JP2000000769A - 研掃材および研掃材の製造法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 所望するサイズや形状さらには硬度や強度を
備え、鉄製壁面等の塗料や錆を落とすために吹きつける
に好適な研掃材を製造できるようにすること。 【解決手段】 石炭火力発電所で発生した石炭飛灰７を
原料にして粘結剤８を混ぜ、その混練物を平板状に成形
し、その成形物を乾燥する事前処理を施す。そして、粉
粒状の還元剤１８と、石炭飛灰を還元溶融して溶融スラ
グを生成したならば溶融スラグのＭｇＯ含有量が５％な
いし２０％までの範囲における目標含有率に近づくよう
な量のＭｇＯ含有物１９とを用いて、石炭飛灰を溶融還
元する。その溶融スラグを鋳造し、高い温度を保有した
状態にある鋳造スラグを破砕し、生じた鋳造スラグ微小
片２４ａを８００℃ないし９００℃の雰囲気下で転動さ
せ、再結晶化・残留内部歪の除去をすると共に破砕時に
生じた尖鋭部の先端を丸める熱処理工程とを経て、組織
の緻密な再結晶化した研掃材を生成させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は研掃材および研掃材
の製造法に係り、詳しくは、鉄製壁面等の塗料や錆を落
とすために好適なサイズ、形状、硬度、強度を備えた研
掃材とその製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】石炭火力発電所、製鉄工場その他の各種
工場等における建屋の壁外面が鉄材である場合、しばし
ばその壁面にダストが付着したり鉄錆が発生する。この
壁面の汚れや錆さらには塗料等を取り除くことが要求さ
れるときには、１ｍｍ前後の粒状の研掃材（ブラスタ
ー）が吹きつけられる。

【０００３】ところで、研掃材を吹きつけることによっ
て壁面の地肌に疵が生じるのは好ましくなく、したがっ
て硬いが丸いものがよいと言われている。研掃材として
は、ざくろ石（鉄鉱石）や珪砂が従前から使用される
が、その最たるものは金剛砂で知られているアルミナで
ある。

【０００４】ざくろ石は研掃材に要求される硬度を確保
できる利点がある反面、所望サイズを得るために砕いた
ときどうしても鋭い角が残る。それゆえ、尖った小さな
角部などが壁面にピンホールを発生させることになり、
再塗装しても塗料による表面の保護が充分に得られなく
なる。

【０００５】珪砂は角が少ないが、砕いたときに多量の
粉が発生して研掃材として使用できる量に限りがある。
アルミナは純粋なＡｌ₂ Ｏ₃ の結晶であり、硬度も高く
利点はあるが極めて高価である。研掃材は壁面平米あた
り２０ｋｇ前後も消費されると言われているので、産業
廃棄物等の自然界に大量に存在しないものから製造する
場合でも、大量生産できることが望まれる。

【０００６】研掃材の製造法の一つに溶融スラグを風砕
する方法がある。金属精錬したとき発生する溶融スラグ
を、回転する水冷ドラムに高圧の空気で吹き込む。空気
で飛散した溶融スラグが冷却ドラム内面に接触すると粒
状に固化したスラグが得られる。これを篩にかけて所望
の粒度に揃えたものが研掃材に供される。

【０００７】しかし、風砕するときの人為的な粒度調節
は容易なことでなく、したがって使用可能な研掃材とし
ては高々２０％にすぎず、極めて歩留りの悪い製造法と
なってしまい、ひいては高価な研掃材となる。なお、風
砕法によれば粒が丸みを帯びるので硬いものとしなけれ
ば研掃材としての効果を発揮し得ない。その場合、粒の
大きい風砕品も研掃材に供しようとすれば砕かなければ
ならなくなるが、粉化するので研掃材とはなり得なくな
る。

【０００８】このようなことから、金属精錬スラグに代
えて大量に発生するごみを焼却した灰を溶融させた溶融
スラグを研掃材の原料とすることが最近検討されつつあ
る。ごみ焼却炉灰の組成の代表例を表１に記載するが、
研掃材を脆いものとしてしまうＦｅ₂ Ｏ₃ が２％ないし
４％と少なく好都合である。

【表１】

【０００９】その反面、研掃材の硬度を高めることに寄
与するＡｌ₂ Ｏ₃ が流動床焼却炉の灰では５％ないし８
％、ストーカ式焼却炉では１３％前後しか存在しない。
したがって、このような焼却炉灰をそのまま溶融して生
成されたスラグから製造しても、研掃材として満足の得
られるものとはなりがたい。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】ところで、ごみ焼却灰
を溶融して得られたスラグから人工の砂利や砂を生成す
る技術が、現在までに多数提案されている。そのような
技術のうち、電気溶融炉によって焼却灰を還元溶融して
人工岩石等を製造する方法や装置が、例えば特開平９−
１５６９９１号公報に記載されている。

【００１１】その処理法においては、焼却灰の組成を予
め把握しておき、特殊構造の電気溶融炉を使用して焼却
灰中のＦｅ系酸化物を還元して生成された溶融銑鉄を滞
留させ、他の重金属類および還元可能な酸化物類を還元
して生じた元素を溶融銑鉄中に溶解させると共に、ガス
含有率が極めて低く重金属類等を可及的に含まない溶融
スラグを生成して溶融銑鉄の上部に滞留させるようにし
ている。

【００１２】このようにして焼却灰中の金属元素を溶融
スラグに混在させないようにしているので、有害金属を
含まずまた人工岩石化した場合の脆弱化を回避すること
ができるようになっている。そして、ＣａＯ−ＳｉＯ₂
−Ａｌ₂ Ｏ₃ の三元系溶融スラグから緻密な組織の岩石
等を得るため、焼却灰にＭｇＯ含有物を適度に添加して
可及的に低融点における共晶凝固を実現するＣａＯ−Ｓ
ｉＯ₂ −Ａｌ₂ Ｏ₃ −ＭｇＯの四元系スラグの生成を実
現している。

【００１３】この処理法を研掃材の製造に適用しようと
する場合、原料として投入される焼却灰のＡｌ₂ Ｏ₃ 含
有率の高いことが要求されることになる。すなわちＭｇ
Ｏを添加することによってＡｌ₂ Ｏ₃ の含有率が低下し
ても、四元系を維持することができるに充分なＡｌ₂ Ｏ
₃ が確保されねばならない。しかし、先に表１で示した
焼却炉灰においては元来Ａｌ₂ Ｏ₃ が少なく、したがっ
て共晶凝固点の範囲を拡大することができる四元系スラ
グが得がたくなる欠点がある。

【００１４】本発明は上記の技術的背景に鑑みなされた
もので、その目的は、好適なサイズや形状さらには望ま
しい硬度、強度を備えた研掃材を製造できるようにする
ことである。そして、原料中に含まれるＦｅ系酸化物を
除去すれば三元系となるスラグを四元系化することによ
って共晶凝固範囲を拡大することができる好適な原料を
見いだし、それをもってして研掃材を製造し、またそれ
を製造する方法を提供することである。

【００１５】

【課題を解決するための手段】請求項１に係る発明は、
図１を参照して、鉄製壁面等の塗料や錆を落とすために
吹きつけられる研掃材６が、石炭火力発電所等で発生し
た石炭飛灰７を原料にして製造されていることである。

【００１６】請求項２に記載の研掃材の製造法の発明
は、石炭火力発電所等で発生した石炭飛灰７を原料とし
て、鉄製壁面等の塗料や錆を落とすために吹きつけられ
る研掃材６を製造することである。

【００１７】請求項３に記載の研掃材の製造法の発明
は、無機質の非熱分解性粘結剤８を石炭飛灰７に混ぜ、
この混練物を平板状に成形し、その成形物を乾燥する事
前処理工程を有することである。

【００１８】請求項４に記載の研掃材の製造法の発明
は、粉粒状の還元剤１８と、石炭飛灰７を還元溶融して
溶融スラグ１５を生成したならば、溶融スラグのＭｇＯ
含有量が５％ないし２０％までの範囲における目標含有
率もしくはそれに極めて近似した含有率となるような量
のＭｇＯ含有物１９とを用いることにより、事前処理さ
れた石炭飛灰中のＦｅ系酸化物を溶融還元して溶融銑鉄
１４（図５を参照）を生成すると共に、Ｆｅ系金属を可
及的に含まない溶融スラグ１５を生成して溶融銑鉄の上
部に滞留させる還元溶融工程と、溶融銑鉄１４とは独立
して出滓された溶融スラグ１５を金型に流し、板状の鋳
造スラグ２２を成形する鋳造工程と、その鋳造スラグを
金型から離型した後に、高い温度を保有した状態にある
鋳造スラグを砕く破砕工程と、破砕により生じた鋳造ス
ラグ微小片２４ａを８００℃ないし９００℃の雰囲気下
で転動させ、鋳造スラグ微小片中に残留する非晶質部分
を再結晶化させ、鋳造スラグ微小片の残留内部歪を除去
すると共に破砕時に生じた尖鋭部の先端を丸める熱処理
工程とを有して、組織の緻密な再結晶化した研掃材を生
成させるようにしたことである。

【００１９】請求項５の発明は、石炭飛灰７を還元溶融
して溶融スラグ１５を生成したならば溶融スラグのＭｇ
Ｏ含有量が５％ないし２０％までの範囲における目標含
有率もしくはそれに極めて近似した含有率となるような
量のＭｇＯ含有物１９と、無機質の非熱分解性粘結剤８
とを石炭飛灰７に添加して混練し、この混練物を平板状
に成形し、その成形物を乾燥する事前処理工程を有する
ことである。

【００２０】請求項６の発明は、事前処理工程において
粉末状の還元剤１８を添加しておくことである。

【００２１】請求項７の発明は、粘結剤８として糖蜜を
使用することである。

【００２２】請求項８の発明は、平板状の成形物を１０
ｍｍないし２０ｍｍの厚みとしておくことである。

【００２３】請求項９の発明は、上記いずれかの発明に
より製造された研掃材６を鉄製壁面等に吹きつけた後に
塗料や鉄錆と共に回収し、その回収物をキルンに投入し
て含有塗料等の可燃物を焼却する一次事前処理を施し、
研掃材６を再生することである。

【００２４】

【発明の効果】本発明に係る研掃材によれば、石炭火力
発電所等で発生した石炭飛灰を原料にして、鉄製壁面等
の塗料や錆を落とすために吹きつけられる研掃材を得る
ことができる。したがって、使途に多様性のなかった石
炭飛灰物を、研掃材としてもリサイクルすることができ
るようになる。

【００２５】請求項２の研掃材の製造法の発明において
は、研掃材を石炭火力発電所等で発生した石炭飛灰を原
料として製造すると、製造の際に若干の事前処理を施す
必要があるにしても、ごみ焼却灰のように揮発性物質や
低沸点塩化物等を含むことはほとんどなく、事前処理が
簡易化される。しかも、有害金属も極めて少なく、研掃
材を製造する際に生じる溶融銑鉄も可及的に純粋なもの
となる。

【００２６】請求項３においては、無機質の非熱分解性
粘結剤が石炭飛灰に混ぜられるので細かい粉の石炭飛灰
の性状を変えて、その取り扱いを容易なものとすること
ができる。さらに混練物を平板状に成形し、その成形物
を乾燥するようにもしているので、以後の還元溶融も円
滑に進めることができる。

【００２７】請求項４によれば、還元溶融工程と鋳造工
程と破砕工程と熱処理工程とを経て研掃材を製造するの
で、研掃材にふさわしい組織の緻密な再結晶化したもの
を得ることができる。そして、鉄製壁面等の塗料や錆を
落とすために好適なサイズ、鋭くはないが角がある形
状、所望する硬度や強度を備えたものとなる。

【００２８】請求項５の発明によれば、溶融スラグのＭ
ｇＯ含有量を５％ないし２０％までの範囲における目標
含有率もしくはそれに極めて近似した含有率となるよう
に予め事前処理されるので、電気溶融炉への装入形態を
単純化することができる。

【００２９】請求項６においても、事前処理工程におい
て粉末状の還元剤を添加しておくことになるので、電気
溶融炉の装入物の取り扱いが容易となる。

【００３０】請求項７の発明によれば、粘結剤として糖
蜜を使用するので、微粉状の石炭飛灰の集合体化が図り
やすくなる。糖蜜は主としてカーボン質であり、還元溶
融に障害を与えることもなく、却って還元剤としても機
能させることができるようになる。

【００３１】請求項８によれば、混練物を１０ｍｍない
し２０ｍｍの厚みの平板状とするので、以後の乾燥工程
における乾燥を促進させることが可能となる。

【００３２】請求項９の発明によれば、使用済みの研掃
材を再度研掃材に再生することができる。回収した研掃
材に混入する鉄錆は溶融銑鉄として回収される。塗料は
キルンで一次事前処理して焼却されるので、電気溶融炉
の操業が妨げられることもない。

【００３３】

【発明の実施の形態】以下に、本発明に係る研掃材およ
び研掃材の製造法を、その実施の形態を表した図面等を
もとに詳細に説明する。図１は研掃材製造システムの例
であり、その主たる構成は、事前処理設備１、還元溶融
設備２、鋳造設備３、破砕設備４、熱処理設備５とから
なる。

【００３４】これは、組織の緻密な再結晶化した研掃材
６を生成させることを目的としており、事前処理設備１
においては原料に粘結剤を添加して混ぜる混練工程１
Ａ、混練物を平板状に成形する圧縮平板化工程１Ｂ、成
形物の水分を除去する乾燥工程１Ｃを含み、以後還元溶
融し、鋳造し、鋳造物を熱間破砕し、篩分け、熱処理さ
れるようになっている。

【００３５】ところで、研掃材は鉄製壁面等の塗料や錆
を落とすためのものであり、その好適なサイズすなわち
粒度は１ｍｍないし２ｍｍであることがよく知られてい
る。その形状は角のほとんどない丸いものよりは個々の
粒に多少の角の立っているものがよい。しかし、作業対
象面に疵をつけないようにするためにもその角は尖鋭な
ものでないことが好ましい。そして、研掃作業に適した
硬度や強度を持ちあわせたものであることも必要とな
る。

【００３６】一方、研掃材の原料としては、従来技術の
ところで述べたごとく還元溶融処理により研掃材を製造
する場合、アルミナを多く含むものであことが要求され
る。研掃材の単位作業面積当たりの消費量は少なくない
ので、原料として豊富なものがよい。しかし、ごみ焼却
灰は大量に存在するものの一般的にＡｌ₂ Ｏ₃ が少ない
ことはすでに述べたとおりである。

【００３７】本発明者は産業廃棄物の中でアルミナを多
く含むものを調査した結果、石炭火力発電所等で発生す
る石炭飛灰を見いだした。その成分組成比率の幾つかの
例を示すと表２のとおりである。これによると、ＳｉＯ
₂ の平均含有率は４５．３、Ａｌ₂ Ｏ₃ は２４．３、Ｆ
ｅ₂ Ｏ₃ は１０．４、ＣａＯは６．６、ＭｇＯは２．１
となっている。

【表２】

【００３８】この石炭飛灰は水分が５％ないし１０％程
度であって、乾燥した状態に近くさらさらしている。そ
のうえ、ごみ焼却灰とは異なり人体に有害な重金属や揮
発性物質はほとんど含まれていない。このようなことか
ら、これを原料にして還元溶融すれば、Ｆｅ系金属を含
有しない所望の強度を発揮する研掃材を実現することが
できる。そして、後述するが僅かしか含まれていないＭ
ｇＯを増大させれば、研掃材にふさわしい硬度を持った
天然石に近いものとすることもできる。

【００３９】上記した組成の石炭飛灰を原料として還元
溶融したとすれば、金属分の除かれた石炭飛灰のスラグ
成分組成は、表３の中央縦列のようになる。なお、表中
の左端縦列は石炭飛灰の組成の平均含有率を再記載して
いる。

【表３】

【００４０】いまＭｇＯが極めて僅かであるので三元系
とみなせば、表３の右端縦列のような組成となる。これ
を、ＣａＯ−ＳｉＯ₂ −Ａｌ₂ Ｏ₃ の三元系相平衡状態
図における液相温度を図２において見ると、その共晶凝
固点は点Ｍに位置し、融点は１，６００度を越える。な
お、図２をはじめとして次に述べる図３も、E. F. Osbo
rn, R. C. DeVries, K. H. Gee, and H. M. Kraner. `
Optimum Compositionof Blast Furnace Slag as Deduc
ed from Liquidus Data for the QuaternarySystem CaO
-MgO-Al₂O₃-SiO₂ ' Trans. AIME, 1954, v. 200, pp. 3
3-45. （Ｅ．Ｆ．オズボーン・Ｒ．Ｃ．デブリーズ・
Ｋ．Ｈ．ギー・Ｈ．Ｍ．クラナー共著「ＣａＯ−ＭｇＯ
−Ａｌ₂ Ｏ₃ −ＳｉＯ₂ 四元系液相データから推論した
高炉スラグの最適組成」ＡＩＭＥ紀要第２００巻３３頁
ないし４５頁）に記載された三元系もしくは四元系の相
平衡状態図である。

【００４１】そこで、焼成ドロマイトが表４の中央縦列
に示す組成であるとし、これを還元飛灰スラグ１に対し
て０．５６の割合で添加した場合の四元系の組成換算
は、右端縦列のようになる。

【表４】

【００４２】この換算組成を、ＣａＯ−ＳｉＯ₂ −Ａｌ
₂ Ｏ₃ −ＭｇＯ四元系相平衡状態図における図３におい
て見ると共晶凝固点は点Ｎに移り、その液相温度（融
点）は１，３００度の最低値もしくはそれに極めて近く
なる。しかもその近傍においても同程度の融点となって
いることが分かる。この組成のスラグを凝固させると、
組織が緻密で硬度や強度が最も高い人工鉱物を低い融点
において得ることができる。本発明はこのような原理を
利用して、所望する性質を有した研掃材を得んとするも
のである。

【００４３】そこで、石炭火力発電所等で発生する石炭
飛灰を用いて、所望する研掃材を製造する方法を以下に
説明する。石炭飛灰は前述したように水分が少なくさら
さらしており、粒度分布の測定例である図４からも知ら
れるように平均粒径は３３．１７μｍである。ちなみ
に、ごみ焼却灰の平均粒径は１ｍｍないし１７ｍｍにも
及び、飛灰の細かいことが分かる。

【００４４】石炭飛灰の組成は例えば表２のところで述
べたように、ＳｉＯ₂ が４５．３％であり、Ａｌ₂ Ｏ₃
が２４．３％、Ｆｅ₂ Ｏ₃ が１０．４％、ＣａＯが６．
６％で、ＭｇＯが２．１％である。しかし、揮発性物
質、有害な重金属Ｃｒ，Ｎｉ，Ｚｎ等、さらには低沸点
塩化物ＰｂＣｌ₂ ，ＣｄＣｌ₂ はほとんど含まれること
がない。

【００４５】このような石炭飛灰を還元溶融してＦｅ系
酸化物を除去した溶融スラグを生成させる場合の利点と
問題点は以下のとおりであり、使用される還元溶融炉の
説明と併せて述べる。まず、還元溶融する場合に使用さ
れる電気溶融炉２Ａとしての一例を示す図５のような構
造の炉が使用される。そこで、還元溶融における重要な
事項から述べる。なお、この炉の構成や作用について
は、特開平９−１９６５７３号公報や従来技術のところ
で提示した特開平９−１５６９９１号公報等に記載され
ているのでその詳細は省くことにするが、簡単に述べれ
ば以下のとおりである。

【００４６】炉底電極１１から給電されると可動電極１
２との間に印加される電圧が炉床部にかかり、装入原料
１３は溶融して溶融銑鉄１４と溶融スラグ１５になる。
その際にＦｅ系金属を分離するための還元剤として供給
されたコークスブリーズは、電気伝導度の低い原料１３
の導電性を高めるためにも寄与する。還元反応によって
発生するＣＯガスは、溶融銑鉄１４の上に生成された溶
融スラグ１５を覆うようにフォーミングスラグ層１６の
形成を促し、それと原料層との境界にカーボン浮遊層１
７が発生する。

【００４７】可動電極１２の下部位はカーボン浮遊層１
７で覆われたフォーミングスラグ１６に臨むように制御
され、アークは常時原料やフォーミングスラグに覆われ
たサブマージドの状態となる。カーボン浮遊層１７で発
生するアークにより原料の加熱のみならず、フォーミン
グスラグから溶融銑鉄に至る間での電気抵抗ジュール熱
により効率よい溶融が実現される。このことから分かる
ように、比重が小さく電気伝導度の低い石炭飛灰を溶融
する場合には、加熱溶融を静かに進行させる必要があ
る。

【００４８】しかし、原料中に揮発性物質が含まれてい
ると、電気抵抗ジュール熱による溶融が阻害される。す
なわち、揮発性物質が原料中に存在すると、原料中のガ
ス，水分，揮発物質が原料の溶融前に一斉に放出され、
揮発物質は燃焼する。その結果、溶融していない原料が
攪乱され、静かな溶融のみならず原料の連続装入も妨げ
られ、溶融炉の連続的な自動操業や自動制御が不可能と
なる。

【００４９】ところが、上記したように石炭飛灰は水分
や揮発性物質，低沸点塩化物等をほとんど含まないの
で、還元溶融には好適であるという利点のあることが分
かる。その反面、１ｍｍ以上の平均粒径を有するごみ焼
却灰等とは異なり石炭飛灰は微粉であるので、炉体に連
続もしくは間歇的に装入するときの流動性が高く、生成
されている溶融スラグ中に無秩序に流入することになっ
て還元反応を著しく阻害したり、飛灰が排ガスに伴われ
て導出してしまうという問題がある。

【００５０】そこで、本発明においては、石炭飛灰の炉
装入の容易化と還元反応の円滑化を図るために、以下の
処理が施される。図１の事前処理設備１において、原料
である石炭飛灰７に粘結剤８を混ぜて混練する。この混
練物を平板状に成形し、その成形物を乾燥するという集
合体化を図るようにしている。なお、粉体を塊状化する
方法として従来から、団鉱法、ペレタイジング法、ノジ
ュライジング法等が存在するが、いずれも含水率が大き
くなったり、成形品の乾燥を充分に行うことができなく
なるといったような難点がある。

【００５１】本発明における集合体化を詳しく述べる
と、混練工程１Ａにおいて石炭飛灰７に無機質の非熱分
解性粘結剤８を混ぜ、これを公知の臼式混練機（円筒容
器内で回転するパドルにより混練する）やパッグミル
（対向して配置された反対向きの羽根により混練しなが
ら押し出す）にかけて混練される。粘結剤としてはベン
トナイトや酸性白土、もしくは糖蜜を使用すればよい。

【００５２】前二つは粘土の一種であり、研掃材の資質
を落とす組成物ではない。糖蜜は実質的にカーボンであ
るので、還元剤としても機能するものである。いずれも
単体を石炭飛灰に混ぜてもよいし、例えばベントナイト
を４％，糖蜜を３％となるように混合して使用してもよ
い。このような処理によって微粉状の石炭飛灰の集合体
化が図りやすくなる。

【００５３】混練物は以後の処理を容易とするために、
圧縮平板化工程１Ｂにおいて平板状に成形される。成形
物は１０ｍｍないし２０ｍｍの厚みとしておくことが以
後の乾燥工程での乾燥を促進するためには好ましく、例
えば公知のロール型回転式圧縮機（凹凸のあるローラで
挟んで所定厚みの板状にする）により成形される。

【００５４】乾燥工程１Ｃにおいては、成形物が例えば
公知のネットコンベアに載置され、コンベアを覆うトン
ネル内に供給した熱風により含水率が５％以下となるよ
うに乾燥される。なお、トンネル内を移動するネットコ
ンベアは例えばステンレスネットであり、これをトンネ
ル内のローラ上でを滑らせ、ネットの上下から熱風が当
てられる。ちなみに、本研掃材製造設備には熱処理炉が
存在するので、その排ガスをトンネル内に導入すれば省
エネも図られる。このとき、熱風を成形物の極く近くか
ら供給すれば、断熱作用する蒸気層が乾燥対象物の表面
に発生することもなく充分な乾燥が達成される。

【００５５】もちろん、乾燥装置としては上記以外に種
々のものが考えられる。例えばヘレショフ炉に類似した
乾燥炉を使用することができる。ヘレショフ炉は本来は
非鉄製の固定ディスクの上で回転するレーキで対象物を
周方向へ移動させて乾燥するが、これを改良して角度の
小さな幾つかの扇状プレートを円形となるように並べて
回転させ、或る円周位置にきた一枚のプレートが反転す
ると対象物を落とすことができるという多段構造とした
ものでもよい。下段や中段から供給される２００℃ない
し２５０℃の熱ガスをプレートの反転位置で上方段へ移
行させて乾燥することができる。

【００５６】このようにして事前処理された原料はほぼ
有形を保ち、還元溶融炉に装入するときの取り扱いも容
易となる。もちろん、炉中で流動現象も起こさなく、静
かな還元反応が達成されるようになる。電気溶融炉にお
ける微粉体の溶融は従来から難があったが、これが解消
される。ちなみに、本発明は石炭飛灰を対象としている
が、一般の飛灰を用いて他の用途に供するものを製造す
る場合において前処理を施すときも、このような扱いを
したり思想を適用することができる。

【００５７】以上のようにして事前処理された原料は、
以後還元溶融し、鋳造し、鋳造物を熱間破砕し、篩分
け、熱処理される。まず、事前処理された原料１３と還
元剤１８とＭｇＯ含有物１９とが図１の電気溶融炉２Ａ
に装入される。石炭飛灰が溶融されると、含有するＦｅ
系酸化物が同時に還元されて溶融銑鉄となる。生成され
る溶融スラグはサブマージドアーク溶融法の採用により
時間を掛けて滞留され、ガス含有率が極めて低くてＦｅ
系金属を可及的に含まなくなり、図５のように溶融銑鉄
１４の上部に滞留する。

【００５８】ところで、還元剤としてはカーボン質のも
のであればよいが、コークスブリーズが好ましい。上記
したように電気伝導度の低い原料の導電性を高めるよう
にも機能するからである。原料と共に装入されるＭｇＯ
含有物としては、例えば橄欖石（Ｍｇ・Ｆｅ）₂ ＳｉＯ
₄ ，蛇紋岩およびこれらの焼成品や焼成ドロマイトがあ
る。もちろん、ＭｇＯの含有率が高ければ冶金滓であっ
てもよい。ＭｇＯ含有物は、ＣａＯ−ＳｉＯ₂ −Ａｌ₂
Ｏ₃ の三元系と見なすことができるスラグを、共晶凝固
範囲の広いＣａＯ−ＳｉＯ₂ −Ａｌ₂ Ｏ₃ −ＭｇＯの四
元系に改質するためのものである。焼成ドロマイトを例
にすると、所定のＭｇＯの添加量は表４のごとき思想に
基づいて決定されることになる。

【００５９】すなわち、石炭飛灰を還元溶融して溶融ス
ラグを生成したならば、その生成溶融スラグのＭｇＯ含
有量が５％ないし２０％までの範囲における目標含有率
もしくはそれに極めて近似した含有率となるような量が
装入される。これによって、可及的に低融点となりかつ
共晶凝固する組成を有した溶融スラグを得ることができ
る。上記したように、例えば表４のようにＡｌ₂ Ｏ₃ が
２０％となるように成分調整される。

【００６０】ちなみに、上記の目標含有率とは、図３中
において幾つか付した黒い点のうち点Ａ，Ｂがそれであ
り、目標含有率に極めて近似した含有率とは他の小さな
黒い点の位置にある成分組成に相当する。図３はＡｌ₂
Ｏ₃ ２０％の場合であるが、その含有率が異なる場合に
も、それぞれの目標含有率と、目標含有率に極めて近似
した含有率とが存在することは容易に理解できるであろ
う。なお、詳細については、特開平９−１５６９９１号
公報（前掲）に記載されている。

【００６１】ところで、四元系とは言っても、Ａｌ₂ Ｏ
₃ が多いとスラグ融点が非常に高くなりまた粘性も増大
する。したがって、流動性の良いスラグの生成は妨げら
れ、炉からの出滓が困難となりまた組成分の結晶化も得
られにくい。一方、ＭｇＯについても、２０％を越える
とスラグの溶融温度が高くなり、溶解エネルギが増大す
る。

【００６２】そこで、上記公報にも記載されているよう
に、Ａｌ₂ Ｏ₃ を約１０％ないし約２５％の範囲にとど
めておくならば、その条件を満たして溶融スラグを共晶
凝固させることができるＭｇＯは５％ないし２０％とな
る。四元すべてについての含有率で言えば、ＣａＯが１
６％ないし３５％、ＳｉＯ₂ が３６％ないし５４％、Ａ
ｌ₂ Ｏ₃ が１０％ないし２５％、ＭｇＯが５％ないし２
０％であると、四元系相平衡状態における低融点の共晶
点に可及的に近似した状態で共晶凝固する組成を有した
溶融スラグを得ることができる。

【００６３】このようにして得られた溶融スラグは爾後
的に脱泡処理を施す必要もなく、図５の出滓口２ａから
導出される。なお、電気溶融炉が大型であり連続的もし
くは間歇的に出滓する場合や、小型炉であっても間歇的
に出滓する場合には、溶融スラグを鋳造設備の金型に移
す際の降温を防止しておく必要がある。加熱用電極とし
て二本のモリブデン棒２１，２１が挿入された前炉２ｂ
が設けられていれば、溶融スラグの保温を図りながら、
ガスを可及的に含まない上澄み部分を溢流させることが
できる。

【００６４】図１に戻って、こうして溶融銑鉄とは独立
して出滓された溶融スラグ１５を図示しない金型に流
し、鋳造設備３において板状の鋳造スラグ２２が成形さ
れる。金型を搬送して鋳造スラグを脱型させるまでの間
に、ＣａＯ−ＳｉＯ₂ −Ａｌ₂Ｏ₃ −ＭｇＯの四元系相
平衡状態における共晶点もしくはそれに可及的に近似し
た状態で共晶凝固した鋳造スラグが鋳造される。

【００６５】スラグの共晶点は１，３００℃以下である
ので１，５００℃以上の溶融スラグは金型内において
１，３００℃以下まで液状で降温する。共晶点の温度に
なると一斉に析出を開始し、「相律」に基づいて全組成
が再結晶するまで温度がおのずと保持される。スラグの
温度が低下することのない再結晶中の時間帯は金型が移
動しているコンベア（図示せず）上にある。再結晶が完
了して降温しはじめた時点で金型が反転部位に到達する
ようにコンベアの移動速度および搬送距離が定められて
いるので、一次再結晶した鋳造スラグは脱型された時点
でも高温を保っている。

【００６６】金型から外された鋳造スラグ２２は、高い
温度を保有した状態のまま公知の破砕設備４に送られ
る。上記のようにして鋳造スラグは共晶凝固していると
はいえども、現実には９５％ないし９７％までの再結晶
にとどまる。残余は非晶質であって細かいガラスが点在
するので、比較的小さな力を掛けるだけで砕け、その破
片は尖ったものとなりやすい。そこで、この破砕片を篩
にかけて粗粒２３は再度破砕するか別の用途に使用し、
２ｍｍ以下の細粒２４を取り出す。これから１ｍｍ以下
のものを篩とって、１ｍｍないし２ｍｍの細粒を熱処理
設備５の炉に投入する。

【００６７】熱処理炉の詳細は前掲の公報等に記載され
ているので、ここではその詳細を省く。その鋳造スラグ
微小片２４ａを炉内で転動させ、鋳造スラグ微小片中に
残留する非晶質部分を再結晶化させ、残留内部歪も除去
する。鋳造スラグ微小片は破砕されたものであるので尖
鋭部が残るが、炉内での転動の間に尖鋭部の先端が丸め
られる。なお、熱処理対象物は細粒であるので、炉内雰
囲気は８００℃ないし９００℃としておけば充分であ
り、その滞留および転動時間は１０分ないし２０分もあ
ればよい。

【００６８】このようにして熱処理されたスラグは組織
が緻密となり、また研掃材にふさわしく或る程度の尖鋭
部を持ちながらも研掃対象面に疵を与えない程度の丸み
を帯びる。上記したごとくＭｇＯを添加することにより
四元系を形成し、天然岩石に近い強度の再結晶化が図ら
れる。硬度を発揮するアルミナも適度に含まれているう
え、それが過剰とならないように調整されているので、
溶融スラグの流動性を高く確保して、上記した還元溶融
工程から鋳造工程にかけての取り扱いも容易となる。

【００６９】Ｆｅ系金属は溶融銑鉄化されており、スラ
グにＦｅが存在した場合のような脆さを呈することもな
い。したがって、研掃材として好適なサイズ、形状、硬
度、強度を有するものが得られる。なお、電気溶融炉の
出銑口２ｃ（図５を参照）から排出された溶融銑鉄１４
は別途鉄材として利用され、しかも有害重金属は可及的
に少なく純粋なＦｅ系金属資源のリサイクルも図られ
る。

【００７０】なお、鋳造スラグ微小片を得る際に生じた
１ｍｍ以下のものや、破砕時に残った粗粒は別の熱処理
炉もしくは研掃材を製造した後に待機状態にある熱処理
炉に投入するなどして、別途の温度や滞留時間で処理す
れば人工砂９や人工砂利１０とすることができる。これ
はコンクリート用人工骨材として使用することができ
る。その詳細は前掲の公報に記載されているとおりであ
る。

【００７１】これから分かるように、産業廃棄物である
がごみ焼却灰等とは組成が異なる石炭飛灰をもってし
て、本発明に係る処理を施せば研掃材を得ることができ
る。それのみならずコンクリート用人工骨材も得ること
ができ、廃棄物の再利用分野を拡大することができる。
このような本発明の思想を採用すれば、石炭火力発電に
伴って発生する飛灰の完全再資源化処理が実現される。
すなわち、現在セメント混和剤として利用されているが
不使用分は埋立用として利用されるにすぎない石炭飛灰
は今後益々増大する傾向にあり、それを有効に活用する
ことができるようになる。

【００７２】以上の研掃材の製造法の説明において、焼
成ドロマイト等のＭｇＯ含有物とコークスブリーズとい
った還元剤とを、事前処理された石炭飛灰と共に電気溶
融炉に装入しているが、ＭｇＯ含有物または還元剤を以
下のようにしてもよい。まずＭｇＯ含有物については、
事前処理工程において石炭飛灰に糖蜜を添加するときに
混ぜておいてもよい（図１中の破線を参照）。もちろ
ん、その場合でも、還元剤を用い石炭飛灰を還元溶融し
て溶融スラグを生成したならば溶融スラグのＭｇＯ含有
量が５％ないし２０％までの範囲における目標含有率も
しくはそれに極めて近似した含有率となるような量とさ
れることは言うまでもない。このようにしておけば、電
気溶融炉への装入形態の単純化を図ることができる。

【００７３】次に、還元剤についても、糖蜜等を添加す
る時点で石炭飛灰に混ぜるようにしてもよいし、上記の
ようにＭｇＯ含有物を事前処理段階で添加している場合
に、それと同じ時期に加えるようにすることもできる
（図１中の破線を参照）。いずれにしても、事前処理さ
れた原料が還元溶融工程へ進むまでの間に、それらがほ
とんど消失することも変化することもない場合に許容さ
れることは言うまでもない。この場合も、電気溶融炉の
装入物の取り扱いが容易となる。

【００７４】ちなみに、本製造法により製造された研掃
材を鉄製壁面等に吹きつけた後に塗料や鉄錆と共に回収
して、再度研掃材を製造することもできる。この場合に
は、前記した事前処理に先がけて回収物をキルンに投入
し、含有塗料等の可燃物を焼却する一次事前処理を施せ
ばよい。このようにすれば、研掃材のリサイクルも実現
され、産業廃棄物の排出を抑制することができる。この
ようにして、使用済みの研掃材を再度研掃材に再生する
ことができる。回収した研掃材に混入する鉄錆は溶融銑
鉄として回収されることになる。塗料はキルンで一次事
前処理して焼却されるので、電気溶融炉の操業が妨げら
れることもない。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明に係る研掃材を製造する全体システム
概略図。

【図２】 ＣａＯ−ＳｉＯ₂ −Ａｌ₂ Ｏ₃ の三元系相平
衡状態図。

【図３】 ２０％Ａｌ₂ Ｏ₃ におけるＣａＯ−ＳｉＯ₂
−Ａｌ₂ Ｏ₃ −ＭｇＯの四元系相平衡状態図。

【図４】 石炭飛灰の測定された粒度分布図の一例。

【図５】 還元溶融に使用される電気溶融炉の構造断面
図。

【符号の説明】

１…事前処理設備、１Ａ…混練工程、１Ｂ…圧縮平板化
工程、１Ｃ…乾燥工程、２…還元溶融設備、２Ａ…電気
溶融炉、３…鋳造設備、４…破砕設備、５…熱処理設
備、６…研掃材、７…石炭飛灰、８…粘結剤、１４…溶
融銑鉄、１５…溶融スラグ、１８…還元剤、１９…Ｍｇ
Ｏ含有物、２２…鋳造スラグ、２４ａ…鋳造スラグ微小
片。

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 鉄製壁面等の塗料や錆を落とすために吹
   きつけられる研掃材が、石炭火力発電所等で発生した石
   炭飛灰を原料にして製造されていることを特徴とする研
   掃材。
2. 【請求項２】 石炭火力発電所等で発生した石炭飛灰を
   原料として、鉄製壁面等の塗料や錆を落とすために吹き
   つけられる研掃材を製造することを特徴とする研掃材の
   製造法。
3. 【請求項３】 請求項２の研掃材の製造法において、無
   機質の非熱分解性粘結剤を前記石炭飛灰に混ぜ、この混
   練物を平板状に成形し、その成形物を乾燥する事前処理
   工程を有することを特徴とする研掃材の製造法。
4. 【請求項４】 請求項３の研掃材の製造法において、 粉粒状の還元剤と、前記石炭飛灰を還元溶融して溶融ス
   ラグを生成したならば該溶融スラグのＭｇＯ含有量が５
   ％ないし２０％までの範囲における目標含有率もしくは
   それに極めて近似した含有率となるような量のＭｇＯ含
   有物とを用いることにより、前記事前処理された石炭飛
   灰中のＦｅ系酸化物を溶融還元して溶融銑鉄を生成する
   と共に、Ｆｅ系金属を可及的に含まない溶融スラグを生
   成して前記溶融銑鉄の上部に滞留させる還元溶融工程
   と、 前記溶融銑鉄とは独立して出滓された溶融スラグを金型
   に流し、板状の鋳造スラグを成形する鋳造工程と、 上記鋳造スラグを金型から離型した後に、高い温度を保
   有した状態にある鋳造スラグを砕く破砕工程と、 破砕により生じた鋳造スラグ微小片を８００℃ないし９
   ００℃の雰囲気下で転動させ、該鋳造スラグ微小片中に
   残留する非晶質部分を再結晶化させ、鋳造スラグ微小片
   の残留内部歪を除去すると共に破砕時に生じた尖鋭部の
   先端を丸める熱処理工程と、 を有して、組織の緻密な再結晶化した研掃材を生成させ
   ることを特徴とする研掃材の製造法。
5. 【請求項５】 請求項２の研掃材の製造法において、 前記石炭飛灰を還元溶融して溶融スラグを生成したなら
   ば該溶融スラグのＭｇＯ含有量が５％ないし２０％まで
   の範囲における目標含有率もしくはそれに極めて近似し
   た含有率となるような量のＭｇＯ含有物と、無機質の非
   熱分解性粘結剤とを前記石炭飛灰に添加して混練し、こ
   の混練物を平板状に成形し、その成形物を乾燥する事前
   処理工程を有することを特徴とする研掃材の製造法。
6. 【請求項６】 請求項３または請求項５の事前処理工程
   において粉末状の還元剤を添加しておくことを特徴とす
   る研掃材の製造法。
7. 【請求項７】 前記粘結剤は、糖蜜であることを特徴と
   する請求項３ないし請求項５のいずれか一項に記載され
   た研掃材の製造法。
8. 【請求項８】 前記平板状の成形物は１０ｍｍないし２
   ０ｍｍの厚みとされることを特徴とする請求項３ないし
   請求項５のいずれか一項に記載された研掃材の製造法。
9. 【請求項９】 請求項３ないし請求項５のいずれか一項
   に記載された研掃材の製造法により製造された研掃材を
   鉄製壁面等に吹きつけた後に塗料や鉄錆と共に回収し、
   該回収物をキルンに投入して含有塗料等の可燃物を焼却
   する一次事前処理を施した後に、研掃材を再生すること
   を特徴とする研掃材の製造法。