JP2007077420A - ペーパースラッジ焼却灰造粒水熱固化体−アルミニウム複合材 - Google Patents
ペーパースラッジ焼却灰造粒水熱固化体−アルミニウム複合材 Download PDFInfo
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Abstract
【解決手段】 ペーパースラッジを焼却する際に発生する焼却灰に、水及び/又は温水、生石灰並びにセメントを加え、常温から98℃までの温度で混合して粒状に造粒した成形体を養生した後、高温・高圧下で反応(水熱固化反応)させて製造された固化体を分散粒子として、またこれもリサイクルされるアルミニウム缶も利用できるアルミニウム素材を溶融金属として用い、PS焼却灰造粒水熱固化体とアルミニウム素材とのなじみ(ぬれ)を向上させることで、高圧を負荷せずに制震、吸音、断熱性に優れ、十分な強度と耐久性を有する複合材を製造する。
【選択図】 図1
Description
先ず、PS焼却灰造粒水熱固化体の製造に関して述べる。
さらに、PS焼却灰の本来の性状である細孔性や多孔性を損なわない程度であれば、RDF(ごみ固形燃料)、RPF(産業系廃プラスチック・古紙類固形燃料)、その他一般可燃物もペーパースラッジと共に、ボイラーでの混焼は構わない。助燃用に石炭を使用した場合の、PS焼却灰は微量ながらも重金属類(六価クロム、砒素、セレン、フッ素、ホウ素等)を含んでいるのが、一般的である。
本発明の造粒機は、細孔性及び多孔性を保持する必要から、粒子自体がソフトに成形でき、さらに、施工上締め固めしやすいように一定の粒径ではなく、ある範囲をもった粒度分布が得られ、また、用途上、大量生産に適したものでなければならない。これから、上記の造粒機の中では、転動造粒機がもっとも好適である。
次ぎに、上記で述べたSP焼却灰造粒水熱固化体を分散粒子として、アルミニウム素材を溶融金属として、複合材を製造する方法について述べる。
PS焼却灰造粒水熱固化体とアルミニウムの混合割合は、重量比でPS焼却灰造粒水熱固化体:アルミニウム=50:50〜25:75、即ち、1:1〜1:3が好ましい。この重量比50:50〜25:75を、PS焼却灰造粒水熱固化体の密度(0.855g/cm3)とアルミニウムの密度(2.7g/cm3)から、容積比にすると、75:25〜50:50、即ち、1:(1/3)〜1:1となる。
混合撹拌方法は、溶解物中のアルミニウムとPS焼却灰造粒水熱固化体間のせん断率とせん断力を高い状態にするものである。せん断状態は、粒子表面を溶解金属が擦り磨くという物理的機構によって粒子表面から吸着しているガスやガス気泡を除去するのに役立ち、ガスや酸化物のような汚染物をきれいにする。このせん断は、また粒子表面上に溶解金属を拡散する傾向があり、せん断力が与えられると、粒子表面上を溶融金属が拡散するのを妨害する他の力に打ち勝つのに役立っている。また、せん断作用は粒子に対し、溶解金属がせん断する以外は粒子を変形したり破砕したりしない。
複合材の冷却方法は、中心部の引け巣を無くすため、及び造粒体の分布もほぼ均一で緻密な複合材を得るために、ヒーターによる加熱を止め室温まで徐々に炉及び複合材を全体的に冷却する徐冷方法が最適である。
表1に示す組成のPS焼却灰100重量部に対し、水91重量部、生石灰10重量部、セメント10重量部を造粒機で混合し造粒した粒状の造粒品を、前養生として2週間の自然養生を行い、さらに水熱固化処理として180℃で5時間の水蒸気養生を行って水熱固化体を得た。
複合材の諸特性は、最適な製造プロセスによって製造した複合材は、短尺複合材2つ(複合材A、B)と、長尺複合材2つ(複合材C、D)であり、その諸元を表4に示す。いずれの製造条件も、PS焼却灰造粒水熱固化体とアルミニウムの混合割合は、重量比で50:50であり、加熱温度は800℃である。この重量比50:50を、PS焼却灰造粒水熱固化体の密度(0.855g/cm3)とアルミニウムの密度(2.7g/cm3)から、容積比にすると、75:25となる。
複合材の圧縮強さについて、複合材とアルミニウム単体材料等を用いて比較を行った。なお、本実験では試料を30%圧縮変形させた時の荷重で比較した。図3に各種材料の圧縮強さを示す。これより、造粒物の混合割合が高いものほど、圧縮強さが低くなることがわかる。
λ=Δθ/(L×A×V)
Δθ:計測値の差[℃] L:計測する材料の厚さ
ここで、Lは計測する材料の厚さで、電流Aと電圧Vはそれぞれ55mA、10Vである。
測定結果を図4に他の材料との比較で示す。アルミニウムの熱伝導率が236W/mKと高いが、複合材(ハイブリッドB、M、T)はPS焼却灰造粒水熱固化体を含んでいるため、アルミニウムの約1/16であり断熱性が優れている。
(1)リサイクルアルミニウムとPS焼却灰造粒物の混合は、アルミニウムが溶融状態で行ったときに最も良い結果が得られた。
(2)密度が低いPS焼却灰造粒水熱固化体は、混合したときに溶融アルミニウムの頭部に浮きあがってくるので、断熱性の高いもので蓋をして負荷をかける必要がある。
(3)混合した素材は液相状態で冷却するとき、徐冷しなければ素材内部に引け巣ができる可能性が高い。
(4)複合材の圧縮強さは、PS焼却灰造粒水熱固化体の分布比率が高くなるほど低くなる。
(5)複合材の熱伝導率はアルミニウムの約1/16であり、断熱性に優れていることがわかった。
Claims (5)
- ペーパースラッジ焼却灰の造粒後の水熱固化体が複合材の全容積の50%〜75%を占める複合材において、前記水熱固化体、並びにアルミニウム、アルミニウム合金及びこれらの混合物からなる群から選択される材料から成る前記複合材。
- 前記ペーパースラッジ焼却灰の造粒後の水熱固化体は、ペーパースラッジを焼却処理した際に発生する焼却灰に、水及び/又は温水、生石灰並びにセメントを加え、常温から98℃までの温度で混合して粒状に造粒した成形体を養生した後、水熱固化反応を利用して固化体を製造することにより製造される請求項1記載の複合材。
- ペーパースラッジ焼却灰の造粒物の水熱反応による固化体をアルミニウム、アルミニウム合金、廃棄アルミニウム品及びこれらの二種以上の混合物からなる群から選択される材料とともに金型内で加熱して、アルミニウム素材を溶融させ、溶融または半凝固状態で撹拌混合し、次いで加圧させた後徐冷凝固することを特徴とする、ペーパースラッジ焼却灰の造粒後の水熱固化体が複合材の全容積の50%〜75%を占める複合材において、前記水熱固化体並びにアルミニウム、アルミニウム合金及びこれらの混合物からなる群から選択される材料から成る前記複合材を製造する方法。
- 前記水熱固化体は、ペーパースラッジを焼却処理した際に発生する焼却灰に、水及び/又は温水、生石灰並びにセメントを加え、常温から98℃までの温度で混合して粒状に造粒した成形体を養生した後、水熱固化反応を利用して固化体を製造することにより製造される請求項3記載の方法。
- 前記加圧は、プランジャーを介して行う請求項3記載の方法。
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