JPH11207291A - 焼却残渣用固化剤及び焼却残渣の固化方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 焼却残渣と混合して重金属の十分な溶出防止
性を保持しながら高強度の固化体を得るようにした固化
剤と固化方法を得る。 【解決手段】 焼却残渣と混合してこれを固化するため
の固化剤が、石こう：１〜３０ｗｔ％、高炉スラグ等の
潜在水硬性を示す混和材：４１〜９９ｗｔ％、セメン
ト：０〜２９ｗｔ％になっており、この固化剤：１０〜
７０ｗｔ％、焼却残渣：３０〜９０ｗｔ％を混合し、必
要量の水と共に混練して固化体を得る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、廃棄物焼却プラン
ト等の焼却炉にて発生する焼却灰や煤塵等の焼却残渣を
固化するための固化剤、及びそれによって路盤材等の土
木材料に利用できる焼却残渣のリサイクル用固化体を固
化する方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】産業廃棄物や都市ゴミを焼却する際に発
生する焼却灰（ボトムアッシュ）や電気集塵機等にて集
塵された煤塵（飛灰・フライアッシュ）等の焼却残渣に
はカドミウム（Ｃｄ）や鉛（Ｐｂ）等の有害な重金属が
含まれていることが多く、これらをリサイクル材として
埋め立て処分する場合にはセメントで固化する等、含有
する重金属が溶出しないように処理してから処分しなけ
ればならないことが法律で定められている。

【０００３】そしてこの焼却残渣を固化する手段とし
て、キレート等の薬剤や様々なセメント系の固化剤及び
石こうを添加する等の手段が提案され、かつこの固化剤
を用いて焼却残渣を固化する方法が種々提案されてい
る。

【０００４】これら従来の技術としては、特開昭５６−
１０３９９号公報、特開昭６０−４１５８９号公報に示
されたものが知られている。この従来の技術の前者にあ
っては、アウイン４０％以下、カルシウムシリケート６
０〜２５％、遊離石灰５％未満、石こう４０％以下とな
っており、ここでアウインとカルシウムシリケートはポ
ルトランドセメント主成分である。このことからこの固
化剤はポルトランドセメント分が最小でも５５％配合さ
れていることになる。

【０００５】また従来の技術の後者にあっては、石炭灰
にセメント、石こうあるいは消石灰、石こうもしくはセ
メントのみを混合し、これに水を加えて混練した配合材
料となっている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記従来の技術のう
ち、前者のものは、膨張、セメント用膨張材を主とする
固化剤であって、ポルトランドセメント分が上記したよ
うに最小でも５５％と多く含有しているにもかかわら
ず、これを焼却残渣に混合して固化した場合、この固化
体は所定の硬さを得ることができなかった。

【０００７】これは、上記焼却残渣にはタンニン酸やフ
ミン酸等の有機不純物が含有されているものがあり、こ
の有機不純物を含有している焼却残渣をポルトランドセ
メントで固化した場合、未水和粒子の周辺に無定型物質
が生成し、これらの物質が極性によりセメント粒子の表
面に吸着されるか、またはＣａ^＋＋と結合して被膜を形
成し、セメントの水和反応を阻害して、硬化が阻害され
てしまうことによるものである。これはセメントの量が
多い程顕著になる。

【０００８】また、この前者のものにあっては、その明
細書中に固化体からＰｂやＣｄが不溶出である旨記載さ
れているが、この重金属の溶出試験方法が明らかにされ
ていないので、どのような状態で不溶出であるのか不明
であった。

【０００９】この重金属の溶出については、現在、廃棄
物の溶出の判断基準とされる土壌環境基準は平成６年に
環境庁より告示された数値が用いられているが、上記従
来の技術の前者のものにあっては上記基準施行前の現在
より甘い基準での判断と考えられる。この前者のものに
あっては、セメント成分が多すぎてアルカリ度が高くな
りすぎるために、現在の土壌環境基準をクリアすること
ができないと考えられる。

【００１０】一方、上記従来の技術の後者にあっては、
固化体の硬度も２８日養生の一軸圧縮強度で最高１５
３．３ｋｇ／ｃｍ^２とあまり高くなく、また重金属、例
えばＰｂの溶出量も０．０４以下と多かった。

【００１１】このように、従来の固化剤を用いた焼却残
渣の固化方法は、最終処分場に埋め立て処分するために
必要な強度（一軸圧縮強度１０ｋｇ／ｃｍ^２以上）と、
溶出防止性（Ｐｂの場合は３ｍｇ／Ｌ）を目的としたも
のがほとんどであり、土木材料へのリサイクルをうたっ
たものでも、路盤材用に使用される細骨材相当の一軸圧
縮強度５０〜１００ｋｇ／ｃｍ^２以上、または路盤材用
に使用される粗骨材相当の一軸圧縮強度４００ｋｇ／ｃ
ｍ^２以上という高強度と、環境庁告示第４６号の溶出試
験において、Ｐｂの場合は０．０１ｍｇ／Ｌ以下という
土壌環境基準との双方の基準を両立する固化体を得るこ
とができる固化剤及び固化方法はなかった。

【００１２】本発明者らは、種々の実験により、先に出
願した特願平７−２５２６１１号（特開平９−９４５４
８号）にて、焼却灰や煤塵等の焼却残渣を、機械的強度
（路盤材用に使用される細骨材相当の一軸圧縮強度５０
〜１００ｋｇ／ｃｍ^２以上）と重金属の溶出防止性（土
壌環境基準クリア、Ｐｂの場合は０．０１ｍｇ／Ｌ以
下）を両立させて固化できる焼却灰の固化剤と、この固
化剤を用いて固化する焼却残渣の固化方法を発明し、提
案した。

【００１３】本発明は、上記特願平７−２５２６１１号
にて出願した発明の改良開発中に発明したもので、重金
属の溶出防止性（土壌環境基準クリア、Ｐｂの場合は
０．０１ｍｇ／Ｌ以下）を十分保持したまま、さらに高
強度（路盤材用に使用される粗骨材相当の一軸圧縮強度
４００ｋｇ／ｃｍ^２以上）を得ることができる焼却残渣
の固化剤及びこの固化剤を用いた焼却残渣の固化方法を
提供することを目的とするものである。

【００１４】

【課題を解決するための手段及び作用効果】焼却灰や煤
塵等の焼却残渣に含まれるＣｄやＰｂ等の重金属の溶出
量は、これを固化した固化物のｐＨに大きく依存するこ
とが知られている。ｐＨが９．５〜１１．５の範囲での
Ｐｂの溶解度は小さいが、これの前後で大きく、特にｐ
Ｈが約１２を越えたアルカリ側での溶解度は著しく大き
くなる。

【００１５】セメントは水を加えて混練すると、例え
ば、次式に示すように化学変化して、Ｃ_３Ｓ等の加水分
解によりＣ_３Ｓの表面からＣａ^＋＋を放出し、液層を急
激にアルカリ性に変える。 ２（３ＣａＯ・ＳｉＯ_２）＋６Ｈ_２Ｏ→３ＣａＯ・２Ｓ
ｉＯ_２・３Ｈ_２Ｏ＋３Ｃａ（ＯＨ）_２ なお、式中３ＣａＯ・ＳｉＯ_２はＣ_３Ｓ、エーライトで
ある。

【００１６】このため、例えばセメント系の固化剤で焼
却残渣などを固化する場合、固化体の溶液は一般的に強
アルカリ性を示すため、Ｐｂ等の両性重金属の溶出が主
に問題になるが、ｐＨを低く押えながら機械的強度を発
現する固化剤が存在するならば、上記機械的強度と溶出
防止性の双方を両立させることができる。

【００１７】本発明者らは、特願平７−２５２６１１号
（特開平９−９４５４８号）にて、高炉スラグ等の潜在
水硬性を示す混和材が水の添加による硬化に際して、ア
ルカリ性を示す水酸化物イオン（ＯＨ）を減少させる作
用に注目し、水硬性のセメントと潜在水硬性の混和材を
ある比率で配合して固化剤とすることを見出だした。

【００１８】高炉スラグ等の潜在水硬性を示す混和材
は、水と接触すると不透水性の水和生成物（保護膜）を
生成し、粒子表面がこれに覆われて、水の接触を妨げる
ため、水和反応が進行できない。

【００１９】しかし、ここにＣａ（ＯＨ）_２などのアル
カリ性の刺激剤を入れてやると、上記水和生成物である
保護膜はこの刺激剤と反応して粒子表面から取り除かれ
て水との反応が連続的に進行するようになり、この固化
剤によってＣ−Ｓ−Ｈを主体とする硬化体を得る。この
プロセスは次式のようになり、これを潜在水硬性とい
う。 ｘＳｉＯ_２＋ｙＣａ（ＯＨ）_２＋ｚＨ_２Ｏ→ａＣａＯ・
ｂＳｉＯ_２・ｃＨ_２Ｏ なお、式中ｘＳｉＯ_２は可溶性シリカ、高炉スラグ主成
分であり、ａＣａＯ・ｂＳｉＯ_２・ｃＨ_２ＯはＣ−Ｓ−
Ｈゲル、ケイ酸カルシウム水和物である。

【００２０】ここで、この固化剤において、強アルカリ
性の原因であるセメント（ポルトランドセメント類）が
少ないとｐＨ値も１１以下に下がり、これを用いて固化
した焼却灰などに含まれるＰｂ等の両性金属の溶出防止
が期待されるが、このセメントは高炉スラグ等の潜在水
硬性を示す混和材のアルカリ刺激剤であるため、このセ
メントがあまり少ないと十分な固化ができず、高強度の
固化体が得られない。

【００２１】すなわち、有機不純物を含有していない焼
却残渣を固化する固化剤の場合、一般に、セメント配合
率が大きいと固化体の強度が大、ｐＨ大（重金属溶出
大）となり、セメント配合率が小さいと固化体の強度が
小、ｐＨ小（重金属溶出小）となる。

【００２２】ここで、本発明者らは、石こうにも高炉ス
ラグ等の潜在水硬性を示す混和材の水和反応を促進する
作用があることに注目し、水硬性のセメントと潜在水硬
性の混和材及び石こう（ＣａＳＯ_４）をある比率で配合
することにより、高強度の固化体を得るための固化剤及
び固化方法を見出した。

【００２３】固化剤中の石こうは、水を加えて混練する
と、次式で示すように、多量の水と結合した針状の結晶
であるエトリンガイドを生成する。このとき、初め、エ
トリンガイド（ＣａＡ・３ＣａＳＯ_４・３２Ｈ_２Ｏ）を
大量に生成して骨格を形成し、その周囲をケイ酸カルシ
ウム水和物Ｃ−Ｓ−Ｈが充填して緻密な構造となるため
高硬度の固化体が得られる。 ３ＣａＯ・Ａｌ_２Ｏ_３＋３ＣａＳＯ_４＋３２Ｈ_２Ｏ→３
ＣａＯ・Ａｌ_２Ｏ_３・３ＣａＳＯ_４・３２Ｈ_２Ｏ なお式中３ＣａＯ・Ａｌ_２Ｏ_３・３ＣａＳ_４・３２Ｈ_２
Ｏはエトリンガイドである。

【００２４】すなわち、本発明に係る焼却残渣のリサイ
クル用固化体を製造するための固化剤は、石こう：１〜
３０ｗｔ％、高炉スラグ等の潜在水硬性を示す混和材：
４１〜９９ｗｔ％、セメント：０〜２９ｗｔ％であり、
この固化剤と焼却残渣を所定の配合比率で混合し、かつ
必要量の水を加えて混練し固化体及び路盤材を成形す
る。

【００２５】このときの限界的配合例としては、（１）
石こう：１ｗｔ％、高炉スラグ９９ｗｔ％、（２）石こ
う：３０ｗｔ％、高炉スラグ７０ｗｔ％、（３）セメン
ト：２９ｗｔ％、石こう：３０ｗｔ％、高炉スラグ４９
ｗｔ％となる。

【００２６】固化剤の配合について以下に説明する。焼
却残渣を固化するための固化剤の配合比率の内訳とし
て、セメントはこれの配合比率が増えると、これを用い
て硬化した固化体の機械的強度は、一般的（焼却残渣中
に有機不純物が含有しない場合）には増加するが、同時
にｐＨも増大してＰｂ等の重金属溶出量が増加するた
め、これの配合比率に上限がある。本発明者らの種々の
実験によると２９ｗｔ％を越えると多くの場合、Ｐｂ等
の重金属の溶出量が増加し、環境基準を越えてしまうこ
とがわかった。

【００２７】また、高炉スラグ等の潜在水硬性を示す混
和材は、単独では硬化性を示さず、石こうなどの刺激に
より硬化性を示すため、本発明者らの種々の実験による
と１ｗｔ％程度の石こうの硬化刺激剤が必要となる。ま
た、石こうの過剰な添加は固化体の膨張・破壊を引き起
こす原因になるので、発明者らの種々の実験によると７
０ｗｔ％以下、好ましくは３０ｗｔ％がよいことがわか
った。

【００２８】さらに、上記焼却残渣などを、路盤材や各
種ブロック等、一軸圧縮強度が４００ｋｇ／ｃｍ^２以上
程度の機械的強度が望ましい土木材料等へリサイクルす
る場合には、上記した固化剤を用いて、焼却残渣：３０
〜９０ｗｔ％、固化剤：１０〜７０ｗｔ％とし、実験的
に好ましくは、焼却残渣：３０〜７０ｗｔ％、固化剤：
３０〜７０ｗｔ％の配合比率で混合し、必要量の水を加
えて混練し、成形する。

【００２９】このようにして成形した固化体は、２８日
養生にて、一軸圧縮強度４００ｋｇ／ｃｍ^２以上であ
り、環境庁告示第４６号に基づく溶出試験を行った結
果、Ｐｂの溶出量が０．０１ｍｇ／Ｌ（土壌環境基準）
以下であった。

【００３０】焼却残渣と固化剤との配合比率としては、
廃棄物または焼却残渣のリサイクル率と処理コストの面
から、一般的に固化剤は７０ｗｔ％程度が上限であると
考えられる。また、路盤材等の土木材料にリサイクルす
るのに望ましい機械的強度の面から、固化剤は３０ｗｔ
％が下限であると考えられる。

【００３１】上記のように、固化剤を用いて廃棄物また
は焼却残渣を固化することにより、環境基準をクリアす
る重金属の溶出防止性を備えた、きわめて高強度の固化
物を得ることができ、これを土木材料等のリサイクル材
として使用できる。この場合、固化剤中のセメント含有
率が０〜２９ｗｔ％と少ないことにより、固化しようと
する焼却残渣中に有機不純物が仮に含有していても、こ
れの固化の妨げとはならない。

【００３２】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を表１を参照
して説明する。表１は、固化剤の配合、及びこの各配合
の固化剤を用いた固化体の配合、さらにこの各固化体に
おける一軸圧縮強度、Ｐｂの溶出量を、実験例Ｎｏ１〜
５にわたって行った実験例として示す。この表１におけ
る各実験例の固化体は、各配合に適当な量の水を加えて
混練し、１００ｋｇ／ｃｍ^２の圧力をかけてプレス成形
したもので、このときの一軸圧縮強度は常温、常圧化で
２８日養生の場合であり、また、Ｐｂの溶出量は環境庁
告示第４６号に基づく溶出試験による結果である。

【００３３】

【表１】

【００３４】各実験例における判定は、Ｎｏ１，３にお
いて一軸圧縮強度が４５０，４３０ｋｇ／ｃｍ^２と４０
０ｋｇ／ｃｍ^２以上となり、かつＰｂの溶出量が環境庁
告示第４６号に基づく溶出試験にて０．０１ｍｇ／Ｌ未
満という土壌環境基準をクリアできた。

【００３５】一方、Ｎｏ２はＰｂ溶出基準はクリアでき
たが強度が不足し、Ｎｏ４は強度は高いが、Ｐｂ溶出基
準はクリアできず、判定は不可であった。

【００３６】なお、上記各実験例における溶出重金属の
判定には、最も溶出しやすいＰｂを代表として示した
が、それ以外の有害重金属、例えば、水銀、カドミウ
ム、６価クロムや砒素なども測定し、それぞれにおいて
土壌環境基準をクリアしている。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 焼却残渣を固化してリサイクル材を得る
   ための固化剤であり、かつ、石こう：１〜３０ｗｔ％、
   高炉スラグ等の潜在水硬性を示す混和材：４１〜９９ｗ
   ｔ％、セメント：０〜２９ｗｔ％からなることを特徴と
   する焼却残渣用固化剤。
2. 【請求項２】 請求項１記載の焼却残渣用固化剤：１０
   〜７０ｗｔ％、焼却残渣：３０〜９０ｗｔ％を必要量の
   水と共に混練して成形することを特徴とする焼却残渣の
   固化方法。
3. 【請求項３】 請求項１記載の焼却残渣用固化剤：１０
   〜７０ｗｔ％、焼却残渣：３０〜９０ｗｔ％を必要量の
   水と共に混練して、焼却残渣のリサイクルとしての路盤
   材に成形することを特徴とする焼却残渣の固化方法。