JP4599802B2

JP4599802B2 - 軽量骨材の発泡制御方法

Info

Publication number: JP4599802B2
Application number: JP2003057200A
Authority: JP
Inventors: 靖彦戸田; 雅之橋村
Original assignee: Ube Industries Ltd
Current assignee: Ube Corp
Priority date: 2003-03-04
Filing date: 2003-03-04
Publication date: 2010-12-15
Anticipated expiration: 2023-03-04
Also published as: JP2004262728A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、下水汚泥焼却灰及び石炭灰を原料とする軽量骨材の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
下水処分場より発生する汚泥焼却灰の発生量は、下水道普及率の増加に伴い年々増加しているのに対し、その廃棄処理については環境問題や埋め立て処分場確保等の制限条件を受け益々困難となっており、廃棄ではなく有効利用することが強く求められている。また、電力事業や一般産業から発生する石炭灰については、これまでにセメント原料等へ有効利用されてきたが、これについても発生量は増加傾向にあり、更なる有効利用方法の開発が求められている。
下水汚泥焼却灰や石炭灰を有効利用する方法としては、例えば、下水汚泥焼却灰に石炭灰の全体に占める割合を１０〜８０質量％、下水汚泥焼却灰が２０〜９０質量％となるように添加し、これに対して３０質量％以下の膨張性頁岩を加えて混合・造粒・焼成して軽量骨材を製造する方法がある（例えば、特許文献１参照）。
しかし、この方法では発泡状態を制御することが難しいため、吸水率１０％以下で、且つ、内部組織が隔壁で仕切られた小さい気泡が多数存在する（以下、多孔構造と略す）高強度な骨材を安定して得ることが難しい。さらに、焼成時における骨材同士の融着が激しく、工業的に安定して製造することは困難であった。
【０００３】
【特許文献１】
特開平１１−３５３５６号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、石炭灰および下水汚泥焼却灰を原料とし、低吸水率で且つ強度的に優れた軽量骨材を容易に与える軽量骨材製造方法の提供を目的とする。具体的には、石炭灰および下水汚泥焼却灰を原料とし、吸水率１０％以下、内部組織が多孔構造であり、比重が１．５以下である軽量骨材を安定して与える製造方法の提供を目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、下水汚泥焼却灰に或る特定割合の石炭灰を添加したものを焼成発泡させることにより、上記課題の解決された軽量骨材が得られることを見出し、本発明を完成した。
すなわち、本発明は、石炭灰と、下水汚泥焼却灰と、炭化珪素とを含む原料を電気炉で温度及び石炭灰と下水汚泥焼却灰の配合割合を変えて各種ペレットを焼成する工程と、得られた焼成物の比重から、比重が１．５以下となるときの温度である発泡開始温度と、発泡後に比重が最小となるときの温度である収縮開始温度を求める工程と、発泡開始温度と収縮開始温度の差が１６０℃以上となるように石炭灰と下水汚泥焼却灰の配合割合を決定する工程と、前記配合割合で、石炭灰と、下水汚泥焼却灰と、炭化珪素とを含む混合物をロータリーキルンで焼成することを特徴とする軽量骨材の発泡制御方法に関する。
以下、本発明の軽量骨材の製造方法について詳しく説明する。
【０００６】
【発明の実施の形態】
石炭灰を造粒・焼成して軽量骨材を製造する際の焼成工程では、加熱により原料は軟化すると同時に、発泡成分から発生したガスを独立気泡として閉じ込めることで発泡する。この時、原料の軟化が不十分である場合には発生したガスを系内に閉じ込めておくことが出来ないため、比重を小さくすることは出来ず、逆に軟化が進みすぎると原料の粘性が低くなり過ぎて、ガスを放出して収縮し比重が大きくなったり、内部の気泡が大きくなり、比重は小さくなるものの十分な強度を持つものが得られないことになる。このため、良好な軽量骨材を安定して得るためには、適正な粘性を持った温度領域を広くし、発泡を制御し易くする必要があるが、石炭灰は軟化開始から溶融するまでの温度範囲が狭く、それ単独で軽量骨材を製造することは難しい。本発明では、石炭灰に下水汚泥焼却灰を添加し、軟化から溶融までの温度範囲を広げたことを大きな特徴とする。
【０００７】
本発明に用いられる石炭灰および下水汚泥焼却灰は、成形性の面で粒子径が小さなものの使用が好ましい。粒径の大きなものを多量に含むものは、原料の造粒工程において成形性が悪くなり、造粒収率が低下したり、造粒物の強度が弱くなりその後の工程で崩壊し易くなるからである。粒径の大きなものを多量に含むものについては粉砕・分級処理を加え、その存在量を低減するのが好ましい。５００μｍ以下の粒子の存在量が８０質量％以上の原料は、化学成分等に関係無く、好適に使用出来る。
【０００８】
下水汚泥焼却灰の添加量は、石炭灰との総和の２〜３０質量％とするが、石炭灰との総和の２〜２０質量％とするのがより好ましい。２質量％未満の場合、下水汚泥焼却灰の添加による焼成温度域拡大の効果が小さく、発泡の制御が難しくなり、強度が低下したり、安定製造が困難となる。また、３０質量％を超える場合、原料全体の粘性が低下し過ぎるため、焼成温度域が再び狭くなると同時に、骨材粒子同士の融着が起こり易くなる。
【０００９】
石炭灰および下水汚泥焼却灰を混合する装置は、原料が均一に混合できるものなら特に制限はなく、例えば、リボンミキサーやアイリッヒミキサー等が使用できる。
【００１０】
軽量骨材の発泡は、石炭灰、下水汚泥焼却灰中に含まれる発泡成分によっても起こるが、それだけでは不十分で軽量化が十分出来ない場合があるから、石炭灰と下水汚泥焼却灰混合物１００質量部に対し、１０質量部以下の発泡材を添加するのが好ましい。１０質量部を超える量の発泡材の添加は、良好な発泡状態を与えるものの添加効果は頭打ちとなることから、経済的には好ましくないことになる。
発泡材は、原料が軟化する温度域での分解、反応等によりガスを発生するものであれば特に制限なく使用可能であり、例えば、炭酸カルシウム、炭化珪素等が挙げられる。
【００１１】
石炭灰、下水汚泥焼却灰の混合物または，これに必要に応じて更に発泡材が添加された混合物は、水および粘結材を適量加えて造粒される。造粒時の水分量は混合原料１００質量部に対し１２〜３０質量部とするのが好ましい。
また，粘結材は、ベントナイト、水ガラス、リグニンスルホン酸等の無機系および有機系バインダーから選ばれる１種または２種以上を使用できるが、その添加量は、経済的な面から混合原料１００質量部に対し２０質量部以下とするのが好ましい。
使用する造粒機は、所定の粒度の得られるものであれば特に制限はなく、例えば、パン造粒機、押出造粒機、攪拌造粒機等が使用できる。
【００１２】
造粒物は乾燥した後、焼成装置へ投入され焼成される。乾燥装置は、造粒物が乾燥できるものであれば特に制限はないが、バンド乾燥機やロータリー乾燥機等が好適に使用出来る。
焼成装置も特に制限はないが、生産性の面から、連続的に生産できるロータリーキルンの使用が好ましい。
焼成条件は、焼成温度１０００〜１５００℃、滞留時間２０〜１８０分の範囲内で、下水汚泥配合量、骨材粒度に応じて設定する。
【００１３】
【実施例】
以下では、具体的例を示し、本発明を更に詳細に説明する。
（１）原料
使用した原料の化学成分、平均粒径および最大粒径を表１に示す。
【００１４】
【表１】

【００１５】
（２）発泡開始温度及び収縮開始温度
所定量の石炭灰、下水汚泥焼却灰、炭化珪素及びベントナイトを袋混合した後、加圧成形機で径１２ｍｍ×高さ７ｍｍのペレットを作製した。当該ペレットを箱型電気炉で温度を変えて焼成し、得られた焼成物の比重から、発泡開始温度（比重が１．５以下となるときの温度）及び収縮開始温度（発泡後に比重が最小となるときの温度）を求めた。両者温度差の大きさは、発泡性制御の容易さの指標となる。
結果を表２に示す。
【００１６】
【表２】

【００１７】
（３）軽量骨材の製造
所定量の石炭灰、下水汚泥焼却灰、炭化珪素及びベントナイトをリボンミキサー（容量：１ｍ^３、能力：１．２ｔ／時）で３０分間混合し、これに水を外割で１９質量％添加しながらパン造粒機（内径：２ｍ、能力：６００ｋｇ／ｈ）で５〜１５ｍｍ径に造粒した後、振動流動乾燥機を使用して１７０℃で乾燥して造粒物を得た。この造粒物をロータリーキルン（内径：０．９ｍ、能力１ｔ／ｈ）を用いて１２００〜１３００℃、滞留時間１２０分で焼成し、軽量骨材を得た。
原料配合比及び焼成温度を表３に示す。
【００１８】
（４）軽量骨材の評価
得られた骨材については次の評価を行った。
・比重：ＪＩＳＡ１１０４
・吸水率：ＪＩＳＡ１１０４
・圧縮強度：骨材を平滑な載荷板にはさみ、０．５ｍｍ／分の速度で載荷し、骨材の圧潰する荷重値を測定した。
・融着物発生量：焼成品中の融着物の重量割合
結果を、表３に示す。
【００１９】
【表３】

【００２０】
石炭灰のみから製造した骨材（Ｎｏ．９）の圧潰強度は、比重１．３５でも７９ｋｇｆと低いが、下水汚泥焼却灰を２〜３０％添加すると、比重１．２〜１．３で１００ｋｇｆ以上、比重１．０以下でも８０ｋｇｆ程度の圧潰強度を持つ軽量骨材が得られる（Ｎｏ．１１〜２０）。
また、焼成時における骨材同士の融着については、石炭灰単独の場合は比重１．３５でも融着はほとんど無く安定製造が可能であったが、比重１．０以下のものが得られる条件下では融着物発生量が３０％を越え、骨材収率が大きく低下する（Ｎｏ．９、１０）。一方、下水汚泥焼却灰を２〜２０質量％添加したものでは、１．０以下の低比重のものでも融着は認められなかった（Ｎｏ．１１〜１８）。下水汚泥焼却灰を３０％添加した場合、比重１．３５の製品を焼成する時には融着物はほとんど認められなかったが、比重１．０以下の骨材では、安定した焼成は可能であったものの融着物の発生が若干多くなった。
下水汚泥焼却灰添加量が５０質量％と多くなると、原料の粘性が下がり過ぎて発泡が制御できず、比重１．０〜１．５の骨材では、強度低下だけでなく骨材の融着が認められた（Ｎｏ．２１）。また、比重１．０未満の骨材では融着が激しく製造不可能であった。尚、下水汚泥焼却灰単独では、骨材同士の融着が激しく、比重１．５以下の骨材の製造は不可能であった（Ｎｏ．２２）。
【００２１】
また、収縮開始温度と発泡開始温度との差が、１６０℃以上、好ましくは１８０℃以上であれば発泡の制御が容易であり、目的とする特性である、低比重、低吸水で且つ高強度の骨材が得られる。
【００２２】
Ｎｏ．１３の骨材の内部構造観察結果を図１に、Ｎｏ．９およびＮｏ．２１の骨材の内部構造観察結果を夫々図２、３に示す。Ｎｏ．１３の骨材の内部は隔壁で仕切られた小さい気泡が存在することが分かる。また、今回良好な特性を持つ骨材の得られたＮｏ．１１〜２０については何れもこのような内部多孔構造であった。一方、Ｎｏ．９およびＮｏ．２１は多孔構造となった部分も見られるものの、気泡が大きく成長した部分も多く見られ、これが強度低下の原因となっているものと考えられる。
【００２３】
【発明の効果】
本発明の方法では、石炭灰造粒物を焼成する場合の発泡から収縮までの温度域が広くなるため発泡状態の制御が容易となり、内部組織が隔壁で仕切られた小さい気泡からなる、低比重、低吸水率の高強度軽量骨材が容易に得られる。また、焼成時における骨材同士の融着が無いため、高い収率で安定製造が可能である利点も有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】骨材の構造を示す図に代わる写真である。石炭灰／下水汚泥焼却灰＝９０／１０，１１７５℃焼成
【図２】同上石炭灰／下水汚泥焼却灰＝１００／０，１２５０℃焼成
【図３】同上石炭灰／下水汚泥焼却灰＝５０／５０，１１２５℃焼成

Claims

石炭灰と、下水汚泥焼却灰と、炭化珪素とを含む原料を電気炉で温度及び石炭灰と下水汚泥焼却灰の配合割合を変えて各種ペレットを焼成する工程と、
得られた焼成物の比重から、比重が１．５以下となるときの温度である発泡開始温度と、発泡後に比重が最小となるときの温度である収縮開始温度を求める工程と、
発泡開始温度と収縮開始温度の差が１６０℃以上となるように石炭灰と下水汚泥焼却灰の配合割合を決定する工程と、
前記配合割合で、石炭灰と、下水汚泥焼却灰と、炭化珪素とを含む混合物をロータリーキルンで焼成することを特徴とする軽量骨材の発泡制御方法。
前記配合割合は、石炭灰と下水汚泥焼却灰の合量中の下水汚泥焼却灰が２〜３０質量％であることを特徴とする請求項１に記載の軽量骨材の製造方法。