JP3398938B2

JP3398938B2 - ムライト結晶を含むセラミックスおよびその製造方法

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Publication number: JP3398938B2
Application number: JP27532599A
Authority: JP
Inventors: 和広堀見; 達雄佐野; 美佐男岩田
Original assignee: Noritake Co Ltd
Current assignee: Noritake Co Ltd
Priority date: 1999-09-28
Filing date: 1999-09-28
Publication date: 2003-04-21
Anticipated expiration: 2019-09-28
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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、セラミックスおよ
びその製造技術に関する。より詳細には、下水汚泥等を
焼却して生じる焼却灰等から高強度のセラミックスを製
造する方法および当該方法によって得られる高強度セラ
ミックス製品に関する。

【０００２】

【従来の技術】下水汚泥等を焼却処分した際には、廃棄
物として大量に焼却灰が生じることから、かかる焼却灰
の有効利用が望まれている。従来、この種の焼却灰は土
壌改良材等にそのまま利用されるほか、焼却灰をいった
ん溶融・スラグ化した後に適当なサイズに粉砕すること
によってコンクリート骨材や路盤材等のセラミックス製
品として再利用されている。例えば、特開平８−２２５
３６３号公報や特開平９−１００１５１号公報には、下
水汚泥焼却灰等を原料とするセラミックス及びその製造
方法が記載されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
製法によって製造された焼却灰等を原料とするセラミッ
クスでは、満足すべき強度の実現が不可能であった。こ
のため、かかる焼却灰等を原料とするセラミックスは、
陶管その他の比較的高強度が要求されるセラミック製品
としては利用し得ず、瓦、タイルといったあまり高強度
が要求されない建築用資材や土木用資材に利用されるに
とどまっていた。

【０００４】そこで本発明は、下水汚泥の焼却灰等を原
料とするセラミックスに関する上記従来の問題点を解決
するべく創出されたものである。本発明の目的とすると
ころは、下水汚泥等の焼却灰のさらなる有効利用を図る
べく、下水汚泥等の焼却灰を原料としても高強度のセラ
ミックスが得られ得る方法およびその結果物を提供する
ことである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明は、下水汚泥焼却灰あるいはその他の汚泥焼
却灰からセラミックスを製造する方法であって、(a).下
水汚泥焼却灰あるいはその他の汚泥焼却灰とアルミナ含
有率が鉱物質全体の２０重量％またはそれ以上である粘
土材とセラミック材とを供給する工程、(b).当該下水汚
泥焼却灰あるいはその他の汚泥焼却灰と粘土材とセラミ
ック材とを混合する工程、および、(c).当該混合する工
程によって得られた混合物を焼成する工程を包含し、該
(c).工程では、基質中に主として石英結晶部分と非晶質
ガラス部分とを生じさせ、該非晶質ガラス部分にムライ
トから成る結晶部分を生じさせるように、常温から焼成
最高温度に到達するまでの昇温時間が１．５時間以上に
設定される、セラミックス製造方法を提供する。本明細
書において「セラミック材」とは、セメント・ガラス・
煉瓦等を包含する広義の陶磁器類系無機材料をいう。陶
磁器破砕物やセメント粉末は本明細書にいうセラミック
材の典型例である。また、本明細書において「粘土材」
とは、粘土を構成し得る種々の鉱物類（典型的には各種
の粘土鉱物、ケイ酸塩鉱物）から成る無機材料をいう。
カオリン等の粘土の水分を除く鉱物質部分は本明細書に
いう粘土材の典型例である。

【０００６】上記本発明のセラミックス製造方法では、
産業廃棄物として大量に生じる下水汚泥あるいはその他
の汚泥の焼却灰に、粘土材とセラミック材を供給・混合
する。このことによって、たとえ下水汚泥焼却灰等に高
率にカルシウム成分やリン酸成分が存在する場合であっ
ても上記混合物中でこれら成分の含有率を相対的に低下
させ得る。従って、得られる焼成物（セラミック焼結
体）の緻密性を向上させることができる。

【０００７】また、本発明のセラミックス製造方法で
は、混合する粘土材（すなわち鉱物類集合体）としてア
ルミナ含有率が２０重量％またはそれ以上であるものを
使用することを特徴とする。このことによって、アルミ
ナ成分の含有率は原料焼却灰に比べ上記混合物中で高く
なる。従って、本発明のセラミックス製造方法によれ
ば、得られる焼成物の基質（マトリックス）中におい
て、その主要構成要素として石英結晶部分（相）と非晶
質ガラス部分（相）とを生じさせるとともに当該非晶質
ガラス中に高強度結晶体であるムライトから成る結晶部
分を偏析させることができる。これにより、従来のもの
よりも高強度のセラミックス（即ち下水汚泥焼却灰由来
のセラミックス）を得ることができる。

【０００８】本発明のセラミックス製造方法として好ま
しいものでは、上記(b).工程において、下水汚泥焼却灰
あるいはその他の汚泥焼却灰が２０〜４０重量％、上記
粘土材が３０〜４０重量％、上記セラミック材が３０〜
４０重量％の比率でこれら材料が混合される。かかる混
合比に設定することによって、得られるセラミックスの
緻密性と強度とを高い次元で両立させることができる。

【０００９】また、本発明のセラミックス製造方法とし
てさらに好ましいものでは、上記(b).工程において混合
された混合物中のＰ₂Ｏ₅含有量が当該混合物全体の８重
量％またはそれ以下となるように、上記下水汚泥焼却灰
あるいはその他の汚泥焼却灰と粘土材とセラミック材と
が供給および／または混合される。あるいはまた、(b).
工程において混合された混合物中のＣａＯ含有量が当該
混合物全体の３重量％またはそれ以下となるように、上
記焼却灰と粘土材とセラミック材とが供給および／また
は混合される。このように混合する原料やその混合比を
調整することによって、より高強度の下水汚泥焼却灰あ
るいはその他の汚泥焼却灰由来セラミックスを得ること
ができる。

【００１０】また、本発明のセラミックス製造方法とし
て好ましい他のものでは、上記(a).工程において、上記
粘土材およびセラミック材の粒径が１５０μｍまたはそ
れ以下に調整される。このことによって、各原料物の混
和性を向上させ得、結果、得られる焼成物の緻密さを向
上させることができる。

【００１１】また、本発明のセラミックス製造方法とし
て好ましい他のものでは、上記(c).工程は１０５０〜１
２００℃の範囲内において最高温度が選択される。好ま
しくは、常温から当該選択された最高温度までの昇温に
少なくとも８時間を要するように行われる。かかる昇温
処理条件を設定することによって、焼成中の混合物中か
らのガス除去効率を向上させ、結果、高緻密性の焼結体
を得ることができる。特に好ましい昇温処理条件では、
常温から５００℃までの昇温が毎時１２５℃またはそれ
よりも緩やかな昇温速度で行われるように設定される。
かかる昇温速度を設定することによって、粘土材ととも
に添加され得る有機成分および／または汚泥焼却灰中の
炭素成分を効率的に焼却・除去することができる。

【００１２】また、本発明は、上記目的を達成するた
め、基質中に主として（即ち基質中の大部分に）石英結
晶部分と非晶質ガラス部分とを有し、当該非晶質ガラス
部分にはムライトから成る結晶部分を含むセラミックス
によって実質的に構成された種々のセラミック製品（建
築用資材、土木用資材等）を提供する。而して、かかる
セラミック製品の一典型例として、本発明では、上記セ
ラミックスによって実質的に構成された陶管（セラミッ
クパイプ）を提供する。本発明の陶管では、上記ムライ
ト結晶部分を有する結果、高強度が実現されている。こ
のため、高強度が要求される上下水道用の陶管として好
適に利用され得る。

【００１３】本発明の陶管として好ましいものは、上述
の本発明のセラミックス製造方法によって得られるセラ
ミックスによって実質的に構成された陶管である。かか
る製造方法に基づいて得られた陶管は、上記ムライト結
晶部分を有する結果、高強度が実現されている。このた
め、高強度が要求される上下水道用陶管として好適に利
用される。また、産業廃棄物である下水汚泥焼却灰の有
効再利用に寄与することができる。本発明の陶管として
好ましいものは、ムライト結晶部分が上記セラミックス
の９重量％またはそれ以上の割合を占めるものであり、
特に好ましいのはムライト結晶部分が上記セラミックス
の１５〜１７重量％またはそれ以上の割合を占めるもの
である。このようなセラミックスから構成される陶管で
は、８０ＭＰａ（１Ｐａ＝1.01972×10^-5kgf/cm²）また
はそれ以上の三点曲げ強度を有するセラミックスと同じ
かまたはそれに準じる強度を有し得る。かかる高強度陶
管は、土中に埋設するような特に高強度が要求される上
下水道用陶管として好適に利用することができる。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明のセラミックス製造
方法の好適な実施形態について説明する。

【００１５】先ず、上記(a).工程（原料供給工程）に関
して説明する。本発明のセラミックス製造方法において
は、種々の下水汚泥焼却灰あるいはその他の汚泥焼却灰
を特に組成上の制限なしに用いることができる。例え
ば、一般的な下水汚泥由来の焼却灰は、鉱物的観点から
みると一般に石灰長石、リン酸化合物、石英等から構成
されており、ＳｉＯ₂を主成分とし、これにさらにＡｌ₂
Ｏ ₃、Ｎａ₂Ｏ、Ｋ₂Ｏ、ＭｇＯ、Ｆｅ₂Ｏ₃、Ｐ₂Ｏ₅等を
含有しているが、これらの組成比に影響なく、また他の
微量成分を含むものも利用することができる。一般に、
下水汚泥焼却灰はその処理方法によって、高分子系と石
灰系とに分類され得るが、いずれのものも用いることが
できる。高分子系の焼却灰が特に好適に利用し得る。

【００１６】また、本発明のセラミックス製造方法にお
いて使用される上記粘土材は、アルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）含
有率が鉱物質全体の２０重量％またはそれ以上であれば
よく特に制限はないが、焼成時においてガラス質生成の
原因となるＣａＯ、Ｐ₂Ｏ₅の含有量が低いものが本発明
の実施に好ましい。かかる粘土材の組成比としては、例
えば、ＳｉＯ₂：５７〜６７重量％、Ａｌ₂Ｏ₃：２０〜
２７重量％、Ｆｅ₂Ｏ₃：５重量％未満、ＣａＯ：１重量
％未満、ＭｇＯ：１重量％未満、Ｋ₂Ｏ：３重量％未
満、Ｎａ₂Ｏ：１重量％未満のものが好ましい。一方、
Ｆｅ₂Ｏ₃、ＣａＯ、ＭｇＯ、Ｋ₂ＯおよびＮａ₂Ｏが上記
組成比以上に過剰に存在すると、得られたセラミックス
基質中におけるガラス相の割合が高くなりすぎ、所望す
る強度の確保が難しくなる。

【００１７】また、本発明のセラミックス製造方法にお
いて使用される上記粘土材としては、アルミナ含有率が
２５重量％またはそれ以上である粘土材がムライト結晶
成分（ムライト相）を多量に発生させるうえで特に好ま
しい。特にカオリナイトを主要構成粘土鉱物とする粘土
材あるいは長石含有率が少ない粘土材が好適である。こ
のような粘土材はそれ自体または当該粘土材を含む供給
源（天然または人工調製物）として提供される。かかる
粘土材を含む供給源としては、可塑性の天然粘土が好ま
しく、必要に応じてかかる天然粘土を複数種類混合して
もよい。また、使用時において、水分を含んだ可塑性生
粘土でもよく、あるいは加水した際に可塑性を生じるよ
うな乾燥粘土でもよい。陶管を押出し成形する場合には
可塑性粘土が好ましい。

【００１８】また、本発明のセラミックス製造方法にお
ける上記セラミック材としては、陶器や磁器等の陶磁器
質材料、セメント、ガラス、煉瓦破砕物等が挙げられ
る。本発明に係るセラミック材としては、焼成工程にお
いて析出され得る低融点非晶質ガラス中にガスが溜まる
のを防止するように作用するものが好ましい。例えば、
瓦シャモット、陶管シャモットのようなセラミック焼結
体の破砕物がセラミック材として好適である。後述する
本発明のセラミックス製造方法における焼成温度よりも
高温域で得られたセラミック焼結体由来のセラミック材
（粉末状に破砕されたもの）が特に好ましい。かかる高
温で焼結されたセラミック焼結体から成る粉末を本発明
に係るセラミック材として使用すれば、本発明のセラミ
ックス製造方法における焼成工程において生成される焼
結体中において上記汚泥焼却灰および粘土材由来の低融
点非晶質ガラスが生成された場合であってもかかるセラ
ミック材は粒子のまま残存する。その結果、当該低融点
非晶質ガラス中に発生したガスを外部に放出するための
気孔を確保することができる。さらには、かかるセラミ
ック材を添加することによって、本発明の製造方法にお
ける上記混合物自体の耐火性能を向上させることができ
る。

【００１９】あるいは、クリストバライト、トリジマイ
ト、石英等の結晶質ＳｉＯ₂および／またはムライト
（典型的な組成式：３Ａｌ₂Ｏ₃・２ＳｉＯ₂）から構成
される耐火性に優れるセラミック焼結体を粉砕して得た
粉末も特に好適に用いられ得る。このような粉末から成
るセラミック材は、本発明の製造方法によって得られる
焼却灰由来セラミックスの強度を向上するのに寄与し得
る。

【００２０】本発明のセラミックス製造方法では、上述
の汚泥焼却灰と粘土材とセラミック材とを混合する前
に、当該粘土材（またはその供給源）およびセラミック
材の粒径が細かくなるように予め破砕処理を行うことが
よく、特にこれら二つの原料の粒径がそれぞれ１５０μ
ｍまたはそれ以下に調整されるようにするとよい。な
お、原料とする汚泥焼却灰は、通常、細粒（微粉）状態
であるが、かかる汚泥焼却灰についても同様に細粒化処
理してもよい。

【００２１】例えば、上記粘土材として種々の乾燥粘土
を使用する場合、♯１００程度の篩にかけて分画するこ
とによって、所望する粒径の粉末状乾燥粘土を得ること
ができる。また、粘土材を含む供給源として生粘土を使
用する場合には、予め水に分散させた後に篩で分画する
ことによって、所望する粒径の粉末状生粘土を得ること
ができる。一方、セラミック材は、ロールクラッシャ
ー、インパクトミル、レイモンドミル、縦型ミル等の種
々の粉砕機によって細粒化される。而して、好ましくは
乾燥後、♯１００程度の篩にかけて分画することによっ
て、所望する粒径の粉末状セラミック材を得ることがで
きる。

【００２２】次に、上記(b).工程（原料混合工程）に関
して説明する。上述のように調製・供給された各原料
は、好ましくは、上記汚泥焼却灰（典型的には下水汚泥
焼却灰）が２０〜４０重量％、上記粘土材が３０〜４０
重量％、上記セラミック材が３０〜４０重量％の比率で
混合する。この混合比に基づいてセラミックスを製造し
た場合、得られたセラミックス全体の９重量％またはそ
れ以上の割合で上記ムライト結晶部分を含有させること
が容易となる。一方、上記汚泥焼却灰の混合比率が全体
の２０重量％より少なすぎる場合は、緻密なセラミック
スが得られ難くなる。一方、上記汚泥焼却灰の混合比率
が全体の４０重量％より多すぎる場合は、多量に低融点
非晶質ガラスが生成されすぎるおそれがあり、強度不足
となり得る。また、セラミック材の混合比率が全体の４
０重量％より多すぎる場合は、緻密なセラミックスが得
られ難くなる。一方、セラミック材の混合比率が全体の
３０重量％より少なすぎる場合は、上記ガスを外部に放
出するための気孔確保が困難になる。また、粘土材の混
合比率が全体の３０重量％より少なすぎる場合は、セラ
ミックスの強度が不足するおそれがある。

【００２３】あるいは、これら３種の原料を混合する
際、混合物中のＰ₂Ｏ₅含有量が当該混合物全体の８重量
％またはそれ以下となるように、上記汚泥焼却灰と粘土
材とセラミック材を選定し、および／または混合するこ
とが好ましい。あるいはまた、混合物中のＣａＯ含有量
が当該混合物全体の３重量％またはそれ以下となるよう
に上記汚泥焼却灰と粘土材とセラミック材を選定し、お
よび／または混合することが好ましい。このように混合
物中のＰ₂Ｏ₅含有量およびＣａＯ含有量を減らすことに
よって、ガラス相の過剰生成を防止し、セラミックスの
強度不足を回避することができる。

【００２４】混合手段は特に制限はないが、均質な混合
物が得られ得る混合手段が望ましい。ミックスマラー等
のパンミル、ボールミル等の攪拌ミル、シードフィーダ
ー、土練機等の混練手段によって、上記３種の原料から
成る均質な混合物を得ることができる。特にバッチ式の
混練装置が好適である。

【００２５】次に、上記(c).工程（焼成工程）に関して
説明する。典型的には、かかる焼成工程には、その前段
階として、所望する形状に上記混合物を成形することが
包含される。かかる成形手段としては特に制限がなく、
セラミック製品製造プロセスにおいて従来多用されてい
る種々の方法が用いられ得る。例えば、一般的な鋳込み
成形、押出し成形、プレス成形（１軸プレス法、ＣＩＰ
成形法等）が上記混合物から成る成形体を得るために採
用され得る。これらのうち、上述の本発明の陶管を製造
する場合には押出し成形が特に好適である。なお、鋳込
み成形、押出し成形等を行う場合において上記混合物が
水分過多の場合、焼結処理前に乾燥させることが必要で
ある。特に残存水分量が２％またはそれよりも低くなる
まで乾燥処理を施すことが望ましい。このことによっ
て、焼結反応時における水蒸気膨張およびそれに起因す
る爆裂のおそれを取り除くことができる。また、上記混
合時または成形時において、必要に応じて上記混合物に
適当なバインダーを添加してもよい。

【００２６】本発明のセラミックス製造方法における焼
成最高温度は汚泥焼却灰等の混合比率によって適宜異な
り得るものであるが、望ましくは１０００〜１３００℃
であり、より好ましくは１０５０〜１２００℃である。
また当該最高温度の保持時間は典型的には概ね１．５時
間またはそれ以下である。焼成最高温度が上記温度範囲
を大きく下回る場合は、ムライト結晶部分が十分に生じ
得ない。このため、所望する強度が確保できないおそれ
がある。反対に、焼成最高温度が上記温度範囲を大きく
上回る場合もムライト結晶部分が十分に生じ得ず、結局
所望する強度が確保できない。

【００２７】また、焼成工程における昇温速度は、常温
から上記最高温度に到達するまでの昇温時間が少なくと
も１．５時間以上要するように設定することが好まし
い。過剰に速いペースで昇温が進行すると、焼結体表面
層に急速に緻密なガラス相が形成されてしまうおそれが
ある。かかる緻密ガラス相形成は、焼結体内部に発生し
たガスが当該内部にそのまま封入されるのを助長するた
め好ましくない。ガスの封入は強度低下の原因となるか
らである。上記昇温時間が８時間またはそれ以上（例え
ば上記昇温時間が８時間〜１２時間）になるような緩慢
な昇温速度が特に好ましい。かかる緩やかな昇温速度に
よれば、焼成中の混合物中からのガス除去効率を向上さ
せ、典型的には吸水率１％以下のような高緻密性のセラ
ミックスを得ることができる。また、さらに好ましく
は、常温から５００℃までの昇温を毎時１２５℃または
それよりも緩やかな昇温速度で行われるように設定す
る。かかる昇温速度の設定によって、混合物中の粘土材
とともに添加され得る（即ち供給源に含まれ得る）有機
成分および／または汚泥焼却灰に含まれ得る炭素成分を
効率的に焼却・除去することができる。

【００２８】而して、上述の本発明のセラミックス製造
方法によって製造されたセラミックスは、使用する原料
の組成によって異なり得るが、基質の主要構成要素とし
て非晶質ガラス部分と石英結晶部分とを有し、且つ非晶
質ガラス部分にはムライト結晶部分（ムライト相）が含
まれることを特徴とする。かかるムライトは、典型的に
は、低融点非晶質ガラスから焼結後の冷却過程において
偏析した柱状ムライトである。而して、かかるガラス中
に偏析したムライト結晶の周りには熱膨張係数の相違に
よって圧縮応力場が発生し得、結果、高強度が実現され
る。また、好ましくは当該非晶質ガラス部分にはさらに
ヘマタイト（Ｆｅ₂Ｏ₃）から成る結晶部分が含まれる。
このことによって緻密性を向上させることができる。さ
らには、低融点非晶質ガラス部分の一部が結晶化した石
灰長石、ソーダ長石および／またはカリ長石が含まれ得
る。

【００２９】以上、説明した本発明のセラミックス製造
方法によって、産業廃棄物である下水汚泥を焼却処理し
た残渣である焼却灰から種々のセラミック製品を製造す
ることができる。特に、本方法では高強度の製品を得る
ことができるので、製造されたセラミックスは種々の用
途に適用され得る。例えば、本方法によって製造される
セラミックスから成る製品としては、内装用または外装
用建築資材、土木用資材等が挙げられる。例えば、上述
の本発明のセラミックス製造方法に、従前の種々の成型
加工手段を適宜選択・適用することによって、いかなる
セラミック製品（例えば内外装用タイル等の建築材料、
人工骨等の生体材料、セラミックス基板等の電子材料）
も作製することができる。

【００３０】本方法によって得られる好適なセラミック
製品の一典型例は、上下水道用等に用いられる陶管（セ
ラミックパイプ）である。以下、本発明によって提供さ
れるセラミック製品の一典型例として上記本発明の陶管
について説明する。

【００３１】本発明の陶管は、基質中に石英結晶部分と
非晶質ガラス部分とを有し、当該非晶質ガラス部分には
ムライトから成る結晶部分を含むセラミックスによって
実質的に構成されていることを構成上の特徴とする陶管
である。かかるムライトから成る結晶部分が陶管を構成
するセラミックス全体の９重量％またはそれ以上を占め
るものが好ましい。また、上水道管または下水道管とし
て土中に埋設するようなものとしては、８０ＭＰａまた
はそれ以上の三点曲げ強度を有するセラミックスまたは
それに準じる強度を有するセラミックスから実質的に構
成される陶管が好ましい。これら性能を有する本発明の
陶管は、上記本発明のセラミックス製造方法により、あ
るいは、本方法に準じる方法、例えば汚泥焼却灰等に代
えて上記３種の原料を混合した場合と構成成分が等しく
なるように予め調製された高純度の人工原料を用いたこ
とを特徴とする製造方法であって、本発明のセラミック
ス製造方法と同等の結果物を得られる製造方法によって
製造することができる。

【００３２】本発明のセラミックス製造方法によって本
発明の陶管を製造する場合、上述の(a).原料供給工程、
(b).原料混合工程および(c).焼成工程を実施するほかは
従来の陶管製造プロセスと同様の技法を用いればよく、
特に制限はない。典型的には、一定のサイズ・形状の口
金を有する押出成形機（オーガー型等）に上記混合物
（あるいはバインダー等をさらに添加したもの）を供給
しつつ上記口金から押し出すことによって、一体断面形
状を有する管状成形体を得ることができる。而して、か
かる管状成形体は、上述のように適切に乾燥処理された
後、上述の本発明に係る温度条件で焼成処理することに
よって所望する形状の本発明の陶管を得ることができ
る。なお、かかる押出し成形技法自体および当該押出し
成形に使用される押出成形機の機構や運転方法自体は当
該分野において周知であり、特に本発明を特徴付けるも
のでもないため、これ以上の詳細な説明は省略する。

【００３３】

【実施例】以下に説明するいくつかの実施例によって本
発明をさらに詳細に説明するが本発明をかかる実施例に
示すものに限定することを意図したものではない。

【００３４】

【表１】

【００３５】

【表２】

【００３６】

【表３】

【００３７】表１に示す組成の下水汚泥焼却灰、粘土材
（ここでは彫塑用乾燥粘土粉末）および上記セラミック
材（ここでは陶管シャモット）を用いて、本発明のセラ
ミックス製造方法を実施し、計９種の組成の異なるセラ
ミックスを製造した。すなわち、表２にＮｏ．１〜Ｎ
ｏ．９として示す計９通りの混合比率（乾粉換算での重
量％）で上記３種の原料を混合した。なお、この混合比
に基づいて算出した各混合物（Ｎｏ．１〜Ｎｏ．９）中
に存在する鉱物質組成比を表３に示す。而して、これら
原料の混合は、石川式混合機を使用した。次いで、各混
合物をそれぞれ１軸プレスで予備成形した後、１５００
トン／ｃｍ^２の加圧（静水圧）条件でＣＩＰ成形を行っ
た。これを下水汚泥焼却灰の添加量に応じて表２に示す
焼成温度で１時間焼成した。なお、常温から各焼成温度
に至るまでの昇温速度は室温から５００℃までは毎時１
００℃、５００℃から各焼成温度までは毎時１２５℃と
した。

【００３８】焼成工程終了後、得られたセラミックスを
３×４×４０Ｌの曲げ強度試験片に切り出し、常法（JI
S R 1601）に基づいて３点曲げ試験を行った。合わせて
吸水率の評価を行った。また、上記曲げ強度試験後、各
試験片を粉砕して粉末Ｘ線回折解析を行った。これらの
結果を表４に示す。なお、表４中のＮｏ．１〜Ｎｏ．９
は上記混合物のＮｏ．に対応している。また、試験片Ｎ
ｏ．１の粉末Ｘ線回折の結果（ＸＲＤパターン）を図１
に示し、試験片Ｎｏ．２〜Ｎｏ．８の粉末Ｘ線回折の結
果（ＸＲＤパターン）を図２に示す。

【００３９】

【表４】

【００４０】表４および図１、図２から明らかなよう
に、９０ＭＰａを上回る３点曲げ強度が認められたＮ
ｏ．１〜Ｎｏ．５の試験片（セラミックス）は、いずれ
も結晶相として石英（図中の黒丸）、ムライト（図中の
白丸）、ヘマタイト（図中の黒三角）、ネフェライト
（図中の白三角）の存在が認められた。これら試験片で
は吸水率も０．２〜０．３％と低く、非常に緻密な構造
であることが示唆された。一方、３点曲げ強度が８０〜
９０ＭＰａであるＮｏ．６〜Ｎｏ．８の試験片（セラミ
ックス）では、さらに結晶相としてアノーサイト（図中
の白四角）が存在することが認められた。これら試験片
では吸水率が０．５〜０．７％であった。なお、下水汚
泥焼却灰の混合比が全体の５０重量％であり、粘土材と
セラミック材の混合比が各々全体の２５重量％であった
Ｎｏ．９の試験片では、３点曲げ強度が８０ＭＰａに満
たなかった。また、かかる混合比によれば、ＣａＯおよ
びＰ₂Ｏ₅の存在比がそれぞれ３重量％および８重量％を
上回っていた。また、吸水率は１．５％であった。

【００４１】次に、上記Ｎｏ．１と同様の条件で得たセ
ラミックスの微細構造を電子顕微鏡（ＴＥＭ：×４００
００）によって観察した。得られたＴＥＭ写真を図３お
よび図４に示す。これら電顕写真から明らかなように、
本実施例で得られた本発明のセラミックスの基質は主と
して石英結晶から成る部分（図３中のＡで示す部分）
と、非晶質ガラス（Ｓｉ−Ａｌ−Ｐ−Ｃａ−Ｋ−Ｏ系）
から成る部分（図３中のＢで示す部分）とから構成され
ており、かかる非晶質ガラス部分にはムライトから成る
結晶部分（図４中のＣで示す部分）とヘマタイトから成
る結晶部分（図４中のＤで示す部分）とが高率に含まれ
ていた。具体的には、ムライトが１７重量％、ヘマタイ
トが９重量％、石英が６８重量％、ネフェライトが６重
量％であった。

【００４２】

【発明の効果】本発明のセラミックス製造方法によれ
ば、下水汚泥焼却灰を原料としても高強度のセラミック
スを製造することができる。また、かかる製造方法によ
って、産業廃棄物である下水汚泥焼却灰から高強度を有
する陶管その他のセラミック製品を製造することができ
る。従って、本発明によれば、産業廃棄物である下水汚
泥焼却灰のさらなる有効利用を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】一実施例に係る本発明のセラミックスの粉末Ｘ
線回折図形（ＸＲＤパターン）を示すグラフである。

【図２】一実施例に係る本発明のセラミックスの粉末Ｘ
線回折図形（ＸＲＤパターン）を示すグラフである。

【図３】一実施例に係る本発明のセラミックスの微細構
造を示す電子顕微鏡写真（ＴＥＭ写真）である。

【図４】一実施例に係る本発明のセラミックスの微細構
造を示す電子顕微鏡写真（ＴＥＭ写真）である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者岩田美佐男愛知県名古屋市西区則武新町三丁目１番 36号株式会社ノリタケカンパニーリミテド内 (56)参考文献特開平６−128016（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) C04B 33/00 - 35/22

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】下水汚泥焼却灰からセラミックスを製造
する方法であって、 (a).下水汚泥焼却灰と、アルミナ含有率が鉱物質全体の
２０重量％またはそれ以上である粘土材と、セラミック
材とを供給する工程、 (b).該下水汚泥焼却灰と粘土材とセラミック材とを混合
する工程、および (c).該混合する工程によって得られた混合物を焼成する
工程、を包含し、該(c).工程では、基質中に主として石英結晶
部分と非晶質ガラス部分とを生じさせ、該非晶質ガラス
部分にムライトから成る結晶部分を生じさせるように、
常温から焼成最高温度に到達するまでの昇温時間が１．
５時間以上に設定される、セラミックス製造方法。
【請求項２】前記(b).工程において、前記下水汚泥焼
却灰が２０〜４０重量％、前記粘土材が３０〜４０重量
％、前記セラミック材が３０〜４０重量％の比率でこれ
ら材料が混合される、請求項１に記載のセラミックス製
造方法。
【請求項３】前記セラミック材がセラミック焼結体の
破砕物である、請求項１又は２に記載のセラミックス製
造方法。
【請求項４】前記混合物中のＰ ₂ Ｏ ₅ 含有量が該混合物
全体の８重量％またはそれ以下となるように、前記下水
汚泥焼却灰と粘土材とセラミック材とが供給および／ま
たは混合される、請求項１〜３のいずれかに記載のセラ
ミックス製造方法。
【請求項５】前記混合物中のＣａＯ含有量が該混合物
全体の３重量％またはそれ以下となるように、前記下水
汚泥焼却灰と粘土材とセラミック材とが供給および／ま
たは混合される、請求項１〜３のいずれかに記載のセラ
ミックス製造方法。
【請求項６】基質中に主として石英結晶部分と非晶質
ガラス部分とを有し、該非晶質ガラス部分にはムライト
から成る結晶部分を含むセラミックスによって実質的に
構成される陶管。
【請求項７】請求項１〜５のいずれかに記載のセラミ
ックス製造方法によって製造されるセラミックスであっ
て、基質中に主として石英結晶部分と非晶質ガラス部分
とを有し、該非晶質ガラス部分にはムライトから成る結
晶部分を含むセラミックスによって実質的に構成される
陶管。
【請求項８】ムライト結晶部分が前記セラミックスの
９重量％またはそれ以上の割合を占める、請求項６又は
７に記載の陶管。