JPH1029841A - 人工骨材の製造方法 - Google Patents

人工骨材の製造方法

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JPH1029841A
JPH1029841A JP18645096A JP18645096A JPH1029841A JP H1029841 A JPH1029841 A JP H1029841A JP 18645096 A JP18645096 A JP 18645096A JP 18645096 A JP18645096 A JP 18645096A JP H1029841 A JPH1029841 A JP H1029841A
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JP
Japan
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mixture
artificial aggregate
fly ash
firing
producing
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JP18645096A
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Koji Kawamoto
孝次 川本
Itaru Hayakawa
至 早川
Shingo Sudo
真悟 須藤
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Sumitomo Metal Mining Co Ltd
Original Assignee
Sumitomo Metal Mining Co Ltd
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Publication date
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B18/00—Use of agglomerated or waste materials or refuse as fillers for mortars, concrete or artificial stone; Treatment of agglomerated or waste materials or refuse, specially adapted to enhance their filling properties in mortars, concrete or artificial stone
    • C04B18/02—Agglomerated materials, e.g. artificial aggregates
    • C04B18/023—Fired or melted materials
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02W—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
    • Y02W30/00—Technologies for solid waste management
    • Y02W30/50—Reuse, recycling or recovery technologies
    • Y02W30/91—Use of waste materials as fillers for mortars or concrete

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
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  • Processing Of Solid Wastes (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 都市ごみの焼却時に排ガス中に飛散した粉塵
を捕集した飛灰を廃棄物として処分するのではなく、資
源として取り扱い有効利用する技術を提供する。 【解決手段】 飛灰に粘結材としてのベントナイトと組
成調合材とを混合し、このとき焼成後の化学組成がシリ
カが20〜80重量%で酸化カルシュウムが10〜35
重量%になるように調整し、得られた混合物を平均粒径
が15μm以下となるように粉砕する。次いで、得られ
た粉砕物に水を加えて成形して成形体を得、その後、要
すれば乾燥した後、この成形体を焼成して人工骨材を製
造する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、都市ごみの焼却時
に排ガス中に飛散する飛灰の資源化に関し、特に当該飛
灰から建築、土木用等の骨材を製造する方法に関する。
【0002】
【従来の技術】本明細書で、飛灰は、都市ごみの焼却時
に排ガス中に飛散した粉塵を捕集したものをいう。
【0003】飛灰の大半は廃棄物として埋め立て処分さ
れている。しかし、この飛灰中には、鉛、亜鉛等の重金
属類が多く含まれている。このため、埋め立て後の溶出
を防止するため、重金属類の溶出防止処理が施されてい
る。
【0004】飛灰より重金属を溶出させないようにする
ため現在採用され、あるいは検討されている技術、すな
わち溶出防止技術は以下のようなものである。
【0005】a.溶融固化 この方法では、飛灰や主灰を加熱溶融し、その後冷却固
化する。このとき、飛灰や主灰の含有物によってはガラ
ス化するものもある。この方法は、飛灰や主灰の減容化
が図れるものの、エネルギー消費量が高く、コスト的に
は全く経済性のないものとなりかねない。また生成する
ガラス(スラグガラス)の資源化が難しい。
【0006】b.セメント固化 この方法では、その名の通りセメントを混ぜ込み、固化
する。混合するセメントの分だけ処理物が増量するた
め、最終処分場の寿命を縮めることになり、問題が大き
い。コスト的には安価であるものの、経済的というには
ほど遠い状況である。
【0007】C.キレート処理 この方法では、鉛や亜鉛等の重金属類をキレート剤によ
り安定な化合物として溶出を防止する。キレート剤が高
価であることと、長期の重金属類の安定効果の面で信頼
性が必ずしも確かなものではない。また、焼却灰の減容
化の面で問題がある。
【0008】d.酸洗浄 この方法では、飛灰を酸洗浄し、予め溶出する可能性の
高い金属分を除去し、洗浄後の飛灰を埋め立て、洗浄水
を別途処理する。処理設備が大規模となり、焼却灰の減
容化の面でも問題を抱えている。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】上記方法では何れも、
専ら重金属類の溶出防止が考案され、その再利用は考慮
されていない。従って、飛灰の大半部分が埋め立て処分
となっているばかりか、セメントの混ぜ込みなどで、新
たな廃棄物すら生みだしかねない。しかし、埋め立て処
分場、特に飛灰を処理するための管理型の最終処分場は
残余年数が少なくなる一方であり、多くの自治体が処分
場の確保と寿命の延長に苦慮しているところである。
【0010】加えて、セメント固化、キレート処理、酸
洗浄といった方法では例えば、重金属類の溶出を長期
間、確実に防止できるかどうか、処理コストをどこまで
低下させ得るか、処理設備の運転技術を簡便にするには
どうすべきかといった点で解決すべき点は多い。
【0011】本発明では、これらの欠点を解消し、低コ
ストで重金属類の溶出を長期安定的に防止し、かつ飛灰
を廃棄物として処分するのではなく、資源として有効利
用する技術の提供を課題とする。
【0012】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決する本発
明の方法では、まず原料である都市ごみの飛灰に粘結材
としてのベントナイトと組成調合材とを混合して混合物
を作り、このとき焼成後の化学組成がシリカが20〜8
0重量%で酸化カルシュウムが10〜35重量%になる
ように調整する。該混合物を平均粒径が15μm以下と
なるように粉砕するのが好ましい。次いで、得られた粉
砕物に水を加えて成形して成形体を得て、その後、要す
れば乾燥した後、この成形体を焼成する。
【0013】前記組成調合材として、珪砂、陶石、長
石、カオリナイト、木節粘度等のシリカを含む鉱物を上
記の化学組成の範囲となるように加えた原料に、必要に
応じて酸化カルシュウム源として石灰石、消石灰、生石
灰等の酸化カルシュウムを含む鉱物を用いるのが望まし
い。焼成温度は、1000〜1250℃が望ましい。
【0014】本発明に用いる成形装置としては、所定の
径になるように成形できるものであれば支障はないが、
パンペレタイザーや押し出し成型機を用いると簡便であ
る。また、焼成装置は、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い。
【0015】
【発明の実施の形態】本発明者らは、飛灰と組成調合材
と粘結材とを用いて人工骨材を得るべく種々の検討を行
った結果、飛灰と組成調合材とを用いて焼成するに際
し、焼成後のシリカと酸化カルシュウムの含有率を所定
の範囲となるように調整すれば、鉛や亜鉛等の重金属の
溶出を極めて少なくできると共に土木・建築用骨材とし
て十分使用できる強度と化学的品質を持った人工骨材が
焼成できることを見い出し、本発明に至った。以下に、
本発明の各要素について詳述する。
【0016】シリカ含有率および酸化カルシウム含有率 焼成物中のシリカの含有率が20〜80重量%以下で酸
化カルシュウムの含有率を10〜35重量%の範囲とな
るようにした場合、これらの焼成物より重金属の溶出が
少なく、かつ建築用として高強度を有し、耐久性にも優
れている。すなわち、本発明の方法において、シリカ含
有率を20重量%以上とするのは、これよりシリカ含有
量が低い場合には、焼成後の強度が低く、また耐久性が
悪くなるからである。一方、シリカの含有率が80重量
%を超えると、組成調合材の量が飛灰の数重量倍となる
ことと、焼成温度が1250℃を超え燃料コストが高く
なり、焼成設備の高耐熱化が必要となり実用的でなくな
るからである。
【0017】また、酸化カルシュウムの含有量を10重
量%以上とするのは、これより酸化カルシュウム含有量
が低い場合には、骨材焼成時に発泡膨張を起こし高強度
化ができないからである。一方、酸化カルシュウムの含
有率が35重量%を超えると、焼成温度が1250℃を
超え、骨材の焼成可能な適正焼成温度の幅が狭くなって
好ましくない。すなわち、適正焼成温度を超えると、キ
ルン内壁に落着したり、骨材相互に落着し、適正温度以
下では、焼結不十分で骨材強度が小さく、重金属の溶出
も多くなり、好ましい品質の骨材を安定して焼成できな
くなる。従って、35重量%以下にして、適正焼成温度
の幅を確保する。
【0018】飛灰 表1に飛灰の組成を示す。シリカの含有量は適正組成以
下である場合が多いので、組成調合材として珪砂、陶
石、長石、カオリナイト、木節粘度等のシリカ、または
該シリカとアルミナを含む鉱物を用いて、補充する。酸
化カルシュウムは適正組成内かそれ以上の場合が多く、
必ずしも酸化カルシュゥムを含む組成調合材を必要とし
ない。むしろ酸化カルシュウムは適正組成範囲を超える
ことがあり、この場合は、シリカを含む組成調合材によ
り適正組成範囲内になるように調整する。
【0019】粘結剤 ロータリーキルンなどの回転炉で焼成する場合、ペレッ
トが転動してキルン内を移動する際にすり減って粉体を
発生する。この発生する粉体が多いと、実収率の低下や
煤煙の捕集設備への負荷を増加させる。加えて、キルン
内の焼成部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、ペレット相互に付着したり、キルン
内壁へ付着し易くなる。これらの付着物の生成が甚だし
くなると焼成操作が困難となる。粘結材を用いるのは、
キルン内での粉化を低減するためであり、ベントナイト
がこの目的に適している。粘結剤は焼成前の物量に対し
て0.2〜10重量%となる量を加えると良好な結果が
得られる。添加量がこの範囲より少ない場合は粘結材と
しての効果が得られず、この範囲より多くしても更なる
粘結効果の増加は期待できない。
【0020】混合物の粒径 本発明の方法では、飛灰と組成調合材と粘結材とを混合
した混合物の平均粒径が15μmより大きいと、最終的
に得られる人工軽量骨材の強度が低下する。よって、平
均粒径が15μm以下となるように粉砕した後に成形す
ることが必要である。なお、この粉砕が均一混合の役割
を果たすことは言うまでもない。粉砕および混合して得
た混合物に水を加えて、転動造粒かまたは押し出し造粒
により、ペレットに成形する。このようにして得た成形
体の大きさをどの程度にするかは、製品として得る人工
軽量骨材の大きさにもよるが、一般に5〜15mmとす
ることが多い。
【0021】焼成 焼成は1000〜1250℃とするが、この組成より低
い温度では焼成が十分でなく、この範囲より高い温度で
は、ペレットの粘結性が高まり、ペレットの付着により
操業不能となる確率が高くなる。さらに、焼成温度が1
250℃より高いと、燃料コストが高くなり、焼成設備
の高耐熱化が必要となり実用的でなくなる。焼成に用い
る炉はロータリーキルンが好ましい。ロータリーキルン
は設備が簡易で焼成した骨材の品質にぱらつきが少な
く、重金属類の溶出を少なくして無害化する場合の信頼
性が高い点で骨材を焼成する設備として好ましい。な
お、成形体の焼成前に、必要に応じて乾燥を行うことは
いうまでもない。
【0022】嵩比重 飛灰を主原料として組成調合材と粘結材を添加して粉砕
し、混合した後に造粒して得た乾燥嵩比重1.2〜1.
9のペレットをキルン内で加熱すると、焼成収縮して、
絶乾比重が1.9〜2.3程度の高強度な人工骨材とな
る。
【0023】
【実施例】以下実施例を用いて本発明を説明する。
【0024】[実施例1−1−1〜3−1−2]実験に
使用した3種類の焼却飛灰、珪砂、長石、ベントナイ
ト、石灰石の化学組成を表1に示した。これらの原料を
表2に示す配合で計量採取してボールミルで粉砕混合し
た。粉砕した原料の粒度分布はレーザー回折式粒度分布
計で測定した。得られた粉砕原料に水を加えながらパン
ペレタイザーで直径5〜15mm程度の球状に造粒し乾
燥した後、ロータリーキルン(煉瓦内径500mm×長
さ4800mm)に供給して焼成した。焼成後の骨材
(焼成品)の化学組成を表2〜表4に、原料の平均粒径
と焼成温度を表7に示した。焼成した骨材の比重はJIS
A 1110に基づいて測定し、圧壊強度は直径約10mmの
骨材について測定した。得られた結果を表7に合わせて
示した。
【0025】比重については約1.9から2.3まで製
造条件により異なっているが、何れも焼成時に原料の約
20〜30重量%の塩素化合物等による揮散減量による
比重低下以上に焼成収縮によって焼き締まり強度が高く
なっている。市販の人工軽量骨材の圧壊強度が約50k
gfであるのに対して、実施例では90kgf〜260
kgf程度となり、一般の構造用コンクリートの骨材と
してのみならず、高強度コンクリート用骨材としても利
用できる。
【0026】焼成した骨材からの重金属類の溶出性につ
いては環境庁告示13号に規定する方法により塩酸酸性
と水酸化ナトリウムアルカリ性について、鉛と亜鉛の溶
出試験を行った。その結果、表2〜表4の実施例総てに
ついて鉛は環境基準の0.01PPM以下であり、亜鉛
は水質汚濁防止法で規制する排水基準の5PPM以下と
なった。
【0027】[比較例1−1、1−2]表5、表8の条
件で焼成物を得た。この焼成物の圧潰強度は、市販の人
工軽量骨材程度で、高強度コンクリート用骨材には用い
ることのできないものであった。
【0028】[比較例2−1、2−2 ]表6、表8の
条件で焼成物を得た。この焼成物の圧潰強度は、市販の
人工軽量骨材の圧潰強度以下であり、構造用コンクリー
トには適さないものであった。
【0029】
【表1】
【0030】
【表2】
【0031】
【表3】
【0032】
【表4】
【0033】
【表5】
【0034】
【表6】
【0035】
【表7】
【0036】
【表8】
【0037】
【発明の効果】本発明は、以上のように構成されている
ので、埋め立て後溶出しやすい重金属類を無害化すると
共に土木.建築用として高強度な優れた骨材を比較的低
コストで生産することができる。これにより、従来の廃
棄物を無害化して骨材資源として有効利用することがで
き、埋め立て処分場確保の問題も解消できる。また、重
金属類の無害化や灰の減容化にかかっていた多大なコス
トを低減することもでき、環境問題・資源有効利用上極
めて意義が大きい。

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 飛灰を原料とした焼成による人工骨材の
    製造方法であって、ベントナイトと組成調合材とを前記
    飛灰に混合して混合物を作り、このとき焼成後の化学組
    成が20〜80重量%のシリカおよび10〜35重量%
    の酸化カルシュウムとなるように調整し、該混合物を粉
    砕し成形した成形体を焼成することを特徴とする人工骨
    材の製造方法。
  2. 【請求項2】 混合物を平均粒径が15μm以下になる
    ようにしたことを特徴とする請求項1記載の人工骨材の
    製造方法。
  3. 【請求項3】 1000〜1250℃で焼成するように
    したことを特徴とする請求項1記載の人工骨材の製造方
    法。
  4. 【請求項4】 飛灰を原料とした焼成による人工骨材の
    製造方法であって、ベントナイトと組成調合材とを前記
    飛灰に混合して混合物を作り、このとき焼成後の化学組
    成が20〜80重量%のシリカおよび10〜35重量%
    の酸化カルシュウムとなるように調整し、該混合物を平
    均粒径が15μm以下になるように粉砕して、成形して
    ペレットを得て、該ペレットを乾燥し、1000〜12
    50℃で焼成することを特徴とする人工骨材の製造方
    法。
  5. 【請求項5】 組成調合材として珪砂、陶石、長石、カ
    オリナイト、木節粘度、焼却主灰の少なくとも一種を用
    いることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の
    人工骨材の製造方法。
  6. 【請求項6】 組成調合材は、シリカ源として珪砂、陶
    石、長石、カオリナイト、木節粘度、焼却主灰の少なく
    とも一種を用い、且つ酸化カルシュウム源として石灰
    石、消石灰、生石灰の内の一種以上を用いることを特徴
    とする請求項1〜4のいずれかに記載の人工骨材の製造
    方法。
  7. 【請求項7】 焼成炉としてロータリーキルンを用いる
    ことを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の人工
    骨材の製造方法。
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