JPH06144896A

JPH06144896A - 公の固形廃棄物の焼却で残った灰の固定化及び利用方法

Info

Publication number: JPH06144896A
Application number: JP24431092A
Authority: JP
Inventors: H Guston Frederick; エイチ・ガストンフレデリック; P Shannonhouse Hugh; ピー・シャノンハウスヒュー; W Stiron Robert; ダブリュ・スティロンロバート
Original assignee: Municipal Services Corp
Current assignee: Municipal Services Corp
Priority date: 1992-08-20
Filing date: 1992-08-20
Publication date: 1994-05-24

Abstract

(57)【要約】【構成】底灰成分および飛散灰成分を集め、加工処理
不可能な物質を除去するためおよび所望のサイズに粉砕
可能な成分を粉砕するために底灰成分を加工処理し、少
なくとも加工処理された底灰成分から磁気を有する物質
を磁気的に分離し、重金属を固定するためにアルカリシ
リケイトで灰の少なくとも飛散灰成分を処理し、２４時
間後でも取り扱うことができるような充分な強度を有す
るペレットを形成するため、たとえば、混合物における
他のバインダーまたはセメントを添加することによっ
て、加工処理された灰を利用するという工程を含むＭＳ
Ｗ灰の利用方法。【目的】公の固形廃棄物を燃焼することによって生じ
る灰を再利用するための方法、およびその製造物を提供
することを目的とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、公の固形廃棄物の焼
却で生じる灰をアスファルト質のあるいはポートランド
セメントのコンクリートに混合できるように小さな塊状
に加工し利用するための方法およびその製造物に関す
る。ただし、そのような混合は、米国環境保護局（ＥＰ
Ａ）により１９９０年に制定された連邦飲料水基準に適
合することを前提としている。

【０００２】

【従来の技術及びその課題】利用可能な公の固形廃棄物
（以下、ＭＳＷと略称する）のうち多くの部分は、火に
よる大量焼却ないしはゴミから出る燃焼性物質の燃焼に
より減少してしまう。焼却による処理方法は増加を続
け、１９９０年の時点では１６０基以上の焼却装置が使
用され、米国で生じる固形廃棄物の１０〜１５％が焼却
されていた。

【０００３】固形廃棄物の焼却により生じる副産物は灰
であり、これはＭＳＷ灰と呼ばれている。焼却前の体積
の約１／４が灰として含まれている。

【０００４】この発明は、ＭＳＷ灰から得られる製造物
を定着化しペレット化しようとするものであり、製造物
は、毒素や金属などの有害物質に関する１９９０年の米
国の連邦飲料水基準に適合するように製造される。

【０００５】ここにいう「灰」とは、初期の選別でサイ
ズの大きな不燃性のあるいは粉砕不可能な物を取り除い
た後の焼却により生じた比較的サイズの大きな残存物も
含む概念である。サイズの大きな灰は、「飛散灰」と
「底灰」に分類できる。一般には、灰全体のうち飛散灰
の占める割合は５〜１５％で、その中には焼却装置の火
格子の表面から剥離し、対流や乱流により灰に混じる軽
い粒子も含まれる。また、煙突システムの中で凝縮し、
あるいは形成される粒子も含まれる。そのような飛散灰
は、集塵器のバグフィルターや沈降器によって分離され
る。飛散灰には、また、過剰加熱器やエコノマイザーで
発生する灰も含まれ、それらはボイラーの内部にたまっ
たもので、時々行われる吹落しにより落下して灰と一緒
になる。また、煙突内の灰ガスに含まれる二酸化イオ
ウ、塩化水素酸、フッ化水素酸を中和するために排ガス
中に試薬として石灰が混合されるが、そのような排ガス
調整システムにおける使用済の石灰も灰に含まれる。高
温の排ガスは、灰から水分を蒸発させて、乾燥した粉末
とし、それらは集塵器で分離されて飛散灰と一緒にされ
る。排ガス調整システムで生じた飛散灰は底灰といっし
ょにされるかあるいは、乾式のサイロのような所に別々
に保管されるが、それは設備の運転上の問題である。

【０００６】一方、底灰は火格子の上にたまる大型の残
存物である。底灰は所定の保管場所へ搬ばれるが、消化
水槽ないしはタンクに直接落下することも多い。固形廃
棄物が焼却されるとき、その一部分は不燃物であり、そ
れらは焼却工程において底灰と共に残存物となる。その
残存物は、ボトル、缶、岩、金属、スラグ、ある種の有
機物であり、そのような大きな物は、この発明を実施す
るときには、前述のように焼却設備において予め選別さ
れることになる。

【０００７】有毒のあるいは有毒でない有機物について
考慮すると、焼却する側において許容できないゴミを選
別するか、あるいは、そのようなゴミを持ち込ませない
ようにする必要がある。たとえば、ミネソタ州ヘンネッ
ピン地方の廃棄物エネルギ化施設においては、爆発物、
病理学上ないしは生物のゴミ、放射性物質、焼却炉残存
物、汚物、および汚水のスラッジ、人体あるいは動物、
タイヤなどの乗用車の部品、農業機器トランス、樹木、
液体のゴミ、その他これらに類する物は受領不可として
登録されている。それ故に、そのような物がＭＳＷない
しはその灰の一部を構成することはない。それにも拘ら
ず有機または無機化合物の広い範囲の物が、不可避適に
焼却炉に持ち込まれ、それら物質ないし化合物のある部
分は灰の中に認められているのである。ダイオキシンや
フューランス（ｆｕｒａｎｓ）のような危険な有機物質
が灰の中に含まれる可能性があるにしても、所定の燃焼
温度および燃焼時間が維持されて適切な処理がなされる
施設から集められた灰の場合には、有害な水準よりも十
分に含有量が低いことが実験で確認されている。

【０００８】多くの無機化合物は、アルミニウム、カル
シウム、塩素、鉄、ケイ素、ナトリウム、亜鉛をその主
要な物質として炭素とともに含んでいる。灰は、また、
資源保護及び回復法（ＲＣＲＡ）において、優先するも
のとして規定された８つの金属（Ａｓ，Ｂａ，Ｃｄ，Ｈ
ｇ，Ｓｅ，Ａｇ）が含まれる希少金属の広い範囲のも
の、銅、コバルト、ニッケル、スズを含んでいる。一般
的な施設においては、混合された灰における主要な成分
は表１に示されている。

【０００９】

【表１】二酸化ケイ素４０％以上酸化アルミニウム１０〜２０％酸化鉄１０〜２０％酸化マグネシウム１〜６％酸化ナトリウム１〜６％酸化カリルム１〜６％硫酸イオン１〜６％塩素イオン１〜６％リン酸イオン１〜６％

【００１０】無機成分のうち、含有量の少ないものは表
２に示され、ここでは、１トンあたりの灰に含まれる物
質のポンド数で示している。

【００１１】

【表２】公のゴミ焼却炉の混合灰における無機成分の含有量物質名ポンド／灰１トンヒ素＊〜０．１０バリウム０．１６〜５．４０カドミウム＊〜０．２０クロム０．０２〜３．００鉛０．０６〜７３．２０水銀＊〜０．０４セレニウム＊〜０．１０銀＊〜０．１９アルミニウム１０．００〜１２０．００アンチモン＜０．２４〜＜０．５２ベリリウム＊〜＊ボロン０．０５〜０．３５カルシウム８．２〜１７０．００コバルト＊〜０．１８銅０．０８〜１１．８鉄１．３８〜２６７．００リチウム０．０１〜０．０７４マグネシウム１．４０〜３２．００マンガン０．０３〜６．２６モリグデン＊〜２５．８２ニッケル０．０３〜０．５８リン０．５８〜１０．００カリウム０．５８〜２４．００ケイ素２．７６〜３９２．１４ナトリウム２．２０〜６６．６０ストロンチウム０．０２〜１．２８スズ０．０３〜０．７６チタン２．００〜５６．００バナジウム０．０３〜０．３０イットリウム＊〜０．０２亜鉛０．１８〜９２．００（酸素、塩素、硫酸塩を除く）＊１ポンドの１／１００未満

【００１２】一般には、飛散灰は、埋立地に搬ぶために
焼却施設において底灰と一緒にされる。灰のうちごく一
部のものだけは、商業的な利用に供し得ることが確認さ
れている。しかし、灰からの製造物が人体にさらされる
状況において、上記のような物質が安全に処理されたと
認められるような承認、特に環境保護局による基準はな
かった。

【００１３】飛散灰と使用済石灰とが処理ないしは処分
のために底灰と混合されると、灰の混合物は１５〜２０
％の水分を含有することになる。飛散灰と使用済石灰は
それ自体は乾燥しているが、本来的に湿り易く、底灰に
含まれる水分を吸収することによって、全体的に見ると
混合により灰の含有量は低下する。底灰の水分含有量は
高く、飛散灰が別の容器に分けて収納され搬ばれるよう
な場合には、２０〜３０％である。

【００１４】従来における利用化の試みは、危険物質又
は化合物に対して処理を行なうものであり、灰がその部
分部分において金属やその他の不純物の含有率が異なっ
ているという事実を利用するものではなかった。また、
灰はそれぞれ物理的に離れた場所で形成され集められる
ため、飛散灰の部分と底灰の部分とはそれらに含有され
る化合物等の種類や量の違いに応じて適切な処理が行な
われるべきであるのにそれがなされていなかった。

【００１５】環境保護及び回復法（ＲＣＲＡ）及び法
（公法９４ー５８０（１９７６））に従って行動する代
理の規定機関による連邦基準法（４０ＣＲＲ１４２）
第４０章の改正法では、固形廃棄物と飲料水における安
全性確保のための上限値が次表のように規定された。

【００１６】

【表３】連邦飲料水基準による上限ｍｇ／リットル環境保護法の固形廃棄物１９９０年指定金属での上限連邦飲料水基準ヒ素５．００．０５バリウム１００．０１．００カドミウム１．００．０１クロム５．００．１０鉛５．００．０５水銀０．２０．００２セレニウム１．００．０１銀５．００．０５

【００１７】環境保護及び回復法（ＲＣＲＡ）で規定さ
れた特に重要な８つの金属については、飲料水の基準は
同じ金属の固形廃棄物の基準の１／１００以上に設定さ
れている。従来の技術では、毒性抽出法（Toxically Ch
aracteristic Leaching Procedurre, TCLP）による測定
で連邦飲料水基準に適合する固形廃棄物の灰から製造し
たものは、商業的に利用できるものではなかった。な
お、毒性抽出法（TCLP）は、環境保護法による方法１３
１１号と連邦記録５１の２１６４８に適合している。

【００１８】毒性抽出法は、使用するＮｏ．２の液体の
ｐｈがかなり低い（２．８８）ため、抽出毒性テスト
（ＥＰ−ＴＯＸ（環境保護法の方法１３１０号））に比
して感度の高い試験であることが発見された。また、異
なる研究所による試験結果においては、毒性抽出法の方
が抽出毒性テストに比して再現性が高いことが確認され
た。

【００１９】毒性抽出法は、今や環境保護法により抽出
毒性テストに代わるものとされており、毒性抽出法の感
度の高さは、固形廃棄物の灰の処理及び利用方法に新た
な進展を要求することとなった。

【００２０】

【発明の目的】本発明は、ＭＳＷ灰から経済的で有用な
生成物を製造することを目的とする。この製造物は、環
境的に許容可能である第一級の加工処理されたＭＳＷ、
および好適なセメント性物質、およびポゾランを含有す
る混合用小塊からなるものがよい。

【００２１】

【課題を解決するための手段】本発明の一つの形状であ
るペレット状の混合用小塊は、平たいペレット状として
製造、または形成される、熱を吸収しにくく固められた
ポートランドセメント生成物である。球形状のペレット
は強くそして耐久性を有しており、ポートランドセメン
トコンクリートとして使用する際、充分使用可能である
ように、物理的、そして化学的に混合用小塊として求め
られる事項を満足することができるものである。ペレッ
ト状でない物質は、砂物質として使用することができ、
化学的に固着されるであろう。

【００２２】熱を吸収しにくく固められたペレットタイ
プの混合用小塊は、セメント性物質と、粘土と、加工処
理された公の固形廃棄物灰からなる混合物を含んでお
り、有しており、最大約４メッシュという大きさを有し
ている。混合用小塊ペレットは、４８時間、５０゜Ｆ以
下という環境で処理されたり、または加熱処理された混
合物は、さらなる重金属の固定化、および固形化のた
め、トンネルまたはロータリーキルンで焼かれるであろ
う。このことをなすため、粘土が０％から４０％の範囲
で添加されてもよい。この方法によれば、溶脱可能なダ
イオキシンおよびフランは、存在しないかまたは測定不
可能である混合用小塊ペレットを生じ、この混合用小塊
ペレットは、溶脱可能なＲＣＲＡで規定された重要金属
は連邦指定飲料水基準以下であり、機械的特定化、物理
的特定化に従うものである。より好ましくは、ペレット
は、混合物として望ましい特定の有用な特性を付加でき
るような一つ以上の物質でコーティングされる。したが
って、ペレットがアスファルト混合物として使用される
のであるなら、好ましい活性を有する生石灰界面と同様
に、−２００メッシュの酸化カルシウム、およびカルシ
ウムの水和物の軽い粉末を、混合用小塊ペレットをシー
ルするための微細な裂け目、細孔を有する表面を膨張、
および堅めるため接触させることにより、比較的低い吸
収作用が達成できる。これは実質上、混合用小塊ペレッ
トにおけるアスファルト吸収を２％以下に減少させる。
ペレットが、ポートランドセメントコンクリートととも
に使用されるのであれば、ペレット混合物中および／ま
たはペレット表面に好ましい疎水性コーティング剤、ま
たは疎水性物質を混合させることにより、ペレットに疎
水性を与えるということは望ましい。

【００２３】ＭＳＷ灰の最初の加工工程において、本発
明の範囲は飛散灰成分と底灰とを混ぜて処理するという
範囲も含むにもかかわらず、飛散灰成分と、底灰成分と
を分けることはより好ましい。混合用小塊ペレット製造
施設は灰化装置付近、もし可能なら、バイパス処分側付
近に配置されるのがよいであろう。底灰は、シールされ
た土台施設に運ばれ、耐水性のカバーされたダンプトラ
ックに運ばれる。在庫調整のため、入ってくるトラック
は到着したときに重量を量り、荷を降ろす場所へと進ん
でいくことができる。そして底灰は、大きいサイズのも
の、および加工処理不可能な塊を除去するため、粗悪な
粉末（de-lumper ）を介して加工処理される。そしてサ
イズが１”またはそれ以上の粉砕不可能な大きなサイズ
の物質を除去する１台以上のふるいにかける。上記ふる
いから、最初の処理加工された底灰は、直接処理加工エ
リアに運ばれ、またはもし必要であるなら放射性スタッ
クを使用した灰貯蔵ホールなどの貯蔵庫に置かれるであ
ろう。

【００２４】比較的乾燥した飛散灰の断片、つまり飛散
灰、または効力のなくなった生石灰と化合した飛散灰
は、乾燥した大きな空間を有するタンカートラックの施
設に運ばれる。運ばれると、トラックは、重量を量ら
れ、気学的に乾燥した貯蔵サイロに下ろされる。最新の
排気制御、たとえば石炭飛散灰、およびセメント業界で
現在使用されている規格、および装置のようなものが飛
散灰を取り扱うために使用されるべきであるということ
が理解される。

【００２５】飛散灰加工処理工程において、少なくとも
底灰成分は、最大サイズを＋４メッシュから＋８メッシ
ュに縮小するため、および鉄や磁気性酸化鉄（ＩＩＩ）
（Ｆｅ₂Ｏ₃）形状の磁気性を有する断片の重要な部分を
除去するため、加工処理される。１０重量％より多くな
い最終的な混合用小塊生成物は、酸化鉄（ＩＩ）として
鉄が過剰であるということはより好ましい。存在する鉄
の総量は、注意深く除去することによって、磁気的に分
離することによって制御されるであろう。残存する磁気
を有する鉄の断片という点では無視することができ、他
方製造物はすぐにブレンド、または混合されるサイズ、
好ましくは４メッシュを越えないサイズに粉砕および／
またはふるいにかけられる。もちろん、鉄含有量のいく
らかは、ポートランドセメント、または石炭灰の一部と
して混合されるが、これは鉄のコンタミネーション源と
して認められるべきであろう。

【００２６】ＲＣＡＲで規制された重要金属が高い濃度
で存在し、飛散灰断片からすばやくリークしているとい
うことをテストは示している。底灰断片のそれから分離
固定することによって、飛散灰断片は、処理するために
必要な量より少ない量のアルカリシリケイト、好ましく
は珪酸カリウムで処理されるであろう。しかしながら、
そのような過程の環境上の妥当性に従って保証を提供す
るため、工程は開始され、それによって底灰の金属断片
は、常時、所望の分離された断片、または飛散灰と結合
した断片のような重要な重金属の実質上の遊離を残すと
いうことを保証するため注意深く観察される。

【００２７】もし飛散灰のみが化学的固定化処理を受け
る場合には、それは好ましいことであるが、その部分は
最終的な混合物の適切な配合比のもとにミキサーに添加
され、重金属の固定化のための薬品が所定の水によって
所望の濃度とされて添加される。水分含有量は、灰１ト
ン当り約８０〜１００ポンドである。固定化剤と粒子と
を接触させて重金属を不活性化するために、それらを短
時間（通常は２〜５分）攪拌させた後、底灰およびそれ
に含まれる水が混合される。底灰の水の含有量はその混
合物の１５〜２５％で一定とされる。処理され細粒化さ
れた底灰と、処理された排ガスシステムの飛散灰との割
合は、その適切な利用のために、消却設備において生じ
た副産物におけるそれらの比とほぼ同じであることが望
ましい。なお、特別な記載がない限り、ここでのパーセ
ントは重量パーセントである。

【００２８】混合された飛散灰と底灰はピンミキサーに
送られ、そこで、ポートランドセメントの形態のセメン
ト性物質、石灰、及び／または石炭飛散灰と混合され
る。この時点において、シリカ煙霧のようなポゾラン性
の薬品が添加される。さらに、必要に応じて、カオリン
のような非膨張性粘土が混合物全体の１％の割合で混合
される。また、水分を減少させる薬品や親水性物質が加
えられることもある。界面活性剤が水の必要量を少なく
するとともに、飛散灰の濡れ性を補足するために加えら
れる。そして、そのような混合物は一般的なパンペレタ
イザーに供給され、ここでペレットにされる。

【００２９】その後は、固化したペレットに所望の性質
を与えるために、その表面をコーティングすることが望
ましい。例えばドラムミキサーを使用して固化していな
い白地のペレットの表面に微細な生石灰のコーティング
を施すことにより、生石灰がペレットの表面とその内部
の微細な空孔に集められ、これによって、アスファルト
のペレットへの吸収は２％以下に減少させられる。その
後、コーティング処理の続きとして水の微細な噴霧が行
なわれ、これによって、酸化カルシウムの加水分解と、
コーティング剤のペレット内部の微細な空孔への侵入が
生じ、ペレットの封止処理が効果的に行なわれる。余剰
の酸化カルシウムはペレットの表面に留まり、アスファ
ルト混合物の中で反剥離剤として機能する。

【００３０】ペレット内へのアスファルトの侵入を防ぐ
別のあるいは補足的な手段は、グリコールの合成物をペ
レット化の前の混合物に添加することである。例えば、
エチレングリコールはアスファルトをはじくので、混合
物自体にアスファルトをはじく性質を与えることがで
き、これにより、前述の石灰によるコーティングをして
もしなくてもよいことになる。

【００３１】ペレットがコンクリートの充填材として使
用される場合には、白地のペレットをセメントと粘土の
混合物でコーティングし、密度の高い硬い被覆層を形成
することが望ましい。同時に、その表面をカルシウムス
テアリン酸や、オハイオ州クリーブランドのマスター・
ビルダー・テクノロジーズによりレオミックス（Rheomi
x）の名称で販売されている液体混合物などの疎水性粉
末でコーティングすることが望まれる。さらに、ペレッ
ト化の前に、ポゾラン（コンクリート混和材）内のポー
トランドセメント１００ポンドにつき１／１０〜１％の
割合でミックス２３５が加えられることがある。

【００３２】重金属の固定化剤としてケイ酸カリウム塩
が添加される。ケイ酸ナトリウムの方が価格が低いが、
ナトリウムはコンクリート混合物の内部で硫酸塩と反応
して膨張性物質を構成するので好ましくない。しかしな
がら、好適な条件下ではケイ酸ナトリウムの使用可能で
ある。より好ましいケイ酸カリウム塩は、ニュージャー
ジー州０７７１２ワナマサのローパット・インダストリ
ーズ・インクにより販売されているミックスＫ−２０が
含まれ、その内容な米国特許４，６８７，３７３に記載
されている。

【００３３】この発明により製造された結果物は、空気
中において速やかに固化し、所要の圧縮強度が２４時間
以内ないしは４８時間以内に得られる。結果物に初期の
時点で所定の圧縮強度が付与されるので、もし必要であ
れば、製造後２日以内でハンドリングして早期の利用に
供することができる。この発明においては、２インチの
立方体は２４時間で１８００ｐｓｉ以上の圧縮強度が得
られ、４８時間で２０００〜３０００ｐｓｉの圧縮強度
が得られる。また、混合物に、１〜５％水酸化カルシウ
ムを添加することにより、２４５時間経過後の強度をさ
らに高めるとともに、アスファルトの吸収をより減少さ
せることができる。

【００３４】結果物がコーティングされた状態では、前
述のように、ＡＳＴＭーＤ−２０４１によれば、算出さ
れるアスファルト吸収率は、３．５％を上回ることがな
く、場合によっては２％を上回ることもない。硫酸塩の
安定度は、ＡＳＴＭーＣ−８８の試験法によれば要求値
を越えることがなく、ＡＳＴＭ−Ｃ−５３５に従ったロ
サンジェルスでの剥離及び衝撃試験によれば、剥離と衝
撃による体積減少も４０％を越えることがない。さら
に、結果物は、ＡＳＴＭーＣー６６６及びＡＡＳＨＴＯ
ーＴ−１０３に従った凍結および解凍試験における対す
る抵抗も高い。また、脆い粘土粒子の量も２％を上回る
ことがないので、ＡＳＴＭーＣ−１４２及びＡＳＴＭー
Ｃー３３１に規定された脆性の要求にも合致している。

【００３５】また、機械的及び物理的要求に加えて、充
填材としての結果物は、Ｆｅ₂Ｏ₃等の鉄の化合物は重量
で１０％、場合によっては８％を上回ることがない。最
も重要なのは、ー１００メッシュまで粉砕されたものを
前述のＴＣＬＰ法で試験した場合の結果が、環境保護局
のＳＷ−８４６に適合するかどうかである。この発明の
充填材では、１９９０年の連邦飲料水基準のＲＣＲＡの
８つの金属に関する条件に適合している。よって、本発
明の充填材はアスファルト質のものやポートランドセメ
ント内において要求以上の特性を示す。

【００３６】

【実施例】図面は、ＭＳＷ灰を処理するこの発明の方法
の好ましい例を示す概略的な流れ図である。前述のよう
に、排ガス調整システムの飛散灰の部分は処理施設にお
いて受け取られ、好ましくは底灰の部分と分離した状態
で保管される。まず、底灰の部分は、ＭＳＷ灰の主たる
体積を占める重くかさばった状態で炉１０に存在してい
る。

【００３７】この底灰は、炉１０から取り出され、収容
エリア１１に置かれる。なお、炉１０は前述のように大
量焼却炉であることが望ましい。その際、底灰は、ショ
ベルローダーのような適当な把持手段で把持され、グリ
ズリースクリーン１２の形態をなす第１の分離装置に供
給される。ここで、収容エリア１１の底灰は、その時点
において大まかな選別がなされており、所定の寸法を越
えた塊や不燃物、あるいは焼却されなかった物が取り除
かれ、埋立地に廃棄されている。もちろん、そのような
選別は、この方法の実施のための設備に持ち込まれる前
に行なわれることが望ましい。

【００３８】グリズリーないしはヴァージニア州サフフ
ォークのアマダ工業のトロンメル回転式スクリーン１２
は、２．０インチを越えるあるゆるものを取り除いて容
器１３に排出し、２．０インチ以下の塊を粉砕器１５に
供給する。粉砕器１５において、固まりになった灰は衝
撃により粉砕され、粉々にされて第２のスクリーン１８
に供給される。第２のスクリーン１８は、例えば１．０
インチを越えるものを取り除いて容器１９に排出し、
１．０インチ以下の塊は堆積場２０に搬入される。収容
エリア１１から堆積場２０までの間の初期の工程の間に
は、１．０インチを越える破砕不能な物を取り除く工
程、れんがや固まりになった灰を粉砕して利用し得る状
態とする工程も含まれる。

【００３９】この場合において、何段階にもわたって、
鉄あるいはそれに類する金属の粒子を磁気的手段により
取り除くべきである。鉄系の成分が多いこと、やがてそ
れらがポートランドセメントのコンクリート混合物の中
で酸化し、かつ膨張し、錆の発生や物理的破壊の原因と
なるからである。

【００４０】磁気的分離の最初の段階では、磁気ベルト
式分離器２２が使用される。磁気ベルト式分離器２２で
は、磁化する金属粒子あるいは塊の大部分が取り除か
れ、金属用容器２３に排出される。磁気ベルト式分離器
２２を通った灰は、３つの分離部分を有する三段階スク
リーン３０に供給される。これにより、最も粗大なもの
で１〜３／８インチであったものが、最終的に４〜８メ
ッシュ、好ましくは８メッシュの範囲に調整される。

【００４１】灰は、三段階スクリーン３０から３つの方
向へ搬出される。そのうちの２つは、破砕器３３と３４
に接続され、灰の粒子の大きさを減少するとともに灰を
第２のスクリーン３６，３７にそれぞれ供給するように
なっている。スクリーン３６により分離された大きな粒
子は破砕器３４に供給される。スクリーン３７で分離さ
れた粒子は、容器４０に廃棄される。各スクリーン３
６，３７を通過した灰は、三段階スクリーンによって分
離されなかった灰に混合され、底灰は、大きさがそろっ
た利用に供しうる状態となる。図に示す合流地点４２に
おける灰の粒子の大きさは表４に示す通りである。

【００４２】

【表４】大量消却による底灰の成分粒子の大きさ正味対全体残存通過非鉄物質鉄系Ｆｅ重量（％）（％）（％）（ポンド） + 3/4" 435.5 5.5 5.5 100.0 340.9 100.6 22.8 3/4" - 3/8" 1,459.0 18.3 23.89 94.5 937.8 359.6 27.7 3/8" - No.4 1,676.7 21.0 44.88 76.2 1,427.5 351.4 19.8 No.4 - No.16 1,437.8 18.0 62.85 55.2 1,090.2 369.2 25.3 - No.16 2,964.7 37.2 2

【００４３】ふるい分けされて大きさがそろえられた底
灰は、互いに連設された一対の磁気的分離ドラム４４，
４５に供給される。ここで分離された磁性成分は、ライ
ン４６を通って鉄用容器４７に廃棄される。この時点に
おいて、底灰の鉄の含有量は８％以下となるべきであ
り、しかも鉄分のほとんどは磁性のない酸化鉄である。
この時点において、底灰は、飛散灰とともにさらに次の
処理を受け得る状態である。

【００４４】酸化鉄は、最初の段階から６０％減少させ
られ、Ｆｅ含有量は概ね全体の２０％から８％以下にま
で減少させられる。焼却される前の鉄系金属の含有量
は、もちろんさまざまである。しかしながら、本発明の
処理を行なうことによって、底灰及び飛散灰中の混合物
中の鉄系金属の含有量を概ね８％以下とすることができ
る。

【００４５】排ガス調整システムの飛散灰は、さらに石
灰を必要以上に含む場合が多い。ＡＱＣＳ飛散灰は、乾
燥状態に維持される容器５０から圧縮空気によるコンベ
アによりサージホッパー５１へ搬送される。飛散灰の部
分は前述のＲＣＲＡによる８種類の重金属を高い濃度で
含むため、飛散灰の部分には、ヘラなどを用いた混和式
のミキサー５２内で固定化薬品による処理がなされなけ
ればならない。前述した化学的固定化には、好ましくは
カリウムのケイ酸塩を含む薬品５５が用いられ、それ
は、水分含有量を約１８％に設定するために必要な量の
水とともにミキサー５２に投入される。

【００４６】このステージでの処理の他の例として、定
着化処理における飛散灰１トン当りの水分含有量は約８
０〜１００ポンドに調整され、Ｋ−２０薬品５５は、飛
散灰１トン当り０．５ガロン投入される。重金属の固定
化は、灰の粒子との接触により瞬時に行なわれ、ミキサ
ー５２内においてＡＱＣＳ飛散灰は２〜５分の間激しく
攪拌され、完全な固定化がなされる。

【００４７】ミキサー５２は、磁器式分離ドラム４４，
４５で選別されかつサージホッパー５７で集められた底
灰で満たされ、所定の水分含有率となるように水が添加
される。処理された底灰と飛散灰との比は、３：１〜
５：１とされ、底灰と飛散灰の総量は、処理が進行しそ
れらが利用可能な状態に近づくにつれて減少する。

【００４８】この時点において、底灰の化学的固定化の
ためにケイ酸塩をさらに添加することが望ましい。ま
た、石炭飛散灰５８を添加することも望ましい。さら
に、必要であれば、相当量のシリカ煙（図示せず）を混
合し、重金属の最終的な固定化を行なうことが望まし
い。ミキサー５２内の混練され固定化された灰は、その
後ピンミキサー６０に供給され、最後の処理が施され
る。すなわち、水とともにセメント質でかつポゾラン質
の材料が混合され、必要とされる再度の水との接触が行
なわれる。ピンミキサー６０は、ミシガン州４８１９２
Ｗｙａｎｄｏｔｔｅのフェロテック社によりタービュレ
ーターの商品名で販売されている。

【００４９】ピンミキサー６０は、効率のよい攪拌機で
あり、セメント質材料を投入してペレットを製造するの
に都合のよい場所に設置される。セメント質の材料は、
ポートランドセメント６２と望ましくはＣ級の石炭飛散
灰６３を含む。石炭飛散灰は、ＡＳＴＭーＣ−６１８で
規定されたＣ級のセメント質とＦ級のポゾラン質を有し
ている。Ｆ級飛散灰が使用され、混合物に比してポート
ランドセメントの量が少ない場合にはＣ級を用いること
が望ましい。しかし、Ｆ級飛散灰は水硬性（自己固化
性）がないことを考慮すると、適切な量のセメントを混
入することが模ぞましい。Ｆ級飛散灰が使用される場合
には、カルシウム水酸化物の状態の石灰をさらに添加す
ることが望まれる。前述のように、１〜５％のカルシウ
ム水酸化物の添加により、耐圧縮強度が高まるとともに
アスファルトの吸収が抑制される。

【００５０】一つの例として、混合物におけるセメント
成分の割合は１０％未満または１６％より大である。セ
メント成分が１６％のときはＣ級飛散灰は混合物の重量
の２２％である。また、セメント成分が１０％のとき
は、Ｃ級飛散灰は一般には混合物の約３５％である。

【００５１】あるいは他の例として、Ｆ級飛散灰が使用
される場合には、２０％のＩ種ポートランドセメントと
５％の石灰を使用すると良い結果が得られることが発見
されている。もちろん、セメント質の割合は、４８時間
程度で固化するような即乾性と、２インチの立方体で行
なう強度試験において２０００〜３０００ｐｓｉを得る
ために適宜変更される。そのような混合物には、１％の
割合でシリカ煙が添加される。

【００５２】この時点において、水の必要量を少なくす
るために界面活性剤６４が添加される。適切な界面活性
剤は、イリノイ州６００９３ノースフィールドのステフ
ァンケミカルカンパニーで製造されているアンフォソル
ＣＧ（Ａｍｐｈｏｔｅｒｉｃ）、つまり、ココ・アミド
・ベチアンであり、あるいは、ユニオンカーバイド社製
のアニオン性トリトン（Ｔｒｉｔｏｎ）、つまり、ジオ
クチル・ナトリウム・サルフォスシネイト（ｓｕｌｆｏ
ｓｕｃｃｉｎａｔｅ）である。トリトン（Ｔｒｉｔｏ
ｎ）のような非イオン性界面活性剤であるユニオンカー
バイド社性のＮ−１０１、ノニルフェオノキシ・ポリト
キシ・エタノールがさらに添加されることがある。その
ような界面活性剤は、混合物の総量の０．００１０％添
加される。また、この時点において、疎水性薬品６５が
混合物に添加されることがある。アスファルトの混合小
塊として用いられる場合には、エチレングリコールのよ
うなアスファルトをはじく性質をもったグリコール試薬
６６が混合物１トンに対して１ガロンの割で添加され
る。この添加により、混合小塊へのアスファルトの吸収
が抑制される。

【００５３】疎水性薬品によるコーティングは、疎水性
物質を混合物に添加することにより、また、混合物をペ
レット状にした後の白地の（硬化していない）ペレット
に加えることにより行なわれる。水をはじく疎水性物質
の一つとして粉末状のカルシウムステアリン酸があり、
ピンミキサー６０内の混合物に直接添加される。その他
の疎水性物質として、液状のレオミックス（Ｒｈｅｏｍ
ｉｘ）Ｎｏ．２５３があり、混合物に水を加える前のそ
の水に加えられる。そのような疎水性物質の添加によ
り、ポートランドセメントコンクリートへの水の吸収が
抑制される。ピンミキサー６０の内容物は、パンペレタ
イザー７０に供給される。パンペレタイザー７０は円板
型の装置であり、前述のフェロテック社により提供され
ている。

【００５４】パンペレタイザー７０から供給される白地
のペレットは、直径が約１／４〜３／８インチであり、
白地のペレットはその状態で固化させられるか、あるい
は、ドラムミキサー７２などによってコーティングのた
めの混合がさらに行なわれる。

【００５５】ペレットがアスファルトの混合小塊として
用いられる場合には、ペレットの微細な孔を塞ぐことが
好ましい。すなわち、−２００メッシュの生石灰の表面
層でミキサー内の粒子をコーティングし、その後少なく
とも石灰の部分を加水分解するために水の細かいミスト
をペレットにスプレーし、これにより細孔内に広がり固
化し、ペレット細孔が塞がれる。ペレットのアスファル
トへの吸着は他の方法により向上される。石灰は、混合
小塊とアスファルトの結合を助けるための非分離剤(ant
i-stripping agent)として用いられるという利点があ
る。表面上のこの石灰は、アスファルト混合物内の非分
離剤の必要に応じて排除してもよい。

【００５６】白地ペレットには、最終的な用途に応じて
他のコーティングを施してもよい。ポルトランドセメン
トコンクリートの用途においては、硬質の疎水性のコー
ティングでペレットをコーティングすることが望まし
い。セメントとクレーとの混合物においては、稠密な硬
質のコーティングを形成するために、添加され加水分解
される。前述したように、ステアリン酸カルシウムもし
くはレオミック(Rheomix)Ｎｏ．２５３は、硬化し貯蔵
する前に疎水性のコーティングを提供するために添加さ
れる。ステアリン酸カルシウムを乾燥するために、液体
レオミックス(Rheomix)材料をスプレーで添加すると同
時に、再度外側表面に乾燥した状態で用いられ、加水分
解される。

【００５７】上述したように、セメント質のおよびポゾ
ラン質の選択では、ミキサー５２もしくはミキサー６０
のいずれにおいても、不必要なＲＣＲＡの重要な金属が
不注意で混入されないように注意する必要がある。通
常、発電所において微粉末にされた石炭を燃やすことに
より生じる石炭の飛翔灰、Ｃ級もしくはＦ級のいずれ
も、金属の重大な発生源にはならない。しかしながら、
用いられたポルトランドセメントがそれ自身、明かにセ
メントの製造工程のためにクロムを過剰に含み、合成さ
れた小塊において、上記基準を越えて溶出するクロムの
濃度を押し上げ、これにより監視されるものであること
が見いだされた。硫酸塩の安定性は、混合物内のII種ポ
ルトランドセメントを用いるために必要な場合を除いて
維持されることが見いだされた。ある程度のクロムの含
有量は、高い溶出クロムに対して累積的に寄与する飛散
灰およびシリカヒュームを通じて混合物内に入り込む
が、I種およびII種セメントのあるグレードは、クロム
に対して大きく寄与する可能性があることが見いださ
れ、上述したように監視されるべきであることも認識す
べきである。

【００５８】底灰が固定剤で処理されない場合の本発明
の方法のいかなる用途においても、底灰は、検知される
いかなるダイオキシン類もしくはフラン類と同様に、Ｒ
ＣＲＡの重要な金属のいかなる溶出物質も、ホッパー５
７で、好ましくは処理および磁気による分離の後に監視
されるべきである。

【００５９】以下によい結果の混合物の実施例を示す。混合物Ｎｏ．１混合物１００トンＭＳＷ灰６１％ II種セメント１６％Ｃ級飛翔灰２２％シリカフューム１％ロパット*(Lopat) ＭＳＷ灰の (1/2 gal.= 5#) 1/2 gal./t 水２２％ *ロパット(Lopat) 0.0025% per lbs., tons, etc.

【００６０】混合物Ｎｏ．２ＭＳＷ灰５４％ I種セメント１０％Ｃ級飛翔灰３５％カオリン１％ロパット*(Lopat) ＭＳＷ灰の (1/2 gal.= 5#) 1/2 gal./t 水１８％表面活性剤０.００１０％

【００６１】この方法の実施において、代表的な設備と
しては、１日約２６０トンの灰を処理するものであり、
ここで灰の２００トンが底灰の総計であり、４０トンが
飛翔灰であり、２０トンが飛翔灰と結合する石灰の消費
量である。この内、約８３％は小塊に処理することが可
能であり、約１２％が鉄金属であり、１％が非鉄金属で
あり、そして約４％がバイパス処理に送られる。しかし
ながら、これらの比率は、排除しなければならない多す
ぎる底灰の量に依存して変化するものである。

【００６２】結合ＭＳＷ灰から製造される合成された小
塊の化学的組成は、以下の表５で決定される。

【００６３】

【表５】ＭＳＷ結合灰から製造された合成小塊の全濃度分析方法ＡＳＴＭパート０５．０５，メソッドＤ４３２
６−８４ＡＳＴＭパート０５．０５，メソッド３６８３
鉛、亜鉛および銅用

【００６４】結果結果は乾燥時の重量％（Ｗｔ％）で表示される。構成物
質は、ＡＳＴＭＣ１１４で要求されるように、結果とし
て示すために酸化物の形に外挿される。化学的に固定さ
れた金属は、実際にはけい酸エステルの形であるが、こ
の表ではそのようには表示していない。パラメータ試料１試料２試料３シリカ、ＳｉＯ₂ ３２．４５３２．４３３２．４４アルミナ、Ａｌ₂Ｏ₃ １０．７０１１．３９１１．０５酸化チタン、ＴｉＯ₂ ０．８２０．８００．８１酸化鉄、Ｆｅ₂Ｏ₃ ５．９５５．５３５．７４酸化カルシウム、ＣａＯ２９．０２２９．７６２９．３９酸化マグネシウム、ＭｇＯ２．３８２．４０２．３９酸化カリウム、Ｋ₂Ｏ０．８１０．８３０．８２酸化ナトリウム、Ｎａ₂Ｏ２．５２２．６６２．５９三酸化イオウ、ＳＯ₃ ２．５４２．５６２．５５五酸化リン、Ｐ₂Ｏ₅ ０．５２０．５１０．５２酸化銅、ＣｕＯ０．１１０．０７０．０９酸化鉛、ＰｂＯ０．１６０．０９０．１３酸化亜鉛、ＺｎＯ０．２５０．２４０．２５強熱＠７５０℃による損失９．７４９．６７９．７１

【００６５】代表的な例における頂および底灰の混合物
の化学的固定の前および後のＴＣＬＰの全結果を、以下
の表６にまとめる。表６において、金属物の総量は、固
定化前でまず示される。そして、ＴＣＬＰ抽出液Ｎｏ．
２の溶出結果が、本発明の方法による固定化にしたがっ
て行われた固定化の前および後の両方で示される。

【００６６】

【表６】化学的な固定化前のＭＳＷ灰パラメータ総量ＴＣＬＰ危険な固体廃棄物 1990年連邦 (mg/kg) 溶出量(mg/l) の制限値(mg/l) 飲料基準(mg/l) ヒ素４４＜０．００２５．００．０５バリウム４３５３．０１００．０１．００カドニウム３８０．１１１．００．０１クロム５２０．０２４５．００．１０水銀６.５０．００６０．２０．００２鉛１１６７５．６５．００．０５セレン０.６５＜０．００５１．００．０１銀１０.０７＜０．０１５．００．０５化学的な固定化後のＭＳＷ灰（−１００メッシュまで砕いた小塊）パラメータ総量ＴＣＬＰ危険な固体廃棄物 1990年連邦 (mg/kg) 溶出量(mg/l) の制限値(mg/l) 飲料基準(mg/l) ヒ素２５＜０．０５５．００．０５バリウム７０００．５５１００．０１．００カドニウム１７０．０００２１．００．０１クロム５７０．０６５．００．１０水銀４.３０．０００３０．２０．００２鉛５７００．０００２５．００．０５セレン＜０.２５＜０．０００５１．００．０１銀７.６＜０．０１５．００．０５

【００６７】ある例においては、スファルトとポルトラ
ンドセメントコンクリート混合物の両方のための「砂(s
and)」充填剤として用いるために、ペレット化せずにピ
ンミキサーから混合されブレンドされた材料を取り出し
て用いられる。この材料は、表６に記載するように、特
に溶出能力の基準を含む上述のペレットの多くの特性お
よび利点を有する。通常、ピンミキサーからの材料は、
約２０メッシュの大きさに減少しており、したがってさ
らなる処理無しに上述した充填剤用の砂として用いられ
る。

【手続補正書】

【提出日】平成５年１２月１７日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】図面の簡単な説明

【補正方法】追加

【補正内容】

【図面の簡単な説明】

【図１】ＭＳＷ灰を処理するこの発明の方法の好まし
い例を示す概略的な流れ図である。

【符号の説明】１０…焼却炉１１…収容エリア１２…グリズリースクリーン１３、１９、２３、４０、４７…容器１５…粉砕器２０…堆積場２２…磁気ベルト式分離器３０…三段階スクリーン３３、３４…破砕器４２…合流地点４４、４５…磁気的分離ドラム５０…飛散灰収容器５１、５７…サージホッパー５２…ミキサー５５…重金属固定化薬品５８…石炭飛散灰６０…ピンミキサー６４…界面活性剤６５…疎水性薬品６６…アスファルトをはじく薬品７０…パンペレタイザー７２…ドラムミキサー

【手続補正２】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】全図

【補正方法】変更

【補正内容】

【図１】

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｃ０４Ｂ 28/02 (72)発明者ロバートダブリュ・スティロンアメリカ合衆国・ジョージア・30067・マリエッタ・オールド・オーチャド・ドライヴ・2350

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】公の固形廃棄物の焼却で残った灰からペ
レット状に形成され、アスファルト質のコンクリートや
ポートランドセメントへの混合用小塊であって、上記灰
には、定着剤による含有重金属の固定化処理と、上記ペ
レットの外表面をコーティングすることによる封止処理
が施されていることを特徴とする混合用小塊。
【請求項２】前記コーティングが粉末状の活性を有す
る生石灰（カルシウム酸化物）、またはセメントおよび
粘土の固化された混合物である請求項１記載の混合用小
塊。
【請求項３】前記コーティングが、疎水性である請求
項１記載の混合用小塊。
【請求項４】前記ペレットがグリコールを含有する請
求項１記載の混合用小塊。
【請求項５】毒性抽出法のＮｏ．２の抽出液を使用し
て毒性抽出法溶脱試験が行われるとき、前記ペレットが
以下に示すような各々の重金属の制限を越えない請求項
１記載の混合用小塊。金属１リットル中に含まれる最大値（ｍｇ）ひ素０．０５バリウム１．００カドミウム０．０１クロム０．１０鉛０．０５水銀０．００２セレン０．０１銀０．０５
【請求項６】前記混合用小塊が、４８時間で約２，０
００から３，０００ｐｓｉという圧縮強さを有する請求
項１から請求項５までのいずれか１項に記載の混合用小
塊。
【請求項７】灰残さの少なくとも飛散灰成分が、珪酸
ナトリウム、または珪酸カリウムの定着剤によって定着
される請求項１から請求項６までのいずれか１項に記載
の混合用小塊。
【請求項８】前記ペレットが、酸化鉄（ＩＩ）の１０
重量％を越えない請求項１から請求項７までのいずれか
１項に記載の混合用小塊。
【請求項９】粗悪な加工に適さない物質、金属、およ
び直径が１／４”以上の粉砕不可能な物質を除去するた
め底灰を加工処理し、前記加工処理された底灰成分のわずか約１０重量％が酸
化鉄（ＩＩ）を含有するように、上記加工処理された底
灰成分から磁気を有する物質を磁気的に分離し、上記飛散灰成分中の重金属を固定するために、少なくと
も上記飛散灰成分をアルカリシリケイトで処理し、上記加工処理された底灰成分と、上記処理された飛散灰
成分とを混合し、セメント性の混合物を形成するために、セメント性のバ
インダーを添加し、ペレットを形成するために、上記混合物をペレット状に
するという工程からなることを特徴とする、底灰成分お
よび飛散灰成分を含有するようなアスファルトのコンク
リート、またはポートランドセメントコンクリート混合
用小塊における固形廃棄物灰の利用方法。
【請求項１０】前記飛散灰成分と同様に、前記底灰成
分をアルカリシリケイト溶液で処理する、さらなる工程
を特徴とする請求項９記載の方法。
【請求項１１】前記混合物に撥水剤を添加する工程を
特徴とする請求項９記載の方法。
【請求項１２】前記ペレットの表面を、粉末状の活性
を有する生石灰でコーティングし、上記ペレットに対し
て封止コーティングを形成するためにスプレーによって
上記活性を有する生石灰を加水分解する、さらなる工程
を有する請求項９記載の方法。
【請求項１３】前記ペレットが、ポートランドセメン
ト、粘土、または活性を有する生石灰でコーティングさ
れている請求項９記載の方法。
【請求項１４】１重量％から５重量％の水酸化カルシ
ウムを前記混合物に添加する、または前記混合物１トン
に対して約１ｇａｌ．の割合でエチレングリコールを添
加する、または前記混合物に表面活性剤を添加する、ま
たは前記混合物に疎水性試薬を添加する工程を有する請
求項９記載の方法。