(57)【要約】【課題】フライアッシュを電気炉で溶融する際、有毒な一酸化炭素ガスの発生やフライアッシュが飛散するなどの作業環境を改善し、繊維が細くショット（粒子）混入率の少ない良質な繊維を製造する方法を提供すること。【解決手段】粉末状のフライアッシュにバインダーを混合して押出成形したブロック体を、乾燥・焼成処理して未燃炭素分を除去処理した後で、破砕して粒状体としたものを電気炉にて溶融し繊維化することを特徴とするフライアッシュファイバーの製造方法、及びフライアッシュにアルミニウム原料を添加することによりＳｉＯ２　含有率を調整し電気炉での溶融粘度制御を行なう上記製造方法。【選択図】　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
粉末状のフライアッシュにバインダーを混合して押出成形したブロック体を、乾燥・焼成処理して未燃炭素分を除去処理した後で、破砕して粒状体としたものを電気炉にて溶融し繊維化することを特徴とするフライアッシュファイバーの製造方法。
【請求項２】
フライアッシュにアルミニウム原料を添加することによりＳｉＯ２　含有率を調整し、電気炉での溶融粘度制御を行なう請求項１に記載のフライアッシュファイバーの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、フライアッシュファイバーの製造方法に関し、特にフライアッシュを電気炉で溶融し易い性状に前処理することにより、安定的な溶融と良質な繊維化が可能となるフライアッシュファイバーの製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
石炭焚きボイラ等から排出される石炭灰の大半は、いわゆるフライアッシュで未燃分を含み、その利用方法としては、埋立てや土壌改良、セメント原料、路盤材、人工軽量骨材等として用いられ、一部にフライアッシュファイバーとしての繊維化に関する検討もされている。例えば、繊維化に関して石炭焚きボイラーとしてのスラグタップ式燃焼炉の炉床出口に溶融灰の温度調整装置を有する加熱器を設け、その出口に鉱滓綿製造装置を設けて、エネルギー節減を図ることが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
また、石炭灰自体を電気炉で溶融し、遠心力により吹飛ばす（スピニング）か、圧縮空気などで風砕（ブローイング）することにより繊維化する方法も提案されている（例えば、特許文献２、特許文献３及び非特許文献１参照）が、いずれも実用化には至っていない。
【０００３】
フライアッシュファイバーと類似した無機繊維として、鉄鋼スラグを原料としているロックウールや、シリカ等の酸化物を原料としているセラミックファイバーがある。ロックウールは、鉄鋼スラグ（主に高炉スラグ）と珪石（シリカ源）をキューポラまたは電気炉で１５００〜１６００℃で溶融し、これをスピニング等で吹飛ばして繊維化したものである（例えば、非特許文献２参照）。
セラミックファイバーは、シリカやアルミナ等の主原料を電気炉で約２０００℃で溶融し、これを圧縮空気や高圧蒸気などでブローイングし繊維化したものである（例えば、非特許文献３参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開平４−２４４１０号公報（第１頁、第２図）
【特許文献２】
特開平６−３１６８１６号公報（第１頁、第１図）
【特許文献３】
特開平６−３１６８１５号公報（第１３〜１８頁）
【非特許文献１】
渡邊ら著「火力原子力発電」火力原子力発、１９９５年、ｐ．１７０−１７５
【非特許文献２】
「窯業・建材ハンドブック（１９９６年版）」建設綜合資料社、ｐ．２４６
【非特許文献３】
堀江鋭二著「セラミックファイバーと断熱施工」省エネルギーセンター、１９８５年、ｐ．６−７
【０００５】
ここで、代表的なフライアッシュの物理的性状を表１に、化学成分含有量を表２に示す。
【表１】
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【０００６】
【表２】
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【０００７】
一般にフライアッシュは以下の点でロックウール原料およびセラミックファイバー原料と基本的に異なっている。
▲１▼未燃炭素分を約５％以下の割合で含有している。
▲２▼粒径が小さい（０．１ｍｍ以下９０％以上）。
▲３▼シリカ（ＳｉＯ２）成分が多い。
ここで表１におけるフライアッシュの強熱減量は、９５０〜１０００℃で１５分間加熱した時の質量変化から求めるが、この量は未燃炭素の含有量とほぼ同じであり、本発明ではこの強熱減量を未燃炭素分と称することとする。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
かかる特性を有するフライアッシュを電気炉で溶融する場合、この未燃炭素分が酸化分解し一酸化炭素ガスが発生する。このガスが電気炉の電極の近傍で発生すると、電極からの通電が阻害され、安定した溶融を行うことが出来なくなる。また、ガスの放出により粒径の小さいフライアッシュが飛散すると共に、有毒な一酸化炭素が作業環境を悪化させる。また鉄鋼スラグのＳｉＯ２　含有量が３４％（「鉄鋼スラグの特性と有用性」繊鋼スラグ協会）、セラミックファイバーでも５２％（「商品力タログ」イソライト工業（株））であるのに比べて、フライアッシュのＳｉＯ２　含有量は平均でも５４％以上あり、フライアッシュはＳｉＯ２　含有率が高い原料であるといえる。シリカ含有量が多いと溶融状態での粘性が大きくなり、繊維が細くショット（粒子）が少ない良質な繊維を製造することが困難になる。かかる現状から、本発明の目的はフライアッシュを電気炉で溶融する際、有毒な一酸化炭素ガスの発生やフライアッシュが飛散するなどの作業環境を改善し、繊維が細くショット（粒子）混入率の少ない良質な繊維を製造する方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記課題を解決するために種々検討の結果、フライアッシュを電気炉で溶融し繊維化するに際して、予めフライアッシュ中の未燃炭素分の除去処理と粒状化処理を行なう本発明方法を完成した。
すなわち、上記課題を解決するために本発明の第１の手段は、粉末状のフライアッシュにバインダーを混合して押出成形したブロック体を、乾燥・焼成処理して未燃炭素分を除去処理した後で、破砕して粒状体としたものを電気炉にて溶融し繊維化することを特徴とするフライアッシュファイバーの製造方法である。
また、上記課題を解決するために本発明の第２の手段は、フライアッシュにアルミニウム原料を添加することによりＳｉＯ２　含有率を調整し、電気炉での溶融粘度制御を行なう上記に記載のフライアッシュファイバーの製造方法である。
【００１０】
【作用】
上記第１の手段によれば、原料フライアッシュ中の未燃炭素分が除去され、且つ粉末状の原料をブロック体に固化させて、乾燥・焼成後に破砕した粒状体で電気炉にて溶融することから、一酸化炭素ガスの発生を抑制し電極からの通電が阻害されることがなくなり、安定した溶融を可能とせしめると共に、フライアッシュの飛散を防止させ作業環境を保全することができる。
また上記第２の手段によれば、フライアッシュの溶融状態での粘性を低減させ、良質な繊維を製造することができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付図に従って詳細に説明する。
図１は、本発明のフライアッシュファイバーの製造工程を示し、先ず粉末状フライアッシュ１とバインダー２及び水または溶剤３、必要に応じてアルミナや石灰等の粘度調整材４を混合機５にて均一に混合または適宜加熱下で混練した後で、ピストン押出機またはスクリュウ押出機６でブロック体として先端ノズルから押出成形される。
ここで本発明の粉末状フライアッシュ１としては、石炭焚きボイラ、石炭水スラリ焚きボイラ、石炭コークス、石油コークスの燃焼炉、流動床式石炭ガス化炉等にて発生する排ガス中から捕集される粒径０．１ｍｍ以下が９０％以上の未燃炭素を含有する粉体である。
【００１２】
また、粉末状フライアッシュ１をブロック体として押出成形するのに必要なバインダー２としては、成形助剤となるものであって、例えばデンプン質糊料、メチルセルロース等の水溶性セルロース誘導体、酢酸ビニル誘導体等のモルタル接着増強剤、その他粉体押出し時の形状を保持・粘結増強させる合成高分子、天然高分子等であれば使用可能である。
かかるバインダーを粉末状フライアッシュと混合する時には、必要に応じて、水３または溶剤や可塑剤等を添加して均一に混合または適宜加熱下で混練される。押出機６での押出成形に際しては、スクリュー押出機の場合は混練しつつ先端ノズルから立方体、円柱体等の形態で押出して適宜の長さのブロック体とする。
【００１３】
本発明では、粉末状フライアッシュにはバインダーの他に、必要に応じてＳｉＯ２　含有率の調整と電気炉での溶融粘度を下げる制御を行なうために粘度調整材を配合するが、その配合はバインダーと同時であっても良いし、或いは電気炉に直接添加してもよい。粘度調整材としてはアルミナや石灰等が使用できるが、特に好ましくはアルミナを含む材料であり、例えば粘土鉱物、仮焼アルミナ等の酸化アルミニウムやバンド頁岩等の高アルミナ天然原料等を挙げることができる。特に原料フライアッシュのＳｉＯ２　含有率は、原料炭の種類によって変化するが、原料のＳｉＯ２の組成が４０〜７０ｗｔ％、より好ましくは５０〜６０ｗｔ％となるように調整することが望ましい。
【００１４】
得られた成形ブロック体は、熱風等による乾燥機７によりバインダーに含まれた水分や溶剤を蒸発させて乾燥固化した後、ガスバーナー等による焼成炉８にて、１０００〜１３００℃で未燃炭素分を完全に焼却して除去処理する。焼却時に部分融着したブロック体は適宜破砕機９で破砕処理して、粒径５ｍｍ以下の粒状体とする。粒状体は、電極１１を備えた抵抗式電気炉１０に直接投入して１８００〜２０００℃で溶融化する。電気炉出口のノズル１２から出滓される溶融灰１３は、公知の遠心力により吹飛ばす（スピニング）か、コンプレッサー１４からの圧縮空気などで風砕（ブローイング）するか、又はこれらを併用することにより繊維化する方法で繊維化されてフライアッシュファイバー１５が得られる。この場合には、繊維が細くショット（粒子）混入率の少ない良質なフライアッシュファイバーを製造することができる。
【００１５】
【実施例】
以下に本発明の具体的な実施例を説明する。
使用したフライアッシュは、オーストラリア産のブレアソール炭を石炭火力発電所でボイラー焚きした時の排ガスを石炭火力発電所の電気集塵器で処理して採取したものであり、未燃炭素分は５％以下である。その化学成分の含有率を表３に示す。
【００１６】
【表３】
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【００１７】
ブレアソール炭はＳｉＯ２が多いので、溶融時の粘性を小さくするためにアルミナをフライアッシュ９に対し１重量比となるように添加し、さらに成形性を保持させる成形バインダー（松本油脂製マーポローズ：建材用化学糊）と水を表４に示す配合割合で均一に混合してフライアッシュの成形原料とした。
【００１８】
【表４】
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【００１９】
これらのフライアッシュの成形原料を図１の混合機５でよく混合した後、押出し成形機６で断面が正方形（一辺の長さ５０ｍｍ）の立方体として押出し、長さ約２００ｍｍのブロック体に切断した。これを熱風乾燥器７に装填し、５０℃にて３日間乾燥させ固化した。次いでブロック体をガスバーナーによる焼成炉８に入れ、１２００℃で５時間焼成した。これにより成形助剤と未燃炭素は酸化分解し、焼結したブロック体が得られた。焼結したブロック体を破砕機９に投入し、粒径５ｍｍ以下に破砕した。
【００２０】
破砕した原料を抵抗式の電気炉１０に装填した。電極１１はモリブデン製で３本挿入し、３相の交流電流を通電した。溶融温度は１８００〜２０００℃、平均１８８０℃であった。かかる電気炉で溶融する間、一酸化炭素ガスの発生もなく、従って粒径の小さいフライアッシュの飛散も認められず作業環境は極めて良好で、且つ電極からの通電が阻害されることなく安定した溶融が行われることが確認された。溶融灰１３は、炉底に設置したタングステン製のノズル孔１２（φ５．８ｍｍ）から出滓した。出滓量は４７ｋｇ／ｈで、粘度は０．５Ｐａ・ｓ程度であった。出滓した溶融灰は、電気炉１０の直下でコンプレッサー１３からの圧縮空気（５〜６ｋｇ／ｃｍ２）により、繊維に風砕された。空気量は溶融灰１ｋｇ当り８〜９ｍ３であった。
これにより繊維径が０．６〜１１．３μｍ、平均３．８μｍで、ショットも４％以下と少ない良質なフライアッシュファイバーを製造することができた。そのフライアッシュファイバーの化学成分組成を表５に示す。
【００２１】
【表５】
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【００２２】
比較例１
実施例１で使用したフライアッシュに、成形バインダーを配合しないで、ブロック体に押出し成形することなく、その他は同じ配合で直接に電気炉に装填して同一条件で溶融した。
この結果、フライアッシュを電気炉で溶融する場合、一酸化炭素ガスが発生すると共にガスの放出により粒径の小さいフライアッシュが飛散して作業環境を悪化させると共に、電極からの通電が阻害され、安定した溶融を行うことが出来なくなって繊維化を中止した。
【００２３】
比較例２
実施例１で使用したフライアッシュに、アルミナを添加しない他は、同一配合条件でブロック体に押出し成形し、乾燥・焼成後に破砕して電気炉に装填して同一条件で溶融した。
電気炉で溶融する間、一酸化炭素ガスの発生もなく、従って粒径の小さいフライアッシュの飛散も認められず作業環境は極めて良好で、且つ電極からの通電が阻害されることなく安定した溶融が行われることが確認されたが、溶融粘度が１．０Ｐａ・ｓと実施例１よりも高くなった。これにより繊維径が８．４〜５９．９μｍ、平均２３．２μｍで繊維が実施例１よりも比較的太く、ショットが１０％程度と多いフライアッシュファイバーしか得られなかった。
【００２４】
【発明の効果】
本発明によれば、フライアッシ土を電気炉で溶融する際の一酸化炭素ガスの発生を抑制し、安定した溶融を可能とせしめると共に、フライアッシュの飛散を防止させ作業環境を保全することができる。
更に本発明によれば、フライアッシュの溶融状態での粘性を低減させ、繊維が細くショット（粒子）が少ない良質な繊維を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】フライアッシュファイバーの製造工程を示した系統図である。
【符号の説明】
１　粉末状フライアッシュ
２　バインダー
３　水または溶剤
４　粘度調整材
５　混合機
６　押出機
７　乾燥機
８　焼成炉
９　破砕機
１０　電気炉
１１　電極
１２　出口のノズル
１３　溶融灰
１４　コンプレッサー
１５　フライアッシュファイバー
【図１】
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