JP2012153557A - Artificial aggregate and method of manufacturing the same - Google Patents

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浩之 小野
Kouji Fujita
浩示 藤田
Tomoya Suzuki
智也 鈴木
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an artificial aggregate that has a novel composition including gehlenite shown by 2CaO-AlO-SiOas a principal ingredient, and to provide a method of manufacturing the same.SOLUTION: The artificial aggregate includes gehlenite shown by 2CaO-AlO-SiO, wherein Al is 10-22 mass% by an alumina conversion, CaO/SiOis at most 1.2. In addition, NaO and/or MgO may be contained, NaO is at most 8 mass%. and MgO is at most 5 mass%. The artificial aggregate may further include at least one chosen from a group consisting of FeO, POand TiO.

Description

本発明は、人工骨材及びその製造方法に関する。さらに詳しくは、本発明は、2CaO・A1・SiOからなるゲーレナイトを主成分とする人工骨材及びその製造方法に関する。 The present invention relates to an artificial aggregate and a method for manufacturing the same. More specifically, the present invention relates to an artificial bone material composed mainly of gehlenite composed of 2CaO · A1 2 0 3 · SiO 2 and a method for producing the same.

生活ごみ等の一般廃棄物の燃えがら、つまり焼却灰が人工骨材等の原料として使用されている。具体的には、一般廃棄物の焼却灰が再度溶融されて溶融液とされ、この溶融液が冷却されることで、溶融スラグが得られる。この溶融スラグが人工骨材として利用される。一般廃棄物の焼却灰を溶融スラグとすることによって、焼却灰に含まれる重金属類や還元可能な酸化物を溶融還元して除去すると共に、SiOやAl等の鉱物質を主成分とする溶融スラグが得られる。このような溶融スラグから天然岩石に極めて近い組成のコンクリート用人工骨材が製造されている(特許文献1参照)。人工骨材の原料となる焼却灰としては、上記した一般廃棄物に加えて、産業廃棄物や下水道で回収される汚泥等の焼却灰も使用されている。 Combustion of general waste such as household waste, that is, incinerated ash, is used as a raw material for artificial aggregates and the like. Specifically, incineration ash of general waste is melted again to form a molten liquid, and this molten liquid is cooled to obtain molten slag. This molten slag is used as an artificial aggregate. By making incineration ash of general waste into molten slag, heavy metals and reducible oxides contained in incineration ash are removed by melting reduction, and mineral substances such as SiO 2 and Al 2 O 3 are the main components A molten slag is obtained. An artificial aggregate for concrete having a composition very close to that of natural rock is produced from such molten slag (see Patent Document 1). As incineration ash used as a raw material for artificial aggregates, incineration ash such as industrial waste and sludge collected in sewers is used in addition to the above general waste.

人工骨材の製造において、従来は、一般廃棄物由来の燃えがらを原料としていたので、原料の安定性は確保されていた。しかしながら、近年、原料となる一般廃棄物由来の焼却灰に対して添加される産業廃棄物由来の焼却灰の比率が増加している。このため、産業廃棄物由来の焼却灰に含まれるNaやMg等が混入するようになり、原料の組成変動が大きくなってきている。   In the production of artificial aggregates, conventionally, since the waste derived from general waste was used as a raw material, the stability of the raw material was ensured. However, in recent years, the ratio of industrial waste-derived incineration ash added to general waste-derived incineration ash as a raw material has increased. For this reason, Na, Mg, etc. contained in the incineration ash derived from industrial waste are mixed, and the composition fluctuation of the raw material is increasing.

このため、人工骨材となる溶融スラグの原料として、一般廃棄物由来の焼却灰に産業廃棄物由来の焼却灰が混入された原料を使用した場合、処理後の融液を水冷あるいは空冷して得られる溶融スラグはガラス質となることが多かった。   For this reason, when using raw materials in which incineration ash derived from industrial waste is mixed with incineration ash derived from general waste as a raw material for molten slag to be used as an artificial aggregate, the treated melt is cooled with water or air. The obtained molten slag was often glassy.

得られた溶融スラグを砂、砂利、平板等の建設資材として再利用する場合、溶融スラグがガラス質の溶融スラグでは強度が低い。このため、ガラス質の溶融スラグは結晶質の溶融スラグに比較して再利用の範囲が狭い。このように様々な組成を持つ廃棄物に対して、安定して高い強度を持つ、結晶性の高い溶融スラグを得ることが難しかった。   When the obtained molten slag is reused as construction materials such as sand, gravel, and flat plate, the strength is low when the molten slag is glassy molten slag. For this reason, the range of reuse of glassy molten slag is narrower than that of crystalline molten slag. As described above, it has been difficult to obtain a highly crystalline molten slag having a stable and high strength for waste having various compositions.

特開平09−194240号公報JP 09-194240 A

従来の一般廃棄物由来の原料を用いた人工骨材の製造方法では、製造管理の指標として原料となる焼却灰の組成分析を行い、CaO/SiOの重量比、所謂塩基度を基準として人工骨材の組成管理を行ってきた。しかしながら、NaやMgといった他の元素のバラツキも大きくなってきているため、結晶化されずにガラス質の人工石ができてしまう場合が増えているという課題がある。 In the conventional method for producing artificial aggregate using raw materials derived from general waste, composition analysis of incinerated ash as a raw material is performed as an index for production control, and the artificial weight is calculated based on the CaO / SiO 2 weight ratio, so-called basicity. We have been managing the composition of aggregates. However, since the variation of other elements such as Na and Mg is also increasing, there is a problem that the number of cases where a vitreous artificial stone is formed without being crystallized increases.

さらに、操業時の溶融液の粘性変動が大きいため、出滓の安定性が保てなくなってきているという課題がある。   Furthermore, since the viscosity fluctuation of the melt during operation is large, there is a problem that the stability of the brewing cannot be maintained.

本発明は上記課題に鑑み、2CaO・Al・SiOで表されるゲーレナイトを主成分とした組成を有する人工骨材を提供することを第1の目的とし、人工骨材の製造方法を提供することを第2の目的としている。 In view of the above problems, the first object of the present invention is to provide an artificial aggregate having a composition mainly composed of gehlenite represented by 2CaO.Al 2 O 3 .SiO 2. The second purpose is to provide the above.

上記第1の目的を達成するために、本発明の人工骨材は、2CaO・Al・SiOで表されるゲーレナイトを含み、Alはアルミナ換算で10〜22質量%を含有し、CaO/SiOを1.2以下で含むことを特徴とする。 In order to achieve the first object, the artificial aggregate of the present invention includes galenite represented by 2CaO.Al 2 O 3 .SiO 2 , Al contains 10 to 22% by mass in terms of alumina, CaO / SiO 2 is contained in 1.2 or less.

上記構成において、NaO及び/又はMgOが含有され、NaOは8質量%以下で含有し、MgOは5質量%以下で含むようにしてもよい。
さらに、Fe、P及びTiOから成る群より選ばれた少なくとも1種が含有されていてもよい。
Feは、好ましくは10質量%以下含有されている。Pは、好ましくは3質量%以下含有されている。TiOは、好ましくは5質量%以下含有されている。
In the above configuration, Na 2 O and / or MgO may be contained, Na 2 O may be contained at 8% by mass or less, and MgO may be contained at 5% by mass or less.
Furthermore, at least one selected from the group consisting of Fe 2 O 3 , P 2 O 5 and TiO 2 may be contained.
Fe 2 O 3 is preferably contained in an amount of 10% by mass or less. P 2 O 5 is preferably contained in an amount of 3% by mass or less. TiO 2 is preferably contained in an amount of 5% by mass or less.

上記第2の目的を達成するために、本発明の人工骨材骨材の製造方法は、上記の何れかに記載の人工骨材を製造するに当たり、人工骨材の原料及び還元剤を所定の溶融温度まで昇温して溶融液とする還元溶融工程と、溶融液を溶融温度で所定時間保持する工程と、所定時間保持した後溶融液を徐冷して溶融液を結晶化する工程と、を備えていることを特徴とする。   In order to achieve the second object described above, the method for producing an artificial aggregate according to the present invention, when producing the artificial aggregate according to any one of the above, provides a raw material for the artificial aggregate and a reducing agent in a predetermined manner. A reduction melting step of raising the temperature to the melting temperature to obtain a melt, a step of holding the melt at a melting temperature for a predetermined time, a step of holding the melt for a predetermined time and then slowly cooling the melt to crystallize the melt; It is characterized by having.

上記構成において、原料は、好ましくは、一般廃棄物の焼却灰、又は一般廃棄物及び産業廃棄物を混合した焼却灰からなる。還元剤は、好ましくはコークスである。原料にさらにCa化合物を添加してもよい。   In the above configuration, the raw material is preferably made of incineration ash of general waste or incineration ash obtained by mixing general waste and industrial waste. The reducing agent is preferably coke. A Ca compound may be further added to the raw material.

本発明によれば、ゲーレナイトを主成分とし結晶性が高く、強度が高い人工骨材を提供することができる。   According to the present invention, it is possible to provide an artificial aggregate having gehlenite as a main component, high crystallinity, and high strength.

本発明の人工骨材の製造方法によれば、溶融スラグの原料を一般廃棄物由来の焼却灰だけではなく、産業廃棄物由来の焼却灰等も使用して、強度が高い人工骨材を製造することができる。従来の溶融スラグでは、原料となる焼却灰のCaO/SiOの重量比、所謂塩基度を基準にして組成管理を行ってきた。本発明の人工骨材の製造方法によれば、Na、Mg、Fe、P、Ti等の結晶化に寄与する原料を考慮した組成管理を行うことで、結晶質の人工骨材を再現性良く製造することができる。 According to the method for producing an artificial aggregate of the present invention, not only incineration ash derived from general waste but also incineration ash derived from industrial waste is used as a raw material for molten slag to produce an artificial aggregate having high strength. can do. In conventional molten slag, composition management has been carried out based on the so-called basicity of CaO / SiO 2 weight ratio of the incinerated ash used as a raw material. According to the method for producing an artificial aggregate of the present invention, a crystalline artificial aggregate can be reproduced with good reproducibility by performing composition management in consideration of raw materials contributing to crystallization such as Na, Mg, Fe, P, and Ti. Can be manufactured.

本発明の人工骨材の基本組成を説明する2CaO・Al・SiOの3元系相図であり、(A)は全体図、(B)は部分拡大図である。A ternary phase diagram of 2CaO · Al 2 O 3 · SiO 2 illustrating the basic composition of the artificial bone material of the present invention, (A) is an overall view, (B) is a partially enlarged view. 本発明の人工骨材を製造するための温度プログラムの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the temperature program for manufacturing the artificial aggregate of this invention. 本発明の実施例1の溶融スラグを作製する際の温度プログラムを示す図である。It is a figure which shows the temperature program at the time of producing the molten slag of Example 1 of this invention. 実施例1の還元溶融した場合における溶融スラグのXRDの測定結果を示す図である。It is a figure which shows the measurement result of XRD of the molten slag in the case of carrying out the reduction melting of Example 1. FIG. 比較例1の酸化溶融した場合における溶融スラグのXRDの測定結果を示す図である。It is a figure which shows the measurement result of XRD of the molten slag in the case of carrying out the oxidation melting of the comparative example 1.

以下、本発明を実施形態に即して詳細に説明する。
本発明の人工骨材は、2CaO・Al・SiOで表されるゲーレナイトを含み、Alの質量%(wt%と表記する)がアルミナ換算で10〜25wt%で含有され、CaO/SiOが1.2以下で含有される。Alは、好ましくは、10〜22.5質量%、より好ましくは10〜20質量%、さらに好ましくは10〜15質量%で含有される。人工骨材には、上記の組成に、さらに、NaO、MgOのいずれか一方又は双方を、NaOを8質量%以下、MgOを5質量%以下の割合で含めることが好ましい。人工骨材には、上記ゲーレナイト又はゲーレナイトにNaO及び又はMgOに、さらに、Fe、P及びTiOからなる群より選ばれた少なくとも1種が含有されることが好ましい。本発明の人工骨材は、主成分がゲーレナイトであり、結晶性の溶融スラグからなる。以下、本発明では、質量%はwt%とも表記する。
なお、ゲーレナイトの組成は、CaAlSiOとも表記される。CaO/SiOは、塩基度とも呼ばれている。
Hereinafter, the present invention will be described in detail according to embodiments.
The artificial aggregate of the present invention contains gehlenite represented by 2CaO.Al 2 O 3 .SiO 2 , the mass% of Al (expressed as wt%) is contained at 10 to 25 wt% in terms of alumina, and CaO / SiO 2 is contained in 1.2 or less. Al is preferably contained at 10 to 22.5% by mass, more preferably 10 to 20% by mass, and still more preferably 10 to 15% by mass. It is preferable that the artificial aggregate further includes one or both of Na 2 O and MgO in the above-described composition in a ratio of Na 2 O of 8% by mass or less and MgO of 5% by mass or less. The artificial aggregate preferably contains at least one selected from the group consisting of Fe 2 O 3 , P 2 O 5 and TiO 2 in addition to Na 2 O and / or MgO in the above-mentioned gelenite or gehlenite. . The artificial aggregate of the present invention is mainly composed of gehlenite and is made of crystalline molten slag. Hereinafter, in the present invention, mass% is also expressed as wt%.
The composition of gehlenite is also expressed as Ca 2 Al 2 SiO 7 . CaO / SiO 2 is also called basicity.

本発明の人工骨材において、NaOは、ゲーレナイトにさらに結晶化のために含有される原料である。NaOを8wt%以下とすれば、本発明の人工骨材の結晶化ができ、人工骨材の強度を増加することができる。NaOが8wt%より多い場合は、結晶化を阻害するため好ましくない。 In the artificial aggregate of the present invention, Na 2 O is a raw material further contained in gerenite for crystallization. When Na 2 O is 8 wt% or less, the artificial aggregate of the present invention can be crystallized, and the strength of the artificial aggregate can be increased. When Na 2 O is more than 8 wt%, it is not preferable because crystallization is inhibited.

MgOは、人工骨材の結晶化のためにゲーレナイトに含有される原料である。MgOを5wt%以下とすれば、本発明の人工骨材の結晶化ができ、人工骨材の強度を増すことができる。MgOが5wt%より多い場合は、結晶化を阻害するため好ましくない。
なお、上記の人工骨材の組成においては、NaOとMgOの組成分析をしたとき、NaOとMgOの含有量が定量限界以下程度の値であるときにはNaOとMgOを共に0wt%とする。この場合、人工骨材の組成はゲーレナイトに近い組成となるが、結晶性であるので、人工骨材としての使用には支障がない。さらに、人工骨材の組成分析をしたときにNaO又はMgOが定量の限界以下程度の場合も、NaO又はMgOの含有量を0wt%とする。この場合の人工骨材の組成は、ゲーレナイトを主成分として、さらにNaO又はMgOが含有されている組成であり、本発明の人工骨材の組成に含まれる。
MgO is a raw material contained in gehlenite for crystallization of artificial aggregate. If MgO is 5 wt% or less, the artificial aggregate of the present invention can be crystallized, and the strength of the artificial aggregate can be increased. When MgO is more than 5 wt%, crystallization is inhibited, which is not preferable.
In the composition of the artificial bone material, when the composition analysis of Na 2 O and MgO, when the content of Na 2 O and MgO is a value lower than about the quantitation limit Na 2 O and MgO together 0wt %. In this case, the composition of the artificial aggregate is a composition close to that of gehlenite, but since it is crystalline, there is no hindrance to its use as an artificial aggregate. Further, when the composition of the artificial aggregate is analyzed, the content of Na 2 O or MgO is set to 0 wt% even when Na 2 O or MgO is less than the limit of quantification. The composition of the artificial aggregate in this case is a composition containing gehlenite as a main component and further containing Na 2 O or MgO, and is included in the composition of the artificial aggregate of the present invention.

上記人工骨材には、Fe、P及びTiOから成る群より選ばれた少なくとも1種が含有されてもよい。Feは、好ましくは10wt%以下であり、この範囲内であれば、本発明の人工骨材の結晶化ができ、人工骨材の強度を増すことができる。Feが10wt%より多い場合は、結晶化を阻害するため好ましくない。 The artificial aggregate may contain at least one selected from the group consisting of Fe 2 O 3 , P 2 O 5 and TiO 2 . Fe 2 O 3 is preferably 10 wt% or less, and within this range, the artificial aggregate of the present invention can be crystallized and the strength of the artificial aggregate can be increased. When Fe 2 O 3 is more than 10 wt%, it is not preferable because crystallization is inhibited.

は、好ましくは3wt%以下であり、この範囲内であれば本発明の人工骨材のガラス化を効果的に防止することができる。Pが3wt%より多い場合は、結晶化を阻害するため好ましくない。 P 2 O 5 is preferably 3 wt% or less, and within this range, vitrification of the artificial aggregate of the present invention can be effectively prevented. If P 2 O 5 is more than 3 wt% is not preferable because of inhibiting crystallization.

TiOは、好ましくは5wt%以下であり、この範囲内であれば本発明の人工骨材のガラス化を効果的に防止することができる。TiOが5wt%より多い場合は、結晶化を阻害するため好ましくない。 TiO 2 is preferably not more than 5 wt%, it is possible to prevent the glass of the artificial bone material of the present invention as long as it is within this range effectively. If TiO 2 is more than 5 wt% is not preferable because of inhibiting crystallization.

図1は、本発明の人工骨材の基本組成を説明する2CaO・Al・SiOの3元系相図であり、(A)が全体図、(B)は部分拡大図である。
図1(A)に示すように、略5角形の領域Aは、1400℃の液相範囲である。図1(B)の部分拡大した図中に示す上記領域A内の(1)、(2)、(3)、(4)、(5)、(6)、(7)は、Al組成を10〜25wt%とした基本組成を示している。さらに、塩基度が0.7、0.8、0.9、1.0、1、2となる領域を点線で示している。
Figure 1 is a ternary phase diagram of 2CaO · Al 2 O 3 · SiO 2 illustrating the basic composition of the artificial bone material of the present invention is the overall view, (B) is a partial enlarged diagram (A) .
As shown in FIG. 1A, the substantially pentagonal region A is a liquid phase range of 1400 ° C. (1), (2), (3), (4), (5), (6), (7) in the region A shown in the partially enlarged view of FIG. The basic composition is 10 to 25 wt%. Furthermore, regions where the basicity is 0.7, 0.8, 0.9, 1.0, 1, 2 are indicated by dotted lines.

本発明の人工骨材によれば、ゲーレナイトを主成分とするので強度が高い。この人工骨材は、建設資材等として利用することができる。   According to the artificial aggregate of the present invention, the strength is high because gehlenite is a main component. This artificial aggregate can be used as a construction material or the like.

次に、本発明の人工骨材の製造方法について説明する。
人工骨材は、人工骨材の原料及び還元剤を、所定の溶融温度まで昇温して溶融液とする還元溶融工程と、
溶融液を溶融温度で所定時間保持する工程と、
所定時間保持した後溶融液を徐冷して、溶融液を結晶化する工程と、
を順に行うことによって製造することができる。
Next, the manufacturing method of the artificial aggregate of this invention is demonstrated.
Artificial aggregate is a reducing and melting step in which the raw material of artificial aggregate and the reducing agent are heated to a predetermined melting temperature to form a melt,
Holding the melt at a melting temperature for a predetermined time;
A step of slowly cooling the melt after holding for a predetermined time to crystallize the melt;
Can be manufactured in order.

具体的には、人工骨材の原料と還元剤を調製し、この原料及び還元剤を溶融炉に投入した後昇温して溶融液とし、この溶融液を所定の溶融温度で所定時間溶融した後、金属製の型に流し入れ、冷却することで、結晶化した溶融スラグが得られる。この溶融スラグが本発明の人工骨材となる。必要に応じて、溶融スラグの粉砕処理を行うことによって所定の粒径をもった人工骨材としてもよい。原料としては、一般廃棄物や、一般廃棄物の焼却灰に産業廃棄物の焼却灰が一部混合された焼却灰を用いることができる。原料の組成は、人工骨材の上記組成、つまりゲーレナイトを主成分として、Alはアルミナ換算で10〜22wt%であり、CaO/SiOが1.2以下である。さらに、添加剤として、NaO、MgOのいずれか一方又は双方を、NaOを8質量%以下、MgOを5質量%以下となる組成が得られるように調製できる。原料には、上記したFe、P、TiOの何れかの含有物を添加剤として添加してもよい。さらに、原料には、CaO/SiOを調整するために調整剤としてCa又はCaを含む化合物を添加してもよい。調整剤として生石灰(CaO)等を用いることができる。 Specifically, a raw material and a reducing agent for an artificial aggregate are prepared, and after the raw material and the reducing agent are put into a melting furnace, the temperature is raised to a molten liquid, and the molten liquid is melted at a predetermined melting temperature for a predetermined time. Thereafter, it is poured into a metal mold and cooled to obtain crystallized molten slag. This molten slag becomes the artificial aggregate of the present invention. If necessary, an artificial bone material having a predetermined particle size may be obtained by pulverizing molten slag. As a raw material, incineration ash in which incineration ash of industrial waste is partially mixed with incineration ash of general waste or general waste can be used. The composition of the raw material is the above composition of the artificial aggregate, that is, gehlenite as a main component, Al is 10 to 22 wt% in terms of alumina, and CaO / SiO 2 is 1.2 or less. Further, as an additive, Na 2 O, one or both of MgO, Na 2 O to 8% by weight or less, can be prepared as MgO and 5 mass% or less composition is obtained. Any of the above-described contents of Fe 2 O 3 , P 2 O 5 and TiO 2 may be added as an additive to the raw material. In addition, the raw material may be added a compound containing Ca or Ca as an adjusting agent for adjusting the CaO / SiO 2. Quick lime (CaO) etc. can be used as a regulator.

原料の組成は、周知の元素分析装置によって測定することができる。このような元素分析装置としては、蛍光X線測定装置等を用いることができる。   The composition of the raw material can be measured by a known elemental analyzer. As such an elemental analyzer, a fluorescent X-ray measuring device or the like can be used.

還元剤としてはコークスを用いることができる。還元剤の添加量としては、原材料1トン(t)に対して50kg以上とすればよい。還元剤の添加量が50kgよりも少ない場合には、還元が十分されないので好ましくない。   Coke can be used as the reducing agent. The addition amount of the reducing agent may be 50 kg or more with respect to 1 ton (t) of the raw material. When the amount of the reducing agent added is less than 50 kg, the reduction is not sufficient, which is not preferable.

溶融温度は原料が液相となる温度であり、1300〜1700℃の範囲とすることができる。溶融温度で保持する時間、つまり溶融時間は、30分〜180分の範囲とすることができる。   The melting temperature is a temperature at which the raw material becomes a liquid phase, and can be in the range of 1300 to 1700 ° C. The time for holding at the melting temperature, that is, the melting time can be in the range of 30 minutes to 180 minutes.

図2は、本発明の人工骨材を製造するための温度プログラムの一例を示す図である。図2の横軸は時間(分)であり、縦軸は溶融炉の温度(℃)である。
図2に示すように、20℃から1600℃まで30分で昇温した。このときの昇温速度は約53℃/分である。次に、昇温開始30分から60分迄は1600℃で30分保持し、次に最初から90分経過後迄、つまり30分で1400℃まで徐冷した後、出滓した。出滓までの降温速度は−6.7℃/分である。出滓の後、270分経過後までに430℃まで徐冷した。型ばらしは、165分経過後の870℃で行った。
FIG. 2 is a diagram showing an example of a temperature program for manufacturing the artificial aggregate of the present invention. The horizontal axis in FIG. 2 is time (minutes), and the vertical axis is the melting furnace temperature (° C.).
As shown in FIG. 2, the temperature was raised from 20 ° C. to 1600 ° C. in 30 minutes. The temperature rising rate at this time is about 53 ° C./min. Next, the temperature was maintained at 1600 ° C. for 30 minutes from 30 minutes to 60 minutes, and then gradually cooled to 1400 ° C. after 90 minutes from the beginning, that is, 30 minutes. The rate of temperature decrease until tapping is −6.7 ° C./min. After brewing, it was gradually cooled to 430 ° C. by 270 minutes. Mold release was performed at 870 ° C. after 165 minutes.

本発明の人工骨材の製造方法によれば、一般廃棄物由来の焼却灰だけではなく、産業廃棄物由来の焼却灰等も原料の一部として使用することができる。従来の一般廃棄物由来の焼却灰だけを原料とした溶融スラグの製造方法では、CaO/SiOの重量比、つまり、塩基度だけで組成管理を行ってきた。本発明の人工骨材の製造方法によれば、さらにNa、Mg、Fe、P、Ti等の結晶化に寄与する原料を考慮した組成管理を行うことで、結晶質の溶融スラグからなる人工骨材を再現性良く製造することができる。 According to the method for producing an artificial aggregate of the present invention, not only incineration ash derived from general waste but also incineration ash derived from industrial waste can be used as a part of the raw material. In a conventional method for producing molten slag using only incineration ash derived from general waste as a raw material, composition management has been performed only by the weight ratio of CaO / SiO 2 , that is, basicity. According to the method for producing an artificial aggregate of the present invention, an artificial bone made of crystalline molten slag is obtained by performing composition management in consideration of raw materials contributing to crystallization such as Na, Mg, Fe, P, and Ti. The material can be manufactured with good reproducibility.

以下、本発明の実施例についてさらに詳細に説明する。
原料の基本組成比(wt%)を、SiO:Al:CaO=40:20:40とした。CaO/SiOの重量比である塩基度は1である。溶融スラグ中に含まれるSiOの原料として、試薬SiO(無水ケイ酸、Pr.Gグレード)を用いた。溶融スラグ中に含まれるAlの原料としては、試薬Al(酸化アルミニウム、特級)を用いた。溶融スラグ中に含まれるCaOの原料としては、試薬Ca(OH)(水酸化カルシウム、特級)を用いた。これらの試薬と後述する試薬は何れも和光純薬工業製である。還元溶融の還元剤となるコークスとしては、試薬活性炭素(活性炭素、粉末)を用いた。ここで、原料として試薬を用いたのは、溶融スラグが結晶性及びガラス質になる組成を正確に把握するためである。NaO及びMgOの含有量は、他の添加剤等の効果を確かめるため上記試薬に含有される程度とした。蛍光X線測定装置によって測定した実施例1の原料のNaO及びMgOの含有量は、定量限界の0.1wt%以下であった。
Hereinafter, examples of the present invention will be described in more detail.
The basic composition ratio (wt%) of the raw material was SiO 2 : Al 2 O 3 : CaO = 40: 20: 40. The basicity which is the weight ratio of CaO / SiO 2 is 1. Reagent SiO 2 (anhydrous silicic acid, Pr. G grade) was used as a raw material for SiO 2 contained in the molten slag. Reagent Al 2 O 3 (aluminum oxide, special grade) was used as a raw material for Al 2 O 3 contained in the molten slag. Reagent Ca (OH) 2 (calcium hydroxide, special grade) was used as a raw material for CaO contained in the molten slag. These reagents and the reagents described later are all manufactured by Wako Pure Chemical Industries. Reagent activated carbon (activated carbon, powder) was used as coke as a reducing agent for reduction melting. Here, the reagent was used as the raw material in order to accurately grasp the composition in which the molten slag becomes crystalline and vitreous. The content of Na 2 O and MgO was set to the extent contained in the reagent in order to confirm the effects of other additives. The contents of Na 2 O and MgO of the raw material of Example 1 measured by a fluorescent X-ray measurement device were 0.1 wt% or less, which is the limit of quantification.

上記の各試薬をmg単位まで測定し、合計で約20gとなるように秤量した。これらの原料をチャック付きビニール袋内に封入し、10秒×5回の条件で振とう攪拌して混合した。   Each of the above reagents was measured to the nearest mg, and weighed to a total of about 20 g. These raw materials were enclosed in a plastic bag with a chuck and mixed by shaking and stirring under conditions of 10 seconds × 5 times.

上記原料を、容積が20ml(cm)のアルミナ製の坩堝(アズワン製、純度
99%、ARC−20、φ38mm×44mm)に充填し、空気中で昇温した。
The raw material was charged into an alumina crucible (Azuwan, purity 99%, ARC-20, φ38 mm × 44 mm) having a volume of 20 ml (cm 3 ), and heated in air.

アルミナ製の坩堝は、ガス流通なしで電気炉(光洋サーモシステム製、KBF314N1)で加熱し、所定の溶融温度で所定時間加熱した後で徐冷した。電気炉の炉内寸法は、125mm(W)×123mm(H)×155mm(D)であった。電気炉の熱電対位置は、背面から50mm、上面から15mmの位置とした。   The alumina crucible was heated by an electric furnace (manufactured by Koyo Thermo Systems, KBF314N1) without gas flow, heated at a predetermined melting temperature for a predetermined time, and then gradually cooled. The in-furnace dimensions of the electric furnace were 125 mm (W) × 123 mm (H) × 155 mm (D). The thermocouple position of the electric furnace was 50 mm from the back and 15 mm from the top.

溶融固化して得た溶融固化物、つまり溶融スラグの結晶性は、下記のようにして評価した。
溶融スラグの結晶性を、粉末X線回折(XRD)を用いて評価した。X線回折装置(リガク製、MiniFlex)を使用し、X線ターゲットは銅(Cu)を用いた。X線管は、管電圧40kV、管電流40mAで測定した。スキャンスピードは2度/分であり、スキャン範囲は2θ=20〜80度とした。
The melt-solidified product obtained by melt-solidification, that is, the crystallinity of the molten slag was evaluated as follows.
The crystallinity of the molten slag was evaluated using powder X-ray diffraction (XRD). An X-ray diffractometer (manufactured by Rigaku, MiniFlex) was used, and the X-ray target was copper (Cu). The X-ray tube was measured at a tube voltage of 40 kV and a tube current of 40 mA. The scan speed was 2 degrees / minute, and the scan range was 2θ = 20 to 80 degrees.

溶融スラグの組成は、波長分散型の蛍光X線測定装置(リガク製、Rigaku Supermini、Ezscanモード)で評価した。   The composition of the molten slag was evaluated with a wavelength dispersive X-ray fluorescence measurement apparatus (Rigaku, Rigaku Supermini, Ezscan mode).

図3は、本発明の実施例1の溶融スラグを作製する際の温度プログラムを示す図である。図3に示すように、20℃から1600℃まで80分で昇温した。このときの昇温速度は、約20℃/分である。1600℃で40分保持した後、第1の降温として、1600℃から1400℃迄30分で降温した。このときの第1の降温速度は、−6.7℃/分である。さらに、第2の降温として1400℃から500℃まで300分で降温した。このときの第2の降温速度は、−3℃/分である。第2の降温は、冷却速度の影響を排し、原料の組成の影響を明らかにするため、徐冷速度を十分低く設定した。   FIG. 3 is a diagram showing a temperature program when producing the molten slag of Example 1 of the present invention. As shown in FIG. 3, the temperature was raised from 20 ° C. to 1600 ° C. in 80 minutes. The temperature rising rate at this time is about 20 ° C./min. After holding at 1600 ° C. for 40 minutes, the temperature was lowered from 1600 ° C. to 1400 ° C. in 30 minutes as the first temperature drop. The first temperature drop rate at this time is −6.7 ° C./min. Further, the temperature was decreased from 1400 ° C. to 500 ° C. in 300 minutes as the second temperature decrease. The second temperature drop rate at this time is −3 ° C./min. In the second temperature decrease, the cooling rate was set sufficiently low in order to eliminate the effect of the cooling rate and clarify the effect of the composition of the raw material.

Fe、P、TiOの何れの添加剤も添加しない場合の溶融スラグは、ゲーレナイトが主成分であった。XRDの測定から、このゲーレナイトのX線のピーク強度は2463であった。蛍光X線測定装置によって測定した実施例1の溶融スラグにおけるNaO及びMgOの含有量は、定量限界の0.1wt%以下であった。 The molten slag when no additive of Fe 2 O 3 , P 2 O 5 and TiO 2 was added was mainly gehlenite. From the XRD measurement, the peak intensity of X-ray of this gelenite was 2463. The content of Na 2 O and MgO in the molten slag of Example 1 measured by a fluorescent X-ray measurement device was 0.1 wt% or less, which is the limit of quantification.

図4は、実施例1の還元溶融した場合における溶融スラグのXRDの測定結果を示す図である。図4の横軸は、X線の回折角度θの2倍である2θ(°)であり、縦軸は回折X線強度(cps)である。図4において、2θ=31.5°のピークがゲーレナイトからのX線回折を示している。   FIG. 4 is a diagram showing the XRD measurement results of the molten slag when the reduction melting of Example 1 is performed. The horizontal axis in FIG. 4 is 2θ (°), which is twice the diffraction angle θ of X-rays, and the vertical axis is the diffraction X-ray intensity (cps). In FIG. 4, the peak at 2θ = 31.5 ° indicates X-ray diffraction from gehlenite.

実施例2の溶融スラグの原料には、Feを5wt%添加した。これ以外の条件は実施例1と同様にした。溶融スラグ中に含まれるFeの原料として、試薬Fe(酸化鉄(III)、1級)を用いた。XRDの測定から、Feを5wt%添加した場合、溶融スラグは結晶性を有しており、Feを5wt%添加したゲーレナイトのピーク強度は2100であった。 As a raw material for the molten slag of Example 2, 5 wt% of Fe 2 O 3 was added. The other conditions were the same as in Example 1. The reagent Fe 2 O 3 (iron (III) oxide, first grade) was used as a raw material for Fe 2 O 3 contained in the molten slag. From the XRD measurement, when 5 wt% of Fe 2 O 3 was added, the molten slag had crystallinity, and the peak intensity of gehlenite with 5 wt% of Fe 2 O 3 added was 2100.

実施例3の溶融スラグの原料には、Feを10wt%添加した。これ以外の条件は実施例1と同様にした。XRDの測定から、Feを10wt%添加した実施例3の溶融スラグは結晶性を有しており、Feを10wt%添加したゲーレナイトのピーク強度は1271であった。 10 wt% of Fe 2 O 3 was added to the raw material for the molten slag of Example 3. The other conditions were the same as in Example 1. From the XRD measurement, the molten slag of Example 3 to which 10 wt% of Fe 2 O 3 was added had crystallinity, and the peak intensity of gehlenite to which 10 wt% of Fe 2 O 3 was added was 1271.

実施例4の溶融スラグの原料には、Tiを5wt%添加した。これ以外の条件は実施例1と同様にした。溶融スラグ中に含まれるTiの原料としては、試薬TiO(酸化チタン(IV)、アナターゼ型)を用いた。XRDの測定から、Tiを5wt%添加した実施例4の溶融スラグは結晶性を有しており、Tiを5wt%添加したゲーレナイトのピーク強度は1050であった。 To the raw material for the molten slag of Example 4, 5 wt% of Ti 2 O 3 was added. The other conditions were the same as in Example 1. Reagent TiO 2 (titanium (IV) oxide, anatase type) was used as a raw material for Ti 2 O 3 contained in the molten slag. From the XRD measurement, the molten slag of Example 4 to which 5 wt% of Ti 2 O 3 was added had crystallinity, and the peak intensity of gehlenite to which 5 wt% of Ti 2 O 3 was added was 1050.

実施例5の溶融スラグの原料には、MgOを5wt%添加した。これ以外の条件は実施例1と同様にした。溶融スラグ中に含まれるMgOの原料としては、試薬MgO(酸化マグネシウム(重質)、特級)を用いた。XRDの測定から、MgOを5wt%添加した実施例5の溶融スラグは結晶性を有しており、MgOを5wt%添加したゲーレナイトのピーク強度は1701であった。   To the raw material for the molten slag of Example 5, 5 wt% of MgO was added. The other conditions were the same as in Example 1. A reagent MgO (magnesium oxide (heavy), special grade) was used as a raw material for MgO contained in the molten slag. From the XRD measurement, the molten slag of Example 5 to which 5 wt% of MgO was added had crystallinity, and the peak intensity of gehlenite to which 5 wt% of MgO was added was 1701.

実施例6の溶融スラグの原料には、NaOを3.5wt%添加した。これ以外の条件は実施例1と同様にした。溶融スラグ中に含まれるNaOの原料としては、試薬NaHCO(炭酸水素ナトリウム、特級)を用いた。XRDの測定から、NaOを3.5wt%添加した実施例6の溶融スラグは結晶性を有しており、NaOを3.5wt%添加したゲーレナイトのピーク強度は2515であった。 To the raw material for the molten slag of Example 6, 3.5 wt% of Na 2 O was added. The other conditions were the same as in Example 1. As a raw material for Na 2 O contained in the molten slag, a reagent NaHCO 3 (sodium bicarbonate, special grade) was used. From the XRD measurement, the molten slag of Example 6 to which 3.5 wt% of Na 2 O was added had crystallinity, and the peak intensity of gehlenite to which 3.5 wt% of Na 2 O was added was 2515.

(比較例1)
比較例1の溶融スラグの溶融においては、実施例1の還元溶融ではなく、還元剤を添加せず酸化溶融を行った。XRDの測定から、比較例1の溶融スラグはガラスが主成分であり、比較例1のゲーレナイトのピーク強度は428であった。
図5は、比較例1の酸化溶融した場合における溶融スラグのXRDの測定結果を示すもので、図の横軸及び縦軸は、図4と同じである。図4に示した実施例1で還元溶融した溶融スラグのXRDの測定結果と比較すると、結晶化の度合いが著しく弱いことが分かる。
(Comparative Example 1)
In the melting of the molten slag of Comparative Example 1, not the reduction melting of Example 1, but the oxidation melting was performed without adding a reducing agent. From the XRD measurement, the molten slag of Comparative Example 1 was mainly composed of glass, and the peak intensity of the gehlenite of Comparative Example 1 was 428.
FIG. 5 shows the XRD measurement result of the molten slag in the case of oxidation melting in Comparative Example 1, and the horizontal and vertical axes in the figure are the same as those in FIG. Compared with the XRD measurement result of the molten slag reduced and melted in Example 1 shown in FIG. 4, it can be seen that the degree of crystallization is remarkably weak.

(比較例2)
比較例2の溶融スラグの原料にはFeを5wt%添加した。これ以外の条件は比較例1と同様にした。XRDの測定から、比較例2の溶融スラグはガラス質であった。
(Comparative Example 2)
5 wt% of Fe 2 O 3 was added to the raw material for the molten slag of Comparative Example 2. The other conditions were the same as in Comparative Example 1. From the measurement of XRD, the molten slag of Comparative Example 2 was glassy.

(参考例1)
参考例1の溶融スラグの原料には、Feを15wt%添加した。これ以外の条件は実施例1と同様にした。XRDの測定から、参考例1の溶融スラグはガラス質であった。
(Reference Example 1)
15% by weight of Fe 2 O 3 was added to the raw material for the molten slag of Reference Example 1. The other conditions were the same as in Example 1. From the measurement of XRD, the molten slag of Reference Example 1 was glassy.

(比較例3)
比較例3の溶融スラグの原料には、TiOを5wt%添加した。これ以外の条件は比較例1と同様にした。XRDの測定から、比較例3の溶融スラグはガラス質であった。
(Comparative Example 3)
5 wt% of TiO 2 was added to the raw material of the molten slag of Comparative Example 3. The other conditions were the same as in Comparative Example 1. From the XRD measurement, the molten slag of Comparative Example 3 was glassy.

(参考例2)
参考例2の溶融スラグの原料には、MgOを10wt%添加した。これ以外の条件は実施例1と同様にした。XRDの測定から、参考例2の溶融スラグはガラス質であった。
(Reference Example 2)
10 wt% of MgO was added to the raw material for the molten slag of Reference Example 2. The other conditions were the same as in Example 1. From the measurement of XRD, the molten slag of Reference Example 2 was glassy.

表1に、実施例1〜6、比較例1〜3及び参考例1,2で得たゲーレナイトのピーク強度等の結果を纏めて示す。
Table 1 summarizes the results of peak strength and the like of gehlenite obtained in Examples 1 to 6, Comparative Examples 1 to 3, and Reference Examples 1 and 2.

実施例7では、溶融スラグの原料の基本組成比(wt%)を、SiO:Al:CaO=42.5:15:42.5とした。CaO/SiOの重量比である塩基度は1である。XRD測定から、添加剤を添加しない場合の溶融スラグは結晶性を有しており、ゲーレナイトのピーク強度は2171であった。 In Example 7, the basic composition ratio (wt%) of the raw material for molten slag was SiO 2 : Al 2 O 3 : CaO = 42.5: 15: 42.5. The basicity which is the weight ratio of CaO / SiO 2 is 1. From the XRD measurement, the molten slag in the case where no additive was added had crystallinity, and the peak intensity of gehlenite was 2171.

実施例8の溶融スラグの原料には、Feを10wt%添加した。これ以外の条件は実施例7と同様にした。XRD測定から、Feを10wt%添加した実施例8の溶融スラグは結晶性を有しており、Feを10wt%添加したゲーレナイトのピーク強度は2142であった。 10 wt% of Fe 2 O 3 was added to the raw material for the molten slag of Example 8. The other conditions were the same as in Example 7. From the XRD measurement, the molten slag of Example 8 to which 10 wt% of Fe 2 O 3 was added had crystallinity, and the peak intensity of gehlenite to which 10 wt% of Fe 2 O 3 was added was 2142.

実施例9の溶融スラグの原料には、TiOを5wt%添加した。これ以外の条件は実施例7と同様にした。XRD測定から、TiOを5wt%添加した実施例9の溶融スラグは結晶性を有しており、TiOを5wt%添加したゲーレナイトのピーク強度は361であった。 5 wt% of TiO 2 was added to the raw material for the molten slag of Example 9. The other conditions were the same as in Example 7. From the XRD measurement, the molten slag of Example 9 to which 5 wt% of TiO 2 was added had crystallinity, and the peak intensity of gehlenite to which 5 wt% of TiO 2 was added was 361.

実施例10の溶融スラグの原料には、Pを3wt%添加した。溶融スラグ中に含まれるPの原料としては、試薬P(酸化リン(V) 無水リン酸 1級)を用いた。これ以外の条件は実施例7と同様にした。XRD測定から、Pを3wt%添加した実施例10の溶融スラグは結晶性を有しており、Pを3wt%添加したゲーレナイトのピーク強度は2061であった。 3 wt% of P 2 O 5 was added to the raw material for the molten slag of Example 10. As a raw material of P 2 O 5 contained in the molten slag, a reagent P 2 O 5 (phosphorus oxide (V) anhydrous phosphoric acid first grade) was used. The other conditions were the same as in Example 7. From the XRD measurement, the molten slag of Example 10 to which 3 wt% of P 2 O 5 was added had crystallinity, and the peak intensity of gehlenite to which 3 wt% of P 2 O 5 was added was 2061.

実施例11の溶融スラグの原料には、NaOを3.5wt%添加した。これ以外の条件は実施例7と同様にした。XRD測定から、NaOを3.5wt%添加した実施例11の溶融スラグは結晶性を有しており、NaOを3.5wt%添加したゲーレナイトのピーク強度は2653であった。 To the raw material for the molten slag of Example 11, 3.5 wt% of Na 2 O was added. The other conditions were the same as in Example 7. From the XRD measurement, the molten slag of Example 11 to which Na 2 O was added by 3.5 wt% had crystallinity, and the peak intensity of gehlenite to which Na 2 O was added by 3.5 wt% was 2653.

(比較例4)
比較例4の溶融スラグの溶融においては、実施例7の還元溶融ではなく、還元剤を添加せず酸化溶融を行った。これ以外の条件は実施例7と同様にした。XRD測定から、比較例4の溶融スラグはガラス質であった。
(Comparative Example 4)
In the melting of the molten slag of Comparative Example 4, not the reducing melting of Example 7, but the oxidizing melting was performed without adding a reducing agent. The other conditions were the same as in Example 7. From the XRD measurement, the molten slag of Comparative Example 4 was glassy.

(参考例3)
参考例3の溶融スラグの原料には、Feを15wt%添加した。これ以外の条件は実施例7と同様にした。XRD測定から、参考例3の溶融スラグはガラス質であった。
(Reference Example 3)
15% by weight of Fe 2 O 3 was added to the raw material for the molten slag of Reference Example 3. The other conditions were the same as in Example 7. From the XRD measurement, the molten slag of Reference Example 3 was glassy.

(参考例4)
参考例4の溶融スラグの原料には、Pを5wt%添加した。これ以外の条件は実施例7と同様にした。XRD測定から、参考例4の溶融スラグはガラス質であった。
(Reference Example 4)
5 wt% of P 2 O 5 was added to the raw material for the molten slag of Reference Example 4. The other conditions were the same as in Example 7. From the XRD measurement, the molten slag of Reference Example 4 was glassy.

表2に、実施例7〜11、比較例4及び参考例3,4で得たゲーレナイトのピーク強度等の結果を纏めて示す。
Table 2 summarizes the results of peak intensity and the like of gehlenite obtained in Examples 7 to 11, Comparative Example 4 and Reference Examples 3 and 4.

実施例12では、溶融スラグの原料の基本組成比(wt%)を、SiO:Al:CaO=44.3:20:35.7とした。CaO/SiOの重量比である塩基度は0.8である。さらに溶融スラグの原料には、NaOを8wt%添加した。XRD測定から、実施例12の溶融スラグは結晶性を有しており、NaOを8wt%添加したゲーレナイトのピーク強度は2491であった。 In Example 12, the basic composition ratio (wt%) of the raw material for molten slag was SiO 2 : Al 2 O 3 : CaO = 44.3: 20: 35.7. Basicity in a weight ratio of CaO / SiO 2 is 0.8. Further, 8 wt% of Na 2 O was added to the raw material for the molten slag. From the XRD measurement, the molten slag of Example 12 had crystallinity, and the peak intensity of gehlenite to which 8 wt% of Na 2 O was added was 2491.

表3に、実施例12のゲーレナイトで得たピーク強度等の結果を纏めて示す。
Table 3 summarizes the results of peak intensity and the like obtained with the gehlenite of Example 12.

実施例13では、溶融スラグの原料の基本組成比(wt%)を、SiO:Al:CaO=41.9:20:38.1とした。CaO/SiOの重量比である塩基度は0.9である。さらに溶融スラグの原料にはTiOを5wt%添加した。XRD測定から、実施例13の溶融スラグは結晶性を有しており、TiOを5wt%添加したゲーレナイトのピーク強度は776であった。 In Example 13, the basic composition ratio (wt%) of the raw material for molten slag was SiO 2 : Al 2 O 3 : CaO = 41.9: 20: 38.1. The basicity which is the weight ratio of CaO / SiO 2 is 0.9. Furthermore, 5 wt% of TiO 2 was added to the raw material of the molten slag. From the XRD measurement, the molten slag of Example 13 had crystallinity, and the peak intensity of gehlenite to which 5 wt% of TiO 2 was added was 776.

実施例14の溶融スラグの原料には実施例13のTiOではなく、NaOを8wt%添加した。これ以外の条件は実施例13と同様にした。XRD測定から、NaOを8wt%添加した実施例14の溶融スラグは結晶性を有しており、NaOを8wt%添加したゲーレナイトのピーク強度は1611であった。 Instead of the TiO 2 of Example 13, 8 wt% of Na 2 O was added to the raw material for the molten slag of Example 14. The other conditions were the same as in Example 13. From the XRD measurement, the molten slag of Example 14 to which 8 wt% of Na 2 O was added had crystallinity, and the peak intensity of gehlenite to which 8 wt% of Na 2 O was added was 1611.

表4に、実施例13及び14で得たゲーレナイトのピーク強度等の結果を纏めて示す。
Table 4 summarizes the results of peak intensity and the like of gehlenite obtained in Examples 13 and 14.

実施例15では、溶融スラグの原料の基本組成比(wt%)を、SiO:Al:CaO=50:15:35とした。CaO/SiOの重量比である塩基度は0.7である。XRD測定から、添加剤を添加しない場合の溶融スラグは結晶性を有しており、ゲーレナイトのピーク強度は2480であった。 In Example 15, the basic composition ratio (wt%) of the raw material for molten slag was SiO 2 : Al 2 O 3 : CaO = 50: 15: 35. Basicity in a weight ratio of CaO / SiO 2 is 0.7. From the XRD measurement, the molten slag in the case where no additive was added had crystallinity, and the peak intensity of gehlenite was 2480.

実施例16の溶融スラグの原料には、Feを10wt%添加した。これ以外の条件は実施例15と同様にした。XRD測定から、Feを10wt%添加した実施例16の溶融スラグは結晶性を有しており、Feを10wt%添加したゲーレナイトのピーク強度は3112であった。 10 wt% of Fe 2 O 3 was added to the raw material for the molten slag of Example 16. The other conditions were the same as in Example 15. From the XRD measurement, the molten slag of Example 16 to which 10 wt% of Fe 2 O 3 was added had crystallinity, and the peak intensity of gehlenite to which 10 wt% of Fe 2 O 3 was added was 3112.

(参考例5)
参考例5の溶融スラグの原料には、Feを15wt%添加した。これ以外の条件は実施例15と同様にした。XRD測定から、参考例5の溶融スラグはガラス質であった。
(Reference Example 5)
15% by weight of Fe 2 O 3 was added to the raw material for the molten slag of Reference Example 5. The other conditions were the same as in Example 15. From the XRD measurement, the molten slag of Reference Example 5 was glassy.

表5に、実施例15,16及び参考例5で得たゲーレナイトのピーク強度等の結果を纏めて示す。
Table 5 summarizes the results of peak intensity and the like of gehlenite obtained in Examples 15 and 16 and Reference Example 5.

実施例17では、溶融スラグの原料の基本組成比(wt%)を、SiO:Al:CaO=45.6:22.5:31.9とした。CaO/SiOの重量比である塩基度は0.7である。原料には、Feを10wt%添加した。XRD測定から、Feを10wt%添加した実施例17の溶融スラグは結晶性を有しており、Feを10wt%添加したゲーレナイトのピーク強度は3202であった。 In Example 17, the basic composition ratio (wt%) of the raw material for molten slag was SiO 2 : Al 2 O 3 : CaO = 45.6: 22.5: 31.9. Basicity in a weight ratio of CaO / SiO 2 is 0.7. As a raw material, 10 wt% of Fe 2 O 3 was added. From the XRD measurement, the molten slag of Example 17 to which 10 wt% of Fe 2 O 3 was added had crystallinity, and the peak intensity of gehlenite to which 10 wt% of Fe 2 O 3 was added was 3202.

(参考例6)
参考例6の溶融スラグの原料には、Feを15wt%添加した。これ以外の条件は実施例17と同様にした。XRD測定から、参考例6の溶融スラグはガラス質であった。
(Reference Example 6)
15% by weight of Fe 2 O 3 was added to the raw material for the molten slag of Reference Example 6. The other conditions were the same as in Example 17. From the XRD measurement, the molten slag of Reference Example 6 was glassy.

表6に、実施例17及び参考例6で得たゲーレナイトのピーク強度等の結果を纏めて示す。
Table 6 summarizes the results of peak strength and the like of gehlenite obtained in Example 17 and Reference Example 6.

実施例18では、溶融スラグの原料の基本組成比(wt%)を、SiO:Al:CaO=38.5:15:46.5とした。CaO/SiOの重量比である塩基度は1.2である。XRD測定から、添加剤を添加しない場合の溶融スラグは結晶性を有しており、ゲーレナイトのピーク強度は1640であった。 In Example 18, the basic composition ratio (wt%) of the raw material for molten slag was set to SiO 2 : Al 2 O 3 : CaO = 38.5: 15: 46.5. Basicity in a weight ratio of CaO / SiO 2 is 1.2. From the XRD measurement, the molten slag in the case where no additive was added had crystallinity, and the peak intensity of gehlenite was 1640.

実施例19の溶融スラグの原料には、Feを10wt%添加した。これ以外の条件は実施例18と同様にした。XRDの測定から、Feを10wt%添加した実施例19の溶融スラグは結晶性を有しており、Feを10wt%添加したゲーレナイトのピーク強度は2403であった。 10 wt% of Fe 2 O 3 was added to the raw material for the molten slag of Example 19. The other conditions were the same as in Example 18. From the XRD measurement, the molten slag of Example 19 to which 10 wt% of Fe 2 O 3 was added had crystallinity, and the peak intensity of gehlenite to which 10 wt% of Fe 2 O 3 was added was 2403.

実施例20の溶融スラグの原料には、TiOを5wt%添加した。これ以外の条件は実施例18と同様にした。XRDの測定から、TiOを5wt%添加した実施例20の溶融スラグは結晶性を有しており、TiOを5wt%添加したゲーレナイトのピーク強度は2578であった。 5 wt% of TiO 2 was added to the raw material for the molten slag of Example 20. The other conditions were the same as in Example 18. From the XRD measurement, the molten slag of Example 20 to which 5 wt% of TiO 2 was added had crystallinity, and the peak intensity of gorenite to which 5 wt% of TiO 2 was added was 2578.

実施例21の溶融スラグの原料には、MgOを5wt%添加した。これ以外の条件は実施例18と同様にした。XRDの測定から、MgOを5wt%添加した実施例21の溶融スラグは結晶性を有しており、MgOを5wt%添加したゲーレナイトのピーク強度は3353であった。   5 wt% of MgO was added to the raw material for the molten slag of Example 21. The other conditions were the same as in Example 18. From the XRD measurement, the molten slag of Example 21 to which 5 wt% of MgO was added had crystallinity, and the peak intensity of gehlenite to which 5 wt% of MgO was added was 3353.

実施例22の溶融スラグの原料には、Pを3wt%添加した。これ以外の条件は実施例18と同様にした。XRDの測定から、Pを3wt%添加した実施例22の溶融スラグは結晶性を有しており、Pを3wt%添加したゲーレナイトのピーク強度は2438であった。 3 wt% of P 2 O 5 was added to the raw material for the molten slag of Example 22. The other conditions were the same as in Example 18. From the XRD measurement, the molten slag of Example 22 to which 3 wt% of P 2 O 5 was added had crystallinity, and the peak intensity of gehlenite to which 3 wt% of P 2 O 5 was added was 2438.

実施例23の溶融スラグの原料には、NaOを8wt%添加した。これ以外の条件は実施例18と同様にした。XRDの測定から、NaOを8wt%添加した実施例23の溶融スラグは結晶性を有しており、NaOを8wt%添加したゲーレナイトのピーク強度は2473であった。 8 wt% of Na 2 O was added to the raw material for the molten slag of Example 23. The other conditions were the same as in Example 18. From the XRD measurement, the molten slag of Example 23 to which 8 wt% of Na 2 O was added had crystallinity, and the peak intensity of gehlenite to which 8 wt% of Na 2 O was added was 2473.

表7に、実施例18〜23で得たゲーレナイトのピーク強度等の結果を纏めて示す。
Table 7 summarizes the results of peak strength and the like of gehlenite obtained in Examples 18-23.

以上説明した実施例、比較例及び参考例では、人工骨材が結晶性の溶融スラグとなる条件を正確に求めるためにゲーレナイトを主成分とする人工骨材の原料としてはSiO、Ca(OH)、Al、NaO、MgO等の試薬を使用した。実際に溶融スラグを製造する場合には上述したように、原料となる焼却灰の組成は、本発明の人工骨材の組成が得られるように調製すればよい。原料の組成は蛍光X線分析装置によって測定することができる。このように調製した原料を、図2で説明した温度プログラムで還元溶融を行い、所定時間保持した後で冷却することによって本発明の人工骨材となる溶融スラグを製造できる。 In the examples, comparative examples, and reference examples described above, SiO 2 , Ca (OH) are used as raw materials for artificial aggregates containing gehlenite as a main component in order to accurately determine the conditions under which the artificial aggregates become crystalline molten slag. ) 2 , Al 2 O 3 , Na 2 O, MgO and other reagents were used. When actually manufacturing molten slag, as described above, the composition of the incinerated ash used as a raw material may be prepared so as to obtain the composition of the artificial aggregate of the present invention. The composition of the raw material can be measured by a fluorescent X-ray analyzer. The raw material prepared in this way is reduced and melted by the temperature program described in FIG. 2, held for a predetermined time, and then cooled, whereby a molten slag serving as the artificial aggregate of the present invention can be manufactured.

本発明は、上記実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した発明の範囲内で種々の変形が可能であり、それらも本発明の範囲内に含まれることはいうまでもない。例えば、人工骨材に含有されるFe、P、TiOの何れかの割合は上記範囲で得られる人工骨材の強度等を考慮して適宜に調整できる。 The present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications are possible within the scope of the invention described in the claims, and it goes without saying that these are also included in the scope of the present invention. Nor. For example, the proportion of any of Fe 2 O 3 , P 2 O 5 , and TiO 2 contained in the artificial aggregate can be appropriately adjusted in consideration of the strength of the artificial aggregate obtained in the above range.

Claims (10)

2CaO・Al・SiOで表されるゲーレナイトを含み、Alはアルミナ換算で10〜22質量%であり、CaO/SiOが1.2以下であることを特徴とする、人工骨材。 Artificial bone material comprising galenite represented by 2CaO · Al 2 O 3 · SiO 2 , wherein Al is 10 to 22% by mass in terms of alumina, and CaO / SiO 2 is 1.2 or less. . NaO及び/又はMgOが含有され、NaOは8質量%以下であり、MgOは5質量%以下であることを特徴とする、請求項1に記載の人工骨材。 The artificial bone material according to claim 1, wherein Na 2 O and / or MgO is contained, Na 2 O is 8% by mass or less, and MgO is 5% by mass or less. さらに、Fe、P及びTiOから成る群より選ばれた少なくとも1種が含有されることを特徴とする、請求項1又は2に記載の人工骨材。 Additionally, Fe 2 O 3, P 2 O 5 and at least one selected from the group consisting of TiO 2 is characterized in that it is contained, artificial bone material according to claim 1 or 2. 前記Feが、10質量%以下含有されていることを特徴とする、請求項3に記載の人工骨材。 The artificial bone material according to claim 3, wherein the Fe 2 O 3 is contained in an amount of 10% by mass or less. 前記Pが、3質量%以下含有されていることを特徴とする、請求項3に記載の人工骨材。 The artificial bone according to claim 3, wherein the P 2 O 5 is contained in an amount of 3% by mass or less. 前記TiOが、5質量%以下含有されていることを特徴とする、請求項3に記載の人工骨材。 The artificial bone material according to claim 3, wherein the TiO 2 is contained in an amount of 5 mass% or less. 請求項1ないし6の何れかに記載の人工骨材の製造方法であって、
人工骨材の原料及び還元剤を、所定の溶融温度まで昇温して溶融液とする還元溶融工程と、
該溶融液を溶融温度で所定時間保持する工程と、
所定時間保持した後上記溶融液を徐冷して、溶融液を結晶化する工程と、
を備えていることを特徴とする、人工骨材の製造方法。
A method for producing an artificial aggregate according to any one of claims 1 to 6,
A reducing and melting step in which the raw material for the artificial aggregate and the reducing agent are heated to a predetermined melting temperature to form a melt,
Holding the melt at a melting temperature for a predetermined time;
A step of slowly cooling the melt after holding for a predetermined time to crystallize the melt;
A method for producing an artificial aggregate, comprising:
前記原料は、一般廃棄物の焼却灰、又は一般廃棄物及び産業廃棄物の焼却灰からなることを特徴とする、請求項7に記載の人工骨材の製造方法。   The said raw material consists of incineration ash of general waste, or incineration ash of general waste and industrial waste, The manufacturing method of the artificial aggregate of Claim 7 characterized by the above-mentioned. 前記還元剤は、コークスであることを特徴とする、請求項7に記載の人工骨材の製造方法。   The method for producing an artificial aggregate according to claim 7, wherein the reducing agent is coke. 前記原料にさらにCa化合物を添加することを特徴とする、請求項7ないし9の何れかに記載の人工骨材の製造方法。   The method for producing an artificial bone material according to any one of claims 7 to 9, wherein a Ca compound is further added to the raw material.
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