【課題】 所望するサイズや形状さらには硬度や強度を備え、鉄製壁面等の塗料や錆を落とすために吹きつけるに好適な研掃材を製造できるようにすること。
【解決手段】 石炭火力発電所で発生した石炭飛灰７を原料にして粘結剤８を混ぜ、その混練物を平板状に成形し、その成形物を乾燥する事前処理を施す。そして、粉粒状の還元剤１８と、石炭飛灰を還元溶融して溶融スラグを生成したならば溶融スラグのＭｇＯ含有量が５％ないし２０％までの範囲における目標含有率に近づくような量のＭｇＯ含有物１９とを用いて、石炭飛灰を溶融還元する。その溶融スラグを鋳造し、高い温度を保有した状態にある鋳造スラグを破砕し、生じた鋳造スラグ微小片２４ａを８００℃ないし９００℃の雰囲気下で転動させ、再結晶化・残留内部歪の除去をすると共に破砕時に生じた尖鋭部の先端を丸める熱処理工程とを経て、組織の緻密な再結晶化した研掃材を生成させる。
［代表図面］

【発行国】日本国特許庁（ＪＰ）
【公報種別】公開特許公報（Ａ）
【公開番号】特開２０００−７６９（Ｐ２０００−７６９Ａ）
【公開日】平成１２年１月７日（２０００．１．７）
【発明の名称】研掃材および研掃材の製造法
【国際特許分類第７版】
　B24C 11/00

【ＦＩ】
　B24C 11/00 D
　Z
【審査請求】未請求
【請求項の数】９
【出願形態】ＦＤ
【全頁数】１１
【出願番号】特願平１０−１８１６５２
【出願日】平成１０年６月１２日（１９９８．６．１２）
【出願人】（５９１０７１８０５）ラサ商事株式会社
【発明者】
【代理人】弁理士（１０００８４５９３）（外１名）
【請求項１】
　鉄製壁面等の塗料や錆を落とすために吹きつけられる研掃材が、石炭火力発電所等で発生した石炭飛灰を原料にして製造されていることを特徴とする研掃材。
【請求項２】
　石炭火力発電所等で発生した石炭飛灰を原料として、鉄製壁面等の塗料や錆を落とすために吹きつけられる研掃材を製造することを特徴とする研掃材の製造法。
【請求項３】
　請求項２の研掃材の製造法において、無機質の非熱分解性粘結剤を前記石炭飛灰に混ぜ、この混練物を平板状に成形し、その成形物を乾燥する事前処理工程を有することを特徴とする研掃材の製造法。
【請求項４】
　請求項３の研掃材の製造法において、粉粒状の還元剤と、前記石炭飛灰を還元溶融して溶融スラグを生成したならば該溶融スラグのＭｇＯ含有量が５％ないし２０％までの範囲における目標含有率もしくはそれに極めて近似した含有率となるような量のＭｇＯ含有物とを用いることにより、前記事前処理された石炭飛灰中のＦｅ系酸化物を溶融還元して溶融銑鉄を生成すると共に、Ｆｅ系金属を可及的に含まない溶融スラグを生成して前記溶融銑鉄の上部に滞留させる還元溶融工程と、前記溶融銑鉄とは独立して出滓された溶融スラグを金型に流し、板状の鋳造スラグを成形する鋳造工程と、上記鋳造スラグを金型から離型した後に、高い温度を保有した状態にある鋳造スラグを砕く破砕工程と、破砕により生じた鋳造スラグ微小片を８００℃ないし９００℃の雰囲気下で転動させ、該鋳造スラグ微小片中に残留する非晶質部分を再結晶化させ、鋳造スラグ微小片の残留内部歪を除去すると共に破砕時に生じた尖鋭部の先端を丸める熱処理工程と、を有して、組織の緻密な再結晶化した研掃材を生成させることを特徴とする研掃材の製造法。
【請求項５】
　請求項２の研掃材の製造法において、前記石炭飛灰を還元溶融して溶融スラグを生成したならば該溶融スラグのＭｇＯ含有量が５％ないし２０％までの範囲における目標含有率もしくはそれに極めて近似した含有率となるような量のＭｇＯ含有物と、無機質の非熱分解性粘結剤とを前記石炭飛灰に添加して混練し、この混練物を平板状に成形し、その成形物を乾燥する事前処理工程を有することを特徴とする研掃材の製造法。
【請求項６】
　請求項３または請求項５の事前処理工程において粉末状の還元剤を添加しておくことを特徴とする研掃材の製造法。
【請求項７】
　前記粘結剤は、糖蜜であることを特徴とする請求項３ないし請求項５のいずれか一項に記載された研掃材の製造法。
【請求項８】
　前記平板状の成形物は１０ｍｍないし２０ｍｍの厚みとされることを特徴とする請求項３ないし請求項５のいずれか一項に記載された研掃材の製造法。
【請求項９】
　請求項３ないし請求項５のいずれか一項に記載された研掃材の製造法により製造された研掃材を鉄製壁面等に吹きつけた後に塗料や鉄錆と共に回収し、該回収物をキルンに投入して含有塗料等の可燃物を焼却する一次事前処理を施した後に、研掃材を再生することを特徴とする研掃材の製造法。
【０００１】
【発明の属する技術分野】
　本発明は研掃材および研掃材の製造法に係り、詳しくは、鉄製壁面等の塗料や錆を落とすために好適なサイズ、形状、硬度、強度を備えた研掃材とその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
　石炭火力発電所、製鉄工場その他の各種工場等における建屋の壁外面が鉄材である場合、しばしばその壁面にダストが付着したり鉄錆が発生する。この壁面の汚れや錆さらには塗料等を取り除くことが要求されるときには、１ｍｍ前後の粒状の研掃材（ブラスター）が吹きつけられる。
【０００３】
　ところで、研掃材を吹きつけることによって壁面の地肌に疵が生じるのは好ましくなく、したがって硬いが丸いものがよいと言われている。研掃材としては、ざくろ石（鉄鉱石）や珪砂が従前から使用されるが、その最たるものは金剛砂で知られているアルミナである。
【０００４】
　ざくろ石は研掃材に要求される硬度を確保できる利点がある反面、所望サイズを得るために砕いたときどうしても鋭い角が残る。それゆえ、尖った小さな角部などが壁面にピンホールを発生させることになり、再塗装しても塗料による表面の保護が充分に得られなくなる。
【０００５】
　珪砂は角が少ないが、砕いたときに多量の粉が発生して研掃材として使用できる量に限りがある。アルミナは純粋なＡｌ₂ Ｏ₃ の結晶であり、硬度も高く利点はあるが極めて高価である。研掃材は壁面平米あたり２０ｋｇ前後も消費されると言われているので、産業廃棄物等の自然界に大量に存在しないものから製造する場合でも、大量生産できることが望まれる。
【０００６】
　研掃材の製造法の一つに溶融スラグを風砕する方法がある。金属精錬したとき発生する溶融スラグを、回転する水冷ドラムに高圧の空気で吹き込む。空気で飛散した溶融スラグが冷却ドラム内面に接触すると粒状に固化したスラグが得られる。これを篩にかけて所望の粒度に揃えたものが研掃材に供される。
【０００７】
　しかし、風砕するときの人為的な粒度調節は容易なことでなく、したがって使用可能な研掃材としては高々２０％にすぎず、極めて歩留りの悪い製造法となってしまい、ひいては高価な研掃材となる。なお、風砕法によれば粒が丸みを帯びるので硬いものとしなければ研掃材としての効果を発揮し得ない。その場合、粒の大きい風砕品も研掃材に供しようとすれば砕かなければならなくなるが、粉化するので研掃材とはなり得なくなる。
【０００８】
　このようなことから、金属精錬スラグに代えて大量に発生するごみを焼却した灰を溶融させた溶融スラグを研掃材の原料とすることが最近検討されつつある。ごみ焼却炉灰の組成の代表例を表１に記載するが、研掃材を脆いものとしてしまうＦｅ₂ Ｏ₃ が２％ないし４％と少なく好都合である。
【表１】


【０００９】
　その反面、研掃材の硬度を高めることに寄与するＡｌ₂ Ｏ₃ が流動床焼却炉の灰では５％ないし８％、ストーカ式焼却炉では１３％前後しか存在しない。したがって、このような焼却炉灰をそのまま溶融して生成されたスラグから製造しても、研掃材として満足の得られるものとはなりがたい。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
　ところで、ごみ焼却灰を溶融して得られたスラグから人工の砂利や砂を生成する技術が、現在までに多数提案されている。そのような技術のうち、電気溶融炉によって焼却灰を還元溶融して人工岩石等を製造する方法や装置が、例えば特開平９−１５６９９１号公報に記載されている。
【００１１】
　その処理法においては、焼却灰の組成を予め把握しておき、特殊構造の電気溶融炉を使用して焼却灰中のＦｅ系酸化物を還元して生成された溶融銑鉄を滞留させ、他の重金属類および還元可能な酸化物類を還元して生じた元素を溶融銑鉄中に溶解させると共に、ガス含有率が極めて低く重金属類等を可及的に含まない溶融スラグを生成して溶融銑鉄の上部に滞留させるようにしている。
【００１２】
　このようにして焼却灰中の金属元素を溶融スラグに混在させないようにしているので、有害金属を含まずまた人工岩石化した場合の脆弱化を回避することができるようになっている。そして、ＣａＯ−ＳｉＯ₂ −Ａｌ₂ Ｏ₃ の三元系溶融スラグから緻密な組織の岩石等を得るため、焼却灰にＭｇＯ含有物を適度に添加して可及的に低融点における共晶凝固を実現するＣａＯ−ＳｉＯ₂ −Ａｌ₂ Ｏ₃ −ＭｇＯの四元系スラグの生成を実現している。
【００１３】
　この処理法を研掃材の製造に適用しようとする場合、原料として投入される焼却灰のＡｌ₂ Ｏ₃ 含有率の高いことが要求されることになる。すなわちＭｇＯを添加することによってＡｌ₂ Ｏ₃ の含有率が低下しても、四元系を維持することができるに充分なＡｌ₂ Ｏ₃ が確保されねばならない。しかし、先に表１で示した焼却炉灰においては元来Ａｌ₂ Ｏ₃ が少なく、したがって共晶凝固点の範囲を拡大することができる四元系スラグが得がたくなる欠点がある。
【００１４】
　本発明は上記の技術的背景に鑑みなされたもので、その目的は、好適なサイズや形状さらには望ましい硬度、強度を備えた研掃材を製造できるようにすることである。そして、原料中に含まれるＦｅ系酸化物を除去すれば三元系となるスラグを四元系化することによって共晶凝固範囲を拡大することができる好適な原料を見いだし、それをもってして研掃材を製造し、またそれを製造する方法を提供することである。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
　請求項１に係る発明は、図１を参照して、鉄製壁面等の塗料や錆を落とすために吹きつけられる研掃材６が、石炭火力発電所等で発生した石炭飛灰７を原料にして製造されていることである。
【００１６】
　請求項２に記載の研掃材の製造法の発明は、石炭火力発電所等で発生した石炭飛灰７を原料として、鉄製壁面等の塗料や錆を落とすために吹きつけられる研掃材６を製造することである。
【００１７】
　請求項３に記載の研掃材の製造法の発明は、無機質の非熱分解性粘結剤８を石炭飛灰７に混ぜ、この混練物を平板状に成形し、その成形物を乾燥する事前処理工程を有することである。
【００１８】
　請求項４に記載の研掃材の製造法の発明は、粉粒状の還元剤１８と、石炭飛灰７を還元溶融して溶融スラグ１５を生成したならば、溶融スラグのＭｇＯ含有量が５％ないし２０％までの範囲における目標含有率もしくはそれに極めて近似した含有率となるような量のＭｇＯ含有物１９とを用いることにより、事前処理された石炭飛灰中のＦｅ系酸化物を溶融還元して溶融銑鉄１４（図５を参照）を生成すると共に、Ｆｅ系金属を可及的に含まない溶融スラグ１５を生成して溶融銑鉄の上部に滞留させる還元溶融工程と、溶融銑鉄１４とは独立して出滓された溶融スラグ１５を金型に流し、板状の鋳造スラグ２２を成形する鋳造工程と、その鋳造スラグを金型から離型した後に、高い温度を保有した状態にある鋳造スラグを砕く破砕工程と、破砕により生じた鋳造スラグ微小片２４ａを８００℃ないし９００℃の雰囲気下で転動させ、鋳造スラグ微小片中に残留する非晶質部分を再結晶化させ、鋳造スラグ微小片の残留内部歪を除去すると共に破砕時に生じた尖鋭部の先端を丸める熱処理工程とを有して、組織の緻密な再結晶化した研掃材を生成させるようにしたことである。
【００１９】
　請求項５の発明は、石炭飛灰７を還元溶融して溶融スラグ１５を生成したならば溶融スラグのＭｇＯ含有量が５％ないし２０％までの範囲における目標含有率もしくはそれに極めて近似した含有率となるような量のＭｇＯ含有物１９と、無機質の非熱分解性粘結剤８とを石炭飛灰７に添加して混練し、この混練物を平板状に成形し、その成形物を乾燥する事前処理工程を有することである。
【００２０】
　請求項６の発明は、事前処理工程において粉末状の還元剤１８を添加しておくことである。
【００２１】
　請求項７の発明は、粘結剤８として糖蜜を使用することである。
【００２２】
　請求項８の発明は、平板状の成形物を１０ｍｍないし２０ｍｍの厚みとしておくことである。
【００２３】
　請求項９の発明は、上記いずれかの発明により製造された研掃材６を鉄製壁面等に吹きつけた後に塗料や鉄錆と共に回収し、その回収物をキルンに投入して含有塗料等の可燃物を焼却する一次事前処理を施し、研掃材６を再生することである。
【００２４】
【発明の効果】
　本発明に係る研掃材によれば、石炭火力発電所等で発生した石炭飛灰を原料にして、鉄製壁面等の塗料や錆を落とすために吹きつけられる研掃材を得ることができる。したがって、使途に多様性のなかった石炭飛灰物を、研掃材としてもリサイクルすることができるようになる。
【００２５】
　請求項２の研掃材の製造法の発明においては、研掃材を石炭火力発電所等で発生した石炭飛灰を原料として製造すると、製造の際に若干の事前処理を施す必要があるにしても、ごみ焼却灰のように揮発性物質や低沸点塩化物等を含むことはほとんどなく、事前処理が簡易化される。しかも、有害金属も極めて少なく、研掃材を製造する際に生じる溶融銑鉄も可及的に純粋なものとなる。
【００２６】
　請求項３においては、無機質の非熱分解性粘結剤が石炭飛灰に混ぜられるので細かい粉の石炭飛灰の性状を変えて、その取り扱いを容易なものとすることができる。さらに混練物を平板状に成形し、その成形物を乾燥するようにもしているので、以後の還元溶融も円滑に進めることができる。
【００２７】
　請求項４によれば、還元溶融工程と鋳造工程と破砕工程と熱処理工程とを経て研掃材を製造するので、研掃材にふさわしい組織の緻密な再結晶化したものを得ることができる。そして、鉄製壁面等の塗料や錆を落とすために好適なサイズ、鋭くはないが角がある形状、所望する硬度や強度を備えたものとなる。
【００２８】
　請求項５の発明によれば、溶融スラグのＭｇＯ含有量を５％ないし２０％までの範囲における目標含有率もしくはそれに極めて近似した含有率となるように予め事前処理されるので、電気溶融炉への装入形態を単純化することができる。
【００２９】
　請求項６においても、事前処理工程において粉末状の還元剤を添加しておくことになるので、電気溶融炉の装入物の取り扱いが容易となる。
【００３０】
　請求項７の発明によれば、粘結剤として糖蜜を使用するので、微粉状の石炭飛灰の集合体化が図りやすくなる。糖蜜は主としてカーボン質であり、還元溶融に障害を与えることもなく、却って還元剤としても機能させることができるようになる。
【００３１】
　請求項８によれば、混練物を１０ｍｍないし２０ｍｍの厚みの平板状とするので、以後の乾燥工程における乾燥を促進させることが可能となる。
【００３２】
　請求項９の発明によれば、使用済みの研掃材を再度研掃材に再生することができる。回収した研掃材に混入する鉄錆は溶融銑鉄として回収される。塗料はキルンで一次事前処理して焼却されるので、電気溶融炉の操業が妨げられることもない。
【００３３】
【発明の実施の形態】
　以下に、本発明に係る研掃材および研掃材の製造法を、その実施の形態を表した図面等をもとに詳細に説明する。図１は研掃材製造システムの例であり、その主たる構成は、事前処理設備１、還元溶融設備２、鋳造設備３、破砕設備４、熱処理設備５とからなる。
【００３４】
　これは、組織の緻密な再結晶化した研掃材６を生成させることを目的としており、事前処理設備１においては原料に粘結剤を添加して混ぜる混練工程１Ａ、混練物を平板状に成形する圧縮平板化工程１Ｂ、成形物の水分を除去する乾燥工程１Ｃを含み、以後還元溶融し、鋳造し、鋳造物を熱間破砕し、篩分け、熱処理されるようになっている。
【００３５】
　ところで、研掃材は鉄製壁面等の塗料や錆を落とすためのものであり、その好適なサイズすなわち粒度は１ｍｍないし２ｍｍであることがよく知られている。その形状は角のほとんどない丸いものよりは個々の粒に多少の角の立っているものがよい。しかし、作業対象面に疵をつけないようにするためにもその角は尖鋭なものでないことが好ましい。そして、研掃作業に適した硬度や強度を持ちあわせたものであることも必要となる。
【００３６】
　一方、研掃材の原料としては、従来技術のところで述べたごとく還元溶融処理により研掃材を製造する場合、アルミナを多く含むものであことが要求される。研掃材の単位作業面積当たりの消費量は少なくないので、原料として豊富なものがよい。しかし、ごみ焼却灰は大量に存在するものの一般的にＡｌ₂ Ｏ₃ が少ないことはすでに述べたとおりである。
【００３７】
　本発明者は産業廃棄物の中でアルミナを多く含むものを調査した結果、石炭火力発電所等で発生する石炭飛灰を見いだした。その成分組成比率の幾つかの例を示すと表２のとおりである。これによると、ＳｉＯ₂ の平均含有率は４５．３、Ａｌ₂ Ｏ₃ は２４．３、Ｆｅ₂ Ｏ₃ は１０．４、ＣａＯは６．６、ＭｇＯは２．１となっている。
【表２】


【００３８】
　この石炭飛灰は水分が５％ないし１０％程度であって、乾燥した状態に近くさらさらしている。そのうえ、ごみ焼却灰とは異なり人体に有害な重金属や揮発性物質はほとんど含まれていない。このようなことから、これを原料にして還元溶融すれば、Ｆｅ系金属を含有しない所望の強度を発揮する研掃材を実現することができる。そして、後述するが僅かしか含まれていないＭｇＯを増大させれば、研掃材にふさわしい硬度を持った天然石に近いものとすることもできる。
【００３９】
　上記した組成の石炭飛灰を原料として還元溶融したとすれば、金属分の除かれた石炭飛灰のスラグ成分組成は、表３の中央縦列のようになる。なお、表中の左端縦列は石炭飛灰の組成の平均含有率を再記載している。
【表３】


【００４０】
　いまＭｇＯが極めて僅かであるので三元系とみなせば、表３の右端縦列のような組成となる。これを、ＣａＯ−ＳｉＯ₂ −Ａｌ₂ Ｏ₃ の三元系相平衡状態図における液相温度を図２において見ると、その共晶凝固点は点Ｍに位置し、融点は１，６００度を越える。なお、図２をはじめとして次に述べる図３も、E. F. Osborn, R. C. DeVries, K. H. Gee, and H. M. Kraner. ` Optimum Compositionof Blast Furnace Slag as Deduced from Liquidus Data for the QuaternarySystem CaO-MgO-Al₂O₃-SiO₂ ' Trans. AIME, 1954, v. 200, pp. 33-45. （Ｅ．Ｆ．オズボーン・Ｒ．Ｃ．デブリーズ・Ｋ．Ｈ．ギー・Ｈ．Ｍ．クラナー共著「ＣａＯ−ＭｇＯ−Ａｌ₂ Ｏ₃ −ＳｉＯ₂ 四元系液相データから推論した高炉スラグの最適組成」ＡＩＭＥ紀要第２００巻３３頁ないし４５頁）に記載された三元系もしくは四元系の相平衡状態図である。
【００４１】
　そこで、焼成ドロマイトが表４の中央縦列に示す組成であるとし、これを還元飛灰スラグ１に対して０．５６の割合で添加した場合の四元系の組成換算は、右端縦列のようになる。
【表４】


【００４２】
　この換算組成を、ＣａＯ−ＳｉＯ₂ −Ａｌ₂ Ｏ₃ −ＭｇＯ四元系相平衡状態図における図３において見ると共晶凝固点は点Ｎに移り、その液相温度（融点）は１，３００度の最低値もしくはそれに極めて近くなる。しかもその近傍においても同程度の融点となっていることが分かる。この組成のスラグを凝固させると、組織が緻密で硬度や強度が最も高い人工鉱物を低い融点において得ることができる。本発明はこのような原理を利用して、所望する性質を有した研掃材を得んとするものである。
【００４３】
　そこで、石炭火力発電所等で発生する石炭飛灰を用いて、所望する研掃材を製造する方法を以下に説明する。石炭飛灰は前述したように水分が少なくさらさらしており、粒度分布の測定例である図４からも知られるように平均粒径は３３．１７μｍである。ちなみに、ごみ焼却灰の平均粒径は１ｍｍないし１７ｍｍにも及び、飛灰の細かいことが分かる。
【００４４】
　石炭飛灰の組成は例えば表２のところで述べたように、ＳｉＯ₂ が４５．３％であり、Ａｌ₂ Ｏ₃ が２４．３％、Ｆｅ₂ Ｏ₃ が１０．４％、ＣａＯが６．６％で、ＭｇＯが２．１％である。しかし、揮発性物質、有害な重金属Ｃｒ，Ｎｉ，Ｚｎ等、さらには低沸点塩化物ＰｂＣｌ₂ ，ＣｄＣｌ₂ はほとんど含まれることがない。
【００４５】
　このような石炭飛灰を還元溶融してＦｅ系酸化物を除去した溶融スラグを生成させる場合の利点と問題点は以下のとおりであり、使用される還元溶融炉の説明と併せて述べる。まず、還元溶融する場合に使用される電気溶融炉２Ａとしての一例を示す図５のような構造の炉が使用される。そこで、還元溶融における重要な事項から述べる。なお、この炉の構成や作用については、特開平９−１９６５７３号公報や従来技術のところで提示した特開平９−１５６９９１号公報等に記載されているのでその詳細は省くことにするが、簡単に述べれば以下のとおりである。
【００４６】
　炉底電極１１から給電されると可動電極１２との間に印加される電圧が炉床部にかかり、装入原料１３は溶融して溶融銑鉄１４と溶融スラグ１５になる。その際にＦｅ系金属を分離するための還元剤として供給されたコークスブリーズは、電気伝導度の低い原料１３の導電性を高めるためにも寄与する。還元反応によって発生するＣＯガスは、溶融銑鉄１４の上に生成された溶融スラグ１５を覆うようにフォーミングスラグ層１６の形成を促し、それと原料層との境界にカーボン浮遊層１７が発生する。
【００４７】
　可動電極１２の下部位はカーボン浮遊層１７で覆われたフォーミングスラグ１６に臨むように制御され、アークは常時原料やフォーミングスラグに覆われたサブマージドの状態となる。カーボン浮遊層１７で発生するアークにより原料の加熱のみならず、フォーミングスラグから溶融銑鉄に至る間での電気抵抗ジュール熱により効率よい溶融が実現される。このことから分かるように、比重が小さく電気伝導度の低い石炭飛灰を溶融する場合には、加熱溶融を静かに進行させる必要がある。
【００４８】
　しかし、原料中に揮発性物質が含まれていると、電気抵抗ジュール熱による溶融が阻害される。すなわち、揮発性物質が原料中に存在すると、原料中のガス，水分，揮発物質が原料の溶融前に一斉に放出され、揮発物質は燃焼する。その結果、溶融していない原料が攪乱され、静かな溶融のみならず原料の連続装入も妨げられ、溶融炉の連続的な自動操業や自動制御が不可能となる。
【００４９】
　ところが、上記したように石炭飛灰は水分や揮発性物質，低沸点塩化物等をほとんど含まないので、還元溶融には好適であるという利点のあることが分かる。その反面、１ｍｍ以上の平均粒径を有するごみ焼却灰等とは異なり石炭飛灰は微粉であるので、炉体に連続もしくは間歇的に装入するときの流動性が高く、生成されている溶融スラグ中に無秩序に流入することになって還元反応を著しく阻害したり、飛灰が排ガスに伴われて導出してしまうという問題がある。
【００５０】
　そこで、本発明においては、石炭飛灰の炉装入の容易化と還元反応の円滑化を図るために、以下の処理が施される。図１の事前処理設備１において、原料である石炭飛灰７に粘結剤８を混ぜて混練する。この混練物を平板状に成形し、その成形物を乾燥するという集合体化を図るようにしている。なお、粉体を塊状化する方法として従来から、団鉱法、ペレタイジング法、ノジュライジング法等が存在するが、いずれも含水率が大きくなったり、成形品の乾燥を充分に行うことができなくなるといったような難点がある。
【００５１】
　本発明における集合体化を詳しく述べると、混練工程１Ａにおいて石炭飛灰７に無機質の非熱分解性粘結剤８を混ぜ、これを公知の臼式混練機（円筒容器内で回転するパドルにより混練する）やパッグミル（対向して配置された反対向きの羽根により混練しながら押し出す）にかけて混練される。粘結剤としてはベントナイトや酸性白土、もしくは糖蜜を使用すればよい。
【００５２】
　前二つは粘土の一種であり、研掃材の資質を落とす組成物ではない。糖蜜は実質的にカーボンであるので、還元剤としても機能するものである。いずれも単体を石炭飛灰に混ぜてもよいし、例えばベントナイトを４％，糖蜜を３％となるように混合して使用してもよい。このような処理によって微粉状の石炭飛灰の集合体化が図りやすくなる。
【００５３】
　混練物は以後の処理を容易とするために、圧縮平板化工程１Ｂにおいて平板状に成形される。成形物は１０ｍｍないし２０ｍｍの厚みとしておくことが以後の乾燥工程での乾燥を促進するためには好ましく、例えば公知のロール型回転式圧縮機（凹凸のあるローラで挟んで所定厚みの板状にする）により成形される。
【００５４】
　乾燥工程１Ｃにおいては、成形物が例えば公知のネットコンベアに載置され、コンベアを覆うトンネル内に供給した熱風により含水率が５％以下となるように乾燥される。なお、トンネル内を移動するネットコンベアは例えばステンレスネットであり、これをトンネル内のローラ上でを滑らせ、ネットの上下から熱風が当てられる。ちなみに、本研掃材製造設備には熱処理炉が存在するので、その排ガスをトンネル内に導入すれば省エネも図られる。このとき、熱風を成形物の極く近くから供給すれば、断熱作用する蒸気層が乾燥対象物の表面に発生することもなく充分な乾燥が達成される。
【００５５】
　もちろん、乾燥装置としては上記以外に種々のものが考えられる。例えばヘレショフ炉に類似した乾燥炉を使用することができる。ヘレショフ炉は本来は非鉄製の固定ディスクの上で回転するレーキで対象物を周方向へ移動させて乾燥するが、これを改良して角度の小さな幾つかの扇状プレートを円形となるように並べて回転させ、或る円周位置にきた一枚のプレートが反転すると対象物を落とすことができるという多段構造としたものでもよい。下段や中段から供給される２００℃ないし２５０℃の熱ガスをプレートの反転位置で上方段へ移行させて乾燥することができる。
【００５６】
　このようにして事前処理された原料はほぼ有形を保ち、還元溶融炉に装入するときの取り扱いも容易となる。もちろん、炉中で流動現象も起こさなく、静かな還元反応が達成されるようになる。電気溶融炉における微粉体の溶融は従来から難があったが、これが解消される。ちなみに、本発明は石炭飛灰を対象としているが、一般の飛灰を用いて他の用途に供するものを製造する場合において前処理を施すときも、このような扱いをしたり思想を適用することができる。
【００５７】
　以上のようにして事前処理された原料は、以後還元溶融し、鋳造し、鋳造物を熱間破砕し、篩分け、熱処理される。まず、事前処理された原料１３と還元剤１８とＭｇＯ含有物１９とが図１の電気溶融炉２Ａに装入される。石炭飛灰が溶融されると、含有するＦｅ系酸化物が同時に還元されて溶融銑鉄となる。生成される溶融スラグはサブマージドアーク溶融法の採用により時間を掛けて滞留され、ガス含有率が極めて低くてＦｅ系金属を可及的に含まなくなり、図５のように溶融銑鉄１４の上部に滞留する。
【００５８】
　ところで、還元剤としてはカーボン質のものであればよいが、コークスブリーズが好ましい。上記したように電気伝導度の低い原料の導電性を高めるようにも機能するからである。原料と共に装入されるＭｇＯ含有物としては、例えば橄欖石（Ｍｇ・Ｆｅ）₂ ＳｉＯ₄ ，蛇紋岩およびこれらの焼成品や焼成ドロマイトがある。もちろん、ＭｇＯの含有率が高ければ冶金滓であってもよい。ＭｇＯ含有物は、ＣａＯ−ＳｉＯ₂ −Ａｌ₂ Ｏ₃ の三元系と見なすことができるスラグを、共晶凝固範囲の広いＣａＯ−ＳｉＯ₂ −Ａｌ₂ Ｏ₃ −ＭｇＯの四元系に改質するためのものである。焼成ドロマイトを例にすると、所定のＭｇＯの添加量は表４のごとき思想に基づいて決定されることになる。
【００５９】
　すなわち、石炭飛灰を還元溶融して溶融スラグを生成したならば、その生成溶融スラグのＭｇＯ含有量が５％ないし２０％までの範囲における目標含有率もしくはそれに極めて近似した含有率となるような量が装入される。これによって、可及的に低融点となりかつ共晶凝固する組成を有した溶融スラグを得ることができる。上記したように、例えば表４のようにＡｌ₂ Ｏ₃ が２０％となるように成分調整される。
【００６０】
　ちなみに、上記の目標含有率とは、図３中において幾つか付した黒い点のうち点Ａ，Ｂがそれであり、目標含有率に極めて近似した含有率とは他の小さな黒い点の位置にある成分組成に相当する。図３はＡｌ₂ Ｏ₃ ２０％の場合であるが、その含有率が異なる場合にも、それぞれの目標含有率と、目標含有率に極めて近似した含有率とが存在することは容易に理解できるであろう。なお、詳細については、特開平９−１５６９９１号公報（前掲）に記載されている。
【００６１】
　ところで、四元系とは言っても、Ａｌ₂ Ｏ₃ が多いとスラグ融点が非常に高くなりまた粘性も増大する。したがって、流動性の良いスラグの生成は妨げられ、炉からの出滓が困難となりまた組成分の結晶化も得られにくい。一方、ＭｇＯについても、２０％を越えるとスラグの溶融温度が高くなり、溶解エネルギが増大する。
【００６２】
　そこで、上記公報にも記載されているように、Ａｌ₂ Ｏ₃ を約１０％ないし約２５％の範囲にとどめておくならば、その条件を満たして溶融スラグを共晶凝固させることができるＭｇＯは５％ないし２０％となる。四元すべてについての含有率で言えば、ＣａＯが１６％ないし３５％、ＳｉＯ₂ が３６％ないし５４％、Ａｌ₂ Ｏ₃ が１０％ないし２５％、ＭｇＯが５％ないし２０％であると、四元系相平衡状態における低融点の共晶点に可及的に近似した状態で共晶凝固する組成を有した溶融スラグを得ることができる。
【００６３】
　このようにして得られた溶融スラグは爾後的に脱泡処理を施す必要もなく、図５の出滓口２ａから導出される。なお、電気溶融炉が大型であり連続的もしくは間歇的に出滓する場合や、小型炉であっても間歇的に出滓する場合には、溶融スラグを鋳造設備の金型に移す際の降温を防止しておく必要がある。加熱用電極として二本のモリブデン棒２１，２１が挿入された前炉２ｂが設けられていれば、溶融スラグの保温を図りながら、ガスを可及的に含まない上澄み部分を溢流させることができる。
【００６４】
　図１に戻って、こうして溶融銑鉄とは独立して出滓された溶融スラグ１５を図示しない金型に流し、鋳造設備３において板状の鋳造スラグ２２が成形される。金型を搬送して鋳造スラグを脱型させるまでの間に、ＣａＯ−ＳｉＯ₂ −Ａｌ₂Ｏ₃ −ＭｇＯの四元系相平衡状態における共晶点もしくはそれに可及的に近似した状態で共晶凝固した鋳造スラグが鋳造される。
【００６５】
　スラグの共晶点は１，３００℃以下であるので１，５００℃以上の溶融スラグは金型内において１，３００℃以下まで液状で降温する。共晶点の温度になると一斉に析出を開始し、「相律」に基づいて全組成が再結晶するまで温度がおのずと保持される。スラグの温度が低下することのない再結晶中の時間帯は金型が移動しているコンベア（図示せず）上にある。再結晶が完了して降温しはじめた時点で金型が反転部位に到達するようにコンベアの移動速度および搬送距離が定められているので、一次再結晶した鋳造スラグは脱型された時点でも高温を保っている。
【００６６】
　金型から外された鋳造スラグ２２は、高い温度を保有した状態のまま公知の破砕設備４に送られる。上記のようにして鋳造スラグは共晶凝固しているとはいえども、現実には９５％ないし９７％までの再結晶にとどまる。残余は非晶質であって細かいガラスが点在するので、比較的小さな力を掛けるだけで砕け、その破片は尖ったものとなりやすい。そこで、この破砕片を篩にかけて粗粒２３は再度破砕するか別の用途に使用し、２ｍｍ以下の細粒２４を取り出す。これから１ｍｍ以下のものを篩とって、１ｍｍないし２ｍｍの細粒を熱処理設備５の炉に投入する。
【００６７】
　熱処理炉の詳細は前掲の公報等に記載されているので、ここではその詳細を省く。その鋳造スラグ微小片２４ａを炉内で転動させ、鋳造スラグ微小片中に残留する非晶質部分を再結晶化させ、残留内部歪も除去する。鋳造スラグ微小片は破砕されたものであるので尖鋭部が残るが、炉内での転動の間に尖鋭部の先端が丸められる。なお、熱処理対象物は細粒であるので、炉内雰囲気は８００℃ないし９００℃としておけば充分であり、その滞留および転動時間は１０分ないし２０分もあればよい。
【００６８】
　このようにして熱処理されたスラグは組織が緻密となり、また研掃材にふさわしく或る程度の尖鋭部を持ちながらも研掃対象面に疵を与えない程度の丸みを帯びる。上記したごとくＭｇＯを添加することにより四元系を形成し、天然岩石に近い強度の再結晶化が図られる。硬度を発揮するアルミナも適度に含まれているうえ、それが過剰とならないように調整されているので、溶融スラグの流動性を高く確保して、上記した還元溶融工程から鋳造工程にかけての取り扱いも容易となる。
【００６９】
　Ｆｅ系金属は溶融銑鉄化されており、スラグにＦｅが存在した場合のような脆さを呈することもない。したがって、研掃材として好適なサイズ、形状、硬度、強度を有するものが得られる。なお、電気溶融炉の出銑口２ｃ（図５を参照）から排出された溶融銑鉄１４は別途鉄材として利用され、しかも有害重金属は可及的に少なく純粋なＦｅ系金属資源のリサイクルも図られる。
【００７０】
　なお、鋳造スラグ微小片を得る際に生じた１ｍｍ以下のものや、破砕時に残った粗粒は別の熱処理炉もしくは研掃材を製造した後に待機状態にある熱処理炉に投入するなどして、別途の温度や滞留時間で処理すれば人工砂９や人工砂利１０とすることができる。これはコンクリート用人工骨材として使用することができる。その詳細は前掲の公報に記載されているとおりである。
【００７１】
　これから分かるように、産業廃棄物であるがごみ焼却灰等とは組成が異なる石炭飛灰をもってして、本発明に係る処理を施せば研掃材を得ることができる。それのみならずコンクリート用人工骨材も得ることができ、廃棄物の再利用分野を拡大することができる。このような本発明の思想を採用すれば、石炭火力発電に伴って発生する飛灰の完全再資源化処理が実現される。すなわち、現在セメント混和剤として利用されているが不使用分は埋立用として利用されるにすぎない石炭飛灰は今後益々増大する傾向にあり、それを有効に活用することができるようになる。
【００７２】
　以上の研掃材の製造法の説明において、焼成ドロマイト等のＭｇＯ含有物とコークスブリーズといった還元剤とを、事前処理された石炭飛灰と共に電気溶融炉に装入しているが、ＭｇＯ含有物または還元剤を以下のようにしてもよい。まずＭｇＯ含有物については、事前処理工程において石炭飛灰に糖蜜を添加するときに混ぜておいてもよい（図１中の破線を参照）。もちろん、その場合でも、還元剤を用い石炭飛灰を還元溶融して溶融スラグを生成したならば溶融スラグのＭｇＯ含有量が５％ないし２０％までの範囲における目標含有率もしくはそれに極めて近似した含有率となるような量とされることは言うまでもない。このようにしておけば、電気溶融炉への装入形態の単純化を図ることができる。
【００７３】
　次に、還元剤についても、糖蜜等を添加する時点で石炭飛灰に混ぜるようにしてもよいし、上記のようにＭｇＯ含有物を事前処理段階で添加している場合に、それと同じ時期に加えるようにすることもできる（図１中の破線を参照）。いずれにしても、事前処理された原料が還元溶融工程へ進むまでの間に、それらがほとんど消失することも変化することもない場合に許容されることは言うまでもない。この場合も、電気溶融炉の装入物の取り扱いが容易となる。
【００７４】
　ちなみに、本製造法により製造された研掃材を鉄製壁面等に吹きつけた後に塗料や鉄錆と共に回収して、再度研掃材を製造することもできる。この場合には、前記した事前処理に先がけて回収物をキルンに投入し、含有塗料等の可燃物を焼却する一次事前処理を施せばよい。このようにすれば、研掃材のリサイクルも実現され、産業廃棄物の排出を抑制することができる。このようにして、使用済みの研掃材を再度研掃材に再生することができる。回収した研掃材に混入する鉄錆は溶融銑鉄として回収されることになる。塗料はキルンで一次事前処理して焼却されるので、電気溶融炉の操業が妨げられることもない。
【図１】 本発明に係る研掃材を製造する全体システム概略図。
【図２】 ＣａＯ−ＳｉＯ₂ −Ａｌ₂ Ｏ₃ の三元系相平衡状態図。
【図３】 ２０％Ａｌ₂ Ｏ₃ におけるＣａＯ−ＳｉＯ₂ −Ａｌ₂ Ｏ₃ −ＭｇＯの四元系相平衡状態図。
【図４】 石炭飛灰の測定された粒度分布図の一例。
【図５】 還元溶融に使用される電気溶融炉の構造断面図。
【符号の説明】
　１…事前処理設備、１Ａ…混練工程、１Ｂ…圧縮平板化工程、１Ｃ…乾燥工程、２…還元溶融設備、２Ａ…電気溶融炉、３…鋳造設備、４…破砕設備、５…熱処理設備、６…研掃材、７…石炭飛灰、８…粘結剤、１４…溶融銑鉄、１５…溶融スラグ、１８…還元剤、１９…ＭｇＯ含有物、２２…鋳造スラグ、２４ａ…鋳造スラグ微小片。
【図４】


【図１】


【図２】


【図３】


【図５】