(57)【要約】【課題】  従来技術では、都市ゴミ、産業廃棄物を通常焼却した焼却灰は、酸化雰囲気で焼いているため、重金属、例えばクロムは、充分に酸化され六価クロムになっている。これは有毒であるから次に不溶化処理を行わなければならないが、従来の方法は、コストが非常に高かったので、低コストの方法に改善することが主なる課題である。また、都市ゴミ焼却灰、特に重金属を多量に含む飛灰を主原料として、無害化された保水性セラミックス製品を造ることも本発明の課題である。【解決手段】    都市ゴミ由来の食塩を多量に含み、ダイオキシン発生の元にもなる飛灰を主原料とし、まずセッコウを加えて加熱過程の水熱状態で反応させて塩化カルシウムと硫酸ソーダに変性して、低温度で塩素を放出させる。    焼成は、木粉等の可燃物の中へ埋没させて強い還元状態で焼成し、必要により組成物に鉄粉を加えて、六価クロムはピネル化合物として安定させると共に、熱エネルギーを約３０％少なく焼成できる。【特許請求の範囲】
【請求項１】
都市ゴミ、産業廃棄物類の焼却灰５５〜６０重量％にセッコウ，鉄粉，炭類のうちより選ばれた１種以上の５〜２０重量％を加え、調合した組成物に粘土質物２０〜４０重量％を加え、粒状に成形後、石炭，木粉，殻物ガラ，ワラ，紙類を含む可燃性物質と混合充填し、耐熱容器において、強還元雰囲気中で、９００〜１１００℃の温度で焼結してあることを特徴とする粒状セラミックス。
【請求項２】
都市ゴミ，産業廃棄物類の焼却灰５５〜６０重量％にセッコウ，鉄粉，炭類のうちより選ばれた１種以上の５〜２０重量％を加え、均一に混合調整した組成物を小計６０〜８０重量％と、粘土質物を無水物で２０〜４０重量とを混合して、適度に加水して粒状に成形した後乾燥し、次いで、耐熱容器中において、石炭，木粉，殻物ガラ，ワラ，紙類を含む可燃性物質と混合して充填し、強還元雰囲気中で、９００〜１１００℃の温度範囲で焼成し、焼結することを特徴とする粒状セラミックスの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、都市ゴミ，産業廃棄物などの焼却灰に含まれる６価クロムを含む有毒重金属類や、ダイオキシン等の有害物を長期不溶化することにより、無害化とする環境正常化の新技術であり、従来主流となっているスラグ化の様に多額に費用のかかる処理方法を、更に進歩させて合理的に大幅なコストダウンをはかる画期的新規な技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の廃棄物，都市ゴミ等の焼却灰の処理方法で、最終処分などとして、単に埋立て処理をしているものが多いが、これらの従来技術では、溶解性重金属やダイオキシンが、地域の地下水等に溶出して、甚だ大なる公害をもたらして来た。また、一方において都市ゴミ焼却灰を主原料としてセラミックス製品を造る技術は、本発明者による
【特許文献１】（特願平４−３１９１８５（特許２０９２６１２））及び
【特許文献２】（特開２０００−３４１７９）があり、また、焼却灰を使用した水質浄化材の製造は、
【特許文献３】（特開平１１−２０９１８９）があるが、特に飛灰を除いた灰であること、また、重金属の溶出防止には１２００℃〜１３００℃の温度で溶融焼成するものである。その他、焼却灰を使ってセラミックスを造る特許は数多く知られているが、焼成方法において、木粉や石炭の中へ埋没させた焼成方法は、本発明者の発明によるものである。
【特許文献１】特願平４−３１９１８５（特許２０９２６１２）（全頁）
【特許文献２】特開２０００−３４１７９（全頁）
【特許文献３】特開平１１−２０９１８９（全頁）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
【特許文献１】の特願平４−３１９１８５号の「陶磁器質焼結体とその製造方法」に係るもので、これは本願の発明者等による発明であり、都市ゴミ，廃棄物を利用したものである。その概要は産業廃棄物の都市ゴミ，下水道汚泥を原料として再利用する事により環境破壊防止に寄与すると共に、それ自体で産業として成立させるべく低コスト，高品質の陶磁器質焼結体を効率的に製作し、セラミックス材料の新しい突破口を開くことを目的とするものである。その構成は都市ゴミ，下水道汚泥を高温度で熔融し水中で急冷してなるガラス質でＡｌ2Ｏ3，ＣａＯ／ＳｉＯ2を所定％含有してなる汚泥熔融水滓及び該水滓と都市ゴミ等を低温度で焼成してなるゴミ焼却灰を適宜混合したものと可塑性原料又は可塑性原料と非可塑性原料とを混合してなる陶磁器質原料とを適宜の重量比で混合し、それ等を１０００〜１３００〔℃］の温度で焼成，焼結する。また、それ等に成形助材としてアルカリ金属塩水溶液を混合するというものである。
【０００４】
【特許文献２】の特開２０００−３４１７９の「保水性粒状焼結体の製造方法」も本願の発明者の発明に係るものであり、概要は下記の通りである。  各種の産業廃棄物を、資源の持つ特徴的な物性を組合せて、特にエネルギーを持つ廃棄物によって、焼結に必要な熱量を自己発熱によって消化し、多孔性で保水性をもち、無害化された、需要の大きい、然も地球環境の改善に役立つ製品を、低コストで供給し、国家財政上の廃棄物処理費を削減するものである。その解決手段は、焼成過程に於いて燃焼し、被熱物内部から発熱して焼結させることは焼結反応を最も合理的に達成する理想的な方法であり、本発明は、これらの効果を利用して低コストで焼結体を造るための可燃性発熱物質を、設計された製造工程の条件を考慮して実験により限定選択した。また生産性を向上して大きい経済性を求めるため発明者のもつ特許第１７２６２７３号の技術を併せて活用したというものである。
【０００５】
【特許文献３】の特開平２０９１８９の「焼却灰を有価資源化した水浄化材の製造方法」の概要は、焼却灰を大量に有価資源として利用することができる焼却灰を有価資源化した水浄化材の製造方法を提供するものである。またその解決手段は、都市ごみ焼却灰と窯業原料用鉱物粘土とを適当比の割合で混合して後に適当形状に造型し、この造型物を適当温度で溶融焼成して陶器基材を形成し、陶器基材に釉薬を塗布して再び適当温度で焼成するものであって、釉薬が、水の分子振動スペクトルの内で、赤外線の波長領域において最大の分子振動スペクトルを発する伸縮振動又は変角振動を持つ鉱物の粉体を含むものである。
【０００６】
しかしながら、前記
【特許文献１】では、処理方法が複雑で、非常に手間がかかる。また、酸化雰囲気の焼成であるから、例えば、クロムなどは酸化されて６価になっているものがあり、溶出して毒性となるおそれがある。また、
【特許文献２】は、酸化雰囲気焼成であるため、重金属類も酸化物となっているので、溶出しやすい欠点があり、工程も複雑であるという問題点がある。  更にまた、
【特許文献３】は、１３００℃の高温で２回も焼成するので、明らかにコスト高となる問題点がある。また、酸化雰囲気で焼成するから重金属は酸化度の高い酸化物になっているので、溶出して有毒性となる欠点もある。
【０００７】
本発明は、これら前記の従来技術の問題点，欠点を除去し、更に進歩的方法により、重金属が溶出しないような工程を創出し、完全に近い、環境保全の処理方法と、その製品を低コストで提供することを課題とする。
【０００８】
発明が解決しようとする課題について更に具体的に説明する。焼却灰やスラグの中には、有害な重金属成分として、鉛、カドミウム、六価クロム、砒素などは、０．１％〜０．３％も含まれているが、これらに大部分は、ＳｉＯ2−Ａｌ2Ｏ3−Ｆｅ2Ｏ3等の結晶物と反応して溶出は防止されているが、飛灰として排出されるものは熱処理時間が短く、極めて不安定な状態となっている。これら焼却灰に粘土などを加えて、再焼成してセラミックスを造ることにより、鉛やカドミウム等は更に安定化するが、六価クロムのような高融点のものは、焼結反応過程で再び酸化されて溶出しやすい形となることを実験により発見した。また、天然に産出する粘土質等にも鉛は１０ｍｇ／ｋｇも入ったものが産出されていて、これらを完全に防ぐためには、強度の還元焼成することが最も合理的な方法である。また、飛灰中には多量の食塩を含むものであり、ダイオキシン発生の元とされている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の手段構成の１番目の特徴は、都市ゴミ、産業廃棄物類の焼却灰５５〜６０重量％に、セッコウ，鉄粉，炭類のうちより選ばれた１種以上の５〜２０重量％を加え、調合した組成物に粘土質物２０〜４０重量％を加え、粒状に成形後、石炭，木粉，殻物ガラ，ワラ，紙類を含む可燃焼物質と混合充填し、耐熱容器において、強還元雰囲気中で、９００〜１１００℃の温度で焼結してある粒状セラミックスであることである。
【００１０】
次に本発明の手段構成の２番目の特徴は、都市ゴミ，産業廃棄物類の焼却灰５５〜６０重量％に、セッコウ，鉄粉，炭類のうちより選ばれた１種以上の５〜２０重量％を加え、均一に混合調整した組成物を小計６０〜８０重量％と、粘土質物を無水物で２０〜４０重量％とを混合して、適度に加水して粒状に成形した後乾燥し、次いで、耐熱容器中において、石炭，木粉，殻物ガラ，ワラ，紙類を含む可燃性物質と混合して充填し、強還元雰囲気中で、９００〜１１００℃の温度範囲で焼成し、焼結する粒状セラミックスの製造方法であることである。
【００１１】
更に、本発明の課題解決の手段構成を具体的に説明する。
請求項１に示す添加剤としてのセッコウは、食塩の変性のためのものである。２ＮａＣｌ＋ＣａＳＯ4２Ｈ2Ｏ→ＣａＣｌ2＋Ｎａ2ＳＯ4＋Ｈ2Ｏの反応は、農業土壌における脱塩効果としてセッコウが使われている例である。これらの反応は、常温では極めて遅いものであるが、本発明の加熱焼成過程においては、セッコウの結晶水が脱水する熱水蒸気のもとでは、急速に反応することを実験により確認した。食塩は８００℃以上でないと分解しないものであるが、水には容易に解離するため、セッコウと反応させて塩化カルシウムに変性して低温度で塩化水素として放出させる方法をとる。また、添加剤として加える鉄粉は、焼成過程において還元剤として働き、更に六価クロムとは、「ＦｅＯＣｒ2Ｏ3」を低温度で生成して安定化させるものであり、更にこれらの還元作用を促進するための「炭」を加えるものである。
【００１２】
請求項２は製造方法を具体的に示すものである。セッコウ、鉄粉、炭は対象とする焼却灰の食塩や重金属の含有量に応じて５％〜２０％の範囲で調整できるものであり、５％以下では効果が少なく、２０％を越えると焼成温度は著しく高くなり、経済性の面で適さない。粘土質物の組成物の配合比率は、これら製品が保水性の高い土壌改良材として使用される場合に必要な強度と吸水率のバランスを焼成温度９００℃〜１，１００℃の範囲で調節するものである。更に、可燃性物は、燃料熱量として約３０％を節減すると共に、炭化された炭の中では遠赤外線による輻射加熱であり、極めて均一な焼結が出来る。更には粒子同士の溶着を防止できる効果も大きな経済的メリットとなる。
【発明の効果】
【００１３】
１）都市ゴミ焼却時に発生する多量の重金属や食塩等を含む飛灰を使用して無害化した保水性セラミックスを低コストで造り、土壌保水剤とする価値ある商品へのリサイクルが出来るものである。
２）本発明では、従来の酸化雰囲気焼成と異なり、強還元雰囲気焼成であるため、重金属、例えば六価クロムは、三価のクロムとなるため、水に不溶となり、無害物となり、安定処理されるという効果がある。
３）本発明は、強還元雰囲気によって焼却灰中の鉛、カドミウム、六価クロム等を完全に不溶化すると共に、これらの可燃物である木粉、殻物ガラなどは、高い熱エネルギーを約３０％少なくする効果もある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
使用する焼却灰の重金属類、食塩の含有率及び溶出データをもとに、セッコウ、鉄粉の添加量を決め、配合率を決定する。食塩の量に対しては、ほぼ同量のセッコウを加えて六価クロムに対しては鉛、カドミウム、砒素などに対する効果も併せて少なくとも５％程度を加える。焼却灰に、セッコウ、鉄粉及び「炭」を加えて調整した組成物は６０％〜８０％の範囲で、残りの粘土分は粘土の種類により焼成温度１，０００℃±１００℃の範囲で目的とする保水率を得るために調整する。配合物は造粒機によって粒状に成形した後、ｓｕｓ．３１０Ｓグレードの耐熱容器内へ、木粉、石炭、モミガラ等と混合して充填して、密閉状態で炉に投入して焼成する。焼成後生成された可燃物の炭は、一部組成物に配合する。
【実施例１】
【００１５】
都市ゴミ焼却灰中、食塩を１０％含む飛灰を使用した。飛火の化学成分と溶出量を表１に示す。
【００１６】
【表１】
2005047740.tif 000002
【００１７】
２）配合率と成形
飛灰６０％、セッコウ１５％、鉄粉５％、粘土２０％を混合し、水分２２％を加えて３．０ｍｍ〜１０．０ｍｍの粒状体に成形
３）焼成
容器３０リットルのｓｕｓボックスへ造粒品１５ｋｇ、木粉５ｋｇの割合で混合したものを充填し、フタをして１，０５０℃で６時間焼成した。
４）製品の物性
飽和含水率  ３６．２％
溶出量      表２に示す
【００１８】
【表２】
2005047740.tif 000003
【００１９】
以上のように塩化物イオンはほとんど消滅し、その重金属イオンは環境庁基準を充分満足した。