JP2829337B2

JP2829337B2 - く溶性肥料の製造方法

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Publication number: JP2829337B2
Application number: JP9463690A
Authority: JP
Inventors: 昭雄御田
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1990-04-10
Filing date: 1990-04-10
Publication date: 1998-11-25
Anticipated expiration: 2013-11-25
Also published as: JPH03295884A

Description

【発明の詳細な説明】（技術分野）本発明は、産業廃棄物を原料の少なくとも一部として
用い、その廃棄物の処理を達成させると同時に、く溶性
肥料を製造する方法に関するものである。

（従来技術及びその問題点）近年、産業廃棄物は、その種類が多くなると同時に、
その量も増加し、環境破壊の大きな原因の一つとなって
いる。

最近では廃棄物を原料として加工し、新しい製品を作
り出したり、資源再生を計る研究も多くなされるように
なってきた。しかし、このようにして得られる製品の多
くは需要家の希望に合致せず、また用途も限られ、使用
される量も少ない。一方、廃棄物から有用な物を回収し
た残りの廃棄物、いわゆる「ごみのごみ」の処分に更に
大きな困難を伴い、その処理は深刻な社会問題となって
いる。

紙パルプ工業にあっては、莫大量の木材を伐採して大
量のパルプと紙を製造している。そして、パルプ蒸解の
際に大量に副生するパルプ廃液はリグニン及び糖質など
の有機物を含みCOD及びBODが極めて高く、そのまま放流
できないので、パルプ廃液からの糖やリグニンの回収及
びその利用法が種々研究され、その一部は工業化されて
いる。しかし、それら製品については、品質及び用途が
限られ、需要量も少ないため、廃液の大部分は濃縮、燃
焼処理され、そしてその燃焼灰から蒸解薬品の回収が行
われている。一方、パルプの水洗に際して副生する排水
は、凝集沈殿法等で処理し、副生するスラッジを水から
分離するが、このスラッジは無機物と有機物とからな
り、かつ大量の水を含んでいるので、その利用及び処分
に著しい困難を伴なう。

さらに、大量に使用済みの紙の一部は古紙となって回
収され、再生パルプ原料として利用されているが、使用
済み紙の大部分はごみとして捨てられている。そして、
回収古紙からパルプを再生する際に紙の中に入っていた
サイズ剤、填料及び微細繊維等は分離され水分を含むス
ラッジ（ごみのごみ）として廃棄されている。

（発明の課題）本発明は、大量に副生する廃棄物を原料の一部として
用い、その廃棄物の処理を達成させると同時に、有用な
製品を製造する方法を提供することをその課題とする。

（課題を解決するための手段）本発明者は、前記課題を解決すべく鋭意研究を重ねた
結果、本発明を完成するに至った。

即ち、本発明によれば、アルカリ金属含有廃液又はそ
の濃縮物あるいは燃焼灰に、ケイ素含有物及びアルカリ
土類金属含有物を加えてこの混合物を加熱溶融し、R₂O
・xMO・ySiO₂（式中、Ｒはアルカリ金属、Ｍはアルカリ
土類金属、ｘは0.3〜4.0の数及びｙは1.0〜3.5の数を示
す）の組成を主体とするガラス様物質を生成させること
を特徴とするく溶性肥料の製造方法が提供される。

また、本発明によれば、セルロース系廃棄物又はその
焼却灰に、アルカリ金属含有物、アルカリ土類金属含有
物及びケイ素含有物を加えて加熱溶融し、R₂O・xMO・yS
iO₂（式中、Ｒはアルカリ金属、Ｍはアルカリ土類金
属、ｘは1.0〜3.5の数及びｙは1.0〜3.5の数を示す）の
組成を主体とするガラス様物質を生成させることを特徴
とするく溶性肥料の製造方法が提供される。

本発明で用いるアルカリ金属含有廃液としては、カリ
ウムやナトリウムを含む廃液が挙げられる。カリウム含
有廃液としては、カリウムベースアルカリ性蒸解液を用
いるパルプ製造工程において副生するパルプ廃液や、そ
のパルプの漂白排水や精製排水等が挙げられる。また、
ナトリウム含有液としては、ナトリウムベースアルカリ
性蒸解液を用いるパルプ製造工程において副生するパル
プ廃液や、そのパルプの漂白排水や精製排水等が挙げら
れる。カリウムやナトリウムを含む廃液であればいずれ
も使用可能である。

本発明において用いるセルロース系廃棄物としては、
使用済みの紙、使用済みの紙から再生パルプを製造する
際に副生するスラッジ、パルプ製造工程で副生するスラ
ッジ等が挙げられる。使用済みの紙は、その製造法や原
料パルプの種類によってその組成を異にするが、一般に
は、70〜95％がセルロースを主成分とする有機物で、５
〜30％がカルシウムやマグネシウム、シリカ及びアルミ
ニウム等を含む無機物からなる。また、前記スラッジ
は、無機物とセルロースを主体とする有機物と水を含有
するものであり、その処理には大きな困難を生じていた
ものである。

本発明で用いるケイ素含有物としては、けい砂や、粘
土鉱物、各種のケイ素化合物を用いることができるが、
本発明では、ケイ素含有廃棄物の使用が有利である。こ
のようなものとしては、例えば、ガラス屑、フライアッ
シュ等の石炭灰、高炉水滓等が挙げられる。ガラス屑
は、ケイ素源として使用し得る他、ナトリウム源及びカ
ルシウム源として使用することができる。カリガラスや
ほうケイ酸ガラスの屑は、ケイ素源とともに、カリウム
源やホウ素源として使用することができる。

アルカリ土類金属含有物としては、炭酸カルシウム、
酸化カルシウム、炭酸カルシウム、酸化マグネシウム、
炭酸マグネシウム、石炭石、白雲石、蛇紋岩、焼成リン
肥、リン酸アンモニウム・マグネシウム、リン酸カルシ
ウム、リン鉱石等が使用できるが、本発明では、アルカ
リ土類金属含有廃棄物の使用が有利である。このような
ものとしては、例えば、製糖工場や、製紙工場で排出さ
れる石灰スラッジや、マグネシウムスラッジ等が挙げら
れる。石灰スラッジは、大量の水と有機物と石灰を含有
するものである。マグネシウムスラッジは、パルプ排水
を海水と生石灰で処理する工程（シーライム法）におい
て副生し、マグネシウム、カルシウム、ナトリウム、有
機物の他、大量の水を含むものである。

アルカリ金属含有物としては、カリ石英粗面岩や、各
種のアルカリ金属化合物が使用し得るが、本発明ではア
ルカリ金属含有廃液物を有利に使用することができる。
このようなものとしては、例えば、板ガラス屑や、カリ
ガラス屑等が挙げられる。

本発明において、ケイ素含有物、アルカリ土類金属含
有物及びアルカリ金属含有物は、それぞれ別個のもので
ある必要はなく、当然のことながら、それの２成分を同
時に含むものや、それら３成分を同時に含むものを用い
ることができる。

本発明において、アルカリ金属含有廃液を用いてく溶
性肥料を得る場合、その廃液に、ケイ素含有物及びアリ
カリ土類金属含有物を添加し、焼成してガラス様溶融物
を得る。この場合、ケイ素含有物やアリカリ土類金属含
有物に廃棄物を用いることにより、それら廃棄物の処理
を同時に達成することができる。また、アルカリ金属含
有廃液としてカリウム含有廃液を用いることにより、く
溶性カリ肥料を得ることができる。ケイ素含有物やアル
カリ土類金属含有物にリン含有物を用いることにより、
あるいは別にリン含有物をさらに添加することにより、
く溶性のリン肥料を得ることができる。さらに、カリウ
ム含有廃液を用いるとともに、それに添加するケイ素含
有物やアルカリ土類金属含有物にリン含有物を用いるこ
とにより、あるいは別にリン含有物をさらに添加するこ
とにより、カリ及びリンを含むく溶性複合肥料を得るこ
とができる。前記リン含有物としては、リン鉱石や、焼
成リン肥、リン酸カルシウム、リン酸アンモニウム・マ
グネシウム等が挙げられる。また、アルカリ金属分が廃
液の供給のみでは不足するときには、アルカリ金属含有
物を添加することができる。さらに、必要に応じ、ほう
素や、マンガン等の微量肥料要素成分を含有する物質を
添加することができる。

本発明で用いるアルカリ金属含有廃液は、そのままで
使用し得る他、必要に応じ、濃縮物としてあるいは燃焼
灰として使用することができる。

本発明において、セルロース系廃棄物を用いてく溶性
肥料を得る場合、その廃棄物に、アルカリ金属含有物を
加え、さらに必要に応じ、アルカリ土類金属含有物、ケ
イ素含有物、リン含有物を加え、焼成してガラス様溶融
物を生成させる。

本発明において、焼成温度は、焼成用原料中の無機物
組成によって変り、一義的に定められないが、焼成によ
り各無機物成分が反応し、ガラス様溶融物を形成する温
度であればよい。例えば、焼成用原料がケイ素分を多く
含む場合には、800〜1400℃、好ましくは900〜1200℃で
0.5〜５時間の焼成条件が用いられ、焼成用原料がアル
カリ金属、特にナトリウム分を多く含む場合には、溶融
物の融点は著しく低くなるので、600〜1200℃、好まし
くは700〜1000℃で0.5〜３時間の焼成時間が採用され
る。焼成装置としては、種々の加熱炉が用いられるが、
連続溶融炉の使用が好ましい。

また、焼成用原料を焼成する場合、焼成工程への酸素
の供給を制限し、焼成用原料に含まれる有機物の一部を
炭化することもできる。有機物の炭化を円滑に進行させ
るには、炉内雰囲気中の酸素濃度は、０〜18vol％、好
ましくは０〜5vol％になるのがよい。このような焼成に
より、炭素を含むガラス様溶融物を得ることができる。
この炭素を含むガラス様溶融物は、その炭素分が、土壌
に対し、通気性、保水性、イオン交換性、殺菌作用及び
肥料保持作用等の各種の作用効果を示すので、肥料のみ
ならず、土壌改良剤としても使用することができる。

本発明において、焼成工程により得られるガラス様溶
融物は、これを冷却し、微粉砕することにより、肥料と
して使用される。この場合、焼成工程から得られるガラ
ス様溶融物は、それが溶融している間又は冷却しない熱
い間に、冷風や水を接触させることによって、細かい亀
裂を生じさせ、後続の粉砕を容易なものにすることがで
きる。

本発明により得られるガラス様溶融物は、R₂O・xMO・
ySiO₂の組成を主体とするもので、その他、鉄や、アル
ミニウム等の成分を少量含むものである。前記式中、Ｒ
は、NaやＫ等のアルカリ金属を示し、ＭはCaやMa等のア
ルカリ土類金属を示す。ｘは、0.3〜4.0、好ましくは0.
5〜2.0の数を示す。ｙは1.0〜3.5、好ましくは1.5〜3.0
の数を示す。本発明の溶融物において、その好ましい成
分組成例を重量％で示すと、K₂O:4〜40％、好ましくは
８〜25％、Na₂O:0〜20％、好ましくは３〜10％、CaO:3
〜30％、好ましくは６〜18％、MgO:0〜30％、好ましく
は６〜18％、SiO₂:10〜85％、好ましくは20〜60％であ
る。その他、Fe₂O₃は０〜15％、好ましくは１〜５％で
ある。Al₂O₃は少ない程好ましく、30％以下、好ましく
は10％以下に規定するのがよい。また、所望成分である
リン成分は、P₂O₅として、４〜40％、好ましくは８〜25
％である。有機物由来の炭素分は、０〜30％、好ましく
は５〜15％である。

（発明の効果）本発明によれば、大量に副生する処理困難な廃棄物を
少なくとも原料の一部として用い、その廃棄物の処理を
達成すると同時に、農業資材として有用なく溶性肥料を
製造することができる。従って、本発明は、廃棄物の処
理法としてすぐれたもので、特に、使用済み紙等の嵩の
大きいセルロース系廃棄物を嵩の小さい肥料に変換し得
るので、セルロース系廃棄物の減量減容化処理として好
適のものである。また、本発明は、く溶性肥料の製造方
法としてもすぐれたもので、その減量は廃棄物であるこ
とから、く溶性肥料の安価な製造プロセスとして好適の
ものである。

本発明のく溶性肥料は、アルカリ金属、アルカリ土類
金属及びケイ素を必須構成成分として含む新規なもの
で、アルカリ性肥料として好適のものである。また、こ
の肥料は、肥料のみならず、酸性土壌の土質改良剤とし
ても好適のものである。

以下実施例をもって本発明をさらに詳細に説明する。

実施例１カリウムベースのPA法パルプ廃液（固形分:12.1％、
有機物:6.9％、K₂O:4.3％）30gをフラスコに取り湯煎上
で固形分42％まで濃縮後凍結乾燥した。アルカリ土類金
属を含む固形廃棄物として製糖工場の石灰スラッジ（固
形分:19.2％、有機物:13.2％）を10g蒸発皿上に取り、
電気乾燥器で105℃まで３時間かけて昇温後１時間保持
し乾燥した。

上記のパルプ廃液乾燥物と石灰スラッジ乾燥物に石炭
専焼火力発電所から排出された灰（SiO₂:54.1％、CaO:
3.2％、MgO:1.3％、Fe₂O₃:3.2％、Al₂O₃:18.5％）5g及
び窓ガラスの破片（SiO₂:72.5％、Na₂O:16.2％、CaO:9.
0％、Al₂O₃:1.2％）1gを混合し、大型の白金皿中に入れ
950℃の電気炉中で40分間強熱した。有機物の一部は燃
え一部は炭化し、発泡しつつ溶融した。この溶融物を薄
く伸ばし、まだ熱い（450℃）間に水に直接接触させる
ことにより細かい亀裂の入った黒いガラス様の破片を得
た。この破片は乾燥後ステンレス製乳鉢で粉砕し、く溶
性のカリ肥料（全K₂O:16.8％（そのうちのく溶性K₂O:1
5.3％）、Na₂O:2.9％、CaO:8.1％、MgO:0.8％、Al₂O₃:1
3.4％、SiO₂:50.2％、Fe₂O₃:2.2％）6.7gを得た。以上
の例に示されるよう56.0gの廃棄物は6.7gの溶融物に減
容減量され、得られた製品は水に不溶性でかつ全K₂Oの
うちの90％以上がく溶性であった。

実施例２実施例１に示したカリウムベースのPA法パルプ廃液10
0gを白金皿に取り蒸発乾固後、550℃の電気炉中で完全
に灰化した。この灰にりん鉱石粉末（P₂O₅:36.1％、Ca
O:48.2％、F:3.1％）の7gと実施例１で示した石炭灰5g
とを加えて混合し、1100℃の電気炉中で１時間保持し、
得られた溶融物を冷却後ステンレス製乳鉢で粉砕し、く
溶性のりん酸及びカリの複合肥料（全P₂O₅:14.4％（そ
のうちのく溶性P₂O₅:12.4％）、全K₂O:28.1％（そのう
ちのく溶性K₂O:25.9％）、CaO:23.3％、SiO₂:19.9％）1
5.3gを得た。以上のように種々の廃棄物が本発明により
無機化し、溶融物となって減溶化し、約1/7に減量化が
進んだ。なお全P₂O₅の85％以上、全K₂Oの90％以上がく
溶性であった。

実施例３カリウムベースのAP法によるパルプ廃液（固形分:11.
6％、有機物:6.8％、K₂O:4.0％）80g、実施例１で示し
た石炭灰20g、パルプ排水をシーライム法で処理する際
に副生したマグネシウムスラッジ（固形分:22.2％、有
機物:8.2％、MgO:4.5％、CaO:1.3％）を20g、及び実施
例１で示した石炭灰20gを大型の白金皿にとり、撹拌混
合したのち、常法により蒸発乾固した。乾燥物を1200℃
の電気炉中で40分間保持し、燃焼、炭化、溶融及び反応
を行わせたのち、生成した溶融物を350℃まで冷却し、
水中に投じた。実施例１と同様に粉砕してく溶性カリ肥
料（全K₂O:13.9％（そのうちのく溶性K₂O:12.6％）、Ca
O:6.6％、MgO:5.0％、SiO₂:46.6％）を23.2g得た。

実施例４カリウムベースのアルカリ／アントラキノン法による
パルプ廃液（固形分:11.6％、有機物:6.8％、K₂O:4.0
％）を35g取り、実施例１に示した石炭灰10g、実施例１
に示した石炭スラッジ2.5g、実施例３で示したマグネシ
ウムスラッジ2.5g及びリン鉱石10gを取り、実施例１と
同様条件で処理し、く溶性りん酸及びカリの複合肥料
（全P₂O₅:12.1％、K₂O:5.3％、CaO:20.6％、MgO:0.8
％、SiO₂:44.1％）を29.8g得た。

実施例５古紙（固形分:87.0％、有機物:72.1％、灰分:14.9％
そのうちCaO:4.9％、MgO:3.0％、SiO₂:6.8％）50g、炭
酸カリウム2.2g、リン［酸］鉱石3.2g及び実施例１で示
した石炭灰5.0gを大型白金皿に入れ、800℃に強熱し、
炭化し、さらに溶融した。得られた溶融物を300℃まで
冷却後水中に投じ、破砕された溶融物17.2gを得た。こ
の溶融物を実施例１と同様処理により粉砕し、く溶性の
りん酸及びカリの複合肥料（全P₂O₅:6.8％、全K₂O:8.7
％、CaO:24.4％、MgO:8.7％、SiO₂:36.8％、炭素5.2
％）を得た。

実施例６古紙50g、カリウムベースのアルカリ／アントラキノ
ン法パルプ廃液（実施例４と同一組成）100gを濃縮後完
全燃焼して得た灰（K₂O:36.5％）、ガラス屑（実施例１
と同一組成）10g及びリン酸アンモニウム・マグネシウ
ム10gの混合物を白金皿中に入れ950℃で30分間強熱して
無機化し溶融した。溶融物をそのまま水に投じ、得られ
たガラス様破砕片を実施例１と同様に粉砕してく溶性の
リン酸及びカリの複合肥料（全P₂O₅:14.7％、全K₂O:13.
1％、CaO:5.8％、MgO:9.0％、SiO₂:38.7％、炭素8.0
％）を19.7g得た。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号ＦＩＣ０５Ｄ 5:00 9:00）

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】アルカリ金属含有廃液又はその濃縮物ある
いは燃焼灰に、ケイ素含有物及びアルカリ土類金属含有
物を加えて加熱溶融し、R₂O・xMO・ySiO₂（式中、Ｒは
アルカリ金属、Ｍはアルカリ土類金属、ｘは0.3〜4.0の
数及びｙは1.0〜3.5の数を示す）の組成を主体とするガ
ラス様物質を生成させることを特徴とするく溶性肥料の
製造方法。
【請求項２】セルロース系廃棄物又はその焼却灰に、ア
ルカリ金属含有物、アルカリ土類金属含有物及びケイ素
含有物を加えて加熱溶融し、R₂O・xMO・ySiO₂（式中、
Ｒはアルカリ金属、Ｍはアルカリ土類金属、ｘは0.3〜
4.0の数及びｙは1.0〜3.5の数を示す）の組成を主体と
するガラス様物質を生成させることを特徴とするく溶性
肥料の製造方法。
【請求項３】アルカリ金属含有物としてカリウム又は及
びナトリウム含有物を用いる請求項１又は２の方法。
【請求項４】ケイ素含有物として、石炭灰又はガラス屑
を用いる請求項１〜３のいずれかの方法。
【請求項５】アルカリ土類金属含有物として、カルシウ
ム含有廃棄物を用いる請求項１〜４のいずれかの方法。
【請求項６】アルカリ土類金属含有物として、マグネシ
ウム含有廃棄物を用いる請求項１〜４のいずれかの方
法。
【請求項７】アルカリ土類金属含有物として、リン含有
物を用いる請求項１〜４のいずれかの方法。