JPH07118077A

JPH07118077A - 多孔質骨材の製造方法

Info

Publication number: JPH07118077A
Application number: JP5259672A
Authority: JP
Inventors: Toshio Kai; 敏雄貝; Toshikuni Sera; 俊邦世良; Kunihisa Fujiwara; 邦久藤原; Kinro Ogasawara; 均郎小笠原
Original assignee: Shimizu Construction Co Ltd; Mitsubishi Heavy Industries Ltd; Shimizu Corp
Current assignee: Shimizu Construction Co Ltd; Mitsubishi Heavy Industries Ltd; Shimizu Corp
Priority date: 1993-10-18
Filing date: 1993-10-18
Publication date: 1995-05-09

Abstract

(57)【要約】【目的】微粉炭焚きボイラのフライアッシュ、流動床
灰及び底泥の焼結による再資源化を可能とする。【構成】フライアッシュ、流動床灰、底泥乾燥処理物
のいずれかに微粉砕紙を混入して生ペレットを成形し、
これを焼成炉８内に投入し、この焼成炉８内を焼結温度
が一定範囲になるように微粉砕紙量等に見合った酸素濃
度に制御することによって、良質な多孔質骨材、即ち、
土壌改良材、濾過助材の安価な製造が可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、フライアッシュ、Ｃａ
Ｏの多い石炭灰、及び底泥を用いて、土壌改良材若しく
は濾過助材に再利用するための多孔質骨材の製造方法に
関する。

【０００２】

【従来の技術】微粉炭焚きボイラから排出される石炭灰
は、その内の約５０％が埋立て処理場に廃棄され、その
他はセメント混和材、人工軽量骨材等として有効利用さ
れている。しかし、流動床ボイラから排出されるＣａＯ
含有量の多い石炭灰は、上記石炭灰に比べて品質が悪
く、全量埋立て処理場に廃棄されていた。

【０００３】なお、従来のＣａＯ含有量の多い石炭灰を
有効利用した人工軽量骨材の焼結方法に関する発明とし
ては、本発明者等の出願に係る特願平０３−１１７６２
９号に記載の発明がある。

【０００４】一方、ヘドロと称されて河川、湖沼、海域
などの水底に堆積する底泥（以下、底泥と呼ぶ）は、魚
介類、植物の死滅などの環境破壊の原因となり、特に、
重金属などの有害物質を含有する場合には、地域住民の
健康を害する公害問題にまで発展することもある。その
ため、底泥の浄化処理が切望されている。

【０００５】従来の底泥の浄化処分方法として一般に実
施されている方法には、底泥を浚渫し、これを海洋投棄
や、海面、陸上埋立等により処分する方法があった。し
かし、海洋投棄も水質汚染のおそれがあり、最近では埋
立て処分が主体となっている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】従来の微粉炭焚きボイ
ラ及び流動床ボイラから排出される石炭灰、および河
川、湖沼、海域の底に堆積する底泥に関する課題につい
て、以下に説明する。

【０００７】微粉炭焚きボイラから排出される石炭灰
は、ボトムアッシュ、フライアッシュ及びシンダーアッ
シュの３種類に分類される。

【０００８】本出願で対象とする石炭灰とは、電気集じ
ん器の捕集灰で、その発生割合が７０〜８５％のフライ
アッシュと呼ばれるものであり、粗粉、細粉に分級され
る。一般に、フライアッシュの粒度は、粗粉がブレーン
比表面積で１８００cm²/g （０．１mm以下）程度、細粉
が３３００cm²/g （０．０５mm以下）程度である。

【０００９】上記粗粉と細粉について、その混合比を種
々変化させ、粘結剤として粘土を添加して、皿型造粒機
にて注水しながら粒径１０mmの造粒物を造粒し、該造粒
物を電気炉にて１１００℃で焼成した後、焼結物の含水
率を測定したところ、最大２５％であった。これは、含
水率が低過ぎるため、土壌改良材若しくは濾過助材とし
て利用することができない。

【００１０】また、流動床ボイラは７００〜８００℃と
低温燃焼であり、且つ、炉内脱硫用として石灰石（Ｃａ
ＣＯ₃）を投入しているため、この流動床ボイラから排
出される石炭灰（以下、流動床灰と呼ぶ）には、ＣａＯ
が約８％含有されている。これに対し、上記微粉炭焚き
ボイラは約１５００℃の高温燃焼であり、特にＣａＣＯ
₃を投入していないため、ＣａＯ含有量は約３％と低
い。

【００１１】流動床灰は、上記の如く、ＣａＯ含有量が
多いため、通常の混練、造粒工程により生ペレットを造
粒すると割れが多発し、焼結できないという課題があっ
た。この課題を解決し、養成時間を短縮するために、混
練工程において５０℃以上の温水にて混練、養生する方
法を本発明者等は先に特願平０３−１１７６２９号にて
提案している。

【００１２】この方法によると、流動床灰中のＣａＯの
水和反応が促進し、且つ終了するため〔ＣａＯ→Ｃａ
（ＯＨ）₂〕、次工程の造粒ではＣａＯの水和反応の影
響を受けることがなくなり、生ペレットに割れが発生せ
ず、良質な人工軽量骨材を焼結することができた。しか
し、この焼結物の含水率は約２０％であり、土壌改良材
若しくは濾過助材として利用するには含水率が低かっ
た。

【００１３】一方、底泥を埋立て処分する場合、底泥が
高含水比の軟泥物質（液状を呈している）であるため、
底泥をそのまゝ埋立て処分すると、埋立て地はいつまで
も軟弱で地盤が固まりにくいという課題があり、埋立て
た土地の利用に支障を来す。そのため、汚泥は、機械的
脱水法により脱水した後、その残渣である脱水ケーキを
そのまゝ埋立て地に搬出するか、セメント、生石灰等を
混合して固化処理した後、埋立て処分場に搬出してい
た。

【００１４】いずれにせよ大量の底泥を除去処分するに
は、それを受入れる処分地が必要である。しかし、現実
には処分地の確保が困難であり、底泥はそのまゝ堆積し
続け、環境浄化がなかなか進行しないというのが現状で
ある。

【００１５】本発明は、このような状況に鑑みてなされ
たものであって、微粉炭焚きボイラのフライアッシュ及
び流動床灰を用いた焼結物の含水率を著しく向上させる
ことにより石炭灰の有効利用範囲を更に拡大するととも
に、底泥も積極的に資源として再生することに着目し、
フライアッシュ、流動床灰及び底泥にそれぞれ微粉砕紙
を混合し、成形して焼結させることにより、土壌改良あ
るいは濾過助材として活用できる骨材の製造方法を提供
しようとするものである。

【００１６】

【課題を解決するための手段】本発明の多孔質骨材の製
造方法は、フライアッシュ、流動床灰、底泥乾燥処理物
のいずれかに微粉砕紙を混入し、更に必要に応じて粘結
剤を添加して生ペレットを成形し、成形した生ペレット
を大気と隔絶した焼成炉の移動グレート上に積層し、前
記生ペレットに含有する可燃物量に応じて供給ガスの酸
素濃度を制御しつつ焼結させることを特徴としている。

【００１７】

【作用】上記において、まず、フライアッシュ、流動床
灰、又は底泥に可燃物である微粉砕紙を混合させる。こ
れは、焼結中に微粉砕紙が燃焼消失して骨材に細孔を形
成し、無数の細孔を含有する多孔質の骨材とするためで
あり、吸水性に優れた骨材を製造することができる。

【００１８】フライアッシュ、流動床灰、又は底泥に微
粉砕紙を混合させた成形物は、大気と隔絶した焼成炉の
移動グレート上に積層して焼結を行う。この焼結に当っ
ては、焼結温度が低過ぎると焼結製品が焼結不充分であ
ったり、焼結温度が高過ぎると焼結製品が形崩れして溶
融固化するため、良質の骨材を得るには焼結温度の調整
が重要となる。

【００１９】本発明においては、フライアッシュ、流動
床灰の成形物に含有される未燃炭素と微粉砕紙、あるい
は底泥の成形物に含有される微粉砕紙の可燃物量に応じ
て、酸素濃度を制御する必要があるため、焼結温度を一
定範囲内に維持できる焼成炉を利用している。

【００２０】上記により、成形物の焼結は焼結温度が一
定範囲になるように酸素濃度が制御された雰囲気で行わ
れるため、良質な土壌改良材、濾過助材とすることがで
きる多孔質焼結製品が安価に製造可能となる。

【００２１】

【実施例】本発明の一実施例に用いられる装置を図１に
よって説明する。図１において、１はフライアッシュ、
流動床灰、底泥のいずれかを収容するホッパ、２はフラ
イアッシュ、流動床灰のいずれかを用いるときに使用す
る粘土ホッパ、３は微粉砕紙ホッパである。

【００２２】４は同ホッパ１，２，３の下方に設けられ
同ホッパ１，２，３から供給されたフライアッシュ、流
動床灰、底泥のいずれか、又は粘土及び微粉砕紙を散水
された温水５とともに混練する混練機、６は同混練機４
の下方に設けられ前記混練されたフライアッシュ、流動
床灰、底泥のいずれか、又は粘土及び微粉砕紙が供給さ
れ生ペレットを成型する成型機である。

【００２３】７は同成型機６の下方に設けられ同成型機
６より生ペレットを供給され収容す生ペレット投入用ホ
ッパ、７’は同生ペレット用投入用ホッパ７と併設さ
れ、焼成製品（焼成ペレット）を収容する床敷ペレット
投入用ホッパで、８は同ホッパ７’と前記生ペレット投
入用ホッパ７の下方に設けられ、同ホッパ７，７’から
ペレットが投入され下部にグレート８’を有し、内部が
大気と隔絶された焼成炉である。

【００２４】９はグレート８’の下方に設けられた吸引
ボックス、１０は同ボックス９の底部に配管を介して接
続され、同ボックス９内の気体を吸引して上記焼成炉８
内へ再び供給するブロワ、１３は前記焼成炉８に接続さ
れ同焼成炉８で焼成されたペレットを製品回収ホッパ１
４へ送るベルトコンベアである。また、１１は焼成炉８
に設けられた着火装置、１２は焼成炉８に設けられた仕
切板である。

【００２５】次に、前記図１に示す装置を用いて行った
フライアッシュ成形物の焼結方法について、その要領を
以下に説明する。

【００２６】フライアッシュとしては表１に示す２種類
のフライアッシュ、即ち、フライアッシュａ、フライア
ッシュｂを用いた。粘結剤として粘土を用いたが、この
性状は表１に示す通りである。また、細孔形成材には微
粉砕紙を用い、新聞紙を破砕機により破砕し、孔径１mm
のスクリーンを通過したものを使用した。

【００２７】

【表１】

【００２８】前記のフライアッシュａ又はｂと粘土、微
粉砕紙はそれぞれホッパ１，２，３から混練機４に所定
量供給（但し、粘土添加量は２重量％一定とした）さ
れ、水を３０〜４０％添加して混練する。

【００２９】この混練物は成形機６に投入され、直径３
mm×長さ３mmの粒形の生ペレットが連続的に成型され
る。得られた生ペレットは、生ペレット投入用ホッパ７
から大気と隔絶された焼成炉８に投入され、同焼成炉８
において乾燥、着火、焼結、冷却加工を経て焼結され
る。

【００３０】この焼結に当っては、グレート８’上に床
敷ペレット投入用ホッパ７’からグレート保護用の焼結
製品を投入し、３０mmの厚さで敷きつめて床敷とし、そ
の上に前記生ペレットを供給し、２００mm厚さに積み付
ける。この積層された生ペレットは、グレート８’の下
方の吸引ボックス９から３０mmＨ₂Ｏの圧力で吸引され
つつ、３００℃の熱風で５分間乾燥された後、着火装置
（ＬＰＧバーナ）１１により生ペレット表層が着火（着
火温度１０００〜１２００℃）される。

【００３１】焼成炉８の内部は、焼成入口ガス量８００
〜１５００Nm³/h 、焼成入口Ｏ₂濃度３〜１５％の範囲
で制御されており、この中で生ペレットは４０〜６０分
間焼成され焼結されて無数の細孔（１mm以下の微粉砕紙
を混合した場合に粒径１０μｍ程度のもの）を有する多
孔質の骨材が形成される。この焼結されたペレットは、
ベルトコンベア１３を介して製品回収ホッパ１４に送ら
れ、貯蔵される。

【００３２】上記ペレットの焼結については、焼成炉８
内の最適焼成条件を見出すため、未燃炭素を含むフライ
アッシュａ，ｂと混練される微粉砕紙の可燃物量に応じ
て着火温度（焼成温度）、焼成入口ガス量及び焼成入口
Ｏ₂濃度を変化させた焼成試験を行った。この焼成試験
結果より得られたデータの中から代表的なデータを抽出
して整理したものが表２である。

【００３３】

【表２】

【００３４】表２において、例えばフライアッシュａ／
微粉砕紙の配合比が５０／５０の場合、焼成温度の影響
についてNo. Ａ〜Ｄのデータを見ると、９００℃では焼
結不充分であり、圧壊強度が低い。１２００℃では焼成
温度が高過ぎて焼結製品が形崩れして溶融固化してい
る。従って、適正焼成温度は１０００〜１１００℃であ
ることが分かる上記配合におけるＯ₂濃度の影響について、No. Ｃ及び
Ｅ〜Ｇのデータを見ると、３％は未焼成であり、１５％
では焼成温度が上昇し焼塊する。従って、適正Ｏ₂濃度
は８〜１０％であることが分かる。

【００３５】また、上記配合のガス量の影響について、
No. Ｃ，Ｈ，Ｉのデータを見ると、ガス量は８００〜１
５００Nm³/h では制約のないことが分かる。しかし、８
００Nm³/h 以下では生ペレットの上層から下層までの焼
成速度が遅くなり、焼成炉８内の焼成域を長くする必要
が生じて設備の大型化が要求され、また、１５００Nm ³/
h 以上では大容量のブロワ１０が必要となり、いずれも
焼成設備費が高くなり、不都合である。

【００３６】一方、フライアッシュａにおける微粉砕紙
の配合量の影響について、No. Ｃ及びＪ〜Ｌのデータを
見ると、適切な着火温度を保つには微粉砕紙配合量の増
加に応じてＯ₂濃度を減少させる必要があり、骨材物性
は微粉砕紙配合量の増加に伴い、圧壊強度が低下し、吸
水率は逆に増加することが分かる。また、平均粒径の大
きいフライアッシュｂのNo. Ｍ，Ｎと、平均粒径の小さ
いフライアッシュａのNo. Ｃ，Ｆを比較すると、フライ
アッシュｂの吸水率が上昇していることが分かる。

【００３７】このことから、生ペレット中に含有される
微粉砕紙は、焼成中に消失されて微小空洞の形成に寄与
しており、紙配合量の増加に伴う微小空洞体積の増加は
骨材物性に著しい影響を与えていることが分かる。な
お、微粉砕紙配合量にも限界があり、いたずらに微粉砕
紙配合量を増加させることは、強度低下を来すために好
ましくない。

【００３８】更に、前記図１に示す装置を用いて行った
流動床灰成形物の焼結方法について、その要領を以下に
説明する。

【００３９】流動床灰は流動床ボイラから排出されたも
のであり、その化学組成を表３に、また粒度分布を表４
に示す。微粉砕紙は上記フライアッシュの場合と同様に
孔径１mmのスクリーンを通過したものを、また、粘土は
表１に示すものを使用した。

【００４０】

【表３】

【００４１】

【表４】

【００４２】流動床灰の焼結方法は、前記フライアッシ
ュの焼結方法と以下の混練法が異なるのみで、その他の
成形、乾燥、着火、焼結、冷却工程は全て同一要領にて
焼結される。即ち、所定量の原料（但し、粘土は２重量
％一定とする）を供給された混練機４は、７０℃の温水
５を３０〜４０％添加して混練し、ＣａＯ水和反応を促
進させ、且つ、終了させる。この混練物は成型機６に投
入されて、直径３mm×長さ３mmの粒形の成型物である生
ペレットが連続的に製造される。

【００４３】これら生ペレットの焼結条件は前記フライ
アッシュと同一であり、焼成炉８内の最適焼結条件を見
出すため、流動床灰と混練される微粉砕紙量に応じて着
火温度（焼成温度）、焼成入口ガス量、及び焼成入口Ｏ
₂濃度を変化させた焼成試験を行った。

【００４４】この焼成試験結果より得られたデータの中
から代表的なデータを抽出して整理したものが表５であ
る。この表５により、前記フライアッシュの焼成試験結
果と同様な結果が得られたことが分かる。

【００４５】

【表５】

【００４６】一方、前記図１に示す装置を用いて行った
底泥成形物の焼結方法について、その要領を以下に説明
する。なお、本焼成の場合には、粘土を使用しないた
め、図１の粘土ホッパ２は使用しない。

【００４７】ここで、底泥としては某港湾に堆積した浚
渫物を分級（篩１００μｍ）したものを使用した。この
底泥の性状は表６に示す通りである。また、可燃物であ
る微粉砕紙としては新聞紙を破砕したもの（孔径１mmの
スクリーン通過品）を使用した。

【００４８】

【表６】

【００４９】前記乾燥、分級された底泥の焼結方法は、
前記フライアッシュの焼結方法と同様であり、基本的に
は成形、乾燥、着火、焼結、冷却工程は全て同一要領に
て焼結される。

【００５０】この場合、所定量の原料が供給された混練
機４には水を２０〜３０重量％添加して混練し、この混
練物は成型機６に投入されて、直径３mm×長さ３mmの粒
形の成型物である生ペレットが連続的に製造される。

【００５１】これら生ペレットの焼結条件は、前記フラ
イアッシュ及び流動床灰と同一であり、焼成炉８内の最
適焼結条件を見出すため、底泥と混練される微粉砕紙量
に応じて着火温度（焼成温度）、焼成入口ガス量、及び
焼成入口Ｏ₂濃度を変化させた焼成試験を行った。

【００５２】この焼成試験結果より得られたデータの中
から代表的なデータを抽出して整理したものが表７であ
る。表７より、前記フライアッシュ及び流動床灰の焼成
試験結果とほゞ同様な結果が得られたことが分かる。

【００５３】

【表７】

【００５４】上記のフライアッシュ、流動床灰、及び底
泥の焼結製品のうち、吸水率が３０％以上、圧壊強度が
２kg／個以上のものは、土壌改良材及び濾過助材として
充分適用できるものである。

【００５５】上記により、フライアッシュ、流動床灰、
及び底泥にて成形した生ペレットの焼結は、焼結温度が
一定範囲となるように酸素濃度が制御された雰囲気で行
われるため、高吸水率の土壌改良材、濾過助材の安価な
製造が可能となった。

【００５６】なお、本実施例では乾燥処理された底泥を
用いたが、脱水機にて処理した脱水ケーキ（含水率３５
％）の底泥に微粉砕紙を配合し、混練した後、成型物を
成型機にて成型できることを確認している。また、成型
物の成型は成型機に限定されることもなく、皿型造粒機
も充分適用できることも確認している。

【００５７】更に、本実施例においては、微粉砕紙とし
て新聞紙を破砕機により破砕したものを用いているが、
ダンボール、雑誌その他の古紙、あるいは再生パルプな
ど安価に入手可能な紙類であれば限定されるものではな
い。

【００５８】

【発明の効果】本発明の多孔質骨材の製造方法は、フラ
イアッシュ、流動床灰、底泥乾燥処理物のいずれかに微
粉砕紙を混入して生ペレットを成形し、これを焼成炉内
に投入し、この焼成炉内を焼結温度が一定範囲になるよ
うに微粉砕紙量等に見合った酸素濃度に制御することに
よって、良質な多孔質骨材、即ち、土壌改良材、濾過助
材の安価な製造が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係る焼成フローの説明図で
ある。

【符号の説明】

１フライアッシュ、流動床灰、底泥のいずれかの
ホッパ２粘土ホッパ３微粉砕紙ホッパ４混練機５水又は温水６成型機７生ペレット投入用ホッパ７’ 床敷ペレット投入用ホッパ８焼成炉８’ グレート９吸引ボックス１０ブロワ１１着火装置１２仕切板１３ベルトコンベア１４製品回収ホッパ

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【手続補正書】

【提出日】平成６年１１月３０日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】請求項１

【補正方法】変更

【補正内容】

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２３

【補正方法】変更

【補正内容】

【００２３】７は同成型機６の下方に設けられ同成型機
６より生ペレットを供給され収容する生ペレット投入用
ホッパ、７’は同生ペレット用投入用ホッパ７と併設さ
れ、焼成製品（焼成ペレット）を収容する床敷ペレット
投入用ホッパで、８は同ホッパ７’と前記生ペレット投
入用ホッパ７の下方に設けられ、同ホッパ７，７’から
ペレットが投入され下部にグレート８’を有し、内部が
大気と隔絶された焼成炉である。

【手続補正３】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２９

【補正方法】変更

【補正内容】

【００２９】この混練物は成形機６に投入され、直径３
mm×長さ３mmの粒形の生ペレットが連続的に成型され
る。得られた生ペレットは、生ペレット投入用ホッパ７
から大気と隔絶された焼成炉８に投入され、同焼成炉８
において乾燥、着火、焼結、冷却工程を経て焼結され
る。

【手続補正４】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００３１

【補正方法】変更

【補正内容】

【００３１】焼成炉８の内部は、焼成入口ガス量８００
〜１５００Nm³/h 、焼成入口Ｏ₂濃度３〜１５％の範囲
で制御されており、この中で生ペレットは４０〜６０分
間焼成され焼結されて無数の細孔（１mm以下の微粉砕紙
を混合した場合に粒径１０μｍ程度のもの）を有する多
孔質の骨材が焼成される。この焼結されたペレットは、
ベルトコンベア１３を介して製品回収ホッパ１４に送ら
れ、貯蔵される。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｂ０９Ｂ 3/00 Ｃ０４Ｂ 38/06 Ｊ (72)発明者藤原邦久広島市西区観音新町四丁目６番22号三菱重工業株式会社広島研究所内 (72)発明者小笠原均郎東京都港区芝浦一丁目２番３号清水建設株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】フライアッシュ、流動床灰、底泥乾燥処
理物のいずれかに微粉砕紙を混入し、更に必要に応じて
粘結剤を添加して生ペレットを成形し、成形した生ペレ
ットを大気と隔絶した焼却炉の移動グレート上に積層
し、前記生ペレットに含有する可燃物量に応じて供給ガ
スの酸素濃度を制御しつつ焼結させることを特徴とする
多孔質骨材の製造方法。