(57)【要約】【課題】フライアッシュから未燃カーボンを高含有率に含有するフロスを分離・回収で提供する。【解決手段】未燃カーボンを含有する石炭灰と水とを撹拌手段でスラリー化した被処理液を投入する処理槽１と、処理槽１で被処理液に気泡を注入して過流を生じさせ、処理槽１の上部に設けられたフロス溢流口２ａよりフロスを溢流させるようにした浮遊分離装置において、溢流したフロス中の未燃カーボン含有率を判別するためのフロス判別手段２２と、フロス判別手段２２により判別された未燃カーボンの含有率に応じて、含有率が高いＶフロスと、含有率が低いＰフロスとに判別してＰフロス回収槽１１およびＶフロス回収槽１２回収する判別回収手段と、回収されたＰフロスの全部または一部を処理槽１へ還流する還流手段１６を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
未燃カーボンを含有する石炭灰を水に分散させてスラリー化した被処理液を浮遊選鉱して前記未燃カーボンとテール灰を分離する分離工程と、
前記浮遊選鉱により得られたフロスを判別するフロス判別工程と、
前記フロス判別工程における判別結果に基づいて、前記フロスを未燃カーボンが高含有率のＶフロスと、未燃カーボンが低含有率のＰフロスとに判別して回収する判別回収工程と、
回収された前記Ｐフロスを前記被処理液に再投入し、再度浮遊選鉱を行う工程と、を備えたことを特徴とする未燃カーボン回収方法。
【請求項２】
回収された前記Ｖフロスを被処理液として前記浮遊選鉱装置とは異なる第二の浮遊選鉱装置を使用して浮遊選鉱を行い、未燃カーボンが８０％以上の高含有率のＣフロスとして回収する工程と、を備えたことを特徴とする請求項１に記載の未燃カーボン回収方法。
【請求項３】
未燃カーボンを含有するフライアッシュと水とを撹拌手段でスラリー化した被処理液を投入する処理槽と、前記処理槽で前記被処理液に気泡を注入して過流を生じさせ、前記処理槽の上部に設けられたフロス溢流口よりフロスを溢流させるようにし、前記処理槽下部に設けられた回収流路によりテール灰を回収するようにした浮遊分離装置において、
少なくとも前記フロスの溢流開始からの時間、測光値及び色濃度を含むデータに基づいてフロスを判別するフロス判別手段と、
前記フロス判別手段により含有率が高いＶフロスと、含有率が低いＰフロスとに判別して回収する判別回収手段と、
回収された前記Ｐフロスの全部または一部を前記処理槽へ還流する還流手段と、を備えることを特徴とする浮遊分離装置。
【請求項４】
前記フロス判別手段は、前記フロスの溢流開始からの時間を計測し、予め設定した時間未満であれば前記Ｖフロスであり、予め設定した時間以上であれば前記Ｐフロスと判定するものであることを特徴とする請求項３記載の浮遊分離装置。
【請求項５】
前記フロス判別手段は、前記フロスに光を照射して測光し、計測結果に基づいて前記Ｖフロスか前記Ｐフロスかを判定するものであることを特徴とする請求項３記載の浮遊分離装置。
【請求項６】
前記フロス判別手段は、前記フロスに光を照射して色の強度を計測し、その色の強度の値により前記Ｖフロスか前記Ｐフロスかを判定するものであることを特徴とする請求項３記載の浮遊分離装置。
【請求項７】
前記判別回収手段は、前記フロス判別手段による制御に基づいてＶフロス回収流路又はＰフロス回収流路にフロスが流れるように動作する方向切換弁又は電磁弁と、前記ＶフロスとＰフロスを各々回収するＶフロス回収槽及びＰフロス回収槽とを備えていることを特徴とする請求項４乃至６のいずれかに記載の浮遊分離装置。
【請求項８】
請求項１又は２に記載の未燃カーボン回収方法、又は請求項３ないし７のいずれかに記載の浮遊分離装置により回収されたＶフロス。
【請求項９】
請求項１又は２に記載の未燃カーボン回収方法、又は請求項３ないし７のいずれかに記載の浮遊分離装置により回収されたテール灰。
【請求項１０】
請求項２に記載の未燃カーボン回収方法によって回収されたＣフロス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、未燃カーボン回収方法および浮遊分離装置に関し、詳しくは、フライアッシュから未燃カーボンを含有するフロスを分離・回収することを可能にした方法および装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、フライアッシュを水に分散させた被処理液を処理槽に収容し、被処理液に渦流を生じさせ、下部より未燃カーボン量の少ないテール灰を回収するとともに、上部に設けられたフロス溢流口から未燃カーボン量を比較的多く含有するフロスを溢流させて分離する浮遊分離装置がある（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第４８０２３０５号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述のように、従来の技術は、フライアッシュをテール灰とフロスとに分離するものであって、従来装置により得られたテール灰はコンクリート混和材等に利用されるが、分離後のフロス（未燃カーボンを多く含むフライアッシュ）は回収することなく廃棄処分としていた。フロスを廃棄することなく、工業用製品として利用するためには、フロスの未燃カーボンを高含有率（例えば５０％以上）の安定した値とする必要があるため、上記のような従来の浮遊分離装置の技術を改良する。
【０００５】
本発明はこのような課題に鑑みなされたもので、フライアッシュから分離されたフロスの未燃カーボン回収量を増加させ、新たな廃棄物の発生を少なくした未燃カーボン回収方法、浮遊分離装置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】
【０００６】
本発明の要旨は、撹拌槽で未燃カーボンを含有する石炭灰を水に分散させてスラリー化した被処理液を第一の処理槽で浮遊選鉱して前記未燃カーボンを分離する分離工程と、前記浮遊選鉱により得られたフロスを測定する測定工程と、
前記測定工程における測定結果に基づいて、前記フロスを未燃カーボンが高含有率のＶフロスと、未燃カーボンが低含有率のＰフロスとに判別して回収する判別回収工程と、回収された前記Ｐフロスを第一の処理槽内の被処理液に再投入し、再度浮遊選鉱を行う工程とを備えた回収方法、装置である。
【０００７】
また、前記撹拌槽とは異なる第二の撹拌槽で前記Ｖフロスを被処理液として第二の処理槽で浮遊選鉱を行い、未燃カーボンが８０％以上の高含有率のＣフロスとして回収する工程とを備えた回収方法、装置である。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、フライアッシュから未燃カーボンを含有するフロスを分離・回収できる、未燃カーボンの含有率を向上・安定させ、新たな廃棄物の発生を少なくし、資源の有効利用および環境保全に寄与することができる。  
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明による浮遊分離装置の実施形態を示すシステム構成図である。
【図２】方向切換弁を備えたフロス判別手段の実施形態を示す説明図である。
【図３】（ａ）はフロスの採取時間、（ｂ）（ｃ）は輝度、（ｄ）は色の強度をそれぞれ横軸にとり、強熱減量との関係を示したグラフである。
【図４】従来装置と本発明による装置について、（ａ）はテール灰の強熱減量、（ｂ）はＶフロスの強熱減量を示したグラフである。
【図５】Ｖフロスを図７の装置を使用して処理した場合の、Ｃフロス回収時間と強熱減量の関係を示したグラフである。
【図６】色の強度の比を説明する写真である。
【図７】本発明による浮遊分離装置の他の実施形態を示すシステム構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下に添付図面を参照しながら、本発明の実施形態について詳細に説明する。
図１は、本発明の浮遊分離装置の一実施形態を示すシステム構成図である。
【００１１】
図１に示す浮遊分離装置は、円筒状の処理槽１を有し、この処理槽１内の上部に円錐台形状のフロス回収トレイ２が設けられている。フロス回収トレイ２の上端にはフロス溢流口２ａが設けられている。
【００１２】
フロス溢流口２ａの上部にはスラリー投入流路３およびパイン油投入流路４が連接され、フロス回収トレイ２の下端付近にはフロス回収流路５が接続されている。処理槽１の上部と下部の間に循環流路６が接続されている。循環流路６の上端部は、処理槽１の上部（フロス回収トレイ２の下方）であって、処理槽１内の被処理液面より下部に位置し、循環流路６の下端部は処理槽１の下部に位置している。循環流路６の途中にはポンプ７およびマイクロバブル発生装置８が設けられている。なお、パイン油は起泡剤の一種である。
【００１３】
フロス回収流路５に方向切換弁１０が設けられ、この方向切換弁１０からＰフロス回収槽１１へ通ずるＰフロス回収流路１２、およびＶフロス回収槽１３に通ずるＶフロス回収流路１４が分岐されている。Ｐフロス回収槽１１から攪拌槽１５にＰフロス還流流路１６が接続され、Ｐフロス還流流路１６中にポンプ１７が設けられている。スラリー投入流路３は攪拌槽１５の下端部に接続され、その途中にポンプ１８が設けられている。
【００１４】
攪拌槽１５には、未燃カーボンを含有する原料（例えばフライアッシュ）、水、捕集剤（たとえばケロシン）を上部から投入し、攪拌子１９を、回転軸２１を介して回転させることによりスラリー化した被処理液を得て、これをポンプ１８によりスラリー投入流路３を介してフロス溢流口２ａから処理槽１に投入する。前記原料、水及び捕集材の投入順序はどのような順番でも良い。なお、パイン油は水の投入後、投入する。
【００１５】
被処理液は処理槽１に落下して収容され、収容された被処理液は循環流路６を介して強制的に循環される。循環流路６の途中のマイクロバブル発生装置でマイクロバブルが混合され、処理槽１の内面に沿って流入させることで処理槽１に渦流を形成し、それに伴ってマイクロバブルに付着したフロスＦがフロス溢流口２ａからオーバーフローし、フロス回収トレイ２に沿って落下する。
【００１６】
処理槽１の下端部にはテール灰回収流路３６が設けられており、テール灰回収流路３６から大部分の未燃カーボンが除去されたテール灰Ｔがテール灰回収槽３７に落下して回収される。
【００１７】
フロス溢流口よりオーバーフローしたフロスＦはフロス判別手段２２により測定されており、その測定データは、フロス判別手段２２により方向切換信号に変換される。フロス判別手段２２は、前記方向切換信号を方向切換弁１０に送信し、方向切換弁１０は、前記方向切換信号に基づいて制御するようになっている。なお、フロス判別手段２２については後述する。
【００１８】
落下したフロスＦは、フロス回収流路５から回収されて方向切換弁１０に送られる。方向切換弁１０はフロス判別手段２２からの方向切換信号により制御され、Ｐフロス回収流路１２又はＶフロス回収流路１４のいずれかに振り分けられ、ＰフロスＦＰはＰフロス回収槽１１に、ＶフロスＦＶはＶフロス回収槽１３にそれぞれ回収される。
【００１９】
ここに、Ｖフロスとは、フロスＦ中の未燃カーボンが高含有率（未燃カーボンが５０％以上）の成分であるもの、Ｐフロスとは、未燃カーボンがそれ以下の低含有率（未燃カーボンが５０％未満）の成分のものと定義する。Ｐフロス回収槽１１に回収されたＰフロスＦＰは、その一部又は全部をＰフロス還流流路１６から攪拌槽１５に還流され、ここで再び原料とともに攪拌されて上記の浮遊選鉱を繰り返す。
【００２０】
図２（ａ）〜（ｄ）は、フロス判別手段２２及び方向切換弁の具体例を示している。
図２（ａ）は、フロス判別手段２２がタイマ２３で構成された例である。すなわち、フロスＦがオーバーフローし始めてからの時間をタイマ２３で計測し、このタイマ２３で計測した時間に基づいて方向切換弁１０を切換えるようにしたものである。
【産業上の利用可能性】
【００２１】
図３（ａ）に、Ａ灰とＢ灰の２種類のフロスについて、採取時間と強熱減量の関係を試験した結果を示している。
Ａ灰とＢ灰の両者とも、フロスがオーバーフローし始めてからほぼ１０分を境に強熱減量が５０％未満に減少していることがわかる。したがって、図２（ａ）において、フロスＦが溢流し始めてから１０分未満のとき方向切換弁１０をＶフロス回収流路１４側、１０分以上のときＰフロス回収流路１２側に切換えることにより、ＰフロスＦＰとＶフロスＦＶを判別し、それぞれ、Ｐフロス回収槽１１およびＶフロス回収槽１２に回収することができる。
【００２２】
図２（ｂ）は、オーバーフローしたフロスＦの光源２６による反射光の強さとして、たとえばフロスＦ表面の輝度を測定し、この測定データに基づいてバルブ３０又は３１を開放するように制御するものである。すなわち、フロス回収流路５の途中にフロス測定槽２５を設け、このフロス測定槽２５に回収されたフロスＦを光源２６（ハロゲンランプ、照度3500lx）で300mmの距離から照射し、測光計２７は輝度計によって構成され、輝度を測定する。反射光の強さとして測定した輝度が設定値以上か設定値以下かを制御部２８で判断し、電磁弁３０又は電磁弁３１のいずれかを開放するように制御することにより、ＰフロスとＶフロスを判別することができる。
【００２３】
なお、反射光の強さとして照度を用いることも出来る。その場合、測光計２７は照度計で構成して、照度を測定し、測定データに基づいてバルブ３０又は３１を開放するように制御する。
【００２４】
図３（ｂ）（ｃ）に、２種類のフロス（Ａ灰とＢ灰）について、フロスの輝度（常用対数）と強熱減量との関係を試験した結果を示している。同図で明らかなように、Ａ灰とＢ灰の両者ともに輝度と強熱減量は相関関係にあり、ＡとＢ灰とも、輝度の常用対数Log10(Ｃd/m2)がほぼ２.６を境にして強熱減量が５０％未満に低下している。
【００２５】
なお、ここで、常用対数Log10(Ｃd/m2)が２．６という数値は、光源２６としてハロゲンランプ、照度3500lxを使用した場合の例であり、光源の仕様が異なる場合、改めてフロスの輝度と強熱減量との関係を試験で求め、所望する強熱減量に対応する輝度の常用対数を設定値とする必要がある。
【００２６】
図２（ｃ）は、フロス溢流口２ａからオーバーフローした直後のフロスＦを光源３３（ハロゲンランプ、照度3500lx）で300mmの距離から照射し、カメラ３２（デジタルカメラ、開放絞り値Ｆ３．３、ＩＳＯ感度２４００、シャッタースピード１／１０秒）で撮影してフロスＦの反射率を測定してこの測定データを制御部３４で判断し、これに基づいて方向切換弁１０を制御するものである。
【００２７】
図３（ｄ）は、光源３３（ハロゲンランプ、照度3500lx）で照射し、カメラ３２（デジタルカメラ、開放絞り値Ｆ３．３、ＩＳＯ感度２４００、シャッタースピード１／１０秒）により測定したフロスＦの色の強度の比（図６参照）と強熱減量との関係を試験した結果を示している。図３（ｄ）で明らかなように、レッドＲ，グリーンＧ、ブルーＢがともに、色の強度の比がほぼ０．３を境にして強熱減量が５０％未満に低下している。したがって、図２（ｃ）において、色の強度の比が設定値以上か設定値以下かを制御部３４で判断し、方向切換弁１０をＶフロスＦ側又はＰフロスＦ側に切換えることにより、ＰフロスとＶフロスを判別することができる。
【００２８】
図６は、フロスＦの色の強度の比を説明する図（写真）である。図６において、フロス溢流口２ａからオーバーフローした直後のフロスＦを光源（図示せず）で照射し、上記のカメラ（図示せず）より得たＲＧＢデータ（０〜２５５）の１００ピクセル四方内の平均値の比（白Ｗの標本を１、黒Ｂの標本を０とした比）を色の強度の比とする。
【００２９】
図２（ｄ）は、フロス溢流口２に筒状のフロス溜部２ｂを設け、このフロス溜部２ｂ内に溜まった直後のフロスＦ´を測定してこれを回収する例である。すなわち、フロス溜部２ｂから２本のフロス回収流路１２、１４を介してフロスＦ´を回収し、各々のフロス回収流路１２、１４に電磁弁３０、３１を設けるとともに、フロスＦ´を光源で照射してフロスＦ´からの反射光を輝度計２７（又はカメラ）で測定し、この測定データに基づいていずれかの電磁弁３０、又は電磁弁３１を開放するようにしたものである。なお、このようにフロス溜部２ｂ内のフロスＦ´を回収する手段は、図２（ａ）に示す、タイマでオーバーフローの時間を測定する手段にも適用可能である。
なおまた、図２（ａ）〜（ｄ）のように、光の反射を利用した判別では、光源以外の光の入射を防ぎ、外乱光の影響を回避する必要がある。
【００３０】
図４（ａ）は、従来の一般的な浮遊分離装置と本発明の方法および装置により得られた、テール灰の強熱減量の品質を比較したグラフである。同図に示すように、従来装置の平均は１．４％程度、本発明では約１．５％であって、Ｐフロスの投入が回収したテール灰の強熱減量に影響を及ぼさないことがわかる。
【００３１】
図４（ｂ）は、本発明の方法および装置で回収されたＰフロスの再処理を行わない場合と、Ｐフロスの再処理を行った場合とで、得られた、Ｖフロスの強熱減量の品質を比較したグラフである。
【００３２】
図４（ｂ）に示すように、本発明装置においてＰフロスの再処理を行わない場合で得られたＶフロスと、本発明方法および装置で得られたＶフロスは、２回目、３回目、４回目ともに、ほぼ同程度の強熱減量であることがわかる。このことは、従来は廃棄物処理をしていたＰフロスを減らすことができ、工業用製品として利用可能なＶフロスを増やすことが出来ることを意味する。
【００３３】
以上のようにして、Ｖフロス回収槽１３に回収されたＶフロスの強熱減量は５０％以上であり、この値は原料とするフライアッシュの強熱減量に関わらずほぼ一定であることが実験により確かめられた。この強熱減量からＶフロスの発熱量を推定すると、１９．７ＭＪ／ｋｇとなる。このようなＶフロスは、補助燃料、鉛筆の芯、リサイクル燃料等として利用可能である。
【００３４】
図５は、上述のようにして得られたＶフロスを原料として、図７に示す浮遊分離装置を用いて、１〜１５分間浮遊選鉱することにより、強熱減量が８０％以上の含有成分のＣフロスを分離することができることを示す図である。
【００３５】
図７は、Ｖフロスを浮遊選鉱し、強熱減量が８０％以上の含有成分のＣフロスを回収するための浮遊分離装置である。
【００３６】
図７に示す浮遊分離装置は、円筒状の処理槽１０Ａを有し、この処理槽１０Ａ内の上部に円錐台形状のフロス回収トレイ２０Ａが設けられている。フロス回収トレイ２０Ａの上端にはフロス溢流口２０ａが設けられている。
【００３７】
フロス溢流口２０ａの上部にはスラリー投入流路３０およびパイン油投入流路４０が連接され、フロス回収トレイ２０Ａ下端付近にはフロス回収流路５０が接続されている。処理槽１０Ａの上部と下部の間に循環流路６０が接続されている。循環流路６０の上端部は、処理槽１０Ａの上部（フロス回収トレイ２０Ａの下方）であって、処理槽１０Ａ内の被処理液面より下部に位置し、循環流路６０の下端部は処理槽１０Ａの下部に位置している。循環流路６０の途中にはポンプ７０およびマイクロバブル発生装置８０が設けられている。
【００３８】
フロス回収流路５０に方向切換弁１００が設けられ、この方向切換弁１００からＰフロス回収槽１１０へ通ずるＰフロス回収流路１２０、およびＣフロス回収槽１３０に通ずるＣフロス回収流路１４０が分岐されている。Ｐフロス回収槽１１０から攪拌槽１５０にＰフロス還流流路１６０が接続され、Ｐフロス還流流路１６０中にポンプ１７０が設けられている。スラリー投入流路３０は攪拌槽１５０の下端部に接続され、その途中にポンプ１８０が設けられている。
【００３９】
攪拌槽１５０には、図１に示す浮遊分離装置により得られたＶフロスＦＶ及び水、捕集剤（たとえばケロシン）を上部から投入し、攪拌子１９０を回転軸２１０を介して回転させることによりスラリー化した被処理液を得て、これをポンプ１８０によりスラリー投入流路３０を介してフロス溢流口２０ａから処理槽１０Ａに投入する。
【００４０】
被処理液は処理槽１０Ａに落下して収容され、収容された被処理液は循環流路６０を介して強制的に循環され、処理槽１０Ａの接線方向にマイクロバブルが発生するように設置されたマイクロバブル発生装置８０により処理槽１０Ａ内で旋回流となって上昇し、それに伴って気泡に付着したフロスＦがフロス溢流口２０ａからオーバーフローし、フロス回収トレイ２０Ａに沿って落下する。
【００４１】
処理槽１０Ａの下端部にはテール灰回収流路３６０が設けられており、テール灰回収流路３６０からテール灰Ｔがテール灰回収槽３７０に落下して回収される。
【００４２】
オーバーフローしたフロスＦはフロス判別手段２２０により測定されており、その測定データは
を方向切換弁１００に送信してこれを制御するようになっている。
【００４３】
落下したフロスＦは、フロス回収流路５０から回収されて方向切換弁１００に送られる。フロス判別手段２２０は、方向切換弁１００はフロス判別手段２２０からの測定データにより制御され、Ｐフロス回収流路１２０又はＣフロス回収流路１４０のいずれかに振り分けられ、ＰフロスＦＰはＰフロス回収槽１１０に、ＣフロスＦＣはＣフロス回収槽１３０にそれぞれ回収される。ここに、Ｃフロスとは、フロスＦ中の未燃カーボンが高含有率（未燃カーボンが８０％以上）の成分であるものと定義する。
【００４４】
フロス判別手段２２０の構成は、図２（a）〜（ｄ）で示したものと同様である。なお、強熱減量８０％以上のＣフロスを得る場合には、基準とするものにより以下のとおり判別出来る。光源及びカメラによる測定機器は、Ｖフロスを判別する際の構成と同じである。なお、基準は灰の種類や光源の輝度、カメラの位置や性能及び色標本の濃度により異なる。
【００４５】
時間を基準に判断する場合には、１５分を境にして強熱減量が８０％未満に低下する。
輝度を基準に判断する場合には、輝度の常用対数Log10(Ｃd/m2)がほぼ２．０７を境にして強熱減量が８０％未満に低下する。
色強度を基準に判断する場合には、色の強度の比はそれぞれ、レッドＲの場合は−０．１４、グリーンＧの場合は−０．１、ブルーＢの場合は−０．１３を境にして強熱減量が８０％未満に低下する。ここで、色強度がマイナスとなっているのは、使用した黒色標本よりもフロスの色が黒い事を意味する。すなわち、色強度は相対値であり、標本の色の濃度によって色強度比は異なるものになることに留意が必要である。
【００４６】
以上のように、図７に示す浮遊分離装置では、Ｖフロスから未燃カーボンが８０％以上の高含有率のＣフロスを得ることができる。
【００４７】
以上のように、本発明の方法及び装置によれば、従来、廃棄物として処理されていたフロスに替わって、未燃カーボンが高含有率のＶフロス、さらにはより高含有率のＣフロスとして得ることが可能であり、廃棄物をほとんどなくすることができ、テール灰の回収量も増加するという利点がある。
【符号の説明】
【００４８】
１ …処理槽
２ …フロス回収トレイ
２ａ…フロス溢流口
８…マイクロバブル発生装置
１０ …方向切換弁
１１…Ｐフロス回収槽
１３…Ｖフロス回収槽
１６…Ｐフロス還流流路
１５…攪拌槽
２０…被処理液
２２…フロス判別手段
２３…タイマ
２７…輝度計
３０、３１…電磁弁
３２…カメラ
１１０…Ｐフロス回収槽
１５０…撹拌槽
１３０…Ｃフロス回収槽
３００…Ｖフロス回収槽
Ｆ…フロス
Ｔ…テール灰
ＦＰ…Ｐフロス
ＦＣ…Ｃフロス
ＦＶ…Ｖフロス
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図７】
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【図６】
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