JP3275725B2 - 石炭灰系軽量骨材の製造方法 - Google Patents

石炭灰系軽量骨材の製造方法

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    • C04B18/00Use of agglomerated or waste materials or refuse as fillers for mortars, concrete or artificial stone; Treatment of agglomerated or waste materials or refuse, specially adapted to enhance their filling properties in mortars, concrete or artificial stone
    • C04B18/02Agglomerated materials, e.g. artificial aggregates
    • C04B18/023Fired or melted materials
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y02WCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
    • Y02W30/00Technologies for solid waste management
    • Y02W30/50Reuse, recycling or recovery technologies
    • Y02W30/91Use of waste materials as fillers for mortars or concrete

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、石炭灰を原料とす
る人工軽量骨材の製造方法に関する。詳しくは、石炭火
力発電所等において大量に発生する石炭灰に、パーライ
ト原石粉砕工程で発生する粉塵を回収した粉末(以下、
パーライトコットレルダストと称す)または、流動接触
分解プロセスから排出される廃触媒(以下、FCC廃触
媒と称す)、および炭化珪素を添加混合した後、造粒、
焼成、発泡させて、人工軽量骨材を製造する方法に関す
るものである。この方法によって製造された軽量骨材
は、軽量且つ低吸水性であり、発泡性、粒径を調節する
ことにより各種用途の建築材料に使用できると同時に、
処理が問題となっている産業廃棄物の有効利用を図るこ
とができる。
【0002】
【従来の技術】従来、人工軽量骨材としては、膨張頁岩
を原料とするものが主に使用されている。膨張頁岩系の
人工軽量骨材は品質的に優れたものを安価に与えるが、
資源の枯渇に加え、環境保護上の理由から採掘が制限さ
れることが多くなってきている。そこで、未利用資源の
再開発、産業廃棄物の利用を合わせて、膨張頁岩系の人
工軽量骨材に代わる人工軽量骨材の開発が要望され、火
力発電所、各種工場の燃焼炉から多量に排出される石炭
灰を有効利用して人工軽量骨材を製造する技術が注目さ
れている。
【0003】石炭灰はムライト、石英などの結晶質鉱物
とガラス質からなり、結晶質材料とガラス質材料との中
間的な性質を有しているため、石炭灰単独では炭化珪素
による発泡の制御が難しいだけでなく、燃焼に用いた石
炭の種類により生成する石炭灰の組成が異なることか
ら、軟化点、融点に差異を生じ、一定の品質の軽量骨材
を製造することが困難である。この問題を解決するた
め、軟化点の低いガラス質物質をフラックスとして添加
する方法が行なわれている。例えば、特公昭36−12
580号、特開平5−170567号各公報では長石
を、特開昭64−37447号公報では、ガラス質岩石
を添加する方法が開示されているが、これ等は天然物で
あり、原料の採掘、運搬、粉砕、乾燥が必要であるだけ
でなく、未利用資源の有効活用という観点にはそぐわな
いものである。
【0004】特開平4−119952号公報では、無水
珪酸ソーダを添加する方法が開示されているが、副原料
費が高くなり、コスト的に問題がある。また、特開昭6
4−37446、同平7−41343号公報では、ガラ
ス微粉末を添加する方法が開示されているが、ガラス粉
はリサイクル可能な資源であるだけでなく、粉砕が面倒
なことおよび収集に問題がある。
【0005】また、特開昭59−39757号、同平4
−300230号、同平4−119952号各公報では
水ガラスをフラックスとしてではなく造粒時のバインダ
ーとして加えているが、焼成時にはフラックスとしても
働くはずでありフラックスと見なすことができるが、価
格が非常に高いという致命的欠点を有している。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、未利
用資源である石炭灰を主原料として、同じく未利用資源
であり且つ入手、ハンドリングの容易なパーライトコッ
トレルダスト、FCC廃触媒をフラックスとし、単位容
積重量および吸水率が低い軽量骨材の製造方法を提供す
ることにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明は、石炭灰に、パ
ーライト原石粉砕工程で発生する粉塵を集塵器で回収し
たパーライトコットレルダスト、または流動接触分解プ
ロセスから排出されるFCC廃触媒、および炭化珪素を
添加・混合し、これを造粒、焼成することを特徴とす
る、石炭灰系軽量骨材の製造方法に関する。
【0008】本発明でフラックスとして用いるコットレ
ルダストは、パーライト原石粉砕工程で発生する粉塵を
例えば集塵器等で捕集・回収したものである。また、F
CC廃触媒は、石油留分を接触分解してガソリンを製造
する工程で使用された触媒であり、シリカーアルミナを
主成分とする合成ゼオライトである。夫々の典型的な化
学成分を表2に示す。これ等はその再利用法が模索され
ていた未利用資源であるが、石炭灰にフラックスとして
添加すると優れた軽量骨材を与えるのに加え、粉砕、乾
燥の必要もないだけでなく、工業地帯での入手が可能で
あるという利点を有している。
【0009】一方、本発明において主成分となる石炭灰
としては、火力発電所等において石炭を燃焼した際に発
生する石炭灰、例えば、フライアッシュ、ボトムアッシ
ュ等が炭種、化学組成を問わず使用できる。
【0010】コットレルダストは焼成工程で溶融し、石
炭灰粒子は粘結され発泡に適した粘度となる。一方、石
炭灰とFCC廃触媒は焼成工程で相互に反応し、低融点
共融物が生成し、原料粉末粒子が半溶融状態に結合して
発泡に適した粘度となる。従って、石炭灰、フラックス
の粒度、およびそれ等の混合割合は、生成発泡体の特性
を左右する重要な要因である。本発明において使用する
石炭灰およびフラックスの粒度は、互いの混合性、反応
性を上げるためには、100μm以下であることが好ま
しく、必要に応じて粉砕・分級する。
【0011】フラックスの混合割合は、コットレルダス
トの場合、石炭灰100重量部に対し10〜200重量
部であれば良いが、20〜100重量部で特に好ましい
結果を与える。一方、FCC廃触媒の場合には、石炭灰
100重量部に対し3〜35重量部であれば良いが、5
〜20重量部で特に好ましい結果を与える。
【0012】フラックスの混合割合が少なすぎると、焼
成温度における溶融が不十分となり、緻密な被膜が形成
されないために、発泡の駆動力となるガスが焼成物内に
保持できず十分な発泡性が得られないばかりか、開放気
孔が生成するため吸水性の高い発泡体が生成することに
なる。また、フラックスの混合割合が高すぎると、石炭
灰とフラックス共融物の粘性が低くなりすぎて、発生ガ
スが焼成物から抜け易くなるため、やはり発泡不良とな
るだけでなく、焼成時における粒子同志の融着も起こり
易くなる。
【0013】本発明においては、石炭灰、フラックスに
加えて、発泡剤である炭化珪素を添加するが、混合性を
上げ均一な発泡を起こさせるためには、炭化珪素粉末の
粒度は、他の成分である石炭灰、フラックス同様、10
0μm以下であることが好ましく、必要に応じて粉砕・
分級する。
【0014】また、発泡剤としての炭化珪素粉末の混合
割合は、石炭灰100重量部に対して0.1〜10重量
部であれば良いが、0.3〜5重量部にするのがより好
ましい。炭化珪素の混合割合が低すぎると、発泡性改善
効果が発現せず、高すぎると、発生した気泡が合併し焼
成物内の気泡径が大きくなりすぎて、発泡体強度が著し
く低下する。
【0015】本発明において、石炭灰、フラックスおよ
び炭化珪素を所定量混合した粉末原料は、造粒成形して
造粒体にする。造粒成形には、例えばパン型造粒機、押
出し造粒機、ブリケットマシン、打錠機等を使用し、ま
た、必要に応じてポリビニールアルコール、合成ゴムラ
テックス、セルロース誘導体、ポリアクリル酸塩、ポリ
アクリルアミド等のバインダーを0.1〜5重量%添加
して、公知の方法で行なうことが出来る。造粒体の大き
さや形状には特に制限はなく、軽量骨材の使用目的に応
じて任意に選択できる。
【0016】造粒体は酸素含有雰囲気下1150〜13
50℃の温度で焼成して発泡させる。焼成温度下で、原
料中の炭素、酸化鉄、硫化物、炭化珪素等が分解しガス
が発生するが、石炭灰とフラックスの反応で低融点共融
物が生成することにより、原料粉末粒子が半溶融状態に
結合し粘性を有しているため、発生ガスは造粒体内部に
気泡を生じさせ、発泡体が得られることになる。焼成温
度が低すぎると、溶融状態が不十分となり緻密な被膜が
得られないため、生成発泡体の吸水性が高くなるだけで
なく、発泡の駆動力となるべきガスを焼成物内に保持で
きず、十分な気泡を有する発泡体が得られない。また、
焼成温度が高すぎると、造粒体同士の融着が生じて大塊
状物になる結果、発泡体の歩留まりが低下するだけでな
く、焼成装置の運転に困難を来すことになる。また、焼
成には各種形式のロータリーキルン、流動層焼成炉等、
公知の焼成装置を使用することが出来る。
【0017】
【発明の実施の形態】
【実施例】以下に実施例および比較例を挙げて、本発明
の内容を具体的に説明する。各例において、生成発泡体
の特性の測定は次のように行なった。
【0018】(1)単位容積重量:JIS A 5007
に準拠して測定。
【0019】(2)24時間吸水率:JIS A 113
5に準拠して測定。
【0020】また、各例で使用した石炭灰とフラックス
の化学組成、平均粒子径を夫々表1、表2に示す。
【0021】
【表1】
【0022】
【表2】
【0023】実施例1 表1に示した石炭灰100重量部と、表2に示した真珠
岩系パーライトコットレルダスト40部、炭化珪素1重
量部をリボンミキサーで混合した後、更にポリビニルア
ルコール0.7重量部、水30重量部を加えて混練し、
孔径1mmの押出し造粒機を用いて造粒した。得られた
造粒体乾燥後、外熱式の回転管状電気炉(内径42mm
×長さ1000mm)を使用し、炉内最高温度1275
°C、滞留時間40分の条件で焼成し、発泡体を得た。
得られた発泡体を粒度0.3〜1.2mmにふるい分
け、単位重量容積および24時間吸水率を測定した。測
定結果を表3に示す。
【0024】実施例2 出発原料を表1に示した石炭灰100重量部と、表2に
示したFCC廃触媒10重量部、炭化珪素1.1重量部
とし、焼成温度を1320°Cとした他は実施例1と同
じ操作で発泡体を得た。その特性を表3に示す。
【0025】比較例1 フラックスを添加せず、焼成温度を1350°Cとした
他は実施例1と同様な操作で発泡体を得た。その特性を
表3に示す。
【0026】
【表3】
【0027】
【発明の効果】本発明によれば、現時点では未利用資源
の一つである、フラックスとしてパーライト製造時に発
生するコットレルダストまたは、FCC廃触媒を添加
し、更に発泡剤として炭化珪素を添加して焼成すること
により、未利用資源としてその有効利用が大きな課題と
なっている石炭灰を主原料として、単位容積重量および
吸水率が低い、特に建材用に適した軽量骨材を製造する
ことが出来る。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭51−31709(JP,A) 特開 昭62−197343(JP,A) 特開 平8−157244(JP,A) 特開 平3−275134(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C04B 18/10 C04B 18/08 C04B 18/12 C04B 38/02 C04B 38/00 303 C04B 38/02 304 C04B 14/02

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】石炭灰に、パーライト原石粉砕工程で発生
    する粉塵を回収した粉末(パーライトコットレルダス
    ト)または流動接触分解プロセスから排出される廃触媒
    (FCC廃触媒)、および炭化珪素を添加・混合し、こ
    れを造粒、焼成することを特徴とする、石炭灰系軽量骨
    材の製造方法。
  2. 【請求項2】石炭灰100重量部に対するパーライトコ
    ットレルダストの添加量が10〜200重量部である請
    求項1の石炭灰系軽量骨材の製造方法。
  3. 【請求項3】石炭灰100重量部に対するFCC廃触媒
    の添加量が3〜35重量部である請求項1の石炭灰系軽
    量骨材の製造方法。
  4. 【請求項4】石炭灰100重量部に対する炭化珪素の添
    加量が0.1〜10重量部である請求項1、請求項2お
    よび請求項3に記載の石炭灰系軽量骨材の製造方法。
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