JP3613347B1 - フライアッシュ中の未燃カーボンの除去方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 フライアッシュから未燃カーボンを効率的に除去し、フライアッシュ及び除去した未燃カーボンを有効利用する。
【解決手段】 フライアッシュに水を加えてスラリーとし、スラリーに捕集剤を添加し、スラリー及び捕集剤に剪断力を付与して表面改質を行った後、浮選工程において、気泡にフライアッシュの未燃カーボンを付着させて浮上させる。スラリー及び捕集剤への剪断力の付与を液中撹拌装置を介して行うことができ、スラリーの単位スラリー量あたり０．７〜１０ｋＷｈ／ｍ³の撹拌力を与える。スラリーのフライアッシュ濃度は、３〜５０重量％とし、捕集剤の添加量は、フライアッシュの未燃カーボン量の５〜１００重量％とする。浮選分離された未燃カーボンを燃料として、また、未燃カーボン分を１重量％以下としたフライアッシュ（製品）をセメント用混合材、軽量骨材製造用原料として用いることができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、フライアッシュ中の未燃カーボンの除去方法に関し、特に、石炭焚き火力発電所等で発生するフライアッシュから未燃カーボンを効率的に除去し、フライアッシュ及び除去した未燃カーボンを有効利用する方法に関する。

石炭焚き火力発電所等で発生したフライアッシュは、セメント及び人工軽量骨材の原料、コンクリート用混和材等に利用されている。しかしながら、フライアッシュをコンクリートの混和材として使用すると、フライアッシュ中の未燃カーボンがＡＥ減水剤等を吸収し、コンクリートの作業性を低下させる。また、コンクリートの打設時には、未燃カーボンが浮き上がり、コンクリートの打継部に黒色部が発生する等の弊害がある。さらに、フライアッシュ中に未燃カーボンが多いと、人工軽量骨材の品質が低下するという問題もあった。そのため、未燃カーボンの少ないフライアッシュだけをセメントの原料等に利用し、未燃カーボン含有率の高いフライアッシュは、有効利用することができず、産業廃棄物として埋め立て処理されていた。

このような問題を解決するため、特許文献１には、石炭灰中の未燃カーボンを除去するにあたって、粉末状の石炭灰を、水と、水よりも軽比重の非水溶媒とともに撹拌混合した後、静置して、石炭灰を含む水層と、未燃カーボンを含む非水溶媒層とに分離する技術が記載されている。

また、特許文献２には、石炭灰の水スラリーに捕集剤を添加して未燃カーボンを疎水化させる疎水化工程と、この水スラリーに起泡剤を添加して気泡を発生させ、該気泡に未燃カーボンを付着させて浮上させる浮選工程とを備えた石炭灰の処理工程において、石炭灰の水スラリーに酸を添加した後、捕集剤としてのイオン性捕集剤を添加することにより、石炭灰中の未燃カーボンを効率よく分離し、製品回収率を高める方法が開示されている。

特許第３０６０６６５号公報 特開平８−２５２４８４号公報

しかし、上記特許文献１に記載の方法では、粉末状の石炭灰を、水及び水よりも軽比重の非水溶媒とともに撹拌混合した後、静置する必要があるため、石炭灰中の未燃カーボンの除去に長時間を必要とし、その後も、石炭灰を含む水層と、未燃カーボンを含む非水溶媒層から、石炭灰と未燃カーボンの各々を回収する必要があり、石炭灰中の未燃カーボンを効率的に除去することができないという問題があった。

また、特許文献２に記載の方法では、浮選を利用して石炭灰中の未燃カーボンを効率的に除去するため、石炭灰の水スラリーに添加する酸や、捕集剤としてのイオン性捕集剤が必要となり、未燃カーボンの除去に要するコストが上昇するという問題があった。

そこで、本発明は、上記従来の技術における問題点に鑑みてなされたものであって、特別な化学薬品等を用いなくとも、フライアッシュから未燃カーボンを効率的に除去することができ、フライアッシュ及び除去した未燃カーボンを有効利用する方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明は、フライアッシュに水を加えてスラリーとし、該スラリーに捕集剤を添加し、円筒状の本体を軸線方向に貫通する回転軸と、前記本体内を軸線方向に分割して形成される複数の部屋と、前記回転軸に固定され前記各部屋の内部で回転する撹拌羽根とを備えた液中撹拌装置に、前記スラリー及び捕集剤を供給して剪断力を付与し、前記剪断力を付与したスラリー及び捕集剤に起泡剤を添加し、撹拌して気泡を発生させ、該気泡に前記フライアッシュの未燃カーボンを付着させて浮上させることを特徴とする。

本発明によれば、浮選工程の前に、捕集剤を加えた未燃カーボンを含む原フライアッシュスラリーに、円筒状の本体を軸線方向に貫通する回転軸と、前記本体内を軸線方向に分割して形成される複数の部屋と、前記回転軸に固定され前記各部屋の内部で回転する撹拌羽根とを備えた液中撹拌装置を介して剪断力を付与することにより、スラリー中の未燃カーボン、真フライアッシュ、捕集剤の各々は、分散効果を上げるばかりでなく、過渡的に各々の分散粒子の表面に活性エネルギー（表面エネルギー）を生じさせることができる。この過渡的な表面エネルギーを沈静化させる過程で、表面がより親油性化した未燃カーボン粒子の表面と捕集剤粒子の表面とが密着して相互の表面エネルギーを下げ、より親水性化した真フライアッシュ粒子の表面はさらに水になじみ、当該粒子は水に分散していき、その表面エネルギーを下げる。この結果、表面に捕集剤を添着して表面改質した未燃カーボン粒子は、安定的にその親油性を上げ、後段の浮選工程において浮選浮遊性を向上させ、水に分散していき、浮選テーリングとなる真フライアッシュと効率よく分離する。総じて、原フライアッシュスラリーは、効率よく未燃カーボンを除去することができる。フライアッシュスラリー及び捕集剤に剪断力を付与せず、表面の改質を行わない場合には、未燃カーボン分が５．０％のフライアッシュの未燃カーボン分を２％程度しか低下させることができないが、剪断力を付与して表面の改質を行うことにより、大幅に未燃カーボン分を低下させることができ、未燃カーボン分が０．５％程度のフライアッシュを得ることができる。また、この際添加する捕集剤は、灯油等一般的なものを使用することができ、捕集剤の量は、未燃カーボンに対して１５％程度と少量で足りる。これによって、捕集剤の使用量を節減することができるとともに、製品としてのフライアッシュに灯油等が残存することが少なく、浮選工程後の後処理が簡単になる。

前記スラリー及び捕集剤へ液中撹拌装置を介して剪断力を付与するにあたって、スラリーの単位スラリー量あたり０．７ｋＷｈ／ｍ³以上、１０ｋＷｈ／ｍ³以下の撹拌力を与えることが好ましい。撹拌力が０．７ｋＷｈ／ｍ³に達しないと、スラリー及び捕集剤へ加えられる剪断力が不十分となって効率よく未燃カーボンを除去することができず、撹拌力が１０ｋＷｈ／ｍ³を越えると、未燃カーボンの除去効率に対して消費するエネルギーが過大となり好ましくない。

前記スラリーのフライアッシュ濃度は、３重量％以上、５０重量％以下に調整することが好ましい。フライアッシュ濃度が３重量％より低いと、処理すべきフライアッシュに対してスラリーの量が多くなりすぎて好ましくない。一方、フライアッシュ濃度が５０重量％を越えると、スラリーを形成することができないおそれがあり好ましくない。

前記捕集剤の添加量が、前記フライアッシュの未燃カーボン量の５重量％以上、１００重量％以下であることを特徴とする。捕集剤の添加量が、フライアッシュの未燃カーボン量の５重量％より少ないと、未燃カーボンを吸着する効果が低下して、浮選浮遊性を向上させることができず、捕集剤の添加量が、フライアッシュの未燃カーボン量の１００重量％を越えると、捕集剤としての効果が限界に近づくため、添加量を増加させても捕集剤のコストが上昇するだけであり、好ましくない。

前記浮選分離されたフライアッシュスラリーの水分を固液分離装置で脱水し、新たなフライアッシュへ添加して再使用するか、気泡に未燃カーボンを付着させる際の消泡に再使用するか、あるいはこれらの両方の目的で再使用することできる。これによって、系外への排水を極力少なくすることができる。

前記浮選分離されたフライアッシュ中の未燃カーボンを、燃料として利用することができる。未燃カーボンを燃料として利用すると、捕集剤として用いた灯油等も同時に燃焼させることができ効率的である。

前記浮選分離されたフライアッシュ中の未燃カーボン分を１重量％以下とし、セメント用混合材として用いることができる。これによって、未燃カーボンによるＡＥ減水剤等の吸収を最小限に抑え、コンクリートの作業性の低下を防止することができるとともに、コンクリートの打設時における未燃カーボンの浮き上がりを防止してコンクリートの打継部に黒色部が発生するのを防止することもできる。

前記浮選分離されたフライアッシュ中の未燃カーボン分を１重量％以下とし、軽量骨材製造用原料として用いることができる。これによって、緻密で高強度化の軽量人工骨材を製造することができる。

上述のように、本発明によれば、特別な化学薬品等を用いなくとも、フライアッシュから未燃カーボンを機械的に効率よく除去し、フライアッシュ及び除去した未燃カーボンを有効利用することが可能なフライアッシュ中の未燃炭素の除去方法を提供することができる。

図１は、本発明にかかるフライアッシュ中の未燃炭素の除去方法を実施するためのシステムの構成例を示し、このシステムは、大別して、フライアッシュに水を加えてスラリーを生成するためのスラリータンク２と、スラリーに捕集剤を添加した後、スラリー及び捕集剤に剪断力を付与して未燃カーボンの表面を改質する液中撹拌装置４と、スラリーに起泡剤を加えて気泡を発生させ、該気泡にフライアッシュの未燃カーボンを付着させて浮上させることにより未燃カーボンを分離する浮選機１１と、浮選機１１からのテーリングを固液分離する固液分離器１３と、固液分離器１３からのケークを乾燥させて乾燥したフライアッシュ（製品）を得るための乾燥機１４と、浮選機１１からのフロスを固液分離して未燃カーボンを得るためのフィルタープレス１８等で構成される。

スラリータンク２は、フライアッシュと水とでスラリーを生成するために備えられ、スラリーを撹拌するための撹拌羽根を内部に備える。このスラリータンク２の前段には、フライアッシュタンク１と水供給設備が設けられ、スラリータンク２の後段には、スラリーを液中撹拌装置４に送るためのポンプ３が配置される。

液中撹拌装置４は、スラリー及び捕集剤に剪断力を付与して未燃カーボンの表面を改質するために設けられる。この液中撹拌装置４の一例として、図２に示す高速剪断ミキサー２０がある。高速剪断ミキサー２０は、円筒状の本体２０ａと、本体２０ａを複数の部屋に分割する複数の仕切壁２０ｃと、回転軸２０ｄに放射状に固定された複数の撹拌羽根２０ｅとを備え、モータ２１及び減速機２２を介して回転軸２０ｄ、撹拌羽根２０ｅが回転する。また、図１に示すように、液中撹拌装置４の前段には、捕集剤としての灯油を貯蔵する灯油タンク６と、灯油を液中撹拌装置４に供給するためのポンプ５が設けられる。

調整槽７は、液中撹拌装置４からのスラリー及び捕集剤に、起泡剤タンク９からポンプ８を介して供給された起泡剤を添加してこれらを混合するものであって、内部に撹拌羽根を備える。調整槽７の後段には、スラリーを浮選機１１に送るためのポンプ１０が配置される。

浮選機１１は、気泡にフライアッシュの未燃カーボンを付着させて浮上させ、未燃カーボンと、未燃カーボンが除去されたフライアッシュとに分離するものであり、浮選機１１の上方には、泡を発生させるための空気供給設備が設けられる。浮選機１１の後段には、テーリングを固液分離器１３に送るためのポンプ１２が配置される。

固液分離器１３は、浮選機１１から排出されたフライアッシュを含むテーリングを固液分離するために備えられ、テーリングをケークと水とに分離する。

乾燥機１４は、固液分離器１３から供給されたケークを熱風炉１６からの熱風を利用して乾燥させるために備えられ、乾燥されたケーク、すなわちフライアッシュ（製品）は、セメント混合材等として利用される。

バグフィルタ１５は、乾燥機１４から微粉を回収するために備えられ、回収された微粉もセメント混合材等として利用される。

フィルタープレス１８は、浮選機１１からの未燃カーボンを含むフロスを固液分離するために備えられ、分離されたケークに含まれる未燃カーボンを燃料として利用することができる。また、フィルタープレス１８から排出された水は、ポンプ１７を介してスラリータンク２等で再利用することができる。

熱風炉１６は、フィルタープレス１８から排出された未燃カーボンを燃料として熱風を発生させ、乾燥機１４で利用するために設けられる。

次に、上記システムを用いた本発明にかかるフライアッシュ中の未燃炭素の除去方法について、図１を中心に参照しながら説明する。

スラリータンク２にフライアッシュタンク１よりフライアッシュを供給し、水と混合してスラリーを生成する。ここで、スラリー中のフライアッシュ濃度を、３〜５０重量％の範囲に調整する。

次に、スラリータンク２内のフライアッシュを含むスラリーを、ポンプ３を介して液中撹拌装置４に供給する。一方、液中撹拌装置４には、灯油タンク６からポンプ５を介して捕集剤としての灯油を供給する。灯油の他にも、軽油、重油等、一般的な捕集剤を使用することができる。この捕集剤の添加量は、フライアッシュ中の未燃カーボン量の５〜１００重量％の範囲に調整する。

次に、液中撹拌装置４において、スラリー及び捕集剤に剪断力を付与する。この剪断力の付与工程が本発明の特徴部分である。剪断力の付与は、例えば、図２に示した高速剪断ミキサー２０を用いて行うことができる。高速剪断ミキサー２０において、入口２０ｆから供給されたスラリー及び捕集剤に、仕切壁２０ｃで仕切られた各部屋において、回転する撹拌羽根２０ｅによって剪断力を付与する。仕切壁２０ｃによってスラリーのショートパスを防止し、確実に剪断力を付与することができる。剪断力が付与されたスラリー及び捕集剤は、出口２０ｂから排出され、調整槽７へと供給される。

上述のように、フライアッシュスラリー及び捕集剤に剪断力を付与するのは、未燃カーボンの表面を改質して浮選浮遊性を向上させるために行うのであるが、この点について、図３を参照しながら詳細に説明する。

フライアッシュを含むスラリーに捕集剤を単に混合しただけでは、図３（ａ）に示すように、水の中に、石炭灰と、未燃カーボンと、捕集剤とが各々別々に混合された状態となっているに過ぎない。このような状態でスラリーを浮選機に供給しても、気泡に捕集剤とともに付着する未燃カーボンの量は少ない。従って、浮選によってフライアッシュ中の未燃カーボンを効率よく除去することができない。

一方、図３（ａ）のスラリー及び捕集剤に剪断力を付与して表面改質を行うと、図３（ｂ）に示すように、未燃カーボンが捕集剤に吸着される。そして、浮選機を用いて浮選を行う際には、図３（ｃ）に示すように、捕集剤に吸着された未燃カーボンが気泡に付着して浮上する。このようにして、未燃カーボンの浮選浮遊性を向上させることができる。尚、高速剪断ミキサー２０によってスラリー及び捕集剤への剪断力を付与するにあたって、スラリーの単位スラリー量あたり０．７〜１０ｋＷｈ／ｍ³、より好ましくは、０．９〜１．８ｋＷｈ／ｍ³の撹拌力を与える。

次に、図１に示すように、浮選機１１から排出された未燃カーボンを含むフロスをフィルタープレス１８によって固液分離し、未燃カーボンを回収する。フィルタープレス１８で脱水された水分は、ポンプ１７を介してスラリータンク２に供給し、新たなフライアッシュへ添加したり、浮選機１１において、気泡に未燃カーボンを付着させる際の消泡に再使用することができる。

一方、浮選機１１からのフライアッシュを含むテーリングを、固液分離器１３で固液分離し、ケークの水分が多い場合には、フィルタープレス１８から排出された未燃カーボンを熱風炉１６で燃焼して得られた熱風を利用し、乾燥機１４においてケークを乾燥し、未燃カーボン分が１重量％以下となった製品としてのフライアッシュを、セメント混合材等に利用することができる。また、バグフィルタ１５で回収された微粉もセメント混合材等として利用することができる。

水１０００ｍｌとフライアッシュ（未燃カーボン分５．０％）２００ｇを撹拌しながら混合し、スラリーにする。このスラリーに、灯油を０．６〜８．０ｍｌの範囲で添加し、図２に示した高速剪断ミキサーで０〜１１６４ｒｐｍで撹拌することにより、スラリー及び灯油に剪断力を付与し、フライアッシュ中の未燃カーボンを疎水化させる。

疎水工程の後、スラリーを浮選機に供給し、起泡剤としてＭＩＢＣ（メチルイソブチルカルビノール）を０．５ｍｇ添加し、浮選操作により気泡に未燃カーボンを付着させて浮上させる。この浮上した気泡をオーバーフロー分として取り出す。この工程を５分継続して行った。

この時の高速剪断ミキサーの回転数と、浮選槽内に残ったフライアッシュ（製品）の未燃カーボン分、及びフライアッシュ（製品）の回収量との関係を図４に示す。このグラフから、撹拌を行わない（高速剪断ミキサーの回転数が０）の場合には、フライアッシュ（製品）の未燃カーボン分が３％であるが、高速剪断ミキサーの回転数の増加に伴い、フライアッシュ（製品）の未燃カーボン分が低下し、高速剪断ミキサーの回転数が７５０ｒｐｍ程度で、フライアッシュ（製品）の未燃カーボン分が０．５％以下に達することが判る。

水１０００ｍｌとフライアッシュ（未燃カーボン分５．０％）２００ｇを撹拌しながら混合し、スラリーにする。このスラリーに、灯油を０．６〜８．０ｍｌの範囲で添加し、図２に示した高速剪断ミキサーで８７３ｒｐｍで撹拌することにより、スラリー及び灯油に剪断力を付与し、フライアッシュ中の未燃カーボンを疎水化させる。

疎水工程の後、スラリーを浮選機に供給し、起泡剤としてＭＩＢＣを０．５ｍｇ添加し、浮選操作により気泡に未燃カーボンを付着させて浮上させる。この浮上した気泡をオーバーフロー分として取り出す。この工程を５分継続して行った。

この時の灯油の添加量と、浮選槽内に残ったフライアッシュ（製品）の未燃カーボン分、及びフライアッシュ（製品）の回収量との関係を図５に示す。このグラフから、未燃カーボンに対して１５％程度の油添率でフライアッシュ（製品）の未燃カーボン分が０．５％以下に達することが判る。

本発明にかかるフライアッシュ中の未燃カーボンの除去方法を実施するためのシステムの一例を示すフローチャートである。 図１のシステムの液中撹拌装置の一例としての高速剪断ミキサーを示す一部破断概略図である。 未燃カーボンの表面改質の効果を説明するための図であって、（ａ）は表面改質を行う前の状態を、（ｂ）は表面改質を行った後の状態を、（ｃ）は浮選工程における状態を示す概略図である。 本発明の実施例１における高速剪断ミキサーの回転数と浮選性の関係を示すグラフである。 本発明の実施例２における油添率と浮選性の関係を示すグラフである。

符号の説明

１ フライアッシュタンク
２ スラリータンク
３ ポンプ
４ 液中撹拌装置
５ ポンプ
６ 灯油タンク
７ 調整槽
８ ポンプ
９ 起泡剤タンク
１０ ポンプ
１１ 浮選機
１２ ポンプ
１３ 固液分離器
１４ 乾燥機
１５ バグフィルタ
１６ 熱風炉
１７ ポンプ
１８ フィルタープレス
２０ 高速剪断ミキサー
２０ａ 本体
２０ｂ 出口
２０ｃ 仕切壁
２０ｄ 回転軸
２０ｅ 撹拌羽根
２０ｆ 入口
２１ モータ
２２ 減速機

Claims (8)

1. フライアッシュに水を加えてスラリーとし、
   該スラリーに捕集剤を添加し、
   円筒状の本体を軸線方向に貫通する回転軸と、前記本体内を軸線方向に分割して形成される複数の部屋と、前記回転軸に固定され前記各部屋の内部で回転する撹拌羽根とを備えた液中撹拌装置に、前記スラリー及び捕集剤を供給して剪断力を付与し、
   前記剪断力を付与したスラリー及び捕集剤に起泡剤を添加し、撹拌して気泡を発生させ、該気泡に前記フライアッシュの未燃カーボンを付着させて浮上させることを特徴とするフライアッシュ中の未燃カーボンの除去方法。
2. 前記液中撹拌装置によって前記スラリー及び捕集剤へ剪断力を付与するにあたって、前記スラリーの単位スラリー量あたり０．７ｋＷｈ／ｍ³以上、１０ｋＷｈ／ｍ³以下の撹拌力を与えることを特徴とする請求項１に記載のフライアッシュ中の未燃カーボンの除去方法。
3. 前記スラリーのフライアッシュ濃度が３重量％以上、５０重量％以下であることを特徴とする請求項１または２に記載のフライアッシュ中の未燃カーボンの除去方法。
4. 前記捕集剤の添加量が、前記フライアッシュの未燃カーボン量の５重量％以上、１００重量％以下であることを特徴とする請求項１、２または３に記載のフライアッシュ中の未燃カーボンの除去方法。
5. 前記浮選分離されたフライアッシュスラリーの水分を固液分離装置で脱水し、新たなフライアッシュへ添加して再使用するか、気泡に未燃カーボンを付着させる際の消泡に再使用するか、あるいはこれらの両方の目的で再使用することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のフライアッシュ中の未燃カーボンの除去方法。
6. 前記浮選分離されたフライアッシュ中の未燃カーボンを、燃料として利用することを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載のフライアッシュ中の未燃カーボンの除去方法。
7. 前記浮選分離されたフライアッシュ中の未燃カーボン分を１重量％以下とし、セメント用混合材として用いることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載のフライアッシュ中の未燃カーボンの除去方法。
8. 前記浮選分離されたフライアッシュ中の未燃カーボン分を１重量％以下とし、軽量骨材製造用原料として用いることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載のフライアッシュ中の未燃カーボンの除去方法。

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