JP2007261887A - 人工骨材の製造方法及び装置 - Google Patents

Abstract

【課題】石炭焚き火力発電所等より排出された石炭灰を主原料とし、密度の変動幅の小さい人工骨材を安定して製造する方法及び装置を提供する。
【解決手段】石炭灰を分級機や篩等を使用して粗粉と細粉とに分離し、分離された粗粉と細粉とを所定の割合で混合し、該混合物を含む原料に、各種セメントや石膏等の結合材、及び／又は、カオリンやベントナイト等の粘結材を加えてパンペレタイザー等によって成形物とし、該成形物をロータリーキルン等で焼成する。前記石炭灰を、１０μｍ以上２０μｍ以下の篩上残量が９０質量％以上の粗粉と、１０μｍ以上２０μｍ以下の篩上残量が１０質量％以下の細粉とに分離することができる。この方法により、絶乾密度が１．７以上１．９以下と変動幅が小さく、２４時間吸水率が６質量％以下の人工骨材を安定して大量生産することができる。

Description

本発明は、人工骨材の製造方法及び装置に関し、特に、石炭灰を主原料とし、ロータリーキルン等を用いて人工骨材を製造する方法及び装置に関する。

近年の電力需要の増大に伴い、石炭焚き火力発電所等より排出される石炭灰の量は年々増加する傾向にある。また、天然骨材の枯渇問題を背景として、石炭灰を主原料とした人工骨材については数多くの研究がなされ、種々の特徴を有する人工骨材が市場に出回っている。この石炭灰は、様々な性状を有するため、焼成された人工骨材の密度をある範囲内に収めるのは困難であり、密度が不足する場合には、特許文献１に記載のように、炭酸カルシウム等を加えて密度を高めることも提案されている。
特開２００１−１５８６４９号公報

上記特許文献に記載のように、人工骨材の密度が不足する場合には、炭酸カルシウム等を添加することによって解決できる場合もあるが、逆に、密度が高すぎる場合には、成分調整を行うことができず、焼成条件を変えて若干発泡気味に焼成して密度を低下させるなどの方法が考えられる。しかし、このような焼成方法によれば、不良品を多く製造する懸念があり、製品の歩留まりが大幅に低下するおそれがあった。

そこで、本発明は、上記従来の人工骨材の製造方法における問題点に鑑みてなされたものであって、石炭灰を主原料とし、密度の変動幅が小さい人工骨材を安定して製造することのできる人工骨材の製造方法及び装置を提供することを目的とする。

上記課題解決のため、鋭意検討を行った結果、分級機や篩等を使用して石炭灰を粗粉と細粉とに分け、これらを任意の割合で混合してロータリーキルン等で焼成すると、密度の安定した人工骨材が製造できることを見出し、本発明を完成するに到った。

すなわち、本発明は、人工骨材の製造方法であって、石炭灰を粗粉と細粉とに分離し、分離した粗粉と細粉とを所定の割合で混合し、該混合物を含む原料に、結合材及び／又は粘結材を加えて成形物とし、該成形物を焼成することを特徴とする。ここで、前記石炭灰を、１０μｍ以上２０μｍ以下の篩上残量が９０質量％以上の粗粉と、１０μｍ以上２０μｍ以下の篩上残量が１０質量％以下の細粉とに分離することができる。

そして、上記方法によって、前記焼成された人工骨材の絶乾密度が１．７以上１．９以下であるとともに、２４時間吸水率が６質量％以下の人工骨材を得ることができる。

また、本発明は、人工骨材の製造装置であって、石炭灰を粗粉と細粉とに分離する分離手段と、該分離手段によって分離された粗粉と細粉とを所定の割合で混合する混合手段と、該混合手段によって混合された混合物を成形する成形手段と、該成形手段によって成形された成形物を焼成する焼成手段とを備えることを特徴とする。ここで、前記分離手段として空気分級機又は振動篩を、成形手段としてパンペレタイザーを、焼成手段としてロータリーキルンを用いることができる。

以上のように、本発明にかかる人工骨材の製造方法及び装置によれば、石炭灰を主原料とし、密度の変動幅が小さい人工骨材を安定して製造することが可能となる。

本発明にかかる人工骨材の製造方法は、上述のように、石炭灰を粗粉と細粉とに分離し、分離された粗粉と細粉とを所定の割合で混合し、該混合物を含む原料に、結合材及び／又は粘結材を加えて成形物とし、該成形物を焼成することを特徴とする。

本発明で使用する石炭灰の種類は、特に限定されない。微粉炭燃焼方式により燃焼され電気集塵機により補集されたフライアッシュはもとより、流動床燃焼方式により燃焼され集塵機により捕集されるＰＥＢＣ灰等も使用することができる。

上記石炭灰を空気分級機又は振動篩等を使用して篩分ける必要がある。通常の石炭灰の粒度は、平均粒度で１０〜２０μｍ前後である。従って、１０〜２０μｍを分級の目標とすることにより、一定量の石炭灰を略々２分割することができる。そこで、本発明では、石炭灰の粗粉の粒度として、１０〜２０μｍの残量が９０質量％以上、細粉の粒度として、１０〜２０μｍの残量を１０質量％以下としている。

上述のようにして分離した粗粉と細粉との化学組成を比較すると、粗粉側に多少鉄分が多くなる傾向があるが、両者は略々同じ化学組成を示している。

しかし、この粗粉と細粉とを各々普通セメント等を用いて成分調整して焼成すると、粗粉と細粉とで焼成物の密度に差異が見られることが判る。すなわち、粗粉に成分調整を行った後焼成すると、粒度が粗いため焼結不足となり、焼結物の密度は１．６〜１．７止まりとなる。但し、粗粉でも、炭酸カルシウムを過剰に添加すると、密度を上げることは可能であるが、融着点と高吸水域（吸水率６％以上）とが互いに近接し、ロータリーキルンで焼成することができなくなる。一方、細粉に成分調整をした後焼成すると、焼結が充分に進行するため、焼成物の密度は１．９以上となった。

尚、分級や篩分けを行わない石炭灰原粉の場合には、シリカを用いて成分調整を行っても焼成物の密度は一定しない。そこで、焼成物の密度を一定にするため、原料調整の前の段階で、密度が目標値の範囲に入るように、粗粉と細粉とを所定の割合で混合し、セメントで成分調整を行った後、焼成して安定した密度の骨材を得る方法を提供する。

本発明では、石炭灰を粗粉と細粉とに分離し、分離された粗粉と細粉とを所定の割合で混合し、該混合物を含む原料に、結合材及び／又は粘結材を加えて成形する。

ここで、結合材とは、各種セメントや各種石膏、珪酸ソーダ等の無機質バインダー、さらにはメチルセルロース等の水溶性高分子材料等である。これらを添加すると、成形物の強度増進、ひいては焼成物の品質向上に繋がる。結合材の添加により、成形物中に水和生成物による網目状の緻密化構造を形成させることができ、成形物の強度を高めることで焼成工程での破砕又はすりへりなどを抑制し、連続安定運転を実現することができる。さらには、その緻密化構造が焼成工程でのさらなる焼結反応と相互作用し、焼成物の吸水率を大きく低下させることができる。尚、結合材の配合割合は、５〜１５質量％が適当である。

一方、粘結材とは、カオリンやベントナイト等の粘土質無機物質や、パルプ製造時に廃液中に含まれるリグニン等である。これらは、成形時に成形補助材となり、必要に応じて添加する。粘結材の配合割合は、３質量％以下が適当である。

これら結合材や粘結材成分を石炭灰に加え、所望の形状、大きさに成形する。成形方法については何ら限定されるものではなく、例えば、パンペレタイザーによる転動造粒をはじめ、撹拌造粒、押出し造粒、プレス成形等目的に応じて種々の成型方法を用いることができる。その後、成形物をロータリーキルン等によって焼成する。この焼成条件も、特に限定されない。

石炭焚き火力発電所より入手したＡ、Ｂ、Ｃ及びＤの４種類の石炭灰の各々を、空気分級機に供給し、粗粉と細粉に分離した。空気分級機における分離径が１０〜２０μｍになるように、分級機の分級風量と分級ローターの回転数を調整した。

上記空気分級機による粗粉と細粉の収率は、石炭灰の粒度により異なるが、粗粉で５０〜７０質量％、細粉で３０〜５０質量％であった。分級後の各石炭灰Ａ〜Ｄの化学組成を表１に示す。この表から判るように、粗粉と細粉との化学組成を比較すると、粗粉側に多少鉄分が多くなるものの、両者は略々同じ化学組成を示している。

次に、各石炭灰Ａ〜Ｄの粗粉と細粉の各々にセメントを添加し、各々を電気炉で焼成した。その結果を表２に示す

同表から判るように、粗粉と細粉とで焼成物の密度に明らかな差異が見られ、粗粉を焼成した際に得られた焼結物の密度は１．６〜１．７に留まっているが、細粉の焼結物については、密度が１．９以上となり、焼結が充分に進行していることが判る。

次に、実施例１〜４として、密度が１．８ｇ／ｃｍ³になるように各石炭灰Ａ〜Ｄの粗粉と細粉とを混合調整し、この混合原料に水ガラスを０．３質量％外割で添加し、パンペレタイザーを用いて２０〜５．０ｍｍになるように造粒し、長さ２０ｍ、有効内径１．２ｍのロータリーキルンで焼成した結果を、表３に示す。また、比較例として、石炭灰を粗粉と細粉とに分離することなく、石炭灰の原粉にセメントを添加して焼成した結果を同表に示す。尚、得られた骨材の絶乾密度及び２４時間吸水率は、ＪＩＳ Ａ１１３５ 構造用軽量粗骨材の比重及び吸水率試験に準拠して測定した。

同表より、本発明によって、絶乾密度が１．７以上１．９以下の絶乾密度の変動幅の小さい人工骨材が得られることが判る。

Claims (7)

1. 石炭灰を粗粉と細粉とに分離し、
   分離した粗粉と細粉とを所定の割合で混合し、
   該混合物を含む原料に、結合材及び／又は粘結材を加えて成形し、
   該成形物を焼成することを特徴とする人工骨材の製造方法。
2. 前記石炭灰を、１０μｍ以上２０μｍ以下の篩上残量が９０質量％以上の粗粉と、１０μｍ以上２０μｍ以下の篩上残量が１０質量％以下の細粉とに分離することを特徴とする請求項１に記載の人工骨材の製造方法。
3. 前記焼成された人工骨材の絶乾密度が１．７以上１．９以下であるとともに、２４時間吸水率が６質量％以下であることを特徴とする請求項１又は２に記載の人工骨材の製造方法。
4. 石炭灰を粗粉と細粉とに分離する分離手段と、
   該分離手段によって分離された粗粉と細粉とを所定の割合で混合する混合手段と、
   該混合手段によって混合された混合物を成形する成形手段と、、
   該成形手段によって成形された成形物を焼成する焼成手段とを備えることを特徴とする人工骨材の製造装置。
5. 前記分離手段は、空気分級機又は振動篩であることを特徴とする請求項３に記載の人工骨材の製造装置。
6. 前記成形手段は、パンペレタイザーであることを特徴とする請求項３に記載の人工骨材の製造装置。
7. 前記焼成手段は、ロータリーキルンであることを特徴とする請求項３に記載の人工骨材の製造装置。