鋳物廃砂の無害化及び再利用方法
【課題】簡便な方法による鋳物廃砂の無害処理方法の提供を目的とし、さらに、無害化処理された鋳物廃砂の再利用方法の提供を目的とする。
【解決手段】鋳物廃砂を酸洗浄することを特徴とする鋳物廃砂の無害化処理方法。
【解決手段】鋳物廃砂を酸洗浄することを特徴とする鋳物廃砂の無害化処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鋳物の鋳造における鋳型又は中子等の材料に用いられる鋳物砂が使用後に廃砂となった場合に、その鋳物廃砂を無害化及び再利用する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
鋳物を鋳造する工程では鋳型、中子等の原料に山砂やケイ砂が用いられ、これらの鋳物砂はベントナイト、澱粉等を粘結剤として添加しながら繰り返し利用されているが、鋳物品質を確保するために再利用できない砂は鋳物廃砂として発生する。
鋳物砂は鉄系合金、銅系合金、アルミ系合金等、各種合金系の鋳造に使用されていることから、鋳物廃砂には有害となる物質が含まれていることが想定され、これまでは産業廃棄物として埋め立て処理されてきたが、埋め立て地の不足、環境負荷物質低減等の観点から再利用方法の構築が要望されている。
【０００３】
鋳物廃砂の再利用方法としてアスファルト骨材に利用する方法が提案され、これまで特許文献１，２に開示する方法が公知である。
しかし、特許文献１に開示する方法は、大きさ２．５ｍｍ以下の鋳物廃砂をそのままアスファルトの細骨材として再利用するものであり、有害物質が含まれている鋳物廃砂にそのまま適用できない。
特許文献２に開示する方法は、アルカリ系鋳物廃砂を選別し、アスファルト骨材に用いるものであり、この方法も有害物質が含まれている鋳物廃砂には適用できない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開昭５６−４５９５１号公報
【特許文献２】特開平９−３２３１３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、簡便な方法による鋳物廃砂の無害処理方法の提供を目的とし、さらに、無害化処理された鋳物廃砂の再利用方法の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る鋳物廃砂の無害化処理方法は、鋳物廃砂（以下、必要に応じて単に廃砂という。）を酸洗浄することを特徴とする。
【０００７】
廃砂は粒状物であることから希釈した酸水溶液に浸漬あるいは酸水溶液をスプレーする等して、廃砂を酸水溶液に接触させるだけで酸水溶液中に有害物質を溶出させることができる。
その後に水洗をし、酸分を除去することで鋳物廃砂を無害化できる。
なお、効率的に酸洗い及び水洗いをするには撹拌機で撹拌するのが好ましい。
【０００８】
酸洗浄に用いる酸は、塩酸、硝酸、硫酸等の無機酸が安価でよい。
その中でも塩酸が多くの種類の有害物質に効果的である。
また、酸の濃度も有害物質の溶出効率とその後の水洗効率とを考慮し、適宣設定することになるが１ｍｏｌ／ｌ〜６ｍｏｌ／ｌの範囲が好ましい。
酸による溶出効率を高めるには４０℃以上に加温するのが好ましく、さらには沸点に近い温度に加温してもよい。
【０００９】
上記のように無害化処理した鋳物廃砂は再生砂として、各種用途に適用できる。
本発明者らは、各種用途の中でもアスファルト骨材への適用を詳細に検討した結果、アスファルト舗装において従来の細砂の代替として、本発明に係る無害化処理鋳物廃砂を用いると混合アスファルトの量を低減できることが明らかになった。
【発明の効果】
【００１０】
本発明は鋳物廃砂を酸で洗浄し、その後に水洗により酸分を除去するだけで容易に無害化できる。
再生された鋳物廃砂は再生砂として各種用途に再利用できるが、その中でもアスファルトに細砂として配合すると混合物中の最適アスファルト（ＯＡＣ）の配合量を低減できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】モデル廃砂に対する酸洗浄による各元素の回収率を示す。
【図２】密粒度Ａｃ（１３Ｆ）再生材入りにおける再生砂の配合率と最適アスファルト量の試験結果を示す。
【図３】密粒度Ａｃ（２０Ｆ）改質材入りにおける再生砂の配合率と最適アスファルト量の試験結果を示す。
【図４】無害化処理装置のフロー図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
廃砂の酸洗浄効果をモデル砂を用いて検討した結果について、以下説明する。
＜モデル廃砂の作成＞
Ａｌ２Ｏ３を修飾したケイ砂１００ｇに対してＢｉ，Ｃｅ，Ｄｙ，Ｇｄ，Ｉｍ，Ｌｕ，Ｐｒ，Ｔａ，Ｖ，Ｗの各元素２．５ｐｐｍ溶液１００ｍｌを加えて、２３０ｒｐｍの速度で撹拌しながら２４時間放置した。
次に精製水１００ｍｌで１０回水洗し、８０℃×２４時間乾燥させてモデル廃砂を作成した。
＜モデル廃砂の酸洗浄試験＞
上記にて作成したモデル廃砂１ｇに対して４ｍｏｌ／ｌ濃度のＨＣｌ，５ｍｌを加え、ヒートブロック式加熱分解装置を用いて１時間加熱し、その後に口径４７ｍｍのガラス繊維濾紙（ＧＦ／Ｃ）を用いて吸引濾過し、ＩＣＰ−ＡＥＳにより各元素の濃度を測定し、酸洗浄による各元素の回収率を算出した。
その結果を図１のグラフに示す。
この結果から、概ね回収率が９０％を越えていた。
【００１３】
次に石川県内の鋳造工場にて発生した鋳物廃砂を用いて試験評価した。
＜予備調査＞
入手した鋳物廃砂に有する有害物質を確認するために各種試験を実施した。
（１）溶出試験
環境省の定める「土壌の汚染に係る環境基準（溶出基準）（環境省告示第４６号）」に従い、試験した結果を下記の表１に示す。
【００１４】
【表１】
【００１５】
（２）含有量試験
環境省の定める「土壌汚染対策の指定基準（含有量基準）（環境省告示第１９号）」に従い、試験した結果を下記の表２に示す。
【００１６】
【表２】
【００１７】
（３）鋳物廃砂の全量、定性分析試験
鋳物廃砂に含まれている物質を確認するために底質調査法により全量試験をした結果を下記表３に示し、エネルギー分散型蛍光Ｘ線分析装置にて定性分析試験をした結果を下記表４に示す。
【００１８】
【表３】
【００１９】
【表４】
【００２０】
上記表１〜４の結果から表中に□で示したように、銅、鉛、亜鉛が多く含まれていることが判明した。
【００２１】
次に、上記にて入手した鋳物廃砂の酸洗浄を行った。
廃砂３００ｇに対して４ｍｏｌ／ｌ ＨＣｌ水溶液３，０００ｍｌを加え、液温が沸点に近い温度（約１０５℃）になるように加熱し、３〜４時間酸洗浄処理した。
なお、３０分毎に約２分間撹拌した。
この酸洗浄を２回行った。
次に水による水洗を５回繰り返した。
水洗の際には撹拌を実施した。
【００２２】
上記の酸洗浄及びその後の水洗浄により得られた再生砂の各種試験を前述した予備調査と同様の方法で実施した結果を下記に表に示す。
【００２３】
【表５】
【００２４】
【表６】
【００２５】
【表７】
【００２６】
表５〜７の結果から本発明に係る酸洗浄により鋳物廃砂が無害化された。
【００２７】
次に、上記にて得られた再生砂の物性を評価した。
密度試験及び粒度試験結果を下記の表８に示す。
【００２８】
【表８】
【００２９】
この結果、アスファルト舗装において再生砂は細砂の代替に適していることが明らかになった。
【００３０】
次に、再生砂を細砂の代替材としてのアスファルト混合試験を実施した。
代表的なアスファルト混合物（Ａｃ）において再生砂の配合率と最適アスファルト量（ＯＡＣ）の関係を評価した結果を図２のグラフ及び図３のグラフに示す。
このことから再生砂の配合率を高くすると、ＯＡＣの値が減少する傾向が認められた。
【００３１】
次に、再生砂入りアスファルト混合物の品質試験を実施した。
【００３２】
【表９】
【００３３】
【表１０】
【００３４】
【表１１】
【００３５】
【表１２】
【００３６】
【表１３】
【００３７】
表９〜表１３にて再生砂入りとは本発明に係る酸洗浄及び水洗浄した再生砂をいい、参考に焼却灰を配合したデータも示した。
以上の試験結果から本発明に係る再生砂はアスファルトの骨材として有用であることが分かる。
なお、表９中、再生材とは道路等の補修工事で発生するアスファルトコンクリート発生材を破砕又は解体し、分級した骨材（再生骨材）をいう。
また、事前審査認定配合とは公共工事で従来から使用されている一般的なアスファルト混合物で、公的な機関で品質が保証されたアスファルト混合物の配合のことをいう。
【００３８】
図４に鋳物廃砂の無害化処理装置の例のフロー図を示す。
鋳物廃砂はホッパー１に投入され、スクリューフィーダー２等の搬送機を用いて第一酸洗浄装置１１に投入する。
第一酸洗浄装置１１は、酸水溶液３を添加し２〜５時間の滞留を経て、鋳物廃砂を次工程に送るが、複数回に分けて酸洗浄してもよく、本実施例では第二酸洗浄装置１２を設けた例になっている。
もちろん、１段目の酸洗浄のみでもよい。
酸洗浄装置から発生したガスは、ガス処理装置４に送られる。
洗浄後の酸水溶液は循環槽５に回収され、有害金属類を含む酸洗浄後の液はタンク６を経由して重金属回収装置７に送られる。
酸洗浄が終了した廃砂は第一水洗装置２１に送られ、撹拌機２１ａで撹拌水洗される。
本実施例では、水洗工程も２回に分けた例になっていて、第一固液分離装置２２にて回収された水洗後の廃砂は第二水洗装置２３に送られ、２回目の水洗が行われ、第二固液分離装置にて回収された廃砂は再生砂として貯えられる。
洗浄水は洗浄水回収槽２５に回収され、微小砂を回収装置２６にて除去した後にタンク２７を経て中和処理される。
【符号の説明】
【００３９】
３ 酸水溶液
４ ガス処理装置
７ 重金属回収装置
１１ 第一酸洗浄装置
１２ 第二酸洗浄装置
２１ 第一水洗装置
２１ａ 撹拌機
２２ 第一固液分離装置
２３ 第二水洗装置
２３ａ 撹拌機
２４ 第二固液分離装置
２５ 洗浄水回収槽
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鋳物の鋳造における鋳型又は中子等の材料に用いられる鋳物砂が使用後に廃砂となった場合に、その鋳物廃砂を無害化及び再利用する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
鋳物を鋳造する工程では鋳型、中子等の原料に山砂やケイ砂が用いられ、これらの鋳物砂はベントナイト、澱粉等を粘結剤として添加しながら繰り返し利用されているが、鋳物品質を確保するために再利用できない砂は鋳物廃砂として発生する。
鋳物砂は鉄系合金、銅系合金、アルミ系合金等、各種合金系の鋳造に使用されていることから、鋳物廃砂には有害となる物質が含まれていることが想定され、これまでは産業廃棄物として埋め立て処理されてきたが、埋め立て地の不足、環境負荷物質低減等の観点から再利用方法の構築が要望されている。
【０００３】
鋳物廃砂の再利用方法としてアスファルト骨材に利用する方法が提案され、これまで特許文献１，２に開示する方法が公知である。
しかし、特許文献１に開示する方法は、大きさ２．５ｍｍ以下の鋳物廃砂をそのままアスファルトの細骨材として再利用するものであり、有害物質が含まれている鋳物廃砂にそのまま適用できない。
特許文献２に開示する方法は、アルカリ系鋳物廃砂を選別し、アスファルト骨材に用いるものであり、この方法も有害物質が含まれている鋳物廃砂には適用できない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開昭５６−４５９５１号公報
【特許文献２】特開平９−３２３１３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、簡便な方法による鋳物廃砂の無害処理方法の提供を目的とし、さらに、無害化処理された鋳物廃砂の再利用方法の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る鋳物廃砂の無害化処理方法は、鋳物廃砂（以下、必要に応じて単に廃砂という。）を酸洗浄することを特徴とする。
【０００７】
廃砂は粒状物であることから希釈した酸水溶液に浸漬あるいは酸水溶液をスプレーする等して、廃砂を酸水溶液に接触させるだけで酸水溶液中に有害物質を溶出させることができる。
その後に水洗をし、酸分を除去することで鋳物廃砂を無害化できる。
なお、効率的に酸洗い及び水洗いをするには撹拌機で撹拌するのが好ましい。
【０００８】
酸洗浄に用いる酸は、塩酸、硝酸、硫酸等の無機酸が安価でよい。
その中でも塩酸が多くの種類の有害物質に効果的である。
また、酸の濃度も有害物質の溶出効率とその後の水洗効率とを考慮し、適宣設定することになるが１ｍｏｌ／ｌ〜６ｍｏｌ／ｌの範囲が好ましい。
酸による溶出効率を高めるには４０℃以上に加温するのが好ましく、さらには沸点に近い温度に加温してもよい。
【０００９】
上記のように無害化処理した鋳物廃砂は再生砂として、各種用途に適用できる。
本発明者らは、各種用途の中でもアスファルト骨材への適用を詳細に検討した結果、アスファルト舗装において従来の細砂の代替として、本発明に係る無害化処理鋳物廃砂を用いると混合アスファルトの量を低減できることが明らかになった。
【発明の効果】
【００１０】
本発明は鋳物廃砂を酸で洗浄し、その後に水洗により酸分を除去するだけで容易に無害化できる。
再生された鋳物廃砂は再生砂として各種用途に再利用できるが、その中でもアスファルトに細砂として配合すると混合物中の最適アスファルト（ＯＡＣ）の配合量を低減できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】モデル廃砂に対する酸洗浄による各元素の回収率を示す。
【図２】密粒度Ａｃ（１３Ｆ）再生材入りにおける再生砂の配合率と最適アスファルト量の試験結果を示す。
【図３】密粒度Ａｃ（２０Ｆ）改質材入りにおける再生砂の配合率と最適アスファルト量の試験結果を示す。
【図４】無害化処理装置のフロー図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
廃砂の酸洗浄効果をモデル砂を用いて検討した結果について、以下説明する。
＜モデル廃砂の作成＞
Ａｌ２Ｏ３を修飾したケイ砂１００ｇに対してＢｉ，Ｃｅ，Ｄｙ，Ｇｄ，Ｉｍ，Ｌｕ，Ｐｒ，Ｔａ，Ｖ，Ｗの各元素２．５ｐｐｍ溶液１００ｍｌを加えて、２３０ｒｐｍの速度で撹拌しながら２４時間放置した。
次に精製水１００ｍｌで１０回水洗し、８０℃×２４時間乾燥させてモデル廃砂を作成した。
＜モデル廃砂の酸洗浄試験＞
上記にて作成したモデル廃砂１ｇに対して４ｍｏｌ／ｌ濃度のＨＣｌ，５ｍｌを加え、ヒートブロック式加熱分解装置を用いて１時間加熱し、その後に口径４７ｍｍのガラス繊維濾紙（ＧＦ／Ｃ）を用いて吸引濾過し、ＩＣＰ−ＡＥＳにより各元素の濃度を測定し、酸洗浄による各元素の回収率を算出した。
その結果を図１のグラフに示す。
この結果から、概ね回収率が９０％を越えていた。
【００１３】
次に石川県内の鋳造工場にて発生した鋳物廃砂を用いて試験評価した。
＜予備調査＞
入手した鋳物廃砂に有する有害物質を確認するために各種試験を実施した。
（１）溶出試験
環境省の定める「土壌の汚染に係る環境基準（溶出基準）（環境省告示第４６号）」に従い、試験した結果を下記の表１に示す。
【００１４】
【表１】
【００１５】
（２）含有量試験
環境省の定める「土壌汚染対策の指定基準（含有量基準）（環境省告示第１９号）」に従い、試験した結果を下記の表２に示す。
【００１６】
【表２】
【００１７】
（３）鋳物廃砂の全量、定性分析試験
鋳物廃砂に含まれている物質を確認するために底質調査法により全量試験をした結果を下記表３に示し、エネルギー分散型蛍光Ｘ線分析装置にて定性分析試験をした結果を下記表４に示す。
【００１８】
【表３】
【００１９】
【表４】
【００２０】
上記表１〜４の結果から表中に□で示したように、銅、鉛、亜鉛が多く含まれていることが判明した。
【００２１】
次に、上記にて入手した鋳物廃砂の酸洗浄を行った。
廃砂３００ｇに対して４ｍｏｌ／ｌ ＨＣｌ水溶液３，０００ｍｌを加え、液温が沸点に近い温度（約１０５℃）になるように加熱し、３〜４時間酸洗浄処理した。
なお、３０分毎に約２分間撹拌した。
この酸洗浄を２回行った。
次に水による水洗を５回繰り返した。
水洗の際には撹拌を実施した。
【００２２】
上記の酸洗浄及びその後の水洗浄により得られた再生砂の各種試験を前述した予備調査と同様の方法で実施した結果を下記に表に示す。
【００２３】
【表５】
【００２４】
【表６】
【００２５】
【表７】
【００２６】
表５〜７の結果から本発明に係る酸洗浄により鋳物廃砂が無害化された。
【００２７】
次に、上記にて得られた再生砂の物性を評価した。
密度試験及び粒度試験結果を下記の表８に示す。
【００２８】
【表８】
【００２９】
この結果、アスファルト舗装において再生砂は細砂の代替に適していることが明らかになった。
【００３０】
次に、再生砂を細砂の代替材としてのアスファルト混合試験を実施した。
代表的なアスファルト混合物（Ａｃ）において再生砂の配合率と最適アスファルト量（ＯＡＣ）の関係を評価した結果を図２のグラフ及び図３のグラフに示す。
このことから再生砂の配合率を高くすると、ＯＡＣの値が減少する傾向が認められた。
【００３１】
次に、再生砂入りアスファルト混合物の品質試験を実施した。
【００３２】
【表９】
【００３３】
【表１０】
【００３４】
【表１１】
【００３５】
【表１２】
【００３６】
【表１３】
【００３７】
表９〜表１３にて再生砂入りとは本発明に係る酸洗浄及び水洗浄した再生砂をいい、参考に焼却灰を配合したデータも示した。
以上の試験結果から本発明に係る再生砂はアスファルトの骨材として有用であることが分かる。
なお、表９中、再生材とは道路等の補修工事で発生するアスファルトコンクリート発生材を破砕又は解体し、分級した骨材（再生骨材）をいう。
また、事前審査認定配合とは公共工事で従来から使用されている一般的なアスファルト混合物で、公的な機関で品質が保証されたアスファルト混合物の配合のことをいう。
【００３８】
図４に鋳物廃砂の無害化処理装置の例のフロー図を示す。
鋳物廃砂はホッパー１に投入され、スクリューフィーダー２等の搬送機を用いて第一酸洗浄装置１１に投入する。
第一酸洗浄装置１１は、酸水溶液３を添加し２〜５時間の滞留を経て、鋳物廃砂を次工程に送るが、複数回に分けて酸洗浄してもよく、本実施例では第二酸洗浄装置１２を設けた例になっている。
もちろん、１段目の酸洗浄のみでもよい。
酸洗浄装置から発生したガスは、ガス処理装置４に送られる。
洗浄後の酸水溶液は循環槽５に回収され、有害金属類を含む酸洗浄後の液はタンク６を経由して重金属回収装置７に送られる。
酸洗浄が終了した廃砂は第一水洗装置２１に送られ、撹拌機２１ａで撹拌水洗される。
本実施例では、水洗工程も２回に分けた例になっていて、第一固液分離装置２２にて回収された水洗後の廃砂は第二水洗装置２３に送られ、２回目の水洗が行われ、第二固液分離装置にて回収された廃砂は再生砂として貯えられる。
洗浄水は洗浄水回収槽２５に回収され、微小砂を回収装置２６にて除去した後にタンク２７を経て中和処理される。
【符号の説明】
【００３９】
３ 酸水溶液
４ ガス処理装置
７ 重金属回収装置
１１ 第一酸洗浄装置
１２ 第二酸洗浄装置
２１ 第一水洗装置
２１ａ 撹拌機
２２ 第一固液分離装置
２３ 第二水洗装置
２３ａ 撹拌機
２４ 第二固液分離装置
２５ 洗浄水回収槽
【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋳物廃砂を酸洗浄することを特徴とする鋳物廃砂の無害化処理方法。
【請求項２】
酸洗浄した鋳物廃砂をアスファルト骨材に用いることを特徴とする鋳物廃砂の再利用方法。
【請求項１】
鋳物廃砂を酸洗浄することを特徴とする鋳物廃砂の無害化処理方法。
【請求項２】
酸洗浄した鋳物廃砂をアスファルト骨材に用いることを特徴とする鋳物廃砂の再利用方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１２−２０６０９２（Ｐ２０１２−２０６０９２Ａ）
【公開日】平成２４年１０月２５日（２０１２．１０．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−７５８４２（Ｐ２０１１−７５８４２）
【出願日】平成２３年３月３０日（２０１１．３．３０）
【出願人】（５０４１６０７８１）国立大学法人金沢大学 (282)
【出願人】（５９８１６１４７３）株式会社金沢舗道 (2)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１０月２５日（２０１２．１０．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月３０日（２０１１．３．３０）
【出願人】（５０４１６０７８１）国立大学法人金沢大学 (282)
【出願人】（５９８１６１４７３）株式会社金沢舗道 (2)
【Ｆターム（参考）】
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