石炭灰を原料とする粒状固化体の製造方法及びその装置
【課題】石炭灰の水和反応性を精度良く予測し、混練に際してファニキュラー状態の混練物を得ることができる混練水の量を決定する方法を提供し、混練後の成形に際して加圧板への付着の問題のない成型方法を提供する。
【解決手段】電気集塵機１にて採取された石炭灰からた修正塩基度が０．１以上で、かつ、反応性指数が１０以上の灰を原料灰として選別し、この原料灰と石灰及び石膏並びに混練機２８の前記混練物の単位重量当たりのアジテータ動力が所定値となるように調整された量の混練水を混練機にて混練したのち、得られたファニキュラー状態の混練物を、振幅０．１〜１．０ｍｍ、振動数３０〜９０回／秒で１０〜４０秒の条件で振動成形機９にてブロック状に成形・脱型し、養生機１０で養生し、得られた固化体を一次破砕機１１及びを二次破砕機１４を用いて粉砕し、粒度調整して、粒状固化体を得る。
【解決手段】電気集塵機１にて採取された石炭灰からた修正塩基度が０．１以上で、かつ、反応性指数が１０以上の灰を原料灰として選別し、この原料灰と石灰及び石膏並びに混練機２８の前記混練物の単位重量当たりのアジテータ動力が所定値となるように調整された量の混練水を混練機にて混練したのち、得られたファニキュラー状態の混練物を、振幅０．１〜１．０ｍｍ、振動数３０〜９０回／秒で１０〜４０秒の条件で振動成形機９にてブロック状に成形・脱型し、養生機１０で養生し、得られた固化体を一次破砕機１１及びを二次破砕機１４を用いて粉砕し、粒度調整して、粒状固化体を得る。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、石炭灰を原料とする粒状固化体の製造方法及びその装置に関し、更に詳細には、石炭灰をその修正塩基度及び反応性指数に応じて選別し、石灰、石膏等の添加材を加え、混練機のアジテータ動力に応じて混練水の投入量を調整してファニキュラー状態の混練物を得、これを振動成形し、養生を行って固化させた後、固化体を破砕して粒状固化体を製造する方法及び装置に関するものであり、得られる粒状固化体は、路盤材、盛土材、埋戻材、裏込材、地盤改良材、温室や床下の調湿材等の用途に有効利用できるものである。
【背景技術】
【０００２】
石炭灰に石灰（消石灰、生石灰）、セメント、スラグ、石膏等の添加材を加え、水和反応により固化させる方法は公知であり、また、石炭灰の水和反応性はＣａＯ量、塩基度（ＣａＯ／ＳｉＯ2）等とある程度相関があることが知られている（例えば、特許文献１、請求項１）。しかしながら、ＣａＯ量や塩基度のみにより石炭灰の水和反応性をある程度の正確性を以て予測することは困難である。
【０００３】
また、石炭灰に添加材と混練水とを加えて混練物を得るに際しては、ファニキュラー状態の混練物を定常的に得られることが望まれるが、そのために、まず最初に少量の水を加え、その際の混練機のアジテータ動力の上昇幅から最終的な混練水の必要量を推定し、その推定量からの不足分の混練水を追加するという方法が知られている（例えば、特許文献１、請求項６、７）。しかしながら、この方法では投入する水の推定量はかなり幅のある値となり、より正確な混練水の推定量を求める方法が望まれている。
【０００４】
更に、混練物の成形体を得るに際しては、コンクリートブロックを製造する場合のように、粉体であるセメントと骨材等を水で混練し、ペンデュラー状態の混練物を低圧と振動で成形して即時脱型する方法、あるいはキャピラリー状態の生コンを振動成形して固化した後、脱型する方法が知られている。しかしながら、ペンデュラー状態の混練物では水和反応が十分進行せず、従って重金属等の溶出が見られ、また、キャピラリー状態では取り扱い性が悪く、得られる粒状固化体の強度も低くなるという問題点がある。
【０００５】
また、混練後の成形に際しては、従来では低圧振動成型機が用いられているが、この低圧振動成型機は、型枠の上方から圧力を加える加圧板を用いるが、混練水の量によってはこの加圧板に混練物が付着し、製造装置の運転に支障が生ずる場合があるという問題点がある。
【０００６】
更に、養生後の固化体を破砕するに際しては、破砕機を用いて破砕を行うのが一般的であるが、これらの方法では、用途に応じた所定の粒度の粒状固化体を安定して得ることができないという問題点がある。
【特許文献１】特開２００２−２１１９６８号公報（請求項１、６及び７）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、上述のような問題点を解決するために為されたものである。即ち、本発明の目的は、従来よりも精度良く石炭灰の水和反応性を予測し得る方法を提供することであり、また、混練に際してファニキュラー状態の混練物を得ることができる混練水の量を決定する方法を提供することである。更に、本発明は、混練後の成形に際して加圧板への付着の問題のない成型方法を提供することを目的とする。加えて、用途に応じた所定の粒度の粒状固化体を安定して得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の石炭灰を原料とする粒状固化体の製造方法は、石炭灰に、石灰及び／又は石膏を添加剤として加え、水で混練し、成形を行い、蒸気処理にて養生を行って固化させた後、破砕することにより粒状固化体を得る粒状固化体の製造方法であって、修正塩基度（（ＣａＯ＋Ｆｅ2Ｏ3＋ＭｇＯ）／ＳｉＯ2（重量比））が０．１以上で、かつ、反応性指数（修正塩基度／（Ｒ2Ｏ／Ａｌ2Ｏ3）2（重量比））が１０以上の石炭灰を原料灰として使用することを特徴とする。ここで、本明細書に於いては、ＲはＮａ又はＫ原子を表し、Ｒ2Ｏ＝Ｎａ2Ｏ＋０．６５８Ｋ2Ｏ（重量比）である。
【０００９】
石炭灰の水和反応性は石炭灰ごとにが異なるので、すべての石炭灰を対象とすると、所定の品質と安全性を満足しない粒状固化体が製造されることとなる。そこで、本発明に於いては、（ＣａＯ＋Ｆｅ2Ｏ3＋ＭｇＯ）／ＳｉＯ2（重量比）で表される石炭灰の修正塩基度が０．０５以上１以下、好ましくは０．１以上０．６以下であり、かつ、（修正塩基度／（Ｒ2Ｏ／Ａｌ2Ｏ3）2（重量比））で表される石炭灰の反応性指数が１０以上５０，０００以下、好ましくは１５以上５，０００以下の石炭灰を選別し、これを原料灰として使用するものである。ここで、修正塩基度が０．０５未満の石炭灰では水和反応性が低く、反応性指数が１０未満であると水和反応性の阻害が大きくなるので好ましくない。また、修正塩基度が１より大きく、反応性指数が５０，０００より大きいと、組成に極端な片寄りのために反応性が低くなり、原料として適さなくなる。これらの修正塩基度及び反応性指数の数値は、本発明の粒状固化体を路盤材の原料として使用する場合に特に適している。
【００１０】
石炭灰の修正塩基度と反応性指数の計算に必要な組成は、電気集塵機、中継ホッパ等から採取した石炭灰や、石炭灰輸送装置より採取した石炭灰を用いた実際の分析結果に基づいて求めることができ、また、これ以外に、石炭の種類ごとに灰分組成を予め保存したデータベースを参照することによっても求めることができる。
【００１１】
本発明の他の実施形態に係る粒状固化体の製造方法は、石炭灰に、石灰及び／又は石膏を添加剤として加え、水で混練し、成形を行い、蒸気処理にて養生を行って固化させた後、破砕することにより粒状固化体を得る粒状固化体の製造方法であって、（ａ）修正塩基度（（ＣａＯ＋Ｆｅ2Ｏ3＋ＭｇＯ）／ＳｉＯ2（重量比））が０．１以上で、かつ、反応性指数（修正塩基度／（Ｒ2Ｏ／Ａｌ2Ｏ3）2（重量比））が１０以上の石炭灰を原料灰として選別する工程と、（ｂ）前記原料灰に石灰及び／又は石膏を添加して混合する工程と、（ｃ）前記混合物に混練水を添加して混練機を用いて混練物を得る工程であって、前記混練機の前記混練物の単位重量当たりのアジテータ動力において、（水投入完了後３０〜４０秒の動力の平均値）／（空運転時の動力）比が３〜４で、水投入完了後３０〜９０秒間の混練物の単位重量当たりのアジテータ動力において、（動力の振れ幅）／（動力の平均値）比が０．１〜０．３となるように混練水の投入量を制御してファニキュラー状態の混練物を得る工程と、（ｄ）前記ファニキュラー状態の混練物を型枠に入れて振動成形を行った後、脱型して成形を行う工程と、（ｅ）蒸気処理にて養生を行って固化体を得る工程と、（ｆ）前記固化体の破砕及び粒度調整を行う工程とを包含していることを特徴とする。
【００１２】
ここで、上記に於いて、前記（ｂ）工程で得られた前記混合物に、前記石炭灰の修正塩基度に基づいて定めた混練水を用いて前記混練機に於いて混練を行うことにより、前記混練機の前記混練物の単位重量当たりのアジテータ動力に於ける（水投入完了後３０〜４０秒の動力の平均値）／（空運転時の動力）比が３〜４となり、かつ、水投入完了後３０〜９０秒間の混練物の単位重量当たりのアジテータ動力に於ける（動力の振れ幅）／（動力の平均値）比が０．１〜０．３となる混練水の投入量を予め求める工程を更に包含し、該求めた投入量の混練水を前記（ｃ）工程に於いて用いるように構成することができる。
【００１３】
石炭灰は常に一定量の混練水で混練物を製造すると、石炭灰の性状により、ペンデュラー状態の混練物となったり、キャピラリー状態の混練物となるなど、混練物の状態が安定せず、ハンドリング性が悪くなったり、粒状固化体の安全性（例えば重金属溶出）の面や、品質（例えば強度）の面で目的とするものを定常的に得ることが困難となる。そこで、本発明に於いては、混練機のアジテータ動力により混練水量の調整を行い、常にファニキュラー状態の混練物を得ようとするものである。
【００１４】
具体的には、石炭灰の修正塩基度が大きくなるに伴い、適正な混練水量は少なくなるので、予め作成した修正塩基度と混練水量の関係より、初回の運転時の混練水量を定める。２回目以降は、初回の運転時に於いて得られる混練水量に於ける（水投入完了後３０〜４０秒のアジテータ動力）／（空運転時のアジテータ動力）比、及び水投入完了後３０秒〜水投入完了後９０秒間の混練物の単位重量当たりのアジテータ動力の（動力の振れ幅）／（動力の平均値）比のデータに基づいて混練水量を調整し、（水投入完了後３０〜４０秒の動力の平均値）／（空運転時のアジテータ動力）比が３．０〜４．０で、水投入完了後３０〜９０秒間の混練物の単位重量当たりのアジテータ動力の（動力の振れ幅）／（動力の平均値）比が０．１〜０．３となるようにして、ファニキュラー状態の混練物を製造する。
【００１５】
前述の（水投入完了後３０〜４０秒の動力の平均値）／（空運転時の動力）比が３．０未満であると、ペンデュラー状態の混練物となり、成形、養生後の固化体は高強度とならず、有害重金属溶出量も土壌環境基準を超えてしまう。この場合には、次回の混練水量は増加させることになる。また、この比が４．０を超えるとキャピラリー状態の混練物となり、ハンドリングが不可能になる。この場合には、次回は混練水量は減らすこととなる。
【００１６】
また、前述の（動力の振れ幅）／（動力の平均値）比が０．１未満であると十分に造粒が進行した混練物とならず、引き続く成形工程及び養生工程後の固化体は高強度とならず、有害重金属溶出量も土壌環境基準を超えてしまう。この場合には、次回の混練水量は増加させることになる。また、この比が０．３を超えると大きな造粒物となり、ハンドリングができなくなってしまう。この場合には、次回は混練水量は減らすこととなる。
【００１７】
混練によりファニキュラー状態となった混練物は、加圧板を用いて比較的低い圧力を加えるとともに振動を加えて成形するのが通常であるが、ファニキュラー状態の混練物は脱型時に加圧板に付着し、安定な脱型ができず、安定な品質及び高い安全性を有する粒状固化体を最終的に得ることができなくなる。そこで、本発明に於いては、ファニキュラー状態の混練物は振動のみによって、即ち加圧板を使用することなく成形される。
【００１８】
具体的には、前記（ｄ）工程に於いて、前記ファニキュラー状態の混練物を型枠に入れ、振幅０．１〜２ｍｍ、振動数３０〜９０回／秒で１０〜４０秒間振動させてブロック状に成形し、即時脱型を行うことが好ましい。
【００１９】
振幅が０．１ｍｍ未満であると緻密化が十分進まず、２ｍｍ以上であると気泡分布が大きくなって均一な成形体とならず、養生後、高強度の固化体が得られない。また、振動数が３０回／秒未満であると緻密化が十分に進まず、養生後、高強度の固化体が得らず、９０回／秒を超えると気泡が少なくなり、型枠内でキャピラリー状となり、ハンドリングできなくなる。振動時間が１０秒未満であると緻密化が十分に進まず、養生後、高強度の固化体が得られず、４０秒を超えると気泡が少なくなって型枠内でキャピラリー状となり、ハンドリングできなくなる。
【００２０】
本発明の一実施形態に於いては、粒状固化体の粒度は、例えば路盤材、埋戻材、地盤改良材等の用途に応じて調整され、具体的には、前記（ｆ）工程に於いて、養生後の固化体の一次破砕を行った後、粒径２５〜４０ｍｍ以上、２５〜４０ｍｍより小さく１３〜２０ｍｍ以上、及び１３〜２０ｍｍより小さい範囲の３段階の粒状物に分級し、２５〜４０ｍｍ以上の粒状物を再度破砕するとともに、１３〜２０ｍｍより小さい粒状物の４０〜６０％の二次破砕を行った後、全体を混合して粒状固化体を得ることが好ましい。
【００２１】
例えば、粒度調整砕石Ｍ−４０では、４０ｍｍ及び２０ｍｍの篩で３段階に分け、粒度調整砕石Ｍ−３０では３０ｍｍ、２０ｍｍの篩で３段階に分け、粒度調整砕石Ｍ−２５では３０ｍｍ、１３ｍｍの篩で３段階に分けることにより、所定の粒度とすることができる。なお、１３〜２０ｍｍより小さい範囲の分配比率は、固化体強度が大きければ６０％寄りに、小さければ４０％寄りにすることにより、より良好な粒度とすることができる。
【００２２】
また、例えば路盤用クラッシャランの場合、前記（ｆ）工程に於いて、養生後の固化体の一次破砕を行った後、粒径１０〜４０ｍｍ以上、及び１０〜４０ｍｍより小さい粒状物に分級し、１０〜４０ｍｍ以上の粒状物を二次破砕した後、全体を混合して粒状固化体を得ることが好ましい。
【００２３】
例えば、クラッシャランＣ−４０では４０ｍｍ篩を用い、クラッシャランＣ−３０では３０ｍｍの篩を用い、クラッシャランＣ−２０では２０ｍｍの篩を用いる。裏込材、埋戻材等では１０ｍｍの篩を用いることにより、要求される粒度とすることができる。
【００２４】
本発明の石炭灰を原料とする粒状固化体の製造装置は、石炭灰に、石灰及び／又は石膏を添加剤として加え、水で混練し、成形を行い、蒸気処理にて養生を行って固化させた後、破砕することにより粒状固化体を得る粒状固化体の製造装置であって、修正塩基度（（ＣａＯ＋Ｆｅ2Ｏ3＋ＭｇＯ）／ＳｉＯ2（重量比））が０．１以上で、かつ、反応性指数（修正塩基度／（Ｒ2Ｏ／Ａｌ2Ｏ3）2（重量比））が１０以上の石炭灰を原料灰として選別する選別手段と、前記原料灰に石灰及び／又は石膏を添加して混合するとともに、混練水を添加して混練物を得る混練機と、前記混練機の前記混練物の単位重量当たりのアジテータ動力において、（水投入完了後３０〜４０秒の動力の平均値）／（空運転時の動力）比が３〜４で、水投入完了後３０〜９０秒間の混練物の単位重量当たりのアジテータ動力において、（動力の振れ幅）／（動力の平均値）比が０．１〜０．３となるように混練水の投入量を制御する制御装置と、前記ファニキュラー状態の混練物を型枠に入れて振動成形を行う振動成形機と、前記振動成形機から脱型した前記混練物を蒸気処理にて養生を行って固化体を得る養生機と、前記固化体の破砕及び粒度調整を行う粒度調整手段とを備えたことを特徴とする。
【００２５】
上記に於いて、前記振動成形機は、前記ファニキュラー状態の混練物を入れた型枠を、振幅０．１〜２ｍｍ、振動数３０〜９０回／秒で１０〜４０秒間振動させてブロック状に成形し、即時脱型を行う構成とすることが好ましい。
【００２６】
上記に於いて、前記粒度調整手段は、前記養生後の混練物を破砕する一次破砕機と、一次破砕物を粒径２５〜４０ｍｍ以上、２５〜４０ｍｍより小さく１３〜２０ｍｍ以上、及び１３〜２０ｍｍより小さい範囲の３段階の粒状物に分級する篩機と、２５〜４０ｍｍ以上の粒状物を再度一次破砕機に戻す搬送機と、１３〜２０ｍｍより小さい粒状物の４０〜６０％を破砕する二次破砕機とを備えている構成とすることが好ましい。
【００２７】
上記に於いて、前記粒度調整手段は、前記養生後の混練物を破砕する一次破砕機と、一次破砕物を粒径１０〜４０ｍｍ以上、及び１０〜４０ｍｍより小さい粒状物に分級する篩機と、１０〜４０ｍｍ以上の粒状物を破砕する二次破砕機とを備えている構成とすることが好ましい。
【００２８】
上記に於いて、前記混練機は、ロードセルを備えている構成とすることが好ましい。
【発明の効果】
【００２９】
本発明の粒状固化体の製造方法及び装置では、石炭灰の原料となる石炭の種類やボイラ運転条件によって特性が異なる石炭灰のうち、修正塩基度、反応性指数に基づいて選別した石炭灰を使用するため、石炭灰の水和反応性を精度良く予測することができ、高品質で、安全性に優れた粒状固化体を安定的に製造することができる。
【００３０】
また、石炭灰の修正塩基度、混練機のアジテータ動力の大きさ、振れ幅により、混練水量を調整するので、ファニキュラー状態の混練物を定常的に得ることができる。
【００３１】
更に、ファニキュラー状態の混練物の振動成形を行い、即時脱型することにより、加圧板を使用することなく固化体を得ることができ、経済的に有利に粒状固化体を製造することができる。
【００３２】
また、得られた固化体を一次破砕機、二次破砕機及び篩機の組み合わせによって破砕と分級とを行うので、用途に適した粒度の粒状固化体を製造することができる。
【００３３】
従って、本発明によれば、石炭灰を大量利用可能な土木資材等として利用することが可能となり、循環型社会構築に大きく寄与することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３４】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、本明細書に於いて、「％」は、特に断らない限り「重量％」を表す。
【００３５】
図１は、本発明の一実施形態に係る粒状固化体製造装置の概念模式図である。図１に示す粒状固化体製造装置はバッチ式であり、以下、工程順に説明する。まず、電気集塵機１に於いて石炭灰が採取され、電気集塵機１から石炭灰がサイロに輸送されるまでの間にその分析が行われ、その分析結果が品質制御装置１５に入力される。品質制御装置１５は入力された分析結果に基づき、修正塩基度及び反応性指数を計算し、その値に基づいてサイロ切替機１６の切換を行う。即ち、サイロ切替機１６は、修正塩基度（（ＣａＯ＋Ｆｅ2Ｏ3＋ＭｇＯ）／ＳｉＯ2（重量比））が０．１以上で、かつ、反応性指数（修正塩基度／（Ｒ2Ｏ／Ａｌ2Ｏ3）2（重量比））が１０以上の石炭灰を原料灰として原料灰サイロ２に移送し、それ以外の石炭灰を廃棄灰サイロ３に移送するように切換を行う。なお、石炭灰がサイロ切替機１６に到達するまでの間に石炭灰の分析並びに修正塩基度及び反応性指数の計算が間に合わない場合には、電気集塵機１とサイロ切替機１６との間に中間ホッパを（図示せず）を設けて石炭灰を一次的に貯留し、上記分析及び計算が終了した後に石炭灰をサイロ切替機１６の切換により原料灰サイロ２又は廃棄灰サイロ３に移送するように構成することができる。あるいは、原料灰サイロ２、廃棄灰サイロ３という区別を無くし、上記分析及び計算を待たずにサイロ２又はサイロ３に石炭灰を貯留し、分析及び計算結果が上記所定の範囲に入る石炭灰のみを原料灰として使用するように構成することもできる。本実施形態に於いては、品質制御装置１５及びサイロ切換機１６が選別手段として機能している。
【００３６】
次に、原料灰サイロ２内の原料灰は、ロードセル付き混練機８に投入され、所定量だけ秤量される。続いて、石灰ホッパ４より石灰がロードセル付き混練機８に投入されて所定量だけ秤量され、石膏ホッパ５より石膏が投入されて所定量だけ秤量される。次に、原料灰の修正塩基度に基づいて混練水が投入される。図３は石炭灰の修正塩基度に基づいて投入すべき混練水を求めるための検量線を表す図であり、この検量線は過去の運用実績に基づいて経験的に求められたものである。本実施形態では、この図３の検量線と、分析及び計算により求めた原料灰の修正塩基度とに基づいて混練水の量が決められる。検量線に基づいて求められた混練水は水タンク６よりポンプ７を用いて投入され、ロードセル付き混練機８により秤量される。その際、混練機８のアジテータ動力の値が品質制御装置１５に送られ、混練物の単位重量当たりのアジテータ動力における（水投入完了後３０〜４０秒の動力の平均値）／（空運転時の動力）比が３〜４で、水投入完了後３０〜９０秒間の混練物の単位重量当たりのアジテータ動力における（動力の振れ幅）／（動力の平均値）比が０．１〜０．３であるか否かが確認される。もし、上記２つの比が上記範囲から外れる場合には、次回のバッチに於いては上記２つの比が上記範囲に入るように混練水の投入量が調節される。もし、上記２つの比が上記範囲内にある場合には、次回のバッチにおいては前回の動力に基づいて混練水の投入量の微調整のみが行われる。これにより、安定的にファニキュラー状態の混練物を得ることができる。
【００３７】
次に、ファニキュラー状態となった混練物は、振動成形機９に供給され、振動成形された後、即時脱型される。振動成形は、加圧板を使用することなく、振幅０．１〜２ｍｍ、振動数３０〜９０回／秒で１０〜４０秒間振動を加えることにより行われる。これにより、混練物はブロック状に成形される。本実施形態では、振動成形により、混練物中に含まれる気泡を分散させること可能となり、気泡の膨張による粒状固化体の強度低下を抑制することができる。
【００３８】
次に、振動成形された混練物は養生機１０に搬入され、養生機１０内では、ファニキュラー状態の混練物は約６０℃の蒸気雰囲気に置かれ、２４〜３６時間水蒸気処理による養生が行われる。これにより、混練物は固化反応により固化体となる。
【００３９】
次に、養生機１０より搬出された固化体は、一次破砕機１１を用いて破砕される。得られた破砕物は、篩機１２により、粒径４０ｍｍ以上、４０ｍｍより小さく２０ｍｍ以上、及び２０ｍｍより小さい範囲の３段階に分級される。次に、粒径４０ｍｍ以上のものは搬送装置（図示せず）により再度一次破砕機１１に投入し、粒径２０ｍｍより小さいものを分配機１３で二分し、一方の半分を二次破砕機１４に投入して、それぞれをコンベア上に集めることにより、粒度調整砕石Ｍ−４０の粒度を満足する粒状固化体が得られる。なお、本実施形態では、一次破砕機１１と、篩機１２と、分配機１３と、搬送装置と、二次破砕機１４とによって粒度調整手段が構成されている。
【００４０】
図２は本発明の他の実施形態に係る粒状固化体製造装置の概念模式図である。図２に示す粒状固化体製造装置も、図１の粒状固化体製造装置と同様にバッチ式であり、以下、工程順に説明する。まず、電気集塵機１７に於いて石炭灰が採取され、その一部が石炭灰自動採取分析装置３４に送られる。石炭灰自動採取分析装置３４では採取した石炭灰の分析が行われ、その分析結果が品質制御装置３５に入力される。品質制御装置３５は入力された分析結果に基づき、修正塩基度及び反応性指数を計算し、その値に基づいてサイロ切替機１８の切換を行う。即ち、サイロ切替機１８は、修正塩基度（（ＣａＯ＋Ｆｅ2Ｏ3＋ＭｇＯ）／ＳｉＯ2（重量比））が０．１以上で、かつ、反応性指数（修正塩基度／（Ｒ2Ｏ／Ａｌ2Ｏ3）2（重量比））が１０以上の石炭灰を原料灰として原料灰サイロ１９に移送し、それ以外の石炭灰を廃棄灰サイロ２０に移送するように切換を行う。なお、本実施形態に於いても、石炭灰がサイロ切替機１８到達するまでの間に品質制御装置３５に於ける分析及び計算が間に合わない場合には、電気集塵機１７とサイロ切替機１８との間に中間ホッパを（図示せず）を設けて石炭灰を一次的に貯留するように構成することができ、また、上記分析及び計算を待たずにサイロ１９又はサイロ２０に石炭灰を貯留し、分析及び計算結果が上記所定の範囲に入る石炭灰のみを貯留しているサイロから石炭灰を原料灰として取り出すように構成することもできる。
【００４１】
次に、原料灰サイロ１９内の原料灰は、計量機２６に於いて所定量だけ計量され、混練機２８に投入される。続いて、石灰ホッパ２１より石灰が、石膏ホッパ２２より石膏が、それぞれ計量器２４及び２５に於いて所定量だけ計量され、混練機２８に投入される。次に、図３の検量線と、品質制御装置３５における分析及び計算により求めた原料灰の修正塩基度とに基づいて混練水の量が決められる。検量線に基づいて求められた混練水は水タンク２３よりポンプ２７を用いて混練機２８に投入される。その際、混練機２８のアジテータ動力の値が品質制御装置３５に送られ、（水投入完了後３０〜４０秒の動力の平均値）／（空運転時の動力）比が３〜４で、水投入完了後３０〜９０秒間の混練物の単位重量当たりのアジテータ動力において、（動力の振れ幅）／（動力の平均値）比が０．１〜０．３であるか否かが確認される。もし、上記２つの比が上記範囲から外れる場合には、次回のバッチに於いては上記２つの比が上記範囲に入るように混練水の投入量が調節される。もし、上記２つの比が上記範囲内にある場合には、次回のバッチにおいては前回の動力に基づいて混練水の投入量の微調整のみが行われる。これにより、安定的にファニキュラー状態の混練物を得ることができる。
【００４２】
次に、ファニキュラー状態となった混練物は、振動成形機２９に供給され、振動成形された後、即時脱型される。振動成形は、振幅０．１〜２ｍｍ、振動数３０〜９０回／秒で１０〜４０秒間振動を加えることにより行われる。これにより、混練物はブロック状に成形される。
【００４３】
次に、振動成形された混練物は養生機３０に搬入され、養生機３０内では、ファニキュラー状態の混練物は約６０℃の蒸気雰囲気に置かれ、２４〜３６時間水蒸気処理による養生が行われる。これにより、混練物は固化反応により固化体となる。
【００４４】
次に、養生機３０より搬出された養生後の固化体は、まず、一次破砕機３１で破砕される。次に、その破砕物は篩機３２で粒径４０ｍｍ以上、及び４０ｍｍより小さい範囲の２段階に分級される。次に、４０ｍｍ以上のものは二次破砕機３３に投入されて二次粉砕が行われる。この二次破砕されたものと粒径４０ｍｍより小さいものとを合わせることにより、クラッシャランＣ−４０相当の粒状固化体を得ることができる。
【実施例】
【００４５】
石炭の灰分組成により選別した石炭灰Ａ、石炭灰空気輸送管より自動での採取／分析により選別した石炭灰Ｂ、及び廃棄灰サイロ中の石炭灰を用い、粒状固化体製造試験を実施した。石炭灰Ａ、Ｂ及びＣの性状を表１に示す。
【００４６】
【表１】
【００４７】
以下の各実施例及び各比較例に於ける粒状固化体の製造条件は、表２にまとめて示した。また、各実施例及び各比較例の粒状固化体について、一軸圧縮強度、粒度調整砕石、すりへり減量、修正ＣＢＲ（Carifornia Bearing Ratio）及び有害重金属溶出試験（環境庁告示４６号）について評価を行い、その結果を表２に併せて示した。なお、一軸圧縮強度はＪＩＳ Ｒ ５２０１に従って、また、粒度調整砕石、すりへり減量及び修正ＣＢＲについては舗装試験法便覧に従って評価した。
【００４８】
（実施例１）
石炭灰Ａ３００ｋｇ、生石灰１５ｋｇ、石膏７．５ｋｇを計量機で計測後、混練機に投入した。図３に示した石炭灰の修正塩基度と適正混練水量の関係より、９０ｋｇの水を１分間で投入し、３０秒間混練を行った。その際の混練物の単位重量当たりのアジテータ動力の（水投入完了後３０〜４０秒の動力の平均値）／（空運転時の動力）比は３．４であった。更に水投入完了後３０〜９０秒間の混練物の単位重量当たりのアジテータ動力における（動力の振れ幅）／（動力の平均値）比は０．１５であった。次に、３０秒混練後に払い出し、ファニキュラー状態の混練物を振動成形機の型枠に入れ、型枠を振幅０．３ｍｍ、振動数５０回／秒で３０秒間振動させて３００×３００×２００ｍｍのブロック状に成形し、即時脱型を行った。次に、６０℃の蒸気雰囲気下で３６時間養生を行い、固化体を得た。
【００４９】
ここで、この固化体の圧縮強度を測定したところ、１５Ｎ／ｍｍ2（許容値１２Ｎ／ｍｍ2以上）であった。この固化体を衝撃式の一次破砕機で破砕し、篩機を用い、粒径４０ｍｍ以上と４０ｍｍより小さいものに分級し、４０ｍｍ以上のものを衝撃式の二次破砕機で破砕を行った後、４０ｍｍより小さいものとコンベア上で合流し、粒状固化体を得た。
【００５０】
本実施例の粒状固化体の粒度はクラッシャランＣ−４０を満足し、すりへり減量３３％（許容値５０％以下）、修正ＣＢＲ１０２％（許容値８０％以上）で、上層路盤材規格を満足した。また、溶出試験（環境庁告示４６号）による有害重金属等の溶出量は土壌環境基準を満足した。
【００５１】
次に、配合割合は上記と同じで、混練水量を９２ｋｇとして（図３の検量線を使用せずに）、２回、３回、４回の混練を行い、同上の条件で粒状固化体の製造を行った。その際の混練物の単位重量当たりのアジテータ動力における（水投入完了後３０〜４０秒の動力の平均値）／（空運転時の動力）比は３．４〜３．６、水投入完了後３０〜９０秒間の混練物の単位重量当たりのアジテータ動力における（動力の振れ幅）／（動力の平均値）比は０．１６〜０．１９であった。
【００５２】
得られた粒状固化体は、クラッシャランＣ−４０の粒度を満足し、すりへり減量は３１〜３４％、修正ＣＢＲは１００〜１０４％であり、有害重金属等の溶出量は土壌環境基準を満足した。
【００５３】
（実施例２）
ロードセル付き混練機に計量しながら逐次石炭灰Ｂ３００ｋｇ、消石灰２０ｋｇ、石膏７．５ｋｇを投入し、図３の検量線より求めた８２ｋｇの水を１分間で投入し、３０秒間混練を行った。その際の混練物の単位重量当たりのアジテータ動力の（水投入完了後３０〜４０秒の動力の平均値）／（空運転時の動力）比は３．２であった。更に水投入完了後３０〜９０秒間の混練物の単位重量当たりのアジテータ動力における（動力の振れ幅）／（動力の平均値）比は０．１６であった。次に、３０秒混練後に払い出し、ファニキュラー状態の混練物を振動成形機の型枠に入れ、型枠を振幅０．３ｍｍ、振動数５０回／秒で３０秒間振動させて３００×３００×２００ｍｍのブロック状に成形し、即時脱型を行った。次に、６０℃の蒸気雰囲気下で３６時間養生を行い、固化体を得た。
【００５４】
ここで、この固化体の圧縮強度を測定したところ、２１Ｎ／ｍｍ2であった。この固化体を衝撃式の一次破砕機で破砕し、篩機を用い、粒径４０ｍｍ以上、４０ｍｍより小さく２０ｍｍ以上、及び２０ｍｍより小さい範囲の３段階に分級し、４０ｍ以上のものを再度衝撃式の一次破砕機に戻し、２０ｍｍ以下のもの分配機で１／２に分け、その半分を二次破砕機で破砕を行った後、４０ｍｍより小さく２０ｍｍ以上のもの及び２０ｍｍより小さいもので二次破砕を行わなかったものとコンベア上で合流させることにより粒状固化体を得た。
【００５５】
本実施例の粒状固化体の粒度は粒度調整砕石Ｍ−４０を満足し、すりへり減量３０％、修正ＣＢＲ１３８％で、上層路盤材規格を満足した。また、溶出試験（環境庁告示４６号）による有害重金属等の溶出量は土壌環境基準を満足した。
【００５６】
（実施例３）
ロードセル付き混練機に計量しながら逐次石炭灰Ｂ３００ｋｇ、消石灰２０ｋｇ、石膏７．５ｋｇを投入し、図３の検量線より求めた８２ｋｇの水を１分間で投入し、３０秒間混練を行った。その際の混練物の単位重量当たりのアジテータ動力の（水投入完了後３０〜４０秒の動力の平均値）／（空運転時の動力）比は３．３であった。更に水投入完了後３０〜９０秒間の混練物の単位重量当たりのアジテータ動力における（動力の振れ幅）／（動力の平均値）比は０．１７であった。次に、３０秒混練後に払い出し、ファニキュラー状態の混練物を振動成形機の型枠に入れ、型枠を振幅０．３ｍｍ、振動数５０回／秒で３０秒間振動させて３００×３００×２００ｍｍのブロック状に成形し、即時脱型を行った。次に、６０℃の蒸気雰囲気下で３６時間養生を行い、固化体を得た。
【００５７】
ここで、この固化体の圧縮強度を測定したところ、２０Ｎ／ｍｍ2であった。この固化体を衝撃式の一次破砕機で破砕し、篩機を用い、２０ｍｍ以上、及び２０ｍｍより小さい範囲に分級し、２０ｍｍ以上のものは二次破砕機に戻して再度破砕を行い、２０ｍｍより小さいものは二次破砕機で破砕を行った後、コンベア上で合流し、粒状固化体を得た。
【００５８】
この粒状固化体の粒度は１０ｍｍ以下であった。粒状固化体の修正ＣＢＲは７１％で、埋戻材、裏込材の規格を満足した。更に、有害重金属等の溶出試験（環境庁告示４６号）による有害重金属等の溶出量は土壌環境基準を満足した。
【００５９】
（比較例１）
石炭灰Ａ３００ｋｇ、生石灰１５ｋｇ、石膏７．５ｋｇを計量機で計測後、混練機に投入した。図３に示した石炭灰の修正塩基度と適正混練水量の関係よりも少ない７９ｋｇの水を１分間で投入し、３０秒間混練を行った。その際の混練物の単位重量当たりのアジテータ動力の（水投入完了後３０〜４０秒の動力の平均値）／（空運転時の動力）比は２．２であった。更に水投入完了後３０〜９０秒間の混練物の単位重量当たりのアジテータ動力における（動力の振れ幅）／（動力の平均値）比は０．０６であった。次に、３０秒混練後に払い出し、ペンデュラー状態の混練物を振動成形機の型枠に入れ、型枠を振幅０．３ｍｍ、振動数５０回／秒で３０秒間振動させて３００×３００×２００ｍｍのブロック状に成形し、即時脱型を行った。次に、６０℃の蒸気雰囲気下で３６時間養生を行い、固化体を得た。
【００６０】
ここで、この固化体の圧縮強度を測定したところ、９Ｎ／ｍｍ2であった。この固化体を衝撃式の一次破砕機で破砕し、篩機を用い、４０ｍｍ以上と４０ｍｍより小さいものとに分級し、４０ｍｍ以上のものを衝撃式の二次破砕機で破砕を行った後、４０ｍｍより小さいものとコンベア上で合流し、粒状固化体を得した。
【００６１】
この粒状固化体の粒度はクラッシャランＣ−４０を満足したが、すりへり減量５６％、修正ＣＢＲ７５％で、上層路盤材規格を満足しなかった。また、溶出試験（環境庁告示４６号）による有害重金属等の溶出量は土壌環境基準を満足しなかった。
【００６２】
（比較例２）
石炭灰Ｃ３００ｋｇ、生石灰１５ｋｇ、石膏７．５ｋｇを計量機で計測後、混練機に投入した。図３の検量線より求めた８４ｋｇの水を１分間で投入し、３０秒間混練を行った。その際の混練物の単位重量当たりのアジテータ動力の（水投入完了後３０〜４０秒の動力の平均値）／（空運転時の動力）比は３．２であった。更に水投入完了後３０〜９０秒間の混練物の単位重量当たりのアジテータ動力における（動力の振れ幅）／（動力の平均値）比は０．１７であった。次に、３０秒混練後に払い出し、ファニキュラー状態の混練物を振動成形機の型枠に入れ、型枠を振幅０．３ｍｍ、振動数５０回／秒で３０秒間振動させて３００×３００×２００ｍｍのブロック状に成形し、即時脱型を行った。次に、６０℃の蒸気雰囲気下で３６時間養生を行い、固化体を得た。
【００６３】
ここで、この固化体の圧縮強度を測定したところ、７Ｎ／ｍｍ2であった。この固化体を衝撃式の一次破砕機で破砕し、篩機を用い、粒径４０ｍｍ以上、４０ｍｍより小さく２０ｍｍ以上、及び２０ｍｍより小さい範囲の３段階に分級し、４０ｍｍ以上を一次破砕機に戻して再度破砕を行い、２０ｍｍ以下のものを分配機で１／２に分け、その半分を二次破砕機で破砕を行った後、コンベア上で合流し、粒状固化体を得た。
【００６４】
この粒状固化体の粒度は粒度調整砕石Ｍ−４０を満足したが、すりへり減量５９％、修正ＣＢＲ６８％で、上層路盤材規格を満足しなかった。また、溶出試験（環境庁告示４６号）による有害重金属等の溶出量は土壌環境基準を満足しなかった。
【００６５】
（比較例３）
ロードセル付き混練機に計量しながら逐次石炭灰Ｂ３００ｋｇ、消石灰２０ｋｇ、石膏７．５ｋｇを投入し、図３の検量線より求めた８４ｋｇの水を１分間で投入し、３０秒間混練を行った。その際の混練物の単位重量当たりのアジテータ動力の（水投入完了後３０〜４０秒の動力の平均値）／（空運転時の動力）比は３．３であった。更に水投入完了後３０〜９０秒間の混練物の単位重量当たりのアジテータ動力における（動力の振れ幅）／（動力の平均値）比は０．１５であった。次に、３０秒混練後に払い出し、ファニキュラー状態の混練物を従来より公知の低圧振動成形機の型枠に入れ、低圧振動成形を行ったところ、即時脱型時に加圧板に成形体が付着し、そのために成形体を以後のプロセスに送って固化体とすることができなかった。
【００６６】
（実施例４）
実施例２の固化体を衝撃式の一次破砕機で破砕し、篩機を用い、粒径４０ｍｍ以上、４０ｍｍより小さく２０ｍｍ以上、及び２０ｍｍより小さい範囲の３段階に分級し、４０ｍｍ以上のものを再度一次破砕機に戻し、２０ｍｍ以下のものを分配機で１：４に分け、多い方（４／５）を二次破砕機で破砕を行った後、コンベア上で合流し、粒状固化体を得た。粒状固化体の粒度は粒度調整砕石Ｍ−４０をほぼ満足したが、バッチによってＭ−４０を満足しない場合があった。
【００６７】
【表２】
【産業上の利用可能性】
【００６８】
本発明の石炭灰を原料とする粒状固化体の製造方法及び装置によれば、有害金属の溶出がなく、十分な強度を有する粒状固化体が得られるので、路盤材、盛土材、埋戻材、裏込材、地盤改良材、温室や床下の調湿材等の分野で利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１】本発明の一実施形態に係る粒状固化体製造装置の概念模式図である。
【図２】本発明の他の実施形態に係る粒状固化体製造装置の概念模式図である。
【図３】石炭灰の修正塩基度と投入すべき混練水の量との関係を示す検量線を表す図である。
【符号の説明】
【００７０】
１，１７ 電気集塵機
２，１９ 原料灰サイロ
３，２０ 廃棄灰サイロ
４，２１ 石灰ホッパ
５，２２ 石膏ホッパ
６，２３ 水タンク
７，２７ ポンプ
８ ロードセル付き混練機
９，２９ 振動成形機
１０，３０ 養生機
１１，３１ 一次破砕機
１２，３２ 篩機
１３ 分配機
１４，３３ 二次破砕機
１５，３５ 品質制御装置
１６，１８ サイロ切替機
２４，２５，２６ 計量機
２８ 混練機
３４ 石炭灰自動採取分析装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、石炭灰を原料とする粒状固化体の製造方法及びその装置に関し、更に詳細には、石炭灰をその修正塩基度及び反応性指数に応じて選別し、石灰、石膏等の添加材を加え、混練機のアジテータ動力に応じて混練水の投入量を調整してファニキュラー状態の混練物を得、これを振動成形し、養生を行って固化させた後、固化体を破砕して粒状固化体を製造する方法及び装置に関するものであり、得られる粒状固化体は、路盤材、盛土材、埋戻材、裏込材、地盤改良材、温室や床下の調湿材等の用途に有効利用できるものである。
【背景技術】
【０００２】
石炭灰に石灰（消石灰、生石灰）、セメント、スラグ、石膏等の添加材を加え、水和反応により固化させる方法は公知であり、また、石炭灰の水和反応性はＣａＯ量、塩基度（ＣａＯ／ＳｉＯ2）等とある程度相関があることが知られている（例えば、特許文献１、請求項１）。しかしながら、ＣａＯ量や塩基度のみにより石炭灰の水和反応性をある程度の正確性を以て予測することは困難である。
【０００３】
また、石炭灰に添加材と混練水とを加えて混練物を得るに際しては、ファニキュラー状態の混練物を定常的に得られることが望まれるが、そのために、まず最初に少量の水を加え、その際の混練機のアジテータ動力の上昇幅から最終的な混練水の必要量を推定し、その推定量からの不足分の混練水を追加するという方法が知られている（例えば、特許文献１、請求項６、７）。しかしながら、この方法では投入する水の推定量はかなり幅のある値となり、より正確な混練水の推定量を求める方法が望まれている。
【０００４】
更に、混練物の成形体を得るに際しては、コンクリートブロックを製造する場合のように、粉体であるセメントと骨材等を水で混練し、ペンデュラー状態の混練物を低圧と振動で成形して即時脱型する方法、あるいはキャピラリー状態の生コンを振動成形して固化した後、脱型する方法が知られている。しかしながら、ペンデュラー状態の混練物では水和反応が十分進行せず、従って重金属等の溶出が見られ、また、キャピラリー状態では取り扱い性が悪く、得られる粒状固化体の強度も低くなるという問題点がある。
【０００５】
また、混練後の成形に際しては、従来では低圧振動成型機が用いられているが、この低圧振動成型機は、型枠の上方から圧力を加える加圧板を用いるが、混練水の量によってはこの加圧板に混練物が付着し、製造装置の運転に支障が生ずる場合があるという問題点がある。
【０００６】
更に、養生後の固化体を破砕するに際しては、破砕機を用いて破砕を行うのが一般的であるが、これらの方法では、用途に応じた所定の粒度の粒状固化体を安定して得ることができないという問題点がある。
【特許文献１】特開２００２−２１１９６８号公報（請求項１、６及び７）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、上述のような問題点を解決するために為されたものである。即ち、本発明の目的は、従来よりも精度良く石炭灰の水和反応性を予測し得る方法を提供することであり、また、混練に際してファニキュラー状態の混練物を得ることができる混練水の量を決定する方法を提供することである。更に、本発明は、混練後の成形に際して加圧板への付着の問題のない成型方法を提供することを目的とする。加えて、用途に応じた所定の粒度の粒状固化体を安定して得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の石炭灰を原料とする粒状固化体の製造方法は、石炭灰に、石灰及び／又は石膏を添加剤として加え、水で混練し、成形を行い、蒸気処理にて養生を行って固化させた後、破砕することにより粒状固化体を得る粒状固化体の製造方法であって、修正塩基度（（ＣａＯ＋Ｆｅ2Ｏ3＋ＭｇＯ）／ＳｉＯ2（重量比））が０．１以上で、かつ、反応性指数（修正塩基度／（Ｒ2Ｏ／Ａｌ2Ｏ3）2（重量比））が１０以上の石炭灰を原料灰として使用することを特徴とする。ここで、本明細書に於いては、ＲはＮａ又はＫ原子を表し、Ｒ2Ｏ＝Ｎａ2Ｏ＋０．６５８Ｋ2Ｏ（重量比）である。
【０００９】
石炭灰の水和反応性は石炭灰ごとにが異なるので、すべての石炭灰を対象とすると、所定の品質と安全性を満足しない粒状固化体が製造されることとなる。そこで、本発明に於いては、（ＣａＯ＋Ｆｅ2Ｏ3＋ＭｇＯ）／ＳｉＯ2（重量比）で表される石炭灰の修正塩基度が０．０５以上１以下、好ましくは０．１以上０．６以下であり、かつ、（修正塩基度／（Ｒ2Ｏ／Ａｌ2Ｏ3）2（重量比））で表される石炭灰の反応性指数が１０以上５０，０００以下、好ましくは１５以上５，０００以下の石炭灰を選別し、これを原料灰として使用するものである。ここで、修正塩基度が０．０５未満の石炭灰では水和反応性が低く、反応性指数が１０未満であると水和反応性の阻害が大きくなるので好ましくない。また、修正塩基度が１より大きく、反応性指数が５０，０００より大きいと、組成に極端な片寄りのために反応性が低くなり、原料として適さなくなる。これらの修正塩基度及び反応性指数の数値は、本発明の粒状固化体を路盤材の原料として使用する場合に特に適している。
【００１０】
石炭灰の修正塩基度と反応性指数の計算に必要な組成は、電気集塵機、中継ホッパ等から採取した石炭灰や、石炭灰輸送装置より採取した石炭灰を用いた実際の分析結果に基づいて求めることができ、また、これ以外に、石炭の種類ごとに灰分組成を予め保存したデータベースを参照することによっても求めることができる。
【００１１】
本発明の他の実施形態に係る粒状固化体の製造方法は、石炭灰に、石灰及び／又は石膏を添加剤として加え、水で混練し、成形を行い、蒸気処理にて養生を行って固化させた後、破砕することにより粒状固化体を得る粒状固化体の製造方法であって、（ａ）修正塩基度（（ＣａＯ＋Ｆｅ2Ｏ3＋ＭｇＯ）／ＳｉＯ2（重量比））が０．１以上で、かつ、反応性指数（修正塩基度／（Ｒ2Ｏ／Ａｌ2Ｏ3）2（重量比））が１０以上の石炭灰を原料灰として選別する工程と、（ｂ）前記原料灰に石灰及び／又は石膏を添加して混合する工程と、（ｃ）前記混合物に混練水を添加して混練機を用いて混練物を得る工程であって、前記混練機の前記混練物の単位重量当たりのアジテータ動力において、（水投入完了後３０〜４０秒の動力の平均値）／（空運転時の動力）比が３〜４で、水投入完了後３０〜９０秒間の混練物の単位重量当たりのアジテータ動力において、（動力の振れ幅）／（動力の平均値）比が０．１〜０．３となるように混練水の投入量を制御してファニキュラー状態の混練物を得る工程と、（ｄ）前記ファニキュラー状態の混練物を型枠に入れて振動成形を行った後、脱型して成形を行う工程と、（ｅ）蒸気処理にて養生を行って固化体を得る工程と、（ｆ）前記固化体の破砕及び粒度調整を行う工程とを包含していることを特徴とする。
【００１２】
ここで、上記に於いて、前記（ｂ）工程で得られた前記混合物に、前記石炭灰の修正塩基度に基づいて定めた混練水を用いて前記混練機に於いて混練を行うことにより、前記混練機の前記混練物の単位重量当たりのアジテータ動力に於ける（水投入完了後３０〜４０秒の動力の平均値）／（空運転時の動力）比が３〜４となり、かつ、水投入完了後３０〜９０秒間の混練物の単位重量当たりのアジテータ動力に於ける（動力の振れ幅）／（動力の平均値）比が０．１〜０．３となる混練水の投入量を予め求める工程を更に包含し、該求めた投入量の混練水を前記（ｃ）工程に於いて用いるように構成することができる。
【００１３】
石炭灰は常に一定量の混練水で混練物を製造すると、石炭灰の性状により、ペンデュラー状態の混練物となったり、キャピラリー状態の混練物となるなど、混練物の状態が安定せず、ハンドリング性が悪くなったり、粒状固化体の安全性（例えば重金属溶出）の面や、品質（例えば強度）の面で目的とするものを定常的に得ることが困難となる。そこで、本発明に於いては、混練機のアジテータ動力により混練水量の調整を行い、常にファニキュラー状態の混練物を得ようとするものである。
【００１４】
具体的には、石炭灰の修正塩基度が大きくなるに伴い、適正な混練水量は少なくなるので、予め作成した修正塩基度と混練水量の関係より、初回の運転時の混練水量を定める。２回目以降は、初回の運転時に於いて得られる混練水量に於ける（水投入完了後３０〜４０秒のアジテータ動力）／（空運転時のアジテータ動力）比、及び水投入完了後３０秒〜水投入完了後９０秒間の混練物の単位重量当たりのアジテータ動力の（動力の振れ幅）／（動力の平均値）比のデータに基づいて混練水量を調整し、（水投入完了後３０〜４０秒の動力の平均値）／（空運転時のアジテータ動力）比が３．０〜４．０で、水投入完了後３０〜９０秒間の混練物の単位重量当たりのアジテータ動力の（動力の振れ幅）／（動力の平均値）比が０．１〜０．３となるようにして、ファニキュラー状態の混練物を製造する。
【００１５】
前述の（水投入完了後３０〜４０秒の動力の平均値）／（空運転時の動力）比が３．０未満であると、ペンデュラー状態の混練物となり、成形、養生後の固化体は高強度とならず、有害重金属溶出量も土壌環境基準を超えてしまう。この場合には、次回の混練水量は増加させることになる。また、この比が４．０を超えるとキャピラリー状態の混練物となり、ハンドリングが不可能になる。この場合には、次回は混練水量は減らすこととなる。
【００１６】
また、前述の（動力の振れ幅）／（動力の平均値）比が０．１未満であると十分に造粒が進行した混練物とならず、引き続く成形工程及び養生工程後の固化体は高強度とならず、有害重金属溶出量も土壌環境基準を超えてしまう。この場合には、次回の混練水量は増加させることになる。また、この比が０．３を超えると大きな造粒物となり、ハンドリングができなくなってしまう。この場合には、次回は混練水量は減らすこととなる。
【００１７】
混練によりファニキュラー状態となった混練物は、加圧板を用いて比較的低い圧力を加えるとともに振動を加えて成形するのが通常であるが、ファニキュラー状態の混練物は脱型時に加圧板に付着し、安定な脱型ができず、安定な品質及び高い安全性を有する粒状固化体を最終的に得ることができなくなる。そこで、本発明に於いては、ファニキュラー状態の混練物は振動のみによって、即ち加圧板を使用することなく成形される。
【００１８】
具体的には、前記（ｄ）工程に於いて、前記ファニキュラー状態の混練物を型枠に入れ、振幅０．１〜２ｍｍ、振動数３０〜９０回／秒で１０〜４０秒間振動させてブロック状に成形し、即時脱型を行うことが好ましい。
【００１９】
振幅が０．１ｍｍ未満であると緻密化が十分進まず、２ｍｍ以上であると気泡分布が大きくなって均一な成形体とならず、養生後、高強度の固化体が得られない。また、振動数が３０回／秒未満であると緻密化が十分に進まず、養生後、高強度の固化体が得らず、９０回／秒を超えると気泡が少なくなり、型枠内でキャピラリー状となり、ハンドリングできなくなる。振動時間が１０秒未満であると緻密化が十分に進まず、養生後、高強度の固化体が得られず、４０秒を超えると気泡が少なくなって型枠内でキャピラリー状となり、ハンドリングできなくなる。
【００２０】
本発明の一実施形態に於いては、粒状固化体の粒度は、例えば路盤材、埋戻材、地盤改良材等の用途に応じて調整され、具体的には、前記（ｆ）工程に於いて、養生後の固化体の一次破砕を行った後、粒径２５〜４０ｍｍ以上、２５〜４０ｍｍより小さく１３〜２０ｍｍ以上、及び１３〜２０ｍｍより小さい範囲の３段階の粒状物に分級し、２５〜４０ｍｍ以上の粒状物を再度破砕するとともに、１３〜２０ｍｍより小さい粒状物の４０〜６０％の二次破砕を行った後、全体を混合して粒状固化体を得ることが好ましい。
【００２１】
例えば、粒度調整砕石Ｍ−４０では、４０ｍｍ及び２０ｍｍの篩で３段階に分け、粒度調整砕石Ｍ−３０では３０ｍｍ、２０ｍｍの篩で３段階に分け、粒度調整砕石Ｍ−２５では３０ｍｍ、１３ｍｍの篩で３段階に分けることにより、所定の粒度とすることができる。なお、１３〜２０ｍｍより小さい範囲の分配比率は、固化体強度が大きければ６０％寄りに、小さければ４０％寄りにすることにより、より良好な粒度とすることができる。
【００２２】
また、例えば路盤用クラッシャランの場合、前記（ｆ）工程に於いて、養生後の固化体の一次破砕を行った後、粒径１０〜４０ｍｍ以上、及び１０〜４０ｍｍより小さい粒状物に分級し、１０〜４０ｍｍ以上の粒状物を二次破砕した後、全体を混合して粒状固化体を得ることが好ましい。
【００２３】
例えば、クラッシャランＣ−４０では４０ｍｍ篩を用い、クラッシャランＣ−３０では３０ｍｍの篩を用い、クラッシャランＣ−２０では２０ｍｍの篩を用いる。裏込材、埋戻材等では１０ｍｍの篩を用いることにより、要求される粒度とすることができる。
【００２４】
本発明の石炭灰を原料とする粒状固化体の製造装置は、石炭灰に、石灰及び／又は石膏を添加剤として加え、水で混練し、成形を行い、蒸気処理にて養生を行って固化させた後、破砕することにより粒状固化体を得る粒状固化体の製造装置であって、修正塩基度（（ＣａＯ＋Ｆｅ2Ｏ3＋ＭｇＯ）／ＳｉＯ2（重量比））が０．１以上で、かつ、反応性指数（修正塩基度／（Ｒ2Ｏ／Ａｌ2Ｏ3）2（重量比））が１０以上の石炭灰を原料灰として選別する選別手段と、前記原料灰に石灰及び／又は石膏を添加して混合するとともに、混練水を添加して混練物を得る混練機と、前記混練機の前記混練物の単位重量当たりのアジテータ動力において、（水投入完了後３０〜４０秒の動力の平均値）／（空運転時の動力）比が３〜４で、水投入完了後３０〜９０秒間の混練物の単位重量当たりのアジテータ動力において、（動力の振れ幅）／（動力の平均値）比が０．１〜０．３となるように混練水の投入量を制御する制御装置と、前記ファニキュラー状態の混練物を型枠に入れて振動成形を行う振動成形機と、前記振動成形機から脱型した前記混練物を蒸気処理にて養生を行って固化体を得る養生機と、前記固化体の破砕及び粒度調整を行う粒度調整手段とを備えたことを特徴とする。
【００２５】
上記に於いて、前記振動成形機は、前記ファニキュラー状態の混練物を入れた型枠を、振幅０．１〜２ｍｍ、振動数３０〜９０回／秒で１０〜４０秒間振動させてブロック状に成形し、即時脱型を行う構成とすることが好ましい。
【００２６】
上記に於いて、前記粒度調整手段は、前記養生後の混練物を破砕する一次破砕機と、一次破砕物を粒径２５〜４０ｍｍ以上、２５〜４０ｍｍより小さく１３〜２０ｍｍ以上、及び１３〜２０ｍｍより小さい範囲の３段階の粒状物に分級する篩機と、２５〜４０ｍｍ以上の粒状物を再度一次破砕機に戻す搬送機と、１３〜２０ｍｍより小さい粒状物の４０〜６０％を破砕する二次破砕機とを備えている構成とすることが好ましい。
【００２７】
上記に於いて、前記粒度調整手段は、前記養生後の混練物を破砕する一次破砕機と、一次破砕物を粒径１０〜４０ｍｍ以上、及び１０〜４０ｍｍより小さい粒状物に分級する篩機と、１０〜４０ｍｍ以上の粒状物を破砕する二次破砕機とを備えている構成とすることが好ましい。
【００２８】
上記に於いて、前記混練機は、ロードセルを備えている構成とすることが好ましい。
【発明の効果】
【００２９】
本発明の粒状固化体の製造方法及び装置では、石炭灰の原料となる石炭の種類やボイラ運転条件によって特性が異なる石炭灰のうち、修正塩基度、反応性指数に基づいて選別した石炭灰を使用するため、石炭灰の水和反応性を精度良く予測することができ、高品質で、安全性に優れた粒状固化体を安定的に製造することができる。
【００３０】
また、石炭灰の修正塩基度、混練機のアジテータ動力の大きさ、振れ幅により、混練水量を調整するので、ファニキュラー状態の混練物を定常的に得ることができる。
【００３１】
更に、ファニキュラー状態の混練物の振動成形を行い、即時脱型することにより、加圧板を使用することなく固化体を得ることができ、経済的に有利に粒状固化体を製造することができる。
【００３２】
また、得られた固化体を一次破砕機、二次破砕機及び篩機の組み合わせによって破砕と分級とを行うので、用途に適した粒度の粒状固化体を製造することができる。
【００３３】
従って、本発明によれば、石炭灰を大量利用可能な土木資材等として利用することが可能となり、循環型社会構築に大きく寄与することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３４】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、本明細書に於いて、「％」は、特に断らない限り「重量％」を表す。
【００３５】
図１は、本発明の一実施形態に係る粒状固化体製造装置の概念模式図である。図１に示す粒状固化体製造装置はバッチ式であり、以下、工程順に説明する。まず、電気集塵機１に於いて石炭灰が採取され、電気集塵機１から石炭灰がサイロに輸送されるまでの間にその分析が行われ、その分析結果が品質制御装置１５に入力される。品質制御装置１５は入力された分析結果に基づき、修正塩基度及び反応性指数を計算し、その値に基づいてサイロ切替機１６の切換を行う。即ち、サイロ切替機１６は、修正塩基度（（ＣａＯ＋Ｆｅ2Ｏ3＋ＭｇＯ）／ＳｉＯ2（重量比））が０．１以上で、かつ、反応性指数（修正塩基度／（Ｒ2Ｏ／Ａｌ2Ｏ3）2（重量比））が１０以上の石炭灰を原料灰として原料灰サイロ２に移送し、それ以外の石炭灰を廃棄灰サイロ３に移送するように切換を行う。なお、石炭灰がサイロ切替機１６に到達するまでの間に石炭灰の分析並びに修正塩基度及び反応性指数の計算が間に合わない場合には、電気集塵機１とサイロ切替機１６との間に中間ホッパを（図示せず）を設けて石炭灰を一次的に貯留し、上記分析及び計算が終了した後に石炭灰をサイロ切替機１６の切換により原料灰サイロ２又は廃棄灰サイロ３に移送するように構成することができる。あるいは、原料灰サイロ２、廃棄灰サイロ３という区別を無くし、上記分析及び計算を待たずにサイロ２又はサイロ３に石炭灰を貯留し、分析及び計算結果が上記所定の範囲に入る石炭灰のみを原料灰として使用するように構成することもできる。本実施形態に於いては、品質制御装置１５及びサイロ切換機１６が選別手段として機能している。
【００３６】
次に、原料灰サイロ２内の原料灰は、ロードセル付き混練機８に投入され、所定量だけ秤量される。続いて、石灰ホッパ４より石灰がロードセル付き混練機８に投入されて所定量だけ秤量され、石膏ホッパ５より石膏が投入されて所定量だけ秤量される。次に、原料灰の修正塩基度に基づいて混練水が投入される。図３は石炭灰の修正塩基度に基づいて投入すべき混練水を求めるための検量線を表す図であり、この検量線は過去の運用実績に基づいて経験的に求められたものである。本実施形態では、この図３の検量線と、分析及び計算により求めた原料灰の修正塩基度とに基づいて混練水の量が決められる。検量線に基づいて求められた混練水は水タンク６よりポンプ７を用いて投入され、ロードセル付き混練機８により秤量される。その際、混練機８のアジテータ動力の値が品質制御装置１５に送られ、混練物の単位重量当たりのアジテータ動力における（水投入完了後３０〜４０秒の動力の平均値）／（空運転時の動力）比が３〜４で、水投入完了後３０〜９０秒間の混練物の単位重量当たりのアジテータ動力における（動力の振れ幅）／（動力の平均値）比が０．１〜０．３であるか否かが確認される。もし、上記２つの比が上記範囲から外れる場合には、次回のバッチに於いては上記２つの比が上記範囲に入るように混練水の投入量が調節される。もし、上記２つの比が上記範囲内にある場合には、次回のバッチにおいては前回の動力に基づいて混練水の投入量の微調整のみが行われる。これにより、安定的にファニキュラー状態の混練物を得ることができる。
【００３７】
次に、ファニキュラー状態となった混練物は、振動成形機９に供給され、振動成形された後、即時脱型される。振動成形は、加圧板を使用することなく、振幅０．１〜２ｍｍ、振動数３０〜９０回／秒で１０〜４０秒間振動を加えることにより行われる。これにより、混練物はブロック状に成形される。本実施形態では、振動成形により、混練物中に含まれる気泡を分散させること可能となり、気泡の膨張による粒状固化体の強度低下を抑制することができる。
【００３８】
次に、振動成形された混練物は養生機１０に搬入され、養生機１０内では、ファニキュラー状態の混練物は約６０℃の蒸気雰囲気に置かれ、２４〜３６時間水蒸気処理による養生が行われる。これにより、混練物は固化反応により固化体となる。
【００３９】
次に、養生機１０より搬出された固化体は、一次破砕機１１を用いて破砕される。得られた破砕物は、篩機１２により、粒径４０ｍｍ以上、４０ｍｍより小さく２０ｍｍ以上、及び２０ｍｍより小さい範囲の３段階に分級される。次に、粒径４０ｍｍ以上のものは搬送装置（図示せず）により再度一次破砕機１１に投入し、粒径２０ｍｍより小さいものを分配機１３で二分し、一方の半分を二次破砕機１４に投入して、それぞれをコンベア上に集めることにより、粒度調整砕石Ｍ−４０の粒度を満足する粒状固化体が得られる。なお、本実施形態では、一次破砕機１１と、篩機１２と、分配機１３と、搬送装置と、二次破砕機１４とによって粒度調整手段が構成されている。
【００４０】
図２は本発明の他の実施形態に係る粒状固化体製造装置の概念模式図である。図２に示す粒状固化体製造装置も、図１の粒状固化体製造装置と同様にバッチ式であり、以下、工程順に説明する。まず、電気集塵機１７に於いて石炭灰が採取され、その一部が石炭灰自動採取分析装置３４に送られる。石炭灰自動採取分析装置３４では採取した石炭灰の分析が行われ、その分析結果が品質制御装置３５に入力される。品質制御装置３５は入力された分析結果に基づき、修正塩基度及び反応性指数を計算し、その値に基づいてサイロ切替機１８の切換を行う。即ち、サイロ切替機１８は、修正塩基度（（ＣａＯ＋Ｆｅ2Ｏ3＋ＭｇＯ）／ＳｉＯ2（重量比））が０．１以上で、かつ、反応性指数（修正塩基度／（Ｒ2Ｏ／Ａｌ2Ｏ3）2（重量比））が１０以上の石炭灰を原料灰として原料灰サイロ１９に移送し、それ以外の石炭灰を廃棄灰サイロ２０に移送するように切換を行う。なお、本実施形態に於いても、石炭灰がサイロ切替機１８到達するまでの間に品質制御装置３５に於ける分析及び計算が間に合わない場合には、電気集塵機１７とサイロ切替機１８との間に中間ホッパを（図示せず）を設けて石炭灰を一次的に貯留するように構成することができ、また、上記分析及び計算を待たずにサイロ１９又はサイロ２０に石炭灰を貯留し、分析及び計算結果が上記所定の範囲に入る石炭灰のみを貯留しているサイロから石炭灰を原料灰として取り出すように構成することもできる。
【００４１】
次に、原料灰サイロ１９内の原料灰は、計量機２６に於いて所定量だけ計量され、混練機２８に投入される。続いて、石灰ホッパ２１より石灰が、石膏ホッパ２２より石膏が、それぞれ計量器２４及び２５に於いて所定量だけ計量され、混練機２８に投入される。次に、図３の検量線と、品質制御装置３５における分析及び計算により求めた原料灰の修正塩基度とに基づいて混練水の量が決められる。検量線に基づいて求められた混練水は水タンク２３よりポンプ２７を用いて混練機２８に投入される。その際、混練機２８のアジテータ動力の値が品質制御装置３５に送られ、（水投入完了後３０〜４０秒の動力の平均値）／（空運転時の動力）比が３〜４で、水投入完了後３０〜９０秒間の混練物の単位重量当たりのアジテータ動力において、（動力の振れ幅）／（動力の平均値）比が０．１〜０．３であるか否かが確認される。もし、上記２つの比が上記範囲から外れる場合には、次回のバッチに於いては上記２つの比が上記範囲に入るように混練水の投入量が調節される。もし、上記２つの比が上記範囲内にある場合には、次回のバッチにおいては前回の動力に基づいて混練水の投入量の微調整のみが行われる。これにより、安定的にファニキュラー状態の混練物を得ることができる。
【００４２】
次に、ファニキュラー状態となった混練物は、振動成形機２９に供給され、振動成形された後、即時脱型される。振動成形は、振幅０．１〜２ｍｍ、振動数３０〜９０回／秒で１０〜４０秒間振動を加えることにより行われる。これにより、混練物はブロック状に成形される。
【００４３】
次に、振動成形された混練物は養生機３０に搬入され、養生機３０内では、ファニキュラー状態の混練物は約６０℃の蒸気雰囲気に置かれ、２４〜３６時間水蒸気処理による養生が行われる。これにより、混練物は固化反応により固化体となる。
【００４４】
次に、養生機３０より搬出された養生後の固化体は、まず、一次破砕機３１で破砕される。次に、その破砕物は篩機３２で粒径４０ｍｍ以上、及び４０ｍｍより小さい範囲の２段階に分級される。次に、４０ｍｍ以上のものは二次破砕機３３に投入されて二次粉砕が行われる。この二次破砕されたものと粒径４０ｍｍより小さいものとを合わせることにより、クラッシャランＣ−４０相当の粒状固化体を得ることができる。
【実施例】
【００４５】
石炭の灰分組成により選別した石炭灰Ａ、石炭灰空気輸送管より自動での採取／分析により選別した石炭灰Ｂ、及び廃棄灰サイロ中の石炭灰を用い、粒状固化体製造試験を実施した。石炭灰Ａ、Ｂ及びＣの性状を表１に示す。
【００４６】
【表１】
【００４７】
以下の各実施例及び各比較例に於ける粒状固化体の製造条件は、表２にまとめて示した。また、各実施例及び各比較例の粒状固化体について、一軸圧縮強度、粒度調整砕石、すりへり減量、修正ＣＢＲ（Carifornia Bearing Ratio）及び有害重金属溶出試験（環境庁告示４６号）について評価を行い、その結果を表２に併せて示した。なお、一軸圧縮強度はＪＩＳ Ｒ ５２０１に従って、また、粒度調整砕石、すりへり減量及び修正ＣＢＲについては舗装試験法便覧に従って評価した。
【００４８】
（実施例１）
石炭灰Ａ３００ｋｇ、生石灰１５ｋｇ、石膏７．５ｋｇを計量機で計測後、混練機に投入した。図３に示した石炭灰の修正塩基度と適正混練水量の関係より、９０ｋｇの水を１分間で投入し、３０秒間混練を行った。その際の混練物の単位重量当たりのアジテータ動力の（水投入完了後３０〜４０秒の動力の平均値）／（空運転時の動力）比は３．４であった。更に水投入完了後３０〜９０秒間の混練物の単位重量当たりのアジテータ動力における（動力の振れ幅）／（動力の平均値）比は０．１５であった。次に、３０秒混練後に払い出し、ファニキュラー状態の混練物を振動成形機の型枠に入れ、型枠を振幅０．３ｍｍ、振動数５０回／秒で３０秒間振動させて３００×３００×２００ｍｍのブロック状に成形し、即時脱型を行った。次に、６０℃の蒸気雰囲気下で３６時間養生を行い、固化体を得た。
【００４９】
ここで、この固化体の圧縮強度を測定したところ、１５Ｎ／ｍｍ2（許容値１２Ｎ／ｍｍ2以上）であった。この固化体を衝撃式の一次破砕機で破砕し、篩機を用い、粒径４０ｍｍ以上と４０ｍｍより小さいものに分級し、４０ｍｍ以上のものを衝撃式の二次破砕機で破砕を行った後、４０ｍｍより小さいものとコンベア上で合流し、粒状固化体を得た。
【００５０】
本実施例の粒状固化体の粒度はクラッシャランＣ−４０を満足し、すりへり減量３３％（許容値５０％以下）、修正ＣＢＲ１０２％（許容値８０％以上）で、上層路盤材規格を満足した。また、溶出試験（環境庁告示４６号）による有害重金属等の溶出量は土壌環境基準を満足した。
【００５１】
次に、配合割合は上記と同じで、混練水量を９２ｋｇとして（図３の検量線を使用せずに）、２回、３回、４回の混練を行い、同上の条件で粒状固化体の製造を行った。その際の混練物の単位重量当たりのアジテータ動力における（水投入完了後３０〜４０秒の動力の平均値）／（空運転時の動力）比は３．４〜３．６、水投入完了後３０〜９０秒間の混練物の単位重量当たりのアジテータ動力における（動力の振れ幅）／（動力の平均値）比は０．１６〜０．１９であった。
【００５２】
得られた粒状固化体は、クラッシャランＣ−４０の粒度を満足し、すりへり減量は３１〜３４％、修正ＣＢＲは１００〜１０４％であり、有害重金属等の溶出量は土壌環境基準を満足した。
【００５３】
（実施例２）
ロードセル付き混練機に計量しながら逐次石炭灰Ｂ３００ｋｇ、消石灰２０ｋｇ、石膏７．５ｋｇを投入し、図３の検量線より求めた８２ｋｇの水を１分間で投入し、３０秒間混練を行った。その際の混練物の単位重量当たりのアジテータ動力の（水投入完了後３０〜４０秒の動力の平均値）／（空運転時の動力）比は３．２であった。更に水投入完了後３０〜９０秒間の混練物の単位重量当たりのアジテータ動力における（動力の振れ幅）／（動力の平均値）比は０．１６であった。次に、３０秒混練後に払い出し、ファニキュラー状態の混練物を振動成形機の型枠に入れ、型枠を振幅０．３ｍｍ、振動数５０回／秒で３０秒間振動させて３００×３００×２００ｍｍのブロック状に成形し、即時脱型を行った。次に、６０℃の蒸気雰囲気下で３６時間養生を行い、固化体を得た。
【００５４】
ここで、この固化体の圧縮強度を測定したところ、２１Ｎ／ｍｍ2であった。この固化体を衝撃式の一次破砕機で破砕し、篩機を用い、粒径４０ｍｍ以上、４０ｍｍより小さく２０ｍｍ以上、及び２０ｍｍより小さい範囲の３段階に分級し、４０ｍ以上のものを再度衝撃式の一次破砕機に戻し、２０ｍｍ以下のもの分配機で１／２に分け、その半分を二次破砕機で破砕を行った後、４０ｍｍより小さく２０ｍｍ以上のもの及び２０ｍｍより小さいもので二次破砕を行わなかったものとコンベア上で合流させることにより粒状固化体を得た。
【００５５】
本実施例の粒状固化体の粒度は粒度調整砕石Ｍ−４０を満足し、すりへり減量３０％、修正ＣＢＲ１３８％で、上層路盤材規格を満足した。また、溶出試験（環境庁告示４６号）による有害重金属等の溶出量は土壌環境基準を満足した。
【００５６】
（実施例３）
ロードセル付き混練機に計量しながら逐次石炭灰Ｂ３００ｋｇ、消石灰２０ｋｇ、石膏７．５ｋｇを投入し、図３の検量線より求めた８２ｋｇの水を１分間で投入し、３０秒間混練を行った。その際の混練物の単位重量当たりのアジテータ動力の（水投入完了後３０〜４０秒の動力の平均値）／（空運転時の動力）比は３．３であった。更に水投入完了後３０〜９０秒間の混練物の単位重量当たりのアジテータ動力における（動力の振れ幅）／（動力の平均値）比は０．１７であった。次に、３０秒混練後に払い出し、ファニキュラー状態の混練物を振動成形機の型枠に入れ、型枠を振幅０．３ｍｍ、振動数５０回／秒で３０秒間振動させて３００×３００×２００ｍｍのブロック状に成形し、即時脱型を行った。次に、６０℃の蒸気雰囲気下で３６時間養生を行い、固化体を得た。
【００５７】
ここで、この固化体の圧縮強度を測定したところ、２０Ｎ／ｍｍ2であった。この固化体を衝撃式の一次破砕機で破砕し、篩機を用い、２０ｍｍ以上、及び２０ｍｍより小さい範囲に分級し、２０ｍｍ以上のものは二次破砕機に戻して再度破砕を行い、２０ｍｍより小さいものは二次破砕機で破砕を行った後、コンベア上で合流し、粒状固化体を得た。
【００５８】
この粒状固化体の粒度は１０ｍｍ以下であった。粒状固化体の修正ＣＢＲは７１％で、埋戻材、裏込材の規格を満足した。更に、有害重金属等の溶出試験（環境庁告示４６号）による有害重金属等の溶出量は土壌環境基準を満足した。
【００５９】
（比較例１）
石炭灰Ａ３００ｋｇ、生石灰１５ｋｇ、石膏７．５ｋｇを計量機で計測後、混練機に投入した。図３に示した石炭灰の修正塩基度と適正混練水量の関係よりも少ない７９ｋｇの水を１分間で投入し、３０秒間混練を行った。その際の混練物の単位重量当たりのアジテータ動力の（水投入完了後３０〜４０秒の動力の平均値）／（空運転時の動力）比は２．２であった。更に水投入完了後３０〜９０秒間の混練物の単位重量当たりのアジテータ動力における（動力の振れ幅）／（動力の平均値）比は０．０６であった。次に、３０秒混練後に払い出し、ペンデュラー状態の混練物を振動成形機の型枠に入れ、型枠を振幅０．３ｍｍ、振動数５０回／秒で３０秒間振動させて３００×３００×２００ｍｍのブロック状に成形し、即時脱型を行った。次に、６０℃の蒸気雰囲気下で３６時間養生を行い、固化体を得た。
【００６０】
ここで、この固化体の圧縮強度を測定したところ、９Ｎ／ｍｍ2であった。この固化体を衝撃式の一次破砕機で破砕し、篩機を用い、４０ｍｍ以上と４０ｍｍより小さいものとに分級し、４０ｍｍ以上のものを衝撃式の二次破砕機で破砕を行った後、４０ｍｍより小さいものとコンベア上で合流し、粒状固化体を得した。
【００６１】
この粒状固化体の粒度はクラッシャランＣ−４０を満足したが、すりへり減量５６％、修正ＣＢＲ７５％で、上層路盤材規格を満足しなかった。また、溶出試験（環境庁告示４６号）による有害重金属等の溶出量は土壌環境基準を満足しなかった。
【００６２】
（比較例２）
石炭灰Ｃ３００ｋｇ、生石灰１５ｋｇ、石膏７．５ｋｇを計量機で計測後、混練機に投入した。図３の検量線より求めた８４ｋｇの水を１分間で投入し、３０秒間混練を行った。その際の混練物の単位重量当たりのアジテータ動力の（水投入完了後３０〜４０秒の動力の平均値）／（空運転時の動力）比は３．２であった。更に水投入完了後３０〜９０秒間の混練物の単位重量当たりのアジテータ動力における（動力の振れ幅）／（動力の平均値）比は０．１７であった。次に、３０秒混練後に払い出し、ファニキュラー状態の混練物を振動成形機の型枠に入れ、型枠を振幅０．３ｍｍ、振動数５０回／秒で３０秒間振動させて３００×３００×２００ｍｍのブロック状に成形し、即時脱型を行った。次に、６０℃の蒸気雰囲気下で３６時間養生を行い、固化体を得た。
【００６３】
ここで、この固化体の圧縮強度を測定したところ、７Ｎ／ｍｍ2であった。この固化体を衝撃式の一次破砕機で破砕し、篩機を用い、粒径４０ｍｍ以上、４０ｍｍより小さく２０ｍｍ以上、及び２０ｍｍより小さい範囲の３段階に分級し、４０ｍｍ以上を一次破砕機に戻して再度破砕を行い、２０ｍｍ以下のものを分配機で１／２に分け、その半分を二次破砕機で破砕を行った後、コンベア上で合流し、粒状固化体を得た。
【００６４】
この粒状固化体の粒度は粒度調整砕石Ｍ−４０を満足したが、すりへり減量５９％、修正ＣＢＲ６８％で、上層路盤材規格を満足しなかった。また、溶出試験（環境庁告示４６号）による有害重金属等の溶出量は土壌環境基準を満足しなかった。
【００６５】
（比較例３）
ロードセル付き混練機に計量しながら逐次石炭灰Ｂ３００ｋｇ、消石灰２０ｋｇ、石膏７．５ｋｇを投入し、図３の検量線より求めた８４ｋｇの水を１分間で投入し、３０秒間混練を行った。その際の混練物の単位重量当たりのアジテータ動力の（水投入完了後３０〜４０秒の動力の平均値）／（空運転時の動力）比は３．３であった。更に水投入完了後３０〜９０秒間の混練物の単位重量当たりのアジテータ動力における（動力の振れ幅）／（動力の平均値）比は０．１５であった。次に、３０秒混練後に払い出し、ファニキュラー状態の混練物を従来より公知の低圧振動成形機の型枠に入れ、低圧振動成形を行ったところ、即時脱型時に加圧板に成形体が付着し、そのために成形体を以後のプロセスに送って固化体とすることができなかった。
【００６６】
（実施例４）
実施例２の固化体を衝撃式の一次破砕機で破砕し、篩機を用い、粒径４０ｍｍ以上、４０ｍｍより小さく２０ｍｍ以上、及び２０ｍｍより小さい範囲の３段階に分級し、４０ｍｍ以上のものを再度一次破砕機に戻し、２０ｍｍ以下のものを分配機で１：４に分け、多い方（４／５）を二次破砕機で破砕を行った後、コンベア上で合流し、粒状固化体を得た。粒状固化体の粒度は粒度調整砕石Ｍ−４０をほぼ満足したが、バッチによってＭ−４０を満足しない場合があった。
【００６７】
【表２】
【産業上の利用可能性】
【００６８】
本発明の石炭灰を原料とする粒状固化体の製造方法及び装置によれば、有害金属の溶出がなく、十分な強度を有する粒状固化体が得られるので、路盤材、盛土材、埋戻材、裏込材、地盤改良材、温室や床下の調湿材等の分野で利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１】本発明の一実施形態に係る粒状固化体製造装置の概念模式図である。
【図２】本発明の他の実施形態に係る粒状固化体製造装置の概念模式図である。
【図３】石炭灰の修正塩基度と投入すべき混練水の量との関係を示す検量線を表す図である。
【符号の説明】
【００７０】
１，１７ 電気集塵機
２，１９ 原料灰サイロ
３，２０ 廃棄灰サイロ
４，２１ 石灰ホッパ
５，２２ 石膏ホッパ
６，２３ 水タンク
７，２７ ポンプ
８ ロードセル付き混練機
９，２９ 振動成形機
１０，３０ 養生機
１１，３１ 一次破砕機
１２，３２ 篩機
１３ 分配機
１４，３３ 二次破砕機
１５，３５ 品質制御装置
１６，１８ サイロ切替機
２４，２５，２６ 計量機
２８ 混練機
３４ 石炭灰自動採取分析装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
石炭灰に、石灰及び／又は石膏を添加剤として加え、水で混練し、成形を行い、蒸気処理にて養生を行って固化させた後、破砕することにより粒状固化体を得る粒状固化体の製造方法であって、
修正塩基度（（ＣａＯ＋Ｆｅ2Ｏ3＋ＭｇＯ）／ＳｉＯ2（重量比））が０．１以上で、かつ、反応性指数（修正塩基度／（Ｒ2Ｏ／Ａｌ2Ｏ3）2（重量比））が１０以上の石炭灰を原料灰として使用する粒状固化体の製造方法。
【請求項２】
石炭灰に、石灰及び／又は石膏を添加剤として加え、水で混練し、成形を行い、蒸気処理にて養生を行って固化させた後、破砕することにより粒状固化体を得る粒状固化体の製造方法であって、
（ａ）修正塩基度（（ＣａＯ＋Ｆｅ2Ｏ3＋ＭｇＯ）／ＳｉＯ2（重量比））が０．１以上で、かつ、反応性指数（修正塩基度／（Ｒ2Ｏ／Ａｌ2Ｏ3）2（重量比））が１０以上の石炭灰を原料灰として選別する工程と、
（ｂ）前記原料灰に石灰及び／又は石膏を添加して混合する工程と、
（ｃ）前記混合物に混練水を添加し混練機を用いて混練物を得る工程であって、前記混練機の前記混練物の単位重量当たりのアジテータ動力において、（水投入完了後３０〜４０秒の動力の平均値）／（空運転時の動力）比が３〜４で、水投入完了後３０〜９０秒間の混練物の単位重量当たりのアジテータ動力において、（動力の振れ幅）／（動力の平均値）比が０．１〜０．３となるように混練水の投入量を制御してファニキュラー状態の混練物を得る工程と、
（ｄ）前記ファニキュラー状態の混練物を型枠に入れて振動成形を行った後、脱型して成形を行う工程と、
（ｅ）蒸気処理にて養生を行って固化体を得る工程と、
（ｆ）前記固化体の破砕及び粒度調整を行う工程と
を包含する粒状固化体の製造方法。
【請求項３】
前記（ｂ）工程で得られた前記混合物に、前記石炭灰の修正塩基度に基づいて定めた混練水を用いて前記混練機に於いて混練を行うことにより、前記混練機の前記混練物の単位重量当たりのアジテータ動力に於ける（水投入完了後３０〜４０秒の動力の平均値）／（空運転時の動力）比が３〜４となり、かつ、水投入完了後３０〜９０秒間の混練物の単位重量当たりのアジテータ動力に於ける（動力の振れ幅）／（動力の平均値）比が０．１〜０．３となる混練水の投入量を予め求める工程を更に包含し、
該求めた投入量の混練水を前記（ｃ）工程に於いて用いる請求項２記載の粒状固化体の製造方法。
【請求項４】
前記（ｄ）工程に於いて、前記ファニキュラー状態の混練物を型枠に入れ、振幅０．１〜２ｍｍ、振動数３０〜９０回／秒で１０〜４０秒間振動させてブロック状に成形し、即時脱型を行う請求項２又は３に記載の粒状固化体の製造方法。
【請求項５】
前記（ｆ）工程に於いて、養生後の固化体の一次破砕を行った後、粒径２５〜４０ｍｍ以上、２５〜４０ｍｍより小さく１３〜２０ｍｍ以上、及び１３〜２０ｍｍより小さい範囲の３段階の粒状物に分級し、２５〜４０ｍｍ以上の粒状物を再度破砕するとともに、１３〜２０ｍｍより小さい粒状物の４０〜６０％の二次破砕を行った後、全体を混合して粒状固化体を得る請求項２乃至４の何れかに記載の粒状固化体の製造方法。
【請求項６】
前記（ｆ）工程に於いて、養生後の固化体の一次破砕を行った後、粒径１０〜４０ｍｍ以上、及び１０〜４０ｍｍより小さい粒状物に分級し、１０〜４０ｍｍ以上の粒状物を二次破砕した後、全体を混合して粒状固化体を得る請求項２乃至４の何れかに記載の粒状固化体の製造方法。
【請求項７】
石炭灰に、石灰及び／又は石膏を添加剤として加え、水で混練し、成形を行い、蒸気処理にて養生を行って固化させた後、破砕することにより粒状固化体を得る粒状固化体の製造装置であって、
修正塩基度（（ＣａＯ＋Ｆｅ2Ｏ3＋ＭｇＯ）／ＳｉＯ2（重量比））が０．１以上で、かつ、反応性指数（修正塩基度／（Ｒ2Ｏ／Ａｌ2Ｏ3）2（重量比））が１０以上の石炭灰を原料灰として選別する選別手段と、
前記原料灰に石灰及び／又は石膏を添加して混合するとともに、混練水を添加して混練物を得る混練機と、
前記混練機の前記混練物の単位重量当たりのアジテータ動力において、（水投入完了後３０〜４０秒の動力の平均値）／（空運転時の動力）比が３〜４で、水投入完了後３０〜９０秒間の混練物の単位重量当たりのアジテータ動力において、（動力の振れ幅）／（動力の平均値）比が０．１〜０．３となるように混練水の投入量を制御する制御装置と、
前記ファニキュラー状態の混練物を型枠に入れて振動成形を行う振動成形機と、
前記振動成形機から脱型した前記混練物を蒸気処理にて養生を行って固化体を得る養生機と、
前記固化体の破砕及び粒度調整を行う粒度調整手段と
を備えた粒状固化体の製造装置。
【請求項８】
前記振動成形機は、前記ファニキュラー状態の混練物を入れた型枠を、振幅０．１〜２ｍｍ、振動数３０〜９０回／秒で１０〜４０秒間振動させてブロック状に成形し、即時脱型を行う請求項７記載の粒状固化体の製造装置。
【請求項９】
前記粒度調整手段は、前記養生後の混練物を破砕する一次破砕機と、一次破砕物を粒径２５〜４０ｍｍ以上、２５〜４０ｍｍより小さく１３〜２０ｍｍ以上、及び１３〜２０ｍｍより小さい範囲の３段階の粒状物に分級する篩機と、２５〜４０ｍｍ以上の粒状物を再度一次破砕機に戻す搬送機と、１３〜２０ｍｍより小さい粒状物の４０〜６０％を破砕する二次破砕機とを備えている請求項７又は８に記載の粒状固化体の製造装置。
【請求項１０】
前記粒度調整手段は、前記養生後の混練物を破砕する一次破砕機と、一次破砕物を粒径１０〜４０ｍｍ以上、及び１０〜４０ｍｍより小さい粒状物に分級する篩機と、１０〜４０ｍｍ以上の粒状物を破砕する二次破砕機とを備えている請求項７又は８に記載の粒状固化体の製造装置。
【請求項１１】
前記混練機は、ロードセルを備えている請求項７乃至１０の何れかに記載の粒状固化体の製造装置。
【請求項１】
石炭灰に、石灰及び／又は石膏を添加剤として加え、水で混練し、成形を行い、蒸気処理にて養生を行って固化させた後、破砕することにより粒状固化体を得る粒状固化体の製造方法であって、
修正塩基度（（ＣａＯ＋Ｆｅ2Ｏ3＋ＭｇＯ）／ＳｉＯ2（重量比））が０．１以上で、かつ、反応性指数（修正塩基度／（Ｒ2Ｏ／Ａｌ2Ｏ3）2（重量比））が１０以上の石炭灰を原料灰として使用する粒状固化体の製造方法。
【請求項２】
石炭灰に、石灰及び／又は石膏を添加剤として加え、水で混練し、成形を行い、蒸気処理にて養生を行って固化させた後、破砕することにより粒状固化体を得る粒状固化体の製造方法であって、
（ａ）修正塩基度（（ＣａＯ＋Ｆｅ2Ｏ3＋ＭｇＯ）／ＳｉＯ2（重量比））が０．１以上で、かつ、反応性指数（修正塩基度／（Ｒ2Ｏ／Ａｌ2Ｏ3）2（重量比））が１０以上の石炭灰を原料灰として選別する工程と、
（ｂ）前記原料灰に石灰及び／又は石膏を添加して混合する工程と、
（ｃ）前記混合物に混練水を添加し混練機を用いて混練物を得る工程であって、前記混練機の前記混練物の単位重量当たりのアジテータ動力において、（水投入完了後３０〜４０秒の動力の平均値）／（空運転時の動力）比が３〜４で、水投入完了後３０〜９０秒間の混練物の単位重量当たりのアジテータ動力において、（動力の振れ幅）／（動力の平均値）比が０．１〜０．３となるように混練水の投入量を制御してファニキュラー状態の混練物を得る工程と、
（ｄ）前記ファニキュラー状態の混練物を型枠に入れて振動成形を行った後、脱型して成形を行う工程と、
（ｅ）蒸気処理にて養生を行って固化体を得る工程と、
（ｆ）前記固化体の破砕及び粒度調整を行う工程と
を包含する粒状固化体の製造方法。
【請求項３】
前記（ｂ）工程で得られた前記混合物に、前記石炭灰の修正塩基度に基づいて定めた混練水を用いて前記混練機に於いて混練を行うことにより、前記混練機の前記混練物の単位重量当たりのアジテータ動力に於ける（水投入完了後３０〜４０秒の動力の平均値）／（空運転時の動力）比が３〜４となり、かつ、水投入完了後３０〜９０秒間の混練物の単位重量当たりのアジテータ動力に於ける（動力の振れ幅）／（動力の平均値）比が０．１〜０．３となる混練水の投入量を予め求める工程を更に包含し、
該求めた投入量の混練水を前記（ｃ）工程に於いて用いる請求項２記載の粒状固化体の製造方法。
【請求項４】
前記（ｄ）工程に於いて、前記ファニキュラー状態の混練物を型枠に入れ、振幅０．１〜２ｍｍ、振動数３０〜９０回／秒で１０〜４０秒間振動させてブロック状に成形し、即時脱型を行う請求項２又は３に記載の粒状固化体の製造方法。
【請求項５】
前記（ｆ）工程に於いて、養生後の固化体の一次破砕を行った後、粒径２５〜４０ｍｍ以上、２５〜４０ｍｍより小さく１３〜２０ｍｍ以上、及び１３〜２０ｍｍより小さい範囲の３段階の粒状物に分級し、２５〜４０ｍｍ以上の粒状物を再度破砕するとともに、１３〜２０ｍｍより小さい粒状物の４０〜６０％の二次破砕を行った後、全体を混合して粒状固化体を得る請求項２乃至４の何れかに記載の粒状固化体の製造方法。
【請求項６】
前記（ｆ）工程に於いて、養生後の固化体の一次破砕を行った後、粒径１０〜４０ｍｍ以上、及び１０〜４０ｍｍより小さい粒状物に分級し、１０〜４０ｍｍ以上の粒状物を二次破砕した後、全体を混合して粒状固化体を得る請求項２乃至４の何れかに記載の粒状固化体の製造方法。
【請求項７】
石炭灰に、石灰及び／又は石膏を添加剤として加え、水で混練し、成形を行い、蒸気処理にて養生を行って固化させた後、破砕することにより粒状固化体を得る粒状固化体の製造装置であって、
修正塩基度（（ＣａＯ＋Ｆｅ2Ｏ3＋ＭｇＯ）／ＳｉＯ2（重量比））が０．１以上で、かつ、反応性指数（修正塩基度／（Ｒ2Ｏ／Ａｌ2Ｏ3）2（重量比））が１０以上の石炭灰を原料灰として選別する選別手段と、
前記原料灰に石灰及び／又は石膏を添加して混合するとともに、混練水を添加して混練物を得る混練機と、
前記混練機の前記混練物の単位重量当たりのアジテータ動力において、（水投入完了後３０〜４０秒の動力の平均値）／（空運転時の動力）比が３〜４で、水投入完了後３０〜９０秒間の混練物の単位重量当たりのアジテータ動力において、（動力の振れ幅）／（動力の平均値）比が０．１〜０．３となるように混練水の投入量を制御する制御装置と、
前記ファニキュラー状態の混練物を型枠に入れて振動成形を行う振動成形機と、
前記振動成形機から脱型した前記混練物を蒸気処理にて養生を行って固化体を得る養生機と、
前記固化体の破砕及び粒度調整を行う粒度調整手段と
を備えた粒状固化体の製造装置。
【請求項８】
前記振動成形機は、前記ファニキュラー状態の混練物を入れた型枠を、振幅０．１〜２ｍｍ、振動数３０〜９０回／秒で１０〜４０秒間振動させてブロック状に成形し、即時脱型を行う請求項７記載の粒状固化体の製造装置。
【請求項９】
前記粒度調整手段は、前記養生後の混練物を破砕する一次破砕機と、一次破砕物を粒径２５〜４０ｍｍ以上、２５〜４０ｍｍより小さく１３〜２０ｍｍ以上、及び１３〜２０ｍｍより小さい範囲の３段階の粒状物に分級する篩機と、２５〜４０ｍｍ以上の粒状物を再度一次破砕機に戻す搬送機と、１３〜２０ｍｍより小さい粒状物の４０〜６０％を破砕する二次破砕機とを備えている請求項７又は８に記載の粒状固化体の製造装置。
【請求項１０】
前記粒度調整手段は、前記養生後の混練物を破砕する一次破砕機と、一次破砕物を粒径１０〜４０ｍｍ以上、及び１０〜４０ｍｍより小さい粒状物に分級する篩機と、１０〜４０ｍｍ以上の粒状物を破砕する二次破砕機とを備えている請求項７又は８に記載の粒状固化体の製造装置。
【請求項１１】
前記混練機は、ロードセルを備えている請求項７乃至１０の何れかに記載の粒状固化体の製造装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２００８−１０４９４１（Ｐ２００８−１０４９４１Ａ）
【公開日】平成２０年５月８日（２００８．５．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−２８９６０２（Ｐ２００６−２８９６０２）
【出願日】平成１８年１０月２５日（２００６．１０．２５）
【出願人】（５００２１３４１０）カワサキプラントシステムズ株式会社 (25)
【出願人】（００００００９７４）川崎重工業株式会社 (1,710)
【出願人】（５９８１３２０４８）財団法人 石炭エネルギーセンター (8)
【出願人】（５９０００２４８２）株式会社ＮＩＰＰＯコーポレーション (130)
【出願人】（５９２０５６８６１）鳴門塩業株式会社 (1)
【出願人】（０００１５６９３８）関西電力株式会社 (1,442)
【出願人】（０００２４１９５７）北海道電力株式会社 (78)
【出願人】（５９１０８５８３５）沖縄電力株式会社 (10)
【出願人】（０００２１７６８６）電源開発株式会社 (207)
【出願人】（０００００３６８７）東京電力株式会社 (2,580)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年５月８日（２００８．５．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年１０月２５日（２００６．１０．２５）
【出願人】（５００２１３４１０）カワサキプラントシステムズ株式会社 (25)
【出願人】（００００００９７４）川崎重工業株式会社 (1,710)
【出願人】（５９８１３２０４８）財団法人 石炭エネルギーセンター (8)
【出願人】（５９０００２４８２）株式会社ＮＩＰＰＯコーポレーション (130)
【出願人】（５９２０５６８６１）鳴門塩業株式会社 (1)
【出願人】（０００１５６９３８）関西電力株式会社 (1,442)
【出願人】（０００２４１９５７）北海道電力株式会社 (78)
【出願人】（５９１０８５８３５）沖縄電力株式会社 (10)
【出願人】（０００２１７６８６）電源開発株式会社 (207)
【出願人】（０００００３６８７）東京電力株式会社 (2,580)
【Ｆターム（参考）】
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