JP3455184B2 - 石炭灰を原料とする粒状固化体の製造方法 - Google Patents
石炭灰を原料とする粒状固化体の製造方法Info
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Description
膏などの添加材を加え、水で混練し、成形した後、蒸気
養生を行い、破砕することにより高品質の粒状固化体を
製造する方法、詳しくは、混練機のフルード数、混練物
温度、成形体のかさ比重、前養生における固化体の圧縮
強度、及び粒状固化体の粗粒率の制御・管理を行うこと
により、安定品質で、安全性が確保された高品質の粒状
固化体を製造する方法に関するものである。本発明によ
り製造された粒状固化体は、路盤材などの用途に有効利
用できる。
トの粘土代替としての利用が大部分であるが、セメント
消費量の低下により、石炭灰発生量の増大に対応できな
くなっており、新たな大量の利用技術の開発が望まれて
いる。新規の大量の利用技術として、脱硫スラッジ、セ
メントとの混練物を常温養生して固化した後、路盤材な
どとして利用する方法が知られている(例えば、特開平
5−301749号公報、特開平8−113777号公
報参照)。また、使用後の脱硫材を含んだ石炭灰を水で
混練、成形した後、蒸気養生を行って固化し、破砕によ
り得た粒状体を路盤材などとして利用する方法が知られ
ている(例えば、特許第2929522号公報参照)。
この特許第2929522号公報には、混練水温度によ
る混練物温度の制御方法が記載されているが、本発明に
おける石灰量、例えば生石灰量と混練水温度による混練
物温度制御方法、その他の制御方法は記載されていな
い。
石炭灰のポゾラン反応性程度や季節・地域による雰囲気
温度変化にて、固化物の強度や有害重金属の固定程度が
安定せず、安定的に所定品質で、安全性が確保された固
化体とするのが難しく、さらに、需給状況に対応できる
貯蔵ができない。また、蒸気養生の方法では、石炭灰の
ポゾラン反応性が促進され高品質で、安定な固化体とす
ることが可能である。ただし、使用済み脱硫材を含まな
い石炭灰のみでは、十分な強度を有する固化体とならな
いため、石灰、石膏などの添加材が必要であるととも
に、石炭灰特性の変動や季節・地域による雰囲気温度な
どがかなり変動するので、それらの変動に対応し、安定
品質の固化体とするためには、混練、成形、養生、破砕
の工程及び混練物、成形体、粒状固化体の状態などの厳
密な制御・管理方法が望まれている。
本発明の目的は、石炭灰に石灰、石膏などの添加材を加
え、水で混練し、成形した後、蒸気養生を行い、破砕す
ることによって粒状固化体を製造する方法において、混
練機のフルード数、混練物温度、成形体のかさ比重、前
養生における固化体の圧縮強度及び粒状固化体の粗粒率
の制御・管理の少なくともいずれか、すなわち、いずれ
か又は全部を行うことにより、安定品質で、安全性が確
保された高品質の粒状固化体を製造する方法を提供する
ことにある。
めに、本発明の石炭灰を原料とする粒状固化体の製造方
法は、石炭灰に石灰及び石膏を添加材として加え、水で
混練した後成形し、ついで混練物の養生を行った後、養
生固化体を破砕して粒状固化体を製造する方法におい
て、つぎの(a)〜(e)の工程、すなわち、 (a) 石炭灰と添加材との混合及び混練水による混練
をフルード数0.5〜2.0の範囲で混合・混練する工
程、 (b) 石炭灰、添加材及び水による混練物の温度が3
0〜55℃の範囲となるように、石炭灰温度及び/又は
石灰量に応じて混練水温度を制御する工程、 (c) 混練物を成形し、成形体のかさ比重を1.55
以上とする工程、 (d) 成形体を前養生して圧縮強度を0.1〜2N /
mm2 の範囲とした後、本養生する工程、 (e) 固化体を破砕機とふるいとの組合せにて、粒状
体とする工程、を有するように構成されている。石灰と
しては生石灰、消石灰などが用いられる。石膏としては
排煙脱硫石膏を用いることが好ましい。
石膏を添加材として加え、水で混練した後成形し、つい
で混練物の養生を行った後、養生固化体を破砕して粒状
固化体を製造する方法において、つぎの(a)〜(e)
の工程、すなわち、 (a) 石炭灰と添加材との混合及び混練水による混練
をフルード数0.5〜2.0の範囲で混合・混練する工
程、 (b) 石炭灰、添加材及び水による混練物の温度が3
0〜55℃の範囲となるように、石炭灰温度及び/又は
石灰量に応じて混練水温度を制御する工程、 (c) 混練物を成形し、成形体のかさ比重を1.55
以上とする工程、 (d) 成形体を前養生して圧縮強度を0.1〜2N /
mm2 の範囲とした後、本養生する工程、 (e) 固化体を破砕機とふるいとの組合せにて、粗粒
率が4.5〜6.0の範囲の粒状体とする工程、を有す
ることを特徴としている。
石膏を添加材として加え、水で混練した後成形し、つい
で混練物の養生を行った後、養生固化体を破砕して粒状
固化体を製造する方法において、つぎの(a)〜(e)
の工程、すなわち、 (a) 石炭灰と添加材との混合及び混練水による混練
をフルード数0.5〜2.0の範囲で混合・混練する工
程、 (b) 石炭灰、添加材及び水による混練物の温度が3
0〜55℃の範囲となるように、石炭灰温度及び/又は
石灰量に応じて混練水温度を制御する工程、 (c) 混練物を成形し、成形体のかさ比重を1.55
以上とする工程、 (d) 成形体を20〜55℃の範囲、望ましくは30
〜50℃の範囲で3〜24時間前養生して圧縮強度を
0.1〜2N /mm2 の範囲とした後、55〜95℃の範
囲で15〜48時間本養生する工程、 (e) 固化体を破砕機とふるいとの組合せにて、粒状
体とする工程、を有することを特徴としている。
び石膏を添加材として加え、水で混練した後成形し、つ
いで混練物の養生を行った後、養生固化体を破砕して粒
状固化体を製造する方法において、つぎの(a)〜
(e)の工程、すなわち、 (a) 石炭灰と添加材との混合及び混練水による混練
をフルード数0.5〜2.0の範囲で混合・混練する工
程、 (b) 石炭灰、添加材及び水による混練物の温度が3
0〜55℃の範囲となるように、石炭灰温度及び/又は
石灰量に応じて混練水温度を制御する工程、 (c) 混練物を成形し、成形体のかさ比重を1.55
以上とする工程、 (d) 成形体を20〜55℃の範囲、望ましくは30
〜50℃の範囲で3〜24時間前養生して圧縮強度を
0.1〜2N /mm2 の範囲とした後、55〜95℃の範
囲で15〜48時間本養生する工程、 (e) 固化体を破砕機とふるいとの組合せにて、粗粒
率が4.5〜6.0の範囲の粒状体とする工程、を有す
ることを特徴としている。
圧振動方式などの成形機で行うことが好ましい。また、
本養生された固化体の破砕を衝撃破砕機により行うこと
が好ましい。
季節、地域などにより石炭灰温度が変化する。また、炭
種やボイラ運転条件などにより石炭灰特性が異なる。し
たがって、それらの影響を受けず、安定品質で、安全性
が確保された粒状固化体とするには、各工程の運転を制
御した上で、原料、混練物、成形体、固化体及び粒状固
化体の特性を管理し、各工程にフィードバックし、各工
程の運転条件などの再調整を行うことが必要である。混
練機をフルード数0.5〜2.0で運転することによ
り、均一な混合物、均一で緻密な混練物を短時間に得る
ことができる。0.5未満であると、均一な混合物、混
練物が得られず、2.0を越えると、短時間に混練物状
態が変化し、一定の混練物状態に管理することができな
い。
30℃未満であると石炭灰のポゾラン反応性が低下し、
粒状固化体の強度が低下する。55℃を越えると混練水
の蒸発量が多くなるとともに、ポゾラン反応性が早くな
って成形体にクラックが発生しやすくなり、高強度の粒
状固化体とならない。混練物温度は、季節、地域などに
よって異なる石炭灰温度、石炭灰特性によって異なる石
灰の添加量などにより変化するので、それらに応じ、冷
水又は/及び熱水にて混練水温度を1〜80℃に調整し
て、所定の混練物温度を確保する。生石灰などの水和時
に発熱する石灰系添加材を用いた場合には、添加材量、
石炭灰温度によって異なるが、通常、冷水にて混練水温
度を1〜30℃に調整する。消石灰などの水和時に発熱
しない石灰系添加材を用いた場合には、石炭灰温度によ
って異なるが、通常、熱水にて20〜80℃に調整す
る。
95℃とすると、温度応力などにより、クラックが発生
する。クラックを防止するためには、20〜55℃の温
度で、固化体の圧縮強度を0.1〜2N /mm2 とするこ
とである。0.1N /mm2 未満では55〜95℃の蒸気
処理でクラックが発生しやすい。2N /mm2 を越える場
合は、55〜95℃の温度による針状晶の反応物の生成
量が減少し、十分な強度を有する粒状固化体とならな
い。固化体を破砕し、ふるい機でふるうことにより得ら
れる粒状固化体の粗粒率は、4.5〜6.0が好適であ
る。4.5未満では、10〜30mmの粗粒子が少なくな
って路盤材などとしての品質がよくない。6.0を越え
る場合では5.0mm以下の微粉子が少なく、かつ角張っ
た粒子が多くなり、路盤材などとしての品質がよくな
い。
の製造は可能であるが、複数の工程を、できればすべて
の工程を組み合わせて達成することにより、より安定し
た品質で、安全性が確保された固化体の製造ができる。
各工程で適正値よりはずれた状態のものが得られた場合
には、警報信号を出し、マニュアル書に基づいて、原因
をただちに究明し、運転条件などの再調整を行うように
する。したがって、本発明の方法により製造された固化
体、粒状固化体は、季節・地域による環境変化や炭種、
ボイラ立地条件などによる石炭灰特性の影響を受けず、
より安定した品質で、安全性が確保された粒状固化体の
製造が可能となる。さらに、本発明の方法により製造さ
れた粒状固化体は、製造直後に所定の品質と安全性が確
保されているので、直ちに利用することができるととも
に、貯蔵することが可能であるので、工事規模、季節な
どによる需給状況の変化に対応可能である。
て説明するが、本発明は下記の実施の形態に何ら限定さ
れるものではなく、適宜変更して実施することができる
ものである。図1は本発明の実施の第1形態による石炭
灰を原料とする粒状固化体の製造方法を実施する装置を
示している。この粒状固化体製造装置は、混練、成形、
蒸気養生、破砕の工程よりなるシステムに、本発明によ
る各工程の制御・管理方式が組み込まれている。
10、12、14、16で計量された後、混練機18に
導入される。20は石炭灰ホッパ、22は石灰ホッパ、
24は石膏ホッパ、26は冷水槽、28は熱水槽、30
は冷水流量調節弁、32は熱水流量調節弁である。混練
機18からの混練物は低圧振動成形機などの成形機34
に送られ、ここで成形される。ついで成形体は前養生装
置36に送られ前養生された後、本養生装置38に送ら
れて本養生される。本養生された固化体は衝撃破砕機な
どの破砕機40に送られて破砕された後、ふるい機42
に送られて粒度調整された粒状固化体が得られる。
らの混練物の温度は、混練物温度制御装置44に入力さ
れるとともに、石炭灰の温度、例えば計量機10内の石
炭灰の温度、及び石灰の温度、例えば計量機12内の石
灰の温度も混練物温度制御装置44に入力される。そし
て、混練物の温度が30〜55℃の範囲になるように混
練水の温度が制御される。例えば混練物の温度を低くす
る場合は、冷水流量調節弁30の開度を大きくし、混練
物の温度を高くする場合は、熱水流量調節弁32の開度
を大きくするような操作を行う。
34からの成形体のかさ比重は、重量表示計46に表示
される。このかさ比重に基づいて混練機18の回転数が
制御される。具体的には、かさ比重が1.55未満の場
合は、かさ比重を大きくするために、混練機18の駆動
源48の回転数を上げる。重量表示計46は、例えば、
成形体の搬送ラインの途中に設けられた計量機(図示
略)に接続され、この計量機による重量から算出され
る。また、前養生装置36における養生中の成形体の貫
入抵抗値(圧縮強度)を貫入抵抗計50により測定し、
この値が所定の値、すなわち、圧縮強度0.1〜2N /
mm2 の場合は、養生成形体を次工程の本養生工程へ送
り、所定の値より小さい場合は、さらに前養生を継続す
るように制御する。貫入抵抗計50は、例えば、前養生
室36内に設けられる。
置において、つぎのような各工程の制御・管理方法が行
われる。 (1) 石炭灰と添加材である石灰及び石膏との混合並
びに混練水による混練をフルード数0.5〜2.0で混
合・混練する。 (2) 石炭灰、添加材、水による混練物の温度が30
〜55℃となるように石炭灰温度及び/又は石灰量に応
じて混練水温度を制御する。混練水温度は冷水量又は/
及び熱水量にて調整する。 (3) 混練物を低圧振動などの方法にて成形し、成形
体のかさ比重を1.55以上とする。成形体のかさ比重
は、例えば、搬送途中に設けた計量機による重量より算
出する。 (4) 成形体を、20〜55℃、望ましくは30〜5
0℃で3〜24H 前養生して圧縮強度を0.1〜2N /
mm2 とした後、55〜95℃で15〜48H 本養生す
る。前養生による圧縮強度は養生室内に設けた貫入抵抗
計50より算出する。 (5) 固化体を衝撃破砕機などの破砕機40とふるい
の組合せにて、粗粒率が4.5〜6.0の粒状体とす
る。粗粒率は、一定のサイクルで人手により測定する。
上記の(3)〜(5)の工程において、数値に異常があ
れば、警報を出し、マニュアルに従い、添加材量、混練
水量などの調整を行う。
徴とするところをより一層明確にする。 実施例1 図1に示した装置にて、各工程の制御・管理を行い、連
続して粒状固化体を製造した。すなわち、固化体の製造
方法は、温度が約25℃の石炭灰(特性を表1に示す)
280kgに生石灰11kg、排脱石膏9kgを添加し、フル
ード数1.4で3分間混合して混合粉体を製造した。そ
の後、冷水にて温度を20℃とした水を1分間で75kg
添加し、フルード数1.4で3分間混練して、温度が3
5℃の混練物を得た。その後、低圧振動成形機で300
mm□×100mm高さでかさ比重1.59の成形体を得
た。その後、成形体を40℃で10時間蒸気養生(前養
生)して圧縮強度が0.8N /mm2 の固化体とした後、
60℃で36時間蒸気養生(本養生)を行い、衝撃破砕
機による破砕とふるいにより、粗粒率が5.4のクラッ
シャランC−30相当の粒状固化体を得た。粒状固化体
の圧壊強度(10mm粒子)は240N で、上層路盤材の
品質を満足するとともに、環境庁告示46号に基づいた
溶出試験による有害物溶出量が土壌環境基準値を満足し
ていた。同上の操作を10回繰り返したが、粒状固化体
の圧壊強度は220〜260N で、粗粒率が5.3〜
5.6と安定した品質であり、有害重金属溶出量も基準
値を満足した。また、粒状固化体製造過程において、ハ
ンドリング上のトラブルがなく、安定な運転であった。
続して粒状固化体を製造した。すなわち、固化体の製造
方法は、温度が約25℃の石炭灰(特性を表2に示す)
280kgに生石灰13kg、排脱石膏10.5kgを添加
し、フルード数1.4で3分間混合して混合粉体を製造
した。その後、冷水にて温度を15℃とした水を1分間
で57kg添加し、フルード数1.4で3分間混練して、
温度が38℃の混練物を得た。その後、低圧振動成形機
で300mm□×100mm高さでかさ比重1.62の成形
体を得た。その後、成形体を35℃で10時間蒸気養生
(前養生)して圧縮強度が0.6N /mm2 の固化体とし
た後、60℃で36時間蒸気養生(本養生)を行い、衝
撃破砕機による破砕とふるいにより、粗粒率が5.5の
クラッシャランC−30相当の粒状固化体を得た。粒状
固化体の圧壊強度(10mm粒子)は230N で、上層路
盤材の品質を満足するとともに、環境庁告示46号に基
づいた溶出試験による有害物溶出量が土壌環境基準値を
満足していた。同上の操作を10回繰り返したが、粒状
固化体の圧壊強度は210〜250N で、粗粒率が5.
2〜5.6と安定した品質であり、有害重金属溶出量も
基準値を満足した。また、粒状固化体製造過程におい
て、ハンドリング上のトラブルがなく、安定な運転であ
った。
ち、固化体の製造方法は、温度が約25℃の石炭灰(特
性を表1に示す)284kgに生石灰9kg、排脱石膏7kg
を添加し、フルード数0.2で5分間混合して混合粉体
を製造した。その後、冷水にて温度を20℃とした水を
1分間で75kg添加し、フルード数0.2で5分間混練
して、温度が37℃の混練物を得た。その後、低圧振動
成形機で300mm□×100mm高さで、かさ比重が1.
52の成形体を得た。その後、40℃で10時間蒸気養
生して圧縮強度が0.5N /mm2 の固化体とした後、6
0℃で36時間蒸気養生を行い、衝撃破砕機による破砕
とふるいにより、粗粒率が5.1のクラッシャランC−
30相当の粒状固化体を得た。粒状固化体の圧壊強度
(10mm粒子)は140N で、すりへり減量が58%と
なり、上層路盤材の規格値50%以下を満足しなかっ
た。また、環境庁告示46号に基づいた溶出試験による
一部の有害重金属溶出量は土壌環境基準値を満足しなか
った。
ち、固化体の製造方法は、温度が約25℃の石炭灰(特
性を表1に示す)284kgに生石灰9kg、排脱石膏7kg
を添加し、フルード数1.4で3分間混合して混合粉体
を製造した。その後、温度が35℃の水を1分間で75
kg添加し、フルード数1.4で3分間混練して、温度が
59℃の混練物を得た。その後、低圧振動成形機で30
0mm□×100mm高さで、かさ比重が1.56の成形体
を得た。その後、40℃で10時間蒸気養生して圧縮強
度が0.6N /mm2 の固化体とした後、60℃で36時
間蒸気養生を行い、衝撃破砕機による破砕とふるいによ
り、粗粒率が5.2のクラッシャランC−30相当の粒
状固化体を得た。粒状固化体の圧壊強度(10mm粒子)
は170N で、すりへり減量が54%となり、上層路盤
材の規格値50%以下を満足しなかった。また、環境庁
告示46号に基づいた溶出試験による一部の有害物溶出
量は土壌環境基準値を満足しなかった。
させて破砕を行い、ふるいとの組み合わせにて、粗粒率
6.4の粒状固化体を得た。すりへり減量が52%、修
正CBRが42%となり、いずれも上層路盤材規格を満
足しなかった。
い、実施例と同じ衝撃破砕機による破砕とふるいにて粒
状固化体を製造した。圧壊強度が100N で、粗粒率が
4.8であり、上層路盤材規格を満足しなかった。
で、つぎのような効果を有する。 (1) 季節、地域、炭種やボイラ運転条件などによっ
て異なる石炭灰温度、石炭灰特性などによらず、安定し
た品質で、安全性が確保された高品質の粒状固化体を製
造することができる。また、使用できる石炭灰が拡大さ
れる。 (2) 製造直後に所定品質と安全性が確保された粒状
固化体が得られるので、この粒状固化体を直ちに使用す
ることができる。 (3) 得られた粒状固化体を貯蔵することができるの
で、工事規模、季節などによる需給状況の変化に対応で
きる。 (4) 得られた粒状固化体は上層路盤材規格を満足
し、路盤材などへの利用を図ることができる。 (5) 対象とする路盤材は市場規模が大きく、大量の
石炭灰の利用技術とすることができる。また、得られた
粒状固化体は、上記のように大量利用可能な製品であ
り、石炭灰の有効利用率拡大に貢献することができる。 (6) 従来の焼成方式の人工軽量骨材などと比較し、
処理コストが安価であり、炭酸ガス発生がなく、環境負
荷が小さい石炭灰利用技術を提供することができる。
する粒状固化体の製造方法を実施する装置の系統的概略
構成図である。
Claims (6)
- 【請求項1】 石炭灰に石灰及び石膏を添加材として加
え、水で混練した後成形し、ついで混練物の養生を行っ
た後、養生固化体を破砕して粒状固化体を製造する方法
において、つぎの(a)〜(e)の工程、すなわち、 (a) 石炭灰と添加材との混合及び混練水による混練
をフルード数0.5〜2.0の範囲で混合・混練する工
程、 (b) 石炭灰、添加材及び水による混練物の温度が3
0〜55℃の範囲となるように、石炭灰温度及び/又は
石灰量に応じて混練水温度を制御する工程、 (c) 混練物を成形し、成形体のかさ比重を1.55
以上とする工程、 (d) 成形体を前養生して圧縮強度を0.1〜2N /
mm2 の範囲とした後、本養生する工程、 (e) 固化体を破砕機とふるいとの組合せにて、粒状
体とする工程、を有することを特徴とする石炭灰を原料
とする粒状固化体の製造方法。 - 【請求項2】 石炭灰に石灰及び石膏を添加材として加
え、水で混練した後成形し、ついで混練物の養生を行っ
た後、養生固化体を破砕して粒状固化体を製造する方法
において、つぎの(a)〜(e)の工程、すなわち、 (a) 石炭灰と添加材との混合及び混練水による混練
をフルード数0.5〜2.0の範囲で混合・混練する工
程、 (b) 石炭灰、添加材及び水による混練物の温度が3
0〜55℃の範囲となるように、石炭灰温度及び/又は
石灰量に応じて混練水温度を制御する工程、 (c) 混練物を成形し、成形体のかさ比重を1.55
以上とする工程、 (d) 成形体を前養生して圧縮強度を0.1〜2N /
mm2 の範囲とした後、本養生する工程、 (e) 固化体を破砕機とふるいとの組合せにて、粗粒
率が4.5〜6.0の範囲の粒状体とする工程、を有す
ることを特徴とする石炭灰を原料とする粒状固化体の製
造方法。 - 【請求項3】 石炭灰に石灰及び石膏を添加材として加
え、水で混練した後成形し、ついで混練物の養生を行っ
た後、養生固化体を破砕して粒状固化体を製造する方法
において、つぎの(a)〜(e)の工程、すなわち、 (a) 石炭灰と添加材との混合及び混練水による混練
をフルード数0.5〜2.0の範囲で混合・混練する工
程、 (b) 石炭灰、添加材及び水による混練物の温度が3
0〜55℃の範囲となるように、石炭灰温度及び/又は
石灰量に応じて混練水温度を制御する工程、 (c) 混練物を成形し、成形体のかさ比重を1.55
以上とする工程、 (d) 成形体を20〜55℃の範囲で3〜24時間前
養生して圧縮強度を0.1〜2N /mm2 の範囲とした
後、55〜95℃の範囲で15〜48時間本養生する工
程、 (e) 固化体を破砕機とふるいとの組合せにて、粒状
体とする工程、を有することを特徴とする石炭灰を原料
とする粒状固化体の製造方法。 - 【請求項4】 石炭灰に石灰及び石膏を添加材として加
え、水で混練した後成形し、ついで混練物の養生を行っ
た後、養生固化体を破砕して粒状固化体を製造する方法
において、つぎの(a)〜(e)の工程、すなわち、 (a) 石炭灰と添加材との混合及び混練水による混練
をフルード数0.5〜2.0の範囲で混合・混練する工
程、 (b) 石炭灰、添加材及び水による混練物の温度が3
0〜55℃の範囲となるように、石炭灰温度及び/又は
石灰量に応じて混練水温度を制御する工程、 (c) 混練物を成形し、成形体のかさ比重を1.55
以上とする工程、 (d) 成形体を20〜55℃の範囲で3〜24時間前
養生して圧縮強度を0.1〜2N /mm2 の範囲とした
後、55〜95℃の範囲で15〜48時間本養生する工
程、 (e) 固化体を破砕機とふるいとの組合せにて、粗粒
率が4.5〜6.0の範囲の粒状体とする工程、を有す
ることを特徴とする石炭灰を原料とする粒状固化体の製
造方法。 - 【請求項5】 混練物の成形を低圧振動方式により行う
請求項1〜4のいずれかに記載の石炭灰を原料とする粒
状固化体の製造方法。 - 【請求項6】 固化体の破砕を衝撃破砕機により行う請
求項1〜5のいずれかに記載の石炭灰を原料とする粒状
固化体の製造方法。
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