JPS6354987A - 石炭灰の安定化方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、石炭燃焼時に排出される石炭灰の安定化方法
、詳しくは石炭灰と排煙脱硫石こうとからなる混合粉体
に、塩化鉄処理または／および硫酸鉄処理と、常圧水蒸
気処理とを岨み合わせた処理を施して混合粉体を強固に
固化し、かつ安定性を同上させ、また石炭灰にアルカリ
物質が多い際には、イオウもしくは硫化物の添加または
炭酸ガス処理を付加する石炭灰の安定化方法に関するも
のでるる。

〔従来の技術〕

従来、我国においては、フライアッシュの約２０％はセ
メント混和材、セメント原料などに再利用されており、
残りは埋立地などに処分されている。

しかしながら、従来の方式による再利用だけでは、将来
発生するであろう膨大な石炭天童に対応し得るだけの需
要の増加は期待できない。一方、現行の石炭灰の埋立地
などへの処分については、石炭灰溶出水が高アルカリで
あり、かつ場合によっては環境基準値を越える重金属の
溶出が認められるゆえ、環境保全に係わる規制の強化に
伴い石炭灰処分用地の確保が難しくな９つつあり、本格
的な石炭火力発電所の稼動の際には、現状の石炭灰の有
効利用方式ならびに処分方法によっては、発生する全て
の石炭灰を処理することは難しくなる見通しである。ま
た石炭灰の大量処理方式の横討に際しては、国家資源に
乏しい我国においては、単なる投葉処分ではなく石炭灰
を資源として再利用を図ることが重要である。

従来、石炭灰の安定化方法として、石炭灰を炭酸ガス処
理、または硫酸処理する方法が知られている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

石炭灰は一部の地域で土木材料として利用されている。

しかしながら、石炭灰は溶出水が高アルカリ性であり、
また場合によっては重金属、特にＯｒ　　の溶出が環境
基準値を越えるため、土木材料として利用するには地下
水状況に留意し、施工方法を配慮する必要がある。

また上記のように、石炭灰を炭酸ガス、硫酸などによっ
て常温下で中和処理を行う提案も見られるが、溶出水の
ｐＨを初期に低くできても、経時的にｐＨが上昇し、い
ずれ高アルカリ性を呈するとともに、重金属の中で特に
Ｏｒ　　または／およびＡＳの溶出が無処理の石炭灰よ
りも増大するようになる。

そこで本発明者らは、石炭灰からのアルカリ物質、重金
属の溶出を長期的に抑制する方法、すなわち長期的な安
定化方法について種々の研究を行い、その結果、石炭灰
に塩化鉄粉体もしくは／および硫酸鉄粉体を加え水で混
練するか、または塩化鉄水溶液もしくは／および硫酸鉄
水溶液で混練した後、常圧水蒸気で処理する方法や、石
炭灰を水で混練し、常圧水蒸気で処理した後、塩化鉄粉
体もしくは／および硫酸鉄粉体またはこれらの水溶液を
加えて常温処理することによって、さらに石炭灰中にア
ルカリ物質が多い際には、イオウもしくは硫化物の添加
または炭酸ガス処理を付加することによって、長期的に
石炭灰を安定化することが可能であることを見出した。

さらに本発明者らは、石炭灰に排煙脱硫石こうを加える
ことによって、上記の安定化処理の効果が増大し、かつ
石炭灰の固化反応の進行により、より強固な固化体とな
って、土木材料としての付加価値を向上させることが可
能であることを見出した。

本発明は上記の諸点に鑑み、上記の知見に基づいてなさ
れたもので、石炭灰の大量消費を可能ならしめるととも
に、強固で長期的に安定な石炭灰固化体を得る方法の提
供を目的とするものである。

〔問題点を解決するだめの手段〕

本願の第１の発明は、石炭燃焼時に排出される石炭灰と
排煙脱硫石こうとからなる混合粉体に塩化鉄粉体もしく
は／および硫酸鉄粉体を加え水で混練するか、または塩
化鉄水溶液もしくは／およびは酸鉄水溶液で混練した後
、４０〜１００℃の常圧水蒸気で処理することを特徴と
している。

また本願の第２の発明は、石炭燃焼時に排出される石炭
灰と排煙脱硫石こうとからなる混合粉体に水を加えて混
練し、４０〜１００℃の常圧水蒸気で処理した後、塩化
鉄粉体もしくは／および硫酸鉄粉体を加えるか、または
塩化鉄水溶液もしくは／および硫酸鉄水溶液を加えて常
温処理することを特徴としている。

また石炭灰中にアルカリ物質が多い際には、石炭灰にイ
オウもしくは硫化物を添加したり、または常圧水蒸気処
理後に濃度１％以上の炭酸ガスを含有する雰囲気下で処
理を行う。濃度１％以上の炭酸ガスを含πする雰囲気は
、石炭などの燃焼後の廃ガスを用いて調合することが好
適である。なお廃ガス中には、炭酸ガスよりも強酸性の
塩素、亜硫酸ガスが若干含まれているため、炭酸ガスの
みの雰囲気よりも安定化処理効果が増大する。

石炭灰中のアルカリ物質、重金属は石炭灰表面、内部に
均一に分布しているため、長期にわたってアルカリ物質
および重金属の溶出を抑制するには、特に石炭灰内部の
アルカリ物質、重金属を初期に溶出させる必要があり、
それには処理温度を常温よりも高くし、より高い温度の
水蒸気下で処理し、かつ排煙脱硫石こうを添加すること
が効果的である。処理温度を高くし、かつ排煙脱硫石こ
うを添加することによってアルカリ物質、重金属の一部
はエトリンガイト、ケイ酸カルシウム水和物などの水利
反応生成物中に固定されるため、可溶性のアルカリ物質
、重金属化合物が減少することになる。

一方、石炭灰からの重金属の溶出は、一般にｐＨを低く
することによって増大するが、塩化鉄または／および硫
酸鉄を加えることによって重金属は鉄イオン等で固定さ
れるか、または還元（例えばＯｒ″−〇！−３＋　）さ
れた後、固定されることによって、無処理の石炭灰より
も重金属の溶出は少なく゛、かつ環境基準値以下となる
。また塩化鉄、硫酸鉄水溶液は強酸性でろるために、Ｃ
ａＯを主とするフリーなアルカリ物質は中和され、溶出
水ｐＨは低くなる。しかしながら、石炭灰によっては多
量のアルカリ物質を含有しているものかあり、そのよう
な灰に対して、常圧水蒸気処理と塩化鉄まだは／および
硫ば鉄処理との組合わせのみで安定化を図るには、多量
の塩化鉄または／および硫酸鉄で処理をしなければ十分
な効果がない。したがって、そのような灰の安定化に対
して、イオウもしくは硫化物の添加または炭酸ガス処理
を付加することによって、塩化鉄または／および硫酸鉄
による安定化効果が向上し、長期にわたってアルカリ物
質ならびに重金属の溶出抑制ができる。

イオウもしくは硫化物の添加は、石炭灰と排煙脱硫石こ
うとからなる混合粉体を水と混練する時に行うか、ある
いは予め石炭灰または混合粉体にイオウもしくは硫化物
を加えておいた後、水と混練する方法が好適である。ま
た炭酸ガス処理は、常圧水蒸気処理後に実施するのが好
適で、常圧水蒸気処理前では十分な安定化効果が期待で
きない。

イオウ−または硫化物の添加量が０．０１重量％未満の
場合は、重金属の固定が不充分となるとともに、アルカ
リ物質の溶出を経時的に抑制できなくなり、長期的に安
定化を図ることが難しくなる。添加量が３重量％以上の
場合は、石炭灰からの溶出水のｐＨが低くなりすぎて、
溶出条件によって環境基準値を満足しないことがある。

したがってイオウまたは硫化物の添加量は、石炭灰から
のアルカリ物質ならびに重金属の経時的な溶出特性によ
って異なるが、通常は０．０５〜２重量％の範囲が適正
である。イオウまたは硫化物の添加は特に混合粉体を炭
酸ガスあるいは酸性水溶液で中和処理した際には、より
長期的な安定化に対して効果的となる。

塩化鉄まだは／および硫酸鉄を石炭灰中もしくは混合粉
体中、または混練水中に添加して混練する方法は、安定
化プロセスが簡素となる点で好適である。一方、常圧水
蒸気処理後に添加する方法は、鉄塩添加量を低くできる
メリットがある。なおこの方法は、鉄塩処理までは強ア
ルカリ性であるため、石炭灰を十分に固化できるととも
に、アンモニアを含有している場合には脱アンモニアが
可能である。

本発明の方法において用いる硫酸鉄またば／および塩化
鉄はＦｅ”、Ｆｅ３＋のいずれでもよく、まだ添加量は
石炭灰からのアルカリ物質ならびに重金属の溶出特性に
よって異なるが、通常は石炭灰に対して２〜６％になる
ように粉体あるいは水溶液で添加することが適正である
。塩化鉄もしくは／および硫酸鉄の添加方法としては、
石炭灰と排煙脱硫石こうとからなる混合粉体に添加する
方法、石炭灰に添加した後、排煙脱硫石こうを加える方
法、石炭灰に塩化鉄もしくは／および１流酸鉄および排
煙脱硫石こうを同時に加える方法などのいずれでもよく
、要は石炭灰および排煙脱硫石こうと、塩化鉄もしくは
／および硫酸鉄とが水で混練する状態をつくればよく、
添加順序は問わない。また石炭灰によっては、混練物が
常圧水蒸気処理によつて固化するため、２０〜３０％の
水にて攪拌造粒などの方法で粒状とすれば、土木材料と
しての付加価値が向上する。本発明の方法においては、
石炭灰と排煙脱硫石こうとからなる混合粉体を用いるこ
とによって、石炭灰のみの場合よりも高強度で、かつ安
定性が向上した固化体が得られ、より高強度、あるいは
厳しい環境規制の要求がめる際などの使用に好適である
。

上記のように、本発明によると、石炭火力発電所などで
大量に発生する石炭灰と排煙脱硫石こうとからなる混合
粉体を塩化鉄または／および硫酸鉄で処理した後、常圧
水蒸気で処理を行うことによって、混合粉体を強固に固
化し、かつ安定性を向上させ、また石炭灰中のアルカリ
物質が多い際には、イオウもしくは硫化物の添加、ある
いは炭酸ガス処理を付加することによって、石炭灰から
のアルカリ物質ならびに重金属の溶出を長期的に抑制で
き、環境保全性が長期的に良好となり、土木材料として
の利用が可能となる。

〔実施例〕

つぎに実施例および比較例について説明する。

実施例および比較例における石炭灰の性状を第１表に示
す。石炭灰の化学成分としては、Ｘ線回折によれば大量
の石英、中量のムライト、少量のマグネタイトが認めら
れた。石炭灰溶出水のｐＨ１重金属の測定は、処理後の
石炭灰をＩＨ以下に粉砕した後、環境庁告示１３号の陸
上埋立処分方法（固化体／水＝１０％、１）Ｈ＝５．８
〜６．３）によった。

ブレーン比表面積測定は、島津製作所製の粉体比表面積
測定器５Ｓ−１００形を使用し、空気透過法によった。

圧壊強度測定は、本屋式硬度計を使用し、直径Ｉｏｎの
粒子が破壊する強度によった。

（以下余白） 比較例１ 石炭灰１００重量部を水Ｎｏ重量部を加えて混練し、さ
らに温度２０℃，濃度１０重量％の炭酸ガスを含有する
ガスで１０時間処理した後、ポリエチレン製袋に密閉し
、１日後、２８日後に溶出試験を行った。試験結果を第
２表に示す。なお１日後のＩＱＭＩＩ径粒子での圧壊強
度は０．５　ｋ（ｉであった。

比較例２ 石炭灰１００重量部に硫酸２．５重量部、水１０重量部
を加えて混練し、９８℃の常圧水蒸気下で２時間処理を
行った後、ポリエチレン製袋に密閉し、１日後、２８日
後に溶出試験を行った。試験結果を第２表に示す。なお
１日後の１０顧径粒子での圧壊強度は０．１　ｋｇであ
った。

比較例３ 石炭灰１００重量部に、塩化第一鉄４重量部を添加した
混合粉体を、水２０重量部で混練し、９８℃の常圧水蒸
気下で２時間処理を行った後、ポリエチレン製袋に密閉
し、１日後、２８日後に溶出試験を行った。試験結果を
第２表に示す。なお１日後の１０朋径粒子での圧壊強度
は０．４　ｋｑであった。

比較例４ 石炭灰１００！量部にイオウ１重量部を添加した混合粉
体を、濃度２０％の塩化第一鉄水溶液２０重量部で混練
し、９８℃の常圧水蒸気で２時間処理を行った後、ポリ
エチレン袋に密閉し、１日後、２８日後に溶出試験を行
った。試験結果を第２表に示す。なお１日後のｌＯＷ′
ＩＩ径粒子での圧壊強度は０．２　ｋ（ｊであった。

比較例５ 石炭灰１００重量部を水で攪拌造粒し、９８℃の常圧水
蒸気下で２時間処理を行った後、塩化第一鉄３重量部を
混合し、ポリエチレン袋に密閉し、１日後、２８日後に
溶出試験を行った。試験結果を第２表に示す。なお１日
後の１０朋径粒子での圧壊強度は０．８　ｋｇであった
。

実施例１ 石炭灰９８重量部、排煙脱硫層こう２重量部からなる混
合粉体１００重量部に、塩化第一鉄４重量部を添加した
混合粉体を、水２０重量部で混練し、９８℃の常圧水蒸
気下゛Ｑ時間処理を行った後、ポリエチレン製袋に密閉
し、１日後、２８日後に溶出試験を行った。試験結果を
第２表に示す。なお１日後の１０　ｓｌｙ径粒子での圧
壊強度は０．７　ｋｇであった。

実施例２ 石炭灰９８重量部、排煙脱硫層こう２重量からなる混合
粉体１００重量部に、イオウ１重欧部金融加した混合粉
体を、濃度２０％の塩化第一鉄水溶液２０重量部で混練
し、９８℃の常圧水蒸気下で２時間処理を行った後、ポ
リエチレン製袋に密閉し、１日後、２８日後に溶出試験
を行った。試験結果を第２表に示す。なお１日後の１０
′ＭＭ径粒子での圧壊強度は０．６　ｋｇであった。

実施例３ 石炭灰９８重量部、排煙脱硫層こう２重量部を水で攪拌
造粒し、９８℃の常圧水蒸気で２時間処理を行った後、
硫酸第一鉄を４重量部混合し、ポリエチレン袋に密閉し
、１日後、２８日後に溶出試験を行った。試験結果を第
２表に示す。なお１日後の１０１ｒｊ径粒子の圧壊強度
は０．９　ｋ’！であった。

第　　　　２　　　　表 なおＣｄ、　Ｐｂ、　ＯＮ、　Ｔ、　Ｈｇ、○、Ｐ、は
すべてＮ、　Ｄ。

（検出限界値以下）であった。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、石炭灰と排煙脱
硫層こうとからなる混合粉体に塩化鉄または／および硫
酸鉄処理と水蒸気処理とを組合せた処理を行うことによ
って、石炭灰からのアルカリ物質ならびに重金属の溶出
を長期的に抑制で゛き、かつ強固な固化体とすることが
できるため、本発明は石炭灰を土木分野における材料と
しての有効利用に寄与する技術としてきわめて有益であ
る。

出　願　人　　川崎重工業株式会社 〃　　　四国醒力株式会社

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　石炭燃焼時に排出される石炭灰と排煙脱硫石こうと
   からなる混合粉体に塩化鉄粉体もしくは／および硫酸鉄
   粉体を加え水で混練するか、または塩化鉄水溶液もしく
   は／および硫酸鉄水溶液で混練した後、４０〜１００℃
   の常圧水蒸気で処理することを特徴とする石炭灰の安定
   化方法。 ２　混合粉体にイオウまたは硫化物を加える特許請求の
   範囲第１項記載の石炭灰の安定化方法。 ３　常圧水蒸気処理後に濃度１％以上の炭酸ガスを含有
   する雰囲気下で処理する特許請求の範囲第１項記載の石
   炭灰の安定化方法。 ４　石炭燃焼時に排出される石炭灰と排煙脱硫石こうと
   からなる混合粉体に水を加えて混練し、４０〜１００℃
   の常圧水蒸気で処理した後、塩化鉄粉体もしくは／およ
   び硫酸鉄粉体を加えるか、または塩化鉄水溶液もしくは
   ／および硫酸鉄水溶液を加えて常温処理することを特徴
   とする石炭灰の安定化方法。 ５　混合粉体にイオウまたは硫化物を加える特許請求の
   範囲第４項記載の石炭灰の安定化方法。 ６　常圧水蒸気処理後に濃度１％以上の炭酸ガスを含有
   する雰囲気下で処理した後、塩化鉄または／および硫化
   鉄を加えて処理する特許請求の範囲第４項記載の石炭灰
   の安定化方法。