JPH11128881A

JPH11128881A - 石炭灰改質方法

Info

Publication number: JPH11128881A
Application number: JP33762597A
Authority: JP
Inventors: Hikari Harada; 光原田
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1997-10-31
Filing date: 1997-10-31
Publication date: 1999-05-18

Abstract

(57)【要約】【目的】石炭灰の新しい改質方法の開発。【構成】石炭灰を微細化したのち，有機溶媒で処理す
ることによって未燃炭素分を取除き，強熱減量が低くか
つ粉末度の高い改質石炭灰を製造する方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は石炭灰の改質方法に関す
る。

【０００２】石炭火力発電所の相次ぐ建設で，フライア
ッシュ（石炭灰）の発生量は年々増加している。しか
し，ＪＩＳ規格フライアッシュが発生しやすい国内炭が
使われなくなり，未燃炭素が残る低温焼成が主流になっ
てきたことで，ＪＩＳ規格に適合したフライアッシュは
発生が年々減少し，調達が難しくなっている。

【０００３】今後発生量が著しく増えると見込まれるフ
ライアッシュの活用が多方面から検討されている。たと
えば，現在のところフライアッシュセメント中のフライ
アッシュ混合率は２０％程度であるが，これを５０％以
上に高める，あるいはコンクリート中の砂の一部をフラ
イアッシュで代替するという試みもある。また，フライ
アッシュを分級して粗い部分を除き，微粉だけの分級フ
ライアッシュを使うことによってコンクリートの品質向
上をはかる研究も行われている。

【０００４】セメント各社は，廃棄物の有効利用の一環
として，石炭灰の利用拡大を進めている。原料構成で石
灰石に次ぐ粘土分（ポルトランドセメント１トンを作る
のに，２００ｋｇ強を使用）の代替として使用するもの
で，大手各社では２１世紀初頭までに石炭灰の使用原単
位を，現在の倍近い１００ｋｇまでに引き上げる計画で
ある。

【０００５】日本セメントは，フライアッシュからＪＩ
Ｓ規格に適合したフライアッシュを取り出す石炭灰改質
技術を開発している。フライアッシュから粒径の良いも
のだけを選び未燃炭素分を取り除いたもので，来年夏に
も実用化の予定といわれているが，このようなフライア
ッシュからＪＩＳ規格適合フライアッシュを取り出す技
術の実用化は，セメント業界でも始めてとみられてい
る。

【０００６】中国電力でも，品質規格のうち重要視され
ている「比表面積−ブレーン値の増大」と「強熱減量の
低減」を目的に，「石炭灰フライアッシュ高品質化シス
テム」の開発研究を進め，実用化も近いといわれてい
る。具体的には，「比表面積の増大」については，フラ
イアッシュの中から粗大粒子を取除き，任意の微粒子を
精度よく捕集することのできる「分級点可変型サイクロ
ン装置」を開発し，基礎的データを収集し，比表面積を
増大させることを可能にしている。また，強熱減量の低
減については，ルーバー式分離装置（ルーバー分級器）
を用いることにより，石炭灰中の１００ミクロン以上の
粗大粒子が除去でき，強熱減量（未燃炭素分）が２０〜
３０％低減可能であることが確認され，実用化へ向けて
開発中である。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】現在石炭灰の改質法の
主流と見られる分級フライアッシュを得る方法は，その
方法の性質上，粗大粒子分が残ることになり，これ自体
膨大な産業廃棄物の問題を残すことになると考えられ
る。また，既に述べたように，今後未燃炭素分の高い石
炭灰の排出が増大すると予想されることから，石炭灰中
の未燃炭素自体を取除く改質法の開発が必須の課題とな
ると考えられる。

【０００８】さらに，分級法では，フライアッシュ粉体
自体の改質ではないため，より比表面積の大きな，微細
粒子分を得ようとすればそれだけ，目的物の収量はより
減少し，規格外の石炭灰の増大は避けられないことにな
る。つまり，分級法による石炭灰の改質は，石炭灰が本
来的に有する粒度分布とそれに伴う未燃炭素の分布によ
って，自ずと改質の限界が生じる方法であると考えられ
る。

【０００９】本発明は，石炭灰中の未燃炭素分そのもの
を分離・除去すると同時に，粉末度（比表面積）も同時
に大きくする石炭灰改質法を提示するものである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】石炭灰中の未燃炭素分を
効率よく分離・除去するためには，未燃炭素の石炭灰中
での結合状態や存在形態に関する知見，特に高温下での
炭素と主成分であるシリカ等との結合に関しての化学的
知見が必要となるが，いまのところそのような知見はあ
まり見当たらない。本発明者は，有機化学的分離法であ
る溶媒抽出法を適用して石炭灰中の未燃炭素を分離・除
去する方法を開発した。

【００１１】有機溶媒として石油（灯油）を使用し，ま
ず，無処理のままの石炭灰について炭素分の抽出・分離
を行ったが，期待すべき結果は得られなかった。すなわ
ち，未燃炭素含有率が約１３％の石炭灰について，抽出
・分離処理を試みたところ，炭素含有率が６〜７％の改
質石炭灰を得ることはできるが，改質の目標であるＪＩ
Ｓ規格の強熱減量５％以下に低減することはほぼ不可能
なことがわかった。使用する有機溶媒は石油に限るもの
ではない。

【００１２】そこで，石炭灰中の未燃炭素分を有機溶媒
により抽出・分離されやすい状態に変えるために，前処
理として石炭灰をボールミルで微細化してから，上述と
同様に有機溶媒抽出を行ったところ，実験条件により幅
があるが，炭素含有率が５％以下から低いものでは１％
未満（ほとんど不検出のものも数例含む）までの改質石
炭灰を得ることができた。微細化操作は，ボールミル法
に限定するものではない。

【００１３】また，微細化することによって，粉末度も
非常に高くなり，従来の石炭灰利用技術で重要な目標と
されている，「強熱減量の低減」と，「比表面積の増
加」という二つの要請を十分満たすことが可能である。

【００１４】なお，改質石炭灰を得る操作の途中で高炭
素含有部として分離された残物（本研究では最高７０％
の炭素含有率の灰として回収）は，一定の特性を備えた
新たな素材とみなすことができ，これを原料とした再利
用も考えられ，石炭灰の主な成分を余すところなく有効
利用する廃棄物利用システムが構想され得る。

【００１５】本発明の改質石炭灰の品質を左右する因子
はいろいろ考えられるが，中でも重要なのは，微細化の
条件（石炭灰と水の割合（固液比），すり潰し用のボー
ルの大きさ，すり潰し時間等），と抽出・分離の条件
（微細化石炭灰（固相）と有機相と水相の比率，攪拌振
蕩方式等）さらに，抽出用有機溶媒の性質などであると
考えられる。

【００１６】石炭灰と水の割合が，最終生成物である改
質石炭灰の強熱減量に及ぼす効果を検討した結果，すり
潰しの際，石炭灰の水に対する割合が小さいほうが，生
成物の炭素含有率は低くなることを確認した。水に対し
て，０．３５以下，望ましくは０．３〜０．２の割合で
石炭灰を混合し微細化すれば効率的であることがわかっ
た。混合比は上記に限定されるものではない。

【００１７】また，微細化用ボールは直径８ｍｍ〜２０
ｍｍの４種類のサイズについて予備実験した結果から，
やや改質度の良い２０ｍｍのものを使用したがこのサイ
ズに限定されるものではない。

【００１８】さらに，微細化の条件中で最も重要な因子
と考えられる微細化時間については，２時間，４時間，
６時間，８時間，１０時間，１２時間，１６時間，２４
時間，３６時間，４８時間，１９２時間のケースについ
て実験し，最終生成物の改質石炭灰の炭素含有率を調べ
た。微細化時間については，上記に限定されるものでは
ない。結果のうち典型的なものを実施例として示す。

【００１９】他の条件が同一ならば，すり潰しの効果
は，４時間程から顕著となり，６時間から４８時間位ま
では大差のない結果となる。しかし，すり潰し時間をさ
らに長くして行くと，改質石炭灰の収率が悪くなる事が
明らかとなった。長時間微細化処理を続けることによ
り，未燃炭素と主成分のシリカ分などが水相中でコロイ
ド状に分散・混合し，有機相中に抽出・分離されにくく
なるものと考えられる。

【００２０】

【実施例】以下は本発明の実施例である。本発明はこの
実施例に限定されるものではない。

【００２１】実施例１石炭灰（炭素含有率１２．３％）３００ｇ，水道水１０
００ｍｌ，直径２０ｍｍの粉砕用ボール１ｋｇをポット
ミルに入れ，６時間すり潰しを行った後，得られた石炭
灰スラーリを取り出し２０００ｍｌの振り混ぜ容器に移
し入れ，標線まで水を加えて１５００ｍｌにし，さらに
これに石油（家庭用の灯油）１５０ｍｌを加えて，５分
間振り混ぜた後，静置して，水相と油相が分離するのを
約３０分ほど待つ。下層の水相の底部に低炭素となった
改質石炭灰が沈積し，中間にほぼ透明な水相をはさん
で，表面に黒く分離された炭素を含む油相が浮いて上層
を形成する。この上層の油相を炭素分とともに回収し，
吸引濾過により，溶媒の石油をほぼ９５％以上回収し，
ろ紙上の黒いケーキを乾燥して炭素含有率の分析を行っ
た（一回目の分離）。残った水相中の石炭灰（ある程度
改質されたもの）に再び水を１５００ｍｌの標線まで加
え，石油を１００ｍｌ加えて，再び５分間振り混ぜてか
ら静置し，同様に分離操作を行って高炭素ケーキを得，
これの炭素含有率を分析した（二回目の分離）。さら
に，同様にして，三回目の分離を行い高炭素ケーキを回
収し炭素含有率を分析した。最後に，炭素分が抜けて外
観的にもやや灰白色となった水相中の石炭灰を全量回収
し，脱水した後乾燥し，改質石炭灰製品として炭素の含
有量を分析した。同様な方法で行った２回の実験結果，
最終生成物の炭素含有率は３％（収率６４．４％），と
２％（収率６２．２％）となった。

【００２２】実施例２すり潰し操作の際の石炭灰量（固液比）の差違が，改質
石炭灰の品質に及ぼす効果を検討するために，石炭灰の
量を１００ｇ，２００ｇ，３００ｇ，４００ｇの４段階
に変え，その他の条件は，水量を１０００ｍｌ，ボール
は直径２０ｍｍのもの１ｋｇ，すり潰し時間は６時間と
それぞれ一定にし，実施例１と同じように石油で３回抽
出分離した結果，石炭灰と水の混合比が約０．３以下で
は，ＪＩＳ規格の５％未満を十分に満足する炭素含有率
の改質石炭灰が得られることがわかった。さらに固液比
を小さくすると，改質度はよくなるが，収率は低くなっ
ていく（表１）。

【００２３】

【表１】

【００２４】上記実施例２の結果のうち，実験番号２と
３の試料を混和して，宮城県生コンクリート中央技術セ
ンターに試験を依頼し試験成績書を得たので，提出物件
として添付する。提出した混合試料の強熱減量試験値
（２．９％）は，それぞれの改質石炭灰試料の炭素含有
率から求めた値（２．９％）と完全に一致する。

【００２５】ＪＩＳＡ６２０１による規定値は次の通り
となっている。二酸化けい素４５．０％以上（７５．
６），湿分１．０％以下（０．３），強熱減量５．０％
以下（２．９），比重１．９５ｇ／ｃｍ^３以上（２．３
４），粉末度２４００ｃｍ^２／ｇ以上（４７０
０）。（）内に示した本研究の試験成績値は，強熱減
量，粉末度を含め規格に十分適合している。

【００２６】実施例３微細化処理時間の効果を見るために行った実験のいくつ
かをまとめて表２に示す。フライアッシュ３０ｇ，水１
００ｍｌ，石油１０ｍｌ，抽出回数はいずれも３回，と
同一条件にし，微細化の前処理時間を６，１０，１６，
３６，４８時間と変えた場合に強熱減量５％の改質石炭
灰の収率を求めると，７２％から８４％の値が得られた
（表２）。

【００２７】

【表２】

【発明の効果】本発明によって以下の効果を得ることが
できる。

【００２８】１）本発明は，石炭灰を，微細化し有機溶
媒（石油）で抽出することにより，強熱減量値が，ＪＩ
Ｓ規格の５％よりはるかに低く２％以下程度に，粉末度
も４７００ｃｍ^２／ｇ程度以上の極めて高いものに改質
することができる。

【００２９】２）本発明の改質法は，石炭灰中の未燃炭
素含有率に関係なく利用することが可能である。また，
石炭灰の分級法で粗大粒子として除外されたものに対し
ても適用でき，むしろ，粗大粒子はフライアッシュの中
空性のため微細化が容易であることから，大きな改質効
果が期待される。

【００３０】３）本発明により，今後増大する未燃炭素
分の高い石炭灰をＪＩＳ規格に適合した改質石炭灰とし
て提供することができ，石炭灰の有効利用範囲の拡大に
寄与することができる。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】石炭灰を微細化した後，有機溶媒と水の
混合溶媒中で攪拌・振蕩し，石炭灰中の炭素分を有機相
中に分離・除去することにより，微細化・脱炭素化した
石炭灰を得ることを特徴とする石炭灰改質方法。