(57)【要約】【課題】  安価な装置で、低燃費で製造コストが低く、高品質の人工骨材等の焼結物を製造する。【解決手段】  焼成時に揮発又は燃焼する物質を含むとともに、粒度分布を持った造粒物を焼成して所定の強度を要求される焼結物を製造するにあたって、造粒物を大径側と小径側に分け、各々個別に焼成する。石炭灰に結合材又は／及び粘結材を加えて造粒物とした後、ロータリーキルンにて焼成して、絶乾密度が１．５０ｇ／ｃｍ3以上、２．１０ｇ／ｃｍ3以下、２４時間吸水率が０．１質量％以上、６質量％以下、直径が５ｍｍ以上、１０ｍｍ未満の骨材の圧かい強度が０．５ｋＮ以上、又は直径が１０ｍｍ以上、１５ｍｍ未満の骨材の圧かい強度が１．０ｋＮ以上の人工骨材を製造するにあたり、前記造粒物の粒径を５ｍｍ以上、１０ｍｍ未満、及び１０ｍｍ以上、１５ｍｍ未満に調整し、個別にロータリーキルンで焼成する。【特許請求の範囲】
【請求項１】
焼成時に揮発又は燃焼する物質を含むとともに、粒度分布を持った造粒物を焼成して所定の強度を要求される焼結物を製造するにあたって、
前記造粒物を大径側と小径側に分け、各々個別に焼成することを特徴とする焼結物の製造方法。
【請求項２】
前記焼成時に揮発又は燃焼する物質は未燃カーボンであって、該未燃カーボンを含む石炭灰を含む原料を造粒し、得られた造粒物を大径側と小径側に分け、各々個別に焼成して人工骨材を得ることを特徴とする請求項１に記載の焼結物の製造方法。
【請求項３】
石炭灰に結合材又は／及び粘結材を加えて造粒物とした後、ロータリーキルンにて焼成して、絶乾密度が１．５０ｇ／ｃｍ3以上、２．１０ｇ／ｃｍ3以下、２４時間吸水率が０．１質量％以上、６質量％以下、直径が５ｍｍ以上、１０ｍｍ未満の骨材の圧かい強度が０．５ｋＮ以上、又は直径が１０ｍｍ以上、１５ｍｍ未満の骨材の圧かい強度が１．０ｋＮ以上の人工骨材を製造するにあたり、
前記造粒物の粒径を５ｍｍ以上、１０ｍｍ未満、及び１０ｍｍ以上、１５ｍｍ未満に調整し、個別にロータリーキルンで焼成することを特徴とする人工骨材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、焼結物の製造方法に関し、特に、石炭灰等を原料として高強度かつ低吸水性の人工骨材を生産性よく製造する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の電力需要の増大に伴い、石炭焚き火力発電所等から排出される石炭灰の量は、年々増加する傾向にある。そこで、石炭灰の有効利用に関わる技術開発が種々の分野で活発化している。その一環として、石炭灰に種々の副原料を加え、これを焼成して緻密化し、コンクリート用等の骨材として利用する試みも数多くなされている。
【０００３】
骨材の需要は莫大であることから、大量に発生する石炭灰の有効利用先として大きな期待が寄せられているが、炭種やボイラの形式・構造等によって発生する石炭灰の性状が異なるため、製造工程上、扱い難いという問題や、石炭灰に含まれる未燃カーボンが骨材組織の緻密化を阻害するなどの問題があり、石炭灰を主原料とした焼成型の人工骨材はまだ広く普及していないのが現状である。
【０００４】
未燃カーボンが骨材組織の緻密化を阻害する最大の原因は、焼成過程で未燃カーボンが燃焼することであり、この燃焼反応が高温域で生じると、未燃カーボンが爆発的に燃焼し、骨材中に気泡を発生させたり、極端な場合には爆裂が生じる。
【０００５】
上記問題を回避するための最良の方法は、骨材の焼成量を抑制し、かつ時間をかけて焼成することであるが、これにより、時間あたりの焼成量が大幅に低減し、焼成コストが大きく跳ね上がる。また、未燃カーボンの少ない石炭灰を使用することも考えられるが、石炭灰は目的生産するものではないため、現実的にはこのような選択は困難である。
【０００６】
上記問題に鑑み、石炭灰を粉砕してブレーン比表面積を増加させることで、造粒物の緻密化を図ろうとする方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。また、できるだけ焼成量を抑制せずに骨材を焼成するため、多段キルンを用いる方法も考えられる。
【特許文献１】特開昭６１−１６３１５２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、上記特許文献１に記載の人工骨材の製造方法においては、ブレーン比表面積を増加させることで粉砕コストが増大し、トータルコストの上昇が懸念される。また、多段キルンを用いる方法では、複数のロータリーキルンが必要となるため、装置が高価になるとともに、ロータリーキルン間のシール部における熱量の拡散が激しいといった問題もある。
【０００８】
そこで、本発明は、上記従来の人工骨材の製造方法等における問題点に鑑みてなされたものであって、トータルコストの上昇を招くこともなく、安価な装置で低燃費で人工骨材等の焼結物を製造する方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するため鋭意研究した結果、焼成時に揮発又は燃焼する未燃カーボン等を含む石炭灰等を原料として、高強度・低吸水性の人工骨材等の焼結物を安定して製造するには、焼成時に投入する造粒物の粒度を調整することが極めて重要な因子であることをつきとめ、本発明を完成するに到った。
【００１０】
すなわち、本発明は、焼成時に揮発又は燃焼する物質を含むとともに、粒度分布を持った造粒物を焼成して所定の強度を要求される焼結物を製造するにあたって、前記造粒物を大径側と小径側に分け、各々個別に焼成することを特徴とする。
【００１１】
ここで、前記焼成時に揮発又は燃焼する物質とは、例えば、未燃カーボンであって、未燃カーボンを含む石炭灰を含む原料を造粒し、得られた造粒物を大径側と小径側に分け、各々個別に焼成して人工骨材を得ることもできる。
【００１２】
そして、本発明によれば、造粒物を粒径によって調整して各々個別に焼成することにより、各々の粒径に合わせた焼成時間、及びロータリーキルン内の滞留時間とすることができるため、ロータリーキルン内の原料の充填率を適正に維持することができる。これによって、未燃カーボンが仮焼領域で効果的に燃焼して骨材から除去され、未燃カーボンの高温域での燃焼による骨材中での気泡の発生や、爆裂等を回避することができる。また、異なる粒径の造粒物が大小混合されると、最密充填となり、より空隙が少なくなって未燃カーボンの仮焼領域での効果的な燃焼が妨げられるが、造粒物の粒径を調整することにより、この問題も解消することができる。
【００１３】
より具体的には、石炭灰に結合材又は／及び粘結材を加えて造粒物とした後、ロータリーキルンにて焼成して、絶乾密度が１．５０ｇ／ｃｍ3以上、２．１０ｇ／ｃｍ3以下、２４時間吸水率が０．１質量％以上、６質量％以下、直径が５ｍｍ以上、１０ｍｍ未満の骨材の圧かい強度が０．５ｋＮ以上、又は直径が１０ｍｍ以上、１５ｍｍ未満の骨材の圧かい強度が１．０ｋＮ以上の人工骨材を製造するにあたり、前記造粒物の粒径を５ｍｍ以上、１０ｍｍ未満、及び１０ｍｍ以上、１５ｍｍ未満に調整し、個別にロータリーキルンで焼成することができる。
【発明の効果】
【００１４】
以上説明したように、本発明にかかる焼結物の製造方法によれば、石炭火力発電所、石炭焚きボイラー等から発生する石炭灰を原料として、高強度で、かつ高品質の人工骨材を得ることができる。また、焼成設備の長期安定運転が可能となることで、熱量原単位を低減することができ、人工骨材等を低コストで効率的に生産することができる。さらに、石炭灰中に含有する未燃カーボンが効果的に燃焼し、大量生産も可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明で使用する石炭灰は、石炭焚き火力発電所等から排出されるものであって、電気集塵機等で回収されたフライアッシュはもとより、流動床燃焼方式により燃焼し、集塵機によって捕集されたＰＦＢＣ灰等でもよく、粒度調整のなされていないいわゆる原粉のままで使用することができる。
【００１６】
上記石炭灰に結合材又は／及び粘結材を加えて成形する。ここで、結合材又は／及び粘結材としては、各種セメント類、ベントナイト、カオリン鉱物、珪酸ナトリウム、パルプ製造時に廃液に含まれるリグニン等が挙げられる。
【００１７】
また、上記結合材又は／及び粘結材に加え、必要に応じて成分調整材を添加する。この成分調整材は、石炭灰の成分によって非常に高温焼成を必要とするものや、急激に軟化しやすいなどといった特異な場合において添加すればよく、例えば、ＳｉＯ2源としてケイ石粉、粘土、カオリンといったものが挙げられる。また、Ａｌ2Ｏ3源としてアルミナ粉、アルミ灰、ＣａＯ源として石灰粉、セメント、石膏等が挙げられる。
【００１８】
上記原料を混合した後、成形する。成形は、所定の粒径となるように成形することができれば方法は問わず、パンペレタイザーを使用した転動造粒、加圧成形機を使用したプレス造粒、ヘンシェルミキサー（三井造船株式会社製、登録商標）等を使用した撹拌造粒等が挙げられる。
【００１９】
充填率を低くして焼成するには、原料の投入量を抑制するか、あるいはロータリーキルンの回転数を上げて焼成するか、あるいはその両方を実施することで実現することができる。但し、前者の方法によれば生産性が低下し、結果として焼成コストが増大するので、極端に投入量を抑制するのは好ましくない。従って、ある程度の生産性を確保しつつ、低い充填率で焼成するには、ロータリーキルンの回転数を高めて焼成する方法が最も好ましい。
【００２０】
しかしながら、回転数を余りにも高めると、成形物の燃焼反応の後に控える焼結反応に掛かる時間が十分に取れず、焼結不足となり、結果として所要の品質を確保できなくなる。焼結反応には、充填率よりも滞留時間の方が重要である。
【００２１】
粒径の余りに異なる成形物を１本のロータリーキルンで焼成しようとすると、成形物がキルン内で滞留する時間、成形物が受ける熱量に大きなばらつきがあり、過焼成、焼きむら、生焼け等が顕著に見られ、品質の均一性に欠けることとなる。
【００２２】
燃焼反応では滞留時間よりも充填率、焼結反応では充填率よりも滞留時間が重要であり、まったく相反する焼成を１本のロータリーキルンの中で具現化することが要求されるのである。これらに対し、粒径が余りに異なると、焼成域での未燃カーボンの揮発性、反応性により、未燃カーボン燃焼時に還元状態になり易く、著しく未燃カーボンの燃焼が抑制される。そして、焼結時においては、焼点付近まで残存した残存カーボンがペレット内部で爆発的に反応し、目標とする品質を得るのが困難となる。
【００２３】
成形物の粒径を５ｍｍ以上、１０ｍｍ未満に調整するのは、次の理由による。粒径が５ｍｍ未満の成形物が投入されると、未燃カーボンの燃焼も行われるが、焼結、溶融等、成形物が軟化してロータリーキルンの内部で成形物同士が融着するなど、安定運転の妨げる恐れがあるからである。また、１０ｍｍ以上の成形物を投入すると、キルン内を移動する原料の滞留時間にばらつきが生じ、５ｍｍ以上、１０ｍｍ未満の目標品質を得るために必要な熱量を焚き込んだ場合、１０ｍｍ以上の成形物は、未燃カーボンが窯前まで残存し、焼点付近で未燃カーボンの爆発的な燃焼による発泡が生じ、焼結も不十分で品質を損なうため、好ましくないからである。
【００２４】
また、成形物を１０ｍｍ以上、１５ｍｍ未満に調整するのは、次の理由による。１５ｍｍ以上の成形物が投入されると、石炭灰に含まれる未燃カーボンの燃焼の効果が得られず好ましくなく、また、ロータリーキルン内で十分な滞留時間を確保することできないため、残存したカーボンが焼点付近で爆発的に燃焼し、品質を損なうため好ましくないからである。
【００２５】
このようにして製造された人工骨材は、絶乾密度が１．５０ｇ／ｃｍ3以上、２．１０ｇ／ｃｍ3以下、２４時間吸水率が０．１質量％以上、６質量％以下、直径が５ｍｍ以上、１０ｍｍ未満の骨材の圧かい強度が０．５ｋＮ以上、又は直径が１０ｍｍ以上、１５ｍｍ未満の骨材の圧かい強度が１．０ｋＮ以上の高強度、かつ低吸水性の人工骨材である。
【実施例】
【００２６】
実施例１として、石炭火力発電所より排出された石炭灰（未燃カーボン：２．６質量％）を主原料に、結合材として普通ポルトランドセメントを内割で１５質量％混合し、この混合粉末をパンペレタイザーで水分量１８質量％にて粒径５ｍｍ以上、１０ｍｍ未満に造粒し、大気中で２日養生後、振動篩いにて５ｍｍ以上、１０ｍｍ未満、及び１０ｍｍ以上、１５ｍｍ未満に篩い分けした物をロータリーキルン（φ１．５ｍ×２０ｍＬ）にて、５ｍｍ以上、１０ｍｍ未満に篩い分けした物を送入量１．３トン/時間、滞留時間１．４時間、焼成温度１２５０℃にて焼成し、次いで １０ｍｍ以上、１５ｍｍ未満に篩い分けした物を送入量１．２トン/時間、滞留時間１．４時間、焼成温度１２８０℃にて焼成した。
【００２７】
比較例１として、石炭火力発電所より排出された石炭灰（未燃カーボン：２．６質量％）を主原料に、結合材として普通ポルトランドセメントを内割で１５質量％混合し、この混合粉末をパンペレタイザーで水分量１８質量％にて粒径５ｍｍ以上、１５ｍｍ未満に造粒し、ロータリーキルン（φ１．５ｍ×２０ｍＬ）にて、送入量１．２トン/時間、滞留時間１．４時間、焼成温度１２８０℃にて焼成した。焼成は、１０ｍｍ以上、１５ｍｍ未満の大径に合わせた焼成条件にて実施した。
【００２８】
比較例２として、石炭火力発電所より排出された石炭灰（未燃カーボン：２．６質量％）を主原料に、結合材として普通ポルトランドセメントを内割で１５質量％混合し、この混合粉末をパンペレタイザーで水分量１８質量％にて粒径５ｍｍ以上、１５ｍｍ未満に造粒し、ロータリーキルン（φ１．５ｍ×２０ｍＬ）にて、送入量１．３トン/時間、滞留時間１．４時間、焼成温度１２５０℃にて焼成した。焼成は、粒径５ｍｍ以上、１０ｍｍ未満の小径に合わせた焼成条件にて実施した。
【００２９】
上述の要領で焼成して得られた人工骨材の物性を測定した結果を表１に示す。
【００３０】
【表１】
2006248852.tif 000002
【００３１】
同表より、実施例１では、各々の粒径域において所望の品質の人工骨材が得られたが、比較例１では、粒径５ｍｍ以上、１０ｍｍ未満の成形物の絶乾密度が目標に達せず、同粒径の圧かい強度もかろうじて目標に達する程度であった。また、比較例２については、粒径１０ｍｍ以上、１５ｍｍ未満の成形物の２４時間吸水率が大きく目標からはずれることとなった。