JPH10251048A - フライアッシュ人工骨材の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 比較的低温度で且つ広い焼結温度幅でフライ
アッシュを焼結させフライアッシュの急激な発泡を防ぎ
高密度高強度フライアッシュ人工骨材の製造方法を提供
する。 【解決手段】 主原料であるフライアッシュに、高融点
のシリカーアルミナ含有微粉末を混合し、混合物を造粒
した後焼結させることにより発泡を抑制して高密度高強
度フライアッシュ骨材を得る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は産業廃棄物であるフ
ライアッシュを主原料として利用した人工骨材に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】火力発電所のボイラー等で石炭を燃料と
して燃焼させると産業廃棄物として多量のフライアッシ
ュが発生する。一年間に発生するフライアッシュは、お
よそ４００万トンであり、そのうちの約半分が、セメン
トコンクリート等の建設、土木分野、窯業分野で有効利
用されている。フライアッシュの発生量は、年々確実に
増加している。環境保全、資源の有効活用の立場から
も、フライアッシュの有効利用が更に促進されることが
望まれる。

【０００３】フライアッシュをコンクリート骨材として
用いる試みは種々なされているが実用化に至っているも
のは極めて少ない。その原因は、フライアッシュの持つ
化学的物理的性状のバラツキが大きいため、一定の製造
条件で、高密度で吸水率が小さく高強度の品質の安定し
た骨材を高収率で製造出来ないことにある。

【０００４】その原因に製造時に発生する発泡現象があ
げられる。未燃焼の炭質物を燃焼除去したフライアッシ
ュを、酸素濃度が５体積％以下の雰囲気で焼成すること
により発泡を抑制した人工骨材を製造する技術が、特願
平７−９０２１９に開示されている。効果的な方法であ
るが、酸素濃度をコントロールする特別な装置を必要と
して経済的といえない。又、フライアッシュを、中性ま
たは、不活性ガス雰囲気で焼成することにより人工骨材
用原料の調整により焼成時の発泡現象を抑制する方法が
特願平７−９０２２０に開示されている。これも同様に
経済的な方法とはいえない。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、フラ
イアッシュの焼成製造温度を経済性のある１３００度以
下で製造でき、製造管理温度をこえても急激な発泡現象
による低密度化高吸水率化が生じない高密度高強度フラ
イアッシュ人工骨材の製造方法を得る事である。

【０００６】

【課題を解決するための手段】主原料であるフライアッ
シュに、高融点のシリカーアルミナ含有微粉末を混合す
る。この混合物を造粒した後、焼成することにより発泡
を抑制したフライアッシュ人工骨材の製造方法が得られ
ることを見出した。

【０００７】本発明の製造方法は、以上の知見に基づく
ものであり、本発明によれば、以下の構成からなる人工
骨材の製造方法が提供される。

【０００８】（１） フライアッシュと融点１５００°
Ｃ以上のシリカーアルミナ含有微粉末とを混合し、該混
合物を造粒した後、焼成することを特徴とするフライア
ッシュ人工骨材の製造方法

【０００９】（２） シリカーアルミナ含有微粉末中の
シリカーアルミナ成分の合計量が９５重量％以上であ
り、アルミナ成分の含有率が、２３重量％以上であるこ
とを特徴とするフライアッシュ人工骨材の製造方法

【００１０】（３） 混合物中のシリカーアルミナ含有
微粉末の配合割合が内割りで１０重量％以上３０重量％
以下であることを特徴とする人工骨材の製造方法

【００１１】

【発明の実施形態】本発明の製造方法は、固形燃料の燃
焼によって生じる通常のフライアッシュが用いられる。
融点１５００度Ｃ以上のシリカーアルミナ含有微粉末
は、高純度品でも良いが、酸化物セラミックス製造工程
で廃棄される成形屑、焼結体の廃材、粘土などの天然原
料、磁器廃材等も用いることができる。シリカとアルミ
ナを混合して用いても良いしアルミノシリケートの形態
で含有しても良い。

【００１２】シリカ−アルミナ含有微粉末は、平均粒径
で１０μｍ以下であることが望ましい。平均粒径で１０
μｍ以上になると反応速度が遅くなり焼結温度を遅延さ
せ期待される効果が減少する恐れがある。

【００１３】微粉末を得る手段は、通常の粉砕方法ある
いは分散方法が用いられる。フライアッシュとの混合手
段も通常の混合手段でよい。混合割合は、内割で１０重
量％以上３０重量％以下が望ましい。

【００１４】このように粒度調整された原料に造粒物の
強度を確保するため必要に応じて更に粉砕・混合した
り、あるいは、造粒補助剤・増粘剤として少量の粘土・
増粘剤などを添加しても良い。引き続いて加湿、造粒、
乾燥の工程を経て、焼結用のペレットを得る。造粒方法
に特に制約はないが、パンペレタイザーや押し出し成形
機による造粒が望ましい。

【００１５】こうして得られた成形体を１１００度Ｃ以
上１３００度Ｃ以下の温度で加熱保持することで比重の
バラツキの少ない高密度高強度フライアッシュ人工骨材
を得ることが出来る。フライアッシュを構成する個々の
ガラス質粒子は、高温加熱時発泡源となる未燃焼の炭質
物を含有するので、過度の高温での発泡は、比重の安定
した骨材を焼成するためには避けなければならない。上
記シリカーアルミナ質微粉末を混合させることで１１０
０度Ｃ以上１３００度Ｃ以下の温度で加熱保持して比重
のバラツキの少ない高密度高強度フライアッシュ人工骨
材を得ることが出来る。

【００１６】この理由は、明確ではない。フライアッシ
ュは、主に球状を呈するガラス質粒子、石英およびムラ
イト等の結晶粒子、未燃焼の炭素質からなる集合物であ
る。フライアッシュを造粒・焼成して骨材化を図ろうと
する場合、その骨材の焼結は石英やムライトの溶融に先
立つガラス質の溶融によって起こる。このガラス質の溶
融と同時に、粒子内に捕獲されていた微少量の炭素質が
発泡することによって骨材の比重が低下するものと思わ
れる。

【００１７】本発明者らは、シリカーアルミナ質混合物
微粉末粒子を炭素質を捕獲するガラス質粒子の近辺に十
分で且つ必要な量を配して発泡成分を含んだガラス質の
無機物質全体に対する相対量を低下させることにより、
ガラス質の化学組成を変化させ溶融温度をコントロール
しガラス粒子発泡の比重低下に及ぼす影響を減少させ溶
融する温度領域を広くし、焼成温度の変化にたいする骨
材の密度のバラツキを小さく出来ることを見いだした。

【００１８】こうして得られたフライアッシュ人工骨材
の製造方法により、比較的低温の焼結温度で従来より格
段に広い温度領域での同人工骨材の製造が可能になっ
た。製造管理温度が広いので焼結プロセスのコントロー
ルも容易であり通常の焼結装置が特別の仕様変更なく用
いることができる。

【００１９】得られたフライアッシュ人工骨材は、高密
度高強度の骨材として利用可能な焼結物であり、従来の
フライアッシュの製造方法をもちいては、製造できなか
ったものである。その吸水率は、フライアッシュ骨材の
従来品と比べて格段に小さく、インストロンを用いた圧
潰強度試験結果で引っ張り強度換算４０ＭＰａと天然の
骨材と比べても遜色なかった。

【００２０】以下に実施例及び比較例を示し、本発明の
特徴とするところをより一層明確にする。

【００２１】

【実施例】

実施例１ フライアッシュにシリカとアルミナの重量比が、１．
２：９５．４であるような廃アルミナ粉を内割で１０重
量％添加し、ボールミルで平均粒径６μｍに粉砕した。
この調製原料に造粒補助剤・増粘剤としてベントナイト
を５重量％添加混合し、パンペレタイザーをもちいて加
湿しながら直径１０〜２０ｍｍのペレットとした。この
ペレットをドラム型ドライアーで乾燥させた後、大気雰
囲気下の電気炉で、昇温速度は毎分２０度Ｃとし管理温
度１１６０0°Ｃで十分間焼成して骨材化した。アルキ
メデス法で骨材の絶乾比重２．４１吸水率０．０を測定
した。吸水率の測定法は、２４時間浸積法である。又、
骨材の強度を測定すると４２ＭＰａであり、天然骨材と
比べ遜色のないものであった。又、管理温度を超えて焼
結が進んだ場合、発泡によって絶乾比重が減少するが、
高強度低吸水率の得られる絶乾比重が、２．２以上とな
る温度範囲を焼結温度幅として求めると９０°Cであっ
た。

【００２２】実施例２ 実施例１において用いたのと全く同様な廃アルミナ２０
％を混合する以外は、実施例１と全く同様な原料調合を
行い焼結を行い、管理温度１２００°Ｃで十分間焼成し
２．２以上となる焼結温度幅は、１１０°Cであった。

【００２３】実施例３ 実施例１において用いたのと全く同様な廃アルミナ３０
％を混合する以外は、実施例１と全く同様な原料調合を
行い焼結を行い、管理温度１２４０°Ｃで十分間焼成し
て骨材化した。骨材の絶乾比重２．５２吸水率０．０を
測定した。焼結温度幅は、２４０°Cであった。

【００２４】比較例１ 廃アルミナを添加することなく、実施例１と同様の方法
により骨材化の焼結をおこなった。管理温度を１１２０
°Cとする骨材の絶乾比重２．４６、吸水率は、０．０
であったが、焼結温度幅は５０°Cと狭く、焼結コント
ロールが難しかった。

【００２５】比較例２ 廃アルミナを４０％添加する以外は、実施例１と同様の
方法により骨材化の焼結をおこなった。管理温度を１２
４０°Cで焼結温度幅は、３４０°Cであったが、絶乾比
重２．４０吸水率が３．８であり骨材として不適当な製
品であった。

【００２６】実施例４ フライアッシュにシリカとアルミナの重量比が、１９．
０：７８．５であるような廃ムライト粉を内割で１０重
量％添加し、ボールミルで平均粒径６μｍに粉砕した。
この調製原料に造粒補助剤・増粘剤としてベントナイト
を５重量％添加混合し、パンペレタイザーをもちいて加
湿しながら直径１０〜２０ｍｍのペレットとした。この
ペレットをドラム型ドライアーで乾燥させた後、大気雰
囲気下の電気炉で、昇温速度は毎分２０°Ｃとし管理温
度１１４０°Ｃで十分間焼成して骨材化した。アルキメ
デス法で焼結した骨材の絶乾比重2.38吸水率0.0を測定
した。吸水率の測定法は、２４時間浸積法である。又、
骨材の強度を測定すると引っ張り強度換算で４３ＭＰａ
であり、天然骨材と比べ遜色のないものであった。又、
管理温度を超えて焼結が進んだ場合、発泡によって絶乾
比重が減少するが、高強度低吸水率の得られる絶乾比重
が、２．２以上となる温度範囲を焼結温度幅として求め
ると１００°Ｃであった。

【００２７】実施例５ 実施例４において用いたのと全く同様な廃ムライト２０
％を混合する以外は、実施例４と全く同様な原料調合を
行い焼結を行い、管理温度1180度Ｃで十分間焼成して骨
材化した。骨材の絶乾比重2.45吸水率0.0を測定した。
焼結温度幅は、100度Cであった。

【００２８】実施例６ 実施例４において用いたのと全く同様な廃ムライト３０
％を混合する以外は、実施例４と全く同様な原料調合を
行い焼結を行い、管理温度１２２０°Ｃで十分間焼成し
て骨材化した。骨材の絶乾比重２．４７、吸水率０．０
を測定した。焼結温度幅は、１８０°Ｃであった。

【００２９】比較例３ 実施例４において用いたのと全く同様な廃ムライト４０
％を混合する以外は、実施例４と全く同様な原料調合を
行い焼結を行い、管理温度１２６０°Ｃで十分間焼成し
て骨材化した。焼結温度幅は、260度Cであったが、骨材
の絶乾比重２．３５、吸水率４．３以下にならなかっ
た。

【００３０】実施例７ フライアッシュにシリカとアルミナの重量比が、４０．
６：５４．４であるような廃磁器粉を内割で１０重量％
添加し、ボールミルで平均粒径６μｍに粉砕した。この
調製原料に造粒補助剤・増粘剤としてベントナイトを５
重量％添加混合し、パンペレタイザーをもちいて加湿し
ながら直径１０〜２０ｍｍのペレットとした。このペレ
ットをドラム型ドライアーで乾燥させた後、大気雰囲気
下の電気炉で、昇温速度は毎分２０°Ｃとし管理温度１
１３０°Ｃで十分間焼成して骨材化した。アルキメデス
法で焼結した骨材の絶乾比重２．４０、吸水率０．０を
測定した。吸水率の測定法は、２４時間浸積法である。
又、骨材の強度を測定すると４１ＭＰａであり、天然骨
材と比べ遜色のないものであった。又、管理温度を超え
て焼結が進んだ場合、発泡によって絶乾比重が減少する
が、高強度低吸水率の得られる絶乾比重が、２．２2以
上となる温度範囲を焼結温度幅として求めると８００°
Ｃであった。

【００３１】実施例８ 実施例７において用いたのと全く同様な廃磁器粉２０％
を混合する以外は、実施例７と全く同様な原料調合を行
い焼結を行い、管理温度１１５０°Ｃで十分間焼成して
骨材化した。骨材の絶乾比重２．４９、吸水率０．０を
測定した。焼結温度幅は、１００°Ｃであった。

【００３２】実施例９ 実施例７において用いたのと全く同様な廃磁器分粉３０
％を混合する以外は、実施例７と全く同様な原料調合を
行い焼結を行い、管理温度１２００°Ｃで十分間焼成し
て骨材化した。骨材の絶乾比重２．５１、吸水率０．０
を測定した。焼結温度幅は、１８０°Ｃであった。

【００３３】比較例４ 実施例７において用いたのと全く同様な廃磁器粉４０％
を混合する以外は、実施例７と全く同様な原料調合と焼
結を行い、管理温度１２４０°Ｃで十分間焼成して骨材
化した。焼結温度幅は、１８０°Ｃであったが、骨材の
絶乾比重２．３２、吸水率３．４以下にならなかった。

【００３４】実施例１０ フライアッシュにシリカとアルミナの重量比が、７４．
３：２３．１であるような廃材粉を内割で１０重量％添
加し、ボールミルで平均粒径６μｍに粉砕した。この調
製原料に造粒補助剤・増粘剤としてベントナイトを５重
量％添加混合し、パンペレタイザーをもちいて加湿しな
がら直径１０〜２０ｍｍのペレットとした。このペレッ
トをドラム型ドライアーで乾燥させた後、大気雰囲気下
の電気炉で、昇温速度は毎分20度Ｃとし管理温度1130度
Ｃで十分間焼成して骨材化した。アルキメデス法で焼結
した骨材の絶乾比重２．４２、吸水率０．０を測定し
た。吸水率の測定法は、２４時間浸積法である。又、骨
材の強度を測定すると４０ＭＰａであり、天然骨材と比
べ遜色のないものであった。又、管理温度を超えて焼結
が進んだ場合、発泡によって絶乾比重が減少するが、高
強度低吸水率の得られる絶乾比重が、２．２以上となる
温度範囲を焼結温度幅として求めると９０度Cであっ
た。

【００３５】実施例１１ 実施例１０において用いたのと全く同様な廃材粉２０％
を混合する以外は、実施例１０と全く同様な原料調合を
行い焼結を行い、管理温度１１５０°Ｃで十分間焼成し
て骨材化した。骨材の絶乾比重２．５３、吸水率０．０
を測定した。焼結温度幅は、１１０°Ｃであった。

【００３６】実施例１２ 実施例７において用いたのと全く同様な廃材粉３０％を
混合する以外は、実施例７と全く同様な原料調合を行い
焼結を行い、管理温度１１８０°Ｃで十分間焼成して骨
材化した。骨材の絶乾比重２．５４、吸水率０．０を測
定した。１１８０°Ｃを超える焼結温度幅は、１４０°
Ｃであった。

【００３７】比較例５ 実施例１０において用いたのと全く同様な廃材粉４０％
を混合する以外は、実施例７と全く同様な原料調合を行
い焼結を行い、管理温度1220度Ｃで十分間焼成して骨材
化した。１２２０°Ｃを超える焼結温度幅は、１８０°
Ｃであったが、骨材の絶乾比重２．４２、吸水率は３．
２以下にならなかった。

【００３８】表１に以上の実施例、比較例の製造条件及
び得られた骨材の絶乾比重吸水率を示す。

【００３９】

【表１】

【発明の効果】本発明の人工骨材製造方法は、廃棄処理
に困るフライアッシュを有効に再利用でき、環境保全お
よび資源の有効活用に大いに意義がある。本発明の人工
骨材製造方法は、よりコントールし易い製造方法で高密
度低吸水率で高強度の人工骨材を安価に提供するもので
ある。整理番号 Ｐ−５５３１ 化学式等を記載した書面 明細書

【表１】

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 フライアッシュと融点１５００°Ｃ以上
   のシリカ−アルミナ含有微粉末とを混合し、該混合物を
   造粒した後、焼成することを特徴とするフライアッシュ
   人工骨材の製造方法
2. 【請求項２】 シリカーアルミナ含有微粉末中のシリカ
   −アルミナ成分の合計量が９５重量％以上であり、アル
   ミナ成分の含有率が、２３重量％以上であることを特徴
   とする請求項１記載のフライアッシュ人工骨材の製造方
   法
3. 【請求項３】混合物中のシリカーアルミナ含有微粉末の
   配合割合が内割りで１０重量％以上３０重量％以下であ
   ることを特徴とする請求項１記載のフライアッシュ人工
   骨材の製造方法