JPH0648817A - レンガの製造方法およびレンガ - Google Patents

レンガの製造方法およびレンガ

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Abstract

(57)【要約】 【構成】 電気アーク炉ダストを仮焼し、ついでレンガ
に成形する前にレンガ原料とダストを混合し、焼成して
レンガを製造する方法。 【効果】 ダストの予備仮焼によりダストのかさ密度が
大きく増加し、圧縮強度が非常に高いレンガが実現す
る。また、仮焼工程中に産出する揮発・再凝縮した重金
属は捕集され、精練される。仮焼工程中に揮発した重金
属を分離捕集するので、レンガ焼成工程中に重金属は実
質的に揮発せず、焼成後のレンガからの重金属溶出もな
い。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、レンガ製造工程の原材
料としての電気アーク炉のダストの使用に関する。
【０００２】
【従来の技術】電気アーク炉（ＥＡＦ）のダストは、製
鋼工程でスクラップを融解するための電気アーク炉から
集めたダストである。ＥＡＦダストは、環境保護局から
有害廃棄物であるとされており、識別番号Ｋ０６１と指
定されている。ＥＡＦダストは重金属、特に鉛の含有量
が大きく、それが有害な廃棄物であると分類されている
主たる理由である。
【０００３】下記表１と表２は、炭素鋼（表１）とステ
ンレススチール（表２）の製造中４ケ月間に産出したＥ
ＡＦダストの化学分析値を示す。
【０００４】
【表１】
【０００５】
【表２】
【０００６】表３と表４は、表１に示した炭素鋼製造用
ＥＡＦダストのサンプルの溶出液から検出される種々の
成分と、表２に示したステンレススチール製造用ＥＡＦ
ダストサンプルの溶出液から検出される成分とを、それ
ぞれ重量％で示したものである。表３と表４において、
六価クロムはＣｒ（６）と表わした。
【０００７】
【表３】
【０００８】
【表４】
【０００９】表３と表４は、ダスト中の鉛およびその他
の金属の相当量が溶出する傾向があることを示してい
る。それ故に電気アーク炉ダストは地中に埋めて処分す
ることができない。代って、現在はダストを重金属物質
と結合させて溶出しない廃棄物を形成する方法が求めら
れている。このような方法で電気アーク炉ダストを廃棄
することはコストがかかる。また、浮遊粉塵による重金
属の汚染による健康上の危険も問題となっている。
【００１０】典型的な製鋼法では、電気アーク炉ダスト
は総スチールの生産量に対して約０．７〜１．６％の量
が産出される。コストが低く、かつ安全な重金属ダスト
廃棄法が求められている。
【００１１】日本特許公開公報５３−１２７５１１号は
レンガの製造にＥＡＦダストを用いることを開示してい
る。ダストは、レンガの原料と混合し、レンガに成形
し、焼成する。そうすることによって有害なダストはレ
ンガの中に組み込まれる。この方法では、レンガ焼成工
程中に産出される揮発・再凝縮した金属を炉の排気部の
集塵機で捕集する。
【００１２】この公報によれば、原料ＥＡＦダストを、
通常のレンガ用粘土混合物に対し３０〜５０重量％添加
し、通常の方法でトンネル炉で６３０〜８３０℃で焼成
する。揮発・再凝縮した重金属は、窯の廃ガス出口の集
塵機で捕集される。同公報による方法を再現すべく、通
常のレンガ生地に対しＥＡＦダストを４０重量％を添加
し、記述されているのと同様の方法で焼成した。その結
果得られたレンガは非常に脆く、圧縮強度は平均６９０
psi しか示さなかった。表５は、この再現法で製造した
５サンプルの圧縮強度試験の結果を示す。レンガは横置
きで試験した。米国のＡＳＴＭ（アメリカ材料試験協
会）規格のレンガは最小許容圧縮強度１５００psi であ
る。従って、日本公報の再現結果では、米国基準に合格
する強度の強いレンガを製造することができなかった。
さらに、相当量の重金属がこれら弱いレンガから溶出す
る可能性が予想される。
【００１３】
【表５】
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】よって、ＥＡＦダスト
をレンガ原料中に組み込んで圧縮強度が高く、有意な程
の重金属溶出のないレンガの製造方法が求められる。
【００１５】
【課題を解決するための手段】本発明は、このような従
来技術の問題点を次のような方法で克服する。
【００１６】すなわち、ＥＡＦダストをまず加熱して仮
焼し、ついで通常のレンガおよび／またはけつ岩混合物
のようなレンガ原料と混合し、その混合物をレンガの形
に成形し、焼成する。前述の日本公開公報の方法によ
る、未処理原料ダストを組み込む方法と比較すると、Ｅ
ＡＦダストを予備仮焼する方法は、ダストのかさ密度が
増加し、より高い圧縮強度をレンガに与えることができ
る。
【００１７】本発明によると、仮焼工程で生成する揮発
・再凝縮重金属は捕集されて精練される。仮焼工程で揮
発した重金属ダストを捕集する結果、レンガ焼成工程で
は重金属が実質的に揮発しない。それゆえ、揮発成分を
除去するためのガス浄化工程を必要とせずに、レンガ焼
成工程ででてくる高温ガスを、レンガ製造工程の他の加
熱の必要なところに用いることができる。
【００１８】本発明によって製造されるレンガは非常に
高い圧縮強度を示し、有意な程の重金属の溶出はない。
本発明は有害な廃棄物から無害の製品を安全で低いコス
トで製造する方法を提供する。
【００１９】本発明の実施態様によれば、ＥＡＦダスト
を約１０４０℃もしくはそれ以上の温度で仮焼する工
程、仮焼ダストを混合物の約６０％以下、好ましくは約
２０〜約６０重量％レンガ原料と混合する工程、混合物
をレンガの形に成型する工程、約９００℃〜約１３７０
℃の温度でレンガを焼成する工程からなる方法が提供さ
れる。
【００２０】本発明のもう１つの実施態様によれば、約
２０重量％以下の量のハロゲンまたは還元剤を仮焼前に
電気アーク炉ダストに加える。ハロゲンまたは還元剤は
重金属、特に鉛と化学的に混合し、新しい金属化合物を
形成する。このように形成された鉛化合物は、揮発温度
が低いので、低い温度で加熱しても鉛をほぼ全量最終レ
ンガ製品から除去することができる。
【００２１】
【具体的構成】以下、本発明の具体的構成について詳細
に説明する。
【００２２】本発明は、電気アーク炉ダストを添加物と
してレンガ製造法に利用する。ＥＡＦダストは、最初に
約１０４０℃もしくはそれ以上の温度に加熱して仮焼
し、ついで通常のレンガおよび／またはけつ岩混合物の
ようなレンガ原料と混合される。この混合物は、仮焼Ｅ
ＡＦダストを約６０重量％以下で含有することができ
る。レンガ原料は、約４０〜約８０重量％含有すること
が好ましい。仮焼ＥＡＦダストを添加した原料は、その
後実質的に標準的な方法で処理される。本発明によるレ
ンガ製造方法の１例を図１に示す。図１に示される方法
では、ＥＡＦダストは還元剤と混合して仮焼される。仮
焼工程ででてくる排ガスは公害防止・回収工程へ送られ
る。仮焼ダストを粉砕機中でけつ岩と混合した後の、残
りのレンガ製造工程は、点線で囲まれた標準的な方法に
続く。その結果得られたレンガはすべてのＡＳＴＭの強
度・吸収試験と、ＥＰ毒性試験およびＴＣＬＰ等のすべ
ての環境保護局溶出試験に合格する。
【００２３】好ましい態様では、回転型間接加熱仮焼炉
を用いる。ＥＡＦの予備仮焼によって、燃焼生成物はレ
ンガ原料と接触することなく、その代わりに前述したよ
うに冷却され、その結果燃焼生成物中の重金属は粒状に
凝縮することができる。
【００２４】ＥＡＦダストは、約１０４０℃もしくはそ
れ以上の温度で仮焼される。その結果ダストの見かけ比
重は実質的に増加し、仮焼ＥＡＦダストとなる。１つの
好ましい実施態様では、ダストは１１２０℃もしくはそ
れ以上の温度で仮焼される。ダストの仮焼は約１１７５
℃〜約１２０５℃の間でほとんど完結するので、１２６
０℃以上の温度は必要ではない。
【００２５】ＥＡＦダストの仮焼工程の間、燃焼生成物
および揮発重金属は、約２００℃まで冷却される。この
温度またはそれ以上の温度では重金属は粒状に凝縮し、
収塵機中で容易に補集される。捕集された重金属および
その酸化物は二次金属精練装置に送られ、例えば自動車
の蓄電池用鉛のような有用な元素に加工される。
【００２６】仮焼ダストは、標準レンガ原料と混合され
た後、レンガに成形され、使用するレンガ原料や焼成炉
に応じて約９００〜約１３００℃の温度で約６〜約４８
時間の間焼成される。より好ましいレンガ焼成温度は約
９８０〜約１１００℃の間である。より好ましい焼成時
間は少なくとも８時間である。
【００２７】本発明によれば、ＥＡＦダストをレンガ原
料に添加する前に予備仮焼することにより、多くの利点
を有するレンガが焼成・製造されることが判った。本発
明は、年間合衆国で８００，０００トン以上産出される
有害な廃棄物の、環境面で安全で経済的に有利なリサイ
クル方法を提供するものである。本方法は、また用途の
ないＥＡＦダストで原料粘土およびけつ岩を置き換える
ことにより、天然資源を節約する。本方法はまた、レン
ガの密度を増加させることによりレンガの品質を向上さ
せる。レンガ表面だけではなく、レンガ全体を通じて実
質的に均一である、独特で望み通りの色が得られる。酸
化雰囲気で処理すれば、金茶色のレンガを得ることがで
きる。還元雰囲気で処理すればダークチョコレートブラ
ウン色のレンガを得ることができる。
【００２８】本発明によって得られるレンガは、圧縮強
度、冷水および沸騰水吸収ならびに飽和係数に関するＡ
ＳＴＭ必要条件をパスする。本発明の方法による、３０
〜６０重量％の仮焼ＥＡＦダストを含有するレンガは優
れた強度と吸収特性を有することが表６〜表９から明ら
かである。
【００２９】
【表６】
【００３０】
【表７】
【００３１】
【表８】
【００３２】
【表９】
【００３３】図２および表１０に示した熱重量分析（Ｔ
ＧＡ）および試験炉による仮焼試験の結果から、１１２
０℃以上の加熱でＥＡＦダストは約１７％の重量損失が
あることがわかった。ダストは、収縮または凝集して、
かさ密度が４倍に増加する。ＥＡＦダストの収縮は、前
述した日本の公開公報の方法で作られたレンガの高い空
隙率やきわめて低い圧縮強度を説明するものである。未
処理ＥＡＦダストからなる２つの試料を陶製るつぼに入
れた（試料の深さは１．２インチ）。るつぼを１１２１
℃（２０５０°Ｆ）に設定し、予め加熱してあった電気
炉に入れた。１方のるつぼを０．５時間後に取り出し、
もう１方を１．０時間後に取り出した。試料の粉は、少
なからず収縮し、半溶融して、小さな円錐形をしてい
た。得られたダストの特性を下記表１０に示す。
【００３４】
【表１０】
【００３５】表１０から明らかなように、かさ密度は
１．０時間試料で４倍以上に増加した。両試料は、凝集
して円錐形となっていたが、つき刺すとこわすことがで
きた。両試料とも、１４０メッシュのスクリーンを通過
した。安息角は３５度であった。仮焼時間は通常約０．
５〜１時間の間である。仮焼時間を０．５時間以上とす
ることが好ましい。
【００３６】重量減は、２５°〜２４０℃の間は遊離水
のロス、２４０°〜４４０℃の間は炭素の酸化、５４０
〜８５０℃はＺｎＣＯ3 ロスによるものである。９２０
°〜１１２０℃の重量減は不明であるが、鉛化合物の揮
発によるものと考えられている。
【００３７】鉛は、ＥＡＦダスト中の主たる汚染重金属
である。元素鉛は、１７５１℃で沸騰し、酸化鉛（Ｐｂ
Ｏ）は約１４７２℃で沸騰する。これらの温度はレンガ
の典型的な焼成温度１１００℃よりかなり高い。前述し
た日本公開公報に記述されている方法で製造したレンガ
中の鉛は、製品レンガ中に残存していて、使用段階で多
分溶出するものと思われる。
【００３８】本発明の実施態様によれば、ＥＡＦダスト
中の鉛は、約１１００℃という低温で揮発する。ある条
件では、鉛を最終製品であるレンガから、かかる低温で
ほぼ全量を除去することが可能である。このような温度
およびさらに低温、例えば１０４０℃で鉛を揮発させる
ために、少量の還元剤もしくはハロゲンを添加して鉛を
さらに低沸点の鉛化合物、例えば塩化鉛にかえる。新し
く低沸点鉛化合物を生成するのに必要な還元剤もしくは
ハロゲンの量はほんの少量でよい。本発明の実施例によ
れば、仮焼の前にダストに約６％以下のハロゲンを添加
する。
【００３９】本発明のもう一つの実施態様によれば、仮
焼の前に電気アーク炉ダストの総重量に対して約２０％
以下の還元剤を添加している。還元剤は、それ自体重金
属を含有しているスクラップ材もしくはその他の安価な
物質が好ましい。１つの例は、ＥＡＦダストのように廃
棄に費用がかかる電線絶縁材のスクラップである。その
他の還元剤としては、石炭、コークス、のこくず、廃油
が含まれるが、これに限られるものではない。
【００４０】還元剤が１％という少量であってもＥＡＦ
ダストからの鉛の揮発に対して有意な効果を示す。実
際、表１１に示すように、１％の石炭の添加によって、
２もしくは４％の石炭の添加の場合よりさらによい効果
が得られる。ＥＡＦダストに石炭１％を添加することに
より、ダスト中の鉛の量は７．４０８重量％から０．８
０２重量％まで劇的に減少した。最終製品レンガ中には
還元剤は実際に残っていない。
【００４１】
【表１１】
【００４２】還元剤と同様の効果を生じるためには、い
ずれのハロゲンを添加してもよい。好ましいハロゲン
は、最も安価なものであって、例えば、食塩からの塩素
である。表１１に、未処理の電気アーク炉ダスト全量に
対して２重量％の食塩を加えた場合、仮焼物中の全鉛の
還元量は最大になり、特に９２．４％減少することが示
されている。ハロゲンを含有する添加物の組成によっ
て、約１〜約６重量％添加することが好ましい。最終製
品のレンガ中に残存するハロゲンはごく微量にすぎな
い。
【００４３】仮焼温度は１０３７°〜１２６０℃の間が
好ましいが、カルシウムを多量に含有しているＥＡＦダ
ストの場合は、この温度範囲のうち高い方が求められ
る。
【００４４】本発明によって製造されるレンガはまた重
金属の溶出がごく微量である。こうして得られたレンガ
は溶出に関するＴＣＬＰの必要条件に容易にパスする。
１例をあげれば、４％の石炭を添加したＥＡＦダストを
約１１２０℃で仮焼した。仮焼物を粉砕し、ＥＰＡのよ
く知られたＴＣＬＰ試験によって溶出試験を実施した。
還元仮焼物からの溶出量は１リットル当り鉛０．１８mg
にすぎなかった。本発明により製造される仮焼物はいず
れも溶出量は０．２％もしくはそれ以下であるというこ
とが期待される。合衆国における最大許容用出量は５．
０mg/lである。
【００４５】溶出が低レベルであるということは、環境
中への溶出の危険性なしに仮焼物を貯蔵できるという、
レンガ製造操業上の明瞭な利点を提供する。ＥＡＦダス
トを貯蔵している間、その工場で非ＥＡＦダストレンガ
を製造することができる。一方先行技術ではダストは直
接レンガ原料に加えられ、貯蔵されないことが要求され
る。このことは、その工場における他の種類のレンガの
製造に制限をもたらす。
【００４６】本発明により製造されるレンガは、環境保
護局のすべての要求をパスする圧縮強度と溶出特性を示
す。本方法は、１方では天然資源を節約しながら他方で
は何もしなければ有害である廃棄物を利用する方法であ
る。
【００４７】本発明を好ましい実施例について説明して
きたが、添付のクレームに記載されている発明の精神と
範囲から逸脱しなければ、特に述べないが、当業者が付
加、変更、置き換え、削除することが予想される。
【００４８】
【発明の効果】本発明によればＥＡＦダストを用いて、
圧縮強度が高く、重金属溶出のないレンガが得られる。
この場合、ダストの予備仮焼によりダストのかさ密度が
大きく増加し、圧縮強度が非常に高いレンガが実現す
る。また、仮焼工程中に産出する揮発・再凝縮した重金
属は捕集され、精練される。仮焼工程中に揮発した重金
属を分離捕集するので、レンガ焼成工程中に重金属は実
質的に揮発せず、焼成後のレンガからの重金属溶出もな
い。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施態様によるレンガ製品の方法を示
す工程図である。
【図２】仮焼中のＥＡＦダストサンプルの温度に対する
重量変化（％）を示すグラフである。

Claims (23)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 製鋼工程でスクラップを融解するために
    使用する電気アーク炉中で産出する電気アーク炉ダスト
    を含有するレンガを製造する方法であって、 電気アーク炉ダストを約１０４０℃またはそれ以上の温
    度で加熱して前記ダストを仮焼し、実質的に前記ダスト
    のかさ密度を増加させ、仮焼電気アーク炉ダストとし；
    前記仮焼ダストをレンガ原料と混合して、前記仮焼ダス
    トを約６０重量％以下含有する混合物を形成し；前記混
    合物をレンガに成形し、この成形されたレンガを約９０
    ０℃から約１３７０℃の間の温度で焼成するレンガの製
    造方法。
  2. 【請求項２】 前記混合物が約２０〜６０重量％の前記
    仮焼ダストを含有する請求項１の方法。
  3. 【請求項３】 前記電気アーク炉ダストを約１２６０℃
    以下の温度で仮焼する請求項１または２の方法。
  4. 【請求項４】 前記電気アーク炉ダストを約１１２０℃
    またはそれ以上の温度で仮焼する請求項１〜３のいずれ
    かの方法。
  5. 【請求項５】 電気アーク炉ダストを約１１７５℃〜約
    １２０５℃の間の温度で仮焼する請求項３または４の方
    法。
  6. 【請求項６】 前記ダストの仮焼の前に、さらに電気ア
    ーク炉ダスト全重量の２０重量％以下の量の少なくとも
    １種の還元剤を前記電気アーク炉ダストに添加する請求
    項１〜５のいずれかの方法。
  7. 【請求項７】 前記還元剤が、石炭、コークス、おがく
    ず、廃油および電線絶縁物のスクラップからなる群より
    選ばれた少なくとも１種である請求項６の方法。
  8. 【請求項８】 前記還元剤が石炭であり、前記ダストの
    仮焼の前に電気アーク炉ダストに対し約１重量％添加す
    る請求項６の方法。
  9. 【請求項９】 前記ダストの仮焼前に、少なくとも一種
    のハロゲンを、前記アーク炉ダストの全重量の約６重量
    ％以下、前記電気アーク炉ダストに添加する請求項１〜
    ８のいずれかの方法。
  10. 【請求項１０】 前記ハロゲンが塩素である請求項９の
    方法。
  11. 【請求項１１】 前記ハロゲンが電気アーク炉ダストの
    約２重量％の塩素である請求項９の方法。
  12. 【請求項１２】 前記仮焼した電気アーク炉ダストのか
    さ密度が約１２９．３ 1b/ft3 以上である請求項１〜１
    １のいずれかの方法。
  13. 【請求項１３】 前記仮焼した電気アーク炉ダストのか
    さ密度が約１３９．５ 1b/ft3 以上である請求項１２の
    方法。
  14. 【請求項１４】 前記仮焼した電気アーク炉ダストのか
    さ密度は焼成前の前記ダストのかさ密度の４倍以上であ
    る請求項１〜１３のいずれかの方法。
  15. 【請求項１５】 前記レンガが約９８０°〜約１１００
    ℃の温度で焼成される請求項１〜１４のいずれかの方
    法。
  16. 【請求項１６】 前記ダストが０．５時間以上仮焼され
    る請求項１〜１５のいずれかの方法。
  17. 【請求項１７】 前記レンガが８時間以上焼成される請
    求項１６の方法。
  18. 【請求項１８】 前記加熱工程の間、ダスト加熱ガスは
    ダストに接触させず、加熱ガスをさらに加熱を必要とす
    る他の部所に再循環し、この再循環工程では実質的にガ
    ス浄化を行わない請求項１の方法。
  19. 【請求項１９】 レンガ原料４０〜８０重量％および電
    気アーク炉ダスト２０〜６０重量％を含有するレンガで
    あって、前記ダストは約１０４０℃またはそれ以上の温
    度で予備仮焼され、かさ密度が約１２９．３ 1b/ft3 以
    上であるレンガ。
  20. 【請求項２０】 前記電気アーク炉ダストが、仮焼前の
    ダストのかさ密度の４倍以上のかさ密度を有する請求項
    １９のレンガ。
  21. 【請求項２１】 さらに、微量の少なくとも一種のハロ
    ゲンを含有する請求項１９または２０のレンガ。
  22. 【請求項２２】 圧縮強度が１５００psi 以上である請
    求項１９〜２１のいずれかのレンガ。
  23. 【請求項２３】 溶出量が約０．２mg/l以下である請求
    項１９〜２２のいずれかのレンガ。
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