(57)【要約】 【課題】廃棄物を主原料とした組成調整原料を、ロータリーキルンによって安定的に焼成する方法を提供する。【解決手段】ロータリーキルンを使用して焼成物を製造する方法であって、水硬率（H.M.）を0.6〜1.1に調整した第１原料に、水硬率（H.M.）を0.3以下に調整した第２原料を添加して焼成する焼成物の製造方法。  ロータリーキルンを使用して焼成物を製造する方法であって、水硬率（H.M.）を0.6〜1.1に調整した第１原料に、水硬率（H.M.）が0.3以下で、平均粒径を第１原料の15倍以上、75μm以下の微粒分が30％以下に調整した第２原料を添加して焼成する焼成物の製造方法。【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロータリーキルンを使用して焼成物を製造する方法であって、水硬率（H.M.）を0.6〜1.1に調整した第１原料に、水硬率（H.M.）を0.3以下に調整した第２原料を添加して焼成することを特徴とする焼成物の製造方法。
【請求項２】
ロータリーキルンを使用して焼成物を製造する方法であって、水硬率（H.M.）を0.6〜1.1に調整した第１原料に、水硬率（H.M.）が0.3以下で、平均粒径を第１原料の15倍以上に調整した第２原料を添加して焼成することを特徴とする焼成物の製造方法。
【請求項３】
第２原料の粒径75μm以下の微粒分が30％以下である請求項２記載の焼成物の製造方法。
【請求項４】
第２原料の最大粒径が10cm以下である請求項２又は３記載の焼成物の製造方法。
【請求項５】
焼成物の原料として、産業廃棄物、一般廃棄物及び建設発生土から選ばれる一種以上を用いる請求項１〜４のいずれか１項記載の焼成物の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、産業廃棄物や建設発生土等の廃棄物を主原料として使用した焼成物を、ロータリーキルンによって安定的に焼成する焼成物の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、人工骨材は、膨張頁岩や膨張粘土などの原料を粉砕して粒度調整し、ベントナイトなどの粘結性材料や種々の副原料を加えて組成調整した後に、造粒ないし押抜き成形したものを高温で焼成した球状骨材が多く製造されている。これらは軽量、高強度であって、またコンクリート骨材として使用するときの流動性が良く、さらには吸水性が低いなどの付加価値を高めたものであるが、そのため上記のように製造工程が複雑であり、コスト高になっている。
【０００３】
しかし、骨材は多くの場合、高付加価値を必要とせず、埋め戻し材、サンドコンパクションなどの用途では、高い強度すらも必要とせず、またコンクリート骨材としても多くの場合には軽量骨材と同程度の性能があれば十分である。
【０００４】
そこで、近年においては、産業廃棄物、一般廃棄物、或いは建設発生土などの所謂廃棄物を主原料とし、これらに組成調整材を混合して組成を調整した原料をロータリーキルンにそのまま投入し、人工骨材を製造する試みもなされている（特許文献１）。
【特許文献１】特開２００４−２４４３０４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、廃棄物を主原料とした組成調整原料は、一般的に焼成可能な温度幅（軟化点と溶流点との温度差）が狭く、ある温度より急激に液相を生成し、キルン内壁に融着が生じたり、巨大クリンカが生成されてしまうなど、ロータリーキルンによる連続的な安定焼成が困難である。また、焼成可能な温度幅が比較的に広い場合でも、軟化点が1250〜1350℃以上と高い。廃棄物を主原料とした焼成型の人工骨材は原料を溶融し、クリンカリングして得られることから、焼成温度を軟化点、または溶融点以上の温度にする必要があり、この溶融温度が高すぎるとエネルギーコスト面で不利になることなどから、廃棄物を主原料とした焼成型の人工骨材は、まだ大きく普及していないのが現状である。
【０００６】
本発明は、上述した背景技術に鑑み成されたものであって、その目的は、廃棄物を主原料とした組成調整原料を、ロータリーキルンによって安定的に焼成する方法を提供し、廃棄物の有効利用を促進することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者らは、斯かる実情に鑑み、鋭意研究した結果、水硬率（H.M.）が異なる組成調整原料では焼成可能な温度域が異なり、これら水硬率が異なる組成調整原料を併用することにより、焼成可能な温度幅が拡がること、また、焼成温度1350℃以下での焼成も可能となり、ロータリーキルンによる安定的な焼成が可能になることを見いだし、本発明を完成させたものである。
【０００８】
すなわち、本発明は、ロータリーキルンを使用して焼成物を製造する方法であって、水硬率（H.M.）を0.6〜1.1に調整した第１原料に、水硬率（H.M.）を0.3以下に調整した第２原料を添加して焼成することを特徴とする焼成物の製造方法である。
また、本発明は、ロータリーキルンを使用して焼成物を製造する方法であって、水硬率（H.M.）を0.6〜1.1に調整した第１原料に、水硬率（H.M.）が0.3以下で、平均粒径を第１原料の15倍以上に調整した第２原料を添加して焼成することを特徴とする焼成物の製造方法である。
【発明の効果】
【０００９】
上記した本発明に係る焼成物の製造方法によれば、水硬率（H.M.）が異なる組成調整原料を併用して焼成することとしたため、実質的に焼成可能な温度幅（原料の軟化点と溶流点との温度差）が広くなり、また、水硬率（H.M.）を0.6〜1.1に調整した原料又は0.3以下に調整した原料は融着防止剤の役割を担い、キルン内壁への融着も防止される。また、焼成温度1350℃以下での焼成も可能である。さらに、本発明の製造方法で製造される焼成物は、砒素や鉛を固定する能力に優れるとともに、酸性排ガス(硫黄酸化物)対策も不要となる。これによって、ロータリーキルンによる廃棄物を主原料とした組成調整原料の安定焼成運転が容易に達成でき、廃棄物の有効利用を促進することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、上記した本発明に係る焼成物の製造方法の実施の形態を、詳細に説明する。
本発明は、水硬率（H.M.）を0.6〜1.1に調整した第１原料と、水硬率（H.M.）を0.3以下に調整した第２原料を併用することにより、焼成中の原料中において中間組成となった低融点部分を生じさせ、この低融点部分を核とすることでクリンカリングするものである。
【００１１】
表１に示した、水硬率（H.M.）を0.97および0.04に調整した原料、および両者の中間組成を有する物質（中間物質と称する）の軟化点、融点及び溶流点を表２に示す。
なお、この溶融性試験は、JIS M 8801に準拠して行った。
【００１２】
【表１】
2007238364.tif 000002
【００１３】
【表２】
2007238364.tif 000003
【００１４】
表２から明らかなように、水硬率（H.M.）を0.97に調整した原料のみで焼成を行った場合には、軟化点と溶流点の差は30℃程度であるため、この狭い温度範囲での焼成が必要となる。水硬率（H.M.）を0.04に調整した原料のみで焼成を行った場合には、軟化点と溶流点の差は100℃と比較的広いのであるが、軟化点が1280℃、融点が1370℃であるので、1350℃以上での焼成が必要となる。一方、両者を併用すると、水硬率0.97と0.04との中間物質の生成により軟化点が低下(1160℃)するとともに、中間物質を生成しない部分(第１原料と第２原料とが接しない部分)では溶流点がそのまま保たれるので、軟化点と溶流点の差は100℃（1160℃−1260℃）となり、実質的に焼成可能な温度幅が広がることで、焼成運転が容易となる。また、中間物質の軟化点が1200℃以下、融点が1210℃であるので、中間物質を核としたクリンカリングが進み、1350℃以下での焼成が可能である。
また、粉体のままである第１原料または第２原料が、融着防止剤の役割を担い、キルン内壁への融着も防止される。
【００１５】
本発明に係る焼成物の製造方法の第１の方法は、ロータリーキルンを使用するものであって、水硬率（H.M.）を0.6〜1.1に調整した第１原料に、水硬率（H.M.）を0.3以下に調整した第２原料を添加して焼成することを特徴とするものである。
また、本発明に係る焼成物の製造方法の第２の方法は、ロータリーキルンを使用するものであって、水硬率（H.M.）を0.6〜1.1に調整した第１原料に、水硬率（H.M.）が0.3以下で、平均粒径を第１原料の15倍以上に調整した第２原料を添加して焼成することを特徴とするものである。
【００１６】
本発明において、焼成物の原料としては、石灰石、生石灰、消石灰等のCaO原料、珪石、粘土等のSiO2原料、粘土等のAl2O3原料、鉄滓、鉄ケーキ等のFe2O3原料などを使用することができる。
また、本発明においては、焼成物の原料として、更に、産業廃棄物、一般廃棄物及び建設発生土から選ばれる１種以上を用いることができる。これらを用いれば、廃棄物の有効利用を促進させることができ好ましい。ここで、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（例えば、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、下水汚泥乾粉、都市ごみ焼却灰、貝殻等が挙げられる。建設発生土としては、例えば、建設現場や工事現場等から発生する土壌や残土、更に廃土壌などが挙げられる。
なお、本発明においては、廃棄物の有効利用促進の観点から、前記第１原料として、産業廃棄物、一般廃棄物及び建設発生土から選ばれる１種以上を40質量％以上用いるのが好ましく、前記第２原料として、産業廃棄物、一般廃棄物及び建設発生土から選ばれる１種以上を70質量％以上用いるのが好ましい。
【００１７】
本発明において、第１原料は水硬率（H.M.）を0.6〜1.1、好ましくは0.65〜1.05、特に好ましくは0.7〜1.0に調整する。水硬率（H.M.）が0.6未満では、第２原料との組成の差が小さく、焼成可能な温度幅を広げることが困難になるので好ましくない。水硬率（H.M.）が1.1を超えると、原料として使用できる廃棄物等の量が少なくなり、廃棄物等の有効利用の観点から好ましくない。
【００１８】
第１原料の化学組成としては、CaOが35〜55質量％、特に38〜52質量％であるのが好ましく；SiO2が25〜50質量％、特に30〜45質量％であるのが好ましく；Al2O3が5〜23質量％、特に8〜21質量％であるのが好ましく；Fe2O3が1〜10質量％、特に1〜8質量％であるのが好ましい。
【００１９】
本発明において、第２原料は水硬率(H.M.)が0.3以下、好ましくは0.25以下、特に好ましくは0.2以下のものである。水硬率が0.3を超えると、第１原料との組成の差が小さく、焼成可能な温度幅を広げることが困難になるので好ましくない。
【００２０】
第２原料の化学組成としては、CaOが1〜25質量％、特に1〜20質量％であるのが好ましく；SiO2が45〜75質量％、特に50〜70質量％であるのが好ましく；Al2O3が10〜35質量％、特に15〜30質量％であるのが好ましく；Fe2O3が１〜10質量％、特に１〜8質量％であるのが好ましい。
【００２１】
本発明において、焼成物の焼成は、セメント製造ラインのロータリーキルンを用いることができる。該ロータリーキルンとしては、排気系にサイクロン等の原料循環予熱設備、プレヒーター等を付設しているのが好ましい。
ロータリーキルンを使用すると、安定した品質の焼成物を連続して製造することが可能となる。また、セメント産業における、遊休設備の有効活用の観点からも好ましい。
【００２２】
本発明に係る焼成物の製造方法の第１の方法においては、水硬率（H.M.）を0.6〜1.1に調整した第１原料を、好ましくはプレヒータ付きロータリーキルンに供給するとともに、水硬率（H.M.）を0.3以下に調整した第２原料を第１原料に添加して焼成する。この場合、第２原料は、800℃〜1000℃の領域で第１原料に添加することが好ましい。
なお、第１の方法においては、第１原料および第２原料は、最大粒径が20mm以下、好ましくは10mm以下の粉状及び／又は粒状の状態で使用することができる。第１原料および第２原料の最大粒径が20mmを超えると、十分な焼成が行われず、焼成物の品質（絶乾密度、吸水率等）が低下するので好ましくない。
【００２３】
本発明に係る焼成物の製造方法の第２の方法においては、水硬率（H.M.）を0.6〜1.1に調整した第１原料に、水硬率（H.M.）が0.3以下で、平均粒径を第１原料の15倍以上に調整した第２原料を添加して、ロータリーキルンで焼成する。この場合、第１原料と第２原料を予め混合しておき、該混合物をロータリーキルン(プレヒータ付きも含む)に供給しても良いし、第１原料をプレヒータ付きロータリーキルンに供給するとともに、第２原料を1000℃以下の領域で第１原料に添加しても良い。
第２原料の平均粒径が第１原料の平均粒径の15倍未満では、中間組成を有する物質が多く生成し、実質的に焼成可能な温度幅を広げることが困難になるうえ、第１原料や第２原料を融着防止剤として作用させることも困難となるので好ましくない。
なお、第１原料の平均粒径は75μm以下、200μm篩い残分は10％以下とすることが好ましい。
【００２４】
前記第２の方法においては、第２原料の粒径75μm以下の微粒分は30％以下であることが好ましい。該微粒分が30％を超えると、中間組成を有する物質が多く生成し、実質的に焼成可能な温度幅を広げることが困難になるうえ、第１原料や第２原料を融着防止剤として作用させることも困難となるので好ましくない。
また、第２の方法においては、第２原料は、最大粒径が10cm以下、好ましくは5cm以下の粉状及び／又は粒状の状態で使用することが好ましい。第２原料の最大粒径が10cmを超えると、十分な焼成が行われず、焼成物の性状（吸水率や圧壊強度等）が低下するので好ましくない。
【００２５】
本発明において、第１原料に対する第２原料の添加量は、第１原料100質量部に対して、10〜300質量部とするのが好ましく、20〜200質量部とするのがより好ましい。第１原料に対する第２原料の添加量が、前記範囲外では、中間組成を有する物質の生成量が少なく、実質的に焼成可能な温度幅を広げることが困難になるので好ましくない。
【００２６】
本発明において、ロータリーキルンを用いた焼成物の焼成は、1000〜1350℃、特に1150〜1300℃で行うのが好ましく、所望の焼成物の品質（絶乾密度、吸水率等）を勘案して、適宜調整すれば良い。
焼成温度が1000℃未満では、十分な焼成が行われず、原料が未焼成のままロータリーキルンから排出される憂いがあり好ましくなく、1350℃を超えると、原料が溶融してしまい、運転に支障をきたすため好ましくない。
【００２７】
燃料としては、重油、微粉炭、再生油、ＬＰＧ、ＮＰＧ等の一般に用いられているものであれば、単独又は混合して使用することができ、所定の焼成温度になるよう、焚き込み量を調整する。近年、セメントキルンにおいては、廃プラスチック、廃タイヤ、廃木材や肉骨粉などが、燃料代替として用いられているが、これらを燃料の一部に用いても良い。
【００２８】
ロータリーキルンでの焼成時間は、経済性の観点から概ね15〜120分とするのが好ましく、所定品質の焼成物が得られるよう、適宜調整すれば良い。また、焼成時のロータリーキルン内のＯ2分圧は、特に制限されず、一般的な焼成範囲である１〜12％に調整すれば良い。また、サイクロン等の原料循環系を備えていないロータリーキルンにて焼成を行う場合は、原料が系外に飛散するのを防ぐため、ロータリーキルン窯尻の風速が概ね5m/s以下となるように調整するのが好ましい。
【００２９】
本発明で製造される焼成物は、絶乾密度が1.5〜3.0g/cm3、特に2.0〜3.0g/cm3、更に2.3〜3.0g/cm3であるのが好ましい。この範囲内であれば、砒素や鉛を固定する能力に優れるとともに、排ガスとして砒素、鉛や硫黄酸化物を排出することもなく、コンクリート用の骨材、路盤材、埋め戻し材、アスファルト用の骨材、盛土材、充填材として好適に使用することができる。
【００３０】
なお、上記焼成物は、コンクリート用の骨材、路盤材、埋め戻し材、アスファルト用の骨材、盛土材、充填材として使用する場合は、24時間吸水率が0.1〜15％であるのが好ましい。また、直径5〜10mmの焼成物の圧壊荷重が0.2kN以上、特に0.4kN以上、更に0.5kN以上であるか、又は直径10〜15mmの焼成物の圧壊荷重が0.5kN以上、特に0.7kN以上、更に0.9kN以上であるのが好ましい。
【実施例】
【００３１】
次に、実施例を挙げて本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらに何ら制限されるものではない。
【００３２】
実施例１
（１−１）焼成物の製造：
原料として、建設発生土、石炭灰、粘土を使用し、表３に示す水硬率の原料を調製した。
【００３３】
【表３】
2007238364.tif 000004
【００３４】
プレヒータ付きロータリーキルン(直径35cm、長さ320cm)を用いて、第１原料及び第２原料を表４に示すように供給し、焼成を行った。
なお、焼成温度は約1210℃、原料投入量は30kg/hで行った。また、キルンバーナ燃料は重油の混焼とした。
また、排ガス中の砒素と鉛(JIS K 0083)及び硫黄酸化物(JIS K 0103)の濃度を測定したところ、いずれも検出されなかった。
【００３５】
【表４】
2007238364.tif 000005
【００３６】
焼成物１〜３の製造では、焼成温度約1210℃でロータリーキルンによる原料の安定した焼成運転が可能であった。また、得られた焼成物の品質も表５に示すように良好であり、コンクリート用の骨材、路盤材、埋め戻し材、アスファルト用の骨材、盛土材、充填材等として好適に使用することができるものであった。
なお、表５において、絶乾密度、吸水率は、5〜15mmの焼成物について、ＪＩＳ  Ａ  １１１０に準拠して測定した。圧壊加重は、10〜15mmの焼成物について、土木学会基準の高強度フライアッシュ人工骨材の圧壊荷重試験方法に準拠して測定した。
一方、焼成物４の製造では、大塊の発生と焼成不足の状態が発生した。また、焼成物５の製造では、電柱状の融着物が発生した。
【００３７】
【表５】
2007238364.tif 000006
【００３８】
表５に、5〜15mmの焼成物１〜３の砒素及び鉛含有量を併記した。
なお、砒素含有量は、JCAS I-51により前処理後、水素化物発生原子吸光法により、鉛含有量は、JCAS I-51により前処理後、ICP発光分析法により測定した。
また、表６に、環境省告示19号に準拠した砒素及び鉛の含有量、および環境省告示46号法に準拠した焼成物からのそれらの溶出量をそれぞれ示した。
【００３９】
【表６】
2007238364.tif 000007
【００４０】
表６より、本発明で製造される焼成物は、砒素及び鉛の固定能力に優れていることが分かる。