アスベストの無害化と再資源化への応用

3-1

アスベスト廃棄物の法規制 ………………………… 26

3-2

アスベスト廃棄物の無害化 ………………………… 26

3-3

アスベスト廃棄物の溶融スラグの再資源化 ……… 28

第３章

第３章

3-1

アスベスト廃棄物の法規制

3-2

老朽化した火力発電所の改修工事や原子力発電所の廃アスベスト廃棄物の無害化

当研究所は、1998 年度に、アスベスト廃棄物に加えて、第３章止措置などでは、アスベストを含む保温材が発生する可アスベスト除去作業時に発生する金属やコンクリートな能性がある。保温材のような飛散性アスベスト廃棄物のどを一括溶融でき、かつ大幅な減容比も得られるアーク処分については、1992 年７月に施行された廃掃法（廃プラズマ加熱を用いて、アスベスト廃棄物を溶融無害化棄物の処理および清掃に関する法律）の改正で、二重梱し、さらに、下層路盤材として再利用できることを確認

包または固型化し管理型最終処分場で処分すること、ました（2）（3）。また、溶融状態にあるスラグから、直接、たは、高温溶融処理し安定型最終処分場で埋立処分する骨材を製造する技術開発を進めた（4）。

ことが定められた。この時点では、中間処理としては高温による溶融のみが認められていた。また、溶融炉の要
求温度が概ね 1,500℃以上で、アスベストの中で最も融点の高いクリソタイル⑴

実験方法
アスベストを含む保温材として表 3-1 に示す６種類をの有害な繊維構造を消滅さ選定した。市販の保温材にはアスベストが含まれていな（1）。その後、アスベストがいため、当時、入手可能であったクリソタイルを混入し大きな社会問題となり、廃掃法が改正された。すなわち、試料とした。クリソタイルは融点、比熱ともアスベスト

2006 年 10 月には、アスベスト廃棄物の基準が厳格化の中で最も高いため、溶融しにくいと考えた。また、ア（アスベストの含有量が 1％を超えるものから 0.1％を超スベストが規制される前の保温材に含まれたアスベストえるものへ改正）され、これとほぼ同時の同年８月には、の使用実績から、重量割合で 5 ～ 10% を混入した。そ高温の溶融などによる高度技術による無害化処理の確保の他に当時市販されていた石綿クロスおよび石綿スレーを促進・誘導するため、特例制度（無害化処理認定制トも選定した。さらに、建築廃材などの混在を想定して、度）が創設された。この制度は、国が個々の施設の安全炭素鋼やコンクリートを加えた試験も行った。また、表性を確認して、廃棄物処理施設の設置許可及び処理業の中でスチール缶と記載したケースでは、アスベスト試料許可なしに、高度な技術を用いて無害化する処理を行うを十数個のスチール缶に分けて封入し炉内へ間欠投入し者を個々に国が認定するものである。しかし、この制度た。試料番号 g の条件では、溶融試料の全量を予め炉が発足し２年が経過した 2008 年度末では、認定を受け内に装荷した。

（注 1）せることを前提としていた溶融実験を行う際には、空気を炉内へ注入し（1m3N/た事例はない。

h）、炉内圧力が微負圧一定となるように排ガス吸引量を制御することで、プラズマ炉からアスベストが飛散し（注 1）：アスベストは、繊維状の天然の鉱石で 6 種類ある。この中で、保温材としては、クロシドライト（融点：1,193℃、比熱：0.84kJ/（kg・K））、アモサイト（融点：1,399℃、比熱：0.81 kJ/（kg・K））とクリソタイル（融点：1,521℃、比熱：1.1kJ/（kg・K））が用いられていた。

表3-1
試料 炭素鋼 スチール缶 コンクリート
[kg]
[kg]
番号 [kg]26

ないよう安全に配慮した。
クリソタイルの無害化を評価する方法として、スラグの SEM（走査型電子顕微鏡）写真による繊維構造の消失の観察と、X 線回折分析による結晶構造の消失から確

溶融試料
アスベスト種類[kg]

a-

1.00-

3.14

水練り保温材+クリソタイル（10％）

b-

2.81-

3.00

パーライト保温材+クリソタイル（5％）

c-

3.28-

3.04

ケイ酸カルシウム保温材+クリソタイル（10％）

d-

1.70-

3.00

石綿クロス

e-

0.85-

2.94

石綿スレート

f-

1.31-

3.00

クリソタイル

g

10.1-

1.50

1.50

ケイ酸カルシウム保温材+クリソタイル（10％）

認した。また、スラグを再利用するための化学的安定性を「環境庁告示 46 号」に準拠した溶出試験により評価した。
(a) 水練り保温材⑵

実験結果
まず、アスベストの繊維構造と結晶構造が、アークプラズマ溶融により消失することを確認した。アークプラ
ズマで溶融した各試料について、図 3-1 に溶融前後の(b) パーライト保温材

第３章

SEM 写真と、溶融後のスラグの外観を示す。SEM 写真
による観察から繊維構造が完全に消失していることが確認された。スラグの外観として、水練り保温材およびパーライト保温材を溶融した場合のスラグはガラス状となり、それ以外は結晶質の岩石状となった。スラグがガ(c) ケイ酸カルシウム保温材

ラス質になるか結晶質になるかは化学組成に依存する。
水練り保温材およびパーライト保温材はシリカ（SiO2）の濃度が高くて塩基度が低いため、ガラス質のスラグとなった。一方、ケイ酸カルシウム保温材および石綿ス(d) 石綿クロス

レートはカルシア（CaO）の濃度が高く、石綿クロスおよびクリソタイルはマグネシア（MgO）の濃度が高い。
また、一括溶融試験では、溶融固化体の酸化鉄の濃度が高い。これらは塩基度が高いため、結晶質のスラグになった。

(e) 石綿スレート

次に、スラグの X 線回折分析結果から、いずれの試料を溶融したスラグでもクリソタイル特有のピークが検出されないことを確認した。一例として水練り保温材の結果を図 3-2 に示す。この溶融固化体は、スチール缶に由来する金属層の上部に、保温材に由来するスラグ層が(f) クリソタイル形成された２層構造となっている。スラグ層について、内部、金属との界面、るつぼとの界面、上面の４箇所から分析用の試料を採取した。図 3-2 にはこれらの結果を50μm

図3-1

溶融試料のSEM写真とスラグの外観およびSEM写真示している。
さらに、環境庁告示 46 号に準拠したスラグの溶出試

クリソタイル（Mg3Si2O5(OH)4）のピーク

験では、すべてのスラグについて規定されている重金属ず、一般廃棄物の溶融固化物に係わる目標基準を満足した。以上から、溶融で得られたスラグの化学的安定性を

内部
試料

強度 (CPS)類（5）は表 3-2 に示すようにすべて溶出液中で検出され金属層との界面スラグるつぼとの界面上面確認した。
最後に、アスベスト保温材などの溶融前後の比重から、溶融による減容比を求めたところ、約５% ～ 40% とな

1020405060702θ

り、大きな減容比が得られた。
以上から、アスベストは、その組成や溶融条件によら

30

図 3-2

X 線回折結果（試料：水練り保温材）

電中研レビュー No.54 ● 27

表3-2
項目

スラグの溶出試験結果

表3-3

溶出基準（mg/ℓ） 溶出試験結果*1 検出限界値（mg/ℓ）

カドミウム

0.01以下ND

5×10-4路盤材試験結果
道路用路盤材料の規定値

項目

表層・基層

上層

下層

溶融
スラグ

鉛0.01以下

ND

5×10-3

表乾比重(g/cm3)≧2.45－－2.62

六価クロム0.05以下

ND

5×10-2

吸水率(%)

≦3.0－

－0.06

砒素0.01以下

ND

2×10-3≦30≦50≦5035.9

総水銀0.0005以下

ND

5×10-4

すり減り減量 (%)(%)
安定性－≦20≦200.00.01以下

ND

2×10-3(%)－≧80≧2012.8

セレン

修正CBR

注）溶出試験の方法は、環境庁告示46号に定める方法とした。
*1：全ての溶出試験で、重金属類は溶出液中から検出されなかった。

第３章ず、プラズマ溶融処理することによりアスベストとしての特質が消滅し、化学的に安定なスラグとなることを明

表乾比重：骨材が吸収できる水分を全て吸収し、かつ、表面が湿潤していない状態での骨材の比重。
吸 水 率：表乾比重と絶乾比重の差の絶乾比重に対する割合。
絶乾比重：骨材が含水していない状態での比重。
すり減り減量：摩耗による耐久性を確認する試験。ロサンゼルス試験機と呼ばれる鋼製円筒容器内に、鋼球と骨材を入れて回転させ、回転の前後での骨材の質量の減少量を回転前の質量で除して求められる。
安 定 性：骨材の凍結融解に対する耐久性を評価する試験。
修正CBR：締め固められた時の支持力を評価する試験。

らかにした。
下層路盤材のように、比較的大きな塊状で利用する場

3-3 アスベスト廃棄物の溶融スラグの再資源化

合と異なり、スラグを骨材として利用するには、何度も粉砕・摩砕して粒度調整を行う必要があり、時間とコストがかかる。そこで、溶湯を冷却された回転漏斗に出湯

アスベスト廃棄物は、比重が小さく特別管理廃棄物でし、溶融スラグを斜面上に分散・滑落させることで、あるため最終処分場まで運搬して埋め立て処分するには、20mm アンダーの球状の骨材を直接製造する研究を実施運搬費も処分費も非常に高い。そのため、アスベスト廃した。

棄物の溶融スラグの再資源化は経済的にも成立する余地

図 3-3 に回転式溶融スラグ骨材化装置を示す。100kWが十分にある。一方スラグは、路盤材やコンクリート用級プラズマ溶融処理実験設備に合わせ、数十秒間出湯し骨材などとしての需要が期待されている。

たスラグ（出湯速度 30g/s 相当）を骨材にする規模で、クリソタイル含有水練り保温材を溶融したスラグは一番強度の低いガラス質であるものの、JIS に準拠したそ回転漏斗、骨材回収機構、冷却機構、分散機構などから構成される。の ス ラ グ の 路 盤 材 試 験 は、 表 3-3 に 示 す よ う に 修 正

プラズマ溶融処理実験設備で加熱溶融した珪酸カルシ

CBR 以外を満足した。修正 CBR は、比較的入手が容易

ウム系保温材を骨材化する実験では、アークを消弧後、な砕石ダストを 30% 以上混合することで下層路盤材料手動制御でるつぼを傾動させて、溶融スラグを骨材化装の規定値を全て満足することを確認している。

置に出湯した。炉内に設置した骨材化装置は、出湯直前

溶融スラグ

骨材化条件
（溶融スラグが滑落する時間）
斜面との衝突により分散させる
漏斗上を滑落させることで冷却固化させる（溶融スラグが冷却固化する時間）

回転漏斗

球状の骨材が得られる【骨材化手法の仕組み】

図3-328考慮した溶融スラグの現象
・円周方向および斜面方向の溶融スラグの運動方程式
・溶融スラグの伝熱方程式

回収容器【モデルの原理】

溶融スラグ直接骨材化手法および骨材化条件を計算するモデルの概要

に所定の循環冷却水流量と回転速度に設定して運転し、当研究所が進めてきた無害化に関する研究成果は、必要に応じて空気吹き付けや水噴射を行った。図 3-4 に1,500℃以上の溶融法として、NEDO が実施した「アス得られた球状のスラグを示す。図に示すように比較的球ベスト含有建材等安全回収・処理等技術開発」の中で、状に近いスラグを得ることができた。

最新の技術動向として紹介されている（6）。

現在は、出湯方法や分散機構を改善することで、骨材参考文献

組成変動時の対応とその際の骨材の品質確保、連続運転（1） 廃石綿等処理マニュアル、特別管理廃棄物シリーズⅡ：
厚生省生活衛生局水道環境部 作業廃棄物対策室監修、（財）廃棄物研究財団編、化学工業日報社（1993）（2） 安井晋示、天川正士：アスベスト廃棄物のプラズマ溶融無害化・再資源化技術、第 15 回電熱大会予稿集、p49（2000）（3） 安井晋示、天川正士、山崎克男、門井英一：再利用化に向けたアスベスト廃棄物のプラズマ溶融処理技術、電気学会論文誌、Vol.120-A、p335（2000）（4） 池田弘一、天川正士、安井晋示：プラズマ溶融によるスラグ再資源化技術の開発－アスベスト廃棄物のスラ
グ直接骨材化手法の提案と基礎的検討－、電力中央研
究所研究報告、W03005（2004）（5） 通達文書「生衛発第 508 号」、厚生省生活衛生局水道環境部、（平成 10 年 3 月）
（6） 山下勝、今西信之：アスベスト対策の現状と NEDO における対策技術の最新動向、資源環境対策、Vol. 44、
No. 3、pp. 30-35（2008）

時の信頼性検証、骨材生成に最適なプロセスの確立などの課題を克服することで、最終的には処分場の延命や循環型社会の構築に貢献していきたい。

回転式溶融スラグ骨材化装置の運転条件
回転速度 ：3 rps
背面冷却水：50ℓ/min
噴霧冷却水：なし

図3-4

作製した骨材の一例

電中研レビュー No.54 ● 29

第３章の回収率向上を検討している。引き続き、溶融スラグの