廃石膏ボードのリサイクル法の探索プロジェクト

廃石膏ボードのリサイクル法の探索プロジェクト
The search project of recycling law of waste gypsum board
14ME223 ファンクーンマン (PHAN CONG MAN)
1. 石膏ボードの定義
石膏ボード（せっこうボード・ gypsum
board）は、石膏を主成分とした素材を板状
にし、特殊な板紙で包んだ建築材料です。
特徴としては、断熱・遮音性が高く、また
とても丈夫ですが値段が安いで、壁や床を
造る際には広く使われている。
2.石膏の変態と条件
図 1 のように、紙を分離した状態の
廃石膏は硫酸カルシウムの二水石膏
（ CaSO4 ･ 2H2O ）で、加熱すると約 42 ℃
から結晶水は分離開始し、約 130 ～
160℃で 2/3 の結晶水を失い硫酸カルシ
ウムと１／２水和物の半水石膏
（ CaSO4 ･ 1/2H2O ）になる。この半水石
膏に水を加えると固化して二水石膏に戻
る性質がある。
さらに約 180 ～ 600 ℃ で加熱すると硫
酸カルシウム（ CaSO4 ）の無水石膏にな
るが、これに水を加えるだけでは固化し
ないがアルカリ雰囲気により固化して二
水石膏に戻る性質がある。なお、 180 ～
190 ℃ で加熱時に生成される Ⅲ 型無水石
膏は、そのまま加熱すること無く放置す
ることで半水石膏に戻る性質がある。
図 1:石膏の変態
日本では 1921 年から生産が始まり、
1960 年代に入って、公害対策のため火
力発電所や肥料工場などの排煙対策とし
て脱硫石膏が大量に排出されるようにな
ったことで石膏ボードの生産量は増加し
ていった。図 2 より 1974 年の第一次オ
イルショック以降、建築量が横ばいにな
ったが 1982 年に住宅金融公庫が定めた
「省令準耐火構造」において石膏ボード
の使用が誘導された事により、合板から
石膏ボードへの切り替えが急速に進んだ
ため生産量は増え続け 1997 年にピーク
に達したが今後も年間 450 万 t 程度の供
給が予想される。
しかし、石膏ボードを使用した建物の寿
命により解体が始まった 1990 年頃から、
建物新築時の端材とともに廃石膏ボード
の最終処分場での硫化水素の発生や有害
物質（カドミウム、ヒ素、フッ素など）
の溶出など様々な問題が発生し課題が明
らかになった。解決策の検討は進められ
ているが有効な対策が無く、早急なリサ
イクル用途開発が求められている。
図 2 日本の石膏ボード生産量推移
（石膏ボード工業会データより）
3)廃石膏ボードの現状
建物新築時に使用する石膏ボードの切断端
材や余剰材料を新築系廃石膏ボードと呼び、
建物の寿命（物理的、経済的）により解体
に排出される石膏ボードを解体系廃石膏ボ
ードと呼ぶ。
新築系廃石膏ボードは、建物の内壁や天井
下地寸法から端材が最小限になるように検
討する歩留まり管理や、使用量を精緻化す
る発注管理などの努力により排出量が減少
し、将来的にも 16 万ｔ／年程度の排出量で
安定すると予想されている。
一方、図 3 のように日本の建物の平均寿命
が 26 年程度２）であり、1970 年頃に建設さ
れた建物の解体が始まった 1990 年代になっ
てから解体系廃石膏ボードは急激に増加し、
2000 年には新築系廃石膏ボード排出量の 2
倍を超えて増え続けている。
1999 年に複数の安定型処分場において硫化
水素の発生事故が発生し、社会問題になっ
た。調査した結果、有機物入り紙を剥がし
た廃石膏でも安定型処分場の土に存在する
有機物で硫化水素が発生することが明らか
になったため、2006 年 6 月以降、廃石膏も
管理型処分場への廃棄が義務づけられた。
そのため、紙を分離する必要が無くなった
解体系廃石膏ボードは紙付のまま分離して
管理型処分場に廃棄するのが主流になった。
一方、新築系廃石膏ボードは品質が安定し
ており、紙の分離が容易なので廃石膏はリ
サイクルされているが、解体系廃石膏ボー
ドは品質問題からリサイクルは進んでいな
い。これから増え続ける解体系廃石膏ボー
ドの排出量を見込んで紙を分離する設備を
導入した産業廃棄物業者から、解体系廃石
膏ボードから紙を分離した廃石膏の利用用
途を探索する動きが活発になったが有効な
対策はなかなか見つかっていない。
3.1) 新築系廃石膏ボードの状況
図 3 建物の平均寿命
（平成 8 年建設白書より）
図 2 のように、1990 年以降、新築に使用さ
れる石膏ボードは年間 450 万ｔ供給されて
おり、今後も安定的に供給（使用）される
ことが予想されている。解体系廃石膏ボー
ドの排出量は図 4 の 2030 年の予想量が 225
万 t であることから、2060 年頃には解体系
廃石膏ボードの排出量が年間 450 万ｔに達
し、新築系廃石膏ボード 16 万ｔの合計 466
万ｔほどの廃石膏ボードが 2060 年以降、毎
年排出され続けることが予想される。
図 4 廃石膏ボードの排出量推移
（石膏ボード工業会データより）
施工者の活動（歩留り計画など）で減少
傾向にあり、現在 30 万 t/年が施工者の
活動（分離収集など）で回収されている。
仕様が明確（メーカー、製造時期など）
であるため、写真 1-1 のように汚れや仕
上げ材など他材の混在が少なく、比較的
大型なので紙の分離がし易く、品質も安
定している。回収された 87％(26 万 t/
年）が石膏ボードへのリサイクルされて
おり、今後は 16 万 t/年で安定する予測
です。
新築系廃石膏ボードの状態
3.2) 新築系廃石膏ボードの状況
現在 91 万 t/年が回収されているが、
工期や経済性の面で機械解体や他材との
混合廃棄物として処分されるものは除か
れる。手解体による分別活動により進め
られているが、仕上げ材除去や下地から
の取外しが難しく写真 1-2 のように小さ
く砕かれるので紙の分離や分離石膏の取
出しが難しく品質が安定しないので石膏
ボードへのリサイクルは進んでいない
3.3) 廃石膏ボードの取り扱いについ
ての変遷
従来、廃石膏ボードは一般的な建築廃
棄物として安定型処分場に廃棄されてき
た。しかし、安定型処分場で発生件数は
少ないものの有機物が存在する嫌気性下
で廃石膏の硫酸塩が硫酸塩還元菌により
硫化水素が発生しているケースが認めら
れることから、図 1-4 のように 1998 年
6 月に廃石膏ボード(紙付)は管理型処分
場に廃棄することが義務づけられたが、
廃石膏ボードから有機物である紙を除去
した石膏は従来通り安定型処分場への廃
棄が認められた。この時、多くの産業廃
棄物業者は石膏ボードと紙を分離する設
備を導入して石膏ボードから紙を取除い
た石膏（以下、廃石膏と称す）を安定型
処分場に廃棄していった。なかでも解体
系廃石膏ボードは、解体時に手作業で回
収するコストをかけても紙を分離するこ
とで廃石膏を安価な安定型処分場に廃棄
できるため、産業廃棄物業者にメリット
があった。
しかし、 1999 年に複数の安定型処分
場において硫化水素の発生事故が発生し
て社会問題になった。調査した結果、有
機物である紙を剥がした廃石膏でも安定
型処分場の土に存在する有機物で硫化水
素が発生することが明らかになったため、
2006 年 6 月以降、廃石膏も管理型処分
場への廃棄が義務づけられた。そのため、
紙を分離する必要が無くなった解体系廃
石膏ボードは紙付のまま分離して管理型
処分場に廃棄するのが主流になった。一
方、新築系廃石膏ボードは品質が安定し
ており、紙の分離が容易なので廃石膏は
リサイクルされているが、解体系廃石膏
ボードは品質問題からリサイクルは進ん
でいない。これから増え続ける解体系廃
石膏ボードの排出量を見込んで紙を分離
する設備を導入した産業廃棄物業者から、
解体系廃石膏ボードから紙を分離した廃
石膏の利用用途を探索する動きが活発に
なったが有効な対策はなかなか見つかっ
ていない。
図 3.3：廃石膏ボードの取り扱いについ
ての変遷
4)廃石膏の再利用への取組み
廃石膏の用途について、以前から国や業界
(主に石膏ボードメーカー）あげて開発推進
されてきており、表 2 のような用途と進捗
状況および各用途において処理可能な最大
量が示されている。石膏ボードメーカーに
よる石膏ボードの原料への再利用で現在 26
万ｔ処理されているが、廃石膏は新しい石
膏に比べ強度が低いことから再利用は 10％
程度が限界であり、しかも比較的品質の良
い新築系廃石膏ボードから得られた廃石膏
に限られている。また、セメント系地盤安
定材で廃石膏を再利用されているようだが
明確な処理量は把握されていない３）。再利
用の検討対象は比較的再資源化が安定して
いる新築系廃石膏ボードであり、解体系廃
石膏ボードから得られた廃石膏の物性が不
安定であるため、有効なリサイクル用途は
開発されていない
表 1:廃石膏ボードのリサイクル状況
技術
開発
ユ
ー
ザ
ー
需
要
最大処
理可能
量
ー
に
○
○
50 万 t
整
合
△
×
66 万
ｔ
焼結鉱の
粘結媒体
△
×
40 万
ｔ
セメント
固化促進
添加材
○
○
46 万
ｔ
汚泥固化
材 ( 吸水
材）
△
△
26 万
ｔ
用途
石膏ボ
ード原
料
セメン
ト原料
化
製鉄所
の焼結
原料化
セメン
ト系地
盤安定
材
石膏ボ
ド原料
再利用
凝結調
用の配
材
その他
固化材
合計
228 万
ｔ
（廃石膏ボードの再資源化促進方策検
討業務調査報告書より）
5)26 年度の予定⁻目標
廃石膏の問題は放置すると硫化水素を出す
ことであり、これを防ぐための措置につい
て検討する。また、これまで廃石膏をポー
ラスブロック状にすることに成功している
ので、リサイクル用途の一つとしての有効
な利用法を探索する。たとえば、重金属除
去の効果を検証する。
6)実験方法
*)実験用のもの
ボード破砕品
ベントナイト
6.1)石膏添加量と Ca イオン溶出濃度の関
係
① 3 つのビーカーにそれぞれ 600ml 蒸留
水を入れる。
② 石膏を 1.0g、1.5g、2.0g 加えて攪拌す
る。
③ 3min 、 10min 、 30min 、 60min 、
90min、120min の間隔でサンプリング
して、溶液を濾過してから pH と Ca2+
濃度を測定する。
6.2)ベントナイト加えた場合と加えない場
合の石膏へのヒ酸イオン吸着量
① ヒ素濃度が 20mg/l のヒ酸溶出を調整す
る。
② 7 つのビーカーにそれぞれ 300ml 蒸留
1 のヒ酸溶液を 3ml ずつ添
水を入れ、○
加する
2 の溶液のうち、3 つのビーカーにそれ
③ ○
ぞれ 0.5g、0.75g、1.0g の石膏ボード破
砕品を加え、3 つのビーカーにそれぞれ
0.5g、0.75g、1.0g の石膏ボード破砕品
及びベントナイトを 6g ずつ添加する。
④ 3h 攪拌してから遠心分離し、上澄み液
を濾過してからヒ素測定セット 331(ガ
ステック)によりヒ素濃度を測定する。
6.3)ベントナイトの添加量と石膏へのヒ酸
イオン吸着量の関係
① 蒸留水 600ml 3 つにそれぞれ 1.0g 石
膏粉を添加し、3h 攪拌する。初期 pH
と初期の Ca2+濃度を測定する。
1 の 3 つ溶液にそれぞれ 1.0g、10.0g、
② ○
ベントナイトを加え、蒸留水 600ml に
ベントナイト 50.0g を加え、30min 攪
拌してから、pH と Ca2+ 濃度を測定す
る。
2 の 4 つ溶液と蒸留水 600ml にヒ素濃
③ ○
度が 20mg/l のヒ素溶液を 4ml ずつ加え
る。10min 攪拌してから、pH、Ca2+濃
度及びヒ素濃度を測定する。
④ 攪拌してから 60min、120min の pH、
Ca2+濃度及びヒ素濃度を測定する。
7)実験結果と考察
表 3:廃石膏の添加による Ca2+溶出濃度
3
1.0g 廃
石膏
1.5g 廃
石膏
2.0g 廃
石膏
30
60
90
335 388.5
407.5
425
459
524
552.5
621
472 549.5
599
614
622
284
397.5
10
7.1)廃石膏の添加による pH とカルシウム
イオン濃度
表 2:廃石膏の添加による pH
時間(分)
1.0g 廃石
膏
1.5g 廃石
膏
2.0g 廃石
膏
3
5.99
10
30
60
90
6.16 6.56 6.61 6.52
6.1
6.19
6.4 6.52 6.57
6.1
6.26 6.45 6.48 6.62
各試料で廃石膏の添加によって溶液 pH が増
加する傾向にあることを示している。これ
は各試料中の Ca2+等のアルカリ分の溶出に
よるものと考えられる。
7.2) ベントナイト加えた場合と加えない
場合の石膏へのヒ酸イオン吸着量
表 4:廃石膏とベントナイトの添加によるヒ
素濃度
時間(分)
0.5g 廃石膏のみ
0.75g 廃石膏のみ
1.5g 廃石膏のみ
0.5g 廃石膏+6g ベントナイト
0.75g 廃石膏+6g ベントナイト
1.5g 廃石膏+6g ベントナイト
0
0.18
0.18
0.18
0.18
0.18
0.18
90
0.18
0.17
0.18
0.11
0.15
0.12
表 6: 廃石膏の添加による Ca2+溶出濃度
時間(分)
0
60
120
1g ベントナイト+1g
409.5
435
456
廃石膏
10g ベントナイト
170 171.5 201.5
+1g 廃石膏
7.3) ベントナイトの添加量と石膏へのヒ
酸イオン吸着量の関係
表 5: 廃石膏とベントナイトの添加による
pH
0
60
120
1g ベントナイト
8 7.91
7.6
+1g 廃石膏
10g ベントナイ
9.16 9.07
8.38
ト+1g 廃石膏
50g ベントナイ
10.67 10.8 10.54
ト+廃石膏無し
表 7: 廃石膏とベントナイトの添加によるヒ
素濃度
0
1g ベントナイト+1g
廃石膏
10g ベントナイト
+1g 廃石膏
50g ベントナイト+
廃石膏無し
60
120
0.13 0.07 0.06
0.13 0.06 0.06
0.13 0.13 0.13
今回の実験では、ベントナイトと廃石膏を
添加するとヒ素濃度が減少したということ
が明らかになった。これはヒ素（ヒ酸イオ
ン）が廃石膏から溶出するカルシウムイオ
ンと反応し、難溶性のヒ酸カルシウムが沈
殿する可能性が考えられる。
8)全体的なまとめ
背景は、わが国で建築の下地材などで使
用されている石膏ボードが年間 450 万 t
使用されており、その廃材処理について
有効な手段がなく社会問題になっている
ことでした。
石膏ボードを使い始めた建物の寿命が
訪れた 1992 年以降、解体現場から廃石
膏ボードが排出されはじめ、新築時の端
材ふくめて現時点で約 100 万 t の廃石膏
ボードが発生している状況を知り、今後、
解体現場からの廃石膏ボードは増え続け、
将来的には 466 万 t の廃石膏ボードを処
理する必要があることを明らかにした。
また、廃石膏ボードは廃棄する場合、最
終処分場で硫化水素が発生する事故が発
生するため、管理型処分場への廃棄が義
務づけられているが、全国の管理型処分
場も限界があるので、業界をあげて廃石
膏ボードのリサイクル用途を研究してき
たにもかかわらず、特に品質に問題が多
い解体系廃石膏ボードの有効な対策が確
立されていないのが現状であり、継続性
があって大量処理できる建材へのリサイ
クル用途の研究が急務であることを明ら
かにした。
主に解体系廃石膏ボードを再資源化する
方法を研究した。回収した石膏ボード廃
材から付着物や紙を分離して石膏だけを
取出した。この石膏は２分子結晶水を持
つ硫酸カルシウム（二水石膏）である。
これに 130～160℃の熱を加えると 4 分
の 3 の結晶水を失って半水石膏になる。
逆に、この半水石膏に水を加えると固化
して二水石膏に戻る特徴がある。半水石
膏を、さらに加熱すると結晶水を全て失
って無水石膏になるが、水硬性は無くな
り固化するためにはアルカリ刺激が必要
になる。ここで、建材へのリサイクルを
考えるとき、半水石膏の方が水硬性によ
り現場施工での建材や工場生産の定型建
材へのリサイクルが考えやすいことと、
半水石膏の方が再資源化コスト（設備投
資や再資源化変動費）を抑えることがで
きると考えられるので、比較的簡易な設
備で合理的に、建材として使用可能な半
水石膏を再資源化する方法が見つかり、
解体系廃石膏ボードから得られる再生石
膏の得失も明らかにした。
9) 今後の課題
現在、ベトナムでは、鉱業活動が盛んにな
っていることによって溶出される重金属が
河川に流入され、大きな問題となっている。
それで、今後は今回の実験の成果を活かし
て、ベトナムで応用できるように方法を考
えると思う。
参考資料
石膏粉添加による土壌中の自然由来ヒ素の
不溶化と
その機構
常松哲植松えり子齋藤謙一田村紘基
廃石膏ボードの再原料化とリサイクル用途
の研究
埼玉大学環境制御工学大西克則
石膏ボード
http://ja.wikipedia.org/wiki/%E7%9F%B3%
E8%86%8F%E3%83%9C%E3%83%BC%E3
%83%89 (2015/02/13)

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