JP2008538347A5 - - Google Patents

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下水汚泥および他の廃棄物を含む合成骨材ならびにそのような骨材の製造方法Synthetic aggregates containing sewage sludge and other waste and methods for producing such aggregates

本発明は合成骨材、詳細には下水汚泥およびケイ素アルミニウム材料を含む合成骨材ならびに低カルシウムおよび高カルシウム含有ケイ素アルミニウム材料の組み合わせを含む合成骨材に関する。   The present invention relates to synthetic aggregates, particularly synthetic aggregates comprising sewage sludge and silicon aluminum materials, and synthetic aggregates comprising a combination of low calcium and high calcium containing silicon aluminum materials.

骨材は、コンクリート、石造物および空洞充填断熱材の必須成分である。骨材の他の用途には、充填物補助材または園芸用骨材などがある。骨材は、最小限の加工を施した自然源または加熱処理を行った天然材料由来である場合がある。骨材は合成品であることもある。例えば、採石場、地中立坑および河床などの自然源からの骨材は、通常、岩片、砂利、石および砂から構成され、それらは必要に応じて粉砕、洗浄および分粒して使用することができる。骨材を形成するのに用いることができる天然材料からの骨材には、粘土、頁岩および粘板岩などがあり、それらを焼成処理して、材料を膨張させる。例えば、OPTIROCおよびLECAは市販の膨張粘土骨材の例である。合成骨材は、廃棄物となり得る工業副産物を含む可能性がある。例えばLYTAGは、微粉燃料灰(「PFA」)を含む市販の焼結骨材であり、フライアッシュとも称される。PFAは、例えば発電所での石炭の燃焼から製造される。   Aggregate is an essential component of concrete, masonry and cavity-filled insulation. Other uses of aggregates include filler aids or horticultural aggregates. Aggregates may be from natural sources with minimal processing or natural materials that have been heat treated. Aggregates may be synthetic. For example, aggregates from natural sources such as quarries, underground shafts and riverbeds are usually composed of rock fragments, gravel, stones and sand, which should be used after being crushed, washed and sized as needed Can do. Aggregates from natural materials that can be used to form aggregates include clay, shale and slate, which are fired to expand the material. For example, OPTIROC and LECA are examples of commercially available expanded clay aggregates. Synthetic aggregates can contain industrial by-products that can become waste. For example, LYTAG is a commercially available sintered aggregate containing finely divided fuel ash (“PFA”) and is also referred to as fly ash. PFA is produced, for example, from the combustion of coal at a power plant.

建設で使用される天然骨材は非常に需要が大きい。しかしながら、骨材資源は有限であり、その材料の抽出および加工は、例えば環境問題、法律問題、入手可能性、都市膨張および輸送コストによって複雑になる。各種産業による廃棄物発生も著しく増加しており、それは環境的および法律的に許容される形で処分しなければならない。代表的には、発生する廃棄物のほとんどが、多大な費用をかけて埋め立て地で処分される。使用可能な埋め立て地が枯渇し、新たな場所の獲得が難しく、環境的に有害な効果の可能性があり、埋め立てのコストがかかるため、廃棄物の廃棄は長年にわたって大きな問題となってきた。   Natural aggregate used in construction is in great demand. However, aggregate resources are finite and the extraction and processing of that material is complicated by, for example, environmental issues, legal issues, availability, urban expansion and transportation costs. Waste generation by various industries is also increasing significantly and must be disposed of in an environmentally and legally acceptable manner. Typically, most of the generated waste is disposed of in landfills at great expense. Disposal of waste has been a major problem for many years due to the depletion of usable landfills, the difficulty of acquiring new locations, the potential for environmentally harmful effects, and the cost of landfills.

廃棄物を加工および変化させることで、コンクリートやその他の用途で使用される実用的な合成骨材を製造できれば、廃棄物の問題と天然骨材資源の枯渇の両方が解決されるものと考えられる。   If the waste can be processed and changed to produce practical synthetic aggregates for use in concrete and other applications, both the waste problem and the depletion of natural aggregate resources will be solved. .

骨材は、軽量または通常重量のものであることができる。軽量骨材(「LWA」)は、ASTM規格C330で定義のように、2.0g/未満の粒子密度または1.1g/cm未満の乾燥疎充填かさ密度を有する。例えば砂利、砂および砕石からの通常重量骨材は、約2.4〜約2.9のかさ比重(乾燥機乾燥および表乾の両方)および約1.7g/cm以下のかさ密度を有する。高品質LWAは、均一な構造強度の強いが低密度の多孔質焼結セラミック核と水吸収を防ぐための高密度で連続的な比較的不透過性の表面層を有する。それらは、物理的に安定で、耐久性があり、環境的に不活性である。コンクリートで使用する場合、LWAは、十分な破砕強度および耐断片化性を有することで、得られるコンクリートが10MPaを超える強度および約1.5g/cm〜約2.0g/cmの範囲の乾燥密度を有するものでなければならない。相対的に低密度のLWAも製造可能である。LWAを含むコンクリート(「LWAコンクリート」)は、約0.3g/cmという低い密度を有することもできる。 Aggregates can be light weight or normal weight. Lightweight aggregates ( "LWA"), as is defined in ASTM Standard C330, with a loose packing bulk density dry than the particle density or 1.1 g / cm 3 less than 2.0g / c m 3. For example, normal weight aggregate from gravel, sand and crushed stone has a bulk specific gravity (both dryer-dried and surface-dried) of about 2.4 to about 2.9 and a bulk density of about 1.7 g / cm 3 or less. . A high quality LWA has a strong, uniform structural strength but a low density porous sintered ceramic core and a dense, continuous and relatively impermeable surface layer to prevent water absorption. They are physically stable, durable and environmentally inert. When used in concrete, LWA has sufficient crushing strength and fragmentation resistance so that the resulting concrete has a strength of over 10 MPa and a range of about 1.5 g / cm 3 to about 2.0 g / cm 3 . Must have a dry density. Relatively low density LWA can also be manufactured. Concrete containing LWA (“LWA concrete”) can also have a density as low as about 0.3 g / cm 3 .

合成軽量骨材(「LWA」)は、構造用途での使用に関連してかなりの効果があることから非常に注目されてきた。LWAを含むコンクリート(「LWAコンクリート」)は、従来のコンクリートより20〜30%軽量であることができるが、同等の強度を有する。従来のコンクリートほど強くない場合であっても、LWAコンクリートは、構造上の死荷重が少ないことで、より長期間の使用、より狭い断面および構造における補強の軽減につながり得る。LWAコンクリートが相対的に低重量であることで、取り扱いが容易になり、輸送、装置および労働力のコストが節減される。LWAコンクリートでは、絶縁性、冷凍解凍性能、耐火性および音量低下も改善され得る。   Synthetic lightweight aggregates (“LWA”) have received much attention due to their considerable effectiveness in relation to use in structural applications. Concrete containing LWA ("LWA concrete") can be 20-30% lighter than conventional concrete, but has comparable strength. Even when not as strong as conventional concrete, LWA concrete has less structural dead load, which can lead to longer use, reduced cross-section and reduced reinforcement in the structure. The relatively low weight of LWA concrete facilitates handling and reduces transportation, equipment and labor costs. With LWA concrete, insulation, freezing and thawing performance, fire resistance and volume reduction can also be improved.

生物廃水処理工場によって製造される下水汚泥は、体積および重金属含有量に関して重要な廃棄物である。下水汚泥は、一次沈殿もしくは二次沈殿、好気性消化もしくは嫌気性消化その他のプロセスなどの工場での各種処理段階時に堆積し、その後液体流から分離された沈殿固体を含む。下水汚泥の組成および特性は、使用される廃水処理プロセスおよび下水汚泥処理プロセスに応じて変動し得るものでもある。下水汚泥は、未処理であったり、消化されていたり、脱水されたものである場合がある。下水汚泥は、かなりの量の有機材料を含み、高濃度の重金属および病原体を含む可能性もある。下水汚泥は一般に、焼却によって不活性灰を形成することで処分されており、それは例えばラグーニング、埋め立て、肥料もしくは土壌コンディショニングとしての土地への散布および海洋投棄によって処分される。下水汚泥が未処理で土地に散布されたり埋め立て地で処分されると、望ましくない汚染が起こる可能性がある。   Sewage sludge produced by biological wastewater treatment plants is an important waste in terms of volume and heavy metal content. Sewage sludge contains precipitated solids that are deposited during various processing stages in the factory, such as primary or secondary precipitation, aerobic digestion or anaerobic digestion and other processes, and then separated from the liquid stream. The composition and characteristics of sewage sludge can also vary depending on the wastewater treatment process used and the sewage sludge treatment process. Sewage sludge may be untreated, digested, or dehydrated. Sewage sludge contains a significant amount of organic material and may contain high concentrations of heavy metals and pathogens. Sewage sludge is generally disposed of by the formation of inert ash by incineration, which is disposed of, for example, by lagooning, landfill, land application as fertilizer or soil conditioning, and ocean dumping. Unwanted contamination can occur when sewage sludge is untreated and applied to land or disposed of in landfills.

下水汚泥の再利用および処分は、無視できない経済的および環境的な問題を生じる。埋め立て地から浸出する可能性がある廃棄物中の重金属および病原体の存在は、隣接する土地および給水設備に対する脅威となる。埋め立て地の利用も次第に困難になりつつある。さらに、廃棄物の重量を大きくする下水汚泥中の大量の水の存在のために、輸送および処分のコストが大きくなる。   The reuse and disposal of sewage sludge creates non-negligible economic and environmental problems. The presence of heavy metals and pathogens in waste that can leach from landfills poses a threat to adjacent land and water supply facilities. The use of landfills is becoming increasingly difficult. Furthermore, the presence of large amounts of water in the sewage sludge that increases the weight of the waste increases transportation and disposal costs.

製造される別の重大な廃棄物は、都市固形廃棄物(「MSW」)焼却から生じる灰流である。MSW灰残留物の埋め立て地への処分は最初の廃棄物の体積の1/10に過ぎないが、かなりの量の固体残留物が生じるために、その管理が問題となっており、その大半が現在は埋め立てられている。焼却炉ボトムアッシュ(「IBA」)は、MSW焼却炉残留物の総重量の約75〜80%を占める主要な灰流であり、スラグ、ガラス、セラミック、鉄金属および非鉄金属、鉱物、他の不燃物および未燃有機物の不均一混合物である。IBAは現在、堤防、舗道路盤および道路補助路盤の建設で、土壌安定化で、煉瓦、ブロックおよび敷石中で、そして特定用途での充填材として、そのままの形態(加熱処理せず)で使用される。比較的不活性な廃棄物であると考えられるが、これら用途での重金属の浸出が起こり得る。   Another significant waste produced is the ash stream resulting from municipal solid waste (“MSW”) incineration. Disposal of MSW ash residue to landfill is only 1 / 10th of the original waste volume, but the management is problematic because of the significant amount of solid residue, most of which Currently it is landfilled. Incinerator bottom ash ("IBA") is the major ash stream that accounts for about 75-80% of the total weight of MSW incinerator residue, and is a slag, glass, ceramic, ferrous and non-ferrous metal, mineral, other It is a heterogeneous mixture of incombustibles and unburned organics. IBA is currently used as is (without heat treatment) in the construction of embankments, paved roadbeds and road auxiliary roadbeds, for soil stabilization, in bricks, blocks and paving stones, and as a filler for specific applications. The Although considered a relatively inert waste, heavy metal leaching can occur in these applications.

MSW焼却によって、燃焼ガス中に浮遊しているか、排気制御装置で回収されるダストの形態での粒子状残留物も生じ、それは大気汚染防止(「APC」)残留物と称される。それには、フライアッシュ、石灰、炭素および公害防止システムで回収された残留物などがある。焼却炉フィルターダスト(「IFD」)は、焼却廃棄物1000kg当たり25〜30kgの割合で生じるバグハウスフィルターに回収されるAPC残留物であり、フライアッシュは場合によりIFDを含み、合わせて灰流全体量の約10%〜15%を占める。MSW焼却炉フライアッシュ(「IFA」)は、重金属、ダイオキシン類、硫黄化合物および塩素化合物などの高濃度の有害材料を含むことから、ほとんどの欧州諸国で、有毒および危険残留物として分類されている。従って、それは特別な埋め立て地でのみ処分可能であり、それはコストが高く、環境的に安全ではない。   MSW incineration also produces particulate residue in the form of dust that is floating in the combustion gas or collected by the exhaust control device, which is referred to as air pollution control ("APC") residue. These include fly ash, lime, carbon and residues recovered with pollution control systems. Incinerator filter dust (“IFD”) is APC residue collected in a baghouse filter that occurs at a rate of 25-30 kg per 1000 kg of incineration waste, and fly ash optionally contains IFD, combined with the entire ash stream It accounts for about 10% to 15% of the amount. MSW incinerator fly ash ("IFA") is classified as a toxic and hazardous residue in most European countries because it contains high concentrations of hazardous materials such as heavy metals, dioxins, sulfur compounds and chlorine compounds . Therefore, it can only be disposed of in a special landfill, which is expensive and not environmentally safe.

かなりの体積の残留物が、鉱物、鉱石および石の採掘によっても生じる。代表的な採掘操作には、抽出、選鉱、爆破、破砕、洗浄、篩い分け、切削(石)および備蓄などがある。これらの操作によって、処分を必要とする各種大きさの粉砕物、粉末、泥残留物および廃水などの廃棄物が生じる。例えば装飾石の切削からの大理石および花崗岩の廃棄物も、大量の廃棄泥を含み、それは河川や沼地に廃棄される。花崗岩切断機および花崗岩切削機も、大量の粉末および泥廃棄残留物を生じる。「採鉱廃棄物」という用語は本明細書において、これら操作中に生じる廃棄物を指すのに用いられる。採鉱廃棄物は、処理を行ってから沼地や埋め立て地で処分して、環境汚染を防止する必要がある。他の採鉱廃棄物には、例えば石灰岩およびドロマイト尾鉱などがある。 A considerable volume of residue is also generated by mining of minerals, ores and stones. Typical mining operations include extraction, beneficiation, blasting, crushing, cleaning, sieving, cutting (stone) and stockpiling. These operations produce wastes such as pulverized products, powders, mud residues and waste water of various sizes that require disposal. For example, marble and granite waste from cutting ornamental stones also contain a large amount of waste mud, which is discarded into rivers and swamps. Granite cutting and granite cutting machines also produce large amounts of powder and mud waste residues. The term “mining waste” is used herein to refer to waste generated during these operations. Mining waste must be treated and disposed of in swamps and landfills to prevent environmental pollution. Other mining wastes include, for example, limestone and dolomite tailings.

発電所も、微粉燃料灰(「PFA」)とも称される微粒子および炉ボトムアッシュ(「FBA」)とも称される粗留分の形態での大量の灰残留物を生じる。比較的重い灰分が、発生する総石炭灰の20〜30%を占め、炉の底に落ちる画分である。FBAは現在、軽量コンクリート、ポルトランドセメント製造および他のアスファルトもしくは道路基盤用途で骨材として、そのままの形態で使用されている。   Power plants also produce large amounts of ash residue in the form of fines, also referred to as pulverized fuel ash (“PFA”) and crude fractions, also referred to as furnace bottom ash (“FBA”). The relatively heavy ash accounts for 20-30% of the total coal ash generated and falls to the bottom of the furnace. FBA is currently used in its raw form as aggregate in lightweight concrete, Portland cement manufacturing and other asphalt or road infrastructure applications.

高い割合で生じる他の廃棄物には、セメントキルンダスト(「CKD」)および高炉スラグ(「BFS」)などがある。CKDは、製造工場の大気汚染防止ダスト回収システムで捕捉される微粉末のセメント製造操作副産物である。米国では、毎年約1420万トンのCKDが生じており、発生するCKD全体の約64%がセメント工場内で再利用されている。BFSは、高炉での鉄の生産および加工の非金属生産物である。米国では年間約1550万トンのBFSが生じていると推定され、その大半が、骨材または絶縁材料としてセメント生産で使用されている。 Other wastes that occur at high rates include cement kiln dust (“CKD”) and blast furnace slag (“BFS”) . CKD is a by-product of a fine powder cement manufacturing operation that is captured by an air pollution prevention dust recovery system in a manufacturing plant. In the United States, approximately 14.2 million tons of CKD are generated each year, and approximately 64% of the total CKD generated is reused in cement plants. BFS is a non-metallic product of iron production and processing in a blast furnace. It is estimated that approximately 15.5 million tonnes of BFS occur annually in the United States, most of which is used in cement production as aggregate or insulating material.

発明の概要
廃棄物処理に関連する経済的負担および環境上の危険性から、廃棄物を安全で収益が得られる製品に変える別途技術を開発することが有利になっている。廃棄物の再利用による合成骨材などの建設・建築材料の製造は、大量の廃棄物を利用し、材料骨材用の再生できない原材料の需要を減らせる可能性が高くなることから、効果的な選択肢であると考えられる。
SUMMARY OF THE INVENTION Because of the economic burden and environmental hazards associated with waste disposal, it is advantageous to develop separate technologies that turn waste into safe and profitable products. Production of construction and building materials such as synthetic aggregates by reusing waste is effective because a large amount of waste can be used to reduce the demand for non-renewable raw materials for material aggregates. This is considered a good option.

本発明の一実施形態によれば、廃水処理施設からの下水汚泥を非石炭燃焼灰ケイ素アルミニウム廃棄物と混合する段階を含む、骨材製造方法が開示される。その方法はさらに、前記混合物を凝集させて凝集体を形成する段階および前記凝集体を焼成処理して骨材を形成する段階を有する。前記廃棄物は、都市固形廃棄物焼却炉残留物、廃棄物ガラス、高炉スラグ、キルンダストおよび/または採鉱廃棄物を含み得る。都市固形廃棄物焼却炉残留物は、大気汚染防止残留物および/または焼却炉ボトムアッシュを含み得る。大気汚染防止残留物には、焼却炉フライアッシュおよび/または焼却炉フィルターダストなどがある。キルンダストはセメントキルンダストを含む。採鉱廃棄物には花崗岩切断残留物などがある。   According to one embodiment of the present invention, an aggregate manufacturing method is disclosed that includes mixing sewage sludge from a wastewater treatment facility with non-coal burned ash silicon aluminum waste. The method further includes the steps of agglomerating the mixture to form an aggregate and firing the aggregate to form an aggregate. The waste may include municipal solid waste incinerator residue, waste glass, blast furnace slag, kiln dust and / or mining waste. Municipal solid waste incinerator residues may include air pollution control residues and / or incinerator bottom ash. Air pollution control residues include incinerator fly ash and / or incinerator filter dust. Kiln dust includes cement kiln dust. Mining waste includes granite cutting residue.

一例において、前記廃棄物は下水汚泥より多くのカルシウムを含む。この例において、廃棄物には焼却炉フィルターダスト、焼却炉ボトムアッシュ、セメントキルンダスト、廃棄物ガラスおよび/または高炉スラグなどがある。廃棄物は9%を超えるカルシウムを含むことができ、下水汚泥は3%未満のカルシウムを含むことができる。得られる骨材は、乾燥重で約10%未満のカルシウムを含むことができる。前記方法は、混合物の乾燥重で約99%〜約60%の下水汚泥を混合物の乾燥重で約1%〜約40%の前記廃棄物と混合する段階を含むことができる。好ましくは前記方法は、混合物の乾燥重で約80%〜約90%の下水汚泥を約10%〜約20%の前記廃棄物と混合する段階を含む。   In one example, the waste contains more calcium than sewage sludge. In this example, the waste includes incinerator filter dust, incinerator bottom ash, cement kiln dust, waste glass and / or blast furnace slag. Waste can contain more than 9% calcium and sewage sludge can contain less than 3% calcium. The resulting aggregate can contain less than about 10% calcium by dry weight. The method can include mixing about 99% to about 60% of the sewage sludge by dry weight of the mixture with about 1% to about 40% of the waste by dry weight of the mixture. Preferably, the method includes mixing about 80% to about 90% sewage sludge with about 10% to about 20% of the waste by dry weight of the mixture.

別の例では、前記廃棄物は下水汚泥より少ないカルシウムを含む。この例では、前記廃棄物は、炉ボトムアッシュ、花崗岩切断残留物および/または廃棄物ガラスを含むことができる。前記廃棄物は約10%未満のカルシウムを含むことができ、前記下水汚泥は約10%を超えるカルシウムを含むことができる。前記骨材は約10%未満のカルシウムを含むことができる。その方法は、混合物の乾燥重で約5%〜約95%の下水汚泥を混合物の乾燥重で約95%〜約5%の前記廃棄物と混合する段階を含むことができる。好ましくは前記方法は、混合物の乾燥重で約30%〜約70%の下水汚泥を混合物の乾燥重で約70%〜約30%の前記廃棄物と混合する段階を含む。より好ましくは前記方法は、混合物の乾燥重で約30%〜約50%の下水汚泥を混合物の乾燥重で約70%〜約50%の前記廃棄物と混合する段階を含む。   In another example, the waste contains less calcium than sewage sludge. In this example, the waste can include furnace bottom ash, granite cutting residue and / or waste glass. The waste can contain less than about 10% calcium and the sewage sludge can contain more than about 10% calcium. The aggregate can include less than about 10% calcium. The method can include mixing about 5% to about 95% sewage sludge by dry weight of the mixture with about 95% to about 5% of the waste by dry weight of the mixture. Preferably, the method includes mixing about 30% to about 70% sewage sludge by dry weight of the mixture with about 70% to about 30% of the waste by dry weight of the mixture. More preferably, the method includes mixing about 30% to about 50% sewage sludge by dry weight of the mixture with about 70% to about 50% of the waste by dry weight of the mixture.

前記方法はさらに、混合の前に前記廃棄物を粉砕する段階を含むことができる。好ましくは、前記粉砕は湿式粉砕である。下水汚泥と廃棄物の混合物は、好ましくは粉砕してから凝集を行う。好ましくは前記凝集は、ペレット化を含む。湿った粉砕廃棄物から、少なくとも一部分の水分を除去することができ、その水分の少なくとも一部分を、焼成処理した凝集体のペレット化および/または急冷時に用いることができる。得られる骨材は、約3mm〜約40mmの直径を有することができる。   The method can further include grinding the waste prior to mixing. Preferably, the pulverization is wet pulverization. The mixture of sewage sludge and waste is preferably pulverized and then agglomerated. Preferably the agglomeration comprises pelleting. At least a portion of the moisture can be removed from the wet milled waste and at least a portion of the moisture can be used during pelletization and / or quenching of the calcined agglomerates. The resulting aggregate can have a diameter of about 3 mm to about 40 mm.

前記凝集体は、無機粉末でコーティングすることができる。可塑性結合材を下水汚泥および廃棄物と混合してから凝集を行うことができる。前記可塑性結合材は粘土を含むことができる。前記粘土結合材は、前記混合物の乾燥重で約5%〜約20%含まれることができる。   The agglomerates can be coated with an inorganic powder. Aggregation can be performed after the plastic binder is mixed with sewage sludge and waste. The plastic binder may include clay. The clay binder may include about 5% to about 20% by dry weight of the mixture.

凝集体の焼成処理は、ロータリーキルンで行うことができる。得られた骨材は、例えば軽量骨材または通常重量骨材であることができる。凝集体はガラス化させることができる。少なくとも部分的に廃棄物に対する下水汚泥の割合および焼成処理温度に基づいて、骨材の特定の特性を制御することができる。その特定の特性には、骨材の密度、吸水率および/または強度などがあり得る。   The firing treatment of the aggregate can be performed with a rotary kiln. The resulting aggregate can be, for example, a lightweight aggregate or a normal weight aggregate. Aggregates can be vitrified. Certain characteristics of the aggregate can be controlled based at least in part on the ratio of sewage sludge to waste and the firing temperature. The specific characteristics may include aggregate density, water absorption and / or strength.

本発明の別の実施形態によれば、廃水処理施設からの下水汚泥および非石炭燃焼灰、ケイ素アルミニウム廃棄物を含む混合物を製造する段階、前記混合物を凝集させて凝集体を形成する段階、ならびに前記凝集体を焼結する段階を含む、焼結軽量骨材の製造方法が開示される。前記廃棄物は、焼却炉フライアッシュ、焼却炉フィルターダスト、焼却炉ボトムアッシュ、炉ボトムアッシュ、廃棄物ガラス、高炉スラグ、セメントキルンダストおよび/または花崗岩切断残留物を含むことができる。   According to another embodiment of the present invention, producing a mixture comprising sewage sludge and non-coal combustion ash, silicon aluminum waste from a wastewater treatment facility, agglomerating the mixture to form an aggregate, and Disclosed is a method for producing a sintered lightweight aggregate comprising the step of sintering the agglomerates. The waste may include incinerator fly ash, incinerator filter dust, incinerator bottom ash, furnace bottom ash, waste glass, blast furnace slag, cement kiln dust and / or granite cutting residue.

本発明の別の実施形態によれば、廃水処理施設からの下水汚泥および非石炭燃焼灰、ケイ素アルミニウム廃棄物を含む焼結軽量骨材が開示される。下水汚泥および廃棄物の混合物を、焼結軽量骨材を形成する温度で焼結する。前記廃棄物は、例えば焼却炉フライアッシュ、焼却炉フィルターダスト、焼却炉ボトムアッシュ、廃棄物ガラス、高炉スラグ、セメントキルンダストおよび/または花崗岩切断残留物を含むことができる。前記軽量焼結骨材は、約2%のカルシウム〜約10%のカルシウムを含むことができる。好ましくは軽量焼結骨材は、約3%〜約6%のカルシウムを含むことができる。軽量焼結骨材は化学的に不活性であることができる。   According to another embodiment of the present invention, a sintered lightweight aggregate comprising sewage sludge from a wastewater treatment facility and non-coal burned ash, silicon aluminum waste is disclosed. The mixture of sewage sludge and waste is sintered at a temperature that forms a sintered lightweight aggregate. The waste can include, for example, incinerator fly ash, incinerator filter dust, incinerator bottom ash, waste glass, blast furnace slag, cement kiln dust, and / or granite cutting residue. The lightweight sintered aggregate can include about 2% calcium to about 10% calcium. Preferably, the lightweight sintered aggregate can comprise about 3% to about 6% calcium. The lightweight sintered aggregate can be chemically inert.

本発明の別の実施形態によれば、焼成処理骨材は、廃水処理施設からの下水汚泥および非石炭燃焼灰、ケイ素アルミニウム廃棄物を含む。前記骨材は、焼結またはガラス化することができる。前記骨材は、通常重量または軽量骨材であることができる。   According to another embodiment of the present invention, the calcined aggregate includes sewage sludge and non-coal combustion ash, silicon aluminum waste from a wastewater treatment facility. The aggregate can be sintered or vitrified. The aggregate can be a normal weight or a lightweight aggregate.

別の実施形態によれば、焼成処理骨材は下水汚泥からなる。下水汚泥は、40重量%未満の有機材料を含むことができる。   According to another embodiment, the calcined aggregate consists of sewage sludge. Sewage sludge can contain less than 40 wt% organic material.

別の実施形態によれば、廃水処理施設からの下水汚泥および石炭燃焼施設からの炉ボトムアッシュ(「FBA」)を混合する段階、前記混合物を凝集させて凝集体を形成する段階、前記凝集体を焼成処理して骨材を形成する段階を含む、骨材の製造方法が開示される。別の実施形態によれば、廃水処理施設からの下水汚泥および石炭燃焼施設からの炉ボトムアッシュを含む焼成処理骨材が開示される。   According to another embodiment, mixing sewage sludge from a wastewater treatment facility and furnace bottom ash (“FBA”) from a coal combustion facility, aggregating the mixture to form an aggregate, the aggregate A method for producing an aggregate is disclosed, which includes a step of firing to form an aggregate. According to another embodiment, a calcined aggregate comprising sewage sludge from a wastewater treatment facility and furnace bottom ash from a coal combustion facility is disclosed.

本発明の別の実施形態によれば、廃水処理施設からの下水汚泥の含水量を凝集可能なレベルまで低下させる段階、前記下水汚泥を凝集させる段階、および前記凝集体を焼成処理して骨材を形成する段階を含む、骨材の製造方法が開示される。   According to another embodiment of the present invention, the step of reducing the water content of sewage sludge from a wastewater treatment facility to a level capable of coagulation, the step of coagulating the sewage sludge, and the aggregate by firing the aggregate A method of manufacturing an aggregate is disclosed, including the step of forming a.

別の実施形態によれば、粘土または頁岩のうちの少なくとも一方を粉砕する段階、廃水処理施設からの下水汚泥中の水分の少なくとも一部を除去する段階、および前記下水汚泥を前記粘土または頁岩と混合する段階を含む、骨材の製造方法が開示される。前記混合物をペレット化し、得られたペレットをロータリーキルンで焼成処理して骨材を形成する。前記下水汚泥および前記粘土または頁岩の混合物を、湿式粉砕することができる。   According to another embodiment, pulverizing at least one of clay or shale, removing at least a portion of moisture in sewage sludge from a wastewater treatment facility, and treating the sewage sludge with the clay or shale. Disclosed is a method of manufacturing an aggregate that includes mixing. The mixture is pelletized, and the resulting pellet is fired in a rotary kiln to form an aggregate. The mixture of the sewage sludge and the clay or shale can be wet-ground.

別の実施形態によれば、廃水処理施設からの下水汚泥を粘板岩、石灰、石灰石、ドロマイトおよび/または石膏と混合する段階を含む、骨材の製造方法が開示される。前記混合物を凝集させて凝集体を形成する。次に、凝集体を焼成処理して骨材を形成する。粘板岩、石灰、石灰石、ドロマイトまたは石膏などの1以上の天然材料に加工処理を施してから、下水汚泥と混合することができる。   According to another embodiment, a method for producing aggregate is disclosed that includes mixing sewage sludge from a wastewater treatment facility with slate, lime, limestone, dolomite and / or gypsum. The mixture is aggregated to form an aggregate. Next, the aggregate is fired to form an aggregate. One or more natural materials such as slate, lime, limestone, dolomite or gypsum can be processed and then mixed with sewage sludge.

別の実施形態によれば、廃水処理施設からの下水汚泥ならびに粘板岩、石灰、石灰石、ドロマイトおよび/または石膏を含む焼成処理骨材が開示される。   According to another embodiment, a calcined aggregate comprising sewage sludge from a wastewater treatment facility and slate, lime, limestone, dolomite and / or gypsum is disclosed.

別の実施形態によれば、石炭燃焼からの粉砕燃料灰、石炭、粘土、頁岩、粘板岩、花崗岩切断残留物、廃棄物ガラスおよび/または炉ボトムアッシュを含むことができる第1の材料を、焼却炉フライアッシュ、セメントキルンダスト、焼却炉フィルターダスト、高炉スラグ、石灰石、石膏、ドロマイトおよび/または廃棄物ガラスを含むことができる第2の材料と混合する段階を含む、骨材の製造方法が開示される。前記混合物を凝集させて凝集体を形成し、その凝集体を焼成処理して骨材を形成する。前記第1の材料は乾燥重で約3%未満のカルシウムを含むことができ、前記第2の材料は約9%を超えるカルシウムを含むことができる。   According to another embodiment, incineration of a first material that can include ground fuel ash from coal combustion, coal, clay, shale, slate, granite cutting residue, waste glass and / or furnace bottom ash Disclosed is a method of manufacturing an aggregate that includes mixing with a second material that can include furnace fly ash, cement kiln dust, incinerator filter dust, blast furnace slag, limestone, gypsum, dolomite and / or waste glass. Is done. The mixture is aggregated to form an aggregate, and the aggregate is fired to form an aggregate. The first material can include less than about 3% calcium by dry weight, and the second material can include greater than about 9% calcium.

本発明の別の実施形態によれば、廃水処理施設からの下水汚泥および都市固形廃棄物焼却炉からの焼却炉残留物を混合する段階、前記混合物を凝集させて凝集体を形成する段階および前記凝集体を焼成処理して骨材を形成する段階を含む、骨材の製造方法が開示される。前記焼却炉残留物は、焼却炉ボトムアッシュ、焼却炉フライアッシュおよび/または焼却炉フィルターダストを含むことができる。   According to another embodiment of the present invention, mixing sewage sludge from a wastewater treatment facility and incinerator residue from a municipal solid waste incinerator, agglomerating the mixture to form an aggregate, and Disclosed is a method for producing an aggregate comprising the step of firing the aggregate to form an aggregate. The incinerator residue may include incinerator bottom ash, incinerator fly ash and / or incinerator filter dust.

本発明の別の実施形態によれば、石炭燃焼からの粉砕燃料灰もしくは粘土である第1の材料を含む第1の材料を、粘板岩、石灰、石灰石、ドロマイト、石膏、高炉スラグ、焼却炉フライアッシュ、焼却炉フィルターダストもしくはセメントキルンダストである1以上の第2の材料と混合する段階を含む、骨材の製造方法が開示される。前記混合物を凝集させ、その凝集体を焼成処理して骨材を形成する。   According to another embodiment of the present invention, a first material comprising a first material that is pulverized fuel ash or clay from coal combustion is treated with slate, lime, limestone, dolomite, gypsum, blast furnace slag, incinerator fly. Disclosed is a method of manufacturing an aggregate that includes mixing with one or more second materials that are ash, incinerator filter dust or cement kiln dust. The mixture is agglomerated and the aggregate is fired to form an aggregate.

別の実施形態によれば、石炭燃焼からの粉砕燃料灰および/または粘土であることができる第1の材料および粘板岩、石灰、石灰石、ドロマイト、石膏、高炉スラグ、焼却炉フライアッシュ、焼却炉フィルターダストおよび/またはセメントキルンダストであることができる第2の材料を含む焼成処理骨材が開示される。   According to another embodiment, the first material and slate, lime, limestone, dolomite, gypsum, blast furnace slag, incinerator fly ash, incinerator filter, which can be ground fuel ash and / or clay from coal combustion Disclosed is a calcined aggregate comprising a second material that can be dust and / or cement kiln dust.

加熱した場合の材料の挙動は、主としてその組成、粒度および鉱物組成によって決まる。所望の密度、吸水率などを有する焼結およびガラス化生産物の製造時に焼成処理温度で緻密化を制御するためには、流動性材料と耐火性鉱物との間の良好な比が必要である。シリカおよびアルミナなどの耐火性鉱物は、一般には高融点を有する。酸化物、炭酸塩もしくは硫酸塩の材料形態で存在するアルカリ土類金属であるカルシウムおよびマグネシウムならびにアルカリ金属であるナトリウムおよびカリウムなどの流動性鉱物の存在によって、材料中のシリカおよびアルミナならびに他の耐火性鉱物の融点が低下する。材料中の流動性鉱物の割合が高い場合、それに応じてガラスネットワーク形成性元素であるケイ素の割合が低くなる。流動性鉱物は、焼結ならびに混合物中の成分の最低共融点の温度での溶融を促進する。さらに、低粘度および高移動性を有する流動性鉱物は、液相の焼結により、関与する温度に応じて、焼結またはガラス化生産物の形成に役立つ。   The behavior of a material when heated is mainly determined by its composition, particle size and mineral composition. A good ratio between the flowable material and the refractory mineral is required to control densification at the firing temperature during the production of sintered and vitrified products with the desired density, water absorption, etc. . Refractory minerals such as silica and alumina generally have a high melting point. Due to the presence of flowable minerals such as the alkaline earth metals calcium and magnesium and the alkali metals sodium and potassium present in the oxide, carbonate or sulfate material form, silica and alumina and other refractories in the material. The melting point of minerals decreases. When the proportion of the fluid mineral in the material is high, the proportion of silicon, which is a glass network forming element, is lowered accordingly. Flowable minerals promote sintering and melting of the components in the mixture at the lowest eutectic temperature. Furthermore, flowable minerals with low viscosity and high mobility are useful for the formation of sintered or vitrified products, depending on the temperature involved, by liquid phase sintering.

下水汚泥は不均一廃棄物であり、その組成は、主として特定の廃水処理工場に入ってくる廃水流入の特徴ならびに廃水および汚泥処理プロセスに用いられる処理プロセスに応じて大きく変動し得るものである。下水汚泥は、焼成処理骨材の生産用の初期原料として本発明の一部の実施形態で用いられる。2つの異なる処理工場からの下水汚泥について、本発明の実施形態による骨材生産加工を行った。一つの廃水処理施設からの下水汚泥サンプル(サンプルX、下記の実施例1で説明)は、部分的に、約16.02%のシリカ(SiO)、6.83%のアルミナ(Al)および20.28%の酸化カルシウム(CaO)を含んでいた。やはり下記の実施例1で説明されるサンプルYは、部分的に約31.24%のシリカ(SiO)、6.22%のアルミナ(Al)および12.12%の酸化カルシウム(CaO)を含んでいた。これらのサンプルは、多量のアルカリ土類金属であるカルシウムを含んでおり、それは汚泥中の残りの化合物の融点を下げるものである。従って、耐火性鉱物であるシリカおよびアルミナの融点より低い温度で緻密化が起こる。さらに、前記カルシウム成分は、液相焼結による焼結またはガラス化生産物の形成に役立つ融剤として作用する。混合物が焼結されるかガラス化されるかは、焼成処理温度および混合物の組成によって決まる。流動性鉱物は溶融して、低粘度・高移動性の液体を形成し、それは残りの耐火性鉱物を非常に急速に吸収および溶解させる。さらに、汚泥中に揮発性成分が存在することで、ケイ酸塩溶融物の移動性が高まる。この液体形成が、焼成処理温度を高くした場合のこの種類の下水汚泥の緻密化加速挙動の原因となっている。 Sewage sludge is a heterogeneous waste, and its composition can vary greatly depending on the characteristics of the wastewater inflows that primarily enter a particular wastewater treatment plant and the treatment processes used in the wastewater and sludge treatment processes. Sewage sludge is used in some embodiments of the present invention as an initial raw material for the production of calcined aggregates. Aggregate production processing according to embodiments of the present invention was performed on sewage sludge from two different treatment plants. A sewage sludge sample (sample X, described in Example 1 below) from one wastewater treatment plant was partially composed of about 16.02% silica (SiO 2 ), 6.83% alumina (Al 2 O 3 ) and 20.28% calcium oxide (CaO). Sample Y, also described in Example 1 below, is partially about 31.24% silica (SiO 2 ), 6.22% alumina (Al 2 O 3 ), and 12.12% calcium oxide ( CaO). These samples contain a large amount of alkaline earth metal calcium, which lowers the melting point of the remaining compounds in the sludge. Accordingly, densification occurs at a temperature lower than the melting point of silica and alumina, which are refractory minerals. Furthermore, the calcium component acts as a fluxing agent useful for the formation of sintered or vitrified products by liquid phase sintering. Whether the mixture is sintered or vitrified depends on the firing temperature and the composition of the mixture. The flowable mineral melts to form a low viscosity, high mobility liquid that absorbs and dissolves the remaining refractory mineral very quickly. Furthermore, the mobility of the silicate melt is enhanced by the presence of volatile components in the sludge. This liquid formation causes the densification acceleration behavior of this kind of sewage sludge when the firing temperature is increased.

第2の廃水処理施設からの下水汚泥サンプルは、これら融剤を低濃度で有していた。実施例4にて下記で説明するサンプルZは、3.20%の酸化カルシウム(CaO)、3.80%の酸化アルミニウム(Al)および39.50%の酸化ケイ素(SiO)の部分組成を有する低カルシウム下水汚泥の一例である。シリカなどの耐火性鉱物の濃度が相対的に高いために、相対的に高い温度で、より広い温度範囲にわたって緻密化が起こった。 The sewage sludge sample from the second wastewater treatment facility had these fluxes at low concentrations. Sample Z, described below in Example 4, is composed of 3.20% calcium oxide (CaO), 3.80% aluminum oxide (Al 2 O 3 ) and 39.50% silicon oxide (SiO 2 ). It is an example of the low calcium sewage sludge which has a partial composition. Due to the relatively high concentration of refractory minerals such as silica, densification occurred over a wider temperature range at relatively high temperatures.

本発明の一実施形態によれば、100%の下水汚泥を含む焼成処理骨材およびそのような骨材の製造方法が開示される。下水汚泥を添加剤と混合して下水汚泥の組成を調整し、焼成処理時のその挙動を変えることで、骨材生産の制御がより良好になり得ることが認められた。従って、他の実施形態によれば、ある種の廃棄物および天然添加剤材料を下水汚泥と混合する。その追加材料の選択は、下水汚泥の組成によって決まる。好ましくは、その材料は、得られる骨材が約2%〜約10%のカルシウム含有量を有するように選択される。より好ましくは、前記カルシウム含有量は約2%〜約6%である。   According to one embodiment of the present invention, a calcined aggregate containing 100% sewage sludge and a method for producing such aggregate are disclosed. It was found that by controlling the composition of the sewage sludge by mixing the sewage sludge with additives and changing its behavior during the firing treatment, the control of aggregate production can be better. Thus, according to other embodiments, certain waste and natural additive materials are mixed with sewage sludge. The selection of the additional material depends on the composition of the sewage sludge. Preferably, the material is selected such that the resulting aggregate has a calcium content of about 2% to about 10%. More preferably, the calcium content is about 2% to about 6%.

一実施形態の一例では、例えば、10%を超えるカルシウム含有量などの高カルシウム含有量を有する下水汚泥を、下水汚泥の含有量より少ないカルシウム含有量を有する低カルシウムケイ素アルミニウム材料(「LCSAM」)と混合して、下水汚泥の組成、従って焼成処理時のその緻密化挙動を変える。例えば、高カルシウムケイ素アルミニウム下水汚泥は、10%を超えるカルシウム含有量を有することができ、LCSAMは約10%未満のカルシウム含有量を有することができる。LCSAMは、本実施形態ではグループA添加剤または材料とも称される。LCSAMには、廃棄物ガラス(「WG」)、炉ボトムアッシュ(「FBA」)などの廃棄物ならびに花崗岩切断残留物(「GSR」)などのある種の採鉱廃棄物などがある。LCSAMには、天然材料粘板岩などもある。 In one example embodiment, a sewage sludge having a high calcium content, such as, for example, a calcium content greater than 10%, is converted to a low calcium silicon aluminum material (“LCSAM”) having a calcium content less than the sewage sludge content. To change the composition of the sewage sludge and hence its densification behavior during the firing process. For example, high calcium picking Lee-containing aluminum sewage sludge may have a calcium content greater than 10%, LCSAM may have a calcium content of less than about 10%. LCSAM is also referred to as a Group A additive or material in this embodiment. LCSAM includes waste such as waste glass (“WG”), furnace bottom ash (“FBA”) and certain mining waste such as granite cutting residue (“GSR”). LCSAM also includes natural material slate.

高カルシウム下水汚泥へのLCSAMの添加は、LCSAMから比較的低移動性で比較的高粘度の溶融物を提供することで、(1)材料の緻密化が遅延し、かつ/または(2)骨材の初期軟化、焼結および溶融の間の温度範囲が大きくなることが認められている。これによって、100%高カルシウム下水汚泥の加工と比較して、骨材生産プロセスの制御の方が良好となることが認められている。   The addition of LCSAM to high calcium sewage sludge provides (1) material densification and / or (2) bone by providing a relatively low mobility and relatively high viscosity melt from LCSAM. It has been observed that the temperature range during initial softening, sintering and melting of the material is increased. This has been found to provide better control of the aggregate production process compared to processing 100% high calcium sewage sludge.

別の実施形態の例では、低カルシウム含有量を有する下水汚泥を、高カルシウムケイ素アルミニウム材料(「HCSAM」)(本実施形態では、グループB添加剤または材料と称される)と混合する。低カルシウム下水汚泥は3%未満のカルシウム含有量を有することができ、HCSAMは9%を超えるカルシウム含有量を有することができる。本実施形態でのHCSAMには、例えば(1)廃棄物:都市固形廃棄物(「MSW」)焼却残留物、セメントキルンダスト(「CKD」)および高炉スラグ;ならびに(2)天然材料:石灰石、石膏およびドロマイトなどがある。都市固形廃棄物(「MSW」)焼却残留物には、大気汚染防止残留物および焼却炉ボトムアッシュ(「IBA」)などがある。大気汚染防止残留物には、焼却却炉フライアッシュおよび焼却炉フィルターダストなどがある。 In another example embodiment, sewage sludge having a low calcium content is mixed with a high calcium silicon aluminum material (“HCSAM”) (referred to in this embodiment as a Group B additive or material). Low calcium sewage sludge can have a calcium content of less than 3% and HCSAM can have a calcium content of greater than 9%. The HCSAM in this embodiment includes, for example, (1) waste: municipal solid waste (“MSW”) incineration residue, cement kiln dust (“CKD”) and blast furnace slag; and (2) natural materials: limestone, There are plaster and dolomite. Municipal solid waste (“MSW”) incineration residues include air pollution control residues and incinerator bottom ash (“IBA”). Air pollution control residues include incinerator fly ash and incinerator filter dust.

低カルシウム下水汚泥へのHCSAMの添加によって、(1)下水汚泥含有骨材を焼成処理可能な温度範囲が狭くなり;(2)焼結および/またはガラス化を加速する液体溶融物が得られ;ならびに(3)温度および組成に応じた特定の特徴(例えば密度など)を有する骨材の生産が可能となることが認められている。   Addition of HCSAM to low calcium sewage sludge (1) narrows the temperature range in which the sewage sludge-containing aggregate can be fired; (2) provides a liquid melt that accelerates sintering and / or vitrification; And (3) it has been recognized that it is possible to produce aggregates with specific characteristics (eg density) depending on temperature and composition.

廃棄物ガラスは、無視できない量のカルシウムおよびナトリウム(それぞれ、9%および12重量%)などの融剤成分ならびにシリカ(71.7重量%)などの耐火性鉱物を含む。従って廃棄物ガラスは、下水汚泥の組成に応じて、グループAおよびグループBの両方の添加剤であることができる。すなわち、廃棄物ガラスは、高カルシウム下水汚泥のカルシウム含有量を低下させることができるか、または低カルシウム下水汚泥のカルシウム含有量を上昇させることができる。   Waste glass contains non-negligible amounts of flux components such as calcium and sodium (9% and 12% by weight, respectively) and refractory minerals such as silica (71.7% by weight). Thus, waste glass can be an additive for both Group A and Group B, depending on the composition of the sewage sludge. That is, waste glass can reduce the calcium content of high calcium sewage sludge or increase the calcium content of low calcium sewage sludge.

一実施形態の別の例では、少なくとも1種類のLCSAMと少なくとも1種類のHCSAMの混合物からの合成骨材が生産される。一例では、LCSAMは3%未満のカルシウムを含み、HCSAMは10%を超えるカルシウムを含む。LCSAMとHCSAMの混合物が耐火性鉱物と流動性鉱物との間の良好な比率を提供して、焼成処理の制御を可能とすることが認められている。本実施形態でのLCSAMには、例えば廃棄物:石炭燃焼施設からの粉砕燃料灰(「PFA」)および上記の他のLCSAM、ならびに粘土、頁岩および粘板岩などがある。粘土は、例えばベントナイトおよび/またはカオリンであることができる。本実施形態でのHCSAMは、MSW焼却炉ボトムアッシュが含まれていないこと以外は、上記で記載のものと同じである。HCSAMのLCSAMへの添加は、耐火性鉱物に対する融剤の割合が適切である所望の組成を混合物に与えて、所望の特性の骨材を製造するための生産プロセスの制御をより良好にすることを目的とするものである。   In another example of one embodiment, synthetic aggregate is produced from a mixture of at least one LCSAM and at least one HCSAM. In one example, LCSAM contains less than 3% calcium and HCSAM contains more than 10% calcium. It has been observed that a mixture of LCSAM and HCSAM provides a good ratio between refractory and flowable minerals, allowing for control of the firing process. LCSAMs in this embodiment include, for example, waste: pulverized fuel ash (“PFA”) from coal combustion facilities and other LCSAMs described above, as well as clay, shale and slate. The clay can be, for example, bentonite and / or kaolin. The HCSAM in this embodiment is the same as described above except that the MSW incinerator bottom ash is not included. Addition of HCSAM to LCSAM gives the mixture the desired composition with an appropriate ratio of flux to refractory minerals to better control the production process to produce aggregates of the desired properties It is intended.

別の実施形態では、下水汚泥の第2の材料/添加剤に対する割合および焼成処理温度を制御することで、合成骨材の一定範囲の密度、多孔率および吸水率を得ることができる。   In another embodiment, a range of density, porosity and water absorption of the synthetic aggregate can be obtained by controlling the ratio of sewage sludge to the second material / additive and the firing temperature.

図1は、約920℃〜約1150℃の範囲にわたる、下水汚泥を含む骨材(下記実施例2のサンプルX)ならびに下水汚泥および花崗岩切断残留物の混合物を含む骨材についての焼結温度(℃)に対する密度(g/cm)のグラフである。100%SSを含む骨材に相当する曲線Aは、温度が約920℃から約960℃に上昇するにつれて、密度が約1.2g/cmの低値から最大密度約2.5g/cmまで上昇することを示している。温度が960℃から980℃まで上昇するにつれて、密度は最大密度約2.5g/cmから1.7g/cmまで低下する。密度2.0g/cm以下の骨材は軽量骨材と称され、密度が2.0g/cmより高い骨材は通常重量骨材と称される。 FIG. 1 shows sintering temperatures for aggregates containing sewage sludge (Sample X in Example 2 below) and aggregates containing a mixture of sewage sludge and granite cutting residue, ranging from about 920 ° C. to about 1150 ° C. It is a graph of density (g / cm < 3 >) with respect to (degreeC). Curve A, corresponding to an aggregate containing 100% SS, shows a density from a low value of about 1.2 g / cm 3 to a maximum density of about 2.5 g / cm 3 as the temperature increases from about 920 ° C. to about 960 ° C. It shows that it rises. As the temperature increases from 960 ° C. to 980 ° C., the density decreases from a maximum density of about 2.5 g / cm 3 to 1.7 g / cm 3 . Aggregates with a density of 2.0 g / cm 3 or less are called lightweight aggregates, and aggregates with a density higher than 2.0 g / cm 3 are usually called heavy aggregates.

製造物が焼結すると、下水汚泥中の融剤が溶融して液相を形成し、それが毛管作用によって下水汚泥中の粒子間の孔を充填することから、920℃から960℃への温度上昇に伴って密度が高くなる。孔が充填されるつれて密度が上昇し、サンプルの体積が小さくなる。さらに、液相中の相対的に小さい粒子が相対的に大きい粒子の方に拡散する。溶融材料は、硬化時に剛性でガラス質の非晶質骨格またはマトリックスを形成する。加工温度が上昇するにつれて、下水汚泥中のより多くの化合物が溶融して、実質的に全ての孔が消失し、よりガラス質の結晶性固体マトリックスが形成される。最大緻密化の温度では、ほぼ全ての孔が充填され、製造物はガラス化する。   When the product is sintered, the flux in the sewage sludge melts to form a liquid phase, which fills the pores between the particles in the sewage sludge by capillary action, so the temperature from 920 ° C. to 960 ° C. The density increases with the rise. As the holes fill, the density increases and the sample volume decreases. Furthermore, relatively small particles in the liquid phase diffuse towards larger particles. The molten material forms a rigid, glassy amorphous skeleton or matrix upon curing. As the processing temperature increases, more of the compound in the sewage sludge melts and virtually all the pores disappear, forming a more glassy crystalline solid matrix. At the maximum densification temperature, almost all pores are filled and the product vitrifies.

さらに温度上昇するとサンプルの溶融および膨張が生じることから、960℃から980℃へと温度が上がると密度は急速に低下する。膨張は、溶融液相中への気体の取り込みによって生じるものであり、その気体はサンプルの一部の成分の気化によって生じるものである。捕捉された気体は孔を形成する。   As the temperature rises further, the sample melts and expands, and as the temperature increases from 960 ° C. to 980 ° C., the density decreases rapidly. Expansion is caused by gas uptake into the molten liquid phase, which is caused by vaporization of some components of the sample. The trapped gas forms a hole.

図1に示したように、下水汚泥は、非常に狭い温度範囲で急速に焼結する。例えば、密度が約1.4g/cm〜約1.8g/cmの範囲である100%下水汚泥を含む焼結軽量骨材を製造するためには、焼結温度は930〜940℃の範囲内でなければならず、その幅はわずか10℃である。さらに、下水汚泥の所与のサンプルの組成における変動により、加熱中に下水汚泥サンプルの挙動に大きな変動が生じる。従って、各種下水汚泥サンプルについての温度と密度の間の関係は、広い範囲で変動し得る。結果的に、密度、多孔率、吸水率などの所望の特徴を有する下水汚泥最終生成物を得ることは非常に困難である。このサンプル(高カルシウム)に類似の組成を有する下水汚泥の緻密化挙動を温度で制御することができないという点は、大量生産で必要な特性の骨材を製造する上での重大な障害となると考えられる。 As shown in FIG. 1, sewage sludge is rapidly sintered in a very narrow temperature range. For example, to produce a sintered lightweight aggregate containing 100% sewage sludge having a density in the range of about 1.4 g / cm 3 to about 1.8 g / cm 3 , the sintering temperature is 930-940 ° C. It must be within range and its width is only 10 ° C. Furthermore, variations in the composition of a given sample of sewage sludge can cause large variations in the behavior of the sewage sludge sample during heating. Thus, the relationship between temperature and density for various sewage sludge samples can vary over a wide range. As a result, it is very difficult to obtain a sewage sludge final product having desired characteristics such as density, porosity, and water absorption. The fact that the densification behavior of sewage sludge having a composition similar to that of this sample (high calcium) cannot be controlled by temperature is a serious obstacle to producing aggregates with the characteristics required for mass production. Conceivable.

本発明の実施形態で用いられる低カルシウムケイ素アルミニウム材料(LCSAM)は、下水汚泥と比較して多くのシリカおよび少ないカルシウムを含む。上記のように、下記の実施例1および2で用いられる下水汚泥サンプル(サンプルX)は、約16.02%のシリカ(SiO)、6.83%のアルミナ(Al)および20.28%の酸化カルシウム(CaO)を含んでいた。天然LCSAM粘土(例えばベントナイトおよびカオリン)、頁岩および粘板岩は、約48%〜58%のシリカ(SiO)、約18%〜約29%のアルミニウム(Al)および約3%未満の酸化カルシウム(CaO)を含む。本発明のある種の実施形態で使用可能な採鉱廃棄物の一例である花崗岩切断残留物(「GSR」)は、約65%のシリカ(SiO)、約15%のアルミナ(Al)および約2.6%の酸化カルシウム(CaO)を含む。廃棄物ガラスは、約72%のシリカ(SiO)、約2%のアルミナ(Al)および約9%の酸化カルシウム(CaO)を含む。廃棄物ガラスはさらに、やはり融剤化合物である約12%の酸化ナトリウム(NaO)を含むことから、それを用いて、下水汚泥中の融剤の量を増加または低減することができる。石炭燃焼からの粉砕燃料灰(「PFA」)と同じ組成を有する炉ボトムアッシュ(「FBA」)は、約52%のシリカ(SiO)、約26%のアルミナ(Al)および約2%の酸化カルシウム(CaO)を含む。これらLCSAMの別の成分は、下記の実施例に挙げてある。 The low calcium silicon aluminum material (LCSAM) used in embodiments of the present invention contains more silica and less calcium compared to sewage sludge. As noted above, the sewage sludge sample (Sample X) used in Examples 1 and 2 below is about 16.02% silica (SiO 2 ), 6.83% alumina (Al 2 O 3 ) and 20 Contained 28% calcium oxide (CaO). Natural LCSAM clays (eg bentonite and kaolin), shale and slate are about 48% to 58% silica (SiO 2 ), about 18% to about 29% aluminum (Al 2 O 3 ) and less than about 3% oxidation. Contains calcium (CaO). An example of a mining waste that can be used in certain embodiments of the present invention, granite cutting residue (“GSR”) is about 65% silica (SiO 2 ), about 15% alumina (Al 2 O 3). ) And about 2.6% calcium oxide (CaO). The waste glass contains about 72% silica (SiO 2 ), about 2% alumina (Al 2 O 3 ) and about 9% calcium oxide (CaO). Since waste glass further contains about 12% sodium oxide (Na 2 O), which is also a flux compound, it can be used to increase or reduce the amount of flux in sewage sludge. Furnace bottom ash (“FBA”) having the same composition as ground fuel ash from coal combustion (“PFA”) is about 52% silica (SiO 2 ), about 26% alumina (Al 2 O 3 ) and about Contains 2% calcium oxide (CaO). Other components of these LCSAMs are listed in the examples below.

図1に示したように、例えば60%/40%下水汚泥(「SS」)/花崗岩切断残留物(「GSR」)混合物で、密度が約1.5g/cm〜約1.8g/cmである焼結軽量骨材を製造するには、焼結温度は約30℃の範囲内(約1010℃〜約1040℃)とすることができる。40%/60%SS/GSR混合物では、約1010℃〜約1075℃の65℃の範囲内の温度で同様の密度を得ることができる。さらに、GSR濃度が60%まで上がると、焼結が遅れ、約1110℃で最大密度に達する(それと対照的に、100%SSの場合では960℃、60%/40%SS/GSRの場合では1060℃)。GSRが80%以上までさらに増加すると40%/60%SS/GSR混合物より広い温度範囲にわたって約1.5g/cm〜約1.8g/cmの密度を有する軽量骨材となるものと予想される。その相対的に広い温度範囲によって、SSの組成が変動したとしても所望の密度および他の特性を有する骨材の製造が容易になる。図1は、下記の実施例2の結果に基づいたものである。 As shown in FIG. 1, for example, a 60% / 40% sewage sludge (“SS”) / granite cutting residue (“GSR”) mixture with a density of about 1.5 g / cm 3 to about 1.8 g / cm To produce a sintered lightweight aggregate of 3 , the sintering temperature can be in the range of about 30 ° C. (about 1010 ° C. to about 1040 ° C.). For 40% / 60% SS / GSR mixtures, similar densities can be obtained at temperatures in the range of about 1010 ° C to about 1075 ° C and 65 ° C. Furthermore, when the GSR concentration is increased to 60%, the sintering is delayed and reaches the maximum density at about 1110 ° C (in contrast, 960 ° C for 100% SS and 60% / 40% SS / GSR for 100% SS). 1060 ° C.). Expected to be a lightweight aggregate GSR is having a density of over a wide temperature range even more increasing the 40% / 60% SS / GSR mixture to 80% to about 1.5 g / cm 3 ~ about 1.8 g / cm 3 Is done. The relatively wide temperature range facilitates the production of aggregates having the desired density and other characteristics even if the SS composition varies. FIG. 1 is based on the results of Example 2 below.

図2は、約980℃〜約1110℃の範囲にわたる、下水汚泥を含む骨材(下記の実施例4におけるサンプルZ)および下水汚泥およびセメントキルンダストの混合物を含む骨材についての焼結温度(℃)に対する密度(g/cm)のグラフである。100%下水汚泥に相当する曲線Bは、温度が約980℃から約1060℃まで上昇するにつれて、密度が約1.9g/cmという低値から最大密度約2.4g/cmまで上昇することを示している。温度が1060℃から1110℃まで上昇するにつれて、密度は最大密度2.4g/cmから2.0g/cmまで低下する。2.0g/cmを超える密度を有する骨材は、通常重量骨材である。 FIG. 2 shows sintering temperatures for aggregates comprising sewage sludge (sample Z in Example 4 below) and aggregates comprising a mixture of sewage sludge and cement kiln dust, ranging from about 980 ° C. to about 1110 ° C. is a graph of density (g / cm 3) with respect ° C.). Curve B, corresponding to 100% sewage sludge, increases in density from a low value of about 1.9 g / cm 3 to a maximum density of about 2.4 g / cm 3 as the temperature increases from about 980 ° C. to about 1060 ° C. It is shown that. As the temperature increases from 1060 ° C. to 1110 ° C., the density decreases from a maximum density of 2.4 g / cm 3 to 2.0 g / cm 3 . Aggregates having a density greater than 2.0 g / cm 3 are usually heavy aggregates.

図2に示したように、下水汚泥では、下水汚泥中の耐火性成分の量が多いために、緻密化が遅延し、初期材料軟化、焼結および溶融の間の温度間隔が広くなる。この例では、調べた温度では、110℃(1000〜1110℃)の広い温度範囲で2.0g/cm〜2.4g/cmの密度を有する通常重量骨材が製造された。材料の緻密化挙動を加速して、予測可能性および生産制御が得られる温度範囲内で軽量および通常重量の両方の骨材を製造するには、高カルシウムケイ素アルミニウム、グループB材料(「HCSAM」)を下水汚泥に加える。この例では、HCSAMはセメントキルンダスト(「CKD」)である。CKDはかなりの量のCaO(63重量%)を含むことから、加速効果を得るには、ごく少量のCKDでよい。下水汚泥中に5%のCKDを加えることで、100%下水汚泥混合物と同じ温度範囲で焼成処理した場合に、約1.7g/cm〜約2.4g/cmの密度を有する軽量骨材が製造される。下水汚泥に10%のCKDを加えると、940℃〜1060℃の焼成処理温度で、1.4g/cmという低い密度を有する軽量骨材および約2.4g/cm以下の密度を有する通常重量骨材が製造される。CKDをさらに加えると、混合物の緻密化がさらに加速され、それは大量骨材生産において予測可能な形で生産プロセスを制御する上での障害となり得ることから、好ましいものではない。 As shown in FIG. 2, in sewage sludge, since the amount of refractory components in the sewage sludge is large, densification is delayed and the temperature interval between initial material softening, sintering and melting is widened. In this example, the examined temperatures, usually weight aggregate having a density of 2.0g / cm 3 ~2.4g / cm 3 was produced in a wide temperature range of 110 ℃ (1000~1110 ℃). To accelerate the densification behavior of materials to produce both light and normal weight aggregates within a temperature range that provides predictability and production control, high calcium silicon aluminum, Group B materials (“HCSAM”) ) To the sewage sludge. In this example, the HCSAM is cement kiln dust (“CKD”). Since CKD contains a significant amount of CaO (63% by weight), only a small amount of CKD is required to obtain an acceleration effect. The sewage sludge by adding 5% of CKD, when calcined at the same temperature range as 100% sewage sludge mixture, lightweight aggregate having a density of about 1.7 g / cm 3 ~ about 2.4 g / cm 3 The material is manufactured. When 10% CKD is added to sewage sludge, a light aggregate having a low density of 1.4 g / cm 3 and a density of about 2.4 g / cm 3 or less at a firing temperature of 940 ° C. to 1060 ° C. Heavy aggregate is produced. Adding more CKD is not desirable because it further accelerates the densification of the mixture, which can be a hindrance to controlling the production process in a predictable manner in mass aggregate production.

本発明の一実施形態による方法では、所定量の下水汚泥および下水汚泥の組成に応じてLCSAMもしくはHCSAMであることができる第2の材料を混合し、その混合物を凝集させ、凝集体を特定の温度で焼成処理することによって、骨材を形成する。上記のように、LCSAMは最初の下水汚泥よりカルシウム含有成分が少なく、HCSAMは下水汚泥よりカルシウムが多い。温度は、図1および2にグラフで示したものなどのデータに基づいて、少なくとも部分的に、ケイ素アルミニウム材料(「SAM」)に対する下水汚泥の割合ならびに骨材の所望の密度および吸水率および/または強度などの他の特性に基づいて選択することができる。焼結を引き起こす温度が好ましい。好ましくは混合物を凝集させてから焼結を行って、所望の大きさおよび形状を有する凝集体を作ることで、焼結骨材を形成する。ペレット化が、好ましい凝集方法である。下水汚泥を乾燥させてから、第2の材料と混合することができる。あるいは、下水汚泥を、所望の含水量を有する湿形態で加えることで凝集を可能とすることができる。   In a method according to an embodiment of the present invention, a predetermined amount of sewage sludge and a second material that can be LCSAM or HCSAM depending on the composition of the sewage sludge are mixed, the mixture is agglomerated, Aggregates are formed by firing at a temperature. As mentioned above, LCSAM has less calcium-containing components than the first sewage sludge, and HCSAM has more calcium than sewage sludge. The temperature is based, at least in part, on the ratio of sewage sludge to silicon aluminum material (“SAM”) as well as the desired density and water absorption of the aggregate and / or data based on data such as those shown graphically in FIGS. Or it can be selected based on other characteristics such as strength. A temperature that causes sintering is preferred. Preferably, the mixture is agglomerated and then sintered to form an aggregate having a desired size and shape, thereby forming a sintered aggregate. Pelletization is a preferred agglomeration method. The sewage sludge can be dried and then mixed with the second material. Alternatively, aggregation can be made possible by adding sewage sludge in a wet form having a desired water content.

図3は、粘土、頁岩、粘板岩、花崗岩切断残留物、廃棄物ガラスおよび炉ボトムアッシュなどのLCSAM粒子12またはセメントキルンダスト、高炉スラグ、石灰石、石膏およびドロマイトなどのHCSAM粒子12、ならびに下水汚泥粒子14を含む凝集体10の一例である。孔16も示してある。凝集体10は、本発明の一実施形態に従って、焼成処理、例えば焼結して骨材を形成することができる。焼成処理の際、酸化カルシウム、酸化ナトリウム、酸化カリウムおよび酸化マグネシウムなどの融剤化合物ならびに下水汚泥14の最初の粒子および高もしくは低ケイ素アルミニウム材料(「SAM」)粒子12における加工温度以下の融点を有する他の化合物は溶融し、孔16の中に流れ込む。SAM粒子12が非結晶固体である廃棄物ガラスである場合、他の結晶性SAM粒子の融点よりかなり低い温度での粘性焼結による軟化ガラス粒子の溶融によって緻密化が起こる。   FIG. 3 shows LCSAM particles 12 such as clay, shale, slate, granite cutting residue, waste glass and furnace bottom ash or HCSAM particles 12 such as cement kiln dust, blast furnace slag, limestone, gypsum and dolomite, and sewage sludge particles. 14 is an example of an aggregate 10 containing 14. A hole 16 is also shown. Aggregate 10 may be fired, eg, sintered, to form an aggregate in accordance with one embodiment of the present invention. During the firing process, the melting point below the processing temperature of the fluxing compounds such as calcium oxide, sodium oxide, potassium oxide and magnesium oxide and the first particles of the sewage sludge 14 and the high or low silicon aluminum material (“SAM”) particles 12 Other compounds it has melted and flow into the holes 16. If the SAM particles 12 are waste glass that is an amorphous solid, densification occurs due to melting of the softened glass particles by viscous sintering at a temperature significantly lower than the melting point of the other crystalline SAM particles.

図4は、本発明の一実施形態による、凝集体10の焼結から得られる骨材20の一例の模式的断面図である。骨材20は、下水汚泥およびSAMの混合物を含む。凝集体は、下水汚泥のSAMに対する割合および所望の密度および/または他の特徴によって決まる温度で焼結される。焼結骨材20は、成分の溶融および/または結晶化から得られる、一部ガラス状および一部結晶化したマトリックス24によって互いに結合した複数の粒子22を含む。粒子22は、シリカ、アルミナおよび加工温度より高い融点を有する他の鉱物を含むことができる。粒子22は、焼結時に完全にまたは部分的に結晶化して、粒子22間で別の結合を与える。骨材20は好ましくは、下記でさらに説明される凝集体10の無機材料によるコーティングで得られる高密度で連続的な比較的不浸透性の表面層26を有する。顕微鏡的である場合があるチャンネル状で小さい表面孔28aであることができる内部孔28も存在する。表面孔が内部孔とつながっていることで、骨材20が水を吸収できるようになっている場合がある。吸水率は、孔の容積および接続性の指標である。   FIG. 4 is a schematic cross-sectional view of an example aggregate 20 obtained from sintering aggregate 10 according to one embodiment of the present invention. Aggregate 20 includes a mixture of sewage sludge and SAM. The agglomerates are sintered at a temperature that depends on the ratio of sewage sludge to SAM and the desired density and / or other characteristics. Sintered aggregate 20 includes a plurality of particles 22 joined together by a partially glassy and partially crystallized matrix 24 resulting from melting and / or crystallization of the components. The particles 22 can include silica, alumina, and other minerals having a melting point above the processing temperature. The particles 22 crystallize completely or partially during sintering to provide another bond between the particles 22. Aggregate 20 preferably has a dense, continuous, relatively impermeable surface layer 26 obtained by coating the aggregate 10 with an inorganic material as further described below. There are also internal holes 28, which can be microscopic and channel-like, small surface holes 28a. Since the surface hole is connected to the internal hole, the aggregate 20 may be able to absorb water. Water absorption is an indicator of pore volume and connectivity.

図5は、本発明の別の実施形態による、ガラス化骨材30の一例の模式的断面図である。ガラス化骨材30は、図4の焼結骨材と比較して、粒子22が少なく、マトリックス24が大きい。ガラス化は、凝集体成分のほとんどが融解する、下水汚泥のSAMに対する特定の割合に関して最大緻密化の温度以上での凝集体10の焼成処理から生じる。   FIG. 5 is a schematic cross-sectional view of an example of vitrified aggregate 30 according to another embodiment of the present invention. The vitrified aggregate 30 has fewer particles 22 and a larger matrix 24 than the sintered aggregate of FIG. Vitrification results from the calcination of the aggregate 10 above the maximum densification temperature for a specific ratio of sewage sludge to SAM, where most of the aggregate components melt.

密度が約1.2g/cmと低く、吸水率が約40%を超え、強度が非常に低い高度に多孔性の軽量骨材ならびに密度が2.0g/cm以下である非常に強く良好に焼結した軽量骨材が、本発明の実施形態によって製造され得る。密度が約2.0g/cmより高く約2.6g/cm以下であり、吸水率がゼロに近い通常重量骨材も、本発明の実施形態によって製造され得る。下水汚泥およびSAMによる、そしてある種の廃棄SAM間での骨材生産は、有利な再利用用途を提供するものである。 A highly porous lightweight aggregate with a low density of about 1.2 g / cm 3 , a water absorption of over 40% and a very low strength, and a very strong and good density of 2.0 g / cm 3 or less Sintered lightweight aggregate can be manufactured according to embodiments of the present invention. Density of less than about 2.0 g / cm 3 higher than about 2.6 g / cm 3, water absorption is also normal weight aggregate close to zero may be prepared by embodiments of the present invention. Aggregate production by sewage sludge and SAM and among certain waste SAMs provides an advantageous reuse application.

図6は、本発明の一実施形態による骨材製造方法100の一例である。下水汚泥を、最初に段階105で乾燥させる。汚泥の乾燥は、例えば110℃の乾燥機で24時間行うことができる。未処理汚泥の含水量が非常に高い場合、過剰の水分を、例えば濾過、重力沈降、綿状沈殿または沈殿によって除去してから、乾燥機で乾燥させる。代表的には、乾燥下水汚泥塊が形成される。その塊の大きさを小さくする必要がある場合がある。その後の加工に好適な微細粉末を好ましくは、段階110で、例えば乾式粉砕もしくは粉砕により、または乳棒および乳鉢を用いることで製造する。大量生産では、乾燥固体ケーキを、例えばハンマーミルによって粉砕して粉末とすることができる。粉砕下水汚泥粉末を、段階115で、例えば篩を用いて分離して、大きい粒子を除去する。下水汚泥中に存在する石、岩または金属などの粗い粒子も、好ましくは除去して、それ以降の加工に供する。分離は、例えば150ミクロンまたは80ミクロンの開口を有するASTM標準ステンレスメッシュスクリーン上で下水汚泥粉末を機械的に振盪することで行うことができる。粒径が150ミクロン未満である下水汚泥を、さらに加工する。   FIG. 6 is an example of an aggregate manufacturing method 100 according to an embodiment of the present invention. The sewage sludge is first dried at step 105. Sludge can be dried, for example, with a dryer at 110 ° C. for 24 hours. If the moisture content of the untreated sludge is very high, excess water is removed, for example by filtration, gravity sedimentation, flocculent sedimentation or sedimentation, and then dried in a dryer. Typically, a dried sewage sludge mass is formed. It may be necessary to reduce the size of the mass. A fine powder suitable for subsequent processing is preferably produced at step 110, for example by dry grinding or grinding, or by using a pestle and mortar. In mass production, the dried solid cake can be pulverized into powder, for example, with a hammer mill. The ground sewage sludge powder is separated at step 115 using, for example, a sieve to remove large particles. Coarse particles such as stones, rocks or metals present in the sewage sludge are also preferably removed and subjected to further processing. Separation can be performed by mechanically shaking the sewage sludge powder on, for example, an ASTM standard stainless mesh screen having an opening of 150 microns or 80 microns. Sewage sludge having a particle size of less than 150 microns is further processed.

表面積/体積比が高いと、小さい粒子の液相を介した相対的に大きい粒子への拡散が増加し、粉末が骨材全体でより良好に分布して充填密度が良好となることから、微細な粒径分布(約710ミクロン未満)を有する粉末は有利な特徴を有する。   A high surface area / volume ratio increases the diffusion of relatively small particles through the liquid phase of the small particles, resulting in better distribution of powder throughout the aggregate and better packing density. Powders with a good particle size distribution (less than about 710 microns) have advantageous characteristics.

下水汚泥は、SAMと直接混合して、例えば図6の段階125〜150に従うさらなる加工を可能とする上で好適な含水量をその材料が有する限りにおいて、生の湿った形で用いることもできる。過剰の含有水を、乾燥、濾過および/または他の方法によって再度除去して、好適な含水量としてから、添加剤との混合を行うことができる。この場合、段階105〜120は行わない。   The sewage sludge can also be used in raw wet form, as long as the material has a suitable water content to allow further processing, for example according to steps 125-150 in FIG. . Excess water can be removed again by drying, filtration and / or other methods to achieve a suitable water content before mixing with the additive. In this case, steps 105-120 are not performed.

次に段階125で、、段階120からの粉砕下水汚泥粉末を、微細粒子分布を有する粉末形態の適切なSAMと混合する。混合は、バッチ式または連続式であることができる。SAMが粗い粒径分布を有する場合、例えば乾式もしくは湿式粉砕技術を用い、ハンマーミルまたはボールミルでそれを前粉砕してから、汚泥粉末とともにミキサーに加えることができる。いずれかの量の高または低カルシウムSAMを、それぞれ低または高カルシウム下水汚泥に加えて、焼成処理性能を高めることができる。SAMに対する下水汚泥の好ましい範囲は、下水汚泥が高カルシウム下水汚泥であるか低カルシウム下水汚泥であるかによって決まる Next, in step 125, the ground sewage sludge powder from step 120 is mixed with a suitable SAM in powder form having a fine particle distribution. Mixing can be batch or continuous. If the SAM has a coarse particle size distribution, it can be preground with a hammer mill or ball mill, for example using dry or wet grinding techniques, and then added to the mixer along with the sludge powder. Any amount of high or low calcium SAM can be added to the low or high calcium sewage sludge, respectively, to enhance the firing performance. The preferred range of sewage sludge for SAM depends on whether the sewage sludge is high calcium sewage sludge or low calcium sewage sludge .

好ましくは、混合物の乾燥重で(「BDWM」)約5%〜約95%の高カルシウム下水汚泥を、約95%〜約5%のLCSAM、BDWMと混合する。より好ましくは、約30%〜約70%の高カルシウム下水汚泥BDWMを、約70%〜約30%のLCSAM、BDWMと混合する。この範囲では、得られた骨材は乾燥重で約6%〜約15%のカルシウム含有量を有する。より好ましくは、約30%〜約50%の高カルシウム下水汚泥BDWMを、約70%〜約50%のLCSAM、BDWMと混合する。この範囲では、得られた骨材は、乾燥重で約6%〜約10%のカルシウム含有量を有する。骨材のカルシウム含有量が約2%〜約10%であると、混合物の緻密化挙動の制御がより良好となって所望の特徴を有する骨材の生産が可能となり、カルシウム含有量が約3%〜約6%であると、さらに良好な制御が得られることが認められている。   Preferably, about 5% to about 95% high calcium sewage sludge is mixed with about 95% to about 5% LCSAM, BDWM at the dry weight of the mixture ("BDWM"). More preferably, about 30% to about 70% high calcium sewage sludge BDWM is mixed with about 70% to about 30% LCSAM, BDWM. In this range, the resulting aggregate has a calcium content of about 6% to about 15% by dry weight. More preferably, about 30% to about 50% high calcium sewage sludge BDWM is mixed with about 70% to about 50% LCSAM, BDWM. In this range, the resulting aggregate has a calcium content of about 6% to about 10% by dry weight. When the calcium content of the aggregate is about 2% to about 10%, the control of the densification behavior of the mixture becomes better, and it becomes possible to produce an aggregate having desired characteristics, and the calcium content is about 3 It is recognized that better control can be obtained when the content is from about% to about 6%.

好ましくは、約99%〜約70%の低カルシウム下水汚泥BDWMを、約1%〜約30%のHCSAM、BDWMと混合する。より好ましくは、約80%〜約90%の低カルシウム下水汚泥BDWMを、約20%〜約10%のHCSAM、BDWMと混合する。これらの範囲は、上記のものと同様の骨材カルシウム含有量を提供するものである。   Preferably, about 99% to about 70% low calcium sewage sludge BDWM is mixed with about 1% to about 30% HCSAM, BDWM. More preferably, about 80% to about 90% low calcium sewage sludge BDWM is mixed with about 20% to about 10% HCSAM, BDWM. These ranges provide aggregate calcium content similar to that described above.

粘土などの可塑性結合材を加えて、造粒時の個々の粒子の水との物理的結合を強化することができ、それは段階125に記載されている。「可塑性結合材」という用語は、高い塑性指数を有する結合材材料を指す。少なくとも10の塑性指数が好ましい。粘土結合材は、SS、SAMおよび粘土結合材の混合物の乾燥重で約5%〜約20%を占めることができる。使用される結合材の量は、混合物中の個々の成分の可塑性など、下水汚泥およびSAMの種類および特徴によって決まり得るものである。 A plastic binder such as clay can be added to enhance the physical bonding of the individual particles with water during granulation, which is described in step 125. The term “plastic binder” refers to a binder material having a high plasticity index. A plastic index of at least 10 is preferred. The clay binder can comprise from about 5% to about 20% by dry weight of the mixture of SS , SAM and clay binder. The amount of binder used can depend on the type and characteristics of the sewage sludge and SAM, such as the plasticity of the individual components in the mixture.

粉末を十分に混合した後、段階130で、水を加えて、凝集に好適な稠度を得る。混合物は好ましくは、例えば粘土様の粘度を有する。加える水の量は、混合物中の添加剤の量および種類に関係する。例えば、下水汚泥の粘土に対する割合が約80%下水汚泥(「SS」)/20%粘土である場合、必要な水の量は、SS/粘土混合物の総乾燥重の約25重量%であることが認められている。その割合が60%/40%である場合、必要な水の量は約28重量%であることが認められている。その割合が20%/80%である場合、必要な水の量は約32%であることが認められている。下水汚泥を湿形態で用い、SS/SAMおよび適宜に粘土の混合物がさらなる加工を可能とする好適な含水量を有する場合、混合物に水を加える必要はない。 After the powder is thoroughly mixed, at step 130, water is added to obtain a consistency suitable for agglomeration. The mixture preferably has a clay-like viscosity , for example. The amount of water added is related to the amount and type of additive in the mixture. For example, if the ratio of sewage sludge to clay is about 80% sewage sludge ("SS") / 20% clay, the amount of water required should be about 25% by weight of the total dry weight of the SS / clay mixture. Is allowed. When the proportion is 60% / 40%, it is recognized that the amount of water required is about 28% by weight. When the proportion is 20% / 80%, it is recognized that the amount of water required is about 32%. If the sewage sludge is used in wet form and the SS / SAM and optionally clay mixture has a suitable moisture content that allows further processing, it is not necessary to add water to the mixture.

得られた混合物を、段階135で凝集させる。凝集は、ダストまたは粉末などの小さい微細粒子を集めてペレットなどのより大きい塊とする粒径拡大技術である。好ましくは、混合物をペレット化によって凝集させ、その場合に、気体もしくは液体中で分散している微細粒子を、他の外部圧縮力を用いずに回転によって大型化する。例えば、ペレット化回転ドラムまたはディスクを用いることができる。得られたペレットの強度は、粒子の特性、媒体中の水分量ならびに当業界で公知のような回転速度および回転ドラムの傾斜角度などの機械的プロセスパラメータによって決まる。回転ドラムの使用の例は、下記の実施例に記載されている。得られたペレットはほぼ球形であるかわずかに角張っており、混合物中の炭素含有量および鉄含有量に応じて、色は明褐色ないし暗褐色で変動する。その径は、例えば約3mm〜約40mmの範囲である。上記のように、図3はペレット10の一例である。ペレット化に代えて押し出しを用いることができる。押し出しを行うとレンガ様材料が得られ、それは硬化後に破砕してより小さい粒子とすることができる。あるいは、圧縮を行って、錠剤その他の形状などの円柱形凝集体を得ることができる。   The resulting mixture is agglomerated in step 135. Agglomeration is a particle size enlargement technique that collects small fine particles such as dust or powder into larger lumps such as pellets. Preferably, the mixture is agglomerated by pelletization, in which case the fine particles dispersed in the gas or liquid are enlarged by rotation without using other external compression forces. For example, a pelletized rotating drum or disk can be used. The strength of the resulting pellets depends on the properties of the particles, the amount of moisture in the medium, and mechanical process parameters such as rotational speed and tilt angle of the rotating drum as is known in the art. An example of the use of a rotating drum is described in the examples below. The resulting pellets are approximately spherical or slightly angular and the color varies from light brown to dark brown depending on the carbon and iron content in the mixture. The diameter is, for example, in the range of about 3 mm to about 40 mm. As described above, FIG. 3 is an example of the pellet 10. Extrusion can be used instead of pelletization. Extrusion results in a brick-like material that can be crushed into smaller particles after curing. Alternatively, compression can be performed to obtain cylindrical aggregates such as tablets and other shapes.

凝集混合物については、段階140で適宜に表面コーティングおよび乾燥を行う。使用される無機材料の量は少量であることができる。ペレットは、焼結温度で溶融しない無機材料でコーティングすることができる。ペレットは、その上にダストを散粉したり、ダスト中でペレットを回転させることでコーティングすることができる。コーティング材料の使用は、下水汚泥および選択される添加剤の特徴によって決まる。下水汚泥が高カルシウム下水汚泥である場合、無機材料は例えば、ダスト、粘土、粉砕頁岩および粘板岩の形態での花崗岩切断残留物もしくは炉ボトムアッシュなどのグループAからのLCSAMを含むことができると考えられる。下水汚泥が低カルシウム下水汚泥である場合、無機材料は、例えばセメントキルンダスト、焼却炉フライアッシュ、焼却炉フィルターダスト、石灰石、石膏および粉砕粒状高炉スラグ(「GGBS」)などのグループBからのHCSAMを含むことができる。 The agglomerated mixture is appropriately surface coated and dried at step 140. The amount of inorganic material used can be small. The pellets can be coated with an inorganic material that does not melt at the sintering temperature. The pellets can be coated by dusting the dust or rotating the pellets in the dust. The use of the coating material depends on the characteristics of the sewage sludge and the additive selected. If the sewage sludge is high calcium sewage sludge, it is believed that the inorganic material can include, for example, granite cutting residue in the form of dust, clay, crushed shale and slate or LCSAM from group A such as furnace bottom ash It is done. If the sewage sludge is a low calcium sewage sludge, the inorganic materials include HCSAM from Group B such as cement kiln dust, incinerator fly ash, incinerator filter dust, limestone, gypsum and ground granular blast furnace slag ("GGBS"). Can be included.

非粘着性材料の薄層でペレット表面を被覆することで、ペレット表面上に被膜が形成され、それは、例えば図4に示したように、ペレットのクラスタ化を低減し、ペレット強度を高め、骨材上に薄く緻密な外側被覆を形成する。粘土結合材を混合物に加える場合、粘土によって内部結合が向上することから、ペレットの完全性を高め、コーティングを形成するのにペレット表面のコーティングを行う必要はない。しかしながら、コーティングは一つの選択肢である。乾燥は、例えば約110℃の乾燥機で行うことができる。キルンでの湿ペレットの焼成処理では、急激な温度変化のためにひび割れや爆発が生じる可能性があることから、好ましくは乾燥を行う。   By coating the pellet surface with a thin layer of non-adhesive material, a coating is formed on the pellet surface, which reduces pellet clustering, increases pellet strength, and bone, for example as shown in FIG. A thin and dense outer coating is formed on the material. When adding a clay binder to the mixture, the clay improves internal bonding, so there is no need to coat the pellet surface to increase pellet integrity and form a coating. However, coating is an option. Drying can be performed with a drier at about 110 ° C., for example. In the baking treatment of the wet pellets in the kiln, since there is a possibility of cracking or explosion due to a rapid temperature change, drying is preferably performed.

コーティングおよび乾燥を行ったペレットを、段階145で焼成処理する。焼成処理は、例えば下記でより詳細に記載しているように、混合物の組成および骨材の所望の特性に応じて、約1000℃〜約1350℃の温度で行う。焼成処理は、最大緻密化温度以下の温度で起こる焼結または最大緻密化以上の温度で起こるガラス化であることができる。焼成処理は好ましくは、ロータリーキルンで行う。焼結によって、粒子間結合が形成されることで、それ以前は緩く結合していた粒子の強度および密度が高くなる。ガラス化により、最大緻密化温度で強度が高くなる。しかしながら、ガラス化はより高い温度で進行することから、上記のように、ガラス状非晶質マトリックスの膨張のために、密度および強度が低下する。   The coated and dried pellets are fired at step 145. The firing process is performed at a temperature of about 1000 ° C. to about 1350 ° C., for example, as described in more detail below, depending on the composition of the mixture and the desired properties of the aggregate. The firing treatment can be sintering that occurs at a temperature below the maximum densification temperature or vitrification that occurs at a temperature above the maximum densification. The firing treatment is preferably performed in a rotary kiln. Sintering creates an interparticle bond that increases the strength and density of previously loosely bonded particles. Vitrification increases strength at the maximum densification temperature. However, since vitrification proceeds at higher temperatures, as described above, density and strength are reduced due to the expansion of the glassy amorphous matrix.

段階150で、水中で焼成処理骨材を急冷することができる。急冷によってペレットが冷やされて、溶融が停止する。急冷を行うと、得られた骨材20は、再結晶が可能な空冷の場合より非晶質性の高いマトリックス24を有するようになる。急冷によって、焼成処理骨材の硬度、靱性および耐摩耗性が向上することが、当業界では知られている。その水は、例えば室温(約30℃)であることができる。   At step 150, the fired aggregate can be quenched in water. The pellets are cooled by rapid cooling and the melting is stopped. When the rapid cooling is performed, the obtained aggregate 20 has a matrix 24 having a higher amorphousness than that in the case of air cooling that can be recrystallized. It is known in the art that quenching improves the hardness, toughness and wear resistance of the fired aggregate. The water can be at room temperature (about 30 ° C.), for example.

焼成処理および急冷を行った場合は、その後に、段階155で、所望の骨材サイズまでペレットを破砕および選別することができる。好ましくは、粗い骨材は、約4.75〜約19mmの範囲である。例えば、より小さい骨材を、コンクリート中の微細骨材として用いることもできる。   If firing and quenching are performed, the pellets can then be crushed and sorted to the desired aggregate size at step 155. Preferably, the coarse aggregate ranges from about 4.75 to about 19 mm. For example, smaller aggregates can be used as fine aggregates in concrete.

焼成処理中のペレットの収縮のため、ペレットの大きさが約3mm〜約40mmの範囲である場合には、例えば焼成処理骨材の大きさは約2mm〜約30mmの範囲となり得る。選別された骨材の適切な大きさの範囲は、濾過用途に用いることができる約4mm〜約8mm、ならびにコンクリートで用いることができる約12mm〜約19mmとすることができる。例えば、より小さい骨材(約2mmまで低下)をコンクリート中の微細骨材として用いることもできる。   Due to the shrinkage of the pellets during the firing process, if the size of the pellets is in the range of about 3 mm to about 40 mm, for example, the size of the fired aggregate can be in the range of about 2 mm to about 30 mm. A suitable size range for the screened aggregate can be about 4 mm to about 8 mm that can be used for filtration applications, as well as about 12 mm to about 19 mm that can be used for concrete. For example, smaller aggregates (down to about 2 mm) can be used as fine aggregates in concrete.

本発明の実施形態による焼成処理の結果として、骨材は、通常の環境条件下でほとんどの物質に対して化学的に不活性であると考えられている。   As a result of the firing process according to embodiments of the present invention, aggregates are believed to be chemically inert to most substances under normal environmental conditions.

図7は、990℃で焼成処理した80%/20%のSS/ベントナイトを含む混合物からの、本発明の実施形態によって作られた複数の焼結骨材の一例である。   FIG. 7 is an example of a plurality of sintered aggregates made according to an embodiment of the present invention from a mixture comprising 80% / 20% SS / bentonite fired at 990 ° C.

図8は、本発明の一実施形態による骨材の製造方法200の一例であり、その場合、粗い粒子分布を有する特定のSAMを湿式粉砕してから、下水汚泥と混合する。そのような分布を有する本発明で用いられる添加剤には、IBA、FBAおよび廃棄物ガラスなどがある。   FIG. 8 shows an example of an aggregate manufacturing method 200 according to an embodiment of the present invention, in which a specific SAM having a coarse particle distribution is wet-ground and then mixed with sewage sludge. Additives used in the present invention having such a distribution include IBA, FBA and waste glass.

段階205で、ボールミルの樽にIBAを加え、段階210で水とともに粉砕する。粉砕を行って、IBAの粒径分布を微細な分布まで低下させて、焼成処理を向上させる。高い表面積/体積比によって、小さい粒子の液相を介した相対的に大きい粒子への拡散が増加し、粉末が骨材全体でより良好に分布して充填密度が良好となることから、微細粒径分布を有する粉末は有利な特徴を有する。得られた粒子は好ましくは、例えば約45ミクロン以下の平均粒径を有する。より均一な粒径分布が得られることがわかっていることから、湿式粉砕が好ましい。さらに、湿式粉砕プロセスで用いられる液体は、凝集体を破壊し、粉末粒子の溶着を低減する傾向を有する。あるいはIBAは、例えばハンマーミルで乾式粉砕することができる。図8の方法200について、IBAの使用に関して説明するが、FBAまたは廃棄物ガラスを用いる場合、それらも好ましくは粉砕することは明らかである。   In step 205, IBA is added to the ball mill barrel and in step 210 it is ground with water. Grinding is performed to reduce the IBA particle size distribution to a fine distribution and improve the firing process. The high surface area / volume ratio increases the diffusion of small particles through the liquid phase into relatively large particles, and the powder is better distributed throughout the aggregate, resulting in better packing density. Powders having a size distribution have advantageous characteristics. The resulting particles preferably have an average particle size of, for example, about 45 microns or less. Wet grinding is preferred because it has been found that a more uniform particle size distribution can be obtained. Furthermore, liquids used in wet milling processes have a tendency to break up aggregates and reduce powder particle welding. Alternatively, IBA can be dry pulverized, for example, with a hammer mill. Although the method 200 of FIG. 8 is described with respect to the use of IBA, it is clear that if FBA or waste glass is used, they are also preferably ground.

IBAは、例えば密閉された円柱形容器中で湿式粉砕することができ、水もしくはアルコールなどの液体媒体中の湿式ミルボールなどの粉砕球形媒体によって、媒体中に懸濁した粒子を破壊するだけの力が加わる。転動、振動、軌道回転および/または攪拌によって湿式ボールミルに運動を加えることができる。粉末粒径分布を制御する最も重要な変量は、粉砕速度(rpm)、粉砕時間、粉砕媒体量、原料の初期粒径および所望の製造物径である。最も効率的な結果を得るには、ミルは少なくとも半分は粉砕媒体で満たされていなければならない。粉砕媒体は、例えば高密度のアルミニウム球であることができ、固体の約4倍の総重量とすることができる。至適な粉砕を行うには、小さい粉砕媒体が推奨される。アルミニウムまたはスチール球を用いる場合は、好ましい粒径は1/2〜5/8インチの範囲である。好ましくは、固体の約2倍量の液体を加える。粉砕は、例えば約8時間行うことができる。   IBA can be wet pulverized, for example, in a sealed cylindrical container, and is capable of breaking particles suspended in the medium with a pulverized spherical medium such as a wet mill ball in a liquid medium such as water or alcohol. Will be added. Motion can be applied to the wet ball mill by rolling, vibrating, orbiting and / or stirring. The most important variables controlling the powder particle size distribution are grinding speed (rpm), grinding time, grinding media amount, raw material initial particle size and desired product diameter. To obtain the most efficient results, the mill must be at least half filled with grinding media. The grinding media can be, for example, high density aluminum spheres and can have a total weight of about 4 times the solids. For optimal grinding, a small grinding media is recommended. When using aluminum or steel balls, the preferred particle size is in the range of 1/2 to 5/8 inch. Preferably, about twice as much liquid as the solid is added. The grinding can be performed, for example, for about 8 hours.

段階215で、湿式粉砕IBAを、例えば篩で分離して、大きい粒子を除去する。粒子が大きすぎると、均一なペレットが形成されない。分離は多段階で行うことができる。例えばIBAを、例えば355ミクロンまたは150ミクロンの開口を有するASTM標準ステンレスメッシュスクリーン上で機械的に振盪することができる。150ミクロン未満の粒径を有するIBAをさらに加工する。150ミクロンを超える画分は、異なる種類の材料に分離することができ、それをSAM添加剤として、廃棄物ガラスとして再使用することができる。   In step 215, the wet milled IBA is separated, for example, with a sieve to remove large particles. If the particles are too large, uniform pellets are not formed. Separation can be performed in multiple stages. For example, the IBA can be mechanically shaken on an ASTM standard stainless mesh screen having an opening of, for example, 355 microns or 150 microns. Further processing of IBA having a particle size of less than 150 microns. Fractions over 150 microns can be separated into different types of materials, which can be reused as SAM additives and waste glass.

段階220からの相対的に微細な画分の得られた粉砕スラリーを、段階225で脱水する。好ましくは、全ての遊離水を除去する。除去された水は廃水と称され、下記でさらに説明するように段階265で用いることができる。水は、例えばフィルタープレスその他の濾過装置で除去することができる。段階230で、脱水によって、固体の湿ったケーキ残留物が形成される。   The resulting ground slurry from step 220 is dewatered in step 225. Preferably, all free water is removed. The removed water is referred to as waste water and can be used in step 265 as described further below. Water can be removed, for example, with a filter press or other filtration device. At step 230, dehydration forms a solid wet cake residue.

段階235で、ケーキを乾燥させ、粉砕する。この段階によって、ケーキは粉末になる。ケーキは、例えば110℃の乾燥機で乾燥させることができる。粉末は、例えば乳鉢と乳棒によって粉砕することができる。大量生産では、乾燥固体ケーキを、例えば羽根付きミキサーまたはドライハンマーミルで粉砕して粉末とすることができることから、乾燥粉砕IBA固体ケーキを同時に粉砕し、やはり粉末形態である生添加剤と連続的に混合することができる。   In step 235, the cake is dried and ground. This stage turns the cake into a powder. The cake can be dried with a dryer at 110 ° C., for example. The powder can be pulverized, for example, with a mortar and pestle. In mass production, the dried solid cake can be ground into a powder, for example with a bladed mixer or dry hammer mill, so the dry ground IBA solid cake is ground at the same time and continuously with the raw additive, also in powder form Can be mixed.

粉砕IBAを下水汚泥と混合する前に、段階240で汚泥を乾燥させる。汚泥は、例えば110℃の乾燥機で24時間乾燥させることができる。製造された固体ケーキを、段階245で粉砕して粉末とする。その粉末は、例えば乾式粉砕もしくは破砕によって、または乳棒と乳鉢を用いて製造することができる。段階250で、汚泥粉末を150ミクロンまたは80ミクロンの篩に通して、粗い粒子を除去する。段階260で、段階255の150ミクロン未満の画分を、粉砕IBA粉末と十分に混合する。水を混合物に加えてから、段階265で湿粘土状混合物をペレット化する。水は、上記で述べた脱水段階225から得られた廃水の一部または全量であることができる。段階265〜285は、図6における段階130〜155に相当する。あるいは、下水汚泥を湿った状態でIBAと混合することができる。しかしながら、混合物の造粒で水をさらに加える必要がないようにするには、適切な含水量が必要である。この場合、段階240〜255は必要ない。   Prior to mixing the ground IBA with sewage sludge, the sludge is dried at step 240. The sludge can be dried for 24 hours with a drier at 110 ° C., for example. The produced solid cake is pulverized in step 245 to a powder. The powder can be produced, for example, by dry grinding or crushing, or using a pestle and mortar. In step 250, the sludge powder is passed through a 150 or 80 micron sieve to remove coarse particles. At step 260, the sub-150 micron fraction of step 255 is thoroughly mixed with the milled IBA powder. Water is added to the mixture and then the wet clay mixture is pelletized at step 265. The water can be part or all of the waste water obtained from the dehydration stage 225 described above. Steps 265 to 285 correspond to steps 130 to 155 in FIG. Alternatively, sewage sludge can be mixed with IBA in a wet state. However, an appropriate water content is necessary so that no further water needs to be added in the granulation of the mixture. In this case, steps 240-255 are not necessary.

IBAとともに下水汚泥を、ボールミル中で一緒に湿式粉砕してスラリーを得る場合、別の加工を行うことができる。次に、粉砕スラリーを一連の篩に通し、濾過装置で脱水して、粘度様固体ケーキを形成する。次に、その固体ケーキを110℃で乾燥させ、粉砕して微細粉末とし、それを水の存在下にさらにペレット化し、焼成処理して骨材を形成する。両方の材料の湿式粉砕から形成される粉砕スラリーを必要な含水量まで脱水して、混合物の直接ペレット化ができるようにすることもできる。形成されたペレットを約110℃で乾燥してから、キルンでの焼成処理段階に入れる。   When wet slurry of IBA and sewage sludge together in a ball mill to obtain a slurry, another process can be performed. The ground slurry is then passed through a series of sieves and dewatered with a filtration device to form a viscosity-like solid cake. The solid cake is then dried at 110 ° C. and pulverized to a fine powder, which is further pelletized in the presence of water and fired to form aggregates. The milled slurry formed from wet milling of both materials can be dewatered to the required water content to allow direct pelletization of the mixture. The formed pellets are dried at about 110 ° C. and then subjected to a kiln firing stage.

以下の実験を行った。   The following experiment was conducted.

実施例1
本実施例では、下水汚泥(「SS」)および廃棄物ガラス(「WG」)を含む合成骨材を製造した。本実施例で用いた3種類の異なるSSサンプルの平均化学組成(主要酸化物)を、下記の表Aに示してある。下記の表Bは、これら3種類のサンプル中に存在する少量および微量の構成要素を示している。サンプルXおよびサンプルYは約6ヶ月の期間を空けて同じ工場から得たものであり、サンプルZは第2の工場から得たものである。サンプルXの酸化カルシウム含有量は20.28重量%であり;サンプルYの酸化カルシウム含有量は12.12重量%であり;サンプルZの酸化カルシウム含有量は3.20重量%である。サンプルXおよびYは、高カルシウムSSと見なされ、サンプルZは低カルシウムSSである。使用したWGの平均化学組成も、表Aに示してある。WGは、米国で生産されるガラスの約90%を占めるソーダ石灰ガラス製であった。それは主として、二酸化ケイ素(71.7重量%)、酸化ナトリウム(12.1重量%)および酸化カルシウム(9.4重量%)からなり、他の少量成分には酸化アルミニウムおよび酸化マグネシウムなどがある。そのガラスの組成により、セラミックの生産に現在用いられている他のガラスより低い温度での液相焼結によって材料が緻密化されることから、エネルギー生産コストが削減される。SSの組成に応じて、WGは、緻密化温度範囲を上昇させるためのLCSAM、そして緻密化を加速するための融剤として作用するHCSAMの両方として用いることができる。例えばWGを下水汚泥サンプルX、YおよびZとともに用いて、合成骨材を製造することができる。

Figure 2008538347
Figure 2008538347
Example 1
In this example, a synthetic aggregate containing sewage sludge (“SS”) and waste glass (“WG”) was produced. The average chemical composition (major oxide) of the three different SS samples used in this example is shown in Table A below. Table B below shows the minor and minor constituents present in these three samples. Sample X and Sample Y were obtained from the same factory with a period of about 6 months, and Sample Z was obtained from the second factory. Sample X has a calcium oxide content of 20.28% by weight; Sample Y has a calcium oxide content of 12.12% by weight; Sample Z has a calcium oxide content of 3.20% by weight. Samples X and Y are considered high calcium SS and sample Z is low calcium SS. The average chemical composition of the WG used is also shown in Table A. WG was made of soda-lime glass, which accounts for about 90% of the glass produced in the United States. It consists mainly of silicon dioxide (71.7% by weight), sodium oxide (12.1% by weight) and calcium oxide (9.4% by weight), other minor components include aluminum oxide and magnesium oxide. The composition of the glass reduces energy production costs because the material is densified by liquid phase sintering at lower temperatures than other glasses currently used in ceramic production. Depending on the SS composition, WG can be used as both an LCSAM to increase the densification temperature range and an HCSAM that acts as a flux to accelerate the densification. For example, WG can be used with sewage sludge samples X, Y and Z to produce a synthetic aggregate.
Figure 2008538347
Figure 2008538347

SSサンプルXおよびWGについて、下記の加工を行った。本実施例では、乾燥SS粉末にWGを加えてから、ペレット化を行った。   The SS sample X and WG were processed as follows. In this example, WG was added to the dry SS powder and then pelletized.

サンプルXを110℃で24時間乾燥機乾燥した。得られた乾燥ケーキをボールミルに加えて粉砕して粉末とした。そのミルは、3/4インチ(19.05mm)の高密度アルミナ球粉砕媒体約2.172kgが入ったパスカル・エンジニアリング社(Pascal Engineering Co., Ltd.)の21589型であった。粉砕粉末を150ミクロンの篩にかけて、粗い粒子を除去した。   Sample X was dryer dried at 110 ° C. for 24 hours. The obtained dried cake was added to a ball mill and pulverized to obtain a powder. The mill was a Pascal Engineering Co., Ltd. model 21589 with approximately 2.172 kg of 3/4 inch (19.05 mm) high density alumina sphere grinding media. The ground powder was passed through a 150 micron sieve to remove coarse particles.

用いたWGは、一部には、生IBAから分離された瓶および窓ガラスに由来するものであった。このWGを洗浄し、110℃で終夜乾燥機乾燥した。次に、WGをジョー・クラッシャーで破砕し、分離して粒径を2mm〜6mmに下げ、次に振動リングを用いることで、炭化タングステンテマ(Tema)ミル(Gy-Ro, Glen Creston Ltd., Brownfields, Englandから入手可能)で粉砕することで、体積の95%(d95)が710ミクロン未満の粒径を有するようにした。再度カーバイドミルでさらに4分間乾式粉砕して、粒径分布をさらに小さくした。この微細WG画分を、本実施例で用いた。破砕WGの粒径のd50値は197.6ミクロンであり、それは4分間の乾式粉砕後には19.8ミクロンまで低下した。さらに、710ミクロン篩によって分離されたIBAの湿式粉砕スラリーからのWGも用いた。この画分も、4分間にわたってテマ乾式ミルで粉砕し、第1の画分と合わせた。 The WG used was derived in part from bottles and window glass separated from raw IBA. The WG was washed and dried in a dryer at 110 ° C. overnight. The WG is then crushed with a jaw crusher, separated to reduce the particle size to 2-6 mm, and then a vibrating ring is used to produce a tungsten carbide Tema mill (Gy-Ro, Glen Creston Ltd., (Available from Brownfields, England) so that 95% of the volume (d 95 ) had a particle size of less than 710 microns. The particle size distribution was further reduced by dry grinding again with a carbide mill for an additional 4 minutes. This fine WG fraction was used in this example. The particle size d 50 value of the crushed WG was 197.6 microns, which dropped to 19.8 microns after 4 minutes of dry grinding. In addition, WG from a wet milled slurry of IBA separated by a 710 micron sieve was also used. This fraction was also ground with a Tema dry mill for 4 minutes and combined with the first fraction.

粉砕WGを、100%/0%、40%/60%、60%/40%および0%/100%(SS/WG)の特定の割合で汚泥粉末に加えた。SSおよびWGの粉砕粉末混合物を、バッチミキサー中で水(得られた混合物の総乾燥重量の約40%以下)と混合し、水平方向に対して30°の角度で約17rpmで回転する直径40cmおよび長さ1メートルを有する回転ドラムペレタイザーに供給する。得られた「グリーン」ペレットは、ほぼ球形であるかわずかに角張っていた。その平均直径は約4mm〜約9.5mmであった。4mm未満のペレットはドラムに戻して、再度ペレット化した。9.5mmより大きいペレットは、手で割ってそれより小さいペレットとし、やはりペレタイザーに戻した。   The ground WG was added to the sludge powder in specific proportions of 100% / 0%, 40% / 60%, 60% / 40% and 0% / 100% (SS / WG). The pulverized powder mixture of SS and WG is mixed with water (less than about 40% of the total dry weight of the resulting mixture) in a batch mixer and rotated at about 17 rpm at an angle of 30 ° to the horizontal direction with a diameter of 40 cm And fed to a rotating drum pelletizer having a length of 1 meter. The resulting “green” pellets were almost spherical or slightly angular. The average diameter was about 4 mm to about 9.5 mm. Pellets less than 4 mm were returned to the drum and pelletized again. Pellets larger than 9.5 mm were broken by hand into smaller pellets and again returned to the pelletizer.

ペレットを、その上にPFA粉末を散粉することで、石炭燃焼からのPFAでコーティングした。次に、ペレットを約110℃で乾燥させ、長さ1500mmで内径が77mmであり、加熱領域の長さが900mmであるロータリーキルンに送った。キルンは、各種SS/WG混合物について920℃〜1220℃の温度で運転するように設定した。ペレットは、約10分〜約12分にわたり、約2.8rpmの速度で、ロータリーキルンのチューブ方向に移動・回転させた。本実施例では、キルンはカーボライト・ホープ・バレー(Carbolite Hope Valley)(英国)(GTFR195型)から入手可能な電気火力回転炉であった。焼成処理されたペレットはキルンから排出し、室温で放冷した。   The pellets were coated with PFA from coal combustion by dusting PFA powder onto it. Next, the pellets were dried at about 110 ° C. and sent to a rotary kiln having a length of 1500 mm, an inner diameter of 77 mm, and a heating zone length of 900 mm. The kiln was set to operate at temperatures from 920 ° C. to 1220 ° C. for various SS / WG mixtures. The pellet was moved and rotated toward the rotary kiln tube at a rate of about 2.8 rpm for about 10 to about 12 minutes. In this example, the kiln was an electric fired rotary furnace available from Carbolite Hope Valley (UK) (GTFR 195 type). The fired pellets were discharged from the kiln and allowed to cool at room temperature.

留意すべき点として、温度−密度曲線(図1で示したものなど)はキルンごとに変化し得るものである。例えば、SSおよびWGその他のSAMの特定の割合に相当する曲線は、上記で示した特定のキルンを用いるものより若干低いか高い最大緻密化温度を有し得る。曲線の移動は、温度プロファイルの安定性、エネルギー損失などの特定のキルンの運転効率に関係する多くの要素に起因するものであると考えられる。従って、特定のキルンでのいくつかのサンプルを準備して、骨材が所望の特性を有する温度範囲を確認することが必要になる場合がある。   It should be noted that temperature-density curves (such as those shown in FIG. 1) can vary from kiln to kiln. For example, a curve corresponding to a particular percentage of SS and WG or other SAMs may have a maximum densification temperature that is slightly lower or higher than that using the particular kiln shown above. It is believed that the curve shift is due to a number of factors related to the operating efficiency of a particular kiln, such as temperature profile stability and energy loss. Thus, it may be necessary to prepare several samples in a particular kiln to ascertain the temperature range in which the aggregate has the desired properties.

結果
下記の表C〜Dは、本実施例で形成される骨材の物理的および機械的特性をまとめたものである。留意すべき点として、それらの骨材は、SS中におけるWGの濃度が高くなるにつれてその特性を大きく変えた。
Results Tables C to D below summarize the physical and mechanical properties of the aggregates formed in this example. It should be noted that these aggregates changed their properties greatly as the concentration of WG in SS increased.

下記の表Cは、異なる温度(10℃ずつ上昇させた)で焼成処理した異なる割合のSSおよびWGを含む骨材についての試験結果をまとめたものである。そのデータは、100%下水汚泥についての4個の値の平均および全てのWG含有サンプルの2個の値の平均である。データは、図9のグラフにプロットしてある。焼成処理骨材の相対乾燥密度はアルキメデスの方法を用いて計算し、吸水率は水中に24時間浸漬した後の「表面乾燥」サンプルの重量増加から求めた。 Table C below summarizes the test results for aggregates containing different proportions of SS and WG fired at different temperatures (increased by 10 ° C.). The data is an average of 4 values for 100% sewage sludge and an average of 2 values for all WG containing samples. The data is plotted in the graph of FIG. The relative dry density of the calcined aggregate was calculated using Archimedes' method, and the water absorption was determined from the weight increase of the “surface dried” sample after being immersed in water for 24 hours.

以上説明したように、混合物中のWGの量が増えると、WGの量の増加に伴う下水汚泥の化学組成および鉱物学が変わったために、サンプルの初期軟化、最大緻密化および完全もしくはほぼ完全溶融の間の温度間隔が広くなった。得られた混合物中に存在するシリカの濃度上昇のために、WG増加に伴って、最大緻密化が起こる温度が高くなることも認められた。例えば、100%サンプルXのSSは、約960℃の最大緻密化温度を有する。60%SS/40%WGの割合でのサンプルXのSSおよびWGの混合物は、1030℃の最大緻密化温度を有し、40%SS/60%WGの割合では最大緻密化温度は1060℃である。   As explained above, as the amount of WG in the mixture increases, the chemical composition and mineralogy of the sewage sludge change with the increase in the amount of WG, so that the initial softening, maximum densification and complete or almost complete melting of the sample. The temperature interval between became wide. It was also observed that the temperature at which maximum densification occurs increases with increasing WG due to the increased concentration of silica present in the resulting mixture. For example, the SS of 100% Sample X has a maximum densification temperature of about 960 ° C. The mixture of sample X SS and WG at a ratio of 60% SS / 40% WG has a maximum densification temperature of 1030 ° C., and at a ratio of 40% SS / 60% WG, the maximum densification temperature is 1060 ° C. is there.

しかしながら、SSへのWGの組み込みは、他のLCSAMの組み込みほど、ペレットが焼結する温度範囲を広くする上では有効ではないことが認められている。例えば、100%SSは約930℃〜約940℃の温度範囲(10℃)で焼結して約1.4g/cm〜約1.8g/cmの軽量骨材を形成するが、60%SS/40%WGは約970℃〜約1000℃の温度(30〜約35℃)で焼結して、その密度範囲での骨材を形成する。この温度範囲は、骨材密度範囲については40%SS/60%WGペレットのものと同様である。これは、融剤として作用する、WG中に存在する高濃度の酸化ナトリウムおよびカルシウムの存在によるものであると考えられている。融剤および溶融ガラスが低粘度溶融物を生じ、他の低カルシウムケイ素アルミニウム材料より密度が高く、多孔率が低い製造物を与えるとも考えられている。

Figure 2008538347
However, it has been recognized that the incorporation of WG into SS is not as effective in widening the temperature range at which the pellets sinter as other LCSAM incorporations. For example, 100% SS is sintered at a temperature range of about 930 ° C. to about 940 ° C. (10 ° C.) to form a lightweight aggregate of about 1.4 g / cm 3 to about 1.8 g / cm 3. % SS / 40% WG is sintered at a temperature of about 970 ° C. to about 1000 ° C. (30 to about 35 ° C.) to form an aggregate in that density range. This temperature range is similar to that of the 40% SS / 60% WG pellet for the aggregate density range. This is believed to be due to the presence of high concentrations of sodium oxide and calcium present in the WG acting as a flux. It is also believed that the flux and molten glass produce a low viscosity melt, giving the product a higher density and lower porosity than other low calcium silicon aluminum materials.
Figure 2008538347

図9および表Cで明らかなように、所定の組み合わせのSSおよびWGに関して、温度を用いて、焼結生産物の密度および他の特徴を求めることができる。例えば、SS/WGの40%/60%混合物では、1000℃での焼結によって、密度が約1.4g/cmであるLWAが得られ、1060℃での同じ混合物の焼結によって、密度が約2.6g/cmである通常重量骨材が得られる。 As can be seen in FIG. 9 and Table C, for a given combination of SS and WG, the temperature can be used to determine the density and other characteristics of the sintered product. For example, for a 40% / 60% mixture of SS / WG, sintering at 1000 ° C. yielded LWA with a density of about 1.4 g / cm 3 , and sintering of the same mixture at 1060 ° C. resulted in density A normal-weight aggregate with a weight of about 2.6 g / cm 3 is obtained.

表Cには、各種骨材の吸水率に対するWG添加の効果も示してある。最大緻密化の温度より低い温度で生産されるLWAは、代表的にはある程度の多孔性を有する。最大緻密化に近くなるにつれて、孔が溶融材料によって充填されることから、孔の大きさおよび数が徐々に低下してゼロとなる。多量のSSを含む骨材は、温度とともに吸水能力に急速な低下を示し、高WG骨材は温度とともにより緩やかな吸水率低下を示す。100%WG骨材は、蒸発によって生じる孔を充填する溶融ガラスのために、調べた全ての温度で他の全ての混合物よりかなり低い吸水率を有している。   Table C also shows the effect of adding WG on the water absorption of various aggregates. LWA produced at temperatures below the maximum densification temperature typically has some degree of porosity. As the maximum densification is approached, the pores are filled with molten material, so the size and number of pores gradually decreases to zero. Aggregates containing a large amount of SS show a rapid decrease in water absorption capacity with temperature, and high WG aggregates show a more gradual decrease in water absorption with temperature. 100% WG aggregate has a much lower water absorption than all other mixtures at all temperatures investigated because of the molten glass filling the pores created by evaporation.

下記の表Dは、指定の焼成処理温度での特定のSSおよびWGの混合物について、骨材破砕値(「ACV」)をパーセントとしてまとめたものである。ACVは、各種割合のWG/SSについて3種類の異なる温度で提供されている。ACVは、骨材強度に対して反比例している。選択された温度は、比較のため、異なる製造物特性および異なる微細構造を生じるものとした。各組み合わせでの相対的に低い温度では、本発明の好ましい実施形態に従って、焼結LWAを製造した。中間温度では、本発明の一実施形態に従って、良好に焼結またはガラス化した通常重量骨材が得られ、残留孔がわずかにあった。相対的に高い温度では、やはり本発明の一実施形態に従ってガラス化LWAが得られた。

Figure 2008538347
Table D below summarizes the aggregate crush value ("ACV") as a percentage for a particular SS and WG mixture at the specified firing temperature. ACV is offered at three different temperatures for various percentages of WG / SS. ACV is inversely proportional to aggregate strength. The selected temperature was to produce different product properties and different microstructures for comparison. At relatively low temperatures in each combination, sintered LWA was produced according to a preferred embodiment of the present invention. At intermediate temperatures, a well-sintered or vitrified normal weight aggregate was obtained according to one embodiment of the present invention with few residual pores. At relatively high temperatures, vitrified LWA was also obtained according to one embodiment of the present invention.
Figure 2008538347

ACVは相対的に低く、骨材の強度は最大緻密化の温度では相対的に高かった(中間温度)。その温度以下では、密度は相対的に低く、ACVは相対的に高く、個々の骨材またはバルク骨材の強度は相対的に低かった。その温度(中間温度)より高いと、サンプル溶融増加のために、密度および骨材強度が低下するにつれてACVが増加し始めた。骨材強度は、温度上昇に伴って骨材密度の同じ傾向を示し、予想通り、最大値まで上昇してから低下する。本発明の実施形態による表Dに示した温度で40%SSおよび60%WGを含むLWAも、下記に示したように、約34%のACVを有する市販の軽量骨材LYTAGより低いACVおよび高い強度を有する。   The ACV was relatively low and the strength of the aggregate was relatively high at the maximum densification temperature (intermediate temperature). Below that temperature, the density was relatively low, the ACV was relatively high, and the strength of the individual aggregate or bulk aggregate was relatively low. Above that temperature (intermediate temperature), ACV began to increase as density and aggregate strength decreased due to increased sample melting. Aggregate strength shows the same tendency of aggregate density with increasing temperature and, as expected, increases and then decreases. LWA comprising 40% SS and 60% WG at the temperatures shown in Table D according to an embodiment of the present invention is also lower ACV and higher than commercially available lightweight aggregate LYTAG with about 34% ACV, as shown below Has strength.

図9ならびに表CおよびDに示した焼成処理骨材の特性に対する焼成処理温度およびWG添加の効果に基づくと、1000℃〜1100℃の温度範囲で焼結し、約1.4g/cm〜約2.6g/cmの密度を有する骨材を与えた40%SS/60%WG混合物が好ましい。そのような骨材を、コンクリートにおける通常重量およびLWAとしての用途などの広範囲の用途で用いることができる。この組み合わせは100℃の最も広い温度範囲で焼結して、骨材を形成する。従って、焼結および他の焼成処理時のこの混合物の挙動ならびに得られた骨材の最終特性は、100%SSを含む骨材の場合より容易に制御可能である。この組み合わせの骨材の低い吸水率は、溶融ガラスが原因である。 9 and Based on the calcination treatment temperature and WG effect of the addition on the properties of the calcined bone material shown in Tables C and D, and sintered at a temperature range of 1000 ° C. C. to 1100 ° C., about 1.4 g / cm 3 ~ A 40% SS / 60% WG mixture provided with an aggregate having a density of about 2.6 g / cm 3 is preferred. Such aggregates can be used in a wide range of applications, such as normal weight in concrete and use as LWA. This combination sinters at the widest temperature range of 100 ° C. to form the aggregate. Thus, the behavior of this mixture during sintering and other firing treatments and the final properties of the resulting aggregate are more easily controllable than with aggregates containing 100% SS. The low water absorption of this combination aggregate is due to the molten glass.

表Eには、3つの特定温度での40%SS/60%WG混合物からの骨材の一部の物性(表Cからの相対乾燥密度および吸水率ならびにかさ密度)および機械特性(表DからのACV)をまとめたものである。市販の骨材LYTAG(焼結PFA)およびOPTIROC(膨張粘土)の相当する特性も表Eに示してある。個々の骨材特性は20の測定値の平均値であり、バルク骨材特性は2つの測定値の平均である。

Figure 2008538347
Table E shows some physical properties (relative dry density and water absorption and bulk density from Table C) and mechanical properties (from Table D) of a 40% SS / 60% WG mixture at three specific temperatures. ACV). The corresponding properties of commercially available aggregates LYTAG (sintered PFA) and OPTIROC (expanded clay) are also shown in Table E. Individual aggregate properties are the average of 20 measurements, and bulk aggregate properties are the average of the two measurements.
Figure 2008538347

LYTAGと1000℃で焼結したSS/WGの40%/60%混合物を含む骨材の特性の比較から、WG含有骨材がLYTAGのものに匹敵する個々およびバルクの骨材密度、それより高い吸水率および有意に低いACVを有していたことがわかり、それが圧縮下に負荷された場合にバルクとしてより高い応力に耐え得ることがわかる。OPTIROCは、非常に低い密度、相対的に低い吸水率および非常に低い強度を有する。これは、OPTIROCが高容量の分離した球形孔を有するハチの巣状の微細構造を有することから予想されるものである。   From a comparison of the properties of aggregates containing 40% / 60% SS / WG blends sintered at 1000 ° C with LYTAG, WG-containing aggregates have individual and bulk aggregate densities comparable to those of LYTAG, higher It can be seen that it had a water absorption rate and a significantly lower ACV, and that it could withstand higher stress as a bulk when loaded under compression. OPTIROC has very low density, relatively low water absorption and very low strength. This is expected because OPTIROC has a honeycomb-like microstructure with a high volume of isolated spherical holes.

実施例2
本実施例では、高カルシウムSSサンプルXおよびYならびにグループB、LCSAM(2.61%酸化カルシウム(CaO))である花崗岩切断残留物(「GSR」)を含有させて合成骨材を製造した。これらの実験で用いたSSサンプルおよびGSRの平均化学組成を、下記の表Fに示してある。実施例1で用いたものと同じ装置を、本実施では用いた。

Figure 2008538347
Example 2
In this example, high calcium SS samples X and Y and Group B, granite cutting residue (“GSR”), which is LCSAM (2.61% calcium oxide (CaO)), were included to produce synthetic aggregates. The average chemical composition of the SS samples and GSR used in these experiments is shown in Table F below. The same apparatus as that used in Example 1 was used in this example.
Figure 2008538347

SSサンプルXおよびYおよびGSRについて、上記で記載し、図6に示した加工を行った。250メッシュの篩(63ミクロン)を通したGSRを乾燥汚泥粉末に加えてから、混合物をペレット化し、焼成処理した。   SS samples X and Y and GSR were processed as described above and shown in FIG. GSR through a 250 mesh sieve (63 microns) was added to the dried sludge powder and the mixture was pelletized and calcined.

篩処理して63ミクロン未満としたGSR粉末を、100%/0%、80%/20%、60%/40%および40%/60%(SS/GSR)という特定の割合でSS粉末に加えた。上記のように、混合物の稠度がペレット化を可能とするものとなるまで、バッチミキサーにて混合物に水を加えた(得られた混合物の総乾燥重基準で35%以下)。混合物を回転ドラムに送り、ドラム末端で回収したペレットを4mmおよび9.5mmの篩で篩い分けした。そのペレットをPFAでコーティングし(散布によって)、約110℃の乾燥機で終夜乾燥させた。次に、得られたグリーンペレットをロータリーキルン中にて約10〜約12分間焼結させた。SSサンプルXおよびGSRダストから形成されたペレットを90℃〜1150℃の温度で焼成し、SSサンプルYおよびGSRから形成したペレットを90℃〜110℃の温度で焼成した。 Add GSR powder to less than 63 microns through sieving to SS powder at specific ratios of 100% / 0%, 80% / 20%, 60% / 40% and 40% / 60% (SS / GSR) It was. As described above, water was added to the mixture in a batch mixer until the consistency of the mixture allowed pelletization (35% or less based on the total dry weight of the resulting mixture). The mixture was fed to a rotating drum and the pellets collected at the end of the drum were screened with 4 mm and 9.5 mm sieves. The pellets were coated with PFA (by spraying) and dried overnight in a dryer at about 110 ° C. The resulting green pellets were then sintered in a rotary kiln for about 10 to about 12 minutes. SS Sample X and pellets formed from GSR dust fired at a temperature of 9 7 0 ℃ ~1150 ℃, firing the pellets formed from the SS sample Y and GSR at 9 7 0 ℃ ~11 4 0 ℃ temperature.

結果
下記の表G〜Hは、上記の方法によって形成された骨材の物性および機械特性をまとめたものである。
Results Tables G to H below summarize the physical properties and mechanical properties of the aggregates formed by the above methods.

骨材の相対乾燥密度および吸水率を、実施例1に記載の方法に従って求めた。本実施例では、2枚の平行なプレート間で個々の骨材に破壊まで負荷を加えることによって、圧縮強度を計算した。応力解析から、1個の球を直径に関して反対の2ヶ所でこのように調べると、その球の圧縮強度σは下記の等式によって与えられることが明らかになっている。

Figure 2008538347
The relative dry density and water absorption of the aggregate were determined according to the method described in Example 1. In this example, compressive strength was calculated by applying a load to each individual aggregate between two parallel plates until failure. From the stress analysis, it is clear that when one sphere is examined in this way at two opposite positions with respect to diameter, the compressive strength σ of the sphere is given by the following equation:
Figure 2008538347

式中、「IACS」=個々の骨材破砕強度、d=球直径(mm)およびP=破壊負荷(N)である。各温度で作製した少なくとも12個の骨材について行った試験から、圧縮強度の平均値を計算した。骨材が破壊するまで、圧縮試験装置によって負荷を加えた。装置のダイヤルゲージが、破壊を起こす負荷を示す読み取り値を与える。下記の等式:負荷(ポンド)=550.95(読み取り値)−1620.7;負荷(kg)=負荷(ポンド)/2.205)によって、読み取り値から負荷を計算した。   Where “IACS” = individual aggregate crush strength, d = sphere diameter (mm) and P = break load (N). The average compressive strength was calculated from tests performed on at least 12 aggregates made at each temperature. The load was applied by a compression tester until the aggregate broke down. The instrument's dial gauge provides a reading that indicates the load causing the failure. The load was calculated from the reading by the following equation: Load (pound) = 550.95 (reading) -1620.7; Load (kg) = Load (pound) /2.205).

下記の表Gは、2つのサンプルXおよびYについての、異なる温度での各種割合のSSおよびGSRを含む骨材に関する試験結果をまとめたものである。データは、サンプルXおよびYのそれぞれについて、図1および図10のグラフにプロットしてある。表Gには、指定の焼結温度での特定のSSおよびGSR混合物に関してのIACS結果もまとめてある。上記で記載のように、混合物中のLCSAM(本例ではGSR)濃度が高くなると、GSRダストによる下水汚泥の化学組成および鉱物学の変化のために、サンプルの初期軟化、最大緻密化ならびに完全もしくはほぼ完全溶融の間の温度間隔が広くなった。

Figure 2008538347
Table G below summarizes test results for aggregates containing various proportions of SS and GSR at different temperatures for the two samples X and Y. Data is plotted in the graphs of FIGS. 1 and 10 for samples X and Y, respectively. Table G also summarizes the IACS results for specific SS and GSR mixtures at specified sintering temperatures. As described above, when the concentration of LCSAM (GSR in this example) in the mixture increases, the initial softening, maximum densification, and complete or completeness of the sample due to changes in sewage sludge chemical composition and mineralogy due to GSR dust. The temperature interval between almost complete melting was widened.
Figure 2008538347

高濃度のSS、詳細にはサンプルXを含む混合物からの骨材の吸水率は、温度上昇に伴って急速に低下するが、相対的に多量のGSRとの混合物からの骨材では温度に伴う吸水率低下はさらに緩やかである。IACSは、予想通り、密度と同様の傾向を示し、最大緻密化の温度まで上昇し、それより高い温度では低下する。温度上昇に伴う骨材強度の上昇は、100%SS混合物からの骨材では急速であり、GSR量が上昇するにつれてより緩やかになる。   Aggregate water absorption from mixtures containing high concentrations of SS, specifically sample X, decreases rapidly with increasing temperature, but aggregates from mixtures with relatively large amounts of GSR are associated with temperature. The decrease in water absorption is more gradual. As expected, IACS shows a trend similar to density, rising to the temperature of maximum densification and decreasing at higher temperatures. The increase in aggregate strength with increasing temperature is rapid for aggregates from a 100% SS mixture and becomes more moderate as the amount of GSR increases.

これらの結果に基づくと、コンクリートでのLWAなどの広範囲の用途で用いることができる焼結生産物を製造する上で好ましいSS/GSR混合物は、サンプルXおよびYの両方について、40%/60%のSS/GSR混合物である。GSRを含むSSの混合物から製造される骨材は、SS単独の場合より広い温度範囲で焼結することから、骨材の焼結時の挙動および最終特性を容易に制御することができる。40%/60%SS/GSR混合物は、例えばサンプルXの場合には、1000℃〜100℃の温度範囲で焼結して、密度が2.0g/cm未満であるLWAを形成した。所望の特性および特徴(多孔率、密度、強度)を有する骨材を、より容易に製造することができる。 Based on these results, the preferred SS / GSR mixture for producing sintered products that can be used in a wide range of applications such as LWA in concrete is 40% / 60% for both samples X and Y. SS / GSR mixture. Aggregate produced from a mixture of SS containing GSR is sintered in a wider temperature range than SS alone, so that the behavior and final properties of the aggregate can be easily controlled. 40% / 60% SS / GSR mixture, for example in the case of the sample X is sintered at a temperature range of 1000 ℃ ~10 8 0 ℃, density to form a LWA is less than 2.0 g / cm 3 . Aggregates having the desired properties and characteristics (porosity, density, strength) can be more easily produced.

図1および10ならびに表Gから明らかなように、温度の制御によって、SSの特徴および組成が既知である場合に、所定の組合せのSSおよびGSRについて、所定の密度および他の特徴を有する骨材を製造することができる。例えば、サンプル、すなわちSS/GSRの40%/60%混合物を用いると、1000℃での焼結によって、約1.4〜約1.5g/cmの密度を有するLWAが得られ、約1110℃での焼結によって、約2.5g/cmの密度を有する通常重量骨材が得られた。 As apparent from FIGS. 1 and 10 and Table G, aggregates having a predetermined density and other characteristics for a given combination of SS and GSR when the characteristics and composition of the SS are known by temperature control. Can be manufactured. For example, using Sample X , a 40% / 60% mixture of SS / GSR, sintering at 1000 ° C. yields an LWA having a density of about 1.4 to about 1.5 g / cm 3 and about Sintering at 1110 ° C. resulted in a normal weight aggregate having a density of about 2.5 g / cm 3 .

表Hには、LYTAG骨材の相当する特性とともに、4つの異なる温度でのサンプルYのSS/GSRの40%/60%混合物からの焼結骨材の物性(相対乾燥およびかさ密度、吸水率)および機械特性(ACV)をまとめてある。最大緻密化の温度以下の温度で製造された骨材は、2.0g/cm未満の密度、相対的に低い吸水率および高い強度を有していた。従ってそれは、軽量コンクリートでの使用に非常に適したものであった。LYTAGは、これらの骨材より低い相対密度および骨材強度を有していた。

Figure 2008538347
Table H shows the physical properties (relative dryness and bulk density, water absorption rate) of the 40% / 60% SS / GSR mixture of sample Y at four different temperatures, along with the corresponding properties of LYTAG aggregate. ) And mechanical properties (ACV). Aggregates produced at temperatures below the maximum densification temperature had a density of less than 2.0 g / cm 3 , relatively low water absorption and high strength. It was therefore very suitable for use with lightweight concrete. LYTAG had a lower relative density and aggregate strength than these aggregates.
Figure 2008538347

実施例3
本実施例では、サンプルYのSS、中等度に高いカルシウムのSS(酸化カルシウム(CaO)12.12%)およびLCSAM(酸化カルシウム(CaO)1.82%)である粘板岩を含む焼成処理骨材を製造した。これらの実験で用いたサンプルYのSSおよび粘板岩の平均化学分析を、下記の表Iに示してある。これらの実験では、下水汚泥サンプルYを用いた。実施例1で用いたものと同じ装置を、ここで用いている。

Figure 2008538347
Example 3
In this example, the calcined aggregate containing slate that is SS of sample Y, moderately high calcium SS (calcium oxide (CaO) 12.12%) and LCSAM (calcium oxide (CaO) 1.82%) Manufactured. The average chemical analysis of sample Y SS and slate used in these experiments is shown in Table I below. In these experiments, sewage sludge sample Y was used. The same equipment used in Example 1 is used here.
Figure 2008538347

粘板岩について、図6に記載され、前記の実施例でより詳細に記載された加工を行った。   The slate was processed as described in FIG. 6 and described in more detail in the previous examples.

下水汚泥を110℃で24時間乾燥させてから、固体ケーキを粉砕して微粉末とした。粘板岩を、100%/0%、80%/20%、60%/40%および40%/60%(SS/粘板岩)という特定の割合で下水汚泥粉末に加えた。バッチミキサーで水を混合物に加えて(得られた混合物の乾燥総重量基準で45%以下)、ペレット化用の粘土様混合物を形成した。粘板岩が微細な粒径分布を有することから、それをSS粉末と直接混合した。SSとともにさらなる加工を行う前に、粘板岩を粉砕して微細な大きさとする必要がある場合がある。得られたグリーンペレットは、4mm〜9.5mmの範囲のものであった。粘板岩を含むペレットを、粘板岩粉末でコーティングし、110℃で乾燥させ、上記のロータリーキルンに送った。得られたペレットを90〜1210℃の温度で約10〜12分間焼成してから、キルンから排出し、放冷して室温とした。 The sewage sludge was dried at 110 ° C. for 24 hours, and then the solid cake was pulverized into a fine powder. Slate was added to the sewage sludge powder in specific proportions of 100% / 0%, 80% / 20%, 60% / 40% and 40% / 60% (SS / slate). Water was added to the mixture in a batch mixer (less than 45% based on the total dry weight of the resulting mixture) to form a clay-like mixture for pelleting. Because slate has a fine particle size distribution, it was mixed directly with SS powder. Before further processing with SS, the slate may need to be crushed to a fine size. The obtained green pellets were in the range of 4 mm to 9.5 mm. Pellets containing slate were coated with slate powder, dried at 110 ° C. and sent to the rotary kiln. The resulting pellet after firing about 10-12 minutes at a temperature of 9 7 0~1 21 0 ℃, discharged from the kiln was allowed to cool to room temperature.

結果
下記の表J〜Kは、特定のSS/粘板岩混合物からの焼成処理骨材の物性および機械特性ならびに焼成処理温度をまとめたものである。焼成処理骨材の相対乾燥密度および吸水率を、実施例1に記載の方法に従って求めた。個々の骨材の圧縮強度も、骨材強度質量指数(「ASMI」)として下記のように定義した。

Figure 2008538347
Results Tables J-K below summarize the physical properties and mechanical properties of the fired aggregates from the specific SS / slate mixture and the firing temperature. The relative dry density and water absorption of the calcined aggregate were determined according to the method described in Example 1. The compressive strength of individual aggregates was also defined as the aggregate strength mass index (“ASMI”) as follows:
Figure 2008538347

式中、P=破壊負荷(kg)およびm=ペレットの質量(kg)。各焼成処理温度および異なる割合で製造した少なくとも12種類の骨材について実施した試験から、圧縮強度の平均値を計算した。Where P = fracture load (kg) and m = mass of pellet (kg). The average value of the compressive strength was calculated from tests conducted on at least 12 types of aggregates manufactured at each firing temperature and at different ratios.

表Jには、物性結果(相対乾燥密度、吸水率)および機械特性(ASMI)をまとめてある。そのデータは、図11のグラフ上にプロットしてある。上記で説明したように、混合物中の粘板岩濃度が上昇すると、粘板岩によるSSの化学組成および鉱物学の変化のために、サンプルの初期軟化、最大緻密化および融点の間の温度間隔が広くなった。

Figure 2008538347
Table J summarizes the physical property results (relative dry density, water absorption) and mechanical properties ( ASMI). The data is plotted on the graph of FIG. As explained above, increasing the slate concentration in the mixture resulted in a wider temperature interval between the initial softening, maximum densification and melting point of the sample due to SS chemical composition and mineralogy changes due to slate . .
Figure 2008538347

高濃度のSSを含む混合物からのペレットの吸水率は、温度上昇に伴ってより急速に低下するが、多量の粘板岩を含む混合物からのペレットは温度に伴ってより緩やかな吸水率低下を示す。IACSおよびASMIは、予想通り密度と同様の傾向を示し、最大緻密化の温度まで上昇し、それより高い温度では低下する。温度上昇に伴う骨材強度上昇は、100%SS混合物からのペレットの場合はより急速であり、混合物中の粘板岩の量の増加に伴ってより緩やかになる。 The water absorption of pellets from a mixture containing a high concentration of SS decreases more rapidly with increasing temperature, while the pellets from a mixture containing a large amount of slate show a slower decrease in water absorption with temperature. IACS and ASMI show a trend similar to density as expected, rising to the temperature of maximum densification and decreasing at higher temperatures. The increase in aggregate strength with increasing temperature is more rapid for the pellets from the 100% SS mixture and becomes more moderate with increasing amount of slate in the mixture.

焼結骨材の特性に対する温度および粘板岩添加の効果に基づくと、密度が約1.6g/cm〜約2.4g/cmとなった、100℃〜1160℃の範囲の温度で焼結した40%/60%サンプルYのSS/粘板岩混合物が好ましい。焼結時のこの混合物の挙動および得られた焼結LWAの最終特性は、100%サンプルYのSSならびにSSおよび粘板岩の他の組合せより容易に制御することができ、製造がより容易になる。これらの実験で用いたものより低い温度でSS/粘板岩ペレットを加工することで、より低い密度およびより高い吸水率を有する骨材も製造することができる。 Based on the temperature and the effect of slate addition on the properties of the sintered aggregate, the density was about 1.6 g / cm 3 to about 2.4 g / cm 3 at temperatures ranging from 10 80 ° C. to 1160 ° C. A sintered 40% / 60% sample Y SS / slate mixture is preferred. The behavior of this mixture during sintering and the final properties of the resulting sintered LWA can be more easily controlled and made easier than SS of 100% sample Y and other combinations of SS and slate. By processing SS / slate pellets at lower temperatures than those used in these experiments, aggregates with lower density and higher water absorption can also be produced.

表Kには、LYTAG骨材の物性をまとめてある。

Figure 2008538347
Table K summarizes the physical properties of the LYTAG aggregate .
Figure 2008538347

および図11によって示したように、温度を制御することで、SSおよび粘板岩の所定の組合せについて、所定の密度および他の特徴を有する骨材を製造することができる。必要とされる骨材特性に従って、この組合せから、LYTAGに匹敵するかそれに勝る特性を有する軽量骨材を製造することができる。 As shown by Table J and FIG. 11, by controlling the temperature, an aggregate having a predetermined density and other characteristics can be produced for a predetermined combination of SS and slate. Depending on the aggregate properties required, this combination can produce lightweight aggregates with properties comparable to or better than LYTAG.

表Lには、SSおよび粘板岩の混合物から得られる焼成処理骨材の挙動をまとめてある。骨材が焼成処理される温度範囲、相当する密度、吸水率およびASMI範囲、ならびに異なる種類および割合の粘板岩/下水汚泥についての最大緻密化温度を示してある。

Figure 2008538347
Table L summarizes the behavior of calcined aggregates obtained from a mixture of SS and slate. The temperature range at which the aggregate is fired, the corresponding density, water absorption and ASMI range, and the maximum densification temperature for different types and proportions of slate / sewage sludge are shown.
Figure 2008538347

実施例4
本実施例では、サンプルZ、低カルシウムSS(酸化カルシウム(CaO)3.20%)およびセメントキルンダスト(「CKD」)、グループAのHCSAM(酸化カルシウム(CaO)63.6%)を含む合成骨材を製造した。これらの実験で用いたCKDの平均化学組成を、下記の表Mに示してある。

Figure 2008538347
Example 4
In this example, a synthesis comprising sample Z, low calcium SS (calcium oxide (CaO) 3.20%) and cement kiln dust (“CKD”), Group A HCSAM (calcium oxide (CaO) 63.6%). Aggregates were manufactured. The average chemical composition of CKD used in these experiments is shown in Table M below.
Figure 2008538347

サンプルZのSSおよびCKDについて、上述し、図6に示した加工を行った。SSを110℃で24時間乾燥させ、粉砕して微粉末とした。微細な粒径分布を有するCKD(粒子体積の95%(d95)が45ミクロンより微細)を乾燥SS粉末に加えてから、混合物をペレット化し、焼成処理した。 The SS and CKD of sample Z were processed as described above and shown in FIG. SS was dried at 110 ° C. for 24 hours and pulverized to a fine powder. CKD having a fine particle size distribution (95% of the particle volume (d 95 ) finer than 45 microns) was added to the dry SS powder, and then the mixture was pelletized and calcined.

100%/0%、95/5%および90%/10%(SS/CKD)という特定の割合で、CKDをSS粉末に加えた。混合物の稠度がペレット化を可能とするものとなるまで、バッチミキサーで、粉末を水(得られた混合物の総乾燥重量基準で35%以下)と混合した。混合物を回転ドラムに送り、ドラム末端でペレットを回収し、4mmおよび9.5mm篩で篩い分けした。ペレットをCKDでコーティングし、約110℃の乾燥機で終夜乾燥した。得られたグリーンペレットを、940℃〜1110℃の温度で約10〜約12分間にわたってロータリーキルンで焼成処理した CKD was added to the SS powder in specific proportions of 100% / 0%, 95/5% and 90% / 10% (SS / CKD). The powder was mixed with water (below 35% based on the total dry weight of the resulting mixture) in a batch mixer until the consistency of the mixture allowed pelletization. The mixture was fed to a rotating drum and pellets were collected at the end of the drum and sieved with 4 mm and 9.5 mm sieves. The pellets were coated with CKD and dried overnight in a dryer at about 110 ° C. The obtained green pellets were fired in a rotary kiln at a temperature of 940 ° C. to 1110 ° C. for about 10 to about 12 minutes .

結果
下記の表N〜Oに、上記の方法によって形成された骨材の物性および機械特性をまとめてある。骨材の相対乾燥密度、吸水率およびASMIを、上記実施例に記載の方法に従って求めた。
Results Tables N-O below summarize the physical and mechanical properties of the aggregates formed by the above methods. The relative dry density, water absorption and ASMI of the aggregate were determined according to the methods described in the above examples.

下記の表Nには、異なる温度で焼結した異なる割合のSSおよびCKDを含む骨材についての試験結果をまとめてある。そのデータは、図2のグラフにプロットしてある。表Oには、物性結果(表Nからの相対乾燥密度、および吸水率)および機械特性(表NからのASMI)をまとめてある。混合物中のCKD濃度を上昇させることで、初期混合物の組成が変化することによって、焼成処理温度範囲は若干狭くなった。CKDはそのような高カルシウム含有量を有することから、溶融物の移動性を高め、混合物のペレットの緻密化を高める上で必要な量はごくわずかとなった。

Figure 2008538347
Table N below summarizes the test results for aggregates containing different proportions of SS and CKD sintered at different temperatures. The data is plotted in the graph of FIG. Table O summarizes the physical property results (relative dry density and water absorption from Table N) and mechanical properties (ASMI from Table N). By increasing the CKD concentration in the mixture, the composition of the initial mixture was changed, so that the firing temperature range was slightly narrowed. Since CKD has such a high calcium content, the amount needed to increase the mobility of the melt and the densification of the pellets of the mixture was negligible.
Figure 2008538347

混合物中の融剤の量が相対的に低いことで得られるより高い密度のために、高濃度のSSの混合物からの骨材の吸水率は相対的に低い。ASMIは予想通り、密度と同様の傾向を示し、最大緻密化の温度まで上昇し、それより高い温度では低下する。これら実施例で用いられるサンプルZより低い酸化カルシウム濃度を有するSSサンプルでCKDを加えることは、本実施例で示したより重要であると予想され、所望の骨材組成を得るには、相対的に高濃度のCKDをSSに加える必要があると考えられる。   Due to the higher density obtained by the relatively low amount of flux in the mixture, the aggregate water absorption from the high concentration SS mixture is relatively low. As expected, ASMI shows a trend similar to density, rising to the maximum densification temperature and decreasing at higher temperatures. Adding CKD with SS samples having a lower calcium oxide concentration than the sample Z used in these examples is expected to be more important than shown in this example, and in order to obtain the desired aggregate composition, It is believed that a high concentration of CKD needs to be added to the SS.

焼結骨材の特性に対する温度およびCKD添加の効果に基づくと、密度が約1.4g/cm〜約2.0g/cmであるペレットが製造された940℃〜1090℃の範囲の温度で焼結された90%/10%サンプルZのSS/CKD混合物が好ましい。そのような骨材は、コンクリート中の軽量骨材としての用途を含む広範囲の用途で用いることができる。しかしながら、本実施例で使用されるサンプルZのSSの場合、最初のSSがすでに組成中に酸化カルシウムなどの少量の融剤を含むことから、95%/5%SS/CKD混合物であっても、骨材製造用に選択することができる。SS/CKD混合物からの骨材を本実施例で用いたものより低い温度で焼成する場合には、相対的に低い密度および相対的に高い吸水率を有する骨材を製造することができる。材料中における融剤の存在は、粒子の充填および緻密化をさらに高めることで、融剤を含まない材料からの焼成処理骨材に勝る特性を有する骨材を与えると考えられている。 Based on the temperature on the properties of the sintered aggregate and the effect of CKD addition, temperatures in the range of 940 ° C. to 1090 ° C., where pellets with a density of about 1.4 g / cm 3 to about 2.0 g / cm 3 were produced. An SS / CKD mixture of 90% / 10% sample Z sintered with Such aggregates can be used in a wide range of applications, including as a lightweight aggregate in concrete. However, in the case of sample Z SS used in this example, the initial SS already contains a small amount of fluxing agent such as calcium oxide in the composition, so even a 95% / 5% SS / CKD mixture. Can be selected for aggregate production. When the aggregate from the SS / CKD mixture is fired at a lower temperature than that used in this example, an aggregate having a relatively low density and a relatively high water absorption can be produced. The presence of the flux in the material is believed to provide an aggregate having properties superior to the fired aggregate from a material that does not contain the flux by further increasing the packing and densification of the particles.

表Oには、3つの特定温度でのSS/CKDの90%/10%混合物からの骨材のある種の物性および機械特性をまとめてある。

Figure 2008538347
Table O summarizes certain physical and mechanical properties of aggregates from a 90% / 10% mixture of SS / CKD at three specific temperatures.
Figure 2008538347

上記のように、焼成処理温度を制御することで、SSおよびCKDの所定の組み合わせについて、所定の密度および他の特徴を有する骨材の生産が可能となる。   As described above, by controlling the firing temperature, it is possible to produce an aggregate having a predetermined density and other characteristics for a predetermined combination of SS and CKD.

実施例5
本実施例では、下水汚泥(サンプルZ)および石灰石を含む合成骨材を製造した。これらの実験で用いる石灰石の平均化学組成を、下記の表Pに示してある。
Example 5
In this example, a synthetic aggregate containing sewage sludge (sample Z) and limestone was produced. The average chemical composition of limestone used in these experiments is shown in Table P below.

SS(サンプルZ)および石灰石粉末について、上記で説明し、図6に示したような加工を行った。SSを110℃で24時間乾燥させてから、固体ケーキを粉砕して微細粉末を得た。乾燥汚泥粉末に石灰石を加えてから、混合物をペレット化および焼成処理した。

Figure 2008538347
SS (sample Z) and limestone powder were described above and processed as shown in FIG. SS was dried at 110 ° C. for 24 hours, and then the solid cake was pulverized to obtain a fine powder. Limestone was added to the dried sludge powder and then the mixture was pelletized and fired.
Figure 2008538347

100%/0%、95/5%および90%/10%および80%/20%(SS/石灰石)の特定の割合で、石灰石をSS粉末に加えた。混合物の稠度がペレット化を可能なものとするまで、バッチミキサー中にて粉末を水と混合した(得られた混合物の総乾燥重量基準で32%以下)。混合物を回転ドラムに送り、ドラム末端で回収したペレットを4mmおよび9.5mmの篩で篩い分けした。ペレットを石灰石でコーティングし、次に約110℃の乾燥機で終夜乾燥させた。得られた緑色ペレットを、ロータリーキルン中、940℃〜1110℃の温度で約10〜約12分間焼成処理した。   Limestone was added to the SS powder in specific proportions of 100% / 0%, 95/5% and 90% / 10% and 80% / 20% (SS / limestone). The powder was mixed with water in a batch mixer until the consistency of the mixture was pelletizable (less than 32% based on the total dry weight of the resulting mixture). The mixture was fed to a rotating drum and the pellets collected at the end of the drum were screened with 4 mm and 9.5 mm sieves. The pellets were coated with limestone and then dried overnight in a dryer at about 110 ° C. The resulting green pellets were fired in a rotary kiln at a temperature of 940 ° C. to 1110 ° C. for about 10 to about 12 minutes.

結果
下記の表Q〜Rには、上記の方法によって形成した骨材の物性および機械特性をまとめてある。骨材の相対乾燥密度、吸水率およびASMIを、前記の実施例に記載の方法に従って求めた。
Results Tables Q to R below summarize the physical properties and mechanical properties of the aggregates formed by the above methods. The relative dry density, water absorption and ASMI of the aggregate were determined according to the methods described in the above examples.

下記の表Qには、異なる温度で焼結した異なる割合のSSおよび石灰石を含む焼結骨材についての試験結果をまとめてある。そのデータは、図12のグラフにプロットしてある。表Rには、特定の骨材の物性および機械特性をまとめてある。混合物中の石灰石濃度が上昇すると、骨材が焼成処理される温度範囲が若干狭くなった。

Figure 2008538347
Table Q below summarizes the test results for sintered aggregates containing different proportions of SS and limestone sintered at different temperatures. The data is plotted in the graph of FIG. Table R, summarizes the objects of our and mechanical properties of the particular aggregate. As the concentration of limestone in the mixture increased, the temperature range at which the aggregate was fired was slightly narrowed.
Figure 2008538347

混合物中の融剤の量が相対的に低いことで得られるより高い密度のために、高濃度の下水汚泥との混合物からの骨材の吸水率は相対的に低い。ASMIは予想通り、密度と同様の傾向を示す。   Due to the higher density obtained by the relatively low amount of flux in the mixture, the water absorption rate of the aggregate from the mixture with high concentrations of sewage sludge is relatively low. As expected, ASMI shows a trend similar to density.

本実施例で用いられるサンプルZより低い酸化カルシウム濃度を有するSSサンプルへの石灰石の添加は、本発明での場合より大きい効果を有することが予想される。焼結骨材の特性に対する温度および石灰石添加の効果に基づくと、通常重量または軽量骨材としての使用に関しては、密度が約1.6g/cm〜約2.4g/cmである骨材を与える、温度範囲940℃〜1090℃で焼成処理された90%/10%SS/石灰石混合物が好ましい。しかしながら、本実施例で使用されるSSサンプルの場合、最初のSSがすでに組成中に融剤である酸化カルシウムを若干量有することから、95%/5%SS/石灰石混合物であっても、骨材製造において好ましいものと考えられる。 The addition of limestone to an SS sample having a lower calcium oxide concentration than the sample Z used in this example is expected to have a greater effect than in the present invention. Based on the effect of temperature and limestone addition on the properties of sintered aggregate, an aggregate having a density of about 1.6 g / cm 3 to about 2.4 g / cm 3 for use as a normal weight or light weight aggregate give, 90% / 10% SS / limestone mixture calcined at a temperature range 940 ℃ ~1 09 0 ℃ is preferred. However, in the case of the SS sample used in this example, the initial SS already has some amount of calcium oxide as a flux in the composition, so even if it is a 95% / 5% SS / limestone mixture, It is considered preferable in the manufacture of materials.

表Rには、3つの特定温度でのSS/石灰石の90%/10%混合物からの骨材の一部の物性および機械特性をまとめてある。

Figure 2008538347
Table R summarizes some physical and mechanical properties of aggregates from 90% / 10% SS / limestone blends at three specific temperatures.
Figure 2008538347

実施例6
本実施例では、(サンプルZ)およびMSW焼却炉フライアッシュ(「IFA」)を含む合成骨材を製造した。これらの実験で使用される焼却炉フライアッシュの平均化学組成を下記の表Sに示してある。

Figure 2008538347
Example 6
In this example, a synthetic aggregate containing (Sample Z) and MSW incinerator fly ash (“IFA”) was produced. The average chemical composition of the incinerator fly ash used in these experiments is shown in Table S below.
Figure 2008538347

SS(サンプルZ)およびIFAについて、上記で記載され、図6に示した加工を行った。SSを110℃で24時間乾燥させてから、固体ケーキを粉砕して微細粉末を得た。乾燥SS粉末にIFAを加えてから、混合物をペレット化し、焼成処理した。   SS (Sample Z) and IFA were processed as described above and shown in FIG. SS was dried at 110 ° C. for 24 hours, and then the solid cake was pulverized to obtain a fine powder. After IFA was added to the dry SS powder, the mixture was pelletized and fired.

100%/0%、95/5%、および90%/10%および80%/20%(SS/IFA)という特定の割合で、IFAをSS粉末に加えた。混合物の稠度がペレット化を行えるようになるまで、バッチミキサーにて、粉末を水と混合した(得られた混合物の総乾燥重量基準で37%以下)。混合物を回転ドラムに送り、ペレットをドラム末端で回収し、4mmおよび9.5mm篩で篩い分けした。ペレットをフライアッシュでコーティングし、約110℃の乾燥機で終夜乾燥させた。得られたペレットを、ロータリーキルン中にて980℃〜1110℃の温度で約10〜約12分間焼成処理した。   IFA was added to the SS powder in specific proportions of 100% / 0%, 95/5%, and 90% / 10% and 80% / 20% (SS / IFA). The powder was mixed with water in a batch mixer until the consistency of the mixture could be pelletized (37% or less based on the total dry weight of the resulting mixture). The mixture was fed to a rotating drum and the pellets were collected at the end of the drum and sieved with 4 mm and 9.5 mm sieves. The pellets were coated with fly ash and dried overnight in a dryer at about 110 ° C. The obtained pellets were calcined in a rotary kiln at a temperature of 980 ° C. to 1110 ° C. for about 10 to about 12 minutes.

結果
下記の表T〜Uに、上記の方法によって形成された骨材の物性をまとめてある。そのデータを、図13のグラフ上にプロットしている。混合物中のIFA濃度が上昇することで、SSの化学組成および鉱物学が変わったために、サンプルの初期軟化、最大緻密化および溶融の間の温度間隔が若干狭くなった。

Figure 2008538347
The results in Table T~U below, summarizes the object of the aggregate formed by the above method. The data is plotted on the graph of FIG. Increasing the IFA concentration in the mixture changed the SS chemical composition and mineralogy, which slightly narrowed the temperature interval between initial softening, maximum densification and melting of the sample.
Figure 2008538347

骨材の特性に対する温度およびIFA添加の効果に基づくと、密度が1.5g/cm〜2.4g/cmである骨材を製造する上では、80%/20%SS/IFA混合物が好ましい。しかしながら、同じ焼成処理温度範囲での90%/10%SS/IFA混合物も好ましい。 Based on the effects of temperature and IFA addition on the properties of the aggregate, in terms of density producing aggregate is 1.5g / cm 3 ~2.4g / cm 3 is, 80% / 20% SS / IFA mixture preferable. However, a 90% / 10% SS / IFA mixture in the same calcination temperature range is also preferred.

表Uは、3つの特定温度でのSS/IFAの80%/20%混合物からの骨材のある種の物性をまとめたものである。

Figure 2008538347
Table U summarizes certain physical properties of aggregates from an 80% / 20% mixture of SS / IFA at three specific temperatures.
Figure 2008538347

実施例7
本実施例では、SS(サンプルZ)および粉砕高炉スラグ(「GGBS」)を含む合成骨材を製造した。これらの実験で用いたGBSの平均化学組成を、下記の表Vに示してある。

Figure 2008538347
Example 7
In this example, a synthetic aggregate containing SS (sample Z) and ground blast furnace slag (“G GB S”) was produced. The average chemical composition of GBS used in these experiments is shown in Table V below.
Figure 2008538347

SS(サンプルZ)およびGBSについて、上記で記載し、図6に示した加工を行った。SSを110℃で乾燥させてから、固体ケーキを粉砕して微細粉末とした。GGBSを乾燥汚泥粉末に加えてから、混合物をペレット化し、焼成処理した。 SS For (Sample Z) and G G BS, described above, was processed as shown in FIG. After drying SS at 110 ° C., the solid cake was pulverized into a fine powder. G GB S was added to the dried sludge powder, and then the mixture was pelletized and fired.

100%/0%、95/5%および90%/10%および80%/20%(SS/GBS)という特定の割合で、GBSを汚泥粉末に加えた。混合物の稠度がペレット化を可能なものとするまで、バッチミキサー中にて粉末を水と混合した(得られた混合物の総乾燥重量基準で35%以下)。混合物をペレット化し、そのペレットを4mmおよび9.5mmの篩で篩い分けした。ペレットをGBSでコーティングし、次に約110℃の乾燥機で終夜乾燥させた。得られたペレットを、ロータリーキルン中、970℃〜1110℃の温度で約10〜約12分間焼成処理した。 100% / 0%, in a specific ratio of 95/5% and 90% / 10% and 80% / 20% (SS / G G BS), was added G G BS sludge powder. The powder was mixed with water in a batch mixer until the consistency of the mixture was pelletizable (35% or less based on the total dry weight of the resulting mixture). The mixture was pelletized and the pellets were screened with 4 mm and 9.5 mm sieves. The pellets were coated with GG BS and then dried overnight in a dryer at about 110 ° C. The obtained pellets were fired in a rotary kiln at a temperature of 970 ° C. to 1110 ° C. for about 10 to about 12 minutes.

結果
下記の表W〜Xには、上記の方法によって形成した骨材の物性をまとめてある。下記の表Wには、異なる温度で焼成した異なる割合のSSおよびGBSを含む骨材についての試験結果をまとめてある。そのデータは、図14のグラフにプロットしてある。下水汚泥混合物中のGBS濃度上昇に関して、CKD、IFAおよび石灰石と同様の効果が認められた。

Figure 2008538347
Results Table W~X below, summarizes the object of the aggregate formed by the above method. Table W below summarizes the test results for aggregates containing different proportions of SS and GBS fired at different temperatures. The data is plotted in the graph of FIG. Similar effects to CKD, IFA and limestone were observed with respect to increased GBS concentrations in the sewage sludge mixture.
Figure 2008538347

製造される骨材の特性に対する温度およびGBS添加の効果に基づくと、980℃〜1110℃で焼結されて密度が約1.5g/cm〜約2.4g/cmの骨材を与える80%/20%SS/GBS混合物が好ましい。しかしながら、本実施例で用いられるSSサンプルZの場合、最初のSSがすでに組成中に酸化カルシウムなどの融剤成分を少量有していることから、90%/10%SS/GBS混合物であっても、骨材製造において有効となり得る。 Based on the effects of temperature and G G BS addition on the properties of the aggregate to be produced, 980 ℃ ~1110 aggregate density is sintered at ° C. of about 1.5 g / cm 3 ~ about 2.4 g / cm 3 An 80% / 20% SS / G G BS mixture that gives a However, in the case of SS sample Z used in this example, since the first SS already has a small amount of a flux component such as calcium oxide in the composition, it is 90% / 10% SS / G BS mixture. Even so, it can be effective in aggregate production.

表Xには、80%/20%SS/GBSペレットからの骨材の一部の物性をまとめてある。

Figure 2008538347
Table X summarizes some physical properties of aggregates from 80% / 20% SS / GG BS pellets.
Figure 2008538347

実施例8
本実施例では、低カルシウムケイ素アルミニウム材料である粉砕燃料灰およびロンドン粘土と、高カルシウムケイ素アルミニウム材料である高炉スラグ(「BFS」)および石灰廃棄物との混合物から、合成骨材を製造した。BFSを粉砕した。廃棄物ガラスも、低カルシウムケイ素アルミニウム材料または高カルシウムケイ素アルミニウム材料のいずれかとして混合物中で用いた。廃棄物ガラスの平均組成は、上記の実施例1に示したものである。PFAおよびGBSの重要な構成成分を、下記の表Z1に示してある。

Figure 2008538347
Example 8
In this embodiment, pulverized fuel ash and London clay is a low calcium silicon aluminum material, a mixture of a blast furnace slag Ru high calcium silicon aluminum material der ( "BF S") and lime waste, synthetic bone material Manufactured. BFS was ground. Waste glass was also used in the mixture as either a low calcium silicon aluminum material or a high calcium silicon aluminum material. The average composition of waste glass are those shown in Example 1 above follow. The important component of the PFA and G G BS, are shown in Table Z1 below.
Figure 2008538347

これらの材料は微細な粒径分布を有していたことから、粉砕することなく互いに直接混合した。粘土は、混合物の総重量の乾燥重基準で10%〜30%の範囲の割合で可塑性結合材として加えた。表Z2には、骨材製造で用いられる材料およびそれらの割合を示してあり、低カルシウムケイ素アルミニウム材料は材料1とし、高カルシウムケイ素アルミニウム材料は材料2としている。

Figure 2008538347
Since these materials had a fine particle size distribution, they were mixed directly with each other without grinding . Clay at a rate ranging from 10% to 30% by total weight of the dry weight of the mixture was added as a plastic binding material. Table Z2 shows the materials used in aggregate production and their proportions, where the low calcium silicon aluminum material is material 1 and the high calcium silicon aluminum material is material 2.
Figure 2008538347

これらの材料を上記の割合で混合し、上記実施例に記載の装置を用いて水を加えてペレット化した。次に、ペレットを約110℃の乾燥機で終夜乾燥させた。得られたペレットを、プロパンを燃料として用いる三つ葉クローバーのような形状を有するトレフォイル(Trefoil)ロータリーキルン中、約1000℃〜約1250℃の温度で約15〜約20分間にわたって焼成処理した。骨材を風冷した。 These materials were mixed in the above proportions, and pelletized by adding water using the apparatus described in the above examples. The pellets were then dried overnight in a dryer at about 110 ° C. The resulting pellets were calcined in a Trefoil rotary kiln having a three-leaf clover-like shape using propane as a fuel at a temperature of about 1000 ° C. to about 1250 ° C. for about 15 to about 20 minutes. The aggregate was air cooled.

その骨材は、キルンから取り出した時点で完全性を保持していた。それは、ほぼ球形もしくは若干角張った形状であり、混合物によっては色が異なった。例えば、多量のGBSを含む骨材は白色様に見えたが、多量のPFAを含む骨材は暗褐色であるように見えた。それらの骨材は、硬く平滑な表面を有しており、軽量であった。それらは、ランダムに破砕した時に、比較的硬い構造を有していた。 The aggregate retained integrity when removed from the kiln. It was almost spherical or slightly angular, and the color varied depending on the mixture. For example, although aggregates containing a large amount of G G BS looked white-like, aggregates containing a large amount of PFA appeared to be dark brown. These aggregates had a hard, smooth surface and were lightweight. They had a relatively hard structure when randomly crushed.

本明細書に記載の実施形態は、本発明の実施の例示である。添付の特許請求の範囲によって定義される本発明の精神および範囲から逸脱しない限りにおいて、これら実施例に対して変更を行うことが可能である。   The embodiments described herein are illustrative of the practice of the invention. Changes may be made to these examples without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims.

下水汚泥(サンプルX)ならびに本発明の一実施形態による下水汚泥および花崗岩切断残留物の混合物についての焼成処理温度(℃)に対する密度(g/cm)のグラフである。FIG. 4 is a graph of density (g / cm 3 ) versus calcination temperature (° C.) for a mixture of sewage sludge (Sample X) and sewage sludge and granite cutting residue according to one embodiment of the present invention. 下水汚泥および本発明の一実施形態による下水汚泥およびセメントキルンダストの混合物についての焼成処理温度(℃)に対する密度(g/cm)のグラフである。It is a graph of the density (g / cm < 3 >) with respect to the calcination process temperature (degreeC) about the mixture of the sewage sludge and the sewage sludge and cement kiln dust by one Embodiment of this invention. 本発明の方法によって製造される凝集体の一例の模式的断面図である。It is typical sectional drawing of an example of the aggregate manufactured by the method of this invention. 本発明の実施形態による焼結骨材の一例の模式的断面図である。It is typical sectional drawing of an example of the sintered aggregate by embodiment of this invention. 本発明の実施形態によるガラス化骨材の一例の模式的断面図である。It is typical sectional drawing of an example of the vitrification aggregate by embodiment of this invention. 本発明の一実施形態による骨材製造方法の一例である。It is an example of the aggregate manufacturing method by one Embodiment of this invention. 本発明の実施形態による焼結骨材の一例の写真である。It is a photograph of an example of the sintered aggregate by embodiment of this invention. 本発明の別の実施形態による別の骨材製造方法の一例である。It is an example of another aggregate manufacturing method by another embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態による下水汚泥ならびに下水汚泥および廃棄物ガラスの混合物についての焼成処理温度(℃)に対する密度(g/cm)のグラフである。It is a graph of the density versus firing treatment temperature for the mixture of sewage sludge and sewage sludge and waste glass according to an embodiment of the present invention (℃) (g / cm 3 ). 本発明の一実施形態による下水汚泥(サンプルY)ならびに下水汚泥および花崗岩切断残留物の混合物についての焼成処理温度(℃)に対する密度(g/cm)のグラフである。It is a graph of the density (g / cm < 3 >) with respect to the calcination process temperature (degreeC) about the mixture of sewage sludge (sample Y) and the sewage sludge and the granite cutting residue by one Embodiment of this invention . 本発明の一実施形態による下水汚泥ならびに下水汚泥および粘板岩の混合物についての焼成処理温度(℃)に対する密度(g/cm)のグラフである。It is a graph of the density versus firing treatment temperature for the mixture of sewage sludge and sewage sludge and slate in accordance with one embodiment of the present invention (℃) (g / cm 3 ). 本発明の一実施形態による下水汚泥ならびに下水汚泥および石灰石の混合物についての焼成処理温度(℃)に対する密度(g/cm)のグラフである。It is a graph of the density versus firing treatment temperature for the mixture of sewage sludge and sewage sludge and limestone according to an embodiment of the present invention (℃) (g / cm 3 ). 本発明の一実施形態による下水汚泥ならびに下水汚泥および焼却炉フライアッシュの混合物についての焼成処理温度(℃)に対する密度(g/cm)のグラフである。It is a graph of the density (g / cm < 3 >) with respect to the calcination process temperature (degreeC) about the mixture of the sewage sludge by one Embodiment of this invention, and a sewage sludge and an incinerator fly ash. 本発明の一実施形態による下水汚泥ならびに下水汚泥および粉砕粒状高炉スラグの混合物についての焼成処理温度(℃)に対する密度(g/cm)のグラフである。It is a graph of the density (g / cm < 3 >) with respect to the calcination process temperature (degreeC) about the mixture of the sewage sludge by one Embodiment of this invention, and a sewage sludge and a grinding | pulverization granular blast furnace slag.

Claims (28)

廃水処理施設からの下水汚泥を、非石炭灰ケイ素アルミニウム廃棄物と混合する段階であって、該廃棄物が該下水汚泥より多くのカルシウムを含む段階;
該混合物を凝集させて凝集体を形成させる段階;ならびに
該凝集体をロータリーキルンで焼成処理して、2g/cm未満の相対密度を有するガラス質結晶性多孔性軽量骨材を形成させる段階
を含む、軽量骨材の製造方法。
Mixing sewage sludge from a wastewater treatment facility with non-coal ash silicon aluminum waste, wherein the waste contains more calcium than the sewage sludge;
Agglomerating the mixture to form an aggregate; and firing the aggregate in a rotary kiln to form a vitreous crystalline porous lightweight aggregate having a relative density of less than 2 g / cm 3. A method for manufacturing lightweight aggregates.
前記廃棄物が乾燥重で9%を超えるカルシウムを含み、前記下水汚泥が乾燥重で3%未満のカルシウムを含む、請求項1に記載の方法。   The method of claim 1, wherein the waste comprises more than 9% calcium by dry weight and the sewage sludge comprises less than 3% calcium by dry weight. 前記骨材が乾燥重で約10%未満のカルシウムを含む、請求項1に記載の方法。   The method of claim 1, wherein the aggregate comprises less than about 10% calcium by dry weight. 前記混合物の乾燥重で約90%〜約60%の下水汚泥を、該混合物の乾燥重で約10%〜約40%の前記廃棄物と混合する段階を含む、請求項1に記載の方法。   The method of claim 1, comprising mixing about 90% to about 60% sewage sludge by dry weight of the mixture with about 10% to about 40% of the waste by dry weight of the mixture. 前記廃棄物に対する前記下水汚泥の割合および焼成処理温度に少なくとも部分的に基づいて、前記骨材の1以上の特定の特性を制御する段階をさらに含む、請求項1に記載の方法。   The method of claim 1, further comprising controlling one or more specific characteristics of the aggregate based at least in part on a ratio of the sewage sludge to the waste and a firing temperature. 前記割合および前記温度に少なくとも部分的に基づいて、前記骨材の密度を制御する段階を含む、請求項5に記載の方法。   The method of claim 5, comprising controlling the density of the aggregate based at least in part on the ratio and the temperature. 前記凝集体が焼結する温度まで該凝集体を焼成処理して、焼結軽量骨材を形成させる段階を含む、請求項1に記載の方法。   The method of claim 1, comprising firing the aggregate to a temperature at which the aggregate sinters to form a sintered lightweight aggregate. 気化および溶融液相中への気化気体の捕捉が生じる温度まで前記凝集体をガラス化して、それにより該凝集体を膨張させて軽量骨材を形成させる段階を含む、請求項1に記載の方法。   The method of claim 1, comprising vitrifying the aggregate to a temperature at which vaporization and trapping of the vaporized gas in the molten liquid phase occurs, thereby expanding the aggregate to form a lightweight aggregate. . 前記混合物をペレット化によって凝集させる段階を含む、請求項1に記載の方法。   The method of claim 1, comprising agglomerating the mixture by pelletization. 前記混合物を押し出しによって凝集させる段階を含む、請求項1に記載の方法。   The method of claim 1, comprising agglomerating the mixture by extrusion. 前記廃棄物が、焼却炉残留物、廃棄物ガラス、高炉スラグ、キルンダストまたは採鉱廃棄物のうちの1以上を含む、請求項1に記載の方法。   The method of claim 1, wherein the waste comprises one or more of incinerator residue, waste glass, blast furnace slag, kiln dust or mining waste. 前記焼却炉残留物が、焼却炉ボトムアッシュ、焼却炉フライアッシュまたは焼却炉フィルターダストのうちの1以上を含む、請求項11に記載の方法。   The method of claim 11, wherein the incinerator residue comprises one or more of incinerator bottom ash, incinerator fly ash, or incinerator filter dust. 廃水処理施設からの下水汚泥を、非石炭灰ケイ素アルミニウム廃棄物と混合する段階であって、該廃棄物が該下水汚泥より少ないカルシウムを含む段階;
該混合物を凝集させて凝集体を形成させる段階;ならびに
該凝集体をロータリーキルンで焼成処理して、2g/cm未満の相対密度を有するガラス質結晶性多孔性軽量骨材を形成させる段階
を含む、軽量骨材の製造方法。
Mixing sewage sludge from a wastewater treatment facility with non-coal ash silicon aluminum waste, wherein the waste contains less calcium than the sewage sludge;
Agglomerating the mixture to form an aggregate; and firing the aggregate in a rotary kiln to form a vitreous crystalline porous lightweight aggregate having a relative density of less than 2 g / cm 3. A method for manufacturing lightweight aggregates.
前記廃棄物が、採鉱廃棄物または廃棄物ガラスのうちの1以上を含む、請求項13に記載の方法。   The method of claim 13, wherein the waste comprises one or more of mining waste or waste glass. 前記廃棄物が約10%未満のカルシウムを含む、請求項13に記載の方法。   The method of claim 13, wherein the waste comprises less than about 10% calcium. 前記骨材が乾燥重で約10%未満のカルシウムを含む、請求項13に記載の方法。   The method of claim 13, wherein the aggregate comprises less than about 10% calcium by dry weight. 前記混合物の乾燥重で約30%〜約70%の下水汚泥を、該混合物の乾燥重で約70%〜約30%の前記廃棄物と混合する段階を含む、請求項13に記載の方法。   14. The method of claim 13, comprising mixing about 30% to about 70% sewage sludge by dry weight of the mixture with about 70% to about 30% of the waste by dry weight of the mixture. 前記混合物をペレット化によって凝集させる段階を含む、請求項13に記載の方法。   14. A method according to claim 13, comprising agglomerating the mixture by pelletization. 前記混合物を押し出しによって凝集させる段階を含む、請求項13に記載の方法。   14. The method of claim 13, comprising agglomerating the mixture by extrusion. 前記凝集体が焼結する温度まで該凝集体を焼成処理して焼結軽量骨材を形成させるステップを含む、請求項13に記載の方法。   14. The method of claim 13, comprising firing the aggregate to a temperature at which the aggregate sinters to form a sintered lightweight aggregate. 気化および溶融液相中への気化気体の捕捉が生じる温度まで前記凝集体をガラス化して、それにより該凝集体を膨張させて軽量骨材を形成させる段階を含む、請求項13に記載の方法。   14. The method of claim 13, comprising vitrifying the aggregate to a temperature at which vaporization and trapping of the vaporized gas in the molten liquid phase occurs, thereby expanding the aggregate to form a lightweight aggregate. . 前記廃棄物に対する前記下水汚泥の割合および焼成処理温度に少なくとも部分的に基づいて、前記骨材の1以上の特定の特性を制御する段階をさらに含む、請求項13に記載の方法。   14. The method of claim 13, further comprising controlling one or more specific characteristics of the aggregate based at least in part on a ratio of the sewage sludge to the waste and a firing temperature. 前記割合および前記温度に少なくとも部分的に基づいて、前記骨材の密度を制御する段階を含む、請求項22に記載の方法。   23. The method of claim 22, comprising controlling the density of the aggregate based at least in part on the ratio and the temperature. 廃水処理施設からの下水汚泥を、非石炭灰ケイ素アルミニウム廃棄物と混合する段階であって、該廃棄物が乾燥重で9%を超えるカルシウムを含み、該下水汚泥が乾燥重で3%未満のカルシウムを含む段階;
該混合物を凝集させて凝集体を形成させる段階;ならびに
該凝集体をロータリーキルンで焼成処理して、孔および2g/cm未満の相対密度および乾燥重で30%未満の吸水率を有するガラス質結晶性多孔性軽量骨材を形成させる段階
を含む、軽量骨材の製造方法。
Mixing sewage sludge from a wastewater treatment facility with non-coal ash silicon aluminum waste, wherein the waste contains more than 9% calcium by dry weight, and the sewage sludge is less than 3% by dry weight Including calcium;
Agglomerating the mixture to form an agglomerate; and calcining the agglomerate in a rotary kiln to have pores and a relative density of less than 2 g / cm 3 and a water absorption of less than 30% at dry weight A method for producing a lightweight aggregate, comprising the step of forming a porous porous lightweight aggregate.
前記凝集体が焼結する温度まで該凝集体を焼成処理して、焼結軽量骨材を形成させるステップを含む、請求項24に記載の方法。   25. The method of claim 24, comprising firing the aggregate to a temperature at which the aggregate sinters to form a sintered lightweight aggregate. 気化および溶融液相中への気化気体の捕捉が生じる温度まで前記凝集体をガラス化して、それにより該凝集体を膨張させて軽量骨材を形成させる段階を含む、請求項24に記載の方法。   25. The method of claim 24, comprising vitrifying the aggregate to a temperature at which vaporization and trapping of the vaporized gas in the molten liquid phase occurs, thereby expanding the aggregate to form a lightweight aggregate. . 廃水処理施設からの下水汚泥を、非石炭灰ケイ素アルミニウム廃棄物と混合する段階であって、該廃棄物が該下水汚泥より少ないカルシウムを含む段階;
該混合物を凝集させて凝集体を形成させる段階;ならびに
該凝集体が膨張する温度まで該凝集体を焼成処理して、孔および2g/cm未満の相対密度および乾燥重で10%以下の吸水率を有する軽量骨材を形成させる段階
を含む、軽量骨材の製造方法。
Mixing sewage sludge from a wastewater treatment facility with non-coal ash silicon aluminum waste, wherein the waste contains less calcium than the sewage sludge;
Agglomerating the mixture to form an aggregate; and calcining the aggregate to a temperature at which the aggregate expands to absorb no more than 10% water by pores and a relative density of less than 2 g / cm 3 and dry weight A method for producing a lightweight aggregate, comprising the step of forming a lightweight aggregate having a rate.
前記凝集体を焼成処理して気化および気化気体の捕捉を生じさせ、それにより該凝集体を膨張させる段階を含む、請求項27に記載の方法。   28. The method of claim 27, comprising firing the agglomerates to cause vaporization and trapping of the vaporized gas, thereby expanding the agglomerates.
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