JPH054934B2 - - Google Patents
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- JPH054934B2 JPH054934B2 JP60005257A JP525785A JPH054934B2 JP H054934 B2 JPH054934 B2 JP H054934B2 JP 60005257 A JP60005257 A JP 60005257A JP 525785 A JP525785 A JP 525785A JP H054934 B2 JPH054934 B2 JP H054934B2
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Description
［発明の分野］
本発明は、石炭灰を原料とする人工軽量骨材の
製造方法に関するものである。 ［発明の背景］ 近年、エネルギー源の多様化の必要性が高まつ
て石炭の消費量が急増している。そして、それに
伴つて発生する石炭灰の処理が問題となり、その
石炭灰の有効利用が大きな課題となつている。 一方、建築物などの構造物は、省エネルギー、
省資源および耐震性の向上のため、軽量化および
断熱化が進められており、これに必要な軽量コン
クリート用の骨材として、優れた品質の人工軽量
骨材（以下、ALAと言うことがある）を安価に
製造する方法が課題となつている。 ［従来技術および問題点］ 従来より、石炭灰を主原料にしてALAを製造
する方法に関して数多くの提案がなされている。
これらの提案の詳細は、たとえば、特公昭36−
12580号、同38−25820号、同40−16270、同41−
8239号および同47−47572号並びに特開昭57−
11866号などの各公報に記載されている。しかし
ながら、わが国においてはいまだに石炭灰を主原
料にしたALAの製造は企業化されていないのが
現状である。その主な理由は、これらの公知方法
を用いて製造した石炭灰系ALAは、国内で市販
されている膨張頁岩系ALA（以下、市場品と略
す）にくらべて製造コストが嵩み、さらには品質
が劣るという問題点があるためであると考えられ
る。 すなわち、上記公報に記載された方法を追跡実
験した結果、それらの製造方法は市場品の製造の
場合に比べて多量の副原料、例えば粘土、頁岩、
ボタ、長石、パルプ廃液、マグネシウムおよび水
ガラスなどの一種またはそれ以上の添加を必要と
し、この副原料費が嵩むこと、そしてそれらの混
合原料を造粒成形する際に多量の水を必要とする
ので、乾燥の際に余分の燃料を消費し、燃料費が
嵩むこと、そして得られるALAは骨材強度が小
さく、吸水率が高いことなどの点で品質が不充分
であることが判明した。また、上記の方法を追跡
してみると、実験室規模の実験では良好な品質の
軽量骨材が得られても、工業規模の製造の際には
安定運転が困難であつて、企業化に問題がある例
が多かつた。 ［発明の目的］ 本発明は、石炭灰の有効利用の要請および高品
質の人工軽量骨材の需要の増大の二つの課題を同
時に解決する人工軽量骨材の製造方法を提供する
ことを目的とするものである。すなわち、石炭灰
を原料にしてこれを有効利用し、安価で高品質な
ALAを製造して、省エネルギーと省資源に役立
てることを目的とするものである。 ［発明の要旨］ 本発明は、ブレーン比表面積が4000〜9000cm2／
ｇの石炭灰を80重量％以上含有する粉末原料を造
粒成形して、見掛け比重が1.1〜1.8で、常温およ
び600℃に加熱後における圧潰強度がいずれも0.5
Kgｆ以上の造粒物を得たのち、これをロータリー
キルンを用いて1100〜1600℃にて焼成することを
特徴とする人工軽量骨材の製造方法にある。 ［発明の詳細な記述］ 本発明者は、従来から知られているロータリー
キルンを用いて焼成する方法において、なぜ石炭
灰系原料を用いた場合に高品質な軽量骨材が得ら
れないかとの原因を先ず究明した。その結果、ロ
ータリーキルンに供給する造粒成形物の物性が石
炭灰系原料の場合には、従来の膨張頁岩系のそれ
と大幅に異なり、焼成に適した値からずれ、その
劣質な造粒成形物を焼成するため、製品品質が劣
り、しかも安定した運転ができないことがわかつ
た。 そこで、ロータリーキルンを用いる焼成に適す
る物性値を把握し、その物性値が得られる石炭灰
の造粒成形物の調製方法を検討した。 石炭灰粉末たとえば、フライアツシユなどは、
通常の岩石、頁岩、粘土などの粉末とは異なつた
粉体特性を有している。すなわち、 １ 石炭灰の粒子は高温に加熱されている、 ２ 粒子が球形で、粒子間の付着力が極めて小さ
い、 ３ 粉体として空〓が多く、密充填しにくい、 ４ 未燃残分を含有していること、等である。 そのため、パン造粒など従来方法により成形し
た石炭灰系の造粒物は、一般にその見掛け比重が
小さく、その含水率が高く、強度が弱いという問
題点を生じ軽量骨材の焼成に適さないことがわか
つた。特に未燃残分（主として炭素）を含有して
いることは400℃〜700℃に加熱された時、この未
燃残分が燃料し、石炭灰系造粒物の強度低下、崩
壊を起して焼成を困難ないし不能にすることが工
業規模の実験からわかつた。 たとえば、従来のALA製造方法の代表例であ
るパン型造粒機および水を用いる造粒方法でフラ
イアツシユを造粒すると、その造粒物の見掛け比
重（JIS−M8716−77に準じ測定）は0.9〜1.1、
含水率は20〜40％および圧潰強度（JIS−M8718
−76に準じ測定、測定粒径φ10mm）は常温で0.1〜
0.3Kgｆとなり、膨張頁岩系造粒物の見掛け比重
1.4〜1.9、含水率14〜18％、および圧潰強度３〜
５Kgｆに比較すると著しく劣つている。 ここで、焼成に供する造粒物の見掛け比重の差
異は、焼成過程からみると大きな違いとなる。す
なわち、焼成品ALAの絶乾比重（≒見掛け比
重：JIS−A5002に準じ測定）の目標を仮に1.25
とすると、膨張頁岩造粒物の場合には、見掛け比
重は約1.6から1.25にするため、焼成過程でその
体積を膨張させていることになる（以下、膨張焼
成と略す）。これに対して従来方法による石炭灰
造粒物は、焼成過程でその見掛け比重を0.9〜1.1
から目標の1.25にするためにその体積を収縮させ
る必要がある（以下、収縮焼成と略す）。このほ
かに従来方法による石炭灰造粒物は含水率が高い
ことから燃料消費量が高いこと、および、この水
分の蒸発した通路が粒子内に多数生じ、収縮焼成
であるためこの通路は解放気孔となつて残る傾向
があり、製品の吸収率の増加、骨材強度の減少な
ど製品品質の劣化をまねいている。さらには焼成
に供する造粒物の強度が弱いことから工業的な焼
成炉では炉内で粉化・崩壊現象を生じ、安定な焼
成を阻害し、製品の歩留りおよび製品品質の低下
を増長していることがわかつた。 このことをふまえ多くの実験を行つた結果、用
いる石炭灰の粒子をブレーン比表面積で4000〜
9000cm2／ｇの範囲となる程度まで微粒子として、
これを粉末原料の主成分とし、これを用い、かつ
焼成に供する造粒成形物の見掛け比重が製品
ALAの絶乾比重より余り低くならないように、
そして好ましくは同じかそれ以上とし（ただし、
1.8以下）、かつ造粒成形物の常温（20℃）および
600℃加熱後の圧潰強度が0.5Kgｆ、好ましくは
1.5Kgｆ以上になるように原料を調整して造粒・
成形すれば、従来のロータリーキルンによる焼成
方法を用いても優れた品質の石炭灰系ALAが製
造できることがわかつた。 本発明において用いる石炭灰とは、石炭を燃料
もしくはガス化した際に残査として残るフライア
ツシユ、シンダーアツシユ、ボトムアツシユ、ク
リンカーアツシユあるいは炭灰スラグなどと呼ば
れている固形分の総称である。 本発明の造粒物を得るための成形方法は、圧縮
成形法が好ましく、次にのべる条件に石炭灰を調
整して、連続圧縮成形機たとえば団鉱機により成
形することが好ましい。 本発明の製造方法の原料粉末の主成分として用
いられる石炭灰は、石炭灰に混合または粉砕など
の処理を施して、ブレーン比表面積を4000〜9000
cm2／ｇとする、好ましくは4000〜7000cm2／ｇ、と
する。この場合、ブレーン比表面積が少ない場合
にはバインダーとして機能する高温融解性添加材
の添加を必要とする場合が多くなる。ただし、石
炭灰の種別によつて異なるが、ブレーン比表面積
が4000〜9000cm2／ｇの場合には添加材を特に加え
なくてもよいことが多くなる。ただし、ブレーン
比表面積を9000cm2／ｇ以上とするためには粉砕の
ための費用が嵩み好ましくない。また、ブレーン
比表面積が4000cm2／ｇ以下のものは添加材の添加
量を増加する必要がある。 焼成に供する造粒成形物（以下、造粒物と略
す）の見掛け比重は、ALAの絶乾比重目標値を
1.2とすると、1.1〜1.8、好ましくは、1.2〜1.6に
なるように成形機の加圧条件を選定する。1.1未
満では収縮焼成になり好ましくない、1.8以上で
は成形に用する動力が急激に増加し好ましくな
い。 同じく造粒物の圧潰強度（JIS−M8718−76、
鉄鉱石類（ペレツト）の圧潰強度測定方法によ
る）は、常温および600℃における値が、0.5Kgｆ
以上、好ましくは1.5Kgｆ以上になるように成形
圧力、成形速度など成形機の条件を調節する。石
炭灰の種類によつてはさらに添加材を加える。 この圧潰強度は、造粒物を焼成するに際して焼
成炉内で乾燥、加熱・焼成されるまで維持される
必要がある。その理由は従来より製品化されてい
るALAは粘土、頁岩、スレートなどの粉末原料
を用いているため、その造粒物は造粒強度が高
く、しかも高温まで維持されるが、石炭灰の造粒
物はその点で異なることを見い出した。すなわ
ち、従来方法で成形した石炭灰造粒物は400〜700
℃の範囲で強度の低下現象が認められ、石炭灰の
種類によつては殆ど強度がなくなり、焼成炉内で
粉末に崩壊する現象を生じることがわかつた（こ
の現象は、実験室の静置電気炉による焼成では問
題とならない）。ロータリーキルンによる連続焼
成実験の結果、造粒物の乾燥及び600℃で30分加
熱後の圧潰強度が0.5Kgｆ以上、好ましくは1.5Kg
ｆ以上あれば、焼成炉内の造粒物の粉化が少なく
連続焼成が可能であることがわかつた。特に圧潰
強度が1.5Kgｆ以上であれば、焼成帯の融着現象
を生じなくなり、長期の安定運転ができることを
見い出した。 この造粒物の600℃圧潰強度が0.5Kgｆ以上、そ
して見掛け比重が1.1〜1.8になるように造粒・成
形し、その造粒物を比重の上昇を余りともなうこ
となく焼成する（好ましくは、比重が同等もしく
は低下する膨張焼成）ことは本発明の大きな特徴
である。そのために、石炭灰の粉末度（ブレーン
比表面積）および所望により添加材の種類、添加
量を調節し、造粒・成形方法として圧縮成形方法
を用いることが好ましいことがわかつた。添加材
は上記の600℃圧潰強度が0.5Kgｆ以上に達しない
場合に用いるものであり、無機系のものが好まし
く例えば、粘土、頁岩、石灰石表土、水ガラス、
パルプ廃液、ヘドロ、消石灰などを20重量％以
内、好ましくは10重量％以内（固形分基準）の量
加える。 常温における造粒物の圧潰強度を0.5Kgｆ以上
に保つため、圧縮成形方法において水を20重量％
以内、好ましくは２〜10重量％の範囲で添加す
る。石炭灰の種類によつては水を添加しなくても
よいが、一般には水の量が１重量％以下では成形
圧力が5t／cm2以上となり、装置の能力が低下す
る。２〜10重量％付近が圧潰強度の増加が大きく
好ましい。10重量％以上の添加は造粒成形物の急
熱による爆裂現象（バーステイング現象）を生じ
やすく、また熱経済および製品品質の面から好ま
しくない。 圧縮成形機は連続式であれば特定する必要はな
い。実験ではブリケツテイングマシン、圧縮ロー
ル機、簡易打錠機を用いた。製品ALAは粒度分
布を持つ必要があるので、成形型枠の寸法に分布
を持たし、必要に応じ成形物を粗砕することが望
ましい。 製品ALAの粒子形状は、骨材分離をさけ、生
コンクリートの性状を良好に保つため真球状より
も、卵状もしくはアーモンド状が好ましい。 本発明方法における圧縮成形方法は形状の設計
が容易であり、理想的な形状および粒度分布にす
ることができることおよび、含水率を10重量％以
下で成形できるため、バーステイング現象をさけ
ることが可能となり、造粒成形物用の乾燥機が不
要となり、直接焼成炉に送入できることは大きな
特徴である。 石炭灰、とくにフライアツシユは前述したよう
に粉状における空〓率が大きいため成形にあたつ
ては、予備圧縮、例えば、圧縮ロール機を用い、
あらかじめ石炭灰粉末を圧縮し、空〓率を小さく
したのち、圧縮成形する方法を採用すると成形物
の物性がさらに向上するとともに、生産量も増大
する。 圧縮成形した造粒物は焼成工程への送入にさき
だち、篩装置を用いて不必要な微粒子粉を除く、
ここで除去した微粒子粉は原料にもどし再び圧縮
成形する。 なお、造粒成形方法として、従来のパン造粒機
を用いる方法を検討した結果、石炭灰をブレーン
比表面積4000〜9000cm2／ｇに微粉砕したのち造粒
すると、パン造粒機による転動造粒方法であつて
も造粒物の見掛比重ならびに常温および600℃圧
潰強度が焼成に適する値に向上することがわかつ
た。 造粒物（成形物）の焼成は、ロータリーキルン
方式が製品品質の面から好ましい。前述の物性の
範囲にあれば従来の焼成炉および焼成方法が適用
され、焼成装置および焼成方法には特に限定はな
い。ただし、石炭灰の種別によりその化学組成、
融点が異なり、焼成温度を変更する必要があるの
で、あらかじめ電気炉による焼成試験で焼成温度
を確認するのが好ましい。実験した範囲では1100
〜1600℃、滞留時間30〜120分の範囲であつた。 焼成品は冷却後散水して、構造用人工軽量骨材
（ALA）として出荷する。 なお、本発明の方法で得られるALAは粗骨材
が主体となるが、約10％以下であれば細骨材に相
当する粒度0.3〜2.5mmを混入しても焼成すること
ができた。 本発明の最大の特徴は、後述の実施例からも明
らかなように製品品質の向上が得られたことにあ
る。すなわち石炭灰を出発原料にして、膨張頁岩
から製造されている市場品を越えた製品が製造で
きることである。特に、 １ 吸水率が著しく小さく、その上、圧力吸水率
も低いこと、そのためにポンプ施工性がよく、
容重の小さい生コンクリートが得られる、そし
て ２ その硬化したコンクリートは軽い気乾比重で
もつて、28日圧縮強度が500Kgｆ／cm2以上の値
を有することが特徴である。 特に後者の特徴により、構造用軽量コンクリ
ートとして建築物のほかに二次製品用など新規
な用途が開けた。 以下に本発明の実施例と比較例を記載する。 ［実施例 １］［比較例 １］ 豪州炭を燃料とする石炭火力発電所ボイラーか
ら発生したフライアツシユ（第１表、石炭灰Ｂ）
を80重量部およびカナダ炭を燃料とする背圧スチ
ームボイラーから発生したフライアツシユ（第１
表、石炭灰Ｃ）を20重量部添加し、さらに粘土を
外部割合で10重量部添加し、1.5m3のリボンミキ
サーを用いて混合し、この混合粉末を100Kg／時
の供給量で皿の直径1.5ｍ、傾斜角50°、回転数
10rpmのパン型造粒機を用いて、水を散布しなが
ら粒子径５〜15mmに転動製造した。得られた造粒
物の物性を第２表に示す。 なお、第１表のブレーン比表面積はJIS−
R5201−81、強熱減量および化学組成はJIS−
R5202−81によつて測定した。第２表の見掛け比
重は、JIS−M8716−77に準拠して求めた。造粒
水分は、造粒成形のさいに添加した水分量であ
り、固形分基準の％である。圧潰強度は、JIS−
M8718−82に準拠して測定した値であり、粒子径
10±１mmに相当する値である。この表中の「常
温」は、造粒した粒子を常温でただちに測定した
値であり、「加熱後」は造粒した粒子を一旦600℃
で30分加熱したのちに測定した値である。 摩耗粉化率は、ロータリーキルン内を転動する
時に粒子が摩耗して発生する粉末量を推定するた
めに行なつたものであり、内径0.21×長さ0.2ｍ
の磁製ポツトミル内に600℃で30分間加熱した造
粒物を保有率８容積％になる量投入し、周速3.8
ｍ／分で45分間回転したのちに発生する2.5mm篩
下の粉末量の割合を示す。この摩耗粉化率は、以
下にのべる実施例、比較例から総合すると、10％
以上の値になると、ロータリーキルンによる焼成
の際に焼成部の付着物生成現象が現われ、長期安
定運転が困難となつた。この値が６％以下の造粒
物であれば、その付着物生成現象が殆ど発生しな
い。この摩耗粉化率は圧潰強度値と相関がみら
れ、それぞれ摩耗粉化率10％は圧潰強度0.5Kgｆ、
６％はほぼ1.5Kgｆ以上に相当した。なお、圧潰
強度は、ロータリーキルンに送入する際、造粒物
の輸送装置におけるハンドリングによる粒子の粉
化率にも相関がみられ、本実施例のロータリーキ
ルンの送入系統における粉化率から工業的なハン
ドリングに必要な粒子強さは圧潰強度で0.5Kgｆ
以上、好ましくは1.5Kgｆ以上であることがわか
つた。 前述の石炭灰系造粒物を有効内径0.9ｍ、有効
長さ12ｍ、傾斜3.5／100のミゼツト規模のロータ
リーキルンを用いて76Kg／時（乾燥物基準）の送
入量で、1330℃に加熱焼成した。なお、焼成物の
５〜15mm粗骨材の造粒物に対する歩留りは91％で
あり、残りの９％は0.3〜５mmの細骨材であつた。
得られた人工軽量骨材のJIS−A5002−78に準拠
した骨材試験結果を第３表に示す。なお、同表の
浮粒率は建築学会JASS−５に準拠し、40t破砕値
はイギリス規格BS812−67の規格に準拠して測定
したものである。 得られた人工軽量骨材をJIS、A5002に準拠し
て行なつたコンクリート試験結果を第３表に示
す。このJIS規格試験は骨材自体の強度が求まる
ようにモルタル部分の強度を高めた試験方法であ
り、JIS規格では例えば品種MA−419の場合28日
の圧縮強度を400Kgｆ／cm2以上と規定している。
この実施例で得られた骨材はその強度が優れてお
り、規格には規定されていない圧潰強度500Kg
ｆ／cm2以上の品種に相当することがわかつた。 比較例１として、粘土の添加を行なわなかつた
以外は実施例１と同じ方法で造粒、焼成を行なつ
た。なお、焼成物の５〜15mmの造粒物に対する歩
留りは75％であつた。この例の試験結果を第２表
および第３表に示す。この例では造粒物の絶乾比
重が1.0で収縮焼成となり、また圧潰強度も0.1Kg
ｆであり、得られた製品の骨材試験は良好であつ
ても、コンクリート強度が劣るものであつた。 ［実施例 ２〜５］ 実施例１のパン型造粒機に代え、ロール径
φ0.23、幅0.08ｍ、型締め圧力20t、チヤージング
スクリユー付のブリマケツトマシンを用い、第２
表に示したように、粘土の添加量をそれぞれ0.5
および10％ならびに膨張頁岩を５％添加するよう
な改変を行なつた以外は実施例１と同じ方法で実
験した。得られた造粒成形物の物性を第２表およ
び得られた人工軽量骨材の骨材試験およびコンク
リート試験結果を第３表に示す。なお実施例４は
膨張頁岩を５％添加して行なつたものである。 このブリケツトマシーンを用いる圧縮成形方法
では造粒成形物の見掛け比重が1.2を越え、600℃
加熱後圧潰強度も0.5Kgｆを上まわり、得られた
焼成品の造粒物に対する歩留りは80〜93％の範囲
であり、またコンクリート強度は粘土無添加の場
合を含め、いずれも500Kgｆ／cm2を越えた。また
使用したブリケツトマシンによる成形物の形状は
アーモンド状であつて、コンクリート用骨材とし
て良好な形状であつた。 なお、30Kgｆ／cm2水圧下における３分間吸水率
は、各実施例で15.2％、8.8％、11.2％、および
7.3％であり、参考例（膨張頁岩から製造した市
販品）の29.5％および33.0％にくらべて著しく小
さい。 ［実施例６〜７、比較例２］ 石炭灰Ｂおよび粘土を原料とし、φ2.0ｍ、傾斜
角52°、回転数10rpmのパン型造粒機を用い、混
合機は80m3のブレンデングサイロを用い、有効内
径φ1.3×有効長さ31.5ｍ焼出量２m3／時のロータ
リーキルンを用いた以外は実施例１と同様な操作
を行なつて、人工軽量骨材を製造した。なお、実
施例６は石炭灰B95重量部に粘土を５重量部混合
し1350℃で焼成した例であり、実施例７は石炭灰
B91重量部に粘土を５重量部、消石灰を４重量部
添加して1300℃で焼成した例である。それぞれの
試験結果を第２表および第３表に示す。 比較例２として石炭灰Ｂを水のみで造粒したも
のを前記ロータリーキルンに送入し焼成した。し
かしキルン内で造粒物粒子の粉化・崩壊が著し
く、キルン内壁に付着し焼成が不能であつた。 ［実施例 ８、９］ φ2ｍ×２ｍボールミルで粉砕した石炭灰Ｆを
原料とし、実施例６〜７で使用したパン造粒機を
用い、珪石粉の吹き込み装置付きの有効内径0.9
ｍ×有効長さ20ｍ、焼出量１m3／時のロータリー
キルンを用いた以外は実施例１と同様に操作を行
なつて人工軽量骨材を製造した。 なお、実施例８は、製品の絶乾比重1.2〜1.3を
目標に焼成温度を1240℃に保つて人工軽量骨材を
製造した例である。また、実施例９は、製品の絶
乾比重1.0以下の超軽量骨材を目標に焼成温度を
1280℃に保ち、さらに原料送入量を約1/2に減少
して人工軽量骨材を製造した例である。 ［実施例10、比較例３］ 実施例１〜７、比較例１〜２における石炭灰の
粉末度とそれを造粒成形した造粒物の物性の関係
を明らかにするため、石炭灰Ａおよび石炭灰Ｂを
φ0.2ｍ×0.2ｍのボールミルで粉砕し、その微粉
末状の石炭灰をφ0.4ｍパン型造粒機で造粒し物性
を測定した。その結果を第４表に示す。なお、水
分は105℃で測定した固形分基準の重量％であり、
耐爆裂性は焼成における急速加熱に耐える温度の
指針とするため、所定温度に保つた電気炉に投入
し、爆裂現象（バーステイング現象）を起さない
最低の炉温を示した。 第４表から、石炭灰を粉砕することにより、測
定範囲内では全ての物性が向上し、しかもパン造
粒方法によつても見掛け比重を大きくすることが
可能となり、焼成工程は好ましい結果を与えるこ
とが推定された。 なお、比較例３（従来方法）として膨張頁岩粉
を用いて同様な試験を行なつた。膨張頁岩粉はパ
ン造粒方法で目標の造粒成形物の物性が得られる
ことがわかる。これにひきかえ石炭灰粉は加熱に
より、圧潰強度などの低下が起こり、600℃前後
で最低になつた。
製造方法に関するものである。 ［発明の背景］ 近年、エネルギー源の多様化の必要性が高まつ
て石炭の消費量が急増している。そして、それに
伴つて発生する石炭灰の処理が問題となり、その
石炭灰の有効利用が大きな課題となつている。 一方、建築物などの構造物は、省エネルギー、
省資源および耐震性の向上のため、軽量化および
断熱化が進められており、これに必要な軽量コン
クリート用の骨材として、優れた品質の人工軽量
骨材（以下、ALAと言うことがある）を安価に
製造する方法が課題となつている。 ［従来技術および問題点］ 従来より、石炭灰を主原料にしてALAを製造
する方法に関して数多くの提案がなされている。
これらの提案の詳細は、たとえば、特公昭36−
12580号、同38−25820号、同40−16270、同41−
8239号および同47−47572号並びに特開昭57−
11866号などの各公報に記載されている。しかし
ながら、わが国においてはいまだに石炭灰を主原
料にしたALAの製造は企業化されていないのが
現状である。その主な理由は、これらの公知方法
を用いて製造した石炭灰系ALAは、国内で市販
されている膨張頁岩系ALA（以下、市場品と略
す）にくらべて製造コストが嵩み、さらには品質
が劣るという問題点があるためであると考えられ
る。 すなわち、上記公報に記載された方法を追跡実
験した結果、それらの製造方法は市場品の製造の
場合に比べて多量の副原料、例えば粘土、頁岩、
ボタ、長石、パルプ廃液、マグネシウムおよび水
ガラスなどの一種またはそれ以上の添加を必要と
し、この副原料費が嵩むこと、そしてそれらの混
合原料を造粒成形する際に多量の水を必要とする
ので、乾燥の際に余分の燃料を消費し、燃料費が
嵩むこと、そして得られるALAは骨材強度が小
さく、吸水率が高いことなどの点で品質が不充分
であることが判明した。また、上記の方法を追跡
してみると、実験室規模の実験では良好な品質の
軽量骨材が得られても、工業規模の製造の際には
安定運転が困難であつて、企業化に問題がある例
が多かつた。 ［発明の目的］ 本発明は、石炭灰の有効利用の要請および高品
質の人工軽量骨材の需要の増大の二つの課題を同
時に解決する人工軽量骨材の製造方法を提供する
ことを目的とするものである。すなわち、石炭灰
を原料にしてこれを有効利用し、安価で高品質な
ALAを製造して、省エネルギーと省資源に役立
てることを目的とするものである。 ［発明の要旨］ 本発明は、ブレーン比表面積が4000〜9000cm2／
ｇの石炭灰を80重量％以上含有する粉末原料を造
粒成形して、見掛け比重が1.1〜1.8で、常温およ
び600℃に加熱後における圧潰強度がいずれも0.5
Kgｆ以上の造粒物を得たのち、これをロータリー
キルンを用いて1100〜1600℃にて焼成することを
特徴とする人工軽量骨材の製造方法にある。 ［発明の詳細な記述］ 本発明者は、従来から知られているロータリー
キルンを用いて焼成する方法において、なぜ石炭
灰系原料を用いた場合に高品質な軽量骨材が得ら
れないかとの原因を先ず究明した。その結果、ロ
ータリーキルンに供給する造粒成形物の物性が石
炭灰系原料の場合には、従来の膨張頁岩系のそれ
と大幅に異なり、焼成に適した値からずれ、その
劣質な造粒成形物を焼成するため、製品品質が劣
り、しかも安定した運転ができないことがわかつ
た。 そこで、ロータリーキルンを用いる焼成に適す
る物性値を把握し、その物性値が得られる石炭灰
の造粒成形物の調製方法を検討した。 石炭灰粉末たとえば、フライアツシユなどは、
通常の岩石、頁岩、粘土などの粉末とは異なつた
粉体特性を有している。すなわち、 １ 石炭灰の粒子は高温に加熱されている、 ２ 粒子が球形で、粒子間の付着力が極めて小さ
い、 ３ 粉体として空〓が多く、密充填しにくい、 ４ 未燃残分を含有していること、等である。 そのため、パン造粒など従来方法により成形し
た石炭灰系の造粒物は、一般にその見掛け比重が
小さく、その含水率が高く、強度が弱いという問
題点を生じ軽量骨材の焼成に適さないことがわか
つた。特に未燃残分（主として炭素）を含有して
いることは400℃〜700℃に加熱された時、この未
燃残分が燃料し、石炭灰系造粒物の強度低下、崩
壊を起して焼成を困難ないし不能にすることが工
業規模の実験からわかつた。 たとえば、従来のALA製造方法の代表例であ
るパン型造粒機および水を用いる造粒方法でフラ
イアツシユを造粒すると、その造粒物の見掛け比
重（JIS−M8716−77に準じ測定）は0.9〜1.1、
含水率は20〜40％および圧潰強度（JIS−M8718
−76に準じ測定、測定粒径φ10mm）は常温で0.1〜
0.3Kgｆとなり、膨張頁岩系造粒物の見掛け比重
1.4〜1.9、含水率14〜18％、および圧潰強度３〜
５Kgｆに比較すると著しく劣つている。 ここで、焼成に供する造粒物の見掛け比重の差
異は、焼成過程からみると大きな違いとなる。す
なわち、焼成品ALAの絶乾比重（≒見掛け比
重：JIS−A5002に準じ測定）の目標を仮に1.25
とすると、膨張頁岩造粒物の場合には、見掛け比
重は約1.6から1.25にするため、焼成過程でその
体積を膨張させていることになる（以下、膨張焼
成と略す）。これに対して従来方法による石炭灰
造粒物は、焼成過程でその見掛け比重を0.9〜1.1
から目標の1.25にするためにその体積を収縮させ
る必要がある（以下、収縮焼成と略す）。このほ
かに従来方法による石炭灰造粒物は含水率が高い
ことから燃料消費量が高いこと、および、この水
分の蒸発した通路が粒子内に多数生じ、収縮焼成
であるためこの通路は解放気孔となつて残る傾向
があり、製品の吸収率の増加、骨材強度の減少な
ど製品品質の劣化をまねいている。さらには焼成
に供する造粒物の強度が弱いことから工業的な焼
成炉では炉内で粉化・崩壊現象を生じ、安定な焼
成を阻害し、製品の歩留りおよび製品品質の低下
を増長していることがわかつた。 このことをふまえ多くの実験を行つた結果、用
いる石炭灰の粒子をブレーン比表面積で4000〜
9000cm2／ｇの範囲となる程度まで微粒子として、
これを粉末原料の主成分とし、これを用い、かつ
焼成に供する造粒成形物の見掛け比重が製品
ALAの絶乾比重より余り低くならないように、
そして好ましくは同じかそれ以上とし（ただし、
1.8以下）、かつ造粒成形物の常温（20℃）および
600℃加熱後の圧潰強度が0.5Kgｆ、好ましくは
1.5Kgｆ以上になるように原料を調整して造粒・
成形すれば、従来のロータリーキルンによる焼成
方法を用いても優れた品質の石炭灰系ALAが製
造できることがわかつた。 本発明において用いる石炭灰とは、石炭を燃料
もしくはガス化した際に残査として残るフライア
ツシユ、シンダーアツシユ、ボトムアツシユ、ク
リンカーアツシユあるいは炭灰スラグなどと呼ば
れている固形分の総称である。 本発明の造粒物を得るための成形方法は、圧縮
成形法が好ましく、次にのべる条件に石炭灰を調
整して、連続圧縮成形機たとえば団鉱機により成
形することが好ましい。 本発明の製造方法の原料粉末の主成分として用
いられる石炭灰は、石炭灰に混合または粉砕など
の処理を施して、ブレーン比表面積を4000〜9000
cm2／ｇとする、好ましくは4000〜7000cm2／ｇ、と
する。この場合、ブレーン比表面積が少ない場合
にはバインダーとして機能する高温融解性添加材
の添加を必要とする場合が多くなる。ただし、石
炭灰の種別によつて異なるが、ブレーン比表面積
が4000〜9000cm2／ｇの場合には添加材を特に加え
なくてもよいことが多くなる。ただし、ブレーン
比表面積を9000cm2／ｇ以上とするためには粉砕の
ための費用が嵩み好ましくない。また、ブレーン
比表面積が4000cm2／ｇ以下のものは添加材の添加
量を増加する必要がある。 焼成に供する造粒成形物（以下、造粒物と略
す）の見掛け比重は、ALAの絶乾比重目標値を
1.2とすると、1.1〜1.8、好ましくは、1.2〜1.6に
なるように成形機の加圧条件を選定する。1.1未
満では収縮焼成になり好ましくない、1.8以上で
は成形に用する動力が急激に増加し好ましくな
い。 同じく造粒物の圧潰強度（JIS−M8718−76、
鉄鉱石類（ペレツト）の圧潰強度測定方法によ
る）は、常温および600℃における値が、0.5Kgｆ
以上、好ましくは1.5Kgｆ以上になるように成形
圧力、成形速度など成形機の条件を調節する。石
炭灰の種類によつてはさらに添加材を加える。 この圧潰強度は、造粒物を焼成するに際して焼
成炉内で乾燥、加熱・焼成されるまで維持される
必要がある。その理由は従来より製品化されてい
るALAは粘土、頁岩、スレートなどの粉末原料
を用いているため、その造粒物は造粒強度が高
く、しかも高温まで維持されるが、石炭灰の造粒
物はその点で異なることを見い出した。すなわ
ち、従来方法で成形した石炭灰造粒物は400〜700
℃の範囲で強度の低下現象が認められ、石炭灰の
種類によつては殆ど強度がなくなり、焼成炉内で
粉末に崩壊する現象を生じることがわかつた（こ
の現象は、実験室の静置電気炉による焼成では問
題とならない）。ロータリーキルンによる連続焼
成実験の結果、造粒物の乾燥及び600℃で30分加
熱後の圧潰強度が0.5Kgｆ以上、好ましくは1.5Kg
ｆ以上あれば、焼成炉内の造粒物の粉化が少なく
連続焼成が可能であることがわかつた。特に圧潰
強度が1.5Kgｆ以上であれば、焼成帯の融着現象
を生じなくなり、長期の安定運転ができることを
見い出した。 この造粒物の600℃圧潰強度が0.5Kgｆ以上、そ
して見掛け比重が1.1〜1.8になるように造粒・成
形し、その造粒物を比重の上昇を余りともなうこ
となく焼成する（好ましくは、比重が同等もしく
は低下する膨張焼成）ことは本発明の大きな特徴
である。そのために、石炭灰の粉末度（ブレーン
比表面積）および所望により添加材の種類、添加
量を調節し、造粒・成形方法として圧縮成形方法
を用いることが好ましいことがわかつた。添加材
は上記の600℃圧潰強度が0.5Kgｆ以上に達しない
場合に用いるものであり、無機系のものが好まし
く例えば、粘土、頁岩、石灰石表土、水ガラス、
パルプ廃液、ヘドロ、消石灰などを20重量％以
内、好ましくは10重量％以内（固形分基準）の量
加える。 常温における造粒物の圧潰強度を0.5Kgｆ以上
に保つため、圧縮成形方法において水を20重量％
以内、好ましくは２〜10重量％の範囲で添加す
る。石炭灰の種類によつては水を添加しなくても
よいが、一般には水の量が１重量％以下では成形
圧力が5t／cm2以上となり、装置の能力が低下す
る。２〜10重量％付近が圧潰強度の増加が大きく
好ましい。10重量％以上の添加は造粒成形物の急
熱による爆裂現象（バーステイング現象）を生じ
やすく、また熱経済および製品品質の面から好ま
しくない。 圧縮成形機は連続式であれば特定する必要はな
い。実験ではブリケツテイングマシン、圧縮ロー
ル機、簡易打錠機を用いた。製品ALAは粒度分
布を持つ必要があるので、成形型枠の寸法に分布
を持たし、必要に応じ成形物を粗砕することが望
ましい。 製品ALAの粒子形状は、骨材分離をさけ、生
コンクリートの性状を良好に保つため真球状より
も、卵状もしくはアーモンド状が好ましい。 本発明方法における圧縮成形方法は形状の設計
が容易であり、理想的な形状および粒度分布にす
ることができることおよび、含水率を10重量％以
下で成形できるため、バーステイング現象をさけ
ることが可能となり、造粒成形物用の乾燥機が不
要となり、直接焼成炉に送入できることは大きな
特徴である。 石炭灰、とくにフライアツシユは前述したよう
に粉状における空〓率が大きいため成形にあたつ
ては、予備圧縮、例えば、圧縮ロール機を用い、
あらかじめ石炭灰粉末を圧縮し、空〓率を小さく
したのち、圧縮成形する方法を採用すると成形物
の物性がさらに向上するとともに、生産量も増大
する。 圧縮成形した造粒物は焼成工程への送入にさき
だち、篩装置を用いて不必要な微粒子粉を除く、
ここで除去した微粒子粉は原料にもどし再び圧縮
成形する。 なお、造粒成形方法として、従来のパン造粒機
を用いる方法を検討した結果、石炭灰をブレーン
比表面積4000〜9000cm2／ｇに微粉砕したのち造粒
すると、パン造粒機による転動造粒方法であつて
も造粒物の見掛比重ならびに常温および600℃圧
潰強度が焼成に適する値に向上することがわかつ
た。 造粒物（成形物）の焼成は、ロータリーキルン
方式が製品品質の面から好ましい。前述の物性の
範囲にあれば従来の焼成炉および焼成方法が適用
され、焼成装置および焼成方法には特に限定はな
い。ただし、石炭灰の種別によりその化学組成、
融点が異なり、焼成温度を変更する必要があるの
で、あらかじめ電気炉による焼成試験で焼成温度
を確認するのが好ましい。実験した範囲では1100
〜1600℃、滞留時間30〜120分の範囲であつた。 焼成品は冷却後散水して、構造用人工軽量骨材
（ALA）として出荷する。 なお、本発明の方法で得られるALAは粗骨材
が主体となるが、約10％以下であれば細骨材に相
当する粒度0.3〜2.5mmを混入しても焼成すること
ができた。 本発明の最大の特徴は、後述の実施例からも明
らかなように製品品質の向上が得られたことにあ
る。すなわち石炭灰を出発原料にして、膨張頁岩
から製造されている市場品を越えた製品が製造で
きることである。特に、 １ 吸水率が著しく小さく、その上、圧力吸水率
も低いこと、そのためにポンプ施工性がよく、
容重の小さい生コンクリートが得られる、そし
て ２ その硬化したコンクリートは軽い気乾比重で
もつて、28日圧縮強度が500Kgｆ／cm2以上の値
を有することが特徴である。 特に後者の特徴により、構造用軽量コンクリ
ートとして建築物のほかに二次製品用など新規
な用途が開けた。 以下に本発明の実施例と比較例を記載する。 ［実施例 １］［比較例 １］ 豪州炭を燃料とする石炭火力発電所ボイラーか
ら発生したフライアツシユ（第１表、石炭灰Ｂ）
を80重量部およびカナダ炭を燃料とする背圧スチ
ームボイラーから発生したフライアツシユ（第１
表、石炭灰Ｃ）を20重量部添加し、さらに粘土を
外部割合で10重量部添加し、1.5m3のリボンミキ
サーを用いて混合し、この混合粉末を100Kg／時
の供給量で皿の直径1.5ｍ、傾斜角50°、回転数
10rpmのパン型造粒機を用いて、水を散布しなが
ら粒子径５〜15mmに転動製造した。得られた造粒
物の物性を第２表に示す。 なお、第１表のブレーン比表面積はJIS−
R5201−81、強熱減量および化学組成はJIS−
R5202−81によつて測定した。第２表の見掛け比
重は、JIS−M8716−77に準拠して求めた。造粒
水分は、造粒成形のさいに添加した水分量であ
り、固形分基準の％である。圧潰強度は、JIS−
M8718−82に準拠して測定した値であり、粒子径
10±１mmに相当する値である。この表中の「常
温」は、造粒した粒子を常温でただちに測定した
値であり、「加熱後」は造粒した粒子を一旦600℃
で30分加熱したのちに測定した値である。 摩耗粉化率は、ロータリーキルン内を転動する
時に粒子が摩耗して発生する粉末量を推定するた
めに行なつたものであり、内径0.21×長さ0.2ｍ
の磁製ポツトミル内に600℃で30分間加熱した造
粒物を保有率８容積％になる量投入し、周速3.8
ｍ／分で45分間回転したのちに発生する2.5mm篩
下の粉末量の割合を示す。この摩耗粉化率は、以
下にのべる実施例、比較例から総合すると、10％
以上の値になると、ロータリーキルンによる焼成
の際に焼成部の付着物生成現象が現われ、長期安
定運転が困難となつた。この値が６％以下の造粒
物であれば、その付着物生成現象が殆ど発生しな
い。この摩耗粉化率は圧潰強度値と相関がみら
れ、それぞれ摩耗粉化率10％は圧潰強度0.5Kgｆ、
６％はほぼ1.5Kgｆ以上に相当した。なお、圧潰
強度は、ロータリーキルンに送入する際、造粒物
の輸送装置におけるハンドリングによる粒子の粉
化率にも相関がみられ、本実施例のロータリーキ
ルンの送入系統における粉化率から工業的なハン
ドリングに必要な粒子強さは圧潰強度で0.5Kgｆ
以上、好ましくは1.5Kgｆ以上であることがわか
つた。 前述の石炭灰系造粒物を有効内径0.9ｍ、有効
長さ12ｍ、傾斜3.5／100のミゼツト規模のロータ
リーキルンを用いて76Kg／時（乾燥物基準）の送
入量で、1330℃に加熱焼成した。なお、焼成物の
５〜15mm粗骨材の造粒物に対する歩留りは91％で
あり、残りの９％は0.3〜５mmの細骨材であつた。
得られた人工軽量骨材のJIS−A5002−78に準拠
した骨材試験結果を第３表に示す。なお、同表の
浮粒率は建築学会JASS−５に準拠し、40t破砕値
はイギリス規格BS812−67の規格に準拠して測定
したものである。 得られた人工軽量骨材をJIS、A5002に準拠し
て行なつたコンクリート試験結果を第３表に示
す。このJIS規格試験は骨材自体の強度が求まる
ようにモルタル部分の強度を高めた試験方法であ
り、JIS規格では例えば品種MA−419の場合28日
の圧縮強度を400Kgｆ／cm2以上と規定している。
この実施例で得られた骨材はその強度が優れてお
り、規格には規定されていない圧潰強度500Kg
ｆ／cm2以上の品種に相当することがわかつた。 比較例１として、粘土の添加を行なわなかつた
以外は実施例１と同じ方法で造粒、焼成を行なつ
た。なお、焼成物の５〜15mmの造粒物に対する歩
留りは75％であつた。この例の試験結果を第２表
および第３表に示す。この例では造粒物の絶乾比
重が1.0で収縮焼成となり、また圧潰強度も0.1Kg
ｆであり、得られた製品の骨材試験は良好であつ
ても、コンクリート強度が劣るものであつた。 ［実施例 ２〜５］ 実施例１のパン型造粒機に代え、ロール径
φ0.23、幅0.08ｍ、型締め圧力20t、チヤージング
スクリユー付のブリマケツトマシンを用い、第２
表に示したように、粘土の添加量をそれぞれ0.5
および10％ならびに膨張頁岩を５％添加するよう
な改変を行なつた以外は実施例１と同じ方法で実
験した。得られた造粒成形物の物性を第２表およ
び得られた人工軽量骨材の骨材試験およびコンク
リート試験結果を第３表に示す。なお実施例４は
膨張頁岩を５％添加して行なつたものである。 このブリケツトマシーンを用いる圧縮成形方法
では造粒成形物の見掛け比重が1.2を越え、600℃
加熱後圧潰強度も0.5Kgｆを上まわり、得られた
焼成品の造粒物に対する歩留りは80〜93％の範囲
であり、またコンクリート強度は粘土無添加の場
合を含め、いずれも500Kgｆ／cm2を越えた。また
使用したブリケツトマシンによる成形物の形状は
アーモンド状であつて、コンクリート用骨材とし
て良好な形状であつた。 なお、30Kgｆ／cm2水圧下における３分間吸水率
は、各実施例で15.2％、8.8％、11.2％、および
7.3％であり、参考例（膨張頁岩から製造した市
販品）の29.5％および33.0％にくらべて著しく小
さい。 ［実施例６〜７、比較例２］ 石炭灰Ｂおよび粘土を原料とし、φ2.0ｍ、傾斜
角52°、回転数10rpmのパン型造粒機を用い、混
合機は80m3のブレンデングサイロを用い、有効内
径φ1.3×有効長さ31.5ｍ焼出量２m3／時のロータ
リーキルンを用いた以外は実施例１と同様な操作
を行なつて、人工軽量骨材を製造した。なお、実
施例６は石炭灰B95重量部に粘土を５重量部混合
し1350℃で焼成した例であり、実施例７は石炭灰
B91重量部に粘土を５重量部、消石灰を４重量部
添加して1300℃で焼成した例である。それぞれの
試験結果を第２表および第３表に示す。 比較例２として石炭灰Ｂを水のみで造粒したも
のを前記ロータリーキルンに送入し焼成した。し
かしキルン内で造粒物粒子の粉化・崩壊が著し
く、キルン内壁に付着し焼成が不能であつた。 ［実施例 ８、９］ φ2ｍ×２ｍボールミルで粉砕した石炭灰Ｆを
原料とし、実施例６〜７で使用したパン造粒機を
用い、珪石粉の吹き込み装置付きの有効内径0.9
ｍ×有効長さ20ｍ、焼出量１m3／時のロータリー
キルンを用いた以外は実施例１と同様に操作を行
なつて人工軽量骨材を製造した。 なお、実施例８は、製品の絶乾比重1.2〜1.3を
目標に焼成温度を1240℃に保つて人工軽量骨材を
製造した例である。また、実施例９は、製品の絶
乾比重1.0以下の超軽量骨材を目標に焼成温度を
1280℃に保ち、さらに原料送入量を約1/2に減少
して人工軽量骨材を製造した例である。 ［実施例10、比較例３］ 実施例１〜７、比較例１〜２における石炭灰の
粉末度とそれを造粒成形した造粒物の物性の関係
を明らかにするため、石炭灰Ａおよび石炭灰Ｂを
φ0.2ｍ×0.2ｍのボールミルで粉砕し、その微粉
末状の石炭灰をφ0.4ｍパン型造粒機で造粒し物性
を測定した。その結果を第４表に示す。なお、水
分は105℃で測定した固形分基準の重量％であり、
耐爆裂性は焼成における急速加熱に耐える温度の
指針とするため、所定温度に保つた電気炉に投入
し、爆裂現象（バーステイング現象）を起さない
最低の炉温を示した。 第４表から、石炭灰を粉砕することにより、測
定範囲内では全ての物性が向上し、しかもパン造
粒方法によつても見掛け比重を大きくすることが
可能となり、焼成工程は好ましい結果を与えるこ
とが推定された。 なお、比較例３（従来方法）として膨張頁岩粉
を用いて同様な試験を行なつた。膨張頁岩粉はパ
ン造粒方法で目標の造粒成形物の物性が得られる
ことがわかる。これにひきかえ石炭灰粉は加熱に
より、圧潰強度などの低下が起こり、600℃前後
で最低になつた。
【表】
【表】
【表】
【表】
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ ブレーン比表面積が4000〜9000cm2／ｇの石炭
灰80重量％以上含有する粉末原料を造粒成形し
て、見掛け比重が1.1〜1.8で、常温および600℃
に加熱後における圧潰強度がいずれも0.5Kgｆ以
上の造粒物を得たのち、これをロータリキルンを
用いて1100〜1600℃にて焼成することを特徴とす
る人工軽量骨材の製造方法。 ２ 上記石炭灰のブレーン比表面積が4000〜7000
cm2／ｇの範囲にある請求項第１項記載の人工軽量
骨材の製造方法。 ３ 上記石炭灰の造粒成形物の見掛け比重が1.2
〜1.6の範囲にある請求項第１項記載の人工軽量
骨材の製造方法。 ４ 上記造粒成形を、圧縮成形により行なう請求
項第１項記載の人工軽量骨材の製造方法。 ５ 上記粉末原料が、添加材を20重量％以内の量
で含有する請求項第１項記載の人工軽量骨材の製
造方法。 ６ 添加材が、粘土、頁岩、消石灰および水ガラ
スからなる群より選ばれた少なくとも一種類の無
機添加材である請求項第１項記載の人工軽量骨材
の製造方法。
Priority Applications (3)
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|---|---|---|---|
| JP60005257A JPS61163152A (ja) | 1985-01-14 | 1985-01-14 | 人工軽量骨材の製造方法 |
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| EP19860300209 EP0188371B1 (en) | 1985-01-14 | 1986-01-14 | Artificial lightweight aggregate |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| JP60005257A JPS61163152A (ja) | 1985-01-14 | 1985-01-14 | 人工軽量骨材の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61163152A JPS61163152A (ja) | 1986-07-23 |
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|---|---|---|---|
| JP60005257A Granted JPS61163152A (ja) | 1985-01-14 | 1985-01-14 | 人工軽量骨材の製造方法 |
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|---|---|
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| EP (1) | EP0188371B1 (ja) |
| JP (1) | JPS61163152A (ja) |
Families Citing this family (17)
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|---|---|---|---|---|
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