JP2816093B2 - 石炭灰質固化物の製造方法 - Google Patents

石炭灰質固化物の製造方法

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coal ash
solidified
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今井  修
潤子 吉澤
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    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
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    • Y02P40/10Production of cement, e.g. improving or optimising the production methods; Cement grinding

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  • Processing Of Solid Wastes (AREA)
  • Curing Cements, Concrete, And Artificial Stone (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、石炭灰を主要成分とす
る成形物である石炭灰質固化物の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】エネルギー源として石炭を利用している
火力発電所や各種の工場では、フライアッシュ等の石炭
灰が大量に産出されている(約400万トン/年)。こ
のうち、有効利用されるものは約40%にすぎず、残り
の約60%は埋め立て処分されているのが現状である。
石炭灰の埋め立て場の確保はかならずしも容易ではない
が、漁業権の保証やリサイクル法の制定により埋め立て
処分場の確保がますます困難になってきている。従っ
て、今後さらに増大するであろう石炭灰の利用が緊急の
課題となっている。
【0003】現在のところでは、石炭灰は特開昭63−
17247号公報および特開平4−305044号公報
に示されているように無機質系の建材の一原料として提
案され、または特開平3−16176号公報に示されて
いるように多孔質の濾過助剤の一原料として提案されて
いる。また、特殊な例としては刊行物「日本工業新聞:
人工海底山脈を石炭灰で構築(平成5年2月26日発
行)」に示されているように、人工漁礁の一原料として
も提案されている。これらの提案のうち建材、人工漁礁
の一原料として利用する場合には、石炭灰の大量の利用
が期待できる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上記した石
炭灰を建設材料、人工漁礁の原料として利用する場合に
はいずれもセメントと混合して使用されるが、石炭灰を
主要原料とするとはいうもののその混合比率は必ずしも
高くなく、また石炭灰の混合比率を70重量%以上に高
めようとする場合には、固化物の強度が低下するという
問題があった。また、この場合にはセメントを多く使用
しているため水に対する耐久性が悪く、寸法安定性も悪
いという問題もあった。これは、セメントクリンカー中
にエーライト(3CaO・SiO2)およびビーライト
(2CaO・SiO2)等が含まれており、これらが水
和反応によりカルシウム シリケート ハイドレート(C
−S−H)および水酸化カルシウムを生成するが、水和
反応が遅いため、固化物中に未反応のエーライトおよび
ビーライト等が残存することによるものと理解される。
【0005】また、石炭灰とセメントとの組成物を高温
および高圧で水熱処理した場合には水和反応は進行する
ものの、固化物の強度が十分に発現されないという問題
がある。これは、石炭灰の粒子表面の反応部分と、粒子
内の未反応部分との間に発生する応力によるものと理解
される。この固化物中には、なおエーライトおよびビー
ライト等が残存し、依然として耐久性および寸法安定性
に問題が残る。また、水和反応および高温および高圧で
の水熱処理では共に水酸化カルシウムが生成されるが、
この水和物も耐久性に悪影響を及ぼしているものと理解
される。
【0006】従って、本発明の目的は、石炭灰の混合比
率が高く、かつ高強度で水に対する耐久性の良好な固化
物を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明は石炭灰質固化物
の製造方法であり、当該製造方法は、石炭灰と、酸化カ
ルシウム、水酸化カルシウムおよび炭酸カルシウムから
なる群から選ばれた少なく1種類のカルシウム化合物と
の混合物からなる石炭灰質原料を所定の形状に成形し、
同成形物を高温および高圧で水熱処理する石炭灰質固化
物の製造方法であって、前記石炭灰質原料の成分である
石炭灰とカルシウム化合物との重量比が70:30〜9
7:3であることを特徴とするものである。当該石炭灰
質固化物の製造方法において、前記成形物の水熱処理温
度が250℃以下であること、前記成形物をオートクレ
ーブにて高温および高圧で水熱処理すること等の条件を
採用することができる。
【0008】
【発明の作用・効果】本発明に係る製造方法によれば、
固化物は高温、高圧での水熱処理以前においては原料成
分の各微粒子が互いに密に充填した固着状態を呈してお
り、その後の高温、高圧下での水熱処理により各微粒子
内にて原料中のSiO2、Al23、Fe23、CaO
等の各成分が反応して主としてトバモライト等のC−S
−H(カルシウム シリケート ハイドレート)、ハイド
ロガーネット等が生成される。この結果、固化物を構成
する各微粒子は互いに強固に固着した状態でかつ微粒子
自身硬化して、石炭灰を主要成分とする硬化体となる。
従って、高温、高圧下で水熱処理して得られる石炭灰質
固化物は、圧縮強度が例えば400kg/cm2以上と
いう高強度のものとなり、コンクリートパネル、コンク
リート杭等の高強度コンクリート製品への適用が可能で
あるとともに、水に対する耐久性が良好なため、水場で
の適用が可能である。
【0009】従って、本発明の製造方法で製造された石
炭灰質固化物は消波ブロック等の港湾用ブロック、人工
漁礁、人工藻場基盤、コンクリートパネル、コンクリー
ト杭等の建築、土木用材として広い分野で大量に利用す
ることができるとともに、当該石炭灰質固化物の原料中
の石炭灰の混合比が高いことから、石炭灰の大量の利用
が可能となる。
【0010】しかして、本発明において採用できるカル
シウム化合物としては、酸化カルシウム、水酸化カルシ
ウム、炭酸カルシウム等を挙げることができ、使用に際
してはこれら各化合物の1種または複数のものを適宜併
用することができる。これら各化合物のうちでは、作用
効果の点からいえば酸化カルシウム、水酸化カルシウ
ム、炭酸カルシウムの順であり、特に酸化カルシウム、
水酸化物カルシウムが好適である。なお、石膏等の硫酸
カルシウムは、トバモライト以外の生成物ができるため
に不適当である。また、石炭灰の混合比が70重量%未
満の場合には石炭灰質固化物の強度および耐久性が低
く、97重量%を越えると固化し得ず石炭灰質固化物と
しての強固な形態を保持し得ない。従って、石炭灰の混
合比は70〜97重量%、好ましくは80〜95重量%
である。さらにまた、高温、高圧での水熱処理はオート
クレーブ中で行うことが好ましく、処理温度は250℃
以下である。処理温度が250℃を越えると石炭灰質固
化物の強度が低下することから、処理温度は250℃以
下好ましくは250℃〜120℃である。また、処理圧
力は40気圧以下が好ましい。
【0011】石炭灰の組成に関しては、SiO2:40
〜80重量%、Al23:10〜30重量%、Fe
23:1〜15重量%、CaO:1重量%以上が好まし
く、未燃炭素量が5重量%以上であっても何等問題がな
い。また、石炭灰の粒径に関しては5〜100μmのも
ので、フライアッシュが好ましい。石炭灰質原料を所定
の形状に成形する際には、同原料に水を1〜15重量%
添加することが好ましく、このように調製された原料を
使用してプレス成形、押出成形等により所定の形状に成
形する。この場合、減水剤、保水剤、混和剤等を添加し
てもよく、また石炭灰質固化物の強度の向上、比重の調
整、コストの低減等のために、珪砂、火成岩、高炉スラ
グ、パーライト、ALCのグス等を添加することもでき
る。また、得られた固化物素地を、高温高圧の水熱処理
に先立って室温〜100℃以下の温度で養生することが
好ましく、これにより固化物の強度の向上が期待でき
る。
【0012】なお、大型の石炭灰質固化物、複雑な形状
の石炭灰質固化物を作製するには保型性が必要であり、
この場合には耐久性が若干低下するものの少量のセメン
トを添加することもよく、添加量はカルシウム化合物の
半分以下、好ましくは20重量%以下とする。また、セ
メントを添加する場合には、高温、高圧での水熱処理に
先立って室温〜100℃以下の温度の下、湿潤状態で養
生することが必要である。
【0013】
【実施例】
(石炭灰質固化物の製造)本製造実験では、石炭灰とし
て平均粒子径20μmのフライアッシュ(成分:SiO
2…51重量%、Al23…23重量%、Fe23…5
重量%、CaO…7重量%以下)を使用するとともに、
カルシウム化合物としてCaO、Ca(OH)2、Ca
CO3、ポルトランドセメントの4種類を使用し、これ
らを適宜の重量混合するとともに水を10重量%添加し
て混練し、各種の石炭灰質原料を調製した。これらの石
炭灰質原料をプレス圧40kg/cm2でプレス成形し
て円板状の固化物素地(直径100mm、厚み20m
m)を得た。次いで、各固化物素地を温度25℃で2日
間養生した後、オートクレーブ内にて各種の温度条件で
24時間高温処理を行った。得られた各石炭灰質固化物
について外観を観察するとともに、圧縮強度および水に
対する耐久性を測定して、これらの結果を表1に示す。
但し、石炭灰質固化物の外観の観察では固化物における
亀裂等の損傷の有無、形態保持性の強弱を判定し、良好
なものを○印、不良なものを×印で表示している。ま
た、圧縮強度の測定についてはオートグラフにより行
い、かつ耐久性の評価については固化物を屋外に3カ月
放置後亀裂等の損傷の有無、形態保持性の強弱を判定
し、特に良好なものを◎印、良好なものを○印、不良な
ものを×印で表示している。
【0014】
【表1】
【0015】(考察)表1を参照すると、原料成分であ
る石炭灰とカルシウム化合物との重量比が70:30〜
97:3の範囲において良好な結果が得られており、特
に好ましい範囲は80:20〜95:5である。また、
カルシウム化合物としてはCaOが最も効果があり、次
いでCa(OH)2、CaCO3の順である。処理温度に
ついては120℃〜250℃が良好であり、250℃を
越えると圧縮強度の大幅な低下が認められるとともに、
耐久性も低下。これらの結果から、本発明の方法により
製造される石炭灰質固化物は、400kg/cm2以上
の圧縮強度が要求されるコンクリートパネル、コンクリ
ート杭等各種建設材、消波ブロック、人工漁礁、人工藻
場基盤等として広い分野で利用することができる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) C04B 28/18

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】石炭灰と、酸化カルシウム、水酸化カルシ
    ウムおよび炭酸カルシウムからなる群から選ばれた少な
    く1種類のカルシウム化合物との混合物からなる石炭灰
    質原料を所定の形状に成形し、同成形物を高温および高
    圧で水熱処理する石炭灰質固化物の製造方法であり、前
    記石炭灰質原料の成分である石炭灰とカルシウム化合物
    との重量比が70:30〜97:3であることを特徴と
    する石炭灰質固化物の製造方法
  2. 【請求項2】請求項1に記載の石炭灰質固化物の製造方
    法において、前記成形物の水熱処理温度が250℃以下
    であることを特徴とする石炭灰質固化物の製造方法。
  3. 【請求項3】請求項1または2に記載の石炭灰質固化物
    の製造方法において、前記成形物をオートクレーブにて
    高温および高圧で水熱処理することを特徴とする石炭灰
    質形成物の製造方法。
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EP19950301626 EP0678488B1 (en) 1994-04-18 1995-03-13 Process for preparing solidified material containing coal ash
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WO2006073215A1 (en) * 2005-01-07 2006-07-13 Jong-Won Park Method of producing recycled hardened materials using waste gypsum

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