JP3980109B2

JP3980109B2 - 焼却灰の焼成方法・焼成物及び焼成物の使用方法

Info

Publication number: JP3980109B2
Application number: JP03568897A
Authority: JP
Inventors: 英仁八反田; 秀一長橋; 明男廣島; 寛島津
Original assignee: 日本リサイクル技術株式会社
Priority date: 1997-02-05
Filing date: 1997-02-05
Publication date: 2007-09-26
Anticipated expiration: 2017-02-05
Also published as: JPH10218645A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般廃棄物、下水汚泥、産業廃棄物等を焼却する際に発生する焼却灰を限定した焼成方法によって焼成し、得られた焼成物を、土，ヘドロ等を固める資源として有効利用するための焼却灰の焼成方法・焼成物及び焼成物の使用方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般家庭から排出される一般廃棄物は地方自治体の焼却施設で焼却され、セメント固化あるいはキレート作用を有する薬剤で処理して管理型の最終処分場に埋め立て処分されている。また、近年、最終処分場の確保が困難となり、焼却灰を減容、無害化、および再資源化するための技術開発がなされている。この技術開発の主流は１２００℃〜１５００℃程度の温度で溶融し溶融スラグとして回収し、路盤材、骨材、セメントの原料等に再生利用しようとするものである。
【０００３】
また、セメント産業においては、都市ゴミ焼却灰、生石灰処理した下水汚泥、アルミ灰等の廃棄物をセメントの原料として用い、さらに本来のセメント原料である粘土、硅石、鉄原料および石灰石粉を適量混合して１３００℃以上の温度で焼成し、冷却、粉砕してエコセメントとして実用化されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
一般廃棄物の焼却灰には、カドミウム、鉛、クロム等の有害重金属を含み、かつ焼却する際の温度が低いために、焼却施設の各種集塵機によって補集された焼却飛灰中には、４塩化〜８塩化のポリ塩化ダイベンゾパラダイオキシンやポリ塩化ダイベンゾフラン等の有害なダイオキシン類が含まれている。焼却灰を溶融しスラグとして回収する溶融法は、１２００℃以上の高温にする必要がありエネルギーコストが高く、かつ設備投資が莫大なものとなる。
【０００５】
また、エコセメントも、１３００℃以上の温度で焼成する必要があり、かつセメント原料の調合の管理、焼成技術等が複雑であるために特殊な技術と技能を持った人材がいなければ、管理することは極めて困難であり、広く普及させるには相当な時間がかかる。さらに、エコセメントを生産するために、設備を新設する場合には、溶融法と同様に莫大な設備投資が必要となる。
【０００６】
そこで、本発明の目的は、有害なダイオキシン類を分解ないしは焼成物中に鉱物として取り込み無害化とすること、少ない設備投資で省エネルギーかつ容易に焼成できること、得られた焼成物が有効利用できる焼却灰の焼成方法・焼成物及び焼成物の使用方法を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するための本発明の焼却灰の焼成方法は、都市ゴミ，下水汚泥等の焼却灰１００重量％に対して石灰石粉末を２０〜２００重量％添加混合して、焼成温度が９５０℃以上、１２００℃以下で焼成し、かつ焼成物中に遊離カルシウムが５％以上含有することを特徴とするものである。
【０００８】
また、上記の目的を達成するための本発明の焼成物は、前記の焼成方法で得た焼成物を冷却，粉砕し、粒度がブレーン値で２０００〜６０００ｃｍ²／ｇの水硬性粉末としたことを特徴とするものである。
【０００９】
さらに、上記の目的を達成するための本発明の焼成物の使用方法は、前記焼却灰の焼成物粉末に、ポルトランドセメント，高炉セメント，石膏，高炉スラグおよび石灰のうち１〜数種類を混合した混合物１００重量％に対して硝酸塩を０〜１５重量％の範囲で添加して、土，ヘドロ等の固化に用いることを特徴とするものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施の形態について説明する。本発明は、焼却施設において、脱塩素、脱硫のためにＣａ（ＯＨ）₂やＣａＣＯ₃を使用するために焼却灰中にはＣａＯ量として２０〜４０％含まれており、このＣａＯ量に着目し、焼却灰に石灰石粉末を添加混合して焼成実験を行い焼成物中に遊離カルシウムを５％以上含有させることで、土やヘドロを固めるのに効果があることを見い出だして完成したものである。
【００１１】
本発明の焼却灰の焼成方法において、焼却灰中のＣａＯ量が２０％程度と少ない場合には焼成する際に石灰石粉末を添加混合しなければならない。また、焼却灰中のＣａＯ量が約４０％あったとしても、焼成物中に遊離カルシウムを５％以上含有させるには、石灰石粉末を焼却灰１００重量％に対して２０重量％以上添加して焼成する必要がある。
【００１２】
また、焼却灰中のＣａＯ量が１０％以下の少量の場合には、焼却灰１００重量％に対して石灰石粉末を２００重量％添加混合して焼成すれば、焼成物中の遊離カルシウムを５％以上含有させることができる。当然ではあるが、焼却灰を焼成するときに、石灰石粉末を添加混合しないで焼成し、後段で同様な効果がある生石灰を添加混合する手段も可能である。
【００１３】
焼成温度が９５０℃以下では、有害なダイオキシン類は完全に分解しない。また、焼成温度が９５０℃以上になるとダイオキシン類は分解し無害化すると共に、塩素の大部分は、カルシウムクロロアルミネート（１１ＣａＯ・７Ａ１₂Ｏ₃・ＣａＣ１₂）やカルシウムクロロシリケート（２ＣａＯ・ＳｉＯ₂・ＣａＣ１₂・３ＣａＯ・ＳｉＯ₂・ＣａＣ１₂）等の水硬性鉱物として固定される。これらの水硬性鉱物は、１２００℃以下の温度で安定して存在し、１２００℃以上の温度では分解する。従って、本発明の焼却灰の焼成温度は、９５０℃以上、１２００℃以下と限定した。
【００１４】
上記の焼却灰の焼成方法で得た焼成物を冷却、粉砕して水硬性粉末とする。その粉末粒度は特に限定されるものではないが、ブレーン値で２０００〜６０００ｃｍ²／ｇであり、３０００ｃｍ²／ｇ以上であることが好ましい。冷却方法としては、自然冷却、空気冷却、水を用いた間接冷却および水の中に投入する直接冷却があり、本発明では、水の中に投入する直接冷却以外の冷却方法であれば、いずれも使用できるが、セメント産業で広く普及している空気冷却方法が好ましい。
【００１５】
この焼成物粉末は遊離カルシウムを５％以上含有し、少量のカルシウムクロロアルミネートやカルシウムクロロシリケート等の水硬性鉱物を含むために、この焼成物粉末だけで土やヘドロを固めることができる。しかし、この焼成物粉末には、ほとんど水和しないメリライト（２ＣａＯ・Ａ１₂Ｏ₃・ＳｉＯ₂）を含むために、この焼成物粉末だけで、土やヘドロを固化するには、固化対象物１ｍ³に対して、焼成物粉末を多量混合する必要がある。従って、この焼成物粉末に、ポルトランドセメント、高炉セメント、石膏、高炉スラグおよび石灰のうち１〜数種類を混合した混合物として利用する方が、より効果的である。
【００１６】
ここで、混合する物の種類と混合比を限定しない理由は、固化対象物である土やヘドロの種類によって、混合する物の種類と混合比が大きく異なるためである。また、焼成物粉末および焼成物粉末にポルトランドセメント、高炉セメント、石膏、高炉スラグおよび石灰を混合した混合物は、焼成物粉末中に含まれるアルミナ成分の形態および金属アルミニウムの量によって水と混練したときに発泡する場合がある。この発泡を抑制するために、混合物１００重量％に対して硝酸塩を０〜１５重量％の範囲で添加する必要がある。硝酸塩としては、ＮａＮＯ₃、ＫＮＯ₃等の硝酸塩であれば、いずれも使用できる。発泡しない場合があるので本発明では混合物１００重量％に対して硝酸塩を０〜１５重量％と限定した。
【００１７】
またさらに、このようにして得た混合物は、水と混練したときに異常凝結を起こす場合があり、そのときは混合物１００重量％に対してクエン酸またはクエン酸塩等の凝結遅延剤を０．１〜１．０重量％の範囲で添加して使用すればよい。以上の発泡および異常凝結を抑制した混合物は、土やヘドロ等を固化することができ、市販のセメント系固化材や生石灰系固化材と同等の性能を有している。
【００１８】
［実施例Ａ］
三多摩地区の一般廃棄物の焼却灰を１５ｍｍのフルイを通し、磁選して使用した。この焼却灰：石灰石粉末＝２：１の重量比で混合し、実験用ロータリーキルンで焼成温度１０００〜１０５０℃の範囲でコントロールして焼成した。焼成時間は、ロータリーキルンに原料を投入して排出までの約１０分間とした。この焼成物を試験ミルでブレーン値３５００ｃｍ²／ｇに粉砕して焼成物粉末を得た。この焼成物粉末中の遊離カルシウムは１２．１％であった。その他の鉱物として、カルシウムクロロアルミネート、メリライトがＸ線回析法で同定された。この焼成物粉末のダイオキシン類の分析を行った結果０．０００５７ｎｇ／ｇ（２，３，７，８，−４塩化ダイベンゾパラダイオキシン毒性等価換算濃度）であった。この焼成物粉末（以下アッシュという）を実施例Ｂに用いた。
【００１９】
［実施例Ｂ］
実施例Ｂに用いた材料は次の通りである。
アッシュ：実施例Ａで焼成、冷却、粉砕して得た焼成物粉末
ＯＰＣ：普通ポルトランドセメント
ＳＬ：ブレーン値４２００ｃｍ²／ｇの高炉スラグ
ＡＧ：ブレーン値５０００ｃｍ²／ｇの天然無水石膏
ＮＮ：試薬のＮａＮＯ₃
ヘドロ：霞ケ浦の淡水ヘドロ、含水比３５０％、温潤単位体積重量１．１３１ｇ／ｃｍ³
土：東京湾若州砂質シルト、含水比６０％、温潤単位体積重量１．６２８ｇ／ｃｍ³
【００２０】
上記アッシュ、ＯＰＣ、ＳＬ、ＡＧ、の配合比（図１の表１に記載）を変化させて混合し、混合物を得た。ヘドロを固化する場合には、ヘドロ１ｍ³に対して混合物２４０ｋｇ／ｍ³とし、５配合を実施（実施例Ｎｏ．１〜５として図１の表１に記載）した。土の場合には、土１ｍ³に対して混合物１２０ｋｇ／ｍ³とし、７配合を実施（実施例Ｎｏ．７〜１３として図１の表１に記載）した。ヘドロあるいは土と混合物を練り混ぜるときに、ＮＮを混合物１００重量％に対して２．５重量％添加した。また、アッシュのみの配合としてヘドロの場合には図１の表１に記載した実施例Ｎｏ．６としてヘドロ１ｍ³に対して４００ｋｇ／ｍ³とし、土の場合には図１の表１に記載した実施例Ｎｏ．１４として土１ｍ³に対して２００ｋｇ／ｍ³の配合も実施した。ヘドロあるいは土とアッシュを練り混ぜるときに、ＮＮをアッシュ１００重量％に対して５重量％添加し、さらに、アッシュ１００重量％に対しクエン酸０．２重量％を添加して練り混ぜた。さらに、比較例として混合物を利用した場合のアッシュの強度への寄与あるいは効果を確認するためヘドロの場合では図１の表１に記載した実施例Ｎｏ．３の配合にて、土の場合では図１の表１に記載した実施例Ｎｏ．７の配合にて、ヘドロの場合には図１の表１に記載した比較例Ｎｏ．１として、土の場合には図１の表１に記載した比較例Ｎｏ．２として、それぞれアッシュを除きＮＮを添加しないでヘドロあるいは土と練り混ぜた。このようにして練り混ぜたものを、５φ×１０ｃｍモールドに成型し、材令３日で脱型、その後２０℃の湿気箱中で養生し、一軸圧縮強度試験を行った。その結果は図１の表１に示す通りである。
【００２１】
【発明の効果】
以上述べたように本発明の焼却灰の焼成方法は、焼却灰中に含まれる有害なダイオキシン類を分解ないしは焼成物中に鉱物として取り込み無害化し、少ない設備投資で省エネルギーかつ容易に焼成することが可能であり、かつ得られた焼成物が土やヘドロを固化させる材料として有効利用することができ、廃棄物のリサクル化の点からみても社会的貢献度が高く、本発明の効果は顕著である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明における一軸圧縮強度試験結果を示す図表

Claims

都市ゴミ、下水汚泥の焼却灰１００重量％に対して石灰石粉末を２０〜２００重量％添加混合して、焼成温度１０００〜１０５０℃の範囲で焼成し、かつ焼成物中に遊離カルシウムが５％以上含有することを特徴とする焼却灰の焼成方法。