JP7295090B2 - フライアッシュの改質方法及び装置 - Google Patents
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Description
本発明は、フライアッシュの改質方法に関するものであり、さらには、この方法の実施に使用する装置にも関する。
フライアッシュをセメントやコンクリートの混合材として使用する場合、一般にフライアッシュに含まれる未燃カーボンが少ないものが好適とされる。
しかし、一般に石炭火力発電所から発生したフライアッシュ中の未燃カーボン量は様々であり、多いもので１５質量％存在し、混合材として好適なものは一部に限られるのが現状である。
未燃カーボン量が低減されたフライアッシュ（改質フライアッシュ）を得るためには、フライアッシュを加熱し未燃カーボンを燃焼除去する方法がある（例えば、特許文献１，２）。
しかしながら、フライアッシュを加熱して未燃カーボンを燃焼除去することにより、上記のような混合材に適した改質フライアッシュを、工業的に効率よく得ることは非常に難しい。
即ち、フライアッシュから未燃カーボンを燃焼除去するためには、７００℃以上の温度に加熱する必要がある。７００℃よりも低い温度では、未燃カーボンを除去するのに極めて時間がかかるからである。また、加熱温度を高くするほど、短時間で未燃カーボン量を大きく低減できるのであるが、この温度が高くなると、フライアッシュ粒子同士の融着による塊状化が始まり、温度が高いほど塊状物の割合が増加してしまい、また、その冷却にも長時間要することとなる。このため、塊状物の生成を極力抑えるために、加熱温度は７８０℃以下に設定するのがよく、従って、未燃カーボンを除去するための加熱温度は７００～７８０℃の範囲が最適なのであるが、このような限定された温度に加熱することは非常に困難である。
何故ならば、未燃カーボンと酸素との反応（燃焼反応）は発熱を伴い、しかも、フライアッシュの加熱と共に、この未燃カーボン量が変動するからである。即ち、未燃カーボン量が変動することによって、加熱炉内に適切な量の酸素が供給されなかったり、加熱炉内の温度が変動したりする。また、加熱に供されるフライアッシュに含まれる未燃カーボン量も一定ではない。例えば、未燃カーボン量が多いフライアッシュが加熱されたときには、必要以上に温度が高温となってしまう。
このように、未燃カーボン含量が一定でない多様なフライアッシュを加熱するため、その加熱温度を７００～７８０℃のように非常に限定された範囲に設定することは極めて困難である。特に加熱に供するフライアッシュ原粉の切り替わりのタイミングで炉内の熱バランスが崩れやすく、温度が上がり過ぎたり、下がり過ぎたりすることが多い。また、酸素の供給量が不足して未燃カーボンが十分に低減されないといった問題も生じる。原料の切り替わり頻度が高いと、最適条件を模索している間に原料が切り替わってしまい、結果的に混合材として好適な製品がほとんど得られないといった事態が生じる可能性もある。
従って、本発明の目的は、未燃カーボン量の多様なフライアッシュを短時間で確実に未燃カーボン量を低減させて改質し、かつ改質後のフライアッシュの全量を、比較的簡単な方法により混合材として使用できるフライアッシュの改質方法及び装置を提供することにある。
本発明者らは上記課題に鑑み鋭意検討を行った。そして、塊状物を含む改質フライアッシュであっても、そのうちの細かい粒子（塊状化が実質的に進んでいない部分）は簡単に冷却できること、及び塊状化した大きな固形物（塊状物）であっても、分級、粉砕等の操作を加えることで混合材として好適な性状の改質フライアッシュを得ることが可能なことを見出し、本発明を完成した。
本発明によれば、
未燃カーボンを含むフライアッシュ原粉を７８０～１０００℃の温度に加熱して該フライアッシュ原粉に含まれる未燃カーボン量を低減させる加熱工程；
前記加熱工程で得られた未燃カーボン量が低減された熱処理フライアッシュを、高温の状態で分級装置に導入して粗粉と微粉とに分離する分級工程；
前記分級工程で得られた熱処理フライアッシュの微粉を、集塵装置を用いて回収する微粉回収工程；
前記分級工程で得られた熱処理フライアッシュの粗粉を、４５μｍふるい残分が３４質量％以下となるまで粉砕して回収する粉砕工程；
を含む、フライアッシュの改質方法が提供される。
未燃カーボンを含むフライアッシュ原粉を７８０～１０００℃の温度に加熱して該フライアッシュ原粉に含まれる未燃カーボン量を低減させる加熱工程；
前記加熱工程で得られた未燃カーボン量が低減された熱処理フライアッシュを、高温の状態で分級装置に導入して粗粉と微粉とに分離する分級工程；
前記分級工程で得られた熱処理フライアッシュの微粉を、集塵装置を用いて回収する微粉回収工程；
前記分級工程で得られた熱処理フライアッシュの粗粉を、４５μｍふるい残分が３４質量％以下となるまで粉砕して回収する粉砕工程；
を含む、フライアッシュの改質方法が提供される。
本発明の改質方法においては、以下の態様を好適に採用することができる。
（１）前記加熱工程により、未燃カーボン量を３質量％未満に低減させること。
（２）前記加熱工程での加熱を、未燃カーボン量が低減された熱処理フライアッシュ中に含まれる最大直径が１５０μｍ以上の塊状粒子の含有量が５０質量％を超えないように行うこと。
（３）前記分級工程において、分級により得られる前記微粉の４５μｍふるい残分が３４質量％以下となるように分級点を設定すること。
（４）前記分級工程で得られた熱処理フライアッシュの粗粉は、２００℃以下に冷却した後に粉砕すること。
（５）前記集塵装置から回収された前記微粉と、前記粉砕工程で回収された前記粉砕粉末とを混合すること。
（１）前記加熱工程により、未燃カーボン量を３質量％未満に低減させること。
（２）前記加熱工程での加熱を、未燃カーボン量が低減された熱処理フライアッシュ中に含まれる最大直径が１５０μｍ以上の塊状粒子の含有量が５０質量％を超えないように行うこと。
（３）前記分級工程において、分級により得られる前記微粉の４５μｍふるい残分が３４質量％以下となるように分級点を設定すること。
（４）前記分級工程で得られた熱処理フライアッシュの粗粉は、２００℃以下に冷却した後に粉砕すること。
（５）前記集塵装置から回収された前記微粉と、前記粉砕工程で回収された前記粉砕粉末とを混合すること。
本発明によれば、また、未燃カーボンを含むフライアッシュ原粉を７８０～１０００℃の温度に加熱し得る加熱装置と、該加熱装置での加熱より得られた熱処理フライアッシュを分級する分級装置と、該分級装置での分級により得られた微粉を回収する集塵装置と、該分級装置での分級により得られた粗粉を冷却する冷却装置と、該冷却装置により冷却された該粗粉を粉砕する粉砕装置とを有する、フライアッシュの改質装置が提供される。
かかる改質装置においては、
（１）前記分級装置が風力分級装置であること、
（２）前記集塵装置により回収された前記微粉と、前記粉砕装置から回収された前記粉砕粉末とを混合する混合装置をさらに含んでいること、
が好適である。
（１）前記分級装置が風力分級装置であること、
（２）前記集塵装置により回収された前記微粉と、前記粉砕装置から回収された前記粉砕粉末とを混合する混合装置をさらに含んでいること、
が好適である。
本発明の改質方法では、加熱温度が７８０～１０００℃と高温で且つ幅広い範囲に設定されているため、未燃カーボン量が異なるようなフライアッシュ原粉についても、比較的短時間で連続的かつ安定的に、セメントやコンクリートの混合材として好適な改質フライアッシュを得ることができる。
特に、本発明では高温でフライアッシュを加熱するため、大きな塊状物が生成するが、この塊状物は、高温に保持されたままの状態で（即ち、積極的に冷却せず）、分級して粗粉と微粉に分離するため、その冷却を効率よく、短時間で行うことができる。即ち、分級せずに、大きな塊状物のままでは、冷却効率が悪く、冷却に著しく長時間を要してしまう。
さらに、本発明では、未燃カーボン量が低減された改質フライアッシュは、分級により得られた微粉及び分級により得られた粗粉の粉砕品とに分けて回収されるが、両者を混合することにより、得られた改質フライアッシュの全量を、セメントやコンクリートの混合材として効率よく使用することができる。
図１を参照して、本発明においては、未燃カーボンを含むフライアッシュ原粉を、加熱装置１で加熱して未燃カーボン量を低減し（加熱工程）、未燃カーボン量が減少した熱処理フライアッシュは、分級装置３に導入されて分級が行われ（分級工程）、分級により得られた微粉は集塵装置５により回収され（微粉回収工程）、分級により得られた粗粉は、冷却装置７で冷却され（粗粉冷却工程）、次いで粉砕装置９に導入され（粉砕工程）、所定の粒度に粉砕された後、回収される。このようにして回収された微粉及び粉砕品は、そのまま使用に供することもできるが、通常、混合装置１０で両者を混合して、セメント或いはコンクリートの混合材製品として出荷される。
フライアッシュ原粉；
上述した改質処理に供するフライアッシュ原粉は、石炭火力発電所などの石炭を燃焼する設備において発生する一般的なフライアッシュである。かかるフライアッシュ原粉は、石炭や、石炭以外の燃料、その他可燃系廃棄物が混焼されて発生したフライアッシュであってもよい。
また、このフライアッシュ原粉に含まれる粒子の最大直径は、通常、１５０μｍよりも小さく、１００μｍ以上である。
上述した改質処理に供するフライアッシュ原粉は、石炭火力発電所などの石炭を燃焼する設備において発生する一般的なフライアッシュである。かかるフライアッシュ原粉は、石炭や、石炭以外の燃料、その他可燃系廃棄物が混焼されて発生したフライアッシュであってもよい。
また、このフライアッシュ原粉に含まれる粒子の最大直径は、通常、１５０μｍよりも小さく、１００μｍ以上である。
このようなフライアッシュ原粉には、一般に１～１５質量％程度の量で未燃カーボンが含まれている。この未燃カーボンが多いと、フライアッシュをセメントやコンクリートの混合材（以下、単に混合材と呼ぶことがある）として使用した場合に問題を生じる。例えば、未燃カーボン含有量が多いと、モルタルやコンクリートの表面に未燃カーボンが浮き出し、黒色部が発生するおそれがある。また、フライアッシュと共に混合される化学混和剤などの薬剤が未燃カーボンに吸着してしまい、薬剤の機能が損なわれることもある。
本発明は、特に、未燃カーボン量が３質量％を超えるフライアッシュ、特に５質量％を超えるフライアッシュの改質に適用される。
本発明は、特に、未燃カーボン量が３質量％を超えるフライアッシュ、特に５質量％を超えるフライアッシュの改質に適用される。
加熱工程；
上記のフライアッシュ原粉は、加熱装置１に導入され、加熱によって、未燃カーボンを燃焼させて、その量を低減させる。例えば、加熱後の未燃カーボン量が通常３質量％以下、好ましくは１質量％以下、特に好ましくは０．１質量％以下となるように加熱が行われる。
上記のフライアッシュ原粉は、加熱装置１に導入され、加熱によって、未燃カーボンを燃焼させて、その量を低減させる。例えば、加熱後の未燃カーボン量が通常３質量％以下、好ましくは１質量％以下、特に好ましくは０．１質量％以下となるように加熱が行われる。
尚、フライアッシュが含有する未燃カーボン量の測定方法は公知であり、例えば、以下の方法が知られている。
（ａ）燃焼させて発生したＣＯ２・ＣＯガスを赤外線検出する方法；
（ｂ）強熱減量を測定し、該強熱原料から未燃カーボン量を推定する方法；
（ｃ）メチレンブルー吸着量に基づいて算出する方法；
（ｄ）密かさ比重試験による方法；
（ｅ）マイクロ波を照射して未燃カーボン量を推定する方法；
従って、適宜サンプリングして、上記の方法により、加熱装置１に導入されるフライアッシュ原粉及び加熱装置１の出口部分で加熱されたフライアッシュ（改質フライアッシュ）の未燃カーボン量を測定し、これらの測定値に基づいて、加熱温度や加熱時間が設定される。
（ａ）燃焼させて発生したＣＯ２・ＣＯガスを赤外線検出する方法；
（ｂ）強熱減量を測定し、該強熱原料から未燃カーボン量を推定する方法；
（ｃ）メチレンブルー吸着量に基づいて算出する方法；
（ｄ）密かさ比重試験による方法；
（ｅ）マイクロ波を照射して未燃カーボン量を推定する方法；
従って、適宜サンプリングして、上記の方法により、加熱装置１に導入されるフライアッシュ原粉及び加熱装置１の出口部分で加熱されたフライアッシュ（改質フライアッシュ）の未燃カーボン量を測定し、これらの測定値に基づいて、加熱温度や加熱時間が設定される。
本発明においては、加熱装置１による加熱温度を７８０～１０００℃、好ましくは８００～９５０℃の範囲に設定される。このように高温で且つ幅広い温度領域で加熱を行うため、加熱装置１に導入するフライアッシュの未燃カーボン量が頻繁に変動した場合においても、安定して連続して加熱を行うことができる。
尚、加熱温度が上記範囲よりも低温である場合には、未燃カーボン量が所定の範囲まで低減するのに長時間要し、効率が低下する。また、上記温度よりも高温に加熱すると、フライアッシュの粒子同士の融着が極端に大きな塊状物となり、配管等での詰まりが生じたり、加熱装置１の壁面に融着するなどの不都合を生じてしまう。また、フライアッシュの化学的変質が進み、混合材として使用しがたくなることもある。
尚、加熱温度が上記範囲よりも低温である場合には、未燃カーボン量が所定の範囲まで低減するのに長時間要し、効率が低下する。また、上記温度よりも高温に加熱すると、フライアッシュの粒子同士の融着が極端に大きな塊状物となり、配管等での詰まりが生じたり、加熱装置１の壁面に融着するなどの不都合を生じてしまう。また、フライアッシュの化学的変質が進み、混合材として使用しがたくなることもある。
ところで、本発明では、上記のような高温領域でフライアッシュ原粉が加熱されるため、フライアッシュの粒子同士の融着が生じ、どうしても大きな塊状物、例えば最大径が１５０μｍ以上の大きな粒子が生成する。加熱に供されるフライアッシュに含まれる粒子の最大径は１５０μｍよりも小さいため、この加熱により、このような塊状物が生成することが確認できる。即ち、加熱温度が高い程、また加熱時間が長い程、塊状化が進み、より大きな塊状物が多く生成する。このため、本発明では、後述する分級や冷却が必要となるのであるが、必要以上に塊状化が進行すると、分級や粉砕に手間がかかり、効率が低下する。このため、本発明では、前述した範囲に未燃カーボン量が低減されることを条件として、最大径が１５０μｍ以上の大きな塊状物の量が、５０質量％を超えないように、特に３０質量％を超えないように、加熱温度及び時間を設定することが好適である。
また、本発明において、上記のような加熱に使用する加熱装置１としては、一般的な加熱炉を使用することができるが、工業的観点から、ロータリーキルン、ローラーハースキルン、トンネルキルン、流動層炉、旋回気流式焼成炉などが好適に使用される。また、７８０℃～１０００℃の範囲での温度の制御が容易であり、連続的に多量に処理可能な点で、外熱式のロータリーキルンが最も好ましい。ロータリーキルンを用いた場合、他の加熱方式に比べて塊状化が起きやすいが、本発明の方法を適用する有効性は高い。
分級工程；
本発明では、上記のような加熱によって未燃カーボン量が低減されたフライアッシュ（熱処理フライアッシュ）を、高温の状態で分級装置３に導入する。即ち、加熱装置１から出た熱処理フライアッシュの塊状物は、微粉を含んだまま、配管内等での自然冷却はされるものの、高温状態のまま、分級装置３に導入され、微粉と粗粉とに分級される。なお、熱処理フライアッシュは、加熱装置１から分級装置３への輸送の間、加熱保持されているわけではないので、分級装置３までの配管内で数十℃～数百℃程度の温度降下を生じ得るが、少なくとも３００℃以上の高温に保持されており、このような高温状態のまま、この分級装置３で、塊状物に含まれる微粉を分離するわけである。換言すれば、熱処理フライアッシュは後述するような冷却されにくい粗粒を含むため、自然冷却で３００℃を下回る温度となるには極めて長い時間が必要であり、本発明においては、このような低温になるのを待たずに、冷えにくい粗粒を分離するものである。
加熱装置１から分級装置３へ輸送効率を高くすると、上記温度低下は起きにくくなる。その観点から、分級装置３に導入される時点での熱処理フライアッシュの温度が、好ましくは４００℃以上、より好ましくは５００℃以上、特に好ましくは５５０℃以上であるような効率で輸送する。
分級前に冷却を行うと、加熱装置１から排出された熱処理フライアッシュは、比表面積の小さい塊状物を多く含んでいるため、冷却効率が悪く、冷却に著しく長時間かかってしまうからである。即ち、冷却効率の悪い粗粉と、比表面積が大きくて冷却効率の良好な微粉とに分離することにより、それぞれに適した冷却手段を用いることができ、効率よく、冷却を行うことができる。
本発明では、上記のような加熱によって未燃カーボン量が低減されたフライアッシュ（熱処理フライアッシュ）を、高温の状態で分級装置３に導入する。即ち、加熱装置１から出た熱処理フライアッシュの塊状物は、微粉を含んだまま、配管内等での自然冷却はされるものの、高温状態のまま、分級装置３に導入され、微粉と粗粉とに分級される。なお、熱処理フライアッシュは、加熱装置１から分級装置３への輸送の間、加熱保持されているわけではないので、分級装置３までの配管内で数十℃～数百℃程度の温度降下を生じ得るが、少なくとも３００℃以上の高温に保持されており、このような高温状態のまま、この分級装置３で、塊状物に含まれる微粉を分離するわけである。換言すれば、熱処理フライアッシュは後述するような冷却されにくい粗粒を含むため、自然冷却で３００℃を下回る温度となるには極めて長い時間が必要であり、本発明においては、このような低温になるのを待たずに、冷えにくい粗粒を分離するものである。
加熱装置１から分級装置３へ輸送効率を高くすると、上記温度低下は起きにくくなる。その観点から、分級装置３に導入される時点での熱処理フライアッシュの温度が、好ましくは４００℃以上、より好ましくは５００℃以上、特に好ましくは５５０℃以上であるような効率で輸送する。
分級前に冷却を行うと、加熱装置１から排出された熱処理フライアッシュは、比表面積の小さい塊状物を多く含んでいるため、冷却効率が悪く、冷却に著しく長時間かかってしまうからである。即ち、冷却効率の悪い粗粉と、比表面積が大きくて冷却効率の良好な微粉とに分離することにより、それぞれに適した冷却手段を用いることができ、効率よく、冷却を行うことができる。
分級装置３は、特に限定されず、粉体等を分級するための一般的な方法によるものが使用可能である。例えば、工業的には、遠心力分級、風力分級、篩などによる分級装置３が好適に使用される。特に風力分級機を使用すると連続的にかつ多量に分級が可能であり、さらには分級に際して、改質フライアッシュが多量の空気（風）と接触するために冷却効果を期待でき、特に微粉の冷却がより容易になり、場合によっては、微粉の冷却工程を省略することもできる。
このような風力分級機としては、重力分級機、慣性分級機、自由渦型遠心分級機、強制渦型遠心分級機などが使用できる。
このような風力分級機としては、重力分級機、慣性分級機、自由渦型遠心分級機、強制渦型遠心分級機などが使用できる。
また、分級装置３による分級点は特に限定されないが、例えばフライアッシュのＪＩＳ規格では４５μｍふるい残分を規定しているため、この４５μｍふるい残分を目処にして設定することが好ましい。具体的には、微粒分における４５μｍふるい残分が３４質量％以下、２０質量％以下となるように分級点を設定することが好ましい。ＪＩＳ規格で定められたフライアッシュのうち、最も汎用的なＪＩＳ ＩＩ種規格は４５μｍふるい残分が４０質量％以下であるが、本発明において３４質量％以下としたのは、ＪＩＳだけでなく諸外国のフライアッシュ規格にも同時に適合させることを目的としたものである。（例えば、米国、台湾、インドでは、４５μｍふるい残分が３４質量％以下である。）
また、混合材として好適な改質フライアッシュを得るという観点から、分級により得られる微粉の体積換算でのメディアン径Ｄ５０が３０μｍ以下、好ましくは２０μｍ以下となるよう設定することも好ましい。一般に混合材に用いられるフライアッシュの累積体積５０％径（メディアン径）Ｄ５０は１０～４０μｍであり、これと同等のメディアン径とすることが可能である。このとき粗粉および微粉の回収率はフライアッシュの粒子の焼結度合いや分級方法により異なるが、一般的には粗粉が５０質量％以下となる。
尚、上記のメディアン径Ｄ５０は、例えばレーザー回折式粒度分布計よって測定される。
尚、上記のメディアン径Ｄ５０は、例えばレーザー回折式粒度分布計よって測定される。
上記のように４５μｍふるい残分やメディアン径Ｄ５０を設定するためには、分級手段に関わらず分級点を１００～５００μｍ程度に設定して分級すればよい。
微粉回収工程；
分級装置３での分級により分離された熱処理フライアッシュの微粉は、集塵装置５により回収されるが、この集塵装置５への導入に先だって、かかる微粉の温度は、２００℃以下、特に１００℃以下に冷却されていることが好ましい。集塵装置５にかかる熱負荷を軽減し、耐熱性部材の使用や装置寿命の低下によるコストの増大を回避するためである。
分級装置３での分級により分離された熱処理フライアッシュの微粉は、集塵装置５により回収されるが、この集塵装置５への導入に先だって、かかる微粉の温度は、２００℃以下、特に１００℃以下に冷却されていることが好ましい。集塵装置５にかかる熱負荷を軽減し、耐熱性部材の使用や装置寿命の低下によるコストの増大を回避するためである。
微粉の冷却手段は特に限定されず、粉体等を冷却するための一般的な方法が使用可能であり、例えば工業的にはロータリークーラーが挙げられる。その他、粉体の乾燥に使用される流動層乾燥機、パドルドライヤー、スプレードライヤー、ディスクドライヤーなどを冷却用途に用いることも可能である。さらには二重配管を使用して外側から冷却したり、熱交換機を使用したりして冷却することも可能である。
ところで、先にも述べたように、このような微粉は、冷却されにくい粗粉と分離されているため、微粉は極めて冷却し易く、分級装置３内や集塵装置５への搬送配管内などでの温度降下が大きく、上記の冷却装置で使用される冷媒の温度や使用量などをマイルドに設定でき、また、分級装置３として、風力分級機を使用した場合には、冷却装置の使用を省略することもできる。従って、図１では、この微粉についての冷却装置は省略されている。
さらに、微粉の回収に用いる集塵装置５としては、電気集塵機、バグフィルター、サイクロン等の工業的に使用されるものであれば特に問題ない。
集塵装置５で回収された微粉は、そのまま混合材として使用することが可能である。
粗粉冷却工程；
一方、分級装置３により微粉と分離された熱処理フライアッシュの粗粉は、セメントクリンカー製造原料等の用途に使用することも可能であるが、セメントやコンクリートの混合材として使用するためには、粉砕する必要がある。粒径が著しく粗大であり、しかも数ｃｍ～十数ｃｍを超えるような巨大な塊を含んでいる場合が多いからである。しかるに、かかる粗粉は、冷却工程を経ておらず、しかも冷却し難いものであり、蓄熱量も大きいため、分級後においてもかなりの高温に維持されている。従って、粉砕装置の熱負荷を軽減し、高価な耐熱仕様の粉砕装置の使用を避けるため、この粉砕に先立って、冷却する必要がある。例えば、２００℃以下、特に１００℃以下に冷却した後に、粉砕に供することが好ましい。
一方、分級装置３により微粉と分離された熱処理フライアッシュの粗粉は、セメントクリンカー製造原料等の用途に使用することも可能であるが、セメントやコンクリートの混合材として使用するためには、粉砕する必要がある。粒径が著しく粗大であり、しかも数ｃｍ～十数ｃｍを超えるような巨大な塊を含んでいる場合が多いからである。しかるに、かかる粗粉は、冷却工程を経ておらず、しかも冷却し難いものであり、蓄熱量も大きいため、分級後においてもかなりの高温に維持されている。従って、粉砕装置の熱負荷を軽減し、高価な耐熱仕様の粉砕装置の使用を避けるため、この粉砕に先立って、冷却する必要がある。例えば、２００℃以下、特に１００℃以下に冷却した後に、粉砕に供することが好ましい。
このような粗粉の冷却に使用する装置としては、前述した微粉の冷却で例示したものを使用することができるが、かかる粗粉は冷却し難いものであるため、微粉の冷却に比して、冷媒の温度や使用量等は、かなり異なったものとなる。
粗粉粉砕工程；
上記のようにして冷却された粗粉は、セメントクリンカー製造原料等の用途に使用することも可能であるが、前述した最大直径の大きな塊状物を多く含んでいるため、粉砕し、工業的に使用するため、前述した微粉と同様、４５μｍふるい残分が３４質量％以下、特に２０質量％以下となるまで粉砕する。このとき、粉砕後のメディアン径Ｄ５０は３０μｍ以下、特に２０μｍ以下となっていることが好ましい。
上記のようにして冷却された粗粉は、セメントクリンカー製造原料等の用途に使用することも可能であるが、前述した最大直径の大きな塊状物を多く含んでいるため、粉砕し、工業的に使用するため、前述した微粉と同様、４５μｍふるい残分が３４質量％以下、特に２０質量％以下となるまで粉砕する。このとき、粉砕後のメディアン径Ｄ５０は３０μｍ以下、特に２０μｍ以下となっていることが好ましい。
粉砕装置としては、特に制限されず、工業的に使用されているチューブミル、振動ミル、ローラーミル、ロールクラッシャー、ハンマークラッシャーなどを使用することができる。
混合工程；
粉砕装置から回収された粉砕物は、これをそのままセメントやコンクリートの混合材として使用することもできるが、未燃カーボン量が大幅に減じられている改質フライアッシュの品質の均一性という点で、混合装置１０に導入し、集塵装置により回収された微粉と混合して、製品とすることが好ましい。
粉砕装置から回収された粉砕物は、これをそのままセメントやコンクリートの混合材として使用することもできるが、未燃カーボン量が大幅に減じられている改質フライアッシュの品質の均一性という点で、混合装置１０に導入し、集塵装置により回収された微粉と混合して、製品とすることが好ましい。
このような混合装置１０も特に制限されず、一般的な粉体の混合に使用されている混合装置を使用することができ、例えば、撹拌式混合機や圧縮エアを用いた噴流混合機を使用することができ、また、ブレンディングサイロ、連続式粉体輸送機、空気圧送設備内での混合も可能である。
このようにして得られた改質フライアッシュは、未燃カーボン量が低減され、かつ適切な粉末度に調整されており、公知の方法によりセメント混合材又はコンクリート混合材として使用される。
以下、実施例により本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
以下の実験において、改質に供するフライアッシュ原粉としては、以下のものを使用した。
フライアッシュ原粉；
日本国内の石炭火力発電所にて発生したもの。
未燃カーボン量：３．４質量％
４５μｍふるい残分：１８．２質量％
フライアッシュ原粉；
日本国内の石炭火力発電所にて発生したもの。
未燃カーボン量：３．４質量％
４５μｍふるい残分：１８．２質量％
尚、未燃カーボン量及び４５μｍふるい残分は、それぞれＪＩＳ Ａ ６２０１記載の強熱減量試験方法及び４５μｍふるい残分試験方法（網ふるい方法）において測定した。また、メディアン径Ｄ５０はレーザー回折式粒度分布計による測定において得た体積基準の数値である。
上記のフライアッシュ原粉の改質の基本手順を以下に示す。
（１）連続式外熱ロータリーキルンを使用して原料フライアッシュを加熱した。原料供給量及び燃焼用空気の供給量は一定とした。また、ロータリーキルンの回転数、傾斜を一定することで、加熱時間も一定とした。Ｓｕｌｌｉｖａｎ式により算出したキルンの均熱帯滞留時間を約１５分とし、加熱温度は７５０℃、７８０℃、８５０℃とした。
（２）加熱直後のフライアッシュ（熱処理フライアッシュ）を目開き１５０μｍの篩で分級し、粗粉と微粉に分離した。
（３）前記粗粉と微粉をそれぞれ室温において空冷した。
（４）前記粗粉を４５μｍふるい残分が３４質量％以下となるまでボールミルを用いて粉砕した。
（５）前記粉砕後の粗粉（粉砕品）と前記分級後の微粉をプラスチック容器に入れて振とうし、混合した。
（１）連続式外熱ロータリーキルンを使用して原料フライアッシュを加熱した。原料供給量及び燃焼用空気の供給量は一定とした。また、ロータリーキルンの回転数、傾斜を一定することで、加熱時間も一定とした。Ｓｕｌｌｉｖａｎ式により算出したキルンの均熱帯滞留時間を約１５分とし、加熱温度は７５０℃、７８０℃、８５０℃とした。
（２）加熱直後のフライアッシュ（熱処理フライアッシュ）を目開き１５０μｍの篩で分級し、粗粉と微粉に分離した。
（３）前記粗粉と微粉をそれぞれ室温において空冷した。
（４）前記粗粉を４５μｍふるい残分が３４質量％以下となるまでボールミルを用いて粉砕した。
（５）前記粉砕後の粗粉（粉砕品）と前記分級後の微粉をプラスチック容器に入れて振とうし、混合した。
＜比較例１＞
手順１において、加熱温度を７５０℃として行ったところ、未燃カーボン量は１．３質量％であり、改善の余地があった。
４５μｍふるい残分は１５．０質量％であった。なお、塊状化は見られなかった。
手順１において、加熱温度を７５０℃として行ったところ、未燃カーボン量は１．３質量％であり、改善の余地があった。
４５μｍふるい残分は１５．０質量％であった。なお、塊状化は見られなかった。
＜実施例１＞
手順１において、加熱温度を７８０℃として行ったところ、未燃カーボン量は１．０質量％であり十分に少なくなった。
４５μｍふるい残分は１６．０質量％であった。
手順１において、加熱温度を７８０℃として行ったところ、未燃カーボン量は１．０質量％であり十分に少なくなった。
４５μｍふるい残分は１６．０質量％であった。
手順１で得られた熱処理フライアッシュを、手順２に従いふるいにかけたところ、粗粉回収率が２．０質量％であり、若干の塊状化が進行していた。
９８．０質量％回収された微粉の４５μｍふるい残分は１４．３質量％、メディアン径Ｄ５０は１３．７μｍであった。
９８．０質量％回収された微粉の４５μｍふるい残分は１４．３質量％、メディアン径Ｄ５０は１３．７μｍであった。
粗粉を粉砕し、粉砕品を微粉と混合したものの４５μｍふるい残分は１４．８質量％となった。
＜実施例２＞
手順１において、加熱温度を８５０℃として行ったところ、未燃カーボン量は０質量％であり、極めて良好な結果であったが、４５μｍふるい残分は３９．５質量％と多量であった。
手順１において、加熱温度を８５０℃として行ったところ、未燃カーボン量は０質量％であり、極めて良好な結果であったが、４５μｍふるい残分は３９．５質量％と多量であった。
得られた熱処理フライアッシュを手順２に従いふるいにかけたところ、粗粉回収率が２５．９質量％であり、塊状化がかなり進行していた。
７４．１質量％回収された微粉の４５μｍふるい残分は１８．３質量％、メディアン径Ｄ５０は１０．３μｍであった。
７４．１質量％回収された微粉の４５μｍふるい残分は１８．３質量％、メディアン径Ｄ５０は１０．３μｍであった。
粗粉を粉砕し、粉砕品を微粉と混合したものの４５μｍふるい残分は２４．０質量％となった。
以上の結果を、表１～表３にまとめて示す。
＜参考例＞
コンクリート試験；
原料として用いたフライアッシュ原粉及び比較例１、実施例１，２により改質された改質フライアッシュを使用してコンクリート試験を実施した。セメントは日本国内で生産された普通ポルトランドセメント（ＮＣ）を使用し、原料フライアッシュ及び改質フライアッシュはセメントに内割りで２０質量％を混合した。
コンクリート試験；
原料として用いたフライアッシュ原粉及び比較例１、実施例１，２により改質された改質フライアッシュを使用してコンクリート試験を実施した。セメントは日本国内で生産された普通ポルトランドセメント（ＮＣ）を使用し、原料フライアッシュ及び改質フライアッシュはセメントに内割りで２０質量％を混合した。
表４にコンクリートの配合を示す。
用いた粗骨材最大寸法は２０ｍｍ、粗骨材嵩容積は０．５７ｍ２／ｍ２（比較例１）、又は０．５６ｍ２／ｍ２（比較例１及び実施例１、２）とした。また、単位体積当たりの水量（Ｗ）は、原料フライアッシュ又は改質フライアッシュ（ＦＡ）とセメント（Ｃ）の合計量に対して５５質量％とした。
用いた粗骨材最大寸法は２０ｍｍ、粗骨材嵩容積は０．５７ｍ２／ｍ２（比較例１）、又は０．５６ｍ２／ｍ２（比較例１及び実施例１、２）とした。また、単位体積当たりの水量（Ｗ）は、原料フライアッシュ又は改質フライアッシュ（ＦＡ）とセメント（Ｃ）の合計量に対して５５質量％とした。
まず、未燃カーボンを除去していない原料フライアッシュ（原料粉）及び比較例１において、スランプが１８．０±１．５ｃｍ、空気量が４．５±０．５％となるようコンクリート配合を決定し、実施例１及び２においては比較例２の配合条件をそのまま適用した。
表５にはコンクリートのフレッシュ性状を示す。
原料粉及び比較例１はＡＥ剤の添加量が異なるにも関わらず、同等のフレッシュ性状を示すことから、加熱による未燃カーボン低減の効果が確認された。実施例１及び２は比較例１と同じ配合条件でありながら、スランプ及び空気量が増加しており、より良好な結果を示した。
原料粉及び比較例１はＡＥ剤の添加量が異なるにも関わらず、同等のフレッシュ性状を示すことから、加熱による未燃カーボン低減の効果が確認された。実施例１及び２は比較例１と同じ配合条件でありながら、スランプ及び空気量が増加しており、より良好な結果を示した。
１：加熱装置
３：分級装置
５：集塵装置
７：冷却装置
９：粉砕装置
１０：混合装置
３：分級装置
５：集塵装置
７：冷却装置
９：粉砕装置
１０：混合装置
Claims (8)
- 未燃カーボンを含むフライアッシュ原粉を７８０～１０００℃の温度に加熱して該フライアッシュ原粉に含まれる未燃カーボン量を低減させる加熱工程；
前記加熱工程で得られた未燃カーボン量が低減された熱処理フライアッシュを、４００℃以上に保持しながら輸送し、分級装置に導入して粗粉と微粉とに分離する分級工程；
前記分級工程で得られた熱処理フライアッシュの微粉を、集塵装置を用いて回収する微粉回収工程；
前記分級工程で得られた熱処理フライアッシュの粗粉を２００℃以下に冷却した後に、４５μｍふるい残分が３４質量％以下となるまで粉砕して回収する粉砕工程；
を含む、フライアッシュの改質方法。 - 前記加熱工程により、未燃カーボン量を３質量％未満に低減させる、請求項１に記載のフライアッシュの改質方法。
- 前記加熱工程での加熱を、未燃カーボン量が低減された熱処理フライアッシュ中に含まれる最大直径が１５０μｍ以上の塊状粒子の含有量が５０質量％を超えないように行う、請求項２に記載のフライアッシュの改質方法。
- 前記分級工程において、分級により得られる前記微粉の４５μｍふるい残分が３４質量％以下となるように分級点を設定する請求項１に記載のフライアッシュの改質方法。
- 前記集塵装置から回収された前記微粉と、前記粉砕工程で回収された粉砕粉末とを混合する、請求項１に記載のフライアッシュの改質方法。
- 未燃カーボンを含むフライアッシュ原粉を７８０～１０００℃の温度に加熱し得る加熱装置と、該加熱装置での加熱により得られた熱処理フライアッシュを４００℃以上に保持しながら輸送するための配管と、該加熱装置での加熱より得られた熱処理フライアッシュを分級する分級装置と、該分級装置での分級により得られた微粉を回収する集塵装置と、該分級装置での分級により得られた粗粉を冷却する冷却装置と、該冷却装置により２００℃以下に冷却された該粗粉を粉砕する粉砕装置とを有する、フライアッシュの改質装置。
- 前記分級装置が風力分級装置である、請求項６に記載のフライアッシュの改質装置。
- 前記集塵装置により回収された前記微粉と、前記粉砕装置から回収された粉砕粉末とを混合する混合装置をさらに含んでいる、請求項６に記載のフライアッシュの改質装置。
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