JPH10296205A - 産業廃棄物の固化方法及び産業廃棄物の固化体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 産業廃棄物を固化して十分な強度を有すると
共に有害成分の溶出の問題が殆どない固化体を製造す
る。 【解決手段】 産業廃棄物に活性カルシウム源及び／又
は活性アルカリ源を添加して混合し、得られた混合物を
成形した後水熱合成して固化体を製造する。活性カルシ
ウム源と活性アルカリ源は、混合物中の（活性カルシウ
ム源）／ＳｉＯ₂モル比が０．０５〜１．０で、（酸化
物換算の活性アルカリ源）／ＳｉＯ₂ モル比が０．０１
〜１．０となるように添加する。 【効果】 混合物を成形した後水熱合成することによ
り、成形体中で生成した水熱合成反応生成物が未反応原
料同士の間でこれらを強固に結合するバインダとしての
役割を担い、高強度な固化体を得ることができる。有害
成分を取り込むことができるゼオライト系鉱物が生成
し、これにより有害成分の溶出を抑制できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は産業廃棄物の固化方
法及び産業廃棄物の固化体に係り、特に、陶磁器廃棄
物、釉薬汚泥、生素地廃棄物、鋳物砂廃棄物、都市ゴミ
焼却灰、下水汚泥焼却灰、石炭灰、フライアッシュ、ス
ラグ等の産業廃棄物を固化して、舗装材等の建設材料と
して利用可能な固化体を製造する方法及びこの方法で得
られた固化体に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、各種産業分野から排出される産業
廃棄物量は増々増加する傾向にあり、一方でその処分地
たる埋立地の確保は増々困難になってきている。

【０００３】そこで、これらの産業廃棄物を再利用する
試みがなされるようになり、例えば、ガラス屑に水酸化
カルシウム等の無機質補助剤と水を添加して得られる泥
漿状の混合物を水熱合成し、その後脱水、乾燥した後、
カオリン等を加えて加圧成形する方法が提案されている
（特公昭５８−６７０５号公報）。

【０００４】また、製紙工場から排出されるペーパース
ラッジを２００〜１０００℃で前処理した後、酸化珪
素、水酸化ナトリウム及び酸化カルシウムを添加した後
水熱合成することにより、イオン交換体として有用なト
バモライト混合物を製造する方法も提案されている（特
開平３−１５９９１３号公報）。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】泥漿状の混合物を水熱
合成した後成形する特公昭５８−６７０５号公報記載の
方法では、得られる固化体の強度が十分に上がらず、そ
の用途が制約される。

【０００６】また、特開平３−１５９９１３号公報記載
の方法では、単にスラリー反応から粉末状の生成物を得
るものであるため、固化体を得ることはできない。

【０００７】ところで、産業廃棄物を固化して再利用す
るに当っては、固化体の強度が十分に高いことのみなら
ず、産業廃棄物中に含有される重金属、アルカリ金属、
窒素、リン等の有害成分の固化体からの溶出を防止する
ことが重要となるが、従来においては、産業廃棄物か
ら、高強度でしかも有害成分の溶出の問題のない固化体
を製造する有効な方法が提供されていないのが現状であ
る。

【０００８】本発明は上記従来の問題点を解決し、産業
廃棄物から十分な強度を有すると共に有害成分の溶出の
問題が殆どない固化体を製造する産業廃棄物の固化方法
及び産業廃棄物の固化体を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の産業廃棄物の固
化方法は、産業廃棄物に活性カルシウム源と活性アルカ
リ源との少なくとも一方を添加して混合し、得られた混
合物を成形した後水熱合成して固化体を製造する方法に
おいて、活性カルシウム源と活性アルカリ源を、前記混
合物中の（活性カルシウム源）／ＳｉＯ₂ モル比が０．
０５〜１．０で、（酸化物換算の活性アルカリ源）／Ｓ
ｉＯ₂ モル比が０．０１〜１．０となるように添加する
ことを特徴とする。

【００１０】上記混合物を成形した後水熱合成すること
により、成形体中で生成した水熱合成反応生成物が未反
応原料同士の間でこれらを強固に結合するバインダとし
ての役割を担い、高強度な固化体を得ることができる。

【００１１】しかも、この混合物中の（活性カルシウム
源）／ＳｉＯ₂ モル比及び（酸化物換算の活性アルカリ
源）／ＳｉＯ₂ モル比を所定の範囲とすることで、得ら
れる固化体中に、有害成分を構造中に取り込むことので
きるゼオライト系鉱物が生成し、これにより有害成分の
溶出を抑制できる。

【００１２】本発明の産業廃棄物の固化体は、このよう
な本発明の産業廃棄物の固化方法により製造されたもの
であり、高強度で有害成分の溶出の問題が殆どなく、舗
装材等の各種建設材料等として極めて有用である。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態を詳細
に説明する。

【００１４】本発明で処理する産業廃棄物としては特に
制限はなく、陶磁器廃棄物（例えば、タイル廃棄物、衛
生陶器廃棄物等）、釉薬汚泥、生素地廃棄物、鋳物砂廃
棄物、都市ゴミ焼却灰、下水汚泥焼却灰、石炭灰、フラ
イアッシュ、スラグ等の各種産業廃棄物が挙げられる。

【００１５】本発明においては、これらの産業廃棄物を
必要に応じて平均粒径１ｍｍ以下に粉砕した後、活性カ
ルシウム源と活性アルカリ源との少なくとも一方を、得
られる混合物中の（活性カルシウム源）／ＳｉＯ₂ モル
比が０．０５〜１．０で、（酸化物換算の活性アルカリ
源）／ＳｉＯ₂ モル比が０．０１〜１．０となるように
添加混合した後、成形し、成形体を水熱合成する。

【００１６】ここで、活性カルシウム源とは、生石灰
（ＣａＯ）及び／又は消石灰（Ｃａ（ＯＨ）₂ ）であ
る。また、活性アルカリ源とは、例えば、ＮａＯＨ，Ｋ
ＯＨ，Ｎａ₂ ＣＯ₃ ，Ｋ₂ ＣＯ₃ ，ＮａＮＯ₃ 及びＫＮ
Ｏ₃ よりなる群から選ばれる１種又は２種以上である
が、本発明では、これらを酸化物、即ち、Ｎａ₂ Ｏ及び
／又はＫ₂ Ｏで換算し、それとＳｉＯ₂ とのモル比で
（酸化物換算の活性アルカリ源）／ＳｉＯ₂ （即ち、Ｎ
ａ₂ Ｏ／ＳｉＯ₂ ，Ｋ₂ Ｏ／ＳｉＯ₂ 又は（Ｎａ₂ Ｏ＋
Ｋ₂ Ｏ）／ＳｉＯ₂ ）モル比で調整する。

【００１７】本発明において、混合物中の（活性カルシ
ウム源）／ＳｉＯ₂ モル比が０．０５未満であると十分
な強度発現が得られず、１．０を超えると未反応の活性
カルシウム源が残存するためそれ以上の添加効果が期待
できない。従って、混合物中の（活性カルシウム源）／
ＳｉＯ₂ モル比は０．０５〜１．０、好ましくは０．１
〜０．５とする。

【００１８】また、混合物中の（酸化物換算の活性アル
カリ源）／ＳｉＯ₂ モル比が０．０１未満であるとゼオ
ライト系鉱物が生成せず、１．０を超えると未反応の活
性アルカリ源が残存するため、それ以上の添加効果が期
待できないばかりかアルカリ金属の溶出が顕著となる。
従って、混合物中の（酸化物換算の活性アルカリ源）／
ＳｉＯ₂ モル比は０．０１〜１．０、好ましくは０．０
５〜０．５とする。

【００１９】なお、本発明では、得られる混合物中の
（活性カルシウム源）／ＳｉＯ₂ モル比及び（酸化物換
算の活性アルカリ源）／ＳｉＯ₂ モル比を上記範囲に調
整するために、処理する産業廃棄物中にこの活性カルシ
ウム源や活性アルカリ源が含有されている場合には、こ
の産業廃棄物由来の活性カルシウム源や活性アルカリ源
を上記モル比の調整に考慮して、その分、活性カルシウ
ム源や活性アルカリ源の添加量を減らす必要がある。

【００２０】この混合物を成形する方法としては、一軸
加圧成形等の加圧成形や押出成形等の各種成形方法を採
用することができ、例えば、加圧成形の場合、成形圧力
は１０〜４０ＭＰａ程度であることが好ましい。

【００２１】成形体の水熱合成は、通常の場合、オート
クレーブ中にて行われ、水熱合成条件は、処理する産業
廃棄物によっても異なるが、飽和水蒸気圧下、温度１１
０〜２００℃、時間０．５〜１６８時間、特に２〜２４
時間が好ましい。

【００２２】水熱合成後は必要に応じて乾燥を行って製
品とされる。

【００２３】このようにして得られる本発明の固化体
は、曲げ強度３ＭＰａ以上、好ましくは５ＭＰａ以上で
あり、ゼオライト系鉱物 (analcime, phillipsite,ゼオ
ライトNa-P, cancrinite, vishnevite, davyne等）、更
に好ましくはケイ酸カルシウム水和物 (トバモライト，
ジャイロライト，katoite 等）の生成相を有し、これら
の生成物により産業廃棄物由来の有害成分（重金属，ア
ルカリ金属，窒素，リン等）の溶出が抑制される。

【００２４】

【実施例】以下に実施例及び比較例を挙げて本発明をよ
り具体的に説明する。

【００２５】なお、実施例及び比較例において原料とし
て用いたフライアッシュ、都市ゴミ焼却灰及び下水汚泥
焼却灰の化学組成は下記表１に示す通りである。

【００２６】下記化学組成のうち、フライアッシュ中の
ＣａＯ含有量は７重量％であるが、そのうち３重量％相
当分は消石灰又は生石灰としてのＣａＯであるため、混
合物中の（活性カルシウム源）／ＳｉＯ₂ モル比の調整
に当り、フライアッシュ由来の活性カルシウム源量を考
慮したが、都市ゴミ焼却灰及び下水汚泥焼却灰中のＣａ
Ｏは活性カルシウム源ではないため考慮しなかった。ま
た、フライアッシュ，都市ゴミ焼却灰、下水汚泥焼却灰
はいずれも、含有されるＫ₂ Ｏ及びＮａ₂ Ｏは活性アル
カリ源として存在しないため、（酸化物換算の活性アル
カリ源）／ＳｉＯ₂ モル比の調整には考慮しなかった。

【００２７】

【表１】

【００２８】実施例１〜１５，比較例１〜４ フライアッシュ、都市ゴミ焼却灰又は下水汚泥焼却灰に
表２〜４に示す（活性カルシウム源）／ＳｉＯ₂ モル比
（＝Ｃａ／Ｓｉ）及び（酸化物換算の活性アルカリ源）
／ＳｉＯ₂ モル比（＝Ｎａ₂ Ｏ／Ｓｉ）となるようにＣ
ａ（ＯＨ）₂ とＮａ₂ ＣＯ₃ の必要量を添加して混合し
（比較例ではＮａ₂ ＣＯ₃ 添加せず）、得られた混合物
を３０ＭＰａで一軸加圧成形して１０ｍｍ×１５ｍｍ×
４０ｍｍの成形体を得た。

【００２９】この成形体の曲げ強度及び嵩密度は表２〜
４に示す通りであった（ただし、測定試料数２個）。

【００３０】得られた成形体をオートクレーブ中に入
れ、飽和水蒸気圧下、２００℃（フライアッシュ及び下
水汚泥焼却灰の場合）又は１５０℃（都市ゴミ焼却灰の
場合）で表２〜４に示す時間水熱合成した後、８０℃で
２日間乾燥した。

【００３１】得られた固化体の曲げ強度及び嵩密度は表
２〜４に示す通りであった（ただし、測定試料数５
個）。また、この固化体中の生成相を粉末Ｘ線回折によ
り調べたところ、表２〜４に示す生成相が認められた。

【００３２】表２〜４より、本発明による固化体は高強
度で、しかも、有害成分を構造中に取り込むことのでき
るゼオライト系鉱物の生成、更にはケイ酸カルシウムに
よる吸着作用で有害成分の溶出が抑制されることがわか
る。

【００３３】

【表２】

【００３４】

【表３】

【００３５】

【表４】

【００３６】

【発明の効果】以上詳述した通り、本発明の産業廃棄物
の固化方法及び産業廃棄物の固化体によれば、産業廃棄
物中の有害成分を溶出させない固定化工程と、産業廃棄
物を再利用可能な十分な強度を有する固化体とする固化
工程とを１度の処理で行って、産業廃棄物から高強度で
有害成分の溶出の問題が殆どなく、舗装材等の建設材料
等として有用な固化体を容易かつ効率的に製造すること
ができる。

【００３７】本発明によれば、産業廃棄物の有効再利用
が図れ、本発明の工業的価値は極めて大である。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 産業廃棄物に活性カルシウム源と活性ア
   ルカリ源との少なくとも一方を添加して混合し、得られ
   た混合物を成形した後水熱合成して固化体を製造する方
   法において、 活性カルシウム源と活性アルカリ源を、前記混合物中の
   （活性カルシウム源）／ＳｉＯ₂ モル比が０．０５〜
   １．０で、（酸化物換算の活性アルカリ源）／ＳｉＯ₂
   モル比が０．０１〜１．０となるように添加することを
   特徴とする産業廃棄物の固化方法。
2. 【請求項２】 請求項１の方法において、産業廃棄物が
   陶磁器廃棄物、釉薬汚泥、生素地廃棄物、鋳物砂廃棄
   物、都市ゴミ焼却灰、下水汚泥焼却灰、石炭灰、フライ
   アッシュ、及びスラグよりなる群から選ばれる１種又は
   ２種以上であることを特徴とする産業廃棄物の固化方
   法。
3. 【請求項３】 請求項１の方法において、活性カルシウ
   ム源が生石灰及び／又は消石灰であり、活性アルカリ源
   がＮａＯＨ，ＫＯＨ，Ｎａ₂ ＣＯ₃ ，Ｋ₂ ＣＯ₃ ，Ｎａ
   ＮＯ₃ 及びＫＮＯ₃ よりなる群から選ばれる１種又は２
   種以上であることを特徴とする産業廃棄物の固化方法。
4. 【請求項４】 請求項１ないし３のいずれか１項に記載
   の方法で得られた産業廃棄物の固化体。
5. 【請求項５】 請求項４の固化体において、曲げ強度が
   ３ＭＰａ以上であることを特徴とする産業廃棄物の固化
   体。
6. 【請求項６】 請求項４又は５の固化体において、ゼオ
   ライトが含有されていることを特徴とする産業廃棄物の
   固化体。