JPH05229858A - 人工軽量骨材の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 石炭灰より軽量コンクリートの骨材に適用さ
れる人工軽量骨材の製造方法に関する。 【構成】 石炭灰を造粒、焼結して人工軽量骨材を製造
するに際し、分級調整してプレーン比表面積１５００〜
２０００ｃｍ² ／ｇの石炭灰を用い、この石炭灰に２〜
１０重量％の粘土を添加、混練して造粒した後、造粒物
表面に粘土３〜５重量％、またはプレーン比表面積３５
００〜５０００ｃｍ² ／ｇの石炭灰５〜１０重量％、も
しくは粘土と石炭灰の混合粉３重量％以上を被覆して焼
結する人工軽量骨材の製造方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は石炭灰より軽量コンクリ
ートの骨材に適用される人工軽量骨材の製造方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】石炭焚ボイラから排出される石炭灰の有
効利用技術の一環として軽量コンクリートの骨材に適用
される人工軽量骨材の製造方法が提案されている。

【０００３】石炭灰を利用した人工軽量骨材の製造方法
は石炭灰に粘土を添加した混合物に水を混合し、パン型
ペレタイザを用いて粒径５〜２０ｍｍの生ペレットを造
粒し、これを焼結して製品骨材を製造している。この
際、焼結製品の絶乾比重が重視されるため、石炭灰の粗
粉混入率を増加することにより焼結製品の空隙率を高く
して軽量化を計っている。例えば特開昭６２−２５６７
４６号公報によると、ブレーン比表面積が２０００〜３
８００ｃｍ² ／ｇである粗粉が原料に占める重量比を６
０％以上としており、得られる焼結製品の絶乾比重は
１．２７〜１．４３であると報告されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】人工軽量骨材（粗骨
材）はＪＩＳ Ａ５００２に規定されており、軽量化の
指標となる絶乾比重はＭ種で１．０〜１．５に設定され
ている。現在、市販されている人工軽量骨材の主体は頁
岩を原料とするもので、その絶乾比重は１．２５〜１．
３５である。このため、石炭灰から製造する人工軽量骨
材は頁岩と同等の品質が要求され、とりわけ絶乾比重が
重視されている。

【０００５】頁岩を原料とする人工軽量骨材は外部から
加熱することにより頁岩内部の有機物が発泡する現象を
利用して製造される。これに対し、石炭灰を原料とする
場合は石炭灰自身の発泡はなく、未燃カーボン分の消失
と物理的な空隙により軽量化を図っている。従って従来
法により人工軽量骨材を製造しようとしても、絶乾比重
が１．４前後であって、頁岩と同等のものを得ることは
極めて困難である。

【０００６】本発明は上記事情に注目してなされたもの
で、石炭灰を原料とした場合にも、頁岩と同等の絶乾比
重をもった人工軽量骨材を製造する方法を提供しようと
するものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は （１）石炭灰に粘土を添加して造粒、焼結して人工軽量
骨材を製造するに際し、ブレーン比表面積１５００〜２
０００ｃｍ² ／ｇの石炭灰に粘結材として粘土を添加し
て造粒してペレットを製造した後、該ペレット表面に粘
土粉及び／又は石炭灰粉を被覆し、しかる後焼結するこ
とを特徴とする人工軽量骨材の製造方法。

【０００８】（２）粘結材として石炭灰に対し２〜１０
重量％の粘土を添加することを特徴とする上記（１）記
載の人工軽量骨材の製造方法。

【０００９】（３）ペレット表面に被覆する粘土粉の量
が、ペレットに対して３〜５重量％であることを特徴と
する上記（１）または（２）記載の人工軽量骨材の製造
方法。

【００１０】（４）ペレット表面に被覆する石炭灰粉
が、ブレーン比表面積３５００〜５０００ｃｍ² ／ｇで
あり、その量がペレットに対して５〜１０重量％である
ことを特徴とする上記（１）または（２）記載の人工軽
量骨材の製造方法。

【００１１】（５）ペレット表面に被覆する粘土粉と石
炭粉の混合粉量がペレットに対して３重量％以上である
ことを特徴とする上記（１）または（２）記載の人工軽
量骨材の製造方法。である。

【００１２】

【作用】従来法では、ブレーン比表面積が４０００ｃｍ
² ／ｇ前後の石炭灰に、粘結剤としての粘土を石炭灰に
対して２重量％添加し、これに注水しながら、造粒物を
造粒し、しかるのち、焼成雰囲気中のＯ₂ 濃度を制御し
て約１１００℃にて焼成して人工軽量骨材を製造してい
たが、得られる人工軽量骨材の絶乾比重は１．４前後で
あった。上記従来法との比較による本発明における作用
は次の通りである。

【００１３】本発明では石炭灰のブレーン比表面積は１
５００〜２０００ｃｍ² ／ｇであり、従来の石炭灰粒度
に比べて、粗粉を主体とした粗い粒度構成としたもの
で、これにより生ペレットの空隙率を高くするものであ
る。（従来の石炭灰は逆に、細粉を主体としたものであ
るので、生ペレットの空隙率は低くなる。）

【００１４】一方、本発明の石炭灰は粗い粒度構成のた
め、従来の粘土２重量％添加では造粒物の造粒性が著し
く低下する。この要因は造粒物の空隙率が高く、粒子間
の結合力が弱いためである。そのため、石炭灰の粒子間
結合力を高めるため、従来法に比較して粘土を増量する
必要がある。

【００１５】また、生ペレットを焼成するに際しては大
気と隔絶した複数の燃焼域を有する焼成炉を使用して行
なうが、生ペレットの着火温度を１０００〜１２００℃
以内に制御することにより、絶乾比重を低い値にするこ
とが可能である。しかし、上記、焼成ペレットは石炭灰
の粗い粒子で構成されているため、焼成設備内でのコン
ベヤ輸送時に著しい粉化を生じ、生産歩留りを悪化さ
せ、そのために、生ペレット表面に粘土及び／又は石炭
灰粉を被覆するようにするものである。

【００１６】本発明において、石炭灰の粘結材として使
用される粘土は一般的に粘土と呼ばれるものであればよ
く、木節粘土、蛙目粘土、耐火粘土、ベントナイトなど
多くのものがあげられる。

【００１７】

【実施例】粘度構成の粗い分級、調整した石炭灰を用い
て、低比重軽量骨材を製造するために用いられる装置を
図１に示す。図１において、１、２は分級した石炭灰及
び粘土（木節粘土）を収容するホッパで、同ホッパ１、
２から石炭灰及び粘土が混練機３に供給され、水３′を
注水して混練された上、パン型造粒機４において造粒が
行なわれ生ペレットとなる。

【００１８】この生ペレットはベルトコンベヤ５にて輸
送され、生ペレット表面に石炭灰及び／又は粘土粉を収
容するホッパ７からこれらの細粉（平均粒径１１μｍ）
を被覆するためにパン型造粒機６に投入され、細粉で被
覆された生ペレットは生ペレット投入用ホッパ８に収容
される。８′は焼成製品（焼成ペレット）を収容した床
敷ペレット投入用ホッパで、同ホッパ８′と上記生ペレ
ット投入用ホッパ８からペレットが大気と隔絶された焼
成炉９に投入される。９′は焼成炉９のグレードであ
り、１１はグレード９′の下方に設けられた吸引ボック
ス１０からの吸引を行なうブロワである。１４は焼成炉
９で焼成されたペレットを製品回収ホッパ１５へ送るベ
ルトコンベヤである。上記ブロワ１１で吸引された焼成
炉９内の雰囲気は焼成炉９へ循環されるようになってい
る。また、１２は焼成炉９の着火装置、１３は焼成炉９
の仕切板である。

【００１９】以下に上記装置を用いて、実証した焼成試
験結果を説明する。 （１）原料 本試験に用いた石炭灰及び粘土の化学組成及びブレーン
比表面積を表１に示す。

【表１】 なお、造粒用の石炭灰（分級灰）には原石炭灰を１５０
０、１８００、２０００、２５００ｃｍ² ／ｇに調整し
て使用した。

【００２０】（２）造粒試験結果 造粒法は直径１．５ｍの造粒機４を用いて、分級灰に粘
土を添加、混練し、注水しながら粒径５〜２０ｍｍの生
ペレットを造粒する。本試験では造粒不能の場合には粘
土添加量を増加させながら、造粒性を評価した。

【００２１】なお、上記の生ペレット表面には焼成ペレ
ットの粉化防止対策として粘土、細粉の単粉及び、粘土
と細粉の混合粉を被覆した。造粒性の評価結果を表２に
示す。なお、造粒性評価のうち、造粒性やゝ不良とは造
粒できるが軟質ペレットとなり、後工程にて粉化するも
の、造粒不良とは全く造粒できないものを示す。

【表２】

【００２２】表２の結果より石炭灰のブレーン２０００
ｃｍ² ／ｇ以上では粘土２重量％でも造粒性が良好であ
る。しかし、ブレーンが小さくなるに伴い、粒子間結合
力が弱くなるため、粘土を増量する必要がある。１８０
０ｃｍ² ／ｇでは粘土３重量％以上、１５００ｃｍ² ／
ｇでは１０重量％以上の粘土添加が必要となるが、製品
のコストアップになるため、１０重量％が適量となる。

【００２３】（３）焼成試験結果 本試験は図１の装置を用いて焼成し、実証した。本試験
に用いた石炭灰はブレーン２５００、２０００、１８０
０、１５００ｃｍ² ／ｇを分級、調整したもの（生ペレ
ットは表２の配合のものを主に使用した）である。

【００２４】石炭灰（分級灰）は石炭灰ホッパ１、粘土
は粘土ホッパ２、更に、石炭灰（細粉）は石炭灰ホッパ
７に投入する。分級灰、粘土の所定量を混合機３に供給
し、水３′を１５重量％注水しながら混練後、径１．５
ｍパン型造粒機４に供給し、粒径５〜２０ｍｍ（含水率
２０〜２５％）の生ペレットを造粒する。これらの生ペ
レットはベルトコンベヤ５で造粒部に送られ、次の径
１．０ｍパン型造粒機６にて、ホッパ７から供給される
石炭灰細粉及び／又は粘土粉により生ペレットの表面に
１〜１０重量％（但し、生ペレット重量％に対して）が
被覆され、次の生ペレット投入用ホッパ８に投入され
る。

【００２５】床敷ペレット投入用ホッパ８′から焼成ペ
レット、生ペレット投入用ホッパ８から生ペレットが、
大気と隔絶された焼成炉９に投入され、同焼成炉９にお
いて焼結させた。焼結に当ってはグレード９′上に床敷
ペレット投入用ホッパ８′から焼成ペレットを投入して
３０ｍｍ厚さで敷きつめて床敷とし、その上へ上記生ペ
レットを層高２５０ｍｍに積層した。

【００２６】そして、グレード９′の下方の吸引ボック
ス１０から３０ｍｍＨ₂ Ｏの圧力で吸引しつつ３００℃
の熱風で５分間乾燥した後、生ペレット表層を着火装置
１２（ＬＰＧバーナ）で着火させ、焼成炉９は焼成入口
ガス量１０００〜１４００Ｎｍ³ ／ｈ、焼成入口Ｏ₂ 濃
度１０〜１３％に制御して約３０〜４０分間焼結させ
た。なお、着火温度は１０００℃、１１００℃、１１５
０℃、１２００℃に変更した。得られた焼結製品（生ペ
レット性状は造粒のまゝである）の物性を表３に示す。

【表３】

【００２７】表３の結果から、石炭灰のブレーンが小さ
くなるに伴い、絶乾比重も著しく小さくなり、かつ圧壊
強度も低下する。また着火温度の上昇に伴い、絶乾比
重、圧壊強度が上昇するが１２００℃以上ではペレット
同志の融着現象が生じ、１０００℃以下になると圧壊強
度が低下する。従って本試験に用いた石炭灰における適
正着火温度は、骨材物性から見て１，１５０℃と判断で
きる。

【００２８】ブレーン１８００ｃｍ² ／ｇの石炭灰に粘
土３重量％添加した生ペレット表面に、石炭灰細粉及び
／又は粘土粉を被覆したものを、１１５０℃にて着火、
焼成した焼結製品の物性を表４に示す。

【表４】

【００２９】表４の結果から生ペレット表面に粘土、細
粉の単粉、あるいは粘土と細粉の混合粉を被覆すると粉
化率が低減できることが分かる。粉化効果として粘土被
覆は１％では効果が少ない。３〜５％ではその効果もあ
るが、５％以上では効果が少なくコスト高となる。一
方、細粉被覆は被覆量の増加に伴い、著しい粉化防止効
果を発揮する。しかし、絶乾比重も徐々に増加するた
め、適正被覆量は５〜１０重量％である。また、粘土と
細粉の混合粉被覆も３重量％により粉化防止効果を充分
発揮することがわかる。この場合３重量％以下ならば、
生ペレットに対する被覆量が少なく粉化防止効果が少な
い。

【００３０】上記、焼成試験結果から、分級、調整した
ブレーン１５００〜２０００ｃｍ²／ｇの石炭灰を用
い、かつ、造粒物表面に粘土、細粉の単粉、若しくは混
合粉を被覆したものを、大気と隔絶した焼成炉を用い
て、１０００〜１１５０℃にて着火、焼結させれば、本
発明の目的とする頁岩と同等の絶乾比重（１．２５〜
１．３５）が得られることを確認し、実用できることを
把握した。

【００３１】

【発明の効果】ブレーン１５００〜２０００ｃｍ² ／ｇ
の粗い石炭灰を使用するため生ペレットの造粒成形が困
難であった。本発明では石炭灰に粘土を２〜１０％添
加、混合することにより造粒成形を可能にした。しか
し、上記焼成ペレットは粉化率が大きく生産歩留りを悪
化させた。このため粉化防止策として、生ペレット表面
に粘土３〜５重量％、細粉を５〜１０重量％、もしくは
粘土、細粉の混合粉を３重量％以上被覆したものを焼成
すると粉化率が著しく低減し、生産歩留りも向上した。

【００３２】また、上記生ペレットを大気と隔絶した焼
成炉を用いて、１０００〜１１５０℃にて着火すると、
焼結製品の絶乾比重は１．２０〜１．２５となり、頁岩
と同等のもの（１．２５〜１．３５）が得られることを
把握した。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明方法を実施するに適した焼成装置の一態
様の説明図。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 藤井 嘉則 広島県広島市中区小町４番33号 中国電力 株式会社内 (72)発明者 生田 耕治 広島県広島市中区小町４番33号 中国電力 株式会社内 (72)発明者 村上 英之 広島県広島市中区小町４番33号 中国電力 株式会社内 (72)発明者 世良 裕明 広島県広島市中区小町４番33号 中国電力 株式会社内 (72)発明者 貝 敏雄 広島県広島市西区観音新町四丁目６番22号 三菱重工業株式会社広島研究所内 (72)発明者 藤原 邦久 広島県広島市西区観音新町四丁目６番22号 三菱重工業株式会社広島研究所内 (72)発明者 蛇蝮 良峰 広島県広島市西区観音新町四丁目６番22号 三菱重工業株式会社広島研究所内 (72)発明者 田中 荘二 広島県広島市西区観音新町四丁目６番22号 三菱重工業株式会社広島製作所内 (72)発明者 世良 俊邦 東京都千代田区丸の内二丁目５番１号 三 菱重工業株式会社本社内

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 石炭灰に粘土を添加して造粒、焼結して
   人工軽量骨材を製造するに際し、ブレーン比表面積１５
   ００〜２０００ｃｍ² ／ｇの石炭灰に粘結材として粘土
   を添加して造粒してペレットを製造した後、該ペレット
   表面に粘土粉及び／又は石炭灰粉を被覆し、しかる後焼
   結することを特徴とする人工軽量骨材の製造方法。
2. 【請求項２】 粘結材として石炭灰に対し２〜１０重量
   ％の粘土を添加することを特徴とする請求項１記載の人
   工軽量骨材の製造方法。
3. 【請求項３】 ペレット表面に被覆する粘土粉の量が、
   ペレットに対して３〜５重量％であることを特徴とする
   請求項１または２記載の人工軽量骨材の製造方法。
4. 【請求項４】 ペレット表面に被覆する石炭灰粉が、ブ
   レーン比表面積３５００〜５０００ｃｍ² ／ｇであり、
   その量がペレットに対して５〜１０重量％であることを
   特徴とする請求項１または２記載の人工軽量骨材の製造
   方法。
5. 【請求項５】 ペレット表面に被覆する粘土粉と石炭粉
   の混合粉量がペレットに対して３重量％以上であること
   を特徴とする請求項１または２記載の人工軽量骨材の製
   造方法。