JP5688489B2 - 粒状物質の磨砕装置および粒状物質の生産プラント - Google Patents

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Description

本発明はショットブラストにより各種骨材や土壌等の粒状物質を磨砕する粒状物質の磨砕装置および粒状物質の生産プラントに関するものである。
近年、各種コンクリート構造物の解体に伴い発生するおびただしい量のコンクリート廃材の処理が問題となっている。
コンクリート廃材を破砕処理して内部に含む粒状物質である粗骨材や細骨材といった骨材を取出したものを再生骨材として利用している。
コンクリート廃材をただ単に破砕しただけでは、骨材表面にモルタル成分等の付着物が残置する。付着物が残留したままの状態で再生骨材を使用するとコンクリートの品質が悪くなるため、付着物はできるかぎり除去しなければならない。
付着物を除去する方法としてはつぎの方式が知られている。
<a>遠心破砕機を用いて数回に亘り破砕を繰り返す「再破砕方式」(特許文献1)。
<b>縦型又は横型の二重回転ドラムの周面間に供給したコンクリートガラを強圧下で機械的に擦りもみ加工を行なう「擦りもみ方式」(特許文献2)。
<c>ドラム内を複数の回転仕切板で仕切って複数の磨砕室を形成し、各磨砕室に装填した金属ボールにより骨材を磨砕する「ボールミル方式」(特許文献3)。
<d>落下させた骨材に研磨粒を衝突させる「ショットブラスト方式」(特許文献4)。
特開2008−266109号公報 特開2008−44799号公報 特開2003−10711号公報 特開2011−111342号公報
従来の粒状物質の製造技術にはつぎのような問題点があった。
<1>特許文献1の再破砕方式にあっては、骨材同士の繰り返しの衝突に伴い骨材が割れてしまい、5mm以上の再生骨材の回収率が極端に悪くなるだけでなく、粉砕された骨材が粉状廃棄物となって大量に発生するといった問題点がある。
<2>特許文献2,3の方式にあっては、破砕作用および磨砕作用が小さいために付着物の除去にきわめて多くの時間がかかる。
<3>特許文献4のショットブラスト方式は、骨材の破損を防止できるものの、研磨粒の衝突が短い区間(時間)に限られるため、落下中の骨材全体に研磨粒を均等に衝突させることが技術的に難しい。
本発明は以上の点に鑑みて成されたもので、その目的とするところは少なくともつぎのひとつの粒状物質の磨砕装置および粒状物質の生産プラントを提供することにある。
<1>粒状物質全体に研磨粒を均等に衝突させて効率のよい磨砕が行えること。
<2>一部の粒状物質を研磨粒として有効活用すること。
<3>研磨粒が最終的に磨かれて良質の再生砂として回収できること。
本発明は、粒状物質を含む原料から粒状物質を生産する粒状物質の磨砕装置であって、横向きの回転軸を中心に回転する遠心力で粒状物質と同質の研磨粒を放出するブラストロータと、横向きの仮想の回転軸を中心に回転し、前記ブラストロータを回転可能に収容する回転選別機と、前記回転選別機内へ粒状物質を含む原料を供給する原料供給系統と、前記ブラストロータへ研磨粒を供給する研磨粒供給系統とを具備し、前記回転選別機内に滞留する粒状物質の原料へ向けてブラストロータから研磨粒を放出してショットブラストすると共に、前記回転選別機で磨砕した原料を選別することを特徴とする。
本発明では、還流系統をさらに含み、該還流系統を通じて前記回転選別機で選別した粒状物質の一部を研磨粒として前記研磨粒供給系統へ供給するように構成してもよい。
さらに本発明では、集塵機をさらに含み、該集塵機により回転選別機内に舞う微粉や粉塵等の浮遊物を吸引回収するように構成してもよい。
さらに本発明では、前記ブラストロータが回転選別機内の限定された効果的範囲に位置する粒状物質を含む原料へ向けて研磨粒を放出し得るように、ブラストロータ内に案内した管の終端部の側面に形成した部分放出口を通じて、研磨粒をブラストロータ内に放出するように構成してもよい。
さらに本発明は、粒状物質を含む原料から粒状物質を生産する粒状物質の生産プラントであって、前記した何れかの粒状物質の磨砕装置に隣接して再生骨材の選別装置を配置したことを特徴とする。
さらに本発明では、選別装置が集塵機をさらに含み、該集塵機により選別装置内に舞う微粉や粉塵等の浮遊物を吸引回収するように構成してもよい。
本発明は少なくともつぎのひとつの効果を奏する。
<1>ブラストロータと回転選別機とを組み合わせることで、回転選別機内で層状に広がって滞留する粒状物質全体へ向けて研磨粒を均等に衝突させることができるので効率のよい磨砕を行ができる。
<2>磨砕装置で分離した粒状物質の一部を、還流系統を通じて還流して研磨粒として有効に活用することができる。
<3>研磨粒が最終的に磨かれて良質の再生砂として回収できる。
<4>粒状物質が再生骨材である場合には、原料同士を高速で衝突し合えば骨材そのものが破砕して小片化する確率が高くなるが、本発明では質量(径)の小さな研磨粒を質量(径)の大きな原料に衝突させるので、再生骨材が必要以上に破砕されない。
したがって、5mm以上の再生骨材の生産効率が向上するとともに、再生骨材の粉状化を回避して粉状廃棄物の大量発生の問題を回避できる。
<5>骨材や土壌等の粒状物質が汚染されている場合であっても、表面に付着した汚染物質を磨砕により除去して効率よく除染することができる。
<6>選別装置または磨砕装置に集塵機を付設することで、選別装置または磨砕装置内に舞う微粉や粉塵、或いは汚染物質等の浮遊物を効率よく吸引して回収することができる。
本発明に係る粒状物質の生産プラントのモデル図 磨砕装置の横断面図 ブラストロータの縦断面図 図4におけるIV−IVの断面図 選別装置の横断面図 研磨粒によりショットブラスト作用の説明図
[実施形態1]
以下に図面を参照しながら本発明の実施形態1について詳しく説明する。
本例では粒状物質が骨材であり、骨材を含む原料から再生骨材を生産する形態について説明する。
<1>粒状物質の生産プラントの概要
図1を参照して説明すると、粒状物質の生産プラントは、骨材を含む原料Aから再生骨材を生産する磨砕装置10と、該磨砕装置10に隣接して設け、再生骨材を粒径に応じて選別する選別装置50とを具備する。
再生骨材の生産に使用する原料Aは、各種の現場で発生したコンクリート廃材やアスファルトを公知の破砕機で以って100mm以下(好ましくは40mm〜0mm)のサイズに破砕したもので、粗骨材や細骨材の表面にモルタル等の付着物が付着している。
以降に主要な装置について詳述する。
<2>磨砕装置
磨砕装置10は骨材を破壊せずに表面に付着したモルタル等の付着物をショットブラストにより除去する装置で、横向きの回転軸を中心に一方向に回転するブラストロータ20と、内部に該ブラストロータ20を収容し、横向きの仮想の回転軸を中心にブラストロータ20と逆方向、または同一方向に回転する筒状の回転選別機30と、これらを覆うカバー40とを具備する。
また、図1ではブラストロータ20および回転選別機30が水平回転をする場合について図示するが、ブラストロータ20および回転選別機30は水平に対して多少傾いて回転する場合も含む。
図1,2に示すように、ブラストロータ20の回転中心O2は、回転選別機30の回転中心O1に対して上方に偏心して配設してある。
ブラストロータ20の回転中心O2を偏心させたのは、回転選別機30の下方の磨砕空間Sをより広く確保するためである。
なお、ブラストロータ20と回転選別機30の径差が大きいときは、両者20,30を偏心させずに同一線上に配置してもよい。
<2.1>ブラストロータ
ブラストロータ20は遠心力により硬質の研磨粒Bを放出する横型の回転ドラムである。
図3,4を参照して説明すると、ブラストロータ20は、基板21及び天板22と、それらの周縁部を連結する周板23とで包囲してドラム状に形成してあり、例えば公知の遠心破砕機を構成する回転ロータで代用することも可能である。
天板22の中央には回転軸24が固着してあり、図外の駆動源(モータ等)の回転を受けて回転軸24が回転することでブラストロータ20が一体に回転する。
ブラストロータ20はその天板22の中央に供給口25を形成しており、該供給口25に研磨粒供給系統L2を構成する固定式の管13の終端が案内されている。
研磨粒Bは、管13を通じてブラストロータ20の内部へ供給し、ブラストロータ20の回転遠心力を受けた研磨粒Bがブラストロータ20の周面に形成した複数の放出口26を通じて外方へ高速で放出し得るようになっている。
図2に示すように回転選別機30内の限定された効果的範囲θに位置する原料Aへ向けて研磨粒Bを放出し得るように構成すると、ショットブラストのロスを回避するとともに、回転選別機30の損傷を回避できる。
回転選別機30の限定された効果的範囲θだけ研磨粒Bを放出するには、例えば図3,4に示すように、ブラストロータ20内に案内した管13の終端部の側面に形成した部分放出口14を通じて、研磨粒Bをブラストロータ20内に放出することで可能である。
部分放出口14の開度を適宜選択することで、ブラストロータ20の周面に形成した複数の放出口26を通じて回転選別機30内に位置する原料Aへ向けた研磨粒Bの放出範囲を調整することができる。
なお、限定された効果的範囲θは、図2で例示した回転選別機30内の下半に限定されるものではなく、適宜その範囲を設定することができる。またブラストロータ20は、360度の範囲で研磨粒Bを放出するように構成してもよい。
<2.2>回転選別機
図1,2を参照して説明すると、回転選別機30はブラストロータ20と協働して原料Aを磨砕しながら選別するための装置で、周面が開口構造を呈する両端開放型の回転筒31と、該回転筒31を回転駆動する駆動手段とを具備していて、例えば公知のトロンメルを使用することができる。
図外のモータの駆動を受けて回転するローラ32が横置きした回転筒31の両側外周を支持していて、回転筒31はローラ3の駆動を受けて横向きの仮想の回転軸を中心に一方向または正逆方向へ回転する。
回転筒31の周面には、例えば5mmの開口群を形成していて、回転筒31内へ投入した原料Aの篩い分けが行えるようになっている。すなわち、回転筒31は5mmより小さいサイズの原料Aと研磨粒Bを透過し、5mmより大きいサイズの原料Aを残留する。
<2.3>カバー
ブラストロータ20を収容した回転選別機30の外方は、カバー40で覆われていて、外部へ原料Aや研磨粒Bが飛散するのを防止している。
回転選別機30の下方には、カバー40の一部を漏斗状に形成して捕集ホッパ41を形成している。
なお、カバー40は必須ではなく、省略される場合がある。
<3>選別装置
図1と図5を参照して説明すると、選別装置50は磨砕装置10で製造した再生骨材をサイズ別に選別する装置で、磨砕装置10に隣接して設けた回転選別機60と、回転選別機60を覆うカバー70と、回転選別機60内に発生する粉塵を吸引回収する集塵機80とを具備する。
本例では筒状の回転選別機60で以て骨材をサイズ別に選別する場合について説明するが、回転選別機60に替えて振動スクリーンやエアー分級装置等の公知の選別装置を適用してもよい。
<3.1>回転選別機
回転選別機60は再生骨材をサイズ毎に選別するための装置で、周面が開口構造を呈する両端開放型の回転筒61と、該回転筒61を回転駆動する駆動手段とを具備していて、例えば公知のトロンメルを使用することができる。
図外のモータの駆動を受けて回転するローラ62が横置きした回転筒61の両側外周を支持していて、回転筒61はローラ62の駆動を受けて横向きの仮想の回転軸を中心に一方向へ回転する。
回転筒61の周面には、複数種類の寸法の異なる開口群を形成していて、回転筒61内へ投入した再生骨材を所定の寸法範囲で篩い分けが行えるようになっている。
すなわち、回転筒61の周面の目合い寸法が選別装置50に近い側から離れる側へ向けて段階的に大きくなるように形成してある。本例では、例えば回転筒61には細粒サイズ(13mm〜5mm)エリアE1、中粒サイズ(20mm〜13mm)エリアE2、および粗粒サイズ(40mm〜20mm)エリアE3の三つの選別エリアを形成しているが、これらの選別エリア数は適宜選択して決定する。
<3.2>カバー
回転選別機60の外方はカバー70で覆われていて、外部へ再説骨材が飛散するのを防止している。
回転選別機60の下方には、カバー70の一部を漏斗状に形成して捕集ホッパ71〜73を形成している。捕集ホッパ71〜73は各選別エリアE1〜E3で選別した再生骨材を区分けして捕集するためのものである。
<3.3>集塵機
集塵機80は負圧吸引設備を具備していて、回転選別機60内と集塵機80との間を接続した配管81を通じて回転選別機60内に舞う微粉や粉塵等の浮遊物を吸引回収できるようになっている。
<4>供給系統
図1において、磨砕装置10は、ホッパ11から回転選別装置30内へ原料Aを供給する原料供給系統L1と、ホッパ12からブラストロータ20へ研磨粒Bを供給する研磨粒供給系統L2と、回転選別装置30で選別した再生細骨材(再生砂)の一部を研磨粒Bとして研磨粒供給系統L2へ向けて供給する還流系統L3と、原料供給系統L1と研磨粒供給系統L2との間を切換可能にむすび、原料Aの一部を研磨粒Bとして研磨粒供給系統L2へ向けて供給する初期研磨粒供給系統L4とを具備している。
<4.1>原料供給系統
原料供給系統L1はコンクリートガラを公知の破砕機で以って、例えば40mm以下のサイズに破砕した破砕物を回転選別機30内へ供給する系統である。
コンクリートガラの破砕物には再生骨材の原料となる粗骨材や細骨材を含んでいて、回転選別機30内でブラストロータ20からショットブラストされることで付着物が除去される。
<4.2>研磨粒の供給系統
研磨粒供給系統L2は、ホッパ12からブラストロータ20へ向けて連続的に研磨粒Bを供給する系統である。
初期研磨粒供給系統L4は、ホッパ12内に研磨粒Bが貯留されていない磨砕装置10の運転開始直後において、ホッパ11内の原料Aの一部を研磨粒Bとして研磨粒供給系統L2へ向けて暫定的に供給する系統であり、ホッパ12内に所定量の研磨粒Bが貯留されたときは初期研磨粒供給系統L4を通じた研磨粒供給系統L2への原料Aの供給を停止する。
<4.3>還流系統
還流系統L3は、回転選別機30で選別した再生骨材のうち、一部を取り出してブラストロータ20へ向けて研磨粒Bを供給する系統である。
回転選別機30で選別した再生骨材のうち、研磨に適した再生細骨材(再生砂)の一部をホッパ12へ還流し得るようになっている。
[再生骨材の生産方法]
つぎに再生骨材の生産方法について説明する。
<1>磨砕工程
図1において、原料供給系統L1を通じて、例えば40mm以下に破砕した原料Aを、磨砕装置10を構成する回転選別機30内の磨砕空間Sへ向けて供給を開始する。原料Aの供給と並行して、研磨粒供給系統L2を通じてホッパ12からブラストロータ20へ向けて研磨粒Bの供給を開始する。
以下に原料Aの付着物を除去して再生骨材Cを生産する方法について詳しく説明する。
<1.1>回転選別機における破砕物の選別滞留
図1,2において、回転選別機30内へ供給された原料Aは、ローラ32の駆動を受けて一方向に回転する回転筒31の回転力の影響を受けて、回転筒31の内部で層状に広がって滞留する。
回転筒31の回転に伴い、原料A同士が転動する際に相互に衝突し合うことで、結束力の弱い一部の原料Aが小さく分離する。
<1.2>研磨粒によるショットブラスト
図2において、研磨粒供給系統L2を通じて回転中のブラストロータ20の中央部へ研磨粒Bを供給すると、研磨粒Bはブラストロータ20の回転遠心力を受けてブラストロータ20の側方から、回転筒31内で層状に広がって滞留する原料Aのすべての範囲(限定された効果的範囲θ)へ向けて高速で放出される。
回転筒31内で転動する原料Aへ向けて研磨粒Bが高速で吹き付けられることで、効率のよい破砕と磨砕が進行して、原料Aから細粒再生骨材と粗粒再生骨材が生産される。
研磨粒Bによるショットブラストは、回転選別機30の回転筒31の内周面に沿って薄く広がった状態で滞留を続ける原料Aの全体に対して行われるので、モルタル成分等の付着物を効率よく短時間に除去できる。
ショットブラスト時間は、原料Aの磨砕状況を確認しながら、適宜選択する。
破壊されたモルタル成分や一部の細粒再生骨材、および研磨粒Bは、回転筒31の周面を透過して自重で落下し、回転筒31の周面の開口より大きいサイズの粗粒再生骨材は回転筒31内に残留する。
図6の(a)〜(c)は研磨粒Bによる磨砕作用を示すもので、原料Aは砂利等の粗粒骨材c1や砂等の細粒骨材c2を含んでおり、この原料Aに研磨粒Bが衝突すると、モルタル成分が壊れて小片に分離する。
研磨粒Bの磨砕作用により、分離した小片の表面に付着したモルタル成分等の付着物が効率よく短時間に除去されて、付着物のない粗粒骨材c1や細粒骨材c2が生産される。
原料A同士を高速で衝突し合えば骨材そのものが破砕して小片化する確率が高くなるが、質量(径)の小さな研磨粒Bを質量(径)の大きな原料Aに衝突させれば、再生骨材が必要以上に破砕されずに済む。
したがって、5mm以上の再生骨材(粗粒骨材c1)の生産効率が向上するとともに、再生骨材の粉状化を回避して粉状廃棄物の大量発生の問題を回避できる。
<2>再生骨材の選別工程
図1および図5において、磨砕装置10で磨砕して残留したすべての再生骨材を選別装置50へ移動し、選別装置50で以て再生骨材をサイズ毎に選別する。
本例では、選別装置50で以て再生骨材を細粒サイズ(例えば13mm〜5mm)、中粒サイズ(例えば20mm〜13mm)、および粗粒サイズ(例えば40mm〜20mm)の三種類に選別した形態を示す。
磨砕装置10から選別装置50へ再生骨材を移送する方法としては、磨砕装置10を構成する回転筒31の内周面にらせん状の羽根を形成しておき、バッチ毎に原料を磨砕した後、回転筒31を逆転させて再生骨材を選別装置50へ移送したり、磨砕装置10と選別装置50の間に介装した公知の各種コンベアを通じて搬送したりすることができる。
磨砕装置10から選別装置50へ再生骨材を搬送する手段は特に制限がない。
選別装置50の回転筒61内には、微粉や粉塵等の浮遊物が舞っている。
これらの浮遊物は、配管81を通じて集塵機80で吸引回収する。
<3>研磨粒の還流
図1において、磨砕装置10で分離した5mm未満の再生骨材(再生砂)の一部は、還流系統L3を通じてホッパ12へ還流して、継続的に研磨粒Bとして活用する。
再生骨材(再生砂)の一部を研磨粒Bとして活用することで、研磨粒Bそのものが磨かれて良質の再生骨材(再生砂)となる。
このように分離回収した再生骨材(再生砂)の一部をショット材として継続的に再利用できるため、専用の硬質ショット材を準備する必要がなくなり、しかも研磨粒Bが再生骨材(再生砂)そのものであるから、最終的に研磨粒Bだけを分離回収する必要がない。
[実施形態2]
前記実施形態1では、集塵機80を選別装置50に付設した形態について説明したが、集塵機80を磨砕装置10に付設して、磨砕装置10を構成する回転選別機30内に舞う微粉や粉塵等の浮遊物を吸引回収するようにしてもよい。
[実施形態3]
選別装置50は、乾式に限定されず、湿式であってもよい。
選別装置50を湿式とするには、例えば回転選別機60の内部に公知の散水設備を追加配備して内部の粒状物質に散水したり、回転選別機60の底部を冠水させて粒状物質を水に漬けたりする等の公知の方法による。
粒状物質の種類に応じて適宜乾式または湿式を使い分けする。
[実施形態4]
以上は粒状物質が骨材であり、骨材を含む原料から再生骨材を生産する形態について説明したが、粒状物質が汚染されたコンクリートガラや汚染土壌を対象とすることも可能である。
本実施形態においては、汚染されたコンクリートガラを公知の破砕機で以って所定のサイズ以下(例えば40mm〜0mm)のサイズに破砕したものや、汚染土壌を原料Aとして磨砕装置10の回転選別装置30内の磨砕空間Sへ向けて供給するとともに、ブラストロータ20から磨砕空間S内へ研磨粒Bを高速で吹き付ける。
原料Aとして汚染されたコンクリートガラや汚染土壌等の汚染された粒状物質を用いた場合、汚染された粒状物質に対して研磨粒Bをショットブラストすることで、粒状物質の表面の汚染物質が磨砕されて効率よく除染することができる。
粉塵と一体化した汚染物質は、密封構造の選別装置50の空間内に浮遊することになるが、配管81を通じて集塵機80で吸引回収する。
1・・・・・原料供給系統
2・・・・・研磨粒供給系統
3・・・・・還流系統
4・・・・・初期研磨粒供給系統
A・・・・・・原料
B・・・・・・研磨粒
10・・・・・磨砕装置
11・・・・・原料用のホッパ
12・・・・・研磨粒用のホッパ
20・・・・・ブラストロータ
24・・・・・回転軸
26・・・・・放出口
30・・・・・回転選別機
31・・・・・回転筒
32・・・・・ローラ
40・・・・・カバー
50・・・・・選別装置
60・・・・・回転選別機
61・・・・・回転筒
62・・・・・ローラ
70・・・・・カバー

Claims (7)

  1. 粒状物質を含む原料から粒状物質を生産する粒状物質の磨砕装置であって、
    横向きの回転軸を中心に回転する遠心力で粒状物質と同質の研磨粒を放出するブラストロータと、
    横向きの仮想の回転軸を中心に回転し、前記ブラストロータを回転可能に収容する回転選別機と、
    前記回転選別機内へ粒状物質を含む原料を供給する原料供給系統と、
    前記ブラストロータへ研磨粒を供給する研磨粒供給系統とを具備し、
    前記回転選別機内に滞留する粒状物質の原料へ向けてブラストロータから研磨粒を放出してショットブラストすると共に、前記回転選別機で磨砕した原料を選別することを特徴とする、
    粒状物質の磨砕装置。
  2. 請求項1において、還流系統をさらに含み、該還流系統を通じて前記回転選別機で選別した粒状物質の一部を研磨粒として前記研磨粒供給系統へ供給することを特徴とする、粒状物質の磨砕装置。
  3. 請求項1または2において、集塵機をさらに含み、該集塵機により回転選別機内に舞う微粉や粉塵等の浮遊物を吸引回収することを特徴とする、粒状物質の磨砕装置。
  4. 請求項1乃至3の何れか一項において、前記ブラストロータが回転選別機内の限定された効果的範囲に位置する粒状物質を含む原料へ向けて研磨粒を放出し得るように、ブラストロータ内に案内した管の終端部の側面に形成した部分放出口を通じて、研磨粒をブラストロータ内に放出するように構成したことを特徴とする、粒状物質の磨砕装置。
  5. 粒状物質を含む原料から粒状物質を生産する粒状物質の生産プラントであって、
    前記請求項1乃至請求項4の何れか一項に記載の粒状物質の磨砕装置に隣接して再生骨材の選別装置を配置したことを特徴とする、
    粒状物質の生産プラント。
  6. 請求項5において、前記選別装置が回転選別機であることを特徴とする、粒状物質の生産プラント。
  7. 請求項5において、前記選別装置が集塵機をさらに含み、該集塵機により選別装置内に舞う微粉や粉塵等の浮遊物を吸引回収することを特徴とする、粒状物質の生産プラント。
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