JPH1067547A - 焼却灰を用いた人工軽量骨材の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 低コストで鉛や塩化物の溶出を防止でき、か
つ焼却主灰および飛灰を廃棄物として処理するのではな
く、資源として有効利用し得るための手段を提供するこ
とを目的とするものである。 【解決手段】 焼却飛灰、粘結剤、および珪砂もしくは
珪砂と焼却主灰の混合物のうちから選ばれた少なくとも
１種の組成調合剤からなる原料を、焼成後のシリカ含有
率が５０〜８０重量％となるように調整混合し、さらに
コークスを添加率が原料に対して１〜１０重量％の範囲
になるように添加し、平均粒径１５μｍ以下に粉砕する
とともに均一に混合し、水を加えて成形体とした後、１
０００〜１３００℃で焼成することによって焼却灰を用
いた人工軽量骨材を製造するものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、焼却主灰と排ガス
中に飛散する飛灰を用いて、建築、土木用の軽量骨材を
製造し、資源化し得る技術を提供する、焼却灰を用いた
人工軽量骨材の製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】各地に設置されている焼却施設におい
て、物品を焼却する際に発生する焼却主灰と排ガス中に
飛散し捕集 れた飛灰の大半は廃棄物として埋め立て処
分されている。特に、焼却飛灰には、鉛、亜鉛などの重
金属類が多く含有しているために、現状では、焼却飛灰
の多くが以下に示すいずれかの方法で重金属の溶出処理
を施した後、埋め立て処分されている。 （１） 熔融固化法：焼却主灰や飛灰を加熱熔融した
後、冷却し、固化する方法である。 （２） セメント固化法：焼却主灰や飛灰にセメントを
混合し、これらに含まれている重金属類を封じ込める方
法である。 （３） キレート処理法：焼却主灰や飛灰にキレート剤
を添加することにより、これらに含まれている重金属類
を安定化し、溶出を防ぐ方法である。 （４） 酸洗浄法：焼却主灰や飛灰を酸洗浄することに
より、これらに含まれていて溶出しやすい重金属類をあ
らかじめ除去し、洗浄液は別途処理する方法である。

【０００３】前記した方法は、重金属類の溶出防止処理
を施さずに埋め立て処分した場合と比較して、処理費用
が大幅に高くなる。また、多くの自治体が最終処分場の
確保と延命に苦慮している現状から、溶出処理後の廃棄
物の容積が増大する方法は好ましくないものである。そ
こで、これらの欠点を解消し、低コストで焼却主灰や飛
灰を廃棄物とせずに資源化して有効利用する技術が注目
されている。すなわち、その方法としては、例えば、焼
却主灰と飛灰を原料として、これらに粘結剤と調合組成
物とを、焼成後のシリカ含有率が２０〜８０重量％、ア
ルミナ含有率が１５〜１重量％となるように添加し、焼
成すれば飛灰中に比較的多く含まれている重金属である
鉛の溶出が少なく、かつ建築、土木用として十分な強度
および耐久性をもった人工軽量骨材が得られるという方
法がある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記方
法は、飛灰組成のばらつきが大きいために、飛灰によっ
て鉛や塩化物の含有量が異なり、一定条件での処理は困
難であるという問題がある。したがって、このようにし
て得られた骨材の鉛の溶出量は、埋め立て処分が可能と
される廃棄物の溶出基準値を上回る場合があり、さらに
塩化物の溶出量が人工軽量骨材の規格に定められた値を
上回ることもあるため、廃棄物リサイクル品として受け
入れられない可能性があるといった問題もあるものであ
る。本発明は、前記の問題を解決し、低コストで鉛や塩
化物の溶出を防止でき、かつ焼却主灰および飛灰を廃棄
物として処理するのではなく、資源として有効利用し得
るための手段を提供することを目的とするものである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明者は、前記問題を
解決し前記目的を達成するために研究を重ねた結果、本
来、鉛や塩化物の溶出を低減させるためには、焼成物へ
のこれらの残留を極力抑えればよいことに着目し、その
方法として、本発明者は、原料を高温で長時間保持する
ことによって、焼却飛灰中に含まれる鉛や塩化物のほぼ
全量を揮発させ、揮発分を別途処理することについてさ
らに研究を重ね、飛灰と粘結剤と組成調合剤とを焼成後
のシリカ含有率が特定量になるようにし、さらに、コー
クスを特定量加えることによって目的を達し得ることを
見出だして本発明を完成するに至った。すなわち、本発
明は、焼却飛灰、粘結剤、および珪砂と焼却主灰のうち
から選ばれた少なくとも１種の組成調合剤からなる原料
を、平均粒径１５μｍ以下に粉砕するとともに均一に混
合し、水を加えて成形体とした後、１０００〜１３００
℃で焼成して人工軽量骨材を製造するに際して、前記原
料を焼成後のシリカ含有率が５０〜８０重量％となるよ
うに調整混合し、さらにコークスを添加率が原料に対し
て１〜１０重量％の範囲になるように添加する焼却灰を
用いた人工軽量骨材の製造方法である。

【０００６】しかして、粘結剤としてはベントナイトを
使用することが好ましく、ベントナイトを用いた場合の
添加率を１〜１０重量％とすることが好ましい。組成調
合剤としては、珪砂のようなシリカを含む鉱物または焼
却主灰を用いることが好ましい。さらに、成形体をペレ
ット状とした場合の大きさが５〜１５ｍｍであることが
好ましいものである。

【０００７】

【発明の実施の形態】本発明において、焼成物中のシリ
カ含有率を５０〜８０重量％とする必要があるが、これ
は、焼成温度を下げたうえで焼成物の強度を得るために
必要であって、そのためには、各原料の配合割合をこの
範囲になるように配合するのであるが、前記組成調合剤
によることが主になるものである。シリカ含有率を５０
〜８０重量％としたのは、５０重量％未満では、焼成物
の強度が十分でない場合があり、８０重量％を超える
と、キルン内でのペレットの粘着性が増大し、操業に支
障を来すし、さらに、本来処理すべき飛灰に対して組成
調合剤の使用量が多くなり、廃棄物処理の意味合いも薄
れるからである。なお、組成調合剤として、珪砂もしく
は珪砂と焼却主灰の混合物のうちから少なくとも１種を
選択して使用するものであり、主として焼成物中のシリ
カ含有率を所定含有率に調整するために使用され、シリ
カ含有率限定の効果を発揮させ得るものである。

【０００８】また、コークスを添加するのは、所定量添
加した場合に、鉛および塩化物の溶出をきわめて少なく
し得るからであり、これは、コークスの添加によって鉛
の揮発が促進され、焼成物中の残留量がきわめて少なく
なるからである。このような効果をもたらし得る理由に
ついては断定し得ないが、（１）コークスの添加によっ
て炉内が還元性雰囲気となり、鉛が揮発しやすくなって
いる、（２）ペレット内でコークスと飛灰中の鉛化合物
とが反応し、揮発しやすい形態となっている、といった
ことが推定され、かつこれらがそれぞれ複雑に絡み合っ
て相乗効果をもたらしていることによるものと考えられ
る。それは、一方の効果だけ、例えば、還元性雰囲気の
みを強化しても、条件さえ選べば本発明の効果と類似効
果が得られることが予想されるが、そのためには長大な
キルンと多量のコークスとを必要とするものであるから
である。

【０００９】コークスの添加は、ペレット製造とは別に
して行うことも可能であるが、鉛の溶出抑制の効果が前
記推定理由によるとすれば。コークスはペレット製造時
に同時に添加し混合する方が鉛化合物の還元に関して効
率がよいものである。コークスの添加率を１〜１０重量
％としたのは、１重量％未満では、ペレット中に鉛化合
物が偏在しているなどの原因で鉛化合物の揮発が十分で
なく、溶出が多くなることがあり、添加率が１０重量％
を超えると、焼成後に未反応のコークスが焼成物中に残
るために骨材としての強度が低下するからである。

【００１０】さらに、粘結剤を用いるのは、焼成をロー
タリーキルンで行う場合、ロータリーキルン内でペレッ
トが粉化するのを抑制するためである。すなわち、ペレ
ットの粉化が著しいと、焼成物の収率が低下するだけで
なく、キルン内の焼成帯でペレット表面に粉体が付着し
てこれが接着剤の役割を果たしてペレットがキルン内に
付着したり、ペレット相互が付着したりするために連続
操業に支障を来すからである。しかして、粘結剤として
ベントナイトを使用する場合の添加率は、１〜１０重量
％とすることが好ましく、それは、ベントナイト添加率
がこの範囲未満では、粉化を抑制する効果が得られず、
この範囲を超えて添加しても、さらなる効果を期待し得
ないからである。

【００１１】本発明の施行に使用する機器としては、粉
砕には、ボールミルを使用することが好ましく、かつ粉
砕後の平均粒径を１５μｍ以下とすることが好ましく、
これより平均粒径が大きいと焼成物の強度が十分でない
からである。なお、１μｍ以下の粉砕は、ボールミルな
どを用いた実操業では実際的ではなく、したがって１μ
ｍ程度の粉砕が下限となるであろう。

【００１２】成形には、例えば、パンペレタイザーや押
し出し成形機を使用でき、ペレットの大きさは、５〜１
５ｍｍとすることが好ましい。これは、焼成物が骨材と
して用いられる場合の大きさを考慮したものである。

【００１３】焼成には、処理量を考慮してロータリーキ
ルンを使用することが好ましい。しかして、焼成温度を
１０００〜１３００℃とするものであって、これは、焼
成温度が１０００℃未満では、焼成が十分でなく、１３
００℃を超えると炉の耐久性や燃料コストに問題が生
じ、さらにペレットの粘着性が大きくなり過ぎるといっ
た問題が生じるからである。また、ロータリーキルンを
用いる場合の滞留時間は、鉛や塩化物の揮発の進行度は
もちろんペレットの焼結の進行度やロータリーキルン内
壁への付着、ペレット表面の酸化の進行度に影響するこ
とが知られているので、これらの影響を考慮して滞留時
間を設定する必要がある。すなわち滞留時間が短かすぎ
ると、鉛、塩化物などの揮発が十分でなかったり、焼結
が十分でないために焼成物の強度が低下するし、反対に
滞留時間が長すぎると、ペレットの酸化が進み過ぎて焼
成物の強度が低下したり、焼成帯での滞留時間が長すぎ
るとペレットがキルン内壁に付着するといった問題が生
じるからであって、２０〜９０分間程度とすることが好
ましい。

【００１４】このようにして、鉛および塩化物の溶出が
きわめて少なく、建築用、土木用として十分な強度、耐
久性をもった人口骨材を得ることができるものである。

【００１５】

【実施例】次に、本発明の実施例を、比較例とともに説
明する。

【００１６】実施例１：表１に示すような化学組成の飛
灰Ａ、珪砂、ベントナイトを使用して、焼成後のシリカ
含有率が約５５％になるように表２に示すように、飛灰
Ａ５５重量％、珪砂４０重量％、ベントナイト５重量
％、コークス１重量％の原料配合になるように秤取し、
ボールミルを用いて粉砕混合し、粉砕後の混合物の粒度
分布をレーザー回折式粒度分布計で測定した。次に、得
られた粉砕混合物を水で加湿しながらパンペレタイザー
を用いて直径５〜１５ｍｍの球状に造粒後、３０分間乾
燥した。焼成には、レンガ内径４００ｍｍ、長さ４８０
０ｍｍのロータリーキルンを用いて１０７０℃で滞留時
間が４０分間となるように焼成した。得られた原料の平
均粒度、焼成温度、焼成後のシリカ含有率を表３に示
す。また、焼成物の鉛溶出試験は、環境庁告示第１３号
に規定された方法で行い、塩化物の溶出試験をＪＩＳ
Ａ５００２に規定された方法で行ない、焼成物の強度
は、直径１０ｍｍのものの圧潰強度を測定することによ
って行った。これらの結果を表４に示す。

【００１７】実施例２：表１に示すような化学組成の飛
灰Ｂ、珪砂、ベントナイトを使用して、焼成後のシリカ
含有率が約５３％となるように表２に示すように、飛灰
Ｂ５５重量％、珪砂４０重量％、ベントナイト５重量
％、コークス５重量％の原料配合になるように秤取し、
焼成温度を１１４０℃とした以外は、実施例１と同様に
処理し、同様な試験を行った。得られた結果を表４に示
す。

【００１８】実施例３〜９：表１に示すような化学組成
の飛灰ＡまたはＢ、珪砂、ベントナイトを使用して、そ
れぞれ表２に示す実施例番号に相当する配合割合になる
ように配合し、表３に示すそれぞれ該当する焼成温度で
実施例１と同様に処理し、同様な試験を行い、得られた
結果を表４に示す。

【００１９】実施例１０：組成調合剤として珪砂３０重
量％、焼却主灰１０重量％を配合した以外は、実施例１
と同様に処理し、同様な試験を行った。得られた結果を
表４に示す。

【００２０】実施例１１：組成調合剤として珪砂３０重
量％、焼却主灰１０重量％を配合した以外は、実施例２
と同様に処理し、同様な試験を行った。得られた結果を
表４に示す。

【００２１】これらの結果から、本発明方法によるすべ
ての実施例において、鉛の溶出は環境基準である０．０
１ｍｇ／ｌ以下であり、塩化物の溶出は人工骨材の溶出
基準である０．０１％（ＮａＣｌ基準）以下を満足して
おり、建築、土木用骨材として十分使用し得ることを示
している。

【００２２】比較例１：表１に示すような化学組成の飛
灰Ｂ、珪砂、ベントナイトを使用して、焼成後のシリカ
含有率が約４８％となるように表２に示すように、飛灰
Ｂを５重量％、珪砂３０重量％、ベントナイト５重量
％、コークス５重量％の原料配合になるように秤取し、
焼成温度を１２４０℃とした以外は、実施例１と同様に
処理し、同様な試験を行った。得られた結果を表４に示
す。

【００２３】比較例２：表１に示すような化学組成の飛
灰Ａ、珪砂、ベントナイトを使用して、焼成後のシリカ
含有率が約４８％となるように表２に示すように、飛灰
Ａ６５重量％、珪砂３０重量％、ベントナイト５重量
％、コークス１５重量％の原料配合になるように秤取
し、焼成温度を１０９０℃とした以外は、実施例１と同
様に処理し、同様な試験を行った。得られた結果を表４
に示す。

【００２４】比較例３：表１に示すような化学組成の飛
灰Ｂ、珪砂、ベントナイトを使用して、焼成後のシリカ
含有率が約４８％となるように表２に示すように、飛灰
Ｂ６５重量％、珪砂３０重量％、ベントナイト５重量
％、コークス０．５重量％の原料配合になるように秤取
し、焼成温度を１２５０℃とした以外は実施例１と同様
に処理し、同様な試験を行った。得られた結果を表４に
示す。

【００２５】比較例４：表１に示すような化学組成の飛
灰Ａ、珪砂、ベントナイトを使用して、焼成後のシリカ
含有率が約６０％となるように表２に示すように、飛灰
Ａ４５重量％、珪砂５０重量％、ベントナイト５重量
％、コークス０．５重量％の原料配合になるように秤取
し、焼成温度を１０５０℃とした以外は、実施例１と同
様に処理し、同様な試験を行った。得られた結果を表４
に示す。

【００２６】比較例５：表１に示すような化学組成の飛
灰Ｂ、珪砂、ベントナイトを使用して、焼成後のシリカ
含有率が約６０％となるように表２に示すように、飛灰
Ｂ４５重量％、珪砂５０重量％、ベントナイト５０重量
％、コークス１５重量％の原料配合になるように秤取
し、焼成温度を１０５０℃とした以外は実施例１と同様
に処理し、同様な試験を行った。得られた結果を表４に
示す。

【００２７】

【表１】焼却飛灰、珪砂、焼却主灰、ベントナイトの化
学組成（単位：重量％）

【００２８】

【表２】原料配合（単位：重量％）

【００２９】

【表３】原料平均粒度と焼成温度、および焼成後のシリ
カ含有率

【００３０】

【表４】鉛および塩化物の溶出量と圧潰強度の測定結果

【００３１】これらの結果から、比較例のものは鉛溶出
量、塩化物溶出量は、規格を満足し得ていても圧潰強度
が低かったり、何れも規格外であったりして人工軽量骨
材として使用し得ないものであり、同様な原料を使用し
ていても本発明の規定範囲外では目的を達し得ないこと
が明瞭に示している。

【００３２】

【発明の効果】本発明は、焼成後のシリカ含有率を特定
範囲とし、コークスを特定範囲添加するものであるか
ら、埋め立て後に溶出し易い鉛および塩化物を比較的低
コストで無害化を可能とし、得られた焼成物は建築、土
木用骨材として十分な強度を有しているので資源の有効
利用を図ることができ、最終処理場不足問題も解決し得
るなどの顕著な効果が認められる。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 焼却飛灰、粘結剤、および珪砂もしくは
   珪砂と焼却主灰の混合物のうちから選ばれた少なくとも
   １種の組成調合剤からなる原料を、平均粒径１５μｍ以
   下に粉砕するとともに均一に混合し、水を加えて成形体
   とした後、１０００〜１３００℃で焼成して人工軽量骨
   材を製造するに際して、前記原料を焼成後のシリカ含有
   率が５０〜８０重量％となるように調整混合し、さらに
   コークスを添加率が原料に対して１〜１０重量％の範囲
   になるように添加することを特徴とする焼却灰を用いた
   人工軽量骨材の製造方法。
2. 【請求項２】 粘結剤としてベントナイトを用いた場合
   の添加率を、１〜１０重量％とすることを特徴とする請
   求項１記載の焼却灰を用いた人工軽量骨材の製造方法。
3. 【請求項３】 成形体を大きさが５〜１５ｍｍのペレッ
   ト状とすることを特徴とする請求項１または２記載の焼
   却灰を用いた人工軽量骨材の製造方法。