Process for producing an artificial lightweight aggregate

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、人工軽量骨材の製造方法に関し、特に、焼成装置としてロータリーキルンを用い、融着防止材を添加して人工軽量骨材を製造する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、人工軽量骨材の製造にあたっては、例えば、特公昭６２−２４３７０号公報、特開平１１−２６３６４８号公報等に記載のように、ロータリーキルンを使用することが多い。 また、骨材の軽量化は、ロータリーキルン内で使用原料が軟化する温度付近で発泡することによるものであって、この温度は「発泡温度」と呼ばれる。
【０００３】
ロータリーキルンに投入される骨材粒子は、２種類に大別できる。 一つは、膨張頁岩のような岩石を粉砕し、発泡後の大きさを考慮した上で、適正粒度に整粒した粒子であり、造粒工程を必要としない。 もう一つの骨材粒子は、原料を粉砕した後、各種方法で造粒したものであり、造粒した粒子は、「ペレット」と呼ばれる。
【０００４】
上記骨材粒子がロータリーキルンに投入され、回転が加えられると、粒子同士の摩擦や、ロータリーキルンのシェルとの摩擦等によって粒子の表面が削られ、粉体が発生する。 以下、この粉体を「微粉」と呼ぶ。 そして、微粉の発生量は、特に、ペレットで顕著であり、実際の焼成では、投入したペレットの５〜２０％が微粉となる。
【０００５】
人工軽量骨材をロータリーキルンで焼成するにあたって、上記微粉は、発泡温度領域に到達し、この付近で軟化する。 そのため、微粉は骨材同士やロータリーキルンのシェル面との融着作用を起こし、場合によっては、直径２ｍ以上の塊状物が発生することがある。 また、粒子がシェル面に付着することもあるので、シェル面に凹凸が発生する。 微粉がほとんど発生しない条件でも、発泡温度に達すると骨材が軟化するので、骨材同士や骨材とキルンシェル面との融着が起こり、上記と同様の現象が発生する場合が多い。 そして、塊状物が発生したり、シェル面に凹凸が発生すると、骨材粒子の焼成が不可能となるため、焼成を中断して塊状物や付着物を除去しなければならず、焼成の中断によって生産性が低下するという問題があった。
【０００６】
上記問題を解決して連続運転を可能とするため、従来、高融点の粉体をキルン内に吹き込んだり、流し込んだりして、上記骨材同士の融着や、骨材とキルンのシェル面との融着を防止することが行われていた。 この融着防止材には、一般的には、純度の高いシリカやアルミナ等の高融点の粉体が使用され、カオリンやタルク等の粘土鉱物や、その他高融点の廃棄物が使用されることもあった。 これらの融着防止材の骨材重量に対する添加率は、粗骨材の場合には１〜５％、細骨材の場合には３〜１０％程度であった。
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述のように、融着防止材を使用すると、使用した融着防止材の一部は骨材とともに製品側に排出され、他の融着防止材は燃焼気流とともに排気側で捕集される。 また、上述のように、キルン内で原料骨材のペレットがすり減って微粉が発生するが、この微粉分も融着防止材とともに製品側や排気系に排出されていた。
【０００８】
ここで、製品側に排出される融着防止材中には、３〜１０％程度の原料骨材の微粉分が混入しているため、再度融着防止材として利用しようとしても融着防止材としての効果が小さいため、再利用は不可能である。 また、この粉体は、高融点であるため、製品側に排出される融着防止材を人工軽量骨材の原料として混合利用すると、骨材の吸水率が増加したり、強度が低下するため、人工軽量骨材の原料としても使用することができず、従来は廃棄されていた。
【０００９】
一方、排気系に捕集される粉体中には、融着防止材が５〜２０％程度含有される。 この融着防止材含有率は、微粉の発生量と、融着防止材の粒度及び添加率とに依存するが、融着防止材の粒度が小さくなるほど、また、使用率が高いほど燃焼気流により排気側に運ばれる融着防止材の量が増加する。 従って、排気系に捕集される粉体中の融着防止材の含有率が低い場合には、人工軽量骨材の原料に混合して再利用できるが、融着防止材の含有率が高い場合には再利用できない場合もある。
【００１０】
尚、人工軽量骨材の焼成プロセスを改善することにより、原料ペレットのすり減りに伴う微粉の発生量を減少させることが可能である。 この場合には、製品側に排出される融着防止材の再利用は可能となるものと推定される。 しかし、微粉量を皆無にすることは経済的に不可能と考えられるので、排気側に捕集される融着防止材の再利用は困難であった。
【００１１】
上述のように、従来、融着防止材は、ほとんど再利用されずに廃棄されているため、人工軽量骨材の製造コストが上昇するとともに、廃棄処理のためのコストがかかるという問題があった。 特に、融着防止材に、純度の高いシリカやアルミナ等を使用した場合には、人工軽量骨材の製造コストの増加が顕著であった。
【００１２】
そこで、本発明は、上記従来の人工軽量骨材の製造方法における問題点に鑑みてなされたものであって、安価で、かつ、再利用可能な融着防止材を用いることにより、製造コストを低減し、融着防止材を含む微粉の廃棄処理が不要な人工軽量骨材の製造方法を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明は、ロータリーキルンを用いて人工軽量骨材を製造する方法において、原料骨材の微粉による骨材同士または骨材とロータリーキルンのシェル面との融着を防止するための融着防止材に石灰石を使用することを特徴とする。
【００１４】
そして、請求項１に記載の発明によれば、融着防止材として従来よりも安価な石灰石を利用することにより、人工軽量骨材の製造コストを低減することができる。 また、石灰石を使用して、製品としての骨材の表面に付着した生石灰を回収するとともに、ロータリーキルンの排ガス中に含まれる生石灰を回収したり、排ガス中に原料骨材の微粉を比較的多く含む場合には、回収した粉体を土壌固化材や土壌改良材として利用することにより、従来のように使用後の融着防止材を廃棄する必要がなく、環境に配慮した循環型社会の形成に資することができる。
【００１５】
請求項２に記載の発明は、前記石灰石の添加量を０．５乃至１０重量％としたことを特徴とする。 石灰石の添加量が０．５％より少ないと融着を防止できない。 また、後述するように、１０％以上添加しないと融着を起こす場合もあるが、人工軽量骨材の製造コストが上昇するため、添加量は１０％以下とするのが好適である。
【００１６】
１０％以上の石灰石の添加量を必要とするのは、以下の原因によるものである。 すなわち、焼成温度が高すぎるとペレットが極端に軟化するので、１０％以上融着防止材の添加が必要となる。 さらに、ペレットの造粒が不適切な場合には、ペレットの強度が低下し、多量（２０％以上）の微粉が発生する。 このような場合にも１０重量％以上の添加が必要となる。 しかし、このような異常な焼成温度や造粒の不適切なケースを考えなければ、１０％以下の添加量で十分対応することができる。
【００１７】
請求項３に記載の発明は、上記方法において、前記ロータリーキルンによって焼成された骨材の表面に付着した生石灰を除去する工程を含むことを特徴とする。 これによって、除去した生石灰を有効利用することができる。 尚、生石灰を除去するには、篩やエアーブロー等を利用することができる。
【００１８】
請求項４に記載の発明は、上記方法において、前記ロータリーキルンに投入される前記石灰石の粒径の好ましい一例として５ｍｍ以下としたことを特徴とする。
【００１９】
請求項５に記載の発明は、ロータリーキルンを用いて人工軽量骨材を製造する方法において、原料骨材の微粉による骨材同士または骨材とロータリーキルンのシェル面との融着を防止するため、融着防止材をロータリーキルン内に吹き込み、吹き込んだ融着防止材から生じた固体状物質を該ロータリーキルンの排気系、または該ロータリーキルンから排出される骨材の表面から回収して再利用することを特徴とする。
【００２０】
請求項５記載の発明によれば、吹き込んだ融着防止材から生じた固体状物質をを回収するため、従来のように使用後の融着防止材を含む物質を廃棄する必要がなく、環境に配慮した循環型社会の形成に資することができる。 尚、このような融着防止材には、石灰石を選定することができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
本発明では、ロータリーキルンを用いて人工軽量骨材を製造するにあたって、原料骨材の微粉による骨材同士または骨材とロータリーキルンのシェル面との融着を防止するための融着防止材に石灰石を使用することを特徴としている。
【００２２】
この石灰石は、後述するように、十分な融着防止効果を奏するとともに、従来使用されていた純度の高いシリカやアルミナ等に比較して安価であることと、融着防止材として利用した後生石灰を回収することにより、従来不可避であった融着防止材の廃棄処理を不要とすることができるために選定したものである。
【００２３】
以下、石灰石を融着防止材として使用した人工軽量骨材の製造装置の好適例について図１を参照しながら説明する。
【００２４】
この人工軽量骨材製造装置１は、ペレット（原料骨材）供給部３と、バーナー４と、骨材排出部５とを備えたロータリーキルン（以下「キルン」と略称する）２を主要構成要素とするものであって、骨材排出部５側には、融着防止材としての石灰石をキルン２内に吹き込むための融着防止材供給設備６が備えられる。
【００２５】
また、骨材排出部５側には、骨材排出部５から排出された骨材Ａの表面に付着した生石灰を分離するため、篩７ａを備えた骨材・生石灰分離装置７（以下「分離装置」と略称する）と、分離装置７で分離された生石灰Ｑを集塵機９に導くためのダクト１０と、気流中の生石灰Ｑ２を捕捉するためのフィルタを備えた集塵機９が設けられる。
【００２６】
一方、ペレット供給部３側には、キルン２からの排ガスを集塵機１１に導くためのダクト１０と、ダクト１０から導入された排ガス中の生石灰Ｑ１を捕捉するためのフィルタを備えた集塵機１１が設けられる。 尚、上記フィルタを有する集塵機９、１１の他に、サイクロン、電気集塵機等を使用することも可能である。
【００２７】
次に、上記構成を有する人工軽量骨材製造装置１の動作について説明する。
ペレット供給部３からキルン２内にペレットＰが供給され、バーナー４の火炎によって熱せられたキルン２内において、ペレットＰは、乾燥領域、焼結領域、発泡領域、冷却領域を経て骨材排出部５から製品として排出される。
【００２８】
ここで、キルン２の回転に伴って発生した上記骨材粒子の微粉は、発泡温度領域に到達し、この付近で軟化して、骨材同士やキルンのシェル面との融着作用を起こす。 この融着を防止するため、融着防止材供給設備６を介して融着防止材としての石灰石Ｌが吹き込まれる。 そして、融着が回避されて製品としての骨材Ａが骨材排出部５から排出される。 尚、キルン２に吹き込まれる石灰石Ｌの粒径は、５ｍｍ程度以下であれば良く、輸送系統、供給・噴霧装置で目詰まり等のトラブルを起こすことのない粒度であれば問題はない。
【００２９】
キルン２内に吹き込まれた石灰石Ｌは、生石灰（ＣａＯ）と炭酸ガス（ＣＯ ₂ ）に分解され、生石灰Ｑ１の一部は、キルン２内の燃焼気流とともにダクト１０を介して集塵機１１に導入され、集塵機１１によって回収され、排ガスＧ１は大気へ開放される。
【００３０】
一方、使用した石灰石Ｌから発生した生石灰の一部は、骨材Ａの表面に付着して骨材排出部５から製品側に排出される。 骨材Ａに付着した生石灰Ｑ２は、篩７ａによって篩われ、気流に乗ってダクト７を介して集塵機９に導入され、集塵機９によって回収される。 排ガスＧ２は大気へ開放される。
【００３１】
集塵機９及び集塵機１１で回収された生石灰Ｑ１、Ｑ２は、製品として有効利用できることになる。 また、排気系で集塵機１１によって捕集された粉体は、ペレットＰの微粉が含まれているが、土壌固化材や土壌改良材として利用できる。 また、ＣａＯ含有量が４０％以上であれば、凝集剤や固化剤として使用することができる。 尚、原料骨材を起源とする微粉の発生量を減少させることにより、排気系側についても高品質の生石灰を副産できることになる。
【００３２】
尚、上述のように、石灰石Ｌから発生した生石灰の一部が骨材Ａの表面に付着して製品側に排出されるため、製品骨材の表面には、０．０１〜０．０５％程度の生石灰が残存する。 そのため、この骨材をアルカリ条件を嫌う用途には使用することができないが、コンクリート用骨材としては問題なく使用することができる。
【００３３】
また、石灰石を融着防止材として使用すると、キルン内において、石灰石が熱解離して炭酸ガスと生石灰が生成され、その際、エネルギーを消費する。 例えば、１トンの原料骨材に対して３％の石灰石を使用した場合には、理論的に約１２６００ｋｃａｌのエネルギーを消費するが、系全体のエネルギー消費量から比較すると問題にならない程度のものである。
【００３４】
さらに、上記反応によって発生した炭酸ガスを大気に放出すると、地球温暖化の原因となり、環境には好ましくないともいえるが、長期的には、生石灰は炭酸化されて、解離した量と等しい量の炭酸ガスを吸収するため、問題にならない。
【００３５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、安価で、かつ、再利用可能な融着防止材を用いることにより、製造コストを低減し、融着防止材の廃棄処理が不要な人工軽量骨材の製造方法を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる人工軽量骨材の製造方法を実施するための装置の好適例を示す概略図である。
【符号の説明】
１ 人工軽量骨材製造装置２ キルン３ ペレット供給部４ バーナー５ 骨材排出部６ 融着防止材供給設備７ 分離装置７ａ 篩８ ダクト９ 集塵機１０ ダクト１１ 集塵機