JP2015100918A

JP2015100918A - 硫黄固化体の製造方法

Info

Publication number: JP2015100918A
Application number: JP2013240574A
Authority: JP
Inventors: 鐘雄星野; Kaneo Hoshino; 征史吉川; Seiji Yoshikawa; 治石森; Osamu Ishimori
Original assignee: ENVIRONMENTAL TECHNOLOGY PRACTICING ORGANIZATION
Current assignee: ENVIRONMENTAL TECHNOLOGY PRACTICING ORGANIZATION
Priority date: 2013-11-21
Filing date: 2013-11-21
Publication date: 2015-06-04

Abstract

【課題】有害物の溶出を確実に防止しつつ、高強度の硫黄固化体を安価に製造することができる硫黄固化体の製造方法を提供する。【解決手段】加熱された容器内で溶融硫黄および骨材の混合物を生成する混合工程と、前記混合物を真空状態に保持する減圧工程と、前記混合物を冷却して溶融硫黄を固化する冷却工程とを備える硫黄固化体の製造方法である。【選択図】図１

Description

本発明は、硫黄固化体の製造方法に関する。

溶融硫黄に骨材等を混合しこれを冷却固化して得られる硫黄固化体は硫黄コンクリートとも呼ばれており、セメントコンクリートに比べて強度、耐酸性、耐腐食性、封鎖性等の面で優れることから、港湾土木用、水産用、建築用等の各種構造物に利用されつつある。

このような硫黄固化体の製造方法の一例として、特許文献１には、硫黄結合材による土木・建築用資材の製造方法が開示されている。この方法は、有害重金属を含有する焼却灰、スラグ等と硫黄を密閉加圧容器内で回転翼により粉砕、混練すると共に、水蒸気注入下で硫黄を溶融温度に加熱した後、混練物を冷却固化させることにより、有害物を封鎖した土木・建築用資材を得るものである。

特開２００５−１３８２０号公報

上記の特許文献１に開示された方法は、硫黄を固相の細孔内部に浸透させることにより有害物質の溶出防止を図っているが、従来においては細孔の奥部まで硫黄を十分に行き渡らせることが困難であったため、有害物質の溶出防止や骨材同士の結合が不十分になり易いという問題があった。

そこで、本発明は、有害物の溶出を確実に防止しつつ、高強度の硫黄固化体を安価に製造することができる硫黄固化体の製造方法の提供を目的とする。

本発明の前記目的は、加熱された容器内で溶融硫黄および骨材の混合物を生成する混合工程と、前記混合物を真空状態に保持する減圧工程と、前記混合物を冷却して溶融硫黄を固化する冷却工程とを備える硫黄固化体の製造方法により達成される。

この硫黄固化体の製造方法において、前記骨材は、石炭灰およびスラグを含むことができる。

また、前記冷却工程は、加熱された型枠内に前記混合物を充填した後、前記型枠内で前記混合物を徐冷する工程を備えることができる。

本発明によれば、有害物の溶出を確実に防止しつつ、高強度の硫黄固化体を安価に製造することができる硫黄固化体の製造方法を提供することができる。

本発明の一実施形態に係る硫黄固化体の製造方法に用いる装置の概略構成図である。

以下、本発明の実施の形態について、添付図面を参照して説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る硫黄固化体の製造方法に用いる装置の概略構成図である。図１に示す硫黄固化体の製造装置１は、密閉可能な容器１０と、容器１０の内部を減圧する真空ポンプ２０とを備えている。

容器１０は、ヒータ（図示せず）により内部を加熱可能に構成されており、下部に撹拌ローラ１１が設けられている。撹拌ローラ１１は、外周面に撹拌羽根（図示せず）を備えており、モータ１１ａにより水平軸周りに回転可能となるように支持されている。容器１０の上部には、溶融硫黄、石炭灰およびスラグをそれぞれ容器１０内に投入する投入フィーダ１２，１３，１４が取り付けられている。

投入フィーダ１２，１３，１４は、モータ１２ａ，１３ａ，１４ａにより駆動されるスクリュー（図示せず）を備えており、供給筒１２ｂ，１３ｂ，１４ｂにそれぞれ供給された溶融硫黄、石炭灰およびスラグを、スクリュー押し出しによって容器１０内に連続的に定量供給することができる。投入フィーダ１２，１３，１４は、ロードセル等の計量機器（図示せず）を備えることが可能であり、予め設定された量の材料を容器１０内に供給することができる。

容器１０は、配管２１および開閉弁２２を介して真空ポンプ２０に接続されており、容器１０の内部を所望の真空度に減圧することができる。また、容器１０の底部には、混練後の混合物を排出する排出管１５と、排出管１５を開閉する排出弁１６とを備えている。

次に、上述した硫黄固化体の製造装置１を用いて硫黄固化体を製造する方法を説明する。まず、容器１０を加熱した状態で、投入フィーダ１２から溶融硫黄を容器１０内に所定量供給すると共に、投入フィーダ１３，１４から石炭灰およびスラグを骨材として容器１０内に所定量供給し、これらを撹拌ローラ１１により混練する（混合工程）。溶融硫黄は、例えば石油精製所の副産物として得られる単体硫黄を融点（例えば１１０〜１４０℃）に加熱して用いることができ、単体硫黄に公知の硫黄改質剤を添加して生成された改質硫黄を好ましく使用することができる。混合物中の溶融硫黄の配合割合は、全体に対して１５〜３５質量％であることが好ましく、１９〜３０質量％とすることがより好ましい。硫黄の配合割合がこの数値範囲を外れると強度低下を生じ易く、特に硫黄の配合割合が少なすぎると、骨材に含まれる重金属等の溶出を効果的に防止できないおそれがある。

石炭灰は、例えば、石炭火力発電所から排出される焼却灰を使用することができ、電気集塵機で捕集されたフライアッシュや、燃焼ボイラの炉底に落下したボトムアッシュ（クリンカアッシュ）等を好ましく使用することができる。スラグは、例えば、下水汚泥を焼成処理したスラッジスラグや、製鉄所の副産物として生成される製鋼スラグ（電気炉スラグ、転炉スラグ等）を好ましく使用することができる。石炭灰およびスラグは、一般には多孔質であることから、これらの細孔の深部まで溶融硫黄を浸透させることにより、有害物質の溶出防止や骨材同士の結合を確実に行うことができる。骨材としては、上記の石炭灰およびスラグのみを使用することが可能であり、石油精製、火力発電、下水汚泥焼成処理等の副次的産物を利用して、低コストで製品化を図ることができる。混合工程においては、玄武岩を溶解して繊維化したバサルトファイバー等を補強用フィラーとして添加することができる。

こうして、容器１０内で加熱しながら溶融硫黄および骨材の混合物を生成した後、開閉弁２２を開放して真空ポンプ２０の作動により容器１０内を減圧する（減圧工程）。減圧時の容器１０内の真空度（ゲージ圧）は、例えば−０．０９７ＭＰａであり、減圧状態を５分程度保持することが好ましい。このような真空脱気を硫黄が溶融した状態で行うことにより、混合工程で溶融硫黄に覆われた骨材の細孔に残留する空気の気泡が膨張して破裂するため、溶融硫黄を細孔の深部まで確実に浸透させることができる。この結果、硫黄の特質である低温での固溶体化現象を利用して、溶融硫黄と混合する材料の結晶相に溶融硫黄を十分溶け込ませることにより、重金属等の有害物質の溶出を防止すると共に、高い強度を得ることができる。上記の減圧工程は、撹拌ローラ１１を回転させて混練を継続しながら行ってもよいが、撹拌ローラ１１を停止させて混練終了後に行うことが好ましく、これによって細孔内の全体に溶融硫黄を確実に浸透させることができる。

次に、減圧工程を経た混合物を、排出弁１６の開放により排出管１５から外部に排出する。排出先としては、例えば型枠（図示せず）を挙げることができ、型枠内に混合物を充填して溶融硫黄を冷却固化することにより、所定の形状を有する硫黄固化体製品を成型することができる（冷却工程）。こうして得られる硫黄固化体製品は、防食補修工事、地盤強化、電線共同溝、漁礁・藻場・護岸整備、電磁場遮断、放射性廃棄物保管などの用途に好適に使用することができ、具体的には、護岸用矢板、人工リーフ、消波ブロック、漂砂防止ブロック、地盤強化材等の港湾土木用構造物、漁礁、藻場増殖ブロック、海流調整用山脈ブロック等の水産用構造物、あるいは、下水用施設、下水用ヒューム管、レントゲン室防護壁、放射性廃棄物防護壁等の建築用構造物などを例示することができる。冷却後の混合物はフレーク状であってもよく、このフレークを一般工場等で再加熱して溶融させることにより製品化してもよい。

型枠は、混合物に含まれる硫黄を溶融状態に維持することができるように、例えば１００℃以上に加熱可能な型枠を使用してもよい。このような加熱式型枠を使用することにより、混合物を型枠全体に充填した後に徐冷することができるので、高品質で高強度の製品を容易に得ることができる。型枠内には、混合物の充填前にバサルトのメッシュ材やバー材等を予め配置してもよく、これによって硫黄固化体製品の引張強度向上や、ひび割れ防止等を図ることができる。

本発明の実施例として、上記の硫黄固化体の製造方法により、直径が約１５ｃｍ、高さが約３０ｃｍの円柱体を製造し、ＪＩＳＡ１１０７「コンクリートからのコアの採取方法及び圧縮強度試験方法」に準じて、製造から１４日後の圧縮強度を測定した。スラグは、下水汚泥溶解スラグを使用し、石炭灰は、フライアッシュとクリンカ―アッシュの混合灰を使用した。また、硫黄は、食品添加物用の市販品を使用した。この結果、３つの円柱体の圧縮強度は、それぞれ４５．８，４２．０，４３．１（Ｎ／ｍｍ^２）であり、いずれも高い値を示した。スラグ、石炭灰、硫黄の投入順序を変えて試験を行ったが、強度面で特に違いはみられなかった。

また、上記強度試験にて発生した硫黄固化体の破片を試料として、ＪＩＳＫ０１０２に準じて土壌溶出試験を行ったところ、検査９項目の全てにおいて基準値を下回る結果となり、有害物質の溶出はみられなかった。

１硫黄固化体の製造装置
１０容器
２０真空ポンプ

Claims

加熱された容器内で溶融硫黄および骨材の混合物を生成する混合工程と、
前記混合物を真空状態に保持する減圧工程と、
前記混合物を冷却して溶融硫黄を固化する冷却工程とを備える硫黄固化体の製造方法。
前記骨材は、石炭灰およびスラグを含む請求項１に記載の硫黄固化体の製造方法。
前記冷却工程は、加熱された型枠内に前記混合物を充填した後、前記型枠内で前記混合物を徐冷する工程を備える請求項１または２に記載の硫黄固化体の製造方法。