(57)【要約】      （修正有）【課題】産業廃棄物である各種のスラッジを各種建設資材としての再利用することができる固形成形体及びその製造方法を提供する。【解決手段】砕石場等において排出されるスラッジに、カルシウム化合物及びポゾラン物質を適切な割合で混合し、そして加圧成形し、その後、養生することを特徴とする。さらに、好適には前記養生では、浸透処理を行う。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
スラッジ10〜75重量部、カルシウム化合物10〜65重量部及びポゾラン物質5〜70重量部を含む固形成形体。
【請求項２】
ポゾラン物質が、シリカフューム及び／又はフライアッシュである請求項１の固形成形体。
【請求項３】
カルシウム化合物は、消石灰、生石灰及び水砕スラグのいずれか１以上である請求項１又は２の固形成形体。
【請求項４】
スラッジ30〜75重量部、消石灰10〜65重量部、シリカフューム5〜40重量部及び残りは水であることを特徴とする請求項３の固形成形体。
【請求項５】
スラッジ50〜70重量部、消石灰15〜60重量部、シリカフューム5〜30重量部及び残りは水であることを特徴とする請求項４の固形成形体。
【請求項６】
スラッジ10〜70重量部、消石灰10〜40重量部、フライアッシュ10〜70重量部及び残りは水であることを特徴とする請求項３の固形成形体。
【請求項７】
スラッジ粉末10〜75重量部、カルシウム化合物10〜65重量部、及びポゾラン物質5〜70重量部を混合し、50〜150MPaで加圧成形し、2〜30日間養生して得られる固形成形体。
【請求項８】
スラッジ粉末30〜75重量部、消石灰粉末10〜65重量部、シリカフューム粉末5〜40重量部を混合し、50〜150MPaで加圧成形し、2〜30日間養生して得られ、並びに圧縮強度40〜120 MPaであることを特徴とする固形成形体。
【請求項９】
以下の工程を含む固形成形体の製造方法：
（１）スラッジ粉末10〜75重量部、カルシウム化合物粉末10〜65重量部、及びポゾラン物質粉末5〜70重量部を混合して混合物を得る工程；
（２）前記混合物を加圧成形して成形物を得る工程；
（３）前記成形物を養生して固形成形体を得る工程。
【請求項１０】
前記（３）工程において、浸透処理を行うことを特徴とする請求項９の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スラッジを含む固形成形体及び該固形成形体の製造方法に関する。詳細には、砕石場をはじめとする骨材生産現場や浚渫現場の汚泥、建設残土あるいは焼却灰等のスラッジを、各種建設資材としての再利用するためのスラッジ処理技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
砕石場をはじめとする骨材生産現場において骨材製造時に生じる汚泥、ダム建設工事現場において濁水処理時に生じる汚泥、浚渫工事現場において生じる汚泥、各種建設現場において生じる建設残土、あるいは大規模焼却場において生じる焼却灰などのスラッジは、一般に産業廃棄物として、廃棄業者により埋め立てるなどの廃棄処分がなされているのが現状である。
特に、砕石工程中に発生する石粉（スラッジ）は可塑性に乏しく、再資源化が進んでいない産業廃棄物である。
【０００３】
近年発生する産業廃棄物の量は膨大で、その処分地の確保を年々困難なものとなり、これに伴う処分地の遠隔地化等により、廃棄処分に要する経費・労力も増大化の一途をたどっている。一方で、環境保護の観点から骨材の原材料となる山砂や川砂等の採取が抑制されるとともに、産業廃棄物の再生利用の可能性についても種々の試験、研究が行われている。
【０００４】
例えば、スラッジ処理に関する先行特許出願では、以下のものが開示されている。
【０００５】
特許文献１は、「スラッジに、改良軟化剤（セメント、シリカ、炭酸ナトリウム）を混合して、脱水処理、成形工程、軟化工程を得るスラッジ処理方法」を開示している。しかし、得られた骨剤は、本発明の固形成形体とは明らかに組成が異なる。また、該骨剤は、十分な強度を有さないと考えられる。
【０００６】
特許文献２は、「砕石副産物である濁水ケーキや石粉にカルシウム化合物を添加、混合し、さらに水熱固化処理すること」を開示している。しかし、得られた水熱固化成形品は、本発明の固形成形体とは明らかに組成が異なる。また、該水熱固化成形品の圧縮強度は、最大でも約35MPaであり、本発明の固形成形体の圧縮強度と比較して、低い。
【０００７】
特許文献３は、「セメント、潜在水硬性物質、ポゾラン物質、及び骨材を含有するモルタル組成物であって、骨材の一部あるいは全部に非鉄精錬スラグ骨材を含有しているモルタル組成物」を開示している。しかし、得られたモルタル組成物は、セメントを主成分として含んでいるので、本発明の固形成形体とは明らかに組成が異なる。
【０００８】
特許文献４は、「高炉スラグ粉末、セメント等、高性能減水剤及びアルカリ金属の亜硫酸塩等を含有してなる水硬性組成物」を開示している。しかし、得られた水硬性組成物は、本発明の固形成形体とは明らかに組成が異なる。
【０００９】
特許文献５は、「セメント、廃棄物溶融スラグ及びカルシウム化合物を配合した水硬性組成物」を開示している。しかし、得られた水硬性組成物は、セメントを主成分として含んでいるので、本発明の固形成形体とは明らかに組成が異なる。
【特許文献１】特開平８−２２９５９３
【特許文献２】特開２００２−１３７９５６
【特許文献３】特開２００６−３１５８８３
【特許文献４】特開平１１−０７９８２２
【特許文献５】特開平１１−２６３６５９
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、これら産業廃棄物である各種のスラッジを各種建設資材としての再利用することができる固形成形体及びその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するために、本発明の固形成形体の製造方法は、砕石場等において排出されるスラッジに、カルシウム化合物及びポゾラン物質を適切な割合で混合し、そして加圧成形し、その後、養生することを特徴とする。さらに、前記養生では、浸透処理を行うことを特徴とする。
【００１２】
すなわち、本発明は以下の通りである。
「１．スラッジ10〜75重量部、カルシウム化合物10〜65重量部及びポゾラン物質5〜70重量部を含む固形成形体。
２．ポゾラン物質が、シリカフューム及び／又はフライアッシュである前項１の固形成形体。
３．カルシウム化合物は、消石灰、生石灰及び水砕スラグのいずれか１以上である前項１又は２の固形成形体。
４．スラッジ30〜75重量部、消石灰10〜65重量部、シリカフューム5〜40重量部及び残りは水であることを特徴とする前項３の固形成形体。
５．スラッジ50〜70重量部、消石灰15〜60重量部、シリカフューム5〜30重量部及び残りは水であることを特徴とする前項４の固形成形体。
６．スラッジ10〜70重量部、消石灰10〜40重量部、フライアッシュ10〜70重量部及び残りは水であることを特徴とする前項３の固形成形体。
７．スラッジ粉末10〜75重量部、カルシウム化合物10〜65重量部、及びポゾラン物質5〜70重量部を混合し、50〜150MPaで加圧成形し、2〜30日間養生して得られる固形成形体。
８．スラッジ粉末30〜75重量部、消石灰粉末10〜65重量部、シリカフューム粉末5〜40重量部を混合し、50〜150MPaで加圧成形し、2〜30日間養生して得られ、並びに圧縮強度40〜120MPaであることを特徴とする固形成形体。
９．以下の工程を含む固形成形体の製造方法：
（１）スラッジ粉末10〜75重量部、カルシウム化合物粉末10〜65重量部、及びポゾラン物質粉末5〜70重量部を混合して混合物を得る工程；
（２）前記混合物を加圧成形して成形物を得る工程；
（３）前記成形物を養生して固形成形体を得る工程。
１０．前記（３）工程において、浸透処理を行うことを特徴とする前項９の製造方法。」
【発明の効果】
【００１３】
本発明の固形成形体は、従来の成形体とは異なり、高含有量のスラッジにもかかわらず、非常に優れた強度を示す。これにより、従来処理に困っていたスラッジの有効利用が可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
（スラッジ）
本発明の「スラッジ」とは、砕石工程中等に発生する石粉を意味する。より詳しくは、製砂設備では、粒度５mmアンダーの破砕品について、一般に７５μm以下の微細石粒子を除去するためにエアセパレータ等の乾式分級機で分級し、その後、除去仕切れずに残った微細石粒子の除去を前述の水洗により行うという製砂工程を採用している設備もある。このような製砂設備の場合、前記エアセパレータ等による分級によって主に７５μm以下の微細石粒子が副産物として発生する。この微細な石粒子は石粉（スラッジ）と呼ばれている。
なお、本実施例では、砕石場において生じるスラッジを利用した。しかし、本発明では、ダム建設工事現場において濁水処理時に生じる汚泥、浚渫工事現場において生じる汚泥、各種建設現場において生じる建設残土、あるいは大規模焼却場において生じる焼却灰等の他の方法で生じたスラッジも適用可能である。
なお、本発明で使用したスラッジの組成は、以下の通りである。しかし、下記組成には限定されない。
【００１５】
【表１】
2009221032.tif 000002
【００１６】
（ポゾラン物質）
本発明の「ポゾラン物質」とは、カルシウム化合物と反応する物質を意味する。その具体例としては、例えば、フライアッシュ、シリカフューム、カオリン鉱物（カオリナイト、ディッカイト、モハロイサイトの未焼成物）、パルプスラッジ焼却灰、下水汚泥焼却灰、及び廃ガラス粉末等、又はそれらの混合物が挙げられる。なお、フライアッシュ、シリカフュームが好ましく、より好ましくはシリカフュームである。
【００１７】
フライアッシュとは、微小粒子よりなる灰で、空中に浮遊する（fly）性質により呼ばれている。なお、焼却灰は、焼却炉の底などから回収される焼却主灰（ボトムアッシュ）と焼却廃ガス中に浮游する飛灰（フライアッシュ）に分けられる。フライアッシュの主成分はシリカ（SiO2）とアルミナ(Al2O3)であり、この２つの無機質で全体の70〜80％を占めている。その他少量の酸化第二鉄(Fe2O3)、酸化マグネシウム(Mg0)、酸化カルシウム(CaO)等を含む。
なお、本発明で使用したフライアッシュの組成は、以下の通りである。しかし、下記組成には限定されない。
【００１８】
【表２】
2009221032.tif 000003
【００１９】
シリカフュームとは、高純度SiO2の非晶質球状微粒子であり、フェロシリコン、電融ジルコニア、金属シリコンの製造時に発生する、平均粒径0.15μmと非常に細かい球状の微粒子である。
なお、本発明で使用したシリカフュームの組成は、以下の通りである。しかし、下記組成には限定されない。
【００２０】
【表３】
2009221032.tif 000004
【００２１】
（カルシウム化合物）
本発明のカルシウム化合物とは、組成中にカルシウムを含有することを特徴とする。例えば、消石灰、生石灰、水砕スラグ等、又はそれらの混合物が挙げられる。なお、好ましいカルシウム化合物は、水砕スラグ又は消石灰であり、より好ましいカルシウム化合物は消石灰である。
【００２２】
なお、水砕スラグとは高炉から生成する溶融スラグに多量の圧力水を噴射することにより急冷した砂状のスラグで、その用途はセメント原料、土木建材用資材、ケイカル肥料、高級ガラス用原料として使用されている。
なお、本発明で使用したフライアッシュの組成は、以下の通りである。しかし、下記組成には限定されない。
【００２３】
【表４】
2009221032.tif 000005
【００２４】
（固形成形体）
本発明の「固形成形体」とは、スラッジ、カルシウム化合物及びポゾラン物質を含む混合物を一連の処理により成形して、圧縮強度約40〜120MPaを持つ固形物を意味する。
なお、組成割合は、スラッジ10〜75重量部、カルシウム化合物10〜65重量部及びポゾラン物質5〜70重量部である。
【００２５】
また、ポゾラン物質としてシリカフュームを使用した場合の固形成形体は、好ましくは、スラッジ30〜75重量部、石灰10〜65重量部、シリカフューム5〜40重量部及び残りは水であり、より好ましくは、スラッジ50〜70重量部、石灰15〜60重量部、シリカフューム5〜30重量部及び残りは水である。
【００２６】
また、ポゾラン物質としてフライアッシュを使用した場合の固形成形体は、好ましくは、スラッジ10〜70重量部、石灰10〜40重量部、フライアッシュ10〜70重量部及び残りは水である。
【００２７】
また、本発明の固形成形体は、スラッジ粉末10〜75重量部、カルシウム化合物10〜65重量部、及びポゾラン物質粉末5〜70重量部を混合し、50〜150MPaで加圧成形し、2〜30日間養生して得られる。
さらに、本発明の固形成形体は、圧縮強度40〜120 MPaを示し、スラッジ粉末10〜75重量部、消石灰粉末15〜65重量部、シリカフューム粉末5〜40重量部を混合し、50〜150MPaで加圧成形し、2〜30日間養生して得られる。
【００２８】
（固形成形体の製造方法）
本発明の「固形成形体の製造方法」は、少なくとも以下の工程を行う。
（１）混合物を得る工程。
（２）加圧成形して成形物を得る工程。
（３）成形物を養生して固形成形体を得る工程。
なお、好ましくは、上記（３）工程において、浸透処理工程を行う。
【００２９】
（混合物を得る工程）
各種の粉末（スラッジ粉末10〜75重量部、カルシウム化合物粉末10〜65重量部、及びポゾラン物質粉末5〜70重量部）を秤量し、ボールミル等を用いて十分に混合して、混合物を得る。
【００３０】
（混合物を加圧成形して成形物を得る工程）
上記混合物を成形機（例：一軸加圧成形装置）を用いて、約50〜150MPa、好ましくは約70〜100MPaという圧力で混合物をブロックなどの成形物（ペレット状成形物）を得る。
【００３１】
（成形物を養生して固形成形体を得る工程）
上記成形物を室温又は約80 ℃という非常に温和な条件に保たれた反応容器内で2日〜300日、好ましくは3日〜90日、より好ましくは30日〜60日で養生する。
なお、好ましくは、前記反応容器内の相対湿度は、反応器内に水を置くことによって、湿度を約40〜95％、好ましくは約70〜92%に保つ。
【００３２】
（浸透処理工程）
さらに、好ましくは前記固形成形体を得る工程では、浸透処理を行う。
なお、本発明の「浸透処理」とは、H2Oあるいはアルカリ溶液をしみ込ませたろ紙上に前記成形物を置き、毛細管現象によってH2Oあるいはアルカリ溶液が徐々に該成形物内に浸透させることである。
なお、前記アルカリ溶液とは、NaOH、KOH、消石灰、白班（明礬石）、水ガラス（珪酸ソーダ）等を含む溶液を単独で使用したり、複合で使用したりすることもできる。なお、本発明の好ましいアルカリ溶液は、KOH溶液又はNaOH溶液である。
【００３３】
以下に本発明を実施例により具体的に説明する。なお、これらの実施例は本発明を説明するためのものであって、本発明の範囲を限定するものではない。
【実施例１】
【００３４】
（シリカフューム、消石灰を使用した固形成形体の製造及び該固形成形体の特性評価）
本実施例では、シリカフューム、消石灰を使用した固形成形体の製造及び該固形成形体の特性評価を行った。詳細は、以下の通りである。
【００３５】
（固形成形体の製造）
スラッジ粉末（参照：表１）、シリカフューム粉末（参照：表３）及び消石灰粉末を下記表５に記載する割合でボールミルを用いて十分に混合して、混合物を得た。
得られた混合物は、一軸加圧成形装置を用いて、約90MPa（90N/mm2）圧力で加圧成形して成形物を得た。
得られた成形物を各条件下（室温、50℃、80℃）で0〜258日間養生して固形成形体を製造した。なお、養生中には、H2O、KOH溶液又はNaOH溶液をしみ込ませたろ紙上に成形物を置き、毛細管現象によって溶液が徐々に該成形物内に浸透させた（試料Ｎｏ．６の一部を除く）。また、反応容器内の相対湿度は、反応器内に水を置くことによって、湿度約90％に保った。
さらに、得られた固形成形体の強度を簡易的に測定した。強度基準は、以下の通りである。
３：  手で割れない
２：  ある程度の力で手割可能である
１：  弱い程度の力で手割可能である
０：  容易に崩壊状態になる
【００３６】
【表５】
2009221032.tif 000006
なお、（  ）は、スラッジ量を１とした時の各成分の重量を意味する。また、[  ]は、体積比（概算）を意味する。以下の表も同じ。
【００３７】
上記強度測定結果を図１〜９に示す。
図１〜９の結果により、固形成形体中のスラッジ量が増えると強度が高くなった。しかし、固形成形体中のスラッジ量が80重量部近くなると強度が下がった。また、80℃での養生は、室温での養生と比較して、強度が高かった。さらに、80℃での養生は、室温での養生と比較して、より早く強度が高くなった。
以上により、シリカフュームを使用した固形成形体では、スラッジ量がある程度まで増加させたほうが、高強度になるという従来の知見とはまったく異なる結果を得た。
【実施例２】
【００３８】
（フライアッシュ、消石灰を使用した固形成形体の製造及び該固形成形体の特性評価）
本実施例では、フライアッシュ、消石灰を使用した固形成形体の製造及び該固形成形体の特性評価を行った。詳細は、以下の通りである。
【００３９】
（固形成形体の製造）
スラッジ粉末（参照：表１）、フライアッシュ粉末（参照：表２）及び消石灰粉末を下記表６に記載する割合でボールミルを用いて十分に混合して、混合物を得た。
得られた混合物は、一軸加圧成形装置を用いて、約90MPa（90N/mm2）圧力で加圧成形して成形物を得た。
得られた成形物を各条件下（室温、80℃）で0〜239日間養生して固形成形体を製造した。なお、養生中には、H2O、KOH溶液又はNaOH溶液をしみ込ませたろ紙上に成形物を置き、毛細管現象によって溶液が徐々に該成形物内に浸透させた。また、反応容器内の相対湿度は、反応器内に水を置くことによって、約90％程度に保った。
さらに、得られた固形成形体の強度を簡易的に測定した。強度基準は、実施例１と同様である。
【００４０】
【表６】
2009221032.tif 000007
【００４１】
上記強度測定結果を図１０〜１５に示す。
図１０〜１５の結果により、80℃での養生は、室温での養生と比較して、強度が高かった。さらに、80℃での養生は、室温での養生と比較して、より早く強度が高くなった。
また、好ましい固形成形体の組成は、スラッジ10〜70重量部、消石灰10〜40重量部、フライアッシュ10〜70重量部であることがわかった。さらに、より好ましい固形成形体の組成は、スラッジ10〜60重量部、消石灰10〜40重量部、フライアッシュ20〜70重量部であることがわかった。
【実施例３】
【００４２】
（シリカフューム、消石灰を使用した固形成形体の圧縮強度の測定）
本実施例では、実施例１で得られた好ましい組成割合の固形成形体の圧縮強度を測定した。詳細は、以下の通りである。
【００４３】
下記表７に記載の割合（Ｎｏ．１６〜１９）で、実施例１と同様な方法で固形成形体を製造した。
なお、すべての試料Ｎｏ．１６〜１９は、KOH溶液で浸透処理をおこなった。また、試料Ｎｏ．１６は室温で養生し、他の試料Ｎｏ．１７〜１９は80℃で養生した。
得られた固形成形体の圧縮強度を測定した。測定方法は、以下の通りである。
φ10 mm、厚さ10 mmとした円柱状固形成形体を圧縮強度測定装置（オートグラフAG-100KN、製造元：(株)島津製作所）を使用して荷重速度0.5mm／分により圧縮強度を測定した。
なお、装置の仕様の詳細は以下の通りである。
最大荷重        100kn
負荷方式        機械式
最小レンジ      1kN
最大ストローク  650mm
支柱間          575mm
【００４４】
【表７】
2009221032.tif 000008
【００４５】
上記圧縮強度の測定結果を下記表８に示す。
本発明の固形成形体は、養生期間が短い3日間でも約45MPa以上という高い圧縮強度を示した。さらに、養生期間を長くすると、約100MPa程度までの高い圧縮強度を示した。
以上により、本来可塑性に乏しいスラッジの含有量が増えるほど、同じ養生期間で比べると、その圧縮強度は高まるといった傾向があることがわかった。これは、砕石スラッジの処理を考える上では非常に有用である。
【００４６】
さらに、上記実施例１との結果を合わせて、好ましい固形成形体の組成は、スラッジ30〜75重量部、消石灰10〜65重量部及びシリカフューム5〜40重量部であることがわかった。さらに、より好ましい固形成形体の組成は、スラッジ50〜70重量部、消石灰15〜60重量部及びシリカフューム5〜30重量部であることがわかった。
【００４７】
【表８】
2009221032.tif 000009
なお、上記「―」は、未測定を意味する。
【００４８】
また、ポゾラン物質としてシリカフューム、カルシウム化合物として水砕スラグを使用した固形成形体も高い強度を示すことを確認している。
【産業上の利用可能性】
【００４９】
スラッジの再利用が可能である。また、本発明の高含有量スラッジを含む固形成形体は非常に高い圧縮強度を有するので、骨材等に利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】試料Ｎｏ．１の強度測定結果
【図２】試料Ｎｏ．２の強度測定結果
【図３】試料Ｎｏ．３の強度測定結果
【図４】試料Ｎｏ．４の強度測定結果
【図５】試料Ｎｏ．５の強度測定結果
【図６】試料Ｎｏ．６の強度測定結果
【図７】試料Ｎｏ．７の強度測定結果
【図８】試料Ｎｏ．８の強度測定結果
【図９】試料Ｎｏ．９の強度測定結果
【図１０】試料Ｎｏ．１０の強度測定結果
【図１１】試料Ｎｏ．１１の強度測定結果
【図１２】試料Ｎｏ．１２の強度測定結果
【図１３】試料Ｎｏ．１３の強度測定結果
【図１４】試料Ｎｏ．１４の強度測定結果
【図１５】試料Ｎｏ．１５の強度測定結果
【図１】
2009221032.tif 000010
【図２】
2009221032.tif 000011
【図３】
2009221032.tif 000012
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2009221032.tif 000016
【図８】
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【図９】
2009221032.tif 000018
【図１０】
2009221032.tif 000019
【図１１】
2009221032.tif 000020
【図１２】
2009221032.tif 000021
【図１３】
2009221032.tif 000022
【図１４】
2009221032.tif 000023
【図１５】
2009221032.tif 000024