JP2006160569A

JP2006160569A - セメントの製造方法

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Publication number: JP2006160569A
Application number: JP2004355354A
Authority: JP
Inventors: Naoyuki Shimoda; 直之下田; Hisanobu Tanaka; 久順田中
Original assignee: Mitsubishi Materials Corp
Current assignee: Mitsubishi Materials Corp
Priority date: 2004-12-08
Filing date: 2004-12-08
Publication date: 2006-06-22
Anticipated expiration: 2024-12-08
Also published as: JP4483558B2

Abstract

【課題】廃棄粉末消火薬剤を、セメント焼成工程に投入して、時間やコストを最小限に抑えて処理しつつセメントを製造する方法を提供することを目的とする。
【解決手段】セメント原料（ｃ）をプレヒータ（１）内においてロータリーキルン（４）から送気される高温ガス（ｇ）により予熱した後、上記ロータリーキルン（４）内において、高温ガス（ｇ）により焼成してセメントクリンカーを製造するに際し、熱分解によってアンモニアガスを発生する粒径１８０μｍ以下の廃棄粉末消火薬剤を、６００℃〜１２００℃の上記高温ガス（ｇ）中に、特には、当該ロータリーキルンより前段に設けられた仮焼炉内における前記高温ガス中又は前記ロータリーキルンの窯尻部内であって、窯尻ハウジングに設けられたセメント原料供給口３３より上方の前記高温ガス中へ投入することを特徴とするセメントの製造方法とした。
【選択図】図１

Description

本発明は、セメント原料を高温ガスにより予熱し、燃焼することによりセメントクリンカーを製造するセメント焼成工程に、廃棄粉末消火薬剤を投入して処理するセメントの製造方法に関するものである。

従前より、粉末消火薬剤は、定期的に点検して、新しいものに詰め替えられ、又は消化器に不備が生じた場合に、消化器とともに回収されており、これにより不要になった粉末消火薬剤は、産業廃棄物として処理されている。
しかしながら、近年においては、環境問題が重要視されるようになるにつれ、この産業廃棄物として蓄積される粉末消火薬剤の処理方法が問題となってきている。

このような中、特許文献１に示されるように、粉末消火薬剤を肥料化する方法が検討されている。当文献に記載の方法によれば、粉末消火薬剤は、粉砕処理をして、濡れ性を向上させる親水化処理を施すことにより肥料として使用することができる。
ところが、この粉末消火薬剤の親水化処理には、時間やコストがかかるといった問題がある。

特開２００３−１７１６６５号公報

そこで、本発明は、不要になった粉末消火薬剤（以下、「廃棄粉末消火薬剤」とする。）を、セメント焼成工程に投入して、時間やコストを最小限に抑えて処理しつつセメントを製造する方法を提供することを目的とする。

上記請求項１に記載の発明は、セメント原料をプレヒータ内においてロータリーキルンから送気される高温ガスにより予熱した後、上記ロータリーキルン内において、上記高温ガスにより焼成してセメントクリンカーを製造するに際し、熱分解によってアンモニアガスを発生する粒径１８０μｍ以下の廃棄粉末消火薬剤を、６００℃〜１２００℃の上記高温ガス中に投入することを特徴とするセメントの製造方法である。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のセメントの製造方法において、前記廃棄粉末消火薬剤を、当該ロータリーキルンより前段に設けられた仮焼炉内における前記高温ガス中又は前記ロータリーキルンの窯尻部内であって、窯尻ハウジングに設けられた前記セメント原料の供給口より上方の前記高温ガス中へ投入する。

上記請求項３に記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載のセメントの製造方法において、前記廃棄粉末消火薬剤が、少なくとも硫酸アンモニウム及びリン酸アンモニウムのいずれか一方を含有する。

上記請求項１に記載の発明によれば、粒径１８０μｍ以下の廃棄粉末消火薬剤を、セメント焼成工程における６００℃〜１２００℃の高温ガス中に投入すると、粒径の小さな廃棄粉末消火薬剤は、効率的に高温ガス中に分散されて早期に熱分解する。この結果、当該廃棄粉末消火薬剤を、セメントの製造と併行して、時間やコストを最小限に抑えて無害化処理することができる。
この際に、破棄粉末消火薬剤が、熱分解によってアンモニアガスを発生させるため、セメント焼成工程において発生するＮＯｘを還元して、外部へ放出するＮＯｘ濃度を低減させるという効果も得られる。

上記請求項２に記載の発明によれば、粒径１８０μｍ以下の破棄粉末消火薬剤を、仮焼炉内における高温ガス中又は窯尻部内であって、窯尻ハウジングに設けられたセメント原料の供給口より上方の高温ガス中に投入するため、吹き上がる高温ガス中に分散させて、安定的かつ効率的に処理することができる。これにより、廃棄粉末消火薬剤が、製造されるセメントクリンカー中に混入して、セメントの品質に悪影響を及ぼすことなく、セメントの品質を維持することができる。

従って、請求項１又は２に記載の発明は、特に請求項３に記載のように、少なくとも硫酸アンモニウム及びリン酸アンモニウムのいずれか一方を含有する粉末消火薬剤の処理に用いるのに好適である。

以下、本発明に係るセメントの製造方法について説明する。

まず、本発明のセメント製造方法に用いる装置について、図１を用いて説明する。
この装置は、図１に示すように、セメント原料を予熱するプレヒータ１、予熱されたセメント原料を仮焼成する仮焼炉２、さらにセメント原料を燃焼分解してセメントクリンカーにするロータリーキルン４、及びセメントクリンカーを冷却するクリンカークーラ６から概略構成されている。

このプレヒータ１には、４槽のサイクロン（１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ）が設けられており、初段のサイクロン１ａを最上部に配置して、図中左側に２槽のサイクロン（１ａ、１ｃ）が、図中右側に２槽のサイクロン（１ｂ、１ｄ）が、垂直方向に交互に配置されている。

この交互に配置されたサイクロン（１ａ〜１ｄ）の間には、前段のサイクロンの下部中央部から後段のサイクロンの側面に、セメント原料を供給するセメント原料供給管１１が設けられている。また、後段のサイクロンの上部中央部から前段のサイクロンの側面に、ロータリーキルンから供給される高温ガスを供給する排気管１２が設けられている。

また、初段のサイクロン１ａには、その上部中央部にロータリーキルンから送気されてきたプレヒータ内の高温ガスを外界へ開放する排気管１２が設けられており、その側面に開口弁１３を備えたセメント原料供給管１１が接続されている。

さらに、最終段のサイクロン１ｄの前段には、仮焼炉２が接続されており、この仮焼炉２には、石炭投入口２１と、薬剤添加口Ａ１とが設けられている。この薬剤添加口Ａ１が設けられた仮焼炉２の底部には、窯尻ハウジング３２からの高温ガスの導入管が接続されている。

一方、最終段のサイクロン１ｄの下部は、ロータリーキルン４へとセメント原料を供給するための立ち上がり管３１に接続されており、この立ち上がり管３１は、窯尻ハウジング３２とともにロータリーキルン４の窯尻部３を構成している。

この窯尻部３を構成する窯尻ハウジング３２内であって、そのセメント原料供給口３３より上部に、薬剤添加口Ａ２が設けられている。なお、立ち上がり管３１の当該供給口３３より上部に、薬剤添加口Ａ２が設けられてもよい。

さらに、窯尻ハウジング３２は、ロータリーキルン４の他端に設けられた窯前ハウジング５とともに、ロータリーキルン４を回転自在に保持している。また、窯前ハウジング５には、燃焼バーナ４１が設けられている。

この窯前ハウジング５の下方には、クリンカークーラ６が連続して設けられている。
このクリンカークーラ６のロータリーキルン４と対向する端面には、送風機６１が設けられており、その底面には排出口６２が設けられている。

次に、本発明に係るセメントの製造方法の一実施形態について、上述した製造装置を用いて説明する。なお、図１における実線の矢印は、セメント原料（セメントキルン）ｃの流れを示し、波線の矢印は、高温ガスｇの流れを意味する。

図１において、まずセメント原料ｃを、開口弁１３を開いてセメント原料供給管１１から投入する。すると、セメント原料ｃは、サイクロン１ａに供給されて、サイクロン１ｂから上昇してきた排気管１２内の高温ガスに同伴して、回転しつつ加熱される。ここで高温ガスｇ（約３００℃）は、サイクロン１ａの上部中央部に接続された排気管１２から排出される。

次いで、セメント原料ｃは、サイクロン１ａの内壁に沿って降下し、さらにセメント原料供給管１１から、サイクロン１ｂへと供給される。
同様に、順次サイクロン１ｂ内において高温ガスｇ（約５００℃）、サイクロン１ｃ内において高温ガス（約６００℃）に同伴して加熱されつつ、降下する。

すると、仮焼炉２へと供給されて、石炭投入口２１から供給される石炭燃料の燃焼により、焼成された後、窯尻ハウジング３２から上昇してくる高温ガスｇにより吹き上げられて、セメント原料供給管１１によりサイクロン１ｄへと供給される。

ここで、上昇する高温ガスｇ中に、廃棄粉末消火薬剤を薬剤添加口Ａ１から下方へ向けて投入する。この廃棄粉末消火薬剤としては、平均粒径が１８０μｍ以下であり、リン酸アンモニウムと重炭酸ナトリウムとが重量比で１：０．８〜１．２となる混合物を用いる。なお、リン酸アンモニウムは、製造されるセメントにリンが混入して、悪影響を及ぼすと解されているが、最終製品のセメントに対しリン成分が１％未満となるように混入させた場合には、セメントの品質に問題はない。

この高温ガスｇ中に投入された廃棄粉末消火薬剤は、粒径が１８０μｍ以下と小さいために、効率的に高温ガスｇ中に分散されて、熱分解してアンモニアガスを発生する。
このアンモニアガスは、仮焼炉２内に導入された高温ガス中のＮＯｘや、石炭投入口２１から供給された石炭の燃焼により発生したＮＯｘ等を、下記反応式に示すように窒素と水とに分解して、外部へ放出するため、ＮＯｘの排出を低減させる。
ＮＯ₂＋ＮＯ＋２ＮＨ₃→２Ｎ₂＋３Ｈ₂Ｏ

次いでサイクロン１ｄへと投入されたセメント原料ｃは、サイクロン１ｄから立ち上がり管３１を降下して、窯尻ハウジング３２へと供給される。

さらに、前述と同様の廃棄粉末消火薬剤を、上記窯尻ハウジング３２内の薬剤投入口Ａ２から下方へ向けて、ロータリーキルン４から吹き上がる高温ガスｇ（約１１００℃）中に投入する。すると、前述と同様にして、廃棄粉末消火薬剤の粒径が１８０μｍ以下と小さいために、効率的に高温ガスｇ中に分散されて、燃焼バーナ４１から供給される酸素と窒素との燃焼により発生したＮＯｘを分解する。

次に、一部セメントクリンカーが混合したセメント原料ｃは、ロータリーキルン４内へ供給されて、回転するロータリーキルン４内でセメントクリンカーｃになる。

次いで、セメントクリンカーｃは、クリンカークーラ６へ供給されて、クリンカークーラ６内において送風機６１により、冷却される。その後、排出口６２から排出されて、次の製造工程である仕上げ工程へと供給される。

他方、高温のセメントクリンカーｃを冷却することによって昇温した空気は、ロータリーキルン４内に供給される。この空気は、ロータリーキルン４内において、上記燃焼バーナ４１の燃焼により、さらに高温ガスとなって、仮焼炉２やプレヒータ１へと上昇する。

前述の実施形態によれば、廃棄粉末消火薬剤は、仮焼炉２内の高温ガス中に投入することにより、熱分解される。また、石炭投入口２１から供給される石炭燃料の燃焼により発生するＮＯｘを還元して、即時に低減することができる。さらに、当該箇所において吹き上がる約１０００℃の高温ガスに対して、下方に向けて供給するため、高温ガス中に分散されて、安定的かつ効率的に処理される。

また、同様にして、窯尻ハウジング３２内の高温ガス中に投入することにより熱分解される。また、窯尻ハウジング３２内のセメント原料供給口３３より上方の高温ガス中に投入することにより、燃焼バーナ４１から供給される酸素と、窒素との燃焼により発生したＮＯｘを即時に低減することができる。さらに、当該箇所において吹き上がる約１１００℃の高温ガスに対して、下方に向けて供給するため、分散されて、安定的かつ効率的に処理される。これにより製造されるセメントの品質を維持することができる。

また、廃棄粉末消火薬剤として、平均粒径１８０μｍ以下の薬剤を用いるため、効率的に高温ガス中に分散されて早期に熱分解される。また、重量比で１：０．８〜１．２のリン酸アンモニウムと重炭酸ナトリウムとからなる混合物を用いることにより、リン酸アンモニウムが、重炭酸ナトリウムとの混合物として投入されるため、製造されるセメント中においても分散される。このため、リンの影響を低減させることができ、セメントの品質を維持することができる。

なお、本発明は上述の実施形態により何ら限定されるものではない。例えば、廃棄粉末消火薬剤として、リン酸アンモニウム及び重炭酸ナトリウムを用いたが、硫酸アンモニウムその他の熱分解によりアンモニアガスを発生する粒径１８０μｍ以下のものであれば用いることができる。

また、薬剤添加口（Ａ１、Ａ２）を、仮焼炉２内及び窯尻ハウジング３２内であって、そのセメント原料供給口３３より上部に設けたが、いずれか一方に設けてもよい。

上述の製造装置を用いて、セメント原料１ｔに対し、上記実施形態で用いた廃棄粉末消火薬剤を０ｋｇ、２ｋｇ、５ｋｇ、７ｋｇ又は１０ｋｇ添加して、処理しつつ、セメントクリンカーを製造した。この際、排気管１２から外部へと放出されるＮＯｘの濃度と、廃棄粉末消火薬剤を添加しなかった場合（廃棄粉末消火薬剤０ｋｇ）と比較したＮＯｘ濃度の低減率とを表１示した。

次いで、仕上げ工程において、クリンカーと適量のせっこうとを混合粉砕して、セメントを製造した。これにより得られた各々のセメントのＣａＯ割合（質量％）を表１に示した。また、各々のセメントの凝結開始時間及び凝結集結時間と、凝結させた後、３日間放置させたときの圧縮強さ及び２８日間放置させたときの圧縮強さとを、ＪＩＳＲ５２０１に準拠して測定し、表１に示した。

表１からわかるように、セメントクリンカー１ｔに対し、廃棄粉末消火薬剤を１０ｋｇ以上添加しても処理できることがわかる。また、廃棄粉末消火薬剤の添加量が増加すると、ＮＯｘの外部への放出量が低減されることもわかる。

さらにまた、廃棄粉末消火薬剤を添加しても、また添加量を増減させても、セメントの凝結開始時間及び集結時間に大きな変化はなく、凝結後３日間放置した場合及び２８日間放置した場合の圧縮強さにおいても大きな変化がないことがわかる。これにより、廃棄粉末消火薬剤を添加しても、製造されるセメントクリンカー中に混入して、セメントの品質に悪影響を及ぼすことなく、セメントの品質を維持できることがわかる。

本発明のセメント製造方法に用いることができる製造装置の一実施形態を示した断面模式図である。

符号の説明

Ａ１、Ａ２・・・薬剤添加口
ｃ・・・セメントクリンカー（セメント原料）
ｇ・・・高温ガス（排気）
１・・・プレヒータ
１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ・・・サイクロン
２・・・仮焼炉
３・・・窯尻部
４・・・ロータリーキルン
５・・・窯前ハウジング
６・・・クリンカークーラ
１１・・・原料供給管
１２・・・排気管
２１・・・石炭投入口
３１・・・立ち上げ管
３２・・・窯尻ハウジング
３３・・・セメント原料供給口
４１・・・燃焼バーナ
６１・・・送風機
６２・・・排出口

Claims

セメント原料をプレヒータ内においてロータリーキルンから送気される高温ガスにより予熱した後、上記ロータリーキルン内において、上記高温ガスにより焼成してセメントクリンカーを製造するに際し、熱分解によってアンモニアガスを発生する粒径１８０μｍ以下の廃棄粉末消火薬剤を、６００℃〜１２００℃の上記高温ガス中に投入することを特徴とするセメントの製造方法。
前記廃棄粉末消火薬剤を、当該ロータリーキルンより前段に設けられた仮焼炉内における前記高温ガス中、又は前記ロータリーキルンの窯尻部内であって、窯尻ハウジングに設けられたセメント原料の供給口より上方の前記高温ガス中へ投入することを特徴とする請求項１に記載のセメントの製造方法。
前記廃棄粉末消火薬剤は、少なくとも硫酸アンモニウム及びリン酸アンモニウムのいずれか一方を含有することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のセメントの製造方法。