(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
石炭灰を分級して、粒径１０μｍ以下の微粒子を含む粗粉とし、該粗粉を造粒して焼成することによって、絶乾比重が１．２５以下の人工軽量骨材を製造する人工軽量骨材の製造方法であって、
前記粗粉の平均粒径が３０μｍ以上であり、１０μｍ以下の微粒子の重量割合が１０％以下であり、真比重が２．１５以下であり、比表面積が１１００ｃｍ2 ／ｇ以下である全ての条件を満足する粗粉を用いて前記人工軽量骨材を製造することを特徴とする人工軽量骨材の製造方法。
【請求項２】
石炭灰を分級して、粒径１０μｍ以下の微粒子を含む粗粉を得る分級機と、
前記粗粉の平均粒径が３０μｍ以上であり、１０μｍ以下の微粒子の重量割合が１０％以下であり、真比重が２．１５以下であり、比表面積が１１００ｃｍ2 ／ｇ以下である全ての条件を満足するか否かを判定し、全ての条件を満足した粗粉のみを後段に送給する選別装置と、
前記選別装置の後段に配設され、該選別装置から送給された粗粉を混練して解砕することにより生ペレットを形成する生ペレット形成系と、
前記生ペレットを焼成して絶乾比重が１．２５以下の人工軽量骨材を形成する焼成機と
を有することを特徴とする人工軽量骨材の製造設備。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、石炭灰から軽量コンクリートの骨材に適用される人工軽量骨材の製造方法および製造設備に関し、特には頁岩を原料とする人工軽量骨材よりも軽量な絶乾比重が１．２５以下の人工軽量骨材の製造方法および製造設備に関する。
【０００２】
【従来の技術】
石炭焚ボイラから排出される石炭灰の有効利用技術の一つとして軽量コンクリートの骨材に適用される人工軽量骨材がある。この石炭灰を利用した人工軽量骨材は、ＪＩＳ−Ａ５００２に規定されており、軽量化の指標となる絶乾比重がＭ種で１．０〜１．５に設定されている。しかし、現在、市販されている人工軽量骨材の主体は、頁岩を原料とするものであり、その絶乾比重は１．２７〜１．３５である。従って、石炭灰から製造する人工軽量骨材は、頁岩を原料とするもの以上の品質となるように、絶乾比重が１．２５以下であることが要望されている。
【０００３】
そこで、特開平１１−９２１９１号公報には、石炭灰を分級することによって、粒径１０μｍ以下の微粒子の占める重量割合が１５％以下となる粗粉を形成した後、この粗粉の造粒物を焼成して人工軽量骨材とすることにより１．２５以下の絶乾比重を達成する製造方法が開示されている。さらに、このような粒径の調整だけでは１．２５以下の絶乾比重にならない石炭灰に対しては、粒径の調整後に低比重剤や発泡剤からなる添加剤を加えてから人工軽量骨材とする製造方法も開示されている。これにより、性状の異なる各種の石炭灰を用いた場合でも、絶乾比重が１．２５以下の人工軽量骨材を確実に製造することが可能になっている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の製造方法では、充填剤が石炭灰に比較して高価であるため、充填剤を加えて製造された人工軽量骨材の製造原価が高騰し易いという問題がある。そこで、充填剤を使用しなければ、製造原価を容易に抑えることができるが、上述のように粒径の調整のみでは人工軽量骨材の絶乾比重を１．２５以下にできない場合がある。また、石炭灰を粒径１０μｍ以下の微粒子に分級する処理においては、この微粒子の重量割合をできるだけ小さくした方が分級機の小型化やランニングコストの低コスト化を実現する上で望ましい。
【０００５】
従って、本発明は、粒径１０μｍ以下の微粒子の重量割合をできるだけ小さくしながら充填剤を用いなくても人工軽量骨材の絶乾比重を確実に１．２５以下にすることができる人工軽量骨材の製造方法および製造設備を提供するものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１の発明は、石炭灰を分級して、粒径１０μｍ以下の微粒子を含む粗粉とし、該粗粉を造粒して焼成することによって、絶乾比重が１．２５以下の人工軽量骨材を製造する人工軽量骨材の製造方法であって、前記粗粉の平均粒径が３０μｍ以上であり、１０μｍ以下の微粒子の重量割合が１０％以下であり、真比重が２．１５以下であり、比表面積が１１００ｃｍ2 ／ｇ以下である全ての条件を満足する粗粉を用いて前記人工軽量骨材を製造することを特徴としている。
【０００７】
上記の構成によれば、石炭灰のみを用いて絶乾比重が１．２５以下の人工軽量骨材を確実に製造することができるため、充填剤を加えて製造する場合よりも、製造原価を低減することができる。さらに、粒径１０μｍ以下の微粒子の重量割合を１０％以下に抑制することができるため、石炭灰を粒径１０μｍ以下の微粒子に分級するための分級機を小型化したり、ランニングコストを低下させることができる。
【０００８】
請求項２の発明は、石炭灰を分級して、粒径１０μｍ以下の微粒子を含む粗粉を得る分級機と、前記粗粉の平均粒径が３０μｍ以上であり、１０μｍ以下の微粒子の重量割合が１０％以下であり、真比重が２．１５以下であり、比表面積が１１００ｃｍ2 ／ｇ以下である全ての条件を満足するか否かを判定し、全ての条件を満足した粗粉のみを後段に送給する選別装置と、前記選別装置の後段に配設され、該選別装置から送給された粗粉を混練して解砕することにより生ペレットを形成する生ペレット形成系と、前記生ペレットを焼成して絶乾比重が１．２５以下の人工軽量骨材を形成する焼成機とを有することを特徴としている。
【０００９】
上記の構成によれば、石炭灰を選別する選別装置を分級機と生ペレット形成系との間に配設することによって、全ての条件を満足する石炭灰からなる粗粉を用いた人工軽量骨材の製造を高い信頼性で行うことが可能になる。そして、石炭灰のみを用いて絶乾比重が１．２５以下の人工軽量骨材を確実に製造することができるため、充填剤を加えて製造する場合よりも、製造原価を低減することができる。さらに、粒径１０μｍ以下の微粒子の重量割合を１０％以下に抑制することができるため、石炭灰を粒径１０μｍ以下の微粒子に分級するための分級機を小型化したり、ランニングコストを低下させることができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を図１に基づいて以下に説明する。
本実施の形態に係る人工軽量骨材の製造設備は、図１に示すように、発電所から排出された石炭灰を風選により分級する分級機１１を有している。分級機１１は、石炭灰の各粒子を回転させて各粒子に回転流による遠心力と空気流による抗力を与える回転体を備えており、粗粒子を遠心力により回転体の外周方向へ飛ばし、微粒子を空気とともに回転体の内周方向に送り込むことによって、両粒子を選別するように構成されている。そして、分級機１１は、石炭灰を粒径１０μｍ以下の微粒子の占める重量割合が１０％以下である粗粉と、その他の細粉とに分級するように、回転体の回転速度やサイズ等が設定されている。
【００１１】
ここで、石炭灰の分級に際して、粒径１０μｍ以下の微粒子に着目したのは、粗粉中の細粉が多いと、細粉が粗粉の間に入り込んで、空隙を埋めるからである。また、粒径１０μｍ以下の細粉の量が絶乾比重に大きな影響を及ぼし、粒径１０μｍを越える細粉の量を規定しても絶乾比重はそれほど変化しないからである。さらに、石炭灰を分級する際の分級効率は粒径１０μｍを越えると粗粉回収効率が低下し、細粉と粗粉とを分けられなくなるからである。特に石炭灰の場合、細粉はＪＩＳ灰として販売できるので、粗粉と細粉との選別比率は、５割±２割以内とするためには、粒径１０μｍ以下の微粒子で分ける必要がある。
【００１２】
上記のように石炭灰を分級する分級機１１は、石炭灰の微粒子の送出口１１ａが分岐弁４１（選別装置）の流入口４１ａに接続されている。分岐弁４１は、流入口４１ａに連通された２つの第１流出口４１ｂおよび第２流出口４１ｃと、流入口４１ａと両流出口４１ｂ・４１ｃとの連通状態を切替信号により切替え可能な図示しないバルブ部とを有している。そして、第１流出口４１ｂは、ペレット形成系４３の第１ホッパー１に接続されている一方、第２流出口４１ｃは、製造設備の外部に設けられた図示しないホッパーに接続されている。
【００１３】
また、分岐弁４１と分級機１１との間における流路配管には、分級した微粒子を含む粗粉である石炭灰の性状を検査する石炭灰性状測定器４２（選別装置）が設けられている。石炭灰性状測定器４２は、石炭灰の性状を測定する測定部と、この測定部で得られた測定値が規定値を満足するか否かを判定する判定部と、判定結果に基づいて分岐弁４１に対して切替信号を送信する送信部とを備えている。
【００１４】
即ち、石炭灰性状測定器４２の測定部は、石炭灰の微粒子の平均粒径と粒径１０μｍ以下の微粒子の重量割合と真比重と比表面積とを測定する。判定部は、３０μｍの平均粒径規定値と１０％の重量割合規定値と２．１５の真比重規定値と１１００ｃｍ2 ／ｇの比表面積規定値とを記憶している。そして、判定部は、これらの測定値と測定値とをそれぞれ比較し、平均粒径の測定値が規定値以上であって他の全ての測定値が規定値以下であれば、送信部に対して流入口４１ａと第１流出口４１ｂとを連通させる旨の切替信号を送信するように指令する一方、これ以外の比較結果であれば、、送信部に対して流入口４１ａと第２流出口４１ｃとを連通させる旨の切替信号を送信するように指令する。これにより、分岐弁４１および石炭灰性状測定器４２は、石炭灰の微粒子の平均粒径が３０μｍ以上、１０μｍ以下の微粒子の重量割合が１０％以下、真比重が２．１５以下、比表面積が１１００ｃｍ2 ／ｇ以下の条件を満たす石炭灰のみをペレット形成系４３の第１ホッパー１に流通させる一方、規定値を満足しない石炭灰を外部に排出する。
【００１５】
上記のペレット形成系４３は、第１〜第４ホッパー１〜４と混練機５と解砕機６とベルトフィーダー７とパン型造粒機８とを上流側からこの順に備えている。第１ホッパー１は、分級機１１から分岐弁４１を介して送給された石炭灰を一時的に収容する。また、第２〜第４ホッパー２〜４は、第１ホッパー１に並設されている。これらのホッパー２〜４は、低比重剤、発泡化剤および微粉炭をそれぞれ充填剤として収容している。尚、充填剤とは、絶乾比重を低下させる材料を意味する。そして、これらの第１〜第４ホッパー１〜４は、下端部の供給口が相互に連絡されており、石炭灰、低比重剤、発泡化剤および微粉炭を任意の割合で混合し、この混合物を後段の混練機５に供給可能にされている。尚、第２〜第４ホッパー２〜４の充填剤は、規定値を満足しない石炭灰を人工軽量骨材とするときに使用される。
【００１６】
ここで、低比重剤には、真比重または見掛比重が主原料である石炭灰よりも軽い物質あるいは燃焼して焼失する成分が含有されている全ての物質を用いることができる。普通の低比重剤には、もみがら、おがくず、シュートくず、バカス、石炭粒、コークス粒、木炭粒、木屑、破砕紙が知られている。尚、低比重剤は、これらの低比重剤が入手の安定性に欠けること、および入手にコストが掛かることから、廃棄物として埋め立て処分される流動床ボイラー灰や下水汚泥焼却灰、建設泥土、重油灰のいずれか一つ以上であって残留炭素を含むものを有効利用することが好ましい。
【００１７】
また、下水汚泥焼却灰は、下水処理場で発生する汚泥物を燃焼した際に発生する残留物であり、建設泥土は、建設および土木工事で発生する土砂を主体とする廃棄物である。流動床ボイラー灰は、流動床ボイラー灰で燃焼された石炭の残留物であり、重油灰は重油を燃焼した際に発生する残留物である。特に流動床ボイラー灰はそれ単独では軽量骨材にならず、石炭灰より残留炭素が多いことから、石炭灰を混ぜて絶乾比重を下げるのに適している。ただし、石炭灰１００重量部に混ぜる流動床ボイラー灰等の廃棄物系低比重剤は、４０重量部を限度として混合する。４０重量部を越えると、圧潰強度の低下によって焼成時の歩止まり率が悪化するとともに、絶乾比重の低下が少なくなるからである。
【００１８】
また、発泡化剤には、パーライトやシラス、ゼオライト等の発泡性を有する鉱物および石膏の少なくとも何れか１つ以上を用いることができる。シラス、パーライト、ゼオライトは天然に産する鉱物であり、石膏は工業製品または脱硫工程で発生する何れを用いてもよい。尚、発泡化剤は、上記材料に限定されるものではなく、８００℃以上の高温域において発泡性を発現するものであればよい。但し、石炭灰に混ぜる発泡化剤は、石炭灰または石炭灰と低比重剤の１００重量部に対して２０重量部を限度とする。２０重量部を越えても、絶乾比重の低下が認められなくなるからである。
【００１９】
上記のような各種の添加剤や石炭灰を収容した第１〜第４ホッパー１〜４の後段には、混練機５が配設されている。混練機５は、石炭灰もしくは石炭灰と微粉炭、または、石炭灰と微粉炭および低比重剤と発泡化剤の少なくとも何れか一方との混合物に水５’を加えて混練するように構成されている。そして、混練機５は、混合物を解砕する解砕機６に連絡されており、解砕機６は、ベルトフィーダー７を介してパン型造粒機８に連絡されている。パン型造粒機８は、解砕機６からの混合物を所定粒径の生ペレット６５として形成するように設定されている。
【００２０】
上記のパン型造粒機８は、火格子を用いる自燃焼成式の直線型移動焼成機１２に連絡されている。直線型移動焼成機１２は、乾燥−着火−焼成−冷却処理を連続運転により行うことによって、パン型造粒機８から供給された生ペレット６５を焼結するように構成されている。
【００２１】
即ち、焼成機１２は、水平方向（図中矢印Ａ）に移動する無端状の火格子２１と、この火格子２１の上方に設けられた乾燥・予熱炉２２、着火炉２３および焼結・保熱炉２４と、各炉２２・２３・２４に高熱空気を送り込む熱風管２８と、焼結・保熱炉２４の下流側に設けられた冷却ゾーン２９とを備えている。また、火格子２１の下方には、上端が火格子２１に向かって開口されたウインドボックス２５が設けられており、このウインドボックス２５の下端は、排気ダクト２６を通してブロアー２７の吸い込み側に連結されている。そして、このように構成された直線型移動焼成機１２の後段には、焼成機１２で生成された生ペレット６５の焼結体を導出するシュート３０と、焼結体を分離するクラッシャ３１と、分離された焼結体を所定形状の製品ペレットにふるい分ける篩機３２とがこの順に配設されている。
【００２２】
尚、本実施形態においては、分岐弁４１と石炭灰性状測定器４２とで判別装置を構成し、この判別装置において自動的に分級された石炭灰（粗粉）の性状の適否を判定しているが、オペレータが判定して手動で分岐弁４１の切替えを行うようになっていても良い。
【００２３】
上記の構成において、製造設備の動作を通じて人工軽量骨材の製造方法を説明する。
先ず、分級機１１において、発電所から排出された石炭灰が回転されることによって、石炭灰の各粒子に回転流による遠心力と空気流による抗力とが付与される。これにより、石炭灰の粗粒子が遠心力によって外周方向へ飛ばされる一方、石炭灰の微粒子が空気とともに内周方向に送り込まれることによって、石炭灰が選別される（分級工程）。そして、粒径１０μｍ以下の微粒子の占める重量割合が１０％以下となる粗粉である石炭灰が分級により得られると、送出口１１ａから後段の分岐弁４１に送り出される。
【００２４】
この際、送給された石炭灰の一部は、石炭灰性状測定器４２に取り込まれ、石炭灰性状測定器４２において石炭灰の性状が規定値を満足するものであるか否かが判定される。即ち、石炭灰の微粒子の平均粒径と粒径１０μｍ以下の微粒子の重量割合と真比重と比表面積とが測定される。そして、平均粒径の測定値と３０μｍの平均粒径規定値との比較と、重量割合の測定値と１０％の重量割合規定値との比較と、真比重の測定値と２．１５の真比重規定値との比較と、比表面積の測定値と１１００ｃｍ2 ／ｇの比表面積規定値との比較とがそれぞれ行われる。
【００２５】
この結果、平均粒径の測定値が３０μｍ以上であってその他の測定項目の測定値が規定値以下である場合には、流入口４１ａと第１流出口４１ｂとを連通させる旨の切替信号が分岐弁４１に送信され、規定値を満足した石炭灰が第１ホッパー１に送り込まれる。一方、石炭灰が規定値を満足しない場合には、流入口４１ａと第２流出口４１ｃとを連通させる旨の切替信号が分岐弁４１に送信され、“その他”の石炭灰として外部に排出される。これにより、第１ホッパー１は、石炭灰の微粒子の平均粒径が３０μｍ以上、１０μｍ以下の微粒子の重量割合が１０％以下、真比重が２．１５以下、比表面積が１１００ｃｍ2 ／ｇ以下の条件を満たす石炭灰のみを収容することになる（判別工程）。
【００２６】
次に、第１ホッパー１から石炭灰が混練機５に供給される。尚、規定値を満足した石炭灰を混練機５に送給するため、第２〜第３ホッパー２〜４から充填剤を混練機５に送給する必要はない。そして、混練機５で水５’が注水されて石炭灰が混練される。この混練物は、解砕機６において解砕され、ベルトフィーダー７により一定の供給量でパン型造粒機８に供給される。そして、パン型造粒機８において所定粒径の生ペレット６５とされた後、直線型移動焼成機１２に送給される（生ペレット形成工程）。
【００２７】
直線型移動焼成機１２に送給された生ペレット６５は、乾燥−着火−焼成−冷却処理を経て焼結が行われる。即ち、火格子２１の上に生ペレット６５が定量供給され、この生ペレット６５が火格子２１に伴って移動し、各炉２２，２３，２４を通過するときに、熱風管２８から高熱空気が供給され、これがブロアー２７により生ペレットの下方に向かって吸引される（図中矢印Ｂ）。尚、生ペレット６５の床用として焼結ペレットが敷かれる。そして、この高熱空気により焼成が行われる。詳しくは、乾燥・予熱炉２２により生ペレット６５の乾燥が行われ、次いで、着火炉２３で乾燥ペレット６５’中の未燃炭が着火する。更に、焼結・保熱炉２４により乾燥ペレット６５’中の未燃炭の燃焼が下方へ移行し、全体の焼結が完了し、焼結ペレット６５''が形成される（焼成工程）。
【００２８】
この後、焼結ペレット６５''が冷却ゾーン２９に搬送され、ブロアー２７の吸い込み空気の一部が焼結ペレット６５''の層中を下方（図中矢印Ｃ）に向かって通過されることによって、焼結ペレット６５''の冷却が行われる。冷却された焼結ペレット６５''のペレット塊は、シュート３０を経てクラッシャ３１に送り込まれて分離される。そして、分離された焼結ペレット６５''が篩機３２で所定形状の製品ペレットにふるい分けられ、絶乾比重が１．２５以下の人工軽量骨材とされる。
【００２９】
尚、本実施形態における石炭灰を石炭灰性状測定器４２および分岐弁４１において選別する際の判定条件は、表１の試験結果に基づいて求めた。具体的には、表１に示すように、平均粒径が１６．８〜７４．６μｍの範囲、１０μｍ以下の微粒子の重量割合が２．１〜３３．３％の範囲、比表面積が８９１〜１１００ｃｍ2 ／ｇの範囲、真比重が２．０７〜２．４４の範囲において各種の値に設定された石炭灰（試験No.1〜試験No.21 ）を用意した。そして、これらの各石炭灰に対して混練、解砕、造粒および焼結等の処理を同一条件下で行うことにより人工軽量骨材を作成し、各人工軽量骨材の絶乾比重を求めた。
【００３０】
【表１】
0003983465.tif 000002
【００３１】
この結果、試験No.5（平均粒径が７４．５μｍ、１０μｍ以下の微粒子の重量割合が２．２％、比表面積が８４０ｃｍ2 ／ｇ、真比重が２．１２）の場合と、試験No.11 （平均粒径が７４．６μｍ、１０μｍ以下の微粒子の重量割合が６％、比表面積が１０９２ｃｍ2 ／ｇ、真比重が２．１）の場合とにおいて、絶乾比重が１．２５以下になることが確認された。これにより、石炭灰の微粒子の平均粒径が３０μｍ以上、１０μｍ以下の微粒子の重量割合が１０％以下、真比重が２．１５以下、比表面積が１１００ｃｍ2 ／ｇ以下である内容を判定条件とすれば、人工軽量骨材の絶乾比重を１．２５以下にできることが判明した。
【００３２】
【発明の効果】
請求項１の発明は、石炭灰を分級して、粒径１０μｍ以下の微粒子を含む粗粉とし、該粗粉を造粒して焼成することによって、絶乾比重が１．２５以下の人工軽量骨材を製造する人工軽量骨材の製造方法であって、前記粗粉の平均粒径が３０μｍ以上であり、１０μｍ以下の微粒子の重量割合が１０％以下であり、真比重が２．１５以下であり、比表面積が１１００ｃｍ2 ／ｇ以下である全ての条件を満足する粗粉を用いて前記人工軽量骨材を製造する構成である。
【００３３】
上記の構成によれば、石炭灰のみを用いて絶乾比重が１．２５以下の人工軽量骨材を確実に製造することができるため、充填剤を加えて製造する場合よりも、製造原価を低減することができる。さらに、粒径１０μｍ以下の微粒子の重量割合を１０％以下に抑制することができるため、石炭灰を粒径１０μｍ以下の微粒子に分級するための分級機を小型化したり、ランニングコストを低下させることができる。
【００３４】
請求項２の発明は、石炭灰を分級して、粒径１０μｍ以下の微粒子を含む粗粉を得る分級機と、前記粗粉の平均粒径が３０μｍ以上であり、１０μｍ以下の微粒子の重量割合が１０％以下であり、真比重が２．１５以下であり、比表面積が１１００ｃｍ2 ／ｇ以下である全ての条件を満足するか否かを判定し、全ての条件を満足した粗粉のみを後段に送給する選別装置と、前記選別装置の後段に配設され、該選別装置から送給された粗粉を混練して解砕することにより生ペレットを形成する生ペレット形成系と、前記生ペレットを焼成して絶乾比重が１．２５以下の人工軽量骨材を形成する焼成機とを有する構成である。
【００３５】
上記の構成によれば、石炭灰を選別する選別装置を分級機と生ペレット形成系との間に配設することによって、全ての条件を満足する石炭灰からなる粗粉を用いた人工軽量骨材の製造を高い信頼性で行うことが可能になる。そして、石炭灰のみを用いて絶乾比重が１．２５以下の人工軽量骨材を確実に製造することができるため、充填剤を加えて製造する場合よりも、製造原価を低減することができる。さらに、粒径１０μｍ以下の微粒子の重量割合を１０％以下に抑制することができるため、石炭灰を粒径１０μｍ以下の微粒子に分級するための分級機を小型化したり、ランニングコストを低下させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】人工軽量骨材の製造設備の工程図である。
【符号の説明】
１〜４  第１〜第４ホッパー
５  混練機
６  解砕機
７  ベルトフィーダー
８  パン型造粒機
１１  分級機
１２  直線型移動焼成機
４１  分岐弁
４２  石炭灰性状測定器
４３  ペレット形成系
６５  生ペレット
【図１】
0003983465.tif 000003