JP2021155270A - Manufacturing method of construction material - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、建設材料の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for producing a construction material.
建設材料として、セメントを含む材料が知られている。セメントの製造時においては、多量の二酸化炭素（ＣＯ２）が排出される。建設材料の製造時に排出される二酸化炭素を減らすための方法として、硬化したコンクリートに二酸化炭素を固定化する技術が知られている。特許文献１には、コンクリートに二酸化炭素を接触させることによって、コンクリート構造物の表層を緻密化する炭酸化養生方法が記載されている。 As a construction material, a material containing cement is known. During the production of cement, a large amount of carbon dioxide (CO 2 ) is emitted. As a method for reducing carbon dioxide emitted during the production of construction materials, a technique for immobilizing carbon dioxide on hardened concrete is known. Patent Document 1 describes a carbonation curing method for densifying the surface layer of a concrete structure by bringing carbon dioxide into contact with concrete.
しかし、硬化したコンクリートに二酸化炭素を固定化するためには、長い養生期間が必要となる。 However, a long curing period is required to immobilize carbon dioxide on hardened concrete.
本開示は、上記の課題に鑑みてなされたものであって、二酸化炭素を短い時間で固定化できる建設材料の製造方法を提供することを目的とする。 The present disclosure has been made in view of the above problems, and an object of the present disclosure is to provide a method for producing a construction material capable of immobilizing carbon dioxide in a short time.
上記の目的を達成するため、本開示の一態様の建設材料の製造方法は、セメントを含む建設材料の製造方法であって、カルシウムを含むアルカリ性固体物に対して炭酸化処理を施す炭酸化工程と、炭酸化された前記アルカリ性固体物及びセメントを少なくとも含む混合物を混錬する混錬工程と、を備える。 In order to achieve the above object, the method for producing a construction material according to one aspect of the present disclosure is a method for producing a construction material containing cement, which is a carbonization step of subjecting an alkaline solid substance containing calcium to a carbonation treatment. And a kneading step of kneading a mixture containing at least the carbonated alkaline solid material and cement.
建設材料の製造方法の望ましい態様として、前記アルカリ性固体物は、焼却残渣である。 As a preferred embodiment of the method for producing a construction material, the alkaline solid is an incinerator residue.
建設材料の製造方法の望ましい態様として、前記アルカリ性固体物は、セメント固化物、又は石灰改良土である。 As a preferred embodiment of the method for producing a construction material, the alkaline solid matter is a cement solidified material or a lime-improved soil.
建設材料の製造方法の望ましい態様として、前記アルカリ性固体物は、石炭灰である。 As a preferred embodiment of the method for producing a construction material, the alkaline solid matter is coal ash.
建設材料の製造方法の望ましい態様として、前記アルカリ性固体物は、焼却灰である。 As a preferred embodiment of the method for producing a construction material, the alkaline solid is incinerated ash.
建設材料の製造方法の望ましい態様として、焼却灰を大粒径灰と前記大粒径灰よりも最大粒径が小さい小粒径灰とに分ける分離工程を備え、前記アルカリ性固体物は、前記小粒径灰である。 As a desirable embodiment of the method for producing a construction material, the incineration ash is separated into a large particle size ash and a small particle size ash having a smaller maximum particle size than the large particle size ash. It is a particle size ash.
建設材料の製造方法の望ましい態様として、前記炭酸化工程において、前記小粒径灰は、可搬式コンテナで炭酸化される。 As a preferred embodiment of the method for producing a construction material, in the carbonation step, the small particle size ash is carbonated in a portable container.
建設材料の製造方法の望ましい態様として、前記小粒径灰の粒径は、５ｍｍ以下である。 As a desirable embodiment of the method for producing a construction material, the particle size of the small particle size ash is 5 mm or less.
本開示の建設材料の製造方法によれば、二酸化炭素を短い時間で固定化できる。 According to the method for producing a construction material of the present disclosure, carbon dioxide can be immobilized in a short time.
以下、本発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、本発明を実施するための形態（以下、実施形態という）により本発明が限定されるものではない。また、下記実施形態における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のもの、いわゆる均等の範囲のものが含まれる。さらに、下記実施形態で開示した構成要素は適宜組み合わせることが可能である。 Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The present invention is not limited to the embodiment for carrying out the present invention (hereinafter referred to as the embodiment). In addition, the components in the following embodiments include those that can be easily assumed by those skilled in the art, those that are substantially the same, that is, those in a so-called equal range. Further, the components disclosed in the following embodiments can be appropriately combined.
（第１実施形態）
図１は、第１実施形態の建設材料の製造方法を示すフローチャートである。第１実施形態の建設材料の製造方法は、セメントを含む建設材料の製造方法である。セメントを含む建設材料は、例えばコンクリート、モルタル、ペースト、及び煉瓦等である。第１実施形態の建設材料の製造方法によれば、セメントを含む建設材料に、二酸化炭素（ＣＯ２）を固定化することができる。
(First Embodiment)
FIG. 1 is a flowchart showing a method for manufacturing a construction material according to the first embodiment. The method for producing a construction material according to the first embodiment is a method for producing a construction material containing cement. Construction materials containing cement are, for example, concrete, mortar, paste, brick and the like. According to the method for producing a construction material of the first embodiment, carbon dioxide (CO 2 ) can be immobilized on the construction material containing cement.
以下においては、セメントを含む建設材料がコンクリートである場合について説明する。図１に示すように、第１実施形態の建設材料の製造方法は、炭酸化工程Ｓ１１と、第１混錬工程Ｓ１２と、第２混錬工程Ｓ１３と、を備える。 In the following, the case where the construction material containing cement is concrete will be described. As shown in FIG. 1, the method for producing a construction material according to the first embodiment includes a carbonation step S11, a first kneading step S12, and a second kneading step S13.
炭酸化工程Ｓ１１は、カルシウムを含むアルカリ性固体物に対して炭酸化処理を施す工程である。アルカリ性固体物は、セメント固化物、又は焼却残渣である。また、アルカリ性固体物は、石灰が混合された土（石灰改良土ともいう。）であってもよい。以下では、アルカリ性固体物として、焼却残渣を用いて説明する。焼却残渣は、例えば、石炭火力発電所から排出される石炭灰である。石炭灰は、石炭火力発電所におけるボイラーの下流に設置される集塵機で回収される灰である。石炭灰は、フライアッシュとも呼ばれる。Ｘ線回折法を用いた分析によると、石炭灰の一例は、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、酸化鉄（ＦＥ２Ｏ３）、酸化カルシウム（ＣａＯ）、及び酸化マグネシウム（ＭｇＯ）を含む。 The carbonation step S11 is a step of subjecting an alkaline solid substance containing calcium to a carbonation treatment. The alkaline solid is a cement solidified product or an incineration residue. Further, the alkaline solid matter may be soil mixed with lime (also referred to as lime-improved soil). Hereinafter, the incineration residue will be used as the alkaline solid. The incineration residue is, for example, coal ash discharged from a coal-fired power plant. Coal ash is ash collected by a dust collector installed downstream of a boiler in a coal-fired power plant. Coal ash is also called fly ash. According to analysis using X-ray diffractometry, examples of coal ash include silicon dioxide (SiO 2 ), aluminum oxide (Al 2 O 3 ), iron oxide (FE 2 O 3 ), calcium oxide (CaO), and oxidation. Contains magnesium (MgO).
炭酸化工程Ｓ１１における炭酸化処理は、焼却残渣に炭酸ガス（二酸化炭素（ＣＯ２）ガス）を触れさせる処理である。例えば、炭酸化工程Ｓ１１で用いる炭酸ガスは、例えば、石炭火力発電所から排出される炭酸ガスである。炭酸化工程Ｓ１１では、容器（炭酸化処理槽）に焼却残渣が配置される。容器は、例えば略直方体状の可搬式コンテナである。可搬式コンテナは、例えば車両の荷台に載せることができる。容器は、内部空間を鉛直方向に分割する隔壁を備える。隔壁は、容器の底面と平行な板状部材であって、複数の通気口を備える。焼却残渣は、隔壁の上に置かれる。隔壁の上に焼却残渣が載った状態で、隔壁の下側の空間に炭酸ガスが導入される。炭酸ガスは、隔壁の通気口を通って混合物に接触する。焼却残渣は、炭酸ガスを吸収することで炭酸化する。具体的には、焼却残渣に含まれる酸化カルシウム等のカルシウム成分が炭酸化し、炭酸カルシウム（ＣａＣＯ３）が生成される。炭酸化工程Ｓ１１によって、二酸化炭素が焼却残渣に吸収される。二酸化炭素が、炭酸塩として焼却残渣に固定化される。また、炭酸化工程Ｓ１１によって、焼却残渣に含まれる鉛（Ｐｂ）等の重金属が難溶化する。 The carbonation treatment in the carbonation step S11 is a treatment in which carbon dioxide gas (carbon dioxide (CO 2 ) gas) is brought into contact with the incineration residue. For example, the carbon dioxide gas used in the carbonation step S11 is, for example, carbon dioxide gas discharged from a coal-fired power plant. In the carbonation step S11, the incineration residue is placed in the container (carbonation treatment tank). The container is, for example, a substantially rectangular parallelepiped portable container. The portable container can be placed on the loading platform of a vehicle, for example. The container is provided with a partition wall that vertically divides the internal space. The partition wall is a plate-shaped member parallel to the bottom surface of the container and includes a plurality of vents. The incineration residue is placed on the bulkhead. Carbon dioxide gas is introduced into the space under the partition wall with the incineration residue on the partition wall. Carbon dioxide contacts the mixture through the vents in the bulkhead. The incinerator residue is carbonated by absorbing carbon dioxide gas. Specifically, calcium components such as calcium oxide contained in the incinerator residue are carbonated to generate calcium carbonate (CaCO 3). Carbon dioxide is absorbed by the incineration residue by the carbonation step S11. Carbon dioxide is immobilized on the incineration residue as carbonate. Further, in the carbonation step S11, heavy metals such as lead (Pb) contained in the incineration residue are hardly soluble.
第１混錬工程Ｓ１２は、炭酸化された焼却残渣、セメント、細骨材、及び粗骨材を含む混合物を混錬する工程である。第１混錬工程Ｓ１２は、空練りとも呼ばれる。第１混錬工程Ｓ１２では、セメント又は細骨材の一部が焼却残渣に置換される。焼却残渣を使用した分だけ、セメント又は細骨材の量が減少する。第１混錬工程Ｓ１２において、焼却残渣、セメント、細骨材、及び粗骨材は、それぞれ計量された後、ミキサーに投入される。ミキサーに投入された混合物は、例えば３０秒以上混錬される。 The first kneading step S12 is a step of kneading a mixture containing carbonated incinerator residue, cement, fine aggregate, and coarse aggregate. The first kneading step S12 is also called empty kneading. In the first kneading step S12, a part of cement or fine aggregate is replaced with the incinerator residue. The amount of cement or fine aggregate is reduced by the amount of incineration residue used. In the first kneading step S12, the incineration residue, cement, fine aggregate, and coarse aggregate are each weighed and then put into a mixer. The mixture put into the mixer is kneaded for 30 seconds or more, for example.
第２混錬工程Ｓ１３は、第１混錬工程Ｓ１２で混錬された混合物、水、及び混和剤を混錬する工程である。第２混錬工程Ｓ１３は、本練りとも呼ばれる。混和剤は、コンクリートの空気量及び流動性を調整するための薬剤である。第２混錬工程Ｓ１３において、水及び混和剤は、それぞれ計量された後、混合物の入ったミキサーに投入される。混合物、水、及び混和剤は、例えば９０秒以上混錬される。 The second kneading step S13 is a step of kneading the mixture, water, and the admixture kneaded in the first kneading step S12. The second kneading step S13 is also called main kneading. The admixture is an agent for adjusting the air volume and fluidity of concrete. In the second kneading step S13, the water and the admixture are weighed and then put into a mixer containing the mixture. The mixture, water, and admixture are kneaded, for example, for 90 seconds or longer.
第２混錬工程Ｓ１３の後、製造された建設材料がミキサーから排出される。その後、建設材料は、車両等によって建設現場に運搬され、型枠に打設される。建設材料は、建設現場において硬化し、建設の構造材等になる。 After the second kneading step S13, the manufactured construction material is discharged from the mixer. After that, the construction material is transported to the construction site by a vehicle or the like and placed in the formwork. Construction materials harden at construction sites and become structural materials for construction.
なお、焼却残渣は、必ずしも石炭灰でなくてもよい。焼却残渣は、例えば、一般廃棄物、産業廃棄物、バイオマス、石炭、廃棄物焼却場から排出される焼却灰等であってもよい。焼却灰は、より具体的には、例えばＲＰＦ（Refuse Paper and Plastic Fuel）の主灰又は飛灰である。Ｘ線回折法を用いた分析によると、焼却灰の一例は、カルサイト（ＣａＣＯ３）、ゲーレナイト（Ｃａ２（Ｍｇ０．２５Ａｌ０．７５）（Ｓｉ１．２５ＡＬ０．７５Ｏ７））、フリーデル氏塩（Ｃａ２Ａｌ（ＯＨ）６Ｃｌ（Ｈ２Ｏ）２）、石英（ＳｉＯ２）、灰長石（（Ｃａ,Ｎａ）（Ｓｉ,Ａｌ）４Ｏ８）、を含む。Ｘ線回折法を用いた分析によると、焼却灰の他の例は、カルサイト（ＣａＣＯ３）、ポルトランダイト（Ｃａ（ＯＨ）２）、赤鉄鉱（Ｆｅ２Ｏ３）、生石灰（ＣａＯ）、石英（ＳｉＯ２）、灰長石（（Ｃａ,Ｎａ）（Ｓｉ,Ａｌ）４Ｏ８を含む。 The incinerator residue does not necessarily have to be coal ash. The incineration residue may be, for example, general waste, industrial waste, biomass, coal, incineration ash discharged from a waste incinerator, or the like. More specifically, the incinerated ash is, for example, the main ash or fly ash of RPF (Refuse Paper and Plastic Fuel). According to the analysis using the X-ray diffractometry, examples of incineration ash are feldspar (CaCO 3 ) and gerenite (Ca 2 (Mg 0.25 Al 0.75 ) (Si 1.25 AL 0.75 O 7 ). ), Friedel's salt (Ca 2 Al (OH) 6 Cl (H 2 O) 2 ), quartz (SiO 2 ), anorthite ((Ca, Na) (Si, Al) 4 O 8 ). According to analysis using X-ray diffractometry, other examples of incineration ash are calcium (CaCO 3 ), portorandite (Ca (OH) 2 ), hematite (Fe 2 O 3 ), quicklime (CaO). , Quartz (SiO 2 ), hematite ((Ca, Na) (Si, Al) 4 O 8 is included.
炭酸化工程Ｓ１１で用いる炭酸ガスは、必ずしも石炭火力発電所から排出される炭酸ガスでなくてもよい。炭酸ガスは、例えば、セメントの製造工場等の工場、化学プラント、焼却施設等から排出される炭酸ガスであってもよい。炭酸ガスは、炭酸化工程Ｓ１１に用いるために生成されたガスであってもよい。 The carbon dioxide gas used in the carbonation step S11 does not necessarily have to be the carbon dioxide gas discharged from the coal-fired power plant. The carbon dioxide gas may be, for example, carbon dioxide gas discharged from a factory such as a cement manufacturing factory, a chemical plant, an incinerator, or the like. The carbon dioxide gas may be a gas generated for use in the carbonation step S11.
第１混錬工程Ｓ１２において、混合物は、必ずしも細骨材、及び粗骨材を含んでいなくてもよい。例えば、建設材料がモルタルである場合、第１混錬工程Ｓ１２における混合物は、粗骨材を含まない。また、建設材料がペーストである場合、第１混錬工程Ｓ１２における混合物は、粗骨材及び細骨材を含まない。 In the first kneading step S12, the mixture does not necessarily have to contain a fine aggregate and a coarse aggregate. For example, when the construction material is mortar, the mixture in the first kneading step S12 does not contain coarse aggregate. When the construction material is a paste, the mixture in the first kneading step S12 does not contain coarse aggregate and fine aggregate.
建設材料がコンクリートである場合、第１混錬工程Ｓ１２においては、上述したように、炭酸化された焼却残渣、セメント、細骨材、及び粗骨材を含む混合物が混錬される。言い換えると、第１混錬工程Ｓ１２において、セメント及び細骨材の一部が、炭酸化された焼却残渣に置換される。例えば、セメントの一部が炭酸化された焼却残渣に置換されることによって、セメントの使用量を低減することができる。これにより、セメントの製造時に発生する二酸化炭素の量を抑制できる。 When the construction material is concrete, in the first kneading step S12, as described above, a mixture containing carbonated incinerator residue, cement, fine aggregate, and coarse aggregate is kneaded. In other words, in the first kneading step S12, a part of the cement and the fine aggregate is replaced with the carbonated incinerator residue. For example, the amount of cement used can be reduced by substituting a part of cement with a carbonated incinerator residue. As a result, the amount of carbon dioxide generated during the production of cement can be suppressed.
以上で説明したように、第１実施形態の建設材料の製造方法は、セメントを含む建設材料の製造方法である。第１実施形態の建設材料の製造方法は、カルシウムを含むアルカリ性固体物に対して炭酸化処理を施す炭酸化工程Ｓ１１と、炭酸化されたアルカリ性固体物及びセメントを少なくとも含む混合物を混錬する混錬工程（第１混錬工程Ｓ１２）と、を備える。 As described above, the method for producing a construction material according to the first embodiment is a method for producing a construction material containing cement. The method for producing a building material according to the first embodiment is a mixture of a carbonation step S11 in which an alkaline solid containing calcium is subjected to a carbonation treatment and a mixture containing at least the carbonated alkaline solid and cement. A smelting step (first kneading step S12) is provided.
地球温暖化を抑制するために、建設材料の製造時における二酸化炭素（ＣＯ２）の排出量を抑制することが望まれる。セメントの製造時には、多量の二酸化炭素（ＣＯ２）が発生する。このため、二酸化炭素（ＣＯ２）の排出量を抑制する方法の一つとしては、セメントの使用量を減らすことが考えられる。例えば、セメントをその他の混和材に置き換えることによって、セメントの使用量を減らすことが可能である。しかし、当該方法を用いたとしても、二酸化炭素の排出量を減らすには限界がある。これに対して、上述した特許文献１のように、硬化したコンクリートに二酸化炭素を固定化する技術が知られている。これにより、二酸化炭素の排出量をより減らすことは可能である。しかし、当該方法においては、硬化したコンクリートの塊の表層から二酸化炭素が入り込んでいき、徐々に炭酸化が進む。コンクリートの塊の全てを炭酸化させるためには養生期間が必要となる。このため、硬化したコンクリートに二酸化炭素を固定化するためには、長い時間を要する。また、コンクリートの塊を収容できる槽の大きさには限界があるので、どのようなコンクリートの塊でも二酸化炭素を固定化できるわけではない。 In order to curb global warming, it is desirable to curb carbon dioxide (CO 2) emissions during the manufacture of construction materials. A large amount of carbon dioxide (CO 2 ) is generated during the production of cement. Therefore, as one of the methods for suppressing the emission of carbon dioxide (CO 2 ), it is conceivable to reduce the amount of cement used. For example, it is possible to reduce the amount of cement used by replacing cement with other admixtures. However, even if this method is used, there is a limit to reducing carbon dioxide emissions. On the other hand, as in Patent Document 1 described above, a technique for immobilizing carbon dioxide on hardened concrete is known. This makes it possible to further reduce carbon dioxide emissions. However, in this method, carbon dioxide enters from the surface layer of the hardened concrete block, and carbonation gradually progresses. A curing period is required to carbonate all of the concrete mass. Therefore, it takes a long time to immobilize carbon dioxide on the hardened concrete. In addition, since there is a limit to the size of the tank that can accommodate a concrete block, carbon dioxide cannot be fixed in any concrete block.
これに対して、第１実施形態の建設材料の製造方法においては、炭酸化工程Ｓ１１において、アルカリ性固体物が炭酸化される。カルシウムを含むアルカリ性固体物が二酸化炭素を吸収する。二酸化炭素を吸収したアルカリ性固体物とセメントが混錬されて建設材料となることによって、二酸化炭素が建設材料に固定化される。炭酸化工程Ｓ１１においてアルカリ性固体物が炭酸化されるので、特許文献１のように硬化したコンクリートに二酸化炭素を接触させる場合と比較して、速やかに炭酸化が進行する。したがって、第１実施形態の建設材料の製造方法は、二酸化炭素を短い時間で固定化できる。また、二酸化炭素を吸収したアルカリ性固体物をセメントと混錬した後に建設材料が成形されるので、建設材料の大きさに関わらず建設材料に二酸化炭素を固定化できる。 On the other hand, in the method for producing a construction material of the first embodiment, the alkaline solid substance is carbonated in the carbonation step S11. Alkaline solids containing calcium absorb carbon dioxide. Carbon dioxide is immobilized on the construction material by kneading the alkaline solid substance that has absorbed carbon dioxide and cement into the construction material. Since the alkaline solid substance is carbonated in the carbonation step S11, carbonation proceeds more rapidly than in the case where carbon dioxide is brought into contact with the hardened concrete as in Patent Document 1. Therefore, the method for producing a construction material of the first embodiment can immobilize carbon dioxide in a short time. In addition, since the construction material is formed after kneading an alkaline solid substance that has absorbed carbon dioxide with cement, carbon dioxide can be immobilized on the construction material regardless of the size of the construction material.
第１実施形態の建設材料の製造方法において、アルカリ性固体物は、焼却残渣である。 In the method for producing a construction material of the first embodiment, the alkaline solid substance is an incinerator residue.
炭酸化工程Ｓ１１において焼却残渣が炭酸化されることによって、より速やかに炭酸化が進行する。さらに、炭酸化工程Ｓ１１によって、焼却残渣に含まれる鉛（Ｐｂ）等の重金属が難溶化する。このため、第１実施形態の建設材料の製造方法は、焼却残渣に含まれる重金属が溶出することを抑制することができる。 By carbonating the incinerator residue in the carbonation step S11, carbonation proceeds more quickly. Further, the carbonation step S11 makes heavy metals such as lead (Pb) contained in the incinerator residue sparingly soluble. Therefore, the method for producing a construction material of the first embodiment can suppress the elution of heavy metals contained in the incineration residue.
第１実施形態の建設材料の製造方法において、アルカリ性固体物は、セメント固化物、又は石灰改良土である。 In the method for producing a construction material of the first embodiment, the alkaline solid matter is cement solidified material or lime-improved soil.
炭酸化工程Ｓ１１においてセメント固化物、又は石灰改良土が炭酸化されることによって、より速やかに炭酸化が進行する。 Carbonation proceeds more rapidly by carbonating the cement solidified or lime-improved soil in the carbonation step S11.
第１実施形態の建設材料の製造方法において、アルカリ性固体物は、石炭灰である。 In the method for producing a construction material of the first embodiment, the alkaline solid substance is coal ash.
セメントを含む建設材料には、高いワーカビリティを有していることが望まれる。また、固定化する二酸化炭素を増やすためには、第１混錬工程Ｓ１２において、混合物の中のアルカリ性固体物の割合を増やすことが望ましい。しかし、混合物の中のアルカリ性固体物の割合を増やすと、建設材料のワーカビリティが低下する可能性がある。これに対して、アルカリ性固体物として石炭灰を用いた場合、石炭灰は粒径が球状であるため、建設材料のワーカビリティが向上しやすい。このため、混合物の中のアルカリ性固体物を増やした場合でも、建設材料のワーカビリティの低下が抑制される。したがって、第１実施形態の建設材料の製造方法は、多量の二酸化炭素の固定化と、建設材料のワーカビリティの向上を両立させることができる。 It is desirable that construction materials containing cement have high workability. Further, in order to increase the amount of carbon dioxide to be immobilized, it is desirable to increase the proportion of alkaline solids in the mixture in the first kneading step S12. However, increasing the proportion of alkaline solids in the mixture can reduce the workability of the construction material. On the other hand, when coal ash is used as the alkaline solid material, the particle size of the coal ash is spherical, so that the workability of the construction material is likely to be improved. Therefore, even if the amount of alkaline solid matter in the mixture is increased, the decrease in workability of the construction material is suppressed. Therefore, the method for producing a construction material of the first embodiment can both immobilize a large amount of carbon dioxide and improve the workability of the construction material.
（第２実施形態）
図２は、第２実施形態の建設材料の製造方法を示すフローチャートである。図２に示すように、第２実施形態の建設材料の製造方法は、分離工程Ｓ２１と、炭酸化工程Ｓ２２と、第１混練工程Ｓ２３と、第２混錬工程Ｓ２４と、を備える。第２実施形態の建設材料の製造方法において、アルカリ性固体物は、焼却残渣であり、より具体的には焼却灰である。
(Second Embodiment)
FIG. 2 is a flowchart showing a method for manufacturing a construction material according to the second embodiment. As shown in FIG. 2, the method for producing a construction material according to the second embodiment includes a separation step S21, a carbonation step S22, a first kneading step S23, and a second kneading step S24. In the method for producing a construction material of the second embodiment, the alkaline solid substance is an incinerator residue, and more specifically, incinerator ash.
分離工程Ｓ２１は、焼却残渣として焼却灰を大粒径灰と小粒径灰とに分ける工程である。焼却灰は、焼却施設から排出される灰である。焼却灰は、焼却主灰と焼却飛灰を含む。焼却主灰は、焼却炉で廃棄物を焼却したときに、炉の底部から排出される燃え殻である。焼却飛灰は、燃焼ガスと共に巻き上がる煤塵である。例えば、分離工程Ｓ２１で用いられる焼却灰は、焼却主灰である。小粒径灰の最大粒径は、大粒径灰の最小粒径よりも小さい。言い換えると、小粒径灰は、焼却灰の分けられた２つのグループのうち最大粒径が小さいグループである。例えば、小粒径灰の粒径は、５ｍｍ以下である。より具体的には、目開きが５ｍｍのメッシュを通過する焼却灰が小粒径灰である。目開きが５ｍｍのメッシュを通過しない焼却灰が大粒径灰である。なお、小粒径灰の粒径は、必ずしも５ｍｍ以下でなくてもよく、特に限定されない。焼却灰は、例えばふるいによって大粒径灰と小粒径灰とに分離される。なお、焼却灰は、水で洗浄することによって大粒径灰と小粒径灰とに分離されてもよい。 The separation step S21 is a step of separating the incinerator ash into a large particle size ash and a small particle size ash as an incineration residue. Incinerator ash is the ash discharged from the incinerator. Incinerator ash includes incinerator ash and incinerator fly ash. The main ash incinerator is the cinder that is discharged from the bottom of the incinerator when the waste is incinerated in the incinerator. Incinerator fly ash is soot and dust that rolls up with combustion gas. For example, the incinerator ash used in the separation step S21 is the incinerator main ash. The maximum particle size of the small particle size ash is smaller than the minimum particle size of the large particle size ash. In other words, the small particle size ash is the group with the smallest maximum particle size of the two divided groups of incinerator ash. For example, the particle size of the small particle size ash is 5 mm or less. More specifically, the incinerator ash that passes through a mesh having a mesh opening of 5 mm is a small particle size ash. The incinerator ash that does not pass through the mesh with a mesh opening of 5 mm is the large particle size ash. The particle size of the small particle size ash does not necessarily have to be 5 mm or less, and is not particularly limited. The incinerator ash is separated into a large particle size ash and a small particle size ash by, for example, a sieve. The incinerator ash may be separated into a large particle size ash and a small particle size ash by washing with water.
炭酸化工程Ｓ２２における炭酸化処理は、小粒径灰に炭酸ガス（二酸化炭素（ＣＯ２）ガス）を触れさせる処理である。炭酸化工程Ｓ２２では、容器（炭酸化処理槽）に小粒径灰が配置される。容器は、例えば可搬式コンテナである。小粒径灰の含水率が１０％以上２０％以下になるように、容器に水が加えられる。その後、容器に炭酸ガスが導入される。小粒径灰に含まれる酸化カルシウム等のカルシウム成分が炭酸化し、炭酸カルシウム（ＣａＣＯ３）が生成される。炭酸化工程Ｓ２２によって、二酸化炭素が小粒径灰に吸収される。二酸化炭素が、炭酸塩として小粒径灰に固定化される。また、炭酸化工程Ｓ２２によって、小粒径灰に含まれる鉛（Ｐｂ）等の重金属が難溶化する。 The carbonation treatment in the carbonation step S22 is a treatment in which carbon dioxide gas (carbon dioxide (CO 2 ) gas) is brought into contact with the small particle size ash. In the carbonation step S22, the small particle size ash is arranged in the container (carbonation treatment tank). The container is, for example, a portable container. Water is added to the container so that the water content of the small particle size ash is 10% or more and 20% or less. After that, carbon dioxide gas is introduced into the container. Calcium components such as calcium oxide contained in small particle size ash are carbonated to generate calcium carbonate (CaCO 3). Carbon dioxide is absorbed by the small particle size ash by the carbonation step S22. Carbon dioxide is immobilized on the small particle size ash as a carbonate. Further, in the carbonation step S22, heavy metals such as lead (Pb) contained in the small particle size ash are hardly soluble.
第１混錬工程Ｓ２３は、炭酸化された小粒径灰、セメント、細骨材、及び粗骨材を含む混合物を混錬する工程である。第１混錬工程Ｓ２３は、空練りとも呼ばれる。第１混錬工程Ｓ２３では、セメント又は細骨材の一部が小粒径灰に置換される。小粒径灰を使用した分だけ、セメント又は細骨材の量が減少する。第１混錬工程Ｓ２３において、小粒径灰、セメント、細骨材、及び粗骨材は、それぞれ計量された後、ミキサーに投入される。ミキサーに投入された混合物は、例えば３０秒以上混錬される。 The first kneading step S23 is a step of kneading a mixture containing carbonated small particle size ash, cement, fine aggregate, and coarse aggregate. The first kneading step S23 is also called empty kneading. In the first kneading step S23, a part of cement or fine aggregate is replaced with small particle size ash. The amount of cement or fine aggregate is reduced by the amount of small particle size ash used. In the first kneading step S23, the small particle size ash, cement, fine aggregate, and coarse aggregate are each weighed and then put into a mixer. The mixture put into the mixer is kneaded for 30 seconds or more, for example.
第２混錬工程Ｓ２４は、第１混錬工程Ｓ２３で混錬された混合物、水、及び混和剤を混錬する工程である。第２混錬工程Ｓ２４は、本練りとも呼ばれる。第２混錬工程Ｓ２４において、水及び混和剤は、それぞれ計量された後、混合物の入ったミキサーに投入される。混合物、水、及び混和剤は、例えば９０秒以上混錬される。 The second kneading step S24 is a step of kneading the mixture, water, and the admixture kneaded in the first kneading step S23. The second kneading step S24 is also called main kneading. In the second kneading step S24, the water and the admixture are weighed and then put into a mixer containing the mixture. The mixture, water, and admixture are kneaded, for example, for 90 seconds or longer.
焼却灰を炭酸化した場合にどの程度の二酸化炭素が固定化できるかを調べる実験が行われた。具体的には、実験において、炭酸化した焼却灰に含まれる無機炭素濃度が測定された。図３は、炭酸化した焼却灰に含まれる無機炭素濃度を調べる実験器具の模式図である。図４は、炭酸化した焼却灰に含まれる無機炭素濃度を示すグラフである。 An experiment was conducted to investigate how much carbon dioxide could be immobilized when the incinerator ash was carbonated. Specifically, in the experiment, the concentration of inorganic carbon contained in the carbonated incinerator ash was measured. FIG. 3 is a schematic diagram of an experimental instrument for examining the concentration of inorganic carbon contained in carbonated incineration ash. FIG. 4 is a graph showing the concentration of inorganic carbon contained in the carbonated incineration ash.
図３に示すように、実験器具９０は、ＣＯ２ボンベ９１と、圧力調整器９２と、流量計９３と、排水材９４と、樹脂網９５と、を備える。実験器具９０は、カラム試験装置とも呼ばれる。ＣＯ２ボンベ９１に貯留された炭酸ガスは、圧力調整器９２、流量計９３、排水材９４、及び樹脂網９５を通過して、容器９６の下端に導入される。容器９６は、円筒形であり、例えばポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）等の樹脂で形成される。容器９６の直径は、１０４ｍｍである。容器９６の高さは、４００ｍｍである。容器９６には、焼却主灰９７が充填されている。焼却主灰９７のうち、容器９６の下側の１／３の部分を下層、上側の１／３の部分を上層、下層と上層の間を中層とする。容器９６の下端から炭酸ガスが導入されることによって、容器９６の中の焼却主灰９７が炭酸ガスと接触する。容器９６に所定時間だけ炭酸ガスを通気した後、上層、中層、及び下層のそれぞれから取り出されたサンプルに対して、無機炭素（ＩＣ）濃度が測定された。
As shown in FIG. 3, the
異なる焼却施設から採取された焼却主灰Ａ及び焼却主灰Ｂに対して、上述した実験が行われた。図７に示すように、炭酸化した焼却主灰の無機炭素濃度は、未処理の焼却主灰の無機炭素濃度よりも高い。すなわち、炭酸化した焼却主灰は、未処理の焼却主灰に対して、より多くの炭素を含んでいる。このように、焼却主灰を炭酸化することによって、焼却主灰に多くの二酸化炭素を固定化できる。 The above experiments were performed on incinerator ash A and incinerator ash B collected from different incinerators. As shown in FIG. 7, the carbonated incinerated main ash has a higher inorganic carbon concentration than the untreated incinerated main ash. That is, the carbonated incinerator ash contains more carbon than the untreated incinerator ash. By carbonating the incinerator main ash in this way, a large amount of carbon dioxide can be immobilized on the incinerator main ash.
なお、上述した実験は、カルシウムを含むアルカリ性固体物を炭酸化することによって、どの程度の二酸化炭素を固定化できるかを調べる実験の一例である。実験に用いた焼却主灰は、アルカリ性固体物の一例に過ぎない。焼却主灰以外のカルシウムを含むアルカリ性固体物を用いて同様の実験を行った場合でも、炭酸化したアルカリ性固体物は、未処理のアルカリ性固体物と比較して、より多くの炭素を含む。 The above-mentioned experiment is an example of an experiment for investigating how much carbon dioxide can be immobilized by carbonating an alkaline solid substance containing calcium. The incinerator ash used in the experiment is just one example of an alkaline solid. Even when the same experiment is performed using an alkaline solid containing calcium other than the incineration main ash, the carbonated alkaline solid contains more carbon than the untreated alkaline solid.
第２実施形態の建設材料の製造方法において、分離工程Ｓ２１で用いる焼却灰が水分を含む場合、分離工程Ｓ２１の前に焼却灰が乾燥させられる。例えば、焼却灰が、焼却施設の排熱を使って乾燥させられる。 In the method for producing a construction material of the second embodiment, when the incinerator ash used in the separation step S21 contains water, the incinerator ash is dried before the separation step S21. For example, incineration ash is dried using the exhaust heat of the incinerator.
また、第２実施形態の建設材料の製造方法は、アルカリ性固体物としての焼却灰が水分を含む場合、分離工程Ｓ２１に代えて、攪拌洗浄工程と、脱水工程と、を備えてもよい。攪拌洗浄工程は、焼却灰（例えば焼却主灰）を冷却槽内又は洗浄槽内で攪拌洗浄する工程である。脱水工程は、攪拌洗浄工程を経たスラリー状の焼却灰をフィルタープレス機で脱水することによって、脱水汚泥を生成する工程である。その後、炭酸化工程Ｓ２２において、アルカリ性固体物としての脱水汚泥が炭酸化される。そして、第１混錬工程Ｓ２３、第２混錬工程Ｓ２４を経て、建設材料が製造される。 Further, when the incineration ash as an alkaline solid contains water, the method for producing the construction material of the second embodiment may include a stirring cleaning step and a dehydration step instead of the separation step S21. The stirring and washing step is a step of stirring and washing the incineration ash (for example, the incineration main ash) in the cooling tank or the washing tank. The dehydration step is a step of producing dehydrated sludge by dehydrating the slurry-like incinerated ash that has undergone the stirring and washing step with a filter press machine. Then, in the carbonation step S22, the dehydrated sludge as an alkaline solid is carbonated. Then, the construction material is manufactured through the first kneading step S23 and the second kneading step S24.
分離工程Ｓ２１で大粒径灰と小粒径灰に分離される焼却灰は、必ずしも焼却主灰でなくてもよい。分離工程Ｓ２１で大粒径灰と小粒径灰に分離される焼却灰は、焼却飛灰であってもよいし、焼却主灰及び焼却飛灰の混合物であってもよい。 The incinerator ash separated into the large particle size ash and the small particle size ash in the separation step S21 does not necessarily have to be the incinerator main ash. The incineration ash separated into the large particle size ash and the small particle size ash in the separation step S21 may be incineration fly ash or a mixture of incineration main ash and incineration fly ash.
また、第２実施形態の建設材料の製造方法は、分離工程Ｓ２１の後、炭酸化工程Ｓ２２の前において、焼却主灰の小粒径灰に焼却飛灰を混練する飛灰混錬工程を備えてもよい。飛灰混錬工程の後、炭酸化工程Ｓ２２において、小粒径灰と焼却飛灰の混合物が炭酸化される。焼却飛灰に含まれる重金属の溶出を抑制することができる。 Further, the method for producing a construction material of the second embodiment includes a fly ash kneading step of kneading incinerator fly ash with a small particle size ash of the incinerator main ash after the separation step S21 and before the carbonization step S22. You may. After the fly ash kneading step, in the carbonation step S22, a mixture of small particle size ash and incinerated fly ash is carbonated. Elution of heavy metals contained in incinerated fly ash can be suppressed.
以上で説明したように、第２実施形態の建設材料の製造方法において、アルカリ性固体物は、焼却灰である。 As described above, in the method for producing a construction material of the second embodiment, the alkaline solid substance is incinerator ash.
アルカリ性固体物として焼却灰が用いられることによって、炭酸化工程Ｓ２２において炭酸化されるアルカリ性固体物の表面積が大きくなる。このため、アルカリ性固体物の炭酸化がより促進される。したがって、第２実施形態の建設材料の製造方法は、二酸化炭素を短い時間で固定化できる。また、焼却灰は、焼却施設において多量に生成されるものであるので、容易に調達できる。このため、アルカリ性固体物を調達するために費やすコストを低減できる。 By using incinerator ash as the alkaline solid, the surface area of the alkaline solid to be carbonated in the carbonation step S22 is increased. Therefore, carbonation of the alkaline solid is further promoted. Therefore, the method for producing a construction material of the second embodiment can immobilize carbon dioxide in a short time. Moreover, since the incineration ash is produced in a large amount in the incinerator, it can be easily procured. Therefore, the cost spent for procuring the alkaline solid substance can be reduced.
第２実施形態の建設材料の製造方法は、焼却灰を大粒径灰と前記大粒径灰よりも最大粒径が小さい小粒径灰とに分ける分離工程Ｓ２１を備える。アルカリ性固体物は、小粒径灰である。 The method for producing a construction material according to the second embodiment includes a separation step S21 for separating the incinerated ash into a large particle size ash and a small particle size ash having a smaller maximum particle size than the large particle size ash. The alkaline solid is a small particle size ash.
アルカリ性固体物として小粒径灰が用いられることによって、炭酸化工程Ｓ２２において炭酸化されるアルカリ性固体物の表面積が大きくなる。このため、アルカリ性固体物の炭酸化がより促進される。したがって、第２実施形態の建設材料の製造方法は、二酸化炭素を短い時間で固定化できる。さらに、小粒径灰は大粒径灰よりも多くの重金属を含む。焼却灰のうち小粒径灰に含まれる重金属が建設材料に固定化されるので、大粒径灰に含まれる重金属は少なくなる。このため、焼却灰（大粒径灰）のリサイクルがより容易となる。焼却灰（大粒径灰）は、例えばセメントの原料又は土木資材としてリサイクルされる。 By using the small particle size ash as the alkaline solid, the surface area of the alkaline solid to be carbonated in the carbonation step S22 is increased. Therefore, carbonation of the alkaline solid is further promoted. Therefore, the method for producing a construction material of the second embodiment can immobilize carbon dioxide in a short time. In addition, small particle size ash contains more heavy metals than large particle size ash. Of the incineration ash, the heavy metals contained in the small particle size ash are immobilized on the construction material, so that the heavy metals contained in the large particle size ash are reduced. Therefore, recycling of incineration ash (large particle size ash) becomes easier. Incinerator ash (large particle size ash) is recycled, for example, as a raw material for cement or a civil engineering material.
以上で説明したように、第２実施形態の建設材料の製造方法では、炭酸化工程Ｓ２２において、小粒径灰は、可搬式コンテナで炭酸化される。 As described above, in the method for producing a construction material of the second embodiment, in the carbonation step S22, the small particle size ash is carbonated in a portable container.
これにより、焼却施設の近くで小粒径灰を炭酸化することが可能である。このため、第２実施形態の建設材料の製造方法は、より効率的にアルカリ性固体物を炭酸化することができる。 This makes it possible to carbonate small particle size ash near the incinerator. Therefore, the method for producing a construction material of the second embodiment can more efficiently carbonate an alkaline solid substance.
第２実施形態の建設材料の製造方法において、小粒径灰の粒径は、５ｍｍ以下である。 In the method for producing a construction material of the second embodiment, the particle size of the small particle size ash is 5 mm or less.
アルカリ性固体物として粒径が５ｍｍ以下の小粒径灰が用いられることによって、炭酸化工程Ｓ２２において炭酸化されるアルカリ性固体物の表面積がより大きくなる。このため、アルカリ性固体物の炭酸化がより促進される。したがって、第２実施形態の建設材料の製造方法は、二酸化炭素をより短い時間で固定化できる。 By using a small particle size ash having a particle size of 5 mm or less as the alkaline solid material, the surface area of the alkaline solid material carbonated in the carbonation step S22 becomes larger. Therefore, carbonation of the alkaline solid is further promoted. Therefore, the method for producing a construction material of the second embodiment can immobilize carbon dioxide in a shorter time.
９０ 実験器具
９１ ＣＯ２ボンベ
９２ 圧力調整器
９３ 流量計
９４ 排水材
９５ 樹脂網
９６ 容器
９７ 焼却主灰
Ｓ１１ 炭酸化工程
Ｓ１２ 第１混錬工程
Ｓ１３ 第２混錬工程
Ｓ２１ 分離工程
Ｓ２２ 炭酸化工程
Ｓ２３ 第１混錬工程
Ｓ２４ 第２混錬工程
90
Claims (8)
カルシウムを含むアルカリ性固体物に対して炭酸化処理を施す炭酸化工程と、
炭酸化された前記アルカリ性固体物及びセメントを少なくとも含む混合物を混錬する混錬工程と、
を備える建設材料の製造方法。 A method for manufacturing construction materials including cement.
A carbonation process that carbonates an alkaline solid containing calcium,
A kneading step of kneading a mixture containing at least the carbonated alkaline solid and cement, and a kneading step.
A method of manufacturing construction materials.
請求項１に記載の建設材料の製造方法。 The method for producing a construction material according to claim 1, wherein the alkaline solid is an incinerator residue.
請求項１に記載の建設材料の製造方法。 The method for producing a construction material according to claim 1, wherein the alkaline solid is a cement solidified material or lime-improved soil.
請求項１に記載の建設材料の製造方法。 The method for producing a construction material according to claim 1, wherein the alkaline solid is coal ash.
請求項１に記載の建設材料の製造方法。 The method for producing a construction material according to claim 1, wherein the alkaline solid is incinerator ash.
前記アルカリ性固体物は、前記小粒径灰である
請求項１に記載の建設材料の製造方法。 It is provided with a separation step of separating the incinerator ash into a large particle size ash and a small particle size ash having a smaller maximum particle size than the large particle size ash.
The method for producing a construction material according to claim 1, wherein the alkaline solid is the small particle size ash.
請求項６に記載の建設材料の製造方法。 The method for producing a construction material according to claim 6, wherein in the carbonation step, the small particle size ash is carbonated in a portable container.
請求項６に記載の建設材料の製造方法。 The method for producing a construction material according to claim 6, wherein the particle size of the small particle size ash is 5 mm or less.
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Cited By (3)
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|---|---|---|---|---|
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-
2020
- 2020-03-27 JP JP2020057584A patent/JP2021155270A/en active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR3132710A1 (en) * | 2022-02-17 | 2023-08-18 | Vicat | Cementitious composition comprising carbonated biomass ash |
| FR3132711A1 (en) * | 2022-02-17 | 2023-08-18 | Vicat | USE OF CARBONATED BIOMASS ASH AS SUBSTITUTE CEMENTITIOUS MATERIAL |
| WO2023156738A1 (en) * | 2022-02-17 | 2023-08-24 | Vicat | Binder comprising carbonated biomass ash |
| WO2023156739A1 (en) * | 2022-02-17 | 2023-08-24 | Vicat | Use of carbonated biomass ash as a substitute cementitious material |
| WO2023170991A1 (en) * | 2022-03-07 | 2023-09-14 | 株式会社フジタ | Method for producing humidity conditioning building material and humidity conditioning building material |
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