JP2019085311A - 石炭灰成形物とその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】セメントクーラーの高温域に投入されたときに崩壊し難く、石炭灰に含まれる未燃炭素が十分に燃焼除去される石炭灰形成物とその製造方法を提供する。【解決手段】未燃炭素量２.０〜１５.０質量％の石炭灰を９０.０〜９９.６質量部含み、および乾燥状態の圧壊強度が５Ｎ以上になる量のバインダーを含有し、乾燥状態の含水量１.５質量％以下、密度１.８ｇ/ｃｍ３以上、体積０.２５cm３以上であって、クリンカークーラーの８００℃以上の温度域での未燃炭素の燃焼によって未燃炭素量が１.０％以下に低減することを特徴とする石炭灰成形物、および原料を上記配合量になるように配合し、混合乾燥して上記石炭灰成形物を製造する方法。【選択図】なし
Description
本発明は、セメントクリンカーの製造工程において、クリンカークーラーに投入される石炭灰成形物とその製造方法に関する。
現在、年間１千万トン前後の大量の石炭灰が火力発電所から発生しており、これを資源として再利用するため、コンクリート用混和材として使用する試みが従来から進められてきた。しかし、ＮＯｘ排出規制などの環境規制の強化や発電効率の優先などによって、微粉炭が完全に燃焼されない傾向があり、回収される石炭灰中の未燃炭素量が増加している。未燃炭素量の多い石炭灰をコンクリート用混和材に用いると、未燃炭素がＡＥ剤などの効果を妨げてエントレインドエアを導入し難くなり、また黒色の物質である未燃炭素がコンクリート表面に浮き出して外観を損なうなどの問題を生じる。
そこで、コンクリート用混和材の使用に代えて、未燃炭素量の多い石炭灰を、キルン直下のクーラーで製造直後のセメントクリンカー上に投入して未燃炭素を燃焼させて除去し、未燃炭素が除去された石炭灰をクリンカーと共に粉砕してセメントに混合させる石炭灰の処理方法が知られている（特許文献１）。
石炭灰を製造直後のセメントクリンカーに投入して未燃炭素を燃焼除去する処理方法では、石炭灰が飛散しないように石炭灰を成形物にして用いており、さらに投入時の落下の衝撃などによって崩壊しないように、該石炭灰成形物の圧壊強度および落下強度を一定以上にした処理方法が提案されている（特許文献２）
特許文献２の方法では、所定の圧壊強度および落下強度を有する石炭灰成形物を用いているが、該成形物の含水量は制御されていない。具体的には、特許文献２の方法では、石炭灰とバインダーの合計量１００質量部に対して水を２〜３５質量部を含む組成物を成形して養生し乾燥して所定の圧壊強度および落下強度を有する成形物にしているが、養生乾燥後の成形物の含水量は制御されていない。
このため、石炭灰成形物が所定の圧壊強度および落下強度を有していても、含水量が多くなると、該石炭灰成形物が製造直後の高温下のセメントクリンカーに投入されると、該成形物に含まれる水分が急激に膨張して水蒸気爆裂を起こし、該成形物が破裂し飛散することがある。破裂して細かくなった成形物はクリンカーと反応し易く、該反応の程度に応じクリンカー中のセメント鉱物組成が変動するため、クリンカー品質を一定に維持することが困難になる。
また、細かくなった成形物はクリンカークーラーからロータリーキルンに導入される２次空気および仮焼炉に導入される３次空気に混入することがあるため、これらの空気がロータリーキルンや仮焼炉に循環されると、該空気に含まれる成形物飛散物が焼成工程に持ち込まれてクリンカーと反応し、クリンカーの鉱物組成を変動させるなどの問題があった。
また、特許文献２では、使用する石炭灰の炭素含有量は好ましくは３％以上、より好ましくは４〜５０％、さらに好ましくは５〜４５％、特に好ましくは６〜４０％としているが、炭素含有量が１０％以上の石炭灰は当該特許による方法では未燃炭素が多量に残り、セメント品質に悪影響を及ぼすことがある。
さらに、特許文献２では、成形物について、形状と大きさおよび圧壊強度（もしくは落下強度）の好ましい範囲が記載されている。しかし、クリンカークーラー内の風速は５〜６ｍ/ｓ程度であり、成形物の密度が１.８ｇ/ｃｍ３未満、かつ、体積が０.２５ｃｍ３未満の場合、成形物は２次空気および３次空気に回収される場合があり、特許文献２に記載されるこれらの範囲は必ずしも好ましい範囲ではない。
また、特許文献２では、石炭灰成形物をセメントクーラーの高温域に投入してクリンカーと混合すると共に石炭灰中の炭素を燃焼させているが、該成形物中の水分を蒸発させるための蒸発潜熱が考慮されていないため、未燃炭素燃焼後の該成形物の炭素含有量を１％以下にすることは難しく、最少でも２％以下であり、かなりの未燃炭素が残留している。このため、石炭灰に含まれる未燃炭素の問題を十分に解決することができない。
本発明は、従来の石炭灰成形物における上記課題を解決したものであり、石炭灰成形物がセメントクーラーの高温域に投入されたときに崩壊し難く、石炭灰に含まれる未燃炭素が十分に燃焼除去される石炭灰形成物とその製造方法を提供する。
本発明は、以下の構成によって上記課題を解決した石炭灰成形物およびその製造方法に関する。
〔１〕未燃炭素量２.０〜１５.０質量％の石炭灰を９０.０〜９９.６質量部含み、および乾燥状態の圧壊強度が５Ｎ以上になる量のバインダーを含有し、乾燥状態の含水量１.５質量％以下、密度１.８ｇ/ｃｍ３以上、体積０.２５cm３以上であって、クリンカークーラーの８００℃以上の温度域での未燃炭素の燃焼によって未燃炭素量が１.０％以下に低減することを特徴とする石炭灰成形物。
〔２〕クリンカークーラーの８００℃以上の温度域での未燃炭素の燃焼によって未燃炭素量が０.５％以下に低減する上記[１]に記載する石炭灰成形物。
〔３〕上記[１]の石炭灰成形物の未燃炭素が、クリンカークーラーの８００℃以上の温度域での燃焼によって未燃炭素量が１.０％以下に低減した石炭灰成形物。
〔４〕上記[２]の石炭灰成形物の未燃炭素が、クリンカークーラーの８００℃以上の温度域での燃焼によって未燃炭素量が０.５％以下に低減した石炭灰成形物。
〔５〕未燃炭素量２.０〜１５.０質量％の石炭灰９０.０〜９９.６質量部と、乾燥状態の圧壊強度が５Ｎ以上になる量のバインダーと、石炭灰とバインダーの合計量１００質量部に対して１５〜５０質量部の水とを混合し、混合物を成形した後に、圧壊強度５Ｎ以上、密度１.８ｇ/ｃｍ３以上、体積０.２５cm３以上、および含水量１.５質量％以下なるように養生し、乾燥することを特徴とする石炭灰成形物の製造方法。
〔１〕未燃炭素量２.０〜１５.０質量％の石炭灰を９０.０〜９９.６質量部含み、および乾燥状態の圧壊強度が５Ｎ以上になる量のバインダーを含有し、乾燥状態の含水量１.５質量％以下、密度１.８ｇ/ｃｍ３以上、体積０.２５cm３以上であって、クリンカークーラーの８００℃以上の温度域での未燃炭素の燃焼によって未燃炭素量が１.０％以下に低減することを特徴とする石炭灰成形物。
〔２〕クリンカークーラーの８００℃以上の温度域での未燃炭素の燃焼によって未燃炭素量が０.５％以下に低減する上記[１]に記載する石炭灰成形物。
〔３〕上記[１]の石炭灰成形物の未燃炭素が、クリンカークーラーの８００℃以上の温度域での燃焼によって未燃炭素量が１.０％以下に低減した石炭灰成形物。
〔４〕上記[２]の石炭灰成形物の未燃炭素が、クリンカークーラーの８００℃以上の温度域での燃焼によって未燃炭素量が０.５％以下に低減した石炭灰成形物。
〔５〕未燃炭素量２.０〜１５.０質量％の石炭灰９０.０〜９９.６質量部と、乾燥状態の圧壊強度が５Ｎ以上になる量のバインダーと、石炭灰とバインダーの合計量１００質量部に対して１５〜５０質量部の水とを混合し、混合物を成形した後に、圧壊強度５Ｎ以上、密度１.８ｇ/ｃｍ３以上、体積０.２５cm３以上、および含水量１.５質量％以下なるように養生し、乾燥することを特徴とする石炭灰成形物の製造方法。
本発明の石炭灰成形物は、ロータリーキルンから排出された製造直後のセメントクリンカーが搬送されるクリンカークーラーに投入され、石炭灰に含まれる未燃炭素がクリンカークーラー内を搬送されるセメントクリンカーの高温によって燃焼されることによって未燃炭素が除去された石炭灰をセメント混合材として利用されるためのものである。
本発明の石炭灰成形物は、圧壊強度が５Ｎ以上であるので、セメントクリンカー投入時に崩壊し難く、また乾燥状態の含水量が１.５質量％以下であるので、８００℃以上の高温域に投入したときに急激な水分膨張による破裂が発生せず、該成形物が細粉化し難い。
本発明の石炭灰成形物は、密度１.８ｇ/ｃｍ３以上および体積０.２５cm３以上であり、一般的なクリンカークーラー中の風速では飛散しないので、ローラリーキルンに供給されるクリンカークーラー２次空気および仮焼炉に供給される３次空気に取り込まれ難く、セメントクリンカーの焼成工程に循環されない。従って、石炭灰とセメントクリンカーとの反応によるクリンカー鉱物組成の変動が殆ど無く、クリンカー鉱物組成を安定的に維持することができる。
また、本発明の石炭灰成形物は、未燃炭素量が２.０〜１５.０質量％の石炭灰を用いることができ、セメント混合材として適さない未燃炭素量の多い石炭灰を大量に効率よく処理することができる。
さらに、本発明の石炭灰成形物は、乾燥状態の圧壊強度が５Ｎ以上になる量のバインダーを加え、乾燥状態の含水量が１.５質量％以下なるように養生し乾燥して製造することができ、特殊な薬剤や製造設備を用いないので、容易に実施することができる。
以下、本発明を具体的に説明する。
〔石炭灰成形物〕
本発明の石炭灰成形物は、未燃炭素量２.０〜１５.０質量％の石炭灰を９０.０〜９９.６質量部含み、および乾燥状態の圧壊強度が５Ｎ以上になる量のバインダーを含有し、乾燥状態の含水量１.５質量％以下、密度１.８ｇ/ｃｍ３以上、体積０.２５cm３以上であって、クリンカークーラーの８００℃以上の温度域での未燃炭素の燃焼によって未燃炭素量が１.０％以下に低減することを特徴とする石炭灰成形物である。
また、本発明の石炭灰成形物は、石炭灰成形物の未燃炭素が、クリンカークーラーの８００℃以上の温度域での燃焼によって未燃炭素量が１.０％以下に低減した石炭灰成形物である。
〔石炭灰成形物〕
本発明の石炭灰成形物は、未燃炭素量２.０〜１５.０質量％の石炭灰を９０.０〜９９.６質量部含み、および乾燥状態の圧壊強度が５Ｎ以上になる量のバインダーを含有し、乾燥状態の含水量１.５質量％以下、密度１.８ｇ/ｃｍ３以上、体積０.２５cm３以上であって、クリンカークーラーの８００℃以上の温度域での未燃炭素の燃焼によって未燃炭素量が１.０％以下に低減することを特徴とする石炭灰成形物である。
また、本発明の石炭灰成形物は、石炭灰成形物の未燃炭素が、クリンカークーラーの８００℃以上の温度域での燃焼によって未燃炭素量が１.０％以下に低減した石炭灰成形物である。
本発明の石炭灰成形物には未燃炭素量が２．０〜１５．０質量％の石炭灰が用いられる。未燃炭素量が２.０質量％未満の石炭灰はそのままセメント混合材として用いることができるので、本発明の石炭灰成形物に用いる必要性は低い。一方、石炭灰中の未燃炭素量が１５.０質量％を超えると、クリンカークーラーの８００℃以上の温度域に投入されて未燃炭素が燃焼されるときに残留未燃炭素量が多くなり、未燃炭素量を１.０％以下に低減することが難しくなる。燃焼後の残留未燃炭素量が多いと、コンクリートに用いられるＡＥ剤の多くが未燃炭素に吸着するため、コンクリートの空気量の制御が困難になる。また、未燃酸素量が多いと黒色の物質である未燃炭素がコンクリート表面に浮き出して外観を損なうなどの問題を生じる。
石炭灰は、比表面積（ブレーン）３０００ｃｍ２/ｇ以上が好ましい。比表面積が３０００ｃｍ２/ｇ以下の石炭灰は、バインダー量が少ないと、乾燥後の成形物の圧壊強度が５Ｎ以上を確保できない場合がある。
本発明の石炭灰成形物は、上記未燃炭素量の石炭灰を９０.０〜９９.６質量部含む。石炭灰の含有量が９０質量部より少ないと石炭灰成形物の活性度指数が低くなり、石炭灰成形物としての効果が不十分になる。石炭灰の含有量が９９.６質量部を超えると相対的にバインダーの含有量が少なくなり、乾燥状態の圧壊強度を５Ｎ以上に保つことができなくなる。
本発明の石炭灰成形物は、乾燥状態の圧壊強度が５Ｎ以上になる量のバインダー含む。乾燥状態の圧壊強度が５Ｎ未満では、セメントクリンカーに投入されたときに、落下時の衝撃によって崩壊するので好ましくない。一般には、圧壊強度が５Ｎ〜２５０Ｎの範囲が好ましい。圧壊強度が２５０Ｎを上回るにはバインダー量を多く必要とし、成形の効率が低下するので好ましくない。
バインダーは有機バインダーまたは無機バインダーの何れも用いることができる。また、有機バインダーと無機バインダーを混合して用いることができる。成形物が乾燥状態で５〜２５０Ｎの圧壊強度を有するには、一般的な有機バインダーの含有量は０.４〜５質量部が好ましく、一般的な無機バインダーの含有量は５〜１０質量部が好ましい。
有機バインダーとして澱粉、固形パラフィン、ポリビニルアルコール、セルロース誘導体、スチレンブタジエンゴム、天然ゴム、グアガム誘導体、酢酸ビニル、エチレン酢酸ビニル樹脂、アクリル樹脂等を用いることができる。
無機バインダーとして普通ポルトランドセメント、早強ポルトランド、中庸熱ポルトランドセメント、低熱セメント、高炉セメント、フライアッシュセメント、アルミナセメント、シリカフューム、ベントナイト粉末、粘土粉末等を用いることができる。
無機バインダーとして普通ポルトランドセメント、早強ポルトランド、中庸熱ポルトランドセメント、低熱セメント、高炉セメント、フライアッシュセメント、アルミナセメント、シリカフューム、ベントナイト粉末、粘土粉末等を用いることができる。
また、石炭灰のポゾラン活性を引き出すアルカリ刺激剤を単独で、または、上記バインダーと併用して併用して添加することによって、石炭灰成形物の圧壊強度を高めることができる。アルカリ刺激剤としては、ナトリウム、カリウム、リチウムの炭酸塩（炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、炭酸リチウム）やオキシカルボン酸塩（クエン酸ナトリウム、クエン酸リチウム）やアルミン酸ナトリウムなどがあげられる。
本発明の石炭灰成形物は、乾燥状態の含水量１.５質量％以下である。乾燥状態の含水量が１.５質量％を超えると、クリンカークーラーの８００℃以上の高温域に投入されたときに、急激な水分量の膨張によって水蒸気爆裂を起こし、圧壊強度が５Ｎ程度では崩壊して飛散する。乾燥状態の含水量１.５質量％以下であれば、このような水蒸気爆裂が生じ難い。石炭灰成形物が崩壊して飛散すると、未燃炭素が十分に燃焼されずに飛散した石炭灰粉末がクリンカークーラーの２次空気ないし３次空気に持ち込まれてクリンカーの焼成工程に導入されると共にクーラー内を循環するので、クーラー回収物の未燃炭素量を１.０％以下に低減し難くなる。未燃炭素量の多い石炭灰を含むクリンカーによって製造されたセメントは、セメント成形物の表面に黒色物質が浮き出すようになるので好ましくない。
本発明の石炭灰成形物は、乾燥密度１.８ｇ/ｃｍ３以上であって、体積０.２５cm３以上である。乾燥密度１.８ｇ/ｃｍ３未満で体積が０.２５cm３未満の微粒子はクリンカークーラーの２次空気ないし３次空気の風速によって飛散されやすく、飛散された石炭灰が２次空気や３次空気に持ち込まれ、焼成工程に循環されたときに、セメントクリンカーと反応してクリンカー鉱物の組成変動を生じることがある。
〔製造方法〕
本発明の石炭灰成形物は、未燃炭素量が２.０〜１５.０質量％の石炭灰９０.０〜９９.６質量部と、乾燥状態の圧壊強度が５Ｎ以上になる量のバインダーと、石炭灰とバインダーの合計量１００質量部に対して１５〜５０質量部の水を混合し、該混合物を成形した後に、圧壊強度５Ｎ以上、密度１．８ｇ/ｃｍ３以上、体積０.２５cm３以上、および含水量１.５質量％以下なるように養生し乾燥して製造することができる。
本発明の石炭灰成形物は、未燃炭素量が２.０〜１５.０質量％の石炭灰９０.０〜９９.６質量部と、乾燥状態の圧壊強度が５Ｎ以上になる量のバインダーと、石炭灰とバインダーの合計量１００質量部に対して１５〜５０質量部の水を混合し、該混合物を成形した後に、圧壊強度５Ｎ以上、密度１．８ｇ/ｃｍ３以上、体積０.２５cm３以上、および含水量１.５質量％以下なるように養生し乾燥して製造することができる。
石炭灰とバインダーの混合物に加える水の量は、石炭灰とバインダーの合計量１００質量部に対して１５〜５０質量部が好ましい。混合物に加える水の量が１５質量部よりも少ないと成形するための混錬ができず、５０質量部を超えると成形装置に混練物が付着する問題があり、また乾燥後の含水量を１.５質量％以下にするのに多くの熱エネルギーがかかるようになるので好ましくない。
石炭灰のポゾラン活性を引き出すアルカリ刺激剤を単独で使用し、または上記バインダーと併用して使用することによって、石炭灰成形物の圧壊強度を高めることができる。アルカリ刺激剤としては、ナトリウム、カリウム、リチウムの炭酸塩（炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、炭酸リチウム）やオキシカルボン酸塩（クエン酸ナトリウム、クエン酸リチウム）、アルミン酸ナトリウムなどがあげられる。これらの１種類以上を、石炭灰１００質量部に対して０.１〜１.０質量部添加することによって圧壊強度を高めることができる。
混練物の成形は押出成形、ロールプレスなど各種の成形手段を用いることができる。また成形は造粒を含む。造粒手段はパンペレタイザーなど各種の造粒手段を用いることができる。成形手段および造粒手段は限定されない。
成形後に、密度１.８ｇ/ｃｍ３以上、体積０.２５cm３以上、および含水量１.５質量％以下なるように養生し乾燥して本発明の石炭灰成形物を製造する。例えば、振動によって成形物を分散させると共に１００℃〜３００℃の熱風を吹き当てて成形物を乾燥させる連続式乾燥機などを用いると良い。
〔発明の効果〕
本発明の石炭灰成形物は含水量が少ないので、８００℃以上の高温域に投入されたときに水分の急激な膨張による崩壊を生じ難い。従って、クリンカークーラー内を搬送される製造直後のクリンカー上に投入しても石炭灰が飛散することなく未燃炭素が燃焼し、未燃炭素が１.０％以下に低減する。好ましくは未燃炭素量が０.５％以下に低減する。従って、セメントクリンカーに取り込まれる未燃炭素量が大幅に少なく、炭素が燃焼によって除去された石炭灰をセメント混合材として良好に利用することができる。
本発明の石炭灰成形物は含水量が少ないので、８００℃以上の高温域に投入されたときに水分の急激な膨張による崩壊を生じ難い。従って、クリンカークーラー内を搬送される製造直後のクリンカー上に投入しても石炭灰が飛散することなく未燃炭素が燃焼し、未燃炭素が１.０％以下に低減する。好ましくは未燃炭素量が０.５％以下に低減する。従って、セメントクリンカーに取り込まれる未燃炭素量が大幅に少なく、炭素が燃焼によって除去された石炭灰をセメント混合材として良好に利用することができる。
さらに、本発明の石炭灰成形物は、密度１.８ｇ/ｃｍ３以上および体積０.２５cm３以上であるので、一般的なクリンカークーラー中の風速では飛散しないので、石炭灰が焼成工程に持ち込まれることがなく、セメントクリンカーと石炭灰が反応することないので、クリンカーの鉱物組成の変動を招かず、クリンカーの品質を良好に維持することができる。
以下、本発明の実施例を比較例と共に示す。
成形物について、乾燥状態の含水量はＪＩＳ規格 ＪＩＳ Ａ ６２０１「コンクリート用フライアッシュ」に基づいて測定した。
圧壊強度は、該成形物と同配合の直径５ｍｍ、高さ１０ｍｍの円柱の供試体を、押出し成型により作製し、所定の養生、乾燥後、インストロン型万能試験機を用いて測定した。
密度はＪＩＳ規格ＪＩＳ Ｒ ５２０１「セメントの物理試験方法」に基づいて測定した。
成形物体積は成形物質量を密度で除して算出した。
石炭灰は以下のＡＢＣを用いた。
石炭灰Ａ（未燃炭素量１４.２質量％、ブレーン比表面積３５００ｃｍ２/ｇ）、
石炭灰Ｂ（未燃炭素量４.５質量％、ブレーン比表面積３６１０ｃｍ２/ｇ）
石炭灰Ｃ（未燃炭素量１７.４質量％、ブレーン比表面積３５８０ｃｍ２/ｇ）
有機バインダーは澱粉(松谷化学工業株式会社製マツノリン)を、無機バインダーは粘土粉末(クニミネ工業株式会社製ベントナイト)を用いた。また、アルカリ刺激剤は炭酸ナトリウム（試薬１級）およびアルミン酸ナトリウムを用いた。混練水は水道水を用いた。
成形物について、乾燥状態の含水量はＪＩＳ規格 ＪＩＳ Ａ ６２０１「コンクリート用フライアッシュ」に基づいて測定した。
圧壊強度は、該成形物と同配合の直径５ｍｍ、高さ１０ｍｍの円柱の供試体を、押出し成型により作製し、所定の養生、乾燥後、インストロン型万能試験機を用いて測定した。
密度はＪＩＳ規格ＪＩＳ Ｒ ５２０１「セメントの物理試験方法」に基づいて測定した。
成形物体積は成形物質量を密度で除して算出した。
石炭灰は以下のＡＢＣを用いた。
石炭灰Ａ（未燃炭素量１４.２質量％、ブレーン比表面積３５００ｃｍ２/ｇ）、
石炭灰Ｂ（未燃炭素量４.５質量％、ブレーン比表面積３６１０ｃｍ２/ｇ）
石炭灰Ｃ（未燃炭素量１７.４質量％、ブレーン比表面積３５８０ｃｍ２/ｇ）
有機バインダーは澱粉(松谷化学工業株式会社製マツノリン)を、無機バインダーは粘土粉末(クニミネ工業株式会社製ベントナイト)を用いた。また、アルカリ刺激剤は炭酸ナトリウム（試薬１級）およびアルミン酸ナトリウムを用いた。混練水は水道水を用いた。
〔実施例Ａ：石炭灰成形物の調製〕
石炭灰Ａ、バインダー（澱粉、粘土粉末）、アルカリ刺激剤（炭酸ナトリウム）、水を表１に示す割合で、ヘンシェルミキサー（型式ＦＭ２０Ｂ型）を使用して５００rpmで１分間混練した、この混練物を押出し成型法により、直径６ｍｍ、高さ１０ｍｍの寸法に成形した。これを４０℃、湿度８０％の条件で２４時間養生した後、流動層乾燥機（型式１０Ｆ型）によって、１１０℃、風量５ｍ３/minの条件で６０分乾燥して成形物を製造した。この成形物の密度、圧壊強度、含水量を表１に示した。
石炭灰Ａ、バインダー（澱粉、粘土粉末）、アルカリ刺激剤（炭酸ナトリウム）、水を表１に示す割合で、ヘンシェルミキサー（型式ＦＭ２０Ｂ型）を使用して５００rpmで１分間混練した、この混練物を押出し成型法により、直径６ｍｍ、高さ１０ｍｍの寸法に成形した。これを４０℃、湿度８０％の条件で２４時間養生した後、流動層乾燥機（型式１０Ｆ型）によって、１１０℃、風量５ｍ３/minの条件で６０分乾燥して成形物を製造した。この成形物の密度、圧壊強度、含水量を表１に示した。
表１に示すように、結合剤量が０.４〜１０質量％の場合には、石炭灰成形物の圧壊強度が５Ｎ以上になった。また、水の配合量が６０％以上では、石炭灰成形物の密度が１.８ｃｍ３/ｇ未満となり、さらに乾燥後の含水量が２.５％以上になった。
〔実施例Ｂ：石炭灰成形物の含水量と崩壊性〕
石炭灰Ａ、バインダー（澱粉）、水を、表１の実施例２と同様の割合で配合し、ヘンシェルミキサー（型式ＦＭ２０Ｂ型）を使用して５００rpmで１分間混練した、この混練物を押出し成型法により、直径６ｍｍ、高さ１２ｍｍの寸法に成形した。これを４０℃、湿度８０％の条件で２４時間養生した後、流動層乾燥機（型式１０Ｆ型）で１１０℃、風量５ｍ３/minの条件で０分、１０分、２０分、３０分、４０分、５０分、６０分乾燥して成形物を製造した。この成形物を試験炉に入れ、８００℃の空気を風速６ｍ/ｓで導入し、３０分間焼成して崩壊の程度を調べた。また、石炭灰成形物を試験炉投入直後から３分までの炉内空気を回収し、回収空気を白色のフィルターに通し、フィルターが変色しないものを石炭灰量無し、フィルターが薄い灰色に変色するものを石炭灰量が少ない、フィルターが濃い灰色ないし黒色に変色するものを石炭灰量が多いとした。この成形物の含水量、圧壊強度、高温崩壊の有無、及び回収空気中の石炭灰量を表２に示した。
石炭灰Ａ、バインダー（澱粉）、水を、表１の実施例２と同様の割合で配合し、ヘンシェルミキサー（型式ＦＭ２０Ｂ型）を使用して５００rpmで１分間混練した、この混練物を押出し成型法により、直径６ｍｍ、高さ１２ｍｍの寸法に成形した。これを４０℃、湿度８０％の条件で２４時間養生した後、流動層乾燥機（型式１０Ｆ型）で１１０℃、風量５ｍ３/minの条件で０分、１０分、２０分、３０分、４０分、５０分、６０分乾燥して成形物を製造した。この成形物を試験炉に入れ、８００℃の空気を風速６ｍ/ｓで導入し、３０分間焼成して崩壊の程度を調べた。また、石炭灰成形物を試験炉投入直後から３分までの炉内空気を回収し、回収空気を白色のフィルターに通し、フィルターが変色しないものを石炭灰量無し、フィルターが薄い灰色に変色するものを石炭灰量が少ない、フィルターが濃い灰色ないし黒色に変色するものを石炭灰量が多いとした。この成形物の含水量、圧壊強度、高温崩壊の有無、及び回収空気中の石炭灰量を表２に示した。
表２に示すように、成形物を８００℃の高温下で３０分間焼成すると、含水量１.９％以上の成形物は何れも崩壊して飛散し、含水量１.６％の成形物も僅かに崩壊する。一方、含水量１.５％以下の成形物はこのような高温焼成下でも崩壊せず、飛散しないので回収空気中に石炭灰が混入しない。
〔実施例Ｃ〕
石炭灰Ａ、バインダー（澱粉、粘土粉末）、アルカリ刺激剤（炭酸ナトリウム）、水の配合量がおのおの表１の実施例２、実施例３、実施例７、比較例１、比較例２と同じ成形物について、配合した原料を、ヘンシェルミキサー（型式ＦＭ２０Ｂ型）を使用して５００rpmで１分間混練した、この混練物を押出し成型法により、以下の３種（イ、ロ、ハ）におのおの成形した。
（イ）直径１０ｍｍ、高さ１５ｍｍ、体積約１.２ｃｍ３、
（ロ）直径６ｍｍ、高さ１０ｍｍ、体積約０.２８ｃｍ３、
（ハ）直径５ｍｍ、高さ５ｍｍ、体積約０.１ｃｍ３
これらを、４０℃、湿度８０％の条件で２４時間養生した後、流動層乾燥機（型式１０Ｆ型）で１１０℃、風量５ｍ３/minの条件で６０分乾燥し成形物を製造した。なお、比較例２は乾燥時間６０分では含水量が１．５％以下にできなかったので、乾燥時間を９０分に延長した。さらに、この成形物を試験炉に入れ、８００℃の空気を風速６ｍ/ｓで導入し、３０分間焼成して崩壊の程度、焼成後の未燃炭素量を調べた。また、石炭灰成形物を試験炉内投入直後から３分までの炉内空気を回収し、回収空気中に含まれる石炭灰量を調査した。この結果を表３に示した。
石炭灰Ａ、バインダー（澱粉、粘土粉末）、アルカリ刺激剤（炭酸ナトリウム）、水の配合量がおのおの表１の実施例２、実施例３、実施例７、比較例１、比較例２と同じ成形物について、配合した原料を、ヘンシェルミキサー（型式ＦＭ２０Ｂ型）を使用して５００rpmで１分間混練した、この混練物を押出し成型法により、以下の３種（イ、ロ、ハ）におのおの成形した。
（イ）直径１０ｍｍ、高さ１５ｍｍ、体積約１.２ｃｍ３、
（ロ）直径６ｍｍ、高さ１０ｍｍ、体積約０.２８ｃｍ３、
（ハ）直径５ｍｍ、高さ５ｍｍ、体積約０.１ｃｍ３
これらを、４０℃、湿度８０％の条件で２４時間養生した後、流動層乾燥機（型式１０Ｆ型）で１１０℃、風量５ｍ３/minの条件で６０分乾燥し成形物を製造した。なお、比較例２は乾燥時間６０分では含水量が１．５％以下にできなかったので、乾燥時間を９０分に延長した。さらに、この成形物を試験炉に入れ、８００℃の空気を風速６ｍ/ｓで導入し、３０分間焼成して崩壊の程度、焼成後の未燃炭素量を調べた。また、石炭灰成形物を試験炉内投入直後から３分までの炉内空気を回収し、回収空気中に含まれる石炭灰量を調査した。この結果を表３に示した。
表３に示すように、実施例２，３，７の成形物は、体積０.２５ｃｍ３以上、密度２．０g/ｃｍ３以上の試料は何れも回収空気中の石炭灰量が少なく、空気中に取り込まれ難いことが分かる。一方、成形物の体積が０.１ｃｍ３の試料は何れも回収空気中の石炭灰量が少量ながら測定されるので、成形物が回収空気中に取り込まれないためには、成形物の体積は０.２５ｃｍ３以上が好ましい。なお、比較例１は圧壊強度が３Ｎであるので崩壊しやすく、回収空気中の石炭灰量が多い。また、比較例２は石炭灰成形物の密度が１.７ｇ/ｃｍ３であり、１.８ｇ/ｃｍ３未満であるため回収空気中の石炭灰量がやや多いまたは多い。なお、表３において、回収空気中の石炭灰量がやや多いのはフィルターが濃い灰色に変化したものである。その他は表２の判断基準と同じである。
〔実施例Ｄ〕
石炭灰Ａ、石炭灰Ｂ、石炭灰Ｃ、バインダー（澱粉）、アルカリ刺激剤（炭酸ナトリウム）、水を表４に示す割合で配合し、ヘンシェルミキサー（型式ＦＭ２０Ｂ型）を使用して５００rpmで１分間混練した、この混練物を押出し成型法により、直径６ｍｍ、高さ１０ｍｍの寸法に成形した。これを４０℃、湿度８０％の条件で２４時間養生した後、流動層乾燥機（型式１０Ｆ型）で１１０℃、風量５ｍ３/minの条件で６０分乾燥し成形物を製造した。さらに、この成形物を試験炉に入れ、８００℃の空気を風速６ｍ/ｓで導入し、２０分、３０分、６０分間焼成した後の未燃炭素量を調べた。この結果を表４に示した。表４の実施例２、実施例３の原料配合は表１の実施例２、実施例３と同じである。
石炭灰Ａ、石炭灰Ｂ、石炭灰Ｃ、バインダー（澱粉）、アルカリ刺激剤（炭酸ナトリウム）、水を表４に示す割合で配合し、ヘンシェルミキサー（型式ＦＭ２０Ｂ型）を使用して５００rpmで１分間混練した、この混練物を押出し成型法により、直径６ｍｍ、高さ１０ｍｍの寸法に成形した。これを４０℃、湿度８０％の条件で２４時間養生した後、流動層乾燥機（型式１０Ｆ型）で１１０℃、風量５ｍ３/minの条件で６０分乾燥し成形物を製造した。さらに、この成形物を試験炉に入れ、８００℃の空気を風速６ｍ/ｓで導入し、２０分、３０分、６０分間焼成した後の未燃炭素量を調べた。この結果を表４に示した。表４の実施例２、実施例３の原料配合は表１の実施例２、実施例３と同じである。
表４に示すように、未燃炭素量が１５％以下の石炭灰Ａ，Ｂを用いた実施例２、実施例３、実施例１０は何れも未燃炭素量が１％以下に減少するが、未燃炭素量が１７.４％の石炭灰Ｃを用いた比較例４は焼成後の未燃炭素量が１.２％以上であり、燃焼後の残留未燃炭素量が多くなるので好ましくない。
石炭灰Ａ、石炭灰Ｂ、石炭灰Ｃ、バインダー（澱粉）、アルカリ刺激剤（炭酸ナトリウム）、水を表５に示す割合で配合し、ヘンシェルミキサー（型式ＦＭ２０Ｂ型）を使用して５００rpmで１分間混練した、この混練物を押出し成型法により、直径６ｍｍ、高さ１０ｍｍの寸法に成形した。これを４０℃、湿度８０％の条件で２４時間養生した後、流動層乾燥機（型式１０Ｆ型）で１１０℃、風量５ｍ３/minの条件で６０分乾燥し成形物を製造した。さらに、普通ポルトランドセメントのクリンカー１０００ｇを８００℃の加熱炉内で熱し、この上に上記石炭灰成形物５０ｇ（セメントクリンカー１００質量％に対して５質量％）を散布した。試験炉内で、２０分、３０分、６０分間焼成した後の試料に、二水石膏を２％添加してブレーン比表面積が３３００ｃｍ２／ｇになるまで粉砕し、普通ポルトランドセメントを試製した。
試製したセメントについて、ＪＩＳ規格（JIS R 5201「セメントの物理試験方法」）に従って、セメント４５０ｇ、標準砂１３５０ｇ、水セメント比５０％でモルタルを混練し、得られたモルタルの表面部に浮き出る黒色物質の有無を調べた。
試製したセメントについて、ＪＩＳ規格（JIS R 5201「セメントの物理試験方法」）に従って、セメント４５０ｇ、標準砂１３５０ｇ、水セメント比５０％でモルタルを混練し、得られたモルタルの表面部に浮き出る黒色物質の有無を調べた。
表５に示すように、未燃炭素量が１５％以下の石炭灰Ａ，Ｂを用いた実施例２、実施例３、実施例１０は何れも黒色物質の浮きは認められなかった。一方、石炭灰Ｃを用いた比較例４は黒色物質の浮きが認められるので好ましくない。
Claims (5)
- 未燃炭素量２.０〜１５.０質量％の石炭灰を９０.０〜９９.６質量部含み、および乾燥状態の圧壊強度が５Ｎ以上になる量のバインダーを含有し、乾燥状態の含水量１.５質量％以下、密度１.８ｇ/ｃｍ３以上、体積０.２５cm３以上であって、クリンカークーラーの８００℃以上の温度域での未燃炭素の燃焼によって未燃炭素量が１.０％以下に低減することを特徴とする石炭灰成形物。
- クリンカークーラーの８００℃以上の温度域での未燃炭素の燃焼によって未燃炭素量が０.５％以下に低減する請求項１に記載する石炭灰成形物。
- 請求項１の石炭灰成形物の未燃炭素が、クリンカークーラーの８００℃以上の温度域での燃焼によって未燃炭素量が１.０％以下に低減した石炭灰成形物。
- 請求項２の石炭灰成形物の未燃炭素が、クリンカークーラーの８００℃以上の温度域での燃焼によって未燃炭素量が０.５％以下に低減した石炭灰成形物。
- 未燃炭素量２.０〜１５.０質量％の石炭灰９０.０〜９９.６質量部と、乾燥状態の圧壊強度が５Ｎ以上になる量のバインダーと、石炭灰とバインダーの合計量１００質量部に対して１５〜５０質量部の水とを混合し、混合物を成形した後に、圧壊強度５Ｎ以上、密度１.８ｇ/ｃｍ３以上、体積０.２５cm３以上、および含水量１.５質量％以下なるように養生し、乾燥することを特徴とする石炭灰成形物の製造方法。
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