JP6523142B2 - 既成灰造粒物及びこの造粒物を用いた路盤材または盛土材 - Google Patents

Description

本発明は、既成灰から有効利用可能な既成灰造粒物及びこの造粒物を用いた路盤材または盛土材を得ることに関する。

石炭火力発電所から大量に発生する石炭灰は、埋立てされない状態の新生灰と、長期間に渡って所定の埋立地（以下、「処分場」とも呼ぶ）に埋立てられた既成灰とに分けることができる。このうち、新生灰については、従来から、例えば公開特許公報2008-143740号公報に開示されるような方法で、所定の処理を施された石炭灰造粒物として埋立工事や地盤改良工事などに利用されている。

一方、既成灰は、その一部が例えば公共岸壁の裏込め材として使用された場合を除いて、そのほとんどが処分場に埋立てられたまま利用されていない状態にある。そうした中で、平成２３年に起こった震災後は、原子力発電所の稼働停止を受けて、石炭火力による発電量が増加している。その結果、発生する石炭灰のうち処分場に埋め立てられる量も増える傾向にあるが、今後はその処分場の拡張／確保が困難となる恐れがある。したがって、処分場から既成灰（既成灰の塊）を掘り起こして利用することにより、埋立地（処分場）の延命化を図る必要がある。

特開2008-143740号公報

しかし、既成灰は、埋立地中において水や圧力等の影響を受けて、その性状が経時的に変化し、新生灰とは異なる性状を有するために、従来の新生灰の処理方法をそのまま利用した場合、有害物質の溶出抑制等の環境基準を満たした上での有効利用が図れない恐れがある。例えば、既成灰中の水分量は地中の水分吸収により３０ｗｔ％に至る程度まで増加している場合があり、既成灰の処理の際に水分量の調整がより強く求められる。また、例えばフライアッシュのような新生灰の一部と共に既成灰を処理したいという要請もある。

本発明は、既成灰から有効利用可能な既成灰造粒物を得ることを目的とし、より具体的には、比較的含水率が高く（例えば30％程度まで）、有効利用が困難であった既成灰の利用に関し、既成灰単独であるいは新生灰と共に処理した場合のいずれであっても、有害物質の溶出抑制ができ有効利用可能な既成灰を含む既成灰造粒物を提供することを目的とする。なお、本明細書で使用する「既成灰造粒物」とは、既成灰を含む複数の種類の粉状物、粒状物、あるいは解砕物等からなる混合物を造粒機により造粒処理して得られる粒状物を意味する。

本発明は、埋立地から掘り出された既成灰の塊を解砕して得られた既成灰解砕物と、セメントと、既成灰解砕物中の水分量を調整するための廃石膏と、を含む混合物を造粒処理して得られる既成灰造粒物を特徴とするものである。

本発明によれば、新生灰に較べて多量の水分量を保持する既成灰の水分量をセメント／廃石膏の量により調整することにより、造粒処理及びそれにより得られる既成灰造粒物において必要となる粘性／粘度を得ることができる。同時に、主にセメントの固化機能により既成灰造粒物中の有害なヒ素、カドミウム、フッ素、六価クロムあるいはホウ素等の溶出量を抑制することができる。

本発明では、混合物は２２−２５ｗｔ％の範囲の水分を含む。

本発明によれば、水分量の多い既成灰中の水分量（割合）を造粒処理に適正な割合に調整することにより、既成灰造粒物の物理特性（例えば粘性等）や化学特性（例えば溶出量等）を安定かつ均一化させることが可能となる。

本発明では、混合物はさらにフライアッシュを含むことができる。

本発明によれば、石炭火力発電所から発生する新生灰の一形態であるフライアッシュを既成灰と共に造粒処理して既成灰造粒物とすることによりその有効利用（量削減）を図ることができる。

本発明では、混合物は、さらに不溶化材として、硫酸第一鉄または酸化マグネシウムのいずれか一方または双方を含むことができる。

本発明によれば、硫酸第一鉄または酸化マグネシウムによりセメント及びフライアッシュに含まれる六価クロムを不溶化してその溶出量を抑制することができる。さらに、フライアッシュの添加によって増加するセレン、ヒ素、フッ素等の有害物質の溶出を抑制することができる。

本発明では、混合物に添加される廃石膏は、５〜１０ｗｔ％の範囲の二水石膏を含むことができる。

本発明によれば、廃石膏として多量に発生し不要物と扱われている二水石膏（ＣａＳＯ_４・２Ｈ_２Ｏ）を再利用することが可能となる。

本発明では、セメントは、５〜１０ｗｔ％の範囲の高炉セメントＢ種を含むことができる。また、フライアッシュは、混合物中に５〜１０ｗｔ％の範囲で含むことができる。

本発明の既成灰の塊から利用可能な既成灰造粒物を製造する工程を示す図である。 本発明の既成灰造粒物をアスファルト舗装用の路盤材として利用する場合の模式図である。 本発明の既成灰造粒物を盛土材として利用する場合の模式図である。

図面を参照しながら本発明の実施の形態を説明する。図１は、本発明の一実施形態の利用可能な既成灰造粒物を製造する工程を示す図である。図１の製造工程中のステップＳ１の既成灰の塊の掘り出しを除いたステップＳ２〜Ｓ６までは、例えば、建設廃棄物の再資源化を行う中間処理施設（例えば、出願人である恵和興業（株）所有の「ゼロエミプラント」等）の設備を用いて実施することができる。なお、既成灰は埋立地において少なくとも数年から数十年、場合によっては百年以上に渡る長い期間保持されることになることから、エージング灰とも呼ばれている。

図１の工程Ｓ１において、既成灰の埋立地である処分場から既成灰の塊を掘り出す。既成灰（既成灰の塊）は埋立地中で水や加圧等の影響により、新生灰とは異なる性状を有している。例えば、既成灰は水分と加圧によるポゾラン作用の結果、新生灰に比べてポゾラン反応が少ない、あるいは地中での造粒作用により粒度分布が粗くなっている、すなわち、大きなメジアン径を有する粒度分布を持つ等の特徴を有している。

また、既成灰は新生灰に較べて水分量が多く少なくとも２０ｗｔ％以上の水分を保有し、３０ｗｔ％程度の水分量を保有する場合もある。そのため、下記に述べる混合工程あるいは造粒工程において、水をまったく加えることなくそれらの処理をおこなうことができる。言い換えれば、水分量が多い場合はその吸収を考慮して他の添加材の量を調整する必要がある。これらの既成灰の性状は、埋立てられた石炭灰（新生灰）の性状、埋立地の立地環境、埋立て後の経過時間（「エージング時間」とも呼ばれる）等によって変化する。したがって、その掘り出し及び処理を行う際には、事前にその性状を調査／分析しておくことが望ましい。

工程Ｓ２において、工程Ｓ１で得られた既成灰の塊を解砕する。この解砕は、次工程の混合において添加材との混合状態をよくするため、および造粒工程での処理を的確に実施するための前処理的な意味合いを持つ。既成灰の解砕処理は、少なくとも使用する造粒機で造粒可能なサイズ（粒径範囲等）を持つように実行される。

工程Ｓ３において、解砕後の記載に各種の添加材を混合して混合物を形成する。添加材は、例えば、固化材となるセメント、粘結材としての廃石膏、あるいは不溶化材を含むことができる。また、新生灰の１つであるフライアッシュを混合させることもできる。フライアッシュの混合割合は、例えば６〜８ｗｔ％とすることができる。フライアッシュの混合により、石炭火力発電所から発生する新生灰の一形態であるフライアッシュの有効利用（量の削減）を図ることができる。

固化材となるセメントは、例えば高炉セメントＢ種が用いられる。セメントの混合割合は、数ｗｔ％〜約１０ｗｔ％の範囲で可変でき、好ましくは６〜１０ｗｔ％である。セメントは廃石膏と同様に、その量により新生灰に較べて多量の水分量（例えば３０ｗｔ％に至る程度）を保持する既成灰の水分量を調整して適正量（例えば２２−２５ｗｔ％）にする機能を備えている。その機能により、造粒処理及びそれにより得られる既成灰造粒物において必要となる粘性／粘度を得ることができる。同時に、セメントの固化機能により既成灰造粒物中の有害なヒ素、カドミウム、フッ素、あるいはホウ素等の溶出量を抑制することができる。その結果、後述する環境基準に適合した低い溶出量（率）を得ることが可能となる。

粘結材としての廃石膏の混合割合は、１０ｗｔ％以下であり、好ましくは６〜９ｗｔ％とすることができる。その割合は、既成灰に含まれる水分量に応じて、あるいは添加するセメント、フライアッシュの量に応じて調整することができる。廃石膏としては、二水石膏（ＣａＳＯ_４・２Ｈ_２Ｏ）、半水石膏（ＣａＳＯ_４・０．５Ｈ_２Ｏ）、及び無水石膏（ＣａＳＯ_４）の中から選択された１つ、または複数を適時選択して用いることができる。その中でも、二水石膏（ＣａＳＯ_４・２Ｈ_２Ｏ）が不要物の再利用という観点から最も好ましい。また、水分の吸収性という観点からは、水分の吸収性が高い半水石膏（ＣａＳＯ_４・０．５Ｈ_２Ｏ）を主として用いることもできる。

不溶化材としては、主に固化材として混合されるセメント中あるいはフライアッシュ中に含まれる六価クロム、セレン、鉛、ヒ素、フッ素、あるいはホウ素等の溶出を抑制するための硫酸第一鉄や酸化マグネシウム等の還元材が含まれる。各不溶化材は、造粒後の既成灰造粒物からの溶出量が環境基準（「土壌汚染対策法施行規則」（平成14年12月26日付環境省令第29号）で定める基準を示す、以下同様）を下回るように、所定の量（割合）で添加される。その環境基準では、例えば、六価クロムの溶出量（含有量）は０．０５ｍｇ／Ｌ以下、ヒ素の溶出量は０．０１ｍｇ／Ｌ以下、ホウ素の溶出量は１．０ｍｇ／Ｌ以下、あるいはセレンの溶出量は０．０１ｍｇ／Ｌ以下と定められている。

不溶化材の所定の量（割合）は、５ｗｔ％以下が好ましく、より具体的には、硫酸第一鉄、酸化マグネシウムを、例えば順番に０．５〜１．０ｗｔ％、２〜５ｗｔ％とすることができる。これらの割合は、添加するセメント、フライアッシュの量（割合）に応じて調整することができる。上記の割合（範囲）で各添加材を添加した場合、上記の環境基準を満たす（下回る）ことが可能となる。

工程Ｓ４において、混合工程Ｓ３で得られた混合物を造粒機において造粒して既成灰造粒物を生成する。既成灰造粒物の粒度は、造粒機の羽根の回転速度や回転時間（すなわち造粒時間）等に応じて変化し、回転時間を長くすることにより粒度の大きな造粒物の割合を増やすことができる。既成灰造粒物の粒度は、既成灰造粒物の用途に応じて適時設定される。

この造粒処理において、新生灰の処理の場合には必須となる水の添加を無くすことができる。これは、既に述べたように、既成灰は少なくとも２０ｗｔ％以上の水分を含んでいるので、改めて水を加える必要が無いからである。逆に、これも既に述べたように、添加するセメントや廃石膏による既成灰中の水分を吸収させて、すなわち水分量を例えば２２−２５ｗｔ％に調整して、その粘性を調整する必要があるという特徴を有する。なお、工程Ｓ３の混合をこの造粒工程において（その一部として）同時におこなうようにしても良い。

工程Ｓ５において、既成灰造粒物を養生する。養生は既成灰造粒物の強度を向上させる上で重要であり、六価クロム、さらにはヒ素及びフッ素等の溶出量を低減する意味でも重要である。本発明者による実験では、養生期間を少なくとも数日から数十日の期間を確保することにより、各種の溶出量を各々の環境基準値以下に低減できることが分かった。なお、養生期間の長さ（日数、時間）は造粒物の用途等に応じて選択することができる。

工程Ｓ６において、生成された既成灰造粒物の品質管理を行う。品質管理は、既成灰造粒物が用途に合った仕様（粒度、粒径、環境基準のクリア等）を満たしているかを検査／確認する。検査に合格した既成灰造粒物は、例えば、リサイクル・クラッシャーラン（ＲＣ４０）と所定の割合で混合されて路盤材として、あるいは土地の盛土等のための盛土材として有効利用される。

図２は、本発明の既成灰造粒物をアスファルト舗装用の路盤材として利用する場合の模式図である。アスファルト舗装用の路盤材は、アスファルト舗装における、アスファルトを含む表層／基層１０の下に配置される路盤材２０を意味し、特に路盤材の下層路盤の材料を意味する。図２に示されるように、既成灰造粒物は、路盤材２０として、ＲＣ４０（２２）の間を埋めるように混合されている。

図３は、本発明の既成灰造粒物を盛土材として利用する場合の模式図である。下地層３０の上に既成灰造粒物を含む盛土材４０が形成される。なお、造粒物といっしょに他の盛土用材料（新生灰、砂、土、粘土等）を加えて盛土材４０とすることもできることは言うまでもない。

混合割合を変えて、複数の試料（既成灰造粒物）を実際に製造して品質評価（分析）をおこなった。以下にその実施例を示す。なお、下記中の「水分」は混合物の各成分中の水分量の合計値であり、添加した水の量（割合）を示すものではない。
（１）実施例１
（ａ）混合割合（ｗｔ％）：
・既成灰 ：５９．５
・セメント ：６．９
・フライアッシュ ：９．７
・水分 ：２３．９
（ｂ）分析結果（ｍｇ／Ｌ）：
・六価クロム ：０．０１
・セレン ：０．００２
・ヒ素 ：０．００１
・フッ素 ：０．２８
・ホウ素 ：０．１

（２）実施例２
（ａ）混合割合（ｗｔ％）：
・既成灰 ：６２．３
・セメント ：７．１
・二水石膏 ：８．１
・水分 ：２２．５
（ｂ）分析結果（ｍｇ／Ｌ）：
・六価クロム ：０．０４
・セレン ：０．０１
・ヒ素 ：０．００５
・フッ素 ：０．１４
・ホウ素 ：０．４

（３）実施例３
（ａ）混合割合（ｗｔ％）：
・既成灰 ：５８．５
・セメント ：６．９
・フライアッシュ ：９．６
・硫酸第一鉄水塩 ：０．７
・水分 ：２４．３
（ｂ）分析結果（ｍｇ／Ｌ）：
・六価クロム ：＜０．０１
・セレン ：０．００２
・ヒ素 ：０．００１
・フッ素 ：０．４
・ホウ素 ：＜０．１

（４）実施例４
（ａ）混合割合（ｗｔ％）：
・既成灰 ：５８．２
・セメント ：６．９
・フライアッシュ ：９．６
・硫酸第一鉄水塩 ：０．７
・酸化マグネシウム ：０．７
・水分 ：２３．９
（ｂ）分析結果（ｍｇ／Ｌ）：
・六価クロム ：０．０１
・セレン ：０．００３
・ヒ素 ：０．００１
・フッ素 ：０．３８
・ホウ素 ：０．２

（５）比較例
試料（混合物）に水を加えて水分量が３０ｗｔ％以上の試料（混合物）を準備して、工程Ｓ４の造粒処理を行った。この場合、造粒機内において混合物が団子状態となり適性かつ比較的均等な大きさの造粒物を得ることができなかった。また、試料を乾燥放置して水分量が２０ｗｔ％以下になってから同様に工程Ｓ４の造粒処理を行った。この場合、混合物が比較的ぱさぱさした粘性の低い粉状となり適性な大きさの造粒物を得ることはできなかった。したがって、水分量が多いあるいは少ないかのいずれの場合においても再利用可能な既成灰造粒物を得ることはできなかった。なお、水分量が多い場合に、工程Ｓ２において水分を吸収させるために固化材となるセメント、あるいは粘結材としての廃石膏の添加量を増やすことも可能であるがその分製造コスト高となり望ましくない。

本発明の実施形態について、図を参照しながら説明をした。しかし、本発明はこれらの実施形態に限られるものではない。本発明はその趣旨を逸脱しない範囲で当業者の知識に基づき種々なる改良、修正、変形を加えた態様で実施できるものである。

１０ アスファルトを含む表層／基層
２０ 路盤材（下層路盤材）
２２ ＲＣ４０
２４ 既成灰造粒物
３０ 下地層
４０ 既成灰造粒物を含む盛土材

Claims (7)

1. 埋立地から掘り出された既成灰の塊を解砕して得られた既成灰解砕物と、セメントと、前記既成灰解砕物中の水分量を調整するための廃石膏と、を含む混合物を造粒処理して得られる既成灰造粒物であって、
   前記混合物は、前記セメントを６〜１０ｗｔ％の範囲で含み、前記廃石膏を６〜９ｗｔ％の範囲で含む、既成灰造粒物。
2. 前記混合物は、２２〜２５ｗｔ％の範囲の水分を含む、請求項１の既成灰造粒物。
3. 前記混合物は、さらに６〜８ｗｔ％の範囲でフライアッシュを含む、請求項１または２の既成灰造粒物。
4. 前記混合物は、さらに不溶化材として、５ｗｔ％以下の範囲で、硫酸第一鉄または酸化マグネシウムのいずれか一方または双方を含む、請求項１〜３のいずれか１項の既成灰造粒物。
5. 前記廃石膏は二水石膏を含む、請求項１〜４のいずれか１項の既成灰造粒物。
6. 前記セメントは高炉セメントＢ種を含む、請求項１〜５のいずれか１項の既成灰造粒物。
7. 請求項１〜６のいずれか１項の既成灰造粒物を含む路盤材または盛土材。

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