(57)【要約】【課題】  施工されている石綿含有材料への応急措置や解体・運搬から、解体された石綿廃材の加熱溶融処理までの、一連の石綿含有材料の廃材処理技術に関するものである。【解決手段】  珪酸リチウムで含浸させた石綿廃材を溶融炉で溶融し無害化する処理方法において、石綿の飛散を防止する処理方法である。石綿廃材に含浸された珪酸リチウムは、５００〜１１００℃の温度域にてゲル化し、繊維表面に付着して石綿の飛散を防止する。また、石綿の溶融温度を約１３６０℃へ低下させることができる。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
石綿含有材料に珪酸リチウムを乾燥固形分として２〜１００重量％を含浸することを特徴とする石綿含有材料の飛散防止方法。
【請求項２】
前記請求項１に記載の飛散防止方法により得られた石綿含有材料を乾燥・固化させて廃材とすることを特徴とする石綿含有材料の廃材処理方法。
【請求項３】
前記請求項２に記載の石綿含有材料の廃材処理方法であって、得られた石綿廃材をさらに溶融処理することを特徴とする石綿廃材の溶融処理方法。
【請求項４】
前記請求項２に記載の石綿含有材料の廃材処理方法により得られた石綿廃材処理品。
【請求項５】
前記請求項３に記載の石綿含有材料の溶融処理方法により得られた石綿溶融処理品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、施工されている石綿含有材料（建材、製品）の解体時、解体された石綿含有材料の回収・運搬時、回収した石綿含有材料の溶融処理時に、石綿の飛散を防止するとともに、石綿含有材料を１５００℃以下の低温で溶融処理することができる石綿繊維の飛散防止、溶融固化技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から石綿を使用した製品は、耐熱性，耐薬品性，絶縁性に優れているため、建築資材等の耐火被覆材或いはブレーキパッドなど幅広く利用されている。しかしながら、石綿は優れた特性を有するものの、飛散した石綿粉塵を人が吸込んだ場合、石綿肺，肺ガン或いは悪性中皮腫などの重大な疾病を引き起こすことが指摘されている。
【０００３】
現在、石綿を含む産業廃棄物は主に最終処分場に埋め立てられるが、埋め立てによる処理量には、埋立て場所等の限定により限界がある。このような石綿を含む産業廃棄物からの石綿繊維の飛散を防止する方法或いは石綿を含む産業廃棄物を無害化する処理方法が提案されている。
例えば、特許文献１には、酸化化合物等の溶融助剤を添加して溶融固化する処理方法が開示されている。
特許文献２には、リン酸で処理した後炭酸カルシウム等のアルカリ剤を加えて無害化する処理方法が開示されている。
特許文献３には、石綿を含む廃棄物に水を含ませた後珪酸ソーダ又は珪酸カリウムを添加し、繊維表面にアルカリ珪酸塩のゲル層を形成させ、これを１０００〜１２００℃で焼成・焼結させる処理方法が開示されている。
特許文献４には、石綿建材などを解体する際に、シーラントを含浸することで石綿の飛散を防止する処理方法が開示されている。
特許文献５には、金属製構造物に取り付けられた石綿にシーラントを含浸した後、収納容器に詰めて溶融処理する方法が開示されている。
【特許文献１】特開昭６２−２３７９８４号公報
【特許文献２】特公平０５−０１２９９４号公報
【特許文献３】特開平０９−１１０５１４号公報
【特許文献４】特開２００６−０６３２９９号公報
【特許文献５】特開２００６−０４３６２０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、前述の文献には以下のような問題点があった。
特許文献１には溶融時に石綿がガラス化、もしくは無害な結晶になるように溶融固化することを目的として、石綿廃材をミキサーで粉砕した後、ホッパーから溶融助剤を添加する、という方法が開示されているが、閉鎖空間（ミキサー）の中の石綿廃材に溶融助剤を添加することを想定しているため、選定された溶融助剤に石綿の飛散を防止する効果は求められておらず、これらの溶融助剤に石綿の飛散を防止する効果があるかどうかは不明である。
特許文献２には石綿の繊維構造を破壊することを目的に、石綿廃材とリン酸水溶液等とを混合攪拌させて造粒、焼成し、さらに炭酸カルシウム等のアルカリ剤を加えて焼成して粒状物とする方法が開示されているが、石綿はリン酸水溶液等混合、攪拌、造粒する、とあり、湿式混合することを想定していることから、これらの薬剤に石綿の飛散防止効果は求められておらず、これらの薬剤に石綿の飛散を防止する効果があるかどうかは不明である。
特許文献３に記載された珪酸ソーダ又は珪酸カリウムを添加して焼成・焼結させる処理方法は、石綿を含む産業廃棄物を無害化させ、有効利用することを目的として、石綿廃材を粉砕後に珪酸ソーダ等と混合混錬する方法が開示されているが、石綿廃材を解砕し、珪酸ソーダ等と水を配合し、養生硬化させることを想定していることから、薬剤に求められる役割は硬化剤として働くことであり、これらの薬剤に石綿の飛散防止効果は求められておらず、また、これらの助剤に石綿の飛散を防止する効果があるかどうかは不明である。
特許文献４に記載されたシーラントを含浸することで石綿の飛散を防止する処理方法では、石綿含有物の表面にシリコーンとアルコキシシランからなる珪素化合物を含浸・固化させて、石綿の飛散を防止することが記載されているが、長期間にわたって石綿の飛散を防止することが目的であるため、シーラントに求められる役割は単なる飛散防止剤であり、これらの薬剤を使用した石綿材料を溶融処理した際に、低温溶融が可能であるかは不明である。
特許文献５に記載された金属製構造物に取り付けられた石綿にシーラントを含浸した後、収納容器に詰めて溶融処理する方法では、シーラントは単に飛散を防止するために吹き付けられており、これらの薬剤を使用した石綿材料を溶融処理した際に、低温溶融が可能であるかは不明である。
本願発明者らは、上記の課題を踏まえて種々の研究・開発の結果、飛散防止剤として珪酸リチウムを使用することで、施工されている石綿含有材料の解体時、解体された石綿含有材料の回収・運搬時、回収した石綿含有材料の溶融処理時に、石綿の飛散を防止するとともに、石綿含有材料を１５００℃以下の低温で溶融処理することができることを見出し、本願発明を完成するに至った。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本願第１の発明は、石綿含有材料に珪酸リチウムを乾燥固形分として２〜１００重量％を含浸することを特徴とする石綿含有材料の飛散防止方法である。
第２の発明は、飛散防止方法により得られた石綿含有材料を乾燥・固化させて廃材とすることを特徴とする石綿含有材料の廃材処理方法である。
第３の発明は、石綿含有材料の廃材処理方法により得られた石綿廃材をさらに溶融処理することを特徴とする石綿廃材の溶融処理方法である。
第４の発明は、石綿含有材料の廃材処理方法により得られた石綿廃材処理品である。
第５の発明は、石綿含有材料の溶融処理方法により得られた石綿溶融処理品である。
【発明の効果】
【０００６】
本願発明によれば、以下のような効果を有する。
（１）石綿は水との親和性が低く、石綿含有製品を解体する際に水を散布しても、石綿の飛散を防ぐ効果は低い。これに対し、珪酸リチウムは石綿との親和性が高く、石綿含有製品を解体する際珪酸リチウム水溶液を散布すると、解体時の石綿の飛散を防ぐ効果は高い。これは、次のような理由による。
珪酸リチウム水溶液は表面電荷が負であるコロイド状シリカと正電荷のリチウムイオンから成り、これらが電気的にバランスしている水溶液である。
ここで石綿のうち、クロシドライト、アモサイトの表面電荷は負であり、珪酸リチウム水溶液中の珪酸分（コロイド状シリカ）の表面電荷と同じである。従って、たとえば吹付け材のような石綿繊維の集合体に珪酸リチウム水溶液を塗布すると、水溶液中では石綿繊維の表面電荷とコロイド状シリカの表面電荷が反発し、石綿繊維、コロイド状シリカが分散するが、リチウムイオンによってバランスが保たれて、石綿繊維との親和性が高くなっている（濡れる）と考えられる。
石綿繊維の表面が珪酸リチウムで濡れているので、石綿繊維が飛散しにくくなっているとともに、この状態で乾燥するとコロイド状シリカが石綿繊維とともに固化することで、乾燥後も石綿の飛散を防ぐ効果が持続する。
このような効果を発現する材料としては、例えば他のアルカリ珪酸塩も考えられ、実際にアルカリ珪酸塩の水溶液は皆、石綿繊維への濡れが良く、飛散を防ぐ効果がある。
しかし、珪酸リチウムはリチウムイオンのイオン半径が他のアルカリに比較して小さいため、石綿繊維表面に吸着できる量が多いことから、最も親和性が高くなると考えられ、石綿繊維の飛散防止に最も効果的である。
（２）珪酸リチウム水溶液を含浸させた石綿廃材を乾燥させ、該石綿廃材を加熱溶融処理することで、石綿廃材に含浸された珪酸リチウムが５００〜１１００℃の温度域にてゲル化し、石綿繊維表面に付着して加熱溶融時の石綿の飛散を防止する（石綿繊維を拘束できる）。また、通常１５００℃以上である石綿の溶融終了温度を最大で約１３６０℃まで低下できる。
これは、珪酸リチウム中のＬｉ2Ｏが添加されることで、相平衡状態が変化することによる。その様子を図１０に示す。図１０はＬｉ2ＯとＳｉＯ2の相平衡状態図であるが、Ｌｉ2Ｏの比率が高くなるにつれて溶融温度が低くなる様子が示されている。
例えば、クリソタイル（Mg6Si4O10(OH)8）に珪酸リチウム（SiO2：Li2Oモル比＝３．５：１）を重量比で１：１となるよう含浸した場合、この混合物はLi2O：SiO2モル比＝１４：８６となり、この時の融点は理論的には約１３８０℃になることを示している。
（３）珪酸リチウムが付着された石綿クリソタイル（白石綿）からなる石綿廃材を７００℃以上に加熱すると、フォレステライト、シリカ、エンスタタイトの結晶構造に変化し、さらに９００℃以上に加熱すると、シリカ、エンスタタイトの結晶が主になり、フォレステライトの結晶は殆どなくなる。フォレステライトは長期的には水和してクリソタイルに戻る可能性があるため、より安全性が高い。
（４）石綿廃材に珪酸リチウム水溶液を含浸させることで珪酸リチウムが固化し、石綿廃材からの石綿飛散を防止するとともに、潮解して流動化することがないので、石綿繊維の拘束力が低減せずに、必要であれば長期間石綿飛散を防止することも可能である。また、アルカリ性物質の中では比較的ｐＨが低いため、作業時の安全性が高く、処理現場を浸食しづらい。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
本発明の第１実施形態となる石綿の飛散防止方法を説明すると、図１に示すケース１では、既設建造物等に施工された石綿含有材料に珪酸リチウムの水溶液を含浸させた後乾燥させて石綿含有材料からの石綿飛散を防止している。
また、図１に示すケース２では、既設建造物等に施工された石綿含有材料に珪酸リチウムの水溶液を含浸させて乾燥・固化させた後、その既設建造物を飛散防止処理された石綿廃材とともに解体して、施工現場から搬送し、埋立て等の処分を行っている。
【０００８】
ここで、石綿含有材料として煙突用断熱材（ニチアス社製「商品名：カポスタック」）を例にして、珪酸リチウム水溶液を含浸させて石綿の飛散を防止する工程を以下に説明する。
まず、石綿含有材料である煙突用断熱材とは、図２に示すように、ビルに設置されているボイラー用又は発電機用の煙突１０の内側に施工される断熱層２０やライニング層３０に使用されるフェルト状の断熱材である。
この煙突用断熱材（石綿含有材料）に、珪酸リチウム水溶液を注入させる。このとき、珪酸リチウムの乾燥固形分が煙突用断熱材の重量に対して、２〜１００重量％含浸されるように珪酸リチウム水溶液を注入する。その後、珪酸リチウム水溶液が乾燥して煙突用断熱材に珪酸リチウムの乾燥固形分が付着して固化することで石綿の飛散が防止される。
【０００９】
上記ケース１およびケース２のいずれの場合においても、石綿含有材料に付着した珪酸リチウムは石綿との親和性が高く、かつ潮解して流動化することがないので、石綿含有材料に含まれる石綿繊維を長期間拘束して、石綿の飛散を防止できる利点がある。また、珪酸ソーダや珪酸カリウムよりも中性に近いため、作業時における作業者への安全性が高く、さらに既設建造物等を浸食することもない。
【００１０】
次に、本発明の第２実施形態では、図３に示すように、石綿含有材料に珪酸リチウム水溶液を含浸・乾燥させて飛散防止処理された石綿廃材を溶融炉で溶融し、無害化する処理方法について説明する。なお、石綿含有材料に珪酸リチウム水溶液を含浸させる工程については、上述しているので、その説明を省略する。
【００１１】
珪酸リチウム水溶液を含浸させた石綿含有材料を、１００℃以上で約３時間加熱して乾燥させて珪酸リチウムの固形分を付着させた石綿廃材とする。その後、溶融炉内にこの石綿廃材を投入し、約１５００℃まで昇温させて石綿廃材を溶融させる。
溶融炉内に投入された石綿廃材に固着した珪酸リチウムは、５００〜１１００℃の温度域でゲル化し、石綿繊維の表面に付着して石綿の飛散を防止する。
また、石綿廃材に対して乾燥固形分として２〜１００重量％の珪酸リチウム水溶液を含浸させることで、一般に１５００℃以上である石綿の溶融温度を約１３６０℃まで低下させることが可能となった。
【００１２】
ところで、石綿障害予防規則は、飛散性石綿建材などを解体する際に、飛散防止処理を行うことを義務付けている。また、廃棄物処理法は、石綿廃材を無害化するために１５００℃以上で溶融することを奨励しており、溶融炉に投入された廃材は、溶融する直前の温度まで繊維が飛散しないことが要求される。
【００１３】
珪酸リチウムを含浸させた石綿廃材を加熱溶融処理した場合、
（１）樹脂を主成分とする飛散防止剤を使用した場合、石綿繊維を拘束できるのは約４００℃程度が限界であり、これと比較して、珪酸リチウムは、約１１００℃の高温域まで石綿繊維を拘束することが可能である。これは、樹脂を主成分とする飛散防止剤を使用した場合、加熱によりシーラントが焼失してしまう一方で、珪酸リチウムは加熱しても焼失せずにガラス化して石綿を高温で拘束できためである。このため、石綿繊維の溶融処理において石綿飛散の可能性を極めて低くすることが出来る。
（２）加熱溶融炉の構造には様々なものがあり、石綿廃材を溶融処理するまでの昇温工程において、溶融炉への投入口が蓋等により密閉された構造となっていないものもあり、昇温時において石綿の飛散防止対策が十分に行われていないものもあったが、飛散防止剤に珪酸リチウム水溶液を用いることにより、昇温時における石綿の飛散防止が可能となった。
（３）これまで石綿廃材の溶融温度は１５００℃とされてきたが、珪酸リチウムによってこの溶融温度を約１３６０℃まで低下することができるため、石綿廃材の溶融処理のためのエネルギー量を低減することができる。
【実施例】
【００１４】
次に、本発明の実施例について説明する。
図４は、飛散防止剤として珪酸リチウム水溶液を含浸した石綿含有材料（実施例）とシーラント無しの石綿含有材料（比較例）について、常温から１５００℃までのＤＳＣチャートを示したものである。実線は実施例を示し破線は比較例を示す。
【００１５】
［実施例について］
石綿含有材料として、石綿クリソタイル（白石綿）の含有量がほぼ１００重量％の吹付け材を用いた（図５）。この吹付け材の厚さは２〜３ｍｍであり、建築物の屋根に施工されていたものであった。またこの吹付け材は、解体時において表面に有機物からなる飛散防止剤が塗布されていた。
【００１６】
大きさが約７５×７５ｍｍの石綿廃材に、水溶液中の珪酸リチウム乾燥固形分を２６重量％、ＳｉＯ2とＬｉ2Ｏ比を３．５とした珪酸リチウム水溶液を、石綿含有材料に対して約１００重量％付着するよう噴霧し含浸させた。その後、前記石綿含有材料を１０５℃で約３時間乾燥させた。乾燥後に石綿含有材料の表面及び裏面を確認すると、珪酸リチウムの固形分が析出して石綿繊維を覆っていた。この乾燥体を５００℃で６分、１１００℃で３分間加熱し外観を観察した。５００℃〜１１００℃の温度域ではゲル状の固体が析出し、全体が堅くなっていた。これを顕微鏡で観察したところ、白いゲル状物質が繊維を堅く覆ったままであり（図６）、さらにゲルの流出は確認できなかった。従って、少なくとも１１００℃まで繊維の飛散を抑制していたことが分かる。また、シーラントを施した石綿含有材料の示差走査熱量分析を行ったところ、約１３６０℃で溶融していることが分かった（図４を参照）。
【００１７】
さらに、それぞれ約７００℃、８００℃、９００℃でそれぞれ２時間加熱して結晶相の変化を確認した。図７から５００℃で６分間加熱した場合には石綿（クリソタイル）が若干残るものの、珪酸リチウムの生成が見られ、図６で繊維を覆っていたものが珪酸リチウムであることがわかった。さらに加熱温度を高くすると、７００℃以上の加熱で石綿（クリソタイル）の結晶は検出されなくなり、珪酸リチウムの他にフォレステライト、シリカ、エンスタタイトが確認された。そして９００℃で加熱した場合には、珪酸リチウム以外の化合物は殆どがシリカ、エンスタタイトであり、フォレステライトはごく僅かに検出されただけであった。
これは次のような反応によって生じたと考えられる。
2Mg３Si２O５(OH)４ → 3Mg２SiO４ ＋ SiO２＋ 4H２O          （式１）
3Mg２SiO４ ＋ SiO２ →  2Mg２SiO４ ＋ 2MgSiO３            （式２）
3Mg２SiO４ ＋ 3SiO２ →  6MgSiO３                        （式３）
＊ Mg３Si２O５(OH)４：石綿
＊ Mg２SiO４：フォレステライト
＊  SiO２：シリカ
＊  MgSiO３：エンスタタイト
【００１８】
通常石綿を加熱することにより（式１）の反応が進み、更に加熱することで（式２）の反応が進む。ここで（式１）では、石綿２ｍｏｌに対しシリカが１ｍｏｌ生成される。また（式２）では、このシリカを消費する反応が進みフォレステライトとエンスタタイトが同ｍｏｌずつ生成される。本発明の実施例ではシーラントとして珪酸リチウムの水溶液を用いているため、シリカ成分が供給されることにより主に（式３）に近い反応が生じたと考えられる。また、（式１）、（式２）の反応は一般的にそれぞれ８００〜９５０℃、１０００〜１２００℃で生じる。本発明の実施例では、７００℃以上の温度では主に（式２）の反応が生じ、９００℃以上では主に（式３）の反応が生じたものと考えられる。これは珪酸リチウムがゲル化して石綿の表面を覆い、石綿とシリカとの反応面積が増加したことによるものと考えられる。
【００１９】
ここでシーラントを施して９００℃で加熱した石綿含有材料（石綿廃材）は、未加熱の石綿含有材料（石綿廃材）と比較して非常に脆くなり、またゲル物質の内部に見られた繊維状の物質を乳鉢で粉砕したところ、容易に粉砕でき繊維状の物質は見られなくなった（図８）。
【００２０】
［比較例について］  石綿含有材料として、石綿クリソタイル（白石綿）の含有量がほぼ１００重量％であり、建築物の屋根に施されており、解体時に有機飛散防止剤が施された吹付け材を用いた。この石綿含有材料に珪酸リチウム水溶液を含浸させずに、上記実施例と同様の条件で乾燥、焼成を行ったところ、５００℃まで加熱すると全面が黒くなり、この黒い生成物が石綿繊維の表面を覆ったが拘束力は低く石綿繊維を拘束していなかった。さらに１１００℃で３分間加熱したところ、石綿繊維は脆く、破断しやすくなり、繊維の絡みが緩くなり飛散しやすくなった（図６）。従って、有機成分からなる飛散防止剤を施しただけでは、加熱時において石綿繊維の飛散が生じるおそれがあることが分かった。また、シーラントを施していない廃材の示差走査熱量分析を行ったところ、融点が約１５００℃以上であった（図４を参照）。
【００２１】
次いで、７００℃、８００℃、９００℃でそれぞれ２時間加熱し結晶相の変化を確認した。図９から５００℃で６分間加熱した場合には石綿（クリソタイル）は殆ど変化なかった。さらに加熱温度を高くすると、７００℃以上の加熱で石綿（クリソタイル）の結晶は検出されなくなり、フォレステライト、シリカ、エンスタタイトが生成した。そして９００℃で加熱した場合には、殆どがフォレステライトであり、シリカ、エンスタタイトは、僅かであった。
これは実施例の場合と異なり外部からのシリカ成分の供給がないために、上記に記載した（式１）及び（式２）の反応が主に行われたためと考えられる。
【００２２】
さらに、この石綿含有材料（石綿廃材）を９００℃で加熱した石綿廃材は未加熱の場合と比較して非常に脆くなったものの、内部には繊維状の物質が観察された。そこで、これを乳鉢で粉砕したところ、繊維状の物質が残った（図７）。
【産業上の利用可能性】
【００２３】
本発明は、石綿含有材料を常温時で処理する場合（応急措置時や解体・搬送時など）および昇温時すなわち加熱溶融処理する場合に広く利用できるものである。また、石綿含有材料からの石綿飛散を防止する構造としても広く利用できるものである。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の第１実施形態を示すフローチャート。
【図２】石綿含有材料としての煙突用断熱材を説明する説明図。
【図３】本発明の第２実施形態を示す概念図。
【図４】珪酸リチウム水溶液を含浸した石綿のＤＳＣチャート。
【図５】試料として用いた石綿廃材
【図６】５００℃及び１１００℃に加熱した石綿廃材
【図７】シーラントを施した石綿廃材のＸＲＤチャート
【図８】９００℃で加熱した後乳鉢で粉砕させた石綿廃材
【図９】シーラントを施していない石綿廃材のＸＲＤチャート
【図１０】Li２O-SiO２系の相平衡状態図
【符号の説明】
【００２５】
１０  煙突
２０  断熱層
３０  ライニング層
【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７】
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【図９】
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【図１０】
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【図５】
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【図６】
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【図８】
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