(57)【要約】【課題】ペレットの粒径に応じた乾燥速度条件にて乾燥収縮を進めるベントナイト成形体の製造方法、乾燥装置および乾燥方法を提供する。【解決手段】水平に配置した円筒型容器１２を軸周りに回転することで内部に装てんされた乾燥対象のペレットを回転混合させながら、円筒型容器１２の軸方向の一端側から相対湿度の小さい乾燥空気を円筒型容器１２の内部に送入し、他端側から通過空気を外部に排出することでペレットを乾燥収縮させる乾燥工程を有し、ペレットの平均直径をＤ（ｍｍ）で、含水比を実数値で表して、乾燥工程によって乾燥する際の乾燥条件を、初期含水比ｗ０と乾燥途中の含水比ｗ１に至る乾燥時間ｔ（Ｈｒ）の値からｖ＝（ｗ０−ｗ１）／ｔで算出した値を含水比低下速度ｖ（１／Ｈｒ）とした場合に、ペレットの乾燥速度条件ｖ・Ｄ３が８０以下となるような乾燥速度条件にするようにする。【選択図】図７−１
2016083871.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ベントナイト粉体に水を添加して混練し、これを略球状に丸めた湿潤ペレットを乾燥収縮させて高密度の略球状のベントナイト成形体を製造する方法であって、
水平に配置した円筒型容器を軸周りに回転することで内部に装てんされた乾燥対象のペレットを回転混合させながら、前記円筒型容器の軸方向の一端側から相対湿度の小さい乾燥空気を前記円筒型容器の内部に送入し、他端側から通過空気を外部に排出することでペレットを乾燥収縮させる乾燥工程を有し、
ペレットの平均直径をＤ（ｍｍ）で、含水比を実数値で表して、
前記乾燥工程によって乾燥する際の乾燥条件を、初期含水比ｗ０と乾燥途中の含水比ｗ１に至る乾燥時間ｔ（Ｈｒ）の値からｖ＝（ｗ０−ｗ１）／ｔで算出した値を含水比低下速度ｖ（１／Ｈｒ）とした場合に、
ペレットの含水比が湿潤状態から０．１０に至るまでの平均的な乾燥速度条件ｖ・Ｄ３が８０以下となるような乾燥速度条件にすることを特徴とするベントナイト成形体の製造方法。
【請求項２】
ベントナイト粉体に水を添加して混練し、これを略球状に丸めた湿潤ペレットを乾燥収縮させて高密度の略球状のベントナイト成形体を製造する方法であって、
水平に配置した円筒型容器を軸周りに回転することで内部に装てんされた乾燥対象のペレットを回転混合させながら、前記円筒型容器の軸方向の一端側から相対湿度の小さい乾燥空気を前記円筒型容器の内部に送入し、他端側から通過空気を外部に排出することでペレットを乾燥収縮させる乾燥工程を有し、
前記乾燥工程によって乾燥する際の乾燥速度を湿潤状態から含水比０．１０に至るまでの平均的な含水比低下速度ｖ（１／Ｈｒ）で表した場合に、
ペレットの粒径が５ｍｍ級の場合には含水比低下速度ｖを０．６４（１／Ｈｒ）以下、
ペレットの粒径が１０ｍｍ級の場合には含水比低下速度ｖを０．０８（１／Ｈｒ）以下、
ペレットの粒径が２０ｍｍ級の場合には含水比低下速度ｖを０．０１（１／Ｈｒ）以下、
ペレットの粒径が３０ｍｍ級の場合には含水比低下速度ｖを０．００３（１／Ｈｒ）以下
となるような乾燥速度条件にすることを特徴とするベントナイト成形体の製造方法。
【請求項３】
ペレットの含水比が０．１０〜０．１５よりも小さくなった時点で、高温またはおよび多量の空気を送風することで前記乾燥工程による乾燥を高速化することを特徴とする請求項１または２に記載のベントナイト成形体の製造方法。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一つに記載のベントナイト成形体の製造方法の前記乾燥工程において用いられる乾燥装置であって、
単数または複数の前記円筒型容器と、
前記円筒型容器の軸方向の一端側に設けた開口部に着脱可能に装着され、乾燥空気を前記円筒型容器の内部に送入するための送気管と、
前記円筒型容器の軸方向の他端側に設けた開口部に着脱可能に装着され、前記円筒型容器の内部の空気を外部に排出するための排気管と、
前記開口部と、前記送気管および前記排気管とを切り離した状態において、乾燥途中のペレットが装てんされた前記円筒型容器の重量を測定可能な機構とを備えることを特徴とする乾燥装置。
【請求項５】
随時あるいは所定の時間間隔で、前記円筒型容器の内部の気流方向を逆転させる機構をさらに備え、前記円筒型容器の軸方向の位置に対するペレットの乾燥ムラを解消するようにしたことを特徴とする請求項４に記載の乾燥装置。
【請求項６】
請求項１〜３のいずれか一つに記載のベントナイト成形体の製造方法の前記乾燥工程において用いられる乾燥方法であって、
単数または複数の前記円筒型容器と、
前記円筒型容器の軸方向の一端側に設けた開口部に着脱可能に装着され、乾燥空気を前記円筒型容器の内部に送入するための送気管と、
前記円筒型容器の軸方向の他端側に設けた開口部に着脱可能に装着され、前記円筒型容器の内部の空気を外部に排出するための排気管とを備える乾燥装置を用いて前記乾燥工程を実施する場合に、
前記開口部と、前記送気管および前記排気管とを切り離した状態において、乾燥途中のペレットが装てんされた前記円筒型容器の重量を測定することを特徴とする乾燥方法。
【請求項７】
随時あるいは所定の時間間隔で、前記円筒型容器の内部の気流方向を逆転させることで、前記円筒型容器の軸方向の位置に対するペレットの乾燥ムラを解消するようにしたことを特徴とする請求項６に記載の乾燥方法。
【請求項８】
造粒加工した湿潤ペレットを前記円筒型容器に装てんした後、前記乾燥工程の乾燥速度条件よりも乾燥しにくい所定の乾燥条件の下で前記円筒型容器を軸周りに所定の回数以上回転することによって湿潤ペレットの外表面を平滑化処理してから、前記乾燥工程を実施することを特徴とする請求項６または７に記載の乾燥方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば放射性廃棄物を処分した廃棄物埋設処分施設の処分坑道を埋め戻すための埋め戻し材、もしくは、水没している空間あるいは管路の漏水が認められる領域に水中充てんして遮水処理するための充てん材などとして用いる略球状のベントナイト成形体の製造方法、その製造方法において用いる乾燥装置および乾燥方法、並びにその製造方法により製造されるベントナイト成形体に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
（放射性廃棄物の埋設処分の適用分野）
周知のように地下深部に高レベル（あるいは低レベル）の放射性廃棄物を埋設処分することが検討されている。この場合、放射性廃棄物はガラスと混ぜて固化され、このガラス固化体を炭素鋼などからなるオーバーパックで密閉した廃棄体として処分される。また、廃棄体は、図１５および図１６に示すように、地下深部の比較的安定した地山内に、略環状に繋がる主要坑道１と、この主要坑道１と繋がるように形成した処分坑道２とからなる廃棄物埋設処分施設を構築し、この廃棄物埋設処分施設の処分坑道２内に処分される（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
このような施設において廃棄体を処分した処分坑道２をそのままにしておくと、処分坑道２の周辺地山の緩みが拡大したり、地下水の卓越した水みちが形成され、廃棄物埋設処分施設全体としてのバリア性能を低下させるおそれがある。このため、地山と同等以上の低透水性の材料（埋め戻し材）で処分坑道２を埋め戻すことが必要であり、この埋め戻し材として膨潤性や放射性物質の吸着性に優れるベントナイトを用いることが検討されている。
【０００４】
ベントナイトを埋め戻し材として使用した場合には、地山から処分坑道２に浸入した地下水が接触してベントナイトが吸水膨張し地山を押圧するとともに地山の水みちとなる割れ目をシールすることによってさらなる地下水の浸入を防止することができ、且つ吸水膨張に伴い埋め戻し材の透水係数が低下することで地下水の浸透を防止することができる。これにより、放射性廃棄物を確実に外部の自然環境から隔離して処分することが可能になる。
【０００５】
そして、処分坑道２内に充てんする埋め戻し材としては、例えば、ベントナイト原鉱石を破砕したベントナイト破砕材、ベントナイトを板状に圧密成形したベントナイトプレートを破砕したベントナイト破砕材、ベントナイトを例えば円柱状に圧密成形したベントナイトペレット、ベントナイトを等方圧加圧処理により球形に圧密成形したベントナイトボールなど、数ｍｍ〜数十ｍｍ程度の大きさに形成した各種のベントナイト成形体（ベントナイト粒状体）を用いることが検討されている（例えば、特許文献２、特許文献３、特許文献４参照）。
【０００６】
ところで、上記のようなベントナイト成形体を用いて優れたバリア性能を発揮させるためには、すなわち高密度のベントナイト遮水層を形成するためには、所定の空間にどれだけの質量のベントナイトを詰め込めるかが重要であるため、ベントナイト成形体を可及的に高密度で形成し、かつその高密度のベントナイト成形体を可及的に高充てん率で充てん（施工）する必要がある。
【０００７】
しかし、ベントナイト原鉱石を破砕した単なるベントナイト破砕材を用いる場合には、ベントナイト原鉱石の密度が高くないため、また、ベントナイト原鉱石を破砕する際にさらなる密度低下が生じるおそれがあるため、充てん後に締め固めることが必要になってしまう。また、このようなベントナイト原鉱石を破砕したベントナイト破砕材は、粒子形状が不規則であり、所定の空間に自由落下で投入しただけでは充てん率が上がらないため、この点からも締め固めることが必要になってしまう。
【０００８】
また、ベントナイトプレートを破砕したベントナイト破砕材においても、やはりベントナイトプレートを破砕することによって密度低下が生じるおそれがある。
【０００９】
一方、ベントナイトを等方圧加圧処理により球形に圧密成形したベントナイトボールにおいては、球形に成形されているため、単一粒径のベントナイトボールを所定の空間に自由落下で投入した場合に、理論的に約７５％の高充てん率で充てんすることが可能である。
【００１０】
しかしながら、数ｍｍ〜数十ｍｍ程度の粒径のベントナイトボールを数百ＭＰａの圧力で等方圧加圧処理して成形することは、非常に大掛かりな装置が必要になるとともに、製造工程が複雑になり、製造に多大なコストを要するという問題があった。
【００１１】
そこで本出願人は上記の問題を解決するため、粉体のベントナイトに水を加えて混ぜ合わせるとともに、押し出し造粒工程でディスクダイ（押し出し造粒機）を用いて湿潤状態の円柱状のベントナイト成形体を成形し、押し出し造粒工程で成形したベントナイト成形体を転動造粒工程で球形に成形し、さらに転動造粒工程で成形した球形のベントナイト成形体を乾燥収縮によって高密度化させるように乾燥工程で乾燥して、球形のベントナイト成形体を製造する方法を既に提案している（特許文献５参照）。
【００１２】
このベントナイト成形体の製造方法によれば、高い圧力を使用したり、複雑な工程を要することなく、乾燥密度が充分に高い高密度の略球形のベントナイト成形体を効率よく容易に製造することが可能である。また、このように製造したベントナイト成形体を所定の空間に自由落下で投入するだけで充分に高密度（理論的に約７５％）の充てん率で充てんすることが可能になる。
【００１３】
しかも、上記の製造方法では、押出孔の孔径が異なるディスクダイを用いることで粒径が異なるベントナイト成形体を容易にかつ大量に製造することが可能であるから、上記の製造方法により粒径が異なる複数種類のベントナイト成形体を製造し、それら複数種類のベントナイト成形体を所定比率で混合して充てんすることにより充てん率をさらに高めることが可能であり、それによりバリア性能に優れたベントナイト遮水層を容易に形成することが可能になる。
【００１４】
図１７および図１８は上記の製造方法により製造したベントナイト成形体を廃棄物埋設処分施設において埋め戻し材として用いる場合の具体例を示す。
【００１５】
図１７は廃棄体（高レベル放射性廃棄物）３を縦形の処分孔４内に処分する場合に、廃棄体３の周囲に上記のベントナイト成形体５を充てん装置６によって充てんして処分孔４を埋め戻すことにより、廃棄体３の周囲に難透水性粘土層としてのベントナイト遮水層を形成するようにしたものである。
【００１６】
図１８は水平な処分坑７に廃棄体（あるいは緩衝材一体型廃棄体）３を配置した後、その周囲に上記のベントナイト成形体５を充てんして処分坑７全体を埋め戻すことにより、同様に廃棄体３の周囲に難透水性粘土層（ベントナイト遮水層）を形成するようにしたものである。
【００１７】
（放射性廃棄物の埋設処分とは別の適用分野）
また、放射性廃棄物の埋設処分とは別の適用分野として、原子力発電所あるいは有害物質製造施設において、事故発生に伴って汚染水が施設内の水没空間に貯留し、そこから破損した施設躯体部あるいは破損した配管を通じて施設外に漏出している場合の局部的な遮水材としても、吸水膨張性を有するベントナイト・ペレットを水中に投入することで遮水処理することも考えられている。
【００１８】
（ペレットの望ましい密度）
埋め戻し材もしくは充てん材として供するベントナイト・ペレットはできるだけ高密度であることが望ましい。なぜならば、ベントナイト・ペレットは充てんした領域を遮水性材料で満たすことが目的で使用されるものであり、ベントナイト・ペレットが吸水膨張したときの遮水性（難透水性）は充てん密度（単位体積中を満たしているベントナイトの乾燥重量）によって決まるからである。図２１は非特許文献１に記載の透水係数予測式（ｋ＝１０・ｅｘｐ（−１．３２８ρ−１０．４４７）に基づいてグラフ化した図であり、充てんされているベントナイトの充てん密度（乾燥密度に換算した値）と透水係数の関係を示しており、密度が大きいほど透水係数が小さくなることがわかる。同図から例えば、透水係数を１×１０−１２（ｍ／ｓ）よりも小さくしたい場合には、ベントナイトの充てん密度を１．２Ｍｇ／ｍ３以上にすることが必要であることがわかる。
【００１９】
一方、図２２はペレットを充てんした空間の充てん密度を測定した例であり（非特許文献２より抜粋）、一粒の密度（乾燥密度換算値）が２．０Ｍｇ／ｍ３程度のペレットを使った例である。このグラフの横軸が１００％のプロットは１ｍｍ級ペレットのみを充てんしたときの充てん密度（乾燥密度換算値）を１．３Ｍｇ／ｍ３以上にできることを示している。したがって、一粒の密度（乾燥密度換算値）が１．９５Ｍｇ／ｍ３以上のペレットを供するならば十分な遮水性に充てんできることになる。そこで、一粒の乾燥密度が１．９５Ｍｇ／ｍ３を製造目標としておくことが望ましい。
【００２０】
（ペレットの望ましい形状）
ペレットはできるだけ真球に近い形状であることが望ましい。所定の空間にペレットを充てんした場合には、ペレットの形状がいびつであると充てんしにくく、かつ、充てんを密実にしにくい。ペレットの形状が真球に近くて、ペレットの外表面が滑らかであるならば、充てんしやすく、かつ、ペレット相互は等間隔に位置し、相互のすき間が最小になることから、充てんを密実化しやすいからである。
【００２１】
以上で説明したように、特許文献５に示される上記の製造方法は、高密度の球状のベントナイト成形体を効率よく容易に製造できる点で充分に有効であるが、その乾燥工程においては以下の点で改善すべき余地を残している。
【００２２】
すなわち、上記製造方法における乾燥工程は、湿潤状態のベントナイト成形体を温風の強制対流により比較的短時間で乾燥させるか、あるいは温風の自然対流により長時間をかけてゆっくりと乾燥させることで行うのであるが、いずれも一長一短がある。
【００２３】
つまり、前者は短時間の乾燥が可能であるものの乾燥収縮による密度上昇が必ずしも充分ではなく、高密度成形の点では後者に比べて不利である。逆に、後者は充分な高密度成形が可能であるが、乾燥時間が長くかかるので効率の点で不利である。
【００２４】
特に、後者の場合、浅い容器内に湿潤状態のベントナイト成形体を敷き均して温風を送ることなくゆっくりと自然乾燥させることになるので、容器を置くスペースとして広大な温湿度制御室が必要となる。その場合においてスペースの節約を図るために浅い容器を多段積みにすると、各容器での乾燥状態を均等にするために作業員による一定時間ごとの確認作業や攪乱作業が必要となるので、乾燥工程の自動化や省力化の点でも不利である。
【００２５】
しかも、いずれにしても上記製造方法により製造されるベントナイト成形体の表面はざらざらとした粗面状態であって必ずしも充分な平滑とはなっておらず、そのため空間に充てんした際にはベントナイト成形体どうしの間で摩擦抵抗が生じて充てん密度を高めるうえでは不利であるので、充てん密度をさらに高めるためにベントナイト成形体の表面をより平滑にしたいという要請もある。
【００２６】
そこで本出願人は上記の問題を解決するため、特許文献６に記載のベントナイト成形体の製造方法を既に提供している。特許文献６に記載の発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、上述した製造方法を基本としつつその乾燥工程に改良を加えることにより、表面が充分に平滑な略球形のベントナイト成形体を容易にかつ効率的に製造し得る有効適切な製造方法と、その方法において用いる有効適切な乾燥装置、並びにそれにより製造される有効適切なベントナイト成形体を提供することを目的としている。
【００２７】
その結果、図１９（特許文献６に記載の図７に相当）に示されているように、湿潤状態のベントナイト成形体を温風の強制対流により比較的短時間で乾燥させる従来法においては乾燥速度が約４％／Ｈｒ以上の高速乾燥を行うことから最終的な乾燥密度は約１．８Ｍｇ／ｍ３程度が限界であるが、特許文献６によれば、乾燥速度を１％／Ｈｒ以下に設定することで最終的な乾燥密度を約１．９Ｍｇ／ｍ３以上にでき、従来の強制対流法による場合に比べて充分に高密度なベントナイト成形体を製造できるとしている。
【００２８】
ここに言う、乾燥密度とは、含水比（百分率）の変化率（％／Ｈｒ）すなわち図２０に示されるグラフの勾配であり、最初の含水比２５〜２８％から乾燥後の１〜１０％になるまでの変化量をその所要時間で除した値である。なお、含水比を百分率ではなく実数で表すならば、乾燥速度が４％／Ｈｒとは０．０４／Ｈｒに相当し、乾燥速度が１％／Ｈｒとは０．０１／Ｈｒに相当している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２９】
【特許文献１】特開２００３−２１５２９７号公報
【特許文献２】特許第４０３６９７５号公報
【特許文献３】特開平６−４１５１３号公報
【特許文献４】特許第３５３９９２８号公報
【特許文献５】特開２００９−２７４９１０号公報
【特許文献６】特開２０１１−２４２２８９号公報
【非特許文献】
【００３０】
【非特許文献１】前田、棚井他、「カルシウム型化及びカルシウム型ベントナイトの基本特性」、ＰＮＣ  ＴＮ８４１０  ９８−０２１、１９９８年
【非特許文献２】戸栗他、「横置き定置方式における緩衝材周辺隙間へのベントナイトペレットの充てん方法に関する研究」、土木学会第６３回年次学術講演会要旨集、ＣＳ０５−１２、ｐｐ．１９１−１９２、２００８年９月
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００３１】
（次なる課題１）
しかるに、特許文献６の方法では、乾燥密度の推奨値として、図１９に示すように、ペレットの粒径が約２０ｍｍの場合についての乾燥データを使って、乾燥速度を１％／Ｈｒ（０．０１／Ｈｒ）以下に設定することを提案しているが、ペレットの粒径が異なる場合には乾燥速度条件は同じではないことが懸念されていた。
【００３２】
例えば、２０ｍｍ級ペレットの乾燥条件として、乾燥速度を１％／Ｈｒ以下の速度で含水比１０％以下まで乾燥させたい場合には、１日８時間労働の作業では１日で乾燥を終了することはできない。小粒径のペレットではより速い乾燥速度で高密度のペレットに乾燥収縮できる可能性が見込まれるため、ペレットの粒径に応じた最適な乾燥速度条件を明らかにすることが求められていた。
さらに、乾燥密度を大きくするのに適した乾燥速度を最適化しながら乾燥するための装置が求められていた。
【００３３】
（次なる課題２）
また、湿潤状態で造粒したベントナイト・ペレットの表面の凹凸状況は乾燥方法によっては凹凸が滑らかになる場合もあれば、ならない場合もあり、その改善方法が求められていた。ペレットの表面の凹凸が滑らかになることによって、ペレット相互の摩擦は小さく、また、ペレット粒子のすき間空間は少なくなることが期待できるので、できるだけ滑らかであることが望ましい。
【００３４】
（次なる課題３）
また、上記の特許文献６のように、湿潤状態で造粒したベントナイト・ペレットを円筒型乾燥容器に装てんして、温風を円筒型乾燥容器の一方から流入させて、別の一方に湿った空気を排出する方法の乾燥装置の場合には、温風の流れる下流において空気の相対湿度が上昇するため、上流域と下流域のペレットの乾燥程度が異なるという乾燥ムラが懸念されていた。
【００３５】
（次なる課題４）
また、ペレットの密度を大きくするためにはペレットの含水比を５％以下に、さらにできるだけ０％に近い状態まで乾燥することが望ましいが、ペレットは含水比が０％に近づくにつれて、乾燥しにくくなる傾向がある。乾燥のための空気の相対湿度が０％に近いものでなければ乾燥できなくなるとともに、空気とペレット間隙空気の相対湿度が近づくとペレットの空隙からの水分子の拡散速度が遅くなるためである。このようなことから、含水比０％まで乾燥するには長時間を要するため、製造効率が低下することが課題であった。
【００３６】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、ペレットの粒径に応じた乾燥速度条件にて乾燥収縮を進めるベントナイト成形体の製造方法、乾燥装置および乾燥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】
【００３７】
上記した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係るベントナイト成形体の製造方法は、ベントナイト粉体に水を添加して混練し、これを略球状に丸めた湿潤ペレットを乾燥収縮させて高密度の略球状のベントナイト成形体を製造する方法であって、水平に配置した円筒型容器を軸周りに回転することで内部に装てんされた乾燥対象のペレットを回転混合させながら、前記円筒型容器の軸方向の一端側から相対湿度の小さい乾燥空気を前記円筒型容器の内部に送入し、他端側から通過空気を外部に排出することでペレットを乾燥収縮させる乾燥工程を有し、ペレットの平均直径をＤ（ｍｍ）で、含水比を実数値で表して、前記乾燥工程によって乾燥する際の乾燥条件を、初期含水比ｗ０と乾燥途中の含水比ｗ１に至る乾燥時間ｔ（Ｈｒ）の値からｖ＝（ｗ０−ｗ１）／ｔで算出した値を含水比低下速度ｖ（１／Ｈｒ）とした場合に、ペレットの含水比が湿潤状態から０．１０に至るまでの平均的な乾燥速度条件ｖ・Ｄ３が８０以下となるような乾燥速度条件にすることを特徴とする。
【００３８】
また、本発明に係る他のベントナイト成形体の製造方法は、ベントナイト粉体に水を添加して混練し、これを略球状に丸めた湿潤ペレットを乾燥収縮させて高密度の略球状のベントナイト成形体を製造する方法であって、水平に配置した円筒型容器を軸周りに回転することで内部に装てんされた乾燥対象のペレットを回転混合させながら、前記円筒型容器の軸方向の一端側から相対湿度の小さい乾燥空気を前記円筒型容器の内部に送入し、他端側から通過空気を外部に排出することでペレットを乾燥収縮させる乾燥工程を有し、前記乾燥工程によって乾燥する際の乾燥速度を湿潤状態から含水比０．１０に至るまでの平均的な含水比低下速度ｖ（１／Ｈｒ）で表した場合に、ペレットの粒径が５ｍｍ級の場合には含水比低下速度ｖを０．６４（１／Ｈｒ）以下、ペレットの粒径が１０ｍｍ級の場合には含水比低下速度ｖを０．０８（１／Ｈｒ）以下、ペレットの粒径が２０ｍｍ級の場合には含水比低下速度ｖを０．０１（１／Ｈｒ）以下、ペレットの粒径が３０ｍｍ級の場合には含水比低下速度ｖを０．００３（１／Ｈｒ）以下となるような乾燥速度条件にすることを特徴とする。
【００３９】
また、本発明に係る他のベントナイト成形体の製造方法は、上述した発明において、ペレットの含水比が０．１０〜０．１５よりも小さくなった時点で、高温またはおよび多量の空気を送風することで前記乾燥工程による乾燥を高速化することを特徴とする。
【００４０】
また、本発明に係る乾燥装置は、上述したベントナイト成形体の製造方法の前記乾燥工程において用いられる乾燥装置であって、単数または複数の前記円筒型容器と、前記円筒型容器の軸方向の一端側に設けた開口部に着脱可能に装着され、乾燥空気を前記円筒型容器の内部に送入するための送気管と、前記円筒型容器の軸方向の他端側に設けた開口部に着脱可能に装着され、前記円筒型容器の内部の空気を外部に排出するための排気管と、前記開口部と、前記送気管および前記排気管とを切り離した状態において、乾燥途中のペレットが装てんされた前記円筒型容器の重量を測定可能な機構とを備えることを特徴とする。
【００４１】
また、本発明に係る他の乾燥装置は、上述した発明において、随時あるいは所定の時間間隔で、前記円筒型容器の内部の気流方向を逆転させる機構をさらに備え、前記円筒型容器の軸方向の位置に対するペレットの乾燥ムラを解消するようにしたことを特徴とする。
【００４２】
また、本発明に係る乾燥方法は、上述したベントナイト成形体の製造方法の前記乾燥工程において用いられる乾燥方法であって、単数または複数の前記円筒型容器と、前記円筒型容器の軸方向の一端側に設けた開口部に着脱可能に装着され、乾燥空気を前記円筒型容器の内部に送入するための送気管と、前記円筒型容器の軸方向の他端側に設けた開口部に着脱可能に装着され、前記円筒型容器の内部の空気を外部に排出するための排気管とを備える乾燥装置を用いて前記乾燥工程を実施する場合に、前記開口部と、前記送気管および前記排気管とを切り離した状態において、乾燥途中のペレットが装てんされた前記円筒型容器の重量を測定することを特徴とする。
【００４３】
また、本発明に係る他の乾燥方法は、上述した発明において、随時あるいは所定の時間間隔で、前記円筒型容器の内部の気流方向を逆転させることで、前記円筒型容器の軸方向の位置に対するペレットの乾燥ムラを解消するようにしたことを特徴とする。
【００４４】
また、本発明に係る他の乾燥方法は、上述した発明において、造粒加工した湿潤ペレットを前記円筒型容器に装てんした後、前記乾燥工程の乾燥速度条件よりも乾燥しにくい所定の乾燥条件の下で前記円筒型容器を軸周りに所定の回数以上回転することによって湿潤ペレットの外表面を平滑化処理してから、前記乾燥工程を実施することを特徴とする。
【発明の効果】
【００４５】
本発明に係るベントナイト成形体の製造方法によれば、ベントナイト粉体に水を添加して混練し、これを略球状に丸めた湿潤ペレットを乾燥収縮させて高密度の略球状のベントナイト成形体を製造する方法であって、水平に配置した円筒型容器を軸周りに回転することで内部に装てんされた乾燥対象のペレットを回転混合させながら、前記円筒型容器の軸方向の一端側から相対湿度の小さい乾燥空気を前記円筒型容器の内部に送入し、他端側から通過空気を外部に排出することでペレットを乾燥収縮させる乾燥工程を有し、ペレットの平均直径をＤ（ｍｍ）で、含水比を実数値で表して、前記乾燥工程によって乾燥する際の乾燥条件を、初期含水比ｗ０と乾燥途中の含水比ｗ１に至る乾燥時間ｔ（Ｈｒ）の値からｖ＝（ｗ０−ｗ１）／ｔで算出した値を含水比低下速度ｖ（１／Ｈｒ）とした場合に、ペレットの含水比が湿潤状態から０．１０に至るまでの平均的な乾燥速度条件ｖ・Ｄ３が８０以下となるような乾燥速度条件にするので、ペレットの粒径の大小に応じて、乾燥速度を変えることによって、適度な乾燥速度条件で乾燥収縮を進めることができるという効果を奏する。このため、小粒径ペレットの場合にはいたずらに乾燥収縮プロセスに長時間を要することがなくなる。また、大粒径ペレットの場合には、乾燥速度を過度に大きくすることがなくなるため、乾燥収縮による密度上昇不足となる事態や表面部のひび割れやペレットの割れ破損を防止することができるという効果を奏する。
【００４６】
また、本発明に係る他のベントナイト成形体の製造方法によれば、ベントナイト粉体に水を添加して混練し、これを略球状に丸めた湿潤ペレットを乾燥収縮させて高密度の略球状のベントナイト成形体を製造する方法であって、水平に配置した円筒型容器を軸周りに回転することで内部に装てんされた乾燥対象のペレットを回転混合させながら、前記円筒型容器の軸方向の一端側から相対湿度の小さい乾燥空気を前記円筒型容器の内部に送入し、他端側から通過空気を外部に排出することでペレットを乾燥収縮させる乾燥工程を有し、前記乾燥工程によって乾燥する際の乾燥速度を湿潤状態から含水比０．１０に至るまでの平均的な含水比低下速度ｖ（１／Ｈｒ）で表した場合に、ペレットの粒径が５ｍｍ級の場合には含水比低下速度ｖを０．６４（１／Ｈｒ）以下、ペレットの粒径が１０ｍｍ級の場合には含水比低下速度ｖを０．０８（１／Ｈｒ）以下、ペレットの粒径が２０ｍｍ級の場合には含水比低下速度ｖを０．０１（１／Ｈｒ）以下、ペレットの粒径が３０ｍｍ級の場合には含水比低下速度ｖを０．００３（１／Ｈｒ）以下となるような乾燥速度条件にするので、ペレットの粒径の大小に応じて、乾燥速度を変えることによって、小粒径ペレットの場合には、短時間で乾燥収縮プロセスを実施することができるという効果を奏する。また、大粒径ペレットの場合には、乾燥速度を過度に大きくすることがなくなるために、乾燥収縮による密度上昇不足となる事態や表面部のひび割れやペレットの割れ破損を防止することができるという効果を奏する。
【００４７】
また、本発明に係る他のベントナイト成形体の製造方法は、上述した発明において、ペレットの含水比が０．１０〜０．１５よりも小さくなった時点で、高温またはおよび多量の空気を送風することで前記乾燥工程による乾燥を高速化するので、乾燥時間をさらに短縮できるという効果を奏する。
【００４８】
また、本発明に係る乾燥装置によれば、上述したベントナイト成形体の製造方法の前記乾燥工程において用いられる乾燥装置であって、単数または複数の前記円筒型容器と、前記円筒型容器の軸方向の一端側に設けた開口部に着脱可能に装着され、乾燥空気を前記円筒型容器の内部に送入するための送気管と、前記円筒型容器の軸方向の他端側に設けた開口部に着脱可能に装着され、前記円筒型容器の内部の空気を外部に排出するための排気管と、前記開口部と、前記送気管および前記排気管とを切り離した状態において、乾燥途中のペレットが装てんされた前記円筒型容器の重量を測定可能な機構とを備えるので、特許文献６の装置に比べて円筒型容器をより大きくすることが可能となり、ペレットの乾燥能力を大きくすることができるという効果を奏する。
さらに、ねらった含水比に近づいた時点でこまめに重量変化を観測することで、ねらった含水比に至る時期を把握できるので、所定の含水状態のペレットを製造できるという効果を奏する。
【００４９】
また、本発明に係る他の乾燥装置によれば、随時あるいは所定の時間間隔で、前記円筒型容器の内部の気流方向を逆転させる機構をさらに備え、前記円筒型容器の軸方向の位置に対するペレットの乾燥ムラを解消するようにしたので、円筒型容器の内部に装てんされたペレットの全体を均一に乾燥できるとともに、目標とする含水比（例えば５％〜１０％）までの乾燥に要する時間を短縮することができるという効果を奏する。
【００５０】
また、本発明に係る乾燥方法によれば、上述したベントナイト成形体の製造方法の前記乾燥工程において用いられる乾燥方法であって、単数または複数の前記円筒型容器と、前記円筒型容器の軸方向の一端側に設けた開口部に着脱可能に装着され、乾燥空気を前記円筒型容器の内部に送入するための送気管と、前記円筒型容器の軸方向の他端側に設けた開口部に着脱可能に装着され、前記円筒型容器の内部の空気を外部に排出するための排気管とを備える乾燥装置を用いて前記乾燥工程を実施する場合に、前記開口部と、前記送気管および前記排気管とを切り離した状態において、乾燥途中のペレットが装てんされた前記円筒型容器の重量を測定するので、円筒型容器をより大きくすることが可能となり、ペレットの乾燥能力を大きくすることができるという効果を奏する。
【００５１】
また、本発明に係る他の乾燥方法によれば、随時あるいは所定の時間間隔で、前記円筒型容器の内部の気流方向を逆転させることで、前記円筒型容器の軸方向の位置に対するペレットの乾燥ムラを解消するようにしたので、円筒型容器の内部に装てんされたペレットの全体を均一に乾燥できるとともに、目標とする含水比（例えば５％〜１０％）までの乾燥に要する時間を短縮することができるという効果を奏する。
【００５２】
また、本発明に係る他の乾燥方法によれば、造粒加工した湿潤ペレットを前記円筒型容器に装てんした後、前記乾燥工程の乾燥速度条件よりも乾燥しにくい所定の乾燥条件の下で前記円筒型容器を軸周りに所定の回数以上回転することによって湿潤ペレットの外表面を平滑化処理してから、前記乾燥工程を実施するので、乾燥開始する前に、湿潤状態のペレットを回転混合することによって、各々のペレットが適度な圧力を受けながら回転しつつ移動し、他のペレットと接触するので、ペレットの外表面の凹凸は次第に滑らかになり、乾燥後のペレットをより真球に近い形状に成形することができる。このため、充てんしやすく、かつ、充てんを密実化しやすいペレットを得ることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】図１は、乾燥途上におけるベントナイト・ペレットの内部の水分分布イメージの図である。
【図２】図２は、湿潤ペレットの含水比と粒径比率の関係を示す図である。
【図３】図３は、乾燥速度条件ｖ・Ｄと最終乾燥密度の関係を示す図である。
【図４】図４は、乾燥速度条件ｖ・Ｄ２と最終乾燥密度の関係を示す図である。
【図５】図５は、乾燥速度条件ｖ・Ｄ３と最終乾燥密度の関係を示す図である。
【図６】図６は、乾燥速度条件ｖ・Ｄ３と最終乾燥密度の関係グラフに乾燥速度条件のしきい値と乾燥密度１．９５Ｍｇ／ｍ３の線を追加した図である。
【図７−１】図７−１は、本発明に係る乾燥装置の実施の形態を示す斜視図である。
【図７−２】図７−２は、円筒型容器を回転させる機構を説明する断面図である。
【図７−３】図７−３は、円筒型容器からペレットを排出する場合の図である。
【図８−１】図８−１は、本発明に係る乾燥装置の実施の形態を示す平面断面図である。
【図８−２】図８−２は、円筒型容器の開口部と送気管とが接合している状態の図である。
【図８−３】図８−３は、円筒型容器の開口部と送気管とが切り離されている状態の図である。
【図９−１】図９−１は、円筒型容器の縦断面図である。
【図９−２】図９−２は、回転中の円筒型容器の横断面図である。
【図９−３】図９−３は、重量測定中の円筒型容器の横断面図である。
【図１０−１】図１０−１は、乾燥開始時のペレットの湿潤状態を説明する図である。
【図１０−２】図１０−２は、乾燥途上におけるペレットの湿潤状態を説明する図である。
【図１０−３】図１０−３は、乾燥後半におけるペレットの湿潤状態を説明する図である。
【図１１−１】図１１−１は、送風方向を正逆切り替えする機構の説明図であり、送風方向が正方向の場合の図である。
【図１１−２】図１１−２は、送風方向を正逆切り替えする機構の説明図であり、送風方向が逆方向の場合の図である。
【図１２】図１２は、本発明の乾燥工程における制御フローチャートの一例を示す図である。
【図１３−１】図１３−１は、造粒直後の湿潤ペレットの外観の一例を示す写真図である。
【図１３−２】図１３−２は、平滑化処理を施した直後の湿潤ペレットの外観の一例を示す写真図である。
【図１４】図１４は、円筒型容器が回転する際のペレットの動きのイメージを示す断面図である。
【図１５】図１５は、廃棄物埋設処分施設の一例を示す図である。
【図１６】図１６は、主要坑道および処分坑道の一例を示す図である。
【図１７】図１７は、処分孔に対する埋め戻し状況の一例であり、（ａ）は埋め戻し前、（ｂ）は埋め戻し後の図である。
【図１８】図１８は、処分坑に対する埋め戻し状況の一例であり、（ａ）は埋め戻し前、（ｂ）は埋め戻し後の図である。
【図１９】図１９は、従来の乾燥速度と最終的な乾燥密度との関係を示す図である。
【図２０】図２０は、従来の乾燥工程による含水比の変化の状況を示す図である。
【図２１】図２１は、充てんされたベントナイトの密度（乾燥密度換算値）と吸水後の透水係数の関係を示す図である。
【図２２】図２２は、ベントナイト・ペレットの充てん密度の測定例であり、１ｍｍ級ペレット混合率とかさ密度の関係を示す図である。
【図２３】図２３は、ベントナイト材料の乾燥の進展に伴うメカニズムを説明する図である。
【図２４】図２４は、粒径約０．３ｍｍのペレットを異なる乾燥条件で乾燥した場合の含水比の経時変化を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００５４】
以下に、本発明に係るベントナイト成形体の製造方法、乾燥装置および乾燥方法の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００５５】
［ベントナイト成形体の製造方法］
はじめに、本発明に係るベントナイト成形体の製造方法の実施の形態（実施の形態１および２）について説明する。
【００５６】
（実施の形態１）
まず、本発明の実施の形態１について説明する。
本実施の形態１に係るベントナイト成形体の製造方法は、ベントナイト粉体に水を添加して混練し、これを略球状に丸めた湿潤ペレットを乾燥収縮させて高密度の略球状のベントナイト成形体を製造する方法であって、水平に配置した円筒型容器を軸周りに回転することで内部に装てんされた乾燥対象のペレットを回転混合させながら、円筒型容器の軸方向の一端側から相対湿度の小さい乾燥空気を円筒型容器の内部に送入し、他端側から通過空気を外部に排出することでペレットを乾燥収縮させる乾燥工程を有し、ペレットの平均直径をＤ（ｍｍ）で、含水比を実数値で表して、乾燥工程によって乾燥する際の乾燥条件を、初期含水比ｗ０と乾燥途中の含水比ｗ１に至る乾燥時間ｔ（Ｈｒ）の値からｖ＝（ｗ０−ｗ１）／ｔで算出した値を含水比低下速度ｖ（１／Ｈｒ）とした場合に、ペレットの含水比が湿潤状態から０．１０に至るまでの平均的な乾燥速度条件ｖ・Ｄ３が８０以下となるような乾燥速度条件にするものである。ここで、乾燥工程に用いる円筒型容器としては、例えば上記の特許文献６に記載の円筒型乾燥容器（乾燥セル）や、後述する実施の形態３の円筒型容器（図７−１等を参照）を用いることができる。
以下、本実施の形態１の製造方法を発明するに至った経緯を説明する。
【００５７】
上記の従来の特許文献６では、乾燥収縮によってペレット密度を増加させる際の乾燥速度条件として、図１９に示すような乾燥速度のしきい値が認められたが、これは粒径が同じ２０ｍｍ級ペレットに関する乾燥収縮特性から推定したしきい値であった。図１９のみからでは径が異なるペレットの乾燥データからペレット径の影響を考慮せずに乾燥速度の最適値（あるいは上限値）を見極めることはできない。そこで、ペレット径Ｄの影響を考慮したプロットを試みた。
【００５８】
１−１）ペレット内部の水分分布のイメージ
図１はペレットの乾燥プロセス途上におけるペレット内部の水分分布の変化を概念的に推測したイメージ図である。ペレットの外表面から次第に乾燥が進み、それに伴って内部の乾燥も徐々に進展していく。ペレット内部の水分は拡散現象で移動するものと考えられる。ペレットの乾燥収縮を効果的に進めるためには、ペレット内部の水分分布が比較的均質となるように徐々に乾燥することが望ましい。
【００５９】
ペレット内部の水分分布が比較的均質となるように徐々に乾燥しない場合には、中核部は外殻部に比べて乾燥に伴う体積縮小が進んでいないまま、外殻部が先に縮小するので、外殻部は十分には縮小できず、ひび割れや割れ破損が発生するため、ペレットの密度上昇は阻害される。
【００６０】
したがって、乾燥速度はペレット粒径に応じて異なる速度条件となり、ペレット粒径が大きくなるにつれて乾燥速度を遅くする必要がある。すなわち、ペレットの直径と乾燥速度の両方を考慮した指標を目安として乾燥することが望ましい。
【００６１】
１−２）ペレットの乾燥収縮現象における含水比とペレット密度の関係（含水比／粒径収縮勾配）
乾燥することによって湿潤ペレットの密度が上昇することを利用したペレット（高密度の球状ベントナイト成形体）の製造方法は、乾燥に伴う収縮現象を利用している。そこで、乾燥工程の進展に伴うペレットの粒径の変化を測定してみた。
【００６２】
ベントナイト粉体に水を添加して混練し、これを略球状に丸めるためには、ベントナイトに加水してある程度の湿潤状態にしておく必要がある。土質工学では塑性限界という試験値でその湿潤程度を求めており、ベントナイトの塑性限界は含水比２３％程度であることが知られている。したがって、高含水比の湿潤ペレットを乾燥させる工程が必要であり、この工程でペレットは体積縮小して硬質化し、かつ、密度が上昇する。
【００６３】
粉体のベントナイトに水を加えて含水比２５％〜２３％となるように混ぜ合わせるとともに、押し出し造粒工程でディスクダイ（押し出し造粒機）を用いて湿潤状態の円柱状のベントナイト成形体を成形し、さらに円柱状（ひも状）のベントナイト成形体を転動造粒工程で球形に成形した平均粒径５ｍｍ、９ｍｍ、２７ｍｍの３種類の湿潤ペレットを、室内（温度２０℃〜３０℃、湿度６０％〜７５％）で無風状態において乾燥させて高密度のペレットを試作した。なお、室内無風状態では含水比１０％よりも小さい含水比に乾燥しにくいため、デシケータ（シリカゲルによる乾燥密閉容器）に静置して乾燥させた。また、デシケータ内で含水比５％以下への乾燥はしにくいので、その後は８０℃の無風乾燥および１１０℃の無風乾燥を実施した。
【００６４】
このときに、随時ペレットを取り出して粒径を測定した結果を図２に示す。粒径は１５個〜９４個のペレットを直線上に並べたときの延長から測定し、初期値を１．００としたときの比率で示してある。以下、このグラフの勾配を「含水比／粒径収縮勾配」と称する。
【００６５】
図２から、乾燥プロセスの前半、すなわち、湿潤ペレットの含水比（２５％〜２３％）から乾燥を開始して含水比１５％〜１０％に至る乾燥プロセスでは、含水比／粒径収縮勾配は大きく、それ以降の乾燥プロセスの後半では含水比／粒径収縮勾配は小さいことがわかる。乾燥収縮による密度上昇効果は乾燥プロセスの前半、すなわち乾燥を開始して含水比１５％〜１０％に至る乾燥プロセスにおける乾燥速度を適度に遅く保つことが効果的であることが推測された。そこで、以下の指標値としては乾燥プロセスの前半における乾燥速度に着目した。
【００６６】
１−３）ペレットの乾燥速度と粒径を考慮した指標と最終乾燥密度の関係
図１のような乾燥に伴う水分分布の変化を前提とすると、ペレット内部の水分分布を比較的均質となるように徐々に乾燥させることが必要であり、乾燥収縮によるペレット密度上昇を考慮した乾燥速度の最適値（あるいは上限値）を見極める目的では、ペレット径Ｄの１次式、２次式、３次式を使った正規化について検討する必要がある。そこで、３種類の湿潤ペレットを使って、乾燥プロセスの前半（湿潤ペレットの含水比２５％〜２３％から乾燥を開始して含水比１５％〜１０％に至る乾燥プロセス）における乾燥速度条件を数ケース変えて乾燥収縮実験を実施した。その結果を示したものが表１である。表１に示した乾燥速度ｖ（１／Ｈｒ）は初期含水比ｗ０と乾燥途中の含水比ｗ１に至る乾燥時間ｔ（Ｈｒ）の値からｖ＝（ｗ０−ｗ１）／ｔで算出した値である。上記の特許文献６では乾燥速度として含水比を百分率で表示した場合の指標であったが、本発明では含水比を％の単位ではなく実数値で表示して計算した。
【００６７】
【表１】
2016083871.tif 000003
【００６８】
表１では乾燥速度ｖとペレット径Ｄを使って指標となる値を試行錯誤的に計算して示した。この指標値と最終乾燥密度との関係をプロットしたグラフが図３〜図５である。
【００６９】
その結果、図５の乾燥速度条件ｖ・Ｄ３と最終乾燥密度の関係プロットにもっとも相関関係が認められる。同図を図６に示すようにしきい値を示して整理すると、ペレットの乾燥収縮に伴う最終密度を１．９５Ｍｇ／ｍ３以上にするためには、速度ｖ（１／Ｈｒ）をペレット径Ｄ（ｍｍ）に応じて、次の数式（１）を満足するような条件にする必要があることがわかった。
【００７０】
【数１】
2016083871.tif 000004
【００７１】
ここで、乾燥速度ｖは初期含水比ｗ０と乾燥途中の含水比ｗ１に至る乾燥時間ｔ（Ｈｒ）の値からｖ＝（ｗ０−ｗ１）／ｔで計算される値である。また、含水比ｗ０、ｗ１は％ではなく実数値である。
【００７２】
本実施の形態によれば、上記の数式（１）を使って、ペレットの粒径の大小に応じて、乾燥速度を変えることによって、適度な乾燥速度条件で乾燥収縮を進めることができるため、小粒径ペレットの場合にはいたずらに乾燥収縮プロセスに長時間を要することがなくなる。また、大粒径ペレットの場合には、乾燥速度を過度に大きくすることがなくなるため、乾燥収縮による密度上昇不足となる事態やペレットの表面部のひび割れや割れ破損を防止することができる。
【００７３】
（実施の形態２）
次に、本発明の実施の形態２について説明する。
本実施の形態２に係るベントナイト成形体の製造方法は、ベントナイト粉体に水を添加して混練し、これを略球状に丸めた湿潤ペレットを乾燥収縮させて高密度の略球状のベントナイト成形体を製造する方法であって、水平に配置した円筒型容器を軸周りに回転することで内部に装てんされた乾燥対象のペレットを回転混合させながら、円筒型容器の軸方向の一端側から相対湿度の小さい乾燥空気を円筒型容器の内部に送入し、他端側から通過空気を外部に排出することでペレットを乾燥収縮させる乾燥工程を有し、乾燥工程によって乾燥する際の乾燥速度を湿潤状態から含水比０．１０に至るまでの平均的な含水比低下速度ｖ（１／Ｈｒ）で表した場合に、ペレットの粒径が５ｍｍ級の場合には含水比低下速度ｖを０．６４（１／Ｈｒ）以下、ペレットの粒径が１０ｍｍ級の場合には含水比低下速度ｖを０．０８（１／Ｈｒ）以下、ペレットの粒径が２０ｍｍ級の場合には含水比低下速度ｖを０．０１（１／Ｈｒ）以下、ペレットの粒径が３０ｍｍ級の場合には含水比低下速度ｖを０．００３（１／Ｈｒ）以下となるような乾燥速度条件にするものである。ここで、乾燥工程に用いる円筒型容器としては、例えば上記の特許文献６に記載の円筒型乾燥容器（乾燥セル）や、後述する実施の形態３の円筒型容器（図７−１等を参照）を用いることができる。
【００７４】
上記の実施の形態１の数式（１）から算出すると、粒径に応じて例えば、表２のような乾燥速度条件が望ましい。
【００７５】
【表２】
2016083871.tif 000005
【００７６】
なお、表２には、乾燥速度条件に加えて、含水比２３％の湿潤ペレットを含水比１０％まで乾燥する場合の所要乾燥時間を示した。ペレット粒径が小さい場合には乾燥速度を大きく（所要乾燥時間を短く）しても乾燥収縮を効果的にすることが可能であり、逆に粒径が３０ｍｍのペレットではより小さい乾燥速度（所要乾燥時間を長くする）で乾燥収縮することが望ましいことがわかった。
【００７７】
本実施の形態によれば、ペレットの粒径の大小に応じて、乾燥速度を変えることによって、小粒径ペレットの場合には、短時間で乾燥収縮プロセスを実施することができる。また、大粒径ペレットの場合には、乾燥速度を過度に大きくすることがなくなるために、乾燥収縮による密度上昇不足となる事態やペレットの割れ破損を防止することができる。
【００７８】
［乾燥装置および乾燥方法］
次に、本発明に係る乾燥装置および乾燥方法の実施の形態（実施の形態３〜５）について説明する。
【００７９】
（実施の形態３）
まず、本発明の実施の形態３について説明する。
【００８０】
上記の実施の形態１または２に示すようなペレットの粒径に応じた乾燥速度でゆっくり乾燥させることで、ペレットの密度を上昇させることができるが、そのような乾燥プロセスを実現するための乾燥装置にも工夫が必要である。以下で説明する実施の形態３は、この工夫を施した乾燥装置および乾燥方法についてのものである。
【００８１】
図７−１は、本実施の形態３の乾燥装置の全体の概要を一例として示したものである。この図に示すように、本実施の形態３に係る乾燥装置１０は、上記の実施の形態１または２のベントナイト成形体の製造方法の乾燥工程において用いられる乾燥装置であって、湿潤状態のペレット造粒品が装てんされた４つの円筒型容器１２と、熱風送風機１４と、送気管１６と、排気管１８とを備える。なお、図の例では４つの円筒型容器１２を備える乾燥装置１０の場合について示しているが、本発明はこれに限るものではなく、１つの円筒型容器１２からなる構成でもよいし、２つ、３つまたは５つ以上の円筒型容器１２を備える構成としても構わない。
【００８２】
４つの円筒型容器１２は、水平な軸方向が互いに平行となるように互いの両端を揃えて水平面内に並設されている。各円筒型容器１２は、長尺円筒状の中央部１２ａと、この中央部１２ａから軸方向に離れるに従い縮径する両端部１２ｂとからなり、両端部１２ｂの外側端部には直管が設けられ、直管の端面には開口部２０が設けられる。この開口部２０は、ペレットを装てんする投入口としても利用される。円筒型容器１２に装てんされたペレットの量を適量にすることによって、容器を回転中にペレットが両端部１２ｂの開口部２０からこぼれることはない。
【００８３】
本実施の形態では、４つの円筒型容器１２の開口部２０間を連通管２２を介して直列に接続することで各円筒型容器１２を連通した状態にしている。ここで、最前列に配置した円筒型容器１２Ａの左側（一端側）の開口部２０に対して送気管１６を着脱可能に連結し、この送気管１６を通じて熱風送風機１４からの乾燥空気を最前列の円筒型容器１２Ａの内部に送入するようにしている。また、最後列に配置した円筒型容器１２Ｄの左側（他端側）の開口部２０に対して排気管１８を着脱可能に連結し、この排気管１８を通じて最後列の円筒型容器１２Ｄの内部の空気を外部に排出するようにしている。
【００８４】
また、最前列の円筒型容器１２Ａの右側（他端側）の開口部２０と、これと隣り合う円筒型容器１２Ｂの右側（他端側）の開口部２０とは、Ｕ字状の連通管２２Ａで着脱可能に連結している。この連通管２２Ａは、最前列の円筒型容器１２Ａからの排気管としての機能と、その隣りの円筒型容器１２Ｂへの送気管としての機能を兼ねている。
【００８５】
また、前から２列目の円筒型容器１２Ｂの左側（一端側）の開口部２０と、これと隣り合う３列目の円筒型容器１２Ｃの左側（一端側）の開口部２０とは、Ｕ字状の連通管２２Ｂで着脱可能に連結している。この連通管２２Ｂは、２列目の円筒型容器１２Ｂからの排気管としての機能と、３列目の円筒型容器１２Ｃへの送気管としての機能を兼ねている。
【００８６】
また、前から３列目の円筒型容器１２Ｃの右側（他端側）の開口部２０と、これと隣り合う最後列の円筒型容器１２Ｄの右側（他端側）の開口部２０とは、Ｕ字状の連通管２２Ｃで着脱可能に連結している。この連通管２２Ｃは、３列目の円筒型容器１２Ｃからの排気管としての機能と、最後列の円筒型容器１２Ｄへの送気管としての機能を兼ねている。
【００８７】
送気管１６、排気管１８、熱風送風機１４および左側の連通管２２Ｂで１つのユニットを構成しており、これらは熱風送風機ユニット架台２４に据え付けられている。熱風送風機ユニット架台２４は、その下部の四隅に車輪２４ａを有しており、床上を走行移動可能である。ここで、熱風送風機１４からの配管２６はＴ字状に分岐して、分岐管の一方は送気管１６に、他方は排気管１８にそれぞれ図示しない開閉弁を介して接続している。乾燥運転中は、送気管１６側の開閉弁を開状態にするとともに、排気管１８側の開閉弁を閉状態にして、熱風送風機１４からの乾燥空気を送気管１６側へ送風するようにする。
【００８８】
また、各円筒型容器１２の右側の２つの連通管２２Ａ、２２Ｃで１つのユニットを構成しており、これらは連通管ユニット架台２８に据え付けられている。連通管ユニット架台２８は、その下部の四隅に車輪２８ａを有しており、床上を走行移動可能である。
【００８９】
また、４つの円筒型容器１２は、床に置かれた架台３０の上に、回転支持輪３２および回転駆動輪３４（図７−２を参照）を介して設置される。回転支持輪３２および回転駆動輪３４は、側面視で各円筒型容器１２の中央部１２ａの軸方向の両端側に配置され、このうち回転支持輪３２は、軸方向視で円筒型容器１２Ａ、１２Ｃの前側の斜め下方と、円筒型容器１２Ｂ、１２Ｄの後側の斜め下方に配置される。回転駆動輪３４は、軸方向視で円筒型容器１２Ａ、１２Ｂの間の下方と、円筒型容器１２Ｃ、１２Ｄの間の下方に配置される。回転支持輪３２および回転駆動輪３４は、それぞれ架台３０に回転自在に固定されており、このうち回転駆動輪３４は、図示しないモータ等からの駆動力を受けて回転するようになっている。
【００９０】
図７−２は、円筒型容器１２と回転支持輪３２および回転駆動輪３４の位置関係を示した断面図である。この図に示すように、円筒型容器１２の各々が回転支持輪３２および回転駆動輪３４によって支持されており、回転駆動輪３４の回転に応じて、円筒型容器１２は円筒の軸周りに一定速度（例えば１０ｒｐｍ）で回転する。
【００９１】
また、図７−１に示すように、架台３０には、円筒型容器１２の重量を測定可能な機構としての容器重量測定用の昇降ジャッキ３６と重量センサ３８とが設けられている。この昇降ジャッキ３６および重量センサ３８は、円筒型容器１２の開口部２０と、連通管２２、送気管１６、排気管１８とをそれぞれ切り離した状態において、乾燥途中のペレットが装てんされた円筒型容器１２の重量を測定可能である。また、図７−３に示すように、円筒型容器１２を水平に対して傾けることによって（例えば傾斜角度３０°）、内部に装てんされていたペレットを外部に排出することもできる。
【００９２】
上記の乾燥装置１０において、円筒型容器１２が回転することによって、内部に装てんされているペレットが回転混合されるとともに、ペレット群の上面は常に空気に触れているため、次第に水分が蒸発して、ペレットの含水比は次第に小さくなる。また、後述の図１０に示すように、熱風送風機１４から送気管１６を経由した高温乾燥空気が円筒型容器１２の一方の開口部２０から入り、もう一方の開口部２０から湿潤空気が排出される。円筒型容器１２の回転と高温乾燥空気の通風を継続することによって、内部に装てんされたペレットを乾燥することができる。
【００９３】
ここで、円筒型容器１２に高温乾燥空気を流入させる開口部２０および湿潤空気を流出させる開口部２０は円筒型容器１２の回転を抑制することがない。また、これらの開口部２０には、随時簡単な操作によって送気管１６、排気管１８、連通管２２との連結状態を切り離せる機構が設けてある。
【００９４】
例えば、図８−１は、４つの円筒型容器１２を有する乾燥装置１０における送気管１６、排気管１８、連通管２２との連結状況を示した平面図である。図８−２は、図８−１のＡ部分拡大図である。図８−２に示すように、円筒型容器１２の開口部２０と送気管１６（または排気管１８もしくは連通管２２）との接合面に摩擦抵抗の小さいパッキン部材４０（例えば、送気管の内径相当の穴が開口しているテフロン製の板（テフロンは登録商標））を設けておけば、送気管１６を開口部２０に圧着した場合には空気漏れのない送風経路が確保され、摩擦抵抗が小さいので接合面が円筒型容器１２の回転を妨げることはない。
【００９５】
また、図８−３に示すように、送気管１６の圧着を解除すれば円筒型容器１２と送風管１６は分離される。より確実に円筒型容器１２と送気管１６が分離するように、図８−１に示すような水平移動機構を有するジャッキ４２を設けてもよい。この場合、左側の２つのジャッキ４２で熱風送風機ユニット架台２４を左右方向に水平移動させることで、左側の４つの開口部２０と送気管１６、排気管１８、連通管２２Ｂとの圧着と分離を操作することができる。また、右側の２つのジャッキ４２で連通管ユニット架台２８を左右方向に水平移動させることで、右側の４つの開口部２０と連通管２２Ａ、２２Ｃとの圧着と分離を操作することができる。
【００９６】
図８−３に示すように、円筒型容器１２と送気管１６が分離すれば、円筒型容器１２は図９−２に示すように回転支持輪３２と回転駆動輪３４によって下から支持された状態となり、上方向への移動を妨げる障害物がない状態となる。
【００９７】
図９−１に示すように、円筒型容器１２の下には図示しない回転支持輪３２および回転駆動輪３４とは別の支持機構が設けられている。当該支持機構は、上記の重量センサ３８と、この上に設けられた昇降ジャッキ３６とで構成される。図９−２の状態では、円筒型容器１２は回転支持輪３２と回転駆動輪３４によって下から支持された状態であるが、図９−３のように昇降ジャッキ３６を上昇させることによって、円筒型容器１２は上方に持ち上げられて、回転支持輪３２と回転駆動輪３４から分離される。
【００９８】
円筒型容器１２を回転支持輪３２および回転駆動輪３４から上方に持ち上げて分離する操作によって、円筒型容器１２の重量は重量センサ３８にのみ作用するので、この時点で円筒型容器１２および内部に装てんされているペレットの合計重量を測定することができる。
【００９９】
乾燥工程の開始前に円筒型容器１２の重量を測定しておくこと、および、ペレットの装てん直後に円筒型容器１２および内部に装てんされているペレットの合計重量を測定しておくこと、を実施しておけば、乾燥途上において随時または一定時間間隔ごとにペレットの重量変化を測定することができるので、簡単な四則演算により上記の実施の形態１または２の乾燥条件を満たしていることを確認できる。
【０１００】
この結果、乾燥途上においてペレットの重量変化が大きすぎると判断した場合には、熱風送風機１４を調節して乾燥空気の温度を下げること、および／あるいは、送風量を減少させることで、最適な乾燥速度を維持することができる。ペレットの重量変化が小さすぎると判断した場合も、高温乾燥空気の温度および／あるいは送風量を調整することで、最適な乾燥速度を維持することができる。
【０１０１】
上記のように乾燥途上において随時ペレットの重量変化を測定する方法は、上記の特許文献６においても記述されているが、特許文献６に記載の発明では人力による計量方法を前提としており、大型装置となった場合の具体的な計量方法が提示されていなかった。
【０１０２】
これに対し、本実施の形態に係る乾燥装置１０では、乾燥工程の際に、円筒型容器１２の開口部２０と、送気管１６および排気管１８（または連通管２２）とを切り離した状態において、乾燥途中のペレットが装てんされた円筒型容器１２の重量を測定する機構を有することを特徴の一つとしている。このような機構を採用することにより、円筒型容器１２をより大きくすることが可能となり、ペレットの乾燥能力を大きくすることができる。また、一連の操作は機械の駆動操作となるので、後述のように一連の計量および温度や送風量の調整を自動化することが可能となる。
【０１０３】
また、本実施の形態に係る乾燥方法は、乾燥装置１０を用いて乾燥工程を実施する場合に、開口部１２と、送気管１６および排気管１８（または連通管２２）とを切り離した状態において、乾燥途中のペレットが装てんされた円筒型容器１２の重量を測定することを特徴の一つとしている。本実施の形態の乾燥方法によれば、上記の乾燥装置１０と同様に、円筒型容器１２をより大きくすることが可能となり、ペレットの乾燥能力を大きくすることができる。また、一連の操作は機械の駆動操作となるので、後述のように一連の計量および温度や送風量の調整を自動化することが可能となる。
【０１０４】
（実施の形態４）
次に、本発明の実施の形態４について説明する。
上記の実施の形態３の円筒型容器１２を使って湿潤ペレットを乾燥する装置では、図１０−１〜図１０−３に示すように容器の長手方向（円筒軸方向）に空気が流れていく。円筒型容器１２の回転に応じて、内部に装てんされているペレットは傾斜面を転がり落ちながら移動し、適度に回転混合されるので、乾燥空気に接触して水分を徐々に放出しつつ、均質に乾燥していく。しかし、送風方向の上流・中流・下流では接触する空気の湿度が下流に行くほど高くなるため、乾燥程度に違いが生じることが懸念される。すなわち、図１０−１に示すように、乾燥の初期段階ではペレット群の全域が湿潤状態であったものが、ペレットの乾燥が進むにつれて図１０−２、図１０−３のように上流側が早く乾燥し、下流側は遅く乾燥する。十分な時間をかけて乾燥すれば、やがてはペレットの全域が乾燥するが、乾燥時間を長くする必要がある。上流・中流・下流での乾燥程度のムラを解消すれば、乾燥に要する時間を短縮することができる。特に、含水比０％まで乾燥するのではなく、含水比５％〜１０％を目標にする場合には、上流・中流・下流での含水比のムラを解消することが必要となる。
【０１０５】
図１１−１、図１１−２は、上記課題を解決するための具体例である。図１１−１に示すように、熱風送風機１４は送気管１６につながっており、４つの円筒型容器１２を一筆書きのように流れて水分を多く含んだ空気となって排気される。ここで、熱風送風機１４に連結する配管２６は直近で２方向に分岐しており、一方の先端は開閉弁４４Ａを介して送気管１６につながり、他方の先端は外気に通じる排気管１８に開閉弁４４Ｂを介してつながっている。送気管１６の開口部２０と接続されない側の端部には開閉弁４４Ｃが設けられている。また、排気管１８の開口部２０と接続されない側の端部には開閉弁４４Ｄが設けられている。開閉弁４４Ａ〜４４Ｄは、円筒型容器１２の内部の気流方向を逆転させる機構として機能する。
【０１０６】
図１１−１は、送風方向が正方向の空気の流れを、図１１−２は、逆方向の空気の流れを図示している。このような流れの切り替えは４個配置されている開閉弁４４Ａ〜４４Ｄの開閉操作によって操作できる。開閉弁４４Ａ〜４４Ｄは電磁的に開閉操作が可能であるので、電気信号による自動操作も可能である。なお、図１１−１に示される正方向の空気の流れを作るには、開閉弁４４Ａ、４４Ｄを開状態に、開閉弁４４Ｂ、４４Ｃを閉状態にすればよい。一方、図１１−２に示される逆方向の空気の流れを作るには、開閉弁４４Ａ、４４Ｄを閉状態に、開閉弁４４Ｂ、４４Ｃを開状態にすればよい。
【０１０７】
なお、図１１−１、図１１−２に示すような開閉弁による流向の切り替えの代わりに、熱風送風機を２台使って、これを円筒型容器１２の最上流側と最下流側の両方に配置し、交互運転する方法でも流向の切り替えを実現できる。
【０１０８】
本実施の形態によれば、随時あるいは所定の時間間隔で、円筒型容器１２の内部の気流方向を逆転させる機構をさらに備え、円筒型容器１２の軸方向の位置に対するペレットの乾燥ムラ、すなわち上流・中流・下流での乾燥程度のムラ（図１０−１〜図１０−３を参照）を解消できるので、円筒型容器１２の内部に装てんされたペレットの全体を均一に乾燥できるとともに、目標とする含水比（例えば５％〜１０％）までの乾燥に要する時間を短縮することができる。
【０１０９】
また、開閉弁の開閉操作によって、もしくは２台配置した熱風送風機の交互運転によって、気流方向の切り替えをすることができる。また、気流方向を逆転させる機構として開閉弁を用いる場合には電磁的な開閉操作が可能であり、２台の熱風送風機の交互運転を用いる場合には、電気信号による自動運転が可能であるから、人手によらずして、気流方向を自動的に逆転させる自動運転による２４時間連続の無人乾燥作業が可能となる。
【０１１０】
ここで、本実施の形態４の開閉弁による気流方向の切り替え機構に加え、上記の実施の形態３に記載の昇降ジャッキ３６および重量センサ３８による重量測定機構を有する乾燥装置としてもよい。このような乾燥装置の外観の例は、図７−１に示したとおりである。
【０１１１】
この場合の乾燥工程における一連の操作の一例をフローチャートで示したものを図１２に示す。
【０１１２】
図１２に示すように、まず、自動化制御情報（例えば後述する時間間隔Ｔｃ、Ｔｍ、Ｔｅ等）を入力し（ステップＳ１）、重量の初期値の計測を行う（ステップＳ２）。具体的には、円筒型容器１２の重量と、ペレットの装てん直後の円筒型容器１２の重量と、内部に装てんされているペレットの合計重量の計測を行う。次に、あらかじめ設定した時間間隔Ｔｃごとに熱風の気流方向を切り替える（ステップＳ３）。
【０１１３】
また、あらかじめ設定した時間間隔Ｔｍごとに、円筒型容器１２の重量測定の操作（ステップＳ４）、このときの温度およびペレットの重量の計測（ステップＳ５）、乾燥速度の計算（ステップＳ６）を行い、乾燥速度の適否の判定を行う（ステップＳ７）。この判定基準としては、上記の実施の形態１または２で説明した乾燥速度条件を用いることができる。ステップＳ７で乾燥速度が不適であると判定した場合には、熱風送風機１４からの乾燥空気の流入温度等の制御を行い（ステップＳ８）、経過時間ΣＴｍと終了時間Ｔｅの大小の判定を行う（ステップＳ９）。ステップＳ７で乾燥速度が適すると判定した場合には、ステップＳ３に戻って処理を繰り返す。ステップＳ９で大きい（ΣＴｍ≧Ｔｅ）と判定した場合には、終了時間Ｔｅにて乾燥装置の稼動を停止する（ステップＳ１０）。一方、ステップＳ９で小さい（ΣＴｍ＜Ｔｅ）と判定した場合には、ステップＳ３に戻って処理を繰り返す。
【０１１４】
上記の計測と制御・操作は、随時手作業操作で実行することも可能であるが、プログラム化することで自動化運転が可能となる。
【０１１５】
（実施の形態５）
次に、本発明の実施の形態５について説明する。
本実施の形態５は、乾燥ペレット作成方法に関するものであり、上記の実施の形態４において、造粒加工した湿潤ペレットを円筒型容器１２に装てんした後、乾燥工程の乾燥速度条件よりも乾燥しにくい所定の乾燥条件の下で円筒型容器１２を軸周りに所定の回数以上回転することによって湿潤ペレットの外表面を平滑化処理してから、乾燥工程を実施するものである。
【０１１６】
ペレットはできるだけ真球に近い形状であることが望ましい。所定の空間にペレットを充てんした場合には、ペレットの形状がいびつであると充てんしにくく、かつ、充てんを密実にしにくい。ペレットの形状が真球に近くて、ペレットの外表面が滑らかであるならば、充てんしやすく、かつ、充てんを密実化しやすいからである。
【０１１７】
図１３−１および図１３−２は造粒工程を経て造粒した湿潤状態のペレットの一例を示す写真である。図１３−１の造粒直後の湿潤ペレットでは外表面に凹凸があるのに対して、図１３−２の平滑化処理を施した直後の湿潤ペレットでは凹凸が少なく滑らかな表面を呈している。後者は、湿潤状態のときに、円筒型容器１２に装てんして、乾燥させる前に１０分程度１ｒｐｍの回転速度で回転させた直後の姿を写真にしたものである。
【０１１８】
円筒型容器１２を回転すると、図１４に示すように容器内部のペレットは傾斜面を転げ落ちるとともに、一つ一つが回転しながら他のペレットと接触しながら移動する。容器底部にあるペレットは上層のペレットの重量を受けて、適度な圧力を受けながら、回転し接触する。湿潤状態のペレットは若干の可塑性を有しているので、外表面の凹凸は次第に滑らかになる。
【０１１９】
本実施の形態によれば、乾燥開始する前に、湿潤状態のペレットを回転混合することによって、各々のペレットが適度な圧力を受けながら回転しつつ移動し、他のペレットと接触するので、ペレットの外表面の凹凸は次第に滑らかになり、乾燥後のペレットをより真球に近い形状に成形することができる。このため、充てんしやすく、かつ、充てんを密実化しやすいペレットを得ることができる。
【０１２０】
（実施の形態６）
次に、本発明の実施の形態６について説明する。
本実施の形態６は、乾燥ペレット作成方法に関するものであり、上記の実施の形態１あるいは２において、ベントナイト粉体に水を添加して混練し、これを略球状に丸めた湿潤ペレットを十分緩慢な乾燥速度で乾燥し、含水比が０．１０から０．１５よりも小さくなった時点で、高温またはおよび多量の空気を送風することで高速の乾燥工程にする方法である。
【０１２１】
図２から、含水比を横軸としたときの粒径比率の変化勾配は途中で変化していることがわかる。含水比が約１０％〜１５％の付近で勾配は変化し、それよりも低い含水比にする場合には含水比の変化に伴う「含水比／粒径収縮勾配」は小さくなり、密度は増加しにくい。
【０１２２】
この要因として吸水膨張性を有するベントナイト材料の下記のメカニズムが関与していると解釈できる。このメカニズムを図示したものが図２３である。同図では乾燥の進展に伴う構成粒子構造の変化を（１−Ａ）、（２−Ａ）、および（３−Ａ）に順に示した。また、元の体積を点線で表示して、体積縮小のイメージを示した。さらに、主要構成粒子であるモンモリロナイト鉱物粒子の中における水分子の存在状態についても、（１−Ｂ）、（２−Ｂ）、および（３−Ｂ）に順に、顕微鏡的な視野で模式的に示した。
【０１２３】
（１）間隙に多量の水を含んでいる状態から乾燥させた場合には、図２３（１−Ａ）のような体積となっており、水分の喪失に伴って体積の収縮が進む。このとき、吸水膨張性を発揮するモンモリロナイト粒子の構造を顕微鏡的に拡大して模式的に図示すると、図２３（１−Ｂ）に示すような構造を呈しており、並行に重なっている結晶層の層間に多数の水分子を取り込んだ構造となっており、モンモリロナイト鉱物粒子は厚くなっている。
【０１２４】
含水比が高い初期段階においては、モンモリロナイト鉱物粒子の周囲には、自由に移動できる間隙水が存在している。一方、モンモリロナイト鉱物の結晶の層間に存在している水分子も多層に存在しているため、初期の乾燥工程では自由に移動できる間隙水とともにモンモリロナイト鉱物の結晶の層間の水も蒸発する。水分が乾燥の進展に伴って蒸発により失われると、材料全体の体積は水の減少量とほぼ同量の体積収縮を呈する。すなわち、含水比が約１０％〜１５％以上の含水比条件においては、乾燥収縮がスムースに進む。
【０１２５】
（２）吸水膨張性を有していない土質材料の場合には、含水比が小さくなると、図２３（２−Ａ）に示すように間隙に存在する水は間隙の体積よりも小さくなり、間隙中に空気相が存在するようになる。この状態になると、乾燥が進んでも、これ以上の体積の収縮は生じない。吸水膨張性を有する粒子を含んでいない一般的な粘土の場合は、この時点で乾燥収縮が終息する。
【０１２６】
（３）ところが、吸水膨張性を有しているベントナイトの場合には、吸水膨張性を発揮するモンモリロナイト粒子の構造を顕微鏡的に拡大して模式的に図示すると、主要粘土鉱物であるモンモリロナイトの結晶の層間にまだ２層以上の水分子を取り込んでいるため、粒子と粒子の間隙に間隙水が満たしていない状態にあっても、図２３（２−Ｂ）に示すように、モンモリロナイト鉱物粒子そのものが水分子を保持して水分ゼロ状態のときよりも厚い粒子構造を呈している。
【０１２７】
（４）さらに乾燥が進むと、吸水膨張性を有しているベントナイトの場合には、主要粘土鉱物であるモンモリロナイト鉱物の結晶の層間から水分子が消失し、顕微鏡的に拡大して模式的に図示すると図２３（３−Ｂ）に示すように結果として粒子の厚さが減じるため、図２３（３−Ａ）のように体積の収縮はさらに進む。
【０１２８】
（５）ただし、粒子の厚さは減少するが粒子相互は接触しているため、上記（１）の状態における体積の収縮よりは小さい含水比／粒径収縮勾配となる。このような乾燥収縮段階においては、モンモリロナイト鉱物の結晶層間の厚さ減少が体積収縮の主要要因となり、構成粒子相互の移動はほとんど生じなくなる。
【０１２９】
（６）図２において、同じ乾燥方法を継続した場合には、１０％〜１５％程度に至る前段の乾燥速度に比べて、それ以降のさらに乾燥させる後段の乾燥速度が遅くなることを述べた。すなわち、含水比１０％〜１５％程度を境にして乾燥しにくくなる。図２３（２−Ｂ）の状態から図２３（３−Ｂ）の状態に至る乾燥で、モンモリロナイト鉱物の結晶層間に強い結合力で拘束されていた水分子は外に出ていきにくいことが、後段において乾燥させにくくなる原因である。
【０１３０】
以上のメカニズムを考慮すると、含水比が２２％〜２５％の湿潤状態で略球状に丸めた湿潤ペレットを乾燥収縮させて高密度にする製造方法においては、含水比が１０％〜１５％に至るまでは十分緩慢な乾燥速度で乾燥させてペレット内部の水分が均質にペレット表面に拡散移動する現象および湿潤ベントナイト内部における構成粒子相互の離間距離短縮となる粒子の移動がスムースに進むような乾燥速度にすることが効果的である。従来の技術では特許文献６に記載されているように、含水比を百分率で示した場合の含水比低下速度が１（１／Ｈｒ）以下となるような乾燥速度が適しているとされている。
【０１３１】
その後、含水比が１０％〜１５％になった時点からは高速乾燥工程に切り替えることで乾燥時間を短縮して、効率化することが効果的である。含水比が１０％〜１５％以下のベントナイトでは図２３（２−Ａ）に示すような構成粒子構造まで体積縮小した状態となり、構成粒子相互の移動はほとんど生じなくなる。それ以降はモンモリロナイト鉱物粒子の結晶層間の水分の蒸発に伴って結晶層間の厚さが小さくなる現象が収縮の主要な要因となるため、急激な乾燥条件（例えば１１０℃炉乾燥条件）を施しても、十分緩慢な乾燥の場合と同等に体積縮小は進む。
【０１３２】
以上に述べたように、１０％〜１５％よりも小さい含水比の場合には、第一に乾燥速度が低下するので急激な乾燥条件に変更することが時間短縮に効果的であり、第二に１０％〜１５％よりも小さい含水比領域では、モンモリロナイト鉱物の結晶層間の厚さ減少が体積収縮の主要要因となり、構成粒子相互の移動はほとんど必要なくなるので、より激しい乾燥条件を採用してもひび割れの発生等による体積縮小の阻害は生じない。十分緩慢な乾燥速度（例えば、含水比を百分率で示した場合の含水比低下速度が１（１／Ｈｒ）以下）で乾燥し、含水比が１０％〜１５％になった時点で、高速乾燥工程にすることを特徴とするベントナイト成形体（ペレット）の製造方法を採用することによって、従来のような同じ乾燥条件で長時間かけて乾燥する方法に比べて、短時間で乾燥を進めることができるとともに、乾燥に伴う乾燥収縮をスムースに進展させることができ、結果として効率よく高密度化したベントナイト・ペレットを製作することができる。
【０１３３】
具体的な実施例について図２４を参照しながら説明する。
図２４は、図２３で示したものと同様の粒径約０．３ｍｍのペレットを回転ドラム型多孔円筒容器８セルに約５ｋｇづつ装填し、温風発生機からの送風を８セルに均等に通気させる方法による乾燥プロセスのデータである。図２４には下記の二つの乾燥条件における含水比の低下の経時変化を示している。
【０１３４】
・乾燥条件１：一定乾燥条件で継続して乾燥した場合（グラフの○プロット）
・乾燥条件２：含水比が１０％に低下した時点から送風量と温度を大きくした場合（グラフの◆プロット）
【０１３５】
一定乾燥条件で継続して乾燥した場合は、含水比１０％に至るまでは約６０℃の温度の空気を０．７８５ｍ３／ｍｉｎの風量で送風して乾燥させた。一方の方法では、含水比が１０％付近になった時点で、温度約６６℃の空気を１．１６７ｍ３／ｍｉｎの風量で送風して乾燥させた。
【０１３６】
乾燥に要した時間は、前者では６０時間を要したのに対して、後者では３５時間となっており、乾燥時間の短縮効果が明らかに認められる。
【０１３７】
表３は、このペレットの乾燥後の品質を示したものである。前者の密度は２．１３Ｍｇ／ｍ３、後者の密度は２．１５Ｍｇ／ｍ３であった。両者はほぼ同等の密度品質になったと言える。
【０１３８】
【表３】
2016083871.tif 000006
【０１３９】
上記の実施例で示したグラフ（図２４）は最も小粒の０．３ｍｍペレットの例であったため、乾燥速度の切替どころを含水比１０％付近にしたが、図２に示すようにペレットの粒径が大きくなるとその目安となる含水比の値は１５％付近になってくる。以上のことから、含水比１０％から１５％程度になった時点からより激しい乾燥条件に切り替えることにより、大幅な乾燥時間の短縮が可能である。
【０１４０】
以上説明したように、本発明に係るベントナイト成形体の製造方法によれば、ベントナイト粉体に水を添加して混練し、これを略球状に丸めた湿潤ペレットを乾燥収縮させて高密度の略球状のベントナイト成形体を製造する方法であって、水平に配置した円筒型容器を軸周りに回転することで内部に装てんされた乾燥対象のペレットを回転混合させながら、前記円筒型容器の軸方向の一端側から相対湿度の小さい乾燥空気を前記円筒型容器の内部に送入し、他端側から通過空気を外部に排出することでペレットを乾燥収縮させる乾燥工程を有し、ペレットの平均直径をＤ（ｍｍ）で、含水比を実数値で表して、前記乾燥工程によって乾燥する際の乾燥条件を、初期含水比ｗ０と乾燥途中の含水比ｗ１に至る乾燥時間ｔ（Ｈｒ）の値からｖ＝（ｗ０−ｗ１）／ｔで算出した値を含水比低下速度ｖ（１／Ｈｒ）とした場合に、ペレットの含水比が湿潤状態から０．１０に至るまでの平均的な乾燥速度条件ｖ・Ｄ３が８０以下となるような乾燥速度条件にするので、ペレットの粒径の大小に応じて、乾燥速度を変えることによって、適度な乾燥速度条件で乾燥収縮を進めることができるという効果を奏する。このため、小粒径ペレットの場合にはいたずらに乾燥収縮プロセスに長時間を要することがなくなる。また、大粒径ペレットの場合には、乾燥速度を過度に大きくすることがなくなるため、乾燥収縮による密度上昇不足となる事態や表面部のひび割れやペレットの割れ破損を防止することができる。
【０１４１】
また、本発明に係る他のベントナイト成形体の製造方法によれば、ベントナイト粉体に水を添加して混練し、これを略球状に丸めた湿潤ペレットを乾燥収縮させて高密度の略球状のベントナイト成形体を製造する方法であって、水平に配置した円筒型容器を軸周りに回転することで内部に装てんされた乾燥対象のペレットを回転混合させながら、前記円筒型容器の軸方向の一端側から相対湿度の小さい乾燥空気を前記円筒型容器の内部に送入し、他端側から通過空気を外部に排出することでペレットを乾燥収縮させる乾燥工程を有し、前記乾燥工程によって乾燥する際の乾燥速度を湿潤状態から含水比０．１０に至るまでの平均的な含水比低下速度ｖ（１／Ｈｒ）で表した場合に、ペレットの粒径が５ｍｍ級の場合には含水比低下速度ｖを０．６４（１／Ｈｒ）以下、ペレットの粒径が１０ｍｍ級の場合には含水比低下速度ｖを０．０８（１／Ｈｒ）以下、ペレットの粒径が２０ｍｍ級の場合には含水比低下速度ｖを０．０１（１／Ｈｒ）以下、ペレットの粒径が３０ｍｍ級の場合には含水比低下速度ｖを０．００３（１／Ｈｒ）以下となるような乾燥速度条件にするので、ペレットの粒径の大小に応じて、乾燥速度を変えることによって、小粒径ペレットの場合には、短時間で乾燥収縮プロセスを実施することができるという効果を奏する。また、大粒径ペレットの場合には、乾燥速度を過度に大きくすることがなくなるために、乾燥収縮による密度上昇不足となる事態やペレットの表面部のひび割れや割れ破損を防止することができる。
【０１４２】
また、本発明に係る他のベントナイト成形体の製造方法は、上述した発明において、ペレットの含水比が０．１０〜０．１５よりも小さくなった時点で、高温またはおよび多量の空気を送風することで前記乾燥工程による乾燥を高速化するので、湿潤ペレットを十分緩慢な乾燥速度で乾燥し、含水比が０．１０から０．１５よりも小さくなった時点で、高温またはおよび多量の空気を送風することで高速の乾燥工程にすることによって、従来のような同じ乾燥条件で長時間かけて乾燥する方法に比べて、短時間で乾燥を進めることができ、効率よく高密度化したベントナイト・ペレットを製作することができる。
【０１４３】
また、本発明に係る乾燥装置によれば、上述したベントナイト成形体の製造方法の前記乾燥工程において用いられる乾燥装置であって、単数または複数の前記円筒型容器と、前記円筒型容器の軸方向の一端側に設けた開口部に着脱可能に装着され、乾燥空気を前記円筒型容器の内部に送入するための送気管と、前記円筒型容器の軸方向の他端側に設けた開口部に着脱可能に装着され、前記円筒型容器の内部の空気を外部に排出するための排気管と、前記開口部と、前記送気管および前記排気管とを切り離した状態において、乾燥途中のペレットが装てんされた前記円筒型容器の重量を測定可能な機構とを備えるので、特許文献６の装置に比べて円筒型容器をより大きくすることが可能となり、ペレットの乾燥能力を大きくすることができる。さらに、ねらった含水比に近づいた時点でこまめに重量変化を観測することで、ねらった含水比に至る時期を把握できるので、所定の含水状態のペレットを製造できる。
【０１４４】
また、本発明に係る他の乾燥装置によれば、随時あるいは所定の時間間隔で、前記円筒型容器の内部の気流方向を逆転させる機構をさらに備え、前記円筒型容器の軸方向の位置に対するペレットの乾燥ムラを解消するようにしたので、円筒型容器の内部に装てんされたペレットの全体を均一に乾燥できるとともに、目標とする含水比（例えば５％〜１０％）までの乾燥に要する時間を短縮することができる。
【０１４５】
また、本発明に係る乾燥方法によれば、上述したベントナイト成形体の製造方法の前記乾燥工程において用いられる乾燥方法であって、単数または複数の前記円筒型容器と、前記円筒型容器の軸方向の一端側に設けた開口部に着脱可能に装着され、乾燥空気を前記円筒型容器の内部に送入するための送気管と、前記円筒型容器の軸方向の他端側に設けた開口部に着脱可能に装着され、前記円筒型容器の内部の空気を外部に排出するための排気管とを備える乾燥装置を用いて前記乾燥工程を実施する場合に、前記開口部と、前記送気管および前記排気管とを切り離した状態において、乾燥途中のペレットが装てんされた前記円筒型容器の重量を測定するので、円筒型容器をより大きくすることが可能となり、ペレットの乾燥能力を大きくすることができる。
【０１４６】
また、本発明に係る他の乾燥方法によれば、随時あるいは所定の時間間隔で、前記円筒型容器の内部の気流方向を逆転させることで、前記円筒型容器の軸方向の位置に対するペレットの乾燥ムラを解消するようにしたので、円筒型容器の内部に装てんされたペレットの全体を均一に乾燥できるとともに、目標とする含水比（例えば５％〜１０％）までの乾燥に要する時間を短縮することができる。
【０１４７】
また、本発明に係る他の乾燥方法によれば、造粒加工した湿潤ペレットを前記円筒型容器に装てんした後、前記乾燥工程の乾燥速度条件よりも乾燥しにくい所定の乾燥条件の下で前記円筒型容器を軸周りに所定の回数以上回転することによって湿潤ペレットの外表面を平滑化処理してから、前記乾燥工程を実施するので、乾燥開始する前に、湿潤状態のペレットを回転混合することによって、各々のペレットが適度な圧力を受けながら回転しつつ移動し、他のペレットと接触するので、ペレットの外表面の凹凸は次第に滑らかになり、乾燥後のペレットをより真球に近い形状に成形することができる。このため、充てんしやすく、かつ、充てんを密実化しやすいペレットを得ることができる。
【産業上の利用可能性】
【０１４８】
以上のように、本発明に係るベントナイト成形体の製造方法、乾燥装置および乾燥方法は、例えば放射性廃棄物を処分した廃棄物埋設処分施設の処分坑道を埋め戻すための埋め戻し材、もしくは、水没している空間あるいは管路の漏水が認められる領域に水中充てんして遮水処理するための充てん材などとして用いる略球状のベントナイト成形体の製造方法、乾燥装置および乾燥方法に有用であり、特に、ペレットの粒径に応じた乾燥速度条件にて乾燥収縮を進めるのに適している。
【符号の説明】
【０１４９】
１  主要坑道
２  処分坑道
３  廃棄体
４  処分孔
５  ベントナイト成形体
６  充てん装置
７  処分坑
１０  乾燥装置
１２，１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃ，１２Ｄ  円筒型容器
１２ａ  中央部
１２ｂ  両端部
１４  熱風送風機
１６  送気管
１８  排気管
２０  開口部
２２，２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃ  連通管
２４  熱風送風機ユニット架台
２４ａ  車輪
２６  配管
２８  連通管ユニット架台
２８ａ  車輪
３０  架台
３２  回転支持輪
３４  回転駆動輪
３６  昇降ジャッキ
３８  重量センサ
４０  パッキン部材
４２  ジャッキ
４４Ａ，４４Ｂ，４４Ｃ，４４Ｄ  開閉弁
【図１】
2016083871.tif 000007
【図２】
2016083871.tif 000008
【図３】
2016083871.tif 000009
【図４】
2016083871.tif 000010
【図５】
2016083871.tif 000011
【図６】
2016083871.tif 000012
【図７−１】
2016083871.tif 000013
【図７−２】
2016083871.tif 000014
【図７−３】
2016083871.tif 000015
【図８−１】
2016083871.tif 000016
【図８−２】
2016083871.tif 000017
【図８−３】
2016083871.tif 000018
【図９−１】
2016083871.tif 000019
【図９−２】
2016083871.tif 000020
【図９−３】
2016083871.tif 000021
【図１０−１】
2016083871.tif 000022
【図１０−２】
2016083871.tif 000023
【図１０−３】
2016083871.tif 000024
【図１１−１】
2016083871.tif 000025
【図１１−２】
2016083871.tif 000026
【図１２】
2016083871.tif 000027
【図１４】
2016083871.tif 000028
【図１５】
2016083871.tif 000029
【図１６】
2016083871.tif 000030
【図１７】
2016083871.tif 000031
【図１８】
2016083871.tif 000032
【図１９】
2016083871.tif 000033
【図２０】
2016083871.tif 000034
【図２１】
2016083871.tif 000035
【図２２】
2016083871.tif 000036
【図２３】
2016083871.tif 000037
【図２４】
2016083871.tif 000038
【図１３−１】
2016083871.tif 000039
【図１３−２】
2016083871.tif 000040