JP2010269951A

JP2010269951A - 火山噴出物堆積鉱物の整粒方法及び整粒装置

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Publication number: JP2010269951A
Application number: JP2009121326A
Authority: JP
Inventors: Kazuro Higashi; 和朗東
Original assignee: PRINCIPLE KK; Principle Co Ltd
Current assignee: PRINCIPLE KK; Principle Co Ltd
Priority date: 2009-05-19
Filing date: 2009-05-19
Publication date: 2010-12-02

Abstract

【課題】従来の普通シラスの整粒方法における欠点を克服し、原料シラス又は製品の乾燥処理や水簸処理を行うことなく、火山噴出物堆積鉱物から所望の粒度に整えられた付加価値の高い整粒物を、簡単かつ効率的に多種類にて同時に大量生産することが可能な整粒方法及び整粒装置を提供する。
【解決手段】火山噴出物堆積鉱物から粒径５ｍｍ以上の中礫分を除去したのち、残部を熱気流に担送させ、正方向に連結した第一サイクロン、逆方向に連結した第二サイクロン、逆方向に連結した第三サイクロン及び正方向に連結した第四サイクロンの４基のサイクロンと、バグフィルターとに順次通すことにより、第一サイクロンにおいて細骨材、第二サイクロンにおいて粗砂分及び中砂分、第三サイクロンにおいて中砂分及び細砂分、第四サイクロンにおいて細砂分及びシルト分、及び、バグフィルターにおいて粘土分を、それぞれ回収する火山噴出物堆積鉱物の整粒方法である。
【選択図】図１

Description

本発明は、火山噴出物堆積鉱物、例えば普通シラスを所望の粒度に整えて、各種骨材、粘土分として有用な粒状物及び粉末に整粒する方法及びそれに用いる装置を提供するものである。

従来、コンクリート用骨材としては、川砂、海砂のような天然砂が用いられていたが、川砂は、長年にわたる乱掘の結果、枯渇をきたしているし、また海砂の採取が環境破壊につながるためその採取が制限され、一部を輸入に頼らざるを得ない事態が生じている。いずれにしてもこれらに代わるべき原料の入手が緊急の課題となっている。

ところで、シラスは、南九州に広く分布する火山噴出物堆積鉱物の１種であって、大量に入手可能な資源であることから、これを天然砂の代りにコンクリート用の骨材として注目されていたが、これを所望の骨材の粒度に整粒するのが困難なため、粉末を加熱発泡させて、シラスバルーン又はシラスパーライトに加工してコンクリートに配合するか、他の物質と混合して顆粒状に加工してコンクリートに配合する方法がとられていた。

このような方法としては、例えば、シラスのような火山ガラス鉱物と発泡剤に水を加えて湿式微粉砕し、水分を１８〜２５重量％に調節し、造粒機を用いてチクソトロピー現象を起こさせながら緻密な組織に造粒して焼成する高強度コンクリート用軽量骨材の製造方法（特許文献１参照）、セメントペーストに細骨材として、火山活動堆積物系微粉末を造粒、焼成して加え、水和硬化させる超軽量モルタルコンクリートの製造方法（特許文献２参照）、骨材として砂の代わりにシラスを用い、セメントと、砂利と、木炭粉末と、シラスとの合計量に対し、セメントが７０体積％、砂利が２０体積％、シラスが５体積％、木炭粉末が５体積％になるようにしたコンクリートの製造方法（特許文献３参照）、シラスをスラグ粒状物に樹脂セメントを用いて表面コーティングした粗骨材とシラスを高温乾燥して重量比で含水率を１０％以内に乾燥させて得た細骨材とセメントを混合し、水を加えて撹拌、混練するポーラスコンクリートの製造方法（特許文献４参照）などが、これまでに知られている。

また、普通シラスすなわち、南九州のシラス台地を形成するもので、天然のままで加工されていないシラスを用いたものとしては、ふるい分けにより粒径約２．５ｍｍ径以下に整粒し、不純物を除去した乾燥シラスを無加工原形のまま素材としてセメントに配合した建築仕上用壁材原料（特許文献５参照）、粒径約２．３〜１．１ｍｍの大粒径部分、粒径約１．０〜０．２ｍｍの中粒径部分、粒径約０．１ｍｍ以下の小粒径部分から成り、活性酸素種／フリーラジカルを生成する機能を有する乾燥シラスを無加工のままを素材としてセメントに配合した建築仕上用塗材（特許文献６参照）などが知られている。

ところで、コンクリート用細骨材として、普通シラスを用いる場合の最大の課題は、鹿児島県土木部が監修した「シラスを細骨材として用いるコンクリートの施工マニュアル（案）」（２００６年発行）によれば、シラス中に極めて多くの微粒分が含まれていることにある。普通シラス中の粒径０．１５０ｍｍ以下の微粒分の含有量は、２０〜４０％の範囲であり、平均で３０％程度と、天然砂に比べて異常に多くなっている。微粒分が多いのは、水による淘汰作用を受けた川砂などと異なり、普通シラスが水の淘汰作用を受けていない火砕流堆積物であるということに由来する。土木学会「コンクリート標準示方書」には、普通砂の場合は粒径０．１５０ｍｍ以下の粒子含有量を１０％以下とし、砕砂及び高炉スラグ砕砂については同含有量を１５％以下とすることができるとしている。粒径０．１５０ｍｍ以下の微粒分を大量に含む細骨材を用いた場合は、まだ固まらないフレッシュコンクリートの流動性が阻害され、単位水量の増大につながる。このため、粒径０．１５０ｍｍ以下の微粒分を、望ましくは砕砂と同じ１５％以下、少なくとも１８％未満にまで除去する必要があるが、その除去には多大の経費を要し、コスト高になるために、これまで実現できなかった。

すなわち、シラスから粒径０．１５０ｍｍ以下の微粒分を除去するには、乾式ふるい分け法と湿式ふるい分け法があるが、前者をシラスが未乾燥のままで行うと、含まれる水分が粒子同士の接着を保持する働きをしたり、ふるい過程で振動により水分がしみ出してくる場合があることから、微粒分は凝集したり粗粒子に付着したまま、ふるいの網にも付着してしまい、ふるいが目詰まりを起こして微粒分の除去が不可能となる。そのため、ふるい分けに先立って乾燥する必要があるが、それには多大のエネルギー消費を伴う上に長い処理時間を必要とし、実用化の上で大きな障害となるのを免れない。また、後者の湿式ふるい分け法は、大量の水を用いなければならない上に、整粒後に乾燥処理を行う必要があるため、前者と同様の不利を伴う。

シラスを整粒する際のもう一つの課題として、除去された粒径０．１５０ｍｍ以下の微粒分、すなわち不要残分の処分の問題がある。ＪＩＳ−Ａ１２０４「土の粒度試験方法」によれば、粒径２〜４．７５ｍｍが細礫分、粒径０．８５０〜２ｍｍが粗砂分、粒径０．２５０〜０．８５０ｍｍが中砂分、粒径０．０７５〜０．２５０ｍｍが細砂分、粒径０．００５〜０．０７５ｍｍがシルト分、粒径０．００５ｍｍ以下が粘土分と規定されている。したがって、粒径０．１５０ｍｍ以下の微粒分は、粒度分布が広く、細砂分の一部とシルト分と粘土分とが混在していることになり、付加価値も低く、その用途が無い。

所望の粒度に整えることを整粒というが、普通シラスを整粒する場合、上記のように２分割したとしても、その一方が製品として有用であっても、他方の不要残分が発生して、その処分費用を製品に転嫁することになるため、価格競争で不利になる。また、整粒による分割数が少ないと、自ずと粒度幅が広いものとなり、付加価値が低くなるので、採算が合わないという課題があった。

したがって、吉田シラスや加久藤シラスのような、水による天然の淘汰作用を受けて粒度が細かく揃っている資源量の極めて少ないシラスは例外として、シラス台地を形成する普通シラスについては、従来、いずれの整粒方法を用いても、工業的に実施した場合、採算がとれなかった。

特開平６−５６４８９号公報（特許請求の範囲その他）特開平７−１３３１７０号公報（特許請求の範囲その他）特開２００５−１３２６６１号公報（特許請求の範囲その他）特開２００６−２９０７１４号公報（特許請求の範囲その他）特開平１１−６２０５３号公報（特許請求の範囲その他）特開２００１−３５４８７５号公報（特許請求の範囲その他）

本発明は、従来の乾式ふるい法及び湿式ふるい法による普通シラスの整粒方法における前記した欠点を克服し、煩雑で多量の熱エネルギーの消費を伴う原料シラス又は製品の乾燥処理や、大量の水を使用する水簸処理を行うことなく、火山噴出物堆積鉱物から所望の粒度に整えられた付加価値の高い整粒物を、簡単かつ効率的に、多種類にて同時に大量生産することが可能な整粒方法及び整粒装置を提供することを目的としている。

本発明者らは、火山噴出物堆積鉱物、例えば普通シラスから、粒径５ｍｍ以上の中礫分を取り除いたのち、残部を熱気流に担送させ、正方向又は逆方向に連結した４基のサイクロンを用いた多段気流整粒方式により整粒することで、所望の粒度に整えられた付加価値の高い整粒シラスを多種類且つ同時に得ることができることを見出し、この知見に基づいて本発明をなすに至った。

すなわち、本発明は、火山噴出物堆積鉱物から、ふるいで簡単に除去できる粒径５ｍｍ以上の中礫分を除去したのち、残部を温度２００〜９００℃の熱気流に担送させ、正方向に連結した第一サイクロン、逆方向に連結した第二サイクロン、逆方向に連結した第三サイクロン及び正方向に連結した第四サイクロンの４基のサイクロンと、バグフィルターとに順次通すことにより、第一サイクロンにおいて粒径０．１５０ｍｍ以下の微粒分を１８％未満に整粒した細骨材、第二サイクロンにおいて粒径０．２５０〜２ｍｍの粗砂分及び中砂分、第三サイクロンにおいて粒径０．０７５〜０．８５０ｍｍの中砂分及び細砂分、第四サイクロンにおいて粒径０．００５〜０．２５０ｍｍの細砂分及びシルト分、及び、バグフィルターにおいて粒径０．００５ｍｍ以下の粘土分を、それぞれ回収することを特徴とする火山噴出物堆積鉱物の整粒方法を提供するものである。

本発明の方法においては、第一サイクロン内での上昇気流速度を６〜１３ｍ／ｓに、第二サイクロン内での上昇気流速度を２〜６ｍ／ｓに、第三サイクロン内での上昇気流速度を０〜２ｍ／ｓに、それぞれ調整することが好ましい。

また、本発明は、管路を介して火山噴出物堆積鉱物を搬送して火山噴出物堆積鉱物の整粒を行う装置であって、管路に対し、第一サイクロン、第二サイクロン、第三サイクロンおよび第四サイクロンからなる４基のサイクロンが順次正方向、逆方向、逆方向および正方向にて接続され、さらにバグフィルターが接続されてなり、４基のサイクロンの上流側に配置された熱気流供給部から管路に流入する熱気流と、バグフィルターの下流側に配置された排気ブロワにより管路に作用する吸引力とにより、火山噴出物堆積鉱物の搬送を行うことを特徴とする火山噴出物堆積鉱物の整粒装置を提供するものである。

本発明の装置においては、第一サイクロン、第二サイクロン及び第三サイクロンが吸気調整用バルブを備えることが好ましく、第一サイクロン、第二サイクロン及び第三サイクロンが自動開閉弁またはロータリーバルブを備えることも好ましい。

本発明によれば、例えば、普通シラスを５種類に整粒して、粒径０．１５０ｍｍ以下の粒子含有量が１８％未満である細骨材、粒径０．２５０〜２ｍｍの粒子含有量が６３〜９９％である細骨材（粗砂分及び中砂分相当品）、粒径０．０７５〜０．８５０ｍｍの粒子含有量が７３〜９５％である整粒シラス（中砂分及び細砂分相当品）、粒径０．００５〜０．２５０ｍｍの粒子含有量が８２〜９８％である整粒シラス（細砂分及びシルト分相当品）及び粒径０．００５ｍｍ以下の粒子含有量が６７〜８７％である整粒シラス（粘土分相当品）を同時に提供することができる。

本発明によると、従来の乾式ふるい法で必要とされる原料鉱物の全てをあらかじめ乾燥する工程や、湿式ふるい法で必要な製品の乾燥工程を省くことができ、また、湿式ふるい法における大量の水を使用する必要もないので、エネルギーの消費量や水の使用量を節約できるという効果が得られる。しかも、ふるいを用いない簡単な構造の装置により大量の原料を処理し、所望の粒度に整えられた高品位の整粒物を、多種類にて同時に得ることができるという効果が奏される。

本発明の整粒装置の一例の略解図。

次に、添付図面に従って、本発明を実施するための形態を、火山噴出物堆積鉱物の一種である普通シラスの整粒を例として説明する。
図１は、本発明の整粒装置の一例を示す概略図である。図中の実線の矢印は装置内に投入された原料の流れを、点線の矢印は気流の流れを、それぞれ示す。
図１において、普通シラス原料は、第一サイクロンないし第四サイクロンを経て、最終的にバグフィルターに通されることで、それぞれの画分に整粒される。これらのサイクロンの中で、第一サイクロンと第四サイクロンとは正方向型サイクロンであって、第二サイクロンと第三サイクロンとは逆方向型サイクロンである。ここで正方向型サイクロンとは、被処理物をサイクロンの正常の入口側から導入し、正常の出口側から排出する形式のサイクロンを意味し、逆方向型サイクロンとは、被処理物をサイクロンの正常の出口側から導入し、正常の入口側から排出する形式のサイクロンを意味する。

粒径５ｍｍ以上の中礫分が除去された普通シラス原料は、原料ホッパー１からベルトフィーダー２により定量的に投入口３に送られ、管路４を通り、熱気流供給部５からの加熱した気流に搬送されて、管路６を通って、第一サイクロン７に供給される。そして、この第一サイクロンでは、粒径０．１５０ｍｍ以下の微粒分の含有量が１８％未満に整粒された細骨材Ａが回収され、残りはさらに熱気流に搬送されて、管路８を通って第二サイクロン９に供給され、ここで粒径０．２５０〜２ｍｍの粗砂分及び中砂分Ｂが回収される。残りはさらに熱気流に搬送されて、管路１０を通って第三サイクロン１１に供給され、ここで粒径０．０７５〜０．８５０ｍｍの中砂分及び細砂分Ｃが回収される。残りはさらに熱気流に搬送されて、管路１２を通って第四サイクロン１３に供給され、ここで粒径０．００５〜０．２５０ｍｍの細砂分及びシルト分Ｄが回収される。その残りは、管路１４を通って、バグフィルター１５で粒径０．００５ｍｍ以下の粘土分Ｅとして回収され、搬送気流は排気ブロワ１６により外部に排気される。

投入口３では、排気ブロワ１６に起因する管路４への吸引力が働き、詰まりのないスムーズな、大量の原料投入が可能となっている。原料が熱気流供給部５で２００〜９００℃の熱気流に接することで、急激な熱交換により粒子表面の乾燥と凝集物の分散が始まり、さらに、原料が高温の管路６の内壁と接触したり、高温のサイクロン内壁面に遠心力で強烈に擦りつけられることにより、熱交換が促進されて、粒子同士の衝突の影響もあって、粗粒子に付着していた微粒子が剥離して、凝集物が徐々に分散していく。この第一サイクロン７内では、粗粒子の粒子内部は未乾燥で、凝集物の分散も不十分であり、それらと乾燥しはじめた微粒子との混合物が、サイクロン内壁面との衝突や粒子同士の衝突を繰り返して、回転しながら下方に落ちようとする。ここで、第一サイクロン７の下部の管路１７が密閉されていれば、原料のほとんどが下方に回収されるはずであるが、第一サイクロン７内部には吸気調整用バルブ２０から導入された外気による上昇気流が発生しているので、比較的細かい凝集物や細かい粒子が吹き上げられて管路８へ搬送される一方、粗粒分は上昇気流に逆らって落下し、自動開閉弁２３から装置外部に取り出すことが出来る。ここで、自動開閉弁２３は、ロータリーバルブに替えても同様に機能する。吸気調整用バルブ２０は、排気ブロワ１６の吸引力による外気の流入量を制限して、上昇気流速度を調整するものであるが、上昇気流速度が速過ぎると、粗粒分も含めて全量が吹き上がって分離不能となり、遅過ぎると逆に過半数が落下して下方に回収されてしまう。そのため、吸気調整用バルブ２０では、目安として、管路１７での上昇気流速度が６〜１３ｍ／ｓになるように流量調整することが必要であり、原料の比重に応じて微調整することによって、粒径０．１５０ｍｍ以下の粒子含有量が１８％未満に整粒された細骨材Ａの分離が可能となる。

第一サイクロン７で回収できなかった画分は、熱気流に搬送されて、管路８を経て逆方向型の第二サイクロン９に送られる。この第二サイクロン９内では、逆方向の接続によって気流の高速回転による遠心力はほとんど働かず、熱気流の流れ方向の垂直下向きの慣性力及び重力と管路１０への水平方向の吸引力とが働き、より大きい粒子が水平方向の吸引力に逆らって管路１８の下方へ落ちようとするので、この働きにより、粗砂分及び中砂分相当品Ｂを分離・回収することができる。しかし、第二サイクロン９の下部の管路１８が密閉されていると、それらよりも細かい粒子が混ざったまま下方に分離・回収される。そこで、第一サイクロン７の場合と同様に、吸気調整用バルブ２１から外気を導入することで、この導入された外気による上昇気流により、細かい粒子が吹き上げられて管路１０へ搬送される一方、比較的粗い粒子が慣性力と重力によって上昇気流に逆らって落下し、自動開閉弁２４から装置外部に取り出すことができる。ここで、自動開閉弁２４は、ロータリーバルブに替えても同様に機能する。吸気調整用バルブ２１は、目安として、管路１８での上昇気流速度が２〜６ｍ／ｓになるように流量調整することが必要であり、原料の比重に応じて微調整することによって、粒径０．２５０〜２ｍｍの粒子含有量が６３〜９９％に整粒された粗砂分及び中砂分Ｂの分離を可能としている。

第二サイクロン９で回収できなかった画分は、熱気流に搬送されて、管路１０を経て逆方向型の第三サイクロン１１に送られる。この第三サイクロン１１でも、第二サイクロン９におけるのと同様に、より粗い粒子が水平方向の吸引力に逆らって慣性力と重力により管路１９の垂直下方に落ちようとし、この働きにより、中砂分及び細砂分相当品Ｃを分離することができる。ここでは、分離されるべき粒子全体が細かくなっており、排気ブロワ１６にも近い位置にあるので、管路１２への吸引力が強く働き、第三サイクロン１１の下部の管路１９が密閉されていても、よく分離され、中砂分及び細砂分相当品Ｃが下方に回収される。

細砂分を少なくして中砂分の割合を多くしたい場合には、第二サイクロン９の場合と同様に、吸気調整用バルブ２２から導入された外気による上昇気流を発生させて、より細かい粒子を吹き上げて管路１２へ搬送し、上昇気流に逆らって落下した画分をロータリーバルブ２５から装置外部に取り出すことができる。吸気調整用バルブ２２は、目安として、管路１９での上昇気流速度が０〜２ｍ／ｓになるように流量調整することが必要であり、原料の比重に応じて微調整することによって、粒径０．０７５〜０．８５０ｍｍの粒子含有量が７３〜９５％に整粒された中砂分及び細砂分Ｃの分離を可能としている。

第三サイクロン１１で回収できなかった画分は、熱気流に搬送されて、管路１２を経て正方向型の第四サイクロン１３に送られ、第四サイクロン１３において、強力な遠心力によって、粒径０．００５〜０．２５０ｍｍの粒子含有量が８２〜９８％に整粒された細砂分及びシルト分Ｄが分離される。より効率良く分離するためには、第四サイクロン１３の下を密閉する必要がある。そこで、第四サイクロン１３の下方に製品ホッパー２６、２８を、気密性に優れたバタフライバルブ２７、２９を挟んで接続し、これらが同時に開かないように一定時間ごとに交互に自動開閉させることによって、分離された細砂分及びシルト分を装置外部に取り出すことが可能となった。ここで、バタフライバルブ２７、２９及び製品ホッパー２８の部分は、気密性に優れたロータリーバルブに取り替えても同様に機能する。

第四サイクロン１３で回収できなかった画分は、熱気流で管路１４に搬送されて、バグフィルター１５において、粒径０．００５ｍｍ以下の粒子含有量が６７〜８７％に整粒された粘土分Ｅとして捕集される。ろ布を通過した気流は、排気ブロワ１６で排出される。ここで、バグフィルター１５の部分は、電気集塵装置に取り替えても同様に機能する。

本発明装置の特徴は、４基のサイクロンを正方向または逆方向にて組み合わせて連結することにある。４基のサイクロンを正方向、逆方向、逆方向、正方向の順で連結させることに意味があり、特に、後半の３個のサイクロンの逆方向、逆方向、正方向の組み合わせは、それらの回収物Ｂ、Ｃ、Ｄを粒子径の順で、必ずＢ＞Ｃ＞Ｄにするために必要不可欠である。
更に、各回収物を所望の粒径に整えるために、各サイクロン下の管路内において下方向から上昇気流を発生させ、その上昇気流速度を原料の比重によって調整することが必要である。

また、最初の正方向型の第一サイクロンでは、強い遠心力が働くので、通常ならば粗粒子も微粒子も分離されて落下・回収されるが、本発明では第一サイクロン下部から上昇気流を発生させて微粒子を吹き上げているので、第一サイクロン内部及び下部管路において水平方向の気流回転による遠心力と粒子の重力に逆らう垂直方向の上昇気流による分級作用が交錯して働いている。かかる第一サイクロン内では、粗粒子にまとわりついた微粒子、特に湿った状態では剥離しにくい微粒子や凝集物の剥離・分散を、サイクロン内での気流回転による内壁面との衝突や粒子同士の衝突を利用して促進させ、上述した作用により比較的細かい凝集物及び微粒子を第二サイクロンに熱気流で搬送し、細骨材相当の粗粒子を整粒し回収している。

以上のように、本発明では、従来の複雑且つ高価なふるい選別装置を組み合わせることなく、多種類の高付加価値の整粒物を、効率よく同時に製造することが可能となっており、本発明を用いることによって、装置の小型化および省スペース化が達成できる。

本発明方法における最大の特徴は、５ｍｍ以下の未乾燥の原料を直接、大量に投入でき、同時に多種類の整粒物が得られることである。当然に、乾燥した原料であれば、より効率よく整粒することができる。しかも、既存技術で使用される金属ふるいを用いていないので、ふるいの摩耗や目詰まりの心配がなく、連続生産が可能となっている。

普通コンクリート用の細骨材としては、吸水率の高い軽石のような多孔質粒子を完全に乾燥させたものは好ましくない。多孔質粒子は、その粒子内部の微細な連通気孔によって、時間をかけて徐々に水分を吸収する特徴があり、固まる前のフレッシュコンクリートの段階でセメントの水和反応に必要な水分を吸収してしまい、耐久性や強度低下の原因となるからである。また、細骨材としては、粒径０．１５０ｍｍから５ｍｍまでの幅広い粒度分布を必要としている。しかし、粒径０．１５０ｍｍ以下の微粒分は、フレッシュコンクリートの流動性を阻害し、単位水量の増大につながるため、その粒子含有率を望ましくは１５％以下、少なくとも１８％未満にすることが好ましい。

南九州でシラス台地を形成する普通シラスは、約２万５千年前の姶良カルデラからの火山噴出物堆積鉱物であり、２０００億トンとも言われるほど量も膨大で無塩砂のコンクリート用細骨材として期待されているが、粒径０．１５０ｍｍ以下の粒子を平均で３０％含有しているので、上記用途で使用するためには、粒径０．１５０ｍｍ以下の微粒分を相当量除去しなければならない。

しかし、普通シラスは自然状態で２５％前後の高い含水率を有し、微粒子が凝集したり、粗粒子に付着したりしているので、未乾燥のものを乾式でふるい選別しようとしても目詰まりし易く、湿潤状態の原料ではｍｍ単位の整粒が限界であった。前述したように、普通シラスを完全に乾燥すれば、ふるい選別は可能であるが、乾燥コストが高くつくので、細骨材のためのふるい選別は採算が合わず、普及していない。

また、大量の水を用いる湿式ふるい選別でも粒径０．１５０ｍｍ以下の粒子除去は可能であるが、設備が大きくなり、汚泥処理費用や乾燥工程も必要となりコストも高くなるので、普通シラスでは細骨材用の湿式ふるい選別は採算が合わず、普及していない。

本発明によれば、コンクリート用細骨材や各種骨材および整粒物を、未乾燥の普通シラスから、大量に且つ低コストで、同時に選別し分離・回収することができる。しかも、ふるいを用いていないので、ふるいの摩耗の心配が無く頻繁な交換も不要なので、メンテナンス費用を少なくして大量生産することが可能である。また、この細骨材相当品は、必要以上の熱が加えられておらず、芯まで乾燥していない適度な湿潤状態にあるので、フレッシュコンクリートの段階で、細骨材が水分を吸収することによるセメントの水和反応を阻害する心配がない。

また、コンクリート用細骨材としては、前述の粒径０．１５０ｍｍ以下の粒子含有量の制限の他に、０．１５０ｍｍ〜５ｍｍの幅広い粒度分布を要求される。

本発明における細骨材相当品Ａは、他の回収物と異なり長い管路内を経ることなく熱履歴が少ない状態で装置外に取り出されるので、特に原料供給量が多い場合に高い含水率のまま気流中で整粒されることになる。このため、高い含水率であるほど粗粒子に付着している微粒子の剥離や凝集物の分散が不完全になり、これがかえって、土木学会「コンクリート標準示方書」の普通砂又は砕砂に準ずる幅広い粒度分布の整粒シラスを取り出すことに有利に働く場合がある。

本発明方法において、未乾燥の普通シラスを整粒するためには、熱気流の温度を２００〜９００℃以下にする必要がある。乾燥した原料であれば、２００℃未満や室温でも整粒は可能であるが、水分を有する原料の場合は、最小限の乾燥を必要とするので２００℃以上が望ましい。一方、９００℃を超えると原料の火山噴出物堆積鉱物に含まれる火山ガラス粒子が発泡するので、未発泡物のみからなる軽量化していない整粒物を得るためには、９００℃以下にする必要がある。

本発明で用いる熱気流の熱源としては、各種バーナーや燃焼炉の他、廃熱を有効利用する方法がある。前者としては、石油、ガス、電気などによる熱気流発生装置のほか環境に配慮して、廃油を利用したバーナーや木チップ、木質廃材を用いた燃焼炉などがある。後者としては、石油や天然ガスプラントで安全上設けられている不要ガスの燃焼プラントやセメント製造炉や高炉などの工業用炉のほか、シラスバルーンの製造に用いられる媒体流動層炉やパーライト焼成炉の廃熱を利用でき、省エネルギーで低コスト化が可能である。

従来技術では、普通シラスの整粒に関して、２００６年発行の「シラスを細骨材として用いるコンクリートの施工マニュアル（案）」でも、実用上、普通シラスの整粒が困難である理由が記載され、粒径０．１５０ｍｍ以下の微粒分を除去しない普通シラスの利用方法を提案していることからも、普通シラスの整粒は採算が合わないものであることが半ば常識化していたが、本発明により、複数のサイクロンの正方向または逆方向の組み合わせとその運用上の工夫によって、低コストで高付加価値の整粒物を同時に多種類生産できる結果が得られたことは、全く予想外のことであった。

次に、実施例により、本発明をさらに詳細に説明するが、本発明は、これらの例によってなんら限定されるものではない。

図１の装置を用い、火山噴出物堆積鉱物の原料としては、鹿児島県曽於郡大崎町に産出する入戸火砕流堆積物である未乾燥の大崎シラス（含水率１１．４％）を目の開き５ｍｍのふるいで選別したものを用いた。この大崎シラスは、粒径０．１５０ｍｍ以下の微粒分が３６．７％含まれている。また、粒径０．００５ｍｍ以下の粘土分の粒子含有量は、１．７％、粒径０．００５〜０．０７５ｍｍのシルト分は１５．３％、粒径０．０７５〜０．２５０ｍｍの細砂分は３５．０％、粒径０．２５０〜０．８５０ｍｍの中砂分は２８．３％、粒径０．８５０〜２ｍｍの粗砂分は１５．１％、粒径２〜４．７５ｍｍの細礫分は４．３％、粒径４．７５ｍｍ以上の中礫分は０．２％含まれており、コンクリート用細骨材として使われていないものである。

この大崎シラスを、原料ホッパー１からベルトフィーダー２により、８６．４ｋｇ／ｈの供給速度で、投入口３を介して１９分間供給した。管路４の内径は２５ｍｍであるが、投入口３では排気ブロワ１６に起因する管路４への吸引力が働き、詰まりのないスムーズかつ大量の原料投入が可能であった。熱気流供給部５からは、５６２℃、５５ｍ³／ｈの熱気流を導入した。管路６、８、１０、１２及び管路１４の内径は８０ｍｍである。吸気調整用バルブ２０は、管路１７での上昇気流速度が８．９ｍ／ｓになるように調整した。これにより、正方向型の第一サイクロン７において、自動開閉弁２３から、粒径０．１５０ｍｍ以下の粒子含有量が６．２％の細骨材Ａを６２８０ｇ回収した。この含水率は１０．６％であり、ほとんど乾燥していなかった。

第一サイクロン７で回収できなかった画分は、熱気流に搬送されて、管路８を経て逆方向型の第二サイクロン９に送られた。ここでは、吸気調整用バルブ２１は、管路１８での上昇気流速度が４．３ｍ／ｓになるように流量調整した。これにより、第二サイクロン９において、自動開閉弁２４から、粒径０．２５０〜２ｍｍの粒子含有量が８６．７％の粗砂分及び中砂分Ｂを４０７５ｇ回収した。この含水率は３．１％であり、乾燥が一気に進んでいた。

第二サイクロン９で回収できなかった画分は、熱気流に搬送されて、管路１０を経て逆方向型の第三サイクロン１１に送られた。ここでは、吸気調整用バルブ２２は、全閉（管路１９での上昇気流速度が０ｍ／ｓ）にした。これにより、第三サイクロン１１においてロータリーバルブ２５から、粒径０．０７５〜０．８５０ｍｍの粒子含有量が８６．０％の中砂分及び細砂分Ｃを８４５２ｇ回収した。この含水率は１．０％であり、更に乾燥が進んでいた。

第三サイクロン１１で回収できなかった画分は、熱気流に搬送されて、管路１２を経て、正方向型の第四サイクロン１３において強力な遠心力により分離された。第四サイクロン１３の下方に製品ホッパー２６、２８を、気密性に優れたバタフライバルブ２７、２９を挟んで接続し、これらバルブが同時に開かないように１分間ごとに交互に自動開閉させることによって、粒径０．００５〜０．２５０ｍｍの粒子含有量９１．１％の細砂分及びシルト分Ｄを５７５２ｇ回収した。この含水率は０．２％であり、最も乾燥が進んでいた。

第四サイクロン１３で回収できなかった画分は、熱気流で管路１４に搬送されて、バグフィルター１５において、粒径０．００５ｍｍ以下の粒子含有量が７１．３％の粘土分Ｅとして２５２ｇが回収された。この平均粒径は３．１５μｍで、含水率は０．７％であった。バグフィルターのろ布を通過した搬送気流は、排気ブロワ１６で排出された。

図１の装置を用い、火山噴出物堆積鉱物の原料としては、鹿児島県薩摩郡さつま町に産出する入戸火砕流堆積物である未乾燥の薩摩シラス（含水率１１．６％）を目の開き５ｍｍのふるいで選別したものを用いた。この薩摩シラスは、粒径０．１５０ｍｍ以下の微粒分が３８．５％含まれている。また、粒径０．００５ｍｍ以下の粘土分の粒子含有量は、２．２％、粒径０．００５〜０．０７５ｍｍのシルト分は１５．８％、粒径０．０７５〜０．２５０ｍｍの細砂分は３８．５％、粒径０．２５０〜０．８５０ｍｍの中砂分は２６．０％、粒径０．８５０〜２ｍｍの粗砂分は８．２％、粒径２〜４．７５ｍｍの細礫分は６．２％、粒径４．７５ｍｍ以上の中礫分は３．０％含まれており、コンクリート用細骨材として使われていないものである。

この薩摩シラスを、原料ホッパー１からベルトフィーダー２により、８１．７ｋｇ／ｈの供給速度で、投入口３を介して１７分間供給し、あとは実施例１とほぼ同様に処理した。熱気流供給部５からは、５５５℃、５５ｍ³／ｈの熱気流を導入した。吸気調整用バルブ２０は、管路１７での上昇気流速度が８．９ｍ／ｓになるように調整した。これにより、正方向型の第一サイクロン７において、自動開閉弁２３から、粒径０．１５０ｍｍ以下の粒子含有量が１７．６％の細骨材Ａを６６０２ｇ回収した。この含水率は１３．５％であり、ほとんど乾燥していなかった。

第一サイクロン７で回収できなかった画分は、熱気流に搬送されて、管路８を経て逆方向型の第二サイクロン９に送られた。ここでは、吸気調整用バルブ２１は、管路１８での上昇気流速度が３．５ｍ／ｓになるように流量調整した。これにより、第二サイクロン９において、自動開閉弁２４から、粒径０．２５０〜２ｍｍの粒子含有量が７０．４％の粗砂分及び中砂分Ｂを１１６７ｇ回収した。この含水率は１．９％であり、乾燥が一気に進んでいた。

第二サイクロン９で回収できなかった画分は、熱気流に搬送されて、管路１０を経て逆方向型の第三サイクロン１１に送られた。ここでは、吸気調整用バルブ２２は、全閉（管路１９での上昇気流速度が０ｍ／ｓ）にした。これにより、第三サイクロン１１においてロータリーバルブ２５から、粒径０．０７５〜０．８５０ｍｍの粒子含有量が８６．８％の中砂分及び細砂分Ｃを７８５１ｇ回収した。この含水率は０．４％であり、更に乾燥が進んでいた。

第三サイクロン１１で回収できなかった画分は、熱気流に搬送されて、管路１２を経て、正方向型の第四サイクロン１３において強力な遠心力により分離された。第四サイクロン１３の下方に製品ホッパー２６、２８を、気密性に優れたバタフライバルブ２７、２９を挟んで接続し、これらバルブが同時に開かないように１分間ごとに交互に自動開閉させることによって、粒径０．００５〜０．２５０ｍｍの粒子含有量９０．１％の細砂分及びシルト分Ｄを５１５７ｇ回収した。この含水率は０．３％であり、最も乾燥が進んでいた。

最後に、バグフィルター１５において、粒径０．００５ｍｍ以下の粒子含有量が７６．６％の粘土分Ｅとして３３２ｇが回収された。この平均粒径は２．８１μｍで、含水率は０．７％であった。

図１の装置を用い、火山噴出物堆積鉱物の原料としては、実施例２と同じ薩摩シラスを目の開き５ｍｍのふるいで選別したものを用いた。この薩摩シラスを、原料ホッパー１からベルトフィーダー２により、３１．４ｋｇ／ｈの供給速度で、投入口３を介して２１分間供給し、あとは実施例１とほぼ同様に処理した。熱気流供給部５からは、３８８℃、５５ｍ³／ｈの熱気流を導入した。吸気調整用バルブ２０は、管路１７での上昇気流速度が９．７ｍ／ｓになるように調整した。これにより、正方向型の第一サイクロン７において、自動開閉弁２３から、粒径０．１５０ｍｍ以下の粒子含有量が１０．４％の細骨材Ａを１３７８ｇ回収した。この含水率は１０．６％であり、ほとんど乾燥していなかった。

第一サイクロン７で回収できなかった画分は、熱気流に搬送されて、管路８を経て逆方向型の第二サイクロン９に送られた。ここでは、吸気調整用バルブ２１は、管路１８での上昇気流速度が４．７ｍ／ｓになるように流量調整した。これにより、第二サイクロン９において、自動開閉弁２４から、粒径０．２５０〜２ｍｍの粒子含有量が９３．４％の粗砂分及び中砂分Ｂを１０７７ｇ回収した。この含水率は１．４％であり、乾燥が一気に進んでいた。

第二サイクロン９で回収できなかった画分は、熱気流に搬送されて、管路１０を経て逆方向型の第三サイクロン１１に送られた。ここでは、吸気調整用バルブ２２は、全閉（管路１９での上昇気流速度が０ｍ／ｓ）にした。これにより、第三サイクロン１１においてロータリーバルブ２５から、粒径０．０７５〜０．８５０ｍｍの粒子含有量が８８．３％の中砂分及び細砂分Ｃを３８９７ｇ回収した。この含水率は０．５％であり、更に乾燥が進んでいた。

第三サイクロン１１で回収できなかった画分は、熱気流に搬送されて、管路１２を経て、正方向型の第四サイクロン１３において強力な遠心力により分離された。第四サイクロン１３の下方に製品ホッパー２６、２８を、気密性に優れたバタフライバルブ２７、２９を挟んで接続し、これらバルブが同時に開かないように１分間ごとに交互に自動開閉させることによって、粒径０．００５〜０．２５０ｍｍの粒子含有量９１．３％の細砂分及びシルト分Ｄを３３０６ｇ回収した。この含水率は０．４％であり、最も乾燥が進んでいた。

最後に、バグフィルター１５において、粒径０．００５ｍｍ以下の粒子含有量が８２．３％の粘土分Ｅとして４４ｇが回収された。この平均粒径は２．４７μｍで、含水率は１．７％であった。

図１の装置を用い、火山噴出物堆積鉱物の原料としては、鹿児島県揖宿郡開聞町に産出する入戸火砕流堆積物である未乾燥の開聞シラス（含水率６．２％）を目の開き５ｍｍのふるいで選別したものを用いた。この開聞シラスは、粒径０．１５０ｍｍ以下の微粒分が３９．３％含まれている。また、粒径０．０７５ｍｍ以下の粘土分の粒子含有量は、１．４％、粒径０．００５〜０．０７５ｍｍのシルト分は１５．３％、粒径０．０７５〜０．２５０ｍｍの細砂分は３９．０％、粒径０．２５０〜０．８５０ｍｍの中砂分は３０．６％、粒径０．８５０〜２ｍｍの粗砂分は８．７％、粒径２〜４．７５ｍｍの細礫分は２．４％、粒径４．７５ｍｍ以上の中礫分は２．６％含まれており、コンクリート用細骨材として使われていないものである。

この開聞シラスを、原料ホッパー１からベルトフィーダー２により、３３．５ｋｇ／ｈの供給速度で、投入口３を介して４２分間供給し、あとは実施例１とほぼ同様に処理した。熱気流供給部５からは、５５５℃、５５ｍ³／ｈの熱気流を導入した。吸気調整用バルブ２０は、管路１７での上昇気流速度が１０．７ｍ／ｓになるように調整した。これにより、正方向型の第一サイクロン７において、自動開閉弁２３から、粒径０．１５０ｍｍ以下の粒子含有量が０．９％の細骨材Ａを５６５ｇ回収した。この含水率は４．２％であり、原料より少し乾燥していた。

第一サイクロン７で回収できなかった画分は、熱気流に搬送されて、管路８を経て逆方向型の第二サイクロン９に送られた。ここでは、吸気調整用バルブ２１は、管路１８での上昇気流速度が４．９ｍ／ｓになるように流量調整した。これにより、第二サイクロン９において、自動開閉弁２４から、粒径０．２５０〜２ｍｍの粒子含有量が８８．１％の粗砂分及び中砂分Ｂを５９１３ｇ回収した。この含水率は１．６％であり、乾燥が一気に進んでいた。

第二サイクロン９で回収できなかった画分は、熱気流に搬送されて、管路１０を経て逆方向型の第三サイクロン１１に送られた。ここでは、吸気調整用バルブ２２は、全閉（管路１９での上昇気流速度が０ｍ／ｓ）にした。これにより、第三サイクロン１１においてロータリーバルブ２５から、粒径０．０７５〜０．８５０ｍｍの粒子含有量が８９．６％の中砂分及び細砂分Ｃを８９４７ｇ回収した。この含水率は０．２％であり、最も乾燥が進んでいた。

第三サイクロン１１で回収できなかった画分は、熱気流に搬送されて、管路１２を経て、正方向型の第四サイクロン１３で強力な遠心力により分離された。第四サイクロン１３の下方に製品ホッパー２６、２８を、気密性に優れたバタフライバルブ２７、２９を挟んで接続し、これらバルブが同時に開かないように１分間ごとに交互に自動開閉させることによって、粒径０．００５〜０．２５０ｍｍの粒子含有量９３．１％の細砂分及びシルト分Ｄを６５２７ｇ回収した。この含水率は０．２％であり、最も乾燥が進んでいた。

最後に、バグフィルター１５において、粒径０．００５ｍｍ以下の粒子含有量が７５．８％の粘土分Ｅとして１１０ｇが回収された。この平均粒径は２．８９μｍで、含水率は０．４％であった。

図１の装置を用い、火山噴出物堆積鉱物の原料としては、実施例４と同じ開聞シラスを目の開き５ｍｍのふるいで選別したものを用いた。この開聞シラスを、原料ホッパー１からベルトフィーダー２により、１１９．６ｋｇ／ｈの供給速度で、投入口３を介して４分４５秒間供給し、あとは実施例１とほぼ同様に処理した。熱気流供給部５からは、４３９℃、５５ｍ³／ｈの熱気流を導入した。吸気調整用バルブ２０は、管路１７での上昇気流速度が１２．９ｍ／ｓになるように調整した。これにより、正方向型の第一サイクロン７において、自動開閉弁２３から、粒径０．１５０ｍｍ以下の粒子含有量が０．６％の細骨材Ａを１１１ｇ回収した。この含水率は２．８％であり、原料より乾燥していた。

第一サイクロン７で回収できなかった画分は、熱気流に搬送されて、管路８を経て逆方向型の第二サイクロン９に送られた。ここでは、吸気調整用バルブ２１は、管路１８での上昇気流速度が４．０ｍ／ｓになるように流量調整した。これにより、第二サイクロン９において、自動開閉弁２４から、粒径０．２５０〜２ｍｍの粒子含有量が６６．４％の粗砂分及び中砂分Ｂを４７８９ｇ回収した。この含水率は０．９％であり、乾燥が一気に進んでいた。

第二サイクロン９で回収できなかった画分は、熱気流に搬送されて、管路１０を経て逆方向型の第三サイクロン１１に送られた。ここでは、吸気調整用バルブ２２は、全閉（管路１９での上昇気流速度が０ｍ／ｓ）にした。これにより、第三サイクロン１１においてロータリーバルブ２５から、粒径０．０７５〜０．８５０ｍｍの粒子含有量が８２．３％の中砂分及び細砂分Ｃを２３８０ｇ回収した。この含水率は０．３％であり、最も乾燥が進んでいた。

第三サイクロン１１で回収できなかった画分は、熱気流に搬送されて、管路１２を経て、正方向型の第四サイクロン１３で強力な遠心力により分離された。第四サイクロン１３の下方に製品ホッパー２６、２８を、気密性に優れたバタフライバルブ２７、２９を挟んで接続し、これらバルブが同時に開かないように１分間ごとに交互に自動開閉させることによって、粒径０．００５〜０．２５０ｍｍの粒子含有量９２．４％の細砂分及びシルト分Ｄを２３４５ｇ回収した。この含水率は０．３％であり、最も乾燥が進んでいた。

最後に、バグフィルター１５において、粒径０．００５ｍｍ以下の粒子含有量が７８．３％の粘土分Ｅとして１４７ｇが回収された。この平均粒径は２．７４μｍで、含水率は１．１％であった。

図１の装置を用い、火山噴出物堆積鉱物の原料としては、鹿児島県霧島市霧島町に産出する噴出起源不明の火山噴出物である未乾燥の霧島シラス（含水率７．５％）を目の開き５ｍｍのふるいで選別したものを用いた。この霧島シラスは、粒径０．１５０ｍｍ以下の微粒分が１９．８％含まれている。また、粒径０．０７５ｍｍ以下の粘土分の粒子含有量は、２．０％、粒径０．００５〜０．０７５ｍｍのシルト分は９．７％、粒径０．０７５〜０．２５０ｍｍの細砂分は１６．１％、粒径０．２５０〜０．８５０ｍｍの中砂分は３１．６％、粒径０．８５０〜２ｍｍの粗砂分は１７．４％、粒径２〜４．７５ｍｍの細礫分は９．９％、粒径４．７５ｍｍ以上の中礫分は１３．２％含まれているものである。

この霧島シラスを、原料ホッパー１からベルトフィーダー２により、５８．５ｋｇ／ｈの供給速度で、投入口３を介して３４分間供給し、あとは実施例１と同様に処理した。熱気流供給部５からは、５６７℃、５５ｍ³／ｈの熱気流を導入した。吸気調整用バルブ２０は、管路１７での上昇気流速度が１０．５ｍ／ｓになるように調整した。これにより、正方向型の第一サイクロン７において、自動開閉弁２３から、粒径０．１５０ｍｍ以下の粒子含有量が３．２％の細骨材Ａを４４４４ｇ回収した。この含水率は７．３％であり、ほとんど乾燥していなかった。

第一サイクロン７で回収できなかった画分は、熱気流に搬送されて、管路８を経て逆方向型の第二サイクロン９に送られた。ここでは、吸気調整用バルブ２１は、管路１８での上昇気流速度が５．１ｍ／ｓになるように流量調整した。これにより、第二サイクロン９において、自動開閉弁２４から、粒径０．２５０〜２ｍｍの粒子含有量が９２．０％の粗砂分及び中砂分Ｂを１６６０７ｇ回収した。この含水率は１．９％であり、乾燥が一気に進んでいた。

第二サイクロン９で回収できなかった画分は、熱気流に搬送されて、管路１０を経て逆方向型の第三サイクロン１１に送られた。ここでは、吸気調整用バルブ２２は、全閉（管路１９での上昇気流速度が０ｍ／ｓ）にした。これにより、第三サイクロン１１においてロータリーバルブ２５から、粒径０．０７５〜０．８５０ｍｍの粒子含有量が８９．２％の中砂分及び細砂分Ｃを４９１３ｇ回収した。この含水率は０．１％であり、最も乾燥が進んでいた。

第三サイクロン１１で回収できなかった画分は、熱気流に搬送されて、管路１２を経て、正方向型の第四サイクロン１３で強力な遠心力により分離された。第四サイクロン１３の下方に製品ホッパー２６、２８を、気密性に優れたバタフライバルブ２７、２９を挟んで接続し、これらバルブが同時に開かないように１分間ごとに交互に自動開閉させることによって、粒径０．００５〜０．２５０ｍｍの粒子含有量８６．９％の細砂分及びシルト分Ｄを４７１７ｇ回収した。この含水率は０．２％であり、よく乾燥が進んでいた。

最後に、バグフィルター１５において、粒径０．００５ｍｍ以下の粒子含有量が７３．６％の粘土分Ｅとして１９９ｇが回収された。この平均粒径は３．０５μｍで、含水率は０．１％であった。

図１の装置を用い、火山噴出物堆積鉱物の原料としては、実施例６と同じ霧島シラスを目の開き５ｍｍのふるいで選別したものを用いた。この霧島シラスを、原料ホッパー１からベルトフィーダー２により、１５４．８ｋｇ／ｈの供給速度で、投入口３を介して７分４５秒間供給し、あとは実施例１とほぼ同様に処理した。熱気流供給部５からは、４７７℃、５５ｍ³／ｈの熱気流を導入した。吸気調整用バルブ２０は、管路１７での上昇気流速度が１０．０ｍ／ｓになるように調整した。これにより、正方向型の第一サイクロン７において、自動開閉弁２３から、粒径０．１５０ｍｍ以下の粒子含有量が６．８％の細骨材Ａを２７９８ｇ回収した。この含水率は９．１％であり、ほとんど乾燥していなかった。

なおここで、細骨材Ａの含水率は、処理前の原料の含水率７．５％よりも多くなっているが、この様な逆転現象は、実施例２でも見られた。これは、すなわち、シラスは粒径の違いで含水率が異なることに起因している。シラス中の粗粒分は多孔質の軽石が多く、全体平均の含水率より高い含水率を有する一方、微粒分は含水率が少ない傾向がある。したがって、細骨材Ａのような粗粒子は処理前の含水率が元々９．１％以上であり、ほとんど乾燥されずに回収されたことにより、原料よりも高い含水率を有するものとなったと考えられる。

第一サイクロン７で回収できなかった画分は、熱気流に搬送されて、管路８を経て逆方向型の第二サイクロン９に送られた。ここでは、吸気調整用バルブ２１は、管路１８での上昇気流速度が４．２ｍ／ｓになるように流量調整した。これにより、第二サイクロン９において、自動開閉弁２４から、粒径０．２５０〜２ｍｍの粒子含有量が７８．７％の粗砂分及び中砂分Ｂを１１６１６ｇ回収した。この含水率は３．１％であり、乾燥が一気に進んでいた。

第二サイクロン９で回収できなかった画分は、熱気流に搬送されて、管路１０を経て逆方向型の第三サイクロン１１に送られた。ここでは、吸気調整用バルブ２２は、全閉（管路１９での上昇気流速度が０ｍ／ｓ）にした。これにより、第三サイクロン１１においてロータリーバルブ２５から、粒径０．０７５〜０．８５０ｍｍの粒子含有量が７７．５％の中砂分及び細砂分Ｃを１７８０ｇ回収した。この含水率は０．４％であり、最も乾燥が進んでいた。

第三サイクロン１１で回収できなかった画分は、熱気流に搬送されて、管路１２を経て、正方向型の第四サイクロン１３で強力な遠心力により分離された。第四サイクロン１３の下方に製品ホッパー２６、２８を、気密性に優れたバタフライバルブ２７、２９を挟んで接続し、これらバルブが同時に開かないように１分間ごとに交互に自動開閉させることによって、粒径０．００５〜０．２５０ｍｍの粒子含有量８７．４％の細砂分及びシルト分Ｄを２５１１ｇ回収した。この含水率は０．５％であり、乾燥していた。

最後に、バグフィルター１５において、粒径０．００５ｍｍ以下の粒子含有量が７８．０％の粘土分Ｅとして４９ｇが回収された。この平均粒径は２．８１μｍで、含水率は１．６％であった。

図１における細骨材Ａは、粒径０．１５０ｍｍ以下の微粒分が１８％未満であることを特徴とし、粒度分布も土木学会「コンクリート標準示方書」の普通砂又は砕砂に準ずる分布であるので、コンクリート用細骨材として利用できる。
粗砂分及び中砂分Ｂは、粒径０．２５０〜２ｍｍの粒子含有量が６３〜９９％であり、含水率が５％以下と少ないので、プレミックスモルタル用細骨材等として利用できる。また、この粗砂分及び中砂分Ｂは、普通砂より乾燥しているのでコンクリート配合時に多くの水を必要とするが、上記と同様にコンクリート用細骨材としても利用できる。
中砂分及び細砂分Ｃは、粒径０．０７５〜０．８５ｍｍの粒子含有量が７３〜９５％であり、含水率が２％以下と少ないので、コンクリートスペーサーなどの高強度コンクリート二次製品用細骨材等として利用できる。
細砂分及びシルト分Ｄは、粒径０．００５〜０．２５ｍｍの粒子含有量が８２〜９８％であり、含水率が１％以下と少なく、火山ガラス含有量が９０％以上であるので、シラスバルーン（シラスの焼成発泡体）の原料や研磨材、左官材料等として利用できる。
粘土分Ｅは、粒径０．００５ｍｍ以下の粒子含有量が６７〜８７％であり、含水率が２％以下と少なく、シラス起源の超微粒子であるので、昨今売り上げが伸び話題となっているシラス洗顔化粧品の配合原料やガラス、陶器、プラスチック用のクリーナー用高級砥材等として利用できる。更に、この粘土分Ｅの主成分は火山ガラスであり、セメント混和剤や化粧品用の泥パック等としても利用できる。
上記の回収物Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅは、高温に晒されてよく乾燥していることから、無菌砂、無菌粉としての価値を有する。
ここで、上記に記載の回収物Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅの含水率について、目安の値を示しているが、管路の長さや径によって所望の値に調整することが可能となっている。

本発明方法が、必ずしも原料の乾燥を必要としていない理由は、粗い粒子には必要以上の熱を加えず未乾燥のまま分離・回収し、残った分離の難しい細かい粒子および凝集物を多段階で乾燥しながら分散し整粒する方式を採用しているからである。本発明装置は、生産効率が高く省エネルギー型であるので、大型化が容易である。

本発明の特徴は、微粒子と粗粒子とが混在する未乾燥の原料を低コストで選別できることにあり、普通シラスのような火砕流堆積物や鹿沼土、鹿屋土のような降下軽石、加久藤シラス、吉田シラスのような火山噴出物の天然淘汰物などの世界中に大量に且つ広く分布している火山噴出物堆積鉱物の他、砕石、砂、土壌はもちろん真珠岩、黒曜岩、松脂岩、石灰岩などの天然物および人工物の破砕物や凝集物の整粒が可能となっている。

本発明の装置を活用することにより、天然砂や砕石などの細骨材が不足し、搬入するにも運搬コストが高くつくなど経済的に資材購入が難しい発展途上国のほか、孤島や交通の不便な地域などにおいて、世界中に広く分布している火山噴出物堆積鉱物や身近な土壌、コンクリート破砕物から細骨材などの整粒物を安価に調達することが容易となり、インフラ整備や高付加価値製品の生産に寄与することによって、国や地域の経済発展に貢献することができる。

本発明の装置は、未発泡の火山噴出物堆積鉱物の整粒を可能としているが、パーライトやシラスバルーンといった焼成発泡した軽量骨材の整粒装置としても利用可能である。また、本発明で必要としている熱気流の温度として２００〜９００℃を設定しているが、９００℃を超える熱気流を導入すると、原料の火山噴出物堆積鉱物に含まれる火山ガラス粒子が発泡するので、多種類の発泡・軽量化した整粒品を得ることも可能となっている。

１原料ホッパー
２ベルトフィーダー
３投入口
４、６、８、１０、１２、１４、１７、１８、１９管路
５熱気流供給部
７第一サイクロン（正方向型）
９第二サイクロン（逆方向型）
１１第三サイクロン（逆方向型）
１３第四サイクロン（正方向型）
１５バグフィルター
１６排気ブロワ
２０、２１、２２吸気調整用バルブ
２３、２４自動開閉弁
２５ロータリーバルブ
２６、２８製品ホッパー
２７、２９バタフライバルブ
Ａ細骨材
Ｂ粗砂分及び中砂分
Ｃ中砂分及び細砂分
Ｄ細砂分及びシルト分
Ｅ粘土分

Claims

火山噴出物堆積鉱物から、粒径５ｍｍ以上の中礫分を除去したのち、残部を温度２００〜９００℃の熱気流に担送させ、正方向に連結した第一サイクロン、逆方向に連結した第二サイクロン、逆方向に連結した第三サイクロン及び正方向に連結した第四サイクロンの４基のサイクロンと、バグフィルターとに順次通すことにより、第一サイクロンにおいて粒径０．１５０ｍｍ以下の微粒分を１８％未満に整粒した細骨材、第二サイクロンにおいて粒径０．２５０〜２ｍｍの粗砂分及び中砂分、第三サイクロンにおいて粒径０．０７５〜０．８５０ｍｍの中砂分及び細砂分、第四サイクロンにおいて粒径０．００５〜０．２５０ｍｍの細砂分及びシルト分、及び、バグフィルターにおいて粒径０．００５ｍｍ以下の粘土分を、それぞれ回収することを特徴とする火山噴出物堆積鉱物の整粒方法。
第一サイクロン内での上昇気流速度を６〜１３ｍ／ｓに、第二サイクロン内での上昇気流速度を２〜６ｍ／ｓに、第三サイクロン内での上昇気流速度を０〜２ｍ／ｓに、それぞれ調整する請求項１記載の火山噴出物堆積鉱物の整粒方法。
管路を介して火山噴出物堆積鉱物を搬送して火山噴出物堆積鉱物の整粒を行う装置であって、管路に対し、第一サイクロン、第二サイクロン、第三サイクロンおよび第四サイクロンからなる４基のサイクロンが順次正方向、逆方向、逆方向および正方向にて接続され、さらにバグフィルターが接続されてなり、４基のサイクロンの上流側に配置された熱気流供給部から管路に流入する熱気流と、バグフィルターの下流側に配置された排気ブロワにより管路に作用する吸引力とにより、火山噴出物堆積鉱物の搬送を行うことを特徴とする火山噴出物堆積鉱物の整粒装置。
第一サイクロン、第二サイクロン及び第三サイクロンが吸気調整用バルブを備える請求項３記載の火山噴出物堆積鉱物の整粒装置。
第一サイクロン、第二サイクロン及び第三サイクロンが自動開閉弁またはロータリーバルブを備える請求項３または４記載の火山噴出物堆積鉱物の整粒装置。