JP4121389B2 - Production method of hydrothermal solidified product using incinerated ash as main raw material - Google Patents

Production method of hydrothermal solidified product using incinerated ash as main raw material Download PDF

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範久 松岡
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  • Curing Cements, Concrete, And Artificial Stone (AREA)
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  • Combined Means For Separation Of Solids (AREA)

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ゴミ焼却灰や石炭焼却灰のような焼却灰を主原料した水熱固化品の製造方法に関するものである。
【0002】
【発明の背景】
近年、高度消費と高度産業化に伴い、国の至るところから廃棄物が大量に出されている。廃棄物は家庭ゴミと産業廃棄物とに大別され、このうち家庭ゴミは自治体によって回収され、そのうちの可燃ゴミは焼却処理され、不燃物は主として埋め立て処分される。
【0003】
ゴミを焼却しても完全に無くなる訳ではなく、焼却炉にはもえがらとしての焼却灰(主灰及び飛灰)が残る。この焼却灰には重金属類やダイオキシン等の有害物質が含まれていることが殆どであるため、自治体はその処理に頭を悩ましている。
【0004】
他方、産業廃棄物の不法投棄による環境破壊等を契機として、環境保全のために法律や条例が整備されてきた。その一環として、有害物質を含む廃棄物は最終処分場で管理保全することが義務付けられ、山間地に最終処分場を造成することで対処してきた。
【0005】
しかし、処分場の漏水防止の不完全さによる有害物質の漏洩のために地下水や河川が汚染されたり、悪臭が発生するなどの問題が頻発している。このため、最終処分場の造成計画には住民の強い反対があり、新たな造成は難しい状況にある。勿論、既設の最終処分場も殆ど満杯状態にある。
【0006】
このような危機的状況の下で、焼却灰のように環境基準で「もえがら」として定義されている廃棄物を固化したり無害化したりする試みが各地で成されている。例えば、セメントによる固化やアスファルトによる固化、高温溶融してから急冷することによる固化などが試みられている。
【0007】
しかし、セメントによる固化やアスファルトによる固化は単にもえがらを固形化したに過ぎず、重金属やダイオキシンの溶出は防止できないため、有効利用しい問題がある。また、高温溶融してから急冷する方法はコストが著しく嵩むのみならず、様々な形状に成形できる訳ではないため商品化にはほど遠いと言える。
【0008】
重金属やダイオキシンを含んでいない焼却灰、或いは陶器屑粉のように安全性において問題がない原料は、固化して建築資材等に供することができる。しかし、従来のものは、強度が低くて外観も良くないという問題があり、商業的操業は進んでいないのが実情であ
る。
【0009】
【従来の技術】
ところで、地球の内部では水は地熱と地圧とによって高温・高圧の蒸気になっており、この高温・高圧の蒸気と地圧とが協同した水和作用によって岩石が生成されていると考えられる。これは水熱続成作用と呼ばれている。
【0010】
そして、水熱続成反応と同様の作用(すなわち、疑似水熱続成反応で、以下「水熱反応」と略す)を人工的に作り出すことにより、焼却灰を石状に固化処理する試みが成されている。水熱反応によって焼却灰を固化すると、焼却灰は石化し、重金属の溶出は、環境庁が定める土壌環境基準の基準値以下に抑制できる。
【0011】
また、本願発明者たちの一人である山崎は、水熱反応を利用した焼却灰の固化の研究に古くから取り組んでおり、水熱作用を利用してダイオキシンを分解し無害化する技術も提案している(特許文献1)。
【0012】
更に、水熱反応を利用した焼却灰等の固化技術については様々の方面から研究や改良が成されている。例えば特許文献2及び特許文献3には、焼却灰をカルシウム成分の存在下で成形し、次いで、オートクレーブ処理することによって固化することが記載されている。
【0013】
また、特許文献4には、プレス装置に加熱手段と蒸気送気手段とを設けたいわゆるホットプレス装置を使用して、成形と水熱続成反応とを同時に行うことが記載されている。
【0014】
特許文献4のようにホットプレス装置を使用した方法の場合、温度や加圧圧力の管理が厄介で、品質の均一化や製品の大型化が難しく、実用的ではないと言える。他方、特許文献2,3のように加圧成形工程と水熱反応工程とを別々に行う方法では、製品の大型化や品質の均一化が容易で、実用的であると言える。
【0015】
【特許文献1】
特許第2758541号公報
【特許文献2】
特開昭54−128477号公報
【特許文献3】
特許第2748206号公報
【特許文献4】
特開平7−256227号公報
【0016】
【発明が解決しようとする課題】
既述のとおり、焼却灰類は増える一方であり、水熱反応を利用した固化技術は、保管能力を超えつつある焼却灰類の有効な処理方法として期待されている。しかし、期待されながら、未だ商業的に操業できる迄には至っていない。その理由として、2つの側面から考察することができる。
【0017】
1つは、強度に優れた水熱固化品を効率良く製造する技術が未だ確立されていないという点であり、もう1つは、水熱固化品を商品として販売するに当たって商品価値を高める工夫が十分でなく、このためコスト面での懸念(すなわち作っても売れないという懸念)が払拭されていないという点である。
【0018】
本願発明はこのような現状に鑑み成されたもので、水熱反応を利用した廃棄物処理技術を、商業化できるレベルまで高めることを課題とするものである。
【0019】
【課題を解決するための手段】
本願発明者たちは、水熱固化品の強度や安全性、製造能率、商品価値の向上について実
験を繰り返し、研究を重ねた。そして、これらの実験や研究から得られた知見を基にして、本発明を完成させるに至った。
【0020】
本発明は、焼却灰を主成分として美粧助材で美粧処理された水熱固化品の製造方法であって、焼却灰微粉と硬化助材と水分との混練物を作る工程、前記混練物をプレス装置で加圧成形して中間体を作る工程、前記中間体をオートクレーブに入れて加圧下で飽和蒸気に晒して水熱反応で固化する工程、の各工程を備えている基本構成である。
【0021】
そして、請求項1の発明では、前記基本構成において、前記美粧助材として1種類又は複数種類の粒状自然石を使用しており、前記粒状自然石を中間体に満遍なく混入しておくか又は中間体の表層部のみに混入しておき、そして、前記中間体を固化してから粒状自然石の露出面積が大きくなるように表面を磨いている。
【0022】
請求項2の発明では、前記基本構成において、前記美粧助材は粉末状又は薄片状であり、前記美粧助材を混練物の表面にまぶした状態で加圧成形することで美粧助材付きの中間体を形成し、それから中間体をオートクレーブで固化している。
【0023】
請求項3の発明では、前記基本構成において、前記美粧助材として自然石の粉又は無機染料若しくは無機顔料を使用しており、美粧助材を混入していない第1混練物と美粧助材を混入した第2混練物とを作っておき、これら第1混練物と第2混練物とを、第2混練物が表面側になる状態で加圧成形することにより、表面部が第2混練物で形成された積層構造の中間体を作り、それから前記積層構造の中間体をオートクレーブで固化している。
【0024】
請求項4の発明では、前記美粧助材として自然石の粉又は無機染料若しくは無機顔料を使用しており、美粧助材を使用して色が異なる複数の混練物を作り、これら色が異なる複数の混練物を多層に積層して加圧成形して中間体を作り、前記中間体をオートクレーブで固化している。
【0025】
【0026】
【発明の実施形態】
次に、本発明の具体的な態様を図面に基づいて説明する。
【0027】
(1).工程の概略(図1)
図1は、本発明に係る製法(水熱固化方法)の具体的な流れを示した工程図であり、先ず、この図に基づいて工程の概略を説明し、それから各工程の詳細を説明する。
【0028】
(1)-1.
本発明では、環境基準において「もえがら」として分類されている各種の焼却灰を主原料として使用できる。もえがらには、都市ゴミの焼却灰、有機汚泥の焼却灰、火力発電所から排出される石炭灰など様々の焼却灰が含まれる。
【0029】
(1)-2.異物の除
焼却場から処理設備に搬入された原料はストックされ、それから、前処理として、金属類や有機物、或いは石ころ等の異物が除去される。この異物の除去は、例えば目の粗い篩機を使用して行うことができる。人手で除去することも可能である。磁性物を除去する場合は、磁石を使用しても良い。なお、砂のような小さい無機物は多少は混入していても差し支えない。
【0030】
(1)-3.水分調
焼却炉から取り出された焼却灰は倉庫に堆積されていることが多い。このため、大気中の
水分を吸収したり、飛散防止のために散水されたりして吸湿していることが多い。そこで、含水率が5〜10wt%となるように水分を調節する。乾燥工程は、熱風式等の乾燥機を使用しても良いし、環境等の問題がなければ天火乾燥も可能である。原料が十分に乾燥している場合は、乾燥工程が不要である。
【0031】
(1)-4.粉砕・粒度調
乾燥させた原料は、ボールミル等の粉砕機を使用して微粉化し、更に、篩機に掛けて粒度を調整する。粒度は、30〜200メッシュの篩に通るように調整するのが好ましい(詳細は後述する)。
【0032】
(1)-5.助材の混
粒度調整した主原料には助材を混合する。助材には、硬化を助ける硬化助材と、美感を向上させるための美粧助材、及びその他の補助材とがある。硬化助材としては、ポルトランドセメント(以下、単に「セメント」という)、消石灰(Ca(OH)2 )、重炭酸カルシウム(Ca(HCO3 2 )、廃ガラス粉のようなCa含有物質が挙げられる。これらは1種類を使用しても良いし、複数種類を混合しても良い。
【0033】
美粧助材には、入手の容易性とコスト面から自然石や無機顔料が好適である。自然石としては、長石、大理石、花崗岩、御影石、カンラン石など、様々のものを使用できる。これにより、大理石や花崗岩のような自然石に外観が良く似た製品となすことができる。
【0034】
これらの自然石は、例えば0.5〜5mm程度の粒度に粉砕して、主原料に混合等したらよい。無機顔料としては、例えばベンガラを使用できる。
【0035】
美粧助材の形態としては、単一種類の自然石のみ、複数の自然石、単一の無機染料のみ、複数の無機染料、単一又は複数種の自然石と単一又は複数の無機染料、というように任意に選択できる。
【0036】
(1)-6.商品化助
商品化する場合、美感は重要な要素である。いかに強度に優れていても、見た目が悪いと商品価値は著しく低くなる。そこで、表面を美粧することを目的として美粧助材を使用する。
【0037】
【0038】
自然石の場合は5〜15wt%、無機顔料の場合は3〜5wt%程度の混合量が好ましい。無機顔料が少量で良いのは着色効果が高いからである。自然石にしても無機顔料にしても、適量を混入すれば製品の強度が低下することはない。
【0039】
(1)-7.水分の添加と混
原料と助材との混合物に水分を添加して混練する。水分としてはアルカリ水溶液、特に、苛性ソーダ水(H2 O,NaOH)が好ましい。NaOHの特に好適な濃度は2mol/L程度(phは8.5以上)、特に好適な含水量は全体に対して20wt%ある。
【0040】
(1)-8.加圧成
成形型を備えた加圧成形装置(プレス機)を使用して、混練物を所望の形態に成形する。この場合、製品の強度アップのため、混練物を80〜100℃の温度に加温するのが好適である。加圧圧力は、例えば10〜30MPaの圧力で加圧する。圧縮の促進のため、320Hz程度の振動を加えながら加圧するのが好ましい。
【0041】
(1)-9.水熱反
加圧成形機で成形された中間体をオートクレーブに入れて、高温高圧の飽和蒸気に晒すことにより、水熱反応を惹起せしめる。これにより、中間体は石状に固化した水熱固化品となる。
【0042】
飽和蒸気の温度は150〜220℃、圧力は1.6〜2.2Mpa、蒸気に晒す時間(反応時間)は8〜12時間程度が好ましい(なお、反応時間は、オートクレーブ養生時間と言い換えても良い)。
【0043】
(1)-10. 水熱固化
製造された水熱固化品は、土木建築用資材を初めとして様々の用途に使用できる。特に、セメント製品、コンクリート製品、石材、窯業品の代替品として期待される。言うまでないが、用途に応じて形状や大きさ、色、模様等を設定したら良い。
【0044】
(2).各工程の分析(図2〜図14)
次に、各工程についての実験や分析等の詳細を、図2〜図14に基づいて参照しつつ説明する。なお、強度の測定はJISに基づいている。また、特に断わらない限り、「水分」とは真水を意味し、また、反応圧力は1.8〜2MPa程度であった。
【0045】
(2)-1.
都市ゴミの焼却灰類の組成を図2に示している。CaOが多いのは、紙の光沢材に由来していると考えられる。サンプルによる違いから分かるように、焼却灰の組成はゴミの種類によって相当に異なっている。
【0046】
(2)-2.原料粒度と強度との関
原料の粒度と水熱固化品の引張強度との関係を、図3のグラフに示している。条件は図に付記している通りである。この図3からは、粒径が小さくなると引っ張り強度が大きくなる傾向があることが分かる。
【0047】
また、特筆すべき点として、200メッシュ程度の粒径に揃えた場合よりも、50〜200メッシュの粒度が混在している場合の方が強度的に優れている点が挙げられる。この現象がなぜ生じるのか詳細なメカニズムは十分には解明できていないが、粒径が異なる粒子が混合していると混合物の堆積密度が高くなって、水熱反応が強く働くためと推測される。
【0048】
(2)-3. 原料として高炉スラグ・溶融炉スラ
製鉄用高炉からは大量のスラグが発生しており、この処理も問題になっている。そこで、主原料たる焼却灰に高炉スラグを副原料として混入して水熱固化し、強度を測定した。その結果を図4のグラフに示している。条件は次の通りである。硬化助材としてセメントを15wt%添加。水分としてNaOH水溶液(2moI/L)を混合物全体に対して20wt%添加。成形圧力は10MPa。水熱反応は150℃で10時間。高炉スラグは約0.5〜5mmの粒径であった。
【0049】
この図4から、高炉スラグの混入によって若干の強度低下は見られるものの、混入率が20wt%以下程度なら製品としての強度低下は無視できる程であることが判明した。従って、焼却灰を主原料とする場合、高炉スラグを副原料として、両者を一緒に水熱処理して石質化することが可能である。
【0050】
なお、高炉スラグの添加量増大によって強度は徐々に低下する傾向が見られた。従って、水熱固化品の用途がさして強度を必要としない場合は、高炉スラグを20wt%以上(例えば30wt%)添加することも可能である。
【0051】
ところで、ダイオキシンの発生を防止できる焼却炉として、1000〜1200℃程度の高温でゴミを焼却する溶融炉が普及しつつある。そして、この溶融炉には、ガラス質化した溶融炉スラグと呼ばれるもえがらが残っており、これも産業廃棄物として規制の対象になっている。本発明では、この溶融炉スラグを主原料として使用し、無害化のみならず商品化することも可能である。
【0052】
(2)-4.硬化助材との関
図5のグラフでは、硬化助材としてセメントを使用した場合と消石灰を使用した場合とにおいて、それぞれの混入割合と引張強度との関係を示している。成形条件は図に付記している通りである(条件は両者で多少異なっている。)。この図から、セメントの混入量に伴って引っ張り強度が高まることが理解できる
セメントの混入割合が高まるとそれだけコストアップになると共に、本来の処理対象である焼却灰の処理量が減ることになる。従って、商業的操業においてセメントを使用する場合、その使用量は、製品に求められる強度を確保しつつできるだけ少なくするのが好ましいと言える。
【0053】
同図からは、硬化助材として消石灰を使用した場合、混合割合が増えると強度も増すこと、及び、消石灰の混合割合が10wt%の点を境にして強度向上率が低下することが分かる。
【0054】
消石灰の使用量が増えてもコストアップに繋がるので、商業的操業では、セメントと同様に5〜10wt%の範囲が適当と考えられる。
【0055】
なお、Ca含有の硬化助材として重炭酸カルシウム(Ca(HCO3 2 )を使用することも可能であるが、実験によると、重炭酸カルシウムはセメント及び消石灰よりはやや効果が劣ることが判明した。
【0056】
硬化助材としては廃ガラス粉(ガラス微粉)も使用可能である。図6のグラフでは、硬化助材としてセメントのみを混入した場合と、廃ガラス粉のみを使用した場合とを比較している。この図より、廃ガラス粉もセメントに匹敵する硬化促進作用があること、及び20wt%を超えて混入しても効果はあまり増加しないことが理解できる。従って、廃ガラス粉を使用する場合、混入割合は5〜20wt%が妥当と考えられる。
【0057】
廃ガラス粉はもともと廃棄物なので、コスト面からは硬化助材として適していると考えられ。なお、図6のベースとなった実験は成形圧力が5MPaと低いため引張強度は低くなっているが、10MPa以上の圧力で加圧成形すると強度は飛躍的に向上できる。
【0058】
(2)-5.水分量及びNaOH濃度の影
図7のグラフでは、水分量と引張強度との関係についての実験結果を示している。この実験は、水分と強度との関係だけを把握することを目的としたもので、硬化助材は使用しておらず、また、水としては真水を使用した。成形条件は図に付記している通りである。
【0059】
この図より、水分が20wt%のときに強度がピークになることが分かる。すなわち、20wt%が最も好適である。もちろん、水分量はある程度の幅があってよく、15〜25wt%なら実用性において問題ないと解される。
【0060】
図8のグラフは、NaOHの濃度と引張強度との関係を示している。反応条件を異ならせて実験してみた。この図8より、NaOHの添加によって強度が向上すること、及び、濃度が2mol/Lまでは急激に強度が高くなり、2mol/Lを過ぎると強度鈍化又
は低下することが理解できる。従って、NaOHの濃度は2mol/Lが最も好適であり、実用的には1〜3mol/Lの範囲が妥当と解される。
【0061】
(2)-6.成形圧力と強度との関
図9のグラフでは、成形圧力と強度との関係を示している。条件は図に付記している通りである。グラフ(A)では、他の条件の影響を回避するため、水分として真水を使用し、かつ、硬化助材を使用していない。また、グラフ(B)では、硬化助材としてセメントを混合した場合を示している。
【0062】
この図9から、加圧圧力が高くなると引張強度も高くなること、20MPaと30MPaとを境にして強度増加率に違いがあること、及び、硬化助材の混入によって低い成形圧力でも高い引張強度を確保できることが分かる。
【0063】
理論的には成形圧力は高い程よいが、水熱固化品の大きさが大きくなると加圧成形機は巨大な能力が必要になる。従って、他の条件と組合せて、10〜30MPaが実用的であると言える。
【0064】
(2)-7.加圧温度と強度との関
図10のグラフでは、混練物をプレス装置で加圧成形する場合の加圧温度と引張強度との関係を示している。各条件は図に記載している通りである。この図10より、混練物の温度80℃を閾値として、80℃を超えると製品の引張強度が急激に増すことが確認できる。
【0065】
加圧成形時の混練物の温度がなぜ製品の強度に関係するのか正確なメカニズムは解明されていないが、80℃以上になると原料の粒子の流動性が急激に高くなることにより、粒子の密度分布が均一化し、その結果、後続工程での水熱反応が原料の内部で均質に起こるためと推測される。
【0066】
(2)-8.水熱反応条件と強度との関
図11(A)のグラフでは、水熱反応の温度と引張強度との関係を示している。この図11(A)より、150℃までは温度と共に強度は高くなること、150〜200℃の間で引張強度がピークになること、250℃に至るとって強度は低下することが分かる。他の条件は図に付記している通りである。
【0067】
ところで、水熱反応によって原料が石質化すると、石英、カルサイト、セメント水和物、トバモライト(Tobermorite:Ca5 (OH)2 Si6 164H2 0)等が生成される。このうちトバモライトは機械的性質の向上に寄与していることが知られている。
【0068】
そこで、生成した試料についてX線解析パターン分析したところ、約150〜200℃の範囲でトバモライトの結晶の生成が確認できたが、250℃に至るとトバモライトの生成は確認できなかった。この反応温度とトバモライトの生成との関係は、図11(A)で示された温度と強度との関係と符合している。
【0069】
図11(B)のグラフでは、水熱反応の時間(反応養生時間)と引張強度との関係を示している。この図11(B)より、20時間程度までは時間の増加と共に強度が高くなること、8時間程度を境にして強度の向上率が低下し、8〜20時間の範囲で強度が高い範囲となり、そして、20時間を過ぎると強度は却って低下することが判った。なお、他の条件は(A)と同じである。
【0070】
養生時間の多寡とトバモライトの生成との関係についても、X線解析パターンを調べたが、やはり、8〜20時間の範囲でトバモライトの生成が活発化することが判明した。生産効率と品質保持とを勘案すると、一般的には、4〜10時間が好ましく、更に好適には6〜10時間がより好適であると言える。もちろん、20時間までの養生の可能であるが、20時間を超えるのは好ましくない。
【0071】
このように、水熱反応については反応温度と反応時間とが密接に絡み合っており、150〜200℃の温度領域でかつ8〜20時間の時間領域において、粒子緻密化し結合強度が最も高くなることが解明した。
【0072】
ところで、高温高圧の蒸気は粒子を結合させる働きを備えている一方で、化学物質を分子レベルに分解する機能も備えている。この分解機能を利用してダイオキシンやPCBを分解し無害化する試みも成されている。水熱反応についても、反応温度と時間とが密接に絡み合って水和作用が分解作用に勝る領域が存在しており、これが図11のような結果になって現れていると考えられる。
【0073】
(2)-9.重金属の溶出・ダイオキシンの無害
家庭ゴミ焼却場の焼却炉に溜まった焼却灰を主原料として生成した水熱合成岩を試料として、0.5〜5mmの粒径に粉砕し、環境庁告示13号及び46号に定められた方法に従って重金属の溶出試験を行った。主原料に元々含まれている重金属の含有量は図12のグラフの2段目の通りであり、溶出率は図12の通りであった。
【0074】
水熱反応の条件は次の通りである。すなわち、セメントを5wt%消石灰10wt%それぞれ添し、濃度2mol/LのNaOH水溶液を混合物に対して20wt%添加し、更に加圧圧力は20MPaであった。
【0075】
図12には、埋立材及び土壌の安全基準として環境庁が定めている判定値を並記しているが、これとの比較から、本発明による水熱固化品が環境判定基準を大幅にクリアーしていることが理解できる。従って、本発明に係る水熱固化品(人造石材)は、セメント製品や石製品等に代替できる安全性を備えていると言える。
【0076】
ゴミ焼却場の焼却灰は炉の底に溜まった主灰と、集塵機に捕集される飛灰とに大別され、ダイオキシンは両者に含まれている(一般には、飛灰に多く含まれている)。そして、主灰及び飛灰を個別の原料として水熱固化品を製造し、固化品を粉砕してダイオキシンの溶出量を測定した。その結果を示すのが図13のグラフである。
【0077】
この図13から、水熱反応を経ることによってダイオキンシ類が殆ど無害化されることが理解できる。この点は、特許文献1と符合している。なお、飛灰には塩素が相当量含まれていることがあり、すると、水熱反応工程で塩素とNaOHと反応して固化品にNaClの結晶が析出することがある。この点を防止するには、飛灰を水洗したら良い。
【0078】
(2)-10. 固化品の大きさと強度との関
大型製品を製造できないと商業的操業が困難になる。そこで、水熱固化品の大きさが強度にどのような影響を与えるかについて実験を行ってみた。大型試料として直径105mmで高さ80mm、小型試料として直径30mmで高さ20mmの円柱状試料を同じ条件下で製造し、両者の引張強度を比較してみた。
【0079】
両者の引張強度を比較したのが図14のグラフである。反応条件は図に付記している通りである。この図から理解できるように、固化品の大きさには関係なく、水熱反応が内部まで浸透していることが理解できる。また、反応時間も大きさには関係ないことが分かる

【0080】
また、大型試料については、芯部を切り出して、表層部と芯部とのそれぞれについて引張強度を比較したが、両者に強度の違いは見られなかった。このように大きさに関係なく芯部まで水熱反応が浸透していることは、例えば護岸ブロックや消波ブロックのような大型資材の製品化の道を拓くものであり、焼却灰の処理促進に大きく貢献できるものである。
【0081】
(2)-11. まと
以上の諸点から理解できるように、水熱固化製品の品質(特に強度)の確保のためには、硬化助材の種類と添加量、水分の種類と添加量、成形温度、成形圧力、水熱反応のための温度と圧力と時間、の各要素が密接に関連している。
【0082】
そして、本願発明者たちは、これらの各要素について上記したような実験・分析と研究を重ね、商業的操業を実現できるためのポイントとして請求項に記載した構成を採用したものである。
【0083】
実施形態に係る水熱固化品の特徴の一つとして、寸法精度の良さが挙げられる。すなわち、焼成品の場合、様々の条件の違いによって収縮率が相当に異なるため、寸法が不揃いとなって製品の歩留りが例えば80%というように高くない。これに対して本実施形態品は、収縮率一定しているため極めて高い歩留りを確保できる。このように寸法精度が高いことと、軽量で強度が高いこととにより、様々の物品への商品化が期待される。
【0084】
(3). 固化処理設備及び基本工程(図15〜図21)
次に、図15以下の図面に基づいて固化処理設備と基本工程との例を説明する。なお、既述の説明と重複する部分はなるべく省略する。
【0085】
(3)-1.概要
まず、図15に基づいて設備と工程の概略とを説明する。処理すべき原料Aはゴミ焼却場1のような廃棄物排出源からトラック2で固化処理設備に搬送され、適当なヤードにストックされる。固化処理設備をゴミ焼却場1に並設すれば、当然ながら搬送は不要になる。なお、搬送に際しては、飛散防止や取り扱いの容易性の点より、鋼板製のコンテナや厚ゴム製のコンテナバッグを使用するのが好ましい。
【0086】
本例の固化処理設備は、原料Aが投入されるホッパー3、予備破砕機4、異物除去用粗目篩機5、乾燥機6、微粉化用のボールミル7、粒度調整用の細目篩機8、助材混合用の攪拌機9、混合物に水分を添加して混練物と成す混練機10、所定の形状に成形するための加圧成形機(プレス装置)11、水熱反応を行うためのオートクレーブ12を備えている。篩機5,8は往復動式のものでも良いし、回転ドラム式でも良い。
【0087】
ホッパー3から加圧成形機11の間では、原料等はベルトコンベヤ13やスクリューコンベヤ14等の搬送手段で次の行程に送られる。また、ホッパー3から混練機10までの部分は、原料等の粉末が外部に飛散しないように、鋼板で囲うなどしてシールされている。
【0088】
既述のとおり、原料Aは吸水して塊になっていることが多いため、粗目篩機5の目を通るよう、予備破砕機4で適当な大きさ(例えば砂利程度の大きさ)に破砕する。図ではロータリー羽根式の予備破砕機4を使用しているが、ローラ式の破砕機や往復動式の破砕機等の他の破砕機を採用しても良い。
【0089】
乾燥機6は熱風式などを採用できる。均一な乾燥を促進するため、攪拌羽根6aを設けている。回転ドラム式の乾燥機なども採用できる。微粉化手段としては、回転ドラムの内部に多数の鋼球(石ころで代替することも可能である)入れたボールミル7が一般的であるが、縦型ミル等の他のミルや、挽き臼方式のもの等を使用しても良い。
【0090】
既述のとおり、原料Aの粒度はある程度の範囲で混在しているのが好ましい。このためには、例えば、目の粗さが異なる篩(例えば上から順に30,50,100,200メッシュの順)を配置して、各篩で受けたものを混合するなどしたら良い。
【0091】
ボールミルによって相当の割合が100メッシュ以下となるように粉砕してから、例えば30〜50メッシュの篩に掛けても、様々の粒径の粒子が混合した原料Aを得ることができる。篩機は往復動式には限らず、ドラム式なども使用できることは言うまでもない。
【0092】
攪拌機9では原料Aと助材を均質に混合させて、粉末状の混合物Bと成す。図の攪拌機9は、攪拌羽根の回転軸を水平状とした横置き式のものを使用しているが、攪拌羽根の軸線を鉛直姿勢とした縦置き式のものを使用しても良い。もちろん、他の構造の攪拌装置を使用することも可能である。
【0093】
自然石よりなる美粧助材Fのように助材の原料が非粉末状の場合は、原料と一緒にボールミル7で粉砕することも可能である。この場合、主原料Aと助材とが粉砕工程で完全に混合している場合は、攪拌機による混合工程は必ずしも必要ない。
【0094】
混練機10には、タンク13から苛性ソーダ水溶液がパイプで送られる。苛性ソーダ水等の水は放出口からシャワー状に滴下すると混練能率をアップできると考えられる。なお、助材の混合攪拌と混練とを一つの装置で行うことも可能である。
【0095】
加温下で成形するためには、苛性ソーダ水溶液の送水経路にヒータを設けるなどして、苛性ソーダ水溶液を加温しておくのが好ましい。温度はなるべく高い方がよい言える。タンク13を加熱しても良い。
【0096】
また、苛性ソーダ水溶液を加温することに代えて、又はこれに加えて、混練機10に加温手段を設けても良い。加温手段の例を図16に示している。すなわち、図16のうち(A)では、混練機10における本体タンク10aの内周に蒸気加熱式や伝熱式等のヒータ15を設けており、(B)では、本体タンク10aの内部にノズル16から温風又は熱風若しくは蒸気を吹き込んでいる。
【0097】
成形時に混練物Cを加温する手段としては、例えば成形型にヒータを内蔵することなども可能であるが、成形型には大きな荷重が掛かるため、ヒータを内蔵すると構造が複雑化すると共に強度低下を招く。これに対して、本例のように混練段階で混練物Cを予め加温しておくと、加圧成形機をシンプルで堅牢な構造にすることができる利点がある。
【0098】
(3)-2.加圧成形機及びオートクレーブ
次に、加圧成形機11とオートクレーブ12とについて、図17〜図21を参照して説明する。図17は加圧成形機11の縦断側面図、図18は図17のXVIII−XVIII視平断面図、図19は成形工程を示す断面図である。
【0099】
加圧成形機11は、受け台18とヘッド19とを有する本体20と、筒体21と下板22とピストン23とを有する成形型24備えている。筒体21と下板22とピストン23で成形型が構成されている。ピストン23は上下動自在なプランジャ(ラム)25に取付
けられている。プランジャ25は、ヘッド20に設けた油圧シリンダ等の駆動手段で駆動される。
【0100】
筒体21の上部には混練物Cを投入するための横穴(又は上向き開口の切欠きでも良い)26が空いており、この横穴25にスクリューコンベヤ14の先端部を挿入することにより、混練物Cを筒体21の内部に投入できる。スクリューコンベヤ14は横穴26に抜き差し自在である。ピストン23は横穴26の上方まで上昇できる。
【0101】
筒体21は、ヘッド20と受け台18とに差し渡したガイド軸27に沿って昇降させることができる。また、筒体21に設けたナット部材28にねじ軸29をねじ込んでこのねじ軸29をモータで正逆回転させることにより、筒体21を上下動させることができる。ねじ式の上下動機構に代えて油圧シリンダ等の他の駆動機構を採用しても良いことは言うまでもない。また、他の昇降ガイド手段も採用できる。
【0102】
下板22は受け台18に固定されている。また、下板22は、筒体21が嵌まるように凸状に形成されている(フラットな板状でも良い)。そして、下板22には、筒体21の内面に密着した板状の受け部材30が載置されている。
【0103】
混練物を筒体21の内部に投入してからスクリューコンベヤ14を後退させ、ピストン23を下降させて加圧しつつ、更に、図示しない加振機によって加圧成形機11の全体又は成形型24に対して320Hz程度の微細な振動を加える。これにより、混練物はブロック状の中間体Dに成形される。
【0104】
成形が済んだら、図19(B)に示すように、ピストン23を上昇させると共に筒体21を中間体Dよりも上方に上昇させる。これにより、受け部材30と一緒に中間体Dを加圧成形機11から取り出すことができる。
【0105】
中間体Dは筒体21の内面に密着しているため、中間体Dが筒体21と一緒に持ち上がることが懸念される。この点については、例えば、ピストン23を中間体Dに当てた状態(加圧はしていない)で筒体21を上昇させたら良い。
【0106】
また、筒体21の内面に離型剤を塗布しておくのも好ましい。離型剤はピストン23の下面に塗布してもよい。離型剤の種類は原料の種類に応じて選択したら良い。例えば油類、シリコーン剤、カーボン粉などが考えられる。
【0107】
図19(B)に一点鎖線で示すように、受け部材30を下板22に位置決めする昇降ピン30のような可動式位置決め手段を設けておくと、筒体21を受け部材29にきっちり嵌め込みできるため好適である。
【0108】
筒体21を上昇させてから、図20に示すように、受け部材30は下板22から引き出して例えばローラ式のコンベヤ32に載せ替える。そして、図21に示すように、コンベヤ32によってオートクレーブ12の内部に搬入される。そして、搬入を終えたらオートクレーブ12の蓋を閉じて水熱反応を所定時間施す。これによって水熱固化品Eが製造される。オートクレーブ12の内部にも出し入れ用のコンベヤ33を設けている。
【0109】
本発明に係る水熱固化品Eはコンクリート製品や石材品に代替できるもので、大きな寸法のものが多い。従って、大きな寸法の中間体Dを安全に効率良く搬送できないと、商業的操業はおぼつかない。この点、受け部材30を使用して加圧成形すると、大きな中間体Dであっても、型崩れさせることなく安全にかつ素早く搬送することができる。
【0110】
中間体Dは、コンベヤ32で移動させることには限らず、台車やフォークリフト、或いは天井クレーンで搬送することも可能である。また、加圧成形機11から中間体Dを取り出す手段としては、筒体21を上昇させることに代えて、下板22を下降させても良い。更に、ピストン23を筒体21の上方に引き抜いて、筒体21の内部に混練物Cを投入しても良い。
【0111】
(3)-3.炭酸ガスの注入による表面硬化
オートクレーブ12で水熱反応を起こさせるにおいて、蒸気量に対して炭酸ガスを12〜18%の割合で注入することにより、水熱固化品の表面層を硬くすることができる。
【0112】
これは、焼却灰に含まれているCaO,SiO2 と炭酸ガスとが反応して、水熱固化品の表面層に硬くて緻密や炭酸カルシウム層形成されるためである。これにより耐候性耐摩耗性が増し、劣化を著しく抑制することができる。
【0113】
(4). 第1参考例(図22)
本発明に係る水熱固化品Eは用途に応じて様々の形状に設定することができる。図22ではその具体例である第1参考例を示している。すなわち(A)では、水熱固化品Eを上下に積み重ねてもずれないように、互いに嵌まり合う突起35と凹み36とを形成している。
【0114】
一点鎖線で示すように側面にも突起35と凹所を形成することにより、製品群を前後ずれ不能の状態で横に並べることも可能である。なお、上下面と側面とに突起及び凹所を形成する場合、筒体21は、その側板をバラバラに分離できる展開方式とすれば良い。
【0115】
(B)に示す例では、水熱固化品Eをブロック状に形成して上下に貫通する穴37を空けている。例えば穴37に鉄筋や金属芯材を挿入して、建物の壁等を構築することが可能である。
【0116】
(5).第2参考例(図23)
水熱固化品の重量がある程度以上に大きくなると、搬送や設置の便宜のためにクレーンで吊り上げできるのが好ましい。そこで、図23に示す第2参考例では、吊りボルト38を取付けできるように、水熱固化品Eにロングナット39を埋設している。
【0117】
加圧成形は、ロングナット39の端面にピストン23に当てた状態で行われる。また、ロングナット39には、混練物の混入を阻止するためボルト40がねじ込まれている。この場合、ボルト40のねじ部を混練物に露出させることにより、抜け止め機能を高めている。
【0118】
(6).第1〜第3実施形態(図24〜図25)
図24〜25では、水熱固化品の美感を高める具体的手段の実施形態を示している。このうち図24(A)に示す第1実施形態では、原料に自然石等の美粧助材Fを混合して加圧成形及び水熱反応を施している。従って、商品化助材Fは製品の内部に満遍なく混在している。
【0119】
美粧助材Fは製品の表面に多数露出しており、これが自然石の外観を呈して表品価値を著しく向上できる。美粧助材Fが粒状の場合、その表面のごく一部しか製品の表面には露出しないため、(A)に線41で示すように、水熱固化品Eの表層を磨いて美粧助材Fの露出面積を大きくする。これにより、例えば大理石のような外観を呈して、美感を一層向上させることができる。
【0120】
例えば建物の壁材のように、一つの片面だけが人目に触れる製品の場合は、その面だけを美粧すればよい。その方法として、図24(B)に示す第2実施形態では、成形型24の内部に投入された混練物の表面に美粧助材Fをまぶし、その状態で加圧成形を行っている。そして、美粧助剤Fの粒径が大きい場合は、水熱固化品Eの表層を若干の寸法だけ磨いて美粧助材Fの露出面積を大きくする。粉末状の美粧助材や、貝殻片や雲母片のような鱗状の薄片の美粧助材を使用すると、磨き工程を設けなくても美感を向上できる。
【0121】
図25に示す第3実施形態も、片面だけを美粧化する技術である。すなわちこの例では、成形型24の内部にまず美粧助材Fが混入されていない第1混練物1を投入し、いで、美粧助材Fが混入されている第2混練物2を投入し、それから加圧成形している。この例では、両混練物1,2は一体化しつつ、上面は第2混練物C2によって美粧されている。
【0122】
色が異なる混練物を多層に積層すると、製品の側面には混練物の層の違いが模様となって現れる。このような方法によって模様を付すことも可能である。
【0123】
(7).第3参考例(図26)
図26では第3参考例を示している。この参考例は樹脂廃棄物や低レベル放射性物質、或いは注射針のような商品化不能廃棄物を処理するためのもので、まず、商品化不能廃棄物Gは、何らかの手段で固化しておく。この固化手段としては、本実施形態に係る混練物に混ぜ込んで加圧成形しても良いし、コンクリートや樹脂で固めるなどしても良い。
【0124】
そして、成形型の内部に本実施形態の混練物を半分程度投入し、次いで、固形化した商品化不能廃棄物Gを中心部に置き、更に、商品化不能廃棄物Gが隠れるように混練物を投入し、それから加圧成形して水熱反応を施す。これにより、商品化不能廃棄物Gは硬い岩石状の水熱固化層で包まれて、有害物質が漏出することはない。
【0125】
この商品化不能廃棄物Gを包み込んだ水熱固化品Eは、護岸材等に有効利用することも可能であるし、最終処分場に蓄積しても良い。商品化不能廃棄物を被包することに代えて、例えば、天然石やコンクリート塊、或いは金属塊を被包することにより、美感と重量とを備えた土木建築資材と成すことも可能である。水熱固化層の厚さは200mm以上であるのが好ましい。
【0126】
(8). 第4参考例(図27)
既述のとおり、本願発明に係る水熱硬化品は自然石やレンガ、タイルのような美感を保持できる利点がある。他方、比重は1.6〜2.2程度で、一般の自然石やコンクリートよりも遥かに軽い。このため、ある程度の比重が必要な物にはそのままでは転用しにくい。
【0127】
この点への対処法の一例を図27に第4参考例として示している。すなわちこの第4参考例では、水熱固化品を中空の容器状(枡状)に形成し、その内部にコンクリート42を流し込んで固まらせることにより、美感と重量とを確保している。水熱固化品Eの開口部は、板状の水熱固化品Eで塞いでもよいし、美感等において問題がなければコンクリート42を露出させたままでもよい。
【0128】
(9). 第5〜6参考例(図28)
図28では建物の壁材に適用した参考例を示している。このうち(A)は第5参考例の縦断面図(又は平断面図)である。この例では、水熱固化品製の壁材43は基礎壁の外面と内面とを構成しており、壁材43の上下両面又は全周面には、前後方向にずれないように嵌合部44を形成している。
【0129】
また、図23(A)と同様の方法で埋設されたナット45を利用して、隣合った壁材43を金具46で固定し、更に、内外の金具46を両切りボルト47で連結している。そして、内外の壁材43の間にコンクリートを流し込んで壁と成している。
【0130】
他方、(B)は第6参考例の平断面図であり、壁は、内外のフレーム48を備えており、内外のフレーム48に水熱固化製の壁材43をねじ49で固定し、更に、内外の壁材42の間の空間にコンクリート42を流し込んでいる。
【0131】
鉄筋コンクリート又は鉄骨コンクリート建物の場合、木製や鋼板製の型枠が用いられており、その設置と取り外しに多大の手間が掛かっている。また、打ちっぱなしのコンクリート壁は、一般にタイルを張って美粧と保護とが図られている。
【0132】
これに対して図28の例のように構成すると、美感や耐水性に優れた水熱固化品製の壁材43で壁の外面を構成できるためタイル張を不要にできることと、コンクリート用型枠の取り外し作業を不要にできることとにより、コンクリート建造物の建築コストを低減できる。なお、好みによりタイルを張ることは自由である(水熱固化製の壁材はモルタルや漆喰との接合性が良いため、タイルの貼り付け強度も高い)。
【0133】
水熱固化品は、強度はコンクリートに勝って比重がコンクリートよりも小さいため、このような建物の壁材に好適であるといえる。勿論、ALC板の代替品として使用することも可能である。
【0134】
(10).その他
本発明は、以上の実施形態の他にも様々に具体化することができる。例えば、添加剤は、その機能を損なわない限り各種のものを使用できる。また、硬化助材や美粧助材の他の補助剤を添加することも可能である。
【0135】
更に、用途は上記した具体例に限るものではなく、例えばタイル、舗装材、見地ブロック、レンガ代替物、側溝用U型材、漁礁、瓦、置物、公園用ベンチなど、様々のものに使用できる。内部に鉄筋を埋設することも簡単に行える。
【0136】
【発明の作用・効果】
以上の説明から理解できるように、本発明によると、焼却灰等の廃棄物を原料として、強度と美感と安全性とに優れた商品価値の高い製品に効率良く処理することができる。このため、焼却灰の処理を促進して環境の向上と国土の保全に多いに貢献できると期待される。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る製法の具体的な流れを示した工程図である。
【図2】焼却灰等の組成を示す表である。
【図3】原料の粒度と強度との関係を示すグラフである。
【図4】高炉スラグを混入した場合の強度の比較を示すグラフである。
【図5】硬化助材の添加量と強度との関係を示すグラフである。
【図6】硬化助材としてセメントを混入した場合と廃ガラス粉を混入した場合とを比較したグラフである。
【図7】水分添加量と強度との関係を示すグラフである。
【図8】NaOHの濃度と強度との関係を示すグラフである。
【図9】成形圧力と強度との関係を示すグラフである。
【図10】加圧温度と強度との関係を示すグラフである。
【図11】水熱反応の温度及び時間と引張強度強度との関係を示すグラフである。
【図12】重金属の溶出等に関する表である。
【図13】ダイオキシンの溶出量に関するグラフである。
【図14】製品の大きさによる強度を比較したグラフである。
【図15】具体的な設備と工程の概略を説明した図である。
【図16】混練機での加温手段の例を示した図である。
【図17】加圧成形機の縦断側面図である。
【図18】図17のXVIII−XVIII視平断面図である。
【図19】成形工程を示す断面図である。
【図20】中間体を加圧成形機から取り出している状態の図である。
【図21】中間体をオートクレーブに搬送している状態の図である。
【図22】第1参考例を示す図である。
【図23】第2参考例を示す図である。
【図24】第1実施形態及び第2実施形態を示す図である。
【図25】第3実施形態を示す図である。
【図26】第3参考例を示す図である。
【図27】第4参考例を示す図である。
【図28】第5〜6参考例を示す図である。
【符号の説明】
主原料
粉末状混合物
混練物
中間体
水熱固化品
F 美粧助材
6 乾燥機
7 微粉化用のボールミル
8 粒度調整用の篩機
9 攪拌機
10 混練機
11 加圧成形機(プレス装置)
12 オートクレーブ
20 本体
24 成形型
30 受け部材
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
  The present invention relates to garbage incineration ash and coal incineration ashFor the production method of hydrothermal solidified products using incinerated ash likeIt is related.
[0002]
BACKGROUND OF THE INVENTION
  In recent years, with high consumption and high industrialization, a large amount of waste is emitted from all over the country. Waste is roughly classified into household waste and industrial waste. Of these, household waste is collected by the local government, of which combustible waste is incinerated, and incombustible waste is mainly disposed of in landfills.
[0003]
  Even if garbage is incinerated, it is not completely lost, but incinerator ash (main ash and fly ash) remains in the incinerator. Since the incineration ash contains mostly hazardous substances such as heavy metals and dioxins, local governments are worried about its disposal.
[0004]
  On the other hand, laws and regulations have been developed for environmental conservation, triggered by environmental destruction caused by illegal dumping of industrial waste. As part of this, waste containing hazardous substances must be managed and maintained at the final disposal site, and has been dealt with by creating a final disposal site in the mountainous areas.
[0005]
  However, problems such as the contamination of groundwater and rivers due to incomplete leakage prevention at the disposal site and the generation of bad odors frequently occur. For this reason, there are strong opposition from the residents in the final disposal site development plan, and it is difficult to create a new one. Of course, the existing final disposal site is almost full.
[0006]
  Under such a critical situation, attempts have been made in various places to solidify and detoxify the waste that is defined as “Moegara” in the environmental standards, such as incinerated ash. For example, solidification by cement, solidification by asphalt, solidification by rapid cooling after melting at high temperature has been attempted.
[0007]
  However, solidification with cement and solidification with asphalt are merely solidification of potato, and elution of heavy metals and dioxins cannot be prevented.DifficultyThere is a problem. In addition, the method of rapid cooling after melting at a high temperature not only increases the cost, but also cannot be formed into various shapes, so it can be said that it is far from commercialization.
[0008]
  Raw materials having no safety problems such as incinerated ash that does not contain heavy metals or dioxins, or ceramic waste powder can be solidified and used as building materials. However, the conventional ones have the problem of low strength and poor appearance, and the fact is that commercial operation is not progressing.
The
[0009]
[Prior art]
  By the way, water is converted to high-temperature and high-pressure steam due to geothermal and geological pressures inside the earth, and it is thought that rocks are generated by the hydration action of this high-temperature and high-pressure steam and geological pressure. . This is called hydrothermal diagenesis.
[0010]
  An attempt was made to solidify the incinerated ash into a stone by artificially creating the same action as the hydrothermal diagenesis reaction (that is, a pseudo hydrothermal diagenesis reaction, hereinafter abbreviated as “hydrothermal reaction”). It is made. When the incineration ash is solidified by a hydrothermal reaction, the incineration ash is converted into a stone, and the elution of heavy metals can be suppressed below the standard value of the soil environment standard set by the Environment Agency.
[0011]
  Yamazaki, one of the inventors of the present application, has been working on solidification of incinerated ash using hydrothermal reaction for a long time, and also proposed a technology that uses hydrothermal action to decompose and detoxify dioxins. (Patent Document 1).
[0012]
  Furthermore, research and improvement have been made from various aspects regarding solidification technology of incineration ash and the like using hydrothermal reaction. For example, Patent Document 2 and Patent Document 3 describe that incinerated ash is formed in the presence of a calcium component and then solidified by autoclaving.
[0013]
  Patent Document 4 describes that a so-called hot press apparatus in which a press unit is provided with a heating unit and a steam supply unit performs molding and hydrothermal diagenesis simultaneously.
[0014]
  In the case of a method using a hot press apparatus as in Patent Document 4, it is difficult to control the temperature and pressure, and it is difficult to make the quality uniform and increase the size of the product. On the other hand, it can be said that the method of separately performing the pressure molding step and the hydrothermal reaction step as in Patent Documents 2 and 3 is practical because it is easy to increase the size and quality of the product.
[0015]
[Patent Document 1]
Japanese Patent No. 2758541
[Patent Document 2]
JP 54-128477 A
[Patent Document 3]
Japanese Patent No. 2748206
[Patent Document 4]
JP-A-7-256227
[0016]
[Problems to be solved by the invention]
  As already described, incineration ash is increasing, and solidification technology using hydrothermal reaction is expected as an effective treatment method for incineration ash that is exceeding its storage capacity. However, as expected, it is not yet ready for commercial operation. The reason can be considered from two aspects.
[0017]
  One is that technology for efficiently producing hydrothermal solidified products with excellent strength has not yet been established, and the other is to improve the product value in selling hydrothermal solidified products as products. This is not sufficient, and therefore, the cost concern (ie, the concern that it cannot be sold even if it is made) has not been dispelled.
[0018]
  This invention is made in view of such a present condition, and makes it a subject to raise the waste disposal technique using a hydrothermal reaction to the level which can be commercialized.
[0019]
[Means for Solving the Problems]
  The inventors of the present application have made efforts to improve the strength, safety, production efficiency, and commercial value of hydrothermal solidified products.
The experiment was repeated and research was repeated. And based on the knowledge obtained from these experiment and research, it came to complete this invention.
[0020]
  The present inventionA method for producing a hydrothermal solidified product, which comprises incinerated ash as a main component and is cosmetically treated with a cosmetic aid, comprising the steps of: This is a basic configuration comprising a step of forming an intermediate by pressure molding, and a step of placing the intermediate in an autoclave and exposing it to saturated steam under pressure to solidify by a hydrothermal reaction.
[0021]
  In the first aspect of the present invention, in the basic configuration, one or more kinds of granular natural stones are used as the cosmetic aid, and the granular natural stones are mixed evenly in the intermediate or intermediate. It is mixed only in the surface layer of the body, and after the intermediate is solidified, the surface is polished so as to increase the exposed area of the granular natural stone.
[0022]
  In the invention of claim 2, in the basic configuration, the cosmetic aid is in the form of powder or flakes, and the cosmetic aid is provided with a cosmetic aid by pressure molding in a state where the cosmetic aid is coated on the surface of the kneaded product. An intermediate is formed and then the intermediate is solidified in an autoclave.
[0023]
  In the invention of claim 3,In the basic configuration, natural stone powder or inorganic dye or inorganic pigment is used as the cosmetic aid, and a first kneaded product in which no cosmetic aid is mixed and a second kneaded product in which a cosmetic aid is mixed; And the first kneaded product and the second kneaded product are subjected to pressure molding in a state where the second kneaded product is on the surface side, so that the surface portion is formed of the second kneaded product. An intermediate is made, and then the intermediate of the laminated structure is solidified by an autoclave.
[0024]
  In the invention of claim 4, natural stone powder or an inorganic dye or an inorganic pigment is used as the cosmetic aid, and a plurality of kneaded products having different colors are made using the cosmetic aid. These kneaded materials are laminated in multiple layers and pressure-molded to produce an intermediate, which is solidified by an autoclave.
[0025]
[0026]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
  Next, specific embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0027]
  (1). Outline of the process (Figure 1)
  FIG. 1 is a process diagram showing a specific flow of a production method (hydrothermal solidification method) according to the present invention. First, an outline of the process will be described based on this figure, and then details of each process will be described. .
[0028]
  (1) -1. mainoriginalFee
  In the present invention, various incinerations classified as “Moegara” in the environmental standardsAsh mainCan be used as a fee. Moegara includes various incineration ash, such as incineration ash from municipal waste, incineration ash from organic sludge, and coal ash emitted from thermal power plants.The
[0029]
  (1) -2.Foreign body removalLast
  The raw material carried into the treatment facility from the incineration site is stocked, and then foreign substances such as metals, organic matter, and stones are removed as pretreatment. The removal of the foreign matter can be performed using, for example, a coarse sieve. It can also be removed manually. When removing the magnetic material, a magnet may be used. Note that small inorganic substances such as sand may be mixed in to some extent.
[0030]
  (1) -3.MoistureAdjustment
Incineration ash removed from the incinerator is often accumulated in warehouses. Because of this,
In many cases, moisture is absorbed by absorbing moisture or by spraying water to prevent scattering. Therefore, the water content is adjusted so that the water content is 5 to 10 wt%. In the drying process, a hot air type dryer or the like may be used, and if there is no environmental problem, natural heat drying is also possible. When the raw material is sufficiently dried, a drying step is not necessary.
[0031]
  (1) -4.Grinding and particle sizeAdjustment
  The dried raw material is pulverized using a pulverizer such as a ball mill, and is further passed through a sieve to adjust the particle size. Particle size is 30-200meshIt is preferable to adjust so as to pass through the sieve (details will be described later).).
[0032]
  (1) -5.Mixing of auxiliary materialsTogether
  An auxiliary material is mixed with the main raw material whose particle size has been adjusted. Auxiliary materials include curing aids that help cure and improve aesthetics.BeautyThere are auxiliary materials and other auxiliary materials. HardAs chemical aids, Portland cement (hereinafter simply referred to as “cement”), slaked lime (Ca (OH))2), Calcium bicarbonate (Ca (HCOThree)2), Ca-containing materials such as waste glass powder. One of these may be used, or a plurality of types may be mixed.
[0033]
  BeautyNatural stones and inorganic pigments are suitable for the auxiliary material from the viewpoint of availability and cost. Various natural stones such as feldspar, marble, granite, granite and olivine can be used. This makes it possible to produce a product that looks very similar to natural stone such as marble or granite.
[0034]
  These natural stones may be pulverized to a particle size of about 0.5 to 5 mm and mixed with the main raw material. For example, Bengala can be used as the inorganic pigment.
[0035]
  BeautyAidForm ofAs a state, only a single kind of natural stone, multiple natural stones, only a single inorganic dye, multiple inorganic dyes, single or multiple kindsNatural stone andSingle or plural inorganic dyes can be arbitrarily selected.
[0036]
  (1) -6.Commercialization assistantMaterial
  In commercialization, aesthetics are an important factor. No matter how good the strength is, if it looks bad, the commercial value will be significantly reduced. Therefore, for the purpose of making the surface beautifulBeautyUse aids.
[0037]
[0038]
  In the case of natural stone, a mixing amount of about 5 to 15 wt% is preferable, and in the case of an inorganic pigment, a mixing amount of about 3 to 5 wt% is preferable. A small amount of inorganic pigment is enoughIs wearingThis is because the color effect is high. Whether it is natural stone or inorganic pigment, the strength of the product will not decrease if an appropriate amount is mixed.
[0039]
  (1) -7.Adding and mixing moistureTraining
  Water is added to the mixture of raw material and auxiliary material and kneaded. As water, alkaline aqueous solution, especially caustic soda water (H2O, NaOH) are preferred. A particularly preferable concentration of NaOH is about 2 mol / L (ph is 8.5 or more), and a particularly preferable water content is 20 wt% with respect to the whole.
[0040]
  (1) -8.Pressurizationform
  The kneaded product is formed into a desired form using a pressure forming apparatus (press machine) equipped with a forming die. In this case, it is preferable to warm the kneaded product to a temperature of 80 to 100 ° C. in order to increase the strength of the product. The pressurizing pressure is, for example, 10 to 30 MPa. In order to promote compression, it is preferable to apply pressure while applying vibration of about 320 Hz.
[0041]
  (1) -9.Hydrothermal reactionMeet
  The intermediate formed by the pressure molding machine is put into an autoclave and exposed to high-temperature and high-pressure saturated steam to cause a hydrothermal reaction. Thereby, the intermediate body becomes a hydrothermal solidified product solidified in a stone shape.
[0042]
  The temperature of the saturated steam is 150 to 220 ° C., the pressure is 1.6 to 2.2 Mpa, and the time of exposure to the steam (reaction time) is preferably about 8 to 12 hours (note that the reaction time may be rephrased as the autoclave curing time) good.).
[0043]
  (1) -10.Hydrothermal solidificationGoods
  The manufactured hydrothermal solidified product can be used for various applications including civil engineering and building materials. In particular, it is expected as a substitute for cement products, concrete products, stones, and ceramic products. Needless to say, the shape, size, color, pattern, etc. may be set according to the application.
[0044]
  (2).Analysis of each process (Figs. 2-14)
  Next, details of experiments, analysis, and the like for each step will be described with reference to FIGS. The strength measurement is based on JIS. Unless otherwise specified, “water” means fresh water, and the reaction pressure was about 1.8 to 2 MPa.
[0045]
  (2) -1. mainoriginalFee
  The composition of municipal waste incineration ash is shown in FIG. It is considered that the large amount of CaO is derived from the paper glossy material. As can be seen from the differences between the samples, the composition of the incinerated ash varies considerably depending on the type of garbage.
[0046]
  (2) -2.Relationship between raw material particle size and strengthPerson in charge
  The relationship between the particle size of the raw material and the tensile strength of the hydrothermal solidified product is shown in the graph of FIG. Conditions are as shown in the figure. From FIG. 3, it can be seen that the tensile strength tends to increase as the particle size decreases.
[0047]
  In addition, as a special point, it is mentioned that the case where the particle size of 50 to 200 mesh is mixed is superior to the case where the particle size is about 200 mesh. The detailed mechanism of why this phenomenon occurs has not been fully clarified, but it is presumed that when particles with different particle sizes are mixed, the deposition density of the mixture increases and the hydrothermal reaction works strongly. .
[0048]
  (2) -3. ViceBlast furnace slag / melting furnace slurry as raw materialG
  A large amount of slag is generated from the blast furnace for iron making, and this treatment is also a problem. Therefore, blast furnace slag was mixed in the incinerated ash as the main raw material and hydrothermally solidified, and the strength was measured. The result is shown in the graph of FIG. The conditions are as follows. Add 15wt% cement as a hardening aid. An aqueous NaOH solution (2 moI / L) was added as water to the mixture by 20 wt%. The molding pressure is 10 MPa. Hydrothermal reaction at 150 ° C for 10 hours. The blast furnace slag had a particle size of about 0.5-5 mm.
[0049]
  From FIG. 4, it was found that although a slight decrease in strength was observed due to the mixing of blast furnace slag, the strength decrease as a product was negligible if the mixing rate was about 20 wt% or less. Therefore, when incinerated ash is used as the main raw material, it is possible to use both blast furnace slag as a secondary raw material and hydrothermally treat both together to make it stone.
[0050]
  In addition, the intensity | strength showed the tendency to fall gradually with the increase in the addition amount of blast furnace slag. Therefore, if the strength of the hydrothermal solidified product is not required, blast furnace slag can be added by 20 wt% or more (for example, 30 wt%).The
[0051]
  By the way, as an incinerator capable of preventing the generation of dioxins, melting furnaces that incinerate garbage at a high temperature of about 1000 to 1200 ° C. are becoming widespread. In this melting furnace, there is left a brittle called vitrified melting furnace slag, which is also subject to regulation as industrial waste. In the present invention, this melting furnace slag can be used as a main raw material and commercialized as well as detoxified.
[0052]
  (2) -4.Relationship with curing aidsPerson in charge
  The graph of FIG. 5 shows the relationship between the mixing ratio and the tensile strength when cement is used as a curing aid and when slaked lime is used. The molding conditions are as shown in the figure (the conditions are slightly different between the two).The). From this figure, it can be understood that the tensile strength increases with the amount of cement mixed in.
  When the mixing ratio of cement increases, the cost increases accordingly, and the processing amount of the incinerated ash that is the original processing target decreases. Therefore, when using cement in commercial operations, it can be said that the amount used is preferably as small as possible while ensuring the strength required for the product.
[0053]
  From this figure, it can be seen that when slaked lime is used as a curing aid, the strength increases as the mixing ratio increases, and the strength improvement rate decreases at the point where the mixing ratio of slaked lime is 10 wt%.
[0054]
  Even if the usage amount of slaked lime increases, it leads to an increase in cost. Therefore, in the commercial operation, the range of 5 to 10 wt% is considered to be appropriate as in the case of cement.
[0055]
  In addition, calcium bicarbonate (Ca (HCOThree)2) Can be used, but experiments have shown that calcium bicarbonate is slightly less effective than cement and slaked lime.
[0056]
  Waste glass powder (glass fine powder) can also be used as a curing aid. In the graph of FIG. 6, the case where only cement is mixed as a hardening aid and the case where only waste glass powder is used are compared. From this figure, it can be understood that waste glass powder also has a hardening accelerating action comparable to cement, and that the effect does not increase much even if it exceeds 20 wt%. Therefore, when waste glass powder is used, the mixing ratio is considered to be 5 to 20 wt%.
[0057]
  Since waste glass powder is originally a waste, it is considered suitable as a curing aid from the cost aspect. In the experiment which became the base of FIG. 6, the tensile strength is low because the molding pressure is as low as 5 MPa. However, the strength can be dramatically improved by pressure molding at a pressure of 10 MPa or more.
[0058]
  (2) -5.Shadow of moisture content and NaOH concentrationsound
  In the graph of FIG. 7, the experimental result about the relationship between a moisture content and tensile strength is shown. The purpose of this experiment was to grasp only the relationship between moisture and strength, no curing aid was used, and fresh water was used as the water. The molding conditions are as shown in the figure.
[0059]
  From this figure, it can be seen that the intensity peaks when the water content is 20 wt%. That is, 20 wt% is most suitable. Of course, the moisture content may vary to some extent, and it is understood that there is no problem in practicality if it is 15 to 25 wt%.
[0060]
  The graph of FIG. 8 shows the relationship between the NaOH concentration and the tensile strength. Experiments were performed under different reaction conditions. According to FIG. 8, the strength is improved by adding NaOH, and the strength rapidly increases until the concentration is 2 mol / L.IsSlowing down
Can be seen to decline. Accordingly, the concentration of NaOH is most preferably 2 mol / L, and it is considered that the range of 1 to 3 mol / L is practical.
[0061]
  (2) -6.Relationship between molding pressure and strengthPerson in charge
The graph of FIG. 9 shows the relationship between molding pressure and strength. Conditions are as shown in the figure. In the graph (A), in order to avoid the influence of other conditions, fresh water is used as moisture and no curing aid is used. Graph (B) shows a case where cement is mixed as a curing aid.
[0062]
  From FIG. 9, it can be seen that the tensile strength increases as the pressurizing pressure increases, the strength increase rate differs between 20 MPa and 30 MPa, and the high tensile strength even at low molding pressure due to the mixing of the curing aid. It can be seen that can be secured.
[0063]
  Theoretically, the higher the molding pressure, the better. However, as the size of the hydrothermal solidified product increases, the pressure molding machine needs a huge capacity. Therefore, it can be said that 10 to 30 MPa is practical in combination with other conditions.
[0064]
  (2) -7.Relationship between pressurization temperature and strengthPerson in charge
  The graph of FIG. 10 shows the relationship between the pressing temperature and the tensile strength when the kneaded material is pressure-formed with a press device. Each condition is as described in the figure. From FIG. 10, it can be confirmed that when the temperature of the kneaded product is 80 ° C. and exceeds 80 ° C., the tensile strength of the product rapidly increases.
[0065]
  Although the exact mechanism of why the temperature of the kneaded product during pressure molding is related to the strength of the product has not been elucidated, the fluidity of the raw material particles suddenly increases when the temperature exceeds 80 ° C. It is assumed that the distribution becomes uniform, and as a result, the hydrothermal reaction in the subsequent process occurs homogeneously inside the raw material.
[0066]
  (2) -8.Relationship between hydrothermal reaction conditions and strengthPerson in charge
  The graph in FIG. 11A shows the relationship between the hydrothermal reaction temperature and the tensile strength. From FIG. 11 (A), the strength increases with temperature up to 150 ° C, the tensile strength peaks between 150 and 200 ° C, and reaches 250 ° C.RejectionIt can be seen that the strength decreases. Other conditions are as indicated in the figure.
[0067]
  By the way, when the raw material is turned into a stone by a hydrothermal reaction, quartz, calcite, cement hydrate, tobermorite (Tobermorite: Ca).Five(OH)2Si60164H20) etc. are generated. Of these, tobermorite is known to contribute to the improvement of mechanical properties.
[0068]
  Therefore, when the X-ray analysis pattern analysis of the generated sample was performed, the generation of tobermorite crystals was confirmed in the range of about 150 to 200 ° C., but the generation of tobermorite could not be confirmed at 250 ° C. The relationship between the reaction temperature and the production of tobermorite coincides with the relationship between the temperature and the intensity shown in FIG.
[0069]
  In the graph of FIG. 11 (B), the relationship between the hydrothermal reaction time (reaction curing time) and the tensile strength is shown. From FIG. 11 (B), the strength increases with increasing time until about 20 hours, the rate of improvement in strength decreases after about 8 hours, and the strength increases in the range of 8 to 20 hours. And after 20 hours, it turned out that intensity | strength falls on the contrary. Other conditions are the same as in (A).
[0070]
  The X-ray analysis pattern was also examined for the relationship between the amount of curing time and the generation of tobermorite, but it was also found that the generation of tobermorite was activated in the range of 8 to 20 hours. Considering production efficiency and quality maintenance, it is generally preferable that the time is 4 to 10 hours, more preferably 6 to 10 hours. Of course, curing up to 20 hours is possible, but exceeding 20 hours is not preferable.
[0071]
  Thus, in the hydrothermal reaction, the reaction temperature and the reaction time are closely intertwined, and in the temperature region of 150 to 200 ° C. and in the time region of 8 to 20 hours, the particlesButDensificationTheIt was clarified that the bond strength was the highest.
[0072]
  Meanwhile, high-temperature and high-pressure steam has a function of bonding particles, but also has a function of decomposing chemical substances to a molecular level. Attempts have been made to decompose and detoxify dioxins and PCBs using this decomposition function. Also in the hydrothermal reaction, there is a region where the reaction temperature and time are intertwined closely and the hydration action is superior to the decomposition action, and this appears to be the result shown in FIG.
[0073]
  (2) -9.Heavy metal elution and dioxin harmlessConversion
  A hydrothermal synthetic rock produced using incineration ash collected in an incinerator at a household waste incineration plant as a main material was crushed to a particle size of 0.5 to 5 mm, and was stipulated in Environmental Agency Notification Nos. 13 and 46 According to the method, a heavy metal dissolution test was conducted. The heavy metal content originally contained in the main raw material was as shown in the second row of the graph of FIG. 12, and the elution rate was as shown in FIG.
[0074]
  The conditions for the hydrothermal reaction are as follows.That is,CementThe5 wt%,Slaked limeThe10 wt%EachAdditionAndAdd 20wt% NaOH aqueous solution with 2mol / L concentration to the mixtureAnd thenPressurized pressure is 20MPaMet.
[0075]
  In FIG. 12, the judgment values set by the Environment Agency are listed as safety standards for landfill materials and soils. From the comparison with this, the hydrothermal solidified product according to the present invention greatly clears the environmental judgment standards. I can understand that. Therefore, it can be said that the hydrothermal solidified product (artificial stone) according to the present invention has safety that can be replaced with cement products, stone products, and the like.
[0076]
  The incineration ash at the garbage incineration plant is roughly divided into main ash collected at the bottom of the furnace and fly ash collected by the dust collector, and dioxin is contained in both (generally contained in fly ash in large quantities). Have.). Then, hydrothermal solidified products were produced using main ash and fly ash as separate raw materials, and the solidified products were pulverized to measure the dioxin elution amount. The results are shown in the graph of FIG.
[0077]
  From FIG. 13, it can be understood that the dioxins are almost harmless through the hydrothermal reaction. This point is consistent with Patent Document 1. In addition, fly ash may contain a considerable amount of chlorine. Then, in the hydrothermal reaction step, chlorine and NaOHButReaction may cause NaCl crystals to precipitate on the solidified product. In order to prevent this point, the fly ash should be washed with water.
[0078]
  (2) -10.Relationship between size and strength of solidified productPerson in charge
  Commercial operation becomes difficult if large products cannot be manufactured. Therefore, an experiment was conducted on how the size of the hydrothermal solidified product affects the strength. A cylindrical sample having a diameter of 105 mm and a height of 80 mm as a large sample and a small sample having a diameter of 30 mm and a height of 20 mm were manufactured under the same conditions, and the tensile strengths of the two were compared.
[0079]
  FIG. 14 is a graph comparing the tensile strengths of the two. The reaction conditions are as indicated in the figure. As can be understood from this figure, it can be understood that the hydrothermal reaction penetrates to the inside regardless of the size of the solidified product. It can also be seen that the reaction time is not related to the size.
.
[0080]
  Moreover, about the large sample, although the core part was cut out and the tensile strength was compared about each of a surface layer part and a core part, the difference in intensity | strength was not seen by both. The fact that the hydrothermal reaction penetrates to the core regardless of the size opens up the way to commercialize large materials such as revetment blocks and wave-dissipating blocks, and promotes the treatment of incineration ash. It can greatly contribute to.
[0081]
  (2) -11.MatoMe
  As can be understood from the above points, in order to ensure the quality (particularly strength) of hydrothermal solidified products, the type and amount of curing aid, the type and amount of moisture, molding temperature, molding pressure, hydrothermal The temperature, pressure and time factors for the reaction are closely related.
[0082]
  Then, the inventors of the present application adopt the configuration described in the claims as a point for realizing the commercial operation by repeating the experiment, analysis and research as described above for each of these elements.
[0083]
  BookEmbodimentOne of the features of the hydrothermal solidified product is that it has good dimensional accuracy. That is, in the case of a baked product, the shrinkage varies considerably depending on various conditions, so the dimensions are uneven and the product yield is not as high as 80%, for example. Book against thisEmbodimentProduct shrinkageButConstantExtremeHigh yield can be secured. Thus, commercialization to various articles | goods is anticipated by dimensional accuracy being high, and lightweight and high intensity | strength.
[0084]
  (3). Solidification equipment and basic process(FIGS. 15 to 21)
  nextThe figureBased on the drawings below 15Examples of solidification equipment and basic processesexplain. NaParts that overlap with the above description are omitted as much as possible.
[0085]
  (3) -1.Overview
  First, an outline of equipment and processes will be described with reference to FIG. Should be processedmainThe raw material A is transported from a waste discharge source such as the garbage incinerator 1 to a solidification facility by a truck 2 and stocked in an appropriate yard. If the solidification processing equipment is installed in parallel with the garbage incineration plant 1, the transportation is naturally not necessary. In the transport, it is preferable to use a steel plate container or a thick rubber container bag from the viewpoint of preventing scattering and easy handling.
[0086]
  The solidification processing equipment in this example ismainA hopper 3 into which the raw material A is charged, a preliminary crusher 4, a coarse sieve machine 5 for removing foreign matter, a dryer 6, a ball mill 7 for pulverization, a fine sieve machine 8 for particle size adjustment, an agitator 9 for mixing auxiliary materials, A kneader 10 for adding water to the mixture to form a kneaded product, a pressure molding machine (press device) 11 for molding into a predetermined shape, and an autoclave 12 for performing a hydrothermal reaction are provided. The sieves 5 and 8 may be of a reciprocating type or a rotating drum type.
[0087]
  Between the hopper 3 and the pressure molding machine 11, raw materials and the like are sent to the next process by a conveying means such as a belt conveyor 13 or a screw conveyor 14. Further, the portion from the hopper 3 to the kneader 10 is sealed by surrounding it with a steel plate so that powders of raw materials and the like are not scattered outside.
[0088]
  As already mentioned,mainSince the raw material A often absorbs water and is agglomerated, it passes through the coarse sieve 5As expectedCrush to a suitable size (for example, a size of gravel) with the crusher 4. Although the rotary blade type preliminary crusher 4 is used in the figure, other crushers such as a roller crusher and a reciprocating crusher may be employed.
[0089]
  The dryer 6 can employ a hot air type or the like. In order to promote uniform drying, a stirring blade 6a is provided. A rotary drum dryer can also be used. As a pulverization means, a large number of steel balls inside the rotating drum (it can be replaced with stone rollers)TheThe ball mill 7 is generally used, but other mills such as a vertical mill, or a milling mill type may be used.
[0090]
  As already mentioned,mainThe particle size of the raw material A is preferably mixed within a certain range. For this purpose, for example, sieves with different eye roughness (for example, in the order of 30, 50, 100, and 200 meshes in order from the top) may be arranged and those received by each sieve may be mixed.
[0091]
  After pulverizing so that a considerable ratio becomes 100 mesh or less by a ball mill, particles with various particle diameters were mixed even when applied to a 30-50 mesh sieve, for example.mainRaw material A can be obtained. Needless to say, the sieving machine is not limited to a reciprocating type, and a drum type can also be used.
[0092]
  In the stirrer 9mainThe raw material A and the auxiliary material are homogeneously mixed to form a powdery mixture B. The agitator 9 shown in the figure uses a horizontal type in which the rotation axis of the stirring blade is horizontal, but a vertical type in which the axis of the stirring blade is in a vertical posture may be used. Of course, it is also possible to use a stirring device having another structure.
[0093]
  Made of natural stoneCosmetic aid FWhen the auxiliary material is non-powder like this, it can be pulverized with the ball mill 7 together with the raw material. In this case, when the main raw material A and the auxiliary material are completely mixed in the pulverization step, the mixing step using a stirrer is not necessarily required.
[0094]
  A caustic soda aqueous solution is sent from the tank 13 to the kneader 10 by a pipe. It is considered that kneading efficiency can be improved by dripping water such as caustic soda water in a shower form from the discharge port. It is also possible to perform mixing and stirring and kneading of the auxiliary material with one apparatus.
[0095]
  In order to mold under heating, it is preferable to warm the caustic soda aqueous solution by providing a heater in the water supply path of the caustic soda aqueous solution. The temperature should be as high as possibleWhenI can say that. The tank 13 may be heated.
[0096]
  Further, instead of or in addition to heating the aqueous caustic soda solution, the kneader 10 may be provided with a heating means. An example of the heating means is shown in FIG. That is, in FIG. 16A, a steam heating type or heat transfer type heater 15 is provided on the inner periphery of the main body tank 10a of the kneading machine 10, and in FIG. 16B, a nozzle is provided inside the main body tank 10a. Hot air or hot air or steam is blown from 16.
[0097]
  As a means for heating the kneaded material C at the time of molding, for example, a heater can be incorporated in the mold, but since a large load is applied to the mold, the structure becomes complicated and the strength is increased if the heater is incorporated. Incurs a decline. On the other hand, when the kneaded material C is preheated in the kneading stage as in this example, there is an advantage that the pressure molding machine can be made a simple and robust structure.
[0098]
  (3) -2.Pressure molding machine and autoclave
  Next, the pressure molding machine 11 and the autoclave 12 will be described with reference to FIGS. 17 is a longitudinal side view of the pressure molding machine 11, FIG. 18 is a sectional view taken along line XVIII-XVIII in FIG. 17, and FIG. 19 is a sectional view showing a molding process.
[0099]
  The pressure molding machine 11 includes a main body 20 having a cradle 18 and a head 19, a molding die 24 having a cylindrical body 21, a lower plate 22, and a piston 23. The cylinder 21, the lower plate 22, and the piston 23 constitute a molding die. The piston 23 is attached to a plunger (ram) 25 that can move up and down.
It is The plunger 25 is driven by driving means such as a hydraulic cylinder provided in the head 20.
[0100]
  A horizontal hole (or a notch with an upward opening) 26 for introducing the kneaded product C is formed in the upper part of the cylindrical body 21, and the kneaded product is inserted into the horizontal hole 25 by inserting the tip of the screw conveyor 14. C can be introduced into the cylinder 21. The screw conveyor 14 can be inserted into and removed from the lateral hole 26. The piston 23 can be raised above the lateral hole 26.
[0101]
  The cylindrical body 21 can be moved up and down along a guide shaft 27 that extends between the head 20 and the cradle 18. Further, the cylinder body 21 can be moved up and down by screwing a screw shaft 29 into a nut member 28 provided on the cylinder body 21 and rotating the screw shaft 29 forward and backward with a motor. It goes without saying that other drive mechanisms such as a hydraulic cylinder may be employed instead of the screw type vertical movement mechanism. Other lifting guide means can also be employed.
[0102]
  The lower plate 22 is fixed to the cradle 18. The lower plate 22 is formed in a convex shape so that the cylindrical body 21 can be fitted (a flat plate shape may be used). A plate-shaped receiving member 30 that is in close contact with the inner surface of the cylindrical body 21 is placed on the lower plate 22.
[0103]
  Kneaded materialCIs inserted into the cylindrical body 21, the screw conveyor 14 is moved backward, the piston 23 is lowered and pressurized, and further, with respect to the entire pressure molding machine 11 or the molding die 24 by a vibrator (not shown). A minute vibration of about 320 Hz is applied. Thereby, the kneaded materialCIs formed into a block-like intermediate D.
[0104]
  When the molding is completed, the piston 23 is raised and the cylinder 21 is raised above the intermediate body D as shown in FIG. Thereby, the intermediate body D can be taken out from the pressure molding machine 11 together with the receiving member 30.
[0105]
  Since the intermediate body D is in close contact with the inner surface of the cylindrical body 21, there is a concern that the intermediate body D is lifted together with the cylindrical body 21. In this regard, for example, the cylindrical body 21 may be raised in a state where the piston 23 is in contact with the intermediate body D (not pressurized).
[0106]
  It is also preferable to apply a release agent to the inner surface of the cylinder 21. The release agent may be applied to the lower surface of the piston 23. The type of release agent may be selected according to the type of raw material. For example, oils, silicone agents, carbon powder, etc. are conceivable.
[0107]
  As shown by an alternate long and short dash line in FIG. 19B, if a movable positioning means such as a lift pin 30 for positioning the receiving member 30 on the lower plate 22 is provided, the cylinder 21 can be fitted into the receiving member 29 exactly. Therefore, it is preferable.
[0108]
  After the cylinder 21 is raised, the receiving member 30 is pulled out from the lower plate 22 and placed on, for example, a roller type conveyor 32 as shown in FIG. Then, as shown in FIG. 21, it is carried into the autoclave 12 by the conveyor 32. When the loading is completed, the lid of the autoclave 12 is closed and a hydrothermal reaction is performed for a predetermined time. by thisHydrothermal solidified product EIs manufactured. A conveyor 33 for taking in and out is also provided inside the autoclave 12.
[0109]
  According to the present inventionHydrothermal solidified product ECan be replaced with concrete products and stone products, and many of them have large dimensions. Therefore, if the intermediate D having a large size cannot be transported safely and efficiently, the commercial operation will not be realized. In this regard, when pressure molding is performed using the receiving member 30, even a large intermediate D can be safely and quickly conveyed without being out of shape.
[0110]
  The intermediate body D is not limited to being moved by the conveyor 32, but can be transported by a carriage, a forklift, or an overhead crane. Further, as a means for taking out the intermediate body D from the pressure molding machine 11, the lower plate 22 may be lowered instead of raising the cylindrical body 21. Further, the piston 23 may be pulled out above the cylinder 21 and the kneaded material C may be put into the cylinder 21.
[0111]
  (3) -3.Surface hardening by carbon dioxide injection
  In causing the hydrothermal reaction in the autoclave 12, the surface layer of the hydrothermal solidified product can be hardened by injecting carbon dioxide gas at a rate of 12 to 18% with respect to the amount of steam.
[0112]
  This is CaO, SiO contained in incineration ash2Reacts with carbon dioxide gas, and the surface layer of the hydrothermal solidified product is hard and dense, and the calcium carbonate layerButThis is because it is formed. Weather resistanceAbrasion resistance is increased and deterioration can be remarkably suppressed.
[0113]
  (Four). First referenceExample (Fig. 22)
  According to the present inventionHydrothermal solidified productE can be set in various shapes depending on the application. In FIG.First reference as a specific exampleAn example is shown. That is, in (A),Hydrothermal solidified productFits together so that they do not slip even when E is stacked up and downFitA protrusion 35 and a recess 36 are formed.
[0114]
  By forming the protrusions 35 and the recesses on the side surfaces as indicated by the alternate long and short dash line, it is also possible to arrange the product groups side by side so that they cannot be displaced forward and backward. In addition, what is necessary is just to set it as the expansion | deployment system which can isolate | separate the side plate to the cylinder 21, when forming a protrusion and a recess in an up-and-down surface and a side surface.
[0115]
  In the example shown in (B),Hydrothermal solidified productE is formed in a block shape, and a hole 37 penetrating vertically is formed. For example, it is possible to construct a wall of a building by inserting a reinforcing bar or a metal core into the hole 37.
[0116]
  (5). No.2 ReferenceExample (Fig. 23)
  When the weight of the hydrothermally solidified product exceeds a certain level, it is preferable that the hydrothermal solidified product can be lifted by a crane for convenience of transportation and installation. Therefore, FIG.Second reference example shown inThen, so that the suspension bolt 38 can be attached,Hydrothermal solidified productA long nut 39 is embedded in E.
[0117]
  The pressure molding is performed in a state where the end face of the long nut 39 is in contact with the piston 23. The long nut 39 has a kneaded product.CThe bolt 40 is screwed in to prevent the contamination. In this case, the threaded portion of the bolt 40 is kneaded.CThe function to prevent falling out is enhanced by exposing to the surface.
[0118]
  (6).First to third embodiments(FIGS. 24 to 25)
  FIG.4-25Is a concrete means of enhancing the aesthetics of hydrothermal solidified products.EmbodimentIs shown. Figure of which24Shown in (A)First embodimentThen, the raw material such as natural stoneCosmetic aid FAre subjected to pressure molding and hydrothermal reaction. Therefore, the commercialization aid F is evenly mixed inside the product.
[0119]
  Cosmetic aid FAre exposed on the surface of the product, and this has the appearance of a natural stone and can significantly improve the value of the product.Cosmetic aid FIs granularin the case of,Since only a small part of the surface is exposed on the surface of the product, as shown by line 41 in (A),Hydrothermal solidified productPolish the surface of ECosmetic aid FIncrease the exposed area ofTo do. ThisFor example, it has a marble-like appearance, and the aesthetics can be further improved.
[0120]
  For example, in the case of a product where only one side is visible to the human eye, such as a building wall, only that side needs to be decorated. As the method, the second shown in FIG.Second embodimentThen, the kneaded material put into the mold 24COn the surface ofCosmetic aid FThe pressure molding is performed in this state.And cosmetic aid FIf the particle size ofThe surface of hydrothermal solidified product EOnly some dimensions are polishedAnd increase the exposed area of the cosmetic aid F.PowderyBeautyAuxiliary materials, scales like shells and mica piecesFlake makeupIf an auxiliary material is used, aesthetics can be improved without providing a polishing step.
[0121]
  25th shown in FIG.3 embodimentIs a technology to make up only one side. That is, in this example, the mold 24 isCosmetic aid FMixingIsFirst kneaded productC1NextOh,Cosmetic aid F2nd kneaded material mixed withC2 is charged and then pressure-molded. In this example, both kneaded materialsC1,C2 is integrated, the upper surface is the second kneaded productC2By beautyMakeupIt is.
[0122]
  When kneaded materials of different colors are laminated in multiple layers, the difference in the layers of the kneaded material appears as a pattern on the side of the product. It is also possible to add a pattern by such a method.
[0123]
  (7).3 ReferenceExample (Fig. 26)
  In FIG.Is the third referenceAn example is shown. thisreferenceExamples are for processing non-commercial waste such as resin waste, low-level radioactive material, or injection needles. First, the non-commercial waste G is solidified by some means. As this solidification means, bookEmbodimentIt may be mixed with the kneaded material according to the above and may be pressure-molded, or may be hardened with concrete or resin.
[0124]
  Then inside the moldEmbodimentKneaded materialCAbout half of the amount, then put solidified non-commercial waste G in the center and kneaded so that non-commercial waste G is hiddenCThen press-mold and waterFeverApply. As a result, the non-commercial waste G is wrapped in the hard rock-like hydrothermal solidified layer, and no harmful substances leak out.
[0125]
  Wrapped this non-commercial waste GHydrothermal solidified productE can be effectively used as a revetment material, etc., and may be accumulated in the final disposal site. Non-commercial wasteEncapsulationInstead of this, for example, it is possible to construct a civil engineering and building material having a sense of beauty and weight by encapsulating a natural stone, a concrete block, or a metal block. The thickness of the hydrothermal solidified layer is preferably 200 mm or more.
[0126]
  (8). Fourth reference example(Fig. 27)
  As described above, the hydrothermally cured product according to the present invention has an advantage that it can maintain the aesthetics such as natural stone, brick, and tile. On the other hand, the specific gravity is about 1.6 to 2.2, which is much lighter than ordinary natural stone or concrete. For this reason, it is difficult to divert as it is to a product that requires a certain specific gravity.
[0127]
  An example of how to deal with this point is shown in FIG.4th referenceIt is shown as an example. Ie this4th referenceIn the example, the hydrothermal solidified product is formed into a hollow container shape (cone shape), and concrete is placed inside it.42By pouring and solidifying, the aesthetics and weight are secured.Hydrothermal solidified productThe opening of E is plate-shapedHydrothermal solidified productE can be occluded, or if there is no problem with aestheticsConCleat42May be left exposed.
[0128]
  (9). 5th-6th reference examples(Fig. 28)
  In FIG. 28, it was applied to the wall material of the building.referenceAn example is shown. Of these, (A) is the second5 ReferenceIt is a longitudinal cross-sectional view (or plane cross-sectional view) of an example. In this example, the wall member 43 made of hydrothermally solidified product constitutes the outer surface and the inner surface of the foundation wall, and the upper and lower surfaces or the entire peripheral surface of the wall member 43 are fitted so as not to be displaced in the front-rear direction. 44 is formed.
[0129]
  Further, by using a nut 45 embedded in the same manner as in FIG. 23A, the adjacent wall member 43 is fixed by a metal fitting 46, and the inner and outer metal fittings 46 are connected by a double-cut bolt 47. . Then, concrete is poured between the inner and outer wall materials 43 to form walls.
[0130]
  On the other hand, (B)6 ReferenceIt is a plane sectional view of an example, and the wall includes an inner and outer frame 48, a wall member 43 made of hydrothermal solidification is fixed to the inner and outer frame 48 with a screw 49, and further, between the inner and outer wall members 42. Concrete 42 is poured into the space.
[0131]
  In the case of a reinforced concrete or steel-concrete building, a formwork made of wood or steel plate is used, and much effort is required to install and remove the formwork. In addition, the concrete walls that are left untouched are generally tiled to be decorated and protected.
[0132]
  In contrast to this28In this example, the outer surface of the wall can be constructed with the wall material 43 made of hydrothermal solidified product with excellent aesthetics and water resistance, so that the tile tension can be eliminated and the work of removing the concrete formwork is unnecessary. This can reduce the construction cost of concrete buildings. In addition, it is free to stretch tiles according to preference (because the hydrothermal solidified wall material has good bondability with mortar and plaster, so the tile sticking strength is also high..).
[0133]
  The hydrothermal solidified product is suitable for the wall material of such a building because its strength exceeds that of concrete and its specific gravity is smaller than that of concrete. Of course, it can also be used as an alternative to the ALC plate.
[0134]
  (Ten). Other
  The present invention can be embodied in various ways other than the above embodiment. For example, various additives can be used as long as their functions are not impaired. Also, curing aids andCosmetic aidsOtherComplement ofIt is also possible to add auxiliaries.
[0135]
  Furthermore, the application is not limited to the specific examples described above, for example, for tiles, paving materials, sight blocks, brick substitutes, gutters, etc.ofIt can be used for U-shaped materials, fishing reefs, roof tiles, figurines, park benches, etc. It is easy to embed a reinforcing bar inside.
[0136]
[Operation and effect of the invention]
  As can be understood from the above description, according to the present invention, waste such as incineration ash can be used as a raw material to efficiently treat a product with high commercial value that is excellent in strength, aesthetics, and safety. For this reason, incinerationOf ashExpedite processingRingIt is expected to contribute greatly to improving the border and preserving the national land.The
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a process diagram showing a specific flow of a production method according to the present invention.
FIG. 2 is a table showing the composition of incineration ash and the like.
FIG. 3 is a graph showing the relationship between the particle size and strength of a raw material.
FIG. 4 is a graph showing a comparison of strength when blast furnace slag is mixed.
FIG. 5 is a graph showing the relationship between the addition amount of a curing aid and strength.
FIG. 6 is a graph comparing a case where cement is mixed as a hardening aid and a case where waste glass powder is mixed.
FIG. 7 is a graph showing the relationship between water addition amount and strength.
FIG. 8 is a graph showing the relationship between NaOH concentration and strength.
FIG. 9 is a graph showing the relationship between molding pressure and strength.
FIG. 10 is a graph showing the relationship between pressurization temperature and strength.
FIG. 11 is a graph showing the relationship between hydrothermal reaction temperature and time and tensile strength.
FIG. 12 is a table relating to elution and the like of heavy metals.
FIG. 13 is a graph relating to the amount of dioxin eluted.
FIG. 14 is a graph comparing strength according to product size.
FIG. 15 is a diagram illustrating an outline of specific equipment and processes.
FIG. 16 is a diagram showing an example of heating means in a kneader.
FIG. 17 is a longitudinal side view of a pressure molding machine.
18 is a cross-sectional view taken along the line XVIII-XVIII in FIG.
FIG. 19 is a cross-sectional view showing a molding process.
FIG. 20 is a view showing a state in which the intermediate body is taken out from the pressure molding machine.
FIG. 21 is a diagram showing a state in which the intermediate body is conveyed to the autoclave.
FIG. 221 referenceIt is a figure which shows an example.
FIG. 232 ReferenceIt is a figure which shows an example.
FIG. 24One embodimentAnd the secondSecond embodimentFIG.
FIG. 253 embodimentFIG.
FIG. 263 Reference examplesFIG.
FIG. 274 ReferenceIt is a figure which shows an example.
FIG. 285-6 referenceIt is a figure which shows an example.
[Explanation of symbols]
    AMain raw material
    BPowder mixture
    CKneaded material
    DIntermediate
    EHydrothermal solidified product
    F Cosmetic aids
    6 Dryer
    7 Ball mill for pulverization
    8 Screening machine for particle size adjustment
    9 Stirrer
  10 Kneading machine
  11 Pressure molding machine (press machine)
  12 Autoclave
  20 body
  24 Mold
  30 receiving member

Claims (4)

焼却灰を主成分として美粧助材で美粧処理された水熱固化品の製造方法であって、
焼却灰微粉と硬化助材と水分との混練物を作る工程、前記混練物をプレス装置で加圧成形して中間体を作る工程、前記中間体をオートクレーブに入れて加圧下で飽和蒸気に晒して水熱反応で固化する工程、の各工程を備えている基本構成であり、更に
前記美粧助材として1種類又は複数種類の粒状自然石を使用しており、前記粒状自然石を中間体に満遍なく混入しておくか又は中間体の表層部のみに混入しておき、そして、前記中間体を固化してから粒状自然石の露出面積が大きくなるように表面を磨いている、
焼却灰を主原料とした水熱固化品の製造方法。
A method for producing a hydrothermal solidified product, which is mainly composed of incinerated ash and is cosmetically treated with a cosmetic aid,
A step of making a kneaded product of incinerated ash fine powder, curing aid and moisture, a step of pressing the kneaded product with a press to make an intermediate, and putting the intermediate in an autoclave and exposing to saturated steam under pressure The basic structure is provided with each step of solidifying by hydrothermal reaction ,
One or more kinds of granular natural stones are used as the cosmetic aid, and the granular natural stones are mixed evenly in the intermediate or mixed only in the surface layer of the intermediate, and After solidifying the intermediate, the surface is polished so that the exposed area of granular natural stone increases.
A method for producing hydrothermal solidified products using incinerated ash as the main raw material.
焼却灰を主成分として美粧助材で美粧処理された水熱固化品の製造方法であって、
焼却灰微粉と硬化助材と水分との混練物を作る工程、前記混練物をプレス装置で加圧成形して中間体を作る工程、前記中間体をオートクレーブに入れて加圧下で飽和蒸気に晒して水熱反応で固化する工程、の各工程を備えている基本構成であり、更に
前記美粧助材は粉末状又は薄片状であり、前記美粧助材を混練物の表面にまぶした状態で加圧成形することで美粧助材付きの中間体を形成し、それから中間体をオートクレーブで固化している、
焼却灰を主原料とした水熱固化品の製造方法。
A method for producing a hydrothermal solidified product, which is mainly composed of incinerated ash and is cosmetically treated with a cosmetic aid,
A step of making a kneaded product of incinerated ash fine powder, curing aid and moisture, a step of pressing the kneaded product with a press to make an intermediate, and putting the intermediate in an autoclave and exposing to saturated steam under pressure The basic structure is provided with each step of solidifying by hydrothermal reaction ,
The cosmetic aid is in the form of powder or flakes, and an intermediate with a cosmetic aid is formed by pressure molding in a state where the cosmetic aid is coated on the surface of the kneaded product, and the intermediate is then autoclaveed. Solidified,
A method for producing hydrothermal solidified products using incinerated ash as the main raw material.
焼却灰を主成分として美粧助材で美粧処理された水熱固化品の製造方法であって、
焼却灰微粉と硬化助材と水分との混練物を作る工程、前記混練物をプレス装置で加圧成形して中間体を作る工程、前記中間体をオートクレーブに入れて加圧下で飽和蒸気に晒して水熱反応で固化する工程、の各工程を備えている基本構成であり、更に
前記美粧助材として自然石の粉又は無機染料若しくは無機顔料を使用しており、美粧助材を混入していない第1混練物と美粧助材を混入した第2混練物とを作っておき、これら
第1混練物と第2混練物とを、第2混練物が表面側になる状態で加圧成形することにより、表面部が第2混練物で形成された積層構造の中間体を作り、それから前記積層構造の中間体をオートクレーブで固化している、
焼却灰を主原料とした水熱固化品の製造方法。
A method for producing a hydrothermal solidified product, which is mainly composed of incinerated ash and is cosmetically treated with a cosmetic aid,
A step of making a kneaded product of incinerated ash fine powder, curing aid and moisture, a step of pressing the kneaded product with a press to make an intermediate, and putting the intermediate in an autoclave and exposing to saturated steam under pressure The basic structure is provided with each step of solidifying by hydrothermal reaction ,
A natural stone powder or an inorganic dye or an inorganic pigment is used as the cosmetic aid, and a first kneaded product in which no cosmetic aid is mixed and a second kneaded product in which a cosmetic aid is mixed are prepared. these
The first kneaded product and the second kneaded product are pressure-molded in a state where the second kneaded product is on the surface side, thereby creating an intermediate body having a laminated structure in which the surface portion is formed of the second kneaded product. The intermediate of the laminated structure is solidified with an autoclave.
A method for producing hydrothermal solidified products using incinerated ash as the main raw material.
焼却灰を主成分として美粧助材で美粧処理された水熱固化品の製造方法であって、
焼却灰微粉と硬化助材と水分との混練物を作る工程、前記混練物をプレス装置で加圧成形して中間体を作る工程、前記中間体をオートクレーブに入れて加圧下で飽和蒸気に晒して水熱反応で固化する工程、の各工程を備えている基本構成であり、更に
前記美粧助材として自然石の粉又は無機染料若しくは無機顔料を使用しており、美粧助材を使用して色が異なる複数の混練物を作り、これら色が異なる複数の混練物を多層に積層して加圧成形して中間体を作り、前記中間体をオートクレーブで固化している、
焼却灰を主原料とした水熱固化品の製造方法。
A method for producing a hydrothermal solidified product, which is mainly composed of incinerated ash and is cosmetically treated with a cosmetic aid,
A step of making a kneaded product of incinerated ash fine powder, curing aid and moisture, a step of pressing the kneaded product with a press to make an intermediate, and putting the intermediate in an autoclave and exposing to saturated steam under pressure The basic structure is provided with each step of solidifying by hydrothermal reaction ,
Natural stone powder or inorganic dye or inorganic pigment is used as the cosmetic aid, and a plurality of kneaded materials having different colors are made using the cosmetic aid, and the plurality of kneaded materials having different colors are laminated in multiple layers. To make an intermediate by pressure molding, solidify the intermediate in an autoclave,
A method for producing hydrothermal solidified products using incinerated ash as the main raw material.
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