JP3750269B2 - 産業廃棄物の固化方法及び産業廃棄物の固化体 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は産業廃棄物の固化方法及び産業廃棄物の固化体に係り、特に、陶磁器廃棄物、釉薬汚泥、生素地廃棄物、鋳物砂廃棄物、都市ゴミ焼却灰、下水汚泥焼却灰、石炭灰、フライアッシュ、スラグ等の産業廃棄物を固化して、舗装材等の建設材料として利用可能な固化体を製造する方法及びこの方法で得られた固化体に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、各種産業分野から排出される産業廃棄物量は増々増加する傾向にあり、一方でその処分地たる埋立地の確保は増々困難になってきている。
【0003】
そこで、これらの産業廃棄物を再利用する試みがなされるようになり、例えば、ガラス屑に水酸化カルシウム等の無機質補助剤と水を添加して得られる泥漿状の混合物を水熱合成し、その後脱水、乾燥した後、カオリン等を加えて加圧成形する方法が提案されている(特公昭58−6705号公報)。
【0004】
また、製紙工場から排出されるペーパースラッジを200〜1000℃で前処理した後、酸化珪素、水酸化ナトリウム及び酸化カルシウムを添加した後水熱合成することにより、イオン交換体として有用なトバモライト混合物を製造する方法も提案されている(特開平3−159913号公報)。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
泥漿状の混合物を水熱合成した後成形する特公昭58−6705号公報記載の方法では、得られる固化体の強度が十分に上がらず、その用途が制約される。
【0006】
また、特開平3−159913号公報記載の方法では、単にスラリー反応から粉末状の生成物を得るものであるため、固化体を得ることはできない。
【0007】
ところで、産業廃棄物を固化して再利用するに当っては、固化体の強度が十分に高いことのみならず、産業廃棄物中に含有される重金属、アルカリ金属、窒素、リン等の有害成分の固化体からの溶出を防止することが重要となるが、従来においては、産業廃棄物から、高強度でしかも有害成分の溶出の問題のない固化体を製造する有効な方法が提供されていないのが現状である。
【0008】
本発明は上記従来の問題点を解決し、産業廃棄物から十分な強度を有すると共に有害成分の溶出の問題が殆どない固化体を製造する産業廃棄物の固化方法及び産業廃棄物の固化体を提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】
本発明の産業廃棄物の固化方法は、産業廃棄物に活性カルシウム源と活性アルカリ源とを添加して混合し、得られた混合物を成形した後水熱合成して固化体を製造する方法において、活性カルシウム源が生石灰及び/又は消石灰であり、活性カルシウム源と活性アルカリ源を、前記混合物中の(活性カルシウム源)/SiO2モル比が0.05〜1.0で、(酸化物換算の活性アルカリ源)/SiO2モル比が0.01〜1.0となるように添加し、ゼオライトが含有された固化体を製造することを特徴とする。
【0010】
上記混合物を成形した後水熱合成することにより、成形体中で生成した水熱合成反応生成物が未反応原料同士の間でこれらを強固に結合するバインダとしての役割を担い、高強度な固化体を得ることができる。
【0011】
しかも、この混合物中の(活性カルシウム源)/SiO2モル比及び(酸化物換算の活性アルカリ源)/SiO2モル比を上記範囲とすることで、得られる固化体中に、有害成分を構造中に取り込むことのできるゼオライト系鉱物が生成し、これにより有害成分の溶出を抑制できる。
【0012】
本発明の産業廃棄物の固化体は、このような本発明の産業廃棄物の固化方法により製造されたものであり、高強度で有害成分の溶出の問題が殆どなく、舗装材等の各種建設材料等として極めて有用である。
【0013】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を詳細に説明する。
【0014】
本発明で処理する産業廃棄物としては特に制限はなく、陶磁器廃棄物(例えば、タイル廃棄物、衛生陶器廃棄物等)、釉薬汚泥、生素地廃棄物、鋳物砂廃棄物、都市ゴミ焼却灰、下水汚泥焼却灰、石炭灰、フライアッシュ、スラグ等の各種産業廃棄物が挙げられる。
【0015】
本発明においては、これらの産業廃棄物を必要に応じて平均粒径1mm以下に粉砕した後、活性カルシウム源と活性アルカリ源とを、得られる混合物中の(活性カルシウム源)/SiO2モル比が0.05〜1.0で、(酸化物換算の活性アルカリ源)/SiO2モル比が0.01〜1.0となるように添加混合した後、成形し、成形体を水熱合成する。
【0016】
ここで、活性カルシウム源とは、生石灰(CaO)及び/又は消石灰(Ca(OH)2)である。また、活性アルカリ源とは、例えば、NaOH,KOH,Na2CO3 及びK2CO 3 よりなる群から選ばれる1種又は2種以上であるが、本発明では、これらを酸化物、即ち、Na2O及び/又はK2Oで換算し、それとSiO2とのモル比で(酸化物換算の活性アルカリ源)/SiO2(即ち、Na2O/SiO2,K2O/SiO2又は(Na2O+K2O)/SiO2)モル比で調整する。
【0017】
本発明において、混合物中の(活性カルシウム源)/SiO2 モル比が0.05未満であると十分な強度発現が得られず、1.0を超えると未反応の活性カルシウム源が残存するためそれ以上の添加効果が期待できない。従って、混合物中の(活性カルシウム源)/SiO2 モル比は0.05〜1.0、好ましくは0.1〜0.5とする。
【0018】
また、混合物中の(酸化物換算の活性アルカリ源)/SiO2 モル比が0.01未満であるとゼオライト系鉱物が生成せず、1.0を超えると未反応の活性アルカリ源が残存するため、それ以上の添加効果が期待できないばかりかアルカリ金属の溶出が顕著となる。従って、混合物中の(酸化物換算の活性アルカリ源)/SiO2 モル比は0.01〜1.0、好ましくは0.05〜0.5とする。
【0019】
なお、本発明では、得られる混合物中の(活性カルシウム源)/SiO2 モル比及び(酸化物換算の活性アルカリ源)/SiO2 モル比を上記範囲に調整するために、処理する産業廃棄物中にこの活性カルシウム源や活性アルカリ源が含有されている場合には、この産業廃棄物由来の活性カルシウム源や活性アルカリ源を上記モル比の調整に考慮して、その分、活性カルシウム源や活性アルカリ源の添加量を減らす必要がある。
【0020】
この混合物を成形する方法としては、一軸加圧成形等の加圧成形や押出成形等の各種成形方法を採用することができ、例えば、加圧成形の場合、成形圧力は10〜40MPa程度であることが好ましい。
【0021】
成形体の水熱合成は、通常の場合、オートクレーブ中にて行われ、水熱合成条件は、処理する産業廃棄物によっても異なるが、飽和水蒸気圧下、温度110〜200℃、時間0.5〜168時間、特に2〜24時間が好ましい。
【0022】
水熱合成後は必要に応じて乾燥を行って製品とされる。
【0023】
このようにして得られる本発明の固化体は、曲げ強度3MPa以上、好ましくは5MPa以上であり、ゼオライト系鉱物 (analcime, phillipsite,ゼオライトNa-P, cancrinite, vishnevite, davyne等)、更に好ましくはケイ酸カルシウム水和物 (トバモライト,ジャイロライト,katoite 等)の生成相を有し、これらの生成物により産業廃棄物由来の有害成分(重金属,アルカリ金属,窒素,リン等)の溶出が抑制される。
【0024】
【実施例】
以下に実施例及び比較例を挙げて本発明をより具体的に説明する。
【0025】
なお、実施例及び比較例において原料として用いたフライアッシュ、都市ゴミ焼却灰及び下水汚泥焼却灰の化学組成は下記表1に示す通りである。
【0026】
下記化学組成のうち、フライアッシュ中のCaO含有量は7重量%であるが、そのうち3重量%相当分は消石灰又は生石灰としてのCaOであるため、混合物中の(活性カルシウム源)/SiO2 モル比の調整に当り、フライアッシュ由来の活性カルシウム源量を考慮したが、都市ゴミ焼却灰及び下水汚泥焼却灰中のCaOは活性カルシウム源ではないため考慮しなかった。また、フライアッシュ,都市ゴミ焼却灰、下水汚泥焼却灰はいずれも、含有されるK2 O及びNa2 Oは活性アルカリ源として存在しないため、(酸化物換算の活性アルカリ源)/SiO2 モル比の調整には考慮しなかった。
【0027】
【表1】
【0028】
実施例1〜15,比較例1〜4
フライアッシュ、都市ゴミ焼却灰又は下水汚泥焼却灰に表2〜4に示す(活性カルシウム源)/SiO2 モル比(=Ca/Si)及び(酸化物換算の活性アルカリ源)/SiO2 モル比(=Na2 O/Si)となるようにCa(OH)2 とNa2 CO3 の必要量を添加して混合し(比較例ではNa2 CO3 添加せず)、得られた混合物を30MPaで一軸加圧成形して10mm×15mm×40mmの成形体を得た。
【0029】
この成形体の曲げ強度及び嵩密度は表2〜4に示す通りであった(ただし、測定試料数2個)。
【0030】
得られた成形体をオートクレーブ中に入れ、飽和水蒸気圧下、200℃(フライアッシュ及び下水汚泥焼却灰の場合)又は150℃(都市ゴミ焼却灰の場合)で表2〜4に示す時間水熱合成した後、80℃で2日間乾燥した。
【0031】
得られた固化体の曲げ強度及び嵩密度は表2〜4に示す通りであった(ただし、測定試料数5個)。また、この固化体中の生成相を粉末X線回折により調べたところ、表2〜4に示す生成相が認められた。
【0032】
表2〜4より、本発明による固化体は高強度で、しかも、有害成分を構造中に取り込むことのできるゼオライト系鉱物の生成、更にはケイ酸カルシウムによる吸着作用で有害成分の溶出が抑制されることがわかる。
【0033】
【表2】
【0034】
【表3】
【0035】
【表4】
【0036】
【発明の効果】
以上詳述した通り、本発明の産業廃棄物の固化方法及び産業廃棄物の固化体によれば、産業廃棄物中の有害成分を溶出させない固定化工程と、産業廃棄物を再利用可能な十分な強度を有する固化体とする固化工程とを1度の処理で行って、産業廃棄物から高強度で有害成分の溶出の問題が殆どなく、舗装材等の建設材料等として有用な固化体を容易かつ効率的に製造することができる。
【0037】
本発明によれば、産業廃棄物の有効再利用が図れ、本発明の工業的価値は極めて大である。
Claims (5)
- 産業廃棄物に活性カルシウム源と活性アルカリ源とを添加して混合し、得られた混合物を成形した後水熱合成して固化体を製造する方法において、
活性カルシウム源が生石灰及び/又は消石灰であり、活性カルシウム源と活性アルカリ源を、前記混合物中の(活性カルシウム源)/SiO2モル比が0.05〜1.0で、(酸化物換算の活性アルカリ源)/SiO2モル比が0.01〜1.0となるように添加し、ゼオライトが含有された固化体を製造することを特徴とする産業廃棄物の固化方法。 - 請求項1の方法において、産業廃棄物が陶磁器廃棄物、釉薬汚泥、生素地廃棄物、鋳物砂廃棄物、都市ゴミ焼却灰、下水汚泥焼却灰、石炭灰、フライアッシュ、及びスラグよりなる群から選ばれる1種又は2種以上であることを特徴とする産業廃棄物の固化方法。
- 請求項1の方法において、活性アルカリ源がNaOH,KOH,Na2CO3 及びK2CO 3 よりなる群から選ばれる1種又は2種以上であることを特徴とする産業廃棄物の固化方法。
- 請求項1ないし3のいずれか1項に記載の方法で得られた産業廃棄物の固化体。
- 請求項4の固化体において、曲げ強度が3MPa以上であることを特徴とする産業廃棄物の固化体。
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