JP2004175640A - 人工骨材およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】河川および湖沼堆積物を原料と焼成温度コントロールが容易であり、ロータリーキルン等の転動型焼成炉を用いた焼成工程での磨り減りを改善し、溶着を防止し、高回収率が得られる人工骨材およびその製造方法を提供する。
【解決手段】本発明は、河川および／又は湖沼堆積物を、一部脱水し、成形し得られた粒状物の表面をセメントおよび／または生石灰粉末で被覆し、該粒状物中の水分とセメントおよび／又は生石灰粉末を水和反応させた後、焼成することを特徴とする人工骨材の製造方法である。

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は河川および／または湖沼堆積物を原料とする人工骨材およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、人工骨材化技術は、石炭灰、フライアッシュを原料とするものが検討されている。石炭灰、フライアッシュは、酸化珪素、酸化アルミニウムを主成分とする。これを粉砕し、成形助剤を添加して混合し、パン型ペレタイザーなどを用いて水を添加しながら球形状の造粒物であるペレットとする。ペレットは、乾燥して、ロータリーキルン等で１１００℃以上の温度で焼成して人工骨材とする。
【０００３】
ところが、フライアッシュは、未燃カーボンがその粒子内にインクルージョンとして内在するため、焼成時にこの未燃カーボンの燃焼によりガスが発生し、生成する骨材の高密度化を妨げる問題があった。さらに、ペレットがロータリーキルンの回転にともなって転動するため、ペレットとキルンの内壁面またはペレット同士がこすれあって磨耗し、ペレットの磨減が生じる問題もあった。このため、排ガス処理設備として設置される集塵機で回収される粉塵量が多大となる欠点があった。
【０００４】
また、石炭灰、フライアッシュは、焼結過程でペレット間の溶着が生じ、不適正形状の骨材が混在した。したがって、製品の回収率を大幅に低下させ、量産化を阻んでいる。融着を防止するため、石炭灰、フライアッシュにセメントを混合する方法も開示されているが（特許文献）、セメントの使用量が過剰となると、セメントが石炭灰、フライアッシュに対してフラックスとしての効果を生じ、高温での液相形成速度が大きくなり焼結温度管理が困難となる問題も生じている。また、未燃カーボンに起因する発泡現象により、焼結体密度が低下する問題は、焼成温度の厳密なコントロールを必要としている。
【０００５】
【特許文献】
特開平０３−１９９１５２
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、河川および湖沼堆積物を原料とした人工骨材およびその製造方法であって、焼成温度コントロールが容易であり、ロータリーキルン等の転動型焼成炉を用いた焼成工程での磨り減りを改善し、溶着を防止し、高回収率が得られる人工骨材およびその製造方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本願発明が提供する発明は、河川および／又は湖沼堆積物を造粒してなる中心核造粒体の焼成物、並びにその表面に付着し、且つセメントおよび／又は生石灰粉末と中心核造粒体にする水との水和反応物の焼成物とからなる人工骨材（請求項１）、河川および／又は湖沼堆積物を、一部脱水し、成形し得られた粒状物の表面をセメントおよび／または生石灰粉末で被覆し、該粒状物中の水分とセメントおよび／又は生石灰粉末を水和反応させた後、焼成することを特徴とする人工骨材の製造方法（請求項２）である。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明を詳述する。ダムにおける貯水量確保のため、また、水質浄化のためにダム・湖沼・河川では、浚渫工事が行われる。浚渫された堆積物は、水を含有するものであり、その種別をとわず、本発明の原料することができる。堆積物は、現場あるいは別の場所に移送して減容とハンドリングの改善のために、遠心脱水法、フィルタープレス法などにより一部の水が脱水除去される。
【０００９】
また、河川底および湖沼底の堆積物は、その無機成分は酸化珪素、酸化アルミニウムを主成分とし、粘土質部分に有機物を含むものも用いることができる。遊離した有機質成分を含むものであっても良い。無機成分については、脱水処理の前段または後段で、その化学組成を調整するため、特に酸化鉄、酸化アルミニウムの含有量に応じて、その焼成温度を調整し、強固な骨材をうるために、酸化珪素、酸化アルミニウム、炭酸カルシウム等を含む他の材料を添加する工程を設けることができる。
【００１０】
また、脱水処理の前段で、これら堆積物を人工骨材の原料として好ましくない粗大岩石、塊状物、凝集物および異物などは、ふるい分け法、磁力選鉱などにより除去しても良い。プレス脱水後の堆積物ケーキの含水率は４０ないしは７０重量％とするの好ましい。しかし、成形方法の種類によっては、これ以外の水分量を有するケーキも使用される。
【００１１】
この脱水ケーキは、例えば、出口部に切断機能を付した押出成形装置に投入され、直径２０ｍｍないしは３０ｍｍの粒状物とされる。その他プレス成形、転動成形、噴霧成形、射出成形等の成形装置を用いても良い。
【００１２】
例えば、押出成形機により成形された粒状物は、傾斜板上に排出される。粒状物がこの傾斜板上を転がりながら移動していく間で、球状形状へと形を整えつつ粒状物の表面に一定の厚みを持つようにセメントまたは生石灰粉末を被覆する。セメント、生石灰は粉末状態で傾斜板上を粒状物が移動する間に降りかけるように供給することが出来る。
【００１３】
また、あらかじめ傾斜板上にこれらの粉末層を設け、移動中にこれら粉末を付着させながら転動被覆させる方式を採用しても良い。一方、これら粉末を一部被覆させた後、パンペレタイザーで転動させながら、更に粉末を供給して、被覆層を生成させその層厚を調整することが出来る。
【００１４】
セメントまたは生石灰粉末は、粒状物内部の水分と反応し、粒状物の被覆層内でセメント水和反応生成鉱物および／または水酸化カルシウムを生成する。この水和反応生成物の形成により粒状物に強度が付与された水和粒状物となる。水和反応の進行のためには、水和反応時間を必要とするので、上記傾斜板通過時間、パンペレタイザーでの転動時間、および積置時間を調整することで充分な養生期間を与え、より一層その強度が増進されることとなる。
【００１５】
粒状物に添加されるセメントには普通ポルトランドセメントを用いることができるが、より水和反応速度の高い早強ポルトランドセメント、超速硬セメント、速硬型エコセメントを用いることもできる。また、成分調整時等において水和促進剤を添加することも望ましい。水ガラスやアルミン酸ソーダ等の急結材いわゆるトンネル吹き付けに用いられる急結材を用いることが出来る。
【００１６】
セメント粉末中に粉末状の混和剤を添加しておき、後の水和反応を促進することもできる。成形助剤として、カオリン、ベントナイトなどの粘土鉱物性無機物質やパルプ製造時に廃液中に含まれるメチルセルロース、リグニン等を用いることも出来る。
【００１７】
積み置きされた養生期間に水和粒状物同士が強固に付着することがないように、積み置きされるまでに水和反応鉱物が十分に生成していることが必要とされるので、特に普通ポルトランドセメントを用いる場合には、セメント等が最初に添加されてから積み置きまでの時間は２時間以上であることが望ましい。この時間は、用いるセメントを適宜選択すること、水和促進剤を追加する等によって短縮可能である。また、セメント層を追加付加することで水和に要する当量以上のセメントを添加し、これが水和量粒状物の付着を防止する層を形成することで積み置きまでの時間を短縮することもできる。
【００１８】
十分に強度が付与された水和粒状物は、人工骨材を焼成することができる設備の所在する場所の保管・供給施設まで輸送される。
【００１９】
水和粒状物は保管・供給施設より定量切り出されてロータリーキルンへ供給される。ロータリーキルンへ供給された水和粒状物は、ロータリーキルン内で転動作用を受けてキルンの内壁面および粒状物同士が摩擦しあうが、表面に形成された強固な水和反応殻層のため磨耗防止ができる。
【００２０】
水和粒状物はロータリーキルン内を低温部から高温部へ向かって移動していくが、まず水和粒状物の自由水分（水和反応に関与しなかった水分）の脱水が起こり、続いて３５０℃以上で水和鉱物の脱水が起こる。水和鉱物の脱水が完了した後、当該粒状物の内部で液相の形成が開始する７００℃程度までは、表面の水和鉱物の殻層は薄くなり強度を減ずるがなお磨耗を防ぐには効果的である。この温度領域で有機質成分は燃焼あるいは分解処理される。
【００２１】
当該粒状物の温度が８００℃ないしは９００℃程度となると、当該粒状物内部での液相生成量が増加するとともに収縮が起こり、当該粒状物の表面硬度が発現されるようになる。その後当該粒状物は１１００℃ないしは１３００℃の温度範囲内で焼成されて、十分な緻密化が達せられ人工骨材となる。
【００２２】
水和粒状物表面の水和反応生成鉱物の殻層は加熱処理による脱水後、一部粉化してしまうが、この層の融点は粒状物の母体を形成する堆積物の融点よりも高温であるため、当該粒状物の緻密化する温度で粒状物同士が溶融して付着することを防ぐいわゆる融着防止材としての効果を発現するようになる。この効果により、人工骨材として不適な溶融固化物の生成が妨げられ、人工骨材の回収率が向上する。粉化した付着物は人工骨材に焼成物として一部残存する。これが不連続層または連続層となる。
【００２３】
こうして、河川および／又は湖沼堆積物を造粒してなる中心核造粒体の焼成物並びにその表面に付着され、且つセメントおよび／又は生石灰粉末と中心核造粒体の水との水和反応物の焼成物とからなる人工骨材（請求項１）が得られ、河川および／又は湖沼堆積物を、一部脱水し、更に成形し得られた粒状物の表面にセメントおよび／または生石灰粉末を被覆し、該粒状物中の水分とセメントおよび／又は生石灰粉末を水和反応させた後、焼成することを特徴とする人工骨材の製造方法（請求項２）が実現する。
【００２４】
【実施例】
以下、実施例を挙げて本発明を更に説明する。堆積物として、定常的に浚渫工事が行われているダム湖沼堆積物を使用した。浚渫された湖沼堆積物は、ダム湖に隣接する現場でフィルタープレス法により脱水処理した。本浚渫工事では湖沼堆積物の上部層のみを除去しているので、堆積物中に粗大な岩石、塊状物および異物などは少ないが、脱水処理の前工程でメッシュ用いて異物等の除去をおこなった。一部脱水後の堆積物ケーキの含水率は約５０重量％であった。
【００２５】
この脱水ケーキを出口部に切断機能を付した押し出し成形装置に投入し、２０ｍｍないし３０ｍｍの粒径の粒状物として傾斜角１０度の傾斜板上に排出した。傾斜板上部および中途には、セメント供給装置から普通ポルトランドセメントが粒状物に降り掛けられ、粒状物がこの傾斜板上を転がる間で普通ポルトランドセメントの粉末が、粒状物の重量に対して外割で約１０重量％となるように添加した。
【００２６】
傾斜板を通過したセメント層付着粒状体は、さらにパンペレタイザーでセメント層を付着処理し、造粒を完結させた。追加したセメント層には、水和反応鉱物を生成する当量以上のセメントが被覆されているので、積み置き・保管時に水和造粒体が相互に付着することを妨げることができる。添加したセメントは粒状物内部の自由水分と反応して、粒状物の表面に水和反応鉱物が生成し、水和した粒状物で十分な表面強度が付与された。１週間以上養生させた後、焼成設備の所在する場所までトラック輸送し、ロータリーキルンに隣接した保管・供給施設へ投入した。
【００２７】
人工骨材の焼成にはレンガ内径１．３ｍ、全長２０ｍで、重油を燃料とする内部加熱方式のロータリーキルンを使用した。保管・供給施設より水和した粒状物を時間１トンの割合で定量切り出してロータリーキルンへ供給し、キルン内での滞留時間が約６０分、最高温度１１６０℃の条件で焼成した。
【００２８】
得られた人工骨材は、コンクリート用の人工骨材として十分に使用可能な良品質であった。製品として回収した人工骨材の回収率、溶融固化物の生成率および集塵機で回収されたダスト発生率を、比較例とともに表１に整理するが、夫々８０．７％、０．２％および３．５％であった。
【００２９】
【表１】

【００３０】
【比較例】
比較例では実施例と同一のダムの湖沼堆積物を使用したが、堆積物の乾燥のみでは粒状物に十分な強度を付与することができないので、スラリー状態の堆積物に成形補助材としてベントナイトを堆積物の乾燥重量に対して外割で約５重量％添加した。ベントナイトを添加した湖沼堆積物をフィルタープレス法により脱水処理したが、実施例よりも低含水率の３５％程度とした。この脱水ケーキを出口部に切断機能を付した押し出し成形装置に投入し、２０ｍｍないしは３０ｍｍの粒状物の粒状物として傾斜板上に排出した。乾燥後、焼成設備の所在する場所までトラック輸送し、ロータリーキルンに隣接した保管・供給施設へ投入した。
【００３１】
人工骨材の焼成には実施例と同一のロータリーキルンを使用し、保管・供給施設より粒状物を時間１トンの割合で定量切り出してロータリーキルンへ供給し、キルン内での滞留時間が約６０分、最高温度１１６０℃の条件で焼成した。
【００３２】
ロータリーキルンより排出された人工骨材には、人工骨材同士が付着しているものが多数、肉眼で見受けられた。製品として回収した人工骨材の製品化率、溶融状物の生成率および集塵機で回収されたダスト発生率は、夫々５９．５％、３．７％および２６．５％であり、実施例と比較して回収率が約２０％低下した。いっぽうダスト発生率は３．５％から２６．５％へ大幅に増加した。
ここで、良品とは、人工骨材としての適性な形状を有し、粒子径も規格値であるもの、不良品とは、粒子強度の不足のため欠け、摩滅等により形状が歪が生じ、或いは粒子形が規格値をはずれるもの、溶融状物とは、融着により著しく粒径がおおきくなったものである。ダストは、粉状化したものである。
【００３３】
【発明の効果】
上述の通り、河川および湖沼堆積物は、人工骨材の原料とした場合、有機物を原料粉末内のインクルージョンとして、内在しないので、加熱による発泡現象が生じない。また、ロータリーキルンを用いる造粒・焼成型の製造であっても、造粒した粒状物が焼成過程で磨り減りが防止でき、集塵機で回収される粉塵量が過大となることもない。従って、焼成温度の管理が容易で、焼成過程における磨り減りを改善し、高回収率で人工骨材を製造することを可能とした。

Claims (2)

1. 河川および／又は湖沼堆積物を造粒してなる中心核造粒体焼成物、並びに、その表面に付着された層であって、セメントおよび／又は生石灰粉末と中心核造粒体中の水との水和反応物の焼成物層、
   とからなる人工骨材。
2. 河川および／又は湖沼堆積物を、一部脱水し、成形し得られた粒状物の表面をセメントおよび／または生石灰粉末で被覆し、該粒状物中の水分とセメントおよび／又は生石灰粉末を水和反応させた後、焼成することを特徴とする人工骨材の製造方法。