JP2013513540A - 石綿廃棄物を用いた軽量建設資材の製造方法 - Google Patents

Abstract

本発明は石綿廃棄物を用いた軽量建設資材の製造方法に係り、さらに詳しくは、石綿廃棄物の石綿成分を除去し且つ軽量化させて建設資材を製造することのできる石綿廃棄物を用いた軽量建設資材の製造方法及びこれにより製造された軽量建設資材に関する。本発明によると石綿廃棄物に炭化ケイ素、黄土、ゼオライト及び礬土質粘土を添加して石綿成分が検出されない軽量建設資材を製造することができ、建設資材の軽量化が図れると共に、強度、断熱性、成形性、吸収力及び保水特性に優れた、環境にやさしい軽量建設資材を製造することができるという効果がある。

Description

本発明は石綿廃棄物を用いた軽量建設資材の製造方法に係り、さらに詳しくは、石綿廃棄物の石綿成分を除去し且つ軽量化させて建設資材を製造することのできる石綿廃棄物を用いた軽量建設資材の製造方法及びこれにより製造された軽量建設資材に関する。

一般に、石綿は、吸音性、断熱性、耐腐食性、耐薬品性に富んでおり、しかも、安価であるため、昔からミルボード、石綿スレートなどの建設資材、防火材、耐火材、保温材、断熱材、電気絶縁材、電解膜用材及びブレーキライニング用材など広い用途で用いられてきている。しかしながら、石綿が人間に悪影響を及ぼすということが１９７０年代以降に報告され始めた。石綿は、直径約０．０２μｍから約０．２μｍの針状結晶組織からなるため、呼吸によって粉を吸い込む場合に、呼吸器官に長時間残留し、２０年から４０年間の潜伏期を経て肺癌や肺症、肋膜や胸膜に癌が生じる悪性中皮腫を引き起こす物質であることが判明し、世界保健機構（ＷＨＯ）傘下の国際癌研究所（ＩＡＲＣ）において１級発癌物質として指定され、特に、国際癌研究所は、石綿が含有されているタルク（滑石）も１級発癌物質として指定しており、問題の深刻性が大きい。

最近、環境保全の意識が高まるに伴い、建築物の解体時に発生する石綿廃棄物に対する安全な処理方法の提供が望まれている。一般に、従来には、発生した廃棄物の処理のために、１５００℃以上の高温下で溶融したり、処理施設に埋め立てていた。しかしながら、前者の方法は、大量の電力及び化石燃料エネルギーを消費するためコストが高くつき、環境汚染を引き起こすだけではなく、処理後に石綿が残留する虞がある。これに対し、後者の方法は、埋立場所の確保が困難であり、石綿廃棄物に含まれている石綿を変性処理するわけではないため、管理不足及び事故などにより石綿が流出する可能性を排除することができないという問題点がある。

このため、韓国公開特許２００２−００３２６７２では蓋付き容器に石綿廃棄物を投入して蓋をして保管及び回収し、製鋼用電気炉にスクラップなどの製鋼原料と一緒に装入して蓋付き容器ごと溶解、処理する石綿廃棄物処理方法が提案されている。この方法は、蓋付き容器が取り扱い易く、処理時間及びコストを削減することができるというメリットがあるが、廃棄物を再活用する方法については提示されていない。一方、韓国登録特許１０−０８９１３７２では、廃石綿の分解物を硫酸、塩酸、フッ酸及び硝酸よりなる群から選ばれるいずれか１種以上の強酸溶液に溶解してゾル状の廃石綿溶液を用意した後、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化リチウム及び水酸化セシウムよりなる群から選ばれるいずれか１種以上のアルカリ溶液により中和して中和された廃石綿溶液を製造し、ここにマグネシウム化合物、シリケート化合物またはケイ酸溶液化合物を混合して製造されたゲル状の固体化合物を含む、環境にやさしい断熱材の製造方法が提案されている。この方法は、廃石綿を分解して断熱性及び不燃性能を維持しながら環境にやさしい資材として再活用することができるというメリットがあるが、危険な試薬が多数用いられ、処理方法が複雑であるという欠点があり、その活用範囲も断熱材に限られるため広くない。なお、日本公開特許２００２−１７３３８では、石綿廃棄物及び下水スラッジを用いて透水性の多孔性セラミックを製造する方法が提案されて、廃棄物の処理コストを節減したが、撓み強度に優れた物性によってその活用範囲がブロックに制限されている。

そこで、本発明者らは、上記の問題点を解消するために鋭意努力した結果、石綿廃棄物に炭化ケイ素、黄土、ゼオライト及び礬土質粘土を添加して軽量建設資材を製造した場合に、石綿成分が検出されず、しかも、物性に優れた軽量建設資材を製造することができるということを見出し、本発明を完成するに至った。

発明の要約

本発明の目的は、石綿廃棄物の石綿成分を除去し且つ軽量化させて様々な建設資材を製造することのできる石綿廃棄物を用いた軽量建設資材の製造方法を提供することにある。

前記目的を達成するために、本発明は、（ａ）石綿廃棄物１００重量部、黄土４０〜１００重量部、炭化ケイ素３〜６重量部、ゼオライト３０〜７０重量部及び礬土質粘土３０〜７０重量部を含む混合物を製造するステップと、（ｂ）前記混合物を成形するステップと、（ｃ）前記成形された混合物を焼成して建設資材を製造するステップと、を含む石綿廃棄物を用いた軽量建設資材の製造方法を提供する。

また、本発明は、石綿廃棄物１００重量部、黄土４０〜１００重量部、炭化ケイ素３〜６重量部、ゼオライト３０〜７０重量部及び礬土質粘土３０〜７０重量部であることを特徴とする軽量建設資材を提供する。

本発明に係る石綿廃棄物の再活用製品を製造するための工程を示す図である。 本発明に係る石綿廃棄物を建資材の製造に用いるために粉砕して示す図である。 石綿廃棄物を用いて製造された建資材製品の写真であり、Ａは、気泡が形成された軽量製品であり、Ｂは、透水製品である。 本発明に係る石綿廃棄物の再活用製品の定性分析結果を示す図である。

発明の詳細な説明

一観点において、本発明は、（ａ）石綿廃棄物１００重量部、黄土４０〜１００重量部、炭化ケイ素３〜６重量部、ゼオライト３０〜７０重量部及び礬土質粘土３０〜７０重量部を含む混合物を製造するステップと、（ｂ）前記混合物を成形するステップと、（ｃ）前記成形された混合物を焼成して建設資材を製造するステップと、を含むことを特徴とする石綿廃棄物を用いた軽量建設資材の製造方法に関する。

本発明において、軽量建設資材とは、軽量煉瓦、軽量パネル、軽量透水煉瓦、歩道ブロック、防音材、断熱材、防火材などの建物や道路などの施工時に必要とされる資材のことをいう。

本発明において、石綿廃棄物は、耐久性、耐熱性、耐薬品性、電気絶縁性などに優れており、しかも、安価な石綿が建設資材、防火材、電気絶縁材及び耐火被覆材料などに用いられた後に解体されて生じた廃棄物であって、空気中に浮遊する微細な石綿繊維が人体にかなり有害であり、石綿肺症などを引き起こすため、その処理過程が厳しく制限されている。そこで、本発明においては、石綿廃棄物を処理して建設資材を製造することにより、石綿に起因する環境汚染を防ぎ、石綿成分が検出されず、しかも、強度及び多孔性に優れた、環境にやさしい軽量建設資材を製造するので、廃棄物を再活用して石綿の処理にかかるコストを節減することが可能になる。

本発明において、黄土とは、シルトを主とした粒径０．００２〜０．００５ｍｍの細粒性の堆積物をいい、黄褐色を帯び、あまり風化せず、尖った垂直の壁面を形成し、主として石英を含有し、その他に、輝石、角閃石などを含有する石灰質である。建設資材を製造するときに、黄土が添加されることにより、焼結性に優れており、強度を向上させ、遠赤外線の放出効果及び脱臭効果が得られ、機器による磨耗が少なく、焼成温度が下げられてエネルギーを節減することができるという効果がある。

本発明において、炭化ケイ素は、ケイ素の炭化物であり、商品名としてカーボランダムとも呼ばれ、化学式はＳｉＣである。非常に硬くて清潔感があり、緑色を帯びたケイ素及び炭素の結晶性化合物であり、分子量は４０．１であり、比重は３．２１であり、２５００℃以上において分解される。高温強度が高く、耐摩耗性、耐酸化性、耐食性、耐クリープ性などの特性に優れていることから、高温構造材料として注目される材料であり、現在、メカニカルシール、軸受け、各種のノズル、高温切削工具、耐火板、研磨材、製鋼時の還元材及び避雷器などに広範に用いられる素材であり、粉末は、純粋な硅砂とコークス状の炭素を電気炉中において加熱して製造される。実際の製造に際して、炭化ケイ素は発泡時に形成される隙間の内部がなお一層膨張され、熱的変化にあまり影響されず、冷却過程において発泡された隙間を収縮若しくは変形せずにそのまま維持する役割を果たす。なお、炭化ケイ素粉末を石綿廃棄物に混合して９００℃以上に上昇させると、９００℃から石綿成分が溶融し始め、１１５０℃から炭化ケイ素が溶融されてガスを噴出する過程で物性が変化して製品から石綿成分が検出されず、この過程で気泡が生じながら製品の軽量化効果を高めることができる。

本発明において、ゼオライトは、アルカリ及びアルカリ土類金属のケイ酸アルミニウム水和物である鉱物を総称であり、（Ｓｉ、Ａｌ）Ｏ_４の四面体が立体網状に結合されている構造であり、中央部に大きな隙間が存在することが特徴である。種類は多いが、含水量が多い点、結晶の性質、産出（occurrences）などに共通点がある。硬度は６を超えず、比重は約２．２である。一般に、無色透明、または、白色半透明である。多孔質物質であるため、製造される建設資材の吸収力を向上させ、炭化ケイ素と一緒に混合されるときに、他の鉱物に比べて多数の気孔が生成されるという効果がある。

本発明において、礬土質粘土（half silty clay）とは、火山灰土壌性の粘土（直径０．００４ｍｍ以下の微細な土粒子）をいうが、火山灰土壌は、湿潤または亜湿潤の気候下で火山灰、浮石、または火山噴出物からなる土壌である。礬土質粘土は、建設資材の製造過程において発泡時に核の役割を果たし、機器の磨耗が少なく、製品の強度を向上させる役割を果たす。

本発明において、石綿廃棄物を用いて軽量建設資材を製造する方法により製造された軽量建設資材は、石綿廃棄物１００重量部に対して、前記黄土４０〜１００重量部と、炭化ケイ素３〜６重量部と、ゼオライト３０〜７０重量部及び礬土質粘土３０〜７０重量部を含む。

本発明において、黄土が４０重量部未満で添加される場合に、製品の強度が弱くなる虞があり、１００重量部を超えて添加される場合には、コストが高くつくという問題がある。

本発明において、炭化ケイ素が３重量部未満で添加される場合に、石綿成分が除去しきれない、あるいは、軽量化が正常に進まない虞があり、６重量部を超えて添加される場合には、過度な気泡が発生して強度が弱くなる虞がある。

本発明において、ゼオライトが３０重量部未満で添加される場合に、軽量化が正常に進まない虞があり、７０重量部を超えて添加される場合には、コストが高くつき、しかも、強度が弱くなる虞がある。

本発明において、礬土質粘土が３０重量部未満で添加される場合に、強度が弱くなる、あるいは、発泡が正常に進まない虞があり、７０重量部を超えて添加される場合には、コストが高くつくという問題がある。

本発明において、破砕は、通常、粉砕ミル、破砕機などにより段階的に行われ、粒径２ｍｍ以下に破砕される。

本発明において、成形は通常の方法により行われ、好ましくは、プレスを用いた乾式成形により行われる。

本発明において、焼成は、炉（かま）またはトンネル炉などを用いた通常の焼成方法により行うことができ、１１７０〜１２００℃の温度で４時間行われるが、焼成温度が１１７０℃未満であれば、気泡が形成されないため軽量製品を製造することができず、１１９０℃を超える場合には、磁気質製品が生産される。なお、焼成時間が４時間未満であれば、磁化せず、ガスが十分に噴出されない結果、石綿成分を十分に除去することができない。

他の観点において、本発明は、石綿廃棄物１００重量部、黄土４０〜１００重量部、炭化ケイ素３〜６重量部、ゼオライト３０〜７０重量部及び礬土質粘土３０〜７０重量部を含む軽量建設資材に関する。

本発明に係る石綿廃棄物を用いた軽量建設資材の製造方法及びこれにより製造された軽量建設資材は、炭化ケイ素を添加して焼成することにより、石綿成分の物性が変化して石綿成分が検出されないので、これを人体に無害な様々な建設資材の製造に活用することが可能になり、製品の軽量化が図れる他、黄土を添加することにより、建設資材の強度、断熱性及び環境へのやさしさが向上され、ゼオライト及び礬土質粘土を添加して成形性、吸収力及び保水特性に優れた軽量建設資材を製造することができるという効果がある。

以下、本発明を実施例を挙げて詳述する。これらの実施例は単に本発明をより具体的に説明するためのものであり、本発明の範囲がこれらの実施例に制限されないことは当分野において通常の知識を有する者にとって自明である。

実施例１：石綿廃棄物を用いた軽量建設資材の製造方法
石綿廃棄物の再活用過程は、図１に示す工程を用いて、下記表１に示す配合比、焼成温度及び焼成時間に従い行った。石綿廃棄物及び鉱物は、混合機により混合された後、プレス乾式成形機（ＩＮＯＣＡＴＯＲ社製）により成形され、焼成は、トンネル炉（コヌ社製）を用いて行った。実施例において、石綿廃棄物の場合、富川市遠美区所在の撤去場から回収後に２ｍｍ以下の大きさに破砕して使用した。これを図２に示す。黄土は、プンヒャン黄土（株）から購入して使用した。炭化ケイ素は、純度８０％以上であり、且つ、粒径８０網目以上のものを輸入して使用し、ゼオライトは、純度８０％以上のものを使用し、礬土質粘土は、ＩＯ_２４８％、Ａｌ_２Ｏ_３３２％、Ｆｅ_２Ｏ_３１．３％、Ｋ_２Ｏ９．９４％、Ｎａ_２Ｏ０．１％及びその他の成分からなる製品を購入して使用した。なお、炭化ケイ素の配合比３％は、炭化ケイ素を除く他の構成成分の和１００重量部に対する値として計算された。

前記製造方法において、焼成は４時間〜４時間３０分間行われ、焼成温度は１１７０〜１２００℃であるが、１１７０℃において焼成するときには透水製品が製造され、焼成温度が１２００℃を超えるときには磁気質製品が生産された。図３に、石綿廃棄物を用いて製造した軽量建設資材の写真を示す。

実験例：石綿検出実験及び物理的な特性の実験
実験により石綿検出有無を調べてみたところ、炭化ケイ素を添加しなかった製品からは製品製造後に石綿成分が検出され、炭化ケイ素を添加した実施例１から５までの製品からは石綿成分が検出されなかった（図４）。なお、比重に優れており、吸収率にも比較例に比べて優れていた。ところが、圧縮強度は、同等レベルであった。

以上、本発明の内容の特定の部分を詳述したが、当業界における通常の知識を持った者にとって、このような具体的な記述は単なる好適な実施態様に過ぎず、これにより本発明の範囲が制限されることはないという点は明らかである。よって、本発明の実質的な範囲は特許請求の範囲とこれらの等価物により定義されると言える。

本発明に係る石綿廃棄物を用いた軽量建設資材の製造方法によれば、石綿廃棄物に炭化ケイ素、黄土、ゼオライト及び礬土質粘土を添加して石綿成分が検出されず、建設資材の軽量化が図れると共に、強度、断熱性、成形性、吸収力及び保水特性に優れた、環境にやさしい軽量建設資材を製造することができるという効果がある。

Claims (4)

1. （ａ）石綿廃棄物１００重量部に対して、黄土４０〜１００重量部と、炭化ケイ素３〜６重量部と、ゼオライト３０〜７０重量部及び礬土質粘土３０〜７０重量部を含む混合物を製造するステップと、（ｂ）前記混合物を成形するステップと、（ｃ）前記成形された混合物を焼成して建設資材を製造するステップと、を含むことを特徴とする石綿廃棄物を用いた軽量建設資材の製造方法。
2. 前記ステップ（ｃ）の焼成は、１１７０〜１２００℃の温度で４時間〜４時間３０分間行われることを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 請求項１または２に記載の方法により製造された、黄土と、炭化ケイ素と、ゼオライト及び礬土質粘土を含む軽量建設資材。
4. 石綿廃棄物１００重量部に対して、黄土４０〜１００重量部と、炭化ケイ素３〜６重量部と、ゼオライト３０〜７０重量部及び礬土質粘土３０〜７０重量部を含むことを特徴とする軽量建設資材。