JP3807466B2 - 石炭灰を含む造粒物の製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は石炭灰を含む造粒物の製造方法に関する。さらに詳しくは、土木材料、建築材料等として利用できる石炭灰含有造粒物の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
石炭火力発電所から大量に発生する石炭灰を有効利用するために、土木材料等として利用される造粒物を、石炭灰を原料として人工的に製造する方法が提案されている。
特開昭６１−１５１０５２号公報には、石炭灰にセメントおよび水を加えて、高速混合造粒して石炭灰砂を製造する方法が開示されている。同様に特開昭６３−２０１０４５号公報には、石炭灰とスラグ粉末にセメントおよび水を加え、高速混合造粒して石炭灰砂を製造する方法が開示されている。
また土木材料用に適した球状の造粒物にしうる造粒機として、パン型、ドラム型などの転動造粒機、スパイラル、アイリッヒ、ヘンシェルなどの高速攪拌造粒機等が従来公知の技術として知られている。しかしながら、これらの造粒機には、造粒物を容易に且つ大量に製造するのに、問題がある。
転動造粒機は、造粒操作時、機内での造粒状態を監視して水分または固体原料の添加量を適宜調整する必要があるので、設備の自動化が難しいこと、また得られる造粒物は粒度分布幅が狭く且つ球形状であることから、充填密度が小さく、締固めによるＣＢＲ試験（Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ Ｂｅａｒｉｎｇ Ｒａｔｉｏ；ＪＩＳ Ａ １２１１）での荷重強度も小さく、土木材料等に適しない。一方、高速攪拌造粒機は、粒成長の推移に対応する造粒機のトルクの変化が小さく、自動化が難しいこと、また得られる造粒物は比較的粒度が小さい。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、それ自体公知の円錐型スクリュー混合機中で、充填密度が高く、締固めによる荷重強度も高く、土木材料、建築材料として利用できる石炭灰を含む造粒物を製造する方法を提供することにある。
本発明の他の目的は、造粒物の原材料投入から造粒物排出まで、一連の操作を自動化することが可能な、造粒物の製造方法を提供することにある。
本発明のさらに他の目的および利点は以下の説明から明らかになろう。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、本発明の上記目的および利点は、第１に、石炭灰、セメントおよび水を、円錐型スクリュー混合機中で混合し且つ該混合機中で造粒物にまで仕上げることを特徴とする、造粒物の製造方法によって達成される。
本発明によれば、本発明の上記目的および利点は第２に、石炭灰、セメント、セメントキルンダストおよび水を、円錐型スクリュー混合機中で混合し且つ該混合機中で造粒物にまで仕上げることを特徴とする、石炭灰を含む造粒物の製造方法によって達成される。
【０００５】
固体原料の各成分の配合割合は、石炭灰、セメントおよびセメントキルンダストの合計１００重量部を基準にして、石炭灰は好ましくは５０〜９５重量部、より好ましくは６０〜９０重量部、特に好ましくは６０〜８５重量部であり、セメントは好ましくは２〜２５重量部、より好ましくは５〜２０重量部であり、そしてセメントキルンダストは好ましくは３〜４５重量部、より好ましくは５〜３５重量部、特に好ましくは１０〜２５重量部である。
【０００６】
石炭灰が５０重量部より少ないと、石炭灰の有効利用量が減少するので好ましくない。また９５重量部よりも多くなると、得られる石炭灰造粒物の強度が小さくなるために好ましくない。
セメントが２重量部よりも少ないと、得られる石炭灰造粒物の強度が小さくなるために好ましくない。また２５重量部よりも多くなると、石炭灰造粒物の製造コストが高くなるため好ましくない。
【０００７】
セメントキルンダストが３重量部よりも少ないと、石炭灰とセメントの粒子間の間隙を十分充填することができなくなるので好ましくない。また４５重量部よりも多くなると、石炭灰とセメントの粒子間の間隙から、セメントキルンダストがはみ出し、石炭灰を含む造粒物の強度が低下する原因となるので好ましくない。石炭灰としては、微粉炭燃焼灰、流動層燃焼灰等いずれも使用できるが、流動層燃焼灰は造粒物を容易に製造できるので、特に好適に使用できる。これらは単独であるいは２種以上一緒に使用できる。
【０００８】
セメントキルンダストの平均粒子径は、好ましくは１０μｍ以下、より好ましくは５μｍ以下、特に好ましくは１μｍ以下である。セメントほどの水硬性は有さないものの水硬性を有するものが望ましい。平均粒子径が１０μｍ以上になると、石炭灰およびセメントの粒子と同等ないしそれ以上の大きさとなり、これらの粒子間の間隙を充填することが困難となるため好ましくない。造粒用に使用される水分量は固体原料の種類および粒径等によって異なるが、通常固体原料１００重量部当たり水は２５〜４５重量部の範囲にある。
【０００９】
本発明方法は、固体原料の混合のみならず、造粒物の形成をも、該円錐型スクリュー混合機中で実施する。
円錐型スクリュー混合機はそれ自体公知であり、円錐端を下方にした円錐型本体と円錐型本体の内壁に沿って上方から下方へ向かって位置するスクリュー攪拌軸からなる。スクリュー攪拌軸は公転と自転の回転可能である。
【００１０】
本発明方法を実施するために、円錐型スクリュー混合機は、スクリュー攪拌軸の公転速度を好ましくは１〜５ｒｐｍの回転で、自転速度を好ましくは４０〜２００ｒｐｍの回転で、操作されるのが有利である。スクリュー攪拌軸は自転することによって、円錐型本体内の内容物を下方から上方へ掻揚げる作用をなし、公転することによって、内容物全体の混合、造粒を促進する。スクリュー攪拌軸に負荷されるトルクは同攪拌軸の負荷電流を検知することによって知ることができる。
【００１１】
本発明方法によれば、円錐型スクリュー混合機を造粒機として使用することにより、第１に石炭灰、セメント等の固体原料の混合状態、水の添加に伴う造粒化開始の状態、その後の粒成長推移等の状況変化を、造粒機の負荷電流値に対応して知ることができ、従ってまた一連の造粒操作を自動化できること、第２に造粒機の構造が円錐型であり且つスクリュー攪拌軸の自転・掻揚げ作用により、造粒物の移動軌跡が粒径別に異なるので造粒効率が高いこと、第３に得られる造粒物は、パン型造粒機などの転動造粒機等に比較して球形度が若干劣り、加えて所定粒径より大きい粗大の造粒物または製品造粒物の一部を粗砕し、固体原料の一部として造粒機に供給して、製品造粒物の粒度分布幅を調整できることから、充填密度が高く、締固めによるＣＢＲ試験での荷重強度も高く、土木材料等に適した造粒物が製造できること、等の利点が得られる。
【００１２】
造粒された造粒物は、通常の湿潤空気中あるいは蒸気中にて養生された後に、土木材料などとして使用される。
以下、本発明の造粒方法を添付図面の図１に示した一実施態様により説明する。
【００１３】
石炭灰（ａ）、セメント（ｂ）およびセメントキルンダスト（ｃ）の各固体原料は、それぞれ計量器（フィーダ）（１−ａ）、（１−ｂ）、（１−ｃ）、輸送ライン（２）を経由し、所定量切り出され、原料受器（３）に供給される。また、石炭灰（ａ）、セメント（ｂ）およびセメントキルンダスト（ｃ）の各固体原料のほかに、所定粒径より大きい粗大の造粒物または製品造粒物の一部を粗砕したシード（ｄ）を使用してもよい。
【００１４】
原料受器（３）から原料ホッパースケール（４）に供給された所定量の固体原料は、予め指定された造粒サイクルに基づき、特定の円錐型スクリュー混合機（５−１）、（５−２）および（５−３）のいずれか（５）に投入される。一方、原料ホッパースケール（４）で計量された固体原料に比例した所定量の水が流量計（図示せず）を経由して給水ライン（６）から該円錐型スクリュー混合機（５）に投入され、造粒操作が開始する。
【００１５】
石炭灰、セメント等固体原料の混合状態、水の添加に伴う造粒化開始の状態、その後の粒成長推移等、円錐型スクリュー混合機（５）内で進行している造粒化の状況変化が、造粒機の負荷電流値に対応し、造粒操作の制御信号として入力される。造粒物が所定粒度に造粒され、造粒機の負荷電流が予め設定された値に達した時点で、造粒物は、円錐型スクリュー混合機（５）から、自動的に造粒物受器（７）に排出される。
【００１６】
引き続き造粒物は、造粒物受器（７）から造粒物搬送機（８）を経由して、貯蔵場に搬送される過程で、造粒物表面に粉体受器（９）から供給される集塵機（１０）のダスト粉塵（ｅ）または石炭灰（ａ）がコーティングされ、製品造粒物となる。
これら一連の回分造粒操作は、固体原料の投入・混合、造粒機での造粒時間等を基に、複数基の円錐型スクリュー混合機（５−１、５−２、５−３）を使用し、最適なサイクルシステムで構成される。
【００１７】
【実施例】
以下に本発明による実施例を示す。
表１に示す配合割合の石炭灰、セメントの固体原料を円錐型スクリュー混合機（有効容積１００リットル；公転４ｒｐｍ、自転１２７ｒｐｍ）で１０分間混合した後、表１に示す水量を加え、造粒を開始した。引き続き４０分間の攪拌・混合した後、所定粒度の造粒物を得た。この間の石炭灰、セメント等の固体原料の混合状態、水の添加に伴う造粒化開始の状態、その後の粒成長推移等と造粒機の負荷電流値変化との対応関係を図２に示した。図から、水の添加と同時に電流値が著しく高くなり、攪拌の継続と共に固体原料の粒子・粒子の一次凝集・圧密化により造粒物表面に浮水が発生し、高次の凝集・圧密化へと推移する現象と電流値との対応が読み取れる。得られた造粒物の粒度分布および修正ＣＢＲ試験結果を表２に示した。造粒物は、締固めによる荷重強度が高く、路盤材として利用できる性状である。
【００１８】
【表１】

【００１９】
【表２】

【００２０】
【発明の効果】
本発明によれば、石炭灰、セメント等の固体原料および水の投入から製品造粒物の排出まで、一連の造粒操作が自動化可能である。造粒操作が容易で且つ省力化された造粒装置が構成できる。また単一の造粒機で、粒度分布幅のある造粒物が製造でき、充填密度が高く、締め固めによるＣＢＲ試験での荷重強度も高く、土木材料等として利用できる石炭灰利用造粒物が製造できる。
【００２１】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の造粒方法の一実施態様のフローシートである。
【図２】本発明の実施例における、円錐型スクリュー混合機（造粒機）の負荷電流値の経時的変化を示す。
【符号の説明】
Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ 原料サイロ
ａ 石炭灰
ｂ セメント
ｃ セメントキルンダスト
ｄ シード
ｅ ダスト粉塵
１−ａ 石炭灰のフィーダ
１−ｂ セメントのフィーダ
１−ｃ セメントキルンダストのフィーダ
１−ｄ シードのフィーダ
１−ｅ ダスト粉塵または石炭灰のフィーダ
２ 輸送ライン
３ 原料受器
４ 原料ホッパースケール
５、５−１、５−２、５−３ 円錐型スクリュー混合機
６ 給水ライン
７ 造粒物受器
８ 造粒物搬送機
９ 粉体受器
１０ 集塵機

Claims (6)

1. 石炭灰、セメントおよび水を、円錐型スクリュー混合機中で混合し且つ該混合機中で造粒物にまで仕上げることを特徴とする、石炭灰を含む造粒物の製造方法。
2. 石炭灰、セメント、セメントキルンダストおよび水を、円錐型スクリュー混合機中で混合し且つ該混合機中で造粒物にまで仕上げることを特徴とする、石炭灰を含む造粒物の製造方法。
3. セメントキルンダストの平均粒子径は１０μｍ以下である請求項２記載の方法。
4. 石炭灰、セメントおよびセメントキルンダストからなる固体原料１００重量部当たり石炭灰５０〜９５重量部、セメント２〜２５重量部およびセメントキルンダスト３〜４５重量部である請求項２または３記載の方法
5. 固体原料１００重量部に対して水２５〜４５重量部である請求項２から４のいずれか１項に記載の方法。
6. 円錐型スクリュー混合機のスクリュー撹拌軸の負荷電流値の変化から造粒状況を検知することにより、造粒操作を自動化することを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の方法。

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