(57)【要約】【課題】石炭灰の安全かつ多量処理を可能とする結晶化骨材の製造方法を提供する。【解決手段】石炭灰を主たる原料とし、ＣａＯを含有する無機質物質、例えば、高炉徐冷スラグ、高炉水砕スラグ、都市ゴミ焼却灰、下水汚泥焼却灰より選ばれた少なくとも１種を混合することにより結晶化骨材のＣａＯ含有量が１０〜３５重量％、アルカリ含有量（Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ）が２．０重量％以下となるよう調整し、調整後の原料を１０００〜１４００℃で焼成、冷却することによりＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３・２ＳｉＯ２を主成分とする結晶化骨材を得る。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
石炭灰と、ＣａＯを含有する無機質物質とを混合して、ＣａＯ含有量を１０〜３５重量％、アルカリ含有量（Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ）を２．０重量％以下に調整した組成物を、１０００〜１４００℃で焼成することを特徴とする、ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３・２ＳｉＯ２を主成分とする結晶化骨材の製造方法。
【請求項２】
ＣａＯを含有する無機質物質が、高炉徐冷スラグ、高炉水砕スラグ、都市ゴミ焼却灰、下水汚泥焼却灰より選ばれた少なくとも１種である請求項１記載の結晶化骨材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、新規な結晶化骨材の製造方法に関する。更に詳しくは、火力発電所や石炭焚きボイラーなどから排出される石炭灰（フライアッシュを含む）を主たる原料として容易かつ多量に使用することが出来る結晶化骨材の製造方法を提供するものである。
【０００２】
【従来の技術】
地球環境問題の観点から、廃棄物、副産物の有効利用が重要な課題となってきている。火力発電所や石炭焚きボイラーなどから発生する石炭灰の排出量も年々増加する傾向にあり、安全かつ多量に処理できる方法の開発が危急の課題となっている。現状の技術として最も効果的な処理方法はセメント製造原料への適用であり、すでに多くの石炭灰が利用されている。
【０００３】
しかしながら、石炭灰はセメントクリンカーに比べてＡｌ２Ｏ３の含有量が多いため、その使用量には限界があり、通常のセメントクリンカー原料としての使用量の上限は、原料全体の５〜１０％程度にとどまっている。そのため、より多くの石炭灰を有効利用できる技術の開発が望まれている。
【０００４】
モルタル、コンクリート等の材料として多量に使用可能な人工骨材の原料としての適用は、新たな有効利用技術として有望である。
【０００５】
上記要求に鑑み、石炭灰、ガラス粉末およびセメントを原料として焼成することにより、ウォラストナイトと灰長石を主たる成分とする人工骨材を得る方法が提案されている（特許文献１参照）。
【０００６】
また、石炭灰、ガラス粉末を原料として焼成し、焼成過程で生成するアノーサイトで両者を結合した人工骨材も提案されている（特許文献２）。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記特許文献１に記載の人工骨材は、ウォラストナイトと灰長石の生成により骨材強度を高めているが、原料として使用したガラス粉末がガラス相として残存している。そのため、天然骨材に比べて密度が低く、また、吸水率も比較的高く、モルタル、コンクリート等をポンプ施工する際の施工性の低下や、橋脚、機械基礎コンクリート等の重量が要求される構造物への使用が制限されるといった問題があった。また、ガラス相が残存するため、アルカリ骨材反応が生じるおそれがあり、構造物の耐久性の低下が懸念される。
【０００８】
一方、特許文献２に記載の人工骨材は、これを製造する際の焼成時間が短いため、結晶化が十分でなく天然骨材に比べて密度が低く、また、吸水率も高いものとなっている。そのため、前記人工骨材と同様、施工性、構造物への適用性の問題がある。また、生成相としてガラス相を含んでいるため、前記人工骨材と同様に、残存するガラス相によるアルカリ骨材反応の問題が懸念される。
【特許文献１】特許第３０５５８９９号公報
【特許文献２】特開平２００２−２５５６１３号公報
【課題を解決するための手段】
本発明者等は、上記課題を解決すべく鋭意研究を行ってきた。その結果、石炭灰を主たる原料とし、ＣａＯを含有する無機質物質を混合することにより結晶化骨材のＣａＯ含有量が１０〜３５重量％、アルカリ含有量（Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ）が２．０重量％以下となるよう調整し、調整後の組成物を１０００〜１４００℃で焼成し、冷却することによりＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３・２ＳｉＯ２（以下ＣＡＳ２と略記する）を主成分とする高密度でしかも低吸水率の結晶化骨材を製造する方法を見出した。
【０００９】
即ち、本発明は、石炭灰と、ＣａＯを含有する無機質物質とを混合して、ＣａＯ含有量を１０〜３５重量％、アルカリ含有量（Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ）を２．０重量％以下に調整した組成物を、１０００〜１４００℃で焼成することを特徴とする、ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３・２ＳｉＯ２を主成分とする結晶化骨材の製造方法である。
【００１０】
さらに、ＣａＯを含有する無機質物質として、高炉徐冷スラグ、高炉水砕スラグ、都市ゴミ焼却灰、下水汚泥焼却灰より選ばれた少なくとも１種の無機廃棄物を使用することにより、前記石炭灰と合わせて、より多くの廃棄物、副産物を有効利用できることを見出した。
【００１１】
即ち、本発明は、上記ＣａＯを含有する無機質物質として、高炉徐冷スラグ、高炉水砕スラグ、都市ゴミ焼却灰、下水汚泥焼却灰より選ばれた少なくとも１種の物質を使用する態様をも提供するものである。
【００１２】
本発明により得られる結晶化骨材は、その高い密度と低い吸水率により、モルタル、コンクリート、建材等の構成材料として広く適用可能であり、石炭灰の安全かつ多量処理を可能とするものである。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明をさらに詳細に説明する。
【００１４】
本発明において、石炭灰は、火力発電所や石炭焚きボイラーなどから排出されるものであれば特に制限なく使用できる。石炭灰の化学成分は特に制限されるものではないが、Ａｌ２Ｏ３含有量が１０重量％以上、特に１４〜３６重量％のものが好適に用いられる。
【００１５】
本発明において、ＣａＯを含有する無機質物質は特に制限無く使用できる。具体的には、石灰石、消石灰、生石灰、高炉徐冷スラグ、高炉水砕スラグ、塩素バイパスダスト、都市ゴミ焼却灰、コンクリート廃材、下水汚泥、下水汚泥焼却灰等が挙げられる。これらのうち、高炉徐冷スラグ、高炉水砕スラグ、都市ゴミ焼却灰、下水汚泥焼却灰より選ばれる少なくとも１種が、廃棄物、副産物の有効利用の観点から、好適に使用できる。
【００１６】
本発明において、焼成原料は、石炭灰とＣａＯを含有する無機質物質とを混合して得られる。焼成原料のＣａＯ含有量は、１０〜３５重量％、より好適には１５〜３０重量％に調整されることが必要である。即ち、この範囲外では、ＣＡＳ２の生成が困難となり、ＣＡＳ２を主成分とする高密度の結晶化骨材を得ることができない。
【００１７】
また、アルカリ含有量（Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ）は、得られる結晶化骨材中におけるガラス相の生成を抑制し、該結晶化骨材の密度を高め、また、吸水率を抑えるため、２．０重量％以下、特に、１．５重量％以下に調整される必要がある。
【００１８】
尚、焼成原料の混合時に、本発明の効果を阻害しない範囲で、ＣａＯを含有しない無機質物質を混合しても構わない。
【００１９】
本発明において、前記石炭灰とＣａＯを含有する無機物質との混合物よりなる組成物を焼成し、結晶化骨材を生成せしめる方法は、該組成物を１０００〜１４００℃、より好ましくは１０００〜１３００℃で焼成し、自然冷却あるいは徐冷する方法が採用される。即ち、上記焼成温度が１０００℃より低い場合は、ＣＡＳ２の生成が不十分となり、また、１４００℃より高い場合は、原料が溶融、ガラス化するため、結晶化が困難となり、高密度な結晶化骨材を得ることが出来ず、本発明の目的を達成することができない。
【００２０】
また、上記焼成時間は特に制限されるものではないが、１時間以上とすることが望ましい。１時間未満では、結晶化が十分行われない場合がある。
【００２１】
更に、前記焼成を行なうための焼成装置は特に制限されないが、電気炉、回転式キルンタイプの結晶化炉等が好適に用いられる。
【００２２】
本発明の方法によって得られる結晶化骨材は、ＣＡＳ２を主成分とするものであり、該ＣＡＳ２の含有量は、原料となる前記組成物中のＣａＯの量、焼成条件等により、５０重量％以上、特に、７０重量％以上となるように調整されている。
【００２３】
本発明において、上記ＣＡＳ２を主成分とする結晶化骨材には、前記組成物の構成に使用する原料に応じて、ＣａＯ、Ａｌ２Ｏ３及びＳｉＯ２等の酸化物、ＣａＯ、Ａｌ２Ｏ３及びＳｉＯ２の２種以上からなる化合物、あるいはこれら以外の化合物が含有される場合があるが、本発明の効果を阻害しない範囲であれば特に問題とならない。これら化合物は、具体的には、２ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３・ＳｉＯ２、ＣａＯ・ＳｉＯ２、３ＣａＯ・ＳｉＯ２、２ＣａＯ・ＳｉＯ２、ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３、３ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３、３Ａｌ２Ｏ３・２ＳｉＯ２、２ＣａＯ・Ｆｅ２Ｏ３、３ＣａＯ・Ｆｅ２Ｏ３、Ｎａ２Ｏ・Ａｌ２Ｏ３・６ＳｉＯ２、Ｋ２Ｏ・Ａｌ２Ｏ３・６ＳｉＯ２等が挙げられる。また、ＣａＯ、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２、ＭｇＯ、Ｆｅ２Ｏ３、Ｎａ２Ｏ、Ｋ２Ｏ等を成分とするガラス相を前記アルカリ含有量の範囲内で含有しても構わない。
【００２４】
本発明の結晶化骨材の用途は特に制限されない。モルタル用の細骨材、コンクリート用の細骨材ならびに粗骨材、インターロッキングブロック用の骨材、テラゾータイル用の骨材等が代表的な用途である。
【００２５】
【実施例】
以下、実施例により本発明の構成および効果を説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【００２６】
尚、実施例、比較例における各種試験は、下記の方法に準じて行なった。
【００２７】
（１）骨材試験
結晶化細骨材について、密度及び吸水率をＪＩＳ  Ａ  １１０９「細骨材の密度及び吸水率試験方法」により、また、粗粒率はＪＩＳ  Ａ  １１０２「骨材のふるい分け試験方法」により試験を行った。
【００２８】
（２）結晶化細骨材を使用したモルタルの圧縮強さ試験
ＪＩＳ  Ｒ  ５２０１「セメントの物理試験方法」に定められた圧縮強さ試験用標準砂の７０重量％を結晶化骨材で置換し、上記試験方法に従い圧縮強さを測定した。セメントは、普通ポルトランドセメントを使用した。
【００２９】
実施例１
石炭灰と石灰石とを表１の配合割合で混合した表１に示す組成の組成物を、電気炉により１２００℃で２時間焼成し、その後自然冷却し結晶物を得た。得られた結晶物をクラッシャーにより破砕し、結晶化細骨材を得た。
【００３０】
得られた結晶化骨材中のＣＡＳ２の含量を表１に併せて示す。
【００３１】
また、骨材試験の結果を表３に、圧縮強さ試験の結果を表４にそれぞれ示す。
【００３２】
実施例２
石炭灰と徐冷スラグとを表１の配合割合で混合した表１に示す組成の組成物を、実施例１と同様の条件で焼成し、結晶化細骨材を得た。
【００３３】
得られた結晶化骨材中のＣＡＳ２の含量を表１に併せて示す。
【００３４】
また、骨材試験の結果を表３に、圧縮強さ試験の結果を表４にそれぞれ示す。
【００３５】
参考例
参考例として、コンクリート用細骨材として一般的に使用されている玄海産海砂について、骨材試験を行った結果を表２に、また、圧縮強さ試験を行なった結果を表３にそれぞれ示す。
【００３６】
比較例１
石炭灰と石灰石とを表１に示す配合割合で混合した表１に示す組成の組成物を、電気炉により１３００℃で２時間焼成した以外は、実施例１と同様に結晶化細骨材を得た。
【００３７】
得られた結晶化骨材中のＣＡＳ２の含量を表１に併せて示す。
【００３８】
また、骨材試験の結果を表３に、圧縮強さ試験の結果を表４にそれぞれ示す。
【００３９】
比較例２
実施例１において、焼成温度を９００℃とした以外は、同様にして結晶化骨材を製造した。
【００４０】
得られた結晶化骨材中のＣＡＳ２の含量を表１に併せて示す。
【００４１】
また、骨材試験の結果を表３に、圧縮強さ試験の結果を表４にそれぞれ示す。
【００４２】
実施例３、比較例３
実施例２において、石炭灰と徐冷スラグとを表１に示す配合割合で混合した表１に示す組成の組成物を使用した以外は、実施例２と同様にして結晶化細骨材を得た。
【００４３】
得られた結晶化骨材中のＣＡＳ２の含量を表１に併せて示す。
【００４４】
また、骨材試験の結果を表３に、圧縮強さ試験の結果を表４にそれぞれ示す。
【００４５】
比較例４
石炭灰と徐冷スラグとガラス粉末とを表２に示す配合割合で混合した表２に示す組成の組成物を、電気炉により１１００℃で２時間焼成した以外は、実施例１と同様に結晶化細骨材を得た。
【００４６】
得られた結晶化骨材中のＣＡＳ２の含量を表１に併せて示す。
【００４７】
また、骨材試験の結果を表３に、圧縮強さ試験の結果を表４にそれぞれ示す。
【００４８】
【表１】
2005067906.tif 000002
【表２】
2005067906.tif 000003
【表３】
2005067906.tif 000004
【表４】
2005067906.tif 000005
【発明の効果】
以上の説明より理解されるように、本発明は、石炭灰の安全かつ多量処理を可能とする新規な結晶化骨材の製造方法及び結晶化骨材を提供するものである。石炭灰のみならず、多量の廃棄物、副産物の処理を可能とする本発明は、工業的見地のみならず、地球環境問題の観点からも極めて価値の高いものである。