浮游分离装置和方法及其利用制品的制造方法 技术领域 本发明涉及用于对分散有被处理物的粒子的被处理液进行浮游分离的装置和方 法以及使用该装置和方法自被处理物、 例如飞灰 (fly ash) 减少未燃碳地制造利用制品的 方法。
背景技术 自火力发电厂等的粉煤燃烧炉作为副产品大量产出的飞灰在水泥原料等许多的 领域中被利用。
众所周知， 在飞灰中通常含有未燃碳， 若其含有量较多， 则会产生由未燃碳引起的 问题。例如在将飞灰用作水泥混合材料的情况下， 若未燃碳的含有量较多， 则 AE 剂等混合 剂的使用量增加， 或者在硬化物的表面产生黑色部， 或者硬化物性降低。因此， 无法大量地 使用飞灰。
因此， 提出了多种通过减少飞灰所含有的未燃碳来将飞灰改性的方法。例如公知 有一种利用飞灰中的未燃碳与灰分的润湿性之差将未燃碳浮游分离的方法。
在专利文献 1 所述的混凝土用煤灰的稳定化处理方法及装置中， 使用专利文献 1 中的图 3 所示的圆筒型的涂料搅拌机。该涂料搅拌机包括用于供给煤灰的供给管、 注水管、 泡排出管、 空气加压输送管、 灰分排出管、 用于排出铁分的排出管、 由内置有电磁铁的有孔 旋转板构成的搅拌板。在各管上装备有控制阀。
在专利文献 1 中， 将煤灰、 含有表面活性剂的水注入到涂料搅拌机内， 一边向涂料 搅拌机内加压输送空气一边利用搅拌板搅拌使其起泡。 利用空气中的二氧化碳降低高碱性 飞灰的碱性， 利用内置在搅拌板中的磁铁将铁分分离。 在进行这些操作的同时， 使未燃碳被 泡状的排出灰分带走而将其分离。
在专利文献 2 所述的未燃碳的除去方法中， 向飞灰中加水进行浆料化。在表面改 性机中， 利用高速旋转的搅拌叶片的剪切力使未燃碳的表面产生活化能而付与亲油性， 使 浮选促集剂 (collector) 附着在亲油性化了的未燃碳上。接着， 使用浮选机使未燃碳附着 在气泡上进行浮游分离， 从而将飞灰中的未燃碳分离。
专利文献 2 中的图 4、 图 5 所示的浮选机包括利用分隔壁将槽内分隔地设置的多个 室、 设置在各室内的搅拌机、 具有空气导入管和罩且配设在各搅拌机周围的外管、 设置在槽 两侧的泡沫驱除路径、 多个水车状的泡沫撇出机。
在该浮选机中， 自上游侧端面的浆料入口供给来的浆料流入到由分隔壁分隔开的 各室内。在各室中利用搅拌机搅拌浆料， 从空气导入管吸入空气而产生气泡。未燃碳附着 在该气泡上浮起， 被泡沫撇出机撇出到槽外， 流下到泡沫驱除路径中而经过泡沫集合路径 被排出到机体外。 残留在槽内的飞灰作为尾液与水一同自下游侧端面的取出口被排出到机 体外。
专利文献 1 ： 日本特许第 4210358 号公报， 图3
专利文献 2 ： 日本特开 2007-167825 号公报， 图 4、 图5
但是， 在上述任一个现有文献中， 作为将飞灰改性的技术均未解决下述的不利的 方面。在专利文献 1 所述的技术中， 由于无法高效地分离， 因此处理需要很长时间， 难以得 到充分的生产率。在专利文献 2 所述的技术中， 浮选机复杂且大型， 需要极大的设置空间和 设备成本， 因此， 在中小的预拌混凝土工厂中存在无论如何也无法配备这样的问题。
通常， 浮游分离技术除了用于飞灰的分离之外， 还可用于很多被处理物的分离， 但 通常需要大型的装置， 分离效率也较差， 因此， 期望一种能够利用简单的构造且高效地将被 处理物分离的装置。 发明内容
本发明的第 1 目的在于提供一种能够利用简单的构造高效地将被处理物分离的 浮游分离装置， 第 2 目的在于提供该浮游分离方法。本发明的第 3 目的在于提供一种能够 利用简单的构造高效地将飞灰中的未燃碳分离的浮游分离方法。本发明的第 4 目的在于提 供一种能够使用减少了未燃碳含有量的优质的飞灰利用简单的构造高效地制造水泥混合 物的制造方法。
达到第 1 目的的本发明的一种构成的浮游分离装置包括 ： 处理槽主体， 其具有朝 下缩小的底部， 用于收容分散有被处理物的粒子的被处理液 ； 循环部件， 其通过自比处理槽 主体的液面低的位置取出被处理液并使其返回到处理槽主体的底部， 一边在处理槽主体内 形成涡流一边使被处理液循环 ； 起泡装置， 其用于自处理槽主体的下部向被处理液中供给 气泡。
达到第 1 目的的本发明的另一种构成的浮游分离装置包括 ： 处理槽主体， 其具有 朝下缩小的底部 ； 循环用出口， 其设于处理槽主体的上部 ； 循环用入口， 其设于处理槽主体 的底部 ； 循环路径， 其连接在循环用出口和循环用入口之间 ； 循环泵， 其设于循环路径的中 段； 起泡装置， 其能够向处理槽内的下部供给微型气泡 ； 泡沫溢流口， 其设于处理槽主体的 上端 ； 该浮游分离装置在将含有杂质的被处理液以液面高度高于循环用出口的方式收容在 处理槽主体中的状态下， 利用循环路径和循环泵将被处理液的一部分从循环用出口取出， 并使其自循环用入口沿着处理槽主体的内周面流入返回， 而且自起泡装置向被处理液中注 入气泡， 从而一边使处理槽主体内的被处理液产生涡流一边使气泡分散在被处理液中， 使 集中在涡流中心的泡沫从泡沫溢流口溢流而除去该泡沫， 减少泡沫所含有的杂质而回收尾 液。
达到第 2 目的的本发明的一种构成的浮游分离方法将分散有被处理物粒子的被 处理液收容在具有朝下缩小的底部的处理槽主体中， 自比处理槽主体的液面低的位置取出 被处理液并使其返回到处理槽主体的底部， 从而一边在处理槽主体内形成涡流一边使被处 理液循环， 而且自处理槽主体的下部向被处理液中供给气泡， 将泡沫所含有的第 1 成分和 被处理液所含有的比第 1 成分难以浮起的第 2 成分分离。
达到第 2 目的的本发明的另一种构成的浮游分离方法将分散有含有分离除去对 象的杂质的被处理物粒子的被处理液以液面高度高于循环用出口的方式收容在具有朝下 缩小的底部的处理槽主体中， 从循环用出口取出被处理液的一部分并利用循环泵使其自底 部的循环用入口返回， 而且向处理槽主体内的下部注入气泡， 从而使处理槽主体内的被处 理液产生涡流并使气泡分散在被处理液中， 将含有杂质的泡沫集中在涡流的中心使其溢流而除去该泡沫， 将减少了残留在处理槽主体内的杂质的尾液回收。
在达到第 3 目的的本发明的浮游分离方法中， 在这些浮游分离方法中使被处理物 的粒子为飞灰， 使第 1 成分或者杂质为未燃碳。
达到第 4 目的的本发明的利用制品的制造方法将利用上述浮游分离方法分离的 第 2 成分或者尾液在存在水的条件下至少与水泥混合。
达到第 4 目的的本发明的另一利用制品的制造方法至少将水泥、 水和集料混合来 制造水泥混合物， 将利用上述浮游分离方法分离的第 2 成分或者尾液作为集料的至少一部 分来混合。
采用本发明的浮游分离装置和方法， 通过自处理槽主体取出被处理液并使其返回 到处理槽主体的朝下缩小的底部， 而使被处理液循环并且形成涡流， 并自处理槽主体的下 部向处理槽主体中供给气泡。 因此， 能够使气泡广阔地分散在被处理液中， 使气泡充分地与 被处理物的粒子接触， 而且， 能够在处理槽主体内不破坏气泡和第 1 成分的粘着状态地进 行浮游分离。因而， 能够利用简单的构造高效地将被处理物中的成分分离。
若利用本发明的浮游分离装置和方法将飞灰浮游分离， 能够利用简单的构造高效 地将飞灰中的未燃碳分离， 从而能够防止产生由未燃碳引起的问题而得到优质的可大量使 用的飞灰。 采用本发明的利用制品的制造方法， 在利用上述浮游分离方法充分地将未燃碳分 离除去之后， 使用飞灰制造水泥混合物。 因此， 能够利用简单的构造高效地制造采用飞灰的 水泥混合物。 而且， 由于能够大量使用飞灰， 因此， 例如能够制造一种能够形成平滑的表面、 干燥收缩应变较小而难以出现裂纹、 能够提高压缩强度等能够提高硬化后的各种品质的水 泥混合物。
附图说明
图 1 是表示本发明的第 1 实施方式的浮游分离装置的纵剖主视图。 图 2 是图 1 中的 II-II 剖视图。 图 3 是图 1 中的 III-III 剖视图。 图 4 是说明本发明的第 2 实施方式的飞灰浆 (fly ashslurry) 制造装置的概念的图。 图 5 是表示实施例 1 的结果的曲线图。
图 6 是表示比较例 1 的结果的曲线图。
图 7 的 (a) 是表示以往的飞灰粒子的图像的图， 图 7 的 (b) 是表示利用本发明浮 游分离之后的粒子的图像的图。
图 8 是表示参考例 1 的结果的曲线图。
图 9 是表示参考例 2 的结果的曲线图。
具体实施方式
下面， 参照附图针对几个实施方式的浮游分离装置和方法详细说明本发明。
第 1 实施方式
首先， 参照图 1 ～图 3 说明第 1 实施方式的浮游分离装置和方法。浮游分离装置
浮游分离装置是对分散有被处理物的粒子的被处理液进行浮游分离的装置。
作为处理对象的被处理物是飞灰、 金属、 矿物等固体或者粉体、 普通排水、 其他排 水、 含有重金属的工业废弃液、 胶泥等浆料、 混合液等。该被处理物只要是含有能够直接形 成被处理液或通过分散在各种分散剂中而由分散液形成被处理液的粒子的物质， 就没有特 别的限定。
被处理物中的粒子至少含有相对于分散剂的润湿性相对较低的第 1 成分及相对 于分散剂的润湿性高于第 1 成分相对于分散剂的润湿性的第 2 成分， 但也可以含有其他成 分。各成分既可以是纯物质， 也可以是混合物。例如在被处理物的粒子是飞灰的情况下， 第 1 成分是未燃碳或者含未燃碳的粒子等， 第 2 成分是灰分或者未燃碳含有量少于第 1 成分的 粒子， 是所谓的改性飞灰等。
被处理液优选以分离的状态含有由第 1 成分构成的粒子和由第 2 成分构成的粒 子。在该被处理液中， 也可以是第 1 成分和第 2 成分含在同一个粒子中， 还可以是由第 1 成 分构成的粒子和由第 2 成分构成的粒子粘着、 凝聚。在第 1 成分和第 2 成分含在同一个粒 子中或者粘着、 凝聚的情况下， 能够根据第 1 成分和第 2 成分的存在比例进行浮游分离， 也 能够在浮游分离装置 1 内将彼此分离地进行浮游分离。 如图 1 所示， 用于将含有上述那样的被处理物的被处理液浮游分离的本实施方式 的浮游分离装置 1 包括处理槽主体 10、 循环部件 20 和起泡装置 21。处理槽主体 10 用于收 容分散有被处理物的粒子的被处理液。循环部件 20 通过取出处理槽主体 10 内的被处理液 并使其返回到处理槽主体 10 的底部 10g 中， 而一边在处理槽主体 10 内形成涡流一边使被 处理液循环。起泡装置 21 用于自处理槽主体 10 的下部向被处理液中供给气泡。第 1 实施 方式所示的浮游分离装置 1 包括用于将浮起到被处理液的液面上的泡沫 F 自被处理液分离 的溢流部件 30。该浮游分离装置 1 还包括能够向处理槽主体 10 内供给与被处理液不同的 液体的加水部件 40。
浮游分离装置 1 的处理槽主体 10 是能够收容被处理液的有底的容器。处理槽主 体 10 的形状并没有特别的限定， 例如内壁面的水平方向上的截面形状也可以是多边形、 圆 形等。该处理槽主体 10 优选为圆形等易于形成涡流的形状。
处理槽主体 10 包括朝下缩小的底部 10g。 朝下缩小的底部 10g 是以越靠下侧水平 截面的截面积越小的方式倾斜的底面即可。该底部 10g 可以是与处理槽主体 10 的水平方 向上的截面形状相应的圆锥形状、 棱锥形状等。底部 10g 优选能够利用重力自最下端排出 处理槽主体 10 内的被处理液。
该实施方式的处理槽主体 10 由具有底部 10g 的处理槽下部 10a、 处理槽中央部 10b、 处理槽上部 10c 和泡沫回收框架部 10d 这四部分的组装体构成。在处理槽主体 10 上 开设有泡沫溢流口 11、 循环用出口 12、 循环用入口 13、 入水口 14 和尾液回收口 15， 在泡沫 溢流口 11 的周围设有泡沫回收托盘 16， 在泡沫回收托盘 16 上设有泡沫回收口 17。
处理槽中央部 10b 具有能够储存被处理液并形成涡流的纵圆筒槽壁， 在其上部开 设有用于将利用循环部件 20 循环的被处理液从处理槽主体 10 中取出的循环用出口 12。 为 了防止如后所述地堆积于液面的泡沫 F 流入到循环路径 19 中， 循环用出口 12 形成在比收 容于处理槽主体 10 内的被处理液的液面高度低的位置。 如图 2 所示， 该循环用出口 12 为了
使被处理液沿着处理槽主体 10 的内周面流出， 例如最好是朝向内周面的切线方向地开设。 由此， 能够易于形成涡流。
处理槽下部 10a 具有圆锥形状的底部 10g， 在底部 10g 的下部开设有用于使利用循 环部件 20 循环的被处理液返回到处理槽主体 10 的循环用入口 13。如图 3 所示， 为了使自 循环部件 20 返回的被处理液沿着处理槽主体 10 的内周面流入， 该循环用入口 13 例如最好 是朝向内周面的切线方向地开设。特别是， 若该循环用入口 13 以使被处理液自水平稍稍朝 上地流入的方式开设， 则能够易于使被处理物的粒子浮起， 较为理想。还优选为， 从循环用 出口 12 流出的被处理液的流出方向和从循环用入口 13 流入的被处理液的流入方向为沿着 处理槽主体 10 内的涡流的方向。由此， 能够易于形成涡流。在底部 10g 下端的圆筒部开设 有尾液回收口 15， 在尾液回收口 15 上设有闸门阀 18。
浮游分离装置 1 的循环部件 20 包括连接在循环用出口 12 与循环用入口 13 之间 的循环路径 19 和配设在循环路径 19 的中段、 将被处理液从循环用出口 12 吸引取出并向循 环用入口 13 加压输送的循环泵 23。
采用该循环部件 20， 通过将处理槽主体 10 内的被处理液从循环用出口 12 取出并 使其自循环用入口 13 返回， 能够使被处理液在处理槽主体 10 内形成平稳的涡流的状态下 循环。平稳的涡流优选为不会成为湍流状态的涡流， 特别优选为层流状态的涡流。 不必在整个处理槽主体 10 内形成平稳的涡流， 只要是在处理槽主体 10 内的气泡 和粒子接触而进行浮游分离的范围内形成平稳的涡流即可， 例如形成在被处理液的液面、 处理槽主体 10 的处理槽中央部 10b 即可。该涡流的速度特别优选为浮起到液面上的泡沫 F 能集中在涡流中心侧的程度的速度以上。
另外， 也可以通过在处理槽主体 10 的底部 10g 形成湍流状态的涡流而使被处理物 粒子易于浮起。在循环路径 19 内， 被处理液既可以在层流状态下输送， 也可以在湍流状态 下输送， 但在粒子相互间或者第 1 成分和第 2 成分粘着、 凝聚的情况下， 通过形成湍流能够 易于分离。
浮游分离装置 1 的起泡装置 21 用于从处理槽主体 10 内的下部向被处理液中注入 气泡。该起泡装置 21 可以直接向处理槽主体 10 内供给气泡， 但优选将该气泡装置 21 设置 在循环路径 19 的中段， 向在循环路径 19 内输送的被处理液供给气泡并使气泡与被处理液 一起返回到处理槽主体 10。
该起泡装置 21 例如可以使用空气扩散管等， 但优选使用串行配设在循环路径 19 的中段的喷射泵等吸气起泡装置。 吸气起泡装置是包括循环的被处理液的通路和对着通路 地设置的吸气路径的装置。在该吸气起泡装置中， 通过在通路内使被处理液流动而形成负 压部位， 在负压部位自吸气路径吸入空气， 向流动的被处理液中卷入气泡。 采用该吸气起泡 装置， 不仅易于起泡， 而且在被处理液通过吸气起泡装置时， 利用机械的剪切力、 被处理液 的压力、 速度的变化等， 能够使粘着、 凝聚的粒子相互间或者第 1 成分和第 2 成分易于分离， 较为理想。
供给到被处理液中的气泡粒径越小， 越能够延缓浮起速度， 并且越能够将表面积 确保得较大等， 易于使粒子和气泡粘着， 较为理想。作为起泡装置 21， 能够供给含有更多微 细气泡的许多气泡的装置较佳， 优选能够产生至少含有微型气泡的许多气泡的装置。该微 型气泡是具有微型级别的粒径的气泡， 例如含有具有 100μm 以下、 优选为几十 μm 以下的
粒径的气泡。鉴于易于形成气泡等的理由， 也可以是 10μm 以上的气泡。产生的气泡的众 数 (mode) 优选为 50μm 以下， 特别优选为 30μm ～ 50μm。另外， 在将起泡装置 21 设置在 循环路径 19 中的情况下， 最好将起泡装置 21 配设在循环路径 19 的比循环泵 23 靠下游侧、 循环用入口 13 附近。
该实施方式的起泡装置 21 包括由设置在循环路径 19 中段的比循环泵 23 靠下游 侧位置的喷射泵构成的微型气泡产生器 21a 及连接于微型气泡产生器 21a 的吸气口的供气 量调整阀 21b。微型气泡产生器 21a 例如具有用于使自循环泵 23 向循环用入口 13 供给的 被处理液流通的文丘里通路、 对着文丘里通路的小径通路部且前端开放的多个细管及与多 个细管的基端相连通且具有大气连通口的歧管。该微型气泡产生器 21a 自连接于大气连通 口的供气量调整阀 21b 向文丘里通路的作为负压产生部的小径通路部输送微型气泡， 将微 型气泡注入到被处理液中。
作为该微型气泡产生器 21a， 能够例示出可产生气泡直径众数为 30μm ～ 50μm 的 微型气泡的エンバイロ·ビジヨン株式会社制的 YJ 喷嘴 ( 商品名称 ) 等。另外， 也可以不 包括供气量调整阀 21b。
浮游分离装置 1 的溢流部件 30 用于将含有被处理物的粒子中的第 1 成分而浮起 到液面上的泡沫 F 自含有比第 1 成分难以浮起的第 2 成分的被处理液分离。该溢流部件 30 例如也可以在处理槽上部 10c 包括朝上缩小的缩小部 31 和设置在缩小部 31 的上端的泡沫 溢流口 11。朝上缩小的缩小部 31 具有以越靠上侧水平截面的截面积越小的方式倾斜的面 即可， 可以是与处理槽主体 10 的水平方向上的截面形状相应的圆锥形状、 棱锥形状等。该 溢流部件 30 能够使堆积于液面并增长的泡沫 F 被缩小部 31 引导地自泡沫溢流口 11 溢流 出而流下到泡沫回收框架部 10d。
在该实施方式的浮游分离装置 1 中， 由处理槽主体 10 的处理槽上部 10c 和泡沫回 收框架部 10d 构成浮游分离装置 1 的溢流部件 30。该溢流部件 30 具有由圆锥部构成的缩 小部 31 及自该缩小部 31 的上端延伸的圆筒部 32。泡沫溢流口 11 由圆筒部 32 的水平的上 端开口构成。 在处理槽上部 10c 的上表面外周设有泡沫回收托盘 16， 泡沫溢流口 11 位于泡 沫回收托盘 16 的中央。在泡沫回收托盘 16 的周围形成有泡沫回收空间， 能够将流下到泡 沫回收托盘 16 中的泡沫 F 经由泡沫回收口 17、 泡沫回收管 22 回收到容器 Y2 中。
浮游分离装置 1 的加水部件 40 用于向处理槽主体 10 内的被处理液中供给其他液 体、 例如水等分散剂等， 在处理槽主体 10 内调制被处理物粒子的被处理液、 调整液面高度。 被处理液的液面高度这样地调整较佳， 即， 在浮游分离时调整到比循环用出口 12 靠上方， 在浮游分离结束时使液面高度上升而使堆积于液面的泡沫 F 自溢流部件 30 溢流。
在该实施方式中， 入水口 14 设于处理槽中央部 10b 的下部， 与水龙头等水源相连 接。入水口 14 的位置没有限定， 只要设于比循环用出口 12 靠下， 在加水时就能够难以搅乱 液面， 易于将泡沫 F 分离。
浮游分离方法
接着， 使用图 1 ～图 3 说明浮游分离方法。
在该浮游分离方法中， 将分散有被处理物的粒子的被处理液收容在处理槽主体 10 中， 一边在处理槽主体 10 内形成涡流一边使被处理液循环， 并且将气泡供给到被处理液 中。然后， 通过将泡沫 F 和被处理液分离， 将泡沫 F 所含有的第 1 成分与被处理液所含有的比第 1 成分难以浮起的第 2 成分分离。
首先， 被处理物粒子以悬浊液的状态作为被处理液收容在处理槽主体 10 中。被处 理液也可以使用分散剂调制。被处理液的调制既可以在收容于处理槽主体 10 之前进行， 也 可以在处理槽主体 10 内进行。另外， 若被处理物粒子是能浮游分离的悬浊液的状态， 则也 能够直接作为被处理液收容在处理槽主体 10 中。
也可以在调制被处理液之前， 对被处理物的粒子实施前处理。前处理例如为了促 进处理对象的粉碎、 浆料化、 分离而进行。 例如通过向被处理物粒子或者其浆料中添加浮选 促集剂进行混合或者搅拌， 来增大第 1 成分与第 2 成分的润湿性之差， 从而进行用于促进分 离的处理。
用于调制被处理液的分散剂能够根据被处理物粒子来选择。例如在利用第 1 成分 与第 2 成分对于水的润湿性之差、 即疏水性之差进行分离的情况下， 可以使用水、 水溶液、 水性悬浊液等水性液。可以向分散剂中添加表面活性剂等起泡剂等。
被处理液中的被处理物粒子的浓度只要是能够利用循环部件 20 循环、 能够以利 用循环部件 20 返回到处理槽主体 10 的压力在处理槽主体 10 内形成平稳的涡流的程度即 可。 在将被处理物粒子或者被处理液收容在处理槽主体 10 中时， 例如通过泡沫溢流 口 11 供给， 使处理槽主体 10 内的被处理液的液面高度处于比循环用出口 12 靠上方即可。 液面高度能够利用加水部件 40 加水来进行调整。
在这样地将被处理液收容在处理槽主体 10 中之后， 通过利用循环部件 20 从处理 槽主体 10 的上部取出被处理液并使其返回到处理槽主体 10 的底部 10g， 能够一边在处理槽 主体 10 内形成涡流一边使被处理液循环。
采用循环部件 20， 在使循环泵 23 运转时， 自处理槽主体 10 上部的循环用出口 12 吸引处理槽主体 10 内的被处理液， 对被处理液加压而使其从循环用入口 13 流入到处理槽 下部 10a 的底部 10g、 详细地讲是圆锥部的下部。
在利用循环部件 20 使被处理液循环时， 在处理槽主体 10 内的被处理液中形成有 平稳的上升流， 并且在处理槽主体 10 内的被处理液中形成平稳的涡流。在处理槽主体 10 的下部， 与返回来的被处理液的流速、 流量相应地形成有涡流， 在处理槽主体 10 的处理槽 中央部 10b 成为平稳的涡流。由此， 能够将处理槽主体 10 内的全部被处理液向上方和水平 方向搅拌。
循环部件 20 中的循环液量、 流速以及利用循环部件 20 形成的涡流的速度等能够 根据被处理液的性状等适当调整， 但能在处理槽主体 10 内形成期望涡流的范围内调整较 佳。例如也可以将循环量调整为， 在 1 分钟内是处理槽主体 10 内的被处理液的 0.5 倍～ 2.5 倍的容量。
在这样地利用循环部件 20 使被处理液循环的同时， 利用起泡装置 21 向被处理液 中供给气泡。
为了向处理槽主体 10 内的被处理液中供给气泡， 与循环泵 23 的运转同步地使起 泡装置 21 运转。在吸气起泡装置的情况下， 通过使循环泵 23 运转， 向在循环泵 23 的下游 侧循环的被处理液中卷入气泡， 将许多气泡与返回来的被处理液一起向处理槽主体 10 的 下部供给。起泡装置 21 中的气泡注入量等根据被处理液的各种性状等适当调整较佳。在
该实施方式中， 通过调整供气量调整阀 21b， 能够调整向被处理液中卷入的气泡供给量。
这样地一边在处理槽主体 10 内形成涡流一边使被处理液循环， 进而向被处理液 中供给气泡时， 在处理槽主体 10 内将被处理液浮游分离。在处理槽主体 10 内， 被处理液中 的被处理物粒子与供给来的许多气泡接触， 被处理物粒子中的第 1 成分和气泡粘着或者第 1 成分与气泡同行， 作为泡沫 F 浮起。此时， 由于涡流平稳， 因此， 能够使第 1 成分和气泡粘 着的状态不被破坏地浮起。
在供给来的气泡是微型气泡的情况下， 内压较高， 能够长时间地滞留在被处理液 中， 气泡数、 合计表面积较大， 因此， 与第 1 成分接触的概率远远大于通常的气泡。因此， 通 过供给许多微型气泡， 能够使第 1 成分浮起。
泡沫 F 利用处理槽主体 10 内的涡流集中在液面的中心侧， 并浮起到被处理液的液 面上。通过被之后到达液面的泡沫 F 推起， 堆积于处理液的液面并增长。
在液面增长的泡沫 F 被溢流部件 30 的缩小部 31 引导着到达泡沫溢流口 11 而溢 流。由此， 泡沫 F 与处理槽主体 10 内的被处理液分离。溢流的泡沫 F 经由泡沫回收框架部 10d 和泡沫回收管 22 被回收到容器 Y2 中。
通过继续这样的利用循环部件 20 和起泡装置 21 进行的循环和气泡供给， 被处理 液中的被处理物粒子和气泡反复接触几次， 第 1 成分作为泡沫 F 被充分地分离。 之后， 在被处理液中的第 1 成分的含有量达到目标范围之后， 结束浮游分离。例如 也可以根据被处理物的种类预先设定处理时间， 通过经过该处理时间而结束。
在结束浮游分离之后， 利用加水部件 40 向处理槽主体 10 内加水而使液面高度上 升， 使残留在处理槽主体 10 内的泡沫 F 自泡沫溢流口 11 溢流。此时， 也可以通过使循环泵 23 运转并向处理槽主体 10 内加水来使泡沫 F 溢流。或者也可以在使循环泵 23 停止运转之 后向处理槽主体 10 内加水而使残留在处理槽主体 10 内的泡沫 F 溢流。
在使残留在处理槽主体 10 内的泡沫 F 溢流之后， 将含有与气泡接触时比第 1 成分 难以浮起而残留在处理槽主体 10 内的第 2 成分的被处理液回收。在该装置中， 通过打开处 理槽主体 10 下部的闸门阀 18， 使该被处理液作为尾液 T 自尾液回收口 15 流下而回收到容 器 Y1 中。
通过这样地将泡沫 F 分离回收， 并回收处理槽主体 10 内的被处理液， 能够将泡沫 F 所含有的第 1 成分和比第 1 成分难以浮起的第 2 成分分离回收。被回收的一方或者两方 通过之后实施浓缩、 稀释、 精制等适当的后处理能用于各种目的。
采用以上的浮游分离装置 1 和浮游分离方法， 一边使被处理液循环一边自处理槽 主体 10 的下部向该处理槽主体 10 中供给气泡。因此， 能够使气泡反复与被处理液中的被 处理物粒子接触， 从而能够将被处理物粒子所含有的第 1 成分和第 2 成分更多地分离。另 外， 通过利用循环部件 20 将被处理液从处理槽主体 10 取出并使其再次返回到处理槽主体 10 来使被处理液循环。因此， 即使第 1 成分和第 2 成分粘着、 凝聚， 也能够在循环时分离而 供于浮游分离。 结果， 即便不将装置做成复杂的结构或者不以多级设置处理槽主体 10， 也能 够利用简单的构造将被处理物粒子浮游分离。
在该浮游分离装置 1 和浮游分离方法中， 通过将被处理液从处理槽主体 10 上部取 出并使其再次返回到处理槽主体 10 的底部 10g 来使被处理液循环。因此， 不对处理槽主体 10 内的被处理液付与很强的机械冲击力、 剪切力， 就能够在要进行浮游分离的被处理液中
形成平稳的上升流， 从而能够将被处理液向上方搅拌。 另外， 通过使被处理液返回到处理槽 主体 10 的底部 10g， 在处理槽主体 10 内形成了涡流。因此， 不对处理槽主体 10 内的被处理 液付与很强的机械冲击力、 剪切力， 就能够在要进行浮游分离的被处理液中形成平稳的涡 流， 从而能够将被处理液向横向搅拌。
因而， 能够使被处理物粒子和气泡分散到要进行浮游分离的全部被处理液中， 从 而能够使被处理物粒子和气泡接触并粘着， 而且能够防止被处理物粒子和气泡的粘着状态 被破坏。结果， 能够促进浮游分离。
特别是， 在该浮游分离装置 1 和浮游分离方法中， 处理槽主体 10 具有朝下缩小的 底部 10g， 使被处理液返回到该底部 10g 中。 因此， 容易在处理槽主体 10 内的全部被处理液 中产生上升流和涡流。此外， 与处理槽主体 10 的中间和上方的要进行浮游分离的被处理液 相比， 能够增强处理槽主体 10 的底部 10g 附近的被处理液的上升流、 涡流。结果， 能够可靠 地防止被处理液、 被处理物粒子滞留或者沉降堆积在处理槽主体 10 内的底部 10g， 从而能 够更多地分散被处理物粒子。而且， 即便不在整个处理槽主体 10 内形成激烈的湍流这样的 涡流， 也能够使被处理物粒子和气泡充分地分散， 使更多的被处理物粒子和气泡接触。
采用本发明， 能够防止对要进行浮游分离的被处理液付与很强的机械冲击力、 剪 切力而破坏被处理物粒子和气泡的粘着状态， 并使被处理物粒子和气泡广阔地分散到被处 理液中而充分地接触。另外， 即使是简单的构造， 也能够利用表面的润湿性之差将第 1 成分 和第 2 成分高效地分离， 从而能够紧凑地构成装置。 而且， 在该浮游分离装置 1 中， 由于仅有循环泵 23 是驱动源， 因此， 运行成本低廉， 能够节能化。
在该浮游分离装置 1 和浮游分离方法中， 自起泡装置 21 向利用循环部件 20 循环 的被处理液中供给气泡之后， 使被处理液返回到处理槽主体 10。 因此， 易于使气泡分散到处 理槽主体 10 的广阔范围， 能够使更多的粒子和气泡接触， 从而能够高效地进行浮游分离。
在该浮游分离装置 1 和方法中， 溢流部件 30 利用朝上缩小的缩小部 31 将堆积于 处理槽主体 10 内的液面的泡沫 F 向泡沫溢流口 11 引导而使其溢流。因此， 能够将泡沫 F 集中在截面积小于被处理液的液面面积的泡沫溢流口 11 并使其流出。这样， 能够加快泡沫 F 的上升速度地使其向泡沫溢流口 11 的外侧流出等， 能够易于回收泡沫 F。而且， 在通过使 被处理液的液面高度上升来使泡沫 F 溢流从而将被处理液和泡沫 F 分离的情况下， 越靠上 侧截面积越小， 因此， 能够正确地将泡沫 F 和被处理液分离， 从而能够提高分离精度。
该浮游分离装置和方法能够较佳地用作飞灰的改性装置和方法。 利用该浮游分离 装置 1、 浮游分离方法， 能够将飞灰作为被处理物粒子分离， 将作为杂质的未燃碳作为第 1 成分分离除去。由此， 能够利用简单的构造高效地得到充分地减少了未燃碳而易于用作各 种材料的飞灰， 优选未燃碳为 5wt％以下的飞灰， 特别优选未燃碳为 3wt％以下的飞灰。
而且， 这样得到的飞灰的未燃碳含有量足够低， 因此， 即使大量使用也难以由未燃 碳引起不良影响， 能够大量地用作各种原料。
另外， 上述实施方式能够在本发明的范围内适当地变更。例如在上述浮游分离装 置 1 中， 在处理槽主体 10 的底部 10g 设有尾液回收口 15。但是， 也可以不设置尾液回收口 15， 而在分离之后倒转处理槽主体 10 而从泡沫溢流口 11 回收尾液。
在上述方式中， 在处理槽上部 10c 设有朝上缩小的缩小部 31， 在缩小部 31 设有泡
沫溢流口 11。 但是， 也可以做成将处理槽上部 10c 开放而成的圆筒体形状， 在其周围设置导 水管使溢流的泡沫流下。
在上述浮游分离装置 1 中， 通过泡沫溢流口 11 将被处理物粒子或者被处理液回收 在处理槽主体 10 中， 但也可以另外设置供给口。
第 2 实施方式
接着， 使用图 4 说明采用第 2 实施方式的浮游分离装置和方法进行的飞灰浆的制 造装置和方法。
该实施方式的制造装置是将含有未燃碳的飞灰作为处理对象， 用于制造含有减少 了作为杂质的未燃碳的改性飞灰的浆料的装置。
在此， 处理对象为从未燃碳为 3wt％的低浓度的飞灰到未燃碳为 25wt％的高浓度 的飞灰这样范围广泛的处理对象。也可以是以往认为无用的、 作为未利用的工业废弃物的 飞灰。
如图 4 所示， 该实施方式的装置包括前处理装置 50、 与第 1 实施方式同样的浮游分 离装置 1 和浓缩装置 60。 在该装置中， 在前处理装置 50 中进行将飞灰前处理来制作前处理 浆料的前处理工序， 在浮游分离装置 1 中进行将前处理浆料浮游分离， 减少或者除去未燃 碳来制作尾灰悬浊液的浮游分离工序， 在浓缩装置 60 中进行将尾灰悬浊液浓缩来制作制 品浆料的浓缩工序。
前处理工序
在前处理工序中， 对飞灰进行前处理而将其浆料化。 在该前处理工序中， 能够进行 浆料化且进行用于促进未燃碳分离的处理。作为前处理装置 50， 可使用能够将飞灰均匀地 浆料化的涂料搅拌机等。
为了将飞灰浆化， 通过向飞灰中添加作为分散剂的水性液地混合或者搅拌来进 行。水性液是含有可在浮游分离工序中供给的水的液体即可， 是水、 水溶液、 水性分散液等 较佳。优选采用能在后述的浓缩工序中被回收的回收水。
飞灰和水性液的混合比例并没有特别的限定， 但在飞灰量过少时， 每 1 次的处理 量很少， 生产率易于降低。另一方面， 在飞灰量过多时， 浆料的粘度很高， 难以进行混合、 搅 拌的处理。因此， 例如将飞灰相对于水性液的浓度设为 60wt ％ ±30wt ％， 优选为 60wt ％ ±20wt％。
作为用于促进未燃碳分离的处理， 通过向浆料化之前或者之后的飞灰中添加浮选 促集剂均匀地进行混合或者混合， 来使浮选促集剂附着于未燃碳而提高疏水性。作为浮选 促集剂， 可以使用灯油、 煤油等能够附着于未燃碳而提高疏水性的成分。 浮选促集剂的添加 量可在能够提高未燃碳的疏水性的范围内适当地调整。另外， 作为用于促进未燃碳分离的 处理， 也可以对浆料化了的飞灰照射例如频率 950kHz 左右的超声波， 或者利用搅拌叶片实 施强搅拌。
利用前处理工序得到的前处理浆料利用前处理浆料输送路径 51 等被输送到浮游 分离装置 1。
浮游分离工序
该实施方式的浮游分离工序使用除了加水部件 40 能自循环部件 20 加水之外、 具 有与第 1 实施方式同样的构造的浮游分离装置 1 来进行。在浮游分离工序中， 由前处理浆料调制被处理液来进行浮游分离。也可以将前处 理浆料直接用作被处理液， 但通常通过向在前处理工序中制成的前处理浆料中添加混合由 水性液构成的分散剂来调制飞灰浓度低于前处理浆料的被处理液。 也可以向被处理液中添 加气泡剂等。作为气泡剂， 能够列举出松油这样的表面活性剂。该被处理液的调制既可以 在前处理装置 50 中进行， 也可以在浮游分离装置 1 中进行。
这样地调制成的被处理液由分散有飞灰粒子的悬浊液构成， 在分散剂中含有水性 液、 气泡剂、 浮选促集剂等。 虽没有特别的限定， 但在被处理液中将飞灰的浓度设为 5wt％～ 30wt％， 优选为 10wt％～ 20wt％。
该被处理液的浮游分离能够与第 1 实施方式同样地进行。通过利用循环部件 20 使被处理液反复循环， 并利用起泡装置 21 向处理槽主体 10 内供给气泡， 使气泡和飞灰的未 燃碳接触。由于未燃碳的表面为疏水性， 因此， 未燃碳和气泡粘着， 未燃碳作为泡沫 F 浮起， 自溢流部件 30 溢流。未与气泡接触的未燃碳、 即使与气泡接触也未浮起的未燃碳在分散于 被处理液中的状态下利用循环部件 20 循环而返回到处理槽主体 10 的底部 10g， 被反复付与 和气泡接触的机会。
通过继续这些过程， 被处理液中的未燃碳作为泡沫 F 分离， 在处理槽主体 10 内的 被处理液中残留减少了未燃碳的飞灰。在未燃碳充分分离的状态下结束浮游分离。
利用该浮游分离工序， 将未燃碳经由泡沫回收管 22 回收到容器 Y2 中。另一方面， 通过将残留在处理槽主体 10 内的液体自尾液回收口 15 作为尾液 T 排出， 来将减少了未燃 碳的飞灰作为尾灰悬浊液回收， 通过尾灰输送路径 61 等输送到浓缩装置 60 中。
在该浮游分离工序中， 能够在短时间内将飞灰中的较多的未燃碳分离。例如后述 的实施例所示， 能够在极少的约 30 分钟的处理时间内得到未燃碳的含有量为 2wt％以下的 改性飞灰的分散液。
浓缩工序
在浓缩工序中， 通过在浓缩装置 60 中将尾灰悬浊液浓缩， 得到作为制品的飞灰 浆。浓缩装置 60 是能够浓缩到目标浓度的装置即可， 例如可以使用沉降分离装置、 压滤机、 即时脱水单元 ( 有限公司北川铁工所制， 商品名称 ) 等。
在浓缩工序中， 优选根据飞灰浆的用途进行浓缩。例如在水泥混合物制造用的飞 灰浆中， 若飞灰浆浓度过低， 则在与水泥成分、 其他成分混合时， 水泥成分的使用量易于变 多。另一方面， 若飞灰浆浓度过高， 则浓缩费时费力， 或者在制造水泥混合物时要再次大量 地添加水性液， 因此， 制造费时费力。 因此， 在水泥混合物制造用的飞灰浆中， 例如也可以使 浆料中的飞灰的浓度为 60wt％～ 80wt％， 优选为 70wt％～ 80wt％。
得到的飞灰浆通过浆料回收路径 62 等被回收到制品浆料容器 Y3 中。另一方面， 在浓缩装置 60 中自尾灰悬浊液分离的回收水通过回收水输送路径 64 被输送到前处理装置 50， 再次用于制作前处理浆料。
飞灰浆
像以上那样得到的飞灰浆充分地减少了未燃碳， 因此， 即使大量地使用， 也不易产 生由未燃碳引起的问题， 能够大量地用作各种原料等。而且， 由于调整了水性液的浓度， 因 此， 不仅体积较小而容易进行搬运等流通作业， 而且能够容易地用于各种用途。
例如， 在制造水泥混合物时， 在浮游分离装置 1 中将作为尾灰得到的飞灰在存在水的条件下至少与水泥混合即可。 在这种情况下， 能够将飞灰粒子用作水泥混合材料、 混合 物中的集料。 另外， 能够将飞灰浆中的水性液用作构成水泥混合物的水的一部分或者全部。
具体地讲， 在将水泥、 水和集料混合来制造水泥混合物的情况下， 能够将飞灰浆中 的减少了未燃碳的飞灰用作集料的一部分或者全部。在将水泥、 水、 砂等细集料、 砂砾等粗 集料混合来制造混凝土用混合物时， 将飞灰用作水泥的混合材料、 细集料的一部分或者全 部进行混合即可。在将水泥、 水、 砂等细集料混合来制造沙浆用混合物时， 将飞灰用作水泥 的混合材料、 细集料的一部分或者全部进行混合即可。能够向这样的水泥混合物中添加 AE 剂等各种混合剂等。
这样的水泥混合物能够用于制造各种硬化物。例如也可以通过涂敷在地面、 壁面 等上使其硬化而形成它们的表面。另外， 也可以通过利用型箱成形硬化而形成规定形状的 构造物。 并且， 也能够通过覆盖在砖、 混凝土块等堆砌单元的表面使其硬化而形成平坦的堆 砌面。
在这种情况下， 能够利用飞灰的流动化促进作用， 非常有利。即， 在以往的飞灰粒 子的情况下， 成为图 7 的 (a) 所示的表面性状。但是， 在像第 1 或者第 2 实施方式那样得到 的飞灰粒子的情况下， 如图 7 的 (b) 所示， 成为表面平滑的球状粒子。因此， 能够显著地获 得飞灰粒子的流动化促进作用， 在制造各种硬化物时， 能够密实地填充到型箱内空间中或 者容易地形成平滑面。 采用以上的水泥混合物的制造方法， 能够防止由未燃碳引起 AE 剂等混合剂的使 用量增加或者产生黑色部或者硬化物性降低。 而且， 通过使这样的水泥混合物硬化， 能够提 高压缩强度， 能够将由干燥收缩引起的应变抑制得较小而能够防止硬化物表面的裂纹等， 能够提高得到的硬化后的各种品质， 从而能够得到优良的硬化物。
而且， 由于能够通过减少未燃碳而大量地使用飞灰， 因此， 通过增加飞灰的使用 量， 能够更加显著地获得该效果。 并且， 能够通过增加飞灰的使用量而得到具有目标硬化物 性的硬化物， 结果， 能够大幅度削减为了得到目标硬化物而使用的水泥量， 从而能够大幅度 降低制造水泥时产生的二氧化碳的产生量。
在浮游分离工序中， 由于也利用气泡所含有的 CO2 将由飞灰引起的 pH11 ～ pH12 的 被处理液降低到 pH8 ～ pH9， 因此， 只要使用得到的飞灰浆制造水泥混合物， 就能够将空气 中的大量的 CO2 作为中和化合物固定在混凝土、 沙浆中。
若按照本发明将飞灰改性或者制造水泥混合物， 在减轻地球的环境负荷的方面非 常有用。
实施例
下面， 说明本发明的实施例。
实施例 1
采用在冲绳的火力发电厂中生产的飞灰 ( 原灰 A) 和在旭化成第 3 火力发电厂中 生产的飞灰 ( 原灰 B)， 利用图 1 中的浮游分离装置 1 在相同的条件下进行浮游分离处理， 测定未燃碳量。处理之前的原灰 A 的未燃碳量为 7.72wt ％， 原灰 B 的未燃碳的含有量为 6.84wt％。
通过取出开始之后经过 30 分钟时、 经过 60 分钟时、 经过 120 分钟时、 经过 180 分 钟时的各尾液， 对各尾液进行灼热减量试验来测定未燃碳量。
结果示于表 1 和图 5 中。图 5 所示的曲线图表示表 1 的结果， 横轴是处理时间， 纵 轴是灼热减量。
表1
灼热减量 (wt％ )
浮选时间 \ 灰种 原灰 30 分钟 60 分钟 120 分钟 180 分钟
A 7.72 1.62 1.33 1.08 1.14 B 6.84 2.39 2.01 1.94如表 1 及图 5 所示， 未燃碳的含有量为 7.72wt％的原灰 A 经由 30 分钟的浮游分离 处理成为灼热减量为 1.61wt％， 未燃碳的含有量为 6.84wt％的原灰 B 经由 30 分钟的浮游 分离处理成为灼热减量为 2.39wt％。
由这些情况可证实， 采用图 1 中的浮游分离装置 1， 对于含有分离除去对象的杂质 的被处理液， 利用被处理物粒子的表面润湿性之差能够在短时间内高效地浮选分离为泡沫 F( 杂质 ) 和尾液。
另外， 在浮游分离开始之后 30 分钟左右， 灼热减量的减少速度也变小， 稳定。因 此， 在图 1 所示的浮游分离装置 1 中， 在短时间内降低至飞灰的灼热减量 3wt％以下， 因此特 别有效。
比较例 1
采用未燃碳的含有量为 4.33wt％的飞灰 ( 原灰 C) 进行浮游分离。在该比较例 1 中， 在实施例 1 的浮游分离装置 1 中不利用循环部件 20 使被处理液循环地进行浮游分离。 另外， 替代微型气泡产生机， 将空孔直径为 60μm ～ 800μm 的空气扩散管 ( スペイシ一ケ ミカル株式会社制 ) 配置在处理槽主体 10 的底部 10g 来供给气泡。其他与实施例 1 相同。 结果示于图 6 中的曲线图。
由图 6 可明确， 在比较例 1 中， 在开始浮游分离之后， 灼热减量随处理时间的经过 其降低速度较慢， 即使经过 60 分钟以上， 灼热减量也无法达到 3wt％。
参考例 1
将未燃碳为 3wt％以下的飞灰、 水、 水泥、 细集料 ( 砂 ) 和粗集料 ( 碎石 ) 混合来制 造与实施例相当的混凝土混合物， 在型箱内硬化成规定形状， 测定各硬化物的干燥收缩应 变随干燥时间的变化。
对于混凝土混合物， 使水灰比 W/C( 水相对于水泥的混合比 ) 恒定为 65％， 使每 1m3 混凝土的飞灰混入量为 0kg/m3、 85kg/m3、 244kg/m3、 332kg/m3、 455kg/m3、 640kg/m3、 909kg/m3 地制作。另外， 飞灰和水泥使用相同的物质。
结果示于图 8 中。
由图 8 可明确， 与未混合飞灰的情况相比， 在混合了飞灰的情况下， 能够减小干燥 收缩应变， 而且， 混合的飞灰量越多， 越能够减小干燥收缩应变。
参考例 2
将未燃碳为 3wt％以下的飞灰、 水、 水泥、 细集料 ( 砂 ) 和粗集料 ( 碎石 ) 混合来 制造两种与实施例相当的混凝土混合物， 制成分别在型箱内硬化成规定形状而成的硬化物 F1、 F2， 另外， 除了不含有飞灰之外， 与硬化物 F1、 F2 同样地制成硬化物 F0。
使各混凝土混合物的水灰比 W/C( 水相对于水泥的混合比 ) 恒定为 65％。硬化物 F1、 F2 做成流动性不同的混合， 从而使硬化物 F1 的流动性为中等流动性， 硬化物 F2 的流动 3 3 性为高流动性， 均使每 1m 混凝土的飞灰混入量为 455kg/m 。
测定各硬化物的压缩强度的时效变化。压缩强度的时效变化在 20℃的水中、 现场 的泥水中、 20℃密封、 大气中的各条件下测定。结果示于图 9 中。
由图 9 可明确， 与未混合飞灰的情况相比， 在混合了飞灰的情况下， 压缩强度上 升。而且， 在未混合飞灰的情况下， 在材料使用年限经过 1 年的时刻硬化反应大致结束， 压 缩强度大致稳定， 而在混合了飞灰的情况下， 即使材料使用年限经过 1 年， 硬化反应也明显 地继续， 能够明确地预测压缩强度进一步上升。
附图标记说明
1、 浮游分离装置 ； 10、 处理槽主体 ； 10g、 底部 ； 11、 泡沫溢流口 ； 12、 循环用出口 ； 13、 循环用入口 ； 14、 入水口 ； 15、 尾液回收口 ； 18、 闸门阀 ； 19、 循环路径 ； 20、 循环部件 ； 21、 起泡装置 ； 21a、 微型气泡产生器 ； 21b、 供气量调整阀 ； 23、 循环泵 ； 30、 溢流部件 ； 40、 加水部 件。