專利名稱：含石棉材料的防飛散方法及廢材處理方法、石棉廢材處理品的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種防止石棉纖維的飛散、并熔融固化石棉纖維的技 術，根據(jù)該技術，在分解已施工的含石棉材料(建材、產品)時、在回 收和搬運分解的含石棉材料時、在對回收的含石棉材料進行瑢融處理
時，可防止石棉的飛散，同時，可以將含石棉材料在150(TC以下的低溫 進行熔融處理。
背景技術：
以往，使用石棉的產品由于其具有優(yōu)良的耐熱性、耐化學腐蝕性、 絕緣性而被廣泛用于建筑材料等耐火覆蓋材料或制動塊等。但是，石棉 雖然具有優(yōu)良的特性，但人體吸入飛散的石棉粉塵后會引起石棉肺、肺 癌或惡性間皮瘤等重大疾病。
現(xiàn)在，含石棉的產業(yè)廢棄物主要填埋于最終處理的地方，填埋處理 的處理量根據(jù)填埋場所等的限定而有一定的限度。因此提出了防止來自 這樣的含石棉的產業(yè)廢棄物的石棉纖維飛散的方法或使含石棉的產業(yè) 廢棄物無害化的處理方法。
例如，在專利文獻1中公開了添加氧化化合物等熔融助劑以進行熔 融固化的處理方法。
在專利文獻2中公開了用磷酸處理后加入碳酸鈣等堿劑以進行無 害化的處理方法。
在專利文獻3中公開了使含石棉的廢棄物含水后，添加硅酸鈉或硅 酸鉀，在纖維表面形成堿金屬硅酸鹽(alkali silicate)的凝膠層，使其 在1000 1200'C下燒成并燒結的處理方法。
在專利文獻4中公開了在分解石棉建材等時，通過浸漬密封劑以防 止石棉飛散的處理方法。
在專利文獻5中公開了將裝配于金屬制結構物的石棉浸漬密封劑， 然后裝入收存容器并進行熔融處理的方法。特開昭62—237984號公報特公平05—012994號公報特開平09—110514號公報特開2006—063299號公報特開2006—043620號公報
但是，上述的文獻存在以下的問題點。
在專利文獻1中，以熔融固化含石棉廢材使得石棉在熔融時玻璃化 或形成無害的晶體為目的，公開了將石棉廢材在混合器中粉碎后，由料 斗添加熔融助劑的方法，但由于是設定向封閉空間(混合器)中的石棉 廢材添加熔融助劑，所以并沒有要求選擇的熔融助劑具有防止石棉飛散 的效果，因此并不清楚這些熔融助劑是否具有防止石棉飛散的效果。
在專利文獻2中，以破壞石棉的纖維結構為目的，公開了將石棉廢 材與磷酸水溶液等混合攪拌后進行造粒、燒成，再添加碳酸鈣等堿劑后 燒成而成為粒狀物的方法，但由于是設定石棉與磷酸水溶液等混合、攪 拌、造粒的濕式混合，所以并沒有要求這些化學試劑具有防止石棉飛散 的效果，因此并不清楚這些化學試劑是否具有防止石棉飛散的效果。
在專利文獻3記載的添加硅酸鈉或硅酸鉀后進行燒成并燒結的處 理方法中，以使含石棉的產業(yè)廢棄物無害化、有效利用為目的，公開了 將石棉廢材粉碎后與硅酸鈉等混合混煉的方法，但由于是設定粉碎石棉 廢材、將硅酸鈉等與水混合、并進行熟化固化，所以要求化學試劑起到 作為固化劑的作用，并沒有要求這些化學試劑具有防止石棉飛散的效 果，而且并不清楚這些助劑是否具有防止石棉飛散的效果。
在專利文獻4記載的通過浸漬密封劑來防止石棉飛散的處理方法 中，記載了在含石棉物質的表面使由硅酮和烷氧基硅垸構成的硅化合物
浸漬并固化，從而防止石棉的飛散，但由于其目的是長期防止石棉飛散， 所以要求密封劑的作用只是飛散防止劑，在熔融處理使用了這些化學試 劑的石棉材料時，并不清楚是否能夠進行低溫熔融。
在專利文獻5記載的將密封劑浸漬于裝配于金屬制結構物的石棉 中，然后裝入收存容器后進行熔融處理的方法中，只是為了防止飛散而 噴涂密封劑，在熔融處理使用了這些化學試劑的石棉材料時，并不清楚 是否能夠進行低溫熔融。

發(fā)明內容
本發(fā)明者等對上述課題進行研究和開發(fā)的結果，發(fā)現(xiàn)使用硅酸鋰作 為飛散防止劑，則在分解已施工的含石棉材料時、在回收和搬運分解后 的含石棉材料時、在對回收的含石棉材料進行熔融處理時，可防止石棉 飛散，同時，還可以在1500'C以下的低溫下對含石棉材料進行熔融處理， 從而完成本發(fā)明。
本發(fā)明的第一個方面是一種含石棉材料的防飛散方法，其特征在 于，將2 100重量％的硅酸鋰作為干燥固體成分浸漬于含石棉材料中。 在此，"將2 100重量％的硅酸鋰作為干燥固體成分浸漬于含石棉材料 中"是指將作為干燥固體成分的2 100重量份的硅酸鋰浸漬于100重 量份的含石棉材料中。
本發(fā)明的第二個方面是一種含石棉材料的廢材處理方法，其特征在 于，將由防飛散方法得到的含石棉材料進行干燥并固化，從而成為廢材。
本發(fā)明的第三個方面是一種石棉廢材的熔融處理方法，其特征在 于，對由含石棉材料的廢材處理方法得到的石棉廢材再進行熔融處理。
本發(fā)明的第四個方面是一種由含石棉材料的廢材處理方法得到的 石棉廢材處理品。
本發(fā)明的第五個方面是一種由含石棉材料的熔融處理方法得到的 石棉熔融處理品。
本發(fā)明具有以下的效果。 (1) 石棉與水的親和性低，分解含石棉產品時即使噴撒水，防止 石棉飛散的效果也很低。與之比較，硅酸鋰與石棉的親和性高，分解含 石棉產品時如果噴撒硅酸鋰水溶液，分解時防止石棉飛散的效果就高。 這是由于以下的原因。
硅酸鋰水溶液由表面電荷為負的膠體狀二氧化硅和正電的鋰離子 組成，是電平衡的水溶液。
在此，石棉中的青石棉、鐵石棉的表面電荷為負，與硅酸鋰水溶液 中的硅酸成分(膠體狀二氧化硅)的表面電荷相同。因此認為，如果在 例如噴涂材那樣的石棉纖維集合體上涂布硅酸鋰水溶液，則在水溶液 中，石棉纖維的表面電荷與膠體狀二氧化硅的表面電荷相斥，石棉纖維、 膠體狀二氧化硅分散，通過鋰離子保持平衡，從而與石棉纖維的親和性 變高(潤濕)。
由于石棉纖維的表面被硅酸鋰潤濕，石棉纖維難以飛散，同時如果 在這一狀態(tài)下進行干燥，則膠體狀二氧化硅與石棉纖維一起固化，從而 干燥后也可保持防止石棉飛散的效果。
作為具有這樣效果的材料，也可以考慮例如其它的堿金屬硅酸鹽， 實際上堿金屬硅酸鹽的水溶液對石棉纖維都具有良好的潤濕性，具有防 止飛散的效果。
但是，硅酸鋰由于鋰離子的離子半徑比其它的堿金屬的離子半徑 小，能夠吸附于石棉纖維表面的量多，因此認為其親和性最高，防止石 棉纖維飛散的效果最好。
(2) 通過干燥浸漬了硅酸鋰水溶液的石棉廢材，并加熱熔融處理 該石棉廢材，可以使浸漬于石棉廢材中的硅酸鋰在500 110(TC溫度范 圍凝膠化，并附著于石棉纖維表面，從而防止加熱熔融時的石棉飛散(可 以束縛石棉纖維)。另外，可以使通常1500'C以上的石棉熔融結束溫度 最大降低至136(TC。
這是由于添加硅酸鋰中的Li20，使相平衡狀態(tài)發(fā)生了變化。其形態(tài) 示于圖IO。圖10是Li2O和SiO2的相平衡狀態(tài)圖，顯示了隨著Li20比
率的增高熔融溫度降低的狀態(tài)。
例如，將硅酸鋰(Si02: Li20摩爾比二3.5: 1)以重量比為1: 1 的比例浸漬于溫石棉(Mg6Si401() (OH) 8)時，該混合物變成Li20: Si02 摩爾比=14: 86，此時的熔點在理論上顯示為約1380°C。
(3) 如果將由附著了硅酸鋰的石棉溫石棉(白石棉)構成的石棉 廢材加熱至700。C以上，則變?yōu)殒V橄欖石(foresterite)、 二氧化硅、頑 輝石的晶體結構，再加熱至900'C以上，則主要變?yōu)槎趸?、頑輝石 的晶體，幾乎沒有了鎂橄欖石的晶體。由于鎂橄欖石經過長的時間會水 和而還原成溫石棉的可能性，因而安全性更高。
(4) 通過將硅酸鋰水溶液浸漬于石棉廢材中，可使硅酸鋰固化， 防止來自于石棉廢材的石棉飛散，同時由于不會潮解流動，所以不會降 低石棉纖維的束縛力，如果必要，可以長期防止石棉飛散。另外，在堿 性物質中由于pH比較低，因此作業(yè)時的安全性高，也不容易腐蝕處理 現(xiàn)場。


圖1是表示本發(fā)明的第一實施方式的流程圖。
圖2是作為含石棉材料的煙囪用絕熱材料的說明圖。
圖3是表示本發(fā)明的第2實施方式的概念圖。
圖4是浸漬了硅酸鋰水溶液的石棉的DSC圖。
圖5是用作試樣的石棉廢材。
圖6是加熱至50(TC和1100。C的石棉廢材。
圖7是施加了密封劑的石棉廢材的XRD圖。
圖8是在900'C加熱后用研缽粉碎的石棉廢材。
圖9是沒有施加密封劑的石棉廢材的XRD圖。
圖10是Li2O—SiO2系的相平衡狀態(tài)圖。
符號說明10煙囪 20絕熱層 30襯層
具體實施例方式
對本發(fā)明的第一實施方式的防石棉飛散的方法加以說明，圖1所示 的情況1是將硅酸鋰水溶液浸漬于在己建成的建筑物等上施工的含石棉 材料中，然后干燥，從而防止來自于含石棉材料的石棉飛散。
另外圖l所示的情況2是將硅酸鋰水溶液浸漬于在已建成的建筑物 等上施工的含石棉材料中，使其干燥并固化，然后將該已建成的建筑物 與進行了防飛散處理的石棉廢材一起分解，然后從施工現(xiàn)場進行搬運， 并進行填埋等處理。
在此，以煙囪用絕熱材料(NICHIAS公司制"商品名capo stack") 為例作為含石棉材料，對浸漬硅酸鋰水溶液以防止石棉飛散的工序進行 以下的說明。
首先，含石棉材料的煙囪用絕熱材料如圖2所示，是指設置在建筑 物上的鍋爐或發(fā)電機用的煙囪10的內側構建的絕熱層20或襯層30所 使用的毛氈狀的絕熱材料。
將硅酸鋰水溶液注入該煙囪用絕熱材料(含石棉材料)中。此時， 注入硅酸鋰水溶液以使相對于煙囪用絕熱材料的重量浸漬硅酸鋰的干 燥固體成分2 100重量％。然后干燥硅酸鋰水溶液，硅酸鋰的干燥固 體成分附著于煙囪用絕熱材料上并固化，從而防止了石棉的飛散。
上述情況1和情況2的任何一種情況下，由于附著于含石棉材料的 硅酸鋰與石棉的親和性高，而且不會潮解流動，因此具有可以長期束縛 含石棉材料所含的石棉纖維，防止石棉飛散的優(yōu)點。另外，由于比硅酸 鈉或硅酸鉀更接近中性，因此作業(yè)時對作業(yè)者的安全性高，而且也不會 腐蝕已建成的建筑物等。
下面，本發(fā)明的第2實施方式如圖3所示，對在熔融爐內熔融石棉
廢材并進行無害化處理的方法加以說明，所述石棉廢材是將硅酸鋰水溶 液浸漬于含石棉材料中并千燥，從而經過防飛散處理的石棉廢材。另外, 上面已經對在含石棉材料中浸漬硅酸鋰水溶液的工序進行了敘述，在此 省略。
在IO(TC以上加熱浸漬了硅酸鋰水溶液的含石棉材料約3小時，使 其干燥，成為附著了硅酸鋰的固體成分的石棉廢材。然后將該石棉廢材 投入至熔融爐內，升溫至約150(TC，使石棉廢材熔融。
粘著于投入至熔融爐內的石棉廢材上的硅酸鋰在500 1 IOO'C的溫 度范圍凝膠化，附著于石棉纖維的表面，從而防止石棉的飛散。
另外，通過浸漬相對于石棉廢材其干燥固體成分為2 100重量％ 的硅酸鋰水溶液，可以使一般為1500'C以上的石棉的熔融溫度降至約 1360 。C。
另外，日本的石棉障礙預防規(guī)則是將在分解飛散性石棉建材等時進 行防飛散處理作為義務。而且日本的廢棄物處理法獎勵為使石棉廢材無 害化而在1500'C以上進行熔融的做法，要求投入熔融爐內的廢材直到即 將熔融的溫度，纖維都不會飛散。
加熱熔融處理浸漬了硅酸鋰的石棉廢材時，
(1) 使用以樹脂為主成分的飛散防止劑時，能夠束縛石棉纖維的 臨界值約為400'C，與此相比，硅酸鋰可以在直到約IIOO'C的高溫范圍 束縛石棉纖維。這是由于使用了以樹脂為主成分的飛散防止劑時，加熱 使密封劑被燒掉，而硅酸鋰即使加熱也不會被燒掉，而是玻璃化，因此 可以在高溫下束縛石棉。所以在石棉纖維的熔融處理時可以極大地降低 石棉飛散的可能性。
(2) 加熱熔融爐的結構是各種各樣的，有的并不是在熔融處理石 棉廢材前的升溫工序就用蓋等密封熔融爐的投入口的結構，有的是升溫 時沒有采取充分的防止石棉飛散對策的結構，但通過使用硅酸鋰水溶液 作為飛散防止劑，升溫時可以防止石棉的飛散。
(3) 迄今為止石棉廢材的熔融溫度都為1500°C，但通過硅酸鋰可
以將該熔融溫度降至約1360°C，因此可以降低石棉廢材的熔融處理所需
的能量。
下面對本發(fā)明的實施例加以說明。
圖4是浸漬硅酸鋰水溶液作為飛散防止劑的含石棉材料(實施例) 和不含密封劑的含石棉材料(比較例)的從常溫至150(TC的差示掃描量 熱(Differential Scanning Calorimetry:DSC)圖。實線表示實施例， 虛線表示比較例。 [實施例]
作為含石棉材料，使用石棉溫石棉(白石棉)的含量約100重量％ 的噴涂材(圖5)。該噴涂材的厚度為2 3mm，是用于建筑物屋頂?shù)牟?料。另外該噴涂材在分解時于表面涂布了由有機物組成的飛散防止劑。
使水溶液中的硅酸鋰干燥固體成分為26重量％、 Si02和Li20的摩 爾比為3.5，將此硅酸鋰水溶液噴霧浸漬于大小約為75 X 75mm的石棉 廢材中，使附著量相對于含石棉材料約為100重量％。然后使上述含石 棉材料在105'C干燥約3小時。干燥后確認含石棉材料的正面及背面， 硅酸鋰的固體成分析出并覆蓋了石棉纖維。將該干燥體在50(TC加熱6 分鐘、在1100'C加熱3分鐘并觀察其外觀。在50(TC 110(TC的溫度范 圍析出凝膠狀固體，全部變得堅硬。用顯微鏡觀察，是白色凝膠狀物質 堅硬地覆蓋于纖維的狀態(tài)(圖6)，并且不能看到凝膠的流出。因此明確 了至少直到1100'C抑制了纖維的飛散。另外，對施以密封劑的含石棉材 料進行差示掃描量熱分析，明確了在約1360'C產生熔融(參照圖4)。
再分別在約70(TC、 800°C、 90(TC各加熱2小時，確認結晶相的變 化。由圖7可知在50(TC加熱了 6分鐘時盡管殘留若干石棉(溫石棉)， 但可看到硅酸鋰的生成，由圖6可知覆蓋于纖維的物質為硅酸鋰。再升 高加熱溫度，在700。C以上加熱則不能檢出石棉(溫石棉)的晶體，除 了硅酸鋰之外，還確認有鎂橄欖石、二氧化硅、頑輝石。然后在900。C 加熱時，硅酸鋰以外的化合物幾乎都是二氧化硅、頑輝石，只檢出極少
的鎂橄欖石。
這被認為是由以下的反應所產生的。
2Mg3Si205(OH)4—3Mg2Si04+Si02+4H20 (式1 〉
3Mg2Si04+Si02—2Mg2Si04+2 MgSi03 (式2)
3Mg2Si04+3Si02—6MgSi03 (式3)
上述式中，Mg3Si205(OH)4是石棉，Mg2Si04是鎂橄欖石，Si02是 二氧化硅、MgSi03是頑輝石。
通常加熱石棉發(fā)生(式1)的反應，再加熱發(fā)生(式2)的反應。 此處(式l)中，相對于2mol石棉生成lmol二氧化硅。(式2)中，進 行消耗該二氧化硅的反應，各生成相同mol的鎂橄欖石和頑輝石。本發(fā) 明的實施例由于使用硅酸鋰的水溶液作為密封劑，所以可以認為通過提 供二氧化硅成分則主要發(fā)生近于(式3)的反應。另外，(式1)、(式2) 的反應一般分別在800 950。C、 1000 120(TC發(fā)生。可以認為，本發(fā)明 的實施例在700'C以上的溫度下主要發(fā)生(式2)的反應，在90(TC以上 主要發(fā)生(式3)的反應。這被認為是硅酸鋰凝膠化后覆蓋于石棉的表 面，使石棉和二氧化硅的反應面積增加的緣故。
在此，與未加熱的含石棉材料(石棉廢材)比較，施以密封劑并在 卯O'C加熱后的含石棉材料(石棉廢材)變得非常脆，如果用研缽粉碎 凝膠物質內部發(fā)現(xiàn)的纖維狀物質，很容易就能粉碎，并且纖維狀物質消 失(圖8)。 [比較例]
作為含石棉材料，使用石棉溫石棉(白石棉)的含量約為100重量 %、用于構筑建筑物屋頂、分解時施加了有機飛散防止劑的噴涂材。不 在該含石棉材料中浸漬硅酸鋰水溶液，以與上述實施例相同的條件進行 干燥、燒成，結果加熱至500'C就整個面變黑，該黑色生成物覆蓋了石 棉纖維的表面，但束縛力低，不能束縛石棉纖維。再在1100'C加熱3 分鐘，則石棉纖維變脆，變得容易斷裂，纖維的纏繞變松，變得容易飛 散(圖6)。因此明確了只使用由有機成分組成的飛散防止劑，加熱時有
可能會產生石棉纖維的飛散。此外，對未施加密封劑的廢材進行差示掃
描量熱分析，結果熔點約為150(TC以上(參照圖4)。
其次，在70(TC、 800°C、卯(TC分別加熱2小時并確認結晶相的變 化。由圖9可知在50(TC加熱6分鐘時石棉(溫石棉)幾乎沒有變化。 如果再提高加熱溫度，在70(TC以上加熱則不能檢出石棉(溫石棉)的 晶體，生成了鎂橄欖石、二氧化硅、頑輝石。然后在900'C加熱時，則 幾乎都是鎂橄欖石，二氧化硅、頑輝石僅有一點點。
這被認為是由于與實施例的情況不同，沒有來自外部的二氧化硅成 分的供給，所以主要進行了上述記載的(式l)禾B (式2)的反應。
再者，將該含石棉材料(石棉廢材)于90(TC加熱后的石棉廢材與 未加熱的情況比較，變得非常脆，但其內部可看到纖維狀的物質。于是， 將其用研缽粉碎，則留下纖維狀物質(圖8)。
本發(fā)明可以廣泛用于常溫時處理含石棉材料的情況(應急處理時或 分解并搬運時等)以及升溫時即加熱熔融處理的情況。另外，也可以作 為防止來自含石棉材料的石棉飛散的結構而廣泛利用。
權利要求
1、一種含石棉材料的防飛散方法，其特征在于，將2～100重量％的硅酸鋰作為干燥固體成分浸漬于含石棉材料中。
2、 一種含石棉材料的廢材處理方法，其特征在于，將由所述權利 要求1記載的防飛散方法得到的含石棉材料進行干燥并固化，從而成為 廢材。
3、 一種石棉廢材的熔融處理方法，其為所述權利要求2記載的含 石棉材料的廢材處理方法，其特征在于，將得到的石棉廢材再進行熔融 處理。
4、 由所述權利要求2記載的含石棉材料的廢材處理方法得到的石 棉廢材處理品。
5、 由所述權利要求3記載的含石棉材料的熔融處理方法得到的石 棉熔融處理品。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種從對已施工的含石棉材料的應急處理或分解和搬運到分解后的石棉廢材的加熱熔融處理的一系列含石棉材料的廢材處理技術。是將浸漬了硅酸鋰的石棉廢材于熔融爐內熔融并進行無害化的處理方法，是防止石棉飛散的處理方法。浸漬于石棉廢材的硅酸鋰在500～1100℃的溫度范圍內凝膠化，并附著于纖維表面，從而防止石棉的飛散。還可以將石棉的熔融溫度降至約1360℃。
文檔編號B09B3/00GK101185934SQ20071015327
公開日2008年5月28日 申請日期2007年9月29日 優(yōu)先權日2006年9月29日
發(fā)明者葉貴磨, 成田毅, 阿部直毅, 黑坂和彌 申請人:霓佳斯株式會社