(57)【要約】【課題】石炭灰／フライアッシュを原料として焼成温度コントロールが容易であり、ロータリーキルン等の転動型焼成炉を用いた焼成工程での磨り減りを改善し、溶着を防止し、高回収率が得られる人工骨材およびその製造方法を提供する。【解決手段】本発明は、石炭灰および／又はフライアッシュに、水を添加し、成形し得られた粒状物の表面をセメントおよび／または生石灰粉末で被覆し、該粒状物中の水分または新たに添加した水分とセメントおよび／又は生石灰粉末を水和反応させた後、焼成することを特徴とする人工骨材の製造方法である。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
石炭灰および／又はフライアッシュを造粒してなる中心核造粒体焼成物、
並びに、その表面に付着された不連続層又は連続層であって、セメントおよび／又は生石灰粉末の水和反応物の焼成物層、
とからなる人工骨材。
【請求項２】
石炭灰および／又はフライアッシュに、水を添加し、成形し得られた粒状物の表面をセメントおよび／または生石灰粉末で被覆し、該粒状物中の水分又は新たに追加した水分と該セメントおよび／又は生石灰粉末を水和反応させた後、６００℃から１０００℃の温度範囲で２５分以上滞留させ、その後１１００℃から１４００℃の温度範囲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】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は石炭灰および／又はフライアッシュを原料とする人工骨材およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、人工骨材化技術は、石炭灰又はフライアッシュを原料とするものが検討されている。石炭灰又はフライアッシュは、酸化珪素、酸化アルミニウムを主成分とするのでこれを粉砕し、成形助剤を添加して混合し、パン型ペレタイザーなどを用いて水を添加しながら球形状の造粒物であるペレットとする。ペレットは、乾燥して、ロータリーキルン等で１１００℃以上の温度で焼成して人工骨材とする。
【０００３】
ところが、石炭灰又はフライアッシュは、未燃カーボンが個々の粒子と独立して存在するもの、或いは、その粒子内にインクルージョンとして内在するため、焼成時にこの未燃カーボンの燃焼によりガスが発生し、生成する骨材の高密度化を妨げる問題があった。さらに、ペレットがロータリーキルンの回転にともなって転動するため、ペレットとキルンの内壁面またはペレット同士がこすれあって磨耗し、ペレットの磨減が生じる問題もあった。このため、排ガス処理設備として設置される集塵機で回収される粉塵量が多大となる欠点があった。
【０００４】
また、石炭灰又はフライアッシュを主原料とする人工骨材の製造では、焼結過程でペレット間の溶着が生じ、不適正形状の骨材が混在した。したがって、製品の回収率を大幅に低下させ、量産化を阻んでいる。融着を防止するため、石炭灰又はフライアッシュにセメントを混合する方法も開示されているが（特許文献）、セメントの使用量が過剰となると、セメント中の酸化カルシウム成分が多くなることから、石炭灰、フライアッシュに対して融点降下剤としての効果を生じ、液相形成速度が大きくなり焼結温度管理が困難となる問題も生じている。また、未燃カーボンに起因する発泡現象により、焼結体密度が低下する問題は、焼成温度の厳密なコントロールを必要としている。
【０００５】
【特許文献】
特開平０３−１９９１５２
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、石炭灰および／又はフライアッシュを原料とした人工骨材およびその製造方法であって、焼成温度コントロールが容易であり、ロータリーキルン等の転動型焼成炉を用いた焼成工程での磨り減りを改善し、溶着を防止し、高回収率が得られる人工骨材およびその製造方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本願発明が提供する発明は、石炭灰および／又はフライアッシュを造粒してなる中心核造粒体焼成物、並びに、その表面に付着された不連続層又は連続層であって、セメントおよび／又は生石灰粉末の水和反応物の焼成物層とからなる人工骨材（請求項１）、石炭灰および／又はフライアッシュに、水を添加し、成形し得られた粒状物の表面をセメントおよび／又は生石灰粉末で被覆し、該粒状物中の水分又は新たに追加した水分とセメントおよび／又は生石灰粉末を水和反応させた後、６００℃から１０００℃の温度範囲で２５分以上滞留させ、その後１１００℃から１４００℃の温度範囲で焼成することを特徴とする人工骨材の製造方法である。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明を詳述する。石炭灰、フライアッシュは、その種別をとわず、本発明の原料することができる。火力発電所の集塵設備で回収された石炭灰および／又はフライアッシュは、人工骨材の製造施設まで輸送されサイロに一時保管される。続いてエアーブレンディングタンク内で、化学組成を調整するための酸化珪素、酸化アルミニウム、酸化カルシウムなどを含む他の材料、粘結性を付与するための粘土などの成形補助剤を添加して空気混合される。
【０００９】
この混合原料を定量切り出しながらパン型ペレタイザーへ供給し、水を添加しながら直径２０ｍｍないしは３０ｍｍの粒状の塊状物（以下ペレットと呼ぶ）として続く輸送機上へ排出する。成形手段はパン型ペレタイザーに限定されず、原料に水を添加して混練、出口部に切断手段を設備した押し出し成形を行う方法なども採用することができる。
【００１０】
また、石炭灰および／又はフライアッシュは、その無機成分は酸化珪素、酸化アルミニウムを主成分とし、無機成分については、その組成を調整するため、特に酸化鉄、酸化アルミニウムの含有量に応じて、その焼成温度を調整し、強固な骨材とするために、酸化珪素、酸化アルミニウム、炭酸カルシウムを含む他の材料を添加する工程を設けることができる。
【００１１】
また、石炭灰および／又はフライアッシュを人工骨材の原料として好ましくない、塊状物、凝集物および異物などは、ふるい分け法などにより除去しても良い。
【００１２】
例えば、原料はパン型ペレタイザーに投入され、水分添加しながら、転動造粒し、直径２０ｍｍないしは３０ｍｍの粒状物とされる。プレス成形、噴霧成形、射出成形等の成形装置を用いても良い。
【００１３】
次いで、パン型ペレタイザーにより成形された粒状物は、傾斜板上に排出される。粒状物がこの傾斜板上を次の輸送機まで転がりながら移動していく間で、より球状形状となるように形を整えつつ粒状物の表面に一定の厚みを持つようにセメントまたは生石灰粉末を被覆する。セメント、生石灰は粉末状態で傾斜板上を粒状物が移動する間に降りかけるように供給することができる。このとき、セメントおよび又は生石灰が付着しやすいように、水分を追加添加してもよい。
【００１４】
また、あらかじめ傾斜板上にこれらの粉末層を設け、移動中にこれら粉末を付着させながら転動被覆させる方式を採用しても良い。一方、これら粉末を一部被覆させた後、パン型ペレタイザーで転動させながら、更に粉末を供給して、被覆層を生成させその層厚を調整することができる。
【００１５】
セメントまたは生石灰粉末は、粒状物内部の水分および新たに追加添加された水分と反応し、粒状物の被覆層内でセメント水和反応生成鉱物および／または水酸化カルシウムを生成する。この水和反応生成物の形成により粒状物に強度が付与された水和粒状物となる。水和反応の進行のためには、水和反応時間を必要とするので、上記傾斜板通過時間、パン型ペレタイザーでの転動時間、および積置時間を調整することで充分な養生期間を与え、より一層その強度が増進されることとなる。
【００１６】
粒状物に添加されるセメントには普通ポルトランドセメントを用いることができるが、より水和反応速度の高い早強ポルトランドセメント、超速硬セメント、速硬型エコセメントを用いることもできる。また、成分調整時等において水和促進剤を添加することも望ましい。水ガラスやアルミン酸ソーダ等の急結材、いわゆるトンネル吹き付けに用いられる急結材を用いることができる。
【００１７】
セメント粉末中に粉末状の混和剤を添加しておき、後の水和反応を促進することもできる。中心核造粒物の成形助剤として、カオリン、ベントナイトなどの粘土鉱物性無機物質やパルプ製造時に廃液中に含まれるメチルセルロース、リグニン等を用いることもできる。
【００１８】
積み置きされた養生期間に水和粒状物同士が強固に付着することがないように、積み置きされるまでに水和反応鉱物が十分に生成していることが必要とされるので、特に普通ポルトランドセメントを用いる場合には、セメント等が最初に添加されてから積み置きまでの時間は２時間以上であることが望ましい。また、セメント層を追加付加することで水和に要する当量以上のセメントを添加し、これが水和量粒状物の付着を防止する層を形成することで積み置きまでの時間を短縮することもできる。
【００１９】
十分に強度が付与された水和粒状物は、人工骨材を焼成することができる設備の所在する場所の保管・供給施設まで輸送される。
【００２０】
水和層被覆粒状物は保管・供給施設より定量切り出されてロータリーキルンへ供給される。ロータリーキルンへ供給された水和層被覆粒状物は、ロータリーキルン内で転動作用を受けてキルンの内壁面および粒状物同士が摩擦しあうが、表面に形成された強固な水和反応殻層のため磨耗防止ができる。
【００２１】
水和層被覆粒状物はロータリーキルン内を低温部から高温部へ向かって移動していくが、まず水和層被覆粒状物の自由水分（水和反応に関与しなかった水分）の脱水が起こり、続いて３５０℃以上で水和鉱物の脱水が起こる。水和鉱物の脱水が完了した後、当該粒状物の内部で液相の形成が開始する７００℃程度までは、表面の水和鉱物の殻層は薄くなり強度を減ずるがなお磨耗を防ぐには効果的である。未燃カーボンは、６００℃から１０００℃の温度領域で２５分以上滞留処理をおこなうことで後の骨材の緻密化を妨げない程度まで除去可能である。６００℃未満かつ２５分以下の処理では、未燃カーボンの分解条件として充分でなく、１０００℃以上の温度で急激に処理した場合は、液相が生成してその液相中に未燃カーボンを取り込んでしまうので未燃カーボンの分解を阻害してしまう。
【００２２】
当該粒状物の温度が８００℃ないしは９００℃程度となると、当該粒状物内部での液相生成量が増加するとともに当該粒状物の収縮が起こり、当該粒状物の表面硬度が発現されるようになる。その後、当該粒状物は１１００℃ないしは１４００℃の温度範囲内で焼成されて、十分な緻密化が達せられ人工骨材となる。
【００２３】
水和層被覆粒状物表面の水和反応生成鉱物の殻層は脱水後一部粉化してしまうが、この層の融点は粒状物の母体を形成する造粒物の融点よりも高温であるため、当該粒状物の緻密化する温度で粒状物同士が溶融して付着することを防ぐいわゆる融着防止材としての効果を発現するようになる。粉化した付着物は人工骨材に焼成物として残存し、不連続相又は連続層を形成することとなる。当該残存層は、中心核造粒体の溶融による過度の変形を防止する。この効果により、人工骨材として適さない溶融固化物の生成量が減り人工骨材の回収率が向上する。
【００２４】
こうして、石炭灰および／又はフライアッシュを造粒してなる中心核造粒体の焼成物並びにその表面に付着され、且つセメントおよび／又は生石灰粉末と中心核造粒体の水との水和反応物の焼成物とからなる人工骨材（請求項１）が得られ、石炭灰および／又はフライアッシュに、水を添加し、成形し得られた粒状物の表面をセメントおよび／または生石灰粉末で被覆し、該粒状物中の水分又は新たに追加した水分とセメントおよび／又は生石灰粉末を水和反応させた後、６００℃から１０００℃の温度範囲で２５分以上滞留させ、その後１０００℃から１４００℃の温度範囲で焼成することを特徴とする人工骨材の製造方法（請求項２）が実現する。
【００２５】
【実施例】
以下、実施例を挙げて本発明を更に説明する。中国炭を燃料としている火力発電所から排出された石炭灰および／又はフライアッシュを使用した。この石炭灰フライアッシュに成形補助剤として中国産ベントナイトを内割りで５重量％添加し空気噴流型混合機で混合した。この混合原料をパグミル内で調湿しパン型ペレタイザーで約２０ｍｍの粒状のペレットとしてベルトコンベア上に連続的に排出した。
【００２６】
粒状物を、傾斜角１０度の傾斜板上に排出した。傾斜板上部および中途には、セメント供給装置から普通ポルトランドセメントが粒状物に降り掛けられ、粒状物がこの傾斜板上を転がる間で普通ポルトランドセメントの粉末が、粒状物の重量に対して外割で約１０重量％となるように添加した。
【００２７】
傾斜板を通過したセメント層付着粒状体は、さらにパンペレタイザーでセメント層を付着処理し、造粒を完結させた。追加したセメント層には、水和反応鉱物を生成する当量以上のセメントが被覆されているので、積み置き・保管時に水和造粒体が相互に付着することを妨げることが出来る。添加したセメントは粒状物内部の自由水分と反応して、粒状物の表面に水和反応鉱物を生成し、中心核造粒物に十分な表面強度を付与した。１週間以上養生させた後、焼成設備の所在する場所までトラック輸送し、ロータリーキルンに隣接した保管・供給施設へ投入した。
【００２８】
人工骨材の焼成にはレンガ内径１．３ｍ、全長２０ｍで、重油を燃料とする内部加熱方式のロータリーキルンを使用した。保管・供給施設より水和した粒状物を時間１トンの割合で定量切り出してロータリーキルンへ供給し、キルン内での滞留時間が約９５分、最高温度１３００℃の条件で焼成した。６００℃から１０００℃の温度範囲では、３０分の滞留時間とした。
【００２９】
得られた人工骨材は、コンクリート用の人工骨材として十分に使用可能な良品質であった。製品として回収した人工骨材の回収率、溶融固化物の生成率および集塵機で回収されたダスト発生率を、比較例とともに表１に掲載する。ここで、良品とは、人工骨材としての適性な形状を有し、粒子径も規格値であるもの、不良品とは、粒子強度の不足のため欠け、割れ等により形状に歪が生じ、或いは粒子形が規格値をはずれるもの、溶融状物とは、融着により著しく粒径がおおきくなったものである。ダストは、粉状化したものである。良品回収率、溶融状物回収率、ダスト回収率は、夫々７５．７％、０．５％および８．３％であった。
【００３０】
【表１】
2004196557.tif 000002
【００３１】
【比較例】
比較例では、造粒後のペレットにセメントを添加被覆しない点を除き実施例と同一の手順に従った。
【００３２】
焼成には実施例と同一のロータリーキルンを使用し、保管・供給施設よりペレットを時間１トンの割合で定量切り出してロータリーキルンへ供給し、キルン内での滞留時間が約８０分、最高温度１２８０℃の条件で焼成した。
【００３３】
ロータリーキルンより排出された人工骨材には、人工骨材同士が付着しているものが多数、肉眼で認められた。回収した人工骨材の製品化率、溶融状物の生成率および集塵機で回収されたダスト発生率は、夫々４７．６％、１６．８％および２７．０％であり、実施例と比較して回収率が約２８％低下した。いっぽう溶融状物回収率は、０．５％から１６．８％へ、ダスト回収率は８．３％から２７．０％へ大幅に増加した。
【００３４】
【発明の効果】
上述の通り、従来のロータリーキルンを用いる造粒・焼成型の人工骨材の製造では、造粒したペレットが焼成過程で磨り減ってしまい、集塵機で回収される粉塵量が膨大となるほか、良品質の製品の回収率が大幅に低下するなどの課題をかかえていた。本発明によれば、造粒後のペレットの表面にのみセメントまたは生石灰を添加して水和反応鉱物の強固な被覆殻層を形成することでペレットの強度を向上させ、焼成過程における磨り減りを改善できるため、石炭灰／フライアッシュを主原料とする人工骨材を高回収率で製造することができる。
ロータリーキルンを用いる造粒・焼成型の製造であっても、造粒した粒状物が焼成過程で磨り減ってしまい、集塵機で回収される粉塵量が膨大となることもない。焼成温度の管理が容易で、焼成過程における磨り減りを改善し、高回収率で人工骨材を製造することを可能とした。