(57)【要約】【課題】成形の効率を向上しつつ、水熱固化体が十分な強度を発揮可能な水熱固化体の製造方法を提供する。【解決手段】ＣａＯ分及びＳｉＯ２分を含む原料により水熱固化用調合物を用意する調合工程Ｓ１０と、水熱固化用調合物を乾式プレス法により成形して成形体とする成形工程Ｓ２０と、成形体を水熱処理してケイ酸カルシウム水和物を生じて固化した水熱固化体を得る水熱工程Ｓ３０とを有する。原料が微粒原料を含む場合、調合工程Ｓ１０は、微粒原料の一部又は全部を少なくとも消石灰を含んで予め造粒して造粒粉とする造粒工程Ｓ１１と、少なくとも造粒粉を含んで水熱固化用調合物を構成する本調合工程Ｓ１２とからなる。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＣａＯ分及びＳｉＯ２分を含む原料により水熱固化用調合物を用意する調合工程と、該水熱固化用調合物を乾式プレス法により成形して成形体とする成形工程と、該成形体を水熱処理してケイ酸カルシウム水和物を生じて固化した水熱固化体を得る水熱工程とを有する水熱固化体の製造方法において、
前記原料が微粒原料を含む場合、前記調合工程は、該微粒原料の一部又は全部を少なくとも消石灰を含んで予め造粒して造粒粉とする造粒工程と、
少なくとも該造粒粉を含んで前記水熱固化用調合物を構成する本調合工程とからなることを特徴とする水熱固化体の製造方法。
【請求項２】
前記造粒工程は半乾式のロールプレス法によることを特徴とする請求項１記載の水熱固化体の製造方法。
【請求項３】
前記微粒原料は、前記消石灰と、微粒建設汚泥及び汚泥焼却灰の少なくとも一方とからなることを特徴とする請求項１又は２記載の水熱固化体の製造方法。
【請求項４】
前記造粒粉は、前記消石灰と、前記微粒建設汚泥及び前記汚泥焼却灰の少なくとも一方とからなることを特徴とする請求項３記載の水熱固化体の製造方法。
【請求項５】
前記水熱固化用調合物は骨材を含むことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項記載の水熱固化体の製造方法。
【請求項６】
前記骨材はコンクリートがら及び粗粒建設汚泥の少なくとも一方であることを特徴とする請求項５記載の水熱固化体の製造方法。
【請求項７】
前記微粒原料の平均粒径は２０μｍ以下であり、前記造粒粉の粒度範囲は２ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項記載の水熱固化体の製造方法。
【請求項８】
前記水熱固化用調合物は、前記造粒粉３０〜５０質量％、前記微粒原料１５〜３０質量％及び前記骨材２０〜５５質量％からなることを特徴とする請求項５乃至７のいずれか１項記載の水熱固化体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は水熱固化体の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ＣａＯ分及びＳｉＯ２分を含む原料により水熱固化用調合物を用意する調合工程と、水熱固化用調合物を乾式プレス法により成形して成形体とする成形工程と、成形体を水熱処理してケイ酸カルシウム水和物を生じて固化した水熱固化体を得る水熱工程とを有する水熱固化体の製造方法が知られている（例えば、特許文献１）。また、特許文献２には、水熱固化用調合物にＳｉＯ２分を主成分とする無機系産業廃棄物を用いる方法が開示されている。
【０００３】
これらの製造方法により水熱固化体を製造すれば、焼成や焼結によって固化体を製造するよりも少ないエネルギの下、インターロッキングブロック、タイル等の実用的な固化体を製造することができる。特に、特許文献２記載の方法によれば、汚泥焼却灰等の無機系産業廃棄物を実用品に再利用できるという効果も奏する。
【０００４】
【特許文献１】
特許第３１９６６１１号公報
【特許文献２】
特許２９４０８９９号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記従来の製造方法では、水熱固化用調合物の粒径について検討がなされておらず、原料の粒径によっては、効率よく成形体を成形することができなかったり、効率よく成形した成形体による水熱固化体が十分な強度を発揮し得なかったりすることが判明した。
【０００６】
本発明は、上記従来の実情に鑑みてなされたものであって、成形の効率を向上しつつ、水熱固化体が十分な強度を発揮可能な水熱固化体の製造方法を提供することを解決すべき課題としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、近年、循環型社会の構築が求められている中で、無機系産業廃棄物を有用化する技術の一つとして、水熱反応を利用した低温固化技術を開発し、廃棄物の再資源化に取り組んでいる。そして、その研究成果として、水熱反応による強度発現は原料となる廃棄物の粒径に大きく影響され、微粒原料を使用すると、強度発現に有利であることが判明した。一方、工業生産を行うには乾式プレス法による成形の可否が大きな要素となり、成形効率向上のために原料の粒径を粗くする必要があることが判明した。こうして、本発明が完成した。
【０００８】
すなわち、本発明の水熱固化体の製造方法は、ＣａＯ分及びＳｉＯ２分を含む原料により水熱固化用調合物を用意する調合工程と、該水熱固化用調合物を乾式プレス法により成形して成形体とする成形工程と、該成形体を水熱処理してケイ酸カルシウム水和物を生じて固化した水熱固化体を得る水熱工程とを有する水熱固化体の製造方法において、
【０００９】
前記原料が微粒原料を含む場合、前記調合工程は、該微粒原料の一部又は全部を少なくとも消石灰を含んで予め造粒して造粒粉とする造粒工程と、
【００１０】
少なくとも該造粒粉を含んで前記水熱固化用調合物を構成する本調合工程とからなることを特徴とする。
【００１１】
ＳｉＯ２分は、珪砂、ガラス粉、建設汚泥、下水汚泥焼却灰、スラグ、陶磁器くず等により構成することができる。ＣａＯ分は消石灰（Ｃａ（ＯＨ）２）等により構成することができる。建設汚泥、下水汚泥焼却灰等を原料として採用すれば、無機系産業廃棄物の再資源化を実現することができる。
【００１２】
原料中の微粒原料が多くなると、強度発現には有利であるものの、乾式プレス法による成形の成形効率は不利である。ＣａＯ分として用いられる消石灰は、工業的に供給されるものであるため、微粒原料である。このため、本発明の製造方法では、調合工程を以下の造粒工程及び本調合工程により行なう。造粒工程では、微粒原料の一部又は全部を少なくとも消石灰を含んで予め造粒して造粒粉とする。造粒工程において消石灰を必ず含んでいるのは、消石灰以外の微粒原料が水熱工程において消石灰と反応してケイ酸カルシウム水和物を生じるようにするためである。また、本調合工程では、少なくとも造粒粉を含んで水熱固化用調合物を構成する。この本調合工程は造粒粉だけで行うこともできる。発明者らの試験結果によれば、こうすることにより、成形の効率を向上しつつ、水熱固化体が十分な強度を発揮することができる。
【００１３】
造粒工程は半乾式のロールプレス法によることが好ましい。陶磁器製タイル等の乾式プレス法による成形を行なうセラミックス製造の分野では、微粒原料を造粒する手段として、スプレードライ法等、原料を予め湿式造粒する技術が広く用いられている。しかしながら、本発明の製造方法では、造粒する微粒原料が消石灰を含んでいるため、消石灰の炭酸化等の問題から通常の湿式造粒技術を適用することは困難である。発明者らは、半乾式のロールプレス法により消石灰を一部に含む微粒原料の造粒を行うことにより本発明の効果が得られることを確認した。
【００１４】
ＳｉＯ２分となる原料として採用され得る建設汚泥は、平均粒径が７５μｍ以下の微粒建設汚泥と、平均粒径が７５μｍを超え、５ｍｍ以下の粗粒建設汚泥とに分級処理されている。粗粒建設汚泥は骨材として比較的市場性があるものの、微粒建設汚泥は微粒のために骨材になり得ず、従来までは市場性がほとんどない。また、ＳｉＯ２分となる原料として採用され得る汚泥焼却灰は、平均粒径が１００μｍ以下であり、やはり従来までは市場性がほとんどない。発明者らは、微粒原料が消石灰と、微粒建設汚泥及び汚泥焼却灰の少なくとも一方とからなる場合について効果を確認している。また、造粒粉が消石灰と、微粒建設汚泥及び汚泥焼却灰の少なくとも一方とからなる場合についても効果を確認している。これにより、微粒建設汚泥及び汚泥焼却灰の少なくとも一方である微粒原料の再資源化を図ることができる。
【００１５】
また、発明者らは、水熱固化用調合物が骨材を含めば、より強度発現に有利であることを確認している。骨材としては、コンクリートがら及び粗粒建設汚泥の少なくとも一方であることが好ましい。これにより無機系産業廃棄物のより一層の再資源化を実現することができる。
【００１６】
発明者らは、微粒原料の平均粒径が２０μｍ以下であり、造粒粉の粒度範囲が２ｍｍ以下である場合について本発明の効果を確認している。また、水熱固化用調合物が造粒粉３０〜５０質量％、微粒原料１５〜３０質量％及び骨材２０〜５５質量％からなる場合について本発明の効果を確認している。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を具体化した試験１〜４を図面を参照しつつ説明する。
【００１８】
（試験１）
まず、図１に示す調合工程Ｓ１０として、微粒建設汚泥（平均粒径７５μｍ以下）、粗粒建設汚泥（平均粒径７５μｍ〜５ｍｍ）、下水汚泥焼却灰（平均粒径１００μｍ以下）及びコンクリートがら（平均粒径１〜５ｍｍ）を用意する。なお、前処理として、微粒建設汚泥は湿式ボールミルによる粉砕を行なった。また、コンクリートがらは、ジョークラッシャーにより５ｍｍ以下まで粉砕した。
【００１９】
各無機系産業廃棄物の化学組成を表１に示す。微粒建設汚泥。粗粒建設汚泥及びコンクリートがらは、いずれもＳｉＯ２分、Ａｌ２Ｏ３分を主成分とする。下水汚泥焼却灰は、他の原料よりも、ＳｉＯ２分の含有率が低く、Ｐ２Ｏ５分を含有している。
【００２０】
【表１】
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【００２１】
また、各無機系産業廃棄物の粒度分布をレーザ回折散乱法により測定した結果、表２に示すように、微粒建設汚泥に加えて、下水汚泥焼却灰及び消石灰は、平均粒径で２０μｍ以下であり、微粒原料であることが判明した。これらの無機系産業廃棄物を造粒することにした。
【００２２】
【表２】
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【００２３】
造粒工程Ｓ１１として、微粒建設汚泥、下水汚泥焼却灰及び消石灰を６８：１３：１９（質量比）で混合し、さらに外割で水を７質量部添加して混練した後、ロールプレス造粒装置を用い、ロール圧を変化させてシート状にコンパクティングした。得られたコンパクティングシートを解砕機により解砕した。解砕機の網目の大きさを変化させ、粒度範囲の異なる造粒粉を得た。造粒条件及び造粒粉の嵩密度を表３に示す。
【００２４】
【表３】
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【００２５】
造粒工程Ｓ１１の結果、本実施形態に用いた微粒原料は、ロールプレス法により造粒が可能であることがわかった。また、作成した造粒粉の嵩密度は、ロール圧が高いほど高くなる傾向があった。したがって、ロール圧が高いほど造粒粉の強度が高くなると考えられる。
【００２６】
そして、本調合工程Ｓ１２として、Ｎｏ．３及びＮｏ．６の造粒粉を用い、造粒粉とコンクリートがらとを８：２（質量比）の割合で混合し、水熱固化用調合物を得る。
【００２７】
この後、成形工程Ｓ２０として、各水熱固化用調合物を乾式プレス法により成形圧力３０ＭＰａで１００ｍｍ×１００ｍｍ×１０ｍｍの大きさに成形し、成形体とする。
【００２８】
そして、水熱工程Ｓ２０として、各成形体を１８０°Ｃで６時間の水熱処理に供し、水熱固化体を作製した。Ｎｏ．３及びＮｏ．６の水熱固化体の曲げ強度は、それぞれ２．３ＭＰａ、５．８ＭＰａであった。Ｎｏ．３とＮｏ．６とではロール圧が異なるものの、原料粒度が細かい方が強度は高いと考えられる。
【００２９】
以上の結果から、Ｎｏ．６の造粒条件（ロール圧：８ｔ、粒度範囲２ｍｍ以下）が最適であると判断した。以降の造粒粉は、全てこの条件で作製した。
【００３０】
（試験２）
調合工程Ｓ１０として、造粒粉及び他の原料を表４に示す調合割合となるように秤量し、混合を行った後、含水率が１０％となるように成形用に水を添加し、さらに混合した。表４には微粒原料の使用率（％）も示す。こうして、水熱固化用調合物（ａ）〜（ｇ）を得る。
【００３１】
【表４】
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【００３２】
次いで、成形工程Ｓ２０として、各水熱固化用調合物（ａ）〜（ｇ）を乾式プレス法により成形圧力３０ＭＰａで一軸加圧成形し、２００角ブロック（２００ｍｍ×２００ｍｍ×６０ｍｍ）の大きさに成形し、成形体（ａ）〜（ｇ）を得る。
【００３３】
この後、水熱工程Ｓ３０として、成形体（ａ）〜（ｆ）を処理温度１８０°Ｃ、処理時間６時間の条件で水熱処理し、水熱固化体（ａ）〜（ｆ）を作製した。表４に水熱固化体（ａ）〜（ｆ）の曲げ強度（ＭＰａ）及び嵩密度（ｇ／ｃｍ３）も示す。
【００３４】
微粒原料を造粒することで成形体（ａ）〜（ｆ）は、いずれも成形が可能となった。一方、（ｇ）は成形が不可能であった。したがって、微粒原料（消石灰、微粒建設汚泥及び汚泥焼却灰）の割合は３０％以下が望ましい。また、未造粒の場合は、微粒原料の使用率が２５％が上限であったが、造粒により６５％まで高めても成形可能であることがわかった。
【００３５】
水熱固化体（ａ）は、水熱反応性の高い微粒建設汚泥を５５％用いたにもかかわらず、曲げ強度は３．１ＭＰａと低い値を示した。この原因として、造粒粉表面の消石灰の炭酸化により、反応性が低下して造粒粉同士の接着力が低くなり、造粒粉表面が破壊源となって強度が低下したと仮定し、造粒粉同士を接着させる効果をねらって微粒原料を添加した。その結果、水熱固化体（ｂ）は４．１ＭＰａの曲げ強度を示した。したがって、微粒原料を添加することで曲げ強度が高くなることがわかった。
【００３６】
また、粗粒建設汚泥を用いることによっても曲げ強度が高くなった。これは、造粒粉よりも粗粒建設汚泥の骨材としての強度が高かったためではないかと考えられる。
【００３７】
以上から、水熱固化用調合物が造粒粉３０〜５０質量％、微粒原料１５〜３０質量％及び骨材２０〜５５質量％からなる場合、成形性に優れ、十分な強度を有する水熱固化体を得られることがわかる。
【００３８】
（試験３）
成形性を重視した造粒粉４５％使用の水熱固化用調合物（ｄ）により、（株）ＩＮＡＸ土浦工場の生産ラインで水熱固化体（２００角ブロック）を試作し、造粒工程Ｓ１１の製造効率に及ぼす効果を把握した。その結果、造粒化による成形性向上によって、乾式プレス法による成形スピードを大幅に短縮することができ、未造粒品と比較して４５％製造効率を短縮することができた。したがって、微粒原料を造粒することによって製造効率を大幅に向上できる可能性を示した。
【図面の簡単な説明】
【図１】試験１〜３の製造方法を示す工程図である。
【符号の説明】
Ｓ１０…調合工程
Ｓ１１…造粒工程
Ｓ１２…本調合工程
Ｓ２０…成形工程
Ｓ３０…水熱工程
【図１】
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