(57)【要約】【課題】自然環境への有害物質の溶出を低減しつつ、産業廃棄物となる石炭灰を有効活用し、産業廃棄物の最終処分量の減縮を図ることができる石炭灰を利用する土木材料の製造方法及び製造装置を提供する。【解決手段】石炭灰に所定量の水を加えて加湿灰を生成した後、前記加湿灰と固化材と土砂を混合することを特徴とする石炭灰を利用する土木材料の製造方法。または、石炭灰とセメント系固化材と所定量の水を加えて加湿灰セメントを生成した後、この加湿灰セメントと土砂を混合することを特徴とする石炭灰を利用する土木材料の製造方法。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
石炭灰に所定量の水を加えて加湿灰を生成した後、この加湿灰と土砂を混合することを特徴とする石炭灰を利用する土木材料の製造方法。
【請求項２】
石炭灰に所定量の水を加えて加湿灰を生成した後、この加湿灰と固化材と土砂を混合することを特徴とする石炭灰を利用する土木材料の製造方法。
【請求項３】
石炭灰とセメント系固化材と所定量の水を加えて加湿灰セメントを生成した後、この加湿灰セメントと土砂を混合することを特徴とする石炭灰を利用する土木材料の製造方法。
【請求項４】
前記固化材の重量が前記石炭灰の３重量％から３０重量％であることを特徴とする請求項２又は請求項３に記載の石炭灰を利用する土木材料の製造方法。
【請求項５】
前記石炭灰に加える水の重量が石炭灰及び固化材の５重量％から３５重量％であることを特徴とする請求項２から請求項４のいずれかに記載の石炭灰を利用する土木材料の製造方法。
【請求項６】
土砂を貯蔵、供給する土砂供給装置と、
石炭灰から生成される加湿灰または加湿灰セメントを貯蔵、供給する加湿灰供給装置と、
前記土砂貯蔵装置及び加湿灰供給装置から供給される材料を搬送するベルトコンベヤと、
前記ベルトコンベヤの搬送方向先端に配置され、前記ベルトコンベヤから投入された材料の断面形状を変化させつつ混合する変形通路を備えるエレメントが複数接続されてなる混合装置と、を備えていることを特徴とする石炭灰を利用する土木材料の製造装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、火力発電所等から排出される石炭灰を利用する埋め立て材、盛土材等土木材料の製造方法及びこれに用いる製造装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、埋め立て材及び盛土材は、土砂をそのまま用いたり、コンクリートプラントのように所定量の石炭灰、土砂、水、セメントをそれぞれ計量し、これらの材料を一度にミキサに投入して練り混ぜた混合土砂を用いていた。
【０００３】
しかし、前記石炭灰及びセメントは粉体であるため、乾燥した状態で土砂と混合すると大量の粉塵が発生する。さらに、粉体の運搬作業は、ジェットパック車等の特殊車両により行うため、高いコストが要されていた。また、埋め立て材及び盛土材の製造には、一般的にコンクリートプラントのようなバッチ式のプラントが用いられており、材料の貯蔵設備、計量設備等が必要となるとともに、各々の設備を縦型に配置するため大規模な設備となっていた。
【０００４】
また、近年特に産業廃棄物問題について関心が高まっており、産業廃棄物の有効利用が求められている。例えば、産業廃棄物のうち石炭灰に関しては、年間発生量約５００万トンのうち約３００万トンは有効利用されているが、約２００万トンは埋設処分されている。また、有効利用されている約３００万トンのうち、７５％はセメント、コンクリート分野である。しかし、近年セメント、コンクリートの需要減少によりセメント、コンクリート分野での石炭灰の再利用は減少傾向であり、石炭灰の有効活用の増加については期待し難い。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、このような問題を鑑みて成されたものであり、自然環境への有害物質の溶出を低減しつつ産業廃棄物となる石炭灰を有効活用し、産業廃棄物の最終処分量の減縮を図ることができる石炭灰を利用する土木材料の製造方法及びこれに用いる製造装置を提供することを技術的課題とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
すなわち、本発明は、石炭灰に所定量の水を加えて加湿灰を生成した後、この加湿灰と土砂を混合することを特徴とする石炭灰を利用する土木材料の製造方法である。また、本発明は、石炭灰に所定量の水を加えて加湿灰を生成した後、前記加湿灰と固化材と土砂を混合することを特徴とする石炭灰を利用する土木材料の製造方法であっても良い。
【０００７】
本発明は、前記加湿灰を生成するため、粉体である石炭灰が湿潤状態となり粉塵の発生を低減させることができる。特に、粉体である固化材を加える場合には、発生する粉塵をより効果的に低減させることができる。この固化材は、石炭灰の石炭種、燃焼条件等に基づいて必要に応じて加えれば良い。しかし、前記固化材を加えることにより、埋め立て材料及び盛土材料等の土木材料に含まれている石炭灰を固化し、製造された土木材料から有害物質が溶出するのを低減することができる。また、本発明は、従来、産業廃棄物として処分されていた石炭灰を有効活用することで、産業廃棄物の処分量の低減を図ることができる。
【０００８】
前記固化材とは、石炭灰及び土砂に混合することによって、固体状に変換させる性質をもっていれば良く、種々の材料を用いることが可能である。例えば、セメント、酸化カルシウム、水酸化カルシウムを例示することができる。本発明では、セメントを好適に用いることができる。前記加湿灰は、現場で石炭灰と所定量の水を加えて生成しても良いし、予め工場等で生成しても良い。この加湿灰の生成は現場状況に応じて適宜に選択することが望ましいが、予め工場等で生成することにより運搬作業を容易することができ、かつ、作業現場における材料置場を縮減することが可能となり好適である。
【０００９】
また、本発明は、石炭灰とセメント系固化材と水を混合して加湿灰セメントを生成した後、この加湿灰セメントと土砂を混合することを特徴とする石炭灰を利用する土木材料の製造方法であっても良い。
【００１０】
本発明は、前記加湿灰セメントを生成した後この加湿灰セメントと土砂を混合するため、石炭灰は湿潤している。そのため、土砂と混合する際に粉塵の発生を低減することが可能となる。また、埋め立て材料及び盛土材料等の土木材料に含まれている石炭灰は前記固化材により固化されているため、製造された土木材料から有害物質が溶出するのを低減することができる。さらに、従来、産業廃棄物として処分されていた石炭灰を有効活用することで、産業廃棄物の処分量の低減を図ることができる。
【００１１】
加えて、前記加湿灰同様に、前記加湿灰セメントの生成は現場状況に応じて適宜に選択することが望ましいが、予め工場等において生成することにより、運搬作業及び製造作業をさらに効率よく行うことができる。
【００１２】
また、本発明に係る石炭灰を利用する土木材料の製造方法において、前記固化材の重量は、前記石炭灰の３重量％から３０重量％であることが望ましい。本発明は、前記固化材により石炭灰を含む土木材料を固化させ石炭灰に含まれる有害物質の溶出を低減している。そのため、石炭灰から有害物質が溶出しない程度に固化させることが必要となる。本発明者が種々実験検討した結果、石炭灰１に対して３〜３０重量％の固化材が適していることがわかった。前記割合で混合することにより、十分に石炭灰を固化することが可能となり、有害物質の溶出を低減することが可能となる。
【００１３】
また、本発明に係る石炭灰を利用する土木材料の製造方法において、前記石炭灰に加える水の重量は、石炭灰及び固化材の５重量％から３５重量％であることが望ましい。乾燥した石炭灰と土砂を混合すると粉塵が大量に発生してしまうため、石炭灰は適度な湿潤状態であることが望ましい。しかし、石炭灰に水を加え過ぎると扱い難くなり、作業し難くなる等埋め立て材料及び盛土材料として不都合が生じる。このような観点より、本発明者が種々実験検討した結果、水の重量は、石炭灰及び固化材の５重量％から３５重量％が適していることがわかった。水の重量を前記重量にすることにより、材料を混合する際に発生していた粉塵を効果的に低減することができるとともに、製造した土木材料を作業に適した状態にすることができる。
【００１４】
本発明に係る石炭灰を利用する土木材料の製造装置は、土砂を貯蔵、供給する土砂供給装置と、石炭灰から生成される加湿灰または加湿灰セメントを貯蔵、供給する加湿灰供給装置と、前記土砂貯蔵装置及び加湿灰供給装置から供給される材料を搬送するベルトコンベヤと、前記ベルトコンベヤの搬送方向先端に配置され、搬送された材料の断面形状を変化させつつ混合する変形通路を備えるエレメントが複数接続されてなる混合装置と、を備えている。
【００１５】
本発明は、前記製造装置により、連続的に土木材料を製造することができ、容易に大量の土木材料を製造することが可能となる。前記混合装置は、材料の断面形状を変化させつつ混合できるものであれば良く、特に構成は制限されない。例えば、上下に接続された複数のエレメントからなり、各エレメントが夫々複数の前記変形通路を有し、各変形通路はその断面形状が入口部から出口部に向かって連続的に変化しており、それら各変形通路の出口部と入口部の接続部分に、変形通路内を流れる材料の合流分割手段を設けるように構成しても良い。この混合装置は、材料を自重により流下させることにより、材料を混合することができるため、動力を必要とせず、効率よく連続的に混合することが可能である。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。本実施の形態は、火力発電設備から排出される石炭灰を利用する埋め立て材料の製造である。図１、図２は、本実施の形態に用いる製造装置の構成概略図である。この製造装置は、石炭灰から生成された加湿灰セメントを貯蔵、供給する加湿灰供給装置としての加湿灰用ホッパ１と、前記加湿灰セメントと混合する土砂を貯蔵、供給する土砂供給装置としての土砂用ホッパ２と、前記加湿灰用ホッパ１と、土砂用ホッパから供給された加湿灰セメント及び土砂を搬送するベルトコンベヤ３と、前記ベルトコンベヤで搬送した加湿灰セメント及び土砂を混合する混合装置４とを備えている。また、前記加湿灰用ホッパ１と土砂用ホッパ２には、材料を各供給装置に投入するためのホイールローダ５が隣接して備えられている。
【００１７】
前記加湿灰用ホッパ１及び土砂用ホッパ２は、加湿灰セメント及び土砂を貯蔵し、必要に応じて各材料をベルトコンベヤ３に供給する。前記ベルトコンベヤ３は、各ホッパ１、２から供給された各材料を混合装置４に搬送する。前記混合装置４は、ベルトコンベヤ３の搬送方向下流部に配置され、材料を流下させることにより混合する構成である。
【００１８】
次いで、この混合装置４について詳細に説明する。図３は、混合装置４の斜視図である。混合装置４は、縦に接続された複数のエレメントを主体としており、二種類のエレメントを計三つ交互に接続して構成している。図３は、説明の便宜上、この二種類のエレメントを接続した状態で示している。
【００１９】
各エレメントの具体的な構成について説明する。最初に一方の種類のエレメント（第一エレメント）４ａは、正方形状の両端部を備え、これら両端部には当該エレメントを相互に接続するためのフランジ４１が設けられている。加えて、このエレメント４ａは、同じ方向に並んで配置された二つの変形通路４２、４３を備えている。このエレメント４ａの一方の端部には、縦長の開口を左右に形成するように中央に仕切り壁４４が設けられている。
【００２０】
この縦長の左右の開口が二つの変形通路４２、４３の各入口部となる。エレメント４ａの他方の端部には、横長の開口を上下に形成するように中央に仕切り壁４５が設けられている。この横長の上下の開口が二つの変形通路４２、４３の各出入口部となる。すなわち、エレメント４ａの入口側端部における仕切り壁４４と出口側端部における仕切り壁４５とは互いに９０度方向を異にして配置されている。
【００２１】
従って、変形通路４２、４３の二つの入口部の配列パターンは、長方形状の開口が左右に並んで形成され、また二つの出口部の配列パターンは、長方形状の開口が上下に並んで形成されている。変形通路４２、４３の具体的形状について説明すると、各変形通路４２、４３は、その断面形状が入口部から出口部に向かって連続的に変化している。
【００２２】
その変化の態様については、各変形通路４２、４３とも、任意の位置での断面積は入口部から出口部まで同じであり、断面の形状のみが連続的に変化している。つまり、入口部はＸ方向に長い長方形であり、入口部と出口部の中間部においてはその断面形状が正方形となり、出口部においてはＸ方向に対して直交するＹ方向に長い長方形になるように形成されている。そして、変形通路４２、４３の長さは同じである。
【００２３】
従って、各変形通路４２、４３を通る材料は、その断面形状がＸ方向に長い長方形から徐々に正方形に変化させられ、そこから更にＹ方向に長い長方形に徐々に変化させられることになる。このエレメント４ａでは、図３でみて、左側に位置する入口部と上方に位置する出口部が変形通路４２で連通し、右側に位置する入口部と下方に位置する出口部とが変形通路４３で連通している。
【００２４】
次いで、もう一つの種類のエレメント（第二エレメント）４ｂは、基本的には前述したエレメント４ａと同じであるが、このエレメント４ｂでは、図３で見て左側に位置する入口部と下方に位置する出口部とが変形通路４６で連通し、右側に位置する入口部と上方に位置する出口部とが変形通路４７で連通している。すなわち、このエレメント４ｂは、エレメント４ａと各変形通路の各入口部と各出口部との連通態様を異にしている。
【００２５】
従って、二種類のエレメント４ａ、４ｂの接続部では、一方のエレメント４ａにおける変形通路４２の出口部が、他方のエレメント４ｂにおける変形通路４６の入口部の半分と、この変形通路４６に隣接する変形通路４７の入口部の半分と連通し、また一方のエレメント４ａにおける変形通路４３の出口部は、他方のエレメント４ｂにおける変形通路４６の入口部の半分と、この変形通路４６に隣接する変形通路４７の入口部の半分と連通することになる。
【００２６】
そのため、一方のエレメント４ａにおける各変形通路４２、４３を通過した加湿灰セメント及び土砂の半分づつが、他方のエレメント４ｂのそれぞれの変形通路４６、４７内に入ることにより実質的に合流することになり、しかし一つの変形通路を通った材料について見ると二つのエレメントの接続部で半分づつに分割されることになる。従って、二つのエレメント４ａ、４ｂの接続部である出口側端部と入口側端部とに形成されている各変形通路の各出口部と各入口部とが材料の合流分割手段を構成している。このように構成された混合装置４内の変形通路内を材料が流下することにより、材料は均一に混合される。
【００２７】
次いで、このように構成した製造装置による石炭灰を用いた土木材料の製造方法の一実施例を説明する。
【００２８】
まず、工場で予め生成された加湿灰セメントをダンプトラックを用いて製造プラントに運搬し、材料ヤードに仮置きする。一方、バックホー等の掘削機を用いて土砂を掘削し、ダンプトラックを用いて製造プラントに運搬し、材料ヤードに仮置きをする。そして、加湿灰セメント及び土砂をそれぞれホイールローダ５を用いて、加湿灰用ホッパ１及び土砂用ホッパ２に投入する。
【００２９】
それぞれ所定量の材料をベルトコンベヤ３に切り出し、ベルトコンベヤ３で混合装置４へ搬送し、投入する。本実施の形態では、土砂７８．３％、石炭灰１７．６％、セメント２．０％、水２．１％の混合比で各材料を混合した。そして、混合装置４に投入された材料は、混合装置４内部に設けられた複数の変形通路を流下することにより、合流、分割を繰り返し、混合される。前記混合装置を通過した材料は、材料が均一に混合されており埋め立て材として用いることが可能である。前記混合装置は、材料を均一に混合でき、かつ、各材料を自重により流下させつつ混合させるため動力を必要とせず経済的である。
【００３０】
以上のように、本実施の形態によれば、簡易なプラントを用いて効率良く連続的に土木材料を製造することができる。また、石炭灰は、加湿灰セメントに生成された後、土砂と混合されるため、粉塵の発生が低減される。さらに、産業廃棄物である石炭灰を容易に有効活用することができ、産業廃棄物の処分量を低減することが可能となる。
【００３１】
本実施の形態では、予め工場において加湿灰セメントを生成したが、例えば、予め工場において石炭灰と水のみを混合して加湿灰を生成して、この加湿灰を用いて、土砂と混合する際にセメントを混合しても良く、現場状況等に応じて適宜に選択することが望ましい。
【００３２】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、自然環境への有害物質の溶出を低減しつつ、産業廃棄物となる石炭灰を有効活用し、産業廃棄物の最終処分量の減縮を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施の形態に係る石炭灰を利用する土木材料の製造装置の構成概略図（平面図）である。
【図２】本実施の形態に係る石炭灰を利用する土木材料の製造装置の構成概略図（側面図）である。
【図３】図１、図２に示す混合装置の斜視図である。
【符号の説明】
１  加湿灰用ホッパ
２  土砂用ホッパ
３  ベルトコンベヤ
４  混合装置
４ａ，４ｂ  エレメント
４１  フランジ
４２，４３，４６，４７  変形通路
４４，４５，４８，４９  仕切り壁
５  ホイールローダ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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