JP2020037226A - 石炭灰造粒物の製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
特許文献1に記載の石炭灰砂の製造方法では、回転パン上の粉体が落下する領域に、落下粉体と衝突する回転羽根を設けるとともに、回転羽根との衝突によって飛散する粉体が衝突するための固定板を設けたパン型造粒機が用いられている。
特許文献2に記載の焼結用造粒原料の製造方法は、配合原料に水を添加してドラムミキサーで混合する混合工程と、混合後の配合原料をパン型ペレタイザーにより造粒する造粒工程を経て、焼結用造粒原料を製造する方法であり、前記混合工程と造粒工程との間で、粗大粒子を含む混合後の配合原料を解砕して製造する方法である。
特許文献4に記載の焼結用造粒原料の製造方法は、パン型ペレタイザー内に滞留する配合原料の転動層にある粗大な擬似粒子を、該パン型ペレタイザー内の壁面スクレーパーおよび/または底面スクレーパーからなる解砕機能付きスクレーパーによって付着物の掻き落しと同時に解砕しつつ、適正な粒子の大きさに再造粒して製造する方法である。
すなわち、本発明は下記の構成を有する石炭灰造粒物の製造方法である。
(A)前記回転ドラムの蓋のある面を上面にして、垂直から0〜45°の傾斜角を有する回転ドラム内に、少なくとも石炭灰および結合材を含む粉体を投入した後、蓋を閉めて回転させて予め混合する、予備的混合工程
(B)前記回転ドラムの蓋を開けた状態で、回転ドラムの蓋のある面を上面にして、垂直から5〜45°の傾斜角を有する回転ドラムを15〜20rpmで25〜30分間回転させながら、該回転ドラム内に断続的に加水して造粒核を作製する、造粒核作製工程
(C)前記回転ドラムの蓋を開けた状態、または閉めた状態で、該回転ドラムを1〜5rpmで5〜10分間回転させながら、造粒物の粒径を調整する、粒径調整工程
[2]開閉自在な蓋を有する回転ドラムを有する造粒機を用いて石炭灰造粒物を製造する方法であって、下記(D)〜(F)の工程を含む石炭灰造粒物の製造方法。
(D)前記回転ドラムの蓋のある面を上面にして、垂直から0〜45°の傾斜角を有する回転ドラム内に、少なくとも石炭灰および結合材を含む粉体を投入した後、蓋を閉めて回転させて予め混合する、予備的混合工程
(E)前記回転ドラムの蓋を開けた状態で、回転ドラムの蓋のある面を上面にして、垂直から5〜45°の傾斜角を有する回転ドラムを15〜20rpmで25〜30分間回転させながら、該回転ドラム内に断続的に加水して造粒核を作製する、造粒核作製工程
(F)前記回転ドラムの蓋を開けた状態で、該回転ドラムを1〜5rpmで5〜10分間回転させながら、該回転ドラム内に断続的に加水して造粒核を作製するとともに、造粒物の粒径を調整する、粒径調整工程
[3]前記加水は、回転ドラムの回転により、回転ドラム内で上昇と落下を繰り返す粉体が落下を開始する位置において行なう、前記[1]または[2]に記載の石炭灰造粒物の製造方法。
以下、本発明について、石炭灰造粒物の製造方法の前記各工程と、石炭灰造粒物の製造方法に用いる各原料に分けて説明する。
(A)予備的混合工程
該工程は、前記回転ドラムの蓋のある面を上面にして、垂直から0〜45°の傾斜角を有する回転ドラム内に、少なくとも石炭灰および結合材を含む粉体を投入した後、蓋を閉めて回転させて予め混合する工程である。
本発明で用いる造粒機は、一例として図1に示すように、開閉自在な蓋2を有する回転ドラム1を設置した造粒機であり、回転ドラム1内の石炭灰、および結合材等が、回転ドラム1の回転により、回転ドラム1内で上昇運動と落下運動を繰り返して混合される。回転ドラムの傾斜角が0〜45°であれば、蓋を開けた状態でも粉体は外部に飛散することはなく、また、粉体を効率よく混合できる。
なお、前記(D)予備的混合工程においても、(A)予備的混合工程と同様のことが云える。
該工程は、前記回転ドラムの蓋を開けた状態で、回転ドラムの蓋のある面を上面にして、垂直から5〜45°の傾斜角を有する回転ドラムを15〜20rpmで25〜30分間回転させながら、該回転ドラム内に断続的に加水して造粒核を作製する工程である。
回転ドラムの傾斜角は、造粒の状態を確認しながら、垂直方向から5〜45°の範囲で調整する。回転ドラムの傾斜角が、5°未満では粉体が飛散する場合があり、45°を超えると造粒核の作製効率が低下する場合がある。
また、回転ドラムの回転速度が15〜20rpmであれば、粒径が揃った造粒核ができ易く、また、造粒核の作製に要する時間(回転時間)が25〜30分間と短い。
本発明において前記加水は、造粒核の凝集と粒子の成長促進、およびドラムへの粉体の付着を防止するため、回転ドラムの回転により、回転ドラム内で上昇と落下を繰り返す粉体が落下を開始する位置において行なうことが好ましい。
なお、前記(E)造粒核作製工程においても、(B)造粒核作製工程と同様のことが云える。
該工程は、前記回転ドラムの蓋を開けた状態、または閉めた状態で、該回転ドラムを1〜5rpmで5〜10分間回転させながら、造粒物の粒径を調整する工程である。
回転ドラムの回転速度が1〜5rpmで回転時間が5〜10分間であれば、造粒核が成長し難いため、当初の造粒核の粒径および狭い粒度分布を維持し易い。
なお、前記(F)粒径調整工程は、(C)粒径調整工程と比べ、回転ドラムの蓋を開けた状態で、該回転ドラムを回転させながら、該回転ドラム内に断続的に加水して造粒核を作製する点が異なるが、これは造粒核が作製し難い場合に、造粒核作製工程を延長して、(F)粒径調整工程において、造粒核の作製と粒径の調整を同時に行う態様である。
なお、(F)粒径調整工程における加水も、造粒核の凝集と粒子の成長促進、およびドラムへの粉体の付着を防止するため、回転ドラムの回転により、回転ドラム内で上昇と落下を繰り返す粉体が落下を開始する位置において行なうことが好ましい。
本発明の製造方法で用いる必須の原料は、石炭灰、結合材、および水である。
(1)石炭灰
本発明で用いる石炭灰は特に限定されず、例えば、石炭火力発電所、石油精製工場、その他の化学工場等において微粉炭を燃焼させたときに発生する燃焼ガス中から、集塵機によって捕集された粉末、および、JIS A 6201「コンクリート用フライアッシュ」に規定するフライアッシュが挙げられる。該石炭灰のブレーン比表面積は、好ましくは2500〜7000cm2/g、より好ましくは2600〜6000cm2/gである。
本発明で用いる結合材は、下記の有機結合材と無機結合材が挙げられる。
(i)有機結合材
有機結合材は、例えば、澱粉類、ポリビニルアルコール、セルロース誘導体、ポリアルキレンオキサイド、ポリカルボン酸類、ポリビニルピロリドン、ポリ酢酸ビニル、ポリウレタン、エチレン・酢酸ビニル樹脂、スチレン・ブタジエンゴム、天然ゴム、寒天、およびゼラチンから選ばれる1種以上が挙げられる。
前記セルロース誘導体は、カルボキシメチルセルロースとその塩、ヒドロキシプロピルメチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、エチルセルロース、およびヒドロキシメチルセルロース等が挙げられる。
また、前記ポリアルキレンオキサイドは、ポリエチレンオキサイド、ポリプロピレンオキサイド、およびエチレンオキサイドとプロピレンオキサイドの共重合体等が挙げられる。
前記ポリカルボン酸類は、ポリアクリル酸とその塩、ポリアクリル酸エステル、ポリメタクリル酸とその塩、ポリメタクリル酸エステル等が挙げられる。ポリカルボン酸類は単独重合体および共重合体のいずれも含む。
これらの有機結合材の中でも、澱粉類とポリビニルアルコールは、石炭灰に適度な塑性を付与し賦形性が優れ、造粒し易いため好ましい。
アミロースの含有率が10%以上であれば、糊は老化(結晶化)し易く硬度が増すため、造粒物の強度が向上する。また、糊の粘性を高めるアミロペクチンの含有率が90%未満であれば、糊の粘度が低下して石炭灰を含む混練物の混練が容易になる。
ここで、アミロースおよびアミロペクチンの含有率が、それぞれ10%以上および90%未満の澱粉類は、例えば、トウモロコシ澱粉、小麦澱粉、米澱粉、豆澱粉、馬鈴薯澱粉、うるち米澱粉、甘藷澱粉、およびタピオカ澱粉等の澱粉、並びにこれらの澱粉を原料にしてなる前記化工澱粉が挙げられる。
なお、前記有機結合材のうち、水溶性の結合材は主に水溶液(ペーストを含む。)の形態で用い、非水溶性の結合材は主にエマルジョンの形態で用いる。
無機結合材は、例えば、セメント、石膏粉末、ポゾラン粉末、シリカ粉末、石灰石粉末、セメントキルンダスト、膨張材、建設発生土粉末、焼却灰、スラグ粉末、および粘土粉末から選ばれる1種以上が挙げられる。
また、前記セメントは特に限定されず、普通ポルトランドセメント、早強ポルトランドセメント、超早強ポルトランドセメント、中庸熱ポルトランドセメント、および低熱ポルトランドセメント、高炉セメント、シリカセメント、およびエコセメント等から選ばれる1種以上が挙げられる。
また、前記石膏粉末は、二水石膏、排煙脱硫石膏、リン酸石膏、チタン石膏、フッ酸石膏、精錬石膏、半水石膏、および無水石膏等から選ばれる1種以上が挙げられる。
前記スラグ粉末は、高炉水砕スラグ、高炉徐冷スラグ、転炉スラグ、二次精錬スラグ、電気炉系スラグ、フェロニッケルスラグ、銅スラグ、電気炉酸化スラグ、および石炭ガス化溶融スラグから選ばれる1種以上が挙げられる。これらの中でも高炉水砕スラグは潜在水硬性に優れるため好ましい。
また、前記ポゾラン粉末は、火山灰、シラス、火山岩粉末、および珪酸白土粉末等から選ばれる1種以上が挙げられる。
前記粘土粉末は、ベントナイト、カオリン、タルク、酸性白土、アタパルジャイト、セピオライト、珪藻土、セリサイト、およびゼオライト等から選ばれる1種以上が挙げられる。
前記膨張材は、カルシウムサルホアルミネート系膨張材および石灰系膨張材が挙げられ、前記建設発生土粉末は、建設現場や工事現場等から発生する土壌や残土等が挙げられ、前記焼却灰は、下水汚泥焼却灰、都市ゴミ焼却灰、およびRDF焼却灰等が挙げられる。
前記無機結合材のブレーン比表面積は、コスト、入手の容易性、造粒物の造粒の容易性および強度、さらに石炭灰造粒物の強度発現性などの点から、好ましくは2000〜10000cm2/g、より好ましくは2500〜9000cm2/g、さらに好ましくは3000〜8000cm2/gである。
前記有機結合材と無機結合材は、それぞれを単独で用いるほかに、併用してもよい。
水は特に限定されず、例えば、上水道水、再生水、下水処理水、および生コンクリートスラッジから分離した水等が挙げられる。
また、(B)、(E)および(F)の造粒核作製工程において、「断続的に加水する」とは、水の供給量および供給速度が粉体原料の量に応じて異なるため、一義的には決められないが、造粒の状態を適宜確認しながら断続的(間欠的)に加水するとよい。
次に、石炭灰造粒物の各原料の配合について説明する。
有機結合材を含む石炭灰造粒物では、石炭灰と有機結合材の合計を100質量%として、石炭灰を、好ましくは95〜99.5質量%、および有機結合材を0.5〜5質量%含み、かつ、石炭灰と有機結合材の合計100質量部に対し、水を2〜35質量部含む。
石炭灰の配合割合が95質量%未満では石炭灰の処理量が相対的に少なくなり、99.5質量%を超えると有機結合材量が相対的に少なく造粒物の強度が低下する場合がある。石炭灰の配合割合は、より好ましくは96〜99質量%である。
また、水の配合割合が2質量部未満では造粒が困難な場合があり、35質量部を超えると造粒時に混練物が造粒装置等に付着するなどの問題が生じやすい。水の配合割合は、石炭灰と有機結合材の合計100質量部に対し、より好ましくは3〜30質量部、さらに好ましくは5〜25質量部、特に好ましくは10〜20質量部である。
石炭灰の配合割合が60質量%未満では石炭灰の処理量が相対的に少なくなり、99.5質量%を超えると無機結合材量が相対的に少なく、造粒物の強度が低下する場合がある。石炭灰の配合割合はより好ましくは70〜96質量%、さらに好ましくは78〜94質量%である。
また、水の配合割合が2質量部未満では造粒が困難な場合があり、35質量部を超えると、造粒時に混練物が造粒装置等に付着するなどの問題が生じやすい。水の配合割合は、粉体の合計量100質量部に対し、より好ましくは3〜30質量部が、さらに好ましくは5〜25質量部、特に好ましくは10〜20質量部である。
本発明の石炭灰造粒物は、結合材の混合量が少ない場合、石炭灰造粒物を粉砕することにより、石炭灰(粉末)が本来有していたポゾラン反応性を発揮できる粉体に容易に戻すことができる。また、結合材の混合量を増やすと、石炭灰造粒物の圧壊強度を高めることができ、所定の養生を行なった後には、路盤材や骨材として用いることができる。さらに、本発明の石炭灰造粒物を1000℃前後の温度で焼成すると、より圧壊強度が高い石炭灰造粒物が得られる。
1.使用材料
(1)石炭灰
使用した石炭灰は、JIS A 6201に規定するフライアッシュIV種で、ブレーン比表面積は3300cm2/g、強熱減量は3.18%である。
(2)結合材
使用した結合材は、アルファ化デンプン(日本コーンスターチ社製)である。
(3)上水道水
(A)予備的混合工程
図1に掲載の混合機の回転ドラム(傾斜角は18°、蓋の直径/回転ドラムの内径の比は0.45)内に、結合材/(石炭灰+結合材)の質量比が0.02になるように、石炭灰と結合材を投入して蓋をした後、回転ドラムを20rpmで20分間回転して、石炭灰と結合材を予め混合した。
(B)造粒核作製工程
次に、蓋を開けて、水/(石炭灰+結合材)の質量比が0.27になるように、回転ドラムを20rpmで20分間回転させながら、回転ドラム内の粉体の落下開始位置に向けて、噴霧器を用いて断続的に加水した。
(C)粒径調整工程
加水を中止して、蓋を閉め、回転ドラムを5rpmで10分間回転させて造粒物の粒度を調整して石炭灰造粒物(実施例)を得た。
また、比較として、前記石炭灰、アルファ化デンプン、および水を、前記と同じ質量比でホバートミキサー(ホバート・ジャパン社製A−200)に投入して、低速(アジテーターの回転数は107rpm)で1分間混練して混練物を作製した。次に、パン型ペレタイザー(パン:内径60cm×深さ15cm、角度48°、回転方向反時計回り、回転数22rpm)に、前記混練物を投入して造粒し、石炭灰造粒物(比較例1)を製造した。
さらに、比較として、前記(C)粒径調整工程を省略した以外は、実施例と同様にして、石炭灰造粒物(比較例2)を製造した。
次に、得られた石炭灰造粒物(実施例1、比較例1、および比較例2)は、目開きが10mm、5mm、2.5mm、1.2mm、600μm、および300μmの篩で分級して粒度分布を測定した。
これらの結果を図3に示す。
2 蓋
3 モーター
Claims (3)
- 開閉自在な蓋を有する回転ドラムを有する造粒機を用いて石炭灰造粒物を製造する方法であって、下記(A)〜(C)の工程を含む石炭灰造粒物の製造方法。
(A)前記回転ドラムの蓋のある面を上面にして、垂直から0〜45°の傾斜角を有する回転ドラム内に、少なくとも石炭灰および結合材を含む粉体を投入した後、蓋を閉めて回転させて予め混合する、予備的混合工程
(B)前記回転ドラムの蓋を開けた状態で、回転ドラムの蓋のある面を上面にして、垂直から5〜45°の傾斜角を有する回転ドラムを15〜20rpmで25〜30分間回転させながら、該回転ドラム内に断続的に加水して造粒核を作製する、造粒核作製工程
(C)前記回転ドラムの蓋を開けた状態、または閉めた状態で、該回転ドラムを1〜5rpmで5〜10分間回転させながら、造粒物の粒径を調整する、粒径調整工程 - 開閉自在な蓋を有する回転ドラムを有する造粒機を用いて石炭灰造粒物を製造する方法であって、下記(D)〜(F)の工程を含む石炭灰造粒物の製造方法。
(D)前記回転ドラムの蓋のある面を上面にして、垂直から0〜45°の傾斜角を有する回転ドラム内に、少なくとも石炭灰および結合材を含む粉体を投入した後、蓋を閉めて回転させて予め混合する、予備的混合工程
(E)前記回転ドラムの蓋を開けた状態で、回転ドラムの蓋のある面を上面にして、垂直から5〜45°の傾斜角を有する回転ドラムを15〜20rpmで25〜30分間回転させながら、該回転ドラム内に断続的に加水して造粒核を作製する、造粒核作製工程
(F)前記回転ドラムの蓋を開けた状態で、該回転ドラムを1〜5rpmで5〜10分間回転させながら、該回転ドラム内に断続的に加水して造粒核を作製するとともに、造粒物の粒径を調整する、粒径調整工程 - 前記加水は、回転ドラムの回転により、回転ドラム内で上昇と落下を繰り返す粉体が落下を開始する位置において行なう、請求項1または2に記載の石炭灰造粒物の製造方法。
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