JP2012201559A - 銅スラグ細骨材の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】効率的に各種粒度の銅スラグ細骨材を製造できる方法を提供する。
【解決手段】銅製錬工程で排出される銅スラグ出滓を、所定の呼び寸法のふるいを通過させるふるい分け工程Ｓ１と、前記通過後のふるい後銅スラグを粉砕する粉砕工程Ｓ２と、を備えるＪＩＳ Ａ５０１１−３で分類される銅スラグ細骨材の製造方法である。目的の粒度に合わせて、ふるい分け工程及び粉砕工程を２回以上繰り返すことができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、土木建築物などの主要材料であるコンクリートの主原料である細骨材に関するものであり、特に銅スラグを含有する細骨材に関する。

コンクリートはその経済性や施工性、強度、耐久性などから土木建築物の主要材料として広く用いられている。コンクリートは、粗骨材（砂利）、細骨材（砂）、セメント、水を主原料とし、これをよく混合して泥しょう状態とした生コンクリートを型枠の中に流し込み（通常、打ち込みという）、硬化させたものである。粗骨材はおよそ粒径が５０ｍｍ以下の骨材を、細骨材はおよそ粒径が５ｍｍ以下の骨材をいう。

細骨材としての砂は、例えば、砂岩を砕いて得られる砂岩砕砂などが知られている。砂は、コンクリート用細骨材に求められる特性である、強度（硬度）、物理的・化学的安定性、無害、適正な粒径、付着力の大きな表面組成、所要の重量等の性質を併せ持つので細骨材として好適に使用される。

しかしながら、細骨材として砂の岩種によりコンクリートにおいては、乾燥収縮が大きく発生し易いという問題点があることが知られている。このため、例えば、下記の特許文献１のように、収縮低減効果のある石灰石骨材を所定の割合で併用することが行われているが、石灰石骨材はコストが高いという問題がある。一方、銅スラグなどのスラグ細骨材なども代替細骨材として使用されてきている。これらの代替細骨材は砂とは特性が異なるため、通常砂の一部を代替して使用される。

銅スラグ細骨材は、ＪＩＳ Ａ５０１１−３において粒度による区分がされており、具体的には、ＣＵＳ５、ＣＵＳ２．５、ＣＵＳ１．２、ＣＵＳ５−０．３の４水準に分類されている。

これらの銅スラグ細骨材は、それぞれに粒度分布が規定されており、この規定に沿うように製造する必要があるので粒度分布を一定範囲に揃える必要がある一方、代替細骨材として低コストで大量に製造できる必要がある。

特開２０１１−６２７６号公報

本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、種々の粒度の銅スラグ細骨材を、短時間で大量に製造する方法を提供することにある。

本発明では、具体的に以下のようなものを提供する。

（１） 銅製錬工程で排出される銅スラグ出滓を、所定の呼び寸法のふるいを通過させるふるい分け工程と、
前記通過後のふるい後銅スラグを粉砕する粉砕工程と、
を備えるＪＩＳ Ａ５０１１−３で分類される銅スラグ細骨材の製造方法。

（２） 前記ふるい分け工程及び前記粉砕工程を、２回以上繰り返す（１）記載の銅スラグ細骨材の製造方法。

（３） 前記ふるい分け工程における前記ふるいの所定の呼び寸法が１０ｍｍであり、
前記ふるい分け工程後に１回の前記粉砕工程を行い、
前記銅スラグ細骨材の粒度分類がＪＩＳ Ａ５０１１−３における２．５ｍｍ銅スラグ
細骨材（ＣＵＳ２．５）を製造する、（１）記載の銅スラグ細骨材の製造方法。

（４） 前記ふるい分け工程における前記ふるいの所定の呼び寸法が１０ｍｍであり、
前記ふるい分け工程及び前記粉砕工程を２回繰り返し、
前記銅スラグ細骨材の粒度分類がＪＩＳ Ａ５０１１−３における１．２ｍｍ銅スラグ
細骨材（ＣＵＳ１．２）を製造する、（１）又は（２）記載の銅スラグ細骨材の製造方法。

本発明の銅スラグ細骨材の製造方法によれば、ＪＩＳ規定の粒度に沿う異なる種類の銅スラグ細骨材を、低コストで大量に製造できる。

本発明の銅スラグ細骨材の製造方法の一例を示すフローチャートである。 本発明の方法によって得られる銅スラグ細骨材の顕微鏡写真であり、（ａ）粉砕工程前の状態、（ｂ）粉砕工程後Ｓ２ａを経たＣＵＳ１．２、（ｃ）粉砕工程後Ｓ２ｂを２回経たＣＵＳ２．５、である。

以下、図面を用いて本発明について更に詳細に説明する。図１は本発明の銅スラグ細骨材の製造方法の一例を示すフローチャートである。

＜スラグ出滓＞
図１におけるスラグ出滓（溶融スラグ）は、銅製錬に伴って生成され、銅を製錬する工程において銅精鉱中の鉄分と石灰石、珪石等が結合してなるもので、ＦｅＯ、ＳｉＯ２、ＣａＯを主体とする。組成の一例としては、酸化鉄（ＦｅＯ）４５〜５５質量％、珪酸（ＳｉＯ_２）３０〜３６質量％、酸化カルシウム（ＣａＯ）２〜７質量％、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ_２）３〜６質量％、である。

このスラグ出滓は、図１に示すように、その後に水冷却により水砕破砕物となり固化する（図１における工程Ｓ０）。このときの粒度は３ｍｍから５ｍｍ程度である。この状態で、原料として一時的に貯留される（図１における１次原料置場Ｐ１又は２次原料置き場Ｐ２ａ、Ｐ２ｂ）。

＜ふるい分け工程Ｓ１＞
次に、上記水砕破砕物は、目的の粒度に応じてふるい分け工程Ｓ１ａ又はふるい分け工程Ｓ１ｂに分かれ、それぞれベルトコンベア等の搬送手段によって移送される。ふるい分け工程Ｓ１ａは繰り返しがなく次工程の粉砕工程Ｓ２ａで完了する。一方、ふるい分け工程Ｓ１ｂは粉砕工程Ｓ２ｂを経た後、再度でふるい分け工程Ｓ１ｂ及び粉砕工程Ｓ２ｂを繰り返して完了する。

＜ふるい分け工程Ｓ１ａ＞
まず図１の左側のフローである、ふるい分け工程Ｓ１ａについて説明すると、まずここでは所定の呼び寸法のふるいを通過させることでふるい分けが行われる。所定の呼び寸法としては、例えばＪＩＳ Ａ１１０２（骨材のふるい分け試験方法）に規定されているものが使用でき、ここでは呼び寸法１０ｍｍ、５ｍｍ、２．５ｍｍ、１．２ｍｍ、０．６ｍｍ、０．３ｍｍ、０．１５ｍｍの各種ふるいが規定されているが、本発明のふるい分け工程では１０ｍｍであることが好ましい。そして、この１０ｍｍパスした「ふるい後銅スラグ」が次工程の粉砕工程に送られる。なお、ここで１０ｍｍオン（不通過）したものは、図示しない別の粉砕工程で再処理された後、再度ふるい分け工程に供されてもよい。

＜粉砕工程Ｓ２ａ＞
ふるい分け工程Ｓ１ａを経た「ふるい後銅スラグ」は、従来公知の粉砕装置によって、所定の粒度まで破砕されて「粉砕後銅スラグ」となり製品化される。具体的には、ＪＩＳ Ａ５０１１−３におけるＣＵＳ２．５の場合、上記のふるい分け工程Ｓ１ａと粉砕工程Ｓ２ａを１回ずつ経るだけでよく、これにより効率的にＣＵＳ２．５が製造される。粉砕装置としては、従来公知のローラーミルなどが使用でき特に限定されない。粉砕条件は目的の粒度に応じて適宜設定できるが、例えば上記ＣＵＳ２．５を製造する場合の一例としてロータリーミルが挙げられる。

図２（ｂ）には、このようにして得られたＣＵＳ２．５の顕微鏡写真を示す。それぞれ左側は１００倍、右側は１０倍の倍率である。図２（ａ）の粒度３ｍｍから５ｍｍ程度と比較して、粉砕工程Ｓ２ａを経ることによって粒度は１ｍｍから２ｍｍ程度になっている。それとともに、形状にも変化があり、尖りが少なくなって丸みを帯びている。粒度に加えてこの形状の変化がブリーディング性能等にも影響しているものと考えられる。

＜ふるい分け工程Ｓ１ｂ及び粉砕工程Ｓ２ｂ＞
次に、図１の右側のフローである、ふるい分け工程Ｓ１ｂ及び粉砕工程Ｓ２ｂのそれぞれは、上記のふるい分け工程Ｓ１ａ及び粉砕工程Ｓ２ａと同じ構成であるため、それぞれの説明は省略する。

このフローの工程の特徴は、図１に示すように、一度完了した粉砕後銅スラグを再度ふるい分け工程Ｓ１ｂ及び粉砕工程Ｓ２ｂに戻して２回粉砕を行う点にある。この製法により、１回目で上記のＣＵＳ２．５を製造し、２回目で更に粉砕してＣＵＳ１．２を製造することができる。同じ工程を２度通すだけであるので粉砕条件の調整が不要で簡便かつ大量にＣＵＳ１．２を製造することができる。

図２（ｃ）には、このようにして得られたＣＵＳ１．２の顕微鏡写真を示す。図２（ａ）の粒度３ｍｍから５ｍｍ程度と比較して、粉砕工程Ｓ２ｂを２回経ることによって粒度は０．５ｍｍｍから１ｍｍ程度になっている。それとともに、形状にも変化があり、図２（ｂ）のＣＵＳ２．５より更に尖りが少なくなって丸みを帯びている。粒度に加えてこの形状の変化がブリーディング性能等にも影響しているものと考えられる。

なお、上記の説明では、図１において、ふるい分け工程Ｓ１ａ後に粉砕工程Ｓ２ａを行う第一のフローによるＣＵＳ２．５製造ライン（図１左側）と、ふるい分け工程Ｓ１ｂ及び粉砕工程Ｓ２ｂ後に再度ふるい分け工程Ｓ１ｂ及び粉砕工程Ｓ２ｂを行い、計２回の粉砕を行うＣＵＳ１．２製造ライン（図１右側）を例示したが、本発明はこれに限らず、ＣＵＳ１．２製造ラインのみを用いて、例えばＣＵＳ２．５を生産したい場合には１回の
ふるい分け工程Ｓ１ｂ及び粉砕工程Ｓ２ｂのみを行い、ＣＵＳ１．２を生産したい場合には２回のふるい分け工程Ｓ１ｂ及び粉砕工程Ｓ２ｂを行なうことも可能である。もちろん３回以上繰り返して所望の粒度に得ることももちろん本発明の範囲内である。

このように、本発明で得られる銅スラグ細骨材の粒度は、ＪＩＳ Ａ５０１１−３における銅スラグ細骨材の粒度分布に適合するものである。ＪＩＳ Ａ５０１１−３におけるふるい分け試験は更にＪＩＳ Ａ１１０２（骨材のふるい分け試験方法）に規定されており、呼び寸法１０ｍｍ、５ｍｍ、２．５ｍｍ、１．２ｍｍ、０．６ｍｍ、０．３ｍｍ、０．１５ｍｍのふるいによる試験方法であり、それぞれのふるいを通るものの質量％が規定されている。

このようにして得られる銅スラグ細骨材は、強度が高く、物理的・化学的に安定で、主な用途はセメント原料、土木工事用原料（中詰め材など）、サンドブラスト用研磨剤、コンクリート用細骨材として利用可能である。銅スラグをコンクリート用骨材として利用する場合の規格は、ＪＩＳ Ａ５０１１−３「コンクリート用骨材 第３部 銅スラグ」（１９９７年）に規定されている。

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲で変形・改良等は、本発明に含まれるものである。

Claims (4)

1. 銅製錬工程で排出される銅スラグ出滓を、所定の呼び寸法のふるいを通過させるふるい分け工程と、
   前記通過後のふるい後銅スラグを粉砕する粉砕工程と、
   を備えるＪＩＳ Ａ５０１１−３で分類される銅スラグ細骨材の製造方法。
2. 前記ふるい分け工程及び前記粉砕工程を、２回以上繰り返す請求項１記載の銅スラグ細骨材の製造方法。
3. 前記ふるい分け工程における前記ふるいの所定の呼び寸法が１０ｍｍであり、
   前記ふるい分け工程後に１回の前記粉砕工程を行い、
   前記銅スラグ細骨材の粒度分類がＪＩＳ Ａ５０１１−３における２．５ｍｍ銅スラグ
   細骨材（ＣＵＳ２．５）を製造する、請求項１記載の銅スラグ細骨材の製造方法。
4. 前記ふるい分け工程における前記ふるいの所定の呼び寸法が１０ｍｍであり、
   前記ふるい分け工程及び前記粉砕工程を２回繰り返し、
   前記銅スラグ細骨材の粒度分類がＪＩＳ Ａ５０１１−３における１．２ｍｍ銅スラグ
   細骨材（ＣＵＳ１．２）を製造する、請求項１又は２記載の銅スラグ細骨材の製造方法。