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JP7582611B2 - Method for determining mechanochemical state and method for producing mechanochemical fly ash - Google Patents
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Method for determining mechanochemical state and method for producing mechanochemical fly ash Download PDF

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Description

本発明は、石炭灰(フライアッシュ)を原料とする自硬性材料に対する、メカノケミカル状態の判定方法に関する。 The present invention relates to a method for determining the mechanochemical state of a self-hardening material made from coal ash (fly ash).

従来技術として、メカノケミカル処理を施したフライアッシュを原料とする自硬性材料の製造方法が提案されている(特許文献1)。 As a conventional technique, a method for producing a self-hardening material using mechanochemically treated fly ash as a raw material has been proposed (Patent Document 1).

特許第6347512号公報Patent No. 6347512

地盤工学会「土質試験の方法と解説」改訂編集委員会:土質試験の方法と解説(第一回改訂版)、2000年Geotechnical Society of Japan "Soil Testing Methods and Commentary" Revision Editorial Committee: Soil Testing Methods and Commentary (First Revised Edition), 2000

従来技術を用いてメカノケミカル処理を実行する場合、フライアッシュがメカノケミカル状態となっているかどうかの判定が困難であった。 When mechanochemical treatment was performed using conventional technology, it was difficult to determine whether the fly ash was in a mechanochemical state.

上記課題に鑑み、フライアッシュがメカノケミカル状態となっているかどうか容易に判定できる判定方法を提供することである。 In view of the above problem, the present invention provides a method for easily determining whether fly ash is in a mechanochemical state.

上記課題を解決するため、本発明では一態様としてフライアッシュの懸濁液の電気伝導率を計測することによって、前記フライアッシュがメカノケミカル状態であるかどうかを判定する、判定方法を提供する。 To solve the above problems, one aspect of the present invention provides a method for determining whether fly ash is in a mechanochemical state by measuring the electrical conductivity of a suspension of fly ash.

本発明によれば、フライアッシュがメカノケミカル状態となっているかどうか容易に判定できる判定方法を提供することができる。 The present invention provides a method for easily determining whether fly ash is in a mechanochemical state.

試験1におけるフライアッシュのX線回折分析結果である。1 shows the results of X-ray diffraction analysis of fly ash in Test 1. 試験1におけるフライアッシュの粒度分布である。1 is a particle size distribution of fly ash in Test 1. 試験1における(a)Al、Si溶出量、及び(b)試験結果まとめである。1 shows (a) the amounts of Al and Si dissolved in Test 1, and (b) a summary of the test results. 試験2におけるフライアッシュの粒度分布である。1 is a particle size distribution of fly ash in Test 2. 試験2におけるフライアッシュの化学組成である。1 is a chemical composition of fly ash in Test 2. 試験2における(a)X線回折分析結果、及び(b)摩砕時間とピーク強度の関係である。1 shows (a) the results of X-ray diffraction analysis, and (b) the relationship between the grinding time and the peak intensity in Test 2. 試験2における摩砕時間と非晶質率の関係である。1 shows the relationship between the grinding time and the amorphous ratio in Test 2. 試験2における摩砕時間とpH、ECの測定結果である。1 shows the results of grinding time, pH and EC measurement in Test 2. 試験2における、(a)摩砕時間とpHの測定結果(混合30分後)及び、(b)摩砕時間とECの測定結果(混合30分後)である。1 shows (a) the results of measurement of the grinding time and pH (30 minutes after mixing), and (b) the results of measurement of the grinding time and EC (30 minutes after mixing) in Test 2. 試験2における摩砕時間とSi溶出量、Al溶出量の関係である。1 shows the relationship between the grinding time and the amount of dissolved Si and dissolved Al in Test 2. 試験2における(a)電気伝導率残存率、(b)電気伝導率残存率の減少率、及び(c)測定値のまとめである。1 is a summary of (a) the residual electrical conductivity, (b) the decrease rate of the residual electrical conductivity, and (c) the measured values in Test 2. 灰種B~灰種FのEC残存率及びEC残存率減少率である。The EC residual rate and the reduction rate of the EC residual rate of ash types B to F. 灰種B~FのEC残存率の時間変化である。This shows the change over time in the EC residual rate for ash types B to F. 10%の尤度を考慮した、灰種毎のメカノケミカル処理終了基準値である。This is the standard value for ending mechanochemical treatment for each ash type, taking into account a 10% likelihood.

本発明の実施形態による、フライアッシュのメカノケミカル状態の判定方法について、図1~図14を用いて以下に説明する。 The method for determining the mechanochemical state of fly ash according to an embodiment of the present invention is described below with reference to Figures 1 to 14.

<概要>
石炭灰(フライアッシュ)に対するメカノケミカル処理は、一般に、フライアッシュをボールミルなどで摩砕することにより行われる。フライアッシュに摩砕処理を実行すると、灰粒子が粉砕され、表面が活性化するメカノケミカル現象が生じる。この摩砕処理灰に高アルカリのケイ素スラリーを混合すると短時間で硬化することから、これをセメント不使用コンクリートとして利用することが考えられる。
<Overview>
Mechanochemical treatment of coal ash (fly ash) is generally carried out by grinding the fly ash in a ball mill or the like. When the fly ash is subjected to the grinding treatment, the ash particles are pulverized, and a mechanochemical phenomenon occurs in which the surface is activated. When this ground ash is mixed with a highly alkaline silicon slurry, it hardens in a short time, so it can be used as cement-free concrete.

メカノケミカル処理の過程において、フライアッシュの表面が活性化したメカノケミカル状態となったかどうか、すなわちメカノケミカル化したかどうかを正確に判断することは、工程管理及び品質管理上において重要である。 During the mechanochemical treatment process, it is important for process management and quality control to accurately determine whether the surface of the fly ash has reached an activated mechanochemical state, i.e., whether it has been mechanochemicalized.

フライアッシュのメカノケミカル化を判定する方法として、X線回折による構成鉱物の変化、高アルカリ溶液によるAl、Siの溶出量の測定などが従来から用いられている。しかしいずれの測定も、時間と手間を要するものである。 Conventional methods for determining the mechanochemical transformation of fly ash include measuring changes in constituent minerals using X-ray diffraction and the amount of Al and Si dissolved in highly alkaline solutions. However, both types of measurements require time and effort.

そのため以下では、従来に代わる方法として、フライアッシュの電気伝導率(electrical conductivity, EC)の測定による方法を提案する。 Therefore, below we propose an alternative method to the conventional one, which involves measuring the electrical conductivity (EC) of fly ash.

<試験1:メカノケミカル化したフライアッシュの特徴>
メカノケミカル化したフライアッシュの物理的及び科学的特性を把握するため、ボールミルを用いたメカノケミカル処理(試験1)を以下のように実行した。
<Test 1: Characteristics of mechanochemically treated fly ash>
In order to understand the physical and chemical properties of the mechanochemically treated fly ash, a mechanochemical treatment using a ball mill (Test 1) was carried out as follows.

メカノケミカル処理は、フライアッシュを摩砕処理することによって実行した。用いたフライアッシュは、灰種Aである。摩砕装置は遊星型ボールミル(フリッチュ製、P-5)を用いた。 The mechanochemical treatment was carried out by grinding the fly ash. The fly ash used was ash type A. The grinding device used was a planetary ball mill (Fritsch, P-5).

メカノケミカル処理は、フライアッシュ50gに対して、ボール500gをポットに入れ、フライアッシュを6時間摩砕することによって実行した。150(rpm、回転/分)から400rpmまで、50rpmずつ遊星型ボールミルの回転数を変えることにより、6種類の処理を実行した。このように試験1では、摩砕時間を一定とし、ボールミルの回転数を変えていることから、回転数が大きいほど、メカノケミカル処理の度合いは大きいことになる。 The mechanochemical treatment was carried out by placing 500 g of balls in a pot for 50 g of fly ash and grinding the fly ash for 6 hours. Six types of treatment were carried out by changing the rotation speed of the planetary ball mill in increments of 50 rpm from 150 (rpm, revolutions per minute) to 400 rpm. In this way, in Test 1, the grinding time was kept constant and the rotation speed of the ball mill was changed, so the higher the rotation speed, the greater the degree of mechanochemical treatment.

摩砕処理を行ったフライアッシュ、及び未処理のフライアッシュ(原灰)について、X線回折分析、粒度分布測定を行い、さらに、アルカリ溶液へのAl、Si(アルミニウム、ケイ素)溶出量および摩砕処理灰のpH、ECを測定した。 X-ray diffraction analysis and particle size distribution measurements were performed on the ground fly ash and untreated fly ash (raw ash). In addition, the amount of Al and Si (aluminum and silicon) dissolved in the alkaline solution, as well as the pH and EC of the ground ash were measured.

X線回折分析の結果を図1に示す。フライアッシュには結晶鉱物として石英とムライトのピークが検出された。回転数200rpmでは未処理に比べて、石英のピークが小さくなっている。これは石英の結晶構造が破壊されたことを示唆している。さらに回転数が大きくなるとムライトのピークが小さくなり、ムライトの結晶構造が破壊されたことを示唆している。 The results of the X-ray diffraction analysis are shown in Figure 1. Peaks for quartz and mullite as crystalline minerals were detected in the fly ash. At a rotation speed of 200 rpm, the quartz peak was smaller than in the untreated case, suggesting that the quartz crystal structure had been destroyed. As the rotation speed increased further, the mullite peak became smaller, suggesting that the mullite crystal structure had been destroyed.

原灰と摩砕処理したフライアッシュの粒子径分布の測定結果を図2に示す。測定には、マイクロトラック・ベル社:粒度分布測定装置 MT3300 EXIIを用いた。原灰は分布形状が広く、粒径70μm(マイクロメートル)付近にピークがある。摩砕すると粒径が小さくなり、粒径2μm近傍にピークが見られる。回転数が200~350rpmまでは回転数が大きいほど平均粒径は小さくなったが、400rpmの平均粒径は200rpmよりも大きくなり、粒子が再凝集したことが考えられる。 Figure 2 shows the particle size distribution measurements of raw ash and ground fly ash. A Microtrac Bell particle size distribution analyzer MT3300 EXII was used for the measurements. Raw ash has a wide distribution shape, with a peak at a particle size of around 70 μm (micrometers). When ground, the particle size becomes smaller, with a peak at around 2 μm. Up to a rotation speed of 200 to 350 rpm, the average particle size became smaller as the rotation speed increased, but at 400 rpm the average particle size was larger than at 200 rpm, which is thought to be due to re-aggregation of the particles.

摩砕処理灰は、高アルカリのケイ素スラリーと接触することにより、灰からAlやSiが溶出してこれが基になって硬化体を形成する。つまり、硬化体になるためには、AlやSiが灰から溶出することが重要となる。摩砕処理灰をアルカリ溶液と混合して、溶出した元素の濃度をICP発光分析装置で測定した。測定手順を以下に示す。
1.粉末0.2g+3M KOH溶液 20ml(ミリリットル)混合
2.シェーキングバスで24hr反応
3.15000rpmで20分超遠心分離
4.上澄みを200nm 親水PTFE Membrane Filterで濾過
5.純水で30倍希釈
6.測定
When the milled ash comes into contact with a highly alkaline silicon slurry, Al and Si are dissolved from the ash, which then form a hardened body. In other words, it is important that Al and Si are dissolved from the ash in order to form a hardened body. The milled ash was mixed with an alkaline solution, and the concentration of the dissolved elements was measured using an ICP emission spectrometer. The measurement procedure is as follows.
1. Mix 0.2 g of powder with 20 ml (milliliters) of 3M KOH solution. 2. React in a shaking bath for 24 hours. 3. Ultracentrifuge at 15,000 rpm for 20 minutes. 4. Filter the supernatant with a 200 nm hydrophilic PTFE membrane filter. 5. Dilute 30 times with pure water. 6. Measure.

Al、Siの測定結果を図3(a)に示す。Al溶出量は摩砕によって増加したが、回転数150、200、250rpmでの溶出量はほぼ同じであった。300rpmを超えると回転数が大きいほど溶出量が増大した。ムライトの結晶構造が破壊されたことにより、Al溶出量が増大したと推定される。 The measurement results for Al and Si are shown in Figure 3 (a). The amount of Al dissolved increased with grinding, but the amount dissolved at rotation speeds of 150, 200, and 250 rpm was almost the same. Above 300 rpm, the amount dissolved increased with increasing rotation speed. It is presumed that the amount of Al dissolved increased due to the destruction of the mullite crystal structure.

Si溶出量も摩砕によって増加し、回転数150、200、250rpmはほぼ同じであった。300rpm以上では回転数が大きいほど溶出量が増大した。X線回折分析結果と照合すると、250rpmまでは主に石英(SiO)からの溶出、300rpmからは主にムライト(Al13Si)からの溶出と推定される。 The amount of eluted silicon also increased with grinding, and was almost the same at rotation speeds of 150, 200, and 250 rpm. At 300 rpm or higher, the amount of eluted increased with increasing rotation speed. When compared with the results of X-ray diffraction analysis, it is estimated that elution occurred mainly from quartz (SiO 2 ) up to 250 rpm, and mainly from mullite (Al 6 O 13 Si 2 ) from 300 rpm.

地盤工学会基準「土懸濁液のpH試験方法」(JGS0211-2000)及び「土懸濁液の電気伝導率試験方法」(JGS0212-2000)(非特許文献1)の方法に基づいてpHとECを測定した。具体的には、試料(フライアッシュ)と水を質量比1:5で混合・撹拌し、懸濁液を30分静置した後に測定した。静置30分後の測定結果を図3(b)に示す。pH、ECともに、摩砕1時間から3時間まで著しく低下し、それ以降は緩やかに低下した。pHの低下は、水酸化物イオンOHの減少を、ECの低下は、水溶性イオンの量が減少していることをそれぞれ示唆している。 The pH and EC were measured based on the Geotechnical Society of Japan standards "pH test method for soil suspension" (JGS0211-2000) and "Electrical conductivity test method for soil suspension" (JGS0212-2000) (Non-Patent Document 1). Specifically, the sample (fly ash) and water were mixed and stirred at a mass ratio of 1:5, and the suspension was left to stand for 30 minutes before measurement. The measurement results after 30 minutes of standing are shown in Figure 3 (b). Both the pH and EC decreased significantly from 1 hour to 3 hours after grinding, and then decreased gradually thereafter. The decrease in pH suggests a decrease in hydroxide ions OH- , and the decrease in EC suggests a decrease in the amount of water-soluble ions.

ECは回転数が大きいほど低下した。具体的には、回転数が200rpmまで著しく低下し、250~300rpmの間でもかなりの低下が見られた。300rpm以上はさほど低下しなかった。 The EC decreased as the rotation speed increased. Specifically, the EC decreased significantly up to 200 rpm, and a considerable decrease was also observed between 250 and 300 rpm. There was no significant decrease above 300 rpm.

図3(b)にまとめるように、回転数250~300rpmを境にして、この回転数以上になると、以下の特徴が表れた。
・粉体の色が黒色になった
・ムライトの結晶ピークの低下が著しくなってきた
・高アルカリ溶液への、AlとSiの溶出量が増加し始めた
・ECが著しく低下した
As summarized in FIG. 3(b), the following characteristics were observed when the rotation speed was increased beyond the boundary of 250 to 300 rpm.
The color of the powder turned black. The crystal peak of mullite dropped significantly. The amount of Al and Si dissolved in the highly alkaline solution started to increase. The EC dropped significantly.

図3(a)、(b)に示すように、300rpm以上になると、AlとSiの溶出量が増加しており、300rpm以上の試験結果では、いずれもフライアッシュがメカノケミカル化したことが分かる。 As shown in Figures 3(a) and (b), when the rpm exceeds 300 rpm, the amount of Al and Si dissolved increases, and in all test results at 300 rpm or more, it is clear that the fly ash has undergone mechanochemical transformation.

フライアッシュがメカノケミカル化してAlとSiの溶出量が増加するのに伴い、ECが低下することも分かる。フライアッシュからのAlとSi溶出量が増加し始める変化点と、ECの変化点とが略一致していることから判断すると、ECは、フライアッシュがメカノケミカル化したかどうか、すなわちメカノケミカル状態に達したかどうかを判定する指標になりうると考えられる。 It can also be seen that the EC decreases as the fly ash becomes mechanochemical and the amount of Al and Si dissolved increases. Judging from the fact that the change point at which the amount of Al and Si dissolved from the fly ash begins to increase and the change point of EC almost coincide, it is thought that EC can be an indicator for determining whether the fly ash has become mechanochemical, i.e., whether it has reached a mechanochemical state.

<試験2:ECとメカノケミカル化との関係>
ECとフライアッシュの状態との関係を、特に処理時間との関係をより詳細に調べるため、以下の試験(試験2)を行った。
<Test 2: Relationship between EC and mechanochemical conversion>
In order to investigate in more detail the relationship between EC and the state of fly ash, particularly the relationship with the treatment time, the following test (Test 2) was conducted.

この試験では、回転数を一定として摩砕時間を変え、Al、Si溶出量とECとの関係を調べた。具体的に、使用した石炭灰は、灰種Aであり、摩砕処理には遊星型ボールミル(フリッチュ製、P-5)を用い、回転数は300rpmで一定に保った。処理時間は、1、3、6、12、24時間(試験名称:MC-1h、MC-3h、MC-6h、MC-12h、MC-24h)の5種類とした。 In this test, the rotation speed was kept constant and the grinding time was changed to examine the relationship between the amount of Al and Si eluted and EC. Specifically, the coal ash used was ash type A, and a planetary ball mill (Fritsch, P-5) was used for the grinding process, with the rotation speed kept constant at 300 rpm. Five treatment times were used: 1, 3, 6, 12, and 24 hours (test names: MC-1h, MC-3h, MC-6h, MC-12h, MC-24h).

原灰は黄色を帯びた灰色であったが、1時間摩砕すると灰色が濃くなった。さらに摩砕すると、3時間で黒灰色に変化した。 The raw ash was yellowish gray, but after one hour of grinding it became darker gray. After further grinding it turned black-gray in three hours.

レーザー回折式の粒度分布測定装置(マイクロトラック社 MT3000II)を用いて、粒度分布を測定した。結果を図4に示す。原灰は、粒子径40μm付近でピークがあったのが、摩砕によって細粒化し、粒子径2~3μmにピークが認められる。MC-3hで粒子径40μm付近にもピークが現れ、粒子径分布が二つ山になり始めた。MC-24hで粒子径40μm付近のビークが大きくなり、微粉砕された粉体が凝集したことが示唆された。 The particle size distribution was measured using a laser diffraction particle size distribution measuring device (Microtrac MT3000II). The results are shown in Figure 4. The raw ash had a peak at a particle size of approximately 40 μm, but after grinding the ash was refined and a peak was observed at a particle size of 2 to 3 μm. With MC-3h, a peak also appeared at a particle size of approximately 40 μm, and the particle size distribution began to show two peaks. With MC-24h, the peak at a particle size of approximately 40 μm became larger, suggesting that the finely ground powder had agglomerated.

波長分散型蛍光X線分析装置(島津製作所 XRF-1800)により、原灰および摩砕処理したフライアッシュの化学組成を求めた。摩砕時間別の各元素の存在割合を図5に示す。化学組成は、ケイ素が約61%、アルミニウムが約22%、次いで鉄が6%、カルシウムが4%、チタン、カリウム、ナトリウムがそれぞれ1%程度であった。マグネシウムは原灰が1.15%に対し、摩砕1時間~24時間は1.5%程度で少し増加した。原灰、MC-1h~MC-24hの主な化学組成比はほぼ同じで、摩砕処理によってほとんど変化していない。 The chemical composition of the raw ash and the ground fly ash was determined using a wavelength-dispersive X-ray fluorescence analyzer (Shimadzu XRF-1800). Figure 5 shows the proportion of each element by grinding time. The chemical composition was approximately 61% silicon, approximately 22% aluminum, followed by 6% iron, 4% calcium, and approximately 1% titanium, potassium, and sodium. Magnesium was 1.15% for the raw ash, and increased slightly to about 1.5% after 1 to 24 hours of grinding. The main chemical composition ratios of the raw ash and MC-1h to MC-24h were almost the same, with almost no change due to the grinding process.

原灰および摩砕処理灰のX線回折図を図6(a)に示す。分析には、X線回折分析装置(リガク SmartLab)を用いた。図6(a)に示すように、結晶鉱物として石英とムライトが検出された。摩砕処理によっていずれの処理時間においてもピーク強度が低下したことが分かる(図6(b))。 The X-ray diffraction patterns of the raw ash and the milled ash are shown in Figure 6(a). An X-ray diffraction analyzer (Rigaku SmartLab) was used for the analysis. As shown in Figure 6(a), quartz and mullite were detected as crystalline minerals. It can be seen that the milling process reduced the peak intensity at all processing times (Figure 6(b)).

定量分析結果を基に非晶質の存在割合を算出した。摩砕時間と非晶質の割合の関係を図7に示す。原灰の非晶質割合が69%であったのが、MC-3hが77%に増加し、その後は徐々に非晶質の割合が増加した。 The proportion of amorphous matter was calculated based on the quantitative analysis results. The relationship between grinding time and the proportion of amorphous matter is shown in Figure 7. The amorphous proportion of the raw ash was 69%, but increased to 77% for MC-3h, and the amorphous proportion gradually increased thereafter.

地盤工学会基準「土懸濁液のpH試験方法」(JGS0211-2000)及び「土懸濁液の電気伝導率試験方法」(JGS0212-2000)(非特許文献1)の方法に準じて、pHとECを測定した。具体的には、試験1と同様、試料(フライアッシュ)と水を質量比1:5で混合・撹拌し、懸濁液を30分、または1時間静置した後に測定した。 The pH and EC were measured according to the Geotechnical Society of Japan standards "pH test method for soil suspension" (JGS0211-2000) and "Electrical conductivity test method for soil suspension" (JGS0212-2000) (Non-Patent Document 1). Specifically, as in Test 1, the sample (fly ash) and water were mixed and stirred in a mass ratio of 1:5, and the suspension was left to stand for 30 minutes or 1 hour before measurement.

懸濁液の測定結果を図8及び図9に示す。pH、ECともに、摩砕1時間から3時間まで著しく低下し、それ以降は緩やかに低下した。pHの低下は、水酸化物イオンOHの減少を、ECの低下は、水溶性イオンの量が減少していることをそれぞれ示唆している。 The measurement results of the suspension are shown in Figures 8 and 9. Both the pH and EC decreased significantly from 1 hour to 3 hours after grinding, and then decreased gradually thereafter. The decrease in pH suggests a decrease in hydroxide ions OH-, and the decrease in EC suggests a decrease in the amount of water-soluble ions.

SiとAlの溶出量の測定を、試験1と同様の手順で行った。図10に示すように、Si溶出量は、摩砕時間1時間(MC-1h)で急激に増加し、12時間(MC-12h)で最大になった。また、24時間(MC-24h)ではやや低下した。 The amount of eluted Si and Al was measured using the same procedure as in Test 1. As shown in Figure 10, the amount of eluted Si increased rapidly after 1 hour of grinding time (MC-1h) and reached a maximum after 12 hours (MC-12h). It also decreased slightly after 24 hours (MC-24h).

Alについても、摩砕時間1時間(MC-1h)で急激に増加し、12時間(MC-12h)で最大になり、24時間(MC-24h)でやや低下した。この傾向はSiに類似していた。 Al also increased rapidly after 1 hour of grinding (MC-1h), reached a maximum after 12 hours (MC-12h), and then decreased slightly after 24 hours (MC-24h). This trend was similar to that of Si.

SiとAlの溶出量がMC-1hで急激に増加した。このことは、前述のX線回折分析で示したように、石英(SiO)とムライト(Al13Si)のピークが急激に低下、つまり、これらの結晶構造が崩壊してSiとAlがアルカリ溶液に溶出しやすくなったためと推定される。なお、SiもAlも摩砕6時間の溶出量がやや低くなったことは、前述の粒度分析で6時間の二つ目の山がやや小さくなったことに関連があると考えられる。 The amount of eluted Si and Al increased sharply in MC-1h. This is presumably because, as shown in the X-ray diffraction analysis described above, the peaks of quartz (SiO 2 ) and mullite (Al 6 O 13 Si 2 ) dropped sharply, that is, their crystal structures collapsed, making it easier for Si and Al to be eluted in the alkaline solution. The fact that the amount of eluted Si and Al after 6 hours of grinding was slightly lower is thought to be related to the fact that the second peak after 6 hours in the particle size analysis described above became slightly smaller.

SiとAlの溶出量は、いずれも摩砕時間1時間で著しく増加し、3時間で溶出量がピークに達している。ピーク強度の低下の傾向に関しても同様に、試験1で確認した、メカノケミカル化したフライアッシュの特徴が表れた。フライアッシュの色についても3時間で黒灰色になっている。これより、ボールミル粉砕装置「フリッチュP-5」を使用した場合、300rpm3時間の処理で、灰種Aはメカノケミカル状態に到達すると判断できる。 The amount of eluted Si and Al both increased significantly after 1 hour of grinding, reaching a peak after 3 hours. The tendency for peak strength to decrease also showed the same characteristic of mechanochemical fly ash as confirmed in Test 1. The color of the fly ash also turned dark gray after 3 hours. From this, it can be concluded that when using the ball mill grinding device "Fritsch P-5," ash type A reaches a mechanochemical state after 3 hours of processing at 300 rpm.

Si、Al溶出量の低下に呼応し、ECは摩砕時間1時間で著しく低下し、3時間以降において一定の値に収束していることが分かる。ECは、メカノケミカル処理の過程で減少することが分かる。また、フライアッシュがメカノケミカル化すると、ECの減少率が低下し、ECが一定の値に収束することが分かる。 In response to the decrease in the amount of eluted Si and Al, EC drops significantly after 1 hour of grinding time, converging to a constant value after 3 hours. It can be seen that EC decreases during the mechanochemical treatment process. It can also be seen that when fly ash is mechanochemicalized, the rate of decrease in EC decreases, and EC converges to a constant value.

ECの時間変化、原灰のECに対する比率(EC残存率)、および、EC残存率の時間当たりの減少率(EC残存率の減少率)を、図11に示す。図11(c)では、EC残存率の減少率は、1つ前の測定時点からその時点までの時間変化率として示した。上述の通り、EC残存率の減少率が3時間以降非常に小さいことから、処理3時間経過時において、フライアッシュがメカノケミカル化し、ECの減少がほぼ収束したことがわかる。 Figure 11 shows the time change in EC, the ratio to the EC of the raw ash (EC residual rate), and the rate of decrease per hour in the EC residual rate (decrease rate of the EC residual rate). In Figure 11 (c), the rate of decrease in the EC residual rate is shown as the rate of change per hour from the previous measurement point to that point. As mentioned above, the rate of decrease in the EC residual rate is very small after 3 hours, which shows that the fly ash has become mechanochemical after 3 hours of treatment and the decrease in EC has almost converged.

図11(c)に網掛けで示すように、フライアッシュがメカノケミカル状態となった、摩砕処理3時間におけるEC残存率は8.8%であった。また、処理時間1時間~3時間におけるEC残存率の減少率は5.13%/h(時間)であるのに対し、処理時間3時間~6時間におけるEC残存率の減少率は0.28%/hに低下した。 As shown by the shaded area in Figure 11 (c), the EC residual rate after 3 hours of grinding treatment, when the fly ash was in a mechanochemical state, was 8.8%. In addition, the rate of decrease in the EC residual rate after 1 to 3 hours of treatment was 5.13%/h (hours), whereas the rate of decrease in the EC residual rate after 3 to 6 hours of treatment dropped to 0.28%/h.

この結果をまとめると、フライアッシュがメカノケミカル状態に到達したと判定するために、EC残存率が一定以下に収束したことを基準とすることが可能と考えられる。具体的には、EC残存率減少率が収束したときのEC残存率を、メカノケミカル化したことの判定に用いる基準値として、またはメカノケミカル処理を終了するための基準値として採用することが考えられる。 In summary, it is possible to use the convergence of the EC residual rate below a certain level as the standard for determining whether fly ash has reached a mechanochemical state. Specifically, it is conceivable that the EC residual rate when the rate of decrease in the EC residual rate has converged can be used as the standard value used to determine whether mechanochemicalization has occurred, or as the standard value for ending the mechanochemical treatment.

試験2の結果を用いた場合、処理時間3時間~6時間でのEC残存率の減少率が2%/h以下まで収束していることから、処理時間3時間におけるEC残存率を基準値として設定することが考えられる。処理3時間でのEC残存率は8.8%であるから、メカノケミカル処理終了の基準値は、EC残存率8.8%とすることとなる。 When using the results of Test 2, the rate of decrease in the EC residual rate from 3 to 6 hours of treatment converges to 2%/h or less, so it is possible to set the EC residual rate at 3 hours of treatment as the standard value. Since the EC residual rate at 3 hours of treatment is 8.8%, the standard value for the end of mechanochemical treatment will be an EC residual rate of 8.8%.

また、過剰なメカノケミカル処理が負の効果をもたらしてしまうことを考慮し、上記の基準に一定の尤度を加えてもよい。試験2の結果を用いれば、処理3時間でのEC残存率は8.8%であるから、このEC残存率8.8%に測定の誤差などを考慮して10%の尤度を加え、処理終了の基準値をEC残存率9.7%とすることが考えられる。 In addition, taking into consideration that excessive mechanochemical treatment can have negative effects, a certain degree of likelihood can be added to the above criteria. Using the results of Test 2, the EC residual rate after 3 hours of treatment is 8.8%, so a 10% likelihood can be added to this EC residual rate of 8.8%, taking into consideration measurement error, etc., and the standard value for the end of treatment can be set at an EC residual rate of 9.7%.

このような基準値を用いた場合、灰種Aのフライアッシュに対してメカノケミカル処理を行う場合、EC残存率が9.7%以下となったときに処理を終了すればよいことになる。 When using such standard values, when mechanochemical treatment is performed on fly ash of ash type A, the treatment should be terminated when the EC residual rate falls to 9.7% or less.

<条件設定の確認>
石炭灰の物理化学性状は、原炭の産地やボイラーの燃焼方式によって異なる。そこで、試験2の結果から得られた知見を異なる灰種に対しても適用し、基準値の具体的な数値を設定するとともに、その妥当性を確認した。
<Confirmation of condition settings>
The physical and chemical properties of coal ash vary depending on the origin of the raw coal and the combustion method of the boiler. Therefore, the knowledge gained from the results of Test 2 was applied to different ash types, specific numerical values for the standard values were set, and their validity was confirmed.

他の灰種を用いた場合においても、メカノケミカル化を判定するための基準を策定するため、灰種Aとは異なるフライアッシュを用いて、試験2と同様のメカノケミカル処理(ボールミル摩砕処理、300rpm)を実行し、EC等の測定結果を比較した。使用したフライアッシュの種別は、灰種B~灰種Fの5種類である。 In order to establish standards for determining mechanochemical conversion even when other ash types are used, a mechanochemical treatment similar to that in Test 2 (ball mill grinding treatment, 300 rpm) was carried out using fly ash other than ash type A, and the measurement results of EC, etc. were compared. Five types of fly ash were used: ash type B to ash type F.

試験の結果を図12及び図13に示す。図12においては、2%/h以下になった時点でのEC残存率の減少率を下線で示す。また、EC残存率の減少率が収束した時点での、EC残存率を網掛けで示す。 The test results are shown in Figures 12 and 13. In Figure 12, the rate of decrease in the EC residual rate when it becomes 2%/h or less is underlined. Also, the EC residual rate when the rate of decrease in the EC residual rate converges is shaded.

図12及び図13を参照すると、いずれの灰種に関しても、灰種Aの場合と同様に、3時間または6時間経過時において、EC残存率減少率は2%/h以下に低下し、EC残存率が収束していることが読み取れる。特に図13を参照すると、いずれの灰種においてもEC残存率減少率が2%/h以下になるときにグラフが大きく折れ曲がり、電気伝導率の値及び残存率が収束していることが分かる。収束時におけるEC残存率の最大値は28.9%(灰種F、処理3時間)であった。 Referring to Figures 12 and 13, it can be seen that for all ash types, as with ash type A, after 3 or 6 hours, the EC residual rate decrease rate falls to 2%/h or less, and the EC residual rate converges. Referring to Figure 13 in particular, it can be seen that for all ash types, when the EC residual rate decrease rate falls to 2%/h or less, the graph bends significantly, and the electrical conductivity value and residual rate converge. The maximum EC residual rate at convergence was 28.9% (ash type F, 3 hours of treatment).

試験1、2での灰種Aの試験結果、及び灰種B~灰種Fの試験結果を考慮すると、メカノケミカル化を判定するための基準値は「EC残存率の減少率が所定値以下となったときのEC残存率」として設定できることが分かる。ただし、この基準値は、灰種Fの試験結果を踏まえ、30%を上限とすることが好ましい。 Considering the test results of ash type A in tests 1 and 2, and the test results of ash types B to F, it can be seen that the standard value for determining mechanochemical conversion can be set as the "EC residual rate when the rate of decrease in the EC residual rate falls to a specified value or less." However, taking into account the test results of ash type F, it is preferable to set the upper limit of this standard value at 30%.

EC残存率の減少率を判断するための上記「所定値」は、灰種A及び灰種B~灰種Fの試験結果より、ボールミルを用いた300rpmでの摩砕処理において、2%/hと設定できる。 The "predetermined value" for determining the rate of decrease in the EC residual rate can be set to 2%/h when grinding at 300 rpm using a ball mill based on the test results for ash type A and ash types B to F.

この基準値には、尤度を考慮してもよい。図14には、EC残存率の減少率が2%/h以下に低下したときのEC残存率を灰種毎に取得し、さらに尤度10%を加えることにより設定した基準値をまとめた。 This standard value may take likelihood into account. Figure 14 shows the standard values set by obtaining the EC residual rate for each ash type when the rate of decrease in the EC residual rate falls to 2%/h or less, and then adding a likelihood of 10%.

一例として、図14の基準値を使用し、灰種Bのフライアッシュに対してメカノケミカル処理を実施するケースを考えてみる。この場合、メカノケミカル処理の過程において都度サンプリングを行ってECを測定すればよい。EC残存率が16.2%以下となったとき、フライアッシュはメカノケミカル化したと判定し、メカノケミカル処理を終了することが可能である。 As an example, consider the case where mechanochemical treatment is performed on fly ash of ash type B using the reference values in Figure 14. In this case, sampling can be performed each time during the mechanochemical treatment process to measure the EC. When the EC residual rate falls to 16.2% or less, it is possible to determine that the fly ash has been mechanochemically converted, and to terminate the mechanochemical treatment.

このような方法を採用すれば、必要以上に処理時間を延ばす虞がないため、効率よくフライアッシュをメカノケミカル化することが可能となる。 By adopting this method, there is no risk of extending the treatment time more than necessary, making it possible to efficiently mechanochemically convert fly ash.

<効果>
上記実施形態において、フライアッシュの懸濁液の電気伝導率を計測することによって、前記フライアッシュがメカノケミカル状態であるかどうかを判定する、判定方法を用いた。
<Effects>
In the above embodiment, a method for determining whether the fly ash is in a mechanochemical state is used by measuring the electrical conductivity of a suspension of the fly ash.

上記の方法を用いることにより、X線回折による構成鉱物の変化、高アルカリ溶液によるAl、Siの溶出量の測定などの従来の判定方法と比較し、容易に、または短時間で、フライアッシュがメカノケミカル状態か否か判定することが可能である。 By using the above method, it is possible to easily and quickly determine whether or not fly ash is in a mechanochemical state, compared to conventional methods such as measuring changes in constituent minerals using X-ray diffraction or the amount of Al and Si dissolved in a highly alkaline solution.

上記実施形態では、電気伝導率の残存率が基準値以下であるときに、フライアッシュがメカノケミカル状態であると判定する方法が用いられる。この基準値は、フライアッシュに対するメカノケミカル処理を実施する過程において、電気伝導率の残存率減少率が所定値以下に到達したときの、電気伝導率の残存率として設定される。この所定値は、一例として2%/時間である。 In the above embodiment, a method is used in which the fly ash is determined to be in a mechanochemical state when the residual rate of electrical conductivity is equal to or lower than a reference value. This reference value is set as the residual rate of electrical conductivity when the rate of decrease in the residual rate of electrical conductivity reaches a predetermined value or lower during the process of carrying out mechanochemical treatment on the fly ash. This predetermined value is, for example, 2%/hour.

このような基準値を用いることによって、メカノケミカル状態か否かの判定を正確に行うことが可能となる。 By using such a reference value, it is possible to accurately determine whether or not a mechanochemical state is present.

上記実施形態では、フライアッシュに対してメカノケミカル処理を実施する処理工程と、フライアッシュがメカノケミカル状態に到達したかどうか判定する判定工程とを含み、判定工程においてメカノケミカル状態に到達したと判定したときに処理工程を終了する、メカノケミカル化したフライアッシュの製造方法が提案される。 In the above embodiment, a method for producing mechanochemically treated fly ash is proposed, which includes a process for performing mechanochemical treatment on the fly ash and a determination process for determining whether the fly ash has reached a mechanochemical state, and the process is terminated when it is determined in the determination process that the mechanochemical state has been reached.

このような方法を用いることにより、必要以上にメカノケミカル処理時間を延ばすことなく、効率よくメカノケミカル状態のフライアッシュを製造することが可能となる。 By using this method, it is possible to efficiently produce mechanochemical fly ash without extending the mechanochemical treatment time more than necessary.

Claims (4)

フライアッシュの懸濁液の電気伝導率を計測し、
前記電気伝導率の残存率が基準値以下であるときに、前記フライアッシュがメカノケミカル状態であると判定する、判定方法。
The electrical conductivity of the fly ash suspension was measured .
The method determines that the fly ash is in a mechanochemical state when the residual rate of the electrical conductivity is equal to or lower than a reference value .
前記基準値は、前記フライアッシュに対するメカノケミカル処理を実施する過程における、前記残存率の減少率が所定値以下になるときの前記残存率に基づいて設定される、請求項1に記載の判定方法。 The method according to claim 1 , wherein the reference value is set based on the remaining ratio when a rate of decrease in the remaining ratio becomes equal to or less than a predetermined value during the process of performing the mechanochemical treatment on the fly ash. 前記基準値は30%以下である、請求項1または2に記載の判定方法。 The method according to claim 1 or 2 , wherein the reference value is 30% or less. 前記フライアッシュに対してメカノケミカル処理を実施する処理工程と、
請求項1から3のいずれか1項に記載の判定方法を用いて前記フライアッシュがメカノケミカル状態に到達したかどうか判定する判定工程と、を含み、
前記判定工程においてメカノケミカル状態に到達したと判定したときに前記処理工程を終了する、メカノケミカル化したフライアッシュの製造方法。
A treatment step of performing a mechanochemical treatment on the fly ash;
and determining whether the fly ash has reached a mechanochemical state using the method according to any one of claims 1 to 3 ;
A method for producing mechanochemical fly ash, the treatment step being terminated when it is determined in the determination step that a mechanochemical state has been reached.
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