JP3786835B2 - 石炭燃焼副産物から人工骨材を製造する方法 - Google Patents

Description

【０００１】
発明の背景
１． 発明の分野
天然および粉砕された石や砂から慣用的に製造されている骨材は、構造材料および道路建設用コンクリートの約８０容量％を占める。米国の天然骨材の消費量は、年間１０億トンを優に上回っている。本発明は、石炭燃焼副産物から人工骨材を生産する方法に関する。人工骨材は、道路骨材、軽量骨材およびコンクリート骨材としての標準商業規格を満足しており、建設および農業に用いるのに適している。天然骨材を石炭燃焼副産物から製造された骨材に取り換えることにより、石炭燃焼副産物の大量使用の機会が与えられ、その市場が実質的に拡大される。
【０００２】
石炭燃焼副産物は多くの供給源から得ることができる。環境問題および規制に応えて、多くの石炭火力発電所は、煙道ガス脱硫（「ＦＧＤ」）処理方式、特に湿式ＦＧＤシステム、を装備している。１９９５年に米国の石炭火力発電所から約４千万トンのＦＧＤ石炭燃焼副産物が生成されたが、この量は、２０００年に、１９９０年のClean Air Act Amendmentの第２段階が履行された後には、さらに４０〜７千万トンも増大する可能性がある。石炭燃焼副産物は、流動層燃焼（「ＦＢＣ」）法や、石灰および石灰窯粉塵（「ＬＫＤ」）副産物を生産するための石炭火力窯での石灰石の熱処理によっても生成する。ＦＧＤ、ＦＢＣおよびＬＫＤ副産物は通常埋立地に廃棄されるが、これは、コストおよび土地使用の点で国全体に強い衝撃を与える。これらの副産物を人工骨材の主成分として利用すれば、廃棄物の処理コストが減少し、現在の副産物の処理に関連する長期的な環境に対する障害が排除されるであろう。
【０００３】
２． 従来技術の要約
従来技術には、多くの人工骨材製造法または石炭燃焼副産物ペレット化法が存在する。しかし、従来技術は、本発明が提供する有意な経済的利点および製品品質利点を提供する方法を教示してはおらず、これらの利点は、一部には、革新的な硬化ステップの結果として生じ、このステップにおいて、骨材の硬化に必要な熱を硬化槽内の配合材によって生成し、微粉を水和石灰含有材料に転化させ、次いで、この材料を骨材供給混合物の１成分として用いて、骨材の強度および耐摩耗性を改善する。
【０００４】
ウォーカー（Ｗａｌｋｅｒ）に付与された、Process for Manufacturing a Lightweight Aggregateに関する１９８８年９月１３日発行の米国特許第４，７７０，８３１号明細書には、微粉炭フライアッシュと石灰との混合物をペレット化または造粒し、ペレットを、外部供給源からの水蒸気の飽和雰囲気下に３５〜１００℃の範囲の温度で硬化させて、軽量骨材を製造する方法が開示されている。硬化微粉は用いない。
【０００５】
スパニエ（Ｓｐａｎｉｅｒ）らに付与された、Hardening Granulated Material at Elevated Temperaturesに関する１９８９年１１月１４日発行の米国特許第４，８８０，５８２号明細書に記載の方法は、ｐ．ｃ．フライアッシュ、石灰、水および他の成分からなる混合物をペレット化し、ペレット化生成物を、湿潤雰囲気下に、２９．４〜１００℃（８５〜２１２°Ｆ）の温度で、約１６〜１８時間、硬化槽中で、不活性微粒状材料（例えば、フライアッシュ）に埋込んで細粒を製造するものである。必要な熱は蒸気の噴射により供給される。
【０００６】
ホリー（Ｈｏｌｌｅｙ）に付与された、Coal Pond Fines Agglomerationに関する１９９２年６月２３日発行の米国特許第５，１２４，１０４号、およびホリーに付与された、Process for Agglomerating Stack Gas Desulfurization Residueに関する１９９２年１２月２２日発行の米国特許第５，１７３，２３２号各明細書にはどちらにも、取扱および輸送を容易にするために、１段階のペレット形成中にディスクペレット化によりＦＧＤ材料から製造されたペレットをフライアッシュでコーティングする方法が開示されている。本発明とは異なり、これらの特許は、骨材の製造、高温下でのペレットの硬化もしくは化学変性、または硬化微粉の発熱の使用を含まない。これらの開示では、建設等級の骨材を生産することはできない。
【０００７】
ブランド（Ｂｌａｎｄ）らに付与された、Pelletizing Ashに関する１９９２年８月１１日発行の米国特許第５，１３７，７５３号明細書は、酸化カルシウム含有ＦＢＣフライアッシュを水と混合した後でペレット化し、ペレット化生成物を別個に準備した非反応性水和ＦＢＣ層灰でコーティングして、廃棄し易いように低強度のペレットを作出する方法が開示されている。この開示は、ＦＢＣ材料のみに限定されている。水和ＦＢＣ層灰は、ＦＢＣ層灰を水と混合し、ＦＢＣ層灰中の酸化カルシウムの実質的な部分を水和石灰に転化させて生産する。しかし、ＦＢＣ層灰と水との反応性はその粒度分布に応じて変動する。この特性によって、水和後に過剰な湿分が生じ、硬化時に架橋問題または管理はずれ凝集が誘発され、それが、この方法を１９９５年にフロリダ州ジャクソンビルのU.S.Generating Cedar Bay FBC Facilityで実演したときの失敗の原因となった。本発明においては、人工骨材は、湿式および乾式ＦＧＤおよびＦＢＣ材料を含めた多様な硫黄含有材料から生産される。微粉炭フライアッシュと微粉生石灰とからなる乾燥微粉を硬化剤として用いる。乾燥微粉は湿分５％以下の乾燥状態を保ち、それによって、過剰な湿分に関連して起こり得る架橋問題が排除され、材料がさらさら状態に維持される。
【０００８】
ボイル（Ｂｏｙｌｅ）に付与された、Synthetic Aggregate Compositions Derived From Spent Bed Materials From Fluidized Bed Combustion and Fly Ashに関する１９９４年９月２７日発行の米国特許第５，３５０，５４９号明細書には、ＦＢＣ層灰と微粉炭（ｐ．ｃ．）フライアッシュとのブレンドから軽量骨材を製造する方法が開示されている。このブレンドを水と混合し、次いで、ペレットまたはレンガなどの成形品とし、その後で粉砕する。成形品は、水で飽和された状態で周囲温度下に数日間硬化させる。
【０００９】
ウー（Ｗｕ）らに付与された、Process for Making High-Strength Synthetic Aggregatesに関する１９９４年１１月１５日発行の米国特許第５，３６４，５７２号明細書には、酸化カルシウムを含有する石炭燃焼副産物（例えば、ＦＢＣ副産物）を、酸化カルシウムの少なくとも８０％を水酸化カルシウムに転化させるのに十分な時間（５〜２５分）水和させた後でペレット形成し、ペレットを高温および高湿度下に蒸気を加えて硬化させることを含む建設等級骨材の製造法が開示されている。ウーは、硬化微粉も使用しないし、自己加熱も用いない。
【００１０】
ロジャース（Ｌｏｇｇｅｒｓ）らに付与された、Granulated Materialに関する１９８４年１２月２５日発行の米国特許第４，４９０，１７８号明細書には、水、酸化カルシウムおよびフライアッシュを高温下に同時混合して粒質物を形成する方法が開示されている。本発明は、供給混合物を形成するために、水酸化カルシウムを含む再循環微粉、硫黄含有燃焼副産物、アルミニウム含有材料および水をブレンドするという点で明らかに異なっている。次いで、人工製品を生産するために、供給混合物を凝集、硬化させる。
【００１１】
クリーバーグ（Ｋｌｅｅｂｅｒｇ）らに付与された、Method of Making Pellets Usable as Aggregate or Fillerに関する１９７７年１２月２０日発行の米国特許第４，０６４，２１２号明細書には、ＦＧＤスラッジ、フライアッシュおよびバインダーからなる混合物をペレット化し、ペレット化生成物を骨材生産のために乾燥して骨材を製造する方法が開示されている。湿分を２０〜４０％減少させるためにスラッジから水をデカントし、濃縮スラッジを混合する前に加熱して、スラッジの湿分を１０〜２０％減少させる。硬化ステップでは、硬化微粉または埋込み材料は用いない。骨材を生産するためのペレット化生成物の乾燥には、回転乾燥機または高温煙道ガスによって供給される外部加熱を用いる。クリーバーグの特許発明と本発明とでは、いくつかの明らかな相違点がある。本発明では、ＦＧＤスラッジの水分は４０％以下には制限されない。本発明の硬化ステップは、硬化ステップの前に硬化微粉の１成分として添加するＣａＯの現場水和により自己的に発生した熱によって誘導される化学反応過程である。硬化微粉による自己硬化は、硬化槽全体に均一な発熱および温度を供給するという予想外の利点を有しているために、建設に用いるのに適した優れた物理的特性を有する骨材が生産される。
【００１２】
スミス（Ｓｍｉｔｈ）に付与された、Abrasion-Resistant Synthetic Article and Method of Makingに関する１９９３年１０月２６日発行の米国特許第５，２５６，１９７号明細書には、フライアッシュ、石灰、水、およびＦＧＤスラッジを混合し、混合生成物を、１０００ｐｓｉを超える圧力下、好ましくは４０００〜８０００ｐｓｉの圧力下、に圧縮して、固体製品または骨材を製造する方法が開示されている。圧縮生成物は、少なくとも２８日間２２．８℃（７３°Ｆ）で硬化させ、骨材を生産するために粉砕、分粒する。本発明は、周囲圧力下に処理し、かつ生成物の硬化に自己加熱を用いるという点でスミスの特許発明とは異なっている。
【００１３】
クマー（Ｋｕｍａｒ）に付与された、Clay Agglomeration Processに関する１９８２年８月１０日発行の米国特許第４，３４３，７５１号明細書には、粘土微粉だけ、または粘土微粉と他の材料（例えば、フライアッシュ）との組み合わせを凝集、乾燥し、最終製品を生産するためにふるい分けする方法が開示されている。強力ミキサーアグロメレーターでペレットを形成する。ペレットの湿分およびペレットの凝集傾向を減少させるために、ターボスタック乾燥システムにより供給される外部加熱を用いる。この特許の乾燥ステップでは、硬化微粉または埋込み材料は用いていない。
【００１４】
用語の定義
ＡＡＳＨＴＯ − American Association of State Highway and Transportation Officials.
凝集生成物 − 供給混合物中の微粒子を、練炭化、ペレット化、押出、または他のサイズ拡大法により処理して製造した生成物。
凝集させること − 成形塊を形成させるために供給混合物中の微粒子を処理すること。
凝集 − 供給混合物中の微粒子から成形塊を製造する、または形成させるためのサイズ拡大プロセス。
アルミニウム含有材料 − フライアッシュ、石炭灰、ポルトランドセメント、またはアルミニウムを含有する他の材料。
ＡＳＴＭ − American Society for Testing and Materials（米国試験材料協会）。
自己的に − 外部の支援または影響には関係なく、自己発生的に。
ブレンド混合物 − 硬化させる前の、凝集生成物と硬化微粉との混合物。
燃焼副産物 − フライアッシュ、ボトムアッシュ、ボイラースラグ、または石炭の燃焼から残留する他の固体材料。また、湿式ＦＧＤスラッジ、湿式石灰窯粉塵、乾式石灰窯粉塵、乾式ＦＧＤ廃棄物、ＦＧＤ石膏、またはＦＢＣ廃棄物。
硬化させること − 凝集生成物を化学的に骨材に転化させるプロセスステップ。
硬化微粉 − 硬化用の自己加熱を生成させるために凝集生成物と混合するＣａＯ含有材料。
硬化槽 − 凝集生成物を人工骨材に転化させる容器。
乾燥水酸化カルシウム含有材料 − 硬化微粉から生産された材料。
乾式ＦＧＤ材料 − 噴霧乾燥機、ＬＩＭＢ、または他のプロセスから生成した乾燥材料。その成分として、フライアッシュ、亜硫酸カルシウム（ＣａＳＯ_３）、亜硫酸カルシウム半水和物（ＣａＳＯ_３・１／２Ｈ_２Ｏ）、無水硫酸カルシウム（ＣａＳＯ_４）および炭酸カルシウム（ＣａＣＯ_３）を含み得る。
乾式石灰窯粉塵 − 石灰窯の微粒子捕集装置（バグハウスまたはＥＳＰ）で捕集した材料。成分として、酸化カルシウム（ＣａＯ）、炭酸カルシウム（ＣａＣＯ_３）および石炭灰を含み得る。
ＥＳＰ − 電気集塵器。
発熱的に − ＣａＯ ＋ Ｈ_２Ｏ → Ｃａ（ＯＨ）_２＋熱などの発熱化学反応を表す。
外部熱源 − 蒸気、熱風、日光などの外部供給源から供給される熱。
ＦＢＣ − 流動層燃焼。
ＦＢＣ副産物 − 流動層燃焼から捕集した乾燥材料。主成分は、硫酸カルシウム（ＣａＳＯ_４）、酸化カルシウム（ＣａＯ）および石炭灰である。微量成分としては炭酸カルシウム（ＣａＣＯ_３）がある。
ＦＢＣ廃棄物 − 流動層燃焼からの乾燥材料。成分として、無水硫酸カルシウム（ＣａＳＯ_４）、酸化カルシウム（ＣａＯ）、石炭灰、および炭酸カルシウム（ＣａＣＯ_３）を含み得る。
ＦＧＤ − 煙道ガス脱硫。
ＦＧＤ石膏 − 強制酸化湿式石灰石スクラバーから生成した硫酸カルシウム二水和物（ＣａＳＯ_４・２Ｈ_２Ｏ）。
供給混合物 − 凝集させる前の、再循環乾燥微粉、燃焼副産物、アルミニウム含有材料および水からなる混合物。
フライアッシュ − 微粉炭（ｐ．ｃ．）燃焼から生成し、サイクロン、バグハウス、ＥＳＰまたは類似の乾式捕集装置で捕集された固体廃棄物。
水和石灰 − 水酸化カルシウム（Ｃａ（ＯＨ）_２）。
ＬＫＤ − 石灰窯粉塵。
ＬＯＩ − 強熱減量。
人工骨材 − 凝集および硬化により生産された、建設骨材としての標準規格（例えば、ＡＡＳＨＴＯ、ＡＳＴＭ）を満足する特性を有する材料。混合すること − 凝集させる前の供給混合物を形成させるために、供給原料（燃焼副産物、再循環乾燥微粉、アルミニウム含有材料、および水）をブレンドするプロセスステップ。
Ｐ．Ｃ．フライアッシュ − 石炭の燃焼から生成する、湿分５％以下の微粉炭フライアッシュ。主要な元素成分はアルミニウムとケイ素である。微量元素成分として、鉄、カルシウム、ナトリウム、カリウム、炭素および他の微量成分を含む。
ペレット化生成物（またはペレット） − 凝集により生成した成形材料。
水の供給 − ＦＢＣもしくは噴霧乾燥機廃棄物などの乾式石炭燃焼副産物の混合中に加える水、または湿式ＦＧＤスラッジにより供給される水。
生石灰 − 酸化カルシウム（ＣａＯ）．
再循環乾燥微粉 − 硬化中に生成するＣａ（ＯＨ）_２含有微粉材料。
噴霧乾燥機灰 − 噴霧乾燥機プロセス、乾式ＦＧＤプロセスから生成する乾式ＦＧＤ材料。
湿式ＦＧＤスラッジ − 湿式石灰または石灰石スクラバーから生成する、湿分２０〜６０％の副産物。成分としては、亜硫酸カルシウム半水和物（ＣａＳＯ_３・１／２Ｈ_２Ｏ）、硫酸カルシウム二水和物または石膏（ＣａＳＯ_４・２Ｈ_２Ｏ）、炭酸カルシウム（ＣａＣＯ_３）およびフライアッシュを含み得る。
湿式石灰窯粉塵 − 石灰窯からの微粒子放出を減少させるために設置された湿式スクラバーから生成する副産物。成分としては、水酸化カルシウム（Ｃａ（ＯＨ）_２）、炭酸カルシウム（ＣａＣＯ_３）およびフライアッシュを含み得る。
【００１５】
発明の要旨
本出願人は、燃焼副産物から人工骨材を生産する方法を提供する。硫黄を含有する燃焼副産物を、水酸化カルシウム含有再循環乾燥微粉、アルミニウム含有材料および水と合わせる。水酸化カルシウムを含有する再循環乾燥微粉、燃焼副産物、アルミニウム含有材料および水を混合し、供給混合物を生成する。次いで、この供給混合物を凝集させて凝集生成物とする。次いで、凝集生成物を５〜３０重量％の酸化カルシウムを含有する硬化微粉と合わせて、ブレンド混合物を生成させる。次いで、骨材を形成させるために、ブレンド混合物を硬化槽中で硬化させて、再循環用の再循環乾燥微粉を形成させるが、硬化中に、ブレンド混合物中の湿分はブレンド混合物中の酸化カルシウムと発熱水和して、乾燥水酸化カルシウム含有材料を形成させ、硬化に必要な熱のすべてを自己供給するので、外部熱源を必要としない。次いで、骨材と再循環乾燥微粉とを分離し、水酸化カルシウムを含有する再循環乾燥微粉を混合ステップに再循環させ、このサイクルを繰り返す。
【００１６】
本出願人は、好ましくは、燃焼副産物が湿式煙道ガス脱硫スラッジを包含し、アルミニウム含有材料がｐ．ｃ．フライアッシュを包含することを提供する。供給混合物を形成させるための混合は、周囲温度下に強力ミキサーで実施する。凝集ステップはペレット化を含む。凝集生成物を硬化微粉と、９：１〜３：２の範囲の凝集生成物：硬化微粉重量比で合わせ、硬化微粉は、酸化カルシウム材料および乾燥微粉炭フライアッシュを包含する。ブレンド混合物は、９０％以上の湿度および６０〜１０５℃（１４０〜２２０°Ｆ）の温度下に硬化させる。ふるい分け法により骨材製品を乾燥微粉から分離する。乾燥微粉を再循環させる前に、硬化ステップ中に硬化微粉中の酸化カルシウムを水酸化カルシウムに転化させる。
【００１７】
さらに、本出願人は、硫黄およびアルミニウム含有材料が噴霧乾燥機灰などの乾式煙道ガス脱硫副産物を包含することを提供する。
【００１８】
また、本出願人は、燃焼副産物が湿式石灰窯粉塵と乾式石灰窯粉塵との混合物を包含することを提供し、混合物中、水酸化カルシウムは供給混合物の少なくとも７０重量％であり、アルミニウム含有材料は供給混合物の１０重量％未満のアルミニウムを含有するフライアッシュであり、かつ硬化ステップで形成される骨材は農業用骨材である。
【００１９】
本出願人は、さらに、燃焼副産物が流動層燃焼副産物を包含し、アルミニウム含有材料がｐ．ｃ．フライアッシュを包含することを提供し、ここで、供給混合物を形成させるための混合は、６０〜１０５℃（１２０〜２２０°Ｆ）の温度下に５〜２５分間行う。
【００２０】
本出願人は、さらに、燃焼副産物が煙道ガス脱硫スラッジを包含し、アルミニウム含有材料が、１０％を超える強熱減量および２．１０を下回る比重を有する微粉炭フライアッシュを包含することを提供し、ここで、生産される製品は軽量骨材である。
【００２１】
好ましい実施態様の説明
湿式ＦＧＤスラッジからの人工骨材の生産
図１は、湿式ＦＧＤスラッジ、ｐ．ｃ．フライアッシュ、再循環微粉（フライアッシュおよび水和石灰）および水から人工骨材を製造する方法を示すものである。この方法において、成分は周囲温度下に強力ミキサーで混合する。混合した材料をロータリーディスクペレタイザーで凝集させる。凝集を容易にするために少量の水を添加してよい。未硬化ペレットがディスクペレタイザーから転動して硬化槽に移されるときに、生石灰（ＣａＯ）とｐ．ｃ．フライアッシュとからなる硬化微粉がペレットと混ぜ合わされる。硬化微粉の総量は、ペレットの重量の１１〜６７重量％でなければならない。硬化微粉中の生石灰の量は、硬化微粉の総重量の５〜３０重量％でなければならない。
【００２２】
乾燥微粉は以下の機能を有する。（１）硬化微粉中のＣａＯが硬化槽中でペレット中の湿分と発熱反応してＣａ（ＯＨ）_２を形成するので、現場発熱によりペレットが自己硬化し、外部熱源が不要となり、（２）硬化微粉が未硬化ペレットの衝撃を緩和するので、ペレタイザーから硬化槽への転送中のペレットの破壊が防止され、かつ（３）硬化微粉がペレットを被覆するので、硬化槽中でのペレット同士の他着が阻止される。硬化槽内の温度は、硬化槽に装入する前にペレットに添加する生石灰およびフライアッシュの量によって制御することができる。自己加熱により、硬化槽全体に均一な温度が確保され、その結果、建設に使用するために必要な優れた強度および耐久性を有する製品が得られる。硬化微粉中のほとんどのＣａＯは硬化槽中で水和されてＣａ（ＯＨ）_２となる。硬化槽中のすべての固体の表面は乾燥状態に保たれ、したがって、固体はさらさら状態に維持される。
【００２３】
硬化ペレットは、硬化微粉から（例えば、ふるい分けにより）分離した後では、建設骨材としての使用に適したものとなる。分離後、水和微粉は、ペレットを生産するための供給混合物中の水和石灰成分としてミキサーに再循環される。硬化ステップ中に硬化微粉中のＣａＯが水和してＣａ（ＯＨ）_２となることは特に有用である、というのは、水和石灰が、建設に使用するために必要とされる強度および耐摩耗性を製品に付与するという点でこの方法にとって優れた供給原料であるからである。
【００２４】
噴霧乾燥機灰からの人工骨材の生産
図２は、噴霧乾燥機灰、再循環材料（噴霧乾燥機灰および水和石灰）および水から人工骨材を生産する方法を示すものである。この方法は、噴霧乾燥機灰と酸化カルシウム含有材料（例えば、石灰、ＦＢＣ副産物）とのブレンドを含むコーティング微粉を用いて硬化を行うこと以外は、図１の方法と類似である。
【００２５】
湿式石灰窯粉塵からの人工骨材の生産
図３は、湿式石灰窯粉塵、乾式石灰窯粉塵および水から農業用人工骨材を生産する方法を示すものである。湿式石灰窯粉塵と乾式石灰窯粉塵は、石灰生産工場の窯からの微粒子の放出を減少させるために、湿式スクラバーおよび乾式捕集装置（バグハウスまたはＥＳＰ）で捕集した副産物である。本発明において、窯は石炭焚きであり、したがって、窯粉塵は石炭灰を含んでいる。この方法は、硬化に必要な熱を供給するために、乾式石灰窯粉塵（ｐ．ｃ．フライアッシュを添加するオプションもある）を含む硬化微粉を用いて硬化を行うこと以外は、図１のものと類似である。
【００２６】
ＦＢＣ副産物からの人工骨材の生産
図４は、ＦＢＣ副産物、再循環微粉（水和ＦＢＣ副産物およびｐ．ｃ．フライアッシュ）および水からなる混合物から人工骨材を生産する方法を示すものである。ＦＢＣ副産物中に存在する８０重量％を超えるＣａＯを水和するためには、混合温度を、５〜２５分間、６０〜９３℃（１２０〜２００°Ｆ）の温度に維持しなければならない。硬化ステップは、硬化微粉がＦＢＣ副産物とｐ．ｃ．フライアッシュとのブレンドを含むこと以外は、図１のものと類似である。
【００２７】
湿式ＦＧＤスラッジおよび低比重フライアッシュからの軽量骨材の生産
図５は、湿式ＦＧＤスラッジ、ｐ．ｃ．フライアッシュおよび再循環微粉（ｐ．ｃ．フライアッシュおよび水和石灰）から軽量骨材を生産する方法を示すものである。フライアッシュは、１０％の最低ＬＯＩ含量と、２．１０の最大比重を有していなければならない。この方法は、軽量骨材を生産するために、高ＬＯＩまたは低比重のフライアッシュを用いること以外は、図１のものと類似である。
【００２８】
例１
石灰湿式ＦＧＤスラッジ、ｐ．ｃ．フライアッシュ、水和石灰（Ｃａ（ＯＨ）_２）および水からなる混合物から強化人工骨材を生産した。混合物の配合は、４９．８／４５．５／４．７のフライアッシュ／湿式ＦＧＤスラッジ／水和石灰重量比を有するものであった。石灰湿式ＦＧＤスラッジは５４重量％の固体を含んでいた。成分を混合し、次いで、ロータリーディスクペレタイザーで凝集させた。３０重量％の微粉とブレンドした後、ペレット化生成物を、硬化槽中、７１〜７７℃（１６０〜１７０°Ｆ）および９０％を超える相対湿度下に２４時間、蒸気を加えずに硬化させた。微粉は、８５重量％のフライアッシュと１５重量％の生石灰（ＣａＯ）とを含んでいた。硬化プロセス中に、微粉中の９０重量％を超えるＣａＯが水和してＣａ（ＯＨ）_２となった。微粉と生産された人工骨材とは、２５ｍｍ（１インチ）〜８メッシュの範囲の一連のふるいを用いて容易に分離された。９０重量％の骨材は、１９ｍｍ（３／４インチ）〜４メッシュのサイズを有していた。生産された人工骨材は、６２±２０ｋｇ（１３６±４５ｌｂ）の平均圧縮強度と、３１．２％の「ロサンゼルス摩耗指数」〔Los Angeles Abrasion Index（耐摩耗性）〕（ＡＳＴＭ Ｃ−１３１、グレーディングＣ）を有していた。このＬＡ摩耗指数は、道路建設用のＡＡＳＨＴＯ等級Ａの骨材要件を満足する。
【００２９】
比較のために、混合物中に水和石灰（Ｃａ（ＯＨ）_２）ではなく生石灰（ＣａＯ）を用いて、はるかに強度の低い骨材を生産した。混合した成分を、上記テストと同じ方法で、凝集、硬化させた。骨材の７０％は１９ｍｍ（３／４インチ）〜４メッシュのサイズを有していた。生産された人工骨材は、１９±７ｋｇ（４２±１５ｌｂ）の平均圧縮強度と、５６．６％のＬＡ摩耗指数（ＡＳＴＭ Ｃ−１３１、グレーディングＣ）を有していた。このＬＡ摩耗指数は、道路建設用のＡＡＳＨＴＯ 等級Ａの骨材要件を満足しない。圧縮強度データとＬＡ摩耗指数データとは、生産される人工骨材の品質が、アルカリ材料として生石灰ではなく水和石灰を用いたときに改善されることを示している。
【００３０】
例２
石灰湿式ＦＧＤスラッジ、ｐ．ｃ．フライアッシュ、水和石灰（Ｃａ（ＯＨ）_２）および水からなる混合物から強化人工骨材を生産した。このテストに用いた混合物の配合は、水和石灰およびフライアッシュの一部を、例１の２回目のテストで得た再循環微粉から供給したこと以外は、例１の第１回テストと同じであった。再循環微粉が、硬化ステップ後にふるい分けされた材料のうち８メッシュより細かい部分を構成する方式は、図１に示される通りである。熱重量分析（ＴＧＡ）により、フレッシュ微粉中に含まれている生石灰が硬化中に水和石灰に転化されることが示された。８９％の骨材は、１９ｍｍ（３／４インチ）〜４メッシュのサイズを有していた。生産された人工骨材は、５９±１５ｋｇ（１２９±３４ｌｂ）の平均圧縮強度と、３４．２％のＬＡ摩耗指数（ＡＳＴＭ Ｃ−１３１、グレーディングＣ）を有していた。再循環微粉を用いて生産した骨材は、供給混合物に水和石灰を直接添加して生産したもの（例１の第１回テスト）と類似の平均圧縮強度とＬＡ摩耗指数を有していた。
【００３１】
例３
石灰湿式ＦＧＤスラッジ、ｐ．ｃ．フライアッシュ、水和石灰（Ｃａ（ＯＨ）_２）および水からなる混合物から強化人工骨材を生産した。混合物の配合は、５４．１／４０．３／５．６のフライアッシュ／湿式ＦＧＤスラッジ／水和石灰重量比を有するものであった。石灰湿式ＦＧＤスラッジは４２重量％の固体を有していた。人工骨材の生産に用いた手順は、例１の第１回テストのものと類似であった。生産された人工骨材は、５５±１６ｋｇ（１２１±３６ｌｂ）の平均圧縮強度と、１１７０ｋｇ／ｍ^３（７３．０ｌｂ／ｆｔ^３）の単位重量と、４０％のＬＡ摩耗指数（ＡＳＴＭ Ｃ−１３１、グレーディングＢ）と、１％の硫酸ナトリウム安定度指数(soundness index)を有していた。骨材の７３％は、１９ｍｍ（３／４インチ）〜４メッシュのサイズを有していた。生産された骨材は、単位重量、ＬＡ摩耗指数、安定度指数および粒度に関してＡＡＳＨＴＯ等級Ａの粗骨材規格を満足する。
【００３２】
例４
石灰湿式ＦＧＤスクラバーからのＦＧＤ石膏、ｐ．ｃ．フライアッシュ、水和石灰（Ｃａ（ＯＨ）_２）および水からなる混合物から強化人工骨材を生産した。混合物の配合は、５１．９／３５．３／１２．８のフライアッシュ／湿式ＦＧＤ石膏／水和石灰重量比を有するものであった。ＦＧＤ石膏は８２重量％の固体を有していた。人工骨材の生産に用いた手順は、例１の第１回テストのものと類似であった。生産された人工骨材は、３５±１５ｋｇ（７６±３３ｌｂ）の平均圧縮強度と、１１９７ｋｇ／ｍ^３（７４．７ｌｂ／ｆｔ^３）の単位重量と、４５％のＬＡ摩耗指数（ＡＳＴＭ Ｃ−１３１、グレーディングＣ）と、３．１％の硫酸ナトリウム安定度指数と、０．８５％の粘土塊含量とを有していた。骨材の７２重量％は、１９ｍｍ（３／４インチ）〜４メッシュのサイズを有していた。この骨材は、粗コンクリート骨材として使用するためのＡＳＴＭ Ｃ−３３１規格を満足する。
【００３３】
例５
石灰湿式ＦＧＤスラッジからの湿式ＦＧＤスラッジ、水和石灰、およびＬＩＯ含量１２％のフライアッシュから軽量骨材を生産した。混合物の配合は、５０．４／４３．８／５．８のフライアッシュ／湿式ＦＧＤスラッジ／水和石灰重量比を有するものであった。生産された人工骨材は、３３±９ｋｇ（７２±２０ｌｂ）の平均圧縮強度と、８８１ｋｇ／ｍ^３（５５．０ｌｂ／ｆｔ^３）の単位重量（乾量基準）と、１．２％の粘土塊含量とを有していた。ＬＯＩ含量２２％のフライアッシュを用いたこと以外は同じ混合物から軽量骨材を生産した。生産された骨材は、３２±９ｋｇ（７１±１９ｌｂ）の平均圧縮強度と、８３５ｋｇ／ｍ^３（５２．１ｌｂ／ｆｔ^３）の単位重量（乾量基準）と、１．２％の粘土塊含量とを有していた。どちらの作業から得た骨材も、単位重量（８８１ｋｇ／ｍ^３（５５ｌｂ／ｆｔ^３））および粘土塊（最大２％）に関してＡＳＴＭ Ｃ−３３１軽量骨材規格を満足する。
【００３４】
例６
石灰石湿式スクラバーからのＦＧＤ石膏、水和石灰、およびＬＯＩ含量２２％のフライアッシュから軽量骨材を生産した。混合物の配合は、５０．４／４３．８／５．８のフライアッシュ／ＦＧＤ石膏／水和石灰重量比を有するものであった。生産された人工骨材は、７０±２７ｋｇ（１５４±６０ｌｂ）の平均圧縮強度と、７８７ｋｇ／ｍ^３（４９．１ｌｂ／ｆｔ^３）の単位重量（乾量基準）と、１．５％の粘土塊含量とを有していた。生産された骨材は、単位重量および粘土塊含量に関してＡＳＴＭ Ｃ−３３１軽量骨材規格を満足する。
【００３５】
本発明は、その主要教示から逸脱しなければ、種々の変更を行い得るものと理
解されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【図１】 湿式ＦＧＤスラッジから骨材を生産するためのプロセスフローチャートを示す図。
【図２】 噴霧乾燥機灰から骨材を生産するためのプロセスフローチャートを示す図。
【図３】 石灰窯粉塵から骨材を生産するためのプロセスフローチャートを示す図。
【図４】 ＦＢＣ廃棄物から骨材を生産するためのプロセスフローチャートを示す図。
【図５】 湿式ＦＧＤスラッジおよび高ＬＯＩフライアッシュから骨材を生産するためのプロセスフローチャートを示す図。

Claims (12)

1. （ａ） 硫黄を含有する燃焼副産物を供給し、
   （ｂ） 水酸化カルシウム（Ｃａ（ＯＨ）_２）を含有する再循環乾燥微粉を供給し、
   （ｃ） アルミニウム含有材料を供給し、
   （ｄ） 水を供給し、
   （ｅ） 水酸化カルシウム含有再循環乾燥微粉、燃焼副産物、アルミニウム含有材料および水を混合して、供給混合物を生成させ、次いで
   （ｆ） 供給混合物を凝集させて凝集生成物とし、次いで
   （ｇ） 凝集生成物と酸化カルシウム含有硬化微粉とを合わせてブレンド混合物を生成させ、次いで
   （ｈ） ブレンド混合物を硬化させて、骨材を形成させかつ再循環用の再循環乾燥微粉を作出し、硬化中に、ブレンド混合物中の湿分がブレンド混合物中の酸化カルシウムと発熱的に水和して乾燥水酸化カルシウム含有材料を形成し、硬化に必要な熱のすべてを自己的に供給して、外部熱を必要とせず、次いで
   （ｉ） 骨材と再循環乾燥微粉とを分離し、次いで
   （ｊ） 水酸化カルシウムを含有する再循環乾燥微粉を混合ステップ（ｅ）に再循環させることを含んでなる、燃焼副産物から人工骨材を生産する方法。
2. 燃焼副産物が湿式煙道ガス脱硫スラッジを包含し、アルミニウム含有材料が微粉炭（ｐ．ｃ．）フライアッシュを包含する、請求項１に記載の方法。
3. 供給混合物を形成させるための混合を周囲温度下に強力ミキサーで行う、請求項１または２に記載の方法。
4. 燃焼副産物が流動層燃焼副産物を包含し、アルミニウム含有材料が微粉炭フライアッシュを包含し、かつ供給混合物を形成するための混合を６０℃〜１０５℃（１２０〜２２０°Ｆ）の温度下に５〜２５分間行う、請求項１または２に記載の方法。
5. 供給混合物を凝集させて凝集生成物とすることがペレット化を含む、請求項１から４のいずれか１項に記載の方法。
6. 凝集生成物と硬化微粉とを、９：１〜３：２の範囲の凝集生成物：硬化微粉重量比で合わせ、硬化微粉が酸化カルシウム材料および乾燥微粉炭フライアッシュを包含する、請求項１から５のいずれか１項に記載の方法。
7. ９０％以上の湿度および６０〜１０５℃（１４０〜２２０°Ｆ）の自己発生的な温度下にブレンド混合物を硬化させる、請求項１から６のいずれか１項に記載の方法。
8. 再循環乾燥微粉を再循環させる前に、硬化ステップで硬化微粉中の酸化カルシウムを水酸化カルシウムに転化させることを含む、請求項１から７のいずれか１項に記載の方法。
9. 硫黄およびアルミニウム含有材料が乾式煙道ガス脱硫副産物を包含する、請求項１から８のいずれか１項に記載の方法。
10. 燃焼副産物が湿式石灰窯粉塵と乾式石灰窯粉塵との混合物を包含し、水酸化カルシウムが供給混合物の少なくとも７０重量％である、請求項１から９のいずれか１項に記載の方法。
11. 燃焼副産物が湿式石灰窯粉塵と乾式石灰窯粉塵との混合物を包含し、水酸化カルシウムが供給混合物の少なくとも７０重量％であり、アルミニウム含有材料が供給混合物の１０重量％未満のアルミニウムを含むフライアッシュであり、かつ、硬化ステップで形成された骨材が農業用骨材である、請求項１から１０のいずれか１項に記載の方法。
12. 燃焼副産物が湿式煙道ガス脱硫スラッジを包含し、アルミニウム含有材料が、１０％を超える強熱減量または２．１０より低い比重を有する微粉炭フライアッシュを包含し、かつ製品が軽量骨材である、請求項１から１１のいずれか１項に記載の方法。

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