JP2005007280A

JP2005007280A - 圧密造粒機およびこれを用いた人工骨材製造方法、人工骨材製造システム

Info

Publication number: JP2005007280A
Application number: JP2003174014A
Authority: JP
Inventors: Masanori Ochi; 正紀越智
Original assignee: OCHI KENSETSU KK
Current assignee: OCHI KENSETSU KK
Priority date: 2003-06-18
Filing date: 2003-06-18
Publication date: 2005-01-13

Abstract

【課題】ある程度まで粒状化された造粒物を粒径の大きな圧密構造に形成することができる圧密造粒機を提供し、この圧密造粒機を用いて石炭灰から六価クロムが溶出するのを防止しつつ、実用的な人工骨材を得ることができる人工骨材製造方法および人工骨材製造システムを提供する。
【解決手段】略水平方向に配置され、粒状化された造粒物を内部に収容するドラム２と、このドラム２を軸線回りに回転させる回転手段３とを備え、ドラム２の内壁面には、軸方向に螺旋状に形成されたスパイラル隔壁４によって仕切られたスパイラル転動路５が設けられており、このスパイラル転動路５には、ドラム２の回転に伴って前記造粒物を載せて上方に移送し適度な高さから転げ落とす載置面６１を備えた複数の転落棚６が、隣位するスパイラル隔壁４を連結するようにして所定の間隔を隔てて配置されている。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、粒状化された造粒物をさらに圧密化する圧密造粒機、およびこの圧密造粒機を用いて石炭灰から人工骨材を製造する人工骨材製造方法、人工骨材製造システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
我が国は、世界有数の石炭消費国である。近年、一般家庭での石炭消費量は減少してしまったが、石炭火力発電所は現在も新たに建造されており、主要な電力供給所となっている。石炭以外にも原子力や石油が燃料として使用されているが、原子力は安全面や技術面の問題により不安定要素があるし、石油は産油国の動向に左右され易いという不安定要素がある。これらの燃料に比べて、石炭は、資源埋蔵量が豊富であって長期的に安定供給できること、中国等から極めて安価に輸入できること等から、火力発電所や石炭焚きボイラーに使用するニーズは高い。
【０００３】
しかし、石炭にも使用後に生じる石炭灰の問題がある。経済産業省資源エネルギー庁の資料によると、石炭火力発電所から発生する石炭灰は、２００５年度には約１，３７０万トンに達すると予測されている。この石炭灰は、一般にセメント用原料とされたり、埋め立て処分されている。セメント用原料に使用する場合、主要なセメント用原料の一つである粘土の代替材料となり得るが、最終的に産業廃棄物扱いされるため、企業にとってその石炭灰を処理する費用負担は大きい。このため最終的には、埋め立て処分されているのが現状である。したがって、石炭灰を有効に利用するためには、大きな需要量が見込める「人工骨材」の原料に利用することが望ましく、多くの研究開発機関において研究が進められている。
【０００４】
しかし、従来の技術では、環境安全性、骨材として実用的な強度、処理費用等の諸問題をクリアできるような石炭灰処理方法は提案されるに至っていない。例えば、人工骨材を生産するためには、相当なエネルギーコストがかかり、一般の骨材である砕石に比べて費用が高い。環境安全性の点では、地盤中への埋め戻しや埋め立てに使用する場合、石炭灰から有害物質、特に重金属が溶出するという問題がある。通常、石炭中に含まれるクロムは、ほとんどが毒性の少ない三価クロムであるが、石炭火力発電所において高温で燃焼されると、燃焼時に三価クロムの一部が酸化され、有害な六価クロムに変化する。かかる石炭灰を土木資材へ利用する場合、六価クロムの溶出防止策が必要となる。特に、地盤と直接接触する場所へ充填する場合や地下水等と接触する場所へ使用する際には必須である。
【０００５】
このような中、本願発明者らは、特願２００２−０８６７１７号において石炭灰の処理問題を解消できる技術を提案している。この発明では、石炭灰およびセメントを所定の割合で混合した後に、この混合物に硫酸アンモニウム鉄水溶液を添加して処理し、さらに骨材用に造粒処理して所定の条件下で蒸気により養生する処理システムが提案されている。このように硫酸アンモニウム鉄水溶液を添加して六価クロムを効果的に還元すれば、土壌汚染の環境基準をクリアできる。さらに、セメントの混合割合が少なくても粒状が保持でき、かつ、路盤材等として適用可能な強度やすり減り耐性を備えた実用的な人工骨材を得ることができる。
【０００６】
一方、このような従来の石炭灰の諸問題をクリアした後、本願発明者らは、人工骨材として、より高い要望に応えるべく鋭利研究を進めた。すなわち、人工骨材には、使用目的の違いによって使用すべき骨材の粒径も異なるが、石炭灰とセメントの混合物を処理する場合に、粒径の大きい造粒物を製造することは極めて難しい。例えば、粒径が４０ｍｍの人工骨材に仕上げようとすれば、粒径の小さい造粒物を互いに結合させるために、添加する水分を増加しなければならない。しかし、単純に水分を増やしただけでは、造粒物が軟らかくなり過ぎて半壊したり、液状化したり、あるいは搬出時に他の造粒物と接触するとすぐに団子状にくっついてしまうという問題が生じる。
【０００７】
また、従来から提案されている造粒機としては、皿型造粒機、ドラム型造粒機、振動型造粒機などがあり、例えば、特開平７−２７５８２９号公報には、有機廃棄物を処理する粒状化装置が記載されている（特許文献１）。この粒状化装置では、容器本体が傾斜されて配置されており、この容器本体内には、容器本体の回転方向と異なる方向に進む螺旋状の案内部が設けられている。そして、容器本体に有機廃棄物の原料を破砕して細かくした物を入れ、発酵菌を混入し、容器本体を回転することにより、有機廃棄物の原料を螺旋状の案内部に沿って持ち上げて、その後落下させることを繰り返して、有機廃棄物の原料同士を結合して粒状化するようになっている。
【０００８】
【特許文献１】
特開平７−２７５８２９号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来の粒状化装置においては、有機廃棄物に発酵菌を混入して肥料や飼料を作ることはできても、骨材に利用できるような強度を有する造粒物は製造できない。もちろん、骨材利用を想定して大きな粒径の造粒物を製造することも想定されていない。
【００１０】
例えば、前記粒状化装置は、容器本体を傾斜させて回転し、有機廃棄物を螺旋状案内部の傾斜面に沿って登らせて、途中で重力により落下させる構成となっている。しかし、この従来の粒状化装置では、大きな粒径に成長させるために必要な圧力を付与できる高さにまで有機廃棄物を持ち上げることができない。つまり、容器本体の傾斜を小さくして水平に近く配置すれば、螺旋状案内部の高さは高くなるが、それだけ案内面の傾斜がきつくなり、この傾斜を有機廃棄物が登ることはできない。
【００１１】
逆に、容器本体の傾斜を大きくして垂直に近く配置すれば、螺旋状案内部の傾斜がなだらかになり、有機廃棄物は登りやすい。しかし、有機廃棄物を高い位置にまで上げることができず、十分な落下圧力が得られないため、圧密化した造粒物を製造できない。また、このように容器本体の傾斜をきつくすると、有機廃棄物が案内部から脱落したときに、容器本体の底面の排出口へ一気に落下してしまい、粒状化する前に処理が終了してしまう。仮にある程度粒状化していたとしても落下の衝撃により破砕してしまうおそれがある。特に、螺旋状の案内部は、載置面積が小さく落下しやすいし、一度に処理できる量が少ないという問題も存在する。
【００１２】
本発明は、このような問題点を解決するためになされたものであって、ある程度まで粒状化された造粒物を粒径の大きな圧密構造に形成することができる圧密造粒機を提供し、この圧密造粒機を用いて石炭灰から六価クロムが溶出するのを防止しつつ、実用的な人工骨材を得ることができる人工骨材製造方法および人工骨材製造システム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】
本発明に係る圧密造粒機の特徴は、略水平方向に配置され、粒状化された造粒物を内部に収容するドラムと、このドラムを軸線回りに回転させる回転手段とを備え、前記ドラムの内壁面には、軸方向に螺旋状に形成されたスパイラル隔壁によって仕切られたスパイラル転動路が設けられており、このスパイラル転動路には、前記ドラムの回転に伴って前記造粒物を載せて上方に移送し適度な高さから転げ落とす載置面を備えた複数の転落棚が、隣位する前記スパイラル隔壁を連結するようにして所定の間隔を隔てて配置されている点にある。
【００１４】
また、本発明に係る圧密造粒機の特徴は、ドラムの内壁面に造粒物が付着するのを防止するために、粒状化された造粒物を内部に収容するドラムと、このドラムを軸線回りに回転させる回転手段とを備え、前記ドラムの内壁面には、重力によってその中央面が垂下自在に固定された可撓性シートからなるフレキシブル転動路が設けられており、このフレキシブル転動路には、前記ドラムの回転に伴って前記造粒物を載せて上方に移送し適度な高さから転げ落とす載置面を備えた複数の転落棚が配置されている点にある。
【００１５】
また、本発明では、造粒物を圧密化に必要な高い位置まで移送し、できるだけドラムの内壁面に沿って転がり落ちるようにすることで造粒物を破砕させずに圧密化処理を進めるため、転落棚の載置面は、その傾斜角がドラムの接線に対して約４５°〜９０°の範囲内に設定されていることが好ましい。
【００１６】
さらに、本発明では、造粒物が転落途中で次の転落棚に衝突する際に弾き飛ばされたり、その衝撃で破損することのないようにするため、複数の転落棚は、スパイラル転動路に沿ってドラムの内周の１／２の間隔を隔てて適度な間隔で配置されていることが好ましい。
【００１７】
また、本発明では、フレキシブル転動路を確保しつつ付着した造粒物を剥離させるため、可撓性シートは、ドラムの内壁面の内周方向に３以上にほぼ等分割した位置で固定されていることが好ましい。
【００１８】
また、本発明では、簡易な構成でドラムを定位置で安定的に回転させるため、ドラムを回転させる回転手段は、前記ドラムの外周面に沿って凸設され、その凸面の全周に渡って溝が形成された少なくとも一対のホイールと、これらのホイールのうち少なくとも一方のホイールの溝に係合して前記ドラムを下方で支持するとともに回転駆動力を伝達する駆動ローラと、前記各ホイールの溝に係合して前記ドラムを下方で支持し前記駆動ローラに従って従動する従動ローラと、回転自在に軸支され前記各ホイールの両側面を狭持しつつ回転する複数の狭持ローラとを有することが好ましい。
【００１９】
また、本発明に係る人工骨材製造方法の特徴は、石炭灰から人工骨材を製造する人工骨材製造方法であって、石炭灰およびセメントを所定の割合で混合するとともに、この混合物に硫酸アンモニウム鉄水溶液を添加する混合添加工程と、この混合添加工程において前記硫酸アンモニウム鉄水溶液が添加された前記石炭灰および前記セメントの混合物を造粒処理する造粒工程と、この造粒工程において造粒処理された造粒物を、請求項１から請求項４のいずれかに記載の圧密造粒機により圧密処理を行う圧密造粒工程と、この圧密造粒工程において圧密化された圧密造粒物を、所定の条件下で蒸気により養生させる蒸気養生工程とを有する点にある。
【００２０】
さらに、本発明に係る人工骨材製造システムの特徴は、石炭灰から人工骨材を製造する人工骨材製造システムであって、石炭灰を収容する石炭灰容器、セメントを収容するセメント容器、これらの各容器から所定量の石炭灰およびセメントをそれぞれ計量する石炭灰計量器およびセメント計量器を備え、これらの各計量器によって計量された石炭灰およびセメントを混合して混合物を生成するとともに、この混合物に硫酸アンモニウム鉄水溶液を添加する添加部を備えた混合添加手段と、この混合添加手段によって硫酸アンモニウム鉄水溶液が添加された前記混合物を収容するドラム本体、このドラム本体内で公転する撹拌部材、およびこの撹拌部材に自転可能に取り付けられた複数のロータ羽根を備えた造粒手段と、この造粒手段によって造粒処理された造粒物を圧密処理する請求項１から請求項４のいずれかに記載された圧密造粒機と、この圧密造粒機によって圧密化された圧密造粒物を、所定の条件下で蒸気により養生させる蒸気養生手段とを有する点にある。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る圧密造粒機１およびこれを用いた人工骨材製造システム１１の実施形態について図面を用いて説明する。図１は本第１実施形態の圧密造粒機１Ａの概観斜視図を示し、図２はその側面図を示し、図３はその正面図を示し、図４は図３のＡ−Ａ線における断面図を示す。本第１実施形態の圧密造粒機１Ａは、略水平方向に配置された円筒状のドラム２を備え、このドラム２を回転手段３が軸線回りに回転可能に支持している。そして、ドラム２の内壁面には、スパイラル隔壁４によって仕切られたスパイラル転動路５が形成されており、このスパイラル転動路５には転落棚６が配置されている。
【００２２】
本第１実施形態の圧密造粒機１Ａの各構成部についてより詳細に説明すると、ドラム２は、一次的に小径に粒状化された造粒物を搬入するための搬入口２ａと、圧密処理後の圧密造粒物を搬出するための搬出口２ｂを有している。これらの搬入口２ａおよび搬出口２ｂは開放されており、前記搬入口２ａには、一次粒状化処理装置から移送する図示しない輸送コンベアの末端が挿入されている。また、搬出口２ｂには、外部の下方に圧密化した造粒物を次の処理のために移送する図示しない輸送コンベアが延在されている。そして、搬出口２ｂの下方には、順次搬出される造粒物を収集して前記輸送コンベアに載せるための収集部材が設けられている。
【００２３】
ドラム２の内壁面には、造粒物をドラム２の軸線方向に移送するためのスパイラル隔壁４が設けられている。このスパイラル隔壁４は、軸方向に螺旋状に形成されるとともに、ドラム２の中心方向に突出するように形成されている。また、スパイラル隔壁４の螺旋の方向は、ドラム２を回転駆動した際、搬入口２ａに投入した造粒物が搬出口２ｂ側に移送されるよう形成されている。
【００２４】
前述したスパイラル隔壁４によって螺旋状に仕切られることにより、ドラム２の内壁面には、螺旋状のスパイラル転動路５が構成される。ドラム２が回転すると、造粒物はスパイラル転動路５に沿って転がりながら搬出口２ｂに向かって移動する。このスパイラル転動路５には、軸線方向に隣位するスパイラル隔壁４を連結するようにして、複数の転落棚６が所定の間隔を隔てて配置されている。この転落棚６は、スパイラル転動路５から中心方向に突出されており、その長手方向はドラム２の軸線と略平行となるように形成されている。また、図３に示すように、転落棚６はその断面が略Ｌ字状に形成されており、ドラム２の回転方向前方側の面が載置面６１として機能する。この載置面６１は、ドラム２の回転に伴って造粒物を載せて上方に移送し、適度な高さからスパイラル転動路５に沿って前記造粒物を転げ落とす役割を果たす。
【００２５】
転落棚６の載置面６１の角度は、ドラム２が回転したときに球状の造粒物が低い位置からすぐに転げ落ちることなく、しかも造粒物を落下させるのではなく、スパイラル転動路５に沿って転げ落とせる程度の高さまで上方に移送できるように設定されている。図５に示すように、載置面６１の傾斜角はドラム２の接線に対して約４５°〜９０°が好ましく、本第１実施形態では４５°の角度に設定されている。仮に傾斜角を４５°より小さい角度にすると、造粒物をあまり高い位置まで移送することができず、充分に圧密構造化できないし、逆に、図５（ｂ）に示すように、９０°より大きい角度にすると、造粒物を必要以上に高い位置まで移送してしまい、転げ落とすよりも落下させることになり、その衝撃で造粒物を破砕してしまうおそれがある。
【００２６】
また、本第１実施形態では、図３および図４に示すように、次の転落棚６が、スパイラル転動路５に沿って反対側の内壁に設けられ、ドラム２の内周の約１／２の間隔を隔てて配置されている。これは、１／２より大きい間隔にすると、造粒物を上方に移送して適度な高さから転げ落とす回数が減少して充分な圧密化を期待できないし、逆に、１／２より小さい間隔にすると、転落途中で次の転落棚６に衝突して造粒物の形状を崩してしまうおそれがあるからである。
【００２７】
つぎに、回転手段３は、図１から図４に示すように、ドラム２の外周面に沿って長手方向に間隔を隔てて凸設された一対のホイール３１，３１と、これらのホイール３１，３１に回転駆動力を伝達する駆動ローラ３２と、この駆動ローラ３２に従動する従動ローラ３３と、ホイール３１，３１の両側面を狭持する狭持ローラ３４，３４とから構成されている。ホイール３１，３１の凸面には、駆動ローラ３２および従動ローラ３３が遊嵌し得る幅の凹状溝３１ａが形成されている。駆動ローラ３２および従動ローラ３３は、各ホイール３１，３１に対して左右対称に１つずつ設けられ（図３参照）、凹状溝３１ａ内に遊嵌してドラム２を下方で支持している。各駆動ローラ３２は、駆動モータ（図示せず）により駆動され、ドラム２に回転駆動力を伝達するようになっており、各従動ローラ３３は、ドラム２の回転に従って従動するようになっている。
【００２８】
また、一対の狭持ローラ３４，３４は、その外周面でホイール３１，３１の両側面を狭持するように軸支されている。これらの狭持ローラ３４，３４により、ドラム２が軸線方向にずれずに回転駆動する。なお、本第１実施形態では、各ホイール３１，３１に対して駆動ローラ３２を１つずつ設けているが、いずれか一方に設けて駆動することも可能である。
【００２９】
つぎに、本第１実施形態の圧密造粒機１Ａによる造粒物の圧密造粒処理について図６を参照しつつ説明する。
【００３０】
本第１実施形態の圧密造粒機１Ａによって造粒物を圧密造粒処理する場合、まず、処理物を予め他の造粒機によって小さな粒径に造粒処理しておく。このように造粒化した造粒物を搬入口２ａから投入し、駆動ローラ３２を駆動して従動ローラ３３と共にドラム２を回転させる。また、一対の狭持ローラ３４，３４がそれぞれホイール３１，３１の両側面を狭持してドラム２が軸線方向にずれるのを防止する。
【００３１】
つぎに、ドラム２が回転すると、図６（ａ）に示すように、スパイラル転動路５上にある造粒物が転落棚６の載置面６１に接触する。そして、さらにドラム２が回転することで、図６（ｂ）に示すように、転落棚６は造粒物を載せて上方に移送する。このとき、転落棚６の載置面６１は、ドラム２の接線に対して約４５°傾斜するように設けられているため、ドラム２が図６（ａ）の位置から約４５°回転したときでも、載置面６１はほぼ水平を維持し、保持した造粒物をほとんど落下させない（図６（ｂ）参照）。そして、引き続きドラム２を回転させると、図６（ｃ）に示すように、載置面６１が下方に傾斜し始めるので、造粒物は次々にスパイラル転動路５上に沿って転げ落ちる。これにより、造粒物はスパイラル転動路５に衝突して圧密化したり、他の造粒物と衝突することで互いに結合し、その粒径が拡大する。また、スパイラル転動路５に沿って下方に転がることで、その形状はきれいな球形に形成される。続いて造粒物は次の転落棚６に載せられて再び上方へ移送され、同様にスパイラル転動路５に沿って転落される。
【００３２】
このように造粒物は、転落棚６によって繰り返し転動されながら、スパイラル転動路５に沿って搬出口２ｂに移送され、充分に圧密化されるとともに、その粒径が大きく成長する。もちろん、ドラム２の長手方向の長さを適宜調節することにより、圧密処理の繰り返し回数を増減できるので、所望の強度および粒径を有する圧密造粒物が得られる。
【００３３】
したがって、本第１実施形態の圧密造粒機１Ａによれば、ある程度まで粒状化された造粒物を緻密かつきめ細やかな圧密構造に形成し、粒径の大きな造粒物を形成することができる。
【００３４】
つぎに、本発明に係る圧密造粒機１の第２の実施形態について図面を用いて説明する。なお、本第２実施形態の構成のうち、上述した第１の実施形態で説明した構成と同一若しくは相当する構成については同一の符号を付して再度の説明を省略する。
【００３５】
本第２実施形態では、ドラム２の内壁面に造粒物が固着してしまうのを抑制するものである。通常のドラム２では、セメントを含む造粒物を処理すると、内壁面にセメントが固化してしまうため、削り取る作業をしなければならない。この作業は、極めて面倒で時間がかかることから、歩留まりの低下を招いてしまう。
【００３６】
本第２実施形態の圧密造粒機１Ｂの特徴は、図７および図８に示すように、ドラム２の内壁面を膜状に垂れ下がる可撓性シート７で覆うことにより、造粒物が内壁面に付着するのを抑制した点にある。つまり、ドラム２の内壁面に、可撓性シート７からなるフレキシブル転動路８が設けられており、このフレキシブル転動路８は、重力によってその中央面が垂下自在に固定されている。
【００３７】
本第２実施形態の圧密造粒機１Ｂの各構成部について、より詳細に説明すると、ドラム２は、搬出口２ｂを下側にして緩やかな角度に傾斜され、回転手段３によって支持されている。このドラム２の傾斜度は、造粒物が十分に圧密処理されながら搬出口２ｂへ移送される程度の傾斜が好ましい。本実施形態では、可撓性シート７の摩擦も考慮して２°〜５°に傾斜させている。また、ドラム２の内壁面には、ゴムシート等の可撓性素材で構成された６枚の可撓性シート７が内壁面に沿うように固定されている。これらの可撓性シート７は、ドラム２の軸線方向の長さに形成されており、その軸線方向の両端部のみをボルト等により固定され、中央部はフリーな状態にされている。可撓性シート７は６枚から構成されているが、それ以下の枚数で構成してもよく、例えばドラム２の内周寸法と等しい幅寸法からなる１枚の可撓性シート７を内周方向に６分割した位置９，９で固定し、６ヶ所の垂下する面を構成するようにしてもよい。また、必ずしも６分割する必要はなく、少なくとも３分割以上であればよく、５分割または６分割が垂下面積の点から好ましい。仮に２分割した位置で固定すると、上方から垂下した可撓性シート７が、下側の可撓性シート７を完全に覆ってしまい、造粒物を剥離させられない。なお、あまり分割数が多すぎると各可撓性シート７の垂下量が小さくなり、造粒物を剥離させられないので分割数が多すぎるのも好ましくない。また、固定作業上、固定位置９は軸線に沿って形成されることが好ましいが、軸線方向に対して交差する方向に形成されてもよい。
【００３８】
このように可撓性シート７が垂下自在に固定されることにより、ドラム２の内壁面には、フレキシブル転動路８が構成される。このフレキシブル転動路８には、可撓性シート７の６ヶ所の固定位置９のうち、軸線に対して直径方向に対向する２ヶ所に転落棚６が配置されている。この転落棚６の長さは、造粒物の圧密化に必要な長さであればよく、ドラム２の全長に一致させる必要はない。なお、転落棚６は安定性を考慮して固定位置９に沿って取り付けてあるが、これに限定する必要はない。例えば、極端な例で言えば、転落棚６を可撓性シート７の中央面上に固着しても、この転落棚６がドラム２の回転に伴って下方側を移動する間は、ドラム２の内壁面に沿って造粒物を載せて上方に移送する作用を奏することができる。また、転落棚６の載置面６１の傾斜角は、ドラム２の接線に対して約９０°に設定されているが、上述したように、約４５°〜９０°の範囲であれば良い。
【００３９】
このような本第２実施形態の圧密造粒機１Ｂによれば、造粒物を圧密造流処理する場合、上述した第１実施形態の圧密造粒機１Ａと同様に、予め造粒化した造粒物をドラム２の搬入口２ａから投入し、回転手段３によってドラム２を回転させる。これにより、転落棚６が造粒物を載せて上方に移送し、適度な高さからフレキシブル転動路８に転げ落とす。そして、その造粒物はもう一方の転落棚６に載せられて再び上方へ移送され、同様にフレキシブル転動路８に沿って転落される。このように造粒物は、転落棚６によって繰り返し転動されることで圧密化されながら徐々に移送され、搬送口２ｂまで移送されると、十分に大きな粒径に成長した圧密造粒物に成長させられる。
【００４０】
一方、圧密化処理を進めると、ドラム２内のフレキシブル転動路８には造粒物が固着しはじめるが、ドラム２の回転により各可撓性シート７が上方に移動すると、自重によってその中央面がドラム２の内壁面から離れて垂れ下がる。可撓性シート７は、ドラム２の中心方向に凸状に湾曲するため、その表面に付着していた造粒物を剥離させ、落下させる。そして、ドラム２が回転してその可撓性シート７が下方に移動すると、自重によって再びドラム２の内壁面に接し、フレキシブル転動路８を構成する。
【００４１】
したがって、本第２実施形態の圧密造粒機１Ｂによれば、上述した第１実施形態の圧密造粒機１Ａと同様の効果に加えて、フレキシブル転動路８に付着した造粒物を剥離させ、ドラム２内の清掃作業を容易にすることができる。
【００４２】
つぎに、本実施形態の圧密造粒機１Ａ，１Ｂを用いた人工骨材製造システム１１について図面を参照しつつ説明する。
【００４３】
図９は、本発明の実施形態に係る人工骨材製造システム１１の概略構成を示すブロック図である。この人工骨材製造システム１１は、石炭灰を貯蔵する石炭灰サイロ１２と、セメント材料を貯蔵するセメントサイロ１３と、これら各サイロ１２，１３から搬送される石炭灰およびセメントを計量前に一旦収容する石炭灰容器１４およびセメント容器１５と、これら各容器１４，１５から石炭灰およびセメントを取り出して所定量を計量する石炭灰計量器１６およびセメント計量器１７と、これら各計量器１６，１７により計量して取り出した石炭灰およびセメントを混合して造粒処理する造粒機１８と、この造粒機１８内の石炭灰およびセメントの混合物に練り混ぜ用の硫酸アンモニウム鉄水溶液を添加する硫酸アンモニウム鉄水溶液添加部１９と、造粒機１８により造粒処理された造粒物を圧密化する圧密造粒機１Ａ，１Ｂと、この圧密造粒機１Ａ，１Ｂにより圧密造粒処理された圧密造粒物を蒸気により養生する蒸気養生部２０と、この蒸気養生部２０により蒸気養生された圧密造粒物を温水により養生する温水養生部２１とから構成されている。
【００４４】
本実施形態の人工骨材製造システム１１の主要な構成部について、より詳細に説明すると、石炭灰容器１４およびセメント容器１５は、石炭灰サイロ１２およびセメントサイロ１３から一旦、石炭灰およびセメント材料を小分けに取り出すことにより、次の石炭灰計量器１６およびセメント計量器１７における計量誤差を小さくする役割を果たしている。
【００４５】
また、本実施形態で使用する造粒機１８の概略平面図を図１０に示す。この造粒機１８は、石炭灰とセメント材料の混合物を収容するドラム本体１８ａと、このドラム本体１８ａ内で公転する撹拌部材１８ｂと、この撹拌部材１８ｂに自転可能に取り付けられた複数のロータ羽根１８ｃとを備えている。また、造粒機１８には、硫酸アンモニウム鉄水溶液添加部１９が連結されており、ドラム本体１８ａ内に搬送された石炭灰およびセメント材料に、硫酸アンモニウム鉄水溶液を所定量添加するようになっている。そして、撹拌部材１８ｂがドラム本体１８ａ内に収容された混合物を撹拌するとともに、複数のロータ羽根１８ｃが正回転または逆回転することにより、石炭灰およびセメント材料を十分に混練りし、硫酸アンモニウム鉄水溶液を全体に行き渡らせ、さらに、造粒化するようになっている。
【００４６】
圧密造粒機１Ａ，１Ｂは、その搬入口２ａ近傍に図示しない輸送コンベアが配置されており、造粒機１８によって混合造粒され、ある程度まで粒状化された造粒物が搬入される。搬入された造粒物は、上述したように、ドラム２の回転によって転落棚６の載置面６１に載せられ、適度な高さまで移送された後にスパイラル転動路５あるいはフレキシブル転動路８に転げ落とされ、粒径が大きい圧密構造をなす圧密造粒物に成長するようになっている。
【００４７】
蒸気養生部２０は、図示しない蒸気養生室内に蒸気発生器が備えられているとともに、パレットコンベアが配置されており、圧密造粒機１Ａ，１Ｂによって圧密処理された後の圧密造粒物を前記パレットコンベアで搬送しつつ蒸気養生するようになっている。この蒸気養生により圧密造粒物は圧密化した状態を保持し、紛状化してしまうのを防止することができる。
【００４８】
温水養生部２１は、図示しない温水養生室を備えており、前述した蒸気養生部２０のパレットコンベアの終端位置から前記温水養生室まで輸送コンベアが配置されている。そして、その輸送コンベアにより前記蒸気養生後の圧密造粒物を温水養生室へ輸送し、所定条件下で温水養生するようになっている。この温水養生により、圧密化した圧密造粒物の固化を促進させ、強度等の品質特性も向上させるようになっている。
【００４９】
つぎに、本実施形態に係る人工骨材製造システム１１により実行される人工骨材の製造処理について説明する。図１１は本実施形態に係る人工骨材の製造処理工程を説明するフローチャート図である。
【００５０】
図１１に示すように、本実施形態において石炭灰から人工骨材を製造する場合、まず、石炭灰が石炭灰サイロ１２からフィーダを通って石炭灰容器１４に搬送され、石炭灰計量器１６へ供給される（処理Ｓ１）。これとほぼ同時に、セメント材料がセメントサイロ１３からフィーダを通ってセメント容器１５に搬送され、セメント計量器１７へ供給される（処理Ｓ２）。そして、石炭灰計量器１６およびセメント計量器１７では、石炭灰およびセメント材料が所定の混合比になるように、それぞれ計量される（処理Ｓ３）。本実施形態における石炭灰およびセメント材料の混合物は、石炭灰の質量比を８割以上、好ましくは８割から９割となるように計量される。これは、セメント材料の質量比を２割以下、好ましくは１割から２割とすることで高コストのセメント材料をできるだけ少なくしている。なお、石炭灰容器１４およびセメント容器１５は、一度に大量の石炭灰やセメント材料が石炭灰計量器１６やセメント計量器１７に投入されるのを防止し、計量誤差を小さくするために設けられている。
【００５１】
つづいて、計量された石炭灰およびセメント材料は、造粒機１８のドラム本体１８ａ内へ投入されて混合される（処理Ｓ４）。そして、その混合物に対し、硫酸アンモニウム鉄水溶液添加部１９により、練り混ぜ水として硫酸アンモニウム鉄水溶液が添加される（処理Ｓ５）。ここで、添加する硫酸アンモニウム鉄水溶液の濃度は、０．０１〜０．１％とし、その添加量を前記混合物に対して約２０〜３０質量％とするのが好ましい。これは、あまりに濃度が高すぎたり、添加量が多すぎると最終製品たる人工骨材の強度の低下につながるからである。
【００５２】
また、前記混合物に硫酸アンモニウム鉄水溶液が添加されることにより、石炭灰およびセメント材料中に含まれる有害物質である六価クロム（Ｃｒ^６＋）が、毒性の少ない三価クロム（Ｃｒ^３＋）に還元される。このときの還元化学式を以下に示す。
【化１】

【００５３】
そして、造粒機１８内では、石炭灰およびセメント材料の混合物が、硫酸アンモニウム鉄水溶液を練り混ぜ水として混練り、造粒される（処理Ｓ６）。この造粒処理において加えられる硫酸アンモニウム鉄水溶液の量は、目的とする粒径に合わせて多少増加することが好ましい。ただし、通常考えられているような水量を加える必要はない。また、造粒機１８は、石炭灰およびセメント材料の混合物を造粒できる構造のものであれば限定されないが、より好ましくは、上述した造粒機１８のように、混合物を撹拌しながら自転するロータ羽根１８ｃにより正回転および逆回転させる構造のものがよい。このような構造によれば、混合工程とねっか（混合材料を強力に練り込む作業）工程と造粒工程を同一ドラム本体１８ａ内で一連の作業として実施できる。そして、ロータ羽根１８ｃを正方向および逆方向に回転させることで前記混合物を混練し、造粒することができる。なお、本実施形態で示した造粒機１８以外の造粒機であっても、例えば皿型造粒機、ドラム型造粒機、振動型造粒機などであっても、前述のごとく、石炭灰およびセメント材料の混合物を適切に造粒できるものであれば適用してもよい。
【００５４】
つづいて、処理Ｓ６において造粒処理が施された後の造粒物は、圧密造粒機１Ａ，１Ｂに搬送され、圧密処理される（処理Ｓ７）。本実施形態では、粒径が０．１ｍｍ〜５ｍｍ程度の造粒物を圧密造粒機１Ａ，１Ｂに投入し圧密処理を施すことにより、粒径が５ｍｍ〜８０ｍｍ程度の圧密造粒物を生成するようになっている。この範囲にある粒径の人工骨材は路盤材の原料として需要が高い。
【００５５】
つづいて、処理Ｓ７において圧密化処理が施された後の圧密造粒物は、蒸気養生部２０に搬送され、所定の条件下で蒸気養生される（処理Ｓ８）。ここで養生とは、一般にコンクリートを固まらせることであり、標準養生のほかに保温養生、蒸気養生、オートクレーブ養生などがある。そして、蒸気養生とは一般にコンクリートの硬化促進を目的とし、大気圧下においてボイラーで発生させた蒸気を配管に通してノズルより噴出させて行う養生のことをいう。本実施形態の蒸気養生部２０においては、４０℃〜７０℃の室温の下で約６時間の蒸気養生を行う。この条件下における蒸気養生が、圧密造粒化した石炭灰およびセメント材料の圧密造粒物に対して効果的に作用し、造粒形態を迅速かつ確実に保持するからである。
【００５６】
前記処理Ｓ８までの処理によって、圧密造粒物は、すでに六価クロムが三価クロムに還元されており、ある程度の強度およびすり減り耐性を有する人工骨材になっている。ただし、本実施形態においては蒸気養生部２０における蒸気養生処理（処理Ｓ８）を経た後に、さらに、温水養生部２１による温水養生処理（処理Ｓ９）を追加することによって、より一層、圧密化した圧密造粒物の硬化を促進させ、さらなる強度およびすり減り耐性を実現することができる。ここで、本実施形態における温水養生部２１では、４０℃〜７０℃の温水の中で約２４時間の温水養生を行う。この条件下における温水養生が、蒸気養生後の圧密造粒物に対して効果的に作用し、迅速な硬化および品質特性の向上を図ることができるからである。
【００５７】
つぎに、以上のような人工骨材製造システム１１により製造した人工骨材について、路盤等に適用できるか検討するために各種の品質試験を行った。図１２に品質試験結果を示す。
【００５８】
図１２に示すように、ＪＩＳＡ１１２１規格によるスリヘリ試験の結果、スリヘリ減量は２７．７（％）を示し、ＪＩＳＡ１２１０規格による土の突固め試験の結果、最適含水比は２０．５（％）、最大乾燥密度は１．３２５（ｇ／ｃｍ^３）を示し、舗装試験法便覧による修正ＣＢＲ試験の結果、修正ＣＢＲは８０．６（％）を示し、液性限界・塑性限界試験の結果、塑性指数はＮＰ（ＰＩ）を示し、ＪＩＳＡ１１０８規格による圧縮試験の結果、圧縮強度は２８．４（Ｎ／ｍｍ^２）を示し、ＪＩＳＫ０１０２規格による溶出試験の結果、六価クロム濃度は０．０１（ｍｇ／ｌ）を示し、フッ素濃度は０．４（ｍｇ／ｌ）を示し、ホウ素は０．８６（ｍｇ／ｌ）を示した。
【００５９】
また、図１２には、路盤材として用いる場合の主要な規格値（推奨される値）が記載してある。図１２に示すように、スリヘリ減量（スリヘリ減量の小さい骨材ほど耐磨耗性や耐久性に優れている）の規格値は４５（％）以下であり、修正ＣＢＲの規格値は４５（％）以上である。本実施形態の人工骨材は、スリヘリ減量が２７．７（％）、修正ＣＢＲが８０．６（％）であり、いずれも規格値を大幅にクリアしている。また、圧縮強度の規格値は、全国生コン工場品質管理ガイドブック（全国コンクリート工業連合会発行）から引用すると８（Ｎ／ｍｍ^２）以上である。これに対し、本実施形態の人工骨材は、２８．４（Ｎ／ｍｍ^２）であり、これも規格値を十分クリアしている。これにより、固形化したモルタルと同等の性能を示す場合に該当するため、安定型処理場への廃棄も認められるし、それ以上に路盤材等として十分な強度を有する。さらに、六価クロム濃度については、環境庁告示第４６号の「土壌の汚染に係る環境基準について」より引用すると、０．０５（ｍｇ／ｌ）以下を満たす必要がある。これに対し、本実施形態の人工骨材は、六価クロムの溶出濃度が０．０１（ｍｇ／ｌ）であり、環境基準値を完全にクリアできる。
【００６０】
なお、比較試験として、硫酸アンモニウム鉄水溶液を混合物に添加しない人工骨材を作成して六価クロム溶出量を測定したところ、０．１（ｍｇ／ｌ）であり、環境基準値の２倍が検出された。この結果からも本実施形態の人工骨材が、六価クロムの溶出を十分抑制されたものであることがわかる。
【００６１】
以上の試験結果により、本実施形態の人工骨材製造方法により製造された人工骨材は、路盤材などに使用するのに十分な強度、すり減り耐性、および環境安全性を備えた人工骨材であることが証明された。
【００６２】
したがって、本実施形態の人工骨材製造システム１１によれば、産業廃棄物である石炭灰に含まれる六価クロムを土壌汚染に関する環境基準以下にまで低減することができる。しかも加える水量が少なくても要求する粒径にまで大きく圧密化することができ、実用化のニーズに応えられる強度、すり減り耐性および粒径を備えた人工骨材を製造できる。
【００６３】
なお、本実施形態における各構成および各処理は、前述した各実施形態に限定されるものではなく、適宜変更することができる。
【００６４】
例えば、各実施形態における駆動ローラ３２は、ホイール３１，３１との間に発生する摩擦力によってドラム２を回転させている。しかしながら、この構成に限らず、ホイール３１，３１および駆動ローラ３２の外周面に、互いに噛合する歯車部を形成するようにしても良い。これにより、ドラム２を確実に回転させることができる。
【００６５】
また、本実施形態に使用する石炭灰は、特に限定されるものでなく、例えばフライアッシュとシンダアッシュの混合物である原粉、ＪＩＳＡ６２０１に適合するようなフライアッシュ、粗粉、クリンカアッシュを含む全ての石炭灰を用いることができる。また、石炭灰の粒度にも特に影響されない。
【００６６】
さらに、本実施形態で用いるセメントは特に限定されず、例えばＪＩＳ規格で規定されている普通ポルトランドセメント、早強ポルトランドセメント、超早強ポルトランドセメント、中庸ポルトランドセメント、耐硫酸塩ポルトランドセメント、白色セメント、超速硬セメント、アルミナセメント、シリカセメント、高炉セメント、フライアッシュセメントなどが挙げられる。
【００６７】
さらにまた、本実施形態においては、練り混ぜ水として硫酸アンモニウム鉄水溶液を添加することとしたが、これに限定されるものではなく、人工骨材として適用できる強度およびすり減り耐性を維持させつつ六価クロムを還元することができる材料であれば適用することができる。
【００６８】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、ある程度まで粒状化された造粒物を粒径の大きな圧密構造に形成することができる圧密造粒機を提供し、この圧密造粒機を用いて石炭灰から六価クロムが溶出するのを防止しつつ、実用的な人工骨材を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る圧密造粒機の第１の実施形態を示す概観斜視図である。
【図２】図１の側面図である。
【図３】図１の正面図である。
【図４】図３のＡ−Ａ線における断面図である。
【図５】本実施形態の圧密造粒機における転落棚の拡大図であり、ドラムの接線に対する載置面の傾斜角が、（ａ）４５°の場合、（ｂ）９０°の場合を示す概略図である。
【図６】本実施形態の圧密造粒機における転落棚が、（ａ）造粒物と接触した状態、（ｂ）造粒物を上方に移送した状態、（ｃ）造粒物を転げ落とした状態を示す概略図である。
【図７】本発明に係る圧密造粒機の第２の実施形態を示す正面図である。
【図８】図７のＢ−Ｂ線における断面図である。
【図９】本発明に係る人工骨材製造システムの一実施形態を示すブロック構成図である。
【図１０】本実施形態で使用した造粒機の概略平面図である。
【図１１】本発明に係る人工骨材製造処理方法の一実施形態を示すフローチャート図である。
【図１２】本発明に係る人工骨材製造システムの一実施形態により製造された人工骨材の各種品質試験結果を示す図である。
【符号の説明】
１，１Ａ，１Ｂ圧密造粒機
２ドラム
２ａ搬入口
２ｂ搬出口
３回転手段
４スパイラル隔壁
５スパイラル転動路
６転落棚
７可撓性シート
８フレキシブル転動路
９固定位置
１１人工骨材製造システム
１２石炭灰サイロ
１３セメントサイロ
１４石炭灰容器
１５セメント容器
１６石炭灰計量器
１７セメント計量器
１８造粒機
１８ａドラム本体
１８ｂ撹拌部材
１８ｃロータ羽根
１９硫酸アンモニウム鉄水溶液添加部
２０蒸気養生部
２１温水養生部
３１凸状ホイール
３１ａ凹状溝
３２駆動ローラ
３３従動ローラ
３４狭持ローラ
６１載置面

Claims

略水平方向に配置され、粒状化された造粒物を内部に収容するドラムと、このドラムを軸線回りに回転させる回転手段とを備え、
前記ドラムの内壁面には、軸方向に螺旋状に形成されたスパイラル隔壁によって仕切られたスパイラル転動路が設けられており、
このスパイラル転動路には、前記ドラムの回転に伴って前記造粒物を載せて上方に移送し適度な高さから転げ落とす載置面を備えた複数の転落棚が、隣位する前記スパイラル隔壁を連結するようにして所定の間隔を隔てて配置されていることを特徴とする圧密造粒機。
粒状化された造粒物を内部に収容するドラムと、このドラムを軸線回りに回転させる回転手段とを備え、
前記ドラムの内壁面には、重力によってその中央面が垂下自在に固定された可撓性シートからなるフレキシブル転動路が設けられており、
このフレキシブル転動路には、前記ドラムの回転に伴って前記造粒物を載せて上方に移送し適度な高さから転げ落とす載置面を備えた複数の転落棚が配置されていることを特徴とする圧密造粒機。
請求項１または請求項２において、転落棚の載置面は、その傾斜角がドラムの接線に対して約４５°〜９０°の範囲内に設定されていることを特徴とする圧密造粒機。
請求項１または請求項３において、複数の転落棚は、スパイラル転動路に沿ってドラムの内周の１／２の間隔を隔てて配置されていることを特徴とする圧密造粒機。
請求項２または請求項３において、可撓性シートは、ドラムの内壁面の内周方向に３以上にほぼ等分割した位置で固定されていることを特徴とする圧密造粒機。
請求項１から請求項５のいずれかにおいて、ドラムを回転させる回転手段は、前記ドラムの外周面に沿って凸設され、その凸面の全周に渡って溝が形成された少なくとも一対のホイールと、これらのホイールのうち少なくとも一方のホイールの溝に係合して前記ドラムを下方で支持するとともに回転駆動力を伝達する駆動ローラと、前記各ホイールの溝に係合して前記ドラムを下方で支持し前記駆動ローラに従って従動する従動ローラと、回転自在に軸支され前記各ホイールの両側面を狭持しつつ回転する複数の狭持ローラとを有することを特徴とする圧密造粒機。
石炭灰から人工骨材を製造する人工骨材製造方法であって、
石炭灰およびセメントを所定の割合で混合するとともに、この混合物に硫酸アンモニウム鉄水溶液を添加する混合添加工程と、
この混合添加工程において前記硫酸アンモニウム鉄水溶液が添加された前記石炭灰および前記セメントの混合物を造粒処理する造粒工程と、
この造粒工程において造粒処理された造粒物を、請求項１から請求項６のいずれかに記載の圧密造粒機により圧密処理を行う圧密造粒工程と、
この圧密造粒工程において圧密化された圧密造粒物を所定の条件下で蒸気により養生させる蒸気養生工程と
を有することを特徴とする人工骨材製造方法。
石炭灰から人工骨材を製造する人工骨材製造システムであって、
石炭灰を収容する石炭灰容器、セメントを収容するセメント容器、これらの各容器から所定量の石炭灰およびセメントをそれぞれ計量する石炭灰計量器およびセメント計量器を備え、これらの各計量器によって計量された石炭灰およびセメントを混合して混合物を生成するとともに、この混合物に硫酸アンモニウム鉄水溶液を添加する添加部を備えた混合添加手段と、
この混合添加手段によって硫酸アンモニウム鉄水溶液が添加された前記混合物を収容するドラム本体、このドラム本体内で公転する撹拌部材、およびこの撹拌部材に自転可能に取り付けられた複数のロータ羽根を備えた造粒手段と、
この造粒手段によって造粒処理された造粒物を圧密処理する請求項１から請求項６のいずれかに記載された圧密造粒機と、
この圧密造粒機によって圧密化された圧密造粒物を所定の条件下で蒸気により養生させる蒸気養生手段と
を有することを特徴とする人工骨材製造システム。