(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
砕石プラントの湿式製砂設備で発生する濁水ケーキと、生石灰とを、濁水ケーキに対して生石灰を５〜１０重量％添加し、均一混合して泥土カルシウム均一混合物を得、しかる後、該泥土カルシウム均一混合物を水熱処理して一軸圧縮強度が２００ｋｇ／ｃｍ２以上の固化品を得る濁水ケーキの処理方法であって、前記濁水ケーキとして、前記泥土カルシウム均一混合物の含水率が５〜３５％の範囲を満たす含水率の濁水ケーキを用いること、当該濁水ケーキと前記生石灰とを混合するに際し、その泥土カルシウム均一混合物の充填供試体の断面において各未混合部分の円形相当時の直径が２ｍｍ以下であることを満足するように均一混合を行うこと、水熱処理条件として温度１３０〜３００℃の飽和水蒸気圧の下で１〜２４時間にて前記水熱処理を行なうことを特徴とする濁水ケーキの処理方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、砕石プラントの湿式製砂設備で発生する濁水ケーキを処理して、用途が広く需要量の多いコンクリート用細骨材，道路用路盤材などとして利用可能な強度の高い固化品を得ることができる濁水ケーキの処理方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
道路や建築用等の砕石，砕砂を生産する砕石プラントは、石切り場で発破した１ｍ程度の大きさの石をプラント上流部分にある原料工場（破砕室）に投入し、破砕機により破砕し、篩で砕石の粒度別に篩分けし、規格外の大きな砕石については破砕と篩分け選別を繰り返して行き、最終的に規格粒度別に破砕選別された砕石，砕砂を製品として出荷するようにしたものであり、粒度５ｍｍ以下のコンクリート用細骨材を生産する製砂設備はプラント下流部分に設置されている。
【０００３】
砕石プラントの製砂設備では、製品品質の向上を目的として付着泥分，不要微細石粒子などを除去すべく破砕品を水で洗浄するようにしている。特にコンクリート用細骨材（砕砂）では製品中に含まれる７５μｍ以下の微細石粒子の含有量が制限されており、細骨材生産の際には、前記微細石粒子を除去するなどのために粒度５ｍｍアンダーの破砕品の水洗が行われる。この水洗を行う湿式の設備での使用後の洗浄水は、７５μｍ以下程度の微細な石粒子及び／又は泥分を重量で５〜１０％程度含む泥水であり、「濁水」と呼ばれている。そして濁水は、シックナとフィルタプレス等の濃縮・脱水用の機械設備、あるいは沈殿池式設備により、水と分離された泥分が濃縮脱水されて、シリカを含有し水分を含む泥土スラッジである泥土ケーキにされる。なお、このような濁水の処理による泥土ケーキは「濁水ケーキ」と呼ばれており、例えばコンクリート用細骨材を生産する場合、重量で細骨材生産量の約１０％程度発生する。
【０００４】
そして近年、環境保全の観点から廃棄物の減少を図るべく、この泥土ケーキは生石灰、セメント等と単に混合されて、埋立て材，盛土材などの低強度材として利用されている。
【０００５】
ところがこの方法では、得られる製品の強度（一軸圧縮強度）が１０ｋｇ／ｃｍ２程度以下と低く、用途が前述の埋立て材，盛土材など低強度の土木資材に限られてしまい、常時安定的に大量需要がなく利用量の拡大が期待できず、有効な廃棄物低減化になっていないのが実情である。
【０００６】
次に、同じく副産物である石粉（乾燥石粉）について説明する。砕石プラントの製砂設備では、粒度５ｍｍアンダーの破砕品について、前述した７５μｍ以下の微細石粒子を除去するためにエアセパレータ等の乾式分級機で分級し、しかる後、除去仕切れずに残った微細石粒子の除去を前述の水洗により行うという製砂工程を採用している設備もある。このような製砂工程の場合、前記エアセパレータ等による分級によって主に７５μｍ以下の微細石粒子が副産物として発生する。この微細な石粒子は石粉（乾燥石粉）と呼ばれている。コンクリート用細骨材を生産する場合、石粉は重量で細骨材生産量の約１０％程度発生する。
【０００７】
また、砕石プラントにおいて製砂設備の上流部分には、前述したように粒度別に砕石を生産するための破砕機や篩装置などが備えられており、これらの装置では集塵機によって捕集される集塵ダストとして微細な石粒子（粒度：平均１５μｍ）である石粉（乾燥石粉）が副産物として発生する。
【０００８】
ところがこのような石粉についても、高流動コンクリートの混合材である石灰石粉の代替え品として利用すべく開発が進められているものの、現状ではこれ以外には用途がなく、実質的に廃棄物となっているのが実情である。なお、河川の岩石を原石とするいわゆる砂利プラントで副産物として発生する濁水，石粉についても、資源として利用されていないのが実情であり、ここではこの砂利プラントをも含めて砕石プラントという。
【０００９】
また、他のシリカ含有副産物として、浚渫土処理濁水、建設汚泥がある。浚渫土処理濁水について説明すると、通常、浚渫土（湖沼，川，ダム湖など浚渫する際に発生する土砂）は含水率が高く、ふるい分け機などによって浚渫土を大・中・小の石、砂などに分離する際には、水洗に伴う濁水が発生する。また、建設汚泥は、周知のように、地中連続壁工法，泥水式シールド工法，高圧噴射攪拌工法などの土木建設工事に伴って発生する含水率が高く粒子の微細な泥状の掘削物である。
【００１０】
ところが、このような浚渫土処理濁水や建設汚泥については、その大部分が減容化のためにシリカ含有泥土スラッジ（泥土ケーキ）にされているだけであり、環境保全の観点からも廃棄物の低減につながる有用なプロセスが強く希求されている。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
そこで本発明は、砕石プラントの湿式製砂設備で発生する濁水ケーキを処理して、用途が広く需要量の多いコンクリート用細骨材，道路用路盤材などとして利用可能な強度の高い固化品を得ることができる濁水ケーキの処理方法を提供することを課題とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決する請求項１の発明は、砕石プラントの湿式製砂設備で発生する濁水ケーキと、生石灰とを、濁水ケーキに対して生石灰を５〜１０重量％添加し、均一混合して泥土カルシウム均一混合物を得、しかる後、該泥土カルシウム均一混合物を水熱処理して一軸圧縮強度が２００ｋｇ／ｃｍ２以上の固化品を得る濁水ケーキの処理方法であって、前記濁水ケーキとして、前記泥土カルシウム均一混合物の含水率が５〜３５％の範囲を満たす含水率の濁水ケーキを用いること、当該濁水ケーキと前記生石灰とを混合するに際し、その泥土カルシウム均一混合物の充填供試体の断面において各未混合部分の円形相当時の直径が２ｍｍ以下であることを満足するように均一混合を行うこと、水熱処理条件として温度１３０〜３００℃の飽和水蒸気圧の下で１〜２４時間にて前記水熱処理を行なうことを特徴とする濁水ケーキの処理方法である。
【００１３】
【００１４】
【００１５】
【００１６】
【発明の実施の形態】
本発明による濁水ケーキの処理方法は、濁水ケーキとカルシウム化合物とを均一混合して泥土カルシウム均一混合物を得、しかる後、該泥土カルシウム均一混合物を水熱処理により固化して固化品を得るようにしたものである。カルシウム化合物としては、酸化カルシウム（生石灰）を挙げることができる。ここで、シリカ含有泥土スラッジへのカルシウム化合物の添加は、後述の水熱処理によりトバモライト（５ＣａＯ・６ＳｉＯ2 ・５Ｈ2 Ｏ）などのカルシウムシリケート（ケイ酸カルシウム）を生成させることにある。そして、トバモライトの結晶のＣａとＳｉの重量比（Ｃａ／Ｓｉ）が５／６であることから、カルシウム化合物は、泥土カルシウム均一混合物における重量比（Ｃａ／Ｓｉ）が５／６以下となるように濁水ケーキに添加すればよい。なお、泥土カルシウム均一混合物は、水熱処理による固化品の圧縮強度の点から、含水率が５〜３５％の範囲内のものが望ましい。
【００１７】
ところで、濁水ケーキと生石灰との混合物において、ＣａとＳｉの重量比（Ｃａ／Ｓｉ）が平均して５／６であったとしても、該混合物の均一混合の度合いが低い場合には、該重量比の値が著しく小さい部分が生じてしまう。このため、後の水熱処理においてカルシウムシリケートの生成しない領域が残ってしまい、圧縮強度が高く、かつ、圧縮強度のバラツキが小さくて品質の安定した固化品が得られない。
【００１８】
よって、本発明による濁水ケーキの処理方法においては、濁水ケーキと添加剤である生石灰とを均一混合して泥土カルシウム均一混合物を得るようにしている。この均一混合は、従来とは違って高速攪拌することによりなされる。この攪拌速度（攪拌ブレード回転速度）は処理しようとする濁水ケーキの含水率、粘着性などによって異なるため一概には規定できないものの、例えば機械攪拌式混合機により混合を行う場合、従来の攪拌ブレード回転速度（従来の攪拌ブレード回転速度は、濁水ケーキの水分を減らして流動性を低下させることに目的がおかれるとともに所要粒径範囲の造粒が可能なように設定されていた）に比較して、例えばその４〜５倍のブレード回転速度にて混合を行うようにすればよい。
【００１９】
具体的には、以下の例に限定されないが、例えば、高速縦ブレード式混合機であれば、攪拌ブレードの回転速度を１２５０〜３０００回転／分の範囲にて設定すればよく、スパイラル型混合機であれば、攪拌ブレードの回転速度を自転：２００〜５００回転／分，公転：自転回転速度の約半分にて設定すればよい。周知のように、高速縦ブレード式混合機は、固定された容器内において上下方向に延びる垂直回転軸を持つ１本の攪拌ブレードが回転するようになっている。また、スパイラル型混合機は、１本の攪拌ブレードをそのブレード軸が垂直上下方向に延びる姿勢で装着し、攪拌ブレードを容器の中心より偏心させて回転させるものであり、容器は回転せず固定されており、その攪拌ブレードが自転及び公転をしながら混合を行うようになっている。
【００２０】
そして、本発明による処理方法において、濁水ケーキと生石灰との均一混合は、得られた泥土カルシウム均一混合物の充填供試体を作製したとき、該充填供試体の断面において各未混合部分の円形相当時の直径が２ｍｍ以下であることを満足するように混合を行うことがよい。ここで、泥土カルシウム均一混合物の充填供試体は、土質工学会基準に基づくものであり、泥土カルシウム均一混合物をモールド内に充填し突固め試験装置により突き固めて直径５０ｍｍ×長さ１００ｍｍの円柱体に成形したものである。この供試体を輪切りにした供試体断面における平面視で円形状，島状などをなす各未混合部分それぞれについて、面積を測定してその形状が円形であると仮定して直径Ｄｉを計算して求める。なお、供試体の突き固めのバラツキによる影響を排除するため、未混合部分内に空隙が存在しているときの直径Ｄｉは、該空隙を除いた未混合部分における円形相当時の直径の値である。
【００２１】
そして、これら個々の未混合部分それぞれの円形相当時の直径Ｄｉが２ｍｍ以下となるように混合を行って泥土カルシウム均一混合物を得、該泥土カルシウム均一混合物に水熱処理を施すことで、圧縮強度が高く、かつ、そのバラツキが小さくて品質が一定な固化品が得られる。
【００２２】
また、濁水ケーキと生石灰との均一混合は、未混合率Ｎｍが６％以下であることを満足するように混合を行うことがよい。この未混合率Ｎｍとは、泥土カルシウム均一混合物の充填供試体を作製したとき、該充填供試体の断面において、空隙部分を除いた断面面積に対する各未混合部分（ただし、各未混合部分はその大きさが円形相当時の直径Ｄｉが０．５ｍｍ以上のもの）の総計面積の比率を百分率で表したものである。なお、未混合部分の大きさとして円形相当時の直径Ｄｉが０．５ｍｍ以上の未混合部分についてそれらの総計面積を求めるようにした理由は、直径Ｄｉが０．５ｍｍ未満である微小な粒状の未混合部分については、水熱処理による固化品の品質に実質的に影響を与えないためである。
【００２３】
ここで、未混合率Ｎｍの求め方をより詳しく説明する。直径５０ｍｍ×長さ１００ｍｍの円柱体をなす泥土カルシウム均一混合物の充填供試体を前述した要領にて作製し、この充填供試体を長さ方向において４等分して輪切りにする。得られた切断位置が異なる３つの供試体断面に関し、まず第１の供試体断面において、空隙部分を除いた断面面積Saと、この空隙部分を除いた断面面積Saのうちの各未混合部分（ただし、円形相当時の直径Ｄｉが０．５ｍｍ以上のもの）の総計面積Sbとを測定し、この比率（Sb／Sa）を百分率で未混合率として算出する。次に同様にして、残りの第２，第３の供試体断面において各未混合率をそれぞれ算出する。そしてこれら３つの各未混合率の平均値を当該泥土カルシウム均一混合物による充填供試体の未混合率Ｎｍとしている。
【００２４】
そして、この未混合率Ｎｍが６％以下となるように混合を行って泥土カルシウム均一混合物を得、該泥土カルシウム均一混合物に水熱処理を施すことで、圧縮強度が高く、かつ、その圧縮強度のバラツキが小さくて品質が一定な固化品が得られる。より好ましくは、未混合率Ｎｍが３％以下となるように混合を行うことがよい。
【００２５】
さて次いで、得られた泥土カルシウム均一混合物を水熱処理であるオートクレーブ養生する。飽和蒸気圧下でのオートクレーブ養生により、泥土カルシウム均一混合物中のＳｉＯ2 とＣａＯとが反応してカルシウムシリケートが生成される。この結果、粒子同士が強固に固着し空隙率か小さくて、圧縮強度が高く、かつ、品質が一定であって、コンクリート用細骨材，道路用路盤材などとして利用しうる固化品が得られる。水熱処理では、カルシウムシリケートのうちでも、１３０〜３００℃程度の比較的低温で結晶が成長し強度の高いトバモライトを生成させることがよい。水熱処理条件としては、反応温度（オートクレーブ養生温度）：１３０〜３００℃、反応時間（養生時間）：１〜２４時間が適切である。反応温度１３０〜３００℃はトバモライトの結晶成長がよく促進される温度範囲であり、反応温度が高いほど反応速度は大きいので、同じ品質（強度、吸水率）のものであれば反応時間は短くてすむ。代表的水熱処理条件は、反応温度：１８０℃、反応時間：５時間、絶対圧力：１．０１ＭＰａ（１０気圧）である。
【００２６】
【実施例】
以下、本発明の実施例について説明する。
【００２７】
［実施例１］  この実施例で用いた混合機Ａと比較例で用いた混合機Ｂは、ともにスパイラル型混合機である１軸スパイラルミキサである。前述したように１軸スパイラルミキサは、攪拌ブレードを自転及び公転させながら混合を行うようになっている。混合機Ａは高速用混合機でフック型の攪拌ブレードが装着されており、一方、混合機Ｂは低速用混合機でビータ型の攪拌ブレードが装着されている。
【００２８】
実施例では、含水率２５％の濁水ケーキを用いた。この濁水ケーキに対して生石灰を３〜１０重量％添加し（５重量％未満は参考例）、前記混合機Ａにより濁水ケーキと生石灰とを高速攪拌することにより均一混合して泥土カルシウム均一混合物を得た。混合機Ａの運転条件は、攪拌ブレードの回転速度：自転２８８回転／分，公転１３５回転／分、処理時間：２分間である。
【００２９】
そして、得られた泥土カルシウム均一混合物について、均一混合の度合いを調べるためにその充填供試体を作製し、前述した未混合部分の円形相当時の直径Ｄｉを測定した。充填供試体は、得られた泥土カルシウム均一混合物をモールド内に充填し突固め試験装置により突き固めて直径５０ｍｍ×長さ１００ｍｍの円柱体に成形したものである。この充填供試体を長さ方向において４等分して輪切りにし、得られた切断位置が異なる３つの供試体断面に関し、まず第１の供試体断面における各未混合部分それぞれについて、面積を測定してその形状が円形であると仮定して直径Ｄｉを算出し求めた。未混合部分の面積と円形相当時の直径Ｄｉの測定には公知の画像解析装置（画像処理装置）を用いた。次に、これらの測定データＤｉから、〔Ｄｉ＞２ｍｍ〕：Ａ1 ％、〔０．５ｍｍ≦Ｄｉ≦２ｍｍ〕：Ｂ1 ％、〔Ｄｉ＜０．５ｍｍ〕：Ｃ1 ％、というように整理して未混合部分の直径Ｄｉの分布を求めた。そして同様にして、残りの第２の供試体断面及び第３の供試体断面について、直径Ｄｉの値のこのような分布をそれぞれ求め、〔Ｄｉ＞２ｍｍ〕、〔０．５ｍｍ≦Ｄｉ≦２ｍｍ〕及び〔Ｄｉ＜０．５ｍｍ〕に関するこれら３つの供試体断面についての平均値を求めた。実施例の結果を表１に示す。また、前述した未混合率Ｎｍについても先に述べた手順にてこれを求め、その結果を同じく表１に示す。
【００３０】
次いで、前記得られた泥土カルシウム均一混合物を用いてなる水熱固化品を作製し、その圧縮強度を測定した。すなわち、前記得られた泥土カルシウム均一混合物を用いて直径２５ｍｍ、長さ５０ｍｍの円柱状の加圧成形体をつくり、これをオートクレーブにて反応温度：１８０℃、反応時間：５時間、絶対圧力：１．０１ＭＰａの条件で水熱処理して固化させた。得られたこの固化品の圧縮強度（一軸圧縮強度）を測定した。その結果を図１に示す。
【００３１】
次に、比較例について説明する。比較例では、前記した含水率２５％の濁水ケーキに対して生石灰を５〜１２重量％添加し、前記混合機Ａに代えて前記混合機Ｂを用い濁水ケーキと生石灰とを混合してその混合物を得た。混合機Ｂの運転条件は、攪拌ブレードの回転速度：自転１０８回転／分，公転６６回転／分、処理時間：２分間である。得られた前記混合物において未混合率Ｎｍと未混合部分の直径Ｄｉとを求めた。その測定結果を表１に示す。また、前記混合物について、実施例と同手順・同条件にて水熱処理を行ってその固化品をつくり、該固化品の圧縮強度（一軸圧縮強度）を測定した。その結果を図１に示す。
【００３２】
【表１】
0004763904.tif 000002
【００３３】
表１及び図１に示す結果よりわかるように、比較例では、混合物において未混合部分の直径Ｄｉが２ｍｍを超えた部分があり、しかもその割合が２３％と相当に高く、また、未混合率Ｎｍも３６％と相当に高く、濁水ケーキと生石灰とが均一混合されていないものであった。このため、水熱処理されたその固化品においては、図１に示すように、カルシウム添加量が同じであっても得られる圧縮強度のバラツキが極めて大きく、品質が不安定なものであった。
【００３４】
これに対して実施例では、未混合部分の直径Ｄｉが２ｍｍ以下で、また、未混合率Ｎｍが０．２％である泥土カルシウム均一混合物が得られた。この泥土カルシウム均一混合物を水熱処理してなる固化品は、図１に示すように、同じカルシウム添加量の比較例に比べて、圧縮強度が高く、かつ、圧縮強度のバラツキが小さくて品質が安定したものであった。このように本発明によれば、コンクリート用細骨材，道路用路盤材などとして利用可能な強度の高い固化品を得ることができる。
【００３５】
［実施例２］  この実施例ではコンクリート用細骨材として利用しうる固化品をつくった。まず、砕石プラントからの含水率２５％の濁水ケーキにこの例では生石灰を５重量％添加し、前述した高速縦ブレード式混合機により濁水ケーキと生石灰とを高速攪拌することにより均一混合して泥土カルシウム均一混合物を得た。引き続いてこの高速縦ブレード式混合機を低速運転することにより、前記泥土カルシウム均一混合物を原料として造粒を行って粒状の泥土カルシウム均一混合物を得た。高速縦ブレード式混合機の運転条件は、均一混合時における攪拌ブレードの回転速度：１３００〜２５００回転／分、造粒時における攪拌ブレードの回転速度：４００〜８００回転／分である。この運転条件にて粒径（外径）が約１〜１０ｍｍの範囲の粒状をなす泥土カルシウム均一混合物が得られる。
【００３６】
次いで、前記造粒された粒状の泥土カルシウム均一混合物を、オートクレーブにて反応温度：１８０℃、反応時間：５時間、絶対圧力：１．０１ＭＰａの条件により水熱処理して固化させた。その結果、比重：１．５以上（１．５０〜１．９５）、吸水率：２５％以下（１０．０〜２４．４％）、圧縮強度：約２００ｋｇ／ｃｍ2 である粒状の固化品が得られた。
【００３７】
このようにして得られた粒状の固化品を破砕・分級して人工細骨材（人工砂）とし、製砂設備で生産される天然原料からの天然細骨材に重量で該細骨材の例えば約５％程度混ぜることにより比重：２．５以上、吸水率：３％以下というＪＩＳ規格（ＪＩＳ  Ａ５００５／１９９５）を満足するコンクリート用細骨材として用いることが可能である。また、前記粒状の固化品をそのまま道路用路盤材、埋戻し材として用いることが可能である。
【００３８】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明による濁水ケーキの処理方法によると、砕石プラントの湿式製砂設備で発生する濁水ケーキを処理して、用途が広く需要量の多いコンクリート用細骨材，道路用路盤材などとして利用可能な強度の高い固化品を得ることができ、ひいては廃棄物の減少化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  実施例１における固化品の圧縮強度を示すグラフである。
【図１】
0004763904.tif 000003