JP2729281B2 - 土木及び建築用窯業製品の製造方法 - Google Patents
土木及び建築用窯業製品の製造方法Info
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- incinerated ash
- incineration ash
- sewage sludge
- ceramic
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- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B18/00—Use of agglomerated or waste materials or refuse as fillers for mortars, concrete or artificial stone; Treatment of agglomerated or waste materials or refuse, specially adapted to enhance their filling properties in mortars, concrete or artificial stone
- C04B18/04—Waste materials; Refuse
- C04B18/06—Combustion residues, e.g. purification products of smoke, fumes or exhaust gases
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- C04B18/103—Burned or pyrolised sludges
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02W—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
- Y02W30/00—Technologies for solid waste management
- Y02W30/50—Reuse, recycling or recovery technologies
- Y02W30/91—Use of waste materials as fillers for mortars or concrete
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- Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、煉瓦、タイル、瓦等の
土木及び建築用窯業製品の製造方法に関するものであ
る。
土木及び建築用窯業製品の製造方法に関するものであ
る。
【０００２】
【従来の技術】上記土木及び建築用窯業製品の原料とな
る坏土は、１００％採掘した陶土で調整されていたが、
その陶土は無尽蔵でないため、掘り尽される心配があ
る。一方都会では下水道が完備し、その下水道から排出
される汚泥の量は膨大であって、どこでも処理に頭を悩
ませている。下水汚泥には貴重な資源が多く含まれてい
るため、従来からその資源を活用すべく、下水汚泥を焼
却して得られる焼却灰を窯業原料に代えて用い、それを
成形、焼成して煉瓦やタイルを製造する試みが成されて
いる。この試みの中では従来の製造方法、即ち、焼却灰
を含む各種の原料をボールミル粉砕し、泥漿を乾燥した
坏土で乾式成形、或は適度な水分に調整して湿式成形の
上、焼成して製品としている。この製法により焼却灰の
大量消費は可能となるが、下水汚泥を主体に焼き固めた
に過ぎないので、焼却灰の組成変動による製品のバラツ
キが大きい。そこで、下水汚泥や焼却灰を一旦溶融処理
して得られる溶融スラグが、比較的品質が安定している
ことから、これを用いて窯業製品を得ようとする方法も
採用されている。
る坏土は、１００％採掘した陶土で調整されていたが、
その陶土は無尽蔵でないため、掘り尽される心配があ
る。一方都会では下水道が完備し、その下水道から排出
される汚泥の量は膨大であって、どこでも処理に頭を悩
ませている。下水汚泥には貴重な資源が多く含まれてい
るため、従来からその資源を活用すべく、下水汚泥を焼
却して得られる焼却灰を窯業原料に代えて用い、それを
成形、焼成して煉瓦やタイルを製造する試みが成されて
いる。この試みの中では従来の製造方法、即ち、焼却灰
を含む各種の原料をボールミル粉砕し、泥漿を乾燥した
坏土で乾式成形、或は適度な水分に調整して湿式成形の
上、焼成して製品としている。この製法により焼却灰の
大量消費は可能となるが、下水汚泥を主体に焼き固めた
に過ぎないので、焼却灰の組成変動による製品のバラツ
キが大きい。そこで、下水汚泥や焼却灰を一旦溶融処理
して得られる溶融スラグが、比較的品質が安定している
ことから、これを用いて窯業製品を得ようとする方法も
採用されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかし上記溶融スラグ
は、下水汚泥又は下水汚泥焼却灰を１３００〜１５００
℃で焼成し、溶融固化させる必要があるのに加え、塊状
又は粒状で排出されるものであるから、原料として使用
するには粉砕、分級が必要となり、既存の製造工程に加
えて新たな工程や消費するエネルギーが多くなってしま
う。これは従来の焼却灰の使用においても同様で、前記
組成変動の問題に加え、ボールミルでの粉砕や乾燥に要
するエネルギーが依然として必要である上、微粒子にす
ればガラス相の発生層が多くなって形状が不安定になり
易く、焼成温度幅が制約されることになる。更に粉砕過
程においては焼却灰中の微量の重金属が溶出し、これが
粉砕後の脱水時等に外へ流出する虞れがあり、結果環境
上の問題も発生している。このような現状から、焼却灰
は結局長石の代用として品質に影響の少ない少量の使用
に止まり、大量消費には繋がらないものとなっていた。
は、下水汚泥又は下水汚泥焼却灰を１３００〜１５００
℃で焼成し、溶融固化させる必要があるのに加え、塊状
又は粒状で排出されるものであるから、原料として使用
するには粉砕、分級が必要となり、既存の製造工程に加
えて新たな工程や消費するエネルギーが多くなってしま
う。これは従来の焼却灰の使用においても同様で、前記
組成変動の問題に加え、ボールミルでの粉砕や乾燥に要
するエネルギーが依然として必要である上、微粒子にす
ればガラス相の発生層が多くなって形状が不安定になり
易く、焼成温度幅が制約されることになる。更に粉砕過
程においては焼却灰中の微量の重金属が溶出し、これが
粉砕後の脱水時等に外へ流出する虞れがあり、結果環境
上の問題も発生している。このような現状から、焼却灰
は結局長石の代用として品質に影響の少ない少量の使用
に止まり、大量消費には繋がらないものとなっていた。
【０００４】
【課題を解決するための手段】そこで本発明は、あくま
で焼却灰の使用を前提とした上で、窯業原料のみによる
窯業製品と比べても実質的に遜色ない品質を確保でき、
而も原料の節約や工程の簡略化、焼成温度を低下させる
等の省エネルギー効果を合わせ持ち、下水汚泥の利用価
値を高めた土木及び建築用窯業製品の製造方法であっ
て、その構成は、塩基性成分の内、ゼーゲル式でＣａＯ
が０．３モル以上０．８モル以下、ＭｇＯが０．１モル
以上０．５モル以下、酸性成分の内、Ｐ２Ｏ５が少なく
とも０．２モル以上となるように下水汚泥焼却灰の組成
成分を調整し、その下水汚泥焼却灰を粉砕を行わずに、
予め調整された窯業原料内へ増量材として５〜３５重量
％混入して窯業製品形成用坏土を調整し、その坏土で窯
業製品を成形し、焼成することを特徴とするものであ
る。
で焼却灰の使用を前提とした上で、窯業原料のみによる
窯業製品と比べても実質的に遜色ない品質を確保でき、
而も原料の節約や工程の簡略化、焼成温度を低下させる
等の省エネルギー効果を合わせ持ち、下水汚泥の利用価
値を高めた土木及び建築用窯業製品の製造方法であっ
て、その構成は、塩基性成分の内、ゼーゲル式でＣａＯ
が０．３モル以上０．８モル以下、ＭｇＯが０．１モル
以上０．５モル以下、酸性成分の内、Ｐ２Ｏ５が少なく
とも０．２モル以上となるように下水汚泥焼却灰の組成
成分を調整し、その下水汚泥焼却灰を粉砕を行わずに、
予め調整された窯業原料内へ増量材として５〜３５重量
％混入して窯業製品形成用坏土を調整し、その坏土で窯
業製品を成形し、焼成することを特徴とするものであ
る。
【０００５】
【作用】焼却灰の上記特定成分を設定された含有範囲内
に調整し、その焼却灰を、５〜３５重量％の範囲内で選
択した任意の重量％で予め調整された窯業原料と混合し
て、土木或は建築用窯業製品成形用の坏土粉を形成し、
焼成すれば、品質の安定したレンガ、瓦等の土木及び建
築用窯業製品を得ることができる。焼却灰は粉砕工程を
行わず、そのまま原料として使用するから、既存の製造
工程で製造でき、余計な工程やエネルギーも消費しな
い。又焼却灰の特定成分は焼成温度を下げる作用を有す
るから、同じ特性の製品を焼却灰無添加で得ようとする
場合の焼成温度より、５０〜１００℃低い温度で焼成可
能となる。
に調整し、その焼却灰を、５〜３５重量％の範囲内で選
択した任意の重量％で予め調整された窯業原料と混合し
て、土木或は建築用窯業製品成形用の坏土粉を形成し、
焼成すれば、品質の安定したレンガ、瓦等の土木及び建
築用窯業製品を得ることができる。焼却灰は粉砕工程を
行わず、そのまま原料として使用するから、既存の製造
工程で製造でき、余計な工程やエネルギーも消費しな
い。又焼却灰の特定成分は焼成温度を下げる作用を有す
るから、同じ特性の製品を焼却灰無添加で得ようとする
場合の焼成温度より、５０〜１００℃低い温度で焼成可
能となる。
【０００６】
【実施例】本発明に用いる下水汚泥焼却灰（以下 焼却
灰という）は、公共の下水処理施設における焼却工程よ
り送り出される焼却灰を利用することができる。焼却灰
は、微細な黄褐色の粉末であり、その粒度は、４０ミク
ロン以下のものが略９０％を占め、５〜２０ミクロンの
範囲に５０〜６０％が集中している。従って焼却灰は、
粉砕等の加工を要することなくそのまま原料として使用
可能である。以下、実験例に使用した焼却灰の成分は次
の通りである。
灰という）は、公共の下水処理施設における焼却工程よ
り送り出される焼却灰を利用することができる。焼却灰
は、微細な黄褐色の粉末であり、その粒度は、４０ミク
ロン以下のものが略９０％を占め、５〜２０ミクロンの
範囲に５０〜６０％が集中している。従って焼却灰は、
粉砕等の加工を要することなくそのまま原料として使用
可能である。以下、実験例に使用した焼却灰の成分は次
の通りである。
【０００７】
【表１】
【０００８】
【表２】
【０００９】増量材として用いる焼却灰の成分は、ゼー
ゲル式で、塩基性成分のうちＣａＯが０．３モル以上
０．８モル以下、ＭｇＯが０．１モル以上０．５モル以
下、酸性成分のうちＰ２Ｏ５が０．２モル以上の含有成
分であることが必要で、上記成分範囲に属しない値をも
つ焼却灰を使用する場合は、該特定成分を増加、或は特
定成分以外のものを増加することによって成分調整を行
えば、増量材として安定して使用可能な焼却灰を得るこ
とができる。尚「ゼーゲル式」は、個々の化学成分を高
温における性質から、酸性成分（ＲＯ２）と塩基性成分
（Ｒ２Ｏ３、Ｒ２Ｏ又はＲＯ）とに分け、塩基性成分中
のＲ２ＯとＲＯとのモル合計量を１になるようにして表
示し、酸と塩基との関係が式から容易に理解できるよう
にしたものである。このように表すことで、重量％で表
示した場合のように、他の成分の変動により各数値が変
動して成分の把握がしづらくなることがなく、重量％に
関係なく常に一定の数値で捉えることができ、成分間の
関係が理解しやすくなる。
ゲル式で、塩基性成分のうちＣａＯが０．３モル以上
０．８モル以下、ＭｇＯが０．１モル以上０．５モル以
下、酸性成分のうちＰ２Ｏ５が０．２モル以上の含有成
分であることが必要で、上記成分範囲に属しない値をも
つ焼却灰を使用する場合は、該特定成分を増加、或は特
定成分以外のものを増加することによって成分調整を行
えば、増量材として安定して使用可能な焼却灰を得るこ
とができる。尚「ゼーゲル式」は、個々の化学成分を高
温における性質から、酸性成分（ＲＯ２）と塩基性成分
（Ｒ２Ｏ３、Ｒ２Ｏ又はＲＯ）とに分け、塩基性成分中
のＲ２ＯとＲＯとのモル合計量を１になるようにして表
示し、酸と塩基との関係が式から容易に理解できるよう
にしたものである。このように表すことで、重量％で表
示した場合のように、他の成分の変動により各数値が変
動して成分の把握がしづらくなることがなく、重量％に
関係なく常に一定の数値で捉えることができ、成分間の
関係が理解しやすくなる。
【００１０】実験例１ 一般建築用煉瓦土に焼却灰を５％ごと、５０％まで添加
し、それぞれ水を加え、混練し、坏土を作成する。次に
６２×３５×５ｍｍに湿式で押型成形し、乾燥後、ガス
炉を用い、１０５０℃、２０時間で焼成する。その結果
を各特性ごとに、焼却灰無添加の場合の煉瓦土の１１０
０℃及び１１５０℃での焼成結果とともに図１〜４に示
す。次に焼却灰無添加の１１００℃及び１１５０℃焼成
時に相当する特性値が得られる１０５０℃焼成時の焼却
灰添加量を図から判断すると表３となる。
し、それぞれ水を加え、混練し、坏土を作成する。次に
６２×３５×５ｍｍに湿式で押型成形し、乾燥後、ガス
炉を用い、１０５０℃、２０時間で焼成する。その結果
を各特性ごとに、焼却灰無添加の場合の煉瓦土の１１０
０℃及び１１５０℃での焼成結果とともに図１〜４に示
す。次に焼却灰無添加の１１００℃及び１１５０℃焼成
時に相当する特性値が得られる１０５０℃焼成時の焼却
灰添加量を図から判断すると表３となる。
【００１１】
【表３】
【００１２】以上より焼却灰添加量が５〜３５重量％の
範囲においては、焼却灰無添加の１１００℃及び１１５
０℃のものと同様の数値が得られる。よって本結果から
焼却灰を添加することにより５０〜１００℃の範囲で焼
成温度を下げることが可能と言え、特により高い曲げ強
さ、より低い吸水率を要求される舗道用煉瓦に適したも
のとなる。尚、本実験例に使用した煉瓦土は以下の通り
である。
範囲においては、焼却灰無添加の１１００℃及び１１５
０℃のものと同様の数値が得られる。よって本結果から
焼却灰を添加することにより５０〜１００℃の範囲で焼
成温度を下げることが可能と言え、特により高い曲げ強
さ、より低い吸水率を要求される舗道用煉瓦に適したも
のとなる。尚、本実験例に使用した煉瓦土は以下の通り
である。
【００１３】
【表４】
【００１４】
【表５】
【００１５】実験例２ 一般の屋根瓦土に焼却灰を５％ごと、５０％まで添加
し、それぞれ水を加え、混練し、坏土を作成する。次に
６２×３５×５ｍｍに湿式で押型成形し、乾燥後、ガス
炉を用い、１０５０℃、２０時間で焼成する。その結果
を各特性ごとに、焼却灰無添加の場合の瓦土の１１００
℃及び１１５０℃での焼成結果とともに図５〜８に示
す。次に焼却灰無添加の１１００℃及び１１５０℃焼成
時に相当する特性値が得られる１０５０℃焼成時の焼却
灰添加量を図から判断すると表６となる。
し、それぞれ水を加え、混練し、坏土を作成する。次に
６２×３５×５ｍｍに湿式で押型成形し、乾燥後、ガス
炉を用い、１０５０℃、２０時間で焼成する。その結果
を各特性ごとに、焼却灰無添加の場合の瓦土の１１００
℃及び１１５０℃での焼成結果とともに図５〜８に示
す。次に焼却灰無添加の１１００℃及び１１５０℃焼成
時に相当する特性値が得られる１０５０℃焼成時の焼却
灰添加量を図から判断すると表６となる。
【００１６】
【表６】
【００１７】以上より焼却灰添加量１５〜３５重量％の
範囲においては、焼却灰無添加の１１００℃及び１１５
０℃のものと同様の数値が得られ、よって本結果から焼
却灰を添加することにより５０〜１００℃の範囲で焼成
温度を下げることが可能となり、特により嵩比重が低く
なることで軽量化を図ることができ、より高い曲げ強
さ、より低い吸水率を要求される屋根瓦製品に適したも
のとなる。尚、本実験例に使用した瓦土は以下の通りで
ある。
範囲においては、焼却灰無添加の１１００℃及び１１５
０℃のものと同様の数値が得られ、よって本結果から焼
却灰を添加することにより５０〜１００℃の範囲で焼成
温度を下げることが可能となり、特により嵩比重が低く
なることで軽量化を図ることができ、より高い曲げ強
さ、より低い吸水率を要求される屋根瓦製品に適したも
のとなる。尚、本実験例に使用した瓦土は以下の通りで
ある。
【００１８】
【表７】
【００１９】
【表８】
【００２０】以上の実験例によれば、調整された焼却灰
を５〜３５重量％の範囲において増量材として使用する
と、焼却灰無添加の場合と遜色ない性質の窯業製品を得
ることができ、而も焼却灰無添加の場合の焼成温度より
５０〜１００℃低い温度での焼結も可能となり、大幅な
コストダウンが達成される。具体的には窯のタイプ、焼
成時間等によって異なるが、焼成温度が１１００℃もし
くは１１５０℃から１０５０℃へ、即ち５０〜１００℃
低下すると、一般的なトンネル窯の場合では焼成品１ｋ
ｇ当り、少なくとも２０〜５０ｋｃａｌの熱量が節約さ
れる。又一般の煉瓦をＬＰＧで焼成し、月産１万ｍ３で
ある場合、少なくともＬＰＧ２〜５ｔの節約が可能とな
る。
を５〜３５重量％の範囲において増量材として使用する
と、焼却灰無添加の場合と遜色ない性質の窯業製品を得
ることができ、而も焼却灰無添加の場合の焼成温度より
５０〜１００℃低い温度での焼結も可能となり、大幅な
コストダウンが達成される。具体的には窯のタイプ、焼
成時間等によって異なるが、焼成温度が１１００℃もし
くは１１５０℃から１０５０℃へ、即ち５０〜１００℃
低下すると、一般的なトンネル窯の場合では焼成品１ｋ
ｇ当り、少なくとも２０〜５０ｋｃａｌの熱量が節約さ
れる。又一般の煉瓦をＬＰＧで焼成し、月産１万ｍ３で
ある場合、少なくともＬＰＧ２〜５ｔの節約が可能とな
る。
【００２１】
【発明の効果】以上の如く本発明は、下水汚泥焼却灰に
おける特定成分の成分調整を行い、それを予め調整され
た窯業原料に増量材としてそのまま添加するものである
から、組成変動の大きい焼却灰でも安定して大量消費で
きると共に、窯業原料の大幅な節約が図れ、焼却灰無添
加の場合と遜色ない特性が得られる。又同じ特性の製品
を得る場合、焼成温度を焼却灰無添加のものより５０〜
１００℃低くできる上、既存の製造工程にも容易に適用
できるから、製造コストの低減に繋がる。更に溶融スラ
グのように粉砕工程を行わないから、ガラス相の発生を
抑えて形状を安定化させることができ、焼成温度幅も広
くなると共に、従来の粉砕過程で発生していた重金属の
溶出がなく、粉砕後の脱水や乾燥時にこのような有害物
質が流出することもないから、環境上の問題も解決でき
ることになる。
おける特定成分の成分調整を行い、それを予め調整され
た窯業原料に増量材としてそのまま添加するものである
から、組成変動の大きい焼却灰でも安定して大量消費で
きると共に、窯業原料の大幅な節約が図れ、焼却灰無添
加の場合と遜色ない特性が得られる。又同じ特性の製品
を得る場合、焼成温度を焼却灰無添加のものより５０〜
１００℃低くできる上、既存の製造工程にも容易に適用
できるから、製造コストの低減に繋がる。更に溶融スラ
グのように粉砕工程を行わないから、ガラス相の発生を
抑えて形状を安定化させることができ、焼成温度幅も広
くなると共に、従来の粉砕過程で発生していた重金属の
溶出がなく、粉砕後の脱水や乾燥時にこのような有害物
質が流出することもないから、環境上の問題も解決でき
ることになる。
【図１】本発明の実験例１における焼却灰添加量と嵩比
重との関係を示すグラフである。
重との関係を示すグラフである。
【図２】本発明の実験例１における焼却灰添加量と収縮
率との関係を示すグラフである。
率との関係を示すグラフである。
【図３】本発明の実験例１における焼却灰添加量と吸水
率との関係を示すグラフである。
率との関係を示すグラフである。
【図４】本発明の実験例１における焼却灰添加量と曲げ
強さとの関係を示すグラフである。
強さとの関係を示すグラフである。
【図５】本発明の実験例２における焼却灰添加量と嵩比
重との関係を示すグラフである。
重との関係を示すグラフである。
【図６】本発明の実験例２における焼却灰添加量と収縮
率との関係を示すグラフである。
率との関係を示すグラフである。
【図７】本発明の実験例２における焼却灰添加量と吸水
率との関係を示すグラフである。
率との関係を示すグラフである。
【図８】本発明の実験例２における焼却灰添加量と曲げ
強さとの関係を示すグラフである。
強さとの関係を示すグラフである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平４−124059（ＪＰ，Ａ) 建設省都市局下水道部・日本下水道事 業団の昭和57年度および昭和58年度の下 水汚泥の処理処分に関する調査・下水汚 泥の建設資材化に関する調査報告書
Claims (2)
- 【請求項１】 塩基性成分の内、ゼーゲル式でＣａＯが
０．３モル以上０．８モル以下、ＭｇＯが０．１モル以
上０．５モル以下、酸性成分の内、Ｐ２Ｏ５が少なくと
も０．２モル以上となるように下水汚泥焼却灰の組成成
分を調整し、その下水汚泥焼却灰を粉砕を行わずに、予
め調整された窯業原料内へ増量材として５〜３５重量％
混入して窯業製品形成用坏土を調整し、その坏土で窯業
製品を成形し、焼成することを特徴とする土木及び建築
用窯業製品の製造方法。 - 【請求項２】 前記窯業原料が屋根瓦土の場合、前記下
水汚泥焼却灰の混入量を１５〜３５重量％とした請求項
１に記載の土木及び建築用窯業製品の製造方法。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5935691A JP2729281B2 (ja) | 1991-02-28 | 1991-02-28 | 土木及び建築用窯業製品の製造方法 |
| US07/743,740 US5230845A (en) | 1991-02-28 | 1991-08-12 | Process for producing a ceramic product for use as a construction material |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5935691A JP2729281B2 (ja) | 1991-02-28 | 1991-02-28 | 土木及び建築用窯業製品の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04275966A JPH04275966A (ja) | 1992-10-01 |
| JP2729281B2 true JP2729281B2 (ja) | 1998-03-18 |
Family
ID=13110910
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5935691A Expired - Lifetime JP2729281B2 (ja) | 1991-02-28 | 1991-02-28 | 土木及び建築用窯業製品の製造方法 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5230845A (ja) |
| JP (1) | JP2729281B2 (ja) |
Families Citing this family (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5273566A (en) * | 1993-01-26 | 1993-12-28 | International Environmelting Corporation | Process for producing an environmentally acceptable abrasive product from hazardous wastes |
| US5558690A (en) * | 1994-12-23 | 1996-09-24 | Vortec Corporation | Manufacture of ceramic tiles from spent aluminum potlining |
| EP0892765A4 (en) * | 1996-04-09 | 2000-03-15 | Vortec Corp | PRODUCTION OF CERAMIC TILES FROM FLYING BAGS |
| JP2002047054A (ja) * | 2000-07-28 | 2002-02-12 | Kajima Corp | 上水汚泥廃棄物を使用したセラミックス製品の製造方法 |
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1991
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Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 建設省都市局下水道部・日本下水道事業団の昭和５７年度および昭和５８年度の下水汚泥の処理処分に関する調査・下水汚泥の建設資材化に関する調査報告書 |
Also Published As
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