主灰に、組成調整材などを添加して組成調整した原料
混合物は、好ましくは平均粒径が１５μm以下となるよ
うに混合し粉砕する。飛灰の平均粒径は数μｍ程度であ
るが、主灰と組成調整材である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１５
μｍ以下とすることが好ましい。原料混合物の平均粒径
が１５μｍより大きいと、得られる無機質固化体の強度
が低下する傾向がある。

【００３２】次に、粉砕混合した原料混合物に水を加
え、所望の骨材形状に成形する。一般的には、転動造粒
又は押出造粒により、直径５〜１５ｍｍのペレット状に
成形する。成形方法としては、所定の骨材形状に成形で
きるものであれば如何なる方法でも良いが、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形機を用
いると簡便である。

【００３３】得られた成形体を１０００〜１２５０℃で
焼成することにより、骨材として必要な強度を備えた無
機質固化体が得られる。焼成炉としては、有害な重金属
類の揮発促進と連続操業性と品質の均一性等とを勘案す
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。

【００３４】尚、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
化しやすい。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。キルン内での粉化を低減させるためには、原
料混合物にベントナイト等の粘土鉱物、糖蜜、パルプ廃
液等の粘結剤を加えることが好ましい。

【００３５】本発明によれば、都市ゴミを焼却して得ら
れる灰を主原料として、その灰の組成が焼却炉の形式、
都市ゴミの性状、灰の回収方式等により大きく異なって
いても、最少の副原料の添加により焼成固化させて、建
築用又は土木用の骨材として使用し得る高強度な無機質
固化体を製造することができる。これにより、従来は廃
棄されていた都市ゴミの焼却灰を有効に再利用し、再資
源化や環境汚染の解消に大いに寄与することができる。
また、特別な製造設備を必要とせず、セメント等の製造
に使用されているロータリーキルンを用いて製造できる
ため、灰の処理効率を著しく高め、処理コストや設備投
資を大きく軽減することができる。

【００３６】また、本発明方法により得られる無機質固
化体は強度が７００Ｎ以上であり、建築用や土木用に使
用される骨材として十分満足すべき強度を備えている。
尚、この無機質固化体は、２４時間の吸水率が１０〜２
０％と比較的高い。これは、主原料である都市ゴミを焼
却して得られる灰が、アルカリ金属や塩素を比較的多く
含むため、焼成時にこれら一部が揮発し飛散して、骨材
に微少な細孔が多数形成されるためと考えられる。

【００３７】

【実施例】実都市ゴミを焼却して得られた飛灰を主原料
とし、その組成を組成調整材等により調整して焼成する
ことにより、下記のごとく無機質固化体を製造した。実
験に使用した飛灰、組成調整材としての珪砂、アルミ
ナ、消石灰、ヘマタイト、塩化ナトリウム、還元剤とし
てのコークス、粘結剤であるベントナイトについて、そ
れらの化学組成を下記表１に示す。

【００３８】

【表１】

【００３９】これらの原料を下記表２に示す配合割合と
なるように計量し、振動ミルで粉砕し混合した。尚、粉
砕後の原料混合物の粒度分布をレーザ解析式粒度分布で
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。得られた各原料混合物に水
を加えて混練し、押出成形機で直径１０ｍｍの円柱状ペ
レットに成形し、乾燥した後、ロータリーキルン（煉瓦
壁の内径９２０〜７００ｍｍ×長さ１２０００ｍｍ）に
供給し、焼成して骨材を製造した。

【００４０】

【表２】

【００４１】得られた各骨材について、その化学的組成
を下記表３に示した。尚、骨材中のＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ
_３、Ｋ_２Ｏを等モルでＮａ_２Ｏに換算し、Ｎａ_２Ｏに換
算したＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、Ｋ_２ＯとＮａ_２Ｏの合計
量を１００重量％として、化学組成を計算した。また、
ＣａＯについては、骨材重量に対する重量％で示した。
更に、下記表３には、ヘマタイト量として全原料混合物
中の酸化鉄のヘマタイト換算量を、及び炭素量として全
原料混合物中の炭素量をそれぞれ内割りで表示した。

【００４２】

【表３】

【００４３】また、得られた各試料の骨材について、そ
の強度及び比重を測定し、焼成温度と共に下記表４に示
した。尚、骨材の強度は、円柱状ペレットの円柱軸に直
角方向から加圧し、破壊時の荷重を試料毎に２０個ずつ
測定し、その平均値を圧潰強度として示した。また、骨
材の比重は、ＪＩＳＡ１１１０に基づいて測定した。

【００４４】

【表４】

【００４５】上記の結果から分るように、本発明の製造
方法によって得られた試料１〜１６では、焼成温度１０
００〜１２５０℃の間で、圧潰強度７５０〜１７７０Ｎ
の高強度な骨材が得られた。これらの試料１〜１６は、
何れも、本発明の組成条件（ａ）〜（ｄ）を満たしてい
る。即ち、ＳｉＯ_２が７５重量％以上９５重量％未満で
あって且つＮａ_２Ｏ／（Ａｌ_２Ｏ_３＋Ｎａ_２Ｏ）の重量
比が０.１〜０.９であるか、又はＳｉＯ_２が４５重量％
以上７５重量％未満であって且つＮａ_２Ｏ／（Ａｌ_２Ｏ
_３＋Ｎａ_２Ｏ）の重量比が０.１〜０.６であり、骨材中
のＣａＯが４０重量％未満である。また、全原料混合物
中の酸化鉄のヘマタイト換算量（重量％、内割）が、換
算ヘマタイト量最大値＝（１２５０−焼成温度（℃））
×（８／２５０）＋７と、換算ヘマタイト量最小値＝
（１２５０−焼成温度（℃））×（１／２５０）＋１と
の間にあり、しかも全原料混合物中の炭素量(重量％、
内割)が、その炭素量最大値＝全原料混合物中のヘマタ
イト最大値×０.８と、炭素量最小値＝全原料混合物中
のヘマタイト最小値との範囲内に調整されている。

【００４６】一方、比較例については、試料１７は骨材
のＳｉＯ_２が９５重量％以上である。また、ＳｉＯ_２等
を等モルで換算したＮａ_２Ｏ量とＮａ_２Ｏ量の合計量を
１００重量％とした場合に、Ｎａ_２Ｏ／（Ａｌ_２Ｏ_３＋
Ｎａ_２Ｏ）の重量比が試料１８〜２０では０.１未満で
ある。試料２１と２２はＳｉＯ_２が４５重量％未満であ
り、試料２３と２４はＳｉＯ_２が４５〜７５重量％であ
るが、上記Ｎａ_２Ｏ／（Ａｌ_２Ｏ_３＋Ｎａ_２Ｏ）の重量
比が０.６よりも大きく、試料２５は骨材中のＣａＯが
４０重量％以上である。その結果、試料１７〜２０及び
２５では、焼成温度が１２５０℃以上となり、十分焼成
できなかった。また、試料２１〜２４では骨材強度が３
００Ｎ以下と極めて低かった。

【００４７】また、比較例である試料２６〜２９は本発
明の試料１２に対して、比較例である試料３０〜３３は
本発明の試料１３に対して、それぞれ組成条件（ａ）及
び（ｂ）に関しては略同一であるが、組成条件（ｃ）及
び（ｄ）に関しては本発明の範囲外となっている。即
ち、本発明の試料１２に対して、試料２６はヘマタイト
量が多く、試料２７は炭素量が多く、試料２８は炭素量
が少なく、そして試料２９はヘマタイト量が少ない配合
となっている。また、本発明の試料１３に対して、試料
３０はヘマタイト量が多く、試料３１は炭素量が多く、
試料３２は炭素量が少なく、そして試料３３はヘマタイ
ト量が少ない配合となっている。

【００４８】その結果、比較例である試料２６〜２９の
骨材の圧潰強度は２９０〜４８０Ｎであり、本発明の試
料１２の８９０Ｎに比べて遥かに低い。また、比較例の
試料３０〜３３の骨材は、比重が１.５９〜１.６５であ
って本発明の試料１３と比較して若干低く、圧潰強度も
３７０〜６２０Ｎであって本発明の試料１３の１６５０
Ｎに比べて遥かに低かった。

【００４９】

【発明の効果】本発明によれば、都市ゴミを焼却して得
られる灰を主原料として、その灰の化学組成が焼却炉の
形式、都市ゴミの性状、灰の捕集回収方式等により大き
く異なっていても、最少量の副原料の添加により焼結固
化させて、建築用や土木用の骨材として使用し得る高強
度な無機質固化体を製造することができる。

【００５０】これにより、従来は廃棄されていた都市ゴ
ミの焼却灰を有効に再利用し、再資源化や環境問題の解
消に大いに寄与することができる。また、特別な製造設
備を必要とせず、コンクリートなどの製造に使用されて
いるロータリーキルンを用いて製造できるため、灰の処
理効率を著しく高め、処理コストや設備投資を大きく軽
減することができる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (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 Ｆターム(参考） 4D004 AA36 AB03 BA02 CA04 CA14 CA15 CA30 CB09 CC11 DA03 DA06 DA10 DA20

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 都市ゴミを焼却して得られる灰を主原料
   とする無機質固化体の製造方法において、該灰を含む原
   料混合物を下記組成条件（ａ）〜（ｄ）を満足するよう
   に配合し、該原料混合物に水を加えて成形体とし、該成
   形体を１０００〜１２５０℃の温度で焼成することを特
   徴とする無機質固化体の製造方法； （ａ） 焼成後の無機質固化体中のＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ
   _３、Ｋ_２Ｏを等モルでＮａ_２Ｏに換算し、Ｎａ_２Ｏに換
   算したＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、Ｋ_２ＯとＮａ_２Ｏの合計
   量を１００重量％としたとき、ＳｉＯ_２が７５重量％以
   上９５重量％未満の場合はＮａ_２Ｏ／（Ａｌ_２Ｏ_３＋Ｎ
   ａ_２Ｏ）の重量比を０.１〜０.９とし、またＳｉＯ_２が
   ４５重量％以上７５重量％未満の場合にはＮａ_２Ｏ／
   （Ａｌ_２Ｏ_３＋Ｎａ_２Ｏ）の重量比を０.１〜０.６と
   し、（ｄ） 焼成後の無機質固化体中のＣａＯを４０重
   量％未満とし、（ｃ） 全原料混合物中の鉄酸化物量
   を、ヘマタイトに換算したときの内割りで、全原料混合
   物中のヘマタイト量最大値（重量％）＝（１２５０−焼
   成温度（℃））×（８／２５０）＋７と、全原料混合物
   中のヘマタイト量最小値（重量％）＝（１２５０−焼成
   温度（℃））×（１／２５０）＋１との範囲内に調整
   し、且つ（ｄ） 全原料混合物中の炭素量(重量％)を、
   内割で、全原料混合物中の炭素量最大値（重量％）＝全
   原料混合物中のヘマタイト量最大値×０.８と、全原料
   混合物中の炭素量最小値（重量％）＝全原料混合物中の
   ヘマタイト量最小値との範囲内に調整する。
2. 【請求項２】 前記組成条件（ａ）〜（ｂ）の調整のた
   め、少なくともＳｉＯ_２源、Ａｌ_２Ｏ_３源、Ｎａ_２Ｏ
   源、ＣａＯ源のいずれかとなる組成調整材を主原料の灰
   に添加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。
3. 【請求項３】 主にＳｉＯ_２源となる前記組成調整材
   が、珪砂、陶石、長石、カオリナイト、木節粘土、石炭
   灰、都市ゴミ焼却飛灰及び下水道焼却汚泥から選ばれた
   少なくとも１種からなることを特徴とする、請求項２に
   記載の無機質固化体の製造方法。
4. 【請求項４】 前記組成条件（ｃ）の調整のため、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１〜３のいずれかに記載の無機質固
   化体の製造方法。
5. 【請求項５】 前記組成条件（ｄ）の調整のため、炭素
   源として、石炭又はコークスを添加することを特徴とす
   る、請求項１〜４のいずれかに記載の無機質固化体の製
   造方法。
6. 【請求項６】 前記原料混合物の平均粒径を１５μｍ以
   下とすることを特徴とする、請求項１〜５のいずれかに
   記載の無機質固化体の製造方法。
7. 【請求項７】 前記成形体がペレット状であり、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
   １〜６のいずれかに記載の無機質固化体の製造方法。
8. 【請求項８】 前記原料混合物に、粘結剤として、ベン
   トナイト、糖蜜、及びパルプ廃液から選ばれた少なくと
   も１種を添加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。