JP2007223859A - 焼成物 - Google Patents

Abstract

【課題】産業廃棄物等、特にクロム及び鉛を多く含む廃棄物等の大量使用を可能にする、クロム及び鉛を固定する能力に優れた焼成物を提供すること。
【解決手段】水硬率（H.M.）が０．４未満であり、クロムを１０００mg／kg以下含有する焼成物。
【選択図】なし

Description

本発明は、産業廃棄物や建設発生土等の廃棄物を主原料として使用することができ、特に、Ｃｒ⁶⁺や鉛を固定する能力に優れた焼成物に関する。

建設現場や工事現場等から発生する土壌や残土、あるいは産業廃棄物や一般廃棄物の発生量は、年間数百万トンにも達し、その大部分は有効利用されることなく、埋立て処分されているのが現状である。近年、その受け入れ側である埋立て処分場については、その枯渇化が深刻化しており、発生する廃棄物を全て受け入れられない状況である。
また、これらを廃棄するために必要な費用についても、年々高騰の一途を辿っており、このような状況から、廃棄物を不法投棄するなどの社会的問題も発生している。

従来より、廃棄物の大量有効利用方法として、廃棄物中の固形物を破砕しかつ粉砕した後、平均直径が５００ミクロン以下の炭酸カルシウム、酸化シリウムを加えて、燃焼させる方法（特許文献１）などが提案されている。

しかしながら、特許文献１に記載されている方法により得られる生成物は、Ｃｒ⁶⁺や鉛を固定する能力が低く、クロムや鉛を多く含む廃棄物等を原料として活用することが困難であった。
特開平４−２２７８９３号公報

従って、本発明の目的は、産業廃棄物等、特にクロムや鉛を多く含む廃棄物等の大量使用を可能にする、Ｃｒ⁶⁺や鉛を固定する能力に優れた焼成物を提供することにある。

斯かる実情に鑑み、本発明者らは、鋭意検討した結果、特定範囲の水硬率（H.M.）を有する焼成物が、Ｃｒ⁶⁺や鉛を固定する能力に優れることを見出し、本発明を完成した。

すなわち、本発明は、水硬率（H.M.）が０．４未満であり、クロムを１０００mg／kg以下含有する焼成物を提供するものである。

本発明の焼成物は、産業廃棄物等、特にクロムや鉛を多く含む廃棄物等を原料として大量に使用することができるので、廃棄物の有効利用の促進に貢献することができる。

本発明の焼成物は、水硬率（H.M.）が０．４未満、好ましくは０．２５以下、特に好ましくは０．２以下のものである。水硬率（H.M.）が０．４以上では、Ｃｒ⁶⁺や鉛を固定する能力が低下してしまう。

焼成物の化学組成としては、ＣａＯが１〜２８質量％、特に１〜２２質量％、更に１〜１７質量％であるのが好ましく；ＳｉＯ₂が３０〜８０質量％、特に３５〜７５質量％、更に４０〜７０質量％であるのが好ましく；Ａｌ₂Ｏ₃が５〜４０質量％、特に１０〜３５質量％、更に１５〜３０質量％であるのが好ましく；Ｆｅ₂Ｏ₃が１〜１２質量％、特に１〜８質量％、更に１〜５質量％であるのが好ましい。これらの範囲内であれば、水硬率（H.M.）が０．４未満の焼成物を得るのに好適である。

焼成物の原料としては、石灰石、生石灰、消石灰等のＣａＯ原料；珪石、粘土等のＳｉＯ₂原料；粘土等のＡｌ₂Ｏ₃原料；鉄滓、鉄ケーキ等のＦｅ₂Ｏ₃原料などを使用することができる。

また、本発明においては、焼成物の原料として、更に、産業廃棄物、一般廃棄物及び建設発生土から選ばれる１種以上を用いることができる。これらを用いれば、廃棄物の有効利用を促進することができ、好ましい。ここで、産業廃棄物としては、例えば、生コンスラッジ、各種汚泥（例えば、下水汚泥、浄水汚泥、建設汚泥、製鉄汚泥等）、建設廃材、コンクリート廃材、ボーリング廃土、各種焼却灰（例えば、石炭灰、焼却飛灰、溶融飛灰等）、鋳物砂、ロックウール、廃ガラス、高炉２次灰等が挙げられる。一般廃棄物としては、例えば、下水汚泥乾粉、都市ごみ焼却灰、貝殻等が挙げられる。建設発生土としては、例えば、建設現場や工事現場等から発生する土壌や残土、更に廃土壌などが挙げられる。
なお、本発明においては、廃棄物の有効利用促進の観点から、焼成物の原料として、産業廃棄物、一般廃棄物及び建設発生土から選ばれる１種以上を、７０質量％以上用いるのが好ましい。

本発明の焼成物は、Ｃｒ⁶⁺や鉛を固定する能力に優れるので、特に、クロムや鉛を多く含む廃棄物等を原料として有効に活用することができる。本発明の焼成物において、クロムの含有量は１０００mg／kg以下、好ましくは１０〜７００mg／kg、特に好ましくは２０〜５００mg／kgである。クロムの含有量が１０００mg／kgを超えると、Ｃｒ⁶⁺を十分に固定することができず、Ｃｒ⁶⁺の溶出を防止することが困難となる。
また、本発明の焼成物において、鉛の含有量は２０００mg／kg以下が好ましく、特に１０〜１５００mg／kg、更に２０〜１０００mg／kgであるのが好ましい。鉛の含有量が２
０００mg／kgを超えると、鉛を十分に固定することができず、鉛の溶出を防止することが困難となるので好ましくない。

焼成物の製造においては、まず、前記原料を、水硬率（H.M.）が０．４未満となるように混合する。原料の混合は、ナウターミキサー、エアーブレンデングサイロ等の公知の混合機を用いて行うことができ、連続式、バッチ式のいずれでも良い。
なお、粒度の粗い原料を用いる場合や、混合度を高めたい場合は、チューブミル等の粉砕を伴うものを使用することもでき、公知の粉砕機であれば、連続式、バッチ式のいずれを用いることもできる。粉砕混合時間は、経済性や混合性から、概ね３０分〜１時間程度が好ましく、使用する設備に応じて、適宜設定すれば良い。

混合された原料は、２０mm以下、好ましくは１０mm以下の粉状及び／又は粒状の状態で、好ましくはロータリーキルンに投入し、造粒しながら焼成することにより、焼成物を得ることができる。

原料は、粉状のままロータリーキルンに投入することができるが、野外ホッパーからベルトフィーダーを介してキルンに送入する場合など、発塵や周辺環境に配慮が必要な場合、あるいはハンドリング面において問題を生じさせる可能性がある場合は、原料粉末を５mm以下の粒状に整粒して、ロータリーキルンに投入しても良い。

この際、整粒にパンペレタイザーや押し出し成形機を用いることもできるが、これらは習熟された技能を必要とすることや、設備コストの観点から好ましくなく、例えば、パグミルやスクリューフィーダーを使用し、原料輸送経路、あるいは整粒中の原料に直接散水するのが、設備を簡素にでき、特別な技能も必要としないことから好ましい。また、整粒物の粒子径のコントロールは、散水量で調整することができ、最適な散水量は、原料粉末の粉末度や含水量によって異なるため、整粒物の状態を見ながら、適宜調節するのが好ましい。

原料粉末の整粒物は、粒径が２０mm以下であれば、どのような形状でも良く、整粒ののち、解砕や分級にて２０mm以下に調整したものを用いても良い。整粒物の粒径が２０mm以下であれば、内部まで均質に焼成することができるので好ましい。

このように混合された粉状又は２０mm以下に整粒された粒状の原料は、好ましくはロータリーキルンで焼成される。
ロータリーキルンを使用すると、安定した品質の焼成物が連続して得られ易く、工業生産に向いていることに加え、前記の原料の配合調整による相乗効果も合わさって、極めて安定的に焼成物を製造することが可能となる。また、セメント産業における、遊休設備の有効活用の観点からも好ましい。

ロータリーキルンを用いた焼成物の焼成は、８００〜１５００℃、特に１１５０〜１３５０℃で行うのが好ましく、所望の焼成物の品質（絶乾密度、吸水率等）を勘案して、適宜調整すれば良い。
なお、焼成温度が８００℃未満では、十分な焼成が行われず、原料が造粒されないまま排出される憂いがあり好ましくなく、１５００℃を超えると、原料が溶融してしまい、運転に支障をきたすため好ましくない。

ロータリーキルンは、排気系にサイクロン等の原料循環予熱設備、プレヒーター、廃熱ボイラー、粉砕設備、乾燥設備、排ガス浄化処理設備、集塵設備等を付設していても良い。また、窯尻にリフターを備えているものや、ロータリーキルンの内径を途中で窄めたり、広げるなどの加工を加えたものであっても良い。
なお、ロータリーキルンに原料循環予熱設備、プレヒーターが付いているものは、それらのどこからでも、及びキルンに直接原料を投入しても良い。

燃料としては、重油、微粉炭、再生油、ＬＰＧ、ＮＰＧ等の一般に用いられているものであれば、単独又は混合して使用することができ、所定の焼成温度になるよう、焚き込み量を調整する。近年、セメントキルンにおいては、廃プラスチック、廃タイヤ、廃木材や肉骨粉などが、燃料代替として用いられているが、これらを燃料の一部に用いても良い。

ロータリーキルンでの焼成時間は、経済性の観点から概ね１５〜１２０分とするのが好ましく、所定品質の焼成物が得られるよう、適宜調整すれば良い。また、焼成時のロータリーキルン内のＯ₂分圧は、特に制限されず、一般的な焼成範囲である１〜１２％に調整すれば良い。また、サイクロン等の原料循環系を備えていないロータリーキルンにて焼成を行う場合は、原料が系外に飛散するのを防ぐため、ロータリーキルン窯尻の風速が概ね５m/s以下となるよう、ドラフトを調整するのが好ましい。

焼成中は、焼成物の品質をより高める目的、またより安定した運転を目的として、融着防止材をロータリーキルンの窯前から吹き込むこともできる。
融着防止材としては、珪石、アルサイト、アルミナ、セメントの粉末や、セメントの主要鉱物であるエーライト、ビーライト粉末などを用いることができる。

融着防止材は、平均粒子径が１０〜１０００μmのものを用いるのが、融着防止効果が得られ易いので好ましく、その純度は高いものほど好ましい。融着防止材の平均粒子径が１０μm未満では、焼成中に原料化して焼結物中に取り込まれる可能性が高く、融着防止材としての効果が減少してしまい、焼成物の品質低下を生じるために好ましくない。また、融着防止材の平均粒子径が１０００μmを超えると、送入部位等の磨耗が著しく、これら消耗部位や部品の交換が頻繁になるため好ましくない。さらに融着防止材の平均粒子径が数ミリを超えると、融着防止材としての効果が減少し、また焼成物に融着したものとの分離が困難になるため、好ましくない。

融着防止材の吹き込み方法としては、焼点に融着防止材が所定量吹き付けられるものであれば、特に限定されないが、例えば、水冷管、空冷管などの送入管をロータリーキルンの窯前に挿入し、エジェクタ等の空気圧送や、モノーポンプ等の輸送ポンプによって、融着防止材を吹き付けるのが、装置を簡便にできるので好ましい。
また、融着防止材の吹き込み量は、ロータリーキルンに送入する混合原料に対し、３〜１０質量％であるのが、融着防止材としての効果が十分に得られるので好ましい。

焼成物の焼成においては、焼結助剤を使用することができる。焼結助剤とは、焼結反応を促すために添加するものであり、主原料である廃棄物等にすでに焼結性が備わっていれば、特に添加する必要はないが、原料成分では十分な焼結性が確保できない場合には、焼結助剤を添加するのが好ましい。

焼結助剤としては、例えば、粘土やカオリン、ベントナイト、各種のＡｌ₂Ｏ₃源、セメント等が挙げられる。また、ＭｇＯも焼結を促す効果を有しており、ＭｇＯは勿論のこと、この成分を含有するＭｇ（ＯＨ）₂やＭｇＣＯ₃、或いはＣａＣＯ₃・ＭｇＣＯ₃（ドロマイト）、ＭｇＯ・Ａｌ₂Ｏ₃（スピネル）、２ＭｇＯ・Ｓｉ０₂（フオルステライト）なども好適である。また、鉄鋼副産物であるフェロニッケルスラグなども、ＭｇＯの含有量が高いばかりでなく、その有効利用といった観点からもより好適な材料である。

Ｋ、Ｎａ等のアルカリ金属の酸化物や複合酸化物、例えば炭酸ナトリウム、炭酸カリウム等も焼結反応を促進する効果を示すことが知られており、その複合酸化物である正長石、曹長石等の長石族、硝石、雲母族、霞石も好適である。また、廃ガラスや赤泥なども、その有効利用の観点から好適な材料である。

焼結助剤の粒度は、廃棄物等との反応性から、平均粒子径１〜３００μmであるのが好ましく、特に平均粒子径１〜５０μmが好ましい。３００μmを超える場合は、粉砕等によって粒度を調整したものを用いることができる。
焼結助剤の粒度が１μm未満では、粉砕等の費用が高騰するため好ましくなく、３００μmを超えると、廃棄物等との反応性が悪くなり、焼結肋剤としての効果が得られないために好ましくない。

また、焼結助剤の添加量は、焼成物中の焼結助剤成分元素の酸化物換算値として、ＭｇＯが０．１〜１０質量％、Ｒ₂Ｏが０．１〜１０質量％とするのが好ましい。なお、Ｒ₂Ｏは、アルカリ金属酸化物の総称で、Ｒ₂Ｏ（質量％）＝Ｎａ₂Ｏ（質量％）＋０．６８５Ｋ₂Ｏ（質量％）で表すことができる。
ＭｇＯが０．１〜１０質量％であれば、焼結助剤としての効果が十分に得られるので好ましい。Ｒ₂Ｏが０．１〜１０質量％であれば、焼結助剤としての効果が十分得られるとともに、焼成時の液相の発生が急激にならず、安定した運転が行えるので好ましい。

上記のように、ロータリーキルンで原料を焼成することにより、本発明の焼成物を得ることができる。本発明の焼成物は、コンクリート用の骨材、路盤材、埋め戻し材、アスファルト用の骨材、盛土材、充填材として好適に使用することができる。また、その他の用途として、セメント原料の粘土の代替等としても使用することができる。

本発明の焼成物は、絶乾密度が１．０〜２．５ｇ／cm³、特に１．２〜２．５ｇ／cm³、更に１．３〜２．５ｇ／cm³であるのが好ましい。この範囲内であれば、Ｃｒ⁶⁺や鉛を固定する能力に優れるとともに、排ガスとしてクロムや鉛を排出することもなく、コンクリート用の骨材、路盤材、埋め戻し材、アスファルト用の骨材、盛土材、充填材等として好適に使用することができる。

本発明の焼成物は、コンクリート用の骨材、路盤材、埋め戻し材、アスファルト用の骨材、盛土材、充填材として使用する場合、２４時間吸水率及び減圧吸水率が０．１〜１５％、特に０．１〜１０％、更に０．１〜６％であるのが好ましい。
また、直径５〜１０mmの焼成物の圧壊荷重が０．２kN以上、特に０．４kN以上、更に０．５kN以上であるか、又は直径１０〜１５mmの焼成物の圧壊荷重が０．５kN以上、特に０．７kN以上、更に０．９kN以上であるのが好ましい。

ここで、減圧吸水率とは、一定の減圧下にて強制的に吸水を行う方法であり、具体的には、密閉容器中に焼成物を水没させ、真空ポンプで−４００mmHgまで容器内を減圧し、１５分間静置した後に徐々に大気に開放し、焼成物に含水した水量から減圧時の吸水率を測定した値である。
この減圧吸水率は、コンクリートのポンプ圧送時の配管内における骨材の吸水性を推察する指標となるものであり、焼成物をコンクリート用の骨材として使用する場合には、コンクリートとした際の良好なワーカビリティーを確保するため、焼成物は、２４時間吸水率のみならず、減圧吸水率を低くすることが重要になる。

次に、実施例を挙げて本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらに何ら制限されるものではない。

実施例１
（１−１）焼成物の製造：
原料として、建設発生土、石炭灰、クロムと鉛を多く含む廃棄物（以下、廃棄物Ａという）を使用し、表１に示す焼成物を製造した。焼成物の製造は、表２に示した原料を、表１示す水硬率になるよう配合し、該原料を、１３０m³のエアーブレンディングサイロに投入し、エアーによる曝流混合を各々６時間行った。

続いて、得られた原料を、内径１．５ｍ、長さ２０ｍのロータリーキルンに、１ton／hで投入し、滞留時間が６０分となる条件で、緻密質な焼成物が得られるよう、燃料であるＡ重油の焚き量を調整しながら、約１２２０℃で焼成した。
使用した建設発生土、石炭灰及び廃棄物Ａの化学組成（質量％）は、表２に示すとおりである。
なお、本実施例において、焼成物の原料中の廃棄物等の割合は、８０〜１００質量％である。
また、排ガス中の鉛と全クロムの濃度（ＪＩＳ Ｋ ００８３）を測定したところ、いずれも検出されなかった。

（１−２）焼成物の評価：
得られた焼成物を、目開き５、１０、１５mmで篩い分けし、５〜１５mmの焼成物について、クロム及び鉛含有量を測定し、表１に併記した。
なお、クロム及び鉛含有量は、ＪＣＡＳ Ｉ−５１により前処理後、ＩＣＰ発光分析法により測定した。
また、５〜１５mmの焼成物について、絶乾密度、吸水率を、ＪＩＳ Ａ １１１０に準拠して測定した。これに併せて、−４００mmHgの減圧下で、１５分間吸水させた減圧吸水率を測定した。また、土木学会基準の高強度フライアッシュ人工骨材の圧壊荷重試験方法に準拠して、５〜１０mmの焼成物、１０〜１５mmの焼成物の圧壊荷重を測定した。さらに、環境省告示１９号法に準拠した焼成物中のＣｒ⁶⁺と鉛の含有量、および環境省告示４６号法に準拠した焼成物からのＣｒ⁶⁺と鉛の溶出量を、それぞれ測定した。結果を表３に示す。

表３の結果より、本発明の焼成物は、Ｃｒ⁶⁺及び鉛の固定能力に優れていることが分かる。また、高強度で且つ低吸水率の焼成物であることから、コンクリート用の骨材、路盤材、埋め戻し材、アスファルト用の骨材、盛土材、充填材等として好適に使用することができる。

実施例２
（２−１）焼成物の製造：
原料として、表２に示した原料、ＣｒＯ₃（関東化学、試薬鹿１級）及びＰｂＯ₂（関東化学、試薬）を用い、表４に示す焼成物を製造した。焼成物の製造は、前記各原料を、表４示す水硬率になるよう配合し、ディスクミルで１５０ｇを３０秒間粉砕・混合後、造粒し、電気炉を使用して１２００〜１２３０℃で焼成することにより行った。

（２−２）焼成物の評価：
得られた焼成物のクロム及び鉛含有量を、実施例１と同様に測定し、表４に併記した。
また、得られた焼成物について、絶乾密度、吸水率、減圧吸水率、１０〜１５mmの焼成物の圧壊荷重、Ｃｒ⁶⁺及び鉛の溶出量を、実施例１と同様にして測定した。その結果を表５に示す。

表５の結果より、本発明の焼成物は、Ｃｒ⁶⁺及び鉛の固定能力に優れていることが分かる。

Claims (6)

1. 水硬率（H.M.）が０．４未満であり、クロムを１０００mg／kg以下含有する焼成物。
2. 鉛を２０００mg／kg以下含有する請求項１記載の焼成物。
3. 絶乾密度が１．０〜２．５ｇ／cm³である請求項１又は２記載の焼成物。
4. ２４時間吸水率及び減圧吸水率が０．１〜１５％である請求項１〜３のいずれか１項記載の焼成物。
5. 直径５〜１０mmの焼成物の圧壊荷重が０．２kN以上又は直径１０〜１５mmの焼成物の圧壊荷重が０．５kN以上である請求項１〜４のいずれか１項記載の焼成物。
6. 原料として、産業廃棄物、一般廃棄物及び建設発生土から選ばれる１種以上を用いる請求項１〜５のいずれか１項記載の焼成物。