JPH10297948A - 焼却灰を主原料とする砂の代替品およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 無機質な廃棄物から強度を持った安全な骨材
を提供すること。一般廃棄物などの焼却灰を安全な砂の
代替品として有効に利用すること。 【構成】 一般廃棄物、下水汚泥およびまたは産業廃棄
物の、有害なダイオキシン類を分解ないしは鉱物として
取り込み無害化したおよびまたはカドミウム、鉛、六価
クロムのような有害物質の含有量が低下した焼却灰を主
原料とする砂状粒状化物。上記主原料を含有する原料に
加水して含水比調整して、必要によりカルボキシル基を
有する高分子化合物を添加して、砂状に粒状化して製造
する。粒状化の後、必要により生灰石を添加して粒状化
物中の水分と反応して粒状化物を強固なものとする。好
ましくは、一般廃棄物の焼却灰である場合は、９５０℃
から１２００℃で再焼却し粉砕する工程からなる、下水
汚泥の焼却灰である場合は、８００℃以上に再焼却する
工程からなる主原料の調製工程を有する。必要により該
再焼却に先だって石灰石を添加し、遊離カルシウム量が
５％以下となるように調整する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、砂の代替品として有効
利用する、一般廃棄物、下水汚泥、産業廃棄物等を焼却
する際に発生する焼却灰の再利用技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般廃棄物の焼却灰は現在管理型埋め立
て地に処分されており、都市圏においてはその容積の残
余年数が減少しており、大きな問題となっている。処分
場の延命などのため、さらに溶融して金属分を回収して
減溶化する方法、一般廃棄物の焼却灰に含まれるカドミ
ウム、鉛、クロム等の有害重金属や焼却施設の各種集塵
機によって補集される焼却飛灰に含まれる有害なダイオ
キシン類などの無害化方法、および焼却灰を溶融しスラ
グとして回収するなどの再利用技術の開発がなされてい
る。

【０００３】焼却灰を溶融しスラグとして回収する溶融
法は、１２００℃以上の高温にする必要がありエネルギ
ーコストが高く、かつ設備投資が莫大なものとなる。溶
融した灰はある程度の強度を保有していることから、下
水汚泥の溶融灰と同様に骨材としての用途が開発されつ
つある。しかし、この技術は、１２００℃〜１４００℃
の非常に高温で焼くためにコストがかかることと、溶融
物はガラス状となっていることから割れやすい等その物
性に問題がある。また、焼却灰からアルミ缶などの不純
物を取り除いたものをそのままセメントと固化し固める
方法があるが、これは焼却灰そのものをセメントで固化
するから増量すること、固化したものを有効利用できな
いことなど灰の特性を利用していない。

【０００４】一方、河川および海岸から骨材が採取でき
なくなった今日、コンクリートに使用する骨材の調達が
非常に難しくなっている。さらに、土木工事には欠かす
ことができない砂の供給が難しく、価格も上昇してきて
いる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】そこで、本発明は、こ
のような無機質な廃棄物から強度を持った骨材を提供す
ることを目的とする。本発明は、一般廃棄物、下水汚
泥、産業廃棄物等を焼却する際に発生する焼却灰を砂の
代替品として有効に利用することを目的とする。本発明
は、有害なダイオキシン類を分解ないしは鉱物として取
り込み無害化した焼却灰を主原料とする砂状粒状化物を
提供することを目的とする。本発明は、カドミウム、
鉛、六価クロムのような有害物質の含有量が低下した焼
却灰を主原料とするそれらの有害物質が溶出しなくなる
砂状粒状化物を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、一般廃棄物、
下水汚泥およびまたは産業廃棄物の焼却灰を主原料とす
る砂状粒状化物であることを特徴とする砂の代替品ある
ことを要旨としている。本発明は、有害なダイオキシン
類を分解ないしは鉱物として取り込み無害化した焼却灰
を主原料とする砂状粒状化物であることを特徴とする砂
の代替品あることを要旨としている。本発明は、カドミ
ウム、鉛、六価クロムのような有害物質の含有量が低下
した焼却灰を主原料とするそれらの有害物質が溶出しな
くなった砂状粒状化物であることを特徴とする砂の代替
品あることを要旨としている。

【０００７】また、本発明は、一般廃棄物、下水汚泥お
よびまたは産業廃棄物の焼却灰を主原料として含有する
原料を砂状に粒状化することを特徴とする砂の代替品の
製造方法を要旨としている。上記粒状化は、好ましくは
上記原料に加水して含水比調整して、または原料にカル
ボキシル基を有する高分子化合物を添加して行う。上記
粒状化は、さらに好ましくは上記原料に加水して含水比
調整し、さらにカルボキシル基を有する高分子化合物を
添加して行う。上記粒状化工程の後、さらに生灰石を添
加して粒状化物中の水分と反応して粒状化物を強固なも
のとすることができる。また、本発明の製造方法は、一
般廃棄物の焼却灰である場合は、焼却した一般廃棄物を
９５０℃から１２００℃で再焼却し、粉砕し、粉砕した
灰を製造する工程、下水汚泥の焼却灰である場合は、焼
却した一般廃棄物を８００℃以上に再焼却し、再焼却し
た灰を製造する工程からなる主原料の調製工程を有する
ことができる。該再焼却工程に先だって石灰石を添加
し、遊離カルシウム量が５％以下となるように調整する
工程を有することができる。

【０００８】

【発明の実施の形態】本発明の砂の代替品は、一般廃棄
物、下水汚泥およびまたは産業廃棄物の焼却灰を主原料
として用いる。主原料として用いる焼却灰は有害なダイ
オキシン類を含有しない焼却灰であることが望ましい。
一般廃棄物の焼却灰は、焼却する際の温度が低いため
に、焼却施設の各種集塵機によって補集された焼却飛灰
中には、４塩化〜８塩化のポリ塩化ダイベンゾパラダイ
オキシンやポリ塩化ダイベンゾフラン等の有害なダイオ
キシン類が含まれている。これらのダイオキシン類は焼
成温度が９５０℃以下では完全に分解しない。焼成温度
が９５０℃以上になるとダイオキシン類は分解し無害化
するとともに、塩素の大部分は、カルシウムクロロアル
ミネート（１１ＣａＯ・７Ａｌ₂Ｏ₃・ＣａＣｌ₂）やカ
ルシウムクロロシリケート（２ＣａＯ・ＳｉＯ₂・Ｃａ
Ｃｌ₂・３ＣａＯ・ＳｉＯ₂・ＣａＣｌ₂）等の水硬性鉱
物として固定される。これらの水硬性鉱物は、１２００
℃以下の温度で安定して存在し、１２００℃以上の温度
では分解する。本発明では９５０℃以上、１２００℃以
下の温度で再焼成してた有害なダイオキシン類を分解な
いしは鉱物として取り込み無害化した焼却灰が使用され
る。

【０００９】また、カドミウム、鉛、六価クロムのよう
な有害物質をできるだけ含有量を低下させた焼却灰が使
用される。一般廃棄物の原灰や下水汚泥の中にはカドミ
ウム、鉛、六価クロムのような有害物質が含有されてい
る場合があるが、１０００℃付近で焼却することにより
それらの金属が蒸散して含有量が低下し、溶出しなくな
る。

【００１０】一般廃棄物、下水汚泥およびまたは産業廃
棄物の焼却灰の再焼却に先だって石灰石を添加し、遊離
カルシウム量が５％以下となるように調整する。再焼成
する時には、カルシウム量の確認が必要で、カルシウム
が２０％以下であれば自硬性が低いことから、出来上が
り（再焼却後）で４０％程度以上になるようにすれば自
硬性が強くなる。したがって、再焼却時に粉体状の石灰
石を添加して焼却する。そのようにすれば、石灰石が生
石灰に変化する反応が炉の中で生じるから、六価クロム
の生成量が少なくなる。焼却施設において、脱塩素、脱
硫のためにＣａ（ＯＨ）₂やＣａＣＯ₃を使用するために
焼却灰（原灰）中にはＣａＯ量として２０〜４０％含ま
れており、このＣａＯ量に着目し、焼却灰に石灰石粉末
を添加混合して焼成実験を行い焼成物中に遊離カルシウ
ムを５％以上含有させることで、水硬性による造粒に効
果があることが分かった。

【００１１】本発明の焼却灰（原灰）の再焼成におい
て、焼却灰中のＣａＯ量が２０％程度と少ない場合には
焼成する際に石灰石粉末を添加混合しなければならな
い。また、焼却灰（原灰）中のＣａＯ量が約４０％あっ
たとしても、焼成物中に遊離カルシウムを５％以上含有
させるには、石灰石粉末を焼却灰１００重量％に対して
２０重量％以上添加して焼成する必要がある。また、焼
却灰（原灰）中のＣａＯ量が１０％以下の少量の場合に
は、焼却灰１００重量％に対して石灰石粉末を２００重
量％添加混合して再焼成すれば、焼成物中の遊離カルシ
ウムを５％以上含有させることができる。当然ではある
が、焼却灰を再焼成するときに、石灰石粉末を添加混合
しないで焼成し、後段で同様な効果がある生石灰を添加
混合する手段も可能である。

【００１２】上記の焼却灰の再焼成方法で得た焼成物を
冷却、粉砕して水硬性粉末とする。その粉末粒度は特に
限定されるものではないが、ブレーン値で２０００〜６
０００ｃｍ²／ｇであり、３０００ｃｍ²／ｇ以上である
ことが好ましい。冷却方法としては、水の中に投入する
直接冷却以外の冷却方法であればいずれも使用できる
が、空気冷却方法が好ましい。

【００１３】この焼成物粉末は遊離カルシウムを５％以
上含有し、少量のカルシウムクロロアルミネートやカル
シウムクロロシリケート等の水硬性鉱物を含むために、
この焼成物粉末だけで水硬性を示す。しかし、この焼成
物粉末には、ほとんど水和しないメリライト（２ＣａＯ
・Ａｌ₂Ｏ₃・ＳｉＯ₂）を含むために、造粒工程中、粒
状化が起こった後さらに生灰石を添加することにより粒
状体中の水分と反応して粒状体を強固なものとすること
ができる。

【００１４】粒状化方法は再焼成された焼却灰の自硬性
を利用した造粒法、すなわち加水して含水比調整して砂
状に造立する。焼却灰の中にはアルミ缶などが含まれて
いるために、粉砕過程でアルミ金属の粉が混入し、水と
混合した時に水素ガスが発生する可能性が高い。このよ
うな時は硝酸塩を添加する。しかし、添加する水が少な
いときはほとんどガスの発生が少ないために粒子が破壊
するようなことはない。焼却灰によっては含水比率調整
で粒状化しない場合がある。このような時は高分子凝集
剤を添加して粒状化する。高分子凝集剤はカルボキシル
基を有する高分子化合物が主として用いられる。

【００１５】

【作用】

（１）一般廃棄物、下水汚泥およびまたは産業廃棄物の
焼却灰（原灰）の再焼却の温度を９５０℃以上にするこ
とによりダイオキシン類が灰の中に残存することがな
い。また、一般に上記原灰はシリカとアルミナが含有さ
れていて、再焼却の温度が１２００℃以上になると溶融
してしまう。９５０℃以上１２００℃以下の間の温度の
管理が重要である。９５０から１２００℃に再焼却する
ことにより、原灰の中にあったダイオキシンが分解し
て、排ガスの方に移行し、焼却灰へは入ってこないか
ら、灰は無害である。 （２）一般廃棄物の原灰や下水汚泥の中にはカドミウ
ム、鉛、六価クロムのような有害物質が含有されている
場合があるが、１０００℃付近で焼却することによりそ
れらの金属が蒸散して含有量が低下し、溶出しなくな
る。 （３）一般廃棄物の焼却過程で排ガス処理のために石灰
石を投入することが多く、その結果焼却灰の中にはカル
シウム分が２０％以上含有されている場合がある。この
ような焼却灰は弱い水硬性を示すことから、水分調整す
ることで固化する性質を有する。この性質を利用して、
ミキサーでゆっくり攪拌することで小さな粒状となる。
そして、この粒は自硬性を有しているから、養生するこ
とで強度を増す。さらに、下水汚泥にはその生成過程で
用いる凝集剤によって高分子系と石灰系とがあり、高分
子系は自硬性がなく、石灰系は自硬性を有するものが多
い。生石灰系の場合は石灰石を添加しなくても加水で固
結するものもある。しかし、高分子系は自硬性がないこ
とから、石灰石を添加したり、粒状化過程の最後に生石
灰を添加することで強固な固結体が形成される。 （４）粒状体の表面はカルシウムの炭酸化したものが被
覆することから、有害物質は溶出しなくなる。 （５）このような砂代替品は、元の砂よりは強度が小さ
いことから、埋戻し砂やサンドマットのような比較的強
度を要求しない用途に用いることができる。 （６）さらに、水硬性物質で固結しているから、水など
によって破壊することはない。

【００１６】

【実施例】本発明を実施例で詳細に説明する。本発明は
これらの実施例によって何ら限定されるものではない。

【００１７】実施例１ （１）原灰の再焼成 一般廃棄物の焼却灰（原灰）１重量部に対して粉体状石
灰石を０．５重量部添加し、よく混合した後、キルンで
１０００℃１０分焼却したものをミルで粉砕し、約ブレ
ーン値３０００ｃｍ²／ｇとしたものを用いた。この焼
成物粉末中の遊離カルシウムは１２．１％であった。そ
の他の鉱物として、カルシウムクロロアルミネート、メ
リライトがＸ線回析法で固定された。この焼成物粉末中
のダイオキシン類の分析を行った結果０．０００５７ｎ
ｇ／ｇ（２，３，７，８，−４塩化ダイベンゾパラダイ
オキシン毒性等価換算濃度）であった。その化学成分を
表１に示す。

【００１８】

【表１】

【００１９】（２）粒状化物の製造方法 焼却灰（含水比ゼロ％）をアイリッヒミキサーに２ｋｇ
投入し、ゆっくり攪拌しながら水を滴下しながら約１０
０ｍｌ入れる。小さく粒状化したら水の滴下は止めて、
さらにゆっくり攪拌を続け、その粒子の径を大きくす
る。約３分ほど攪拌する。攪拌が終了したら、粒状化物
をバットの上に移し、２０℃で３日間養生する。次に、
焼却灰に水を１５０ｍｌ入れてゆっくりとアイリッヒミ
キサーで攪拌しつつ、高分子凝集剤４ｇをゆっくり添加
すると、焼却灰は粒状化する。その粒状化した灰もバッ
トの上に移して養生する。

【００２０】（３）粒状化物の物理化学特性 ２種類の粒状化物の粒度分布を図１に示す。水のみの方
が均等係数が小さく、また平均粒径も小さい。次に、粒
子の吸水率、みかけ比重、単位体積重量を表２に示す。
さらに、突固めによる締固め試験の結果を表３に示す。
この粒状化物を水に浸漬し、溶出液のｐＨを測定しその
結果を図２に示し、かつ環境庁告示１３号による溶出試
験結果を表４に示す。

【００２１】

【表２】

【００２２】

【表３】

【００２３】

【表４】

【００２４】

【発明の効果】一般廃棄物、下水汚泥、産業廃棄物等を
焼却する際に発生する焼却灰を砂の代替品として有効に
利用することができる。有害なダイオキシン類を分解な
いしは鉱物として取り込み無害化した焼却灰を主原料と
する砂状粒状化物を提供することができる。カドミウ
ム、鉛、六価クロムのような有害物質の含有量が低下し
た焼却灰を主原料とするそれらの有害物質が溶出しなく
なる砂状粒状化物を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例である２種類の粒状化物の粒度
分布を示す図面である。

【図２】本発明の実施例である２種類の粒状化物の水溶
出液のｐＨ値を示す図面である。

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 一般廃棄物、下水汚泥およびまたは産業
   廃棄物の焼却灰を主原料とする砂状粒状化物であること
   を特徴とする砂の代替品。
2. 【請求項２】 上記焼却灰が、有害なダイオキシン類を
   分解ないしは鉱物として取り込み無害化した焼却灰であ
   る請求項１の砂の代替品。
3. 【請求項３】 上記焼却灰が、カドミウム、鉛、六価ク
   ロムのような有害物質の含有量が低下した焼却灰である
   請求項１または２の砂の代替品。
4. 【請求項４】 一般廃棄物、下水汚泥およびまたは産業
   廃棄物の焼却灰を主原料として含有する原料を砂状に粒
   状化することを特徴とする砂の代替品の製造方法。
5. 【請求項５】 上記一般廃棄物の焼却灰が、焼却した一
   般廃棄物を９５０℃から１２００℃で再焼却し、粉砕し
   た灰である請求項４の砂の代替品の製造方法。
6. 【請求項６】 上記下水汚泥の焼却灰が、焼却した下水
   汚泥に石灰石を添加し、８００℃以上に再焼却した灰で
   ある請求項４の砂の代替品の製造方法。
7. 【請求項７】 再焼却に先だって石灰石を添加し、遊離
   カルシウム量が５％以下となるようにした灰である請求
   項５または６の砂の代替品の製造方法。
8. 【請求項８】 上記原料に加水して含水比調整して砂状
   に粒状化する請求項４ないし７のいずれかの砂の代替品
   の製造方法。
9. 【請求項９】 上記原料にカルボキシル基を有する高分
   子化合物を添加して砂状に粒状化する請求項４ないし８
   のいずれかの砂の代替品の製造方法。
10. 【請求項１０】 砂状に粒状化した後さらに生灰石を添
    加して粒状化物中の水分と反応して粒状化物を強固なも
    のとする請求項４ないし９のいずれかの砂の代替品の製
    造方法。