JP3105953B2 - 結晶性ケイ酸塩廃棄物の固化処理方法 - Google Patents

結晶性ケイ酸塩廃棄物の固化処理方法

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寛 五十嵐
洋昭 小林
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    • Y02W30/00Technologies for solid waste management
    • Y02W30/20Waste processing or separation

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  • Processing Of Solid Wastes (AREA)
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  • Treating Waste Gases (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、炭酸ガス(放射性炭酸
ガスも含む)を固定化した結晶性ケイ酸塩廃棄物の固化
処理方法に関し、更に詳しく述べると、その結晶性ケイ
酸塩廃棄物の粉末を圧縮成形あるいは水熱硬化反応によ
り安定な減容固化体にする処理方法に関するものであ
る。
【0002】
【従来の技術】従来公知の一般的な炭酸ガス(CO2
の固化処理方法としては、炭酸ガスを水酸化アルカリ塩
(Ca(OH)2 等)に吸収させて炭酸塩(CaCO3
等)とし、これをセンメント固化する方法がある。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかし上記の方法は、
処理プロセスが複雑であり、セメントの硬化時間が必要
なため固化処理時間が長くかかる。また炭酸塩自身の安
定性が低いし、緻密な固化体が得られない問題がある。
更にセメントを加える必要があるため、廃棄物量が増大
する欠点もある。
【0004】そこで、結晶性ケイ酸塩(ケイ酸カルシウ
ム水和物等)を利用し、その結晶構造内に、直接、炭酸
ガスを炭酸塩として組み込ませることが考えられてい
る。しかし、この方法は新技術であることから、現状で
はこの廃棄物を安定な固化体とする方法が確立されてい
ない。この固化処理で要求される条件としては、緻密
な固化体が得られること、廃棄物量が増大しないこ
と、固化処理温度が結晶性ケイ酸塩の分解点未満であ
ること、などが挙げられる。
【0005】本発明の目的は、上記の要求を満たすこと
ができ、炭酸ガスを固定化した結晶性ケイ酸塩を緻密で
安定な固化体にでき、しかも廃棄物量が増大せず、工程
の簡素化を図ることができる処理方法を提供することで
ある。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明は、炭酸ガスを結
晶性ケイ酸塩の結晶構造内に固定化した廃棄物の粉末
に、適当な結合剤を添加して混合した後、直接固化体に
する処理方法である。固化体にする方法としては、図1
のAに示すように結晶性ケイ酸塩廃棄物に結合剤を加え
てプレス成形し圧縮成形固化体にする方法と、Bに示す
ように結晶性ケイ酸塩廃棄物に結合剤を加えて水熱固化
により水熱固化体にする方法とがある。なお「水熱固
化」とは、水の存在のもとに物質を加熱・加圧して固化
する方法をいい、単なる圧縮方式に比較し、加熱してい
るために反応の促進が期待でき、より緻密で安定な固化
体が得られる。このようにして得られた固化体が水熱固
化体である。ここで用いる結晶性ケイ酸塩としては、例
えばケイ酸カルシウム水和物等がある。結合剤の種類及
び添加量は、具体的な固化処理の方法及び条件などに応
じて適宜決定する。
【0007】圧縮成形の場合には、結合剤としては一般
に水を使用する。水は粉体を安定化させる。水に強度補
助剤を添加することもある。成形圧力は、通常の圧縮装
置の能力では200〜500kg/cm程度である。
水熱固化の場合には、結合剤としてはアルカリ水溶液を
用いる。一般的な水熱固化条件は、温度200〜300
℃程度、圧力200〜500kg/cm程度である。
従って、本発明で用いる水熱固化装置は、このような条
件で前記廃棄物粉末と結合剤(アルカリ水溶液)との混
合物を加熱・加圧成形できる装置であればよい。
【0008】
【作用】圧縮成形法及び水熱固化法は、炭酸ガスを固定
化した結晶性ケイ酸塩を、緻密に、廃棄物量を増大させ
ず、結晶性ケイ酸塩の分解点未満で固化体にする。圧縮
成形法では水などの結合剤の添加量の増加とともに圧縮
強度は上昇し、固化体製作時の加圧力の増加及び製作後
の乾燥により、更に強度が改善される。水熱固化法で
は、加熱加圧状態の水熱硬化反応により、より一層緻密
で強度の大きな固化体が得られる。
【0009】
【実施例】まず圧縮成形法による試験の結果について述
べる。恒温槽で乾燥させた平均粒径11Åのトバモライ
ト(結晶性ケイ酸カルシウム水和物:Ca5(Si6
182 )・4H2 O)の粉末を一定量秤量し、水/トバ
モライト重量比が0〜80%となるように配合比率を変
えて純水を加え、良く混ぜ合わせて多種類の試料を調整
した。これらの試料を用いてオートグラフにより101
〜255kg/cm2 の圧力で圧縮成形を行い、固化体を作
製した。固化体は直径48mmφである。
【0010】各固化体について、その高さを測定し密度
を算出すると共に、圧縮強度を測定した。圧縮強度測定
は、圧縮速度を0.3mm/分とした時の値である。試験
結果を表1に示す。試料番号4Aは、試料番号4を再度
圧縮固化したものである。また試料番号7の括弧内の数
値は乾燥後の圧縮強度である。この時の乾燥条件は、1
10℃の恒温槽内で20時間乾燥させた条件(水分0.
2%)である。但し、急激な乾燥は固化体にひび割れ発
生が予想されるため注意する必要がある。なお表1にお
いて符号Tbはトバモライトを表している。
【0011】
【表1】
【0012】この表1から、含水割合の増加と共に圧縮
強度は上昇し、また固化体作製時の圧力増加及び作製後
の固化体の乾燥によって更に強度が改善されることが明
らかとなった。この試験条件では含水割合のピークは7
0%と考えられるが、トバモライトの粒径や強度補助剤
の添加により変動する可能性がある。強度を上げるには
成形圧力が高いほど有効であるが、前述のように一般的
な圧縮装置の能力では200〜500kg/cm2 程度であ
る。この試験結果をまとめると、以下のことが言える。
トバモライトは水を加えることにより、容易に緻密な
固化体が得られる。更に固化体の強度を高める必要があ
る場合は、水以外の強度補助剤の添加で対応可能であ
る。圧縮成形による温度の上昇は観察されず、トバモ
ライトを安定な固化体にできる。本方法により圧縮強
度が30〜40kgf/cm2 の固化体を作製することが可能
である。固化体の圧縮強度は、成形時の圧縮圧力を高め
ること、又は圧縮固化体の乾燥により、更に改善が可能
である。
【0013】上記の試験では粉体を安定させる結合剤と
して水を使用しているが、本発明はそれに限定されるも
のではない。例えば油などの添加により固化体の撥水性
を向上させることも考えられる。水に添加する強度補助
剤とては、一般的な接着剤や粘土(ベントナイト等)が
あり、これらの使用により強度が向上する。
【0014】次に水熱固化法による試験の結果について
述べる。恒温槽で乾燥させた平均粒径11Åのトバモラ
イトの粉末を280g秤量し、水56.0g及び水酸化
ナトリウム(NaOH)5.6gの溶液を加えて良く混
ぜ合わせた。これを試料として、水熱固化試験装置内で
圧力255kg/cm2 及び温度300℃で90分間保持
し、水熱固化体を作製した。得られた固化体は直径10
0mmφ、高さ28.6mmである。密度を算出したところ
1.27g/cm3 であり、圧縮強度は510.1kgf/cm
2 であった。圧縮強度測定条件は、圧縮速度を0.3mm
/分とした時の値である。
【0015】この試験結果をまとめると、以下のように
なる。トラバイトは水熱固化法により、容易に緻密な
圧縮固化体が得られる。水熱固化のプロセス温度は3
00℃であり、結晶性ケイ酸塩の分解点である約700
℃を充分に下回っており、トラバイトを安定に固化でき
る。本方法により圧縮強度が極めて高い(約500kg
f/cm2 )固化体を作製することが可能である。
【0016】水熱固化で使用する結合剤は、アルカリを
添加した水溶液である。この試験において水酸化ナトリ
ウムの添加はトバモライトのアルカリ性状態の安定剤的
な機能を果たす。他には水酸化カルシウムや水酸化アル
ミニウムなども有効である。なお添加割合は、トバモラ
イトとの重量比で数%程度が目安となる。一般的な水熱
固化条件は、通常の装置能力からみて前述のように、温
度200〜300℃程度、圧力200〜500kg/cm2
程度である。
【0017】
【発明の効果】本発明は、炭酸ガスを結晶性ケイ酸塩の
結晶構造内に固定化した廃棄物の粉末に、適当な結合剤
を添加して混合した後、圧縮成形法又は水熱固化法によ
り直接固化体にする処理方法であるから、容易に緻密で
安定な固化体が得られる。これらの方法は、ともに加圧
状態で固化体を作製すること、及び廃棄物自身が固化基
質であることから、大幅な廃棄物の減容化を図ることが
できる。また従来のセメント固化法に比べて工程が簡略
化され、セメントの硬化時間がなくなるため固化処理時
間も短縮できる。
【0018】そして圧縮成形法は常温プロセスであり、
水熱固化法も加熱温度が300℃以下であるため、いず
れにしても結晶性ケイ酸塩の分解点(約700℃)より
はるかに低く、安定な固化体が得られる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】Aは圧縮成形法の工程説明図、Bは水熱固化法
の工程説明図。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B09B 3/00 301 B01D 53/14 B01D 53/62

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 炭酸ガスを結晶性ケイ酸塩の結晶構造内
    に固定化した廃棄物の粉末に、結合剤として水を添加し
    て混合した後、プレス装置で圧縮成形して固化体にする
    ことを特徴とする結晶性ケイ酸塩の固化処理方法。
  2. 【請求項2】 炭酸ガスを結晶性ケイ酸塩の結晶構造内
    に固定化した廃棄物の粉末に、結合剤としてアルカリ水
    溶液を添加して混合した後、水熱固化装置で加熱・加圧
    成形して水熱固化体にすることを特徴とする結晶性ケイ
    酸塩の固化処理方法。
  3. 【請求項3】 結晶性ケイ酸塩がケイ酸カルシウム水和
    物である請求項1又は2記載の方法。
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