JP2014176793A - 石膏ボード廃材から再利用可能な造粒物を製造する方法 - Google Patents

Abstract

【課題】石膏ボード廃材から、硫化水素の発生が抑制された、再利用可能な造粒物を製造する方法を提供する。
【解決手段】石膏ボード廃材を破砕する工程と、破砕材から紙成分を除去する工程と、紙成分が除去された破砕材に、高炉セメントＢ種と、水と、所定の添加剤とを加えて混合する工程と、混合物から造粒物を生成させる工程とを含み、前記混合工程における所定の添加剤として、ｐＨを８以上にするためのアルカリと、還元性を有する第一鉄化合物とを加え、酸化還元電位が負電位となる条件下で混合することにより、造粒物からの硫化水素発生が抑制された、再利用可能な造粒物を製造する方法。
【選択図】なし

Description

本発明は、石膏ボード廃材から再利用可能な造粒物を製造する方法に関する。

従来から、新築住宅を建設する際に発生する新築系の石膏ボード廃材は、石膏と紙とに分離された後に、例えば、石膏ボード用の原料やセメント添加用の石膏として、あるいは土壌（地盤）改良材や固化材としてその一部が再生利用されている。しかし、住宅等の解体等で発生する解体系の石膏ボード廃材の再生利用率は極めて低い状態にある。その理由の１つとして、有害な重金属（ヒ素、カドミウム、フッ素）の溶出や硫化水素の発生といった問題が挙げられる。

この有害な重金属の溶出を防ぐために、解体系石膏ボード廃材から回収した石膏をセメント材によって固形化して封じ込める方法がある。しかし、そのセメント材に由来する六価クロムの溶出といった別の問題がある。その六価クロムの溶出抑制対策としては、従来から硫酸第一鉄等の還元剤の添加が知られている。

公開特許公報2005-225742号公報、あるいは公開特許公報2011-235242号公報は、セメント材と共に石膏ボード廃材を用いて土壌（地盤）改良材を製造する方法を開示する。これらの従来の製法では、上述した重金属あるいは六価クロムの溶出抑制対策は行われている。しかし、硫化水素の発生抑制に対しては十分な対策が取られていない。

特開2005-225742号公報 特開2011-235242号公報

本願発明は、上述した従来の石膏ボード廃材を再利用する際の問題を解消／低減することを目的とし、より具体的には、石膏ボード廃材を原料とし、硫化水素の発生を十分に低減／解消した上で再生利用することを可能とする、造粒物を製造する方法を提供することを目的とする

本発明は、石膏ボード廃材から再利用可能な造粒物を製造する方法を提供する。その製造方法は、石膏ボード廃材を破砕して破砕材を得る工程と、破砕材から紙成分を除去する工程と、紙成分が除去された破砕材に、高炉セメントＢ種と、水と、所定の添加剤とを加えて混合物を生成する混合工程と、混合物を造粒処理して造粒物を生成する造粒工程とを含み、混合工程において、所定の添加剤として、ｐＨを８以上にするためのアルカリと、還元性を有する鉄分である第一鉄とを加えて、酸化還元電位が負電位（還元雰囲気）の環境下で混合することにより、造粒処理によって生成される造粒物からの硫化水素の発生を抑制することを特徴とする。

本発明によれば、混合工程において、ｐＨが８以上及び酸化還元電位が負電位の環境下で混合することにより、造粒処理によって生成される造粒物中の硫酸成分の還元による硫化水素（Ｈ_２Ｓ）の発生を抑制すると共に、発生した硫化水素を造粒物中の鉄分と反応させて硫化鉄（ＦｅＳ）等として閉じ込めることにより、硫化水素が環境に放出されることを防ぐことができる。さらに、本発明によれば、造粒物中の高炉セメントＢ種および鉄分により、有害な重金属（ヒ素、カドミウム、フッ素）及び六価クロムの溶出を抑制することができる。

本発明の一態様では、混合工程において、アルカリは、アルカリ金属またはアルカリ土類金属の水酸化物を含み、鉄分は、硫酸第一鉄によって供給される。

本発明の一態様によれば、混合工程において、添加量の調整がしやすい粉末状あるいは溶液状の添加剤として、アルカリおよび鉄分を添加（供給）することができる。

本発明の一態様では、混合工程において、破砕材に対して高炉セメントＢ種を１５〜２５重量％加える。

本発明の一態様によれば、混合工程において、破砕材に対して高炉セメントＢ種を１５〜２５重量％を加えることにより、造粒処理によって生成される造粒物中の有害な重金属（ヒ素、フッ素）の溶出量を環境基準以下に抑制することができる。

本発明の一態様では、混合工程において、破砕材に対して所定の重量％でリサイクル・コンクリート（ＲＣ）４０の細粒成分であるゼロ分を加える。

本発明の一態様によれば、混合工程において、破砕材に対して所定の重量％でリサイクル・コンクリート（ＲＣ）４０の細粒成分であるゼロ分を加えることにより、造粒処理によって生成される造粒物の一軸圧縮強度をＲＣ４０の一軸圧縮強度と同等にすることができる。

本発明の一態様では、造粒処理によって生成される造粒物を少なくとも４日以上養生させる工程をさらに含む。

本発明の一態様によれば、造粒処理によって生成される造粒物を少なくとも４日以上養生させることにより、造粒処理によって生成される造粒物中の有害な重金属（ヒ素、フッ素）の溶出量をさらに低減することができる。

本発明の一実施形態の石膏ボード廃材から再利用可能な造粒物を製造する方法の工程を示す図である。 本発明の一実施形態のセメントの添加量とヒ素及びフッ素の溶出量との関係を示す図である。 本発明の一実施形態のゼロ分の添加量と造粒物の圧縮強度との関係を示す図である。

図面を参照しながら本発明の実施の形態を説明する。図１は、本発明の一実施形態の石膏ボード廃材から再利用可能な造粒物を製造する方法の工程を示す図である。図１の製造工程は、例えば、建設廃棄物の再資源化を行う中間処理施設（例えば、出願人所有の「ゼロエミプラント」等）の設備を用いて実施することができる。

図１の工程Ｓ１において、回収された石膏ボード廃材を破砕機（粉砕機）により破砕して破砕材を得る。破砕材は、利用される用途に応じて所定の大きさになるように破砕される。所定の大きさは、例えば、１０ｍｍ以下の大きさである。なお、破砕工程Ｓ１において、別の施設等で予め破砕された破砕材を回収して、所定の大きさに破砕し直して調整する、あるいはその回収された破砕材の大きさの確認等の検査を行った上でそのまま利用するようにしてもよい。

工程Ｓ２において、得られた破砕材から紙成分を除去する。紙成分の除去は、破砕材中の軽い紙成分を風力振動選別機により選別すること、あるいは破砕材を加熱処理して紙成分を灰化して分離することにより行うことができる。

工程Ｓ３の混合工程において、紙成分が除去された破砕材に、高炉セメントＢ種と、水と、所定の添加剤とを加えて混合物を生成する。混合工程Ｓ３の詳細については後述する。

工程Ｓ４において、混合工程Ｓ３で得られた混合物が、造粒機において造粒され造粒物が生成される。造粒物の粒度は、造粒機の攪拌羽根の回転速度や回転時間等に応じて変化し、回転時間（すなわち造粒時間）を長くすることにより粒度の大きな造粒物の割合を増やすことができる。

本発明者による実験では、造粒時間を１〜１０分の範囲で可変した場合、造粒時間が短い（１〜３分）場合は、約４．８ｍｍ以下の粒度の割合が高く、造粒時間が長い（５〜１０分）場合は、約４．８ｍｍ以上の粒度の割合が高くなることが分かった。また、添加される高炉セメントＢ種の量（％）は、造粒物の粒度にほとんど影響を与えないことも判明した。

工程Ｓ５において、造粒物を養生する。養生は造粒物の強度を改善する上で重要であり、ヒ素及びフッ素の溶出量を低減する意味でも重要である。本発明者による実験では、養生期間を少なくとも４日以上、例えば５日程度確保することにより、ヒ素とフッ素の溶出量を各々の指定基準（環境基準）である０．０１ｍｇ／Ｌ以下、０．８ｍｇ／Ｌ以下に低減できることが分かった。なお、養生期間は本発明の製法において必須の要件ではなく、造粒物の用途等に応じて任意に取捨選択することができる。

工程Ｓ６において、生成された造粒物の品質管理を行う。品質管理は、造粒物が用途に合った仕様（粒度、環境基準のクリア等）を満たしているかを検査／確認する。

ここで、混合工程Ｓ３についてさらに説明する。混合工程Ｓ３において、高炉セメントＢ種は、破砕材に対して１５〜２５重量％の範囲で加える。図２は、高炉セメントＢ種の添加量とヒ素及びフッ素の溶出量との関係を示す図である。図２は、本発明者による実験結果である。図２から明らかなように、ヒ素（グラフＢ）及びフッ素（グラフＡ）の溶出量（ｍｇ／Ｌ）は、いずれもセメント添加量（％）の増加に伴って減少する。セメント添加量が１５〜２５％の範囲Ｃにおいて、ヒ素及びフッ素は、各々の指定基準（環境基準）である０．０１ｍｇ／Ｌと０．８ｍｇ／Ｌを下回っていることが解る。したがって、高炉セメントＢ種を、破砕材に対して１５〜２５重量％の範囲で加えることにより、上述した造粒工程Ｓ４において生成される造粒物中の有害な重金属（ヒ素、フッ素）の溶出量を環境基準以下に抑制することができる。

混合工程Ｓ３において、所定の添加剤として、ｐＨを８以上にするためのアルカリと、還元性を有する鉄分である第一鉄とを加えて、酸化還元電位が負電位（還元雰囲気）の環境下で混合する。アルカリは、アルカリ金属またはアルカリ土類金属の水酸化物を含み、鉄分は、硫酸第一鉄（ＦｅＳＯ_４）によって供給される。これにより、混合工程Ｓ３において、添加量の調整がしやすい粉末状あるいは溶液状の添加剤として、アルカリおよび鉄分を添加（供給）することができる。

アルカリを添加してｐＨを８以上にすること、および酸化還元電位が負電位（還元雰囲気）の環境下で混合することは、いずれも工程Ｓ６で生成された造粒物中の硫酸成分（ＳＯ_４）を還元して硫化水素（Ｈ_２Ｓ）を発生させる働きをする土壌中の硫酸塩還元菌の生育および活動を抑制するためである。例えば、硫酸塩還元菌は、専ら−１００ｍＶ以下の酸化還元電位の環境下で生育し、またｐＨが６．５〜８．０の範囲の環境が最適な生育条件となることが分かっている。したがって、本発明の混合工程Ｓ３では、上述したように、アルカリを添加してｐＨを８以上にすること、および酸化還元電位が負電位（還元雰囲気）の環境下で混合することを採用する。

混合工程Ｓ３において、所定の添加剤として鉄分を添加するのは、造粒物中の硫酸カルシウムが還元されて硫化水素が発生してしまった場合に、造粒物中の鉄分と反応させて硫化鉄（ＦｅＳ）として閉じ込めることにより、硫化水素が環境に放出されることを防ぐためである。鉄分を上述した硫酸第一鉄（ＦｅＳＯ_４）によって供給した場合、同時に従来から知られているように、高炉セメントＢ種中の六価クロムを還元させてその溶出を抑制することができる。

さらに、本発明者が得た実験結果によれば、鉄分を上述した硫酸第一鉄（ＦｅＳＯ_４）によって供給した場合、造粒物中の有害な重金属（ヒ素、フッ素）のヒ素及びフッ素の溶出を抑制する効果があることが分かった。具体的には、例えば、硫酸第一鉄（ＦｅＳＯ_４）を０．５重量％添加した場合、造粒物からのヒ素の溶出量は平均で０．００６５ｍｇ／Ｌとなり、指定基準（環境基準）である０．０１ｍｇ／Ｌを下回ることが判明した。同様な条件において、フッ素の溶出量は平均で０．４６ｍｇ／Ｌとなり、指定基準（環境基準）である０．８ｍｇ／Ｌを下回ることが判明した。

さらに、混合工程Ｓ３において、破砕材に対して所定の重量％でリサイクル・コンクリート（ＲＣ）４０の細粒成分であるゼロ分を加える。図３は、本発明の一実施形態のゼロ分の添加量（％）と造粒物の一軸圧縮強度（Ｎ／ｍｍ^２）との関係を示す図である。図３の黒まるを結んだ直線Ａは、高炉セメントＢ種の量（割合）が１５％の場合であり、白まるを結んだ直線Ｂは、高炉セメントＢ種の量（割合）が２０％の場合である。図中の星印はＲＣ４０の一軸圧縮強度を示す。図３から明らかなように、高炉セメントＢ種の量（割合）が１５％、２０％のいずれの場合であっても、ゼロ分を増やして、例えば２５〜５０％の割合で添加することにより、造粒処理によって生成される造粒物の圧縮強度を既存のＲＣ４０とほぼ同等にすることができる。

本発明の実施形態について、図を参照しながら説明をした。しかし、本発明はこれらの実施形態に限られるものではない。本発明はその趣旨を逸脱しない範囲で当業者の知識に基づき種々なる改良、修正、変形を加えた態様で実施できるものである。

Claims (5)

1. 石膏ボード廃材から再利用可能な造粒物を製造する方法であって、
   石膏ボード廃材を破砕して破砕材を得る工程と、
   前記破砕材から紙成分を除去する工程と、
   紙成分が除去された前記破砕材に、高炉セメントＢ種と、水と、所定の添加剤とを加えて混合物を生成する混合工程と、
   前記混合物を造粒処理して造粒物を生成する造粒工程と、を含み、
   前記混合工程において、前記所定の添加剤として、ｐＨを８以上にするためのアルカリと、還元性を有する鉄分である第一鉄とを加えて、酸化還元電位が負電位（還元雰囲気）の環境下で混合することにより、前記造粒処理によって生成される前記造粒物からの硫化水素の発生を抑制することを特徴とする、製造方法。
2. 前記アルカリは、アルカリ金属またはアルカリ土類金属の水酸化物を含み、前記鉄分は、硫酸第一鉄によって供給される、請求項１の製造方法。
3. 前記混合工程において、前記破砕材に対して前記高炉セメントＢ種を１５〜２５重量％加える、請求項１または２の製造方法。
4. 前記混合工程において、前記破砕材に対して所定の重量％でリサイクル・コンクリート（ＲＣ）４０の細粒成分であるゼロ分を加える、請求項１〜３のいずれか１項の製造方法。
5. 前記造粒処理によって生成される前記造粒物を少なくとも４日以上養生させる工程をさらに含む、請求項１〜４のいずれか１項の製造方法。

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