JP4144409B2 - コンクリート塊からの副産微粉を主成分とした不純物吸着材の製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、流体中に含まれる重金属等の不純物を吸着するためのコンクリート塊からの副産微粉を主成分とした不純物吸着材の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、資源のリサイクルの観点から、解体に伴って廃棄されるコンクリートからセメントや骨材を再生することが行われている。骨材を再生するために、通常、コンクリート廃材を所定の大きさのコンクリート塊に破砕した後、このコンクリート塊を回転式のチューブミルに供給してすりもみ処理を行う。このすりもみ処理により、各コンクリート塊が破砕、摩砕されることから、セメントペーストが取り除かれた粗骨材や細骨材の骨材を得ることができる。また、同時に、セメントペーストが粉砕されたものや骨材の一部が削り取られたものが副産微粉として回収されることになる。
【０００３】
上記再生骨材は、構造用コンクリートの優良な骨材として再利用することができる。
一方、副産微粉については、その主たる用途がいまだ確立しておらず、その用途の開発が強く望まれていた。
【０００４】
そこで、本発明者等は、副産微粉の用途の開発について、鋭意研究を重ねたところ、流体中に含まれる重金属やリン酸等の不純物を吸着する上で有効であることを見出し、本発明に至ったものである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記事情に基づいてなされたものであり、流体中に含まれる重金属等の不純物を吸着することのできるコンクリート塊からの副産微粉を主成分とした不純物吸着材の製造方法を提供することを課題としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、流体中に不純物として含まれる重金属類もしくは重金属化合物またはリン酸を吸着除去するための不純物吸着材の製造方法であって、コンクリート廃材を破砕して得られたコンクリート塊を、１００〜５００℃に加熱処理した後にすりもみ処理して骨材を回収する際に生じた、セメント水和物５０重量％および骨材微粉５０重量％からなる粒径が１５０μｍ以下の副産微粉を捕集し、次いで上記副産微粉に水を加えて混練することによって得られたスラリーを型に注入して成形した後に、常温で養生することを特徴とするものである。
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、上記コンクリート塊を、軸線回りに回転する円筒状のミル内に供給して上記すりもみ処理を行い、かつ上記ミル内の空気を吸引して上記副産微粉を捕集するとともに、当該空気の流速を上記粒径１５０μｍ以下の副産微粉の移送が可能となるように設定したことを特徴とするものである。
【０００７】
上記のように構成された請求項１または２に記載の発明においては、コンクリート塊を１００〜５００℃の温度に加熱することにより、セメントペーストが均一に脱水脆弱化するので、この加熱後のすりもみ処理により、粗骨材や細骨材からセメントペーストを効率よくきれいに落とすことができるとともに、セメントペーストを主成分とする微細な副産微粉を回収することができる。
【０００８】
なお、コンクリート塊の加熱温度を上記のように１００℃以上に設定したのは、１００℃未満では特にセメントペーストの脆弱化の面で効果が低くなるとともに、脱水に多くの時間がかかるようになるからである。また、５００℃以下に設定したのは、５００℃超の温度ではコンクリート塊中の粗骨材や細骨材が変質や劣化を生じるおそれがあるからである。
【０００９】
そして、この副産微粉は、加熱後のすりもみ処理によって、多孔質のものとなるので、その粉体の状態のまま、例えば重金属等の不純物を含んだ液体（流体）に投入して撹拌することにより、当該不純物を吸着することができる。
【００１０】
また、副産微粉は、表２に示すように、例えば１５０μｍ以下のものでも、ＣａＯ（生石灰）を２７．４重量％、ＳｉＯ2 （二酸化珪素）を４６．０重量％程度含んでいることから、セメント水和物が加熱されて生じたカルシウムシリケート脱水物の再水和反応により、
３ＣａＯ・２ＳｉＯ2 ・３Ｈ2 Ｏ
となって、硬化することになる。したがって、この硬化によって塊状となった多孔質状の不純物吸着材に流体を接触させることによっても、流体中の不純物を吸着することができる。
【００１１】
この場合、流体としては、気体であっても、液体であってもよい。例えばゴミ焼却設備において発生する重金属やダイオキシン等の不純物を含む飛灰を空気とともに上記塊状の不純物吸着材に接触させることにより、その不純物を不純物吸着材に吸着させることができる。また、飛灰等の不純物を洗浄した後の廃水を上記塊状の不純物吸着材に接触させることにより、当該不純物を不純物吸着材に吸着させることができる。
【００１４】
また、原料を常温養生により硬化させているので、略球形状のものや、筒状のものを、簡単に形成することができる。そして、常温においても、上述のようにＣａＯを２７．４重量％、ＳｉＯ2を４６．０重量％程度含んでいることから、セメント水和物が加熱されて生じたカルシウムシリケート脱水物の再水和反応により、
３ＣａＯ・２ＳｉＯ2・３Ｈ2Ｏ
を生成させて、充分に硬化させることができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係るコンクリート塊からの副産微粉を主成分とした不純物吸着材の製造方法の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００２０】
図１は、コンクリート廃材から骨材を回収するための骨材再生設備を示す図であり、図２は、骨材再生設備で発生した副産微粉を分級する微粉分級処理設備を示す図である。
【００２１】
図１において、１はコンクリート塊Ａを加熱するための充填型加熱炉である。この充填型加熱炉１は、円筒炉壁１ａの上部に連続的に供給されるコンクリート塊Ａを一定の温度で所定時間加熱した後、円筒炉壁１ａの下部からテーブルフィーダ（図示せず）を介して連続的に排出するようになっている。加熱は、灯油等を燃焼させることによって生じた熱風を円筒炉壁１ａの下方位置の周囲および中央から供給し、円筒炉壁１ａ内を上昇させることにより行うようになっている。
【００２２】
上記コンクリート塊Ａは、コンクリート建造物の解体に伴って生じたコンクリート廃材を破砕機によって２０〜４０ｍｍに破砕したものである。この破砕機としては、例えば固定歯と可動歯との間にコンクリート廃材を挟んで破砕するジョークラッシャや、高速で回転するハンマーの衝撃力を利用してコンクリート廃材を破砕するハンマークラッシャや、コンクリート廃材を遠心力によって高速で飛散させることにより、すでに周囲に存在するコンクリート塊Ａに衝突させ、その際の衝撃力で破砕する遠心破砕機等の乾式のものが用いられる。
【００２３】
また、コンクリート塊Ａは、最大寸法で５ｍｍ未満のものを篩で排除したものを充填型加熱炉１に投入することが好ましい。すなわち、このように５ｍｍ未満のコンクリート塊Ａを排除することによって、充填型加熱炉１における垂直方向の上方への熱風の通りが良くなり、コンクリート塊Ａが均一の温度に加熱されることになる。なお、必ずしも５ｍｍ未満のコンクリート塊Ｂを廃材Ｃとして排除しなくてもよい。すなわち、５ｍｍとは異なる大きさ未満のコンクリート塊Ｂを排除してもよく、全く排除しなくてもよい。また、コンクリート塊Ａの加熱温度としては、１００〜５００℃に設定することが好ましい。
【００２４】
コンクリート塊Ａの加熱温度を１００〜５００℃に設定したのは、１００℃未満では、コンクリート塊Ａ中のセメントペーストを脆弱化する上で効果が薄いとともに、セメントペースト等の脱水に多くの時間がかかるからである。また、５００℃超の温度ではコンクリート塊中の粗骨材や細骨材に変質や劣化が生じるおそれがあるからである。そして、この点を考慮すると、実際に加熱する温度は、３００〜３５０℃とすることが好ましい。ちなみに、この実施形態では３００〜３５０℃に設定している。
【００２５】
充填型加熱炉１で加熱処理を受けた後のコンクリート塊Ａは、粗骨材ミル２および細骨材ミル３に順次送られてすりもみ処理がなされるようになっている。
【００２６】
粗骨材ミル２は、二重ドラム型のもので構成されており、外ドラム２１と、この外ドラム２１の内側に同軸状に設けられた内ドラム２２と、この内ドラム２２内に投入された複数のすりもみ媒体２３とを備えている。
【００２７】
外ドラム２１および内ドラム２２は、ともに円筒状の外周壁を有し、その軸線が供給口２２ａ側から搬出口２２ｂ、２１ａ側に向かって水平に保持された状態で、その軸線回りに回転駆動されるようになっている。内ドラム２２には複数の貫通孔が形成されているとともに、その外周に網目サイズが４．５ｍｍ程度の網部２２ｃが巻き付けられている。網部２２ｃは、内ドラム２２内ですりもみ処理によって生じた４．５ｍｍ以下のモルタルＣを篩い分けて外ドラム２１側に移動させるようになっている。すりもみ媒体２３は、耐磨耗性を有する鋼球によって構成されたものであり、コンクリート塊Ａに対する破砕、摩砕によって、粗骨材ＢからモルタルＣを分離するようになっている。
【００２８】
また、上記供給口２２ａは、粗骨材ミル２の軸線方向の一端における内ドラム２２の内側に位置しており、搬出口２２ｂは、粗骨材ミル２の軸線方向の他端における内ドラム２２の内側に位置しており、もう一つの搬出口２１ａは、粗骨材ミル２の軸線方向の他端における内ドラム２２と外ドラム２１との間に位置している。このため、充填型加熱炉１から供給されたコンクリート塊Ａは、供給口２２ａから内ドラム２２内に入り、同内ドラム２２内ですりもみ処理されて粗骨材Ｂとなったものは搬出口２２ｂから搬出されて細骨材ミル３に供給され、すりもみ処理時に内ドラム２２から網部２２ｃを介して外ドラム２１側に流出したモルタルＣは搬出口２１ａから搬出されて細骨材ミル３に供給されるようになっている。
【００２９】
細骨材ミル３は、円筒状の外周壁を有し、その軸線が供給口３ａ側から搬出口３ｂ側に向けて水平に保持された状態で、その軸線回りに回転駆動されるようになっている。この細骨材ミル３は、粗骨材ミル２で分別されたモルタルＣを、粗骨材Ｂをすりもみ媒体として利用するようになっている。このすりもみ処理により、モルタルＣにおける細骨材Ｄからセメントペーストが破砕、摩砕により分離されることになる。
【００３０】
細骨材ミル３において製造された細骨材Ｄおよび粗骨材Ｂは、骨材分級設備４に送られ、細骨材Ｄと粗骨材Ｂとに分級されるようになっている。骨材分級設備４は、篩目が５ｍｍの振動篩４１を備えており、振動篩４１を通過した骨材を細骨材Ｄとして回収し、振動篩４１を通過せず篩い上となった骨材を粗骨材Ｂとして回収するようになっている。
【００３１】
一方、細骨材ミル３で細骨材Ｄが製造されることに伴って、副産微粉が生じることになる。この副産微粉は、細骨材ミル３内を供給口３ａから搬出口３ｂに流れ、微粉分級処理設備５に吸引される空気の流れによって、回収されるようになっている。また、粗骨材ミル２、骨材分級設備４において発生した副産微粉についても、微粉分級処理設備５に吸引される空気の流れによって、回収されるようになっている。また、上述した空気の流れは、粒径が１５０μｍ以下の副産微粉を移送することが可能な速さに設定されている。
【００３２】
微粉分級処理設備５は、図２に示すように、第１の分級器５１と、第２の分級器５２と、バグフィルタ５３とを備えたもので構成されている。第１の分級器５１は、空気の流れによって運ばれてきた１５０μｍ以下の副産微粉のうち、９０μｍ超の副産微粉の通過を阻止し、９０μｍ以下の副産微粉の通過を許容するものである。この第１の分級器５１で捕らえた９０μｍ超で１５０μｍ以下の副産微粉は、粗の副産微粉Ｅとしてタンク５１ａに貯蔵するようになっている。なお、粗の副産微粉Ｅは、細骨材Ｄの粒度調整に利用し、余ったものをタンク５１ａに貯蔵するようにしてもよい。
【００３３】
第２の分級器５２は、第１の分級器５１を通過した９０μｍ以下の副産微粉のうち、３０μｍ超の副産微粉の通過を阻止し、３０μｍ以下の副産微粉の通過を許容するものである。この第２の分級器５２で捕らえられた３０μｍ超で９０μｍ以下の副産微粉は、細の副産微粉Ｆとしてタンク５２ａに貯蔵するようになっている。
【００３４】
バグフィルタ５３は、第２の分級器５２を通過した３０μｍ以下の副産微粉を回収するフィルタを備えたもので構成されている。このバグフィルタ５３で捕らえられた３０μｍ以下の副産微粉は、微細の副産微粉Ｇとしてタンク５３ａに貯蔵するようになっている。また、図３は、１５０μｍ以下の全副産微粉について、粒径と累積頻度との関係について実測した結果を示している。この図から、粒径が３０μｍ以下の副産微粉は、全副産微粉の約６０重量％に達し、粒径が９０μｍ以下の副産微粉は、全副産微粉の約８０重量％に達していることがわかる。
【００３５】
また、１５０μｍ以下の副産微粉について化学分析と熱分析の結果に基づき成分組成を求めたものを表１および表２に示す。表１から、副産微粉全体では、セメント水和物の成分と骨材の成分とがそれぞれ５０重量％の割合で存在していることがわかる。さらに、表２から、３０μｍ超で１５０μｍ以下の副産微粉では、ＳｉＯ2 （酸化珪素）成分が５６．５重量％と多いことから骨材の成分が多く含まれていることがわかるとともに、ＣａＯ成分が１７．６重量％と少ないことからセメント水和物の成分が少ないことがわかる。これに対して、３０μｍ以下の副産微粉では、ＳｉＯ2 成分が４０．４重量％と少なくなっていることから骨材の成分が少なくなっていることがわかるとともに、ＣａＯ成分が３２．６重量％と多くなっていることからセメント水和物の成分が多くなっていることがわかる。
【００３６】
【表１】
【００３７】
【表２】
【００３８】
上記副産微粉は、流体中に含まれる水銀、銅、鉛、亜鉛、クロム、ニッケル、カドミウム、チタン、マンガン、コバルト、ヒ素、スズ、ビスマス等の重金属あるいは重金属化合物やリン酸等の不純物を吸着により排除する不純物吸着材として用いられるようになっている。この場合、１５０μｍ以下の全ての副産微粉、９０μｍ以下の全ての副産微粉、９０〜１５０μｍの粗の副産微粉Ｅ、３０〜９０μｍの細の副産微粉Ｆ、３０μｍ以下の微細の副産微粉Ｇをそれぞれそのまま、不純物吸着材として使用することが可能であるとともに、それぞれの副産微粉を主たる原料として水和反応により所定の形状に硬化させたものを不純物吸着材として使用することが可能である。
【００３９】
上記所定の形状としては、図４の（ａ）に示す球形状のものや、（ｂ）に示す円筒状のものの他、例えば多面体状、多角柱状、多角筒状等のものがある。
【００４０】
また、副産微粉は、表２に示すように、１５０μｍ以下のものでも、ＣａＯを２７．４重量％、ＳｉＯ2 を４６．０重量％程度含むことから、セメント水和物が加熱されて生じたカルシウムシリケート脱水物の再水和反応により、
３ＣａＯ・２ＳｉＯ2 ・３Ｈ2 Ｏ
となって、充分に硬化することになる。すなわち、副産微粉を主たる成分とする原料に適量の水等を加えて混練したスラリーを図示しない型に注入して成形した後、常温で養生することにより、図４（ａ）、（ｂ）に示す球状や円筒状の不純物吸着材Ｐが形成されることになる。なお、粒径が９０μｍ以下の副産微粉や、３０μｍ以下の微細の副産微粉Ｇを原料として用いることにより、ＣａＯの成分が多くなり、活性度の高いものとなるので、さらに速くかつ強度の大きなものに硬化させることができる。
【００４１】
また、副産微粉を主成分とする原料をオートクレーブ養生により硬化させて、不純物吸着材Ｐを製造するようにしてもよい。
この場合、上記原料に二水石膏等の他の原料を加えるとともに、適量の水、アルミニウム等の発泡剤、添加物等を加えて混練したスラリーを約４５℃に調節した状態で、図４（ａ）、（ｂ）に示す球状や円筒状に成形するための型（図示せず）に注入して発泡させ、所望時間硬化させることにより半可塑体となったものを上記型から取り出して、約１８０℃、約１０気圧の飽和水蒸気圧下で養生させる。これにより、軽量気泡コンクリートによって構成された球状や円筒状の不純物吸着材Ｐが形成されることになる。
【００４２】
上記不純物吸着材Ｐは、図５に示すように、浄化容器６１に収納された状態で、不純物の吸着のために使用されることになる。浄化容器６１は、二重管状に形成されたものであり、外管６１ａと内管６１ｂとの間の底面板６１ｃ上に複数の不純物吸着材Ｐを収容するようになっている。なお、図５は、球形状の不純物吸着材Ｐを収容した例を示しているが、円筒状あるいはその他の形状の不純物吸着材Ｐを収容するようにしてもよい。また、不純物吸着材Ｐは、外管６１ａと内管６１ｂとの間の流体が流れる通路に設けられた状態になっている。
【００４３】
また、上記底面部６１ｃは、複数の貫通孔を有するもので構成されている。したがって、不純物を含む水（流体）は、ポンプ６２を介して浄化容器６の上方から外管６１ａと内管６１ｂとの間に供給され、複数の不純物吸着材Ｐの間を通って底面部６１ｃから下方に抜け、さらに内管６１ｂ内を通って、浄化容器６の上方に抜け、タンク６３に排出されるようになっている。そして、不純物吸着材Ｐは、上蓋６１ｄを外すことにより、浄化容器６１に収納したり、取り出したりすることが可能になっている。
【００４４】
次に、上述した骨材再生設備の作用効果について説明する。この骨材再生設備においては、５ｍｍ以上のコンクリート塊Ａを充填型加熱炉１で加熱処理するようにしているので、熱風が各コンクリート塊Ａの間の隙間を流れやすくなる。このため、コンクリート塊Ａの加熱時間の短縮を図ることができるとともに、加熱炉１に投入されたコンクリート塊Ａを一定の温度で均一に加熱することができる。したがって、セメントペーストを均一に脱水脆弱化させることができるので、加熱後のすりもみ処理において、粗骨材や細骨材からセメントペーストを効率よく確実に分離することができる。
【００４５】
また、粗骨材ミル２においては、モルタルＣが網部２２ｃから外ドラム２１側に移動するので、モルタルＣにおける細骨材が鋼球のすりもみ媒体２３によって過度に粉砕されることがない。すなわち、細骨材がすりもみ媒体２３によってさらに小さなものに粉砕されるのを防止することができる。
【００４６】
一方、細骨材ミル３においては、粗骨材Ｂをすりもみ媒体として使用し、鋼球等のすりもみ媒体を使用していないので、すりもみ処理に要するコストの低減を図ることができるとともに、細骨材Ｄが鋼球等の比重の大きなすりもみ媒体によってさらに細かく粉砕されてしまうのを防止することができる。また、粗骨材Ｂについても細骨材ＤやモルタルＣ等によって仕上げ処理をすることができる利点がある。
【００４７】
さらに、粗骨材ミル２、細骨材ミル３および骨材分級設備４において発生した副産微粉を微粉分級処理設備５で回収することができるので、作業環境の悪化を防止することができる。そして、微粉分級処理設備５においては、各分級器５１、５２と、バグフィルタ５３によって、副産微粉を上述した所定の粒度範囲ごとに、粗の副産微粉Ｅ、細の副産微粉Ｆおよび微細の副産微粉Ｇに分級することができる。
【００４８】
また、上記副産微粉を用いた不純物吸着材Ｐにおいては、副産微粉が多孔質状になっていることから、重金属やリン酸等の不純物を含む流体と接触させることにより、当該流体に含まれる不純物を吸着することができる。
【００４９】
この場合、流体としては、気体であっても、水等の液体であってもよい。例えばゴミ焼却設備において発生する重金属やダイオキシン等の不純物を含む飛灰を空気とともに浄化容器６１に供給したり、飛灰等の不純物を洗浄した後の廃水を浄化容器６１に供給したりすることによって、空気や水に含まれる不純物を不純物吸着材Ｐに吸着させることができる。
【００５０】
そして、不純物吸着材Ｐを球形に形成したものにあっては、浄化容器６１内に密度の高い状態で収納することができるので、不純物を効率よく吸着することができる。また、円筒状に形成したものにあっては、表面積が大きくなることから、不純物を吸着する効率が高くなる。特に、不純物吸着材Ｐを常温養生によって成形したものにあっては、当該不純物吸着材Ｐを簡単に製造することができる利点がある。
【００５１】
また、オートクレーブ養生により製造した不純物吸着材Ｐにあっては、不純物吸着材Ｐが発泡によって、さらに多くの空隙を有する多孔質状のものとなるので、流体に含まれる不純物をより効率よく吸着することができる。
【００５２】
しかも、上記発泡による空隙部は、微生物が棲み付くのに充分な大きさになるので、池、湖沼、河川等のＢＯＤ、窒素、リン酸等を微生物によって除去する水質浄化用のブロックとしても有効に利用することができる。また、熱帯魚等を飼育する水槽の水を浄化するブロックとしても活用することができる。
【００５３】
なお、上記実施形態においては、不純物吸着材Ｐとして副産微粉を球形や円筒形状等の所定の形状に形成したもので構成したが、この不純物吸着材としては、副産微粉をそのまま水等の流体に投入して、当該流体中に含まれる重金属等の不純物を吸着するようにしたものであってもよい。この場合、沈澱後の不純物吸着材を回収することにより、不純物を回収することができる。
【００５４】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１または２に記載の発明によれば、加熱後のすりもみ処理によって回収された副産微粉が多孔質状のものとなっているので、その副産微粉を粉体の状態のまま、不純物吸着材として用いて、不純物を含んだ流体、例えば水に投入して撹拌することにより、当該不純物を吸着することができる。
【００５５】
また、副産微粉は、セメント水和物が加熱されて生じたカルシウムシリケート脱水物の再水和反応により、
３ＣａＯ・２ＳｉＯ2 ・３Ｈ2 Ｏ
となって、硬化することになる。したがって、この硬化によって塊状となった多孔質状の不純物吸着材に流体を接触させることによっても、流体中の不純物を吸着することができる。
【００５８】
また、原料を常温養生により硬化させているので、略球形状のものや、筒状のものを、簡単に形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施形態として示したコンクリート塊からの副産微粉を主成分とした不純物吸着材に用いる副産微粉を製造するための骨材再生設備を示す概略構成図である。
【図２】上記骨材再生設備における微粉分級処理設備を示す概略構成図である。
【図３】上記骨材再生設備において産出した副産微粉の粒径と累積頻度との関係を測定した結果を示す図である。
【図４】上記コンクリート塊からの副産微粉を主成分とした不純物吸着材の形状を示す図であって、（ａ）は球状に成形したものの例を示す図であり、（ｂ）は円筒形状に成形したものの例を示す図である。
【図５】上記コンクリート塊からの副産微粉を主成分とした不純物吸着材を収納する浄化容器を示す概略構成図である。
【符号の説明】
Ａ コンクリート塊
Ｂ 粗骨材（骨材）
Ｄ 細骨材（骨材）
Ｅ 粗の副産微粉（副産微粉）
Ｆ 細の副産微粉（副産微粉）
Ｇ 微細の副産微粉（副産微粉）
Ｐ 不純物吸着材
【発明の属する技術分野】
本発明は、流体中に含まれる重金属等の不純物を吸着するためのコンクリート塊からの副産微粉を主成分とした不純物吸着材の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、資源のリサイクルの観点から、解体に伴って廃棄されるコンクリートからセメントや骨材を再生することが行われている。骨材を再生するために、通常、コンクリート廃材を所定の大きさのコンクリート塊に破砕した後、このコンクリート塊を回転式のチューブミルに供給してすりもみ処理を行う。このすりもみ処理により、各コンクリート塊が破砕、摩砕されることから、セメントペーストが取り除かれた粗骨材や細骨材の骨材を得ることができる。また、同時に、セメントペーストが粉砕されたものや骨材の一部が削り取られたものが副産微粉として回収されることになる。
【０００３】
上記再生骨材は、構造用コンクリートの優良な骨材として再利用することができる。
一方、副産微粉については、その主たる用途がいまだ確立しておらず、その用途の開発が強く望まれていた。
【０００４】
そこで、本発明者等は、副産微粉の用途の開発について、鋭意研究を重ねたところ、流体中に含まれる重金属やリン酸等の不純物を吸着する上で有効であることを見出し、本発明に至ったものである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記事情に基づいてなされたものであり、流体中に含まれる重金属等の不純物を吸着することのできるコンクリート塊からの副産微粉を主成分とした不純物吸着材の製造方法を提供することを課題としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、流体中に不純物として含まれる重金属類もしくは重金属化合物またはリン酸を吸着除去するための不純物吸着材の製造方法であって、コンクリート廃材を破砕して得られたコンクリート塊を、１００〜５００℃に加熱処理した後にすりもみ処理して骨材を回収する際に生じた、セメント水和物５０重量％および骨材微粉５０重量％からなる粒径が１５０μｍ以下の副産微粉を捕集し、次いで上記副産微粉に水を加えて混練することによって得られたスラリーを型に注入して成形した後に、常温で養生することを特徴とするものである。
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、上記コンクリート塊を、軸線回りに回転する円筒状のミル内に供給して上記すりもみ処理を行い、かつ上記ミル内の空気を吸引して上記副産微粉を捕集するとともに、当該空気の流速を上記粒径１５０μｍ以下の副産微粉の移送が可能となるように設定したことを特徴とするものである。
【０００７】
上記のように構成された請求項１または２に記載の発明においては、コンクリート塊を１００〜５００℃の温度に加熱することにより、セメントペーストが均一に脱水脆弱化するので、この加熱後のすりもみ処理により、粗骨材や細骨材からセメントペーストを効率よくきれいに落とすことができるとともに、セメントペーストを主成分とする微細な副産微粉を回収することができる。
【０００８】
なお、コンクリート塊の加熱温度を上記のように１００℃以上に設定したのは、１００℃未満では特にセメントペーストの脆弱化の面で効果が低くなるとともに、脱水に多くの時間がかかるようになるからである。また、５００℃以下に設定したのは、５００℃超の温度ではコンクリート塊中の粗骨材や細骨材が変質や劣化を生じるおそれがあるからである。
【０００９】
そして、この副産微粉は、加熱後のすりもみ処理によって、多孔質のものとなるので、その粉体の状態のまま、例えば重金属等の不純物を含んだ液体（流体）に投入して撹拌することにより、当該不純物を吸着することができる。
【００１０】
また、副産微粉は、表２に示すように、例えば１５０μｍ以下のものでも、ＣａＯ（生石灰）を２７．４重量％、ＳｉＯ2 （二酸化珪素）を４６．０重量％程度含んでいることから、セメント水和物が加熱されて生じたカルシウムシリケート脱水物の再水和反応により、
３ＣａＯ・２ＳｉＯ2 ・３Ｈ2 Ｏ
となって、硬化することになる。したがって、この硬化によって塊状となった多孔質状の不純物吸着材に流体を接触させることによっても、流体中の不純物を吸着することができる。
【００１１】
この場合、流体としては、気体であっても、液体であってもよい。例えばゴミ焼却設備において発生する重金属やダイオキシン等の不純物を含む飛灰を空気とともに上記塊状の不純物吸着材に接触させることにより、その不純物を不純物吸着材に吸着させることができる。また、飛灰等の不純物を洗浄した後の廃水を上記塊状の不純物吸着材に接触させることにより、当該不純物を不純物吸着材に吸着させることができる。
【００１４】
また、原料を常温養生により硬化させているので、略球形状のものや、筒状のものを、簡単に形成することができる。そして、常温においても、上述のようにＣａＯを２７．４重量％、ＳｉＯ2を４６．０重量％程度含んでいることから、セメント水和物が加熱されて生じたカルシウムシリケート脱水物の再水和反応により、
３ＣａＯ・２ＳｉＯ2・３Ｈ2Ｏ
を生成させて、充分に硬化させることができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係るコンクリート塊からの副産微粉を主成分とした不純物吸着材の製造方法の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００２０】
図１は、コンクリート廃材から骨材を回収するための骨材再生設備を示す図であり、図２は、骨材再生設備で発生した副産微粉を分級する微粉分級処理設備を示す図である。
【００２１】
図１において、１はコンクリート塊Ａを加熱するための充填型加熱炉である。この充填型加熱炉１は、円筒炉壁１ａの上部に連続的に供給されるコンクリート塊Ａを一定の温度で所定時間加熱した後、円筒炉壁１ａの下部からテーブルフィーダ（図示せず）を介して連続的に排出するようになっている。加熱は、灯油等を燃焼させることによって生じた熱風を円筒炉壁１ａの下方位置の周囲および中央から供給し、円筒炉壁１ａ内を上昇させることにより行うようになっている。
【００２２】
上記コンクリート塊Ａは、コンクリート建造物の解体に伴って生じたコンクリート廃材を破砕機によって２０〜４０ｍｍに破砕したものである。この破砕機としては、例えば固定歯と可動歯との間にコンクリート廃材を挟んで破砕するジョークラッシャや、高速で回転するハンマーの衝撃力を利用してコンクリート廃材を破砕するハンマークラッシャや、コンクリート廃材を遠心力によって高速で飛散させることにより、すでに周囲に存在するコンクリート塊Ａに衝突させ、その際の衝撃力で破砕する遠心破砕機等の乾式のものが用いられる。
【００２３】
また、コンクリート塊Ａは、最大寸法で５ｍｍ未満のものを篩で排除したものを充填型加熱炉１に投入することが好ましい。すなわち、このように５ｍｍ未満のコンクリート塊Ａを排除することによって、充填型加熱炉１における垂直方向の上方への熱風の通りが良くなり、コンクリート塊Ａが均一の温度に加熱されることになる。なお、必ずしも５ｍｍ未満のコンクリート塊Ｂを廃材Ｃとして排除しなくてもよい。すなわち、５ｍｍとは異なる大きさ未満のコンクリート塊Ｂを排除してもよく、全く排除しなくてもよい。また、コンクリート塊Ａの加熱温度としては、１００〜５００℃に設定することが好ましい。
【００２４】
コンクリート塊Ａの加熱温度を１００〜５００℃に設定したのは、１００℃未満では、コンクリート塊Ａ中のセメントペーストを脆弱化する上で効果が薄いとともに、セメントペースト等の脱水に多くの時間がかかるからである。また、５００℃超の温度ではコンクリート塊中の粗骨材や細骨材に変質や劣化が生じるおそれがあるからである。そして、この点を考慮すると、実際に加熱する温度は、３００〜３５０℃とすることが好ましい。ちなみに、この実施形態では３００〜３５０℃に設定している。
【００２５】
充填型加熱炉１で加熱処理を受けた後のコンクリート塊Ａは、粗骨材ミル２および細骨材ミル３に順次送られてすりもみ処理がなされるようになっている。
【００２６】
粗骨材ミル２は、二重ドラム型のもので構成されており、外ドラム２１と、この外ドラム２１の内側に同軸状に設けられた内ドラム２２と、この内ドラム２２内に投入された複数のすりもみ媒体２３とを備えている。
【００２７】
外ドラム２１および内ドラム２２は、ともに円筒状の外周壁を有し、その軸線が供給口２２ａ側から搬出口２２ｂ、２１ａ側に向かって水平に保持された状態で、その軸線回りに回転駆動されるようになっている。内ドラム２２には複数の貫通孔が形成されているとともに、その外周に網目サイズが４．５ｍｍ程度の網部２２ｃが巻き付けられている。網部２２ｃは、内ドラム２２内ですりもみ処理によって生じた４．５ｍｍ以下のモルタルＣを篩い分けて外ドラム２１側に移動させるようになっている。すりもみ媒体２３は、耐磨耗性を有する鋼球によって構成されたものであり、コンクリート塊Ａに対する破砕、摩砕によって、粗骨材ＢからモルタルＣを分離するようになっている。
【００２８】
また、上記供給口２２ａは、粗骨材ミル２の軸線方向の一端における内ドラム２２の内側に位置しており、搬出口２２ｂは、粗骨材ミル２の軸線方向の他端における内ドラム２２の内側に位置しており、もう一つの搬出口２１ａは、粗骨材ミル２の軸線方向の他端における内ドラム２２と外ドラム２１との間に位置している。このため、充填型加熱炉１から供給されたコンクリート塊Ａは、供給口２２ａから内ドラム２２内に入り、同内ドラム２２内ですりもみ処理されて粗骨材Ｂとなったものは搬出口２２ｂから搬出されて細骨材ミル３に供給され、すりもみ処理時に内ドラム２２から網部２２ｃを介して外ドラム２１側に流出したモルタルＣは搬出口２１ａから搬出されて細骨材ミル３に供給されるようになっている。
【００２９】
細骨材ミル３は、円筒状の外周壁を有し、その軸線が供給口３ａ側から搬出口３ｂ側に向けて水平に保持された状態で、その軸線回りに回転駆動されるようになっている。この細骨材ミル３は、粗骨材ミル２で分別されたモルタルＣを、粗骨材Ｂをすりもみ媒体として利用するようになっている。このすりもみ処理により、モルタルＣにおける細骨材Ｄからセメントペーストが破砕、摩砕により分離されることになる。
【００３０】
細骨材ミル３において製造された細骨材Ｄおよび粗骨材Ｂは、骨材分級設備４に送られ、細骨材Ｄと粗骨材Ｂとに分級されるようになっている。骨材分級設備４は、篩目が５ｍｍの振動篩４１を備えており、振動篩４１を通過した骨材を細骨材Ｄとして回収し、振動篩４１を通過せず篩い上となった骨材を粗骨材Ｂとして回収するようになっている。
【００３１】
一方、細骨材ミル３で細骨材Ｄが製造されることに伴って、副産微粉が生じることになる。この副産微粉は、細骨材ミル３内を供給口３ａから搬出口３ｂに流れ、微粉分級処理設備５に吸引される空気の流れによって、回収されるようになっている。また、粗骨材ミル２、骨材分級設備４において発生した副産微粉についても、微粉分級処理設備５に吸引される空気の流れによって、回収されるようになっている。また、上述した空気の流れは、粒径が１５０μｍ以下の副産微粉を移送することが可能な速さに設定されている。
【００３２】
微粉分級処理設備５は、図２に示すように、第１の分級器５１と、第２の分級器５２と、バグフィルタ５３とを備えたもので構成されている。第１の分級器５１は、空気の流れによって運ばれてきた１５０μｍ以下の副産微粉のうち、９０μｍ超の副産微粉の通過を阻止し、９０μｍ以下の副産微粉の通過を許容するものである。この第１の分級器５１で捕らえた９０μｍ超で１５０μｍ以下の副産微粉は、粗の副産微粉Ｅとしてタンク５１ａに貯蔵するようになっている。なお、粗の副産微粉Ｅは、細骨材Ｄの粒度調整に利用し、余ったものをタンク５１ａに貯蔵するようにしてもよい。
【００３３】
第２の分級器５２は、第１の分級器５１を通過した９０μｍ以下の副産微粉のうち、３０μｍ超の副産微粉の通過を阻止し、３０μｍ以下の副産微粉の通過を許容するものである。この第２の分級器５２で捕らえられた３０μｍ超で９０μｍ以下の副産微粉は、細の副産微粉Ｆとしてタンク５２ａに貯蔵するようになっている。
【００３４】
バグフィルタ５３は、第２の分級器５２を通過した３０μｍ以下の副産微粉を回収するフィルタを備えたもので構成されている。このバグフィルタ５３で捕らえられた３０μｍ以下の副産微粉は、微細の副産微粉Ｇとしてタンク５３ａに貯蔵するようになっている。また、図３は、１５０μｍ以下の全副産微粉について、粒径と累積頻度との関係について実測した結果を示している。この図から、粒径が３０μｍ以下の副産微粉は、全副産微粉の約６０重量％に達し、粒径が９０μｍ以下の副産微粉は、全副産微粉の約８０重量％に達していることがわかる。
【００３５】
また、１５０μｍ以下の副産微粉について化学分析と熱分析の結果に基づき成分組成を求めたものを表１および表２に示す。表１から、副産微粉全体では、セメント水和物の成分と骨材の成分とがそれぞれ５０重量％の割合で存在していることがわかる。さらに、表２から、３０μｍ超で１５０μｍ以下の副産微粉では、ＳｉＯ2 （酸化珪素）成分が５６．５重量％と多いことから骨材の成分が多く含まれていることがわかるとともに、ＣａＯ成分が１７．６重量％と少ないことからセメント水和物の成分が少ないことがわかる。これに対して、３０μｍ以下の副産微粉では、ＳｉＯ2 成分が４０．４重量％と少なくなっていることから骨材の成分が少なくなっていることがわかるとともに、ＣａＯ成分が３２．６重量％と多くなっていることからセメント水和物の成分が多くなっていることがわかる。
【００３６】
【表１】
【表２】
上記副産微粉は、流体中に含まれる水銀、銅、鉛、亜鉛、クロム、ニッケル、カドミウム、チタン、マンガン、コバルト、ヒ素、スズ、ビスマス等の重金属あるいは重金属化合物やリン酸等の不純物を吸着により排除する不純物吸着材として用いられるようになっている。この場合、１５０μｍ以下の全ての副産微粉、９０μｍ以下の全ての副産微粉、９０〜１５０μｍの粗の副産微粉Ｅ、３０〜９０μｍの細の副産微粉Ｆ、３０μｍ以下の微細の副産微粉Ｇをそれぞれそのまま、不純物吸着材として使用することが可能であるとともに、それぞれの副産微粉を主たる原料として水和反応により所定の形状に硬化させたものを不純物吸着材として使用することが可能である。
【００３９】
上記所定の形状としては、図４の（ａ）に示す球形状のものや、（ｂ）に示す円筒状のものの他、例えば多面体状、多角柱状、多角筒状等のものがある。
【００４０】
また、副産微粉は、表２に示すように、１５０μｍ以下のものでも、ＣａＯを２７．４重量％、ＳｉＯ2 を４６．０重量％程度含むことから、セメント水和物が加熱されて生じたカルシウムシリケート脱水物の再水和反応により、
３ＣａＯ・２ＳｉＯ2 ・３Ｈ2 Ｏ
となって、充分に硬化することになる。すなわち、副産微粉を主たる成分とする原料に適量の水等を加えて混練したスラリーを図示しない型に注入して成形した後、常温で養生することにより、図４（ａ）、（ｂ）に示す球状や円筒状の不純物吸着材Ｐが形成されることになる。なお、粒径が９０μｍ以下の副産微粉や、３０μｍ以下の微細の副産微粉Ｇを原料として用いることにより、ＣａＯの成分が多くなり、活性度の高いものとなるので、さらに速くかつ強度の大きなものに硬化させることができる。
【００４１】
また、副産微粉を主成分とする原料をオートクレーブ養生により硬化させて、不純物吸着材Ｐを製造するようにしてもよい。
この場合、上記原料に二水石膏等の他の原料を加えるとともに、適量の水、アルミニウム等の発泡剤、添加物等を加えて混練したスラリーを約４５℃に調節した状態で、図４（ａ）、（ｂ）に示す球状や円筒状に成形するための型（図示せず）に注入して発泡させ、所望時間硬化させることにより半可塑体となったものを上記型から取り出して、約１８０℃、約１０気圧の飽和水蒸気圧下で養生させる。これにより、軽量気泡コンクリートによって構成された球状や円筒状の不純物吸着材Ｐが形成されることになる。
【００４２】
上記不純物吸着材Ｐは、図５に示すように、浄化容器６１に収納された状態で、不純物の吸着のために使用されることになる。浄化容器６１は、二重管状に形成されたものであり、外管６１ａと内管６１ｂとの間の底面板６１ｃ上に複数の不純物吸着材Ｐを収容するようになっている。なお、図５は、球形状の不純物吸着材Ｐを収容した例を示しているが、円筒状あるいはその他の形状の不純物吸着材Ｐを収容するようにしてもよい。また、不純物吸着材Ｐは、外管６１ａと内管６１ｂとの間の流体が流れる通路に設けられた状態になっている。
【００４３】
また、上記底面部６１ｃは、複数の貫通孔を有するもので構成されている。したがって、不純物を含む水（流体）は、ポンプ６２を介して浄化容器６の上方から外管６１ａと内管６１ｂとの間に供給され、複数の不純物吸着材Ｐの間を通って底面部６１ｃから下方に抜け、さらに内管６１ｂ内を通って、浄化容器６の上方に抜け、タンク６３に排出されるようになっている。そして、不純物吸着材Ｐは、上蓋６１ｄを外すことにより、浄化容器６１に収納したり、取り出したりすることが可能になっている。
【００４４】
次に、上述した骨材再生設備の作用効果について説明する。この骨材再生設備においては、５ｍｍ以上のコンクリート塊Ａを充填型加熱炉１で加熱処理するようにしているので、熱風が各コンクリート塊Ａの間の隙間を流れやすくなる。このため、コンクリート塊Ａの加熱時間の短縮を図ることができるとともに、加熱炉１に投入されたコンクリート塊Ａを一定の温度で均一に加熱することができる。したがって、セメントペーストを均一に脱水脆弱化させることができるので、加熱後のすりもみ処理において、粗骨材や細骨材からセメントペーストを効率よく確実に分離することができる。
【００４５】
また、粗骨材ミル２においては、モルタルＣが網部２２ｃから外ドラム２１側に移動するので、モルタルＣにおける細骨材が鋼球のすりもみ媒体２３によって過度に粉砕されることがない。すなわち、細骨材がすりもみ媒体２３によってさらに小さなものに粉砕されるのを防止することができる。
【００４６】
一方、細骨材ミル３においては、粗骨材Ｂをすりもみ媒体として使用し、鋼球等のすりもみ媒体を使用していないので、すりもみ処理に要するコストの低減を図ることができるとともに、細骨材Ｄが鋼球等の比重の大きなすりもみ媒体によってさらに細かく粉砕されてしまうのを防止することができる。また、粗骨材Ｂについても細骨材ＤやモルタルＣ等によって仕上げ処理をすることができる利点がある。
【００４７】
さらに、粗骨材ミル２、細骨材ミル３および骨材分級設備４において発生した副産微粉を微粉分級処理設備５で回収することができるので、作業環境の悪化を防止することができる。そして、微粉分級処理設備５においては、各分級器５１、５２と、バグフィルタ５３によって、副産微粉を上述した所定の粒度範囲ごとに、粗の副産微粉Ｅ、細の副産微粉Ｆおよび微細の副産微粉Ｇに分級することができる。
【００４８】
また、上記副産微粉を用いた不純物吸着材Ｐにおいては、副産微粉が多孔質状になっていることから、重金属やリン酸等の不純物を含む流体と接触させることにより、当該流体に含まれる不純物を吸着することができる。
【００４９】
この場合、流体としては、気体であっても、水等の液体であってもよい。例えばゴミ焼却設備において発生する重金属やダイオキシン等の不純物を含む飛灰を空気とともに浄化容器６１に供給したり、飛灰等の不純物を洗浄した後の廃水を浄化容器６１に供給したりすることによって、空気や水に含まれる不純物を不純物吸着材Ｐに吸着させることができる。
【００５０】
そして、不純物吸着材Ｐを球形に形成したものにあっては、浄化容器６１内に密度の高い状態で収納することができるので、不純物を効率よく吸着することができる。また、円筒状に形成したものにあっては、表面積が大きくなることから、不純物を吸着する効率が高くなる。特に、不純物吸着材Ｐを常温養生によって成形したものにあっては、当該不純物吸着材Ｐを簡単に製造することができる利点がある。
【００５１】
また、オートクレーブ養生により製造した不純物吸着材Ｐにあっては、不純物吸着材Ｐが発泡によって、さらに多くの空隙を有する多孔質状のものとなるので、流体に含まれる不純物をより効率よく吸着することができる。
【００５２】
しかも、上記発泡による空隙部は、微生物が棲み付くのに充分な大きさになるので、池、湖沼、河川等のＢＯＤ、窒素、リン酸等を微生物によって除去する水質浄化用のブロックとしても有効に利用することができる。また、熱帯魚等を飼育する水槽の水を浄化するブロックとしても活用することができる。
【００５３】
なお、上記実施形態においては、不純物吸着材Ｐとして副産微粉を球形や円筒形状等の所定の形状に形成したもので構成したが、この不純物吸着材としては、副産微粉をそのまま水等の流体に投入して、当該流体中に含まれる重金属等の不純物を吸着するようにしたものであってもよい。この場合、沈澱後の不純物吸着材を回収することにより、不純物を回収することができる。
【００５４】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１または２に記載の発明によれば、加熱後のすりもみ処理によって回収された副産微粉が多孔質状のものとなっているので、その副産微粉を粉体の状態のまま、不純物吸着材として用いて、不純物を含んだ流体、例えば水に投入して撹拌することにより、当該不純物を吸着することができる。
【００５５】
また、副産微粉は、セメント水和物が加熱されて生じたカルシウムシリケート脱水物の再水和反応により、
３ＣａＯ・２ＳｉＯ2 ・３Ｈ2 Ｏ
となって、硬化することになる。したがって、この硬化によって塊状となった多孔質状の不純物吸着材に流体を接触させることによっても、流体中の不純物を吸着することができる。
【００５８】
また、原料を常温養生により硬化させているので、略球形状のものや、筒状のものを、簡単に形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施形態として示したコンクリート塊からの副産微粉を主成分とした不純物吸着材に用いる副産微粉を製造するための骨材再生設備を示す概略構成図である。
【図２】上記骨材再生設備における微粉分級処理設備を示す概略構成図である。
【図３】上記骨材再生設備において産出した副産微粉の粒径と累積頻度との関係を測定した結果を示す図である。
【図４】上記コンクリート塊からの副産微粉を主成分とした不純物吸着材の形状を示す図であって、（ａ）は球状に成形したものの例を示す図であり、（ｂ）は円筒形状に成形したものの例を示す図である。
【図５】上記コンクリート塊からの副産微粉を主成分とした不純物吸着材を収納する浄化容器を示す概略構成図である。
【符号の説明】
Ａ コンクリート塊
Ｂ 粗骨材（骨材）
Ｄ 細骨材（骨材）
Ｅ 粗の副産微粉（副産微粉）
Ｆ 細の副産微粉（副産微粉）
Ｇ 微細の副産微粉（副産微粉）
Ｐ 不純物吸着材
Claims (2)
- 流体中に不純物として含まれる重金属類もしくは重金属化合物またはリン酸を吸着除去するための不純物吸着材の製造方法であって、
コンクリート廃材を破砕して得られたコンクリート塊を、１００〜５００℃に加熱処理した後にすりもみ処理して骨材を回収する際に生じた、セメント水和物５０重量％および骨材微粉５０重量％からなる粒径が１５０μｍ以下の副産微粉を捕集し、次いで上記副産微粉に水を加えて混練することによって得られたスラリーを型に注入して成形した後に、常温で養生することを特徴とするコンクリート塊からの副産微粉を主成分とした不純物吸着材の製造方法。 - 上記コンクリート塊を、軸線回りに回転する円筒状のミル内に供給して上記すりもみ処理を行い、かつ上記ミル内の空気を吸引して上記副産微粉を捕集するとともに、当該空気の流速を上記粒径１５０μｍ以下の副産微粉の移送が可能となるように設定したことを特徴とする請求項１に記載のコンクリート塊からの副産微粉を主成分とした不純物吸着材の製造方法。
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