(57)【要約】【課題】  石炭灰を主成分とする粉粒体から造粒物及び人工骨材を製造するにあたって、より安定して、高収率を得ることができ、大量生産も可能な方法を提供する。【解決手段】  逆円錐台状攪拌混合装置１を用いて造粒する際に、造粒水を攪拌混合装置の中央より外周に向けて、２方向以上に散水する。粉粒体に対して水が均一に散布されるので、大塊の発生が抑制され、造粒物の粒径を制御し易くなる。より均質な造粒を行うには、３方向以上から散水する。造粒水の散水と同時、または相前後して、攪拌混合装置の攪拌羽根３を、周速５．０ｍ／秒以上、７．０ｍ／秒以下で、３０秒間以上、６０秒間以下回転させ、次いで、周速２．０ｍ／秒以上、４．０ｍ／秒以下で、２分間以上、３分間以下回転させて造粒することが好ましい。この方法により製造した造粒物を蒸気養生により硬化させたり、焼成して人工骨材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】
石炭灰を主成分とする粉粒体を、逆円錐台状攪拌混合装置を用いて造粒する場合において、
造粒水を該攪拌混合装置の中央より外周に向けて、２方向以上に散水することを特徴とする造粒物の製造方法。
【請求項２】
前記造粒水の散水と同時、または相前後して、前記逆円錐台状攪拌混合装置の攪拌羽根を、周速５．０ｍ／秒以上、７．０ｍ／秒以下で、３０秒間以上、６０秒間以下回転させ、次いで、周速２．０ｍ／秒以上、４．０ｍ／秒以下で、２分間以上、３分間以下回転させて造粒することを特徴とする請求項１に記載の造粒物の製造方法。
【請求項３】
請求項１または２のいずれかの方法により製造した造粒物を蒸気養生により硬化させることを特徴とする人工骨材の製造方法。
【請求項４】
請求項１または２のいずれかの方法により製造した造粒物を焼成することを特徴とする人工骨材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、造粒物及び人工骨材の製造方法に関し、特に、石炭灰を主成分とする粉粒体から造粒物及び人工骨材を製造する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、石炭焚き火力発電所等で発生する大量の石炭灰の有効活用の一環として、石炭灰を何らかのバインダー成分を用いて成形、固化し、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研究が数多くなされている。
【０００３】
石炭灰を人工骨材の材料として利用する場合には、石炭灰を主成分とする粉体に水を混合してパンペレタイザー等によって転動造粒し、造粒物を蒸気養生するか、または焼成して人工骨材を製造する。例えば、特許文献１に記載の異形軽量骨材の製造方法では、粉粒体を含む原料に水を加えてパンペレタイザーによって造粒する過程で、さらに水を加えることによって異形の生ペレットを成形した後、乾燥、焼結することによって異形軽量骨材を製造する。
【０００４】
しかし、特許文献１に記載の異形軽量骨材の製造方法等において用いられるパンペレタイザーは、装置の構造は簡単であるが、操作にはかなりの熟練が必要である。これは、粉粒体の粉末度等の影響によって造粒の際の適正水分量が変化し、適正水分量の見極めが困難であるため、急激に造粒物を肥大化させてしまう等の操作ミスを起こし易いからである。また、通常は、内径に対してパンの深さを充分に大きくすることができないため、時間あたりの処理量が少なく、大量生産を行う場合には、パンの径を巨大化する必要があるという問題がある。
【０００５】
一方、攪拌造粒を行うにあたって、例えば、円筒形で縦型の混合槽を備え、その底部中央に攪拌羽根を１枚もしくは複数枚設けたヘンシェルミキサー（三井造船株式会社製、登録商標）や、円筒形で横型の混合槽に１軸もしくは２軸の攪拌羽根を備えたプローシェアミキサーや、特許文献２に記載のミキサー等が存在する。
【０００６】
しかし、これらの攪拌造粒用のミキサーを用いても、粉粒体自身に粘結性がない石炭灰を造粒するには、粘結性材料を大量に添加しても造粒に長時間を要するという問題があった。
【０００７】
そこで、本出願は、特許文献３及び４において、操作が容易で、歩留まりが良く、短い造粒時間で、効率良く粉粒体の造粒物を得るための粉粒体の混合造粒装置、及びこの装置を用いた石炭灰を主原料とする粉粒体の造粒方法、さらには、異形造粒物及び異形骨材の製造方法を提案した。
【０００８】
【特許文献１】特開昭５８−１１５０６３号公報
【特許文献２】特開２００１−２２５０９７号公報
【特許文献３】特開２００３−３４０２６０号公報
【特許文献４】特開２００３−３４２０４８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上記特許文献３及び４に記載の技術を用いることにより、石炭灰を主成分とする粉粒体から造粒物及び人工骨材を製造するにあたって、短い造粒時間で、効率良く粉粒体の造粒物を得て、造粒物を焼成すること等によって人工骨材を得ることができたが、装置の運転条件等によっては、必ずしも満足することのできる性能を発揮させることができない場合もあった。
【００１０】
そこで、本発明は、特許文献３及び４に記載の技術をさらに発展させ、石炭灰を主成分とする粉粒体から造粒物及び人工骨材を製造するにあたって、より安定して、高収率を得ることができ、大量生産も可能な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】
【００１１】
上記目的を達成するため、本発明は、造粒物の製造方法であって、石炭灰を主成分とする粉粒体を、逆円錐台状攪拌混合装置を用いて造粒する場合において、造粒水を該攪拌混合装置の中央より外周に向けて、２方向以上に散水することを特徴とする。ここで、逆円錐台状攪拌混合装置とは、水平かつ円形の底面と曲面状内壁とで囲繞された逆円錐台状の内部空間を有する混合槽と、該混合槽の中心部において鉛直方向に延設された回転軸に一体に設けられた攪拌羽根と、前記混合槽の曲面状内壁に沿って回転する掻取羽根とを備えた攪拌混合装置をいう。
【００１２】
そして、本発明によれば、逆円錐台状攪拌混合装置の中央より外周に向けて、造粒水を２方向以上に散水することにより、粉粒体に対して水が均一に散布され、大塊ができ難くなり、造粒物の粒径を制御し易くなる。尚、より均質な造粒を行うには、３方向以上から散水することが好ましい。
【００１３】
上記造粒物の製造方法において、前記造粒水の散水と同時、または相前後して、前記逆円錐台状攪拌混合装置の攪拌羽根を、周速５．０ｍ／秒以上、７．０ｍ／秒以下で、３０秒間以上、６０秒間以下回転させ、次いで、周速２．０ｍ／秒以上、４．０ｍ／秒以下で、２分間以上、３分間以下回転させて造粒することができる。
【００１４】
造粒水を散水する際に、攪拌羽根の回転速度を高めることにより、粉粒体への造粒水の分散が均一となり、部分的な造粒水過多による大塊の成長や、造粒水過少による粉状ペレットの生成を抑えることができる。このとき、攪拌羽根を、周速５．０ｍ／秒以上、７．０ｍ／秒以下で、３０秒間以上、６０秒間以下回転させることにより所望の造粒が可能となる。この状態のまま造粒を続けると、造粒物の内部に蓄積された水分が、逆に外部にしみ出てきて（ブリージング）、ペレット同士が固着する現象が生ずる。そのため、造粒水を散水した後は、むしろ攪拌羽根の周速を２．０ｍ／秒以上、４．０ｍ／秒以下に低下させることが好ましく、周速を低下させてからの攪拌時間は、ある程度の整粒した状態を得るため、２分間以上、３分間以下とする。
【００１５】
また、本発明は、人工骨材の製造方法であって、上記いずれかの方法により製造した造粒物を蒸気養生により硬化させることを特徴とする。これによって、非焼成の人工骨材を得ることができる。
【００１６】
さらに、本発明は、人工骨材の製造方法であって、上記いずれかの方法により製造した造粒物をを焼成することを特徴とする。これによって、焼成人工骨材を得ることができる。
【発明の効果】
【００１７】
以上説明したように、本発明によれば、石炭灰を主成分とする粉粒体から造粒物及び人工骨材を製造するにあたって、より安定して、高収率で大量生産も可能な造粒物及び人工骨材の製造方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
本発明にかかる造粒物の製造方法は、上述のように、石炭灰を主成分とする粉粒体を、逆円錐台状攪拌混合装置を用いて造粒する場合において、造粒水を該攪拌混合装置の中央より外周に向けて、２方向以上に散水することを特徴とする。
【００１９】
本発明では、石炭焚き火力発電所から排出される石炭灰を主原料とし、石炭灰１００重量部に対する粘結性材料の配合割合が５重量部未満であれば造粒が可能である。また、造粒物の強度に応じて水硬性材料の配合割合を変更する。さらに、硬化促進剤を添加してもよい。
【００２０】
ここで、粘結性材料とは、カオリンやベントナイトといった粘土鉱物性無機物質や、パルプ製造時に廃液中に含まれるリグニン等である。また、水硬性材料とは、各種セメントや、各種石膏、さらには、メチルセルロース等の水溶性高分子等である。硬化促進剤とは、造粒物の磨り減り抵抗性や落下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いう。充分な強度を得るためには、石炭灰１００重量部に対し、水硬性材料５〜２０重量部を配合することが好ましい。さらに、硬化促進剤１〜５重量部を添加することが好ましい。
【００２１】
次に、本発明にかかる造粒物の製造方法で用いる逆円錐台状攪拌混合装置について図１を参照しながら説明する。
【００２２】
この逆円錐台状攪拌混合装置１は、バッチ式の攪拌混合装置であって、大きく分けて、混合槽２と、攪拌羽根３と、掻取羽根４（４Ａ、４Ｂ、４Ｃ）と、散水装置９とで構成される。
【００２３】
混合槽２は、水平かつ円形の底面２ａと曲面状内壁２ｂとで囲繞された逆円錐台状の内部空間２ｃと、内部空間２ｃの上方に円筒状空間２ｄを有し、混合槽２内に、攪拌羽根３と掻取羽根４とが配置される。混合槽２の上部には原料投入口６が設けられる。底面２ａは、横にスライドすることにより処理物排出口７が開口する。
【００２４】
攪拌羽根３は、螺旋状に形成され、混合槽２の中心部において鉛直方向に延設された回転軸５に一体に設けられる。攪拌羽根３は、連続螺旋であることが好ましく、また、上方ほど径が大きいことが好ましい。攪拌羽根３の回転速度は、図示しない制御装置によって調整することができる。
【００２５】
掻取羽根４（４Ａ、４Ｂ、４Ｃ）は、アーム８を介して図示しない回転軸によって、各々混合槽２の曲面状内壁２ｂに沿って回転し、曲面状内壁２ｂへの付着物を掻き取る。この掻取羽根４の回転速度も、図示しない制御装置によって調整することができる。掻取羽根４は、攪拌羽根３とは反対方向に回転する。
【００２６】
散水装置９（９Ａ、９Ｂ）は、回転軸に沿って混合槽２内に挿入され、攪拌羽根３と掻取羽根４の間（散水装置９Ａ）、または、掻取羽根４のアーム８上から混合槽２の外周に向けて（散水装置９Ｂ）粉体面上に水を散布する。散水装置９Ａ、９Ｂの先端には、ノズル９ａ、９ｂが設けられ、水を均一に散布する構造となっている。
【００２７】
次に、上記構成を有する逆円錐台状攪拌混合装置１の各部の寸法関係について説明する。
【００２８】
混合槽２の内部空間２ｃは、この混合槽２の底面２ａを共有し、曲面状内壁２ｂを錐面の一部とする円錐を考えた場合、その半頂角θが３５°以下に設定される。また、攪拌羽根３の最大径ｂは、混合槽２の底面内径ａの７０％以上とする。さらに、攪拌羽根３の高さｅは、混合槽２の逆円錐台状内部空間２ｃの高さｄの７０％以上とする。掻取羽根４と、混合槽２の曲面状内壁母線長さ粉粒体との接触比率を８０％以上とする。
【実施例】
【００２９】
次に、本発明にかかる造粒物の製造方法の実施例について説明する。尚、以下の実施例では、上記構成を有する逆円錐台状攪拌混合装置１（容量５０リットル、θ＝３０°）を用いて造粒試験を行った。実施例として、攪拌羽根３の周速度の変更と、散水ノズル数の変更を行い、比較例として、攪拌羽根３の周速度を一定にして散水ノズル数を１に固定した。
【００３０】
試験にあたって、粘結性材料にベントナイトを使用し、石炭灰１００重量部に対して３重量部配合した。また、石炭灰１００重量部に対し、水硬性材料としてセメントを１５重量部、硬化促進剤として水ガラスを１重量部配合した。
【００３１】
また、逆円錐台状攪拌混合装置１の攪拌羽根３は、直径３００ｍｍφで周速度３ｍ／秒時の羽根回転数は１９０ｒｐｍであり、周速度６ｍ／秒時の羽根回転数は３８０ｒｐｍに相当する。尚、散水時の攪拌時間は６０秒とし、散水終了後の攪拌時間は、２分３０秒とした。造粒物の評価として、核造粒物を２０ｍｍと５ｍｍの篩で篩い、２０ｍｍから５ｍｍの間の造粒物を採取し、造粒量全体で除した値を回収率とした。
【００３２】
表１に上記試験の結果を示す。同表から明らかなように、散水ノズルを増加させること、または、攪拌羽根３の回転数を造粒水の散水時と、散水終了後の攪拌時に変更することにより、５〜２０ｍｍの造粒品の回収率が向上することが判る。さらに、散水ノズル数と攪拌羽根３の回転数の変更を組み合わせることによって、回収率はさらに増加する。
【００３３】
【表１】
2005238146.tif 000003
【００３４】
そして、上述のようにして製造された造粒物をロータリーキルンで焼成することによって焼結骨材を得ることができた。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明にかかる造粒物の製造方法で用いる逆円錐台状攪拌混合装置の一実施例を示す断面図である。
【符号の説明】
【００３６】
１      逆円錐台状攪拌混合装置
２      混合槽
２ａ    底面
２ｂ    曲面状内壁
２ｃ    逆円錐台状内部空間
２ｄ    円筒状空間
３      攪拌羽根
４（４Ａ、４Ｂ、４Ｃ）  掻取羽根
５      回転軸
６      原料投入口
７      処理物排出口
８      アーム
９（９Ａ、９Ｂ）        散水装置
９ａ、９ｂ      ノズル
ａ      混合槽円形底面直径
ｂ      攪拌羽根の直径
ｃ      混合槽の逆円錐台状内部空間最大内径
ｄ      逆円錐台状内部空間の高さ
ｅ      攪拌羽根高さ
ｆ      曲面状内壁母線長さ
θ      半頂角
【図１】
2005238146.tif 000004