JPH11310442A - 水硬性粉体の製造方法 - Google Patents
水硬性粉体の製造方法Info
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Abstract
境保全と資源リサイクルに寄与することのできる水硬性
粉体の製造方法を提供する。 【解決手段】 石炭灰に生石灰を混合してメカノケミカ
ル処理を行うことにより、水硬性の処理産物粉体を製造
する。この場合、石炭灰に対し生石灰を適宜混合し、ま
たメカノケミカル処理の処理時間を、用いる粉砕機に応
じて必要最低時間以上とする。これによって、石炭灰の
有効利用を図ることが可能となる。
Description
粉体の製造方法に係り、特に、石炭灰を利用して水硬性
粉体を製造することを可能とした水硬性粉体の製造方法
に関するものである。
ントが数多く使用されている。このようなセメントは、
主に原料として石灰、二酸化珪素、酸化アルミニウム、
酸化鉄及び粘土が用いられ、それらの原料を適当な割合
で混ぜ合わせ、更にその一部が溶融するまでキルンで焼
成して得られるクリンカに、適量の石膏を加えて粉砕す
ることによって製造させている。
より、石油から石炭への燃料転換及び新規石炭火力発電
所建設の気運が高まり、海外炭の導入と相俟って石炭灰
の発生量は年々増加の一途を辿っている。この石炭灰
は、石炭火力発電所において微粉炭を燃焼した際に排出
される。そして、西暦2000年における一般炭の需要
が約8000万トンと予想されているので、灰発生率1
6%と仮定すると、石炭灰の量は1280万トンとな
る。
コンクリート混和材やアルカリ骨材反応抑制材などに使
用され、その40〜45%は有効利用されているが、残
りは埋め立て管理されているのが現状にある。また、そ
の埋め立て地の確保も困難になりつつある。
サイクルの観点から、法整備が進み、石炭灰の更なる有
効利用技術の開発が急務となっている。
ことにより、地球環境保全及び資源リサイクルに寄与す
ることのできる水硬性粉体の製造方法を提供することで
ある。
に、請求項1に記載の発明は、石炭灰に生石灰を混合し
てメカノケミカル処理を行うことにより、水硬性の処理
産物粉体を製造することを特徴としている。
性粉体が製造されるので、石炭灰の有効利用を図ること
ができ、地球環境保全及び資源リサイクルに寄与するこ
とが可能となる。
項2のように、石炭灰に対して生石灰を適宜混合し、ま
た、メカノケミカル処理の処理時間は請求項3のよう
に、用いる粉砕機に応じて必要最低時間以上とする。さ
らに、請求項4のように、メカノケミカル処理を高エネ
ルギ−粉砕機を用いて行うと都合がよい。
する。石炭灰は、排ガスから電気集塵機で捕集される微
粒灰(フライアッシュ:85〜95%)と、ボイラ底部
より回収される比較的粗粒な灰(クリンカアッシュ:5
〜15%)とに区別される。このうち、本発明ではフラ
イアッシュに着目し、そのフライアッシュの新たな有効
利用の開発を目指したものである。
用して、石炭灰から非加熱で水硬性粉体を製造すること
の実験を行った。その結果、本発明に係る製造方法によ
って水硬性粉体が製造可能であることが判明し、また、
粉体の水硬性は粉砕による原料の無定型化・機械的活性
が水和過程でのケイ酸カルシウム生成を助長・促進させ
たことによるものであることなどがわかったので、一つ
の実施例として、その主要点を以下に述べる。
て説明する。 試料 実験に用いた石炭灰はフライアッシュである。表1にフ
ライアッシュ試料の蛍光X線分析結果を酸化物換算値と
して示す。同表より明らかなように、本フライアッシュ
の主要成分は、シリカ(SiO2)、アルミナ(Al2O
3)で、その他微量成分から構成されているが、炭素分
が多い点が特徴である。なお、フライアッシュ試料の粒
径範囲は、ほぼ1〜100μmの範囲であり、平均径は
20μmであった。
ては、以下の理由によって生石灰(CaO)試薬を選択
した。CaOあるいはCa(OH)2を混合することによ
って、フライアッシュの主成分であるSiO2 あるいは
Al2O3と反応し、CaO・SiO2あるいはCaAl2
O4がメカノケミカル的に合成される可能性がある。ま
た、メカノケミカル処理後に水を添加することによって
ポゾラン反応促進される可能性もある。それらの反応に
おけるギブスの生成自由エネルギー変化(ΔG)は、次
のように与えられる。 CaO+SiO2 =CaSiO3 , ΔG=−89.4KJ/mol……(1) CaO+Al2O3=CaSi2O4 , ΔG=−23.0KJ/mol……(2) (1)、(2)式より、CaOはAl2O3よりSiO2
と反応し易いことがわかる。
におけるΔGを求めると次のようになる。 Ca(OH)2+SiO2=CaSiO3+H2O ,ΔG=−33.0KJ/mol…(3) (1)、(3)式からわかるように、SiO2に対して
はCa(OH)2よりCaOを用いる方が反応達成が容易
であるといえる。前述したようにフライアッシュにはS
iO2の他にAl2O3も存在するが、SiO2の方が多量
に存在する(約3倍)。
シュ(より正確にはフライアッシュ中のSiO2成分)
とCaOとのメカノケミカル処理を行って、CaO・S
iO2あるいは処理産物への水添加による水和物生成を
目指すことにした。
ミカル処理において、フライアッシュに対するCaO粉
末試薬の混合割合は、0、10、20、40、60%の
5段階に変化させた。
sch Pulverisette-7)を用いた。この粉砕機には、容量
50ccのステンレス製ポット2個が水平に回転するデ
スク上に取り付けられており、このデスクの時計回り公
転運動と、同一速度でポット自身も反時計方向に自転運
動を行えるようになっている。そして、デスクに公転運
動を、ポットに自転運動をそれぞれ行わせると、ミル内
の複数個のボール間あるいはボールとミル壁間に強力な
圧縮とせん断力が生じ、石炭灰とCaOを粉砕すると共
に両者を強力に接触させる(固相反応を起こさせる)。
速度は700rpmとした。ポット内には直径15mm
のステンレス製ボール7個を充填し、更に、フライアッ
シュとCaOの混合物(種々の混合比に調整したもの)
3gを装填し、空気中で粉砕処理した。ミルの運転は、
15分毎に停止し、30分自然冷却してミル内試料温度
の過剰の上昇を防止した。通算の処理時間は2時間まで
とした。水和実験は、ミル処理産物に等量の蒸留水を添
加・混練し、それをデシケータ中で1週間保存した。
LMS-30)、X線回折法(XRD)(Rigaku、RAD-B Syste
m)、熱分析法(Rigaku、TAS-200)により評価した、ま
た、水和試料の組成並びに生成相の同定もXRD法によ
って行った。また、水硬体の硬度はVickers硬度計(明
石製作所、AVK-M)によって測定・評価した。
説明する。 ミル処理物の粒度特性 CaO混合割合を40%一定とし、ミル処理時間を15
分、30分、1時間、2時間と4段階に変化させた場合
の混合粉体の粒度分布を図1に示す。この結果は、30
分までは処理時間の増大と共に混合物の粒度分布は細粒
側へ単調に移行するが、1時間になると10μm前後の
粒子径範囲に新たな小さい頻度の山が出現すること、そ
の小さい頻度分布は2時間では更に成長し、かつ、より
粗粒側まで幅が広がることを示している。ミル処理物の
50%径の処理時間による変化に着目すると、表2のよ
うになり、その変化の傾向は図1の結果とよく対応して
いる。
継続すると、処理の初期では粒子径の減少、粒度分布の
細粒側への単調な移行という通常の粉砕現象が認められ
るが、長時間処理すると機械的エネルギーが粒子内部に
蓄積され、いわゆる機械的活性が向上し、生成した微粒
子相互の凝集現象が起こることが確認できた。この凝集
現象は、粉砕によって切れた粒子の結合子が不安定な状
態となり、周りの物質との相互作用が強くなるために起
こることがわかっている。本実験系での粉砕から凝集へ
の移行におけるミル処理時間は約1時間であり、その場
合の平均粒径は約1μmであった。
後のX線回折(XRD)パターンを示す。未処理物(単
に乳鉢で混合したもの:処理時間0分)では、出発物質
である2種類の粉体試料の特徴的な回折ピークが、処理
時間15分ではCa(OH)2の回折ピークが観察でき
る。Ca(OH)2の出現はCaOが粉砕過程で空気中の
水分と反応したためと考えられる。更に継続して粉砕処
理を行うと、SiO2のピークもやや減少するが、それ
以外の構成相のピークは急激に低下し、かつ、パターン
のバックグラウンドが高くなる傾向にある。これは、全
体的に結晶相が無定形化へと変化しつつあることを意味
する。しかしながら、この段階では新しい結晶相を持つ
反応生成物の出現は認められない。
し、CaO混合割合を0、10、20、40、60%の
5段階に変化させた場合のXRDパターンを示す。同図
より、CaOの混合割合が増加すると、Ca(OH)2の
回折ピーク強度が徐々に大となることがわかる。これ
は、前述したようにミル処理過程で原料のCaOが空気
中の水分と反応したためである。
留水を添加して得られる水和物のXRDパターンであ
る。同図より、15分処理物まではSiO2とCa(O
H)2の回折ピークのみが認められるが、それ以上のミル
処理を受けた水和物(硬化体)では、ケイ酸カルシウム
水和物(Calcium Silicate Hydrates、以下CSHと略
記する)が生成されていることがわかる。ミル処理によ
って直接のメカノケミカル反応は認められなかったが、
極めて活性の高い粉体が生成され、水添加によって急速
にエネルギーを緩和しながら水和反応が進行したものと
予想される。
Hの回折ピークが急激に高くなっていることから判断し
て、“硬化特性を有する粉体の製造にはある程度のミル
処理時間が必要である”といえる。また、先に示した粒
径半径の結果と合わせて考察すると、硬化体製造のミル
処理時間の指標として凝集現象が発現するまでの時間を
挙げることもできる。
し、CaO混合割合を変化させた場合のXRDパターン
を示す。同図より、CSHは、CaO10%混合より現
れ、その量はCaO混合割合の増大と共に増加し、40
%以上でほぼ一定値に近づく傾向にある。
とし、CaOの混合割合による硬化体硬度の変化を示
す。硬度はCaO混合割合の増大と共に大となり、40
%で最大値を示し、図5の結果とほぼ対応している。こ
の結果より、高い硬度の水硬体を作るにはCaOの混合
割合は約40%が適正と考えられる。
体から作られる硬化体硬度とミル処理時間との関係を示
す。同図より、硬度の向上にはミル処理時間が重要な操
作因子であることがわかる。また、同図にはセメントク
リンカーを水和させて作成した硬化体の硬度値も示して
いるが、本実験における1時間ミル処理での硬度はこの
セメントクリンカー硬化体の硬度とほぼ等しく、2時間
処理ではセメントクリンカー硬化体硬度を上回る高い値
が得られることが判明した。
石灰)を混合したが、CaOの代わりに高炉スラグや消
石灰等を混合してもよい。
石炭灰の有効利用を図ることが可能となり、地球環境保
全と資源リサイクルに寄与することができる。
ことができるため、埋め立て地確保の労力を軽減するこ
とができる。
理における粒度分布図である。
理によるX線回折パターンの変化を示した図である。
せた場合のミル処理1時間後のX線回折パターンを示し
た図である。
処理時間後の水和試料のX線回折パターンを示した図で
ある。
た後の水和試料のX線回折パターンを示した図である。
の硬化体硬度の変化を示した図である。
ミル処理時間による硬化体硬度の変化を示した図であ
る。
Claims (4)
- 【請求項1】 石炭灰に生石灰を混合してメカノケミカ
ル処理を行うことにより、水硬性の処理産物粉体を製造
することを特徴とする水硬性粉体の製造方法。 - 【請求項2】 請求項1に記載の水硬性粉体の製造方法
において、前記石炭灰に対して前記生石灰を適宜混合す
ることを特徴とする水硬性粉体の製造方法。 - 【請求項3】 請求項1に記載の水硬性粉体の製造方法
において、前記メカノケミカル処理の処理時間を、用い
る粉砕機のエネルギ−レベルに応じて適宜調節すること
を特徴とする水硬性粉体の製造方法。 - 【請求項4】 請求項1又は3に記載の水硬性粉体の製
造方法において、前記メカノケミカル処理を行う際に、
高エネルギ−型粉砕機を用いることを特徴とする水硬性
粉体の製造方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP11799298A JP3673960B2 (ja) | 1998-04-28 | 1998-04-28 | 水硬性粉体の製造方法 |
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Publications (2)
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JPH11310442A true JPH11310442A (ja) | 1999-11-09 |
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Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
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Country | Link |
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JP (1) | JP3673960B2 (ja) |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2001122653A (ja) * | 1999-10-26 | 2001-05-08 | Clion Co Ltd | 炭酸硬化体の製造方法 |
KR20020023591A (ko) * | 2000-09-23 | 2002-03-29 | 이천열 | 과립 석탄회를 이용한 유기질 비료 제조방법 |
JP2011520761A (ja) * | 2008-05-23 | 2011-07-21 | ダスティト マネージメント スポル.エス.アール.オー. | 無機水硬性バインダーを製造する方法 |
US8034319B2 (en) | 2003-05-30 | 2011-10-11 | Jfe Mineral Co., Ltd. | Method for producing complex oxide of metal |
JP2021528360A (ja) * | 2018-06-15 | 2021-10-21 | サロード グリーンバック エルエルピーSarod Greenback Llp | メカノケミカル的に改質された成分を含むエンジニアードコンクリートバインダ組成物およびその製造方法 |
-
1998
- 1998-04-28 JP JP11799298A patent/JP3673960B2/ja not_active Expired - Fee Related
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