JPH04326975A - 廃棄物溶融によるスラグの製造方法 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、建設汚泥（シールド掘
削工法、杭打ち工法等による工事で排出される泥土）、
上下水道汚泥、都市ゴミ焼却灰、シュレッダーダスト焼
却灰、食品・紙パルプ工場からの汚泥、石炭灰等の廃棄
物を溶融処理して、高強度で表面に凹凸のあるスラグを
製造する方法に関するものである。本発明の方法により
製造されたスラグは、土工事材（サンドドレーン材、サ
ンドコンパクション材、埋戻材等）、舗装材（路盤材、
歩道材等）、コンクリート骨材、壁材、園芸材、ろ過材
、建材等に利用することができる。

【０００２】

【従来の技術】近年、廃棄物処分地確保が困難となって
おり、廃棄物の安定化、減容化のみならず、再資源化が
求められている。従来、水冷によるスラグ製造方法とし
て廃棄物に必要に応じて、融点降下の目的でＣａＯ源材
等を加えて、１３００〜１６００℃の温度で溶融し、溶
融炉雰囲気圧力の沸騰温度よりも０〜８０℃低い範囲で
、成行きの温度（昼夜、スラグ量等で温度が変化）で水
中へ流下させてスラグを製造する方法が知られている。 また、液ｐＨ調整を実施しておらず、液ｐＨは、通常６
．０〜９．０で、殆どの場合、ｐＨ７．０〜８．０であ
った。したがって高強度で、表面に凹凸があり、品質の
安定したスラグの製造が困難であった。

【０００３】また、特開昭６３−２００９９号公報には
、溶融炉から落下する溶融スラグを冷却手段及び加振手
段を備えた受容器に受け、間接的に冷却して粒状の固化
体とし、連続的に取り出す下水汚泥溶融スラグの処理方
法が記載されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記の特開昭６３−２
００９９号公報記載の方法においては、８０〜３５０℃
の高い温度でスラグを冷却しており、本発明と温度範囲
の一部が共通するが、間接水冷又は間接空冷を行うもの
であるので、冷却部面積が小さく、廃棄物溶融による大
量の融液を、同一温度で安定的に冷却し、かつ、搬送す
るのは困難である。また、間接冷却であるから、液ｐＨ
の制御によりスラグを水熱処理することができない。

【０００５】また、上記の従来技術では、次の４つを満
足する水冷スラグが得られない。 （１）　　天然砂並みの高強度スラグ、（２）　　表面
に凹凸を有したスラグ、（３）　　土木建築資材等とし
ての適正粒度分布を有したスラグ、（４）　　品質の安
定したスラグ、本発明者らは、上記の（１）〜（４）を
満足するスラグを得るために、種々研究した結果、溶融
炉雰囲気圧力の沸騰温度よりも２〜５０℃低い範囲で±
１０℃に維持され、又は／及び液ｐＨが８．０〜１３．
０の熱水中に流下させて冷却することで、（１）〜（４
）を満足するスラグを得ることができることを知見した
。さらに、破砕後のスラグを融液冷却用の熱水と同性状
の熱水中で処理することにより、スラグ表面の凹凸を大
きくすることができることを知見した。本発明は、上記
の知見に基づいてなされたもので、高強度で表面に凹凸
を有するスラグを得ることができるスラグの製造方法を
提供することを目的とするものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段及び作用】上記の目的を達
成するために、請求項１の廃棄物溶融によるスラグの製
造方法は、図１に示すように、廃棄物を溶融した後、溶
融炉雰囲気圧力の沸騰温度よりも２〜５０℃低い範囲で
±１０℃に維持された熱水中に、融液を流下・冷却して
スラグを得ることを特徴としている。１０は溶融炉、１
２は水冷装置、１４は熱水容器、１６は破砕機、１８は
ポンプである。図１において、溶融炉雰囲気圧力の沸騰
温度よりも２〜５０℃、望ましくは５〜２０℃低い範囲
で±１０℃、望ましくは±５℃に維持された循環熱水中
に融液を流下させて冷却することにより、スラグが製造
される。そして、破砕機１６により破砕することにより
製品となる。循環熱水の温度は、例えば、熱水容器１４
内の熱水温度を検出し冷水供給量を調節することにより
制御される。

【０００７】また、請求項２の方法は、廃棄物を溶融し
た後、ｐＨ８．０〜１３．０に調整された熱水中に、融
液を流下・冷却してスラグを得ることを特徴としている
。 熱水のｐＨ調整は、循環系、例えば熱水容器１４にｐＨ
調整材を添加することによりなされ、ｐＨ８．０〜１３
．０、望ましくはｐＨ９．０〜１２．０に調整される。 また、請求項３の方法は、請求項１又は２の方法におい
て、廃棄物にＣａＯ源材、Ｆｅ２　Ｏ３　源材、ＳｉＯ
２　源材からなる群より選ばれた添加材を加えて組成調
整した後、溶融することを特徴としている。さらに、請
求項４の方法は、請求項１、２又は３の方法において、
図２に示すように、スラグを破砕した後、破砕物を融液
冷却用の熱水と同じ性状の熱水中で０．５〜２０時間処
理することを特徴としている。図２は、破砕機１６で破
砕したスラグを、水熱処理容器２０内の融液冷却用の熱
水中、又は融液冷却用の熱水と同性状の熱水中で処理す
ることにより、品質の向上したスラグを製造する方法を
示している。２２は固液分離機、２４はポンプである。

【０００８】溶融炉雰囲気圧力は、通常は常圧の場合が
多いが、石炭ガス化炉等では雰囲気圧力は加圧状態とな
る。常圧状態の場合は、熱水温度は５０〜９８℃、望ま
しくは８０〜９５℃で±１０℃、望ましくは±５℃に維
持されるが、加圧状態の場合は、熱水温度は水の沸騰温
度よりも２〜５０℃、望ましくは５〜２０℃低い範囲で
±１０℃、望ましくは±５℃に維持される。石炭ガス化
炉のような高圧下では、水冷装置１２からのスラグの取
出しは、水冷装置底部からの取出しとなる。

【０００９】溶融炉１０としては、電気、ガス、油、石
炭、コークス、可燃性ゴミ、廃材等を熱源とした電気炉
、表面溶融炉、旋回溶融炉、コークスベッド溶融炉等が
用いられる。水冷装置１２としては、容器内に熱水を充
満させてポンプ１８で循環しながら温度、及び／又は液
ｐＨをコントロールするもの等が用いられる。破砕機１
６としては、回転数を調整することで粒度調整が容易な
ハンマーミル等の衝撃式破砕機が用いられる。水熱処理
容器２０としては、外部ジャケットを熱水循環により保
温し、スラグを底部より抜き出す型式、又はコンベアで
上部より抜き出す型式のもの等が用いられる。

【００１０】熱水ｐＨ調整材としては、アルカリ性の廃
棄物、石灰、水酸化鉄、カセイソーダ等が用いられる。 また、酸性側に調整する場合は、硫酸、塩酸等が用いら
れる。組成調整用のＣａＯ源材としては、石灰、貝殻、
高炉スラグ、コンクリート片、石灰系下水汚泥等が用い
られ、Ｆｅ２　Ｏ３　源材としては、鉄鉱石、鉄鋼汚泥
、酸化鉄等が用いられ、ＳｉＯ２　源材としては、ケイ
砂、ケイ石、砕石、使用済み鋳物砂、残土等が用いられ
る。冷却水（熱水）の温度が、溶融炉雰囲気圧力の沸騰
温度よりも５０℃を越えて低い場合、例えば常圧下にお
いて、冷却水温が、５０℃未満であると粒径が大きく、
表面に凹凸のある高強度スラグが得られず、９８℃を越
えると、発生スチームが溶融炉に悪影響を及ぼす。さら
に、液ｐＨが８．０〜１３．０あれば、スラグが水熱処
理され、表面にケイ酸カルシウム水和物等が生成するな
どにより、スラグの強度が大となり、表面の凹凸が大き
くなる。液ｐＨが８．０未満であると水熱処理効果が不
十分となり、液ｐＨが１３．０を越えるとアルカリ残存
量が多くなるなどの問題がある。また、水熱処理時間が
０．５時間未満であると水熱処理効果が不十分であり、
２０時間を越えると水熱処理容器が大きくなって経済性
に問題がある。 さらに、破砕後に水熱処理すれば、すべての表面が水熱
処理されるのでスラグ品質がより向上する。また、水温
が±１０℃よりも変動が大きくなれば、スラグ品質が変
動する。すなわち、低い側になれば、粒径が小さくなり
、強度が低下し、高い側となれば、粒径が大きくなり、
かつ、強度が大きくなる。

【００１１】廃棄物にＣａＯ源材を加えて、溶流点を１
３５０℃以下とし、１４００℃〜１６００℃で溶融する
とスラグ量の変化、昼と夜との外気温変化等による炉の
放熱量などの変化によって、融液の流動性変化が小さく
なり、融液状態で安定して熱水中に流下し、高品質で、
かつ、品質の安定したスラグが得られる。破砕機１６の
回転数を調整すると、スラグの粒度が異なるので、各用
途による適正粒度とするために、回転数を変えて破砕す
るか、異なる回転数によるスラグを混合するなどの方法
が用いられる。なお、溶流点とは、ＪＩＳ　　Ｍ　　８
８０１（石炭類の試験方法）に準拠し、３角錐（２．７
×２．７×３．０×８Ｈ　ｍｍ）を製作した後、電気炉
に入れ、５℃／分で昇温し、三角錐の高さが幅のほぼ１
／６になった時の温度を言う。

【００１２】

【実施例】以下、本発明の実施例について説明する。圧
壊強度は、木屋式硬度計を用い、３ｍｍの球形粒子が破
壊する強度である。 実施例１ 建設汚泥１００部に鉄鉱石２０部を加えて原料調整をし
た。この混合物の溶流点は１３００℃で、旋回溶融炉を
用いて１４５０℃で溶融し、冷却用の熱水の水温、液ｐ
Ｈ（Ｃａ（ＯＨ）２　で調整）を１時間サイクルで変化
させ、種々の水冷条件下で黒色のスラグを製造した。回
転数２５００ｒｐｍで破砕したスラグ製造時の水温ｐＨ
と圧壊強度との関係は図３に示すとおり、水温が高いほ
ど大きくなり、かつ、ｐＨが８．０よりも１０．０の方
が大きくなっていた。なお、比較のため天然砕砂（硬質
砂岩）の圧壊強度を測定したところ、１９ｋｇ／３ｍｍ
φであり、水温が約６００℃以上で天然砕砂以上の強度
を有するスラグとなった。また、製造時の水温と２５０
０ｒｐｍの回転数で破砕した後の５ｍｍ以上スラグの割
合の関係を図４に示す。図４に示すとおり、水温が高い
ほど多くなり、かつ、液ｐＨが８．０よりも１０．０の
方が多くなっており、５ｍｍ以上の粒子が有効なテラゾ
タイルのような美観材骨材への適用が図れる。

【００１３】実施例２ 乾燥した建設汚泥のみを原料とし、旋回溶融炉を用いて
１５５０℃で溶融し、種々の水冷条件下でスラグを製造
し、破砕機の回転数を３５００ｒｐｍとして破砕した。 得られたスラグを用い、水セメント比５０％、フロー値
１９０±５ｍｍでボルトランドセメントによるモルタル
を作成し、５φ×１０ｃｍの型枠に流し込み２０℃で１
日養生後に脱形し、さらに、６日養生して圧縮強度を測
定した。製造時の熱水のｐＨ、温度とモルタルの７日養
生圧縮強度との関係を図５に示す。図５から、水温が高
いほどモルタル強度は高く、かつ、液ｐＨが８．０〜１
３．０で最大となっていることがわかる。なお、ｐＨ調
整において、アルカリ性側はＣａ（ＯＨ）２　を用いて
行い、酸性側はＨ２　ＳＯ４　を用いて行った。

【００１４】実施例３ 建設汚泥１００部に鉄鉱石２０部を加えて原料調整した
。この混合物を旋回溶融炉を用いて１４５０℃で溶融し
、温度９０℃、ｐＨ１０．０の熱水中に投下してスラグ
とした。このスラグを破砕機の回転数を３５００ｒｐｍ
として破砕した。得られたスラグは黒色で、ＪＩＳ　　
Ａ　　５００４（コンクリート砕砂）を満足する粒度分
布を有していた。このスラグを冷却用熱水（温度９０℃
、ｐＨ１０．０）下で２時間処理した。圧壊強度は２３
ｋｇ／３ｍｍφであり、モルタルの７日強度（圧縮）は
４７０ｋｇ／ｃｍ２　であり、天然砕砂によるモルタル
の７日強度（圧縮）４２０ｋｇ／ｃｍ２よりも約１０％
高い値を示し、破砕後に水熱処理することで、スラグ単
体ならびにモルタルはより高強度となった。

【００１５】

【発明の効果】本発明は上記のように構成されているの
で、つぎのような効果を奏する。 （１）　　高強度で表面に凹凸のあるスラグが得られ、
天然砕砂、砂代替として土木建築資材等として再資源化
を図ることができる。 （２）　　得られたスラグを破砕する場合は、破砕機の
回転数を小さくすることにより、粒径５ｍｍ以上の高強
度スラグが多く得られ、かつ、色が黒色であるので、テ
ラゾタイルのような付加価値の高い美観材の骨材へ適用
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の廃棄物溶融によるスラグの製造方法の
一実施例を示す工程図である。

【図２】本発明の方法の他の実施例を示す工程図である
。

【図３】熱水の水温とスラグ圧壊強度との関係を示すグ
ラフである。

【図４】熱水の水温とスラグ破砕後の粒径５ｍｍ以上ス
ラグ割合との関係を示すグラフである。

【図５】熱水のｐＨと７日養生後のスラグ圧縮強度との
関係を示すグラフである。

【符号の説明】

１０　　溶融炉 １２　　水冷装置 １４　　熱水容器 １６　　破砕機 １８　　ポンプ ２０　　水熱処理容器 ２２　　固液分離機 ２４　　ポンプ

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　廃棄物を溶融した後、溶融炉雰囲気圧
   力の沸騰温度よりも２〜５０℃低い範囲で±１０℃に維
   持された熱水中に、融液を流下・冷却してスラグを得る
   ことを特徴とする廃棄物溶融によるスラグの製造方法。
2. 【請求項２】　　廃棄物を溶融した後、ｐＨ８．０〜１
   ３．０に調整された熱水中に、融液を流下・冷却してス
   ラグを得ることを特徴とする廃棄物溶融によるスラグの
   製造方法。
3. 【請求項３】　　廃棄物にＣａＯ源材、Ｆｅ２　Ｏ３　
   源材、ＳｉＯ２　源材からなる群より選ばれた添加材を
   加えて組成調整した後、溶融することを特徴とする請求
   項１又は２記載の廃棄物溶融によるスラグの製造方法。
4. 【請求項４】　　スラグを破砕した後、破砕物を融液冷
   却用の熱水と同じ性状の熱水中で０．５〜２０時間処理
   することを特徴とする請求項１、２又は３記載の廃棄物
   溶融によるスラグの製造方法。