【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、無機凝結剤およびその無機凝結剤が用いられる成形体に関し、詳しくは、一般廃棄物、産業廃棄物の再利用技術に用いることができる無機凝結剤およびその無機凝結剤が用いられる成形体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、魚類、藻類などの生物を繁殖させるために、コンクリートブロックなどを漁礁あるいは藻礁として水中に投入することが知られている。また一方で、急増する産業廃棄物などの処理の方法として、これらをコンクリートによって固化し、海中に投棄するなどの方法が知られている。
【０００３】
例えば、特許文献１では、浚渫ヘドロを、石膏、ポルトランドセメントおよび微細高炉水滓により固化して、人工漁礁を製造する方法が開示されている。また、特許文献２などには、海藻や珪藻などの水生植物を、効率よくコンクリート構造物に繁茂させる技術が開示されている。
【０００４】
【特許文献１】
特開昭６１−１８７７３１号公報
【特許文献２】
特開平５−１９２０４８号公報
【発明が解決しようとする課題】
しかし、特許文献１に記載される人工漁礁の製造方法では、ポルトランドセメントが用いられているので、十分な強度を有する成形体を得るまでに長時間の養生を必要とし、また、ヘドロに対する混合許容比率には限界があり、大量に発生する汚泥などの産業廃棄物を効率的に処理することが困難である。さらに、得られる人工漁礁の表面は、設置初期には水中で強アルカリ性を呈し、設置後、生物の自然発生までに多くの時間を要する。
【０００５】
また、特許文献２などに記載されている技術においても、ポルトランドセメントを用いる場合には、コンクリートの有するアルカリ分が、生物の繁殖を抑制するため、安定的に水生植物が定着するまでには長期間を必要とする。また、これらの成形体は、各種産業廃棄物を骨材として用いた場合には、十分な強度および耐久性を得ることが困難であり、さらには、製造コストが高く、現実的には、実施が困難である。
【０００６】
本発明は、このような事情に鑑みなされたもので、その目的とするところは、有機物、無機物にかかわらず、広汎な分野の各種廃棄物を固化して、廃棄物を効率よく処理することができ、しかも、生物の付着、繁殖による水質浄化機能を促進することが可能な環境親和性や、さらには、固化させる廃棄物の種類の選択により、軽量化、断熱性、耐火性、耐釘打ち衝撃性、塗装塗膜接着性などに優れる成形体を得ることのできる、無機凝結剤、および、その無機凝結剤が用いられる成形体を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記の目的を達成するために鋭意検討した結果、凝結剤として弱アルカリ性の凝結剤を用い、さらに粘土を配合することにより、各種廃棄物との混和安定性、接着性に優れ、ｐＨが中性に近く、生物との環境親和性に優れ、さらには、固化させる廃棄物の種類の選択により、軽量化、断熱性、耐火性、耐釘打ち衝撃性、塗装塗膜接着性などに優れる成形体を得ることができる知見を見出し、さらに研究を進めた結果、本発明を完成するに至った。
【０００８】
すなわち、本発明は、
（１） 弱アルカリ性の凝結剤および粘土からなることを特徴とする、無機凝結剤、
（２） 弱アルカリ性の凝結剤が、アルミナセメントであることを特徴とする、前記（１）に記載の無機凝結剤、
（３） 粘土が、陶土であることを特徴とする、前記（１）または（２）に記載の無機凝結剤、
（４） 陶土が、カオリナイト系粘土鉱物を主成分とすることを特徴とする、前記（３）に記載の無機凝結剤、
（５） 前記（１）〜（４）のいずれかに記載の無機凝結剤を用いて成形されていることを特徴とする、成形体
を提供するものである。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明は、弱アルカリ性の凝結剤および粘土が配合されている。
【００１０】
本発明の弱アルカリ性の凝結剤において、弱アルカリ性とは、ｐＨが７より高く１２より低い範囲（ｐＨ７超〜１２未満）を意味する。
【００１１】
本発明において、弱アルカリ性の凝結剤としては、特に限定されず、例えば、カルシア（ｃａｌｃｉａ）とアルミナとを含む水和硬化性無機凝結剤が挙げられる。より具体的には、例えば、石灰石とボーキサイトとを原料として工業的に製造されるアルミナセメントが好ましく用いられる。
【００１２】
アルミナセメントは、一般的には、ボーキサイトに石灰石を混合し溶融または焼成することにより製造することができる。
【００１３】
アルミナ源としては、ボーキサイトのほか、例えば、高アルミナ質、精製アルミナ、ボーキサイトのアルミ精錬残査、リサイクルアルミスクラップのリサイクルから得られたアルミナなどが用いられる。また、カルシア源としては、石灰石のほか、例えば、生石灰、牡蠣殻などが用いられる。溶融または焼成は、例えば、電気炉、反射炉、平炉、ロータリーキルンなどを用いて行なうことができる。そして、アルミナセメントは、このような溶融または焼成によって得られるクリンカーを、粉砕することによって得ることができる。
【００１４】
また、アルミナセメントは、水硬性成分として、ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３を主成分とするもので、具体的には、ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３、または、ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３とＣａＯ・２Ａｌ２Ｏ３を、そして、ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３と１２ＣａＯ・７Ａｌ２Ｏ３、さらには、ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３とＣａＯ・２Ａｌ２Ｏ３と１２ＣａＯ・７Ａｌ２Ｏ３とを含有しており、一般的な組成として、Ａｌ２Ｏ３約４０〜５５重量％、ＣａＯ約３５〜４５重量％、ＳｉＯ２約２〜１０重量％、Ｆｅ２Ｏ３約２〜１０重量％を含有している。石灰石やボーキサイトは、天然採掘物であるため、産地によりＦｅ２Ｏ３の含有量が種々異なり、それに応じて、アルミナセメントの水和硬化速度が変化する場合がある。そのため、Ｆｅ２Ｏ３の含有量を一定にして、安定な水和硬化速度を得るために、所定量のＦｅ２Ｏ３を、適宜、後添加することは、工業生産上有利となる場合がある。
【００１５】
また、本発明において、弱アルカリ性の凝結剤は、特に限定されないが、例えば、粉体状のものが用いられ、その粒径が、例えば、０．５〜１００μｍのものが好ましく用いられる。
【００１６】
本発明において、弱アルカリ性の凝結剤の配合量は、初期の硬化速度および成形体の強度より決定され、例えば、無機凝結剤全体１００重量部に対して５０〜９８重量部であり、好ましくは、７０〜９８重量部、さらに好ましくは、８０〜９５重量部である。
【００１７】
本発明において、粘土としては、特に限定されず、例えば、カオリナイト、ハロイサイト、モンモリロナイト、イライトなどの粘土鉱物を含むものが挙げられる。好ましくは、陶土が用いられる。
【００１８】
陶土は、陶器の原料に適する粘土であって、日本の陶器名産地において自然に産出するが、本発明においては、特に産地は限定されない。好ましくは、カオリナイト系のケイ酸塩を主成分とする陶土が用いられる。なお、陶土中のカオリナイト系のケイ酸塩の純度は、高い方が好ましいが、その含有量は、特に限定されるものではない。なお、陶土中のカオリナイト系のケイ酸塩の純度を向上させるには、水中で比重分離するなどの従来法を適用することができる。
【００１９】
また、本発明において、粘土は、特に限定されないが、例えば、乾燥、粉砕された粉体状のものが用いられ、その粒径が、例えば、０．０５〜１０μｍのものが好ましく用いられる。
【００２０】
粘土の配合量は、例えば、無機凝結剤全体１００重量部に対して２〜５０重量部であり、好ましくは、２〜３０重量部、さらに好ましくは、５〜２０重量部である。
【００２１】
本発明において、弱アルカリ性の凝結剤に粘土を配合すれば、各種廃棄物を、弱アルカリ性の凝結剤と共に水和硬化させる時に、各種廃棄物との混和安定性、界面接着性を著しく改善することができる。また、木質板、コンクリート、石膏ボード、ガラス板などの広範囲の材料に接して水和硬化させる場合においても、プライマーなどを必要とせずとも、高い接着性を発現させることができる。さらに、水和硬化した後に高温で焼成固化する場合には、セラミック化するための材料として成形体を堅牢化させることができ、各種廃棄物中の重金属などの有害物質を封じ込めることができる。
【００２２】
また、本発明においては、その目的および用途により、さらに、石膏を配合することもできる。石膏を配合することによって、弱アルカリ性の凝結剤の水和硬化速度を早めることができ、成形体を工業的に安定生産することができる。
【００２３】
石膏としては、硫酸カルシウムの無水または含水塩であれば、特に限定されず、例えば、二水石膏（ＣａＳＯ４・２Ｈ２Ｏ）、半水石膏（ＣａＳＯ４・０．５Ｈ２Ｏ）、無水石膏（ＣａＳＯ４）などが挙げられる。好ましくは、半水石膏が用いられる。
【００２４】
また、本発明において、石膏は、特に限定されないが、例えば、粉体状のものが好ましく用いられ、その粒径としては、例えば、上記した弱アルカリ性の凝結剤のそれと同程度のものが好ましく用いられる。
【００２５】
石膏の配合量は、例えば、ＣａＳＯ４換算として、弱アルカリ性の凝結剤１００重量部に対して、２０重量部以下、好ましくは、５〜１０重量部である。
【００２６】
そして、本発明の無機凝結剤は、上記した成分、すなわち、弱アルカリ性の凝結剤および粘土、さらに必要により、石膏を配合することによって調製することができる。これら成分の配合は、例えば、ニーダーなどの通常使用される粉体混合機を用いて、均一に攪拌混合すればよい。
【００２７】
なお、このようにして得られる本発明の無機凝結剤は、本発明の無機凝結剤の優れた効果を阻害しない範囲において、適宜、公知の添加剤などを配合してもよいが、上記した成分以外は、実質的に配合されていないことが好ましい。
【００２８】
そして、このようにして得られる本発明の無機凝結剤は、混和安定性および接着性に優れており、特に限定されないが、例えば、一般廃棄物、産業廃棄物の再利用技術において、各種廃棄物を固化して成形体を製造することによって、これら廃棄物を効率よく処理して再利用するために、好適に用いることができる。
【００２９】
対象となる廃棄物は、特に限定されず、家庭などから排出される一般廃棄物、工場や各種工事などで排出される産業廃棄物のすべてを含み、さらには廃棄物を炭化した炭化物、廃棄物を焼却した残渣も含まれる。
【００３０】
例えば、産業廃棄物について例示すると、成形工場などから排出されるプラスチックチップ、プラスチックペレット、梱包などに使用された廃発泡プラスチックビーズ、その発泡プラスチックビーズの熱減容体、廃タイヤなどのゴムチップ、古紙パルプ、製材工場から排出される木屑・木粉、古繊維、ガラス繊維、ロックウール、ガラスカレット、ガラスビーズ、ガラスパウダー、浚渫・建設ヘドロ、使用済み活性炭、規格外活性炭、家畜排泄物などの畜産業廃棄物、残飯などの食品業廃棄物、雑草や間伐材などの林業廃棄物などが挙げられる。
【００３１】
そして、本発明の無機凝結剤を用いて、廃棄物を固化して成形体を製造するには、特に限定されず、無機凝結剤および廃棄物を配合して、例えば、加圧成形、等圧成形、押出成形、流し込み成形などの公知の成形方法によって成形すればよい。例えば、流し込み成形では、本発明の無機凝結剤、廃棄物および水を配合してスラリー（泥しょう）を調製し、このスラリーを所定の金型に流し込んで、水和硬化させればよい。
【００３２】
本発明の無機凝結剤、廃棄物および水を配合してスラリーを調製するには、特に限定されないが、例えば、モルタルミキサーなどの混合機あるいは混練機を用いて混練すればよく、また、調製されたスラリーを成形するための金型は、特に限定されず、例えば、その目的および用途に応じた適宜の形状および大きさの型枠などが用いられる。
【００３３】
また、本発明の無機凝結剤、廃棄物および水の配合割合は、その目的および用途によって適宜決定される。例えば、本発明の無機凝結剤の配合割合は、廃棄物１００重量部に対して、５〜１０００重量部の範囲において、成形体の用途によって広範囲に選択される。
【００３４】
より具体的には、成形体が、例えば、河川、湖沼、海域などの環境で用いられる、例えば、護岸工事用壁材、護岸ブロック、人工漁礁、人工藻礁などの水中構造物などとして用いられる場合には、無機凝結剤の配合量は、例えば、廃棄物１００重量部に対して、１〜１００重量部、好ましくは、５〜９０重量部、より好ましくは、１０〜８０重量部である。
【００３５】
また、成形体が、例えば、内装壁材、外装壁材、天井材などのリサイクル建設資材などとして用いられる場合には、無機凝結剤の配合量は、例えば、廃棄物１００重量部に対して、１００〜１０００重量部、好ましくは、２００〜８００重量部、より好ましくは、３００〜６００重量部である。
【００３６】
また、水の配合割合は、廃棄物１００重量部に対して、５〜１００重量部、好ましくは、１０〜８０重量部の範囲において、成形作業性および成形体の用途によって広範囲に選択される。
【００３７】
なお、本発明の無機凝結剤を用いて、廃棄物を固化して成形体を製造するに際しては、必要に応じて、例えば、ＡＥ剤（ａｉｒ Ｅｎｔｒａｉｎｉｎｇ ａｇｅｎｔ）、減水剤、凝結・硬化調節剤、防錆剤、防水剤、防凍剤などの公知のコンクリート混和剤を、適宜添加することができる。
【００３８】
そして、このようにして成形された成形体は、その目的および用途によって、そのまま再利用に供することもでき、また、さらに焼成して再利用に供することもできる。
【００３９】
焼成する場合には、得られた成形体を、例えば、その目的および用途により、大気雰囲気下または不活性ガス雰囲気下において、６００〜１５００℃、好ましくは、１０００〜１３００℃で、０．５〜１２時間、好ましくは、１〜４時間加熱処理すればよい。このように成形体を焼成することによって、有機物を除去することができ、堅牢性が付与されて、重金属が溶出しないよう封じ込むことができる。
【００４０】
また、このように焼成する場合には、混練・成形・水和硬化のうちの少なくとも１つの段階において、さらに陶土を配合してもよい。さらに陶土を配合することにより、無機凝結剤中におけるアルカリ性の凝結剤の配合割合を低減させることなく、そのアルカリ性の凝結剤の良好な凝結作用を確保しつつ、成形体中における陶土の配合割合を増加させて、堅牢性や金属封鎖性を確実なものとすることができる。この場合において、陶土の配合量は、好ましくは、廃棄物の乾量換算１００重量部に対して、１０〜１００重量部程度である。このように陶土を配合する場合には、陶土を、混練・成形・水和硬化のうちのいずれかの１つの段階で配合してもよく、また、いずれかの２つの段階で配合してもよく、あるいは、すべての各段階毎に配合してもよい。
【００４１】
そして、このようにして得られる成形体は、特に限定されることなく、各種の産業分野で再利用することができる。例えば、護岸工事や、一般的な河川、農工業用水路、排水路、海岸などの造成において、護岸工事用壁材、護岸（防波）ブロック、人工漁礁、人工藻礁などの水中構造物などとして用いることができる。なお、このような用途に用いる場合には、成形体は、予め水和硬化させて板状あるいはブロック状の成形体とした上で、現場に輸送してもよく、あるいは、現場で水和硬化させて板状あるいはブロック状に成形してもよい。本発明の無機凝結剤は、速硬化性を有するため、現場においても効率よく成形することができる。
【００４２】
とりわけ、本発明の無機凝結剤によって固化された成形体は、ｐＨが中性に近く、藻類、微生物などの付着性に優れているため、近年注目されつつある、水中微生物による浄化機能を利用した生物付着性コンクリートや、湖沼、湾岸などの閉鎖水域での付着微生物による水質改善のための生物付着性の底質改善覆砂材として、好適に用いることができる。
【００４３】
さらには、使用済み活性炭あるいは規格外活性炭を、本発明の無機凝結剤によって固化、造粒した成形体は、微生物により水を浄化する、いわゆる生物活性炭としての機能と、水中の富栄養化源を吸着して水生植物に提供する機能の２つの機能を持たせることができることにより、特許第２８２６７１４号公報に開示される水質浄化兼用浮島の底部に固定される多孔質体として、好適に用いることができる。
【００４４】
すなわち、本発明の無機凝結剤によって固化された成形体は、ポルトランドセメントの成形体のように強いアルカリ性を示さないため、良好な生物親和性が発現される。例えば、内径８０ｍｍφのガラス製ビーカ中で、本発明の無機凝結剤１００ｇに水道水３５ｇを添加して混合し、２５℃で３日間硬化させた後、１００ｇの水をその硬化物上に添加し、さらに２５℃で３日間静置した後、ｐＨを測定すると、そのｐＨは１２未満となる。そのため、本発明の無機凝結剤の硬化物（廃棄物が配合されていない硬化物）に接触する水相のｐＨを１２未満とすることができ、その結果、成形体においても良好な生物親和性を発現させることができる。なお、ポルトランドセメントを同条件において硬化させた硬化物では、そのｐＨが１２以上となる。そのため、その成形体において良好な生物親和性を発現させることができない。
【００４５】
なお、成形体が、生物付着性コンクリートとして用いられる場合には、より具体的には、成形体は、上記した、護岸（防波）ブロック、人工漁礁、人口藻礁などとして成形され、適宜設置される。
【００４６】
また、成形体が、底質改善覆砂材として用いられる場合には、より具体的には、成形体は、水底に堆積したヘドロを浚渫して、本発明の無機質凝結剤と混練・造粒・水和硬化した後、さらに焼成してセラミック化させた粒子として、成形され、これを再び水底に戻すようにして用いられる。これによって、廃棄物を排出せずに底質改善を実施することができる。
【００４７】
さらには、成形体が、水質浄化兼用浮島の底部に固定される多孔質体（特許第２８２６７１４号公報）として、好適に用いられる場合には、産業廃棄物となった活性炭を、本発明の無機凝結剤と混練・造粒・水和硬化した多孔質体として用いることができる。
【００４８】
また、成形体は、例えば、内装壁材、外装壁材、天井材などのリサイクル建設資材などとして用いることができ、好ましくは、軽量・断熱ボードとして用いることができる。成形体が、軽量・断熱ボードとして用いられる場合には、例えば、本発明の無機凝結剤を、古紙パルプ、発泡ポリスチレン粒子などの発泡プラスチック粒子あるいはその発泡プラスチック粒子を加熱溶融減容化したものと混練・板状成形・水和硬化することによって、成形体を軽量・断熱ボードとして成形すればよい。このようにして成形される軽量・断熱ボードは、軽量化、断熱性、耐火性に優れ、さらには、亀裂が入ることなく容易に釘を打つことができ、さらにそのボードの上に塗料で塗装する場合、モルタルやコンクリートを打設する場合も、プライマーの必要がなく良好な密着性を発現する。さらに、廃棄時には、チップ化した後、本発明の無機凝結剤を用いて、再び建築資材として利用することができ、循環できる建築資材として有効に用いることができる。
【００４９】
【実施例】
以下に実施例および比較例を挙げて本発明をさらに具体的に説明するが、本発明は、これらに限定されるものではない。
【００５０】
実施例１
アルミナセメント（デンカアルミナセメントＡＣ−１）８０重量部、信楽産陶土粉末２０重量部、半水石膏（和光純薬試薬１級）５重量部を、フジパウダル製ニーダーで均一になるまで攪拌混合し、無機凝結剤Ａを得た。
【００５１】
その後、内径８０ｍｍφのガラス製ビーカ中で、無機凝結剤Ａ１００ｇに水道水３５ｇを添加して混合し、２５℃で３日間硬化させた後、１００ｇの水をその硬化物上に添加し、さらに２５℃で３日間静置した後、ｐＨを測定すると、１１．２であった。
【００５２】
実施例２
アルミナセメント（デンカアルミナセメントＡＣ−１）９５重量部、信楽産陶土粉末５重量部を、フジパウダル製ニーダーで均一になるまで攪拌混合し、無機凝結剤Ｂを得た。
【００５３】
その後、内径８０ｍｍφのガラス製ビーカ中で、無機凝結剤Ｂ１００ｇに水道水３５ｇを添加して混合し、２５℃で３日間硬化させた後、１００ｇの水をその硬化物上に添加し、さらに２５℃で３日間静置した後、ｐＨを測定すると、１１．６であった。
【００５４】
試験例１
三重県一般焼却場焼却灰５０重量部、廃発泡ポリスチレン熱減容体（比重０．８）の粉砕物５０重量部、計１００重量部に対して、無機凝結剤Ａ３０重量部、水道水３０重量部を加え、モルタルミキサーで混練した後、型枠に流し込んで、漁礁を成形、水和硬化させた。その１日後、成形体を取り出して、伊勢湾の海底に設置した。
【００５５】
２ヶ月で藻類の発生が見られ、１年で１０種類以上の藻類が生え、魚類、甲殻類が棲みついている状態が見られた。その状態を図１に示す。
【００５６】
一方、同時に設置したポルトランドセメント製ブロックは、１年後では、魚類、甲殻類の棲みつきは、全く見られなかった。その状態を図２に示す。
【００５７】
試験例２
古紙パルプ３３重量部、廃発泡ポリスチレン熱減容体（比重０．８）の粉砕物６７重量部、計１００重量部に対して、無機凝結剤Ｂ５００重量部、水道水３００重量部を加え、モルタルミキサーで混練した後、厚さ２０ｍｍの板状に成形、水和硬化させた。得られた板は、比重が１．６の軽量ボードで、難燃性があり、片面を１０分間、ガスバーナー直火で加熱しても、反対面の温度は５０℃以下を示した。また、ハンマーで釘を打ち込んでも、亀裂を生じなかった。
【００５８】
試験例３
伊勢湾より採取した含水率２９％のヘドロ乾量換算で１００重量部に、無機凝結剤Ａ１０重量部を加え、モルタルミキサーで混練し、水和硬化が進む段階で陶土５７重量部を徐々に添加して、粒径１０〜１５ｍｍの粒状成形体を得た。
【００５９】
この粒状成形体を乾燥後、さらに１２００℃で１時間焼成し、多孔質粒子を得た。この多孔質粒子を、伊勢湾のヘドロ堆積した海底に散布したところ、徐々に微生物による、有機汚泥の分解、無機化が始まり、６ケ月後には、フワフワしたヘドロ状物が見られなくなった。多孔質粒子の散布前の状態を図３に、散布後６ヶ月後の状態を図４に示す。
【００６０】
試験例４
ヤシ殻を原料として用いて製造された活性炭の篩別工程で、規格外廃棄物となった粒径０．１２７ｍｍ未満の大きさ（２００メッシュパス）の活性炭１００重量部に、無機凝結剤Ａ１００重量部、混練可能となる適度の水を加え、モルタルミキサーで混練し、転動造粒機で造粒、水和硬化させて、粒径５ｍｍの粒状成形体を得た。この粒状成形体を特許第２８２６７１４号公報に開示される水質浄化兼用浮島の底部に固定される多孔質体として用いた浮島を、約２０００ｍ３の農業用溜池に浮かべたところ、１年後には、シュードモナス（Ｐｓｅｕｄｏｍｏｎａｓ）属細菌の付着のほか、ボルティセラ（Ｖｏｒｔｉｃｅｌｌａ）属繊毛虫類、ペタロモナス（Ｐｅｔａｌｏｍｏｎａｓ）属鞭毛虫類、フィオルディナ（Ｐｈｉｏｌｄｉｎａ）属輪虫類が多孔質体上に観察された。これら生物の作用により、溜池のＢＯＤ、リンおよび窒素の濃度が１年間で５０％以上減少した。このことにより、本発明の無機凝結剤を用いて製造された規格外活性炭の粒状成形体は、溜池の水質改善に効果があることが判明した。
【００６１】
【発明の効果】
本発明の無機凝結剤は、混和性、接着性に優れているため、一般廃棄物、産業廃棄物の再利用技術において、各種廃棄物を固化して成形体を製造することによって、これら廃棄物を効率よく処理して再利用するために、好適に用いることができる。
【００６２】
また、本発明の無機凝結剤は、環境親和性に優れているため、本発明の成形体が、水環境に応用された場合には、生物の付着、繁殖による水質の浄化機能を促進あるいは魚類の繁殖を促進することができる。また、本発明の成形体が、建築資材として用いられた場合には、軽量化、断熱性、耐火性、耐釘打ち衝撃性、塗装塗膜接着性などに優れたリサイクル建材として有効に用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】試験例１において、本発明の成形体である漁礁を、伊勢湾の海底に設置して、１年が経過した後の状態を示す参考写真図である。
【図２】試験例１において、本発明の成形体である漁礁と同時に設置したポルトランドセメント製ブロックの、１年経過後の状態を示す参考写真図である。
【図３】試験例３において、本発明の成形体である多孔質粒子を散布する前の、伊勢湾の海底の状態を示す参考写真図である。
【図４】試験例３において、本発明の成形体である多孔質粒子を散布した後６ヶ月後の、伊勢湾の海底の状態を示す参考写真図である。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an inorganic coagulant and a molded article using the inorganic coagulant, and more particularly, to an inorganic coagulant and a molding using the inorganic coagulant which can be used for recycling technology of general waste and industrial waste. About the body.
[0002]
[Prior art]
BACKGROUND ART Conventionally, it is known that concrete blocks and the like are thrown into water as fishing reefs or algal reefs in order to breed organisms such as fish and algae. On the other hand, as a method of treating a rapidly increasing industrial waste, a method of solidifying the waste with concrete and dumping it into the sea is known.
[0003]
For example, Patent Literature 1 discloses a method for manufacturing an artificial reef by solidifying dredged sludge with gypsum, Portland cement, and fine blast furnace slag. Further, Patent Literature 2 and the like disclose a technique for efficiently growing aquatic plants such as seaweeds and diatoms on concrete structures.
[0004]
[Patent Document 1]
JP-A-61-187731 [Patent Document 2]
JP-A-5-192048 [Problems to be Solved by the Invention]
However, in the method for producing an artificial reef described in Patent Document 1, since Portland cement is used, a long curing time is required until a molded body having sufficient strength is obtained, and mixing with sludge is not allowed. The ratio is limited, and it is difficult to efficiently treat industrial waste such as sludge generated in large quantities. Furthermore, the surface of the artificial reef obtained exhibits strong alkalinity in water at the initial stage of installation, and after installation, it takes a lot of time for natural occurrence of living things.
[0005]
Also, in the technology described in Patent Document 2 and the like, when Portland cement is used, the alkali content of concrete suppresses the propagation of living organisms, so it takes a long time for aquatic plants to stably settle. Need a period. In addition, these molded products are difficult to obtain sufficient strength and durability when various industrial wastes are used as aggregates. Is difficult.
[0006]
The present invention has been made in view of such circumstances, and its purpose is to solidify various wastes in a wide range of fields, regardless of whether they are organic or inorganic, and to efficiently treat the wastes. It can be lightened, heat-insulated, fire-resistant and nailed by selecting the type of waste to be solidified and the environmental friendliness that can promote the water purification function by the attachment and propagation of organisms. It is an object of the present invention to provide an inorganic coagulant capable of obtaining a molded article having excellent impact resistance and adhesion to a coating film, and a molded article using the inorganic coagulant.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
The present inventors have conducted intensive studies to achieve the above object, and as a result, using a weakly alkaline coagulant as a coagulant, and further blending clay, to improve miscibility with various wastes and adhesion. Excellent, near neutral pH, excellent environmental friendliness with living organisms, furthermore, by selecting the type of waste to be solidified, weight reduction, heat insulation, fire resistance, nailing impact resistance, paint coating adhesion The present inventors have found that it is possible to obtain a molded article having excellent properties and the like, and have further studied, thereby completing the present invention.
[0008]
That is, the present invention
(1) an inorganic coagulant, comprising a weakly alkaline coagulant and clay;
(2) The inorganic coagulant according to (1), wherein the weakly alkaline coagulant is alumina cement.
(3) The inorganic coagulant according to (1) or (2), wherein the clay is clay.
(4) The inorganic coagulant according to the above (3), wherein the clay comprises a kaolinite-based clay mineral as a main component.
(5) A molded article characterized by being molded using the inorganic coagulant according to any one of (1) to (4).
[0009]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
The present invention incorporates a weakly alkaline coagulant and clay.
[0010]
In the weakly alkaline coagulant of the present invention, the term "weakly alkaline" means a range where the pH is higher than 7 and lower than 12 (from pH 7 to less than 12).
[0011]
In the present invention, the weakly alkaline coagulant is not particularly limited, and includes, for example, a hydrate-curable inorganic coagulant containing calcia and alumina. More specifically, for example, alumina cement industrially produced from limestone and bauxite as raw materials is preferably used.
[0012]
Alumina cement can be generally manufactured by mixing limestone with bauxite and melting or calcining it.
[0013]
As the alumina source, besides bauxite, for example, high-alumina, refined alumina, aluminum refining residue of bauxite, alumina obtained by recycling recycled aluminum scrap and the like are used. As the calcia source, in addition to limestone, for example, quick lime, oyster shell, and the like are used. Melting or firing can be performed using, for example, an electric furnace, a reverberatory furnace, a flat furnace, a rotary kiln, or the like. The alumina cement can be obtained by pulverizing the clinker obtained by such melting or firing.
[0014]
Further, alumina cement as hydraulic component, as a main component CaO · Al 2 O 3, specifically, CaO · Al 2 O 3, or, CaO · Al 2 O 3 and CaO · 2Al 2 the O 3, and, CaO · Al 2 O 3 and 12CaO · 7Al 2 O 3, furthermore, are contained and CaO · Al 2 O 3 and CaO · 2Al 2 O 3 and 12CaO · 7Al 2 O 3, as a general composition, Al 2 O 3 about 40 to 55 wt%, CaO from about 35 to 45 wt%, SiO 2 of about 2 to 10 wt%, contains a Fe 2 O 3 from about 2 to 10 wt%. Limestone and bauxite are natural excavated matters, so that the content of Fe 2 O 3 varies depending on the place of production, and the hydration hardening rate of the alumina cement may change accordingly. Therefore, in the constant content of Fe 2 O 3, in order to obtain a stable hydration cure rate, the Fe 2 O 3 of a predetermined amount, as appropriate, be added post, it may become the industrial production advantageous is there.
[0015]
In the present invention, the weakly alkaline coagulant is not particularly limited. For example, a powdery one is used, and one having a particle size of, for example, 0.5 to 100 μm is preferably used.
[0016]
In the present invention, the compounding amount of the weak alkaline coagulant is determined by the initial curing speed and the strength of the molded article, and is, for example, 50 to 98 parts by weight based on 100 parts by weight of the entire inorganic coagulant, preferably 70 to 98 parts by weight, more preferably 80 to 95 parts by weight.
[0017]
In the present invention, the clay is not particularly limited, and examples thereof include clays containing clay minerals such as kaolinite, halloysite, montmorillonite, and illite. Preferably, clay is used.
[0018]
Porcelain clay is a clay suitable for a raw material for pottery, and is naturally produced in a famous pottery production area in Japan, but the production place is not particularly limited in the present invention. Preferably, porcelain clay mainly composed of kaolinite silicate is used. In addition, the purity of the kaolinite silicate in the clay is preferably higher, but the content thereof is not particularly limited. In order to improve the purity of the kaolinite-based silicate in the clay, a conventional method such as specific gravity separation in water can be applied.
[0019]
In the present invention, the clay is not particularly limited. For example, a dried and pulverized powder is used, and a particle having a particle size of, for example, 0.05 to 10 μm is preferably used.
[0020]
The compounding amount of the clay is, for example, 2 to 50 parts by weight, preferably 2 to 30 parts by weight, and more preferably 5 to 20 parts by weight based on 100 parts by weight of the whole inorganic coagulant.
[0021]
In the present invention, when clay is blended with a weakly alkaline coagulant, when various wastes are hydrated and hardened together with a weakly alkaline coagulant, the mixing stability with various wastes and the interfacial adhesiveness are significantly improved. Can be. In addition, even when hydrated and hardened in contact with a wide range of materials such as a wood board, concrete, gypsum board, and glass board, high adhesiveness can be exhibited without the need for a primer or the like. Further, in the case of solidifying by firing at a high temperature after hydration hardening, the molded body can be made robust as a material for forming a ceramic, and harmful substances such as heavy metals in various wastes can be contained.
[0022]
Further, in the present invention, gypsum can be further blended depending on the purpose and use. By blending gypsum, the hydration hardening rate of the weakly alkaline coagulant can be increased, and a molded article can be industrially stably produced.
[0023]
The gypsum is not particularly limited as long as it is an anhydrous or hydrated salt of calcium sulfate. For example, gypsum dihydrate (CaSO 4 .2H 2 O), gypsum hemihydrate (CaSO 4 .0.5H 2 O), anhydrous gypsum (CaSO 4 ). Preferably, hemihydrate gypsum is used.
[0024]
In the present invention, the gypsum is not particularly limited, but, for example, a powdery one is preferably used, and the particle size thereof is, for example, preferably about the same as that of the weak alkaline coagulant described above. Can be
[0025]
The amount of the gypsum is, for example, in terms of CaSO 4 , 20 parts by weight or less, preferably 5 to 10 parts by weight, based on 100 parts by weight of the weak alkaline coagulant.
[0026]
The inorganic coagulant of the present invention can be prepared by mixing the above-mentioned components, that is, a weakly alkaline coagulant and clay, and, if necessary, gypsum. The components may be blended uniformly using, for example, a commonly used powder mixer such as a kneader.
[0027]
In addition, the inorganic coagulant of the present invention obtained in this manner may be appropriately blended with known additives and the like as long as the excellent effects of the inorganic coagulant of the present invention are not impaired. Except for the above, it is preferable that they are not substantially blended.
[0028]
And the inorganic coagulant of the present invention thus obtained is excellent in miscibility and adhesiveness, and is not particularly limited. For example, in general waste and industrial waste recycling technology, various wastes are used. By solidifying to produce a molded article, these wastes can be suitably used for efficient treatment and reuse.
[0029]
The target waste is not particularly limited, and includes all general waste discharged from homes and the like, industrial waste discharged from factories and various constructions, etc., as well as carbonized waste and waste. Includes residues from incineration.
[0030]
For example, as for industrial waste, plastic chips and plastic pellets discharged from molding factories, waste foamed plastic beads used for packing, heat reduction bodies of the foamed plastic beads, rubber chips such as waste tires, waste paper pulp Livestock industry such as wood chips and wood flour, waste fiber, glass fiber, rock wool, glass cullet, glass beads, glass powder, dredging and construction sludge, used activated carbon, non-standard activated carbon, livestock excrement discharged from sawmills Food industry waste such as waste and garbage, and forestry waste such as weeds and thinned wood.
[0031]
The method for manufacturing a compact by solidifying waste using the inorganic coagulant of the present invention is not particularly limited, and the inorganic coagulant and waste are blended, for example, pressure molding, isostatic pressing, and the like. What is necessary is just to shape | mold by well-known shaping | molding methods, such as shaping | molding, extrusion molding, and casting. For example, in cast molding, a slurry (slurry) may be prepared by mixing the inorganic coagulant of the present invention, waste and water, and the slurry may be poured into a predetermined mold and hydrated and hardened.
[0032]
The slurry is prepared by mixing the inorganic coagulant of the present invention, waste and water, and is not particularly limited.For example, the slurry may be kneaded using a mixer or a kneader such as a mortar mixer. The mold for forming the slurry is not particularly limited, and for example, a mold having an appropriate shape and size according to the purpose and application is used.
[0033]
Further, the mixing ratio of the inorganic coagulant, waste and water of the present invention is appropriately determined depending on the purpose and use. For example, the compounding ratio of the inorganic coagulant of the present invention is selected in a wide range from 5 to 1000 parts by weight based on 100 parts by weight of the waste depending on the use of the molded article.
[0034]
More specifically, the molded body is used, for example, in environments such as rivers, lakes and marshes, and in sea areas, for example, wall materials for revetment work, revetment blocks, artificial fishing reefs, and used as underwater structures such as artificial algal reefs. In this case, the amount of the inorganic coagulant is, for example, 1 to 100 parts by weight, preferably 5 to 90 parts by weight, more preferably 10 to 80 parts by weight, based on 100 parts by weight of the waste.
[0035]
Further, when the molded body is used as a recycled construction material such as an interior wall material, an exterior wall material, and a ceiling material, the amount of the inorganic coagulant is, for example, based on 100 parts by weight of waste, 100 to 1000 parts by weight, preferably 200 to 800 parts by weight, more preferably 300 to 600 parts by weight.
[0036]
In addition, the mixing ratio of water is selected in a wide range from 5 to 100 parts by weight, and preferably from 10 to 80 parts by weight, based on 100 parts by weight of the waste depending on molding workability and use of the molded article.
[0037]
When a molded product is produced by solidifying waste using the inorganic coagulant of the present invention, for example, an AE agent (air entraining agent), a water reducing agent, a coagulation / hardening regulator, Known concrete admixtures such as a rust preventive, a waterproofing agent, and an antifreezing agent can be appropriately added.
[0038]
The molded article thus formed can be reused as it is or can be further fired and reused depending on the purpose and application.
[0039]
In the case of firing, the obtained molded body is, for example, at a temperature of 600 to 1500 ° C., preferably 1000 to 1300 ° C., under an air atmosphere or an inert gas atmosphere, depending on the purpose and application thereof, for 0.5 to 500 ° C. Heat treatment may be performed for 12 hours, preferably 1 to 4 hours. By sintering the molded body in this way, organic substances can be removed, robustness can be imparted, and sealing can be performed so that heavy metals do not elute.
[0040]
In the case of calcination in this way, at least one of kneading, molding, and hydration hardening may further include a clay. Furthermore, by compounding the clay, the compounding ratio of the clay in the molded body can be increased without decreasing the compounding ratio of the alkaline coagulant in the inorganic coagulant, while ensuring a good coagulation action of the alkaline coagulant. By increasing it, the robustness and the sequestering property can be ensured. In this case, the amount of the clay is preferably about 10 to 100 parts by weight, based on 100 parts by weight of the waste in terms of dry weight. When porcelain clay is compounded in this way, porcelain clay may be blended in any one of kneading, molding, and hydration hardening, or in any two stages. Alternatively, they may be blended at every stage.
[0041]
And the compact obtained in this way can be reused in various industrial fields without particular limitation. For example, in revetment work and in the development of general rivers, agricultural and industrial waterways, drainage channels, coasts, etc., as underwater structures such as wall materials for revetment work, revetment (breakwater) blocks, artificial fishing reefs, artificial algal reefs, etc. Can be used. When used in such applications, the molded article may be hydrated and cured in advance to obtain a plate-shaped or block-shaped molded article, and then transported to the site, or hydrated and cured on site. Then, it may be formed into a plate shape or a block shape. Since the inorganic coagulant of the present invention has a quick-curing property, it can be efficiently molded even on site.
[0042]
In particular, the molded product solidified by the inorganic coagulant of the present invention has a pH close to neutrality and is excellent in adhesion of algae, microorganisms, and the like. It can be suitably used as a bioadhesive concrete or a bioadhesive sediment improving sand covering material for improving water quality due to attached microorganisms in a closed water area such as a lake or a bay.
[0043]
Furthermore, the compact obtained by solidifying and granulating used activated carbon or non-standard activated carbon with the inorganic coagulant of the present invention purifies water by microorganisms, a function as a so-called biological activated carbon, and a source of eutrophication in water. By being able to have two functions of the function of adsorbing and providing to aquatic plants, it can be suitably used as a porous body fixed to the bottom of a floating water purification and purification island disclosed in Japanese Patent No. 2826714. it can.
[0044]
That is, since the molded article solidified by the inorganic coagulant of the present invention does not show strong alkalinity unlike the molded article of Portland cement, good biocompatibility is exhibited. For example, in a glass beaker having an inner diameter of 80 mmφ, 35 g of tap water is added to 100 g of the inorganic coagulant of the present invention, mixed and cured at 25 ° C. for 3 days, and then 100 g of water is added on the cured product. After further standing at 25 ° C. for 3 days, the pH is measured to be less than 12. Therefore, the pH of the aqueous phase which comes into contact with the cured product of the inorganic coagulant of the present invention (the cured product containing no waste) can be reduced to less than 12, and as a result, good biocompatibility is obtained even in a molded product Can be expressed. The cured product obtained by curing Portland cement under the same conditions has a pH of 12 or more. Therefore, good biocompatibility cannot be expressed in the molded article.
[0045]
When the molded article is used as the bio-adhesive concrete, more specifically, the molded article is molded as a revetment (breakwater) block, an artificial fishing reef, an artificial algal reef, and the like, and installed as appropriate. Is done.
[0046]
Further, when the molded body is used as a bottom material improving sand covering material, more specifically, the molded body is formed by dredging sludge deposited on the water bottom, and kneading and granulating with the inorganic coagulant of the present invention. After being hydrated and hardened, it is formed into particles which are further fired and turned into ceramics, and are used by returning them to the water bottom again. As a result, bottom quality can be improved without discharging waste.
[0047]
Furthermore, when the molded body is suitably used as a porous body (Japanese Patent No. 2826714) fixed to the bottom of the water purification and floating island, activated carbon that has become industrial waste can be used as the inorganic material of the present invention. It can be used as a porous material that has been kneaded, granulated, and hydrated and hardened with a coagulant.
[0048]
The molded article can be used as a recycled construction material such as an interior wall material, an exterior wall material, and a ceiling material, and can be preferably used as a lightweight and heat-insulating board. When the molded article is used as a lightweight and heat-insulating board, for example, the inorganic coagulant of the present invention, waste paper pulp, expanded plastic particles such as expanded polystyrene particles, or those obtained by reducing the volume of the expanded plastic particles by heating and melting. The molded body may be molded as a lightweight, heat-insulating board by kneading, plate-shaped molding, and hydration hardening. The lightweight and heat-insulated board formed in this way is excellent in weight reduction, heat insulation and fire resistance, and can be easily nailed without cracking, and painted with paint on the board In this case, even when mortar or concrete is cast, good adhesion is exhibited without the need for a primer. Further, at the time of disposal, after being formed into chips, the inorganic coagulant of the present invention can be used again as a building material using the inorganic coagulant, and can be effectively used as a recyclable building material.
[0049]
【Example】
Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to Examples and Comparative Examples, but the present invention is not limited thereto.
[0050]
Example 1
80 parts by weight of alumina cement (Denka alumina cement AC-1), 20 parts by weight of Shigaraki porcelain clay powder, and 5 parts by weight of hemihydrate gypsum (Wako Pure Chemical Reagent 1st grade) are mixed and mixed until uniform with a kneader made by Fuji Paudal. An inorganic coagulant A was obtained.
[0051]
Thereafter, in a glass beaker having an inner diameter of 80 mmφ, 35 g of tap water was added to 100 g of the inorganic coagulant A, mixed and cured at 25 ° C. for 3 days, and then 100 g of water was added on the cured product. After standing at ℃ for 3 days, the pH was measured to be 11.2.
[0052]
Example 2
95 parts by weight of alumina cement (Denka Alumina Cement AC-1) and 5 parts by weight of Shigaraki porcelain clay powder were stirred and mixed until uniform using a kneader made by Fuji Paudal to obtain an inorganic coagulant B.
[0053]
Thereafter, in a glass beaker having an inner diameter of 80 mmφ, 35 g of tap water was added to and mixed with 100 g of the inorganic coagulant B, and the mixture was cured at 25 ° C for 3 days. After standing at ℃ for 3 days, the pH was measured to be 11.6.
[0054]
Test example 1
Mie prefecture general incineration plant incineration ash 50 parts by weight, crushed waste polystyrene thermally reduced volume (specific gravity 0.8) 50 parts by weight, 100 parts by weight in total, 30 parts by weight of inorganic coagulant A, 30 parts by weight of tap water Was added and kneaded with a mortar mixer, and then poured into a mold to form a fishing reef and hydrate and harden. One day later, the compact was taken out and placed on the seabed of Ise Bay.
[0055]
Algae was observed in two months, and ten or more types of algae grew in one year, and fish and crustaceans were inhabited. The state is shown in FIG.
[0056]
On the other hand, in the Portland cement block installed at the same time, no fish and crustaceans could be found at all after one year. The state is shown in FIG.
[0057]
Test example 2
To a total of 100 parts by weight of 33 parts by weight of waste paper pulp and 67 parts by weight of a pulverized waste polystyrene heat-reduced volume (specific gravity: 0.8), 500 parts by weight of inorganic coagulant B and 300 parts by weight of tap water were added, and a mortar mixer was added. After kneading, a plate having a thickness of 20 mm was formed and hydrated and cured. The obtained board was a lightweight board having a specific gravity of 1.6, was flame-retardant, and showed a temperature of 50 ° C. or less on the other side even when one side was heated for 10 minutes by a gas burner direct fire. In addition, cracking did not occur even when the nail was driven with a hammer.
[0058]
Test example 3
To 100 parts by weight of sludge dry matter with a moisture content of 29% collected from Ise Bay, add 10 parts by weight of inorganic coagulant A, knead it with a mortar mixer, and gradually add 57 parts by weight of porcelain clay as hydration hardening proceeds Thus, a granular compact having a particle size of 10 to 15 mm was obtained.
[0059]
After drying this granular compact, it was further baked at 1200 ° C. for 1 hour to obtain porous particles. When the porous particles were sprayed on the seabed where the sludge was deposited in Ise Bay, decomposition and mineralization of organic sludge by microorganisms started gradually, and after 6 months, no fluffy sludge was found. FIG. 3 shows the state before the application of the porous particles, and FIG. 4 shows the state six months after the application.
[0060]
Test example 4
In a sieving process of activated carbon manufactured using coconut shell as a raw material, 100 parts by weight of activated carbon having a particle size of less than 0.127 mm (200 mesh pass), which was a nonstandard waste, and 100 parts by weight of inorganic coagulant A The mixture was kneaded with a mortar mixer, granulated and hydrated and hardened by a tumbling granulator to obtain a granular compact having a particle size of 5 mm. A floating island using this granular shaped body as a porous body fixed to the bottom of the floating island for water purification and water purification disclosed in Japanese Patent No. 2826714 was floated on an agricultural reservoir of about 2000 m 3 , and one year later, In addition to the attachment of Pseudomonas genus bacteria, ciliates of the genus Vorticella, flagellates of the genus Petalomonas, and rotifers of the genus Fioldina were observed on the porous body. The effects of these organisms have reduced the BOD, phosphorus and nitrogen concentrations in the ponds by more than 50% in one year. From this, it was found that the granular compact of the non-standardized activated carbon produced using the inorganic coagulant of the present invention was effective in improving the water quality of the reservoir.
[0061]
【The invention's effect】
Since the inorganic coagulant of the present invention is excellent in miscibility and adhesiveness, in the recycling technology of general wastes and industrial wastes, by solidifying various wastes to produce a molded product, these wastes are produced. Can be suitably used to efficiently process and reuse.
[0062]
In addition, since the inorganic coagulant of the present invention is excellent in environmental compatibility, when the molded article of the present invention is applied to a water environment, it promotes the function of purifying water quality by adhesion and propagation of organisms or fish. Breeding can be promoted. Further, when the molded article of the present invention is used as a building material, it can be effectively used as a recycled building material excellent in weight reduction, heat insulation, fire resistance, nailing impact resistance, paint film adhesion, etc. Can be.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a reference photograph showing a state after one year has passed since a fishing reef as a molded article of the present invention was installed on the seabed of Ise Bay in Test Example 1.
FIG. 2 is a reference photograph showing a state after one year of a Portland cement block installed at the same time as a fishing reef which is a molded article of the present invention in Test Example 1.
FIG. 3 is a reference photograph showing the state of the seabed of Ise Bay before spraying the porous particles as the molded article of the present invention in Test Example 3.
FIG. 4 is a reference photograph showing the state of the seabed of Ise Bay six months after spraying the porous particles as the molded article of the present invention in Test Example 3.
