江木・中島・高橋・神門・藤本：フライアッシュ洗浄技術の開発と洗浄フライアッシュの品質評価

資料

フライアッシュ洗浄技術の開発と洗浄フライアッシュの品質評価
江木俊雄＊・中島
1. 目

剛＊・高橋

青磁＊・神門誠＊＊・藤本

栄之助＊＊

25% 前後と高く，クリーム状の形態であった 3)．そのため，的この状態でセメントに配合しようとすると，練り混ぜ水の島根県浜田市三隅町で稼働している中国電力㈱の石炭火投入量を大幅に低減する，あるいは FA の配合量を少なく力発電所は，出力 100 万 kW の電力を発生・供給している．

する必要があり，特に後者ではポゾラン活性が期待できな2013 年度に発生した石炭灰は約 25.3 万トンとなり，14.3くなる．松尾ら 7) は，洗浄後の FA を乾燥した後にセメン万トンがセメント原料や土木資材に有効利用され，残りのトに配合し各種評価試験を行ったが，混和材として利用す

11.0 万トンが埋立による自社土地造成に使用されている 1)．

るためには含水率の低減は不可欠である．

石炭灰の内，電気式集塵装置で回収された排気ガス中の本資料では，FA の未燃焼カーボン量を 1% 以下とする

ばいじんは，フライアッシュ（以後、FA と表記）と称さ洗浄技術の開発を主目的とし，FA の運搬やコンクリートれ，セメント製造時の粘土代替え原料として利用されてい用の混和材としての活用を容易にするために，洗浄後のる．また，コンクリートに FA を配合すると，セメント中FA の含水率を低減する手法についても検討した．以下に，の水酸化カルシウムと FA とが緩慢に反応し，不溶性のけ

FA の洗浄技術および未洗浄と洗浄した FA の品質についい酸カルシウム水和物を形成して，コンクリートの強度をて報告する .

向上させる 2) ことから，コンクリート用の混和材としても2. 方利用されている．しかしながら 火力発電所で発生した FAには未燃焼カーボンが含まれており，この未燃焼カーボン

2.1法

FA 洗浄システムの概要

はフレッシュコンクリートの練り混ぜの際に使用される減図 1 に 2014 年度に試作した FA 洗浄システムの概略図

水剤や AE 剤の機能を低下させる，あるいはコンクリートを示す．本システムは，2013 年度に試作した FA と未燃焼の色が斑になる等の問題を有している．

カーボンを分離させるための浮遊分離装置 3)，浮遊分離装

これらの問題が解決されれば，混和材として生コンク

置から回収した FA が浮遊する液（以後，FA 浮遊液と表記）

リートや二次製品用のコンクリートでの利用が促進されるの含水率を低減するためのフィルタープレス装置（㈱牧野と考えられ，FA に含まれる未燃焼カーボンを除去するた

鉄工所，M14）に前処理部として灯油と FA を撹拌する撹

めの洗浄技術の開発に 2013 年度より着手した . その結果，未燃焼カーボン量が 3% 程度の FA を洗浄することにより，未燃焼カーボン量が 1.6% 前後のスラリー状の FA が得ら3)れた ．しかしながら松藤らは，未燃焼カーボン量が 7.7%)$ⅉἜ㸩㣗⏝Ἔ㸩Ỉの FA を洗浄し，未燃焼カーボン量を 1% 強にまで低減させており 4)，さらに達見は松藤らの洗浄装置の前段に前処理装置を追加することにより，洗浄後の FA の未燃焼カー

᧠ᢾฎ⌮

ボン量を 1% 以下にしている 5)．また，松尾らは洗浄前後)$ᾋ㐟ᾮの FA を配合したフレッシュコンクリートを作製し，洗浄後の未燃焼カーボン量が 1.6% 程度の FA はフレッシュコ
ンクリートの流動性や空気量の調整機能を持つ減水剤やᾋ㐟ศ㞳ฎ⌮⬺Ỉฎ⌮

AE 剤の機能を阻害し難くなることを明らかにした 6)．未燃焼カーボン量をさらに低減すると，減水剤や AE 剤の添加量を減らすことができ，また，フレッシュコンクリートのフロー値や空気量の変動を小さくできると考えられる．

)$ᾋ㐟ᾮ⬺Ỉᚋࡢ)$ᅇ཰

さらに，脱水処理後に得られる洗浄後の FA の含水率は

図1* 無機材料・資源科，** 株式会社 藤井基礎設計事務所

─ 29 ─FA 洗浄システムの概略図

島根県産業技術センター研究報告第 52 号 （2016）

拌装置（日本アイリッヒ㈱，RV-02）を付加した構成となっいた．洗浄に使用した灯油の量は，20kg の FA に対してている．

1000 あるいは 2000mL とし，気泡剤として灯油の量に対し2.2て 5vol% の食用油を添加し，100L の水を貯めた浮遊分離FA の洗浄

2.2.1 撹拌処理を付加した洗浄システムによる洗浄装置により洗浄した．浮遊分離装置による洗浄および FA

洗浄試験には中国電力㈱三隅発電所産の未燃焼カーボ
ン量が異なる 2 種類の FA（規格：JIS Ⅱ種あるいはⅢ種

浮遊液の脱水は 2.2.1 と同条件で実施した．

2.3

FA の分析適合品）を使用した．これを 5kg 量り取り，125 あるいは洗浄前後の FA について強熱減量，含水率，レーザー回250mL の灯油，気泡剤として灯油の量に対して 5vol% の折法による粒度分布測定，比表面積測定を行った．強熱減

食用油と FA が 20wt% 以上となる量の水とを撹拌装置の量測定は，110℃で 2h 以上乾燥させた試料を 1g 程度量り混合パンに投入した．投入後，アジテーターを先端速度が取り，1000℃で 2h 熱処理した後に，熱処理前後の重量変21m/sec 程度で回転させ，次に混合パンをアジテーターと化から算出した．脱水処理後の FA の含水率測定は，脱水は反対方向に 64rpm で 4 分間回転させて，投入した FA，処理後の FA を 150g 程度量り取り，110℃で 12h 以上乾燥

灯油，気泡剤，水とを撹拌した．同様の処理を 4 回行い，した後に重量を計測し，乾燥前後の重量変化から湿重量基FA が 20kg 含まれる混合物を準備した．すなわち，20kg準で算出した．粒度分布の測定は，粒度分析装置（日機装の FA に灯油 500 または 1000mL が含まれている．これを㈱製，Microtrac MT3300EX II）を用い，洗浄前後の FA，浮遊分離装置の上部開口部から 100L の水を貯めた浮遊分および洗浄前の FA を 600℃で 12h 加熱し，未燃焼カーボ離槽に投入した．投入した FA が浮遊分離槽の下部に堆積ンを除去した FA について行った．比表面積の測定は，洗するのを防止するために，槽の下部からポンプを用いて沈浄前後の FA および未洗浄の FA について，セメントの物降した FA を吸引し，槽の上部から槽内に再投入した．同理試験方法（JIS R 5201 7.1 比表面積測定）に従いブレー

時に，投入した FA から未燃焼カーボンを除去するために，ン空気透過法により行った．

FA 浮遊液を槽内の液面下部から上記とは異なるポンプで3. 結吸引し，気泡発生装置を経由して浮遊分離槽の下部から槽内に戻した．ポンプは，FA 混合物を投入し 30min 運転後3.1

果洗浄前後の FA の強熱減量に停止し，その後 10min 静置した後に浮遊分離槽の最下部

表 1 に 2.2.1 の撹拌処理を付加した手法で洗浄を行ったの排出口から FA 浮遊液を排出・回収した．ただし，FAFA の洗浄前後の強熱減量値および洗浄に使用した灯油の浮遊液の上澄みに含まれる分離された未燃焼カーボンが回量を示す．また表 2 に 2.2.2 の浮遊分離のみによる手法で洗収液に混ざることを防ぐために，最後に回収する約 15L の浄を行った FA の洗浄前後の強熱減量値と洗浄に使用したFA 浮遊液は除外した．回収した FA 浮遊液から水分を除灯油の量を示す．

くために，フィルタープレス装置（㈱牧野鉄工所製，M14）

表 1,2 から，2.2.1 の撹拌装置を用いて FA と灯油等とをを用いて送水圧を利用した脱水と圧縮空気圧（0.6 ～ 0.9MPa

撹拌する工程を有する洗浄を行った FA の強熱減量は，2.2.2程度）を利用した脱水を連続で行い，回収物を低含水化しの撹拌を伴わない洗浄を行った FA よりも低い値を示し，た．

かつ灯油の使用量が少ないことが分かる．即ち，2.2.1 の洗2.2.2 浮遊分離装置のみによる洗浄浄方法は，2.2.2 の洗浄方法と比較して，少量の灯油と食用撹拌処理無しの洗浄試験には，2.2.1 の洗浄試験で使用油により FA 中に含まれる未燃焼カーボンをより多く取りした中国電力㈱三隅発電所産の未燃焼カーボン量が異なる除くことができる．これはアジテーターの強制撹拌による2 種類の FA（規格：JIS Ⅱ種あるいはⅢ種適合品）を用方が大量の水が介在する浮遊分離処理よりも FA と灯油との接触が生じ易く，さらに FA 同士の衝突の際に生じるせん断力により FA に付着した未燃焼カーボンが分離される

表 1 撹拌処理を付加した洗浄前後の FA の強熱減量値および添加灯油量
洗浄前の FA の強熱減量 (wt%)

5.96

効果によると推察される．
3.10

洗浄に用いた灯油量 (mL)

500

1000

500

洗浄後の FA の強熱減量 (wt%)

0.38

0.65

0.38

1000
2.08

5.96

2000
1.24脱水処理後の FA の含水率

浮遊分離処理により未燃焼カーボンを除去した FA 浮遊液は，フィルタープレス装置を用いて脱水処理し，固形分と水に分離した．この時，送水圧だけを利用した脱水処理により回収した FA の含水率は 26% 前後であった 3)．そこ

表 2 浮遊分離のみによる洗浄前後の FA の強熱減量値および添加灯油量
洗浄前の FA の強熱減量 (wt%)
洗浄に用いた灯油量 (mL)
洗浄後の FA の強熱減量 (wt%)

3.2で含水率を低下させるために，送水圧による脱水処理後に3.10
10001.61

フィルター間の FA を 0.6 ～ 0.9MPa 程度の圧縮空気で加圧して，FA 粒子間の水分を排出する処理を行った．その─ 30 ─

江木・中島・高橋・神門・藤本：フライアッシュ洗浄技術の開発と洗浄フライアッシュの品質評価
る．

表 3 洗浄前後の強熱減量と比表面積3.5まとめ洗浄前

洗浄後

5.960.65FA 中の未燃焼カーボンを除去するために FA 洗浄シス

36103490

テムを構築し，強熱減量が 3% と 6% 程度の FA の洗浄を

強熱減量 (wt%)
2比表面積 (cm /g)行った．以下に，本試験で得られた知見と課題を示す．
1）浮遊分離装置内で FA と灯油，食用油，水との撹拌と分離を同時に行う単一工程から，撹拌装置を用いた前処理ᮍὙί)$㢖ᗘ㸦Ὑί)$により FA と灯油，食用油，水を撹拌する工程と浮遊分離Υฎ⌮)$

装置で未燃焼カーボンとフライアッシュを分離する二つの工程に変更することにより，未燃焼カーボンの除去率は向上した．その結果，従来よりも少量の灯油と食用油で未燃焼カーボン量が 3 あるいは 6wt% 程度の FA を洗浄することにより，強熱減量が 1.0wt% 以下の FA にすることができた．
2）フィルタープレスの送水圧による脱水処理後，フィル⢏Ꮚᚄ





ター間に充填された FA を 0.6 ～ 0.9MPa 程度の圧縮空気

ȣP

図 2 洗浄前後及び 600℃で 12h 処理した FA の粒度分布で加圧することにより，FA 粒子間の水分が排出され，FA結果，FA はパンケーク状の固形物となり，含水率は 15%3）洗浄前後の FA の比表面積を比較すると，洗浄前の FA前後に低下した．の方が大きい値を示し，他方，粒度は洗浄後の FA の方が3.3小さく，矛盾した結果となった．今後それぞれの FA の粒

洗浄前後の FA の比表面積

表 3 に強熱減量が 5.96wt% の未洗浄の FA と強熱減量がの含水率は 15% 前後まで低減した．

度と比表面積の関係を詳細に検討する .

0.65wt% の洗浄後の FA の比表面積を示す．洗浄した FA謝の比表面積は洗浄前よりも小さくなっており，比表面積の減少は洗浄による微粒分の減少によると推察される．

3.4

辞

本報告は、平成 26 年度資源循環技術基礎研究実施事業

洗浄前後および熱処理した FA の粒度分布による研究成果の一部である．実験で使用した FA は，中

図 2 に洗浄前後の FA，および未洗浄の FA を 600℃で国電力㈱から提供を受けた．ここに記して謝意を表します．

12h 熱処理した FA の粒度分布測定結果を示す．この図に文おいて，未洗浄の FA と 600℃で 12h 熱処理した FA の粒度分布を比較すると，熱処理により粒子径が 20μm より大きい粒子は減少し，それ以下の粒径の粒子は増加していた．
次に熱処理した FA と洗浄した FA の粒度分布を比較すると，粒子径が 2μm 以下の粒子は共に同程度の含有量であるが，粒子径が 2μm ～ 10μm では洗浄した FA の方が少なく，10 ～ 50μm では多い．50μm 以上の粒径では同量であることから，熱処理した FA の方が洗浄した FA よりも粒度は小さくなった．
未洗浄と洗浄した FA の粒度分布を比較すると，洗浄した FA は未洗浄の FA よりも 3μm 以下と 7 ～ 40μm の粒子の割合が多く，40 ～ 300μm の粒子は少ない．このことから，洗浄により FA の粒度は小さくなったと考えられる．しかし，表 3 では未洗浄の FA の比表面積は，洗浄後の FA よりも大きく，前記の結果とは矛盾している．そこで洗浄前後および熱処理した FA の粒度分布について，比表面積の変化も含めて今後さらに詳細に検討する予定であ

献1 ) 中国電力株式会社三隅発電所 . 環境レポート 2014「2013 年度環境管理目標と実績」. 2014, p. 4.
2 ) 小林一輔 .“材料”. 最新コンクリート工学 . 第 5 版 , 森北出版株
式会社 . 2013, p. 21.
3 ) 江木俊雄 , 中島剛 , 高橋青磁 , 神門誠 , 藤本栄之助 . 石炭灰洗浄装置の試作と洗浄効果 . 島根県産業技術センター研究報告 .
2015, no. 51, p. 22-31.
4 ) 松藤泰典 , 小山智幸 . セメント系組成物の製造方法 . 特許第4028966 号 . 2007-10-19.
5 ) 達見清隆 . スラリー化した石炭灰前処理方法およびスラリー化した石炭灰前処理装置並びに石炭灰処理方法および石炭灰処理設備 . 特許第 5326168 号 . 2013-08-02.
6 ) 松尾暢 . コンクリート混和剤に活用される石炭灰の洗浄技術による品質向上効果について . エネルギア総研レビュー . 2015,vol. 4, no. 42, p. 6-7.
7 ) 松尾暢 , 江木俊雄 , 福本直 , 及川仁 .“フライアッシュ洗浄技術によるコンクリートのワーカビリティー改善効果について”.
平成 27 年度土木学会全国大会第 70 回年次学術講演会講演概
要集 . 岡山 , 2015-9-16/18. 公益社団法人土木学会 , 2015, (CD-ROM) Ⅴ -558.

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