(57)【要約】【課題】重金属の溶出を防止した成型体の製造方法を提供すること。【解決手段】本発明では、重金属を含有する廃棄物を粉砕し、これに消石灰を添加するとともに水分調整を行って成型原料を生成した後に、同成型原料を加圧して成型体を成型し、その後、同成型体を炭酸化させることで、重金属を固定化した成型体を製造することにした。また、成型原料に撥水剤や、重金属の固定化を促進するための薬剤を添加することにした。さらには、成型体を炭酸雰囲気中にて養生することによって強制的に炭酸化させることにした。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
重金属を含有する廃棄物を粉砕し、これに消石灰を添加するとともに水分調整を行って成型原料を生成した後に、同成型原料を加圧して成型体を成型し、その後、同成型体を炭酸化させることで、重金属を固定化した成型体を製造することを特徴とする重金属を固定化した成型体の製造方法。
【請求項２】
前記成型原料に撥水剤を添加することを特徴とする請求項１記載の重金属を固定化した成型体の製造方法。
【請求項３】
前記成型原料に、重金属の固定化を促進するための薬剤を添加することを特徴とする請求項１又は請求項２記載の重金属を固定化した成型体の製造方法。
【請求項４】
前記成型体を炭酸雰囲気中にて養生することによって強制的に炭酸化させることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載の重金属を固定化した成型体の製造方法。
【請求項５】
重金属を含有する廃棄物を粉砕し、これに消石灰を添加するとともに水分調整を行って成型原料を生成した後に、同成型原料を加圧成型し、その後、炭酸化させることによって製造したことを特徴とする重金属を固定化した成型体。
【請求項６】
前記成型原料に撥水剤を添加したことを特徴とする請求項５記載の重金属を固定化した成型体。
【請求項７】
前記成型原料に、重金属の固定化を促進するための薬剤を添加したことを特徴とする請求項５又は請求項６記載の重金属を固定化した成型体。
【請求項８】
前記成型体を炭酸雰囲気中にて養生することによって強制的に炭酸化させたことを特徴とする請求項５〜請求項７のいずれかに記載の重金属を固定化した成型体。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、重金属を固定化した成型体の製造方法及び同方法を用いて製造した成型体に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、シュレッダーダスト、石炭灰、汚泥焼却灰などの有害な重金属を含有する廃棄物は、そのほとんどがセメント固化法、薬剤添加法、溶融固化法、溶媒抽出法のいずれかの方法を用いて中間処理された後に埋め立て処分されており、一部が舗装材や建材として再利用されているに過ぎなかった。
【０００３】
そして、重金属を含有する廃棄物を再利用する場合には、粉砕したものをセメントに添加し、セメント固化したものを舗装材や建材として利用していた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記従来のセメント固化を用いて重金属を含有する廃棄物を再利用する場合には、形状や用途が限定されてしまい、舗装材や建材として利用されるに過ぎず、汎用性に乏しいことから、廃棄物を資源として有効活用しているとは言い難かった。
【０００５】
そこで、本発明では、重金属の溶出を防止しつつ、廃棄物を日用品や建材などの幅広い分野で有効に再利用できるようにすることを目的とするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
そこで、請求項１に係る本発明では、重金属を含有する廃棄物を粉砕し、これに消石灰を添加するとともに水分調整を行って成型原料を生成した後に、同成型原料を加圧して成型体を成型し、その後、同成型体を炭酸化させることで、重金属を固定化した成型体を製造することを特徴とする重金属を固定化した成型体の製造方法を提供するものである。
【０００７】
また、請求項２に係る本発明では、前記請求項１に係る本発明において、成型原料に撥水剤を添加することを特徴とする重金属を固定化した成型体の製造方法を提供するものである。
【０００８】
また、請求項３に係る本発明では、前記請求項１又は請求項２に係る本発明において、成型原料に、重金属の固定化を促進するための薬剤を添加することを特徴とする重金属を固定化した成型体の製造方法を提供するものである。
【０００９】
また、請求項４に係る本発明では、前記請求項１〜請求項３のいずれかに係る本発明において、成型体を炭酸雰囲気中にて養生することによって強制的に炭酸化させることを特徴とする重金属を固定化した成型体の製造方法を提供するものである。
【００１０】
また、請求項５に係る本発明では、重金属を含有する廃棄物を粉砕し、これに消石灰を添加するとともに水分調整を行って成型原料を生成した後に、同成型原料を加圧成型し、その後、炭酸化させることによって製造したことを特徴とする重金属を固定化した成型体を提供するものである。
【００１１】
また、請求項６に係る本発明では、前記請求項５に係る本発明において、成型原料に撥水剤を添加したことを特徴とする重金属を固定化した成型体を提供するものである。
【００１２】
また、請求項７に係る本発明では、前記請求項５又は請求項６に係る本発明において、成型原料に、重金属の固定化を促進するための薬剤を添加したことを特徴とする重金属を固定化した成型体を提供するものである。
【００１３】
また、請求項８に係る本発明では、前記請求項５〜請求項７のいずれかに係る本発明において、成型体を炭酸雰囲気中にて養生することによって強制的に炭酸化させたことを特徴とする重金属を固定化した成型体を提供するものである。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明に係る重金属を固定化した成型体は、重金属を含有する廃棄物を粉砕し、これに消石灰を添加するとともに水分調整を行って成型原料を生成した後に、同成型原料を加圧成型し、その後、炭酸化させることによって製造したものである。
【００１５】
このように、本発明では、鉛・亜鉛・水銀・クロム・マンガン・コバルト・ニッケルなどの重金属を含有する廃棄物を粉砕した成型原料を加圧成型することによって成型体を製造しているため、製造される成型体は、用途に応じた様々な形状に成型することができ、日用品や建材などの幅広い分野で有効に利用することができる。
【００１６】
そして、成型原料に消石灰が含有されているために、成型原料の水酸化が促進され、成型原料に含有されている重金属を固定化することができ、これにより、重金属の溶出を防止することができる。
【００１７】
しかも、成型原料を加圧成型しているために、成型原料が三次元的に強固に結合するため、重金属の溶出をより一層防止することができる。特に、略真空中にて加圧成型した場合には、成型体の内部に空気が殆ど残留しておらず、三次元的な結合をより強固にすることができ、重金属の溶出をより一層防止することができる。
【００１８】
さらには、炭酸化させているために、成型体の中性化が促進され、鉛などの両性金属が水酸化錯イオンとなって溶出するのを防止することができる。また、成型後に成型体中の消石灰が炭酸と反応し、成型体の内部で膨張が生じて、成型体内部の密度が上昇することになり、これによっても、成型原料が三次元的に強固に結合され、成型原料に含有されている重金属の溶出を防止することができる。
【００１９】
特に、成型原料に撥水剤を添加した場合には、成型体の内部に水分が侵入するのを未然に防止することができ、これによっても、重金属の溶出をより一層防止することができる。
【００２０】
撥水剤としては、ステアリン酸・パルミチン酸・ラウリン酸などの高級脂肪酸や、高級脂肪酸の金属塩（ナトリウム・マグネシウム・カルシウム・亜鉛・バリウム・アルミニウム・錫など）である金属石鹸や、シリコンやその誘導体（シリコン系撥水剤）などを用いることができる。
【００２１】
また、成型原料に重金属の固定化を促進するための薬剤を添加した場合には、重金属を安定鉱物として固定化することができ、これによっても、重金属の溶出をより一層防止することができる。
【００２２】
薬剤としては、炭酸塩、重炭酸塩、硫酸塩、リン酸塩、ポリ塩化アルミニウム・硫酸バンド・塩化第二鉄・ポリ硫酸第二鉄・石灰などの凝集剤、キレート剤、セメント、水ガラス、ゼオライト・珪藻土・ベントナイト・アロフェンなどの吸着性能の高い粘土鉱物、澱粉・海草糊・セルロースなどの被覆性の高い有機材料などを用いることができる。
【００２３】
また、成型体を炭酸雰囲気中にて養生することによって強制的に炭酸化させた場合には、成型体を中性化させることができ、鉛などの両性金属の溶出をより一層防止することができる。
【００２４】
成型体の炭酸雰囲気中での養生としては、炭酸ガス中に成型体を放置したり、炭酸水中に成型体を浸漬することができる。
【００２５】
また、成型前に成型原料をカッターミキサー・プロシェアーミキサー・ヘンシェルミキサーなどのミキサーを用いて十分に混錬することによって、成型原料の均質化を図ることができ、重金属の局部的な溶出を防止することができる。
【００２６】
なお、本発明でいう成型原料は、重金属を含有する廃棄物を粉砕し、これに消石灰を添加するとともに水分調整を行ったものであればよく、これと同視し得るものも含まれる。
【００２７】
すなわち、重金属を含有する廃棄物を粉砕し、これに消石灰を添加するとともに水分調整を行った後に加圧成型し、その後、炭酸化させることによって中間的に製造した中間原料とし、この中間原料を再度粉砕し、これに消石灰を添加するとともに水分調整を行って成型原料となす場合も含まれる。
【００２８】
さらには、中間原料の製造に際して、重金属の固定化を促進するための薬剤や撥水剤を添加したり、炭酸雰囲気中にて養生したものも含まれる。
【００２９】
また、成型原料は、成型し得る廃棄物と消石灰との混合比や水分含有率であればよい。
【００３０】
以下に、実験データを示しながら本発明について説明する。
【００３１】
表１は、廃棄物からの鉛の溶出量についての基礎データを示した表である。ここで、以下に示す実験データでは、重金属のうち特に溶出が問題視される両性金属である鉛の溶出量を採り上げている。また、鉛の溶出量は、環境庁告示１３号ロを用いて溶出試験を行い、ＪＩＳ  Ｋ０１０２に従って分析することによって測定した。
【００３２】
【表１】
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【００３３】
表１に示すように、廃棄物に含有されている鉛の量を測定したところ、廃棄物には０．８重量％の鉛が含有されていた。そして、廃棄物からの鉛の溶出量を測定したところ、廃棄物からは５ｐｐｍの鉛が溶出されることがわかった。また、３００ｇの廃棄物を粉砕し、これに２００ｇの消石灰を添加したものについて鉛の溶出量を測定したところ、２０ｐｐｍの鉛が溶出されることがわかった。
【００３４】
このことから、当然ではあるが、廃棄物、或いは廃棄物を粉砕後消石灰を添加したものは、鉛の溶出量が多く、そのままでは埋め立て処理さえできないことがわかる。
【００３５】
次に、３００ｇの廃棄物を粉砕し、これに２００ｇの消石灰を添加したものについて、表２に示すように、成型圧力や炭酸化の有無や撥水剤の有無や薬剤の有無を異ならせた成型体を製造し、鉛の溶出量や曲げ強度を測定した。その結果を表３、表４、図１、及び図２に示す。
【００３６】
【表２】
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【００３７】
【表３】
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【００３８】
【表４】
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【００３９】
ここで、番号１〜番号４の成型体は、３００ｇの廃棄物を粉砕し、これに２００ｇの消石灰を添加し、水分含有量が４重量％となるように水分調整して成型原料を生成し、その後、０．３ｔ、０．５ｔ、１．０ｔ、３．０ｔの圧力でそれぞれ加圧成型したものであり、炭酸雰囲気中での炭酸化を行っていないものである。
【００４０】
番号５〜８の成型体は、３００ｇの廃棄物を粉砕し、これに２００ｇの消石灰を添加し、水分含有量が４重量％となるように水分調整して成型原料を生成し、その後、０．３ｔ、０．５ｔ、１．０ｔ、３．０ｔの圧力でそれぞれ加圧成型し、その後、炭酸雰囲気中で強制的に炭酸化させたものである。
【００４１】
番号９，１０の成型体は、３００ｇの廃棄物を粉砕し、これに２００ｇの消石灰を添加し、水分含有量が４重量％となるように水分調整して成型原料を生成し、これに撥水剤としてのステアリン酸アルミニウムを０．５重量％添加し、その後、０．３ｔ、３．０ｔの圧力でそれぞれ加圧成型したものであり、炭酸雰囲気中での炭酸化を行っていないものである。
【００４２】
番号１１，１２の成型体は、３００ｇの廃棄物を粉砕し、これに２００ｇの消石灰を添加し、水分含有量が４重量％となるように水分調整して成型原料を生成し、これに撥水剤としてのステアリン酸アルミニウムを０．５重量％添加し、その後、０．３ｔ、３．０ｔの圧力でそれぞれ加圧成型し、その後、炭酸雰囲気中で強制的に炭酸化させたものである。
【００４３】
番号１３，１４の成型体は、３００ｇの廃棄物を粉砕し、これに２００ｇの消石灰を添加し、水分含有量が４重量％となるように水分調整して成型原料を生成し、これに重金属の固定化を促進する薬剤としての炭酸ナトリウムを０．５重量％添加し、その後、０．３ｔ、３．０ｔの圧力でそれぞれ加圧成型したものであり、炭酸雰囲気中での炭酸化を行っていないものである。
【００４４】
番号１５，１６の成型体は、３００ｇの廃棄物を粉砕し、これに２００ｇの消石灰を添加し、水分含有量が４重量％となるように水分調整して成型原料を生成し、これに重金属の固定化を促進する薬剤としての炭酸ナトリウムを０．５重量％添加し、その後、０．３ｔ、３．０ｔの圧力でそれぞれ加圧成型し、その後、炭酸雰囲気中で強制的に炭酸化させたものである。
【００４５】
表１〜表４、図１、及び図２から以下のことが考察される。
【００４６】
すなわち、廃棄物そのものからの鉛の溶出量と特に番号１〜番号４の成型体からの鉛の溶出量とを比較すると、消石灰を含有させて成型することによって鉛の溶出量が減少することがわかる。
【００４７】
このことから、成型原料に消石灰を含有させることによって、成型原料の水酸化が促進され、重金属を固定化することができ、これにより、重金属の溶出を防止することができると考えられる。
【００４８】
また、特に番号１〜番号４の成型体からの鉛の溶出量を比較すると、成型圧力が高いほど鉛の溶出量が減少することがわかる。
【００４９】
一方、これら番号１〜番号４の成型体の曲げ強度を比較すると、成型圧力が高いほど曲げ強度が増大することがわかる。
【００５０】
このことから、成型原料を加圧成型することによって、成型原料が三次元的に強固に結合され、成型原料に含有されている重金属の溶出を防止することができると考えられる。
【００５１】
また、特に番号１〜番号４の成型体からの鉛の溶出量と番号５〜番号８の成型体からの鉛の溶出量とを比較すると、成型体を強制的に炭酸化させることによって鉛の溶出量が顕著に減少することがわかる。これは、番号９，１０の成型体からの鉛の溶出量と番号１１、１２の成型体からの鉛の溶出量とを比較した場合や、番号１３，１４の成型体からの鉛の溶出量と番号１５、１６の成型体からの鉛の溶出量とを比較した場合も同様である。
【００５２】
このことから、成型体を炭酸化させることによって、成型体の中性化が促進され、鉛などの両性金属が水酸化錯イオンとなって溶出するのを防止することができると考えられる。
【００５３】
一方、特に番号１〜番号４の成型体の曲げ強度と番号５〜番号８の成型体の曲げ強度とを比較すると、成型体を強制的に炭酸化させることによって曲げ強度が顕著に増大することがわかる。これは、番号９，１０の成型体の曲げ強度と番号１１、１２の成型体の曲げ強度とを比較した場合や、番号１３，１４の成型体の曲げ強度と番号１５、１６の成型体の曲げ強度とを比較した場合も同様である。
【００５４】
このことから、成型体を炭酸化させることによって、成型体の内部で膨張が生じて、成型体内部の密度が上昇することになり、それに伴って、成型体の曲げ強度が増大し、これによっても、成型原料が三次元的に強固に結合され、成型原料に含有されている重金属の溶出を防止することができると考えられる。
【００５５】
また、番号１〜番号４の成型体からの鉛の溶出量と番号９、１０の成型体からの鉛の溶出量とを比較すると、成型原料に撥水剤を添加することによって鉛の溶出量が減少することがわかる。これは、番号５〜番号８の成型体からの鉛の溶出量と番号１１、１２の成型体からの鉛の溶出量とを比較した場合も同様である。
【００５６】
このことから、成型原料に撥水剤を添加することによって、成型体の内部に水分が侵入するのを未然に防止することができ、重金属の溶出を防止することができると考えられる。
【００５７】
特に、番号９、１０の成型体からの鉛の溶出量と番号１１、１２の成型体からの鉛の溶出量とを比較すると、成型原料に撥水剤を添加するとともに、成型体を強制的に炭酸化させることによって鉛の溶出量が顕著に減少することがわかる。
【００５８】
一方、番号１〜番号４の成型体の曲げ強度と番号９、１０の成型体の曲げ強度とを比較すると、成型原料に撥水剤を添加することによって成型体の曲げ強度が増大することがわかる。これは、番号５〜番号８の成型体の曲げ強度と番号１１、１２の成型体の曲げ強度とを比較した場合も同様である。
【００５９】
このことから、成型原料に撥水剤を添加することによって、添加した撥水剤が分散剤として機能して、成型原料中において消石灰を良好に分散させ、これによっても、成型原料が三次元的に強固に結合され、成型原料に含有されている重金属の溶出を防止することができると考えられる。
【００６０】
特に、番号９、１０の成型体の曲げ強度と番号１１、１２の成型体の曲げ強度とを比較すると、成型原料に撥水剤を添加するとともに、成型体を強制的に炭酸化させることによって成型体の曲げ強度が顕著に増大することがわかる。
【００６１】
また、番号１〜番号４の成型体からの鉛の溶出量と番号１３、１４の成型体からの鉛の溶出量とを比較すると、成型原料に薬剤を添加することによって鉛の溶出量が減少することがわかる。これは、番号５〜番号８の成型体からの鉛の溶出量と番号１５、１６の成型体からの鉛の溶出量とを比較した場合も同様である。
【００６２】
このことから、成型原料に薬剤を添加することによって、重金属を安定鉱物として固定化することができ、重金属の溶出を防止することができると考えられる。
【００６３】
特に、番号１３、１４の成型体からの鉛の溶出量と番号１５、１６の成型体からの鉛の溶出量とを比較すると、成型原料に薬剤を添加するとともに、成型体を強制的に炭酸化させることによって鉛の溶出量が顕著に減少することがわかる。
【００６４】
一方、番号１〜番号４の成型体の曲げ強度と番号１３、１４の成型体の曲げ強度とを比較すると、成型原料に薬剤を添加することによって成型体の曲げ強度が増大することがわかる。これは、番号５〜番号８の成型体の曲げ強度と番号１５、１６の成型体の曲げ強度とを比較した場合も同様である。
【００６５】
このことから、成型原料に薬剤を添加することによって、添加した薬剤が骨材として機能し、これによっても、成型原料が三次元的に強固に結合され、成型原料に含有されている重金属の溶出を防止することができると考えられる。
【００６６】
特に、番号１３、１４の成型体の曲げ強度と番号１５、１６の成型体の曲げ強度とを比較すると、成型原料に薬剤を添加するとともに、成型体を強制的に炭酸化させることによって成型体の曲げ強度が顕著に増大することがわかる。
【００６７】
以上のことから、粉砕した廃棄物に消石灰を添加して成型原料を生成することによって、成型原料の水酸化が促進され、重金属を固定化することができ、これにより、重金属の溶出を防止することができ、しかも、成型原料を加圧成型することによって、成型原料が三次元的に強固に結合するため、成型原料に含有されている重金属の溶出を防止することができると考えられる。
【００６８】
しかしながら、消石灰を含有させた成型原料を加圧成型しただけでは、用途に応じた様々な形状に成型することができ、日用品や建材などの幅広い分野で有効に再利用することができるものの、未だ十分に重金属の溶出を防止した成型体とはいえない。
【００６９】
そこで、本発明では、消石灰を含有させた成型原料を加圧成型した後に、炭酸化させることにした。
【００７０】
これにより、成型原料が三次元的により強固に結合し、成型原料に含有されている重金属の溶出をより一層防止することができると考えられる。
【００７１】
特に、炭酸化させることによって成型体の中性化が促進され、特に鉛などの両性金属が水酸化錯イオンとなって溶出するのを防止することができると考えられる。
【００７２】
また、成型原料に撥水剤や薬剤を添加したり、成型体を炭酸雰囲気中で養生することで、重金属の溶出をより一層防止することができると考えられる。
【００７３】
【発明の効果】
本発明は、以上に説明したような形態で実施され、以下に記載されるような効果を奏する。
【００７４】
本発明では、重金属を含有する廃棄物を粉砕し、これに消石灰を添加するとともに水分調整を行って成型原料を生成した後に、同成型原料を加圧成型し、その後、炭酸化させて成型体を製造しているため、成型体からの重金属の溶出を防止することができ、これにより、廃棄物を幅広い分野で安全に再利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】成型体からの鉛の溶出量を示すグラフ。
【図２】成型体の曲げ強度を示すグラフ。
【図１】
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【図２】
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