(57)【要約】【課題】  本発明は、従来よりも簡易な設備と低い洗浄コストで石炭灰の未燃炭素を低減させるために、少量の水と少量の油で、石炭灰の未燃炭素を低減させる方法およびシステムを提供することを目的とする。【解決手段】  本発明は、未燃炭素が付着した石炭灰と、水と油０．１５〜１０質量％とを含み、固形分の濃度を６５〜９０質量％とした混合物を撹拌する工程を有する、未燃炭素の付着量を低減させた石炭灰の製造方法に関する。さらに、本発明では、混合物が、水５〜２５質量％を含有することが好ましい。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
未燃炭素が付着した石炭灰と、水と油０．１５〜１０質量％とを含み、固形分の濃度を６５〜９０質量％とした混合物を撹拌する工程（Ａ）を有する、未燃炭素の付着量を低減させた石炭灰の製造方法。
【請求項２】
混合物が、水５〜２５質量％を含有する、請求項１に記載の石炭灰の製造方法。
【請求項３】
混合物が、水５〜２５質量％および油０．５〜１０質量％を含有する、請求項１または２に記載の石炭灰の製造方法。
【請求項４】
混合物に用いる水と油を、未燃炭素が付着した石炭灰と混合する前に、あらかじめ撹拌して乳化させる乳化工程を有する、請求項１〜３のいずれかに記載の石炭灰の製造方法。
【請求項５】
アイリッヒ・ミキサー、インラインミキサー、単軸混錬押出機、二軸混錬押出機、櫂型撹拌機、プラネタリーミキサー、ホモミキサー、ホモディスパー、ヘンシェルミキサー、バンバリーミキサー、リボンミキサー、コンクリートミキサー、水平一軸または二軸強制練機、自動計量式ミキシングユニットなどからなる群より選ばれる１以上の石炭灰撹拌装置を用いる、請求項１〜４のいずれかに記載の石炭灰の製造方法。
【請求項６】
工程（Ａ）で得られた混合物に、さらに水を加えて、水と石炭灰とを含む重層と、油と剥離した未燃炭素とを含む軽層とに分離する工程（Ｂ）を有する、請求項１〜５のいずれかに記載の石炭灰の製造方法。
【請求項７】
油が、灯油、パーム油、パイン油および食用油からなる群より選ばれる２〜４種類の混合物である、請求項１〜６のいずれかに記載の石炭灰の製造方法。
【請求項８】
油が、リサイクル油である、請求項１〜７のいずれかに記載の石炭灰の製造方法。
【請求項９】
工程（Ａ）で得られた石炭灰に対する未燃炭素の付着量が２質量％以下である、請求項１〜８のいずれかに記載の石炭灰の製造方法。
【請求項１０】
工程（Ａ）で得られた混合物に、直径５〜５００μｍの気泡を吹き込み、油と剥離した未燃炭素とを分離する工程を有する、請求項１〜９のいずれかに記載の石炭灰の製造方法。
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれかに記載の製造方法によって得られる石炭灰。
【請求項１２】
未燃炭素が付着した石炭灰と、水と油とを含み、固形分の濃度を６５〜９０質量％とした混合物を撹拌する石炭灰撹拌装置と、撹拌された混合物にさらに水を加えて、水と石炭灰とを含む重層と、油と剥離した未燃炭素とを含む軽層とに分離する石炭灰分離装置とを有する、石炭灰の洗浄システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、未燃炭素の付着量を低減させた石炭灰の製造方法および洗浄システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
石炭灰は、火力発電所において毎年１０００万トン近く発生する産業廃棄物であり、このような石炭灰を廃棄することは、多大な国家的損失であることから、その再利用方法が検討されている。
【０００３】
一方、コンクリートの製造においては、その強度を高めるために、微粒子材料を生コンクリートに混和させるという手法が用いられていた。生コンクリートの混和材として、従来は川砂が用いられていたが、近年、採取可能な川砂の量が減少してきたため、生コンクリートの混和材として海砂が用いられるようになっている。しかし、海砂を大量に採取すると、海岸の景観が損なわれるだけでなく、周辺海域の生態系に深刻な悪影響を及ぼすという問題が生じていた。そのため、近年では、川砂や海砂の代わりに、生コンクリートの混和材に用いることのできる微粒子材料が望まれていた。
【０００４】
上記のような背景から、生コンクリートの混和材に有用な微粒子材料として、石炭灰が考えられるようになっている。毎年大量に発生する石炭灰を生コンクリートの混和材に用いることができれば、川砂や海砂を大量に浪費することなく、コンクリートの強度を高めることができるとともに、火力発電所において発生する大量の石炭灰を有効に再利用することが可能となる。
【０００５】
しかし、火力発電所で燃料として燃やされた石炭から生じる石炭灰の表面には未燃炭素が付着しており、この未燃炭素が原因となって、石炭灰を生コンクリートの混和材として用いることが困難になっているという問題があった。
【０００６】
顕微鏡写真等で石炭灰の表面を観察すると、未燃炭素は油状になり、主としてケイ素やアルミニウムから構成される球状のガラス質や結晶質などの表面に強固に結合している。そのため、生コンクリートに石炭灰を混和すると、未燃炭素が混和剤の働きを阻害し、フレッシュコンクリートの流動性や空気量の制御を困難にするという問題があった。また、所定の流動性や空気量を得るためには混和剤の配合量を増加する必要があるため、コンクリートの製造コストが上昇するという問題点があった。
【０００７】
したがって、未燃炭素の付着量を低減させた石炭灰を製造するための方法が必要とされている。そのような方法として、浮遊選鉱法によって石炭灰を洗浄して未燃炭素を低減させることが行われている（例えば、特許文献１および２参照）。
【０００８】
特許文献１では、１つの洗浄槽を用いて未燃炭素を含む石炭灰を洗浄する方法が示されている。しかし、洗浄後の石炭灰に残存する未燃炭素の量は１％強程度であり、未燃炭素の量が１％以下の石炭灰を製造することは困難であった。
【０００９】
また、特許文献２では、洗浄後の未燃炭素の量を更に低減するために、未燃炭素を含む石炭灰と灯油を含む水溶液を練り混ぜる工程を追加し、更に超音波を印加することにより、洗浄後の石炭灰に含まれる未燃炭素の量を１％以下に低減する方法が示されている。
【００１０】
しかし、特許文献２に記載された方法では、２つの工程で石炭灰を洗浄することから、装置の規模が特許文献１に記載された方法の２倍程度増加してしまうという問題があった。また、特許文献２に記載された方法では、更に大型の超音波振動素子を練り混ぜ装置に付属する必要があるため、設備が複雑になってしまうという問題もあった。
【００１１】
加えて、特許文献２に記載された装置では、小さな実験室規模であれば、設置場所や超音波発振器の作動は問題にならないが、工業的な規模までスケールアップすると、設置場所や超音波の利用の可否が問題となってしまう。また、装置の価格およびメンテナンスコストやランニングコストが、特許文献１に記載された装置を用いる場合よりも２倍程度増加してしまうという問題もあった。
【００１２】
すなわち、複雑な設備を用いたり、高コストとなる洗浄方法を用いたりすれば、石炭灰の未燃炭素を除去することはできたものの、簡易な設備や低い洗浄コストで石炭灰の未燃炭素を低減させることができないという問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特開２０１１−２００７０号公報
【特許文献２】特開２０１０−２３０１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
本発明は上記課題を解決するものであり、従来よりも簡易な設備と低い洗浄コストで石炭灰の未燃炭素を低減させるために、少量の水と少量の油で、石炭灰の未燃炭素を低減させる方法およびシステム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】
【００１５】
本発明は、未燃炭素が付着した石炭灰と、水と油０．１５〜１０質量％とを含み、固形分の濃度を６５〜９０質量％とした混合物を撹拌する工程（Ａ）を有する、未燃炭素の付着量を低減させた石炭灰の製造方法に関する。
【００１６】
本発明は、さらに、混合物が、水５〜２５質量％を含有する、石炭灰の製造方法であることが好ましい。
【００１７】
本発明は、さらに、混合物が、水５〜３０質量％および油０．５〜１０質量％を含有する、石炭灰の製造方法であることが好ましい。
【００１８】
本発明は、さらに、アイリッヒ・ミキサー、インラインミキサー、単軸混錬押出機、二軸混錬押出機、櫂型撹拌機、プラネタリーミキサー、ホモミキサー、ホモディスパー、ヘンシェルミキサー、バンバリーミキサー、リボンミキサー、コンクリートミキサー、水平一軸または二軸強制練り機、および自動計量式ミキシングユニットからなる群より選ばれる１以上の石炭灰撹拌装置を用いる、石炭灰の製造方法であることが好ましい。
【００１９】
本発明は、さらに、工程（Ａ）で得られた混合物に、さらに水を加えて、水と石炭灰とを含む重層と、油と剥離した未燃炭素とを含む軽層とに分離する工程（Ｂ）を有する、石炭灰の製造方法であることが好ましい。
【００２０】
本発明は、さらに、油が、灯油、パーム油、パイン油および食用油からなる群より選ばれる２〜４種類の混合物である、石炭灰の製造方法であることが好ましい。
【００２１】
本発明は、さらに、油が、リサイクル油である、石炭灰の製造方法であることが好ましい。
【００２２】
本発明は、さらに、工程（Ａ）で得られた石炭灰に対する未燃炭素の付着量が２質量％以下である、石炭灰の製造方法であることが好ましい。
【００２３】
本発明は、さらに、工程（Ａ）で得られた混合物に水を加えた、水と石炭灰とを含む重層に直径５〜５００μｍの気泡を吹き込み、油と剥離した未燃炭素とを分離する工程を有する、石炭灰の製造方法であることが好ましい。
【００２４】
本発明は、未燃炭素を含有する石炭灰と、水と油とを含み、固形分の濃度を６５〜９０質量％とした混合物を撹拌する石炭灰撹拌装置と、撹拌された混合物にさらに水を加えて、水と石炭灰とを含む重層と、油と剥離した未燃炭素とを含む軽層とに分離する石炭灰分離装置とを有する、石炭灰の洗浄システムに関する。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、従来よりも小さい規模の装置や価格の安い装置を用いたり、ランニングコストの低い方法を用いたりしても、従来と同等以上に石炭灰に付着した未燃炭素を低減することができる。すなわち、本発明によって、より簡易な設備と低い洗浄コストで、石炭灰に付着した未燃炭素を低減することができる。
【００２６】
さらに、本発明の製造方法によって製造された石炭灰は、減水剤やＡＥ剤が吸着されにくく、セメントに配合した場合の空気連行性の著しい低下を抑制できるものである。また、本発明の製造方法によって製造された石炭灰をセメントに配合してフレッシュモルタルやフレッシュコンクリートを作製した場合は、フレッシュモルタルやフレッシュコンクリートのコンシステンシーが低下し、作業性が向上される。さらに、上記のフレッシュモルタルやフレッシュコンクリートを硬化させたモルタルやコンクリートは、圧縮強度の高いものとなる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の実施形態にかかる石炭灰洗浄システムの概念図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、本発明の実施形態について説明するが、本発明はこれに限定されない。
【００２９】
［工程（Ａ）］
工程（Ａ）においては、未燃炭素が付着した石炭灰に、水と油とを含ませて、固形分の濃度を好適に調整した上で、得られた混合物を撹拌する。本発明において、固形分の濃度が６５〜９０質量％であり、７０〜９０質量％であることが好ましく、７０〜８５質量％であることがより好ましい。固形分の濃度を上記範囲とすることにより、水と油の使用量を抑えることができるため、洗浄コストを低減することができる。
【００３０】
固形分の濃度が６５質量％未満であると、水および油の量が相対的に多くなり、撹拌によるシェアがかかりにくくなって、未燃炭素の除去効率が低下する傾向にある。固形分の濃度は９０質量％を超えると、水および油の量が相対的に少なくなり、石炭灰の表面に水および油が行き渡りにくくなって、未燃炭素の除去効率が低下する傾向にある。
【００３１】
本発明の石炭灰の製造方法においては、石炭灰を構成する主としてＳｉやＡｌからなる酸化物やガラスの表面にこびりついている油状の未燃炭素が、混合物中の油との高い親和力と撹拌装置の強力な撹拌力とによって引き剥がされ、石炭灰の表面から除去される。
【００３２】
工程（Ａ）において、混合物中の油の量は、０．１５質量％以上であることが好ましく、０．３質量％以上であることがより好ましく、０．４質量％以上であることがさらに好ましく、０．５質量％以上であることがとりわけ好ましく、０．８質量％以上であることが特に好ましく、１．３質量％以上であることが最も好ましい。また、工程（Ａ）において、混合物中の油の量は、１０質量％以下であることが好ましく、７．０質量％以下であることがより好ましく、６．０質量％以下であることがさらに好ましく、４．０質量％以下であることがとりわけ好ましく、３．８質量％以下であることが特に好ましく、２．０質量％以下であることが最も好ましい。油の量を上記範囲とすることにより、油の使用量を抑えることができるため、洗浄コストを低減することができる。
【００３３】
混合物中の油の量が、０．１５質量％未満であると、未燃炭素に付着できる油の量が減少するため、未燃炭素の除去効率が低下する傾向にある。混合物中の油の量が、１０質量％を超えると、未燃炭素の除去に必要な量を越え、経済的にも無駄になる傾向にある。
【００３４】
本発明に用いることのできる油の種類は、特に限定されないが、例えば、灯油、ケロシン油、灯油やケロシン油のリサイクル油、パーム油、ヤシ油、パイン油、食用油、または食用油のリサイクル油である廃食油などを用いることができる。また、これらの油は単独で用いてもよいし、二種以上を組み合わせて用いてもよい。
【００３５】
二種以上の油を組み合わせて用いる場合は、灯油やケロシン油などの炭化水素系の油とカルボキシル基を有するパーム油、パイン油、または食用油などの脂肪油との組み合わせが好ましい。そのような油の組み合わせの中でも、灯油、パーム油、パイン油、食用油からなる群より選ばれる２〜４種類の油の組み合わせ、特に、灯油と食用油の組み合わせが好ましい。
【００３６】
また、上記の組み合わせによって得られる混合油と水とをあらかじめミキサー等で撹拌して乳化させる乳化工程を経てから、石炭灰と混和することがより好ましい。混合油と水とを乳化工程を経てから石炭灰と混和することにより、工程（Ａ）において短時間で均一に油を分散することができるようになる。
【００３７】
食用油の種類は、特に限定されないが、例えば、サラダ油、菜種油、コーン油、ひまわり油、オリーブ油、ごま油、大豆油、クルミ油、ヘーゼルナッツ油、マカデミアナッツ油、シソ油、ブドウ種油、ボラージ油、カボチャ種子油、椿油、紅花油、綿実油、茶実油、米糠油、亜麻仁油、落花生油、および小麦胚芽油などが挙げられる。
【００３８】
本発明に用いる油は、その疎水性基が、石炭灰表面の未燃炭素と分子間力で相互作用し得る程度の疎水性を有していればよいため、用いる油の酸価や純度などは、未燃炭素の除去効率に大きな影響を与えることはないものと考えられる。そのため、本発明に用いる油には、リサイクル油を用いることもできる。リサイクル油とは、食用または工業用などの用途で少なくとも一度使用された油のことを意味する。リサイクル油を用いることにより、石炭灰の洗浄コストをさらに低減することができる。
【００３９】
リサイクル油の種類は、特に限定されないが、例えば、灯油、ケロシン油、パーム油、ヤシ油、パイン油、または食用油などをリサイクルして用いることができる。リサイクル油を使用することで、工程（Ａ）にかかるコストを削減できるとともに、環境への負荷を低減することも可能となる。
【００４０】
工程（Ａ）において、混合物中の水の量は、５〜３０質量％であることが好ましく、１０〜２７質量％であることがより好ましく、１２〜２５質量％であることがさらに好ましい。混合物中の水の量が、５質量％未満であると、石炭灰の表面に水が行き渡りにくくなり、未燃炭素の除去効率が低下する傾向にある。混合物中の水の量が、３０質量％を超えると、未燃炭素と油が接触する確率が低下したり、撹拌によるシェアがかかりにくくなったりして、未燃炭素の除去効率が低下する傾向にある。
【００４１】
工程（Ａ）で用いる石炭灰撹拌装置の機能は、固形分と油分を含む水とが十分に撹拌でき、さらに石炭灰の表面に強力なシェアをかけることができるものであれば、特に限定されない。上記のような機能を有する石炭灰撹拌装置としては、公知の撹拌機を用いることができ、例えば、アイリッヒ・ミキサー、インラインミキサー、単軸混錬押出機、二軸混錬押出機、櫂型撹拌機、プラネタリーミキサー、ホモミキサー、ホモディスパー、ヘンシェルミキサー、バンバリーミキサー、リボンミキサー、コンクリートミキサー、水平一軸もしくは二軸強制練り機、または自動計量式ミキシングユニットなどが挙げられる。
【００４２】
上記の石炭灰撹拌装置を用いることにより、単位体積あたりの撹拌力を高め、かつ短時間で石炭灰の撹拌洗浄を行うことが可能となる。また、洗浄設備の簡易化と洗浄コストの低価格化も実現しやすくなる。特に、石炭灰撹拌装置の中でも、二軸混錬押出機は、強力なシェアをかけることができるため、未燃炭素をより効果的に除去できる傾向にある。
【００４３】
［工程（Ｂ）］
工程（Ｂ）では、工程（Ａ）で得られた石炭灰に、さらに水を加えて、水と石炭灰とを含む重層と、油と剥離した未燃炭素とを含む軽層とに分離する。工程（Ｂ）においては、シックナーなどの水槽を石炭灰分離装置として用いることができる。石炭灰分離装置に移した混合物に、さらに水を加えることによって、石炭灰が１０〜３０％となるスラリー液が形成されることが好ましい。スラリー液の濃度が、３０％以上であると、軽層と重層とが十分に分離しなくなる傾向にある。スラリー液の濃度が、１０％未満になると、水の量が多くなりすぎて、作業効率や経済効率が低下する傾向にある。したがって、加える水の量は、石炭灰に対して、９０〜７０質量％であることが好ましい。
【００４４】
石炭灰分離装置に移した混合物に対して、気泡を吹き込む工程を経ることにより、混合物を石炭灰分離装置内に移した後に形成される軽層において、油と剥離した未燃炭素とが分離しやすくなる。吹き込む気泡の気泡径は、直径５〜５００μｍであることが好ましく、直径１０〜１００μｍであることがより好ましい。吹き込む気泡の気泡径が、５μｍ未満であると、ナノバブル領域になり、油や剥離した未燃炭素を浮かす力が低減する傾向にある。吹き込む気泡の気泡径が、５００μｍを超えると、油や剥離した未燃炭素の粒径よりも気泡径が大きくなるため、油や剥離した未燃炭素を浮かす効果が低減する傾向にある。
【００４５】
石炭灰分離装置に移した混合物に対して気泡を吹き込む方法は、特に限定されないが、例えば、マイクロバブルジェネレーター、バブル発生装置、またはオリフィス型発生装置などを用いることができる。
【００４６】
石炭灰の洗浄工程を、石炭灰を撹拌する工程（Ａ）と、石炭灰を分離する工程（Ｂ）とに分けることにより、それぞれの工程で撹拌機能と分離機能とが高い効率で発揮されるため、未燃炭素の除去効率が大きく改善され、大量かつ高精度に、より純度の高い石炭灰を製造することが可能となる。
【００４７】
なお、石炭灰の洗浄工程を２つに分けても、洗浄設備の建設費が嵩むことはなく、むしろ洗浄設備の建設費の低減に貢献することができる。従来のように大型の浮遊選鉱装置などは必要とせず、アイリッヒ・ミキサーやシックナーなどの小型の汎用機の組み合わせで実現できる洗浄工程であるからである。すなわち、工程（Ａ）と工程（Ｂ）を用いる手法により、洗浄設備の簡易化と洗浄コストの低価格化を実現しやすくなる。
【００４８】
工程（Ｂ）における混合物の静置時間は、５〜６０分であることが好ましく、２０〜４０分であることがより好ましい。工程（Ｂ）における混合物の静置時間が５分未満であると、軽層と重層とが十分に分離しなくなる傾向にある。工程（Ｂ）における混合物の静置時間が６０分を超えると、軽層と重層との分離が平衡状態となり、作業効率が低下する傾向にある。
【００４９】
軽層に含まれる油と未燃炭素とをそれぞれ分離して回収する方法は、特に限定されないが、例えば、フィルタープレス機や遠心分離機など公知の装置を用いることができる。回収した油は再び石炭灰の洗浄に用いることができるため、洗浄コストのさらなる低減化を実現できる。また、回収した未燃炭素は含水率が１５％程度であり、重金属類の含有量も少ないことから、産業廃棄物として容易に処分することができる。
【００５０】
重層に含まれる水と石炭灰とをそれぞれ分離して回収する方法は、特に限定されないが、例えば、水切りコンベア、フィルタープレス機、または遠心分離機など公知の装置を用いることができる。回収された水は、再び石炭灰の洗浄に用いることができるため、洗浄コストのさらなる低減化を実現できる。また、回収した石炭灰は、振動コンベアに移して温風で乾燥させるなど、公知の方法で乾燥させた後、生コンクリートの混和材などに用いることができる。
【００５１】
工程（Ａ）と工程（Ｂ）により得られる石炭灰における未燃炭素の付着量は、２．０質量％以下であることが好ましく、１．５質量％以下であることがより好ましく、１．０質量％以下であることがさらに好ましい。石炭灰における未燃炭素の付着量が、２質量％を超えると、フレッシュコンクリートの流動性や空気量を調整するための混和剤の使用量が増加したり、混和剤の添加量に対する流動性や空気量が変動する等の問題が生じ易くなったりして、コンクリートの強度が変動しやすくなる傾向にある。また、コンクリートの強度の変動により、製造したコンクリートにひび割れが生じやすくなったりすることがある。コンクリートのひび割れは、人的作業によって補修する必要があるため、建設業や土木業界においては、ひび割れが生じにくいコンクリートが望まれている。
【００５２】
未燃炭素の付着量の測定方法は、特に限定されないが、例えば、ＪＩＳ Ａ ６２０１：１９９９に規定の方法で、石炭灰の強熱減量を測定することによって算出できる。
【００５３】
［石炭灰洗浄システム］
本発明の石炭灰洗浄システムについて、図１を用いて説明する。図１は、本発明の実施形態に係る石炭灰の洗浄システムについての概念図である。
【００５４】
石炭灰に対して所定量の水を、水投入装置１１から乳化撹拌装置１４に投入し、石炭灰に対して所定量の油を、油投入装置１２および１３から乳化撹拌装置１４に投入する。投入された水と油を乳化撹拌装置１４によって撹拌して乳化する。なお、この乳化工程は省略することもできる。
【００５５】
なお、図１においては、油投入装置１２から所定量の油を投入し、油投入装置１３から所定量のリサイクル油を投入する態様を図示しているが、油とリサイクル油とを同じ油投入装置から投入する態様としてもよい。また、二種以上の油を用いる場合は、油の種類の数に応じた油投入装置を設けてもよいし、複数の油を一つの油投入装置から投入してもよい。
【００５６】
未燃炭素が付着した石炭灰を、石炭灰投入装置１５から石炭灰撹拌装置１６に投入し、乳化撹拌された水と油を乳化撹拌装置１４から石炭灰撹拌装置１６に投入する。
【００５７】
石炭灰撹拌装置１６に投入された水と油と石炭灰は、石炭灰撹拌装置１６によって強力なシェアをかけられて撹拌される。なお、混合物は、石炭灰撹拌装置１６内において形成される必要はなく、任意の容器内で、石炭灰と水と油とを混合してから、得られた混合物を石炭灰撹拌装置１６で撹拌する態様としても良い。石炭灰撹拌装置１６によって撹拌された混合物は、石炭灰分離装置２１に移される。
【００５８】
石炭灰分離装置２１に、洗浄水供給装置２２からさらに水を加えて緩やかに撹拌した後に静置し、水と石炭灰とを含む重層と、油と剥離した未燃炭素とを含む軽層とに分離して、軽層を除去する。軽層と重層とを分離して軽層を除去する工程は、複数回繰り返して行ってもよい。なお、洗浄水供給装置２２から石炭灰分離装置２１に水を供給する態様とせずに、水投入装置１１から水を分岐させて石炭灰分離装置２１に水を供給する態様としてもよい。
【００５９】
また、石炭灰分離装置２１に移した混合物に対して、マイクロバブルジェネレーター１７からの気泡を吹き込むことにより、油と未燃炭素との分離を促進する態様とすることもできる。
【００６０】
石炭灰分離装置２１から軽層を除去して軽層用フィルタープレス機２４Ｌに移し、重層は重層用フィルタープレス機２４Ｈに移す。重層用フィルタープレス機２４Ｈにおいて、重層の水を除去して石炭灰を単離し、乾燥コンベア２３に移す。乾燥コンベア２３で石炭灰を乾燥させると、未燃炭素の付着量が低減された石炭灰が得られる。
【００６１】
軽層用フィルタープレス機２４Ｌに移された軽層は、油と未燃炭素とに分離する。軽層用フィルタープレス機２４Ｌにおいて分離された油は、さらに水／油分離槽２５に移して、水と油とに分離してもよい。
【００６２】
軽層用フィルタープレス機２４Ｌまたは水／油分離槽２５から回収した油は、油投入装置１３に投入して、再び石炭灰の洗浄に用いることができる。
【００６３】
重層用フィルタープレス機２４Ｈ、乾燥コンベア２３および水／油分離槽２５からは、石炭灰の洗浄に用いた水を回収することができる。回収した水は、水投入装置１１に投入して、再び石炭灰の洗浄に用いることができる。
【００６４】
以上のような、未燃炭素が付着した石炭灰と、水と油とを含み、固形分の濃度を好適に調整した混合物を撹拌する石炭灰撹拌装置と、撹拌された混合物にさらに水を加えて、水と石炭灰とを含む重層と、油と剥離した未燃炭素とを含む軽層とに分離する石炭灰分離装置とを有する、石炭灰の洗浄システムを用いることにより、未燃炭素を低減させた石炭灰を、大量かつ高精度に、製造することが可能となる。また、本発明における石炭灰の洗浄システムは、工程（Ａ）において少量の水と少量の油しか用いず、非常に安価な洗浄システムとなるため、従来と同程度のコストをかけて石炭灰を洗浄処理しようとする場合は、その分、設備の増設が可能となるため、従来よりも大量の石炭灰を洗浄処理することが可能となる。
【００６５】
［油の再利用工程］
本発明の石炭灰の製造方法において、未燃炭素の分離に用いた油を回収し、回収された油を、工程（Ａ）に再利用する工程を有することにより、使用する油の量を最小限に抑えることができ、更なるコスト削減をすることができる。
【００６６】
油を回収する方法は、特に限定されないが、例えば、油を含む軽層をフィルタープレスにかけて、油を回収する方法などが挙げられる。回収した油は、さらに、油と水を分離する分離槽によって精製して再利用してもよい。
【００６７】
［水の再利用工程］
本発明の石炭灰の製造方法において、未燃炭素の分離に用いた水を回収し、回収された水を、工程（Ａ）に再利用する工程を有することにより、使用する水の量を最小限に抑えることができ、更なるコスト削減をすることができる。
【００６８】
水を回収する方法は、特に限定されないが、例えば、水を含む重層から、水切りコンベアや振動コンベアによって除去した水を回収する方法などが挙げられる。また、油と水を分離する分離槽によってさらに油を精製した場合は、その工程で分離された水を回収してもよい。
【００６９】
［石炭灰およびコンクリート］
本発明の製造方法によって得られる石炭灰は、未燃炭素が１質量％以下に低減されているため、この石炭灰を生コンクリートの混和材として用いた場合、フレッシュコンクリートの流動性や空気量を制御するための混和剤の配合量の変動が極めて小さくなる。そのため、品質の変動が少ないフレッシュコンクリートが得られるため、硬化後のコンクリートは強度の変動が少なくなる。また、石炭灰の配合によるポゾラン効果により高い強度を示すようにもなる。さらに、未燃炭素が１％以下の石炭灰の色は、未洗浄の石炭灰よりも白いため、コンクリートに相当量を配合しても黒く変色しないというメリットもある。
【００７０】
生コンクリートに対する石炭灰の混和量は、内割方式では５〜３０質量％であることが好ましく、１０〜２０質量％であることがより好ましい。生コンクリートに対する石炭灰の混和量が、５質量％未満であると、石炭灰を添加する効果が少なくなり、コンクリートの圧縮強度が低下したり、コンクリートがひび割れたりしやすくなる傾向にある。生コンクリートに対する石炭灰の混和量が、３０質量％を超えると、生コンクリートの流動性は増すものの、コンクリートの中性化の進行が速くなるため、長期的な強度が低下する傾向にある。
【実施例】
【００７１】
以下、本発明の実施例について説明するが、本発明はこれに限定されない。
【００７２】
［未燃炭素の付着量の測定方法］
石炭灰中の未燃炭素の付着量は、石炭灰の強熱減量を測定することによって算出できる。石炭灰の強熱減量は、ＪＩＳ Ａ ６２０１：１９９９に規定の方法により測定することができる。
【００７３】
強熱減量の試験では、試料となる石炭灰約１ｇをＪＩＳ Ｒ １３０１に規定するるつぼ（容量１５ｍｌ）に０．１ｍｇまで正しく量り採り、９５０〜１０００℃に調節した電気炉で１５分強熱し、デシケータ中で放冷した後、質量を量り、さらに１５分ずつ強熱を繰り返す。恒量になったときの減量を試料の質量で除したものの百分率から湿分を差し引いたものが強熱減量となる。
【００７４】
湿分の試験では、試料となるフィルタープレス後の石炭灰約５０ｇをビーカー（１００ｍｌ）に０．１ｍｇまで正しく量り採り、１１０℃に調整した電気炉で２４時間以上乾燥し、デシケータ中で放冷した後、質量を量り採った。乾燥前後の質量の差分を乾燥前の質量で除したものの百分率が湿分となる。
【００７５】
（実施例１）
火力発電所から採取された石炭灰（未燃炭素付着量６．０質量％）５ｋｇ（１バッチ）と、予め水７５０ｍｌと灯油（コスモ石油株式会社製、比重０．８ｇ／ｍｌ）２５０ｍｌおよび食用油（菜種油および大豆油）（理研農産化工株式会社製、食用調合油、比重０．８ｇ／ｍｌ）１２ｍｌをミキサー（松下電器産業株式会社製、Ｎａｔｉｏｎａｌ  ＭＸ−Ｖ３５０）で乳化撹拌した混合液をアイリッヒミキサー（日本アイリッヒ株式会社製ＲＶ−０２）の容器（パン）に充填し、パン駆動モーターの出力を０．８８ｋｗ、回転数を６６ｒｐｍとし、撹拌駆動モーターの出力を１．８ｋｗ、回転数を３４７０ｒｐｍとして、上記混合物を４分間強力に撹拌した。同様の処理を更に３バッチに対して行い、石炭灰、水、灯油、および食用油を含む混合物を合計で約２０ｋｇ得た。
【００７６】
撹拌し終わった混合物をシックナーに移し、さらに水を加えて、石炭灰が２０％となるスラリー液とした。シックナー内に、マイクロバブルジェネレーター（株式会社ニクニ製、ＭＢＧ２０Ｎ０７ＣＥ−１ＢＨ）によって発生させた気泡径約１０〜５０μｍの気泡を、２Ｌ／ｍｉｎの速度で吹き込みながら、上記スラリー液を緩やかに２０分間撹拌した後、撹拌を停止して１０分間静置し、油と剥離した未燃炭素とを含む軽層と、水と石炭灰とを含む重層とに分離させた。
【００７７】
軽層を回収し、ＰＰ布（旭化成株式会社製、スパンボンド）に挟み、０．５ＭＰａの圧搾圧力を１０分間かけることにより、油と未燃炭素とをそれぞれ分離して回収した。石炭灰の洗浄に用いた油分は、未燃炭素に吸着してほとんど回収できなかった。また、回収した未燃炭素の含水率は１５％であり、産業廃棄物として容易に処分できた。
【００７８】
重層から、ろ布を敷いたヌッチェ式フィルター（株式会社マキノ製、Ｍ１４）によって、水と洗浄された石炭灰とをそれぞれ分離して回収した。回収した石炭灰を振動機（フリッチュ・ジャパン株式会社製）に移して、８０℃の温風で２０分間乾燥させた。乾燥した石炭灰における未燃炭素の付着量は、０．６５質量％であった。また、石炭灰の洗浄に用いた水のうち、約８０％の水が回収できた。
【００７９】
（実施例２）
食用油１２ｍｌの代わりに、リサイクル油として廃食油（学校給食の集積廃油、比重０．８ｇ／ｍｌ）１２ｍｌを用いた以外は、実施例１と同様の方法で石炭灰を処理して、未燃炭素の付着量を測定した。洗浄後の石炭灰における未燃炭素の付着量は０．７６質量％であった。
【００８０】
（実施例３）
火力発電所から採取された石炭灰（未燃炭素付着量６．０質量％）２０ｋｇを生コン用ミキサー（株式会社ナカトミ製、ＭＩＸ−３００）に投入し、次に水３，０００ｍｌ、灯油５００ｍｌ、食用油２５ｍｌを加え、３０分間撹拌した混合物として用いた以外は、実施例１と同様の方法で石炭灰を処理して、未燃炭素の付着量を測定した。洗浄後の石炭灰における未燃炭素の付着量は０．４８質量％であった。
【００８１】
（実施例４）
火力発電所から採取された石炭灰（未燃炭素付着量３．０質量％）５ｋｇと、予め水１，１３１ｍｌと灯油１２５ｍｌおよび食用油６．２５ｍｌをミキサーで乳化撹拌した混合物をアイリッヒミキサーの容器（パン）に充填して撹拌した混合物を用いた以外は、実施例１と同様の方法で、石炭灰を処理させて、未燃炭素の付着量を測定した。石炭灰における未燃炭素の付着量は０．３８質量％であった。
【００８２】
（比較例１）
シックナーに１００Ｌの水を溜めた後、灯油１０００ｍＬと食用油５０ｍｌの混合物をシックナー上部より供給した後、火力発電所から採取された石炭灰（未燃炭素付着量６．０質量％）２０ｋｇをシックナーに投入した。この後、緩やかに２０分間撹拌した後、撹拌を停止して１０分間静置し、油と剥離した未燃炭素とを含む軽層と、水と石炭灰とを含む重層とに分離させた。その後は、実施例１と同様の方法で、石炭灰を処理して、未燃炭素の付着量を測定した。石炭灰における未燃炭素の付着量は２．０８質量％であった。
【００８３】
実施例１〜４および比較例１における混合物の組成と実験条件を表１にまとめて示す。
【００８４】
【表１】
2016215194.tif 000003
【００８５】
（実施例５）
火力発電所から採取された石炭灰（未燃炭素付着量４．６質量％）５ｋｇ（１バッチ分）と、予め水１，１１９ｍｌと灯油１２５ｍｌおよび食用油６．２５ｍｌをミキサーで乳化撹拌した混合物とを、アイリッヒミキサーの容器（パン）に充填して撹拌した混合物を用い、循環ポンプの作動時間を１０分間とした以外は、実施例４と同様の方法で、石炭灰を処理して、未燃炭素の付着量を測定した。石炭灰における未燃炭素の付着量は０．４４質量％であった。
【００８６】
（実施例６）
灯油の量を５０ｍｌ、撹拌工程に用いる水の量を１，１９４ｍｌとした以外は、実施例５と同様の方法で、石炭灰を処理して、未燃炭素の付着量を測定した。石炭灰における未燃炭素の付着量は０．５２質量％であった。
【００８７】
（実施例７）
灯油の量を２５ｍｌ、撹拌工程に用いる水の量を１，２１９ｍｌとした以外は、実施例５と同様の方法で、石炭灰を処理して、未燃炭素の付着量を測定した。石炭灰における未燃炭素の付着量は０．３５質量％であった。
【００８８】
（実施例８）
灯油の量を１２．５ｍｌ、撹拌工程に用いる水の量を１，２３１ｍｌとした以外は、実施例５と同様の方法で、石炭灰を処理して、未燃炭素の付着量を測定した。石炭灰における未燃炭素の付着量は０．７１質量％であった。
【００８９】
（比較例２）
灯油は用いず、撹拌工程に用いる水の量を１，２４４ｍｌとした以外は、実施例５と同様の方法で、石炭灰を処理して、未燃炭素の付着量を測定した。石炭灰における未燃炭素の付着量は３．１９質量％であった。
【００９０】
実施例５〜８および比較例２における混合物の組成と実験条件を表２にまとめて示す。
【００９１】
【表２】
2016215194.tif 000004
【００９２】
実施例７で用いた処理前の石炭灰と処理後の石炭灰について、セメント協会標準試験方法 ＪＣＡＳ Ｉ−６１に準拠してメチレンブルー吸着量の測定を行った。メチレンブルー吸着量の測定結果を表３に示す。
【００９３】
処理前の石炭灰におけるメチレンブルー吸着量は０．３２ｍｇ／ｇであり、処理後の石炭灰におけるメチレンブルー吸着量は０．０１ｍｇ／ｇ未満であった。すなわち、本発明の方法で石炭灰を洗浄することにより、メチレンブルー吸着量は激減した。この結果から、処理後の石炭灰は、フレッシュコンクリートの練り混ぜ時に使用される減水剤やＡＥ剤の吸着量を低減できるものとなったことが推察された。つまり、処理後の石炭灰は、処理前の石炭灰を混和材として用いる際の問題点、すなわち、減水剤やＡＥ剤を吸着してしまうという問題点が解消されたものとなっていた。
【００９４】
実施例７で用いた処理前の石炭灰と処理後の石炭灰とについて、ＪＩＳ Ｒ ５２０１（セメントの物理試験方法）に規定の「６．密度試験」および「７．１比表面積試験」に準拠して、密度および比表面積を測定した。密度および比表面積の測定結果を表３に示す。
【００９５】
処理前の石炭灰と処理後の石炭灰の比表面積の測定結果から、処理後の石炭灰では、洗浄処理により比表面積が低下していることが判明した。これは、石炭灰の表面に付着していた微粒分が、洗浄によって未燃焼カーボンと一緒に除去されたためである。
【００９６】
【表３】
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【００９７】
実施例７で用いた処理前の石炭灰または処理後の石炭灰を基準セメントに配合したフレッシュモルタルについて、ＪＩＳ Ａ １１２８（モルタル用エアメータ）に準拠して空気量を測定した。基準セメントと石炭灰は、質量比が３：１となるように配合した。さらに比較のために、石炭灰を配合していないフレッシュモルタルの空気量も測定した。空気量の測定結果を表４に示す。なお、基準セメントには、比表面積試験用標準物質（１０２Ｎ）普通ポルトランドセメント（比表面積３３００ｃｍ2／ｇ）を用いた。
【００９８】
処理前の石炭灰を配合したフレッシュモルタルでは、練り混ぜ時に生じる空気連行が著しく低下しているのに対し、処理後の石炭灰を配合したフレッシュモルタルでは、空気連行の著しい低下は抑制されていることが確認された。
【００９９】
実施例７で用いた処理前の石炭灰または処理後の石炭灰を基準セメントに配合したフレッシュモルタルについて、ＪＩＳ Ａ ６２０１：２０１５に準拠して、フロー値およびフロー値比を測定した。基準セメントと石炭灰は、質量比が３：１となるように配合した。さらに比較のために、石炭灰を配合していないフレッシュモルタルのフロー値およびフロー値比も測定した。フロー値およびフロー値比の測定結果を表４に示す。
【０１００】
石炭灰を配合していないフレッシュモルタルのフロー値比と処理前の石炭灰を配合したフレッシュモルタルのフロー値比の測定結果から、処理前の石炭灰を配合したフレッシュモルタルは、石炭灰を配合していないフレッシュモルタルよりも流動性が低下していることが示された。他方、石炭灰を配合していないフレッシュモルタルのフロー値比と処理後の石炭灰を配合したフレッシュモルタルのフロー値比の測定結果から、処理後の石炭灰を配合したフレッシュモルタルは、石炭灰を配合していないフレッシュモルタルよりも流動性が高まっていることが示された。これら結果から、処理後の石炭灰は、セメントに配合してフレッシュモルタルやフレッシュコンクリートを作製した場合に、それらのコンシステンシーを低下させ、作業性を向上することができるものであることが示された。
【０１０１】
実施例７で用いた処理前の石炭灰または処理後の石炭灰を基準セメントに配合して作製したモルタルについて、ＪＩＳ Ａ ６２０１：２０１５に準拠して、圧縮強度および活性度指数を測定した。基準セメントと石炭灰は、質量比が３：１となるように配合した。さらに比較のために、石炭灰を配合していないモルタルの圧縮強度および活性度指数も測定した。圧縮強度および活性度指数の測定結果を表４に示す。
【０１０２】
石炭灰を配合していないモルタルの圧縮強度と処理前または処理後の石炭灰を配合したモルタルの圧縮強度の測定結果から、処理前または処理後の石炭灰を配合したモルタルは、石炭灰を配合していないモルタルよりも圧縮強度が低いことが確認された。さらに、処理前の石炭灰を配合した場合と処理後の石炭灰を配合した場合とを比較すると、処理後の石炭灰を配合したモルタルの方が、処理前の石炭灰を配合したモルタルよりも圧縮強度が高くなることが確認された。これらの事から、処理後の石炭灰の方が、処理前の石炭灰よりも混和材として適していることが判明した。
【０１０３】
以上のように、洗浄処理を施した石炭灰は、減水剤とＡＥ剤が吸着しにくくなる、空気連行性を改善させる、コンシステンシーの低下によって作業性を向上させる、圧縮強度を向上させる、さらに、未燃炭素によるコンクリートの変色を無くせる等の優れた性質を発揮するものであり、洗浄処理を施していない石炭灰よりも優れた混和材となっていることが示された。
【０１０４】
【表４】
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【符号の説明】
【０１０５】
１１    水投入装置
１２    油投入装置
１３    油投入装置
１４    乳化撹拌装置
１５    石炭灰投入装置
１６    石炭灰撹拌装置
１７    マイクロバブルジェネレーター
２１    石炭灰分離装置
２２    洗浄水供給装置
２３    乾燥コンベア
２４Ｌ  軽層用フィルタープレス機
２４Ｈ  重層用フィルタープレス機
２５    水／油分離槽
【図１】
2016215194.tif 000007