JPS6186460A - 流動層燃焼灰を主原料とする硬化体の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、燃料である石炭および脱硫剤である石灰石か
ら構成される流動層における流動層燃焼の際に発生する
石炭灰および使用済脱硫剤からなる混合粉体を主原料と
して粒状硬化体を製造する方法、詳しくは上記混合粉体
を主原料とし、この混合粉体の塑性限界よりも多く液性
限界よりも少ない水を混合粉体に加えて攪拌することに
よシ粒秋物としだ後、養生する（具体的には湿空養生後
、水蒸気処理する）ことにより、機械的強度の大きい粒
状硬化体を製造する方法に関するものである。

従来の技術 近年我国においては、１９７３年の石油危機以来の国際
的な石油供給不安によって多大なる石油輸入道の確床が
帷しくなり、エネルギ需給状、態における石油依存度を
小さくするだめの石油代替エネルギの開発が国家的な課
題となり、石炭エネルギが１つの柱としてクローズアッ
プさｎている。

石炭を撚掛とする際の；燃焼方式は、従来倣粉炭掌暁方
・式が中心であったが、最近流動層燃焼方式が圧目され
ている。この流動層燃焼方式は、通常、炉内脱硫方式が
採用され、燃料である石炭と炉内脱硫のための脱硫Ａｉ
ｌである石灰石を投入しボイラ内にて流動層を構成させ
る方式である。流動層燃焼方式は従来の做粉夫燃焼方式
に較べて、第１に火炉容積が小さくて済みボイラ容積が
小さくなること、第２に燃料石炭の品種に関する制約が
少ないこと、第３に７５０〜８５０°Ｃの低温燃焼が可
能であり灰の凝結に関するトラブルがなくサーマルＮＯ
ｘの発生が少ないこと、第４に伝熱水管表面での総括云
熱（糸数が大きいことなどの長所を有している。

一方、流動層燃焼技術の実用化の課題として灰処理上の
問題がある。流動１・１燃焼の際に発生する灰は、いわ
ゆる石炭灰と１・ｕ用済脱硫剤からなり、使用済脱硫剤
は脱硫生成物であるｌＩ型型態石こうと未反応の生石灰
から構成されている。石炭燃焼ガス中の１ｍ１Ｃ黄酸化
物の除去効率、すなわち脱硫率を大きくするため、通常
Ｃａ／Ｓのモル比が３〜６となるように石灰石の投入量
が設定されており、７５０〜８５０°Ｃにおける硫黄酸
化物との反応により石灰石が生石灰および■度無水石こ
うとなり、石炭灰とともに排出される。流動層燃焼灰の
発生量は使用石炭の品種、脱硫率、ボイラの運転条件な
どにより相当に異なるが、通常、石炭灰、■度無水石こ
う、生石灰の発生量はそれぞれ使用石炭量のは’？！１
５〜２０重量％、１〜１０重量％、１〜１０重散％であ
る。

発明が解決しようとする問題点 従来、我国における発生石炭灰の大部分は微粉灰燃・、
暁によるものであり、そのうち約１０〜２０重量％はフ
ライアツンユとしてセメント混和材、−ｈメント原料な
どに再利用され残りは埋立地に廃棄されていた。しかし
ながら、セメント原料への再利用および埋立地への廃棄
のいずれにおいても、４Ｊ来の石炭灰の太１１に発生に
充分対処し得ることば期待できないのが現状である。こ
のように会扮炭・１セ；α灰においても、石炭灰の処理
方法が大きな間、１１になりつつあり、流動層燃焼灰に
ついても石炭入力元′賀所などに２ける流動層燃焼によ
る本格的な石炭ト１１用の際にきわめて多量の流動層燃
焼灰が発生することを考慮すると、流動層燃焼灰として
独自の処分方式を確立することが流動層燃焼技術の実用
化にとってきわめて重要な課題となっている。また流動
層燃焼灰の大量処分方式の確立には、資源としての有効
再刊用が必須である。これはまず第１に国産資源の乏し
い我国においては、単なる廃棄ではない再ポ１１用が省
資源・省エネルギに直接結びつくこと、第２に環境破壊
がきわめて少ないことに基づくものである。

本発明は上記の諸点に鑑み、流動層燃焼灰を土木分野に
て彎源として太−）−よに活用すべく、流動ｊ・３燃ｊ
完灰をＵルア（４として機ｒ＋＆的強度の大きい粒状硬
化体を作製することを目的としてなされたものである。

問題点を解決するだめの手段および作用本発明の流動層
燃焼灰を主原料とする硬化体の製造方法は、燃料として
の石炭および脱硫剤としての石灰石から構成される流動
層における流動層燃焼の際に発生する石炭灰および使用
済脱硫剤に、石炭灰分６０〜８５重量％、石灰分１０〜
２５重量％、石こう分５〜２５重量％の配合割合となる
ように、生石灰または／および消石灰、ならびに■度無
水石こう、半水石こうまたは／および２水石こうを必要
に応じて添加して混合粉体を調整し、この混合粉体に水
を加えて混練した後、養生する方法において、混合粉体
の塑性限界よりも多く液性限界よりも少ない水を混合粉
体に加えて攪拌して、粒径４０朋以上Ｏ重量％、粒径２
０朋以下７０〜１００重量％、粒径１０朋以下５０〜１
００重量％、粒径５′朋以下３０〜１００重量％、粒径
１闘以下５〜５０重量％、粒径０．１朋以下１０重量％
以下の粒度分布を有する混練物にすることを解砕処理し
ている。

所定のれ°１度分市を有する混練物にしだ後、通常は、
常温〜６０°ｃ１相対湿度３０％以上で５〜２５時間二
壕生じ、さらに６５〜９０°Ｃの比ｌ咬的低１１１Ａの
常圧水蒸気にて処理する。また水蒸気処理を施しだ区、
ＩＱイ１１ヤ“６埋を施すこともある。

以下、本発明の作成を詳細に説明する。一般に流動層燃
焼灰の代表的性状である成分組成は朗用する石炭の品１
１目で大きく故仔する。まず第１に５大のり、’ｕ　ａ
！Ｉ地によって燃焼残渣である５１０２、Ａ１□０３、
Ｃａ、ＯＳＦ　ｅ　２０３、Ｎ　ａ　２０、Ｋ２Ｏなど
の成分の配合割合が異なり、第２に石炭中の硫黄含有量
によって脱硫生成物である…型側水石こうおよび未反応
の脱硫剤である生石灰の含有量が異なる。このため流動
・＋’ｄ　、燃焼灰を主原料とする水蒸気処理による高
強度の拉状硬ｒヒ体の作製の際には、流動層燃焼灰の成
分組成によって粒状硬化体の適正製造条件は異なる。主
な製造条件は、必要な際に添加される生石灰などおよび
／または旺型態水石こうなどの量、水による混諌吻を適
正粒度分布とするだめの混線粂牛、湿空資生条件、水蒸
気処理条件（温度、時間）などである。

、’７．Ｅ動゛・１４撚焼灰才主原叫とする粒状硬化体
の製造条件と粒状硬化体の性状との関係は概略つぎの５
市９である。水蒸気処理により生成する粒状１便イヒ体
の主成分はエトリンガイト（３ＣａＯ−Ａ１２０３・３
ＣａＳ○。

・３２Ｈ２０）、種々の形態のケイ酸カルシウム水和物
（ＸＣａＯＨＹＳｉ○２’−ＺＨ２０）であるが、強度
メンツク−として最も寄与するものはエトリンガイトで
ある。まず原料混合粉体中の旺型態水石こう含有量およ
び／または生石灰含有量が少ない際には、カルシウムモ
ノサルフォア −Ａ１２０３−　ＣａＳＯ４・１　２Ｈ２０　）　カ主
成分となり粒状ｆ１更化体の強度は小さいが、■度無水
石こう含有量および／または生石灰含有量が大きくなる
にしたがって工１ーリンガイト量が多くなり粒状硬化体
の弓蛍度も大きくなる。さらに■度無水石こうおよび／
または生石灰含有量が多くなると、水蒸気処理時に反応
にあずからない遊離の石こうおよび／または消石灰が生
じ粒状硬化体の強度は低下する。水蒸気処理による粒状
硬化体の１幾械的強度が最も大きくなる最適成分配合は
、生石灰および■度無水石こう以外の石炭灰分６０〜８
５重量％、生石灰分１０〜２５爪１辻％、１１型］；唐
水石こう５〜２５重量％である。′Ｌ石灰うγおよび／
または■度無水石こう分が最適［戊・ｆｒ　配計より少
ない際には、生石灰分および７／またはｌｌ　４Ｑ　、
ｉｊｊＥ水石こうの添加が必要である。

滑邪の際には生石灰の代替として消石灰を用いてもよく
、またｌｌ型無水石こうの代りに半水石こうまたば／お
よび２水石こうを用いてもよい。なお消石灰の配合割合
が３０４量％を越えると、水蒸気′処理後に多くの消石
灰が残り、乾燥雰囲気下では消石灰が炭酸カルシウムに
なり、その１際の反応膨張によりヘアクラック（ミクロ
クラック）が多数発生し、製品性が劣化する。

一方、混線条件も粒状硬化体の性状に大きな影（りを及
ぼす。添加水が混合粉体の塑性限界よりも少ないと高強
度を発現しない。これは流動層燃焼灰（７）　硬化反応
がスルーソルーションリアクション（　ｔｈｒｏｕｇｈ
　ｓｏｌｕｔｉｏｎ　ｒｅａｃｔｉｏｎ　）であり、充
分な間隙水が存在しないと水和反応が充分に進行しない
ためである。１だ添加水が，昆合扮体の液性１ｆｉ，Ｌ
界よりも多いと造粒粒子がくつついて、１〕ＩＪ肥粒度
分布を有する粒状物を得ることが困矯になるとともに、
搬送に支障をきたす。また添加水が適切であっても攪拌
機の機種、操作条件が適切でなければ前記粒度分布の粒
状物が得られない。このため粒状硬化体を高強度化し、
かつ適正なる粒度を有する粒状硬化体を安定して工業規
模で大量製造のためには、添加水が混合粉体の塑性限界
よりも多く、液性限界よりも少なく、撹拌賎の餞種、操
作条件が適切でなければならない。

養生条件は、養生温度および養生時間が主な要因である
。養生処理は水和反応を緩慢に進行させ、６５〜９０°
Ｃの水蒸気処理時の水利反応膨張に耐え得る適正強度と
し、水蒸気処理により高強度粒状硬化体を作成すること
を目的とする。すなわち養生温度が低いか、養生時間が
短いと養生処理後の硬化体の強度が小さくなり、６５〜
９０°Ｃの水蒸気処理によりクラックが多数発生し、硬
化体強度が低下する。一方養生温度が高すぎると養生時
にクラックが発生し、また養生時間が長ずざると太い結
晶の生成量が多くなって、水蒸気処理により生成する斜
、欠品の生・１児物が少なくなって、いずれも粒状硬化
体１．匝度が低下する。またＦ目対湿度が３０％よシも
低いと、水が４元し水オ１反応が充分進行しなくなる。

このため高強度粒状硬化体製造のためには、常？ＡＮ　
〜６０　”Ｃ（望ましくは３５〜６０′ｃ）、千目対湿
度３０％以上で５〜２５時間養生するのがＩ魯切である
。また養生温度を高くすることにより、高強度硬化体ツ
ソ造のだめの養生時間を大幅に短縮化でき、硬化体の工
業的大規模製造時の工程が著しく面素化されることにな
る。

本発明の方法において、混練物が水蒸気処理により高強
度を発現するには、粒径４ｏＩＩＭ以上０重量％、粒径
２０羽以下７０−１００重量％、粒径１０ｕ以下５０〜
１００重量％、粒（１５ＭＭ以下３０〜１ｏｏ重量％、
粒１予１朋以下５〜５０重は％、粒径０．１朋以下１０
重量％以下の゛位Ｉｆ、７分布を汀することが必要であ
る。

水−ＪＷ　５処理条件は処理温度および処理時間が主な
安置である。一般に水蒸気処理時間が短いか、水蒸気処
理温度が低い際には、水和１曲化体はカルシウムモノサ
ルフォアルミネート こう、エトリンガイトの混合物からなり強度は小さく、
水．＠気処理時間が長くなるか、水蒸気処理温度が高く
なるにしたがってエトリンガイトの生成量が多くなり強
度も大きくなる。水蒸気処理を長時間にわたり実施する
か、水蒸気処理温度を高くしすぎるとエトリンガイトは
耐熱性に欠けるため、生成したエトリンガイトは無水石
こうとカルシウムアルミネート水和物に分解し、粒状硬
化体の強度は低下する。

適正なる水蒸気処理条件は燃焼灰の水和反応性などによ
り異なり、流動層燃焼灰においては６５〜９０’Ｃの温
度で、５〜１５時間、常圧水蒸気処理することにより高
強度粒状硬化体が得られる。

なお水蒸気処理温度が高くなるに伴い、水蒸気処理時間
は短くて高強度粒状硬化体が得られる。このように流動
層燃焼灰を主原料とする粒状硬化体の製造の際には、流
動層燃焼灰の性状などに合わせて、添加水量、攪拌方式
ならびに養生条件、水蒸気処理条件を適切に選定するこ
とが必要である。

本発明による粒状硬ｆヒ体にて流ｇｖＪ層燃焼灰の大：
ｉｔ消費を図るには、土木材料としての活用が望ましく
、道１洛材赳、埋め戻しく７を科ならびに地盤改良材の
分野が好＋回であり、このためには、該粒状硬化体が不
規則な形状であるとともに粒度分布の幅が広いことが必
要である。そこで、原料混合粉体τ水分とともに粒状に
成形する際の攪拌方式としては、攪拌翼と攪拌物が効率
よく接触する攪拌四によるのが好適である。すなわち固
定した攪拌槽の内部でリボン、スクリューなどが二軸で
１０Ｏｒｐｍ以上の速度で逆方向に回転するものか、攪
拌槽を比較的紙庫で回転させ、Ｐユ拌（Ｉｈ内に固定し
た攪拌翼が１　０　０ｒｐｍ以上の速度でＰ〃拌槽と逆
方向に回転するものが好１１列である。また常圧水蒸気
処理工程の後に、必要ならば解砕処理を施すことも好適
である。これは解砕処理によって成形された粒子同志が
付着した状、１川で常圧水蒸気処理をＩＬＪｘすことに
よって付Ｔび強度が大きくなり、粒度分布に悪影響ケ及
ぼすためである。ｒｌｌ（＝　（ｉｉ’処」里としては
、たとえば落下前？“亡による方法、２貼のロータを互
いに反対方向に回転させて行う方法、ショークラッシャ
ーなどの粗１１や機を用いる方法などが好適である。

本発明による粒状硬化体を道路材料、埋め戻し材料なら
びに地盤改良材などの土木材料とする際の主たる特徴は
次の通りである。まず第１に、単位体積重量が従来の類
似材料である砕石、砂利よりも相当に小さく、なおかつ
砕石、砂利とほぼ同等の地盤支持力を呈することである
。すなわち、砕石、砂利の１／２〜２／３の重量でもっ
て同等の地盤支持力を発揮することである。第２に、道
路部ならびに埋め戻し部は通常、湿潤状態がもしくは湿
度の高い状態にあシ、このような環境下では本発明によ
る粒状硬化体は経時的に地盤支持力が増加する特徴を有
することである。

実施例 つぎに実施例および比較例について説明する。

１く施例および比較例における流動層燃焼灰の化学組成
および物性を第１表に、構成化合物割合を第２表に示す
。

（以下余白） ７７；めｔｂ　、ｉ燃焼灰および粒、大使化体の試験方
法をつぎに示す１．ブレーン比表面積測定は、高車製作
所製の１５）１−ド圧授市＋４劃定：す３ＳＳ−１００
形を使用し、空気方ｊ法：てよった。液性限界は、ＴＩ
Ｓ　Ａ　１２０５　（土の（Ｃｉ注限ｙ１．試゛炭方法
）に基づき測定し、塑性限界；ま、ＴＴＳ　Ａ　１２０
６　（土の塑性１奴界試、横方法）に基づき１１川定し
た。王ｈＡ強度試ｉ険は、試験片として１０肩−のもの
を使用し、試１暎装置として水屋式硬度計（最大ｍ　ｉ
　’３０配ｑ）を使用した。

また１１’６正ＣＢＲは、Ｊ工ｓ　Ａ　１２１０　（梁
固めによる土の潮固め試験方法）によって、上下方向に
３層に分けて、各層９２回焚固めたときの最大乾燥密度
の９５’、１０の禰固めＩｆに相当する４日水浸後のＣ
ＢＲンいい、このＣＢＲはＪＩＳ　Ａ　１２１１　（路
床土支持力比試験方法）により、直径５Ｃｒｎの貫入棒
の畦大抵抗より次式で与えられる。

実施例１ 第１表に示す流動ノ習沖ζ焼灰１００市１１を部に水を
４６重ｌｊｋ部添加し、絨拌槽を３Ｑｒｐｍ、撹拌槽内
の攪拌翼（一本）を４００ｒｐｍで１．５分攪拌混練し
ながら粒状に成形し、５０°Ｃの湿空雰囲気下で１５時
間養生処理し、さらに３０°Ｃの常圧水蒸気で１０時間
処理した。得られた粒状硬化体の粒度分布は、２０ｕ以
下１００重量％、ｌ　Ｑ　１．Ｔｌ１１以下７０重欧％
、５　＋、ｙａ＋以下５０重量％、１朋以下３５重量％
、０．１朋以下θ重１代％であり、特性は第３表に示す
ごとくであった。

実施例２ 第１表に示す流動層燃焼灰１００重量部に水を４３重量
部添加し、固定された攪拌槽内の２本の撹拌翼を２００
ｒＩ）ｍと１１Ｏｒｐｍで、２．５分撹拌混練しながら
粒状に成形し、５０°Ｃの湿空雰囲気下で１５時間養生
処理し、３０°Ｃの常圧水蒸気で１０時間処理した。鳴
られた粒状硬化体の粒度分布は２層ｍｍ以下１００重績
％、１０朋以下９５重量％、５　Ｍ１以下３０−１１’
ｇ％、１　ｍｍ以下２０重量％、０．１　ｍｍ以下５重
１に％であシ、特性は第３表に示すごとくであった。

比較例１ 第１表に示す流動層“す燃焼灰１００重量部に水を４５
重量部添加し、弓云動造粒代の！：４器を３５ｒｐｍで
１０分回１示しながら粒状に成形し、５０°Ｃの湿空雰
囲気下で１５時間ぼ生処理し、３０’Ｃの常圧水蒸気で
１０時間処理した。１４られた粒状硬化体の粒度２１イ
■は２０Ｍ１４以下１００　ｉＦ（１′ｔｋ、％、１０
羽以下９５重量％、５１１７）８以下３０重礒％、ｌ朋
以下Ｏ稙量％であり、特性は第３表に示すごとくであっ
た。

比較例２ 第１表に示す流動層燃焼灰１００重量部に水を４５市量
部添加し、Ｆ、）１拌槽を３ｇｒｐｍ、攪拌槽内の攪拌
翼を４０Ｏｒｐｍで１．５分攪拌混練しながら粒状に成
形し、５０°Ｃの湿空雰囲気下で２．０時間養生処理し
た。得られた粒状硬化体の粒度分布は２０ＭＭ以下１０
０重量％、１０羽以下７０重量％、５朋以下５０屯ｉＹ
％、ｌ　＋ｉ！）Ｊ以下３５重量％、０．１？猶以下０
屯ｊ１１％であり、特性は第３表のごとくであった。

比１咬［Ａ１３ ５　、ＷＪｌ以下１００　’ｋ　”Ｍ　Ｖｏ、１朋以下
７０重量％、０．１ｎ以下５市量％の粒度分布の川砂の
特性を測定したところ、第３表に示すごとくであった。

比較例４ ４ＱｍＭ以下１００重量％、２０ＰＲＩＲ以下３０重量
％、ｌ　Ｑ　ＭＭ以下５５重量％、５朋以下３５重量％
、ＩＬ′鷹以下１５重量％、０．１朋以下５重遣％の粒
度分布の砕石の特性を測定したところ、第３表に示すご
とくであった。

（以下余白） ４Ｓ　３表 宅間の効果 以上説明したように、本発明によれば石炭を・燃料とす
る流動層燃焼の際の排出物である流動１・譚丈然焼灰を
主原料とし、塑性限界よりも多くｚ夜１生１吸界よりも
少ない水と攪拌し、所定の粒度分布番でなるように粒状
に成形した後、常温〜６０°Ｃの湿空養生の後に常圧水
蒸気処理などの養生を施すことによって、強度の大きい
粒状硬化体を短時間に力為つ容易に製造することが可能
で、この粒状硬化体を土木材料として使用することがで
き、本発明は流動７鴬燃焼灰を土木分野における材料と
して有効、ｆ１１用に寄与する技術としてきわめて有益
である。

出　願　人　　川崎重工業株式会社 ゛＼二）シ′

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　燃料としての石炭および脱硫剤としての石灰石から
   構成される流動層における流動層燃焼の際に発生する石
   炭灰および使用済脱硫剤に、石炭灰分６０〜８５重量％
   、石灰分１０〜２５重量％、石こう分５〜２５重量％の
   配合割合となるように、生石灰または／および消石灰、
   ならびにII型無水石こう、半水石こうまたは／および２
   水石こうを必要に応じて添加して混合粉体を調整し、こ
   の混合粉体に水を加えて混練した後、養生する方法にお
   いて、混合粉体の塑性限界よりも多く液性限界よりも少
   ない水を混合粉体に加えて撹拌して、粒径４０ｍｍ以上
   ０重量％、粒径２０ｍｍ以下７０〜１００重量％、粒径
   １０ｍｍ以下５０〜１００重量％、粒径５ｍｍ以下３０
   〜１００重量％、粒径１ｍｍ以下５〜５０重量％、粒径
   ０．１ｍｍ以下１０重量％以下の粒度分布を有する混練
   物にすることを特徴とする流動層燃焼灰を主原料とする
   硬化体の製造方法。 ２　養生後の硬化体を解砕処理する特許請求の範囲第１
   項記載の流動層燃焼灰を主原料とする硬化体の製造方法
   。