(57)【要約】【課題】２ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３・ＳｉＯ２で表されるゲーレナイトを主成分とした新規な組成を有する人工骨材及びその製造方法を提供する。【解決手段】人工骨材は、２ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３・ＳｉＯ２で表されるゲーレナイトを含み、Ａｌはアルミナ換算で１０〜２２質量％で、ＣａＯ／ＳｉＯ２が１．２以下である。さらに、Ｎａ２Ｏ及び／又はＭｇＯが含有されてもよく、Ｎａ２Ｏは８質量％以下、ＭｇＯは５質量％以下としてもよい。人工骨材には、Ｆｅ２Ｏ３、Ｐ２Ｏ５及びＴｉＯ２から成る群より選ばれた少なくとも１種が、さらに含有されてもよい。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
２ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３・ＳｉＯ２で表されるゲーレナイトを含み、Ａｌはアルミナ換算で１０〜２２質量％であり、ＣａＯ／ＳｉＯ２が１．２以下であることを特徴とする、人工骨材。
【請求項２】
Ｎａ２Ｏ及び／又はＭｇＯが含有され、Ｎａ２Ｏは８質量％以下であり、ＭｇＯは５質量％以下であることを特徴とする、請求項１に記載の人工骨材。
【請求項３】
さらに、Ｆｅ２Ｏ３、Ｐ２Ｏ５及びＴｉＯ２から成る群より選ばれた少なくとも１種が含有されることを特徴とする、請求項１又は２に記載の人工骨材。
【請求項４】
前記Ｆｅ２Ｏ３が、１０質量％以下含有されていることを特徴とする、請求項３に記載の人工骨材。
【請求項５】
前記Ｐ２Ｏ５が、３質量％以下含有されていることを特徴とする、請求項３に記載の人工骨材。
【請求項６】
前記ＴｉＯ２が、５質量％以下含有されていることを特徴とする、請求項３に記載の人工骨材。
【請求項７】
請求項１ないし６の何れかに記載の人工骨材の製造方法であって、
人工骨材の原料及び還元剤を、所定の溶融温度まで昇温して溶融液とする還元溶融工程と、
該溶融液を溶融温度で所定時間保持する工程と、
所定時間保持した後上記溶融液を徐冷して、溶融液を結晶化する工程と、
を備えていることを特徴とする、人工骨材の製造方法。
【請求項８】
前記原料は、一般廃棄物の焼却灰、又は一般廃棄物及び産業廃棄物の焼却灰からなることを特徴とする、請求項７に記載の人工骨材の製造方法。
【請求項９】
前記還元剤は、コークスであることを特徴とする、請求項７に記載の人工骨材の製造方法。
【請求項１０】
前記原料にさらにＣａ化合物を添加することを特徴とする、請求項７ないし９の何れかに記載の人工骨材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、人工骨材及びその製造方法に関する。さらに詳しくは、本発明は、２ＣａＯ・Ａ１２０３・ＳｉＯ２からなるゲーレナイトを主成分とする人工骨材及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
生活ごみ等の一般廃棄物の燃えがら、つまり焼却灰が人工骨材等の原料として使用されている。具体的には、一般廃棄物の焼却灰が再度溶融されて溶融液とされ、この溶融液が冷却されることで、溶融スラグが得られる。この溶融スラグが人工骨材として利用される。一般廃棄物の焼却灰を溶融スラグとすることによって、焼却灰に含まれる重金属類や還元可能な酸化物を溶融還元して除去すると共に、ＳｉＯ２やＡｌ２Ｏ３等の鉱物質を主成分とする溶融スラグが得られる。このような溶融スラグから天然岩石に極めて近い組成のコンクリート用人工骨材が製造されている（特許文献１参照）。人工骨材の原料となる焼却灰としては、上記した一般廃棄物に加えて、産業廃棄物や下水道で回収される汚泥等の焼却灰も使用されている。
【０００３】
人工骨材の製造において、従来は、一般廃棄物由来の燃えがらを原料としていたので、原料の安定性は確保されていた。しかしながら、近年、原料となる一般廃棄物由来の焼却灰に対して添加される産業廃棄物由来の焼却灰の比率が増加している。このため、産業廃棄物由来の焼却灰に含まれるＮａやＭｇ等が混入するようになり、原料の組成変動が大きくなってきている。
【０００４】
このため、人工骨材となる溶融スラグの原料として、一般廃棄物由来の焼却灰に産業廃棄物由来の焼却灰が混入された原料を使用した場合、処理後の融液を水冷あるいは空冷して得られる溶融スラグはガラス質となることが多かった。
【０００５】
得られた溶融スラグを砂、砂利、平板等の建設資材として再利用する場合、溶融スラグがガラス質の溶融スラグでは強度が低い。このため、ガラス質の溶融スラグは結晶質の溶融スラグに比較して再利用の範囲が狭い。このように様々な組成を持つ廃棄物に対して、安定して高い強度を持つ、結晶性の高い溶融スラグを得ることが難しかった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平０９−１９４２４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従来の一般廃棄物由来の原料を用いた人工骨材の製造方法では、製造管理の指標として原料となる焼却灰の組成分析を行い、ＣａＯ／ＳｉＯ２の重量比、所謂塩基度を基準として人工骨材の組成管理を行ってきた。しかしながら、ＮａやＭｇといった他の元素のバラツキも大きくなってきているため、結晶化されずにガラス質の人工石ができてしまう場合が増えているという課題がある。
【０００８】
さらに、操業時の溶融液の粘性変動が大きいため、出滓の安定性が保てなくなってきているという課題がある。
【０００９】
本発明は上記課題に鑑み、２ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３・ＳｉＯ２で表されるゲーレナイトを主成分とした組成を有する人工骨材を提供することを第１の目的とし、人工骨材の製造方法を提供することを第２の目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記第１の目的を達成するために、本発明の人工骨材は、２ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３・ＳｉＯ２で表されるゲーレナイトを含み、Ａｌはアルミナ換算で１０〜２２質量％を含有し、ＣａＯ／ＳｉＯ２を１．２以下で含むことを特徴とする。
【００１１】
上記構成において、Ｎａ２Ｏ及び／又はＭｇＯが含有され、Ｎａ２Ｏは８質量％以下で含有し、ＭｇＯは５質量％以下で含むようにしてもよい。
さらに、Ｆｅ２Ｏ３、Ｐ２Ｏ５及びＴｉＯ２から成る群より選ばれた少なくとも１種が含有されていてもよい。
Ｆｅ２Ｏ３は、好ましくは１０質量％以下含有されている。Ｐ２Ｏ５は、好ましくは３質量％以下含有されている。ＴｉＯ２は、好ましくは５質量％以下含有されている。
【００１２】
上記第２の目的を達成するために、本発明の人工骨材骨材の製造方法は、上記の何れかに記載の人工骨材を製造するに当たり、人工骨材の原料及び還元剤を所定の溶融温度まで昇温して溶融液とする還元溶融工程と、溶融液を溶融温度で所定時間保持する工程と、所定時間保持した後溶融液を徐冷して溶融液を結晶化する工程と、を備えていることを特徴とする。
【００１３】
上記構成において、原料は、好ましくは、一般廃棄物の焼却灰、又は一般廃棄物及び産業廃棄物を混合した焼却灰からなる。還元剤は、好ましくはコークスである。原料にさらにＣａ化合物を添加してもよい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、ゲーレナイトを主成分とし結晶性が高く、強度が高い人工骨材を提供することができる。
【００１５】
本発明の人工骨材の製造方法によれば、溶融スラグの原料を一般廃棄物由来の焼却灰だけではなく、産業廃棄物由来の焼却灰等も使用して、強度が高い人工骨材を製造することができる。従来の溶融スラグでは、原料となる焼却灰のＣａＯ／ＳｉＯ２の重量比、所謂塩基度を基準にして組成管理を行ってきた。本発明の人工骨材の製造方法によれば、Ｎａ、Ｍｇ、Ｆｅ、Ｐ、Ｔｉ等の結晶化に寄与する原料を考慮した組成管理を行うことで、結晶質の人工骨材を再現性良く製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の人工骨材の基本組成を説明する２ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３・ＳｉＯ２の３元系相図であり、（Ａ）は全体図、（Ｂ）は部分拡大図である。
【図２】本発明の人工骨材を製造するための温度プログラムの一例を示す図である。
【図３】本発明の実施例１の溶融スラグを作製する際の温度プログラムを示す図である。
【図４】実施例１の還元溶融した場合における溶融スラグのＸＲＤの測定結果を示す図である。
【図５】比較例１の酸化溶融した場合における溶融スラグのＸＲＤの測定結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明を実施形態に即して詳細に説明する。
本発明の人工骨材は、２ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３・ＳｉＯ２で表されるゲーレナイトを含み、Ａｌの質量％（ｗｔ％と表記する）がアルミナ換算で１０〜２５ｗｔ％で含有され、ＣａＯ／ＳｉＯ２が１．２以下で含有される。Ａｌは、好ましくは、１０〜２２．５質量％、より好ましくは１０〜２０質量％、さらに好ましくは１０〜１５質量％で含有される。人工骨材には、上記の組成に、さらに、Ｎａ２Ｏ、ＭｇＯのいずれか一方又は双方を、Ｎａ２Ｏを８質量％以下、ＭｇＯを５質量％以下の割合で含めることが好ましい。人工骨材には、上記ゲーレナイト又はゲーレナイトにＮａ２Ｏ及び又はＭｇＯに、さらに、Ｆｅ２Ｏ３、Ｐ２Ｏ５及びＴｉＯ２からなる群より選ばれた少なくとも１種が含有されることが好ましい。本発明の人工骨材は、主成分がゲーレナイトであり、結晶性の溶融スラグからなる。以下、本発明では、質量％はｗｔ％とも表記する。
なお、ゲーレナイトの組成は、Ｃａ２Ａｌ２ＳｉＯ７とも表記される。ＣａＯ／ＳｉＯ２は、塩基度とも呼ばれている。
【００１８】
本発明の人工骨材において、Ｎａ２Ｏは、ゲーレナイトにさらに結晶化のために含有される原料である。Ｎａ２Ｏを８ｗｔ％以下とすれば、本発明の人工骨材の結晶化ができ、人工骨材の強度を増加することができる。Ｎａ２Ｏが８ｗｔ％より多い場合は、結晶化を阻害するため好ましくない。
【００１９】
ＭｇＯは、人工骨材の結晶化のためにゲーレナイトに含有される原料である。ＭｇＯを５ｗｔ％以下とすれば、本発明の人工骨材の結晶化ができ、人工骨材の強度を増すことができる。ＭｇＯが５ｗｔ％より多い場合は、結晶化を阻害するため好ましくない。
なお、上記の人工骨材の組成においては、Ｎａ２ＯとＭｇＯの組成分析をしたとき、Ｎａ２ＯとＭｇＯの含有量が定量限界以下程度の値であるときにはＮａ２ＯとＭｇＯを共に０ｗｔ％とする。この場合、人工骨材の組成はゲーレナイトに近い組成となるが、結晶性であるので、人工骨材としての使用には支障がない。さらに、人工骨材の組成分析をしたときにＮａ２Ｏ又はＭｇＯが定量の限界以下程度の場合も、Ｎａ２Ｏ又はＭｇＯの含有量を０ｗｔ％とする。この場合の人工骨材の組成は、ゲーレナイトを主成分として、さらにＮａ２Ｏ又はＭｇＯが含有されている組成であり、本発明の人工骨材の組成に含まれる。
【００２０】
上記人工骨材には、Ｆｅ２Ｏ３、Ｐ２Ｏ５及びＴｉＯ２から成る群より選ばれた少なくとも１種が含有されてもよい。Ｆｅ２Ｏ３は、好ましくは１０ｗｔ％以下であり、この範囲内であれば、本発明の人工骨材の結晶化ができ、人工骨材の強度を増すことができる。Ｆｅ２Ｏ３が１０ｗｔ％より多い場合は、結晶化を阻害するため好ましくない。
【００２１】
Ｐ２Ｏ５は、好ましくは３ｗｔ％以下であり、この範囲内であれば本発明の人工骨材のガラス化を効果的に防止することができる。Ｐ２Ｏ５が３ｗｔ％より多い場合は、結晶化を阻害するため好ましくない。
【００２２】
ＴｉＯ２は、好ましくは５ｗｔ％以下であり、この範囲内であれば本発明の人工骨材のガラス化を効果的に防止することができる。ＴｉＯ２が５ｗｔ％より多い場合は、結晶化を阻害するため好ましくない。
【００２３】
図１は、本発明の人工骨材の基本組成を説明する２ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３・ＳｉＯ２の３元系相図であり、（Ａ）が全体図、（Ｂ）は部分拡大図である。
図１（Ａ）に示すように、略５角形の領域Ａは、１４００℃の液相範囲である。図１（Ｂ）の部分拡大した図中に示す上記領域Ａ内の(1)、(2)、(3)、(4)、(5)、(6)、(7)は、Ａｌ組成を１０〜２５ｗｔ％とした基本組成を示している。さらに、塩基度が０．７、０．８、０．９、１．０、１、２となる領域を点線で示している。
【００２４】
本発明の人工骨材によれば、ゲーレナイトを主成分とするので強度が高い。この人工骨材は、建設資材等として利用することができる。
【００２５】
次に、本発明の人工骨材の製造方法について説明する。
人工骨材は、人工骨材の原料及び還元剤を、所定の溶融温度まで昇温して溶融液とする還元溶融工程と、
溶融液を溶融温度で所定時間保持する工程と、
所定時間保持した後溶融液を徐冷して、溶融液を結晶化する工程と、
を順に行うことによって製造することができる。
【００２６】
具体的には、人工骨材の原料と還元剤を調製し、この原料及び還元剤を溶融炉に投入した後昇温して溶融液とし、この溶融液を所定の溶融温度で所定時間溶融した後、金属製の型に流し入れ、冷却することで、結晶化した溶融スラグが得られる。この溶融スラグが本発明の人工骨材となる。必要に応じて、溶融スラグの粉砕処理を行うことによって所定の粒径をもった人工骨材としてもよい。原料としては、一般廃棄物や、一般廃棄物の焼却灰に産業廃棄物の焼却灰が一部混合された焼却灰を用いることができる。原料の組成は、人工骨材の上記組成、つまりゲーレナイトを主成分として、Ａｌはアルミナ換算で１０〜２２ｗｔ％であり、ＣａＯ／ＳｉＯ２が１．２以下である。さらに、添加剤として、Ｎａ２Ｏ、ＭｇＯのいずれか一方又は双方を、Ｎａ２Ｏを８質量％以下、ＭｇＯを５質量％以下となる組成が得られるように調製できる。原料には、上記したＦｅ２Ｏ３、Ｐ２Ｏ５、ＴｉＯ２の何れかの含有物を添加剤として添加してもよい。さらに、原料には、ＣａＯ／ＳｉＯ２を調整するために調整剤としてＣａ又はＣａを含む化合物を添加してもよい。調整剤として生石灰（ＣａＯ）等を用いることができる。
【００２７】
原料の組成は、周知の元素分析装置によって測定することができる。このような元素分析装置としては、蛍光Ｘ線測定装置等を用いることができる。
【００２８】
還元剤としてはコークスを用いることができる。還元剤の添加量としては、原材料１トン（ｔ）に対して５０ｋｇ以上とすればよい。還元剤の添加量が５０ｋｇよりも少ない場合には、還元が十分されないので好ましくない。
【００２９】
溶融温度は原料が液相となる温度であり、１３００〜１７００℃の範囲とすることができる。溶融温度で保持する時間、つまり溶融時間は、３０分〜１８０分の範囲とすることができる。
【００３０】
図２は、本発明の人工骨材を製造するための温度プログラムの一例を示す図である。図２の横軸は時間（分）であり、縦軸は溶融炉の温度（℃）である。
図２に示すように、２０℃から１６００℃まで３０分で昇温した。このときの昇温速度は約５３℃／分である。次に、昇温開始３０分から６０分迄は１６００℃で３０分保持し、次に最初から９０分経過後迄、つまり３０分で１４００℃まで徐冷した後、出滓した。出滓までの降温速度は−６．７℃／分である。出滓の後、２７０分経過後までに４３０℃まで徐冷した。型ばらしは、１６５分経過後の８７０℃で行った。
【００３１】
本発明の人工骨材の製造方法によれば、一般廃棄物由来の焼却灰だけではなく、産業廃棄物由来の焼却灰等も原料の一部として使用することができる。従来の一般廃棄物由来の焼却灰だけを原料とした溶融スラグの製造方法では、ＣａＯ／ＳｉＯ２の重量比、つまり、塩基度だけで組成管理を行ってきた。本発明の人工骨材の製造方法によれば、さらにＮａ、Ｍｇ、Ｆｅ、Ｐ、Ｔｉ等の結晶化に寄与する原料を考慮した組成管理を行うことで、結晶質の溶融スラグからなる人工骨材を再現性良く製造することができる。
【実施例１】
【００３２】
以下、本発明の実施例についてさらに詳細に説明する。
原料の基本組成比（ｗｔ％）を、ＳｉＯ２：Ａｌ２Ｏ３：ＣａＯ＝４０：２０：４０とした。ＣａＯ／ＳｉＯ２の重量比である塩基度は１である。溶融スラグ中に含まれるＳｉＯ２の原料として、試薬ＳｉＯ２（無水ケイ酸、Ｐｒ．Ｇグレード）を用いた。溶融スラグ中に含まれるＡｌ２Ｏ３の原料としては、試薬Ａｌ２Ｏ３（酸化アルミニウム、特級）を用いた。溶融スラグ中に含まれるＣａＯの原料としては、試薬Ｃａ（ＯＨ）２（水酸化カルシウム、特級）を用いた。これらの試薬と後述する試薬は何れも和光純薬工業製である。還元溶融の還元剤となるコークスとしては、試薬活性炭素（活性炭素、粉末）を用いた。ここで、原料として試薬を用いたのは、溶融スラグが結晶性及びガラス質になる組成を正確に把握するためである。Ｎａ２Ｏ及びＭｇＯの含有量は、他の添加剤等の効果を確かめるため上記試薬に含有される程度とした。蛍光Ｘ線測定装置によって測定した実施例１の原料のＮａ２Ｏ及びＭｇＯの含有量は、定量限界の０．１ｗｔ％以下であった。
【００３３】
上記の各試薬をｍｇ単位まで測定し、合計で約２０ｇとなるように秤量した。これらの原料をチャック付きビニール袋内に封入し、１０秒×５回の条件で振とう攪拌して混合した。
【００３４】
上記原料を、容積が２０ｍｌ（ｃｍ３）のアルミナ製の坩堝（アズワン製、純度
９９％、ＡＲＣ−２０、φ３８ｍｍ×４４ｍｍ）に充填し、空気中で昇温した。
【００３５】
アルミナ製の坩堝は、ガス流通なしで電気炉（光洋サーモシステム製、ＫＢＦ３１４Ｎ１）で加熱し、所定の溶融温度で所定時間加熱した後で徐冷した。電気炉の炉内寸法は、１２５ｍｍ（Ｗ）×１２３ｍｍ（Ｈ）×１５５ｍｍ（Ｄ）であった。電気炉の熱電対位置は、背面から５０ｍｍ、上面から１５ｍｍの位置とした。
【００３６】
溶融固化して得た溶融固化物、つまり溶融スラグの結晶性は、下記のようにして評価した。
溶融スラグの結晶性を、粉末Ｘ線回折（ＸＲＤ）を用いて評価した。Ｘ線回折装置（リガク製、MiniFlex）を使用し、Ｘ線ターゲットは銅（Ｃｕ）を用いた。Ｘ線管は、管電圧４０ｋＶ、管電流４０ｍＡで測定した。スキャンスピードは２度／分であり、スキャン範囲は２θ＝２０〜８０度とした。
【００３７】
溶融スラグの組成は、波長分散型の蛍光Ｘ線測定装置（リガク製、Rigaku Supermini、Ezscanモード）で評価した。
【００３８】
図３は、本発明の実施例１の溶融スラグを作製する際の温度プログラムを示す図である。図３に示すように、２０℃から１６００℃まで８０分で昇温した。このときの昇温速度は、約２０℃／分である。１６００℃で４０分保持した後、第１の降温として、１６００℃から１４００℃迄３０分で降温した。このときの第１の降温速度は、−６．７℃／分である。さらに、第２の降温として１４００℃から５００℃まで３００分で降温した。このときの第２の降温速度は、−３℃／分である。第２の降温は、冷却速度の影響を排し、原料の組成の影響を明らかにするため、徐冷速度を十分低く設定した。
【００３９】
Ｆｅ２Ｏ３、Ｐ２Ｏ５、ＴｉＯ２の何れの添加剤も添加しない場合の溶融スラグは、ゲーレナイトが主成分であった。ＸＲＤの測定から、このゲーレナイトのＸ線のピーク強度は２４６３であった。蛍光Ｘ線測定装置によって測定した実施例１の溶融スラグにおけるＮａ２Ｏ及びＭｇＯの含有量は、定量限界の０．１ｗｔ％以下であった。
【００４０】
図４は、実施例１の還元溶融した場合における溶融スラグのＸＲＤの測定結果を示す図である。図４の横軸は、Ｘ線の回折角度θの２倍である２θ（°）であり、縦軸は回折Ｘ線強度（ｃｐｓ）である。図４において、２θ＝３１．５°のピークがゲーレナイトからのＸ線回折を示している。
【実施例２】
【００４１】
実施例２の溶融スラグの原料には、Ｆｅ２Ｏ３を５ｗｔ％添加した。これ以外の条件は実施例１と同様にした。溶融スラグ中に含まれるＦｅ２Ｏ３の原料として、試薬Ｆｅ２Ｏ３（酸化鉄（III）、１級）を用いた。ＸＲＤの測定から、Ｆｅ２Ｏ３を５ｗｔ％添加した場合、溶融スラグは結晶性を有しており、Ｆｅ２Ｏ３を５ｗｔ％添加したゲーレナイトのピーク強度は２１００であった。
【実施例３】
【００４２】
実施例３の溶融スラグの原料には、Ｆｅ２Ｏ３を１０ｗｔ％添加した。これ以外の条件は実施例１と同様にした。ＸＲＤの測定から、Ｆｅ２Ｏ３を１０ｗｔ％添加した実施例３の溶融スラグは結晶性を有しており、Ｆｅ２Ｏ３を１０ｗｔ％添加したゲーレナイトのピーク強度は１２７１であった。
【実施例４】
【００４３】
実施例４の溶融スラグの原料には、Ｔｉ２Ｏ３を５ｗｔ％添加した。これ以外の条件は実施例１と同様にした。溶融スラグ中に含まれるＴｉ２Ｏ３の原料としては、試薬ＴｉＯ２（酸化チタン（IV）、アナターゼ型）を用いた。ＸＲＤの測定から、Ｔｉ２Ｏ３を５ｗｔ％添加した実施例４の溶融スラグは結晶性を有しており、Ｔｉ２Ｏ３を５ｗｔ％添加したゲーレナイトのピーク強度は１０５０であった。
【実施例５】
【００４４】
実施例５の溶融スラグの原料には、ＭｇＯを５ｗｔ％添加した。これ以外の条件は実施例１と同様にした。溶融スラグ中に含まれるＭｇＯの原料としては、試薬ＭｇＯ（酸化マグネシウム（重質）、特級）を用いた。ＸＲＤの測定から、ＭｇＯを５ｗｔ％添加した実施例５の溶融スラグは結晶性を有しており、ＭｇＯを５ｗｔ％添加したゲーレナイトのピーク強度は１７０１であった。
【実施例６】
【００４５】
実施例６の溶融スラグの原料には、Ｎａ２Ｏを３．５ｗｔ％添加した。これ以外の条件は実施例１と同様にした。溶融スラグ中に含まれるＮａ２Ｏの原料としては、試薬ＮａＨＣＯ３（炭酸水素ナトリウム、特級）を用いた。ＸＲＤの測定から、Ｎａ２Ｏを３．５ｗｔ％添加した実施例６の溶融スラグは結晶性を有しており、Ｎａ２Ｏを３．５ｗｔ％添加したゲーレナイトのピーク強度は２５１５であった。
【００４６】
（比較例１）  
比較例１の溶融スラグの溶融においては、実施例１の還元溶融ではなく、還元剤を添加せず酸化溶融を行った。ＸＲＤの測定から、比較例１の溶融スラグはガラスが主成分であり、比較例１のゲーレナイトのピーク強度は４２８であった。
図５は、比較例１の酸化溶融した場合における溶融スラグのＸＲＤの測定結果を示すもので、図の横軸及び縦軸は、図４と同じである。図４に示した実施例１で還元溶融した溶融スラグのＸＲＤの測定結果と比較すると、結晶化の度合いが著しく弱いことが分かる。
【００４７】
（比較例２）
比較例２の溶融スラグの原料にはＦｅ２Ｏ３を５ｗｔ％添加した。これ以外の条件は比較例１と同様にした。ＸＲＤの測定から、比較例２の溶融スラグはガラス質であった。
【００４８】
（参考例１）
参考例１の溶融スラグの原料には、Ｆｅ２Ｏ３を１５ｗｔ％添加した。これ以外の条件は実施例１と同様にした。ＸＲＤの測定から、参考例１の溶融スラグはガラス質であった。
【００４９】
（比較例３）
比較例３の溶融スラグの原料には、ＴｉＯ２を５ｗｔ％添加した。これ以外の条件は比較例１と同様にした。ＸＲＤの測定から、比較例３の溶融スラグはガラス質であった。
【００５０】
（参考例２）
参考例２の溶融スラグの原料には、ＭｇＯを１０ｗｔ％添加した。これ以外の条件は実施例１と同様にした。ＸＲＤの測定から、参考例２の溶融スラグはガラス質であった。
【００５１】
表１に、実施例１〜６、比較例１〜３及び参考例１，２で得たゲーレナイトのピーク強度等の結果を纏めて示す。
【表１】
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【実施例７】
【００５２】
実施例７では、溶融スラグの原料の基本組成比（ｗｔ％）を、ＳｉＯ２：Ａｌ２Ｏ３：ＣａＯ＝４２．５：１５：４２．５とした。ＣａＯ／ＳｉＯ２の重量比である塩基度は１である。ＸＲＤ測定から、添加剤を添加しない場合の溶融スラグは結晶性を有しており、ゲーレナイトのピーク強度は２１７１であった。
【実施例８】
【００５３】
実施例８の溶融スラグの原料には、Ｆｅ２Ｏ３を１０ｗｔ％添加した。これ以外の条件は実施例７と同様にした。ＸＲＤ測定から、Ｆｅ２Ｏ３を１０ｗｔ％添加した実施例８の溶融スラグは結晶性を有しており、Ｆｅ２Ｏ３を１０ｗｔ％添加したゲーレナイトのピーク強度は２１４２であった。
【実施例９】
【００５４】
実施例９の溶融スラグの原料には、ＴｉＯ２を５ｗｔ％添加した。これ以外の条件は実施例７と同様にした。ＸＲＤ測定から、ＴｉＯ２を５ｗｔ％添加した実施例９の溶融スラグは結晶性を有しており、ＴｉＯ２を５ｗｔ％添加したゲーレナイトのピーク強度は３６１であった。
【実施例１０】
【００５５】
実施例１０の溶融スラグの原料には、Ｐ２Ｏ５を３ｗｔ％添加した。溶融スラグ中に含まれるＰ２Ｏ５の原料としては、試薬Ｐ２Ｏ５（酸化リン（V）  無水リン酸  １級）を用いた。これ以外の条件は実施例７と同様にした。ＸＲＤ測定から、Ｐ２Ｏ５を３ｗｔ％添加した実施例１０の溶融スラグは結晶性を有しており、Ｐ２Ｏ５を３ｗｔ％添加したゲーレナイトのピーク強度は２０６１であった。
【実施例１１】
【００５６】
実施例１１の溶融スラグの原料には、Ｎａ２Ｏを３.５ｗｔ％添加した。これ以外の条件は実施例７と同様にした。ＸＲＤ測定から、Ｎａ２Ｏを３.５ｗｔ％添加した実施例１１の溶融スラグは結晶性を有しており、Ｎａ２Ｏを３.５ｗｔ％添加したゲーレナイトのピーク強度は２６５３であった。
【００５７】
（比較例４）
比較例４の溶融スラグの溶融においては、実施例７の還元溶融ではなく、還元剤を添加せず酸化溶融を行った。これ以外の条件は実施例７と同様にした。ＸＲＤ測定から、比較例４の溶融スラグはガラス質であった。
【００５８】
（参考例３）
参考例３の溶融スラグの原料には、Ｆｅ２Ｏ３を１５ｗｔ％添加した。これ以外の条件は実施例７と同様にした。ＸＲＤ測定から、参考例３の溶融スラグはガラス質であった。
【００５９】
（参考例４）
参考例４の溶融スラグの原料には、Ｐ２Ｏ５を５ｗｔ％添加した。これ以外の条件は実施例７と同様にした。ＸＲＤ測定から、参考例４の溶融スラグはガラス質であった。
【００６０】
表２に、実施例７〜１１、比較例４及び参考例３，４で得たゲーレナイトのピーク強度等の結果を纏めて示す。
【表２】
2012153557.tif 000004
【実施例１２】
【００６１】
実施例１２では、溶融スラグの原料の基本組成比（ｗｔ％）を、ＳｉＯ２：Ａｌ２Ｏ３：ＣａＯ＝４４．３：２０：３５．７とした。ＣａＯ／ＳｉＯ２の重量比である塩基度は０．８である。さらに溶融スラグの原料には、Ｎａ２Ｏを８ｗｔ％添加した。ＸＲＤ測定から、実施例１２の溶融スラグは結晶性を有しており、Ｎａ２Ｏを８ｗｔ％添加したゲーレナイトのピーク強度は２４９１であった。
【００６２】
表３に、実施例１２のゲーレナイトで得たピーク強度等の結果を纏めて示す。
【表３】
2012153557.tif 000005
【実施例１３】
【００６３】
実施例１３では、溶融スラグの原料の基本組成比（ｗｔ％）を、ＳｉＯ２：Ａｌ２Ｏ３：ＣａＯ＝４１．９：２０：３８．１とした。ＣａＯ／ＳｉＯ２の重量比である塩基度は０．９である。さらに溶融スラグの原料にはＴｉＯ２を５ｗｔ％添加した。ＸＲＤ測定から、実施例１３の溶融スラグは結晶性を有しており、ＴｉＯ２を５ｗｔ％添加したゲーレナイトのピーク強度は７７６であった。
【実施例１４】
【００６４】
実施例１４の溶融スラグの原料には実施例１３のＴｉＯ２ではなく、Ｎａ２Ｏを８ｗｔ％添加した。これ以外の条件は実施例１３と同様にした。ＸＲＤ測定から、Ｎａ２Ｏを８ｗｔ％添加した実施例１４の溶融スラグは結晶性を有しており、Ｎａ２Ｏを８ｗｔ％添加したゲーレナイトのピーク強度は１６１１であった。
【００６５】
表４に、実施例１３及び１４で得たゲーレナイトのピーク強度等の結果を纏めて示す。
【表４】
2012153557.tif 000006
【実施例１５】
【００６６】
実施例１５では、溶融スラグの原料の基本組成比（ｗｔ％）を、ＳｉＯ２：Ａｌ２Ｏ３：ＣａＯ＝５０：１５：３５とした。ＣａＯ／ＳｉＯ２の重量比である塩基度は０．７である。ＸＲＤ測定から、添加剤を添加しない場合の溶融スラグは結晶性を有しており、ゲーレナイトのピーク強度は２４８０であった。
【実施例１６】
【００６７】
実施例１６の溶融スラグの原料には、Ｆｅ２Ｏ３を１０ｗｔ％添加した。これ以外の条件は実施例１５と同様にした。ＸＲＤ測定から、Ｆｅ２Ｏ３を１０ｗｔ％添加した実施例１６の溶融スラグは結晶性を有しており、Ｆｅ２Ｏ３を１０ｗｔ％添加したゲーレナイトのピーク強度は３１１２であった。
【００６８】
（参考例５）
参考例５の溶融スラグの原料には、Ｆｅ２Ｏ３を１５ｗｔ％添加した。これ以外の条件は実施例１５と同様にした。ＸＲＤ測定から、参考例５の溶融スラグはガラス質であった。
【００６９】
表５に、実施例１５，１６及び参考例５で得たゲーレナイトのピーク強度等の結果を纏めて示す。
【表５】
2012153557.tif 000007
【実施例１７】
【００７０】
実施例１７では、溶融スラグの原料の基本組成比（ｗｔ％）を、ＳｉＯ２：Ａｌ２Ｏ３：ＣａＯ＝４５．６：２２．５：３１．９とした。ＣａＯ／ＳｉＯ２の重量比である塩基度は０．７である。原料には、Ｆｅ２Ｏ３を１０ｗｔ％添加した。ＸＲＤ測定から、Ｆｅ２Ｏ３を１０ｗｔ％添加した実施例１７の溶融スラグは結晶性を有しており、Ｆｅ２Ｏ３を１０ｗｔ％添加したゲーレナイトのピーク強度は３２０２であった。
【００７１】
（参考例６）
参考例６の溶融スラグの原料には、Ｆｅ２Ｏ３を１５ｗｔ％添加した。これ以外の条件は実施例１７と同様にした。ＸＲＤ測定から、参考例６の溶融スラグはガラス質であった。
【００７２】
表６に、実施例１７及び参考例６で得たゲーレナイトのピーク強度等の結果を纏めて示す。
【表６】
2012153557.tif 000008
【実施例１８】
【００７３】
実施例１８では、溶融スラグの原料の基本組成比（ｗｔ％）を、ＳｉＯ２：Ａｌ２Ｏ３：ＣａＯ＝３８．５：１５：４６．５とした。ＣａＯ／ＳｉＯ２の重量比である塩基度は１．２である。ＸＲＤ測定から、添加剤を添加しない場合の溶融スラグは結晶性を有しており、ゲーレナイトのピーク強度は１６４０であった。
【実施例１９】
【００７４】
実施例１９の溶融スラグの原料には、Ｆｅ２Ｏ３を１０ｗｔ％添加した。これ以外の条件は実施例１８と同様にした。ＸＲＤの測定から、Ｆｅ２Ｏ３を１０ｗｔ％添加した実施例１９の溶融スラグは結晶性を有しており、Ｆｅ２Ｏ３を１０ｗｔ％添加したゲーレナイトのピーク強度は２４０３であった。
【実施例２０】
【００７５】
実施例２０の溶融スラグの原料には、ＴｉＯ２を５ｗｔ％添加した。これ以外の条件は実施例１８と同様にした。ＸＲＤの測定から、ＴｉＯ２を５ｗｔ％添加した実施例２０の溶融スラグは結晶性を有しており、ＴｉＯ２を５ｗｔ％添加したゲーレナイトのピーク強度は２５７８であった。
【実施例２１】
【００７６】
実施例２１の溶融スラグの原料には、ＭｇＯを５ｗｔ％添加した。これ以外の条件は実施例１８と同様にした。ＸＲＤの測定から、ＭｇＯを５ｗｔ％添加した実施例２１の溶融スラグは結晶性を有しており、ＭｇＯを５ｗｔ％添加したゲーレナイトのピーク強度は３３５３であった。
【実施例２２】
【００７７】
実施例２２の溶融スラグの原料には、Ｐ２Ｏ５を３ｗｔ％添加した。これ以外の条件は実施例１８と同様にした。ＸＲＤの測定から、Ｐ２Ｏ５を３ｗｔ％添加した実施例２２の溶融スラグは結晶性を有しており、Ｐ２Ｏ５を３ｗｔ％添加したゲーレナイトのピーク強度は２４３８であった。
【実施例２３】
【００７８】
実施例２３の溶融スラグの原料には、Ｎａ２Ｏを８ｗｔ％添加した。これ以外の条件は実施例１８と同様にした。ＸＲＤの測定から、Ｎａ２Ｏを８ｗｔ％添加した実施例２３の溶融スラグは結晶性を有しており、Ｎａ２Ｏを８ｗｔ％添加したゲーレナイトのピーク強度は２４７３であった。
【００７９】
表７に、実施例１８〜２３で得たゲーレナイトのピーク強度等の結果を纏めて示す。
【表７】
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【００８０】
以上説明した実施例、比較例及び参考例では、人工骨材が結晶性の溶融スラグとなる条件を正確に求めるためにゲーレナイトを主成分とする人工骨材の原料としてはＳｉＯ２、Ｃａ（ＯＨ）２、Ａｌ２Ｏ３、Ｎａ２Ｏ、ＭｇＯ等の試薬を使用した。実際に溶融スラグを製造する場合には上述したように、原料となる焼却灰の組成は、本発明の人工骨材の組成が得られるように調製すればよい。原料の組成は蛍光Ｘ線分析装置によって測定することができる。このように調製した原料を、図２で説明した温度プログラムで還元溶融を行い、所定時間保持した後で冷却することによって本発明の人工骨材となる溶融スラグを製造できる。
【００８１】
本発明は、上記実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した発明の範囲内で種々の変形が可能であり、それらも本発明の範囲内に含まれることはいうまでもない。例えば、人工骨材に含有されるＦｅ２Ｏ３、Ｐ２Ｏ５、ＴｉＯ２の何れかの割合は上記範囲で得られる人工骨材の強度等を考慮して適宜に調整できる。
【図２】
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【図３】
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【図１】
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【図４】
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【図５】
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