リン酸製造への焼却灰再資源化事業の紹介－リン資源を求めて世界から日本へー
日本燐酸㈱２０１４．１０．２２ 日本燐酸㈱1目次 １．燐鉱石資源確保の取り組みの概要
 ２．リン酸製造への焼却灰再資源化の取り組み
２．１．下水のリン資源への期待、焼却灰利用の動機
２．２．焼却灰再資源化事業の概要
２．３．事業化までの経緯
２．4．焼却灰実用運転の状況
２．５．リン酸製造において焼却灰使用増量のための技術課題
 ３．おわりに

２０１４．１０．２２ 日本燐酸㈱2 １．燐鉱石資源確保の取り組みの概要
海外に全量依存の燐鉱石資源問題への対処しながら、要望する品質を確保をどうやって確保するか

２０１４．１０．２２ 日本燐酸㈱3燐鉱石とはリンを含有する鉱石で、その成因から堆積源、火成源、グアノ質燐鉱石に大別される。主成分はリン酸カルシウムでなく不純物の混じったフッ素アパタイト（Ｃａ５Ｆ（ＰＯ４）３）である。

燐鉱石の成因・堆積源は海水中のリンが海底に沈殿、堆積したもの（海成系）や、海鳥やコウモリの糞が風化作用を受けて固化したもの（グアノ系）
ﾌﾛﾘﾀﾞ、ﾓﾛｯｺ、ﾖﾙﾀﾞﾝ、中国、ﾍﾞﾄﾅﾑ、ﾅｳﾙ、ｸﾘｽﾏｽなど世界の85%・火成源は、マグマが冷える際に、分別結晶によってアパタイトが固まったもの
ｺﾗ、南ｱ

２０１４．１０．２２ 日本燐酸㈱4・燐鉱石の主要産地

ｺﾗ

ｲｽﾗｴﾙ ｼﾘｱ
ﾓﾛｯｺ
ﾁｭﾆｼﾞｱﾖﾙﾀﾞﾝ
ｴｼﾞﾌﾟﾄ

中国
ﾌﾛﾘﾀﾞ
ﾍﾞﾄﾅﾑ ｸﾘｽﾏｽ島

ﾒｷｼｺ

ﾅｳﾙ

ﾍﾟﾙｰ
ﾌﾞﾗｼﾞﾙ

ｵｰｽﾄﾗﾘｱ南ｱ
日本燐酸使用実績の燐鉱石

図－１ 燐鉱石の主要生産地 ２０１４．１０．２２ 日本燐酸㈱5・燐鉱石ソースと使用比率の実際

燐鉱石ソースを巡る環境変化
1980年代・低放射能の南ア・中国鉱使用（石膏品質要求）
1996年
・ｱﾒﾘｶ→ﾓﾛｯｺ転換 （ｱﾒﾘｶ輸出停止）
2004年
・中国輸出制限 （ﾓﾛｯｺ、ﾖﾙﾀﾞﾝ増量）
2008年
・燐鉱石価格高騰 （輸入量の激減）
・新規ソースの開拓

中国

ﾖﾙﾀﾞﾝ
ﾌﾛﾘﾀﾞ

燐鉱石確保の方策

ﾓﾛｯｺ

・品質要求の高品質化（低放射能・重金属の適合品質の入手難）
・産出国の資源ナショナリズム
（供給不安）↓
燐鉱石ソースの多元化で品質確保、供給リスクの分散で対応

図－２ 日本燐酸の燐鉱石ｿｰｽと比率の推移
２０１４．１０．２２ 日本燐酸㈱6燐鉱石探しの旅
パートー1 放射能少ない鉱石を求めて南アフリカへ鉱脈 ﾊﾟｲﾌﾟ状 貫入体 露天掘り２Ｋｍ位のすり鉢

２０１４．１０．２２ 日本燐酸㈱7中国 貴州省へ

低品位品露天掘り

高品質品 手掘り

２０１４．１０．２２ 日本燐酸㈱8ﾊﾟｰﾄｰ2 未知の燐鉱石資源を求めてベトナムへ

露天掘り

篩設備

次の探訪地は何処か？？？
２０１４．１０．２２ 日本燐酸㈱9燐鉱石ソースの多元化の限界
これまでのリン資源確保のための施策
燐鉱石ソースの多元化（リスクの分散）
メインソース
サブソースで調整
中国
ヨルダン
モロッコ

+

ベトナム
チュニジア
＋ 新ソースの開拓

海外依存のリスク要因
・中国等の保護政策
・穀物・肥料の需要・供給不均衡
・国際市況の連動的な変動
・船舶輸送の海賊問題（アデン湾等）

２０１４．１０．２２ 日本燐酸㈱現状
メジャーソース
中国、ヨルダン、モロッコ
依存から脱却できず
メジャーソースの懸念
政策・政情不安
国内リン資源の放置⇒資源化

国内未利用ﾘﾝ資源の活用
安定且つ濃縮された下水リンに注目
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２．リン酸製造への焼却灰再資源化の取り組み
２．１．下水道のリン資源への期待、焼却灰利用の動機
何故、下水焼却灰に手をつけたか？
リン資源としての価値は以前から注目、しかし品質は燐鉱石とは異質なもので、原料と言えるものではない。

２０１４．１０．２２ 日本燐酸㈱

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流入水
水処理系

放流水

３７千t－Ｐ２Ｏ５／年

脱水汚泥

２８千t－Ｐ２Ｏ５／年

焼却灰

６７千t－Ｐ２Ｏ５／年

汚泥処理系
返流水
数字：潜在リン資源量

総量 １３２千ｔ－Ｐ２Ｏ５／年

図－３ 下水処理場におけるリン資源（数値の出典 大竹久夫監修「リン資源の回収と有効利用」
第2章世界とわが国のリン資源状況と国内未利用リン資源）
２０１４．１０．２２ 日本燐酸㈱12

表ー１ 焼却灰再資源化事業の方針と目的
経営方針

焼却灰再資源化事業の目的

海外燐鉱石への依存脱却

国内資源の活用

資源循環型社会の構築への貢献

リン資源循環のフロントランナー

コストダウン

安価な焼却灰の利用（廃棄処分されているものをそのまま使用）

焼却灰再生事業のスタートアップ

既存設備、現状技術にて出来るところから、立ち上げ

背景①２００８年の燐鉱石情勢
燐鉱石価格高騰、中国燐鉱石の入手困難②リン資源推進協議会発足
国土交通省のバックアップ
２０１４．１０．２２ 日本燐酸㈱13

２．２．焼却灰使用事業の概要
焼却灰を燐酸製造の原料にどのようにどれくらい使うのか？

２０１４．１０．２２ 日本燐酸㈱14下水汚泥焼却灰使用の事業計画（日本燐酸㈱）新設

焼却灰

焼却灰貯蔵設備

焼却灰計量器

燐鉱石反応

濾過

硫酸

石膏(固体）

燐酸（液体）

図ー４ 焼却灰使用施設の概略フロー
２０１４．１０．２２ 日本燐酸㈱15焼却灰搬入焼却灰サイロ

焼却灰
焼却灰空気輸送

焼却灰燐鉱石混合焼却
灰写真

下水汚泥焼却灰の貯蔵・計量設備

２０１４．１０．２２ 日本燐酸㈱

反応槽

硫酸

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表－２ 下水汚泥焼却灰使用の事業計画骨子
焼却灰形状

乾灰 （ｼﾞｪｯﾄﾊﾟｯｸ車運搬）

要求品質(抜粋）

Ｐ２Ｏ５Ｐｂ

使用数量

３，０００ｔ／年間（使用比率２．５％燐鉱石対比）

引取条件

有償（原料）

３０％以上
６０mg/Kg以下

焼却灰使用のビジネスモデル
燐鉱石

セメント原料

原料費削減

処分費削減
下水処理場

焼却灰

日本燐酸

焼却灰の発生・利用の両方で利益 ＝ 経済的リスク少、実現性大
２０１４．１０．２２ 日本燐酸㈱17

２．３．事業化までの経緯
焼却灰の事業化に向けて、どのような課題があり、どのように解決して行ったか？

２０１４．１０．２２ 日本燐酸㈱18

２．３．１．焼却灰の成分と燐酸原料としての課題と評価結果
表－3 下水汚泥焼却灰の成分 燐鉱石との比較
表－３ 焼却灰と燐鉱石の成分比較
焼却灰
P2O5CaO
Al2O3Fe2O3ＭｇＯ
SiO2AsCdHg
Pb
Zn％％％％
％
％
mg/Kg
mg/Kg
mg/Kg
mg/Kg
mg/Kg

24～35
10～14
10～14
2～15
4～6
24～33
2～10
1～110.01～2
40～1002000～5000

燐鉱石
32～38
48～53
0.2～0.8
0.2～0.7
0.2～1.02～112～20
0.1～150.01～11～15
10～300燐鉱石との比較

燐鉱石代替原料としての課題

ｱﾙﾐ、鉄、ﾏｸﾞﾈ
ｼｳﾑが多い・肥効劣る（溶けにくい燐酸鉄・ｱﾙﾐを生成）

ｼﾘｶが多い・燐酸製造時、石膏針状化、石膏純度低下

重金属が多い・肥料中重金属が増加
・石膏の鉛が溶出

日本燐酸㈱にて収集した焼却灰の分析値から抜粋

焼却灰の品質の評価方針
燐鉱石に比べ不純物が多いが①品質の良い焼却灰を選別し、収集できないか？
②その灰を製造及び製品品質に影響しない範囲で使いこなせないか？
２０１４．１０．２２ 日本燐酸㈱19石膏 溶出液 Pb濃度

焼却灰 使用可能比率 推定値 （％）

石膏品質（鉛溶出）燐鉱石+焼却灰ブレンド 含有Pb濃度

10%
9%
8%
7%
6%
5%
4%
3%
2%
1%
0%
0

燐鉱石の場合(ﾌﾟﾗﾝﾄﾃﾞｰﾀ）

255075100125

焼却灰 想定Pb濃度 (mg/Kg)

焼却灰使用時(実験室ﾃﾞｰﾀ）

製品規格

図－５ 下水汚泥焼却灰の評価（石膏の鉛溶出）図－６ 焼却灰の鉛濃度と使用可能比率

鉛は燐酸に不溶石膏に移行
石膏ボード原料要求
溶出液 Pb 規格
２０１４．１０．２２ 日本燐酸㈱鉛濃度５０ｍｇ/Kgの焼却灰の場合
焼却灰の使用可能な比率１～３％20

石膏品質（結晶形状）
ﾌﾞﾗﾝｸ

焼却灰2.5%使用

焼却灰5%使用

石膏ボード原料要求
菱形板状晶

焼却灰１０%使用

シリカが多いと石膏は細長い結晶になる

焼却灰２０%使用

焼却灰の使用可能な比率５％

写真

下水汚泥焼却灰の評価 （石膏の結晶形状）
シリカが多いと石膏は細長い結晶になる

２０１４．１０．２２ 日本燐酸㈱21肥料製品規格
水溶性ﾘﾝ酸分保証

水溶性ﾘﾝ酸比率

焼却灰20%

焼却10%

焼却灰5%

焼却灰2.5%

100%
95%
90%
85%
80%
75%
70%

ﾌﾞﾗﾝｸ

水溶性ﾘﾝ酸/ﾘﾝ酸分

肥料品質（水溶性ﾘﾝ酸成分）

製品規格

図－７ 下水汚泥焼却灰の評価（燐安の水溶性リン酸成分）

２０１４．１０．２２ 日本燐酸㈱鉄、アルミニウム等は（Fe,Al）NH4HF2PO4（Fe,Al）x（OH)y（PO4）z
MgNH4PO4等の水に溶け難い燐酸金属塩形成

鉄、アルミ、マグネシウムは燐酸に可溶、肥料に移行
焼却灰の使用可能な比率
５％22肥料品質（有害成分）
表－４ 焼却灰使用、試作燐安の有害成分の分析例
ｻﾝﾌﾟﾙ名ＳＰＷＰ
ＡＮＺｎＣｕＡｓＣｄＮｉ
Ｃｒ
ＴｉＨｇＰｂ
※１※２※１

焼却灰5%使用試作燐安ﾌﾞﾗﾝｸ粉燐安
焼却灰未使用

肥料取締法
化成肥料
※２
燐安換算
公定規格※１

46.5
46.9％
42.6
45.7％
18.8
19.1％
380
230ppm65
14ppm
5520ppm
770.75ppm
80
80
50ppm
140
170
500ppm210
40
200ppm0.01以下0.01以下0.5ppm
0.5以下
0.5以下
30ppm
主成分１％につき含有を許される最大量
燐安主成分（ＳＰ：４６％、ＡＮ１８％）に許容値を換算

２０１４．１０．２２ 日本燐酸㈱1280
48320032000
12800
32192023

肥料品質（植物の成長への影響）
焼却灰5%使用燐安標準区

ｺﾏﾂﾅ使用焼却灰未使用通常燐安

写真

焼却灰使用、試作燐安の植害試験結果
２０１４．１０．２２ 日本燐酸㈱24

表－５ 焼却灰の燐酸製造原料としての評価まとめ（実験室規模の評価試験結果）
評価項目
石膏品質

鉛溶出

使用比率限界阻害要因(物質）総合評価（計画）

Pb５０mg/Kgの焼却灰の場合
１～３％以下鉛

焼却灰要求品質
Pb６０ｐｐｍ以下

シリカ

使用可能比率２．５％

結晶形状
燐酸プラント性能

濾過性能

肥料品質

成分
水溶性ﾘﾝ酸焼却灰の基準と選別
品質基準
Ｐｂ ６０ｐｐｍ以下
鉄、ｱﾙﾐ、ﾏｸﾞﾈｼｳﾑ
約２０％
関東圏
処理場5箇所絞込み

５％（１０％は不適）Al2O3、Fe2O3、MgO

焼却灰の使用比率制限

製造及び製品品質の維持
使用中燐鉱石の品質の許容範囲で焼却灰使用

濃度

焼却灰使用可能量について
鉛、鉄、ｱﾙﾐ、ﾏｸﾞﾈｼｳﾑ
原料管理の考え
燐酸製造原料基準
焼却灰使用許容範囲

燐鉱石品質
２０１４．１０．２２ 日本燐酸㈱25

２．３．２．焼却灰使用の事業化への準備
表－６ 事業化の留意点と実施状況
留意事項（抜粋）

実施内容

プラント実証試験

焼却灰使用実証試験(７０ｔ使用、4日間試験）実施

焼却灰使用設備

貯蔵・計量設備の設置工事（中間処理施設）

下水処理場との協働適合処理場の選択

関東圏（５箇所計画、放射性Csのため中断）
愛知県（２箇所計画、平成25年１箇所本格使用、平成26年１箇所使用開始予定）

出荷体制整備乾灰出荷設備の設置
品質変動調査（一年間）

放射性Cs対策

原発事故以降、関東圏焼却灰の計画中断
愛知県焼却灰（放射性Ｃｓ不検出）使用

省庁、行政農林水産省、廃棄物関連行政に相談

製品の顧客

肥料、石膏の顧客の事前了解

関係先へのアナウンス
産業廃棄物処理体制

産業廃棄物処分業（中間処理施設の設置）取得
２０１４．１０．２２ 日本燐酸㈱26

２．４．焼却灰の実用運転の状況
焼却灰の使用の運転管理をどのようにして現在どれくらい使っているか？
焼却灰使用の当面の課題は？

２０１４．１０．２２ 日本燐酸㈱27

表－７ 焼却灰の使用上の品質管理方法
品質管理項目品質管理の方法

焼却灰の受け入れ管理

受け入れロット（ｼﾞｪｯﾄﾊﾟｯｸ車１台）毎に分析
要求品質 Ｐ２Ｏ５ 20%以上
Ｐｂ
80mg/Kg以下受け入れ分析値にて使用比率調整

受け入れ不可の焼却灰

有害成分 ：千葉県指導要綱不適合品
放射性Ｃｓ ：検出
鉛濃度：閾値超過

燐鉱石成分との関係

燐鉱石の分析値により使用量制限

２０１４．１０．２２ 日本燐酸㈱28愛知県矢作浄化センターの焼却灰使用実績
焼却灰t/月

焼却灰
ｼﾞｪｯﾄﾊﾟｯｸ車焼却灰の初搬入（平成24年11月28日）

写真

焼却灰の搬入状況

図－８ 焼却灰の受入量の実績値

当面の焼却灰増量のための対策
下水処理場との新規契約①愛知県下水処理場の追加契約②関東圏焼却灰の放射性Ｃｓ低下待ち

高品質燐鉱石の確保

重金属、金属の少ない燐鉱石の調達
２０１４．１０．２２ 日本燐酸㈱29

２．５．燐酸製造において焼却灰使用増量のための技術課題
燐酸原料化の制約は石膏：鉛とシリカ
燐酸液：金属（アルミニウム）
鉛、シリカ、アルミニウムの除去に技術革新が求められる

２０１４．１０．２２ 日本燐酸㈱30

表－８ 焼却灰の重金属・金属の除去の研究事例
焼却灰精製法

焼却灰抽出ﾘﾝ酸の精製法

ｱﾙｶﾘ分解後、ﾘﾝ酸ｶﾙｼｳﾑ析出回収

ﾒﾀｳｵｰﾀｰにて技術開発済（ｺｽﾄ低減が課題）

汚泥焼却法の改良（重金属等分離等）

日本下水道新技術機構で開発研究中

酸分解後、回収粗ﾘﾝ酸から、ｲｵﾝ交換・電気透析等にて重金属・金属を分離して、精製燐
酸を回収

・農林水産省委託事業にて下水道新技術機構で開発研究
・岩手県工業技術ｾﾝﾀｰで開発研究

晶析法にて重金属・金属を分離、精製燐酸を回収

日本燐酸独自に開発研究（コスト低減が課題）

２０１４．１０．２２ 日本燐酸㈱31

３．終わりに私たち燐酸ﾒｰｶｰのリンリサイクルにおける役割とは何か？

２０１４．１０．２２ 日本燐酸㈱32

Ｐ焼却灰汚泥肥料

直接肥料化
ﾘﾝ酸質肥料原料

燐酸原料Ｐ

熔融
焼成
酸分解

燐鉱石Ｐ

ﾘﾝ酸質肥料

硫酸分解
燐酸製造
化成肥料

ｱﾝﾓﾆｱ中和
燐安製造

ＰＰ

Ｎ

Ｋ

Ｎ

図－９ 焼却灰の肥料原料化の目標フロー
２０１４．１０．２２ 日本燐酸㈱33燐酸製造メーカーの役割
国内に放置の未利用のﾘﾝ資源使用可能なところから安全性を確認しつつ実績重要使用技術及び品質の改善
未利用ﾘﾝ資源活用の基盤

Take action without delay.

全国に広域流通
資源循環型社会の構築
国内資源の収集・大都市下水リン

国内の既存肥料設備・流通の活用
・燐酸製造設備
・燐酸関連商品の販売チャンネル

２０１４．１０．２日本燐酸㈱34「平成２６年度リン資源リサイクル推進功績者表彰」受賞

２０１４．１０．２２ 日本燐酸㈱35