(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
廃ガラスを酸性ガスと４００℃以上６００℃以下の接触温度で接触させ、廃ガラス中のアルカリ成分とガス中の酸性成分との中和反応によって生じた塩を水洗して除去することを特徴とする廃ガラス中のアルカリ成分除去方法。
【請求項２】
廃ガラスの粒度が平均粒径で２０μm以下である請求項１に記載するアルカリ成分除去方法。
【請求項３】
酸性ガスがハロゲン化水素ガスである請求項１に記載するアルカリ成分除去方法。
【請求項４】
ハロゲン化水素ガスが塩化水素ガスである請求項３に記載するアルカリ成分除去方法。
【請求項５】
ハロゲン含有可燃物の燃焼ないし熱分解によって生じたハロゲン化水素ガスを含む酸性ガスを用いる請求項３に記載するアルカリ成分除去方法。
【請求項６】
ポリ塩化ビニルの燃焼ないし熱分解ガスによって生じた塩化水素ガスを含む酸性ガスを用いる請求項４に記載するアルカリ成分除去方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、廃ガラスを再利用するため、廃ガラス中のアルカリ成分を効果的に除去する方法に関する。より詳しくは、廃ガラスを酸性ガスに接触させて廃ガラス中のアルカリ成分とガス中の酸性成分とを中和反応させ、生成した塩を水洗処理して除去することにより効率よく廃ガラス中のアルカリ成分を除去する方法に関する。
【０００２】
【従来技術】
最近、資源の有効利用を図る観点から産業廃棄物について、その再利用が社会的な課題とないる。種々のガラスについても例外ではなく、無色や茶色の廃ガラスはガラスカレットとしてリサイクルされるが、それ以外の有色ガラスは有効な再利用の道がなく、大部分は廃棄処分されている。しかし、廃ガラス自体はシリカが主成分であり、無機工業原料としてのリサイクルの可能性を十分に有している。このリサイクルを阻害する大きな要因が廃ガラス中に含まれているアルカリ成分であり、このアルカリ成分のために無機工業材料としての高温特性や安定性が損なわれる問題がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
廃ガラスに含まれるアルカリ成分を効果的に除去ないし低減できれば、これまで廃棄処理されていた廃ガラスを無機工業原料として有効に再利用することができる。本発明はこのような従来技術の課題を解決したものであり、廃ガラス中のアルカリ成分を比較的簡単な工程によって効果的に除去ないし低減する方法を提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
すなわち、本発明は以下の構成からなる廃ガラス中のアルカリ成分除去方法に関する。
（１）廃ガラスを酸性ガスと４００℃以上６００℃以下の接触温度で接触させ、廃ガラス中のアルカリ成分とガス中の酸性成分との中和反応によって生じた塩を水洗して除去することを特徴とする廃ガラス中のアルカリ成分除去方法。
（２）廃ガラスの粒度が平均粒径で２０μm以下である上記（１）に記載するアルカリ成分除去方法。
（３）酸性ガスがハロゲン化水素ガスである上記（１）に記載するアルカリ成分除去方法。
（４）ハロゲン化水素ガスが塩化水素ガスである上記（３）に記載するアルカリ成分除去方法。
（５）ハロゲン含有可燃物の燃焼ないし熱分解によって生じたハロゲン化水素ガスを含む酸性ガスを用いる上記（３）に記載するアルカリ成分除去方法。
（６）ポリ塩化ビニルの燃焼ないし熱分解ガスによって生じた塩化水素ガスを含む酸性ガスを用いる上記（４）に記載するアルカリ成分除去方法。
【０００５】
本発明の上記除去方法においては、廃ガラスと酸性ガスとを一定温度以上で接触させて反応させ、生成した塩を水洗し除去すると云う簡単な方法によって、廃ガラスに含まれるアルカリ成分を効果的に除去し、低減することができる。しかも、この酸性ガスはポリ塩化ビニルなどの塩素系樹脂廃棄物を燃焼ないし熱分解して生じたガスを用いることができ、何れも廃棄物を原料として利用することができる。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を実施形態に基づいて具体的に説明する。
一般的に、廃ガラス中には酸化物換算で１０％程度のアルカリ成分が含有されている。本発明のアルカリ成分除去方法は、この廃ガラスを酸性ガスと一定温度以上で接触させて、廃ガラス中のアルカリ成分とガス中の酸性成分とを中和反応させ、生成した塩を水洗し除去することを特徴とする方法である。
【０００７】
廃ガラス中のアルカリ成分とガス中の酸性成分との反応を促進するには、廃ガラスと酸性ガスの接触温度は４００℃以上が好ましく、廃ガラスの粒度は平均粒径で２０μm以下が適当である。酸性ガスとしては、二酸化硫黄ガス、亜硫酸ガス、二酸化窒素ガスなどのほか、臭化水素や塩化水素等のハロゲン化水素ガスを用いることができる。このうちハロゲン化水素ガスは、例えば、ハロゲン含有可燃物の燃焼ないし熱分解によて発生したガス、あるいはポリ塩化ビニルの燃焼ないし熱分解によて発生した塩化水素ガスを利用することができる。
【０００８】
廃ガラスと酸性ガスとを反応させる装置としては、効果的にガラス固体と酸性ガスを反応させ得るものであれば良く、一般的な固定層反応装置、流動層反応装置あるいは移動層反応装置等を用いることができる。なお、この反応装置は酸性ガスとの反応性が殆どなく、かつ耐熱性のあるセラミックス製等の反応容器を用いることが望ましい。
【０００９】
廃ガラスと酸性ガスとの反応は、酸性ガスと窒素等の混合ガスを反応容器に導入し、容器内を酸性ガス含有雰囲気として行えば良い。具体的には、例えば、アルミナ製の管に適切な粒度のガラス粉末を詰め、これを固定層とし、管の一端から酸性ガスを含有する混合ガスを固定層に導入し、ガラス中のアルカリ成分と酸性ガスを反応させる。ガラス粉末と酸性ガスとの反応において、酸性ガスの濃度は反応速度の観点から体積換算で１％以上であることが望ましい。この濃度が１％未満であると、流量にもよるが、ガラス中のアルカリ成分と酸性ガスとの反応において、酸性ガスの供給が律速となり、中和反応に要する時間が長期化するので望ましくない。
【００１０】
廃ガラス中のアルカリ成分と酸性ガスの反応機構はおよそ以下のように考えられる。まず、ガラス表面近傍のアルカリ成分が、接している雰囲気中のガスに含まれる酸性成分と中和反応してアルカリ塩化物等の塩が生成する。この塩の生成によってガラス表面近傍とガラス内部の間にアルカリ成分の濃度差が生じ、濃度の高いガラス内部から濃度の低い表面近傍にアルカリ成分が次第に拡散するようになる。表面に拡散したアルカリ成分は、順次、酸性ガスと反応して塩を生成する。これが繰り返されてガラス中のアルカリ成分が次第に減少する。
【００１１】
ガラス表面に生成した塩は水洗処理により除去される。水洗処理の方法は塩を効果的に除去できる方法であれば特に限定されない。例えば、酸性ガスと中和反応させたガラス粉末を水で満たした撹拌槽等に入れ、ガラス粉末表面の塩を水中に溶出させ、その後、一般的な方法で固液分離する方法などが利用できる。
【００１２】
以上のように、廃ガラスを酸性ガスに接触させて、ガラス中のアルカリ成分と雰囲気ガス中の酸性成分と反応させ、この中和反応によって生成する塩を水洗処理することによって、効果的にガラス中のアルカリ成分が除去ないし低減され、アルカリ成分を含有しない、あるいはアルカリ成分の含有量が極めて少ないガラス粉末を得ることができる。このガラス粉末はアルカリ成分を殆ど含まないので無機工業原料として好適である。
【００１３】
本発明の上記方法において、廃ガラスと酸性ガスとの接触温度は４００℃以上が適当であり、４００℃から６００℃が好ましい。ガラス中のアルカリ成分と酸性ガスとの反応では、アルカリ成分のガラス表面の拡散が律速となるため、反応を効率的に行わせるためには、この拡散速度を大きくする必要がある。拡散速度は温度が高まるのに従って急激に大きくなるので、雰囲気(接触)温度を高めることが効果的である。雰囲気温度を４００℃以上に制御することによってアルカリ成分の拡散速度が大きくなり、アルカリ成分と酸性成分との中和反応を促進することができる。雰囲気温度を４００℃以上にするには通常の加熱方法を用いれば良い。一例をあげれば、反応容器を電気炉で覆うなどの方法がある。一方、雰囲気温度が６００℃を上回るとガラス表面が次第に溶融してアルカリ成分とガス中の酸性成分との接触が少なくなり、逆に反応効率が低下するので雰囲気温度は６００℃以下が良い。
【００１４】
本発明において、廃ガラスの粒度は平均粒径が２０μm以下であることが好ましい。廃ガラス粉末の粒度が小さいほど、アルカリ成分が表面に拡散する距離が小さく、反応には有利になる。一方、廃ガラス粉末の粒径が大きいと、反応効率を高めるために反応時間を長くせざるを得ず、効率的な除去効果が得られない。廃ガラスを上記粒径に粉砕するには、通常の粉砕方法を用いることができ、例えばジョークラッシャー、ロールミル等で粗粉砕ないし中粉砕した後にボールミル等で微粉砕するとよい。また、必要に応じて分級しても良い。
【００１５】
本発明の除去方法において、酸性ガスとしてハロゲン化水素ガスを用いることができる。酸性ガスとしてハロゲン化水素ガスを用いると、この中和反応によって生成する塩がアルカリ金属のハロゲン化物となり、水洗処理工程、および後工程の取扱いが容易となる。ハロゲン化水素ガスとしては、例えば、塩化水素ガスが好適である。塩化水素ガスの場合、後述するように、産業廃棄物として大量に排出され、しかも塩素を含有するために処理方法が問題となっているポリ塩化ビニル等の廃プラスチックを原料として塩化水素ガスを得ることができ、廃棄物どうしを利用して有用資源を回収することができるリサイクルプロセスを達成することができる。また、塩化水素ガスを用いると、ガラスに含まれるアルカリ成分と塩化水素ガスとの最適反応温度が４５０〜５５０℃であり、比較的低温で効率的な反応を進めることができる。以上の理由から、酸性ガスとして塩化水素ガスを用いるのが最も望ましい形態の一つであると言える。
【００１６】
本発明の除去方法において、酸性ガスとして用いるハロゲン化水素ガスは、ハロゲンを含む可燃物の燃焼ないしは熱分解によって得ることができる。ハロゲンを含む可燃物としては、廃プラスチックや廃油等の産業廃棄物を利用することができる。これらのハロゲン含有可燃物を燃焼し、または熱分解することによってハロゲン化水素を含む燃焼ガスないし熱分解ガスが発生するので、これを本発明の方法に利用する。具体的には、例えば、この燃焼装置または熱分解装置を廃ガラスとハロゲン化水素ガスの反応装置の前に設置し、燃焼ガスもしくは熱分解ガスを反応装置に導入する。または、廃ガラス粉末とハロゲン含有可燃物を混合物とし、この混合物を反応容器中で加熱処理する等の方法がある。
【００１７】
ハロゲン化水素ガスのうち、塩化水素ガスを含む酸性ガスはポリ塩化ビニル等の塩素系樹脂廃棄物の燃焼もしくは熱分解によって得ることができる。近年、廃プラスチックのリサイクルが積極的に進められているが、塩素を含むポリ塩化ビニル等はサーマルリサイクルされた場合にもその塩素がトラブルを起こすことが多いのでリサイクルが制約され、処理に窮しているのが現状である。このため、ポリ塩化ビニル等を分離して処理している。ところが、ポリ塩化ビニル等は燃焼ないし熱分解によって３００℃付近から塩化水素ガスを発生する。本発明の方法は、この塩化水素ガスを廃ガラスの脱アルカリ処理に利用することによって一石二鳥の効果を得ることができる。
【００１８】
【実施例】
内径３６mmの石英管に約２５gのガラス粉末を詰め、管の一端から塩化水素と窒素の混合ガスを一分間あたり１リットルの流量で流入させた後、ガラス粉末を水洗処理し、ガラス中に残るアルカリ成分の含有量を測定した。使用したガラスの成分を表１に示した。また、ガラスの平均粒径、塩化水素ガス濃度、雰囲気温度、反応時間、アルカリ成分の除去率を表２に示した。なお、試料No.11〜13においては、ポリ塩化ビニルを熱分解して得た塩化水素ガスを含むガスを用いた以外は他と同じ条件で試験を行った。
【００１９】
この結果から明らかなように、ガラス粉末の平均粒径が２０μmより大きいとアルカリ成分の除去率が低下する。従って、ガラス粉末の平均粒径は２０μm以下が好ましい。また、雰囲気温度が４００℃付近や６００℃付近ではアルカリ成分の除去率が低いので、雰囲気温度は４００℃以上〜６００℃以下が好ましく、４５０℃〜５５０℃がより好ましい。さらに、雰囲気中の塩化水素濃度は１vol％以上が良く、３vol％以上であれば９７％〜１００％のアルカリ成分除去率を達成することができる（試料No.1〜No.3,No.11〜No.13）。
【００２０】
【表１】
0004373621.tif 000002
【００２１】
【表２】
0004373621.tif 000003
【００２２】
【発明の効果】
本発明の方法によれば、廃ガラス中のアルカリ成分を効果的に除去し、アルカリ成分量を低減することができ、廃ガラスを無機工業原料として有効にリサイクルすることができるようになる。