(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
石炭灰、製紙スラッジ、建設汚泥などのシリカ系廃棄物に、石膏又は亜硫酸石膏あるいはそれらの含有廃棄物を添加して溶融し、かつその添加量は溶融試料中のシリカ質量に対してＣａＯ換算で１０〜１５０質量％となる量にして添加し、その後、冷却・硬化して石材となすことを特徴とする廃棄物の溶融処理による石材の製造方法。
【請求項２】
石炭灰、製紙スラッジ、建設汚泥などのシリカ系廃棄物に、石膏又は亜硫酸石膏あるいはそれらの含有廃棄物とセメント、生石灰等の固化材を添加して溶融し、かつその添加量は溶融試料中のシリカ質量に対してＣａＯ換算で１０〜１５０質量％となる量を添加し、その後、冷却・硬化して石材となすことを特徴とする廃棄物の溶融処理による石材の製造方法。
【請求項３】
石膏又は亜硫酸石膏あるいはそれらの含有廃棄物の添加量は、溶融試料中のシリカ質量に対して、ＣａＯ換算として、シリカ系廃棄物中に含有されるＣａＯ成分との総和量で３０〜１５０質量％であることを特徴とする請求項１ないし２のいずれか１項に記載の廃棄物の溶融処理による石材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、廃棄物の溶融処理による石材の製造方法に関し、特にシリカ系廃棄物を原料とする石材の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
環境保全に対する関心の増加にともなって、建設系廃棄物や産業系廃棄物のリサイクル焼却処分は廃棄物の減容化及び有害な有機物の削減、腐敗物質の発生抑制に効果が高く、我が国の廃棄物処理においては必須なプロセスとし活用が高まっている。例えば、一般廃棄物すなわち都市ゴミや下水道スラッジ、製紙スラッジ、食品スラッジなどの多くの廃棄物が焼却処理され、安全に処分されている。
こうした焼却処分後には焼却灰が発生するが、この焼却灰には時として重金属などが含有されている場合もあり、有効利用には限界があった。
また、焼却灰以外の建設汚泥などについても有効活用が進んでいない。
こうした状況を改善すべく、様々な検討が進められおり、その中で、シリカ系廃棄物の利用はスラグ化（溶融処理）を通して進める方向性になりつつある。
その理由の一つは、平成５年に環境庁が告示した土壌環境基準が非常に厳しい溶出規制値を採用しており、従来のセメント固化では達成できない場合が多いためである。
セメント混合処理による固化などに比較してコストが高いスラグ化に移行せざるを得ないのは、シリカ系廃棄物を高温で溶融することによって、有害物が含有されている場合であってもそれを溶出しにくい状態にできるためである。
【０００３】
ところで、シリカ系廃棄物のスラグ化に際して問題となるのがコストである。
主要コストは廃棄物を溶融温度以上までに上げるための熱エネルギー源と、溶融炉の建設費である。
溶融温度を低下させる方法として、石灰石や生石灰なとのＣａＯ成分を添加してスラグの塩基度を上昇させることによって実現する方法があったが、石灰石等資源の無駄使いとなり、処理に関わるコストも増加するという問題があった。
また、廃棄物の種類によってはスラグ化に際してガスが発生する場合があり、スラグ溶融体の粘度が高い場合には、冷却後のスラグ中に多量の気泡が残存することになる。多量に気泡が残存すると、固化したスラグ製品の用途によっては利用に支障を来す可能性があるほか、減容化率も大幅に低下してしまう。
以上のように、従来の処理方法では強引に加熱して溶融するのみであり、多大なエネルギーを消費しているにも拘わらず溶融物は気泡を含む不均質な材料ができるのみであった。よって、▲１▼．シリカ系廃棄物のスラグ化処理に当たっては対象物の溶融温度を低コストで低下させる必要があり、また、▲２▼．溶融体の粘性を低下させて緻密なスラグを形成させる必要があった。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは上記課題を解決すべく種々検討・研究を行い、下記構成の本発明をなすに至った。
（１）石炭灰、製紙スラッジ、建設汚泥などのシリカ系廃棄物に、石膏又は亜硫酸石膏あるいはそれらの含有廃棄物を添加して溶融し、かつその添加量は溶融試料中のシリカ質量に対してＣａＯ換算で１０〜１５０質量％となる量にして添加し、その後、冷却・硬化して石材となすことを特徴とする廃棄物の溶融処理による石材の製造方法。
（２）石炭灰、製紙スラッジ、建設汚泥などのシリカ系廃棄物に、石膏又は亜硫酸石膏あるいはそれらの含有廃棄物とセメント、生石灰等の固化材を添加して溶融し、かつその添加量は溶融試料中のシリカ質量に対してＣａＯ換算で１０〜１５０質量％となる量を添加し、その後、冷却・硬化して石材となすことを特徴とする廃棄物の溶融処理による石材の製造方法。
（３）石膏又は亜硫酸石膏あるいはそれらの含有廃棄物の添加量は、溶融試料中のシリカ質量に対して、ＣａＯ換算として、シリカ系廃棄物中に含有されるＣａＯ成分との総和量で３０〜１５０質量％であることを特徴とする前項（１）ないし（２）のいずれか１項に記載の廃棄物の溶融処理による石材の製造方法。
【０００５】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態について説明する。
本発明では、シリカやアルミナなど、土などと同等の成分からなる廃棄物（例えば、石灰石、製紙スラッジ焼却灰、都市ゴミ焼却灰、建設汚泥など）を溶融処理して人造石や人造石パネルを製造するに当たって、製造品の品質向上と製造コストを低減するために溶融物質の粘度の低下と気泡の低減並びに溶融温度の低下を目的として、石膏、亜硫酸石膏又はそれらの含有物を主成分とする化合物をシリカ系廃棄物に混合し、溶融処理する。
すなわち、▲１▼．シリカ系廃棄物に石膏、亜硫酸石膏又はそれらの含有廃棄物（例えば、脱硫石膏や石膏ポード屑など）を、溶融試料中のシリカに対してＣａＯ換算で１０〜１５０質量％となるように添加して溶融する。この過程を経ることにより、溶融状態のシリカ系廃棄物の粘度を低下できるため、発生ガスによる残留気泡を溶融物中からほとんど除去できる。
▲２▼．シリカ系廃棄物に石膏、亜硫酸石膏又はそれらの含有廃棄物（例えば、脱硫石膏や石膏ポード屑など）を、溶融試料中のシリカに対してＣａＯ換算で１０〜１５０質量％、及びセメントや石灰などの固化材を添加・混合して固化し、続いて混合固化物を溶融する。この過程を経ることにより、▲１▼．の効果が得られるほかに、シリカ系廃棄物と石膏、亜硫酸石膏又はそれらの含有廃棄物（例えば、脱硫石膏や石膏ポード屑など）とがムラなく混合された状態で、溶融処理されるため、溶融温度に達する時間が短く、かつ均質な溶融物及び硬化物（石材）が得られる。
なお、添加する脱硫石膏等中及びシリカ系廃棄物等中のＣａ成分の総和量を、ＣａＯ換算で、溶融スラグ中のシリカ質量に対して１０〜１５０質量％とすることが好ましい。１５０質量％を越える量とすると、溶融中のガス発生量が大きくなり、減容化が大きく損なわれるほか硬化物（スラグ）の強度の低下等のためその用途も大きく制限される。また、３０質量％未満量であると融点の上昇と粘性の増加が発生し、安定した溶融物が得られなくなる。
よって、脱硫石膏等の添加量は、ＣａＯ換算で石炭灰中のシリカ質量に対して１０〜１５０質量％が好ましい。
【０００６】
本発明の実施の形態を実施例により説明する。
焼却処理施設では、ＳＯｘガスの処理に伴って、多量の脱硫石膏が排出されている。この脱硫石膏は石膏ポードの原料などに有効利用されているが、この利用にも限界があり、新たな利用方法が必要となっている。建設産業から発生する石膏ポード屑も同様である。また、廃棄物の焼却などにおいて発生する脱硫石膏を有効利用する必要があった。
【０００７】
【実施例】
シリカ系廃棄物である石炭灰（フライアッシュ）に各種割合で排煙脱硫石膏を添加し、加熱溶融した。
溶融条件は、１５００℃で３０分間保持した。
溶融時における溶融体の粘度は、図１に示す方法で確認した。すなわち、長さ８ｃｍの高融点耐火平板Ｐの一端側に１ｇの溶融対象物（試料）Ｔを置き、その一端側部分の下面に高さ５ｍｍの高融点耐火性棒Ｈを挿設し、傾斜状態で加熱溶融した。
加熱によって溶融した試料Ｔは傾斜勾配にしたがって流下するが、その流動長さＬは、溶融時の粘度が低ければ長くなり、粘度が高ければ短くなる。
冷却後に溶融した試料Ｔの流動長さＬを測定し、溶融混合材の粘度を簡易的に把握した。
試験結果を図２に示した。
図中、Ａ材は石灰石を、Ｂ材は脱硫石膏を、石炭灰中に添加した試料である。
溶融材料の流動長さは酸化カルシウム（ＣａＯ）とシリカ（ＳｉＯ２：二酸化珪素）との比率である塩基度の増加によって大きくなっている。そして、その傾向は、添加剤としてＡ材のみ、Ｂ材のみ、Ａ材とＢ材の混合物を使用しても同じ結果となっている。
以上のように、排煙脱硫石膏は溶融処理における塩基度調整材として使用できるが、その可能添加率には限界がある。すなわち、脱硫石膏をＣａＯ換算で石炭灰中のシリカ質量に対して多くの量を添加すると、溶融中のガス発生量が大きくなり、減容化が大きく損なわれるほか、スラグの用途も大きく制限されるようになってしまう。
ガスは低沸点成分、炭酸ガスなどの溶融スラグ中に固溶できない成分と考えられるが、物質は特定できていない。このため、脱硫石膏の添加率は石膏、亜硫酸石膏換算で５〜１００質量％の範囲が好ましい。特に好ましくは、気泡の発生しない５〜６０質量％である。
【０００８】
石炭灰を溶融処理する場合、粒子の飛散を防止するために、固形化（ブリケット化）が前提となる。
石炭灰の固形化にはセメントや石灰が用いられるが、ここに排煙脱硫石膏を添加すると強度増加効果が得られる。一定強度を得るためにはセメントなどの固化材必要量を低減できるので、コスト面から見ても排煙脱硫石膏の添加は有用性が高い。
排煙脱硫石膏は高温でも分解しにくい性質を持っているが、溶融時の条件によっては亜硫酸ガスや硫化水素などを発生する可能性もある。そこで、溶融過程でのガスの発生量を分析した。その結果、脱硫石膏添加の石炭灰を１５００℃で溶融した場合、分解ガス中の硫黄質量は元試料中に含有される硫黄質量の５％以下であることが確認できた。
以上の結果から、添加した脱硫石膏は石炭灰の溶融温度と粘度を有効に低下させ、溶融物中に安定的に存在し続けることが判った。
【０００９】
【発明の効果】
以上のとおり、本発明によれば、
シリカ系廃棄物に、石膏、亜硫酸石膏又はそれらの含有廃棄物を添加して溶融することにより、容易に優良な石材を製造することができる。
廃棄物試料の減容化も達成され、かつ気泡量も少なく、高強度な硬化物石材を製造することができる。
よって、廃棄物である石膏ボード屑等の石膏、亜硫酸石膏又はそれらの含有廃棄物を石材製造に有利に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】石炭灰に脱硫石膏にを添加して１５００℃で溶融した時の粘度（流動長さ）の測定法を示す説明図。
【図２】石炭灰に脱硫石膏を添加して１５００℃で溶融した時の溶融材料の塩基度（ＣａＯ／ＳｉＯ２）と流動長さの関係を示すグラフ図。
【符号の説明】
Ｔ：溶融対象物（溶融試料），Ｈ：高融点耐火性棒，Ｌ：溶融体の流動長さ，
Ｐ：高融点耐火平板
【図１】
0003800467.tif 000002
【図２】
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