JP2009132566A - 多孔質焼結体の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】原料中にクロムが含有されている場合でも、六価クロム溶出量が少なく、安心して使用でき、かつ、長期間に亘って水はけ特性に優れることから路盤材として好適な多孔質焼結体を提供することである。
【解決手段】製紙スラッジ焼却灰を含む被焼成物を焼成して多孔質焼結体を製造する方法であって、前記焼成に際しての温度が６５０〜１０００℃である。

Description

本発明は多孔質焼結体の製造方法に関する。特に、吸水性が高く、かつ、機械的強度に富む多孔質焼結体の製造方法に関する。

多孔質焼結体は、路盤材、乾燥材、濾過材などに利用することが提案されている。例えば、多孔質焼結体を路盤材に使用した場合には、雨水等の水を吸って保持する。従って、水の供給がなくても、太陽光などのエネルギーが供給されると、保持された水が気化し、気化熱によって周囲温度を低下させる。よって、現在、都市部で問題になっているヒートアイランド対策として、路盤に多孔質焼結体を用いることが期待されている。

多孔質焼結体は、多孔質原料を焼成炉で焼成し、焼結させて製造される。原料としては、例えば製紙スラッジの焼却灰（製紙スラッジを主原料として焼却されてなる製紙スラッジ焼却灰）などを用いることが考えられている。

例えば、製紙スラッジ焼却灰の特性である細孔性・多孔性を損なうことなく、高強度で重金属類の有害成分の溶出を抑制した吸湿性や保水性を有する土壌改良材に適した粒状の固化体の製造方法を提供することを目的として、製紙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を特徴とする細孔性・多孔性構造を有する製紙スラッジ焼却灰水熱固化体の製造方法が提案（特開２００５−３１３０３２号公報）されている。

又、安価に多量生産できる多孔質焼結粒を使用して、多量の水分を吸水して効果的に冷却し、さらに充分な強度として歩道や車道に有効に利用することを目的として、骨材を結合材で結合している舗装体であって、骨材の一部あるいは全体が、石炭灰と製紙スラッジとを含む原料を成形した成形体を焼成して多孔質な状態に焼結してなる多孔質焼結粒である技術が提案（特開２００６−２４１８０３号公報）れている。
特開２００５−３１３０３２号公報 特開２００６−２４１８０３号公報

さて、特許文献１のものは、製紙スラッジ焼却灰水熱固化体が細孔性・多孔性構造を有するものであるが故に、吸水特性には優れたものであった。

しかしながら、この提案になる製紙スラッジ焼却灰水熱固化体は、焼成が行なわれて無いことから、強度が乏しく、サッカー場などの水はけ性を要求されるグランドや道路或いは公園における路盤材、又は屋上緑化の為の土壌における路盤材と言った如く、圧力が掛かる箇所において用いられた場合には、作用した圧力によって折角の多孔質構造が壊れてしまう恐れが高く、その結果、吸水特性が大きく低下するに至るものであった。又、セメント成分によってアルカリ性が高いものとなり、土壌の植生特性が低下する。又、セメントを用いたが故に、養生が必要であり、製造に手間が掛かるものであった。更には、コストも掛かるものとなる。

又、特許文献２のものは、意外にも、吸水特性が低いものであった。この問題点に対する検討が、鋭意、推し進められて行った結果、特許文献２のものが吸水特性は低いのは、１０００℃を越える高温での焼成によって焼結が行なわれているからであることが判って来た。ところで、製紙スラッジ等の焼却灰中には、クロム（三価もしくは六価のクロム。通常は、三価のクロムが多い。）が含まれている場合が多い。そして、この種の焼却灰が焼結体の原料として用いられた場合、特に、大気雰囲気下において、１０００℃を越える高温で焼成された場合、三価クロムは六価クロムに酸化されることが多くなることが判って来た。このＣｒ^６＋が多くなって来ると、水に浸漬された場合、どうしても、Ｃｒ^６＋溶出量が多くなり、環境安全性が悪くなる。例えば、六価クロム（Ｃｒ^６＋）は環境基準で目標値が定められている。すなわち、水質基準では０．０５ｍｇ／Ｌ以下、土壌環境基準では溶出液が０．０５ｍｇ／Ｌ以下とされている。ところが、特許文献２の如きのものでは、上記環境基準値が護られない恐れが高い。しかも、１０００℃を越える高温で焼成された場合、焼結体の多孔質度も大きく低下し、吸水性が悪くなることが判って来た。

従って、本発明が解決しようとする課題は、吸水性などに優れた特長を奏し、かつ、機械的強度も満足できる多孔質焼結体を提供することである。更には、吸水・吸湿・吸油性などに優れた特長を奏し、かつ、機械的強度も満足でき、しかも原料中にクロムが含有されている場合でも、六価クロム溶出量が少ない多孔質焼結体を提供することである。例えば、原料中にクロムが含有されている場合でも、六価クロム溶出量が少なく、安心して使用でき、かつ、長期間に亘って水はけ特性に優れることから路盤材として好適な多孔質焼結体を提供することである。

前記の課題に対する検討が、鋭意、推し進められて行った結果、焼成を行なうこと、その焼成温度は１０００℃以下で、６５０℃以上であることの要件を満たした場合、多くの課題が解決されることが判って来た。

この知見に基づいて本発明が達成されたものである。
すなわち、前記の課題は、
焼却灰、汚泥、及び建設発生土の群の中から選ばれる一種または二種以上の廃棄物を含む被焼成物を焼成して多孔質焼結体を製造する方法であって、
前記焼成に際しての温度が６５０〜１０００℃である
ことを特徴とする多孔質焼結体の製造方法によって解決される。

中でも、上記多孔質焼結体の製造方法であって、焼成に際しての温度が８００℃以上で、９００℃以下であることを特徴とする多孔質焼結体の製造方法によって解決される。

又、上記多孔質焼結体の製造方法であって、廃棄物は、その融点が１０００℃を越えるものであることを特徴とする多孔質焼結体の製造方法によって解決される。

又、上記多孔質焼結体の製造方法であって、被焼成物は０．３〜２０質量％の水硬性物質を含むことを特徴とする多孔質焼結体の製造方法によって解決される。

特に、上記多孔質焼結体の製造方法であって、製紙スラッジ焼却灰を焼成して多孔質焼結体を製造する方法によって解決される。又は、上記多孔質焼結体の製造方法であって、浄水汚泥あるいは下水汚泥を焼成して多孔質焼結体を製造する方法によって解決される。

六価クロムの溶出量が少なく、かつ、吸水性などに優れた多孔質性で、しかも機械的強度も満足できる多孔質焼結体がクロムを含有する産業廃棄物より得られる。すなわち、クロム含有廃棄物を原料として得た多孔質焼結体を路盤材として用いても、六価クロムの溶出量が少なく、かつ、吸水性が良いことから、水はけ性に優れ、しかも機械的強度に富むことから、多孔質構造が壊れ難く、長期間に亘って水はけ性に優れており、再資源化技術として有益である。

本発明は多孔質焼結体の製造方法である。例えば、焼却灰、汚泥、及び建設発生土の群の中から選ばれる一種または二種以上の廃棄物を含む被焼成物を焼成して多孔質焼結体を製造する方法である。更には、融点が１０００℃を越える廃棄物を含む被焼成物を焼成して多孔質焼結体を製造する方法である。又、０．３〜２０質量％の水硬性物質を含む被焼成物を焼成して多孔質焼結体を製造する方法である。中でも、製紙スラッジ焼却灰を含む被焼成物を焼成して多孔質焼結体を製造する方法である。或いは、浄水汚泥や下水汚泥（特に、浄水汚泥）を含む被焼成物を焼成して多孔質焼結体を製造する方法である。又、粒状のものを焼成する多孔質焼結体の製造方法である。又、クロム含有量が１００〜２０００ｍｇ／ｋｇの廃棄物を含む被焼成物を焼成して多孔質焼結体を製造する方法である。或いは、大気雰囲気中において１０００℃で焼成した場合に六価クロムの溶出量が０．０５ｍｇ／Ｌを超える量のクロムを含有する廃棄物を含む被焼成物を焼成して多孔質焼結体を製造する方法である。そして、焼成に際しての温度が６５０〜１０００℃である。特に、焼成温度が８００℃以上である。そして、９００℃以下である。

以下、更に詳しく説明する。
先ず、原料を用意する。原料としては、焼却灰、汚泥、或いは建設発生土を用意する。これ等の廃棄物は、例えばクロムを１００ｍｇ／ｋｇ以上の割合で含んでいる。或いは、大気雰囲気中において１０００℃で焼成した場合に六価クロムの溶出量が０．０５ｍｇ／Ｌを超える量のクロムを含んでいる。そして、このような多量のＣｒを含んでいても、本発明によって得られた多孔質焼結体からの六価クロム（Ｃｒ^６＋）溶出量は少ない。

さて、焼却灰は、好ましくは製紙スラッジ焼却灰である。この製紙スラッジ焼却灰は、造粒性の観点から、好ましくは、平均粒径が８〜４４μｍのものである。尚、製紙スラッジ焼却灰は、主成分としてＣａ，Ａｌ等の無機成分を持つ。そして、製紙スラッジ焼却灰は多孔質であることから、焼却灰の中でも製紙スラッジ焼却灰が好ましいものである。又、製紙スラッジ中には遊離石灰の如きの水硬性物質が含まれている。このような水硬性物質は造粒物の強度を高くする。このような観点からも製紙スラッジ焼却灰が好ましい。尚、水硬性物質の量が０．３％未満の少な過ぎる場合には、造粒強度が小さい。そうすると、例えばキルン投入時の落下による破壊とか、高温下での熱衝撃による強度低下により、焼成物の強度が小さいものとなる。従って、遊離石灰やセメントの如きの水硬性物質が０．３％以上含まれていることが好ましい。より好ましくは１％以上である。すなわち、１％以上含んでいると、高い強度発現性が得られる。尚、０．３％未満の場合には、生石灰やセメントなどの水硬性物質を特別に添加することは好ましいことである。但し、２０％を越えると、場合によっては、水分の急激な蒸発により爆裂する恐れが有るので、水硬性物質を添加するにしても、２０％以下であることが好ましい。より好ましくは１０％以下である。

上記製紙スラッジ焼却灰の他にも、薪、木炭、廃材、食品絞りカス等の有機質原料からの灰分も、その内部構造が多孔質なものであることから、高吸水性の特徴を持つ。従って、これら多孔質系の焼却灰を原料として焼成した焼結体も好ましいものである。

その他にも、焼却灰として、石炭火力発電所の微粉炭燃焼灰、流動層燃焼石炭灰、コークス灰、ごみ焼却灰、下水汚泥焼却灰、廃プラスチック焼却灰などが挙げられる。尚、これ等の焼却灰も、造粒性の観点から、平均粒径が４４μｍ以下のものが好ましい。
上記焼却灰の他にも、浄水汚泥や下水汚泥などの汚泥、建設発生土を用いることが出来る。

そして、上記原料は、必要に応じて粉砕され、粉末原料とされる。そして、水が添加され、数ｍｍ〜十数ｍｍの造粒物が作成される。この造粒に際しては、ベントナイト等の無機物やリグニン等の有機物などの造粒助剤を用いて造粒しても良い。そして、造粒には、例えば圧縮成型機（ロールプレス等）、転動造粒機（パンペレタイザ等）、攪拌造粒機（アイリッヒミキサ等）等の造粒機が用いられる。

造粒後、６５０〜１０００℃（特に、８００℃以上。９００℃以下）の温度で焼成を行う。焼成には、トンネルキルン、ローラーハウスキルン、流動床、ロータリーキルンを用いることが出来る。但し、焼成容易性の面から、ロータリーキルンやトンネルキルンを用いるのが好ましい。ここで、焼成温度を上記の如くに限定したのは、６５０℃未満の低すぎる場合には、焼結体の機械的強度が弱いからであり、又、未燃カーボンが完全に燃焼せずに残存している場合が有り、このような問題を解決する為には、焼成温度を６５０℃以上とする要件が必須であった。好ましくは、８００℃以上であった。逆に、１０００℃を越える高い温度で焼成した場合には、得られた焼結体からの六価クロム（Ｃｒ^６＋）溶出量が多くなり、環境庁告示４６号に定める基準値を越えることも有って、１０００℃以下の温度での焼成の要件は大事であった。好ましくは、９００℃以下であった。

以下、具体的実施例を挙げて本発明を説明する。
［実施例１］
原料として、平均粒径が１９．８μｍ、Ｃｒ含有量が１８６ｍｇ／ｋｇで、水硬性物質（ＣａＯ）含有量が１．２５％、融点が１２３０℃の製紙スラッジ焼却灰を用いた。
この製紙スラッジ焼却灰に水を添加し、そしてパンペレタイザで平均径が１０ｍｍのものに造粒した。
この造粒物をロータリーキルン内に投入し、焼成を行った。

焼成して得られた焼結体の特性を調べたので、その結果を表−１に示す。
表−１
焼成温度 Ｃｒ^６＋溶出量 吸水率 圧壊強度 備考
（℃） （ｍｇ／Ｌ） （％） （Ｎ）
６００ ０．０２以下 ３８ ５４ 発明外
６５０ ０．０２以下 ３６ １０５ 本発明
８００ ０．０２以下 ３４ １５０ 本発明
９００ ０．０２以下 ３５ ２１１ 本発明
９５０ ０．０５ ３５ ２２０ 本発明
１０５０ ０．１６ ３２ ２５４ 発明外
＊焼成温度は、ロータリキルン内の被焼成物の最高温度部分（造粒物の表面が該当）を市販の放射温度計で測定した。
＊Ｃｒ^６＋溶出量は環境庁告示４６号に準じて行なった。
＊吸水率は、焼結体を水中に２４時間浸漬し、浸漬前後で測定された質量から算出した。
＊圧壊強度は、一軸圧縮試験機で圧壊した時の最大荷重で表示した。

これによれば、焼成温度が１０００℃を越えると、Ｃｒ^６＋溶出量が多くなり、環境庁告示４６号で定められる基準値を越えてしまうことが判る。又、吸水率が小さくなり、焼結体の空隙率が低下する傾向に有る。しかしながら、焼成温度が６５０℃より低いと、Ｃｒ^６＋溶出量は少ないものの、かつ、吸水率は高いものの、機械的強度が非常に小さいことが判る。従って、焼成温度が６５０℃未満の低い場合や、１０００℃を越える高い場合には、焼結体を路盤材などに使用するには不適なものとなる。

［実施例２］
原料として、平均粒径が１３μｍ、Ｃｒ含有量が１８０ｍｇ／ｋｇで、融点が１２８０℃の浄水汚泥を用い、そしてパンペレタイザで平均径が１０ｍｍのものに造粒した。
この造粒物をロータリーキルン内に投入し、実施例１と同様な焼成を行った。

焼成して得られた焼結体の特性を調べたので、その結果を表−２に示す。
表−２
焼成温度 Ｃｒ^６＋溶出量 吸水率 圧壊強度 備考
（℃） （ｍｇ／Ｌ） （％） （Ｎ）
８００ ０．０３ ４２ ７２ 本発明

［実施例３］
原料として、平均粒径が１３μｍ、Ｃｒ含有量が１８０ｍｇ／ｋｇで、水硬性物質として普通ポルトランドセメントを外掛けで３％添加した融点が１２８０℃の浄水汚泥を用い、そしてパンペレタイザで平均径が１０ｍｍのものに造粒した。
この造粒物をロータリーキルン内に投入し、実施例１と同様な焼成を行った。

焼成して得られた焼結体の特性を調べたので、その結果を表−３に示す。
表−３
焼成温度 Ｃｒ^６＋溶出量 吸水率 圧壊強度 備考
（℃） （ｍｇ／Ｌ） （％） （Ｎ）
６００ ０．０２以下 ４０ ４５ 発明外
６５０ ０．０２以下 ３７ ９０ 本発明
８００ ０．０２以下 ３７ １０５ 本発明
９００ ０．０２以下 ３５ １０３ 本発明
９５０ ０．０５ ３２ １６３ 本発明
１０５０ ０．２５ ２６ １８２ 発明外

特許出願人 太平洋マテリアル株式会社
代 理 人 宇 高 克 己

Claims (5)

1. 焼却灰、汚泥、及び建設発生土の群の中から選ばれる一種または二種以上の廃棄物を含む被焼成物を焼成して多孔質焼結体を製造する方法であって、
   前記焼成に際しての温度が６５０〜１０００℃である
   ことを特徴とする多孔質焼結体の製造方法。
2. 廃棄物は、その融点が１０００℃を越えるものである
   ことを特徴とする請求項１の多孔質焼結体の製造方法。
3. 被焼成物は０．３〜２０質量％の水硬性物質を含む
   ことを特徴とする請求項１又は請求項２の多孔質焼結体の製造方法。
4. 焼却灰は製紙スラッジ焼却灰である
   ことを特徴とする請求項１〜請求項３いずれかの多孔質焼結体の製造方法。
5. 汚泥は浄水汚泥あるいは下水汚泥である
   ことを特徴とする請求項１〜請求項３いずれかの多孔質焼結体の製造方法。