(57)【要約】【課題】廃木材を炭化処理して得られた原炭から、さらに再利用可能な炭（成型炭）を製造する方法及びそれにより得られた成型炭を提供すること。【解決手段】本発明に係る成型炭は、廃木材から原炭を製造し、得られた原炭を集積し、集積した原炭を粉砕し、粉砕した原炭にフミン酸含有バインダを加え、原炭とフミン酸含有バインダとを混練し、混練後の材料を所定の形状に押出成型（又はプレス成型）し、成型後の炭を乾燥することにより得られる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
原炭とフミン酸含有バインダとを混練する工程と、前記混練した後の材料を押出成型して成型炭を得る工程と、を具備することを特徴とする成型炭の製造方法。
【請求項２】
前記原炭とフミン酸含有バインダとを混練する工程は、前記原炭を集積して粉砕する粉砕工程と、前記粉砕工程によって粉砕された原炭にフミン酸含有バインダを注入して混練する混練工程と、を含むことを特徴とする請求項１記載の成型炭の製造方法。
【請求項３】
前記フミン酸含有バインダが、フミン酸、フミン酸塩及びこれらの誘導体の塩類からなる群より選ばれた少なくとも一つであることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の成型炭の製造方法。
【請求項４】
前記フミン酸含有バインダの混合量は、原炭に対して５重量部から２０重量部であることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の成型炭の製造方法。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれかに記載の方法により得られることを特徴とする成型炭。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、木製の廃棄物（例えば、建築廃材、家具廃材、パレット、間伐材など；以下、廃木材と称する）を炭化処理して得られる原炭から新たな炭（成型炭と称する）を製造する方法及びそれにより得られた成型炭に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、上記したような廃木材は、例えば、廃棄物処理業者によって焼却され、消炭状態あるいは灰状態にして最終処分されており、これら最終処分された消炭や灰については、廃棄処分したり、あるいは、例えば、防臭剤、防湿剤、調湿剤、土壌改良剤などの環境を変化させる用途に利用されている。この場合、上記した消炭については、例えば、廃木材を高温で焼却しつつ、ある程度焼却が進んだ段階で無酸素状態にすることにより作製することが可能であり、灰については、廃木材を完全に焼却することによって作製することが可能である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、上記した廃木材については、最終処分した後、用途がある程度限定されていることから、必ずしも全ての廃木材が有効に再利用されているとは言い難い。すなわち、上記したような環境を変化させるだけの用途に留まらず、新たなエネルギー源としての用途に適用可能に処分されることが、限られた資源のリサイクル面、及び環境面から好ましいと考えられる。
【０００４】
本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、廃木材を炭化処理して得られた原炭から、さらに再利用可能な炭（成型炭）を製造する方法及びそれにより得られた成型炭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】
【０００５】
本発明の成型炭の製造方法は、原炭とフミン酸含有バインダとを混練する工程と、前記混練した後の材料を押出成型して成型炭を得る工程と、を具備することを特徴とする。
【０００６】
この方法によれば、廃木材を炭化処理して得られた原炭から、さらに再利用可能な炭（成型炭）を製造することができる。また、この方法によれば、バインダとしてフミン酸含有バインダを用いるので、強度、熱間強度、臭い及び灰量の特性においてすべて優れた成型炭を得ることができる。
【０００７】
本発明の成型炭の製造方法においては、前記原炭とフミン酸含有バインダとを混練する工程は、前記原炭を集積して粉砕する粉砕工程と、前記粉砕工程によって粉砕された原炭にフミン酸含有バインダを注入して混練する混練工程と、を含むことが好ましい。また、本発明の成型炭の製造方法においては、前記フミン酸含有バインダが、フミン酸、フミン酸塩及びこれらの誘導体の塩類からなる群より選ばれた少なくとも一つであることが好ましい。また、本発明の成型炭の製造方法においては、前記フミン酸含有バインダの混合量は、原炭に対して５重量部から２０重量部であることが好ましい。
【０００８】
本発明の成型炭は、廃木材を炭化処理して得られた原炭とフミン酸含有バインダとを混練する工程と、前記混練した後の材料を押出成型して成型炭を得る工程と、により得られることを特徴とする。
【０００９】
この構成によれば、廃木材を炭化処理して得られた原炭から、さらに再利用可能な炭（成型炭）を得ることができる。また、バインダとしてフミン酸含有バインダを用いるので、強度、熱間強度、臭い及び灰量の特性においてすべて優れた成型炭を得ることができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、廃木材を炭化処理して得られた原炭とフミン酸含有バインダとを混練し、前記混練した後の材料を押出成型して成型炭を得るので、廃木材を炭化処理して得られた原炭から、さらに再利用可能な炭（成型炭）を製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
本発明の成型炭の製造方法は、原炭にフミン酸含有バインダを混練する工程と、前記混練した後の材料を押出成型して成型炭を得る工程を備えている。この場合において、原炭とフミン酸含有バインダとを混練する工程は、前記原炭を集積して粉砕する粉砕工程と、前記粉砕工程によって粉砕された原炭にフミン酸含有バインダを注入して混練する混練工程と、を含むことが好ましい。
【００１２】
図１は、本発明の実施の形態に係る成型炭の製造方法を説明するための図である。図１から分かるように、本実施の形態の成型炭の製造方法は、具体的には、廃木材から原炭を製造する工程（Ｓ１１）と、得られた原炭を集積する工程（Ｓ１２）と、集積した原炭を粉砕する工程（Ｓ１３）と、粉砕した原炭にフミン酸含有バインダを加える工程（Ｓ１４）と、原炭とフミン酸含有バインダとを混練する工程（Ｓ１５）と、混練後の材料を所定の形状に押出成型する工程（Ｓ１６）と、押出成型後の炭を乾燥する工程（Ｓ１７）とを有する。このような工程を経て本発明に係る成型炭が得られる。
【００１３】
原炭製造工程（Ｓ１１）においては、原炭は、廃木材を炭化処理（焼却処分）することにより得られる。この炭化処理は、金属片などの不純物を含まないようにして行われる。この場合、原炭は、例えば、間伐材のように金属を含まない廃木材を焼却しつつ、ある程度の焼却が進んだ段階で無酸素状態に環境変化させたり、焼却時間などを調整することによって形成される。あるいは、金属などの不純物を含む廃木材においては、原炭は、焼却前又は原炭製造工程時に不純物を除去することにより形成される。また、原炭としては、既に炭として製造されているものを用いることもできる。
【００１４】
原炭集積工程（Ｓ１２）においては、原炭製造工程で得られた原炭を、例えば、ホッパなどの集積部材により集積する。そして、粉砕工程（Ｓ１３）においては、集積部材で集積された原炭を粉砕する。この粉砕には、例えば、粉砕ミキサなどを用いることができる。粉砕後の原炭の粒径は、効果的な成型炭の製造を考慮すると、５０μｍ〜２ｍｍであることが好ましい。
【００１５】
次いで、バインダ注入工程（Ｓ１４）において、粉砕された原炭とバインダとを混合する。バインダは、略粒子状に（あるいは微粉状に）粉砕された原炭を半流動状にして所定の粘性を有するように状態変化させるものである。すなわち、バインダは、粒子状（又は微粉状）に粉砕された原炭をゲル化して結合させ、最終的に乾燥した際に所定の形状が維持できるような物質である。
【００１６】
本発明においては、原炭に混合するバインダとしてフミン酸含有バインダを用いる。このフミン酸含有バインダを用いることにより、得られた成型炭の強度や熱間強度が高く、成型炭を燃やしたときに臭いがなく、しかも成型炭を燃やしたときの灰量が少なくなる。すなわち、成型炭の製造においてバインダとしてフミン酸系材料を含むバインダ（いわゆるフミン酸含有バインダ）を用いることにより、強度、熱間強度、臭い及び灰量の特性においてすべて優れた成型炭を得ることが可能となる。その結果、土壌改良剤や防臭剤としての用途しか利用されていなかった廃木材を炭化して得られた炭を、成型炭として新たな燃料源として利用することが可能となる。すなわち、消炭状に炭化処理した廃木材から、新たな燃料源となる炭（成型炭）を製造することができる。
【００１７】
以下、本発明の成型炭の製造方法において使用するフミン酸系材料の種類、及び原炭に対するフミン酸含有バインダの混合量について説明するが、必ずしもそれに限定されない。
【００１８】
本発明に係る成型炭の製造方法において使用するフミン酸含有バインダとしては、フミン酸系材料単独、フミン酸系材料と他の材料との混合材料などを用いることができる。ここで、フミン酸系材料とは、少なくともフミン酸類を含有する材料をいう。
【００１９】
フミン酸類とは、フミン酸、フミン酸塩及びこれらの誘導体の塩類をいい、具体的には、次のようなフミン酸又はフミン酸塩類をいう。
１）若年炭類又はこれらを酸化剤により酸化分解して得られる生成物からアルカリ水溶液で抽出し、これに酸性水溶液を添加して沈降分離して得られるフミン酸。
２）１）で規定するフミン酸と、アルカリ金属、アンモニウム又は２価以上の陽イオンとを結合した塩類。
３）１）で規定するフミン酸と、アルデヒド類、アミン類又はフェノール類とを重縮合させた誘導体のアルカリ金属塩類又はアンモニウム塩類などから選ばれた少なくとも１種のもの。
【００２０】
上記１）において使用する酸化分解のための酸化剤としては、空気、酸素、オゾン、過酸化水素、亜硝酸、硝酸、過マンガン酸塩類、クロム酸塩類、重クロム酸塩類などを挙げることができ、酸性水溶液としては、塩酸、硝酸、硫酸などの鉱酸類、ギ酸、酢酸、シュウ酸などの水溶性有機酸類の水溶液が挙げられる。
【００２１】
また、フミン酸には、土壌中からアルカリ水溶液で抽出し、酸性水溶液を添加することにより沈降して得られるフミン酸も含まれる。なお、フミン酸は、その化学的構造は未だ明らかにされていないが、一般的に、酸性水溶液に不溶、アルカリ水溶液に可溶な不定形高分子有機酸と定義されている。
【００２２】
フミン酸塩は、上記のフミン酸とアルカリ金属やアンモニウムあるいは２価以上の陽イオンとを結合した塩類などであり、アルカリ金属としては、カリウム、ナトリウムが好ましく、２価以上の陽イオンとしては、アルカリ土類金属や亜鉛、銅、ニッケル、コバルト、鉄、マンガン、クロム、アルミニウムなどの金属イオンが挙げられ、好ましくは、マグネシウム、カルシウム、鉄、銅、アンモニウムなどの各イオンである。
【００２３】
フミン酸の誘導体塩類としては、フミン酸と、アルデヒド類、アミン類又はフェノール類などとを重縮合させたフミン酸の誘導体のアルカリ金属塩類又はアンモニウム塩類が挙げられる。
【００２４】
フミン酸の誘導体を形成するアルデヒド類としては、ホルムアルデヒド、アセトアルデヒド、プロピオンアルデヒド、イソブチルアルデヒドなどが挙げられ、好ましくはホルムアルデヒドやアセトアルデヒドである。フミン酸の誘導体を形成するアミン類としては、アンモニア、メチルアミン、エチルアミン、ｎ−ブチルアミン、ｉｓｏ−ブチルアミンなどが挙げられ、好ましくはメチルアミンやエチルアミンである。また、フミン酸の誘導体を形成するフェノール類としては、フェノール、メチルフェノール、メトキシフェノール、ハロゲン化フェノール、ニトロフェノールなどが挙げられ、好ましくはフェノール、メチルフェノール、メトキシフェノールである。
【００２５】
なお、上記のフミン酸類のうち、フミン酸は酸性物質として、フミン酸塩及びフミン酸の誘導体の塩類はアルカリ性物質として使用される。
【００２６】
原炭に対する上記フミン酸含有バインダの混合量としては、フミン酸含有バインダの種類によるが、炭を燃焼したときの灰量、熱量などを考慮すると、１５重量％以下であることが望ましい。
【００２７】
次いで、混練工程（Ｓ１５）において、原炭とフミン酸含有バインダとを混練する。この工程においては、例えば、スクリューコンベア（スクリューフィーダ機構）などを用いることができ、フミン酸含有バインダが注入された原炭を混練しながら搬送する。その後、押出成型工程（Ｓ１６）において、混練された材料が押出成型されて成型体が得られる。押出成型機としては、通常の押出成型に用いられる装置を用いることができる。最後に、乾燥工程（Ｓ１７）において、得られた成型体を所定時間乾燥して成型炭を得る。この乾燥は、所定時間、例えば５時間〜４８時間、常温で成型体を放置することにより行う。
【００２８】
このようにして得られた成型炭は、フミン酸含有バインダを用いているので、強度や熱間強度が高く、成型炭を燃やしたときに臭いがなく、しかも成型炭を燃やしたときの灰量が少ないものである。
【００２９】
次に、本発明の効果を明確にするために行った実施例について説明する。
（実施例１）
廃木材３００ｋｇを１３００℃で９０分間炭化処理して３０ｋｇの原炭を得た。次いで、得られた原炭をホッパで集積し、集積した原炭を、粉砕ミキサ（友定建機製）を用いて粉砕して、粒径約１００μｍの原炭粉末を得た。
【００３０】
天然フミン酸を水酸化ナトリウムに溶解させ、沈降物以外の上澄み溶液を抽出し、抽出物を乾燥させてフミン酸ナトリウム粉末ＣＨ−０２（株式会社テルナイト社製、商品名）を得た。このフミン酸ナトリウム粉末をフミン酸含有バインダとして原炭粉末に混合し、混練機（友定建機製）を用いて混練した。なお、フミン酸ナトリウム粉末は５重量％で原炭粉末に混合した。なお、フミン酸含有バインダには、あらかじめ水又は湯でフミン酸ナトリウム粉末を溶かしたものを用いた。
【００３１】
次いで、混練した材料を押出成型機（友定建機製）で押出成型して直径３９ｍｍ、長さ９０ｍｍの円柱状の成型体を得た。この成型体を常温で２４時間乾燥して成型炭を製造した。また、フミン酸ナトリウムを原炭に対して５重量％、１０重量％、１５重量％、２０重量％で混合させて、上記のようにして成型炭を製造した。
【００３２】
これらの成型炭について強度、熱間強度、臭い、灰量を調べた。その結果を強度については下記表１に、熱間強度については下記表２に、臭いについては下記表３に、灰量については下記表４にそれぞれ表記した。強度については、成型炭を約１ｍの高さから自然落下させて元の形状を保つかどうかにより判断し、表１においては、元の形状を保つ場合には○、元の形状を保たない場合には×を表記した。熱間強度については、成型炭に着火し、着火後１５分保持したものを約１ｍの高さから自然落下させて元の形状を保つかどうかにより判断し、表２においては、元の形状を保つ場合には○、元の形状を保たない場合には×を表記した。臭いについては、成型炭に着火し、その際の臭気を確認することにより判断し、表３においては、臭気がない場合には○、臭気がある場合には×を表記した。灰量については、成型炭に着火したときの灰量を目視により確認することにより判断し、灰量が少なく、自然に灰が炭から剥れるか、トングで触るとすぐ剥れる状態で火力が持続する場合には○、灰量がやや多く、トングで軽く叩くと灰が炭から剥れるがすぐに同じ状態に戻る場合には△、灰量が多く、灰を吹いてもトングで軽く叩いても灰が炭から剥れない状態で火力が低下する場合には×を表記した。
【００３３】
（比較例１）
原炭に混合するバインダとして片栗粉を用いたこと以外は実施例と同様にして成型炭を製造した。この場合も片栗粉を原炭に対して５重量％、１０重量％、１５重量％、２０重量％で混合させて成型炭を製造した。これらの成型炭について実施例と同様にして強度、熱間強度、臭い、灰量を調べた。その結果を強度については下記表１に、熱間強度については下記表２に、臭いについては下記表３に、灰量については下記表４にそれぞれ併記した。
【００３４】
（比較例２）
原炭に混合するバインダとしてゼラチンを用いたこと以外は実施例と同様にして成型炭を製造した。この場合もゼラチンを原炭に対して５重量％、１０重量％、１５重量％、２０重量％で混合させて成型炭を製造した。これらの成型炭について実施例と同様にして強度、熱間強度、臭い、灰量を調べた。その結果を強度については下記表１に、熱間強度については下記表２に、臭いについては下記表３に、灰量については下記表４にそれぞれ併記した。
【００３５】
【表１】
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【表２】
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【表３】
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【表４】
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【００３６】
表１〜表４から分かるように、本発明に係る成型炭（実施例）は、強度、熱間強度、臭いについて、すべて満足できる結果であった。灰量については、混合量１５重量％以下の範囲において使用できる結果が得られた。一方、比較例の成型炭では、いずれも強度、熱間強度、臭いについて、満足できる結果が得られなかった。このように、本発明に係る成型炭は、バインダとしてフミン酸含有バインダを用いているので、強度、熱間強度、臭い及び灰量の特性においてすべて優れたものであり、新たな燃料源として利用することが可能である。
【００３７】
本発明は上記実施の形態に限定されず、種々変更して実施することが可能である。例えば、上記実施の形態においては、混練材料の成型に押出成型を用いた場合について説明しているが、本発明においては混練材料の成型にプレス成型を用いても良い。また、上記実施の形態においては、成型体の乾燥を自然乾燥により行った場合について説明しているが、本発明においては成型体を乾燥機により乾燥しても良い。さらに、上記実施の形態においては、粉砕工程、バインダ注入工程、混練工程及び押出成型工程を別工程で行う場合について説明しているが、本発明においては、粉砕工程、バインダ注入工程、混練工程及び押出成型工程を一つの装置内で連続で行っても良い。上記実施の形態における数値などについては一例でありこれに限定されるものではない。その他、本発明の目的の範囲を逸脱しない限りにおいて適宜変更して実施することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の実施の形態に係る成型炭の製造方法を説明するための図である。
【図１】
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