(57)【要約】【課題】一般廃棄物などの焼却残渣を原料として有効利用し、土工材料としての物理的適性を備えるとともに、有害物質の溶出が抑制され且つ放射性物質を含む場合に放射線量が低減化される土工材料を安価に製造する。【解決手段】未燃物を含む焼却残渣を水に浸漬した上で水切り及び風乾し、この焼却残渣に結合材と粒径が０．１ｍｍ超〜９．５ｍｍ以下の粒状鉄鋼スラグを添加して混合、造粒した後、固化させる。土工材料としての物理的適性を備え、有害物質の溶出が抑制され且つ放射線量が低減化される土工材料を安価に製造できる。このため、焼却残渣を安全性を確保しつつ経済的に土工材料として有効利用することが可能となる。【選択図】図１
2014172001.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
未燃物を含む焼却残渣を水に浸漬した上で水切り及び風乾し、該焼却残渣に結合材と粒径が０．１ｍｍ超〜９．５ｍｍ以下の粒状鉄鋼スラグを添加して混合、造粒した後、固化させることを特徴とする土工材料の製造方法。
【請求項２】
未燃物を含む強熱減量が８質量％超の焼却残渣を１５分以上水に浸漬した上で水切り及び風乾することを特徴とする請求項１に記載の土工材料の製造方法。
【請求項３】
水切り及び風乾した後の焼却残渣は、その固体分１００質量部に対して３０〜４５質量部の水を含み、この含水量の焼却残渣に対して、その固体分１００質量部に対する割合で粒状鉄鋼スラグを５〜３０質量部、結合材を５〜２０質量部添加することを特徴とする請求項１又は２に記載の土工材料の製造方法。
【請求項４】
粒状鉄鋼スラグは、粒径２．３６ｍｍ以下の粒子の割合が５０質量％以上であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の土工材料の製造方法。
【請求項５】
粒状鉄鋼スラグは、高炉水砕スラグ、製鋼スラグの中から選ばれる１種以上であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の土工材料の製造方法。
【請求項６】
焼却残渣が、一般廃棄物及び／又は災害廃棄物のうちの可燃系混合物の焼却残渣であることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の土工材料の製造方法。
【請求項７】
結合材が高炉セメントであることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の土工材料の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般廃棄物や災害廃棄物などの焼却残渣を原料として有効利用し、土工材料としての物理的適性を備えるとともに、有害物質の溶出が抑制され且つ放射性物質を含む場合に放射線量が低減化される土工材料を製造するための製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に可燃性廃棄物の多くは、焼却処理によって減量・排熱回収処理がなされており、焼却後には焼却残渣（主灰）とフィルターなどで捕集される飛灰にまで減量される。これらは一般的に最終処分場に廃棄処分されているが、最終処分場の受け入れ量には限りがあることや、資源として利用できるものまで廃棄されていることなどを考慮すると、それらの有効利用をできる限り進めていくべきであると考えられる。
主灰と飛灰のうち、飛灰は揮発性の重金属等の含有量が高いため、そのままでの有効利用は難しい。これに対して主灰のような焼却残渣であれば、重金属類の溶出の可能性は比較的低く、また災害がれきのような塩分、微量な放射線等の影響も比較的小さいため、ある程度の対策を施すことによって利用できる可能性がある。このような観点から、従来、様々な処理技術の提案がなされている。
【０００３】
最も代表的な方法としては、焼却残渣を再溶融した後に急冷することによって、ガラス状の溶融スラグ粒とする方法が挙げられる。この方法は、砂状の溶融スラグ粒が得られるため、土工材料（土木資材）としての機械的性質が得られるとともに、重金属等の溶出抑制には極めて有効であり、実用化も進んでいる。一方で、処理費用が高いこと、放射線等に対する効果はあまり変わらないこと、などが課題である。また、キレートなどの薬品処理による溶出抑制方法も知られている。この方法は有用性は高いものの、コストがやや高いこと、長期的安定性がよく判っていないこと、などが課題として挙げられる。
【０００４】
また、廃棄物の放射能については、いままでの検討・事例は、原子力発電所などから発生する放射性廃棄物に関するものがほとんどであり、災害がれきの焼却残渣のような、一般に利用するための放射能基準値をわずかに超えるような材料に対しての処理技術の検討例はほとんどない。高濃度の放射性廃棄物の処理技術のなかで、比較的低コストな方法としてセメント固化がある（例えば、特許３１８８５９５号）。これは、固化材（セメント系結合材）と放射性廃棄物などを混合固化し、これをドラム缶などの中に流し込んで固化させる方法である。この方法は現実的に可能な方法ではあるが、ドラム缶に入れて固めて保管するのが最終形態であり、その後の有効利用までは考えられていない。言い換えれば、大きく固めたものをそのまま保管する技術であり、土木資材としての利用の評価は全くなされていない。また、あくまでも密封させることが目的であるため、廃棄物に対して固化材等の使用量が大きく、土木資材のような比較的安価な資材として経済的に応用することは難しい。
一方、特許文献１，２には、焼却灰にセメントを混合して造粒または加圧成形したものを固化させ、これを土工材料として用いる技術が示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−２７８６４７号公報
【特許文献２】特開平７−９６２６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１には、焼却灰と水とセメントを適量ずつ混合して撹拌処理し、造粒することが開示されている。しかし、この方法では、吸水量のばらつきが大きい焼却灰を使用するに当って、どのように適量の水量を決定するのかが不明であり、焼却灰の特性によっては、造粒を行って十分な強度の造粒物を得ることが困難となる。また、特許文献２には、焼却灰に多量の水分を含ませた後、加熱乾燥して、水分含有量が１０〜１５重量％の範囲となるよう調節した上で、さらに粉砕したものをコンクリート成形することが開示されている。しかし、焼却灰の特性によっては、この方法のように水分含含有量を低下させると、水／セメント比を一定にして混練したのでは流動性の制御が困難となる場合があり、また、処理に多数の工程が必要となるという課題もある。
さらに、特許文献１，２に示される焼却灰を用いる造粒方法や成形方法は、焼却灰が有害物質や放射性物質を含む場合を想定しておらず、有害物質の溶出抑制や線量低減が十分にできないという問題がある。
【０００７】
したがって本発明の目的は、一般廃棄物や災害廃棄物などの焼却残渣を原料として有効利用し、広範な特性の焼却残渣からも、土工材料としての物理的適性を備えるとともに、有害物質の溶出が抑制され且つ放射性物質を含む場合に放射線量が低減化される土工材料を安価に製造することができる製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者らは、上記の課題を解決するために、有害物質の溶出抑制と放射線量の低減を可能とし、且つ土工材料として利用可能な特性に改質する方法について検討した結果、焼却残渣を造粒することが有効であることを確認した。しかしながら、焼却残渣の種類によって、造粒が安定してできる場合と、粉っぽくなったり水が浮いたりして造粒が安定してできない場合があることが判った。後者について調査した結果、焼却残渣中に残る未燃物が原因であり、このような焼却残渣を事前に水浸させた上で、水切り・風乾し、未燃物の保水性に応じて一定範囲の水分量を安定的に持たせるようにすることで、土工材料として適用し得る状態に安定して造粒できることを見出した。しかし、これだけでは有害物質の溶出抑制と放射線量低減が十分にできない場合があったため、さらにこれらを抑制する方法について鋭意検討した結果、造粒の際に粒状の鉄鋼スラグを添加することによってその問題を解決できること、すなわち、有害物質の溶出抑制と放射線量低減を実現できることを見出した。さらに、鉄鋼スラグを特定の条件にすることで、より安定して効果が発現することが判った。
【０００９】
本発明は、以上のような知見に基づきなされたもので、以下を要旨とするものである。
［1］未燃物を含む焼却残渣を水に浸漬した上で水切り及び風乾し、該焼却残渣に結合材と粒径が０．１ｍｍ超〜９．５ｍｍ以下の粒状鉄鋼スラグを添加して混合、造粒した後、固化させることを特徴とする土工材料の製造方法。
［2］上記［1］の製造方法において、未燃物を含む強熱減量が８質量％超の焼却残渣を１５分以上水に浸漬した上で水切り及び風乾することを特徴とする土工材料の製造方法。
［3］上記［1］又は［2］の製造方法において、水切り及び風乾した後の焼却残渣は、その固体分１００質量部に対して３０〜４５質量部の水を含み、この含水量の焼却残渣に対して、その固体分１００質量部に対する割合で粒状鉄鋼スラグを５〜３０質量部、結合材を５〜２０質量部添加することを特徴とする土工材料の製造方法。
【００１０】
［4］上記［1］〜［3］のいずれかの製造方法において、粒状鉄鋼スラグは、粒径２．３６ｍｍ以下の粒子の割合が５０質量％以上であることを特徴とする土工材料の製造方法。
［5］上記［1］〜［4］のいずれかの製造方法において、粒状鉄鋼スラグは、高炉水砕スラグ、製鋼スラグの中から選ばれる１種以上であることを特徴とする土工材料の製造方法。
［6］上記［1］〜［5］のいずれかの製造方法において、焼却残渣が、一般廃棄物及び／又は災害廃棄物のうちの可燃系混合物の焼却残渣であることを特徴とする土工材料の製造方法。
［7］上記［1］〜［6］のいずれかの製造方法において、結合材が高炉セメントであることを特徴とする土工材料の製造方法。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、一般廃棄物や災害廃棄物などの焼却残渣を原料として有効利用し、土工材料としての物理的適性（土質的特性など）を備えるとともに、有害物質の溶出が抑制され且つ放射性物質を含む場合に放射線量が低減化される土工材料を安価に製造することができる。このため、焼却残渣を安全性を確保しつつ経済的に土工材料として有効利用することが可能となる。また、天然資材の保全という副次効果も期待できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】焼却残渣に結合材とともに鉄鋼スラグを添加して得られた造粒物と、鉄鋼スラグを添加しないで得られた造粒物について、溶出試験の結果を示すグラフ
【図２】焼却残渣に結合材とともに鉄鋼スラグを添加して得られた造粒物と、鉄鋼スラグを添加しないで得られた造粒物について、空間線量（Ｃｓ放射線量）を測定した結果を示すグラフ
【図３】実施例の本発明例で得られた造粒物の外観写真
【図４】実施例の本発明例で得られた造粒物の試験体であって、乾湿繰返し試験を実施した後の造粒物の試験体の外観写真
【図５】実施例の比較例で得られた造粒物の試験体であって、乾湿繰返し試験を実施した後の造粒物の試験体の外観写真
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明者らは、焼却残渣を経済的に土工材料化する方法について様々の検討を行った。焼却残渣は、その大半が土工材料である砂に比べて細かい粒子であるものが多く、粒径２ｍｍ以下の比率が６０質量％以上あるものが大半である。しかし、例えば震災がれきの焼却残渣の場合、炉投入物に大きめの木材が含まれたり、水分の変動が大きかったりして燃え残りが多くなったり、或いは陶器や金属などのように操業温度ではそのまま残るようなものも混在するため、実態としては粒度分布のばらつきは大きい。場合によっては、大きな塊状に融着するような場合もあり、そのような場合は破砕してから用いる必要がある。
【００１４】
当初、このような焼却残渣を従来のセメント固化のように硬化させた後に破砕することを検討したが、結合材（固化材）の量が多くなること、破砕時に焼却残渣が表面に露出して好ましくない溶出が起こること、などの課題があることが判った。そこで、上記のような焼却残渣を効率的に土工材料化する方法として、造粒化する方法に着目した。造粒をする場合、適切な量の水分や結合材などを添加して、粉粒どうしを引き付けあわせることが必要となる。当初、単純に水分量を調整して造粒を試みたが、焼却残渣の種類によって、安定的に造粒できるものもあれば、造粒性のバラツキが大きくなるものもあった。後者の場合は、同じ水分量でも上手く造粒できる場合もあれば、水分不足で粒にならなかったり、或いは水浮きして粒どうしが保管時に強く反応して大塊状になったりすることもあり、安定した造粒ができなかった。
【００１５】
この原因について様々な検討を行った結果、元の焼却残渣に原因があることが判った。焼却残渣は、理想的には燃焼すべきものはすべて燃え、これ以上燃えるものがない灰となっているべきであるが、実際には未燃物（燃え残り）が存在していた。このような燃え残りが乾燥気味となっている状態で水分が加えられると、その燃え残りに水分が吸収されてしまい、これが安定した造粒を阻害していることが判った。通常、焼却灰は、発塵を防止できる程度に散水などにより水分を添加した上で、浸出水の環境への流出を防止するために降雨がかからないように保管される。このため、露天で保管される場合と異なって自身の保水性に応じて水分含有量が調節されることがなく、未燃物の多寡などによって保水性が大きく変動するため、上記のような造粒性のばらつきが生じるものと考えられる。この問題に対して、本発明では、未燃物（燃え残り）を含む焼却残渣を造粒するに先立って、焼却残渣を水に浸漬し、これを水切り・風乾して用いることで、焼却残渣のうち特に保水性の高い未燃物（燃え残り）の内部を飽水状態として安定化させ、造粒に寄与する水分量の変動幅を小さく安定化させるようにした。この方法以外でも、水を添加していない焼却残渣を含む混合物に散水しながら造粒状態を監視し、造粒状態に応じて散水量等を調節して造粒する方法もあり得るが、本発明の方法によれば、焼却残渣に水分を持たせることによって、そこに結合材がまとわり付いてコーティング状にすることができ、焼却残渣が造粒物の表面に露出することを抑制することができる。
【００１６】
以上のように焼却残渣に適切な水分を持たせた上で結合材を混合することで造粒はできるが、これだけでは有害物質の溶出抑制と放射線量の低減が十分にできない場合がある。そこで、これらを抑制する方法について鋭意検討した結果、結合材とともに粒状の鉄鋼スラグを添加することにより、有害物質の溶出抑制と放射線量の低減を実現できることが判った。
このため本発明の土工材料の製造方法は、未燃物を含む焼却残渣を水に浸漬した上で水切り及び風乾し、この焼却残渣に粒状鉄鋼スラグと結合材を添加して混合、造粒した後、固化させるものである。
【００１７】
以下、本発明の詳細と好ましい条件について説明する。
本発明で製造される土工材料とは、土砂や砕石などの代替として、例えば、埋め戻し材、盛土用材料、路盤用材料、路床用材料などに用いられものである。
また、焼却残渣とは、廃棄物を焼却炉で焼却した後に炉から排出される焼却灰であり、このうち本発明が使用対象とするのは未燃物（燃え残り）を含む焼却灰である。未燃物を含む焼却残渣を生じる廃棄物とは、通常、一般廃棄物や災害廃棄物（災害により生じる廃棄物）のうちの木材などのような未燃物を生じやすい可燃物を含む可燃系混合物（可燃性廃棄物）である。
【００１８】
本発明は、未燃物（燃え残り）を含む焼却残渣を水に浸漬し、これを水切り・風乾して用いることで、焼却残渣のうち特に保水性の高い未燃物（燃え残り）の内部を飽水状態として安定化させ、造粒に寄与する水分量の変動幅を小さく安定化させるものであり、したがって、未燃物（燃え残り）を比較的多く含む焼却残渣を用いる場合に特に効果が大きい。このように水分を変動させる燃え残りの量は、土の強熱減量（乾燥後させた試料を７００〜８００℃で１時間加熱したときの減量比率）でおおよそ評価できる。土の強熱減量の試験方法は、ＪＩＳ  Ａ１２２６「土の強熱減量試験方法」に規定されている。強熱減量と、造粒に必要な水分を材料の混合時に添加する従来の水分調節方法による造粒試験時のばらつき（造粒の安定性）の関係を表１に示すが、強熱減量が８mass％を超えるような焼却残渣では、特にバラツキがみられることが判った。このような強熱減量が大きい焼却残渣は、粒度は上述のような分布と変動を持ち、粒子密度は２．１〜２．３ｇ／ｃｍ３程度である。通常の土粒子の密度は２．６〜２．７程度であるのに対して、上記焼却残渣は軽い材料であるといえ、木質系に代表される燃え残りが主要因であるとの推定が裏付けられる。
したがって、本発明は強熱減量が８mass％超の焼却残渣を対象とすることが好ましい。
【００１９】
【表１】
2014172001.tif 000003
【００２０】
焼却残渣を水に浸漬させる方法は任意であり、例えば、焼却炉から排出された焼却灰（焼却残渣）をそのまま炉下で水に浸漬させる方法、焼却灰を排出するためのコンベヤごと水に浸漬させておき、移動と浸漬を同時に行う方法、焼却炉から大気中に出して山積み、冷却した後に、水に浸漬させる方法などが挙げられる。水への浸漬時間は特に制限はないが、焼却残渣内部を飽水状態とするために、１５分以上浸漬することが好ましい。
浸漬した水から取り出された焼却残渣は、水切りした後、常温で風乾する。ここで、風乾を行うのは、浸漬直後の水切りだけでは残渣の間隙などに残留する水分量が多すぎるので、造粒に適したレベルまで水分量を低下させるためである。
【００２１】
水切りの方法は任意であるが、例えば、含水した状態の焼却残渣を、降雨等がかからない状態（例えば、屋根の下に置かれた状態）で山積みする方法、焼却残渣をプレスして余剰水を脱水する方法、タンク等の容器に入れて下部から水抜きする方法、メッシュタンクに入れて撹拌する方法などが挙げられる。一般的には、水切り時の排水は環境に流出させない管理を行うことが望ましく、山積みする場合は、排水管理可能なヤードや土間、ピットなどを用いることが望ましい。
また、水切り後の風乾方法も任意であるが、例えば、降雨等がかからない状態（例えば、屋根の下に置かれた状態）で山積みする方法、やや促進するためこれを薄く広げる方法、タンク等に入れて空気を流通させる乾燥機で強制的に通風して乾燥を促進させる方法などが挙げられ、そのなかでも、前記水切りのために山積みした状態を継続させることで風乾を行う方法が最も簡便である。
【００２２】
水切り・風乾は、上記のいずれの方法でも所望の効果が得られるが、ヤードが十分確保できる条件であれば山積みする方法が経済的であり、一方、敷地が不十分であれば、機械的な水切り・風乾が望ましい。水切り・風乾を行う期間は、焼却残渣が発生する設備及びその操業条件や、風乾の方法、気象条件などに応じて適宜選択すればよいが、山積みした状態で水切り・風乾を行う場合には１日〜５日程度の期間で行い、焼却残渣が保持する水分量を造粒に適した範囲で安定化させることが好ましい。さらに期間を延長しても、内部の水分量はあまり変化せず、却って表面の乾燥が進行して粉塵が発生するなどの環境面の問題が生じる場合があり、また、風乾を行うのに必要な敷地面積が多大なものになり、運搬の負荷も増大するため、生産性の観点からも好ましくない。また、期間が短かすぎると水分量が過大になる場合があるが、風乾を促進して行う方法では期間を短縮することができ、水切り・風乾の条件に応じて結合材や粒状鉄鋼スラグの比率を調節して造粒を適切に行うこともできる。
【００２３】
風乾後の状態で、焼却残渣に含まれる水分は、その固体分１００質量部に対して３０〜４５質量部とすることが好ましく、上記のように水切り・風乾を行うことにより、焼却残渣に含まれる未燃物の量などに応じてこの範囲に自律的に調節される。水分量を３０質量部以上とすることにより、結合材などの副原料を焼却残渣に対して適切に付着させ、安定した造粒を行うことができる。一方、水分が過剰であると、造粒物を置いただけで造粒物どうしが強くくっつき合ったり、作業中にコンクリート混練物のようになったりするおそれがあり、この観点から水分量は４５質量部以下が好ましい。
【００２４】
水切り及び風乾後の焼却残渣、好ましくは上記のような水分量の焼却残渣に対して、粒状鉄鋼スラグと結合材を添加して混合、造粒する。
有害物質の溶出抑制については、表面にコーティングされる結合材でのシールド効果もあるが、さらに造粒物の内部で固定できれば、より有効に外部溶出を抑制できる。そこで、いくつかの材料を検討した結果、コーティング材（結合材）とは別に水和反応性を有する粒状材料を同時に添加することが有効であることが判った。このような条件を満たす材料について検討した結果、粒状の鉄鋼スラグが好適であることが判った。
【００２５】
鉄鋼スラグとは、鉄鋼製造プロセスで発生するスラグである。鉄鋼スラグには、例えば、高炉スラグ、製鋼スラグ、溶融還元スラグなどがある。また、製鋼スラグには、溶銑予備処理スラグ（脱燐スラグ、脱硫スラグ、脱珪スラグなど）、転炉脱炭スラグ、電気炉スラグ、二次精錬スラグ、造塊スラグなどがあり、高炉スラグには高炉水砕スラグ、高炉徐冷スラグがある。鉄鋼スラグとしては、上記のいずれを用いてもよく、それらの２種以上を用いてもよい。
【００２６】
また、鉄鋼スラグのなかでも、高炉水砕スラグと製鋼スラグ（溶銑予備処理スラグ、転炉脱炭スラグ、電気炉スラグなど）を添加した場合に、特に優れた溶出抑制効果が得られることが判った。一般に、高炉水砕スラグは、単体でカルシウムアルミネート水和物を形成できるような酸化カルシウムを３５質量％以上含有し、かつ酸化アルミニウムを１０質量％以上含有している。また、製鋼スラグは、焼却残渣に含まれるＳｉＯ２分と反応できる遊離ＣａＯを含有している。
【００２７】
図１は、焼却残渣に結合材とともに粒状の鉄鋼スラグを添加した造粒物と、粒状の鉄鋼スラグを添加しない造粒物について溶出試験を実施し、Ｐｂの溶出量を調べた結果を示している。この試験では、木片、ビニール、魚網などの混合物を焼却処理して生じた焼却残渣を水に２０分浸漬した後、一旦山積みして１日放置することによって水切りし、さらに、これを土間に１０〜３０ｃｍ程度に薄く拡げた風乾を２日行い、焼却残渣の固体分１００質量部に対する水分量を４２質量部とした。この含水量の焼却残渣に結合材（高炉スラグ微粉末の割合が３０質量％の高炉セメント）＋高炉水砕スラグ又は結合材（高炉スラグ微粉末の割合が３０質量％の高炉セメント）のみを添加して混合した後、ラボスケールのパン型造粒機で造粒した。この造粒物を封かん養生して製品とした。高炉水砕スラグは、表２に示す鉄鋼スラグＡの粒度のものを焼却残渣の固体分１００質量部に対して３０質量部添加した。溶出試験はＪＩＳ  Ｋ００５２−１に準拠して、タンクリーチング試験で行った。
【００２８】
図１は、焼却残渣の固形分１００質量部に対する結合材の添加量（質量部）とＰｂ溶出量との関係を示しており、これによれば、結合材（高炉セメント）のみを添加した造粒物は全体としてＰｂ溶出量が高く、また、結合材の添加量が多くなると高アルカリとなるためＰｂ溶出量が高くなる傾向がある。このため、強度を犠牲にして結合材添加量を制限せざるを得ない。これに対して、粒状鉄鋼スラグを添加した造粒物は、結合材の添加量に関わりなく、全体としてＰｂ溶出量が低く（いずれも検出下限に近いか若しくは検出下限未満）、粒状鉄鋼スラグの添加により溶出抑制効果が得られることが判る。このように粒状鉄鋼スラグを添加した場合には、結合材の添加量が多く高アルカリになる条件においても、Ｐｂ溶出量が低位となることから、結合材を十分に使用して強度の高い造粒を行うことが可能となる。
【００２９】
本発明において焼却残渣に添加する粒状鉄鋼スラグとは、粒径が０．１ｍｍ超〜９．５ｍｍ以下の鉄鋼スラグ、すなわち０．１ｍｍの目開きの篩に留まり、９．５ｍｍの目開きの篩を通過する粒径を有する鉄鋼スラグである（以下、「粒状鉄鋼スラグ」という場合には、そのような粒径を有する鉄鋼スラグを指すものとする）。このように鉄鋼スラグが適度な粒度を備える必要があるのは、次のような理由による。
【００３０】
焼却残渣を１５分以上水に浸漬した後、水切り・風乾を行うと、粘土状になる部分を生じる場合があるが、この場合に粘土状の焼却残渣とスラグ粒子を互いに分散させて十分に混合するためには、粘土状の焼却残渣の構成粒子とは粒径が大きく異なる粒状の鉄鋼スラグを添加して混合・造粒を行うことが有効であると考えられる。高炉スラグ微粉末のような粒径０．１ｍｍ以下の鉄鋼スラグを結合材とともに添加して混合・造粒しようとしても、粘土状の焼却残渣とスラグ粒子を互いに十分に分散させて混合することができず、大部分が粘土状の焼却残渣のみからなる部分を含む造粒粒子が生成してしまうため、鉄鋼スラグによる十分な溶出抑制効果が得られないものと考えられる。また、粒径９．５ｍｍ超の小塊状の鉄鋼スラグを添加した場合も、そのような大きな粒子の個数や表面積は必然的に限られたものとならざるを得ないため、粘土状の焼却残渣とスラグ粒子との分散及び混合を促進する効果は限定的となる。さらに大きな塊状の鉄鋼スラグを含む場合には、造粒された粒子を押し潰してしまうために造粒に悪影響を及ぼす問題もある。
【００３１】
さらに、焼却残渣に粒状の鉄鋼スラグを混合することによって造粒物内部からの放射線を遮蔽する効果が得られることが判った。その理由は必ずしも明かではないが、鉄鋼スラグは灰や結合材などに比べて比重が大きく、これが造粒粒子内の周辺に比較的高い密度で分布していることなどによるものと考えられる。
図２は、焼却残渣に結合材とともに粒状の鉄鋼スラグを添加した造粒物と、粒状の鉄鋼スラグを添加しない造粒物について、空間線量（Ｃｓ放射線量）を調べた結果を示している。この試験では、木片、ビニール、魚網などの混合物を焼却処理して生じた焼却残渣を水に２０分浸漬した後、一旦山積みして１日放置することによって水切りし、さらに、これを土間に１０〜３０ｃｍ程度に薄く拡げた風乾を２日行い、焼却残渣の固体分１００質量部に対する水分量を４２質量部とした。この含水量の焼却残渣に結合材（高炉スラグ微粉末の割合が３０質量％の高炉セメント）＋高炉水砕スラグ又は結合材（高炉スラグ微粉末の割合が３０質量％の高炉セメント）のみを添加して混合した後、ラボスケールのパン型造粒機で造粒した。この造粒物を封かん養生して製品とした。高炉水砕スラグは、表２に示す鉄鋼スラグＡの粒度のものを焼却残渣の固体分１００質量部に対して３０質量部添加した。放射線量の測定は試料を２０ｍＬ測定容器に充填し、NaIシンチレーションスペクトロメーターにより放射能を１０分間測定して評価した。
図２によれば、粒状鉄鋼スラグを添加することにより、希釈効果を大きく上回る線量低減効果が得られることが確認できる。
【００３２】
粒状鉄鋼スラグは、粒径が０．１ｍｍ超〜９．５ｍｍ以下の範囲であっても、粒度が大きすぎると、有害溶出物質を反応固定する効果が小さくなり、また、物理的に包み込む効果も得にくくなる。このため粒状鉄鋼スラグは、粒径２．３６ｍｍ以下の粒子の割合が５０質量％以上である粒度、すなわち、２．３６ｍｍの目開きの篩を通過する粒子の割合が５０質量％以上である粒度を有することが好ましい。
【００３３】
焼却残渣に添加する鉄鋼スラグ中に粒状鉄鋼スラグ以外の鉄鋼スラグ（スラグ粒子）、すなわち、粒径が０．１ｍｍ以下の鉄鋼スラグや粒径が９．５ｍｍ超の鉄鋼スラグが含まれることは妨げない。ただし、粒径が９．５ｍｍ超の鉄鋼スラグ（スラグ粒子）は、上述したように混合及び造粒の促進に有効に寄与しないだけでなく、造粒性に悪影響を及ぼす場合もあるため、前記粒状鉄鋼スラグに対して２０質量％以下とすることが好ましい。一方、粒径が０．１ｍｍ以下の鉄鋼スラグ（スラグ粒子）は、粒状鉄鋼スラグのように混合の促進には有効ではなく、過剰に含まれていると鉄鋼スラグ全体の添加量が増大して焼却残渣の有効利用の目的に沿わなくなるため、前記粒状鉄鋼スラグに対して４０質量％以下とすることが好ましい。
粒状鉄鋼スラグの添加量は、少なすぎると上述した効果が十分に得られなくなり、多すぎると本来の焼却残渣の有効利用の目的とは沿わなくなるだけでなく、造粒の品質の安定性も低下してくる。このため粒状鉄鋼スラグの添加量は、焼却残渣の固体分１００質量部に対する割合で５〜３０質量部程度が好ましい。
【００３４】
結合材（固化材）としては、例えば、高炉セメント、普通ポルトランドセメント、高炉スラグ微粉末、アルカリ刺激剤を添加した高炉スラグ微粉末、などが挙げられ、これらの１種以上を用いることができる。また、これらのなかでもセメント系結合材が好ましく、特に高炉セメントが好ましい。高炉セメントは、水和物生成による固定効果に加えて、固化した後の空孔の大きさが小さくなること及び硫黄分が微量に含まれることによって、重金属をトラップする効果が期待できる。
結合材の添加量は、少なすぎると造粒物の強度（保形性）が不足し、多すぎると造粒物として付着せず、無駄になる結合材の量が増加して経済性を損なう。このため、結合材の添加量は、焼却残渣の固体分１００質量部に対する割合で５〜２０質量部程度が好ましい。
【００３５】
造粒の方法に特別な制限はなく、いわゆる造粒法（狭義の造粒法）、成形法などが適用できるが、扱う焼却残渣量が多い場合には、パン型造粒機、ドラム型造粒機、混合撹拌造粒機などを用いて造粒する方法が好ましい。パン型造粒機を用いる方法は、傾斜した浅いパン型円筒容器を回転させて造粒する方法、ドラム型造粒機を用いる方法は、傾斜したドラムに高い側から材料を供給し、ドラムを回転させながら造粒する方法、混合撹拌造粒機を用いる方法は、材料をスクリューなどの撹拌手段を備えた造粒機（ミキサー）内で混合撹拌しながら造粒する方法である。
また、成形法では、成形機を用いて圧縮成形や押し出し成形を行い、造粒物を得る。圧縮成形ではブリケットタイプの造粒物が得られる。
【００３６】
成形法では、事前に材料を混合しておく。一方、造粒法（パン型造粒機、ドラム型造粒機、混合撹拌造粒機などを用いる造粒法）では、事前に材料を混合しておいてもよいし、造粒機内で混合と造粒を行ってよい。
造粒により得られた造粒物は、一定の養生を行うことによって、安定した強度と溶出抑制を確保することができる。例えば、２０℃程度の温度であれば、１週間程度固化養生したうえで、製品とする。
なお、焼却残渣には、上述した結合材と鉄鋼スラグ（粒状鉄鋼スラグ及びそれ以外の鉄鋼スラグ）以外の材料、例えば、津波堆積土砂、建設発生土砂、浚渫土、下水汚泥焼却灰などを適量加えてもよい。
【実施例】
【００３７】
東北地方で発生した分別後の可燃性物質を主体とする廃棄物を焼却処理した際に生じた焼却残渣を用いて造粒物を製造した。結合材には主に高炉セメント（高炉スラグ微粉末の割合が３０質量％の高炉セメント）を用い、一部の例では普通ポルトランドセメントを用いた。水の添加方法、鉄鋼スラグ添加の有無、水分量、鉄鋼スラグの種類及び添加量、結合材の種類及び添加量などの条件を変えて造粒し、造粒物の保形性、溶出特性、放射線量などを調査した。適用した焼却残渣は、強熱減量が９．７質量％であり、鉛含有量は土壌基準値の１５０ｍｇ／ｋｇ程度（他の材料との混合によって希釈されて基準値未満となる）であり、放射線量は焼却残渣の浸水・風乾後の含水比（水分質量／乾燥質量）が３０％の場合の値で約１００Ｂｑ／ｋｇ（焼却残渣の湿潤質量当りの放射線量）であった。
水への浸漬方法は、焼却炉で発生した焼却灰（焼却残渣）を炉下で速やかに水に投入し、１５分以上浸漬したものを回収して用いた。一方、比較のために炉下から回収した乾燥した状態の焼却灰（焼却残渣）を使用し、造粒中に水を添加する方法（表３中の「あと添加」）、炉下から回収した焼却灰に散水して水分を調整する方法（表３中の「発生後散水」）を実施した。
【００３８】
水に浸漬したものについては、排出口で３０分以上静置することで水切りした後、山積みしたうえで１日１回重機で横もちして入れ替えることで風乾を行った。この風乾では随時含水比を測定し、所定の水分量に低下したものを造粒に用いた。
混合及び造粒は、混合撹拌式で２軸パドルをもった造粒機を用いて行った。  造粒物は、山積みして保管し、所定のタイミングで評価に供した。
使用した鉄鋼スラグの組成と粒度を表２に示す。表２において、鉄鋼スラグＡは高炉水砕スラグ、鉄鋼スラグＢは転炉脱炭スラグ、鉄鋼スラグＣは電気炉スラグ、鉄鋼スラグＤは脱燐スラグである。
【００３９】
表３に、造粒物の製造条件と、造粒の可否・造粒物の保形性、造粒物の強度、溶出特性、放射線量を調べた結果を示す。
造粒の可否・造粒物の保形性は、造粒直後の材料を５０φ×１００ｍｍのモールドに１．５ｋｇランマーで突き固めたときの嵩比重と、水も含めた各原料の比重と配合比率から計算して求められる平均比重との比により充填率を求め、これを１００％から減算して求めた残存空隙率で評価し、２％以上を“○”、０．５％以上２％未満を“△”とした。また、「水浮き」とは造粒物の表面に水が浮き出ている状態であり、造粒不良である。
【００４０】
造粒物の強度は、上記と同様に、１．５ｋｇランマーで５０φ×１００ｍｍに突き固めた造粒物集合体を、封かん状態で１週間保持した後、その一軸圧縮強度を測定した。強度の合格レベルは、セメント安定処理土の下層路盤の基準を元に、０．９８Ｎ／ｍｍ２とした。
溶出特性は、造粒物を１週間封かん状態で保持した後、有姿でのタンクリーチング試験（液固比１０，２００ｒｐｍ×６時間）により測定した。Ｐｂ以外の溶出量は、発明例及び比較例とも土壌環境基準値を満たしており、表３にはＰｂのみの溶出量を示しているが、Ｐｂ溶出量の合格レベルは、土壌環境基準値の０．０１０ｍｇ／Ｌである。
放射線量は、試料を２０ｍＬ測定容器に充填し、NaIシンチレーションスペクトロメーターにより放射能を１０分間測定して、造粒物の湿潤質量当りの値で評価した。また、表３には、希釈効果（混合により線源が希釈されて含有濃度が低下することによる効果）による予想放射線量を併せて示した。
【００４１】
【表２】
2014172001.tif 000004
【００４２】
【表３】
2014172001.tif 000005
【００４３】
表３によれば、事前に焼却残渣を水に浸漬しない比較例では、造粒ができないか、造粒物の保形性が安定しない（水浮き状態）のに対し、本発明例では安定した造粒が可能である。図３に本発明例で得られた造粒物の外観写真を示す。
本発明例で得られた造粒物を１週間大気養生した後に、ＪＩＳ  Ａ１２２８に準拠した方法でコーン指数を測定したところ、８０００以上の値となり、トラフィカビリティーも十分確保でき、本発明により一般廃棄物や災害廃棄物などの焼却残渣を土壌代替の材料として利用することが可能となることが確認された。
また、一軸圧縮強度を測定したところ、セメント量によって強度が変化した。下層路盤等へ使用する場合、セメント安定処理による下層路盤強度は０．９８Ｎ／ｍｍ２以上が必要であり、本発明で得られた造粒物であれば、下層路盤としても十分な特性が得られていることが判る。なお、No.１は、１週養生の時点では０．５５Ｎ／ｍｍ２であるが、２週まで養生すると１．１５Ｎ／ｍｍ２が得られ、製造効率は低下するものの、養生期間を延ばすことで目標強度をクリアすることができる。
【００４４】
地盤に適用した場合の造粒物の耐久性を調べるために、同じサイズの試験体を用いて、乾湿繰返し試験を実施した。方法は、（独）土木研究所「建設汚泥再生利用マニュアル」3.5.6  改良土の耐久性 １に規定された“乾湿繰返し”に準じて実施した。本発明例で得られた造粒物は、１０サイクル繰り返したあとでも、元々と同じ形状を保っていることが確認され、高い耐久性をもつことが確認された。図４及び図５に、乾湿繰返し試験を実施した後の造粒物の試験体の外観写真を示す。図４はNo.２の本発明例で得られた造粒物、図５はNo.１２の比較例で得られた造粒物を示している。これによれば、図５に示す比較例で得られた造粒物の試験体は、一見保形されているが、端部から欠損が生じており、長期的耐久性にやや劣っているのに対し、図４に示す本発明例で得られた造粒物の方は、全体として元の形状が保たれている。
【００４５】
さらに、本発明例では、造粒物の溶出特性や放射線量なども一般的に利用可能なレベルまで低減できていることが判る。また、放射線量では、本発明例において、混合により線源が希釈されて含有濃度が低下する効果を大きく上回る効果が得られていることが判る。また、No.４と同様の条件で、鉄鋼スラグの種類を変えたNo.１４〜１７の本発明例でも十分な効果は認められるが、さらに特定の鉄鋼スラグ（鉄鋼スラグＡ〜Ｃ）を適用した場合は、より一層の高い効果が認められる。
【図１】
2014172001.tif 000006
【図２】
2014172001.tif 000007
【図３】
2014172001.tif 000008
【図４】
2014172001.tif 000009
【図５】
2014172001.tif 000010