(57)【要約】【課題】短時間に成形体の強度を発現する粉粒体の成形固化技術を提供する。【解決手段】粉粒体原料とセメントからなる混合粉粒体を加水成形する工程において、混合粉粒体を加温した状態で成形することによって成形時からセメントの水和反応を進行させることを特徴とする粉粒体の成形方法であり、成形時からセメントの水和反応を進行させるので、短時間のうちに成形物の強度を増進することができ、高効率で大量生産も可能な成形物を製造することができる。また、成形物をさらに蒸気養生およびまたは焼結することによって強度を一層増進するができ、骨材をはじめ種々の用途に適用できる固化成形物を製造することができる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
粉粒体原料とセメントからなる混合粉粒体を加水成形する工程において、混合粉粒体を加温した状態で成形することによって成形時からセメントの水和反応を進行させることを特徴とする粉粒体の成形方法。
【請求項２】
混合粉粒体を予め４０℃以上に加温して成形する請求項１の成形方法。
【請求項３】
混合粉粒体に４０℃以上の水を加えて加温し、成形する請求項１または２の成形方法。
【請求項４】
成形手段に加熱機構を設け、成形時に混合粉粒体を４０℃以上に加温して成形する請求項１、２または３の成形方法。
【請求項５】
粉粒体原料が石炭灰、焼却灰、飛灰、下水汚泥、建設残土から選ばれた１種以上である請求項１〜４の何れかに記載する成形方法。
【請求項６】
粉粒体原料とセメントからなる混合粉粒体に、さらに生石灰を加え、加温下で成形する請求項１〜５の何れかに記載する成形方法。
【請求項７】
請求項１〜６の何れかに記載する方法で得た成形物を蒸気養生して固化させる成形物の固化方法。
【請求項８】
請求項１〜７の何れかに記載する方法で得た成形物を焼結する成形物の固化方法。
【請求項９】
粉粒体原料とセメントを混合する手段、粉粒体原料とセメントの混合粉粒体に水を加える手段、加水した混合粉粒体を成形する手段を備えた成形固化システムにおいて、加水前に粉粒体原料ないしセメントを加温する手段、温水を加える手段、成形手段に設けた加温機構の少なくとも１種を有することを特徴とする粉粒体の成形固化システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、粉粒体原料とセメントの混合粉粒体を成形固化する技術に関する。石炭灰や各種の焼却灰等の廃棄物を処理する場合、これら粉粒状の廃棄物を成形固化して人工骨材、敷き砂利、埋め戻し材、サンドコンパクション等に利用する技術が知られているが、本発明の成形固化技術はこの成形固化方法として好適である。
【０００２】
【従来の技術】
各種の粉粒体にセメントを加えて成形固化し、この固化物を人工骨材、敷き砂利、埋め戻し材、サンドコンパクション等に利用する技術が広く知られている。原料の粉粒体としては石炭灰や焼却灰、石材粉などの廃棄物が利用されており、この技術は資源リサイクルを推進するうえで有用である。
【０００３】
従来、これらの粉粒体をセメントで成形し固化する場合には、粉粒体原料にセメントを加えた混合粉粒体を加水し、転動、攪拌などの成形手段によって成形しているが、人工骨材や埋め戻し材などの用途に適合するまで固化物の強度を増進させるには、半日ないし数日間程度の時間を要しているのが現状である。このため膨大なストックヤードが必要になるなどの問題がある。さらに、従来の成形直後の成形物はセメントが未硬化であるために極めて脆弱である。このため、成形直後の成形物に対するハンドリングには十分な配慮が必要であり、成形物の山積みもできないなどの問題がある。
【０００４】
なお、石炭灰にセメントを混合した非焼成骨材の製造方法について、造粒物をオートクレーブで養生する際に、この加温加湿養生に先立ち、造粒物を所定雰囲気下で８時間以上前養生することが知られているが（特開２００１−３２２８４７）、造粒工程は通常の条件下で行っており、成形時からセメントの水和反応を進めるものではない。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は従来の成形固化方法における上記問題を解決したものであり、成形時からセメントの水和反応を進行させることによって、成形物を短時間に硬化させることのできる成形固化技術を提供するものである。
【０００６】
本発明によれば以下の構成からなる粉粒体の成形方法およびその固化方法が提供される。
（１）粉粒体原料とセメントからなる混合粉粒体を加水成形する工程において、混合粉粒体を加温した状態で成形することによって成形時からセメントの水和反応を進行させることを特徴とする粉粒体の成形方法。
（２）混合粉粒体を予め４０℃以上に加温して成形する上記（１）の成形方法。
（３）混合粉粒体に４０℃以上の水を加えて加温し、成形する上記（１）または（２）の成形方法。
（４）成形手段に加熱機構を設け、成形時に混合粉粒体を４０℃以上に加温して成形する上記（１）、（２）または（３）の成形方法。
（５）粉粒体原料が石炭灰、焼却灰、飛灰、下水汚泥、建設残土から選ばれた１種以上である上記（１）〜（４）の何れかに記載する成形方法。
（６）粉粒体原料とセメントからなる混合粉粒体に、さらに生石灰を加え、加温下で成形する上記（１）〜（５）の何れかに記載する成形方法。
（７）上記（１）〜（６）の何れかに記載する方法で得た成形物を蒸気養生して固化させる成形物の固化方法。
（８）上記（１）〜（７）の何れかに記載する方法で得た成形物を焼結する成形物の固化方法。
（９）粉粒体原料とセメントを混合する手段、粉粒体原料とセメントの混合粉粒体に水を加える手段、加水した混合粉粒体を成形する手段を備えた成形固化システムにおいて、加水前に粉粒体原料ないしセメントを加温する手段、温水を加える手段、成形手段に設けた加温機構の少なくとも１種を有することを特徴とする粉粒体の成形固化システム。
【０００７】
本発明の成形方法は、粉粒体原料とセメントからなる混合粉粒体を加温した状態で成形することによって成形時からセメントの水和反応を進行させるので、短時間のうちに成形物の強度を増進することができる。混合粉粒体の加温温度は４０℃以上が適当であり、６０℃以上好ましい。加温方法は例えば混合粉粒体を予め４０℃以上に加温する方法、混合粉粒体に４０℃以上の水を加える方法、成形手段に加熱機構を設けて成形時に混合粉粒体を４０℃以上に加温する方法などを採用することができる。粉粒体は石炭灰、焼却灰、飛灰、下水汚泥、建設残土などの１種以上を用いることができる。これに水硬性材料であるセメントを加え、加水し、加温下で成形することによって成形工程のときから水和反応を進行させる。さらにセメントと共に生石灰を加えても良い。生石灰を加えることにより、その水和熱を利用して水和反応を促進することができる。
【０００８】
本発明の方法は、上記成形方法によって得た成形物を蒸気養生して固化する工程、および、上記成形物を焼結して固化する工程を含む。これらの蒸気養生あるいは焼結によって成形物の強度が短時間に向上し、人工骨材や埋め戻し材などに適する固形物が得られる。
【０００９】
【具体的な説明】
以下、本発明を図示する成形固化システムに基づいて具体的に説明する。
図１は本発明の成形固化システムを示す概念図である。図示するように、本発明の成形固化システムは、粉粒体原料とセメントとを混合する手段（混合手段１０）、粉粒体原料とセメントの混合粉粒体に水を加える手段（加水手段２０）、加水した混合粉粒体を成形する手段（成形手段３０）を備えたシステムにおいて、加水前に粉粒体原料ないしセメントを加温する手段（４１）、温水を加える手段（４２）、成形手段に設けた加温機構（４３）の少なくとも１種を有することを特徴とする成形固化システムである。
【００１０】
原料の粉粒体は石炭灰、焼却灰、飛灰、下水汚泥、建設残土などを用いることができる。これは１種でもよく２種以上を混合したものでも良い。水硬性材料であるセメントは硬化剤としての役割を果たす。セメントの種類は限定されない。セメントの混合量は硬化剤としての役割を果たす量であればよく、粉粒体に対して５〜２０ｗｔ％が適当である。また、粉粒体とセメントの混合手段の種類および混合時期も限定されない。混合手段と成形手段は同一の装置でも良い。
【００１１】
セメントと共に生石灰を加えても良い。生石灰を加えることにより、その水和熱を利用して水和反応を促進することができる。生石灰の添加量は混合粉粒体に対して１０〜４０ｗｔ％が適当であり、２０〜３０ｗｔ％が好ましい。１０ｗｔ％より少ないと温度上昇効果が十分に得られず、また４０ｗｔ％より多いとセメントの硬化遅延を引き起こす場合があるので好ましくない。
【００１２】
混合粉粒体原料には副原料としてセメントの硬化促進剤や成形助剤等を必要に応じて添加しても良い。セメントの硬化促進剤は、成形物の摩耗に対する抵抗性や成形強度を増大させるために添加されるものであって、水ガラス、アルミン酸ソーダ等の急硬材や、いわゆるトンネル吹き付けに利用される急結材等を用いることができる。また成形助剤は、カオリンやベントナイトなどの粘土鉱物性無機物やパルプ製造時に廃液中に含まれるリグニンやメチルセルロース等の水溶性高分子等である。
【００１３】
成形時に混合粉粒体を加温状態に保つ手段としては、図示するように、加水前に粉粒体原料ないしセメントを加温する手段４１、混合粉粒体に温水を加える手段４２、成形手段に設けた加温機構４３の何れを用いても良い。好ましくはこれらの手段を重複して備えても良い。加水前の粉粒体やセメントを加温するにはこれらの貯槽または供給管路などに加熱ヒータや温水ヒータなどを設ければ良い。また、成形部を電気ヒーターで直接温める方法、あるいは成形部に熱風を導入して加温する方法、成形部をジャケット構造とし、この内部に熱媒体を保持ないし循環させて加温する方法などを採用することができる。
【００１４】
成形手段に加温機構４３を設けた例を図２に示す。本装置例は混合造粒装置に加温機構を付設したものであり、逆円錐台状の容器５０を有し、該容器５０の内部にはスクリュー型の攪拌羽根５１が設けられており、さらに、その回転軸５２に容器５０の内壁面に沿って回転されるスクレーバ５３が取り付けられている。容器５０の周壁５４は二重構造に形成されており、この内部に水蒸気または高温油が導入されることによって容器内部が加温される。混合粉粒体は加水されて、あるいは水と共に容器内部に投入され、加温された状態で羽根５１によって攪拌されながら造粒され、容器底部の開口から排出される。
【００１５】
以上のように、本発明の成形固化方法ないしシステムは、粉粒体原料とセメントからなる混合粉粒体を加水成形する工程において、混合粉粒体を加温した状態で成形する。これはセメントの水和反応の温度依存性を利用したものであり、加温した状態で加水成形することによって、成形時からセメントの水和反応を進行させ、短時間のうちに成形物の強度を増進させる。
【００１６】
加水成形工程における混合粉粒体の加温温度は４０℃以上が適当であり、６０℃以上好ましい。加温温度が４０℃より低いとセメントの水和反応が十分に進行せず、水和促進を図れない。概ね加温温度が高いほどセメントの水和反応が進行して成形物の強度を短時間に増進することができる。成形方法は限定されない。転動、攪拌、押出、プレスなどの何れの成形方法でも良い。
【００１７】
上記方法で製造した成形物を蒸気養生し、あるいは焼成することによって成形物の強度をさらに増進することができる。蒸気養生したものを焼成しても良い。成形後の蒸気養生ないし焼成処理によって骨材を始めとして種々の用途に適用できる高強度の成形物を得ることができる。
【００１８】
【実施例】
以下、本発明の実施例を比較例と共に示す。
【００１９】
〔実施例、比較例〕
原材料として産業廃棄物である石炭灰，焼却灰及び飛灰を主原料とし、これに硬化剤として普通ポルトランドセメント、成形助剤としてベントナイトまたはリグニンを添加したものを用い、これらを表１に示す量比で配合し、表示する加温方法と温度下で成形した。この成形物を所定時間養生した後に、成形物の圧壊強度１００Ｎを発現させる時間を測定した。この結果を表１に示した。
【００２０】
なお、表１において、粉粒体原料およびセメントの括弧内の数値は添加量（重量％）を示す。石炭灰は石炭火力発電所より排出されたものであり、焼却灰は下水汚泥焼却灰、飛灰は都市ゴミ焼却場より排出され、集塵機で回収されたものである。またＯＰＣは普通ポルトランドセメントを示す。さらに、（イ）転動造粒は直径１．８ｍのパンペレタイザーを用いて転動造粒を行った。転動造粒の際の加熱手段は処理部を２重構造とし、そのなかに水蒸気を通じた。（ロ）撹拌造粒は容量５０リットルの逆円錐台状攪拌混合装置を用いて撹拌造粒を行った。撹拌造粒の際の加熱手段は処理部を２重構造とし、そのなかに水蒸気を通じた。（ハ）押出成形は処理部を２重構造とし、そのなかに水蒸気を通じた。（ニ）プレス成形は加圧ロールを２重構造とし、そのなかに水蒸気を通じた。
【００２１】
実施例１、２および比較例１は、原材料として石炭灰９０ｗｔ％、普通ポルトランドセメント１０ｗｔ％の混合粉粒体を用い、転動造粒したものであり、成形前に粉粒体を加温することによって成形物の強度増進を図ったものである。結果として、粉粒体の温度を上げるほど成形ペレットの庄壊強度は早期に発現することが確認された。
【００２２】
実施例３、４および比較例２は、原材料として石炭灰６０ｗｔ％、焼却灰２５ｗｔ％、普通ポルトランドセメント１０ｗｔ％、ベントナイト５ｗｔ％の混合粉粒体を用い、攪拌造粒したものであり、添加水の温度を加温することによって成形物の強度増進を図ったものである。結果として、添加水の温度を上げるほどペレットの庄壊強度は早期に発現することが確認された。
【００２３】
実施例５、６および比較例３は、原材料として石炭灰７０ｗｔ％、飛灰２０ｗｔ％、普通ポルトランドセメント５ｗｔ％、ベントナイト５ｗｔ％の混合粉粒体を用い、押出成形したものであり、成形時に加温することによって成形物の強度増進を図ったものである。結果として、成形時の温度を上げるほどペレツトの圧壊強度は早期に発現することが確認された。
【００２４】
実施例７、８および比較例４は、原材料として石炭灰７５ｗｔ％、焼却灰１０ｗｔ％、普通ポルトランドセメント１０ｗｔ％、リグニン５ｗｔ％も混合粉粒体を用い、プレス成形したものであり、粉粒体の温度および添加水の温度を加温することによって成形物の強度増進を図ったものである。結果として、両方の温度を上げるほど成形物の圧壊強度は早期から発現することが確認された。
【００２５】
実施例９、１０および比較例５は、原材料として石炭灰８０ｗｔ％、飛灰１０ｗｔ％、普通ポルトランドセメント５ｗｔ％、リグニン５ｗｔ％の混合粉粒体を用い、転動造粒したものであり、粉粒体の温度，添加水の温度および成形時の温度を加温することによって成形物の強度増進を図ったものである。結果として、各温度を上げるほど成形物の圧壊強度は早期から発現することが確認された。
【００２６】
以上のことから，成形物の圧壊強度を早期から発現させるためには、（１）粉粒体の温度を上げる、（２）添加水の温度を上げる、（３）成形時の温度すなわち成形機処理部の温度を上げる、（４）粉粒体および添加水の温度を上げる、（５）粉粒体、添加水および成形時の温度を上げることが有効であることが確認された。このようにして製造された成形物を蒸気養生により硬化させて非焼成の人工骨材等を得ることでき、また焼結することによって焼成人工骨材等を得ることができる。
【００２７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明にかかる粉粒体の成形方法によれば、短時間のうちに成形物の強度を増強することができ、高効率で大量生産も可能な成形物を製造することができる。また、成形物をさらに蒸気養生およびまたは焼結することによって強度を一層増進するができ、骨材をはじめ種々の用途に適用できる固化成形物を製造することができる。
【００２８】
【表１】
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【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の成形固化システムを示す概念図
【図２】本発明に係る混合造粒装置の概略断面図
【符号の説明】１０−混合手段、２０−加水手段２０、３０−成形手段、４１−加水前に粉粒体原料ないしセメントを加温する手段、４２−温水を加える手段、４３−成形手段に設けた加温機構、５０−容器、５１−攪拌羽根、５２−回転軸、５３−スクレーバ、５４−容器周壁。
【図１】
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【図２】
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