JP2009040645A - Low hydration heat cement composition and its manufacturing process - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、水和熱を低減したセメント組成物に関する。 The present invention relates to a cement composition with reduced heat of hydration.
普通ポルトランドセメントの水和熱は、コンクリート構造物の耐久性の面から、平成2年に建設省より規定値が出され(材齢7日:84cal/g以下、材齢28日:96cal/g以下)、その後、国土交通省の土木工事仕様書では、材齢7日は350J/g以下、材齢28日は400J/g以下と規定されている。しかしながら、近年ではコンクリートの高強度化、高流動化の要望があり、コンクリートの配・調合条件として、単位コンクリートあたりのセメントの使用量が増加傾向にある。そのため、上記規定値を満足していても、単位セメント量によっては、セメントの水和によるコンクリート構造体内部での温度上昇量が増加し、膨張ひびわれが生じて耐久性が低下するという問題があった。
The heat of hydration of ordinary Portland cement was determined by the Ministry of Construction in 1990 from the aspect of durability of concrete structures (
その一方で、セメント製造においては、社会的貢献を目的に、廃棄物処理量の拡大が推進され、特に石炭灰、建設発生土等のAlを多く含む廃棄物をクリンカー原料として処理する量が増加してきた。このため、普通ポルトランドセメントクリンカーの組成としては、Al含有量を増加させる必要性が生じ、結果として水和発熱量の多いAlを含むクリンカー鉱物量が若干増加傾向にある。 On the other hand, in cement production, the amount of waste treatment has been expanded for the purpose of social contribution, and in particular, the amount of waste containing a lot of Al, such as coal ash and construction generated soil, has been increased as a clinker material. I have done it. For this reason, as a composition of ordinary Portland cement clinker, it is necessary to increase the Al content, and as a result, the amount of clinker mineral containing Al having a large amount of hydration heat tends to increase slightly.
セメントの水和熱を低減する方法としては、中庸熱ポルトランドセメントクリンカーあるいは低熱ポルトランドセメントクリンカーのように主要鉱物組成を制御する方法(例えば、C2S量を増加)や、セメントに混合材(例えば、高炉スラグ、フライアッシュやポゾラン)を添加する方法もあるが、いずれの方法も初期強度の発現性が遅れることに問題があった(特許文献1及び非特許文献1)。 As a method for reducing the heat of hydration of cement, a method of controlling the main mineral composition (for example, increasing the amount of C 2 S) such as moderately hot Portland cement clinker or low heat Portland cement clinker, , Blast furnace slag, fly ash, and pozzolana) may be added, but each method has a problem that the initial strength is delayed (Patent Document 1 and Non-Patent Document 1).
以上のように、普通ポルトランドセメントのような「汎用セメント」において、基本的なキャラクター(主要化学組成、鉱物組成、粉末度、石膏形態・添加量等)を変えずに、水和熱を低減させる材料設計が望まれているが、従来技術ではそのような材料を得ることは困難だった。
本発明の課題は、普通ポルトランドセメントのような「汎用セメント」の凝結硬化特性等の基本物性を損なうことなく、中長期的(材齢でいえば7日及び/又は28日)に水和熱を低減することのできるセメント組成物及びその製造方法を提供することにある。 The problem of the present invention is that the heat of hydration can be achieved over the medium to long term (7 days and / or 28 days in terms of material age) without impairing the basic physical properties such as setting and hardening properties of “general purpose cement” such as ordinary Portland cement. An object of the present invention is to provide a cement composition and a method for producing the same.
本発明者らは、上記の課題を解決すべく鋭意検討した結果、普通ポルトランドセメントのような「汎用セメント」の基本物性(凝結硬化特性)を損なうことなく、中長期的(材齢でいえば7日及び/又は28日)に水和熱を低減するためには、Se含有量を所定の値以下とすることが効果的であることを見出し、本発明に至った。 As a result of intensive studies to solve the above-mentioned problems, the present inventors have found that medium- and long-term (in terms of material age) without impairing the basic physical properties (condensation hardening characteristics) of “general-purpose cement” such as ordinary Portland cement. In order to reduce the heat of hydration on the 7th and / or the 28th), it has been found that it is effective to make the Se content not more than a predetermined value, and the present invention has been achieved.
すなわち、本発明のセメント組成物は、Se含有量が0.8mg/kg以下である低水和熱セメント組成物である。 That is, the cement composition of the present invention is a low-hydration thermal cement composition having an Se content of 0.8 mg / kg or less.
本発明の低水和熱セメント組成物は、ポルトランドセメントクリンカーを含み、ポルトランドセメントクリンカーのSO3量が0.2〜1.7質量%であることが好ましい。 The low-hydration thermal cement composition of the present invention preferably contains Portland cement clinker, and the amount of SO 3 in the Portland cement clinker is preferably 0.2 to 1.7% by mass.
また、本発明の低水和熱セメント組成物は、ポルトランドセメントクリンカーと石膏とを含み、低水和熱セメント組成物中の含有鉱物量は、C3S量が50〜65質量%、C3A量が8〜11質量%であることが好ましい。 The low-hydration thermal cement composition of the present invention contains Portland cement clinker and gypsum, and the amount of mineral contained in the low-hydration thermal cement composition is 50 to 65% by mass of C 3 S, C 3 It is preferable that A amount is 8-11 mass%.
また、Se含有量を0.8mg/kg以下に低減した本発明の低水和熱セメント組成物の水和熱は、材齢7日で330J/g以下及び/又は材齢28日で390J/g以下である。 In addition, the heat of hydration of the low-hydration heat cement composition of the present invention with the Se content reduced to 0.8 mg / kg or less is 330 J / g or less at 7 days of age and / or 390 J / 28 at 28 days of age. g or less.
さらに、セメントクリンカー中のSe含有量を0.8mg/kg以下に低減するためには、サスペンションプレヒーター部を備えたセメント焼成装置において、サスペンションプレヒーター部からロータリーキルン入口フッド部までにおけるセメントキルンからのセレン含有排ガスの少なくとも一部を抽気して行うことを含む、低水和熱セメント組成物の製造方法を用いることができる。好ましくは、このときに抽気される排ガスの温度は、300〜1300℃である。また、好ましくは、排ガスの抽気率は、0.05〜10体積%である。 Further, in order to reduce the Se content in the cement clinker to 0.8 mg / kg or less, in the cement firing apparatus including the suspension preheater part, the cement kiln from the suspension preheater part to the rotary kiln inlet hood part is used. A method for producing a low-hydration thermal cement composition, which includes performing extraction by extracting at least a part of the selenium-containing exhaust gas, can be used. Preferably, the temperature of the exhaust gas extracted at this time is 300 to 1300 ° C. Preferably, the extraction rate of the exhaust gas is 0.05 to 10% by volume.
本発明の低水和熱セメント組成物は、Se含有量が0.8mg/kg以下とすることによって、水和熱を材齢7日で330J/g以下、材齢28日で390J/g以下に低減することができる。 The low hydration heat cement composition of the present invention has a Se content of 0.8 mg / kg or less, so that the heat of hydration is 330 J / g or less at a material age of 7 days and 390 J / g or less at a material age of 28 days. Can be reduced.
以下、本発明について詳細に説明する。 Hereinafter, the present invention will be described in detail.
本発明のセメント組成物は、ポルトランドセメントクリンカーと石膏とを含む低水和熱セメント組成物であって、Se含有量が0.8mg/kg以下である低水和熱セメント組成物である。低水和熱であることをより確実にするために、好ましくは、Se含有量は0.7mg/kg以下である。 The cement composition of the present invention is a low-hydration thermal cement composition containing Portland cement clinker and gypsum, and having a Se content of 0.8 mg / kg or less. In order to ensure that the heat of hydration is low, the Se content is preferably 0.7 mg / kg or less.
セメント組成物中のSe含有量が0.8mg/kg以下の領域を超えると水和熱が急激に増大し、コンクリートとして使用した場合に、構造体の内部温度の上昇が増加し、ひび割れ等の原因となり耐久性を著しく低下させる。そのため、本発明の効果を奏するためには、Se含有量が上記の範囲であることが必要である。 When the Se content in the cement composition exceeds the range of 0.8 mg / kg or less, the heat of hydration increases rapidly, and when used as concrete, the rise in the internal temperature of the structure increases, and cracks, etc. Causes the durability to decrease significantly. Therefore, in order to achieve the effect of the present invention, the Se content needs to be in the above range.
本発明の低水和熱セメント組成物は、セメントクリンカーに石膏を添加しボールミルなどで粉砕して得ることができる。本発明の低水和熱セメント組成物中の含有鉱物量は、C3Sが50〜65質量%、好ましくは50〜60質量%、C3Aが8〜11質量%であることが好ましい。C3SとC3Aがこの範囲を下回る領域ではSe含有量低減による水和熱の低減効果がほとんどみられず、逆にこの範囲を超えるとSe含有量を低減しても十分に水和熱の発生を低減することが出来なくなる。 The low-hydration thermal cement composition of the present invention can be obtained by adding gypsum to a cement clinker and grinding it with a ball mill or the like. As for the amount of minerals contained in the low-hydration thermal cement composition of the present invention, C 3 S is 50 to 65% by mass, preferably 50 to 60% by mass, and C 3 A is preferably 8 to 11% by mass. In the region where C 3 S and C 3 A are below this range, the effect of reducing the heat of hydration due to the reduction of Se content is hardly observed. Conversely, if this range is exceeded, sufficient hydration is achieved even if the Se content is reduced. Heat generation cannot be reduced.
なお、特に限定されるものではないが、本発明の低水和熱セメント組成物中の含有鉱物量は、好ましくはC2Sが10〜20質量%、C4AFが8〜12質量%、SO3が1.7〜2.3質量%、R2O量が0.20〜0.60質量%、好ましくは0.30〜0.55質量%、Cl量が0.005〜0.030質量%、好ましくは0.010〜0.020質量%、セメント組成物中の石膏の半水化率が30〜95%、好ましくは40〜90%、粉末度はブレーン比表面積が2800〜3700cm2/g、好ましくは3100〜3500cm2/gである。 Although not particularly limited, the amount of mineral contained in the low-hydration thermal cement composition of the present invention is preferably 10 to 20% by mass of C 2 S, 8 to 12% by mass of C 4 AF, SO 3 is 1.7 to 2.3 mass%, R 2 O content is 0.20 to 0.60% by weight, preferably from 0.30 to 0.55 wt%, Cl amount 0.005 to 0.030 % By mass, preferably 0.010 to 0.020% by mass, 30% to 95%, preferably 40% to 90%, and the fineness of gypsum in the cement composition is 2800 to 3700 cm 2 / g, preferably 3100~3500cm 2 / g.
ここで、セメント中のCaO、SiO2、Al2O3及びFe2O3の含有量(質量%)はJIS R 5202:1999「ポルトランドセメントの化学分析方法」に準じて測定される。また、C3S量、C2S量、C3A量及びC4AF量は、下記のボーグ式(1)、(2)、(3)及び(4)によって算出された値である。 Here, the content (mass%) of CaO, SiO 2 , Al 2 O 3 and Fe 2 O 3 in the cement is measured according to JIS R 5202: 1999 “Chemical analysis method of Portland cement”. Further, the C 3 S amount, the C 2 S amount, the C 3 A amount, and the C 4 AF amount are values calculated by the following Borg formulas (1), (2), (3), and (4).
C3S量(質量%)=4.07×CaO量(質量%)−7.60×SiO2量(質量%)−6.72×Al2O3量(質量%)−1.43×Fe2O3量(質量%)−2.85×SO3量(質量%) ・・・(1)
C2S量(質量%)=2.87×SiO2量(質量%)−0.754×C3S量(質量%) ・・・(2)
C3A量(質量%)=2.65×Al2O3(質量%)−1.69×Fe2O3(質量%) ・・・(3)
C4AF量(質量%)=3.04×Fe2O3(質量%) ・・・(4)
C 3 S amount (% by mass) = 4.07 × CaO amount (% by mass) −7.60 × SiO 2 amount (% by mass) −6.72 × Al 2 O 3 amount (% by mass) −1.43 × Fe 2 O 3 amount (% by mass) -2.85 × SO 3 amount (% by mass) (1)
C 2 S amount (% by mass) = 2.87 × SiO 2 amount (% by mass) −0.754 × C 3 S amount (% by mass) (2)
C 3 A amount (mass%) = 2.65 × Al 2 O 3 (mass%) − 1.69 × Fe 2 O 3 (mass%) (3)
C 4 AF amount (mass%) = 3.04 × Fe 2 O 3 (mass%) (4)
なお、本発明のセメント組成物の製造のために使用するポルトランドセメントクリンカーのSO3量は、0.2〜1.7質量%であることが好ましく、さらに好ましくは0.4〜1.5質量%、特に好ましくは0.6〜1.4質量%である。 Incidentally, SO 3 amount of Portland cement clinker used for the preparation of the cement composition of the present invention is preferably from 0.2 to 1.7 wt%, more preferably 0.4 to 1.5 mass %, Particularly preferably 0.6 to 1.4% by mass.
なお、Se含有量低減による水和熱の低減という作用機構は明確ではないが、非限定的な仮説として以下が考えられる。Se含有量とポルトランドセメントクリンカーのSO3含有量との関係は特定のSe含有量(0.8mg/kg)の前後で異なり、これに伴って水和熱も異なる傾向にある。ポルトランドセメントクリンカー中のSe含有量が多くなり過ぎると、図2に示すようにポルトランドセメントクリンカー中のSO3含有量とSe含有量との相関関係が崩れ、又は両者の相互関係がなくなる領域では、クリンカー鉱物(C3S、C2S、C3A、C4AF)や水溶性化合物(例えば、硫酸アルカリ)等の生成量や水和活性が変化するためと考えられる。 In addition, although the action mechanism of the reduction of heat of hydration by Se content reduction is not clear, the following can be considered as a non-limiting hypothesis. The relationship between the Se content and the SO 3 content of the Portland cement clinker is different before and after the specific Se content (0.8 mg / kg), and the heat of hydration tends to be different accordingly. In the region where the Se content in the Portland cement clinker is excessively increased, the correlation between the SO 3 content and the Se content in the Portland cement clinker is disrupted as shown in FIG. This is thought to be because the production amount and hydration activity of clinker minerals (C 3 S, C 2 S, C 3 A, C 4 AF), water-soluble compounds (for example, alkali sulfate) and the like change.
≪セメントクリンカー製造方法≫
このようなセメント組成物の製造方法は以下の通りである。
≪Cement clinker manufacturing method≫
The manufacturing method of such a cement composition is as follows.
セメントクリンカーは、(1)クリンカー原料の調合工程においてSe含有量の多い廃棄物の使用量を所定量以下に制御する方法、あるいは(2)抽気バイパス設備を用いて、高濃度のSeを含む高温ガスを抽気する方法いずれかによってSe量を所定量以下に制御するが、(2)の方法がより好ましい。 The cement clinker is either (1) a method of controlling the amount of waste containing a large amount of Se in the clinker raw material preparation step, or (2) a high temperature containing a high concentration of Se using an extraction bypass facility. The amount of Se is controlled to be equal to or less than a predetermined amount by any method of extracting gas, but the method (2) is more preferable.
Se含有量の多い廃棄物の使用量を所定量以下に制御する(1)の方法は、抽気バイパス設備を備えていないセメント焼成装置を使用する場合、あるいは抽気バイパス設備の抽気能力が小さい場合に有用であり、Se含有量が5.0mg/kg以上の廃棄物の合量が原単位で140kg/t−cl’以下としてSe含有量を0.2〜0.8mg/kg以下、好ましくは0.2〜0.7mg/kg以下として製造することで同様の効果を得ることも可能である。ここで、「kg/t−cl’」とは、クリンカーを1t製造するために必要な原料のことである。なお、Se含有量が5.0mg/kg以上の廃棄物としては、石炭灰、転炉滓、銅からみなどがあげられる。特に、石炭灰の原単位を低減することが効果的である。 The method (1) for controlling the amount of waste containing a large amount of Se to a predetermined amount or less is used when using a cement firing device not equipped with an extraction bypass facility or when the extraction capability of the extraction bypass facility is small. It is useful, and the total amount of waste having an Se content of 5.0 mg / kg or more is 140 kg / t-cl ′ or less in basic unit, and the Se content is 0.2 to 0.8 mg / kg or less, preferably 0 It is also possible to obtain the same effect by manufacturing at 2 to 0.7 mg / kg or less. Here, “kg / t-cl ′” is a raw material necessary for producing 1 ton of clinker. In addition, examples of the waste having a Se content of 5.0 mg / kg or more include coal ash, converter furnace, and copper tangles. In particular, it is effective to reduce the basic unit of coal ash.
(2)の方法は、サスペンションプレヒーター部を備え、抽気バイパス設備を備えたセメント焼成装置を用い、サスペンションプレヒーター部からロータリーキルン入口フッド部(窯尻部)までにおけるセメントキルンからのセレン含有排ガスの少なくとも一部を抽気することによって、セメントクリンカー中のSe含有量の低減を行うという方法である。以下、この(2)の方法について、さらに具体的に説明する。 The method (2) uses a cement calciner equipped with a suspension pre-heater unit and a bleed-off bypass facility, and uses a cement kiln from the suspension pre-heater unit to the rotary kiln inlet hood (kiln bottom). In this method, the Se content in the cement clinker is reduced by extracting at least a part. Hereinafter, the method (2) will be described more specifically.
一般に、セメントクリンカーは、SP方式(多段サイクロン予熱方式)又はNSP方式(仮焼炉を併設した多段サイクロン予熱方式)で製造される。これらの製造方法において、原料として、下水道処理施設で発生する下水処理汚泥や都市ゴミ焼却灰等の塩化物を多量に含有する廃棄物を使用する場合、多量の塩化物がセメントクリンカーに取り込まれる。一方、塩化物はコンクリート構造物の鉄筋や鋼材を腐食させるため、セメント中の含有量が規制されている。このため、塩化物を多量に含有する廃棄物を使用する場合の回避策として、キルン焼成帯の高温加熱処理で塩化物を揮発させ、燃焼ガスの流れにのって原料予熱部に逆流させ、熱交換によって冷却・凝縮して再循環する系内において、上記の原料予熱部への投入口からロータリーキルンへの投入口までの工程の間で、揮発させた状態の塩化物を含有するキルン排ガスの一部を抽出分離(抽気)し、冷却・凝縮後、集塵する方法が有効である。このような方法により抽気した排ガス(抽気ガス)から捕集して得た物質は、主としてセメントクリンカー成分なので、本明細書ではこの物質のことを「抽気クリンカー」という。 Generally, the cement clinker is manufactured by the SP method (multistage cyclone preheating method) or the NSP method (multistage cyclone preheating method equipped with a calcining furnace). In these production methods, when a waste material containing a large amount of chloride such as sewage treatment sludge generated at a sewerage treatment facility or municipal waste incineration ash is used as a raw material, a large amount of chloride is taken into the cement clinker. On the other hand, since chloride corrodes the reinforcing bars and steel materials of concrete structures, the content in the cement is regulated. For this reason, as a workaround when using waste containing a large amount of chloride, the chloride is volatilized by high-temperature heat treatment in the kiln firing zone, and backflowed to the raw material preheating part along the flow of combustion gas, In a system that cools, condenses and recirculates by heat exchange, the kiln exhaust gas containing chloride in a volatilized state during the process from the inlet to the raw material preheating section to the inlet to the rotary kiln is used. A method of extracting and separating a part (bleeding), collecting dust after cooling and condensation is effective. Since the substance obtained by collecting from the exhaust gas (extracted gas) extracted by such a method is mainly a cement clinker component, this substance is referred to as “extracted clinker” in this specification.
上記方法に用いられる装置としては、塩素バイパス設備やアルカリバイパス設備等の抽気ガス設備がある。セメントキルン用に一般的に使用されている抽気ガス設備を、一例として、図3に示す塩素バイパス設備に基づいて説明する。 As an apparatus used in the above method, there is an extraction gas facility such as a chlorine bypass facility or an alkali bypass facility. As an example, an extraction gas facility generally used for a cement kiln will be described based on a chlorine bypass facility shown in FIG.
図3において、1はセメント焼成用キルン、1aは焼成用バーナー、2はセメント焼成用キルン1で焼成されたクリンカーを冷却するためのクリンカークーラー、3はセメント焼成用キルン1のセメント原料供給側に取付けられた断面が略矩形状のキルン入口フッド部であり、キルン入口フッド部3はキルン窯尻において仮焼原料の受入れ通路の一部とキルン排ガス通路を構成する。5は仮焼炉5bを備えたサスペンションプレヒーター部(SP)であり、5aはサスペンションプレヒーター部5の最下段サイクロン、5cは生原料をプレヒーター5に供給する生原料供給管、4はキルン入口フッド部3の上端とサスペンションプレヒーター部5とを連絡し、キルン排ガスを仮焼炉5bを介してサスペンションプレヒーター部5に供給するためのライジングダクト(立上り管)である。
In FIG. 3, 1 is a cement firing kiln, 1a is a firing burner, 2 is a clinker cooler for cooling the clinker fired in the
6はサスペンションプレヒーター部5の排気ファン、7は上端が最下段サイクロン5aの下部に接続され下端がキルン入口フッド部3のセメント焼成用キルン1側の側壁と交差する側の側壁の下部に接続されて開口され、サスペンションプレヒーター部5で予熱された後、仮焼炉5bで仮焼された高温のセメント原料(以下、「仮焼原料」という)をセメント焼成用キルン1に送り込むためのシュート、8はクリンカークーラー2の排ガスを仮焼炉5bに送給するダクトである。
6 is an exhaust fan of the
セメントキルン用の抽気ガス設備10は、キルン入口フッド部3の立上り部のキルン側に位置する側壁に開口された排ガス抽気口3aと、内部が連通されてこの側壁に固着して取付けられた排ガス冷却手段を兼ねる排ガス抽気管11と、排ガス抽気管11の排ガス出口に接続された塊状物除去装置(チャンバー)12と、塊状物除去装置12の排ガス出口と排ガスダクト13aによりその排ガス導入口が連絡されたバッグフィルタ(集塵手段)15と、バッグフィルタ15の排ガス出口とダクト13bを介して連絡された排気ファン16と、排気ファン16のガス出口とクリンカークーラー2の排ガスを仮焼炉5bへ送るダクト8とを連結する抽気ガス排気用のダクト13cと、排ガスダクト13aのバッグフィルタ15の排ガス導入口の上流位置に接続されたダンパ14a付きの冷風取入管14と、排ガス抽気管11に空気供給ダクトで連結された冷却ファン11aとで構成されている。
The
なお、抽気ガス排気用のダクト13cは、排気ファン16のガス出口とクーラー排ガスを仮焼炉5bへ送るダクト8とを連結する態様とすることで抽気ガスを排気することがでる。また、その態様の代わりに、排気ファン16のガス出口と仮焼炉5bとを直接連結する態様、排気ファン16のガス出口とライジングダクト4とを連結する態様、更にはクリンカークーラー2の冷却ファン2aに戻す態様であってもよい。
Note that the extraction
一方、バッグフィルタ15の下部には、下部ホッパ15a、抽気クリンカー排出用スクリュコンベヤ15b、クッションホッパ21及び二重のバタフライダンパ22が設けられ、抽気クリンカー貯蔵・払出設備20を構成する。抽気クリンカー貯蔵・払出設備20から払い出された抽気クリンカーは、抽気クリンカー搬出車(バルク車)23に受け入れたのち、抽気クリンカー貯蔵受入ホッパ33に搬出される。こうして、抽気ガス設備10のバッグフィルタ15で集塵され回収され、抽気クリンカー貯蔵受入ホッパ33に受け入れられた抽気クリンカーは、セメント仕上ミル設備30の分級器32に搬送されて分級され、粗粉はボールミル31に戻され、精粉は分級されたセメント精粉とともにセメント製品として回収される。
On the other hand, a
本発明者らは、このキルン排ガスを抽気する技術を用いると、原料中の塩化物を除去することができるのみならず、揮発性重金属類の抽出、特にセレンの抽出分離に有効であることを見出した。すなわち、抽気ガス中には、一般的に知られている塩素、カリウム、硫黄などのほかに、セレン、カドミウム、鉛、モリブデン、フッ素及び亜鉛等の重金属類もガス状になって含まれていると考えられる。また、抽気ガス中にはセメント原料やその仮焼原料が含まれる場合もある。各セメントキルン固有のガスの流れ、抽気する部位、抽気するガスの割合によって抽気クリンカー中に残留するセレン含有量は変化する。セレンを含有するガスを抽気する場合、抽気位置は、排ガス中のセレン含有量が多い部分が適している。具体的には、セメント焼成装置のサスペンションプレヒーター部5の部分からロータリーキルン入口フッド部3の部分までが好ましく、既存の抽気ガス設備をそのまま使用する場合は、ライジングダクト4の部分、又はキルン入口フッド部3の部分が好ましい。また、1気圧におけるSeO2の気化温度約320℃を考慮すると、高温ガス抽気によるキルンの熱損失発生の点から、抽気ガス温度が低下するサスペンションプレヒーター部のより上段部、具体的には最下段サイクロン5aから排気ファン6までの間の各サイクロン接合ダクト5f、その中でもガス温度が300℃近くになる最上段サイクロン5eの出口5gに排ガス抽気口を新たに設けた装置とするのがより好ましい。抽気ガス温度が低い場合は、抽気管を熱から保護するための冷却部分が不用であり、従来の塩素バイパス設備の特徴である外部空気を抽気管内壁に旋回流として流す形状(図3のような形状)や、あるいは抽気管周囲に冷却ガスが通る部分を設けた二重管形状とする必要がないため、単なる円筒状の抽気管とすることができる。
The present inventors use this kiln exhaust gas extraction technology not only to remove chlorides in the raw material, but also to be effective for extraction of volatile heavy metals, particularly for extraction and separation of selenium. I found it. That is, in the extracted gas, in addition to the generally known chlorine, potassium, sulfur, and the like, heavy metals such as selenium, cadmium, lead, molybdenum, fluorine, and zinc are included in the form of gas. it is conceivable that. Further, the extracted gas may contain a cement raw material or a calcined raw material thereof. The selenium content remaining in the extraction clinker varies depending on the flow of gas unique to each cement kiln, the site to be extracted, and the ratio of the extracted gas. When gas containing selenium is extracted, a portion with a high selenium content in the exhaust gas is suitable for the extraction position. Specifically, the part from the
排ガス抽気口3aの抽気ガス温度は300〜1300℃が好ましい。抽気ガス温度が300℃未満では、セレンが一部しか揮発していない可能性があり、1300℃を超えると、上記抽気口部分の耐熱性を確保するために耐火煉瓦などの設置が必要となる。1気圧におけるSeO2の気化する温度は約320℃であるから、抽気ガス温度は、より好ましくは320〜1200℃、さらに好ましくは700〜1200℃である。このような温度範囲とすることにより、セメント組成物の原料となるセメントクリンカー中のSe含有量低減し、セメント組成物中のSe含有量を0.8mg/kg以下に制御することができる。なお、高温ガス抽気によるキルンの熱損失を防止する点からは、抽気ガス温度の上限温度を、800℃とすることもできる。
The extraction gas temperature of the exhaust
排ガスの一部を抽気する際の抽気率は0.05〜10体積%が好ましい。ここで抽気率とは、キルン入口フッド部3を通過する排ガス量(m3)に対して、抽気ガス設備を用いてセメント焼成装置から抽気される抽気量(m3)の百分率(体積%)をいう。0.05体積%未満ではセレンを含有するガスを充分に抽気できず、10体積%を超えると、燃費の悪化、仮焼原料の過多な取り込みによる生産性悪化、及び取り込んだ原料又は仮焼原料の処理が必要となる。抽気率はより好ましくは0.1〜7体積%である。なお、抽気率の制御は、従来から行われているように、理論値及び実測値から算出した抽気位置における風量に対し、排気ファン16の上流に設置してあるダンパの開度により、キルンからの排ガスが排ガス抽気口3aへ流入する量(抽気量)を調整して行う。
The extraction rate when extracting a part of the exhaust gas is preferably 0.05 to 10% by volume. Here, the extraction rate is the percentage (volume%) of the extraction amount (m 3 ) extracted from the cement firing device using the extraction gas equipment with respect to the exhaust gas amount (m 3 ) passing through the
また、抽気ガスは、塊状物除去装置12の部分で350℃以下、好ましくは320℃以下、更に好ましくは300℃以下、特に好ましくは250℃以下に冷却される。350℃を超えると、排ガスに含まれるセレンの冷却が不十分で抽気クリンカー中に充分に取り込まれない。抽気ガスの冷却は、排ガス抽気管11で、冷却ファン11aからの冷却空気を抽気ガスと混合させて行い、排ガス抽気口3a付近に設置した温度計で混合ガス温度を逐次測定しながら、抽気ガス量も調整する。
Further, the bleed gas is cooled to 350 ° C. or less, preferably 320 ° C. or less, more preferably 300 ° C. or less, and particularly preferably 250 ° C. or less in the
なお、セレン含有排ガスを冷却することにより凝縮・固化したセレン含有物質(抽気クリンカー)は、抽気ガス設備のバッグフィルタ15で捕集する。セレン及びその他の重金属類を捕集除去した抽気ガスはダクト13cを介して仮焼炉5bに戻される。また、捕集されたセレン及びその他の重金属類を含む抽気クリンカーは、図3のクッションホッパ21、二重のバタフライダンパ22及び抽気クリンカー搬出車(バルク車)23を介して、抽気クリンカー貯蔵受入ホッパ33に搬出される。
The selenium-containing substance (extracted clinker) condensed and solidified by cooling the selenium-containing exhaust gas is collected by the
セレン捕集方法としては、上記の方法の他に、セレンが比較的凝縮し易い最下段サイクロン5aから仮焼原料の一部を抜き出す方法を用いることもできる。この場合の抜き出し量は、原料送入量に対して0.05〜5質量%、好ましくは0.1〜1質量%である。0.05質量%未満では、セレンを充分捕集することができず、5%質量を超えると、高温ガスの過多な抽気による生産性悪化、及び取り込んだ仮焼原料の処理が必要となる。
As the selenium collection method, in addition to the above method, a method of extracting a part of the calcined raw material from the
≪セメント組成物の製造方法≫
セメント組成物の製造方法において、Se含有量の多い廃棄物の原単位を低減して焼成したセメントクリンカー、あるいは抽気バイパス設備を使用してSe含有量を低減したセメントクリンカーを用いて、石膏等とともにボールミル用いて粉砕し、Se含有量を0.8mg/kg以下とした低水和熱セメント組成物を製造する。
≪Method for producing cement composition≫
In the cement composition manufacturing method, using cement clinker fired by reducing the basic unit of waste with high Se content, or using cement clinker with reduced Se content using extraction bypass equipment, together with gypsum, etc. A low-hydration heat cement composition having a Se content of 0.8 mg / kg or less is produced by pulverization using a ball mill.
また、低水和熱セメント組成物には抽気した高温ガスの冷却凝集物(抽気の際に同伴された原料及び仮焼原料の一部を含む)又はその冷却凝集物から水溶性成分を水洗脱水した固形残渣を添加することもできる。 In addition, the low-hydration heat cement composition contains a cooled aggregate of high-temperature gas extracted (including raw materials entrained during extraction and a part of the calcined raw material) or water-soluble components from the cooled aggregate. It is also possible to add solid residues.
本発明のセメント組成物は、その他の成分として高炉水砕スラグ、石灰石,フライアッシュから選ばれる1種以上を含んでも良い。 The cement composition of the present invention may contain one or more selected from blast furnace granulated slag, limestone, and fly ash as other components.
また添加する石膏は、天然石膏、排脱石膏、フッ酸石膏、燐酸石膏等が挙げられ、それらの形態は、二水石膏、半水石膏、無水石膏の何れの形態であっても良い。 Examples of the gypsum to be added include natural gypsum, drainage gypsum, fluoric acid gypsum, phosphate gypsum, and the like, and these forms may be any of dihydrate gypsum, hemihydrate gypsum, and anhydrous gypsum.
このセメントをコンクリートとして使用すれは、高強度コンクリートのような水セメント比が30〜35%と小さく、単位コンクリートあたりのセメントの使用量が400〜550kgと多い場合でも、セメントの水和によるコンクリート構造体内部での温度上昇による、膨張ひびわれを抑制できる。 When this cement is used as concrete, the ratio of water cement as in high-strength concrete is as small as 30 to 35%, and even if the amount of cement used per unit concrete is as large as 400 to 550 kg, the concrete structure due to cement hydration Expansion cracks due to temperature rise inside the body can be suppressed.
また、マスコンクリート等の比較的部材断面の大きいコンクリートでも、水和熱に伴う温度上昇による膨張ひびわれを抑制できる。 In addition, expansion cracks due to a temperature rise associated with heat of hydration can be suppressed even in concrete having a relatively large cross section such as mass concrete.
(1)セメントクリンカー及びセメント組成物の製造
Se含有量が5mg/kg以上の廃棄物原単位を60〜140kg/t−cl’の範囲で変えることと、抽気バイパス設備の稼動有無によって、Se含有量を調整して焼成したポルトランドセメントクリンカー17種を製造した。なお、No.1〜4は、Se含有量が5mg/kg以上の廃棄物原単位を140kg/t−cl’以下としてSe含有量を0.2〜0.4mg/kg以下に低減したセメント、No.5〜6は抽気バイパス設備を利用してSeを抽気してSe含有量を0.6〜0.7mg/kg以下に低減したセメントである。この際、抽気バイパス設備の稼動条件としては、抽気率を0.1〜10.0%、抽気ガス温度を900〜1200℃とした。
(1) Manufacture of cement clinker and cement composition Se content is changed by changing waste unit of Se content 5mg / kg or more in the range of 60-140kg / t-cl 'and whether or not extraction bypass equipment is in operation. 17 types of Portland cement clinker were prepared by adjusting the amount. In addition, No. Nos. 1 to 4 are cements having a Se content of 5 mg / kg or more and 140 kg / t-cl ′ or less, and a Se content reduced to 0.2 to 0.4 mg / kg or less. 5-6 is the cement which extracted Se using the extraction bypass equipment, and reduced Se content to 0.6-0.7 mg / kg or less. At this time, the operating conditions of the extraction bypass facility were an extraction rate of 0.1 to 10.0% and an extraction gas temperature of 900 to 1200 ° C.
また、得られたセメントクリンカーに石膏、高炉スラグ及び/又は石灰石を合量で5.0質量%以下添加し、ボールミルで粉砕することで、ブレーン比表面積が3100〜3500cm2/g、SO3量が1.75〜2.25質量%のセメント組成物を製造した。なお、仕上げミルの粉砕温度を制御して、セメント組成物中の石膏の半水化率が40〜90%となるようにした。 Further, by adding gypsum, blast furnace slag and / or limestone in a total amount of 5.0% by mass or less to the obtained cement clinker and pulverizing with a ball mill, the Blaine specific surface area is 3100-3500 cm 2 / g, SO 3 amount Produced a cement composition of 1.75-2.25% by weight. In addition, the grinding | pulverization temperature of a finishing mill was controlled so that the semi-waterification rate of the gypsum in a cement composition might be 40 to 90%.
得られたセメント組成物についてSe含有量の分析を行い、Se含有量として0.2〜1.3mg/kgの範囲のセメント組成物を得た。 The obtained cement composition was analyzed for Se content, and a cement composition having a Se content in the range of 0.2 to 1.3 mg / kg was obtained.
(2)セメント組成物中のセレン含有量の測定方法
セメントクリンカーやセメント組成物等のセレン(Se)含有量の定量方法は、セメント協会標準試験方法JCAS I−52:2000「ICP発光分光分析及び電気加熱式原子吸光分析によるセメントの微量成分定量方法」に準拠して、試料を溶解させた後、水素化物発生ICP法により定量した。
(2) Method for measuring selenium content in cement composition The method for quantifying the selenium (Se) content in cement clinker, cement composition, etc. is determined by the Cement Association standard test method JCAS I-52: 2000 “ICP emission spectroscopy and The sample was dissolved in accordance with “Method for Quantifying Cement Trace Elements by Electric Heating Atomic Absorption Spectrometry”, and then quantified by hydride generation ICP method.
ICP発光分光分析装置はセイコーインスツルメンツ(株)製のSPS3000、水素化物発生装置も同じくセイコーインスツルメンツ(株)製のTHG−1200を用いて定量を行った。また、ICP発光分光分析装置によるSe測定条件を表1に示す。
また、定量下限値の算出はJIS K 0116:1995「発光分光分析通則」の中の付属書「ICP発光分光分析装置の使用判定項目」により、装置の定量下限値を求めた後、粉体(試料ベース)定量下限値を算出した。これによって得た本試験方法の粉体中のSe定量下限値は0.2mg/kgであり、本発明のSe含有量0.8mg/kg以下を判定するのに十分な精度があることが確認された。以下に装置の定量下限値及び粉体定量下限値の算出方法を示す。
・装置の定量下限値の算出方法
装置の定量下限値(μg/L)=検出下限値(μg/L)×3.3 ・・・(6)
装置の定量下限値(μg/L)=0.10(μg/L)×3.3=0.33(μg/L)
・粉体(試料ベース)定量下限値の算出方法
粉体定量下限値(mg/kg)=装置の定量下限値(μg/L)/はかり取り(g)×定容(mL)/分取(mL)×定容(mL)×1/1000(単位換算) ・・・(7)
粉体定量下限値(mg/kg)=0.33(μg/L)/0.5(g)×250(mL)/100(mL)×100(mL)×1/1000=0.2(mg/kg)
In addition, the calculation of the lower limit of quantification is performed after obtaining the lower limit of quantification of the apparatus according to the appendix “ICP emission spectroscopic analyzer use determination item” in JIS K 0116: 1995 “General Rules of Emission Spectrometry” (Sample basis) The lower limit of quantification was calculated. The lower limit of Se quantification in the powder of this test method thus obtained is 0.2 mg / kg, and it is confirmed that there is sufficient accuracy to determine the Se content of 0.8 mg / kg or less of the present invention. It was done. The calculation method of the quantitative lower limit of the apparatus and the powder quantitative lower limit is shown below.
・ Calculation method of apparatus quantification lower limit value Apparatus quantification lower limit value (μg / L) = detection lower limit value (μg / L) × 3.3 (6)
Lower limit of determination of apparatus (μg / L) = 0.10 (μg / L) × 3.3 = 0.33 (μg / L)
・ Calculation method of powder (sample base) quantification lower limit value Powder quantification lower limit value (mg / kg) = quantitative lower limit value (μg / L) / balance (g) × constant volume (mL) / sorting ( mL) x constant volume (mL) x 1/1000 (unit conversion) (7)
Lower limit of powder quantification (mg / kg) = 0.33 (μg / L) /0.5 (g) × 250 (mL) / 100 (mL) × 100 (mL) × 1/1000 = 0.2 ( mg / kg)
(3)セメント組成物の水和熱測定方法
ポルトランドセメントの水和熱測定方法は、JIS R 5203:1995「セメントの水和熱測定方法(溶解熱方法)」により測定した。
(3) Method of measuring heat of hydration of cement composition The method of measuring heat of hydration of Portland cement was measured according to JIS R 5203: 1995 “Method of measuring heat of hydration of cement (heat of solution method)”.
製造したセメントクリンカーのSO3量及びボーグ式算定の鉱物組成を表2に示す。また、表2のセメントクリンカーを用いて製造したセメント組成物のSO3量、全アルカリ量(R2O量)、Cl量、ブレーン比表面積、ボーグ式算定の鉱物組成を表3に示す。 Table 2 shows the SO 3 content of the manufactured cement clinker and the mineral composition calculated by the Borg equation. Table 3 shows the SO 3 content, the total alkali content (R 2 O content), the Cl content, the Blaine specific surface area, and the Borg formula mineral composition of the cement composition produced using the cement clinker of Table 2.
(4)試験結果
供試セメントのSe含有量及び水和熱を表4に示す。表4に示すように、セメント組成物中のSe含有量が0.9〜1.3mg/kgと多いセメント組成物No.7〜17は、材齢7日及び28日の水和熱がそれぞれ332〜340J/g及び393〜407J/gと高かった。
(4) Test results Table 4 shows the Se content and heat of hydration of the test cement. As shown in Table 4, the cement composition No. in which the Se content in the cement composition is as high as 0.9 to 1.3 mg / kg. 7 to 17 had high heats of hydration at
一方、セメント組成物中のSe含有量を0.8mg/kg以下としたNo.1〜6は、いずれも水和熱が材齢7日で323〜326J/g以下、材齢28日で386〜390J/g以下であり、Se含有量が0.8mg/kg以上のセメント組成物に比べて6〜17J/g低減できた。 On the other hand, the Se content in the cement composition was 0.8 mg / kg or less. 1 to 6 are cement compositions having a heat of hydration of 323 to 326 J / g or less at 7 days of age, 386 to 390 J / g or less at 28 days of age, and a Se content of 0.8 mg / kg or more. 6-17 J / g could be reduced compared to the product.
また、図1には、セメント組成物中のSe含有量と水和熱との関係を示すが、Se含有量が0.8mg/kg以上の範囲で水和熱が増加する傾向があり、セメント組成物中のSe含有量を0.8mg/kg以下とすることにより、水和熱を安定的に低減することができることが判った。したがて、Se含有量が0.8mg/kg以下の本発明のセメント組成物は、水和熱を材齢7日で330J/kg以下及び/又は材齢28日で390J/kg以下に低減可能である。 FIG. 1 shows the relationship between the Se content in the cement composition and the heat of hydration. The heat of hydration tends to increase when the Se content is 0.8 mg / kg or more. It was found that the heat of hydration can be stably reduced by setting the Se content in the composition to 0.8 mg / kg or less. Therefore, the cement composition of the present invention having a Se content of 0.8 mg / kg or less reduces the heat of hydration to 330 J / kg or less at 7 days of age and / or 390 J / kg or less at 28 days of age. Is possible.
供試セメントの凝結及びモルタル圧縮強さの試験結果を表5に示す。表5に示すように、セメント組成物中のSe含有量を低減した本発明のセメント組成物(実施例1〜6)は、比較例1〜11と同等の強度発現性及び凝結性状を示し、本発明の技術は基本物性(凝結、強度発現性状)に悪影響を及ぼさず、水和熱を低減するのに効果的であった。 Table 5 shows the test results of setting and mortar compressive strength of the test cement. As shown in Table 5, the cement compositions of the present invention with reduced Se content in the cement composition (Examples 1 to 6) showed strength development properties and setting properties equivalent to those of Comparative Examples 1 to 11, The technology of the present invention was effective in reducing the heat of hydration without adversely affecting the basic physical properties (condensation and strength development properties).
また、従来技術を用いて製造した比較例12(C3S及びC3Aを低減)及び比較例13(混合材としてフライアッシュをセメント組成物中で17質量%となるように添加)は、水和熱は低減できるものの、材齢3〜7日のモルタル圧縮強さが著しく低下し、本発明の技術に比べると、初期強度の発現性が明らかに劣る結果であった。 Further, Comparative Example 12 (reduced C 3 S and C 3 A) and Comparative Example 13 (added fly ash as a mixed material so as to be 17% by mass in the cement composition) produced using the conventional technique, Although the heat of hydration can be reduced, the mortar compressive strength at the age of 3 to 7 days is remarkably reduced, and the initial strength is clearly inferior to the technique of the present invention.
1 :セメント焼成用キルン
1a:焼成用バーナー
2 :クリンカークーラー
2a:クリンカークーラーの冷却ファン
3 :キルン入口フッド部
3a:排ガス抽気口
4 :ライジングダクト
5 :SP(サスペンションプレヒーター部)
5a:最下段サイクロン
5b:仮焼炉
5c:生原料供給管
5e:最上段サイクロン
5f:サイクロン接合ダクト
5g:最上段サイクロン出口
6 :排気ファン
7 :シュート
8 :クーラー排ガス供給ダクト
10:抽気ガス設備
11:排ガス抽気管
11a:冷却ファン
12:塊状物除去装置
13a、13b、13c:排ガスダクト
14:冷風取入管
14a:ダンパ
15:バッグフィルタ(集塵機)
15a:バッグフィルタ下部ホッパ
15b:抽気クリンカー排出用スクリュコンベヤ
16:排気(誘引)ファン
20:抽気クリンカー貯蔵・払出設備
21:クッションホッパ
22:バタフライダンパ
23:抽気クリンカー搬出車
30:仕上ミル設備
31:ボールミル
32:分級器
33:抽気クリンカー貯蔵受入ホッパ
34:水洗処理槽
35:ろ過機
36:反応槽1
37:反応槽2
38:沈殿槽1
39:沈殿槽2
40:脱水槽
1: Kiln for cement firing 1a: Burner for firing 2: Clinker cooler 2a: Cooling fan for clinker cooler 3: Kiln
5a:
15a: Bag filter
37:
38: Settling tank 1
39:
40: Dehydration tank
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