(57)【要約】【課題】  低絶乾密度でありながら小粒径の軽量材を提供する。【構成】  膨張頁岩及び／または膨張粘土を焼成して軽量材を製造する装置であって、バーナを備えた加熱用ロータリーキルンと、該加熱用ロータリーキルンから導出される排ガス中のダストを捕捉する集塵機と、該集塵機からの排ガス中の酸性ガス及び／またはダイオキシン類の処理装置と、該加熱用ロータリーキルンのバーナ配置側に配設された膨張頁岩及び／または膨張粘土を含む原料を供給する原料供給手段と、焼成物の排出側に配置されたクーラーと、クーラー排ガスをバーナ側に供給する装置と、該加熱用ロータリーキルン内の原料温度を検出する温度センサーと、該温度センサーにより検出した原料温度に基づいてバーナの燃焼量を制御するバーナ燃焼量制御器と、を備えたことを特徴とする軽量材の製造装置。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
膨張頁岩及び／または膨張粘土を焼成して軽量材を製造する装置であって、
バーナを備えた加熱用ロータリーキルンと、
該加熱用ロータリーキルンのバーナ配置側に配設された膨張頁岩及び／または膨張粘土を含む原料を供給する原料供給手段と、
焼成物の排出側に配置されたクーラーと、
クーラー排ガスをバーナ側に供給する排ガス供給装置と、
該加熱用ロータリーキルン内の原料温度を検出する温度センサーと、
該温度センサーにより検出した原料温度に基づいてバーナの燃焼量を制御するバーナ燃焼量制御器と、
を備えたことを特徴とする軽量材の製造装置。
【請求項２】
膨張頁岩、膨張粘土、副原料及び発泡促進剤を粉砕混合、成形造粒する設備をさらに付設することを特徴とする請求項１に記載の製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、軽量コンクリート用の細骨材、軽量モルタル用の細砂、鉄骨等の耐火被覆板、各種建造物の断熱板、或いは盛土等に有利に用いられる無機発泡粒を製造するための装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
現在国内で生産されている軽量骨材の大半は、膨張頁岩を所定の粒度に解砕、或いは粉砕し成形したものをロータリーキルンで加熱して発泡させたものである。特に、粉砕して成形したものについては原料の一部に石炭灰、焼却灰、建設汚泥等の廃棄物や建設発生土を原料の一部に置き換えて生産しているケースもあり、リサイクル促進にも貢献している。しかしながら、これらの生産方法にはいくつかの課題が内在されている。例えば、原料解砕品の小粒径のものや粉砕成形品は、解砕品の大粒径品と比較して軽量化しにくいという欠点を抱えていた。また、大粒径のものについても、絶乾密度が0.8g/cm3以下になるような超軽量化については困難であった。以下に、膨張頁岩の主たる発泡メカニズムを記し、その理由について説明する。
【０００３】
解砕品、粉砕成形品ともに加熱を開始すると、表層部から温度が上昇し、徐々にガラスメルト相が生じ、最終的には酸素を透過しにくくなる層が表面に生じる。次いで、原料内部では、以下の反応が生じ、O2やＣＯ2等のガスが発生、これらが封じ込められ発泡軽量化が始まる。
【０００４】
3 Fe2O3  →  2 Fe3O4＋  1/2 O2  ・・・（１）
Fe3O4  →  3FeO  ＋  1/2 O2  ・・・（２）
O2  ＋  C  →  CO2  ・・・（３）
【０００５】
このときに生じた焼成物の表層部は酸素が透過し酸化した状態であり、表層部に含まれる鉄の形態はFe2O3（ヘマタイト）、色は赤褐色を呈している。そのため、原料内部（以下、内層部）で起こる前記の（１）〜（３）の化学反応は、表層部では起こらず、軽量化することはない。むしろ表層部はガラスメルト相が生じることにより、毛細管凝縮現象により、空隙中のガスが排出され重量化することもある。一方、内層部では前記の（１）〜（３）の化学反応が生じ、含まれる鉄の形態は、鉄の形態はFeO（ウスタイト）、或いはFe3O4（マグネタイト）が主体となり黒色を呈し、さらにガス成分（O2及びCO2）により発泡している。そのため軽量化し、絶乾密度は原料と比較して低下する。即ち、焼成物の軽量性は表層部の重量層と内層部の軽量層の体積の相乗平均となり、焼成物の表層部の体積割合が少ないほど、全体の軽量化は達成される。
【０００６】
ところで、膨張頁岩の解砕品に対し、粉砕成形品は原料の絶乾密度が低く空隙率が大きいため、成形品内部では酸素の拡散速度が著しく大きくなる。そのため、粉砕成形品の場合、膨張頁岩の砕石物に対して、赤褐色を呈する表層部の体積割合が必然的に多くなってしまう。その結果、粉砕成形品は解砕品に比較して軽量化しにくい。解砕品と同程度まで軽量化するには加熱温度をさらに上げて、内層部の液相量を増加し発泡量を多くさせ、内層部の絶乾密度を下げることもできるが、温度を上げると表層部の液相量までも多くなってしまうため、原料同士の融着、或いはキルン壁面への付着現象が生じやすくなり、安定生産が困難となる。以上が、粉砕成形品は、解砕品に比較して、軽量化しにくいという理由である。
【０００７】
また、解砕品であっても小粒径のものは、大粒径に比較して表層部の体積割合は多くなり易い。同様に粉砕成形品に至っては、軽量化はさらに困難である。その影響で、現在市販されている軽量細骨材（5mm以下）の多くは、膨張頁岩を所定の粒度に解砕したものを原料としていながら、絶乾密度は1.7g/cm3程度のものしか製造されているにすぎず、十分な軽量性を有するに至っていない。さらに、粉砕成形品を原料とする十分な軽量を有する細骨材については現在市販されていない。
【０００８】
大粒径（5mm以上）についても同様な傾向にあり、解砕品を原料にしたものでも現在市販されているものは絶乾密度が1.2g/cm3程度であり、絶乾密度が1.0g/cm3を下回るものは販売されていない。
【０００９】
さらに、従来法のロータリーキルンで製造する場合、バーナとは反対側から原料を投入するため、原料温度の上がる速度が遅く、表層部にガラスメルト相が生じるまでは、粒同士、或いはキルン壁面との接触や衝突により、摩り減り時間が長く続いてしまう。その結果、焼成物の製造量、即ち歩留まりが少なくなってしまう。特に小粒径のものほど、ペレット強度が低いものほど、この傾向は強く、問題となっていた。
【００１０】
これらの課題を解決するため、さまざまな検討が行われてきた。例えば、特許文献１では、低酸素雰囲気での焼成を行い、成形体内部での酸素拡散速度を小さくし赤褐色部の割合を小さくし、より軽量化が達成できることを提案した。また、特許文献２では高酸素雰囲気中でも軽量化を達成するため、原料に炭化珪素を添加し、あらかじめ膨張粘土中の炭素分を十分に消滅せしめるよう加熱した後に、炭化珪素による発泡軽量化を提案している。しかしながら、いずれの方法も小粒径、具体的には5mm、特に2mm以下の物については十分な軽量性を得るには至らなかった。さらに、焼成物の製造量、即ち歩留まりが少なくなるという課題についても解決するには至っていなかった。
【特許文献１】特開平６−２６３４９７号公報
【特許文献２】特開２０００−２２６２４２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は、かかる事情を背景として為されたものであって、その解決課題とするところは、原料に膨張頁岩の小粒解砕品や粉砕品、及びそれに廃棄物等の副原料を混合した成形体であっても、小粒径且つ軽量の焼成物を得ることができ、さらに焼成物の歩留まりも向上する新しい技術を提供するものである。さらに、大粒径についても同様に、市販品に対し格段に軽量なものを製造することのできる技術を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
このような課題を解決すべく、本発明者らはまず始めに、膨張頁岩、膨張粘土の発泡軽量化メカニズム、更にはロータリーキルンによって製造する条件を鋭意検討した結果、以下の知見を得て、先の課題を解決できることがわかった。
粒径が5mm以下、好ましくは2mm以下で絶乾密度が1.0g/cm3未満、5mmより大きい軽量材であっても、絶乾密度が0.8g/cm3未満の軽量焼成物をロータリーキルンで製造するにあたり、原料温度が500℃に達してから1000℃までに達する時間を10分以内、好ましくは5以内、さらに
1050℃以上での原料の滞留時間を2分以上とする。
このような制御を行うことで、焼成物の表層部に含まれる鉄の主形状がヘマタイト（Fe2O3）、内層部に含まれる鉄の形状がウスタイト（FeO）及び／またはマグネタイト（Fe3O4）からなる焼成物を得ることができ、表層部／（表層部＋内層部）の体積割合が0.4以下、さらには0.3以下とすることができる。すると、粒径が5mm以下、より好ましくは2mmの小粒径であっても絶乾密度が1.0g/cm3未満となり、粒径が5mmを超えるものであれば絶乾密度が0.8g/cm3未満の軽量な焼成物を得ることができる。
【００１３】
本発明は、前記のような焼成条件を制御し、なおかつ、ロータリーキルンによる軽量材の効率的な生産を可能とする装置にかかわるものである。
即ち、本発明は、
膨張頁岩及び／または膨張粘土を焼成して軽量材を製造する装置であって、
バーナを備えた加熱用ロータリーキルンと、
該加熱用ロータリーキルンのバーナ配置側に配設された膨張頁岩及び／または膨張粘土を含む原料を供給する原料供給手段と、
焼成物の排出側に配置されたクーラーと、
クーラー排ガスをバーナ側に供給する排ガス供給装置と、
該加熱用ロータリーキルン内の原料温度を検出する温度センサーと、
該温度センサーにより検出した原料温度に基づいてバーナの燃焼量を制御するバーナ燃焼量制御器と、
を備えたことを特徴とする軽量材の製造装置である（請求項1）。
【００１４】
さらに、本発明は、膨張頁岩、膨張粘土、副原料及び発泡促進剤を粉砕混合、成形造粒する設備をさらに付設することを特徴とする前記の製造装置である（請求項２）。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の製造設備によれば、短時間で酸素を透過しにくくなる層が軽量材表層部に形成されるため、軽量材の緻密な酸化被膜も薄くすることができ、発泡化する内層部の体積割合を増加し、全体的に軽量化することが可能である。その結果、小粒径、或いは粉末成形品においても十分に軽量な焼成物を得ることができる。さらに、短時間で緻密な酸化被膜を形成し、キルン内壁や粒同士の摩り減り量も減ることから、歩留まりも向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下に、本発明の構成を図１を参照しながら説明する。
図１において、１は膨張頁岩及び／または膨張粘土の供給口、５はこれらを焼成するバーナ、６は加熱用ロータリーキルン、７は該加熱用ロータリーキルンから導出される排ガス中のダストを捕捉する集塵機、８は集塵機からの排ガス中の酸性ガス及び／またはダイオキシン類の処理装置を表している。該加熱用ロータリーキルンのバーナ配置側に膨張頁岩、膨張粘土等の主原料を供給する原料供給手段１１を配設する一方、焼成物の排出側にクーラー９を配置している。また、クーラーからロータリーキルンのバーナ配置側にかけてクーラー排ガスをバーナ側に供給する排ガス供給装置１３を配置する。加熱用ロータリーキルン内には、原料温度を検出する温度センサー１２を備え、該温度センサーにより検出した原料温度に基づいてバーナの燃焼量を制御するバーナ燃焼量制御器（図示しない）を備えている。
【００１７】
さらに、副原料の供給口２、発泡促進剤の供給口３を備え、膨張頁岩、膨張粘土、副原料及び発泡促進剤を粉砕混合、成形造粒する設備４を付設することも可能である。
【００１８】
本発明の装置は、従来の軽量材の焼成装置とは異なり、原料供給手段が加熱用ロータリーキルンのバーナ配置側に配設されている。このため、膨張頁岩及び／または膨張粘土を主とする原料は、ロータリーキルンに投入されてただちにバーナ近傍の高温領域を通る。このため、原料温度が1000℃までに達する時間を10分以内、好ましくは5分以内に制御することができる。
【００１９】
バーナ近傍の高温領域を通過した原料は、次いでロータリーキルンの下流（バーナ配置側とは反対側）に移動し、ここで1050℃以上で2分以上滞留する。
【００２０】
加熱用ロータリーキルン内には、原料温度を検出する温度センサー１２が備え付けられている。温度センサーは、加熱用ロータリーキルン内部に備え付けられる。特に内部を通過する原料の近傍に備え付けられるのが好ましい。このようなセンサーとしては、例えば、放射温度計といった公知のセンサーを利用することができる。温度センサーにより得られた原料温度のデータはバーナ燃焼量制御装置に送られ、該制御装置により、バーナの燃焼を制御する。これにより、加熱用ロータリーキルンに投入された直後の原料の温度プロファイルをより正確に制御することができる。
【００２１】
加熱用ロータリーキルンで焼成された原料は、クーラー９に排出され、ここで冷却される。クーラーからの排ガスはキルンのバーナ配置側に戻される。これによりバーナの炎が長炎化するのを防ぎ、原料供給手段付近を高温に保つことに寄与する。
【００２２】
本発明では、膨張頁岩、膨張粘土、副原料及び発泡促進剤を粉砕混合、成形造粒する設備をさらに備えることができる。この装置により、好ましい配合の原料が加熱用ロータリーキルンに投入される前に粉砕混合され、成形造粒されるので、より効果的に軽量剤を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の製造装置の構成例を示した図である。
【符号の説明】
【００２４】
１  主原料供給口
２  副原料供給口
３  発泡促進剤
４  粉砕混合、成形装置
５  バーナ
６  加熱用ロータリーキルン
７  集塵機
８  酸性ガス及び／またはダイオキシン処理装置
９  クーラー
１０  送風機
１１  原料供給手段
１２  温度センサー
13  排ガス供給装置
【図１】
2009190942.tif 000003