(57)【要約】【課題】ロータリーキルンで未燃カーボンの高い石炭灰を原料として人工骨材を焼成する場合にも、高強度且つ低吸水性の人工骨材を生産性よく、長期間安定して焼成可能な人工骨材の焼成方法を提供する【解決手段】石炭灰を主原料とし、造粒した原料をロータリーキルンで焼成する人工骨材の焼成において、原料投入域から仮焼領域までの内径に対する、焼成領域から焼成物排出域までの内径の比が、０．９０以上、０．９５以下であるロータリーキルンを用いることを特徴とする人工骨材の焼成方法である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
石炭灰を主原料とし、造粒した原料をロータリーキルンで焼成する人工骨材の焼成において、原料投入域から仮焼領域までの内径に対する、焼成領域から焼成物排出域までの内径の比が、０．９０以上、０．９５以下であるロータリーキルンを用いることを特徴とする人工骨材の焼成方法。
【請求項２】
未燃カーボンが１．５質量％以上の石炭灰を原料として使用することを特徴とする請求項１に記載の人工骨材の焼成方法。
【請求項３】
本焼成によって得られた人工骨材の性状は、絶乾密度の値が１．５０ｇ／ｃｍ３以上、２．１０ｇ／ｃｍ３以下、且つ２４時間吸水率の値が０．１％以上、６％以下、且つ圧かい加重の値が直径５ｍｍから１０ｍｍの骨材０．５ｋN以上、または直径１０ｍｍから１５ｍｍの骨材１．０ｋN以上であることを特徴とする請求項１または２のいずれか１項に記載の人工骨材の焼成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は人工骨材の焼成方法に関し、特に、ロータリーキルンを用い未燃カーボンの高い石炭灰を原料としても、高強度且つ低吸水性の人工骨材を生産性よく焼成可能な人工骨材の焼成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
石炭を燃焼させると、その質量の約１割に相当する石炭灰が発生する。近年の石炭炊き火力発電所の増加により、石炭灰の発生量が増加しており、その有効な利用方法が求められている。
【０００３】
石炭灰に必要に応じて他の成分を添加し、造粒等の前処理を施した後焼成すると、適度の強度を持った焼結物となり、コンクリート用の骨材等として活用可能となる。そこで、石炭灰からそれら人工骨材を製造し、有効利用を図る試みが種々行われてきている。
【０００４】
しかし、石炭炊き火力発電所は安定した高品位の電力を提供することを第１の目的としているため、その副産物である石炭灰について一定の品質での供給を期待することは難しい。結局、発電所別により、あるいは同一発電所であっても、用いる石炭の銘柄や操業条件により、発生する石炭灰の品質は異なってくる。特にその中でも石炭中の炭素が完全燃焼せずに残留したいわゆる未燃カーボンの値は石炭灰により大きく異なり、１質量％未満のものから数質量％、場合によっては１０質量％以上のものまで発生しているというのが現状である。
【０００５】
石炭灰を原料として用いて人工骨材を焼成する場合、石炭灰中の未燃カーボンは６００〜１０００℃程度の温度領域（仮焼領域）で燃焼して失われ、１２００℃程度以上の温度領域（焼成領域）で石炭灰の粉体が融着していき、焼結物となり、人工骨材に必要な強度をもった粒子となる。
【０００６】
ところが、石炭灰中の未燃カーボン量が１．５質量％を超える場合には、前記仮焼領域で全量燃焼しきらずに、一部は焼成領域に持ち込まれる。焼成領域で石炭灰粉体が融着を開始してから未燃カーボンが燃焼すると、発生する二酸化炭素により焼結物に気泡が生じたり、甚だしい場合には爆裂したりして、強度の高い人工骨材が得られなくなるという現象があった。
【０００７】
そこで、特許文献１においては、人工骨材の焼成に用いるロータリーキルン中の前記の仮焼領域の内８００〜１０００℃の温度領域に相当する部分に、突起物を設け、被焼成物である石炭灰の造粒物を掻き上げて、燃焼ガス中の酸素との接触を良くして、仮焼領域の間に十分未燃カーボンを燃焼除去するという技術が提供されている。
【０００８】
【特許文献１】特開平６−２６５２７１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかし、特許文献１の技術では、突起物を８００〜１０００℃という高温領域に設け、被焼成物の掻き上げという機械的操作を行わせるために、その設備稼働上の条件は過酷であり、突起物を長期間残存させることは困難で、頻繁にロータリーキルンを停止して、突起物の修繕を行わなければその効果が持続しないという問題点があった。
【００１０】
また、そのような設備の改造を伴わない解決方法としては、焼成量を抑制し、時間を掛けて焼成する方法があるが、これによれば、人工骨材の生産性は低下し、生産コストの大幅な上昇が避けられない。
【００１１】
そこで、本発明は、上記従来の人工骨材の焼成における未燃カーボン対策における問題点に鑑みてなされたものであって、ロータリーキルンで未燃カーボンの高い石炭灰を原料として人工骨材を焼成する場合にも、高強度且つ低吸水性の人工骨材を生産性よく、長期間安定して焼成可能な人工骨材の焼成方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するため、本発明者らは、鋭意検討を行った結果、ロータリーキルンの内径を途中で変化させることにより、被焼成物の充填率を調整でき、未燃カーボンの除去に効果的であることを見出し、本発明を完成するに至った。
【００１３】
すなわち、請求項１の発明は、石炭灰を主原料とし、造粒した原料をロータリーキルンで焼成する人工骨材の焼成において、原料投入域から仮焼領域までの内径に対する、焼成領域から焼成物排出域までの内径の比が、０．９０以上、０．９５以下であるロータリーキルンを用いることを特徴とする人工骨材の焼成方法である。
【００１４】
ここで、原料投入域から仮焼領域までとは、概ねロータリーキルン内の温度が６００℃〜１０００℃の領域に相当する。また、焼成領域から焼成物排出域までとは、概ねロータリーキルン内の温度が１０００℃から、１２００℃以上の焼点を越えて１０００℃程度の焼成物排出温度に到るまでの領域に相当する。原料投入域から仮焼領域までの内径に対する、焼成領域から焼成物排出域までの内径の比を、０．９０以上、０．９５以下とすることにより、両内径部分間で、被焼成物の充填率、滞留時間が変化する。
【００１５】
内径の大きい原料投入域から仮焼領域までの部分では、被焼成物の充填率が低くなる。このことにより、被焼成物全体が燃焼排ガス中の残存空気と接触し、石炭灰中未燃カーボンが十分に燃焼除去される。未燃カーボンが燃焼除去されると、焼点近傍の焼成領域で石炭灰粉体が融着を開始してから気泡が生じるようなことがなくなり、高強度且つ低吸水性の人工骨材を生産性よく焼成できる。
【００１６】
一方、焼成領域に達した被焼成物は、ロータリーキルンの内径が０．９０以上、０．９５以下の比率で狭まっているため、通過速度が遅くなり、滞留時間が長くなる。これにより、石炭灰の粉体が融着していき、焼結物となる過程に十分な焼結時間を与えることが可能となる。
【００１７】
前記内径の比が０．９０未満となると、被焼成物が軟化してロータリーキルン内部に融着する、レンガの消耗も激しくなる等の問題があり、安定運転の妨げとなる恐れがある。該内径の比が０．９５を超える場合には、未燃カーボン燃焼除去の効果が十分に得られなくなるため、好ましくない。
【００１８】
また、前記ロータリーキルンの内径の変化は、耐火物の施工厚の調整により行うことができるので、掻き上げ作用を持たせた突起物に比べ高温雰囲気での耐久性があり、長期間の安定運転が可能である。
【００１９】
請求項２の発明は、未燃カーボンが１．５質量％以上の石炭灰を原料として使用することを特徴とする請求項１に記載の人工骨材の焼成方法である。
【００２０】
本発明は、石炭灰中の未燃カーボンによる、人工骨材焼成への弊害を防止するものであるので、未燃カーボンが１．５質量％以上の石炭灰を原料として使用する場合に、その効果を有効に活用可能である。
【００２１】
請求項３の発明は、本焼成によって得られた人工骨材の性状は、絶乾密度の値が１．５０ｇ／ｃｍ３以上、２．１０ｇ／ｃｍ３以下、且つ２４時間吸水率の値が０．１％以上、６％以下、且つ圧かい加重の値が直径５ｍｍから１０ｍｍの骨材０．５ｋN以上、または直径１０ｍｍから１５ｍｍの骨材１．０ｋN以上であることを特徴とする請求項１または２のいずれか１項に記載の人工骨材の焼成方法である。
【００２２】
本発明の焼成方法は、未燃カーボンの燃焼による焼結物の気泡発生や、爆裂を防止できることにより、絶乾密度の値が１．５０ｇ／ｃｍ３以上、２．１０ｇ／ｃｍ３以下、且つ２４時間吸水率の値が０．１％以上、６％以下、且つ圧かい加重の値が直径５ｍｍから１０ｍｍの骨材０．５ｋN以上、または直径１０ｍｍから１５ｍｍの骨材１．０ｋN以上という緻密且つ強度の高い人工骨材が得られる焼成方法である。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、ロータリーキルンで未燃カーボンの高い石炭灰を原料として人工骨材を焼成する場合にも、原料投入域から仮焼領域に到る間の被焼成物の充填率が低く、燃焼排ガス中の残存空気と効果的に接触するため、石炭灰中未燃カーボンを燃焼除去により十分低減可能で、緻密且つ高強度の人工骨材の焼成が可能である上に、生産性を落とすことなく長期間安定運転することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
本発明では、人工骨材の主原料には石炭灰を用いる。石炭灰は、石炭火力発電所から排出されるもので、微粉炭ボイラーから飛散し電気集塵機等で回収されるフライアッシュ、循環流動層ボイラーから回収されるＰＦＢＣ灰等を用い、粒度調整のされていない原粉のままで用いることができる。この石炭灰に必要に応じて結合材としての各種セメント類、粘結材としてのベントナイト、カオリン鉱物、珪酸ナトリウム、パルプ製造時に廃液に含まれるリグニン等を添加する。さらに必要に応じて成分調整材を添加する。成分調整材は、石炭灰を主成分とした原料の、軟化、溶融温度を調整するために添加するもので、例えばＳｉＯ2源として珪石粉、カオリン等、Ａｌ2Ｏ3源としてアルミナ粉、アルミ灰等、ＣａＯ源として石灰粉、セメント、石膏等が用いられる。
【００２５】
上記の原料を混合後、造粒する。造粒は所定範囲の粒径となるように成形できれば方法は問わず、パンペレタイザーを使用した転動造粒、加圧成形機を使用したプレス造粒、ヘンシェルミキサー（三井造船株式会社製、登録商標）等を使用した攪拌造粒等を用いることができる。
【００２６】
次に、造粒された原料を焼成して、人工骨材を製造する。焼成装置としては、ロータリーキルンを用いることで、大量生産が可能で、均質な焼成物を得ることができる。そして本発明においては、原料投入域から仮焼領域までの内径に対する、焼成領域から焼成物排出域までの内径の比が、０．９０以上、０．９５以下であるロータリーキルンを用いる。
【００２７】
以下に、図を用いて従来技術に用いるロータリーキルンと、本発明に用いるロータリーキルンの相違を説明する。
【００２８】
図２は、従来から用いられている通常のロータリーキルンの側面断面を示したものであり、原料の投入される窯尻側から、焼成物が排出される窯前側まで、内径は同一である。
【００２９】
図１（ａ）は本発明に係る人工骨材の焼成方法に用いられるロータリーキルンの一例の側面断面を示したものである。原料投入域から仮焼領域まで２は、一定の内径φＡである。焼成領域から焼成物排出域まで３は、一定の内径φＢである。そして、０．９０φＡ≦φＢ≦０．９５φＡの関係にある。
【００３０】
図１（ｂ）は、本発明に係る他の形態の人工骨材の焼成に用いられるロータリーキルンの一例の側面断面を示したものである。原料投入域から仮焼領域まで２は、一定の内径φＡである。焼成領域から焼成物排出域まで３は、徐々に内径が狭まっているが、その平均内径φＢは、０．９０φＡ≦φＢ≦０．９５φＡの関係にある。なお、本発明において、焼成領域から焼成物排出域までの内径とは、この間が一定の内径である場合にはその内径をいい、この間の内径に変化がある場合には、その平均内径をいうものとする。
【実施例】
【００３１】
石炭火力発電所より排出された未燃カーボン２．８質量％を含有する石炭灰（化学成分を表１に示す。）を主原料に、結合材として普通ポルトランドセメントを内割で１５質量％混合し、この混合粉末をパンペレタイザーで水分量１５質量％にて粒径５〜１５ｍｍに造粒した。次に該造粒物をロータリー式養生機により養生温度８５℃、相対湿度９０％以上の雰囲気で2時間養生した。養生の終了した造粒物を、以下の各仕様のロータリーキルンで、それぞれ記載した条件にて焼成し、焼成物の人工骨材の物性を測定した。その結果を表２に示す。
【００３２】
（実施例１）
ロータリーキルン（φ１．５ｍ×２０ｍL）内部のレンガの施工厚を変え、原料投入域から仮焼領域まで（０〜８ｍまで）の内径φA＝１．４ｍ、焼成領域から焼成物排出域まで（１５ｍ〜２０ｍ）の内径φB＝１．２６ｍとし図１（ａ）の形態のロータリーキルンを得た（内径の比＝０．９０）。
このロータリーキルンにて、原料送入量１．２トン／ｈ、滞留時間１．５時間、焼成温度１２４０℃にて焼成を行った。
（実施例２）
ロータリーキルン（φ１．５ｍ×２０ｍL）内部のレンガの施工厚を変え、原料投入域から仮焼領域まで（０〜７．５ｍまで）の内径φA＝１．４ｍ、焼成領域から焼成物排出域まで（１５ｍ〜２０ｍ）の内径はテーパー状に絞り込み、平均内径φB＝１．３２ｍとし図１（ｂ）の形態のロータリーキルンを得た（内径の比＝０．９４）。
このロータリーキルンにて、原料送入量１．４トン／ｈ、滞留時間１．２時間、焼成温度１２６５℃にて焼成を行った。
（比較例）
ロータリーキルン（φ１．５ｍ×２０ｍL）内部の原料投入域から仮焼領域まで（０〜８ｍまで）の内径と焼成領域から焼成物排出域まで（１５ｍ〜２０ｍ）の内径を同一（φA＝φB＝１．４ｍ）とし図２の形態のロータリーキルンを得た（内径の比＝１）。
このロータリーキルンにて、原料送入量１．３トン／ｈ、滞留時間１．４時間、焼成温度１２５０℃にて焼成を行った。
【００３３】
（表１）
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【００３４】
（表２）
2005272247.tif 000004
【００３５】
表２のデータから明らかなように、本発明に係る焼成方法で焼成した実施例１及び２においては、比較例と比べ、絶乾密度、２４時間吸水率、圧かい荷重で遥かに良好な数値の人工骨材を得ることができた。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明に係る人工骨材の焼成方法に用いるロータリーキルンの側面断面図
【図２】従来の人工骨材の焼成方法に用いるロータリーキルンの側面断面図
【符号の説明】
【００３７】
１      ロータリーキルン
２      原料投入域から仮焼領域まで
３      焼成領域から焼成物排出域まで
４      内径φA
５      内径φB
【図１】
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【図２】
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