JPWO2018180680A1 - 改質フライアッシュの製造方法 - Google Patents

Abstract

本発明の改質フライアッシュの製造方法は、下記の工程を含むことを特徴とする。
微粉炭焚きボイラから排出されるフライアッシュ原粉を原料として用意する原料工程；
前記フライアッシュ原粉を粗粉と微粉に分級する分級工程；前記粗粉を５００〜１０００℃の温度域で加熱することにより該粗粉に含まれる未燃カーボンを除去する未燃カーボン除去工程；
未燃カーボンが除去された前記粗粉を、前記微粉と混合することにより、改質フライアッシュを得る混合工程；

Description

本発明は未燃カーボン含量が低減された改質フライアッシュの製造方法に関する。

石炭火力発電所では石炭の燃焼残渣である石炭灰が多量に発生し、その処理の大部分は、セメント分野や土木分野に依存している。特にセメント分野への依存は大きく、セメントクリンカー製造原料として石炭灰全体の６５％程度が利用されている。

一方、石炭火力発電プラントの新設や稼働率増加に伴い石炭灰発生量の増加が予測されており、セメントクリンカー製造原料以外の用途拡大を図ることが急務とされる。

石炭火力発電プラントのボイラは、微粉炭焚きボイラ（ｐｕｌｖｅｒｉｚｅｄ ｃｏａｌ ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ ｂｏｉｌｅｒ）と流動層ボイラ（ｆｌｕｉｄｉｚｅｄ ｂｅｄ ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ ｂｏｉｌｅｒ）の２つに大別され、微粉炭焚き方式からはフライアッシュとクリンカアッシュが、流動層方式からはフライアッシュが常時排出される。

フライアッシュは、電気集塵機やバグフィルター等の集塵設備から回収されるものであり、一方、クリンカアッシュは、ボイラの底部から回収されるものであって、何れもＳｉＯ_２（シリカ）とＡｌ_２Ｏ_３（アルミナ）とを主成分とするものであるが、例えば、フライアッシュは球状の緻密な粒子であるのに対し、クリンカアッシュは多孔質の粒子であるため、それぞれの性状に適した処理技術、有効利用技術が求められる。

フライアッシュには、微粉炭焚きボイラから発生するもの（以下、ＰＣＦアッシュと呼ぶことがある）と流動層ボイラから発生するもの（以下、ＦＢＦアッシュと呼ぶことがある）とで大きく性状が異なっており、例えば、ＦＢＦアッシュは、脱硫の影響により、ＣａＯ（Ｌｉｍｅ）、無水石膏、水酸化カルシウムなどを含んでいる場合もある。

このようなフライアッシュにおいて、ＰＣＦアッシュについては、セメントクリンカー製造原料以外の用途として、例えば、セメント混合材又はコンクリート混合材としての用途があり、このような混合材としての用途においては、未燃カーボン含有量が少ないものが望ましく、さらに粉末度や化学成分などその他の性状においても一定の規格（例えばＪＩＳ Ａ ６２０１）を満足していることが要求され、かつロット毎の品質変動が小さいことが求められる。

一方、ＦＢＦアッシュでは粒子形状や成分等の特徴の違いから物性もＰＣＦアッシュとは異なり、上記のセメント混合材やコンクリート混合材としての規格外となることも多く、このような用途への有効利用は困難であり、一般にセメントクリンカー製造用原料として使用される場合が多い。
る。

ところで、セメント混合材又はコンクリート混合材として適した性状を有するＰＣＦアッシュを発電プラントにおいて安定的に発生させるには、燃料である石炭や発電プラント運転条件を、該用途に適したものが生成するように限定し運転すればよいが、発電を目的とした設備である以上、副産物であるフライアッシュの品質に重点を置いた運用は実用的でなく、現実的には困難であると言える。

そのため、石炭火力発電プラントの運転に伴って生じる様々な性状のフライアッシュ原粉から、セメント混合材やコンクリート混合材混合材として使用できるフライアッシュを効率よく得る技術の提供が求められていた。

例えば、特許文献１、２にはフライアッシュを篩分けし、細粒分を混合材等に用いられるＪＩＳ規格フライアッシュとする技術が提案されている。
また、特許文献３、４にはロータリーキルンを用いて石炭灰中の未燃カーボンを燃焼除去する技術が提案されている。

特開２００１−１２１０８４号公報 特開昭５８−０９５５７６号公報 特開２００８−１２６１１７号公報 特開平１１−０６０２９９号公報

しかしながら、特許文献１、２記載の技術ではフライアッシュに含まれる未燃カーボン量を低減可能であるが、篩分け後に発生する残渣（粗粉）の処理が問題となる。また、フライアッシュ原粉の未燃カーボン量が異なると、製造される改質フライアッシュの未燃カーボン量も異なり、品質の均一性を確保することが困難である。
特許文献３や４に記載の技術は未燃カーボンを効果的に除去することが可能だが、６００〜１０００℃の熱ガスを使用するため、膨大なエネルギーを必要とすることが課題として挙げられる。

従って本発明は、微粉焚きボイラから発生する様々な性状を有するフライアッシュから、効率よく且つ未燃カーボン含量が低減された改質フライアッシュを製造することを目的とする。
本発明の他の目的は、未燃カーボン含量が低減されていると同時に、この未燃カーボン含量がバラツキなく一定の範囲にある定品質の改質フライアッシュを提供することにある。

本発明によれば、微粉炭焚きボイラから排出されるフライアッシュ原粉を原料として用意する原料工程；
前記フライアッシュ原粉を粗粉と微粉に分級する分級工程；
前記粗粉を５００〜１０００℃の温度域で加熱することにより該粗粉に含まれる未燃カーボンを除去する未燃カーボン除去工程；
未燃カーボンが除去された前記粗粉を、前記微粉と混合することにより、改質フライアッシュを得る混合工程；
を含む改質フライアッシュの製造方法が提供される。

本発明の改質フライアッシュの製造方法では、次の態様を好適に採用することができる。
（１）前記分級工程に先立って、前記フライアッシュ原粉に含まれる未燃カーボン量を測定する工程を含み、前記フライアッシュ原粉の未燃カーボン含量に応じて、前記分級工程での分級条件を設定すること。
（２）前記（１）の態様において、前記分級工程での分級を篩により行うと共に、測定された未燃カーボン含量に応じて、用いる篩の目開きを以下のように設定して前記分級工程での原粉の分級を行うこと。
（３）前記（２）の態様において、前記分級工程での分級を篩により行うと共に、測定された未燃カーボン含量に応じて、用いる篩の目開きを以下のように設定して前記分級工程での原粉の分級を行うこと。
未燃カーボン含量 篩の目開き
４質量％未満 ９０〜１５０μｍ
４質量％以上〜８質量％未満 ４５〜９０μｍ
８質量％以上 ２０〜４５μｍ
（４）最終的に得られる前記改質フライアッシュ中に含まれる未燃カーボンの基準含量閾値を１〜４質量％の範囲内に設定しておくとともに、前記分級工程で得られた微粉に含まれる未燃カーボン量を測定する工程を含み、前記混合工程において、該微粉と未燃カーボンが除去された粗粉との混合により得られる前記改質フライアッシュの未燃カーボン含量が前記基準含量閾値の±０．５質量％の範囲内となるように、該微粉と粗粉との混合割合を調整すること。
（５）前記分級工程に先立って、前記フライアッシュ原粉に含まれる未燃カーボン量を測定する工程を含み、前記原粉の未燃カーボン含量について６質量％以上の閾値を設定しておき、且つ最終的に得られる前記改質フライアッシュ中に含まれる未燃カーボンの基準含量閾値を１〜４質量％の範囲内に設定しておくとともに、
前記閾値未満の未燃カーボン含量を有する原粉については、前記分級工程での分級を行い、該分級工程で得られた前記微粉は、第１のサイロに貯蔵し、該分級工程で得られた粗粉は、前記未燃カーボン除去工程に導入して未燃カーボンを除去した後、第２のサイロに貯蔵し、
前記閾値以上の未燃カーボン含量を有する原粉については、前記分級工程に導入することなく、前記未燃カーボン除去工程に導入して未燃カーボンを除去し、得られた未燃カーボン除去フライアッシュを、前記粗粉と同様、前記第２のサイロに貯蔵し、
前記第１のサイロに貯蔵された微粉と前記第２のサイロに貯蔵された未燃カーボンが除去されたフライアッシュとを、前記混合工程において、前記改質フライアッシュの未燃カーボン含量が前記基準含量閾値の±０．５質量％の範囲内となるように混合を行うこと。
（６）前記（５）の態様において、前記第１のサイロに貯蔵された微粉について未燃カーボン量を測定する工程を含むこと。

本発明方法は、フライアッシュ原粉（原料フライアッシュ）を微粉と粗粉とに分級し、この粗粉について５００〜１０００℃の温度域で加熱して未燃カーボンを除去するが、未燃カーボンが除去された粗粉は、再び、微粉と混合されて改質フライアッシュとなる。即ち、この改質フライアッシュは、原粉に比して、未燃カーボン含量が低減された高品質のフライアッシュであり、しかもこのような改質フライアッシュを得るために、廃棄される残渣は生じない。従って、極めて効率よく、改質フライアッシュを得ることができる。
また、本発明では、分級により得られたフライアッシュ微粉と、未燃カーボンが除去されたフライアッシュ粗粉との混合割合を調整することにより、改質フライアッシュ中の未燃カーボン含量を調整することができ、未燃カーボン含量のバラツキが少ない定品質の改質フライアッシュを得ることができる。
さらに、本発明では、未燃カーボンの除去のための加熱を、分級により得られた粗粉に限定することにより、熱エネルギーを大幅に低減させることができる。
本発明の製造方法により得られる改質フライアッシュは、未燃カーボン含量が低減された高品質のものであり、セメント混合材又はコンクリート混合材としての適性に優れている。

本発明の改質フライアッシュの製造方法の基本フローを示す図。 原料として用いるフライアッシュ原粉の未燃カーボン量と、該フライアッシュ原粉を目開き９０μｍ又は４５μｍの篩で分級した際の微粉（篩下のフライアッシュ）の未燃カーボン量とを示すグラフ。 本発明の改質フライアッシュの製造方法の一態様におけるフローを示す図。

本発明において、処理の対象とするフライアッシュは、石炭を主とする燃料を微粉炭焚きボイラにて燃焼させた際に発生する石炭灰の内、集塵設備にて捕集されたもの（即ち、前述したＰＣＦアッシュ）である。このようなボイラは、多くの場合、石炭火力発電プラントに備えられているが、本発明においては石炭火力発電プラントから排出されるフライアッシュに限定されるものではない。

フライアッシュには多かれ少なかれ未燃カーボンが含有されている。微粉炭焚きボイラにて発生するフライアッシュの未燃カーボン量は一般に１〜１５重量％である。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として使用した場合に問題を生じる。即ち、未燃カーボン量が多いと、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、黒色部が発生するといった問題が生じる可能性が高い。さらに、化学混和剤などの薬剤が未燃カーボンに吸着し、ワーカビリティーが低下すると言った問題も生じる可能性がある。
従って、本発明は、このフライアッシュに含まれる未燃カーボン量を低減させ、未燃カーボン含量が少なく、さらに好ましくは、バラツキなくほぼ一定の未燃カーボン含量を有する改質フライアッシュを製造する。

図１のフロー図を参照して、本発明においては、上述した微粉焚きボイラから排出されるフライアッシュを、所定の貯蔵設備（サイロ）に貯蔵しておき、このフライアッシュ原粉を原料として、未燃カーボン量が低減された改質フライアッシュを製造する。即ち、本発明の基本プロセスでは、フライアッシュ原粉（以下、単に原粉と呼ぶことがある）を、分級し（分級工程）、この分級工程で得られた粗粉は、所定温度に加熱処理される（未燃カーボン除去工程）。この加熱処理により、粗粉に含まれる未燃カーボン量は除去され、ほとんどゼロとなる。このようにして未燃カーボンが除去された粗粉は、前記分級工程で得られた微粉と混合され（混合工程）、これにより、未燃カーボン含量が低減された改質フライアッシュが得られるというものである。

即ち、本発明においては、原粉の分級により得られた粗粉と微粉とが再び混合されるため、廃棄するフライアッシュがなく、効率よく、改質フライアッシュを得ることができるわけである。また、未燃カーボン量の多い粗粉についてのみ燃焼処理が行われるため、処理量が低減されているばかりか、熱源ともなる未燃カーボンを多く含んでいる。したがって、熱エネルギーコストも低減される。

また、上記のフロー図から理解されるように、本発明では、適宜、原粉或いは分級で得られた微粉について、未燃カーボン量を測定し、この測定値に基づいて、分級工程での分級条件や混合工程での微粉と未燃カーボンが除去された粗粉との混合割合を調整することができる。

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ＣＯ_２・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；
（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；

例えば、未燃カーボン量が３質量％以下、特に２質量％を下回るようなフライアッシュは、前述した問題を生じる可能性が低く、本発明の改質方法を適用する必要性は低いため、原粉の未燃カーボン量を測定することにより、本発明の適用外とすることができる。

本発明において、前記分級工程において、原粉は分級され、粗粉と微粉に分離するが、この未燃カーボンは、体積が大きい粗粉側に多くが分配される。即ち、微粉のカーボン含量は少なく、粗粉の未燃カーボン含量は多い。このため、本発明では、未燃カーボン含量の多い粗粉について燃焼処理を行い、未燃カーボン含量の少ない微粉については、燃焼処理は行われない。

例えば、上記の分級工程において、分級点が小さいほど微粉に含まれる未燃カーボン量が小さくなる傾向があるが、一方、未燃カーボン除去のための粗粉燃焼処理工程に供する粗粉が増えるため、各種コスト等の点で適当でない。従って、一般的には、２０〜１５０μｍの範囲に分級点が設定されて分級が行われる。

分級方法は特に限定されず、一般に粉体の分級に用いられる分級方法が使用可能であり、例えば、篩分級、風力分級、遠心力分級等により分級を行うことができる。
分級点の設定は、篩分級では、用いる篩の目開きを変更することにより容易に行われる。風力分級では、風量を変更することで分級点の調整が可能であり、遠心力分級では、回転速度等の調整により行われる。

本発明では、篩分級が最も好適に採用される。即ち、篩分級の場合は、他の分級手段と比較すると、同じ分級点であれば微粉側に含まれる未燃カーボンが特に少なくなり、よって最終的に得られる改質フライアッシュに含まれる未燃カーボンがより大きく低減されるからである。篩による分級は、原粉の大きさ（体積）に依存するが、他の分級手段は、原粉の重量に依存するため、篩分級により、体積の大きな未燃カーボンを効率よく、粗粉側に移行させることができるものと思われる。
このように、篩分級を採用すれば、分級点を大きくして粗粉側に未燃カーボンを効率的に濃縮させることができ、この結果、粗粉の量を少なくして、燃焼に要するエネルギーコストが低減できる。

篩分級によって回収した粗粉及び微粉に含まれる未燃カーボン量は、分級点やフライアッシュの性状によって異なるが、一般的には、粗粉が５〜３５質量％、微粉中が１〜１０質量％と、大部分が粗粉に含まれて回収される。フライアッシュ原粉の未燃カーボン量が高いほど、該粗粉及び微粉の未燃カーボン量も高くなる。

さらに篩による分級に際しては、同じ目開きであってもフライアッシュ原粉の未燃カーボン量が多いと、微粉側の未燃カーボン量も多くなる傾向がある。

例えば、以下の表１には、９０μｍ、７５μｍ及び４５μｍの目開きを有する篩を用いて分級を行った場合において、原粉の未燃カーボン量（質量％）と、各篩によっての分級により得られた微粉（篩下のもの）の未燃カーボン量（質量％）とが示されている。また、図２には、９０μｍ及び４５μｍの目開きを有する篩を用いて分級を行った場合において、原粉の未燃カーボン量と、各篩によっての分級により得られた微粉の未燃カーボン量とが示されている。
尚、ここで示されている未燃カーボン量は、ＪＩＳ Ａ ６２０１記載の強熱減量試験方法により得た数値である。本明細書で示した未燃カーボン量は、全て、この方法で得た値である。

上記の表１及び図１から理解されるように、原粉の未燃カーボン量が多いと、微粉の未燃カーボン量も多くなる傾向がある。しかるに、微粉の未燃カーボン量が多すぎると、後述する加熱処理により未燃カーボンが除去された粗粉との混合に際して種々の問題が生じる可能性がある。
従って、本発明では、原粉の未燃カーボン量を測定しておき、この未燃カーボン量に応じて分級条件（分級点）を調整することが好適である。例えば、原粉の未燃カーボン量が多い場合には目開きの小さい篩を用いて、できるだけ微粉中の未燃カーボン量を少なくし、原粉の未燃カーボン量が少ない場合には、目開きの大きな篩を使用し、未燃カーボン量の多い粗粉の量を少なくして後述する加熱処理（未燃カーボンの除去）に要するエネルギーを低減させることが好ましい。

また、下記の表２には、上記のように目開き９０μｍ、７５μｍ及び４５μｍの篩を用いて行ったとき、篩下で得られる微粉の回収率が示されている。

上記の表２から理解されるように、大きな目開きの篩によって分級を行った場合は、微粉の回収量は多いが、小さな目開きの篩によって分級を行った場合には、微粉の回収量は少なくなる。
従って、原粉の未燃カーボン量に応じて分級条件を設定する場合、微粉中の未燃カーボン量を少なくし且つ微粉と粗粉とのマスバランスを適度な範囲に設定するためには、以下のように分級点（篩の目開き）を設定することが好ましい。
未燃カーボン含量 篩の目開き
４質量％未満 ９０〜１５０μｍ
４質量％以上〜８質量％未満 ４５〜９０μｍ
８質量％以上 ２０〜４５μｍ

即ち、上記のように原粉のフライアッシュ含量に応じて、上記のように目開きの異なる篩を用いて分級を行うことにより、例えば未燃カーボン量が４．５質量％以下の微粉を安定に且つ多く得ることができ、後の混合工程で得られる改質フライアッシュの未燃カーボン量を調整することが容易になる。

また、前述した表１及び図１から理解されるように、フライアッシュ原粉に含まれている未燃カーボン量が極めて多い場合には、分級を行っても、微粉に含まれる未燃カーボン量はそれほど少なくならない。このため、微粉中の未燃カーボン量を少なくするために、小さな目開きの篩を用いて分級を行うと、表２から理解されるように、微粉の回収量が少なくなる。即ち、原粉に含まれる未燃カーボン量が極めて多い場合には、分級によるメリットが小さく、しかも分級にかける手間は変わらない。
そこで、未燃カーボン量が著しく多い原粉については、分級を行うことなく、直接未燃カーボン除去工程に供給することが好ましい。この態様については、後述する。

上記のようにして得られた微粉は、適宜、サイロに一旦貯蔵され、このサイロから後述する混合工程に導入されるが、この微粉について、未燃カーボン量を測定しておくことにより、後の混合工程で得られる改質フライアッシュの未燃カーボン量を、より細かく且つ一定の範囲に調整することができる。

また、上記の分級により得られた粗粉は、適宜、サイロに一旦貯蔵され、このサイロから未燃カーボン除去工程に供給され、高温での加熱処理により未燃カーボンを除去する。

即ち、この加熱処理は、粗粉中に含まれる未燃カーボンを除去するために行われるものであり、その加熱温度は、５００〜１０００℃、好ましくは６００〜１０００℃、より好ましくは６５０〜９５０℃、最も好ましくは７００〜９５０℃である。この温度が低すぎると、未燃カーボンが燃焼せず、十分に未燃カーボンを除去することができない。また、過度に高いと、粗粉が焼結又は溶融することで鉱物組成や粉末度が変化してしまい、セメントやコンクリートの混合材として不適切となってしまう。

かかる加熱処理は、粗粉に含まれている未燃カーボンを通常３質量％以下、好ましくは１質量％以下、より好ましくは０．５質量％以下、特に０〜０．２質量％程度まで低減することが望ましい。前述した加熱温度が高い程、短時間で未燃カーボン量を燃焼除去することができる。

かかる加熱処理における粗粉の加熱方法は特に限定されず、一般に粉体の加熱や焼成を目的として工業的に用いられる方法で実施することができる。例として、ロータリーキルンや流動層炉、旋回気流式焼成炉を用いた方法が挙げられる。

未燃カーボンの除去のための加熱は、著しく高温（５００〜１０００℃）の熱ガスを使用するため、膨大なエネルギーを必要とするが、本発明においては、未燃カーボンが濃縮した粗粉のみを加熱するため、未燃カーボン自体が発熱することで燃料の役割をなし、フライアッシュ原粉を加熱する場合と比較して、必要とするエネルギーを大幅に低減できる。また、篩分けされた微粉の加熱に要するエネルギー不要なため、さらにエネルギーを大幅に低減できる。

このようにして加熱して未燃カーボン量を大幅に低減した粗粉は、適宜、サイロ（貯蔵設備）に一旦貯蔵された後、次の混合工程で、微粉と混合され、この混合により、改質フライアッシュが得られる。この改質フライアッシュは、未燃カーボンが除去された粗粉が、未燃カーボン量の少ない微粉と混合されたものであるため、フライアッシュ原粉と比して、未燃カーボン量が低減された高品質のものとなっている。

尚、上記の微粉と粗粉との混合方法は特に限定されず、一般に粉体混合用に用いられる混合機を使用するか、又は輸送過程で混合することができる。例えば、粉体用の混合機は機械撹拌式、気流式などが挙げられる。また、輸送過程での混合では連続式粉体輸送混合機、空気圧送設備内での流動混合などが挙げられる。

本発明において、上記の混合により得られる改質フライアッシュに含まれる未燃カーボン量は、フライアッシュ原粉の未燃カーボン量によっても異なるが、１〜１０質量％程度の範囲で変動する可能性がある。
そして、未燃カーボン量が異なると、セメントやコンクリートの混合材として使用した際の流動性、色調、必要な添加剤量等が異なる場合がある。
そこで本発明においては、目的とする改質フライアッシュについて、未燃カーボン含量の基準閾値を１〜４質量％の範囲の値に設定しておき、未燃カーボン含量が、この基準閾値±０．５質量％の範囲に収まるように、微粉と燃焼処理により未燃カーボンが除去された粗粉との混合割合を設定することが好適である。これにより、未燃カーボン量が低減されているばかりか、未燃カーボン量がほぼ一定の範囲となっており、定品質のものである。
このような高品質及び定品質の改質フライアッシュは、これをセメントやコンクリートの混合材として使用した際の流動性、色調、添加剤量等を一定にすることができる。勿論、上記の基準閾値の値は、改質フライアッシュの使用目的に応じて適宜設定できる。

本発明において、未燃カーボン量が基準閾値±０．５質量％の範囲内の改質フライアッシュを得るための混合割合は、微粉の未燃カーボン量及び焼成した粗粉の未燃カーボン量とから容易に決定することができる。
このために、粗粉については、燃焼処理された粗粉の未燃カーボン量が０〜０．２質量％となるように燃焼条件を決定しておくことが望ましい。即ち、微粉に混合する粗粉の未燃カーボン量は０質量％として計算しても、上記の基準閾値±０．５質量％とすることは容易であるため、微粉についてのみ、未燃カーボン量のみ測定すれば済む。むろん、焼成した粗粉の未燃カーボン量も測定してもかまわない。

また、分級後に回収した微粉は、一旦、サイロに貯蔵されるが、このサイロから取り出される微粉について、未燃カーボン量を測定することが望ましい。このサイロには、未燃カーボンの多いフライアッシュ原粉を分級して得られる微粉や、未燃カーボンの少ないフライアッシュ原粉を分級して得られるものなどが合わせて貯蔵することになる場合が多いため、未燃カーボン量の測定は、粗粉との混合のために、サイロから取り出したものについて行うのがよい。例えば、サイロからの取り出し口或いはその近傍に未燃カーボン量測定装置を設けて、その測定が行われる。

サイロから取り出される微粉の未燃カーボン量が低いときは、これと混合する粗粉の混合割合を小さくし、微粉の未燃カーボン量が高いときは粗粉の混合割合を大きくすることで、混合してなる改質フライアッシュの未燃カーボン量の均一性を確保できる。

尚、同一のフライアッシュ原粉から得られる微分と粗粉とを、分級された割合でそのまま混合しても、目的とする未燃カーボン量の改質フライアッシュを得られる場合は少なく、多くの場合、微粉又は粗粉が足りなくなる。例えば、未燃カーボン量が少ないフライアッシュ原粉が続くと、燃焼処理により未燃カーボンが除去された粗粉が不足して、改質フライアッシュの連続的な製造が困難となる可能性がある。
このような問題を解決するために、本発明の実施に当たっては、以下のような手法を採用することが考えられる。

一つの手法は、微粉又は焼成した粗粉の不足に備えて、微粉及び粗粉の貯蔵設備（サイロ）に、各々多めに備蓄しておくことである。例えば未燃カーボン量が少ない原料フライアッシュが続いた場合には、備蓄した粗粉を使ってしのぎ、未燃カーボン量が多いフライアッシュ原粉が得られるのを待てばよい。

もう一つの方法は、より積極的な方法であり、フライアッシュの未燃カーボン量に基づいて分級点を変更することで、分級により得られる粗粉及び微粉の割合を調整する方法である。例えば表１及び表２に示すように、同じ未燃カーボン量の原料フライアッシュでも、分級点が小さい（篩目開きが小さい）と、回収される微粉量は少なく且つ未燃カーボン量も少なくなる。

具体的に、前述した表１及び２に示されているＮｏ．３の試料について検討してみると、目開き９０μｍの篩を用いた場合、微粉は未燃カーボン量３．１質量％、回収率９３．１％である。従って、粗粉は最大６．９質量％（各種ロスを無視した場合）しか得られない。ここで、未燃カーボン量が２．０質量％の改質フライアッシュを製造しようとした場合には、微粉が６４．５質量％、未燃カーボン量が０質量％まで焼成した粗粉が３５．５質量％必要になるが、上記回収比では全くマスバランスがとれない。
そこで、目開き４５μｍの篩を用いれば、微粉は未燃カーボン量が２．３質量％となるから、当該微粉の混合割合は８６．９質量％まで上がり、かつ微粉の回収率も８１．６％まで下がるため、マスバランスは逆転する。
従って、焼成した粗粉が不足しがちなときは分級点を小さく、微粉が不足しがちなときは分級点を大きくすることにより、微粉と焼成した粗粉との極端なバランスの崩れを防止できる。

また、上記の方法を応用し、最終的に製造しようとする改質フライアッシュの未燃カーボン量に応じ、必要未燃カーボン量が多めの時は分級点を大きく、必要未燃カーボン量が少なめの時は分級点を小さくすることにより、原料フライアッシュの未燃カーボン量に大きくは依存せずに、安定的に均一な品質の改質フライアッシュを製造することもできる。

本発明によれば、このように、フライアッシュ原粉を微粉と粗粉とに分級し、粗粉についてのみ未燃カーボンの除去を行い、この粗粉を再び微粉と混合して改質フライアッシュが得られる。
ところで、既に述べたように、原粉に含まれる未燃カーボン量が極めて多い場合には、分級により得られる微粉中に含まれる未燃カーボン量も多くなり、分級によるメリットが小さく、しかも分級にかける手間は変わらない。
そこで、未燃カーボン量が著しく多い原粉が存在することもがあることを考慮して、図３に示すフローにしたがって、本発明を実施することができる。

即ち、図３を参照して、この態様においては、フライアッシュ原粉について未燃カーボン量を測定する。この際、未燃カーボン量について一定の閾値を設定しておき、この閾値に応じて、以降の処理を分ける。
即ち、未燃カーボン量が極めて多い原粉については、分級のメリットがほとんどない。従って、未燃カーボン量の閾値を、６質量％以上、好ましくは７質量％以上、好ましくは８質量％以上の範囲に設定しておく。但し、この閾値をあまり高く設定しても意味が無いので、通常は、２０質量％以下、特に１５質量％以下と設定しておけばよい。２０質量％、特に１５質量％を超えるフライアッシュ原粉は、殆ど無いといってよいからである。

先ず、未燃カーボン量が該閾値未満のときには、上述した方法にしたがい、分級を行い、分級により得られた微粉は、第１のサイロに貯蔵し、分級により得られたて粗粉については、加熱処理により未燃カーボンを除去し、未燃カーボンが除去された粗粉は、第２のサイロに貯蔵する。

一方、未燃カーボン量が上記閾値以上の場合には、分級を行うことなく、直接加熱処理を行い、未燃カーボンの除去を行う。この加熱処理条件は、粗粉についての加熱処理（未燃カーボン除去）と全く同じでよい。
このようにして未燃カーボンが除去されたフライアッシュは、未燃カーボンが除去された粗粉と同様、第２のサイロに貯蔵する。

このようにして、第１のサイロには微粉を貯蔵し、第２のサイロには未燃カーボンが除去されたフライアッシュ（即ち、未燃カーボンが除去された原粉及び粗粉）を貯蔵し、これらのフライアッシュを混合することにより改質フライアッシュを得ることができる。
即ち、第１のサイロに貯蔵された微粉については、適宜、未燃カーボン量を測定し、未燃カーボン量が一定の基準閾値±０．５質量％の範囲内となるように、第２のサイロに貯蔵されている未燃カーボン除去フライアッシュと混合することにより、高品質且つ定品質のフライアッシュを得ることができる。

このようにして得られる改質フライアッシュは、原料フライアッシュと比較して未燃カーボン量が低減されており、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できる。

原料として、日本国内の石炭火力発電所にて微粉炭焚きボイラーから発生したフライアッシュ原粉を用意した。
このフライアッシュ原粉の未燃カーボン含有量は３．４質量％であった。
尚、未燃カーボン含有量は、ＪＩＳ Ａ ６２０１記載の強熱減量試験方法により得た数値である。

まず、目開き７５μｍの試験用篩を使用し、超音波振動を与えて上記フライアッシュ１００．０ｇを篩分けした。
この分級により、９．８ｇの粗粉と、９０．２ｇの微粉を回収した。
回収された粗粉の未燃カーボン含有量は２０．６質量％、微粉の未燃カーボン含有量は２．４質量％であった。

続いて、前記粗粉を７５０℃に保持した電気炉内で６０分間加熱した。加熱後の粗粉の未燃カーボン含有量は０．１質量％であった。

その後、前記加熱後の粗粉と前記分級後の微粉を混合し、改質フライアッシュとした。
改質フライアッシュの未燃カーボン含有量は２．１質量％であった。
この未燃カーボン含有量は、フライアッシュ原粉及び分級により得られた微粉と比較して低減されている。
各フライアッシュについての未燃カーボン量を表３に示した。

また、分級を行うことなく、原料フライアッシュ全体を加熱して、未燃カーボン含有量が２．１質量％の改質フライアッシュを得ようとする場合、該原料１００．０ｇの内、３８．２ｇを加熱し、未燃カーボンを完全除去する必要がある。
一方、本発明に従えば（実施例）、前記粗粉のみを加熱すれば良く、粗粉の割合は前記原料１００．０ｇの内、９．８ｇであるため、前記フライアッシュ全体を加熱する場合と比較して、約１／４の量を加熱すれば良い。さらに、濃縮された未燃カーボンが燃料の役割をなすため、必要なエネルギーを大幅に低減できることがわかる。

Claims (7)

1. 微粉炭焚きボイラから排出されるフライアッシュ原粉を原料として用意する原料工程；
   前記フライアッシュ原粉を粗粉と微粉に分級する分級工程；
   前記粗粉を５００〜１０００℃の温度域で加熱することにより該粗粉に含まれる未燃カーボンを除去する未燃カーボン除去工程；
   未燃カーボンが除去された前記粗粉を、前記微粉と混合することにより、改質フライアッシュを得る混合工程；
   を含む改質フライアッシュの製造方法。
2. 前記分級工程に先立って、前記フライアッシュ原粉に含まれる未燃カーボン量を測定する工程を含み、
   前記フライアッシュ原粉について測定された未燃カーボン含量に応じて、前記分級工程での分級条件を設定する請求項１に記載の改質フライアッシュの製造方法。
3. 未燃カーボン含量が多いフライアッシュ原粉については、前記分級工程において目開きの小さな篩を用いて分級を行い、未燃カーボン含量が少ないフライアッシュ原粉については、前記分級工程において目開きの大きな篩を使用して分級を行う請求項２に記載の改質フライアッシュの製造方法。
4. 前記分級工程での分級を篩により行うと共に、測定された未燃カーボン含量に応じて、用いる篩の目開きを以下のように設定して前記分級工程での原粉の分級を行う請求項３に記載の改質フライアッシュの製造方法；
   未燃カーボン含量 篩の目開き
   ４質量％未満 ９０〜１５０μｍ
   ４質量％以上〜８質量％未満 ４５〜９０μｍ
   ８質量％以上 ２０〜４５μｍ
5. 最終的に得られる前記改質フライアッシュ中に含まれる未燃カーボンの基準含量閾値を１〜４質量％の範囲内に設定しておくとともに、
   前記分級工程で得られた微粉の未燃カーボン含量を測定する工程を含み、
   前記混合工程において、該微粉と未燃カーボンが除去された粗粉との混合により得られる前記改質フライアッシュの未燃カーボン含量が前記基準含量閾値の±０．５質量％の範囲内となるように、該微粉と粗粉との混合割合を調整する請求項１に記載の改質フライアッシュの製造方法。
6. 前記分級工程に先立って、前記フライアッシュ原粉に含まれる未燃カーボン量を測定する工程を含み、前記原粉の未燃カーボン含量について６質量％以上の閾値を設定しておき、且つ最終的に得られる前記改質フライアッシュ中に含まれる未燃カーボンの基準含量閾値を１〜４質量％の範囲内に設定しておくとともに、
   前記閾値未満の未燃カーボン含量を有する原粉については、前記分級工程での分級を行い、該分級工程で得られた前記微粉は、第１のサイロに貯蔵し、該分級工程で得られた粗粉は、前記未燃カーボン除去工程に導入して未燃カーボンを除去した後、第２のサイロに貯蔵し、
   前記閾値以上の未燃カーボン含量を有する原粉については、前記分級工程に導入することなく、前記未燃カーボン除去工程に導入して未燃カーボンを除去し、得られた未燃カーボン除去フライアッシュを、前記粗粉と同様、第２のサイロに貯蔵し、
   前記第１のサイロに貯蔵された微粉と前記第２のサイロに貯蔵された未燃カーボンが除去されたフライアッシュとを、前記混合工程において、前記改質フライアッシュの未燃カーボン含量が前記基準含量閾値の±０．５質量％の範囲内となるように混合を行う請求項１に記載の改質フライアッシュの製造方法。
7. 前記第１のサイロに貯蔵された微粉について未燃カーボン量を測定する工程を含む請求項６に記載の製造方法。