JPH0684262B2

JPH0684262B2 - 下水道汚泥焼却灰を利用したセラミックスの製造法

Info

Publication number: JPH0684262B2
Application number: JP63284564A
Authority: JP
Inventors: 稔也田中; 浚次富田; 邦敏安田
Original assignee: KANKO UNYU JUGEN; RAKUHOKU UNYU KK
Current assignee: KANKO UNYU JUGEN; RAKUHOKU UNYU KK
Priority date: 1988-11-09
Filing date: 1988-11-09
Publication date: 1994-10-26
Anticipated expiration: 2009-10-26
Also published as: JPH02129061A

Description

【発明の詳細な説明】産業上の利用分野本発明は、下水道汚泥の焼却灰処理及び有効利用の方法
に関するものである。

従来の技術近年、各都市では、下水道普及率の上昇に伴って、下水
道汚泥の発生量が膨大となり、下水道処理場で焼却処理
されたその焼却灰は増大する一方である。

現在までこれらの焼却灰は主に都市近傍の埋立て用地に
棄捨されていたが、近年埋立て用地の不足と土地の高
騰、及び処理費の増大等が大きな問題となってきた。一
方、この焼却灰の成分は無機灰分と重金属類に大別され
るが、埋立て処理そのものにおいても、灰の飛散や重金
属の溶出という二次公害の問題もあり、これらの問題を
総合的に解決するような焼却灰の再利用方法の研究が各
都市において、公的機関や企業との共同で行われている
（例えば、岐阜市と日本碍子株式会社との共同出願に係
わる特公昭61−50895号公報参照。）。現在知られてい
る汚泥焼却灰の有効利用の態様としては、骨材（上記
共同出願の発明も、この製造法に関する。）、路盤
材、アスファルト用増量添加剤への加工等であるが、
比較的新しい方法として注目されているのが、セラミ
ック建材としての利用である。この方法は、焼却灰を天
然原料（調合不明）と混合した後、タイル状に成形し、
焼成して建材を得る利用法であり、一部製造販売もされ
ているが、未だ模索段階である。

発明が解決しようとする課題本発明は、下水道汚泥焼却場より回収される無機質及び
重金属材料を含んだ焼却灰に現在新素材として注目され
ているセラミック原料を添加し、新しいセラミック製品
を開発するためのセラミック製造法に関するものであ
る。

セラミック製品として焼却灰を利用する場合の課題は、 1.焼却灰を如何にして多量に添加し、セラミックス製品
をつくるか。

2.焼成温度を一般セラミック焼成温度に比較して低温に
することができるか。という点である。

一般に、セラミックスへの焼成温度は1250℃以上であ
り、特にファインセラミックスでは1500〜1600℃程度で
なければならないとされている。

なお、下水道汚泥と同様、回収・処理の問題点を有する
一般都市ゴミについて発明者は、一般都市ごみの焼却灰
は、下水道焼却灰に比較して不安定であり、セラミック
製品として使用した場合に、強度や焼成による収縮率
（15〜20％）が不揃いとなることを確認した。このた
め、本発明は、下水道汚泥の焼却灰のみを対象とするも
のである。

本発明に用いた下水道汚泥焼却灰の分析値は次表に示す
とおりである。

セラミックス形成の観点により、分析された組成につい
て考慮すると、SiO₂、Al₂O₃はセラミックスの母体とな
り、CaO、Fe₂O₃、Na₂O₃、K₂Oはガラス組成を形成する融
剤（ガラス質形成剤）として働くものであり、この焼却
灰単味の焼結によっても、一応セラミックスの形成は可
能である。

しかしながら、たとえば建材用タイル（床材、内装材、
外装材を含む）や下水道用セラミック土管等の建材固定
の形成について検討した場合、焼却灰の分析値のSiO₂、
Al₂O₃が不足するため、焼却灰単味で焼結しようとして
も、いわゆる焼成幅が狭くなって、発泡現象が起こり、
かつ変形するため、不可能である。また、耐火煉瓦の形
成の可能性については、焼却灰では耐火度が不足（約10
00℃でガラス化）し、不都合であった。

発明者は、これらの問題解決のため、各種のセラミック
原料添加を考慮し、如何に少量の添加により、高品質の
セラミック製品ができるかについて検討した結果、次の
よう方法に到達したものである。

課題を解決するための手段すなわち、本発明の方法は、下水道汚泥焼却灰と、SiO₂
を主成分としその数分の１のAl₂O₃を含むセラミック材
料とを混合し、その組成を各重量％においてSiO₂が41〜
66、Al₂O₃が11〜18、CaOが７〜33、FeO₂2〜８の範囲で
あって、かつCaO/SiO₂比が0.11〜0.86、CaO/Al₂O₃比が
0.4〜3.0、Al₂O₃/SiO₂比が0.26〜0.28となるように調整
し、この組成物を建材固体として成形し、かつこれを常
温より1100〜1200℃まで昇温・加熱して焼結することを
特徴とするものである。

作用上記の混合物組成、及び焼成条件によるならば、焼成に
よる変形を生じないで、機械的強度及び吸水率等の物理
的特性において、建材用セラミックスとして一応満足す
べき製品を得ることができる。

実施例の説明建材や耐火煉瓦をつくるためには、焼成体の物性値とし
て機械的強度、吸水率、寸法の安定性が特に問題とな
る。

ここで本発明のセラミックス製造工程の概略を説明す
る。

（１）下水道焼却灰の粉砕、ふるい分け（２）セラミック原料配合物の調製各種セラミック原料を、全体としてはSiO₂を主成分と
し、その数分の１のAl₂O₃を含むことを必須として用意
し、これらを調合・粉砕してなるセラミック配合物を得
る。

（３）ふるい分け焼却灰と、セラミック配合物の混合、
造粒（４）金型プレス成型適当な大きさのタイル状に成型する。

（５）乾燥造粒時、二次的に加えた水分を除去するために乾燥す
る。

（６）焼成焼成した成型物を常温より1100〜1200℃まで昇温・加熱
して約20〜60分間この温度に維持して焼結する。

（７）外観検査（８）物性測定かさ比重、曲げ強さ、吸水率等の物性を測定する。

前述のように、建材としてのセラミック製品を製造する
ためには、建材としての物性値を維持できる限度の下水
道汚泥の焼却灰を如何に多く、効率的に添加することが
できるかを検討する必要があり、その検討は焼却灰添加
後物のAl₂O₃、SiO₂の量と、CaO/SiO₂、CaO/Al₂O₃及びAl
₂O₃/SiO₂の各比を目安として行う必要がある。

表IIに重量比により下水道焼却灰とセラミック配合物と
の混合比と、調合組成のCaO、SiO、Al₂O₃比を示す。

比較試験時において試供された焼却灰（表Ｉのものとは
異なる）の100重量％の単味では、CaO/SiO₂＝1.48、CaO
/Al₂O₃＝5.25、Al₂O₃/SiO₂＝0.28となり、これは1150℃
焼成で急激に変形、及び発泡現象が現れ、セラミック製
品には不向きであり、非常に焼成幅は狭いことが判明し
た。

焼成灰単味に表IIのNo.1〜９に示すごとく、漸次、セラ
ミック配合物を添加していくと、Al₂O₃、SiO₂の割合が
増加し、CaO、Fe₂O₃の減少と共に、焼成幅が広がって、
強度の増大が認められた。同時に焼成温度を上昇する必
要を認められる。

本発明において見出された良好な組成として、焼却灰は
最高80％まで添加可能であることが確認された。そのと
きの各組成の比率はCaO/SiO₂＝0.80、CaO/Al₂O₃＝2.9
1、Al₂O₃/SiO₂＝0.27であった。

特に、CaO/SiO₂、CaO/Al₂O₃の比率が前記焼却灰添加率
を80％以上とすることにより増加すると、焼成幅が狭く
なり、焼成体の変形が発現する。

なお、これらの比率が増加すると、発泡現象が現れる
（焼却灰100重量％の単味の場合に最も顕著であ
る。）。

焼成温度はCaO/SiO₂、CaO/Al₂O₃の減少と共にやや上昇
させる必要がある。その範囲は約50℃〜100℃程度であ
る。また、Al₂O₃/SiO₂の比率は、0.27〜0.26の範囲であ
ればよいことが判明した。

次に、具体的実施例を説明する。

下水焼却灰 60％（重量百分率）セラミック配合物 40％（〃）上記原料を乾式混合した後、縦110mm×横60mmの金型に
入れ、成形圧力50〜60kg/cm²で成形し、厚さ約1.5cmの
成形体を得た。成形体は約10％の含水率である。この成
形体を常温より70〜100℃/hrの昇温速度で加熱し、1150
℃において約30分間位焼成した結果、曲げ強さ320kg/cm
²、吸水率0.9〜1.0％、かさ比重1.87〜1.88の焼成体を
得た。この結果、焼成体の変形は認められなかった。

種々の配合試験の結果、焼却灰の重量比率を80％、セラ
ミック配合物のそれを20％とするのが最も多量の焼却灰
の利用限度であり、それ以下の焼却灰の添加量であれ
ば、実施例に示す形状のセラミック製品を、建材として
使用可能な物性値において得ることが可能である。しか
し、焼却灰の添加量の少ない組成は本発明の目的に沿わ
ないことは明らかである。

したがって、建材としての物性値と汚泥回収性との兼ね
合いにおいて、本発明は下水道焼却灰を最高80％まで
（セラミック配合物20％以上）添加することが可能であ
り、焼成温度を1100〜1200℃と一般セラミック焼成温度
よりも低温で、セラミック建材としての有効利用が可能
であることを見出した。

発明の効果本発明の以上の通り、下水道汚泥焼却灰の効果的な回収
及び有効利用を可能とするものである。特に、実施例に
示した灰60％、セラミック配合物40％の割合で焼成した
タイルを粉末ｘ線回折法により分析した結果、α石英
（SiO₂）、クリストバライト（SiO₂）及びアノルサイト
（CaO・Al₂O₃・2SiO₂）等の結晶質又は微結晶の集合体
を含み、その他はガラス物質であることが判明した。こ
れは極めて安定なセラミック製品である。

これらの具体的かつ有効な利用法については、内装又は
外装用建材としての他、下水道用陶管セラミックスや耐
火煉瓦（使用最高温度約1000℃〜1100℃）としても使用
可能であると考えられる。

フロントページの続き (72)発明者田中稔也京都府京都市右京区花園伊町41番地 (72)発明者富田浚次京都府京都市山科区大宅甲ノ辻町21 有限会社関厚運輸内 (72)発明者安田邦敏京都府京都市東山区福稲下高松町11番地 (56)参考文献特開昭56−104776（ＪＰ，Ａ) 特開昭62−212260（ＪＰ，Ａ) 特開昭59−195571（ＪＰ，Ａ) 特開昭62−176951（ＪＰ，Ａ)

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】下水道汚泥焼却灰と、SiO₂を主成分としそ
の数分の１のAl₂O₃を含むセラミック材料とを混合し、
その組成を重量％においてSiO₂が41〜66、Al₂O₃が11〜1
8、CaOが７〜33、Fe₂O₃が２〜８の範囲であって、かつC
aO/SiO₂比が0.11〜0.86、CaO/Al₂O₃比が0.4〜3.0、Al₂O
₃/SiO₂比が0.26〜0.28となるように調整し、この組成物
を建材固体として成形し、かつこれを常温より1100〜12
00℃まで昇温・加熱して焼結することを特徴とするセラ
ミックスの製造法。