JP7134210B2 - 未燃炭素低減フライアッシュの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、未燃炭素低減フライアッシュの製造方法に関するものである。

石炭を燃焼した際に発生する灰であるフライアッシュ原料（単にフライアッシュとも呼ばれる）は、コンクリートの混和材や軟弱地盤改良材等に利用されている。

フライアッシュ原料には、フライアッシュとともに未燃炭素が含まれている。未燃炭素を比較的に多く含むフライアッシュ原料をコンクリートの混和材として用いる場合、コンクリートの品質維持（空気量、スランプの確保）が難しくなる。さらに未燃炭素の混入量のばらつきによって混和剤の調整回数や使用量が増えるためコストがかかり、またそのような調整を行っても、コンクリートの品質にばらつきが生じる恐れがある。そのため、コンクリート等に用いられるフライアッシュ原料は、未燃炭素が少ないものが好ましいとされている。

フライアッシュ原料に含まれる未燃炭素を低減する方法として、フライアッシュ原料を再加熱する方法（例えば特許文献１参照）や、スラリーを作製して分離する方法等が提案されている。しかしながら、これらの方法によると、コストがかかる、あるいはフライアッシュ自体が変質し、フライアッシュコンクリートの品質に影響を与える恐れがある。

また、特許文献２には、エアー供給装置によって、流動化ガスを風箱へと供給し、ガス分散板を通して流動化ガスを流動層に送り込み、流動層内の石炭灰を流動化させ、流動層本体の下部より、回転式振動発生装置によって垂直方向への振動を与え、流動層内で密度分級され、表面付近に浮いてきた未燃炭素分の多い粒子をノズルによって吸引する技術が開示されている。この技術によれば、フライアッシュ自体は変質しないものの、未燃炭素分だけでなくフライアッシュも多分に吸引する可能性があり、非効率である。

特許第６７２２８３９号公報 特開平６－２３３９７１号公報

本発明は、フライアッシュ自体を改質することなく、未燃炭素を低減した高品質のフライアッシュを容易かつ低コストで製造することができる未燃炭素低減フライアッシュの製造方法を提供することを目的とする。

未燃炭素低減フライアッシュの製造方法は、フライアッシュ原料が入れられた容器に対して、略上下方向に衝撃または振動を与え、フライアッシュ原料の表面に未燃炭素を浮上させる工程と、フライアッシュ原料の表面に浮上した未燃炭素を吹き飛ばしまたは吸引し、フライアッシュ原料から未燃炭素を除去する工程と、を備える。

フライアッシュ原料の表面に未燃炭素を浮上させる工程において、容器に対して、略上下方向に衝撃または振動を複数回与えることが好ましい。

フライアッシュ原料の表面に未燃炭素を浮上させる工程において、容器を持ち上げて、容器を落下させることにより容器に衝撃を与えてもよい。例えば、容器は、これを受け止める落下部等に落下させる。

未燃炭素低減フライアッシュの製造方法によると、フライアッシュ自体を改質することなく、未燃炭素を低減した高品質のフライアッシュを容易かつ低コストで製造することができる。

容器およびこれに入れられたフライアッシュ原料を示す縦断面図である。 （Ａ）は容器を持ち上げた状態を示す図であり、（Ｂ）は容器を落下部に落下させた状態を示す図である。 フライアッシュ原料の表面に未燃炭素が浮きあがった状態を示す平面図である。 （Ａ）はフライアッシュ原料の表面に浮き上がった未燃炭素を吹き飛ばす様子を示す平面図であり、（Ｂ）は未燃炭素を吹き飛ばした後のフライアッシュ原料（フライアッシュ）を示す平面図である。 未燃炭素低減フライアッシュの製造方法の検証実験におけるフライアッシュ原料およびフライアッシュの状態を示す図であって、（Ａ）は第１工程前のフライアッシュ原料を示し、（Ｂ）は、第１工程後のフライアッシュ原料を示し、（Ｃ）は、第２工程後に得られるフライアッシュを示す。 容器の外に未燃炭素が飛ばされた様子を示す図である。

以下、実施形態について、図面を参照しながら説明する。未燃炭素低減フライアッシュの製造方法は、第１工程と、第２工程とを備えている。

第１工程は、容器１０内にフライアッシュ原料Ｍを投入し、容器１０に対して略上下方向に衝撃または振動を与える。略上下方向には、上下方向が含まれる。容器１０に対する衝撃または振動は、フライアッシュ原料Ｍの表面に未燃炭素Ｃが十分に浮上するまで、１または複数回与えられる。

本実施形態では、フライアッシュ原料Ｍ（石炭灰）は、石炭火力発電所で微粉炭を燃焼した際に発生する石炭灰のうち、電気集塵器で採取された灰である。

容器１０は、図１に示すように、それぞれ矩形の底壁および底壁の周縁から立ち上がる４つ側壁を備え、上面が開口した箱状のものである。容器１０内には、フライアッシュ原料Ｍが、底から所定の高さの範囲に収容される。

第１工程は、本実施形態では、図２に示すように、フライアッシュ原料Ｍが入れられた容器１０を上方に持ち上げ、容器１０を受け止める落下部２０に容器１０を落下させることにより、容器１０に衝撃を与える。落下部２０は、容器１０を受け止める面が水平であって、落下した容器１０に効率よく衝撃を与えられるように硬質なものが好ましい。そのような落下部２０として、例えば、上面が水平であって、鋼等の金属製の台を用いる。容器１０に衝撃を１または複数回与えると、図３に示すように、フライアッシュ原料ＭのうちフライアッシュＦより粒子が大きい未燃炭素Ｃがフライアッシュ原料Ｍ（フライアッシュＦ）の表面に浮上してくる。このような未燃炭素Ｃの浮上は、ブラジルナッツ効果によるものである。ブラジルナッツ効果とは、容器に入れられた異なる大きさからなる粉粒体に衝撃を与えたり、振ったりすると、最も大きな粒子が表面に浮き上がってくる現象のことである。容器１０に対する衝撃の付与は、未燃炭素Ｃがフライアッシュ原料Ｍの表面に十分に浮上するまで行われる。また、第１工程では、容器１０に衝撃や振動を与えることにより、フライアッシュＦが締め固まった状態となる。

容器１０の大きさ、容器１０内に入れられたフライアッシュ原料Ｍの高さ（厚さ）は、未燃炭素Ｃが十分にフライアッシュ原料Ｍの表面に浮上するように適宜設定する。

なお、第１工程では、フライアッシュ原料Ｍが入れられた容器１０を落下させる代わりに、フライアッシュ原料Ｍが入れられた容器１０を、略上下方向から打撃してもよいし、上下方向に振動させてもよく、未燃炭素Ｃがフライアッシュ原料Ｍの表面に浮上するものであれば、容器１０に外力をどのように加えてもよい。

第２工程は、フライアッシュ原料Ｍの表面に浮上した未燃炭素Ｃを吹き飛ばしてまたは吸引して、フライアッシュ原料Ｍから未燃炭素Ｃを除去する。

第２工程は、本実施形態では、図４に示すように、エアを送風するコンプレッサー等の送風装置３０により、容器１０内に収容されたフライアッシュ原料Ｍの表面にエアを送風し、未燃炭素Ｃを容器１０外に吹き飛ばす。

送風の強さは、未燃炭素Ｃだけが吹き飛び、フライアッシュＦが吹き飛ばないようにすることが好ましい。未燃炭素Ｃを容器１０外に吹き飛ばしやすくするため、容器１０の高さと容器１０内に収容されるフライアッシュ原料Ｍの表面の高さの差は、小さいことが好ましい。また、送風装置３０による送風の方向は、フライアッシュ原料Ｍの表面に対し、浅い角度（フライアッシュ原料Ｍの表面寄りの角度）とすることが好ましい。

第２工程によると、第１工程によりフライアッシュＦが締め固められ、また未燃炭素Ｃが多孔質であってフライアッシュＦより密度が小さいため、送風または吸引によりフライアッシュ原料Ｍから主に未燃炭素Ｃだけを効率よく除去することができる。

なお、第２工程では、未燃炭素Ｃを吹き飛ばす代わりに、未燃炭素Ｃを吸引装置等により吸引してもよい。

一連の第１工程および第２工程は、繰り返し複数回行ってもよい。一連の第１工程および第２工程を複数回繰り返すことにより、フライアッシュ原料Ｍからより一層未燃炭素Ｃを除去することができる。

上記第１工程と、第２工程を経て、フライアッシュ原料Ｍから、未燃炭素Ｃを低減したフライアッシュＦが製造される。製造されたフライアッシュＦは、容器１０から搬出される。未燃炭素低減フライアッシュの製造方法により製造したフライアッシュＦは、コンクリートの混和材やセメントの原料の一部として用いることができる。また、フライアッシュ原料Ｍから除去した未燃炭素Ｃは、再度燃料としても活用できる可能性がある。

［検証実験］
未燃炭素低減フライアッシュの製造方法について、検証実験を行った。検証実験は、同一の条件下で複数回行った。検証実験において、第１工程では、図５（Ａ）に示すように、容器１０内にフライアッシュ原料Ｍを入れた（敷いた）。容器１０は、ステンレス鋼製のトレーであって、その大きさは、幅２１０ｍｍ、奥行１７０ｍｍおよび高さ３０ｍｍである。容器１０に入れるフライアッシュ原料Ｍの量は、１００ｇとした。容器１０内におけるフライアッシュ原料Ｍの厚さは、５ｍｍ～１０ｍｍである。このような条件により、モルタルフロー試験器（日本工業規格ＪＩＳ Ｒ ５２０１）を用いて、フライアッシュ原料Ｍが入ったトレーを、モルタルフロー試験器に備えられる上面が水平な円盤台（落下部２０）から１ｃｍ持ち上げて、円盤台に落下させることにより、容器１０に対して略上下方向の衝撃を与えた。また、容器１０は、１回の実験につき５０回落下させた。図５（Ｂ）は、第１工程後の容器１０内のフライアッシュ原料Ｍを示すものであり、第１工程により灰色のフライアッシュ原料Ｍの表面に黒い未燃炭素Ｃが浮上することが確認できる。

第２工程では、送風装置３０であるエアコンプレッサーにより容器１０内のフライアッシュ原料Ｍの表面に浮上した未燃炭素Ｃに送風し、未燃炭素Ｃを容器１０の外に吹き飛ばした。図５（Ｃ）は、第２工程後の容器１０内のフライアッシュＦを示すものであり、第２工程により未燃炭素Ｃがフライアッシュ原料Ｍから除去されたことが確認できる。また、図６は、第２工程後の容器１０の外の様子を示すものであり、第２工程により未燃炭素Ｃが容器１０の外に吹き飛ばされていることが確認できる。

実施例で用いたフライアッシュ原料Ｍと、実施例の未燃炭素低減フライアッシュの製造方法により製造されたフライアッシュＦとに対して強熱減量試験（日本工業規格ＪＩＳ Ａ １２２６）を行ったところ、未燃炭素Ｃが４．７％から３．８％まで約１％低減することが確認できた。コンクリート等に対しては、フライアッシュＦに含まれる未燃炭素Ｃが１％低減すれば、品質が著しく向上し、コンクリートの製造時における各成分の配合も非常に容易となり、品質のばらつきも抑えられる。

上記未燃炭素低減フライアッシュの製造方法によると、フライアッシュＦ自体を改質することなく、未燃炭素Ｃを低減した高品質のフライアッシュＦを容易かつ低コストで製造することができる。また、上記未燃炭素低減フライアッシュの製造方法で製造したフライアッシュＦを、コンクリート等の混和材として用いると、各成分の配合の調整が容易となり、安定した品質のコンクリートを製造することができる。

また、フライアッシュ原料Ｍが入れられた容器１０を持ち上げて落下部２０に落下させることにより、簡易的な方法で容器１０に衝撃を与えることができるとともに、未燃炭素Ｃを効率よくフライアッシュ原料Ｍの表面に浮上させることができ、ひいては、より未燃炭素Ｃを低減したフライアッシュＦを製造することができる。

本発明は、上記実施形態に特に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内において適宜変更することができる。

１０ 容器（トレー）
２０ 落下部
３０ 送風装置
Ｃ 未燃炭素
Ｆ フライアッシュ
Ｍ フライアッシュ原料

Claims (1)

1. フライアッシュ原料が入れられた容器に対して、略上下方向に衝撃を与え、前記フライアッシュ原料の表面に未燃炭素を浮上させる工程と、
   前記フライアッシュ原料の表面に浮上した前記未燃炭素を吹き飛ばしまたは吸引し、前記フライアッシュ原料から前記未燃炭素を除去する工程と、
   を備え、
   前記容器を持ち上げて落下させることにより前記容器に衝撃を与える未燃炭素低減フライアッシュの製造方法。

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