産業廃棄物の環境低負荷型活用の研究
志波雄三
陶磁器製品廃棄物(セルベン)、使用済石こう型、天草陶土製造工程から排出される「ケイ」や原料を組み合わせて、使用エネルギーが磁器焼成より少ない水熱処理(オートクレーブ)法により固化体を作製して基礎データを収集した。セルベン 60wt%、使用済み石こう型 20wt%、消石灰 20wt%の配合比で、細孔直径 0.01μm 程度の固化体が得られた。
1. はじめにされる「ケイ」や原料を組み合わせて行った。

環境問題は昨今の最大関心事であり、廃棄物の減量化推進や循環型システムの構築といった取り組み

2. 実験方法が産官、市民レベルで行われている。

2.1 原料および配合

当センターにはこれまで様々な企業や団体等からセルベンと使用済石こう型は長崎県の産業廃棄物産業廃棄物の有効活用相談等があり、その都度対応処理業者より入手した。ただし、セルベンは上絵加し、廃棄物を何らかの方法で処理して固化体を作製飾品を除いてある。また使用済み石こう型は約し活用用途を探ってきた。しかしながら、これまで200℃で一度加熱されている。入手状態の粒径は、どの研究では廃棄物の固化工程を環境負荷が大きい高ちらも数 mm 以下であった。本実験の前に予備実験

温焼成(1200℃以上)で行ってきた。そこで本研究でとして配合比No.1 とNo.2 について入手状態のままは固化に、既存研究より使用エネルギーが少ない水混合、成形､水熱処理の固化体作製を行った。このと熱処理法を用いて、環境負荷が低減できる方法を研き No.1 の水熱処理後試験体は崩壊した。
これはセル究する。

ベン等の粒径が荒かったため固化反応が進行しづら

本報告ではまず、基礎データの収集という目的かかったと考えられる。このため目開き約 1mm の篩ら数種の産業廃棄物を所定条件で水熱処理により固いを通した。その結果、本実験では崩壊しなかった。

化し、固化体の細孔分布､圧縮強度、結晶相を測定しセルベンは化学組成と結晶相、廃石こうは結晶相て評価した。対象とした産業廃棄物は、本県陶磁器を調べた。ケイは県内陶土業の組合より入手し特に業界で処分場問題などが表面化しつつある陶磁器製処理せず使用した。炭酸化により固化作用がある原品廃棄物(以下セルベンと表記)、使用済石こう型(以料として消石灰：Ca(OH)2(和光純薬､試薬特級)を用下廃石こうと表記)とし、天草陶土製造工程から排出いた。配合比を表 1 に示す。No.1 はセルベンと廃石

表1 配合比(wt%)

No.

12345678

セルベン

7070606060505050

廃石こう

300203010203010

消石灰

030201030201030

ケイ00000101010

こうのみ、No.2 はセルベンと消石灰のみの場合で2.3 試験体の評価No.3 以降のベース配合とした。No.6～8 で「ケイ」作製した試験体について、細孔分布を水銀圧入式を用いたのは廃棄物活用という目的もあるが、天草ポロシメーター(島津製作所製、Auto PoreⅡ9420)

陶石に含まれる石英は他産地の珪石等と比べて反応で、圧縮強度を島津製作所製オートグラフ

性がよいという中川らの報告 1)から､固化作用に好影

AGS-5kND によりヘッドスピード 0.5mm／min で響を及ぼすと考え、用いた。これらの原料は合計重測定した。また、原料および試験体の結晶相を X 線量 200g をらいかい機で 1hr 混合した。

回折(PANalytical 製、X’Pert PRO)により調べた。

2.2 試験体の作製

3. 結果と考察

試験体の成形は油圧式ハンドプレス機(アプライ

3.1 廃棄物の特性ドジャパン製、SEFW-20)により加重圧力 1ton/cm2

セルベンの化学組成を表 2 、X 線回折図を図 1で行い、概寸法厚さ 8×幅 20×長さ 20mm の試験に示す。化学組成では CaO が 1.56wt%であり一般体を作製した。水熱処理は栗原製作所製オートクレ

的な当産地の磁器素地の組成と比べるとやや多かっーブにより、175℃まで昇温し1hr 保持して行った。

た。これは釉薬成分に起因していると考えられる。

このとき釜内は最高約 12 気圧であった。

また素地の有色成分となる Fe2O3 と TiO2 もやや多かった。表 2 に示す以外の成分については定性分析によると微量の Cr が検出されたが、Pb 等の重金属

表2 セルベンの化学組成(wt%)

SiO2

Al2O3 Fe2O3TiO2CaO

MgO

Na2O

K2O

72.02

21.210.18

1.56

0.32

0.68

3.070.91

QIntensity

Q : 石英M : ムライト
C : コランダム

QM

5101520MC25

M M

30C35

Q QM CQ Q
C402θ/°(CuKα)
図1 セルベンの X 線回折線

45Q C
50CQ
5560は認められなかった。図 1 に示すように結晶相は石傾向を示したが、強度の値は前者より低かった。ま英とムライトそれにコランダムが検出された。またた結晶相も同様に No.6 が一番多く認められた。
当初ガラス相とされる 2θ=15゜～25゜の回折線強度が予想した「ケイ」使用による強度向上は見られなかやや高くなっていることが分かる。

った。また「ケイ」を使用すると細孔直径に差が表使用済み石こう型の結晶相を同定したところ石これにくいことが分かった。これらについてはケイ粒う、半水石こう、二水石こうの混合相であった。当径の変化による影響を調べる必要があると考える。

初予想した半水石こうのみではなかった。

表 3 より本実験で作製した試験体ではいずれも半水石こうや二水石こうの結晶相は得られなかった。

3.2 固化試験体の特性
図 2～4 に試験体の細孔分布曲線を示す。また、そこれは水熱処理条件に検討すればさらに低い温度でも固化できることが考えられる。

れぞれの圧縮強度を表 3 に示す。図 2 から No.1 はまた結果として No.3 の配合で最も小さい細孔径

最も多い細孔直径は 0.30μm、No.2 では 0.02μmがあり、一定の強度を持つ固化体が得られた。調湿と約 12 倍 No.1 の方が大きかった。圧縮強度は 10性能に期待が持てる。

倍以上 No.2 が高かった。同じく図 3 をみると最も多い細孔直径は No.3 が最も小さく 0.01μm 程度で4. まとめあり、No.5、No.4 と順に大きくなり、No.4 では 0.1

本県陶磁器業界で処分場問題などが表面化しつつμm 程度だった。圧縮強度は細孔直径が小さい方かあるセルベン、使用済石こう型、天草陶土製造工程

ら順に高い値を示した。これは前述の No.1 と No.2から排出される「ケイ」や原料を組み合わせて、使の結果から予想される廃石こうと消石灰の一律な増用エネルギーが磁器焼成より少ない水熱処理(オー減には伴っていないことが分かった。No.1 と No.2トクレーブ)法により固化体を作製して基礎データの関係から No.3～5 の細孔直径の大きさは消石灰混を収集した。

入量が最も多い No.5 最も小さくなると予想された

セルベン60wt%、廃石こう20wt%、消石灰20wt%

が、実際は廃石こうと消石灰を同量混入した No.3の配合比で、メディアン細孔直径 0.01μm 程度の固が最も小さかった。表 4 に X 線回折により各試験体化体が得られた。

を同定した結晶相を示す。No.3 では石英をはじめ､今後は低エネルギー化を見据えた水熱処理条件のトバモライトなど数種の結晶相が認められた。No.3

検討、ケイの粒径検討、No.3 配合をベースとした固の微細構造と高強度は、様々な結晶相が起因してい化体の調湿性能の調査等を行う。

ることが考えられる。
しかしながら図4 をみるとNo.6～8 の最も多い細孔直径は 0.07～0.1μm 程度で、3 者の大きな差は見られなかった。圧縮強度の順序は No.3～5 と同様な

参考文献
1) 中川善兵衛，濱野健也，武司秀夫，宇野泰章，粘土科学，22，179－191(1982)．

0.400.35log微分細孔容量(cm /g)

No.1

30.30
0.25
0.20
0.15

No.2

0.100.05
0.00
0.001

0.01

0.1

1101000.30

No.3

0.25

No.4

0.20

No.5

0.15
0.10
0.05
0.00
0.001

1000

0.010.1

細孔直径(μm)

1101001000

細孔直径(μm)

図2 No.1、No.2 の細孔分布曲線

図3 No.3～5 の細孔分布曲線0.450.40log微分細孔容量(cm3/g)

3log微分細孔容量(cm /g)

0.350.35

No.60.30

No.70.25No.80.20
0.15
0.10
0.05
0.00
0.001

0.010.1

1101001000

細孔直径(μm)

図4 No.6～8 の細孔分布曲線

表3 圧縮強度No.

1

圧縮強度(MPa)

523461以上 58以上 425678石こうボード

50 57以上 2943

178

表4 認められた結晶相No.

123456

石英
石英
石英
石英
石英
石英
無水石こう
無水石こう
無水石こう 石英
消石灰
無水石こう ムライト
無水石こう カルサイト
カルサイト
ムライト
結晶相 石英
ムライト
ムライト
カルサイト
ムライト
ムライト
ムライト
カルサイト ムライト
カルサイト
カルサイト トバモライト
トバモライトトバモライト