(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
アルミ灰の中、金属アルミ分が３０％以下の微粉状のアルミ残灰、石炭火力発電所から排出されるフライアッシュやクリンカーアッシュの石炭灰、ごみ焼却場から排出される集塵灰や焼却灰という微粉状のごみ焼却灰、その他下水処理スラッジを焼却した際に排出される微粉状のごみ焼却灰、あるいは微粉状の鉱滓、微粉状の無機質残滓物の何れか単独、あるいはそれらの混合物５０重量％に、砂またはガラスカレット粉末５０重量％を混合してなる粉状体１００重量部に対し、糊成分としてのコーンスターチを適量添加してなる水２０〜４０重量部を注入、混練して造粒基体を形成する第１工程、造粒基体をパン型造粒機または押出し式造粒機で調湿、造粒して適宜粒度の造粒体に形成する第２工程、適宜粒度に形成された造粒体を、ロータリー式乾燥機またはネットコンベア式乾燥機によって２００〜４００℃に加温して乾燥造粒体に形成する第３工程、乾燥造粒体をロータリーキルンにより、焼成温度９００〜１１００℃にて焼成、固化する第４工程、焼成した造粒体を篩に掛けて所定粒度以外のものを除去する第５工程、以上第１ないし５工程によって微粉状の無機質残滓物から適宜粒度の造粒体に形成してコンクリート等用人工骨材を製造するようにしたことを特徴とするコンクリート等用人工骨材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の目的】
この発明は、セメントが加えられてコンクリートを形成するためのコンクリート等用人工骨材の製造方法に関するものであって、殆ど無価値でその処分が社会的にも問題視されている微粉状の無機質残滓物を有効利用し得るようにした新規な構成からなる製造方法を提供しようとするものである。
【０００２】
【従来技術】
世界的にも群を抜く程の経済的発展を遂げてきた結果、世界経済の中での均衡を維持する上で内需拡大政策が強く求められ、それに応じる一つの手段として、我が国の社会基盤を充実、安定することとなる高速道路網の拡大整備や高速鉄道、地下鉄道の延伸整備、あるいは護岸、港湾整備等といった公共事業へ多大の投資が続けられている。
【０００３】
この公共事業を推進する上で大量に消費される資材が、大型構造物の建設に欠くことのできないコンクリートであり、日夜、大量の砂や砂利、即ちコンクリート等用骨材を調達するために山が崩され、川底を掘り返し、それでも間に合わない分を諸外国からの輸入に頼っているのが現状である。
このような事情から、天然の骨材に代わって人工的に作り出した人工骨材も登場し、骨材不足現象に歯止めを掛けようとする様々な提案も成されている。例えば、特開昭５０−９８９２３号公報に開示された軽量骨材の製造方法や、その改良型としての特開昭６０−１５５５５７号公報に掲載された軽量骨材の製造方法等は、それら提案の中の一つといえるが、それらは何れも製造工程が繁雑で高価なものについてしまうだけではなく、特に後者の提案のものでは、その素材として、わざわざ塊状の頁岩を粉砕して１００メッシュ以下の粒度程度まで粉砕する工程を要するものであり、それだけでもコスト上で無駄を伴うものとなってしまっている。
【０００４】
一方、経済的発展に伴って大量の生活物資が生産、消費され、その過程で大量の残滓物を排出してしまう結果、それらを安全に処分するために様々な工夫と多額の費用とが注がれてきているが、あまりにもその排出量が膨大すぎ、全ての残滓物の処分が予定どおりに進んでいる訳ではなく、中にはその処分に行き詰まっているものがあるのも事実である。
【０００５】
例えば、産業廃棄物といわれるものの一つで、アルミ精練過程で排出されるアルミ灰の中、金属アルミ分が３０％以下の微粉状のアルミ残灰や、石炭火力発電所等から排出されるフライアッシュやクリンカーアッシュ等の石炭灰、ごみ焼却場等から排出される集塵灰や焼却灰等といった微粉状のごみ焼却灰、その他下水処理スラッジを焼却した際に排出される微粉状のごみ焼却灰、あるいは微粉状の鉱滓等に代表される微粉状の無機質残滓物は、その性状の故に取扱い性が悪い上、再利用しようとして適宜バインダーを使って造粒、焼成し、ペレット状の濾過材や土壌改良材等とする試みもコスト上で見合わず、結局これまでに有効利用された事例は皆無に等しく、所定区域内に野積み状に放置されたままとなっており、これら産業廃棄物の処理対策も、近時の大きな社会的要請の一つとなっている。
【０００６】
この発明は、以上のような状況に鑑み、これら産業廃棄物を使って公共事業の推進に大量に必要とされるコンクリート等用人工骨材を作り出すことが適わぬものかと想起し、逸早く開発、研究に取り組んで試行錯誤を続け、幾多の試作実験を繰り返してきたところ、茲にきて遂にその成果が得られたものであり、以下では、実験データー等と共に、この発明によるコンクリート等用人工骨材の製造方法の構成を詳細に説示することとする。
【０００７】
この発明は、以下のとおりの第１〜４工程からなる構成を要旨とするコンクリート等用人工骨材の製造方法である。
［第１工程］  微粉状の無機質残滓物の何れか単独、あるいはそれらの混合物４０〜７０重量％に、砂またはガラスカレット粉末６０〜３０重量％を混合してなる粉状体１００重量部に対し、水２０〜４０重量部を注入、混練して造粒基体を形成する。
【０００８】
なお、微粉状の無機質残滓物は、既述したとおり、アルミ灰の中、金属アルミ分が３０％以下の微粉状のアルミ残灰、石炭火力発電所等から排出されるフライアッシュやクリンカーアッシュ等の石炭灰、ごみ焼却場等から排出される集塵灰や焼却灰等といった微粉状のごみ焼却灰、その他下水処理スラッジを焼却した際に排出される微粉状のごみ焼却灰、あるいは微粉状の鉱滓等であり、混練に際して注入される水は、コーンスターチやＣ．Ｍ．Ｃ．（カルボキシメチルセルロース）等の糊成分を適量添加してなる水を採用することもできる。
【０００９】
［第２工程］  上記第１工程で形成された造粒基体を、パン型造粒機、押出し式造粒機等の造粒機を使い、調湿雰囲気下において造粒し、５〜２０mm程度の粒度（粒度分布では、５〜１３mmが約５０％）の造粒体に形成する。
造粒機にもよるが、造粒体の粒度の調整は、大凡造粒機に組み込まれた調整機構の操作で規制した後、必要があれば造粒後に篩に掛ける等して粒度調整を行えば足りる。
【００１０】
［第３工程］  適宜粒度に形成された造粒体を、従来から汎用されているロータリー式乾燥機またはネットコンベア式乾燥機等、公知の乾燥機その他によって２００〜４００℃の範囲に加温して乾燥造粒体に形成する。
［第４工程］  前記工程で形成された乾燥造粒体をロータリーキルンにより、焼成温度９００〜１１００℃にて焼成、固化し、微粉状の無機質残滓物から適宜粒度の造粒体に形成してコンクリート等用人工骨材を製造する。
なお、焼成時間は、５０〜８０分間程度が必要であり、その焼成温度によって最適な焼成時間とする。
また、必要があれば、この第４工程に引き続き、焼成した造粒体を篩に掛け、骨材として相応しくない所定粒度以外のものを除去する第５工程を加えた製造方法とすることができる。
【００１１】
微粉状の無機質残滓物、即ち、アルミ地金や同スクラップを溶解、精錬したときに発生するアルミ灰の中、主成分が酸化アルミ（アルミ灰の中、約６０〜８０％）やその他の金属酸化物（アルミ灰の中、約１０〜４０％）であって、金属アルミ分が３０％以下となってしまっている微粉状のアルミ残灰、石炭火力発電所等から排出されるフライアッシュやクリンカーアッシュ等の石炭灰、ごみ焼却場等から排出される集塵灰や焼却灰等といった微粉状のごみ焼却灰、その他下水処理スラッジを焼却した際に排出される微粉状のごみ焼却灰、あるいは微粉状の鉱滓等は、事前に篩に掛けられ、金属塊や石塊その他異物等が取り除かれ、少なくとも１００メッシュアンダーの微粉状のものだけを採用する。
【００１２】
砂またはガラスカレット粉末は、何れも上記した微粉状の無機質残滓物を所定粒度で所定の強度、比重、吸水率の造粒体に固化するバインダーとして機能するものであり、岩石が風化作用によって砕かれ、直径２mm〜１／１６mmまで細かくなった砂は、石英や雲母を主体とし、その他長石や角閃石、輝石、磁鉄鉱、チタン鉄鋼、チヤートの岩片等も含むものであり、所謂川砂の外、山砂、砂丘砂、海砂の何れでも採用可能であり、また、ガラスカレット粉末は、屑ガラスや回収ガラス容器等を破砕、粉砕し、少なくとも前記した砂の粒度程度までに粉末化したものを採用する。
【００１３】
これら微粉状の無機質残滓物と砂またはガラスカレット粉末とは、各重量％で前者が４０〜７０の割合に対し、後者が６０〜３０の割合となるようにして混合され、該混合物を造粒基体として加水、調湿しながら骨材に必要とされる粒度（５〜２０mm程度）に造粒された上で乾燥、焼成することにより、所定強度、比重、吸水率の造粒体に固化、形成される。
【００１４】
なお、造粒基体とする際の微粉状の無機質残滓物は、アルミ灰の中、金属アルミ分が３０％以下となってしまって有効利用の道のない微粉状のアルミ残灰、石炭火力発電所等から排出される石炭灰、ごみ焼却場等から排出される微粉状のごみ焼却灰、下水処理スラッジを焼却した際に排出される微粉状のごみ焼却灰、あるいは微粉状の鉱滓等の何れか一つを単独でか、あるいはそれらの幾つかまたは全部を混合したものが、砂またはガラスカレット粉末に対し、上記のとおりの割合で混合されて造粒基体とするものである。
また、焼成、固化した造粒体は、コンクリート用人工骨材としての利用の外、土壌改良材や濾過材その他への応用も可能であることはいうまでもない。
【００１５】
【実施例１】
石炭火力発電所等から排出される石炭灰と砂丘砂とを等量重量％となるように合わせ、混合した粉状体１００重量部に対し、水３０重量部を注入、混練して造粒基体を形成した上、パン型造粒機で直径５〜２０mm程度の造粒体に造粒し、ロータリーキルンで１１００℃、７０分間焼成し、粒度分布で７０〜８０％のものが直径１０〜１５mm程度となる砂利用の人工骨材を得た。
【００１６】
【実施例２】
アルミ灰の中、金属アルミ分が３０％以下の微粉状のアルミ残灰と砂丘砂とを等量重量％となるように合わせ、混合した粉状体１００重量部に対し、水３０重量部を注入、混練して造粒基体を形成した上、パン型造粒機で直径５〜２０mm程度の造粒体に造粒し、ロータリーキルンで１１００℃、７０分間の焼成をなし、直径１０〜１５mm程度の造粒体を主体とする砂利用とする人工骨材を得た。
【００１７】
【実施例３】
ごみ焼却場等から排出される微粉状のごみ焼却灰２５重量％、および石炭火力発電所等から排出される石炭灰２５重量からなる微粉状の無機質残滓物５０重量％に対し、砂丘砂５０重量％を合わせ、混合した粉状体１００重量部に対し、水３０重量部を注入、混練して造粒基体を形成した上、パン型造粒機で直径５〜２０mm程度の造粒体に造粒し、ロータリーキルンで１１００℃、７０分間焼成し、粒度１０〜１５mm程度を主体とする砂利用の人工骨材を得た。
以上、各実施例によって得られたコンクリート等用人工骨材の物性は、下記の表が示すとおりのものとなった。
【００１８】
【表１】
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【００１９】
【作用効果】
以上のとおりの構成からなるこの発明のコンクリート等用人工骨材は、その代表的な実施例として取り上げたものの各３種の顕微鏡写真（山形県工業技術センター撮影）が示す組成断面からも理解されるとおり、極めて安価で手軽に入手可能な砂がバインダーとして作用し、微粉状の無機質残滓物が当該バインダーによって膠着状に固化し、特に実施例１および実施例２によって得られた砂利に用いる人工骨材を示す図１および図２の組成断面のものは、恰も花崗岩断面のような組成構造を成すことが判明し、十分人工骨材として機能し得るものになる。
【００２０】
このように、微粉状のアルミ残灰等、微粉状の無機質残滓物の何れか単独、あるいはそれらの混合物が、砂またはガラスカレット粉末をバインダーとして適宜粒度の造粒体に焼成、固化してなるこの発明のコンクリート等用人工骨材は、産業廃棄物としてその処分が問題視されている程に厄介者扱いされている殆ど無価値で只同然の資材を原材料とし、それに、これまた周辺から幾らでも入手可能な砂をバインダー原料として混入、焼成することによって得ることができるものであり、しかも、その製造方法も、従前から公知の造粒機や乾燥機を適宜選択、使用した上、砂またはガラスカレット粉末を溶融するに足る比較的低温焼成によって簡便に製造可能とすることから、安価にして大量生産ができるものとなり、したがって、我が国の最近の経済情勢で公共事業の推進のために不足傾向となっているコンクリート等用骨材の補充供給に極めて有効な役割を果たすことが可能になるという極めて大きな特徴を果たすことになる。
【００２１】
叙述の如く、この発明のコンクリート等用人工骨材、およびその製造方法は、大量に発生する産業廃棄物の一つである微粉状の無機質残滓物の有効活用を果たしてその処分の問題を解決する手段に利用できると共に、公共事業推進上で欠くことができないコンクリート等用骨材の安定供給の面においても重要な役割を果たし得るものであることから、社会的に高い評価が得られ、広く普及するものになると予想される。
【図面の簡単な説明】
図面は、この発明を代表する実施例から得られた幾つかのコンクリート等用人工骨材の組成断面を示すものである。
【図  １】    実施例１によって得られたコンクリート等用人工骨材の組成断面を示す、倍率２３倍光学顕微鏡で撮影した顕微鏡写真である。
【図  ２】    実施例１によって得られたコンクリート等用人工骨材の組成断面を示す、倍率５７倍光学顕微鏡で撮影した顕微鏡写真である。
【図  ３】    実施例１によって得られたコンクリート等用人工骨材の組成断面を示す、倍率１６０倍走査電子顕微鏡で撮影した顕微鏡写真である。
【図  ４】    実施例２によって得られたコンクリート等用人工骨材の組成断面を示す、倍率２３倍光学顕微鏡で撮影した顕微鏡写真である。
【図  ５】    実施例２によって得られたコンクリート等用人工骨材の組成断面を示す、倍率５７倍光学顕微鏡で撮影した顕微鏡写真である。
【図  ６】    実施例２によって得られたコンクリート等用人工骨材の組成断面を示す、倍率１６０倍走査電子顕微鏡で撮影した顕微鏡写真である。
【図  ７】    実施例１によって得られたコンクリート等用人工骨材の組成断面を示す、倍率２３倍光学顕微鏡で撮影した顕微鏡写真である。
【図  ８】    実施例１によって得られたコンクリート等用人工骨材の組成断面を示す、倍率５７倍光学顕微鏡で撮影した顕微鏡写真である。
【図  ９】    実施例１によって得られたコンクリート等用人工骨材の組成断面を示す、倍率１６０倍走査電子顕微鏡で撮影した顕微鏡写真である。
【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６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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