(57)【要約】【課題】硫黄結合材による土木・建築用資材およびその製造方法を提供する。【解決手段】有害重金属を含有する焼却灰、スラグ等と硫黄を密閉加圧容器内で回転翼により粉砕、混練すると共に、水蒸気注入下で硫黄を溶融温度に加熱した後該混練物を冷却固化させ、有害物を封鎖した土木・建築用資材を得ることを特徴とする硫黄結合材による土木・建築用資材の製造方法。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
有害重金属を含有する焼却灰、スラグ等と硫黄を密閉加圧容器内で回転翼により粉砕、混練すると共に、水蒸気注入下で硫黄を溶融温度に加熱した後該混練物を冷却固化させ、有害物を封鎖した土木・建築用資材を得ることを特徴とする硫黄結合材による土木・建築用資材の製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載の硫黄を全混合量の５〜９５質量％添加したことを特徴とする硫黄結合材による土木・建築用資材の製造方法。
【請求項３】
請求項１に記載の硫黄の溶融温度として、２００℃以上とすることを特徴とする硫黄結合材による土木・建築用資材の製造方法。
【請求項４】
請求項１に記載の密閉加圧容器内圧力を１．１気圧以上とすることを特徴とする硫黄結合材による土木・建築用資材の製造方法。
【請求項５】
請求項１乃至４の何れかに記載の方法により製造された硫黄結合材による土木・建築用資材。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、硫黄結合材による土木・建築用資材およびその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ごみ焼却灰や鉄鋼スラグ等の廃棄物、産業副産物を石油精製の脱硫過程で発生する硫黄の特性をそのまま利用し固化・安定化して再生利用する方法としてサルフィックスと称する技術が知られている。この技術は、硫黄が常温では水に不溶な遮水性の高い固体であり、１１９℃〜１５９℃で溶融状態の液体となる。この溶融状態の硫黄と廃棄物、産業副産物とを十分混練することにより、硫黄が固相の細孔内部まで浸透する。これを冷却固化することにより固相中の重金属およびダイオキシン類などの有害物質を水不溶の状態に固定化する方法である。
【０００３】
このように、有害重金属を硫化物として封鎖できること、および硫黄を溶融固化させることにより結合材となし得ることなどの公知の技術を基礎として、有害金属等を含む焼却灰、スラグ等の溶融硫黄を混練し、冷却固化する方法として優れている技術である（例えば、特許文献１乃至４を参照。）。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００２−６０４９１号公報
【０００５】
【特許文献２】
特願２００２−６９１８８号公報
【０００６】
【特許文献３】
特開２００２−９７０６０号公報
【０００７】
【特許文献４】
特開２００１−１６３６４９号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した技術は、焼却灰等に含まれる水分を除去するために乾燥、事前加熱等の工程とそのための設備を必要とすること。また、乾燥や混練の過程で発生する悪臭を除去するために大掛かりな排気脱臭設備が必要となること。また、混練等の作業で発生する騒音対策が必要となること。さらに、硫黄の引火性から溶融加熱温度を硫黄の引火点である２０７℃以下に管理する必要がある等の種々の問題がある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上述したような問題を解消するために、発明者らは鋭意開発を進めた結果、本発明では、加熱と粉砕、混練を同時に行なうことが出来る加圧密閉容器を用いることによって、上述の課題を解決すると共に、有害金属等の封鎖を効果的かつ効率的に行い、プラントの立地を円滑化し、さらに、冷却形成物の強度を向上させることによって利用の可能性を拡大することを可能とせしめた硫黄結合材による土木・建築用資材およびその製造方法を提供するものである。
【００１０】
その発明の要旨とするところは、
（１）有害重金属を含有する焼却灰、スラグ等と硫黄を密閉加圧容器内で回転翼により粉砕、混練すると共に、水蒸気注入下で硫黄を溶融温度に加熱した後該混練物を冷却固化させ、有害物を封鎖した土木・建築用資材を得ることを特徴とする硫黄結合材による土木・建築用資材の製造方法。
（２）前記（１）に記載の硫黄を全混合量の５〜９５質量％添加したことを特徴とする硫黄結合材による土木・建築用資材の製造方法。
（３）前記（１）に記載の硫黄の溶融温度として、２００℃以上とすることを特徴とする硫黄結合材による土木・建築用資材の製造方法。
（４）前記（１）に記載の密閉加圧容器内圧力を１．１気圧以上とすることを特徴とする硫黄結合材による土木・建築用資材の製造方法。
（５）前記（１）〜（４）に記載の方法により製造された硫黄結合材による土木・建築用資材にある。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明について図面に従って詳細に説明する。
【００１２】
図１は、本発明を実施するための装置の概略図である。この図に示すように、二重構造釜１の間にオイル供給パイプ１０、オイル還流パイプ１１によってオイルタンク８と連結させ、オイルヒーター７で加熱されたオイルがオイル潤滑ポンプ９によって二重構造釜１の内側を加熱されたオイルが循環することによって二重構造釜１内を加熱する。この二重構造釜１に材料投入口２から産業廃棄物等の焼却灰等と硫黄を投入して、蓋によって密封した後、加熱する。また、加熱と同時に回転翼駆動モータ４によって、駆動軸６を介して回転する回転翼５が材料の粉砕と混練を行なう。
【００１３】
上述した材料の粉砕と混練を行なう際に、焼却灰に水分が含まれている場合には、水蒸気が発生するが、発生した蒸気は設定した圧力を超えた場合、蒸気排出パイプ３から排出することによって、一定の加圧状態を維持するように構成する。また、蒸気排出パイプ３から排出する蒸気は、その後冷却し液化した後処理することによって悪臭排気を最小限に抑えることができる。加熱溶融硫黄と焼却灰等の材料の混練が終了した段階で、回転翼駆動モーター４を止め、その後、排出口１２を開けば、混練物は二重構造釜１の内圧によって加圧排出することが出来る。
【００１４】
本発明に係る有害重金属を含有する焼却灰としては、例えば都市ごみの焼却灰は塩分が多く含有しているため、リサイクル材として利用する際には、有害物質であるＰｂ等が溶出する他に塩分の溶出が問題となる。また、スラグとしての高炉スラグ、転炉スラグ等も同様にスラグ中に重金属を含有する。これら有害重金属やダイオキシン類をリサイク利用するためには無害化状態に封鎖する必要がある。そのための封鎖作用をもつ硫黄を用いるものである。硫黄は、水に不溶で遮水性が高く、１１９℃以上で溶融し、常温では固化する性質がある。この硫黄を利用して細孔の細部まで硫黄を浸透させ、有害物質を水不溶の状態に固定化し、かつ、有害物質を化学的に不溶化するものである。
【００１５】
有害金属物質の化学的不溶化としては、例えば有害金属であるＰｂは、焼却灰中のＰｂの主成分はＰｂＯとして存在し、このＰｂＯは約１２０℃の温度で次のような反応をする。
【００１６】
ＰｂＯ＋Ｓ→ＰｂＳ
この化学反応によって、難水溶性のＰｂＳとなり、化学的に不溶化する。
【００１７】
一方、硫黄は、原油精製、石油精製から発生する回収硫黄を利用することが可能であり、しかも、有害物質である重金属類、ダイオキシン類を硫黄被覆で外界遮断、化学的不溶化による封鎖性が高く、かつ、塩分の封鎖性が高く、耐塩性、耐酸性が高い性質がある。
【００１８】
上述した特性を利用して焼却灰等からの有害物質を無害化するものであるが、一定以上の水分を含む焼却灰を大気圧下で溶融硫黄と混練する場合には、水の沸点が硫黄の融点を下回るため、水分の蒸発による局所的な温度低下により混練物の品質が不安定になる問題がある。このため、従来の方法では前述したように事前乾燥工程、或いは事前加熱工程を設ける必要があるが、本発明では１．１気圧以上の密閉加圧条件下で加熱と混練を同時に行うことによって、水の沸点が硫黄の融点を上回るようになり、水分の蒸発による局所的な温度低下を抑制することが出来る。しかし、１．１気圧未満では水分の気化熱による温度低下の影響で十分な効果が得られないことから、その圧力の下限を１．１気圧とした。
【００１９】
また、本発明に係る硫黄の混合量は全混合量の５〜９５質量％とする。しかし、５質量％未満では硫黄による有害金属を硫化物として封鎖し、有害物を固定化するには不十分である。また、９５質量％を超えるとその効果は飽和することから、その範囲を５〜９５質量％とする。望ましくは２０〜８０質量％とする。さらに望ましくは３０〜６０質量％とする。
【００２０】
また、大気圧下の開放型設備で処理を行なう場合、硫黄臭等が発生し、その対策として大規模な吸気、脱臭、排気設備を必要とするが、しかし、本発明では密閉容器内で溶融、混練を同時に行なうことから、材料と外気とが遮断されており、また、圧力管理のために密閉容器から排出する加圧蒸気についても冷却液化することによって処理すればよく、悪臭対策を容易にすることが可能となる。また、本発明の方法によれば工程数を減じ、混練などの主工程を密閉容器内で行なうことから、密閉容器を振動抑止材料で製作することや防音材で被うことによって容易に騒音対策を行なうことが出来る。
【００２１】
また、開放型の設備で硫黄を溶融する場合には、硫黄の発火点である２０７℃以上に加熱すると発火する恐れがあることから、通常は加熱温度を約２００℃以下とし、それでも引火する可能性がある。しかしながら、本発明での密閉加圧容器内で水分を含んだ焼却灰等と溶融硫黄を混練することから、硫黄を飽和蒸気環境下に置く。これによって２００℃以上で硫黄発火や引火火災の可能性を著しく減ずることが出来、安全に処理を行なうことが可能となり、重金属等の封鎖を短時間に効率的に実現することが出来る。また、本発明では、モーターにより駆動される回転翼によって材料の混練と粉砕を同時に行なうことから、焼却灰等と溶融硫黄との接触面が拡大し、有害物封鎖の確実性を高めるとともに、焼却灰の一部が微細化することによって、硫黄の節約と冷却形成物の強度増加を実現することができる。
【００２２】
【実施例】
以下、本発明について実施例によって具体的に説明する。
【００２３】
表１に示す都市ごみの焼却灰と製鋼スラグと製鋼ダストに硫黄を密閉加圧容器内で１．１気圧の圧力下で回転翼により、１５〜２０分間粉砕、混練すると共に、水蒸気注入下で硫黄を溶融温度２００〜２２０℃に加熱して混溶融した後該混練物を造型、冷却固化させ製品を得る。この製品の重金属の溶出検査を行なった。溶出検査は、試料を２ｍｍ以下に粉砕し、１０倍量の水中で６時間沸騰して濾過液を土壌環境基準の検定方法に従い分析した。その結果を表１に示す。
【００２４】
【表１】
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【００２５】
表１に示すように、Ｎｏ．１〜１０は本発明例であり、Ｎｏ．１１〜１５は比較例である。また、Ｎｏ．１６は原料の有害物質の含有量、Ｎｏ．１７は有害物質の検出限界を示す。この表１によれは処理前の焼却灰等の原料中に含まれる有害物質である重金属に対し、本発明の処理によって得られた製品からの溶出する有害物質である重金属のＣｄ、Ｐｂ、Ｃｒ、Ａｓ、Ｔ−Ｈｇ、Ｓｅについて、いずれも検出限界である数値以上の検出は見られなかった。これに対し、Ｎｏ．１１は硫黄の混合量が多いため、逆にＣｄ金属が確認され、Ｎｏ．１２〜Ｎｏ．１４は硫黄の混合量が少ないことから、Ｃｄ、およびＰｂ金属、ないしはＴ−Ｈｇが認められた。また、Ｎｏ．１５は硫黄を用いない場合でＴ−Ｈｇ、Ｃｄ、およびＰｂ金属が認められた。さらには、これらいずれの比較例も水蒸気装入による密閉加熱容器を用いないことから、生産性が悪く、かつ悪臭の発生が見られた。
【００２６】
また、処理された造型、冷却固化して得られた製品からの土木・建築用資材として使用した場合の特性としての耐食性試験である耐海水性については塩水噴霧試験（ＪＩＳ  Ｃ  ００２４）に準拠した条件（３５℃、噴霧量１〜２ｍｌ／ｈ）で試験を行なったところ、６カ月経過した結果は、表面には変化が見られなかった。これに対し、コンクリートの表面には塩害による荒れが進行した様子が観察された。これからも、コンクリートに比べ、本発明は海水による表面浸食が受けがたいことが分かる。また、耐酸性については、１０％塩酸溶液中で圧縮強度を調べた。その結果、本発明は１０％塩酸溶液浸漬試験においてやや強度低下が見られるものの、コンクリートは酸による侵食を受け、３カ月後には既に構造体の形状を保つていなかった。
【００２７】
次に、圧縮強度（ＭＮ／ｍ２  ）試験については、ＪＩＳ  Ａ  １１０８（φ１００×２００）試験方法で、曲げ強度試験はＪＩＳ  Ａ  １１０６（１００×１００×４００）、引張強度（ＭＮ／ｍ２  ）試験はＪＩＳ  Ａ  １１１３（φ１００×２００）試験方法でそれぞれ行った結果、圧縮強度については、本発明では７０．８、コンクリートは３４．７、また、曲げ強度については、本発明では８．２、コンクリートは４．２、さらに、引張強度については、本発明では４．５、コンクリートは３．０となり、いずれの特性もコンクリートに比べ、高い値を示した。
【００２８】
以上の結果、本発明例については、いずれも土木・建築用資材として使用した場合の耐食性である耐海水性、耐酸性に優れ、しかも、有筋パネルとした場合の圧縮強度、曲げ強度、引張強度、および温度特性についてはコンクリート以上の結果が得られ、また、内部鉄筋の錆の外観観察よっては、硫黄で被覆されているパネル内部には水分が浸透しないため、鉄筋の錆は認められなかった。これの結果からも土木・建築用資材として十分利用することが可能となった。
【００２９】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明による密閉加圧容器内での飽和蒸気環境下での処理により、水分の蒸発による局所的な温度低下を抑制し、従来での事前乾燥工程や事前加熱工程を省略可能となり、設備費の節約、処理工程の単純化および硫黄添加による悪臭の発生はなく、硫黄発火や引火火災の可能性が減じ、かつ、回転翼によって材料の混練と粉砕を同時に行なうことから、焼却灰等と溶融硫黄との接触面が拡大し、有害物封鎖の確実性を高めるとともに、焼却灰の一部が微細化することによって、硫黄の節約と冷却形成物の強度増加を実現することができる。さらには、金属添加による土木・建築用資材としての強度特性が得られ、かつ、耐食性等にも優れた製品が得られる等極めて優れた効果を奏するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を実施するための装置の概略図である。
【符号の説明】
１  二重構造釜
２  材料投入口
３  蒸気排出パイプ
４  回転翼駆動モータ
５  回転翼
６  駆動軸
７  オイルヒーター
８  オイルタンク
９  オイル潤滑ポンプ
１０  オイル供給パイプ
１１  オイル還流パイプ
１２  排出口
【図１】
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