JP3382042B2

JP3382042B2 - 炭化物の製造方法

Info

Publication number: JP3382042B2
Application number: JP33941294A
Authority: JP
Inventors: 邦位中田
Original assignee: 株式会社ナカタ技研
Priority date: 1994-12-16
Filing date: 1994-12-16
Publication date: 2003-03-04
Anticipated expiration: 2018-03-04
Also published as: JPH08169780A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は炭化物の製造方法に係わ
り、さらに詳しくは、可燃性廃棄物を炭化して炭化物を
製造する方法に係わるものである。

【０００２】

【従来の技術】産業廃棄物をいかに処理するか、今や社
会問題である。食品工場から多量に排出される汚泥、残
渣、粕あるいは生ごみ等の有機質廃棄物は一部堆肥に利
用されているが大部分は燃焼処理されている。有機質廃
棄物には不可避的に水が含まれており、これら水分の乾
燥も必要であり、二重のコストが掛かる。また、ダンボ
ール、新聞紙、シュレッダーによる廃紙、あるいはパル
プ工場の廃パルプ、きのこ栽培の廃オガコ、廃プラスチ
ック、廃油、廃石炭等の燃料として利用できる物でも有
効に利用されているのはほんの僅かで、ほとんどは無目
的に燃やされている。つまり燃やせる物はすべて何の目
的もなく焼却されており、燃焼コストと大気汚染は深刻
である。産業廃棄物の処理の問題は、コストを掛けず有
用な物に転化できれば、これがベストである。経済的に
有用な物に生まれ変わることができれば、これが最善の
解決策である。

【０００３】

【発明が解決する課題】本発明は、かかる状況に鑑みて
なされたもので、可燃性廃棄物を炭化して炭化物を製造
する新しい方法を提供せんとするものである。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明に係る炭化物の製
造方法は、可燃物もしくは可燃物を含む物を原料とし、
該原料に水分を添加しもしくは添加しないで原料の水分
量を所要量に調整し、該原料と、ベントナイトもしくは
ベントナイトの主成分であるモンモリロナイトを含有す
る粘結材と、水溶性糖類とを混練して可燃成分を前記粘
結材の微粒子で被覆し、該混練物を所要形状に成形し、
該成形体を酸化雰囲気中で炭化物に焼成することを特徴
とする。上記可燃物もしくは可燃物を含む物が可燃性廃
棄物であることを特徴とする。また、上記可燃性廃棄物
が廃プラスチックであることを特徴とする。また、上記
可燃物廃棄物が廃紙、廃パルプであることを特徴とす
る。また、上記可燃物廃棄物がモミガラであることを特
徴とする。また、上記可燃物廃棄物が廃油であることを
特徴とする。また、上記可燃物廃棄物が有機質廃棄物で
あることを特徴とする。また、上記有機質廃棄物が有機
質汚泥であることを特徴とする。さらに、上記有機質廃
棄物が生ごみであることを特徴とする。

【０００５】

【作用】［原理］通常可燃物を炭化するためには還元雰囲気で焼成する必
要がある。可燃物を酸化雰囲気で焼成すると燃焼して灰
になるが、本発明は酸化雰囲気で焼成しても燃焼せず炭
化する。ベントナイトが可燃物に湿式混合されることに
よって、可燃成分がベントナイトの微粒子で被覆される
ことによって酸化が抑制されるものと推察される。この
酸化抑制効果は、ベントナイトあるいはベントナイトの
主成分であるモンモリロナイトを含有する他の粘結材を
湿式混合するときにのみ発現される。この効果は、ベン
トナイトに水溶性糖類を共存させたとき、さらに飛躍的
に向上する。また水溶性糖類を転化することによって、
焼成物が表面まで黒化する。因みにモンモリロナイトを
含有していない粘土を湿式混合しても、同じ条件で酸化
焼成したとき、炭化されず燃焼する。モンモリロナイト
を含有していない粘土の場合は、還元焼成しないと炭化
されない。

【０００６】［湿式混合］上記した酸化抑制効果はベントナイトあるいはベントナ
イトの主成分であるモンモリロナイトを含有する他の粘
結材を湿式混合するときにのみ現れるが、ここで言う湿
式混合とは、水分をどの様に供給するかは別にして、要
は水分の存在する条件下でベントナイトを混ぜると言う
事である。つまり単に外から水を加えて混合するという
意味ではなくて、混合する可燃物が水分を十分に保有す
る場合はこの水分を使用してベントナイトを湿式混合す
る。水分が不足する場合は新たに外から追加する。ま
た、水分を保有しない場合、外からすべて供給して、ベ
ントナイトを混合する。このことを意味するのである。
水分量は、要は成形に必要な水分が存在すれば良いわけ
で、例えば混合体をスプレイして粉にするときには混合
体を液状にする必要があるし、粉状にする場合には粘土
状が良いわけで、また、混合する原料が吸水性の材料の
場合は沢山の水分が必要に成ってくる訳であり、混合体
の粘土は目的に応じて適宜加減すれば良い。

【０００７】［可燃物］本明細書の可燃物とは、石炭、石油、植物油、木材、
竹、プラスチック、穀物の殻（蕎麦殻、もみ殻等）、
紙、パルプ、肉類、穀物、食品、およびこれらの加工残
渣、およびこれらを原料にする廃棄物等、要するに燃え
る物全般である。可燃物を含むものとは、要は燃える物
と燃えない物が混ざった物で、燃えない物はガラス、耐
火物等のセラミック、水等である。廃棄物は純粋な可燃
物のみの状態で排出されることは珍しく、むしろ可燃物
と非可燃物が混ざった状態で排出されることが多い。本
発明では、可燃物の廃棄物および可燃物を含む物の廃棄
物は、可燃性廃棄物という言葉で表現した。厳密に分類
すれば、廃紙、廃パルプ、モミガラ、廃プラスチック、
おがこ、等は可燃物の廃棄物であり、有機質汚泥は可燃
物を含む物の廃棄物であるが、本発明ではいずれも可燃
性廃棄物と表現した。本発明でいう可燃性廃棄物には主
に次のようなものがある。一般の野菜、果物、肉、魚、
大豆食品、植物性油脂類、鉱物油、魚の加工残渣（臓
物、血液、骨髄液等）、穀類の殻（モミガラ、ソバガラ
等）、食品工場の汚泥、残渣、粕、アルコール工場残
渣、木材、廃木材、竹、動物の毛、化学繊維、食物繊
維、綿、糞、等のいわゆる炭素成分を含む廃棄物全般を
意味する。これらの廃棄物は完全燃焼すると消失してし
まうが、焼成すると炭化物として残り多孔体の骨格の一
部を構成することとなる。つまり、廃棄物が機能を持っ
た炭化物として生まれ変わることになる。上記した可燃
性廃棄物は特別な場合を除いて本来水分を保有するが、
ベントナイトとの混合に当って、この水分だけでベント
ナイトを膨潤させるに十分な水分を供給できる場合もあ
る。保有水分が足りない場合、新たに水分を補給すれば
よい。多すぎる場合、吸水性のある材料、例えば廃紙、
廃木材の粉（オガコ）等を混ぜて水分を吸収させてもよ
い。あるいは水分が足りない材料の水分供給源としてこ
れらを使用してもよい。ベントナイトとの混合は、材料
をミキサーで混練し、必要に応じて水を添加してマヨネ
ーズ状にしておき、これにベントナイトを混合する方法
が能率的である。いずれにしてもベントナイトが混合さ
れることによって、混合物は膨潤して体積膨張し、しか
も適度の強度が発現し、任意の形に成形できるようにな
る。これらの廃棄物の中で繊維質のもの、例えば廃紙、
廃野菜、モミガラは、一種の繊維強化の効能があり、焼
成時の割れ防止に有効に作用する。特にモミガラでは高
強度のものが得られる。また、繊維質のものは成形体に
まぶして圧着しても割れ防止に効果がある。

【０００８】［水溶性糖類］水溶性糖類がベントナイトと共存すると可燃物の酸化を
抑制する効果が飛躍的に向上する。６００〜７００℃で
数十時間加熱しても酸化されず炭化状態が保たれる。ま
た、焼成した物の黒化度を高め、強度を飛躍的に高め
る。糖類には、多糖類、小糖類、単糖類と、その分子量
によっていろいろな物があるが、本発明では上記した糖
類の中で水に溶ける糖類が好ましい。とりわけ、しょ
糖、麦芽糖、ブドウ糖等の小糖類、単糖類が好ましい。
糖類の添加は、糖そのものを添加するほかに、廃菓子の
屑や砂糖精製の過程で発生する残渣等、糖が含まれた物
を添加しても良い。糖は水に溶解した状態でベントナイ
トと混合される事になる。

【０００９】［ベントナイト］ベントナイト単独あるいはベントナイトの主成分である
モンモリロナイトを含む粘結材の形で加えても良い。ベ
ントナイトの添加量は全体の５〜３０％が一つの目安で
あり、目的によって適宜加減して好みの堅さに調整すれ
ば良い。ベントナイトは少ない水分で高い粘結性が現れ
る。この事は少ない量のベントナイトで多量の廃棄物を
炭化できることを意味し、ベントナイトのコストが負担
に成らない。また、ベントナイトに水分を混ぜると、膨
潤して体積が膨張する。最高２〜３倍に膨張する。本発
明で得られた焼成体は、おしなべて多孔質であるが、ベ
ントナイトが水分を吸収して膨張する性質が気孔率の大
きな多孔体を作る上で極めて重要な意味を持つ。

【００１０】［成形］本発明でいう成形とは、目標とする形を与える事を意味
し、型に入れて形を与える場合のみではない。

【００１１】［焼成体の構造］本発明方法で得られた焼成体は、乾燥、焼成条件に係わ
りなく、すべての条件で多孔体になり、しかも表層と内
部の孔は連通され、極めて吸水性と保水性に富む性質を
有する。乾燥条件と焼成条件、特に乾燥条件が変化する
と気孔率が大きく変化する。すなわち上記した可燃物、
ベントナイト、あるいはこれに糖類が添加された混合物
を成形した物を無乾燥〜半乾燥して焼成すると、表層部
が微細孔組織、内部が粗孔組織からなり、かつ表層と内
部の孔が連通され、気孔率の高い多孔体構造になる。こ
の構造は極めて吸水性に富む。ベントナイトは水分と混
合されると膨潤して体積が膨張する。体積が膨張した物
を無乾燥〜半乾燥しただけで、焼成したとき、まず、表
層部に微細孔組織の固い多孔質焼成殻ができるが、内部
の乾燥、焼成に伴う収縮は表層部にできたこの殻に阻止
されるために、乾燥、焼成に伴う全体的な体積の収縮は
抑制され、この収縮分は内部に空洞（気孔）を形成する
ことに振り向けられることとなる。この結果、内部は比
較的粗い多孔質組織となり、連通孔は塞がれることもな
く、気孔率の高い多孔体が得られることとなるのであ
る。通常の乾燥、焼成した物では上記したほど高い気孔
率は得られない。因みに焼成後の体積収縮率は、通常の
乾燥、焼成では４０〜５０％、無乾燥〜半乾燥の焼成体
では１０〜１５％である。

【００１２】［無機骨材の混合］ベントナイト単独で乾燥、焼成した場合、割れが発生
し、崩壊しやすい。一般的にベントナイトに骨材を混合
すると割れが防止できる。本発明で得られた焼成体で
は、可燃物が炭化して骨格を形成しており、ベントナイ
トに対して一種の骨材の役割をしており、われは発生し
にくいが、特に割れの発生が問題に成る場合、新たに骨
材を混合するとよい。骨材としては、無機質廃棄物の粉
粒体が良い。鋳物砂、汚泥砂、レンガ、瓦、コンクリー
トの粒、粉、製鉄高炉スラグ、鋳物のノロ、パーライ
ト、ガラス繊維、ロックウール、廃粘土、焼却炉の灰、
スラグ金属の錆、等々である。これらの骨材の中でも高
炉スラグ、パーライト等の吸水性材料は有利であり、割
れ防止にも効果がある。骨材の粒度は概ね６５メッシュ
以下がよい。無機骨材の中で特に繊維質のものは、繊維
強化の効果をもたらし、焼成体の割れ防止に効果があ
る。また、無機繊維は成形体にまぶして圧着しても割れ
防止に効果がある。

【００１３】［乾燥］成形体の乾燥は、無乾燥〜半乾燥〜完全乾燥まで適宜選
択できる。つまり気孔率の高いものは無乾燥〜半乾燥
が、強度を望むときは完全乾燥がよい。完全乾燥する
と、気孔率は小さく成るが、強度が高くなる。

【００１４】［焼成条件］焼成温度は７００〜９００℃程度で十分である。焼成雰
囲気は酸化〜還元雰囲気いずれでもよい。本発明は酸化
焼成できるところに最大の特徴がある。焼成はロータリ
ーキルンを使って２〜１０分程度の短時間で内部まで所
定温度に加熱して急速焼成して大気中に取り出して放冷
するのが最も経済的である。炭化に必要な時間は、直径
４〜５ｍｍの粒で、約１分、直径１０ｍｍ前後の粒で４
〜５分必要である。本発明では上記したような可燃物が
混合されているために炭化水素成分によって自己燃焼が
進み、燃料の補給は少なくて済む。

【００１５】［性質］本発明方法による焼成体は乾燥、焼成条件に係わらず多
孔質で水をよく吸収する。焼成体のもつ機能は、吸水
性、保水性のほか、炭化した部分は表面積の大きな多孔
体であり、活性炭機能、微生物の担体、濾過材料、空
気、水、肥料等の貯蔵性を利用して土壌改良材、あるい
は人工土壌としても利用できる。また、建築関係の断熱
材、吸湿材、防音材としても利用できる。また、骨材成
分に銅、銀粉末を混合すると銅イオン、銀イオンが溶出
して抗菌作用が発現する。また、これは骨材ではなく、
銅、銀等の粉末を表面にまぶして炭化焼成した場合でも
同じような効果がある。焼成体の吸水量は、乾燥、焼成
条件によって変化してくる。無乾燥〜半乾燥では、焼成
体の体積の３０〜４０％の吸水性がある。完全乾燥で
は、１０〜１５％の吸水性がある。重量で比較すると、
無乾燥〜半乾燥では、焼成体重量の２５０％の吸水性が
得られる場合もある。因みに完全乾燥では約３０〜５０
％程度である。

【００１６】［形状］成形体の形状は、目的に応じて任意の形状を適宜選択で
きるが、１０ｍｍ前後の直径のボール状が最も経済的に
製造できる。

【００１７】

【実施例】本発明を実施例で説明する。なお、実施例の
配合割合はすべて容積比で表示した。また、焼成雰囲気
はすべて酸化焼成である。［実施例１］配合割合ロックウール１０６号けい砂５２０％糖水１０ベントナイト３上記材料を混練して粘土状になした後、１０ｍｍ程度の
ボールに成形し、無乾燥でロータリーキルンに入れて、
６分間加熱した。このときボールの表面温度は約７００
℃まで到達した。冷却後得られたボールに亀裂はなく、
吸水性は極めて優れていた。ボールを破断したところ、
表面から内部まで濃黒色であった。このボールは６００
℃に２０時間加熱しても酸化されてなかった。

【００１８】［実施例２］配合割合記録用紙の小片１０オガコ５パーライト粒子５ βコンスターチ澱粉２ αコンスターチ澱粉１デキストリン１砂糖１ベントナイト２砂糖な水に溶かして使用した。上記材料を混練して粘土
状になした後、１０ｍｍ程度のボールに成形し、完全乾
燥してロータリーキルンに入れ、６分で８００℃に加熱
して焼成して取り出した。冷却後得られたボールは表面
から中まで全面濃黒色であった。また炭化物の表面は極
めて微細孔で活性であった。また、吸水性も極めて良好
であった。α、β澱粉、デキストリン、砂糖がベントナ
イトと結びついて炭化し、表面積が増大したためと考え
られる。このボールは７００℃に５０時間加熱しても酸
化されなかった。

【００１９】［実施例３］配合割合モミガラ１０新聞紙５５号けい砂５２０％砂糖水１０ベントナイト５モミガラは粉砕機で微粒子にして使用した。上記材料に
水を加えて混練して粘土状になした後、１０ｍｍ程度の
ボールに成形し、完全乾燥でロータリーキルンに入れ
て、５分で８００℃に加熱して焼成して取り出し、放冷
した。冷却後得られたボールに亀裂はなく、吸水性は極
めて優れていた。表面から中まで濃黒色に炭化されてい
た。粉砕したモミガラを使用することで繊維の補給がな
され、紙の使用を少なくしても割れが起こらないことが
確認できた。また、モミガラは燃焼時の収縮を抑える効
果があることがわかった。この結果保水量が増加するこ
とが判明した。

【００２０】

【発明の効果】本発明では、ベントナイトが可燃物に湿
式混合されることによって、可燃成分がベントナイトの
微粒子で被覆され、これによって可燃物を酸化雰囲気で
焼成しても燃焼せず炭化する。この酸化抑制効果は、ベ
ントナイトあるいはベントナイトの主成分であるモンモ
リロナイトを含有する他の粘結材を湿式混合するときに
のみ発現される。この効果は、ベントナイトに水溶性糖
類を共存させたとき、さらに飛躍的に向上する。また水
溶性糖類を転化することによって、焼成物が表面まで黒
化する。

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩ // Ｃ０４Ｂ 35/52 Ｂ０９Ｂ 3/00 ３０３Ｅ３０３ＭＣ０４Ｂ 35/52 Ｂ (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) C04B 35/52 - 35/54 C04B 38/00 - 38/10

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】可燃物もしくは可燃物を含む物を原料と
し、該原料に水分を添加しもしくは添加しないで原料の
水分量を所要量に調整し、該原料と、ベントナイトもし
くはベントナイトの主成分であるモンモリロナイトを含
有する粘結材と、水溶性糖類とを混練して可燃成分を前
記粘結材の微粒子で被覆し、該混練物を所要形状に成形
し、該成形体を酸化雰囲気中で炭化物に焼成することを
特徴とする炭化物の製造方法。
【請求項２】上記可燃物もしくは可燃物を含む物が可
燃性廃棄物であることを特徴とする請求項１記載の炭化
物の製造方法。
【請求項３】上記可燃性廃棄物が廃プラスチックであ
ることを特徴とする請求項２記載の炭化物の製造方法。
【請求項４】上記可燃物廃棄物が廃紙、廃パルプであ
ることを特徴とする請求項２記載の炭化物の製造方法。
【請求項５】上記可燃物廃棄物がモミガラであること
を特徴とする請求項２記載の炭化物の製造方法。
【請求項６】上記可燃物廃棄物が廃油であることを特
徴とする請求項２記載の炭化物の製造方法。
【請求項７】上記可燃物廃棄物が有機質廃棄物である
ことを特徴とする請求項２記載の炭化物の製造方法。
【請求項８】上記有機質廃棄物が有機質汚泥であるこ
とを特徴とする請求項７記載の炭化物の製造方法。
【請求項９】上記有機質廃棄物が生ごみであることを
特徴とする請求項７記載の炭化物の製造方法。