JPH10218686A - セラミックス多孔体の製造方法 - Google Patents

セラミックス多孔体の製造方法

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JPH10218686A JP9022659A JP2265997A JPH10218686A JP H10218686 A JPH10218686 A JP H10218686A JP 9022659 A JP9022659 A JP 9022659A JP 2265997 A JP2265997 A JP 2265997A JP H10218686 A JPH10218686 A JP H10218686A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】一般廃棄物あるいは産業廃棄物の焼却灰を原料
として、Ｆｅの含有量を限定することにより、良好なセ
ラミックス多孔体を製造する方法を提供する。 【解決手段】ＦｅＯ換算でＦｅを１．７重量％以下含有
する加熱発泡性スラグに粘土を混合して成形後、酸化性
雰囲気にて加熱発泡処理してセラミックス多孔体を製造
する方法。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、廃棄物から、吸音
板、軽量建材、各種フィルター、或いは触媒担体等の原
料として有効利用可能なセラミックス多孔体を製造する
方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、大都市圏を中心とした一般廃棄物
および産業廃棄物の急速な増加に伴って、これらの焼却
処理施設から発生する焼却灰も増加し、最終埋め立て処
分場の切迫等の社会問題が生じている。このため、焼却
灰をスラグ化して減容化する溶融処理技術が開発され一
部実用化されつつあるが、一方これらの焼却灰を路盤材
および建材等の原料として有効利用する技術も検討され
ている。
【０００３】この有効利用の一つに、これらの焼却灰を
原料として多孔体を製造し、吸音材、軽量建材、各種フ
ィルターおよび触媒担体等への応用が考えられる。上記
多孔体の製造方法に関しては、従来、発泡性の良好な高
炉スラグを原料とした技術が数多く提案されている。例
えば、特開昭６３−２１８５２７号公報には、高炉等か
ら排出される溶融スラグ中に発泡剤を添加して気泡を発
生させ、これを急冷して発泡スラグを製造する方法が、
また、特開平３−３７１６７号公報には、高炉スラグを
含有するセラミックス原料に硫黄酸化物や炭化珪素等の
発泡剤添加してセラミックス多孔体を製造する方法が提
案されている。
【０００４】さらに、特開平８−０２６８４６号公報で
は、スラグ組成をコントロールすることで、還元雰囲気
でガス成分を溶解させ、酸化性雰囲気でガスを排出でき
るスラグを原料としたセラミックス多孔体の作製方法が
提案されている。また、先に提案した特願平７−２６３
０４７号では加熱発泡性スラグに含有するＮａやＫの量
をコントロールして、加熱発泡性スラグと粘土から良好
なセラミックス多孔体を具体的に製造する方法が開示さ
れている。また、加熱発泡性スラグを用いた中空粒子の
作製方法について、先に特願平７−２７５４５２号が提
案され、中空粒子を得るために必要な殻を作製するため
Ｆｅ、Ｃｕ、Ｔｉ、Ｍｎ、Ｚｎの何れかの含有量を０．
８重量％以上とすること必要であることが示されてい
る。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ばらつ
きの多い一般廃棄物や産業廃棄物を出発物質として、セ
ラミックス多孔体を製造するためには、特開平０８−０
２６８４６号公報や特願平７−２６３０４７号に示され
る組成範囲だけでは必ずしも十分とはいえない。即ち、
これらの提案は、ＳｉＯ2 、Ａｌ2 Ｏ3 、ＣａＯ、Ｍｇ
Ｏ、Ｎａ2 Ｏ、Ｋ2 Ｏの量に関するもので、都市ゴミ焼
却灰等の廃棄物中の不可避成分であるＦｅについて、必
ずしも明確ではなかった。
【０００６】本発明は、かかる事情に鑑みてなされたも
ので、その目的とするところは、一般廃棄物あるいは産
業廃棄物の焼却灰を原料として、Ｆｅの含有量を限定す
ることにより、良好なセラミックス多孔体を製造する方
法を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、ＦｅＯ換算でＦｅが１．７ｗｔ％以下の加
熱発泡性スラグに粘土を混合して成形後、酸化性雰囲気
にて加熱発泡処理するセラミックス多孔体の製造方法で
あり、また前記スラグが廃棄物の焼却灰の１種または２
種以上の混合物を非酸化雰囲気で溶融して成ることにあ
る。
【０００８】
【発明の実施の形態】当該廃棄物の焼却灰を溶融して成
るスラグが良好な発泡性を有するためには、スラグに発
泡ガスが固溶できること、粘土と混合して加熱発泡する
際に一体化して均質な多孔体となることが必要である。
すなわち、スラグと粘土を加熱して半溶融状態のスラグ
に粘土が反応する際に、スラグが結晶化してガスを放出
し、スラグ／粘土反応物が一体となってカステラ状に発
泡することが要求される。特願平７−２７５４５２号に
示した、発泡の際に表層に結晶化された高粘度層を有
し、内部に低粘度層を有する無機中空粒子となるスラグ
を粘土と混合して加熱発泡させても、高粘度層が粘土と
スラグの反応を阻害するバリアーとなるため、必ずしも
良好な多孔質体を得ることができない。
【０００９】この問題を解決するために、本発明者ら
は、Ｆｅが結晶化の核として作用するため、Ｆｅが多い
と表層でＦｅ+2が＋３価となり、結晶核として作用する
ことに着目し、ＦｅＯ含有量を１．７ｗｔ％以下とする
ことにより発泡ガスを担持する殻をなるべく生成させな
いようにすることができることを見出だした。
【００１０】以下、本発明方法を詳細に説明する。ま
ず、廃棄物としては、都市ゴミ焼却灰、下水汚泥の焼却
灰、石炭灰、転炉滓などが広く利用できる。これら廃棄
物の１種又は２種以上の混合物を還元雰囲気などの非酸
化性雰囲気で溶融する。これは、酸化雰囲気と還元雰囲
気を比べると、Ｈ2 、ＣＯ、Ｎ2 、Ｈ2 Ｏのガスは還元
雰囲気の方が溶解度が大きく、還元雰囲気で溶解したス
ラグの方がガスを多く溶解でき、発泡性が良好となるた
めである。
【００１１】ついで、スラグのＦｅ量がＦｅＯ換算で
１．７ｗｔ％以下含有するように調整する。廃棄物の焼
却灰中にはＦｅは必ず混入する成分であり、都市ゴミ焼
却灰を例に挙げると通常１５ｗｔ％存在している。この
Ｆｅは、金属、酸化物、硫化物などの各種形態で存在す
るが、金属状態のものは磁選によって容易に取り除くこ
とができるが、酸化しているもの、あるいは、ＣａＯな
どと反応してフェライト化しているものは磁選で分離す
ることは不可能であり、通常５ｗｔ％程度の量が残存す
ることが多い。このような場合には、スラグを溶解する
時に還元雰囲気下で、スラグ中のＦｅ+3やＦｅ+2を還元
することによって金属のＦｅを生成せしめ、溶融スラグ
中に金属Ｆｅ粒子の形で比重分離することでＦｅを所望
量に低減したスラグを作製することができる。
【００１２】さらにスラグは、以下の理由により、Ｃａ
Ｏ／ＳｉＯ2 （この値は通常塩基度と呼ばれ、以下塩基
度と称する）が、０．３〜１．０、（ＣａＯ＋１．７Ｍ
ｇＯ＋Ａｌ2 Ｏ3 ）／ＳｉＯ2 が０．７〜１．５とする
のが望ましい。すなわち、スラグの粘性が下がればガラ
スの拡散速度が増すため、粘性を下げることが可能な範
囲で塩基度を選択することが望ましい。通常、都市ゴミ
焼却灰スラグや石炭灰の例に挙げるとＡｌ2 Ｏ3 ／Ｓｉ
Ｏ2 の比が０．２〜０．５であり、この範囲であれば、
塩基度１．０までは粘性を下げる効果がある。また、反
応性を考慮してその好ましい下限は０．３である。
【００１３】また、塩基度を上げすぎるとガスの溶解度
の面で不利になる。本発明の発泡原理は、還元雰囲気で
ガスを溶解したスラグを冷却して、再加熱した時にスラ
グを結晶化してガスを放出させるものである。従って、
還元雰囲気で溶解して冷却した時に結晶化したのでは、
冷却時に溶解したガスがスラグ外に逃げてしまう。即
ち、冷却時にはガスが溶解できうる非晶質状態であるこ
とが重要になってくる。
【００１４】塩基度を上げると、冷却時に結晶化しやす
くなることに注意を払う必要がある。非晶質スラグから
の結晶化は、冷却速度と組成に依存するものであって、
単純に塩基度で整理できるものではないが、冷却速度を
高くすることで、塩基度を高くて非晶質スラグを得るこ
ともできる。
【００１５】また、非晶質中に若干の結晶が析出して
も、ガス発生において不利になるが、反応性の向上で補
うことができる。都市ゴミ焼却灰スラグの場合、塩基度
は、０．３〜０．４であり、石炭灰の場合には０．１以
下である。塩基度を高くして、発泡性を高めることは、
これら廃棄物にＣａＯを添加することであり、ＣａＯの
原料費とともに、過剰なＣａＯを溶融するコストも必要
となる。
【００１６】以上の点からＣａＯ／ＳｉＯ2 の最適な添
加量は、最低０．３であり、上限は、コストと冷却速度
の観点から選択すべき項目であるが、概ね１．０以下が
望ましく、また、（ＣａＯ＋１．７ＭｇＯ＋Ａｌ2 Ｏ3
）／ＳｉＯ2 の値で０．７以上１．５以下であると、
ガス発生、反応性、経済性の面で望ましい。
【００１７】次いで、このように得られた加熱発泡性ス
ラグに可塑性を付与するために粘土を混合して成形す
る。その好適な混合量は、スラグ粒度、粘土の種類、さ
らには成形方法になどによっても異なるが、コストなど
も考慮して加熱発泡性スラグ１００重量部に対して粘土
１５〜４０重量部が好ましい。
【００１８】この成形体を酸化性雰囲気にて加熱発泡処
理する。加熱温度は、発泡温度である９５０℃から１０
５０℃が好適である。酸化性雰囲気とするのは、非酸化
性雰囲気でスラグ中に溶解しているガスが酸化性雰囲気
で排出されるためである。この加熱処理により、スラグ
に殻が形成される。殻の厚みは、含有するＦｅＯ量によ
って変化するが、ＦｅＯが１．７ｗｔ％含有するスラグ
で１５〜３０μｍの殻が形成され、ＦｅＯが８ｗｔ％で
は、２００〜５００μｍの殻を形成する。従って、発泡
温度である９５０℃から１０５０℃での拡散速度を勘案
すると、ＦｅＯ換算で１．７ｗｔ％以下であれば、殻が
存在しても厚さが薄いため支障なくスラグと粘土が一体
化できる。
【００１９】
【実施例】次に本発明の実施例を説明する。 （実施例１）Ｙ市から発生した都市ゴミ焼却灰とＣａＯ
を所定割合で配合し、炭素電極を用いた抵抗加熱式電気
炉で非酸化雰囲気（水蒸気１５〜３５％、残り気体中、
一酸化炭素４０〜７０ｖｏｌ％、水素１０〜３０ｖｏ１
％、残り窒素）にて、金属Ｆｅ共存下で１４５０℃でス
ラグの滞留時間を変化させて溶融し、空冷した。
【００２０】得られたスラグ組成は表１に示すように、
非晶質体および非晶質とGehlenite相の複合体であっ
た。得られたスラグを１ｍｍ以下に粉砕して、７０ｇを
計り取り、３０ｇのＮａ−ベントナイトと２０ｇの水で
均一になるまで混練し、約２５ｇ計り、直径３０ｍｍ、
高さ１９ｍｍの円盤上の成形体を作製した。この成形体
を１１０℃で乾燥し、密度１．７〜１．８ｇ／ｃｃの乾
燥体を作製した。この成形体を酸化雰囲気の電気炉に入
れ、９５０℃〜１０５０℃各３０分保持し、加熱発泡処
理を行った。なお、所定温度まで、常温からｌ時問で昇
温した。得られた発泡体の体積を測定し、乾燥体の体積
と発泡体の比から発泡率を計算によって求めた。表２
に、Ｆｅの含有量（ＦｅＯ換算値）と発泡率の結果を示
す。Ｆｅの含有量が１．７重量％以下で発泡率１５０％
を越える値となった。
【００２１】
【表１】
【００２２】
【表２】 （実施例２）Ｋ市から発生した都市ゴミ焼却灰とＣａＯ
を所定割合で配合し、炭素電極を用いた抵抗加熱式電気
炉で非酸化雰囲気（水蒸気１５〜３５％、残り気体中、
一酸化炭素４０〜７０ｖｏｌ％、水素１０〜３０ｖｏ１
％、残り窒素）にて、金属Ｆｅ共存下で１４５０℃でス
ラグの滞留時間を変化させて溶融し、空冷した。
【００２３】得られたスラグ組成は表３に示すように、
非晶質体および非晶質とGeh1enite相が析出した複合体
であった。実施例１と同様の発泡試験を行った。表４に
は、Ｆｅの含有量（ＦｅＯ換算値）と発泡率の結果を示
す。Ｆｅの含有量が１．７重量％以下で高い発泡率を示
した。
【００２４】
【表３】
【００２５】
【表４】 （実施例３）Ｋ市から発生した都市ゴミ焼却灰を、炭素
電極を用いた抵抗加熱式電気炉で非酸化雰囲気（水蒸気
１５〜３５％、残り気体中、一酸化炭素４０〜７０ｖｏ
１％、水素１０〜３０ｖｏｌ％、残り窒素）にて、金属
Ｆｅ共存下で１４５０℃で溶融し、空冷した。得られた
スラグ組成は表５であり、すべて非晶質体であり、実施
例１と同様の発泡試験を行った結果、発泡率１１０〜１
２２％で、Ｆｅ含有量（ＦｅＯ換算値）が３．５％であ
り、発泡不良であった。
【００２６】このスラグだけを、カーボン坩堝に入れ、
１４５０℃窒素雰囲気下で１時問から２４時間溶解する
ことによって、スラグ中に含有するＦｅＯを金属Ｆｅと
して沈降させ、冷却後粉砕し磁選してＦｅＯ含有量を溶
解時間でコントロールされたスラグを作製した。
【００２７】この再溶解スラグを用いて、実施例１と同
様の発泡試験を行った。得られたスラグのＦｅの含有量
（ＦｅＯ換算）と発泡率の結果は、表６に示すように、
１．７ｗｔ％以下で発泡率１５０％を越える値となっ
た。
【００２８】
【表５】
【００２９】
【表６】
【００３０】
【発明の効果】本発明によれば、一般廃棄物あるいは産
業廃棄物の焼却灰を原料として、良好なセラミックス多
孔体を製造することができる。
フロントページの続き (72)発明者 山岸 一雄 神奈川県横浜市鶴見区小野町61番１号 エ ヌケーケープラント建設株式会社内

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ＦｅＯ換算でＦｅを１．７重量％以下含
    有する加熱発泡性スラグに粘土を混合して成形後、酸化
    性雰囲気にて加熱発泡処理するセラミックス多孔体の製
    造方法。
  2. 【請求項２】 前記スラグが廃棄物の１種もしくは２種
    以上の混合物を非酸化性雰囲気で溶融して成ることを特
    徴とする請求項１記載のセラミックス多孔体の製造方
    法。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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EP1095921A1 (de) * 1999-10-25 2001-05-02 ALSTOM POWER (Schweiz) AG Oxidische Mineralzusammensetzung für Mineralschaum
JP2002145679A (ja) * 2000-08-30 2002-05-22 Kurimoto Ltd 多孔質セラミックスの製造方法
CN114956784A (zh) * 2022-05-13 2022-08-30 南方科技大学 陶瓷膜及其制备方法

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