廃棄物を用いた肥料の製造方法及び肥料
【課題】
廃棄物を用い、肥料成分が多く、土壌への溶出性に優れ、しかも安全性にも優れた肥料の製造方法及びその肥料の提供。
【解決手段】
廃棄物に石灰源材料を添加して、ＳｉＯ2の含有量を３０〜８０重量％、Ａｌ2Ｏ3の含有量を１０〜４０重量％、ＣａＯの含有量を１０〜５０重量％となるように調整する。次に、苦土源材料、加里源材料、リン酸源材料及びこれらの任意の組み合わせからなる群から選択される添加材料を適宜添加・混合し、続いて水熱処理を行うことにより、アルミニウムトバモライト及びそのカチオン置換体を生成させて肥料とする。
廃棄物を用い、肥料成分が多く、土壌への溶出性に優れ、しかも安全性にも優れた肥料の製造方法及びその肥料の提供。
【解決手段】
廃棄物に石灰源材料を添加して、ＳｉＯ2の含有量を３０〜８０重量％、Ａｌ2Ｏ3の含有量を１０〜４０重量％、ＣａＯの含有量を１０〜５０重量％となるように調整する。次に、苦土源材料、加里源材料、リン酸源材料及びこれらの任意の組み合わせからなる群から選択される添加材料を適宜添加・混合し、続いて水熱処理を行うことにより、アルミニウムトバモライト及びそのカチオン置換体を生成させて肥料とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、廃棄物を用いた肥料の製造方法及び肥料に関し、より詳細には、ＳｉＯ2及びＡｌ2Ｏ3を含有する廃棄物を原料として、可溶性成分及びく溶性成分を多く含む安全性の高い肥料が得られる肥料の製造方法及びその製造方法によって製造される肥料に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、廃棄物等は、必要に応じて添加材料を加えた後、混合、造粒、水熱、焼成、溶融などの処理を行うことにより、肥料として利用されている。廃棄物等を原料として肥料を製造する技術として、ケイ酸質原料、石灰質原料及び金属Ａｌ粉末よりなるスラリを固化させた後、水熱処理によりケイ酸肥料とする技術（特許文献１）、鉄鋼スラグ粉末にバインダーを加えて造粒し、ケイ酸肥料とする技術（特許文献２）、石炭灰を原料とし、加里源材料、バインダー等を加え、造粒、焼成によりケイ酸カリ肥料とする技術（特許文献３）、下水汚泥焼却灰にマグネシウム、カルシウム、ケイ酸等を添加して溶融することによりケイ酸リン肥料とする技術（特許文献４）等が知られている。
【０００３】
しかしながら、上記の廃棄物等を原料とする肥料では、肥料として提供される成分は、アルカリ分、ケイ酸、加里及びリン酸に限られ、更に多くの成分を提供することが求められている。また、肥料成分として提供されていている成分であっても、必ずしも土壌に溶出しやすい形態で供給されていない成分が多い。更に、廃棄物等を原料とする肥料からは有害物が溶出する可能性があり、安全性にも問題がある。
【特許文献１】特開昭６１−４４７１２号公報
【特許文献２】特開昭５５−２０２４７号公報
【特許文献３】特開昭５５−２０２１８号公報
【特許文献４】特開２００５−２５５４８５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、上記従来技術の問題点を解決するために為されたものであり、本発明の目的は、肥料成分が多く、しかも土壌への溶出性に優れ、更に安全性にも優れた肥料及びその製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の肥料の製造方法は、廃棄物を用いた肥料であって、廃棄物に石灰源材料を添加して、ＳｉＯ2の含有量を３０〜８０重量％、Ａｌ2Ｏ3の含有量を１０〜４０重量％、ＣａＯの含有量を１０〜５０重量％となるように成分調整した後、水熱処理を行うことによりアルミニウムトバモライト及びそのカチオン置換体を生成させることを特徴とする。
【０００６】
ここで、本明細書においては、ＣａＯはＣａ(ＯＨ)2として添加してもよく、その場合、Ｃａ(ＯＨ)2はＣａＯの重量に換算して使用する必要がある。
【０００７】
本発明においては、適正量のＳｉＯ2とＡｌ2Ｏ3とを有した廃棄物を用い、これに石灰源材料を添加し、水熱処理により、アルミニウムトバモライト（５ＣａＯ・Ａｌ2Ｏ3・５ＳｉＯ2・５Ｈ2Ｏ）及びそのカチオン置換体を主成分とした反応物を生成させることにより、ＳｉＯ2成分の溶出量及び溶出速度を大きくすることができ、肥料性能を大きく向上させることが可能となる。更に、アルミニウムトバモライトのＣａやＡｌが有害金属イオンと置換してカチオン置換体を生成するので、有害金属が溶出し難い安全な肥料となる。
【０００８】
また、上記発明において、前記成分調整の後、苦土源材料、加里源材料、リン酸源材料及びこれらの任意の組み合わせからなる群から選択される添加材料を添加・混合し、続いて前記水熱処理を行うことも可能である。
【０００９】
このように、肥料としての必要な成分を配合することにより、廃棄物が本来的に含有しているケイ酸に加えて、アルカリ分、苦土、加里、リン酸を肥料成分として配合することができる。
【００１０】
本発明の廃棄物を用いた肥料の製造方法により製造される肥料は、アルカリ含有量が１０〜５０重量％、可溶性ケイ酸の含有量が１０〜４０重量％、く溶性苦土の含有量が０．１〜５重量％、く溶性加里の含有量が０．０５〜５重量％、く溶性リン酸の含有量が０．０５〜１５重量％である。
【００１１】
ここで、本明細書におけるアルカリ含有量とはＣａＯ及びＭｇＯの合計の含有量をいい、また、可溶性ケイ酸の含有量とは０．５Ｎの塩酸溶液への溶解量を測定したものをいう。また、く溶性苦土の含有量、く溶性加里の含有量、及びく溶性リン酸の含有量は、何れも１％クエン酸溶液への溶解量を測定したものをいう。
【００１２】
廃棄物と添加材料との混合は、通常は造粒機を兼用して行なわれるが、廃棄物又は添加材料の平均粒径が、例えば３０μｍよりも大きい場合や、より確実に混合することが必要な場合には、ロッド又はビーズなどの媒体による粉砕機能を有する混合機（粉砕機）を使用して平均粒径を３０μｍ以下、好ましくは２０μｍ以下とすることにより、以後の造粒を容易に行うことができ、また、水熱処理によるアルミニウムトバモライト及びそのカチオン置換体の生成反応を促進することができる。
【００１３】
上記の肥料の製造方法は、水熱処理に先だち、水の存在下に造粒を行い、その後に前記水熱処理を行うことにより、容易に水中崩壊しない肥料を得ることができる。また、造粒を行うことにより、取り扱い性が向上するとともに、水和反応が促進される。造粒は、少ない水分量で行う加圧方式は適切ではなく、また、短時間で行うことができるという観点から、撹拌方式、転動方式及び押出方式の何れかにより行うことが好ましい。
【００１４】
また、造粒を行う場合、造粒物は、表面に水分があり、そのままで水熱処理を行うと造粒物同志が強固に付着する場合があるので、常温で０．５〜２４時間、好ましくは５〜１５時間放置して乾燥させ、必要に応じて解砕処理を行った後、次の水熱処理を行うことが好ましい。
【００１５】
水熱処理は、アルミニウムトバモライト及びそのカチオン置換体の生成反応を促進するために必須の工程であり、取り扱い性が良好な強固な粒状物が得られるという観点からも必要である。
【００１６】
水熱処理は、適正量のアルミニウムトバモライトを生成させるために、廃棄物特性などの成分等に応じて適正な温度と時間を設定して、水の存在下、密閉状態で加熱することにより行われるが、通常、６０〜２５０℃で１〜２４時間加熱するのが好ましく、特に８０〜１８０℃で３〜１０時間行うのがより好ましい。上記範囲より温度が低い又は時間が短いと、アルミニウムトバモライトの反応量は少なくなり、上記範囲より温度が高い又は時間が長いと、アルミニウムトバモライトが分解してハイドロガーネット（３ＣａＯ・Ａｌ2Ｏ3・ＳｉＯ2・２Ｈ2Ｏ）となり、肥料性能、安全性が低下する傾向となる。
【００１７】
肥料の粒径は、取り扱い性、肥効性などを考慮して、適正な粒度とする必要がある。具体的には、０．２ｍｍの篩通過割合が１０重量％以下で、５ｍｍの篩通過割合が９０重量％以上であることが好ましい。０．２ｍｍ以下の肥料が多いと粉塵が多く発生し、５ｍｍ以上の肥料が多いと肥料成分の溶出速度が遅くなり、肥料性能が低下する。
【００１８】
また、適正範囲を外れた０．２ｍｍより小さい肥料及び５ｍｍより大きい肥料は、０．１ｍｍ以下に粉砕した後、造粒前の混合工程に戻すことにより、肥料性能の低下なく、無駄なく全量を肥料化することができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、廃棄物のＳｉＯ2とＡｌ2Ｏ3とＣａＯの含有量を調整し、これを水熱処理することにより、アルミニウムトバモライト及びそのカチオン置換体を生成させて、肥料成分の溶出量及び溶出速度を高めるとともに、より安全性に優れた肥料を得ることができる。加えて、製造に際して廃水が出ないため、環境衛生上からも非常に優れた製造方法である。
【００２０】
また、肥料成分に乏しい廃棄物に対しては添加剤を加えることにより、廃棄物が本来的に含有するＳｉＯ2に加えて、石灰源材料、苦土源材料、加里源材料、リン酸源材料を補強することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
水熱処理により、肥料成分の可溶性及びく溶性を促進し、陽イオン交換容量に優れたアルミニウムトバモライトを主成分とした反応物を生成させるためには、ＳｉＯ2の含有量が３０〜８０重量％、Ａｌ2Ｏ3の含有量が１０〜４０重量％、ＣａＯの含有量が１０〜５０重量％となるように、石灰源材料を添加する等により廃棄物の成分を調整を行うことが重要である。ＳｉＯ2の含有量、Ａｌ2Ｏ3の含有量及びＣａＯの含有量が上記より少ないと、十分な量のアルミニウムトバモライト及びそのカチオン置換体が得られず、肥料成分の含有量及び溶解速度、安全性に問題を生じ、上記より多いと未反応物が多く残存し、溶出液のｐＨ及び導電率（ＥＣ）が高くなったり、有害重金属が溶出したり、肥料成分の含有量及び溶出速度などに問題を生じる。アルミニウムトバモライト及びそのカチオン置換体の生成は、Ｘ線回折により確認することができる。
【００２２】
廃棄物中のＳｉＯ2は、アルミニウムトバモライト又はそのカチオン置換体とすることにより、可溶性が向上し、苦土及び加里はアルミニウムトバモライトのＣａＯの一部と置換することにより、く溶性が向上する。また、リン酸はアパタイトとすることにより、く溶性が向上する。
【００２３】
ここで、従来では、アルミニウムの少ない材料を使用して水熱処理が行われていたために、ＳｉＯ2等はトバモライト（５ＣａＯ・６ＳｉＯ2・５Ｈ2Ｏ）に含まれ、これを焼成及び溶融処理によりガラス化したカルシウムシリケート（２ＣａＯ・ＳｉＯ2など）として利用されていた。しかし、この生成物は溶出速度が遅く、肥料性能も低く、更に陽イオン交換容量が小さいことなどにより、有害重金属の固定能力に欠け、安全性にも問題があった。
【００２４】
これに対して、本発明の製造方法では、廃棄物は、ＳｉＯ2の含有量が３０〜８０重量％、Ａｌ2Ｏ3の含有量が１０〜４０重量％、ＣａＯの含有量が１０〜５０重量％となるように成分調整され、ＳｉＯ2は、アルミニウムトバモライト又はそのカチオン置換体に含まれることとなる。このアルミニウムトバモライト又はそのカチオン置換体は、上記のトバモライト等とは異なり、ＳｉＯ2を水に溶出し易くする。なお、本発明におけるＳｉＯ2及びＡｌ2Ｏ3の形態としては、水和反応性に優れるガラス質が好ましい。
【００２５】
本発明に使用し得る廃棄物は、焼却灰、炭化物、スラグ、汚泥、廃コンクリート及びこれらの任意の組み合わせから選択されたものである。
【００２６】
上記焼却灰としては、紙・プラスチック焼却灰、石炭灰、製紙スラッジ灰、下水汚泥焼却灰、ごみ焼却灰、バイオマス燃焼灰、家畜糞尿燃焼灰等を挙げることができる。
【００２７】
上記炭化物としては、紙・プラスチック炭化物、製紙スラッジ炭化物、下水汚泥炭化物、ごみ炭化物、バイオマス炭化物、家畜糞尿炭化物等を挙げることができる。
【００２８】
上記スラグとしては、鉄鋼スラグ、ごみ溶融スラグ、上水汚泥溶融スラグ、下水汚泥溶融スラグ、シリカヒューム、石綿等の溶融スラグ等を挙げることができる。
【００２９】
上記汚泥としては、建設汚泥、上水汚泥、下水汚泥、砕石スラッジ等を挙げることができる。上記のうち、ガラス質のＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3が多く含まれる石炭灰、鉄鋼スラグが廃棄物として好ましい。
【００３０】
本発明において使用し得る石灰源材料としては、生石灰、消石灰、セメント、鉄鋼スラグ粉末、ライムケーキ、貝殻及びこれらの焼成品、並びにこれらの任意の組み合わせを例示することができる。上記のうち、ＣａＯ含量の多い生石灰及び消石灰が石灰源材料として好ましい。
【００３１】
本発明において使用し得る苦土源材料としては、硫酸マグネシウム、酸化マグネシウム、水酸化マグネシウム、炭酸マグネシウム、塩化マグネシウム、硝酸マグネシウム、ドロマイト、苦土石灰及びこれらの任意の組み合わせを例示することができる。上記のうち、ＭｇＯ含量が多い酸化マグネシウム及び水酸化マグネシウムが苦土源材料として好ましい。
【００３２】
本発明において使用し得る加里源材料としては、カリガラス、酸化カリウム、水酸化カリウム、炭酸カリウム、硫酸カリウム、塩化カリウム、硝酸カリウム及びこれらの任意の組み合わせを例示することができる。上記のうち、Ｋ2Ｏ顔料が多い酸化カリウム及び水酸化カリウムが加里源材料として好ましい。
【００３３】
本発明において使用し得るリン酸源材料としては、リン酸、リン酸塩、アパタイト、下水汚泥焼却灰、骨粉、油粕、家畜糞尿及びこれらの任意の組み合わせを例示することができる。上記のうち、リン含有量が多いリン酸及びアパタイトがリン酸源材料として好ましい。
【００３４】
本発明の廃棄物を用いた肥料の製造方法により得られる肥料は、アルカリ含有量が１０〜５０重量％、可溶性ケイ酸の含有量が１０〜４０重量％、く溶性苦土の含有量が０．１〜５重量％、く溶性加里の含有量が０．０５〜５重量％、く溶性リン酸の含有量が０．０５〜１５重量％であることが好ましい。これらの成分を上記の範囲に調整するためには、使用する廃棄物及び添加材料中のそれらの成分の含有量及び形態に応じて調整することが必要である。また、栽培する植物等により好ましい成分の範囲は異なるので、栽培植物等ごとに個別の配合調整を行うことが必要である。上記の肥料成分の量が少ないと、十分な生育効果が出ず、多いと種々の生育障害が起こる点に注意を要する。
【００３５】
本発明の廃棄物を用いた肥料の製造方法の実施形態について、図面に基づいて具体的に説明する。図１は、苦土、加里、リン酸などを含有する廃棄物１に対し、石灰原材料のみを加えて肥料を製造する場合の一例を示した概念図である。本実施形態では、６０．２重量％のＳｉＯ2及び１５．２重量％のＡｌ2Ｏ3を含有する廃棄物１（石炭灰）１００重量部に、５０重量％の生石灰を石灰原材料として添加し、羽根を有する造粒機による混合工程２を経た後、造粒工程３において水を添加し撹拌して０．２〜６ｍｍに造粒する。これを常温で放置した後（工程４）、次の水熱処理工程５で１８０℃、５時間の条件で水熱処理を行う。次に、分級工程６で選別することにより、粒径が０．２〜５ｍｍで、アルカリ含有量３３重量％、可溶性ケイ酸含有量２９重量％、く溶性苦土含有量０．４重量％、く溶性加里含有量０．７重量％、く溶性リン酸含有量０．１重量％の肥料を得る。粒径が０．２ｍｍより小さい肥料と５ｍｍより大きい肥料は、粉砕工程７で粉砕した後、造粒工程３に戻される。なお、造粒工程３で得られる造粒物の粒径を１〜５ｍｍとすれば、分級工程６及び粉砕工程７は省略することができる。
【００３６】
図２は、リン酸含有量が少なく、アルカリ含有量の多い廃棄物１ａに対し、リン酸含有量が多く、アルカリ含有量が少ない廃棄物１ｂを添加して成分調整を行い、更に消石灰を添加して肥料を製造する場合の一例を示した概念図である。９０重量％の廃棄物１ａと、１０重量％の廃棄物１ｂとの混合物（ＳｉＯ2含有量は３７重量％、Ａｌ2Ｏ3含有量は２４．４重量％）１００重量部に、消石灰１５重量部を添加し、ビーズミルを用いた混合工程２で粉砕・混合を行う。次に、造粒工程３において水を添加し、混練しながら３ｍｍ径に押出造粒し、常温放置することなく水熱処理工程５に移行し、直ちに１８５℃で４時間水熱処理を行う。これにより、本実施形態では分級工程を経ることなく、粒径が３ｍｍで、アルカリ含有量２９重量％、可溶性ケイ酸含有量２４重量％、く溶性苦土含有量１．４重量％、く溶性加里含有量０．９重量％、く溶性リン酸含有量０．８重量％の肥料を得る。
【実施例】
【００３７】
本発明を以下の実施例に基づいて説明するが、本発明は以下の記載に限定されるものではない。
【００３８】
（実施例１）
表１に示す組成の石炭灰を用いて肥料を製造した。まず、石炭灰（平均径２２μｍ）１００重量部に、生石灰４５重量部を添加し、撹拌造粒機を用いて混合した後、この混合物１００重量部に、水を３１重量部添加して１．５ｍｍに造粒した。次に、２２℃、相対湿度５６％の雰囲気に１０時間放置した後、容器に入れ、容器に入れたまま水熱処理装置に入れて１８０℃で５時間水熱処理を行った。その後、水熱処理装置より取り出し、０．５〜５ｍｍの肥料を得た。得られた肥料のアルカリ含有量は３０重量％、可溶性ケイ酸含有量は２６重量％、く溶性苦土含有量は０．３重量％、く溶性加里含有量は０．６重量％、く溶性リン酸含有量は０．０９重量％であった。また、この肥料についてＸ線回折による解析を行い、アルミニウムトバモライト及びそのカチオン置換体の生成を確認した。この肥料の圧壊強度は５ｋｇ（２ｍｍ粒子）、溶出液（１０重量％スラリ、６時間振とう後のろ液）のｐＨは１０．４であり、有害物溶出量は土壌環境基準を満足した。また、リン酸塩緩衝液による１０重量％スラリの６時間振とう後のＳｉ溶出量は、ｐＨ６で３９００ｍｇ／Ｌであった。
【００３９】
（実施例２）
表１に示す組成の石炭灰を用いて肥料を製造した。まず、石炭灰（平均径２２μｍ）１００重量部に、生石灰５０重量部を添加し、撹拌造粒機を用いて混合した後、この混合物１００重量部に、水を３３重量部添加して０．２〜６ｍｍに造粒し、２２℃、相対湿度５６％の雰囲気に１０時間放置した後、容器に入れ、容器に入れたまま水熱処理装置に入れて１８０℃で５時間水熱処理を行った。その後、水熱処理装置より取り出し、０．２ｍｍと５ｍｍの篩で分級を行い、回収率９５重量％で０．２〜５ｍｍの肥料を得た。０．２ｍｍより小さい肥料と５ｍｍより大きい肥料は粉砕して０．１ｍｍ以下として、造粒機に投入した。得られた肥料のアルカリ含有量は３３重量％、可溶性ケイ酸含有量は２９重量％、く溶性苦土含有量は０．４重量％、く溶性加里含有量は０．７重量％、く溶性リン酸含有量は０．１重量％であった。この肥料についてＸ線回折による解析を行い、アルミニウムトバモライト及びそのカチオン置換体の生成を確認した。この肥料の圧壊強度は６ｋｇ（２ｍｍ粒子）、溶出液（１０重量％スラリ、６時間振とう後のろ液）のｐＨは１０．６であり、有害物溶出量は土壌環境基準を満足した。また、リン酸塩緩衝液による１０重量％スラリの６時間振とう後のＳｉ溶出量は、ｐＨ６で４２００ｍｇ／Ｌであった。
【００４０】
（実施例３）
表１に示す組成の製紙スラッジ灰及び下水汚泥焼却灰を用いて肥料を製造した。まず、製紙スラッジ灰（平均径８７μｍ）１００重量部に、下水汚泥焼却灰（平均径４５μｍ）１０重量部、消石灰１５重量部を添加し、ビーズミルで粉砕しながら混合した後、この混合物１００重量部に、水を３９重量部添加して混練しながら３ｍｍ径に押出造粒した。この造粒物を直ちに容器に入れ、容器に入れたまま水熱処理装置に入れて１８０℃で４時間水熱処理を行った。その後、水熱処理装置より取り出し、３ｍｍの肥料を得た。得られた肥料のアルカリ含有量は２９重量％、可溶性ケイ酸含有量は２４重量％、く溶性苦土含有量は１．４重量％、く溶性加里含有量は０．９重量％、く溶性リン酸含有量は０．８重量％であった。この肥料についてＸ線回折による解析を行い、アルミニウムトバモライト及びそのカチオン置換体の生成を確認した。また、圧壊強度は７ｋｇ（３ｍｍ粒子）、溶出液（１０重量％スラリ、６時間振とう後のろ液）のｐＨは１０．４であり、有害物溶出量は土壌環境基準を満足した。また、リン酸塩緩衝液による１０重量％スラリの６時間振とう後のＳｉ溶出量は、ｐＨ６で３４５０ｍｇ／Ｌであった。
【００４１】
（実施例４）
表１に示す組成の製紙スラッジ灰を用いて肥料を製造した。まず、製紙スラッジ灰（平均径８７μｍ）１００重量部に、生石灰１０重量部、リン酸カルシウム２重量部を添加し、撹拌造粒機を用いて混合した後、この混合物１００重量部に、水を４２重量部添加して１〜５ｍｍに造粒し、２１℃、相対湿度５２％の雰囲気に５時間放置した後、容器に入れ、容器に入れたまま水熱処理装置に入れて１８０℃で５時間水熱処理を行った。その後、水熱処理装置より取り出し、０．５〜５ｍｍの肥料を得た。得られた肥料のアルカリ含有量は３５重量％、可溶性ケイ酸含有量は２３重量％、く溶性苦土含有量は２．２重量％、く溶性加里含有量は０．６重量％、く溶性リン酸含有量は０．５重量％のであった。この肥料についてＸ線回折による解析を行い、アルミニウムトバモライト及びそのカチオン置換体の生成を確認した。また、圧壊強度は４ｋｇ（２ｍｍ粒子）、溶出液（１０重量％スラリ、６時間振とう後のろ液）のｐＨは１０．５であり、有害物溶出量は土壌環境基準を満足した。また、リン酸塩緩衝液による１０重量％スラリの６時間振とう後のＳｉ溶出量は、ｐＨ６で３１２０ｍｇ／Ｌであった。
【００４２】
（実施例５）
表１に示す組成の下水汚泥焼却灰を用いて肥料を製造した。まず、下水汚泥焼却灰（平均径４５μｍ）１００重量部に、消石灰３０重量部、硫酸カリウム１重量部を添加し、ビーズミルで粉砕しながら混合した後、この混合物１００重量部に、水を３４重量部添加して混練しながら３ｍｍ径に押出造粒し、ただちに容器に入れ、容器に入れたまま水熱処理装置に入れて１８０℃で６時間水熱処理を行った。その後、水熱処理装置より取り出し、３ｍｍの肥料を得た。得られた肥料のアルカリ含有量は２５重量％、可溶性ケイ酸含有量は１９重量％、く溶性苦土含有量は１．６重量％、く溶性加里含有量は０．７重量％、く溶性リン酸含有量は９．２重量％であった。この肥料についてＸ線回折による解析を行い、アルミニウムトバモライト及びそのカチオン置換体の生成を確認した。また、圧壊強度は５ｋｇ（３ｍｍ粒子）、溶出液（１０重量％スラリ、６時間振とう後のろ液）のｐＨは１０．４であり、有害物溶出量は土壌環境基準を満足した。また、リン酸塩緩衝液による１０重量％スラリの６時間振とう後のＳｉ溶出量は、ｐＨ６で２４３０ｍｇ／Ｌであった。
【００４３】
（比較例１…原料のＡｌ2Ｏ3が１０重量％以下）
平均径２６μｍの珪石粉末（ＳｉＯ2含有量９５重量％、Ａｌ2Ｏ3含有量２重量％）１００重量部に、生石灰３０重量部を添加し、撹拌造粒機を用いて混合した後、この混合物１００重量部に、水を２８重量部添加して１〜５ｍｍに造粒し、２１℃、相対湿度５２％の雰囲気に５時間放置した後、容器に入れ、容器に入れたまま水熱処理装置に入れて１８０℃で８時間水熱処理を行った。その後、水熱処理装置より取り出し、０．５〜５ｍｍの肥料を得た。得られた肥料のアルカリ含有量は２０重量％、可溶性ケイ酸含有量は２４重量％、く溶性苦土含有量は０．０５重量％未満、く溶性加里含有量は０．０５重量％未満、く溶性リン酸含有量は０．０５重量％未満であった。この肥料についてＸ線回折による解析を行ったが、アルミニウムトバモライト及びそのカチオン置換体は殆ど確認できなかった。また、圧壊強度は６ｋｇ（２ｍｍ粒子）、溶出液（１０重量％スラリ、６時間振とう後のろ液）のｐＨは１０．６であり、有害物溶出量は土壌環境基準を満足した。また、リン酸塩緩衝液による１０重量％スラリの６時間振とう後のＳｉ溶出量は、ｐＨ６で２００ｍｇ／Ｌであった。
【００４４】
（比較例２…ＣａＯが１０重量％以下）
表１に示す組成の石炭灰を用いて肥料を製造した。まず、石炭灰（平均径２２μｍ）１００重量部に、生石灰１０重量部を添加し、撹拌造粒機を用いて混合した後、この混合物１００重量部に、水を２８重量部添加して１〜５ｍｍに造粒し、２２℃、相対湿度５６％の雰囲気に１０時開放置した後、容器に入れ、容器に入れたまま水熱処理装置に入れて１８０℃で５時間水熱処理を行った。その後、水熱処理装置より取り出し、０．５〜５ｍｍの肥料を得た。得られた肥料のアルカリ含有量は９．６重量％、可溶性ケイ酸含有量は７．１重量％、く溶性苦土含有量は０．２重量％、く溶性加里含有量は０．４重量％、く溶性リン酸含有量は０．０４重量％の肥料を得た。この肥料についてＸ線回折による解析を行ったが、アルミニウムトバモライト及びそのカチオン置換体は殆ど確認できなかった。また、圧壊強度は３ｋｇ（２ｍｍ粒子）、溶出液（１０重量％スラリ、６時間振とう後のろ液）のｐＨは１０．３であり、有害物溶出量において、Ｓｅが土壌環境基準を満足しなかった。また、リン酸塩緩衝液による１０重量％スラリの６時間振とう後のＳｉ溶出量は、ｐＨ６で８００ｍｇ／Ｌであった。
【００４５】
【表１】
【産業上の利用可能性】
【００４６】
本発明の肥料は、肥効性、安全性に優れているので、園芸用、畑作用、緑化用の肥料としての利用が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】苦土、加里、リン酸などを含有する廃棄物に対し、石灰原材料のみを加えて肥料を製造する場合の概念図である。
【図２】廃棄物の成分調整を行い、消石灰を添加して肥料を製造する場合の概念図である。
【符号の説明】
【００４８】
１，１ａ，１ｂ 廃棄物
２ 混合工程
３ 造粒工程
４ 常温放置工程
５ 水熱処理工程
６ 分級工程
【技術分野】
【０００１】
本発明は、廃棄物を用いた肥料の製造方法及び肥料に関し、より詳細には、ＳｉＯ2及びＡｌ2Ｏ3を含有する廃棄物を原料として、可溶性成分及びく溶性成分を多く含む安全性の高い肥料が得られる肥料の製造方法及びその製造方法によって製造される肥料に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、廃棄物等は、必要に応じて添加材料を加えた後、混合、造粒、水熱、焼成、溶融などの処理を行うことにより、肥料として利用されている。廃棄物等を原料として肥料を製造する技術として、ケイ酸質原料、石灰質原料及び金属Ａｌ粉末よりなるスラリを固化させた後、水熱処理によりケイ酸肥料とする技術（特許文献１）、鉄鋼スラグ粉末にバインダーを加えて造粒し、ケイ酸肥料とする技術（特許文献２）、石炭灰を原料とし、加里源材料、バインダー等を加え、造粒、焼成によりケイ酸カリ肥料とする技術（特許文献３）、下水汚泥焼却灰にマグネシウム、カルシウム、ケイ酸等を添加して溶融することによりケイ酸リン肥料とする技術（特許文献４）等が知られている。
【０００３】
しかしながら、上記の廃棄物等を原料とする肥料では、肥料として提供される成分は、アルカリ分、ケイ酸、加里及びリン酸に限られ、更に多くの成分を提供することが求められている。また、肥料成分として提供されていている成分であっても、必ずしも土壌に溶出しやすい形態で供給されていない成分が多い。更に、廃棄物等を原料とする肥料からは有害物が溶出する可能性があり、安全性にも問題がある。
【特許文献１】特開昭６１−４４７１２号公報
【特許文献２】特開昭５５−２０２４７号公報
【特許文献３】特開昭５５−２０２１８号公報
【特許文献４】特開２００５−２５５４８５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、上記従来技術の問題点を解決するために為されたものであり、本発明の目的は、肥料成分が多く、しかも土壌への溶出性に優れ、更に安全性にも優れた肥料及びその製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の肥料の製造方法は、廃棄物を用いた肥料であって、廃棄物に石灰源材料を添加して、ＳｉＯ2の含有量を３０〜８０重量％、Ａｌ2Ｏ3の含有量を１０〜４０重量％、ＣａＯの含有量を１０〜５０重量％となるように成分調整した後、水熱処理を行うことによりアルミニウムトバモライト及びそのカチオン置換体を生成させることを特徴とする。
【０００６】
ここで、本明細書においては、ＣａＯはＣａ(ＯＨ)2として添加してもよく、その場合、Ｃａ(ＯＨ)2はＣａＯの重量に換算して使用する必要がある。
【０００７】
本発明においては、適正量のＳｉＯ2とＡｌ2Ｏ3とを有した廃棄物を用い、これに石灰源材料を添加し、水熱処理により、アルミニウムトバモライト（５ＣａＯ・Ａｌ2Ｏ3・５ＳｉＯ2・５Ｈ2Ｏ）及びそのカチオン置換体を主成分とした反応物を生成させることにより、ＳｉＯ2成分の溶出量及び溶出速度を大きくすることができ、肥料性能を大きく向上させることが可能となる。更に、アルミニウムトバモライトのＣａやＡｌが有害金属イオンと置換してカチオン置換体を生成するので、有害金属が溶出し難い安全な肥料となる。
【０００８】
また、上記発明において、前記成分調整の後、苦土源材料、加里源材料、リン酸源材料及びこれらの任意の組み合わせからなる群から選択される添加材料を添加・混合し、続いて前記水熱処理を行うことも可能である。
【０００９】
このように、肥料としての必要な成分を配合することにより、廃棄物が本来的に含有しているケイ酸に加えて、アルカリ分、苦土、加里、リン酸を肥料成分として配合することができる。
【００１０】
本発明の廃棄物を用いた肥料の製造方法により製造される肥料は、アルカリ含有量が１０〜５０重量％、可溶性ケイ酸の含有量が１０〜４０重量％、く溶性苦土の含有量が０．１〜５重量％、く溶性加里の含有量が０．０５〜５重量％、く溶性リン酸の含有量が０．０５〜１５重量％である。
【００１１】
ここで、本明細書におけるアルカリ含有量とはＣａＯ及びＭｇＯの合計の含有量をいい、また、可溶性ケイ酸の含有量とは０．５Ｎの塩酸溶液への溶解量を測定したものをいう。また、く溶性苦土の含有量、く溶性加里の含有量、及びく溶性リン酸の含有量は、何れも１％クエン酸溶液への溶解量を測定したものをいう。
【００１２】
廃棄物と添加材料との混合は、通常は造粒機を兼用して行なわれるが、廃棄物又は添加材料の平均粒径が、例えば３０μｍよりも大きい場合や、より確実に混合することが必要な場合には、ロッド又はビーズなどの媒体による粉砕機能を有する混合機（粉砕機）を使用して平均粒径を３０μｍ以下、好ましくは２０μｍ以下とすることにより、以後の造粒を容易に行うことができ、また、水熱処理によるアルミニウムトバモライト及びそのカチオン置換体の生成反応を促進することができる。
【００１３】
上記の肥料の製造方法は、水熱処理に先だち、水の存在下に造粒を行い、その後に前記水熱処理を行うことにより、容易に水中崩壊しない肥料を得ることができる。また、造粒を行うことにより、取り扱い性が向上するとともに、水和反応が促進される。造粒は、少ない水分量で行う加圧方式は適切ではなく、また、短時間で行うことができるという観点から、撹拌方式、転動方式及び押出方式の何れかにより行うことが好ましい。
【００１４】
また、造粒を行う場合、造粒物は、表面に水分があり、そのままで水熱処理を行うと造粒物同志が強固に付着する場合があるので、常温で０．５〜２４時間、好ましくは５〜１５時間放置して乾燥させ、必要に応じて解砕処理を行った後、次の水熱処理を行うことが好ましい。
【００１５】
水熱処理は、アルミニウムトバモライト及びそのカチオン置換体の生成反応を促進するために必須の工程であり、取り扱い性が良好な強固な粒状物が得られるという観点からも必要である。
【００１６】
水熱処理は、適正量のアルミニウムトバモライトを生成させるために、廃棄物特性などの成分等に応じて適正な温度と時間を設定して、水の存在下、密閉状態で加熱することにより行われるが、通常、６０〜２５０℃で１〜２４時間加熱するのが好ましく、特に８０〜１８０℃で３〜１０時間行うのがより好ましい。上記範囲より温度が低い又は時間が短いと、アルミニウムトバモライトの反応量は少なくなり、上記範囲より温度が高い又は時間が長いと、アルミニウムトバモライトが分解してハイドロガーネット（３ＣａＯ・Ａｌ2Ｏ3・ＳｉＯ2・２Ｈ2Ｏ）となり、肥料性能、安全性が低下する傾向となる。
【００１７】
肥料の粒径は、取り扱い性、肥効性などを考慮して、適正な粒度とする必要がある。具体的には、０．２ｍｍの篩通過割合が１０重量％以下で、５ｍｍの篩通過割合が９０重量％以上であることが好ましい。０．２ｍｍ以下の肥料が多いと粉塵が多く発生し、５ｍｍ以上の肥料が多いと肥料成分の溶出速度が遅くなり、肥料性能が低下する。
【００１８】
また、適正範囲を外れた０．２ｍｍより小さい肥料及び５ｍｍより大きい肥料は、０．１ｍｍ以下に粉砕した後、造粒前の混合工程に戻すことにより、肥料性能の低下なく、無駄なく全量を肥料化することができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、廃棄物のＳｉＯ2とＡｌ2Ｏ3とＣａＯの含有量を調整し、これを水熱処理することにより、アルミニウムトバモライト及びそのカチオン置換体を生成させて、肥料成分の溶出量及び溶出速度を高めるとともに、より安全性に優れた肥料を得ることができる。加えて、製造に際して廃水が出ないため、環境衛生上からも非常に優れた製造方法である。
【００２０】
また、肥料成分に乏しい廃棄物に対しては添加剤を加えることにより、廃棄物が本来的に含有するＳｉＯ2に加えて、石灰源材料、苦土源材料、加里源材料、リン酸源材料を補強することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
水熱処理により、肥料成分の可溶性及びく溶性を促進し、陽イオン交換容量に優れたアルミニウムトバモライトを主成分とした反応物を生成させるためには、ＳｉＯ2の含有量が３０〜８０重量％、Ａｌ2Ｏ3の含有量が１０〜４０重量％、ＣａＯの含有量が１０〜５０重量％となるように、石灰源材料を添加する等により廃棄物の成分を調整を行うことが重要である。ＳｉＯ2の含有量、Ａｌ2Ｏ3の含有量及びＣａＯの含有量が上記より少ないと、十分な量のアルミニウムトバモライト及びそのカチオン置換体が得られず、肥料成分の含有量及び溶解速度、安全性に問題を生じ、上記より多いと未反応物が多く残存し、溶出液のｐＨ及び導電率（ＥＣ）が高くなったり、有害重金属が溶出したり、肥料成分の含有量及び溶出速度などに問題を生じる。アルミニウムトバモライト及びそのカチオン置換体の生成は、Ｘ線回折により確認することができる。
【００２２】
廃棄物中のＳｉＯ2は、アルミニウムトバモライト又はそのカチオン置換体とすることにより、可溶性が向上し、苦土及び加里はアルミニウムトバモライトのＣａＯの一部と置換することにより、く溶性が向上する。また、リン酸はアパタイトとすることにより、く溶性が向上する。
【００２３】
ここで、従来では、アルミニウムの少ない材料を使用して水熱処理が行われていたために、ＳｉＯ2等はトバモライト（５ＣａＯ・６ＳｉＯ2・５Ｈ2Ｏ）に含まれ、これを焼成及び溶融処理によりガラス化したカルシウムシリケート（２ＣａＯ・ＳｉＯ2など）として利用されていた。しかし、この生成物は溶出速度が遅く、肥料性能も低く、更に陽イオン交換容量が小さいことなどにより、有害重金属の固定能力に欠け、安全性にも問題があった。
【００２４】
これに対して、本発明の製造方法では、廃棄物は、ＳｉＯ2の含有量が３０〜８０重量％、Ａｌ2Ｏ3の含有量が１０〜４０重量％、ＣａＯの含有量が１０〜５０重量％となるように成分調整され、ＳｉＯ2は、アルミニウムトバモライト又はそのカチオン置換体に含まれることとなる。このアルミニウムトバモライト又はそのカチオン置換体は、上記のトバモライト等とは異なり、ＳｉＯ2を水に溶出し易くする。なお、本発明におけるＳｉＯ2及びＡｌ2Ｏ3の形態としては、水和反応性に優れるガラス質が好ましい。
【００２５】
本発明に使用し得る廃棄物は、焼却灰、炭化物、スラグ、汚泥、廃コンクリート及びこれらの任意の組み合わせから選択されたものである。
【００２６】
上記焼却灰としては、紙・プラスチック焼却灰、石炭灰、製紙スラッジ灰、下水汚泥焼却灰、ごみ焼却灰、バイオマス燃焼灰、家畜糞尿燃焼灰等を挙げることができる。
【００２７】
上記炭化物としては、紙・プラスチック炭化物、製紙スラッジ炭化物、下水汚泥炭化物、ごみ炭化物、バイオマス炭化物、家畜糞尿炭化物等を挙げることができる。
【００２８】
上記スラグとしては、鉄鋼スラグ、ごみ溶融スラグ、上水汚泥溶融スラグ、下水汚泥溶融スラグ、シリカヒューム、石綿等の溶融スラグ等を挙げることができる。
【００２９】
上記汚泥としては、建設汚泥、上水汚泥、下水汚泥、砕石スラッジ等を挙げることができる。上記のうち、ガラス質のＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3が多く含まれる石炭灰、鉄鋼スラグが廃棄物として好ましい。
【００３０】
本発明において使用し得る石灰源材料としては、生石灰、消石灰、セメント、鉄鋼スラグ粉末、ライムケーキ、貝殻及びこれらの焼成品、並びにこれらの任意の組み合わせを例示することができる。上記のうち、ＣａＯ含量の多い生石灰及び消石灰が石灰源材料として好ましい。
【００３１】
本発明において使用し得る苦土源材料としては、硫酸マグネシウム、酸化マグネシウム、水酸化マグネシウム、炭酸マグネシウム、塩化マグネシウム、硝酸マグネシウム、ドロマイト、苦土石灰及びこれらの任意の組み合わせを例示することができる。上記のうち、ＭｇＯ含量が多い酸化マグネシウム及び水酸化マグネシウムが苦土源材料として好ましい。
【００３２】
本発明において使用し得る加里源材料としては、カリガラス、酸化カリウム、水酸化カリウム、炭酸カリウム、硫酸カリウム、塩化カリウム、硝酸カリウム及びこれらの任意の組み合わせを例示することができる。上記のうち、Ｋ2Ｏ顔料が多い酸化カリウム及び水酸化カリウムが加里源材料として好ましい。
【００３３】
本発明において使用し得るリン酸源材料としては、リン酸、リン酸塩、アパタイト、下水汚泥焼却灰、骨粉、油粕、家畜糞尿及びこれらの任意の組み合わせを例示することができる。上記のうち、リン含有量が多いリン酸及びアパタイトがリン酸源材料として好ましい。
【００３４】
本発明の廃棄物を用いた肥料の製造方法により得られる肥料は、アルカリ含有量が１０〜５０重量％、可溶性ケイ酸の含有量が１０〜４０重量％、く溶性苦土の含有量が０．１〜５重量％、く溶性加里の含有量が０．０５〜５重量％、く溶性リン酸の含有量が０．０５〜１５重量％であることが好ましい。これらの成分を上記の範囲に調整するためには、使用する廃棄物及び添加材料中のそれらの成分の含有量及び形態に応じて調整することが必要である。また、栽培する植物等により好ましい成分の範囲は異なるので、栽培植物等ごとに個別の配合調整を行うことが必要である。上記の肥料成分の量が少ないと、十分な生育効果が出ず、多いと種々の生育障害が起こる点に注意を要する。
【００３５】
本発明の廃棄物を用いた肥料の製造方法の実施形態について、図面に基づいて具体的に説明する。図１は、苦土、加里、リン酸などを含有する廃棄物１に対し、石灰原材料のみを加えて肥料を製造する場合の一例を示した概念図である。本実施形態では、６０．２重量％のＳｉＯ2及び１５．２重量％のＡｌ2Ｏ3を含有する廃棄物１（石炭灰）１００重量部に、５０重量％の生石灰を石灰原材料として添加し、羽根を有する造粒機による混合工程２を経た後、造粒工程３において水を添加し撹拌して０．２〜６ｍｍに造粒する。これを常温で放置した後（工程４）、次の水熱処理工程５で１８０℃、５時間の条件で水熱処理を行う。次に、分級工程６で選別することにより、粒径が０．２〜５ｍｍで、アルカリ含有量３３重量％、可溶性ケイ酸含有量２９重量％、く溶性苦土含有量０．４重量％、く溶性加里含有量０．７重量％、く溶性リン酸含有量０．１重量％の肥料を得る。粒径が０．２ｍｍより小さい肥料と５ｍｍより大きい肥料は、粉砕工程７で粉砕した後、造粒工程３に戻される。なお、造粒工程３で得られる造粒物の粒径を１〜５ｍｍとすれば、分級工程６及び粉砕工程７は省略することができる。
【００３６】
図２は、リン酸含有量が少なく、アルカリ含有量の多い廃棄物１ａに対し、リン酸含有量が多く、アルカリ含有量が少ない廃棄物１ｂを添加して成分調整を行い、更に消石灰を添加して肥料を製造する場合の一例を示した概念図である。９０重量％の廃棄物１ａと、１０重量％の廃棄物１ｂとの混合物（ＳｉＯ2含有量は３７重量％、Ａｌ2Ｏ3含有量は２４．４重量％）１００重量部に、消石灰１５重量部を添加し、ビーズミルを用いた混合工程２で粉砕・混合を行う。次に、造粒工程３において水を添加し、混練しながら３ｍｍ径に押出造粒し、常温放置することなく水熱処理工程５に移行し、直ちに１８５℃で４時間水熱処理を行う。これにより、本実施形態では分級工程を経ることなく、粒径が３ｍｍで、アルカリ含有量２９重量％、可溶性ケイ酸含有量２４重量％、く溶性苦土含有量１．４重量％、く溶性加里含有量０．９重量％、く溶性リン酸含有量０．８重量％の肥料を得る。
【実施例】
【００３７】
本発明を以下の実施例に基づいて説明するが、本発明は以下の記載に限定されるものではない。
【００３８】
（実施例１）
表１に示す組成の石炭灰を用いて肥料を製造した。まず、石炭灰（平均径２２μｍ）１００重量部に、生石灰４５重量部を添加し、撹拌造粒機を用いて混合した後、この混合物１００重量部に、水を３１重量部添加して１．５ｍｍに造粒した。次に、２２℃、相対湿度５６％の雰囲気に１０時間放置した後、容器に入れ、容器に入れたまま水熱処理装置に入れて１８０℃で５時間水熱処理を行った。その後、水熱処理装置より取り出し、０．５〜５ｍｍの肥料を得た。得られた肥料のアルカリ含有量は３０重量％、可溶性ケイ酸含有量は２６重量％、く溶性苦土含有量は０．３重量％、く溶性加里含有量は０．６重量％、く溶性リン酸含有量は０．０９重量％であった。また、この肥料についてＸ線回折による解析を行い、アルミニウムトバモライト及びそのカチオン置換体の生成を確認した。この肥料の圧壊強度は５ｋｇ（２ｍｍ粒子）、溶出液（１０重量％スラリ、６時間振とう後のろ液）のｐＨは１０．４であり、有害物溶出量は土壌環境基準を満足した。また、リン酸塩緩衝液による１０重量％スラリの６時間振とう後のＳｉ溶出量は、ｐＨ６で３９００ｍｇ／Ｌであった。
【００３９】
（実施例２）
表１に示す組成の石炭灰を用いて肥料を製造した。まず、石炭灰（平均径２２μｍ）１００重量部に、生石灰５０重量部を添加し、撹拌造粒機を用いて混合した後、この混合物１００重量部に、水を３３重量部添加して０．２〜６ｍｍに造粒し、２２℃、相対湿度５６％の雰囲気に１０時間放置した後、容器に入れ、容器に入れたまま水熱処理装置に入れて１８０℃で５時間水熱処理を行った。その後、水熱処理装置より取り出し、０．２ｍｍと５ｍｍの篩で分級を行い、回収率９５重量％で０．２〜５ｍｍの肥料を得た。０．２ｍｍより小さい肥料と５ｍｍより大きい肥料は粉砕して０．１ｍｍ以下として、造粒機に投入した。得られた肥料のアルカリ含有量は３３重量％、可溶性ケイ酸含有量は２９重量％、く溶性苦土含有量は０．４重量％、く溶性加里含有量は０．７重量％、く溶性リン酸含有量は０．１重量％であった。この肥料についてＸ線回折による解析を行い、アルミニウムトバモライト及びそのカチオン置換体の生成を確認した。この肥料の圧壊強度は６ｋｇ（２ｍｍ粒子）、溶出液（１０重量％スラリ、６時間振とう後のろ液）のｐＨは１０．６であり、有害物溶出量は土壌環境基準を満足した。また、リン酸塩緩衝液による１０重量％スラリの６時間振とう後のＳｉ溶出量は、ｐＨ６で４２００ｍｇ／Ｌであった。
【００４０】
（実施例３）
表１に示す組成の製紙スラッジ灰及び下水汚泥焼却灰を用いて肥料を製造した。まず、製紙スラッジ灰（平均径８７μｍ）１００重量部に、下水汚泥焼却灰（平均径４５μｍ）１０重量部、消石灰１５重量部を添加し、ビーズミルで粉砕しながら混合した後、この混合物１００重量部に、水を３９重量部添加して混練しながら３ｍｍ径に押出造粒した。この造粒物を直ちに容器に入れ、容器に入れたまま水熱処理装置に入れて１８０℃で４時間水熱処理を行った。その後、水熱処理装置より取り出し、３ｍｍの肥料を得た。得られた肥料のアルカリ含有量は２９重量％、可溶性ケイ酸含有量は２４重量％、く溶性苦土含有量は１．４重量％、く溶性加里含有量は０．９重量％、く溶性リン酸含有量は０．８重量％であった。この肥料についてＸ線回折による解析を行い、アルミニウムトバモライト及びそのカチオン置換体の生成を確認した。また、圧壊強度は７ｋｇ（３ｍｍ粒子）、溶出液（１０重量％スラリ、６時間振とう後のろ液）のｐＨは１０．４であり、有害物溶出量は土壌環境基準を満足した。また、リン酸塩緩衝液による１０重量％スラリの６時間振とう後のＳｉ溶出量は、ｐＨ６で３４５０ｍｇ／Ｌであった。
【００４１】
（実施例４）
表１に示す組成の製紙スラッジ灰を用いて肥料を製造した。まず、製紙スラッジ灰（平均径８７μｍ）１００重量部に、生石灰１０重量部、リン酸カルシウム２重量部を添加し、撹拌造粒機を用いて混合した後、この混合物１００重量部に、水を４２重量部添加して１〜５ｍｍに造粒し、２１℃、相対湿度５２％の雰囲気に５時間放置した後、容器に入れ、容器に入れたまま水熱処理装置に入れて１８０℃で５時間水熱処理を行った。その後、水熱処理装置より取り出し、０．５〜５ｍｍの肥料を得た。得られた肥料のアルカリ含有量は３５重量％、可溶性ケイ酸含有量は２３重量％、く溶性苦土含有量は２．２重量％、く溶性加里含有量は０．６重量％、く溶性リン酸含有量は０．５重量％のであった。この肥料についてＸ線回折による解析を行い、アルミニウムトバモライト及びそのカチオン置換体の生成を確認した。また、圧壊強度は４ｋｇ（２ｍｍ粒子）、溶出液（１０重量％スラリ、６時間振とう後のろ液）のｐＨは１０．５であり、有害物溶出量は土壌環境基準を満足した。また、リン酸塩緩衝液による１０重量％スラリの６時間振とう後のＳｉ溶出量は、ｐＨ６で３１２０ｍｇ／Ｌであった。
【００４２】
（実施例５）
表１に示す組成の下水汚泥焼却灰を用いて肥料を製造した。まず、下水汚泥焼却灰（平均径４５μｍ）１００重量部に、消石灰３０重量部、硫酸カリウム１重量部を添加し、ビーズミルで粉砕しながら混合した後、この混合物１００重量部に、水を３４重量部添加して混練しながら３ｍｍ径に押出造粒し、ただちに容器に入れ、容器に入れたまま水熱処理装置に入れて１８０℃で６時間水熱処理を行った。その後、水熱処理装置より取り出し、３ｍｍの肥料を得た。得られた肥料のアルカリ含有量は２５重量％、可溶性ケイ酸含有量は１９重量％、く溶性苦土含有量は１．６重量％、く溶性加里含有量は０．７重量％、く溶性リン酸含有量は９．２重量％であった。この肥料についてＸ線回折による解析を行い、アルミニウムトバモライト及びそのカチオン置換体の生成を確認した。また、圧壊強度は５ｋｇ（３ｍｍ粒子）、溶出液（１０重量％スラリ、６時間振とう後のろ液）のｐＨは１０．４であり、有害物溶出量は土壌環境基準を満足した。また、リン酸塩緩衝液による１０重量％スラリの６時間振とう後のＳｉ溶出量は、ｐＨ６で２４３０ｍｇ／Ｌであった。
【００４３】
（比較例１…原料のＡｌ2Ｏ3が１０重量％以下）
平均径２６μｍの珪石粉末（ＳｉＯ2含有量９５重量％、Ａｌ2Ｏ3含有量２重量％）１００重量部に、生石灰３０重量部を添加し、撹拌造粒機を用いて混合した後、この混合物１００重量部に、水を２８重量部添加して１〜５ｍｍに造粒し、２１℃、相対湿度５２％の雰囲気に５時間放置した後、容器に入れ、容器に入れたまま水熱処理装置に入れて１８０℃で８時間水熱処理を行った。その後、水熱処理装置より取り出し、０．５〜５ｍｍの肥料を得た。得られた肥料のアルカリ含有量は２０重量％、可溶性ケイ酸含有量は２４重量％、く溶性苦土含有量は０．０５重量％未満、く溶性加里含有量は０．０５重量％未満、く溶性リン酸含有量は０．０５重量％未満であった。この肥料についてＸ線回折による解析を行ったが、アルミニウムトバモライト及びそのカチオン置換体は殆ど確認できなかった。また、圧壊強度は６ｋｇ（２ｍｍ粒子）、溶出液（１０重量％スラリ、６時間振とう後のろ液）のｐＨは１０．６であり、有害物溶出量は土壌環境基準を満足した。また、リン酸塩緩衝液による１０重量％スラリの６時間振とう後のＳｉ溶出量は、ｐＨ６で２００ｍｇ／Ｌであった。
【００４４】
（比較例２…ＣａＯが１０重量％以下）
表１に示す組成の石炭灰を用いて肥料を製造した。まず、石炭灰（平均径２２μｍ）１００重量部に、生石灰１０重量部を添加し、撹拌造粒機を用いて混合した後、この混合物１００重量部に、水を２８重量部添加して１〜５ｍｍに造粒し、２２℃、相対湿度５６％の雰囲気に１０時開放置した後、容器に入れ、容器に入れたまま水熱処理装置に入れて１８０℃で５時間水熱処理を行った。その後、水熱処理装置より取り出し、０．５〜５ｍｍの肥料を得た。得られた肥料のアルカリ含有量は９．６重量％、可溶性ケイ酸含有量は７．１重量％、く溶性苦土含有量は０．２重量％、く溶性加里含有量は０．４重量％、く溶性リン酸含有量は０．０４重量％の肥料を得た。この肥料についてＸ線回折による解析を行ったが、アルミニウムトバモライト及びそのカチオン置換体は殆ど確認できなかった。また、圧壊強度は３ｋｇ（２ｍｍ粒子）、溶出液（１０重量％スラリ、６時間振とう後のろ液）のｐＨは１０．３であり、有害物溶出量において、Ｓｅが土壌環境基準を満足しなかった。また、リン酸塩緩衝液による１０重量％スラリの６時間振とう後のＳｉ溶出量は、ｐＨ６で８００ｍｇ／Ｌであった。
【００４５】
【表１】
【産業上の利用可能性】
【００４６】
本発明の肥料は、肥効性、安全性に優れているので、園芸用、畑作用、緑化用の肥料としての利用が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】苦土、加里、リン酸などを含有する廃棄物に対し、石灰原材料のみを加えて肥料を製造する場合の概念図である。
【図２】廃棄物の成分調整を行い、消石灰を添加して肥料を製造する場合の概念図である。
【符号の説明】
【００４８】
１，１ａ，１ｂ 廃棄物
２ 混合工程
３ 造粒工程
４ 常温放置工程
５ 水熱処理工程
６ 分級工程
【特許請求の範囲】
【請求項１】
廃棄物を用いた肥料であって、廃棄物に石灰源材料を添加して、ＳｉＯ2の含有量を３０〜８０重量％、Ａｌ2Ｏ3の含有量を１０〜４０重量％、ＣａＯの含有量を１０〜５０重量％となるように成分調整した後、水熱処理を行うことによりアルミニウムトバモライト及びそのカチオン置換体を生成させることを特徴とする肥料の製造方法。
【請求項２】
前記成分調整の後、苦土源材料、加里源材料、リン酸源材料及びこれらの任意の組み合わせからなる群から選択される添加材料を添加・混合し、続いて前記水熱処理を行うことを特徴とする請求項１記載の肥料の製造方法。
【請求項３】
前記水熱処理に先だち、水の存在下に造粒を行うことを特徴とする請求項１又は２記載の肥料の製造方法。
【請求項４】
前記造粒の後に、０．５〜２４時間常温で乾燥を行い、その後に前記水熱処理を行うことを特徴とする請求項３記載の肥料の製造方法。
【請求項５】
前記肥料のアルカリ含有量が１０〜５０重量％、可溶性ケイ酸の含有量が１０〜４０重量％、く溶性苦土の含有量が０．１〜５重量％、く溶性加里の含有量が０．０５〜５重量％、く溶性リン酸の含有量が０．０５〜１５重量％である請求項１乃至４の何れかに記載の肥料の製造方法。
【請求項６】
前記廃棄物は、焼却灰、炭化物、スラグ、汚泥、廃コンクリート及びこれらの任意の組み合わせからなる群より選択されたものである請求項１乃至５の何れかに記載の肥料の製造方法。
【請求項７】
前記焼却灰は、紙・プラスチック焼却灰、石炭灰、製紙スラッジ灰、下水汚泥焼却灰、ごみ焼却灰、バイオマス燃焼灰、家畜糞尿燃焼灰及びこれらの任意の組み合わせからなる群より選択されたものである請求項６に記載の肥料の製造方法。
【請求項８】
前記炭化物は、紙・プラスチック炭化物、製紙スラッジ炭化物、下水汚泥炭化物、ごみ炭化物、バイオマス炭化物、家畜糞尿炭化物及びこれらの任意の組み合わせからなる群より選択されたものである請求項６に記載の肥料の製造方法。
【請求項９】
前記スラグは、鉄鋼スラグ、ごみ溶融スラグ、上水汚泥溶融スラグ、下水汚泥溶融スラグ、シリカヒューム、石綿等の溶融スラグ及びこれらの任意の組み合わせからなる群より選択されたものである請求項６に記載の肥料の製造方法。
【請求項１０】
前記汚泥は、建設汚泥、上水汚泥、下水汚泥、砕石スラッジ及びこれらの任意の組み合わせからなる群より選択されたものである請求項６に記載の肥料の製造方法。
【請求項１１】
前記石灰源材料は、生石灰、消石灰、セメント、鉄鋼スラグ粉末、ライムケーキ、貝殻及びこれらの焼成品、並びにこれらの任意の組み合わせからなる群より選択されたものである請求項１乃至１０の何れかに記載の肥料の製造方法。
【請求項１２】
前記苦土源材料は、硫酸マグネシウム、酸化マグネシウム、水酸化マグネシウム、炭酸マグネシウム、塩化マグネシウム、硝酸マグネシウム、ドロマイト、苦土石灰及びこれらの任意の組み合わせからなる群より選択されたものである請求項２に記載の肥料の製造方法。
【請求項１３】
前記加里源材料は、カリガラス、酸化カリウム、水酸化カリウム、炭酸カリウム、硫酸カリウム、塩化カリウム、硝酸カリウム及びこれらの任意の組み合わせからなる群より選択されたものである請求項２に記載の肥料の製造方法。
【請求項１４】
前記リン酸源材料は、リン酸、リン酸塩、アパタイト、下水汚泥焼却灰、骨粉、油粕、家畜糞尿及びこれらの任意の組み合わせからなる群より選択されたものである請求項２に記載の肥料の製造方法。
【請求項１５】
前記混合は、ロッド又はビーズによる粉砕機能を有する混合機を使用して行うことを特徴とする請求項１乃至１４の何れかに記載の肥料の製造方法。
【請求項１６】
前記造粒は、撹拌方式、転動方式及び押出方式の何れかにより行うことを特徴とする請求項３又は４に記載の肥料の製造方法。
【請求項１７】
前記水熱処理は、６０〜２５０℃で１〜２４時間行うことを特徴とする請求項１乃至１６の何れかに記載の肥料の製造方法。
【請求項１８】
前記水熱処理の後、更に肥料粒子の分級を行って、所定の範囲の粒径を有する肥料を選別することを特徴とする請求項１乃至１７の何れかに記載の肥料の製造方法。
【請求項１９】
前記所定範囲以外の粒径を有する肥料を、前記添加材料の混合工程に戻すことを特徴とする請求項１８に記載の肥料の製造方法。
【請求項２０】
請求項１乃至１９の何れかの肥料の製造方法によって製造される肥料。
【請求項１】
廃棄物を用いた肥料であって、廃棄物に石灰源材料を添加して、ＳｉＯ2の含有量を３０〜８０重量％、Ａｌ2Ｏ3の含有量を１０〜４０重量％、ＣａＯの含有量を１０〜５０重量％となるように成分調整した後、水熱処理を行うことによりアルミニウムトバモライト及びそのカチオン置換体を生成させることを特徴とする肥料の製造方法。
【請求項２】
前記成分調整の後、苦土源材料、加里源材料、リン酸源材料及びこれらの任意の組み合わせからなる群から選択される添加材料を添加・混合し、続いて前記水熱処理を行うことを特徴とする請求項１記載の肥料の製造方法。
【請求項３】
前記水熱処理に先だち、水の存在下に造粒を行うことを特徴とする請求項１又は２記載の肥料の製造方法。
【請求項４】
前記造粒の後に、０．５〜２４時間常温で乾燥を行い、その後に前記水熱処理を行うことを特徴とする請求項３記載の肥料の製造方法。
【請求項５】
前記肥料のアルカリ含有量が１０〜５０重量％、可溶性ケイ酸の含有量が１０〜４０重量％、く溶性苦土の含有量が０．１〜５重量％、く溶性加里の含有量が０．０５〜５重量％、く溶性リン酸の含有量が０．０５〜１５重量％である請求項１乃至４の何れかに記載の肥料の製造方法。
【請求項６】
前記廃棄物は、焼却灰、炭化物、スラグ、汚泥、廃コンクリート及びこれらの任意の組み合わせからなる群より選択されたものである請求項１乃至５の何れかに記載の肥料の製造方法。
【請求項７】
前記焼却灰は、紙・プラスチック焼却灰、石炭灰、製紙スラッジ灰、下水汚泥焼却灰、ごみ焼却灰、バイオマス燃焼灰、家畜糞尿燃焼灰及びこれらの任意の組み合わせからなる群より選択されたものである請求項６に記載の肥料の製造方法。
【請求項８】
前記炭化物は、紙・プラスチック炭化物、製紙スラッジ炭化物、下水汚泥炭化物、ごみ炭化物、バイオマス炭化物、家畜糞尿炭化物及びこれらの任意の組み合わせからなる群より選択されたものである請求項６に記載の肥料の製造方法。
【請求項９】
前記スラグは、鉄鋼スラグ、ごみ溶融スラグ、上水汚泥溶融スラグ、下水汚泥溶融スラグ、シリカヒューム、石綿等の溶融スラグ及びこれらの任意の組み合わせからなる群より選択されたものである請求項６に記載の肥料の製造方法。
【請求項１０】
前記汚泥は、建設汚泥、上水汚泥、下水汚泥、砕石スラッジ及びこれらの任意の組み合わせからなる群より選択されたものである請求項６に記載の肥料の製造方法。
【請求項１１】
前記石灰源材料は、生石灰、消石灰、セメント、鉄鋼スラグ粉末、ライムケーキ、貝殻及びこれらの焼成品、並びにこれらの任意の組み合わせからなる群より選択されたものである請求項１乃至１０の何れかに記載の肥料の製造方法。
【請求項１２】
前記苦土源材料は、硫酸マグネシウム、酸化マグネシウム、水酸化マグネシウム、炭酸マグネシウム、塩化マグネシウム、硝酸マグネシウム、ドロマイト、苦土石灰及びこれらの任意の組み合わせからなる群より選択されたものである請求項２に記載の肥料の製造方法。
【請求項１３】
前記加里源材料は、カリガラス、酸化カリウム、水酸化カリウム、炭酸カリウム、硫酸カリウム、塩化カリウム、硝酸カリウム及びこれらの任意の組み合わせからなる群より選択されたものである請求項２に記載の肥料の製造方法。
【請求項１４】
前記リン酸源材料は、リン酸、リン酸塩、アパタイト、下水汚泥焼却灰、骨粉、油粕、家畜糞尿及びこれらの任意の組み合わせからなる群より選択されたものである請求項２に記載の肥料の製造方法。
【請求項１５】
前記混合は、ロッド又はビーズによる粉砕機能を有する混合機を使用して行うことを特徴とする請求項１乃至１４の何れかに記載の肥料の製造方法。
【請求項１６】
前記造粒は、撹拌方式、転動方式及び押出方式の何れかにより行うことを特徴とする請求項３又は４に記載の肥料の製造方法。
【請求項１７】
前記水熱処理は、６０〜２５０℃で１〜２４時間行うことを特徴とする請求項１乃至１６の何れかに記載の肥料の製造方法。
【請求項１８】
前記水熱処理の後、更に肥料粒子の分級を行って、所定の範囲の粒径を有する肥料を選別することを特徴とする請求項１乃至１７の何れかに記載の肥料の製造方法。
【請求項１９】
前記所定範囲以外の粒径を有する肥料を、前記添加材料の混合工程に戻すことを特徴とする請求項１８に記載の肥料の製造方法。
【請求項２０】
請求項１乃至１９の何れかの肥料の製造方法によって製造される肥料。
【図１】
【図２】
【図２】
【公開番号】特開２００７−３０８３２２（Ｐ２００７−３０８３２２Ａ）
【公開日】平成１９年１１月２９日（２００７．１１．２９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−１３７６８２（Ｐ２００６−１３７６８２）
【出願日】平成１８年５月１７日（２００６．５．１７）
【出願人】（５００２１３４１０）カワサキプラントシステムズ株式会社 (25)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年１１月２９日（２００７．１１．２９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年５月１７日（２００６．５．１７）
【出願人】（５００２１３４１０）カワサキプラントシステムズ株式会社 (25)
【Ｆターム（参考）】
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