JP6784025B2

JP6784025B2 - フライアッシュの製造方法

Info

Publication number: JP6784025B2
Application number: JP2016003230A
Authority: JP
Inventors: 浩大土肥; 牧生山下; 康隆山根; 公範伊藤
Original assignee: Mitsubishi Materials Corp
Current assignee: Mitsubishi Materials Corp
Priority date: 2016-01-12
Filing date: 2016-01-12
Publication date: 2020-11-11
Anticipated expiration: 2036-01-12
Also published as: JP2017124343A

Description

本発明は、石炭焚ボイラー等から発生する石炭灰からセメント等の混和材として利用可能なフライアッシュを製造するためのフライアッシュの製造方法に関するものである。

火力発電所の石炭焚ボイラー等から発生する石炭灰は、ＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３を多く含む球状の微粒子であり、これをセメントやコンクリートに混和させることにより、セメント中のＣａＯとポゾラン反応し、強度の増進や、耐久性、水密性を高める効果がある。また、球状の粒子であるため、コンクリートの流動性、施工性などのワーカビリティを改善する効果がある。ところが、上記石炭灰には、未燃炭も含まれており、当該未燃炭は、セメントやコンクリートの混和材として使用した場合に必要とされる空気連行剤（ＡＥ剤）の増加等の弊害を生じる。

このため、従来から上記石炭灰をセメントやコンクリートの混和材として再利用しようとする場合には、予め上記石炭灰から未燃炭を除去して、JIS A 6201 に規定するフライアッシュII種規格のフライアッシュに改質したうえで使用することが定められている。

このような石炭灰から未燃炭を除去するフライアッシュの製造方法としては、例えば下記特許文献１においては、上記石炭灰における未燃分が導電性粒子であるのに対して灰分が絶縁性粒子であることに着目し、略平板状の下面電極とその上方に、高誘電体樹脂部を有する上面電極とを設け、前記下面電極もしくは上面電極のいずれか一方の電極をプラス極、他方の電極をマイナス極として、前記下面電極と上面電極との間に直流電界を発生させて静電気力による分離ゾーンを形成させ、該分離ゾーンに供給した石炭灰中の未燃炭を分離する静電分離方法および静電分離装置が提案されている。

しかしながら、上記静電分離方法によって石炭灰をフライアッシュに改質すると、上記フライアッシュII種規格のうちの特に活性度指数の項目を満足しない改質灰が製造されてしまうという欠点があった。また、上記改質灰をセメントに添加した場合には、そのセメントを用いてモルタルやコンクリートを製造した時に、モルタルやコンクリートの表面に未燃分が浮き上がり、硬化体の表面に黒斑を生ずるという問題があった。

そこで、上記静電分離の効率を高めるために、予め石炭灰を分級あるいは粉砕して粉末度を向上させた上で上記静電分離装置に投入すると、上記石炭灰の流動性が低下することにより静電分離が円滑に行えなくなり、却って未燃炭の低減率が低下して上記II種規格外のフライアッシュが製造されてしまう虞があった。

特開２００７−１１７８７３号公報

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、簡易な方法によって未燃分を含む石炭灰からセメントやコンクリートの混和材として使用可能なフライアッシュを製造することができるフライアッシュの製造方法を提供することを課題とするものである。

上記課題を解決するため、本発明は、未燃分を含む石炭灰を、通気性を有するマイナス電極およびプラス電極の間に形成された流路を通過させつつ上記プラス電極側から上記流路内に流動化エアを供給して上記マイナス電極側から上記エアを吸引することにより上記石炭灰から上記未燃分を分離する静電分離工程と、この静電分離工程を経た改質灰を４５μｍふるい残分が１０％以下になるように分級する分級工程とを備えてなり、かつ上記吸引エア量を電極１ｍ^２当たり４．２ｍ^３／ｍｉｎ以下としたことを特徴とするものである。

また、上記石炭灰として、メチレンブルー吸着量が１ｍｇ／ｇ以下のものを用い、かつ上記吸引エア量を電極１ｍ^２当たり２．７ｍ^３／ｍｉｎ以上としてもよい。

さらに、上記石炭灰として、明るさを示すＬ値が４６以上のものを用い、かつ上記静電分離工程における電界強度を０．３ｋＶ／ｍｍ以上に保持するとともに、上記流動化エアの供給量を電極面積１ｍ^２あたり０．５〜１．５ｍ^３／ｍｉｎとしてもよい。なお、本発明において、フライアッシュとは、JIS A 6201に規定するフライアッシュII種規格に適合するものをいう。

本発明によれば、先ず静電分離工程において、吸引エア量を電極１ｍ^２当たり４．２ｍ^３／ｍｉｎ以下に保持しつつ未燃分を含む石炭灰から導電性粒子である上記未燃分を選択的に分離して改質灰とした後に、この改質灰を、分級工程において４５μｍふるい残分が１０％以下になるように分級して当該改質灰に残存した未燃分が多く分布する粗粒分を除去することにより、簡易な方法によって未燃分を含む石炭灰からセメントやコンクリートの混和材として使用可能なフライアッシュII種規格のフライアッシュを製造することができる。

この際に、原料となる石炭灰として、メチレンブルー吸着量が１ｍｇ／ｇ以下のものを用い、かつ上記吸引エア量を電極１ｍ^２当たり２．７ｍ^３／ｍｉｎ以上とすれば、モルタルおよびコンクリートの空気量の変動を小さくすることができ、よって所要の空気量を得るための混和剤量の調整が容易になる。

また、上記石炭灰として、明るさを示すＬ値が４６以上のものを用い、かつ上記静電分離工程における電界強度を０．３ｋＶ／ｍｍ以上に保持するとともに、流動化エアの供給量を電極面積１ｍ^２あたり０．５〜１．５ｍ^３／ｍｉｎとすれば、改質灰を添加したセメントを用いてモルタルやコンクリートを製造した場合に、その硬化体表面に、未燃分が浮き上がることに拠る黒斑の発生を確実に防止することが可能になる。

本発明の一実施形態の静電分離工程において用いられる静電分離装置を示す正面視した模式図である。図１の静電分離装置における石炭灰および流動化エアの挙動を模式的に示す縦断面図である。図１の静電分離装置における石炭灰および流動化エアの挙動を模式的に示す図１のＡ−Ａ線視断面図である。本発明の実施例１〜２２の結果を示す図表である。本発明の実施例２３〜５１の結果を示す図表である。本発明の実施例２４〜８０の結果を示す図表である。本発明の実施例に対する比較例１〜１６の結果を示す図表である。

図１〜図３は、本発明に係るフライアッシュの製造方法の一実施形態に用いられる静電分離装置１および分級機２を示すものである。
この静電分離装置１は、密閉された箱状の本体１ａ内に、プラスに帯電したメッシュ板状のプラス電極３と、このプラス電極３の上方に間隔をおいて平行に配置されてマイナスに帯電した金属網板状のマイナス電極４とがそれぞれ水平に設けられることにより、これらプラス電極３およびマイナス電極４間に石炭灰の流路５が形成されている。

そして、本体１ａの長手方向の一端部には、ホッパ６に投入されて定量供給機７から供給される石炭灰を流路５内に投入するための供給口８が形成されている。また、この本体１ａの底部には、プラス電極３の下方から流路５内へと流動化エアを供給する送風手段（図示を略す。）が設けられている。また、本体１ａの一方の側部には、図３に示すように、マイナス電極４と本体１ａの上面との間に他方の側部側に向けて搬送用のエアを供給する搬送エアの導入口１２が設けられている。

他方、本体１ａの上面には、流路５内に流動化エアを、マイナス電極４を介して吸引する吸引手段９が長手方向に沿って直列的に配置された複数基（図では３基）の連続的に配置され、これら吸引手段９からの排出側に上記エアに同伴した未燃分を多く含む石炭灰を捕集するためのバグフィルタ１０が設けられている。ここで、吸引手段９の吸引口は、図３に示すように、本体１ａの上面であって、上記導入口１２と反対側の側部側に接続されている。

また、本体１ａの長手方向の他端部には、流路５内を送られてきた静電分離後の石炭灰（改質灰）を取り出す排出口１１が設けられ、この排出口１１から排出された石炭灰（改質灰）が分級機２に供給されるようになっている。なお、この分級機２としては、周知の汎用の分級機を用いることができる。

次に、図２および図３に基づいて、上記構成からなる静電分離装置１および分級機２を用いた本発明のフライアッシュの製造方法の一実施形態について説明する。
先ず、静電分離装置１のプラス電極３およびマイナス電極４間の電界強度が０．３ｋＶ／ｍｍ以上となるように各々をプラスおよびマイナスに帯電させるとともに、送風手段によって下部のプラス電極３から流路５への流動化エア量が電極面積１ｍ^２あたり０．５〜１．５ｍ^３／ｍｉｎとなるように流動化エアを供給する。これと併行して、吸引手段９によって、吸引エア量を電極１ｍ^２当たり２．７〜４．２ｍ^３／ｍｉｎの範囲に保持する。

そして、以上の運転条件のもとで、未燃分を含む石炭灰、好ましくは明るさを示すＬ値が４６以上であって、かつメチレンブルー吸着量が１ｍｇ／ｇ以下の石炭灰をホッパ６に投入し、定量供給機７によって所定量の石炭灰を本体１ａの供給口８から流路５内に投入する。

すると、供給された石炭灰は、プラス電極３およびマイナス電極４間に形成された流路５を通過する過程において、導電性粒子である未燃分が選択的にマイナス電極４側に引き寄せられて吸引エアに同伴することにより静電分離され、マイナス電極４を通過して吸引手段９からバグフィルタ１０へと送られて行く。そして、このバグフィルタ１０において、未燃分が多く含まれる石炭灰として回収される（静電分離工程）。

他方、絶縁性粒子である石炭灰分は、上記静電の影響を受けることなく流動化エアに同伴して流路５を他端部へと送られ、未燃分の多くが除去された改質灰として排出口１１から排出され、後段の分級機２に供給されてゆく。

そして、この分級機２に供給された改質灰は、分級されて４５μｍふるい残分が１０％以下の細粉が、セメントやコンクリートの混和材として使用可能なフライアッシュ製品として回収される（分級工程）。また、それ以外の粗粉は廃棄処分される。

試験の原料となる石炭灰として、下表１に示すようなＬ値およびメチレンブルー（ＭＢ）吸着量が異なる４種類の石炭灰Ａ〜Ｄを用意した。なお、メチレンブルー吸着量は、セメント協会標準試験方法 JCAS I-61:2008フライアッシュのメチレンブルー吸着量試験方法に準拠して測定した。また、Ｌ値は、色彩色差計（ミノルタ社製，型式：CR210）を用いて測定した。
そして、各々の石炭灰Ａ〜Ｄを、メッシュ状の下部電極上に層厚3cmで均一に広げ、この下部電極の8cm上方に金網状の上部電極を配置し、メッシュ状の下部電極がプラス、金網状の上部電極がマイナスになるように荷電した。

次いで、下部のプラス電極に、振幅0.9mmの振動を付加しつつメッシュから上方に向けて加熱した流動化エアを噴出させるとともに、上方のマイナス電極に引き寄せられた石炭灰に含まれる未燃分を、上部のマイナス電極上から空気と共に吸引する静電分離工程を実施した。

この際に、図４〜図７に示すように、各々の石炭灰Ａ〜Ｄに対して、プラス電極側から噴出させる流動化エアの電極面積１ｍ^２あたりの量を０．００〜１．６０ｍ^３／ｍｉｎの範囲で、マイナス電極側から吸引する吸引エア量を電極１ｍ^２当たり０．５〜５．０ｍ^３／ｍｉｎの範囲で、および電極間の電界強度を０．００〜０．５１ｋＶ／ｍｍの範囲で、それぞれ変化させた場合について実施した。

次いで、上記静電分離工程において未燃分の多くが除去された改質灰に対して、汎用の分級機を用いて分級工程を実施した。この際にも、４５μｍふるい残分（％）の値を０．０〜１３．１％の範囲で変化させた場合に付いて行った。

このようにして石炭灰Ａ〜Ｄから得られた各種の分級後の改質灰を用いて、普通ポルトランドセメント95重量％、上記改質灰5％を混合してセメントを試製した。
そして、活性度指数については、JIS A 6201「コンクリート用フライアッシュ」に準拠して、材齢28日と材齢91日に於いて試験を行った。

また、空気量は、表２のコンクリート配合で、コンクリートを製造し、空気量はJIS A 1128「フレッシュコンクリートの空気量の圧入による試験方法―空気室圧力方法」に準拠して測定した。

さらに、黒斑の有無は、JIS R 5201「セメントの物理試験方法」に準拠してモルタルを製造し、４×4×16cmの強度試験用型枠に充填し、１２０秒振動バイブレーターを掛けたときの表面に浮く黒斑の有無を目視観察した。

図４〜図７は、本発明の実施例１〜８０および比較例１〜１６に使用した石炭灰の炭種およびＬ値、静電分離工程における流動化エア量、電極１ｍ^２当たりの吸引エア量および電界強度、並びに分級工程における４５μｍ以下の割合と、各々の試験結果である活性度指数（ＡＩ）、空気変動量および黒斑の有無を示すものである。

図７の比較例１〜１６の結果に見られるように、分級工程において４５μｍふるい残分が１０％を超えた場合あるいは静電分離工程における電極１ｍ^２当たりの吸引エア量が４．２ｍ^３／ｍｉｎを超えた場合には、いずれもフライアッシュII種規格の活性度指数を満足するフライアッシュを製造することができなかった。

これに対して、図４〜図６の実施例１〜８０の結果に示すように、少なくとも分級工程において４５μｍふるい残分が１０％以下であって、かつ静電分離工程における電極１ｍ^２当たりの吸引エア量が４．２ｍ^３／ｍｉｎ以下である場合には、いずれも活性度指数がフライアッシュII種規格の基準以上であるフライアッシュを製造することができた。

また、図５の実施例２３〜５１と、図４の実施例１〜２２および図６の実施例５２〜８０との対比から、石炭灰のメチレンブルー吸着量が１ｍｇ／ｇ以上である場合や、静電分離工程における電極１ｍ^２当たりの吸引エア量が２．７ｍ^３／ｍｉｎに充たない場合に、空気変動量が１．０％を超えてしまうことが判った。

さらに、図５の実施例２９〜３１、３９、４２，４３、４６〜４８および図６の実施例５２〜８０に見られるように、石炭灰として、明るさを示すＬ値が４６に満たないものを用いた場合や、静電分離工程における電界強度が０．３ｋＶ／ｍｍ未満である場合、または流動化エアの供給量が電極面積１ｍ^２あたり０．５〜１．５ｍ^３／ｍｉｎの範囲から逸脱した場合に、上記セメントの硬化体の表面に黒斑が発生してしまうことが判った。

したがって、図４の実施例１〜２２に見られるように、原料となる石炭灰として、明るさを示すＬ値が４６以上であってメチレンブルー吸着量が１ｍｇ／ｇ以下のものを用い、静電分離工程における電界強度を０．３ｋＶ／ｍｍ以上に保持して、流動化エアの供給量を電極面積１ｍ^２あたり０．５〜１．５ｍ^３／ｍｉｎの範囲にするとともに、吸引エア量を電極１ｍ^２当たり２．７〜４．２ｍ^３／ｍｉｎの範囲とし、この静電分離工程を経た改質灰を４５μｍふるい残分が１０％以下になるように分級することにより、未燃分を含む石炭灰からセメントやコンクリートの混和材として使用可能なフライアッシュII種規格の基準値を超えるとともに、空気変動量が小さくて硬化体の表面に黒斑が発生することがないフライアッシュを製造することができる。

１静電分離装置
１ａ本体
２分級機
３プラス電極
４マイナス電極
５流路
９吸引手段

Claims

改質システムを利用して石炭灰から、活性度指数が良好で、空気量の変動が少なく、黒斑発現性が弱いフライアッシュを製造する方法であって、
前記改質システムは、プラス電極、マイナス電極及び分級機を備え、
前記プラス電極と前記マイナス電極との間には流路が形成されており、
当該流路には前記石炭灰が供給され、
前記プラス電極及び前記マイナス電極は通気性を有しており、
前記流路において、流動化ガスが前記プラス電極側から前記流路内に供給され、前記流動化ガスにより前記流路内の排出部に向かって前記石炭灰の搬送がなされ、当該搬送中の前記石炭灰に含まれる未燃分が当該石炭灰から静電分離により除去され、前記石炭灰から前記未燃分が除去されて生じた残留分が改質灰となり、当該改質灰が前記排出部に搬送され、
前記排出部は、前記改質灰を前記分級機に供給するものであり、
前記流動化ガス及び前記未燃分は、吸引ガスとして前記流路内から前記マイナス電極を通過して前記流路外へ排出され、
前記分級機は、前記排出部から排出された前記改質灰の分級を行うものであり、
前記改質システムにおいて、
前記石炭灰には、メチレンブルー吸着量が１ｍｇ／ｇ以下であり、かつ、明るさを示すＬ値が４６以上のものを使用し、
前記流路における電界強度を0.3kV/mm以上とし、
前記流動化ガスを、前記流路外から前記プラス電極を通過させて前記流路内に供給し、かつ、前記プラス電極1m²当たり0.5〜1.5m³/minの範囲で前記プラス電極を通過させ、
前記吸引ガスを、前記マイナス電極1m²当たり2.7m³/min以上4.2m³/min以下の範囲で前記マイナス電極を通過させ、
前記分級機において、前記改質灰を分級して４５μｍふるい残分が１０％以下の細粉を前記フライアッシュとして回収することを特徴とするフライアッシュの製造方法。