(57)【要約】  一実施形態によれば、骨材の製造方法が開示され、該方法はＩＢＡとＩＢＡより低カルシウム含有量の第２のケイ素アルミニウム材料とを混合する段階を含む。かかる方法は、さらに、混合物を、例えばペレット化によって凝集させる段階、および凝集体を、例えば焼結またはガラス化によって焼成処理して骨材を形成する段階を含む。第２の材料は、粘土、例えばベントナイトまたはカオリン、採鉱廃棄物、例えば花崗岩切断残留物、廃棄物ガラス、または炉ボトムアッシュであってもよい。第２の材料を添加することにより、軽量および通常重量骨材を容易に製造することが見出された。可塑性結合材、例えば粘土を混合物に添加することも可能である。凝集に先立ってＩＢＡまたはＩＢＡと第２の材料との混合物を湿式粉砕させるのが好ましい。ＩＢＡおよび第２の材料を含む焼結された軽量骨材およびＩＢＡおよび第２の材料を含む骨材についても開示される。【特許請求の範囲】
【請求項１】
都市固形廃棄物焼却炉からの焼却炉ボトムアッシュ（ＩＢＡ）と、該ＩＢＡより低カルシウムの第２のケイ素アルミニウム材料とを混合する段階、
混合物を凝集させて、凝集体を形成させる段階、および
凝集体を焼成処理して、骨材を形成させる段階、
を含む、骨材の製造方法。
【請求項２】
第２の材料が、１種以上の以下の材料：粘土、頁岩、粘板岩、採鉱廃棄物、廃棄物ガラス、および炉ボトムアッシュを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
粘土が１種以上の以下の材料：ベントナイトおよびカオリンを含む、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
採鉱廃棄物が花崗岩切断残留物を含む、請求項２に記載の方法。
【請求項５】
混合に先立ってＩＢＡを粉砕する段階をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
ＩＢＡを湿式粉砕する段階を含む、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
凝集に先立ってＩＢＡと第２の材料との混合物を粉砕する段階をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
混合物を湿式粉砕する段階をさら含む、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
ペレット化によって混合物を凝集させる段階をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
混合物を湿式粉砕する段階、
湿式粉砕後に混合物から水を除去する段階、および
除去された水の少なくとも一部をペレット化時に使用する段階、
をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
混合物を湿式粉砕する段階、
湿式粉砕後に混合物から水を除去する段階、
焼成処理された凝集体を急冷する段階、および
除去された水の少なくとも一部を急冷時に使用する段階、
をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
混合物を、約３〜約４０ｍｍの直径を有する凝集体に凝集させる段階を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
凝集体を無機粉末でコーティングする段階をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
無機粉末が、１種以上の以下の材料：石炭燃焼からの粉砕燃料灰、粘土、頁岩および粘板岩を含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
凝集体をロータリーキルンで焼成処理する段階をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１６】
骨材が軽量骨材である、請求項１に記載の方法。
【請求項１７】
骨材が通常重量骨材である、請求項１に記載の方法。
【請求項１８】
凝集体を焼成処理して該凝集体を焼結させる段階をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１９】
凝集体を焼成処理して該凝集体をガラス化させる段階をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項２０】
骨材を予め決められたサイズに粉砕および選別する段階をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項２１】
ＩＢＡおよび第２の材料を有機材料と混合する段階をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項２２】
ＩＢＡおよび第２の材料を、ＩＢＡと第２の材料との混合物の乾燥重で約３０％以下の有機材料と混合する段階を含む、請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
有機材料が活性炭廃棄物を含む、請求項２１に記載の方法。
【請求項２４】
第２の材料に対するＩＢＡの割合および焼成処理温度に少なくとも部分的に基づいて、骨材の所定の特性を制御する段階をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項２５】
前記割合および前記温度に少なくとも部分的に基づいて、骨材の密度を制御する段階を含む、請求項２４に記載の方法。
【請求項２６】
前記割合および前記温度に少なくとも部分的に基づいて、吸水率を制御する段階を含む、請求項２４に記載の方法。
【請求項２７】
有機材料を、ＩＢＡと第２の材料との混合物と混合する段階、および
混合物中の有機材料の割合に少なくとも部分的に基づいて、骨材の所定の特性を制御する段階、
をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項２８】
混合物中の有機材料の割合に少なくとも部分的に基づいて、密度を制御する段階を含む、請求項２７に記載の方法。
【請求項２９】
混合物中の有機材料の割合に少なくとも部分的に基づいて、吸水率を制御する段階を含む、請求項２７に記載の方法。
【請求項３０】
混合物の乾燥重で約５〜約９５％のＩＢＡを、混合物の乾燥重で約９５〜約５％の第２の材料と混合する段階を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３１】
混合物の乾燥重で約３０〜約７０％のＩＢＡを、混合物の乾燥重で約７０〜約３０％の第２の材料と混合する段階を含む、請求項３０に記載の方法。
【請求項３２】
混合物の乾燥重で約３０〜約５０％のＩＢＡを、混合物の乾燥重で約７０〜約５０％の第２の材料と混合する段階を含む、請求項３１に記載の方法。
【請求項３３】
ＩＢＡを湿式粉砕する段階、
湿式粉砕されたＩＢＡから廃棄物ガラスを分離する段階、
廃棄物ガラスを粉砕する段階、および
第２の材料を含む粉砕された廃棄物ガラスを、湿式粉砕されたＩＢＡと混合する段階、
をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３４】
可塑性結合材を、ＩＢＡと第２の材料との混合物と混合する段階をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３５】
粘土結合材を混合物と混合する段階を含む、請求項３４に記載の方法。
【請求項３６】
粘土結合材が混合物の乾燥重で約５〜約２０％含まれる、請求項３５に記載の方法。
【請求項３７】
粘土結合材がベントナイトおよび／またはカオリンを含む、請求項３５に記載の方法。
【請求項３８】
都市固形廃棄物焼却炉からの焼却炉ボトムアッシュ（ＩＢＡ）と、該ＩＢＡより低カルシウムの第２のケイ素アルミニウム材料とを含む混合物を調製する段階、
混合物を凝集させて、凝集体を形成させる段階、および
凝集体を焼結させる段階、
を含む、焼結軽量骨材の製造方法。
【請求項３９】
第２の材料が、１種以上の以下の材料：粘土、頁岩、粘板岩、採鉱廃棄物、廃棄物ガラス、および炉ボトムアッシュを含む、請求項３８に記載の方法。
【請求項４０】
粘土が、１種以上の以下の材料：ベントナイトおよびカオリンを含む、請求項３９に記載の方法。
【請求項４１】
採鉱廃棄物が花崗岩切断残留物を含む、請求項３９に記載の方法。
【請求項４２】
ペレット化によって混合物を凝集させる段階を含む、請求項３８に記載の方法。
【請求項４３】
混合物を、約３〜約４０ｍｍの直径を有する凝集体へと凝集させる段階を含む、請求項３８に記載の方法。
【請求項４４】
凝集体を焼結させて、約２．０ｇ／ｃｍ３未満の相対密度を有する骨材を形成する段階を含む、請求項３８に記載の方法。
【請求項４５】
軽量骨材が、乾燥重で約４０％未満の吸水率を有する、請求項３８に記載の方法。
【請求項４６】
凝集体をロータリーキルンで焼結させる段階を含む、請求項３８に記載の方法。
【請求項４７】
第２の材料に対して予め決められた割合のＩＢＡを混合する段階、および
該予め決められた割合に少なくとも部分的に基づいた温度で凝集体を焼結させて、予め決められた密度を有する軽量骨材を形成させる段階、
を含む、請求項３８に記載の方法。
【請求項４８】
混合物の乾燥重で約５〜約９５％のＩＢＡを、混合物の乾燥重で約９５〜約５％の第２の材料と混合する段階を含む、請求項３８に記載の方法。
【請求項４９】
混合物の乾燥重で約３０〜約７０％のＩＢＡを、混合物の乾燥重で約７０〜約３０％の第２の材料と混合する段階を含む、請求項４８に記載の方法。
【請求項５０】
混合物の乾燥重で約３０〜約５０％のＩＢＡを、混合物の乾燥重で約７０〜約５０％の第２の材料と混合する段階を含む、請求項４９に記載の方法。
【請求項５１】
混合物の乾燥重で約４０％のＩＢＡを、混合物の乾燥重で約６０％の第２の材料と混合する段階を含む、請求項５０に記載の方法。
【請求項５２】
混合物を、約１０５０〜約１２４０℃の範囲の温度で焼成処理する段階を含む、請求項５１に記載の方法。
【請求項５３】
混合に先立ってＩＢＡを粉砕する段階をさらに含む、請求項３８に記載の方法。
【請求項５４】
ＩＢＡを湿式粉砕する段階を含む、請求項５３に記載の方法。
【請求項５５】
混合物を湿式粉砕する段階をさらに含む、請求項３８に記載の方法。
【請求項５６】
凝集体を無機粉末でコーティングする段階をさらに含む、請求項３８に記載の方法。
【請求項５７】
骨材を予め決められたサイズに粉砕および選別する段階をさらに含む、請求項３８に記載の方法。
【請求項５８】
ＩＢＡおよび第２の材料を有機材料と混合する段階をさらに含む、請求項３８に記載の方法。
【請求項５９】
有機材料が活性炭廃棄物を含む、請求項５８に記載の方法。
【請求項６０】
ＩＢＡ、第２の材料および可塑性結合材を含む混合物を調製する段階をさらに含む、請求項３８に記載の方法。
【請求項６１】
可塑性結合材が粘土を含む、請求項６０に記載の方法。
【請求項６２】
都市固形廃棄物焼却炉からの焼却炉ボトムアッシュ（ＩＢＡ）、該ＩＢＡより低カルシウムの第２のケイ素アルミニウム材料および粘土結合材を混合する段階、
混合物を凝集させて、凝集体を形成させる段階、および
凝集体を焼結させる段階、
を含む方法により形成される焼結軽量骨材。
【請求項６３】
前記方法が、第２の材料および粘土結合材と混合する前にＩＢＡを粉砕する段階をさらに含む、請求項６２に記載の焼結軽量骨材。
【請求項６４】
前記方法が、ＩＢＡを湿式粉砕する段階をさらに含む、請求項６３に記載の焼結軽量骨材。
【請求項６５】
前記方法が、ＩＢＡ、第２の材料および粘土結合材の混合物を粉砕する段階をさらに含む、請求項６２に記載の焼結軽量骨材。
【請求項６６】
前記方法が、混合物を湿式粉砕する段階をさらに含む、請求項６５に記載の焼結軽量骨材。
【請求項６７】
前記方法が、約１０００〜約１３００℃の範囲の温度で凝集体を焼結させる段階を含む、請求項６２に記載の焼結軽量骨材。
【請求項６８】
前記方法が、ＩＢＡおよび第２の材料を有機材料と混合する段階をさらに含む、請求項６２に記載の焼結軽量骨材。
【請求項６９】
有機材料が活性炭廃棄物を含む、請求項６８に記載の焼結軽量骨材。
【請求項７０】
都市固形廃棄物焼却炉からの焼却炉ボトムアッシュ（ＩＢＡ）と、
該ＩＢＡより低カルシウム含有量の、第２のケイ素アルミニウム材料と、
を含む焼結軽量骨材であって、
ＩＢＡと第２の材料との混合物をある温度で焼結することで、焼結軽量骨材が形成されるものである、上記焼結軽量骨材。
【請求項７１】
第２の材料が、１種以上の以下の材料：粘土、頁岩、粘板岩、採鉱廃棄物、廃棄物ガラス、および炉ボトムアッシュを含む、請求項７０に記載の焼結軽量骨材。
【請求項７２】
粘土が、１種以上の以下の材料：ベントナイトおよびカオリンを含む、請求項７１に記載の焼結軽量骨材。
【請求項７３】
採鉱廃棄物が花崗岩切断残留物を含む、請求項７１に記載の焼結軽量骨材。
【請求項７４】
ＩＢＡが混合物の乾燥重で約５〜約９５％含まれ、かつ、第２の材料が混合物の乾燥重で約９５〜約５％含まれる、請求項７０に記載の焼結軽量骨材。
【請求項７５】
ＩＢＡが混合物の乾燥重で約３０〜約７０％含まれ、かつ、第２の材料が混合物の乾燥重で約７０〜約３０％含まれる、請求項７４に記載の焼結軽量骨材。
【請求項７６】
ＩＢＡが混合物の乾燥重で約３０〜約５０％含まれ、かつ、第２の材料が混合物の乾燥重で約７０〜約５０％含まれる、請求項７５に記載の焼結軽量骨材。
【請求項７７】
ＩＢＡが混合物の乾燥重で約４０％含まれ、かつ、第２の材料が混合物の乾燥重で約６０％含まれる、請求項７６に記載の焼結軽量骨材。
【請求項７８】
吸水率が約４０％未満である、請求項７０に記載の焼結軽量骨材。
【請求項７９】
骨材が化学的に不活性である、請求項７０に記載の焼結軽量骨材。
【請求項８０】
骨材が約２〜約３０ｍｍの直径を有する、請求項７０に記載の焼結軽量骨材。
【請求項８１】
可塑性結合材をさらに含む、請求項７０に記載の焼結軽量骨材。
【請求項８２】
可塑性結合材が粘土を含む、請求項８１に記載の焼結軽量骨材。
【請求項８３】
粘土結合材を、混合物の乾燥重で約５〜約２０％含む、請求項８２に記載の焼結軽量骨材。
【請求項８４】
都市固形廃棄物焼却炉からの焼却炉ボトムアッシュ（ＩＢＡ）と、
該ＩＢＡより低カルシウムの第２のケイ素アルミニウム材料と、
を含む骨材。
【請求項８５】
ＩＢＡと第２の材料との混合物を含む焼成ペレットを含む、請求項８４に記載の骨材。
【請求項８６】
焼成ペレットが、約２〜約３０ｍｍの直径を有する、請求項８５に記載の骨材。
【請求項８７】
焼成ペレットが焼結されたものである、請求項８５に記載の骨材。
【請求項８８】
焼成ペレットがガラス化されたものである、請求項８５に記載の骨材。
【請求項８９】
骨材が通常重量骨材である、請求項８４に記載の骨材。
【請求項９０】
骨材が軽量骨材である、請求項８４に記載の骨材。
【請求項９１】
第２の材料が、１種以上の以下の材料：粘土、頁岩、粘板岩、採鉱廃棄物、廃棄物ガラス、および炉ボトムアッシュを含む、請求項８４に記載の骨材。
【請求項９２】
粘土が、１種以上の以下の材料：ベントナイトおよびカオリンを含む、請求項９１に記載の骨材。
【請求項９３】
採鉱廃棄物が花崗岩切断残留物を含む、請求項９１に記載の骨材。
【請求項９４】
可塑性結合材をさらに含む、請求項８４に記載の骨材。
【請求項９５】
可塑性結合材が粘土を含む、請求項９４に記載の骨材。
【請求項９６】
都市固形廃棄物焼却炉からの焼却炉ボトムアッシュ（ＩＢＡ）と、
少なくとも１種の以下の材料：粘土、頁岩または粘板岩と、
を含む骨材。
【請求項９７】
粘土が、１種以上の以下の材料：ベントナイトおよびカオリンを含む、請求項９６に記載の骨材。
【請求項９８】
都市固形廃棄物焼却炉からの焼却炉ボトムアッシュ（ＩＢＡ）、採鉱廃棄物、および可塑性結合材を含む骨材。
【請求項９９】
採鉱廃棄物が花崗岩切断残留物を含む、請求項９８に記載の骨材。
【請求項１００】
都市固形廃棄物焼却炉からの焼却炉ボトムアッシュ（ＩＢＡ）、廃棄物ガラス、および可塑性結合材を含む骨材。
【請求項１０１】
都市固形廃棄物焼却炉からの焼却炉ボトムアッシュ（ＩＢＡ）、炉ボトムアッシュ、および可塑性結合材を含む骨材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、焼成生成物およびそのための方法に関し、さらに詳細には、都市固形廃棄物焼却炉からの焼却炉ボトムアッシュ（「ＩＢＡ」）および低カルシウムのケイ素アルミニウム材料を含む焼成骨材およびかかる骨材の製造方法に関する。生成物は、例えば、焼結またはガラス化された軽量および通常重量骨材であってもよい。かかる骨材を、例えば、コンクリート、メーソンリーまたは断熱材に使用してもよい。
【背景技術】
【０００２】
コンクリートの必須成分である骨材は、最小処理により天然源から誘導されるか、または天然に存在する材料を熱処理することにより誘導することができる。また、骨材は、合成であってもよい。天然源、例えば採石場、地中の炭坑および川床から得られる骨材は、一般に、岩片、砂利、石、および砂から構成され、これを粉砕し、洗浄し、そして必要に応じて使用のためのサイズに分類する。骨材を形成するために使用され得る天然材料の骨材としては、粘土、頁岩および粘板岩が挙げられ、これを焼成することにより、材料を膨張させる。例えば、ＯＰＴＩＲＯＣおよびＬＥＣＡは、市販の膨張粘土骨材の例である。合成骨材は、工業的な副生成物を含んでいても良く、これは、廃材であってもよい。例えば、ＬＹＴＡＧは、フライアッシュとしても知られている粉砕燃料灰（「ＰＦＡ」）を含む市販の焼結骨材である。ＰＦＡは、例えば、発電所での石炭の燃焼から製造される。
【０００３】
骨材は、軽量または通常重量であってもよい。軽量骨材（「ＬＷＡ」）は、ＡＳＴＭ規格Ｃ３３０で定義されているように、２．０ｇ／ｃｍ３未満の粒子密度または１．１ｇ／ｃｍ３未満の乾燥疎充填かさ密度（dry loose bulk density）を有する。例えば、砂利、砂および粉砕された石から得られる通常重量骨材は、約２．４〜約２．９（乾燥機乾燥および表面乾燥の両者）のかさ比重、および約１．７ｇ／ｃｍ３以下のかさ密度を有しているのが一般的である。高品質のＬＷＡは、水の吸収を抑制するために、均一な構造的強度の、強固であるものの低密度の多孔性焼結セラミックコアと、高密度で、連続した、比較的不浸透性の表面層とを有する。これは、物理的に安定で、耐久性があり、環境的に不活性である。また、ＬＷＡは、コンクリート特性を改善し、そしてコンクリートのペーストに対して良好に粘着するために、ほぼ球形である必要がある。コンクリートへの取り込みに適当なサイズは、ＡＳＴＭ規格Ｃ３３０に準拠して、約４．７５〜約２５ｍｍの範囲であるか、または粗な骨材の場合に２．３６〜９．５ｍｍの範囲である。また、ＬＷＡの製造での副生成物である微細な骨材は、例えば、コンクリート中の砂を置き換えるために用いることができる。コンクリート中で使用する場合、ＬＷＡは、得られるコンクリートが１０ＭＰａを超える強度および約１．５〜約２．０ｇ／ｃｍ３の範囲の乾燥密度を有するように十分な破砕強度および耐破砕性を有している必要がある。また、ＬＷＡを含むコンクリート（「ＬＷＡコンクリート」）は、約３００ｋｇ／ｃｍ３程度の低さの密度を有していてもよい。
【０００４】
ＬＷＡコンクリートは、従来のコンクリートより２０〜３０％軽量であると共に、従来のコンクリートと同程度に強固であってもよい。従来のコンクリートほどの強度でない場合であっても、ＬＷＡコンクリートにより、より長期の使用を可能にする構造的死荷重を低減し、断面を小さくし、そして構造の補強を低減する場合がある。ＬＷＡコンクリートの質量を小さくすると、取り扱いが容易になり、そして輸送コスト、設備費および人件費が下がる。ＬＷＡコンクリートは、例えば、高層建築の構造スラブおよびコンクリートのアーチ橋で特に有用な場合がある。また、ＬＷＡコンクリートは、改善された断熱性、凍結融解性能、耐火性および減音度を有することが可能である。さらに、ＬＷＡは、例えば、他の構造の建築物で、高速道路で、そして土壌のフィラーとして使用可能である。
【０００５】
採石は、殆どの国において、容積換算で骨材の最大の供給源である。ＬＷＡの多くの利点にも拘わらず、骨材の採収は、例えば、環境上および法律上の問題、入手可能性、ならびに輸送および他のコストにより複雑になる。
【０００６】
廃棄物処理は、環境上および法律上の重大な問題を含むもう１つの領域である。利用可能な埋め立て地を使い果たすこと、新たな場所を獲得する困難性、環境上の悪影響、および埋め立てのコストに起因して、廃材の処理は、長年にわたって重大な課題となっていた。例えば、都市固形廃棄物（「ＭＳＷ」）焼却炉から生じる重い灰流である焼却炉ボトムアッシュ（「ＩＢＡ」）は、体積の点で重大な廃棄物である。ＩＢＡは、ＭＳＷ焼却炉残留物の合計質量の約７５〜約８０％を占める。ＩＢＡは、スラグ、ガラス、セラミック、鉄を含む金属および鉄を組まない金属、鉱物、他の非可燃物、ならびに未燃有機物の異種混合物を含む。多量のＩＢＡにより、現在の重大な処分問題を生じる。埋め立てる場合、重金属は、ＩＢＡから地表および地下の資源に到達する場合がある。ＩＢＡは、盛り土および堤防、舗道の基礎および道路の補助路盤の構築で、土壌の安定化で、埋め立て地の覆いで、煉瓦、ブロック、および敷石中で、そして特定の用途のフィラーとして、未処理の形態（熱処理なし）で用いられるのが一般的である。比較的不活性な廃棄物について考えても、かかる用途において重金属の到達が考えられる。ＩＢＡを含むコンクリートは、例えば、ＬＹＴＡＧを取り込むコンクリートより弱い。また、ＩＢＡは、セメントと化学的に反応して、膨張および分解に至る場合がある。
【０００７】
また、無視できない体積の廃棄物が、発電所で、粉砕燃料灰（「ＰＦＡ」）と称され、発電機高炉から発生する燃料ガス中の微細粒状の粒子物の形にて主に生じる。ＰＦＡは、生じる石炭灰の７０〜８０％を占める。上述したように、ＰＦＡを含む焼結ＬＷＡは、ＬＹＴＡＧという商品名で市販されている。ＡＳＴＭ Ｃ６１８では、化学組成に基づいて、ＰＦＡに関して２種類の主要な分類、すなわちＦ類（クラスＦ）およびＣ類（クラスＣ）について規定している。シリカを含む材料と、一部のアルミニウムを含む材料とを含むＦ類のＰＦＡは、通常、無煙炭または瀝青炭の燃焼により生じ、セメント性を殆どまたは全く有していない。亜瀝青炭および亜炭の燃焼により生じるのが一般的であるＣ類のＰＦＡは、通常、顕著な量の水酸化カルシウム（ＣａＯＨ）または石灰（ＣａＯ）を含む。Ｃ類のＰＦＡは、数種類のセメント質の特性を有している。生じるＰＦＡの殆どは、顕著なコストおよび地中の帯水層を汚染する可能性がある重金属の漏れに対するリスクを伴いこれまで埋め立て地に処理されている。
【０００８】
ＰＦＡに加えて、発電所では、高炉の底部を通って落下する、重く粗な灰材料である炉ボトムアッシュ（「ＦＢＡ」）が生じる。ＦＢＡは、使用されるボイラーの種類に応じて、湿潤または乾燥底部灰として分類される。両方の石炭燃焼副生成物は、これらを広範囲の応用での使用に望ましくする特性を有するものの、７０％を超える石炭灰は、使用されない。その殆どは、埋め立て地に処分される。ＦＢＡは、軽量コンクリートブロック単位中の骨材として、ポルトランドセメントの原料として、道路基盤および補助基層の骨材として、構造物の充填材料として（例えば、堤防および土止め壁）、およびアスファルト舗装の微細な骨材として、未処理の形態で用いられている。
【０００９】
鉱業では、破砕および洗浄操作中に生成される相当な量の廃棄物が、粉末、泥、および種々のサイズの破砕された材料の形で生じる。かかる残留物の約７５％は、種々のタイプの軟石、例えば大理石、陶器、およびトラバーチンを含む。残留物の残りは、硬石、例えば花崗岩を含む。
【００１０】
例えば、最も重要な採鉱部門の１つである花崗岩の採鉱で使用される花崗岩製材機および花崗岩裁断機は、切断および洗浄処理により多量の花崗岩廃棄物残留物を、粉末または泥の形で生じる。かかる廃棄物は、地表または地中の水の帯水層の汚染を防ぐために、ラグーンまたは埋め立て処分前に処理する必要がある。花崗岩は、シリカおよびアルミナを含む。
【００１１】
ＭＳＷ流から除去される廃棄物ガラスは、さらに別の廃棄物である。廃棄物ガラスは、アスファルト舗装での骨材の代わりとして、および粒状のベースまたは充填材料として高速道路の建設で使用されている。廃棄物ガラスのサイズは、約２５〜約１００ｍｍの範囲で変動する。
【００１２】
Ｓｍｉｔｈの米国特許第４１２０７３５号では、少なくとも５０重量％の、都市ゴミ焼却炉からの、無機で鉄を含まない残留物（一般に、焼却炉ボトムアッシュと称される）を、石炭フライアッシュおよび結合材、例えばケイ酸ナトリウムと混合する段階を含む、煉瓦または類似の焼成構造単位、例えばセラミック型タイルまたはガラス化パイプの製造方法を開示している。混合物を成形し、その後、３段階で焼成する。最初に、混合物中の水分が蒸発するように、混合物を１８０℃で１時間加熱する。その後、混合物を、６５℃／分の割合で５５０℃まで加熱し、一晩保持して、炭素を燃焼除去する。その後、混合物を約１７００°Ｆ（９２６℃）〜約２０００°Ｆ（１０９３℃）の温度で焼成して、煉瓦を形成する。Ｓｍｉｔｈは、焼却炉の残留物を石炭フライアッシュに添加することにより、石炭フライアッシュ煉瓦と比較して焼成処理温度を下げられると強調している。Ｓｍｉｔｈは、フライアッシュの代わりに、焼却炉の残留物を溶解させて、冷却時に結合を生じさせることを述べている。相当の溶融が、１７００°Ｆ（９２６℃）〜１７５０°Ｆ（９５４℃）の範囲で起こることが述べられている。また、Ｓｍｉｔｈは、焼却炉の残留物の割合が増大することによる良好な煉瓦特性について報告している。従って、好ましい組成は、５０〜６０％の焼却炉残留物、１〜４％の結合材、そして残りが石炭フライアッシュである。低い燃焼温度に基づいて、焼却炉残留物が、主としてガラスと、存在する場合には焼却炉フライアッシュを含むと考えられる。報告された長所に起因して、Ｓｍｉｔｈは、大きなガラス質の無定形相を有するガラス化された煉瓦を製造したと考えられる。焼却炉残留物の溶解されたガラス成分が殆どの細孔を充填すると、煉瓦は、高い強度および低い多孔度を有する。
【００１３】
廃棄物の処理に関する経済的な負担およびリスクにより、廃棄物を収益獲得製品に転化する他の技術を開発するのが有利であり、これは、それほど入手しやすくなく、再生できない材料に対する需要をさらに低減するだろう。
【発明の開示】
【００１４】
都市固形廃棄物焼却炉の焼却炉ボトムアッシュ（「ＩＢＡ」）から合成骨材を製造することにより、ＩＢＡの廃棄処分および骨材の原材料の採石に関連する問題の一部または全てが回避または緩和される。しかしながら、ＩＢＡは、所望の特性を有する生成物への焼成が困難な場合がある。なぜなら、ＩＢＡは、焼結され、そして急速に緻密化するからである。ＩＢＡは、高濃度の、カルシウムを含む鉱物、例えば酸化カルシウム、炭酸カルシウムおよび硫酸カルシウム、ならびにナトリウムおよびカリウムの酸化物および硫化物を含む。これらの材料は、「融剤」として作用する。かかる融剤により、ＩＢＡ中の残りの化合物の融点を下げるので、より少量の融剤が含まれる場合より低温で焼結および緻密化を生じさせると考えられている。さらに、ＩＢＡの組成が大幅に変動可能であることにより、その焼成性質は予測できない。ＩＢＡの組成の変動性は、数種類の要因、例えばＭＳＷ焼却炉に供給され、処理される廃棄物の焼却手順および変動性に起因する場合がある。供給される廃棄物は、廃棄物を生じる時期および地理的な位置に大きく左右される。
【００１５】
本発明の一実施形態によると、骨材の製造方法が開示されるが、該方法は都市固形廃棄物焼却炉からの焼却炉ボトムアッシュ（ＩＢＡ）と該ＩＢＡより低カルシウムの第２のケイ素アルミニウム材料とを混合する段階を含む。かかる方法は、さらに、混合物を凝集させて凝集体を形成する段階、および凝集体を焼成処理して骨材を形成する段階を含む。第２の材料は、粘土、頁岩、粘板岩、採鉱廃棄物、廃棄物ガラス、および／または炉ボトムアッシュを含んでいてもよい。粘土は、例えば、ベントナイトおよび／またはカオリンを含んでいてもよい。採鉱廃棄物は、例えば、花崗岩切断残留物を含んでいてもよい。
【００１６】
さらに本発明の方法は、ＩＢＡを、混合に先立って好ましくは湿式粉砕によって粉砕する段階を含んでもよい。また、ＩＢＡと第２の材料との混合物は、凝集に先立って、例えば、湿式粉砕によって粉砕してもよい。凝集は、ペレット化を含んでいてもよい。湿式粉砕後、水を除去し、その水を焼成処理された骨材のペレット化および／または急冷時に使用する。凝集体は、例えば、約３〜約４ｍｍの直径を有していてもよい。さらに該方法は、ＩＢＡを湿式粉砕する段階、湿式粉砕されたＩＢＡから廃棄物ガラスを分離する段階、廃棄物ガラスを粉砕する段階、および粉砕された廃棄物ガラスを湿式粉砕されたＩＢＡと混合する段階を含んでもよい。該方法は、凝集体を無機粉末でコーティングする段階をさらに含んでもよい。無機粉末は、例えば、ＰＦＡ、粘土、頁岩および／または粘板岩であってもよい。可塑性結合材、例えば粘土を、ＩＢＡと第２の材料の混合物に添加することも可能である。本明細書では、「可塑性結合材」なる用語は、高い塑性指数を有する結合材を称する。粘土結合材は、ＩＢＡ、第２の材料および粘土結合材の混合物の質量の乾燥重で、約５〜約２０％含まれてもよい。粘土結合材は、例えばベントナイトおよび／またはカオリンを含んでいてもよい。
【００１７】
凝集体は、ロータリーキルン中で焼成処理されるのが好ましい。骨材を軽量骨材または通常重量骨材に焼成処理することが可能である。骨材は、焼結されたかまたはガラス化された骨材の形に焼成処理されてもよい。
【００１８】
ＩＢＡおよび第２の材料を、有機材料、例えば活性炭廃棄物と混合して、骨材の多孔性を増大させることが可能である。有機材料は、例えば、ＩＢＡと第２の材料の混合物に対して、乾燥重で約３０％以下含まれてもよい。
【００１９】
さらに該方法は、骨材の所定の特性、例えば密度および吸水率を、第２の材料に対するＩＢＡの割合および焼成処理温度に少なくとも部分的に基づいて制御する段階を含んでもよい。さらに該方法は、骨材の所定の特性、例えば密度を、有機材料の添加に少なくとも部分的に基づいて制御する段階を含んでもよい。
【００２０】
さらに該方法は、混合物の乾燥重で約５〜約９５％のＩＢＡを、混合物の乾燥重で約９５〜約５％の第２の材料と混合する段階を含んでもよい。好ましくは、混合物の乾燥重で約３０〜約７０％のＩＢＡを、混合物の乾燥重で約７０〜約３０％の第２の材料と混合する。さらに好ましくは、混合物の乾燥重で約３０〜約５０％のＩＢＡを、混合物の乾燥重で約７０〜約５０％の第２の材料であるＰＦＡと混合する。
【００２１】
本発明の他の実施形態によれば、焼結処理された軽量骨材の製造方法が開示され、該方法は、ＩＢＡと、該ＩＢＡより低カルシウムの第２のケイ素アルミニウム材料とを含む混合物を調製する段階、混合物を凝集させて凝集体を形成する段階、および凝集体を焼結させる段階を含む。第２のケイ素アルミニウム材料は、上述した実施形態で述べたのと同一の材料を含んでいてもよい。さらに該方法は、凝集体を焼結させて、約２．０ｇ／ｃｍ３未満の相対密度を有する骨材を形成してもよい。軽量骨材は、乾燥重で約４０％未満の吸水率を有していてもよい。凝集体をロータリーキルン中で焼結させるのが好ましい。凝集体は、約３〜約４０ｍｍの直径を有していてもよい。
【００２２】
さらに前記方法は、第２の材料に対して予め決められた割合のＩＢＡを混合する段階、および該予め決められた割合に少なくとも部分的に基づく温度で凝集体を焼結させて、予め決められた密度を有する軽量骨材を形成する段階を含んでいてもよい。混合物の乾燥重で約４０％のＩＢＡを、混合物の乾燥重で約６０％の第２の材料と混合するのが好ましい。かかる実施形態では、同様に、上述の割合の混合物を含んでいてもよい。さらに前記方法は、ＩＢＡを、例えば湿式粉砕によって粉砕する段階を含んでもよい。さらに前記方法は、混合物を、約１０５０〜約１２４０℃の範囲の温度で焼成処理する段階を含んでもよい。
【００２３】
本発明の他の実施形態によれば、焼結処理された軽量骨材は、ＩＢＡと該ＩＢＡより低カルシウムのケイ素アルミニウム材料と粘土結合材とを混合する段階、混合物を凝集させて凝集体を形成する段階、および凝集体を焼結させる段階を含む方法により形成される。
【００２４】
本発明の他の実施形態によれば、焼結処理された軽量骨材が開示されるが、該焼結軽量骨材は、ＩＢＡと、該ＩＢＡより低カルシウムの第２のケイ素アルミニウム材料とを含む。ＩＢＡと第２の材料との混合物を所定の温度で焼結させて、焼結処理された軽量骨材を形成する。第２のケイ素アルミニウム材料は、上述の実施形態で述べたのと同一の材料を含んでいてもよい。ＩＢＡが混合物の乾燥重で約５〜約９５％含まれ、そして第２の材料が混合物の乾燥重で約９５〜約５％含まれる。ＩＢＡが混合物の乾燥重で約３０〜約７０％含まれ、そして第２の材料が混合物の乾燥重で約７０〜約３０％含まれるのが好ましい。ＩＢＡが混合物の乾燥重で約３０〜約５０％含まれ、そして第２の材料が混合物の乾燥重で約７０〜約５０％含まれるのがさらに好ましい。ＩＢＡが混合物の乾燥重で約４０％含まれ、そして第２の材料が混合物の乾燥重で約６０％含まれるのが最も好ましい。本実施形態の焼結された軽量骨材は、約４０％未満の吸水率を有していてもよい。また、焼結された軽量骨材は、可塑性結合材、例えば粘土を含んでいてもよい。粘土結合材は、混合物の乾燥重で約５〜約２０％含まれていてもよい。骨材は、約２〜約３０ｍｍの範囲の直径を有していてもよい。
【００２５】
本発明の他の実施形態によれば、ＩＢＡと、該ＩＢＡより低カルシウムの第２のケイ素アルミニウム材料とを含む骨材が開示される。骨材は、ＩＢＡと第２の材料との混合物を含む焼成ペレットを含んでいてもよい。焼成ペレットは、約２〜約３０ｍｍの直径を有していてもよい。ペレットを焼結またはガラス化してもよい。骨材は、軽量であるか、または通常重量であってもよい。第２のケイ素アルミニウム材料は、上述の実施形態で述べたのと同一の材料を含んでいてもよい。また、骨材は、可塑性結合材を含んでいてもよい。
【００２６】
本発明の他の実施形態によれば、ＩＢＡと、粘土、頁岩および／または粘板岩とを含む骨材が開示される。粘土は、ベントナイトおよび／またはカオリンを含んでいてもよい。
【００２７】
本発明の他の実施形態によれば、ＩＢＡと、採鉱廃棄物と、可塑性結合材とを含む骨材が開示される。採鉱廃棄物は、花崗岩切断残留物を含んでいてもよい。
【００２８】
本発明の他の実施形態によれば、ＩＢＡと、廃棄物ガラスと、可塑性結合材とを含む骨材が開示される。
【００２９】
本発明の他の実施形態によれば、ＩＢＡと、炉ボトムアッシュと、可塑性結合材とを含む骨材が開示される。
【００３０】
本発明の実施形態では、埋め立て処分における、ＩＢＡおよびケイ素アルミニウム廃材、ならびに活性炭廃棄物の依存を低減し、そして骨材の原材料を求めて自然源を枯渇させることに対する代替物を提供することによって、実質的な経済的および環境上の利益を得ることが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
加熱されたときの材料の挙動は、主としてその組成、粒度、および材料の分布に応じて異なる。好適な焼結生成物は、制御された緻密化を焼成処理温度によって提供するように耐火材と流動性鉱物との間で良好な割合が存在する場合のみ得ることが可能である。流動性鉱物により、材料中の残りの成分の融点が下がる。材料中に存在する酸化物、炭酸塩または硫酸塩の形態の、多量のアルカリ土類金属カルシウムおよびマグネシウム、ならびにアルカリ金属ナトリウムおよびカリウムにより、これに対応して、ガラスネットワーク形成性元素のケイ素分が低減される。このことが、残りの化合物に対する「融剤」作用をもたらすので、混合物中の各成分の最も低い共融点の温度での焼結および溶解を促進する。本発明の実施形態において焼成骨材の製造で用いられるＩＢＡは、多量の酸化カルシウムおよび炭酸カルシウム、ならびに少量のナトリウムおよびカリウムの酸化物および硫酸塩を含有する。従って、焼結およびガラス化は、耐熱性鉱物より低温で起こる。さらに、低い粘度および高い移動度を有する融剤により、液相焼結によって、関与する温度に応じて焼結またはガラス化生成物の形成が補助される。かかる融剤が高濃度で存在するため、ＩＢＡが、迅速に焼結および緻密化することが見出されている。
【００３２】
本発明の実施形態によれば、ＩＢＡより低カルシウム含有量のある種のケイ素アルミニウム材料をＩＢＡと混合して、温度によるＩＢＡの緻密化挙動を改善する。これにより、骨材の製造方法にわたって良好な制御がもたらされることが見出された。使用可能なケイ素アルミニウム材料の１種は、粘土である。使用可能な粘土の一例はベントナイトであり、これは、ケイ酸マグネシウムアルミニウムである。使用可能な他の粘土の例はカオリンであり、これは、シリカのアルミネート水和物（hydrated silica aluminate）である。粘土、シルトまたは泥の圧縮によって形成される堆積岩である頁岩は、使用可能なケイ素アルミニウム材料の関連した例である。粘土または火山灰からなる均一な堆積岩である粘板岩は、使用可能なケイ素アルミニウム材料の関連した別の例である。使用可能な他のケイ素アルミニウム材料としては、廃材、例えば採鉱廃棄物、廃棄物ガラスおよび炉ボトムアッシュ（「ＦＢＡ」）である。採鉱廃棄物は、花崗岩切断残留物を含む。ＦＢＡは、石炭専焼火力発電所における高炉の底部を通って落下する、重く粗な灰材料である。これはＰＦＡと同一の組成を有している。
【００３３】
図１は、ＩＢＡを含む骨材、およびＩＢＡとベントナイトとの混合物を含む骨材についての、約１０６０〜約１２２０℃の範囲にわたる焼成処理温度に対する密度（ｇ／ｃｍ３）のグラフである。１００％のＩＢＡに相当する曲線Ａは、温度が約１０６０℃から約１１００℃まで上昇すると、密度が、約１．３ｇ／ｃｍ３の低密度から２．６ｇ／ｃｍ３の最大密度まで上昇することを示している。温度が１１００℃から１１２０℃まで上昇すると、密度が、最大密度の２．６ｇ／ｃｍ３から約１．６ｇ／ｃｍ３まで低下する。２．０ｇ／ｃｍ３以下の密度を有する骨材は軽量骨材と称され、一方、２．０ｇ／ｃｍ３を超える密度を有する骨材は通常重量骨材と称される。
【００３４】
１０６０℃〜１１００℃までの温度では密度が上昇する。なぜなら、かかる温度範囲では、生成物が焼結すると、ＩＢＡ中の融剤が溶解して、液相を形成し、これが、毛管作用によってＩＢＡ中の粒子間の細孔を充填するからである。密度は、細孔が充填され、そしてサンプルの体積が減少すると増大する。さらに、液相中の小さな粒子が、より大きな粒子に向かって拡散する。溶解した材料は、硬化時に、硬質でガラス質の無定形骨格またはマトリックスを形成する。処理温度が上昇すると、ＩＢＡ中の化合物がさらに溶解し、これにより、全ての細孔を実質的になくし、よりガラス質の、結晶性固体マトリックスを形成する。最大緻密化の温度では、基本的に全ての細孔が充填され、そして生成物がガラス化する。
【００３５】
１１００℃〜１１２０℃の温度では密度が低下する。なぜなら、さらに温度が上昇することにより、サンプルが溶解し、そして膨張するからである。膨張の原因は、サンプル中の一部の成分の揮発によって、溶解した液相中に気体が閉じこめられることである。閉じこめられた気体は、細孔を形成する。
【００３６】
図１に示されているように、ＩＢＡは、極めて狭い温度範囲で迅速に焼結する。例えば、約１．５〜約１．８ｇ／ｃｍ３の範囲の密度を有する１００％のＩＢＡを含む焼結された軽量骨材を製造するために、焼結温度は、僅か１０℃の幅である１０７０〜１０８０℃の範囲内にする必要がある。さらに、所与のＩＢＡのサンプルにおける組成を変更することにより、加熱中の個々のＩＢＡサンプルの挙動は大幅に変わる。従って、個々のＩＢＡサンプルについての温度と密度との関係は、広く変化し得る。結果として、密度、多孔性、吸水率等の所望の性質を有するＩＢＡ最終生成物を達成するのは極めて困難である。温度でＩＢＡの緻密化挙動を制御できないことは、大規模生産での必要とされる特性の骨材の製造において、重大な障害となる。
【００３７】
本発明の実施形態で用いられる低カルシウムのケイ素アルミニウム材料（「ＳＡＭ」）は、ＩＢＡと比較して、より多くの耐熱鉱物、例えばシリカおよびアルミナと、少ない融剤、例えばカルシウム、マグネシウム、カリウムおよびナトリウムの酸化物を含む。以下の実施例で用いられるＩＢＡは、約４２％のシリカ（ＳｉＯ２）、１１％のアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、および２０％の酸化カルシウム（ＣａＯ）を含んでいた。天然のＳＡＭ粘土（例えば、ベントナイトおよびカオリン）、頁岩および粘板岩は、約４８〜５８％のシリカ（ＳｉＯ２）、約１８〜約２９％のアルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、および３％未満の酸化カルシウム（ＣａＯ）を含む。本発明の実施形態で使用可能な採鉱廃棄物の一例である花崗岩切断残留物は、約６５％のシリカ（ＳｉＯ２）、約１５％のアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、および約２．６％の酸化カルシウム（ＣａＯ）を含む。これらの低カルシウムＳＡＭにおける追加の成分は、以下の実施例に記載されている。廃棄物ガラスは、約７２％のシリカ（ＳｉＯ２）、約２％のアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、および約９％の酸化カルシウム（ＣａＯ）を含む。また、廃棄物ガラスは、融剤化合物でもある約１２％の酸化ナトリウム（Ｎａ２Ｏ）を含む。石炭燃焼からの粉砕燃料灰（「ＰＦＡ」）と同一の組成を有する炉ボトムアッシュは、約５２％のシリカ（ＳｉＯ２）、約２６％のアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、および約２％の酸化カルシウム（ＣａＯ）を含む。これらの低カルシウムＳＡＭにおける他の融剤は、ＩＢＡ中における場合と類似の低濃度を有する。
【００３８】
ＩＢＡを低カルシウムＳＡＭと特定の割合で混合することにより、混合物の化学組成および鉱物学的特性を変更し、予想し得るようにＩＢＡの急速な焼結挙動を変化させる。これにより、より緩やかな焼結、およびサンプルの当初の軟化、焼結および溶解の間の広い温度間隔がもたらされる。例えば、ベントナイトをＩＢＡに添加することにより、１００％のＩＢＡと比較して、混合物中に含まれる流動性鉱物の量が低下すると共に、耐熱性鉱物、例えば石英およびカオリンの含有量が増大する。耐熱性鉱物、例えば石英およびカオリンは、融剤より高い融点を有しているので、混合物は、高温で焼結および溶解する。
【００３９】
図１に示されているように、例えば、６０％／４０％のＩＢＡ／ベントナイト混合物において、約１．５〜約１．８ｇ／ｃｍ３の範囲の密度を有する焼結された軽量骨材を製造するためには、焼結温度は、約２０℃（約１０８５〜約１１０５℃）の範囲内でよい。４０％／６０％のＩＢＡ／ベントナイト混合物では、約１０８０〜約１１３０℃の範囲の５０℃以内の温度で同様の密度を達成可能である。さらに、ベントナイトの濃度を６０％まで増大させると、焼結が遅れ、約１１８０℃で最大密度に到達する（１００％のＩＢＡについての１１００℃、および６０％／４０％のＩＢＡ／ベントナイトについての１１３０℃と対照的である）。さらに、８０％以上までベントナイトを増やすと、４０％／６０％のＩＢＡ／ベントナイト混合物と比較して、より広い温度範囲で約１．５〜約１．８ｇ／ｃｍ３の範囲の密度を有する軽量骨材を得ることが予想される。より広い温度範囲により、ＩＢＡの組成を変更したとしても、所望の密度および他の特性の骨材の製造が容易になる。図１は、以下の実施例３の結果に基づいている。
【００４０】
得られる骨材の特性に対するＩＢＡの組成の変更の影響は、ＩＢＡの湿式粉砕によりさらに弱め得ることが見出された。湿式粉砕により、一般的に用いられる他の技術と比較して、材料の不均一性を低減し、そしてさらに処理する場合により好適である均一なスラリーが製造されることが見出されている。
【００４１】
本発明の実施形態による方法において、骨材は、所定量のＩＢＡおよび低カルシウムのケイ素アルミニウム材料（「ＳＡＭ」）を混合する段階、混合物を凝集させる段階、および所定の温度で凝集体を焼成処理する段階によって形成される。低カルシウムＳＡＭは、ＩＢＡより少ないカルシウムを有する。温度は、ＳＡＭに対するＩＢＡの割合および骨材の所望の密度、ならびに図１に図示されるようなデータに基づく骨材の他の特性、例えば吸水率および／または強度に少なくとも部分的に基づいて選択してもよい。焼結を生じさせるであろう温度が好ましい。焼結に先立ってＩＢＡを粉砕して、分布に関して微細な粒径をもたらす。微細な粒径分布を既に有するベントナイトおよびカオリンを除き、ＳＡＭを粉砕するのが好ましい。ＩＢＡおよびＳＡＭを一緒に粉砕してもよい。湿式粉砕が好ましい。また、焼結に先立って混合物を凝集させて、所望のサイズおよび形状を有する凝集体を作製して、焼結された骨材２０を形成するのが好ましい。ペレット化は、好ましい凝集法である。
【００４２】
図２は、ＳＡＭ粒子１２、例えば廃棄物ガラス、粘土（ベントナイト、カオリン）、頁岩、粘板岩、花崗岩切断残留物およびＦＢＡ、ＩＢＡ粒子１４、および細孔１６を含む骨材１０の一例であり、例えば、これを焼成処理して、本発明の実施形態による骨材を形成することが可能である。また、必要により含まれる可塑性結合材、例えば粘土結合材の粒子１８を含めて、ＳＡＭ粒子１２およびＩＢＡ粒子１４の物理的結合を高め、そして凝集体１０の完全性を改善することが可能である。焼成処理中、ＩＢＡ１４およびＳＡＭ粒子１２の当初の粒状の粒子での加工処理温度未満の融点を有する流動性化合物、例えば酸化カルシウム、酸化ナトリウム、および他の化合物は、上述したように、溶解し、そして細孔１６に流れ込む。ＳＡＭ粒子１２が非結晶性の固体である廃棄物ガラスである場合、緻密化は、他の結晶性のＳＡＭ粒子、例えば花崗岩切断残留物、粘土、頁岩、粘板岩および炉ボトムアッシュの融点より大幅に低いのが一般的である温度での粘性焼結によって、軟化されたガラス粒子を溶融することにより生じる。
【００４３】
図３は、本発明の実施形態に従い、凝集体１０を焼結することにより得られる骨材２０の一例の概略断面図である。骨材２０は、ＩＢＡ、ＳＡＭおよび必要により可塑性結合材の混合物を含む。かかる例においては、凝集体１０を、ＳＡＭに対するＩＢＡの割合および所望の密度および／または他の特性に応じて、約１０６０〜約１２２０℃の温度で焼結させる。焼結された骨材２０は、成分の溶解および／または結晶化により得られる、部分的にガラス質でかつ部分的に結晶化されたマトリックス２４によって相互に結合した複数の粒状物２２を含む。粒状物２２は、加工処理温度を超える融点のシリカ、アルミナ、および他の材料を含んでいてもよい。粒状物２２は、焼結中に完全にまたは部分的に結晶化することにより、粒状物２２の間にさらなる結合をもたらす。骨材２０は、凝集体１０をＰＦＡまたは以下にさらに記載するような他の無機材料で必要によりコーティングすることにより得られる、高密度で連続的な比較的不浸透性の表面層２６を有していてもよい。チャネル様であってもよい内部細孔２８、および微視的であってもよい小さな表面細孔２８ａも存在する。表面細孔が内部細孔と連絡することにより、骨材２０が水を吸収することが可能となる場合がある。吸水の度合いは、細孔の容積および連絡性を示す。
【００４４】
図４は、本発明の他の実施形態に従い、少数の粒状物２２および大きなマトリックス２４を含むガラス化された骨材３０の一例の概略断面図である。ガラス化は、ＳＡＭに対するＩＢＡの特定の割合についての最大緻密化温度以上凝集体１０の焼成により得られ、このとき凝集体の殆どの成分が溶解する。
【００４５】
約１．２ｇ／ｃｍ３程度の低さの密度および約４０％を超える吸水率を有し、極めて低い強度の、高多孔性の軽量骨材（「ＬＷＡ」）、ならびに極めて強固で、２．０ｇ／ｃｍ３以下の密度の、よく焼結されたＬＷＡは、本発明の実施形態に従って製造され得る。２．０ｇ／ｃｍ３を超えかつ約２．６ｇ／ｃｍ３以下の密度、および０に近い吸水率の通常重量骨材も、本発明の実施形態に従って製造され得る。本発明の実施形態によるＩＢＡおよびＳＡＭを有する骨材の製造は、有効な再利用の用途を提供する。
【００４６】
対象とする用途で、マトリックス２４内で多孔性の微細構造を有する低密度の骨材（約１．３ｇ／ｃｍ３未満）を必要とする場合、有機材料を、ＩＢＡ／ＳＡＭ混合物中に導入してもよい。有機材料は、廃棄有機材料、例えば活性炭廃棄物（「ＡＣＷ」）、あるいは高い炭素含有量である農業、林業または工業的な供給源から得られる任意の廃棄物であってもよい。活性炭は、炭素を含む材料、例えば木材、石炭またはピートの制御された燃焼により得られる。活性炭は、汚染物質を吸着させるために、水処理でフィルターとして用いられる。活性炭廃棄物は、その使用後の使用済み活性炭である。デンプンを用いてもよい。有機材料は、焼却中に燃焼除去し、得られる骨材の多孔性を増大させ、その密度を低減させる。０．５ｇ／ｃｍ３程度の低い密度を有する軽量骨材は、有機廃棄物を添加することによって製造することができる。ＩＢＡ、ＳＡＭおよびＡＣＷを用いた骨材の製造は、少なくとも２種類の廃棄物の場合にさらに有利な再利用の用途を提供する。ＳＡＭが廃棄物（廃棄物ガラス、花崗岩切断残留物、炉ボトムアッシュ）である場合、３種類の廃材を再利用可能である。
【００４７】
図５は、本発明の実施形態による骨材製造方法１００の一例である。ＩＢＡを、段階１０５においてボールミルのバレルに添加し、そして段階１１０で水と共に粉砕する。粉砕を用いて、ＩＢＡの粒径分布を微細な分布とし、焼成処理を改善する。微細な粒径分布を有する粉末は、有効な特性を有している。なぜなら、体積にして大きな表面積により、大きな粒子に向かう、液相を通っての小さな粒子の拡散を増やし、また、粉末は、良好な充填密度を有する骨材全体に良好に分布するからである。得られる粒子は、例えば、約４５ミクロン以下の平均粒径を有するのが好ましい。湿式粉砕が好ましい。なぜなら、これによりさらに均一な粒径分布を提供することが見出されているからである。さらに、湿式粉砕処理で用いられる液体は、凝集体を破砕しやすく、また粉末粒子の結合を低減するものである。あるいは、ＩＢＡを、例えばハンマーミル中で乾式粉砕してもよい。
【００４８】
湿式粉砕は、例えば、密閉された可動式円筒形容器中で行い、そこでは、液体媒質、例えば水またはアルコール中の球形の粉砕媒体、例えばアルミニウムの球体が、媒体中に懸濁されている粒子を砕くのに十分な力を働かせる。移動を、転動、振動、軌道回転および／または攪拌によって粉砕媒体に伝えてもよい。粉末の粒径分布を制御する最も重要な変数は、粉砕速度（ｒｐｍ）、粉砕時間、粉砕媒体の量、液体の量、および原材料の当初の粒径である。ＩＢＡ（質量換算）の約２倍多い液体（質量換算）を準備するのが好ましい。粉砕媒体は、ＩＢＡの質量に対して約４〜５倍の合計質量を有するアルミニウムの球体であってもよい。効果的な結果のためには、容器が、粉砕媒体で少なくとも半分満たされている必要がある。スチールの球体を、アルミニウムの代わりに用いてもよい。球体は、小さな直径、例えば約０．５インチ（１２．７ｍｍ）〜約５／８インチ（１５．９ｍｍ）を有しているのが好ましい。粉砕は、例えば、約８時間行う。
【００４９】
湿式粉砕されたＩＢＡを分離して、段階１１５において、例えば篩によって大きな粒子を除去する。大きな粒子の存在により、均一なペレットの形成が妨げられる。分離は、複数の段階で行ってもよい。一例としては、ＩＢＡを、３．３５ｍｍ、１．７０ｍｍ、３５５ミクロンおよび１５０ミクロンの開口部を有するＡＳＴＭ規格ステンレススチール製メッシュスクリーン上で連続して機械的に振り動かしてもよい。３５５ミクロン未満の粒径を有するより微細なＩＢＡ分画をさらに処理する。
【００５０】
段階１２０から得られる微細分画を段階１２５で脱水する。全ての遊離水を除去するのが好ましい。除去された水を廃液と称し、これをさらに以下に述べるペレット化段階１５０および／または急冷段階１６５で用いてもよく、またはこれを廃棄してもよい。ナトリウム塩およびカリウム塩は廃液に溶出するが、一方、重金属は溶出しないことが見出されている。従って、水は、使用または廃棄しても安全である。低可溶性のカーボネートおよび／またはシリケートに結合することから、ＩＢＡ中に含まれる重金属が溶出しないと考えられる。水は、例えば、圧搾ろ過器または他のろ過装置中で除去されてもよい。脱水により、段階１３０において、固体の湿潤ケーキ残留物が形成される。
【００５１】
ケーキを、段階１３５で乾燥および粉砕する。この段階により、ケーキを粉末に転換する。ケーキを、例えば１１０℃の乾燥機中で乾燥してもよい。粉末は、例えば乳鉢および乳棒で粉砕してもよい。大規模生産では、乾燥固体ケーキを、例えばブレードまたは乾燥ハンマーミルを備えた混合器中で粉末に粉砕してもよい。
【００５２】
粉砕されたＩＢＡ粉末を、段階１４０でＳＡＭと十分に混合する。ＳＡＭが、既に好適な粒径分布を有する粉末の形態である場合、段階１４０で、ＳＡＭを、粉砕されたＩＢＡに直接混合してもよい。ＳＡＭが廃棄物ガラス、花崗岩切断残留物、頁岩、粘板岩、ＦＢＡであるか、または粗な分布を有する場合、粉砕されたＩＢＡと混合する前に、乾式粉砕してもよい。乾燥重で約９５〜５％のＳＡＭをＩＢＡに添加する。さらに好ましくは、乾燥重で約７０〜約３０％のＳＡＭを添加する。さらに好ましくは、乾燥重で約７０〜約５０％のＳＡＭを添加する。最も好ましくは、約６０％のＳＡＭを添加する。有機材料、例えば有機廃棄物を、必要により段階１４０で添加して、焼結された骨材２０の多孔性を増大させてもよい。ＩＢＡ／ＳＡＭ／有機材料混合物の乾燥重で約３０％以下の有機材料を添加してもよい。
【００５３】
段階１４０において、必要により可塑性結合材を添加して（ＳＡＭが粘土でない場合）、ペレット化中の個々の粒子の物理的な結合を高め、そしてペレットの完全性を改善することが可能である。可塑性結合材は、例えば粘土を含んでいてもよい。上述したように、可塑性結合材は、高い塑性指数を有する結合材である。少なくとも１０の塑性指数が好ましい。粘土結合材は、ＩＢＡ／ＳＡＭ／粘土混合物の乾燥重で約５〜約２０％含まれていてもよい。この場合、ＩＢＡは、混合物の乾燥重で（ＢＤＷＭ：by the dry weight of the mixture）約５〜７５％含まれていてもよく、そしてＳＡＭは、約９０〜約５％ＢＤＷＭを含まれていてもよい。ＩＢＡが約３０〜約７０％ＢＤＷＭ含まれ、ＳＡＭが約６０〜約１０％ＢＤＷＭ含まれ、そして粘土結合材が約１０〜約２０％ＢＤＷＭ含まれるのが好ましい。さらに好ましくは、ＩＢＡが約３０〜約５０％ＢＤＷＭ含まれ、ＳＡＭが約６０〜約３５％ＢＤＷＭ含まれ、そして粘土結合材が約１０〜約１５％ＢＤＷＭ含まれる。好ましい組成においては、ＩＢＡが約４０％ＢＤＷＭ含まれ、ＳＡＭが約５０％ＢＤＷＭ含まれ、そして粘土結合材が約１０％ＢＤＷＭ含まれる。
【００５４】
かかる範囲の量の粘土の添加は、焼成処理中の混合物の挙動に大きな影響を及ぼさないであろう。添加される粘土の実際の量は、用いられるＩＢＡまたは廃棄物ガラスの量に応じて異なる場合がある。例えば、高濃度のＩＢＡまたは廃棄物ガラスを含む混合物の場合、用いられる粘土結合材の量は、上記の範囲の上限であるのが好ましい。少ない粘土結合材は、ＳＡＭ、例えば頁岩または微細に粉砕された炉ボトムアッシュを含む混合物において用いるのが好ましい。例えばベントナイトおよび／またはカオリンを粘土結合材として用いてもよい。ベントナイトおよびカオリン中のカルシウムの量は、本明細書に開示されている他のＳＡＭと同様であるので、ＳＡＭの量を、おおむね添加される粘土結合材の量だけ減らしてもよい。例えば、混合物の乾燥重で１０％の粘土結合材を添加する場合、ＳＡＭの量を、約１０％減らす。ＩＢＡを必要によりさらに減らしてもよいものの、これにより、焼成処理中の混合物の挙動が影響される可能性がある。
【００５５】
水を混合物に添加して、粘土様の稠度とすることにより、以下の段階１４５で述べる凝集を容易にする。添加される水の量は、ＳＡＭの種類、混合物中のＳＡＭの量、およびＳＡＭの粒径に応じて異なるＳＡＭ粒子の吸水特性に関連する。例えば、ＳＡＭがベントナイトであり、ＳＡＭに対するＩＢＡの割合が、４０％のＳＡＭに対して約６０％のＩＢＡである場合、必要とされる水の量は、ＩＢＡ／粘土混合物の合計乾燥重の約２７％であることが見出されている。割合が４０％／６０％のＩＢＡ／粘土である場合、ＩＢＡ／粘土混合物の合計乾燥重の約３０％の水を添加する必要があることが見出されている。割合が２０％／８０％のＩＢＡ／粘土である場合、必要とされる水の量は、ＩＢＡ／粘土混合物の合計乾燥重の約３２％である。段階１２５において粉砕されたスラリーから除去される廃水をここで用いてもよい。混合物中のＳＡＭが、廃棄物ガラスまたは花崗岩切断残留物である場合、例えば、以下の実施例で述べるように、より少ない水でよい。粘土結合材を使用する場合も同様に、より少ない水でよい。
【００５６】
得られる混合物を段階１５０で凝集させる。凝集は、粒径拡張技術であり、ここでは、小さく、微細な粒子、例えばダストまたは粉末を集めて、大きな塊体、例えばペレットにする。混合物をペレット化によって凝集させるのが好ましく、このとき、気体または液体に分散された微粒子を、他の外部からの圧縮力なしに回転によって拡張する。例えば、ペレット化回転ドラムまたはディスクを使用可能である。得られるペレットの強度は、粒子の特性、媒体中の水分量、および機械的な処理パラメータ、例えば、当該分野で知られているような回転速度および回転ドラムの傾斜角に応じて異なる。回転ドラムの使用例が、以下の実施例に記載されている。得られるペレットは、ほぼ球形または僅かに角張っており、色は、混合物中の炭素および鉄の含有量に応じて淡褐色から暗褐色であり、そして例えば約３〜約４０ｍｍの範囲でサイズが変動し得る。上述したように、図２は、ペレット１０の一例である。押出を、ペレット化の代わりに用いてもよい。押出により、煉瓦様の材料が得られ、これを硬化後に、小さな粒子に破砕することが可能である。あるいは、圧縮を用いて、円柱形の凝集体、例えばタブレットまたは他の形状を形成してもよい。
【００５７】
凝集された混合物を、段階１５５において、必要により表面コーティングして、その後、乾燥させる。ペレットを、焼成処理温度で溶解しないであろう無機材料でコーティングしてもよい。無機材料は、例えば、低強熱減量（「ＬＯＩ」）ＰＦＡ、粘土、頁岩、粘板岩または花崗岩切断残留物をダストの形態で含んでいてもよい。ペレットの表面を、非粘着性材料の薄層で被覆することにより、ペレットの表面に被膜を形成し、これにより、ペレットのクラスタ化を減らし、ペレットの強度を高め、そして例えば、図３に示されているように、骨材２０に対して、薄い高密度の外膜２６を形成する。使用される無機材料の量を少なくしてもよい。ペレットは、例えば、ダストをペレットに散布するか、またはダスト中でペレットを回転させることによってコーティングし得る。乾燥は、例えば、乾燥機中で約１１０℃にて行う。乾燥させるのが好ましい。なぜなら、キルン中で湿潤ペレットを焼結することにより、急速な温度変化に起因して、ペレットの分解および爆発に至る場合があるからである。粘土結合材を、上述したように混合物に添加する場合、ペレットの完全性を高めるか、または被膜を形成するためにコーティングを必要としない。なぜなら、粘土により内部結合が改善されるからである。しかしながら、コーティングは、依然として選択肢となる。
【００５８】
コーティングおよび乾燥されたペレットを、段階１６０で焼成処理する。焼成処理は、例えば、以下でさらに詳細に述べるように、混合物の組成および骨材の所望の特性に応じて約１０００〜約１３００℃の温度で行ってよい。焼成処理は、最大の緻密化の温度未満で起こる焼結、または最大の緻密化の温度以上で起こるガラス化であってもよい。焼成処理は、ロータリーキルン中で行うのが好ましい。焼結により、上述したように、粒子間で結合を形成することによって、前もって緩く結合した粒子の強度および密度を増大させる。ガラス化により、最大緻密化温度であっても高い強度を得られる。しかしながら、高温でガラス化が進行すると、上述したように、材料の膨張に起因して、密度および強度が低下する。
【００５９】
焼成処理されたペレットを、段階１６５において水中で急冷してもよい。急冷により、ペレットを冷却し、溶解を停止させる。急冷した場合、得られる骨材２０は、再結晶化が可能となる空冷の場合と比較して、さらに無定形のマトリックス２４を有しているであろう。当該分野では、急冷により、焼成された骨材の硬度、靱性および耐水性が改善されることが知られている。水は、例えば室温（約３０℃）であってよい。
【００６０】
焼成処理および急冷が行われた場合には、これらの後、段階１７０において、骨材を粉砕し、そして異なるサイズに選別する。焼成処理中のペレットの縮小に起因して、ペレットのサイズが約３〜約４０ｍｍで変動する場合、焼成された骨材のサイズは、例えば、約２〜約３０ｍｍの範囲で変動する場合がある。選別された骨材に好適なサイズ範囲は、約４〜約８ｍｍの範囲であり、これは、ろ過での用途に用いても良く、そして約１２〜約１９ｍｍの範囲であり、これは、コンクリートで用いてもよい。より小さな骨材（約２ｍｍ程度）は、例えば、コンクリート中の微細な骨材として用いてもよい。
【００６１】
本発明の実施形態による焼成処理の結果として、骨材は、通常の環境条件下で殆どの物質に対して化学的に不活性である。図６は、本発明の実施形態に従い、約１０９０℃で焼成処理され、４０％のＩＢＡおよび６０％のベントナイトを含む複数の焼結骨材の一例である。
【００６２】
図７は、本発明の実施形態により骨材を製造する方法２００のさらに別の例であり、ＳＡＭおよび必要により有機材料を、未処理のＩＢＡと混合して、両方の材料を一緒に湿式粉砕する。従って、粉砕された混合物は、ＩＢＡを粉砕した後にＳＡＭをＩＢＡに導入する図５に示される方法によって製造される粉砕粉末と比較して、より微細な粒径分布を有している。段階２０５では、ＩＢＡ、ＳＡＭおよび必要により有機材料を、粉砕用のバレルに添加する。段階２１０で、材料を湿式粉砕する。図７における段階２１５〜２３５は、図５における段階１１５〜１３５に対応し、一方、図７における段階２４０〜２６５は、図５における段階１４５〜１７０に対応する。粘土結合材を、段階２０５においてか、または段階２４０（ＳＡＭが粘土でない場合）において必要により添加してもよい。段階２４０において、粘土結合材を、粉砕された粉末に添加するのが好ましい。
【００６３】
乾式粉砕を、それぞれ図５および図７の段階１１０および２１０での湿式粉砕の代わりに用いる場合、それぞれ段階１２５および２２５での脱水を必要としない。乾式粉砕により製造されるＩＢＡ粉末を、１００ミクロンの篩に通過させて篩い分けし、得られた分画を乾燥機乾燥してもよい。乾燥された分画を、図５における段階１４５〜１７０または図７における段階２４０〜２６５に従って加工処理してもよい。
【実施例】
【００６４】
以下の実施例を行った。
【００６５】
実施例１
本実施例では、ＩＢＡおよび廃棄物ガラス（「ＷＧ」）を含む焼成骨材を製造した。
【００６６】
骨材を加工に供する前に、通常はＩＢＡをスクリーニングして、大きな物体または網状物質を分離する。例えば、鉄を含む金属を電磁石で除去し、そして鉄を含まない金属を過電流選別装置で除去する。残りの材料をサイズで分別し、これを異なる目的に用いてもよい。約８ｍｍ未満の分画を、実施例で用いた。また、大きな分画については、粉砕後に使用可能である。
【００６７】
これらの実験で用いられるＩＢＡおよびＷＧの平均化学分析（大部分を占める酸化物）を、以下の表Ａに示す。かかる調査でのＷＧは、米国で製造されるガラスの約９０％を占めるソーダ石灰ガラスから製造された。これは、主としてケイ素、ナトリウム、およびカルシウムの酸化物と、他の少量の成分、例えばアルミニウムおよびマグネシウムの酸化物から構成されている。ガラスの組成により、材料は、セラミックスを製造するために一般に用いられる他のガラスより低温での液相焼結によって緻密になるので、エネルギー製造コストが下がる。ＩＢＡにおける大部分の結晶相は、石英（ＳｉＯ２）、方解石（ＣａＣＯ３）、および少量の赤鉄鉱（Ｆｅ２Ｏ３）であり、一方、廃棄物ガラスは、一般的な無定形材料である。
【表１】
2008536781.tif 000002
【００６８】
ＩＢＡおよびＷＧを、図５について上述しかつ以下に詳細に示したように処理した。本実施例では、ＷＧを湿式粉砕ＩＢＡ粉末に添加した後にペレット化した。
【００６９】
１ｋｇのＩＢＡのサンプルを、水：固体比を２として、約５０ｒｐｍで回転する５リットルのポリプロピレンミル中で、高密度アルミナ粉砕媒体を用い約８時間粉砕した。ミルは、Pascal Engineergin社の２１５８９型であった。粉砕媒体は、４．５３６ｋｇの３／４インチ（１９．０５ｍｍ）の高密度アルミナ球体であった。粉砕されたスラリーを、３．３５ｍｍ、１．７０ｍｍ、３５５ミクロンおよび１５０ミクロンの篩に通過させて、焼結に不適当な粗い粒子を除去した。このような粗い粒子はＷＧを含んでいてもよく、これを粉砕し、その後に、湿式粉砕されたＩＢＡ粉末と混合した。
【００７０】
粉砕されたスラリーの粒径分布を、レーザー回折分析器を用いて分析した。粒径分布のデータは、湿式粉砕による供給されたときの状態のＩＢＡの実質的な粒径低下および乾式粉砕によるＷＧの実質的な粒径低下を示す。供給された状態のＩＢＡの体積の９５％（ｄ９５値）は、７５９ミクロンより微細の粒子を含んでいた。これは、粉砕後、２３ミクロンのｄ９５値まで低下した。供給された状態のＩＢＡの場合に対応するｄ５０値は３０ミクロンであり、粉砕後、６ミクロンまで低下した。得られる焼結骨材を、短時間粉砕し、これにより粗な分散を有する混合物から製造される骨材と比較して、高い密度および強度と、低い吸水率を有していることが見出されている。
【００７１】
３５５ミクロン未満の分画を、Whatman GF/Cろ紙を用いるステンレススチール製押出容器中での加圧ろ過によって脱水し、これによりフィルターケーキを形成した。フィルターケーキを、１１０℃で一晩、乾燥機乾燥し、そして乳鉢および乳棒で粉砕して、微細で均一な粉末を形成した。
【００７２】
使用されたＷＧは、一部は、未処理のＩＢＡから分離されるボトルおよび窓ガラスに由来するものであった。かかるＷＧを洗浄し、そして１１０℃で一晩乾燥機乾燥した。その後、ＷＧをジョー・クラッシャーで粉砕し、そして分離して、粒径を２〜６ｍｍの範囲に低下させ、その後、振動リングを用いることによってGy-Ro, Glen Creston Ltd., Brownfields, England製の炭化タングステンＴｅｍａミル中で、９５％の体積（ｄ９５）が７１０ミクロン未満の粒径を有するまで粉砕した。再び、さらに４分間粉砕して、粒径分布をさらに低下させた。本実施例では、かかる微細なＷＧ分画を使用した。破砕されたＷＧのｄ５０値は、１９７．６ミクロンの粒子からなり、４分間の乾式粉砕後、１９．８ミクロンに低下した。さらに、ＩＢＡの湿式粉砕スラリーから得られ、３３５ミクロンの篩によって分離されたＷＧも使用した。また、かかる分画を、Ｔｅｍａ乾燥ミル中で４分間粉砕し、そして最初の分画と一緒にした。
【００７３】
粉砕されたＷＧを、湿式粉砕により形成されたＩＢＡ粉末に、１００％／０％、４０％／６０％、６０％／４０％および０％／１００％（ＩＢＡ／ＷＧ）の所定の割合にて添加した。ＩＢＡおよびＷＧの粉砕された粉末混合物を、バッチ式混合器中で水（得られる混合物の合計乾燥重の約３５％以下）と混合し、その後、４０ｃｍの直径および１メートルの長さを有し、水平に対して約３０°の角度で約１７ｒｐｍで回転する回転式ドラムペレタイザーに供給した。得られる「グリーン」ペレットは、一般に、おおむね球形または僅かに角張っていた。平均して約４〜約１１．２ｍｍの直径を有していた。４ｍｍ未満のペレットは、再度のペレット化のためにドラムに戻した。１１．２ｍｍを超えるペレットは手で小さなペレットに破砕し、これもペレタイザーに戻した。
【００７４】
粉末をペレットに散布することによって、ペレットを、石炭燃焼から得られる粉砕燃料灰（「ＰＦＡ」）粉末でコーティングした。その後、ペレットを約１１０℃にて乾燥し、そして、７７ｍｍの内径×１５００ｍｍの長さを有し、その内部の加熱領域が９００ｍｍの長さであるロータリーキルンに供給した。キルンは、種々のＩＢＡ／ＷＧ混合物のために１０８０〜１２２０℃の温度で運転するように設定された。ペレットは、約２．８ｒｐｍの速度で、約１０〜約１２分間にわたってロータリーキルンの管に沿って移動および回転した。本実施例では、キルンは、Carbolite Hope Valley, Englandから市販されている、ＧＴＦ Ｒ１９５型の電気加熱式の回転炉であった。焼成処理されたペレットをキルンから取り出して、室温で冷却した。温度に対する密度の曲線（例えば図１に示されているもの）は、各々のキルンで変わり得ることに留意されたい。例えば、特定の割合のＩＢＡおよびＷＧまたは他のＳＡＭに対応する曲線は、上述の特定のキルンを用いる場合より、僅かに低いかまたは高い最大緻密化温度を有し得る。曲線の移動は、特定のキルンの運転効率に関連する多数の要因、例えば温度分布の安定性、エネルギー損失等に原因がある可能性がある。従って、用いられる特定のキルンで数種類のサンプルを調製して、骨材が所望の特性を有するであろう温度範囲を特定する必要がある。
【００７５】
結果
以下の表Ｂ〜Ｄは、実施例１の方法により形成された骨材の物性および機械特性についてまとめたものである。骨材は、ＩＢＡ／ＷＧ混合物中のＷＧの濃度の増大と共に物性がかなり変化していることに留意すべきである。
【００７６】
以下の表Ｂは、異なる割合のＩＢＡおよびＷＧを含み、異なる温度範囲（１０℃間隔）で焼成処理された骨材の試験結果をまとめたものである。データは、１００％のＩＢＡについては７個の数値の平均であり、ＷＧ含有サンプルについては２個の数値の平均である。データを、図８のグラフにプロットしてある。焼成された骨材の相対乾燥密度は、アルキメデス法によって計算し、吸水率は、２４時間水に漬けた後の「表面乾燥」サンプルの質量の増大から測定した。
【００７７】
上述したように、混合物中のＷＧの量を増加させることにより、サンプルの当初の軟化、最大緻密化、および完全またはほぼ完全な溶解の間の温度間隔が広がる。これは、ＷＧの量が増大すると、ＩＢＡの化学組成および鉱物学的特徴が変化するからである。また、最大緻密化は、得られる混合物に含まれるシリカの濃度が増加することに起因して、ＩＢＡ混合物中のＷＧの増加と共により高い温度で起こることが観察された。例えば、１００％ＩＢＡは約１１００℃の最大緻密化温度を有する。６０％ＩＢＡ／４０％ＷＧの混合物は約１１２０℃の最大緻密化温度を有し、４０％ＩＢＡ／６０％ＷＧは約１１５０℃の最大緻密化温度を有する。
【００７８】
しかしながら、ＷＧのＩＢＡへの組み込みは、サンプルが焼結する温度範囲を広げる点では他のケイ素アルミニウム材料を用いたときほど効果的ではないことが見出されている。例えば、１００％のＩＢＡは、約１０７０〜約１０８０℃の温度範囲（１０℃）で焼結して、約１．５〜約１．８ｇ／ｃｍ３の軽量骨材を形成し、そして４０％ＩＢＡ／６０％ＷＧは、約１０８０〜約１１００℃の温度範囲（３０℃）で焼結して、その密度範囲の骨材を形成し、一方、上述したように、４０％ＩＢＡ／６０％ベントナイト混合物は、５０℃の範囲で焼結して、軽量骨材を形成する。他のＳＡＭ、例えば頁岩により、ベントナイトと同様に温度範囲が拡大する。これは、ＷＧに含まれ、融剤として作用するナトリウムおよびカルシウムの酸化物が高い濃度で存在することに起因すると考えられる。また、融剤および溶解ガラスにより、低粘性の溶融物がもたらされ、これにより、他のＳＡＭを用いた場合より高密度で低多孔性の生成物を形成すると考えられる。
【００７９】
図８および以下の表Ｂから明らかなように、温度を用いて、ＩＢＡとＷＧの所定の組み合わせについての焼成生成物の密度および他の特性を決定することが可能である。例えば、ＩＢＡ／ＷＧの４０％／６０％混合物では、１０８０℃での焼結により、約１．５ｇ／ｃｍ３の密度を有するＬＷＡが得られる。１１５０℃で同じ混合物を焼成処理することにより、約２．６ｇ／ｃｍ３の密度を有する通常重量骨材が得られる。
【００８０】
また、表Ｂは、異なる骨材の吸水力に対するＷＧ添加の影響を示している。最大緻密化温度未満の温度で製造される軽量骨材は、一般に、いくぶんかの多孔性を有する。最大緻密化に到達すると、細孔は溶解材料で充填されるので、細孔のサイズおよび数は、徐々に０まで低下する。多量のＩＢＡを含む骨材は、温度により吸水率の急速な低下を示し、一方、高ＷＧ骨材は、温度によりさらに緩やかな吸水率の低下を示す。１００％ＷＧのペレットは、揮発によって形成される細孔を充填する溶解ガラスに起因して、試験された全ての温度で、他の全ての混合物より相当に低い吸水率を有する。
【表２】
2008536781.tif 000003
【００８１】
以下の表Ｃは、特定の焼成処理温度での、ＩＢＡとＷＧとの所定の混合物についての骨材破砕値（「ＡＣＶ」）（％）をまとめたものである。ＡＣＶは、ＷＧに対するＩＢＡの種々の割合に対して３つの異なる温度で得た。ＡＣＶは、骨材の強度に対して反比例する。比較のため、選択された温度は、異なる生成物特性および異なる微細構造を生じる温度であった。各セットにおいて、比較的低い温度で焼結された軽量骨材（「ＬＷＡ」）を、本発明の好ましい実施形態に従って製造した。中央の温度で、よく焼結またはガラス化され、少量の残留細孔を有する通常重量骨材を、本発明の一実施形態に従って製造した。比較的高温で、ガラス化されたＬＷＡも、本発明の一実施形態に従って製造した。
【００８２】
ＡＣＶが小さくなると、骨材の強度は、最大緻密化温度（中央の温度）で高くなる。その温度未満では密度は低くなり、ＡＣＶは高くなり、そして個々の骨材またはバルク骨材の強度は低くなった。その温度を超えると（中央）、サンプルの溶解が増大することに起因して密度および骨材の強度が低減するので、ＡＣＶが増大し始めた。骨材の強度は、温度の上昇に伴い骨材の密度と同じ傾向を示し、予想通り、最大値まで上昇し、その後に減少した。本発明の実施形態によりＩＢＡおよびＷＧを種々の割合で含むＬＷＡは、以下に示すように、約３４％のＡＣＶを有するＬＹＴＡＧと比較して、低いＡＣＶおよび高い強度を有していた。
【表３】
2008536781.tif 000004
【００８３】
表Ｂおよび表Ｃに示される、焼成骨材の特性に対する焼成処理温度およびＷＧの添加の影響に基づき、１０８０〜１１９０℃の温度範囲で焼結され、約１．５〜約２．６ｇ／ｃｍ３の密度を有する４０％／６０％のＩＢＡ／ＷＧ混合物が好ましい。かかる骨材は、例えばコンクリート中の骨材としての広範な用途で使用可能である。従って、焼結中および他の焼成処理中の混合物の挙動ならびに得られるＬＷＡの最終的な特性は、１００％のＩＢＡを含む骨材の場合より、さらに容易に制御可能である。かかる組み合わせの骨材の吸水率の低下は、骨材の表面細孔をはじめとする細孔を充填する溶解ガラスに起因する。
【００８４】
以下の表Ｄは、３種類の所定の温度での４０％／６０％のＩＢＡ／ＷＧを含む骨材に関する所定の物性（表Ｂから得られる相対乾燥密度および吸水率、ならびにかさ密度）および機械特性（表Ｃから得られるＡＣＶ）をまとめたものである。市販のＬＹＴＡＧ（焼結ＰＦＡ）およびＯＰＴＩＲＯＣ（膨張粘土）骨材の対応する特性も、表Ｄに示してある。個々のペレットの特性は、２０個の測定値の平均値であり、バルクペレットの特性は、２個の測定値の平均である。
【表４】
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【００８５】
ＬＹＴＡＧと、１０８０℃で焼結されたか（ＬＷＡ−１と称する）または１１００℃で焼結された（ＬＷＡ−２と称する）４０％／６０％のＩＢＡ／ＷＧを含む骨材の性質を比較すると、ＬＷＡ−１は、匹敵する相対乾燥密度および骨材かさ密度（約１．５ｇ／ｃｍ３の相対密度、０．８〜０．９ｇ／ｃｍ３の間の疎充填かさ密度）を有していたことが示される。焼結されたＬＷＡ−２は、ＬＷＡ−１およびＬＹＴＡＧより僅かに高い相対密度およびかさ密度を有していた。両方の焼結骨材は、ＬＹＴＡＧと比較して、大幅に低いＡＣＶを示し、このことは、圧縮で加重された場合に、バルクとして高い応力に抗することが可能であることを示している。ＯＰＴＩＲＯＣは、極めて低い密度、相的的に低い吸水率、および極めて低い強度を有していた。これは予想通りであった。なぜなら、ＯＰＴＩＲＯＣは、独立した球形の多孔性による大きな体積の蜂の巣状の微細構造を有するからである。
【００８６】
コンクリート中でのＬＷＡ−１およびＬＷＡ−２の利用可能性を実証するために、コンクリート混合物を設計し、そして固まっていないコンクリート（生のコンクリート）および硬化コンクリートに関して試験した。本実施例における混合物について表Ｅに示し、これは、骨材の乾燥状態に対する、ＬＹＴＡＧ、ＯＰＴＩＲＯＣ、ならびにＬＷＡ−１およびＬＷＡ−２を含むコンクリートの個々の構成成分の割合を示す。混合物はそれぞれ異なり、ＬＹＴＡＧならびにＬＷＡ−１およびＬＷＡ−２が、スランプ試験によって測定した場合に類似の加工性を達成していた。スランプは、ＯＰＴＩＲＯＣに関して僅かに高かった。骨材は、成形時に風乾状態であったため、全体の水／コンクリート比の差は、骨材の吸水率の差に起因していた。全体の水／コンクリート比は、吸水率の大きな骨材の場合に高かった。
【表５】
2008536781.tif 000006
【００８７】
コンクリートの所望の硬度およびその後の圧縮は、３つの全ての骨材で迅速に達成された。硬化コンクリートの密度を全ての骨材に関して測定し、表Ｆにまとめた。市販骨材ならびにＬＷＡ−１およびＬＷＡ−２で作製された硬化コンクリートの平均圧縮強度は、７日、１４日および２８日の時点で測定され、以下の表Ｆにまとめた。
【表６】
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【００８８】
本発明の焼結ＬＷＡ−１から得られたコンクリートは、ＬＹＴＡＧから作製された対応するコンクリートに匹敵する圧縮強度を有していたことが明らかである。しかしながら、研究では、全ての時期で、ＬＹＴＡＧで作製されたコンクリートの圧縮強度が大幅に低いことが報告されている（例えば、Kayaliらにより２００３年３月１３日に発行された米国特許第２００３／００４７１１４Ａ１号を参照）。高い骨材密度、強度および低い吸水率に起因して、ＬＷＡ−２で、全ての時期で高い圧縮強度が達成された。
【００８９】
７日、１４日および２８日での焼結されたＬＷＡ−１から得られたコンクリートの圧縮強度は、４７．３ＭＰａ、５２．５ＭＰａおよび５８．６ＭＰａであり、これは高強度コンクリートとして分類される。同様の圧縮強度が、ＬＹＴＡＧで作製されたコンクリートの場合に得られた。ＯＰＴＩＲＯＣ軽量骨材で作製されるコンクリートの極めて低い強度は、骨材の極めて低い強度、低い密度および高い多孔率に起因していた。ＬＷＡ−２で作製されたコンクリートは、２８日にて６４．２ＭＰａ程度の高い圧縮強度を有しており、これは、全ての時期で試験された全ての骨材より高いものであった。
【００９０】
実施例２
本実施例では、ＩＢＡおよび花崗岩切断残留物（「ＧＳＲ」）を含む焼成骨材を製造した。
【００９１】
本実施例で用いられるＩＢＡおよびＧＳＲの平均化学分析（大部分を占める酸化物）を、以下の表Ｇに示した。実施例２で用いられるＩＢＡの組成は、実施例１で使用された場合と同じであった。本実施例において、実施例１で用いられたのと同一の設備を用いた。ＩＢＡを、上述したように、供給前に処理した。
【表７】
2008536781.tif 000008
【００９２】
ＩＢＡおよびＧＳＲを、上述されかつ図７に示されているように処理した。ＧＳＲは、１５０ミクロンの篩を通過させ、得られた分画を用いた。ＧＳＲをＩＢＡに添加して、両方の材料を一緒に湿式粉砕した。
【００９３】
１ｋｇの、１００％／０％、８０％／２０％、６０％／４０％および４０％／６０％の所定の割合のＩＢＡおよびＧＳＲのサンプルを、上記の実施例１で詳細に説明したように湿式粉砕した。粉砕されたスラリーを篩い分けし、そして３５５ミクロン未満の分画をろ過して、遊離水を除去した。製造された固体の湿潤ケーキを、１１０℃で乾燥し、そして粉末に粉砕した。
【００９４】
混合物の稠度がペレット化可能となるまで、バッチ式混合器中で、粉末に水（得られる混合物の合計乾燥重の３５％以下）を混合した。混合物を回転ドラムに供給し、ドラムの端部で集められたペレットを、４ｍｍおよび１２．７ｍｍの篩に通過させて篩い分けした。ペレットをＰＦＡでコーティングし（散布により）、その後、約１１０℃で一晩、乾燥機中で乾燥させた。得られたグリーンペレットを、１０６０〜１２４０℃の範囲の温度で、ロータリーキルン中で約１０〜約１２分間にわたって焼結させた。
【００９５】
結果
以下の表Ｈ〜Ｉは、上述の方法により形成された骨材の物性および機械特性をまとめたものである。
【００９６】
焼結ペレットの相対乾燥密度および吸水率は、実施例１で説明したように測定された。本実施例において、圧縮強度は、個々の骨材に負荷を与えて２枚の平行板の間で破砕させることによって計算された。応力分析では、球体を、同様に２つの全く反対の場所で試験した場合に、球体の圧縮強さσが、以下の式：
【数１】
2008536781.tif 000009
【００９７】
［式中、ＩＡＣＳ＝個々の骨材の破砕強度であり、ｄ＝球体の直径（ｍｍ）であり、そしてＰ＝破壊荷重（Ｎ）である。］
で示されることが明らかとなった。圧縮強度の平均値を、各温度で製造される少なくとも１２種類の骨材に対して行った試験から計算した。荷重は、骨材が破壊されるまで、圧縮試験装置によって与える。装置のダイヤル目盛りにより、破壊を生じさせる荷重を示す測定値を得る。荷重を、以下の式：荷重（ポンド）＝５５０．９５×（測定値）−１６２０．７；荷重（ｋｇ）＝荷重（ポンド）／２．２０５によって測定値から計算する。
【００９８】
以下の表Ｈは、種々の温度で焼成処理され、ＩＢＡおよびＧＳＲを種々の割合で含む骨材に関する試験結果をまとめたものである。データを、図９のグラフにプロットしてある。また、表Ｈでは、機械特性の結果、すなわち特定の温度での、ＩＢＡとＧＳＲとの特定の混合物についての個々の骨材の破砕強度（「ＩＡＣＳ」）をまとめてある。上述したように、混合物中のＧＳＲの濃度を増大させると、ＩＢＡとＧＳＲとの化学組成および鉱物学的特徴が変化するので、サンプルの当初の軟化、最大緻密化、および完全またはほぼ完全な溶解の間の温度間隔が広がる。
【表８】
2008536781.tif 000010
【００９９】
2008536781.tif 000011
【０１００】
高濃度のＩＢＡの混合物から得られる骨材の吸水率は、温度の上昇に伴い急速に低下し、一方、多量のＧＳＲの混合物から得られる骨材は、温度に伴うより緩やかな吸水率の低下を示した。ＩＡＣＳは、予想通り、密度について、最大緻密化温度までの上昇、そして高温での減少に対して類似の傾向を示した。温度の上昇に伴う骨材の強度の上昇は、１００％のＩＢＡ混合物の場合に迅速であり、そしてＧＳＲの量の増大と共にさらに緩やかとなった。
【０１０１】
骨材の特性に対する焼成処理温度およびＧＳＲ添加の影響について得られた結果に基づいて、コンクリート中の軽量骨材をはじめとする広範な用途で使用可能な骨材の場合に好ましいＩＢＡ／ＧＳＲ混合物は、４０％／６０％のＩＢＡ／ＧＳＲである。多量のＧＳＲを含むＩＢＡの混合物から製造される骨材は、ＩＢＡ単独より広い温度範囲で焼結／ガラス化するので、焼成処理中の挙動および骨材の最終特性を、さらに容易に制御可能である。４０％／６０％のＩＢＡ／ＧＳＲ混合物は、１０７０〜１１４０℃の温度範囲（７０℃）で焼結されて、２．０ｇ／ｃｍ３未満の密度を有するＬＷＡを形成するであろう。従って、所望の特性および性質（多孔性、密度、強度）を有する軽量骨材を、さらに容易に製造可能である。
【０１０２】
図９および表Ｈから明らかなように、ＩＢＡおよびＧＳＲの所定の組み合わせについて、焼成処理温度を用いて、予め決められた密度および他の特性を有する骨材を製造することが可能である。例えば、ＩＢＡ／ＧＳＲの４０％／６０％混合物では、１０７０℃での焼成処理により、約１．５〜約１．６ｇ／ｃｍ３の密度を有するＬＷＡが得られ、一方、１２００℃での焼成処理により、約２．６ｇ／ｃｍ３の密度を有する通常重量骨材が得られる。
【０１０３】
表Ｉは、市販のＬＹＴＡＧ骨材の対応する特性と共に、４種類の異なる温度でＩＢＡ／ＧＳＲの４０％／６０％混合物から得られる焼結骨材の物性（相対乾燥密度およびかさ密度、吸水率）および機械特性（ＩＡＣＳ）をまとめたものである。比較のため、選択された温度は、種々の生成物特性および種々の微細構造を引き起こす温度であった。本発明の好ましい実施形態に従って、低温では、多孔性で、低密度のＬＷＡが製造される。高温では、よく焼結またはガラス化され、無孔性で、高密度の生成物が製造される。
【表９】
2008536781.tif 000012
【０１０４】
ＬＹＴＡＧの特性と、１０７０℃（ＬＷＡ−１）で焼成処理されたか、または１０９０℃（ＬＷＡ−２と称する）で焼結された、ＩＢＡ／ＧＳＲの４０％／６０％混合物から得られた骨材の特性を比較すると、ＬＷＡ−１は、高い吸水率を有していたものの、ＬＹＴＡＧに匹敵する密度および骨材強度を有していたことが示される。焼結ＬＷＡ−２は、これもＬＹＴＡＧより高い吸水率を同様に有していたものの、ＬＷＡ−１およびＬＹＴＡＧより高い密度および強度を有していた。
【０１０５】
実施例３
本実施例では、ＩＢＡおよび粘土を含む焼成骨材を製造した。
【０１０６】
本実施例で用いられる粘土のベントナイトおよびカオリン、頁岩、ならびに粘板岩の平均化学分析を、以下の表Ｊに示す。実施例３で用いられるＩＢＡの組成は、実施例１および２で用いられるのと同じである。本実施例では、実施例１で用いられたのと同一の設備を使用する。
【表１０】
2008536781.tif 000013
【０１０７】
ベントナイト、カオリン、頁岩、および粘板岩を、図１、および図１０〜１２にそれぞれ記載され、かつ実施例１でさらに詳細に説明されているように処理した。
【０１０８】
１ｋｇのＩＢＡのサンプルを、水：固体比２で８時間にわたって湿式粉砕し、粉砕されたスラリーを篩い分けし、そして３５５ミクロン未満の分画をろ過して、遊離水を除去した。製造された固体の湿潤ケーキを、１１０℃で乾燥し、そして粉末に粉砕した。
【０１０９】
ベントナイト、カオリン、頁岩、および粘板岩を、それぞれＩＢＡの粉砕粉末に、１００％／０％、８０％／２０％、６０％／４０％および４０％／６０％（ＩＢＡ／ベントナイト）の所定の割合にて添加した。粉末を、バッチ式混合器中で水（得られる混合物の合計乾燥重の４０％以下）と混合して、ペレット化に用いる粘土様材料混合物を形成した。
【０１１０】
これらの全ての添加物（粘土、頁岩、および粘板岩）は、比較的微細な粒径分布を有していた。従って、これらは図５および図７に示されている両方の処理方法を用いて、ＩＢＡと共に処理可能であり、このとき、これらをＩＢＡが湿式粉砕される前後のいずれに添加してもよい。使用される頁岩および粘板岩は、既に粉砕されていた。既に粉砕されていない場合には、これらは、ＩＢＡとの混合前に粉砕する必要があるか、またはこれらをＩＢＡと共に湿式粉砕してもよい。得られるグリーンペレットは、約４〜約１１．２ｍｍの範囲であった。例えば、ベントナイトを含むペレットを、ベントナイト粉末でコーティングし、その後、１１０℃で乾燥させた後に、実施例１に記載されているロータリーキルンに供給した。ペレットを、約１０８０〜１２２０℃の範囲の温度で約１０〜約１２分間にわたって焼成した後に、キルンから取り出して、室温で冷却した。
【０１１１】
結果
以下の表Ｋ〜Ｍは、ＩＢＡおよびベントナイトを含み、種々の焼成処理温度で焼成処理された骨材の物性および機械特性についてまとめたものである。
【０１１２】
焼成骨材の相対乾燥密度および吸水率は、実施例１に記載のように測定した。個々の骨材の破砕強度は、実施例２に記載のように測定した。また、個々の骨材の圧縮強度については、以下の通り：
【数２】
2008536781.tif 000014
【０１１３】
［式中、Ｐ＝破壊荷重（ｋｇ）であり、そしてｍ＝ペレットの質量（ｋｇ）である。］
骨材強度質量指数（「ＡＳＭＩ」）と定義された。
【０１１４】
圧縮強度の平均値を、各焼成処理温度および割合で製造された少なくとも１２種類の骨材に対して行われた試験から計算した。
【０１１５】
以下の表Ｋは、種々の割合のＩＢＡとベントナイトとを含み、種々の温度で焼成処理された骨材の試験結果をまとめたものである。データを、図１のグラフにプロットしてある。表Ｋは、物性（相対乾燥密度、吸水率）および機械特性（ＩＡＣＳおよびＡＳＭＩ）をまとめたものである。上述したように、混合物中の粘土濃度の上昇により、ＩＢＡの化学組成および鉱物学的特徴が変化するので、サンプルの当初の軟化、最大緻密化、および溶解の間の温度間隔が広くなった。
【表１１】
2008536781.tif 000015
【０１１６】
高濃度のＩＢＡの混合物から得られる骨材の吸水率は、温度の上昇に伴い急速に減少し、一方、多量の粘土を有する混合物から得られる骨材は、温度に伴いさらに緩やかな吸水率の減少を示す。ＩＡＣＳおよびＡＳＭＩは、予想通り、密度について同様の傾向を示し、最大緻密化温度まで上昇し、そしてより高い気温で低減する。温度の上昇に伴う骨材の強度の増大は、１００％のＩＢＡ混合物から得られる骨材の場合に迅速であり、かかる混合物中の粘土の量が増加すると、より緩やかとなった。
【０１１７】
図１および表Ｋに示される、焼結骨材の特性に対する温度および粘土添加の影響に基づいて、約１０８０〜約１１４０℃の広範囲の温度で焼結され、約１．５〜約２．０ｇ／ｃｍ３の密度を有する４０％／６０％のＩＢＡ／ベントナイト混合物が好ましい。従って、焼結中のかかる混合物の挙動および得られる焼結ＬＷＡの最終的な特性は、１００％のＩＢＡおよびＩＢＡとベントナイトの他の組み合わせより容易に制御可能であるので、製造が容易となる。かかる骨材を、コンクリート中の軽量骨材として含める広範な用途で使用可能である。
【０１１８】
表Ｌは、３つの所定の温度での、ＩＢＡ／ベントナイトの４０％／６０％混合物を含む骨材の所定の物性（表Ｋから得られる相対乾燥密度、吸水率）および機械特性（表Ｋから得られるＩＡＣＳおよびＡＳＭＩ）と、比較のため、ＬＹＴＡＧ骨材の対応する特性をまとめたものである。
【表１２】
2008536781.tif 000016
【０１１９】
ＩＢＡおよび粘土の所定の組み合わせの場合、温度を用いて、所定の密度および他の特性を有する骨材を製造可能である。
【０１２０】
ＬＹＴＡＧに匹敵するかまたはこれに勝る特性を有する軽量骨材を、必要とされる骨材の特性により、かかる組み合わせから製造可能である。
【０１２１】
表Ｍは、ＩＢＡとベントナイトおよび他の添加物（カオリン、頁岩、および粘板岩）との混合物から製造される骨材の性質をまとめたものである。骨材を焼成処理する温度範囲、対応する密度、吸水率、およびＡＳＭＩの範囲、ならびにＩＢＡに対する添加物の種々の割合についての最大緻密化温度および種々の添加物材料を示してある。図１０〜図１２は、種々の割合のカオリン、頁岩および粘板岩についての密度（ｇ／ｃｍ３）と温度（℃）の関係を示したものである。ベントナイトおよびカオリンの両方の粘土、ならびに頁岩および粘板岩は、これらの低カルシウム濃度に起因して、焼成処理によりＩＢＡの挙動を変化させることに関して類似の効果を有していたことがわかる。しかしながら、ＩＢＡ／頁岩およびＩＢＡ／粘板岩の混合物から得られるペレットの緻密化の場合、両方の材料に含まれるシリカおよびアルミナの量が僅かに多いことに起因して、僅かに高い温度が観察された。
【表１３】
2008536781.tif 000017
【０１２２】
廃棄物ガラス、花崗岩切断残留物、粘土（例えばベントナイトおよびカオリン）、頁岩、ならびに粘板岩の焼成処理混合物についてのこれらの実施例に基づいて、ＭＳＷ焼却炉から得られる粉砕燃料灰（「ＰＦＡ」）と同一の供給源から得られる炉ボトムアッシュ（「ＦＢＡ」）を用いて、コンクリートおよび他の用途で有用な軽量および通常重量の焼結およびガラス化骨材を形成可能であると考えられる。ＦＢＡを、好ましくはＩＢＡと共に湿式粉砕することによって、好適な粒径に粉砕する必要がある。ＩＢＡとＦＢＡとの粉砕混合物の粒子のうち９５容量％は、約３０ミクロン未満であった。ＰＦＡの化学分析を、比較のためのＩＢＡの分析と共に、表Ｎおよび表Ｏに示した。ＩＢＡおよびＰＦＡの焼成処理については、２００５年９月２８日に出願された出願番号第１１／２３８７５８号で詳細に述べられ、当該文献は参照により本明細書中に組み入れられる。
【表１４】
2008536781.tif 000018
【表１５】
2008536781.tif 000019
【０１２３】
上述の実施例においては、１種類のケイ素アルミニウム材料をＩＢＡと混合して、骨材を形成したが、同様に、数種類のケイ素アルミニウム材料をＩＢＡと混合して、骨材を形成してもよい。
【０１２４】
本明細書中で説明された実施形態は、本発明を補足する例示である。添付の特許請求の範囲によって規定される本発明の精神および範囲から逸脱することなく、かかる例示に対する変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１２５】
【図１】本発明の一実施形態によるＩＢＡおよびＩＢＡとベントナイトとの混合物についての、焼成処理温度（℃）に対する密度（ｇ／ｃｍ３）のグラフである。
【図２】本発明の方法により製造される骨材の一例の概略断面図である。
【図３】本発明の一実施形態による焼結された骨材の一例の概略断面図である。
【図４】本発明の一実施形態によるガラス化された骨材の一例の概略断面図である。
【図５】本発明の一実施形態による骨材の製造方法の一例である。
【図６】本発明の一実施形態による焼結された骨材の一例の写真である。
【図７】本発明の他の実施形態に従い、骨材を製造する他の方法の一例である。
【図８】本発明の一実施形態によるＩＢＡおよびＩＢＡと廃棄物ガラスとの混合物についての焼成処理温度（℃）に対する密度（ｇ／ｃｍ３）のグラフである。
【図９】本発明の一実施形態によるＩＢＡおよびＩＢＡと花崗岩切断残留物との混合物についての焼成処理温度（℃）に対する密度（ｇ／ｃｍ３）のグラフである。
【図１０】本発明の一実施形態によるＩＢＡおよびＩＢＡとカオリンとの混合物についての焼成処理温度（℃）に対する密度（ｇ／ｃｍ３）のグラフである。
【図１１】本発明の一実施形態によるＩＢＡおよびＩＢＡと頁岩との混合物についての焼成処理温度（℃）に対する密度（ｇ／ｃｍ３）のグラフである。
【図１２】本発明の一実施形態によるＩＢＡおよびＩＢＡと粘板岩との混合物についての焼成処理温度（℃）に対する密度（ｇ／ｃｍ３）のグラフである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2008536781.tif 000026
【図８】
2008536781.tif 000027
【図９】
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【図１０】
2008536781.tif 000029
【図１１】
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【図１２】
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【国際調査報告】
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