炭素アルミニウム複合化合物及び炭素アルミニウム複合化合物被覆無機化合物
【課題】耐熱性；耐燃性；酸、アルカリ、有機溶媒等に対する耐薬品性；導電性；軽量性等に優れた化合物やそれを含有する組成物を比較的安価に得ること、化学的に有害な物質や形状的に有害な物質を、安全な操作によって無害な物質へと変換させる資源リサイクルにも貢献する廃棄物処理方法を提供すること。
【解決手段】無機化合物粒子又は無機化合物粒子を含有する複合物に、ポリ塩化アルミニウム及び有機物を含有する水溶液を含浸させ、２６０℃〜２８００℃で焼成してなるものであることを特徴とする炭素アルミニウム複合化合物被覆無機化合物構造体であり、また、針状無機化合物を含有する廃棄物を、ポリ塩化アルミニウム水溶液を吹き付けながら剥離してから水溶性有機物を含有させ、焼成して該炭素アルミニウム複合化合物被覆無機化合物構造体を形成しつつ廃棄物を処理する方法である。
【解決手段】無機化合物粒子又は無機化合物粒子を含有する複合物に、ポリ塩化アルミニウム及び有機物を含有する水溶液を含浸させ、２６０℃〜２８００℃で焼成してなるものであることを特徴とする炭素アルミニウム複合化合物被覆無機化合物構造体であり、また、針状無機化合物を含有する廃棄物を、ポリ塩化アルミニウム水溶液を吹き付けながら剥離してから水溶性有機物を含有させ、焼成して該炭素アルミニウム複合化合物被覆無機化合物構造体を形成しつつ廃棄物を処理する方法である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、炭素アルミニウム複合化合物、及び炭素アルミニウム複合化合物が被覆された無機化合物、並びに結果的にかかる化合物が生成されるような廃棄物の処理方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
耐熱性を有する組成物は種々知られているが、その耐熱性については未だ十分ではなかった。更に、耐熱性に加えて難燃性や導電性が付与され、コスト的にも有利な組成物は殆ど知られていない。例えば、炭素化合物の一種であるグラファイトは、高い耐熱性を有しているが、空気中で５００℃〜７００℃以上に加熱すると燃焼し、耐熱性と難燃性を併せ持つものではなかった。また、一般に金属や合金は、難燃性は有するが耐熱性に劣り、白金、タングステン等の金属は、耐熱性を併せ持つが、密度が大きく軽量化が望めず、また、コスト的にも極めて不利であった。
【０００３】
一方、近年、廃棄物を無害化して処理することの重要性が高まってきている。特に、悪魔の鉱物、静かな時限爆弾と呼ばれて恐れられているアスベスト（クリソタイル、クロシドライト等の各種石綿類）、合成ゾノトライト、ガラス繊維等の針状無機化合物（無機ファイバー）の処理は、廃棄処理中に飛散し易いこと、毒性を発揮する針状形状を毒性を発揮しないような形状に変形することが難しいこと等から、その廃棄処理に関して更なる進展が望まれている。
【０００４】
特に、アスベスト廃棄物は地球規模の問題であり、早急に解決しなければ後世に禍根を残すことになるといわれており、日本においても、年間１００万トンの廃棄処理量が予測されている。しかしながら、飛散性のアスベスト廃棄物の処理に関し現在知られているものとして、１５００℃以上の高温でプラズマ溶融スラグ化技術、ハロゲン化合物を使用した７００℃での無害化技術等があるが、膨大なエネルギーを必要とするか、従前の有害物反応を単に転用しているに過ぎず、コストパフォーマンスや安全性に優れたものはなかった。
【０００５】
また、アスベストのように中皮腫等の要因とはならないが、アスベストの代替品である合成ゾノトライトも、結合性に劣り、表面層繊維が容易に離脱し、離脱したものが浮遊し、それを吸引する恐れが高く、近い将来に健康被害が発生していることが発覚する可能性が高い。そのため、廃棄処理の問題に関しても改良技術が今から望まれている。
【０００６】
また、ガラス繊維はあまり浮遊しないが、チクチクとした痒み等、廃棄物処理の作業に悪影響を及ぼすものである。すなわち、例えば、船舶、浄化槽、浴槽等の材料に頻繁に用いられている「不飽和ポリエステルにガラス繊維を分散させた複合材料であるＧＦＲＰ」についても、その廃棄物処理に優れたものがなく、ガラス繊維の廃棄処理の問題に関しても早期解決が望まれている。
【０００７】
一方、ポリ塩化アルミニウムは、主に水質浄化剤として用いられており、焼成して耐熱性組成物や難燃性組成物を生成させる用途にはそもそも殆ど用いられていない。特許文献１及び特許文献２には、ポリ塩化アルミニウムと土壌とを含有する混練物を焼成してなる水質浄化材が記載されているが、炭素を含有する耐熱性組成物等、有用な物が得られるというものではなく、また、廃棄物の処理とは関係がなかった。
【０００８】
ポリ塩化アルミニウムを用いた廃棄物の処理で、かつ焼成を伴う技術としては、特許文献３ないし特許文献５記載のものが知られているが、それらは何れも、ポリ塩化アルミニウムを凝集剤として用い、その凝集により生じたスラッジ（汚泥）を焼成する汚泥廃棄物の乾燥処理方法等であって、一般廃棄物の処理方法ではなく、毒性のある針状無機化合物の処理方法ではなかった。しかも、それらの処理によって生成されるものは炭素を含むものではなく、耐熱性、難燃性、導電性等に優れた有用な組成物を得て、資源の再利用を図るものでもなかった。
【０００９】
近年、毒性のある廃棄物の処理に関して優れた技術が望まれており、更に資源リサイクルの観点からも、処理のコストダウンの観点からも、かかる処理によって生じた物質を有効に利用できる技術が望まれていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開平６−３０４４７２号公報
【特許文献２】特開２０００−３２５７８１号公報
【特許文献３】特開平６−０９０６１６号公報
【特許文献４】特開２００３−０１９５００号公報
【特許文献５】特開２００５−２５４１９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は上記背景技術に鑑みてなされたものであり、その課題は、耐熱性；耐燃性；酸、アルカリ、有機溶媒等に対する耐薬品性；導電性；軽量性等に優れた化合物やそれを含有する組成物を比較的安価に得ることにある。更に、化学的に有害な物質や形状的に有害な物質を、安全な操作によって無害な物質へと変換させる処理方法を提供することにある。また、資源リサイクルにも貢献する廃棄物処理方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明者は、上記の課題を解決すべく鋭意検討を重ねた結果、特定の水溶性アルミニウム化合物と炭素源として有機化合物を用い、それらを焼成することによって、耐熱性、耐燃性、耐薬品性、導電性、軽量性、コストパフォーマンス等に優れた複合化合物やそれら含有する組成が得られることを見出して本発明を完成するに至った。また、特定の水溶性アルミニウム化合物と炭素源として有機化合物を用い、それらを有害物質に浸透させて焼成することによって容易に無害化できることを見出して本発明を完成するに至った。
【００１３】
すなわち、本発明は、ポリ塩化アルミニウム及び有機物を含有する水溶液を２６０℃〜２８００℃で焼成してなるものであることを特徴とする炭素アルミニウム複合化合物を提供するものであり、また、かかる炭素アルミニウム複合化合物を含有することを特徴とする耐熱性組成物を提供するものである。
【００１４】
また、本発明は、無機化合物粒子又は無機化合物粒子を含有する複合物に、ポリ塩化アルミニウム及び有機物を含有する水溶液を含浸させ、２６０℃〜２８００℃で焼成してなるものであることを特徴とする炭素アルミニウム複合化合物被覆無機化合物構造体を提供するものであり、また、かかる炭素アルミニウム複合化合物被覆無機化合物を含有することを特徴とする耐熱性組成物を提供するものである。
【００１５】
また、本発明は、針状無機化合物を含有する廃棄物を、ポリ塩化アルミニウムを含有する水溶液を吹き付けながら剥離し、そこに有機物を含有させた後、２６０℃〜２８００℃で焼成することを特徴とする廃棄物の処理方法を提供するものである。
【００１６】
また、本発明は、ポリ塩化アルミニウム及び有機物を浸透定着させ焼成することを特徴とするミネラルファイバー炭化法を提供するものである。
【００１７】
また、本発明は、無機粒子に対し糖成分等の有機炭素化合物に加えＰＡＣ、ホウ砂等の不燃剤をブレンドし浸透定着させ焼成炭化させることを特徴とする無機化合物炭化法を提供するものである。
【００１８】
また、本発明は、高粘性炭水化合物水溶液に難燃剤、不燃剤を複合させた処理剤を疎水性プラスチック素材表面層に被覆して酸素遮断し焼成炭化させることを特徴するプラスチック等の炭化水素化合物炭化法を提供するものである。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、耐熱性、軽量性等に優れた新規な複合化合物やそれを含有する新規な組成物を極めて安価に得ることができる。また、耐燃性、耐薬品性、導電性等にも優れた新規な複合化合物を得ることができる。
【００２０】
また、化学的又は形状的に有害な物質に対して、安全な操作によって無害な物質へと変換させる方法を提供することができる。更にその際、該無害化された無機化合物の少なくとも表面を上記複合化合物が被覆することによって、更に優れた構造体を得ることができる。また、上記方法を廃棄物の処理に適用することによって、上記化合物、組成物又は構造体が得られるので、資源リサイクルにも貢献することができる。
【００２１】
本発明によれば、静かな時限爆弾と言われる飛散性アスベスト繊維を高温耐酸化性炭素粒子として再生することで有価物となる。また、健康上の障害も解消される。従って、特別管理型埋め立て処分場の低減化可能である。また、熱に極めて優れた特性をもつアスベスト繊維組織内に有機炭素化合物を浸透拡散する技術であり、無害な炭化処理方法である。また、省エネルギー化を考慮し熱分解を補助する、安全、適切な薬剤の選定をすることができる。この基本的な炭化技術操作を駆使することで、飛散性ファイバーのみならず、産業廃棄物の多くを有価物として炭素化できる。
【００２２】
また、ＧＦＲＰ（マトリクス・不飽和ポリエステル／ガラス繊維）廃棄物等も、本発明に含まれる炭素化処理方法で、有効な炭素素材として再利用が可能となる。本発明に含まれる産業廃棄物炭化法は、省エネルギーで飛散性アスベストを炭素粒子化して無害化することができる。その他、魚網、スチロール等のプラスチックや液状ゴム等を再資源化し、その炭素化組成物を資源再生化して、有価物として有効利用が可能である。本発明の炭素アルミニウム複合化合物は、従来のカーボンの常識を覆すほど不燃性であり、特異な構造の軽量高温耐酸化性断熱カーボンである。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】実施例９で得られた炭素アルミニウム複合化合物被覆無機化合物構造体を、屈折率ｎＤ２５℃＝１．５５０とした位相差顕微鏡で、１００倍で測定した写真である。
【図２】実施例１４で得られた炭素アルミニウム複合化合物被覆無機化合物構造体を、屈折率ｎＤ２５℃＝１．５５０とした位相差顕微鏡で、１００倍で測定した写真である。
【図３】実施例９で得られた炭素アルミニウム複合化合物被覆無機化合物構造体の、ＣｕＫα線を用いた粉末Ｘ線回折パターンである。
【図４】実施例１４で得られた炭素アルミニウム複合化合物被覆無機化合物構造体の、ＣｕＫα線を用いた粉末Ｘ線回折パターンである。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明について説明するが、本発明は以下の実施の形態に限定されるものではなく、任意に変形して実施することができる。
【００２５】
＜炭素アルミニウム複合化合物＞
本発明は、ポリ塩化アルミニウム及び有機物を含有する水溶液を焼成してなる炭素アルミニウム複合化合物に係るものである。ここで「水溶液」中には、水に不溶なものが含まれていて水系分散液となっていてもよい。
【００２６】
ここで、「ポリ塩化アルミニウム」とは、［Ａｌ２（ＯＨ）ｎＣｌ６−ｎ］ｍ （１＜ｎ＜５）で表わされる物質で、ＯＨが橋かけしたアルミニウムの多核錯体を主成分とするものの水溶液をいう。製造方法は特に限定はないが、水酸化アルミニウムを塩酸に溶解させ、加圧下又は要すれば溶解助剤を加え、これに重合促進剤として硫酸基を添加して反応させたものが好ましい。溶解助剤や重合促進剤は、本発明の効果を損なわないものであれば特に限定はされない。上記式中、ｍは１０以下が好ましい。なお、以下、上記水溶液を「ＰＡＣ」と略記する場合がある。本発明には、「ポリ塩化アルミニウム」又は「ＰＡＣ」として、水の浄化用又は廃水処理用に一般に市販されているものが好適に使用できる。使用されるＰＡＣ中のアルミニウム含有量は特に限定はないが、３〜３０質量％が好ましく、５〜２０質量％がより好ましく、８〜１５質量％が特に好ましい。なお、適宜、更に水を追加して使用することもできる。
【００２７】
上記「有機物」は、本発明の炭素アルミニウム複合化合物の炭素源として必須である。「有機物」は特に限定はないが、常温で液体の有機物又は後述する水溶性有機物が、ポリ塩化アルミニウムを含有する水系分散液に分散又は溶解し易い点で好ましい。「有機物」としては固体の有機物も使用できる。例えば、本発明を後述する「針状無機化合物を含有する廃棄物の処理方法」に適用するときには、該針状無機化合物を分散させている樹脂も上記「有機物」として好適である。かかる樹脂としては、例えば、アスベスト、ガラス繊維等を分散させている（メタ）アクリル樹脂、ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂、ビニルエステル樹脂等が挙げられる。
【００２８】
常温で液体の有機物中、水溶性有機物でない有機物であっても、炭素粒子、粘土鉱物粒子、ホウ砂及び木質粒子からなる群より選ばれた１種以上の粒子、又は、アスベスト等の無機化合物粒子存在下に、容易にＰＡＣ中に溶解又は分散する。極めて撥水性が高い非極性系有機物であっても、水酸化ナトリウム等のアルカリ水溶液、エタノール等のアルコール類と水との混合液に、容易に溶解又は分散させることが可能である。従って、水酸化ナトリウム等のアルカリ化合物、エタノール等のアルコール類等を配合することも好ましい。
【００２９】
「常温で液体の有機物」としては、以下の「水溶性有機物」のうち常温で液体のものの他、メチルイソブチルケトン、ジブチルケトン、シクロヘキサノン等のケトン類；酢酸エチル、酢酸ブチル、酪酸エチル等のエステル類；ラウリン酸エステル、リノール酸エステル等の長鎖脂肪酸エステル類；植物油；動物油；ジクロロメタン、クロロホルム、四塩化炭素、１，２−ジクロロエタン、１，１，１−トリクロロエタン、１，１，２−トリクロロエチレン等の塩素含有炭化水素類；臭素又はヨウ素含有炭化水素類；トルエン、キシレン、ナフタレン等の芳香族炭化水素類；石油、石炭、コールタール等の埋蔵物又はその留分；等が挙げられる。これらは１種又は２種以上を混合して用いられる。
【００３０】
純水には不溶の有機物であっても、意外にもポリ塩化アルミニウム水溶液には、溶解したり、また均一に分散したりする場合がある。従って、「有機物」としては、焼成して得られる「炭素アルミニウム複合化合物」や「炭素アルミニウム複合化合物被覆無機化合物構造体」の、難燃性、耐熱性等の物性を優先的に考慮して選択することができる。焼成により得られたものの難燃性を向上させるには、特に、塩素、臭素及び／又はヨウ素含有炭化水素類が好ましい。塩素含有炭化水素類としては、特にポリ塩化アルミニウム水溶液に溶解したり均一に分散したりするものが好ましい。
【００３１】
「固体の有機物」としては、本発明においては特に限定はない。細片や粒子形状のものが特に好適に用いられる。
【００３２】
「有機物」としては、ポリ塩化アルミニウム水溶液に対する溶解性、環境特性等の点で、水溶性有機物が好ましい。ここで、「水溶性」とは、水に易溶性である必要はなく、僅かでも最適温度で水に実質的に溶解すればよい。従って、「水溶性有機物を含有する水系分散液」には、水溶性有機物が溶解と共に一部分散されていてもよい。有機物は常に炭素を有するので、「水溶性有機物」としては特に限定はないが、グルコース、フルクトース等の単糖類；シュクロース等の二糖類；でんぷん等の多糖類；配糖体；ソルビット、マンニット等の糖アルコール；メタノール、エタノール、プロパノール等の１価アルコール；エチレングリコール、プロピレングリコール、グリセリン、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール等の多価アルコール；アセトン、テトラヒドロフラン等の水溶性溶媒；ポリビニルアルコール、ポリビニルピロリドン等の水溶性ポリマー；等が挙げられる。これらは１種又は２種以上を混合して用いられる。
【００３３】
中でも、グルコース、フルクトース、シュクロース、でんぷん等の糖類又は糖類の誘導体等が、沸点が高く扱い易いこと、水に対する溶解性が高いこと、安全性が高いこと、安価なこと、焼成により比重の小さい良好な炭素アルミニウム複合化合物を与えること等の点で好ましい。糖類又はその誘導体の形態としては特に限定はないが、上白糖、三温糖等の砂糖；イモ、トウモロコシ等の植物由来のでんぷん若しくはでんぷん系の糊；米粉、餅米粉、小麦粉、トウモロコシ粉等の粉；片栗粉等が上記点から特に好ましい。
【００３４】
ＰＡＣと有機物との配合比率は、良好な炭素アルミニウム複合化合物が生成するように配合すれば特に限定はないが、アルミニウム含有量が１０質量％のＰＡＣの場合、該ＰＡＣ１００質量部に対して、有機物が１０〜４００質量部が好ましく、２０〜２００質量部がより好ましく、３０〜１００質量部が特に好ましい。アルミニウム含有量が１０質量％でないＰＡＣの場合には、上記配合比率はアルミニウム換算で比例増減した範囲が好ましい範囲である。
【００３５】
ＰＡＣと水溶性有機物を含有する水系分散液の製造方法は特に限定はされないが、糖類等の水溶性有機物が冷水に難溶の場合は、それを温水に溶解した後に、ＰＡＣと混合することが好ましい。また、後述する廃棄物の処理方法の場合には、該廃棄物及び「ＰＡＣ又はＰＡＣの水による希釈物」の混合物に対して、後から水溶性有機物の水溶液を加えることが、作業性がよい、廃棄物が存在する場所の有機物による汚染がない、コスト低減等の点で好ましい。「ＰＡＣ又はＰＡＣの水希釈物」の混合物を廃棄物に、かかる溶液を吹き付け等の処理をすることによって、該廃棄物の飛散が抑制されるからであり、該廃棄物に毒性や飛散性がある場合には、特にこの順番で混合する方法が好ましい。
【００３６】
ＰＡＣと有機物を含有する水溶液には、更に、炭素粒子、炭素源粒子、粘土鉱物粒子及びホウ砂からなる群より選ばれた１種以上を含有させることが好ましい。炭素源粒子としては、セルロース系粒子等が特に好ましい。炭素粒子又は炭素源粒子を含有させると、耐熱性、軽量性、耐薬品性、導電性等が極めて上昇し、粘土鉱物粒子やホウ砂を含有させると、耐燃性、耐薬品性等が極めて上昇する。
【００３７】
炭素粒子としては、例えば、木炭、竹炭等が挙げられ、炭素源粒子としては、木くず、カンナくず等の木質粒子；廃紙、段ボール、シュレッダー紙等の紙類；オカラ残渣；トウモロコシ、麦、稲等の残渣；籾殻、蕎麦殻等の穀類殻；等が挙げられる。また、粘土鉱物粒子としては、ケイソウ土、ジルコンフラワー、ベントナイト、陶土等が好ましいものとして挙げられる。特に、粘土鉱物粒子中の、Ｍｇ、Ｓｉ、Ａｌ、Ｚｒ等の元素は、本発明の炭素アルミニウム複合化合物中に含有されることによって、耐熱性、耐薬品性等を更に向上させることができるため好ましい。
【００３８】
ホウ砂を含有させると、低温領域で融合してガラス化した成分が酸素を遮断して炭素化が容易となり、また更に、難燃性の極めて高い炭素アルミニウム複合化合物を与えることができる。
【００３９】
上記炭素源粒子、粘土鉱物粒子等は、廃棄物に含有されることが多く、かかる廃棄物中の成分によって、得られた炭素アルミニウム複合化合物の上記物性を向上させることが可能となる。従って、性能向上効果と廃棄物処理によるコスト抑制効果の相乗効果を得ることができる。
【００４０】
ＰＡＣと有機物を含有する水溶液の合計量に対する、「炭素粒子、炭素源粒子、粘土鉱物粒子及びホウ砂からなる群より選ばれた１種以上の粒子」の含有量は特に限定はないが、ＰＡＣ（アルミニウム含有量１０質量％）と有機物の合計量１００質量部に対し、炭素源粒子の場合は、１０〜５０質量部が好ましく、２５〜３５質量部がより好ましく、２７〜３２質量部が特に好ましい。また、粘土鉱物粒子の場合は、１００〜４００質量部が好ましく、２００〜３００質量部が特に好ましい。また、ホウ砂の場合は、１〜２０質量部が好ましく、２〜１０質量部がより好ましく、５〜６質量部が特に好ましい。ＰＡＣ中のアルミニウムの含有量に応じて、上記好ましい範囲は比例増減される。
【００４１】
ＰＡＣと有機物を含有する水溶液には、更に、上記以外のその他の物質を配合させることもできる。かかるその他の物質としては、リン酸水素２アンモニウム、リン酸水素ナトリウム等のリン酸（水素）塩；重炭酸アンモニウム、重炭酸ナトリウム、炭酸ナトリウム等の（重）炭酸塩等が挙げられる。これらは、ポリ塩化アルミニウムと有機物と共に焼成されて、炭化を促進したり、炭素アルミニウム複合化合物の耐熱性を更に向上させたりすることができ、ｐＨ値の調整剤としても極めて有効である。
【００４２】
リン酸（水素）塩又は（重）炭酸塩の配合量は、ＰＡＣ（アルミニウム含有量１０質量％）と有機物を含有する水溶液１００質量部に対して、１０〜２００質量部が好ましい。２５〜１００質量部が好ましい。３０〜７０質量部が好ましい。
【００４３】
後述する廃棄物の処理方法においては、上記「ポリ塩化アルミニウム及び有機物を含有する分散液」には、廃棄物中に含まれる他の成分が含有されていてもよい。これら「他の成分」は、炭素アルミニウム複合化合物の物性を大きく損なわない程度に含有される。「他の成分」としては特に限定はないが、具体的には、例えば、アスベスト、合成ゾノトライト、ガラス繊維等の針状無機化合物をフィラーとして用いたときの、バインダー樹脂が挙げられる。かかるバインダー樹脂としては、不飽和ポリエステル樹脂、フェノール樹脂、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂；アクリル樹脂、ポリエステル樹脂、ポリビニル樹脂等の熱可塑性樹脂等の有機樹脂が挙げられる。これらの有機樹脂は、焼成中に一体となって炭素源となるため、含有されることがむしろ好ましい場合がある。
【００４４】
本発明の炭素アルミニウム複合化合物は、上記「ポリ塩化アルミニウム及び水溶性有機物を含有する水系分散液」を原料にして焼成工程を経て得られる。水の留去は焼成工程中で行ってもよいが、焼成に先立って、常法に従って水を留去することも好ましい。
【００４５】
焼成の方法としては、加熱炉中に静置して焼成する方法、火炎を直接接炎する方法、連続焼成炉に供給する方法、スライダー落下方式による方法等が挙げられる。このうち、カップバーナ等によって、火炎を直接接炎する方法が熱効率の点で好ましい。火炎を直接接炎する方法における燃焼ガスは特に限定はないが、水素、メタン、エタン、プロパン、ブタン、一酸化炭素、都市ガス等が好ましい。
【００４６】
焼成は２６０℃〜２８００℃の範囲で行われることが必須である。焼成温度は４００℃〜２０００℃の範囲が好ましく、６００℃〜１８００℃の範囲がより好ましく、７００℃〜１５００℃の範囲が特に好ましく、８００℃〜１０００℃の範囲が更に好ましい。また、焼成雰囲気は特に限定はなく、真空中；窒素、アルゴン等の不活性気体中；空気、酸素等の活性気体中等の何れでもよい。本発明においては、焼成を空気中で行っても、炭素アルミニウム複合化合物中の炭素が燃えてしまうことがないので、操作の容易さの点からは空気中で焼成を行うことが好ましい。火炎を直接接炎する方法における焼成温度は、熱電対放射温度計センサープローブ（シースサイズは、例えばφ８×５００ｍｍ）を被対象物の中に差し込むことにより測定し、本発明における上記焼成温度はそのように測定したものとして定義される。
【００４７】
焼成の時間としては、特に限定はないが、加熱炉中に静置して焼成する方法においては、１０〜６０分が好ましく、１５〜４０分がより好ましく、２０〜２５分が特に好ましい。また、火炎を直接接炎する方法においては、２分〜３０分が好ましく、３分〜２０分が好ましく、５〜１０分が特に好ましい。
【００４８】
なお、焼成は酸素存在下等の酸化雰囲気中で行われてもよいし、非酸化雰囲気中で行われてもよい。酸化雰囲気中で焼成する場合、焼成温度８００℃以下では、黒色の炭素アルミニウム複合化合物が生成される。また、非酸化雰囲気中で焼成の場合、焼成温度３００〜１２００℃では、白色の炭素アルミニウム複合化合物が生成される。酸化雰囲気中、非酸化雰囲気中で、それぞれ上記温度範囲で焼成することが最も好ましい。
【００４９】
焼成して得られた炭素アルミニウム複合化合物は、必要に応じて解砕又は粉砕して粒子状又は粉末状のものにすることが、取り扱いの容易さの点で好ましい。得られた「粒子状又は粉末状の炭素アルミニウム複合化合物」は通常黒色であるが、灰色又は無色（白色を含む）であっても本発明の範囲に含まれる。黒色の要因は、炭素化により生成される縮合多環構造によるものと推察されるが、本発明はそれに限定されるものではない。
【００５０】
本発明の「炭素アルミニウム複合化合物」の具体的組成や具体的構造は特に限定されない。炭素部分は、炭素化により黒鉛（グラファイト）構造ができていても、その中間段階である炭素前駆体でもよい。アルミニウムの化学結合状態や物理的配合状態については明らかではなく、従って特に限定はない。なお、本発明の炭素アルミニウム複合化合物は構造が明らかではないため、製造方法によってしか特定できないため製造方法で物を特定したが、本発明の炭素アルミニウム複合化合物には、上記方法で製造され得る物質であれば、如何なる製造方法で製造されたものであっても含まれる。ただし、本発明の炭素アルミニウム複合化合物は、上記方法で製造されることが、製造方法が容易である点、後述する廃棄物の処理方法に適用できる点から好ましい。
【００５１】
＜炭素アルミニウム複合化合物被覆無機化合物構造体＞
上記した「ポリ塩化アルミニウム及び有機物を含有する水溶液」を、無機化合物粒子又は無機化合物粒子を含有する複合物に含浸させて、それを上記方法で焼成してなるものも、耐熱性、軽量性、難燃性、耐薬品性、導電性等に優れている。この「炭素アルミニウム複合化合物被覆無機化合物構造体」の構造は、「無機化合物粒子又は無機化合物粒子を含有する複合物」が焼成を経て、化学的及び／形状的に変化した「無機化合物」の周囲に、上記した炭素アルミニウム複合化合物が被覆した構造のものであってもよいし、該無機化合物粒子中に「ポリ塩化アルミニウム及び有機物を含有する水溶液」が浸透し、その状態で同時に焼成されることによって、独自の「無機化合物」を生成していてもよい。また、両者の組合せ、すなわち、芯となる無機化合物粒子が変性し、かつ被覆構造を有するものであってもよい。
【００５２】
上記無機化合物粒子としては、種類、形状共に特に限定はない。種類としては、炭酸カルシウム、硫酸バリウム、タルク、無機着色顔料、アスベスト、合成ゾノトライト、ガラス繊維（ガラスウールも含まれる）等が挙げられる。本発明を廃棄物の処理方法に適用した場合には、上記無機化合物粒子としては、樹脂に一般的に含有されている上記の汎用フィラーが特に好ましい。
【００５３】
また、粒子の形状は針状のものであっても非針状のものであってもよいが、針状のものが、廃棄物の処理方法に適用した時に、本発明の前記効果（毒性のある粒子の飛散を抑えての無害化）が有効に奏されるために好ましい。上記無機化合物粒子は針状無機化合物であることが好ましいが、上記針状無機化合物は、アスベスト、合成ゾノトライト又はガラス繊維（ガラスウールも含まれる）であることがより好ましい。アスベストの種類は特に限定はないが、クリソタイル（温石綿、白石綿）等の蛇紋石系；クロシドライト（青石綿）、アモサイト（茶石綿）、アンソフィライト、トレモライト、アクチノライト等の角閃石系のアスベストに適用させることが好ましい。
【００５４】
上記した「ポリ塩化アルミニウム及び有機物を含有する水溶液」に針状無機化合物を含浸させて焼成した時には、針状の長手方向が何箇所か切れて針状でなくなる。また、針状無機化合物の繊維組織が脆弱となり、先端が尖った粒子形状が焼成後には先端が丸まった形状になる。それら２種の現象の一方又は両方が起こるために、針状無機化合物の先端形状等の形状に起因する毒性がなくなる。
【００５５】
切れたり丸まったりする作用原理は明らかではないが、「ポリ塩化アルミニウム及び有機物を含有する水溶液」が、針状無機化合物の１本１本の内部まで浸透して、それらが同時に酸素雰囲気で焼成されることによって、吸湿性の針状粒子が切断するものと推察している。
【００５６】
上記無機化合物粒子に含有されるマグネシウム（Ｍｇ）、ケイ素（Ｓｉ）等は、炭素アルミニウム複合化合物中に取り込まれて、耐熱性を向上させる。アスベストにはマグネシウム（Ｍｇ）とケイ素（Ｓｉ）が含有されているので、アスベストの廃棄処理に適用した時には、毒性粒子の無毒化処理と同時に、それらの元素が含有されて耐熱性がより向上した炭素アルミニウム複合化合物や炭素アルミニウム複合化合物被覆無機化合物構造体が得られるので、二重の意味で好ましい。
【００５７】
「無機化合物粒子を含有する複合物」としては、種々の目的を持った無機フィラーとバインダー樹脂を含有する複合物；腐葉土等の植物由来の有機物と無機化合物粒子を含む土を含有する土壌等が挙げられる。具体的には、例えば、船舶、浄化槽、浴槽等の材料に汎用されている「硬化性樹脂にガラス繊維を分散させた複合物（以下、「ＧＦＲＰ」と略記する）；建材、石綿スレート、高温配管等の材料に用いられている「モルタル等にアスベストを分散させた複合物」；塗料、接着剤等の白色化や着色に汎用されている「樹脂に、炭酸カルシウム、硫酸バリウム、タルク、無機着色顔料、酸化アルミニウム、水酸化アルミニウム等の粒子が分散された複合物」；配線板材料等の「樹脂に、硫酸バリウム、タルク、無機着色顔料等の粒子が分散された複合物」；等が挙げられる。
【００５８】
上記「無機化合物粒子を含有する複合物」が廃棄物に含有されているものである場合には、廃棄物が処理されることと、その結果として炭素アルミニウム複合化合物被覆無機化合物構造体が得られることが同時に達成させるので特に好ましい。
【００５９】
炭素アルミニウム複合化合物被覆無機化合物構造体の製造工程において、複合物中に含有されるバインダー樹脂は、存在しても悪影響を殆ど及ぼさないばかりか、炭素アルミニウム複合化合物被覆無機化合物構造体が製造される過程において炭素源として有効に用いられる。すなわち、後述する廃棄物の処理方法において、複合物中に含有されるバインダー樹脂は、予め別途除去する必要は通常はない。
【００６０】
ポリ塩化アルミニウム及び有機物の合計量に対する無機化合物粒子の含有量は特に限定はないが、上記合計量１００質量部に対して、無機化合物粒子１０〜４００質量部が好ましく、２０〜２００質量部がより好ましく、３０〜１００質量部が特に好ましい。無機化合物粒子の含有量が多過ぎると、ポリ塩化アルミニウムと水溶性有機物が充分な量で浸透しない場合があり、被覆が不充分になる場合がある。一方、無機化合物粒子の含有量が少な過ぎると、炭素アルミニウム複合化合物被覆無機化合物構造体の特性が発揮されない場合がある。
【００６１】
本発明において「無機化合物粒子」として針状無機化合物を用いることが好ましいが、この内、針状無機化合物としてアスベストを用いる場合、ＰＡＣと水溶性有機物の合計量に対するアスベストの含有量は、ＰＡＣ（アルミニウム含有量１０質量％）と有機物の合計１００質量部に対し、１０〜２００質量部が好ましく、１５〜１００質量部がより好ましく、２０〜５０質量部が特に好ましい。以上の範囲は、ＰＡＣのアルミニウム含有量によって比例増減される。
【００６２】
＜廃棄物の処理方法＞
本発明の態様には、針状無機化合物を含有する廃棄物を、ポリ塩化アルミニウムを含有する水溶液を吹き付けながら剥離し、そこに水溶性有機物を含有させて水系分散液とし、そこから水を留去後、３００℃以上で焼成することを特徴とする廃棄物の処理方法が含まれる。
【００６３】
針状無機化合物は、有害であったり、飛散性があったりするので、ポリ塩化アルミニウムを含有する水溶液を吹き付けることによって、有害物の飛散が抑制され、作業者の健康に害を与えることがない。常温環境下において乾燥しない特性を持つポリ塩化アルミニウムの特性を最大限に発揮させることができる。かかる水溶液には、ポリ塩化アルミニウム以外に、前記した物質が含有されていることも好ましい。水溶液に糖類を含有させる場合、飛散防止除去作業時に塗布させる必要はなく、低温短時間無害化処理時に添加し焼成することが、作業簡略化の上で好ましい。また、水溶性有機物は、廃棄物に吹き付ける水溶液中に含有させておいてもよいが、廃棄物に吹き付けて廃棄物が含有された水溶液中に、後から添加することが、完全無害化、作業上の観点から好ましい。
【００６４】
上記水溶液の粘度は、吹き付け除去が好適にできるように水で適宜希釈することが好ましい。吹き付ける水溶液は、市販のＰＡＣ（アルミニウム含有量１０質量％）１００質量部に対し、水を５〜３０質量部加えて調製することが好ましく、水を１０〜１５質量部加えて調製することが特に好ましい。以上の範囲は、ＰＡＣのアルミニウム含有量によって比例増減される。
【００６５】
現在まだ撤去されていない飛散性アスベストの浸透固定化処理剤も後述するＸＳＰと後述する分散液Ｘの複合処理剤で飛散防止浸透固定処理剤として吹き付け可能。この浸透吹き付け操作によって固定化され撤去されたアスベストは焼成する操作で容易に炭素化合物に変化する。
【００６６】
すなわち、本発明の一形態は、ポリ塩化アルミニウム、糖質液等の有機炭素化合物を浸透定着させ焼成することを特徴とするミネラルファイバー炭化法である。
【００６７】
炭化処理剤は安全性の高い原料であり且つ安価。コスト優位性は高く、従来方式に比べ資源再生再利用という特長から原料の節約に加え、廃棄物発生を最小限に抑えその結果、環境負荷、廃棄物処理埋め立て処理費用を著しく下げる。
【００６８】
最近プラスチック製品の再生利用について多くの関心が寄せられている。製造過程で廃棄物の再生利用に比べ最終消費廃棄物は、更に多くの困難があり、回収、分類、分離の過程において廃棄物は様々な物質で汚染されている簡単容易な方法では防げず問題は未解決である。本発明の一態様の炭化処理方法を組み込んだ炭化炉プラントシステムが稼動すれば、炭化炉の損傷もなく焼成によって炭化物になったものは総て熱分解耐熱カーボン素材として再生資源となる。また、従来システムで焼却炉、溶融炉等から埋め立て処分される焼却灰等も、例えば、本発明の後述するＸＳＰによる処理によって炭素が注入されてカーボン担持セラミックスとして耐熱素材として多彩な応用化が期待できる。
【００６９】
アスベスト炭素化、合成ゾノトライト、ガラス繊維、グラスウール等に適した処理方法として極めて有効な核となりうる可能性の炭素成分が多い砂糖が見出された。砂糖はブドウ糖と果糖が結合したものであり日常我々が常用する食品でもあり、素材組織内に良く浸透する浸透圧作用に極めて優れている素材である。また、助剤としてポリ塩化アルミニウムやホウ砂との複合化が早期炭化法にとって有効であることが実験により確認された。ポリ塩化アルミニウムは凝集性浄水剤であり、ＪＩＳ Ｋ１４７５−１９７８水道用ポリ塩化アルミニウムである。また、澱粉系の糊、ホウ砂、ＰＡＣ、糖分を複合した化合物を処理剤としても極めて有効である。
【００７０】
すなわち、本発明の一形態は、無機粒子に対し糖成分等の有機炭素化合物に加えＰＡＣ、ホウ砂等の不燃剤をブレンドし浸透定着させ焼成炭化させることを特徴とする無機化合物炭化法である。
【００７１】
１：ＰＡＣと高濃度のガムシロップは相互とも分離することなく容易に相溶する。
浸透定着するメカニズムは、主に糖の浸透圧作用によるブドウ糖、果糖溶媒とＰＡＣ成分による浸透膨潤効果によってミネラルファイバー組織内部に無機高分子であるＰＡＣ成分が糖溶媒と共に浸透して定着するすなわち有機炭素成分が吸湿性無機ファイバー成分中に定着固定する。
また、燃焼性炭素を多く含有する糖成分は不燃性無機高分子ＰＡＣと相溶している。その効果で１次的に発火燃焼するが過大に燃焼せず、高熱によって速やかに有機炭素を含むアスベスト繊維と共にチャー化過程をたどり強固な繊維組織を分断し全て炭素状粒子に変化する。
【００７２】
ＰＡＣは、主成分として酸化アルミニウム、硫酸イオンを含む塩基性で有り可燃性物質を含まず短時間高温焼成時、酸化アルミニウムも複合された状態の炭素石綿と共に融合固定化する。
熱分解した炭素は、生体内不活性であり、ファイバー形状とは異なる炭素化アスベスト粒子として無害化する。したがって、ファイバー飛散による健康被害、環境汚染は皆無となる。
炭素成分を浸透させる操作から生まれる無機鉱物中の珪素、マグネシウム化合物等と共にパイロ化した炭素と融合した特異な構造の酸化ケイ素、酸化マグネシウム等とカーボン化した新素材は、高温耐酸化特性に極めて優れた高性能のカーボン素材に構造変化したものと推察される。また、分散液Ｘの反応においては、ホウ砂成分が約７６０℃前後でガラス化する工程を経る過程において低分子糖成分、炭水化物・ホウ砂等を注入された状態のアスベストも共に７６０℃前後の低温度領域の短時間で熱溶融し、炭化後の温度低下と共に繊維組織が硬質化し破壊され全て炭素粒子に変化する。但しホウ砂成分濃度が余り高いと得られる炭化物の耐熱性は劣ることは避けられない。
【００７３】
２：ガラス繊維単独の表面層炭化方法もＸＳＰの浸透によって酸性のＰＡＣ成分と糖質の浸透効果によって繊維組織が解繊する事例からも判断可能な様に、繊維組織表面層近傍に炭素成分が定着する。したがってガラスの溶融温度以下で焼成する操作で表面層のみに炭素が定着する。この時、炭化水素化合物液状物質が存在すると更に解繊して炭素定着が増す。
【００７４】
３：ＧＦＲＰにおける炭化は、炭化水素化合物である為、前処理として糖成分等の炭素成分の浸透注入は基本的に必要とせず、難燃性化合物ホウ砂等とレジン表面層に簡易な酸素遮断層ホウ砂、ＰＡＣ含有澱粉層を形成し、酸化性雰囲気において焼成する操作で灰化させずガラス繊維以外は全て炭化する。無機難燃剤、無機不燃性物質を含む炭水化物で空気遮断被覆された状態のＧＦＲＰに接炎しても、直ぐには燃焼せず初期段階では、レジンは熱伝播のみで熱溶融する。この熱溶融と同時に２種の難燃剤もレジン中に融合された状態となり、融合したホウ砂成分のみはガラス化によって酸素を部分的に遮断し酸素濃度が希薄状態の雰囲気下においてレジンは炭化する。
一方複合されているマトリクス中のガラス繊維表面層にも炭素化したレジン、シランカップリング剤が表面層近傍に炭素として定着する。
【００７５】
すなわち、本発明の１つの形態は、高粘性炭水化合物水溶液に難燃剤、不燃剤を複合させた処理剤を疎水性プラスチック素材表面層に被覆して酸素遮断し焼成炭化させることを特徴するプラスチック等の炭化水素化合物炭化法である。
【００７６】
上記した「ポリ塩化アルミニウム及び有機物を含有する水溶液」に針状無機化合物を含浸させて焼成した時に、針状の長手方向が切れて針状でなくなり、針状無機化合物の繊維組織が脆弱となり、先端が尖った粒子形状が焼成後には先端が丸まった形状になる作用原理は明らかではなく、また、本発明は以下の作用原理に限定されるものではないが、以下のように考えられる。
【００７７】
「ポリ塩化アルミニウム及び有機物を含有する水溶液」が、針状無機化合物の１本１本の内部まで浸透して、それらが同時に焼成されることによって、針状粒子が切断するものと推察している。
【００７８】
針状無機化合物は、ＰＡＣ水溶液に含浸されると、徐々に繊維組織内に浸透する。例えば、針状無機化合物としてクリソタイルを用いる場合、含浸期間が１０日間で、その含有率が１０．３質量％になる。針状無機化合物の場合、焼成中に更に分解する。
【００７９】
針状無機化合物の焼成による分解の作用・原理を以下に示す。
１．極めて低温で溶融固化する糖質・澱粉類が繊維組織内で発生する。
２．ホウ砂は通常７６０℃の温度領域でガラス質として溶融固化するか、これよりも更に低温で、溶融固化炭素化する糖質・澱粉を含むことで、約５００℃近傍で溶融する（低温溶融化）。
３．ＰＡＣ中の含有アルミニウム成分（１０〜１１％）及び微量のホウ砂成分は、前記の有機物を灰化もさせることなく炭素化させ不燃効果を発揮する。
【００８０】
酸化雰囲気焼成中（時間の経過）に以下の化学反応が進行する。
４．多量のＰＡＣ、糖質と微量のホウ砂を含有するアスベスト鉱物は、炉内３００〜５００℃近傍から有機物とホウ砂成分の溶解が進行すると、赤熱状況と共に熱分解ガスが発生し、熱分解ガスのみが完全燃焼する（無煙）。
５．熱分解ガスの燃焼は、２〜５分で終束し、その後コロナ状のパイロフレームが発生する。このパイロフレーム温度９５０〜１０５０℃に達する。（フレーム発生時間２〜３分間）
６．パイロフレームが終束すると被対象物は赤熱光から黄色光、さらに白色光へと変化して焼成を完了する。徐熱後の炭化物は微粒子と果粒状の炭素であるが、すべてわずかな応力で容易に微粒子として崩壊する。
【実施例】
【００８１】
以下に、実施例及び比較例を挙げて本発明を更に具体的に説明するが、本発明は、その要旨を超えない限りこれらの実施例に限定されるものではない。
【００８２】
実施例１
＜炭素アルミニウム複合化合物＞
ショ糖２５質量部を水２５質量部に５０℃で加熱溶解し、そこにＰＡＣ（王子製紙社製、「ＰＡＣ」（アルミニウム量として１０〜１１質量％））５０質量部を加え攪拌して均一に混合した。以下、このようにして得られた水溶液を「ＸＳＰ」と略記する。
【００８３】
ＸＳＰ１００ｇをバットに厚さ２ｍｍとなるように入れ、２０℃で５時間静置した後、試料表面に１３００℃の炎を、バーナーから直接当てて焼成した。焼成は空気中で行った。Ｋ熱電対温度計シースを試料の表面層近傍に入れて測定した温度は７５０〜８８０℃であった。バーナー接炎開始後２０分間で、全て均一な黒色で粒子状の炭素アルミニウム複合化合物を得た。
【００８４】
実施例２
＜炭素アルミニウム複合化合物＞
実施例１において、ショ糖２５質量部に代えて、米粉２５質量部を用いた以外は実施例１と同様にして、炭素アルミニウム複合化合物を得た。
【００８５】
実施例３
＜炭素アルミニウム複合化合物＞
ＸＳＰ５０質量部、ホウ砂４５質量部及び水５５質量部を均一に攪拌混合した。この液５０ｇをバットに厚さ２０ｍｍとなるように入れ、２０℃で２８時間静置した。表面にホウ砂の微結晶体が析出したが、そのまま、実施例１と同様にバーナー接炎を開始した。１５００℃で５分間焼成して炭素アルミニウム複合化合物を得た。
【００８６】
実施例４
＜炭素アルミニウム複合化合物＞
実施例３と同様に、ＸＳＰ５０質量部、ホウ砂４５質量部及び水５５質量部を均一に攪拌混合した。そこに更に、炭素粒子として竹炭粒子１３質量部、粘土鉱物粒子として陶土１２質量部を配合し均一に分散させた。その液を用いて実施例３と同様にして、炭素アルミニウム複合化合物を得た。
【００８７】
実施例５
＜炭素アルミニウム複合化合物＞
ＸＳＰ５０質量部と、木質粒子として木屑３０質量部を均一に混合し、その分散液を用いた以外は実施例１と同様にして、炭素アルミニウム複合化合物を得た。
【００８８】
実施例６
＜炭素アルミニウム複合化合物被覆無機化合物構造体＞
ステンレス容器中に、ＸＳＰ１００ｇを入れ、そこに厚さ３ｍｍのアスベスト織物１００ｇを浸漬させた。２０℃で１０時間浸漬させた後、引き上げて、付着した余分な液を重力で下に落とした後、ＸＳＰが浸透したアスベスト織物を不燃性シートの上に水平に置いた。アスベスト織物の表面に、炎をバーナーから直接当てて焼成した。焼成は空気中で行った。温度計をアスベスト織物の下５ｍｍの部分に入れて、接炎直下の温度を測定した。１２００℃で１０分間焼成したところ、熱溶融せずに、炭素アルミニウム複合化合物被覆無機化合物構造体が得られた。
【００８９】
アスベスト粒子は、この焼成によって、粒状に変化していた。また、尖った部分がなくなり先端が丸くなっていた。得られた炭素アルミニウム複合化合物被覆無機化合物構造体には、アルミニウムと炭素に加えて、ケイ素とマグネシウムが含有されていた。
【００９０】
実施例７
実施例６において、炎をバーナーから直接試料に当てて焼成する代わりに、試料を加熱装置の中に入れて、加熱装置中の温度を８００℃に設定し、６０分間焼成した以外は、実施例６と同様に炭素アルミニウム複合化合物被覆無機化合物構造体を調製した。この焼成によって、アスベスト由来の無機化合物は粒状に変化していた。また、尖った部分がなくなり先端が丸くなっていた。
【００９１】
実施例８
＜炭素アルミニウム複合化合物被覆無機化合物構造体＞
ホウ砂１００質量部、水３００部を混合後、加熱沸騰させながら攪拌して均一溶液を得た。この液に水溶きした米粉５質量部を攪拌しながら添加し、更に、ＰＡＣ１２０質量部を加え攪拌して分散液Ｘを得た。ＰＡＣ添加によって粘度が上がり、温度低下と共に糊化した。
【００９２】
飛散性アスベスト（クリソタイル１０質量％含有）４０質量部に対して、上記分散液Ｘを１０質量部混合し、湿潤状態のまま接炎した。焼成時間以外は実施例６と同様に焼成したところ、バーナー接炎２０分間で炭素アルミニウム複合化合物被覆無機化合物構造体が得られた。
【００９３】
得られた炭素アルミニウム複合化合物被覆無機化合物構造体中の無機化合物の平均長さは焼成前よりはるかに短くなり、アスベストが粒状に変化して無害化していた。また、尖った部分がなくなり先端が丸くなっていた。得られた炭素アルミニウム複合化合物被覆無機化合物構造体には、アルミニウムと炭素に加えて、ケイ素とマグネシウムが含有されていた。
【００９４】
実施例９
＜炭素アルミニウム複合化合物被覆無機化合物構造体＞
実施例８において、分散液Ｘの代わりにＸＳＰを用いた以外は実施例８と同様にして炭素アルミニウム複合化合物被覆無機化合物構造体を得た。得られた炭素アルミニウム複合化合物被覆無機化合物構造体においては、アスベストが切断されており無害化されていた。また、尖った部分がなくなり先端が丸くなっていた。得られた炭素アルミニウム複合化合物被覆無機化合物構造体には、酸素が多く、アルミニウムと炭素に加えて、ケイ素とマグネシウムが含有されていた。
【００９５】
実施例１０
ガラス繊維を不飽和ポリエステル中に分散させて硬化させて得られた廃棄物（ユニットバス等に用いられていたものであり、以下、「ＧＦＲＰ」と略記する）を、約３０〜４０ｍｍの大きさに粗粉砕したもの４０ｇを、浸漬に充分な量のＸＳＰに３分間浸漬した。引き上げて、付着した余分な液を重力で下に落とした後、ＸＳＰが浸透したＧＦＲＰを不燃性シートの上に置いた。表面に炎をバーナーから直接当てて焼成した。焼成は空気中で行った。温度計をＧＦＲＰ内に入れて、接炎直下の温度を測定した。１０００℃で２０分間焼成して、炭素アルミニウム複合化合物被覆無機化合物構造体を得た。
【００９６】
ＧＦＲＰ中のガラス繊維は、焼成によって平均長さ２ｍｍ以下に切断されており、その周囲に炭素アルミニウム複合化合物が覆っていた。不飽和ポリエステルは全て炭素化していた。得られた炭素アルミニウム複合化合物被覆無機化合物構造体には、アルミニウムと炭素に加えてナトリウムが含有されていた。
【００９７】
実施例１１
不燃板上に、ガラス繊維５０ｇを載せ、ＸＳＰ１００ｇを添加し、ヘラで攪拌した。実施例１０と同様に、バーナーを用いて接炎した。更に、１０００℃で２０分間、焼成を行って、炭素アルミニウム複合化合物被覆無機化合物構造体を得た。この焼成中、ガラス繊維は溶融しなかった。炭素アルミニウム複合化合物被覆無機化合物構造体は、ガラス繊維特有のチクチクとした皮膚の痒みを与えないものであった。
【００９８】
実施例１２
不燃板上に、合成ゾノトライト２０ｇを載せ、ＸＳＰ５０ｇを添加し、ヘラで攪拌混合した。ＸＳＰは合成ゾノトライト中に浸透した。実施例１０と同様に、バーナーを用いて接炎した。接炎直後に水が沸騰した。更に、１０００℃で７分間、焼成を行って、炭素アルミニウム複合化合物被覆無機化合物構造体２６．３ｇを得た。
【００９９】
得られたアルミニウム複合化合物被覆無機化合物構造体中の合成ゾノトライト由来の無機物は針状形状を失い、平均粒径１００μｍの球状に近い粒子と、平均粒径１ｍｍ〜１．５ｍｍの粗粒子が混在している状態となった。
【０１００】
実施例１３
本発明ミネラルファイバー炭化法の場合の主要材料を示す。
砂糖（上白糖、三温糖等）、実施例１で用いたものと同じポリ塩化アルミニウム（ＰＡＣ）、ホウ砂、澱粉
ミネラルファイバー無害化炭化法に用いる代表的な処理剤の成分重量比組成を以下に示す。
（Ａ）基本重量比組成（以下、炭素化Ａ剤と略称する）
炭素化Ａ剤シロップの作成。
砂糖１ｋｇ：水１ｋｇを熱溶解して５０％濃度シロップを得る。
（Ｂ）前記、炭素化Ａ剤シロップ１００質量部：ＰＡＣ１００質量部をブレンドする。
（これを「ＸＳＰ」と呼称する）
【０１０１】
実験１−Ａ：炭化する素材として、厚さ３ｍｍのアスベスト織物を選定した。
Ａ−１、ＸＳＰを適度な非極性容器或いはステンレス容器に適量投入する。
Ａ−２、無害化する試料を前記の容器に入れ１２時間程度浸漬する。
Ａ−３、時間の経過と共に浸漬膨潤した試料を１０時間後、引き上げる。
１２００℃火焔照射８分間連続（酸化雰囲気）。熱溶融せず速やかに炭化する。
この炭化物は、固形体であるが、追加加熱２分間継続させると容易に崩壊し粒子長さ２〜３ｍｍ以内の顆粒状炭素に変化する。
本発明の１つの形態はミネラルファイバー成分中にＰＡＣ、有機炭素化合物を注入してなる無機無害化カーボン化技術である。
この操作で得られた無害なカーボン化セラミックは、酸化ケイ素・酸化マグネシウム・酸化アルミニウム・炭素を含む１５００℃±に充分に耐える超高温耐酸化性パイロカーボンと言える。
【０１０２】
実施例１４
実験１−Ｂ：炭素化する素材として、飛散性アスベスト繊維を選定した。
炭素化処理剤Ｂの作成。
１、ホウ砂１００部に熱湯３００部を注ぎ加熱沸騰させる。２、前記２５％濃度のホウ砂水の温かい内に水溶きした米粉５部を攪拌しながら添加する。
２、前記１に対しＰＡＣ１２０部を加え攪拌、徐々に粘度が上がり温度低下と共に糊化する。
（この組成物を「分散液Ｘ」と呼称する）
飛散性アスベスト（クリソタイル１０．３％含有）４０部：ＸＳＰ１０部：炭化処理剤Ｂ５０部を全て混合して湿潤状態時に１２００℃バーナー接炎２０分間で全て粒子状の炭化物とした。
処理剤をブレンドした状態で乾燥固定化し接炎炭化させると処理時間は約１０分間短縮される。
【０１０３】
実施例１５
実験２：炭化する素材として、ＧＦＲＰカット素材を約３０〜４０ｍｍ粗粉砕したもの６片約４０ｇ。
実験１同様に試料をＸＳＰに浸し、２〜３分後、引き上げ前記使用のバーナーで燃焼炭化させた。バーナー直照射時間は試料の容積によって異なるが、試料４０ｇの場合３分間で熱分解（パイロ）したガラス光沢のある長さ２〜５ｍｍ±の短繊維短冊状態の表面層近傍が炭素化されたガラス繊維も得られる。
炭化ＧＦＲＰを粗粉砕した断面ガラス繊維（ロービングクロス・チョプドストランドマット）組織は、表面層近傍に糖成分と金属水和物が浸透し加熱によってガラス繊維表面層に炭素が固定化されたものと推察される。このガラス繊維表面層には、熱硬化性樹脂である不飽和ポリエステル樹脂のガラス化炭素が定着融合している。
この実験で明白である様に廃棄処分方法に有効な手立てのないＧＦＲＰ素材の廃船や浄化槽、ユニットバス等の適性処分法として極めて有効な方法であると考えられる。
また、この炭素化法で得られる特異な構造の熱硬化性カーボン素材は、酸素雰囲気ではグラファイト素材を超える高温耐酸化性ガラス質カーボンである。
【０１０４】
実施例１６
実験３：炭素化する素材としてガラス短繊維単体を試料とした。
アルミ板上に、ガラス繊維を適量のせ、ＸＳＰを適量添加して、ヘラで攪拌し馴染ませる。
このガラス繊維を攪拌する操作で繊維組織が解繊され少し膨潤してくる、この間約２０秒位である。
前記同様に直にバーナーを照射する操作で液体が即沸騰し僅か４秒程度から表面層が接炎した部位から順次表面炭化層を形成する。
この操作で得られたガラス繊維炭素化物は、僅かに表面光沢が観察される繊維状形態を保持した状態のカーボンであり、表面層に炭素が定着したガラス繊維に変化している。この炭素化の過程においてガラス繊維は溶融することはない。
また、この操作で得られたガラス繊維は、ガラス繊維固有のチクチクとした皮膚の痒み等の皮膚障害も解消される。
【０１０５】
実施例１７
実験４：炭素化する試料としてファイバー飛散が問題となる合成ゾノトライトを選定した。
アルミ板上に粗小片合成ゾノトライト２０ｇ：ＸＳＰ５０ｇを添加して混合する。
ゾノトライト中に良く浸透し定着する。
前記同様に直にバーナーを照射する操作で約７分間の短時間照射で全て炭化する。
得られた炭化物の重量は、２６，３ｇ（炭化収率３７，５７＋％）
この焼成直後の炭化物は繊維形状を失い球状に近い微粒子１００μｍ±と粗粒子１〜１，５ｍｍが混在している状態であるが、ロール転圧等で容易に５０μｍ程度に粒子化可能である。
【０１０６】
実施例１８
以下、本発明の実施例、飛散性アスベストの場合を以下に説明する。
飛散性アスベスト５０部：ＸＳＰ１５部：分散液Ｘ３５部を全て良く混合する。
湿潤状態のまま平らに薄く広げ、簡易バーナー１２００℃火焔を照射。時々処理体を混ぜ合わせながら約２０分間で全て炭素化した。この炭素の形状は３〜５ｍｍ±の粗粒子である。照射を継続して行うと徐々に細い粒子となる。
【０１０７】
実施例１９
以下、本発明の実施例、飛散性アスベストの場合を以下に説明する。
飛散性アスベスト４５部：分散液Ｘ３５部：炭素化Ａ剤２０部を全て良く混合後、乾燥させる。
含水率１５％±時に前記同様な攪拌操作を加えながら火焔を照射。平らに広げる程炭化する速度が速くなる傾向があり、カーボン化に到るまでの照射時間は、前期より短縮され約１２分間である。
【０１０８】
アスベスト織物の場合は、緻密で強固な結合である為、処理剤を事前に良く浸透させておく必要性があるが、飛散性ファイバーの場合は、容易に処理剤が速やかに浸透定着する。浸透定着後は適度に乾燥させることで炭化する処理時間も短縮される。また、乾燥してもアスベストファイバーは固定されている為、飛散することはなく安全である。
【０１０９】
実施例２０
以下、本発明の実施例、ＧＦＲＰの場合を以下に説明する。
ＧＦＲＰ粗粉砕物４０部：分散液Ｘ５５部：ＸＳＰ５部を全て良く攪拌し、ＧＦＲＰ試料全体を処理液で濡らす。
攪拌処理後、約２０分後前記同様火焔照射。試料は作業終了間際一次的に着火するが、灰化せず全て炭化した。炭化収率３３％±（飛散ロス有り）得られた初期カ−ボンは短冊状であるが、ローラー転圧する操作で、１ｍｍ±カーボン粒子と炭素を表面層に定着したガラス繊維が得られる。
【０１１０】
実施例２１
以下、本発明の実施例、短ガラス繊維（Ｅガラス短繊維）の場合を説明する。
短ガラス繊維５０部：ＸＳＰ５０部を全て良く攪拌し鍋底に薄く塗り広げる。
火焔照射約４分間でガラス繊維表面層にカーボンが定着する。炭素化した収率は５７，５％と高い。
従来のガラス繊維は、チクチクとした痒みがあるがこの得られた表面カーボン層を形成したガラス繊維は皮膚を刺激せず取り扱い容易が容易であり、本来固有の耐熱性も保持している。
【０１１１】
実施例２２
以下、本発明の実施例、合成ゾノトライトの場合を説明する。
合成ゾノトライト砕片１５，５部：ＸＳＰ８５，５部を添加するが、非常に良く吸収された為、更に砕片し火焔照射する。接炎途中は火の粉が舞い上がるが約１５分間程度で炭化する。炭化収率２３％±。
【０１１２】
数多くの実験結果から得た知見として炭素を持たない無機系化合物は有機炭素化合物を吸収させる操作と焼成によって炭素化させることが可能であることが判明した。
有機炭素を持つ廃棄物は様々あり、果実の選果によって廃棄される果物やジュースの絞りかす、白ワインの絞りかす等や澱粉系炭水化物として炊飯における残飯等を利用することで更なるコストダウンと廃棄資源の有効活用が期待できる（試験実施済み）。
【０１１３】
可燃性である炭化水素化合物中の疎水性物質は難燃性ないし不燃性の無機物を相溶した高粘性の被覆層（酸素遮断効果と難燃性）を表面形成させることで炭素化可能。具体的には、澱粉水溶液に不燃性無機化合物（鉱物粉体や無機難燃剤）をブレンドし、疎水性表面に粘着させても良い。砕石によって選鉱水洗いされた後に残土としての沈殿廃土も有効利用可能。（試験実施済み）この様な鉱物粉末は、不燃性、蓄熱性にも優れている為、焼成時の早期炭化促進材としても有効である。
【０１１４】
吸湿性炭化水素化合物や炭水化物類は、不燃性物質をその素地中に担持させる操作と焼成によって炭素化可能である。
例えば、スポンジと言われる連続気泡体のフォーム材等も高濃度３０％のホウ砂水や燐酸水素２アンモニウム２０％溶液と適当な粘土や廃土との組み合わせやＰＡＣ水溶液等の浸透や担持操作によって灰分を出すことなく炭化可能である。
籾殻、米糠脱脂粉、かんな屑等も同様な方法で熱分解オールドカーボンとして耐熱性に優れた素材となる。
【０１１５】
実施例２３
＜廃棄物の処理方法＞
クリソタイル（白石綿）であるアスベストが断熱材として厚さ５０ｍｍに貼り付けられている天井面に対し、ＰＡＣ（王子製紙社製、「ＰＡＣ」）８５ｋｇと水１５ｋｇよりなる水溶液を吹き付けながら剥離した。剥離された断熱材は約５５００ｋｇであった。アスベストは一切飛散せず、養生も容易であり、作業者の安全上の問題は全くなかった。
【０１１６】
その後、ＰＡＣ水溶液が浸透した撤去アスベスト４０ｋｇに対し、ショ糖１０ｋｇを水１０ｋｇに溶解した水溶液を加えてよく混合した。水溶性有機物（ショ糖）を配合する上記操作は、アスベストがあった現場ではなく、廃棄物処理場に運搬してからそこで行った。
【０１１７】
得られたものを、ステンレス容器の中に厚さ約１５ｍｍになるように均一に入れ、可搬式簡易焼成炉内（赤外線バーナー、設定温度８００℃、プロパンガス使用）で焼成した。焼成は空気中で行った。炉内温度計は８００〜８７０℃であり、試料の表面温度は焼成開始から３〜５分後からは常に１０４０〜１０８０℃であった。炉内投入開始後１８分で全て黒色粒子状の炭素アルミニウム複合化合物被覆無機化合物構造体が得られた。
【０１１８】
アスベスト繊維は、この焼成によって粒状に変化していた。また、尖った部分がなくなり先端が丸くなって、形状に起因するアスベストの毒性が完全になくなっていた。得られた炭素アルミニウム複合化合物被覆無機化合物構造体には、多くの酸素とアルミニウムに加えて、ケイ素とマグネシウムが含有されるため、更に耐熱性が向上した。
【０１１９】
評価例
＜粒子形状の評価＞
実施例９及び実施例１４で得られた炭素アルミニウム複合化合物被覆無機化合物構造体を、屈折率ｎＤ２５℃＝１．５５０とした位相差顕微鏡で１００倍と４００倍で観察した。結果を、それぞれ図１及び図２に示す。アスベスト特有の針状形態は全く見られなかった。
【０１２０】
＜結晶構造の評価＞
実施例９及び実施例１４で得られた炭素アルミニウム複合化合物被覆無機化合物構造体を、ＣｕＫα線を用いた粉末Ｘ線回折装置を用い、そのＸ線回折パターンを測定した。結果を、それぞれ図３及び図４に示す。クリソタイル結晶、アモサイト結晶、クロシドライト結晶に特有のＸ線回折ピークが何れも見られなかった。
【０１２１】
＜耐熱性の評価＞
評価方法−１
上記全ての実施例で得られた、炭素アルミニウム複合化合物の粉末２０ｇ、又は、２０ｇのほぼ立方体に成型された炭素アルミニウム複合化合物被覆無機化合物構造体を、実質的に空気を遮蔽したマッフル炉中に入れ、１３００℃で２４時間加熱したが、外観、質量ともに全く変化が見られなかった。
【０１２２】
評価方法−２
上記全ての実施例で得られた、炭素アルミニウム複合化合物の粉末２０ｇ、又は、２０ｇのほぼ立方体に成型された炭素アルミニウム複合化合物被覆無機化合物構造体を、電気炉中で空気中の存在下で、１３５０℃で１時間加熱したが、外観、質量ともに全く変化が見られなかった。
【０１２３】
評価方法−３
上記全ての実施例で得られた、炭素アルミニウム複合化合物の粉末２０ｇ、又は、２０ｇのほぼ立方体に成型された炭素アルミニウム複合化合物被覆無機化合物構造体を、ＧＯＸで、１８００℃で３０分加熱したが、外観、質量ともに全く変化が見られなかった。
【０１２４】
＜難燃性の評価＞
評価方法−１
上記全ての実施例で得られた、炭素アルミニウム複合化合物又は炭素アルミニウム複合化合物被覆無機化合物構造体を、５ｍｍ×５ｍｍ×５０ｍｍに、常法に従って加圧成形し、燃焼ガスとしてブタンを用いた炎を成型体の先端に６０秒間接炎したが着火しなかった。また、溶融もせず、無煙性であった。
【０１２５】
評価方法−２
上記全ての実施例で得られた、炭素アルミニウム複合化合物又は炭素アルミニウム複合化合物被覆無機化合物構造体を、５ｍｍ×５ｍｍ×５０ｍｍに、常法に従って加圧成形し、難燃性試験ＵＬ９４を行ったが、全て燃焼認定垂直試験ＵＬ９４ Ｖ−０を満たした。
【０１２６】
＜導電性の評価＞
上記全ての実施例で得られた、炭素アルミニウム複合化合物又は炭素アルミニウム複合化合物被覆無機化合物構造体を、粉末のまま、φ７ｍｍ、長さ２００ｍｍのアクリル樹脂製パイプの中に詰めた。２ｃｍの高さから５回タッピングした後、直流電圧をパイプに詰めた試料の上と下から印可して、２０℃での電流値を測定した。このように軽く詰めただけの棒状の試験体の比抵抗は、何れも１０−６Ω・ｃｍ以下であった。
【０１２７】
＜耐薬品性の評価＞
上記全ての実施例で得られた、炭素アルミニウム複合化合物又は炭素アルミニウム複合化合物被覆無機化合物構造体１０ｇをフラスコにとり、それぞれ、１Ｎ（規定）希硫酸、５質量％水酸化ナトリウム、アセトンを、それぞれ１００ｇ添加して、２０℃に静置して化学反応の有無を目視で観察した。何れも外観に変化が見られず化学反応は進行していなかった。
【０１２８】
以上の結果より分かるように、上記実施例で得られた、本発明の「炭素アルミニウム複合化合物」又は「炭素アルミニウム複合化合物被覆無機化合物構造体」は、耐熱性、難燃性、導電性、耐薬品性が、共に優れていた。
【産業上の利用可能性】
【０１２９】
本発明の「炭素アルミニウム複合化合物」、「炭素アルミニウム複合化合物被覆無機化合物構造体」は、耐熱性、難燃性、導電性、耐薬品性に優れているため、電磁波シールド、導電性フィラー、不燃カーボン、不燃カーボンブラック、不燃耐火建材、有機金属代替、活性炭、有害物質吸着材、分子ふるい、耐摩擦材、紫外線防止剤、顔料、Ｃ／Ｃコンポジット超耐熱フィラー、ゴム補強材、アスファルト耐熱向上剤、土壌改良材等に広く利用されるものである。また、本発明の廃棄物の処理方法は、処理中に有毒粒子の飛散がなく、得られたものも有効に活用できるので、廃棄物処理のトータルのコストも削減され、上記分野に広く利用されるものである。
【０１３０】
本願は、２００７年５月１４日に出願した日本の特許出願である「特願２００７−１５３３４４」に基づくものであり、この出願の全ての内容はここに引用し、本発明の明細書の開示として取り込まれるものである。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、炭素アルミニウム複合化合物、及び炭素アルミニウム複合化合物が被覆された無機化合物、並びに結果的にかかる化合物が生成されるような廃棄物の処理方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
耐熱性を有する組成物は種々知られているが、その耐熱性については未だ十分ではなかった。更に、耐熱性に加えて難燃性や導電性が付与され、コスト的にも有利な組成物は殆ど知られていない。例えば、炭素化合物の一種であるグラファイトは、高い耐熱性を有しているが、空気中で５００℃〜７００℃以上に加熱すると燃焼し、耐熱性と難燃性を併せ持つものではなかった。また、一般に金属や合金は、難燃性は有するが耐熱性に劣り、白金、タングステン等の金属は、耐熱性を併せ持つが、密度が大きく軽量化が望めず、また、コスト的にも極めて不利であった。
【０００３】
一方、近年、廃棄物を無害化して処理することの重要性が高まってきている。特に、悪魔の鉱物、静かな時限爆弾と呼ばれて恐れられているアスベスト（クリソタイル、クロシドライト等の各種石綿類）、合成ゾノトライト、ガラス繊維等の針状無機化合物（無機ファイバー）の処理は、廃棄処理中に飛散し易いこと、毒性を発揮する針状形状を毒性を発揮しないような形状に変形することが難しいこと等から、その廃棄処理に関して更なる進展が望まれている。
【０００４】
特に、アスベスト廃棄物は地球規模の問題であり、早急に解決しなければ後世に禍根を残すことになるといわれており、日本においても、年間１００万トンの廃棄処理量が予測されている。しかしながら、飛散性のアスベスト廃棄物の処理に関し現在知られているものとして、１５００℃以上の高温でプラズマ溶融スラグ化技術、ハロゲン化合物を使用した７００℃での無害化技術等があるが、膨大なエネルギーを必要とするか、従前の有害物反応を単に転用しているに過ぎず、コストパフォーマンスや安全性に優れたものはなかった。
【０００５】
また、アスベストのように中皮腫等の要因とはならないが、アスベストの代替品である合成ゾノトライトも、結合性に劣り、表面層繊維が容易に離脱し、離脱したものが浮遊し、それを吸引する恐れが高く、近い将来に健康被害が発生していることが発覚する可能性が高い。そのため、廃棄処理の問題に関しても改良技術が今から望まれている。
【０００６】
また、ガラス繊維はあまり浮遊しないが、チクチクとした痒み等、廃棄物処理の作業に悪影響を及ぼすものである。すなわち、例えば、船舶、浄化槽、浴槽等の材料に頻繁に用いられている「不飽和ポリエステルにガラス繊維を分散させた複合材料であるＧＦＲＰ」についても、その廃棄物処理に優れたものがなく、ガラス繊維の廃棄処理の問題に関しても早期解決が望まれている。
【０００７】
一方、ポリ塩化アルミニウムは、主に水質浄化剤として用いられており、焼成して耐熱性組成物や難燃性組成物を生成させる用途にはそもそも殆ど用いられていない。特許文献１及び特許文献２には、ポリ塩化アルミニウムと土壌とを含有する混練物を焼成してなる水質浄化材が記載されているが、炭素を含有する耐熱性組成物等、有用な物が得られるというものではなく、また、廃棄物の処理とは関係がなかった。
【０００８】
ポリ塩化アルミニウムを用いた廃棄物の処理で、かつ焼成を伴う技術としては、特許文献３ないし特許文献５記載のものが知られているが、それらは何れも、ポリ塩化アルミニウムを凝集剤として用い、その凝集により生じたスラッジ（汚泥）を焼成する汚泥廃棄物の乾燥処理方法等であって、一般廃棄物の処理方法ではなく、毒性のある針状無機化合物の処理方法ではなかった。しかも、それらの処理によって生成されるものは炭素を含むものではなく、耐熱性、難燃性、導電性等に優れた有用な組成物を得て、資源の再利用を図るものでもなかった。
【０００９】
近年、毒性のある廃棄物の処理に関して優れた技術が望まれており、更に資源リサイクルの観点からも、処理のコストダウンの観点からも、かかる処理によって生じた物質を有効に利用できる技術が望まれていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開平６−３０４４７２号公報
【特許文献２】特開２０００−３２５７８１号公報
【特許文献３】特開平６−０９０６１６号公報
【特許文献４】特開２００３−０１９５００号公報
【特許文献５】特開２００５−２５４１９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は上記背景技術に鑑みてなされたものであり、その課題は、耐熱性；耐燃性；酸、アルカリ、有機溶媒等に対する耐薬品性；導電性；軽量性等に優れた化合物やそれを含有する組成物を比較的安価に得ることにある。更に、化学的に有害な物質や形状的に有害な物質を、安全な操作によって無害な物質へと変換させる処理方法を提供することにある。また、資源リサイクルにも貢献する廃棄物処理方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明者は、上記の課題を解決すべく鋭意検討を重ねた結果、特定の水溶性アルミニウム化合物と炭素源として有機化合物を用い、それらを焼成することによって、耐熱性、耐燃性、耐薬品性、導電性、軽量性、コストパフォーマンス等に優れた複合化合物やそれら含有する組成が得られることを見出して本発明を完成するに至った。また、特定の水溶性アルミニウム化合物と炭素源として有機化合物を用い、それらを有害物質に浸透させて焼成することによって容易に無害化できることを見出して本発明を完成するに至った。
【００１３】
すなわち、本発明は、ポリ塩化アルミニウム及び有機物を含有する水溶液を２６０℃〜２８００℃で焼成してなるものであることを特徴とする炭素アルミニウム複合化合物を提供するものであり、また、かかる炭素アルミニウム複合化合物を含有することを特徴とする耐熱性組成物を提供するものである。
【００１４】
また、本発明は、無機化合物粒子又は無機化合物粒子を含有する複合物に、ポリ塩化アルミニウム及び有機物を含有する水溶液を含浸させ、２６０℃〜２８００℃で焼成してなるものであることを特徴とする炭素アルミニウム複合化合物被覆無機化合物構造体を提供するものであり、また、かかる炭素アルミニウム複合化合物被覆無機化合物を含有することを特徴とする耐熱性組成物を提供するものである。
【００１５】
また、本発明は、針状無機化合物を含有する廃棄物を、ポリ塩化アルミニウムを含有する水溶液を吹き付けながら剥離し、そこに有機物を含有させた後、２６０℃〜２８００℃で焼成することを特徴とする廃棄物の処理方法を提供するものである。
【００１６】
また、本発明は、ポリ塩化アルミニウム及び有機物を浸透定着させ焼成することを特徴とするミネラルファイバー炭化法を提供するものである。
【００１７】
また、本発明は、無機粒子に対し糖成分等の有機炭素化合物に加えＰＡＣ、ホウ砂等の不燃剤をブレンドし浸透定着させ焼成炭化させることを特徴とする無機化合物炭化法を提供するものである。
【００１８】
また、本発明は、高粘性炭水化合物水溶液に難燃剤、不燃剤を複合させた処理剤を疎水性プラスチック素材表面層に被覆して酸素遮断し焼成炭化させることを特徴するプラスチック等の炭化水素化合物炭化法を提供するものである。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、耐熱性、軽量性等に優れた新規な複合化合物やそれを含有する新規な組成物を極めて安価に得ることができる。また、耐燃性、耐薬品性、導電性等にも優れた新規な複合化合物を得ることができる。
【００２０】
また、化学的又は形状的に有害な物質に対して、安全な操作によって無害な物質へと変換させる方法を提供することができる。更にその際、該無害化された無機化合物の少なくとも表面を上記複合化合物が被覆することによって、更に優れた構造体を得ることができる。また、上記方法を廃棄物の処理に適用することによって、上記化合物、組成物又は構造体が得られるので、資源リサイクルにも貢献することができる。
【００２１】
本発明によれば、静かな時限爆弾と言われる飛散性アスベスト繊維を高温耐酸化性炭素粒子として再生することで有価物となる。また、健康上の障害も解消される。従って、特別管理型埋め立て処分場の低減化可能である。また、熱に極めて優れた特性をもつアスベスト繊維組織内に有機炭素化合物を浸透拡散する技術であり、無害な炭化処理方法である。また、省エネルギー化を考慮し熱分解を補助する、安全、適切な薬剤の選定をすることができる。この基本的な炭化技術操作を駆使することで、飛散性ファイバーのみならず、産業廃棄物の多くを有価物として炭素化できる。
【００２２】
また、ＧＦＲＰ（マトリクス・不飽和ポリエステル／ガラス繊維）廃棄物等も、本発明に含まれる炭素化処理方法で、有効な炭素素材として再利用が可能となる。本発明に含まれる産業廃棄物炭化法は、省エネルギーで飛散性アスベストを炭素粒子化して無害化することができる。その他、魚網、スチロール等のプラスチックや液状ゴム等を再資源化し、その炭素化組成物を資源再生化して、有価物として有効利用が可能である。本発明の炭素アルミニウム複合化合物は、従来のカーボンの常識を覆すほど不燃性であり、特異な構造の軽量高温耐酸化性断熱カーボンである。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】実施例９で得られた炭素アルミニウム複合化合物被覆無機化合物構造体を、屈折率ｎＤ２５℃＝１．５５０とした位相差顕微鏡で、１００倍で測定した写真である。
【図２】実施例１４で得られた炭素アルミニウム複合化合物被覆無機化合物構造体を、屈折率ｎＤ２５℃＝１．５５０とした位相差顕微鏡で、１００倍で測定した写真である。
【図３】実施例９で得られた炭素アルミニウム複合化合物被覆無機化合物構造体の、ＣｕＫα線を用いた粉末Ｘ線回折パターンである。
【図４】実施例１４で得られた炭素アルミニウム複合化合物被覆無機化合物構造体の、ＣｕＫα線を用いた粉末Ｘ線回折パターンである。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明について説明するが、本発明は以下の実施の形態に限定されるものではなく、任意に変形して実施することができる。
【００２５】
＜炭素アルミニウム複合化合物＞
本発明は、ポリ塩化アルミニウム及び有機物を含有する水溶液を焼成してなる炭素アルミニウム複合化合物に係るものである。ここで「水溶液」中には、水に不溶なものが含まれていて水系分散液となっていてもよい。
【００２６】
ここで、「ポリ塩化アルミニウム」とは、［Ａｌ２（ＯＨ）ｎＣｌ６−ｎ］ｍ （１＜ｎ＜５）で表わされる物質で、ＯＨが橋かけしたアルミニウムの多核錯体を主成分とするものの水溶液をいう。製造方法は特に限定はないが、水酸化アルミニウムを塩酸に溶解させ、加圧下又は要すれば溶解助剤を加え、これに重合促進剤として硫酸基を添加して反応させたものが好ましい。溶解助剤や重合促進剤は、本発明の効果を損なわないものであれば特に限定はされない。上記式中、ｍは１０以下が好ましい。なお、以下、上記水溶液を「ＰＡＣ」と略記する場合がある。本発明には、「ポリ塩化アルミニウム」又は「ＰＡＣ」として、水の浄化用又は廃水処理用に一般に市販されているものが好適に使用できる。使用されるＰＡＣ中のアルミニウム含有量は特に限定はないが、３〜３０質量％が好ましく、５〜２０質量％がより好ましく、８〜１５質量％が特に好ましい。なお、適宜、更に水を追加して使用することもできる。
【００２７】
上記「有機物」は、本発明の炭素アルミニウム複合化合物の炭素源として必須である。「有機物」は特に限定はないが、常温で液体の有機物又は後述する水溶性有機物が、ポリ塩化アルミニウムを含有する水系分散液に分散又は溶解し易い点で好ましい。「有機物」としては固体の有機物も使用できる。例えば、本発明を後述する「針状無機化合物を含有する廃棄物の処理方法」に適用するときには、該針状無機化合物を分散させている樹脂も上記「有機物」として好適である。かかる樹脂としては、例えば、アスベスト、ガラス繊維等を分散させている（メタ）アクリル樹脂、ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂、ビニルエステル樹脂等が挙げられる。
【００２８】
常温で液体の有機物中、水溶性有機物でない有機物であっても、炭素粒子、粘土鉱物粒子、ホウ砂及び木質粒子からなる群より選ばれた１種以上の粒子、又は、アスベスト等の無機化合物粒子存在下に、容易にＰＡＣ中に溶解又は分散する。極めて撥水性が高い非極性系有機物であっても、水酸化ナトリウム等のアルカリ水溶液、エタノール等のアルコール類と水との混合液に、容易に溶解又は分散させることが可能である。従って、水酸化ナトリウム等のアルカリ化合物、エタノール等のアルコール類等を配合することも好ましい。
【００２９】
「常温で液体の有機物」としては、以下の「水溶性有機物」のうち常温で液体のものの他、メチルイソブチルケトン、ジブチルケトン、シクロヘキサノン等のケトン類；酢酸エチル、酢酸ブチル、酪酸エチル等のエステル類；ラウリン酸エステル、リノール酸エステル等の長鎖脂肪酸エステル類；植物油；動物油；ジクロロメタン、クロロホルム、四塩化炭素、１，２−ジクロロエタン、１，１，１−トリクロロエタン、１，１，２−トリクロロエチレン等の塩素含有炭化水素類；臭素又はヨウ素含有炭化水素類；トルエン、キシレン、ナフタレン等の芳香族炭化水素類；石油、石炭、コールタール等の埋蔵物又はその留分；等が挙げられる。これらは１種又は２種以上を混合して用いられる。
【００３０】
純水には不溶の有機物であっても、意外にもポリ塩化アルミニウム水溶液には、溶解したり、また均一に分散したりする場合がある。従って、「有機物」としては、焼成して得られる「炭素アルミニウム複合化合物」や「炭素アルミニウム複合化合物被覆無機化合物構造体」の、難燃性、耐熱性等の物性を優先的に考慮して選択することができる。焼成により得られたものの難燃性を向上させるには、特に、塩素、臭素及び／又はヨウ素含有炭化水素類が好ましい。塩素含有炭化水素類としては、特にポリ塩化アルミニウム水溶液に溶解したり均一に分散したりするものが好ましい。
【００３１】
「固体の有機物」としては、本発明においては特に限定はない。細片や粒子形状のものが特に好適に用いられる。
【００３２】
「有機物」としては、ポリ塩化アルミニウム水溶液に対する溶解性、環境特性等の点で、水溶性有機物が好ましい。ここで、「水溶性」とは、水に易溶性である必要はなく、僅かでも最適温度で水に実質的に溶解すればよい。従って、「水溶性有機物を含有する水系分散液」には、水溶性有機物が溶解と共に一部分散されていてもよい。有機物は常に炭素を有するので、「水溶性有機物」としては特に限定はないが、グルコース、フルクトース等の単糖類；シュクロース等の二糖類；でんぷん等の多糖類；配糖体；ソルビット、マンニット等の糖アルコール；メタノール、エタノール、プロパノール等の１価アルコール；エチレングリコール、プロピレングリコール、グリセリン、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール等の多価アルコール；アセトン、テトラヒドロフラン等の水溶性溶媒；ポリビニルアルコール、ポリビニルピロリドン等の水溶性ポリマー；等が挙げられる。これらは１種又は２種以上を混合して用いられる。
【００３３】
中でも、グルコース、フルクトース、シュクロース、でんぷん等の糖類又は糖類の誘導体等が、沸点が高く扱い易いこと、水に対する溶解性が高いこと、安全性が高いこと、安価なこと、焼成により比重の小さい良好な炭素アルミニウム複合化合物を与えること等の点で好ましい。糖類又はその誘導体の形態としては特に限定はないが、上白糖、三温糖等の砂糖；イモ、トウモロコシ等の植物由来のでんぷん若しくはでんぷん系の糊；米粉、餅米粉、小麦粉、トウモロコシ粉等の粉；片栗粉等が上記点から特に好ましい。
【００３４】
ＰＡＣと有機物との配合比率は、良好な炭素アルミニウム複合化合物が生成するように配合すれば特に限定はないが、アルミニウム含有量が１０質量％のＰＡＣの場合、該ＰＡＣ１００質量部に対して、有機物が１０〜４００質量部が好ましく、２０〜２００質量部がより好ましく、３０〜１００質量部が特に好ましい。アルミニウム含有量が１０質量％でないＰＡＣの場合には、上記配合比率はアルミニウム換算で比例増減した範囲が好ましい範囲である。
【００３５】
ＰＡＣと水溶性有機物を含有する水系分散液の製造方法は特に限定はされないが、糖類等の水溶性有機物が冷水に難溶の場合は、それを温水に溶解した後に、ＰＡＣと混合することが好ましい。また、後述する廃棄物の処理方法の場合には、該廃棄物及び「ＰＡＣ又はＰＡＣの水による希釈物」の混合物に対して、後から水溶性有機物の水溶液を加えることが、作業性がよい、廃棄物が存在する場所の有機物による汚染がない、コスト低減等の点で好ましい。「ＰＡＣ又はＰＡＣの水希釈物」の混合物を廃棄物に、かかる溶液を吹き付け等の処理をすることによって、該廃棄物の飛散が抑制されるからであり、該廃棄物に毒性や飛散性がある場合には、特にこの順番で混合する方法が好ましい。
【００３６】
ＰＡＣと有機物を含有する水溶液には、更に、炭素粒子、炭素源粒子、粘土鉱物粒子及びホウ砂からなる群より選ばれた１種以上を含有させることが好ましい。炭素源粒子としては、セルロース系粒子等が特に好ましい。炭素粒子又は炭素源粒子を含有させると、耐熱性、軽量性、耐薬品性、導電性等が極めて上昇し、粘土鉱物粒子やホウ砂を含有させると、耐燃性、耐薬品性等が極めて上昇する。
【００３７】
炭素粒子としては、例えば、木炭、竹炭等が挙げられ、炭素源粒子としては、木くず、カンナくず等の木質粒子；廃紙、段ボール、シュレッダー紙等の紙類；オカラ残渣；トウモロコシ、麦、稲等の残渣；籾殻、蕎麦殻等の穀類殻；等が挙げられる。また、粘土鉱物粒子としては、ケイソウ土、ジルコンフラワー、ベントナイト、陶土等が好ましいものとして挙げられる。特に、粘土鉱物粒子中の、Ｍｇ、Ｓｉ、Ａｌ、Ｚｒ等の元素は、本発明の炭素アルミニウム複合化合物中に含有されることによって、耐熱性、耐薬品性等を更に向上させることができるため好ましい。
【００３８】
ホウ砂を含有させると、低温領域で融合してガラス化した成分が酸素を遮断して炭素化が容易となり、また更に、難燃性の極めて高い炭素アルミニウム複合化合物を与えることができる。
【００３９】
上記炭素源粒子、粘土鉱物粒子等は、廃棄物に含有されることが多く、かかる廃棄物中の成分によって、得られた炭素アルミニウム複合化合物の上記物性を向上させることが可能となる。従って、性能向上効果と廃棄物処理によるコスト抑制効果の相乗効果を得ることができる。
【００４０】
ＰＡＣと有機物を含有する水溶液の合計量に対する、「炭素粒子、炭素源粒子、粘土鉱物粒子及びホウ砂からなる群より選ばれた１種以上の粒子」の含有量は特に限定はないが、ＰＡＣ（アルミニウム含有量１０質量％）と有機物の合計量１００質量部に対し、炭素源粒子の場合は、１０〜５０質量部が好ましく、２５〜３５質量部がより好ましく、２７〜３２質量部が特に好ましい。また、粘土鉱物粒子の場合は、１００〜４００質量部が好ましく、２００〜３００質量部が特に好ましい。また、ホウ砂の場合は、１〜２０質量部が好ましく、２〜１０質量部がより好ましく、５〜６質量部が特に好ましい。ＰＡＣ中のアルミニウムの含有量に応じて、上記好ましい範囲は比例増減される。
【００４１】
ＰＡＣと有機物を含有する水溶液には、更に、上記以外のその他の物質を配合させることもできる。かかるその他の物質としては、リン酸水素２アンモニウム、リン酸水素ナトリウム等のリン酸（水素）塩；重炭酸アンモニウム、重炭酸ナトリウム、炭酸ナトリウム等の（重）炭酸塩等が挙げられる。これらは、ポリ塩化アルミニウムと有機物と共に焼成されて、炭化を促進したり、炭素アルミニウム複合化合物の耐熱性を更に向上させたりすることができ、ｐＨ値の調整剤としても極めて有効である。
【００４２】
リン酸（水素）塩又は（重）炭酸塩の配合量は、ＰＡＣ（アルミニウム含有量１０質量％）と有機物を含有する水溶液１００質量部に対して、１０〜２００質量部が好ましい。２５〜１００質量部が好ましい。３０〜７０質量部が好ましい。
【００４３】
後述する廃棄物の処理方法においては、上記「ポリ塩化アルミニウム及び有機物を含有する分散液」には、廃棄物中に含まれる他の成分が含有されていてもよい。これら「他の成分」は、炭素アルミニウム複合化合物の物性を大きく損なわない程度に含有される。「他の成分」としては特に限定はないが、具体的には、例えば、アスベスト、合成ゾノトライト、ガラス繊維等の針状無機化合物をフィラーとして用いたときの、バインダー樹脂が挙げられる。かかるバインダー樹脂としては、不飽和ポリエステル樹脂、フェノール樹脂、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂；アクリル樹脂、ポリエステル樹脂、ポリビニル樹脂等の熱可塑性樹脂等の有機樹脂が挙げられる。これらの有機樹脂は、焼成中に一体となって炭素源となるため、含有されることがむしろ好ましい場合がある。
【００４４】
本発明の炭素アルミニウム複合化合物は、上記「ポリ塩化アルミニウム及び水溶性有機物を含有する水系分散液」を原料にして焼成工程を経て得られる。水の留去は焼成工程中で行ってもよいが、焼成に先立って、常法に従って水を留去することも好ましい。
【００４５】
焼成の方法としては、加熱炉中に静置して焼成する方法、火炎を直接接炎する方法、連続焼成炉に供給する方法、スライダー落下方式による方法等が挙げられる。このうち、カップバーナ等によって、火炎を直接接炎する方法が熱効率の点で好ましい。火炎を直接接炎する方法における燃焼ガスは特に限定はないが、水素、メタン、エタン、プロパン、ブタン、一酸化炭素、都市ガス等が好ましい。
【００４６】
焼成は２６０℃〜２８００℃の範囲で行われることが必須である。焼成温度は４００℃〜２０００℃の範囲が好ましく、６００℃〜１８００℃の範囲がより好ましく、７００℃〜１５００℃の範囲が特に好ましく、８００℃〜１０００℃の範囲が更に好ましい。また、焼成雰囲気は特に限定はなく、真空中；窒素、アルゴン等の不活性気体中；空気、酸素等の活性気体中等の何れでもよい。本発明においては、焼成を空気中で行っても、炭素アルミニウム複合化合物中の炭素が燃えてしまうことがないので、操作の容易さの点からは空気中で焼成を行うことが好ましい。火炎を直接接炎する方法における焼成温度は、熱電対放射温度計センサープローブ（シースサイズは、例えばφ８×５００ｍｍ）を被対象物の中に差し込むことにより測定し、本発明における上記焼成温度はそのように測定したものとして定義される。
【００４７】
焼成の時間としては、特に限定はないが、加熱炉中に静置して焼成する方法においては、１０〜６０分が好ましく、１５〜４０分がより好ましく、２０〜２５分が特に好ましい。また、火炎を直接接炎する方法においては、２分〜３０分が好ましく、３分〜２０分が好ましく、５〜１０分が特に好ましい。
【００４８】
なお、焼成は酸素存在下等の酸化雰囲気中で行われてもよいし、非酸化雰囲気中で行われてもよい。酸化雰囲気中で焼成する場合、焼成温度８００℃以下では、黒色の炭素アルミニウム複合化合物が生成される。また、非酸化雰囲気中で焼成の場合、焼成温度３００〜１２００℃では、白色の炭素アルミニウム複合化合物が生成される。酸化雰囲気中、非酸化雰囲気中で、それぞれ上記温度範囲で焼成することが最も好ましい。
【００４９】
焼成して得られた炭素アルミニウム複合化合物は、必要に応じて解砕又は粉砕して粒子状又は粉末状のものにすることが、取り扱いの容易さの点で好ましい。得られた「粒子状又は粉末状の炭素アルミニウム複合化合物」は通常黒色であるが、灰色又は無色（白色を含む）であっても本発明の範囲に含まれる。黒色の要因は、炭素化により生成される縮合多環構造によるものと推察されるが、本発明はそれに限定されるものではない。
【００５０】
本発明の「炭素アルミニウム複合化合物」の具体的組成や具体的構造は特に限定されない。炭素部分は、炭素化により黒鉛（グラファイト）構造ができていても、その中間段階である炭素前駆体でもよい。アルミニウムの化学結合状態や物理的配合状態については明らかではなく、従って特に限定はない。なお、本発明の炭素アルミニウム複合化合物は構造が明らかではないため、製造方法によってしか特定できないため製造方法で物を特定したが、本発明の炭素アルミニウム複合化合物には、上記方法で製造され得る物質であれば、如何なる製造方法で製造されたものであっても含まれる。ただし、本発明の炭素アルミニウム複合化合物は、上記方法で製造されることが、製造方法が容易である点、後述する廃棄物の処理方法に適用できる点から好ましい。
【００５１】
＜炭素アルミニウム複合化合物被覆無機化合物構造体＞
上記した「ポリ塩化アルミニウム及び有機物を含有する水溶液」を、無機化合物粒子又は無機化合物粒子を含有する複合物に含浸させて、それを上記方法で焼成してなるものも、耐熱性、軽量性、難燃性、耐薬品性、導電性等に優れている。この「炭素アルミニウム複合化合物被覆無機化合物構造体」の構造は、「無機化合物粒子又は無機化合物粒子を含有する複合物」が焼成を経て、化学的及び／形状的に変化した「無機化合物」の周囲に、上記した炭素アルミニウム複合化合物が被覆した構造のものであってもよいし、該無機化合物粒子中に「ポリ塩化アルミニウム及び有機物を含有する水溶液」が浸透し、その状態で同時に焼成されることによって、独自の「無機化合物」を生成していてもよい。また、両者の組合せ、すなわち、芯となる無機化合物粒子が変性し、かつ被覆構造を有するものであってもよい。
【００５２】
上記無機化合物粒子としては、種類、形状共に特に限定はない。種類としては、炭酸カルシウム、硫酸バリウム、タルク、無機着色顔料、アスベスト、合成ゾノトライト、ガラス繊維（ガラスウールも含まれる）等が挙げられる。本発明を廃棄物の処理方法に適用した場合には、上記無機化合物粒子としては、樹脂に一般的に含有されている上記の汎用フィラーが特に好ましい。
【００５３】
また、粒子の形状は針状のものであっても非針状のものであってもよいが、針状のものが、廃棄物の処理方法に適用した時に、本発明の前記効果（毒性のある粒子の飛散を抑えての無害化）が有効に奏されるために好ましい。上記無機化合物粒子は針状無機化合物であることが好ましいが、上記針状無機化合物は、アスベスト、合成ゾノトライト又はガラス繊維（ガラスウールも含まれる）であることがより好ましい。アスベストの種類は特に限定はないが、クリソタイル（温石綿、白石綿）等の蛇紋石系；クロシドライト（青石綿）、アモサイト（茶石綿）、アンソフィライト、トレモライト、アクチノライト等の角閃石系のアスベストに適用させることが好ましい。
【００５４】
上記した「ポリ塩化アルミニウム及び有機物を含有する水溶液」に針状無機化合物を含浸させて焼成した時には、針状の長手方向が何箇所か切れて針状でなくなる。また、針状無機化合物の繊維組織が脆弱となり、先端が尖った粒子形状が焼成後には先端が丸まった形状になる。それら２種の現象の一方又は両方が起こるために、針状無機化合物の先端形状等の形状に起因する毒性がなくなる。
【００５５】
切れたり丸まったりする作用原理は明らかではないが、「ポリ塩化アルミニウム及び有機物を含有する水溶液」が、針状無機化合物の１本１本の内部まで浸透して、それらが同時に酸素雰囲気で焼成されることによって、吸湿性の針状粒子が切断するものと推察している。
【００５６】
上記無機化合物粒子に含有されるマグネシウム（Ｍｇ）、ケイ素（Ｓｉ）等は、炭素アルミニウム複合化合物中に取り込まれて、耐熱性を向上させる。アスベストにはマグネシウム（Ｍｇ）とケイ素（Ｓｉ）が含有されているので、アスベストの廃棄処理に適用した時には、毒性粒子の無毒化処理と同時に、それらの元素が含有されて耐熱性がより向上した炭素アルミニウム複合化合物や炭素アルミニウム複合化合物被覆無機化合物構造体が得られるので、二重の意味で好ましい。
【００５７】
「無機化合物粒子を含有する複合物」としては、種々の目的を持った無機フィラーとバインダー樹脂を含有する複合物；腐葉土等の植物由来の有機物と無機化合物粒子を含む土を含有する土壌等が挙げられる。具体的には、例えば、船舶、浄化槽、浴槽等の材料に汎用されている「硬化性樹脂にガラス繊維を分散させた複合物（以下、「ＧＦＲＰ」と略記する）；建材、石綿スレート、高温配管等の材料に用いられている「モルタル等にアスベストを分散させた複合物」；塗料、接着剤等の白色化や着色に汎用されている「樹脂に、炭酸カルシウム、硫酸バリウム、タルク、無機着色顔料、酸化アルミニウム、水酸化アルミニウム等の粒子が分散された複合物」；配線板材料等の「樹脂に、硫酸バリウム、タルク、無機着色顔料等の粒子が分散された複合物」；等が挙げられる。
【００５８】
上記「無機化合物粒子を含有する複合物」が廃棄物に含有されているものである場合には、廃棄物が処理されることと、その結果として炭素アルミニウム複合化合物被覆無機化合物構造体が得られることが同時に達成させるので特に好ましい。
【００５９】
炭素アルミニウム複合化合物被覆無機化合物構造体の製造工程において、複合物中に含有されるバインダー樹脂は、存在しても悪影響を殆ど及ぼさないばかりか、炭素アルミニウム複合化合物被覆無機化合物構造体が製造される過程において炭素源として有効に用いられる。すなわち、後述する廃棄物の処理方法において、複合物中に含有されるバインダー樹脂は、予め別途除去する必要は通常はない。
【００６０】
ポリ塩化アルミニウム及び有機物の合計量に対する無機化合物粒子の含有量は特に限定はないが、上記合計量１００質量部に対して、無機化合物粒子１０〜４００質量部が好ましく、２０〜２００質量部がより好ましく、３０〜１００質量部が特に好ましい。無機化合物粒子の含有量が多過ぎると、ポリ塩化アルミニウムと水溶性有機物が充分な量で浸透しない場合があり、被覆が不充分になる場合がある。一方、無機化合物粒子の含有量が少な過ぎると、炭素アルミニウム複合化合物被覆無機化合物構造体の特性が発揮されない場合がある。
【００６１】
本発明において「無機化合物粒子」として針状無機化合物を用いることが好ましいが、この内、針状無機化合物としてアスベストを用いる場合、ＰＡＣと水溶性有機物の合計量に対するアスベストの含有量は、ＰＡＣ（アルミニウム含有量１０質量％）と有機物の合計１００質量部に対し、１０〜２００質量部が好ましく、１５〜１００質量部がより好ましく、２０〜５０質量部が特に好ましい。以上の範囲は、ＰＡＣのアルミニウム含有量によって比例増減される。
【００６２】
＜廃棄物の処理方法＞
本発明の態様には、針状無機化合物を含有する廃棄物を、ポリ塩化アルミニウムを含有する水溶液を吹き付けながら剥離し、そこに水溶性有機物を含有させて水系分散液とし、そこから水を留去後、３００℃以上で焼成することを特徴とする廃棄物の処理方法が含まれる。
【００６３】
針状無機化合物は、有害であったり、飛散性があったりするので、ポリ塩化アルミニウムを含有する水溶液を吹き付けることによって、有害物の飛散が抑制され、作業者の健康に害を与えることがない。常温環境下において乾燥しない特性を持つポリ塩化アルミニウムの特性を最大限に発揮させることができる。かかる水溶液には、ポリ塩化アルミニウム以外に、前記した物質が含有されていることも好ましい。水溶液に糖類を含有させる場合、飛散防止除去作業時に塗布させる必要はなく、低温短時間無害化処理時に添加し焼成することが、作業簡略化の上で好ましい。また、水溶性有機物は、廃棄物に吹き付ける水溶液中に含有させておいてもよいが、廃棄物に吹き付けて廃棄物が含有された水溶液中に、後から添加することが、完全無害化、作業上の観点から好ましい。
【００６４】
上記水溶液の粘度は、吹き付け除去が好適にできるように水で適宜希釈することが好ましい。吹き付ける水溶液は、市販のＰＡＣ（アルミニウム含有量１０質量％）１００質量部に対し、水を５〜３０質量部加えて調製することが好ましく、水を１０〜１５質量部加えて調製することが特に好ましい。以上の範囲は、ＰＡＣのアルミニウム含有量によって比例増減される。
【００６５】
現在まだ撤去されていない飛散性アスベストの浸透固定化処理剤も後述するＸＳＰと後述する分散液Ｘの複合処理剤で飛散防止浸透固定処理剤として吹き付け可能。この浸透吹き付け操作によって固定化され撤去されたアスベストは焼成する操作で容易に炭素化合物に変化する。
【００６６】
すなわち、本発明の一形態は、ポリ塩化アルミニウム、糖質液等の有機炭素化合物を浸透定着させ焼成することを特徴とするミネラルファイバー炭化法である。
【００６７】
炭化処理剤は安全性の高い原料であり且つ安価。コスト優位性は高く、従来方式に比べ資源再生再利用という特長から原料の節約に加え、廃棄物発生を最小限に抑えその結果、環境負荷、廃棄物処理埋め立て処理費用を著しく下げる。
【００６８】
最近プラスチック製品の再生利用について多くの関心が寄せられている。製造過程で廃棄物の再生利用に比べ最終消費廃棄物は、更に多くの困難があり、回収、分類、分離の過程において廃棄物は様々な物質で汚染されている簡単容易な方法では防げず問題は未解決である。本発明の一態様の炭化処理方法を組み込んだ炭化炉プラントシステムが稼動すれば、炭化炉の損傷もなく焼成によって炭化物になったものは総て熱分解耐熱カーボン素材として再生資源となる。また、従来システムで焼却炉、溶融炉等から埋め立て処分される焼却灰等も、例えば、本発明の後述するＸＳＰによる処理によって炭素が注入されてカーボン担持セラミックスとして耐熱素材として多彩な応用化が期待できる。
【００６９】
アスベスト炭素化、合成ゾノトライト、ガラス繊維、グラスウール等に適した処理方法として極めて有効な核となりうる可能性の炭素成分が多い砂糖が見出された。砂糖はブドウ糖と果糖が結合したものであり日常我々が常用する食品でもあり、素材組織内に良く浸透する浸透圧作用に極めて優れている素材である。また、助剤としてポリ塩化アルミニウムやホウ砂との複合化が早期炭化法にとって有効であることが実験により確認された。ポリ塩化アルミニウムは凝集性浄水剤であり、ＪＩＳ Ｋ１４７５−１９７８水道用ポリ塩化アルミニウムである。また、澱粉系の糊、ホウ砂、ＰＡＣ、糖分を複合した化合物を処理剤としても極めて有効である。
【００７０】
すなわち、本発明の一形態は、無機粒子に対し糖成分等の有機炭素化合物に加えＰＡＣ、ホウ砂等の不燃剤をブレンドし浸透定着させ焼成炭化させることを特徴とする無機化合物炭化法である。
【００７１】
１：ＰＡＣと高濃度のガムシロップは相互とも分離することなく容易に相溶する。
浸透定着するメカニズムは、主に糖の浸透圧作用によるブドウ糖、果糖溶媒とＰＡＣ成分による浸透膨潤効果によってミネラルファイバー組織内部に無機高分子であるＰＡＣ成分が糖溶媒と共に浸透して定着するすなわち有機炭素成分が吸湿性無機ファイバー成分中に定着固定する。
また、燃焼性炭素を多く含有する糖成分は不燃性無機高分子ＰＡＣと相溶している。その効果で１次的に発火燃焼するが過大に燃焼せず、高熱によって速やかに有機炭素を含むアスベスト繊維と共にチャー化過程をたどり強固な繊維組織を分断し全て炭素状粒子に変化する。
【００７２】
ＰＡＣは、主成分として酸化アルミニウム、硫酸イオンを含む塩基性で有り可燃性物質を含まず短時間高温焼成時、酸化アルミニウムも複合された状態の炭素石綿と共に融合固定化する。
熱分解した炭素は、生体内不活性であり、ファイバー形状とは異なる炭素化アスベスト粒子として無害化する。したがって、ファイバー飛散による健康被害、環境汚染は皆無となる。
炭素成分を浸透させる操作から生まれる無機鉱物中の珪素、マグネシウム化合物等と共にパイロ化した炭素と融合した特異な構造の酸化ケイ素、酸化マグネシウム等とカーボン化した新素材は、高温耐酸化特性に極めて優れた高性能のカーボン素材に構造変化したものと推察される。また、分散液Ｘの反応においては、ホウ砂成分が約７６０℃前後でガラス化する工程を経る過程において低分子糖成分、炭水化物・ホウ砂等を注入された状態のアスベストも共に７６０℃前後の低温度領域の短時間で熱溶融し、炭化後の温度低下と共に繊維組織が硬質化し破壊され全て炭素粒子に変化する。但しホウ砂成分濃度が余り高いと得られる炭化物の耐熱性は劣ることは避けられない。
【００７３】
２：ガラス繊維単独の表面層炭化方法もＸＳＰの浸透によって酸性のＰＡＣ成分と糖質の浸透効果によって繊維組織が解繊する事例からも判断可能な様に、繊維組織表面層近傍に炭素成分が定着する。したがってガラスの溶融温度以下で焼成する操作で表面層のみに炭素が定着する。この時、炭化水素化合物液状物質が存在すると更に解繊して炭素定着が増す。
【００７４】
３：ＧＦＲＰにおける炭化は、炭化水素化合物である為、前処理として糖成分等の炭素成分の浸透注入は基本的に必要とせず、難燃性化合物ホウ砂等とレジン表面層に簡易な酸素遮断層ホウ砂、ＰＡＣ含有澱粉層を形成し、酸化性雰囲気において焼成する操作で灰化させずガラス繊維以外は全て炭化する。無機難燃剤、無機不燃性物質を含む炭水化物で空気遮断被覆された状態のＧＦＲＰに接炎しても、直ぐには燃焼せず初期段階では、レジンは熱伝播のみで熱溶融する。この熱溶融と同時に２種の難燃剤もレジン中に融合された状態となり、融合したホウ砂成分のみはガラス化によって酸素を部分的に遮断し酸素濃度が希薄状態の雰囲気下においてレジンは炭化する。
一方複合されているマトリクス中のガラス繊維表面層にも炭素化したレジン、シランカップリング剤が表面層近傍に炭素として定着する。
【００７５】
すなわち、本発明の１つの形態は、高粘性炭水化合物水溶液に難燃剤、不燃剤を複合させた処理剤を疎水性プラスチック素材表面層に被覆して酸素遮断し焼成炭化させることを特徴するプラスチック等の炭化水素化合物炭化法である。
【００７６】
上記した「ポリ塩化アルミニウム及び有機物を含有する水溶液」に針状無機化合物を含浸させて焼成した時に、針状の長手方向が切れて針状でなくなり、針状無機化合物の繊維組織が脆弱となり、先端が尖った粒子形状が焼成後には先端が丸まった形状になる作用原理は明らかではなく、また、本発明は以下の作用原理に限定されるものではないが、以下のように考えられる。
【００７７】
「ポリ塩化アルミニウム及び有機物を含有する水溶液」が、針状無機化合物の１本１本の内部まで浸透して、それらが同時に焼成されることによって、針状粒子が切断するものと推察している。
【００７８】
針状無機化合物は、ＰＡＣ水溶液に含浸されると、徐々に繊維組織内に浸透する。例えば、針状無機化合物としてクリソタイルを用いる場合、含浸期間が１０日間で、その含有率が１０．３質量％になる。針状無機化合物の場合、焼成中に更に分解する。
【００７９】
針状無機化合物の焼成による分解の作用・原理を以下に示す。
１．極めて低温で溶融固化する糖質・澱粉類が繊維組織内で発生する。
２．ホウ砂は通常７６０℃の温度領域でガラス質として溶融固化するか、これよりも更に低温で、溶融固化炭素化する糖質・澱粉を含むことで、約５００℃近傍で溶融する（低温溶融化）。
３．ＰＡＣ中の含有アルミニウム成分（１０〜１１％）及び微量のホウ砂成分は、前記の有機物を灰化もさせることなく炭素化させ不燃効果を発揮する。
【００８０】
酸化雰囲気焼成中（時間の経過）に以下の化学反応が進行する。
４．多量のＰＡＣ、糖質と微量のホウ砂を含有するアスベスト鉱物は、炉内３００〜５００℃近傍から有機物とホウ砂成分の溶解が進行すると、赤熱状況と共に熱分解ガスが発生し、熱分解ガスのみが完全燃焼する（無煙）。
５．熱分解ガスの燃焼は、２〜５分で終束し、その後コロナ状のパイロフレームが発生する。このパイロフレーム温度９５０〜１０５０℃に達する。（フレーム発生時間２〜３分間）
６．パイロフレームが終束すると被対象物は赤熱光から黄色光、さらに白色光へと変化して焼成を完了する。徐熱後の炭化物は微粒子と果粒状の炭素であるが、すべてわずかな応力で容易に微粒子として崩壊する。
【実施例】
【００８１】
以下に、実施例及び比較例を挙げて本発明を更に具体的に説明するが、本発明は、その要旨を超えない限りこれらの実施例に限定されるものではない。
【００８２】
実施例１
＜炭素アルミニウム複合化合物＞
ショ糖２５質量部を水２５質量部に５０℃で加熱溶解し、そこにＰＡＣ（王子製紙社製、「ＰＡＣ」（アルミニウム量として１０〜１１質量％））５０質量部を加え攪拌して均一に混合した。以下、このようにして得られた水溶液を「ＸＳＰ」と略記する。
【００８３】
ＸＳＰ１００ｇをバットに厚さ２ｍｍとなるように入れ、２０℃で５時間静置した後、試料表面に１３００℃の炎を、バーナーから直接当てて焼成した。焼成は空気中で行った。Ｋ熱電対温度計シースを試料の表面層近傍に入れて測定した温度は７５０〜８８０℃であった。バーナー接炎開始後２０分間で、全て均一な黒色で粒子状の炭素アルミニウム複合化合物を得た。
【００８４】
実施例２
＜炭素アルミニウム複合化合物＞
実施例１において、ショ糖２５質量部に代えて、米粉２５質量部を用いた以外は実施例１と同様にして、炭素アルミニウム複合化合物を得た。
【００８５】
実施例３
＜炭素アルミニウム複合化合物＞
ＸＳＰ５０質量部、ホウ砂４５質量部及び水５５質量部を均一に攪拌混合した。この液５０ｇをバットに厚さ２０ｍｍとなるように入れ、２０℃で２８時間静置した。表面にホウ砂の微結晶体が析出したが、そのまま、実施例１と同様にバーナー接炎を開始した。１５００℃で５分間焼成して炭素アルミニウム複合化合物を得た。
【００８６】
実施例４
＜炭素アルミニウム複合化合物＞
実施例３と同様に、ＸＳＰ５０質量部、ホウ砂４５質量部及び水５５質量部を均一に攪拌混合した。そこに更に、炭素粒子として竹炭粒子１３質量部、粘土鉱物粒子として陶土１２質量部を配合し均一に分散させた。その液を用いて実施例３と同様にして、炭素アルミニウム複合化合物を得た。
【００８７】
実施例５
＜炭素アルミニウム複合化合物＞
ＸＳＰ５０質量部と、木質粒子として木屑３０質量部を均一に混合し、その分散液を用いた以外は実施例１と同様にして、炭素アルミニウム複合化合物を得た。
【００８８】
実施例６
＜炭素アルミニウム複合化合物被覆無機化合物構造体＞
ステンレス容器中に、ＸＳＰ１００ｇを入れ、そこに厚さ３ｍｍのアスベスト織物１００ｇを浸漬させた。２０℃で１０時間浸漬させた後、引き上げて、付着した余分な液を重力で下に落とした後、ＸＳＰが浸透したアスベスト織物を不燃性シートの上に水平に置いた。アスベスト織物の表面に、炎をバーナーから直接当てて焼成した。焼成は空気中で行った。温度計をアスベスト織物の下５ｍｍの部分に入れて、接炎直下の温度を測定した。１２００℃で１０分間焼成したところ、熱溶融せずに、炭素アルミニウム複合化合物被覆無機化合物構造体が得られた。
【００８９】
アスベスト粒子は、この焼成によって、粒状に変化していた。また、尖った部分がなくなり先端が丸くなっていた。得られた炭素アルミニウム複合化合物被覆無機化合物構造体には、アルミニウムと炭素に加えて、ケイ素とマグネシウムが含有されていた。
【００９０】
実施例７
実施例６において、炎をバーナーから直接試料に当てて焼成する代わりに、試料を加熱装置の中に入れて、加熱装置中の温度を８００℃に設定し、６０分間焼成した以外は、実施例６と同様に炭素アルミニウム複合化合物被覆無機化合物構造体を調製した。この焼成によって、アスベスト由来の無機化合物は粒状に変化していた。また、尖った部分がなくなり先端が丸くなっていた。
【００９１】
実施例８
＜炭素アルミニウム複合化合物被覆無機化合物構造体＞
ホウ砂１００質量部、水３００部を混合後、加熱沸騰させながら攪拌して均一溶液を得た。この液に水溶きした米粉５質量部を攪拌しながら添加し、更に、ＰＡＣ１２０質量部を加え攪拌して分散液Ｘを得た。ＰＡＣ添加によって粘度が上がり、温度低下と共に糊化した。
【００９２】
飛散性アスベスト（クリソタイル１０質量％含有）４０質量部に対して、上記分散液Ｘを１０質量部混合し、湿潤状態のまま接炎した。焼成時間以外は実施例６と同様に焼成したところ、バーナー接炎２０分間で炭素アルミニウム複合化合物被覆無機化合物構造体が得られた。
【００９３】
得られた炭素アルミニウム複合化合物被覆無機化合物構造体中の無機化合物の平均長さは焼成前よりはるかに短くなり、アスベストが粒状に変化して無害化していた。また、尖った部分がなくなり先端が丸くなっていた。得られた炭素アルミニウム複合化合物被覆無機化合物構造体には、アルミニウムと炭素に加えて、ケイ素とマグネシウムが含有されていた。
【００９４】
実施例９
＜炭素アルミニウム複合化合物被覆無機化合物構造体＞
実施例８において、分散液Ｘの代わりにＸＳＰを用いた以外は実施例８と同様にして炭素アルミニウム複合化合物被覆無機化合物構造体を得た。得られた炭素アルミニウム複合化合物被覆無機化合物構造体においては、アスベストが切断されており無害化されていた。また、尖った部分がなくなり先端が丸くなっていた。得られた炭素アルミニウム複合化合物被覆無機化合物構造体には、酸素が多く、アルミニウムと炭素に加えて、ケイ素とマグネシウムが含有されていた。
【００９５】
実施例１０
ガラス繊維を不飽和ポリエステル中に分散させて硬化させて得られた廃棄物（ユニットバス等に用いられていたものであり、以下、「ＧＦＲＰ」と略記する）を、約３０〜４０ｍｍの大きさに粗粉砕したもの４０ｇを、浸漬に充分な量のＸＳＰに３分間浸漬した。引き上げて、付着した余分な液を重力で下に落とした後、ＸＳＰが浸透したＧＦＲＰを不燃性シートの上に置いた。表面に炎をバーナーから直接当てて焼成した。焼成は空気中で行った。温度計をＧＦＲＰ内に入れて、接炎直下の温度を測定した。１０００℃で２０分間焼成して、炭素アルミニウム複合化合物被覆無機化合物構造体を得た。
【００９６】
ＧＦＲＰ中のガラス繊維は、焼成によって平均長さ２ｍｍ以下に切断されており、その周囲に炭素アルミニウム複合化合物が覆っていた。不飽和ポリエステルは全て炭素化していた。得られた炭素アルミニウム複合化合物被覆無機化合物構造体には、アルミニウムと炭素に加えてナトリウムが含有されていた。
【００９７】
実施例１１
不燃板上に、ガラス繊維５０ｇを載せ、ＸＳＰ１００ｇを添加し、ヘラで攪拌した。実施例１０と同様に、バーナーを用いて接炎した。更に、１０００℃で２０分間、焼成を行って、炭素アルミニウム複合化合物被覆無機化合物構造体を得た。この焼成中、ガラス繊維は溶融しなかった。炭素アルミニウム複合化合物被覆無機化合物構造体は、ガラス繊維特有のチクチクとした皮膚の痒みを与えないものであった。
【００９８】
実施例１２
不燃板上に、合成ゾノトライト２０ｇを載せ、ＸＳＰ５０ｇを添加し、ヘラで攪拌混合した。ＸＳＰは合成ゾノトライト中に浸透した。実施例１０と同様に、バーナーを用いて接炎した。接炎直後に水が沸騰した。更に、１０００℃で７分間、焼成を行って、炭素アルミニウム複合化合物被覆無機化合物構造体２６．３ｇを得た。
【００９９】
得られたアルミニウム複合化合物被覆無機化合物構造体中の合成ゾノトライト由来の無機物は針状形状を失い、平均粒径１００μｍの球状に近い粒子と、平均粒径１ｍｍ〜１．５ｍｍの粗粒子が混在している状態となった。
【０１００】
実施例１３
本発明ミネラルファイバー炭化法の場合の主要材料を示す。
砂糖（上白糖、三温糖等）、実施例１で用いたものと同じポリ塩化アルミニウム（ＰＡＣ）、ホウ砂、澱粉
ミネラルファイバー無害化炭化法に用いる代表的な処理剤の成分重量比組成を以下に示す。
（Ａ）基本重量比組成（以下、炭素化Ａ剤と略称する）
炭素化Ａ剤シロップの作成。
砂糖１ｋｇ：水１ｋｇを熱溶解して５０％濃度シロップを得る。
（Ｂ）前記、炭素化Ａ剤シロップ１００質量部：ＰＡＣ１００質量部をブレンドする。
（これを「ＸＳＰ」と呼称する）
【０１０１】
実験１−Ａ：炭化する素材として、厚さ３ｍｍのアスベスト織物を選定した。
Ａ−１、ＸＳＰを適度な非極性容器或いはステンレス容器に適量投入する。
Ａ−２、無害化する試料を前記の容器に入れ１２時間程度浸漬する。
Ａ−３、時間の経過と共に浸漬膨潤した試料を１０時間後、引き上げる。
１２００℃火焔照射８分間連続（酸化雰囲気）。熱溶融せず速やかに炭化する。
この炭化物は、固形体であるが、追加加熱２分間継続させると容易に崩壊し粒子長さ２〜３ｍｍ以内の顆粒状炭素に変化する。
本発明の１つの形態はミネラルファイバー成分中にＰＡＣ、有機炭素化合物を注入してなる無機無害化カーボン化技術である。
この操作で得られた無害なカーボン化セラミックは、酸化ケイ素・酸化マグネシウム・酸化アルミニウム・炭素を含む１５００℃±に充分に耐える超高温耐酸化性パイロカーボンと言える。
【０１０２】
実施例１４
実験１−Ｂ：炭素化する素材として、飛散性アスベスト繊維を選定した。
炭素化処理剤Ｂの作成。
１、ホウ砂１００部に熱湯３００部を注ぎ加熱沸騰させる。２、前記２５％濃度のホウ砂水の温かい内に水溶きした米粉５部を攪拌しながら添加する。
２、前記１に対しＰＡＣ１２０部を加え攪拌、徐々に粘度が上がり温度低下と共に糊化する。
（この組成物を「分散液Ｘ」と呼称する）
飛散性アスベスト（クリソタイル１０．３％含有）４０部：ＸＳＰ１０部：炭化処理剤Ｂ５０部を全て混合して湿潤状態時に１２００℃バーナー接炎２０分間で全て粒子状の炭化物とした。
処理剤をブレンドした状態で乾燥固定化し接炎炭化させると処理時間は約１０分間短縮される。
【０１０３】
実施例１５
実験２：炭化する素材として、ＧＦＲＰカット素材を約３０〜４０ｍｍ粗粉砕したもの６片約４０ｇ。
実験１同様に試料をＸＳＰに浸し、２〜３分後、引き上げ前記使用のバーナーで燃焼炭化させた。バーナー直照射時間は試料の容積によって異なるが、試料４０ｇの場合３分間で熱分解（パイロ）したガラス光沢のある長さ２〜５ｍｍ±の短繊維短冊状態の表面層近傍が炭素化されたガラス繊維も得られる。
炭化ＧＦＲＰを粗粉砕した断面ガラス繊維（ロービングクロス・チョプドストランドマット）組織は、表面層近傍に糖成分と金属水和物が浸透し加熱によってガラス繊維表面層に炭素が固定化されたものと推察される。このガラス繊維表面層には、熱硬化性樹脂である不飽和ポリエステル樹脂のガラス化炭素が定着融合している。
この実験で明白である様に廃棄処分方法に有効な手立てのないＧＦＲＰ素材の廃船や浄化槽、ユニットバス等の適性処分法として極めて有効な方法であると考えられる。
また、この炭素化法で得られる特異な構造の熱硬化性カーボン素材は、酸素雰囲気ではグラファイト素材を超える高温耐酸化性ガラス質カーボンである。
【０１０４】
実施例１６
実験３：炭素化する素材としてガラス短繊維単体を試料とした。
アルミ板上に、ガラス繊維を適量のせ、ＸＳＰを適量添加して、ヘラで攪拌し馴染ませる。
このガラス繊維を攪拌する操作で繊維組織が解繊され少し膨潤してくる、この間約２０秒位である。
前記同様に直にバーナーを照射する操作で液体が即沸騰し僅か４秒程度から表面層が接炎した部位から順次表面炭化層を形成する。
この操作で得られたガラス繊維炭素化物は、僅かに表面光沢が観察される繊維状形態を保持した状態のカーボンであり、表面層に炭素が定着したガラス繊維に変化している。この炭素化の過程においてガラス繊維は溶融することはない。
また、この操作で得られたガラス繊維は、ガラス繊維固有のチクチクとした皮膚の痒み等の皮膚障害も解消される。
【０１０５】
実施例１７
実験４：炭素化する試料としてファイバー飛散が問題となる合成ゾノトライトを選定した。
アルミ板上に粗小片合成ゾノトライト２０ｇ：ＸＳＰ５０ｇを添加して混合する。
ゾノトライト中に良く浸透し定着する。
前記同様に直にバーナーを照射する操作で約７分間の短時間照射で全て炭化する。
得られた炭化物の重量は、２６，３ｇ（炭化収率３７，５７＋％）
この焼成直後の炭化物は繊維形状を失い球状に近い微粒子１００μｍ±と粗粒子１〜１，５ｍｍが混在している状態であるが、ロール転圧等で容易に５０μｍ程度に粒子化可能である。
【０１０６】
実施例１８
以下、本発明の実施例、飛散性アスベストの場合を以下に説明する。
飛散性アスベスト５０部：ＸＳＰ１５部：分散液Ｘ３５部を全て良く混合する。
湿潤状態のまま平らに薄く広げ、簡易バーナー１２００℃火焔を照射。時々処理体を混ぜ合わせながら約２０分間で全て炭素化した。この炭素の形状は３〜５ｍｍ±の粗粒子である。照射を継続して行うと徐々に細い粒子となる。
【０１０７】
実施例１９
以下、本発明の実施例、飛散性アスベストの場合を以下に説明する。
飛散性アスベスト４５部：分散液Ｘ３５部：炭素化Ａ剤２０部を全て良く混合後、乾燥させる。
含水率１５％±時に前記同様な攪拌操作を加えながら火焔を照射。平らに広げる程炭化する速度が速くなる傾向があり、カーボン化に到るまでの照射時間は、前期より短縮され約１２分間である。
【０１０８】
アスベスト織物の場合は、緻密で強固な結合である為、処理剤を事前に良く浸透させておく必要性があるが、飛散性ファイバーの場合は、容易に処理剤が速やかに浸透定着する。浸透定着後は適度に乾燥させることで炭化する処理時間も短縮される。また、乾燥してもアスベストファイバーは固定されている為、飛散することはなく安全である。
【０１０９】
実施例２０
以下、本発明の実施例、ＧＦＲＰの場合を以下に説明する。
ＧＦＲＰ粗粉砕物４０部：分散液Ｘ５５部：ＸＳＰ５部を全て良く攪拌し、ＧＦＲＰ試料全体を処理液で濡らす。
攪拌処理後、約２０分後前記同様火焔照射。試料は作業終了間際一次的に着火するが、灰化せず全て炭化した。炭化収率３３％±（飛散ロス有り）得られた初期カ−ボンは短冊状であるが、ローラー転圧する操作で、１ｍｍ±カーボン粒子と炭素を表面層に定着したガラス繊維が得られる。
【０１１０】
実施例２１
以下、本発明の実施例、短ガラス繊維（Ｅガラス短繊維）の場合を説明する。
短ガラス繊維５０部：ＸＳＰ５０部を全て良く攪拌し鍋底に薄く塗り広げる。
火焔照射約４分間でガラス繊維表面層にカーボンが定着する。炭素化した収率は５７，５％と高い。
従来のガラス繊維は、チクチクとした痒みがあるがこの得られた表面カーボン層を形成したガラス繊維は皮膚を刺激せず取り扱い容易が容易であり、本来固有の耐熱性も保持している。
【０１１１】
実施例２２
以下、本発明の実施例、合成ゾノトライトの場合を説明する。
合成ゾノトライト砕片１５，５部：ＸＳＰ８５，５部を添加するが、非常に良く吸収された為、更に砕片し火焔照射する。接炎途中は火の粉が舞い上がるが約１５分間程度で炭化する。炭化収率２３％±。
【０１１２】
数多くの実験結果から得た知見として炭素を持たない無機系化合物は有機炭素化合物を吸収させる操作と焼成によって炭素化させることが可能であることが判明した。
有機炭素を持つ廃棄物は様々あり、果実の選果によって廃棄される果物やジュースの絞りかす、白ワインの絞りかす等や澱粉系炭水化物として炊飯における残飯等を利用することで更なるコストダウンと廃棄資源の有効活用が期待できる（試験実施済み）。
【０１１３】
可燃性である炭化水素化合物中の疎水性物質は難燃性ないし不燃性の無機物を相溶した高粘性の被覆層（酸素遮断効果と難燃性）を表面形成させることで炭素化可能。具体的には、澱粉水溶液に不燃性無機化合物（鉱物粉体や無機難燃剤）をブレンドし、疎水性表面に粘着させても良い。砕石によって選鉱水洗いされた後に残土としての沈殿廃土も有効利用可能。（試験実施済み）この様な鉱物粉末は、不燃性、蓄熱性にも優れている為、焼成時の早期炭化促進材としても有効である。
【０１１４】
吸湿性炭化水素化合物や炭水化物類は、不燃性物質をその素地中に担持させる操作と焼成によって炭素化可能である。
例えば、スポンジと言われる連続気泡体のフォーム材等も高濃度３０％のホウ砂水や燐酸水素２アンモニウム２０％溶液と適当な粘土や廃土との組み合わせやＰＡＣ水溶液等の浸透や担持操作によって灰分を出すことなく炭化可能である。
籾殻、米糠脱脂粉、かんな屑等も同様な方法で熱分解オールドカーボンとして耐熱性に優れた素材となる。
【０１１５】
実施例２３
＜廃棄物の処理方法＞
クリソタイル（白石綿）であるアスベストが断熱材として厚さ５０ｍｍに貼り付けられている天井面に対し、ＰＡＣ（王子製紙社製、「ＰＡＣ」）８５ｋｇと水１５ｋｇよりなる水溶液を吹き付けながら剥離した。剥離された断熱材は約５５００ｋｇであった。アスベストは一切飛散せず、養生も容易であり、作業者の安全上の問題は全くなかった。
【０１１６】
その後、ＰＡＣ水溶液が浸透した撤去アスベスト４０ｋｇに対し、ショ糖１０ｋｇを水１０ｋｇに溶解した水溶液を加えてよく混合した。水溶性有機物（ショ糖）を配合する上記操作は、アスベストがあった現場ではなく、廃棄物処理場に運搬してからそこで行った。
【０１１７】
得られたものを、ステンレス容器の中に厚さ約１５ｍｍになるように均一に入れ、可搬式簡易焼成炉内（赤外線バーナー、設定温度８００℃、プロパンガス使用）で焼成した。焼成は空気中で行った。炉内温度計は８００〜８７０℃であり、試料の表面温度は焼成開始から３〜５分後からは常に１０４０〜１０８０℃であった。炉内投入開始後１８分で全て黒色粒子状の炭素アルミニウム複合化合物被覆無機化合物構造体が得られた。
【０１１８】
アスベスト繊維は、この焼成によって粒状に変化していた。また、尖った部分がなくなり先端が丸くなって、形状に起因するアスベストの毒性が完全になくなっていた。得られた炭素アルミニウム複合化合物被覆無機化合物構造体には、多くの酸素とアルミニウムに加えて、ケイ素とマグネシウムが含有されるため、更に耐熱性が向上した。
【０１１９】
評価例
＜粒子形状の評価＞
実施例９及び実施例１４で得られた炭素アルミニウム複合化合物被覆無機化合物構造体を、屈折率ｎＤ２５℃＝１．５５０とした位相差顕微鏡で１００倍と４００倍で観察した。結果を、それぞれ図１及び図２に示す。アスベスト特有の針状形態は全く見られなかった。
【０１２０】
＜結晶構造の評価＞
実施例９及び実施例１４で得られた炭素アルミニウム複合化合物被覆無機化合物構造体を、ＣｕＫα線を用いた粉末Ｘ線回折装置を用い、そのＸ線回折パターンを測定した。結果を、それぞれ図３及び図４に示す。クリソタイル結晶、アモサイト結晶、クロシドライト結晶に特有のＸ線回折ピークが何れも見られなかった。
【０１２１】
＜耐熱性の評価＞
評価方法−１
上記全ての実施例で得られた、炭素アルミニウム複合化合物の粉末２０ｇ、又は、２０ｇのほぼ立方体に成型された炭素アルミニウム複合化合物被覆無機化合物構造体を、実質的に空気を遮蔽したマッフル炉中に入れ、１３００℃で２４時間加熱したが、外観、質量ともに全く変化が見られなかった。
【０１２２】
評価方法−２
上記全ての実施例で得られた、炭素アルミニウム複合化合物の粉末２０ｇ、又は、２０ｇのほぼ立方体に成型された炭素アルミニウム複合化合物被覆無機化合物構造体を、電気炉中で空気中の存在下で、１３５０℃で１時間加熱したが、外観、質量ともに全く変化が見られなかった。
【０１２３】
評価方法−３
上記全ての実施例で得られた、炭素アルミニウム複合化合物の粉末２０ｇ、又は、２０ｇのほぼ立方体に成型された炭素アルミニウム複合化合物被覆無機化合物構造体を、ＧＯＸで、１８００℃で３０分加熱したが、外観、質量ともに全く変化が見られなかった。
【０１２４】
＜難燃性の評価＞
評価方法−１
上記全ての実施例で得られた、炭素アルミニウム複合化合物又は炭素アルミニウム複合化合物被覆無機化合物構造体を、５ｍｍ×５ｍｍ×５０ｍｍに、常法に従って加圧成形し、燃焼ガスとしてブタンを用いた炎を成型体の先端に６０秒間接炎したが着火しなかった。また、溶融もせず、無煙性であった。
【０１２５】
評価方法−２
上記全ての実施例で得られた、炭素アルミニウム複合化合物又は炭素アルミニウム複合化合物被覆無機化合物構造体を、５ｍｍ×５ｍｍ×５０ｍｍに、常法に従って加圧成形し、難燃性試験ＵＬ９４を行ったが、全て燃焼認定垂直試験ＵＬ９４ Ｖ−０を満たした。
【０１２６】
＜導電性の評価＞
上記全ての実施例で得られた、炭素アルミニウム複合化合物又は炭素アルミニウム複合化合物被覆無機化合物構造体を、粉末のまま、φ７ｍｍ、長さ２００ｍｍのアクリル樹脂製パイプの中に詰めた。２ｃｍの高さから５回タッピングした後、直流電圧をパイプに詰めた試料の上と下から印可して、２０℃での電流値を測定した。このように軽く詰めただけの棒状の試験体の比抵抗は、何れも１０−６Ω・ｃｍ以下であった。
【０１２７】
＜耐薬品性の評価＞
上記全ての実施例で得られた、炭素アルミニウム複合化合物又は炭素アルミニウム複合化合物被覆無機化合物構造体１０ｇをフラスコにとり、それぞれ、１Ｎ（規定）希硫酸、５質量％水酸化ナトリウム、アセトンを、それぞれ１００ｇ添加して、２０℃に静置して化学反応の有無を目視で観察した。何れも外観に変化が見られず化学反応は進行していなかった。
【０１２８】
以上の結果より分かるように、上記実施例で得られた、本発明の「炭素アルミニウム複合化合物」又は「炭素アルミニウム複合化合物被覆無機化合物構造体」は、耐熱性、難燃性、導電性、耐薬品性が、共に優れていた。
【産業上の利用可能性】
【０１２９】
本発明の「炭素アルミニウム複合化合物」、「炭素アルミニウム複合化合物被覆無機化合物構造体」は、耐熱性、難燃性、導電性、耐薬品性に優れているため、電磁波シールド、導電性フィラー、不燃カーボン、不燃カーボンブラック、不燃耐火建材、有機金属代替、活性炭、有害物質吸着材、分子ふるい、耐摩擦材、紫外線防止剤、顔料、Ｃ／Ｃコンポジット超耐熱フィラー、ゴム補強材、アスファルト耐熱向上剤、土壌改良材等に広く利用されるものである。また、本発明の廃棄物の処理方法は、処理中に有毒粒子の飛散がなく、得られたものも有効に活用できるので、廃棄物処理のトータルのコストも削減され、上記分野に広く利用されるものである。
【０１３０】
本願は、２００７年５月１４日に出願した日本の特許出願である「特願２００７−１５３３４４」に基づくものであり、この出願の全ての内容はここに引用し、本発明の明細書の開示として取り込まれるものである。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
無機化合物粒子又は無機化合物粒子を含有する複合物に、ポリ塩化アルミニウム及び有機物を含有する水溶液を含浸させ、２６０℃〜２８００℃で焼成してなるものであることを特徴とする炭素アルミニウム複合化合物被覆無機化合物構造体。
【請求項２】
上記無機化合物粒子が針状無機化合物である請求項１記載の炭素アルミニウム複合化合物被覆無機化合物構造体。
【請求項３】
上記針状無機化合物がアスベスト、合成ゾノトライト又はガラス繊維である請求項２記載の炭素アルミニウム複合化合物被覆無機化合物構造体。
【請求項４】
上記複合物が廃棄物に含有されているものである請求項１記載の炭素アルミニウム複合化合物被覆無機化合物構造体。
【請求項５】
上記有機物が水溶性有機物である請求項１記載の炭素アルミニウム複合化合物被覆無機化合物構造体。
【請求項６】
上記水溶性有機物が糖類である請求項５記載の炭素アルミニウム複合化合物被覆無機化合物構造体。
【請求項７】
上記水溶液が、更に、リン酸（水素）塩又は（重）炭酸塩を含有するものである請求項１記載の炭素アルミニウム複合化合物被覆無機化合物構造体。
【請求項８】
針状無機化合物を含有する廃棄物を、ポリ塩化アルミニウムを含有する水溶液を吹き付けながら剥離し、そこに有機物を含有させた後、２６０℃〜２８００℃で焼成することによって請求項１ないし請求項７記載の炭素アルミニウム複合化合物被覆無機化合物構造体を形成させつつ廃棄物を処理することを特徴とする廃棄物の処理方法。
【請求項９】
請求項１ないし請求項７の何れかの請求項記載の炭素アルミニウム複合化合物被覆無機化合物を含有することを特徴とする耐熱性組成物。
【請求項１】
無機化合物粒子又は無機化合物粒子を含有する複合物に、ポリ塩化アルミニウム及び有機物を含有する水溶液を含浸させ、２６０℃〜２８００℃で焼成してなるものであることを特徴とする炭素アルミニウム複合化合物被覆無機化合物構造体。
【請求項２】
上記無機化合物粒子が針状無機化合物である請求項１記載の炭素アルミニウム複合化合物被覆無機化合物構造体。
【請求項３】
上記針状無機化合物がアスベスト、合成ゾノトライト又はガラス繊維である請求項２記載の炭素アルミニウム複合化合物被覆無機化合物構造体。
【請求項４】
上記複合物が廃棄物に含有されているものである請求項１記載の炭素アルミニウム複合化合物被覆無機化合物構造体。
【請求項５】
上記有機物が水溶性有機物である請求項１記載の炭素アルミニウム複合化合物被覆無機化合物構造体。
【請求項６】
上記水溶性有機物が糖類である請求項５記載の炭素アルミニウム複合化合物被覆無機化合物構造体。
【請求項７】
上記水溶液が、更に、リン酸（水素）塩又は（重）炭酸塩を含有するものである請求項１記載の炭素アルミニウム複合化合物被覆無機化合物構造体。
【請求項８】
針状無機化合物を含有する廃棄物を、ポリ塩化アルミニウムを含有する水溶液を吹き付けながら剥離し、そこに有機物を含有させた後、２６０℃〜２８００℃で焼成することによって請求項１ないし請求項７記載の炭素アルミニウム複合化合物被覆無機化合物構造体を形成させつつ廃棄物を処理することを特徴とする廃棄物の処理方法。
【請求項９】
請求項１ないし請求項７の何れかの請求項記載の炭素アルミニウム複合化合物被覆無機化合物を含有することを特徴とする耐熱性組成物。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１２−１４０３２２（Ｐ２０１２−１４０３２２Ａ）
【公開日】平成２４年７月２６日（２０１２．７．２６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−５８５７（Ｐ２０１２−５８５７）
【出願日】平成２４年１月１６日（２０１２．１．１６）
【分割の表示】特願２００８−５３２５１６（Ｐ２００８−５３２５１６）の分割
【原出願日】平成２０年１月１７日（２００８．１．１７）
【出願人】（５９１０９５２１４）株式会社ＨＩ−ＶＡＮ (11)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年７月２６日（２０１２．７．２６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２４年１月１６日（２０１２．１．１６）
【分割の表示】特願２００８−５３２５１６（Ｐ２００８−５３２５１６）の分割
【原出願日】平成２０年１月１７日（２００８．１．１７）
【出願人】（５９１０９５２１４）株式会社ＨＩ−ＶＡＮ (11)
【Ｆターム（参考）】
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