JP2000247701A

JP2000247701A - 人工軽量骨材の製造方法および人工軽量骨材

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Publication number: JP2000247701A
Application number: JP5341999A
Authority: JP
Inventors: Shingo Sudo; 真悟須藤; Takeshi Naganami; 武長南; Atsushi Kagakui; 敦加岳井; Koji Kawamoto; 孝次川本
Original assignee: Sumitomo Metal Mining Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Metal Mining Co Ltd
Priority date: 1999-03-02
Filing date: 1999-03-02
Publication date: 2000-09-12

Abstract

(57)【要約】【課題】土木・建築材料として十分な特性をも
つ、絶乾比重１．０〜１．５ｇ／ｃｍ³、一軸圧縮破壊
荷重が３０ｋｇｆ以上で、かつ吸水率が５％以下の人工
軽量骨剤と、これを主原料として焼却灰てより安価、か
つ簡単に製造する方法の提供を目的とする。【解決手段】ごみ焼却灰に、粘結剤、発泡剤、還元剤
と、さらに組成制御剤として石炭灰とを混合し、得られ
た混合物を粉砕し、該粉砕物に水を加えて成型し、該成
型体を要すれば乾燥し、次いで焼成して人工軽量骨材を
得る方法において、最終的に得られる人工軽量骨材中の
カルシウム含有量が、酸化物換算で１６重量％以下とな
るように組成制御する人工軽量骨材の製造方法である。
そして好ましくは、前記発泡剤として酸化鉄および／ま
たは炭化珪素を用い、前記還元剤として炭材を用いる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ごみ焼却施設など
から発生するごみ焼却灰を主原料とする土木・建築用人
工軽量骨材とその製造する方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ごみ焼却施設などから発生するごみ焼却
灰には、焼却残渣である主灰と排ガス中より捕集した飛
灰とがあり、そのほとんどが廃棄物として埋め立て処分
されている。飛灰には鉛、カドミウムなどの重金属類が
含まれているため、溶融固化、セメント固化、キレート
処理あるいは酸洗浄などの方法により重金属類の溶出防
止処理を施して無害化したあとに埋め立て処分してい
る。

【０００３】しかし、溶融固化法は処理コストが高く、
またそれ以外の方法は長期信頼性に欠けるという問題が
あり、加えて多くの自治体が最終処分場の確保と残余年
数の延長化に苦慮しているため、飛灰を廃棄物とせず再
資源として有効利用する技術の開発が期待されている。

【０００４】その方法の一つとして本発明者らは先に、
飛灰を主原料として粘結剤や珪砂、陶石および長石など
の組成制御剤、さらにはヘマタイト、炭化珪素などの発
泡剤、コークスなどの還元剤を添加し、ペレット化し、
得たペレットをロータリーキルンで焼成することによっ
て重金属溶出量の少ない土木・建築用人工軽量骨材の製
造方法を見出し、この技術を特開平１０−２８７６７５
号に開示した。

【０００５】この方法によれば、飛灰を人工軽量骨材と
して有効利用でき、かつ最終処分場の残余年数の延長に
も貢献できるが、飛灰の性状は焼却施設、設備、燃焼物
および運転状況などで大きく異なるため、用途に応じた
所望の骨材を製造するには添加剤による組成制御が必要
である。このような観点から、さらに本発明者らは組成
制御剤添加についての技術を特願平１０−３６０９０９
に開示したが、より安価な組成制御剤による製造法につ
いての詳細な検討が必要であった。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、このように
作製された人工軽量骨材は吸水性が高く、土木・建築材
料として必ずしも十分ではないとの指摘がある。そこで
本発明は、絶乾比重１．０〜１．５ｇ／ｃｍ³、一軸圧
縮破壊荷重が３０ｋｇｆ以上で、かつ吸水率が５％以下
の人工軽量骨剤と、これを主原料として焼却灰てより安
価、かつ簡単に製造する方法の提供を目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明者らは上記焼却灰
の有効利用率を高め、絶乾比重が１．０〜１．５ｇ／ｃ
ｍ³で、強度が高く、かつ吸水率が低い骨材を得るため
に鋭意検討した結果、骨材の組成制御剤としてある量の
石炭灰を添加すれば、上記課題を解決し得ることを見出
し本発明を完成するに至った。

【０００８】すなわち上記目的を達成する本第１の発明
は、ごみ焼却灰に、粘結剤、発泡剤、還元剤と、さらに
組成制御剤として石炭灰とを混合し、得られた混合物を
粉砕し、該粉砕物に水を加えて成型し、該成型体を要す
れば乾燥し、次いで焼成して人工軽量骨材を得る方法に
おいて、最終的に得られる人工軽量骨材中のカルシウム
含有量が、酸化物換算で１６重量％以下となるように組
成制御する人工軽量骨材の製造方法である。そして好ま
しくは、前記発泡剤として酸化鉄および／または炭化珪
素を用い、前記還元剤として炭材を用いる。

【０００９】また本第２の発明は本第１の発明によって
得られる人工軽量骨材であり、絶乾比重が１.０〜１．
５ｇ／ｃｍ³、一軸圧縮破壊荷重が３０ｋｇｆ以上、か
つ吸水率が５％以下である人工軽量骨材を特徴とするも
のである。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の詳細およびその作
用についてさらに具体的に説明する。一般の人工軽量骨
材の原料である粘土や頁岩などの主成分は、シリカ、ア
ルミナ、カルシアなどであり、飛灰の成分もほぼ同様の
ものからなる。そして、人工軽量骨材に機械的強度を持
たせるためには焼成時にペレット内部を半溶融状態にさ
せてガラス化すればよく、また軽量化するためには内部
を溶融させ、適度な粘性低下と同時に揮発成分による気
泡を内部に捕捉すればよい。比重制御はこのような発泡
状態の調整によって行うことができる。

【００１１】しかしながら、ごみ焼却施設などから発生
するごみ焼却灰は、焼却施設、燃焼物および運転状態な
どによって化学的・物理的性質が異なり、一般の人工軽
量骨材の原料である天然鉱物と比較してシリカやアルミ
ナなどの含有量が低いため、ペレット内部を半溶融状態
にしてガラス化し、機械的強度を持たせることが困難で
ある。

【００１２】本発明は前記ごみ焼却灰に、粘結剤、発泡
剤、還元剤および組成制御剤とを添加してペレットを
得、焼成して人工軽量骨材を得るに際し、組成制御剤と
して石炭灰を用いることによって、絶乾比重が１.０〜
１．５ｇ／ｃｍ³、一軸圧縮破壊荷重（以下、「圧潰強
度」と示す。）が３０ｋｇｆ以上、かつ吸水率が５％以
下の人工軽量骨材を製造できるというものである。

【００１３】本発明の対象となる焼却灰は特に限定され
るものでなく、主灰や飛灰、あるいはその混合物を用い
ることができる。また、前記焼却灰の粒度にも特に影響
されない。組成制御剤として石炭灰を用いるが、石炭灰
中のシリカを焼成時のガラス化に寄与させ、骨材の機械
的強度を増加させる。よって、石炭灰の添加量は骨材用
途に応じて必要とされる物性が得られるよう適宜選択す
ればよいが、絶乾比重１．０〜１．５ｇ／ｃｍ³の骨材
を得るには、焼成して得られる骨材のカルシウム含有量
が酸化物換算で１６重量％以下となるように石炭灰を添
加することが好ましい。１６重量％を越えると最適な焼
成温度域が高くなり、かつ焼成可能な温度幅が狭くな
る。

【００１４】石炭灰は火力発電所や石炭焚きボイラ−な
どから発生するものであればよく、特に限定されない
が、例えばフライアッシュとシンダアッシュの混合物で
ある原粉、ＪＩＳＡ６２０１に適合するようなフライア
ッシュ、粗粉、クリンカアッシュを含むすべての石炭灰
を用いることができる。また、石炭灰の粒度も特に限定
されるものではない。また、ある種の石炭灰では未燃カ
−ボンを含むが、このような物を用いると、カーボンが
後述する還元剤としての機能を発揮するため、未燃カ−
ボン量によっては新たに還元剤を添加する必要がないと
いった利点がある。

【００１５】本発明で粘結剤を用いた理由は、加水造粒
後のペレットの成型性と機械的強度を付与するために添
加する。機械的強度が弱いとロータリーキルンでの焼成
の際、ペレットが粉化して製品の収率が低下し、かつ焼
成帯付近でペレット表面に粉化したものが付着したり、
あるいはロータリーキルンの内壁に付着して連続操業に
支障をきたすからである。また粘結剤の種類は特に限定
されないが、例えばベントナイト、水ガラスなどの無機
類、澱粉、糖蜜、リグニン、ポリビニルアルコール、メ
チルセルロース、天然ゴムパルプ廃液などの有機類が挙
げられる。また添加量も特に限定されないが、添加効果
およびコストなどを考慮すると０.５〜１０重量％の範
囲が好ましい。

【００１６】発泡剤と還元剤は、焼成時にペレットの内
部が半溶融状態となったときに、発泡剤と還元剤の作用
によってガスを発生させるために用いる。発生したガス
は気泡としてペレット内部に捕捉され、その量により骨
材の比重が決定される。すなわち、気泡の捕捉量により
比重が調整される。

【００１７】発泡剤や還元剤としては、このような効果
を発揮するものであれば特に限定されないが、本発明で
は発泡剤としては酸化鉄や炭化珪素が、また還元剤とし
ては炭材が好ましく、さらに発泡剤として用いる酸化鉄
としては酸化度の高いヘマタイトが特に好ましい。発泡
剤として用いる酸化鉄の粒度は特に限定されないが、焼
成中の炭材による脱酸素反応を促進するために１０μｍ
以下とすることが好ましい。また、骨材配合原料の全体
に対する好ましいヘマタイトの添加量は、１〜１０重量
％である。その理由は１重量％未満では発泡剤としての
効果が少なく、また１０重量％を超えて添加しても発泡
による軽量化の効果は増加しないからである。

【００１８】炭化珪素は、造粒したペレットが加熱によ
り多量の液相を生成するときに、酸化鉄と効率よく反応
してＣＯ、ＣＯ₂ガスを発生する。これらのガスを液相
内に捕捉してペレットの発泡膨潤を促進する。骨材配合
原料の全体に対する炭化珪素の添加量は、０．１〜１．
０重量％であることが好ましい。０．１重量％未満では
絶乾比重の軽量化に対する効果が十分でなく、また１．
０重量％を超えても軽量効果は増大しないという理由か
らである。

【００１９】還元剤としての炭材は、主として焼成中の
ペレット内部の還元度を調整する役割を果す。効果は小
さいが酸化鉄と反応して発泡作用にも寄与する。炭材と
しては、例えば、石炭やコ−クスなどが挙げられる。な
お、炭化珪素の一部を炭材に置き換えたりすることが可
能である。

【００２０】骨材配合原料の全体に対する炭材の添加量
は、０．２〜１０重量％であることが好ましい。０．２
重量％未満では、発泡による軽量化の効果が得られない
からであり、一方１０重量％を超えても発泡膨張による
軽量化効果は増加せず、逆に未燃焼の炭材がペレット内
部に残留して人工軽量骨材の強度を低下させる可能性が
ある。

【００２１】各原材料を混合して得た混合物を粉砕する
方法は、混合した骨材配合原料が平均粒径２０μｍ以
下、好ましくは１５μｍ以下まで微粉砕できるものであ
れば良く、例えばポットミル、振動ミル、遊星ミルなど
のボ−ルミル、衝突式のジェット粉砕機、タ−ボ粉砕機
などが挙げられる。

【００２２】つぎに得た粉砕物を、必要に応じて湿式混
練するが、採用する混練方法は特に限定されず公知の混
練装置を用いることができる。また成形方法としては、
所定の径になるように成型できるものであればよく、例
えばパンペレタイザーや押出成型機を用いると簡便であ
る。

【００２３】次いで得られた成型物は必要に応じて乾燥
したあとに焼成するが、焼成法は特に限定されず、例え
ば連続操業や品質の均一性を勘案すればロータリーキル
ンを用いることが好ましく、所望とする骨材物性に合わ
せて雰囲気を任意に選択できる。例えば、燃焼ガス中の
酸素濃度を３〜１２％、焼成帯温度を１０００〜１３０
０℃、前記焼成帯温度での成型体の滞留時間を１０〜１
２０分となるようにキルンの勾配、回転数、ダムの設置
や内径といったキルン構造などを勘案してロ−タリ−キ
ルン操作することが好ましい。なお、焼成前に必要に応
じて施す乾燥法も特に限定されるものでない。

【００２４】

【実施例】以下の実施例および比較例により、本発明を
さらに詳細に説明する。ただし、本発明は下記実施例に
限定されるものではない。なお、用いたごみ焼却飛灰の
主成分は、ＳｉＯ₂：２７．３６重量％、Ａｌ₂Ｏ₃：１
３．００重量％、Ｆｅ₂Ｏ₃：１．５１重量％、ＣａＯ：
１５．７０重量％、ＭｇＯ：３．３１重量％、Ｎａ
₂Ｏ：８．７０重量％、Ｋ₂Ｏ：７．３９重量％のもので
ある。また、組成制御剤として用いた石炭灰の主成分
は、ＳｉＯ₂：５６．２重量％、Ａｌ₂Ｏ₃：３２．１重
量％、Ｆｅ₂Ｏ₃：３．５７重量％、ＣａＯ：０．５９重
量％、ＭｇＯ：１．４０重量％、Ｎａ₂Ｏ：０．２２重
量％、Ｋ₂Ｏ：０．４８重量％である。

【００２５】［実施例１］焼却飛灰４７．５重量％、ベ
ントナイト５重量％、ヘマタイト５重量％、コークス２
重量％、炭化珪素０．５重量％および石炭灰４０重量％
からなる骨材配合原料を、ボールミルを用いて平均粒径
１５μmに混合粉砕した。該粉砕物に水を添加しなが
ら、パンペレタイザーで直径約５〜１５ｍｍの球状に造
粒した後、１０５℃で通風乾燥した。次いで、前記乾燥
骨材を煉瓦内径４００ｍｍ、長さ６０００ｍｍのロータ
リーキルンに供給して、燃焼ガス中の酸素濃度５％、温
度約１,１２０℃の条件下で焼成した。このようにして
得られた骨材ａの品質評価として、比重と吸水率はＪＩ
ＳＡ１１１０に基づいて測定し、圧潰強度は圧潰試験機
によって測定した。なお、前記測定は直径約１０ｍｍの
各骨材について行い、その平均値を求めた。表１から分
かる通り、実施例１の骨材ａは絶乾比重が１．４０ｇ／
ｃｍ³、圧潰強度が７５ｋｇｆ、吸水率が０．７％であ
った。なお、骨材中の酸化物換算でのカルシウムは化学
分析の結果７．８重量％であった。

【００２６】［実施例２〜４および比較例１〜３］焼却
飛灰５７．５重量％、ベントナイト５重量％、ヘマタイ
ト５重量％、コ−クス２重量％、炭化珪素０．５重量％
および石炭灰３０重量％とした以外は実施例１と同様に
して骨材ｂ（実施例２）を、焼却飛灰３２．５重量％、
ベントナイト５重量％、ヘマタイト５重量％、コ−クス
２重量％、炭化珪素０．５重量％および石炭灰５５重量
％とした以外は実施例１と同様にして骨材ｃ（実施例
３）を、焼却飛灰６７．５重量％、ベントナイト５重量
％、ヘマタイト５重量％、コ−クス２重量％、炭化珪素
０．５重量％および石炭灰２０重量％とし、キルン温度
を１０８０℃とした以外は実施例１と同様にして骨材ｄ
（実施例４）を、焼却飛灰７７．５重量％、ベントナイ
ト５重量％、ヘマタイト５重量％、コ−クス２重量％、
炭化珪素０．５重量％および石炭灰１０重量％とした以
外は実施例１と同様にして骨材ｅ（比較例１）を、焼却
飛灰７７．５重量％、ベントナイト５重量％、ヘマタイ
ト５重量％、コ−クス２重量％、炭化珪素０．５重量％
および石炭灰１０重量％とした以外は実施例４と同様に
して骨材ｆ（比較例２）を、焼却飛灰７２．５重量％、
ベントナイト５重量％、ヘマタイト５重量％、コ−クス
２重量％、炭化珪素０．５重量％、石炭灰１０重量％お
よび生石灰５重量％とした以外は実施例４と同様にして
骨材ｇ（比較例３）を得た。得られた骨材ｂ〜ｇについ
て実施例１と同様の測定を行い、その評価結果と骨材中
の酸化物換算でのカルシウムの化学分析結果を表１に併
せて示す。

【００２７】表１から分かる通り、実施例の骨材ｂ〜ｄ
は絶乾比重が１．２５〜１．４５、圧潰強度が３０ｋｇ
ｆ以上、吸水率が５％以下であるのに対して、比較例の
骨材ｅはメルトダウンによって骨材化できず、また比較
例の骨材ｆは圧潰強度が４ｋｇｆと低く、さらに比較例
の骨材ｇは圧潰強度が３０ｋｇｆ以上であるものの、絶
乾比重が１．５を超えるものであった。

【００２８】表１骨材絶乾比重圧潰強度吸水率ＣａＯ g/cm² Kgf ％重量％実施例１ａ１．４０７５０．７７．８実施例２ｂ１．４５７７０．５９．３実施例３ｃ１．２５７００．１５．６実施例４ｄ１．３０３２３．０１０．８比較例１ｅ比較例２ｆ０．６４４９．６１２．２比較例３ｇ１．７２５７３．２２２．２

【００２９】

【発明の効果】以上述べた通り本発明は、ごみ焼却灰を
主原料として高強度でかつ吸水率の低い骨材を効率的に
生産することができる。従って、産業廃棄物を埋め立て
て処理することなく、特に土木・建築材料などに再資源
化できることから、環境保全と資源有効利用において極
めて有用なものである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者川本孝次千葉県市川市中国分３−18−５住友金属鉱山株式会社中央研究所内Ｆターム(参考） 4D004 AA36 BA02 CA04 CA14 CA30 CC03 CC11 CC13 CC17 CC20 DA03 DA10

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ごみ焼却灰に、粘結剤、発泡剤、還元
剤と、さらに組成制御剤として石炭灰とを混合し、得ら
れた混合物を粉砕し、該粉砕物に水を加えて成型し、該
成型体を要すれば乾燥し、次いで焼成して人工軽量骨材
を得る方法において、最終的に得られる人工軽量骨材中
のカルシウム含有量が、酸化物換算で１６重量％以下と
なるように組成制御することを特徴とする人工軽量骨材
の製造方法。
【請求項２】発泡剤として酸化鉄および／または炭
化珪素を用い、前記還元剤として炭材を用いる請求項１
記載の方法。
【請求項３】請求項１または２記載の方法により得
られる人工軽量骨材であり、絶乾比重が１.０〜１．５
ｇ／ｃｍ３、一軸圧縮破壊荷重が３０ｋｇｆ以上、かつ
吸水率が５％以下であることを特徴とする人工軽量骨
材。