JPH08301641A - 人工軽量骨材の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 低コストで重金属類の溶出を長期安定的
に防止し、かつ主灰や飛灰を廃棄物として処分するので
はなく、資源として取り扱い有効利用するための技術の
提供を目的とする。 【構成】 都市ごみの焼却主灰または飛灰に、粘結
材としてのベントナイトと、組成調合材としての珪砂、
陶石、長石、カオリナイト、木節粘土、焼却主灰の内の
少なくとも一種とを、得られた混合物の焼成後の化学組
成がシリカが２０〜８０重量％でアルミナの含有率を１
５〜１重量％となるように混合し、得られた混合物を平
均粒径が１５μｍ以下になるように粉砕し、次いで、得
られた粉砕物に水を加えて成形して成形体を得、その
後、要すれば乾燥した後、この成形体を１０５０〜１２
５０℃で焼成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】都市ごみの焼却主灰と排ガス中に
飛散する飛灰との資源化処理に関し、特にこれらから建
築、土木用等の骨材を製造する方法に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】都市ごみの焼却残渣である主灰と、焼却
排ガス中より回収された飛灰の大半は廃棄物として埋め
立て処分とされている。しかし、これらには、特に焼却
飛灰には鉛、亜鉛等の重金属類が多く含まれている。こ
のため、埋め立て後の溶出を防止するため、重金属類の
溶出防止処理が施されている。

【０００３】現在採用されている、あるいは検討されて
いる主灰や飛灰より重金属を溶出させないようにするた
めの技術、すなわち溶出防止技術は以下のようなもので
ある。

【０００４】ａ．溶融固化 この方法は、主灰や飛灰を加熱溶解し、その後冷却し固
化するものであり、ものによりガラス化する。この方法
は主灰や飛灰の減容が図れるものの、エネルギー消費量
が高く、コスト的には全く経済性のないものとなりかね
ない。

【０００５】ｂ．セメント固化 この方法は、その名の通りセメントを混ぜ込み、固化し
ようとするものである。混合するセメントの分だけ増量
するため最終処分場の寿命を縮めることになり、問題が
大きい。コスト的にはａより安価であるものの、経済的
というにはほど遠い状況である。

【０００６】ｃ．キレート処理 この方法は、鉛や亜鉛等の重金属類をキレート剤により
安定な化合物として溶出を防止しようとするものであ
る。キレート剤が高価であることと、長期の重金属類の
安定効果の面で信頼性が必ずしも確かなものではない。
また、焼却灰の減容化の面で問題あがある。

【０００７】ｄ酸洗滌。

【０００８】この方法は、主灰や飛灰を酸洗浄し、あら
かじめ溶出する可能性の高い金属分を除去し、洗浄後の
主灰や飛灰を埋め立て、洗浄水を別途処理しようとする
ものである。処理設備が大規模となり、焼却灰の減容化
の面でも問題を抱えている。

【０００９】

【発明が解消しようとしている課題】上記方法は、何れ
も主灰や飛灰の大半部分が埋め立処分となっているばか
りか新たな廃棄物すら生み出しかねないものとなってい
る。しかし、埋め立て処分場は残余年数が少なくなる一
方であり、多くの自治体が処分場の確保と寿命の延長に
苦慮しているところである。

【００１０】加えて、セメント固化、キレート処理、酸
洗浄といった方法では例えば、重金属類の溶出を長期
間、確実に防止できるかどうか、処理コストをどこまで
低下させうるか、処理設備の運転技術を簡便にするには
どうすべきかといった点で解決すべき点は多い。

【００１１】本発明では、これらの欠点を解消し、低コ
ストで重金属類の溶出を長期安定的に防止し、かつ主灰
や飛灰を廃棄物として処分するのではなく、資源として
取り扱い有効利用するための技術の提供を課題とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明者らは都市ごみ焼
却主灰または飛灰の化学組成と組成調合材とを用いて焼
成後のシリカとアルミナとの含有率を所定の範囲内とな
るように調合し、焼成すれば鉛や亜鉛等の重金属類の溶
出を極めて少なくできると共に土木・建築用骨材として
十分使用できる強度と化学的品質を持った人工軽量骨材
が得られることを見い出し、本発明に至ったものであ
る。

【００１３】すなわち、上記課題を解決する本発明の方
法は、まず原料である都市ごみの焼却主灰または飛灰
に、粘結材としてのベントナイトと、組成調合材とを、
得られた混合物の焼成後の化学組成がシリカが２０〜８
０重量％でアルミナの含有率を１５〜１重量％となるよ
うに混合し、得られた混合物を平均粒径が１５μｍ以下
になるように粉砕する。次いで、得られた粉砕物に水を
加えて成形して成形体を得、その後、要すれば乾燥した
後、この成形体を焼成するものである。

【００１４】そして、組成調合材として珪砂、陶石、長
石、カオリナイト、木節粘土などのシリカまたはシリカ
とアルミナを含む鉱物や焼却主灰を用いるものであり、
焼成温度を１０５０〜１２５０℃とするものである。

【００１５】本発明に用いる成形方法としては所定の径
になるように成形できるものであれば支障はないが、パ
ンペレタイザーや押し出し成形機を用いると簡便であ
る。また、焼成は連続操業などを勘案すればロータリー
キルンを用いることが好ましい。

【００１６】

【作用】本発明者らは、燃焼主灰と飛灰と組成調合材と
粘結材とを用いて人工軽量骨材を得るべく種々の検討を
行った結果、焼成物中のシリカの含有率が２０〜８０重
量％以下でアルミナの含有率を１５〜１重量％の範囲と
なるようにした場合、これらの焼成物より重金属の溶出
が少なく、かつ建築用として十分使用できる強度を有
し、耐久性にも優れていることを見い出した。

【００１７】すなわち、本発明の方法において、シリカ
含有量を２０重量％以上とするのは、これよりシリカ含
有量が低い場合には、焼成後の強度が低く、また耐久性
が悪くなるからである。一方、シリカの含有率が８０重
量％を越えると、組成調合材の量が処理対象の焼却灰の
数重量倍となることと、焼成温度が１２５０℃を越え燃
料コストが高くなり、焼成設備の高耐熱化が必要となり
実用的でなくなるからである。

【００１８】また、アルミナの含有量が１５重量％を越
えると、シリカの場合と同様に、化学成分調整用の原料
が多くなり、かつ焼成温度が１２５０℃を越え燃料コス
トが高くなり、焼成設備の高耐熱化が必要となり実用的
でなくなるからである。アルミナの含有量を１重量％以
上とするのは、一般廃棄物を焼却した灰の中には少なく
ても１重量％程度のアルミナが含まれており、これ以下
の含有率にまで低下することは無意味であるからであ
る。

【００１９】ところで、表１に主灰と飛灰の組成を示し
たが、主灰はシリカ、アルミナ共に適正組成内にある場
合が多く、主灰のみを原料とする場合には必ずしも組成
調合材を必要としない。しかし、飛灰中のシリカ含有量
は適正組成以下である場合が多い。この場合は組成調合
材を用いることが必要であるが、組成調合材として珪
砂、陶石、長石、カオリナイト、木節粘度等のシリカま
たはシリカとアルミナを含む鉱物を用いることが可能で
あり、主灰を用いることも可能である。

【００２０】更に、ロータリーキルンなどの回転炉で焼
成する場合、ペレットが転動してキルン内を移動する際
にすり減って粉体を発生する。この発生する粉体が多い
と、実収率の低下や煤塵の捕集設備への負荷を増加させ
る。加えて、キルン内の焼成部でペレット表面に粉体が
付着してこれが接着材の役割を果たし、ペレット相互に
付着したり、キルン内壁へ付着したりする。これらの付
着物の生成が甚だしくなると、焼成操作が困難となる。

【００２１】本発明の方法で粘結材を用いるのは、キル
ン内での粉化を低減するためであり、ベントナイトがこ
の目的に適している。粘結材は焼成前の物量に対して
０．２〜１０重量％となる量を加えると良好な結果が得
られる。添加量がこの範囲より少ない場合には粘結材と
しての効果が得られず、この範囲より多くしても更なる
粘結効果の増加は期待できない。

【００２２】本発明の方法では、主灰や飛灰と、組成調
合材と、粘結材とを混合した混合物の平均粒径が１５μ
ｍより大きいと、最終的に得られる人工軽量骨材の強度
が低下する。よって、平均粒径が１５μｍ以下となるよ
うに粉砕した後成形することが必要である。なお、この
粉砕が均一混合の役割を果たすことは言うまでもないこ
とである。

【００２３】粉砕混合して得た混合物に水を加えて転動
造粒かまたは押し出し造粒によりペレットに成形する。
このようにして得た成形体の大きさをどうするかは、主
として製品として得る人工軽量骨材の大きさに従うが、
一般に５〜１５ｍｍとすることが多い。

【００２４】焼成は１０５０〜１２５０℃とするが、こ
の範囲より低い温度では焼成が十分ではなく、この範囲
より高い温度では、ペレットの粘着性が高まり、ペレッ
トの付着により操業不能となる確率が高くなるからであ
る。

【００２５】焼成に用いる炉はロータリーキルンが好ま
しい。ロータリーキルンは設備が簡易で焼成した骨材の
品質にばらつきが少なく、重金属類の溶出を少なくして
無害化する場合の信頼性が高い点で骨材を焼成する設備
として好ましい。

【００２６】なお、飛灰を主原料として焼成した骨材は
焼成しても加熱中に発泡膨張しないが、これに組成調合
材と粘結材とを添加して粉砕し、混合した後造粒して得
た乾燥嵩比重１．２〜１．９のペレットを加熱焼成する
と、塩素化合物や硫黄化合物などが揮散して絶乾比重が
１．０〜１．９程度の人工軽量骨材となる。

【００２７】

【実施例】以下実施例を用いて本発明を説明する。

【００２８】（実施例１〜２０）実験に使用した焼却主
灰、焼却飛灰、珪砂、長石、ボーキサイト、ベントナイ
トの化学組成を表１に示した。これらの原料を表２に示
す配合で計量採取してボールミルで粉砕混合した（実施
例１〜２０）。粉砕した原料の粒度分布はレーザー回折
式粒度分布計で測定した。得られた粉砕原料に水を加え
ながらパンペレタイザーで直径５〜１５ｍｍ程度の球状
に造粒し乾燥した後、ロータリーキルン（煉瓦内径５０
０ｍｍ×長さ４８００ｍｍ）に供給して焼成した。得ら
れた原料の化学組成と原料の平均粒径と焼成温度とを表
３に示した。

【００２９】焼成した骨材の比重はＪＩＳ Ａ １１１
０に基づいて測定し、圧壊強度は直径約１０ｍｍの骨材
について測定した。得られた結果を表３に合わせて示し
た。

【００３０】比重については約１．０から１．９まで製
造条件により異なっているが、何れも天然の骨材の比重
約２．２から２．４より軽くコンクリートを軽量化する
上で好ましい。市販の人工軽量骨材の圧壊強度が約５０
ｋｇｆに対して実施例７．以外は総てこれと同等かそれ
以上となり、構造用コンクリートの骨材として使用しう
る強度を有している。

【００３１】焼成した骨材からの重金属類の溶出性につ
いては環境庁告示１３号に規定する方法により塩酸酸性
と水酸化ナトリウムアルカリ性について、鉛と亜鉛の溶
出試験を行った。その結果、表２〜３の実施例総てにつ
いて鉛は環境基準の０．０１ＰＰＭ以下であり、亜鉛は
水質汚濁防止法で規制する排水基準の５ＰＰＭ以下とな
った。

【００３２】 （比較例１〜２）表２，３の条件で焼成物を得た。

【００３３】この焼成物の製品比重と圧壊強度とを調べ
たところ以下のようになり、構造用軽量骨材として用い
ることのできないものであった。

【００３４】 （比較例３）表２，３の条件で焼成物を得た。

【００３５】この焼成物の製品比重と圧壊強度とを調べ
たところ以下のようになり、構造用軽量骨材として用い
ることのできないものであった。

【００３６】 （比較例４）表２，３の条件で焼成物を得た。

【００３７】この焼成物の製品比重と圧壊強度とを調べ
たところ以下のようになり、構造用軽量骨材として用い
ることのできないものであった。

【００３８】 （比較例５）表２，３の条件で焼成物を得た。

【００３９】この焼成物の製品比重と圧壊強度とを調べ
たところ以下のようになり、構造用軽量骨材として用い
ることのできないものであった。

【００４０】

【００４１】

【発明の効果】本発明によれば、埋め立て後溶出しやす
い重金属類を無害化すると共に土木・建築用として軽量
で高強度な優れた骨材を比較的低コストで生産すること
ができる。

【００４２】これにより、従来の廃棄物を無害化して骨
材資源として有効利用することができ、埋め立て処分場
確保の問題も解消できる。また、重金属類の無害化や灰
の減容化に要していた多大なコストを低減することもで
き、環境問題・資源有効利用上極めて意義が大きい。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 須藤 真悟 千葉県 市川市 中国分 ３−18−５ 住 友金属鉱山株式会社中央研究所内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 都市ごみの焼却主灰または飛灰に、粘結
   材としてのベントナイトと、組成調合材とを、得られた
   混合物の焼成後の化学組成がシリカが２０〜８０重量％
   でアルミナの含有率を１５〜１重量％となるように混合
   し、得られた混合物を平均粒径が１５μｍ以下になるよ
   うに粉砕し、次いで、得られた粉砕物に水を加えて成形
   して成形体を得、その後、要すれば乾燥した後、この成
   形体を１０５０〜１２５０℃で焼成することを特徴とす
   る人工軽量骨材の製造方法。
2. 【請求項２】 組成調合材として珪砂、陶石、長石、カ
   オリナイト、木節粘土、焼却主灰の内の少なくとも一種
   を用いることを特徴とする請求項１記載の人工軽量骨材
   の製造方法。
3. 【請求項３】 成形体がペレットであり、焼成炉として
   ロータリーキルンを用いることを特徴とする請求項１ま
   たは２記載の人工軽量骨材の製造方法。