(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
破砕原料を破砕する破砕機と、破砕機からの破砕物を送風による風力選別とスクリーンによる篩い分け選別により粗粒子と細粒子と微粉とに選別する第１選別装置と、第１選別装置内の微粉を吸引して回収する負圧回収手段とを少なくとも具備してなる製砂装置であって、
第１選別装置と負圧回収手段との途上に、該負圧回収手段の負圧を用いて微粉を粗微粉と細微粉とに選別する、第２選別装置と、
前記第２選別装置で選別した粗微粉を、前記第１選別装置で選別した細粒子と混合するための還元路と、
を設けたことを特徴とする、製砂装置。
【請求項２】
前記第２選別装置において、粗微粉と細微粉とを選別する平均粒径を２０μｍ〜７５μｍとしてあることを特徴とする、請求項１に記載の製砂装置。
【請求項３】
破砕原料を破砕機で破砕する工程と、
破砕機からの破砕物を送風による風力選別とスクリーンによる篩い分け選別により粗粒子と細粒子と微粉とに選別する工程と、
選別した微粉を吸引する工程と、
吸引した微粉を粗微粉と細微粉とに風力選別するとともに、該粗微粉を前記選別された細粒子に混合して製砂を得る工程と、を少なくとも含んでなることを特徴とする、
製砂方法。
【請求項４】
前記粗微粉と細微粉とを選別する平均粒径を２０μｍ〜７５μｍとしてあることを特徴とする、請求項３に記載の製砂方法。
【請求項５】
請求項１に記載の製砂装置により、鉱物を破砕及び粒径選別して得られる製砂であって、
粒径が５ｍｍ〜２０μｍの範囲内で選別された細粒子と、
粒径が３００μm〜２０μmの範囲内で選別された粗微粉と、を含み、
破砕原料の全体量のうち、前記細粒子が７５〜８５重量％であって、前記粗微粉が３〜１５重量％であることを特徴とする、
製砂。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、破砕した鉱物を、粒径に応じて複数種類に選別し、均一な粒径を有する製砂を生成する製砂装置、製砂方法及び製砂に関し、より詳しくは、破砕工程で生じる余剰な副産微粉の有効活用を可能とする製砂装置、製砂方法及び製砂に関する。
【背景技術】
【０００２】
破砕機によって破砕された鉱物（以下、「破砕物」という。）を、風力選別と篩い分け選別との組み合わせによって所望の粒径より大きい粒子（以下、「粗粒子」という。）と、所望の粒径に沿った粒子（以下、「細粒子」という。）と、所望の粒径より小さい粒子（以下、「微粉」という。）とに選別する装置及び方法は、本件出願人が以前特許出願を行っている。
【０００３】
特許文献１に記載の選別装置は、破砕原料を破砕し、破砕物を選別粒径に応じて適宜選別したのち、製砂工程によって発生した微粉は、集塵機による負圧によって吸引回収され、余剰副産微粉（フィラー）として貯槽に貯蔵することを特徴とする発明である。
【特許文献１】特開２００３−１０７２５号公報
【０００４】
従来の考えでは、平均粒径を約７５μｍ以下とする微粉が製砂に多く混合されると、製砂を細骨材として用いたコンクリートの性状（フロー値やスランプ値など）に悪影響を及ぼすものとされていた。そのため、鉱石を破砕して製砂を生成するにあたっては、特許文献１に記載の発明のように破砕物を粗粒子と細粒子と微粉とに選別し、細粒子のみを製砂として回収する方法が採用されてきた。
【０００５】
しかし、近年の研究において、細骨材とコンクリートの性状との関係につき、製砂工程で生成される余剰副産微粉のうち比較的大きな粒径の微粉（平均粒径が約２０〜４０μｍ以上で、３００μｍ以下程度の微粉）に限っては、当該微粉が細骨材に混在していても、コンクリートの性状に特段影響を及ぼさないことが発見された。
【０００６】
上記の発見及び余剰副産微粉の有効活用の観点から、選別装置内において破砕原料を、粗粒子と、細粒子と、比較的大きな粒径の微粉（以下、「粗微粉」という。）と比較的小さな粒径の微粉（以下、「細微粉」という。）とに選別し、最終的に細粒子に粗微粉を含んだ状態を製砂として回収することが望まれるようになった。
【０００７】
しかし、一の選別装置で、鉱石などの破砕原料を４種類に選別（粗粒子と細粒子と粗微粉と細微粉とに選別）する作業を実施するには、３種類の選別作業（粗粒子と細粒子と微粉とのに選別）を実施する際と比較して装置が極大化してしまい、実際の運用になじまないものだった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
そこで、本願発明では、従来の３種類の選別（粗粒子と細粒子と微粉）を行う選別装置をそのまま活用しつつ、前記選別された微粉を簡易に粗微粉と細微粉とに選別し、該粗微粉を製砂として混在させることが可能な製砂装置、製砂方法及び製砂の提供を目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するためになされた本願の第１発明は、破砕原料を破砕する破砕機と、破砕機からの破砕物を送風による風力選別とスクリーンによる篩い分け選別により粗粒子と細粒子と微粉とに選別する第１選別装置と、第１選別装置内の微粉を吸引して回収する負圧回収手段とを少なくとも具備してなる製砂装置であって、第１選別装置と負圧回収手段との途上に、該負圧回収手段の負圧を用いて微粉を粗微粉と細微粉とに選別する、第２選別装置と、前記第２選別装置で選別した粗微粉を、前記第１選別装置で選別した細粒子と混合するための還元路と、を設けたことを特徴とする、製砂装置の提供を要旨とするものである。
【００１０】
また、本願の第２発明は、前記第２選別装置において、粗微粉と細微粉とを選別する平均粒径を２０μｍ〜７５μｍとしてあることを特徴とする、前記第１発明に記載の製砂装置の提供を要旨とするものである。
【００１１】
また、本願の第３発明は、破砕原料を破砕機で破砕する工程と、破砕機からの破砕物を送風による風力選別とスクリーンによる篩い分け選別により粗粒子と細粒子と微粉とに選別する工程と、選別した微粉を吸引する工程と、吸引した微粉を粗微粉と細微粉とに風力選別するとともに、該粗微粉を前記選別された細粒子に混合して製砂を得る工程と、を少なくとも含んでなることを特徴とする、製砂方法の提供を要旨とするものである。
【００１２】
また、本願の第４発明は、前記粗微粉と細微粉とを選別する平均粒径を２０μｍ〜７５μｍとしてあることを特徴とする、前記第３発明に記載の製砂方法の提供を要旨とするものである。
【００１３】
また、本願の第５発明は、前記第１発明に記載の製砂装置により、鉱物を破砕及び粒径選別して得られる製砂であって、粒径が５ｍｍ〜２０μｍの範囲内で選別された細粒子と、粒径が３００μm〜２０μmの範囲内で選別された粗微粉と、を含み、破砕原料の全体量のうち、前記細粒子が７５〜８５重量％であって、前記粗微粉が３〜１５重量％であることを特徴とする、製砂の提供を要旨とするものである。
【発明の効果】
【００１４】
本発明に係る製砂装置、製砂方法及び製砂は、以下の効果のうち少なくとも一つの効果を得ることが可能となる。
【００１５】
（１）余剰副産微粉の有効利用、廃棄量の削減に寄与。
従来の製砂工程では余剰副産微粉の割合が破砕原料の約２割程度を占めるところ、本願発明によれば該余剰副産微粉のうち数割を製砂として還元することが可能となるため、余剰副産微粉の削減に寄与し、廃棄作業のコスト低廉にもつながる。
【００１６】
（２）製砂の品質向上、コンクリートの品質改善。
余剰副産微粉のうち、粗微粉のみを選別して製砂に還元することにより、細微粉の混在を回避してコンクリートの性状を維持するだけでなく、フロー値やスランプ値の向上に寄与する。
【００１７】
（３）製砂装置全体の極大化を防止。
本願発明によれば、上記の４種類の粒径選別を実施可能な一の選別装置を新たに開発・製造することなく、既存の選別装置を活用しながら、上記４種類の粒径選別を実施することができる。
また、本願発明では、余剰副産微粉の選別装置を、従来の３種類の選別装置と負圧回収手段との途上に設けるよう構成するため、既存の製砂装置の配置構成を若干変更するだけで足りる。また、前記負圧回収手段より発生させる吸引力を利用して微粉選別を行うため、新たに送風機を設ける必要も無い。
また、先の（１）において説明したように、余剰副産微粉の排出量が減少するため、貯槽を従来より比較的小さく形成することも可能となる。その結果、製砂装置の変更前と変更後において、装置全体の規模が大きく変わることはない。装置規模に変更が生じてしまうと、実際の現場において設置スペースの再検討が必要となり、空白期間の延長（現場作業の停止等）の問題が生じてしまうところ、本願発明によれば上記のような問題を未然に回避することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、図面を参照しながら本願発明の実施の形態について説明する。なお、本実施例はあくまで例示であって、本願発明の技術的範囲が制限されるものではない。
【実施例】
【００１９】
＜１＞全体構成
図１に示すのは、本願発明の実施例を示す装置概略図である。
本実施例における製砂装置の全体構成は、破砕原料Ａを破砕する手段である破砕機１０と、破砕物を搬送する手段である搬送装置２０と、破砕機１０からの破砕物を送風による風力選別とスクリーンによる篩い分け選別により粗粒子Ｘと細粒子Ｙと微粉Ｚとに選別する手段である第１選別装置３０と、第１選別装置３０に風力を供給する手段である送風機４０と、第１選別装置３０内の微粉Ｚを吸引して回収する手段である集塵機８０と、第１選別装置３０と集塵機８０との途上に、該集塵機８０の負圧を用いて微粉Ｚを粗微粉Ｚ１と細微粉Ｚ２とに選別する手段である第２選別装置６０と、第２選別装置により選別された粗微粉Ｚ１を第１選別装置により選別された細粒子Ｙと混合させるための手段である還元路７０と、を少なくとも具備してなる。
【００２０】
なお、本実施例では、第１選別装置３０内の粗粒子Ｘを回収して破砕機１０へ戻す手段である返送路５０を更に設けてあるが、該返送路は、仕様に応じて適宜設置されるもので、本願発明の必須の構成要件ではない。
【００２１】
また、回収された製砂Ｂに対し、当該製砂Ｂを加水混練する混練装置を設けてもよい（図示省略）が、本願発明の必須の構成要件ではない。
【００２２】
＜２＞装置群
以下に、製砂装置を構成する装置群について簡略に説明する。
【００２３】
［破砕機］
破砕機１０は、公知の各種破砕形式の破砕機を適用できる。図１の破砕機１０は遠心破砕機であって、破砕された原料が下方へ自然落下する構造になっている。
【００２４】
［搬送装置］
搬送装置２０は、ベルトコンベアなどの周知の搬送手段が用いられ、破砕機１０より排出される破砕物が、コンベア上に拡散して配置されるように、図示しない加振動機等を設けておいてもよい。
【００２５】
［第１選別装置］
第１選別装置は、破砕機より送られた破砕物を、送風による風力選別とスクリーンによる篩い分け選別によって、粗粒子Ｘと細粒子Ｙと微粉Ｚとに選別する機能を有する装置である。
図１に示す第１選別装置３０は、粗粒子Ｘを破砕機１０に返送して再度破砕工程を行うための返送路５０に連通した返送口３１と、細粒子を回収する集砂口３２と、微粉を回収する吸引口３３と、送風機４０と連通した送風口３４を少なくとも設けてある。
その他には、破砕物を粒度に応じて自然分離するための周知の分散装置（図示せず）や、送風分離によって落下する破砕物の選別領域を変更するための調整板３５や、篩い分け選別を行うためのスクリーン３６等を設けることによって、風力選別と篩い分け選別を実施可能に構成してある。
【００２６】
［集塵機、貯槽］
集塵機８０は、第１選別装置３０の吸引口３３及び集塵路を介して微粉Ｚを吸引回収するために、負圧を発生させる装置である。
貯槽９０は、集塵機８０によって回収された微粉（細微粉Ｚ２）を回収する装置である。
【００２７】
＜２＞第２選別装置
第２選別装置６０は第１選別装置３０と集塵機８０との途上（集塵路）に設けられ、集塵機８０より発生する負圧を利用して、第１選別装置３０から吸引される微粉Ｚを、粗微粉Ｚ１と細微粉Ｚ２とに選別する機能を有する装置である。
なお、以下に説明する第２選別装置の内部構造は単なる一例を示す参考図であり、破砕原料や選別粒径等の装置仕様に応じて適宜変更して用いられる。
【００２８】
図２は、第２選別装置の一例を示す動作概略図である。
図２（ｂ）における第２選別装置６０は、密封構造のハウジング６１と、ハウジング内に配備した調整板６５と、を有する。
【００２９】
［ハウジング］
ハウジング６１には、第１選別装置の排出路３３と連通して微粉Ｚを内部に取り込むための供給口６２と、該ハウジングにおいて選別された粗微粉Ｚ１を回収し、前記第１選別装置３０によって選別された細粒子Ｙの配管と合流する還元路７０と連通する回収口６３と、集塵機８０と連通し細微粉Ｚ２を回収する排出口６４が形成される。供給口６２と排出口６４とをつなぐ直線の方向は、水平方向と略平行となるように構成しており、回収口６３は前記直線より下方に設けるものとする。
【００３０】
［調整板］
調整板６５は、ハウジング６１の内部天端から下方に延伸するように配備され、当該調整板６５を配置していない場合（図２（ａ）参照）における微粉Ｚの通過領域Ｐ（前記供給口６２と排出口６４と直線でつなぐ領域）の一部を遮るように構成される。
なお、調整板６５を図２（ｂ）における上下・左右・前後方向方向に移動又は回転させることにより、前記微粉の通過領域の遮蔽割合を変更することができる。前記遮蔽割合を変更することにより微粉Ｚが受ける吸引力（負圧）を変更することができる。
前記遮蔽割合を大きくすればするほど、より重量の少ない微粉Ｚが集塵機８０によって吸引しきれずに落下し回収口６３へと分離されることとなる。すなわち、前記遮蔽割合と選別粒径の値は反比例の関係となる。
【００３１】
なお、前記供給口６２、回収口６３、排出口６４、調整板６５は、図１、２において示す配置関係に限定されるものではない。
調整板６５は、当該調整板６５の配置前において微粉Ｚが供給口６２から排出口６４へと吸引される通過領域Ｐを遮蔽するように配置すればよく、当該通過領域Ｐの遮蔽によって吸引しきれずに落下する位置に回収口６３が形成されていればよいものとする。
【００３２】
また、第２選別装置６０は、上記説明した風力選別と代えて、或いは併用してスクリーンによる篩い分け選別を行っても良い。
【００３３】
上記の選別装置を使用した、製砂方法および実験結果について、以下に説明する。
【００３４】
＜３＞製砂方法
［破砕工程］
破砕機１０に投入された破砕原料Ａと、前記第１選別装置３０によって返送された粗粒子Ｘを破砕する。破砕された原料は振動機構を備える搬送装置２０によって自然分級されながら、第１選別装置３０の投入口へと搬送される。
【００３５】
［第１選別工程（風力選別、篩い分け選別）、返送工程］
第１選別装置３０の投入口へと搬送された破砕物は、落下する際に送風口３４から風力を受けて、横方向へ吹き飛ばされ、重量（粒径）毎に、横方向に分離されるとともに、途上に設けた調整板３５とスクリーン３６とによって、補助的に篩い分け選別を行う。上記の風力選別と篩い分け選別によって、粗粒子Ｘは返送口３１で回収され、細粒子Ｙは、集砂口３２で回収され、微粉Ｚは吸引口３３から吸引回収される。
なお、返送口３１で回収された粗粒子は、再度破砕するために返送路５０を介して破砕機１０へと返送される。
【００３６】
［第２選別工程］
前記第１選別装置３０から吸引回収された微粉Ｚは、第２選別装置６０の供給口６２へと送られる。第２選別装置６０内に送られた微粉Ｚは、集塵機８０に連通する排出口６４から生じる吸引力によって排出口６４側に引き込まれるものの、途上に設けてある調整板６５によって干渉をうけ、重量（粒径）の大きな微粉（粗微粉Ｚ１）から重力により落下をはじめ、そのまま落下するか、或いはハウジング内の側壁に案内されて下方に設けてある回収口へ導かれる。重量の小さな微粉（細微粉Ｚ２）はそのまま排出口６４へと吸引され、集塵機８０を介して貯槽９０へと回収されることとなる。
調整板６５の傾倒角度によって、遮蔽割合（干渉割合）を変更することができ、粗微粉Ｚ１と細微粉Ｚ２との選別粒径を任意に変更することができる。
なお、回収口６３へと回収された粗微粉Ｚ１は、前記第１選別装置３０によって選別された細粒子Ｙと混合すべく、細粒子Ｙの配管と合流させる。
【００３７】
以上の工程を少なくとも設けることにより、破砕物を４種類の粒子或いは微粉に選別して良質な製砂を生成するものである。
【００３８】
＜４＞実験結果
次に、上記製砂装置を用いた製砂方法による実験結果を示す。
本例では、砂岩を破砕原料として、以下のように粒径選別を行うように装置を構成したものである。
【００３９】
［第２選別装置の設置前］
初めに第２選別装置６０の設置前における、貯槽に貯蔵された余剰副産微粉Ｃ（微粉Ｚと同じ）の粒度分布を図３に示す。
図３から明らかなように、余剰副産微粉Ｃは、篩い目を約１０μｍとしたあたりから勾配が大きく（通過量が大きく）なることがわかる。すなわち破砕原料全体の歩留まりをより効率よく向上するには、約１０μｍ以上の微粉を有効利用することが望ましい点がわかる。
【００４０】
［第２選別装置の設置後］
次に、第２選別装置６０による粗微粉Ｚ１と細微粉Ｚ２との選別粒径の平均値（以下、単に「選別粒径」という。）を可変にして以下のケース毎に実験を行った。なお、その他の粒子の選別粒径及び各実験データは以下のように設定した。
【００４１】
［粗微粉と細微粉の選別粒径）］
ケース１：無し（第１選別装置で選別された微粉の全量を貯槽に廃棄）
ケース２：１５０μｍ
ケース３：７５μｍ
ケース４：４０μｍ
ケース５：２０μｍ
ケース６：無し（第１選別装置で選別された微粉の全量を細粒子に混練）
［破砕原料は砂岩、粗粒子：粒径３〜５ｍｍ以上、細粒子：粒径２〜４ｍｍ、とする］
【００４２】
各ケースによって得られた製砂を用いたコンクリートの性能表を以下の表１、及び図４に示す。
【００４３】
【表１】
0005255799.tif 000002
【００４４】
図４は、上記表１に係るコンクリート性状の比較図であって、各ケース毎の圧縮強度（ａ）、空気値（ｂ）、フロー値、スランプ値（ｃ）を示し、さらに、第１選別装置で回収された微粉を分級せず全粒度が混在した状態で所定量ずつ細粒子に添加した場合のスランプ値（ｄ）を示している。
【００４５】
上記の表１及び図４から明らかなように、ケース３、４については、ケース１（従来の全量廃棄時）と比較してスランプ値及びフロー値に向上がみられ、コンクリートの性状として問題のない結果となった。
また、ケース５については、ケース３、４と比較して歩留まりの向上がみられ、スランプ値及びフロー値は、ケース３から若干の低下がみられるが、全量混練よりもかなり良好な結果が得られた。
【００４６】
また、図４のグラフ（ｃ）とグラフ（ｄ）を比較すると、同じ歩留まりでも、微粉の選別の有無によりコンクリートのスランプ値に大きな差が生じることが明らかとなった。したがって、本願発明のように回収微粉を特定粒径で選別した粗微粉のみを細粒子に添加することで、歩留まりを向上させつつ、スランプ値の低下を防止することが可能となった。
【００４７】
以上の結果から、ケース３〜４の範囲近傍を選別粒径として微粉の選別・細粒子への添加を行った際に、コンクリートの性状に好影響を及ぼすことが明らかとなった。特にケース４（粒径が約４０μｍ以上の微粉を粗微粉とし、粒径が約４０μｍより小さい微粉を細微粉とする）の場合、歩留まりが全量廃棄時と比較して約１２％近く向上するため、コンクリートの性状向上という効果に加えて、余剰副産微粉の減少（歩留まりの向上）という効果を更に得ることができる。
【００４８】
なお、破砕原料の種類によっては、上記選別粒径の最適値が変動する場合があるものの、約２０μｍ〜約７５μｍの範囲内で選別粒径を決定していれば、歩留まりの向上と、コンクリート性状の向上の両方の効果を得ることができる。特に、約２０μｍ〜約４０μｍの範囲内においては、より顕著な効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明に係る製砂装置の一例を示す概略図。
【図２】図１における第２選別装置の構造を示す概略図。
【図３】余剰副産微粉の粒度分布を示す図。
【図４】選別粒径に基づくコンクリート性状を示す比較図。
【符号の説明】
【００５０】
１０：破砕機          ２０：搬送装置
３０：第１選別装置    ３１：返送口
３２：集砂口          ３３：吸引口
３４：送風口          ３５：調整板
３６：スクリーン      ４０：送風機
５０：返送路          ６０：第２選別装置
６１：ハウジング      ６２：供給口
６３：回収口          ６４：排出口
６５：調整板          ７０：還元路
８０：集塵機          ９０：貯槽
Ａ  ：破砕原料        Ｂ  ：製砂
Ｃ  ：余剰副産微粉    Ｘ  ：粗粒子
Ｙ  ：細粒子          Ｚ  ：微粉
Ｚ１：粗微粉          Ｚ２：細微粉
Ｐ  ：通過領域
【図１】
0005255799.tif 000003
【図２】
0005255799.tif 000004
【図３】
0005255799.tif 000005
【図４】
0005255799.tif 000006