(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
石炭の部分酸化プロセスで副生する非晶質スラグを分級し、１.１９〜０.１４９ｍｍの粒度範囲に調整し、未燃焼炭素の含有率が１重量％以下となるように前処理した後、焼成して膨張・発泡させる無機質発泡体の製造方法であって、
該前処理が、酸素含有雰囲気下において５５０〜６５０℃の温度範囲で加熱処理することであり、
該膨張・発泡させる焼成温度が８００〜９５０℃であることを特徴とする、無機質発泡体の製造方法。
【請求項２】
前記前処理又は焼成は、ロータリーキルンを用いることを特徴とする請求項１に記載の無機質発泡体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、石炭を部分酸化して水素を得る石炭ガス化プロセスで発生する副生非晶質スラグから、低吸水性の無機質発泡体を製造する方法に関するものである。
本発明の方法で製造される無機質発泡体は、その特性である軽量性と低吸水性を活かして、軽量コンクリート又はモルタル用骨材として、主に建材用途として好適に使用される。
【０００２】
【従来の技術】
建築物などの構造物は、省エネルギー、省資源及び耐震性向上のため、軽量化、高強度化及び断熱化が進められており、それを具現化する方法の一つとして骨材の軽量化が検討されている。
従来、人工軽量骨材は、真珠岩、松脂岩等の天然ガラス質岩石を出発原料として製造されていたが、資源の枯渇に伴い、石炭燃焼灰、石炭ガス化に伴って副生する非晶質スラグ等のガラス質成分を含む産業廃棄物を出発原料とする方法が検討されている。
【０００３】
石炭ガス化プロセスで副生する非晶質スラグを原料とする無機質発泡体の製造方法については、既に、本出願人により幾つかの技術が開示されている。例えば、特開昭６１−２５１５５１号及び特開昭６１−１９７４７９号公報には、非晶質スラグに含まれるＳｉＯ２  、Ａｌ２  Ｏ３  、ＣａＯ量を規定する技術が開示され、特開昭６２−１２６４６号公報には、非晶質残滓中の硫化物硫黄と未燃焼炭素の合量及び粒子径を規定した、微少無機質発泡体の製造方法が開示されている。また、特開平１−２３６９４号公報には、非晶質残滓の粒子径を規定し、且つ還元雰囲気下で焼成する方法が開示されている。
【０００４】
石炭ガス化に伴って副生する非晶質スラグには、単に粒界に物理的に存在する自由水が十数重量％含まれていることから、ロータリーキルンにおいて２００〜３００℃で加熱する乾燥前処理を施してこの水分を除去しているが、ここで採用されている温度範囲では、水分は除去されるものの炭素分は除去されないため、膨張・発泡させる焼成段階では炭素含有量の多いものが焼成されることになり、それに付随して種々の問題が発生する。
先ず、未燃焼炭素がキルン内で自燃すると急激な温度上昇を引き起こし、特性的に優れた発泡体を得るのに必要とされる適正な焼成温度を維持することが困難になる。また、自燃に伴う燃焼熱で粒子同士の融着が始まり、一旦融着が始まると塊は雪だるま式に成長して終には大塊に成長するのである。生成した大塊中では、熱が均等に行き渡らないため、発泡の進み過ぎた過発泡粒子と発泡が十分でない不完全発泡粒子が混在するのが避けられない。過発泡粒子は吸水性が大であり、一方、不完全発泡粒子は単位容積質量が大であり、何れも特性的に欠陥品である。生成塊状物を欠陥品として除去すれば、製品歩留まりの大幅な低下に繋がるのである。
すなわち、石炭ガス化に伴って副生する非晶質スラグは、本質的に、優れた低吸水性無機質発泡体を与えるものであるが、大量に存在する未燃焼炭素は、装置の安定運転及び製品歩留まり向上を図る上での障害となっており、この面での改良が要求されていたのである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、従来行なわれていた、石炭ガス化プロセスの副生非晶質スラグを原料とする無機質発泡体製造技術が有していた上記問題の解決を目的とする。
すなわち、本発明は、石炭ガス化プロセスで副生する非晶質スラグを原料とし、低吸水性且つ低単位容積質量の無機質発泡体を、高い歩留まりで安定的に与える製造方法の提供を目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明では、膨張・発泡させる焼成時に存在する未燃炭素量を低減することにより、無機質発泡体が１００％近い歩留まりで安定的に得られる事を見出し、本発明を完成した。すなわち、本発明は、石炭の部分酸化プロセスで副生する非晶質スラグを分級し、１.１９〜０.１４９ｍｍの粒度範囲に調整し、未燃焼炭素の含有率が１重量％以下となるように前処理した後、焼成して膨張・発泡させることを特徴とする、低吸水性、低単位容積質量の無機質発泡体の製造方法に関する。
【０００７】
【発明の実施の形態】
石炭を部分酸化して水素を取り出す石炭ガス化プロセスに於ては、副生する非晶質スラグ中にかなりの量の未燃焼炭素が残留するのは避けられない。未燃焼炭素の含有量は、非晶質スラグ二次粒子の粒子径に依存して変化する。例えば、表１には非晶質スラグを分級した後、各粒分中に含まれる未燃焼炭素濃度を測定した例を示すが、未燃焼炭素は、全体の６０重量％以上を占める、粒子径が１．１９ｍｍより大である粒分には殆ど含まれておらず、粒子径の小さい方に偏在していることが分かる。このことは、粒子径の小さな非晶質スラグ二次粒子には、非晶質スラグ全体としての平均未燃焼炭素濃度よりも濃度が高いものが存在することを意味する。
発泡温度を、粒子融着の起こらない適切な値に設定しても、この未燃焼炭素が急激に燃焼すれば、局所的に温度が高い部分が発生し、二次粒子間の融着が生起するのである。
【０００８】
このことから、未燃焼炭素の燃焼と発泡とが同時に生起することを防止し、発泡温度を融着に至らない適切な値に維持すれば、粒子間の融着が抑制され、結果として、目標特性を有する無機質発泡体の、高歩留まり且つ安定的な製造が可能となることが推定される。
また、その具体的手段として、未燃焼炭素の大半を除去する前処理を行ない、焼成・発泡時には未燃焼炭素が殆ど存在しないようにする方法が有効であると考えられる。
【０００９】
本発明者等は、含まれる未燃焼炭素量を１重量％以下とした非晶質スラグにおいて、無機質発泡体を高歩留まり且つ安定的に製造できることを実際に確かめ、た。
【００１０】
非晶質スラグ中に含まれる未燃焼炭素量を１重量％以下に低減する方法は色々考えられるが、最も容易で且つ現実的なものは、その燃焼性を利用して燃焼させて低減することである。この方法では、炭素以外の成分の損失は殆ど起こらず、その点からも理想的な方法である。
【００１１】
前述のように、従来も、非晶質スラグ中の水分除去のための加熱前処理が施されていた。しかし、炭素の燃焼開始温度は５５０℃程度であり、この処理において採用されていた２００〜３００℃の温度域では、非晶質スラグ中の未燃焼炭素量は減少しない。
燃焼により未燃焼炭素量を低減する方法においては、前処理温度を、炭素の燃焼開始温度とされている５５０℃より高い温度に設定する必要がある。しかし、余り高い温度では、炭素は燃焼して未燃焼炭素量は確かに減少するが、発熱のコントロールが非常に困難であり、前処理段階で既に粒子の融着を引き起こし、前処理は逆効果になる。
従って、燃焼により未燃焼炭素量低減する方法に於ては、加熱前処理温度を５５０〜６５０℃に設定する必要がある。
この温度域で加熱前処理を行なうことにより、水が除去されると共に未燃焼炭素が穏やかに燃焼し、粒子融着を引き起こすこと無しにその量を低減することが可能となる。
【００１２】
加熱前処理の時間は、加熱処理温度、使用する加熱炉、非晶質スラグ中の炭素量等に依存して適宜選択することになるが、最も一般的な、ロータリキルンを使用する場合、設定最高温度帯での滞留時間を１０〜６０分の範囲で設定することができる。
【００１３】
加熱前処理は、温度範囲が前記した範囲内にあり、且つ、酸素が存在する雰囲気であれば問題なく行ない得るが、空気中で行なうのが最も現実的な方法である。
【００１４】
また、加熱前処理に当たっては、並流式又は向流式ロータリーキルン、気流焼成炉、流動層焼成炉等、通常使用されている公知の焼成装置を使用することが出来るが、生産性が高いこと及び品質のばらつきを低減できることから、ロータリーキルンの使用が最も好ましい。
【００１５】
加熱前処理を行ない含まれる水分および未燃焼炭素量を低減した非晶質残滓は、酸素含有ガス雰囲気下、８００〜９５０℃で焼成して膨張・発泡させて、目的とする無機質発泡体を得ることが出来る。
焼成・発泡温度が低すぎると、発泡が不十分で単位容積質量の十分低いものが得られず、焼成・発泡温度が高低すぎると、発泡が行き過ぎて開気孔が形成され、吸水性の十分低いものが得られない。
被焼成原料中には未燃焼炭素がほとんど存在しないため、最適焼成温度の維持が容易に行なえるだけでなく、キルン内での融着物発生も抑制されることから、単位容積質量が低く且つ低吸水性の無機質発泡体を、高い歩留まりで安定的に製造することができる。
【００１６】
【実施例】
以下に具体的例を挙げて、本発明の効果を更に詳しく説明する。
（１）非晶質スラグ
テキサコ法を利用した石炭ガス化炉から排出された非晶質スラグを分級し、１．１９〜０．１４９ｍｍの粒度範囲のものを加熱・発泡用原料として使用した。表１に示すように、未燃焼炭素は、１．１９〜０．１４９ｍｍの粒度範囲に高濃度で含まれるからである。
尚、スラグ中の未燃焼炭素量の測定は、堀場製の炭素・イオウ分析計を使用して行なった。
（２）無機質発泡体特性
・単位容積質量：１００ｍｌのメスシリンダに取って所定回振動させた試料１００ｍｌの質量を測定して求めた。
・２４時間吸水率：ＪＩＳ  Ａ  １１３５に準じて測定した
（３）製品歩留り
生成無機質発泡体を目開き２．３８ｍｍの篩でふるった後、次式で求めた。
［粒径２．５ｍｍ以下の発泡体重量／送入原料重量］×１００
【００１７】
実施例１
目開き１．１９ｍｍの篩を通過した非晶質スラグを、並流式ロータリキルン（管径０．６ｍ×長さ６ｍ）で、最高部温度６００℃、滞留時間２０分の条件で加熱前処理を行なった。前処理後の非晶質スラグに含まれる炭素量は１重量％以下であった。
前処理後の非晶質スラグは、同じく並流式のロータリキルン（管径０．４５ｍ×長さ１２ｍ）で、最高部温度８７５℃、滞留時間４０分の条件で焼成して無機質発泡体を得た。
得られた無機質発泡体の単位容積質量、２４時間吸水率、及び、製品歩留まりを表２に示す。
【００１８】
【表１】
0003633266.tif 000002
【００１９】
【表２】
0003633266.tif 000003
【００２０】
比較例１
加熱前処理において、ロータリキルン最高部温度を２００℃とした以外は実施例１と同様の条件で非晶質スラグの前処理を行なった。前処理後の非晶質スラグ中に含まれる炭素量は２８％であり、前処理前後で殆ど変化がなかった。
前処理後の非晶質スラグは、実施例１と同様の方法で焼成して無機質発泡体を得た。
得られた、無機質発泡体の単位容積質量、２４時間吸水率及び製品歩留まりを表２に示す。
【００２１】
本発明の方法に従って製造された無機質発泡体は、従来法で製造されたものに比べて、製品歩留まりが著しく改善されているだけでなく、単位容積質量および吸水率共に優れていることが分かる。
【００２２】
【発明の効果】
本発明の方法は、石炭ガス化プロセスから大量に排出され、未利用資源の一つである、非晶質残滓を原料とし、低吸水性無機発泡体を、高歩留まりで安定的に製造することを可能にした。
生成した低吸水性無機発泡体は、軽量骨材として建設資材用途に好適に使用出来ることから、蓄積が問題となる産業廃棄物の有効利用、その不足が懸念される骨材資源供給安定化の両面から意義は大きい。