JPH03179A - 焼却灰の固化方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 零発朗は焼却灰の固化方法に係り、特に焼却灰を水熱反
応させて加熱加圧固化させることにより、圧壊強度の高
い固化体を得ることを可能とした焼却灰の固化方法に関
するものである。

［従来の技術］ 焼却灰の中には種々の金属が含まれており、そのまま埋
め立て処分或は海洋投棄処分を行なった場合、焼却灰中
からの金属の溶出が問題となる。

特に放射性廃棄物の焼却灰に関しては、放射能の溶出及
び保管時の安全性の面から焼却灰の固化プロセスが必要
となる。

従来の焼却灰の固化方法としては、セメント固化法、ア
スファルト固化法があるが、固化剤に対する焼却灰の含
有率が少ないため、廃棄物の量が多くなワてしまり、ま
たアスファルトについては、可燃性であることから、固
化物の防火対策が必要であり、また固化体自体の強度も
小さい。

放射性廃棄物の固化方法としては、プラスチック法や熔
融固化法があるが、固化剤或は固化容器が高価であり、
ランニングコストが高くつき、設備も大型となる。

上述の通り、セメント固化法、７スフアルト固化法、プ
ラスチック固化法、熔融固化法等の従来の固化法には、
固化体の体積が著しく増加する、固化体が可燃性を有し
強度が小さい、高価である、大型の設備を要する等の問
題があった。

このような問題点を解決するものとして、本出願人は、
焼却灰中に含まれるＳｉｏ２を利用し、これにＮａＯＨ
を添加して水熱反応させて焼却灰を固化させる方法、即
ち、 ５ｉＯｚ及びＡ　１１２０３を含む焼却灰に、Ｎａ０Ｈ
ｓ又はＮａＯＨとＳｉＯ２含有物質を、添加後の混合物
中の含有率が、 ５ｉ０２　２５〜９０Ｉｉ量％、 Ｎａ２Ｏ２〜ｌＯ重量％、 Ａｕ２０３　５重量％以上でかつモル％で。

５ｉ０２含有率よりも少ない、 となるように添加すると共に、水を混合物１００重量部
に対して５重量部以上添加して混練し、この混練物を圧
カフ　０　Ｋ　ｇ　／　ｃ　ｒｄ以上、温度１５０℃以
上の加熱加圧状態に保持して固化させることを特徴とす
る焼却灰の固化方法を見出し、先に特許出願した（特願
昭５９−１９９７４３号）。

上記特願昭５９−１９９７４３号の方法に従って、焼却
灰にＮａＯＨ及び所望によりＳｉＯ２を添加し、水を加
えて混練した後、これを水熱反応させることにより、少
なくとも部分的に水和した含アルカリアルミノシリケー
トの３次元ネットワークを有する固化体が得られる。こ
の固化体中には金属が保持され、かつ固化体の強度も高
く、金属イオンの溶出等が極めて少ない。また焼却灰の
体積も著しく小さくなるという優れた効果が達成される
。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、焼却灰の組成、種類によっては、上記特
願昭５９−１９９７４３号の方法では必要以上の添加剤
を添加することとなり、処理コストがかさみ経済的に不
利となる場合がある。

因みに、Ｎａを全く含んでいない焼却灰に本願で示す０
．５〜２，５重量部のＮａＯＨ粉末を添加すると、特願
昭５９−１９９７４３号で規定するＮａ２Ｏ含有率は０
．３９〜１．９５重量％になる。

本発明は上記実情に鑑みてなされたものであって、圧壊
強度の高い固化体を低コストにて得ることができる焼却
灰の固化方法を提供することを目的とする。

［課題を解決するための手段］ 本発明の焼却灰の固化方法は、５ｉＯｚ及びＡ、１Ｌ２
０ｓを含む乾燥焼却灰１００重量部に、水５〜１５重量
部と、下記■〜■、即ち、■　ＮａＯＨ粉末０．５〜２
．５重量部■　Ｃａ（ＯＨ）ａ粉末３〜１５重量部■　
ＣａＣＪ！２粉末３〜１５重量部 よりなる群から選ばれる１種又は２種以上の物質とを添
加混合し、得られた混合物を圧力１００Ｋ　ｇ　／　ｃ
　ｍ’以上、温度１００〜４００℃の加熱加圧状態に保
持して固化させることを特徴とする。

以下に本発明について詳細に説明する。

本発明において固化処理対象とする乾燥焼却灰は、５Ｌ
Ｏ２及びＡ１２０ｇを含むものであり、都市ごみ焼却灰
、下水汚泥焼却灰、産業廃棄物焼却灰、石炭焼却灰等が
挙げられ、特に、これらの焼却灰中、燃焼ガスに同伴し
て排出され、排ガス処理装置にてサイクロン、バグフィ
ルタ−２電気集塵機等の捕集手段で捕集された飛灰（粉
末状）が好適である。

なお、湿式排ガス処理装置を採用すると飛灰を含んだ廃
水が発生する。この廃水の処理過程で発生するスラッジ
を本発明方法に従って処理する場合は、含水率３０重量
％以下に脱水、乾燥させてから適用するのが好ましい。

また、炉の底部から排出される炉底灰については、同重
量以上の飛灰と混合して、本発明に通用するのが好まし
い。

本発明においては、このような乾燥焼却灰１００重量部
に対して、水５〜１５重量部と、下記■〜■の１ｆｌ又
は２種以上を添加混合する。

■　ＮａＯＨ粉末０．５〜２．５重量部■　Ｃａ　（Ｏ
Ｈ）２粉末３＝１５重量部■　（：ａＣＪ！２粉末３〜
１５重量部なお、水をＮａＯＨ粉末、Ｃａ　（ＯＨ）２
粉末及びＣａＣｌ２２粉末の１種又は２種以上と共に添
加する場合、水は予めＮａＯＨ粉末、Ｃａ　（ＯＨ）ｉ
粉末又はＣａＣｌ１２粉末と共に混合して、水溶液又は
水スラリーの形で添加混合しても良い。添加混合処理の
操作性、混合の均−性及び反応性等の面からは、水は上
記粉末の水溶液又は水スラリーの形で添加するのが有利
である。

上記添加物のうち、水は焼却灰１００重量部に対して５
重量部未満では得られる固化体の圧縮強度が弱く、１５
重量部を超えると不経済である。

ＮａＯＨ粉末は焼却灰１００１ｉ量部に対して０．５重
量部未満では得られる固化体の圧縮強度が弱く、２．５
重量部を超えると不経済である。

Ｃａ　（ＯＨ）２粉末は焼却灰１００重量部に対して３
重量部未満では得られる固化体の圧縮強度が弱く、１５
重量部を超えると不経済である。

ＣａＣ，Ｑ２粉末は焼却灰１００重量部に対して３重量
部未満では得られる固化体の圧縮強度が弱く、１５重量
部を超えると不経済である。

なお、本発明において、処理する焼却灰中には、５ｉ０
２が２５重量％以上、Ａ１２０３が３重量％以上存在す
ることが好ましい。従って、例えば、５ｉ０２が不足す
る場合には、必要に応じて５ｉ０２含有物質を添加する
。５ｆ０２含有物質としては、珪石粉末や白土粉末等が
好適であるが、５ｉ０２を多く含む焼却灰を用いても良
い。

所定量の添加物を添加混合して得られた混合物は、次い
で、圧力１００Ｋｇ／ｃｔｎ’以上、温度１００〜４０
０℃の加熱加圧状態に保持して水熱反応を行なわせ混合
物の固化を行なわせる。即ち本発明は、この水熱合成反
応により、少なくとも部分的に水和した含アルカリアル
ミノシリケートの３次元骨格構造（ネットワーク）を形
成し、これにより焼却灰を固化させると共に、焼却灰中
に含まれる各種金属（とりわけ重金属）をこのネットワ
ーク中に封じ込めるようにしたものである。

次に５ｉＣ）＋、Ａｊ２ａＯ３、その他の含有率の範囲
について説明する。

５ｆＯ２は、前述の含アルカリアルミノシリケートのネ
ットワークを作る酸化物であり、その含有率が２５重量
％よりも少ないと、ネットワークが十分に形成されず、
固化体の強度も不十分で脆いものとなる。また、５ｉ０
２の上限は特に規定されるものではないが、Ｎａ２ｏ、
ＡＪＺ２０ｓの下限値が０．４重量％、３重量％である
ので、本発明においては、ＳｉＯ２含有率を９５重量％
以下とするのが好ましい。なお、特に好ましい範囲は３
０〜６０重量％である。

Ａｌ２Ｏ３は、それ単独ではネットワークを構成するこ
とはできないがネットワーク中のＳｉＯ２の一部と置き
替わることによりネットワークを構成する。そしてネッ
トワーク中でＳｉ２、入れ替わった八１は負電荷を有し
、プラスの電荷を有する金属イオンを保持するようにな
る。

Ａ、９２０ｇが３重量％よりも少ないとネットワークの
金属イオン封鎖（封じ込め）機能が低下する。またＡＪ
Ｚ２０３含有率がモル％で５ｆＯ２よりも多いと、ネッ
トワークが十分には成長しないようになる。

Ｎａ２Ｏは水熱反応中にＳｉＯ２やＡｌ２Ｏ３と反応し
、アルミノシリケートのネットワーク構成反応や水和反
応を促進する。Ｎａ、２０が０，４重量％よりも少ない
とこの反応促進が不十分となる。

本発明において、水熱反応の圧力は１００Ｋｇ／　ｃ　
ｍ”以上である。圧力の上限は、実用的には５００　Ｋ
　ｇ　／　ｃ　ｍ’程度である。なお圧力は、当然なが
らその反応温度における水の蒸気圧よりも高い圧力とし
、水熱状態になるようにする。

水熱反応の温度は、１００℃よりも低いと、固化反応が
進行せず、極めて強度の低い固化体しか得られないが、
４００℃を超えると装置の材料面で問題がある。特に好
ましい温度は２００〜３５０℃以上である。

水熱反応時間は、５分から１時間程度で七分である。水
熱反応の圧力、温度が低い場合にはこの反応時間は長目
になり、逆に圧力、温度を高くすれば反応時間は短くて
足りる。

本発明の方法において、水熱反応を行なわせるには、筒
体の一端又は両端に圧縮ピストンを嵌装させて筒体中央
に反応充填室を形成した装置を用いるのが便利である。

即ち、水を添加して混練した混合物をこの反応充填室内
に充填し、圧縮ピストンで充填物を圧縮しながら加熱し
て水熱反応を行なわせるのである。

即ち、まず焼却灰を秤量し、■〜■の添加物の１種又は
２ｆ！以上、必要に応じて５ｉ０２含有物質を添加して
混合した後、反応装置に充填し、加圧しながら加熱し、
水熱反応を行なわせる。

なお秤量に先立って、焼却灰に含まれるボルト、ワイヤ
あるいは焼結した焼却灰の粗大粒子を取り除く等の前処
理を施しておけば、後工程が容易になる。

所定時間経過後、反応装置の温度を下げ固化体を取り出
す。

本発明方法においては、混合物を反応装置に充填するに
際して、混練物を２又はそれ以上に区分けし、−区分は
量を反応装置に充填する毎にプレス（以下、仮プレスと
いうことがある。）するようにするのが好ましい。この
ように仮プレスすれば、焼却灰の充填が均一になり、良
好な固化体を得ることができる。また、反応装置内に充
填された一区分は量の混練物が直ちに圧縮されてその体
積が小さくなるので、反応装置内に多量の混練物を充填
することが可能となり、定まった反応装置の中で効率良
く大きな固化体を得ることができる。この仮プレス圧は
、固化反応時の圧力よりも小さくて良く、例えば固化反
応時の圧力の１／１０程度で良い、なお、区分けした混
合物を全て反応装置内に充填した後のプレスは、このよ
うな軽度の仮プレスを行なうことなく、固化反応時の圧
力でプレスし、反応を開始すれば足りる。

而して、本発明の方法においては、固化反応を行なって
いるときに、被処理焼却灰が加熱加圧状態にあれば良く
、所定の反応圧力への昇圧と、所定の反応温度への昇温
は、これらのいずれかを先行させても良く、これらを同
時に行なっても良い。

ところで、このような加熱加圧に際して、従来は、筒体
内に灰を充填して筒体内の充填物をピストンで圧縮し、
電気ヒータ、高温ガス、高温液体、高周波等で筒体を加
熱し、高温になった筒体からの熱伝導で加熱する、所謂
外部加熱法により加熱を行なっている（例えば特開昭５
９−１１８１００号）。

しかしながら、外部加熱方式では、加熱効率が悪く、加
熱に長時間を要し、大量処理が難しいという欠点がある
。例えば、外部加熱法により、直径２０〜３０ｃｍとい
った大型の固化体とする場合には、加熱加圧による固化
に２〜６時間もの長時間を要し、処理効率が著しく悪い
という欠点があった。

そこで、本発明においては、ファインセラミックス等の
電気絶縁体で筒体を構成し、圧縮ピストンを導電材製と
してこれを電極とし、この電極に高周波電圧を印加して
、筒体内の焼却灰の混合物を°圧縮しながら高周波読導
加熱する、所謂内部加熱法にて加熱加圧を行なうのが好
ましい、内部加熱法によれば、著しく高い加熱効率にて
処理することが可能とされ、加熱加圧状態は１０〜３０
分といった極めて短い時間に短縮されるため、大量処理
が図れる。

［作用］ 焼却灰に水と前記■〜■の添加物の１種又は２種以上と
を添加混合した後、これを水熱反応させることにより、
必要最少量の添加物にて低コストで少なくとも部分的に
水和した含アルカリアルミノシリケートの３次元ネット
ワークを有する固化体が得られる。この固化体中には金
属が保持され、かつ固体化の強度も高く、金属イオンの
溶出等が極めて少ない。また焼却灰の体積も著しく小さ
くなる。

［実施例］ 以下に本発明を実施例を挙げて更に具体的に説明するが
、本発明はその要旨を超えない限り以下の実施例に限定
されるものではない。

実施例１ 第１表に示す組成を有する焼却灰Ａ、Ｂを、１７〜２０
ｇ秤量し、この焼却灰に第２表に示す添加物を添加混合
し、内径２０ｍｍφの反応筒に充填し、第２表に示す圧
力及び温度にて２０分間保持し水熱反応させ、固化体と
した。

得られた固化体の圧壊強度を測定し、結果を第２表に示
した。

第２表より明らかなように、本発明の方法によれば、多
量の添加物を用いることなく、適度な加熱加圧条件にて
、低コストで概ね７０　Ｋ　ｇ　／　ｃ　ｒｎ”以上と
いった高圧壊強度の固化体が得られる。

［発明の効果］ 以上の詳述した通り本発明の焼却灰の固化方法によれば
、低コストで高強度の固化体を得ることができ、その工
業的有用性は極めて高い。

代理人　　弁理士　　重　野　　剛

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）ＳｉＯ＿２及びＡｌ＿２Ｏ＿３を含む乾燥焼却灰
   １００重量部に、水５〜１５重量部と、下記［１］〜［
   ３］よりなる群から選ばれる１種又は２種以上の物質と
   を添加混合し、得られた混合物を圧力１００Ｋｇ／ｃｍ
   ＾２以上、温度１００〜４００℃の加熱加圧状態に保持
   して固化させることを特徴とする焼却灰の固化方法。 ［１］ＮａＯＨ粉末０．５〜２．５重量部 ［２］Ｃａ（ＯＨ）＿２粉末３〜１５重量部［３］Ｃａ
   Ｃｌ＿２粉末３〜１５重量部