JPS6124074B2

JPS6124074B2 -

Info

Publication number: JPS6124074B2
Application number: JP57039702A
Authority: JP
Inventors: Kazuo Okada; Akitoshi Yamada; Takao Myazaki
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 1982-03-12
Filing date: 1982-03-12
Publication date: 1986-06-09
Also published as: JPS58156388A

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は下水汚泥焼却灰や都市ごみ焼却灰等の
廃棄物焼却灰を原料とする結晶化物の製造法に関
するものである。従来、各地の下水処理場やごみ処理場から発生
する下水汚泥やごみは、そのまま埋立投棄すると
衛生上あるいは悪臭公害上問題があるので大部分
は焼却処理され、焼却灰として埋立投棄されてい
るが、埋立用地の確保が難しくなつてきているう
えに焼却灰からの重金属等の溶出その他埋立処分
にともなう二次公害が大きな社会問題となつてお
り、さらに省資源、省エネルギーの観点からも廃
棄物焼却灰を溶融して有効利用することが検討さ
れている。廃棄物焼却灰を溶融成形して骨材等に
有効利用しようとする試みとしては、特公昭55−
24010号公報に示されるように溶融物を水封ボツ
クス中に落下させて水中で固化させて小塊状の固
化物を得る方法があるが、この方法によつて得ら
れる成形物は強度が弱いうえに形状がまちまちで
あるという間題点を有しており、また特公昭56−
11877号公報に示されるように、水冷した鋳型中
に溶融物を投入固化させることにより大塊状の固
化物を得る方法は、骨材とするために破砕装置が
必要であるうえに破砕面から重金属類が溶出する
等の問題点を有するものであつた。本発明は前記のような問題点を解決して機械的
強度および化学的安定性に優れ、しかも、用途に
合致した製品形状に最初から成形された高強度の
結晶化物を容易に量産できる廃棄物焼却灰を原料
とする結晶化物の製造法を目的として完成された
もので、SiO₂25〜45％（重量％、以下同じ）、
Al₂O₃5〜15％、Fe₂O₃5〜25％、CaO20〜40％、
MgO1〜５％、P₂O₅1〜10％を主な組成とし、か
つ、（CaO＋MgO）／SiO₂比が0.8〜1.2の廃棄物
焼却灰を1350〜1500℃で溶融した溶融物を表面温
度が300〜600℃に保持された型中に投入して成形
し、次に該成形物を1020〜1180℃の温度に30分以
上保持して結晶化することを特徴とするものであ
る。本発明において原料として使用する廃棄物焼却
灰は、下水汚泥焼却灰あるいは都市ごみ焼却灰等
であつて、これらの廃棄物焼却灰中には、
SiO₂、Al₂O₃、Fe₂O₃、CaO、MgO、P₂O₅が主と
して含まれる外にK₂O、Na₂O等が含まれてお
り、それらの含有量は焼却灰の種類等により若干
異なる。このような廃棄物焼却灰の溶融特性すな
わち溶融温度に対する粘度の関係をみると、一般
のガラスの成形加工に適した粘度域に対応する成
形温度域は一般のガラスに比較して極端に狭く、
いわゆる「足の短かいガラス」の性質を有してお
り、また、例えば1350℃以上の溶融温度域におけ
る粘度は一般のガラスに比較してかなり低いこと
から溶融したのち流し込み成形するのに適してい
るが、このような組成の廃棄物焼却灰を溶融成形
後さらに結晶化するには、SiO₂25〜45％（重量
％、以下同じ）好ましくは30〜40％、Al₂O₃5〜
15％好ましくは５〜10％、Fe₂O₃5〜25％好まし
くは５〜15％、CaO20〜40％好ましくは30〜35
％、MgO1〜５％好ましくは２〜５％、P₂O₅1〜
10％好ましくは２〜10％、その他よりなり、か
つ、（CaO＋MgO）／SiO₂比が0.8〜1.2好ましく
は0.9〜1.1の範囲内であることが重要であり、こ
のために焼却機より得られた前記廃棄物焼却灰は
これを分析し、組成範囲が前記特定組成範囲内に
ないときは、前記の組成範囲に入るように調整す
る。なお、組成調整に際しては、安価な粘土、シ
ラス、ベンガラ、石炭、ドロマイト、骨灰等を用
いることが好ましい。このようにして、組成調整
された廃棄物焼却灰は溶融炉中において1350〜
1500℃程度で溶融した後に該溶融物を用途に応じ
たキヤビテイ部の表面温度すなわち型の表面温度
が300〜600℃好ましくは400〜500℃に保持された
型中に投入して成形し、引き続いてその成形物を
溶融炉排ガス等によつて1020〜1180℃好ましくは
1050〜1150℃の温度範囲内の所定温度に保持され
た結晶化炉中に30分以上好ましくは40〜90分保持
するか、前記温度範囲内をゆつくりとした昇降温
速度で昇降温させてその温度範囲内に30分以上好
ましくは40〜90分保持してこの成形物中に結晶核
の形成およびその結晶核を中心として結晶成長を
起こさせ、成形物全体を結晶化すればよい。な
お、本発明においてSiO₂を25〜45％とするの
は、SiO₂が25％未満ではガラス形成骨格として
のSiO₂が不足して高強度の結晶化物が得られな
いからであり、45％を越えると溶融温度が上昇し
て前記溶融温度では粘度が高くなつて流し込み成
形に適しないうえ結晶化にも悪影響を及ぼすから
であり、また、Al₂O₃を５〜15％とするのは、
Al₂O₃が５％未満では高強度の結晶化物が得られ
ず、15％を越えると溶融温度が高くなりすぎるか
らであり、さらに、Fe₂O₃を５〜25％とするのは
Fe₂O₃は融剤としてばかりでなく核形成剤として
も重要な成分であり、その量が５％未満では融剤
としての効果がうすくて溶融温度が低下しないう
えに結晶核の形成も不充分であり、25％を越える
と強度を著しく低下させるからである。また、
CaOを20〜40％とするのはCaOが20％未満では溶
融物の粘度が増加するとともに結晶化に悪影響が
あるうえ強度が低下し、40％を越えると化学的安
定性を著しく低下させるからであり、さらに、
MgOを１〜５％とするのは、MgOはCaOに代わ
る組成調整剤として用いられて化学的安定性を増
す効果があるにも拘らずその含有量が１％未満で
はその効果がなく、５％を越える量を入れても効
果は変らないからであり、また、P₂O₅を１〜10
％とするのはP₂O₅は核形成剤として最も重要な
成分であつて、その量が１％未満では1020〜1180
℃の温度範囲では結晶核が形成されず、10％を越
えると成形段階での失透現象が表われるからであ
る。さらにまた、（CaO＋MgO）／SiO₂比を0.8
〜1.2とすることは溶融温度の低下のために重要
であるうえに溶融物の結晶化のためにも重要であ
つて、この混合比が0.8未満あるいは1.2を越える
と、溶融温度が上昇して溶融炉の炉材の侵蝕や溶
融コストの増加が起るので好ましくない。次に、
廃棄物焼却灰の溶融温度を1350〜1500℃と限定し
たのは、前記組成範囲に調整された廃棄物焼却灰
の溶融物は溶融温度が高くなると急激に粘性が低
下するいわゆる「足の短かいガラス」の性質を有
することから、1350℃未満では連続的に移動する
型中に連続的に溶融物を投入するのに必要な粘度
10¹ポイズ以下好ましくは10^1/2ポイズ以下の粘
度が得られないため成形物が互いに連結し個々の
独立した成形体になりにくいうえに成形物の離型
が悪くなり、また、実プラントにおいて1500℃を
越える溶融温度を維持することは設備上からもエ
ネルギーコスト面からもロスが大きいので、上限
を1500℃とし、さらに、成形後引き続いて結晶化
を行う場合において、1020〜1180℃の温度で熱処
理するには溶融温度を1350〜1500℃の温度範囲に
保持することが熱エネルギーの有効利用の点より
最もよい。次に、溶融物を投入する型の表面温度
を300〜600℃に保持するのは、鋳鉄や黒鉛等の型
の材質や形状によつて異なるが、300℃未満では
成形物が急冷されてクラツクが入るおそれがあ
り、600℃を越えると成形物の型への焼付きが起
きて難型しにくくなるおそれがあるためである。
また、結晶化温度を1020〜1180℃と限定したの
は、前記組成に調整された廃棄物焼却灰は1020℃
未満では結晶成長が起りにくく、1180℃を越える
と結晶化物の再融解等により安定した結晶成長が
妨げられるからである。なお、結晶化に際して
は、それぞれ特定温度範囲内の一定温度に所定時
間保持するのが均一な結晶核の形成および結晶成
長をさせるうえでより好ましいが、前述のとおり
それぞれの特定温度範囲内で所定時間かけてゆつ
くりと降温あるいは昇温してもほぼ同等の結果が
得られる。また、結晶化時間を30分以上としたの
は、30分未満の保持時間では結晶化を完全に行な
うことができないので、高強度の結晶化物が得ら
れないためである。なお、溶融物を投入する型は
黒鉛やボロンナイトライド等の漏れ性が悪くて滑
性の良い材質で製作するか、鋳鉄等で製作した金
型の表面に黒鉛やボロンナイトライド等の離型剤
をコーテイングすることが望ましく、また、型の
キヤビテイ部形状は製造される結晶化物の用途に
応じそのまま使用できるように製品形状と対応し
たものであればよく、特に、セメントモルタルと
混練してセメント製品を製作する場合の骨材とし
て使用する場合には表面に凹凸や凹凸条をつける
ことが好ましいためキヤビテイ部の型面に凹凸を
形成しておくことが好ましい。このようにして得られる結晶化物は高強度であ
るばかりでなく、表面が平滑な光沢面であつて取
扱が容易であり、しかも、骨材、板、柱等最終的
に利用される製品形状のものとして最初から成形
されるから、破砕、切断、加工といつた後処理の
ための手間が不要なうえに加工面から重金属類が
溶出するおそれもない。本発明は前記説明から明らかなように、特定組
成範囲の廃棄物焼却灰を特定の溶融条件で溶融し
たのち型に投入して成形し、さらに、特定の結晶
化条件下で処理することによつて機械的強度およ
び化学的安定性に優れた結晶化物を容易に得るこ
とができるものであつて、このような優れた特性
を持つ結晶化物はセメントと混練して使用される
重量骨材、道路の埋め戻し、舗装等に使用される
砕石、歩道や床面等に敷設されるタイル、建物の
壁面、柱等に使用される外壁材等の建材その他用
途は極めて広く、また、結晶化は溶融炉排ガスを
有効利用することもできるから、安価に得られる
うえに省エネルギー的にも優れ、さらに、従来埋
立処分されてきた廃棄物焼却灰の埋立処分地や二
次公害の心配をなくすることもできる等種々の利
点がある。実施例各所の下水処理場の廃棄物焼却灰を下記表に記
載する化学組成および組成比率に組成調整し、そ
れぞれの溶融特性に従つて1380〜1480℃の温度に
維持された溶融炉内において５時間で溶融し、そ
の溶融物を400℃に保持された無端コンベア上に
連続して設置された黒鉛製の型中に投入して成形
し、次いで、溶融炉排ガスを用いて1050〜1150℃
の温度に維持された結晶炉内で40分保持して結晶
化させた結晶化物No.1〜No.12を表中に本発明例
として記載した。次に、本発明の数値限定範囲外
の組成および熱処理条件で得られた結晶化物
No.13〜No.20を表中に参考例として記載し、
また、廃棄物焼却灰を原料とする結晶化物の強
度、化学的安定性等を鉱滓スラグ、ガラスと対比
するため、これらを表中参考例として鉱滓スラ
グをNo.21にガラスをNo.22、No.23として記載し
た。これらの各種の結晶化物等について圧縮強
度、曲げ強度、硬度、硫酸ナトリウム安定性試験
について比較測定した10個の試料の平均値は表の
とおりであつた。この結果から明らかなように、
本発明によつて得られた結晶化物は参考例によつ
て得られた結晶化物等に比べて機械的強度および
化学的安定性に優れていることが確認された。

【表】なお、表中において、微少硬度はビツカース硬
度（ロード１Kg）を、硫酸ナトリウム安定性試験
はJIS Ａ−1122骨材の安定性試験方法による５回
繰返しの減量率（％）を示す。

Claims

【特許請求の範囲】

１ SiO₂25〜45％（重量％、以下同じ）、Al₂O₃5
〜15％、Fe₂O₃5〜25％、CaO20〜40％、MgO1〜
５％、P₂O₅1〜10％を主な組成とし、かつ、
（CaO＋MgO）／SiO₂比が0.8〜1.2の廃棄物焼却
灰を1350〜1500℃で溶融した溶融物を表面温度が
300〜600℃に保持された型中に投入して成形し、
次に該成形物を1020〜1180℃の温度に30分以上保
持して結晶化することを特徴とする廃棄物焼却灰
を原料とする結晶化物の製造法。