(57)【要約】【課題】従来、有効利用が困難であった石炭灰(CaO含有量が10質量％以上又はFe2O3含有量が6質量％以上のもの)を有効利用できる石炭灰の処理方法を提供する。【解決手段】CaO含有量が10質量％以上及び／又はFe2O3含有量が6質量％以上の石炭灰を磁選処理して、Fe2O3含有量が30質量％以上である高鉄含有物を回収する石炭灰の処理方法。  上記高鉄含有物は、セメントクリンカー用原料や重量骨材などとして使用することができる。また、磁選処理後の残渣は、裏込め充填材又はセメント・コンクリート用混和材として使用することができる。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
CaO含有量が10質量％以上及び／又はFe2O3含有量が6質量％以上である石炭灰を磁選処理して、Fe2O3含有量が30質量％以上である高鉄含有物を回収することを特徴とする石炭灰の処理方法。
【請求項２】
上記高鉄含有物を、セメントクリンカー用原料として使用する請求項１記載の石炭灰の処理方法。
【請求項３】
上記高鉄含有物を、重量骨材及び／又はコンクリート用混和材として使用する請求項１記載の石炭灰の処理方法。
【請求項４】
磁選処理後の残渣を、裏込め充填材又はセメント・コンクリート用混和材として使用する請求項１〜３のいずれか１項に記載の石炭灰の処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発電所で発生する石炭灰の処理方法に関し、特に従来有効利用が困難であった石炭灰を有効利用できる石炭灰の処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
石炭を燃焼する発電所では、大量の石炭灰が発生する。その石炭灰は従来、一部がセメントクリンカー用原料やセメント・コンクリート用混和材などとして利用されている（特許文献１、非特許文献１）。
従来、とりわけ電力用途の石炭には比較的灰分の少ない高品位炭が多く使用されてきた。
これらの高品位炭から副産される灰は、大半の組成をSiO2、Al2O3で占められている。しかしながら、近年のエネルギー資源の供給悪化に伴い、灰分が多い低品位炭の使用が増加してきている。これらの低品位炭から副産される灰はCaOやFe2O3の含有量が高い傾向にあり、中でも、CaO含有量が10質量％以上、或いはFe2O3含有量が6質量％以上の石炭灰は、上記セメントクリンカー用原料やセメント・コンクリート用混和材の用途としての品位が低く、これらの石炭灰のほとんどは有効利用されることなく埋め立て処分されることが多いのが現状である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−３５２５１５号公報
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】社団法人セメント協会、セメント・コンクリート論文集 No.60、2007年2月20日発行、55−60頁
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
石炭灰を埋め立て処分するには、輸送コストの面から火力発電所の近くに処分場（陸上又は海上の処分場）を確保する必要があるが、処分場の確保は年々困難になりつつある。また、石炭灰は飛散しやすいため、埋め立て作業時に灰飛散防止対策（例えば、土砂と交互に盛土しながら締固めて埋め立てする方法など）を採る必要があり、このために埋め立てコストの上昇や処分場の使用期間が短縮化するなどの問題を生じている。そのために、近年発生量が増加し、有効利用が困難であった石炭灰(CaO含有量が10質量％以上及び／又はFe2O3含有量が6質量％以上のもの)を有効利用できる石炭灰の処理方法が求められている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明者らは、斯かる実情に鑑み、鋭意検討した結果、有効利用が困難であった石炭灰はFe2O3含有量が比較的多いことに着目し、該石炭灰から高鉄含有物を回収することにより、有効利用が困難であった石炭灰を有効利用できることを見いだし、本発明を完成させたものである。
すなわち、本発明は、CaO含有量が10質量％以上及び／又はFe2O3含有量が6質量％以上である石炭灰を磁選処理して、Fe2O3含有量が30質量％以上である高鉄含有物を回収することを特徴とする石炭灰の処理方法（請求項１）を提供するものである。
そして、上記高鉄含有物は、セメントクリンカー用原料や、重量骨材及び／又はコンクリート用混和材として使用することができる（請求項２、３）。
また、磁選処理後の残渣は、裏込め充填材やセメント・コンクリート用混和材として使用することができる（請求項４）。
【発明の効果】
【０００７】
本発明では、石炭灰から高鉄含有物を回収し、該高鉄含有物はセメントクリンカー用原料や重量骨材などとして、残渣は裏込め充填材やセメント・コンクリート用混和材として使用することができるので、従来、有効利用が困難であった石炭灰の有効利用を可能とし、埋め立て処分量を大幅に減少することができる。
また、セメント産業においては、現在、鉄原料（従来のリサイクル原料：例えば、製鉄所から副産されるスラグ、スラッジなど）の入手が困難になってきているので、セメントクリンカー用原料として新たな鉄原料を提供することができる本願発明の技術的価値は大きい。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、本発明について詳細に説明する。
本発明で対象とする石炭灰は、CaO含有量が10質量％以上及び／又はFe2O3含有量が6質量％以上の石炭灰である。このような石炭灰は、従来、有効利用が困難であり、埋め立て処分されていた。一方、CaO含有量が10質量％未満かつFe2O3含有量が6質量％未満の石炭灰は、既にセメントクリンカー用原料やセメント・コンクリート用混和材などとして利用されているので、CaO含有量が10質量％未満かつFe2O3含有量が6質量％未満である石炭灰を本願発明の処理対象とする必要性は乏しい。また、CaO含有量が10質量％未満かつFe2O3含有量が6質量％未満の石炭灰を磁選処理して、Fe2O3含有量が30質量％以上である高鉄含有物を回収することは手間がかかるので、このような石炭灰を本願発明の処理方法で処理することは実用性にも乏しい。
なお、石炭灰としては、ボイラの下部ホッパに溜まるボトムアッシュ、節炭器や空気予熱器下部ホッパに溜まるシンダアッシュ及び集塵器下部ホッパに溜まるフライアッシュがある。
【０００９】
本発明においては、CaO含有量が10質量％以上及び／又はFe2O3含有量が6質量％以上である石炭灰を磁選処理して、Fe2O3含有量が30質量％以上である高鉄含有物を回収する。磁選処理装置としては、ドラム型、プーリー型、吊り下げ型、対極型などの磁選処理装置を使用することができる。
【００１０】
本発明においては、回収する高鉄含有物中のFe2O3含有量は30質量％以上である。回収物中のFe2O3含有量が30質量％未満では、該回収物をセメントクリンカー用原料や、重量骨材及び／又はコンクリート用混和材として利用することが困難になる。また、磁選処理後の残渣中のFe2O3含有量も多くなるので、該残渣を裏込め充填材やセメント・コンクリート用混和材として利用することも困難になる。なお、磁選処理により回収物（高鉄含有物）中のFe2O3含有量を60質量％以上にすることは困難であるので、高鉄含有物中のFe2O3含有量は30〜60質量％であることが好ましい。
【００１１】
上記回収した高鉄含有物は、セメントクリンカー用原料や、重量骨材及び／又はコンクリート用混和材として好適に使用することができるが、本発明においては、高鉄含有物のFe2O3含有量に応じて適宜用途を決めることが好ましい。すなわち、セメントクリンカー用原料として使用する場合はFe2O3含有量が30〜50質量％であることが好ましく、重量骨材及び／又はコンクリート用混和材として使用する場合はFe2O3含有量が50〜60質量％であることが好ましい。なお、Fe2O3含有量が50〜60質量％の高鉄含有物の表乾密度は4.0g/cm3以上であるので、重量骨材やコンクリート（特に重量コンクリート）用混和材として好適に使用することができる。
高鉄含有物の他の用途としては、鉄鋼原料などが挙げられる。
【００１２】
高鉄含有物をセメントクリンカー用原料として使用する場合は鉄原料として使用することができ、石灰石、生石灰、消石灰などのCaO原料、珪石、粘土などのSiO2原料や粘土などのAl2O3原料と併用して使用し、成分調整すれば良い。
【００１３】
本発明においては、磁選処理後の残渣を、裏込め充填材やセメント・コンクリート用混和材として使用することができる。
なお、本発明においては、CaO含有量が10質量％以上である残渣は裏込め充填材として使用することが好ましく、CaO含有量が10質量％未満である残渣はセメント・コンクリート用混和材として使用することが好ましい。
【実施例】
【００１４】
以下、実施例により本発明を説明する。
１．実施例１：石炭灰の磁選処理
（１）使用石炭灰；
使用した石炭灰の化学組成を以下に示す。
(A)石炭灰Ａ；CaO量:16質量％、Fe2O3量:9質量％、SiO2量:46質量％、Al2O3量:21質量％
(B)石炭灰Ｂ；CaO量:4質量％、Fe2O3量:7質量％、SiO2量:51質量％、Al2O3量:33質量％  
【００１５】
（２）磁選処理；
上記石炭灰Ａ〜Ｂをドラム型磁選機を使用して磁選処理した。得られた高鉄含有物と残渣の化学組成を以下に示す。なお、高鉄含有物の回収率は、石炭灰Ａでは16質量％、石炭灰Ｂでは13質量％であった。
(A)石炭灰Ａ；
・高鉄含有物：CaO量:8質量％、Fe2O3量:43質量％、SiO2量:30質量％、Al2O3量:14質量％
・残渣：CaO量:17質量％、Fe2O3量:5.5質量％、SiO2量:48質量％、Al2O3量:21質量％
(B)石炭灰Ｂ；
・高鉄含有物：CaO量:3質量％、Fe2O3量:43質量％、SiO2量:31質量％、Al2O3量:21質量％
・残渣：CaO量:4質量％、Fe2O3量:4質量％、SiO2量:52質量％、Al2O3量:34質量％
【００１６】
上記のように、CaO含有量やFe2O3含有量が比較的多い石炭灰を磁選処理することにより、Fe2O3を30質量％以上含有する高鉄含有物を回収できることが分かる。
【００１７】
２．実施例２：セメントの製造と評価
（１）セメントクリンカーの製造；
実施例１で得られた高鉄含有物(石炭灰Ｂから得られたもの)を原料として使用して、試製普通ポルトランドセメントクリンカーを電気炉で焼成(1470℃)した。なお、高鉄含有物の使用量は45(kg/t・クリンカー)である。該セメントクリンカーに二水石膏をSO3換算で1.6質量％添加し、混合粉砕して、ブレーン比表面積3200cm2/gの試製普通ポルトランドセメントを製造した。
【００１８】
（２）評価；
上記試製普通ポルトランドセメントの凝結時間と圧縮強度を「JIS R 5201(セメントの物理試験方法)」に準じて測定した。その結果を以下に示す。参考として、市販普通ポルトランドセメントの凝結時間と圧縮強度の値も以下に示す。
(A)試製普通ポルトランドセメント：
・凝結時間：始発:2時間4分、終結:3時間14分
・圧縮強度：材齢3日:32.0(N/mm2)、材齢7日:47.3(N/mm2)、材齢28日:67.5(N/mm2)
(B)市販普通ポルトランドセメント：
・凝結時間：始発:2時間10分、終結:3時間21分
・圧縮強度：材齢3日:29.0(N/mm2)、材齢7日:44.2(N/mm2)、材齢28日:62.0(N/mm2)
【００１９】
上記のように、試製普通ポルトランドセメントは市販普通ポルトランドセメントと同等の品質を有していることが分かる。従って、本発明で得られる高鉄含有物は、セメントクリンカー用原料として好適に使用できるものである。
【００２０】
３．実施例３：残渣の評価１
石炭灰Ａ、又は石炭灰Ａの磁選処理後の残渣に、水を添加して混練し、ペーストを製造した。ペーストの水／粉体比は50質量％である。該ペーストを、内径28mm×高さ25mmのアクリル製円柱シリンダーに充填し、引き抜き後、ペーストが広がった後の径の最大と認める方向と、これに垂直な方向を測定し、フローを求めた。
その結果、石炭灰Ａを使用した場合のフローは102×98mmで、磁選処理後の残渣を使用した場合のフローは112×111mmであり、原粉(石炭灰Ａ)よりも、磁選処理後の残渣の方が流動性が大きかった。
【００２１】
４．実施例４：残渣の評価２
市販普通ポルトランドセメント70質量部と、石炭灰Ｂの磁選処理後の残渣30質量部を混合して、試製混合セメントＡを製造した。該試製混合セメントＡに、水とナフタレン系高性能減水剤(マイティ150)を添加して混練し、ペーストを製造した。ペーストの配合は、水／粉体比が40質量％、高性能減水剤／粉体比が0.5質量％である。該ペーストを、内径28mm×高さ25mmのアクリル製円柱シリンダーに充填し、引き抜き後、ペーストが広がった後の径の最大と認める方向と、これに垂直な方向を測定し、フローを求めた。その結果、フローは86×83mmであった。
参考として、市販普通ポルトランドセメント70質量部と、石炭灰Ｃ(CaO量:4質量％、Fe2O3量:5質量％、SiO2量:59質量％、Al2O3量:25質量％で、従来よりセメント用混和材として利用されているもの)30質量部を混合して製造した試製混合セメントＢのペーストのフローを同様に測定した。その結果、フローは88×86mmであった。
なお、原粉(石炭灰Ｂ)を使用した試製混合セメントのフローは、79×78mmであった。
上記のように、原粉(石炭灰Ｂ)よりも、磁選処理後の残渣の方がセメントペーストの流動性が大きく、従来よりセメント用混和材として利用されている石炭灰を使用した場合とほぼ同等の流動性が得られた。