JP4538575B2 - 岩ズリとゴミ溶融スラグの混合による人工石 - Google Patents
岩ズリとゴミ溶融スラグの混合による人工石 Download PDFInfo
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Description
本発明は、岩石の採掘によって生じる岩石のダスト、すなわち未利用資源の岩ズリと循環型資源を推進するため、都市ゴミの溶融施設から排出される溶融物を粉砕したゴミ溶融スラグを利用した、岩ズリとゴミ溶融スラグの混合による人工石に関する。
秋田県男鹿市の岩石は、採掘に伴って、岩石のダスト、いわゆる岩ズリ(粒径5mm以下）が副産物として産出される。しかもこの岩ズリは、ポーラスで吸水膨張性も高いため、土木・建築資材の用途には皆無の状態である。岩ズリは岩石の採掘によって生じるため、年間かなりの量が堆積されているのが現状である。しかしながら、秋田県の地場産業を活性化するためには、豊富な岩石の採掘に伴って生じる岩ズリの有効利用を検討することが是非とも必要である。
また、ゴミ溶融スラグは、秋田市の一般家庭ゴミや事業所のゴミを１８００℃〜１９００℃の高温で溶融し、再資源化したもので、年間約１３,７００〜１５,２６０ｔ排出されるが、このうち資源として再利用される量は、主にコンクリートの二次製品など、年間１,０００ｔ程度であり、他の用途として用いられることはほぼ皆無の状態である。
従来、都市ゴミの溶融施設から排出される溶融物を粉砕したゴミ溶融スラグを利用した、微粉砕したゴミ溶融スラグと消石灰の混合による路盤改良材が知られている（特許文献１を参照）。この公知技術では、都市ゴミの溶融施設から排出される溶融物を急冷凝固した後、微粉砕した粒径４２５〜１０μｍの範囲のゴミ溶融スラグ５０重量％と土材料５０重量％とからなる混合土に消石灰５〜１５重量％添加した路盤改良材である。
その他に、焼却灰を主原料として用い，これに添加剤として消石灰を投入した後，灰溶融炉で焼却灰を燃焼して溶融スラグ化し，これが結晶化して砕石としての製造方法（特許文献２を参照）やＣaＯ分含有廃材および/または鉄鋼製造プロセスで発生するスラグを主原料として炭酸反応により塊状の人工石材を製造する方法（特許文献３を参照）さらに製造コストを押し上げることなく，安定的に高炉スラグ硫黄成分を除去し，所望の着色を得ることができる着色岩石の製造方法が知られている（特許文献４を参照）。
一般にコンクリートに使用される粗骨材の品質は、吸水率が大きいほど骨材自身の膨張が生じ、結果としてコンクリートの劣化が問題となる。
また、ゴミ溶融スラグは、秋田市の一般家庭ゴミや事業所のゴミを１８００℃〜１９００℃の高温で溶融し、再資源化したもので、年間約１３,７００〜１５,２６０ｔ排出されるが、このうち資源として再利用される量は、主にコンクリートの二次製品など、年間１,０００ｔ程度であり、他の用途として用いられることはほぼ皆無の状態である。
従来、都市ゴミの溶融施設から排出される溶融物を粉砕したゴミ溶融スラグを利用した、微粉砕したゴミ溶融スラグと消石灰の混合による路盤改良材が知られている（特許文献１を参照）。この公知技術では、都市ゴミの溶融施設から排出される溶融物を急冷凝固した後、微粉砕した粒径４２５〜１０μｍの範囲のゴミ溶融スラグ５０重量％と土材料５０重量％とからなる混合土に消石灰５〜１５重量％添加した路盤改良材である。
その他に、焼却灰を主原料として用い，これに添加剤として消石灰を投入した後，灰溶融炉で焼却灰を燃焼して溶融スラグ化し，これが結晶化して砕石としての製造方法（特許文献２を参照）やＣaＯ分含有廃材および/または鉄鋼製造プロセスで発生するスラグを主原料として炭酸反応により塊状の人工石材を製造する方法（特許文献３を参照）さらに製造コストを押し上げることなく，安定的に高炉スラグ硫黄成分を除去し，所望の着色を得ることができる着色岩石の製造方法が知られている（特許文献４を参照）。
一般にコンクリートに使用される粗骨材の品質は、吸水率が大きいほど骨材自身の膨張が生じ、結果としてコンクリートの劣化が問題となる。
本発明は、岩石の採掘によって生じる岩石のダスト、すなわち粉砕した岩ズリと都市ゴミの溶融施設から排出される溶融物を粉砕したゴミ溶融スラグを利用した、岩ズリとゴミ溶融スラグの混合によって、硬質で吸水率の小さい人工石を提供することを目的とする。
本発明の岩ズリとゴミ溶融スラグの混合による人工石の製造方法は、岩ズリとゴミ溶融スラグをそれぞれ微粉砕し、これらにセメントを安定材として添加し、一定の水量のもとで練り混ぜ、この混練材料を球状成形型加圧装置に入れて球状にし、一定期間養生後、焼成して人工石とするものである。
本発明の岩ズリとゴミ溶融スラグの混合による人工石は、微粉砕した粒径２５０μｍ以下の岩ズリ２５重量％と微粉砕した粒径２５０μｍ以下のゴミ溶融スラグとからなる混合材料に、セメント２〜５重量％の範囲で添加し、一定の水量のもとで練り混ぜ、この混練材料を球状成形型加圧装置により球状に成形し、一定期間養生後、焼成したものである。
本発明の岩ズリとゴミ溶融スラグの混合による人工石は、前記球状成形型加圧装置により粒径３０ｍｍ程度の球状にしたものである。
本発明の岩ズリとゴミ溶融スラグの混合による人工石は、微粉砕した粒径２５０μｍ以下の岩ズリ２５重量％と微粉砕した粒径２５０μｍ以下のゴミ溶融スラグとからなる混合材料に、セメント２〜５重量％の範囲で添加し、一定の水量のもとで練り混ぜ、この混練材料を球状成形型加圧装置により球状に成形し、一定期間養生後、焼成したものである。
本発明の岩ズリとゴミ溶融スラグの混合による人工石は、前記球状成形型加圧装置により粒径３０ｍｍ程度の球状にしたものである。
本発明の岩ズリとゴミ溶融スラグを所定の配合割合に対して、セメント２〜５重量％の範囲で添加して焼成した人工石(粒径３０ｍｍ程度)は、通常の石材と比べての密度が小さく、吸水率も小さいため、十分製品化が期待できる。
とりわけ，岩ズリ２５重量％，ゴミ溶融スラグ７５重量％の配合割合で，セメント２〜５重量％添加で焼成した人工石は、スラグの含有量割合が多いため、全体が緻密に再結晶化し、かつ硬度に富むため、今後製品化・事業展開が可能である。
とりわけ，岩ズリ２５重量％，ゴミ溶融スラグ７５重量％の配合割合で，セメント２〜５重量％添加で焼成した人工石は、スラグの含有量割合が多いため、全体が緻密に再結晶化し、かつ硬度に富むため、今後製品化・事業展開が可能である。
以下に、本発明の岩ズリとゴミ溶融スラグの混合による人工石の製造工程を説明する。
岩ズリおよびゴミ溶融スラグをそれぞれ粒径２５０μｍ以下に微粉砕する。
微粉砕した岩ズリとゴミ溶融スラグを７５重量％：２５重量％、５０重量％：５０重量％、２５重量％：７５重量％の３種類の配合割合で混合し、これらの配合割合の混合物に対して２〜５重量％のセメントを安定材として混合する。
これらを一定の水量のもとで練り混ぜ、この混練した材料を球状成形型加圧装置により所定の球状に成形し、一定期間（２８日）養生後、高温１１１５〜１１６０℃で５〜１８０分間焼成する。
これにより、３０ｍｍ程度の球状の人工石が作製される。この人工石は全体が緻密に再結晶化し、かつ硬度に富むものである。
この発明では一般の土木・建築材料としての粗骨材を主眼としている。
岩ズリおよびゴミ溶融スラグをそれぞれ粒径２５０μｍ以下に微粉砕する。
微粉砕した岩ズリとゴミ溶融スラグを７５重量％：２５重量％、５０重量％：５０重量％、２５重量％：７５重量％の３種類の配合割合で混合し、これらの配合割合の混合物に対して２〜５重量％のセメントを安定材として混合する。
これらを一定の水量のもとで練り混ぜ、この混練した材料を球状成形型加圧装置により所定の球状に成形し、一定期間（２８日）養生後、高温１１１５〜１１６０℃で５〜１８０分間焼成する。
これにより、３０ｍｍ程度の球状の人工石が作製される。この人工石は全体が緻密に再結晶化し、かつ硬度に富むものである。
この発明では一般の土木・建築材料としての粗骨材を主眼としている。
図１、図２に本発明の球状成形型加圧装置の概略図を示す。
本発明の球状成形型加圧装置は、空気圧等の流体により作動されるシリンダー１と、該シリンダー１の作動により往復動されるピストンロッド２と、該ピストンロッド２の先端に固定された加圧板３と、該加圧板３により内部の混練材料Ｍがペレット状に押出成形される成形容器４と、該成形容器４から押し出されたペレット状の混練材料Ｓを移送するＵ字状断面の傾斜シュート５と、該傾斜シュート５の先端に上下に配置されたＵ溝成形主ローラ６及びＵ溝成形従ローラ７から構成される。
なお、８は機台、９は傾斜調節台、１０は空気吹き出し口、Ｍは混練材料、Ｓはペレット状混練材料である。
本発明の球状成形型加圧装置は、空気圧等の流体により作動されるシリンダー１と、該シリンダー１の作動により往復動されるピストンロッド２と、該ピストンロッド２の先端に固定された加圧板３と、該加圧板３により内部の混練材料Ｍがペレット状に押出成形される成形容器４と、該成形容器４から押し出されたペレット状の混練材料Ｓを移送するＵ字状断面の傾斜シュート５と、該傾斜シュート５の先端に上下に配置されたＵ溝成形主ローラ６及びＵ溝成形従ローラ７から構成される。
なお、８は機台、９は傾斜調節台、１０は空気吹き出し口、Ｍは混練材料、Ｓはペレット状混練材料である。
次に、本発明の球状成形型加圧装置の操作動作を添付図面に基づいて以下に説明する。
微粉砕した岩ズリとゴミ溶融スラグを７５重量％：２５重量％、５０重量％：５０重量％、２５重量％：７５重量％の配合割合で混合し、この配合割合の混合物に対して２〜５重量％のセメントを安定材として混合し、これらを一定の水量のもとで練り混ぜ、この混練材料Ｍを成形容器４に充填する。
シリンダー１を作動させてピストンロッド２を伸長させて加圧板３により前記混練材料Ｍを押し出して前記成形容器４の下部からペレット状に混練材料Ｓを傾斜シュート５へ供給する。
前記ペレット状混練材料Ｓは前記傾斜シュート５を空気吹き出し口１０からのエアーにより転動落下し、上下に配置されたＵ溝成形主ローラ６及びＵ溝成形従ローラ７間に至り、前記Ｕ溝成形主ローラ６及びＵ溝成形従ローラ７間に挟まれて加圧され粒径３０ｍｍの球状に成形される。
微粉砕した岩ズリとゴミ溶融スラグを７５重量％：２５重量％、５０重量％：５０重量％、２５重量％：７５重量％の配合割合で混合し、この配合割合の混合物に対して２〜５重量％のセメントを安定材として混合し、これらを一定の水量のもとで練り混ぜ、この混練材料Ｍを成形容器４に充填する。
シリンダー１を作動させてピストンロッド２を伸長させて加圧板３により前記混練材料Ｍを押し出して前記成形容器４の下部からペレット状に混練材料Ｓを傾斜シュート５へ供給する。
前記ペレット状混練材料Ｓは前記傾斜シュート５を空気吹き出し口１０からのエアーにより転動落下し、上下に配置されたＵ溝成形主ローラ６及びＵ溝成形従ローラ７間に至り、前記Ｕ溝成形主ローラ６及びＵ溝成形従ローラ７間に挟まれて加圧され粒径３０ｍｍの球状に成形される。
岩ズリ
使用した岩ズリは秋田県男鹿市寒風山の採石場で採取したものでその物理的性質および化学成分を表２、表３に示す。
使用した岩ズリは秋田県男鹿市寒風山の採石場で採取したものでその物理的性質および化学成分を表２、表３に示す。
ゴミ溶融スラグ
使用したスラグは秋田市総合環境センターの溶融施設からの排出されたゴミ溶融
スラグであり、物理的性質および化学成分を表４、表５に示す。またスラグ単体による溶出量試験と含有量試験の結果は、いずれも土壌環境基準を満たしている。
使用したスラグは秋田市総合環境センターの溶融施設からの排出されたゴミ溶融
スラグであり、物理的性質および化学成分を表４、表５に示す。またスラグ単体による溶出量試験と含有量試験の結果は、いずれも土壌環境基準を満たしている。
ゴミ溶融スラグの潜在水硬性
二酸化珪素（ＳｉＯ２）が多量に含有し、かつガラス質９０％以上含有しており、水またはアルカリ水溶液で反応して水硬性を発揮する。微粉砕によって比表面積が増大、より潜在水硬性が増加する。
二酸化珪素（ＳｉＯ２）が多量に含有し、かつガラス質９０％以上含有しており、水またはアルカリ水溶液で反応して水硬性を発揮する。微粉砕によって比表面積が増大、より潜在水硬性が増加する。
人工石の作製
１．人工石の材料
・岩ズリを２５０μｍに微粉砕
・ゴミ溶融スラグを２５０μｍに微粉砕
２．実験条件
１）微粉砕した岩ズリとゴミ溶融スラグの配合
・岩ズリ７５重量％、ゴミ溶融スラグ２５重量％（乾燥重量比）
・岩ズリ５０重量％、ゴミ溶融スラグ５０重量％（乾燥重量比）
・岩ズリ２５重量％、ゴミ溶融スラグ７５重量％（乾燥重量比）
２）上記１）の３種類の配合条件下でのセメントの配合割合
・２％、５％の２種類
３．上記２）条件で作製した混合材料の焼成温度と焼成時間
・岩ズリ７５重量％、ゴミ溶融スラグ２５重量％は、１１１５〜１１４５℃で１２０〜１８０分
・岩ズリ５０重量％、ゴミ溶融スラグ５０重量％は、１１２０〜１１４５℃で４０〜１００分
・岩ズリ２５重量％、ゴミ溶融スラグ７５重量％は、１１３５〜１１６０℃で５〜２５分
４．電気炉の燃焼の温度段階と燃焼時間
ステップ１：３００℃まで２時間燃焼
ステップ２：３００℃〜６００℃まで２時間
ステップ３：６００℃〜９００℃まで２時間
ステップ４：９００℃〜上記の配合割合による焼成温度まで２時間
ステップ５：ステップ４の焼成温度℃到達後の燃焼時間は、上記の配合割合に依存する。
１．人工石の材料
・岩ズリを２５０μｍに微粉砕
・ゴミ溶融スラグを２５０μｍに微粉砕
２．実験条件
１）微粉砕した岩ズリとゴミ溶融スラグの配合
・岩ズリ７５重量％、ゴミ溶融スラグ２５重量％（乾燥重量比）
・岩ズリ５０重量％、ゴミ溶融スラグ５０重量％（乾燥重量比）
・岩ズリ２５重量％、ゴミ溶融スラグ７５重量％（乾燥重量比）
２）上記１）の３種類の配合条件下でのセメントの配合割合
・２％、５％の２種類
３．上記２）条件で作製した混合材料の焼成温度と焼成時間
・岩ズリ７５重量％、ゴミ溶融スラグ２５重量％は、１１１５〜１１４５℃で１２０〜１８０分
・岩ズリ５０重量％、ゴミ溶融スラグ５０重量％は、１１２０〜１１４５℃で４０〜１００分
・岩ズリ２５重量％、ゴミ溶融スラグ７５重量％は、１１３５〜１１６０℃で５〜２５分
４．電気炉の燃焼の温度段階と燃焼時間
ステップ１：３００℃まで２時間燃焼
ステップ２：３００℃〜６００℃まで２時間
ステップ３：６００℃〜９００℃まで２時間
ステップ４：９００℃〜上記の配合割合による焼成温度まで２時間
ステップ５：ステップ４の焼成温度℃到達後の燃焼時間は、上記の配合割合に依存する。
とりわけ、岩ズリ２５重量％とゴミ溶融スラグ７５重量％の配合割合で、セメント２〜５重量％の添加で焼成した人工石は、スラグの含有量割合が多いため、全体が緻密に再結晶化し、かつ硬度に富むため、今後製品化・事業展開が可能である。
１ シリンダー
２ ピストンロッド
３ 加圧板
４ 成形容器
５ 傾斜シュート
６ Ｕ溝成形主ローラ
７ Ｕ溝成形従ローラ
８ 機台
９ 傾斜調節台
１０ 空気吹き出し口
２ ピストンロッド
３ 加圧板
４ 成形容器
５ 傾斜シュート
６ Ｕ溝成形主ローラ
７ Ｕ溝成形従ローラ
８ 機台
９ 傾斜調節台
１０ 空気吹き出し口
Claims (2)
- 岩ズリとゴミ溶融スラグを微粉砕し、これらにセメントを安定材として添加し、一定の水量のもとで練り混ぜ、この混練材料を球状成形型加圧装置に入れて球状にし、一定期間養生後、焼成して人工石とすることを特徴とする岩ズリとゴミ溶融スラグの混合による人工石の製造方法。
- 微粉砕した岩ズリと微粉砕したゴミ溶融スラグからなる混合材料に、セメント２〜５重量％の範囲で添加し、一定の水量のもとで練り混ぜ、この混練材料を球状成形型加圧装置により球状に成形し、一定期間養生後、焼成したことを特徴とする岩ズリとゴミ溶融スラグの混合による人工石。
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