JPS6178483A - 焼却灰の固化方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野］ 本発明は焼却灰の固化方法に係り、特に焼却灰にＮａＯ
Ｈを加えて水熱反応させ固化させるようにした焼却灰の
固化方法に関するものである。

〔従来の技術〕

焼却灰の中には種々の全血が含まれており、そのまま埋
め立て処分或は海洋投棄処分を行なった場合、焼却灰中
からの金属の溶出が問題となる。

特に放射性廃棄物の焼却灰に関しては、放射能の溶出及
び保管時の安全性の面から焼却灰の固化プロセスが必安
となる。

従来の焼却灰の固化方法としては、セメント固化法、ア
スファルト固化法があるが、固化剤に対する焼却灰の含
有率が少ないため、廃棄物の埴が多くなってしまう、ま
たアスファルトについては、可燃性であることから、固
化物の防火対策が必要であり、また固化体自体の強度も
小さい。

放射性廃棄物の固化方法としては、プラスチック法や熔
融固化法があるが、固化／Ｉ１１或は固化容器が高価で
あり、ランニングコストが高くつき、設備も大型となる
。

〔発明が解決しようとする問題点〕

Ｆ、述の通り、セメント固化法、アスクアル６１Ｍ化法
、プラスチック因化法、熔融固化法等の従来の固化法に
は、同化体の体植が著しく増加する、固化体が可燃性を
有し強度が小さい、高価である、大型の設備を要する等
の問題があった。

［問題点を解決するための子役］ 本発明は、焼却灰中に含まれるＳ　ｉ　０２を利用し、
これにＮ　ａＯＨを添加して水熱反応させて焼却灰を固
化させるようにしたらのＣ島り１ＳｉＯｚ及びＡｌ２Ｏ
３を含む焼却灰に。

ＮａＯＨ，又はＮａＯＨとＳｉＯ：＝含有物質を。

添加後の混合物中の含有率が、 ＳｉＯ２２５〜９０重量％、 Ｎａ２Ｏ２〜１ＯＪｉ量％。

Ａ　ｎ　２０　ｚ　　５　重４１％以上でかつモル％で
。

Ｓ　ｉ　Ｏ２含有率よりも少ない。

となるように添加すると共に、水を１１１合物１００重
量部に対して５重量部以上繞加して混練し、この混練物
を圧カフ０Ｋｇ／ｃｒｎ’以上、４１度１５０℃以上の
加熱加圧状！感に保持してＩＩｄ化させることを特徴と
する焼却灰の固化方法、 を要旨とする。

以Ｆ本発明について詳細に説明する。

本発明において固化処理対象とする焼却灰は。

Ｓ　ｉ　Ｏ２及びＡ　ｌ　２０３を含むものであり、１
１市ゴミ焼却灰や一般を某所排出ゴミの焼却灰あるいは
原子力施設（原子力発゛屯所、内処理上場、研究所等）
から排出されるゴミの焼却灰等が該当す本発明において
は、このような焼却灰に。

ＮａＯＨと所望により更にＳ　ｉ　０２含有物質を添加
し、ＳＩＯ，，２５〜９５％、Ｎ　ａ　２０２−１０％
、Ａ文２０３３％以上なる組成をイＩする混合物とする
。また、ＡｌｚＯｉ含有率（モル％）は。

Ｓ　Ｉ　０２の含有率（モル％）よりも少なくなるよう
にする。

（なお本１５１ｍ占において組成を表す％は、特に断ら
ない限り１重畳％を表す、） 一般に焼却灰におけるＮａ２Ｏの含有率は１％前後もし
くはそれよりも低いので、本発す１においてはＮａＯＨ
の添加は必須である。また通常の焼却灰はＳ　ｊ０２．
Ａｌ２Ｏ：ｌの含有率は上記混合物の範囲に入っている
ことが多いので、ＳｉＯ２の添加Ｉｆ必須のものではな
いが、上記範囲からはずれる場合にＳｉＯ２含４１物賀
を添加し調整する。

Ｓｉｎ、含４４物質としては、珪石粉末や白土粉末等が
＃を適であるが、５ＩＯｚを多く含む焼却灰を用いても
良い。

本発明においては、次に述べるように、上記混合物に水
を添加するので、ＮａＯＨは、水酸化ナトリウム水溶液
の形として添加するのが替利である。

本発明は、上記混合物に対して氷を５〜２０１ｉ贋部の
割合で添加する。この水の添加はＥ述のように水酸化ナ
トリウム水溶液の形として添加するのが良いのであるが
、水単独で添加しても良い。

上記混合物に水を添加して混練した後、この混練物を圧
カフ０Ｋｇ／ａｍ’以Ｅ、温度１５０”０以上の加熱加
圧状態に保持して水熱反応を行なわせ混合物の固化を行
なわせる。即ち本発明は、この水熱合成反応により、少
なくとも部分的に水和した含アルカリアルミノシリケー
トの３次元骨格構造（ネットワーク）を形成し、これに
より焼却灰を固化させると共に、焼却灰中に含まれる各
種金属（とりわけ毛金属）をこのネットワーク中に封じ
込めるようにしたものである。

次１．：ｓ　ｉｏノ、Ａｎ：　Ｏｉ及びＮ　ａ　ノＯの
含有率の範囲について説明する。

ＳｉＯ２は、ｌ１ｉｒ述の含アルカリアルミノシリケー
トのネットワークを作る酸化物であり、その含有率が２
５％よりも少ないと、ネットワークが十分に形成されず
、固化体の強度も不十分で脆いものとなる。また、５ｉ
Ｏｚの上限は特に規定されるものではないが、ＮＪＬ２
０．Ａｌ２Ｏコの下限値が２％、３％であるので１本発
明においては。

Ｓ　ｉ　Ｏ２含有率を９５％以下とする。なお、特に好
ましい範囲は３０〜６０％である。

Ａｌ２Ｏ２は、それ単独ではネットワークを構成するこ
とはできないが、ネットワーク中のＳ　ｉ　Ｏｙの一部
と置き得わることによりネット７−りを構成する。そし
てネットワーク中でＳＬと入れ替わった八又は負電荷を
有し、プラスの電荷を有する金属イオンを保持するよう
になる。

ＡｌｖＯｙが３１量％よりも少ないとネｙ）ワークの金
属イオン封鎖（封じ込め）ＩＩ能が低下する。またＡ　
ｌ　２０３含有率がモル％でＳ　ｉｏ２よりも多いと、
ネットワークが十分には成長しないようになる。

Ｎ　ａ　２０　ｆｔ水熱反応中に５Ｉｏ２やＡＪ１２０
ｔと反応し、アルミノシリケートのネットワーク構成反
応や水和反応を促進する。Ｎａ２Ｏが２％よりも少ない
とこの反応促進が不十分となり、逆に１０％より多いと
アルミノシリケートのネットワークが切れ、固化体の強
度が低下すると共に。

ネットワークの金属イオンＭ　ｍ　４１１能が低下する
。

なお１本発明において、混合物中におけるＮａＯＨは、
ＮＩＬ２０とＨ２Ｏとに分けてＮａ２Ｏ含有率を計算す
る。この場合、ＮａＯＨに由来するＨ２Ｏは添加する水
分と合算するものとし、焼却灰重量には含めない。

上記混合物に添加する水の量は、Ｒ合物１００ｊｔ量部
に対して５〜２０重量部の範囲である。水の添加量が５
重量部よりも少ないと水熱反応が十分には進行せず、逆
に２０重量部を超える場合には、固化体の気孔が多量化
かつ大径化し１強度が低ドすると共に、固化体から金属
が溶出し易くなる。

本発明において、水熱反応の圧力は７０Ｋｇ／ｃｒｎ’
以上である。圧力の上限は、実用的には５００　Ｋ　ｇ
　／　ｃは程度である。なお圧力は、当然ながらその反
応温度における水の蒸気圧よりも高い圧力とし、水熱状
態になるようにする。

水熱反応の温度は、１５０℃よりも低いと、固化反応が
進行せず、極めて強度の低い固化体しか得られない、特
に好ましい温度は２００〜３５０℃以上である。

水熱反応時間は、５分から１時間程度で十分である。水
熱反応の圧力、ｍ度が低い場合にはこの反応時間は長目
になり、逆に圧力、温度を高くすれば反応時間は短くて
足りる。なお本発明者等の研究によれば、上記圧力及び
温度の範囲において、なるぺ〈低い圧力及び温度の条件
下に長い時間保持する方が、得られる固化体の強度が高
いことが認められた。

なお本発明においては、　ＩｉＯ述のＳ　ｉ　０２　。

ＡｌｔＯ３及びＮａｚＯの他にＦ　ｅ　２０３、Ｃｒ２
　　ｏ３　　、　　ＭｇＯ，ＣａＯ１Ｔｉ１２　、　　
Ｋ２　０等の金属酸化物を含んでも良い、これらの金ａ
＃化物は１合量で４０％位までならば強度にそれほどの
影響を与えることなく含むことができる。また５０４−
　　、ｃｉ−等の陰イオンも合計で２０％程度まで含ん
でも良い、特にＳ　Ｏａ−′は２石膏（ＣＩＬＳＯ４）
として存在する場合には、焼却灰の固化反応を促進する
。

本発明の方法において、水熱反応を行なわせるには、筒
体の一端又は両端に圧縮ピストンを嵌装させて筒体中央
に反応充填室を形成した装置を用いるのが便利である。

即ち、水を添加して混練した混合物をこの反応充填室内
に充填し、圧縮ピストンで充用物を圧縮しながら加熱し
て水熱反応を行なわせるのである。

ＮＳ１図はこのような反応ａｍを用いた場合の本発明の
固化方法の手順の一例を示すブロック図である。

即ち、図示の如く、まず焼却灰を秤量し、これにＮａＯ
Ｈ水溶液を添加して混練した後１反応装置に充填し、加
圧しながら加熱し、水熱反応を行なわせる。

なおｌｆｍに先立って、焼却灰に含まれるボルト、ワイ
ヤあるいは焼結した焼却灰の粗大粒子を取り除く等の前
処理を施しておけば、後工程が容易になる。

所定時間経過後、反応装置の温度を下げ固化体を取り出
す。

本発明方法においては、混練物を反応装置に充填するに
際して、混練物を２又はそれ以上に区分けし、−区分は
量を反応装置に充填する毎にプレス（以下、仮プレスと
いうことがある。）するようにするのが好ましい、この
ように仮プレスすれば、反応装置内に充填された一区分
は量の混練物が直ちに圧縮されてその体積が小さくなる
ので、反応装置内に多量の混練物を充填することが可能
となり１反応？を置の小容量化も可能となる。この仮プ
レス圧は、固化反応時の圧力よりも小さくて良く５例え
ば固化反応時の圧力のｌ／１０程度で良い、なお１区分
けした混練物を全て反応？ｔ！！内に充填した後のプレ
スは、このような軽度の仮プレスを行なうことなく、固
化反応時の圧力でプレスし、反応を開始すれば足りる。

而して、本発明の方法においては、固化反応を行なって
いるときに、被処理焼却灰が加熱加圧状態にあれば良く
、所定の反応圧力への昇圧と、所定の反応温度への昇温
は、これらのいずれかを先行させても良く、これらを同
時に行なっても良い。

第１図のプロセスは本！ｌ＠明方法の一例を示すもので
あるから、本発明方法はこの第１５のプロセスに限定さ
れるものではない。

［作用］ 焼却灰にＮ　ａＯＨ及び所望により５ｆＯｚを鰯加し、
水を加えて混線した後、これを水熱反応させることによ
り、少なくとも部分的に水和した含アルカリアルミノシ
リケートの３次元ネットワークを有する固化体が得られ
る。この固化体中には金属が保持され、かつ固化体の強
度も高く、金属イオンの溶出等が極めて少ない、また焼
却灰の体積も著しく小さくなる。

［実施例］ 以下に本発明を実施例を挙げて更に具体的に説明するが
１本発明はその要旨を超えない限り以下の実施例に限定
されるものではない。

実施例１ 表１に示す組成を有する焼却灰を、１Ｋｇ秤量し、この
焼却灰に表２で示す濃度及び鼠の水酸化ナトリウム水溶
液を添加し、Ｒ練した後、５０６Ｋ　Ｊｒ／　ｃｍ’、
　　３００℃に２０分間保持し水熱反応させ、固化体と
した。

得られた固化体を７０℃の蒸留水中に２４時＋１１１浸
漬した場合の浸出率を測定した。その結果を表２に示す
。

実施例２ ＮａＯＨ水溶液の濃度及び添加量、ならびに反応温度を
表３に示す如く変えたこと以外は実施例１と同様にして
固化体を得た。この固化体の浸出率を実施例１と同様に
して測定した。その結果を表３に示す。

実施例３ ＮａＯＨ水溶液の濃度及び添加量、ならびに圧力を表４
に示す如く変えたこと以外は、実施例１と同様にして、
固化体を得た。得られた固化体の浸出率の測定結果を表
４に示す。

実施例４ ＮａＯＨ水溶液の濃度及び添加量、ならびに反応時間を
表５に示す如く変えたこと以外は実施例１と同様にして
固化体を得た。この固化体の浸出率を表５に示す。

実施例５ １ＯＮのＮａＯＨ水溶液を１５０ｃｃ添加すると共に１
反応湿度を１５０〜３５０’Ｏの範囲で変えたこと以外
は実施例１と同様にして固化体を得た。この固化体の圧
縮強度の測定結果を第２図に示す。

実施ｇ４６ １０　ＮのＮ　ｔＯＨ＊溶液を１５０ｃｃ添加し。

水熱反応時の圧力を１００〜５００　Ｋ　ｇ　／　ｃゴ
の間で変えたこと以外は実施例１と同様にして固化体を
得、この固化体の圧縮強度を測定した。その結果をｔＳ
３図に示す。

実施例７ ８ＮのＮａＯＨ水溶液を用いたこと以外は実施ｖ４６と
同様にして固化体を得、その圧縮強度を測定した。その
結果を第３１ｉ１にあわせて示す。

実施例８ １ＯＮのＮ　ａＯＨ水溶液を１５０ｃｃ添加し、水熱反
応時の圧力を５００Ｋｇ／ｃｒｒｒ’とし１反応時間を
２０分から６０分の間で変えたこと以外は実施例１と同
様にして固化体を得、この固化体の圧縮強度を測定した
。その結果を第４図に示す。

実施例９ ８ＮのＮａＯＨ水溶液を用いたこと以外は実施例８と同
様の試験を行なった。圧縮強度の測定結果を第４図に示
す。

実施例１Ｏ ＮａＯＨの濃度と添加量を種々変えて、実施例１と同様
にして固化体を得、モの圧縮強度を測定した。その結果
を第５図に示す。

上記各実施例より、本発明の方法によれば、焼却灰が、
高強度でかつ浸出率の小さい固化体となることが明らか
である。また固化体の体積は焼却灰の体積の６分の１程
度になることが認められた。

表　１　焼却灰の物性（ｆ場焼却灰） 表　　２ 反応温度と固化体の浸出率（客１） プレス圧力；５０８Ｋｇ／ｃｒｎ’ 反応時間＋２０ｍ１ｎ アルカリ水溶液添加Ｉｋ： １０　Ｎ　−ＮａＯＨ１５０ｃｃ／ｌ　Ｋｇ焼却灰　（
本２）（客３）（＄１）　　７０℃の蒸留水中に２４時
間浸漬したときの、単位体積当りの重量減少量を示す６
表２、表３において同様。

（零２）添加後のＮａｔＯ含有率は添加した水及びＮ　
ａＯＨに由来する水を除いたベースに検算して６．７１
％となる。

（寡３）水添加量は、灰十Ｎ　ａ　２０１００瓜１部に
対し１５　、４！ｉ量部に相当する。

表　　３ プレス圧力と固化体の浸出率 反応温度二３００℃ 反応時間：２０ｍ１ｎ アルカリ水溶液添加量： ａ、ｃＪ　−１０Ｍ　−ＮａＱＨ１５０ｃｃ／Ｉ　Ｋｇ
焼却灰（添加後のＮ　ａ　ｚ　Ｏ含有率は６．７１％と
なり、水添加量は灰＋Ｎ　＆　２０１００　！に置部に
対し１５．４重量部に相当する。） ｂ、ｄ、ｅ　−８Ｎ　−ＮａＯＨ１５０ｃｃ／ｌにｇ焼
却灰（添加後のＮａ、Ｏ含有率は４．６６％となり、水
添加量は灰十Ｎ　ＪＬ　２０１００兎擾部に対し１５．
５重量部に相当する。） 表　　４ 反応時間と固化体の浸出率 プレス圧カニ５０ＢＫｇ／ｃｒｎ’ 反応温度二３００℃ アルカリ水溶液添加ｌ： ｇ、ｋ　”　１０　Ｍ　−Ｎａ０）１１５０ｃｃ／Ｉ　
Ｋｄｌｌ却灰り、ｉ、ｊ、ｋ　”　８　Ｎ　−ＭａＯＨ
１５０ｃｃ／Ｉにｇ焼却灰表　　５ アルカリ添加量と固化体の浸出率 反応温度：３００℃ 反応時間：２０ｍ１ｎ プレス圧カニ５０６Ｋｇ／ｃｍ’ （京ｌ）　灰十Ｎａ２０１００重量部に対する水の添加
重量部。

（”２）　　Ｎ　ａ　ＯＨ水溶液添加後における。添加
水を除去したベースでのＮ　ａ　２０含有率。

Ｃ効果Ｊ 以上の通り本発明は、焼却灰にＮａＯＨと所望により５
１０２含有物質を添加し、水を添加して混錬した後、水
熱反応させて固化させるようにしたものであり、得られ
る固化体の強度が高く、金属イオン等の溶出も極めて少
ない、また、固化体９体積も１元の焼却灰の体積の６分
の１以下程度の小さなものとなる。更に、加熱、加圧装
置も通常のもので足り、その他の特別の装置を用いる必
要がないと共に、添加剤も安価であるのでランニングコ
ストも低い。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施の一手順を示すブロック図、第２
図〜ｗ４５図の各図は実施例における測定結果を示すグ
ラフである。 代理人　　弁理士　　玉　野　　剛 ｖｉ捲化 反応　温度（°Ｃ） 第３図 フ・し久ニガ（にｇ／ｃｍ） 第４図 辰応　ＩＦ！！ｒ間（分）

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）ＳｉＯ＿２及びＡｌ＿２Ｏ＿３を含む焼却灰に、
   ＮａＯＨ、又はＮａＯＨとＳｉＯ＿２含有物質を、添加
   後の混合物中の含有率が、 ＳｉＯ＿２　２５〜９５重量％、 Ｎａ＿２Ｏ　２〜１０重量％、 Ａｌ＿２Ｏ＿３　３重量％以上でかつモル％で、ＳｉＯ
   ＿２含有率よりも少ない、 となるように添加すると共に、水を混合物１００重量部
   に対して５重量部以上添加して混練し、この混練物を圧
   力７０Ｋｇ／ｃｍ＾２以上、温度１５０℃以上の加熱加
   圧状態に保持して固化させることを特徴とする焼却灰の
   固化方法。
2. （２）ＮａＯＨ及び水を、ＮａＯＨ水溶液として添加す
   ることを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の焼却
   灰の固化方法。
3. （３）ＳｉＯ＿２含有物質は珪石又は白土であることを
   特徴とする特許請求の範囲第１項又は第２項に記載の焼
   却灰の固化方法。
4. （４）前記混練物を加圧反応装置に充填し、該装置中に
   て固化させる方法であつて、該装置に混練物を充填する
   に際し、混練物を２以上に区分けし、一区分け量を容器
   に充填する毎に装置内の混練物をプレスすることを特徴
   とする特許請求の範囲第１項ないし第３項のいずれか１
   項に記載の焼却灰の固化方法。