JP2010023018A - スラリー化した石炭灰前処理方法およびスラリー化した石炭灰前処理装置並びに石炭灰処理方法および石炭灰処理設備 - Google Patents
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Abstract
【課題】石炭灰の未燃カーボンを除去する浮遊選鉱に供給するスラリー化した石炭灰から未燃カーボンを分離して浮遊選鉱の回数を減らすことができるスラリー化した石炭灰前処理方法およびスラリー化した石炭灰前処理装置を提供する。
【解決手段】未燃カーボンを含有する石炭灰と水からなるスラリー化した石炭灰に捕集剤、気泡剤と空気を供給して気泡を生成させて気泡に未燃カーボンを捕集し、未燃カーボン含有量が低いテール灰を分離する浮遊選鉱装置２に供給する前にスラリー化した石炭灰６に超音波発生装置８で超音波を照射して石炭灰から未燃カーボンの分離効率を高める。
【選択図】図１
【解決手段】未燃カーボンを含有する石炭灰と水からなるスラリー化した石炭灰に捕集剤、気泡剤と空気を供給して気泡を生成させて気泡に未燃カーボンを捕集し、未燃カーボン含有量が低いテール灰を分離する浮遊選鉱装置２に供給する前にスラリー化した石炭灰６に超音波発生装置８で超音波を照射して石炭灰から未燃カーボンの分離効率を高める。
【選択図】図１
Description
本発明は、石炭炊き火力発電所などで発生する石炭灰に含まれている未燃カーボンを除去するための浮遊選鉱へ供給されるスラリー化した石炭灰の未燃カーボンから石炭灰を分離する効率を高めるためのスラリー化した石炭灰前処理方法および前処理装置、前記方法および装置を利用した石炭灰処理方法および石炭灰処理設備に関する。
石炭を燃焼させる石炭炊き火力発電所などでは、大量の石炭灰が発生する。この石炭灰に関して、ＪＩＳ Ａ ６２０１（コンクリート用フライアッシュ）には、強熱減量に関して、フライアッシュ１種：３％以下、２種：５％以下と規定され、未燃カーボンの含有量が低い石炭灰はコンクリート材料などとして一部利用されてきたが、コンクリート材料に利用できない、ＪＩＳで規定されている未燃カーボン含有量より高い低品質の石炭灰は産業廃棄物として埋め立て処分されてきた。また、周知のとおり酸性のｐＨ値を示す石炭灰はコンクリート材料に悪影響を与える。
未燃カーボンは、コンクリートへの空気連行性を阻害してコンクリートの品質を低下させるため、石炭灰の未燃カーボンを除去するために、静電分級方式、燃焼方式、浮遊選考方式など各種の方式が提案されている。
本発明者らは、低品質石炭灰から未燃カーボンを分離してコンクリート用石炭灰として利用できるようにする浮遊選鉱方式を提案した（特許文献１参照）。前記特許文献１記載の浮遊選鉱方式は、石炭火力発電所から生コン工場へ粉体のまま搬送される石炭灰と界面活性剤を含む水とを円筒型スラリーミキサー内に注入して起泡させ、円筒型スラリーミキサー内に空気を圧送しながら磁石を内蔵した攪拌板を、磁石をオンの状態で回転させ、空気中の二酸化炭素でｐＨが１１〜１２の高アルカリ性石炭灰をｐＨ７前後に中和し、未燃カーボンを泡状の排出灰分に連行し、且つ鉄分を酸化鉄として分離し、中和を確認後、前記泡状灰分を排出し、次いで、未燃カーボン含有程度の低い安定化処理されたスラリー状の残留灰分をコンクリートミキサーへ排出した後、攪拌板の磁石をオフにして鉄分を排出するものである。この方法により、未燃カーボンを１０％前後含有する石炭灰から未燃カーボン５％程度の石炭灰を分離できた。
コンクリート材料として利用する石炭灰の未燃カーボンの含有量は５質量％以内とされているが、前記特許文献１に記載された浮遊選鉱方法では、海外炭、あるいはブレンドした石炭に由来する石炭灰の中には、１回の浮遊選鉱では未燃カーボンを５％程度まで除去できないため、浮遊選鉱後のテール灰をさらに複数回浮遊選鉱する必要があった。また、乾粉の状態ではサンプリングしてｐＨを検査することになるが、部分チェックであり、酸性のｐＨ値を示す石炭灰の全量管理が困難で、ｐＨに関して全量保証ができなかった。
そこで、本発明は、石炭灰の未燃カーボンを除去する浮遊選鉱に供給するスラリー化した石炭灰から未燃カーボンをより効果的に分離して浮遊選鉱の回数を減らすことができるし、スラリー化している為、全量のｐＨが簡単に測定でき、かつ酸性の石炭灰を容易に選別できるスラリー化した石炭灰前処理方法およびスラリー化した石炭灰前処理装置、前記方法および装置を利用した石炭灰処理方法および石炭灰処理設備を提供するものである。
本発明のスラリー化した石炭灰前処理方法は、未燃カーボンを含有する石炭灰と水からなるスラリー化した石炭灰に捕集剤、気泡剤と空気を供給して気泡を生成させて気泡に未燃カーボンを捕集し、未燃カーボン含有量が低いテール灰を分離する浮遊選鉱の前に前記スラリー化した石炭灰に超音波を照射あるいは撹拌して石炭灰から未燃カーボンを分離する効率を高めることおよびスラリー化した結果として、コンクリートに投入する石炭灰のｐＨの全量管理が可能となることを特徴とする。
本発明において、処理前の石炭灰の未燃カーボン含有量は、特に制限されるのではなく、２質量％程度の低いものから、１６質量％を超える高含有量の海外炭に由来するものでも、前処理により未燃カーボンの分離が可能である。
石炭灰と水からなるスラリーの石炭灰の量は、少ないと石炭灰の処理量が減ることになり、多いと粘性が増し処理しにくくなるため、１０〜２０質量％程度が好ましい。
石炭スラリーに照射する超音波の周波数は、９５０ｋＨｚ程度にする。また、撹拌はミキサー羽（ミキサーカッター）を１分間に１０，５００回転させてスラリーの石炭灰と未燃カーボンを分離する効率を高めるミキサーを使用する。
未燃カーボンの捕集剤には従来の浮遊選鉱に知られているケロシンなどの捕集剤を使用し、気泡剤にも従来の浮遊選鉱に知られているパイン油などを使用することができる。
テール灰を浮遊選鉱工程に複数回戻して浮遊選鉱によりさらに未燃カーボンを分離して、カーボン含有量を低下させることができる。
本発明のスラリー化した石炭灰前処理装置は、未燃カーボンを含有する石炭灰と水からなるスラリー化した石炭灰から未燃カーボンを除去する浮遊選鉱装置の前段に配置され、浮遊選鉱装置に供給する石炭灰をスラリー化した石炭灰にするスラリー化容器を備えたスラリー化した石炭灰前処理装置において、スラリー化容器に、石炭灰と水が供給される供給口、開閉可能なスラリー排出口、さらに、スラリー化未燃カーボン分離装置として、スラリー化した石炭灰に超音波を照射して石炭灰から未燃カーボンを分離する効率を高める超音波照射装置、あるいはスラリー化した石炭灰を撹拌して石炭灰から未燃カーボンを分離する効率を高める撹拌装置が設けられていることを特徴とする。
上記構成において、超音波照射装置は、スラリー化容器の外側あるいは内側に設けることができる。
また、スラリー化容器は、ホッパーの下部に筒状体が連設されて、この筒状体の外側または内側に超音波照射装置を設ける構成にしてもよい。筒状体の横断面は、例えば超音波照射装置の取付構造に応じて、円形、四角形あるいは多角形にすることができる。
円筒部内のスラリー化した石炭灰に超音波を照射してあるいは撹拌して未燃カーボンを分離した後、スラリー排出口を開いてスラリー化した石炭灰を浮遊選鉱装置へ供給する。また、テール灰は安定化装置に送られる。
また、本発明の石炭灰処理方法は、前記のスラリー化した石炭灰前処理方法により前処理された石炭スラリーを浮遊選鉱して未燃カーボンを除去したテール灰に空気を吹き込んで中和して安定化処理し、安定化処理したテール灰を脱水して濃縮スラリーにすることを特徴とする。
また、本発明の石炭灰処理装置は、前記のスラリー化した石炭灰前処理装置の下流にスラリー化した石炭灰を浮遊選鉱して未燃カーボンを除去する浮遊選鉱装置、浮遊選鉱装置からのテール灰を空気を吹き込んで中和する安定化処理装置、安定化処理装置からのスラリーを脱水する脱水装置を順次配置したことを特徴とする。
本発明の前処理方法は、浮遊選鉱に供給するスラリー化した石炭灰に超音波を照射あるいは撹拌して、浮遊選鉱での未燃カーボンの分離効率を向上させて未燃カーボンの強熱減量数値を低下させることができる。また、スラリー化することでｐＨの測定が容易になり、酸性の石炭灰を選別でき、コンクリート材料に使用できる高品位の石炭灰を容易に得ることができる。石炭灰を適当量混入したコンクリートは、長期強度が増進し、塩分の浸透を抑制することができ、アルカリ骨材反応の抑制効果が大きい、また低品位骨材（再生骨材）を使用しても強度低下を抑制できるという特徴を示す。
また、本発明の前処理方法により、未燃カーボン含有量の高い石炭灰をＪＩＳに規定されるコンクリート用材料に適した含有量に低下させることができるので、従来、規格外で産業廃棄物として埋立処分されていた石炭灰を投棄することなく有効に利用することが可能となる。
また、本発明のスラリー化した石炭灰前処理装置を備えた浮遊選鉱設備は、設備がシンプルで且つ小型にできるため生コン製造工場に容易に設置できるので、産業廃棄物の対象であった石炭灰を安価にコンクリート材料として利用することができる。
本発明の前処理方法及び前処理装置を備えた石炭灰処理方法及び石炭灰処理設備により得られた濃縮スラリーをそのままコンクリート材料として利用できる。
図１は本発明の石炭灰のスラリー前処理装置を備えた石炭灰処理設備の一例を示す全体図、図２は本発明のスラリー化した石炭灰前処理装置の断面図である。図３は超音波発生装置をスラリー化容器の内側に配置した例を示す断面図、図４は超音波発生装置をスラリー供給配管に設けた例を示す断面図である。
図１に示す石炭灰処理設備は、スラリー化した石炭灰前処理装置１、浮遊選鉱装置２、安定化処理装置１２、脱水処理装置１４が順次配列されている。
図２では、スラリー化した石炭灰前処理装置１のスラリー化容器はホッパー３の下部に円筒部４が形成されている。石炭灰と水がホッパー３の上部の投入口５から供給されてスラリー化した石炭灰６となる。円筒部３の下部には、スラリー化した石炭灰６を排出する開閉可能なスラリー排出口７が設けられている。この時ｐＨを測定し、酸性のｐＨ値を示す場合、これを選別する。
図２では、円筒部４の外周に超音波振動素子８を備えた超音波発生装置が設けられている。超音波発生装置は、円筒部３の周囲に超音波振動素子８が間隔をおいて取り付けら、超音波振動素子８は超音波発振器９に接続されている。
超音波発生装置８は、図３に示すように、スラリー化容器内、例えば円筒部３の内側に設けてもよい。また、図４に示すように、石炭スラリー排出管７ａに設けてもよい。
スラリー化した石炭灰前処理装置１の下流に浮遊選鉱装置２が配置されている。浮遊選鉱装置２は、スラリー化した石炭灰前処理装置１からのスラリー化した石炭灰６に未燃カーボン捕集剤、気泡剤を加え、空気吹込口１０から空気を吹き込んで気泡を発生させる。気泡に未燃カーボン、未燃カーボンを多く含有する石炭灰を捕集し、未燃カーボン含有量が高いフロス灰を取り出し、未燃カーボンと水を分離する。分離した水は回収水としてスラリー化した石炭灰前処理装置１に戻される。
浮遊選鉱装置２に沈んだ未燃カーボンが分離されて未燃カーボン含有量が低下したテール灰を抜く抜き出し口１１からテール灰を抜く。
なお、浮遊選鉱装置内に、電磁石を内蔵した有孔回転板からなる攪拌板を配置し、磁石によりスラリー化した石炭灰から鉄分を酸化鉄として分離するようにしてもよい。
テール灰は、浮遊選鉱装置２の下流に配置された安定化処理装置１２に送られる。安定化処理装置１２では、空気吹込口１３から空気を吹き込んで空気中の二酸化炭素により高アルカリ成分をｐＨ７前後に中和し、コンクリート材料に利用できるｐＨにする。
安定化処理したスラリーは脱水処理装置１４により圧縮して石炭灰７０〜８０質量％の濃縮スラリーにし、コンクリート材料にする。
表１は実験に使用した石炭灰の強熱減量値、浮遊選鉱後の強熱減量値を示す。
本実施例は、スラリー化した石炭灰に超音波を照射して未燃カーボンの分離効率を高める例である。
（１）超音波照射条件
出力３００Ｗ、発信周波数９５０ｋＨｚ、３分間照射後１分間靜置を１０サイクル行った。
（１）超音波照射条件
出力３００Ｗ、発信周波数９５０ｋＨｚ、３分間照射後１分間靜置を１０サイクル行った。
（２）浮遊選鉱条件
捕集剤（ケロシン）：１ｇ、気泡剤（パイン油）：０．０６ｇ、石炭灰：２０ｇ、
水：８０ｇで、１分間気泡させた。
捕集剤（ケロシン）：１ｇ、気泡剤（パイン油）：０．０６ｇ、石炭灰：２０ｇ、
水：８０ｇで、１分間気泡させた。
表１において、比較例に見られるように、従来、１回の浮遊選鉱では未燃カーボンの含有量を約５％以下に低下させることができない石炭灰は数回の浮遊選鉱を繰り返して未燃カーボンを５％程度低下させていた。これに対して、本発明の実施例では、表１から明らかなとおり、石炭スラリーに超音波を照射することにより、一回の浮遊選鉱で未燃カーボンの含有量をコンクリート材料に適した値に確実に低下させることができた。
なお、本発明においても浮遊選鉱を複数回行うことにより、未燃カーボンの含有量を５％以下よりさらに低くすることができた。
テール灰に空気を吹き込んで定化処理することにより、ｐＨ約１１のテール灰をコンクリート材料に適したｐＨ約７へ中和した。
安定化処理後のテール灰を圧縮して、７０〜８０％の濃縮スラリーにする。
得られた濃縮スラリーは、水と混和剤を加え、ミキサーでセメント及び骨材と混練して、そのままコンクリート材料として利用できた。
表２は実験に使用した石炭灰の強熱減量値、浮遊選鉱後の強熱減量値を示す。
本実施例は、スラリー化した石炭灰をミキサーにより撹拌して未燃カーボンの分離効率を高める例である。
（１）撹拌条件
ミキサー羽を用い、回転数１０，５００回/分で１分間撹拌を行った。
（２）浮遊選鉱条件
捕集剤（ケロシン）３３．７５ｇ：、気泡剤（パイン油）２．０２５ｇ：、
石炭灰：６７５ｇ、水：３，８２５ｇで４０分間程度浮遊選鉱を実施した。
結果を表２に示す。
本実施例は、スラリー化した石炭灰をミキサーにより撹拌して未燃カーボンの分離効率を高める例である。
（１）撹拌条件
ミキサー羽を用い、回転数１０，５００回/分で１分間撹拌を行った。
（２）浮遊選鉱条件
捕集剤（ケロシン）３３．７５ｇ：、気泡剤（パイン油）２．０２５ｇ：、
石炭灰：６７５ｇ、水：３，８２５ｇで４０分間程度浮遊選鉱を実施した。
結果を表２に示す。
表２に示されるように、石炭灰安定化処理の前処理としてミキサーにより撹拌することにより、未燃カーボンの含有量を減らすことができた。
１：スラリー化した石炭灰前処理装置
２：浮遊選鉱装置
３：ホッパー
４：円筒部
５：投入口
６：スラリー化した石炭灰
７：スラリー排出口
７ａ：石炭スラリー排出管
８：超音波振動素子
９：超音波発振器
１０：空気吹込口
１１：抜き出し口
１２：安定化処理装置
１３：空気吹込口
１４：脱水処理装置
２：浮遊選鉱装置
３：ホッパー
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６：スラリー化した石炭灰
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１１：抜き出し口
１２：安定化処理装置
１３：空気吹込口
１４：脱水処理装置
Claims (10)
- 未燃カーボンを含有する石炭灰と水からなるスラリー化した石炭灰を供給してスラリー化した石炭灰より未燃カーボンを除去する浮遊選鉱の前に、浮遊選鉱に供給する前記スラリー化した石炭灰から未燃カーボンを分離する効率を高める前処理を行うことを特徴とするスラリー化した石炭灰前処理方法。
- 前記前処理が前記スラリー化した石炭灰に超音波を照射して石炭灰から未燃カーボンを分離する効率を高める前処理であることを特徴とする請求項１記載のスラリー化した石炭灰前処理方法。
- 前記前処理が前記スラリー化した石炭灰を撹拌して石炭灰から未燃カーボンを分離する効率を高める前処理であることを特徴とする請求項１記載のスラリー化した石炭灰前処理方法。
- 未燃カーボンを含有する石炭灰と水からなるスラリー化した石炭灰から未燃カーボンを除去する浮遊選鉱装置の前段に配置され、浮遊選鉱装置に供給する石炭灰をスラリー化した石炭灰にするスラリー化容器を備えたスラリー化した石炭灰前処理装置において、
スラリー化容器に、石炭灰と水が供給される供給口、開閉可能なスラリー排出口、スラリー化した石炭灰から未燃カーボンを分離する効率を高める前処理装置が設けられていることを特徴とするスラリー化した石炭灰前処理装置。 - 前記前処理装置がスラリー化した石炭灰に超音波を照射する超音波照射装置であることを特徴とする請求項４記載の石炭灰前処理装置。
- 前記前処理装置がスラリー化した石炭灰を撹拌する撹拌装置であることを特徴とする請求項４記載の石炭灰前処理装置。
- 超音波照射装置がスラリー化容器内に設けられていることを特徴とする請求項５に記載のスラリー化した石炭灰前処理装置。
- スラリー化容器がホッパーの下部に筒状体が連設されており、この筒状体の外側または内側に超音波照射装置が設けられていることを特徴とする請求項５に記載のスラリー化した石炭灰前処理装置。
- 請求項１〜３のいずれかに記載のスラリー化した石炭灰前処理方法により前処理された石炭スラリーを浮遊選鉱して未燃カーボンを除去したテール灰に空気を吹き込んで中和して安定化処理し、安定化処理したテール灰を脱水して濃縮スラリーにすることを特徴とする石炭灰の処理方法。
- 請求項４〜８のいずれかに記載のスラリー化した石炭灰前処理装置の下流にスラリー化した石炭灰を浮遊選鉱して未燃カーボンを除去する浮遊選鉱装置、浮遊選鉱装置からのテール灰を空気を吹き込んで中和する安定化処理装置、安定化処理装置からのスラリーを脱水する脱水装置を順次配置したことを特徴とする石炭灰の処理設備。
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