(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
廃棄物焼却処理場等より排出される焼却灰を、焼却灰が没する量の水に常圧下で浸漬して、セメント用混合材を得ることを特徴とする焼却灰の処理方法。
【請求項２】
廃棄物焼却処理場等より排出される焼却灰を、焼却灰が没する量の水に常圧下で浸漬した後、二酸化炭素を含むガスに接触させ、セメント用混合材を得ることを特徴とする焼却灰の処理方法。
【請求項３】
ガスの二酸化炭素濃度が５％以上であることを特徴とする請求項２に記載の焼却灰の処理方法。
【請求項４】
ガスの温度が１００℃以上であることを特徴とする請求項２又は３に記載の焼却灰の処理方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、廃棄物等の焼却灰をセメントの混合材として用いた場合にしばしば発生する練り混ぜ時の急激な発熱、発泡、流動性の低下、硬化体強度の低下、膨張等を低減し、セメント用混合材として使用に耐え得るものとするための焼却灰の処理方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
都市ゴミ等の焼却灰は、現在そのほとんどが埋立処分されているが、近年、発生量が著しく増加し、埋立用地の確保等、処理上の問題が深刻化しつつある。
焼却灰は、主としてカルシウム、アルミニウム及びケイ素を含有し、組成的には、従来よりセメント用混合材に用いられている高炉スラグやフライアッシュに近似し、セメント混合材として利用できるものと考えられる。
実際、埋立処分する場合も、焼却灰に含まれる重金属等の有害物質の溶出を防ぐため、セメントと混合し、固化することも一般的である。
【０００３】
しかしながら、焼却灰の組成によっては、焼却灰をそのままセメントに混合して、土木・建築用あるいはコンクリート製品用材料として用いることが、困難な場合がある。その理由は、焼却灰が水と接すると、焼却灰中にしばしば含まれる生石灰、アーウィンなどの水和反応性の高い化合物や金属アルミニウムが、激しく水和したり、水と反応してガスを発生したり、あるいは不安定で他の結晶形に転移しやすいカルシウムアルミネート水和物を生成したりするため、練り混ぜ直後の激しい発熱と発泡、それに伴う硬化物の急激な温度上昇、こわばりの発生、硬化体の多孔化とそれによる強度の低下、硬化体の著しい寸法変化、一旦発現した強度の低下等を生じるからである。
【０００４】
このような弊害を抑制するため、前処理として、焼却灰を水と接触させる方法が従来より提案されているが、それらはいずれもアルカリの添加や加圧下での練り混ぜ，  粉砕混合等の特殊な操作を必要としている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、本発明は、セメントに混合して使用しても、急激な発熱、発泡がなく、実用上十分な流動性と強度発現性を示し、著しい膨張を生じない混合材を焼却灰から得るための、特殊な操作を必要としない焼却灰の処理方法を提供するものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の焼却灰の処理方法は、廃棄物焼却処理場等より排出される焼却灰を、焼却灰が没する量の水に常圧下で浸漬して、セメント用混合材を得るものである。
また、本発明の焼却灰の処理方法は、廃棄物焼却処理場等より排出される焼却灰を、焼却灰が没する量の水に常圧下で浸漬した後、二酸化炭素を含むガスに接触させ、セメント用混合材を得るものである。
そして、上記の各方法の実施の際には、ガスの二酸化炭素濃度が５％以上であることが望ましい。
さらに、上記の各方法の実施の際には、ガスの温度が１００℃以上であることが望ましい。
【０００７】
廃棄物焼却処理場等より排出される焼却灰は、アウィン、消石灰、生石灰や金属アルミニウム等を含むものが多い。このような焼却灰が水と接すると、生石灰やアウィンなどが水和して急激に発熱し、また金属アルミニウムはアルカリ共存下において水を分解し、水素ガスを発生する。
したがって、焼却灰をそのままセメントに混合して用いると、練り混ぜ直後から生石灰等の水和のため激しく発熱するとともにこわばりを生じたり、水素ガスの発生により激しく発泡して、硬化体は多孔化し、強度は低下する。
そして、発泡が成型後や打設後も続く場合は、著しく寸法が変化し、また含塩素カルシウムアルミネート水和物の生成等により、一旦発現した強度が材令の経過に伴い低下する場合もある。
このように焼却灰をそのままセメントの混合材として用いた場合、その組成によっては、土木・建築材料あるいはコンクリート製品材料として使用する上で、重大な問題を生じる場合がある。
【０００８】
本発明では、あらかじめ、焼却灰を水または熱水に浸漬して水和させ、金属アルミニウムや生石灰をＣａ（ＯＨ）２  やＡｌＯ（ＯＨ），Ａｌ（ＯＨ）３  などの安定な化合物に変えることによって、セメントの練り混ぜ時における弊害を抑制する。
水の量は、焼却灰が完全に水没する量が必要である。このように、従来よりも水量を多くすることにより、焼却灰粒子と水との接触面積が大きく保たれ、加圧、アルカリの添加、粉砕混合などの特別の操作を施さずに、上記の反応を十分に進行させることができる。
そして、上記の反応の速度は、高温ほど大きいので、処理時間を短縮するためには、加熱下で行うと良い。処理時間は、焼却灰のキャラクターにより多少異なるが、通常、温度２０℃では１０時間以上、温度６０℃では１時間以上、９０℃では２０分以上とすることが望ましい。
なお、一定時間毎に、処理容器底部に沈降した焼却灰を撹拌し、反応を促進することも望ましい。
【０００９】
さらに、本発明では、水に浸漬した焼却灰を、焼却炉の排ガス等、一定濃度以上の二酸化炭素を含有するガスに接触させ、水酸化カルシウムを炭酸カルシウムに転化させることにより、セメント用の混合材として使用した際の硬化体の一層の強度の改善を実現する。
ガス処理は、温度１００℃以上で、ＣＯ２  濃度５％以上のガスを用いて、１時間以上行うことが望ましい。
【００１０】
廃棄物焼却処理場等には、ボイラーからの排熱、冷却水、二酸化炭素を含む排ガスなどが豊富に存在し、これらを本発明に利用すると、エネルギーの再利用という点でも有効である。
【００１１】
【実施例】
以下に実施例をあげて説明する。
水に浸漬処理した焼却灰、水に浸漬処理した後に二酸化炭素ガスに接触処理した焼却灰、及びこれらの処理を施さない焼却灰を、普通ポルトランドセメント（ＯＰＣ）と混合し、得られた試製セメントについて、凝結試験、モルタル強度試験及び膨張量の測定を行い、ＯＰＣのみのセメントと比較した。
使用した焼却灰は、ごみ焼却場の飛灰で、そのキャラクターを表１に示す。
【００１２】
【表１】
0003561031.tif 000002
【００１３】
セメントと焼却灰の混合比は８０：２０（重量比）とした。
浸漬処理には、焼却灰を、一定温度に保った０．５倍量または１０倍量（重量比）の水に所定の時間まで浸漬し、ろ過し、室温で乾燥した。
【００１４】
ガス処理は、６０℃の熱水に１時間浸漬した後、ろ過・乾燥した焼却灰１００ｇを、内容積１００リットルのインキュベーター中で、二酸化炭素を含有するガスに所定の時間まで接触させた。
ガスの温度は、実際の廃棄物焼却場の排ガスに近い、温度２００℃を主とし、２０、５０、１００、３００℃の場合も実施した。
ＣＯ２  濃度は２〜１５％とし、接触時間は３０分〜２時間とした。
【００１５】
凝結試験及びモルタル強度試験は、ＪＩＳ  Ｒ  ５２０１「セメントの物理試験」にもとづいて行った。強度試験は、試験体を湿空で１日養生後脱型し、２０℃で所定の材令まで養生した後測定した。
膨張量は、強度試験用供試体の厚さをノギスで測定し、試料０の普通セメントモルタルの場合の厚さとの差を求めて膨張量とし、測定は、材令１日で行った。
試験結果を表２に示す。
【００１６】
【表２】
0003561031.tif 000003
【００１７】
普通ポルトランドセメント（ＯＰＣ）のみを用いた試料０のモルタルの圧縮強度は、７日、２８日においてそれぞれ２７８ｋｇｆ／ｃｍ２  、４４３ｋｇｆ／ｃｍ２  で、凝結は正常で、硬化体の膨張はほとんど認められない。
浸漬処理及びガス接触処理をしない焼却灰を混合した試料１は、ＯＰＣと比較して、モルタルのフローは小さく、供試体１本（４×４×１６ｃｍの立方体）の重量は小さく、圧縮強度は２８日でも４３ｋｇｆ／ｃｍ２  に過ぎず、凝結は早くなり、膨張量は大きい。
約２０℃に保った水に浸漬した焼却灰を混合した試料２〜６では、処理時間が２時間では試料１と大差ないが、処理時間が長くなるにつれて、フローは大きく、供試体重量は大きく、圧縮強度は高くなり、凝結は遅くなり、膨張量は小さくなった。ただし処理時間２４時間と３６時間では、大差はなかった。
【００１８】
６０℃の熱水に浸漬した焼却灰を用いた試料７〜１０及び９０℃の熱水に浸漬した焼却灰を用いた試料１１〜１５でも、同様に処理時間の増加につれてセメントの性能が向上した。
以上の例は、焼却灰をその１０倍量の水すなわち焼却灰が完全に水没する水量の水に浸漬した場合であるが、０．５倍量の水に浸漬した試料１６では、水量が少なく、焼却灰は湿っているものの水面上に焼却灰の４割程度が露出しているため、９０℃で３０分間浸漬処理しても、セメントの性能低下を押さえる改善は見られなかった。
【００１９】
浸漬処理後にガス接触処理を行った試料１７〜３５では、同じ条件で浸漬処理した試料９と比較して、強度は増加した。
ただしＣＯ２  濃度が２％では強度の増加は小さく、ＣＯ２  濃度は５％以上が適当と考えられる。
また接触時間は、３０分と１時間では強度の増加に差があるが、１時間と２時間では大差ない。
ガス温度は１００℃以上が望ましく、実際の焼却場の排ガス（約２００℃）なら十分と考えられる。
【００２０】
【発明の効果】
上述したように、本発明によれば、簡単な方法により、セメントに混合して使用しても、急激な発熱、発泡がなく、実用上十分な流動性と強度発現性を示し、著しい膨張を生じない混合材を、焼却灰から得ることができる。
焼却施設には、ボイラーからの排熱、冷却水、二酸化炭素を含む排ガスなどが豊富に存在し、これらを本発明に利用すると、エネルギーの再利用という点でも有効である。