JPH10152369A - セラミックス原料組成物及びその焼結体並びにその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 廃棄物としてのガラス、ゴミ焼却灰の溶融ス
ラグ、下水汚泥の焼却灰及びキラを容易に有効利用する
ことができるセラミックス原料組成物及びその焼結体並
びにその製造方法を提供する。 【解決手段】 セラミックス原料組成物は、廃棄物とし
てのガラス、ゴミ焼却灰の溶融スラグ、下水汚泥の焼却
灰及びキラと、窯業用粘土、陶石又は長石類とを湿式又
は乾式粉砕法により粉砕し、混合して調製される。そし
て、この原料組成物を油圧プレス機などを用い、所定形
状に成形することにより成形体が得られる。この成形体
を８００〜１３００℃の温度で焼結することにより焼結
体が得られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、例えば廃棄物と
してのガラス、ゴミ焼却灰の溶融スラグ、下水汚泥の焼
却灰及びキラ（粘土を分級することにより得られる粗粒
状の残さ）を有効利用するためのセラミックス原料組成
物及びその焼結体並びにその製造方法に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】一般に、ビール瓶などのガラスは使用後
にリサイクルして再使用されるが、酒や調味料などのガ
ラス瓶はそのまま廃棄されているのが現状である。

【０００３】また、ゴミ焼却灰の溶融スラグ、下水汚泥
の焼却灰又はキラなどの各種産業廃棄物の処理方法とし
ては、廃棄物を適当な粒度に粉砕し、煉瓦を製造して舗
道用に使用したり、コンクリートに混ぜて採石や砂利の
代わりとして用い、ブロックや側溝などの用途に使用し
ていた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところが、産業廃棄物
の大半は未だ有効な利用方法が得られておらず、埋め立
て処分を余儀なくされているのが現状である。この産業
廃棄物を建築物などの主要部分に使用することは、品
質、デザイン、コストなどの点から満足できるものでは
ない。すなわち、廃棄物としてのガラス、ゴミ焼却灰の
溶融スラグ、下水汚泥の焼却灰及びキラは、それぞれ単
独で利用されている。

【０００５】つまり、これらの各成分は各々アルカリの
含有量，溶融性能，形状保持性能などの性能について知
られており、各成分の個々の性能を有効に発揮させるた
め、それぞれ単独で添加されている。仮に、各成分を単
に組合わせて使用しようとすると、前記各性能が変動
し、所望とする焼結体を得ることはできないという問題
があった。

【０００６】この発明は、このような従来の技術に存在
する問題点に着目してなされたものである。その目的と
するところは、廃棄物としてのガラス、ゴミ焼却灰の溶
融スラグ、下水汚泥の焼却灰及びキラを容易に有効利用
することができるセラミックス原料組成物及びその焼結
体並びにその製造方法を提供することにある。また、他
の目的とするところは、所定形状を保持でき、意匠性を
向上させることができるセラミックスの焼結体を提供す
ることにある。さらに、他の目的とするところは、セラ
ミックス原料組成物の焼結温度を下げることができ、焼
結を容易に行うことができるセラミックスの焼結体の製
造方法を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、請求項１に記載のセラミックス原料組成物の発明
は、廃棄物としてのガラス、ゴミ焼却灰の溶融スラグ、
下水汚泥の焼却灰及びキラと、窯業用粘土、陶石又は長
石類とを湿式又は乾式粉砕法により粉砕して混合したも
のである。

【０００８】請求項２に記載のセラミックスの焼結体の
発明は、請求項１に記載のセラミックス原料組成物を所
定形状に成形し、焼結したものである。請求項３に記載
のセラミックスの焼結体の製造方法の発明は、請求項１
に記載のセラミックス原料組成物を混合し、その混合物
を乾式プレス成形又は湿式押出成形により所定形状の成
形体を成形し、その成形体を８００〜１３００℃の温度
で焼結したものである。

【０００９】従って、請求項１に記載のセラミックス原
料組成物においては、廃棄物として処理されるガラス、
ゴミ焼却灰の溶融スラグ、下水汚泥の焼却灰及びキラと
窯業用粘土、陶石又は長石類とが混合され、混合された
ものがセラミックス原料として使用される。

【００１０】このため、廃棄物としてのガラス、ゴミ焼
却灰の溶融スラグ、下水汚泥の焼却灰及びキラを組合わ
せて、セラミックスの焼結体などの原料として容易に有
効利用することができる。

【００１１】請求項２に記載のセラミックスの焼結体に
おいては、セラミックス原料組成物を所定形状に成形
し、焼結することにより、一定の形状を維持できるとと
もに、混合したガラスにより焼結体の外観を向上させる
ことができる。

【００１２】請求項３に記載のセラミックスの焼結体の
製造方法においては、セラミックス原料組成物に融点の
低いガラス成分が含まれているため、そのガラス成分に
より、セラミックス原料組成物の焼結時における焼結温
度を低下させることができる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施形態につい
て、詳細に説明する。セラミックス原料組成物は、ガラ
ス、ゴミ焼却灰の溶融スラグ、下水汚泥の焼却灰及びキ
ラと、窯業用粘土、陶石又は長石類とを湿式又は乾式粉
砕法により粉砕して混合した組成物である。

【００１４】ガラスとしては、酒、調味料などの使用済
みの瓶で、リサイクルされず、廃棄されるものが使用さ
れる。ゴミ焼却灰の溶融スラグとしては、ゴミ処理場の
溶融炉でゴミなどを焼却して得られた廃棄物としてのス
ラグが使用される。下水汚泥の焼却灰としては、下水道
処理施設で発生した下水道汚泥を焼却して得られた廃棄
物としての焼却灰が使用される。キラは、前述のように
粘土を分級することにより得られる粗粒の廃棄される砂
などが使用される。

【００１５】粉砕法としては、チューブミル、ボールミ
ル、トロミルなどの粉砕機を用いた湿式又は乾式の方法
が採用される。セラミックス原料組成物中のガラスの配
合割合は、１〜６０重量％の範囲が望ましい。この割合
が１重量％未満ではガラスを配合する意義が薄く、６０
重量％を越えるとガラスの割合が多くなり過ぎ、焼結体
の焼結性を維持することが困難で、焼結体の形状を保持
しにくくなり易い。なお、ガラス中に含まれるアルカリ
成分及びアルカリ土類成分は、セラミックスの焼結体の
焼結性を促進する働きがある。

【００１６】次に、セラミックス原料組成物中のゴミ焼
却灰の溶融スラグの配合割合は、１〜５０重量％の範囲
が望ましい。この割合が１重量％未満ではゴミ焼却灰の
溶融スラグを配合する意義が薄く、５０重量％を越える
とセラミックス原料の調和を害するおそれがあり、焼結
性や形状保持性に難点があるからである。なお、ゴミ焼
却灰の溶融スラグ中に含まれるアルカリ土類成分は、セ
ラミックスの焼結体の耐火度を低下させる働きがある。

【００１７】セラミックス原料組成物中の下水汚泥の焼
却灰の配合割合は、１〜３０重量％の範囲が望ましい。
この割合が１重量％未満では下水汚泥の焼却灰を配合す
る意義が薄く、３０重量％を越えると下水汚泥の焼却灰
中に含まれる鉄などの不純物の影響により、セラミック
スの焼結体の形状を不良にしたり、セラミックスの焼結
体に発泡が生じたりするおそれがあるからである。

【００１８】さらに、セラミックス原料組成物中のキラ
の配合割合は、１〜５５重量％の範囲が望ましい。この
割合が１重量％未満ではキラを配合する意義が薄く、５
５重量％を越えるとセラミックス原料の調和を害し、焼
結体の焼結性の低下を招くおそれがあるからである。な
お、キラには、酸化アルミニウムや酸化ケイ素が含まれ
ているので、セラミックスの焼結体の形状を保持する働
きがある。

【００１９】従って、セラミックス原料における廃棄物
としてのガラス、ゴミ焼却灰の溶融スラグ、下水汚泥の
焼却灰及びキラの含有比率は、ガラス１〜６０重量％、
ゴミ焼却灰の溶融スラグ１〜５０重量％、下水汚泥の焼
却灰１〜３０重量％及びキラ１〜５５重量％の範囲内が
望ましい。

【００２０】また、セラミックス原料における廃棄物と
してのガラス、ゴミ焼却灰の溶融スラグ、下水汚泥の焼
却灰及びキラの含有比率は、ガラス３〜４０重量％、ゴ
ミ焼却灰の溶融スラグ３〜３０重量％、下水汚泥の焼却
灰２〜２０重量％及びキラ５〜５０重量％の範囲内がよ
り望ましく、ガラス５〜２０重量％、ゴミ焼却灰の溶融
スラグ５〜１５重量％、下水汚泥の焼却灰３〜１０重量
％及びキラ１５〜４０重量％の範囲内がさらに望まし
い。

【００２１】ガラス、ゴミ焼却灰の溶融スラグ及び下水
汚泥の焼却灰の含有比率は、６０重量％以下であるのが
望ましい。それらの成分の含有率の下限は３重量％程度
であるのが望ましい。

【００２２】廃棄物としてのガラス、ゴミ焼却灰の溶融
スラグ、下水汚泥の焼却灰及びキラの含有比率が６０重
量％を越えると、セラミックス原料を使用して成形体を
成形する場合に、成形体が脆くて崩れ易くなり成形する
のが困難となるおそれがあるからである。また、その含
有比率が３重量％未満では、各成分の有効利用を図るこ
とができない。

【００２３】ゴミ焼却灰の溶融スラグの粉砕は、先ず溶
融炉から排出されたスラグをロールクラッシャー、イン
ペラーブレーカーなどにより粗粉砕し、さらにローラー
ミル、エッジランナーミルなどにより好ましくは１mm以
下、さらに好ましくは０. ５mm以下の細粒に粉砕した
後、チューブミル、ボールミル、トロミルなどの湿式あ
るいは乾式法により微粉砕する。

【００２４】微粉砕は、粉砕時間、可塑剤、粘土類、陶
石類、長石類などの添加割合、粉砕メディアのボールの
大きさ、被粉砕物のゴミ焼却灰の溶融スラグとボール、
玉石の比率などにより、粉砕されたゴミ焼却灰の溶融ス
ラグの粒度構成が決定される。

【００２５】このようなセラミックス原料組成物を所定
形状に成形し、焼結することにより、所望とするセラミ
ックスの焼結体を得ることができる。セラミックスの焼
結体を製造する場合の焼結温度は、８００〜１３００℃
の範囲であることが好ましい。この焼結温度は８００℃
より低い温度では、焼結体として十分な焼結強度が得ら
れず、セラミックスの焼結体が脆くなる。逆に、１３０
０℃より高い温度では、セラミックスの焼結体に変形や
溶融が起こる。この焼結温度は、エネルギーコスト、炉
の安定性、製品の安定性などの点を考慮して、９００〜
１２００℃の温度範囲がさらに好ましい。

【００２６】以上のような実施形態により、次のような
効果を発揮することができる。 （１） 廃棄物としてのガラス、ゴミ焼却灰の溶融スラ
グ、下水汚泥の焼却灰及びキラを容易に有効利用するこ
とができる。 （２） セラミックスの焼結体の形状を一定形状に保持
できるとともに、含有されるガラスなどの成分により焼
結体の外観を向上させることができる。 （３） セラミックス原料組成物には融点の低いガラス
が含有されていることから、セラミックス原料組成物を
焼結する際の焼結温度を下げることができ、焼結を容易
に行うことができる。 （４） 廃棄物としてのガラス、ゴミ焼却灰の溶融スラ
グ、下水汚泥の焼却灰及びキラの配合量の調和を保つこ
とができるとともに、焼結させた場合に焼結体の形状が
不良になったり、焼結体に発泡が生じたりするのを防止
することができる。 （５） 廃棄物としてのガラス、ゴミ焼却灰の溶融スラ
グ、下水汚泥の焼却灰及びキラよりなるセラミックス原
料を使用して成形体を成形する場合に、成形体が崩れる
ことなく容易に成形することができる。 （６） セラミックス原料組成物を所定形状に成形した
後、焼結した場合に粒子間の結合性を良くすることがで
き、焼結性を向上させることができる。

【００２７】

【実施例】以下、実施例を挙げてこの発明を具体的に説
明するが、この発明はこれらの実施例によって何ら限定
されるものではない。 （実施例１）セラミックス原料組成物として、ガラス５
重量％、ゴミ焼却灰の溶融スラグ６重量％、下水汚泥の
焼却灰３重量％、キラ３５重量％、粘土３５重量％及び
陶石１６重量％を混合し、この混合物をトロミルにより
湿式粉砕した。

【００２８】そして、このセラミックス原料組成物をス
プレー乾燥装置により、乾燥造粒して顆粒状の原料とし
て調製し、はい土とした。このはい土を用い、１５０ト
ン油圧プレスにより、幅１００mm×長さ１００mm×厚さ
１０mmの成形体を成形した。この成形体の表面に釉薬を
施した後、１２３０℃の温度で３時間焼成して施釉セラ
ミックスタイルを製造した。

【００２９】このセラミックスタイルは、吸水率１％以
下、曲げ強度２００kgf ／cm以上の物性が得られ、着色
の選択も自由にでき、建築用タイルとして使用上全く問
題なく好適に使用することができた。

【００３０】なお、このタイルからの有害物質の溶出試
験をＪＩＳ−０１０２（産業廃棄物に含まれる金属等の
検出方法）に従って検出した結果、有害物質の溶出が認
められなかった。以上のように、廃棄物としてのガラ
ス、ゴミ焼却灰の溶融スラグ、下水汚泥の焼却灰及びキ
ラを用いてセラミックスタイルを製造することにより、
資源の有効利用を図ることができた。 （実施例２）セラミックス原料組成物として、ガラス１
８重量％、ゴミ焼却灰の溶融スラグ１５重量％、下水汚
泥の焼却灰１０重量％、キラ２０重量％、粘土３０重量
％及び陶石７重量％を混合し、この混合物をトロミルに
より湿式粉砕した。

【００３１】そして、このセラミックス原料組成物をス
プレー乾燥装置により、乾燥造粒して顆粒状の原料を調
製した。この顆粒状の原料に陶磁器の粉砕物としてのセ
ルベンを１. ０〜２. ５mmに粉砕したものを１０重量％
ミキサーにより二次混合してはい土とした。このはい土
を用い、１５０トン油圧プレスにより、幅１００mm×長
さ１００mm×厚さ１０mmの成形体を成形した。この成形
体を１０５０℃の温度で３時間焼成してセラミックスタ
イルを製造した。

【００３２】このセラミックスタイルは、吸水率３％以
下、曲げ強度１８０kgf ／cm以上の物性を有し、従来の
粘土、陶石及び長石類のみを原料にしたセラミックスタ
イルと比較して、使用上全く問題なく建築用床タイルと
して実用に供することができた。 （実施例３）セラミックス原料組成物として、ガラス１
０重量％及びゴミ焼却灰の溶融スラグ１０重量％を乾式
粉砕により１００μm 以下に調製し、これに下水汚泥の
焼却灰１０重量％、キラ３５重量％及び粘土３５重量％
を加えて混合した。

【００３３】この混合物を真空土練機を用いて、幅１１
０mm×長さ２３０mm×厚さ６０mmの成形体に成形した。
この成形体を含水率１％以下になるまで乾燥した後、１
０５０℃の温度で４時間焼成し、舗道用煉瓦タイルを製
造した。

【００３４】この舗道用煉瓦タイルは、圧縮強さ５２０
kgf ／cm、吸水率５％以下、曲げ強度１２０kgf ／cm、
耐摩耗性０. １g の物性を有し、従来の粘土、陶石及び
長石類を原料にした舗道用煉瓦と比較しても使用上全く
問題はなかった。

【００３５】なお、この舗道用煉瓦についてＪＩＳ−０
１０２（有害物質の溶出試験）に従って有害物質の試験
を行った結果、有害物質の溶出は認められなかった。 （実施例４）セラミックス原料組成物として、ガラス１
０重量％、ゴミ焼却灰の溶融スラグ１０重量％、下水汚
泥の焼却灰１０重量％、キラ３５重量％及び粘土３５重
量％を混合し、この混合物をトロミルにより湿式粉砕し
て泥漿とした。この泥漿をフィルタープレスで脱水して
ケーキ状のはい土（含水率２０％）とした。

【００３６】このはい土に１. ０mm以下の陶磁器の粉砕
物としてのセルベン１０重量％を加えて全体の水分が１
５〜１８％なるように調製し、真空土練機を用いて、幅
１１０mm×長さ２３０mm×厚さ６０mmの成形体を成形し
た。この成形体を含水率１％以下になるまで乾燥した
後、１０５０℃の温度で４時間焼成し、舗道用煉瓦タイ
ルを製造した。

【００３７】この舗道用煉瓦タイルは、圧縮強さ５２０
kgf ／cm、吸水率５％以下、曲げ強度１２０kgf ／cm、
耐摩耗性０. １g の物性を有し、従来の粘土、陶石及び
長石類を原料にした舗道用煉瓦と比較しても使用上全く
問題はなかった。

【００３８】なお、この舗道用煉瓦についてＪＩＳ−０
１０２（有害物質の溶出試験）に従って有害物質の試験
を行った結果、有害物質の溶出は認められなかった。 （実施例５）実施例３において、ガラス１０重量％、ゴ
ミ焼却灰の溶融スラグ５重量％、下水汚泥の焼却灰５重
量％、キラ４０重量％及び粘土４０重量％とし、焼結温
度を１２００℃とした。

【００３９】この舗道用煉瓦タイルは、圧縮強さ５２０
kgf ／cm、吸水率５％以下、曲げ強度１２０kgf ／cm、
耐摩耗性０. １g の物性を有し、従来の粘土、陶石及び
長石類を原料にした舗道用煉瓦と比較しても使用上全く
問題はなかった。

【００４０】なお、この舗道用煉瓦についてＪＩＳ−０
１０２（有害物質の溶出試験）に従って有害物質の試験
を行った結果、有害物質の溶出は認められなかった。 （実施例６）実施例４において、ガラス１０重量％、ゴ
ミ焼却灰の溶融スラグ５重量％、下水汚泥の焼却灰５重
量％、キラ４０重量％及び粘土４０重量％とし、焼結温
度を１２００℃とした。

【００４１】この舗道用煉瓦タイルは、圧縮強さ５２０
kgf ／cm、吸水率５％以下、曲げ強度１２０kgf ／cm、
耐摩耗性０. １g の物性を有し、従来の粘土、陶石及び
長石類を原料にした舗道用煉瓦と比較しても使用上全く
問題はなかった。

【００４２】なお、この舗道用煉瓦についてＪＩＳ−０
１０２（有害物質の溶出試験）に従って有害物質の試験
を行った結果、有害物質の溶出は認められなかった。次
に、実施形態又は実施例から抽出される技術的思想につ
いて以下に述べる。 （１） 前記廃棄物としてのガラス、ゴミ焼却灰の溶融
スラグ、下水汚泥の焼却灰及びキラの含有比率は、ガラ
ス１〜６０重量％、ゴミ焼却灰の溶融スラグ１〜５０重
量％、下水汚泥の焼却灰１〜３０重量％及びキラ１〜５
５重量％である請求項１に記載のセラミックス原料組成
物。

【００４３】このように構成すれば、廃棄物としてのガ
ラス、ゴミ焼却灰の溶融スラグ、下水汚泥の焼却灰及び
キラの配合量の調和を保つことができるとともに、焼結
させた場合に焼結体の形状が不良になったり、焼結体に
発泡が生じたりするのを防止することができる。 （２） 前記廃棄物としてのガラス、ゴミ焼却灰の溶融
スラグ及び下水汚泥の焼却灰の含有比率は３〜６０重量
％である上記（１）に記載のセラミックス原料組成物。

【００４４】このように構成した場合、廃棄物としての
ガラス、ゴミ焼却灰の溶融スラグ、下水汚泥の焼却灰及
びキラよりなるセラミックス原料を使用して成形体を成
形する場合に、成形体が崩れることなく容易に成形する
ことができる。 （３） 前記焼結温度は９００〜１２００℃である請求
項３に記載のセラミックスの焼結体の製造方法。

【００４５】このように構成した場合、焼結時における
炉の操作性を向上させることができ、製品の安定性を高
めることができるとともに、エネルギーコストの低減を
図ることができる。

【００４６】

【発明の効果】この発明は、以上のように構成されてい
るため、次のような効果を奏する。請求項１に記載の発
明によれば、廃棄物としてのガラス、ゴミ焼却灰の溶融
スラグ、下水汚泥の焼却灰及びキラを組合わせて、セラ
ミックスの焼結体などの原料として容易に有効利用する
ことができる。

【００４７】請求項２に記載の発明によれば、セラミッ
クス原料組成物を所定形状に成形し、焼結することによ
り、一定の形状を維持できるとともに、混合したガラス
により焼結体の外観を向上させることができる。

【００４８】請求項３に記載の発明によれば、セラミッ
クス原料組成物に融点の低いガラス成分が含まれている
ため、そのガラス成分により、セラミックス原料組成物
の焼結時における焼結温度を低下させることができる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 秋田 勝彦 愛知県名古屋市中区錦２丁目７番４号 ク リスタル・クレイ 株式会社内 (72)発明者 加藤 直行 岐阜県土岐郡笠原町2455番地の１ 共和製 陶 株式会社内 (72)発明者 林 茂 岐阜県土岐郡笠原町2455番地の１ 共和製 陶 株式会社内 (72)発明者 水野 敏行 岐阜県土岐市鶴里町柿野1145番地 有限会 社 丸敏陶料所 内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 廃棄物としてのガラス、ゴミ焼却灰の溶
   融スラグ、下水汚泥の焼却灰及びキラと、窯業用粘土、
   陶石又は長石類とを湿式又は乾式粉砕法により粉砕して
   混合したセラミックス原料組成物。
2. 【請求項２】 請求項１に記載のセラミックス原料組成
   物を所定形状に成形し、焼結したセラミックスの焼結
   体。
3. 【請求項３】 請求項１に記載のセラミックス原料組成
   物を混合し、その混合物を乾式プレス成形又は湿式押出
   成形により所定形状の成形体を成形し、その成形体を８
   ００〜１３００℃の温度で焼結したセラミックスの焼結
   体の製造方法。