JPH09164377A - 鋳造工程で発生する廃棄砂の固化方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 廃棄対象鋳物砂を簡易な方法で固化させて、
建設用資材等としての固形再資源化を図る。 【解決手段】 微粉状の廃棄対象鋳物砂に水分を加え
て、その砂に混入している鉄分を予め酸化させる。酸化
処理後の砂に、所定量の水分と硬化剤としてのセメン
ト、補強材であるスチールファイバーおよび砕石とを混
ぜて混練する。混練後の混合物を金型に入れてインター
ロッキングブロック１の形状に圧縮成形した後に脱型
し、脱型後のインターロッキングブロック１を公知の方
法により養生させて固化させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、鋳造工程で発生す
る廃棄砂を所定形状に固化させる方法に関し、特に集塵
ダストや鉄分等の混入のために従来は廃棄対象となって
いた廃棄砂の固化技術を提供することでその廃棄砂を建
設資材等として有効利用できるようにした方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術と発明が解決しようとする課題】鋳造工程
の各所から回収される鋳物砂は、造型ラインにそのまま
返して再使用される砂を除き、一般的には廃棄砂と総称
され、近年になって再生装置が一般化するまでは全て廃
棄の対象となっていた。再生装置が普及してそのうちの
数十パーセントは再使用可能となったが、集塵ダストや
鉄分あるいはその他の異物の混入が多い残りのものはな
おも廃棄対象となっている。

【０００３】その一方、環境保全に対する世論が高ま
り、廃棄に関して管理型廃棄場のさらなる拡大が不能と
なった現状では、その廃棄砂を他の用途用に再生して有
効利用するリサイクルの方法が模索されている。その結
果、セメントの増量材として活用することが一部で試み
られているが、その需要におのずと限界があり、取り扱
いが面倒な粉体のままでなく二次加工品として固形化し
て固形再資源化する方が需要の拡大につながる可能性が
高い。

【０００４】鋳物砂の成分は、一般的に、基材としての
硅砂、粘結材としてのベントナイト、クッション的な役
割を果たす石炭粉、更に二次バインダーとして澱粉類等
が主である。これに水を必要量注入し、混練機により所
定時間混練して使用している。

【０００５】これに対して、廃棄砂と称されるものは、
上記の鋳物砂を繰り返し使用する過程において粉砕され
集塵機によって回収された微粉類、研掃機によって製品
を研掃する過程で発生する微粉や金属粉、さらには、こ
ぼれたり随所に堆積したものを回収した結果埃や異物が
混入して使用に耐えないと判断されたもの等が主であ
る。その上、溶解工程の耐火物の残渣や溶解関係の集塵
機から回収される金属分を多く含んだダスト類も同時に
廃棄の対象とされ、これらも廃棄砂に混入されるのが通
例である。したがって、廃棄対象とされた鋳物砂は、最
終的には微粉類を多く含んだ硅砂を主成分とした砂に、
金属粉、耐火物の残渣、その他の不純物が混ざったもの
となっている。

【０００６】このような廃棄対象とされる鋳物砂類の有
効的な利用方法としては、上記のように多くの不純物を
含んでいるが故に、粉体のまま利用する方法のほかに、
例えばペレット状に予備加工したものを炉に入れて６０
０〜８００℃程度で加熱焼成し、でき上がったものを材
料としてさらに二次加工することで再利用することも提
案されている。この方法では、廃棄砂の種類によっては
その廃棄砂に含まれる可燃物が数パーセントから数十パ
ーセントにまで及ぶこともあるために、焼成による減量
的効果も大きいとされているが、コストの面から考える
と焼成することなく再利用できることが最も有効な方法
であることには変わりはない。

【０００７】本発明は以上のような背景のもとになされ
たものであり、とかく処理が厄介とされている廃棄砂を
既存の材料と設備とを使用して容易に固形化することが
できるようにした方法を提供しようとするものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、鋳造工程で発
生する廃棄砂を所定の形状に固化させる方法であって、
前記廃棄砂に混入している鉄分を酸化させ、鉄分酸化後
の廃棄砂に所定量の水分と硬化剤としてセメントとを加
えて混練するとともに、混練後の混合物を型に入れて所
定の製品形状に圧縮成形した後に脱型し、脱型後の圧縮
成形体を養生させて固化させることを特徴とするもので
ある。

【０００９】この場合、圧縮成形前の廃棄砂に、補強材
としてのスチールファイバーを単独もしくは基材として
の砕石とともにを予め混入させることが固形製品の機械
的強度の向上の上で望ましい。

【００１０】廃棄砂に加える水分は重量比で８〜１５％
程度とする。これは、水分が多すぎても少なすぎても圧
縮成形時の成形性が悪くなるためである。

【００１１】圧縮成形時の圧力は５〜１５ｔｏｎ程度と
し、製品の単位面積あたり約２０〜６０ｋｇ／ｃｍ²の
圧力を加えるものとする。

【００１２】鉄分を多く含む廃棄砂は、そのままの状態
で加水した上でセメントと混ぜて混練して成形すると、
酸化が促進されて発熱し、セメントの水和反応を阻害す
ることになるばかりでなく、成形後の製品が熱膨張によ
り自己破壊することもあり、したがって鉄分を含む廃棄
砂を予め酸化させることが必須である。

【００１３】また、廃棄砂に対して、補強材として特に
容積比で０．５〜３％程度のスチールファイバーを単独
あるいは砕石とともに加えると、固形製品の曲げ強度が
大幅に向上する。ただし、スチールファイバーが製品表
面に露出すると錆の発生を招くので、極力スチールファ
イバーが製品表面に露出しないようにするのが望まし
い。

【００１４】本発明者は、鉄系鋳物の鋳造工程で発生す
る廃棄対象鋳物砂を活用し、建設用資材として道路舗装
用のインターロッキングブロックを製作してみた。一般
に、建設用資材の基材として、廃棄対象となる鋳物砂を
使用することは強度面で不利である。その理由は、先に
示したように廃棄鋳物砂に澱粉類やその灰分を含んでい
てその粒度が非常に小さく、それ以外にも多くの不純物
を含んでいるためである。しかも、それぞれの不純物の
割合が一定していないことが上記の不利さを一段と助長
している。

【００１５】本発明者は、廃棄対象となる鋳物砂に加え
るべき物質の選択や、圧縮成形に至るまでの手法を種々
検討して実験や試作等を行った。その結果、最終的に先
に述べたような固化方法を採用することで、廃棄対象と
なる鋳物砂を使用することによる不利な条件を克服し、
要求強度を十分に満たし得るインターロッキングブロッ
クを製作できることを確認した。

【００１６】なお、本発明はインターロッキングブロッ
ク以外の建設用資材にも適用できることは言うまでもな
い。

【００１７】

【発明の実施の形態】実施例１として、廃棄対象となっ
た鋳物砂に酸化処理を施すべく、鉄系鋳物の鋳造工程の
集塵機から回収した微粉状の鋳物砂に適量の水を加えて
混練した。混練後の鋳物砂は酸化の進行に伴って６０℃
程度まで発熱するので、発熱後の鋳物砂が常温になるま
でそのまま放置した。

【００１８】常温となった鋳物砂に重量比で８〜１５％
程度の水をさらに加え、この水分添加後の鋳物砂に、硬
化剤であるセメントのほか、補強材である短繊維状のス
チールファイバーを０．５％（容積比）程度と、直径２
〜５ｍｍの砕石を１７％（容積比）程度加えて再度混練
し、混練後の混合物を金型に入れて、汎用のプレス機械
を用いて図１に示すように上面に面取部１ａを有するイ
ンターロッキングブロック１を圧縮成形した。圧縮成形
時の圧力は５ｔｏｎ程度とし、インターロッキングブロ
ック１の単位面積あたり２０ｋｇ／ｃｍ²の圧力とし
た。また、上記の補強材として用いるスチールファイバ
ーは「住友のスチール短繊維 Ｉ．Ｓファイバー」（イ
ゲタ鋼板（株）製）および「ダイパック」（東京製鋼
（株）製）を使用した。

【００１９】より具体的には、図２に示すように、金属
製の台板２の上に同じく金属製の枠型３を置き、その中
に計量後の所定量の鋳物砂Ｓを入れて表面をならした上
で、枠型３に内接する蓋型４をセットし、その蓋型４の
上から上記の圧力Ｐで加圧した。圧縮成形後の成形体を
脱型した上で、湿潤養生等の公知の方法により養生を行
って固化させた。

【００２０】固化後の製品であるインターロッキングブ
ロック１のサイズは，、図１に示すように、長さをＬ、
幅寸法をＷ、高さをＤとしたとき、Ｌを１００〜１２０
ｍｍ程度とし、かつＬ：Ｗ：Ｄ＝２：１：０．６〜０．
８程度とした。

【００２１】実施例２として、圧縮成形時の圧力は１０
ｔｏｎ程度とし、インターロッキングブロック１の単位
面積あたり４０ｋｇ／ｃｍ²の圧力として、それ以外は
実施例１と全く同じ条件で図１に示すインターロッキン
グブロック１を作製した。

【００２２】実施例３として、水分添加後の鋳物砂に、
セメントとともに補強材である短繊維状のスチールファ
イバーのみを１％（容積比）程度加え、それ以外は実施
例２と全く同じ条件で図１に示すインターロッキングブ
ロック１を作製した。

【００２３】実施例４として、水分添加後の鋳物砂にセ
メントのみを加えて、それ以外に補強材であるスチール
ファイバーや砕石を加えることなく、それ以外は実施例
２と全く同じ条件で図１に示すインターロッキングブロ
ック１を作製した。

【００２４】実施例５として、圧縮成形時の圧力は１５
ｔｏｎ程度とし、インターロッキングブロック１の単位
面積あたり６０ｋｇ／ｃｍ²の圧力として、それ以外は
実施例１と全く同じ条件で図１に示すインターロッキン
グブロック１を作製した。

【００２５】実施例６として、圧縮成形時の圧力は１５
ｔｏｎ程度とし、インターロッキングブロック１の単位
面積あたり６０ｋｇ／ｃｍ²の圧力として、それ以外は
実施例３と全く同じ条件で図１に示すインターロッキン
グブロック１を作製した。

【００２６】これら各実施例１〜６のインターロッキン
グブロック１の曲げ強度を測定するべく曲げ破壊試験を
行ったところ、表１に示すような結果を得た。なお、表
１の〜欄の数値は、実施例４（表１の欄）の製品
の試験により得られた破壊強度の値を単位面積荷重（ｋ
ｇｆ／ｃｍ²）に直した上でこの値を１００とした場合
の比率を表している。

【００２７】

【表１】

【００２８】表１から明らかなように、圧縮成形時の圧
力が高いほど破壊荷重が大きくなって曲げ強度が向上
し、またスチールファイバーと砕石とを混入させたもの
よりスチールファイバーを単独で加えたものの方が曲げ
強度が大幅に向上する。

【００２９】そして、各実施例１〜６のインターロッキ
ングブロック１を実際に路上に施設してその結果を調べ
たところ、市販されているものと比べて何ら遜色ない機
能が得られ、また有害物質の溶出も全く発生しないこと
が判明した。

【００３０】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、強度の上
では一般に不利になりやすいとされている廃棄対象鋳物
砂を積極的に利用しながらもこれを固化させることで、
インターロッキングブロックに代表されるように必要十
分な機械的強度を備えた建設資材として有効利用するこ
とができるとともに、その固化方法も比較的簡易でコス
ト的にも有利であり、特に微粉状で且つ多種多様の不純
物を含んでいるがために廃棄対象となった鋳物砂の固形
再資源化に大きく貢献できる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】廃棄対象鋳物砂を利用して作製したインターロ
ッキングブロックの斜視図。

【図２】インターロッキングブロックの圧縮成形時の断
面説明図。

【符号の説明】

１…インターロッキングブロック

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 鋳造工程で発生する廃棄砂を所定の形状
   に固化させる方法であって、 前記廃棄砂に混入している鉄分を酸化させ、鉄分酸化後
   の廃棄砂に所定量の水分と硬化剤としてセメントとを加
   えて混練するとともに、混練後の混合物を型に入れて所
   定の製品形状に圧縮成形した後に脱型し、脱型後の圧縮
   成形体を養生させて固化させることを特徴とする鋳造工
   程で発生する廃棄砂の固化方法。
2. 【請求項２】 圧縮成形前の廃棄砂に、補強材としてス
   チールファイバーを予め混入させることを特徴とする請
   求項１記載の鋳造工程で発生する廃棄砂の固化方法。
3. 【請求項３】 圧縮成形前の廃棄砂に、補強材としての
   スチールファイバーのほかに基材として砕石を予め混入
   させることを特徴とする請求項１記載の鋳造工程で発生
   する廃棄砂の固化方法。