(57)【要約】【課題】廃棄物の有効利用と無害化とを実現しつつ、高い強度を発揮することができる焼成体を提供する。【解決手段】焼成体は、粘土及び廃棄物を含有する原料を混合してこねる混練工程と、該混練工程後の混練物を熟成する熟成工程と、該熟成工程後の熟成物を成形する成形工程と、該成形工程後の成形物を乾燥させる乾燥工程と、該乾燥工程後の乾燥物を焼成する焼成工程とを備えた製造方法により製造される。前記廃棄物はダイオキシン類無害化焼却灰が用いられ、前記熟成工程は酸化的雰囲気下で７日間以上行われ、前記焼成工程は酸化的雰囲気下で行われる。前記原料には、廃棄物の有効利用を図るために乾燥重量で４０％以上の廃棄物が含有されているのが好ましい。【選択図】      なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
粘土及び廃棄物を含有する原料を混合してこねる混練工程と、該混練工程後の混練物を熟成する熟成工程と、該熟成工程後の熟成物を所定形状に成形する成形工程と、該成形工程後の成形物を乾燥させる乾燥工程と、該乾燥工程後の乾燥物を焼成する焼成工程とを備えた製造方法により製造される焼成体であって、
前記廃棄物は焼却灰を含むとともにダイオキシン類が無害化されており、
前記熟成工程は酸化的雰囲気下で７日間以上行われ、さらに前記焼成工程は酸化的雰囲気下で行われることを特徴とする焼成体。
【請求項２】
粘土及び廃棄物を含有する原料を混合してこねる混練工程と、該混練工程後の混練物を熟成する熟成工程と、該熟成工程後の熟成物を所定形状に成形する成形工程と、該成形工程後の成形物を乾燥させる乾燥工程と、該乾燥工程後の乾燥物を焼成する焼成工程とを備えた製造方法により製造される焼成体であって、
前記廃棄物は焼却灰を含み、前記熟成工程は酸化的雰囲気下で７日間以上行われ、さらに前記焼成工程は１１００℃以上の酸化的雰囲気下で行われることを特徴とする焼成体。
【請求項３】
前記原料には乾燥重量で４０％以上の廃棄物が含有されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の焼成体。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、焼却施設より排出される廃棄物である焼却灰を利用して製造され、土木材料、建築材料、舗装材料等に有効利用することができるように構成された焼成体に関するものである。より詳しくは、廃棄物の有効利用と、該廃棄物中の重金属類等の無害化とを同時に行うことができるうえ、高い強度を有し前記のような材料として実用的な環境に優しい焼成体に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、この種の焼成体としては、重金属類を含む廃棄物を粘土に対して５〜６０重量％混合し、この混合物からレンガを成形し、このレンガを乾燥したのち、１０００℃以上の温度で焼成する廃棄物を利用した耐火レンガの製造方法が知られている（特許文献１参照）。この耐火レンガの製造方法では、１０００℃以上の焼成によって、廃棄物中の重金属類が酸化物に変化することから、水に不溶で化学的に安定となり、廃棄物の有効利用と無害化処理を同時に実現することができる。
【０００３】
一方、特許文献２には、ダイオキシンその他の毒物を含有する焼却灰と下水道汚泥焼却灰に粘土を混合、練合して生地粘土となし所望形状に成形し、その成形体を乾燥し加熱焼成して含有ダイオキシン（毒物等）の高熱処理を可能としてなるリサイクル焼成体が開示されている。このリサイクル焼成体は、公共焼却施設から発生する焼却灰と公共下水道汚泥から成る焼却灰を高温焼成することによりダイオキシン（毒物等）が分解され同時にリサイクル焼成体を得ることができるため、現在の環境問題に貢献することができる。
【０００４】
【特許文献１】
特開昭５１−５０９２１号公報
【特許文献２】
特開２００１−１０６５６５号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、前記従来の耐火レンガの製造方法によって製造された耐火レンガ及びリサイクル焼成体では、高い強度が発揮されない可能性が高かった。
【０００６】
この発明は、上記のような従来技術に存在する問題点に着目してなされたものである。その目的とするところは、廃棄物の有効利用と無害化とを実現しつつ、高い強度を発揮することができる焼成体を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、請求項１に記載の発明の焼成体は、粘土及び廃棄物を含有する原料を混合してこねる混練工程と、該混練工程後の混練物を熟成する熟成工程と、該熟成工程後の熟成物を所定形状に成形する成形工程と、該成形工程後の成形物を乾燥させる乾燥工程と、該乾燥工程後の乾燥物を焼成する焼成工程とを備えた製造方法により製造される焼成体であって、前記廃棄物は焼却灰を含むとともにダイオキシン類が無害化されており、前記熟成工程は酸化的雰囲気下で７日間以上行われ、さらに前記焼成工程は酸化的雰囲気下で行われることを特徴とするものである。
【０００８】
請求項２に記載の発明の焼成体は、粘土及び廃棄物を含有する原料を混合してこねる混練工程と、該混練工程後の混練物を熟成する熟成工程と、該熟成工程後の熟成物を所定形状に成形する成形工程と、該成形工程後の成形物を乾燥させる乾燥工程と、該乾燥工程後の乾燥物を焼成する焼成工程とを備えた製造方法により製造される焼成体であって、前記廃棄物は焼却灰を含み、前記熟成工程は酸化的雰囲気下で７日間以上行われ、さらに前記焼成工程は１１００℃以上の酸化的雰囲気下で行われることを特徴とするものである。
【０００９】
請求項３に記載の発明の焼成体は、請求項１又は請求項２に記載の発明において、前記原料には乾燥重量で４０％以上の廃棄物が含有されていることを特徴とするものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、この発明を具体化した実施形態を詳細に説明する。
実施形態の焼成体は、粘土及び廃棄物を含有する原料を混合してこねる混練工程と、該混練工程後の混練物を熟成する熟成工程と、該熟成工程後の熟成物を成形する成形工程と、該成形工程後の成形物を乾燥させる乾燥工程と、該乾燥工程後の乾燥物を焼成する焼成工程とからなる製造方法により製造される。この焼成体は、日々大量に排出されて処分に困っている焼却灰等の廃棄物を有効利用することを最大の目的として製造され、土木材料、建築材料、舗装材料、陶器等の様々な製品に生まれ変わって社会に役立てられる。
【００１１】
前記製造方法は、用いられる廃棄物の種類に応じて、第１の製造方法又は第２の製造方法に分けられる。第１の製造方法ではダイオキシン類が完全に無害化された廃棄物が用いられる。第２の製造方法では、主としてダイオキシン類を含有する廃棄物が用いられるが、前記焼成工程において１１００℃以上の焼成温度で焼成することによってダイオキシン類を無害化するように構成されており、それ以外は第１の製造方法と全く同様である。
【００１２】
前記原料としては、粘土と廃棄物とが所定の混合比率で混合されたものが主に用いられる。前記粘土としては、焼成体の強度が容易に高められることから南九州産の粘土が好適に用いられ、きめが細かくて使いやすいことから宮崎県山之口町にて産出する山之口粘土が特に好適に用いられるが、他の産地の粘土であっても構わない。前記廃棄物としては、焼却施設の燃焼炉の炉底に堆積する焼却灰としての炉底焼却灰が用いられる。この炉底焼却灰中には、カドミウム、鉛、六価クロム、ひ素、水銀、セレン等の様々な重金属類が高含有されている。なお、前記廃棄物としては、前記焼却灰に加えて砕石屑、廃泥、下水汚泥、瓦屑等からなるシャモット等を同時に用いても構わない。
【００１３】
前記原料に含まれる粘土の含有量は、焼成体の強度を実用的なレベルにまで高めやすくなることから、乾燥重量で５０％以上であるのが好ましい。また、同原料に含まれる廃棄物の含有量は、特に限定されるものではないが、廃棄物の有効利用を効果的に図るためには、好ましくは乾燥重量で３０％以上、より好ましくは４０％以上、さらに好ましくは４０〜５０％であるとよい。なお、前記廃棄物の含有量が５０％を越える場合には、相対的に粘土の含有量が低下することから焼成体の強度が低下するおそれがある。
【００１４】
なお、上記第１の製造方法においては、粘土やシャモット等にダイオキシン類が含有されている可能性はほとんどないことから、焼却灰としてダイオキシン類無害化焼却灰が用いられる。このダイオキシン類無害化焼却灰は、金属ナトリウム分散体方式によるダイオキシン類の分解技術を用いて焼却灰を処理することにより容易に得られる。前記金属ナトリウム分散体方式としては、金属ナトリウム超微粒子を油中に分散させたものと、ダイオキシン類とを化学反応させることにより、塩素を除去して分解する方法が好適に用いられる（例えば環境省のホームページ参照）。
【００１５】
前記混練工程は、ミキサー等の混合手段を用いて原料中に含まれる各成分を均一に混合する混合工程と、該混合工程後の混合物をロールクラッシャ等の混練手段によりこねる混練工程とを備えている。なお、この混練工程としては、前記焼却灰中に含まれる重金属類の無害化を効率的に行うために、酸化的雰囲気下で行われるのが最も好ましい。前記及び以下の記載において酸化的雰囲気下で行うとは、通常の空気（酸素濃度が２０％程度）中での作業が該当し、さらに酸素ボンベ等により空気中よりも高濃度の酸素濃度に調整された環境での作業も該当する。
【００１６】
前記熟成工程は、前記混練工程後の混練物を酸化的雰囲気下で、７日間以上、好ましくは７〜２０日間、より好ましくは１０〜２０日間、さらに好ましくは１２〜２０日間熟成させる工程である。この熟成工程は、主として混練物中の原料及び水分の均一化を図って焼成体の強度を高めるために行われるが、焼却灰中の重金属類の無害化を促進させる効果も有している。前記熟成期間が６日以下の場合には高い強度を備えた焼成体を製造するのが困難になり、逆に２１日以上の場合には時間の浪費となる。また、この熟成工程では、混練物の乾燥を防ぐ必要はあるが、熟成温度は常温等の環境温度であればよい。
【００１７】
前記成形工程及び乾燥工程は、焼却灰中の重金属類の無害化をより一層促進させるために酸化的雰囲気下で行われるのが好ましい。また、乾燥工程における乾燥温度及び乾燥期間は、成形工程後の成形物を十分に乾燥させることができる条件であれば特に限定されない。
【００１８】
前記焼成工程は、焼却灰中の重金属類を酸化物に変化させて無害化させるために所定の焼成温度の酸化的雰囲気下で行われる。なお、この焼成工程では、焼成炉内を空気よりも高い酸素濃度に調整するとよい。また、この焼成工程における焼成時間は、焼成体（乾燥物）全体が設定された焼成温度に達する条件であれば特に限定されない。
【００１９】
第１の製造方法における焼成温度は、好ましくは１０００〜１２００℃、より好ましくは１０００〜１１００℃、さらに好ましくは１０００〜１０８０℃である。前記焼成温度が１０００℃未満の場合には高い強度を備えた焼成体を製造するのが困難になり、逆に１２００℃を越える場合には不経済となる。一方、第２の製造方法における焼成温度は、廃棄物（焼却灰）中に含まれるダイオキシン類を無害化させるために、１１００℃以上、好ましくは１１００〜１２００℃で行われる。前記焼成温度が１１００℃未満の場合にはダイオキシン類が十分に分解されないおそれがあり、逆に１２００℃を越える場合には不経済となる。
【００２０】
さて、上記のように製造された焼成体は、必要に応じて白化防止剤等のコーティング剤を塗布した後、河川、砂防、港湾、漁場等の土木材料、レンガ、タイル等の建築材料、遊歩道や車両乗り入れ道路等の舗装材料等に利用される。このとき、この焼成体は、ダイオキシン類及び重金属類が無害化されていることから土壌や海洋等の環境を汚染するおそれがないうえ、高い強度を備えていることから補強材として或いは重量物の通過等に対し十分に耐えることができる。また、この焼成体は、前記焼成工程によって生成された重金属類の酸化物により独特の色彩が施されることから、極めて高い意匠性を備えている。なお、この色彩は焼成炉内での炎の色や当たり具合によっても様々に変化する。さらに、この焼成体では、遠赤外線が発生することとも合わせて、焼物がもつ微妙な色のぬくもりが感じられるようになっており、遊歩道や建築材料等に好適に利用される。
【００２１】
上記実施形態によって発揮される効果について、以下に記載する。
・  実施形態の焼成体は、原料を混合してこねる混練工程と、該混練工程後の混練物を熟成する熟成工程と、該熟成工程後の熟成物を成形する成形工程と、該成形工程後の成形物を乾燥させる乾燥工程と、該乾燥工程後の乾燥物を焼成する焼成工程とからなる湿式の製造方法により製造される。さらに、前記熟成工程は酸化的雰囲気下で７日間以上行われるように構成されている。このため、この焼成体では、７日間以上といった長期間に渡る熟成工程により、組成が不均質であるうえほとんど粘性がない廃棄物を粘土中になじませて混練物全体の粘性の向上を図ることができることから、割れにくく強度の高い製品に仕上げることが極めて容易となる。さらに、この焼成体では、湿式にて製造されることから、前記熟成工程において廃棄物と粘土とを極めて迅速かつ良好になじませることが容易となる。加えて、前記熟成工程で混練物中に十分な酸素を含ませるように構成されていることから、焼成工程で焼却灰由来の重金属類を酸化物に変化させて無害化させる反応も容易に進行する。従って、この焼成体は、焼却灰を主とした廃棄物の有効利用と無害化とを極めて容易に実現しつつ、高い強度を発揮することができる。
【００２２】
・  実施形態の第１の製造方法は、ダイオキシン類無害化焼却灰が用いられていることから、原料中にダイオキシン類が含有されていない。このため、この製造方法では、焼成工程でダイオキシン類を無害化させる必要がないことから、焼成温度をより低い温度で行うことができて経済的である。さらにこのとき、ダイオキシン類が焼成炉の外に排出するのを防止するための特別な装置を焼成炉内に設ける必要がないことから設備投資における経済性が高い。
【００２３】
・  実施形態の第２の製造方法は、１１００℃以上の焼成温度で焼成することにより原料（焼却灰）中に含まれている可能性のあるダイオキシン類を無害化させるように構成されている。このため、この第２の製造方法では、金属ナトリウム分散体方式等の処理コストがかかるダイオキシン無害化焼却灰を用いる必要がなくて経済的である。
【００２４】
【実施例】
以下、前記実施形態を具体化した実施例及び比較例について説明する。
＜レンガブロックの製造；比較例１〜４、実施例１〜４＞
山之口粘土と、ダイオキシン類無害化焼却灰及びシャモットからなる廃棄物とを表１に示される混合比率で混合した。前記ダイオキシン類無害化焼却灰は、公共の可燃ゴミ焼却施設で稼働する焼却炉から排出された炉底焼却灰を金属ナトリウム分散体方式にて処理したものである。次に、いずれも酸化的雰囲気下で、混練工程、熟成工程（熟成期間は表１参照）、成形工程、乾燥工程及び焼成工程（焼成温度は１０００〜１０８０℃、焼成時間は２４時間）を行うことによって、２３０×１１５×５０ｍｍの直方体状をなすレンガブロックを製造した。得られたレンガブロックの物性評価を下記表１に示す。
【００２５】
【表１】
2005008459.tif 000002
【００２６】
＜物性試験１＞
上記実施例３のレンガブロックを用いて種々の基礎的物性試験を行った。その結果、このレンガブロックは、吸水率が２４時間で５％以下、圧縮強度（ＪＩＳ  Ｒ  １２５０）が６８．６ＭＰａ（７００ｋｇｆ／ｃｍ２）以上、摩耗減量が０．０１１ｇ、凍結融解を行っても異常はなく、さらにすべり抵抗（ＪＩＳ  Ａ１４０７）が１．０と極めて良好な結果が得られた。特に、圧縮強度においては、ＪＩＳ  Ｒ  １２５０に規定されている基準値である２９．４ＭＰａ（３００ｋｇｆ／ｃｍ２）の２倍以上と顕著に高い強度が発揮されたことが確認された。さらに、このレンガブロックに関して、土壌汚染に係る環境基準について（平成３年環境庁告示第４６号）に準じた溶出試験を行った。その結果、カドミウム、鉛、六価クロム、ひ素、総水銀及びセレンの溶出量はそれぞれ、０．００１ｍｇ／ｌ未満、０．００１ｍｇ／ｌ未満、０．００５ｍｇ／ｌ未満、０．００１ｍｇ／ｌ未満、０．００００５ｍｇ／ｌ未満、０．００１ｍｇ／ｌ未満であり、いずれも前記環境基準値を下回っていたことが確認された。
【００２７】
＜物性試験２＞
上記実施例４のレンガブロック３試験体を用いて種々の基礎的物性試験を行った。その結果、このレンガブロックは、ＪＩＳ  Ｒ  １２５０（普通れんが）試験における吸水率（乾燥時間及び水中浸漬時間はそれぞれ２４時間）が平均４．５％、ＪＩＳ  Ｒ  １２５０（普通れんが）試験に準じた圧縮強さが平均６８．９Ｎ／ｍｍ２、日本建築学会  ＪＡＳＳ  ７  Ｍ１０１  インターロッキングブロックの品質規格８．１に準じた曲げ強度が平均１３．７Ｎ／ｍｍ２、ＪＩＳ  Ａ  ５２０９（陶磁器質タイル）試験における摩耗減量が平均０．０９１ｇ、凍結融解を行っても異常はなかった。さらに、ＡＳＴＭ  Ｅ  ３０３（Ｓｔａｎｄａｒｄ  Ｔｅｓｔ  Ｍｅｔｈｏｄ  ｆｏｒ  Ｍｅａｓｕｒｉｎｇ  Ｓｕｒｆａｃｅ  Ｆｒｉｃｔｉｏｎａｌ  Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ  Ｕｓｉｎｇ  ｔｈｅ  Ｂｒｉｔｉｓｈ  Ｐｅｎｄｕｌｕｍ  Ｔｅｓｔｅｒ）試験におけるすべり抵抗値が、気乾状態（試験体を温度２０℃、湿度６０％の試験室中に２４時間以上静置した後に試験）で平均９５ＢＰＮ、湿潤状態（試験体表面に散水し濡れたままの状態で試験）で平均７９ＢＰＮと極めて良好な結果が得られた。さらに、このレンガブロックに関し、上記物性試験１と同様の溶出試験を行った結果、環境基準値を下回っていたことが確認された。
【００２８】
なお、本実施形態は、次のように変更して具体化することも可能である。
・  上記焼却灰として、炉底焼却灰の代わりに、燃焼炉又は燃焼装置より排出される排ガス中の飛灰を集塵装置等により捕集した集塵ダスト（ＥＰ灰）、又は下水道汚泥焼却灰を用いてもよい。また、上記廃棄物として、上記焼却灰に加えて下水道汚泥又は鉱山廃液汚泥を同時に用いても構わない。また、上記原料中に粘土及び廃棄物以外の添加物（例えば顔料、バインダー等）が添加されていても構わない。
【００２９】
さらに、前記実施形態より把握できる技術的思想について以下に記載する。
・  前記混練工程、成形工程及び乾燥工程を酸化的雰囲気下で行うことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の焼成体。  前記焼成工程は空気中よりも高い酸素濃度で行われることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の焼成体。
【００３０】
【発明の効果】
以上詳述したように、この発明によれば、次のような効果を奏する。
請求項１から請求項３に記載の発明の焼成体によれば、廃棄物の有効利用と無害化とを実現しつつ、高い強度を発揮することができる。