JP2003080202A

JP2003080202A - 土木、環境資材の製造方法

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Publication number: JP2003080202A
Application number: JP2001281098A
Authority: JP
Inventors: Haruo Yamamoto; 春雄山本; Daizaburo Koga; 大三郎古賀; Hiroyuki Iwamoto; 裕之岩本; Shuichi Nakamura; 州一中村
Original assignee: BOGENPFEIL KK; Penta Ocean Construction Co Ltd
Current assignee: BOGENPFEIL KK; Penta Ocean Construction Co Ltd
Priority date: 2001-09-17
Filing date: 2001-09-17
Publication date: 2003-03-18

Abstract

(57)【要約】【課題】コスト的に安価で、重金属、特に六価クロム
の溶出を防止できると共に、焼却灰を再資源化できる土
木、環境資材の製造方法を提供する【解決手段】焼却灰に、ベントナイト、ガラスカレッ
ト、汚泥、汚泥焼却灰の１種または２種以上を加えて、
混合、攪拌、造粒し、還元雰囲気下１１００℃以下の温
度で焼成する土木、環境資材の製造方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、一般ゴミの焼却時
に発生する焼却主灰や焼却飛灰等の焼却灰を回収および
再資源化する方法に関し、焼却灰を資源として有効利用
することにより土木、環境資材を製造する方法に関す
る。

【０００２】特に、焼却灰中に含まれる六価クロムに代
表される重金属の溶出を防止しつつ焼却灰を再資源化す
る方法に関する。

【０００３】

【従来の技術】現在、焼却灰の大半は、そのまま地中に
埋めたりコンクリートや樹脂を用いて固化するなどし
て、廃棄物として埋め立て処分されている。しかし、焼
却灰中には、六価クロム、鉛、亜鉛等に代表される重金
属類が多く含まれており、これらの重金属類が、埋め立
て後に溶出する可能性がある。そのため、これらの重金
属類の溶出防止処理が必要になる。特に、クロム化合物
は、一般に気化温度が２０００℃以上と高いことから揮
発による分離が困難で、焼成しても焼却灰中に０．０２
〜０．０４％の濃度で残留する。しかも、これら焼成灰
中の六価クロムは埋め立て後に溶出しやすい問題点があ
る。

【０００４】また、近年、焼却灰を単に埋め立てるので
はなく、資源として再利用しようとする技術も開発され
つつあるが、このような焼却灰の再資源化においても六
価クロムの溶出防止技術は重要である。

【０００５】焼却灰中の重金属類の溶出防止技術として
は、焼却灰をベントナイトなどと混合、攪拌、焼成した
後、電磁波の照射もしくはオゾン処理することにより、
ベントナイトなどの部分に重金属類を吸着・担持させる
作用を強化して、重金属類の溶出を防止する吸着酸化触
媒材の製造方法が、特開平１１−２９３４６号公報に開
示されている。

【０００６】また、焼却灰などの廃材粉をガラスカレッ
ト及びバインダと混合し、加水攪拌後、成形、乾燥、焼
成、冷却することによりカドミウムなどの重金属類が漏
出しない固結物の製造方法が、特開平１０−３１０４８
０号公報に開示されている。

【０００７】しかし、コンクリートや樹脂で単純に固化
する技術では、埋め立て量が増大して最終処分場の寿命
が問題となるうえ、重金属類の溶出防止は十分とは言え
ない。また、電磁波の照射やオゾン処理を行う方法で
は、焼却灰の再資源化が可能となるものの、処理のため
の特別な装置が必要でコスト面に課題が残る。さらに、
ガラスカレットなどを用いて固化する方法も、土木用骨
材や濾材などに再資源化することをめざすものである
が、コスト面、重金属類の溶出防止面で未だ十分ではな
い。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、コスト的に
安価で、重金属類、特に六価クロムの溶出を防止できる
と共に、焼却灰を再資源化できる土木、環境資材の製造
方法を提供することを課題とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明者等は、上記課題
に関して鋭意検討した結果、還元雰囲気下で焼成を行う
か、もしくは、焼成後に還元化処理を行うことにより、
上記の課題をいずれも解決できることを見いだし、本発
明に到達した。

【００１０】すなわち、本発明は以下の通りである。

【００１１】発明の第１は、焼却灰に、ベントナイト、
ガラスカレット、汚泥、汚泥焼却灰の１種または２種以
上を加えたものを原料として、これを混合、攪拌、造粒
し、還元雰囲気下１１００℃以下の温度で焼成する土
木、環境資材の製造方法である。

【００１２】発明の第２は、焼却灰に、ベントナイト、
ガラスカレット、汚泥、汚泥焼却灰の１種または２種以
上、および還元剤を加えたものを原料として、これを混
合、攪拌、造粒し、１１００℃以下の温度で焼成する土
木、環境資材の製造方法である。

【００１３】発明の第３は、焼却灰に、ベントナイト、
ガラスカレット、汚泥、汚泥焼却灰の１種または２種以
上を加えたものを原料として、これを混合、攪拌、造粒
し、１１００℃以下の温度で焼成したのち、還元剤水溶
液に浸漬する土木、環境資材の製造方法である。

【００１４】発明の第４は、原料に、さらに融点を降下
せしめる助剤を混合せしめている発明の第１ないし３に
記載の土木、環境資材の製造方法である。

【００１５】発明の第５は、原料に、さらに発泡剤また
は可燃物の粉砕物を混合せしめている発明の第１ないし
４に記載の土木、環境資材の製造方法である。

【００１６】

【発明の実施の形態】本発明では、焼却灰を土木、環境
資材の主原料として用いる。ここにいう焼却灰とは、一
般ゴミの焼却時に発生する焼却主灰や焼却飛灰等を意味
し、温度５０〜１００℃で時間１５〜３０分をかけて加
熱乾燥されたものである。焼却灰は乾燥処理に続いて、
鉄類を除去するための磁力選別手段とその他の夾雑物を
取り除く篩いがけを経て粉砕され、好ましくは０．１ｍ
ｍ以下の粒径にまで粉砕される。

【００１７】本発明では、焼却灰は、焼却灰とベントナ
イトやガラスカレットのようにケイ酸を含有する物との
合計重量の４０〜９５重量％の範囲で用いることが望ま
しい。好ましくは６０〜８５重量％、さらに好ましくは
６５〜７５重量％で用いる。

【００１８】また、原料として、ベントナイト、ガラス
カレット、汚泥、汚泥焼却灰の１種または２種以上を用
いる。これらのケイ酸を含有する物（以下、含ケイ酸物
という）の中から選ばれた１種または２種以上が原料と
して用いられ、これらは焼成により焼却灰どうしの結合
材として作用する。ここで、ベントナイトは粉砕して用
いる。ガラスカレットとは、ガラス瓶などの粉砕物であ
り、ガラス粉とも称される。汚泥とは、屎尿や工場排水
の処理に用いられた活性汚泥が廃棄されたものであり、
これも粉砕して用いる。汚泥焼却灰とは、汚泥が焼却処
理された残存物を言い、焼却後粉砕処理されている。

【００１９】これらは合計で、焼却灰と含ケイ酸物の合
計重量の５〜６０重量％の範囲で混合することが好まし
い。より好ましくは１５〜４０重量％、さらに好ましく
は２５〜３５重量％の範囲である。

【００２０】また、製造する土木、環境資材の品質規格
によっては、ベントナイトとガラスカレットを併用する
ことが望ましい。

【００２１】本発明では、還元雰囲気下で焼成を行う
か、若しくは焼成後に還元剤水溶液に浸漬することが必
要であるが、還元雰囲気下で焼成を行うことがより望ま
しい。そのためには、焼成の際に外部から空気が流入し
ないようにしても良いが、還元剤を用いることが望まし
い。特に硫酸第一鉄を還元剤として用いることが望まし
い。

【００２２】硫酸第一鉄は、通常、１０〜３０℃程度の
いわゆる常温で容易に酸化されるために常温での還元剤
として用いられている。そのため、温度上昇と共に直ち
に酸化されてしまい、１０００℃あたりではもはや還元
作用を失っていると予想されたが、全く意外なことに、
そのような高温下でも還元作用を発揮できることが判明
した。

【００２３】還元剤の原料への添加は、固形物のまま添
加すれば良いが、攪拌用の加湿水に溶解して添加しても
良い。添加量は、焼却灰と含ケイ酸物の合計１００重量
部に対して、固形分で１０〜４０重量部の範囲で用いる
のが好ましく、さらには１５〜３５重量部が、より好ま
しくは２０〜３０重量部で混合するのがよい。

【００２４】さらに、本発明で用いる原料として、融点
を降下させるための助剤を添加することは好ましい。助
剤は、焼成物内部の空隙を少なくして強度を増加させる
作用を有する。助剤としては酸化リン等、溶融点の比較
的低い物質が挙げられる。

【００２５】さらに、本発明で用いる原料として、木廃
材、紙類などの、加熱により著しく焼成物の空隙を増加
させるものを粉砕して加えても良い。これにより、より
軽量の焼成物を得ることができる。

【００２６】また、同様の作用を発揮させるために、水
に触れて二酸化炭素などを発泡する重曹などの無機系発
泡剤や、有機系発泡剤を加えても良い。

【００２７】製造する土木資材又は環境資材の品質規格
によって異なるものの、好ましい組成範囲の例を原料の
全重量に対する各成分重量％で表示すると、焼却灰が６
０〜８１％、ベントナイトが２〜２０％、ガラスカレッ
トが５〜３０％、助剤が２〜７％、可燃物が１０〜２０
％などが挙げられる。

【００２８】本発明では、これらの原料を、混合し、攪
拌、造粒する。攪拌・造粒において水を加えることが望
ましい。加える水量は全原料１００重量部に対して２０
〜４０重量部程度である。混合・攪拌・造粒に要する時
間は、条件によって異なるが通常１分〜５分程度であ
る。

【００２９】混合・攪拌・造粒工程は、攪拌機構のつい
た任意のミキサを用いて行えばよいが、例えば、ミキサ
中央に垂直に螺旋ねじ形状の攪拌翼（内羽根）を有し、
ミキサ内部の外周面には、平板状でミキサ内面の材料を
中心部に送ると共に付着物を掻き落とすための、螺旋ね
じ形状の攪拌翼とは逆方向回転の複数枚の外周羽根を有
するタイプのミキサを用いることが望ましい。このよう
なミキサを用いることにより、比較的短時間の攪拌・造
粒処理でも望みの粒径にすることが可能になり、例え
ば、本発明の方法による資材が地盤に用いられた場合
は、地盤の透水性能を自在に制御することができる。こ
のようなミキサの例としては、太平洋機工社製のハイフ
ァンクションミキサが挙げられる。また、ミキサの運転
条件は、外周羽根を回転速度４０〜８０ｒｐｍ、内羽根
を４００〜８００ｒｐｍとするのが良い。

【００３０】造粒物が得られたら、続いて予備乾燥を行
うことが望ましい。予備乾燥は、５０〜１００℃の温度
範囲で１５分〜３０分間行えばよい。

【００３１】続いて、焼成工程にはいる。

【００３２】焼成は、１１００℃以下の温度範囲で行う
ことが必要である。これ以上高温では、エネルギー効率
が悪化し、焼却炉の寿命が短くなるという問題点があ
る。望ましくは６００℃以上１１００℃以下であり、よ
り好ましくは８００℃以上１１００℃以下であり、さら
に好ましくは１０００℃以上１０５０℃以下である。

【００３３】焼成後に冷却する。冷却は単に大気中に放
置するだけでも良いが、水道水などで冷却した金属管の
内部を通過させることが望ましい。

【００３４】焼成が還元雰囲気下で行われた場合はこれ
で製造工程が終了するが、焼成を還元雰囲気下で行わな
かった場合は、さらに、還元剤の水溶液に焼成物を浸漬
する処理を行う。もっとも還元雰囲気下で焼成し、さら
に浸漬工程を加えても良い。

【００３５】浸漬工程では、還元剤を水に溶解もしくは
分散し、この水溶液に焼成物を浸漬する。還元剤として
は、前記したものと同じ硫酸第一鉄を用いることが望ま
しい。還元剤水溶液の濃度は１〜１０重量％であること
が好ましく、より好ましくは１．５〜５重量％である。
浸漬時間は５分〜３時間程度であり、好ましくは１０分
から１時間程度である。ただし、必要な浸漬時間は濃度
や液比によっても変化するため、適宜適切な条件を定め
ればよい。

【００３６】なお、製造する土木、環境資材の品質規格
に応じて、製造条件を適宜変更できることはいうまでも
ない。

【００３７】本発明の製造方法で得られた焼成物は、粒
径の調整が容易で、六価クロムの溶出がないため、アス
ファルト舗装、コンクリート舗装などの盤材、コンクリ
ートに用いる軽量骨材、軽量盛り土材として用いること
ができる。さらに、サンドコンパクションパイル、ドレ
ーン材、サンドマット、覆土材、水質浄化用担体、コン
ポスト用担体、人工軽量土壌等の材料として用いること
ができる。

【００３８】以下、実施例を用いて本発明を説明する。

【００３９】なお、実施例における総クロムの評価方法
は、環境庁水質保全局水質管理課が定めた第１２７号−
ＩＩ１２．３．２に従って行った。

【００４０】また、六価クロムの評価方法は、環境庁告
示第４６号（土壌環境基準）により、ＪＩＳＫ０１０
２６５．２．３に従って行った。基準値は０．０５ｍ
ｇ／Ｌ以下である。装置はバリアンテクノロジーズジャ
パンリミテッド社製のＳｐｅｃｐｒ．ＡＡ／８００ゼー
マン型を用い、その測定限界は０．００５ｍｇ／Ｌであ
った。（実施例１）

【００４１】総クロムを０．０４％含有する焼却灰を用
い、メッシュ１３ｍｍの篩をかけた後、磁力選別機を通
して金属を除去し、さらに０．１ｍｍ以下に粉砕した。
これに含ケイ酸物としてベントナイトを混合後の構成比
で２０％、硫酸第一鉄を２０％を用いて混合原料を構成
し、水をこの混合原料１００重量部に対して３０重量部
加えた後、これを図１に記載のハイファンクションミキ
サ（太平洋機工社製）により３分間混合、攪拌、造粒し
た。ミキサの運転条件は、外周羽根を回転速度５０ｒｐ
ｍ、内羽根を５００ｒｐｍに設定した。得られた直径１
〜１５ｍｍの球状の粒状物（粒状物の総クロム含有率は
０．０３％）を６０℃で２０分間予備乾燥した後、電気
炉に投入して焼成した。電気炉の温度は１０５０℃に設
定した。電気炉の温度が設定温度に達してから試料を投
入し、約２０分間の焼成処理を行った。焼成後の粒状物
を、外側に水道水を流通させた金属パイプの中を通過さ
せて室温まで冷却した後、総クロムの定量分析を行っ
た。その結果、総クロムの残留量は０．０３％と混合原
料と同じであった。また、六価クロムの溶出量は検出限
界以下の０．００５ｍｇ／１未満であった。なお、粒状
物の見かけ比重は１．５であり、軽量の粒状物が得られ
た。（実施例２）

【００４２】硫酸第一鉄を用いない以外は、実施例１と
同じ原料を用いて実施例１と同じ処理を行って、焼成後
の粒状物を得た。この粒状物を還元剤水溶液（栗田工業
社製のＥ−３２０７）に１５分間浸漬し、クロムの残留
量と溶出量を測定した。測定の結果、総クロムの残留量
は０．０３％と混合原料と同じであった。また、六価ク
ロムの溶出量は検出限界以下の０．００５ｍｇ／１未満
であった。（比較例１）

【００４３】実施例１と硫酸第一鉄を用いない以外は同
じ原料を用いて、実施例１の処理と同じ処理を行い、総
クロムの残留・溶出試験を行った。この粒状物の総クロ
ムの残留量は０．０３％であり、また、粒状物からの六
価クロムの溶出量は、０．１ｍｇ／１であって、六価ク
ロムが溶出してしまう結果が得られた。

【００４４】

【発明の効果】焼却灰を再資源化できるから最終処分場
の寿命の問題が生じない。また、再資源化のコストが低
い。さらに、製造された土木、環境資材からの六価クロ
ムの溶出が防止できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】混合、攪拌、造粒に用いたミキサの構造を示
す断面図である。

【符号の説明】

１ミキサ本体２内羽根の攪拌軸３内羽根４外羽根の攪拌軸５外羽根１０外羽根１４支持腕

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者古賀大三郎栃木県那須郡西那須野町四区町1534番１号五洋建設株式会社環境研究所内 (72)発明者岩本裕之栃木県那須郡西那須野町四区町1534番１号五洋建設株式会社環境研究所内 (72)発明者中村州一栃木県那須郡西那須野町四区町1534番１号五洋建設株式会社環境研究所内Ｆターム(参考） 4D004 AA02 AA16 AA18 AA36 AB03 AC05 BA02 CA14 CA15 CA29 CA30 CA32 CA37 CB21 CC11 CC20 DA17

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】焼却灰に、ベントナイト、ガラスカレッ
ト、汚泥、汚泥焼却灰の１種または２種以上を加えたも
のを原料として、これを混合、攪拌、造粒し、還元雰囲
気下１１００℃以下の温度で焼成する土木、環境資材の
製造方法。
【請求項２】焼却灰に、ベントナイト、ガラスカレッ
ト、汚泥、汚泥焼却灰の１種または２種以上、および還
元剤を加えたものを原料として、これを混合、攪拌、造
粒し、還元雰囲気下、１１００℃以下の温度で焼成する
土木、環境資材の製造方法。
【請求項３】焼却灰に、ベントナイト、ガラスカレッ
ト、汚泥、汚泥焼却灰の１種または２種以上を加えたも
のを原料として、これを混合、攪拌、造粒し、１１００
℃以下の温度で焼成したのち、還元剤水溶液に浸漬する
土木、環境資材の製造方法。
【請求項４】原料に、さらに融点を降下せしめる助剤
を混合せしめている請求項１ないし３に記載の土木、環
境資材の製造方法。
【請求項５】原料に、さらに発泡剤または可燃物の粉
砕物を混合せしめている請求項１ないし４に記載の土
木、環境資材の製造方法。