JP3376390B2 - ハイドロソーダライト成形体及びその製造方法 - Google Patents

ハイドロソーダライト成形体及びその製造方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は焼却炉で発生する酸
性ガス（塩化水素ガスを含む）を高温域で反応させて炉
の腐食を防止すると共に、塩化水素ガスをソーダライト
として回収することにより、焼却炉で発生するダイオキ
シンの低減をはかるようにしたハイドロソーダライト成
形体及びその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】近時各種の工場とか一般家庭から排出さ
れる都市ゴミ等の廃棄物の処理が問題化しており、特に
可燃性廃棄物の中には化学物質、例えば塩化ビニル樹脂
を含むプラスチックとか塩素系漂白剤のように多量の塩
素を含んだ物質が混入している。これらの塩素を含んだ
物質をそのまま焼却すると、ダイオキシンの元になる塩
化水素ガスを含む有害な酸性ガスが発生して環境を汚染
するとともに焼却施設が早期に劣化するという問題が発
生する。
【０００３】一般のゴミ焼却炉では、通常１５００℃前
後の高温でゴミ等の被処理物を焼却する。この際に焼却
炉内でダイオキシンの元になる塩化水素ガスと、二酸化
炭素（ＣＯ2）まで分解されない炭素又は有機化合物が
発生する。これらは冷却過程（一般的には５００℃以下
で発生量が多い）で反応してダイオキシンが生成すると
考えられている。
【０００４】ダイオキシンは塩素を含む化合物であって
図８に示した化学構造式を持ち、主としてクロロベンゼ
ンとかクロロフェノール，炭化水素，未燃炭素と塩素系
ガスもしくは金属酸化物が、銅とか塩化銅などの触媒の
存在下で反応してダイオキシン類が生成すると考えられ
ている。このダイオキシンは塩素が存在しないと発生し
ないため、塩化水素ガスを取り除くことによりダイオキ
シンの生成を防止することができる。
【０００５】従来から焼却炉の排ガスが通る煙道に消石
灰とか炭酸カルシウムの粉末を噴霧して塩化水素ガスを
反応させて回収する手段が知られているが、回収温度は
燃焼ガスの温度が下がった１５０℃〜２５０℃の低温域
である。しかしダイオキシンは３００℃〜４００℃で既
に発生するため、温度が下がった１５０〜２５０℃で塩
化水素ガスを反応させて回収しても既に生成したダイオ
キシンを低減することはできない。
【０００６】前記消石灰とか炭酸カルシウムの粉末を１
０００℃程度まで加熱してダイオキシンを熱分解する方
法も考えられるが、省エネルギーの観点から好ましい方
法であるとは言えず、更にダイオキシンの吸着した消石
灰等の粉末の処理にも大きな問題が残る。
【０００７】その他にも被処理物を焼却処理した後、各
種排ガスの浄化処理、例えば二次燃焼とかバグフィルタ
処理により有害な塩化水素ガスが大気中に放散されない
ようにする手段も行われている。
【０００８】更に近年焼却過程で発生した塩素系のガス
を高温状態で反応させて回収することを目的としてハイ
ドロソーダライトが研究されており、特定の原料を用い
てハイドロソーダライトを製造する技術が検討されてい
る。このハイドロソーダライトの製造方法としては、シ
リコンとアルミニウムの原子比１：１の原料に、過剰の
ナトリウム溶液を混合し加熱処理することによりハイド
ロソーダライトを合成できることが従来より知られてい
る。
【０００９】しかし粉体のままでは高温の排ガスが通る
焼却炉の煙道に設置することが困難なため、ハイドロソ
ーダライト粉にポリビニルアルコールとかカルボキシメ
チルセルロース等の有機バインダーもしくはカオリン鉱
物等の可塑性粘土及び水を添加して成形し、焼成して成
形体を作製する必要がある。
【００１０】ハイドロソーダライトはＮａ8Ａｌ6Ｓｉ6
Ｏ24（ＯＨ）2の構造を持ち、高温域で安定であり（９
００℃以上でネフェリンに相転移するため、８００℃以
下で使用可能）、塩化水素ガスと反応してソーダライト
（Ｎａ8Ａｌ6Ｓｉ6Ｏ24Ｃｌ2）に変化する。従ってハイ
ドロソーダライトを使用することにより、ダイオキシン
が発生する以前の高温域（５００−８００℃）で塩化水
素ガスを反応させて回収するという作用が得られるた
め、ダイオキシンの発生を大幅に低減することができ
る。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】前記したように塩素を
含んだ物質を焼却することによりダイオキシンの元にな
る塩化水素ガスを含む有害な酸性ガスが発生し、処理炉
自体も損傷してしまうという問題があり、消石灰とか炭
酸カルシウムを用いて塩化水素ガスを反応させて回収す
る手段を用いても、ダイオキシンの生成後に塩化水素ガ
スを反応させて回収することになるため、ダイオキシン
の生成を大幅に低減することはできない。
【００１２】更に焼却処理後に二次燃焼とかバグフィル
タ処理を行うことによって一定の効果は期待できるが、
塩化水素ガスの大気中への拡散は防止できても焼却炉の
残渣中に残存したりするために完全な除去は困難であ
り、ダイオキシン発生の一因となっているのが実状であ
る。
【００１３】また、ハイドロソーダライトを使用するこ
とにより、ダイオキシンが発生する以前の高温域で塩化
水素ガスとハイドロソーダライトが反応して塩化水素ガ
スが回収されるため、ダイオキシンの発生を大幅に低減
することができて有効な手段であるものと考えられる。
このハイドロソーダライトを実際に使用するためには、
前記したようにハイドロソーダライト粉に有機バインダ
ーとか可塑性粘土及び水を添加して圧縮，押出し，造粒
等の成形と焼成を行って成形体を作製する必要がある。
しかしハイドロソーダライト粉は可塑性が乏しく、成形
体を作製するのが非常に困難であり、成形体として要求
される強度が出にくいという問題がある。
【００１４】そこで、ハイドロソーダライト成形体の強
度を満足させるためには、多量の添加物と高温焼成が必
要となる。しかしこれらの添加物は酸性ガスと反応する
ことが無いため、成形体重量当たりの酸性ガスとの反応
性が低下するという根本的な問題が生じる。特に９００
℃以上で焼成して成形体を作製すると、ハイドロソーダ
ライトがネフェリンに相転移して酸性ガスと反応する能
力がなくなるという難点がある。
【００１５】更にハイドロソーダライトを焼却炉に入れ
て高温状態で塩化水素ガスと反応させるためには、ハイ
ドロソーダライトを焼却炉の高温の煙道に設置する必要
があるが、粉体の場合には高温に耐えるバグフィルター
を必要とし、粉体の飛散を防止することが困難であって
圧力損失も大きくなるという問題がある。
【００１６】そこで本発明は、成形体としての強度を高
めて高温高速の燃焼ガスに接触しても損壊せず、しかも
塩化水素ガスとの接触面積を大きくして酸性ガスとの反
応性が高く、多量の添加物とか高温焼成を不要として製
造が容易なハイドロソーダライト成形体及びその製造方
法を得ることを目的とするものである。
【００１７】
【課題を解決するための手段】本発明は上記の目的を達
成するために、可塑性を有する粘土鉱物を原料とし、こ
の原料に水を加えて圧縮，押出し，造粒等の手段で成形
した後、乾燥，焼成を行って原料成形体とし、この原料
成形体にカセイソーダ又は炭酸ソーダと水を添加して加
熱処理を行うことにより作製したハイドロソーダライト
成形体とその製造方法を提供する。
【００１８】可塑性を有する粘土鉱物として、カオリン
鉱物，スメクタイト等のシリカ、又はアルミナを主成分
とする鉱物が用いられ、更に粘土鉱物に、珪砂，フライ
アッシュ，水ガラス，火山岩ガラス，珪藻土，石炭灰，
水酸化アルミニウムから選択した物質を混合して原料と
する形態を含んでいる。
【００１９】具体的な製造方法として、前記原料に水を
加えて圧縮，押出し，造粒等の手段で成形した後に乾燥
し、３００℃〜１０００℃の温度範囲で焼成して原料成
形体を作成し、原料成形体にカセイソーダ又は炭酸ソー
ダと水を加え、加熱処理してハイドロソーダライトを合
成する。
【００２０】かかるハイドロソーダライト成形体とその
製造方法によれば、製造が容易であるとともに成形体の
全量がハイドロソーダライトに合成されて不純物が混在
していない上、成形体はハニカム状に繋がり、多数の細
孔を形成しているため、塩化水素ガスとの反応性が高い
だけでなく、ハイドロソーダライト成形体の圧縮強度が
原料成形体よりも１０倍以上も高くなり、成形体として
必要とする強度が得られる。
【００２１】
【発明の実施の形態】以下本発明にかかるハイドロソー
ダライト成形体及びその製造方法に関する各種の実施形
態を説明する。
【００２２】本発明では工業的にハイドロソーダライト
成形体を製造する方法を提供することが目的の１つとな
っている。得られた成形体は造粒体もしくはハニカム成
形体等の形態を有しているが、被処理物とともに焼却炉
の排ガスの煙道に入れて処理可能であれば他の形状でも
良く、焼却炉に応じた形態を選択することができる。成
形体に要求される性能として、塩化水素ガスとの接触面
積が大きくて圧力損失は小さく、かつ、焼却炉の煙道を
通過する高温，高速の燃焼ガスに接触しても損壊しない
強度を保持していることが挙げられる。
【００２３】具体的に説明すると、可塑性を有する粘土
鉱物またはハイドロソーダライトの原料となり得る他の
原料と粘土鉱物を混合したものに水を添加し、セラミッ
クスの成形方法と同様に、圧縮，押出し，造粒等の方法
を用いて成形して原料成形体とし、この原料成形体を乾
燥してから３００〜１０００℃で焼成を行い、次にカセ
イソーダ又は炭酸ソーダをハイドロソーダライト理論量
以上に添加し、成形体が浸漬するまで水を添加した後、
加熱処理を行うことによりハイドロソーダライト成形体
を得ることができる。
【００２４】上記により得られた本発明のハイドロソー
ダライト成形体は、製造が容易であるとともに成形体の
全量がハイドロソーダライトであって不純物が混在して
いないため、塩化水素ガスとの反応性が高いという特徴
がある。
【００２５】原料成形体の焼成温度を３００〜１０００
℃としたのは、３００℃以下では原料成形体の強度が弱
く、ハイドロソーダライト合成時の加熱処理で損壊する
惧れがあり、１０００℃を越えると粘土鉱物の相転移が
起こり、ハイドロソーダライトの合成が進みにくくなる
ためである。望ましくは焼成炉の温度を５００〜９００
℃に保持して焼成するのがよい。
【００２６】粘土鉱物と混合する他の原料としては、シ
リカ源としては珪砂，フライアッシュ，水ガラス，火山
岩ガラス，珪藻土，石炭灰等があり、アルミナ源として
は水酸化アルミニウム等のハイドロソーダライトを合成
可能な原料なら何でも良く、特に限定するものではな
い。この粘土鉱物と他の原料の混合割合も限定されず、
成形，乾燥した後に３００〜１０００℃の温度で焼成し
て成形体を得られる混合割合であれば良く、特に最適混
合割合は使用する原料によっても相違する。
【００２７】本発明にかかる製造方法により、適正な条
件でハイドロソーダライト成形体を合成した場合、得ら
れたハイドロソーダライト成形体の強度は原料成形体の
強度よりも数倍強くなる。その詳細は後述するＳＥＭ
（走査型電子顕微鏡）写真により説明する。
【００２８】
【実施例】以下に最良の成形体が得られる各種実施例
を、比較例とともに説明する。 〔実施例１〕粘土鉱物のカオリン鉱物であるジョージア
カオリンをハイスピードミキサー（高速撹拌型造粒機）
を用いて水を添加しながら造粒し、温風乾燥機で十分に
乾燥した後、焼成炉で７００℃で焼成して粒径１〜２ｍ
ｍの原料成形体を作製した。この原料成形体３０ｇに対
しハイドロソーダライト理論量の２倍ｍｏｌのカセイソ
ーダ２５.５ｇと水４４.５ｇを添加して混合した後、モ
ーレ型加圧分解容器に入れ１２０℃で２４時間加熱処理
を行ってハイドロソーダライトを合成した。
【００２９】合成後に未反応のカセイソーダを除くた
め、十分に洗浄を行い、ハイドロソーダライト成形体を
得た。
【００３０】〔実施例２〕粘土鉱物のカオリン鉱物の中
でも可塑性の優れた蛙目粘土３０％と他の原料（珪藻土
と水酸化アルミニウム粉末を、シリコン／アルミニウム
原子比１／１に混合したもの）７０％を混合し、実施例
１と同条件にて造粒，乾燥，焼成して原料成形体を得
た。この原料成形体を用いて実施例１と同条件にて合
成，洗浄してハイドロソーダライト成形体を得た。
【００３１】図１は実施例１で合成したハイドロソーダ
ライトのＸ線回析（ＸＲＤ）チャート図、図２は実施例
２で合成した場合の同Ｘ線回析チャート図である。図
１，２によれば、実施例１，２とも非常に純度の高いハ
イドロソーダライト成形体が合成されていることが判明
した。
【００３２】〔比較例〕ハイドロソーダライト粉合成法
として、ジョージアカオリン３０ｋｇに対しハイドロソ
ーダライト理論量の２倍ｍｏｌのカセイソーダ２５.５
ｋｇと水４４.５ｋｇを添加して混合した後、大型オー
トクレーブに入れ１２０℃で２４時間加熱処理してハイ
ドロソーダライトの合成を行った。合成後に未反応のカ
セイソーダを除くため十分に洗浄を行い、ハイドロソー
ダライト粉を得た。このハイドロソーダライト粉に蛙目
粘土を３０％添加し、ハイスピードミキサー（高速撹拌
型造粒機）を用いて水を添加しながら粒径１〜２ｍｍの
成形体を作製した。しかしハイドロソーダライト粉は可
塑性が乏しいため、作業が困難であった。この成形体を
７００℃で焼成し、比較例としてのハイドロソーダライ
ト成形体を得た（ハイドロソーダライト成形体−３）。
【００３３】これら実施例１，２の原料成形体及びハイ
ドロソーダライト成形体−１，２と比較例のハイドロソ
ーダライト成形体−３の圧縮強度を表１〜表３に示す。
【００３４】
【表１】
【００３５】
【表２】
【００３６】
【表３】
【００３７】表１は実施例１の原料成形体と合成したハ
イドロソーダライト成形体−１の圧縮強度を示してお
り、表２は実施例２の原料成形体と合成したハイドロソ
ーダライト成形体の圧縮強度を各々示している。更に表
３は比較例により合成したハイドロソーダライト成形体
−３の圧縮強度を示している。表１，２によれば、原料
成形体の圧縮強度よりもハイドロソーダライト成形体の
圧縮強度の方が１０倍以上も高くなっているのが分か
る。例えば、実施例１の原料成形体の圧縮強度は０．４
２Ｋｇｆであるに対し、ハイドロソーダライト成形体−
１の圧縮強度は５．６０Ｋｇｆと大幅に増加している。
これに対して表３に示す比較例により合成したハイドロ
ソーダライト成形体−３の圧縮強度は０．３０Ｋｇｆで
あって、実施例１のハイドロソーダライト成形体−１の
圧縮強度５．６０Ｋｇｆに較べて５％程度の圧縮強度し
かなく、非常に低いことがわかる。
【００３８】図３は実施例１の原料成形体の表面組織の
形状を示すＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）写真であり、図
４は同じ実施例１のハイドロソーダライト成形体の表面
組織の形状を示すＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）写真であ
る。図５，図６は同様に実施例２の原料成形体とハイド
ロソーダライト成形体の表面組織の形状を示すＳＥＭ
（走査型電子顕微鏡）写真である。なお、図３〜図７に
おけるＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）写真の倍率はいずれ
も３５００倍である。
【００３９】各写真の比較で理解されるように、原料成
形体は粒子が集合しているだけであるが、実施例１，２
はともに原料の成形体を作成した後にハイドロソーダラ
イト成形体を合成しているため、得られたハイドロソー
ダライト成形体は均一にハニカム状に繋がっており、し
かも多数の細孔が観察される。このように成形体が均一
にハニカム状に繋がっていることにより必要とする強度
が得られ、しかも多数の細孔の存在によって塩化水素ガ
スとの接触面積が増大して反応が高められるという作用
が得られる。
【００４０】図７は比較例のハイドロソーダライト成形
体−３のＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）写真である。この
写真から判るように、比較例のハイドロソーダライト成
形体−３には成形のために添加した粘土粒子が混在して
いるため、実施例１の原料成形体と同様に粒子が集合し
ているだけで、ハニカム状に繋がっておらず、細孔も観
察されなかった。なお、圧縮強度は実施例１の原料成形
体の７０％程度、ハイドロソーダ成形体−１の５％程度
である。
【００４１】
【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明にか
かるハイドロソーダライト成形体とその製造方法によれ
ば、成形体の製造が容易であるとともに得られた成形体
の全量がハイドロソーダライトであって不純物が混在し
ておらず、しかも成形体に多数の細孔が形成されるた
め、ダイオキシンの発生源となる塩化水素ガスとの反応
性が高いという効果が得られる。
【００４２】得られた成形体はハニカム状に繋がってい
るため、ハイドロソーダライト成形体としての圧縮強度
が極めて高く、それに伴って成形体として必要とする強
度が得られるので、そのまま焼却炉の排ガスの煙道に入
れて高温状態で酸性ガス（塩化水素ガスを含む）を反応
させて回収することが可能であり、焼却炉の排ガスの煙
道以降のプラントの腐食を防止するとともに焼却炉で発
生するダイオキシンを低減することができる。特に従来
のハイドロソーダライト粉の場合における可塑性が乏し
いことに起因して成形体として要求される強度が出にく
いという問題点が解消され、多量の添加物及び高温焼成
を実施することなく強度が高められる。
【００４３】従って本発明によれば、焼却炉の排ガスの
煙道内に入れて使用した際に、高温高速の燃焼ガスに接
触しても損壊せず、しかも塩化水素ガスとの接触面積を
大きくして酸性ガスとの反応性が高く、ダイオキシンの
低減効果の大きなハイドロソーダライト成形体及びその
製造方法を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１で合成したハイドロソーダラ
イトのＸ線回析チャート図。
【図２】本発明の実施例２で合成したハイドロソーダラ
イトのＸ線回析チャート図。
【図３】実施例１の原料成形体の表面組織の形状を示す
ＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）写真。
【図４】実施例１のハイドロソーダライト成形体の表面
組織の形状を示すＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）写真。
【図５】実施例２の原料成形体の表面組織の形状を示す
ＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）写真。
【図６】実施例２のハイドロソーダライト成形体の表面
組織の形状を示すＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）写真。
【図７】比較例のハイドロソーダライト成形体の表面組
織の形状を示すＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）写真。
【図８】ダイオキシンの化学構造式。
フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ Ｃ０４Ｂ 41/85 Ｂ０１Ｄ 53/34 １３４Ｅ (72)発明者 芝崎 靖雄 愛知県名古屋市熱田区大宝２丁目４番 白鳥パークハイツ大宝団地９棟601号 (72)発明者 山下 芳孝 高知県高知市南はりまや町１丁目15番２ 号 (72)発明者 濱田 司令 高知県高知市大津乙1926番地35 (72)発明者 加守 雅信 高知県高知市大津乙440番１号 コーポ イルカ101号 (72)発明者 竹中 日出男 高知県高知市鴨部１丁目11番１−912 (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) C04B 41/80 - 41/91

Claims (6)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 可塑性を有する粘土鉱物を原料とし、こ
    の原料に水を加えて圧縮，押出し，造粒等の手段で成形
    した後、乾燥，焼成を行って原料成形体とし、この原料
    成形体にカセイソーダ又は炭酸ソーダと水を添加して加
    熱処理を行うことにより作製したことを特徴とするハイ
    ドロソーダライト成形体。
  2. 【請求項２】 可塑性を有する粘土鉱物として、カオリ
    ン鉱物，スメクタイト等のシリカ、又はアルミナを主成
    分とする鉱物を用いた請求項１に記載のハイドロソーダ
    ライト成形体。
  3. 【請求項３】 可塑性を有する粘土鉱物に、珪砂，フラ
    イアッシュ，水ガラス，火山岩ガラス，珪藻土，石炭
    灰，水酸化アルミニウムから選択した物質を混合して原
    料としたことを特徴とする請求項１又は２に記載のハイ
    ドロソーダライト成形体。
  4. 【請求項４】 ３００℃〜１０００℃の温度範囲で焼成
    することにより加熱処理を行なった請求項１，２又は３
    に記載のハイドロソーダライト成形体。
  5. 【請求項５】 可塑性を有する粘土鉱物を原料とし、こ
    の原料に水を加えて圧縮，押出し，造粒等の手段で成形
    した後に乾燥し、３００℃〜１０００℃の温度範囲で焼
    成して原料成形体を作成し、原料成形体にカセイソーダ
    又は炭酸ソーダと水を加え、加熱処理してハイドロソー
    ダライトを合成することを特徴とするハイドロソーダラ
    イト成形体の製造方法。
  6. 【請求項６】 可塑性を有する粘土鉱物に、珪砂，フラ
    イアッシュ，水ガラス，火山岩ガラス，珪藻土，石炭
    灰，水酸化アルミニウムから選択した物質を混合して原
    料とし、この原料に水を加えて圧縮，押出し，造粒等の
    手段で成形した後に乾燥し、３００℃〜１０００℃の温
    度範囲で焼成して原料成形体を作成し、原料成形体にカ
    セイソーダ又は炭酸ソーダと水を加え、加熱処理してハ
    イドロソーダライトを合成することを特徴とするハイド
    ロソーダライト成形体の製造方法。
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