産業廃棄物を原料とした人工軽量骨材の製造技術
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生コンスラッジ,鋳造廃砂及び浄水場発生汚泥等の産業廃棄物を利用して,JISに適合した人工軽量骨材の開発を行った。更に使用原料に含まれる炭素成分を利用した自己燃焼方式で焼成した骨材の用途開拓についても検討し,以下の結論を得た。
(1) 最適な基本的配合比率は重量比で生コンスラッジ1,鋳造廃砂1.8及び浄水場発生汚泥0.4であった。
(2) 最適な焼成条件は炉内酸素濃度5〜10vol%の雰囲気下で1135℃で1時間焼成することにより,JIS A5002及び5308に適合した人工軽量骨材が得られた。
(3) 自己燃焼炉で焼成した骨材を用いて透水性に優れた透水平板を試作できた。
キーワード:生コンスラッジ,鋳造廃砂,浄水場発生汚泥,人工軽量骨材,透水平板
Manufacturing Technology of Artificial Lightweight Aggregates Using Industrial Waste
Masaki MIYAMOTO,Sizuo NAKAMURA,Kazuo TSUKABAYASHI
Yoshiharu KITAMURA,Shouji SAKAMOTO,Kazuki OHNO and Yoshiyuki KANARI
The artificial lightweight aggregate which conforms to JIS, was developed by using industrial waste as raw materials, such as raw concrete sludge ,casting abolition sand and the sludge of water purification plant. In addition, the application of the aggregate fired by the self -combustion method using the carbon included in the raw material was examined. The results are summarized as follows:
(1) The weight ratio for the best mixing of raw concrete sludge , casting abolition sand and sludge of water purification plant was 1:1.8:0.4.
(2) The artificial light weight aggregate which conformed to JIS A 5002 and 5308, was produced under the firing condition for 1 hour at 1135℃.
(3) The excellent water permeable panel was developed using the aggregate fired by self-combustion furnace.
Key Words:raw concrete sludge, waste sand, sludge of water purification plant, artificial light weight aggregate, water permeable panel
1.緒 言
我が国の産業廃棄物の発生量は年間3億tonに達しており1),産業廃棄物埋立場の残余年数はわずか10年未満と言われている。21世紀を迎えようとしている現在,負の遺産を最小限度に抑えることが我々の責務であり,今後廃棄物の再資源化を積極的に行い,調和のとれた持続ある用途開発を行う必要がある。
石川県工業試験場は金沢生コンクリート(株)(野々市町)と共同で平成6年度から生コンスラッジ,鋳造廃砂及び浄水場発生汚泥などを原料とした人工軽量骨材の開発を進めてきた。又,金沢生コンクリート(株)では平成9年度創造技術研究開発事業によって実証化規模での人工軽量骨材を試作するまでに至った。その間,1件の人工軽量骨材及びその製造方法について特許を既に保有し,1件が出願中である2),3)。
人工軽量骨材は構造用軽量コンクリート骨材(JIS A 5002)として用いられ,主に高層建築用資材として年間65万m3が消費されている4)。
本製造技術では,人工軽量骨材の製造する際に必要な可塑性,自硬性,高強度発現性及び有利な低温易焼結性に優れた原料となる3種の産業廃棄物の機能を利用して,JIS規格に適合した新しい造粒系の人工軽量骨材を開発した。
本報告では廃棄物の発生量,製造方法,骨材の品質及び用途などについて述べる。
2.産業廃棄物からなる原料
人工軽量骨材の主原料となる廃棄物は,砂利,砂を分離した生コンスラッジ,鋳造工場の廃砂及び石川県手取川水道事務所鶴来浄水場(鶴来町)から発生する汚泥の3種類である。
2.2 鋳造廃砂
鋳造工場から排出される廃砂は廃棄物の処理及び清掃に関する法律によって管理型の産業廃棄物に指定されており,企業の処理費用の軽減と環境保護の観点からも廃砂の減量化,再資源化が求められている。
銑鉄鋳物関係の生型砂における廃砂発生量は,製品1ton当たり215〜317kgになり,国内では年間約200万tonに達している。県内の鋳造工場は建設機械,繊維機械及び工作機械の部品を生産し,年間8000tonの廃砂が発生しており,管理型廃棄物としてほとんど県外で埋め立て処分されている7)。
鋳物工場における生型砂は,珪砂をベースにベントナイト(スメクタイトを主成分とする岩石),石炭粉及びαーデンプンなどからなる合成砂である。
図2のように生型砂は循環しており,約90%の砂が回収されている。鋳造工場では作業環境面から各工程で発生した粉塵や劣化した粘土分を強制的に集塵しており,集塵ダスト,解枠ダストそして砂処理ダストが排出される。更に解枠した製品に付着している砂を落とすためにショット球でブラストしており,その工程からは鉄の金属粉を多く含むショット砂,ショットダストが排出される。これらのダスト類の他に型砂の老化防止のためラインから一定比率で間引きしている。
県内の6社から10試料の廃砂を採取して化学分析を行い,その化学組成を基にノルム計算によって鉱物組成を求めた結果を表2に示す。
2.3 浄水場発生汚泥
石川県鶴来浄水場(250000m3/日)では,手取川を取水源とし,河川水に含まれる粘土等の懸濁成分をポリ塩化アルミで凝集沈殿処理した後,上澄水を砂ろ過して最後に塩素滅菌した水を県下広域に配水している。
浄水場発生汚泥は,この凝集沈殿処理工程で発生したもので,加水分解によりギブサイトゲルを生成するため,必然的にAl2O3が多く含まれている。従って発生汚泥の化学組成は表3に示すように比較的季節変動が小さく,SiO2とAl2O3 が主成分である。発生汚泥の鉱物組成は,SiO2-Al2O3-K2Oの3成分からなるイライト(雲母族)とカオリナイト(Al2O3・2SiO2・2H2O)及び石英などが主成分であった8)。
2.4 その他の補助原料
その他原料としては,山砕汚泥,火山灰,製紙スラッジ等が目的に応じて添加された。
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