(57)【要約】【課題】  有害成分や揮発分の含有率の高い廃棄物から、所定の品質を有する焼結物を効率的かつ大量に生産可能な焼結物の製造方法を提供する。【解決手段】  建設発生土、一般廃棄物、産業廃棄物から選ばれた少なくとも１種以上に、必要に応じて、成分調整材及び／又は焼結助剤を加えて焼成して得られた既焼結物等に、建設発生土、一般廃棄物、産業廃棄物から選ばれた１種以上に、必要に応じて、成分調整材及び／又は焼結助剤を添加した原料等を加えて焼成する。既焼結物を原料の一部として用いることで焼結物の生産性が向上する。これにより、絶乾密度が１．０ｇ／ｃｍ3以上、２．５ｇ／ｃｍ3以下、２４時間吸水率、減圧吸水率がともに０．１％以上、１５％以下、直径５ｍｍ以上、１０ｍｍ以下の骨材の圧かい荷重が０．５ｋＮ以上、直径１０ｍｍ以上、１５ｍｍ以下の骨材の圧かい荷重が１．０ｋＮ以上の人工骨材を得ることができる。【特許請求の範囲】
【請求項１】
既焼結物に、建設発生土、一般廃棄物、産業廃棄物から選ばれた１種以上に、必要に応じて、成分調整材及び／又は焼結助剤を加えて焼成することを特徴とする焼結物の製造方法。
【請求項２】
建設発生土、一般廃棄物、産業廃棄物から選ばれた少なくとも１種以上に、必要に応じて、成分調整材及び／又は焼結助剤を加えて焼成して得られた既焼結物に、他の原料を加えて焼成することを特徴とする焼結物の製造方法。
【請求項３】
建設発生土、一般廃棄物、産業廃棄物から選ばれた少なくとも１種以上に、必要に応じて、成分調整材及び／又は焼結助剤を加えて焼成して得られた既焼結物に、建設発生土、一般廃棄物、産業廃棄物から選ばれた１種以上に、必要に応じて、成分調整材及び／又は焼結助剤を加えて焼成することを特徴とする焼結物の製造方法。
【請求項４】
前記既焼結物の平均粒径が０．００２ｍｍ以上、５０ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１、２又は３に記載の焼結物の製造方法。
【請求項５】
前記既焼結物が含有するＣｌ、Ｒ2Ｏ（＝Ｎａ2Ｏ（質量％）＋０．６８５Ｋ2Ｏ（質量％））、Ｓ、Ｃｄ、Ｐｂ、Ｚｎ、Ｈｇ、Ｃの合計が１５質量％以下であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の焼結物の製造方法。
【請求項６】
前記既焼結物を、建設発生土、一般廃棄物、産業廃棄物から選ばれた１種以上に、必要に応じて、成分調整材及び／又は焼結助剤を加えた原料、又は他の原料の総量に対し、１質量％以上、５０質量％以下添加することを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の焼結物の製造方法。
【請求項７】
前記既焼結物を含めた混合原料の化学組成を、ＣａＯ：２質量％以上、３０質量％以下、ＳｉＯ2：３０質量％以上、７０質量％以下、Ａ１2Ｏ3：１０質量％以上、４０質量％以下に調整することを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の焼結物の製造方法。
【請求項８】
前記既焼結物に、建設発生土、一般廃棄物、産業廃棄物から選ばれた１種以上に、必要に応じて、成分調整材及び／又は焼結助剤を加えた後、粒径５０ｍｍ以下の造粒物とし、焼成することを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の焼結物の製造方法。
【請求項９】
前記既焼結物の粒径を調整するために篩い分けを行い、その篩い下の既焼結物を用いることを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載の焼結物の製造方法。
【請求項１０】
既焼結物に、建設発生土、一般廃棄物、産業廃棄物から選ばれた１種以上に、必要に応じて、成分調整材及び／又は焼結助剤を加えて焼成して得られた焼結物であって、絶乾密度が１．０ｇ／ｃｍ3以上、２．５ｇ／ｃｍ3以下、２４時間吸水率、減圧吸水率がともに０．１％以上、１５％以下、直径５ｍｍ以上、１０ｍｍ以下の骨材の圧かい荷重が０．５ｋＮ以上、直径１０ｍｍ以上、１５ｍｍ以下の骨材の圧かい荷重が１．０ｋＮ以上であることを特徴とする焼結物。
【請求項１１】
建設発生土、一般廃棄物、産業廃棄物から選ばれた少なくとも１種以上に、必要に応じて、成分調整材及び／又は焼結助剤を加えて焼成して得られた既焼結物に、他の原料を加えて焼成して得られた焼結物であって、絶乾密度が１．０ｇ／ｃｍ3以上、２．５ｇ／ｃｍ3以下、２４時間吸水率、減圧吸水率がともに０．１％以上、１５％以下、直径５ｍｍ以上、１０ｍｍ以下の骨材の圧かい荷重が０．５ｋＮ以上、直径１０ｍｍ以上、１５ｍｍ以下の骨材の圧かい荷重が１．０ｋＮ以上であることを特徴とする焼結物。
【請求項１２】
建設発生土、一般廃棄物、産業廃棄物から選ばれた１種以上に、必要に応じて、成分調整材及び／又は焼結助剤を加えて焼成して得られた既焼結物に、一般廃棄物、産業廃棄物から選ばれた１種以上に、必要に応じて、成分調整材及び／又は焼結助剤を加えて焼成して得られた焼結物であって、絶乾密度が１．０ｇ／ｃｍ3以上、２．５ｇ／ｃｍ3以下、２４時間吸水率、減圧吸水率がともに０．１％以上、１５％以下、直径５ｍｍ以上、１０ｍｍ以下の骨材の圧かい荷重が０．５ｋＮ以上、直径１０ｍｍ以上、１５ｍｍ以下の骨材の圧かい荷重が１．０ｋＮ以上であることを特徴とする焼結物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、焼結物の製造方法に関し、特に、廃棄物を主原料として人工骨材等の焼結物を製造する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、埋立処分場の逼迫化に鑑み、都市ゴミ焼却灰等の廃棄物を主原料として、路盤材等の焼成人工骨材に、いわゆる砕石代替として資源化する試みがなされている。これらの廃棄物を原料として使用し、製品化する上で問題となるのは、廃棄物中に含まれる重金属類等の有害物質であり、これらを無害化し、安全性を確保することが重要である。
【０００３】
廃棄物中に含まれる重金属類等の有害物質を無害化する方法として、薬剤により処理する方法、あるいは、高温で加熱処理する方法等が知られているが、特に高温処理を施す方法では、焼成と同時に有害物を無害化することが可能で、比較的緻密質なクリンカが得られるなど、その利用価値も含めて経済性に優れることから、注目されている技術の一つである。
【０００４】
このように、８００℃以上の高温で加熱処理することによって、廃棄物中に含まれる有害物質は、分解、揮発分離、不溶化して無害化される。こうして塊状の回収物、すなわち焼結物中に含まれる有害物質の溶出量等は、環境基準等一定の基準を満たすこととなる。
【０００５】
一方、廃棄物等を主原料とした焼結物を砕石代替として利用するためには、その安全性
を確保するとともに、砕石代替物として求められる諸物性を満足させる必要がある。求められる物性値としては、圧かい強度、すりへり磨耗度、吸水率等が挙げられるが、これらについても安全性と同時に達成しなければならない要件である。
【０００６】
しかしながら、廃棄物等の大半は、焼成処理によって揮発し易い成分（例として、Ｃｄ、Ｈｇ等の重金属類や、塩化物、硫化物、未燃カーボン等が挙げられる）を多く含んでおり、これらの成分が焼結物組織の緻密化を阻害する大きな要因となる。
【０００７】
その原因は、焼結物組織が焼結する過程において、上記揮発成分が急激に揮発すると、焼結物中に多くの気泡を発生させ、焼結物の品質の低下を招くことや、過度の揮発によって焼結物が爆裂し、粉状化するといった問題を引き起こすからである。
【０００８】
当然ながら、廃棄物原料中の揮発成分量が多ければ多い程、その影響は大きいため、この対策として、廃棄物中から持ち込まれる有害物質の持込量を規定し、その負荷を軽減する方法、あるいは、焼成炉に供給する廃棄物等を天然原料で希釈して用いる方法等が採用されているが、実際に受け入れられる廃棄物は、季節変動を含め一様でなく、これらの含有量を選り好みできる状況にない。また、後者の希釈材として天然原料を使用することは、経済性や自然保護の観点から好ましくない。
【０００９】
また、廃棄物中の揮発成分の揮発を促すため、焼成炉へ送入する原料の送入量を抑制するといった手段が取られているのが一般的であるが、このような運転は、焼成量の減少をもたらすため、生産性や経済性の観点から好ましくないものの、実態としては実施せざるを得ないのが現状である。従って、焼結物の安全性と品質の両面を同時に確保するためには、生産性よりもむしろ、廃棄物に含有される揮発成分や有害成分の挙動に重点をおいた焼成を行わざるを得ず、廃棄物等を主原料とした焼結物の製造は決して経済性に優れるものではなかった。
【００１０】
より具体的に、石炭灰の有効利用を例にとると、近年の電力需要の増大に伴い、石炭焚き火力発電所等から排出される石炭灰の量は、年々増加する傾向にあり、石炭灰の有効利用に関わる技術開発が様々な分野で取り組まれている。例えば、石炭灰に種々の副原料を加え、これを焼成して緻密化し、コンクリート用等の骨材として利用する試みも数多くなされている。
【００１１】
骨材の需要は莫大であるため、大量に発生する石炭灰の有効利用先として大きな期待が寄せられているが、石炭焚き火力発電所で燃料に用いられる石炭の種類や、ボイラの形式、構造等によって発生する石炭灰の化学成分が異なるため、骨材の製造工程での取り扱いが困難であったり、石炭灰に含まれる未燃カーボンが骨材組織の緻密化を阻害する等の問題があり、石炭灰を主原料とした焼成型の人工骨材は、まだ普及しているとはいえないのが現状である。
【００１２】
石炭灰に含まれる未燃カーボンが骨材組織の緻密化を阻害することの最大の原因は、未燃カーボンが焼成の際に高温帯で爆発的に燃焼することによる。骨材組織が焼結する過程で未燃カーボンが燃焼すると、骨材中に気泡が発生するとともに、周辺組織に歪みを与え、骨材の破壊を招くこととなる。
【００１３】
前記未燃カーボンによる弊害は、該成分が多ければ多い程大きくなるため、焼成量を抑えること等によって骨材の破壊を抑制することが考えられるが、焼成量を抑えると生産性の低下を招く。また、人工骨材の製造にあたって未燃カーボンの少ない石炭灰を選択することも考えられるが、近年の環境問題を取り巻く事情等を考慮すると、原材料の選り好みは歓迎されない。
【００１４】
上述の問題点に鑑み、特許文献１には、フライアッシュを主原料として発泡タイプの軽量骨材を安定して製造するため、ロータリーキルン内の８００〜１０００℃の燃焼ゾーンにリフターを設置し、未燃カーボンを効率良く燃焼させる技術が提案されている。
【００１５】
また、特許文献２には、人工軽量骨材を製造するにあたって、フライアッシュを粉砕してブレーン比表面積を増加させ、ペレットの緻密化を図る技術が提案されている。
【００１６】
さらに、特許文献３には、石炭灰から人工軽量骨材を製造するにあたって、重油灰を添加することにより、あえて未燃分を増加させ、自燃効果によりペレットの緻密化を図る技術が提案されている。
【００１７】
【特許文献１】特開平６−２６５２７１号公報
【特許文献２】特開昭６１−１６３１５２号公報
【特許文献３】特開平６−９２５１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
しかし、前記特許文献１に記載のロータリーキルンにおいては、リフターで効率良く燃焼させるためには、キルンを高速で回転させる必要があるため、焼結に必要な滞留時間を十分に確保することができないという問題があった。また、運転の経過に伴い、リフター等が磨耗し、未燃カーボンを効率良く燃焼させることができなくなるおそれもあった。
【００１９】
特許文献２に記載の人工軽量骨材の製造方法では、ペレットの緻密化を図ることができたとしても、粉砕コストが高騰するという問題があった。
【００２０】
さらに、特許文献３では、重油灰を添加してあえて未燃分を増加させ、自燃効果によりペレットの緻密化を図ろうとしているが、一旦自燃が始まると、自燃を制御することは極めて困難であり、骨材の製造設備の安定運転を阻害しかねないため、大量生産に適しているとはいえない。
【００２１】
そこで、本発明は、前記従来の技術における問題点に鑑みてなされたものであって、未燃カーボンを多く含有する難燃焼の石炭灰から、高強度かつ低吸水率の人工骨材を効率的に大量生産するなど、有害成分や揮発分の含有率の高い廃棄物であっても、所定の品質を有する焼結物を効率的かつ大量に生産することのできる焼結物の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
前記課題を解決するため、本発明者らは、鋭意検討を行った結果、廃棄物を主原料とした焼結物の製造において、既焼結物を原料の一部として転用することにより、その生産性が飛躍的に向上することを見出し、本発明を完成するに至った。
【００２３】
すなわち、本発明は、焼結物の製造方法であって、既焼結物に、建設発生土、一般廃棄物、産業廃棄物から選ばれた１種以上に、必要に応じて、成分調整材及び／又は焼結助剤を加えて焼成することを特徴とする。
【００２４】
また、本発明は、焼結物の製造方法であって、建設発生土、一般廃棄物、産業廃棄物から選ばれた少なくとも１種以上に、必要に応じて、成分調整材及び／又は焼結助剤を加えて焼成して得られた既焼結物に、他の原料を加えて焼成することを特徴とする。
【００２５】
さらに、本発明は、焼結物の製造方法であって、建設発生土、一般廃棄物、産業廃棄物から選ばれた少なくとも１種以上に、必要に応じて、成分調整材及び／又は焼結助剤を加えて焼成して得られた既焼結物に、建設発生土、一般廃棄物、産業廃棄物から選ばれた１種以上に、必要に応じて、成分調整材及び／又は焼結助剤を加えて焼成することを特徴とする。
【００２６】
前記方法において用いる既焼結物には、平均粒径が０．００２ｍｍ以上、５０ｍｍ以下のものを使用することができる。
【００２７】
また、前記方法において用いる既焼結物には、含有するＣｌ、Ｒ2Ｏ、Ｓ、Ｃｄ、Ｐｂ、Ｚｎ、Ｈｇ、Ｃの合計が１５質量％以下のものを使用することができる。尚、Ｒ2Ｏとは、アルカリ金属酸化物の総称でＲ2Ｏ（質量％）＝Ｎａ2Ｏ（質量％）＋０．６８５Ｋ2Ｏ（質量％）で表すことができる。
【００２８】
さらに、前記方法において、前記既焼結物を、建設発生土、一般廃棄物、産業廃棄物から選ばれた１種以上に、必要に応じて、成分調整材及び／又は焼結助剤を加えた原料、又は他の原料の総量に対し、１質量％以上、５０質量％以下添加するようにすることができる。
【００２９】
また、前記方法において、前記既焼結物を含めた混合原料の化学組成を、ＣａＯ：２質量％以上、３０質量％以下、ＳｉＯ2：３０質量％以上、７０質量％以下、Ａ１2Ｏ3：１０質量％以上、４０質量％以下に調整することができる。
【００３０】
さらに、前記方法において、前記既焼結物に、建設発生土、一般廃棄物、産業廃棄物から選ばれた１種以上に、必要に応じて、成分調整材及び／又は焼結助剤を加えた後、粒径５０ｍｍ以下の造粒物とし、焼成するようにすることができる。
【００３１】
また、前記方法において、既焼結物の粒径を調整するために篩い分けを行い、その篩い下の既焼結物を用いるようにすることができる。
【００３２】
そして、前記方法によって、絶乾密度が１．０ｇ／ｃｍ3以上、２．５ｇ／ｃｍ3以下、２４時間吸水率、減圧吸水率がともに０．１％以上、１５％以下、直径５ｍｍ以上、１０ｍｍ以下の骨材の圧かい荷重が０．５ｋＮ以上、直径１０ｍｍ以上、１５ｍｍ以下の骨材の圧かい荷重が１．０ｋＮ以上の焼結物を得ることができる。
【発明の効果】
【００３３】
以上のように、本発明によれば、有害成分や揮発分の含有率の高い廃棄物であっても、所定の品質を有する焼結物を効率的かつ大量に生産することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３４】
本発明にかかる焼結物の製造方法は、上述のように、既焼結物に、建設発生土、一般廃棄物、産業廃棄物から選ばれた１種以上に、必要に応じて、成分調整材及び／又は焼結助剤を加えて焼成することを特徴とする。尚、以下、建設発生土、一般廃棄物、産業廃棄物から選ばれた１種以上を廃棄物等ということがある。
【００３５】
ここで用いる既焼結物は、天然原料を焼成したものでもよいが、経済性の観点から、廃棄物等を焼成したものが好ましく、廃棄物等を一度焼成したものであればよい。好ましくは８００℃以上、より好ましくは１０００℃以上で焼成されたものがよい。焼成温度が８００℃以下では、未燃カーボンや揮発性ガスのＣｌ、Ｓの残留分が多く、該焼結物の添加効果があまり得られないため好ましくない。
【００３６】
既焼結物は、粉末供給焼成や造粒物焼成のいずれの形態で焼成されたものでもよく、既焼結物の粒度は、平均粒子径で０．００２ｍｍ以上、５０ｍｍ以下とするとよい。より好ましくは０．１ｍｍ以上、１０ｍｍ以下の範囲である。０．００２ｍｍ以下の場合には、実際の焼成で焼結物として得られる割合が極端に少ないことや、その組成のばらつきが大きいため実用的ではない。また、５０ｍｍを超える場合には、調合主原料との混合性が悪く、既焼結物が焼成過程において孤立した状況で存在するため、その混合効果が得られないため好ましくない。尚、５０ｍｍ以上で得られた既焼結物を粗砕や粉砕によって粒度調整したものを用いてもよく、その場合には、平均粒子径で０．００２ｍｍ〜５０ｍｍの範囲に調整するとよい。
【００３７】
また、既焼結物の組成は、次に焼成したいとする同種原料を焼成したものでもよいし、原料の組成とは異なるものでもよい。また、これら２種類以上を組み合わせて使用してもよい。該既焼結物が含有するＣｌ、Ｒ2Ｏ、Ｓ、Ｃｄ、Ｐｂ、Ｚｎ、Ｈｇ、Ｃの合計を１５質量％以下とすることが好ましい。このような焼結物を添加することにより、揮発成分の希釈と分散効果が得られるとともに、廃棄物中の揮発成分の揮発が促進される。その結果として、廃棄物等の使用量を増加させることができるとともに、安定した品質の焼結物が得られることとなり、生産性や経済性に優れたものとなる。既焼結物の前記Ｃｌ等の揮発成分の合計が１５質量％を超えると、揮発成分の残留が多くなり、既焼結物の添加効果があまり得られなくなるため好ましくない。
【００３８】
既焼結物の添加量は、混合する原料の総量に対し、１質量％以上、５０質量％以下とするとよい。１質量％以下では、その添加効果があまり得られないため好ましくない。また５０質量％を超えると、添加量の増加に比例した生産性の向上効果が得られなくなるとともに、経済性の観点から好ましくない。
【００３９】
尚、本発明の焼成形態としては、粉末状の原料を焼成炉内に供給する粉末供給焼成、粉末原料を加圧成形や造粒し、焼成炉内に供給する成形体焼成のいずれを問わず、所定の原料に既焼結物を添加すればよい。既焼結物の混合方法としては、粉末供給焼成であれば、原料調合工程において、既焼結物と廃棄物原料とを事前に混合するとよく、既焼結物との混合は、エアー撹拌式のブレンディングタンク等、バッチ式、連続式を問わず、既知の混合設備を使用することができる。また、工程を簡略化するため、既焼結物と廃棄物原料とを別々の系統で焼成炉内に供給して焼成してもよい。成形体焼成の場合には、原料の調合工程や、成形工程前の輸送ルート等に添加し、混合後、成形又は造粒すると作業が簡便となり推奨される。
【００４０】
本発明で使用する建設発生土とは、建設現場や工事現場の掘削、ダムの浚渫工事等で発生する土壌、泥土、残土、さらには廃土壌等をいい、これらにハンドリング性や輸送性を向上させるため、消石灰等の改質材を添加した改質土も含む。
【００４１】
産業廃棄物としては、例えば、生コンスラッジ、各種汚泥（例えば、下水汚泥、浄水汚泥、建設汚泥、製鉄汚泥等）、建設廃材、コンクリート廃材、ボーリング廃土、各種焼却灰（石炭灰、焼却飛灰、溶融飛灰等）、鋳物砂、ロックウール、廃ガラス、高炉２次灰等が挙げられる。一般廃棄物としては、例えば、下水汚泥乾燥粉、都市ゴミ焼却主灰及び飛灰、貝殻等が挙げられる。
【００４２】
尚、ここに例示した建設発生土、産業廃棄物、一般廃棄物は一例に過ぎず、これらに限定されるものではない。
【００４３】
本発明の原料として使用する未焼成の廃棄物等は、平均粒子径で１μｍ〜３００μｍ以下のものを用いると焼結性がよいので推奨される。平均粒子径が３００μｍより大きい場合には、粉砕等によって粒度を調整したものを用いることができる。粉砕は、連続式、バッチ式を問わないが、経済性の観点から連続式が推奨される。平均粒子径が１μｍより小さいと、原料の焼結性が向上するものの、粉砕にかかるコストが高騰するため好ましくない。
【００４４】
この廃棄物等に、成分調整材及び／又は焼結助剤を添加してもよい。ここで、成分調整材とは、廃棄物等の成分、組み合わせによって、所定の組成範囲内に調整できない場合、あるいは、非常に高温焼成を必要とするものや、急激に軟化し易いなどといった特異な場合において添加すればよく、例えば、ＳｉＯ2源として珪石粉、粘土、カオリン、ベントナイトが挙げられる。また、Ａ１2Ｏ3源として、アルミナ粉、アルミ灰、ＣａＯ源として、石灰石粉、消石灰、生石灰、セメント、石膏等が挙げられる。
【００４５】
成分調整材の粒度については、廃棄物等との反応性から、平均粒子径で１〜３００μｍがよく、平均粒子径が３００μｍより大きい場合には、粉砕や分級によって粒度を調整して用いてもよい。成分調整材の粒度が１μｍより小さいと、粉砕等にかかる費用が高騰するため好ましくなく、３００μｍを超えると、廃棄物等との反応性が悪くなり、成分調整材としての効果が得られなくなるため好ましくない。
【００４６】
一方、焼結助剤とは、焼結反応を促すために添加する物であって、原料である廃棄物等、あるいは、廃棄物等と成分調整材の混合物にすでに焼結性が備わっていれば、特に添加する必要はない。しかしながら、これらの原料成分では十分な焼結性が確保できない場合には、焼結助剤を添加する。焼結助剤には種々のものが挙げられるが、例えば、前記成分調整材のうち、粘土、カオリン、ベントナイト、各種のＡ１2Ｏ3源、セメント等は、焼結を促す効果を合わせ持っている。ＭｇＯも焼結を促す効果を有し、ＭｇＯはもちろんのこと、この成分を含有するＭｇ（ＯＨ）2、ＭｇＣＯ3、あるいは、ＣａＣＯ3・ＭｇＣＯ3（ドロマイト）、ＭｇＯ・Ａ１2Ｏ3（スピネル）、２ＭｇＯ・ＳｉＯ2（フォルステライト）等も好適である。また、鉄鋼副産物であるフェロニッケルスラグ等もＭｇＯの含有率が高いばかりでなく、その有効利用といった観点からもより好適な材料といえる。
【００４７】
ＫやＮａ等のアルカリ金属の酸化物や複合酸化物、例えば、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム等も焼結反応を促進する効果を示すことが知られており、その複合酸化物である正長石、曹長石等の長石族、硝石、雲母族、霞石も焼結助剤として好適である。また、廃ガラスや赤泥等もその有効利用の観点から好適な材料といえる。Ｆｅを含有する酸化物や複合酸化物、例えばＦｅ2Ｏ3粉末や、鉄さい等も焼結反応を促進する効果を合わせ持っているので、これらを必要に応じて添加してもよい。
【００４８】
添加する焼結助剤の粒度としては、廃棄物等との反応性から、平均粒子径で１〜３００μｍが好ましく、３００μｍより大きい場合には、粉砕等によって粒度を調整して用いることができる。焼結助剤の粒度が１μｍより小さいと、粉砕等にかかる費用が高騰するので好ましくなく、３００μｍを超えると、石炭灰等との反応性が悪くなり、焼結助剤としての効果が得られなくなるので好ましくない。
【００４９】
また、焼結助剤の添加量としては、骨材中の焼結助剤成分元素の酸化物換算値として、ＭｇＯ：０．１〜１０％、Ｒ2Ｏ：０．１〜１０％、Ｆｅ2Ｏ3：０．１〜１０％とするとよい。
【００５０】
ＭｇＯ含有率が０．１％より低いと、焼結助剤としての効果が得られないため好ましくなく、ＭｇＯ含有率が１０％を超えると、焼結助剤としての効果は、それ以上増加しないため好ましくない。Ｒ2Ｏ含有率が０．１％より低いと、焼結助剤としての効果が得られなくなるため好ましくなく、Ｒ2Ｏ含有率が１０％を超えると、焼結時の液相の発生が急激になり、安定運転が行えなくなるため好ましくない。また、Ｆｅ2Ｏ3含有率が０．１％より低いと、焼結助剤としての効果が得られないため好ましくなく、Ｆｅ2Ｏ3含有率が１０％を超えると、焼結時の液相の発生が急激になり、安定運転が困難となることや、焼成の雰囲気等によってはＯ2を放出し、骨材に無数の気泡を発生させる原因となるため好ましくない。
【００５１】
既焼結物を含め、これらの原料を所定の割合で混合し、粉末又は成形体とした状態で焼成炉に投入し、本発明にかかる人工骨材を得る。ここで、これら原料の混合は、ナウターミキサーや、エアープレンデングサイロ等公知の混合機を用いることができ、連続式、バッチ式のいずれでもよい。混合によって均質な混合物が得られればよく、混合時間等は使用する設備に応じ適宜設定するとよいが、混合が不十分となった場合には、良好な骨材が得られなくなるため、最大の注意を払う必要がある。
【００５２】
また、粒度の粗い原料を用いる場合や、混合度を高めたい場合には、チューブミル等の粉砕を伴うものを使用してもよく、既焼結物と他の原料とを粉砕混合してもよい。ここでも、連続式、バッチ式を問わず公知の粉砕機を用いることができる。粉砕混合時間は、経済性や混合性から概ね３０分〜１時間程度がよいが、使用する設備に応じ適宜設定するとよい。
【００５３】
混合された原料は、粉末及び／又は造粒して焼成炉に投入する。粉末状で投入してもよいが、野外ホッパーからベルトフィーダーを介してキルンに送入する場合等、発塵や周辺環境に配慮が必要な場合、あるいは、ハンドリンク面において問題を生じさせる可能性がある場合には、原料粉末を５０ｍｍ以下の粒子状に整粒し、焼成炉へ投入してもよい。この際、パンベレタイザーや押し出し成形機を用いても特段問題はないが、これらは習熟された技能を必要とすることや、設備コスト上の観点から好ましくなく、例えば、バグミルやスクリューフィーダーを使用し、原料輸送経路、又は整粒中の原料に直接散水することで設備を簡素に構成することができ、特別な技能を必要としないことから推奨される。
【００５４】
また、造粒物の粒子径は、散水量で調整することができる。最適な散水量は、混合原料粉末の粉末度や含水量によって異なるので、造粒物の状態をみながら適宜調節するとよい。造粒物が５０ｍｍ以下であれば、どのような形状をしていてもよく、整粒の後、解砕や分級によって５０ｍｍ以下に調整したものを用いてもよい。この整粒物が５０ｍｍを超えると、内部まで均質に焼成し難くなるため好ましくない。
【００５５】
上述のようにして混合された原料、又は５０ｍｍ以下に造粒された原料は、焼成炉によって焼成する。焼成炉は、公知のいずれの炉も使用できるが、ロータリーキルンは安定した品質の骨材が連続して得られ易く、工業生産に向いていることから、推奨される。また、これに加えて、前述の混合原料の組成管理による相乗効果により極めて安定した製造を行うことができるようになる。
【００５６】
ここでの焼成は、好ましくは８００〜１５００℃、より好ましくは、１１５０〜１３５０℃にて行うが、所望とする骨材の品質（絶乾密度や吸水率）を勘案して適宜調整するとよい。焼成温度が８００℃未満では、十分な焼成ができないまま排出されるので好ましくない。また、１５００℃を越えると、混合原料が溶融し、運転に支障をきたすため好ましくない。
【００５７】
焼成炉の燃料としては、重油、微粉炭、再生油、ＬＰＧ、ＬＮＧ等一般的に用いられているものであれば、単体又は混焼で使用してもよく、所定の焼成温度になるように焚き込み量を調整する。近年、廃プラスチック、廃タイヤ等の可燃性廃棄物を副燃料として用いるのが一般的であるが、これらを燃料として一部使用してもよい。
【００５８】
焼成炉での焼成時間は、経済性の観点から概ね１５分から１２０分とするのが適当であるが、所望とする品質の骨材が得られるように適宜調整するとよい。焼成時の焼成炉内のＯ2分圧は、３％〜１２％に調整するとよいが、特に限定されるものではない。
【００５９】
焼成中、骨材品位をより高めたい場合や、より安定した運転を行いたい場合には、例えば、融着防止材を焼成炉内に吹き込んでもよく、すでに所望とする品位の骨材が得られている場合や、安定した運転が行われていれば、特に融着防止材を使用する必要はない。融着防止材としては、珪石、アルサイト（商品名、不二サッシ株式会社製、主成分：水酸化アルミニウム）、アルミナ、セメントの粉末、セメントの主要鉱物であるエーライト、ビーライト粉末等を用いることができる。
【００６０】
融着防止材の粒子径は、概ね平均粒子径で１０〜１０００μｍのものを用いると、融着効果が得られ易いのでよく、その純度が高い程好ましい。融着防止材の平均粒子径が１０μｍより小さいと、焼成中に原料化して骨材中に取り込まれる可能性が高く、融着防止材としての効果が減少してしまうことや、骨材品質の低下を生じるため好ましくない。融着防止材の平均粒子径が１０００μｍより大きいと、送入部位等の磨耗が著しく、これら消耗部位や、部品の交換が頻繁になるため好ましくない。さらに、融着防止材の平均粒子径が数ミリを超えると、融着防止材としての効果が減少し、骨材又は骨材に融着した物との分離が困難になるため好ましくない。
【００６１】
融着防止材の吹き込み方法としては、焼点に融着防止材が所定量吹き付けられるものであれば特に限定されないが、例えば、水冷管又は空冷管等の送入管を焼成炉内に設置し、エジェクタ等の空気圧送やモノーポンプ等の輸送ポンプによって、該粉末を吹き付けると装置を簡易な構成とすることができ推奨される。また、融着防止材の吹き込み量は、焼成炉に送入する混合原料に対し、３〜１０質量％が好ましく、３質量％より低いと、融着防止材としての効果が得られ難く、１０質量％を超えても、融着防止材による融着防止効果はそれ以上増加しないため、経済的な面からみても好ましくない。
【００６２】
このような方法によって、絶乾密度が１．０ｇ／ｃｍ3以上、２．５ｇ／ｃｍ3以下、２４時間吸水率、減圧吸水率がともに０、１％以上、１５％以下、直径５ｍｍ以上、１０ｍｍ以下の骨材の圧かい荷重が０．５ｋＮ以上、直径１０ｍｍ以上、１５ｍｍ以下の骨材の圧かい荷重が１．０ｋＮ以上の人工骨材を得ることができる。
【００６３】
ここで、減圧吸水率とは、一定の減圧下にて強制的に吸水を行う方法であり、具体的には、密閉容器中に骨材を水没させ、真空ポンプで−４００ｍｍＨｇまで容器内を減圧し、１５分間静置した後に徐々に大気に開放し、骨材に含水した水量から減圧時の吸水率を測定した値である。
【００６４】
さらに、粉末状で焼成炉に投入した場合は、原料に含有される有機物が燃焼され易いといった特徴があることから、焼成中の骨材の発泡化が抑制され、結果として絶乾密度も高くなり易い。
【００６５】
こうして得られた焼結物は、高強度かつ低吸水率であるため、コンクリート用骨材、路盤材、埋め戻し材、セメント原料等各種の用途に用いることができる。
【００６６】
このような性状を有する骨材とするには、原料である廃棄物等や成分調整材及び／又は焼結助剤を一定組成の骨材が得られるよう配合して焼成すればよく、骨材の化学組成として、ＣａＯ：２％〜３０％、ＳｉＯ2：３０％〜７０％、Ａ１2Ｏ3：１０％〜４０％であることが好ましい。ここで、ＣａＯ含有率が５％より低いと、焼成温度が著しく上昇し、実用的ではないことや、易焼結性が悪くなるなど、骨材品質のコントロールが困難になるため好ましくなく、ＣａＯ含有率が３０％を超えても、焼成温度が上昇し、易焼結性が悪くなるため好ましくない。ＳｉＯ２含有率が３０％より低いと、焼成温度が上昇し、易焼結性が悪くなるため好ましくなく、ＳｉＯ２含有率が７０％を超えると、焼成温度が著しく上昇し、実用的でなく好ましくない。Ａ１2Ｏ3含有率が１０％より低いと、液相の多量発生等、安定した運転が困難になるため好ましくなく、Ａｌ2Ｏ3含有率が４０％を超えると、焼成温度が著しく上昇し、実用的ではなく好ましくない。
【実施例】
【００６７】
〔実施例１〜４〕
表１に示す既焼結物Ａ、Ｂの２種を用い、表２に示す化学組成の建設発生土、石炭灰、焼却主灰、成分調整材１種類（石灰石）、焼結助剤（フェロニッケルスラグ）を原料として用いて人工骨材を焼成した。
【００６８】
【表１】
2005255515.tif 000002
【００６９】
【表２】
2005255515.tif 000003
【００７０】
表１、２に示す原料を表３に示す割合で計量し、本発明における好ましい範囲に配合した。該計量原料を１３０ｍ3のエアーブレンディングサイロに８０ｔ（トン）投入し、エアーによる曝流混合を６時間行った。得られた混合原料をφ１．５ｍ×２０ｍＬのロータリーキルンに１．５ｔ／ｈで送入し、所定品質の緻密質な骨材が得られるように焼成した。この際、骨材の融着を防止する目的で、平均粒子径３０μｍの珪石粉末を窯前から３０ｋｇ／ｈで焼点付近へ吹き込みながら焼成した。こうして得られた骨材は、外観上緻密質なものであった。
【００７１】
【表３】
2005255515.tif 000004
【００７２】
〔実施例５〕
表１に示す既焼結物Ａ及び表２に示す化学組成の建設発生土、石炭灰、成分調整材１種類（石灰石）を原料として用いた。
【００７３】
これらを表３に示す割合で計量し、本発明における好ましい範囲に配合した。該計量原料を１３０ｍ3のエアーブレンディングサイロに８０ｔ（トン）投入し、エアーによる噴流混合を６時間行った。得られた混合物をパンベレタイザーを用いて、粒径５〜１５ｍｍに調湿しながら造粒し、該造粒物をφ１．５ｍ×２０ｍＬのロータリーキルンに１．５ｔ／ｈで送入し、所定品質の緻密質な骨材が得られるように焼成した。この際、骨材の融着を防止する目的で、平均粒子径３０μｍの珪石粉末を窯前から３０ｋｇ／ｈで焼点付近へ吹き込みながら焼成した。こうして得られた骨材は、外観上緻密質なものであった。
【００７４】
〔比較例１〜２〕
既焼結物を用いることなく、表２に示す原料を表３に示す割合で計量し、本発明における好ましい範囲に配合した。以後の試験要領は、上記実施例１〜４と同様とした。得られた焼結物は、実施例で得られたものと比較すると、若干見劣りするものであった。
【００７５】
〔比較例３〕
粗粒の既焼結物Ｃを用い、表２に示す原料を表３に示す割合で計量し、本発明における好ましい範囲に配合した。以後の試験要領は、上記実施例１〜４と同様とした。得られた焼結物は、実施例で得られたものと比較すると、若干見劣りするものであった。
【００７６】
〔比較例４〕
焼却飛灰を１００℃で乾燥したものを既焼結物Ｄとして用い、表２に示す原料を表３に示す割合で計量し、本発明における好ましい範囲に配合した、以後の試験要領は、上記実施例１〜４と同様とした。得られた焼結物は外観上空隙が多く、実施例で得られたものと比較すると、明らかに見劣りするものであった。
【００７７】
〔比較例５〕
既焼結物を用いることなく、表２に示す原料を表３に示す割合で計量し、本発明における好ましい範囲に配合した。以後の試験要領は、実施例５と同様とし、造粒物としたものを焼成した。得られた焼結物は、実施例で得られたものと比較すると、若干見劣りするものであった。
【００７８】
〔比較例６〕
既焼結物Ａを用い、表２に示す原料を表３に示す割合で計量した。以後の試験要領は、上記実施例１〜４と同様とした。焼成中、原料は、生の状態でキルン内を流れる生走りと、溶融を繰り返した。
【００７９】
上述の実施例１〜５及び比較例１〜６によって得られた骨材を、目開き５、１０、１５ｍｍの篩いにて篩い分け、５〜１０ｍｍ、１０〜１５ｍｍの焼結物について、各々化学組成を蛍光Ｘ線の定量分析にて行い、絶乾密度、吸水率をＪＩＳ  Ａ  １１１０に準拠して測定した。これに併せて−４００ｍｍＨｇの減圧下で１５分間吸水させた減圧吸水率を測定し、さらに、骨材強度を測定するため、土木学会基準の高強度フライアッシュ人工骨材の圧かい荷重試験方法に準拠して圧かい強度を測定した。
【００８０】
上記試験結果を表４に示す。表４から明らかなように、いずれの実施例とも、低吸水率が低く、かつ高強度の骨材が得られた。一方、比較例については、実施例と比較して吸水率が高く、比較例６については、所望の値を達成できなかった。また、圧かい加重についても実施例と比較して低い値となった。
【００８１】
【表４】
2005255515.tif 000005
【００８２】
〔実施例６〜１１〕
表５に示す既焼結物Ｅ、Ｆの２種を用い、原料として、カーボン含有率が４．０、５．０、６．０質量％のフライアッシュＧ、Ｈ、Ｉの３種と、成分調整材として普通ポルトランドセメント、焼結助剤としてベントナイトを使用し、これらの原料配合割合を、各々、８５質量％、１０質量％及び５質量％とした。
【００８３】
【表５】
2005255515.tif 000006
【００８４】
上記既焼結物と、原料とを混合した後、パンペレタイザを用いて粒径１０〜２０ｍｍに成形し、φ１．５ｍ×２０ｍＬのロータリーキルンで焼成した。
【００８５】
〔比較例７〜９〕
既焼結物を用いず、原料として、カーボン含有率が４．０、５．０、６．０質量％のフライアッシュＧ、Ｈ、Ｉの３種と、成分調整材として普通ポルトランドセメント、焼結助剤としてベントナイトを使用し、これらの原料配合割合を、各々、８５質量％、１０質量％及び５質量％とした。
【００８６】
上記実施例６〜１１と、比較例７〜９について焼成試験を行った結果を表６に示す。尚、既焼結物、及び得られた骨材について、絶乾密度と２４時間吸水率は、ＪＩＳ  Ａ  １１３５  構造用軽量粗骨材の比重及び吸水率試験に準拠して測定した。また、圧かい荷重は、土木学会  ＪＳＣＥ−Ｃ  ５０５  高強度フライアッシュ人工骨材の圧かい荷重試験方法（案）に準拠して測定した。
【００８７】
【表６】
2005255515.tif 000007
【００８８】
同表より、本発明にかかる方法を実施することにより、未燃カーボン含有率の高いフライアッシュであっても、従来より短いロータリーキルン内の滞留時間で、骨材の未燃カーボンを低減することができ、その結果、骨材の品質についても満足できるものを確保することができることが判る。また、骨材の外観を観察しても異常発泡によるひび割れ等はみられなかった。