(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
重金属を含む廃棄物と、カルシウムアルミネート及び／又はカルシウムシリケートを含む製鋼スラグである２次精錬スラグの粉末とを混合し、さらに水を添加した後に引き続いて混練してから、水の存在の下で60℃以上に加温するか、またはオートクレーブ処理を行って100℃以上に加温加圧することによって、前記重金属を固定することを特徴とする重金属を含む廃棄物の安定化処理法。
【請求項２】
重金属を含む廃棄物と、カルシウムアルミネート及び／又はカルシウムシリケートを含む製鋼スラグである２次精錬スラグの粉末とを混合し、さらに水を添加した後に引き続いて混練してから、水の存在の下でオートクレーブ処理または蒸気養生を行うことにより80℃以上に加温加圧することによって、前記重金属を固定することを特徴とする重金属を含む廃棄物の安定化処理法。
【請求項３】
前記粉末の平均粒径は150μｍ以下である請求項１または請求項２に記載の重金属を含む廃棄物の安定化処理法。
【請求項４】
前記廃棄物は、廃棄物を焼却炉で焼却することにより発生する焼却飛灰、廃棄物を焼却炉で焼却した際に発生する焼却灰および前記焼却飛灰のうちの少なくとも一方を溶融炉で溶融処理することにより発生する溶融飛灰、または、廃棄物を溶融炉で直接溶融することにより発生する直接溶融飛灰である請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の重金属を含む廃棄物の安定化処理法。
【請求項５】
前記廃棄物が前記焼却飛灰である場合には、当該焼却飛灰100重量部に対して、前記粉末を10〜50重量部添加し、前記廃棄物が前記溶融飛灰または前記直接溶融飛灰である場合には、当該溶融飛灰または当該直接溶融飛灰100重量部に対して、前記粉末を30〜100重量部添加する請求項４に記載の重金属を含む廃棄物の安定化処理法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、都市ごみや産業廃棄物等の廃棄物を焼却処理することにより発生する焼却飛灰、焼却灰および焼却飛灰のうちの少なくとも一方を減容化のために溶融炉で溶融処理することにより発生する溶融飛灰、さらには、廃棄物を直接溶融炉やガス化溶融炉等により直接溶融することにより発生する直接溶融飛灰といった、重金属を含む廃棄物の安定化処理方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば１９９１年の１年間において、我が国の一般廃棄物の排出総量は、１日当たり約１４万トンであり、年間では５０７７万トンにも達した。この一般廃棄物のうちの７２．７％が焼却施設で焼却処理された。その際、６５８  万トンの焼却灰および焼却飛灰  （以下、これらを総称して「焼却残渣」という。）  が発生し、これらは最終処分場で埋め立てられた。
【０００３】
焼却残渣がこのように増加するにともなって、１９９２年には、廃棄物処理法が改正された。すなわち、焼却残渣中には有害な重金属が高濃度に含まれているため、そのまま埋め立て処分を行うと、不可避的に環境汚染が発生する。そこで、改正された廃棄物処理法では、焼却残渣を特定管理廃棄物に指定して埋め立て処分前の安定化処理を義務付けており、焼却残渣は、安定化処理を施してからでないと最終処分場へ埋め立てることができなくなった。
【０００４】
焼却残渣の安定化処理方法は、厚生省告示第１９４  号第１号により、セメント固化法、薬剤処理法、酸抽出法および溶融法として、分類されている。
【０００５】
セメント固化法は、セメント中の酸化物が水と結合して水和物を生成し硬化する際に、重金属類が珪酸カルシウム水和物に表面吸着されて固溶化される原理に基づく処理技術である。このセメント固化法は処理装置が簡単であり、その運転および制御も容易であって、かつエネルギ消費も少ない確立された技術ではあるものの、重金属の包含許容量が低い。そのため、焼却飛灰の安定化には多量のセメントを必要とし、重金属の含有量が高い焼却飛灰の処理には適用できない。さらに、セメントを多量に使用するため、最終的な廃棄物の量が増加し、廃棄物の減容化を図ることもできない。そのため、セメント固化法は、焼却残渣の安定化処理方法としては適当でない。
【０００６】
薬剤処理法は、少量の重金属捕集剤、凝集剤、抑制剤などとともに水を加えて混練することにより、不溶性の重金属錯化合物を生じさせる処理技術であり、処理装置が簡単でありその運転も容易であることから、従来から広く用いられている。しかし、薬剤処理法は、薬剤コストが嵩むこと、特に、キレート剤は重金属以外の他の金属イオンとも反応するために焼却灰の組成によっては必要な薬剤量が増加し薬剤コストが著しく嵩むこと、さらには２次薬害が発生する可能性があること等の問題がある。そのため、薬剤処理法も、焼却残渣の安定化処理方法としては適当でない。
【０００７】
酸抽出法は、煤塵を水溶液に溶かし、煤塵に含まれる重金属を水溶液側に移行させた後に、水酸化物や硫化物などを生成させて安定化および不溶化し、脱水処理する処理技術であり、煤塵の種類を選ばずに安定化処理を行うことができるという特徴を有する。しかし、処理装置が大型化および複雑化し、処理コストおよび設備維持コストが嵩むことから、現実に酸抽出法を行う処理施設は少ない。
【０００８】
これに対し、溶融法は、焼却残渣を加熱して溶融スラグ状態にすることで焼却残渣に含まれている有害な重金属をガラス化したスラグ中へ安定的に閉じ込める処理技術である。溶融法は、前述したセメント固化法、薬剤処理法および酸抽出法に比較すると、運転コストや設備コストが嵩むものの、焼却残渣を完全に無害化することができ、しかも焼却残渣の大幅な減容化が可能であるため、広く用いられつつあり、近年では、既設の焼却施設における焼却残渣の処理技術の主流となっている。
【０００９】
一方、溶融法を発展させた新技術として、直接溶融炉やガス化溶融炉を用いて、３００  〜１０００℃の熱分解帯で廃棄物から可燃性ガスを発生させた後、この可燃性ガスを燃料としてさらに燃焼温度を上昇させることにより、廃棄物を直接溶融する技術も開発されている。
【００１０】
しかし、これらの溶融法では、溶融処理を１１００〜１５００℃の高温で行う必要があるため、蒸気圧の高い物質は容易に揮発し、集塵機には、有害な重金属をもとの焼却灰よりも高濃度に含有する溶融飛灰が捕捉されることになる。また、前述した直接溶融炉やガス化溶融炉においては、廃棄物から可燃性ガスを取り出す際に発生する飛灰とその後の溶融において発生する飛灰とが一緒に排出され  （以下、「直接溶融飛灰」という。）  、有害な重金属の濃度が極めて高くなる。このため、溶融飛灰や直接溶融飛灰に対して焼却飛灰と同様の安定化処理を行っても、溶融飛灰または直接溶融飛灰に高濃度に含まれる有害な重金属を安定化することは不可能である。
【００１１】
そこで、特開平６−１５４７９５号公報には、セメントの代替として、非晶質の高炉水砕スラグの微粉末を固化材の主原料として用い、廃棄物からの重金属の溶出防止を図った発明が提案されている。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、特開平６−１５４７９５号公報により提案された発明は、本発明者らによる確認実験によると、高炉水砕スラグは非晶質であるために、例えばＣａ（ＯＨ）２  等のアルカリ刺激剤を用いて結晶質とさせるが、含有鉱物としては、アケルマナイト（Ｃａ２ＭｇＳｉ２Ｏ７）やゲーレナイト（ＣａＡｌ２ＳｉＯ７やＣａ２Ａｌ２６Ｍｇ３Ｓｉ３Ｏ６８）  であり、焼却飛灰、溶融飛灰さらには直接溶融飛灰に対する重金属の溶出防止効果が小さく、重金属の安定化処理を行うことは難しい。
【００１３】
また、この提案にかかる発明は、高価な高炉水砕スラグの微粉末を用いるため、処理コストが嵩んでしまう。そのため、処理コストの面からも、この方法により、焼却飛灰、溶融飛灰さらには直接溶融飛灰の安定化処理を行う可能性は極めて低い。
【００１４】
ここに、本発明の目的は、焼却飛灰、溶融飛灰さらには直接溶融飛灰といった、重金属を含む廃棄物を、低コストで確実に安定化処理することができる安定化処理法を提供することである。
【００１５】
また、別の面からは、本発明の目的は、安価で少量の固定剤の使用による安定化処理が可能であって、しかも、焼却飛灰だけでなく、有害な重金属を高濃度に含む溶融飛灰や直接溶融飛灰の安定化処理も行うことができる安定化処理法を提供することである。
【００１６】
ここに、本発明の要旨とするところは、重金属を含む廃棄物と、カルシウムアルミネート及び／又はカルシウムシリケートを含む製鋼スラグである２次精錬スラグの粉末とを混合し、さらに水を添加した後に引き続いて混練してから、水の存在の下で60℃以上に加温するか、またはオートクレーブ処理を行って100℃以上に加温加圧することによって、重金属を固定することを特徴とする重金属を含む廃棄物の安定化処理法である。
また、本発明は、重金属を含む廃棄物と、カルシウムアルミネート及び／又はカルシウムシリケートを含む製鋼スラグである２次精錬スラグの粉末とを混合し、さらに水を添加した後に引き続いて混練してから、水の存在の下でオートクレーブ処理または蒸気養生を行うことにより80℃以上に加温加圧することによって、重金属を固定することを特徴とする重金属を含む廃棄物の安定化処理法である。
【００１８】
また、これらの本発明では、粉末の平均粒径が、１５０  μｍ以下であることが、重金属の安定化を確実に行うためには、望ましい。
【００１９】
これらの本発明では、廃棄物が、廃棄物を焼却炉で焼却することにより発生する焼却飛灰、廃棄物を焼却炉で焼却した際に発生する焼却灰および焼却飛灰のうちの少なくとも一方を溶融炉で溶融処理することにより発生する溶融飛灰、または、廃棄物を溶融炉で直接溶融することにより発生する直接溶融飛灰であることが例示される。
【００２０】
また、これらの本発明では、廃棄物が焼却飛灰である場合には、焼却飛灰１００  重量部に対して、粉末を１０〜５０重量部添加し、廃棄物が溶融飛灰または直接溶融飛灰である場合には、溶融飛灰または直接溶融飛灰１００  重量部に対して、粉末を３０〜１００  重量部添加することが、重金属の安定化処理を確実に行うとともに処理コストの上昇を抑制するために、望ましい。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明にかかる重金属を含む廃棄物の安定化処理法の実施形態を、添付図面を参照しながら、詳細に説明する。
【００２４】
図１は、本実施形態における安定化処理法を模式的に示す説明図である。同図に示すように、本実施形態では、カルシウムアルミネートおよびカルシウムシリケートの一方または双方を含み、製鋼工程で得られる結晶質の生成物の粉末２を、固定剤として用い、重金属を含む廃棄物１の安定化処理を行う。そこで、廃棄物１、固定剤２および安定化処理について、順次説明する。
【００２５】
［廃棄物１］
本発明により安定化処理が行われる廃棄物１は、（１）  都市ごみや産業廃棄物等の廃棄物を焼却炉で焼却することにより発生する焼却飛灰１ａ、（２）  焼却灰および焼却飛灰１ａのうちの少なくとも一方を溶融炉により減容化のために溶融処理することにより発生する溶融飛灰１ｂ、（３）  都市ごみや産業廃棄物等の廃棄物を、直接溶融炉やガス化溶融炉で直接溶融することにより発生する直接溶融飛灰１ｃの３種である。
【００２６】
本発明では、焼却飛灰１ａを発生する焼却炉の形式に関しては、何ら限定を要さない。また、中性飛灰、および、塩素ガスの捕集のために消石灰を煙道に吹き込むことにより生じるアルカリ飛灰のいずれをも適用対象とする。
【００２７】
また、本発明は、溶融飛灰１ｂを発生する溶融炉の形式に関しても、何ら限定を要さず、例えば、回転炉または固定炉による表面溶融炉、コークス加熱によるコークスベッド炉等を例示することができる。また、アーク加熱、プラズマ加熱、抵抗加熱または高周波加熱による電気溶解炉を用いることもできる。
【００２８】
さらに、直接溶融飛灰１ｃを発生する溶融炉の形式に関しても、何ら限定を要するものではなく、例えば、直接溶融炉やガス化溶融炉を例示することができる。この場合に、生じる酸性飛灰、中性飛灰、および、塩素ガスの捕集のために消石灰を煙道に吹き込むことにより得られるアルカリ飛灰のいずれもが、本発明の適用対象である。
【００２９】
廃棄物の組成は、当然のことながら、例えば発生地域や発生時期等の各種要因により変動し、これにともなって、焼却飛灰１ａ、溶融飛灰１ｂおよび直接溶融飛灰１ｃの組成もそれぞれ変化する。しかし、焼却飛灰１ａおよび溶融飛灰１ｂの組成に関する従来の報告によると、いずれもが塩素を多量に含んでおり、例えば、焼却飛灰１ａでは２．９  〜２７重量％の塩素を、溶融飛灰１ｂでは３２〜３９重量％の塩素を、さらに直接溶融飛灰１ｃでは２０〜２８重量％の塩素を、含有する。また、熱力学計算結果によれば、焼却処理温度および溶融処理温度における重金属塩化物の蒸気圧は高いため、焼却飛灰１ａ、溶融飛灰１ｂおよび直接溶融飛灰１ｃの中では、重金属は塩化物として安定して存在する。
【００３０】
［固定剤］
本発明では、カルシウムアルミネートおよびカルシウムシリケートの一方または双方を含み、製鋼工程で得られる結晶質の生成物の粉末２として、製鋼スラグの粉末、具体的には、２次精錬スラグの粉末２ａ、溶銑予備処理スラグの粉末２ｂおよび転炉スラグの粉末２ｃの１種または２種以上を組み合わせた粉末２を、固定剤として用いる。
【００３１】
本発明では、「カルシウムアルミネート」とは、３ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３  、  １２ＣａＯ・７Ａｌ２Ｏ３、またはこれらの水和物を意味する。３ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３  および  １２ＣａＯ・７Ａｌ２Ｏ３は、ともに、高温焼成法により容易に合成され、水と反応させることにより種々の水和物が得られる。例えば、３ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３  ・６Ｈ２Ｏ組成の鉱物としては  ＫａｔｏｉｔｅおよびＨｙｄｒｏｇｒｏｓｓｕｌａｒ  （ハイドログロシュラー）  が知られている。３ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３  、  １２ＣａＯ・７Ａｌ２Ｏ３、またはこれらの水和物のいずれによっても、廃棄物中に存在する重金属を、容易かつ確実に固定化することができる。
【００３２】
また、本発明における「カルシウムシリケート」とは、２ＣａＯ・ＳｉＯ２またはその水和物を意味する。２ＣａＯ・ＳｉＯ２も高温焼成法により容易に合成され、水と反応させることにより水和物が得られる。例えば、２ＣａＯ・ＳｉＯ２組成の鉱物として  Ｌａｒｎｉｔｅ  （ラルナイト）  が知られており、２ＣａＯ・ＳｉＯ２・Ｈ２Ｏ  組成の鉱物として  Ｈｉｌｌｅｂｒａｎｄｉｔｅ  （ヒレブランダイト）  が知られている。２ＣａＯ・ＳｉＯ２またはその水和物のいずれによっても、廃棄物中に存在する重金属を、容易かつ確実に固定化することができる。
【００３３】
本発明では、カルシウムアルミネートおよびカルシウムシリケートの一方または双方を含む製鋼スラグの粉末２を用いる。例えば高炉水砕スラグのような非晶質の生成物であると、Ｃａ（ＯＨ）２  等のアルカリ刺激剤を用いて結晶質とさせるが、含有鉱物としては、アケルマナイト（Ｃａ２ＭｇＳｉ２Ｏ７）やゲーレナイト（ＣａＡｌ２ＳｉＯ７やＣａ２Ａｌ２６Ｍｇ３Ｓｉ３Ｏ６８）  であり、カルシウムアルミネートおよびカルシウムシリケートといった鉱物は含有されていないために廃棄物との反応性が不足し、重金属の固定化を充分に行うことができないからである。
【００３４】
ここで、製鋼スラグとは、製鋼工程により生成されたスラグを意味しており、２次精錬スラグ、溶銑予備処理スラグ、および転炉スラグの１種または２種以上の組合せを包含する。なお、高炉水砕スラグは包含しない。
【００３５】
また、２次精錬スラグとは、真空精錬法、取鍋精錬法または簡易取鍋精錬等の２次精錬  （炉外精錬）  を行われた際に生成されたスラグを意味する。
【００３６】
また、溶銑予備処理スラグとは、高炉から出銑された溶銑に対して、取鍋や混銑車等により、脱りんや脱硫、さらには必要に応じて脱けい、脱炭、脱クロム、脱バナジウム、脱チタン、脱窒、脱砒さらには珪素添加等を行われた際に生成されたスラグを意味する。
さらに、転炉スラグとは、転炉を用いた製鋼工程において生成されたスラグを意味する。
【００３７】
本発明において固定剤として用いる２次精錬スラグの粉末２ａ、溶銑予備処理スラグの粉末２ｂまたは転炉スラグの粉末２ｃの１種または２種以上からなる粉末２を、例えばＸ線回折法等の適宜方法により同定すると、２次精錬スラグの粉末２ａは３ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３  または  １２ＣａＯ・７Ａｌ２Ｏ３が主要鉱物相であり、溶銑予備処理スラグの粉末２ｂおよび転炉スラグの粉末２ｃは、いずれも、２ＣａＯ・ＳｉＯ２が主要鉱物相である。
【００３８】
本実施形態では、固定剤である粉末２の平均粒径が１５０  μｍを超えると、これらの粉末２と焼却飛灰１ａ、溶融飛灰１ｂまたは直接溶融飛灰１ｃとの反応界面積が減少し、焼却飛灰１ａ、溶融飛灰１ｂまたは直接溶融飛灰１ｃに未反応部分が残存して、重金属の固定化が不充分になるおそれがある。そこで、粉末２の平均粒径は１５０  μｍ以下であることが望ましく、同様の観点から、３０μｍ以下であることが望ましい。このような観点からは、粉末２の平均粒径の下限は限定を要さないが、１０μｍ未満の平均粒径であると、粉末２の取扱いが面倒になるため１０μｍ以上であることが望ましい。
【００３９】
また、固定剤である粉末２の添加量が少ないと、これらの粉末２と焼却飛灰１ａ、溶融飛灰１ｂまたは直接溶融飛灰１ｃとの反応界面積が減少し、焼却飛灰１ａ、溶融飛灰１ｂまたは直接溶融飛灰１ｃに未反応部分が残存して、重金属の固定化が不充分になるおそれがある。この傾向は、焼却飛灰１ａより重金属の濃度が高い溶融飛灰１ｂや直接溶融飛灰１ｃにおいて、よりいっそう顕著なものとなる。一方、粉末２の添加量が多いと、重金属の安定化効果が飽和するとともに、コスト高となって減容化を阻害する。
【００４０】
そこで、焼却飛灰１ａの安定化処理を行う際には、１００  重量部の焼却飛灰１ａに対して、粉末２を５〜５０重量部、より好適には２０〜５０重量部添加することが望ましい。また、溶融飛灰１ｂまたは直接溶融飛灰１ｃの安定化処理を行う際には、１００  重量部の溶融飛灰１ｂまたは直接溶融飛灰１ｃに対して、粉末２を３０〜１００  重量部、より好適には５０〜１００  重量部添加することが望ましい。
【００４１】
［安定化処理］
本発明では、上述した粉末２を用い、焼却飛灰１ａ、溶融飛灰１ｂまたは直接溶融飛灰１ｃの安定化処理を行う。
【００４２】
安定化処理としては、焼却飛灰１ａの場合には、焼却飛灰１ａと粉末２とに水を適量添加し、例えば、混練機や造粒機あるいは混練および造粒の二つの機能を併せ持つ機械３等を用いて、焼却飛灰１ａおよび粉末２を混練して所望の形状  （例えば円柱体）  の造粒物４とした後に、６０℃以上に加温することにより、焼却飛灰中の重金属を固定化する処理である。この際、オートクレーブ５を用いて１００  ℃以上に加温加圧することが、固定化を促進させるためには、より望ましい。
【００４３】
一方、溶融飛灰１ｂまたは直接溶融飛灰１ｃの場合には、安定化処理は、溶融飛灰１ｂまたは直接溶融飛灰１ｃと粉末２とに水を適量添加して混練して所望の形状  （例えば円柱体）  の造粒物４とした後、水の存在下でオートクレーブ処理または蒸気養生により８０℃以上に加温加圧して、溶融飛灰１ｂまたは直接溶融飛灰１ｃ中の重金属を固定化する処理である。
【００４４】
なお、安定化処理の際に、粉末２と、焼却飛灰１ａ、溶融飛灰１ｂまたは直接溶融飛灰１ｃとともに共存させる水は、本発明では、転動造粒、攪拌造粒等により凝集造粒現象を生じさせて造粒物４を形成するために用いられる。そのため、乾燥後の造粒物４に求める強度や硬度等に応じて、水とともに適当な溶媒を用いてもよい。このような溶媒としては、例えば、デキストリン、アルギン酸ナトリウム、リグニンさらにはベントナイト等を例示することができる。
【００４５】
このような安定化処理により、焼却飛灰１ａ、溶融飛灰１ｂまたは直接溶融飛灰１ｃに含まれる有害な重金属が固定化される理由を説明する。本発明者らは、３ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３  または  １２ＣａＯ・７Ａｌ２Ｏ３を主要鉱物相とする２次精錬スラグの粉末を種々の重金属塩化物ＭＣｌ２（Ｍ＝Ｐｂ、Ｚｎ等）  と混合し、オートクレーブ中で１２０  ℃に保持して３〜１２時間反応させ、反応後の鉱物相をＸ線回折法により同定した。その結果、鉱物相から新たにフリーデル氏塩（３ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３  ・ＣａＣｌ２  ・１０Ｈ２Ｏ）が存在することが認められるとともに、単体の重金属塩化物ＭＣｌ２は消失していた。
【００４６】
さらに、フリーデル氏塩  （３ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３  ・ＣａＣｌ２  ・１０Ｈ２Ｏ）の粉末を予め合成しておき、その中に種々の重金属塩化物ＭＣｌ２の円柱状圧粉体を埋め込んで圧粉してから、オートクレーブ中で１２０  ℃に保持して３〜１２時間反応させた。そして、反応後にフリーデル氏塩  （３ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３  ・ＣａＣｌ２  ・１０Ｈ２Ｏ）と重金属塩化物ＭＣｌ２との界面近傍を電子顕微鏡で観察し、各部の組成を微少部Ｘ線分析装置で定量した。その結果、界面から約１０μｍまでのフリーデル氏塩中のＣａＣｌ２  のＣａとＭ  とが置換され、重金属塩化物ＭＣｌ２がフリーデル氏塩により安定化することがわかった。
【００４７】
カルシウムアルミネートを含有する２次精錬スラグ粉末による、このような重金属塩化物の安定化は、下記▲１▼式および▲２▼式により表される。
【００４８】
0003598832.tif 000002
一方、２ＣａＯ・ＳｉＯ２を主要鉱物相とする溶銑予備処理スラグ粉末を種々の重金属塩化物ＭＣｌ２と混合し、オートクレーブ中で１２０  ℃に保持して３〜１２時間反応させ、反応後の鉱物相をＸ線回折法により同定した。その結果、鉱物相から新たに２ＣａＯ・ＳｉＯ２の水和物が認められるとともに、単体の重金属塩化物ＭＣｌ２は消失していた。
【００４９】
さらに、２ＣａＯ・ＳｉＯ２の水和物を予め合成しておき、その中に種々の重金属塩化物ＭＣｌ２の円柱状圧粉体を埋め込んで圧粉してから、オートクレーブ中で１２０  ℃に保持して３〜１２時間反応させた。そして、反応後に２ＣａＯ・ＳｉＯ２の水和物と重金属塩化物との界面近傍を電子顕微鏡で観察し、各部の組成を微小部Ｘ線分析装置で定量した。その結果、界面から約３０μｍまでの２ＣａＯ・ＳｉＯ２の水和物中のＣａＯ  サイトのＣａ、Ｏ  がそれぞれＭ  、Ｃｌと置換することにより、重金属塩化物が安定化することがわかった。
【００５０】
カルシウムシリケートを含有する溶銑予備処理スラグによる、このような重金属塩化物の安定化は、下記▲３▼式により表される。
【００５１】
0003598832.tif 000003
本発明によれば、このようにして、カルシウムアルミネートおよび／またはカルシウムシリケートを含む製鋼スラグ、すなわち、２次精錬スラグ、溶銑予備処理スラグおよび転炉スラグの１種または２種以上の組合せからなる粉末２を、固定剤として用いることにより、焼却飛灰１ａ、溶融飛灰１ｂまたは直接溶融飛灰１ｃの安定化処理が行われる。
【００５３】
このようにして得られた造粒物４’  は、改正された廃棄物処理法により義務付けられた安定化処理の基準を充分に満足するため、廃棄物最終処分場に廃棄することができるとともに、路盤材や埋め戻し材等として土木現場等において有効に用いることができる。
【００５４】
このように、本発明によれば、焼却飛灰１ａ、溶融飛灰１ｂさらには直接溶融飛灰１ｃといった、重金属を含む廃棄物を、確実に安定化処理することができる。また、この処理に際して、低コストの製鋼スラグの粉末２を用いるため、処理コストの上昇も確実に抑制できる。
【００５５】
また、用いる製鋼スラグの粉末２は、廃棄物に含まれる重金属と効率的かつ優先的に反応するため、粉末２の使用量の増加も抑制される。そのため、この面からも、処理コストの上昇が確実に抑制される。
【００５６】
さらに、従来は埋め立て材や路盤材としての用途しか存在しなかった製鋼スラグを、有効に利用する新たな用途を提供することもできた。
さらに、本発明を実施例を参照しながら、さらに具体的に説明する。
【００５７】
【実施例】
（実施例１）
実稼働中のストーカ式焼却施設においてバグフィルタ式集塵機で捕集されたアルカリ性焼却飛灰の化学組成を表１に示す。
【００５８】
【表１】
0003598832.tif 000004
【００５９】
この焼却飛灰について、環境庁告示第１３号で規定された溶出試験を行った。重金属の溶出量と、埋め立て処分の規制値とを表２に対比しながら示す。
【００６０】
【表２】
0003598832.tif 000005
【００６１】
表２の結果から、焼却飛灰からの鉛の溶出量が規制値を超えるため、鉛の固定化処理を行う必要があることが明らかであった。
この焼却飛灰１００  重量部に対して、粒度が２５０  μｍ以下、１５０  μｍ以下、または３２μｍ以下の２次精錬スラグ粉末、溶銑予備処理スラグ粉末または転炉スラグ粉末を５０重量部添加し、適量の水で混練して円柱体に形成した後、６０℃で４８時間養生した。
【００６２】
得られた処理品について、環境庁告示第１３号で規定された溶出試験を行った。溶出液中の鉛濃度とスラグ粒度との関係を図２にグラフで示す。
図２に示すグラフから、スラグ粒度が１５０  μｍ以下であれば、溶出液中の鉛濃度は埋め立ての規制値を下回ることがわかる。
【００６３】
（実施例２）
焼却飛灰１００  重量部に対して、粒度が１５０  μｍ以下の２次精錬スラグ粉末、溶銑予備処理スラグ粉末、あるいは前記のカルシウムアルミネート粉末を５０重量部添加し、適量の水で混練して円柱体に形成した後、２０℃または６０℃  （エアバス中）  で４８時間または１２０  ℃  （オートクレーブ中）  で３時間養生した。
【００６４】
得られた処理品について、環境庁告示第１３号で規定された溶出試験を行った。溶出試験における溶出液中の鉛濃度と養生温度との関係を図３にグラフで示す。
【００６５】
養生温度が６０℃以上で、溶出液中の鉛濃度は埋め立ての規制値を下回ることがわかる。転炉スラグ粉末およびカルシウムシリケート粉末を用いた場合も同様の傾向であった。
【００６６】
（実施例３）
焼却飛灰に、粒度が３２μｍ以下の２次精錬スラグ粉末あるいは溶銑予備処理スラグ粉末を添加し、適量の水で混練して円柱体に形成した後、６０℃で４８時間養生した。この際、スラグ重量／焼却飛灰重量比を０．１  〜１．０  の範囲で変化させた。
【００６７】
得られた処理品について、環境庁告示第１３号で規定された溶出試験を行った。溶出試験における溶出液中の鉛濃度とスラグ重量／焼却飛灰重量比との関係を図４にグラフで示す。
【００６８】
スラグ重量／焼却飛灰重量比が０．５  以上では、２次精錬スラグおよび溶銑予備処理スラグによる鉛溶出の抑制効果は飽和している。転炉スラグ粉末およびカルシウムアルミネート粉末を用いた場合も同様の傾向であった。
【００６９】
（実施例４）
焼却飛灰１００  重量部に、粒度が３２μｍ以下の２次精錬スラグ粉末あるいは溶銑予備処理スラグ粉末、または、粒度が１５０  μｍ以下の２次精錬スラグ粉末あるいは溶銑予備処理スラグ粉末を５０重量部添加し、適量の水で混練して円柱体に形成した後、６０℃で養生した。
【００７０】
得られた処理品について、環境庁告示第１３号で規定された溶出試験を行った。溶出試験における溶出液中の鉛濃度と養生時間との関係を図５にグラフで示す。
【００７１】
２次精錬スラグおよび溶銑予備処理スラグによる鉛溶出の抑制効果は飽和している。粒度が３２μｍ以下の２次精錬スラグ粉末あるいは溶銑予備処理スラグ粉末を用いた場合、４８時間の養生で鉛溶出の抑制効果は飽和している。転炉スラグ粉末、カルシウムアルミネート粉末、または、カルシウムシリケート粉末を用いた場合も同様の傾向であった。
【００７２】
以上の実施例１〜実施例４により、２次精錬スラグ、溶銑予備処理スラグおよび転炉スラグの１種または２種以上を組合せて、固定剤として用いることにより、焼却飛灰からの鉛溶出を確実に抑制できることがわかる。
【００７３】
（実施例５）
実稼働中の回転式表面溶融炉においてバグフィルタ式集塵機で捕集された酸性溶融飛灰、および、ガス化溶融炉においてバグフィルタ式集塵機で捕集された直後の溶融飛灰の化学組成を表３に示す。
【００７４】
【表３】
0003598832.tif 000006
【００７５】
表３を表１と比較すると、溶融飛灰においてはいずれの重金属濃度も焼却灰より高く、固定化処理がより困難であることが明らかである。また、直接溶融飛灰は、廃棄物から可燃性ガスを取り出す際に発生する飛灰とその後の溶融において発生する飛灰が混合したものであることから、表１の焼却灰と表３の溶融飛灰の中間の組成となっているが、焼却灰より有害重金属濃度は高い。表３から、溶融飛灰中の重金属固定化が可能であれば、直接溶融飛灰中の重金属固定化も充分可能であることがわかる。そこで、以下の実施例においては、より固定化処理が困難な溶融飛灰についての実施例を示す。
【００７６】
表３の溶融飛灰について、環境庁告示第１３号で規定された溶出試験を行った。溶融飛灰をそのまま溶出試験したものと、消石灰を添加しｐＨを上昇させたものについて、重金属の溶出量と埋め立て処分の規制値とを、表４に対比して示す。
【００７７】
【表４】
0003598832.tif 000007
【００７８】
表４について、溶融飛灰からの鉛、カドミウムの溶出量は埋め立ての規制値を超える。亜鉛については埋め立ての規制値はないが、海洋に投入する廃棄物の判定基準値５ｍｇ／Ｌ  よりも著しく高い。消石灰を添加してｐＨを上昇させても、鉛の溶出量は埋め立ての規制値を超える。表４と表２との比較においても、溶融飛灰からの重金属の溶出量は焼却飛灰より高く、これら重金属の固定化処理は困難であろうことが予想される。
【００７９】
従来、焼却飛灰の安定化に用いられているセメント固化法およびキレート樹脂Ｋを用いた薬剤処理法による溶融飛灰を処理し、環境庁告示第１３号にしたがって溶出試験を行った。結果を表５に示す。
【００８０】
【表５】
0003598832.tif 000008
【００８１】
ここで、セメント固化法ではブレーン比表面積値が１０００ｃｍ２／ｇ  以上の微粒子セメントを用いて、適量の水と混練し、室温で７日間養生した。また、キレート樹脂Ｋを用いた実験では、消石灰を添加して溶出液のｐＨを上昇させた。
【００８２】
セメント固化法、薬剤処理法のいずれにおいても、鉛の溶出抑制が困難である。特にセメント固化法では、セメントの添加量を増やすことにより溶出後のｐＨが上昇するため、鉛の溶出量が上昇している。
【００８３】
（実施例６）
焼却飛灰に対して有効であった２次精錬スラグ粉末あるいは溶銑予備処理スラグ粉末を溶融飛灰中の重金属の固定化に用いた。
【００８４】
溶融飛灰１００  重量部に対して、粒度が１５０  μｍ以下の２次精錬スラグ粉末、溶銑予備処理スラグ粉末、転炉スラグ粉末、合成カルシウムアルミネート粉末、あるいは合成カルシウムシリケート粉末を１００  重量部添加し、適量の水で混練して円柱体に形成した後、６０℃  （エアバス中）  で４８時間、８０℃  （エアバス中）  で２４時間、または１２０  ℃  （オートクレーブ中）  で３時間養生した。
【００８５】
得られた処理品について、環境庁告示第１３号で規定された溶出試験を行った。溶出試験における溶出液中の鉛、亜鉛、カドミウム濃度と養生温度との関係を表６に示す。
【００８６】
【表６】
0003598832.tif 000009
【００８７】
いずれの固定剤を用いた場合も、養生温度が８０℃以上で溶出液中の鉛濃度は、埋め立ての規制値より低くなっている。
【００８８】
（実施例７）
溶融飛灰に、粒度が１５０  μｍ以下の２次精錬スラグ粉末、溶銑予備処理スラグ粉末、転炉スラグ粉末、合成カルシウムアルミネート粉末、あるいは合成カルシウムシリケート粉末を添加し、適量の水で混練して円柱体に形成した後、１２０  ℃で３時間養生した。この際、固定剤重量／焼却飛灰重量比を０．１  〜１．０  の範囲で変化させた。
【００８９】
得られた処理品について、環境庁告示第１３号で規定された溶出試験を行った。溶出試験における溶出液中の重金属濃度と固定剤重量／焼却飛灰重量比との関係を表７に示す。
【００９０】
【表７】
0003598832.tif 000010
【００９１】
いずれの固定剤を用いた場合も、スラグ重量／焼却飛灰重量比が０．３  以上で、溶出液中の鉛濃度は埋め立ての規制値より低くなっている。
【００９２】
（実施例８）
溶融飛灰１００  重量部に、粒度が１５０  μｍ以下の２次精錬スラグ粉末、溶銑予備処理スラグ粉末あるいは転炉スラグ粉末、または、粒度が１５０  μｍ以下のカルシウムアルミネート粉末あるいはカルシウムシリケート粉末を１００  重量部添加し、適量の水で混練して円柱体に形成した後、８０℃で養生した。
得られた処理品について、環境庁告示第１３号で規定された溶出試験を行った。溶出試験における溶出液中の鉛濃度と養生時間との関係を表８に示す。
【００９３】
【表８】
0003598832.tif 000011
【００９４】
養生温度８０℃では２４時間で、粒度が１５０  μｍ以下の２次精錬スラグ粉末、溶銑予備処理スラグ粉末あるいは転炉スラグ粉末による鉛溶出の抑制効果はほぼ飽和している。また、２次精錬スラグ粉末の粒度が小さいほど、重金属溶出の抑制効果は短時間で現される。
【０１００】
実施例５〜実施例８の結果から、２次精錬スラグ粉末、溶銑予備処理スラグ粉末、転炉スラグ粉末、カルシウムアルミネート粉末、あるいはカルシウムシリケート粉末を固定剤として用いることにより、溶融飛灰からの重金属溶出を確実に抑制できることがわかる。
【０１０１】
（実施例９）
溶融飛灰１００  重量部に、粒度が１５０  μｍ以下の２次精錬スラグ粉末、溶銑予備処理スラグ粉末あるいは転炉スラグ粉末を添加し、適量の水で混練して円柱体に形成した後、８０℃で養生することにより、試料１  （本発明例）  を得た。
【０１０２】
これに対し、溶融飛灰１００  重量部に、ブレーン比表面積が６０００ｃｍ２／ｇ  以上の高炉水砕スラグを１００  重量部添加し、適量の水で混練して円柱体に形成した後、オートクレーブで養生することにより、試料２  （比較例）  を得た。
【０１０３】
さらに、溶融飛灰１００  重量部に、ブレーン比表面積が１０００ｃｍ２／ｇ  以上のセメントを１００  重量部添加し、適量の水で混練して円柱体に形成した後、室温で養生することにより、試料３  （従来例）  を得た。
【０１０４】
これらの試料１〜試料３について、環境庁告示第１３号で規定された溶出試験を行い、溶出試験における重金属の溶出量を測定した。結果を、表１０にまとめて示す。
【０１０５】
【表１０】
0003598832.tif 000012
【０１０６】
表１０から、本発明によれば、廃棄物に含有される重金属を確実に固定化できることがわかる。
これに対し、試料２は、高炉水砕スラグを固定剤として用いるため、カルシウムアルミネートおよびカルシウムシリケートといった鉱物は含有されていないために重金属の固定化が不充分であり、重金属が溶出してしまった。また、試料３は、セメントを固定剤として用いるため、同様に重金属の固定化が不充分であることがわかる。
【０１０７】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、請求項１〜請求項６の本発明によれば、焼却飛灰、溶融飛灰さらには直接溶融飛灰といった、重金属を含む廃棄物を、確実に安定化処理することができる。また、この処理に際して、低コストの製鋼工程での生成物の粉末を用いるため、処理コストの上昇も確実に抑制できる。
【０１０８】
また、用いる製鋼工程での生成物の粉末は、廃棄物に含まれる重金属と効率的かつ優先的に反応するため、粉末の使用量の増加も抑制される。そのため、この面からも、処理コストの上昇が確実に抑制される。
【０１０９】
さらに、従来は埋め立て材や路盤材としての用途しか存在しなかった製鋼スラグを、有効に利用する新たな用途を提供することもできる。
かかる効果を有する本発明の意義は、極めて著しい。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態の安定化処理法を模式的に示す説明図である。
【図２】焼却飛灰を２次精錬スラグ粉末、溶銑予備処理スラグ粉末、あるいは転炉スラグ粉末で安定化処理した際の、溶出液中の鉛濃度に及ぼすスラグ粒度の影響を示すグラフである。
【図３】焼却飛灰を２次精錬スラグ粉末、溶銑予備処理スラグ粉末、あるいはカルシウムアルミネート粉末で安定化処理した際の、溶出液中の鉛濃度に及ぼす養生温度の影響を示すグラフである。
【図４】焼却飛灰を２次精錬スラグ粉末、溶銑予備処理スラグ粉末、あるいはカルシウムシリケート粉末で安定化処理した際の、溶出液中の鉛濃度とスラグ重量／焼却灰重量比との関係を示すグラフである。
【図５】焼却飛灰と２次精錬スラグ粉末あるいは溶銑予備処理スラグ粉末を混練し６０℃で養生した際の、溶出液中の鉛濃度と養生時間との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１ａ    焼却飛灰
１ｂ    溶融飛灰
１ｃ    直接溶融飛灰
２    製鋼スラグの粉末
２ａ    ２次精錬スラグ粉末
２ｂ    溶銑予備処理スラグ粉末
２ｃ    転炉スラグ粉末
３    混練および造粒の二つの機能を併せ持つ機械
４、４’      造粒物
５    オートクレーブ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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