(57)【要約】【課題】  製紙スラッジ焼却灰を原料として製造した人工保水材であって、六価クロムの溶出量が少なく、かつｐＨが中性域である人工保水材およびその製造方法の提供。【解決手段】  製紙スラッジ焼却灰を主体とした造粒物を、圧力０．１ＭＰａ以上、二酸化炭素濃度６０ｖｏｌ％以上および処理時間１５分以上で炭酸化処理してなる人工保水材を提供する。また、製紙スラッジ焼却灰を主体とした原料を造粒した後、当該造粒物を圧力０．１ＭＰａ以上、二酸化炭素濃度６０ｖｏｌ％以上および処理時間１５分以上で炭酸化処理する人工保水材の製造方法を提供する。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
製紙スラッジ焼却灰を主体とした造粒物を、圧力０．１ＭＰａ以上、二酸化炭素濃度６０ｖｏｌ％以上および処理時間１５分以上で炭酸化処理してなることを特徴とする人工保水材。
【請求項２】
製紙スラッジ焼却灰を主体とした原料を造粒した後、当該造粒物を圧力０．１ＭＰａ以上、二酸化炭素濃度６０ｖｏｌ％以上および処理時間１５分以上で炭酸化処理することを特徴とする人工保水材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、六価クロムの溶出が少なく、かつｐＨが中性域にある人工保水材とその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、人工保水材は、原料を調合・造粒した後、養生固化するか、またはロータリーキルン等の焼成窯で焼成して製造されている。人工保水材の原料として、近年、廃棄物の有効利用を図る観点から、製紙スラッジ焼却灰等の廃棄物焼却灰が利用されている。しかし、廃棄物焼却灰はクロムを含有しており、これを原料として人工保水材を焼成して製造した場合、原料中のクロムは酸化されて六価クロムになるため、かかる人工保水材からは土壌環境基準値を超える量の六価クロムが溶出する虞がある。
また、製紙スラッジ焼却灰はカルシウムも含有しており、人工保水材を焼成または養生固化して製造すると、遊離石灰や水酸化カルシウム等の強アルカリ性成分が人工保水材中に生成し、土壌や河川等の土質や水質を悪化させて、植物の生育を阻害する虞がある。
【０００３】
ところで、セメント等の焼成物中の六価クロムの低減方法として、可燃性物質を焼成窯に投入して窯内の原料を低酸素雰囲気にし、クロムの酸化を抑制するかまたは生成した六価クロムを還元する方法が知られている。例えば、セメントの製造において、ロータリーキルンを用いて原料を約１４５０℃に焼成してクリンカーを製造する際に、キルンバーナーの手前等のキルン内で最高温度になる位置からクリンカーの出口側の範囲に、可燃性物質を投入して低酸素雰囲気にしクロムの酸化を抑制するとともに、原料中の六価クロムを三価クロムに還元する方法が開示されている（特許文献１）。
また、焼成物のｐＨの低減方法として、焼成温度をより高温にする方法がある。しかし、高温では焼結反応が進行しやすいため、焼成物の保水性が低下して社団法人インターロッキングブロック舗装技術協会の保水性ブロックの保水性の規格値０．１５ｇ/ｃｍ3以上を満足しない虞がある。
一方、造粒固化による製造では、固化物から六価クロムが溶出する虞はないが、固化物のｐＨは高くなる。もっとも、固化物のｐＨを下げる方法として固化物を長期間養生する方法もあるが、工業生産性の観点から好ましくない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−１００２４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、焼成による製造において可燃性物質の投入・混合による処理を行ったとしても、高熱により一時的に六価クロムが生成した状態に留まり、必ずしもその後安定的に還元反応が進行して六価クロムを低減できるとは限らない。従って、より確実に六価クロムを低減する方法が求められている。また、たとえ六価クロムの溶出が抑制されたとしても、ｐＨは依然として高いままであるので、このｐＨを低減する方法も求められている。
【０００６】
本発明は、製紙スラッジ焼却灰を原料として製造した人工保水材であって、六価クロムの溶出量が少なく、かつｐＨが中性域である人工保水材およびその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者は上記課題を解決すべく鋭意検討した結果、特定の炭酸化処理条件により製造した人工保水材は、六価クロムの溶出量が少なく、かつｐＨが中性域であること見出し、本発明を完成した。
すなわち、本発明は、製紙スラッジ焼却灰を主体とした造粒物を、圧力０．１ＭＰａ以上、二酸化炭素濃度６０ｖｏｌ％以上および処理時間１５分以上で炭酸化処理してなることを特徴とする人工保水材およびその製造方法である。
【発明の効果】
【０００８】
本発明に係る人工保水材は、人工保水材からの六価クロムの溶出量が土壌環境基準値（０.０５mg/Ｌ）以下であり、環境汚染を生じる虞が少ない。また、人工保水材のｐＨは、特定事業場からの下水の排除の制限に係る水質の基準を定める条例の基準値（ｐＨ８．７）未満であり、環境汚染を生じる虞が少なく、植物の育成を阻害する虞も少ないので緑化用保水材としても利用できる。さらに、廃棄物である製紙スラッジ焼却灰を主体とする原料を用いるため製造された人工保水材は安価であり、廃棄物の減容化とその有効利用を同時に促進することができる。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下に本発明を試験例と共に具体的に説明する。
本発明で用いる原料は製紙スラッジ焼却灰（ペーパースラッジ焼却灰または製紙汚泥灰とも言う。）を主原料とし、得られる人工保水材の強度および保水量を損なわない範囲で天然鉱石、産業廃棄物、一般廃棄物、および建設発生土から選ばれる一種または二種以上の原料を混合してもよい。また、製紙スラッジ焼却灰に混合される産業廃棄物としては、例えば、生コンクリートスラッジ、下水汚泥、浄水汚泥、建設汚泥および製鉄汚泥等の汚泥、建設廃材、コンクリート廃材、ボーリング廃土、石炭灰および焼却飛灰等の焼却灰、鋳物砂、ロックウール、廃ガラス、高炉２次灰等が挙げられる。また、製紙スラッジ焼却灰に混合される一般廃棄物としては、例えば、下水汚泥乾粉、都市ごみ焼却灰、貝殻等が挙げられる。製紙スラッジ焼却灰に混合される建設発生土としては、建設現場や工事現場等から発生する土壌や残土、さらには廃土壌等が挙げられる。人工保水材の強度は少なくとも人によって踏み潰されることのない圧潰荷重で１００Ｎ以上を有し、保水性は社団法人インターロッキングブロック舗装技術協会の保水性ブロック規格値０．１５ｇ/ｃｍ3以上であることが好ましいため、製紙スラッジ焼却灰以外の原料の添加量は、全原料の２０質量％以下が適当である。
【００１０】
原料の粒径は、メジアン径で４００μｍ以下が好ましく、２５０μｍ以下がより好ましい。原料の粒径が４００μｍより大きいと造粒が困難になるか、またはたとえ造粒できたとしても造粒物や製品（硬化体）の圧潰荷重が１００Ｎ以下となり、人の体重程度で容易に踏み潰されるため好ましくない。
【００１１】
上記粒径の原料を得る手段として、使用する原料を受入時に選別したり、篩い分け等の分級を行ってもよい。また、粒径の異なる複数の原料を混合してもよい。さらに、必要に応じてボールミル等で粉砕を行ってもよく、粉砕は原料を混合する前でも後でもよく、使用するいずれかの原料のみの粉砕だけでもよい。
【００１２】
原料は、遊離石灰（ＣａＯ）および／または水酸化カルシウムを合計で１質量％以上含むことが好ましく、２質量％以上含むことがより好ましい。原料中の遊離石灰または水酸化カルシウムの含有量が合計で１質量％未満では、炭酸化処理した際の炭酸化反応量が減少して、得られた硬化体の強度が不十分になることがある。
【００１３】
上記遊離石灰および／または水酸化カルシウムを含む原料を得る手段として、使用する原料を受入時に選別したり、または遊離石灰若しくは水酸化カルシウムを混合してもよい。
【００１４】
上記粉末原料に、水または必要に応じてバインダーを添加して造粒する。一般に水の添加量（重量）は、原料に対して外割で３０％〜５０％が好ましい。添加量が３０％未満では、保水性が低下する他、中性化が不十分となり好ましくなく、添加量が５０％を超えると、ペースト状になり造粒がし難くなる上に、造粒物および製品の強度が十分に得られず好ましくない。造粒には、パンペレタイザー、押出成型機、ミキサ等を用いることができる。
【００１５】
本発明における炭酸化処理とは、珪酸カルシウムおよびアルカリ性を呈する水酸化カルシウム等を含む造粒物を二酸化炭素に接触・反応させて（以下、「炭酸化」ともいう）、炭酸カルシウムを生成させ、造粒物を硬化および中性化させる処理をいう。このような炭酸化処理としては、例えば、気体または超臨界状態の二酸化炭素を利用する方法が挙げられる。
【００１６】
炭酸化処理の温度は、特に限定されないが、２０〜５０℃が好ましい。処理温度が２０℃未満では、炭酸化の反応量が減少するためｐＨが８．７未満になり難く、かつ硬化体の強度が低下する傾向があり、また処理温度が５０℃を超えても、二酸化炭素の水への溶解量が減少して炭酸化の反応量が減少するためｐＨが８．７未満になり難い。
【００１７】
炭酸化処理の圧力は、０．１ＭＰａ以上であることが好ましく、０．２ＭＰａ以上がより好ましい。炭酸化処理の圧力が０．１ＭＰａ未満では、炭酸化の反応量が減少するためｐＨが８．７未満になり難く、かつ硬化体の強度が低下する傾向がある。
【００１８】
炭酸化処理の二酸化炭素の濃度は、６０ｖｏｌ％以上が好ましく、７０ｖｏｌ％以上がより好ましい。炭酸化処理の二酸化炭素の濃度が６０ｖｏｌ％未満では、炭酸化の反応量が減少するためｐＨが８．７未満になり難く、かつ硬化体の強度が低下する傾向がある。
【００１９】
炭酸化処理時間は、１５分以上であることが好ましく、３０分以上がより好ましい。炭酸化処理時間が１５分未満では、炭酸化の反応量が減少するためｐＨが８．７未満になり難く、かつ硬化体の強度が低下する傾向がある。
【００２０】
製造された人工保水材は、そのまま使用しても良いし、保水性ブロックの材料としてもよい。また、必要に応じて粉砕し、粒度調整して用いてもよい。
【実施例】
【００２１】
以下に試験例を示すが、本発明はこれに限定されるものではない。
１．人工保水材の製造
原料は、製紙スラッジ焼却灰（メジアン径１５０μｍ，遊離石灰量４．０質量％）を単独で用いた。
次に、上記原料に対し水を外割で４０％(重量)添加した後、パンペレタイザーにより造粒し、ペレット径が５ｍｍ〜１５ｍｍの造粒物を得た。
更に、得られた造粒物を温度５０℃で表１に示す圧力、二酸化炭素濃度および処理時間にて炭酸化処理して人工保水材を得た。
【００２２】
２．六価クロム溶出量、ｐＨおよび圧潰荷重の測定
上記人工保水材の六価クロム溶出量は、環境庁告示４６号に規定する方法に基づいて溶出操作し、ジフェニルカルバジド吸光光度法によって六価クロムの濃度を測定した。
また、上記人工保水材のｐＨは、フェノールフタレイン溶液による呈色反応の有無により、ｐＨ８．７未満か否かについて判定した。
また、上記人工焼成保水材の圧潰荷重は、土木学会規準「高強度フライアッシュ人工骨材の圧かい荷重試験方法（案）」に基づいて測定した。
上記人工保水材の六価クロム溶出量、フェノールフタレイン溶液による呈色反応の有無、および圧潰荷重の測定結果を表１に示した。
【００２３】
【表１】
2010221156.tif 000002
【００２４】
１．六価クロム溶出量について
表１から明らかなように、実施例、比較例の全てにおいて、六価クロム溶出量は０．０２ｍｇ/Ｌ未満であった。従って、炭酸化処理を施した人工保水材は、六価クロムが溶出する虞はない。
【００２５】
２．炭酸化処理の圧力について
表１に示す通り、炭酸化処理の圧力が０．１ＭＰａである実施例１は呈色せず、圧潰荷重は１２０Ｎと高い。これに対し、炭酸化処理の圧力が０．０７ＭＰａである比較例１は呈色し、圧潰荷重は８６Ｎと低く、人が踏み潰せる程度の強度に過ぎなかった。。
従って、ｐＨおよび圧潰荷重の観点から、炭酸化処理の圧力は０．1ＭＰａ以上が好ましい。
【００２６】
３．炭酸化処理の二酸化炭素濃度について
表１に示す通り、炭酸化処理の二酸化炭素濃度が６０ｖｏｌ％である実施例２は呈色せず、圧潰荷重は１３５Ｎと高い。これに対し、炭酸化処理の二酸化炭素濃度が５０ｖｏｌ％である比較例２は呈色し、圧潰荷重は１１０Ｎと実施例２と比べて低かった。
従って、ｐＨの観点から、二酸化炭素濃度は６０ｖｏｌ％以上が好ましい。
【００２７】
４．炭酸化処理の時間について
表１に示す通り、炭酸化処理の時間が１５分である実施例３は呈色し、圧潰荷重は１１８Ｎと高かった。これに対し、炭酸化処理の時間が１３分である比較例３は呈色し、圧潰荷重は８９Ｎと低く、人が踏み潰せる程度の強度に過ぎなかった。
従って、ｐＨおよび圧潰荷重の観点から、炭酸化の処理時間は１５分以上が好ましい。