JP3685553B2

JP3685553B2 - Stabilized incineration ash-based solidification material

Info

Publication number: JP3685553B2
Application number: JP15596996A
Authority: JP
Inventors: 政弘栗下
Original assignee: 日本リサイクル技術株式会社
Priority date: 1996-05-28
Filing date: 1996-05-28
Publication date: 2005-08-17
Anticipated expiration: 2016-05-28
Also published as: JPH09314097A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は安定化された焼却灰系固化材に関するものである。詳細には、本発明は一般廃棄物（都市廃棄物ともいう）を焼却したあとにでる灰（特にストーカ焼却炉または流動床焼却炉によるボトムアッシュまたはボトムアッシュとフライアッシュの混合したもの）をセメント固化材として利用する際の妨げとなる水素ガスの発生現象を解決した安定化された焼却灰系固化材に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
都市における一般廃棄物は、その処分場の残余能力が少なくなってきたことから、多くの都市では焼却することで減容する方式になりつつあり、さらにまた減容化するために溶融する傾向となってきつつある。この焼却灰は、管理型埋立地に処分されており、その土地の有効利用もまだメドがたっていない。そこで、セメント固化して有害物質の封じ込め技術の研究がなされているが、そのアルカリ性のために鉛などの溶出がある。したがって、この一般廃棄物の焼却灰の有効利用およびセメント固化は進んでいない状況である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
一般廃棄物を焼却したあとにでる灰を有効利用する一つの方法でセメント固化があるが、セメントのアルカリ性で含有重金属が溶出したり両性金属が溶解することによって水素ガスを発生する現象でその有効利用する際の妨げとなる。このように鉛の溶出やガスの発生があり、有効利用が困難である。鉛などの有害物質の溶出については、特開平６−１５２４８号公報等に記載されているように安定剤の添加で固定化されることが知られている。
【０００４】
しかし、この方法では焼却灰の中にあるアルミニウムのアルカリ性での加水分解で水素ガスを発生することは妨げない。焼却灰をセメントで固化するとき、焼却灰中にアルミニュウムなどの金属が含まれていると、焼却灰、セメントおよび水を混練すると、セメントペーストは強いアルカリを示すので、金属はイオン化して、同時に水素ガスを発生する。その反応は、式（１）のようになる。
【化１】

そのためセメント固化体中に気泡や亀裂が生じて、固化体の比重が小さくなり、強度も低下する。この反応を防ぐために添加剤を加えて発生を抑制し、セメントなどのような安定な水硬性材料とすることにある。本発明はこれらの妨害因子を解決して有効利用の促進を図ることを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、焼却灰に水素ガス発生抑制剤を含有させたことを特徴とする焼却灰系固化材である。本発明は、一般廃棄物を焼却した後に出る焼却灰すべてを対象とする。具体的には、ストーカ焼却炉または流動床焼却炉の焼却灰が例示される。さらに詳細には焼却灰はボトムアッシュまたはボトムアッシュとフライアッシュの混合灰が例示される。上記焼却灰は焼却に伴う廃棄ガス処理としての石灰を投入した焼却灰であることが好ましい。
【０００６】
焼却灰についてさらに説明をする。廃棄物を焼却処理すると容積は約５〜１０％に、重量は約１５％に減らすことができる。焼却に伴って生成する有害物質等の問題点は焼却技術の改善により焼却炉内での燃焼プロセスである炉出口から排ガス処理装置におけるダストなどを中心とした大気汚染物質の除去等により発生抑制や排出低減されている。有害物質は完全燃焼により発生の抑制ができる。完全な燃焼を達成するために高い燃焼ガス温度、十分なガスの対流時間、炉内での十分なガス攪拌、二次空気との混合が行われる。燃焼ガス中の未燃炭素、炭化水素などを含有しない焼却灰を得ることができる。さらに焼却灰中の未燃炭素、炭化水素などを減らすために低酸素雰囲気で加熱処理することができる。完全に燃焼された後の焼却灰は無機物質から成る。焼却灰はセメント等の水硬性材料と混合する際に、粉砕して用いることが望ましい。
【０００７】
本発明は、焼却灰として具体的には例えば一般廃棄物をストーカ法で焼却した時の残渣を用いること特に、焼却に伴う廃棄ガス処理としての石灰投入（ＦＤＲ）した焼却灰である。原灰は不純物を多く含んでいるために粒度によるふるい分けと鉄分の除去を行った後、仮焼（８００℃〜４００℃）による安定化、添加剤による重金属の溶出防止、そして水和反応の促進のためのセメント添加などによって、セメント系固化材としての用途が開けてきているものである。
以上のとおり、本発明は原灰を粒度によるふるい分けと鉄分の除去を行った後、仮焼処理した焼却灰および水素ガス発生抑制剤を含有することを特徴とする焼却灰系固化材である。
【０００８】
一般廃棄物の成分は、地域や季節によって変わることが知られているが、焼却した後の灰の成分に関しての研究は少ない。例えばストーカ法を例に挙げると、焼却温度は、もちろん廃棄物の種類によって異なってくるが、一般に８００℃から１０００℃と言われている。したがって、有機物など燃焼温度の低い廃棄物はほとんど残らない。そして、焼却は、無機物で、熔融温度の低い化合物はガラス化していると思われる。
【０００９】
一般廃棄物焼却灰（一般にＭＳＷ灰という）は、炭酸カルシウムやカルシウムシリケート化合物が含まれていて、ガラス化成分の多いことも分かっている。さらに、時折有害重金属が含有していることも報告されている。しかし、上記に示したように安定化操作を施すことで、化学成分が安定化し、特別な操作なくして製品としての性能が発揮できることがわかった。
【００１０】
一般廃棄物焼却灰（ＭＳＷ灰）の成分について説明する。
平岡らの報告（平岡，酒井「ごみ焼却飛灰の性状と処理技術の展望」廃棄物学会誌，Ｖｏｌ．５，Ｎｏ．１，ｐｐ３〜１７，１９９４）によると、灰の成分は表１に示すように地域や季節によってその成分を変えることが知られている。
【００１１】
【表１】

【００１２】
上記分析表の中には、焼却法の違い、石灰が入っていないものも含まれている。したがって、成分のばらつきがあるように見えるが、主としてケイ素（Ｓｉ）、カルシウム（Ｃａ）であり、そのほか、アルミニウム（Ａｌ）、鉄（Ｆｅ）などの金属酸化物が含まれている。そして、最近問題となっている有害重金属については鉛が多く、次に水銀やカドミウムがある。さらに、塩素（Ｃｌ）が多いのも特徴である。これら重金属の混入が焼却灰の有効利用の促進を妨害している。
【００１３】
ＭＳＷ灰を処理してセメント系固化剤として有効に利用する場合の、製造された製品の成分分析を表２に示す。
【００１４】
【表２】

【００１５】
上記表２に示されるように、酸化ケイ素（シリカ，ＳｉＯ₂）が４５％程度、酸化カルシウム（ＣａＯ）が２２％で、残り３０％が金属酸化物である。品質管理として一日に３回採取し、連続して５日間採取した試料の分析結果（蛍光Ｘ線分析により分析した結果である。）によると、各主成分（Ｓｉ，Ａｌ，Ｃａ）の割合はほとんど変化せず、そのばらつきは非常に小さい。そのばらつき具合を見るために各元素毎にまとめた結果、標準偏差の非常に小さいこと、分散も非常に小さいことから品質が非常に安定していることがわかった。また、セメントの使用成分と非常に近い成分であることもわかった。
【００１６】
本発明の焼却灰系固化材はセメント等の水硬性材料を添加して組成を調整することができる。その際、焼却灰粒子の無機質成分に見合った水硬性材料を選んで使用する。各種セメントはＣａＯ、ＳｉＯ₂、Ａｌ₂Ｏ₃、Ｆｅ₂Ｏ₃、ＳＯ₃等を主成分とし、石灰石、粘土、けい石、銅がらみ、石膏などが原料として用いられている。セメント工業では、調合した原料成分の割合から、セメントの性質が比較的良く類推できるという経験則に基づき化学成分から諸係数を定め、原料調合やセメントの品質管理の目安として用いている。
【００１７】
本発明の焼却灰系固化材に使用するセメント等の水硬性材料としては、水と反応させて水和物を形成することができるいずれの水硬性材料を使用しても良い。通常、ポルトランドセメントが使用される。ポルトランドセメントの水和反応、水和過程は珪酸カルシウムおよびアルミン酸カルシウムの水和を組み合わせたものとして大略説明できる。石膏、水酸化カルシウムなどはアルミン酸カルシウムの水和、水和早期の反応速度を抑えるが、そのほか各種の塩類が水和反応を促進したり遅延作用を示すことが良く知られている。セメント用の凝結遅延剤として使用できるものは、強度発現を損なわないものであることが必要であり、これらのうちで使用可能なものが限定される。
【００１８】
本発明が用いる水素ガス発生抑制剤は、無機硝酸塩である。
一般に気泡コンクリートとして、石灰質原料および珪酸質原料を主原料とし、これに気泡剤を加えて多孔質化し、オートクレープ養生した軽量気泡コンクリートがよく知られているが、本発明で用いる焼却灰系固化材は気泡コンクリート材料のような性質を持っている。例えば現場打ち気泡コンクリートの中でアフターフォームタイプはアルミニウム粉末を発泡剤として添加して練り混ぜたスラリーを型枠に流し込むと、３０分〜１時間ほどで発泡し、内部に気泡が含まれる。本発明で使用する焼却灰系固化材は水和反応の際に水素ガスが大量に発生する現象を伴うことから、通常の固化材として利用するためにはその性質を抑制することが必要である。種々の無機塩について検討した結果、無機硝酸塩が水素ガス発生の抑制効果に優れていることがわかった。無機硝酸塩として、硝酸ナトリウム、硝酸カリウム，硝酸カルシウムが例示される。
【００１９】
アルミニウムは両性金属であるから、酸性でもアルカリ性でも水を分解する。一般廃棄物焼却灰の中には、焼却中に発生するガスが大気汚染の原因にならないように石灰を添加してＳＯ_XおよびＮＯ_Xの発生を抑制している。このために、焼却灰のなかには多くのカルシウムが含有されている。その成分一覧は表１に示す。元素としては約３０〜３５％程度含有している。したがって、水に溶解するとアルカリ性を呈する。そして、このアルカリ性のために焼却灰の中に含有しているアルミニウム金属が分解して水素ガスを発生する。
【００２０】
アルミニウムは、その表面に酸化皮膜を形成することで不働体化し、酸やアルカリに対する耐性を有することになる。しかし、アルミニウムが酸化アルミニウムになるには１２００℃以上に加熱しなければならない。また、表１に示したように、１０％程度含有しているアルミニウムとカルシウムとの化合物（すなわちカルシウムアルムネート）が形成することがある。しかし、そこまで加熱することは非常に費用がかかるため、添加剤によるガス発生の抑制を考えた。
【００２１】
アルミニウムは硝酸イオンと反応して不働体化することがしられていることから、予め焼却灰の中に無機硝酸塩を添加して加水するとガスの発生は極端に抑制された。ガスの発生速度を図１に示した。焼却灰重量の１０倍の水で溶解すると、ガスはゆっくり発生し、約２時間で発生がほぼ終了する。発生量はアルミニウムの含有量に比例するが、焼却灰１ｇに対して７ｍｌのガスが発生する。この焼却灰に重量の２０％のセメントを添加したものはガスの発生が早く水和開始後３０分でほとんどが発生する。この焼却灰の重量の１０％程度の硝酸カリウムを添加し、よく混合した後、水和開始する。するとそのガス発生量は４分の１以下に低下する。この硝酸カリウムの添加量とガスの発生量との関係を示したのが図２である。これによると、硝酸カリウム添加が有効であることがわかる。
【００２２】
無機塩として図１に硝酸ナトリウムでの試験結果を示したが硝酸カリウムと同様の値を示した。また、硫酸塩として硫酸ナトリウムを添加したが、ほとんど効果がなかった。このことから、アルミニウムがアルカリ性水溶液中で加水分解して水素ガスを発生する反応を抑制する無機塩としては硝酸イオンが有効であることがわかる。
【００２３】
本発明はさらに重金属溶出防止のための添加剤を添加するこができる。重金属溶出防止のための添加剤としては無水炭酸ナトリウム、ホウ酸が例示される。特開平６−１５２４８号公報に記載されているセメントによるエトリンガイトの形成とともに無機金属イオンによるキレート化作用により焼却灰に残存する未燃焼有機物とともに有害重金属を封入固化する技術思想を実現するものであれば何でもよい。
【００２４】
有害重金属の封入固化は二酸化ケイ素と無水炭酸ナトリウムの反応を基礎としたものであり、二酸化ケイ素は可溶性ケイ酸塩に変わり無水炭酸ナトリウムとの化学反応により、ケイ酸ナトリウムを生じ粘着剤となり、また二酸化炭素はケイ素との共有結合による結晶化合物を作り、ケイ素と炭素との共有結合による、非常に安定で高温に耐える有機ケイ素化合物となる。さらに無水炭酸ナトリウムは水と反応して、水酸化ナトリウムをつくり、水酸化ナトリウムは水によく溶けて水酸化物イオンを電離する。ナトリウムイオンはイオン化傾向も大きいので、金属との化学変化もおこしやすく、水酸化物イオンは、アルカリ性で、中和反応をおこし酸性雨による害を止める役目もする。ＳｉＯ₂、Ｎａ₂ＣＯ₃、ＣａＣＯ₃のようなガラスの固化成分をもち、さらに無水ホウ酸Ｈ₃ＢＯ₃を加えれば硬質ガラス系のものとなるものであり、またＣａＣＯ₃、ＳｉＯ₂、ＳＯ₂Ａｌ₂Ｏ₃、Ｆｅ₂Ｏ₃、ＭｇＯ等セメント成分も混合するものである。このセメントの成分は１００ｇに対して２０ｇほど加えることにより一層の造岩作業の働きを強め、岩石の主成分であるＨ₂ＳｉＯ₃＋ＳｉＯ₂を長い年月をかけてつくりあげるものである。
【００２５】
【実施例】
本発明を実施例で詳細に説明する。本発明はこれらの実施例によって何ら限定されるものではない。
【００２６】
参考例１
水和反応によるガスの発生
表２に示される焼却灰をサンプルとして５ｇ採取し、水５０ｍｌと反応した時に発生するガスの量を計量した。その結果、約３５ｍｌガスが発生した。発生の特徴は、水和開始直後は２〜３分は何の反応もないが、４分経過後からガスの発生がみられ約１００分までは毎分３〜４ｍｌの割合でガスが出る。その後もガスは出続けるが、その勢いは弱まる。計測は２００分まで続けたが、約３５ｍｌ発生した。
【００２７】
これがアルミニウムによる水素ガスの発生とすると、５ｇの中にはＡｌが１２．５％（元素重量比）含まれているから、５×０．１２５＝０．６２５ｇとなる。
反応式（１）は
【化２】

となるから、１モルのアルミニウムから１モルの水素ガスが発生することになる。アルミニウムの原子量は２７であるから、０．６２５／２７＝０．０２３モルとなる。したがって、水素も０．０２３モルとなる。１モルは２２．３ｌ（標準状態）であるから、０．０２３×２２．３＝０．５１ｌになるはずである。このことからすると、フリーなアルミニウムは３５ｍｌ／２２．３×１０００＝０．００１６モル＝０．０４２ｇ／５ｇである。
【００２８】
実施例１
表２に示すセメント系固化剤を、表３に示す底泥、関東ローム、ベントナイト泥水、沖積シルトに表４に示す添加量で混合して強度発現をみた。その結果も表４に示す。
【００２９】
【表３】

【００３０】
【表４】

【００３１】
【効果】
セメントのアルカリ性で含有重金属が溶出したり両性金属が溶解することによって水素ガスを発生するというこれらの妨害因子を解決して、一般廃棄物（都市廃棄物ともいう）を焼却したあとにでる焼却灰すべてを固化材として有効利用することができる。二次公害の問題がなく、湖沼、港湾の底泥（ヘドロ）の固化、軟弱地盤（埋立地、道路等）の固化による改良、建築、土木工事から発生する汚泥の固化処理、農業用地（畦道、農道等）の改良、二次製品加工時のセメント及び砂の代用などの用途において大きな効果を期待し得る製品となる固化材を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】添加剤の種類とガス発生速度の関係を表す説明図である。
【図２】硝酸カリウム添加量とガス発生量の関係を表す説明図である。[0001]
[Industrial application fields]
The present invention relates to a stabilized incineration ash-based solidified material. Specifically, the present invention cements ash (especially bottom ash or a mixture of bottom ash and fly ash from a stoker or fluidized bed incinerator) after incineration of general waste (also referred to as municipal waste). The present invention relates to a stabilized incineration ash-based solidified material that solves the generation phenomenon of hydrogen gas that hinders the use as a solidified material.
[0002]
[Prior art]
General waste in cities is becoming a method of reducing the volume by incineration in many cities because the remaining capacity of the disposal site has been reduced, and moreover, it tends to melt to reduce the volume. It is becoming. This incineration ash is disposed of in a managed landfill, and the land has not been effectively used yet. Therefore, research on the technology for containment of harmful substances by solidifying cement has been carried out, but due to its alkalinity, elution of lead and the like occurs. Therefore, effective use of incineration ash and solidification of cement are not progressing.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
Cement solidification is one method that effectively uses the ash produced after incineration of municipal waste, but it is effective in the phenomenon of generating hydrogen gas due to the elution of heavy metals and dissolution of amphoteric metals due to the alkali of the cement. It becomes a hindrance when using. Thus, elution of lead and generation of gas occur, and effective utilization is difficult. It is known that the elution of harmful substances such as lead is fixed by adding a stabilizer as described in JP-A-6-15248.
[0004]
However, this method does not prevent the generation of hydrogen gas by alkaline hydrolysis of aluminum in the incineration ash. When incineration ash is solidified with cement, if the incineration ash contains a metal such as aluminum, when the incineration ash, cement and water are kneaded, the cement paste shows strong alkali, so the metal ionizes and simultaneously Generate hydrogen gas. The reaction is as shown in equation (1).
[Chemical 1]

Therefore, bubbles and cracks are generated in the cement solidified body, the specific gravity of the solidified body is decreased, and the strength is also decreased. In order to prevent this reaction, an additive is added to suppress the occurrence and to make a stable hydraulic material such as cement. An object of the present invention is to solve these interfering factors and promote effective utilization.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
The present invention is an incineration ash-based solidifying material characterized in that a hydrogen gas generation inhibitor is contained in the incineration ash. The present invention covers all incineration ash generated after incineration of general waste. Specifically, the incineration ash of a stoker incinerator or a fluidized bed incinerator is illustrated. More specifically, the incineration ash is exemplified by bottom ash or mixed ash of bottom ash and fly ash. The incineration ash is preferably incineration ash into which lime as waste gas treatment associated with incineration is added.
[0006]
The incineration ash will be further explained. Incineration of waste can reduce the volume to about 5-10% and the weight to about 15%. Problems such as harmful substances generated by incineration can be suppressed by removing air pollutants such as dust in the exhaust gas treatment equipment from the furnace exit, which is a combustion process in the incinerator, by improving incineration technology. Emissions have been reduced. Hazardous substances can be suppressed by complete combustion. High combustion gas temperatures, sufficient gas convection time, sufficient gas agitation in the furnace, and mixing with secondary air to achieve complete combustion. Incinerated ash containing no unburned carbon and hydrocarbons in the combustion gas can be obtained. Furthermore, heat treatment can be performed in a low oxygen atmosphere in order to reduce unburned carbon, hydrocarbons and the like in the incineration ash. The incineration ash after being completely burned consists of inorganic substances. Incineration ash is desirably pulverized when mixed with a hydraulic material such as cement.
[0007]
The present invention, residues when specifically incinerated such as municipal waste in stoker method as ash particularly as the Mochiiruko a lime-on (FDR) was incinerated ash as waste gas treatment from the incineration. Since raw ash contains a lot of impurities, after sieving according to particle size and removal of iron, stabilization by calcination (800 ° C to 400 ° C), prevention of heavy metal elution by additives, and promotion of hydration reaction The use as a cement-based solidifying material has been opened by the addition of cement for the purpose.
As described above, the present invention is an incinerated ash-based solidifying material characterized by containing incinerated ash and a hydrogen gas generation inhibitor that have been calcined after sieving the raw ash according to particle size and removing iron.
[0008]
It is known that the components of municipal waste vary depending on the region and season, but there are few studies on the components of ash after incineration. For example, taking the stoker method as an example, the incineration temperature will of course vary depending on the type of waste, but is generally said to be 800 ° C to 1000 ° C. Therefore, almost no waste such as organic matter having a low combustion temperature remains. Incineration is an inorganic substance, and it seems that compounds with a low melting temperature are vitrified.
[0009]
It is also known that municipal waste incineration ash (generally referred to as MSW ash) contains calcium carbonate and calcium silicate compounds and has a large amount of vitrification components. It has also been reported that toxic heavy metals are occasionally included. However, it has been found that by performing the stabilization operation as described above, the chemical components are stabilized, and the product performance can be exhibited without any special operation.
[0010]
The components of general waste incineration ash (MSW ash) will be described.
According to the report by Hiraoka et al. (Hiraoka, Sakai “Properties of Waste Incineration Fly Ash and Prospects for Disposal Technologies”, Journal of Waste Science, Vol. 5, No. 1, pp 3-17, 1994) As shown, it is known to change its composition depending on the region and season.
[0011]
[Table 1]

[0012]
In the above analysis table, the difference between the incineration methods, and those that do not contain lime are also included. Therefore, although it seems that there are variations in components, it is mainly silicon (Si) and calcium (Ca), and in addition, metal oxides such as aluminum (Al) and iron (Fe) are included. As for the harmful heavy metals that have recently become a problem, lead is the most, followed by mercury and cadmium. Furthermore, it is also characterized by a large amount of chlorine (Cl). The mixing of these heavy metals hinders the promotion of effective use of incinerated ash.
[0013]
Table 2 shows the component analysis of the manufactured product when the MSW ash is treated and effectively used as a cement-based solidifying agent.
[0014]
[Table 2]

[0015]
As shown in Table 2 above, silicon oxide (silica, SiO ₂ ) is about 45%, calcium oxide (CaO) is 22%, and the remaining 30% is metal oxide. According to the analysis results of samples collected three times a day for quality control and sampled continuously for 5 days (results of analysis by fluorescent X-ray analysis), the ratio of each main component (Si, Al, Ca) Hardly changes, and its variation is very small. As a result of summarizing each element in order to see the variation, it was found that the standard deviation was very small and the dispersion was very small, so the quality was very stable. It was also found that the component was very close to the component used in cement.
[0016]
The composition of the incinerated ash-based solidified material of the present invention can be adjusted by adding a hydraulic material such as cement. At that time, a hydraulic material suitable for the inorganic component of the incinerated ash particles is selected and used. Various cements are mainly composed of CaO, SiO ₂ , Al ₂ O ₃ , Fe ₂ O ₃ , SO _3, etc., and limestone, clay, silica, copper sand, gypsum and the like are used as raw materials. In the cement industry, various factors are determined from chemical components based on the empirical rule that the properties of cement can be relatively well inferred from the proportions of the raw material components prepared, and used as a guideline for raw material preparation and cement quality control.
[0017]
As a hydraulic material such as cement used in the incinerated ash-based solidified material of the present invention, any hydraulic material that can react with water to form a hydrate may be used. Usually Portland cement is used. The hydration reaction and hydration process of Portland cement can be roughly explained as a combination of calcium silicate and calcium aluminate hydration. Gypsum, calcium hydroxide, etc. suppress the hydration and early hydration rate of calcium aluminate, but it is well known that various salts promote the hydration reaction and show a delayed action. What can be used as a setting retarder for cement needs to be one that does not impair strength development, and those that can be used are limited.
[0018]
The hydrogen gas generation inhibitor used in the present invention is an inorganic nitrate.
In general, lightweight aerated concrete is well known as aerated concrete, mainly made of calcareous raw material and siliceous raw material, and made porous by adding foaming agent to this, and autoclaved, but incinerated ash-based solidification used in the present invention The material has properties like a cellular concrete material. For example, in the after-foamed concrete, in the after-foam type, when a slurry obtained by adding aluminum powder as a foaming agent and kneaded is poured into a mold, it foams in about 30 minutes to 1 hour, and bubbles are contained inside. The incinerated ash-based solidified material used in the present invention is accompanied by a phenomenon in which a large amount of hydrogen gas is generated during the hydration reaction. . As a result of examining various inorganic salts, it was found that inorganic nitrates are excellent in suppressing the generation of hydrogen gas. Examples of inorganic nitrates include sodium nitrate, potassium nitrate, and calcium nitrate.
[0019]
Since aluminum is an amphoteric metal, it decomposes water both acidic and alkaline. Among municipal waste incineration ash, thereby suppressing the occurrence of SO _X and NO _X by gas generated during the incineration added lime so as not to cause air pollution. For this reason, a lot of calcium is contained in the incineration ash. The component list is shown in Table 1. About 30 to 35% is contained as an element. Therefore, it is alkaline when dissolved in water. Due to this alkalinity, the aluminum metal contained in the incinerated ash is decomposed to generate hydrogen gas.
[0020]
Aluminum becomes passivated by forming an oxide film on its surface, and has resistance to acids and alkalis. However, in order for aluminum to become aluminum oxide, it must be heated to 1200 ° C. or higher. Further, as shown in Table 1, a compound of aluminum and calcium (that is, calcium aluminate) containing about 10% may be formed. However, since it is very expensive to heat up to that point, we considered suppression of gas generation by additives.
[0021]
Since aluminum reacts with nitrate ions to become passivated, generation of gas was extremely suppressed by adding inorganic nitrate to the incinerated ash in advance and adding water. The gas generation rate is shown in FIG. When dissolved with water 10 times the weight of the incinerated ash, the gas is slowly generated and the generation is almost completed in about 2 hours. The amount generated is proportional to the aluminum content, but 7 ml of gas is generated per 1 g of incinerated ash. When 20% by weight of cement is added to the incinerated ash, gas is generated quickly and most of it is generated 30 minutes after hydration starts. Add about 10% potassium nitrate of the weight of the incinerated ash, mix well, and then start hydration. Then, the gas generation amount decreases to less than one quarter. FIG. 2 shows the relationship between the amount of potassium nitrate added and the amount of gas generated. This shows that the addition of potassium nitrate is effective.
[0022]
Although the test result with sodium nitrate as an inorganic salt is shown in FIG. 1, it showed the same value as potassium nitrate. Moreover, although sodium sulfate was added as a sulfate, there was almost no effect. This indicates that nitrate ions are effective as an inorganic salt that suppresses the reaction in which aluminum is hydrolyzed in an alkaline aqueous solution to generate hydrogen gas.
[0023]
In the present invention, an additive for preventing heavy metal elution can be added. Examples of additives for preventing heavy metal elution include anhydrous sodium carbonate and boric acid. As long as it realizes the technical idea of encapsulating and solidifying harmful heavy metals together with unburned organic matter remaining in the incinerated ash by chelating action with inorganic metal ions together with the formation of ettringite with cement described in JP-A-6-15248 Anything
[0024]
Hazardous heavy metal encapsulation solidification is based on the reaction between silicon dioxide and anhydrous sodium carbonate, and silicon dioxide is converted into soluble silicate, resulting in a chemical reaction with anhydrous sodium carbonate to produce sodium silicate and become an adhesive. Carbon dioxide forms a crystalline compound by covalent bonding with silicon, and becomes a very stable and high-temperature resistant organosilicon compound by covalent bonding between silicon and carbon. Furthermore, anhydrous sodium carbonate reacts with water to produce sodium hydroxide, which dissolves well in water and ionizes hydroxide ions. Sodium ion has a large ionization tendency, so it easily undergoes a chemical change with metal, and hydroxide ion is alkaline and serves to neutralize and stop the damage caused by acid rain. It has a glass solidifying component such as SiO ₂ , Na ₂ CO ₃ , and CaCO ₃ , and if it is added boric anhydride H ₃ BO ₃ , it becomes a hard glass type, and CaCO ₃ , SiO ₂ , SO ₂ Al ₂ O ₃ , Fe ₂ O ₃ , MgO and other cement components are also mixed. By adding about 20 g of this cement component to 100 g, the work of further rock formation work is strengthened, and H ₂ SiO ₃ + SiO ₂ , which is the main component of the rock, is produced over many years.
[0025]
【Example】
The present invention will be described in detail with reference to examples. The present invention is not limited by these examples.
[0026]
Reference example 1
Generation of gas by hydration reaction 5 g of the incinerated ash shown in Table 2 was sampled, and the amount of gas generated when it reacted with 50 ml of water was measured. As a result, about 35 ml of gas was generated. The characteristic of generation is that there is no reaction for 2 to 3 minutes immediately after the start of hydration, but gas is generated after 4 minutes, and gas is emitted at a rate of 3 to 4 ml per minute until about 100 minutes. After that, gas continues to come out, but the momentum weakens. The measurement was continued up to 200 minutes, but about 35 ml was generated.
[0027]
If this is the generation of hydrogen gas by aluminum, 12.5% (element weight ratio) of Al is contained in 5 g, so that 5 × 0.125 = 0.625 g.
Reaction formula (1) is:

Therefore, 1 mol of hydrogen gas is generated from 1 mol of aluminum. Since the atomic weight of aluminum is 27, it is 0.625 / 27 = 0.023 mol. Therefore, hydrogen will also be 0.023 mol. Since 1 mol is 22.3 l (standard state), it should be 0.023 × 22.3 = 0.51 l. Based on this, free aluminum is 35 ml / 22.3 × 1000 = 0.016 mol = 0.42 g / 5 g.
[0028]
Example 1
The cement-based solidifying agent shown in Table 2 was mixed with the bottom mud, Kanto loam, bentonite mud, and alluvial silt shown in Table 3 at the addition amounts shown in Table 4, and strength development was observed. The results are also shown in Table 4.
[0029]
[Table 3]

[0030]
[Table 4]

[0031]
【effect】
Incineration ash generated after incineration of municipal solid waste (also called municipal waste) by solving these hindering factors of generating hydrogen gas due to the dissolution of heavy metals and dissolution of amphoteric metals due to the alkaline nature of cement All can be effectively used as a solidifying material. There is no problem secondary pollution, lakes, solidification of the harbor of sediment (sludge), soft ground (landfill, road, etc.) improved by solidification of, architecture, solidification processing of the sludge generated from civil engineering, agricultural land (footpath It is possible to provide a solidifying material that can be expected to have a great effect in applications such as improvement of agricultural roads, substitutes for cement and sand during secondary product processing, and the like.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an explanatory diagram showing the relationship between the type of additive and the gas generation rate.
FIG. 2 is an explanatory diagram showing a relationship between nitrate potassium amount and the gas generation amount.

Claims

An incineration ash-based solidification material characterized by containing a hydrogen gas generation inhibitor in the incinerated ash after sieving the raw ash by particle size and removing iron .

The incinerated ash-based solidified material according to claim 1, wherein the incinerated ash is ash produced after incineration of general waste.

The incinerated ash-based solidified material according to claim 2, which is incinerated ash of a stoker incinerator or a fluidized bed incinerator.

The incinerated ash-based solidified material according to claim 3, wherein the incinerated ash is bottom ash or a mixed ash of bottom ash and fly ash.

The incinerated ash-based solidified material according to claim 4, wherein the incinerated ash is incinerated ash with lime as a waste gas treatment accompanying incineration.

The incinerated ash-based solidified material according to any one of claims 1 to 5 , wherein the hydrogen gas generation inhibitor is an inorganic nitrate.

The incinerated ash-based solidified material according to claim 6 , wherein cement is added.

The incinerated ash-based solidified material according to claim 7 , further comprising an additive for preventing heavy metal elution.

The incinerated ash-based solidified material according to claim 8 , wherein the additive contains anhydrous sodium carbonate and boric acid.