(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｐ２Ｏ５を含有する生活廃棄物及び／又は産業廃棄物を主原料とし、これに石灰質原料、アルミノ珪酸塩原料、鉄原料から選ばれる1種以上の成分補正原料を加え、１１００〜１６００℃で焼成したもので、原料成分を下記式で求めた指数の修正ＨＭ、修正ＳＭ、修正ＩＭを用いて調整して製造したＰ２Ｏ５含有量が１．０〜４．５重量％のクリンカーを用いたセメント組成物の製造方法。
【化１】
0003942226.tif 000010
【請求項２】
Ｐ２Ｏ５を含有する生活廃棄物及び／又は産業廃棄物が、下水汚泥、下水汚泥の焼却灰、都市ゴミ焼却灰の一種以上であることを特徴とする請求項１記載のセメント組成物の製造方法。
【請求項３】
原料にアルカリ化合物或いは石こうを添加して焼成し、クリンカー中に硫酸アルカリを生成させたクリンカーを用いたことを特徴とする請求項１または２に記載のセメント組成物の製造方法。
【請求項４】
クリンカーをブレーン比表面積が３０００ｃｍ２／ｇ以上に粉砕し、これに石こうを添加する請求項１ないし３のいずれかに記載のセメント組成物の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する分野】
この発明は、現在、主に投棄されている下水汚泥の焼却灰や都市ゴミ焼却灰などのＰ2 Ｏ5 含有廃棄物を有効な再資源にすることを目的としたセメント組成物の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、下水汚泥やその焼却灰、都市ゴミ焼却灰などの一般廃棄物その他の産業廃棄物の中にＰ2 Ｏ5 含有廃棄物の著しい増加がみられ、その処理が大きな社会問題となっている。これまでもこれらの廃棄物の有効利用、再資源化は各方面で研究され実施されているが、いずれもその有効利用の量は限られ決定的なものとはいえず、現在ではその多くは依然として投棄されているのが現状である。しかしながら、この投棄も投棄地の確保、環境への影響、二次公害の問題などで、大量に発生するこれらの廃棄物の再利用、再資源化は現代社会が当面する緊急課題となっている。
【０００３】
こうした要請に応える形で、セメント製造業では、以前から高炉スラグ、フライアッシュなどの産業副産物をセメント原料として用いる外に、限られた量ではあるが下水汚泥又はその焼却灰、都市ゴミ焼却灰などをセメント原料の一部として使用することを既に実施している。しかしながら、Ｐ2 Ｏ5 含有廃棄物を大量に原料として用いてセメントを製造しようとすると、セメント強度の減少、凝結の遅延、易焼結性の低下などの問題が生じ、このため従来は通常セメントに対してＰ2 Ｏ5 含有量は０．５重量％以下に制限せざるを得ず、Ｐ2 Ｏ5 含有廃棄物を大量にセメント原料に使用して消費することは出来なかった。
【０００４】
【発明を解決しようとする課題】
この発明は、Ｐ2 Ｏ5 含有廃棄物をセメント原料にさらに多量に使用できるようにして、Ｐ2 Ｏ5 含有率が１重量％以上でしかも従来のセメントにほぼ匹敵するような物性を有するセメント組成物を得ようとするものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
この発明は、Ｐ２Ｏ５を含有する生活廃棄物及び／又は産業廃棄物を主原料とし、これに石灰質原料、アルミノ珪酸塩原料、鉄原料から選ばれる1種以上の成分補正原料を加え、１１００〜１６００℃で焼成したもので、原料成分を下記式で求めた指数の修正ＨＭ、修正ＳＭ、修正ＩＭを用いて調整して製造したＰ２Ｏ５含有量が１．０〜４．５重量％のクリンカーを用いたセメント組成物の製造方法。
【０００６】
【化２】
0003942226.tif 000002
（請求項１）、Ｐ２Ｏ５を含有する生活廃棄物及び／又は産業廃棄物が、下水汚泥、下水汚泥の焼却灰、都市ゴミ焼却灰の一種以上であることを特徴とする請求項１記載のセメント組成物の製造方法（請求項２）、原料にアルカリ化合物或いは石こうを添加して焼成し、クリンカー中に硫酸アルカリを生成させたクリンカーを用いることを特徴とする請求項１または２に記載のセメント組成物の製造方法（請求項３）及びクリンカーをブレーン比表面積が３０００ｃｍ２／ｇ以上に粉砕し、これに石こうを添加する請求項１ないし３のいずれかに記載のセメント組成物の製造方法（請求項４）である。
【０００７】
【発明の実施の態様】
この発明の主原料は、下水汚泥、下水汚泥の焼却灰、都市ゴミの焼却灰、メッキ廃液などのＰ2 Ｏ5 を含有する生活廃棄物、産業廃棄物又はそれらの双方である。これらの廃棄物は各種の燐酸成分が含まれ通常はＰ2 Ｏ5 を３〜２５重量％程度含有する。Ｐ2 Ｏ5 を含有する生活廃棄物、産業廃棄物をセメント製造に最大限に利用する上では、クリンカー中のＰ2 Ｏ5 含有量を１重量％以上とすることが好ましい。
【０００８】
このため、本発明では上記主原料に成分補正原料を加えて原料の成分調整を行うものである。ここに用いる成分補正原料は、石灰質原料、アルミノ珪酸塩原料、鉄原料から選ばれた１種以上を用いる。石灰質原料としては、貝殻、下水汚泥に生石灰をまぶした汚泥乾粉などが用いられるが、外に石灰石を用いてもよい。アルミノ珪酸塩原料としては、例えばアルミ灰、アルミドロス、鉄鋼スラグ、粘土、廃鋳物砂などであるが、この外に石灰石表土などでもよい。鉄原料としては、銅がらみ、鉄滓などである。
【０００９】
原料の調整は、この発明者が新たに見出した指数、即ち修正ＨＭ、修正ＳＭ、修正ＩＭを用いて調整する。これらの各修正指数は、従来のセメント製造で原料調整に使用されていた公知の指数のＨＭ、ＳＭ、ＩＭを、Ｐ2 Ｏ5 を多く含む原料に適用出来るように補正した指数で次のような値である。
【００１０】
即ち、
0003942226.tif 000003
である。
【００１１】
この修正指数を用いて従来と同様に原料調整を行うことによって、Ｐ2 Ｏ5 含有量が多い原料を用いても従来とほぼ同様な鉱物組成のクリンカーが得られる。そして、このクリンカーを用いて得られるセメント組成物は、Ｐ2 Ｏ5 を１重量％以上含有していても従来のクリンカーから得られたセメントと同様の物性をもたせることが出来るものである。なお、修正ＨＭ、修正ＳＭ、修正ＩＭの範囲の特定と、これによって製造されるセメントの種類の関係を示すと表１の通りである。
【００１２】
【表１】
0003942226.tif 000004
【００１３】
この発明で生活廃棄物及び／又は産業廃棄物の主原料に成分補正原料を加え、さらに上記の指数修正ＨＭ、修正ＳＭ、修正ＩＭを用いて原料成分の調整をすると、Ｐ2 Ｏ5 を１重量％以上含有していても従来のクリンカーから得られたセメントと同様の物性をもったセメントが出来る理由について発明者は次のように考えている。
【００１４】
即ち、クリンカー中にＰ2 Ｏ5 が存在すると、エ−ライト（３ＣａＯ・ＳｉＯ2 ）（Ｃ3 Ｓ）、ビーライト（２ＣａＯ・ＳｉＯ2 ）（Ｃ2 Ｓ）中のＳｉ+4の位置二つ分に、Ｐ5+及びＡｌ3+が一つずつの割りで固溶する。ここでＰ5+とＡｌ3+が一つずつ固溶するのは電荷のバランスを維持するためである。これを従来のＨＭ、ＳＭ、ＩＭを用いて化学組成を制御したものにあっては、このＰ5+とＡｌ3+の固溶によってクリンカーの組成物は設計した鉱物組成よりも見掛上ＳｉＯ2 濃度が多く、しかもＡｌ2 Ｏ3 濃度が少くなる方向に移動することになる。このようになると設計した鉱物組成よりもエーライト量（Ｃ3 Ｓ）及びカルシウムアルミネート量が減少し、他方ビーライト（Ｃ2 Ｓ）量が増加する。このため、セメントの強度は減少、凝結の遅延、易焼成性の低下といった問題が生ずる。
【００１５】
そこで、本発明においてはＰ2 Ｏ5 の固溶分を化学係数の計算の中に組み込むようにしたものである。即ち、ＳｉＯ2 濃度にＰ5+及びＡｌ3+の固溶分を加え、Ａｌ2 Ｏ3 濃度からＡｌ3+の固溶分を差引いて新しいＨＭ、ＳＭ、ＩＭでもって原料の化学組成を制御すれば鉱物組成を一定に保つことが出来ると考えたものである。このような考えであらたに求められたのが修正ＨＭ、修正ＳＭ、修正ＩＭである。
【００１６】
請求項３の発明は、原料にさらにアルカリ化合物或いは石こうを添加して焼成して、クリンカー中に硫酸アルカリを生成させるものである。硫酸アルカリは強度向上、凝結促進、易焼結性の改善といった効果があるので、Ｐ２Ｏ５含有による強度の減少、凝結の遅延、焼成性の低下を補償することに有効である。なお、本願発明で焼成温度を１１００〜１６００℃としたのは従来の焼成温度をそのまま採用したものである。
【００１８】
請求項４はクリンカーをブレーン比表面積が３０００ｃｍ２／ｇ以上に粉砕し、これに石こうを添加してセメント組成物とするものである。この発明にあってもクリンカーのブレーン比表面積は従来の場合とほぼ同様でよい。さらに好ましいブレーン比表面積は３５００〜４５００ｃｍ２／ｇである。
【００１９】
この発明のセメント組成物の製造に際しては、凝結時間、強度発現性、寸法安定性などの制御のために無水石こう、半水石こう、二水石こうをクリンカーの粉砕時に、又は粉砕後に添加することが好ましい。また、石こうの外にクエン酸などの有機酸、硫酸アルカリ、硝酸アルカリ、塩化アルカリなどを添加するとセメントペースト、モルタル、コンクリートの流動性を高めたり硬化時間を制御するのに効果がある。
【００２０】
【実施例】
（実施例１〜４）
原料には表２に示す化学組成の各種原料を混合して用いた。原料の調合割合は表３に示す通りとした。なお、表３には比較例１〜３、比較例Ａ，Ｂを示した。表４には、実施例及び比較例で用いた調合原料の化学組成及び修正ＨＭ、修正ＳＭ、修正ＩＭと、修正前指数の従来のＨＭ、ＳＭ、ＩＭを示した。
【００２１】
【表２】
0003942226.tif 000005
【００２２】
【表３】
0003942226.tif 000006
【００２３】
【表４】
0003942226.tif 000007
【００２４】
表３の各実施例及び比較例の調合原料を直径２ｍ、長さ６０ｍのロータリーキルンを用いて焼点温度１３００〜１３５０℃の範囲で焼成した。このクリンカーの化学成分及び鉱物組成を表５に示した。
【００２５】
【表５】
0003942226.tif 000008
【００２６】
表５に示した各クリンカーを縦型ミルで粉砕してブレーン比表面積約３５００ｍ2 ／ｇに調整した。このセメントを用いてJIS R 5201に準拠したモルタルの強さ試験を行った。この結果を表６に示す。
【００２７】
【表６】
0003942226.tif 000009
【００２８】
表６で実施例１及び２は、表１及び表４から分かるように高塩素含有セメント相当のセメントモルタルである。実施例１及び実施例２に対する対比例を比較例１に示した。比較例１は初期強度（３日）、２８日長期強度（２８日）ともに低い値となっている。これに対して、実施例１及び２は、初期強度のみならず長期強度も発現されている。比較例Ａはリン酸の含有量が０．５％の原料を用いた上記と同様な従来の高塩素含有セメントの事例である。実施例１及び実施例２をこの比較例Ａと対比すると、実施例１及び実施例２は従来のリン酸含有量の少い高塩素含有セメントとほぼ同じ程度の強度発現をしていることが分かる。
【００２９】
また、表６で実施例３は表１及び表４から分かるように普通ポルトランドセメント相当のセメントモルタルである。この実施例３に対する対比例は、比較例２と比較例３である。この場合も３日早期材令及び２８日長期材令の双方で比較例２，３よりも強度発現が大である。比較例Ｂはリン酸の含有量が０．１％の原料を用いた上記と同様な従来の普通ポルトランドセメントのモルタルの事例である。実施例３をこの比較例Ｂと対比すると、実施例３は従来のリン酸含有量の少い普通ポルトランドセメントとほぼ同じの強度発現をしていることが分かる。
【００３０】
実施例４は、請求項４の発明の実施例である。このセメントは高塩素含有セメントに近似したものであるが、長期強度は高塩素含有セメントの比較例Ａの値がほぼ達成されていることがわかる。なお、上記実施例のモルタルにつて環境基準法に則り重金属の溶出試験を行ったところ、重金属の溶出量は環境基準値以下であった。
【００３１】
【発明の効果】
以上のように、この発明によればＰ2 Ｏ5 を大量に含有する廃棄物を原料として通常のセメントと同等の物性を有するＰ2 Ｏ5 含有量の多いセメントを得ることが可能となった。そのために、一般廃棄物、産業廃棄物の有効利用が一段と進められ、資源の再利用化がさらに可能ととなるとともに、ごみ処理上の各種の問題も併せて解決出来るようになった。