JP2018002563A - 水硬性石灰及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】火山噴出物堆積鉱物を原料した水硬性石灰及びその有利な製造方法。【解決手段】石灰と火山噴出物堆積鉱物から分離された火山ガラス材の微粉とを原料とし、遊離ＣａＯ、ビーライト、ワラストナイト及びゲーレナイトから選ばれる少なくとも１種を含有する水硬性石灰。好ましくは、前記火山堆積物かシラスであり、更に前記火山堆積鉱物から、少なくとも2個のサイクロンにより粗粒回収用のサイクロン分級機群１２〜１４にて粗粒を、細粒回収用のサイクロン分級機１５にて細粒を、微粉回収用集塵機１６にて微粉を回収し、回収された微粉を前記原料とすることが好ましい、水硬性石灰の製造方法。【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原料とする水硬性石灰及びその製造方法に関するものである。

水硬性石灰は、水と混合することで硬化する石灰であり、水硬性であるため気硬性の消石灰に比べて高強度を有し、また、空気中での炭酸化により時間とともに石灰石に戻り、高い耐久性能が得られる。水硬性石灰は天然水硬性石灰（Ｎａｔｕｒａｌ Ｈｙｄｒａｕｌｉｃ Ｌｉｍｅ）として入手されるが、水硬性石灰は産地が限られ、日本では海外からの輸入品が用いられているように入手性が十分ではない。また、品質にもばらつきがある。

石灰石の製造工程において生じる石灰石水洗廃水を原料として水硬性石灰を製造する方法がある（特許文献１）。しかし、特許文献１に記載の方法は、石灰石水洗廃水のリサイクルに関する技術であり、水硬性石灰の大量生産には不向きである。
沈殿又はゲル化により調製される合成ケイ素化合物又は天然ケイ素を化学処理、熱処理、又はその他の物理的処理を行うことにより調製される合成ケイ素化合物をポゾラン材料として含む水硬性石灰組成物がある（特許文献２）。しかし、特許文献２に記載の水硬性石灰組成物は、ポゾラン材料が天然ケイ素を化学処理、熱処理、又はその他の物理的処理を行うためにコスト高になり、大量生産には不向きである。

特開２００７−２０４２８２号公報 特許第５６８７７１６号

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、シラスから水硬性石灰が得られれば天然水硬性石灰の代わりになり、また、天然水硬性石灰よりも優れた品質の水硬性石灰となり得る。

しかしながら、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は、粗粒から微粉までの広い粒度分布にわたる粒径を有しているので、水硬性石灰の原料とするには粉砕する工程を必要とし、粉砕に労力が嵩む。また、普通シラスは硬質な結晶鉱物を多く含むので、粉砕時に粉砕機の損耗が大きく、また粉砕物に結晶鉱物が混入するので水硬性石灰の品質の低下を招く。

本発明は、火山噴出物堆積鉱物を原料した水硬性石灰及びその有利な製造方法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分離された火山ガラスの微粉を原料の一つとし、これと石灰とを９００〜１１５０℃で焼成することにより、遊離ＣａＯ、ビーライト、ワラストナイト及びゲーレナイトから選ばれる少なくとも１種を含有する水硬性石灰が得られることを見出し、この知見に基づいて本発明をなすに至った。

本発明の一側面は、石灰と火山噴出物堆積鉱物から分離された火山ガラス材の微粉とを原料とし、遊離ＣａＯ、ビーライト、ワラストナイト及びゲーレナイトから選ばれる少なくとも１種を含有する水硬性石灰である。

上記発明において、火山噴出物堆積鉱物は普通シラスとすることができる。

本発明の別の側面は、石灰と火山噴出物堆積鉱物から分離された火山ガラス材の微粉とを原料とし、９００〜１１５０℃で焼成することを特徴とする水硬性石灰の製造方法である。

上記発明において、火山噴出物堆積鉱物が普通シラスであることが好ましい。

火山噴出物堆積鉱物から分離された火山ガラス材の微粉を分離する一つの方法は、火山噴出物堆積鉱物から粒径５ｍｍ超の礫分を除去し、残部を常温又は高温の気流に搬送させ、循環する気流経路に接続された少なくとも２個のサイクロン分級機を有する粗粒回収用のサイクロン分級機群と、このサイクロン分級機群に連結した細粒回収用のサイクロン分級機と、このサイクロン分級機に連結した微粉回収用の集塵機とを有する気流分級装置により、粗粒回収用サイクロン分級機群にて粗粒を、細粒回収用サイクロン分級機にて細粒を、微粉回収用集塵機にて微粉を回収し、回収された微粉を前記原料とすることである。

火山噴出物堆積鉱物から分離された火山ガラス材の微粉を分離する別の方法は、前記火山噴出物堆積鉱物から粒径５ｍｍ超の礫分を除去し、残部を水平方向から所定の角度で傾斜させた多孔板を振動させつつ下方から多孔板に向けて送風するエアテーブル式の比重差選別装置に供給して、重比重分と、軽比重分と、集塵分と、多孔板落下分とに選別して、選別された集塵分を前記原料とすることである。

火山噴出物堆積鉱物から分離された火山ガラス材の微粉を分離する別の方法は、前記火山噴出物堆積鉱物から粒径５ｍｍ超の礫分を除去し、残部を常温又は高温の気流に搬送させ、循環する気流経路に接続された少なくとも２個のサイクロン分級機を有する粗粒回収用のサイクロン分級機群と、このサイクロン分級機群に連結した細粒回収用のサイクロン分級機と、このサイクロン分級機に連結した微粉回収用の集塵機とを有する気流分級装置により、粗粒回収用のサイクロン分級機群にて粗粒を、細粒回収用のサイクロン分級機にて細粒を、微粉回収用の集塵機にて微粉を回収し、
回収された粗粒を水平方向から所定の角度で傾斜させた多孔板を振動させつつ下方から多孔板に向けて送風するエアテーブル式の比重差選別装置に供給して、重比重分と、軽比重分と、集塵分と、多孔板落下分とに選別して、
前記微粉及び前記集塵分を前記原料とすることである。

上述したサイクロン分級機群を用いる場合に、前記粗粒回収用のサイクロン分級機群のうちの一つのサイクロン分級機は、上部が円錐形状を有し、この円錐形状の頂部で管路と接続することが好ましく、また、前記微粉の粒径が、０．０５ｍｍ未満であることが好ましい。更に、分級された粗粒を粉砕して微粉にすることもできる。

上述したエアテーブル式の比重差選別装置を用いる場合に、エアテーブル式の比重差選別装置により選別された多孔板落下分を、作業条件が異なる同一又は別のエアテーブル式の比重差選別装置に供給して、少なくとも重比重分と、軽比重分と、集塵分とに更に選別して、
更に選別された集塵分を前記原料とすることが好ましい。
上記の更に選別する場合、重比重分と、軽比重分と、集塵分と、多孔板落下分とに選別することが好ましい。また、一段目のエアテーブル式の比重差選別装置と二段目のエアテーブル式の比重差選別装置とを組み合わせて用いる場合に、一段目のエアテーブル式の比重差選別装置における軽比重分や集塵分を、二段目のエアテーブル式の比重差選別装置に供給することができる。また、前記集塵分の粒径が０．０５ｍｍ未満であることが好ましい。更に、軽比重分を更に粉砕して微粉にすることもできる。

本発明の水硬性石灰は、モルタルを製造する原料に用いることができ、本発明の水硬性石灰の製造方法は、モルタルの製造方法に用いることができる。

本発明によると、火山噴出物堆積鉱物から分離された火山ガラス材を原料とした水硬性石灰及びその製造方法を得ることができる。

本発明の水硬性石灰の製造方法に用いて好適な乾式分離装置の一例の概略図である。 本発明の水硬性石灰の製造方法に用いて好適な乾式分離装置の一例を示す概略図である 図１の変形例である。 図２の変形例である。 図３の変形例と図４の変形例との組み合わせの例である。 本発明の水硬性石灰の製造方法に用いて好適な乾式分離装置の一例を示す概略図である。 比重差選別装置の原理を説明する模式図である。 図６の変形例である。 本発明の水硬性石灰の製造方法に用いて好適な乾式分離装置の一例を示す概略図である。 図９の変形例である。 本発明の水硬性石灰の製造方法に用いて好適な乾式分離装置の一例を示す概略図である。 本発明の水硬性石灰の製造方法に用いて好適な乾式分離装置の一例を示す概略図である。 本発明の水硬性石灰の製造方法に用いて好適な乾式分離装置の一例を示す概略図である。 実施例４のＸ線回折図である。 比較例９の徳之島石灰岩のみを１０００℃で加熱した焼成石灰のＸ線回折図である。

以下、図面に従って、本発明の水硬性石灰及び水硬性石灰の製造方法の実施形態を、火山噴出物堆積鉱物の一種である普通シラスを原料に用いた例で説明する。

（実施形態１）
本実施形態では、普通シラスから火山ガラス材の微粉を分離する。分離するための乾式分離方法及び装置の一実施形態を説明する。
図１は、本発明に適用する乾式分離方法に用いて好適な乾式分離装置の一例を示す概略図である。
図１に示す乾式分離装置は、気流分級装置１０を備えている。この気流分級装置１０は、粗粒回収用のサイクロン分級機群１２〜１４と、細粒回収用のサイクロン分級機１５と、サイクロン分級機に連結した微粉回収用のバグフィルタ１６とを有している。

図示した乾式分離装置において、普通シラスは、ベルトフィーダ３からふるい４に供給され、ふるい４により、粒径５ｍｍ超の礫分が、ふるい上として除去され、残部がふるい下として気流分級装置１０に供給される。図示した例では、粒径５ｍｍ超の礫分の除去のためにふるい４を用いているが、ふるい４の代わりに、原料である普通シラスの粒径を５ｍｍ以下に粉砕する機械を用いることもできる。また、５ｍｍ以下に粉砕する機械を用いて粉砕することにより、普通シラスに含まれる軽石の内部が露出し、分離されて回収された軽石製品の白色度が向上するという利点もある。粉砕された軽石が回収された、小さな軽石や火山ガラス粒子は、軽石粒子内部のガラス表面が露出しており、焼成して膨張発泡させて製造した発泡軽石や、概ね０．１５ｍｍ以上のパーライト同等品や、概ね０．１５ｍｍ以下のシラスバルーンの白色度が、粉砕工程を経ていない軽石や火山ガラス粒子起源の発泡軽石やパーライト相当品やシラスバルーン相当品に比べて白色度が高くなるという利点がある。

気流分級装置１０は、複数のサイクロン解砕機１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃと複数のサイクロン分級機１２〜１５と、バグフィルタ１６とを備えるとともに、これらを接続する管路１７Ａ〜１７Ｉを備えている。

気流分級装置１０において、ふるい下として分級された粒径５ｍｍ以下の普通シラスを、まずサイクロン解砕機１１Ａに導き、サイクロン解砕機１１Ａから管路１７Ａを経由してサイクロン解砕機１１Ｂに導き、サイクロン解砕機１１Ｂから管路１７Ｂを経由してサイクロン解砕機１１Ｃに導く。サイクロン解砕機１１Ａの投入口では、排気ブロワ１８に起因する管路１７Ａ〜１７Ｉへの吸引力が働き、大量の吸気Ｇが、サイクロン解砕機１１Ａの最外周に設置された角パイプの引き込み口から導入されて下方向への螺旋状の旋回流となり、上方から少量の吸気と共にシラス原料が投下されると、螺旋状の下方向への気流の流れに乗って凝集体が分散されて配管内壁をなぞるようにして次のサイクロン解砕機１１Ｂに送られ、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。原料の搬送及び乾燥、単粒子化、分離に必要な主なエネルギーは、排気ブロワ１８の吸引力を動力源としており、サイクロン解砕機とサイクロン分級機を立体的に組み合わせて、コンパクトながら経路の直線距離以上に原料粒子の移動距離を最大化する構造を有しており、原料と空気の接触が多くなることにより、気流乾燥と粒子の単粒子化を効率よく発現できる。

サイクロン解砕機１１Ａ〜１１Ｃは、普通シラス粒の凝集を遠心力により分散するためのサイクロンである。サイクロン解砕機１１Ａ〜１１Ｃを経て分散された普通シラスを、管路１７Ｃを経てサイクロン分級機１２に導く。１１Ａ〜１１Ｃを経るサイクロン解砕機とそれらを繋ぐ管路内では、付着粒子や凝集粒子のサイクロン解砕機内壁面や管路内壁への衝突、摩擦、接触やそれら粒子同士の衝突、摩擦、接触が強制的に働き、粗粒に付着した細粒や微粉の剥離、解離と凝集体の解砕が促進され、粒子に付着した水分や粒子間に介在している水分が空気との接触により空気へ移動し、粒子の乾燥が進む。したがって、原料の普通シラスが概ね４パーセント以上の水分を含んでいる場合には、サイクロン解砕機１１Ａ〜１１Ｃを有しサイクロン解砕機１１Ａ〜１１Ｃにて乾燥させる本実施形態の乾式分離装置を用いることが好ましい。

サイクロン解砕機１１Ａ〜１１Ｃによる剥離、解砕、乾燥の相乗効果により、粗粒、細粒及び微粉の単粒子化が促進する。サイクロン解砕機１１Ｃに接続しているサイクロン分級機１２は、普通シラスから粗粒と、粗粒以外とに分級する。粗粒、細粒及び微粉の単粒子化を促進するため、図３や図５に示すようにサイクロン解砕機を合計４個や５個やそれを超える数のサイクロン解砕機を設けてもよい。

サイクロン分級機１２の上部は円錐形状を有し、この円錐形状の頂部で管路１７Ｄと接続している。サイクロン分級機１２の上部は円錐形状を有していることにより、サイクロン分級機１２から上方へ上昇する旋回気流の流れをスムーズにして、所定の粒径の粗粒をサイクロン分級機１２の下方に落下させ、粗粒よりも小さな粒径のものはサイクロン分級機１２から上方へ上昇する気流に乗って管路１７Ｄに搬送されるようにしている。
サイクロン分級機１２の下方に接続する管路には、開口１２ａを備えている。この開口１２ａは吸気調整手段であり、開口１２ａの大きさを調整することにより、開口１２ａを備える管路内の上昇気流の流速を調整することができる。より具体的には開口１２ａを大きくしてサイクロン分級機１２の下方から上方に向かう上昇気流の流速を速くすることにより、ひいては粗粒中における密度２．５ｇ／ｃｍ^３以上のものの割合を向上させることができる。開口１２ａは、例えばフランジ継手の間の隙間であり、この隙間の間隔を厚さの異なるワッシャー等で調整することにより、開口１２ａから取り込まれる吸気Ｈの空気量を調整し、サイクロン分級機１２の下方から上方に向かう上昇気流の流速を調整することができる。
サイクロン分級機１２の下方に接続する管路には、開口１２ａよりも下方に、２個の開閉弁１２ｂを有している。図示した乾式分離装置の作業中に、粗粒はサイクロン分級機１２の下方に接続する管路内に堆積する。この粗粒を作業中に回収するために、まず上側の開閉弁１２ｂを開いて下側の開閉弁１２ｂを閉じ、これにより粗粒を上側の開閉弁１２ｂと下側の開閉弁１２ｂとの間に落下させ、次に上側の開閉弁１２ｂを閉じて下側の開閉弁１２ｂを開き、これにより上側の開閉弁１２ｂと下側の開閉弁１２ｂとの間の粗粒を回収する。ここで、開閉弁１２ｂの代わりに同じ機能を有するロータリーバルブを用いることもできる。

単粒子化した粗粒の収率を高めるために、サイクロン分級機１３及び管路１７Ｄ、管路１７Ｅを設け、サイクロン分級機１２のオーバーフロー分を、管路１７Ｄを経由してサイクロン分級機１３に導き、このサイクロン分級機１３のアンダーフロー分を、管路１７Ｃに接続した管路１７Ｅを経由してサイクロン分級機１２に導く一番目の循環経路を形成している。また、単粒子化した粗粒の収率を更に高めるために、サイクロン分級機１４及び管路１７Ｆ、管路１７Ｇを設け、サイクロン分級機１３のオーバーフロー分を、管路１７Ｆを経由してサイクロン分級機１４に導き、このサイクロン分級機１４のアンダーフロー分を、管路１７Ｄに接続した管路１７Ｇを経由してサイクロン分級機１３に導く二番目の循環経路を形成している。これらの気流の循環経路内を循環することにより、付着粒子や凝集粒子のサイクロン分級機内壁面や管路内壁への衝突、摩擦、接触やそれら粒子同士の衝突、摩擦、接触が強制的に働き、粗粒に付着した細粒や微粉の剥離と凝集体の解砕が促進され、粒子に付着した水分や粒子間に介在している水分が空気との接触により空気へ移動し、粒子の乾燥が進む。これらの剥離、解砕、乾燥の相乗効果により、粗粒、細粒及び微粉の単粒子化が促進する。以上の効果により、管路内及びサイクロン分級機内が常温の気流であっても普通シラスは水分が低減されて乾燥する。サイクロン解砕機１１Ａに導入される吸気Ｇが、乾燥した空気又は温風であれば、更にシラスの乾燥と単粒子化が促進する。

図１に示した本実施形態では、２つの循環経路を形成するためにサイクロン分級機１３及びサイクロン分級機１４を設けているが、循環経路を３個や４個やそれを超える数で形成し、そのために図４や図５に示すように合計３個や４個やそれを超える数のサイクロン分級機を設けてもよい。

サイクロン分級機１４のオーバーフロー分を、管路１７Ｈを経由してサイクロン分級機１５に導く。サイクロン分級機１５は、サイクロン分級機１４のオーバーフロー分から細粒と、細粒以外の微粉とに分級する。細粒は、粒径が０．０５〜０．３０ｍｍであり、後述するふるいに供給される。なお、サイクロン分級機１５により分級された細粒の粒径の値０．０５〜０．３０ｍｍは、概略値である。また、吸気調整手段としてサイクロン分級機１５の下側の管路に備えられた開口１５ａの大きさを調整することにより、細粒の粒径の値又は回収率は調整可能である。

サイクロン分級機１５の下方に接続する管路には、開口１５ａを備えている。この開口１５ａは吸気調整手段であり、開口１５ａの大きさを調整することにより、開口１５ａを備える管路内の上昇気流の流速を調整することができ、ひいては細粒の粒度分布又は平均粒径又は回収率を調整することができる。開口１５ａは、例えばフランジ継手の隙間であり、この隙間の間隔を厚さの異なるワッシャー等で調整することにより、開口１５ａから取り込まれる吸気Ｉの空気量を調整し、サイクロン分級機１５の下方から上方に向かう上昇気流の流速を調整することができる。

サイクロン分級機１５の下方に接続する管路には、開口１５ａよりも下方に、２個の開閉弁１５ｂを有している。図示した乾式分離装置の作業中に、細粒はサイクロン分級機１５の下方に接続する管路内に堆積する。この細粒を作業中に回収するために、まず上側の開閉弁１５ｂを開いて下側の開閉弁１５ｂを閉じ、これにより細粒を上側の開閉弁１５ｂと下側の開閉弁１５ｂとの間に落下させ、次に上側の開閉弁１５ｂを閉じて下側の開閉弁１５ｂを開き、これにより上側の開閉弁１５ｂと下側の開閉弁１５ｂとの間の細粒を回収する。ここで、開閉弁１５ｂの代わりに同じ機能を有するロータリーバルブを用いることもできる。

回収された細粒を、ふるい１９によりふるい分けする。ふるいの網目は３００μｍであり、粒径０．３ｍｍを超える細粒はふるい上に、粒径０．３ｍｍ以下の細粒はふるい下に分離される。サイクロン分級機１５のアンダーフロー分として分級された細粒は、主に火山ガラスであり、粒径０．３ｍｍ以上の軽石を含んでいる。この粒径０．３ｍｍ以上の軽石は、軽量骨材として有用である。そこで、ふるい１９により粒径０．３ｍｍでふるい分けすることで、軽量骨材を回収することができる。

また、ふるい１９のふるい下は、粒径０．３ｍｍ未満の火山ガラス材である。特に火山噴出物堆積鉱物が本実施形態のようにシラスである場合には、粒径０．３ｍｍ未満の火山ガラス材は、加熱により発泡するので、パーライト原料又はシラスバルーン原料として有用である。また、粒径０．３ｍｍ未満の火山ガラス材を粉砕することにより、本発明の水硬性石灰の原料として又は混和材として用いることができる。本実施形態の乾式分離方法は、粒径が０．０５ｍｍ以下の微粉をサイクロン分級機１５のオーバーフロー分として分級していることから、ふるい１９のふるい下は微粉をほとんど含んでいない。したがって、ふるい１９のふるい下は粒径が概略０．０５ｍｍ〜０．３ｍｍの、粒径が整った火山ガラス材Ｂ２を得ることができる。

サイクロン分級機１５のオーバーフロー分として、細粒以外の微粉を、管路１７Ｉを経由してバグフィルタ１６に導く。バグフィルタ１６は、微粉Ｃを回収する。微粉Ｃは、粒径が０．０５ｍｍ以下である。なお、微粉Ｃの粒径の値０．０５ｍｍ以下は、概略値である。微粉Ｃは、主に火山ガラスよりなり、本発明の水硬性石灰の原料として、又はポゾラン効果を有する混合セメント原料、より具体的には混和材又はその原料として有用である。ここで、バグフィルタ１６の部分は、電気集塵装置に取り替えても同様に機能する。

バグフィルタ１６には排気ブロワ１８が接続され、バグフィルタ１６のろ布を通過した気流は、排気ブロワ１８で排気Ｊが排出される。また、サイクロン解砕機１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃ及びサイクロン分級機１２〜１５は、この排気ブロワ１８により駆動され、搬送気流は排気ブロワ１８より外部に排出される。
図１に示した本実施形態の乾式分離方法及び乾式分離装置によれば、普通シラスを粗粒Ａと細粒Ｂと微粉Ｃとに分離することができ、更に細粒Ｂを粒径０．３ｍｍ超え（Ｂ１）と粒径０．３ｍｍ以下（Ｂ２）に分離することができる。このうちの微粉Ｃ又は微粒Ｂ２を粉砕したものを本発明の水硬性石灰の原料とする。また、本実施形態の乾式分離方法及び乾式分離装置によれば、粉砕工程を必要とせず、粉砕した場合でも硬質な結晶鉱物をほとんど含まないので粉砕時に粉砕機の損耗が少なく、不純物となる結晶鉱物をほとんど含まないので火山ガラス成分率が高い水硬性石灰を得ることができる。

（実施形態２）
本発明に適用する乾式分離方法及び装置の別の実施形態を説明する。
図２は、本発明に適用する乾式分離方法に用いて好適な乾式分離装置の一例を示す概略図である。なお、図２において、図１と同一部材については同一符号を付している。したがって、本実施形態において、先に実施形態１で説明したのと同一の部材についての重複する説明は省略する。また、図示したふるい４の代わりに、原料である普通シラスの粒径を５ｍｍ以下に粉砕する機械を用いることもできる。

図２に示した乾式分離装置が図１に示した乾式分離装置と相違する点は、粗粒回収用のサイクロン分級機群１２〜１４に普通シラスを供給するロータリーフィーダ２０を有している点である。原料の普通シラスの水分が概ね４パーセント未満である場合には、サイクロン解砕機１１Ａ〜１１Ｃを経由して乾燥させなくても、粗粒回収用のサイクロン分級機群１２〜１４内をスムーズに循環させることができ、粗粒回収用のサイクロン分級機群１２〜１４内を循環する過程で乾燥させることができる。そこで、定量的に供給が可能なロータリーフィーダ２０により普通シラスを、サイクロン分級機１３の頂部に供給する。

ロータリーフィーダ２０は、密閉性が高く、空気による搬送を必要とせずにシラス原料を定量的に供給できる。ロータリーフィーダ２０からサイクロン分級機１３の上部に投入された普通シラスは、管路１７Ｆから気流に乗って、サイクロン分級機１４に送られる。サイクロン分級機１４で遠心分離により単粒子化した微粉は、オーバーフロー分として上方の管路１７Ｈに搬送される。細粒と微粉が分離しきれず、それらが付着した粗粒や凝集体は、解砕した単粒子とともに管路１７Ｄを経て、サイクロン分級機１３で遠心分離される。サイクロン分級機１３において、下方に落下した粗粒は、サイクロン解砕機１１Ａの吸気口から導入されてサイクロン解砕機１１Ａ〜１１Ｃを経て流れてきた気流と接触し、管路１７Ｃを経て、サイクロン分級機１２に送られる。その後は、実施形態１で述べたのと同様に、サイクロン分級機の循環経路システムにより、管路中で普通シラスの解砕と分離を繰り返してサイクロン分級機１２から細骨材が分離される。

原料の普通シラスの水分が概ね４パーセント未満である場合に、普通シラスの供給はロータリーフィーダ２０に限るものではない。普通シラスの一部又は全部をサイクロン解砕機群１１Ａ〜１１Ｃを経由させることもできる。また、原料の普通シラスの水分が概ね４パーセント以上である場合に、普通シラスはサイクロン分級機群１２〜１４を経由させることに限るものではない。普通シラスの一部をロータリーフィーダ２０から供給することもできる。

図２に示した本実施形態の乾式分離方法及び乾式分離装置によれば、図１に示した実施形態１の乾式分離方法及び乾式分離装置と同様に、普通シラスを粗粒と細粒と微粉とに分離することができ、更に細粒を粒径０．３ｍｍ超えと粒径０．３ｍｍ以下に分離することができる。このうちの微粉Ｃ又は微粒Ｂ２を粉砕したものを水硬性石灰の原料とする。本実施形態の乾式分離方法及び乾式分離装置によれば、粉砕工程を必要とせず、粉砕した場合でも硬質な結晶鉱物をほとんど含まないので粉砕時に粉砕機の損耗が少なく、不純物となる結晶鉱物をほとんど含まないので火山ガラス成分率が高い水硬性石灰を得ることができる。

図３は、図１の変形例であり、サイクロン解砕機を、サイクロン解砕機１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃ、１１Ｄ及び１１Ｅの合計５個を有する例である。図１及び図３から分かるように本発明の水硬性石灰の製造方法に用いて好適な乾式分離装置において、サイクロン解砕機の個数は問わない。

図４は、図２の変形例であり、サイクロン分級機を、サイクロン分級機１２、１３、１４、３１及び３２の合計５個を有する例である。図２及び図４から分かるように本発明の水硬性石灰の製造方法に用いて好適な乾式分離装置において、サイクロン分級機の個数は２個以上であれば問わない。

図５は、図３の変形例と図４の変形例との組み合わせの例であり、サイクロン解砕機を、サイクロン解砕機１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃ、１１Ｄ及び１１Ｅの合計５個を有し、サイクロン分級機を、サイクロン分級機１２、１３、１４、３１及び３２の合計５個を有する例である。

（実施形態３）
本発明に適用する火山噴出物堆積鉱物の乾式分離方法の一実施形態を説明する。
図６は、本発明の水硬性石灰の製造方法に用いて好適な乾式分離装置の一例を示す概略図である。図６において、先に図面を用いて説明したのと同じ部材については同一符号を付しており、以下では重複する説明を省略する。

図６に示す乾式分離装置は、エアテーブル式の比重差選別装置２１を備えている。比重差選別装置２１は、多孔板２１ａ及び振動装置２１ｇを有し、水平方向から所定の角度で傾斜させた多孔板２１ａを振動装置２１ｇにより振動させつつ下方から多孔板２１ａに向けて風胴２１ｈ内の送風ファン２１ｂにより送風するエアテーブル式の比重差選別装置である。比重差選別装置２１の原理を図７に示す模式図を用いて説明する。

多孔板２１ａは、水平方向から所定の角度で傾斜している。また多孔板２１ａの上面は断面が鋸刃状の凹凸を有し、その凹凸の高低差は、おおよそ３〜２０ｍｍである。また多孔板２１ａには所定形状の孔を多数有している。多孔板２１ａは、偏心クランクによる振動装置２１ｇにより下手側から上手側に向けてサイクロイド又はそれに近似した曲線状に送り出してすぐ引っ込めるような独特の前後長±３〜７ｍｍの独特な振動運動が可能であり、鋸刃状の凹部に引っかかった重比重分を上方に押し出す力を加えることが可能になっている。振動装置２１ｇにより多孔板２１ａを振動させつつ多孔板２１ａの孔に向けて風胴２１ｈ内の送風ファン２１ｂにより送風可能になっている。なお，送風ファン２１ｂは，風胴内蔵式としているが，風胴に空気を導入する能力を有する外付けの送風ファンでもよい。多孔板２１ａの上面に複数比重粉の混合物が供給されると、比重の重たい粉（図７中の黒丸印で示す）、多孔板２１ａの上面の鋸刃状の凹凸に引っ掛かりつつ、振動装置２１ｇによる多孔板２１ａの振動により多孔板２１ａの上手に向かって移動する。比重の軽い粉は多孔板２１ａの孔を通した気流により舞い上がる。舞い上がった比重の軽い粉のうち、比較的比重が重たい粉（図７中の白丸印で示す）は多孔板２１ａの下手に向かって移動する。舞い上がった比重の軽い粉のうち、比較的比重が軽い粉（図７中の黒点で示す）は気流に乗って比重差選別装置２１外に搬送される。

したがって、比重差選別装置２１に、普通シラスを供給して、多孔板２１ａを振動させつつ下方から多孔板２１ａに向けて送風することにより、多孔板２１ａの上手側に重比重分を、下手側に軽比重分を選別することができる。また、多孔板２１ａに供給された普通シラスのうちの粒度が小さいもの（以下「集塵分」という。）は、送風により多孔板２１ａから浮上する。また、多孔板２１ａに供給された普通シラスの一部は多孔板２１ａの孔を通って落下する。

多孔板２１ａは、普通シラスのうち密度２．５ｇ／ｃｍ^３以上のものを重比重分として選別するように作業条件を設定する。作業条件の設定は、例えば時間当たりの原料供給量、送風量、多孔板２１ａの傾斜角度、多孔板２１ａの孔の大きさ、孔の形状、孔の数、多孔板の凹凸の形状、多孔板２１ａの振動数、排出口２１ｅに係る吸出風量等の少なくとも一つを調整することにより行う。

多孔板２１ａで選別された重比重分を、比重差選別装置２１の排出口２１ｃから排出させて回収する。回収された重比重分は、密度２．５ｇ／ｃｍ^３以上である。この重比重分は、ＪＩＳ Ａ５３０８の「砂」で規定する密度２．５ｇ／ｃｍ^３以上を満たし、そのまま細骨材として使用することができる。

多孔板２１ａで選別された多孔板落下分は、排出口２１ｆから排出させて回収する。回収された多孔板落下分は、原料や作業条件によって密度２．５ｇ／ｃｍ^３以上とすることができる。この多孔板落下分は、ＪＩＳ Ａ５３０８の「砂」で規定する密度２．５ｇ／ｃｍ^３以上を満たす場合には、そのまま細骨材として使用することができる。

多孔板２１ａで選別された多孔板落下分が、密度２．５ｇ／ｃｍ^３以下である場合には、ＪＩＳ Ａ５３０８の「砂」で規定する細骨材として使用することはできない。この場合には、後述するように、多孔板落下分を更に比重差選別装置で比重分離を行うことができる（図９、１０参照）。

多孔板２１ａで選別された軽比重分を、比重差選別装置２１の排出口２１ｄから排出させる。排出された軽比重分は、ベルトコンベア６及びベルトフィーダ９を経由して後述するふるい２３にかけられる。

多孔板２１ａから浮上した集塵分を、比重差選別装置２１の排出口２１ｅに接続する管路７Ａを経てサイクロン分級機２２に導く。サイクロン分級機２２は、集塵分から、より軽量な微粉をオーバーフロー分として分級する。アンダーフロー分のサイクロン回収分を、シラスバルーン原料または混和材原料として回収する。アンダーフロー分のサイクロン回収分は、粉砕して本発明の水硬性石灰の原料として用いることもできる。また、サイクロン分級機２２のオーバーフロー分の微粉を、管路７Ｉを経てバグフィルタ１６に導いて回収する。回収された微粉Ｆを水硬性石灰の原料とする。バグフィルタ１６については、既に説明したとおりである。

ふるい２３は、所定の網目の大きさを有している。ふるい２３の網目は例えば３００μｍとすることができる。ふるい２３に、比重差選別装置２１の軽比重分を導いて、ふるい上とふるい下とに分ける。

比重差選別装置２１の軽比重分は粒径０．３ｍｍ以上の軽石を含んでいる。この粒径０．３ｍｍ以上の軽石は、軽量骨材として有用である。そこで、ふるい２３により粒径０．３ｍｍでふるい分けすることで、軽量骨材を回収することができる。

また、ふるい２３のふるい下は、粒径０．３ｍｍ未満の火山ガラス材である。特に火山噴出物堆積鉱物が本実施形態のようにシラスである場合には、粒径０．３ｍｍ未満の火山ガラス材は、加熱により発泡するので、パーライト原料又はシラスバルーン原料として有用である。また、粒径０．３ｍｍ未満の火山ガラス材を粉砕することにより、本発明の水硬性石灰の原料として又は混和材として用いることができる。本実施形態の乾式分離方法は、比重差選別装置２１により粒径が０．０５ｍｍ以下の微粉を予め分級していることから、ふるい２３のふるい下は微粉をほとんど含んでいない。したがって、ふるい２３のふるい下は発泡性が良好なシラスバルーン原料を得ることができる。

比重差選別装置２１の軽比重分における粒径０．３ｍｍ未満の火山ガラスを活用するに当たり、必ずしもふるい２３にかけることを要しない。図８は、図６の変形例である。図８に示す乾式分離装置は、ふるい２３を有してない。
図８に示すように、軽比重分は、ふるい２３により粒径０．３ｍｍでふるい分けしなくても、ＪＩＳ Ａ５００２「構造用軽量コンクリート骨材」の規格に適合する場合には、ふるい２３を省いて、簡素化して軽量骨材を回収することができる。

図６及び図８に示した本実施形態の乾式分離方法及び装置によれば、比重差選別装置２１又は２１Ｄを用いて普通シラスを重比重分Ｄと軽比重分Ｅと微粉Ｆとに分離することができ、更に軽比重分をふるい２３により例えば粒径０．３ｍｍ超え（Ｅ１）と粒径０．３ｍｍ以下（Ｅ２）に分離することができる。この微粉Ｆを水硬性石灰の原料とする。Ｅ２を粉砕して水硬性石灰の原料とすることもできる。また、本実施形態の乾式分離方法及び乾式分離装置によれば、粉砕工程を必要とせず、粉砕した場合でも硬質な結晶鉱物をほとんど含まないので粉砕時に粉砕機の損耗が少なく、不純物となる結晶鉱物をほとんど含まないので火山ガラス成分率が高い水硬性石灰を得ることができる。また、密度２．５ｇ／ｃｍ^３以上の細骨材は重比重分Ｄ中に含まれているから、重比重分Ｄを回収することにより密度が２．５ｇ／ｃｍ^３以上の細骨材の収率を高めることができる。
本実施形態の乾式分離方法及び乾式分離装置は、実施形態１や実施形態２の乾式分離方法で用いたサイクロン解砕機やサイクロン分級機を有していないため、サイクロン解砕機やサイクロン分級機による原料の乾燥はあまり期待できない。もっとも、原料をふるい４で礫分を分離する前に、乾燥機による強制乾燥により多大なコストを費やして含水率を概ね２％未満に乾燥させなくても、太陽光の差し込む屋内に数ｃｍ敷き詰めて数日以上放置して、一定間隔をおいて天地返しをして乾燥させるなど、別の経済的な乾燥手段により原料をある程度乾燥させ、原料の普通シラスの含水率を概ね２％以下に低減することにより、本実施形態の乾式分離方法及び乾式分離装置を効率よく実施することができる。ここで、原料の普通シラスの含水率が２％を超す場合でも、本実施形態の乾式分離方法及び乾式分離装置を実施することができるが、十分に乾燥した普通シラスの原料に比べて、分離効率は低減し、原料の普通シラスの含水率が多いほど、それらの分離効率は低減する。

（実施形態４）
本発明に適用する乾式分離方法の一実施形態を、図９を用いて説明する。
図９は、本発明に適用する乾式分離方法に用いられる乾式分離装置の一例を示す概略図である。図９において、先に図面を用いて説明したのと同じ部材については同一符号を付しており、以下では重複する説明を省略する。

図９に示す乾式分離装置は、一段目のエアテーブル式の比重差選別装置２１Ａと二段目のエアテーブル式の比重差選別装置２１Ｂとの合計２台の比重差選別装置を備えている。一段目の比重差選別装置２１Ａは実施形態３で説明した比重差選別装置２１と同じ構造及び作業条件とすることができる。

一段目の比重差選別装置２１Ａの多孔板２１ａの孔を通って落下した粗粒は、その孔径以下に粒径制御されているが、密度２．５ｇ／ｃｍ^３以上の重鉱物を含む重比重分を主成分とする場合が多く、火山ガラス分と若干の軽石分と微粉を含んでいるので、原料や分離条件によって密度２．５ｇ／ｃｍ^３以下となる場合がある。
この場合、この多孔板落下分から密度２．５ｇ／ｃｍ^３以上の重鉱物を選別するために、二段目のエアテーブルで比重選別する。
一段目の比重差選別装置２１Ａの多孔板２１ａから落下した多孔板落下分を、ベルトフィーダ８を経由して二段目の比重差選別装置２１Ｂに供給して選別する。二段目の比重差選別装置２１Ｂの多孔板２１ａは、普通シラスのうち密度２．５ｇ／ｃｍ^３以上のものを重比重分として選別するように作業条件を設定する。もっとも、二段目の比重差選別装置２１Ｂは、一段目の比重差選別装置２１Ａとは、作業条件を異ならせることができる。例えば時間当たりの原料供給量、送風量、多孔板２１ａの傾斜角度、多孔板２１ａの孔の大きさ、孔の形状、孔の数、多孔板の凹凸の形状、多孔板２１ａの振動数、排出口２１ｅに係る吸出風量等の少なくとも一つを一段目の比重差選別装置２１Ａとは異ならせることができる。具体的に、本実施形態では一段目の多孔板の孔径を１ｍｍ（１ｍｍメッシュ）としているのに対して、二段目の多孔板の孔径を１０５μｍ（１５０メッシュ）としている。

ただし、一段目の多孔板に関しては、１ｍｍの孔径に限定されるものでなく、２〜０．５ｍｍの孔径を選択することができる。また、二段目の多孔板の孔径に関しても、１０５μｍに限定されるものでなく、７５〜５００μｍの孔径を選択することができる。

本実施形態の乾式分離方法は、二段目の比重差選別装置２１Ｂの多孔板２１ａで選別された重比重分を、比重差選別装置２１Ｂの排出口２１ｃから排出させて回収する。回収された重比重分は、密度２．５ｇ／ｃｍ^３以上である。この重比重分は、ＪＩＳ Ａ５３０８の「砂」で規定する密度２．５ｇ／ｃｍ^３以上を満たし、そのまま細骨材として使用することができる。

二段目の比重差選別装置２１Ｂの多孔板２１ａで選別された軽比重分を、比重差選別装置２１Ｂの排出口２１ｄから排出させる。排出された軽比重分は、ベルトフィーダ９を経由して後述するふるい２３にかけられる。

二段目の比重差選別装置２１Ｂの多孔板２１ａから浮上した集塵分を、比重差選別装置２１Ｂの排出口２１ｅに接続する管路７Ｂを経てサイクロン分級機２２に導く。サイクロン分級機２２は、既に説明したとおりである。サイクロン分級機２２のオーバーフロー分の微粉を、管路７Ｉを経てバグフィルタ１６に導いて回収する。回収された微粉Ｆを水硬性石灰の原料とする。アンダーフロー分のサイクロン回収分は、粉砕して本発明の水硬性石灰の原料として用いることができる。

二段目の比重差選別装置２１Ｂの多孔板２１ａの孔を通って落下した多孔板落下分を、比重差選別装置２１Ｂの排出口２１ｆから排出させて、シラスバルーン原料としてまたは混和材原料として回収する。回収された多孔板落下分は、粉砕して本発明の水硬性石灰の原料として用いることもできる。二段目の比重差選別装置２１Ｂの多孔板２１ａの孔径などの作業条件の違いや原料の種類によっては、多孔板２１ａの孔を通って落下し、排出口２１ｆから排出した多孔板落下分が、ＪＩＳ Ａ５００２「構造用軽量コンクリート骨材」の規格に適合する場合があり、この場合には、当該多孔板落下分を軽量骨材として回収することができる。

二段目の比重差選別装置２１Ｂの多孔板２１ａの孔を通って排出口２１ｆから排出された多孔板落下分は、原料や作業条件によっては、密度２．５ｇ／ｃｍ^３以上のものが回収される場合がある。この場合は、多孔板落下分を細骨材Ｄに混ぜて使用することができる。

ふるい２３は、所定の網目の大きさを有している。ふるい２３の網目は例えば３００μｍとすることができる。ふるい２３に、一段目の比重差選別装置２１Ａの軽比重分と、二段目の比重差選別装置２１Ｂの軽比重分とを導いて、ふるい上とふるい下とに分ける。

一段目の比重差選別装置２１Ａの軽比重分及び二段目の比重差選別装置２１Ｂの軽比重分は粒径０．３ｍｍ以上の軽石を含んでいる。この粒径０．３ｍｍ以上の軽石は、軽量骨材として有用である。そこで、ふるい２３により粒径０．３ｍｍでふるい分けすることで、軽量骨材を回収することができる。

また、ふるい２３のふるい下は、粒径０．３ｍｍ未満の火山ガラス材である。特に火山噴出物堆積鉱物が本実施形態のようにシラスである場合には、粒径０．３ｍｍ未満の火山ガラス材は、加熱により発泡するので、パーライト原料又はシラスバルーン原料として有用である。また、粒径０．３ｍｍ未満の火山ガラス材を粉砕することにより、本発明の水硬性石灰の原料として又は混和材として用いることができる。本実施形態の乾式分離方法は、一段目の比重差選別装置２１Ａと二段目の比重差選別装置２１Ｂの排出口２１ｅにより粒径が概ね０．０５ｍｍ以下の微粉を予め多く分級していることから、ふるい２３のふるい下は微粉をほとんど含んでいない。したがって、ふるい２３のふるい下は発泡性が良好なパーライト原料又はシラスバルーン原料を得ることができる。

一段目の比重差選別装置２１Ａの軽比重分及び二段目の比重差選別装置２１Ｂの軽比重分における粒径０．３ｍｍ未満の火山ガラスを活用するに当たり、必ずしもふるい２３にかけることを要しない。図１０は、図９の変形例であり、実施形態５で後述する。図１０に示す乾式分離装置は、ふるい２３を有してない。
図１０に示すように、軽比重分は、ふるい２３により粒径０．３ｍｍでふるい分けしなくても、ＪＩＳ Ａ５００２「構造用軽量コンクリート骨材」の規格に適合する場合には、ふるい２３を省いて、簡素化して軽量骨材を回収することができる。

図９及び図１０に示した本実施形態の乾式分離方法によれば、図６、図８で示した実施形態３の効果を有するばかりでなく、一段目の比重差選別装置２１Ａ及び二段目の比重差選別装置２１Ｂを使用することにより、収率及び選別能力を高めることができる。よって回収された重比重分Ｄや微粉Ｆやふるい下の軽比重分及び／又はサイクロン回収分Ｅ２の割合を向上させることができ、ひいては密度が２．５ｇ／ｃｍ^３以上の細骨材の収率をより高めることができる。

二段目の比重差選別装置２１Ｂは、必ずしも別個の装置である場合に限られない。一段目の比重差選別装置２１Ａを用いて所定量の乾式分離作業を行ったのち、その比重差選別装置２１Ａの多孔板を交換して、二段目の比重差選別装置２１Ｂの代わりに用いることもできる。

（実施形態５）
実施形態５を、図１０を用いて説明する。先に図９に示した乾式分離装置では一段目の比重差選別装置２１Ａの多孔板２１ａから浮上した集塵分と二段目の比重差選別装置２１Ｂの多孔板２１ａから浮上した集塵分を、排出口２１ｅに接続する管路７Ａ及び７Ｂを経て一つのサイクロン分級機２２に導き、火山ガラス材細粒Ｅ２を分離回収し、バグフィルタ１６により微粉Ｆを分離回収している。

一段目の比重差選別装置２１Ａと二段目の比重差選別装置２１Ｂは、同じ性能の装置を図９のように２段連結して用いる場合もあるが、投入する原料の性質や装置として多孔板２１ａの傾斜角度、多孔板２１ａの孔の大きさ、孔の形状、孔の数、多孔板の凹凸の形状、多孔板２１ａの振動数、排出口２１ｅに係る吸出風量等の少なくとも１つ以上の作業条件を変更して用いる場合が多い。そのため、二段式の比重差選別装置からなる比重分離をより高精度に行うためには、上記の作業条件を細かく高精度に制御する必要がある。

比重差選別装置における分離性能は、排出口２１ｅに係る吸出風量にも影響を受けることが分かっている。図９における排出口２１ｅに係る管路７Ａと管路７Ｂに係る吸出風量は、サイクロン分級機２２とバグフィルタ１６及び排気ブロワ１８の性能と運転条件により、配管内に設置されたバタフライバルブなどで７Ａまたは７Ｂに係る吸出風量をいずれか調整しようとするとお互いに影響してしまい、一段目と二段目の吸出風量の微調整が困難な場合がある。そこで、一段目と二段目でそれぞれ独立してサイクロン分級機とバグフィルタ及び排気ブロワが操作できれば、高精度な比重分離が可能となる。そこで、図９の二段式の比重分離装置に、サイクロン分級機２２Ｂとバグフィルタ１６Ｂと排気ブロワ１８Ｂを１セット追加した本実施形態の変形例を図１０に示す。

図１０において、一段目の比重差選別装置を２１Ｄ、二段目の比重差選別装置を２１Ｅとしている。一段目の比重差選別装置２１Ｄの軽比重分及び二段目の比重差選別装置２１Ｅの軽比重分は、粒径０．３ｍｍ以下の火山ガラスを含んでいるが、図１０においては、ふるい２３によるふるい分けをしていない。ふるい２３により粒径０．３ｍｍでふるい分けしなくても、ＪＩＳ Ａ５００２「構造用軽量コンクリート骨材」の規格に適合する場合には、ふるい２３を省いて、図１０に示した変形例のように簡素化して軽量骨材Ｅ１を回収することができる。もっとも、図１０において、ふるい２３により例えば粒径０．３ｍｍでふるい分けをしてもよい。

また、図１０において、二段目の比重差選別装置２１Ｅの作業条件によっては、排出口２１ｆから排出される多孔板落下分の排出量をゼロにすることも可能であり、この場合、二段目の比重差選別装置２１Ｅでは多孔板落下分を選別する必要がなく、二段目の比重差選別装置２１Ｅとそれに連結させたサイクロン分級機２２Ｂとバグフィルタ１６Ｂにより、重比重分、軽比重分、集塵分（サイクロン回収分、バグフィルタ回収分）の合計４分割の選別にして簡素化することができる。

（実施形態６）
本発明に適用する火山噴出物堆積鉱物の乾式分離方法の一実施形態を、図１１を用いて説明する。
図１１は、本発明の水硬性石灰の製造方法に用いて好適な乾式分離装置の一例を示す概略図である。図１１において、先に図面を用いて説明したのと同じ部材については同一符号を付しており、以下では重複する説明を省略する。

図１１に示す乾式分離装置は、一段目のエアテーブル式の比重差選別装置２１Ｄと二段目のエアテーブル式の比重差選別装置２１Ｅとの合計２台の比重差選別装置を備えている。一段目の比重差選別装置２１Ｄは実施形態３で説明した比重差選別装置２１と同じ構造及び作業条件とすることができる。

原料や作業条件によって、一段目の比重差選別装置２１Ｄの排出口２１ｄから排出される軽比重分に、密度２．５ｇ／ｃｍ^３以上の細骨材が混入している場合がある。この場合には、図１１に示した本実施形態のように、一段目の比重差選別装置２１Ｄで選別された軽比重分を、二段目の比重差選別装置２１Ｅに供給して、当該比重差選別装置２１Ｅで、重比重分、多孔板落下分、軽比重分、集塵分（サイクロン回収分、バグフィルタ回収分）に分離回収することができる。

また、図１１において、二段目の比重差選別装置２１Ｅの作業条件によっては、排出口２１ｆから排出される多孔板落下分の排出量をゼロにすることも可能であり、この場合、二段目の比重差選別装置２１Ｅでは多孔板落下分を選別する必要がなく、二段目の比重差選別装置とそれに連結させたサイクロン分級機２２Ｂとバグフィルタ１６Ｂにより、重比重分、軽比重、集塵分（サイクロン回収分、バグフィルタ回収分）の合計４分割の選別にして簡素化することができる。
ここで、二段目の比重差選別装置２１Ｅは実施形態３で説明した比重差選別装置２１と同じ構造及び作業条件とすることができる。

（実施形態７）
本発明に適用する火山噴出物堆積鉱物の乾式分離方法の一実施形態を、図１２を用いて説明する。
図１２は、本発明の水硬性石灰の製造方法に用いて好適な乾式分離装置の一例を示す概略図である。図１２において、先に図面を用いて説明したのと同じ部材については同一符号を付しており、以下では重複する説明を省略する。

図１２に示す乾式分離装置は、一段目のエアテーブル式の比重差選別装置２１Ｄと二段目のエアテーブル式の比重差選別装置２１Ｅとの合計２台の比重差選別装置を備えている。一段目の比重差選別装置２１Ｄは実施形態３で説明した比重差選別装置２１と同じ構造及び作業条件とすることができる。

原料や作業条件によって、一段目の比重差選別装置２１Ｄの排出口２１ｅから排出されるサイクロン回収分に、粒径０．３ｍｍ以上の軽石が混入している場合がある。この場合には、図１２に示した本実施形態のように、一段目の比重差選別装置２１Ｄで選別された集塵分のうちサイクロン分級機で回収されたサイクロン回収分を、二段目の比重差選別装置２１Ｅに供給して、当該二段目の比重差選別装置２１Ｅで、重比重分、多孔板落下分、軽比重分、集塵分（サイクロン回収分、バグフィルタ回収分）に分離回収することができる。

また、二段目の比重差選別装置２１Ｅの作業条件によっては、排出口２１ｆから排出される多孔板落下分の排出量をゼロにすることも可能であり、二段目の比重差選別装置とそれに連結させたサイクロン分級機２２Ｂとバグフィルタ１６Ｂにより、重比重分、軽比重、集塵分（サイクロン回収分、バグフィルタ回収分）の合計４分割の選別にして簡素化することができる。

火山噴出物堆積鉱物の乾式分離方法に用いられる乾式分離装置は、図９に示した例では一段目のエアテーブル式の比重差選別装置２１Ａと二段目のエアテーブル式の比重差選別装置２１Ｂとの合計２台の比重差選別装置２１を備えている。また、図１０から図１２に示した例では一段目のエアテーブル式の比重差選別装置２１Ｄと二段目のエアテーブル式の比重差選別装置２１Ｅとの合計２台の比重差選別装置２１を備えている。もっとも、本発明に適用する乾式分離方法及び乾式分離装置は、比重差選別装置が合計２台に限定されず、合計３台以上であってもよい。例えば、１段目の比重差選別装置による重比重分Ｄの密度が２．５ｇ／ｃｍ^３以上にならなかった場合や、２段目の比重差選別装置による重比重分Ｄまたは多孔板落下分の密度が２．５ｇ／ｃｍ^３以上にならなかった場合等においては、３段目の比重差選別装置によって重比重分Ｄの密度を２．５ｇ／ｃｍ^３を確実にすることができるので好ましい。また、水硬性石灰の原料に用いられる微粉Ｆやふるい下の軽比重分及び／又はサイクロン回収分の収率及び選別能力をより高めることができるので好ましい。また、原料の水分が多い場合や、１段目又は２段目の比重差選別装置において重比重分と軽比重分との分離が不十分な場合や、原料の鉱物組成（結晶質と火山ガラス質の比率）が実施例と大きく異なる場合等においても、３段目の比重差選別装置又はそれ以上の比重差選別装置を備える乾式分離装置を用いて乾式分離方法を行うことができる。

（実施形態８）
本発明に適用する火山噴出物堆積鉱物の乾式分離方法及び乾式分離装置の一実施形態を説明する。図１３は、本発明の水硬性石灰の製造方法に用いて好適な乾式分離装置の一例を示す概略図である。図１３において、先に図面を用いて説明したのと同じ部材については同一符号を付しており、以下では重複する説明を省略する。

図１３に示す乾式分離装置は、気流分級装置１０を備えている。この気流分級装置１０は、粗粒回収用のサイクロン分級機群１２〜１４と、細粒回収用のサイクロン分級機１５と、サイクロン分級機に連結した微粉回収用のバグフィルタ１６とを有している。より詳しくは、気流分級装置１０は、複数のサイクロン解砕機１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃと複数のサイクロン分級機１２〜１５と、バグフィルタ１６とを備えるとともに、これらを接続する管路１７Ａ〜１７Ｉを備えている。この乾式分離装置は、更に一段目のエアテーブル式の比重差選別装置２１Ａと二段目のエアテーブル式の比重差選別装置２１Ｂとの合計２台の比重差選別装置２１を備えている。

図１３に示した気流分級装置１０は、実施形態１及び実施形態２で説明した気流分級装置１０と同じである。なお、サイクロン解砕機の個数は図示した３個に限られず、また、粗粒回収用のサイクロン分級機群のサイクロン分級機の個数も図示した３個に限られない。

気流分級装置１０は、ロータリーフィーダ２０を有していて、普通シラスの水分に応じて、ロータリーフィーダ２０からサイクロン分級機１３に普通シラスを供給するか、サイクロン解砕機１１Ａに普通シラスを供給するか、又は両方から普通シラスを供給するかを選択できるようにしている。普通シラスは乾燥させない場合、２０％程度の水分を有している。原料の普通シラスが１０〜２０％程度の水分を有する場合には、サイクロン解砕機１１Ａに普通シラスを供給して、サイクロン解砕機１１Ａ〜１１Ｃで解砕及び乾燥させるのが好ましい。原料の普通シラスが４〜１０％程度の水分を有する場合には、サイクロン解砕機１１Ａ〜１１Ｃを用いたり、ロータリーフィーダ２０とサイクロン解砕機１１Ａ〜１１Ｃとを併用したりすることができる。原料の普通シラスが４％未満の水分を有する場合には、ロータリーフィーダ２０から普通シラスを供給してサイクロン分級機１３に供給することができる。

図示したふるい４により粒径５ｍｍ超の礫分が、ふるい上として除去され、残部がふるい下として気流分級装置１０に供給される。ふるい４の代わりに、原料である普通シラスの粒径を５ｍｍ以下に粉砕する機械を用いることもできる。

気流分級装置１０による普通シラスの分級は、実施形態１及び実施形態２で説明した気流分級装置１０と同じであり、サイクロン分級機１２により粒径０．３〜５ｍｍ程度の粗粒を回収し、サイクロン分級機１５により粒径が０．０５〜０．３ｍｍ程度（平均粒径０．１ｍｍ程度）の細粒を回収し、バグフィルタ１６により粒径０．０５ｍｍ以下（平均粒径０．０３３ｍｍ程度）の微粉を回収する。回収された微粉Ｆを水硬性石灰の原料とする。また、粒径が０．０５〜０．３ｍｍ程度の細粒は、後述するようにベルトフィーダ９を経由して後述するふるい２３にかけられる。

粗粒は、一段目の比重差選別装置２１Ａに供給する。一段目の比重差選別装置２１Ａと二段目の比重差選別装置２１Ｂは、実施形態４で説明した一段目の比重差選別装置２１Ａ及び二段目の比重差選別装置２１Ｂと同様の構造及び作業条件とすることができる。

本実施形態の乾式分離方法に用いられる乾式分離装置は、図１３に示した例では一段目のエアテーブル式の比重差選別装置２１Ａと二段目のエアテーブル式の比重差選別装置２１Ｂとの合計２台の比重差選別装置２１を備えている。もっとも、本実施形態の乾式分離方法及び乾式分離装置は、比重差選別装置が合計２台に限定されず、合計３台以上であってもよい。例えば、１段目の比重差選別装置による重比重分Ｄの密度が２．５ｇ／ｃｍ^３以上にならなかった場合や、２段目の比重差選別装置による重比重分Ｄまたは多孔板落下分の密度が２．５ｇ／ｃｍ^３以上にならなかった場合等においては、３段目の比重差選別装置によって重比重分Ｄの密度を２．５ｇ／ｃｍ^３を確実にすることができるので好ましい。また、原料の水分が多い場合や、１段目又は２段目の比重差選別装置において重比重分と軽比重分との分離が不十分な場合や、原料の鉱物組成（結晶質と火山ガラス質の比率）が実施例と大きく異なる場合等においても、３段目の比重差選別装置又はそれ以上の比重差選別装置を備える乾式分離装置を用いて乾式分離方法を行うことができる。

一段目の比重差選別装置２１Ａの多孔板２１ａで選別された重比重分を、比重差選別装置２１Ａの排出口２１ｃから排出させて回収する。回収された重比重分Ｄは、密度２．５ｇ／ｃｍ^３以上である。この重比重分Ｄは、ＪＩＳ Ａ５３０８の「砂」で規定する密度２．５ｇ／ｃｍ^３以上を満たし、そのまま細骨材として使用することができる。

一段目の比重差選別装置２１Ａの多孔板２１ａで選別された軽比重分を、比重差選別装置２１Ａの排出口２１ｄから排出させる。排出された軽比重分は、ベルトコンベア６及びベルトフィーダ９を経由して後述するふるい２３にかけられる。

一段目の比重差選別装置２１Ａの多孔板２１ａから浮上した集塵分を、比重差選別装置２１Ａの排出口２１ｅに接続する管路７Ａを経てサイクロン分級機２２に導く。サイクロン分級機２２は、集塵分から、より軽量な微粉をオーバーフロー分として分級する。アンダーフロー分のサイクロン回収分を、シラスバルーン原料又は混和材原料Ｅ２として回収する。また、サイクロン分級機２２のオーバーフロー分の微粉を、管路１７Ｉに接続する管路７Ｃを経てバグフィルタ１６に導いて回収する。バグフィルタ１６については、既に説明したとおりである。回収された微粉Ｆを水硬性石灰の原料とする。

一段目の比重差選別装置２１Ａの多孔板２１ａから落下した普通シラスを、二段目の比重差選別装置２１Ｂに供給して選別する。
二段目の比重差選別装置２１Ｂの多孔板２１ａで選別された重比重分Ｄを、比重差選別装置２１Ｂの排出口２１ｃから排出させて回収する。回収された重比重分Ｄは、密度２．５ｇ／ｃｍ^３以上である。この重比重分は、ＪＩＳ Ａ５３０８の「砂」で規定する密度２．５ｇ／ｃｍ^３以上を満たし、そのまま細骨材として使用することができる。

二段目の比重差選別装置２１Ｂの多孔板２１ａで選別された軽比重分を、比重差選別装置２１Ｂの排出口２１ｄから排出させる。排出された軽比重分は、ベルトフィーダ９を経由して後述するふるい２３にかけられる。

二段目の比重差選別装置２１Ｂの多孔板２１ａから浮上した集塵分を、比重差選別装置２１Ｂの排出口２１ｅに接続する管路７Ｂを経てサイクロン分級機２２に導く。サイクロン分級機２２は、既に説明したとおりである。サイクロン分級機２２のオーバーフロー分の微粉を、管路１７Ｉに接続する管路７Ｃを経てバグフィルタ１６に導き、バグフィルタ１６により微粉Ｆを回収する。微粉Ｆは、主に火山ガラスよりなり、ポゾラン効果を有する混合セメント原料、より具体的には混和材又はその原料として有用である。したがって、微粉Ｆは本発明の水硬性石灰の原料に好適である。アンダーフロー分のサイクロン回収分は、粉砕して本発明の水硬性石灰の原料として用いることができる。

二段目の比重差選別装置２１Ｂの多孔板２１ａの孔を通って落下した多孔板落下分を、比重差選別装置２１Ｂの排出口２１ｆから排出させて、シラスバルーン原料又は混和材原料Ｅ２として回収する。回収された多孔板落下分は、粉砕して本発明の水硬性石灰の原料として用いることもできる。二段目の比重差選別装置２１Ｂの多孔板２１ａの孔径によっては、多孔板２１ａの孔を通って落下し、排出口２１ｆから排出した多孔板落下分が、ＪＩＳ Ａ５００２「構造用軽量コンクリート骨材」の規格に適合する場合があり、この場合には、当該多孔板落下分を軽量骨材として回収することができる。また、二段目の比重差選別装置２１Ｂの多孔板２１ａの孔を通って排出口２１ｆから排出された多孔板落下分は、原料や作業条件によっては、密度２．５ｇ／ｃｍ^３以上のものが回収される場合がある。この場合は、多孔板落下分を細骨材Ｄに混ぜて使用することができる。

ふるい２３は、所定の網目の大きさを有している。ふるい２３の網目は例えば３００μｍとすることができる。ふるい２３に、気流分級装置１０のサイクロン分級機１５のアンダーフロー分の細粒と、一段目の比重差選別装置２１Ａの軽比重分と、二段目の比重差選別装置２１Ｂの軽比重分とを導いて、ふるい上とふるい下とに分ける。

気流分級装置１０のサイクロン分級機１５のアンダーフロー分として分級された細粒は、主に火山ガラスであり、粒径０．３ｍｍ以上の軽石を含んでいる。この粒径０．３ｍｍ以上の軽石は、軽量骨材Ｅ１として有用である。また、一段目の比重差選別装置２１Ａの軽比重分及び二段目の比重差選別装置２１Ｂの軽比重分もまた、粒径０．３ｍｍ以上の軽石を含んでいる。この粒径０．３ｍｍ以上の軽石は、軽量骨材Ｅ１として有用である。そこで、ふるい２３により粒径０．３ｍｍでふるい分けすることで、軽量骨材Ｅ１を回収することができる。

また、ふるい２３のふるい下は、粒径０．３ｍｍ未満の火山ガラスである。特に火山噴出物堆積鉱物が本実施形態のようにシラスである場合には、粒径０．３ｍｍ未満の火山ガラスは、加熱により発泡するので、パーライト原料又はシラスバルーン原料又は混和材原料Ｅ２として有用である。本実施形態の乾式分離方法は、気流分級装置１０により粒径が０．０５ｍｍ以下の微粉を予め分級していることから、ふるい２３のふるい下は微粉をほとんど含んでいない。したがって、ふるい２３のふるい下は発泡性が良好なシラスバルーン原料Ｅ２を得ることができる。パーライト原料又はシラスバルーン原料Ｅ２は、更に粉砕して微粉Ｆにして、混和材に使用することができる。したがって、ふるい２３のふるい下は、粉砕して本発明の水硬性石灰の原料にすることができる。

本実施形態の乾式分離方法は、普通シラスを気流分級装置１０により粗粒と、細粒と、微粉とに分級し、次いで当該粗粒をエアテーブル式の一段目の比重差選別装置２１Ａにより重比重分と、軽比重分と、多孔板落下分と集塵分とに選別し、次いで二段目の比重差選別装置２１Ｂにより重比重分と、軽比重分と、多孔板落下分と集塵分とに選別し、細粒と軽比重分とをふるい分けすることにより、普通シラスを重比重分Ｄと、ふるい上Ｅ１と、ふるい下Ｅ２と、微粉Ｆとの４つに分離することができる。重比重分Ｄは、主に結晶鉱質よりなり、火山ガラスをほとんど含んでいない。したがって、重比重分Ｄは、密度が高く、２．５ｇ／ｃｍ^３を超える。また、ふるい上Ｅ１と、ふるい下Ｅ２と、微粉Ｆとは、主に火山ガラスよりなり、結晶鉱質をほとんど含んでいない。したがって、重比重分となり得る結晶鉱質が、ふるい上Ｅ１と、ふるい下Ｅ２と、微粉Ｆとに、ほとんど混入していない。よって、本実施形態の乾式分離方法によれば、粉砕工程を必要とせず、粉砕した場合でも硬質な結晶鉱物をほとんど含まないので粉砕時に粉砕機の損耗が少なく、不純物となる結晶鉱物をほとんど含まないので火山ガラス成分率が高い水硬性石灰の原料を得ることができる。また、本実施形態の乾式分離方法によれば、密度が２．５ｇ／ｃｍ^３以上の細骨材の収率を高めることができる。また、重比重分は、粒径０．１５ｍｍ以下の集塵分の含有量が少なく、ＪＩＳ Ａ５３０８の「砂」に規定された、０．１５ｍｍ〜５ｍｍの幅広い粒度分布の要求を満たしている。更に、重比重分は、吸水率の高い軽石のような多孔質粒子をほとんど含んでいないので、吸水率が細骨材として求められるＪＩＳ Ａ５３０８の「砂」の基準を満たしている。

また、本実施形態の乾式分離方法によれば、重比重分Ｄは、細骨材として、ふるい上Ｅ１は火山ガラスのうちの軽量骨材として、ふるい下Ｅ２は火山ガラスのうちのパーライト原料又はシラスバルーン原料として更には粉砕して本発明の水硬性石灰の原料として、微粉Ｆは本発明の水硬性石灰の原料として又は火山ガラスのうちの混和材又はポゾラン効果を有する混合セメント原料として、それぞれ有効活用でき、換言すれば、不要残分がない。

本実施形態の乾式分離方法によれば、比重差選別装置２１で選別する前に、予め気流分級装置１０により表面乾燥した粗粒と、細粒と、微粉とに分級していることから、比重差選別装置２１に供給する粗粒には、多孔板２１ａの目詰まりを招く微粉がほとんど含まれておらず、よって目詰まりによる操業トラブルの発生を抑制することができる。また、比重差選別装置２１による比重差選別は、選別する粉粒物の粒度分布幅が狭いほど選別し易いところ、本実施形態の乾式分離方法によれば、予め気流分級装置１０により分級された粗粒のみを当該比重差選別装置２１による比重差選別で選別することから、比重差選別装置２１の選別能を高めることができる。

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０．１５ｍｍ以下の集塵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、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た。

（火山ガラス材）
上述した各実施形態の乾式分離方法により細骨材を分離して得られた残余の火山ガラス材は、ふるい分け及び集塵によって粒径別に０．３ｍｍ超え、０．０５ｍｍ〜０．３ｍｍ、０．０５ｍｍ未満の３種に分離することができる。このうち０．３ｍｍ超えのものは軽量骨材として使用でき、０．０５ｍｍ〜０．３ｍｍのものはパーライト原料又はシラスバルーン原料として又は更に粉砕して本発明の水硬性石灰原料として使用でき、０．０５ｍｍ未満のものは、そのまま又は更に粉砕して本発明の水硬性石灰原料として使用できる。０．０５ｍｍ〜０．３ｍｍのものを更に粉砕した混和材や、０．０５ｍｍ未満のものを更に粉砕した混和材は、よりポゾラン効果を有している。これらの粒径の火山ガラス材の粉砕をする装置は、振動ミルを例示することができる。振動ミルの他、ローラミル、ＪＥＴミルなどの各種ミルを用いることもできる。
火山ガラス材のうち微粉回収用のバグフィルタによって回収された粒径０．０５ｍｍ未満のもの及び火山ガラス材を粉砕したものは、密度が２．４ｇ／ｃｍ^３以下であり、かつ、強熱減量が３．５％以下である。

普通シラスを上述した乾式分離方法により分離して得られた粒径０．０５ｍｍ未満のもの、分離して得られた粒径０．０５ｍｍ〜０．３ｍｍのものを粉砕したもの、得られた粒径０．０５ｍｍ未満のものを更に粉砕して超微細にしたものと、石灰とを９００〜１１５０℃で焼成することにより、遊離ＣａＯ、ビーライト、ワラストナイト及びゲーレナイトから選ばれる少なくとも１種を含有する水硬性石灰、好ましくはビーライトを３〜３５質量％含有する水硬性石灰が得られる。
よって、本発明の好適な水硬性石灰は、石灰と火山噴出物堆積鉱物から分離された火山ガラス材の微粉とを原料とし、ビーライトを３〜３５質量％含有する水硬性石灰である。換言すれば、本発明の水硬性石灰は、石灰と火山噴出物堆積鉱物から分離された火山ガラス材の微粉とを配合して作製され、ビーライトを３〜３５質量％含有する水硬性石灰である。石灰と火山噴出物堆積鉱物との配合割合は、重量比で８５：１５〜４５：５５の範囲が好ましい。石灰と火山噴出物堆積鉱物との配合物の焼成温度は９００〜１１５０℃の範囲が好ましい。９００℃に満たないとビーライトを所定量で含む焼成物が得られず、１１５０℃を超えると焼成物が硬い塊状になるおそれがある。焼成時間は石灰と火山噴出物堆積鉱物との配合物の量にもよるが、電気炉を用いる場合は，概ね１〜１０４時間程度とすることができる。電気炉以外にもロータリーキルンや流動床炉を用いることができ，焼成炉の性能や仕様に影響されるので，焼成時間は１〜１０４時間に限定されるものでない。本発明の水硬性石灰は、出発原料はいずれも天然素材であり、リサイクル可能な水硬性石灰である。したがって、天然水硬性石灰ＮＨＬのように産地が限定されず、普通シラスを出発素材とするため安価に水硬性石灰が得られる。そして、天然水硬性石灰ＮＨＬと同等以上の強度を有する白色系の硬化体が得られる。
また、シラスは火山堆積物が長年の風化を経たものであり、火山ガラスを主体としており、幅広い粒度分布を特徴とし、多孔質であり、易粉砕性となっているため、粉砕に要するエネルギーが少ない。シラスは天然の資源であり、有害物質を含まず、リサイクルが可能である。シラスは比表面積の大きく、粒径が小さな粒子を使うことで反応性が高いので、低い温度で合成が可能となり、加熱に必要なエネルギーが低減され、また、地球温暖化の原因となるＣＯ_２の発生が抑えられる。これに対し、現行ポルトランドセメントの製造においては１４５０℃での加熱焼成が行われており、地球温暖化対策としてＣＯ_２発生抑制のために低温化が検討されているが進んでいない。
更に、本発明は低温合成するため合成物は塊状物とはならず、粉砕が容易である。したがって、合成物粉砕時において、粉砕機から混入する重金属（Ｃｒ、Ｎｉなど）の混入が少ない。現在使われているセメントは１４００℃以上の温度にて焼成しクリンカーを生成させているが、このクリンカーを微粉砕してセメントの製品が造られている。この粉砕および微粉回収にも多大なエネルギーが使われている。また、高温焼成および粉砕機の構造材からの摩耗成分の混入は避けられない。

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。

（実施例１〜６、比較例１〜３）
実施例１〜６、比較例１〜３は、石灰とシラスの配合比率（質量％）の影響を見た。
図１３に示した装置及び方法を用い、原料の火山噴出物堆積鉱物である普通シラスとして、鹿児島県鹿屋市串良町に産出する串良シラス（含水率４．６％）を目の開き５ｍｍのふるい４で選別したものから、粒径０．０５ｍｍ未満の微粉を得た。この微粉の平均粒径は０．０３３ｍｍ、含水率は３．０％、密度は２．４８ｇ／ｃｍ^３であった。乾式分離装置に投入前の普通シラスに対する微粉Ｃの質量百分率は２．４％であった。

この微粉と、徳之島石灰とを表１に示す種々の割合で配合し、所定の焼成温度、焼成時間で焼成した。

微粉と徳之島石灰は、焼成前にφ１５ｍｍのアルミナボールを用いた遊星ボールミルで混合粉砕を行った。焼成前の混合物の遊星ミル粉砕後の平均粒度は０．００６ｍｍであった。次に磁製皿に移し、電気炉にて１０００℃で５時間又は２０時間保持後、炉から取り出し急冷した。得られた焼成物は粉末Ｘ線回折にて生成物を調査した。

［焼成物］
（外観検査）
実施例１〜５は焼成後に塊はなく、緑色を帯びた粉末が得られた。
実施例６では硬い粒が生成しており、色調も緑が消え赤みを帯びていた。
この傾向は比較例１、２では強くなった。

（粉末Ｘ線回折結果）
ビーライト（β−Ｃａ_２ＳｉＯ_４）、遊離ＣａＯ、ワラストナイト（ＣａＳｉＯ_３）、ゲーレナイト（Ｃａ_２Ａｌ_２ＳｉＯ_７)、ガラス相の生成が確認された。一例として、図１４に実施例４で合成した水硬性石灰のＸ線回折図を示す。
生成物のうち、ビーライト（β−Ｃａ_２ＳｉＯ_４）は、実施例５で最も回折ピーク強度が高く、シラス添加量が更に増えると回折ピーク強度は低くなった。
遊離ＣａＯは、シラスの比率が高くなると回折ピークが小さくなり、比較例２では消失した。
ワラストナイト（ＣａＳｉＯ_３)は、実施例５から回折ピークが観られ、シラス比率が高くなると成長した。
ゲーレナイト（Ｃａ_２Ａｌ_２ＳｉＯ_７)は、実施例５から急激に成長した。
実施例２の組成において、焼成時間５時間を２０時間に延長することでビーライトの回折ピークが、強くなり、保持時間を長くすることで合成反応が進むことが分かった

（モルタル試験）
モルタル試験を行うにあたり、一般に水硬性石灰は粉末化が必要であるところ、実施例1から５は凝集粒がなく粉砕は不要であった。実施例６及び比較例１、２は、乳鉢を用いて粉砕し粉末化した。

上記焼成物と標準砂とを１：３の割合で混合し、流し込み可能なペーストとなるまで水を添加した。水の添加においては、遊離のＣａＯを含むため水との反応で発熱し蒸発することから、様子を見ながら少量ずつ添加し、最終的にペーストミキサー（ＪＡＰＡＮ ＵＮＩＸ製）でペーストを作製した。得られたペーストをプラスティック型に流し込んだ。
成形後、湿度９０％以上の環境下で２日間保持した後、水中に２８日間浸漬した後、型から脱型し室温にて１週間放置乾燥後、島津製作所製オートグラフ／ＡＧ−１０ＴＡ)強度測定機にて圧縮強度を測定した。
比較例３として焼成物の代わりに天然水硬性石灰ＮＨＬ５（仏 ＢＯＥＨＭ社）を用いた。
その結果を表２に示す。

各実施例、比較例は、遊離のＣａＯを含有するため、ＣａＯが消化してＣａ（ＯＨ）_２となるための水量が必要であり、ペースト化するための水の量がＣａＯの残存量により少しずつ変化している。消化とは、ＣａＯに水を加えることによりＣａ（ＯＨ）_２を生成する反応をいう。
実施例１〜６は水中養生により硬化し、またその圧縮強度はＮＨＬ５（比較例３）より高強度を示した。また、実施例１〜６の色調は白色を呈した。この結果より、本発明の水硬性石灰は、高強度天然水硬性石灰と知られているＮＨＬ５（比較例３）と同等以上の強度を有することが分かった。
これに対して、比較例１及び比較例２は、水中養生で固まらず脱型することができず、試料の圧縮強度を測定できなかった。

（実施例７〜１２）
実施例７〜１２は、１０００℃焼成の保持時間の影響を見た。
実施例１〜６と同様にして粒径０．０５ｍｍ未満のシラス微粉を得た。この微粉と、徳之島石灰とを、徳之島石灰とシラスとの比（徳之島石灰：シラス）を７０：３０として配合し、φ１５ｍｍのアルミナボールを用いた遊星ボールミルで混合粉砕を行った。徳之島石灰は、徳之島のサンゴ石灰岩を粉砕、分級した微粉のものである。焼成前の混合物の遊星ミル粉砕後の平均粒度は０．００６ｍｍであった。次に磁製皿に移し、電気炉にて１０００℃の焼成温度、表３に示す１〜１０４時間の種々の焼成時間で焼成した。得られた焼成物は粉末Ｘ線回折にて生成物を調査した。
次いで、実施例１〜６と同様のモルタル調合を行って、圧縮強度を調べた。

（焼成物の粉末Ｘ線解析結果）
実施例７〜１２の焼成物の粉末Ｘ線解析結果から、焼成時間が長くなるに伴い、遊離のＣａＯは減少するのに対し、ビーライトの回折ピークは強くなり合成が進んでいることが分かった。また、同時にワラストナイトやゲーレナイトの回折ピークも高くなった。焼成時間が１０４時間と最も焼成時間が長い実施例１２では、ビーライトが多く生成しているがワラストナイトやゲーレナイトも多く生成し、かつその反応の為にＣａＯが消費され遊離のＣａＯが少なくなっていた。

（強度試験結果）
表３から、焼成時間が１時間の実施例７においても、水中養生で硬化し８ＭＰａ以上の強度を有した。焼成時間が短いと、水硬性物質のビーライトの生成は少ないが、未反応の遊離ＣａＯが多く存在し消化によって生じる水酸化カルシウムと未反応のシリカ成分とがポゾラン反応して硬化したものと考えられる。

（実施例１３）
実施例１３は、焼成物の事前消化の影響を見た。
先に述べた実施例１〜１２では、モルタル作製の際に焼成物（本発明の水硬性石灰）に対して標準砂と共に水を添加して、生石灰（ＣａＯ)の消化と同時に砂との混合を行っているが、先に焼成物の消化を行ったものに対して標準砂および水を添加してペーストを作製することもできる。そこで以下に述べる実施例１３は、焼成物の消化を行ったものに対して標準砂および水を添加してペーストを作製する例である。

焼成物の原料は実施例１〜６と同じである。徳之島石灰とシラスとの比を７０：３０（重量比）の割合で混合し、実施例９と同様に１０００℃で２０時間焼成した。得られた焼成物に水を噴霧し２４時間、密閉容器中で室温放置した。放置後、ＣａＯは消失し、Ｃａ（ＯＨ）_２が生成していることを粉末Ｘ線解析にて確認した。噴霧した水の量は、焼成物重量の約３０％であった。
消化後、標準砂および水を表４に示す割合で添加してペーストを作製し、得られたペーストを実施例９と同様にプラスティック型に流し込んだ。成形後、湿度９０％以上の環境下で２日間保持した後、水中に２８日間浸漬した型から脱型し室温にて１週間放置乾燥後、島津製作所製オートグラフ（ＡＧ−１０ＴＡ)強度測定機にて圧縮強度を測定した。

モルタル調合の組成比と成形物の圧縮強度を表４に示す。表４から、焼成物の消化を行ったものに対して標準砂および水を添加してペーストを作製した実施例１３においても、高い圧縮強度が得られた。

（実施例１４、比較例４）
実施例１４、比較例４では、焼成温度の影響を見た。
焼成物の原料は実施例１〜６と同じである。徳之島石灰とシラスとの比を７０：３０（重量比）の割合で混合し、８５０℃及び１１５０℃で８時間焼成した。得られた焼成物は粉末Ｘ線回折にて生成物を調査した。
焼成条件を表５に示す。

粉末Ｘ線解析結果の結果、焼成温度が８５０℃だった比較例４は、遊離ＣａＯの回折ピークのみが現れ、ビーライトの回折ピークが観られなかった。これに対して、焼成温度が１１５０℃であった実施例１４は、ゲーレナイトの生成が増えたが、その焼成物の微粉は水硬性を発揮した。

（実施例１５、１６、比較例５〜７）
実施例１５、１６は、標準砂の代わりにシラス細粒を用いた例である。
実施例４と同じ焼成物に、図１３に示した装置及び方法を用いて普通シラス（串良シラス）を分級した粒径０．１８〜０．８５ｍｍのシラス細粒を用いてモルタルを作製した。作製の際に、実施例１５は水中養生を４週間、実施例１６は水中養生を８週間実施した。

なお、シラス細粒は標準砂に比べて、かさ比重が軽いため、モルタル組成は、標準砂と同一容積になるように定めた。標準砂とシラス細粒とは、重量比ではおよそ表６に示すとおりである。

焼成前の徳之島石灰とシラス微粉との調合組成、焼成時間、モルタル調合組成、水中養生期間、成形体の圧縮強度を表７に示す。
また、比較例５、６として、実施例１５、１６の原料の徳之島石灰及びシラス微粉の代わりに、市販試薬Ｃａ（ＯＨ）_２を加熱分解して得られたＣａＯを用いて、実施例１５、１６と同様にしてモルタルを作製した。また、比較例７として、実施例１５、１６の原料の徳之島石灰及びシラス微粉の代わりに、徳之島石灰を９００℃で１時間加熱し分解（ＣａＣＯ_３→ＣａＯ＋ＣＯ_２)した焼成物を用いた。

実施例１５及び実施例１６は、圧縮強度が高かった。実施例１５と実施例１６とを対比すると、水中養生が長くなるに伴い、成形体の色調は白っぽくなり、脱型した表面は型の接触面の平滑状況を写し取っており、非常に滑らかな表面を有していた。
これに対して、比較例５及び比較例６は水中養生後、形状は保つものの非常に脆く、強度測定までは到らなかった。また、比較例７は、焼成物の粉末Ｘ線解析によりＣａＣＯ_３は認められず、生石灰ＣａＯとなっていることを確認した。このＣａＯの消化による発熱のため添加した水が蒸発し、型に流し込みペースト化するために多くの水を要した。比較例７の成形体は固化したものの強度の弱いものであった。

実施例１５、１６と、比較例５〜７との結果より、実施例１５、１６の圧縮強度が高いのは、Ｃａ（ＯＨ）_２とＳｉＯ_２とのポゾラン反応による硬化だけではなく、焼成物中に含まれる水硬性物質ビーライトの硬化に加え、ガラス相に含まれるＳｉＯ_２成分が活性であり、よりポゾラン反応による硬化を促進するものと考えられる。

（実施例１７、１８、比較例８）
実施例１７、１８は、水溶性石灰のペースト試験を行った例である。標準砂や上記のシラス細粒を添加せずに、実施例１０及び実施例１１の焼成物、すなわち徳之島石灰７０％シラス３０％組成の混合物を１０００℃にて４０時間及び６４時間焼成した合成水硬性石灰を用いた。この合成水硬性石灰に水のみを添加してペーストミキサーにてペーストを作製し、上述の各実施例と同様にプラスティック型に流し込んで成形物を得た。成形後は上述の各実施例と同様にして圧縮強度を見た。
比較例８として、市販ポルトランドセメントに水を添加してペーストを作製し、プラスティック型に流し込んで成形物を得た。

表８に、モルタル調合組成、水中養生時間、成形物の圧縮強度を示す。
表８より、実施例１７、１８の合成水硬性石灰は、比較例８のポルトランドセメントには圧縮強度で劣るものの、ペースト硬化体も十分な強度を有することが分かった。

（実施例１９、２０）
実施例１９、２０は、実施例１等に添加された普通シラスに代わり、火山堆積物を多量に含む鹿屋地域の風化軽石（実施例１９）、および桜島火山灰（実施例２０）を出発素材として、実施例１等と同様なプロセスで分級した微粉を用いて水硬性石灰の合成を行った。

実施例１９は、鹿屋土であって、風化軽石の乾燥時の集塵機回収粉を用いた。回収した微紛は平均粒径０．０２６ｍｍであった。実施例２０は桜島火山灰であって、噴出した新しい火山灰は溶解性の火山ガラスを多量に含むことが知られていて、それを用いた。回収した微粉は平均粒径０．０３１ｍｍであった。

徳之島石灰と微粉とを表９に示す割合（重量比）で配合し、所定の焼成温度、焼成時間で焼成した。得られた焼成物にモルタル試験を行った。モルタル調合組成、水中養生時間、成形物の圧縮強度を表９に併記する。
表９より、火山噴出物堆積鉱物として鹿屋土や桜島火山灰を用いた実施例１９、２０においても、強度の高い成形物が得られた。

（焼成物の粉末Ｘ線回折結果）
上述した実施例１〜２０、比較例１〜４について徳之島石灰と火山噴出物堆積鉱物微粉との配合物を焼成して得られた焼成物中の生成物のピーク強度比率について表１０に示す。なお、数値化に当たり、以下のようなルールを設定して求めた。各化合物（４種）の回折ピークで他の化合物と重ならない回折ピークを選び、その回折ピークの強度値と４種の回折ピーク強度値の合計値との比率を求めた。

選択した回折ピークの２θは、次のとおりである。
生石灰ＣａＯ ２θ＝３７．３°
ビーライトβ−２ＣａＯ・ＳｉＯ_２ ２θ＝４１．２°
ゲーレナイトＣａ_２Ａｌ_２ＳｉＯ_７ ２θ＝３１．３°
ワラストナイトＣａＳｉＯ_３ ２θ＝３０．０°

表１０の粉末Ｘ線回折ピーク強度判定の結果から、普通シラス等を気流分級して得た微粉をシリカ源として、当該シラス等の微粉と徳之島石灰微粉との混合粉の焼成物の構成物比率の好適な範囲は、
生石灰（ＣａＯ)：５〜９５質量％、
ビーライト：３〜３５質量％、
ゲーレナイト：＜５０質量％、
ワラストナイト：＜５０質量％、
であった。

また、実施例１〜２０、比較例１〜８の結果から、徳之島石灰微粉とシラス微粉との重量比は８５：１５〜４５：５５の範囲が好適であり、焼成温度は９００℃〜１１５０℃の範囲が好適であった。

（実施例２１〜２３）
実施例２１〜２３では、徳之島石灰とシラス微粉との焼成を、ロータリーキルン又は流動床焼成で短時間焼成し、焼成物を評価した。ロータリーキルンは筒状加熱帯を転がしながら焼成していくものであり連続的に焼成物が得られ量産性に優れる。また、流動床焼成は熱媒体下より高温燃焼ガスを吹き上げ、熱媒体が流動している中で焼成する方法であり、コンパクトな加熱手段である。

実施例１〜６のように、電気炉において磁製皿で原料混合粉を焼成する場合は、加熱中に原料のシラス粒子と徳之島石灰粒子とは常に近接しており、粒子接触点を通して化学反応が進む。これに対し、ロータリーキルンは、筒状加熱帯を転がりながら移動していくため、混合粉の分離や、各原料粒子の接触点が少なく反応が進み難い。また、流動床焼成では、下方からの高温燃焼ガスにより混合粉が噴上げられてしまう。そこで、下記の実施例２１のように混合粉を造粒して焼成を行った。

また、焼成物のモルタル試験において、標準砂に替わりにシラスをフルイ分級して得られた粒径０．１８〜０．８５ｍｍの粒子を細骨材として用いた。焼成物との混合比率は１：２（重量比率）とした。理由は、標準砂とこのシラス細骨材との嵩密度の違いから、焼成物に対する容積比率を、標準砂を用いた場合に合わせるためである。

（実施例２１）ロータリーキルンでの焼成
・焼成前混合粉作製
分級して得られたシラス微粉（平均粒径０．０３８４ｍｍ）と徳之島石灰粉とを30：70の割合でＶ型ミルにて混合した。なお、この後に実施例１で実施した遊星ミルでの粉砕はしなかった。この混合粉１００重量部に対しポリビニルアルコール８％水溶液１８重量部を添加し、万能攪拌機にて攪拌造粒した。造粒体を５０℃で乾燥させた後、目開き３ｍｍのフルイにて分け、フルイを通過したものを焼成用原料とした。
・ロータリーキルンでの焼成
内径１４８ｍｍ、長さ２０００ｍｍのＳＵＳ炉芯管を有する光洋サーモシステム製のロータリーキルンにて１０００℃での焼成を実施した。原料投入より炉出までの時間は約１時間であり、焼成物は造粒形状を維持しており、淡黄土色を呈していた。

（粉末Ｘ線解析結果）
遊離ＣａＯ以外にワラストナイト、ゲーレナイトの生成が確認され、ビーライトの回折線角度付近ではベースラインの盛り上がりがあり、また、石英の微弱回折線も見られた。加熱時間が短いために、ビーライト相が成長しきれず、また、未反応の石英が残っていると考えられる。

（実施例２２、２３）流動床での焼成
実施例２１のロータリーキルン焼成と同じ造粒体を原料として、伊藤忠セラテック製の１．７ｍｍ以下のムライト質熱媒体を用いたガス加熱流動床での焼成を実施した。１０００℃焼成時のガストータル（プロパンガス＋空気）流量は５０Ｎｍ^３／ｈであった。
投入された造粒体は流動床上で浮遊しながら加熱され、数分で炉口より赤熱した粒子が排出されＳＵＳ容器にて冷却した（実施例２２）。飛び出した粒子の中には造粒体が熔着した黒色の凝集粒子となっているものもあった。加熱炉から加熱ガスと共に流出した微粒はサイクロンにより回収した。その回収粉は淡黄土色の微粉末であった（実施例２３）。

（粉末Ｘ線解析結果）
遊離ＣａＯと加熱分解前のカルサイト（Calcite）：ＣａＣＯ_３、及び石英（Quartz）：ＳｉＯ_２の回折線が確認された。加熱時間が極端に短いため、徳之島石灰も完全には分解しておらず、また、ＣａＯとＳｉＯ_２との反応も不十分な粉末となっている。

（モルタル試験）
ロータリーキルン焼成物、流動床焼成で得られた焼成物および流動床焼成時の微粒をサイクロンで回収した回収物について、モルタル試験を行った。細骨材と混合する前に、ロータリーキルン焼成物と、凝集粒を含む流動床焼成物は乳鉢を用いて粉砕し粉末化した。
また、モルタル試験に用いる細骨材は、普通シラスをＪＩＳ＃８０と＃２０のフルイを用いて分級した０．１８〜０．８５ｍｍのシラス粉末とした。

上記３種の焼成物又は回収物とシラス細骨材とを１：２の割合で混合し、流し込み可能なペーストとなるまで水を添加した。水の添加においては、遊離ＣａＯを含むため水との反応で発熱し蒸発することから、様子を見ながら少量ずつ添加し、最終的にペーストミキサー（ＪＡＰＡＮ ＵＮＩＸ製）でペーストを作製した。得られたペーストをプラスティック型に流し込んだ。

成形後、湿度９０％以上の環境下で２日間保存した後、水中に２８日間浸漬した型から脱型し室温にて１週間放置乾燥後、島津製作所製オートグラフ（ＡＧ−１０ＴＡ)強度測定機にて圧縮強度を測定した。
比較例９として、焼成物として比較例７と同じく徳之島石灰を９００℃で１時間加熱し分解（ＣａＣＯ_３→ＣａＯ＋ＣＯ_２)した焼成物を用いて、比較例７と同様にしてモルタルを作製した。比較例９の焼成物のＸ線回折図を図１５に示す。
実施例２１〜２３、比較例９の圧縮強度の結果を表１１に示す。

表１１から分かるように、実施例２１〜２３は水中養生により硬化し、またその圧縮強度は比較例９の徳之島石灰を加熱分解して得られた焼成石灰より高強度を示した。また、実施例２１〜２３は圧縮強度試料のＸ線回折において、ケイ酸カルシウム系水和物の生成が確認された。

実施例２１〜２３に用いた焼成物は、いずれもＸ線回折において明確なビーライトの回折線が見られず、水硬性物質であるビーライトの生成は明確ではない。しかしながら、合成途中の段階であり、焼成物は活性化された状態にある。また、比較例９との強度の違いは、水硬性の発現機構であるポゾラン反応によるケイ酸カルシウム水和物の生成度合いの差であり、シラス微粉と徳之島石灰を原料とする焼成物は活性であるため、ポゾラン反応が進み、ケイ酸カルシウム水和物による結合が強固になったものと考えられる。

３、５、８、９ ベルトフィーダ
６ ベルトコンベア
４、１９、２３ ふるい
７Ａ〜７Ｃ 管路
１０ 気流分級装置
１１Ａ〜１１Ｅ サイクロン解砕機
１２〜１５、２２、３１、３２ サイクロン分級機
１２ａ、１５a 開口
１２ｂ、１５ｂ 開閉弁
１６、１６Ａ、１６Ｂ バグフィルタ
１７Ａ〜１７Ｏ 管路
１８、１８Ｂ 排気ブロワ
２０ ロータリーフィーダ
２１ 比重差選別装置
２１ａ 多孔板
２１ｂ 送風ファン
２１ｃ、２１ｄ、２１ｆ、２１ｅ 排出口
２１ｇ 振動装置
２１ｈ 風胴
Ａ 粗粒
Ｂ１ 細粒のふるい上（軽石）
Ｂ２ 細粒のふるい下（火山ガラス）
Ｃ 微粉
Ｄ 重比重分
Ｅ１ ふるい上（軽比重分）
Ｅ２ ふるい下（軽比重分および又は火山ガラス）
Ｆ 微粉
Ｇ、Ｈ、Ｉ 吸気
Ｊ 排気

Claims (17)

1. 石灰と火山噴出物堆積鉱物から分離された火山ガラス材の微粉とを原料とし、遊離ＣａＯ、ビーライト、ワラストナイト及びゲーレナイトから選ばれる少なくとも１種を含有する水硬性石灰。
2. 前記火山噴出物堆積鉱物が普通シラスである請求項１記載の水硬性石灰。
3. 石灰と火山噴出物堆積鉱物から分離された火山ガラス材の微粉とを原料とし、９００〜１１５０℃で焼成することを特徴とする水硬性石灰の製造方法。
4. 前記火山噴出物堆積鉱物が普通シラスである請求項３記載の水硬性石灰の製造方法。
5. 前記火山噴出物堆積鉱物から粒径５ｍｍ超の礫分を除去し、残部を常温又は高温の気流に搬送させ、循環する気流経路に接続された少なくとも２個のサイクロン分級機を有する粗粒回収用のサイクロン分級機群と、このサイクロン分級機群に連結した細粒回収用のサイクロン分級機と、このサイクロン分級機に連結した微粉回収用の集塵機とを有する気流分級装置により、粗粒回収用サイクロン分級機群にて粗粒を、細粒回収用サイクロン分級機にて細粒を、微粉回収用集塵機にて微粉を回収し、回収された微粉を前記原料とする請求項３又は４記載の水硬性石灰の製造方法。
6. 前記火山噴出物堆積鉱物から粒径５ｍｍ超の礫分を除去し、残部を水平方向から所定の角度で傾斜させた多孔板を振動させつつ下方から多孔板に向けて送風するエアテーブル式の比重差選別装置に供給して、重比重分と、軽比重分と、集塵分と、多孔板落下分とに選別して、選別された集塵分を前記原料とする請求項３又は４記載の水硬性石灰の製造方法。
7. 前記火山噴出物堆積鉱物から粒径５ｍｍ超の礫分を除去し、残部を常温又は高温の気流に搬送させ、循環する気流経路に接続された少なくとも２個のサイクロン分級機を有する粗粒回収用のサイクロン分級機群と、このサイクロン分級機群に連結した細粒回収用のサイクロン分級機と、このサイクロン分級機に連結した微粉回収用の集塵機とを有する気流分級装置により、粗粒回収用のサイクロン分級機群にて粗粒を、細粒回収用のサイクロン分級機にて細粒を、微粉回収用の集塵機にて微粉を回収し、
   回収された粗粒を水平方向から所定の角度で傾斜させた多孔板を振動させつつ下方から多孔板に向けて送風するエアテーブル式の比重差選別装置に供給して、重比重分と、軽比重分と、集塵分と、多孔板落下分とに選別して、
   前記微粉及び前記集塵分を前記原料とする請求項３又は４記載の水硬性石灰の製造方法。
8. 前記粗粒回収用のサイクロン分級機群のうちの一つのサイクロン分級機は、上部が円錐形状を有し、この円錐形状の頂部で管路と接続する請求項５又は７記載の水硬性石灰の製造方法。
9. 前記微粉の粒径が０．０５ｍｍ未満である請求項５又は７記載の水硬性石灰の製造方法。
10. 前記細粒を更に粉砕して得られた微粉を前記原料とする請求項５又は７記載の水硬性石灰の製造方法。
11. 前記エアテーブル式の比重差選別装置により選別された多孔板落下分を、作業条件が異なる同一又は別のエアテーブル式の比重差選別装置に供給して、少なくとも重比重分と、軽比重分と、集塵分とに更に選別して、
    更に選別された集塵分を前記原料とする請求項６又は７記載の水硬性石灰の製造方法。
12. 前記エアテーブル式の比重差選別装置により選別された軽比重分を、作業条件が異なる同一又は別のエアテーブル式の比重差選別装置に供給して、少なくとも重比重分と、軽比重分と、集塵分とに更に選別して、
    更に選別された集塵分を前記原料とする請求項６又は７記載の水硬性石灰の製造方法。
13. 前記エアテーブル式の比重差選別装置により選別された集塵分を、作業条件が異なる同一又は別のエアテーブル式の比重差選別装置に供給して、少なくとも重比重分と、軽比重分と、集塵分とに更に選別して、
    更に選別された集塵分を前記原料とする請求項６又は７記載の水硬性石灰の製造方法。
14. 前記集塵分の粒径が０．０５ｍｍ未満である請求項６又は７記載の水硬性石灰の製造方法。
15. 前記軽比重分を更に粉砕して得られた微粉を前記原料とする請求項６又は７記載の水硬性石灰の製造方法。
16. 請求項１又は２記載の水硬性石灰を原料とするモルタル。
17. 請求項３〜１３に記載の製造方法により得られた水硬性石灰を原料とすることを特徴とするモルタルの製造方法。

Images