JP2005104792A

JP2005104792A - 石炭灰を使用したセメントの製造方法

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Publication number: JP2005104792A
Application number: JP2003342799A
Authority: JP
Inventors: Hiroyoshi Kato; 弘義加藤
Original assignee: Tokuyama Corp
Current assignee: Tokuyama Corp
Priority date: 2003-10-01
Filing date: 2003-10-01
Publication date: 2005-04-21

Abstract

【課題】石炭灰（フライアッシュを含む）の未燃カーボンの燃焼除去を効率的に行い、燃焼除去後の石炭灰の貯蔵及び供給設備を使用することなく、簡易な操作によりセメント混合材として利用できるセメントの製造方法を提供する。
【解決手段】セメント原料を焼成炉で焼成し、セメントクリンカーを生成せしめ、該セメントクリンカーをクーラーにて冷却した後、粉砕する工程を含むセメントの製造方法において、上記クーラー内のセメントクリンカー上に石炭灰を投入し、該石炭灰に含有される未燃カーボンを燃焼除去せしめ、次いで、セメントクリンカーと共に粉砕することによりセメントを製造する。
【選択図】なし

Description

本発明は、新規なセメントの製造方法に関する。更に詳しくは、火力発電所や石炭焚きボイラーなどから排出される石炭灰（フライアッシュを含む）の未燃カーボンの燃焼除去を効率的に行い、かつ燃焼除去後の石炭灰をセメント混合材として容易に利用できるセメントの製造方法を提供するものである。

地球環境問題の観点から、産業廃棄物、副産物の有効利用が重要な課題となってきている。火力発電所や石炭焚きボイラーなどから発生する石炭灰の排出量も年々増加する傾向にあり、安全かつ多量に処理できる方法の開発が危急の課題となっている。現状の技術として最も効果的な処理方法はセメント製造原料への適用であり、すでに多くの石炭灰が利用されている。

しかしながら、石炭灰はセメントクリンカーに比べてＡｌ_２Ｏ_３の含有量が多いため、通常のセメントクリンカー原料としての使用量には上限があり、原料全体の５〜１０％程度にとどまっている。そのため、より多くの石炭灰を有効利用できる技術の開発が望まれている。

石炭灰は、長期にわたり強度発現性を示すポゾラン反応性を有していることから、セメント混合材としての利用が、容易かつ大量に処理出来る方法として期待されている。
しかしながら、一般に、石炭灰には未燃カーボンと呼ばれる残渣が含まれている。未燃カーボンは、ペースト、モルタル及びコンクリートの流動性あるいは空気連行性の低下の原因となるため、セメント混合材として利用するためには未燃カーボンの除去が必須である。
上記未燃カーボンを除去する方法として、ロータリーキルンにより燃焼除去する方法（特許文献１）、サイクロン中でセメントプラントより排出される高温の加熱空気により燃焼除去する方法（特許文献２）、ショートキルンと流動床により燃焼除去する方法（特許文献３）等が提案されている。
特許第３１３６３１９号公報特許第３２０５７７０号公報特許第３２９４４１８号公報

これらの方法では、未燃カーボン除去後の石炭灰をセメント混合材として使用するためには、サイロ等の貯蔵設備に別途貯蔵し、ベルトコンベヤー、ホッパー等の供給設備により粉砕あるいは混合工程に供給しなければならず、セメントの製造工程が複雑になるのみならず、多大な設備を必要とするため、経済性の問題点も有していた。

本発明は、簡易な操作により、石炭灰（フライアッシュを含む）中の未燃カーボンの燃焼除去を効率的に行うことができると共に、セメント混合材として利用できるセメントの製造方法を提供することを目的とする。

本発明者等は、上記課題を解決すべく鋭意研究を行ってきた。その結果、未燃カーボンを含む石炭灰を、セメント製造工程において、焼成炉より取り出された余熱を有するセメントクリンカーの上に投入することにより、セメント品質に悪影響を及ぼす未燃カーボンの燃焼除去を効率的に行うことができ、その後に、燃焼除去後の石炭灰をセメントクリンカーと共に粉砕することにより、簡易な操作で、しかも品質上の問題なく石炭灰をセメント混合材として使用できることを見出し、本発明を完成するに至った。

即ち、本発明は、セメント原料を焼成炉で焼成し、セメントクリンカーを生成せしめ、該セメントクリンカーをクーラーにて冷却した後、粉砕する工程を含むセメントの製造方法において、上記クーラー内のセメントクリンカー上に石炭灰を投入し、該石炭灰に含有される未燃カーボンを燃焼除去せしめ、次いで、該セメントクリンカーと共に粉砕することを特徴とするセメントの製造方法である。

本発明によれば、石炭灰（フライアッシュを含む）の未燃カーボンの燃焼除去を、セメントクリンカーの余熱を利用して効率的に行うことが可能である。即ち、焼成炉に直結するクーラー内でセメントクリンカーと接触させることにより、該セメントクリンカーを他の場所に移動して石炭灰と接触させる方法に比べて、セメントクリンカーの予熱を高い温度で利用することができ、未燃カーボンを効果的に燃焼除去できる。また、処理された石炭灰は、セメントクリンカーと共に粉砕されてセメント中に含有されるため、別途石炭灰の貯蔵及び供給設備を必要とせず、該石炭灰をセメント混合材として混合したセメントを簡易な操作により製造することができる。

以下、本発明をさらに詳細に説明する。

本発明において、石炭灰は、火力発電所や石炭焚きボイラーなどから排出されるものであれば特に制限されない。上記石炭灰は、一般に、３〜２０重量％の未燃カーボンを含んでいる。

一般に、セメント製造工程においては、セメント原料をロータリーキルンに代表される焼成炉で焼成されセメントクリンカーを生成する。上記焼成炉から排出されるセメントクリンカーの温度は１３５０℃程度の高温状態にあり、グレートクーラーに代表されるクーラー内を、下部より供給される冷却空気により冷却されながら移動し、１００〜１５０℃程度まで冷却され取り出される。

本発明では、上記クーラー内を移動するセメントクリンカーの上に未燃カーボンを含む石炭灰を投入し、該クリンカーの有する熱と供給される空気により、未燃カーボンを燃焼せしめて除去する。

本発明において、石炭灰の投入は、未燃カーボンの燃焼除去が可能な温度領域において行われる。かかる温度領域は、セメントクリンカーの温度が４００〜１２００℃の領域であり、より好ましくは６００〜１０００℃である。投入位置のセメントクリンカー温度が４００℃より低い場合、未燃カーボンの燃焼除去が不十分となる恐れがある。また、１２００℃を超える場合、石炭灰のガラス質の溶融や二酸化ケイ素の結晶の転移等が生じる恐れがあり好ましくない。

本発明において、石炭灰の投入は、クーラーのフード上面の任意の位置に投入口を設けて実施することができる。投入位置は、一箇所でもよいし、複数箇所に分割されてもよい。また、石炭灰を投入する様態は、特に制限されない。

本発明においては、液体との混合や加圧による成形等による重質化処理の後に石炭灰をクーラー内へ投入することが好ましい。即ち、石炭灰は粒子状であるため、そのままの状態で投入すると、一部がクーラー内で浮遊、飛散する可能性がある。これに対して、石炭灰を上記の重質化処理した後にクーラー内に投入することにより、セメントクリンカー上への石炭灰の供給がより確実となるため、未燃カーボンの燃焼除去をより効率的に実施できるとともに、セメントクリンカー粉砕前に石炭灰を直接配合する本発明において、投入量の制御もより確実となり、より安定した組成のセメントを得ることが可能となる。

本発明において、石炭灰と液体を混合する方法は、特に制限されない。例えば、公知の粉−液混合機を使用して行なうことができる。具体的には、攪拌機付きの容器中で両者を攪拌混合する方法、石炭灰を含む気流に液体をスプレーする方法等が適宜使用できる。

石炭灰と液体の混合割合は、特に制限されない。好適な範囲を例示すれば、石炭灰１００重量部に対して液体５〜６０重量部である。

石炭灰は、上記液体の混合量に応じて、スラリー状、塊状、湿潤粉等の形態を取り得るが、本発明においては、上記形態の何れの形態でも使用することができる。

上記液体は、セメント品質に悪影響を与えないものであれば特に制限なく使用できる。セメント品質への影響度、経済性等を勘案すると、水が好適に使用できる。

本発明において、石炭灰は、加圧成形して成形体とすることによっても重質化することが可能である。例えば、圧縮成形機によりペレット状に成形する方法、ロール式圧縮機により板状に圧縮されたものを破砕し成形体を得る方法等が挙げられる。成形に際し、石炭灰に前記液体を成形可能な範囲で混合することは、加圧成形性を向上することができ好ましい。

本発明において、石炭灰の投入方法は、特に制限されない。一般は、クーラー上部に投入口を設け、投入量を計量機で制御しながら投入する方法が採用される。

この場合、前記重質化された石炭灰は、安定して、確実にクーラー内に投入することができる。また、石炭灰の投入は、クーラー投入口にシュートを設けて行なうことが一般的であるが、その際、投入口を二重ダンパーとし、石炭灰投入時にクーラー内部と外気とが投入口において直接連通しないようにすることが好ましい。

本発明において、石炭灰の投入量は、セメントクリンカー成分１００重量部に対して６０重量部、より好適には５０重量部以下に調整することが望ましい。特に好ましい投入量は１〜４５重量部である。６０重量部を超えると、未燃カーボンの燃焼除去が不十分となる恐れがある。

本発明の方法により、石炭灰に含まれる未燃カーボン量は、石炭灰の２重量％以下にまで低減される。

本発明において、クーラーより取り出されたセメントクリンカーと未燃カーボン除去後の石炭灰との混合物は、必要に応じて適量の石膏を添加し、粉砕機によって所望の粒度まで共粉砕される。上記粉砕の程度は、ブレーン値で２５００〜６０００ｃｍ^２／ｇ程度、特に２７００〜５０００ｃｍ^２／ｇ程度が一般的である。

尚、石膏を添加する場合に、セメントクリンカーと石炭灰との混合物を共粉砕し、これに別途粉砕した石膏と混合し、セメントとすることもできるし、共粉砕後、粉砕物に石膏を添加して、さらに粉砕することもできる。

本発明において、セメントクリンカーは、一般にセメントに使用されるものであれば、特に制限なく使用できる。好適な例として、ＪＩＳＲ５２１０に規定されている各種ポルトランドセメントを製造するために用いられる各種セメントクリンカーが挙げられる。

本発明において、該石膏は、一般にセメントに使用されるものであれば、特に制限なく使用できる。

本発明においては、セメントクリンカー、未燃カーボン除去後の石炭灰に加えて、セメント製造用石灰石、高炉スラグ、シリカ質混合材等の公知のセメント用混合材を添加してもよい。セメント用混合材を添加後、所望の粒度まで共粉砕することもできるし、別途粉砕したセメント用混合材を添加してもよい。

本発明の実施に好適に使用される装置の概略図を図１に示す。図１において、バーナーを備えた焼成炉より取り出されたセメントクリンカーは、クーラー内を図面右方向へ移動しながら、冷却空気によって冷却され、端部より取り出される。上記セメントクリンカーの移動は、公知の移動装置、例えば、振動コンベアーによって行われる。

一方、石炭灰は、上記クーラーのフード上面に設けられた投入口より、その内部を移動するセメントクリンカー表面へ投入される。投入された石炭灰に含有される未燃カーボンは、セメントクリンカーの有する熱により燃焼除去される。セメントクリンカーと未燃カーボン除去後の石炭灰との混合物は、石膏添加後、粉砕機に供給されて共粉砕される。上記粉砕機は、ボールミル、縦型ミル等の公知の粉砕機が使用される。該粉砕機で共粉砕されたセメントクリンカー、未燃カーボン除去後の石炭灰及び石膏は、セメントとして取り出される。

液体との混合や加圧による成形等による重質化処理の後に石炭灰を投入する場合も同様に、上記投入口よりセメントクリンカー表面へ投入される。

以下、実施例により本発明の構成および効果を説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。

実施例１〜３
図１に記載の装置を用いて、以下のような条件でセメントを製造した。

焼成炉１より取り出され、クーラー３内部を図面右方向に移動するセメントクリンカー１０の温度が表１に示す温度である領域に、未燃カーボン量が７．２重量％（強熱減量７．５重量％）の石炭灰５を、セメントクリンカー１００重量部に対し５．６重量部となるように、クーラー３のフード上面の投入口４より投入した。

尚、石炭灰の投入に際し、石炭灰１００重量部に対して１５重量部の水を混合して塊状に造粒してから投入した。

次いで、クーラー３より取り出されたセメントクリンカー１０と石炭灰５との混合物１００重量部に対し、石膏８を３．７重量部添加し、ボールミルよりなる粉砕機９に供給し、ブレーン値３３００±５０ｃｍ^２／ｇに粉砕してセメント１１を得た。

得られたセメント１１について、ＪＩＳＲ５２０２により強熱減量を測定した。また、ＪＡＳＳ１５Ｍ−１０３に準拠し、水セメント比４８％のセメントペーストのフロー値を測定した。表１にその結果を示す。

比較例１
実施例１〜３で使用した石炭灰５を、クーラー３へ投入せず、比較例１における石膏８と同時に添加し、ブレーン値３３００±５０ｃｍ^２／ｇに粉砕してセメント１１を得た。得られたセメントについて、実施例１〜３と同様の評価を行った。結果を表１に示す。

参考例
未燃カーボン量が０．２２重量％（強熱減量０．４２重量％）の石炭灰を、比較例１における石膏８と同時に添加し、ブレーン値３３００±５０ｃｍ^２／ｇに粉砕してセメント１１を得た。得られたセメントについて、実施例１と同様の評価を行った。結果を表１に示す。

表１に示すように、本発明で製造されたセメントは、石炭灰をクーラーへ投入せずセメントクリンカーと共粉砕し製造した場合に比べて強熱減量が減少するとともに、フロー値が増加、すなわち流動性が向上している。また、参考例に示した未燃カーボン含有量が極めて少ない石炭灰を使用したセメントと同様の強熱減量、フロー値を示していることから、石炭灰に含まれている未燃カーボンの影響を受けないセメントを提供することができることがわかる。

本発明の方法において好適に使用される装置の一例を示す概略図

符号の説明

１焼成炉
２バーナー
３クーラー
４投入口
５石炭灰
６冷却空気
７排ガスダクト
８石膏
９粉砕機
１０セメントクリンカー
１１セメント

Claims

セメント原料を焼成炉で焼成し、セメントクリンカーを生成せしめ、該セメントクリンカーをクーラーにて冷却した後、粉砕する工程を含むセメントの製造方法において、上記クーラー内のセメントクリンカー上に石炭灰を投入し、該石炭灰に含有される未燃カーボンを燃焼除去せしめ、次いで、該セメントクリンカーと共に粉砕することを特徴とするセメントの製造方法。
石炭灰を液体と混合後、セメントクリンカーの上に投入する請求項１記載のセメントの製造方法。
加圧により成形された石炭灰をセメントクリンカーの上に投入する請求項１記載のセメントの製造方法。