特許 6824085 廃ガラスのリサイクル方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6824085

(24)【登録日】2021年1月14日

(45)【発行日】2021年2月3日

(54)【発明の名称】廃ガラスのリサイクル方法

(51)【国際特許分類】

   B09B 3/00 20060101AFI20210121BHJP

【ＦＩ】

   B09B3/00 303A

   B09B3/00 304J

【請求項の数】4

【全頁数】8

(21)【出願番号】特願2017-58465(P2017-58465)

(22)【出願日】2017年3月24日

(65)【公開番号】特開2018-158324(P2018-158324A)

(43)【公開日】2018年10月11日

【審査請求日】2019年9月25日

(73)【特許権者】

【識別番号】000000240

【氏名又は名称】太平洋セメント株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100106563

【弁理士】

【氏名又は名称】中井 潤

(72)【発明者】

【氏名】岡村 聰一郎

(72)【発明者】

【氏名】花田 隆

(72)【発明者】

【氏名】竹本 智典

(72)【発明者】

【氏名】生田 考

(72)【発明者】

【氏名】石田 泰之

【審査官】 三須 大樹

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００４−０５９７５４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−２４７７１０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０００−０６１４２６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−０３９０３８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１８−１１８８８８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−３４５９０８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１４−０９４８７７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ０９Ｂ １／００−５／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

粉状の廃ガラスに、Ｃａ源及びＳＯ₄^2-源として廃石膏ボードを添加して６００℃以上１３００℃以下の温度で１０分以上焼成し、
焼成物からＮａ₂ＳＯ₄を回収し、
Ｎａ₂ＳＯ₄を回収した後の焼成物を土木資材用の珪石代替原料として利用することを特徴とする廃ガラスのリサイクル方法。

【請求項2】

前記焼成物を水洗してＮａ₂ＳＯ₄を回収することを特徴とする請求項１に記載の廃ガラスのリサイクル方法。

【請求項3】

前記廃ガラスに含まれるＳｉに対して、Ｃａがモル比で１．５以上となるように前記廃石膏ボードを添加すると共に、前記廃ガラスに含まれるＮａに対してＳＯ₄^2-がモル比で０．５以上となるように前記廃石膏ボードを添加することを特徴とする請求項１又は２に記載の廃ガラスのリサイクル方法。

【請求項4】

前記廃石膏ボードを直径５ｍｍ以上に造粒した後、前記廃ガラスに添加して焼成することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の廃ガラスのリサイクル方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、廃ガラスのリサイクル方法に関し、特に、廃ガラスからナトリウムを除去して土木資材用原料としてリサイクルする方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、廃ガラスのリサイクルが行われ、高質の廃ガラスはガラス原料としてリサイクルされている。一方、例えば、自動車の破砕、選別工程で出てきた篩下に含まれるガラス（土砂ガラス）等、ガラス原料となり得ない低質の廃ガラスは、ガラスに含まれる珪素がセメント原料等の土木資材用原料として有用であるため、セメント原料をはじめとした土木資材用原料としてリサイクルされている。

【0003】

さらに、近年液晶パネルや太陽光電池パネルの普及に伴い、これらの廃棄物も増加しているが、これらの廃棄物の破砕物から回収されるガラスも低質であるため、土木資材用原料としてのリサイクルが期待されている。

【0004】

このように、低質の廃ガラスの増加に伴い、セメント原料等の土木資材用原料としてのリサイクルの需要が高まっているが、廃ガラスをセメント原料としてリサイクルする場合には、ガラスに含まれるナトリウムが問題となる。

【0005】

セメント中のナトリウムの量には制限があり、ナトリウムの濃度が所定の値を超えると、アルカリ骨材反応が発生し、コンクリートのひび割れを生じてしまう。そのため、セメント原料として利用できる廃ガラスの量は、廃ガラス中のナトリウムの量による制約を受け、廃ガラスをセメント原料として十分に活用できない虞がある。

【0006】

こうしたナトリウムによる問題を解決すべく、廃ガラスからナトリウムを除去する技術が提案されている。例えば、特許文献１には、ポリ塩化ビニル等の燃焼ガスに含まれる塩化水素等のハロゲン化水素と、廃ガラス粉末に含まれるナトリウムとを反応させ、生じた水溶性のハロゲン化ナトリウムを水洗除去する方法が記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【特許文献1】特開２００８−５０２２４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

しかし、特許文献１に記載の方法では、気体状のハロゲン化水素等は、ガラス粉末の表面付近には到達するものの、ガラス粉末の内部まで到達することは難しく、ガラス粉末全体が十分に反応することができない虞があった。

【0009】

また、反応を促進すべくガラス粉末を高温焼成しても、ガラスが溶融して水飴状となるためハロゲン化水素等は内部に浸透することはできず、ハンドリングトラブルによって安定処理もできなくなる。そのため、廃ガラス中のナトリウムをより効果的に除去することができる技術の開発が望まれていた。

【0010】

そこで、本発明は、上記解決課題に鑑みてなされたものであって、廃ガラス中のナトリウムを効果的に除去し、廃ガラスを土木資材用原料として有効利用することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0011】

上記目的を達成するため、本発明は、廃ガラスのリサイクル方法であって、粉状の廃ガラスに、Ｃａ源及びＳＯ₄^2-源として廃石膏ボードを添加して６００℃以上１３００℃以下の温度で１０分以上焼成し、焼成物からＮａ₂ＳＯ₄を回収し、Ｎａ₂ＳＯ₄を回収した後の焼成物を土木資材用の珪石代替原料として利用することを特徴とする。

【0012】

本発明によれば、粉状の廃ガラスにＣａ源を加えることにより、高温焼成時においても廃ガラスを溶融させることなく粉状に保つことができる。そして、ＳＯ₄^2-源が粉状の廃ガラスの全体に行き渡っている状態で６００℃以上１３００℃以下の温度で１０分以上焼成することにより、廃ガラス全体においてＮａとＳＯ₄^2-とが反応し、固体状のＮａ₂ＳＯ₄が生成する。生成したＮａ₂ＳＯ₄を回収した後の焼成物をセメント原料等の土木資材用の珪石代替原料として利用することで、廃ガラスをリサイクルすることができる。また、廃石膏ボードを有効活用することができる。

【0013】

上記廃ガラスのリサイクル方法において、焼成物を水洗してＮａ₂ＳＯ₄を回収することができる。

【0014】

上記廃ガラスのリサイクル方法において、前記廃ガラスに含まれるＳｉに対して、Ｃａがモル比で１．５以上となるように前記廃石膏ボードを添加すると共に、前記廃ガラスに含まれるＮａに対してＳＯ₄^2-がモル比で０．５以上となるように前記廃石膏ボードを添加することができる。廃ガラスに含まれるＳｉに対して、Ｃａがモル比で１．５以上となるように廃石膏ボードを添加することにより、焼成装置による焼成時に廃ガラスが水飴状になることを防止することができる。また、廃ガラスに含まれるＮａに対してＳＯ₄^2-がモル比で０．５以上となるようにＳＯ₄^2-源を調合することにより、理論上、廃ガラスに含まれる全てのＮａを反応させることができる。

【0017】

上記廃ガラスのリサイクル方法において、前記廃石膏ボードを直径５ｍｍ以上に造粒した後、前記廃ガラスに添加して焼成することができる。これにより、事前の調合が不十分で、Ｃａの量が局部的に不足した状態で高温に曝されて溶融した場合でも、粒の内部での融着に留まり、粒同士もしくは粒と壁面とが融着してトラブルへ発展することを効果的に防止することができる。

【発明の効果】

【0022】

以上のように、本発明によれば、廃ガラス中のナトリウムを効率的に除去し、廃ガラスを土木資材用原料として好適にリサイクルすることができる。

【図面の簡単な説明】

【0023】

【図1】本発明に係る廃ガラスのリサイクル方法を実施するための装置の一例を示す全体構成図である。

【発明を実施するための形態】

【0024】

次に、本発明を実施するための形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。

【0025】

図１は、本発明に係る廃ガラスのリサイクル方法を実施するための装置の一例を示し、このリサイクル装置１は、廃ガラスをセメント原料としてリサイクルするための装置であり、粉状の廃ガラスＧＷに、カルシウム源（以下「Ｃａ源」という。）と、塩素イオン源（以下「Ｃｌ−源」という。）又は硫酸イオン源（以下「ＳＯ₄^2-源」という。）とを調合する調合装置２と、調合物Ｍを焼成する焼成装置３と、焼成物Ｐ１を冷却するクーラ４と、冷却した焼成物Ｐ２を水洗する水洗装置５と、水洗によって得られたスラリーＳを固液分離する固液分離装置６と、焼成装置３の排ガスＧを冷却し、調合物Ｍからの有害な揮発成分を固体状にして回収するための冷却装置７と、冷却装置７の排ガスＧ１から粗粉Ｃを回収するサイクロン８と、サイクロン８の排ガスＧ２から集塵する第１集塵装置９と、第１集塵装置９の排ガスＧ３に含まれる酸性ガス等を除去するための第２集塵装置１０と、第２集塵装置１０の排ガスＧ４から脱硝する脱硝装置１１等で構成される。

【0026】

調合装置２は、粉状の廃ガラスＧＷに、廃ガラスＧＷの溶融防止剤としてのＣａ源と、廃ガラスＧＷ中に含まれるナトリウムを除去するためのナトリウム除去剤としてのＣｌ⁻源又はＳＯ_４^２−源とを調合し、調合物Ｍとするために備えられる。

【0027】

焼成装置３は、調合装置２から供給される調合物Ｍを焼成するために備えられる。この焼成装置３としてロータリーキルンを用いることができ、ロータリーキルンを用いることにより、焼成中に調合物Ｍが常に撹拌され、転動し続けるため、仮に高温になった調合物Ｍが半溶融した場合でも、粒同士、もしくは粒と壁面とが固着することを防止することができ、Ｃｌ⁻又はＳＯ_４^２−とＮａ^＋の反応を効率的に行うことができる。尚、焼成装置３として、ロータリーキルン以外の焼成手段を用いてもよい。

【0028】

クーラ４は、焼成装置３により焼成された焼成物Ｐ１を冷却するために備えられ、冷却空気を用いて焼成物Ｐ１を冷却する。

【0029】

水洗装置５は、焼成物Ｐ２を工業用水（工水）に溶解させることで、焼成物Ｐ２中のＮａＣｌ又はＮａ_２ＳＯ_４を工業用水に溶出させるために備えられる。

【0030】

固液分離装置６は、水洗装置５から供給されたスラリーＳを、脱塩ケーキＣＡと廃液ＷＬとに固液分離するために備えられる。この固液分離装置６として、ベルトフィルタやフィルタープレス等を用いることができる。

【0031】

冷却装置７は、焼成装置３の排ガスＧを冷却し、調合物Ｍからの有害な揮発成分を固体状にして回収するために備えられる。排ガスＧの冷却は、冷却装置７の下端部に設置された散水装置から水を噴霧することにより行う。尚、散水装置は、揮発成分を固体状として排ガスＧに含まれるダストに付着させて回収し得る程度の性能を備えていればよい。また、冷却装置７による冷却を、水ではなく、冷却空気により行ってもよく、水と冷却空気を併用してもよい。

【0032】

分級装置としてのサイクロン８は、シリカ分を主体とする粗粉Ｃを回収し、焼成装置３に戻すために設けられる。

【0033】

第１集塵装置９は、サイクロン８の排ガスＧ２からダストＤ１を集塵し、焼成装置３に戻すために備えられ、バグフィルタ等が用いられる。

【0034】

第２集塵装置１０は、第１集塵装置９の排ガスＧ３に含まれる酸性ガス等を除去するために設けられ、カルシウム成分を含んでいる中和剤を中和剤添加装置（不図示）から添加し、酸性ガス等を付着したダストＤ２して焼成装置３に戻す。この第２集塵装置１０にもバグフィルタ等が用いられる。

【0035】

脱硝装置１１は、第２集塵装置１０の排ガスＧ４にアンモニアガス（ＮＨ_３）を注入してＮＯｘを窒素に還元して無害化するために設けられる。

【0036】

次に、上記構成を有する廃ガラスのリサイクル装置１の動作について、図１を参照しながら説明する。

【0037】

まず、調合装置２に、粉状の廃ガラスＧＷと、Ｃａ源と、Ｃｌ⁻源又はＳＯ_４^２−源とを投入し、調合物Ｍを得る。Ｃａ源として、ＣａＣｌ_２、ＣａＯ、Ｃａ（ＯＨ）_２、Ｃａ（ＯＨ）Ｃｌ、ＣａＣＯ_３等を含むものを用いることができる。また、Ｃｌ⁻源として、ＣａＣｌ_２、ＭｇＣｌ_２、Ｃａ（ＯＨ）Ｃｌ等を含むものを用いることができる。さらに、ＳＯ_４^２−源として、ＣａＳＯ_４、ＭｇＳＯ_４等を含むものを用いることができる。

【0038】

ここで、廃ガラスＧＷに含まれる珪素（Ｓｉ）に対して、カルシウムがモル比で１．５以上となるようにＣａ源を調合すると共に、廃ガラスＧＷに含まれるナトリウムに対して塩素がモル比で１．０以上又はＳＯ_４^２−がモル比で０．５以上となるようにＣｌ⁻源又はＳＯ_４^２−源を調合する。

【0039】

廃ガラスＧＷに含まれるＳｉに対して、Ｃａがモル比で１．５以上となるようにＣａ源を調合することにより、焼成装置３による焼成時に、廃ガラスＧＷ中のＳｉがビーライト（Ｃ_２Ｓ：２ＣａＯ・ＳｉＯ_２）等となり、廃ガラスＧＷが水飴状にならず、粉末状を保つことができる。

【0040】

また、廃ガラスＧＷに含まれるＮａに対して、Ｃｌ⁻がモル比で１．０以上又はＳＯ_４^２−がモル比で０．５以上となるようにＣｌ⁻源又はＳＯ_４^２−源を調合することにより、理論上、廃ガラスＧＷに含まれる全てのＮａが反応することができる。

【0041】

上記Ｃａ源及びＣｌ⁻源として、ＣａＣｌ_２やＣａ（ＯＨ）Ｃｌを含む都市ごみ焼却飛灰を用いることができ、都市ごみ焼却飛灰を有効活用することができる。

【0042】

また、Ｃａ源及びＳＯ_４^２−源として、ＣａＳＯ_４を含む廃石膏ボードを用いることができ廃石膏ボードを有効活用することができる。

【0043】

次に、調合物Ｍを焼成装置３に投入し、焼成を行う。Ｃｌ⁻源又はＳＯ_４^２−源が廃ガラスＧＷの全体に行き渡っている状態で６００℃以上１３００℃以下、好ましくは８００℃以上１２００℃以下の温度で１０分以上、好ましくは３０分以上焼成することにより、廃ガラスＧＷ全体においてＮａとＣｌ⁻又はＳＯ_４^２−との反応が生じ、固体状のＮａＣｌ又はＮａ_２ＳＯ_４が生成する。尚、焼成温度が１３００℃を超えると、反応したＫＣｌが揮散して排ガス工程に不具合を生じさせたり、ＣａＳＯ_４が分解して酸性ガスであるＳＯ_２ガスが発生する原因となるので好ましくない。

【0044】

尚、この焼成に先立ち、図示しない造粒装置を用いて調合物Ｍを直径５ｍｍ以上に造粒してもよい。これにより、高温により調合物Ｍが半溶融した場合でも粒同士が融着することを効果的に防止することができる。

【0045】

次に、焼成物Ｐ１をクーラ４に投入して冷却すると共に、排ガスＧを冷却装置７に導入する。

【0046】

クーラ４で冷却した焼成物Ｐ２中に含まれる固体状のＮａＣｌ又はＮａ_２ＳＯ_４を水洗装置５及び固液分離装置６により水洗除去し、廃液ＷＬとして系外に排出する。そして、ＮａＣｌ又はＮａ_２ＳＯ_４が除去された脱塩ケーキＣＡは、セメント原料として有用なＳｉやＣａを多量に含むことから、セメント原料として利用する。

【0047】

一方、排ガスＧを冷却装置７で冷却し、排ガスＧ中の揮発成分をダストと共に析出させる。これによって、揮発成分は固体状となる。この固体状になった揮発成分中の粗粉Ｃをサイクロン８で回収する。そして、サイクロン８からの排ガス中に含まれる微粉を、第１集塵装置９でダストＤ１として回収する。また、第１集塵装置９からの排ガスＧ３に含まれる酸性ガス等を第２集塵装置１０でダストＤ２として回収する。そして、第２集塵装置１０からの排ガスＧ４は、脱硝装置１１でＮＯｘを窒素に還元して無害化し、無害化された排ガスＧ５を煙突１２から排出する。

【0048】

以上のように、本実施の形態によれば、粉状の廃ガラスＧＷにＣａ源を加えることにより、焼成時においても廃ガラスＧＷが粉状に保たれる。そして、Ｃｌ⁻源又はＳＯ_４^２−源が粉末状の廃ガラスＧＷ全体に偏りなく混合された状態が保たれることで、ガラス集合体の全体においてＮａとＣｌ⁻又はＳＯ_４^２−とが反応し、ＮａＣｌ又はＮａ_２ＳＯ_４が生成する。生成したＮａＣｌ又はＮａ_２ＳＯ_４は水洗により除去される。これにより、廃ガラスＧＷ中のＮａを効率よく除去することができ、廃ガラスＧＷを好適にセメント原料としてリサイクルすることができる。

【0049】

尚、上記実施の形態では、廃ガラスＧＷをセメント原料としてリサイクルする場合について説明したが、セメント以外の土木資材用の珪石代替原料としてリサイクルすることもできる。

【符号の説明】

【0050】

１ 廃ガラスのリサイクル装置
２ 調合装置
３ 焼成装置
４ クーラ
５ 水洗装置
６ 固液分離装置
７ 冷却装置
８ サイクロン
９ 第１集塵装置
１０ 第２集塵装置
１１ 脱硝装置
１２ 煙突
Ｃ 粗粉
ＣＡ 脱塩ケーキ
Ｄ１、Ｄ２ ダスト
Ｇ、Ｇ１〜Ｇ５ 排ガス
ＧＷ 廃ガラス
Ｍ 調合物
Ｐ１、Ｐ２ 焼成物
Ｓ スラリー
ＷＬ 廃液

【図1】