KR20200130291A - 플라이 애시의 개질 방법 및 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 플라이 애시 개질 방법은, 이하의 공정을 포함한다. 미연 카본을 포함하는 플라이 애시 원분을 780 내지 1000℃의 온도로 가열해서 해당 플라이 애시 원분에 포함되는 미연 카본양을 저감시키는 가열 공정; 상기 가열 공정에서 얻어진 미연 카본양이 저감된 열처리 플라이 애시를, 고온으로 유지되어 있는 그대로의 상태에서 분급 장치에 도입해서 조분과 미분으로 분리하는 분급 공정; 상기 분급 공정에서 얻어진 열처리 플라이 애시의 미분을, 집진 장치를 사용해서 회수하는 미분 회수 공정; 상기 분급 공정에서 얻어진 열처리 플라이 애시의 조분을, 45㎛ 체 잔분이 34질량% 이하가 될 때까지 분쇄해서 회수하는 분쇄 회수 공정.

Description

플라이 애시의 개질 방법 및 장치
본 발명은, 플라이 애시의 개질 방법에 관한 것이며, 나아가 이 방법의 실시에 사용하는 장치에도 관한 것이다.
플라이 애시를 시멘트나 콘크리트의 혼합재로서 사용하는 경우, 일반적으로 플라이 애시에 포함되는 미연 카본이 적은 것이 적합하다고 되어 있다.
그러나, 일반적으로 석탄 화력 발전소로부터 발생한 플라이 애시 중의 미연 카본양은 다양하며, 많은 것으로 15질량% 존재하고, 혼합재로서 적합한 것은 일부로 한정되는 것이 현 상황이다.
미연 카본양이 저감된 플라이 애시(개질 플라이 애시)를 얻기 위해서는, 플라이 애시를 가열하여 미연 카본을 연소 제거하는 방법이 있다(예를 들어, 특허문헌 1, 2).
그러나, 플라이 애시를 가열해서 미연 카본을 연소 제거함으로써, 상기와 같은 혼합재에 적합한 개질 플라이 애시를 공업적으로 효율적으로 얻는 것은 매우 어렵다.
즉, 플라이 애시로부터 미연 카본을 연소 제거하기 위해서는, 700℃ 이상의 온도로 가열할 필요가 있다. 700℃보다 낮은 온도에서는, 미연 카본을 제거하는데도 매우 시간이 걸리기 때문이다. 또한, 가열 온도를 높게 할수록 단시간에 미연 카본양을 크게 저감시킬 수 있지만, 이 온도가 높아지면 플라이 애시 입자끼리의 융착에 의한 괴상화가 시작되고, 온도가 높을수록 괴상물의 비율이 증가하고, 또한 그의 냉각에도 장시간이 요하게 된다. 이 때문에, 괴상물의 생성을 최대한 억제하기 위해서, 가열 온도는 780℃ 이하로 설정하는 것이 좋으며, 따라서 미연 카본을 제거하기 위한 가열 온도는 700 내지 780℃의 범위가 최적이지만, 이러한 한정된 온도로 가열하는 것은 매우 곤란하다.
왜냐하면, 미연 카본과 산소와의 반응(연소 반응)은 발열을 수반하고, 게다가 플라이 애시의 가열과 함께, 이 미연 카본양이 변동하기 때문이다. 즉, 미연 카본양이 변동함으로써, 가열로 내에 적절한 양의 산소가 공급되지 않거나, 가열로 내의 온도가 변동하거나 한다. 또한, 가열에 제공되는 플라이 애시에 포함되는 미연 카본양도 일정하지 않다. 예를 들어, 미연 카본양이 많은 플라이 애시가 가열되었을 때에는, 필요 이상으로 온도가 고온이 되어버린다.
이와 같이, 미연 카본 함량이 일정하지 않은 다양한 플라이 애시를 가열하기 때문에, 그 가열 온도를 700 내지 780℃와 같이 매우 한정된 범위로 설정하는 것은 매우 곤란하다. 특히 가열에 제공하는 플라이 애시 원분의 전환 타이밍에 로 내의 열 균형이 깨지기 쉬워, 온도가 너무 올라가거나, 너무 내려가거나 하는 경우가 많다. 또한, 산소의 공급량이 부족해서 미연 카본이 충분히 저감되지 않는다고 하는 문제도 발생한다. 원료의 전환 빈도가 높으면, 최적 조건을 모색하고 있는 사이에 원료가 전환되어버려, 결과적으로 혼합재로서 적합한 제품을 거의 얻지 못한다고 하는 사태가 발생할 가능성도 있다.
일본특허공개 제2008-126117호 공보 일본특허공개 평11-060299호 공보
따라서, 본 발명의 목적은 미연 카본양이 다양한 플라이 애시를 단시간에 확실하게 미연 카본양을 저감시켜서 개질하고, 또한 개질 후의 플라이 애시의 전량을, 비교적 간단한 방법에 의해 혼합재로서 사용할 수 있는 플라이 애시의 개질 방법 및 장치를 제공하는 데 있다.
본 발명자들은 상기 과제를 감안하여 예의 검토를 행하였다. 그리고, 괴상물을 포함하는 개질 플라이 애시여도 그 중 미세한 입자(괴상화가 실질적으로 진행하지 않은 부분)는 간단하게 냉각할 수 있는 것, 및 괴상화된 큰 고형물(괴상물)이어도 분급, 분쇄 등의 조작을 가함으로써 혼합재로서 적합한 성상의 개질 플라이 애시를 얻는 것이 가능한 것을 발견하고, 본 발명을 완성했다.
본 발명에 따르면,
미연 카본을 포함하는 플라이 애시 원분을 780 내지 1000℃의 온도로 가열해서 해당 플라이 애시 원분에 포함되는 미연 카본양을 저감시키는 가열 공정;
상기 가열 공정에서 얻어진 미연 카본양이 저감된 열처리 플라이 애시를, 고온의 상태에서 분급 장치에 도입해서 조분(粗粉)과 미분(微粉)으로 분리하는 분급 공정;
상기 분급 공정에서 얻어진 열처리 플라이 애시의 미분을, 집진 장치를 사용해서 회수하는 미분 회수 공정;
상기 분급 공정에서 얻어진 열처리 플라이 애시의 조분을, 45㎛ 체 잔분이 34질량% 이하가 될 때까지 분쇄해서 회수하는 분쇄 공정
을 포함하는, 플라이 애시의 개질 방법이 제공된다.
본 발명의 개질 방법에 있어서는, 이하의 양태를 적합하게 채용할 수 있다.
(1) 상기 가열 공정에 의해, 미연 카본양을 3질량% 미만으로 저감시키는 것.
(2) 상기 가열 공정에서의 가열을, 미연 카본양이 저감된 열처리 플라이 애시 중에 포함되는 최대 직경이 150㎛ 이상인 괴상 입자의 함유량이 50질량%를 초과하지 않도록 행하는 것.
(3) 상기 분급 공정에 있어서, 분급에 의해 얻어지는 상기 미분의 45㎛ 체 잔분이 34질량% 이하가 되도록 분급점을 설정하는 것.
(4) 상기 분급 공정에서 얻어진 열처리 플라이 애시의 조분은, 200℃ 이하로 냉각한 후에 분쇄하는 것.
(5) 상기 집진 장치로부터 회수된 상기 미분과, 상기 분쇄 공정에서 회수된 상기 분쇄 분말을 혼합하는 것.
본 발명에 따르면, 또한 미연 카본을 포함하는 플라이 애시 원분을 780 내지 1000℃의 온도로 가열할 수 있는 가열 장치와, 해당 가열 장치에서의 가열에 의해 얻어진 열처리 플라이 애시를 분급하는 분급 장치와, 해당 분급 장치에서의 분급에 의해 얻어진 미분을 회수하는 집진 장치와, 해당 분급 장치에서의 분급에 의해 얻어진 조분을 냉각하는 냉각 장치와, 해당 냉각 장치에 의해 냉각된 해당 조분을 분쇄하는 분쇄 장치를 갖는, 플라이 애시의 개질 장치가 제공된다.
이러한 개질 장치에 있어서는,
(1) 상기 분급 장치가 풍력 분급 장치인 것,
(2) 상기 집진 장치에 의해 회수된 상기 미분과, 상기 분쇄 장치로부터 회수된 상기 분쇄 분말을 혼합하는 혼합 장치를 더 포함하는 것
이 적합하다.
본 발명의 개질 방법에서는, 가열 온도가 780 내지 1000℃로 고온이고 또한 폭넓은 범위로 설정되어 있기 때문에, 미연 카본양이 다른 플라이 애시 원분에 대해서도, 비교적 단시간에 연속적이고 또한 안정적으로, 시멘트나 콘크리트의 혼합재로서 적합한 개질 플라이 애시를 얻을 수 있다.
특히, 본 발명에서는 고온에서 플라이 애시를 가열하기 때문에 큰 괴상물이 생성되지만, 이 괴상물은 고온으로 유지된 그대로의 상태에서(즉, 적극적으로 냉각하지 않고) 분급해서 조분과 미분으로 분리하기 때문에, 그 냉각을 효율적이고 단시간에 행할 수 있다. 즉, 분급하지 않고 큰 괴상물 그대로에서는 냉각 효율이 나빠서, 냉각에 현저하게 장시간을 요해버린다.
또한, 본 발명에서는 미연 카본양이 저감된 개질 플라이 애시는, 분급에 의해 얻어진 미분 및 분급에 의해 얻어진 조분의 분쇄품으로 나누어 회수되는데, 양자를 혼합함으로써, 얻어진 개질 플라이 애시의 전량을 시멘트나 콘크리트의 혼합재로서 효율적으로 사용할 수 있다.
도 1은 본 발명의 개질 방법을 실시하기 위한 개질 장치의 개략을 도시하는 도면이다.
도 1을 참조하여, 본 발명에 있어서는, 미연 카본을 포함하는 플라이 애시 원분을 가열 장치(1)에서 가열해서 미연 카본양을 저감시키고(가열 공정), 미연 카본양이 감소된 열처리 플라이 애시는 분급 장치(3)에 도입되어 분급이 행해지고(분급 공정), 분급에 의해 얻어진 미분은 집진 장치(5)에 의해 회수되고(미분 회수 공정), 분급에 의해 얻어진 조분은 냉각 장치(7)에서 냉각되고(조분 냉각 공정), 이어서 분쇄 장치(9)에 도입되고(분쇄 공정), 소정의 입도로 분쇄된 후, 회수된다. 이와 같이 해서 회수된 미분 및 분쇄품은 그대로 사용에 제공할 수도 있지만, 통상 혼합 장치(10)에서 양자를 혼합하여 시멘트 혹은 콘크리트의 혼합재 제품으로서 출하된다.
플라이 애시 원분;
상술한 개질 처리에 제공하는 플라이 애시 원분은, 석탄 화력 발전소 등의 석탄을 연소하는 설비에 있어서 발생하는 일반적인 플라이 애시이다. 이러한 플라이 애시 원분은 석탄이나, 석탄 이외의 연료, 그 외 가연계 폐기물이 혼합 연소되어 발생한 플라이 애시여도 된다.
또한, 이 플라이 애시 원분에 포함되는 입자의 최대 직경은 통상 150㎛보다 작고, 100㎛ 이상이다.
이러한 플라이 애시 원분에는, 일반적으로 1 내지 15질량% 정도의 양으로 미연 카본이 포함되어 있다. 이 미연 카본이 많으면, 플라이 애시를 시멘트나 콘크리트의 혼합재(이하, 단순히 혼합재라 칭하는 경우가 있다)로서 사용한 경우에 문제가 발생한다. 예를 들어, 미연 카본 함유량이 많으면, 모르타르나 콘크리트의 표면에 미연 카본이 떠올라서 흑색부가 발생할 우려가 있다. 또한, 플라이 애시와 함께 혼합되는 화학 혼화제 등의 약제가 미연 카본에 흡착해버려, 약제의 기능이 손상되는 경우도 있다.
본 발명은, 특히 미연 카본양이 3질량%를 초과하는 플라이 애시, 특히 5질량%를 초과하는 플라이 애시의 개질에 적용된다.
가열 공정;
상기 플라이 애시 원분은 가열 장치(1)에 도입되고, 가열에 의해 미연 카본을 연소시켜서, 그의 양을 저감시킨다. 예를 들어, 가열 후의 미연 카본양이 통상 3질량% 이하, 바람직하게는 1질량% 이하, 특히 바람직하게는 0.1질량% 이하가 되도록 가열이 행해진다.
또한, 플라이 애시가 함유하는 미연 카본양의 측정 방법은 공지이며, 예를 들어 이하의 방법이 알려져 있다.
(a) 연소시켜서 발생한 CO2·CO 가스를 적외선 검출하는 방법;
(b) 강열 감량을 측정하여, 해당 강열 원료로부터 미연 카본양을 추정하는 방법;
(c) 메틸렌 블루 흡착량에 기초하여 산출하는 방법;
(d) 밀부피 비중 시험에 의한 방법;
(e) 마이크로파를 조사해서 미연 카본양을 추정하는 방법;
따라서, 적절히 샘플링하여, 상기 방법에 의해, 가열 장치(1)에 도입되는 플라이 애시 원분 및 가열 장치(1)의 출구 부분에서 가열된 플라이 애시(개질 플라이 애시)의 미연 카본양을 측정하고, 이들 측정값에 기초하여 가열 온도나 가열 시간이 설정된다.
본 발명에 있어서는, 가열 장치(1)에 의한 가열 온도가 780 내지 1000℃, 바람직하게는 800 내지 950℃의 범위로 설정된다. 이와 같이 고온이고 또한 폭넓은 온도 영역에서 가열을 행하기 때문에, 가열 장치(1)에 도입하는 플라이 애시의 미연 카본양이 빈번히 변동된 경우에 있어서도, 안정되게 연속해서 가열을 행할 수 있다.
또한, 가열 온도가 상기 범위보다 저온인 경우에는, 미연 카본양이 소정의 범위까지 저감되는데에 장시간을 요하여 효율이 저하된다. 또한, 상기 온도보다 고온으로 가열하면 플라이 애시의 입자끼리의 융착이 극단적으로 큰 괴상물이 되어, 배관 등에서의 막힘이 발생하거나, 가열 장치(1)의 벽면에 융착하는 등의 문제가 발생해버린다. 또한, 플라이 애시의 화학적 변질이 진행되어, 혼합재로서 사용하기 어려워지는 경우도 있다.
그런데, 본 발명에서는 상기와 같은 고온 영역에서 플라이 애시 원분이 가열되기 때문에, 플라이 애시의 입자끼리의 융착이 발생하여 아무래도 큰 괴상물, 예를 들어 최대 직경이 150㎛ 이상인 큰 입자가 생성된다. 가열에 제공되는 플라이 애시에 포함되는 입자의 최대 직경은 150㎛보다 작기 때문에, 이 가열에 의해 이러한 괴상물이 생성되는 것을 확인할 수 있다. 즉, 가열 온도가 높을수록, 또한 가열 시간이 길수록 괴상화가 진행되어, 보다 큰 괴상물이 많이 생성된다. 이 때문에, 본 발명에서는 후술하는 분급이나 냉각이 필요해지는 것인데, 필요 이상으로 괴상화가 진행되면 분급이나 분쇄에 품이 많이 들어 효율이 저하된다. 이 때문에, 본 발명에서는 전술한 범위로 미연 카본양이 저감되는 것을 조건으로 하여, 최대 직경이 150㎛ 이상인 큰 괴상물의 양이 50질량%를 초과하지 않도록, 특히 30질량%를 초과하지 않도록, 가열 온도 및 시간을 설정하는 것이 적합하다.
또한 본 발명에 있어서, 상기와 같은 가열에 사용하는 가열 장치(1)로서는 일반적인 가열로를 사용할 수 있지만, 공업적 관점에서 로터리 킬른, 롤러 허스 킬른, 터널 킬른, 유동층로, 선회 기류식 소성로 등이 적합하게 사용된다. 또한, 780℃ 내지 1000℃의 범위에서의 온도 제어가 용이하고, 연속적으로 다량으로 처리 가능한 점에서, 외열식 로터리 킬른이 가장 바람직하다. 로터리 킬른을 사용한 경우, 다른 가열 방식에 비하여 괴상화가 일어나기 쉽지만, 본 발명의 방법을 적용하는 유효성은 높다.
분급 공정;
본 발명에서는, 상기와 같은 가열에 의해 미연 카본양이 저감된 플라이 애시(열처리 플라이 애시)를, 고온의 상태에서 분급 장치(3)에 도입한다. 즉, 가열 장치(1)로부터 나온 열처리 플라이 애시의 괴상물은 미분을 포함한 그대로, 배관 내 등에서의 자연 냉각은 되지만 고온 상태 그대로, 분급 장치(3)에 도입되어 미분과 조분으로 분급된다. 또한, 열처리 플라이 애시는 가열 장치(1)로부터 분급 장치(3)로의 수송 동안 가열 유지되고 있는 것은 아니어서, 분급 장치(3)까지의 배관 내에서 수십℃ 내지 수백℃ 정도의 온도 강하를 발생할 수 있지만, 적어도 300℃ 이상의 고온으로 유지되어 있고, 이러한 고온 상태 그대로, 이 분급 장치(3)에서 괴상물에 포함되는 미분을 분리하는 것이다. 바꾸어 말하면, 열처리 플라이 애시는 후술하는 바와 같은 냉각되기 어려운 조립(粗粒)을 포함하기 때문에, 자연 냉각으로 300℃를 하회하는 온도가 되기 위해서는 매우 오랜 시간이 필요하며, 본 발명에 있어서는 이러한 저온이 되는 것을 기다리지 않고, 냉각되기 어려운 조립을 분리하는 것이다.
가열 장치(1)로부터 분급 장치(3)로 수송 효율을 높이면, 상기 온도 저하는 일어나기 어려워진다. 그 관점에서, 분급 장치(3)에 도입되는 시점에서의 열처리 플라이 애시의 온도가 바람직하게는 400℃ 이상, 보다 바람직하게는 500℃ 이상, 특히 바람직하게는 550℃ 이상인 효율로 수송한다.
분급 전에 냉각을 행하면, 가열 장치(1)로부터 배출된 열처리 플라이 애시는 비표면적이 작은 괴상물을 많이 포함하고 있기 때문에 냉각 효율이 나빠서, 냉각에 현저하게 장시간이 걸리기 때문이다. 즉, 냉각 효율이 나쁜 조분과, 비표면적이 커서 냉각 효율이 양호한 미분으로 분리함으로써, 각각에 적합한 냉각 수단을 사용할 수 있어 효율적으로 냉각을 행할 수 있다.
분급 장치(3)는 특별히 한정되지 않고, 분체 등을 분급하기 위한 일반적인 방법에 의한 것이 사용 가능하다. 예를 들어, 공업적으로는 원심력 분급, 풍력 분급, 체 등에 의한 분급 장치(3)가 적합하게 사용된다. 특히 풍력 분급기를 사용하면 연속적으로 또한 다량으로 분급이 가능하고, 나아가 분급 시에, 개질 플라이 애시가 다량의 공기(바람)와 접촉하기 때문에 냉각 효과를 기대할 수 있고, 특히 미분의 냉각이 보다 용이해져서, 경우에 따라서는 미분의 냉각 공정을 생략할 수도 있다.
이러한 풍력 분급기로서는, 중력 분급기, 관성 분급기, 자유 소용돌이형 원심 분급기, 강제 소용돌이형 원심 분급기 등을 사용할 수 있다.
또한, 분급 장치(3)에 의한 분급점은 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어 플라이 애시의 JIS 규격에서는 45㎛ 체 잔분을 규정하고 있기 때문에, 이 45㎛ 체 잔분을 목적으로 해서 설정하는 것이 바람직하다. 구체적으로는, 미립분에 있어서의 45㎛ 체 잔분이 34질량% 이하, 20질량% 이하가 되도록 분급점을 설정하는 것이 바람직하다. JIS 규격에서 정해진 플라이 애시 중, 가장 범용적인 JIS II종 규격은 45㎛ 체 잔분이 40질량% 이하이지만, 본 발명에 있어서 34질량% 이하로 한 것은, JIS뿐만 아니라 외국 여러나라의 플라이 애시 규격에도 동시에 적합시키는 것을 목적으로 한 것이다(예를 들어, 미국, 대만, 인도에서는, 45㎛ 체 잔분이 34질량% 이하이다).
또한, 혼합재로서 적합한 개질 플라이 애시를 얻는다고 하는 관점에서, 분급에 의해 얻어지는 미분의 체적 환산에서의 메디안 직경 D50이 30㎛ 이하, 바람직하게는 20㎛ 이하가 되도록 설정하는 것도 바람직하다. 일반적으로 혼합재에 사용되는 플라이 애시의 누적 체적 50% 직경(메디안 직경) D50은 10 내지 40㎛이며, 이것과 동등한 메디안 직경으로 하는 것이 가능하다. 이때 조분 및 미분의 회수율은 플라이 애시 입자의 소결 정도나 분급 방법에 따라 다르지만, 일반적으로는 조분이 50질량% 이하가 된다.
또한, 상기의 메디안 직경 D50은, 예를 들어 레이저 회절식 입도 분포계에 의해서 측정된다.
상기와 같이 45㎛ 체 잔분이나 메디안 직경 D50을 설정하기 위해서는, 분급 수단에 관계 없이 분급점을 100 내지 500㎛ 정도로 설정해서 분급하면 된다.
미분 회수 공정;
분급 장치(3)에서의 분급에 의해 분리된 열처리 플라이 애시의 미분은 집진 장치(5)에 의해 회수되는데, 이 집진 장치(5)에 대한 도입에 앞서, 이러한 미분의 온도는 200℃ 이하, 특히 100℃ 이하로 냉각되어 있는 것이 바람직하다. 집진 장치(5)에 걸리는 열부하를 경감하고, 내열성 부재의 사용이나 장치 수명의 저하에 의한 비용의 증대를 회피하기 위해서이다.
미분의 냉각 수단은 특별히 한정되지 않고, 분체 등을 냉각하기 위한 일반적인 방법이 사용 가능하며, 예를 들어 공업적으로는 로터리 쿨러를 들 수 있다. 그 외에, 분체의 건조에 사용되는 유동층 건조기, 패들 드라이어, 스프레이 드라이어, 디스크 드라이어 등을 냉각 용도에 사용하는 것도 가능하다. 나아가 이중 배관을 사용해서 외측으로부터 냉각하거나, 열교환기를 사용하거나 해서 냉각하는 것도 가능하다.
그런데 앞에도 설명한 바와 같이, 이러한 미분은 냉각되기 어려운 조분과 분리되어 있기 때문에 미분은 매우 냉각되기 쉽고, 분급 장치(3) 내나 집진 장치(5)로의 반송 배관 내 등에서의 온도 강하가 커서, 상기의 냉각 장치에서 사용되는 냉매의 온도나 사용량 등을 마일드하게 설정할 수 있고, 또한 분급 장치(3)로서 풍력 분급기를 사용한 경우에는, 냉각 장치의 사용을 생략할 수도 있다. 따라서, 도 1에서는 이 미분에 관한 냉각 장치는 생략되어 있다.
또한, 미분의 회수에 사용하는 집진 장치(5)로서는, 전기 집진기, 백 필터, 사이클론 등의 공업적으로 사용되는 것이면 특별히 문제없다.
집진 장치(5)에서 회수된 미분은, 그대로 혼합재로서 사용하는 것이 가능하다.
조분 냉각 공정;
한편, 분급 장치(3)에 의해 미분과 분리된 열처리 플라이 애시의 조분은, 시멘트 클링커 제조 원료 등의 용도로 사용하는 것도 가능하지만, 시멘트나 콘크리트의 혼합재로서 사용하기 위해서는 분쇄할 필요가 있다. 입경이 현저하게 조대하고, 게다가 수㎝ 내지 십수㎝를 초과하는 거대한 덩어리를 포함하고 있는 경우가 많기 때문이다. 그런데, 이러한 조분은 냉각 공정을 거치고 있지 않고, 게다가 냉각하기 어려운 것이며 축열량도 크기 때문에, 분급 후에 있어서도 상당한 고온으로 유지되고 있다. 따라서, 분쇄 장치의 열부하를 경감하고, 고가의 내열 사양의 분쇄 장치의 사용을 피하기 위해서, 이 분쇄에 앞서 냉각할 필요가 있다. 예를 들어, 200℃ 이하, 특히 100℃ 이하로 냉각한 후에, 분쇄에 제공하는 것이 바람직하다.
이러한 조분의 냉각에 사용하는 장치로서는, 전술한 미분의 냉각에서 예시한 것을 사용할 수 있지만, 이러한 조분은 냉각하기 어려운 것이기 때문에, 미분의 냉각에 비하여 냉매의 온도나 사용량 등은 상당히 다른 것이 된다.
조분 분쇄 공정;
상기와 같이 해서 냉각된 조분은 시멘트 클링커 제조 원료 등의 용도로 사용하는 것도 가능하지만, 전술한 최대 직경의 큰 괴상물을 많이 포함하고 있기 때문에 분쇄하고, 공업적으로 사용하기 위해서, 전술한 미분과 마찬가지로 45㎛ 체 잔분이 34질량% 이하, 특히 20질량% 이하가 될 때까지 분쇄한다. 이때, 분쇄 후의 메디안 직경 D50은 30㎛ 이하, 특히 20㎛ 이하로 되어 있는 것이 바람직하다.
분쇄 장치로서는 특별히 제한되지 않고, 공업적으로 사용되고 있는 튜브 밀, 진동 밀, 롤러 밀, 롤 크러셔, 해머 크러셔 등을 사용할 수 있다.
혼합 공정;
분쇄 장치로부터 회수된 분쇄물은 이것을 그대로 시멘트나 콘크리트의 혼합재로서 사용할 수도 있지만, 미연 카본양이 대폭으로 줄어져 있는 개질 플라이 애시의 품질 균일성이라고 하는 점에서, 혼합 장치(10)에 도입하고, 집진 장치에 의해 회수된 미분과 혼합하여 제품으로 하는 것이 바람직하다.
이러한 혼합 장치(10)도 특별히 제한되지 않고, 일반적인 분체의 혼합에 사용되고 있는 혼합 장치를 사용할 수 있고, 예를 들어 교반식 혼합기나 압축 에어를 사용한 분류(噴流) 혼합기를 사용할 수 있고, 또한 블렌딩 사일로, 연속식 분체 수송기, 공기 압송 설비 내에서의 혼합도 가능하다.
이와 같이 해서 얻어진 개질 플라이 애시는 미연 카본양이 저감되고, 또한 적절한 분말도로 조정되고 있어, 공지된 방법에 의해 시멘트 혼합재 또는 콘크리트 혼합재로서 사용된다.
실시예
이하, 실시예에 의해 본 발명을 보다 구체적으로 설명하지만, 본 발명은 이들 실시예로 한정되는 것은 아니다.
이하의 실험에 있어서, 개질에 제공하는 플라이 애시 원분으로서는, 이하의 것을 사용했다.
플라이 애시 원분;
일본 내의 석탄 화력 발전소에서 발생한 것.
미연 카본양: 3.4질량%
45㎛ 체 잔분: 18.2질량%
또한, 미연 카본양 및 45㎛ 체 잔분은, 각각 JIS A 6201 기재의 강열 감량 시험 방법 및 45㎛ 체 잔분 시험 방법(망 체 방법)에 있어서 측정했다. 또한, 메디안 직경 D50은 레이저 회절식 입도 분포계에 의한 측정에 있어서 얻은 체적 기준의 수치이다.
상기 플라이 애시 원분의 개질의 기본 수순을 이하에 나타낸다.
(1) 연속식 외열 로터리 킬른을 사용해서 원료 플라이 애시를 가열했다. 원료 공급량 및 연소용 공기의 공급량은 일정하게 했다. 또한, 로터리 킬른의 회전수, 경사를 일정하게 함으로써, 가열 시간도 일정하게 했다. 설리번(Sullivan)식에 의해 산출한 킬른의 균열대 체류 시간을 약 15분으로 하고, 가열 온도는 750℃, 780℃, 850℃로 했다.
(2) 가열 직후의 플라이 애시(열처리 플라이 애시)를 눈 크기 150㎛의 체로 분급하고, 조분과 미분으로 분리했다.
(3) 상기 조분과 미분을 각각 실온에서 공랭했다.
(4) 상기 조분을 45㎛ 체 잔분이 34질량% 이하가 될 때까지 볼 밀을 사용해서 분쇄했다.
(5) 상기 분쇄 후의 조분(분쇄품)과 상기 분급 후의 미분을 플라스틱 용기에 넣어 진탕하고, 혼합했다.
<비교예 1>
수순 1에 있어서 가열 온도를 750℃로서 행한 바, 미연 카본양은 1.3질량%이고 개선의 여지가 있었다.
45㎛ 체 잔분은 15.0질량%였다. 또한, 괴상화는 보이지 않았다.
<실시예 1>
수순 1에 있어서 가열 온도를 780℃로서 행한 바, 미연 카본양은 1.0질량% 이며 충분히 적어졌다.
45㎛ 체 잔분은 16.0질량%였다.
수순 1에서 얻어진 열처리 플라이 애시를 수순 2에 따라 체로 거른바, 조분 회수율이 2.0질량%이고, 약간의 괴상화가 진행되었다.
98.0질량% 회수된 미분의 45㎛ 체 잔분은 14.3질량%, 메디안 직경 D50은 13.7㎛였다.
조분을 분쇄하고, 분쇄품을 미분과 혼합한 것의 45㎛ 체 잔분은 14.8질량%가 되었다.
<실시예 2>
수순 1에 있어서 가열 온도를 850℃로서 행한 바, 미연 카본양은 0질량%이고 매우 양호한 결과였지만, 45㎛ 체 잔분은 39.5질량%로 다량이었다.
얻어진 열처리 플라이 애시를 수순 2에 따라 체로 거른바, 조분 회수율이 25.9질량%이고, 괴상화가 상당히 진행되었다.
74.1질량% 회수된 미분의 45㎛ 체 잔분은 18.3질량%, 메디안 직경 D50은 10.3㎛였다.
조분을 분쇄하고, 분쇄품을 미분과 혼합한 것의 45㎛ 체 잔분은 24.0질량%가 되었다.
이상의 결과를, 표 1 내지 표 3에 정리해서 나타낸다.
Figure pct00001
Figure pct00002
Figure pct00003
<참고예>
콘크리트 시험;
원료로서 사용한 플라이 애시 원분 및 비교예 1, 실시예 1, 2에 의해 개질된 개질 플라이 애시를 사용해서 콘크리트 시험을 실시했다. 시멘트는 일본 국내에서 생산된 보통 포틀랜드 시멘트(NC)를 사용하고, 원료 플라이 애시 및 개질 플라이 애시는 시멘트에 내비율로 20질량%를 혼합했다.
표 4에 콘크리트의 배합을 나타낸다.
사용한 조골재 최대 치수는 20㎜, 조골재 부피 용적은 0.57㎡/㎡(비교예 1), 또는 0.56㎡/㎡(비교예 1 및 실시예 1, 2)로 했다. 또한, 단위 체적당 수량(W)은, 원료 플라이 애시 또는 개질 플라이 애시(FA)와 시멘트(C)의 합계량에 대하여 55질량%로 했다.
먼저, 미연 카본을 제거하지 않은 원료 플라이 애시(원료분) 및 비교예 1에 있어서 슬럼프가 18.0±1.5㎝, 공기량이 4.5±0.5%가 되도록 콘크리트 배합을 결정하고, 실시예 1 및 2에 있어서는 비교예 2의 배합 조건을 그대로 적용했다.
표 5에는 콘크리트의 프레시 성상을 나타낸다.
원료분 및 비교예 1은 AE제의 첨가량이 다름에도 불구하고, 동등한 프레시 성상을 나타내는 점에서, 가열에 의한 미연 카본 저감의 효과가 확인되었다. 실시예 1 및 2는 비교예 1과 같은 배합 조건이면서, 슬럼프 및 공기량이 증가하고 있어, 보다 양호한 결과를 나타냈다.
Figure pct00004
Figure pct00005
1 : 가열 장치
3 : 분급 장치
5 : 집진 장치
7 : 냉각 장치
9 : 분쇄 장치
10 : 혼합 장치

Claims (9)

  1. 미연 카본을 포함하는 플라이 애시 원분을 780 내지 1000℃의 온도로 가열해서 해당 플라이 애시 원분에 포함되는 미연 카본양을 저감시키는 가열 공정;
    상기 가열 공정에서 얻어진 미연 카본양이 저감된 열처리 플라이 애시를, 400℃ 이상으로 유지하면서 수송하고, 분급 장치에 도입해서 조분(粗粉)과 미분(微粉)으로 분리하는 분급 공정;
    상기 분급 공정에서 얻어진 열처리 플라이 애시의 미분을, 집진 장치를 사용해서 회수하는 미분 회수 공정;
    상기 분급 공정에서 얻어진 열처리 플라이 애시의 조분을, 45㎛ 체 잔분이 34질량% 이하가 될 때까지 분쇄해서 회수하는 분쇄 공정
    을 포함하는, 플라이 애시의 개질 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 가열 공정에 의해, 미연 카본양을 3질량% 미만으로 저감시키는, 플라이 애시의 개질 방법.
  3. 제2항에 있어서, 상기 가열 공정에서의 가열을, 미연 카본양이 저감된 열처리 플라이 애시 중에 포함되는 최대 직경이 150㎛ 이상인 괴상 입자의 함유량이 50질량%를 초과하지 않도록 행하는, 플라이 애시의 개질 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 분급 공정에 있어서, 분급에 의해 얻어지는 상기 미분의 45㎛ 체 잔분이 34질량% 이하가 되도록 분급점을 설정하는, 플라이 애시의 개질 방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 분급 공정에서 얻어진 열처리 플라이 애시의 조분은, 200℃ 이하로 냉각한 후에 분쇄하는, 플라이 애시의 개질 방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 집진 장치로부터 회수된 상기 미분과, 상기 분쇄 공정에서 회수된 분쇄 분말을 혼합하는, 플라이 애시의 개질 방법.
  7. 미연 카본을 포함하는 플라이 애시 원분을 780 내지 1000℃의 온도로 가열할 수 있는 가열 장치와, 해당 가열 장치에서의 가열에 의해 얻어진 열처리 플라이 애시를 400℃ 이상으로 유지하면서 수송하기 위한 배관과, 해당 가열 장치에서의 가열에 의해 얻어진 열처리 플라이 애시를 분급하는 분급 장치와, 해당 분급 장치에서의 분급에 의해 얻어진 미분을 회수하는 집진 장치와, 해당 분급 장치에서의 분급에 의해 얻어진 조분을 냉각하는 냉각 장치와, 해당 냉각 장치에 의해 냉각된 해당 조분을 분쇄하는 분쇄 장치를 갖는, 플라이 애시의 개질 장치.
  8. 제7항에 있어서, 상기 분급 장치가 풍력 분급 장치인, 플라이 애시의 개질 장치.
  9. 제7항에 있어서, 상기 집진 장치에 의해 회수된 상기 미분과, 상기 분쇄 장치로부터 회수된 상기 분쇄 분말을 혼합하는 혼합 장치를 더 포함하고 있는, 플라이 애시의 개질 장치.
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