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WO1997012697A1 - Agent et procede de solidification de residus d'incineration - Google Patents

Agent et procede de solidification de residus d'incineration Download PDF

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Publication number
WO1997012697A1
WO1997012697A1 PCT/JP1996/002733 JP9602733W WO9712697A1 WO 1997012697 A1 WO1997012697 A1 WO 1997012697A1 JP 9602733 W JP9602733 W JP 9602733W WO 9712697 A1 WO9712697 A1 WO 9712697A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
incineration
solidifying
residue
cement
incineration residue
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/JP1996/002733
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Kunitoshi Suzuki
Shigeru Yamazaki
Youhei Hisada
Shuji Murai
Takehiko Iizuka
Yasuhiko Hata
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Komatsu Ltd
Original Assignee
Komatsu Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Komatsu Ltd filed Critical Komatsu Ltd
Publication of WO1997012697A1 publication Critical patent/WO1997012697A1/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B28/00—Compositions of mortars, concrete or artificial stone, containing inorganic binders or the reaction product of an inorganic and an organic binder, e.g. polycarboxylate cements
    • C04B28/02—Compositions of mortars, concrete or artificial stone, containing inorganic binders or the reaction product of an inorganic and an organic binder, e.g. polycarboxylate cements containing hydraulic cements other than calcium sulfates
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02W—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
    • Y02W30/00—Technologies for solid waste management
    • Y02W30/50—Reuse, recycling or recovery technologies
    • Y02W30/91—Use of waste materials as fillers for mortars or concrete

Definitions

  • the present invention relates to a solidifying agent for solidifying incineration residues such as incineration ash and dust generated in an incinerator such as a waste incineration plant and a method for solidifying incineration residues.
  • Cadmium (Cd) and lead (Pb) are included in the incineration residue such as incineration ash generated when industrial waste and municipal garbage are incinerated and dust collected by electric dust collectors. ) And other harmful heavy metals, especially when the amount of harmful substances eluted is higher than the standard value when landfilled. It is stipulated by law that it must be disposed of before it is dissolved.
  • incineration residue generated when incinerating industrial waste and municipal trash is landfilled at a managed final disposal site. It is enormous and is said to be 500,000-600,000 tons per year nationwide, and the shortage of disposal sites is a problem. Therefore, one of the solutions is to use incineration residue as a solidifying agent. There is a growing demand for recycling and reusing it in civil engineering materials. Conventional techniques for solidifying such incineration residues include, for example, JP-A-61-133186, JP-A-5-309358, and JP-A-5-33956. There is one disclosed in Japanese Patent Application Publication No. 1118087.
  • Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-309356 discloses a method of treating incinerated ash which is stabilized with sulfuric acid and then solidified with cement such as blast furnace cement.
  • cement such as blast furnace cement.
  • the purpose of the treatment is landfill disposal at the final disposal site, the strength of the solidified material and the ability to prevent heavy metals from eluting are extremely low (the elution amount of? 1: 2111).
  • blast furnace cement mixed with blast furnace slag has been used as a solidifying agent as a solidifying agent instead of cement because of cost reduction, heat generation during hydration, and low corrosion.
  • the strength necessary for landfill disposal landfill (uniaxial compressive strength 1 0 kg / cm 2 or higher) and elution preventing property (the landfill reference P b
  • the purpose is to obtain solidified solids of 3 ppm or less. Even if recycling of civil engineering materials is required, the soil environmental standards (0.0 ppm in the case of Pb) ) And high strength (uniaxial compressive strength of 50 to 100 kg / cm 2 or more) were not found.
  • incineration residues especially incineration ash, contain organic impurities such as tannic acid and humic acid.
  • incinerated ash containing organic impurities is solidified by cement, amorphous substances are formed around the unhydrated particles, and these substances are adsorbed on the surface of the cement particles by polarity. Or a bond with Ca ++ to form a coating, which inhibits the hydration reaction of the cement and lowers the strength after solidification, so that a high-strength solid could not be obtained.
  • the Hei 5 - 3 1 7 8 3 the prior art shown in 0 JP, heated over 1 minute baked ⁇ at 4 0 0 e C or higher, or in pairs to 5 to 1 5 weight ash % Water is added, kneaded, and then cooled.
  • the reaction is terminated in advance to suppress the heat generated during solidification. As a result, heat generation during cement solidification and generation of cracks due to the heat generation are prevented, and the effect of obtaining a high-strength solidified body is obtained.
  • Japanese Patent Publication No. 58-49319 discloses a method in which water and caustic aluminum are added to incinerated ash to cause a pressurized contact reaction, resulting in a temperature of 100 ° C or more. This causes a hydrothermal reaction, which generates slurries and thereby slurries and expands, thereby solidifying the cement contained in the incineration ash. It emits and inactivates components (mainly hydrogen and carbon monoxide) that interfere with the environment.
  • components mainly hydrogen and carbon monoxide
  • FIG. 1 shows an example of the relationship between the pH of a solidified product in a solution and the solubility of the heavy metal.
  • a shows the relationship between Cd and b, the solubility of Pb with respect to pH. From this figure, it can be seen that the solubility of Pb in the range of pH 9.5 to 11.5 is It can be seen that the solubility is small, but large before and after this, especially the solubility on the alkaline side where the pH exceeds about 12 is markedly large.
  • the solidified solution When the incineration residue is solidified with a cement-based solidifying agent, the solidified solution generally shows strong alkali, so elution of amphoteric heavy metals such as Pb may occur.
  • the main problem is that if there is a solidifying agent that exhibits mechanical strength while keeping the pH low, it is possible to achieve both the above-mentioned mechanical strength and anti-elution properties.
  • the present inventors have found that an admixture exhibiting latent hydraulic properties, such as blast furnace slag, fly ash, and pozzolan, or pozzolanic activity has the effect of reducing hydroxide ions (OH-) during hardening by adding water. Attention was paid to mixing hydraulic cement and these admixtures in a certain ratio, adding an appropriate amount of water, kneading the mixture, and then molding at room temperature by a molding method such as extrusion molding or compression molding. Thus, it has been found that a solidified body that can prevent the dissolution of Cd and Pb and the like at the same time and has a mechanical strength that can be recycled for civil engineering materials and the like can be obtained.
  • latent hydraulic properties such as blast furnace slag, fly ash, and pozzolan, or pozzolanic activity
  • the first embodiment of the solidifying agent for incineration residues according to the present invention comprises: cement: 0.1 to 29 wt%;
  • the solidifying agent is obtained by mixing the solidifying agent and the incineration residue at a predetermined mixing ratio, kneading the mixture by adding a necessary amount of water, and molding.
  • the pH of the solidifying agent greatly depends on the blending ratio of cement (Portland cement) showing a strong alkali, and therefore, the elution amount of heavy metal is reduced by the incineration residue and solidifying agent.
  • the composition of the incineration residue and the solidifying agent can be considered independently, since the mixing ratio is not significantly affected.
  • an admixture exhibiting latent hydraulic property or pozzolanic activity such as blast furnace slag, does not exhibit curability alone, but calcium hydroxide (C) formed when cement hardens ( C a (OH) 2) shows curability, so a minimum of about 0.1 wt% cement, alkali such as calcium hydroxide, or a curing stimulant such as sulfate is required.
  • the mechanical strength is improved as the amount of cement is increased, but the pH is also increased at the same time, so there is an upper limit to the proportion of cement. According to various experiments by the present inventors, it has been found that when the content exceeds 29 wt%, the amount of heavy metals such as Pb eluted increases in many cases, exceeding the environmental standard.
  • the cement containing the admixture exhibiting latent hydraulic properties or pozzolan activity such as blast furnace slag, fly ash and pozzolan
  • the composition at is as follows.
  • the second embodiment of the solidifying agent for incineration residues according to the present invention has latent hydraulicity or pozzolanic activity.
  • a solidified body is obtained by mixing this solidifying agent with the incineration residue at a predetermined compounding ratio, adding a necessary amount of water, kneading, and molding.
  • the total amount of the admixing agent in the solidifying agent is a problem, and the amount of the admixing agent is determined by the amount of the mixed cell used. It can be obtained by converting to the case where the above Portland cement is used based on the component ratio of the ment.
  • the following shows conversion examples of mixed cement and admixture in the solidifying agent when blast furnace cement is used as the mixed cement.
  • the blast furnace cement is a mixed cement of a boltland cement and a blast furnace slag, and the mixing ratio is determined by JIS as shown in Table 1 below. .
  • composition of the solidifying agent is Portland cement 29 wt% and blast furnace slag 7 iwt%
  • the above Portland cement is replaced with blast furnace cement (class C).
  • the conversion example of the mixing ratio of blast furnace cement and blast furnace slag is shown below.
  • Blast furnace cement (Class C) is, for example, a mixture of 30 wt% of Portland cement and 70 wt% of blast furnace slag, so it is contained in the blast furnace cement. Blast furnace so that the cement By adjusting the ratio of cement, an equivalent solidifying agent can be obtained.
  • the blast furnace slag included in the whole is
  • the composition of the solidifying agent is 0.1 wt% of Portland cement and 99.9 wt% of blast furnace slag
  • the above Portland cement is blast furnace cement (Class A
  • the following is an example of the conversion of the blending ratio of blast furnace cement and blast furnace slag when this is replaced with).
  • Blast furnace cement (species) is a mixture of Portland cement (95 wt%) and blast furnace slag (5 wt%) as an example, so it is contained in the blast furnace cement. If the proportion of the blast furnace cement is adjusted so that the cement content is the same, an equivalent solidifying agent can be obtained.
  • the total cement content is:
  • the blast furnace slag included in the whole is
  • the fly cement is a mixture of Portland cement and fly cement, and the mixing ratio is as shown in Table 2 below in JIS. It is decided.
  • silica cement is a mixed cement of Portland cement and a gay acid admixture from Pozzolan temple, and the compounding ratio is also as shown in Table 3 below. It is decided.
  • the composition of the solidifying agent is Portland cement 29% by weight and gay acid admixture 71% by weight
  • the above Portland cement is silica cement (Class C).
  • the following shows an example of conversion of the ratio of silica cement to a gay acid admixture when replacing with
  • Silicon cement (Class C) is an example of Portland cement. 30 wt% and 70% by weight of gay acid admixture are mixed, so adjust the ratio of silica cement so that the cement content in silica cement is the same. Then, an equivalent solidifying agent can be obtained. In other words, assuming that the silica cement ratio is X wt% and the ratio of the added gaymic admixture is Y wt%, the total cement content is
  • the gay acid admixture contained in the whole is
  • Et al is, the incineration residues, roadbed Ya various blocks, etc., to recycle to the civil engineering materials that require mechanical strength of the uniaxial compressive strength of about 5 0 ⁇ 1 0 0 kg / cm 2
  • the two types of solidifying agent In one of the two types of solidifying agent,
  • the mixture is mixed at the mixing ratio described above, a necessary amount of water is added, the mixture is kneaded, and a solid is obtained by molding.
  • the Pb elution amount was less than 0.01 ppm (soil environmental standard).
  • the compounding ratio of the incineration residue and the solidifying agent is as follows: There is no problem in terms of mechanical strength and elution prevention, but the recycling rate of incineration residue, which is a raw material as a recycled material, decreases, so the processing cost may increase. Even from this point of view, it is generally considered that the upper limit of the compounding ratio of the solidifying agent is about 70 t%.
  • the mechanical strength of the solidified product decreases as the amount of the solidifying agent decreases with respect to the incineration residue as a raw material. According to various experiments by the present inventors, when the mixing ratio of the solidifying agent is 10 wt% or less, the mechanical strength of the solidified material is often reduced to that of recycled materials such as civil engineering materials. island below the uniaxial compression strength 5 0 kg / cm 2 is an eye depreciation of the required mechanical strength Te intends.
  • this incineration residue is eluted with heavy metals that clear environmental standards. It can be made into a solid with prevention.
  • the first embodiment of the method for solidifying incineration residues according to the present invention comprises the following:
  • the incineration residues are adjusted to have a water content of 5 to 35 wt, and then treated at a temperature of 40 to 100 and a humidity of 50 to 50 wt.
  • Steam treatment is performed for 15 minutes to 4 hours in a steam atmosphere controlled to 100%, and then the mixture is kneaded with a solidifying agent such as cement to form and solidify.
  • stirring is not always required during steam treatment, but stirring may provide a higher effect.
  • the incineration residue is subjected to steam treatment to promote the hydration reaction (Pozzolan reaction) of the activated silica in the incineration residue, to increase the particle size of the incineration residue itself, and to increase the aggregate. And the strength is increased.
  • hydration reaction Pozzolan reaction
  • an oxide film is formed on the surface of the reactant to prevent the reaction, or the gas generation reaction between the incineration residue and the alkali is promoted to complete the reaction.
  • the incineration residues are kneaded with a solidifying agent such as cement, molded and cured for a predetermined time.
  • a solidifying agent such as cement
  • resulting et is Ru solidified body Ri
  • uniaxial compressive strength 1 3 0 kg / cm 2
  • the teeth such as the this using a special chemicals
  • H of sufficient strength as the re cycles material such as civil engineering materials You get the body.
  • the incineration residues are heated to a treatment temperature of 250 to 900 to decompose organic impurities in the incineration residues, and then the The moisture of the incineration residue is adjusted to a water content of 5 to 3 ⁇ wt ° o, and then the steam atmosphere is controlled at a treatment temperature of 40 to 100% and a humidity of 50 to 100%.
  • the mixture is steamed for 15 minutes to 4 hours while being stirred at, and then kneaded with a solidifying agent such as cement to form and solidify.
  • the organic residue in the incineration residue is removed by decomposition or the like by subjecting the combustion residue to heat treatment at 250 to 900. Then, by steaming the incineration residue, the hydration reaction (Pozzolan reaction) of activated silica in the incineration residue is promoted, and the particle size of the incineration residue itself and the strength as aggregate are increased. Will be increased. And At this time, an oxide film is formed on the surface of the reactant to prevent the reaction, or the gas generation reaction between the incineration residue and the alkali is promoted to complete the reaction.
  • the hydration reaction Puzzolan reaction
  • the water content has been adjusted, and then the steam treatment has been performed, even if the incineration residue containing organic impurities is used for civil engineering materials, etc.
  • a high-strength solid can be obtained as a recycled material.
  • FIG. 1 is a diagram showing the relationship between pH and the solubility of heavy metals (: C d, P b).
  • FIG. 2 is an explanatory view showing a second embodiment of the method for solidifying incineration residues according to the present invention.
  • FIG. 3 is an explanatory view showing a third embodiment of the method for solidifying incineration residues according to the present invention.
  • Figure 4 is a diagram showing the uniaxial compression strength against the initial moisture content of incinerated ash during steam treatment.
  • Figure 5 is a graph showing the uniaxial compressive strength of incinerated ash against the steam treatment temperature.
  • Fig. 6 is a graph showing the uniaxial compressive strength of incinerated ash against steam treatment humidity.
  • Fig. 7 is a graph showing the uniaxial compressive strength of incinerated ash against steaming time.
  • FIG. 8 is a diagram showing the uniaxial compressive strength of incinerated ash with respect to the heat treatment temperature.
  • FIG. 9 is a graph showing the uniaxial compressive strength of incinerated ash with respect to the heat treatment time.
  • Solidifying agent 100 wt 3 ⁇ 4 Composition Portland cement 28 wt ° o Blast furnace slag 72 2 wt% Add an appropriate amount of water to the above mixture, knead, and add 100 kg / cm 2 Press molding under pressure
  • a lead elution amount of 0.011 ppm ( : a dissolution test based on the Environment Agency Notification No. 13) was obtained.
  • Solidifying agent 30 wt ⁇ ⁇ Composition Portland cement 1 wt%
  • Solidifying agent 35 wt ⁇ % Composition silica cement (: Class C) 40 wt% silica fume 60 wt% To the above mixture, add an appropriate amount of water and knead. this filtrate and was press-molded by applying a pressure of kg / cm 2
  • Solidifying agent 20 wt% Composition Portland cement 0.3 wt% Blast furnace slag 99.7 wt% Add an appropriate amount of water to the above mixture, knead, and add 100 kg / cm Two Press molding
  • a lead elution amount of 0.02 ppm (a dissolution test based on the Notification of the Environment Agency No. 13) was obtained.
  • the mixing ratio of solidifying agent against the ash to 1 0 wt% or is less than 8 wt 0, the mixing ratio Pol preparative run-de Se e n t in solidifying agent 3
  • the strength of the solidified body did not reach 50 kg / cm 2 and there was a problem in strength.
  • the elution prevention of lead slightly exceeded the standard.
  • the mixing ratio of the solidifying agent is set to 10 wt% or more (that is, In the first embodiment of the method for solidifying incineration residues according to the present invention, wherein the mixing ratio of the incinerator residue and the incineration residue is 30 to 90 wt% of the incineration residue and 10 to 70 wt% of the solidifying agent).
  • the mixing ratio of Portland cement in the solidifying agent was set to 29 wt% or less
  • the mechanical strength of the solidified body exceeded 50 kg / cm-
  • the expected strength was obtained.
  • the elution amount of lead (heavy metal) was less than the environmental standard value, respectively, and the elution prevention of heavy metal was confirmed.
  • the latent water A small amount of admixture showing hard or pozzolanic activity
  • cement admixtures such as gypsum and water reducing agents are often added in small amounts to improve workability and improve the quality of solidified products. Even in the solidifying agent according to the present invention, the desired performance of the solidifying agent can be obtained even if these cement admixtures are added within the range of the present invention.
  • gypsum may generate ettringite when the cement undergoes a hydration reaction, thereby improving strength. Gypsum also has the effect of delaying the hydration of cement.
  • FIG. 2 shows a second embodiment of the method for solidifying incineration residues according to the present invention.
  • this if it is solidified by untreated or or cell e n t, using the uniaxial compressive strength of 5 kg / cm 2 (2 8 days curing) there is only ash (original ash), this Put it into hopper 1, apply it to grizzly feeder 2, and remove large metal such as empty cans with primary magnetic separator 3.
  • small metals are removed by the secondary magnetic separator 4, and then the non-ferrous metals are removed by a non-ferrous separator 5 such as an aluminum separator, and the particle size is adjusted by passing through a 4 mm sieve 6. I do.
  • water is added by a water conditioner 7 to adjust the water content to 10%. Then, let it stand for 24 hours to allow the water to adjust to the ash.
  • the mixture is stirred for 2 hours in a steam atmosphere at a temperature of 100 and a humidity of 98% by a rotary steam processor 8.
  • the incinerated ash subjected to the steam heating treatment is mixed in a kneader 9 with 80 wt% of the incinerated ash and 20 wt% of the solidifying agent (composition: 50 wt% of blast furnace cement B, 50 wt%, blast furnace slurry).
  • the mixture is kneaded at a ratio of 50 wt% j, and the mixture is applied to a molding machine 10 and compression molded at a surface pressure of 100 kg / cm 2 to obtain a solid 11.
  • the unconfined compressive strength was measured to be 130 kg / cm 2 .
  • FIG. 3 shows a third embodiment of the method for solidifying incineration residues according to the present invention. This is due to the fact that it contains organic impurities, so that the treatment according to the second embodiment, that is, the steam treatment and then the solidification in cement
  • incineration ash with a uniaxial compressive strength of 5 kg / cm 2 or less was pretreated as follows and then solidified with a solidifying agent.
  • the same portions as those of the second embodiment shown in FIG. 2 are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted.
  • the above incinerated ash is put into the hopper 1, passed through the grizzly feeder 2, and the large metal is removed by the primary magnetic separator 3. Then, the incinerated ash is removed by the tiller type heat treatment machine 12. Is heated at 400 for 2 hours.
  • the small metal is removed by the secondary magnetic separator 4, then the non-ferrous metal is removed by the non-ferrous separator 5, and the particle size is adjusted by passing through a 4 mm sieve 6. Then, after the incinerated ash whose particle size has been adjusted cools down, water is added by a water content adjuster 7 so that the moisture content of the incinerated ash becomes 10%.
  • the mixture is stirred for 2 hours in a steam atmosphere at a temperature of 100 and a humidity of 98% in a rotary steam processor 8.
  • the incinerated ash subjected to the steam heating treatment is mixed in a kneader 9 with 80 wt% of incinerated ash and 20 w% of solidifying agent (composition: 50 wt% of blast furnace cement, class 50 wt%, blast furnace slag).
  • the mixture is kneaded at a ratio of 50 t% j, and the mixture is applied to a molding machine 10 and compression molded at a contact pressure of 100 kg / cm 2 to obtain a solid 11.
  • the unconfined compressive strength was measured to be 13.6 kg / cm 2 .
  • reaction mechanism of the incinerated ash in the rotary steam processor 8 is not necessarily clear, but it is considered that the following reactions are mainly involved.
  • the condition range refers to a range in which the unconfined compressive strength of the solidified body is 50 kg / cm 2 or more
  • the experimentally preferable range refers to a range in which the highest strength is obtained.
  • the initial moisture content of the incineration ash during steam treatment is 5 to 35%, and the experimentally preferred range is 10 to 20%.
  • Fig. 5 shows the uniaxial compressive strength of the incinerated ash against the steam treatment temperature.After heating the incinerated ash at 400 ° C for 2 hours, the moisture content was adjusted to 10% and the steam temperature was adjusted to 20%.
  • 40, 85, and 100 respectively, show the uniaxial compressive strength of the solidified material when steamed at 98% humidity for 2 hours.
  • the condition range of the steam temperature during steam processing is 40 or more, and the experimentally preferable range is 60 to 100.

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Description

明細書 焼却残渣用固化剤及び焼却残渣の固化方法 技術分野
本発明は、 廃棄物焼却プラ ン ト等の焼却炉にて発生する焼却灰 や煤塵等の焼却残渣を固化するための固化剤及び焼却残渣の固化 方法に関するものである。 背景技術
産業廃棄物や都市ゴミ を焼却する際に発生する焼却灰や電気集 塵機等に て集塵さ れた煤塵等の焼却残渣に は、 カ ド ミ ウ ム ( C d ) や鉛 （ P b ) 等の有害な重金属が含まれている こ とが多 く 、 特に有害物質の溶出量が基準値以上のものを埋め立て処分す る場合には、 セメ ン ト で固化する等、 含有する重金属が溶出 しな いように処理してから処分しなければな らないこ とが法律で定め られている。
そ して、 この焼却残渣を固化するために、 キレー ト等の薬剤や 様々なセメ ン ト系の固化剤が提案され、 かっこの固化剤を用いて 焼却残渣を固化する方法が種々提案されている。
一方、 現在、 産業廃棄物や都市ゴ ミ を焼却 した際に発生する上 記焼却残渣は管理型最終処分場に埋め立て処分されているが、 一 般都市ゴ ミ の焼却残渣だけでも、 その量は膨大で、 全国で年間 5 0 0〜 6 0 0万 ト ンと もいわれてお り 、 処分場不足が問題と なっている。 そこで、 その解決案の 1 つと して焼却残渣を固化剤 にて固化して土木材料へリサイクル利用する要望が高まっている。 このよう な焼却残渣の固化方法の従来技術と しては、 例えば、 特開昭 6 1 — 1 3 3 1 8 6号公報、 特開平 5 - 3 0 9 3 5 6号公 報及び特開平 4一 1 1 8 0 8 7号公報にそれぞれ示されたものが ある。
そ して、 この特開昭 6 1 — 1 3 3 1 8 6号公報に示された従来 技術では、 ポ リ塩化アル ミ ニウム等の薬剤にて焼却灰の炭素分、 澱粉質、 蛋白質等をゲル化させた後、 セメ ン ト系の固化剤で固化 するように しているが、 こ の従来の技術では、 固化体の強度が極 めて低く （ 8 日養生、 一軸圧縮強度 1 . 5 7 k g / c m2 ) 、 また 有害物質の溶出防止効果についてのデータの提示もな く 不明であ る。
また、 特開平 5 — 3 0 9 3 5 6 号公報に示された従来技術は、 焼却灰を硫酸にて安定化処理した後、 高炉セメ ン ト等のセメ ン ト で固化する焼却灰の処理方法であるが、 処理の目的が最終処分場 への埋立処分であるため、 固化体の強度、 重金属の溶出防止性が 極めて低い （？ 1:の溶出量 2 111 ) 。
また、 特開平 4 一 1 1 8 0 8 7号公報に示された従来技術は、 熱水反応性粉末成分がセメ ン 卜の水和による過剰水和石灰と熱水 反応して結合するこ とによ り、 P H値が減少する働きを利用 した 固化法であるが、 熱水反応による硬化を主体と しているため、 硬 化プロセスと してォー ト ク レーブ内での蒸気による加熱加圧が必 要となり、 製造コス トが上昇する欠点があった。 さ らに、 重金属 溶出防止能力も低く 、 溶出量が土壌環境基準 （ P b の場合は 0 . O l p p m未満） に対して 0. 0 2 p p mにとどまっており、 溶 出防止能力が不十分であつた。
また、 従来からセメ ン トの代り と して、 コス ト低減や水和発熱、 腐食の少なさから、 高炉スラグを混和した高炉セメ ン トを固化剤 に用いる例が存在する。
しかし、 高炉スラグ等の潜在水硬性やポゾラ ン活性を示す混和 材が常温、 常圧で固化体中の水酸化イオ ンを減少させるが、 この 働きを積極的に利用 して p Hをコ ン ト ロールし、 鉛等の両性金属 の溶出防止効果と機械的強度を向上させるように した固化剤の例 は過去にはなかった。
そ して、 従来の焼却灰の処理方法と しては、 最終処分場に埋立 処分するために必要な強度 （一軸圧縮強度 1 0 k g / c m2 以上） と溶出防止性 （埋立基準 P bの場合は 3 p p m以下） の固化体を 得る目的と したものがほとんどであり、 土木材料への リサイ クル 利用 を う た つ た も の で も、 土壌環境基準 （ P b の場合は 0 . O l p p m) と高強度 （一軸圧縮強度 5 0〜 1 0 0 k g / c m2 以 上） を両立させることができる固化剤はなかった。
また、 現状では、 廃棄物の リ サイ クル品に対する明確な環境基 準は法合化されていないが、 環境に対する配慮から、 自治体等で は土木材料については、 土壌環境基準を目安とするよう になって きている。
また、 上記焼却残渣をセメ ン ト等の水を含む固化剤にて硬化し た場合、 焼却残渣に含まれる未反応アル ミ ニウムやアル ミ ニウム 化合物等の物質が水酸化カルシウムや水等と反応して水素ガス等 のガスを発生し、 上記固化の阻害や強度低下をもたらすので高強 度の固化体はできない。 また、 焼却残渣で、 特に焼却灰にはタ ンニン酸ゃフ ミ ン酸等の 有機不純物を含有するものがある。 有機不純物を含有する焼却灰 をセメ ン ト にて固化した場合、 未水和粒子の周辺に無定形物質が 生成し、 これらの物質が極性によ りセメ ン ト粒子の表面に吸着さ れるか、 または C a ++と結合して被覆を形成し、 セメ ン 卜の水和反 応を阻害して固化後の強度低下をもたらすので高強度の固化体は できなかった。
これに対して、 焼却残渣の高強度のセメ ン ト固化体を得るため に、 固化剤との混練する前の焼却残渣をあらかじめ前処理するよ う にした従来技術が、 特開平 5 - 3 1 7 8 3 0号公報及び特公昭 5 8 - 4 9 3 1 9号公報に示されている。
上記特開平 5 — 3 1 7 8 3 0号公報に示された従来技術は、 焼 却灰を 4 0 0 eC以上で 1 分以上加熱し、 または焼却灰に対 して 5 〜 1 5重量％の水を加えて混練した後、 冷却するよ う に してい る。 これは、 所定温度以上の加熱によ り、 焼却灰中の発熱物質が 発熱しない物質に転換されるという作用が、 また、 所定量の水を 添加して発熱、 放冷する こ とで、 発熱反応を予め終了させて固化 時の発熱を抑えるという作用をさせている。 そ して、 これによつ てセメ ン ト固化時の発熱及び発熱による割れの発生が防止され、 高強度の固化体が得られる という効果が得られるよう になつてい る。
また、 特公昭 5 8 - 4 9 3 1 9号公報に示された従来技術は、 焼却灰に水と苛性アル力 リ を加えて加圧接触反応させる こ とで 1 0 0 °C以上の温度を発生する水熱反応を起こ し、 それによ つて スラ リ ー化し膨脹させる こ とで焼却灰中に含まれるセメ ン ト固化 に障害となる成分 （主に水素、 一酸化炭素） を排出 して不活性化 するようにしている。
ところで、 特開平 5 - 3 1 7 8 3 0号公報に示された従来技術 にあっては、 重金属等の有害物質の流出防止は全く考慮されてお らず。 固化体を土木材料等に利用する場合の安全性については不 明であった。
また、 特公昭 5 8 - 4 9 3 1 9号公報に示された従来技術に あっては、 加熱のために水と苛性アルカ リ を用いているため、 こ の苛性アル力 リの取り扱いがやっかいであり、 危険性もあった。 本発明者らは、 種々の実験によ り、 焼却灰や煤塵等の焼却残渣 を、 機械的強度と重金属の溶出防止性を両立させて固化できる焼 却残渣用の固化剤と、 苛性アルカ リ等の薬品を用いる こ とな く 安 全に作業できるようにした焼却残渣の固化方法を発明した。
発明の開示
焼却灰や煤塵等の焼却残渣に含まれる C dや P b等の重金属の 溶出量は、 固化体の p Hに大き く 依存する こ とが知 られている。 図 1 は溶液中における固化体の p Hと上記重金属の溶解度との関 係の一例を示す。 図中、 a は C d、 b は P bの p Hに対する溶解 度の関係を示すもので、 この図よ り、 p Hが 9 . 5 〜 1 1 . 5 の 範囲での P b の溶解度は小さいが、 これの前後で大き く 、 特に p Hが約 1 2を越えたアルカ リ側での溶解度は著し く 大き く なる ことがわかる。
セメ ン ト系の固化剤で焼却残渣を固化する場合、 固化体の溶液 は一般的に強アルカ リを示すため、 P b等の両性重金属の溶出が 主に問題となるが、 P Hを低く 抑えながら機械的強度を発現する 固化剤が存在するならば上記機械的強度と溶出防止性の双方を両 立させることができる。
本発明者らは、 高炉スラグ、 フライア ッ シュ、 ポゾラ ン等の潜 在水硬性、 あるいはポゾラ ン活性を示す混和材が水添加による硬 化に際して水酸化イオン （O H- ) を減少させる作用に着目 し、 水 硬性のセメ ン 卜 とこれらの混和材をある比率で配合して適当量の 水を加えて混練後、 押出 し成形や圧縮成形等の成形法にて常温で 成形するこ とによ り、 C dや P b等の溶出防止性と機械的強度が 両立した、 土木材料等に リサイ クル使用できる固化体を得るこ と ができることを見い出した。
すなわち、 本発明に係る焼却残渣用固化剤の第 1態様は、 セメ ン ト ： 0. l〜 2 9 w t %、
潜在水硬性、 あるいはポゾラ ン活性を示す混和材
: 7 1〜 9 9. 9 w t %
の組成を有しており、 この固化剤と焼却残渣とを所定の配合比 率で混合し、 かつ必要量を水を加えて混練し、 成形する こ とによ り、 固化体を得る。
この固化剤において、 固化剤の p Hは強アルカ リを示すセメ ン ト （ポル トラ ン ドセメ ン ト類） の配合比率に大き く 依存し、 その ため重金属の溶出量は焼却残渣と固化剤の配合比率にあま り影響 は受けないので、 焼却残渣と固化剤の組成は独立して考えられる。 固化剤の成分の配合比率と して、 潜在水硬性、 あるいはポゾラ ン活性を示す混和材、 例えば高炉スラグは単独では硬化性を示さ ず、 セメ ン トが硬化する際に生成する水酸化カルシウム （ C a ( O H ) 2 ) の存在により硬化性を示すため、 最低 0 . 1 w t %程 度のセメ ン ト、 あるいは、 水酸化カルシュ ゥム等のアルカ リ や、 硫酸塩のような硬化刺激剤が必要となる。
また、 セメ ン ト の配合量が増える程機械的強度は向上するが、 同時に p H も増大するため、 セ メ ン ト の配合比率に上限がある。 本発明者らの種々の実験によると、 2 9 w t %を越える と多 く の 場合は P b等の重金属の溶出量が増加 し、 環境基準を越えて しま う ことがわかった。
また、 上記固化剤中のセメ ン ト と して高炉スラグ、 フライア ツ シュ、 ポゾラ ン等、 潜在水硬性、 あるいはポゾラ ン活性を示す混 和材を含有するセメ ン トを用いた場合の固化剤における組成は以 下のよ う になる。
すなわち、 本発明に係る焼却残渣用固化剤の第 2態様は、 潜在水硬性、 あるいはポゾラ ン活性を
示す混和材を含む混合セメ ン ト ： 0 . l 〜 9 7 w t %、
潜在水硬性、 あるいはポゾラ ン活性を示す
混和材 ： 3 〜 9 9 . 9 w t %
の組成を有しており、 こ の固化剤を焼却残渣と所定の配合比率 で混合し、 かつ必要量の水を加えて混練し、 成形する こ とによ り、 固化体を得る。
このように固化剤中のセメ ン 卜に代えて潜在水硬性、 あるいは ポゾラ ン活性を示す混和材を含む混合セメ ン トを用いた場合には、 この混合セメ ン トが、 ポル トラ ン ドセメ ン ト類と異なり、 すでに、 高炉スラグ等の潜在水硬性、 あるいはポゾラ ン活性を示す混和材 が含有しているので、 ポル トラ ン ドセメ ン トを用いた場合に対し てこの混合セメ ン トの量の上限が多 く な り 、 これに反 して混和材 の量の下限は少な く なる。
こ の固化剤中の潜在水硬性、 ある いはポゾラ ン活性を示す混和 材の配合比率については、 固化剤中の混和材の総量が問題であ り こ の混和材の量は使用する混合セ メ ン 卜 の成分比率に基づいて 上記ポル ト ラ ン ドセメ ン ト を用いた場合に換算する こ とで得 られ る。
以下に、 混合セメ ン ト と して高炉セ メ ン ト を用いた場合の上記 固化剤中の混合セメ ン ト と混和材の換算例を示す。 なお、 高炉セ メ ン ト はボル ト ラ ン ドセ メ ン 卜 と高炉スラ グの混合セ メ ン トであ り 、 その配合比率は J I S にて下記表 1 に示すよ う に決め られて いる。
表 1
Figure imgf000010_0001
(換算例 1 )
固化剤の組成が、 ポル ト ラ ン ドセメ ン ト 2 9 w t %、 高炉スラ グ 7 i w t %である場合について、 上記ポル ト ラ ン ドセ メ ン ト を 高炉セメ ン ト （ C種） に置き換えた と き の高炉セメ ン ト と高炉ス ラ グの配合比率の換算例を以下に示す。
高炉セメ ン ト （ C 種） は、 一例 と して ポル ト ラ ン ドセメ ン ト 3 0 w t %、 高炉スラ グ 7 0 w t %を混合 した ものであ るか ら 高炉セメ ン ト 内に含有さ れるセメ ン ト分が同一になる よ う に高炉 セメ ン 卜の比率を調整すれば同等の固化剤が得られる。
すなわち、 高炉セメ ン ト比率を X w t %、 加える高炉スラ グの 比率を Y w t %とする と、 全体に含まれるセメ ン ト分は、
X X ( 3 0 / 1 0 0 ) = 2 9 (w t % ) 、
全体に含まれる高炉スラ グ分は、
Y + X X ( 7 0 / 1 0 0 ) = 7 1 ( w t % )
とな り、
高炉セメ ン ト比率 X w t % = 9 7 w t %、
高炉スラ グ比率 Y w t % = 3 w t %
と換算する こ とができる。
(換算例 2 )
固化剤の組成が、 ポル ト ラ ン ドセメ ン ト 0. 1 w t %、 高炉ス ラ グ 9 9. 9 w t %である場合について、 上記ポル ト ラ ン ドセメ ン トを高炉セメ ン ト （ A種） に置き換えたと きの高炉セメ ン ト と 高炉スラグの配合比率の換算例を以下に示す。
高炉セメ ン ト （ 種） は、 一例 と してポル ト ラ ン ドセ メ ン ト 9 5 w t %、 高炉スラ グ 5 w t %を混合 した ものであるから、 高 炉セメ ン ト 内に含有されるセメ ン ト分が同一になる よ う に高炉セ メ ン トの比率を調整すれば同等の固化剤が得られる。
すなわち、 高炉セメ ン ト比率を X w t %、 加える高炉スラ グの 比率を Y w t %とすると、 全体に含まれるセメ ン ト分は、
X X ( 9 5 / 1 0 0 ) = 0. l (w t % ) 、
全体に含まれる高炉スラグ分は、
Y + X X ( 5 / 1 0 0 ) = 9 9. 9 ( w t % )
とな り、 高炉セメ ン ト比率 X w t % = 0. l l w t %、
高炉スラグ比率 Y w t % = 9 9. 8 9 w t %
と換算する こ とができ る。
(換算例 3 )
フ ラ イ ア ッ シュセ メ ン ト はポル ト ラ ン ドセ メ ン ト と フ ラ イ ア ツ シュの混合セメ ン ト であ り 、 その配合比率は J I Sにて下記表 2 に示すよ う に決め られている。
表 2
Figure imgf000012_0001
ま た、 シ リ カセメ ン ト はポル ト ラ ン ドセメ ン ト と ポゾラ ン寺の ゲイ酸質混和材の混合セ メ ン ト であ り 、 その配合比率は同様に下 記表 3 に示すよう に決め られている。
表 3
Figure imgf000012_0002
固化剤の組成が、 ポル ト ラ ン ドセメ ン ト 2 9 w t %、 ゲイ酸質 混和材 7 1 w t %である場合について、 上記ポル ト ラ ン ドセメ ン トをシ リ カセメ ン ト （ C種） に置き換えた と きの シ リ カセメ ン ト とゲイ酸質混和材の比率の換算例を以下に示す。
シ リ カセメ ン ト （ C種） は、 一例と してポル ト ラ ン ドセメ ン ト 3 0 w t % , ゲイ酸質混和材 7 0 w t %を混合したものであるか ら、 シリ カセメ ン ト内に含有されるセメ ン ト分が同一になるよう にシリ カセメ ン トの比率を調整すれば同等の固化剤が得られる。 すなわち、 シ リ カセメ ン ト比率を X w t %、 加えるゲイ酸質混 和材の比率を Y w t %とすると、 全体に含まれるセメ ン ト分は、
X X ( 3 0 / 1 0 0 ) = 2 9 ( w t % ) ,
全体に含まれるゲイ酸質混和材分は、
Y + X X ( 7 0 / 1 0 0 ) = 7 1 (； w t % )
となり、
シ リ カセメ ン ト比率 X w t % = 9 6. 7 w t %、
ゲイ酸質混和材比率 Y w t % = 3. 3 w t %
と換算することができる。
さ らに、 上記焼却残渣を、 路盤材ゃ各種ブロ ッ ク類等、 一軸圧 縮強度が 5 0〜 1 0 0 k g / c m2 程度の機械的強度を必要とする 土木材料へリサイクル利用する場合には、 上記 2種類の固化剤の いずれか一方を用いて、
焼却残渣 3 0〜 9 0 w t %、
固化剤 1 0〜 7 0 w t %
の配合比率で混合し、 必要量の水を加えて混練し、 成形するこ とにより固化体を得る。
このよう にして成形した固化体は、 2 8 日養生 （常温、 常圧下 の普通養生） にて、 一軸強度 5 0〜 1 0 0 k g / c m2 以上であり、 環境庁告示第 1 3号に基づく 溶出試験を行った結果、 P b溶出量 0. 0 1 p p m (土壌環境基準） 未満であった。
焼却残渣と固化剤の配合比率と しては、 固化剤の比率が多い分 には、 機械的強度、 溶出防止性の面では問題はないが、 リ サイ ク ル材と しての原材料となる焼却残渣の リ サイ ク ル率が低下するの で、 処理コス ト の増加か ら考えて も、 一般的に固化剤の配合比率 は 7 0 t %程度が上限である と考える。
ま た、 固化剤の配合比率の最低限に関 して述べれば、 固化剤が 原材料である焼却残渣に対 して少な く な る と、 固化体の機械的強 度が低下 して しま う 。 本発明者 らの種々 の実験によ る と 、 固化剤 の配合比率が 1 0 w t ¾以下となる と、 多 く の場合固化体の機械 的強度は土木材料等の リ サイ ク ル材と して必要な機械的強度の 目 安である一軸圧縮強 5 0 k g / c m 2を下回って しま う 。
従って、 上記のよ う に配合 した固化剤を用いて焼却残渣を リ サ ィ ク ル利用のために固化する こ と によ り 、 こ の焼却残渣を、 環境 基準をク リ アする重金属の溶出防止性を備えた固化体にする こ と ができ る。
即ち、 本発明に係る焼却残渣の固化方法の第 1 態様は、 上記固 化剤を用いて、 この固化剤と焼却残渣との配合比率を、
焼却残渣 3 0 〜 9 0 w t %
固化剤 1 0 〜 7 0 w t %
にする こ とであ り 、 これによ り 、 土木材料等の リ サイ ク ル材と して使用でき る強度の固化体を得る こ とができた。
本発明に係る焼却残渣の固化方法の第 2 態様では、 焼却残渣を 含水率 5 〜 3 5 w t にな る よ う に水分調整 してか ら処理温度 4 0 〜 1 0 0 、 湿度 5 0 〜 1 0 0 %に コ ン ト ロ ール した蒸気雰 囲気で 1 5 分〜 4 時間蒸気処理 し、 その後、 セ メ ン ト 等の固化剤 と混練して成形固化するよ う に している。 ま た、 蒸気処理の際、 撹拌を必ず し も必要と しないが、 撹拌 し た方が高い効果が得られる場合もある。
こ の第 2 態様においては、 焼却残渣は蒸気処理によ り 、 焼却残 渣中の活性シ リ カの水和反応 （ポ ゾラ ン反応） が促進され、 焼却 残渣自体の粒度増加、 及び骨材と しての強度が増加される。 そ し て、 このと きの反応物質の表面に酸化被膜を作っ て反応させな く した り 、 焼却残渣とアルカ リ のガス発生反応を促進 して完了 させ た りする。
そ して、 上記のよ う に水分調整 してか ら蒸気処理 した焼却残渣 の固化方法によれば、 焼却残渣をセ メ ン ト 等の固化剤と混練 して 成形 し て所定時間養生 して得 ら れ る 固化体は一軸圧縮強度が 1 3 0 k g / c m 2 とな り、 特別な薬品を用いる こ とな しに、 土木 材料等の リ サイ クル材と して十分な強度の H化体か得られる。
ま た、 本発明に係る焼却残渣の固化方法の第 3 態様では、 焼却 残渣を処理温度 2 5 0 〜 9 0 0 に加熱処理 して焼却残渣中の有 機不純物を分解 してから、 こ の焼却残渣を ^水率 5 〜 3 δ w t °o になる よ う に水分調整 し、 ついで処理温度 4 0 〜 1 0 0 、 湿度 5 0 〜 1 0 0 % に コ ン ト ロ ール した蒸気雰囲気で攪拌 しなが ら 1 5 分〜 4 時間蒸気処理 し、 その後、 セ メ ン ト 等の固化剤と混練 して成形固化するよ う に している。
こ の第 3 態様においては、 燃焼残渣を 2 5 0 〜 9 0 0 てで加熱 処理する こ と によ り 、 焼却残渣中の有機不純物が分解等によ り 除 去される。 その後この焼却残渣を蒸気処理する こ と に よ り 、 焼却 残渣中の活性シ リ カの水和反応 （ポゾラ ン反応） が促進され、 焼 却残渣自体の粒度及び骨材 と しての強度が増加 さ れる。 そ して、 このときの反応物質の表面に酸化被膜を作っ て反応させな く した り 、 焼却残渣とアルカ リ のガス発生反応を促進 して完了させた り する。
そ して、 上記のよ う に加熱処理を してか ら水分調整 し、 ついで 蒸気処理を施 した焼却残渣の固化方法によれば、 有機不純物を含 有する焼却残渣であって も、 土木材料等の リ サイ ク ル材と して高 強度の固化体を得る こ とができる。
なお、 上記の本発明に係る焼却残渣用固化剤の第 1 態様及び第 2 態様を本発明による焼却残渣の固化方法に使用でき る こ と は言 う までも無い。 図面の簡単な説明
本発明は、 以下の詳細な説明及び本発明の実施例を示す添付図 面によ り 、 よ り 良 く 理解される もの とな ろ う 。 なお、 添付図面に 示す実施例は、 発明を特定する こ とを意図する ものではな く 、 単 に説明及び理解を容易とする ものである。
図中、
図 1 は、 p H と重金属 （： C d , P b ) の溶解度の関係を示す線 図である。
図 2 は、 本発明に係るの焼却残渣の固化方法の第 2 実施例を示 す説明図である。
図 3 は、 本発明に係るの焼却残渣の固化方法の第 3 実施例を示 す説明図である。
図 4 は、 蒸気処理時の焼却灰の初期含水率に対する一軸圧縮強 度を示す線図である。 図 5 は、 蒸気処理温度に対する焼却灰の一軸圧縮強度を示す線 図である。
図 6 は、 蒸気処理湿度に対する焼却灰の一軸圧縮強度を示す線 図である。
図 7 は、 蒸気処理時間に対する焼却灰の一軸圧縮強度を示す線 図である。
図 8 は、 加熱処理温度に対する焼却灰の一軸圧縮強度を示す線 図である。
図 9 は、 加熱処理時間に対する焼却灰の一軸圧縮強度を示す線 図である。 発明を実施するための好適な態様
以下に本発明に係る固化剤及び固化方法の実施の形態をい く つ かの実験例及び実施例に基づいて説明する。
(実験例 1 )
焼却灰 9 0 w t % .
固化剤 1 0 w t ¾ 組成 ： ポル ト ラ ン ドセメ ン ト 2 8 w t °o 高炉スラ グ 7 2 w t % 上記配合に、 適当な量の水を加えて混練し、 1 0 0 k g / c m 2 の圧力をかけてプレス成形 したと こ ろ
2 8 日養生 （常温、 常圧下の普通養生 ） で
一軸圧縮強度 5 4 k g / c m 2
鉛の溶出量 0 . 0 0 8 p p m (環境庁告示第 1 3号に 基づく 溶出試験 ） を得た。 (実験例 2 )
焼却灰 9 2 w t %
固化剤 8 w t % 組成 ： ポル ト ラ ン ドセメ ン ト 3 0 w t %
高炉スラ グ 7 0 w t % 上記配合に、 適当な量の水を加えて混練 し、 1 0 0 k g / c m 2 の圧力をかけてプレス成形 したと こ ろ
2 8 日養生 （常温、 常圧下の普通養生） で
一軸圧縮強度 4 8 k g / c m 2
鉛の溶出量 0 . 0 1 1 p p m (：環境庁告示第 1 3 号に 基づ く 溶出試験） を得た。
(実験例 3 )
焼却灰 7 0 w t %
固化剤 3 0 w t αό 組成 ： ポル ト ラ ン ドセ メ ン ト 1 w t %
高炉スラ グ 9 9 w t ¾ 上記配合に、 適当な量の水を加えて混練 し、 1 0 0 k g / c m 2 の圧力をかけてプレス成形 したと こ ろ
2 8 日養生 （常温、 常圧下の普通養生リ で
一軸圧縮強度 8 5 k g Z c m 2
鉛の溶出量 0 . 0 0 2 p p m (環境庁告示第 1 3 号に 基づ く 溶出試験） を得た。
(実験例 4 )
焼却灰 8 0 w t %
固化剤 2 0 w t 0'ό 組成 ： 高炉セメ ン ト （ B種） 5 0 w t % 高炉スラグ 5 0 w t % 上記配合に、 適当な量の水を加えて混練し、 1 0 0 k g / c m 2 の圧力をかけてプレス成形 したと こ ろ
2 8 日養生 （常温、 常圧下の普通養生.） で
一軸圧縮強度 1 1 7 k g / c m 2
鉛の溶出量 0 . 0 0 9 p p m (環境庁告示第 1 3 号に 基づく 溶出試験） を得た。
( 実験例 5 )
焼却灰 6 5 w t %
固化剤 3 5 w t <% 組成 ： シ リ カセメ ン ト （： C種） 4 0 w t % シ リ カ ヒ ューム 6 0 w t % 上記配合に、 適当な量の水を加えて混練 し、 1 0 0 k g / c m 2 の圧力をかけてプレス成形 したと こ ろ
2 8 日養生 （常温、 常圧下の普通養生 ） で
一軸圧縮強度 1 3 2 k g / c m :
鉛の溶出量 0 . 0 0 9 p p m (環境庁告示第 1 3 号に 基づく 溶出試験 .） を得た。
(実験例 6 )
焼却灰 6 0 w t %
媒塵 2 0 w t %
固化剤 2 0 w t % 組成 ： ポル ト ラ ン ドセメ ン ト 0 . 3 w t % 高炉スラ グ 9 9 . 7 w t % 上記配合に、 適当な量の水を加えて混練 し、 1 0 0 k g / c m 2 の圧力をかけてプレス成形 したと こ ろ
2 8 日養生 （常温、 常圧下の普通養生） で
一軸圧縮強度 1 2 1 k g / c m 2
鉛の溶出量 0 . 0 0 9 p p m (環境庁告示第 1 3 号に 基づく 溶出試験） を得た。
(実験例 7 )
焼却灰 7 0 w t %
固化剤 3 0 w t 0ό 組成 ： ポル ト ラ ン ドセメ ン ト 1 w t %
高炉スラ グ 9 4 w t % 無水石膏 5 w t % 上記配合に、 適当な量の水を加えて混練 し、 1 0 0 k g / c m 2 の圧力をかけてプレス成形 したと こ ろ
2 8 日養生 （常温、 常圧下の普通養生 .） で
一軸圧縮強度 1 2 0 k g / c
鉛の溶出量 0 . 0 0 2 p p m (環境庁告示第 1 3号に 基づく 溶出試験） を得た。 上記各実験例の 中で、 焼却灰 に対す る 固化剤の配合比率を 1 0 w t %よ り少ない 8 w t 0 に し、 固化剤中のポル ト ラ ン ドセ メ ン トの配合比率を 3 0 w t %に した実験例 2 では、 固化体の強 度は 5 0 k g / c m 2 に達せず強度的に問題があつた。 また、 鉛の 溶出防止性において も若干基準を越えて しま った。
しか し、 固化剤の配合比率を 1 0 w t %以上に し （：即ち、 固化 剤と焼却残渣との配合比率を、 焼却残渣 3 0 〜 9 0 w t %、 固化剤 1 0 〜 7 0 w t %に した、 本発明によ る焼却残渣の固化方法の第 1 実施例において ） 、 かつ固化剤中のポル ト ラ ン ドセ メ ン ト分の 配合比率を 2 9 w t %以下に したその他の実験例では、 固化体の 機械的強度はそれぞれ 5 0 k g / c m - を越えるよ う に、 所期の強 度を得る こ とができた。 さ らに、 鉛 （重金属 ） の溶出量がそれぞ れ環境基準値以下であ り 、 重金属の溶出防止性が確認できた。 ま た、 固化剤の配合比率を 1 0 w t °0以上に し、 且つ固化剤中 のポル ト ラ ン ドセメ ン ト分を 0 . 1 〜 2 9 w t %に した場合にお いて は、 潜在水硬性あ る いはポ ゾラ ン活性を示す混和材に少量
(数パーセ ン ト程度） の石膏や減水剤等の混和材を加えて も、 上 記実験例 7 で示すよ う に、 所期の強度と重金属の溶出防止性が得 られた。
なお、 石膏や減水剤等のセメ ン ト用混和材は作業性向上や固化 体の品質向上のため、 少量添加される こ とが多い。 本発明によ る 固化剤において も、 本発明の配合範囲内であれば、 これ らのセメ ン ト用混和材を加えて も所期の固化剤の性能が得られる。
ちなみに、 石膏は、 セメ ン ト が水和反応する際にエ ト リ ンガイ トを生成して、 強度を向上させる場合ある。 ま た、 同時に石膏は セメ ン トの水和反応を遅延させる作用 もある。
また、 上記実験例の全てについて、 土壌環境基準で規制されて いる有害物質のう ち、 P b以外のものは全て基準値以下であった。 ま た、 上記実験例の全てにおいて、 混練時に焼却灰と固化剤の 合計重量に対 して 2 0 w t %の水を加えた。 水の添加量について は 成 形 方 法 に よ っ て 最 適 量 が 変 化 す る か 、 実 験 的 に は 1 0〜 5 0 w t %が望ま しい。
次に、 本発明によ る焼却残渣の固化方法の他の実施例を以下に 説明する。
図 2 は本発明によ る焼却残渣の固化方法の第 2 実施例を示 して いる。 こ れによれば、 未処理のま ま セ メ ン ト にて固化 し た場合、 5 k g / c m 2 の一軸圧縮強度 （ 2 8 日養生） しかない焼却灰 （原 灰 ） を用い、 これをホ ッパ 1 に投入 してグ リ ズ リ フ ィ ーダ 2 にか けてから 1 次磁選機 3 にて空き缶などの大きな金属を除去する。 次に、 2 次磁選機 4 にて小さ な金属を除去 してか ら アル ミ セパ レータ等の非鉄セパ レ一 夕 5 にて非鉄金属を除去 し、 4 m m篩い 6 を通 して粒度を調整する。 ついで、 こ の粒度が調整された焼却 灰が冷えてから、 水分調整機 7 にて水を添加 し、 こ れの水分が含 水率 1 0 %になる よ う に調整をする。 そ して、 こ こ で、 水分が灰 にな じむよ う に 2 4 時間静置する。
そ の後、 回転式の蒸気処理機 8 にて 、 温度 1 0 0 て、 湿度 9 8 %の蒸気雰囲気にて 2 時間攪拌する。 ついで、 こ の蒸気加熱 処理さ れた焼却灰を混練機 9 にて、 焼却灰 8 0 w t %、 固化剤 2 0 w t % ( 組成 ： 高炉セ メ ン ト B 種 5 0 w t % , 高炉ス ラ グ 5 0 w t % j の割合に して混練 し、 こ れを成形機 1 0 にかけて、 面圧 1 0 0 k g / c m 2 で圧縮成形 して、 固化体 1 1 を得る。 この 固化体 1 1 について、 2 8 日養生後、 一軸圧縮強度を測定 した と こ ろ、 1 3 0 k g / c m 2であった。
図 3 は本発明による焼却残渣の固化方法の第 3 実施例を示すも のである。 これは、 有機不純物を含んでいる ために、 上記第 2 実 施例によ る処理、 すなわち、 蒸気処理 してか らセメ ン ト にて固化 しても、 5 k g / c m2 以下の一軸圧縮強度 （ 2 8 日養生） しかな い焼却灰を、 以下のよ う に前処理 してか ら 固化剤にて固化 した なお、 この第 3実施例の説明において、 図 2 に示す第 2実施例 と 同一の部分は同一の符号を付 してその説明を省略する。
上記焼却灰をホ ッパ 1 に投入 して グ リ ズ リ フ ィ 一ダ 2 にかけて から 1 次磁選機 3 にて大きな金属を除去 し、 その後回耘式の加熱 処理機 1 2 にて焼却灰を 4 0 0 で 2時間加熱する。
その後、 2次磁選機 4 にて小さ な金属を除去 してか ら非鉄セパ レー夕 5 にて非鉄金属を除去 し、 4 m m篩い 6 を通 して粒度を調 整する。 ついで、 この粒度が調整された焼却灰が冷えてから、 水 分調整機 7 にて水を添加 し、 焼却灰の水分が含水率 1 0 %になる よ う に調整する。
そ の後、 回転式の蒸気処理機 8 に て 、 温度 1 0 0 て、 湿度 9 8 %の蒸気雰囲気にて 2 時間攪拌する。 ついで、 こ の蒸気加熱 処理された焼却灰を混練機 9 にて、 焼却灰 8 0 w t ¾、 固化剤 2 0 w ΐ % ( 組成 ： 高炉セ メ ン ト Β種 5 0 w t % , 高炉 ス ラ グ 5 0 t % j の割合に して混練 し、 こ れを成形機 1 0 にかけて、 面圧 1 0 0 k g / c m2 で圧縮成形 して、 固化体 1 1 を得る。 この 固化体 1 1 は 2 8 日 養生後、 一軸圧縮強度を測定 し た と こ ろ 、 1 3 6 k g / c m2であった。
上記第 2及び第 3実施例においての、 回転式の蒸気処理機 8 内 での焼却灰の反応メ カニズムは必ず し も明 らかではないが、 以下 の反応が主体である と考え られる。
( 1 ) C a 0 + S i 02+ H2〇→ x C a O - y S i 〇2. H2〇等 の水和反応 （：ポゾラ ン反応） によ り焼却灰の骨材と しての強度を 向上させる。
( 2 ) 2 A 1 + 6 H 20→ 2 A 1 ( O H ) 3+ 3 Η2 Ϊ 等の反応に よ り 活性成分の表面に酸化被膜を作っ て不活性化 し、 ガスの発生 を防止する。
( 3 ) 2 A 1 + 2 N a O H + 2 H20→ 2 N a A 1 02+ 3 H2† 等のガス反応を促進して反応を固化剤との混練前に完了させる。 ま た、 第 3実施例における回転式の加熱処理装置 1 2 での加熱 処理における反応と して、
C X H y 0 z — X C 02+ y / 2 H 20が行われ、 有機不純物 ( C X H y 0 z ) が酸化分解される。
以下に、 焼却灰を加熱処理 し、 水分調整 した後に蒸気処理 した 第 3 の実施例における蒸気処理前の各種条件下における成形後の 固化体の強度を調べた結果を示す。 なお、 以下において、 条件範 囲とは固化体の一軸圧縮強度が 5 0 k g / c m 2 以上得られる範囲 をいい、 実験的に好ま しい範囲と は最 も高い強度が得 られる範囲 をいう。
図 4 は、 蒸気処理時の焼却灰の初期含水率に対する一軸圧縮強 度を示すもので、 焼却灰を 4 0 0 =Cで 2 時間加熱処理 し た後、 水 分調整機 7 にて水分調整 して 、 蒸気処理時の初期含水率が 5 1 0 , 2 0 , 3 5 %の各焼却灰を 1 0 0 て、 2 時間、 湿度 9 8 % の蒸気処理 した後、 それぞれの焼却灰に 2 0 w t ¾のセメ ン ト を 混練 して成形 して得られる固化体の一軸圧縮強度 （ 2 8 日養生） k g / c m 2 を示す。 この図からわかる よ う に、 蒸気処理時の焼却 灰の初期含水率は 5 〜 3 5 %が条件範囲であ り 、 実験的に好ま し い範囲と しては 1 0 〜 2 0 %である。 図 5 は、 蒸気処理温度に対する焼却灰の一軸圧縮強度を示すも ので、 焼却灰を 4 0 0 °Cで 2 時間加熱処理 した後、 1 0 %の含水 率に調整 し、 蒸気温度を 2 0 , 4 0 , 8 5 , 1 0 0 てに してそれ ぞれ 2 時間、 湿度 9 8 %で蒸気処理 した場合の固化体の一軸圧縮 強度を示す。 こ の図からわかる よ う に、 蒸気処理時における蒸気 の 温度 の条件範囲 は 4 0 以 上、 実験 的 に 好 ま し い 範囲 は 6 0〜 1 0 0 である。
図 6 は、 蒸気処理湿度に対する焼却灰の一軸圧縮強度を示すも ので、 焼却灰を 4 0 0 ;Cで 2 時間加熱処理 した後、 含水率 1 0 ¾ に調整 し、 その後、 温度が 8 5 °Cで、 湿度が 3 0 , 5 0 , 8 0 , 9 8 %の蒸気でそれぞれ 2 時間処理 した場合の固化体の一軸圧縮 強度を示す。 この図からわかる よ う に、 蒸気雰囲気の湿度の条件 範囲は 5 0 ¾以上であ り 、 実験的に好ま しい範囲は 8 5 〜 1 0 0 %である。
図 7は、 蒸気処理時間に対する焼却灰の一軸圧縮強度を示すも ので、 焼却灰を 4 0 0 てで 2 時間加熱処理 し、 この加熱処理後の 焼却灰の含水率を 1 0 Q0に調整 し、 その後、 温度 1 0 0 て、 湿度 9 8 %の蒸気で、 1 5分、 2 時間、 4 時間でそれぞれ処理 した場 合の各固化体の一軸圧縮強度を示す。 こ の図か らわかる よ う に、 蒸気の処理間の条件範囲は 1 5分以上であ り 、 実験的に好ま しい 範囲は 2〜 4時間である。
図 8は、 上記加熱処理温度に対する焼却灰の一軸圧縮強度を示 す も ので、 未処理及 び加 熱温度が 1 0 0 , 2 0 0 , 2 5 0 , 3 0 0 , 4 0 0 , 6 0 0 , 8 0 0 , 9 0 0 。Cでそれぞれ 2 時間処 理 し、 その後それぞれの焼却灰を初期含水率 1 0 % , 1 0 0 =C、 2 時間、 湿度 9 8 %で蒸気処理 した場合の固化体の一軸圧縮強度 を示す。 こ の図から条件範囲は 2 5 0 SC以上、 実験的に好ま しい 範囲は 2 5 0 〜 9 0 0 てである こ とがわかった。
図 9 は、 加熱処理時間に対する焼却灰の一軸圧縮強度を示すも ので、 焼却灰を 4 0 0 5Cで、 3 0 分、 2 時間、 4 時間でそれぞれ 加熱処理 し、 それぞれの焼却灰を初期含水率 1 0 % 、 1 0 0 、 2 時間、 湿度 9 8 %で蒸気処理 した場合の固化体の一軸圧縮強度 を示す。 こ の図か ら わか る よ う に、 加熱処理時間の条件範囲は 1 5 分以上、 実験的に好ま しい範囲は 2 〜 4 時間である。
なお、 本発明は例示的な実施例について説明 したか、 開示 した 実施例に 関 して 、 本発明 の要 旨及び範囲を逸脱す る こ と な く 、 種々 の変更、 省略、 追加が可能である こ と は、 当業者において 自 明である。 従って、 本発明は、 上記の実施例に限定さ れる もので はな く 、 請求の範囲に記載された要素によ っ て規定される範囲及 びその均等範囲を包含する ものと して理解されなければな らない。

Claims

請求の範囲
1 . セ メ ン ト ： 0 . 1 2 9 w t % と、 潜在水硬性あるいはポゾ ラ ン活性を示す混和材 7 1 〜 9 9 . 9 w t %を配合 して成る焼 却残渣用固化剤。
2 . 潜在水硬性あるいはポ ゾラ ン活性を示す混和材を含む混合セ メ ン 卜 ： 0 . 1 〜 9 7 w t %と、 潜在水硬性あるいはポ ゾラ ン活 性を示す混和材 ： 3 〜 9 9 . 9 w t ¾を配合 してな る焼却残渣用 固化剤。
3 . セメ ン ト ： 0 . 1 〜 2 9 w t % と 、 潜在水硬性ある いはポゾ ラ ン活性を示す混和材 ： 7 1 〜 9 9 . 9 w t αοを配合 して成る焼 却残渣用固化剤 ： 1 0 〜 7 0 w t %と、
焼却残渣 ： 3 0 〜 9 0 w t %とを配合 し、
必要量の水を加えて成形する、 焼却残渣の 1化方法。
4 . 潜在水硬性あるいはポ ゾラ ン活性を示す混和材を含む混合セ メ ン ト ： 0 . 1 〜 9 7 w t ¾ と、 潜在水硬性あるいはポゾラ ン活 性を示す混和材 ： 3 〜 9 9 . 9 w t <½を配合 してな る焼却残渣用 固化剤 ： 1 0 〜 7 0 w t <%と、
焼却残渣 ： 3 0 〜 9 0 w t %とを配合し、
必要量の水を加えて成形する、 焼却残渣の固化方法。
5 . 焼却残渣を含水率 5 〜 3 5 w t %にな る よ う に水分調整 して か ら、 処理温度 4 0 て以上で、 1 5 分以上蒸気処理 し、 そ の後 焼却残渣用固化剤と混練 して成形固化する よ う に した、 焼却残渣 の固化方法。
6 . 焼却残渣を含水率 5 〜 5 0 w ΐ %にな る よ う に水分調整 して から、 処理温度 4 0 て以上で、 湿度 5 0 〜 1 0 0 %に コ ン ト 口 一 ルした蒸気雰囲気で攪拌 しながら i 5 分以上蒸気処理 し、 その後、 焼却残渣用固化剤と混練 して成形固化する よ う に した、 焼却残渣 の固化方法。
7 . 焼却残渣の含水率が 1 0 〜 2 0 ¾であ る こ と を特徵 とする 、 請求項 6 に記載の焼却残渣の固化方法。
8 . 処理温度が 6 0 〜 1 0 0 てである こ とを特徴とする、 請求項 5 に記載の焼却残渣の固化方法。
9 . 処理温度が 6 0 〜 1 0 0 :Cである こ と を特徴とする、 請求項 6 に記載の焼却残渣の固化方法。
1 0 . 処理温度が 6 0 〜 1 0 0 °Cである こ とを特徴とする、 請求 項 7 に記載の焼却残渣の固化方法。
1 1 . 蒸気処理時間が 2 〜 4 時間である こ とを特徴とする、 請求 項 5乃至 1 0 のいずれかに記載の焼却残渣の固化方法。
1 2 . 焼却残渣を処理温度 2 5 0 °C以上で 1 5 分以上加熱処理 し 2フ
て焼却残渣中の有機不純物を分解 してから、 焼却残渣の蒸気処理 を行う よ う に した、 請求項 5 乃至 1 0 のいずれかに記載の焼却残 渣の固化方法。
1 3 . 焼却残渣を処理温度 2 5 0 °C以上で 1 5 分以上加熱処理 し て焼却残渣中の有機不純物を分解 してから、 焼却残渣の蒸気処理 を行う よ う に した、 請求項 1 1 に記載の焼却残渣の固化方法。
' 1 4 . 加熱処理温度が 2 5 0 〜 9 0 0 てである 、 請求項 1 2 に記 載の焼却残渣の固化方法。
1 δ . 加熱処理温度が 2 5 0 〜 9 0 0 ;Cである、 請求項 1 3 に記 載の焼却残渣の固化方法。 1 6 . 焼却残渣を含水率 5 〜 3 5 w t ¾にな る よ う に水分調整 し てから、 処理温度 4 0 〜 1 0 0 て、 湿度 5 0 〜 1 0 0 %に コ ン ト ロール した蒸気雰囲気で攪拌 しながら 1 5 分〜 4 時間蒸気処理 し その後、 焼却残渣用固化剤 と 混練 して成形固化す る よ う に した 焼却残渣の固化方法。
1 7 . 焼却残渣を処理温度 2 5 0 〜 9 0 0 に加熱処理 して焼却 残渣中 の有機不純物を分解 して か ら 、 こ の焼却残渣を含水率 5 〜 3 5 w t % に な る よ う に 水分調整 し 、 つ い で処理 温度 4 0 〜 1 0 0 °C、 湿度 5 0 〜 1 0 0 % に コ ン 卜 ロ ール し た蒸気雰 囲気で攪拌 しながら 1 5 分〜 4 時間蒸気処理 し、 その後、 焼却残 渣用固化剤と混練して成形固化する よ う に し 焼却残渣の固化 方法。
1 8 . 前記焼却残渣用固化剤がセ メ ン ト である、 請求項 1 6 ま た は 1 7 に記載の焼却残渣の固化方法。
1 9 . 前記焼却残渣用固化剤が、 セ メ ン ト ： 0 . 1 〜 2 9 w t <% と、 潜在水硬性あるいはポゾラ ン活性を示す混和材 ： 7 1 〜 9 9 9 w t %を配合 して成る ものである、 請求項 1 6 ま たは 1 7 に記 載の焼却残渣の固化方法。
2 0 . 前記焼却残渣用固化剤が潜在水硬性ある いはポ ゾラ ン活性 を示す混和材を含む混合セ メ ン ト 0 . 1 〜 9 7 w t % と、 潜在 水硬性あるいはポゾラ ン活性を示す混和材 ： 3 〜 9 9 . 9 w t % を配合 してなる ものである、 請求項 1 6 ま たは 1 7 に記載の焼却 残渣の固化方法。
2 1 . 湿度が 8 0 〜 1 0 0 %である こ とを特徴とする 、 請求項 5 または 6 に記載の焼却残渣の固化方法。
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