JP3908292B2 - 石綿原料焼結体の製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、石綿を含む廃棄物を主原料とした焼結体とその製造方法に関するものである。さらに詳しくは、この発明は、環境に対する有害物として規制対象とされている石綿を含む産業廃棄物を無害化させ、さらにはこれを有効利用することを可能とする石綿原料焼結体とその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術とその課題】
従来から、建築資材や車両ブレーキなどに含まれている石綿は人体に対して有害であることから、このような石綿を含む産業廃棄物を無害化させる方法に多くの工夫がなされてきている。
このような石綿を含む産業廃棄物を無害化する方法としては、例えば、ア）塩基性鉱物である石綿を塩酸または硫酸で処理して、石綿を溶解させる処理方法や、イ）珪酸ソーダ水溶液あるいは合成樹脂エマルジョンなどで石綿の繊維表面を被膜してミクロポアーを閉鎖する処理方法、ウ）石綿に水硬性セメント類を加えて固化させる処理方法などがこれまでに知られている。
【０００３】
しかしながら、このような従来の石綿無害化処理方法では、石綿を無害化するという点のみにおいては、一定の成果が得られているものの、その石綿を無害化した後の処理物質の有効利用については、現在までにほとんど有効な策はなく、結局のところ、これまでの石綿無害化処理方法では、非常に処理コストがかかる技術とならざるを得なかった。
【０００４】
そこで、このような石綿無害化処理方法の問題点を考慮に入れて、ごく最近になって、石綿を無害化した処理物質を有効利用して、処理コストを低減化させる技術が提案されている。この方法は、石綿に低融点ガラス質を加えて１４００℃〜１５００℃の温度で溶融してガラス質スラグとする方法であり、生成されたガラス質スラグは、建設あるいは工業用素材として有効利用することが可能となった。
【０００５】
しかしながら、この方法においては、石綿を非常に高温で溶融させるために、非常に大きなエネルギーコストが必要であり、石綿を無害化した処理物質を有効利用できるとしても、経済性の面から普及が進んでいないのが現状である。
この発明は、以上の通りの事情に鑑みてなされたものであり、従来技術の欠点を解消し、環境に対する有害物として規制されている石綿を含む産業廃棄物を無害化し、その無害化処理物を低コストで再利用することが可能となる、まったく新しい石綿原料焼結体とその製造方法を提供することを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この発明は、上記の課題を解決するために、廃棄物を解砕・粉砕して、金属類などの不純物を除去した石綿重量比が４０〜８０％の原料を塩酸または硫酸の水溶液で処理した後に脱水乾燥し、この原料に対して、水硬性セメント類を１０％〜３０％、粘土、石炭灰、および高炉水滓のうちの一種以上を１０〜３０％となるように組成調整し、乾燥させた後、１０００℃〜１２００℃の温度範囲で焼成・焼結することを特徴とする石綿原料焼結体の製造方法を提供する。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以上のこの発明においては、石綿の組織構造を化学反応および高温焼結反応によって破壊・変性して、無害な陶磁器質焼結体とするものである。その高温焼結反応時における温度は高々１２００℃であり、従来法のように、石綿に低融点ガラス質を加えてガラス質スラグを生成させる方法の場合の処理温度１４００℃〜１５００℃と比べると、はるかに低温度での処理が可能となる。
【０００９】
このようなことを可能とするこの発明の方法では、以下の通りの知見に基づいている。
すなわち、まず、一般的に、人体に対する石綿の有害性は、石綿鉱物が数オングストロームのトンネル構造を有するミクロポアーをもち、このミクロポアーが人体に吸着することに起因する。つまり、石綿は自ら保有する結晶水１２％〜１３％の他に、４０％〜５０％近い自由水を吸水する多孔体であり、その結果、石綿は非常に高い吸着機能をもっており、この吸着機能が人体に悪影響を及ぼす原因となっている。
【００１０】
この発明においては、例えば、珪酸ソーダ水溶液または珪酸カリウム水溶液が石綿に吸着されるとき、その珪酸ソーダ水溶液内のナトリウムイオン、または、珪酸カリウム水溶液内のカリウムイオンは、石綿表面に吸着された状態となること、つまり、そのナトリウムイオン、または、カリウムイオンなどのイオン半径の大きいイオンは、石綿構造のミクロポアー内には容易に入り込めないので、石綿の繊維表面に強固に吸着されて存在し、その結果、石綿の繊維表面層が珪酸アルカリゲルで被膜された状態となることに注目している。
【００１１】
したがって、この発明においては、この被膜効果により、石綿特有の高吸着性を回避している。
また、一般的に、石綿鉱物には６種類の鉱物があるが、産業用に広く使用されているものはＭｇ6 Ｓｉ4 Ｏ10（ＯＨ）6 の化学構造式をもったクリソタイル（温石綿、白石綿）であり、このクリソタイルはアルカリ珪酸塩であるので、塩酸や硫酸などに対しては反応性が高く、したがって、酸処理によって石綿の繊維状形態は容易に破壊される。
【００１２】
したがって、この発明においては、一次処理として酸処理をしてもよく、石綿の構造を破壊させ、その結果、石綿を無害化させて、本発明の焼結体の製造工程における、作業員の粉塵の有害性を、防止することができる。
さらに、一般的に、石綿鉱物は加熱によって約６００℃で結晶水を放出して、次式、
【００１３】
【化１】
【００１４】
に示す脱水酸基化反応が起こり、さらに、その生成反応物を加熱して９００℃に達すると、構造が変化して、ＭｇＯＳｉＯ2 （クリノエンスタタイト）とＳｉＯ2 （クリストバライト）に変成され、異質のものとなる。
これらのＭｇＯＳｉＯ2 （クリノエンスタタイト）とＳｉＯ2 （クリストバライト）は耐火温度が高く約１５００℃に加熱しないと溶融することはできない。
【００１５】
しかしながら、この発明においては、石綿の構造的特徴であるミクロポアー内に、十分飽和するように含水させるとともに、石綿繊維の表面に珪酸アルカリのゲル層を造って水分を封入した状態の成形体を形成した後、その成形体を１５０℃から２００℃の雰囲気に加熱された加熱炉などに入れ、そして、その成形体内の水分を、蒸発させるとともに成形表面層に移動させる。
【００１６】
この過程において、加えられたナトリウムイオンあるいはカリウムイオンは水とともに表面層に濃縮され、乾燥被膜を造って内部水分の蒸発を防ぎ、成形体内の蒸気圧を高めて、その成形体を大きく発泡させる。このような発泡体は、建築素材として有効利用が可能である。
そして、この発明においては、この発泡処理時間は、１５分から２０分が適当であり、発泡時間が長すぎると被膜の破壊を起こす。そして、この発泡後の成形体は乾燥器にて脱水乾燥した後、焼成することが望ましい。
【００１７】
焼成工程においては、例えば、珪酸アルカリの含有量が１５％以上になると、その珪酸アルカリが成形体の表面層に濃縮されて、温度が１０００℃以上で、その成形体内がガラス化が生じてしまい、その結果、互いの成形体が熔着してしまい、良質の焼結体を得ることはできない。
また、珪酸アルカリの含有量が１５％以上の場合、生成した成形体内の気泡の大きさは一定ではなく、したがって、この点においても、良質の焼結体を得ることはできない。
【００１８】
一方、珪酸アルカリの含有量が、３％以下では、焼結は不可能である。
さらに、この発明における焼結体は、発泡体だけではなく、一般建築用に使用される陶磁器質製品をも提供する。
つまり、前述のように９００℃付近では、石綿はＭｇＯ・ＳｉＯ2 とＳｉＯ2 に分解するが、ＣａＯが存在すると、まず、遊離したＳｉＯ2 とＣａＯが反応して、１１５０℃付近でＣａＯＳｉＯ2 （ワラストナイト）が生成する。
【００１９】
例えば、成形体内のＣａＯ成分を、水硬性セメント類から得ると、高温の水熱反応によってβ−ＣａＯＳｉＯ2 が生成し、ＣａＯＳｉＯ2 ・ＭｇＯＳｉＯ2 （ヂオブサイト）の主結晶相をもつ強固な結晶体となる。
そして、この発明においては、水硬性セメント類の含有率は、１０％〜３０％の範囲が適当であり、その含有率が３０％を超えると、成形体の焼成中に亀裂や爆裂を起こすおそれがある。また水硬性セメント類の含有量が１０％以下では、成形体の強度を十分保持することが不可能となる。
【００２０】
さらにこの発明では、主原料である石綿、および、成形材料であるセメント類の他に、ＣａＯの量を補正する必要がある場合は、高炉水滓などを用いることができ、また、ＳｉＯ2 の量を補正する必要がある場合は、粘土および石炭灰なをを用いることができる。
焼結温度が高くなるほど強度特性が向上するが、焼結温度は１２００℃以下とすることが望ましく、１２００℃以上で焼結するとエネルギーコストが非常に大きなものとなり、経済性の面で好ましいものではない。
【００２１】
以下実施例を示し、さらに詳しくこの発明の実施の形態について説明する。
【００２３】
実施例１
原料となる石綿は、建築用防火吹き付け材およびガスケット材に混合された石綿廃棄物を用い、この石綿廃棄物を１Ｎの塩酸水溶液中で１時間反応させた後、脱水乾燥させた。
（ａ）配合工程
配合率としては、表１に示した通りに２種類の配合率の異なるものを用いた。
【００２４】
【表１】
【００２５】
（ｂ）成形および養成硬化工程
表１に示したＡ，Ｂの配合物に水分３０％〜５０％を加えて軟泥状のセメントモルタルとし、その軟泥状セメントモルタルを３０ｃｍ×３０ｃｍ×３０ｃｍの板状成形型に流し込み、約２４時間養生硬化させた後脱型した。
（ｃ）乾燥および焼成工程
前記の養成硬化物を１２０℃の乾燥器内で３時間乾燥させた後、ローラーハースキルンを用いて、Ａを１１５０℃、Ｂを１２００℃に焼成した。
（ｄ）焼結体の物性測定
（ｃ）の工程で生成された焼結体の物性を測定したところ、表２の通りとなった。
【００２６】
【表２】
【００２７】
この表２から焼結体の物性的な特徴を考察すると、この発明の焼結体は、比強度（曲げ強度／かさ比重）が一般建築用タイルなどと比べて極めて高いことである。
一般的に広く活用されている建築外装用セラミックタイルは、かさ比重２．１５〜２．２ｇｒ／ｃｍ3 、曲げ強度０．１８４ＭＰａ〜０．２５５ＭＰａ であり、比強度は９１〜１１６である。この実施例で生成した焼結体の比強度は、Ａ＝１４７、Ｂ＝１２０であり、軽量でありきわめて高い強度をもつことがわかる。
【００２８】
さらに、この発明の焼結体の焼成収縮率は極めて低く、固相反応によって焼結されたものであり、微細な気孔を均質に分散した組成のものである。
【００２９】
【発明の効果】
以上詳しく説明したとおり、この発明によって、環境に対する有害物として規制されている石綿を含む産業廃棄物を無害化することを可能とし、さらに、その産業廃棄物から価値ある工業製品である焼結体を製造することをも可能となる。また、この発明の焼結体は発泡体製品であり、多孔質の粒状体として高い気孔率をもち、バクテリア担体など多孔質の特性を生かした水処理剤などに利用可能となる。さらに、この焼結体を軽量高強度な建築土木用のセラミック製品として利用することも可能となる。
【発明の属する技術分野】
この発明は、石綿を含む廃棄物を主原料とした焼結体とその製造方法に関するものである。さらに詳しくは、この発明は、環境に対する有害物として規制対象とされている石綿を含む産業廃棄物を無害化させ、さらにはこれを有効利用することを可能とする石綿原料焼結体とその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術とその課題】
従来から、建築資材や車両ブレーキなどに含まれている石綿は人体に対して有害であることから、このような石綿を含む産業廃棄物を無害化させる方法に多くの工夫がなされてきている。
このような石綿を含む産業廃棄物を無害化する方法としては、例えば、ア）塩基性鉱物である石綿を塩酸または硫酸で処理して、石綿を溶解させる処理方法や、イ）珪酸ソーダ水溶液あるいは合成樹脂エマルジョンなどで石綿の繊維表面を被膜してミクロポアーを閉鎖する処理方法、ウ）石綿に水硬性セメント類を加えて固化させる処理方法などがこれまでに知られている。
【０００３】
しかしながら、このような従来の石綿無害化処理方法では、石綿を無害化するという点のみにおいては、一定の成果が得られているものの、その石綿を無害化した後の処理物質の有効利用については、現在までにほとんど有効な策はなく、結局のところ、これまでの石綿無害化処理方法では、非常に処理コストがかかる技術とならざるを得なかった。
【０００４】
そこで、このような石綿無害化処理方法の問題点を考慮に入れて、ごく最近になって、石綿を無害化した処理物質を有効利用して、処理コストを低減化させる技術が提案されている。この方法は、石綿に低融点ガラス質を加えて１４００℃〜１５００℃の温度で溶融してガラス質スラグとする方法であり、生成されたガラス質スラグは、建設あるいは工業用素材として有効利用することが可能となった。
【０００５】
しかしながら、この方法においては、石綿を非常に高温で溶融させるために、非常に大きなエネルギーコストが必要であり、石綿を無害化した処理物質を有効利用できるとしても、経済性の面から普及が進んでいないのが現状である。
この発明は、以上の通りの事情に鑑みてなされたものであり、従来技術の欠点を解消し、環境に対する有害物として規制されている石綿を含む産業廃棄物を無害化し、その無害化処理物を低コストで再利用することが可能となる、まったく新しい石綿原料焼結体とその製造方法を提供することを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この発明は、上記の課題を解決するために、廃棄物を解砕・粉砕して、金属類などの不純物を除去した石綿重量比が４０〜８０％の原料を塩酸または硫酸の水溶液で処理した後に脱水乾燥し、この原料に対して、水硬性セメント類を１０％〜３０％、粘土、石炭灰、および高炉水滓のうちの一種以上を１０〜３０％となるように組成調整し、乾燥させた後、１０００℃〜１２００℃の温度範囲で焼成・焼結することを特徴とする石綿原料焼結体の製造方法を提供する。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以上のこの発明においては、石綿の組織構造を化学反応および高温焼結反応によって破壊・変性して、無害な陶磁器質焼結体とするものである。その高温焼結反応時における温度は高々１２００℃であり、従来法のように、石綿に低融点ガラス質を加えてガラス質スラグを生成させる方法の場合の処理温度１４００℃〜１５００℃と比べると、はるかに低温度での処理が可能となる。
【０００９】
このようなことを可能とするこの発明の方法では、以下の通りの知見に基づいている。
すなわち、まず、一般的に、人体に対する石綿の有害性は、石綿鉱物が数オングストロームのトンネル構造を有するミクロポアーをもち、このミクロポアーが人体に吸着することに起因する。つまり、石綿は自ら保有する結晶水１２％〜１３％の他に、４０％〜５０％近い自由水を吸水する多孔体であり、その結果、石綿は非常に高い吸着機能をもっており、この吸着機能が人体に悪影響を及ぼす原因となっている。
【００１０】
この発明においては、例えば、珪酸ソーダ水溶液または珪酸カリウム水溶液が石綿に吸着されるとき、その珪酸ソーダ水溶液内のナトリウムイオン、または、珪酸カリウム水溶液内のカリウムイオンは、石綿表面に吸着された状態となること、つまり、そのナトリウムイオン、または、カリウムイオンなどのイオン半径の大きいイオンは、石綿構造のミクロポアー内には容易に入り込めないので、石綿の繊維表面に強固に吸着されて存在し、その結果、石綿の繊維表面層が珪酸アルカリゲルで被膜された状態となることに注目している。
【００１１】
したがって、この発明においては、この被膜効果により、石綿特有の高吸着性を回避している。
また、一般的に、石綿鉱物には６種類の鉱物があるが、産業用に広く使用されているものはＭｇ6 Ｓｉ4 Ｏ10（ＯＨ）6 の化学構造式をもったクリソタイル（温石綿、白石綿）であり、このクリソタイルはアルカリ珪酸塩であるので、塩酸や硫酸などに対しては反応性が高く、したがって、酸処理によって石綿の繊維状形態は容易に破壊される。
【００１２】
したがって、この発明においては、一次処理として酸処理をしてもよく、石綿の構造を破壊させ、その結果、石綿を無害化させて、本発明の焼結体の製造工程における、作業員の粉塵の有害性を、防止することができる。
さらに、一般的に、石綿鉱物は加熱によって約６００℃で結晶水を放出して、次式、
【００１３】
【化１】
に示す脱水酸基化反応が起こり、さらに、その生成反応物を加熱して９００℃に達すると、構造が変化して、ＭｇＯＳｉＯ2 （クリノエンスタタイト）とＳｉＯ2 （クリストバライト）に変成され、異質のものとなる。
これらのＭｇＯＳｉＯ2 （クリノエンスタタイト）とＳｉＯ2 （クリストバライト）は耐火温度が高く約１５００℃に加熱しないと溶融することはできない。
【００１５】
しかしながら、この発明においては、石綿の構造的特徴であるミクロポアー内に、十分飽和するように含水させるとともに、石綿繊維の表面に珪酸アルカリのゲル層を造って水分を封入した状態の成形体を形成した後、その成形体を１５０℃から２００℃の雰囲気に加熱された加熱炉などに入れ、そして、その成形体内の水分を、蒸発させるとともに成形表面層に移動させる。
【００１６】
この過程において、加えられたナトリウムイオンあるいはカリウムイオンは水とともに表面層に濃縮され、乾燥被膜を造って内部水分の蒸発を防ぎ、成形体内の蒸気圧を高めて、その成形体を大きく発泡させる。このような発泡体は、建築素材として有効利用が可能である。
そして、この発明においては、この発泡処理時間は、１５分から２０分が適当であり、発泡時間が長すぎると被膜の破壊を起こす。そして、この発泡後の成形体は乾燥器にて脱水乾燥した後、焼成することが望ましい。
【００１７】
焼成工程においては、例えば、珪酸アルカリの含有量が１５％以上になると、その珪酸アルカリが成形体の表面層に濃縮されて、温度が１０００℃以上で、その成形体内がガラス化が生じてしまい、その結果、互いの成形体が熔着してしまい、良質の焼結体を得ることはできない。
また、珪酸アルカリの含有量が１５％以上の場合、生成した成形体内の気泡の大きさは一定ではなく、したがって、この点においても、良質の焼結体を得ることはできない。
【００１８】
一方、珪酸アルカリの含有量が、３％以下では、焼結は不可能である。
さらに、この発明における焼結体は、発泡体だけではなく、一般建築用に使用される陶磁器質製品をも提供する。
つまり、前述のように９００℃付近では、石綿はＭｇＯ・ＳｉＯ2 とＳｉＯ2 に分解するが、ＣａＯが存在すると、まず、遊離したＳｉＯ2 とＣａＯが反応して、１１５０℃付近でＣａＯＳｉＯ2 （ワラストナイト）が生成する。
【００１９】
例えば、成形体内のＣａＯ成分を、水硬性セメント類から得ると、高温の水熱反応によってβ−ＣａＯＳｉＯ2 が生成し、ＣａＯＳｉＯ2 ・ＭｇＯＳｉＯ2 （ヂオブサイト）の主結晶相をもつ強固な結晶体となる。
そして、この発明においては、水硬性セメント類の含有率は、１０％〜３０％の範囲が適当であり、その含有率が３０％を超えると、成形体の焼成中に亀裂や爆裂を起こすおそれがある。また水硬性セメント類の含有量が１０％以下では、成形体の強度を十分保持することが不可能となる。
【００２０】
さらにこの発明では、主原料である石綿、および、成形材料であるセメント類の他に、ＣａＯの量を補正する必要がある場合は、高炉水滓などを用いることができ、また、ＳｉＯ2 の量を補正する必要がある場合は、粘土および石炭灰なをを用いることができる。
焼結温度が高くなるほど強度特性が向上するが、焼結温度は１２００℃以下とすることが望ましく、１２００℃以上で焼結するとエネルギーコストが非常に大きなものとなり、経済性の面で好ましいものではない。
【００２１】
以下実施例を示し、さらに詳しくこの発明の実施の形態について説明する。
【００２３】
実施例１
原料となる石綿は、建築用防火吹き付け材およびガスケット材に混合された石綿廃棄物を用い、この石綿廃棄物を１Ｎの塩酸水溶液中で１時間反応させた後、脱水乾燥させた。
（ａ）配合工程
配合率としては、表１に示した通りに２種類の配合率の異なるものを用いた。
【００２４】
【表１】
（ｂ）成形および養成硬化工程
表１に示したＡ，Ｂの配合物に水分３０％〜５０％を加えて軟泥状のセメントモルタルとし、その軟泥状セメントモルタルを３０ｃｍ×３０ｃｍ×３０ｃｍの板状成形型に流し込み、約２４時間養生硬化させた後脱型した。
（ｃ）乾燥および焼成工程
前記の養成硬化物を１２０℃の乾燥器内で３時間乾燥させた後、ローラーハースキルンを用いて、Ａを１１５０℃、Ｂを１２００℃に焼成した。
（ｄ）焼結体の物性測定
（ｃ）の工程で生成された焼結体の物性を測定したところ、表２の通りとなった。
【００２６】
【表２】
この表２から焼結体の物性的な特徴を考察すると、この発明の焼結体は、比強度（曲げ強度／かさ比重）が一般建築用タイルなどと比べて極めて高いことである。
一般的に広く活用されている建築外装用セラミックタイルは、かさ比重２．１５〜２．２ｇｒ／ｃｍ3 、曲げ強度０．１８４ＭＰａ〜０．２５５ＭＰａ であり、比強度は９１〜１１６である。この実施例で生成した焼結体の比強度は、Ａ＝１４７、Ｂ＝１２０であり、軽量でありきわめて高い強度をもつことがわかる。
【００２８】
さらに、この発明の焼結体の焼成収縮率は極めて低く、固相反応によって焼結されたものであり、微細な気孔を均質に分散した組成のものである。
【００２９】
【発明の効果】
以上詳しく説明したとおり、この発明によって、環境に対する有害物として規制されている石綿を含む産業廃棄物を無害化することを可能とし、さらに、その産業廃棄物から価値ある工業製品である焼結体を製造することをも可能となる。また、この発明の焼結体は発泡体製品であり、多孔質の粒状体として高い気孔率をもち、バクテリア担体など多孔質の特性を生かした水処理剤などに利用可能となる。さらに、この焼結体を軽量高強度な建築土木用のセラミック製品として利用することも可能となる。
Claims (1)
- 廃棄物を解砕・粉砕して、金属類などの不純物を除去した石綿重量比が４０〜８０％の原料を塩酸または硫酸の水溶液で処理した後に脱水乾燥し、この原料に対して、水硬性セメント類を１０％〜３０％、粘土、石炭灰、および高炉水滓のうちの一種以上を１０〜３０％となるように組成調整し、乾燥させた後、１０００℃〜１２００℃の温度範囲で焼成・焼結することを特徴とする石綿原料焼結体の製造方法。
Priority Applications (1)
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| JP26589395A JP3908292B2 (ja) | 1995-10-13 | 1995-10-13 | 石綿原料焼結体の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
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| JP26589395A JP3908292B2 (ja) | 1995-10-13 | 1995-10-13 | 石綿原料焼結体の製造方法 |
Publications (2)
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|---|---|
| JPH09110514A JPH09110514A (ja) | 1997-04-28 |
| JP3908292B2 true JP3908292B2 (ja) | 2007-04-25 |
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ID=17423570
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| JP26589395A Expired - Fee Related JP3908292B2 (ja) | 1995-10-13 | 1995-10-13 | 石綿原料焼結体の製造方法 |
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| JP (1) | JP3908292B2 (ja) |
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| JP5192649B2 (ja) * | 2006-02-23 | 2013-05-08 | 一般財団法人ファインセラミックスセンター | アスベストの処理方法、アスベスト由来のリサイクル材料及びその製造方法 |
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