(57)【要約】【課題】実際に焼成を行う前に、人工軽量骨材の融着度を予測することができる方法を提供する。【解決手段】  石炭灰を含む人工軽量骨材製造用原料を焼成して人工軽量骨材を得る際の、人工軽量骨材の融着度を予測する融着度予測方法であって、人工軽量骨材の融着度を示す数値を従属変数とし、人工軽量骨材製造用原料１００質量部に対する融着防止材の配合量、人工軽量骨材製造用原料を造粒してなる造粒物の平均粒径、および、人工軽量骨材製造用原料の焼成温度を独立変数として、重回帰分析を行って、人工軽量骨材の融着度の予測式を作成する予測式作成工程と、人工軽量骨材製造用原料１００質量部に対する融着防止材の配合量、人工軽量骨材製造用原料を造粒してなる造粒物の平均粒径、および、人工軽量骨材製造用原料の焼成温度と、予測式を用いて、人工軽量骨材の融着度を予測する予測工程を含む人工軽量骨材の融着度予測方法。【選択図】図１
2019095408.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
石炭灰を含む人工軽量骨材製造用原料を焼成して人工軽量骨材を得る際の、人工軽量骨材の融着度を予測する融着度予測方法であって、
上記人工軽量骨材の融着度を示す数値を従属変数とし、上記人工軽量骨材製造用原料１００質量部に対する融着防止材の配合量、上記人工軽量骨材製造用原料を造粒してなる造粒物の平均粒径、および、上記人工軽量骨材製造用原料の焼成温度を独立変数として、重回帰分析を行って、上記人工軽量骨材の融着度の予測式を作成する予測式作成工程と、
上記人工軽量骨材製造用原料１００質量部に対する融着防止材の配合量、上記人工軽量骨材製造用原料を造粒してなる造粒物の平均粒径、および、上記人工軽量骨材製造用原料の焼成温度と、上記予測式を用いて、上記人工軽量骨材の融着度を予測する予測工程を含むことを特徴とする人工軽量骨材の融着度予測方法。
【請求項２】
上記人工軽量骨材製造用原料を造粒してなる造粒物の平均粒径が、０．５〜１０ｍｍである請求項１に記載の人工軽量骨材の融着度予測方法。
【請求項３】
上記人工軽量骨材製造用原料の焼成温度が、１，１００〜１，４００℃である請求項１または２に記載の人工軽量骨材の融着度予測方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、人工軽量骨材の融着度予測方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
産業廃棄物の利用促進等の観点から、火力発電所や石炭焚きボイラー等から発生する石炭灰を主原料として人工軽量骨材を製造することが知られている。
ロータリーキルン等を用いて、石炭灰を主原料とした人工軽量骨材を製造する際に、特定の焼成温度（例えば、１，２００〜１，２５０℃）において、人工軽量骨材（焼成物）同士が、ロータリーキルン内で融着する場合がある。人工軽量骨材同士の融着が発生すると、人工軽量骨材を製造するために必要な焼成温度が上昇したり、人工軽量骨材の製造そのものが困難となるという問題がある。
上記融着を防止する目的で、石炭灰よりも融点が高いＳｉＯ２等を主原料とした融着防止材を添加することが知られている。
特許文献１には、大型のロータリーキルンであっても、キルン内の焼点付近まで融着防止材を到達させることができる融着防止材の供給手段を備えた焼結物の焼成方法として、バーナーから、焼成原料の溶融温度より高い溶融温度の灰成分を含有する燃料粉体を吹き込むことを特徴とする焼結物の焼成方法が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−２５４１９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ＳｉＯ２等を主原料とした融着防止材は高価であることから、融着防止材の添加量は、必要最低限の量であることが好ましい。
本発明の目的は、実際に焼成を行う前に、人工軽量骨材の融着度を予測することができる方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明者は、上記課題を解決するために鋭意検討した結果、人工軽量骨材の融着度を従属変数とし、融着防止材の配合量、人工軽量骨材製造用原料を造粒してなる造粒物の平均粒径、および、焼成温度を独立変数として、重回帰分析を行って予測式を作成した後、該予測式を用いて人工軽量骨材の融着度を予測する方法によれば、上記目的を達成できることを見出し、本発明を完成した。
すなわち、本発明は、以下の［１］〜［３］を提供するものである。
［１］  石炭灰を含む人工軽量骨材製造用原料を焼成して人工軽量骨材を得る際の、人工軽量骨材の融着度を予測する融着度予測方法であって、上記人工軽量骨材の融着度を示す数値を従属変数とし、上記人工軽量骨材製造用原料１００質量部に対する融着防止材の配合量、上記人工軽量骨材製造用原料を造粒してなる造粒物の平均粒径、および、上記人工軽量骨材製造用原料の焼成温度を独立変数として、重回帰分析を行って、上記人工軽量骨材の融着度の予測式を作成する予測式作成工程と、上記人工軽量骨材製造用原料１００質量部に対する融着防止材の配合量、上記人工軽量骨材製造用原料を造粒してなる造粒物の平均粒径、および、上記人工軽量骨材製造用原料の焼成温度と、上記予測式を用いて、上記人工軽量骨材の融着度を予測する予測工程を含むことを特徴とする人工軽量骨材の融着度予測方法。
［２］  上記人工軽量骨材製造用原料を造粒してなる造粒物の平均粒径が、０．５〜１０ｍｍである前記［１］に記載の人工軽量骨材の融着度予測方法。
［３］  上記人工軽量骨材製造用原料の焼成温度が、１，１００〜１，４００℃である前記［１］または［２］に記載の人工軽量骨材の融着度予測方法。
【発明の効果】
【０００６】
本発明の人工軽量骨材の融着度予測方法によれば、実際に焼成を行う前に、人工軽量骨材の融着度を予測することができ、人工軽量骨材の製造条件の最適化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】実施例１における、人工軽量骨材１〜１２の融着度の予測値と実測値との関係を示す図である。
【図２】実施例１〜５における、人工軽量骨材１〜２４の融着度の予測値と実測値との関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
本発明の人工軽量骨材の融着度予測方法は、石炭灰を含む人工軽量骨材製造用原料（以下、単に「人工軽量骨材製造用原料」ともいう。）を焼成してなる人工軽量骨材（以下、単に「人工軽量骨材」ともいう。）の融着度を示す数値を従属変数とし、人工軽量骨材製造用原料１００質量部に対する融着防止材の配合量、人工軽量骨材製造用原料を造粒してなる造粒物の平均粒径、および、人工軽量骨材製造用原料の焼成温度を独立変数として、重回帰分析を行って、人工軽量骨材の融着度の予測式を作成する予測式作成工程と、人工軽量骨材製造用原料１００質量部に対する融着防止材の配合量、人工軽量骨材製造用原料を造粒してなる造粒物の平均粒径、および、人工軽量骨材製造用原料の焼成温度と、前工程で得られた予測式を用いて、人工軽量骨材製造用原料を焼成して人工軽量骨材を得る際の、人工軽量骨材の融着度を予測する予測工程を含むものである。以下、各工程について詳細に説明する。
【０００９】
［予測式作成工程］
本工程は、石炭灰を含む人工軽量骨材製造用原料を焼成してなる人工軽量骨材の融着度を示す数値を従属変数とし、人工軽量骨材製造用原料１００質量部に対する融着防止材の配合量、人工軽量骨材製造用原料を造粒してなる造粒物の平均粒径、および、人工軽量骨材製造用原料の焼成温度を独立変数として、重回帰分析を行って、人工軽量骨材の融着度の予測式を作成する工程である。
人工軽量骨材製造用原料１００質量部に対する融着防止材の配合量、人工軽量骨材製造用原料を造粒してなる造粒物の平均粒径、および、人工軽量骨材製造用原料の焼成温度を独立変数とすることで、より高い精度で人工軽量骨材の融着度を予測しうる予測式を得ることができる。
重回帰分析に用いられる、従属変数および独立変数からなるデータの組み合わせの個数は、予測の精度をより向上する観点からは、好ましくは６個以上、より好ましくは７個以上、特に好ましくは８個以上である。また、予測式の作成に必要な人工軽量骨材の試料の量や、労力を小さくする観点からは、好ましくは２０個以下、より好ましくは１８個以下、特に好ましくは１６個以下である。
【００１０】
人工軽量骨材の融着度を示す数値は、人工軽量骨材製造用原料を焼成して人工軽量骨材を製造する際に、人工軽量骨材（焼成物）同士が融着する程度を段階的に表した数値であればよい。
人工軽量骨材の融着度を示す数値は任意で定めてよいが、例えば、焼成後の人工軽量骨材の融着の程度を目視によって判断し、以下の１〜６の数値で表したものが挙げられる。なお、以下の数値は、数値が大きくなるほど、人工軽量骨材が融着している領域が大きく、融着の程度が大きいことを示す。
１：人工軽量骨材同士の融着がない
２：人工軽量骨材同士の融着があるが、その領域は非常に小さく、ほとんど力を加えなくても容易に融着を外す（融着した人工軽量骨材同士を分離する）ことができる
３：人工軽量骨材同士の融着があるが、その領域は小さく、わずかに力を加えることで融着を外すことができる
４：人工軽量骨材同士の融着があるが、力を加えることで融着を外すことができる
５：人工軽量骨材同士の融着があり、かつ、その領域は大きいが、大きな力を加えることで融着を外すことができる
６：人工軽量骨材同士が完全に融着して、一体化しているため、大きな力を加えても融着を外すことができない
【００１１】
人工軽量骨材製造用原料１００質量部に対する融着防止材の配合量は、特に限定されるものではなく、一般的な量であればよい。例えば、人工軽量骨材製造用原料１００質量部に対して、好ましくは３０質量部以下、より好ましくは１〜２５質量部、さらに好ましくは２〜２０質量部、特に好ましくは３〜１８質量部である。該量が３０質量部以下であれば、材料にかかるコストを低減することができる。
融着防止材は、焼成物の融着を防止する観点から、人工軽量骨材製造用原料に添加されるものである。融着防止材の例としては、珪石粉末等のシリカ（ＳｉＯ２）質物質や、アルミナ粉末等のアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）質物質等が挙げられる。
なお、融着防止材の配合量が０であっても、重回帰分析に用いられる融着防止材の配合量のデータとして問題はないが、予測の精度を向上する観点から、重回帰分析に用いられる複数の融着防止材の配合量のデータのうち、少なくとも一つ以上は０を超える数値であることが好ましい。
【００１２】
人工軽量骨材製造用原料を造粒してなる造粒物の平均粒径は、好ましくは０．５０〜１０ｍｍ、より好ましくは１．００〜８ｍｍ、特に好ましくは１．５０〜６ｍｍである。該平均粒径が０．５０ｍｍ以上であれば、焼成物の絶乾密度がより小さくなる。該平均粒径が１０ｍｍ以下であれば、人工軽量骨材の融着をより少なくすることができる。
本明細書中、「平均粒径」の語は、５０％質量累積粒径である。具体的には、目開きの異なる複数の種類の篩を、目開きの大きなものから小さなものへと順に用いて、各篩上に残る造粒物の質量を測定し、累積の質量が、造粒物の全質量の５０質量％となったときの篩の目開きの大きさを意味する。
【００１３】
人工軽量骨材製造用原料の焼成温度は、好ましくは１，１００〜１，４００℃、より好ましくは１，１５０〜１，３５０℃、特に好ましくは１，１８０〜１，３００℃である。該温度が１，１００℃以上であれば、得られる人工軽量骨材の絶乾密度をより小さくすることができる。該温度が１，４００℃以下であれば、人工軽量骨材の融着をより少なくすることができ、かつ、焼成に要するコストが過度に増大することを防ぐことができる。
【００１４】
［予測工程］
本工程は、人工軽量骨材製造用原料１００質量部に対する融着防止材の配合量、人工軽量骨材製造用原料を造粒してなる造粒物の平均粒径、および、人工軽量骨材製造用原料の焼成温度と、前工程で得られた予測式を用いて、予測の対象である人工軽量骨材の融着度を予測する工程である。
予測式を用いることで、実際に焼成を行わなくても、焼成時の人工軽量骨材の融着度を高い精度で予測値として得ることができる。
【００１５】
本発明において、予測の対象となる人工軽量骨材は、石炭灰を含む人工軽量骨材製造用原料を焼成してなるものである。
石炭灰を含む人工軽量骨材製造用原料を焼成してなる人工軽量骨材の、配合や焼成方法等は特に限定されるものではないが、汎用性に優れた人工軽量骨材を得ることができ、かつ、本発明の予測方法において、高い精度で予測値を得ることができる観点から、以下の条件を満たすものが好ましい。
人工軽量骨材製造用原料に含まれる石炭灰の例としては、火力発電所等での微粉炭の燃焼によって生じる石炭灰を分級または粉砕したものや、「ＪＩＳ  Ａ  ６２０１：１９９９（コンクリート用フライアッシュ）」に規定するフライアッシュＩ種、ＩＩ種、ＩＩＩ種、及びＩＶ種等が挙げられる。これらは１種を単独で用いてもよく、２種以上を組み合わせて用いてもよい。
人工軽量骨材製造用原料中の石炭灰の含有率は、廃棄物利用促進の観点から、好ましくは８０質量％以上、より好ましくは８５質量％以上、さらに好ましくは９０質量％以上、特に好ましくは９２質量％以上である。
【００１６】
人工軽量骨材製造用原料は、該原料を造粒してなる造粒物の強度（例えば、落下強度）を大きくして、該造粒物の保管、輸送および焼成の際に、該造粒物が壊れにくくする観点から、結合材を含んでいてもよい。
結合材の例としては、普通ポルトランドセメント、早強ポルトランドセメント、中庸熱ポルトランドセメント、低熱ポルトランドセメント等の各種ポルトランドセメントや、高炉セメント、フライアッシュセメント等の混合セメントや、エコセメント等のセメント；石膏、珪酸ソーダ等の無機バインダー；メチルセルロース等の水溶性高分子材料等が挙げられる。
中でも、入手の容易性や、造粒物の強度をより大きくする観点から、セメント（特に、普通ポルトランドセメント）が好ましい。
【００１７】
人工軽量骨材製造用原料中の結合材の含有率は、好ましくは１〜２０質量％、より好ましくは２〜１０質量％、さらに好ましくは３〜８質量％、特に好ましくは４〜６質量％である。該含有率が１質量％以上であれば、上記原料を造粒してなる造粒物の強度をより大きくすることができる。該含有率が２０質量％以下であれば、得られる人工軽量骨材の絶乾密度を小さくすることができる。また、材料にかかるコストを低減することができる。
【００１８】
人工軽量骨材製造用原料は、該原料を焼成する際の発泡を促進して、より軽量の人工軽量骨材を得る観点から、必要に応じて発泡材を含んでいてもよい。
発泡材の例としては、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）、炭酸カルシウム（ＣａＣＯ３）、硫酸カルシウム（ＣａＳＯ４）、酸化第一鉄（ＦｅＯ）、酸化第二鉄（Ｆｅ２Ｏ３）等が挙げられる。中でも、入手の容易性や材料にかかるコスト低減の観点から、炭化ケイ素が好ましい。
人工軽量骨材製造用原料中の発泡材の含有率は、好ましくは０．０１〜２．０質量％、より好ましくは０．０５〜１．５質量％、特に好ましくは０．０８〜１．２質量％である。該含有率が０．０１質量％以上であれば、得られる人工軽量骨材の絶乾密度をより小さくすることができる。該含有率が２．０質量％以下であれば、材料にかかるコストを低減することができる。
【００１９】
また、人工軽量骨材製造用原料は、該原料の造粒を容易にし、該原料を造粒してなる造粒物の強度（例えば、落下強度）を大きくする観点から、粘結材を含んでいてもよい。粘結材の例としては、ベントナイト、水ガラス等の無機系粘結材や、デンプン、糖蜜、リグニン、ポリビニルアルコール、メチルセルロース、天然ゴム、パルプ廃液等の有機系粘結材が挙げられる。
【００２０】
人工軽量骨材製造用原料（融着防止材を使用する場合、人工軽量骨材製造用原料と融着防止材の混合物）は、通常、焼成する前に造粒される。造粒する方法としては、特に限定されるものではなく、パンペレタイザー等の一般的な造粒機を用いて造粒すればよい。
得られる造粒物の粒径は、特に限定されないが、好ましくは０．５〜１０ｍｍ、より好ましくは１．０〜８ｍｍ、特に好ましくは１．５〜６ｍｍである。該粒径が０．５ｍｍ以上であれば、焼成物の絶乾密度がより小さくなる。該粒径が１０ｍｍ以下であれば、人工軽量骨材の融着をより少なくすることができる。
なお、「造粒物の粒径」とは、造粒物における最大寸法（例えば、断面がだ円である造粒物においては、長軸の寸法をいう。）をいう。
【００２１】
また、造粒を行う前に、造粒を容易にする観点から、人工軽量骨材製造用と水を混合してもよい。水の量は、造粒方法に応じて適宜定めればよいが、例えば、水と人工軽量骨材製造用原料１００質量部に対して、好ましくは３〜５０質量部、より好ましくは５〜３０質量部、特に好ましくは８〜２０質量部である。該量が３質量部以上であれば、造粒をより容易に行うことができる。該量が５０質量部以下であれば、造粒物の強度（例えば、落下強度）がより大きくなり、該粒体の保管、輸送および焼成の際に、該粒体が破壊されにくくなる。
【００２２】
人工軽量骨材製造用原料の焼成（加熱）時間は、焼成手段によっても異なるが、好ましくは５分間以上、より好ましくは８分間以上である。該時間が５分間以上であれば、得られる焼成物の絶乾密度をより小さくすることができる。該時間は、焼成に要するコストが過度に増大することを防ぐ観点からは、好ましくは１５０分間以下、より好ましくは１２０分間以下である。
また、上記加熱時間は、焼成を行う際に、焼成における最高温度（例えば、１，３００℃）から１５℃を減算した温度以上の温度（例えば、１，２８５℃以上）を維持している時間を意味する。
焼成手段としては、特に限定されるものではないが、連続的に焼成することができ、得られる焼成物の品質を安定的にする観点から、内燃式または外燃式のロータリーキルンが好ましい。
【００２３】
本発明の人工軽量骨材の融着度予測方法によって、人工軽量骨材の融着度を予測し、得られた予測結果を用いて、人工軽量細骨材の製造条件を定めることで、製造条件の最適化を図ることができる。例えば、予測結果から、人工軽量骨材の融着を防ぐことができる、融着防止材の必要最低限の量を推測したり、平均粒径や焼成温度等の製造条件の最適な条件を推測することができる。
【実施例】
【００２４】
以下、本発明を実施例により具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
［使用材料］
（１）石炭灰：「ＪＩＳ  Ａ  ６２０１：１９９９（コンクリート用フライアッシュ）」に規定されているフライアッシュＩＩ種に相当するもの、化学成分は表１に示す。
（２）結合材：普通ポルトランドセメント、太平洋セメント社製
（３）発泡材：ＳｉＣ
（４）融着防止材；ＳｉＯ２の含有率：９６．０１質量％、Ａｌ２Ｏ３の含有率：１．２１質量％、Ｆｅ２Ｏ３の含有率：０．０５７質量％、東海工業社製、商品名「伊豆特粉」
【００２５】
【表１】
2019095408.tif 000003
【００２６】
［実施例１］
上記材料を、表２に示す配合割合となるように計量した後、各材料をポリエチレン製の袋に入れて手を用いて混合を行い、人工軽量骨材製造用原料と融着防止材の混合物を得た。得られた混合物に、混合物１００質量部に対して、１０質量部となる量の水を添加し、次いで、パンペレタイザーを用いて造粒を行い、表２に示す平均粒径となる造粒物（ペレット）の重合体を得た。得られた造粒物の集合体を、２０℃、相対湿度５０％以上の条件下で２４時間養生した。
養生後の造粒物の集合体を、電気炉を用いて、５００℃から、表２に示す焼成温度となるまで２０℃／分で昇温し、該焼成温度（最高温度）で１０分間焼成して焼成物を得た後、５００℃となるまでは５℃／分で降温し、次いで、電気炉から焼成物から取り出して、大気下で冷却を行い人工軽量骨材１〜１２を得た。
得られた人工軽量骨材の融着度を、目視によって評価した。なお、人工軽量骨材の融着度は、上述した１〜６の数値で表した。
【００２７】
人工軽量骨材１〜１２の、人工軽量骨材製造用原料１００質量部に対する融着防止材の配合量、人工軽量骨材製造用原料を造粒してなる造粒物の平均粒径、および、人工軽量骨材製造用原料の焼成温度を独立変数とし、人工軽量骨材の融着度を従属変数として、上記人工軽量骨材の融着度を予測するための、下記重回帰式（決定係数Ｒ２＝０．８２）を得た。
人工軽量骨材の融着度＝−０．２×融着防止材の配合量（質量部）−０．３×平均粒径（ｍｍ）＋０．１×焼成温度（℃）−５６．７
人工軽量骨材１〜１２の各々について、得られた重回帰式に、人工軽量骨材製造用原料１００質量部に対する融着防止材の配合量、人工軽量骨材製造用原料を造粒してなる造粒物の平均粒径、および、人工軽量骨材製造用原料の焼成温度を代入することで、人工軽量骨材の融着度の予測値を得た。
得られた人工軽量骨材の融着度の予測値、人工軽量骨材１〜６における融着度の実測値と予測値の平均二乗誤差、および、人工軽量骨材７〜１２における融着度の実測値と予測値の平均二乗誤差を表２に示す。
また、人工軽量骨材１〜１２の融着度の実際の数値と予測値との関係を示す式を表す直線を、図１に示す。
【００２８】
【表２】
2019095408.tif 000004
【００２９】
表３に示す配合の人工軽量骨材製造用原料、融着防止材、並びに、人工軽量骨材を造粒してなる造粒物の平均粒径および焼成温度で製造する以外は、人工軽量骨材１〜１２と同様にして、人工軽量骨材１３〜２４を得た。
上記予測式を用いて、人工軽量骨材１３〜２４の融着度の予測値を得た。
また、人工軽量骨材１３〜１５、人工軽量骨材１６〜１８、人工軽量骨材１９〜２１、人工軽量骨材２２〜２４について、各々、融着度の実測値（目視による評価の数値）と予測値の平均二乗誤差を算出した。
結果を表３に示す。
また、人工軽量骨材１〜２４の融着度の実際の数値と予測値との関係を示す式を表す直線を、図２に示す。
【００３０】
【表３】
2019095408.tif 000005
【００３１】
実施例１から、得られた予測式の決定係数（Ｒ２＝０．８２）は高い数値であり、また、表２から、融着度の実測値と予測値の平均二乗誤差が小さい数値であることから、本発明の人工軽量骨材の融着度予測方法によれば、高い精度で人工軽量骨材の融着度を予測しうることがわかる。
また、図１に示す関係式（人工軽量骨材１〜１２の融着度の予測値と実測値との関係を示す関係式）の決定係数は（Ｒ２＝０．８３７４）は高い数値であることがわかる。
また、表３および図２から、融着防止材の使用量が異なる（５〜１０質量部）場合であっても、予め作成した予測式を用いることで、高い精度で人工軽量骨材の融着度を予測しうることがわかる。
【図１】
2019095408.tif 000006
【図２】
2019095408.tif 000007