JP6803584B2 - Method for manufacturing coal ash granules and method for improving water bottom - Google Patents
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Description
本発明は、石炭灰造粒物の製造方法に関するとともに、その石炭灰造粒物を用いた水底改良方法に関する。 The present invention relates to a method for producing a coal ash granule and a method for improving the water bottom using the coal ash granule.
特許文献１には、石炭灰とセメントと製鋼スラグとを混合し、その混合物に散水しながら造粒し、その造粒物を湿空養生することによって、透水性のある石炭灰造粒物を製造する方法が開示されている。
In
特許文献２には、石炭灰と高炉セメントとスラグを混合して造粒することによって、養生することなく石炭灰造粒物を製造する方法が開示されている。この石炭灰造粒物は地盤材料として利用される。 Patent Document 2 discloses a method for producing a coal ash granule without curing by mixing and granulating coal ash, blast furnace cement, and slag. This coal ash granule is used as a ground material.
ところで、石炭灰造粒物を地盤材料として用いる場合、土圧等によって石炭灰造粒物が破砕されるのを防止するべく、石炭灰造粒物の強度が要求される。
そこで、本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、石炭灰造粒物の強度向上を図ることを目的とする。
By the way, when a coal ash granulated product is used as a ground material, the strength of the coal ash granulated product is required in order to prevent the coal ash granulated product from being crushed by earth pressure or the like.
Therefore, the present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to improve the strength of coal ash granules.
上記課題を解決するための主たる発明は、石炭灰とセメントとを配合し、それらの混合物に加水し、加水された混合物を造粒し、その造粒物の硬化後に気中で前記造粒物を養生し、気中養生後に前記造粒物を海水に浸漬して養生する石炭灰造粒物の製造方法である。 The main invention for solving the above-mentioned problems is to mix coal ash and cement, add water to the mixture thereof, granulate the hydrated mixture, and after the granulated product is cured, the granulated product is air-conditioned. This is a method for producing a coal ash granulated product, which is cured by immersing the granulated product in seawater after curing in air .
本発明によれば、石炭灰造粒物が海水中で養生されたものであるから、石炭灰造粒物の強度が向上する。 According to the present invention, since the coal ash granulated product is cured in seawater, the strength of the coal ash granulated product is improved.
以下、本発明の実施形態について説明する。但し、以下に述べる実施形態には、本発明を実施するために技術的に好ましい種々の限定が付されているので、本発明の範囲を以下の実施形態に限定するものではない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described. However, the scope of the present invention is not limited to the following embodiments because the embodiments described below are provided with various technically preferable limitations for carrying out the present invention.
１． 石炭灰造粒物
石炭灰造粒物は、石炭灰と、この石炭灰を結合したセメント水和物とを含有した混合物からなり、その混合物は粒状に形成された多孔質材料である。必要に応じてスラグ（例えば、鉄鋼スラグ、非鉄金属スラグ）が混合物に含まれてもよいが、その場合、石炭灰及びスラグがセメント水和物によって結合されている。
1. 1. Coal ash granules Coal ash granules consist of a mixture of coal ash and cement hydrate combined with the coal ash, and the mixture is a porous material formed in granular form. If desired, slag (eg, steel slag, non-ferrous metal slag) may be included in the mixture, in which case coal ash and slag are bound by cement hydrate.
この石炭灰造粒物は、石炭灰（粉体）とセメント（粉体）との混合物（この混合物には、必要に応じて、粉砕された鉄鋼スラグ粉末が混合されている。）に加水して、その加水した混合物を造粒し、その造粒物を硬化・養生して得られるものである。石炭灰造粒物の養生は、少なくとも海水中で行われる。
鉄鋼スラグ粉末を配合しない場合には、石炭灰はセメントよりも配合比が高く、鉄鋼スラグ粉末を配合する場合には、石炭灰、セメント及び鉄鋼スラグ粉末の中で石炭灰の配合比が最も高い。石炭灰の配合比が高いので、石炭灰造粒物が多孔質となる。
This coal ash granule is added to a mixture of coal ash (powder) and cement (powder) (this mixture is mixed with crushed steel slag powder, if necessary). Then, the hydrolyzed mixture is granulated, and the granulated product is cured and cured. Curing of coal ash granules is carried out at least in seawater.
When steel slag powder is not blended, coal ash has a higher blending ratio than cement, and when steel slag powder is blended, coal ash has the highest blending ratio among coal ash, cement and steel slag powder. .. Since the blending ratio of coal ash is high, the coal ash granules become porous.
１−１． 石炭灰
石炭灰造粒物に含まれる石炭灰は、石炭を燃料として用いる火力発電所において石炭の燃焼により生成されたフライアッシュである。フライアッシュは、全体の70〜80％を占めるシリカ（ＳｉＯ2）及びアルミナ（Ａｌ2Ｏ3）を主成分とし、その他の成分としてＦｅ2Ｏ3、ＣａＯ、ＭｇＯ、ＳＯ3、Ｎａ2Ｏ、Ｋ2Ｏ等の酸化物を含有する。
1-1. Coal ash Coal ash contained in coal ash granules is fly ash produced by burning coal in a thermal power plant that uses coal as fuel. Fly ash is mainly composed of silica (SiO 2 ) and alumina (Al 2 O 3 ), which account for 70 to 80% of the total, and Fe 2 O 3 , CaO, MgO, SO 3 , Na 2 O, as other components. containing oxides of K 2 O or the like.
１−２． セメント水和物
石炭灰造粒物に含まれるセメント水和物は、セメントと水が化合することによって得られたものである。そのセメント水和物に利用されるセメントは高炉セメントであり、より具体的には、JIS R 5211によって規格されたＢ種高炉セメントである。なお、Ａ種又はＣ種の高炉セメントが利用されてもよいし、他の種類のセメントが利用されてもよい。
ここで、JIS R 5211の規格によると、高炉セメントはＡ種（高炉スラグの分量が5 [質量%]を超え30[質量%]以下）とＢ種（高炉スラグの分量が30 [質量%]を超え60 [質量%]以下）とＣ種（高炉スラグの分量が60 [質量%]を超え70 [質量%]以下）に分類される。
1-2. Cement hydrate The cement hydrate contained in coal ash granules is obtained by the combination of cement and water. The cement used for the cement hydrate is a blast furnace cement, and more specifically, a class B blast furnace cement standardized by JIS R 5211. A type A or type C blast furnace cement may be used, or other types of cement may be used.
Here, according to the JIS R 5211 standard, blast furnace cement is type A (the amount of blast furnace slag exceeds 5 [mass%] and is 30 [mass%] or less) and type B (the amount of blast furnace slag is 30 [mass%]]. It is classified into Class C (the amount of blast furnace slag exceeds 60 [mass%] and 70 [mass%] or less).
石炭灰造粒物にはフライアッシュが含まれていることから、フライアッシュのポゾラン反応による水和物がセメント水和物に含まれている。 Since the coal ash granules contain fly ash, the cement hydrate contains hydrates from the pozzolan reaction of fly ash.
１−３． スラグ
石炭灰造粒物に含まれるスラグは鉄鋼スラグ（例えば、高炉スラグ、製鋼スラグ）であり、より具体的には脱炭スラグである。
1-3. Slag The slag contained in the coal ash granules is steel slag (for example, blast furnace slag, steelmaking slag), and more specifically, decarburized slag.
ここで、高炉スラグは、徐冷スラグと水冷スラグに分類され、製鋼スラグは、転炉スラグと電炉スラグと溶鉄予備処理スラグと二次精錬スラグとスロッピングスラグと鋳造スラグと混銑炉スラグに分類される。転炉スラグは、転炉で銑鉄を精錬して鋼を製造する際に生じるスラグである。電炉スラグは、電気炉でスクラップを主原料として鋼を製造する工程で生じるスラグである。溶鉄予備処理スラグは、溶鉄の各種処理（脱珪処理、脱リン処理、脱硫処理、脱硫処理、脱炭処理）をする際に生じるスラグであって、脱珪スラグと脱リンスラグと脱硫スラグと脱炭スラグに分類される。二次精錬スラグは、転炉等から出鋼した溶鋼に脱硫、脱燐、脱ガス等の処理をする場合があり、その際に生じるスラグである。スロッピングスラグは、転炉連吹錬中に炉内から飛び出し、炉下に落下したスラグである。鋳造スラグは、溶鋼を鋳型又は連続鋳造機に注入した後、溶鋼鍋に残留したスラグである。混銑炉スラグは、混銑炉から排出されたスラグである。以上に挙げた各種のスラグが、石炭灰造粒物に添加される鉄鋼スラグに利用されてもよい。 Here, blast furnace slag is classified into slow cooling slag and water cooling slag, and steelmaking slag is classified into converter slag, electric furnace slag, molten iron pretreatment slag, secondary refining slag, sloping slag, cast slag, and mixed iron slag. Will be done. The converter slag is the slag produced when pig iron is refined in a converter to produce steel. Electric furnace slag is slag produced in the process of manufacturing steel from scrap as a main raw material in an electric furnace. Molten iron pretreatment slag is slag generated when various treatments of molten iron (desiliconization treatment, dephosphorization treatment, desulfurization treatment, desulfurization treatment, decarburization treatment) are performed. Classified as charcoal slag. Secondary refining slag is slag generated when molten steel discharged from a converter or the like may be subjected to treatments such as desulfurization, dephosphorization, and degassing. Sloping slag is slag that jumps out of the furnace and falls under the furnace during continuous blowing in the converter. Casting slag is slag remaining in a molten steel pan after injecting molten steel into a mold or continuous casting machine. The torpedo wagon slag is the slag discharged from the torpedo wagon. The various slags listed above may be used for steel slag added to coal ash granules.
鉄鋼スラグを配合したのは、セメントの配合比を減らして、セメントの使用量低減を図るためである。
なお、鉄鋼スラグに代えて、非鉄金属スラグ（例えば銅スラグ、フェロニッケルスラグ）が配合されてもよい。
The reason for blending steel slag is to reduce the blending ratio of cement and reduce the amount of cement used.
In addition, instead of steel slag, non-ferrous metal slag (for example, copper slag, ferronickel slag) may be blended.
２． 石炭灰造粒物の製造方法
図１のフローチャートを参照して、石炭灰造粒物の製造方法について説明する。
まず、粉末状の石炭灰及びセメントを造粒機に投入するとともに、必要に応じて鉄鋼スラグの粉末も造粒機に投入する（ステップＳ１）。造粒機を運転させながら、更に水を造粒機に投入することによってその混合物に加水し（ステップ２）、加水された混合物を造粒する（ステップＳ３）。
2. 2. Method for Producing Coal Ash Granules A method for producing coal ash granules will be described with reference to the flowchart of FIG.
First, powdered coal ash and cement are put into the granulator, and if necessary, steel slag powder is also put into the granulator (step S1). While operating the granulator, water is further added to the granulator to add water to the mixture (step 2), and the added mixture is granulated (step S3).
ステップＳ３の造粒工程では、造粒機の中でもパン型造粒機を用いるとよい。図２に示すパン型造粒機１は、傾斜したパン（皿）２と、そのパン２を回転駆動する駆動機（モータ）３とを有するものである。パン型造粒機１を用いて石炭灰造粒物を製造するには、回転するパン２に石炭灰とセメントを供給し、必要に応じて鉄鋼スラグの粉末をパン２に供給し、更に水を供給する。そうすると、水の添加により核が生成され、それら核の転動によって核が成長するので、造粒物（核の成長物）が生成される。
In the granulation step of step S3, it is preferable to use a bread type granulator among the granulators. The
生成した造粒物を気中で所定期間（例えば１〜２日間）乾燥して、造粒物を硬化させる（ステップＳ４）。造粒物にはセメントと水が含まれていることから、セメントの水和反応が進行し、更にフライアッシュも添加されることから、セメントの水和反応の進行とともにフライアッシュのポゾラン反応も進行する。 The produced granules are dried in the air for a predetermined period (for example, 1 to 2 days) to cure the granules (step S4). Since the granulated product contains cement and water, the hydration reaction of cement proceeds, and since fly ash is also added, the pozzolan reaction of fly ash also proceeds as the hydration reaction of cement progresses. To do.
その後、硬化した造粒物に散水する（ステップＳ５）。
散水後、所定期間（例えば８〜９日間）、造粒物を気中で養生して（ステップＳ６）、ステップＳ３の造粒工程から例えば１０日後に気中養生を終了する。
Then, water is sprinkled on the cured granules (step S5).
After watering, the granulated product is cured in the air for a predetermined period (for example, 8 to 9 days) (step S6), and the aerial curing is completed, for example, 10 days after the granulation step in step S3.
気中養生後、造粒物及び海水を浴槽に投入して、造粒物を海水に浸漬する。そして、海水中で造粒物を所定期間（例えば、２〜３週間）養生し（ステップＳ７）、ステップＳ３の造粒工程から例えば４週間後に海水中養生を終了する。海水中で造粒物を養生することによって、造粒物の強度が向上する。
以上により石炭灰造粒物が完成する。
After aerial curing, the granules and seawater are put into a bathtub, and the granules are immersed in seawater. Then, the granulated product is cured in seawater for a predetermined period (for example, 2 to 3 weeks) (step S7), and the seawater curing is completed, for example, 4 weeks after the granulation step in step S3. By curing the granules in seawater, the strength of the granules is improved.
From the above, the coal ash granules are completed.
３． 石炭灰造粒物の用途
完成した石炭灰造粒物は、水底改良材（例えば、覆砂材）として利用される。
具体的には、石炭灰造粒物を水底（例えば、湖、沼、地中海等の閉鎖性水域の水底）に被覆（覆砂）し、或いは石炭灰造粒物を水底の土砂・泥に混合し、或いは石炭灰造粒物を水底に埋設する。この方法によって閉鎖性水域の硫化水素濃度を低減させて、閉鎖性水域の水質環境を改善する。水底に設置した石炭灰造粒物は、海水中養生により高強度となっているので、破砕されにくい。
3. 3. Use of coal ash granules The completed coal ash granules are used as a water bottom improving material (for example, sand covering material).
Specifically, the coal ash granules are covered (sand covered) on the bottom of the water (for example, the bottom of closed water areas such as lakes, swamps, and the Mediterranean Sea), or the coal ash granules are mixed with the sediment and mud on the bottom. Or, bury coal ash granules in the bottom of the water. By this method, the hydrogen sulfide concentration in the closed water area is reduced, and the water quality environment in the closed water area is improved. The coal ash granules installed on the bottom of the water have high strength due to seawater curing, so they are not easily crushed.
石炭灰造粒物を水底に設置して用いることで、水中及び汚泥中の硫化物イオンが石炭灰造粒物に吸着されるとともに、石炭灰造粒物によって硫化水素が酸化され、硫黄単体が生成される。特に、石炭灰造粒物が多孔質材料であってその比表面積が大きいので、石炭灰造粒物への硫化物イオンの吸着量が多量となる。よって、水中及び汚泥中の硫化水素が低減し、長期間に渡って硫化水素濃度の上昇を抑制することができる。 By installing the coal ash granules on the bottom of the water and using them, sulfide ions in water and sludge are adsorbed on the coal ash granules, and hydrogen sulfide is oxidized by the coal ash granules to form sulfur alone. Will be generated. In particular, since the coal ash granule is a porous material and its specific surface area is large, the amount of sulfide ions adsorbed on the coal ash granule is large. Therefore, hydrogen sulfide in water and sludge is reduced, and an increase in hydrogen sulfide concentration can be suppressed over a long period of time.
また、水底にある石炭灰造粒物の上に有機物等が堆積し、その堆積物が嫌気性の環境に晒されると、硫酸還元菌によって硫化水素が生じやすくなる。有機物等の堆積物中で生じる硫化水素も石炭灰造粒物の持つ硫化物イオン吸着性能と硫化水素の酸化性能によって除去される。よって、水中の硫化水素濃度の上昇を抑制することができる。 Further, when organic matter or the like is deposited on the coal ash granules on the bottom of the water and the deposit is exposed to an anaerobic environment, hydrogen sulfide is likely to be generated by the sulfate-reducing bacteria. Hydrogen sulfide generated in sediments such as organic substances is also removed by the sulfide ion adsorption performance and hydrogen sulfide oxidation performance of the coal ash granules. Therefore, an increase in hydrogen sulfide concentration in water can be suppressed.
なお、石炭灰造粒物を敷砂材等の地盤材料として利用してもよい。例えば、水底の浚渫により地上（特に堤防近傍）に堆積された浚渫土層上に石炭灰造粒物を敷設し、浚渫土層を石炭灰造粒物層によって被覆してもよい。或いは、埋立地に石炭灰造粒物層を敷設してもよい。 In addition, coal ash granules may be used as a ground material such as sand laying material. For example, coal ash granules may be laid on the dredged soil layer deposited on the ground (particularly near the embankment) by dredging the bottom of the water, and the dredged soil layer may be covered with the coal ash granulated material layer. Alternatively, a coal ash granule layer may be laid in the landfill.
以下、実施例を参照して、海水中で養生された石炭灰造粒物が気中で養生された石炭灰造粒物よりも高強度であることについて説明する。 Hereinafter, it will be described that the coal ash granules cured in seawater have higher strength than the coal ash granules cured in the air with reference to Examples.
試料Ａ〜Ｆを作製した。具体的には、以下の表１に示す配合比の粉体に加水して、その混合物を造粒機によって造粒した。実施例の試料Ａ，Ｃ，Ｅについては、気中で１〜２日間硬化させた後、それに散水した上で気中において養生し、造粒工程から１０日後に海水に浸漬し、造粒工程から４週間後に海水から取り出して、海水中養生を終了した。比較例の試料Ｂ，Ｄ，Ｆについては、気中で１〜２日間硬化させた後、それに散水した上で気中において養生し、その養生期間中、造粒工程から１０日後及び２０日後に散水し、造粒工程から４週間後に養生を終了した。 Samples A to F were prepared. Specifically, the powder having the compounding ratio shown in Table 1 below was added with water, and the mixture was granulated by a granulator. The samples A, C, and E of the examples were cured in air for 1 to 2 days, sprinkled with water, cured in air, and immersed in seawater 10 days after the granulation step, and then granulated. After 4 weeks from the above, the sample was taken out from the seawater and the seawater curing was completed. Samples B, D, and F of the comparative example were cured in the air for 1 to 2 days, sprinkled with water, and cured in the air, and during the curing period, 10 days and 20 days after the granulation step. Water was sprinkled and curing was completed 4 weeks after the granulation process.
作製した試料Ａ〜Ｆの圧縮試験を行い、試料Ａ〜Ｆの圧縮強度を測定した。その測定結果を表２及び図３に示す。 A compression test was performed on the prepared samples A to F, and the compression strength of the samples A to F was measured. The measurement results are shown in Table 2 and FIG.
試料Ａと試料Ｂは同じ配合比でありながら、海水中で養生した試料Ａは海水中で養生しなかった試料Ｂよりも強度が高いことが分かる。同様に、海水中で養生した試料Ｃ，Ｅは海水中で養生しなかった試料Ｄ，Ｆよりも強度が高い。 It can be seen that although Sample A and Sample B have the same compounding ratio, Sample A cured in seawater has higher strength than Sample B not cured in seawater. Similarly, the samples C and E cured in seawater have higher strength than the samples D and F not cured in seawater.
また、試料Ｃ〜Ｆは脱炭スラグを配合したものであるが、脱炭スラグを配合していない試料Ａ、Ｂと比較すると、海水中で養生した試料Ｃ，Ｅは試料Ａよりも圧縮強度が低いが、従来から水底改良材として使用された試料Ｂと同程度の圧縮強度を有することが分かる。また、海水中で養生しなかった試料Ｄ，Ｆは、試料Ａ，Ｂよりも圧縮強度が低いことがわかる。よって、脱炭スラグの配合によって石炭灰造粒物のセメント配合比を減らすことができるが、圧縮強度も低下してしまうところ、その低下分を海水中養生によって補うことができる。 Further, although the samples C to F contain decarburized slag, the samples C and E cured in seawater have higher compressive strength than the samples A as compared with the samples A and B not containing the decarburized slag. However, it can be seen that it has the same compressive strength as sample B, which has been conventionally used as a water bottom improving material. Further, it can be seen that the samples D and F that were not cured in seawater have lower compressive strength than the samples A and B. Therefore, the cement content of the coal ash granules can be reduced by blending the decarburized slag, but the compression strength is also lowered, and the reduced amount can be compensated by seawater curing.
１…パン型造粒機， ２…パン， ３…駆動機 1 ... Pan type granulator, 2 ... Pan, 3 ... Drive machine
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