JP2008137820A - 人工骨材の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】石炭灰やごみ焼却灰などの単独では造粒困難な廃棄物粉末を原料として用いても、容易に造粒して人工骨材を製造することができる人工骨材の製造方法を提供する。
【解決手段】原料粉末を造粒してなる人工骨材の製造方法において、石炭灰、下水汚泥焼却灰、ごみ焼却灰、建設残土などの廃棄物からなる低吸水性の原料粉末を用い、該原料粉末に吸水率３０％以上の製紙スラッジ焼却灰と水を加え、好ましくは原料粉末に対して吸水率３０％以上の製紙スラッジ焼却灰を質量比で５０／５０〜９５／５の比率で混合し造粒することを特徴とする人工骨材の製造方法。
【選択図】なし

Description

本発明は、石炭灰やごみ焼却灰などの単独では造粒困難な廃棄物粉末を原料として用いても、容易に造粒して人工骨材を製造することができる人工骨材の製造方法に関する。

人工骨材は一般に原料粉末を造粒し焼成して製造されている。従来、原料として頁岩等の天然資源を用いているが、近年、廃棄物を有効に利用するため、石炭灰等の廃棄物粉末が利用されている。通常、原料粉末には水を加えて造粒し、ロータリーキルン等の焼成窯で焼成して人工骨材を製造する。これらの廃棄物原料粉末は、そのまま水を加えるだけでも造粒できるものもあるが、石炭灰等は殆ど吸水性がなく、水を添加しただけでは造粒できない。また、原料粉末の粒径が大きいものや、粒度分布が狭い場合にも造粒することが困難になる場合がある。また、石炭火力発電所の微粉炭燃焼から発生する石炭灰のうち、フライアッシュは、粒子が球状であるため、そのままでは造粒することができず、従来はベントナイト、水ガラス、ＰＶＡ等の造粒助剤を添加して造粒している。

一方、製紙スラッジは、製紙工程や古紙リサイクル工程などから発生し、製紙工程で回収されなかった微細繊維などの有機物やカオリン・タルク・炭酸カルシウムなどの無機物を含み、減容化のために焼却して処分されている。この製紙スラッジ焼却灰はセメント原料として利用されているが、大部分は埋立処理されている。

従来、製紙スラッジの利用態様としては、石炭灰再生材の材料の一部に用いるものが知られているが（特許文献１）、石炭灰に加える乾留残渣炭化物の一種として用いるものであり、使用態様が限られるうえに乾留処理に手間がかかる。また、パルプスラッジ焼却灰を主体にした水硬性組成物が知られている（特許文献２）。これは、パルプスラッジ焼却灰を７０〜９９重量％含み、珪酸質微粉末等を加えてなるものであり、セメントの代替材料としての使用を目的としているが、パルプスラッジ焼却灰は自硬性を有しないので、硬化促進剤を必要とし、またパルプスラッジ焼却灰が７０重量％を下回ると十分な製品強度が得られないなどの問題がある。
特開平０９−２４９４４６号公報 特開２００５−１８７２６３号公報

本発明は、石炭灰等を原料粉末として用いる人工骨材の製造方法において、従来の上記問題を解決したものであり、製紙スラッジ焼却灰の吸水性を利用することによって、従来は造粒が困難であった低吸水性の廃棄物原料粉末を容易に造粒できるようにした人工骨材の製造方法を提供する。

本発明は、以下の構成からなる人工骨材の製造方法に関する。
（１）原料粉末を造粒してなる人工骨材の製造方法において、廃棄物からなる低吸水性の原料粉末を用い、該原料粉末に吸水率３０％以上の製紙スラッジ焼却灰と水を加えて造粒することを特徴とする人工骨材の製造方法。
（２）廃棄物からなる低吸水性の原料粉末に対して、吸水率３０％以上の製紙スラッジ焼却灰を質量比で５０／５０〜９５／５の比率で混合する上記(１)に記載する人工骨材の製造方法。
（３）低吸水性の原料粉末が石炭灰、下水汚泥焼却灰、ごみ焼却灰、建設残土の廃棄物からなる上記(１)および上記(２)に記載する人工骨材の製造方法。

本発明の製造方法は、原料粉末に吸水率３０％以上の製紙スラッジ焼却灰を加えて造粒するので、製紙スラッジ焼却灰の吸水性が高く、この水分が原料粉末と製紙スラッジ焼却灰との間に間隙水として入り込み、表面張力と共に粉末粒子間の吸引力を増大させ、造粒効果を高めるので、廃棄物からなる低吸水性の原料粉末を使用しても容易に造粒することができる。

従って、本発明の製造方法によれば、石炭灰、下水汚泥焼却灰、ごみ焼却灰、建設残土などの吸水性が低く、単独では造粒できない廃棄物についても人工骨材の原料として用いることができる。さらに、本発明の製造方法によれば、ベントナイト、水ガラス、ＰＶＡ等の造粒助剤を加えなくても、焼成工程で磨り減り量が少ない造粒物を得ることができ、形状の良好な骨材を製造することができる。

以下、本発明を実施例と共に具体的に説明する。
本発明は、原料粉末を造粒してなる人工骨材の製造方法において、廃棄物からなる低吸水性の原料粉末を用い、該原料粉末に吸水率３０％以上の製紙スラッジ焼却灰と水を加えて造粒することを特徴とする人工骨材の製造方法であり、好ましくは、廃棄物からなる低吸水性の原料粉末に対して、吸水率３０％以上の製紙スラッジ焼却灰を質量比で５０／５０〜９５／５の比率で混合する人工骨材の製造方法である。

本発明に用いる製紙スラッジ焼却灰とは、製紙工程、古紙のリサイクルなどで発生する汚泥を焼却した灰であり、主成分として、カルシウム、アルミニウム等の無機成分からなる。製紙スラッジ焼却灰は多孔質であることが好ましく、吸水率３０％以上であることが好ましい。この吸水した水分が原料粉末と製紙スラッジ焼却灰の間に間隙水として入り込み、表面張力と共に粒子間の引力を増大させて造粒効果を高める。製紙スラッジ焼却灰の吸水率が３０％を下回ると、この間隙水が不十分となるため、粉末粒子間の吸引力が弱くなり、造粒性が低下する。

原料粉末と製紙スラッジ焼却灰の量は質量比で９５／５〜５０／５０（製紙スラッジ含有量５〜５０質量％）の範囲が好ましい。この範囲内では製紙スラッジ焼却灰の量が多いほど造粒体の強度が増加する。製紙スラッジ焼却灰の量が５質量％を下回ると、造粒に必要な強度を確保できない。また製紙スラッジ焼却灰の量が５０質量％よりも多いと、製紙スラッジ中のカルシウム成分と水との反応で発熱し、造粒が困難となるほか，必要とされる水分量が多くなり、水分量が多くなると焼成する際に水分を気化させるエネルギーを多く必要とするため、効率の面から好ましくない。

本発明に用いる原料粉体として、石炭灰、下水汚泥焼却灰、ごみ焼却灰、建設残土等の廃棄物を用いることができる。これらの廃棄物粉末は吸水性が極めて低く、単独では殆ど造粒することができない。本発明では、吸水性が低く、あるいは殆ど吸水性のない上記廃棄物を低吸水性の廃棄物と云う。本発明は、低吸水性の上記廃棄物粉末に製紙スラッジ焼却灰を加えることによって容易に造粒できるようにした。

製紙スラッジ焼却灰はカルシウム分を多く含み、そのため水を加えると水和反応を起こす成分が含まれている。よって特にセメント等の硬化成分を加えることなく、また焼成することなく、造粒して乾燥させただけでも骨材として利用するに適した強度を発現することができる。セメント等の硬化成分を加えると、より高い強度発現性が得られる。

特に、ボイラーからの飛灰であるフライアッシュは球状粒子のため、粒子どうしの吸引力が弱く、水分のみでは造粒が困難であるため、製紙スラッジ焼却灰を加えた造粒は効果的である。また、上記廃棄物粉末の粒径が大きい場合、例えば、土質の分類上の砂質土が多くなると造粒性が低下する。この場合でも、廃棄物粉末に製紙スラッジ焼却灰を加えた造粒は効果的である。

上記廃棄物粉末に吸水率３０％以上の製紙スラッジ焼却灰と水とを適量加えて造粒する。数ｍｍ〜十数ｍｍに造粒すると良い。造粒手段としてはロールプレス、パンペレタイザー、押出式造粒機、ブリケットマシン等の一般的な造粒装置を用いることができる。これを数日養生することによって、製紙スラッジ中の反応生成物が水和反応して強度が増進し、骨材としての使用することができる。また、この造粒物を１０００℃〜１３００℃程度の温度で焼結させ、高強度の人工骨材を製造する。焼成手段としは、トンネルキルン、ローラーハウスキルン、流動床、ロータリーキルンなどを用いることができる。なお、骨材の焼成は製造の容易さ等の面からロータリーキルンが一般的である。造粒物を焼成することによって骨材の強度が増加する。

以下に本発明の実施例を示す。
使用した製紙スラッジ焼却灰の物性を表１に示す。廃棄物原料粉末の平均粒径を表２に示す。また、吸水率・強度・磨り減り減少量の測定方法を以下に示す。
〔吸水率〕
試料を水中に２４時間水没させ、表面を表乾状態にする。これを１００℃の乾燥器で乾燥させて、乾燥前後の質量を測定し、吸水した水分の量を算出する。これを乾燥質量で割って吸水率とした。なお、製紙スラッジ焼却灰Ａ、Ｂは１０ｍｍの球状に造粒したときの吸水率であり、製紙スラッジＢは電気炉で１２００℃で焼成し、吸水率を５％以下に調整した。
〔強度〕
直径約１０ｍｍに球状に造粒したものを圧縮試験機で圧縮し、最大の荷重を強度とした。
〔磨り減り減少量〕
パンペレタイザーで直径１０ｍｍの球状に造粒し、約５００ｇの試料を内径１５０ｍｍの磁器製ポット内へ入れ、ポットを１０ｒｐｍで回転させて３０分保持する。試料を回収し、孔目５ｍｍの篩を用いてふるい、篩下の５ｍｍ以下の磨り減り分を投入量に対する磨り減り減少量とした。

〔実施例〕
表３に示す配合量に従い、表２の原料粉末に表１の製紙スラッジ、および水を加えて造粒した。この造粒物の強度、磨り減り減少量を測定した。この結果を表３に示す。混合物中の製紙スラッジ焼却灰Ａの含有量が５質量％を下回ると、造粒が出来ない（試料No.１）。また、製紙スラッジ焼却灰Ａの含有量が５０質量％を上回ると，造粒の再に発熱して造粒操作が困難となるほか，強度が低下する（試料No.６）。さらに、吸水率３％の製紙スラッジ焼却灰Ｂを用いたものは、配合量が１０質量％でも造粒できない（試料No.７）。
一方、原料粉末として、石炭灰のほか、下水汚泥焼却灰、ごみ焼却灰、建設残土を用いても、適量の製紙スラッジ焼却灰Ａを配合することによって、十分な強度を有する造粒物を成型することができる（試料No.８〜試料No.１０）。

Claims (3)

1. 原料粉末を造粒してなる人工骨材の製造方法において、廃棄物からなる低吸水性の原料粉末を用い、該原料粉末に吸水率３０％以上の製紙スラッジ焼却灰と水を加えて造粒することを特徴とする人工骨材の製造方法。
   
2. 廃棄物からなる低吸水性の原料粉末に対して、吸水率３０％以上の製紙スラッジ焼却灰を質量比で５０／５０〜９５／５の比率で混合する請求項１に記載する人工骨材の製造方法。
   
3. 低吸水性の原料粉末が石炭灰、下水汚泥焼却灰、ごみ焼却灰、建設残土の廃棄物からなる請求項１および請求項２に記載する人工骨材の製造方法。