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JP7769566B2 - Method for producing wollastonite-containing fired product and use of said fired product - Google Patents
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JP7769566B2 - Method for producing wollastonite-containing fired product and use of said fired product - Google Patents

Method for producing wollastonite-containing fired product and use of said fired product

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JP7769566B2 JP2022034612A JP2022034612A JP7769566B2 JP 7769566 B2 JP7769566 B2 JP 7769566B2 JP 2022034612 A JP2022034612 A JP 2022034612A JP 2022034612 A JP2022034612 A JP 2022034612A JP 7769566 B2 JP7769566 B2 JP 7769566B2
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Description

本発明は、セメント等に配合する材料などとして有用なウォラストナイト含有素材に関する。 The present invention relates to a wollastonite-containing material that is useful as a material to be mixed into cement, etc.

ケイ酸塩鉱物として知られるウォラストナイト(CaSiO)は、樹脂、塗料、建材、ゴム、セラミックなど多くの分野に利用されている。なかでも、セメント系建材や炭酸化養生コンクリートでは、二酸化炭素と反応して強度発現するため、硬化材として有用であり、また、その際に二酸化炭素が吸収/固定されることから、CO削減の面からも注目されている(非特許文献1参照)。 Wollastonite (CaSiO 3 ), known as a silicate mineral, is used in many fields, including resins, paints, building materials, rubber, ceramics, etc. In particular, it is useful as a hardening agent in cement-based building materials and carbonated cured concrete, as it reacts with carbon dioxide to develop strength, and is also attracting attention from the perspective of CO 2 reduction, as carbon dioxide is absorbed and fixed during this process (see Non-Patent Document 1).

一方、近年、再生可能エネルギーの普及に向けた各所事業体における諸般の取り組みにより、バイオマス発電設備の建設・運開ラッシュとなっている。それに伴い、バイオマス発電で発生する燃焼灰(バイオマス灰)の発生量も増大しており、都市ゴミで発生する焼却灰と同様に、セメント原料などとして資源化することが望まれている。 Meanwhile, in recent years, various efforts by various business entities to promote the spread of renewable energy have led to a boom in the construction and operation of biomass power generation facilities. As a result, the amount of combustion ash (biomass ash) generated from biomass power generation has also increased, and there is a desire to recycle it as a resource, such as for use as a cement raw material, in the same way as incineration ash generated from municipal waste.

兵頭 他「炭酸化によるセメント系材料のCO2吸収固定」太平洋セメント研究報告第179号(2020)第15-30頁Hyodo et al., "CO2 absorption and fixation in cement-based materials by carbonation," Pacific Cement Research Report No. 179 (2020), pp. 15-30

従来、バイオマス灰を利用してウォラストナイトを人造する技術については、知見に乏しかった。 Until now, there has been little knowledge about the technology for producing wollastonite using biomass ash.

本発明の目的は、バイオマス灰を利用して、セメント等に配合する材料などとして有用なウォラストナイト含有素材を提供することにある。 The object of the present invention is to provide a wollastonite-containing material that utilizes biomass ash and is useful as a material to be blended into cement, etc.

上記課題に鑑み、本発明者らが鋭意検討したところ、バイオマス灰を原料にして、これに焼成の処理を施すことにより、ケイ酸塩鉱物として知られるウォラストナイト(CaSiO)が形成されることを見出し、本発明を完成するに至った。 In view of the above problems, the present inventors have conducted extensive research and have found that wollastonite (CaSiO 3 ), a known silicate mineral, can be formed by using biomass ash as a raw material and subjecting it to a calcination treatment, thereby completing the present invention.

すなわち、本発明は、以下のとおり構成されるものである。
[1]バイオマス灰を30質量%以上含有する焼成用原料組成物を準備し、前記焼成用原料組成物を焼成してウォラストナイト(CaSiO)を形成させる、ウォラストナイト含有焼成物の製造方法。
[2]前記バイオマス灰として、原料バイオマス灰を分級して得られた細粉を用いる、上記[1]記載のウォラストナイト含有焼成物の製造方法。
[3]前記バイオマス灰として、原料バイオマス灰を水洗して用いるか、又は、原料バイオマス灰を分級して得られた細粉を水洗して用いる、上記[1]記載のウォラストナイト含有焼成物の製造方法。
[4]前記焼成用原料組成物のCaO/SiO質量比が0.5~1.2である、上記[1]~[3]のいずれか1項に記載のウォラストナイト含有焼成物の製造方法。
[5]前記焼成用原料組成物を900℃~1,300℃で焼成する、上記[1]~[4]のいずれか1項に記載のウォラストナイト含有焼成物の製造方法。
[6]前記バイオマス灰として、非晶質量が30質量%以上であるものを用いる上記[1]~[5]のいずれか1項に記載のウォラストナイト含有焼成物の製造方法。
[7]前記バイオマス灰として、ケイ酸率が3.0~20.0であるものを用いる、上記[1]~[6]のいずれか1項に記載のウォラストナイト含有焼成物の製造方法。
[8]上記[1]~[7]のいずれか1項に記載の製造方法によりウォラストナイト含有焼成物を得、前記ウォラストナイト含有焼成物を材料としてなる水硬性組成物を調製し、前記水硬性組成物に水を加えて混練して混練物を得、前記混練物を硬化させる、ウォラストナイト含有焼成物を利用した硬化体の製造方法。
[9]上記[1]~[7]のいずれか1項に記載の製造方法によりウォラストナイト含有焼成物を得、前記ウォラストナイト含有焼成物を材料としてなる水硬性組成物を調製し、及び、前記ウォラストナイト含有焼成物を材料としてなる、水硬性組成物と合わせるための骨材を調製し、前記骨材及び前記水硬性組成物に水を加えて混練して混練物を得、前記混練物を硬化させる、ウォラストナイト含有焼成物を利用した硬化体の製造方法。
[10]前記混練物を硬化させる際に炭酸化の処理を施す、上記[8]又は[9]記載の硬化体の製造方法。
[11]バイオマス灰を分級し、前記分級により得られた細粉を焼成してウォラストナイト含有焼成物を得るとともに、前記分級により得られた粗粉を水硬性組成物による硬化体の材料として利用する、バイオマス灰の資源化方法。
[12]前記ウォラストナイト含有焼成物を水硬性組成物による硬化体の材料として利用する、上記[11]記載のバイオマス灰の資源化方法。
[13]前記バイオマス灰の分級により得られた粗粉をコンクリート用骨材、コンクリート混和材、セメント混合材、又はセメントクリンカ原料として利用する、上記[11]又は[12]記載のバイオマス灰の資源化方法。
[14]前記ウォラストナイト含有焼成物をコンクリート用骨材、コンクリート混和材、又はセメント混合材として利用する、上記[11]~[13]のいずれか1項に記載のバイオマス灰の資源化方法。
[15]前記ウォラストナイト含有焼成物と前記バイオマス灰の分級により得られた粗粉とを、共に共通する硬化体の材料として利用して該硬化体を得る、上記[11]~[14]のいずれか1項に記載のバイオマス灰の資源化方法。
That is, the present invention is configured as follows.
[1] A method for producing a wollastonite-containing fired product, comprising preparing a raw material composition for firing containing 30 mass % or more of biomass ash, and firing the raw material composition for firing to form wollastonite (CaSiO 3 ).
[2] The method for producing a wollastonite-containing fired product according to the above [1], wherein the biomass ash is a fine powder obtained by classifying raw biomass ash.
[3] The method for producing a wollastonite-containing fired product according to the above [1], wherein the biomass ash is obtained by washing raw biomass ash with water, or by classifying raw biomass ash and then washing the resulting fine powder with water.
[4] The method for producing a wollastonite-containing fired product according to any one of [1] to [3] above, wherein the CaO/ SiO2 mass ratio of the firing raw material composition is 0.5 to 1.2.
[5] The method for producing a wollastonite-containing fired product according to any one of [1] to [4] above, wherein the raw material composition for firing is fired at 900 ° C to 1,300 ° C.
[6] The method for producing a wollastonite-containing fired product according to any one of [1] to [5] above, wherein the biomass ash has an amorphous mass of 30% by mass or more.
[7] The method for producing a wollastonite-containing fired product according to any one of [1] to [6] above, wherein the biomass ash has a silica content of 3.0 to 20.0.
[8] A method for producing a hardened product using the wollastonite-containing fired product, comprising obtaining a wollastonite-containing fired product by the production method described in any one of [1] to [7] above, preparing a hydraulic composition using the wollastonite-containing fired product as a material, adding water to the hydraulic composition and kneading them to obtain a kneaded product, and hardening the kneaded product.
[9] A method for producing a hardened product using the wollastonite-containing fired product, comprising obtaining a wollastonite-containing fired product by the production method described in any one of [1] to [7] above, preparing a hydraulic composition using the wollastonite-containing fired product as a material, preparing aggregate to be combined with the hydraulic composition using the wollastonite-containing fired product as a material, adding water to the aggregate and the hydraulic composition and kneading them to obtain a kneaded product, and hardening the kneaded product.
[10] The method for producing a hardened body according to the above [8] or [9], wherein the kneaded material is subjected to a carbonation treatment when hardening the kneaded material.
[11] A method for recycling biomass ash, comprising classifying biomass ash, calcining the fine powder obtained by the classification to obtain a wollastonite-containing calcined product, and utilizing the coarse powder obtained by the classification as a material for a hardened body made of a hydraulic composition.
[12] The method for recycling biomass ash according to the above [11], wherein the wollastonite-containing fired product is used as a material for a hardened body made of a hydraulic composition.
[13] The method for recycling biomass ash according to [11] or [12] above, wherein the coarse powder obtained by classifying the biomass ash is used as concrete aggregate, concrete admixture, cement mixture, or cement clinker raw material.
[14] The method for recycling biomass ash according to any one of [11] to [13] above, wherein the wollastonite-containing fired product is used as a concrete aggregate, a concrete admixture, or a cement admixture.
[15] The method for recycling biomass ash according to any one of [11] to [14] above, wherein the wollastonite-containing burned product and the coarse powder obtained by classifying the biomass ash are both used as common materials for a hardened body to obtain the hardened body.

本発明によれば、バイオマス灰を利用した工程により、セメント等に配合する材料などとして有用なウォラストナイト含有素材を容易に得ることができる。また、これにより、バイオマス灰を有効に資源化することができる。 According to the present invention, a process using biomass ash makes it possible to easily obtain a wollastonite-containing material that is useful as a material to be mixed into cement, etc. This also makes it possible to effectively utilize biomass ash as a resource.

本発明の一実施形態を説明するフロー図である。FIG. 1 is a flow diagram illustrating an embodiment of the present invention. 本発明の他の実施形態を説明するフロー図である。FIG. 10 is a flow diagram illustrating another embodiment of the present invention. ウォラストナイト生成量を原料の違いにより比較した結果(水準4、水準11、水準13、水準15:加熱温度1,100℃・CaO/SiO質量比0.7、及び水準8、水準12、水準14、水準16:加熱温度1,100℃・CaO/SiO質量比1)を示す図表である。1 is a chart showing the results of comparing the amount of wollastonite produced depending on the raw material (levels 4, 11, 13, and 15: heating temperature 1,100°C, CaO/ SiO2 mass ratio 0.7; and levels 8, 12, 14, and 16: heating temperature 1,100°C, CaO/ SiO2 mass ratio 1). ウォラストナイト生成量を加熱温度の違いにより比較した結果(水準1~7:CaO/SiO質量比0.7)を示す図表である。1 is a diagram showing the results of comparing the amount of wollastonite produced at different heating temperatures (Levels 1 to 7: CaO/ SiO2 mass ratio 0.7). ウォラストナイト生成量をCaO/SiO質量比の違いにより比較した結果(水準4,水準8、水準9:加熱温度1,100℃)を示す図表である。1 is a diagram showing the results of comparing the amount of wollastonite produced depending on the CaO/ SiO2 mass ratio (levels 4, 8, and 9: heating temperature 1,100°C).

図1に示されるように、本発明は、バイオマス灰を原料にして、これに焼成の処理を施すことによりケイ酸塩鉱物として知られるウォラストナイト(CaSiO)を形成させ、そのように形成させたウォラストナイトを含有する焼成物を得るものである。後述するように、原料バイオマス灰は、水洗してから用いてもよい。 As shown in Figure 1, the present invention uses biomass ash as a raw material and calcines it to form wollastonite ( CaSiO3 ), a known silicate mineral, and obtains a calcined product containing the wollastonite thus formed. As will be described later, the raw biomass ash may be washed with water before use.

また、図2に示されるように、本発明においては、焼成用原料とされるバイオマス灰は、原料バイオマス灰に分級の処理を施して、その粒度を調整してから用いてもよい。 Furthermore, as shown in Figure 2, in the present invention, the biomass ash used as the raw material for firing may be subjected to a classification process to adjust its particle size before use.

以下、本発明について更に詳細に説明する。なお、本明細書において「%」の記述は、特にことわりがない場合には、全体質量中に存在する質量換算での内割り百分率であるものとする。 The present invention will be described in more detail below. Note that in this specification, unless otherwise specified, "%" refers to the percentage by mass of the total mass.

〔1.焼成の原料〕
<バイオマス灰>
本明細書において「バイオマス灰」とは、通常、当業者に理解される意義と同義である。すなわち、動植物に由来する有機物である資源(ただし、化石資源を除く)からなるバイオマスを、焼却又は燃焼させたあとに残る灰のことである。典型的に、例えば、草木竹の焼却灰、食品残渣の焼却灰などが挙げられる。また、バイオマスを石炭と混合して燃焼して得られる燃焼灰であってもよい。バイオマスの有効活用を促進する観点からは、バイオマス灰中に含まれるバイオマスに由来する灰の割合は、好ましくは50質量%~100質量%であり、より好ましくは60質量%~95質量%であり、特に好ましくは70質量%~90質量%である。
[1. Raw materials for firing]
<Biomass ash>
As used herein, "biomass ash" has the same meaning as that generally understood by those skilled in the art. That is, it refers to ash remaining after incineration or combustion of biomass consisting of organic resources derived from plants and animals (excluding fossil resources). Typical examples include ash from the incineration of plants and bamboo, and ash from food waste. It may also be combustion ash obtained by mixing biomass with coal and burning it. From the viewpoint of promoting the effective utilization of biomass, the proportion of ash derived from biomass contained in the biomass ash is preferably 50% by mass to 100% by mass, more preferably 60% by mass to 95% by mass, and particularly preferably 70% by mass to 90% by mass.

本発明に用いるバイオマス灰としては、草木竹の燃焼灰のなかでも、パーム椰子殻を燃料として得られたパーム椰子殻灰(PKS灰)が好適に例示される。パーム椰子殻はパーム油生産の副産物であり、天然バイオマス・エネルギー産業で主に使用されている。パーム椰子殻は、灰分の少ない黄褐色の繊維状物質で、その粒径は5mm~40mm程度であり、発熱量は4000Kcal/kg程度であるため、近年では、再生可能資源を用いたエネルギー生産において、バイオマス発電の燃料としての利用が増えている。 As biomass ash for use in the present invention, palm kernel shell ash (PKS ash), obtained by burning palm kernel shells as fuel, is a suitable example, among the ashes of plants and bamboo. Palm kernel shells are a by-product of palm oil production and are primarily used in the natural biomass energy industry. Palm kernel shells are a yellowish-brown fibrous material with a low ash content, with particle sizes ranging from approximately 5 mm to 40 mm, and a calorific value of approximately 4,000 kcal/kg. As such, in recent years, they have been increasingly used as fuel for biomass power generation in the production of energy using renewable resources.

バイオマスを焼却又は燃焼する態様としては、特に限定されるものではなく、例えば、ストーカ式の燃焼炉を用いた方法、流動床式の燃焼炉を用いた方法などであってよい。なかでも、流動床式の燃焼炉では、燃焼炉内で脱硫を行う目的で石灰石が投入されるため、カルシウム分や硫黄分が含まれており、バイオマス灰中では主に石膏(CaSO・2HO)の形態として含まれている。焼成によりウォラストナイト(CaSiO)が形成される際には、これがCaO源としても作用する。また、流動床式の燃焼炉の飛灰であれば、粒度が細かく粉砕や混合が容易であり、易焼成性が高い。よって、バイオマス灰として、流動床式の燃焼炉の飛灰を用いることが好ましい。流動床式の燃焼炉の例としては、循環流動床式の燃焼炉、加圧式流動床式の燃焼炉などが挙げられる。 The mode of incineration or combustion of biomass is not particularly limited, and may be, for example, a method using a stoker-type combustion furnace or a method using a fluidized-bed combustion furnace. In particular, in a fluidized-bed combustion furnace, limestone is added for the purpose of desulfurization within the combustion furnace, so calcium and sulfur are contained, and the biomass ash is mainly contained in the form of gypsum (CaSO 4 ·2H 2 O). When wollastonite (CaSiO 3 ) is formed by calcination, this also acts as a CaO source. Furthermore, fly ash from a fluidized-bed combustion furnace has a fine particle size, is easy to crush and mix, and is highly calcinable. Therefore, it is preferable to use fly ash from a fluidized-bed combustion furnace as the biomass ash. Examples of fluidized-bed combustion furnaces include a circulating fluidized-bed combustion furnace and a pressurized fluidized-bed combustion furnace.

<バイオマス灰の前処理>
本発明に用いるバイオマス灰は、流動床式の燃焼炉等の設備が備わるバイオマス発電施設などから入手して、それをそのまま用いてもよく、必要に応じて、分級や水洗などの前処理を施したうえで用いてもよい。
<Pretreatment of biomass ash>
The biomass ash used in the present invention may be obtained from a biomass power generation facility equipped with equipment such as a fluidized bed combustion furnace and used as is, or may be subjected to pretreatment such as classification or washing with water, as necessary.

・分級
本発明においては、次のような理由から、原料バイオマス灰を分級してその細粉を用いることが好ましい。
Classification In the present invention, it is preferable to classify the raw material biomass ash and use the resulting fine powder for the following reasons.

流動床式の燃焼炉の設備では、流動媒体として、石英を主成分とした砂が投入される。このため、バイオマス灰には、溶融固化又は凝集したガラス、砂由来の粒子(比較的粗い粒子)、及び、前述の石灰石由来又はバイオマス由来であってアルカリ金属及び塩素が含まれる粒子(比較的細かい粒子)が含まれている。よって、流動床式の燃焼炉等の設備が備わるバイオマス発電施設などから入手したバイオマス灰には、その粒度分布において、粒径が小さい側のピークと、粒径が大きい側のピークとが存在し、その間で任意に選択した粒径を分級点として、バイオマス灰を粗粒分と細粒分とに分別し、採取することができる。 In fluidized bed combustion furnaces, sand, primarily composed of quartz, is added as a fluidizing medium. Therefore, biomass ash contains fused and solidified or agglomerated glass, particles derived from sand (relatively coarse particles), and the aforementioned limestone- or biomass-derived particles containing alkali metals and chlorine (relatively fine particles). Therefore, biomass ash obtained from biomass power generation facilities equipped with fluidized bed combustion furnaces or similar equipment has a particle size distribution with a peak on the smaller particle size side and a peak on the larger particle size side. The biomass ash can be separated into coarse and fine particles and collected using any particle size selected between these points as the classification point.

一般に、流動床式の燃焼炉等の設備から回収されるバイオマス灰のブレーン比表面積は典型的に、例えば、1,000cm/g~4,000m/gであり、より典型的には1,500cm/g~3,500cm/gであり、更により典型的には2,000~3,000cm/gである。この原料バイオマス灰を分級して細粉分を採取すると、そのブレーン比表面積は、典型的に、例えば、2,500cm/g~7,000cm/gであり、より典型的には3,000cm/g~6,000cm/gであり、更により典型的には4,000cm/g~5,000cm/gである。一方、細粉分を採取したあとに残る粗粉分のブレーン比表面積は、典型的に、例えば、250cm/g~2,000cm/gであり、より典型的には500cm/g~1,500cm/gであり、更により典型的には750cm/g~1,250cm/gである。 In general, the Blaine specific surface area of biomass ash recovered from facilities such as fluidized bed combustion furnaces is typically, for example, 1,000 cm 2 /g to 4,000 m 2 /g, more typically 1,500 cm 2 /g to 3,500 cm 2 /g, and even more typically 2,000 to 3,000 cm 2 /g. When this raw biomass ash is classified to collect fine powder, the Blaine specific surface area thereof is typically, for example, 2,500 cm 2 /g to 7,000 cm 2 /g, more typically 3,000 cm 2 /g to 6,000 cm 2 /g, and even more typically 4,000 cm 2 /g to 5,000 cm 2 /g. On the other hand, the Blaine specific surface area of the coarse powder remaining after the fine powder is collected is typically, for example, 250 cm 2 /g to 2,000 cm 2 /g, more typically 500 cm 2 /g to 1,500 cm 2 /g, and even more typically 750 cm 2 /g to 1,250 cm 2 /g.

原料バイオマス灰を分級して得られる細粉にはCaOが比較的多く含まれており、ウォラストナイト(CaSiO)の形成に必要なCaO源とSiO源とのバランスがよい。また、粉末度が高く、粉砕しなくても易焼成性が高いために相対的に低温の焼成温度、または短い焼成時間でウォラストナイトが生成される。一方で、塩素分や硫黄分が比較的多く含まれているが、必要に応じて後述する水洗の処理により除去してもよいし、あるいは、それらは含有量によっては焼成時に揮発除去され得る。 The fine powder obtained by classifying raw biomass ash contains a relatively large amount of CaO, and has a good balance between the CaO source and SiO2 source necessary for forming wollastonite ( CaSiO3 ). Furthermore, the fine powder is highly powdery and easily calcinable without pulverization, so wollastonite can be produced at a relatively low calcination temperature or for a short calcination time. On the other hand, the powder contains relatively large amounts of chlorine and sulfur, which can be removed by washing with water as necessary, as described below, or, depending on their contents, can be volatilized and removed during calcination.

一方、原料バイオマス灰を分級して得られる粗粉は、ケイ素分が多く、塩素分や硫黄分が少ないため、一般的なセメントクリンカ原料、特に粘土や石炭灰の代替原料として好適に使用される。なお、セメント混合材やコンクリート混和材、ALC・ケイ酸カルシウム板のケイ酸質材料として用いる場合は、粉砕して、反応性を高めるとよい。また、粗粉を粉砕せずにコンクリートやモルタル、炭酸化硬化体の細骨材(砂)として用いることもできる。 On the other hand, the coarse powder obtained by classifying raw biomass ash is high in silicon and low in chlorine and sulfur, making it suitable for use as a general cement clinker raw material, particularly as a substitute for clay and coal ash. When using it as a cement mixture, concrete admixture, or siliceous material for ALC and calcium silicate boards, it is recommended to crush it to increase its reactivity. Alternatively, the coarse powder can be used without crushing it as fine aggregate (sand) for concrete, mortar, and carbonated hardened bodies.

以上のように、バイオマス灰は、分級により分別される成分の特徴を生かして、より合理的に資源化することができる。すなわち、原料バイオマス灰を分級して得られた細粉については、焼成によりウォラストナイトを形成させるための原料に使用するとよく、その分級により得られた粗粉については、コンクリート用骨材、コンクリート混和材、セメント混合材、セメントクリンカ原料等、水硬性組成物による硬化体の材料として使用するとよい。また、細粉から焼成によりウォラストナイトを形成させて得られた焼成物については、必要に応じて、粒度を調製したり、塩素分や硫黄分除去したりしたうえ、こちらもコンクリート用骨材、コンクリート混和材、セメント混合材等、水硬性組成物による硬化体の材料として利用することができる。この場合、細粉からの材料と粗粉からの材料とを、共に共通する硬化体の材料として利用すると、製造する硬化体あたりに占める原料バイオマス灰からの資源化率が高められ、より効率的である。例えば、細粉を原料として得られた焼成物を水硬性組成物の材料として、これを使用して硬化体を得、一方で粗粉をその硬化体の骨材あるいは粉砕して混合材(混和材)として使用するなどである。 As described above, biomass ash can be recycled more efficiently by taking advantage of the characteristics of the components separated by classification. Specifically, the fine powder obtained by classifying raw biomass ash can be used as a raw material for forming wollastonite by calcination, and the coarse powder obtained by the classification can be used as a material for hardened hydraulic compositions, such as concrete aggregate, concrete admixture, cement mixture, and cement clinker raw material. Furthermore, the calcined product obtained by calcining the fine powder to form wollastonite can also be used as a material for hardened hydraulic compositions, such as concrete aggregate, concrete admixture, and cement mixture, after adjusting particle size and removing chlorine and sulfur, as necessary. In this case, using both the fine powder and the coarse powder as a common material for the hardened body increases the resource utilization rate of raw biomass ash per hardened body produced, resulting in greater efficiency. For example, the fired product obtained from the fine powder is used as a material for a hydraulic composition and then used to obtain a hardened body, while the coarse powder is used as aggregate for the hardened body or crushed and used as a mixture (admixture).

原料バイオマス灰を分級して細粉と粗粉に分別する場合、その分級点としては、上記したような成分の分離の観点から、好ましくは10μm~100μm、より好ましくは30μm~90μm、特に好ましくは38μm~75μmの範囲内において任意に選択することができる。 When classifying raw biomass ash into fine and coarse powders, the classification point can be selected from the range of preferably 10 μm to 100 μm, more preferably 30 μm to 90 μm, and particularly preferably 38 μm to 75 μm, from the viewpoint of separating the components described above.

分級手段としては、バイオマス灰を上述したようなμmオーダの分級点で分級できる手段であればよく、特に限定されないが、例えば、ふるい、重力沈降、慣性分級装置、遠心分級装置、重力式分級装置などが挙げられる。なかでも、分級精度の観点から、サイクロン型エアセパレータ、渦流型遠心分級装置、ふるい分け装置などが好ましい。 The classification means is not particularly limited as long as it can classify biomass ash at the classification points on the order of μm as described above, but examples include sieves, gravitational settling, inertial classifiers, centrifugal classifiers, and gravity classifiers. Among these, from the perspective of classification accuracy, cyclone-type air separators, vortex-type centrifugal classifiers, and sieving devices are preferred.

なお、分級を湿式で行うと塩素が水に溶解するため、比較的塩素分の多い細粒についても、その塩素がほとんど除かれたものになる。 In addition, when classification is done wet, chlorine dissolves in water, so even fine granules with a relatively high chlorine content have most of the chlorine removed.

また、流動床式である焼却炉には、ボイラ、空気予熱器、高温ガス流路などに沈降した焼却灰を回収するための設備、サイクロンによる焼却灰回収設備、バグフィルタによる焼却灰回収設備などが備えられている場合がある。これら回収設備で回収された焼却灰の粒度は、回収設備毎に異なり、特定の回収設備からは特定の粒度のバイオマス灰を回収することができる。このため、原料バイオマス灰を分級する代わりに、上記設備を適宜選択してバイオマス灰を回収することにより、所望する粒度を有するバイオマス灰を準備するようにしてもよい。 Fluidized bed incinerators may also be equipped with equipment for recovering incineration ash that has settled in the boiler, air preheater, or high-temperature gas flow path, as well as equipment for recovering incineration ash using a cyclone or bag filter. The particle size of the incineration ash recovered by these recovery facilities varies depending on the facility, and biomass ash of a specific particle size can be recovered from a specific facility. Therefore, instead of classifying the raw biomass ash, biomass ash with the desired particle size can be prepared by appropriately selecting the above facilities and recovering the biomass ash.

・水洗
本発明の限定されない任意の態様においては、原料となるバイオマス灰は、水洗の処理を施してから用いてもよい。その水洗処理により、塩素分、硫黄分、カリウム分など、セメント、コンクリート等の水硬性組成物に配合する材料として忌避される成分を除去することができる。
In any non-limiting embodiment of the present invention, the biomass ash as a raw material may be washed with water before use. This washing process can remove components that are undesirable for use in materials to be incorporated into hydraulic compositions such as cement and concrete, such as chlorine, sulfur, and potassium.

水洗処理の方法は、特に限定されるものではなく、慣用の方法によればよい。例えば、国際公開第2021/193668号公報に記載のバイオマス灰の処理方法などを、次に説明するように適宜参照し得る。ただし、水洗処理の方法としては、以下に説明する具体例に限らないことは勿論である。 The water washing method is not particularly limited and may be any conventional method. For example, the biomass ash processing method described in WO 2021/193668 may be referenced as appropriate, as explained below. However, it goes without saying that the water washing method is not limited to the specific example described below.

その処理方法としては、例えば、バイオマス灰に水を加えてスラリーにするスラリー化工程と、そのスラリーを水洗する水洗工程と、その水洗後のスラリーを脱水する脱水工程を備えている。スラリー化は、バイオマス灰と水を収容するための容器と、それらを混合してスラリーとなすための攪拌手段を少なくとも備えた粉体溶解槽を使用して行い得る。水洗は、スラリーを所定時間静置又は攪拌することによりなされる。これにより、バイオマス灰の溶解性成分がスラリーの液相に溶出した状態のスラリーとなる。その状態のスラリーを粉体溶解槽から排出して、フィルタープレス等の固液分離装置で脱水する。 The treatment method includes, for example, a slurrying process in which water is added to biomass ash to form a slurry, a water-washing process in which the slurry is washed with water, and a dewatering process in which the washed slurry is dewatered. Slurrying can be carried out using a powder dissolver equipped with at least a container for holding biomass ash and water and a stirring means for mixing them to form a slurry. Water washing is carried out by leaving the slurry to stand or stirring for a predetermined period of time, resulting in a slurry in which the soluble components of the biomass ash are dissolved into the liquid phase of the slurry. The slurry in this state is discharged from the powder dissolver and dewatered using a solid-liquid separator such as a filter press.

上記スラリー化工程におけるバイオマス灰(M1とする)と水(W1とする)との質量比(W1/M1)は、4~10が好ましく、4~7がより好ましく、4~5が特に好ましい。質量比(W1/M1)が4よりも小さいと、バイオマス灰からの塩素等のセメント忌避成分の溶出が不十分となるなど、改質効果が不十分となる場合がある。また、質量比(W1/M1)が10よりも大きいと、排水の量が多くなってしまう。 The mass ratio (W1/M1) of biomass ash (referred to as M1) to water (referred to as W1) in the above-mentioned slurrying process is preferably 4 to 10, more preferably 4 to 7, and particularly preferably 4 to 5. If the mass ratio (W1/M1) is less than 4, the modification effect may be insufficient, such as insufficient elution of cement-repellent components such as chlorine from the biomass ash. Furthermore, if the mass ratio (W1/M1) is greater than 10, the amount of wastewater will increase.

水洗工程の所要時間は、バイオマス灰を水で十分に処理するため、30分間以上とすることが好ましく、45分間以上がより好ましい。また、温度条件は、高い程、バイオマス灰からの塩素等の忌避成分の溶出効率がよくなるが、処理に係るコストの観点からは、5℃~50℃とすることが好ましく、25℃~50℃がより好ましい。 The time required for the water washing process is preferably 30 minutes or more, more preferably 45 minutes or more, to ensure that the biomass ash is thoroughly treated with water. Furthermore, the higher the temperature, the more efficient the elution of repellent components such as chlorine from the biomass ash. However, from the perspective of processing costs, a temperature of 5°C to 50°C is preferred, more preferably 25°C to 50°C.

脱水工程においては、スラリー中に含まれる塩素等の忌避成分が液相と共に残留することを防ぐため、脱水物の水分は20質量%~90質量%とすることが好ましく、30質量%~70質量%とすることがより好ましい。また、必要に応じて、脱水物に新たに水を加えて再度脱水する。これによれば、スラリーの液相がほとんど水に置き換わるので、より好ましい。 During the dehydration process, to prevent repellent components such as chlorine contained in the slurry from remaining in the liquid phase, the moisture content of the dehydrated product is preferably 20% to 90% by mass, and more preferably 30% to 70% by mass. If necessary, fresh water can be added to the dehydrated product and it can be dehydrated again. This is preferable because it replaces most of the liquid phase of the slurry with water.

上記処理方法において、好ましくは、水洗の際のpHを酸性側に調整する。すなわちpHを低減させることで、pH調整しない場合に比べて、塩素をより効率よく除くことができる。pH調整剤としては、スラリーのpHを低減することができるものであれば特に制限はない。例えば、酸溶液、CО含有ガス等が挙げられる。すなわち、例えば、セメント製造設備のロータリーキルンの燃焼排ガスやバイオマスの焼却設備やバイオマス発電所の燃焼排ガスには二酸化炭素(CO)が含まれているので、その燃焼排ガスをスラリーに吹込むことにより、pHを弱アルカリ性に低減することができる。CО含有ガスは二酸化炭素が含まれていればよいが、効率的な炭酸化を促すためには、二酸化炭素濃度は10体積%以上が好ましく、20体積%がより好ましい。また、燃焼排ガスのなかでも、特にセメント製造設備の塩素バイパスダストを捕集後のガスには硫黄酸化物(SOx)などの有害ガスが含まれるので、これを固定化する効果も期待できる。 In the above treatment method, the pH during water washing is preferably adjusted to the acidic side. In other words, by reducing the pH, chlorine can be removed more efficiently than when the pH is not adjusted. The pH adjuster is not particularly limited as long as it can reduce the pH of the slurry. Examples include acid solutions and CO2- containing gases. For example, combustion exhaust gases from rotary kilns in cement manufacturing facilities and combustion exhaust gases from biomass incineration facilities and biomass power plants contain carbon dioxide ( CO2 ). Therefore, by injecting this combustion exhaust gas into the slurry, the pH can be reduced to a weak alkaline state. While the CO2- containing gas may contain carbon dioxide, a carbon dioxide concentration of 10% by volume or more is preferred, and 20% by volume is more preferred, in order to promote efficient carbonation. Furthermore, since harmful gases such as sulfur oxides (SOx) are contained in combustion exhaust gases, particularly after capturing chlorine bypass dust from cement manufacturing facilities, the effect of immobilizing these gases can also be expected.

スラリーの水洗の際のpH条件としては、pH4~12.5であることが好ましく、pH5~12であることがより好ましい。 The pH condition for washing the slurry with water is preferably between pH 4 and 12.5, and more preferably between pH 5 and 12.

・乾燥灰
本発明の限定されない任意の態様においては、原料バイオマス灰として乾燥灰を用いてもよい。乾燥灰とは、一度も水を噴霧されたことがなく、粒状になっておらず、水和物を生成していない灰のことをいう。これに対して、一度水を噴霧され、粒状になったり、生成した水和物に塩素が取り込まれたりすると、上述したようにして分級、あるいは水洗の処理により特徴的な成分を分別することが困難となる場合がある。よって、原料バイオマス灰として乾燥灰を用いて、上述したような分級の処理とともに水洗の処理を行うような場合には、分級の処理を水洗の処理を施す前に行って、例えばその細粉を得、これを水洗するようにすることが好ましい。
Dry Ash In any non-limiting embodiment of the present invention, dry ash may be used as the raw biomass ash. Dry ash refers to ash that has never been sprayed with water, is not granulated, and does not form hydrates. In contrast, if water is sprayed once and the ash becomes granulated, or chlorine is incorporated into the formed hydrates, it may be difficult to separate the characteristic components by classification or water washing as described above. Therefore, when dry ash is used as the raw biomass ash and the classification and water washing processes are performed as described above, it is preferable to perform the classification process before the water washing process, for example, to obtain a fine powder, which is then washed with water.

乾燥灰としては、例えば、粉末X線回折法により水和物であるフリーデル氏塩、またはエトリンガイトが検出されないことが好ましい。また、含水率は10%以下が好ましく、5%以下がより好ましい。また、強熱減量が10%以下であることが好ましい。ここで、含水率は、105℃で乾燥した際の質量減少率として求めることができる。また、強熱減量は、105℃で乾燥された対象物を975℃で加熱した際の質量減少率として求めることができる。 For example, it is preferable that the dried ash does not contain hydrated Friedel's salt or ettringite, as detected by powder X-ray diffraction. The moisture content is preferably 10% or less, more preferably 5% or less. The loss on ignition is preferably 10% or less. The moisture content can be determined as the mass loss rate when dried at 105°C. The loss on ignition can be determined as the mass loss rate when an object dried at 105°C is heated at 975°C.

<バイオマス灰の組成特性>
以下、焼成用原料とされるバイオマス灰について、これらに限定されないが、典型的な組成特性について説明する。
<Composition characteristics of biomass ash>
Below, typical compositional characteristics of biomass ash used as a raw material for firing will be described, although not limited thereto.

焼成用原料とされるバイオマス灰中のCaOの割合(強熱原料ベース)は、好ましくは10質量%~40質量%、より好ましくは15質量%~35質量%である。CaOの割合が上記範囲内であれば、ウォラストナイト(CaSiO)の形成に必要なCaO源の添加量が少なくなるか、分級を行った際は不要となるため、別途添加設備の追加や添加にかかる薬剤コストを低く抑えることができる。 The proportion of CaO in the biomass ash used as the raw material for calcination (based on ignition raw material) is preferably 10% by mass to 40% by mass, more preferably 15% by mass to 35% by mass. If the proportion of CaO is within this range, the amount of CaO source required to form wollastonite (CaSiO 3 ) is reduced or becomes unnecessary when classification is performed, which makes it possible to reduce the cost of adding additional equipment and chemicals required for addition.

焼成用原料とされるバイオマス灰のケイ酸率(S.M.)は、好ましくは3.0~20.0、より好ましくは4.0~18.0、更に好ましくは5.0~16.0、特に好ましくは8.0~13.0である。ケイ酸率が上記範囲内であれば、SiOに対するAlとFeの合計量を少なく抑えることができるので、ウォラストナイトの生成量をより多くすることができる。したがって、焼成物を水硬性組成物の材料として利用する場合、その強度発現性をより向上させることができる。一方、ケイ酸率が上記範囲を超えるときは、バイオマスに由来する灰の量を確保しづらくなる場合がある。 The silicic acid ratio (S.M.) of biomass ash used as a raw material for firing is preferably 3.0 to 20.0, more preferably 4.0 to 18.0, even more preferably 5.0 to 16.0, and particularly preferably 8.0 to 13.0. If the silicic acid ratio is within the above range, the total amount of Al 2 O 3 and Fe 2 O 3 relative to SiO 2 can be kept low, thereby increasing the amount of wollastonite produced. Therefore, when the fired product is used as a material for a hydraulic composition, its strength development can be further improved. On the other hand, if the silicic acid ratio exceeds the above range, it may be difficult to ensure the amount of ash derived from the biomass.

焼成用原料とされるバイオマス灰中のAlの割合(強熱原料ベース)は、好ましくは10質量%以下、より好ましくは5質量%以下、特に好ましくは3質量%以下である。Alの割合が上記範囲を超えると、焼成により非反応性のメリライト類が多く生成する場合がある。なお、バイオマス灰は一般的な石炭灰に比べてAlの割合が少なく好適である。 The proportion of Al2O3 in the biomass ash used as the raw material for firing (based on ignition raw material) is preferably 10 mass% or less, more preferably 5 mass% or less, and particularly preferably 3 mass% or less. If the proportion of Al2O3 exceeds the above range, a large amount of non-reactive melilite may be produced during firing. Note that biomass ash is preferable because it has a lower proportion of Al2O3 than general coal ash .

焼成用原料とされるバイオマス灰中の非晶質量(アモルファス量)は、ウォラストナイトの生成速度の観点から、好ましくは30質量%以上、より好ましくは35質量%以上、特に好ましくは40質量%以上である。 From the viewpoint of the wollastonite production rate, the amorphous content of the biomass ash used as the raw material for firing is preferably 30% by mass or more, more preferably 35% by mass or more, and particularly preferably 40% by mass or more.

焼成用原料とされるバイオマス灰中のアルカリ金属の割合(強熱原料ベース)は、酸化物(RO)換算で、好ましくは1.0質量%~5.0質量%、より好ましくは1.5質量%~4.0質量%である。アルカリ金属の割合が上記範囲未満であると、ウォラストナイトの生成速度が遅くなる場合がある。一方、アルカリ金属の割合が上記範囲を超えると、焼成の処理により非反応性の長石類が多く生成したり、焼成中に溶融したり、大塊が発生しやすいために、キルンでの焼成が困難となったりする場合がある。また、焼成物をセメント混合材、コンクリート混和材、コンクリートの骨材として使用する場合に、アルカリ骨材反応が発生するおそれがある。 The proportion of alkali metals in the biomass ash used as the raw material for firing (based on ignition raw material) is preferably 1.0% by mass to 5.0% by mass, more preferably 1.5% by mass to 4.0% by mass, calculated as oxide (R 2 O). If the proportion of alkali metals is below this range, the rate of wollastonite production may be slow. On the other hand, if the proportion of alkali metals exceeds this range, the firing process may produce a large amount of non-reactive feldspars, or the material may melt during firing or large lumps may be easily generated, making firing in a kiln difficult. Furthermore, when the fired product is used as a cement admixture, concrete admixture, or concrete aggregate, there is a risk of alkali-aggregate reaction occurring.

なお、アルカリ金属(R)の酸化物(RO)換算の割合は、試料中のNaO及びKOの各割合(質量%)から以下の式(1)を用いて算出することができる。
O=NaO+0.658KO ・・・(1)
The proportion of alkali metal (R) converted to oxide (R 2 O) can be calculated from the proportions (mass %) of Na 2 O and K 2 O in the sample using the following formula (1).
R2O = Na2O + 0.658K2O ...(1)

<焼成用原料組成物>
バイオマス灰には、ウォラストナイトの形成に必要なCaO源とSiO源が共に備わっている。よって、入手したバイオマス灰や前処理したバイオマス灰は、それをそのまま焼成用となしてもよい。すなわち、例えば、焼成用原料組成物として、バイオマス灰を100質量%含有するものであってもよい。
<Raw material composition for firing>
Biomass ash contains both the CaO source and the SiO2 source necessary for the formation of wollastonite. Therefore, the obtained biomass ash or the pretreated biomass ash may be used for firing as is. That is, for example, the raw material composition for firing may contain 100% by mass of biomass ash.

一方、バイオマス灰には、適宜他の原料を加えて焼成用原料組成物となしてもよい。ただし、ウォラストナイトを効率的に生成する観点から、焼成用原料組成物中のバイオマス灰の含有量は、少なくとも30質量%以上であるものとする。焼成用原料組成物中のバイオマス灰の含有量は、好ましくは40質量%以上、より好ましくは50質量%以上、更に好ましくは60質量%以上、更により好ましくは75質量%以上、特に好ましくは90質量%以上である。 On the other hand, other raw materials may be added to the biomass ash as appropriate to form a raw material composition for firing. However, from the perspective of efficiently producing wollastonite, the content of biomass ash in the raw material composition for firing should be at least 30% by mass. The content of biomass ash in the raw material composition for firing is preferably 40% by mass or more, more preferably 50% by mass or more, even more preferably 60% by mass or more, even more preferably 75% by mass or more, and particularly preferably 90% by mass or more.

・他の原料
SiO源として用いることができる他の原料としては、例えば、建設発生土(建設現場や工事現場等で副次的に発生する土壌、土砂、残土、廃土壌、建設汚泥)、火山灰などの火山由来物、珪石、粘土などが挙げられる。これらは1種を単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
Other raw materials that can be used as the SiO2 source include, for example, construction waste soil (soil, earth and sand, surplus soil, waste soil, and construction sludge that are generated secondarily at construction sites and other work sites), volcanic ash and other volcanic-derived materials, silica stone, clay, etc. These may be used alone or in combination of two or more.

CaO源として用いることができる他の原料としては、例えば、石灰石、生石灰、消石灰、貝殻、カルシウムを含有する産業廃棄物又は一般廃棄物などが挙げられる。カルシウムを含有する産業廃棄物としては、例えば、生コンスラッジ、各種汚泥(例えば、下水汚泥、浄水汚泥、製鉄汚泥等)、建設廃材、コンクリート廃材、各種焼却灰(例えば、バイオマス灰、石炭灰、鶏糞灰、家畜糞灰、汚泥焼却灰)、鋳物砂、ロックウール、廃ガラス、高炉2次灰、各種副産物、未利用資源(使用されずに残存した材料等)などが挙げられる。カルシウムを含有する一般廃棄物としては、例えば、下水汚泥乾粉、及び都市ごみ焼却灰などが挙げられる。これらは1種を単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。 Other raw materials that can be used as CaO sources include, for example, limestone, quicklime, slaked lime, shells, and calcium-containing industrial or general waste. Examples of calcium-containing industrial waste include raw concrete sludge, various sludges (e.g., sewage sludge, water purification sludge, steelmaking sludge, etc.), construction waste, concrete waste, various incineration ashes (e.g., biomass ash, coal ash, chicken manure ash, livestock manure ash, sludge incineration ash), foundry sand, rock wool, waste glass, secondary blast furnace ash, various by-products, and unused resources (unused remaining materials, etc.). Examples of calcium-containing general waste include, for example, dried sewage sludge powder and municipal solid waste incineration ash. These may be used alone or in combination of two or more.

焼成用原料組成物には、セメントクリンカの製造に用いられる一般的な原料を、本発明の効果を阻害しない範囲で、適宜含有せしめてもよい。例えば、粘土等のアルミニウム含有原料(Al源)、鉄滓、鉄ケーキ等の鉄含有原料(Fe源)などが挙げられ得る。 The calcination raw material composition may contain, as appropriate, raw materials commonly used in the production of cement clinker, provided that the effects of the present invention are not impaired. Examples of such raw materials include aluminum-containing raw materials ( Al2O3 sources ) such as clay, and iron-containing raw materials ( Fe2O3 sources ) such as iron slag and iron cake.

焼成用原料組成物は、上述したバイオマス灰や、CaO源、SiO源等の他の原料などを、適宜それらの所定量を混合することにより、調合することができる。また、その際、原料は必要に応じて粉砕を行ってもよい。原料調合の手段は、特に限定するものではなく、例えば、ミキサ等の慣用の装置を使用すればよい。また、粉砕手段としては、例えば、ボールミル等の慣用の装置を使用することができる。 The raw material composition for firing can be prepared by appropriately mixing predetermined amounts of the above-mentioned biomass ash and other raw materials such as a CaO source and a SiO2 source. The raw materials may be pulverized as needed. The means for blending the raw materials is not particularly limited, and a conventional device such as a mixer may be used. A conventional device such as a ball mill may be used as the pulverizing means.

<焼成用原料組成物の組成特性>
以下、焼成用原料組成物について、これらに限定されないが、典型的な組成特性について説明する。
<Compositional characteristics of raw material composition for firing>
Hereinafter, typical compositional characteristics of the raw material composition for firing will be described, although the composition is not limited thereto.

焼成用原料組成物中のCaOとSiOの質量比(CaO/SiO)は、ウォラストナイトの生成量の観点から、好ましくは0.5~1.2、より好ましくは0.5~1.1、更に好ましくは0.6~1.0、特に好ましくは0.7~0.9である。 The mass ratio of CaO to SiO 2 (CaO/SiO 2 ) in the raw material composition for firing is preferably 0.5 to 1.2, more preferably 0.5 to 1.1, even more preferably 0.6 to 1.0, and particularly preferably 0.7 to 0.9, from the viewpoint of the amount of wollastonite produced.

焼成用原料組成物のケイ酸率(S.M.)は、好ましくは3.0~20.0、より好ましくは4.0~19.0、更に好ましくは5.0~18.0、更により好ましくは8.0~17.0、特に好ましくは10.0~17.0、最も好ましくは12.0~17.0である。ケイ酸率が上記範囲内であれば、SiOに対するAlとFeの合計量を少なく抑えることができるので、ウォラストナイトの生成量をより多くすることができる。したがって、焼成物を水硬性組成物の材料として利用する場合、その強度発現性をより向上させることができる。一方、ケイ酸率が上記範囲を超えるときは、バイオマスに由来する灰の量を確保しづらくなる場合がある。 The silicic acid ratio (S.M.) of the raw material composition for firing is preferably 3.0 to 20.0, more preferably 4.0 to 19.0, even more preferably 5.0 to 18.0, even more preferably 8.0 to 17.0, particularly preferably 10.0 to 17.0, and most preferably 12.0 to 17.0. If the silicic acid ratio is within the above range, the total amount of Al 2 O 3 and Fe 2 O 3 relative to SiO 2 can be kept low, thereby increasing the amount of wollastonite produced. Therefore, when the fired product is used as a material for a hydraulic composition, its strength development can be further improved. On the other hand, if the silicic acid ratio exceeds the above range, it may be difficult to ensure the amount of ash derived from biomass.

焼成用原料組成物中のAlの割合(強熱原料ベース)は、好ましくは1.0質量%~7.0質量%、より好ましくは1.5質量%~5.0質量%、特に好ましくは2.0質量%~3.0質量%である。Alの割合が上記範囲内であればウォラストナイトの生成量をより多くすることができる。ただし、Alの割合が上記範囲を超えると、焼成により非反応性のメリライト類が多く生成する場合がある。 The proportion of Al 2 O 3 in the raw material composition for firing (based on ignition raw material) is preferably 1.0 to 7.0 mass%, more preferably 1.5 to 5.0 mass%, and particularly preferably 2.0 to 3.0 mass%. If the proportion of Al 2 O 3 is within the above range, the amount of wollastonite produced can be increased. However, if the proportion of Al 2 O 3 exceeds the above range, a large amount of non-reactive melilite may be produced by firing.

焼成用原料組成物中のアルカリ金属の割合(強熱原料ベース)は、酸化物(RO)換算で、好ましくは0.3質量%~4.0質量%、より好ましくは1.1質量%~3.0質量%、特に好ましくは1.2質量%~2.5質量%である。アルカリ金属の割合が上記範囲未満であると、ウォラストナイトの生成速度が遅くなる場合がある。一方、アルカリ金属の割合が上記範囲を超えると、焼成の処理により非反応性の長石類が多く生成したり、焼成中に溶融したり、大塊が発生しやすいために、キルンでの焼成が困難となったりする場合がある。また、焼成物をセメント混合材、コンクリート混和材、コンクリートの骨材として使用する場合に、アルカリ骨材反応が発生するおそれがある。 The proportion of alkali metal in the raw material composition for firing (based on ignition raw material), calculated as oxide (R 2 O), is preferably 0.3 to 4.0% by mass, more preferably 1.1 to 3.0% by mass, and particularly preferably 1.2 to 2.5% by mass. If the proportion of alkali metal is below this range, the rate of wollastonite formation may be slow. On the other hand, if the proportion of alkali metal exceeds this range, the firing process may produce a large amount of non-reactive feldspar, or the composition may melt during firing or large lumps may be easily generated, making firing in a kiln difficult. Furthermore, when the fired product is used as a cement admixture, concrete admixture, or concrete aggregate, there is a risk of alkali-aggregate reaction occurring.

なお、アルカリ金属(R)の酸化物(RO)換算の割合は、上述した式(1)を用いて算出することができる。また、焼成用原料組成物中のアルカリ金属(RO)の割合が高い場合や焼成物中のアルカリ金属を低下させたい場合は、塩素を添加して後述の焼成を行うことにより、アルカリ金属を塩化させて、揮発あるいは生成物の水洗により除去してもよい。 The proportion of alkali metal (R) converted to oxide (R 2 O) can be calculated using the above-mentioned formula (1). When the proportion of alkali metal (R 2 O) in the raw material composition for firing is high or when it is desired to reduce the alkali metal in the fired product, chlorine may be added and firing as described below may be performed to salt the alkali metal, which may then be removed by volatilization or by washing the product with water.

〔2.焼成〕
本発明においては、上記した焼成用原料組成物に焼成の処理を施すことにより、ケイ酸塩鉱物として知られるウォラストナイト(CaSiO)を含有する焼成物を得る。
2. Firing
In the present invention, the raw material composition for firing described above is subjected to firing treatment to obtain a fired product containing wollastonite (CaSiO 3 ), which is known as a silicate mineral.

<焼成処理>
焼成条件としては、バイオマス灰を原料にしてウォラストナイトを形成させることがでればよく、特に限定されないが、上記した焼成用原料組成物を、好ましくは900℃~1300℃、より好ましくは1,000℃~1,250℃、更に好ましくは1,100℃~1,200℃の温度条件で焼成すればよい。
<Firing treatment>
The firing conditions are not particularly limited as long as they allow the formation of wollastonite using biomass ash as a raw material, but the above-mentioned raw material composition for firing may be fired preferably under temperature conditions of 900°C to 1,300°C, more preferably 1,000°C to 1,250°C, and even more preferably 1,100°C to 1,200°C.

焼成手段は、特に限定されるものではなく、例えば、ロータリーキルン等の慣用の装置を使用することができる。ロータリーキルンを使用して焼成を行う際には、燃料代替廃棄物として、例えば、廃油、廃タイヤ、廃プラスチック等を使用してもよい。 The calcination method is not particularly limited, and conventional equipment such as a rotary kiln can be used. When calcining using a rotary kiln, alternative fuel waste materials such as waste oil, waste tires, and waste plastics can also be used.

<ウォラストナイト含有焼成物>
上記した焼成処理により得られる焼成物には、ケイ酸塩鉱物として知られるウォラストナイト(CaSiO)が含まれている。ウォラストナイトには、珪灰石(α型、低温型)や偽珪灰石(β型、高温型)の形態が存在することが知られている。本発明により提供されるウォラストナイト含有焼成物は、それらの一方の形態を単一的に含んでいてもよく、複数の形態を複合的に含んでいてもよい。ウォラストナイトの含有量としては(複数の形態を複合的に含んでいる場合にはその合計として)、好ましくは10質量%以上、より好ましくは20質量%以上、特に好ましくは30質量%以上である。なお、二酸化炭素吸収性は、偽珪灰石のほうがより活性が高い。よって、本発明により提供されるウォラストナイト含有焼成物を二酸化炭素吸収の目的で用いる場合には、ウォラストナイトのうち偽珪灰石の形態が多くを占めることが好ましく、例えば、ウォラストナイトの形態のうち半分以上を占めることがより好ましい。
<Wollastonite-containing burned material>
The fired product obtained by the above-described firing treatment contains wollastonite (CaSiO 3 ), a silicate mineral. Wollastonite is known to exist in two forms: wollastonite (α-type, low-temperature type) and pseudowollastonite (β-type, high-temperature type). The wollastonite-containing fired product provided by the present invention may contain either one of these forms alone or a combination of multiple forms. The wollastonite content (when multiple forms are contained in combination, the total content) is preferably 10% by mass or more, more preferably 20% by mass or more, and particularly preferably 30% by mass or more. Note that pseudowollastonite has a higher carbon dioxide absorption activity. Therefore, when the wollastonite-containing fired product provided by the present invention is used for carbon dioxide absorption, it is preferable that the pseudowollastonite form accounts for a majority of the wollastonite, and more preferably, it accounts for more than half of the wollastonite form.

上記した焼成処理により得られる焼成物には、ウォラストナイト以外にも他の鉱物成分が含まれている場合がある。例えば、ランキナイト(3CaO・2SiO)が挙げられる。ランキナイトは二酸化炭素との反応性を有するとともに、その反応による強度発現性を有する。ただし、ウォラストナイト含量を確保する観点からは、本発明により提供されるウォラストナイト含有焼成物においては、ランキナイトの含有量は20質量%以下であることが好ましく、10質量%以下であることがより好ましい。また、メリライト類が挙げられる。すなわち、オケルマン石成分(CaMgSi)、フェロオケルマン石成分(CaFeSi)、ゲーレン石成分(CaAlSiO)、ソーダメリライト成分(CaNaAlSi)、ハーディストン石成分(CaZnSi)、グギア石成分(CaBeSi)、岡山石成分(CaSiO)、フェリゲーレン石成分(CaFe+2SiO)、及びフェリアルミニウムゲーレン石成分(CaFe+AlSiO)などである。ここで、メリライト類は、二酸化炭素との反応性に乏しく、その反応による強度発現性に乏しい。よって、本発明により提供されるウォラストナイト含有焼成物においては、メリライト類の含有量は20質量%以下であることが好ましく、10質量%以下であることがより好ましい。 The fired product obtained by the above-mentioned firing process may contain other mineral components in addition to wollastonite. For example, rankinite (3CaO·2SiO 2 ) can be mentioned. Rankinite is reactive with carbon dioxide and exhibits strength development through this reaction. However, from the viewpoint of ensuring the wollastonite content, the rankinite content in the wollastonite-containing fired product provided by the present invention is preferably 20% by mass or less, and more preferably 10% by mass or less. Other examples include melilites. That is, akermanite component ( Ca2MgSi2O7 ), ferroakermanite component ( Ca2FeSi2O7 ) , gehlenite component ( Ca2Al2SiO7 ), sodamelite component ( CaNaAlSi2O7 ), hardystonite component ( Ca2ZnSi2O7 ), gougiaite component ( Ca2BeSi2O7 ) , Okayamaite component ( Ca2B2SiO7 ), ferrighelenite component ( Ca2Fe3 + 2SiO7 ) , and ferrialumingehlenite component ( Ca2Fe3 + AlSiO7 ) . Here , melilites have poor reactivity with carbon dioxide and exhibit poor strength development through this reaction. Therefore, in the wollastonite-containing fired product provided by the present invention, the content of melilites is preferably 20% by mass or less, and more preferably 10% by mass or less.

上記した焼成処理により得られる焼成物には、中間反応鉱物成分としてビーライト(2CaO・SiO)が含まれている場合がある。あるいは、未反応鉱物成分として、生石灰、石英、長石類、非晶質相などが含まれている場合がある。ここで、ウォラストナイト含量を確保する観点からは、本発明により提供されるウォラストナイト含有焼成物においては、生石灰の含有量は2質量%以下であることが好ましく、石英の含有量は8質量%以下であることが好ましく、長石類の含有量は8質量%以下であることが好ましい。また、非晶質量としては、45質量%以下であることが好ましく、35質量%以下であることがより好ましく、25質量%以下であることが最も好ましい。また、上記の中間反応鉱物成分と未反応鉱物成分の合計量は50質量%以下であることが好ましく、40質量%以下であることがより好ましく、30質量%以下であることが最も好ましい。 The fired product obtained by the above-mentioned firing treatment may contain belite (2CaO·SiO 2 ) as an intermediate reaction mineral component. Alternatively, it may contain quicklime, quartz, feldspars, amorphous phases, etc. as unreacted mineral components. From the viewpoint of ensuring the wollastonite content, the wollastonite-containing fired product provided by the present invention preferably has a quicklime content of 2% by mass or less, a quartz content of 8% by mass or less, and a feldspar content of 8% by mass or less. The amorphous content is preferably 45% by mass or less, more preferably 35% by mass or less, and most preferably 25% by mass or less. The total amount of the intermediate reaction mineral component and unreacted mineral component is preferably 50% by mass or less, more preferably 40% by mass or less, and most preferably 30% by mass or less.

なお、本明細書において「鉱物」とは、地質学的に天然物として形成された鉱物以外にも、上述した焼成の処理などにより形成された、天然鉱物と同様な成分組成、結晶構造を有する人工鉱物をも含む意味である。鉱物成分の形態は、常法に従い、粉末X線回折、顕微鏡観察、電子線後方散乱回折(Electron Backscatter Diffraction:EBSD)等を用いて測定することができる。また、鉱物成分の含有量は、粉末X線回折の場合にはリートベルト法や、顕微鏡観察や電子線後方散乱回折の場合にはポイントカウンティングなどによって測定することが可能である。 In this specification, the term "mineral" refers not only to minerals formed geologically as natural products, but also to artificial minerals formed by processes such as the firing described above, which have similar component compositions and crystalline structures to natural minerals. The morphology of mineral components can be measured using standard methods, such as powder X-ray diffraction, microscopic observation, and electron backscatter diffraction (EBSD). The content of mineral components can be measured by the Rietveld method in the case of powder X-ray diffraction, and by point counting in the case of microscopic observation and electron backscatter diffraction.

〔3.焼成物の用途〕
本発明により提供されるウォラストナイト含有焼成物は、そのまま、あるいは粗砕などの粒度調整を行ったうえで、路盤材、埋め戻し材等の土木資材などの用途に利用することが可能である。あるいは、モルタルやコンクリート用の骨材などの用途に利用することも可能である。すなわち、通常、細骨材としては砂などを使用し、粗骨材としては砂利などを使用するが、それらの代わりに利用され得る。
[3. Uses of fired products]
The wollastonite-containing fired product provided by the present invention can be used as it is, or after particle size adjustment such as coarse crushing, as civil engineering materials such as roadbed materials and backfill materials. It can also be used as aggregate for mortar and concrete. In other words, the wollastonite-containing fired product can be used in place of sand and gravel, which are usually used as fine and coarse aggregates, respectively.

本発明により提供されるウォラストナイト含有焼成物は、また、樹脂強化用のフィラー、セメント混合材、コンクリート混和材、ALC・ケイ酸カルシウム板のケイ酸質材料などの用途に利用することも可能である。この場合には、必要に応じて粉砕や分級の処理を施して、適宜粒度を調整して用いるとよい。例えば、ブレーン比表面積が、好ましくは2,500~10,000cm/g、より好ましくは3,000~9,000cm/gである。その粉砕時には、既往の石膏や粉砕助剤を添加してもよい。粉砕手段は、特に限定されるものではなく、ボールミル等の慣用の装置を使用することができる。分級手段は、特に限定されるものではなく、回転羽根付きの遠心式空気分級機等の慣用の装置を使用することができる。 The wollastonite-containing fired product provided by the present invention can also be used as a filler for reinforcing resins, a cement admixture, a concrete admixture, or a siliceous material for ALC/calcium silicate boards. In this case, it is recommended to adjust the particle size appropriately by subjecting it to grinding or classification treatment as necessary. For example, the Blaine specific surface area is preferably 2,500 to 10,000 cm 2 /g, more preferably 3,000 to 9,000 cm 2 /g. During grinding, conventional gypsum or grinding aids may be added. The grinding means is not particularly limited, and conventional devices such as a ball mill can be used. The classification means is not particularly limited, and conventional devices such as a centrifugal air classifier with rotating blades can be used.

本発明により提供されるウォラストナイト含有焼成物を、上記のように適宜粒度を調整したうえ、セメント混合材、コンクリート混和材などとして用いると、水と混練して硬化させる際において、ブリーディング低減、流動性の向上、水和熱の低減などの効果が期待できる。 When the wollastonite-containing fired product provided by the present invention is used as a cement admixture, concrete admixture, etc. after adjusting the particle size appropriately as described above, it is expected to have effects such as reduced bleeding, improved fluidity, and reduced heat of hydration when mixed with water and hardened.

また、本発明により提供されるウォラストナイト含有焼成物を、上記のように適宜粒度を調整したうえ、早強ポルトランドセメント、早強ポルトランドセメントクリンカ、C3A高含有セメント(例えばC3A含量10質量%~15質量%)、又はC3A高含有セメントクリンカ(例えばC3A含量10質量%~15質量%)など、既往のセメント100質量部に対して、外割で、5質量部~25質量部となる量を混合して用いると、普通ポルトランドセメントと同等品質のセメントを得ることができる。 Furthermore, by adjusting the particle size appropriately as described above, and then mixing the wollastonite-containing fired product provided by the present invention with high-early-strength Portland cement, high-early-strength Portland cement clinker, high-C3A cement (e.g., C3A content of 10% to 15% by mass), or high-C3A cement clinker (e.g., C3A content of 10% to 15% by mass) in an amount that is 5 to 25 parts by mass per 100 parts by mass of conventional cement, cement of equivalent quality to ordinary Portland cement can be obtained.

本発明により提供されるウォラストナイト含有焼成物は、例えば、ポルトランドセメントなどの既往のセメントと比較したとき、原料として使用する石灰石の量を少なくすることができ、かつ、より低い焼成温度で製造することができるため、後述するようにセメントの代わりに水硬性組成物の材料として用いることで、全体としてセメント製造にかかわる二酸化炭素の排出量をより小さくすることができる。 The wollastonite-containing calcined product provided by the present invention can be produced using a smaller amount of limestone as a raw material and at a lower calcination temperature than conventional cements such as Portland cement. Therefore, by using it as a material for hydraulic compositions in place of cement, as described below, the overall carbon dioxide emissions associated with cement production can be reduced.

<水硬化性組成物>
上述したように、本発明により提供されるウォラストナイト含有焼成物は、セメント、モルタル、コンクリートなどの水硬性組成物の材料として利用することができる。ここで、本明細書において「水硬性組成物」とは、通常、当業者に理解される意義と同義である。すなわち、水と合わせて混練することにより硬化する組成物のことである。通常、そのような組成物は、水と合わせる前の形態としては、粉末状に調製されている。
<Hydrocurable composition>
As described above, the wollastonite-containing fired product provided by the present invention can be used as a material for hydraulic compositions such as cement, mortar, and concrete. Herein, the term "hydraulic composition" has the same meaning as that generally understood by those skilled in the art. That is, it refers to a composition that hardens when mixed with water and kneaded. Usually, such a composition is prepared in a powder form before being mixed with water.

本発明により提供されるウォラストナイト含有焼成物を水硬性組成物の材料として用いる場合、必要に応じて粉砕や分級の処理を施して、適宜粒度を調整して用いるとよい。例えば、ブレーン比表面積が、好ましくは2,500cm/g~10,000cm/g、より好ましくは3,000cm/g~9,000cm/gである。上記ブレーン比表面積が2,500cm/g以上であれば、得られる硬化体の強度がより大きくなる。一方で、上記ブレーン比表面積が10,000cm/g以下であれば、製造コストの観点から、粉砕に要するエネルギーをより低く抑えることができる。 When the wollastonite-containing fired product provided by the present invention is used as a material for a hydraulic composition, it is recommended to adjust the particle size appropriately by subjecting it to pulverization or classification as necessary. For example, the Blaine specific surface area is preferably 2,500 cm 2 /g to 10,000 cm 2 /g, more preferably 3,000 cm 2 /g to 9,000 cm 2 /g. If the Blaine specific surface area is 2,500 cm 2 /g or more, the strength of the resulting hardened body will be greater. On the other hand, if the Blaine specific surface area is 10,000 cm 2 /g or less, the energy required for pulverization can be kept low from the standpoint of production costs.

粉砕手段は、特に限定されるものではなく、ボールミル等の慣用の装置を使用することができる。分級手段は、特に限定されるものではなく、回転羽根付きの遠心式空気分級機等の慣用の装置を使用することができる。 The grinding means is not particularly limited, and conventional devices such as a ball mill can be used. The classification means is not particularly limited, and conventional devices such as a centrifugal air classifier with rotating blades can be used.

・セメント
本発明により提供されるウォラストナイト含有焼成物を水硬性組成物の材料として用いる場合、その水硬化性組成物中には、得られる硬化体の強度をより大きくする観点からは、既往のセメントを含むことが好ましい。そのようなセメントとしては、特に限定されるものではなく、例えば、普通ポルトランドセメント、早強ポルトランドセメント、中庸熱ポルトランドセメント、低熱ポルトランドセメント等の各種ポルトランドセメントや、エコセメント、速硬セメント、超速硬セメントなどが挙げられる。これらは1種を単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。なかでも、強度発現性やコストの観点から、普通ポルトランドセメント及び早強ポルトランドセメントの少なくとも1種以上が好ましい。ウォラストナイト含有焼成物を水硬性組成物の材料として用いる場合、例えば、セメント組成物100質量部中において、内割で、5質量部~50質量部であってよく、10質量部~35質量部であってよく、15質量部~25質量部であってよい。また、水硬化性組成物より炭酸化硬化体を製造する場合、水硬化性組成物中に含まれる上記焼成物の割合は、二酸化炭素の吸収量をより大きくし、かつ、得られる硬化体の強度をより大きくする観点からは、その割合の下限として、例えば、セメント組成物100質量部中において、内割で、20質量部以上であってよく、30質量部以上であってよく、50質量部以上であってよく、75質量部以上であってよい。一方で、脱型を行う際の硬化体の強度をより大きくする、又は、脱型を行う時期をより早くして、硬化体からなる製品の生産効率をより向上する観点からは、上記割合の上限として、例えば、セメント組成物100質量部中において、内割で、95質量部以下であってよく、90質量部以下であってよく、更に好ましくは75質量部以下であってよく、60質量部以下であってよく、50質量部以下であってよい。
Cement When the wollastonite-containing calcined product provided by the present invention is used as a material for a hydraulic composition, it is preferable for the hydraulic composition to contain a conventional cement in order to increase the strength of the resulting hardened body. Such cements are not particularly limited, and examples include various Portland cements such as ordinary Portland cement, high-early-strength Portland cement, moderate-heat Portland cement, and low-heat Portland cement, as well as ecocement, rapid-hardening cement, and ultra-rapid-hardening cement. These may be used alone or in combination of two or more. Among these, at least one of ordinary Portland cement and high-early-strength Portland cement is preferred from the viewpoints of strength development and cost. When the wollastonite-containing calcined product is used as a material for a hydraulic composition, the content may be, for example, 5 to 50 parts by mass, 10 to 35 parts by mass, or 15 to 25 parts by mass per 100 parts by mass of the cement composition. Furthermore, when a carbonated hardened body is produced from the hydraulic composition, the proportion of the burned product contained in the hydraulic composition may be, for example, 20 parts by mass or more, 30 parts by mass or more, 50 parts by mass or more, or 75 parts by mass or more, based on 100 parts by mass of the cement composition, from the viewpoints of increasing the amount of carbon dioxide absorbed and increasing the strength of the resulting hardened body. On the other hand, from the viewpoints of increasing the strength of the hardened body when demolding is performed or accelerating the timing of demolding and thereby improving the production efficiency of products made from the hardened body, the upper limit of the proportion may be, for example, 95 parts by mass or less, 90 parts by mass or less, more preferably 75 parts by mass or less, 60 parts by mass or less, or 50 parts by mass or less, based on 100 parts by mass of the cement composition.

なお、上記水硬性組成物は、既往のセメントを含まない態様であってもよく、例えば、本発明により提供されるウォラストナイト含有焼成物をそのまま用いてもよい。すなわち例えば、水硬性組成物として、本発明により提供されるウォラストナイト含有焼成物を100質量%含有するものであってもよい。ただし、そのようにして既往のセメントを含まないか、あるいは少量しか含まない態様で用いる場合、強度発現性等の観点からは、ブレーン比表面積を大きくし、例えば、8,000cm/g~12,000cm/gなどとなるよう粉砕したり、あるいは、水と合わせて混練して硬化させる際に加熱養生したりするなど、これらのうち少なくともいずれか一方を行うことが好ましい。 The hydraulic composition may be in an embodiment that does not contain a conventional cement, and for example, the wollastonite-containing fired product provided by the present invention may be used as is. That is, for example, the hydraulic composition may contain 100 mass% of the wollastonite-containing fired product provided by the present invention. However, when using such an embodiment that does not contain a conventional cement or contains only a small amount of cement, from the viewpoint of strength development, it is preferable to perform at least one of the following: pulverizing the product to increase the Blaine specific surface area to, for example, 8,000 cm 2 /g to 12,000 cm 2 /g, or heat curing the product when kneading it with water and hardening it.

・石膏
上記水硬性組成物には、硬化前の混練物の流動性や作業性等の観点から、その材料として石膏を配合してもよい。石膏としては、特に限定されるものではなく、例えば、天然二水石膏、排煙脱硫石膏、リン酸石膏、チタン石膏、フッ酸石膏などが挙げられる。また、石膏の形態の例としては、二水石膏、半水石膏及び無水石膏が挙げられる。これらは1種を単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
Gypsum The hydraulic composition may contain gypsum as a material from the viewpoint of the fluidity and workability of the kneaded product before hardening. The gypsum is not particularly limited, and examples thereof include natural gypsum dihydrate, flue gas desulfurization gypsum, phosphate gypsum, titanic gypsum, and hydrofluoric gypsum. Examples of the form of gypsum include gypsum dihydrate, gypsum hemihydrate, and anhydrous gypsum. These may be used alone or in combination of two or more.

石膏の配合量は、硬化前の混練物の流動性や作業性等の観点から、水硬性組成物(粉末状)100質量部に対して、外割で、好ましくは1質量部~6質量部、より好ましくは3質量部~5質量部である。 The amount of gypsum to be added is preferably 1 to 6 parts by mass, and more preferably 3 to 5 parts by mass, per 100 parts by mass of the hydraulic composition (powder), from the standpoint of the fluidity and workability of the kneaded product before hardening.

なお、上記水硬性組成物に、その材料として配合する石膏としては、予め粉砕してなる石膏粉末を用いてもよいが、本発明により提供されるウォラストナイト含有焼成物を粉砕して適当な粒度とする際に、石膏も一緒に粉砕して、その石膏が上記水硬性組成物中に含有されるようにしてもよい。 The gypsum to be blended into the hydraulic composition as a material may be pre-ground gypsum powder, or the gypsum may be ground together with the wollastonite-containing fired product provided by the present invention when it is ground to an appropriate particle size, so that the gypsum is contained in the hydraulic composition.

・アミン類
上記水硬性組成物には、その材料としてアミン類を配合してもよい。アミン類には、二酸化炭素と反応して炭酸イオンの生成を促進する作用があることが知られており、水硬性組成物がアミン類を含む場合、水硬性組成物に含まれるカルシウム成分の炭酸化がより効率よく進行し、後述する炭酸化硬化体の強度を高めることができる。
Amines Amines may be blended into the hydraulic composition as a material thereof. Amines are known to have the effect of reacting with carbon dioxide to promote the generation of carbonate ions, and when the hydraulic composition contains amines, the carbonation of the calcium component contained in the hydraulic composition proceeds more efficiently, thereby increasing the strength of the carbonated hardened body described below.

アミン類としては、分子内にアミノ基とヒドロキシル基を有するものであればよく、特に限定されないが、例えば、モノエタノールアミン(MEA)、ジエタノールアミン(DEA)、トリエタノールアミン(TEA)、ジグリコールアミン(DGA)、ジイソプロパノールアミン(DIPA)、メチルジエタノールアミン(MDEA)、トリイソプロパノールアミン(TIPA)などが挙げられる。なお、これらのアミン類は、一般的に粉砕助剤として知られている。また、アミン類として、工場等の排ガスから二酸化炭素を回収するためのアミン系二酸化炭素回収装置から回収される、使用済みのアミン類を含む廃液を用いてもよい。すなわち、そのような使用済みのアミン類は、通常、廃液処分とされているが、上記アミン類として使用することで有効に再利用することができる。 The amines may be any amine having an amino group and a hydroxyl group in the molecule, and are not particularly limited. Examples include monoethanolamine (MEA), diethanolamine (DEA), triethanolamine (TEA), diglycolamine (DGA), diisopropanolamine (DIPA), methyldiethanolamine (MDEA), and triisopropanolamine (TIPA). These amines are generally known as grinding aids. Alternatively, the amines may be waste liquid containing used amines recovered from amine-based carbon dioxide recovery systems used to recover carbon dioxide from exhaust gases from factories, etc. In other words, such used amines, which are typically disposed of as waste liquid, can be effectively reused by using them as the above-mentioned amines.

アミン類の配合量は、硬化体の炭酸化を速める観点、あるいは、例えば、炭酸化養生を行う場合にその強度発現性を高める観点から、水硬性組成物(粉末状)100質量部に対して、外割で、好ましくは0.002質量部~1質量部、より好ましくは0.01質量部~0.1質量部である。 The amount of amines to be added is preferably 0.002 to 1 part by mass, and more preferably 0.01 to 0.1 part by mass, per 100 parts by mass of the hydraulic composition (powder form), from the perspective of accelerating the carbonation of the hardened body or, for example, improving the strength development when carbonation curing is performed.

なお、アミン類は、本発明により提供されるウォラストナイト含有焼成物を粉砕して適当な粒度とする際の粉砕助剤として使用して、そのアミン類が上記水硬性組成物中に含有されるようにしてもよい。 The amines may also be used as grinding aids when grinding the wollastonite-containing fired material provided by the present invention to an appropriate particle size, and the amines may be contained in the hydraulic composition.

・その他の材料
上記水硬性組成物には、本発明の目的を阻害しない範囲内で、必要に応じて他の材料を配合してもよい。他の材料としては、減水剤、消泡剤、収縮低減剤等の各種添加剤や、フライアッシュ、シリカフューム、高炉スラグ微粉末、石灰石微粉末等の各種混和材などが挙げられる。また、初期強度を高め、ハンドリングを向上させるために急硬材、硬化促進剤などを配合してもよい。上記水硬性組成物中のその他の材料の割合は、その材料の種類によっても異なるが、典型的に、例えば20質量%以下、好ましくは10質量%以下などである。
Other Materials The hydraulic composition may contain other materials as needed, provided that the object of the present invention is not impaired. Examples of such other materials include various additives such as water-reducing agents, antifoaming agents, and shrinkage-reducing agents, as well as various admixtures such as fly ash, silica fume, ground granulated blast furnace slag, and ground limestone. Rapid hardening agents and hardening accelerators may also be added to increase early strength and improve handling. The proportion of such other materials in the hydraulic composition varies depending on the type of material, but is typically, for example, 20% by mass or less, and preferably 10% by mass or less.

・石膏やフリーライムの含有量
上記水硬性組成物中の石膏の含有量は、SO換算で、好ましくは5.0質量%以下、より好ましくは1.0質量%~4.0質量%である。石膏の含有量が上記範囲内であれば、硬化前の混練物の流動性がより向上する。
Gypsum and free lime content The gypsum content in the hydraulic composition is preferably 5.0% by mass or less, more preferably 1.0% by mass to 4.0% by mass, calculated as SO 3. If the gypsum content is within the above range, the fluidity of the kneaded material before hardening is further improved.

上記水硬性組成物中のフリーライム(遊離石灰)の割合は、後述する炭酸化養生工程における強度発現性の観点から、好ましくは2.0質量%以下であり、より好ましくは0.2~1.5質量%である。 The proportion of free lime in the hydraulic composition is preferably 2.0% by mass or less, and more preferably 0.2 to 1.5% by mass, from the viewpoint of strength development in the carbonation curing process described below.

なお、上記水硬性組成物が、本発明により提供されるウォラストナイト含有焼成物以外の材料を配合してなるものである場合、上記石膏や遊離石灰の含有量には、その材料に由来する石膏や遊離石灰が含まれるものとする。 In addition, if the hydraulic composition is formulated with materials other than the wollastonite-containing fired product provided by the present invention, the gypsum and free lime contents mentioned above include the gypsum and free lime derived from those materials.

<硬化体>
上記水硬性組成物を水と合わせて混練して硬化させることにより、ウォラストナイト含有焼成物を利用した硬化体を得ることができる。
<Cured body>
By mixing the hydraulic composition with water, kneading, and curing the mixture, a cured product using the wollastonite-containing burned material can be obtained.

・水
上記硬化体を得るための水としては、特に限定されず、水道水、スラッジ水などが挙げられる。水と水硬性組成物(粉末状)との質量比(水/粉末状水硬性材料)は、好ましくは0.3~1.0、より好ましくは0.4~0.7である。上記比が0.3以上であれば、通気性が確保され二酸化炭素の吸収効果がより大きくなる。また、水硬性組成物の混練物のワーカビリティが向上する。上記比が1.0以下であれば、硬化体の強度が確保できる。
Water: The water used to obtain the hardened body is not particularly limited, and examples include tap water and sludge water. The mass ratio of water to the hydraulic composition (powdered) (water/powdered hydraulic material) is preferably 0.3 to 1.0, more preferably 0.4 to 0.7. If the ratio is 0.3 or more, breathability is ensured and the carbon dioxide absorption effect is enhanced. In addition, the workability of the kneaded hydraulic composition is improved. If the ratio is 1.0 or less, the strength of the hardened body can be ensured.

・骨材
上記水硬性組成物を硬化させる際には、得られる硬化体のボディを形成させるための骨材を使用してもよい。骨材として、例えば、細骨材の例としては、川砂、山砂、陸砂、海砂、砕砂、珪砂、スラグ、軽量細骨材、再生骨材、人工焼成骨材、あるいはこれらの混合物などが挙げられる。また、粗骨材の例としては、川砂利、山砂利、陸砂利、砕石、スラグ、軽量粗骨材、再生骨材、人工焼成骨材、あるいはこれらの混合物などが挙げられる。
Aggregate: When the hydraulic composition is hardened, aggregate may be used to form the body of the resulting hardened product. Examples of fine aggregate include river sand, mountain sand, land sand, sea sand, crushed sand, silica sand, slag, lightweight fine aggregate, recycled aggregate, artificially fired aggregate, and mixtures thereof. Examples of coarse aggregate include river gravel, mountain gravel, land gravel, crushed stone, slag, lightweight coarse aggregate, recycled aggregate, artificially fired aggregate, and mixtures thereof.

上記水硬性組成物を硬化させる際に使用する上記骨材としては、本発明により提供されるウォラストナイト含有焼成物を用いてもよい(以下、本発明により提供されるウォラストナイト含有焼成物を骨材として用いる場合のことを、「焼成物骨材」という場合がある。)。これによれば、上記焼成物骨材の表面の大部分は、ウォラストナイトが存在し、それらが炭酸化することで硬化体に吸収される二酸化炭素の総量を増加することができ、かつ、セメントペーストと骨材との界面が炭酸化反応で緻密になることで硬化体の強度をより大きくすることができる。 The wollastonite-containing fired product provided by the present invention may be used as the aggregate used when hardening the hydraulic composition (hereinafter, when the wollastonite-containing fired product provided by the present invention is used as aggregate, it may be referred to as "fired aggregate"). In this case, wollastonite is present on most of the surface of the fired aggregate, and when this wollastonite is carbonated, the total amount of carbon dioxide absorbed into the hardened body can be increased, and the interface between the cement paste and the aggregate can be densified by the carbonation reaction, thereby increasing the strength of the hardened body.

上記水硬性組成物に上記焼成物骨材を使用する場合、細骨材及び粗骨材の少なくともいずれか一方の骨材として使用することが可能である。また、この場合、本発明により提供されるウォラストナイト含有焼成物には、適宜、所望の骨材(細骨材あるいは粗骨材等)としての使用に適した粒度となるように破砕や粒度調整を行い、そのようにして調製された焼成物骨材を用いるとよい。 When the above-mentioned sintered aggregate is used in the above-mentioned hydraulic composition, it can be used as at least one of fine aggregate and coarse aggregate. In this case, the wollastonite-containing sintered product provided by the present invention can be crushed or sized appropriately to obtain a particle size suitable for use as the desired aggregate (fine aggregate, coarse aggregate, etc.), and the sintered aggregate prepared in this manner can be used.

上記水硬性組成物に上記焼成物骨材を使用する場合、例えば、その水硬性組成物による硬化体が既往のモルタル様である場合は、そのようなモルタルに通常用いられる細骨材の代用として、あるいは、その水硬性組成物による硬化物が既往のコンクリート様である場合は、そのようなコンクリートに通常用いられる細骨材及び粗骨材の少なくともいずれか一方の代用として含まれていればよいが、硬化体に吸収される二酸化炭素の総量を増加する観点からは、通常用いられる細骨材の代用として含まれていることが好ましい。 When the burned aggregate is used in the hydraulic composition, for example, if the set product of the hydraulic composition resembles conventional mortar, it may be included as a substitute for the fine aggregate normally used in such mortar, or if the set product of the hydraulic composition resembles conventional concrete, it may be included as a substitute for at least one of the fine aggregate and coarse aggregate normally used in such concrete. However, from the perspective of increasing the total amount of carbon dioxide absorbed by the set product, it is preferable that it be included as a substitute for the fine aggregate normally used.

上記水硬性組成物に上記焼成物骨材を使用する場合、上記焼成物骨材に加えて、それ以外の骨材を使用してもよい。骨材としては、上述したように、例えば、細骨材の例としては、川砂、山砂、陸砂、海砂、砕砂、珪砂、スラグ、軽量細骨材、再生骨材、人工焼成骨材、あるいはこれらの混合物などが挙げられる。また、粗骨材の例としては、川砂利、山砂利、陸砂利、砕石、スラグ、軽量粗骨材、再生骨材、人工焼成骨材、あるいはこれらの混合物などが挙げられる。 When the above-mentioned sintered aggregate is used in the above-mentioned hydraulic composition, other aggregates may be used in addition to the above-mentioned sintered aggregate. As for aggregate, as described above, examples of fine aggregate include river sand, mountain sand, land sand, sea sand, crushed sand, silica sand, slag, lightweight fine aggregate, recycled aggregate, artificially sintered aggregate, and mixtures thereof. Examples of coarse aggregate include river gravel, mountain gravel, land gravel, crushed stone, slag, lightweight coarse aggregate, recycled aggregate, artificially sintered aggregate, and mixtures thereof.

上記水硬性組成物に上記焼成物骨材を使用する場合、使用する骨材全量中の上記焼成物骨材の割合は、好ましくはその下限として、20質量%以上であってよく、25質量%以上であってよく、30質量%以上であってよく、50質量%以上であってよく、70質量%以上であってよく、90質量%以上であってよく、100質量%であってよい。使用する骨材全量中の上記焼成物骨材の割合が上記範囲以上であれば、一般的な骨材を用いた場合と比較して、得られる硬化体が吸収することができる二酸化炭素の総量をより増やすことができ、かつ、得られる硬化体の強度をより大きくすることができる。 When the sintered aggregate is used in the hydraulic composition, the proportion of the sintered aggregate in the total amount of aggregate used may preferably be, as a lower limit, 20% by mass or more, 25% by mass or more, 30% by mass or more, 50% by mass or more, 70% by mass or more, 90% by mass or more, or 100% by mass. If the proportion of the sintered aggregate in the total amount of aggregate used is above the above range, the total amount of carbon dioxide that can be absorbed by the resulting hardened body can be increased, and the strength of the resulting hardened body can be increased, compared to when general aggregate is used.

また、上記焼成物骨材が細骨材である場合、細骨材全量中の上記焼成物骨材の割合は、好ましくはその下限として、20質量%以上であってよく、25質量%以上であってよく、30質量%以上であってよく、50質量%以上であってよく、70質量%以上であってよく、90質量%以上であってよく、100質量%であってよい。使用する細骨材全量中の上記焼成物骨材の割合が上記範囲以上であれば、一般的な骨材を用いた場合と比較して、得られる硬化体が吸収することができる二酸化炭素の総量をより増やすことができ、かつ、得られる硬化体の強度をより大きくすることができる。 Furthermore, when the sintered aggregate is fine aggregate, the proportion of the sintered aggregate in the total amount of fine aggregate may preferably be, as a lower limit, 20% by mass or more, 25% by mass or more, 30% by mass or more, 50% by mass or more, 70% by mass or more, 90% by mass or more, or 100% by mass. If the proportion of the sintered aggregate in the total amount of fine aggregate used is above the above range, the total amount of carbon dioxide that the resulting hardened body can absorb can be increased, and the strength of the resulting hardened body can be increased, compared to when general aggregate is used.

上記水硬性組成物に骨材を使用する場合、骨材の配合量(細骨材と粗骨材を併用する場合はその合計量)は、水硬性組成物(粉末状)100質量部に対して、外割で、好ましくは200質量部~700質量部、より好ましくは200質量部~600質量部である。骨材の配合量が上記範囲内であれば、得られる硬化体の強度が良好となる一方で、収縮率が小さく抑えられる。 When aggregate is used in the hydraulic composition, the amount of aggregate (the total amount when fine aggregate and coarse aggregate are used in combination) is preferably 200 to 700 parts by mass, and more preferably 200 to 600 parts by mass, per 100 parts by mass of the hydraulic composition (powdered). If the amount of aggregate is within the above range, the strength of the resulting hardened body will be good, while the shrinkage rate will be kept low.

上記水硬性組成物に細骨材と粗骨材を組み合わせて使用する場合、細骨材率(全骨材質量に対する細骨材の質量の百分率)は、好ましくは5%~60%である。細骨材率が上記範囲内であれば、混練物のワーカビリティや成形のし易さが向上する。また、粗粒率は、好ましくは1.0~7.0、より好ましくは1.5~6.5である。 When a combination of fine aggregate and coarse aggregate is used in the hydraulic composition, the fine aggregate ratio (the percentage of the mass of fine aggregate relative to the total mass of aggregate) is preferably 5% to 60%. A fine aggregate ratio within this range improves the workability and ease of molding of the kneaded product. The coarse aggregate ratio is preferably 1.0 to 7.0, more preferably 1.5 to 6.5.

<炭酸化硬化体>
上記水硬性組成物を水と合わせて混練して硬化させることにより、ウォラストナイト含有焼成物を利用した硬化体を得ることができる。また、その硬化の際に炭酸化の処理を施すことにより、二酸化炭素を吸収してなる炭酸化硬化体を得ることができる。ここで、本明細書において「炭酸化」とは、上記水硬性組成物による硬化体中のアルカリ性の成分が、二酸化炭素と反応して、該アルカリ性の成分のpHを低下させることをいう。
<Carbonated hardened body>
By combining the hydraulic composition with water, kneading, and curing the composition, a hardened body using the wollastonite-containing burned material can be obtained. Furthermore, by subjecting the composition to a carbonation treatment during curing, a carbonated hardened body can be obtained, which absorbs carbon dioxide. Here, "carbonation" in this specification refers to the reaction of an alkaline component in a hardened body of the hydraulic composition with carbon dioxide, thereby lowering the pH of the alkaline component.

以下、一例として、(A)水硬性組成物(粉末状)と、(B)水と、(C)骨材を混練して、水硬性組成物の混練物を調製する混練物を得、それを型枠内に打設し、養生して炭酸化硬化体を得る方法について説明する。 As an example, the following describes a method in which (A) a hydraulic composition (powdered), (B) water, and (C) aggregate are mixed to prepare a hydraulic composition mixture, which is then poured into a formwork and cured to obtain a carbonated hardened body.

[混練物調製工程]
本工程は、上述した(A)水硬性組成物(粉末状)と、(B)水と、(C)骨材の各材料を混練して混練物を調製する工程である。
[Kneaded material preparation step]
This step is a step of kneading the above-mentioned (A) hydraulic composition (powder form), (B) water, and (C) aggregate materials to prepare a kneaded mixture.

各材料を混練する方法は、特に限定されるものではない。また、混練に用いる装置も特に限定されるものではなく、例えば、オムニミキサ、パン型ミキサ、二軸練りミキサ、傾胴ミキサ等の慣用のミキサを使用することができる。 There are no particular limitations on the method for kneading the materials. Furthermore, there are no particular limitations on the equipment used for kneading; for example, conventional mixers such as an omnimixer, pan mixer, twin-screw mixer, or tilting mixer can be used.

[打設工程]
本工程は、上記工程で得られた混練物を型枠内に打設する工程である。
[Pouring process]
This step is a step of casting the kneaded material obtained in the above step into a formwork.

打設方法としては、特に限定されるものではなく、流し込み成形等の慣用の方法を使用することができる。 There are no particular limitations on the casting method, and conventional methods such as pour molding can be used.

混練物を型枠内に打設した後、脱型するまでの養生方法としては、特に限定されるもではなく、例えば、気中養生、湿空養生、水中養生、蒸気養生等の一般的な養生方法を採用することができる。 The curing method used after the mixture is poured into the formwork and before it is removed from the formwork is not particularly limited, and common curing methods such as air curing, moist air curing, underwater curing, and steam curing can be used.

[脱型工程]
本工程は、型枠内の混練物が硬化した後に、混練物が硬化してなる水硬性組成物の硬化体を型枠から脱型する工程である。
[Demolding process]
This step is a step in which, after the kneaded material in the formwork has hardened, the hardened hydraulic composition obtained by the hardening of the kneaded material is removed from the formwork.

[高強度化養生工程]
本工程は、脱型工程と炭酸化養生工程の間に任意に設けられる工程であって、水硬性組成物の硬化体の強度を高めるための工程である。
[High strength curing process]
This step is optionally performed between the demolding step and the carbonation curing step, and is a step for increasing the strength of the hardened product of the hydraulic composition.

本工程において、型枠から脱型した水硬性組成物の硬化体を、その圧縮強さが、好ましくは3N/mm以上、より好ましくは5N/mm以上、特に好ましくは10N/mm以上となるまで養生することで、炭酸化養生後の炭酸化硬化体の強度(例えば、モルタルの圧縮強さ、コンクリートの圧縮強度)を高めることができる。 In this step, the hardened hydraulic composition released from the formwork is cured until its compressive strength reaches preferably 3 N/ mm2 or more, more preferably 5 N/ mm2 or more, and particularly preferably 10 N/ mm2 or more, thereby increasing the strength of the carbonated hardened body after carbonation curing (for example, the compressive strength of mortar or concrete).

養生方法としては、特に限定されるものではなく、例えば、気中養生、湿空養生、水中養生、及び蒸気養生等の一般的な養生方法を用いることができる。なお、高強度化養生工程における「養生」には、炭酸化養生は含まれないものとする。 The curing method is not particularly limited, and general curing methods such as air curing, moist air curing, underwater curing, and steam curing can be used. Note that "curing" in the high-strength curing process does not include carbonation curing.

[炭酸化養生工程]
本工程は、型枠から脱型した水硬性組成物の硬化体を炭酸化養生して、水硬性組成物の硬化体を、炭酸化してなる炭酸化硬化体を得る工程である。
[Carbonation curing process]
This step is a step of carbonating and curing the hardened hydraulic composition released from the formwork to obtain a carbonated hardened body by carbonating the hardened hydraulic composition.

本工程において炭酸化養生に用いられる二酸化炭素ガスの濃度は、好ましくは1体積%以上、より好ましくは3体積%以上、更に好ましくは10体積%以上、更により好ましくは50体積%以上、特に好ましくは60体積%以上である。上記濃度が1体積%以上であれば、炭酸化養生工程における二酸化炭素の吸収量を大きくすることができる。 The concentration of carbon dioxide gas used for carbonation curing in this process is preferably 1% by volume or more, more preferably 3% by volume or more, even more preferably 10% by volume or more, even more preferably 50% by volume or more, and particularly preferably 60% by volume or more. A concentration of 1% by volume or more can increase the amount of carbon dioxide absorbed during the carbonation curing process.

二酸化炭素ガスの濃度の上限は、特に限定されるものではなく、二酸化炭素ガスの濃度が高いほど、二酸化炭素の吸収量を増加させることができるが、一方で養生設備等のコストを低くする観点からは、好ましくは90体積%以下、より好ましくは70体積%以下、特に好ましくは50体積%以下である。 There is no particular upper limit to the carbon dioxide gas concentration; the higher the carbon dioxide gas concentration, the greater the amount of carbon dioxide absorbed. However, from the perspective of reducing the cost of curing equipment, etc., the upper limit is preferably 90% by volume or less, more preferably 70% by volume or less, and particularly preferably 50% by volume or less.

また、炭酸化養生工程における温度は、特に限定されるものではないが、好ましくは5℃~100℃、より好ましくは10℃~50℃、特に好ましくは15℃~35℃である。炭酸化養生における温度が上記範囲内であれば、炭酸化硬化体の強度をより大きくすることができる。また、炭酸化硬化体からなる製品の生産性が向上する。 The temperature during the carbonation curing process is not particularly limited, but is preferably 5°C to 100°C, more preferably 10°C to 50°C, and especially preferably 15°C to 35°C. If the temperature during carbonation curing is within the above range, the strength of the carbonated hardened body can be increased. Furthermore, the productivity of products made from the carbonated hardened body is improved.

また、本発明の炭酸化硬化体は、比較的低温(例えば、5℃~30℃)で炭酸化養生を行った場合であっても、二酸化炭素の排出量の低減効果が大きいものである。 Furthermore, the carbonated hardened body of the present invention is highly effective in reducing carbon dioxide emissions even when carbonation curing is performed at relatively low temperatures (e.g., 5°C to 30°C).

本工程における相対湿度は、特に限定されるものではないが、好ましくは20%~90%、より好ましくは30%~80%、特に好ましくは40%~70%である。上記相対湿度が20%以上であれば、炭酸化硬化体の生産性がより向上し、炭酸化硬化体の強度がより大きくなる。上記相対湿度が90%を超えるものにすることは困難であり、設備等にかかるコストが過大となる。 The relative humidity in this process is not particularly limited, but is preferably 20% to 90%, more preferably 30% to 80%, and especially preferably 40% to 70%. A relative humidity of 20% or higher improves the productivity of the carbonated hardened body and increases the strength of the carbonated hardened body. It is difficult to achieve a relative humidity of more than 90%, and the costs for equipment, etc. would be excessive.

炭酸化養生工程において、炭酸化硬化体の表面からの炭酸化深さは、好ましくは2mm以上、より好ましくは5mm以上、更に好ましくは8mm以上、特に好ましくは10mm以上になるように、炭酸化養生を行うことが好ましい。炭酸化深さが2mm以上となるように炭酸化養生を行なうことで、炭酸化硬化体により多くの二酸化炭素を吸収させることができる。具体的には、上述した炭酸化養生工程における、二酸化炭素ガスの濃度、温度、及び相対湿度の数値や、養生時間を適宜調整することで、上記炭酸化深さを2mm以上にすることができる。 In the carbonation curing process, it is preferable to carry out carbonation curing so that the carbonation depth from the surface of the carbonated hardened body is preferably 2 mm or more, more preferably 5 mm or more, even more preferably 8 mm or more, and particularly preferably 10 mm or more. By carrying out carbonation curing so that the carbonation depth is 2 mm or more, more carbon dioxide can be absorbed into the carbonated hardened body. Specifically, the carbonation depth can be made 2 mm or more by appropriately adjusting the carbon dioxide gas concentration, temperature, and relative humidity values, as well as the curing time, in the carbonation curing process described above.

また、短時間で二酸化炭素を吸収させる観点から、好ましくは材齢(脱型後)1日、より好ましくは材齢(脱型後)3日において、上記炭酸化深さを2mm以上にするように炭酸化養生を行なうことが好ましい。 Furthermore, from the viewpoint of absorbing carbon dioxide in a short period of time, it is preferable to carry out carbonation curing so that the carbonation depth is 2 mm or more, preferably when the material is 1 day old (after demolding), and more preferably when the material is 3 days old (after demolding).

なお、「炭酸化硬化体の表面からの炭酸化深さ」は、「JIS A 1152:2018(コンクリートの中性化深さの測定方法)」に準拠して測定することができる。 The "carbonation depth from the surface of the carbonated hardened body" can be measured in accordance with "JIS A 1152:2018 (Method for measuring carbonation depth of concrete)."

得られた炭酸化硬化体は、路盤材やインターロッキングブロック等として利用することができる。また、路盤材等として設置した後も、二酸化炭素を継続して吸収して、固定化することができる。 The resulting carbonated hardened material can be used as roadbed material, interlocking blocks, etc. Furthermore, even after installation as roadbed material, etc., it can continue to absorb and fix carbon dioxide.

また、水硬性組成物が焼成物骨材(上述した焼成物からなる骨材)を含む場合、緻密化させ骨材強度を高める観点から、混練物調製工程の前に、焼成物骨材に対して、炭酸化処理を行ってもよい。炭酸化処理は、例えば湿潤状態にし、二酸化炭素ガス存在下に静置すればよい。なお、この際に、焼成物骨材に過剰に炭酸化を行うと、炭酸化養生時に炭酸化反応が生じないので、炭酸化養生後の炭酸化硬化体の強度の向上が得られない場合がある。 Furthermore, when the hydraulic composition contains sintered aggregate (aggregate made from the sintered product described above), the sintered aggregate may be subjected to a carbonation treatment before the kneaded product preparation step in order to densify it and increase its strength. Carbonation treatment can be carried out, for example, by moistening the aggregate and leaving it to stand in the presence of carbon dioxide gas. Note that if the sintered aggregate is excessively carbonated in this case, the carbonation reaction will not occur during carbonation curing, and the strength of the carbonated hardened body after carbonation curing may not be improved.

上記製造方法によって得られた炭酸化硬化体は、焼成物粉砕物(上述した焼成物の粉砕物)に代えて、一般的なポルトランドセメントを用いた場合、又は、焼成物骨材に代えて、一般的な骨材を用いた場合と比較して、炭酸化硬化体の製造に際して排出される二酸化炭素の量が、好ましくは15%以上、より好ましくは20%以上、更に好ましくは30%以上、特に好ましくは40%以上低減されるものである。また、炭酸化硬化体の強度(例えば、圧縮強さ)の低下の割合が、好ましくは50%以下、より好ましくは40%以下であるものである。 The carbonated hardened body obtained by the above manufacturing method emits less carbon dioxide during production than when ordinary Portland cement is used instead of the pulverized sintered product (the pulverized sintered product described above), or when ordinary aggregate is used instead of the sintered aggregate, by preferably 15% or more, more preferably 20% or more, even more preferably 30% or more, and particularly preferably 40% or more. Furthermore, the reduction in strength (e.g., compressive strength) of the carbonated hardened body is preferably 50% or less, more preferably 40% or less.

以下、試験例を挙げて本発明を更に具体的に説明する。ただし、本発明の範囲はこれらの試験例によって限定されるものではない。 The present invention will be explained in more detail below using test examples. However, the scope of the present invention is not limited to these test examples.

〔1.試験試料〕
・バイオマス灰原粉:バイオマス発電所から発生したフライアッシュ(炉形式:循環流動層ボイラ(CFB)、燃料:ヤシ殻(PKS)100%)の(以下、「原粉」と記載)
・バイオマス灰粗粉※:原粉の53μm篩上品(以下、「粗粉」と記載)
・バイオマス灰細粉※:原粉の53μm篩通過品(以下、「細粉」と記載)
・珪砂:鹿島6号珪砂(以下、「珪砂」と記載)
・炭酸カルシウム:特級(95.5%以上)CaCO粉末、CaO濃度調整剤として使用
※分級装置:スピンエアシーブ(SAR-75)(セイシン企業社製)
1. Test Samples
Biomass ash raw powder: Fly ash generated from a biomass power plant (furnace type: circulating fluidized bed boiler (CFB), fuel: coconut shells (PKS) 100%) (hereinafter referred to as "raw powder")
・Biomass ash coarse powder*: Raw powder sieved to 53 μm (hereinafter referred to as "coarse powder")
・Biomass ash fine powder*: Raw powder passed through a 53 μm sieve (hereinafter referred to as "fine powder")
・Silica sand: Kashima No. 6 silica sand (hereinafter referred to as "silica sand")
Calcium carbonate: Special grade (95.5% or more) CaCO3 powder, used as a CaO concentration adjuster *Classification device: Spin Air Sieve (SAR-75) (manufactured by Seishin Enterprise Co., Ltd.)

〔2.分析方法〕
・バイオマス灰(水洗前)化学組成:蛍光X線装置(リガク社製、「ZSX Primus II」)を用いた(検量線(粘土)法)
・バイオマス灰(水洗後)化学組成、及び焼成物化学組成:蛍光X線装置(リガク社製、「ZSX Primus II」)を用いた(FP法:ファンダメンタルパラメータ法)
・鉱物含有量:内部標準物質としてコランダム(Al)を内割りで10%添加した試料を用いて、X線回折装置(ブルカー・エイエックスエス社製D8 ADVANCE A-25)によってX線回折パターンを測定した。
[2. Analysis method]
Chemical composition of biomass ash (before washing): Fluorescent X-ray analyzer (Rigaku Corporation, "ZSX Primus II") was used (calibration curve (clay) method)
Chemical composition of biomass ash (after washing) and chemical composition of burned product: Fluorescent X-ray analyzer (Rigaku Corporation, "ZSX Primus II") was used (FP method: Fundamental Parameter Method)
Mineral content: Using a sample to which 10% corundum (Al 2 O 3 ) was added as an internal standard substance, the X-ray diffraction pattern was measured with an X-ray diffractometer (D8 ADVANCE A-25 manufactured by Bruker AXS).

X線回折の測定条件は、CuKα線、管電圧50kV、管電流40mA、走査範囲10°~65°(2θ)、ステップ幅0.0234、スキャンスピード0.13sec/stepとした。次に、得られた回折パターンを用いてソフトウェア(ブルカー・エイエックス社製TOPAS Ver.6.0)によりリートベルト解析を行い、鉱物組成の定量結果を得た。得られた結果のうち、コランダム定量値より、以下の式(2)を用いて非晶質量を算出した。 The X-ray diffraction measurement conditions were CuKα radiation, tube voltage 50 kV, tube current 40 mA, scan range 10° to 65° (2θ), step width 0.0234, and scan speed 0.13 sec/step. Next, using the obtained diffraction pattern, Rietveld analysis was performed using software (TOPAS Ver. 6.0 manufactured by Bruker A.X.) to obtain quantitative results for the mineral composition. From the obtained results, the amorphous mass was calculated from the quantitative corundum value using the following formula (2).

G=100・(A-R)/{A・(100-R)/100}…(2)
なお、(2)式において、Gは非晶質量(%)、RはAlの混合率(%)、AはAlの定量値(%)である。
G=100・(AR)/{A・(100−R)/100}…(2)
In the formula (2), G is the amorphous mass (%), R is the mixing ratio of Al 2 O 3 (%), and A is the quantitative value of Al 2 O 3 (%).

また、リートベルト解析から得られた定量結果を、コランダムの定量値を除いた組成の合計量が100%となるように標準化した上で、更にこの値から非晶質量を除いた割合で標準化した値をもって、各バイオマス灰の鉱物組成とした。 The quantitative results obtained from Rietveld analysis were then standardized so that the total amount of the composition, excluding the quantitative value of corundum, was 100%, and this value was then further standardized by the proportion excluding the amorphous mass to determine the mineral composition of each biomass ash.

〔3.試験試料の特性〕
表1には、試験試料の化学組成を示す。
3. Characteristics of test samples
Table 1 shows the chemical compositions of the test samples.

表2には、試験試料のXRD定性分析結果を示す。 Table 2 shows the results of the XRD qualitative analysis of the test samples.

表3には、試験試料のXRD/リートベルト解析結果を示す。 Table 3 shows the XRD/Rietveld analysis results of the test samples.

表4には、試験試料のブレーン比表面積とCaO/SiO質量比を示す。 Table 4 shows the Blaine specific surface area and CaO/ SiO2 mass ratio of the test samples.

〔3.試験試料の特性〕
(水洗処理)
原粉、粗粉、細粉に含まれる塩素分を事前に水洗除去した。
・水洗水比:1:4(バイオマス灰100gに対して水400g)
・攪拌条件:回転数400rpm、時間30分、水温は常温
・ケーキ洗浄水比:1:4(バイオマス灰100gに対して水400g)
3. Characteristics of test samples
(Washing treatment)
The chlorine contained in the raw powder, coarse powder, and fine powder was removed in advance by washing with water.
Washing ratio: 1:4 (400g of water to 100g of biomass ash)
Stirring conditions: rotation speed 400 rpm, time 30 minutes, water temperature at room temperature Cake washing water ratio: 1:4 (400g of water to 100g of biomass ash)

(粉末度調整)
焼成時の粉末度の影響をなくすため、原粉/水洗品、粗粉/水洗品、珪砂のブレーン値を細粉/水洗品のブレーン値と同等になるように微粉砕機(ディスクミル)で調整した。
(powderness adjustment)
To eliminate the influence of fineness during firing, the Blaine values of the raw powder/water-washed product, coarse powder/water-washed product, and silica sand were adjusted using a fine grinder (disc mill) so that they were equivalent to the Blaine value of the fine powder/water-washed product.

表5には、前処理後試料の化学組成を示す。 Table 5 shows the chemical composition of the pretreated sample.

表6には、前処理後試料のXRD定性分析結果を示す。 Table 6 shows the results of the XRD qualitative analysis of the pretreated samples.

表7には、前処理後試料のXRDリートベルト解析結果を示す。 Table 7 shows the XRD Rietveld analysis results of the pretreated sample.

表8には、前処理後試料のブレーン比表面積とCaO/SiOを示す。 Table 8 shows the Blaine specific surface area and CaO/ SiO2 of the pretreated samples.

〔4.試験条件・水準〕
ウォラストナイトの生成条件を調査すべく、焼成温度とCaO/SiO質量比について各水準を設けた。
[4. Test conditions and standards]
In order to investigate the conditions for producing wollastonite, various levels were set for the firing temperature and the CaO/ SiO2 mass ratio.

表9には、試験水準を示す。 Table 9 shows the test levels.

表10には、試験水準のための配合を示す。 Table 10 shows the formulation for the test levels.

表11には、試験水準のための配合の調整後の試料の化学組成を示す。 Table 11 shows the chemical composition of the samples after adjusting the formulation for the test levels.

〔5.加熱処理ならびに結果〕
(加熱条件)
・加熱時使用炉:箱型電気炉(モトヤマ社製S7-2035D-OP)
・加熱温度:試験水準の通り
・加熱時間:60分
5. Heat treatment and results
(Heating conditions)
Furnace used for heating: Box-type electric furnace (Motoyama S7-2035D-OP)
Heating temperature: As per test standard Heating time: 60 minutes

表12には、加熱処理品のXRDリートベルト解析結果を示す。 Table 12 shows the XRD Rietveld analysis results for the heat-treated product.

表13には、加熱処理品の化学組成を示す。 Table 13 shows the chemical composition of the heat-treated product.

更に、図3には、ウォラストナイト生成量を原料の違いにより比較した結果(水準4、水準11、水準13、水準15:加熱温度1,100℃・CaO/SiO質量比0.7、及び水準8、水準12、水準14、水準16:加熱温度1,100℃・CaO/SiO質量比1)を示す。 Furthermore, FIG. 3 shows the results of comparing the amount of wollastonite produced depending on the raw material (Levels 4, 11, 13, and 15: heating temperature 1,100°C, CaO/ SiO2 mass ratio 0.7; and Levels 8, 12, 14, and 16: heating temperature 1,100°C, CaO/ SiO2 mass ratio 1).

その結果、表12、表13、図3に示されるように、バイオマス灰の原粉や、分級して得られた細粉もしくは粗粉を加熱処理すると、珪砂に比べてウォラストナイト(CaSiO)量が増加した。したがって、バイオマス灰を原料とすることで、ウォラストナイトの生成反応が早くなり、容易にウォラストナイト含有焼成物が得られることがわかる。特に細粉を原料としたものは、ウォラストナイト(CaSiO)量が高く、中間反応鉱物成分と未反応鉱物成分の量が低く、焼結反応の進行が速い。なお、粗粉を原料としたものは、ウォラストナイト(CaSiO)量が低く、ウォラストナイト生成速度は遅いが、加熱後のCaOおよびSiOは原灰や細粉を原料としたものよりも高含有量(低SM、低RO、低MgO、低SO)であるため、より高い温度で、あるいは長時間焼成することで、ウォラストナイト含有量はより高められるものと考えられる。 As shown in Tables 12, 13, and Figure 3, when raw biomass ash powder or fine or coarse powder obtained by classification was heat-treated, the amount of wollastonite ( CaSiO3 ) increased compared to silica sand. Therefore, it can be seen that using biomass ash as a raw material accelerates the wollastonite production reaction and makes it easy to obtain a wollastonite-containing fired product. In particular, those made from fine powder as a raw material have a high amount of wollastonite ( CaSiO3 ), low amounts of intermediately reacted mineral components and unreacted mineral components, and a fast sintering reaction. Furthermore, those made from coarse powder as a raw material have a low amount of wollastonite ( CaSiO3 ) and a slower wollastonite production rate, but after heating, the CaO and SiO2 content is higher (low SM, low R2O , low MgO, low SO3 ) than those made from raw ash or fine powder. Therefore, it is believed that the wollastonite content can be further increased by firing at a higher temperature or for a longer period of time.

図4には、水準1~7の結果を示し、加熱品中のウォラストナイト含有量を加熱温度の違いにより比較した。 Figure 4 shows the results for levels 1 to 7, comparing the wollastonite content in the heated products at different heating temperatures.

図4に示されるように、バイオマス灰を原料にしてウォラストナイトを形成させるには、1,000℃を超える温度条件であることが好ましいものと考えられた。特に1,200℃以上において、偽珪灰石が増加し、中間反応鉱物成分と未反応鉱物成分が減少していることがわかる。 As shown in Figure 4, temperatures above 1,000°C are thought to be preferable for forming wollastonite using biomass ash as a raw material. In particular, at temperatures above 1,200°C, pseudowollastonite increases, while intermediately reacted mineral components and unreacted mineral components decrease.

図5には、水準4,水準8、水準9の結果を示し、加熱品中のウォラストナイト含有量を焼成用原料組成物中のCaO/SiO質量比の違いにより比較した。 FIG. 5 shows the results for levels 4, 8, and 9, and compares the wollastonite content in the heated product depending on the CaO/SiO 2 mass ratio in the raw material composition for firing.

図5に示されるように、バイオマス灰を原料にしてウォラストナイトを形成させる際、焼成用原料組成物中のCaO/SiO質量比としては、およそ0.5~1.2の範囲であれれば良好な結果が得られるものと考えられた。なお、CaO/SiO質量比が高いほどウォラストナイト含有量が低く、ウォラストナイト生成速度は遅いが、より高い温度で、あるいは長時間焼成することで、ウォラストナイト含有量はより高められるものと考えられる。 As shown in Figure 5, when wollastonite is formed using biomass ash as a raw material, it is believed that good results can be obtained if the CaO/ SiO2 mass ratio in the raw material composition for firing is in the range of approximately 0.5 to 1.2. Note that the higher the CaO/ SiO2 mass ratio, the lower the wollastonite content and the slower the wollastonite formation rate, but it is believed that the wollastonite content can be increased by firing at a higher temperature or for a longer period of time.

表14には、細粉の水洗有無(水準4と水準10)について(加熱温度1,100℃)、生成鉱物を比較した結果を示す。 Table 14 shows the results of comparing the minerals produced when the fine powder was washed with or without water (levels 4 and 10) (heating temperature 1,100°C).

また、表15には、細粉の水洗有無(水準4と水準10)について(加熱温度1,100℃)、化学組成を比較した結果を示す。 Table 15 also shows the results of comparing the chemical composition of fine powders with and without water washing (levels 4 and 10) (heating temperature 1,100°C).

表14、表15に示されるように、バイオマス灰の細粉を水洗して加熱処理して得られた加熱処理品は、水洗しない場合に比べてウォラストナイトの生成量が同等で塩素含有量が低くなった。 As shown in Tables 14 and 15, the heat-treated product obtained by washing fine biomass ash powder with water and then heat-treating it produced the same amount of wollastonite and had a lower chlorine content than the product obtained without water washing.

Claims (14)

バイオマス灰を30質量%以上含有する焼成用原料組成物を準備し、前記焼成用原料組成物を1,050℃~1,300℃で焼成してウォラストナイト(CaSiO)を形成させる、ウォラストナイト含有焼成物の製造方法であって、
前記焼成用原料組成物中のAl の割合(強熱原料ベース)が1.0質量%~7.0質量%である、前記製造方法
A method for producing a wollastonite-containing fired product, comprising: preparing a raw material composition for firing containing 30% by mass or more of biomass ash; and firing the raw material composition for firing at 1,050°C to 1,300°C to form wollastonite (CaSiO 3 );
The production method as described above, wherein the proportion of Al 2 O 3 in the raw material composition for firing (based on ignition raw material) is 1.0 mass % to 7.0 mass % .
前記バイオマス灰として、原料バイオマス灰を10μm~100μmの範囲内の分級点で分級して得られた細粉を用いる、請求項1記載のウォラストナイト含有焼成物の製造方法。 The method for producing a wollastonite-containing fired product according to claim 1, wherein the biomass ash is a fine powder obtained by classifying raw material biomass ash at a classification point in the range of 10 μm to 100 μm . 前記バイオマス灰として、原料バイオマス灰を水洗して用いるか、又は、原料バイオマス灰を10μm~100μmの範囲内の分級点で分級して得られた細粉を水洗して用いる、請求項1記載のウォラストナイト含有焼成物の製造方法。 The method for producing a wollastonite-containing fired product according to claim 1, wherein the biomass ash is obtained by washing raw biomass ash with water, or by classifying the raw biomass ash at a classification point in the range of 10 μm to 100 μm , and then washing the resulting fine powder with water. 前記焼成用原料組成物のCaO/SiO質量比が0.5~1.2である、請求項1~3のいずれか1項に記載のウォラストナイト含有焼成物の製造方法。 The method for producing a wollastonite-containing fired product according to any one of claims 1 to 3, wherein the CaO/ SiO2 mass ratio of the firing raw material composition is 0.5 to 1.2. 前記バイオマス灰として、非晶質量が30質量%以上であるものを用いる、請求項1~のいずれか1項に記載のウォラストナイト含有焼成物の製造方法。 The method for producing a wollastonite-containing fired product according to any one of claims 1 to 4 , wherein the biomass ash has an amorphous content of 30 mass% or more. 前記バイオマス灰として、ケイ酸率が3.0~20.0であるものを用いる、請求項1~のいずれか1項に記載のウォラストナイト含有焼成物の製造方法。 The method for producing a wollastonite-containing fired product according to any one of claims 1 to 5 , wherein the biomass ash used has a silica content of 3.0 to 20.0. 請求項1~のいずれか1項に記載の製造方法によりウォラストナイト含有焼成物を得、前記ウォラストナイト含有焼成物を材料としてなる水硬性組成物を調製し、前記水硬性組成物に水を加えて混練して混練物を得、前記混練物を硬化させる、ウォラストナイト含有焼成物を利用した硬化体の製造方法。 A method for producing a hardened product using the wollastonite-containing fired product, comprising obtaining a wollastonite-containing fired product by the production method according to any one of claims 1 to 6 , preparing a hydraulic composition using the wollastonite-containing fired product as a material, adding water to the hydraulic composition and kneading the mixture to obtain a kneaded product, and hardening the kneaded product. 請求項1~のいずれか1項に記載の製造方法によりウォラストナイト含有焼成物を得、前記ウォラストナイト含有焼成物を材料としてなる水硬性組成物を調製し、及び、前記ウォラストナイト含有焼成物を材料としてなる、水硬性組成物と合わせるための骨材を調製し、前記骨材及び前記水硬性組成物に水を加えて混練して混練物を得、前記混練物を硬化させる、ウォラストナイト含有焼成物を利用した硬化体の製造方法。 A method for producing a hardened body using the wollastonite-containing sintered product, comprising the steps of obtaining a wollastonite-containing sintered product by the production method according to any one of claims 1 to 6 , preparing a hydraulic composition using the wollastonite-containing sintered product as a material, preparing aggregate to be combined with the hydraulic composition using the wollastonite-containing sintered product as a material, adding water to the aggregate and the hydraulic composition and kneading them to obtain a kneaded product, and hardening the kneaded product. 前記混練物を硬化させる際に炭酸化の処理を施す、請求項7又は8記載の硬化体の製造方法。 9. The method for producing a hardened product according to claim 7 , wherein the kneaded material is subjected to a carbonation treatment when hardening the kneaded material. バイオマス灰を10μm~100μmの範囲内の分級点で分級し、前記分級により得られた細粉を1,050℃~1,300℃で焼成してウォラストナイト含有焼成物を得るとともに、前記分級により得られた粗粉を水硬性組成物による硬化体の材料として利用する、バイオマス灰の資源化方法であって、
前記バイオマス灰中のAl の割合(強熱原料ベース)が5.0質量%以下である、前記資源化方法
A method for recycling biomass ash, comprising: classifying biomass ash at a classification point within a range of 10 μm to 100 μm; calcining the fine powder obtained by the classification at 1,050°C to 1,300°C to obtain a wollastonite-containing calcined product; and utilizing the coarse powder obtained by the classification as a material for a hardened body made of a hydraulic composition ,
The above resource recovery method, wherein the proportion of Al 2 O 3 in the biomass ash (based on ignition raw material) is 5.0 mass % or less .
前記ウォラストナイト含有焼成物を水硬性組成物による硬化体の材料として利用する、請求項10記載のバイオマス灰の資源化方法。 The method for recycling biomass ash according to claim 10 , wherein the wollastonite-containing burned material is used as a material for a hardened body made of a hydraulic composition. 前記バイオマス灰の分級により得られた粗粉をコンクリート用骨材、コンクリート混和材、セメント混合材、又はセメントクリンカ原料として利用する、請求項10又は11記載のバイオマス灰の資源化方法。 The method for recycling biomass ash according to claim 10 or 11 , wherein the coarse powder obtained by classifying the biomass ash is used as concrete aggregate, concrete admixture, cement mixture, or cement clinker raw material. 前記ウォラストナイト含有焼成物をコンクリート用骨材、コンクリート混和材、又はセメント混合材として利用する、請求項10~12のいずれか1項に記載のバイオマス灰の資源化方法。 The method for recycling biomass ash according to any one of claims 10 to 12 , wherein the wollastonite-containing fired product is used as a concrete aggregate, a concrete admixture, or a cement admixture. 前記ウォラストナイト含有焼成物と前記バイオマス灰の分級により得られた粗粉とを、共に共通する硬化体の材料として利用して該硬化体を得る、請求項10~13のいずれか1項に記載のバイオマス灰の資源化方法。 The method for recycling biomass ash according to any one of claims 10 to 13, wherein the wollastonite-containing burned product and the coarse powder obtained by classifying the biomass ash are both used as common materials for a hardened body to obtain the hardened body.
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