(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ともに砕石副産物である濁水ケーキ及び石粉に対してカルシウム化合物をカルシウム対シリコンの重量比が１／６以上となるように添加して混合し含水率が５〜３５重量％の原料混合物を得る原料混合工程と、前記原料混合物を３．９〜９８ＭＰａで加圧成形して固化品素地を得る加圧成形工程と、前記固化品素地を水熱処理により固化して固化品を得る水熱固化工程とを備えていることを特徴とする砕石副産物処理方法。
【請求項２】
前記水熱処理では１３０℃から３００℃の範囲でオートクレーブ養生を行うことを特徴とする請求項１記載の砕石副産物処理方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
砕石プラントではシリカ（ＳｉＯ2 ）を含有する砕石副産物として濁水ケーキや石粉が発生し、これらの処理・処分を行う必要がある。本発明は、ともに砕石副産物である濁水ケーキ及び石粉、並びにカルシウム化合物を混合した原料混合物を処理することにより、高品質な固化品を得ることができ、かつ、水分が多すぎる濁水ケーキと乾燥粉である石粉とをいっしょに用いることで有効に廃棄物の減少化を図ることができるとともに、濁水ケーキの水分調整にコストをかけなくてすみ、製造コストの低コスト化を図ることができるようにした、砕石副産物処理方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術、及び発明が解決しようとする課題】
周知のように、砕石プラントは、道路や建築用などの砕石，砕砂を生産するもので、ほとんどの場合山間部に建設されている。一般に砕石プラントは、石切り場で発破した１ｍ程度の大きさの石をプラント上流部分にある原料工場（破砕室）に投入し、破砕機により破砕し、篩で砕石の粒度別に篩分けし、規格外の大きな砕石については破砕と篩分け選別を繰り返して行き、最終的に規格粒度別に破砕選別された砕石，砕砂を製品として出荷するようにしたものであり、粒度５ｍｍ以下の細骨材（砕砂）を生産する製砂設備はプラント下流部分に設置されている。
【０００３】
砕石プラントの前記製砂設備では、製品品質の向上を目的として付着泥分，不要微細石粒子などを除去すべく破砕品を水で洗浄するようにしている。特にコンクリート用細骨材（砕砂）では製品中に含まれる７５μｍ以下の微細石粒子の含有量が制限されており、細骨材生産の際には、前記微細石粒子を除去するなどのために粒度５ｍｍアンダーの破砕品の水洗が行われる。この水洗を行う湿式の設備での使用後の洗浄水は、７５μｍ以下程度の微細な石粒子又は／及び泥分を重量で５〜１０％程度含む泥水であり、「濁水」と呼ばれている。そして濁水は、シックナとフィルタプレス等の濃縮・脱水用の機械設備、あるいは沈殿池式設備により、水と分離された泥分が濃縮脱水されて、水分を含む脱水ケーキにされる。このような濁水処理による脱水ケーキは「濁水ケーキ」と呼ばれており、例えばコンクリート用細骨材（砕砂）を生産する場合、重量で砂生産量の約１０％程度発生する。
【０００４】
次に、石粉（乾燥石粉）について説明する。製砂設備では、粒度５ｍｍアンダーの破砕品について、前述した７５μｍ以下の微細石粒子を除去するためにエアセパレータ等の乾式分級機で分級し、しかる後、除去仕切れずに残った微細石粒子の除去を前述の水洗により行うという製砂工程を採用している設備もある。このような製砂工程の場合、前記エアセパレータ等による分級によって主に７５μｍ以下の微細石粒子が副産物として発生する。この微細な石粒子は石粉（乾燥石粉）と呼ばれている。
【０００５】
また、砕石プラントにおける製砂設備の上流部分には、前述したように粒度別に砕石を生産するための破砕機や篩装置などが備えられており、これらの装置では集塵機によって捕集される集塵ダストとして微細な石粒子（粒度：平均１５μｍ）である石粉（乾燥石粉）が副産物として発生する。
【０００６】
このように砕石プラントでは砕石副産物である濁水ケーキと石粉が発生する。そして環境保全の観点から廃棄物の減少を図るべく、従来、濁水ケーキについては、生石灰，セメント等と単に混合されて、埋立て材，盛土材などの低強度材として利用（活用）されている。しかしこの濁水ケーキ処理方法では、得られる製品強度（一軸圧縮強度）が１０ｋｇ／ｃｍ2 程度以下と低く、用途が前記埋立て材，盛土材など低強度の資材に限られてしまい、常時安定的に大量需要がなく利用量の拡大が期待できず、有効な廃棄物低減になっていないのが実情である。また石粉については、従来、高流動コンクリートの混合材である石灰石粉の代替え品として利用（活用）すべく開発が進められているものの、これ以外には用途がなく、実質的に廃棄物となっているのが実情である。
【０００７】
このため、濁水ケーキや石粉を出発原料とし、需要量が常時安定的に多い例えばコンクリート用細骨材などの原料となりうる高品質な固化品を開発することが考えられる。この場合、砕石プラントから供給される水分過剰の濁水ケーキについては、その水分を減らし適正化するための水分調整を行うことが必要となる。水分が多すぎる濁水ケーキの水分調整には、▲１▼フィルタープレス等の脱水機及び／又はドラムドライヤ等の乾燥機を使用する方法、▲２▼天日干し（天日乾燥）による方法、などが考えられるものの、前者の方法では脱水機や乾燥機の設備費とその運転コストが多大なものとなり、また後者の方法では濁水ケーキの乾燥に長時間を要するとともに、天日干し用ヤードの設置とその維持にコストがかかるいう不具合点が考えられる。このような背景において、本発明者らは、水分が多すぎる濁水ケーキと乾燥粉である石粉とをいっしょに用いることに着目し、本発明を創案したものである。
【０００８】
本発明は、ともに砕石副産物である濁水ケーキ及び石粉、並びにカルシウム化合物を混合した原料混合物を処理することにより、高品質な固化品を得ることができ、かつ、水分が多すぎる濁水ケーキと乾燥粉である石粉とをいっしょに用いることで有効に廃棄物の減少化を図ることができるとともに、濁水ケーキの水分調整にコストをかけなくてすみ、製造コストの低コスト化を図ることができる、砕石副産物処理方法を提供することを目的とするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
前記の目的を達成するために、本発明による砕石副産物処理方法は、ともに砕石副産物である濁水ケーキ及び石粉、並びにカルシウム化合物を混合した原料混合物を得る原料混合工程と、前記原料混合物を加圧成形して固化品素地を得る加圧成形工程と、前記固化品素地を水熱処理により固化して固化品を得る水熱固化工程とを備えていることを特徴とするものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
前記のような特徴を有する本発明による砕石副産物処理方法においては、まず、原料混合物をつくる原料混合工程が実施される。この工程でつくられる原料混合物は、後述する加圧成形工程と水熱固化工程を経て固化品とされるものであり、加圧成形性及び固化品強度の点から、含水率が５〜３５重量％のものがよい。この理由は、含水率が３５重量％を上回ると該原料混合物の性状が軟弱すぎて、次の加圧成形工程において、成形型からもれ出るなど加圧成形性が悪く、圧力付与ができないことで緻密成形効果が得られず、そのため、水熱処理しても高強度の固化品が得られないためである。一方、５重量％を下回ると後工程で水熱処理されて得られる固化品の強度が低く、利用用途として有望な高強度材であるコンクリート用細骨材や建築用ブロック等に一般に要求される強度（一軸圧縮強度：１５０ｋｇ／ｃｍ2 （１４．７ＭＰａ）以上）が達成できないためである。
【００１１】
よって、原料混合工程においては、砕石プラントからの濁水ケーキが水分が多すぎてそのままでは加圧成形工程に供給する混合物の含水率が前記上限値３５重量％を超えるような場合には、石粉を用いることにより、濁水ケーキと石粉とカルシウム化合物とを混合した原料混合物の含水率が前記５〜３５重量％の範囲を満たすように水分調整が行われる。また、前記５〜３５重量％の範囲は満たすものの、砕石プラントからの濁水ケーキが水分が多すぎて混合時に作業性が悪く混ぜ合わせ難いような場合には、石粉を用いることにより混合時の作業性を良好にすることができる。
【００１２】
この原料混合工程で用いるカルシウム化合物としては、酸化カルシウム（生石灰），水酸化カルシウム（消石灰），セメントなどを挙げることができる。このようなカルシウム化合物の添加は、後述の水熱固化工程でトバモライト（５ＣａＯ・６ＳｉＯ2 ・５Ｈ2 Ｏ）などのカルシウムシリケート（ケイ酸カルシウム）を生成させることにある。そして、トバモライトの結晶のＣａ／Ｓｉ重量比が５／６であることから、カルシウム化合物は、原料混合物のＣａ／Ｓｉ重量比が５／６以下となるように添加すればよい。この値を超えて添加しても余分で無駄となる。なお、Ｃａ／Ｓｉ重量比の下限値は、得ようとする固化品の強度にもよるが、一軸圧縮強度が２００ｋｇ／ｃｍ2 以上という高強度の固化品を得るには１／６が適切である。
【００１３】
次に、前記原料混合物を材料として成形機により加圧成形して成形物である固化品素地を得る（加圧成形工程）。例えばブリケッティング・マシンで豆炭状の固化品素地をつくる。水熱処理に先立ち、この加圧成形を行うことにより、粒子同士の密着性を高め空隙率を小さくして緻密化された性状の固化品素地が得られる。この場合、加圧成形圧力は、４０〜１０００ｋｇ／ｃｍ2 （３．９２〜９８．１ＭＰａ）の範囲が適切である。加圧成形圧力が４０ｋｇ／ｃｍ2 を下回ると前記緻密成形効果が充分でなく、後述の水熱固化工程にて高強度で低吸水率の固化品が得られにくい。一方、１０００ｋｇ／ｃｍ2 を超えて加圧成形を行っても固化品の強度，吸水率は飽和状態になり向上が見られず、それ以上の高い成形圧力での成形は無駄になる。
【００１４】
次いで、固化品素地を水熱処理であるオートクレーブ養生する（水熱固化工程）。この飽和蒸気圧下でのオートクレーブ養生により、固化品素地中のＳｉＯ2 とＣａＯ等のカルシウム化合物とが反応してカルシウムシリケート（ケイ酸カルシウム）が生成される。その結果、粒子同士が強固に固着し空隙率の小さい固化品となって、コンクリート用細骨材や建築用ブロックなどの建築資材の原料として利用可能な高強度で低吸水率の固化品を得ることができる。この水熱処理では、カルシウムシリケートのうちでも、１３０〜３００℃程度の比較的低温で結晶が成長し強度の高いトバモライトを生成させることがよい。水熱処理条件としては、反応温度（オートクレーブ養生温度）：１３０〜３００℃、反応時間（養生時間）：１〜２４時間が適切である。代表的条件は温度１８０℃で５時間である。反応温度１３０〜３００℃はトバモライトの結晶成長がよく促進される温度範囲であり、反応温度が高いほど反応速度は大きいので、同じ品質（強度、吸水率）のものであれば反応時間は短くてすむ。
【００１５】
このように、ともに砕石副産物である濁水ケーキ及び石粉、並びにカルシウム化合物を混合した原料混合物を処理することにより、コンクリート用細骨材や建築用ブロックなどの建築資材の原料として利用可能な高強度・低吸水率の高品質な固化品を得ることができ、かつ、水分が多すぎる濁水ケーキと乾燥粉である石粉とをいっしょに用いることで有効に廃棄物の減少化を図ることができるとともに、脱水機や乾燥機、あるいは天日干し用ヤード等による濁水ケーキの水分調整のためのコストが削減でき、製造コストの低コスト化を図ることができる。
【００１６】
【実施例】
以下、本発明の実施例を説明する。図１は本発明による砕石副産物処理方法の工程を示す図である。
【００１７】
図１に示すように、まず、砕石副産物である濁水ケーキ及び石粉、並びにカルシウム化合物を混合して所定含水率の原料混合物をつくる（原料混合工程１１）。本実施例では、砕石プラントからの濁水ケーキが水分が多すぎてそのままでは後述の加圧成形工程１２に供給する混合物の含水率が上限の３５重量％を超えるので石粉を用いる場合について説明する。予め含水率が測定された含水率約４５％の濁水ケーキと石粉とをそれぞれ各貯蔵槽から所定量切り出して混合機へ投入し、これらを所定時間かけて混合して含水率が約１８％の予備混合物を得た。次いでこの予備混合物にカルシウム化合物を添加し、前記混合機によりこれらを所定時間かけて混合し含水率が約１５％の原料混合物を得た。
【００１８】
この実施例では、混合機として二軸パドル型ミキサーを用いた。また、前記カルシウム化合物として酸化カルシウム微粉末を使用し、その添加量は前記原料混合物のＣａ／Ｓｉ重量比が１／４になるようにした。各材料の代表的な粒度分布については、濁水ケーキ：７５μｍアンダー、石粉：７５μｍアンダー、酸化カルシウム微粉末：１５０μｍアンダー、である。
【００１９】
この原料混合工程１１における実施手順については、本実施例では前記予備混合物を得、しかる後に原料混合物を得るようにしたが、これに限定されるものではない。例えば、予め含水率が測定された含水率約４５％の濁水ケーキ、石粉及び酸化カルシウム微粉末をそれぞれ各貯蔵槽から所定量切り出して混合機へ投入し、これらを混合して含水率が約１５％の原料混合物をつくるようにしても差し支えなく、石粉の添加目的や添加量などに応じて適宜決めればよい。
【００２０】
なお、供給される濁水ケーキの含水率が高く、混合時の作業性を良好にすべく水分調整のために石粉を用いる場合については、例えば、予め含水率が測定された含水率約３０％の濁水ケーキと石粉とをそれぞれ各貯蔵槽から所定量切り出して混合機へ投入し、これらを所定時間かけて混合して含水率が約１３％の予備混合物を得、次いでこの予備混合物に酸化カルシウム微粉末を添加し、前記混合機によりこれらを所定時間かけて混合し含水率が約１０％の原料混合物を得るという例を挙げることができる。
【００２１】
このように原料混合工程１１では、水分が多すぎる濁水ケーキと乾燥粉である石粉とをいっしょに用いて含水率を調整することにより、脱水機や乾燥機、あるいは天日干し用ヤードが不要であり、濁水ケーキの水分調整のためにコストをかけなくてもすむ。
【００２２】
次に、得られた前記含水率約１５％の原料混合物を成形機によって加圧成形圧力１００ｋｇ／ｃｍ2 にて固化品素地に加圧成形する（加圧成形工程１２）。実施例では、成形機としてブリケッティング・マシンを使用し、豆炭状の固化品素地を成形した。１個の豆炭状固化品素地の概略寸法は、３０×４０×２５ｍｍである。このようして加圧成形された固化品素地は、粒子同士の密着性が高く空隙率が小さくて緻密化されたものであった。
【００２３】
次いで、これら豆炭状の固化品素地を水熱処理用反応容器にて水熱反応させて固化する（水熱固化工程１３）。水熱処理条件は反応温度１８０℃で反応時間５時間とした。その結果、固化品素地中のＳｉＯ2 とＣａＯとが反応してトバモライトが生成されて、粒子同士が強固に固着し空隙率の小さい固化品となり、一軸圧縮強度：２００ｋｇ／ｃｍ2 以上、比重：２．０以上、吸水率：１５％以下の品質を有する豆炭状の固化品を得ることができた。このようにして得られた固化品は、コンクリート用細骨材や建築用ブロックなどの用途が広く需要の多い建築資材の原料として利用（活用）することができる。例えば、前記固化品を破砕・分級して粒度５ｍｍ以下の人工細骨材を生産し、砕石プラントの製砂設備で生産される天然細骨材に前記人工細骨材を重量比で天然細骨材：人工細骨材＝１０：１程度の比で混合することにより、ＪＩＳ規格を満足するコンクリート用細骨材を得ることが可能である。
【００２４】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明による砕石副産物処理方法によると、ともに砕石副産物である濁水ケーキ及び石粉、並びにカルシウム化合物を混合した原料混合物を処理することにより、コンクリート用細骨材や建築用ブロックなどの用途が広く需要の多い建築資材の原料として利用しうる高強度・低吸水率の高品質な固化品を得ることができ、かつ、水分が多すぎる濁水ケーキと乾燥粉である石粉とをいっしょに用いることで有効に廃棄物の減少化を図ることができるとともに、脱水機や乾燥機、あるいは天日干し用ヤード等による濁水ケーキの水分調整のためのコストが削減でき、製造コストの低コスト化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による砕石副産物処理方法の工程を示す図である。
【符号の説明】
１１…原料混合工程  １２…加圧成形工程  １３…水熱固化工程
【図１】
0004251723.tif 000002