(57)【要約】【課題】石炭灰の性状変動の中で、未燃カーボンの他に、人工骨材の組織脆弱化の原因となる高反応性かつ発泡性の微量成分を含有する場合にも、天然骨材と同等の良好な品質の人工骨材を製造でき、設備のメンテナンスやその他の弊害のない人工骨材の製造方法を提供する。【解決手段】石炭灰を主成分とする原料をロータリーキルンで焼成する人工骨材の製造方法において、予め石炭灰を分級し微粉部分を除去した粗粉部分を原料の主成分として用いることを特徴とする人工骨材の製造方法であり、特に前記分級を、粒径２０μｍ以下の粒子を除去するように行うことを特徴とする人工骨材の製造方法である。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
石炭灰を主成分とする原料をロータリーキルンで焼成する人工骨材の製造方法において、予め石炭灰を分級し微粉部分を除去した粗粉部分を原料の主成分として用いることを特徴とする人工骨材の製造方法。
【請求項２】
前記分級を、粒径２０μｍ以下の粒子を除去するように行うことを特徴とする請求項１に記載の人工骨材の製造方法。
【請求項３】
絶乾密度１．５ｇ／ｃｍ３以上、２４時間吸水率６％以下の人工骨材を得ることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の人工骨材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は人工骨材の製造方法に関し、特に、石炭灰を主原料としロータリーキルンで焼成して人工骨材を製造するに際し、予め石炭灰を分級し微粉部分を除去した石炭灰を用いることにより高品質の人工骨材を得る製造方法に関する。
【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一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、発生する石炭灰の性状は異なってくる。このような、性状の異なる石炭灰を原料として、如何に天然骨材並みの品質の優れた人工骨材を製造するかということがひとつの課題となっている。
【０００５】
前記石炭灰の性状の中で、特に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の出所により大きく異なり、１質量％未満のものから数質量％のものまで発生しているというのが現状である。この石炭灰中未燃カーボン量が高い場合、人工骨材焼成時に気泡発生や爆裂の原因となり、強度及び吸水率の良好な骨材が得られないという現象があった。
【０００６】
そこで、特許文献１においては、石炭灰を主原料とし、ロータリーキルンで焼成する人工骨材の焼成において、該ロータリーキルン内にノズルを挿入し、酸素を含有するガスを被焼成物に向けて吹き込むことで、未燃カーボンを燃焼・除去する技術が提供されており、この技術により２４時間吸水率が６％以下の良好な品質の人工骨材が得られる旨開示されている。
【０００７】
特許文献１の技術は燃焼除去可能な未燃カーボンの除去に関しては極めて有効であるが、石炭灰はその性状変動の中で、未燃カーボンの他にも、人工骨材の組織脆弱化の原因となる高反応性かつ発泡性の微量成分を含有する場合がある。これら微量成分に対しては燃焼して除去することができず、特許文献１の技術では対応できないことになる。そこで、未燃カーボンばかりではなく、該微量成分などにも対応可能な人工骨材の製造方法が求められていた。また、特許文献１の技術は、ロータリーキルンに特殊なノズルを設置する方法であり、そのメンテナンスが簡単なものではない上に、低温のガスを炉内に吹込むため、少なからず熱量原単位の悪化という弊害を伴うものでもあった。
【０００８】
【特許文献１】特開２００５−２３９５０７
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
そこで、本発明は前記問題点に鑑みてなされたものであって、石炭灰の性状変動の中で、未燃カーボンの他に、人工骨材の組織脆弱化の原因となる高反応性かつ発泡性の微量成分を含有する場合にも、天然骨材と同等の良好な品質の人工骨材を製造でき、設備のメンテナンスやその他の弊害のない人工骨材の製造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】
【００１０】
前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、前記石炭灰中の高反応性かつ発泡性の微量成分は、石炭灰の微粉部分により多く含有されており、この微粉部分を除去し、粗粉部分のみを利用することにより、前記問題点を解消可能であることを見出し、本発明を完成するに至った。
【００１１】
すなわち、本発明は、人工骨材の製造方法であって、石炭灰を主成分とする原料をロータリーキルンで焼成する人工骨材の製造方法において、予め石炭灰を分級し微粉部分を除去した粗粉部分を原料の主成分として用いることを特徴とする。
【００１２】
人工骨材の組織脆弱化の原因となる、石炭灰中の高反応性かつ発泡性の微量成分は、その大半が石炭灰の微粉部分に含有されており、石炭灰を分級し微粉部分と粗粉部分とに分け、微粉部分を除去し、粗粉部分のみを石炭灰成分として用いて人工骨材を焼成すれば、前記微量成分に起因する発泡や脆弱化を回避することが可能である。さらに、微粉部分が除去されると、焼結反応が遅延するため、焼結の進行により被焼成物粒子の外殻が形成されるより早く、発泡性のガス等が発散してしまうため、この点でも組織脆弱化の回避につながる。したがって、天然骨材と同等の良好な品質の人工骨材を製造できることになる。そして、本製造方法によれば、ロータリーキルンの改造等を要しないので、メンテナンスやその他の弊害も生じることが無い。
【００１３】
また、本発明においては、前記石炭灰の分級を、粒径２０μｍ以下の粒子を除去するように行うことができる。石炭灰の性状が変動しても、概ね２０μｍを分級ポイントとしてそれ以下の微分部分を除去すれば、製造される人工骨材の品質が確保される。そもそも石炭灰に含有される前記微量成分が少ない場合には、この分級ポイントをより微粉側として、除去される粒子の割合を下げることができる。
【００１４】
さらに、本発明を適用することにより、絶乾密度１．５ｇ／ｃｍ３以上、２４時間吸水率６％以下の、天然骨材と同等の良好な品質の人工骨材を安定して得ることができる。
【発明の効果】
【００１５】
以上のように、本発明によれば、石炭灰の性状変動の中で、未燃カーボンの他に、人工骨材の組織脆弱化の原因となる高反応性かつ発泡性の微量成分を含有する場合にも、天然骨材と同等の良好な品質の人工骨材を製造でき、設備のメンテナンスやその他の弊害のない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】
【００１６】
本発明の人工骨材の製造方法においては、原料として、石炭灰を用いる。石炭灰は石炭焚き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灰等を用いることができる。
【００１７】
本発明においては、この石炭灰を分級し、微粉部分を除去し、粗粉部分のみを人工骨材の主原料とする。石炭灰の分級は、公知の分級装置、例えば気流を用いた遠心分級機や、篩い分け装置等を用いることができる。分級ポイントとしては、概ね２０μｍを分級ポイントとしてそれ以下の微分部分を除去すれば、製造される人工骨材の品質が確保される。そもそも石炭灰に含有される前記微量成分が少ない場合には、この分級ポイントをより微粉側として、除去される粒子の割合を下げることができる。分級して除去された微粉部分は、セメント製造の粘土代替原料等として活用することが可能である。
【００１８】
主原料としての粗粉部分の石炭灰の他に、下水汚泥、各種焼却灰、廃ガラスなどを副原料として用いることが出来る。これらの原料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、リグニン等を添加し配合原料とする。ここで、さらに必要な場合には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のものであり、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末、水酸化アルミニウム粉末、アルミ灰等、ＣａＯ源として生石灰粉末、セメント等が用いられる。
【００１９】
これらの原料を混合する。混合方法は、エアブレンダー、機械式混合機等、適宜公知の混合方式を用いることができる。混合後の原料は、粉末状のままキルン送入原料とし、ロータリーキルンの転動作用により、転動造粒しながら焼成して人工骨材としても良いし、該粉末状の原料を事前に造粒してからキルンに送入して焼成しても良い。
【００２０】
事前に造粒する場合、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採用することができる。
【００２１】
焼成装置としては、ロータリーキルンを用いる。ロータリーキルンを用いることで、容易に大量生産が可能で、均質な焼成物を得ることができるという利点がある。
【００２２】
ロータリーキルンを用いた焼成は、好ましくは１１５０℃以上かつ１３５０℃以下の温度で行うが、所望とする人工骨材の品質（絶乾密度、吸水率など）を勘案し、適宜調整すると良い。燃料としては、微粉炭、粉砕オイルコークス、粉砕した可燃性廃棄物などの粉体燃料や、重油、廃油、廃溶剤等の液体燃料、ＬＰＧ、ＬＮＧ等の気体燃料等、一般的に用いられている燃料であれば、単独で用いても、混焼して用いても良い。コスト低減のためには、適宜廃棄物系の燃料をその一部に使用することが望まれる。特に、廃木材粉砕物、廃畳粉砕物等のバイオマス系の燃料を用いると、ＣＯ２の排出低減にもつながり、より好ましい。
【００２３】
ロータリーキルンでの焼成時間は、概ね１５分から１２０分とするのが適当であるが、所望とする品質の骨材が得られるように適宜調整すると良い。焼成時のキルン内の酸素分圧は、３％〜１２％に調整すると良いが、特に限定されるものではない。
【００２４】
このような製造方法により、絶乾密度１．５ｇ／ｃｍ３以上、２４時間吸水率６％以下の、天然骨材と同等の良好な品質の人工骨材を得ることができる。
【実施例】
【００２５】
次に、本発明に係る人工骨材の製造方法の実施例を説明する。
火力発電所にて生成した石炭灰１（未燃カーボン：２．８質量％）を分級し、２０μｍ以下の微粉部分を除去し、粗粉部分のみの石炭灰を主原料とし、これに成形助剤として普通セメントと、成分調整材として珪石粉を加え混合し、混合原料を得た。この混合原料をパンペレタイザーにより粒径５〜１５ｍｍの球状ペレットに造粒し、ロータリーキルン（φ１．５ｍ×２０ｍＬ）により焼成して実施例１の人工骨材を得た。また、異なる石炭灰２（未燃カーボン：２．２質量％）を用い、同様の製造条件で焼成して、実施例２の人工骨材を得た。一方、石炭灰１及び石炭灰２をいずれも分級せずに主原料として用い、他は同様の製造条件で焼成して、それぞれ比較例１及び比較例２の人工骨材を得た。このときの分級前後の石炭灰の化学成分等を表１に、各水準の製造条件と得られた人工骨材の品質を、表２に示した。
【００２６】
（表１）
2007269549.tif 000002
【００２７】
（表２）
2007269549.tif 000003
【００２８】
比較例と比べ、石炭灰を分級して微粉部分を除去して製造した実施例１及び実施例２の人工骨材は、絶乾密度、２４時間吸水率、圧かい荷重のいずれの数値も優れており、天然骨材と同等の良好な品質の人工骨材が得られたことがわかる。
【産業上の利用可能性】
【００２９】
本発明の人工骨材の製造方法は、石炭灰を主原料としロータリーキルンで焼成して人工骨材を製造するに際し、天然骨材と同等の良好な品質の人工骨材を得る製造方法として、有効に活用できる。