JPH0717418B2 - 人工軽量骨材の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 【産業上の利用分野】

本発明は、山砂を水洗した際に発生する廃棄泥分にフラ
イアッシュを加えて混練造粒し、造粒物を乾燥焼成して
人工軽量骨材を製造する方法に関するものである。

【従来の技術】

コンクリート用骨材は清浄であることが必須とされてお
り、ごみ、粘土、シルト、有機物等の有害物を含んでは
ならない。これらの物質はコンクリートの強度を著しく
低下させるため、天然山砂からコンクリート用骨材を製
造する場合、焼成等を行わない場合は骨材中にごみや
泥、有機物等が含有しないよう、水洗することが義務づ
けられている。 山砂を水洗した際発生する廃棄泥分（以下、泥分と記
す。これは大部分はシルト分である。）は粒度が非常に
小さく（大部分が５μ〜74μからなる）、含水比が90〜
100％と多量の水を含んだ軟状物である。そのため泥分
をそのまま埋め立て処分をすると処分地はいつまでも軟
弱で地盤が固くならないという問題があり、土地の有効
利用に支障をきたす。埋め立て処分地の有効利用を図る
ためにサンドドレーン工法等で処分地の排水を促進して
地盤を圧密固化し、さらに表層部分を適当な深さまでセ
メント、石灰等の固化材を混入させて土の強度を上昇さ
せた後、さらにその上に礫や山土等を用いて厚い層で被
覆するなどの方法が行われている。しかしながら、この
ような方法としても処分地の地盤が硬く固まるまでに長
時間を要するため、近年では泥分にセメントや石灰等を
混合して泥分の強度向上を図りつつ埋め立てしたり、機
械的に脱水処理してから埋め立て処分を行う方法も検討
されている。 このように従来の泥分処理方法は、固化剤を用いて土質
の安定を図るものであった。しかしながら大量に発生す
る泥分を処分するには、それを受け入れる処分地が必要
であり、泥分以外にも固化剤や表層を覆うための新規な
山土等を加えるため処分地は広大な土地である必要があ
った。 上記の如く天然山砂を水洗した際に発生する泥分は、そ
の性状が故に処理処分について多くの問題点がある。 一方、石灰火力発電所や石灰ボイラーから大量に発生す
るフライアッシュは一部がフライアッシュセメントに使
用されているが、その大半は埋め立て処分されている。
しかしながら日本国内の埋め立て地の現状から、これら
多くの泥分やフライアッシュをそのまま受け入れる情況
が近い将来逼迫しているのが明らかである。 従来、フライアッシュを利用した軽量骨材の製造方法と
しては、例えば特公昭38-25820号公報及び同39-11234号
公報に記載の方法がある。前者の方法は、造粒機中にお
いて微粉炭灰（フライアッシュ）に粘土スラリー又はパ
ルプ廃液を滴下して球状粒状物を得、これを1100〜1500
℃に焼結して内部の水分の揮散により気孔を生じさせ
る。また、後者の方法は、フライアッシュにスラリー状
粘土を滴下して造粒後、回転窯内において加熱してフラ
イアッシュ中の酸化第一鉄を酸化第二鉄とし、その際に
発生する酸素で発泡させる。その発泡焼成の際、粒と粒
の溶融面が互いに付着する恐れがあるので、窯内におい
て比較的融点の高い無機物の粉末を表面に付着させ、造
粒物の粘結を防止する。

【発明が解決しようとする課題】

しかしながら、従来の後者の方法のように、発泡焼成工
程での造粒物粘結防止のために、高融点の無機物粉末を
別にコーテイングするようにしたとしても、その前の段
階の造粒工程で多くの水分を含んでいれば、造粒物表面
に水分が浮き出し、その表面の水分によって窯に入れる
前に造粒物同士が付着してしまい、造粒物の歩留りや球
形度や作業効率等の低下を招く。このことは、フライア
ッシュとの混練物が上記のように多量の水を含んだ泥分
（シルト分）となると、粘土スラリーよりも一層大とな
る。 そこで、本発明の目的は、フライアッシュと混練し造粒
する泥分が、山砂を水洗した際に発生する廃棄泥分のよ
うな多量の水分を含むものであっても、造粒物同士の付
着を的確に防止でき、従って造粒物の歩留りや球形度や
作業効率等の向上が図れるとともに、さらに製品として
も吸水性や圧潰強度等の性能の高い人工骨材が得られる
ようにすることにある。

【課題を解決するための手段】

泥分（シルト分）は通常含水比が90〜100％であるた
め、脱水処理を行う。脱水方法としては室内の土場に放
置する自然脱水方法、フィルタープレス等を用いる機械
脱水、焼却炉等からの廃熱を利用した脱水など状況に応
じた脱水方法が選択される。泥分処分ピットに貯溜して
いる泥分を用いる場合は、ピットの層高により含水比が
異なるため、取り出した泥分を土場でショベル等を用い
て充分混合を行い、含水比の均一化を図る必要がある。
脱水処理により泥分の含水比は30〜40％に低減させる。 脱水処理された泥分とフライアッシュを混合し、混練機
で充分に混練を行う。混練された原料の一部を焼却炉等
の廃熱を利用して乾燥し、ボールミル等で粉砕して乾燥
粉（乾粉）を得る。配合割合はフライアッシュ量が全体
重量の99〜20％である。混練された配合原料をパン型等
の造粒機を用い、添加水を加えながら、上記乾粉を第１
図ｃ部から配合原料の表面にコーティングするように添
加し、目的とする粒度に造粒を行う。一般的にはJIS A
5002に規定される粒度を目標とする。 原料として用いる泥分とフライアッシュは微粒子が大半
であるためバインダーを用いることなく、添加水量や添
加位置、造粒機の角度や回転数、原料のフィード量やフ
ィード位置を適宜調整することで造粒が可能である。造
粒にあたって第１図に示すパン型造粒機１を用いる場
合、ａ部より混練原料を投入し、ｂ部にて添加水を加え
ることが好ましい。造粒工程で同じ原料の乾粉をコーテ
ィングする理由は、造粒時における造粒性や球形度や歩
留り等の向上を図るばかりでなく、製品としての吸水性
や圧潰強度等の性能向上を図るためである。この乾粉コ
ーティング操作を行う場合においては、フライアッシュ
の混合量は99〜20％が許容され、原料選択の自由度が増
加するという利点もある。 パン型造粒機を用いて造粒を行うと、成品中には粒径の
大きい物や、小さい物等粒径の分布が発生する。そのた
めJIS規格を満足させるように20mmと5mmの篩を使い、20
mm上と5mm下を除去する。除去物は再び混練工程に戻
し、原料の一部として使用する。 造粒物は50〜60％の含水比であるため、そのまま次工程
の焼成を行うと、急激な水分蒸発によりバースティング
をおこすので事前に乾燥を行う必要がある。 次いで、造粒物をロータリーキルン等の焼成装置を用
い、1200℃程度の高温で焼成する。高温で焼成を行うと
フライアッシュ中の未燃炭素分及び泥分中の有機物が燃
えてガス化するため、気孔の多い軽量な骨材の製造が可
能である。

【作用】

本発明の人工軽量骨材の製造方法の各工程の作用・効果
について以下に詳述する。 泥分脱水工程： 山砂水洗により発生する泥分は前述の如く90〜100％の
含水比であるため、そのままでは輸送等のハンドリング
は不可能である。そのため室内土場に放置して自然脱水
を行ったり、フィルタープレスを用いての機械脱水や廃
熱利用による乾燥脱水を行う。脱水することにより泥分
の含水比を30〜40％とする。30％を下回ると乾燥しすぎ
で泥分が団子状となり、40％を越えると造粒性が悪く高
い真球率が得られない。 混合工程及び乾燥粉製造工程： 脱水された泥分と全体量の99〜20％に相当するフライア
ッシュをローラーミキサー等の混練機に同時に投入し、
充分に混合混練を行う。混練の度合いは造粒性を大きく
左右するので充分なる混練を行う必要がある。 混練物はそのまま次の造粒工程に供することも可能であ
るが、上記のように造粒性の向上や造粒速度を上げる等
の目的で、混練物の一部を乾燥機を用いて焼却炉等の廃
熱を利用して乾燥し、ボールミル等の粉砕機にて微粉砕
して乾燥粉を製造する。この乾燥粉は次工程にて造粒物
のコーティング材として用いる。 造粒工程： 混練物はパン型造粒機等を用い、JIS A 5002に規定され
る粒度になるよう造粒を行う。前述の如く配合原料は微
粉が大半であるため、バインダーを使用する必要はな
く、添加水量や添加位置、造粒機の角度や回転数、原料
のフィード量やフィード位置を適宜調整するだけで造粒
が可能である。造粒にあたってパン型造粒機を用いる場
合、第１図ａ部より混練原料を投入し、ｂ部にて添加水
を加えることが好ましい。また、上記乾燥粉を第１図ｃ
部から造粒物の表面にコーティングするように添加する
と的確にコーティングがなされる。 造粒物はJIS規格に適合するよう20mmと5mmの篩を使い、
20mm上と5mm下を除去する。除去物は再び混練工程に戻
し、原料の一部として使用し経済性を向上させる。さら
に好ましくは、15mmと10mmの篩を加え、適宜粒度調整を
行うことが良い。 乾燥工程： 成形された造粒物は焼成工程で造粒物同士が融着した
り、急激な水分蒸発によるバースティングで造粒物が崩
壊しない程度に乾燥を行う。乾燥には焼却炉等の廃熱等
を利用してもよいし、次工程の焼成炉からの廃熱や余熱
を利用しても構わない。 焼成工程： 乾燥した造粒物をロータリーキルン等の焼成炉を用いて
焼成するが、このときの最適焼成温度は1150±100℃で
ある。この焼成により造粒物は焼結（融結）され粒状の
固化物が得られる。泥分は有機物を含有しているし、ま
たフライアッシュは未燃炭素分を含有するため、焼結さ
れた固化物の表面は有機分や未燃炭素分が燃焼してガス
化する際に発泡して多孔質となる。しかし、焼成温度10
50℃を下回るときは、焼成はしているが固化物内部に未
燃炭素分が残り、発泡性も少なく軽量骨材としての規格
を満足しない。一方、焼成温度が1250℃を越えるときは
固化物の焼結が進み、固化物同士が融着したり部分的に
崩壊したりする恐れがある。 上述した方法により得られた固化物は水に不溶であり、
多孔質であることから比重が小さく、かつ高強度である
ため構造用軽量コンクリート骨材として充分に規格を満
足する。 以上、本発明の特徴を要約すると、本発明では、フライ
アッシュと泥分（シルト分）との混練原料の一部を乾
燥、粉砕した乾粉を、造粒工程中の混練原料の表面へ所
定の位置から添加して（例えば混練原料：乾粉の割合を
９対１とする）コーティングすることで、混練原料（造
粒物）表面に浮き出した水分を瞬時に乾粉で吸収し、造
粒物同士の付着による造粒物の歩留りや球形度や作業効
率等の低下を防止する。このことによってまた、製品と
しても吸水性や圧潰強度等の性能向上が図れるものであ
る。 このような同一原料の乾粉によるコーティングの効果
は、フライアッシュ及びシルトがいずれも吸水性に優れ
ていることから発揮できるもので、仮に他ダスト（例え
ば鉱石粉や鉄を多く含有したダスト等）を造粒物表面に
添加したとしても、該ダストの吸水性がフライアッシュ
及びシルトにより劣るため、造粒物表面の水分を吸収す
ることができず、同様の効果は期待できない。 また、フライアッシュとシルトとの混練原料の表面に、
フライアッシュ単味又はシルト単味を添加したとして
も、造粒性は向上するが満足した成品比重及び圧潰強度
は得られない。すなわち、本発明のように、フライアッ
シュとシルトとの混練原料の表面に、該混練原料を乾燥
・粉砕した乾粉を添加しない限り、JIS規格Ｍ種の比重
及び圧潰強度を十分に満足する人工軽量骨材は得られな
い。

【実施例】

次に本発明の実施例を説明する。 本発明の方法による人工軽量骨材の製造試験には、表−
１に示す組成の山砂水洗による発生泥分と表−２に示す
組成のフライアッシュを使用した。 泥分脱水工程と混合混練工程： 含水比95％の山砂水洗による発生泥分を室内の土場にて
含水比35％にまで自然脱水を行った。次いでフライアッ
シュと脱水泥分をローラーミキサーに投入し、10分間混
練を行った。泥分とフライアッシュの配合比を表−３に
示すように種々変化させて実験を行った。 乾燥粉製造工程： 各々の配合原料の一部を乾燥機を用いて乾燥した後、ボ
ールミルにて粉砕して乾燥粉を製造し、次工程の造粒物
にコーティング材として使用した。 造粒工程： 混練物並びに乾燥粉を第１図に示すパン型造粒機１にて
混練原料投入位置ａ、水分添加位置ｂ並びに乾燥粉添加
位置ｃで造粒操作を行い、造粒に際しては次の２通りの
方法を行い、造粒物含水比は50〜60％であった。なお、
第１図においては２はサイドスクレーパ、３は製品排出
口で、破線は造粒物の軌跡を示す。 （ａ）混練物のみを造粒 対象としたのは表−３のNo.1〜No.5の試料。 （ｂ）混練物を造粒後、それに乾燥粉をコーティング 混練物と乾燥粉の供給比は重量比で9:1とした。対象と
したのは表−３のNo.1〜No.4の試料と各々の乾燥粉。こ
のときの造粒機仕様は以下のとおりである。 パン直径:900mm、パン深さ:150mm、パン角度:52°、パ
ン回転数:16rpm、配合原料供給量:200kg/h 得られた造粒物についてJISに規格される骨材の種類に
適合させるため、20mmと5mmの篩を用いて20mm以上と5mm
以下の造粒物をカットし中間物のみを次工程で使用し
た。 乾燥工程： 造粒方法（ａ）、（ｂ）で得られた各種造粒物を電気炉
を用いて炉内温度を400℃に設定し、４〜５分間乾燥時
間を設けて各々の含水比を５％以下にした。 焼成工程： 乾燥工程で得られた各々の乾燥造粒物をシリコニット電
気炉にて、焼成帯のみをシミュレートするため炉内温度
1200±50℃に設定し、焼成時間を２〜３分間設けて焼成
を行った。造粒物の表面が半溶融状態になり、同時に内
部にガスが発生してそれが気泡となり、軟化した全体が
膨張したときに造粒焼成物を焼成帯から取り出し、空冷
を行った。こうして得られた焼成造粒物は、表面が硬い
殻で覆われ、しかも内部は細かい独立気泡を多量に包含
する発泡体であった。 上記の各操作を行って得られた焼成造粒物について、各
々比重試験及び圧潰強度試験を行った結果について以下
に述べる。 表−６は泥分のみで造粒焼成を行ったものについて、そ
の粒度構成変化による絶乾比重測定結果である。 表−６及び第２図に示す通り泥分のみの造粒焼成物は、
中間粒度においては構造用人工軽量骨材として表−４に
示すJIS A 5002で定められた骨材の絶乾燥比重による区
分について粗骨材として比重規格に合格しなかった。そ
のため規格内の粒度構成を中間粒度から粗粒側に変えて
比重を測定したが大差はなく、粒度構成比率の変更程度
では比重に影響がないことが判った。 次いで本発明の方法による、フライアッシュを混合した
造粒焼成物について、上記と同様の試験を行った。その
結果を表−７、第３図に示す。また第４図にフライアッ
シュ混合率と焼成造粒物の圧潰強度との関係を示す。 結果から判るように粒度構成は表−５のJIS規格の中間
粒度を満足しており、乾燥粉添加無しの造粒焼成物では
フライアッシュ混合比で30％以上、乾燥粉コーティング
造粒焼成物ではフライアッシュ混合比で20％以上で各々
JIS規格のＭ種を充分満足していることが判る。また、
圧潰強度も充分満足できる値であることが判る。すなわ
ち、乾燥粉を添加した方が添加しない場合に比べ、フラ
イアッシュ混合比が10％程度増加し、原料選択の自由度
が向上する。 以上の結果から、山砂を水洗した際に発生する泥分のみ
ではJIS規格を満足する人工軽量骨材の製造は不可能で
あるが、本発明の方法によるフライアッシュを混合して
製造した人工軽量骨材はJIS規格を充分に満足するもの
である。

【発明の効果】

以上説明したように本発明の方法によれば、従来その埋
め立て処分に問題のあった天然山砂を水洗した際に発生
する泥分と、やはり埋め立て地の確保等に問題を抱えて
いた石炭火力発電所にて発生するフライアッシュを、脱
水、混合混練、一部乾燥粉砕、造粒、焼成といった簡単
な工程操作を行うことによりJIS規格を満足する人工軽
量骨材の製造が可能であり、資源の有効活用を図れると
ともに、埋め立て地の確保問題をも緩和するものであ
る。 また、造粒物の歩留りや球形度や作業効率等の向上が図
れるとともに、さらに製品としても吸水性や圧潰強度等
の性能の高い人工骨材が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の造粒工程において、パン型造粒機を用
いる場合の混練物の投入位置、添加水の添加位置並びに
乾燥粉の添加位置の位置関係を示す説明図、第２図は山
砂水洗により発生する泥分のみを使った造粒焼成物の粒
度構成変化による粒度分布を示すグラフ、第３図はフラ
イアッシュ混合率と絶乾比重との関係を示すグラフ、第
４図はフライアッシュ混合率と圧潰強度との関係を示す
グラフである。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】山砂を水洗する際に発生する廃棄泥分を脱
   水する工程と、その脱水した泥分とフライアッシュとを
   混合混練する工程と、該混練物の一部を乾燥粉砕して乾
   粉とする工程と、上記混練物を造粒した後、その造粒物
   の表面に上記乾粉をコーティングする工程と、乾粉をコ
   ーティングされた造粒物を乾燥、焼成する工程とからな
   る人工軽量骨材の製造方法。
2. 【請求項２】山砂を水洗する際に発生する含水比90〜10
   0％の廃棄泥分を含水比30〜40％まで脱水することを特
   徴とする請求項１に記載の人工軽量骨材の製造方法。