JP4071356B2

JP4071356B2 - 下水汚泥溶融スラグを用いた緻密化焼結体の製造方法

Info

Publication number: JP4071356B2
Application number: JP14201298A
Authority: JP
Inventors: 一也久井; 健池田
Original assignee: ダント−ホ−ルディングス株式会社
Priority date: 1998-04-16
Filing date: 1998-04-16
Publication date: 2008-04-02
Anticipated expiration: 2018-04-16
Also published as: JPH11292612A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、下水汚泥溶融スラグ骨材と低火度粉体を原料にして建築材料等に利用する緻密化焼結体を製造する方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、下水汚泥は通常、８００〜９００°Ｃで焼却し灰状にして処理されてきたが、近年、減量化，資源化を目的として高温で溶融した後、空冷及び水冷スラグとして処理されるものが増加している。そして、このスラグは、莫大の量の資源であり、その有効利用がいろいろと検討されているが、現在は砕石の代わりに埋め立て用としてその殆どが用いられ、建築材料としても、ごく一部においてインターロッキング，舗道用ブロック等の窯業製品で利用されているのが現状である。しかし、このスラグ骨材を３０％以上の量を使用した窯業製品は、緻密化が全く進んでおらず、脆弱な強度、高い吸水率、大きい摩耗率という特性のため外構用床材としては余り普及していない。
【０００３】
下水汚泥溶融スラグは、転移温度６５０〜７００°Ｃ、軟化温度７５０〜８００°Ｃという低火度のガラスで、従来の窯業技術の範疇では湿式粉砕を行って微粉とし、融剤として用いる。しかし、この下水汚泥溶融スラグは、約４５０°Ｃの低温より僅かだが酸素との反応が始まり、加熱により徐々に増量し、１０００〜１２００°Ｃで酸素の供給が減少すると、還元状態となり極端に発泡し易くなり、窯業製品等の成形生地を焼成する過程において、通常、緻密化が進につれて収縮し、気孔率が減少し、内部への酸素の供給が減少するため、下水汚泥溶融スラグを素地成分として３０％以上含有し、湿式粉砕後、乾燥、造粒した原料を用いて、成形、焼成した窯業分野等で、吸水率５％以下の特性を持つ製品は実現していない。
【０００４】
また、窯業製品のインターロッキング，舗道ブロック等の製造では、湿式粉砕した微粒原料を用いず、乾式粉砕した平均粒径６〜２４メッシュ程度の石類が大半の原料を成形、焼成するが、この石類のかなりの量を下水汚泥溶融スラグに置き換えたものを原料として成形、焼成した窯業製品では緻密化が進み難いので、酸素不足による発泡はかなり防止できる。この種の製品では、高吸水率を利用した透水性や保水力を特徴としているが、骨材粒同士の接触面積が小で緻密化が進んでいないことが原因で、材質強度が２０〜１００ｋｇｆ／ｃｍ^２と小さくなる。そして、この強度不足には製品厚さを大きくして対応しているが、摩耗や汚れ等の品質面や厚さの増大による原料面や輸送面でコストアップ等で外構用床材として十分に普及していない。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明が解決しようとする課題は、前述の従来技術における問題点を解決し、下水汚泥溶融スラグの建材窯業製品への有効利用を高めることにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために、本発明の下水汚泥溶融スラグを用いた緻密化焼結体の製造方法（以下、本発明の方法という）では、基本的に、平均粒径６〜６０メッシュの下水汚泥溶融スラグ骨材３０〜８０重量％と、アルカリ，アルカリ土類金属の酸化物を合計で１０〜２０重量％含有し、８００〜１１００°Ｃで液相焼結により収縮する低火度粉体２０〜７０重量％とを混合し、水分調整により作成した原料を用いて成形体を作成後、８００〜１１００°Ｃの酸化雰囲気で焼結している。
【０００７】
本発明の方法で用いる下水汚泥溶融スラグ微粒は、１０００〜１２００℃での焼成で酸素の供給が減少すると、極端に発泡し易くなる。そのため、当スラグは低火度のガラス質であるが、融剤として用いた場合、８００℃以上の焼成で吸水率５％以下の窯業製品は得られない。そのため、スラグを骨材として利用し、成形体の空隙を増加させ、焼成過程での空気のスラグ表面への供給量減少を抑えた。また、スラグ骨材の一部は無数の連続及び不連続の気孔を有し、１１００℃の焼成温度を超えるとかなり粘性の高い状態で溶融するため球状に大きく発泡する。そのため、８００〜１１００℃で液相焼結により収縮する低火度粉体を融剤として用いる。
【０００８】
平均粒径が６〜６０メッシュの下水汚泥溶融スラグ骨材を使用するのは、６メッシュ以上の大粒が大部分を占めると、乾式成形による圧力伝播が悪くなり成形体の作成が困難となり、また、湿式抜き出し成形では成形体表面に細かい切れや大きい筋ができるため、建材用窯業製品として問題となる為である。また、平均粒径が６０メッシュより細かくなると、低火度粉体との反応が進み発泡し易くなる。
【０００９】
酸化焼成をするのは、８００°Ｃ以上の焼成炉内の酸素量が５％以下であると、溶融粘性が下がり、下水汚泥溶融スラグ骨材が球状に大きく発泡したり、低火度粉体との反応が激し過ぎ、焼結体の形状が適正に保てなくなる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
（参考例１）平均粒径１６メッシュの下水汚泥溶融スラグ骨材５５重量％と淡路島算出の頁岩粘土乾燥粉体４０重量％と水５重量％をミキサで混合し、これを乾式プレスで成形し、１０００℃で酸化焼成した。この焼結体の物性特性値は、収縮率が４．１％，吸水率が４．７％，曲げ強度が１８０ｋｇｆ／ｃｍ^２，摩耗減量が０．０４ｇである。
【００１１】
（実施例１）板ガラス屑５０重量％とベントナイト５重量％と水４５重量％をボールミルで１６時間粉砕し、スプレードライヤーで水分７％に乾燥・造粒した。この顆粒７０重量％と平均粒径６メッシュの下水汚泥溶融スラグ骨材３０重量％をミキサで混合し、これを原料にして乾式プレスで成形体を作成し、９００℃で酸化焼成した。この焼結体の物性特性値は、収縮率が５．８％，吸水率が１．７％，曲げ強度が２６０ｋｇｆ／ｃｍ^２，摩耗減量が０．０４ｇである。
【００１２】
（参考例２）板ガラス屑２５重量％とタルク５重量％と粘土２０重量％と水５０重量％をボールミルで１０時間粉砕し、フィルタープレスで水分２１％のケーキ状に脱水した。このケーキ６０重量％と平均粒径６０メッシュの下水汚泥溶融スラグ骨材３０重量％と乾燥粘土粉末５重量％と水５重量％をバドルミキサで混練し、これを原料にして真空土練機で抜き出し成形体を作成し、この成形体を１１００℃で酸化焼成した。この焼結体の物性特性値は、乾燥収縮率が１．８％，焼成収縮率が３．５％，吸水率が２．１％，曲げ強度が３５０ｋｇｆ／ｃｍ^２，摩耗減量が０．０３ｇである。
【００１３】
（実施例２）平均粒径１６メッシュの下水汚泥溶融スラグ骨材９４重量％と乾燥ベントナイト微粉末４重量％と１号水ガラス２５％溶解水溶液２重量％を高速ミキサで混合し、３．５ｍｍ篩下とした混合物８５重量％と、板ガラス屑５０重量％とベントナイト５重量％と水４５重量％をボールミルで１６時間粉砕し、スプレードライヤーで水分７％に乾燥・造粒した顆粒１５重量％とを、ミキサで混合し、これを原料にして乾式プレスで成形体を作成し、８００℃で酸化焼成した。この焼結体の物性特性値は、収縮率が１．２％，吸水率が４．１％，曲げ強度が１４０ｋｇｆ／ｃｍ^２，摩耗減量が０．０４ｇである。
【００１４】
（参考例３）板ガラスと真珠岩を乾式粉砕で１００メッシュ篩下とし、これらのそれぞれ１５重量％と平均粒径６０メッシュの下水汚泥溶融スラグ骨材４０重量％と乾燥ベントナイト粉末５重量％と乾燥粘土粉末２０重量％と水５重量％をミキサで混合し、これを原料にして乾式プレスで成形体を作成し、１０５０℃で酸化焼成した。この焼結体の物性特性値は、収縮率が２．７％，吸水率が４．５％，曲げ強度が１６０ｋｇｆ／ｃｍ^２，摩耗減量が０．０４ｇである。
【００１５】
（参考例４）新島産抗火石１７．５重量％と鹿児島産シラス１７．５重量％と粘土１５重量％と水５０重量％をボールミルで１６時間粉砕し、フイルタープレスでケーキ状に脱水し、このケーキを水分７％に乾燥し、２ｍｍ篩下の粉体にし、この粉体５０重量％と平均粒径９メッシュの下水汚泥溶融スラグ骨材５０重量％をミキサで混合し、これを原料にして乾式プレスで成形体を作成し、１１００℃で酸化焼成した。この焼結体の物性特性値は、収縮率が３．６％，吸水率が４．０％，曲げ強度が１７０ｋｇｆ／ｃｍ^２，摩耗減量が０．０３ｇである。
【００１６】
（参考例５）岡山県産砕石の水洗い表土のフィルタープレス脱水物を水分７％に乾燥して２ｍｍ篩下の粉体とし、この粉体４５重量％と平均粒径２４メッシュの下水汚泥溶融スラグ骨材５０重量％とベントナイト５重量％をミキサで混合し、これを原料にして乾式プレスで成形体を作成し、その表面にフリット主体釉薬を乾物量で約３５ｍｇ／ｃｍ^２施釉し、１１００℃で酸化焼成した。この焼結体の物性特性値は、収縮率が４．３％，吸水率が３．８％，曲げ強度が１５０ｋｇｆ／ｃｍ^２，摩耗減量が０．０３ｇである。
【００１７】
（実施例３）平均粒径３２メッシュの下水汚泥溶融スラグ骨材９４重量％と乾燥ベントナイト微粉末４重量％と水２重量％を高速ミキサで混合し、３．５ｍｍ篩下とした混合物６０重量％と、板ガラス屑４０重量％，粘土２０重量％，水４０重量％をボールミルで１６時間粉砕し、スプレードライヤーで水分７％に乾燥・造粒した顆粒４０重量％とを、ミキサで混合し、これを原料にして乾式プレスにより成形表面圧３００ｋｇ／ｃｍ^２で３００×３００×１２ｍｍの形状の成形体を作成し、この成形体をローラーハースキルンにより１０００℃で６０分酸化焼成した。この焼成体の品質試験結果は、吸水率が２．３％，曲げ強度が２５０ｋｇ／ｃｍ^２，摩耗減量が０．０３ｇ，耐凍害性（１０サイクルで異常なし）、耐薬品性（３％塩酸水溶液，３％水酸化ナトリウム水溶液で異常なし）である。
【００１８】
【発明の効果】
本発明の方法は、以上のようなものであって、比較的大量の下水汚泥溶融スラグ骨材を用いて、高強度，低吸水性等の優れた物性を有し、建材用材料として十分に利用できる緻密化焼結体を、低温焼成で製造することができるから、下水汚泥溶融スラグ骨材の有効利用が可能であるとともに、省エネルギーの面でも有益である。
【００１９】
そして、特に、本発明の方法によれば、焼結過程においてスラグ骨材と低火度粉体との収縮差により、焼結体の表面に細かな無数の凹凸ができるため、外観的に見栄えが良く、しかも、非常に滑り難く、外構用床材として好適な製品を製造できる利点がある。

Claims

板ガラス屑および粘土を含有する粉体を焼結促進のため湿式粉砕後、乾燥、造粒して、アルカリ、アルカリ土類金属の酸化物を合計で１０〜２０重量％含有し、８００〜１１００℃で液相焼結により収縮する低火度粉体を得、平均粒径６〜６０メッシュの下水汚泥溶融スラグ骨材３０〜８０重量％と、該低火度粉体２０〜７０重量％とを混合し、水分調整により作成した原料を用いて成形体を作成後、８００〜１１００℃の酸化雰囲気で焼結することを特徴とする下水汚泥溶融スラグを用いた緻密化焼結体の製造方法。
該粘土がベントナイトである請求項１記載の緻密化焼結体の製造方法。