セラミックス基盤工学研究センター年報 (2008). Vol. 8, 23-27

山口

総説

幸男

工業用砥石廃材の再生による有用化（2）山口幸男

名古屋工業大学セラミックス基盤工学研究センター〒 507-0071 岐阜県多治見市旭ヶ丘 10-6-29

Utilization by Recycling of Waste Grinding Wheels IIYukio Yamaguchi
Ceramics Research Laboratory, Nagoya Institute of Technology
Asahigaoka 10-6-29, Tajimi Gifu 507-0071 JAPAN
From viewpoint of resources and environmental protection, in order to recover abrasive grains from waste resinoid grinding wheels
are recoverd, sorted, crushed, combursed / thermal decomposed, separated, and so on. In this way recovered abrasive grains arereused as grinding wheel materials. In this report a study with regard to recycling of waste resinoid grinding wheels is introduced.

ド砥石のリサイクルを困難にしている原因の一つである。

1．はじめに代表的なレジノイド砥石の外観を Fig.1 に示す。
わが国の主要産業である鉄鋼・金属産業をはじめ、自動車産業やその部品関連産業等の多くの産業においては、年間約 4 万トンの工業用砥石が使用 1) されているが、そのうちの 1/4 〜 1/3 は砥石を機械に取り付ける構造上の問題から使用できず、産業廃棄物として管理型処分場にて埋め立て処分されている。このことが他の廃棄物と同様に処分場の不足問題や資源の無駄遣いを招いている。
そこで、前報 2) でも紹介したように、使用済みとなったビトリファイド砥石を回収・再生し、バレル研磨材や各種グリットに再利用 3) することにより、資源の有効活用と処分量減少による環境負荷低減を達成することができた。本報では、懸案となっているレジノイド砥石廃材の有用化についての取り組みを紹介する。
Fig.1 レジノイド砥石の外観

2．レジノイド砥石とはTable1 レジノイド砥石の主な構成成分（ビトリファイド砥石との比較）

レジノイド砥石は、研削・研磨性を有する

レジノイド砥石

酸化アルミニウムや炭化珪素のような硬質セ酸化アルミニウム質（Al2O3） 酸化アルミニウム質（Al2O3）

ラミックス、すなわち砥材をフェノール樹脂

砥材等の高分子化合物で結合・固化した砥粒加工

高分子化合物

鉄鋼・金属、医療、磨き等の分野に多用され結合剤であり、ビトリファイド砥石に比べて多くのである。この多成分であることが、レジノイ

炭化珪素質（SiC）
ガラス質バインダー（フェノール樹脂、エポキシ樹脂等）ている。その構成成分は Table1 に示す如くの向上や高速使用のための強度アップのため炭化珪素質（SiC）
両者のコンビ（Al2O3/ SiC）用の工具で、その結合剤の特性を活かして、成分から成る場合が多いが、それは研削性能

ビトリファイド砥石

添加剤

気 孔 材
補 強 材

無機質中空体有機質顆粒状物

水溶性顆粒状物（製造工程中に消失）

ガラスクロス、等

研削助剤 硫化鉄、塩化カリウム、等― 23 ―なし（一部硫黄含浸あり）

工業用砥石廃材の再生による有用化（2）また、その製造工程とその役割を Table2 に示す。

3-2．再生方法の選定
前報で紹介したビトリファイド砥石の再生フローを参Table2 レジノイド砥石の製造工程とその役割工程役考にして、レジノイド砥石廃材の基本的な再生フローを以下とした。
［回収］→［選別］→［破砕］→［熱分解］割秤量砥石原料（砥材・結合剤・添加剤等）の量り取り→［分離］→［再生砥材］

混合

上記原料の決められた順序での攪拌・混合

この再生フロー中の砥石結合剤である樹脂の除去に熱分< 大きく分けて 3 種類の成形方法 >解手法を選定した理由は、以下の Table3 に示す種々の手・常温プレス：金型装填物の常温加圧成形法から総合的な評価から、簡便且つ最も確実性のあるこ・ホットプレス：金型装填物の加熱加圧成形の手法を採用することとした。

成形・鋳込み：攪拌混合物の鋳型装填・常温硬化
熟成

200℃ 以下での樹脂硬化反応及びアフタキュア

仕上

内外周・面の寸法・形状に仕上げ

検査

硬度・バランス・回転試験等の品質チェック

3-3．再生における要素技術
前項で記述したレジノイド砥石の基本的な再生フローには、Table4 に示す 5 つの重要な要素技術が存在し、こTable3 結合剤の除去方法
方法
①熱分解法
②溶剤法

メリット

デメリット

総合評価

処理能力高い排ガス浄化装置のイニシャル / ラン

残存物少ないニングコストが高い砥粒ダメージ小さい

処理能力低い3

簡便且つ確実性が高い（多種のガス処理が必要）

2

砥材ダメージ小なるも廃液処理

消費エネルギー少ない

廃液処理コスト嵩む③アルカリ剤分離法

同上

同上

2

同上

④酸化剤分離法

同上

フィラーによっては有害ガス発生の

1

作業環境に問題有り

コスト、フィラー分離困難

危険性有り⑤熱水蒸気法

砥粒ダメージ小さい

処理能力低い2

実用性に乏しい⑥超（亜）臨界法

閉鎖系のため作業環境処理能力低く、装置イニシャル / ラ

1

多品種・多成分系の砥石への適良い

ンニングコスト高い

用困難
評価点：良（3）←―――→（1）悪Table4 砥石廃材再生の要素技術

3．レジノイド砥石の再生についてNo.

前報でも述べたように、再生に取り組むに際して最も要素技術

1

破砕技術

2

熱分解技術

重要なことは、再生した後の製品の用途が明確であるこ

内容砥石廃材の微細化、複層構造から有用部分の分離と、適正な方法と適正なコストで再生可能であることが挙げられ、このことが法遵守の下で持続的な事業運用に結合剤である樹脂の熱分解による除去繋がるものと考える。このような考え方を前提にしたレ3

排ガス浄化処理技術

熱分解の際に発生する有害ガスの浄化処理

ジノイド砥石再生の取り組みについて述べる。
3-1．再生製品の用途
レジノイド砥石廃材の再生に際しては以下の事柄を明

4

分離技術

多成分原料からの砥材の分離5

再生砥材の評価及び再生砥材としての / 再生砥材を使用技術用いた砥石としての評価
研削・研磨用を主体とした再生確にして取り組んだ。

砥材の使いこなし・再生の対象：砥材（選定理由：使用量が一番多い、高価である、他の原料より再生利用し易い。
）
・再生砥材の用途：砥材の最大の特徴である研削性及の要素技術の確立こそが持続可能な再生事業の根幹を成び研磨性が活かせる分野であること。

< 優先順位 > 砥石原料＞研磨布紙原料＞ラップ材すものと考える。

＞バレル研磨材＞投射材
・再生砥材の品質基準：上記用途でのバージン砥材の3-3-1．破砕技術品質規格に適合すること。

破砕と言えば通常は、クラッシャーによる廃材の微細― 24 ―

山口幸男

化を指すが、Fig.2 に示すように、ここでは砥石特有の特にレジノイド砥石に多用されている複層構造からの有用部分の分離も含めた広義の破砕を指すものとする。微細化目的であればジョークラッシャーやハンマクラッ
シャー等の一般的な破砕設備がレジノイド砥石に最適でFig.3 有機系ガスの発生源（フェノール樹脂）ある。しかしながら複層構造の分離には、ダイヤモンドバイトによる削り出しが常識的であるが、バイトの損耗

Table6 無機系ガスの発生源（無機質添加剤）や能率を考えると、熱的な支援による分離方法が好適で硫化鉄（FeS2）あることを見出した。

塩化カリウム（KCl）

硫酸カリウム（K2SO4）

酸化カルシウム（CaO）

硫酸バリウム（BaSO4）

炭酸カルシウム（CaCO3）

Fig.2 レジノイド砥石の複層構造とその分離

3-3-2．熱分解技術
幾つかの結合剤除去方法の中から、3-2 の Table2 に述べた理由より、熱分解法を採用することとしたが、目指

Fig.4 レジノイド砥石廃材の熱分解ガスの GC − MS 分析スペ
クトル

すところは、①砥材に与えるダメージが少ない、②有Table7 発生ガス成分（有機系ガス及び無機系ガス）

害な排ガスの発生が少ない、③より低温で樹脂の分解・除去が可能である、といったことである。具体的には、環境浄化セラミックスと称する触媒を併用して、有機系ガス

無機系ガス分析装置：ガスクロマトグラフ質量分析装置

分析機器：ガス検知管

前述の 3 つの課題をクリアすることにより、環境負荷

GC − 17A

島津製作所

ガステック社製が少なく且つ安価な再生方法を見出すことにある。要

フェノール

アンモニア硫黄酸化物（SOX）

点をまとめると Table5 になるが、今後は表中の熱分解

クレゾール

脂肪族第一アミン窒素酸化物（NOX）

条件の各項目の最適化を実験により確かめていく。

キシレノール

脂肪族第二アミン

炭素酸化物（COX）

ベンゼン

脂肪族第三アミン

塩素（Cl2）トルエン

脂肪族不飽和アミン

塩化水素（HCl）

キシレン

脂環式アミン

硫化水素（H2S）

3-3-3．排ガス浄化処理技術
レジノイド砥石廃材の熱分解に際して発生するガス 4) は、大きく分けて 2 種類ある。砥石の結合剤であ

芳香族炭化水素 芳香族アミン

硫化カルボニル（COS）

るフェノール樹脂やエポキシ樹脂の熱分解物である有脂肪族炭化水素 ・・・二硫化炭素（CS2）機系ガスと砥石添加剤である無機化合物の反応・分解アルデヒド類・・・物である無機系ガスである。Fig.3 と Table6 にガス発

注）熱分解条件

試料：①圧延ロール修整用砥石、②鋼板疵取り用

生源となるフェノール樹脂と無機質添加剤を示し、砥石の 1cm3 片

Table7 に簡易熱分解実験より検出した有機系ガスと所定温度（400℃，500℃，600℃）にセットした無機系ガスを示す。参考までに、ガスクロマトグラフ

電気炉内に上記試料の入った坩堝を投入し、発生するガスを採取・分析する。

質量分析装置にて分析したスペクトルを Fig.4 に示す。
Table5 熱分解技術の要点
狙

鋼板疵取り用の砥石では硫化い

熱分解方式と条件期待効果①砥材への低ダメージ化・酸化触媒（浄化セラミックス）の併用

・環境負荷の低減化②有害排ガス発生の抑止

・温度、雰囲気、空気流量、時間等の・再生の低コスト化③低温熱分解の促進

最適化→持続可能な再生事業へ― 25 ―鉄（FeS2) からの硫黄も検出されている。
以上のように、レジノイド
砥石廃材の熱分解に伴うガス工業用砥石廃材の再生による有用化（2）は複雑・多岐に亘り、しかも熱分解条件によってもガス3-3-4．分離技術

成分は異なる 5) ことが見出されている。一種類の浄化方

熱分解処理を行ったレジノイド砥石廃材には、主な回法だけでは対応不可能と推定される。現在模索中である

収対象である砥材の他に、研削・研磨性能向上のための6)7)を用いた無機質添加剤、再生工程中に混入した不純物、研削中に酸化触媒燃焼で、② SOx は酸化触媒脱硫の応用で、③NOx は自動車排ガス処理技術の応用で、④ダイオキシン類は煤塵とともに活性炭或いは Ca 系の無機化合物と混入した切り粉が原因の鉄粉や酸化鉄粉等が含まれるのものの、①有機系ガスは浄化セラミックス

バグフィルターで無害化・捕集

8)する等を参考に、処理能力に合わせたイニシャル及びランニングコストの少なで、それらの分離も重要な技術の一つである。分離には材料の特性を利用した幾つかの方法があるが、材料をレジノイド砥石廃材とした場合には概略以下の Table9 のように分類される。

いコンパクトな装置に仕上げることを目指している。

実用性を考えた場合には、乾式での振動篩分けが最もまた、このような装置を用いて浄化した排ガス及び煤低コストで能率良く行なえるが、より精密な分離を求め塵の濃度は、その処理施設のある区域の条例で定められられる場合は、湿式分級や重液分離の採用も必要とされた規制値以下でなければならない。参考までに、排ガスる。但し、コスト面での問題が生じることから、能率を及び煤塵濃度に関する基準値例を Table8 に示す。当然追求した装置の工夫が必要と思われる。尚、研削中に混のことながら、この数値は一つの目安であり、処理施設入した鉄粉は磁力選別機で取り除く。

周辺の環境を考えれば、限りなく 0 に近い数値であることが望ましく、それを達成できる浄化方法や装置を目指3-3-5．再生砥材の評価及び使用技術すべきである。

再生砥材を使用するに際しては、砥材として及び砥石としての評価を行なうものとする。前者は色調・粒度分

Table8 排ガス及び煤塵の基準値例
排ガス成分、他

排ガス及び煤塵基準・硫黄酸化物（SOx）

10ppm 以下

・窒素酸化物（NOx）

50ppm 以下

・塩化水素（HCl）

10ppm 以下

・一酸化炭素（CO）

30ppm 以下

・ダイオキシン類（DXNs）

0.01ng-TEQ/m3N 以下

・煤塵

0.01g/m3N 以下
Fig.5 熱処理温度の砥材靭性に与える影響

Table9 レジノイド砥石廃材熱分解物の分離方法
湿式分級

しての基本特性の評価であり、後者は砥石にし沈降分級

カット特性不良た場合の研削及び研磨性能の評価である。また、

水力分級

カット特性良乾式分級

150mm 以上の粗粒子

篩分け
重力分級

200mm 以上の粗粒子（易凝集粒子は適さず）

遠心分級
慣性分級

5 〜 150mm の細粒子
遠心力と重力の併用

布・嵩比重・硬度・靭性・化学組成等の砥材と使用技術とは再生砥材の使いこなしであり、①供給量と品質バランスを考慮した新品砥材への機械分級 細粒（分級点 75 〜 150mm）
遠心分級添加比率の最適化、②再生工程での特性変化（例えば、炭化珪素砥材の靭性向上や砥材表面100mm 以下

注）上記の他に、重液分離、磁気分離、静電分離、過電流分離、ジグ選別等がある。

酸化皮膜の形成）を利用した新しい用途開発等が挙げられる。参考までに、炭化珪素＃ 60 砥材の熱処理温度の靭性に及ぼす影響を Fig.5 にFig.6 目指すべき資源循環型の砥石生産システム― 26 ―

山口幸男

示す。

2) 名古屋工業大学 セラミックス基盤工学研究センター年報
Vol. Ⅶ 2007 pp.45-48

4．今後の課題

3) 株式会社ノリタケカンパニーリミテド：社会・環境報告書
2006 年度版 pp.4-5

現時点では、レジノイド砥石の再生・有用化までに4) 佐々木健作，小島義弘，松田仁樹，寺田好晴，加納勝博：

至っていないが、継続して基礎となる要素技術の確立を工業砥石廃材の酸化処理および水蒸気処理による砥材の回行うとともに、産業廃棄物処理法をはじめとする関連諸収，廃棄物学会論文誌別冊，Vol.15, No.1 pp.19-27, 2004

法の対応、事業展開に必要な採算性の検討等を行ない、

5) 武松知行，秋山 清，鈴木茂明，池村 糺：フェノール樹脂のビトリファイド砥石廃材の再生・有用化と合わせて、最水素化熱分解における反応諸条件の影響：石油学会誌，第終的には Fig.6 に示す 目指すべき資源循環型の砥石生

19 巻，第 5 号，pp.399-408 (1975)

産システムの構築を図っていく。

6) 松村ほか：第 19 回廃棄物学会研究発表会講演論文集，pp.561-563(2008)

参考文献

7) H.hosono and Y.Abe, Inorg. Chem., 1987, 26, 1192-1195

1) 経済産業省ホームページ （2006 年度版）

8) D.Hiabayashi, T.Yoshikawa, K.Mochizuki, K.Suzuki, Adv.

http://www.meti.go.jp/statistics/

Sci. Tech., 2006, 45, 2169-2175― 27 ―