JP2011140407A - ＣａＯ−Ａｌ２Ｏ３−Ｆｅ２Ｏ３系化合物の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】焼結アルミナの集塵ダストをＡｌ２Ｏ３原料として使用してもＮａ２ＯやＳＯ３成分を殆ど含まないＣａＯ-Ａｌ２Ｏ３-Ｆｅ２Ｏ３系化合物の製造方法を提供する。
【解決手段】ＣａＯ原料、Ａｌ２Ｏ３原料及びＦｅ２Ｏ３原料を湿式で混合粉砕し、粉砕物を造粒したものを熱処理して、ＣａＯ／Ａｌ２Ｏ３モル比が０．２〜０．７でＦｅ２Ｏ３の含有量が０．５〜１０質量％のＣａＯ-Ａｌ２Ｏ３-Ｆｅ２Ｏ３系化合物を製造するにあたり、Ａｌ２Ｏ３原料として焼結アルミナの集塵ダストを使用するＣａＯ-Ａｌ２Ｏ３-Ｆｅ２Ｏ３系化合物の製造方法であり、粉砕物から余剰な水分を搾り出した後、造粒する前記ＣａＯ-Ａｌ２Ｏ３-Ｆｅ２Ｏ３系化合物の製造方法であり、熱処理温度が、１４００℃以上１６５０℃以下である前記製造方法である。
【選択図】なし
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【選択図】なし
Description
本発明は、ＣａＯ-Ａｌ２Ｏ３-Ｆｅ２Ｏ３系化合物の製造方法に関する。
ＣａＯ-Ａｌ２Ｏ３-Ｆｅ２Ｏ３系化合物の用途の一つとして水硬性材料がある。
近年、土木や建築分野において、コンクリート構造物の耐久性向上に対する要望が高まっている。
コンクリート構造物の劣化要因の１つとして、塩化物イオンの存在によって鉄筋腐食が顕在化する塩害があり、その塩害を抑制するための方法として、コンクリート構造物に塩化物イオン浸透抵抗性を付与する手法がある。
コンクリート構造物の劣化要因の１つとして、塩化物イオンの存在によって鉄筋腐食が顕在化する塩害があり、その塩害を抑制するための方法として、コンクリート構造物に塩化物イオン浸透抵抗性を付与する手法がある。
コンクリート硬化体の内部への塩化物イオン浸透を抑制し、塩化物イオン浸透抵抗性を与える方法としては、水／セメント比を小さくする方法が知られている（非特許文献１参照）。しかしながら、水／セメント比を小さくする方法では、施工性が損なわれるだけでなく、抜本的な対策とはならない場合があった。
また、セメントコンクリートに早強性を付与し、かつ、鉄筋の腐食を防止するなどの目的で、ＣａＯ・２Ａｌ２Ｏ３とセッコウを主体とし、ブレーン比表面積値が８，０００ｃｍ２／ｇ以上の微粉を含有するセメント混和材を使用する方法が提案されている（特許文献１参照）。
さらに、ＣａＯ／Ａｌ２Ｏ３モル比が０．３〜０．７、ブレーン比表面積が２０００〜７０００ｃｍ２／ｇのカルシウムアルミネートを含有するセメント混和材を使用し，優れた塩化物イオン浸透抵抗性を持ち，マスコンの温度ひび割れ抑制する方法が提案されている（特許文献２参照）。
しかしながら、ＣａＯ／Ａｌ２Ｏ３モル比が０．３〜０．７のカルシウムアルミネートを得るためには、ＣａＯ原料とＡｌ２Ｏ３原料を配合して高温で熱処理しないと得られないため、その製造方法に苦慮するものであった。また、ＣａＯ／Ａｌ２Ｏ３モル比が０．３〜０．７のカルシウムアルミネートをセメント混和材として用いた際には、夏場の温度が高い時にはスランプロスが大きくなるという課題や、初期強度の発現性が乏しくなるという課題を有していた。
また、ＣａＯ／Ａｌ２Ｏ３モル比が０．３〜０．７のカルシウムアルミネートは、Ａｌ２Ｏ３成分に富んでいるため、原料コストが高いという課題も有していた。このため、原料コストと熱処理温度が高いことによる燃料コストの両方の側面から製造コストが高くなるという課題もあった。
一方、焼結アルミナが工業化されている。焼結アルミナは耐火物原料として普及している。焼結アルミナは高純度のバイヤー法アルミナを主原料として、ロータリーキルンで高温焼成して製造されている。この製造工程で集塵ダストが副生する。焼結アルミナの集塵ダストは、Ａｌ２Ｏ３成分は約９５％以上と純度は高いものの、Ｎａ２Ｏ成分を約２％程度、ＳＯ３成分を約１．５％程度含んでいる。このため、焼結アルミナの原料に再利用ができないものであった。また、他の用途への利用も制限され、有効な利用方法が見出されずにいた。
本発明のＣａＯ-Ａｌ２Ｏ３-Ｆｅ２Ｏ３系化合物を製造するにあたり、焼結アルミナの集塵ダストを利用することも考えられるが、不純物として含まれるＮａ２Ｏ成分がアルカリ−シリカ反応を助長する成分であることや、ＳＯ３成分がＣａＯ-Ａｌ２Ｏ３-Ｆｅ２Ｏ３系化合物の形成を阻害し、塩素固定化能力を低下させることから、そのまま利用することはできないものであった。
本発明者らは、鋭意努力を重ねた結果、セメント混和材として有用なＣａＯ−Ａｌ２Ｏ３−Ｆｅ２Ｏ３系化合物を製造するにあたり、焼結アルミナの集塵ダストを利用することが可能な製造方法を見出した。そして、その組成を特定のＣａＯ−Ａｌ２Ｏ３−Ｆｅ２Ｏ３系化合物とすることにより、熱処理温度を著しく低減でき、エネルギーコストを削減し、ＣＯ２排出量も低減することに成功した。また、得られるＣａＯ−Ａｌ２Ｏ３−Ｆｅ２Ｏ３系化合物はセメント混和材として有用であり、従来のＣａＯ／Ａｌ２Ｏ３モル比が０．３〜０．７のカルシウムアルミネートと比較して、（１）夏場のスランプロスを誘発しない、（２）セメントの初期強度発現性を阻害しない、（３）防錆効果が向上する、などの利点を有することを明らかにし、本発明を完成するに至った。
岸谷孝一、西澤紀昭他編、「コンクリートの耐久性シリーズ、塩害（Ｉ）」、技報堂出版、ｐｐ．３４−３７、１９８６年５月
Ｎａ２ＯやＳＯ３を含む焼結アルミナの集塵ダストを原料として利用しても、熱処理後のＣａＯ-Ａｌ２Ｏ３-Ｆｅ２Ｏ３系化合物にＮａ２ＯやＳＯ３を殆ど含まないＣａＯ-Ａｌ２Ｏ３-Ｆｅ２Ｏ３系化合物の製造方法を提供するものであり、得られるＣａＯ-Ａｌ２Ｏ３-Ｆｅ２Ｏ３系化合物をセメント混和材として使用すると、セメントコンクリート硬化体内部の鉄筋に優れた防錆効果を付与し、外部から侵入するセメントコンクリート硬化体への塩化物イオン浸透の遮蔽効果を有し、しかも、夏場のコンシステンシーの低下や強度発現性への悪影響も改善されたセメント混和材を提供する。
本発明は、（１）ＣａＯ原料、Ａｌ２Ｏ３原料及びＦｅ２Ｏ３原料を湿式で混合粉砕し、粉砕物を造粒したものを熱処理して、ＣａＯ／Ａｌ２Ｏ３モル比が０．２〜０．７でＦｅ２Ｏ３の含有量が０．５〜１０質量％のＣａＯ-Ａｌ２Ｏ３-Ｆｅ２Ｏ３系化合物を製造するにあたり、Ａｌ２Ｏ３原料として焼結アルミナの集塵ダストを使用するＣａＯ-Ａｌ２Ｏ３-Ｆｅ２Ｏ３系化合物の製造方法、（２）粉砕物から余剰な水分を搾り出した後、造粒する（１）のＣａＯ-Ａｌ２Ｏ３-Ｆｅ２Ｏ３系化合物の製造方法、（３）熱処理温度が、１４００℃以上１６５０℃以下である（１）又は（２）のＣａＯ-Ａｌ２Ｏ３-Ｆｅ２Ｏ３系化合物の製造方法、（４）ＣａＯ-Ａｌ２Ｏ３-Ｆｅ２Ｏ３系化合物が、ＣａＯ・２Ａｌ２Ｏ３の結晶を含有し、Ｆｅ２Ｏ３成分の一部あるいは全部がＣａＯ・２Ａｌ２Ｏ３の結晶構造に固溶している（１）〜（３）のいずれかのＣａＯ-Ａｌ２Ｏ３-Ｆｅ２Ｏ３系化合物の製造方法、である。
本発明のＣａＯ-Ａｌ２Ｏ３-Ｆｅ２Ｏ３系化合物の製造方法により、焼結アルミナの集塵ダストをＡｌ２Ｏ３原料として使用してもＮａ２ＯやＳＯ３成分を殆ど含まないＣａＯ-Ａｌ２Ｏ３-Ｆｅ２Ｏ３系化合物が得られ、未反応の原料も殆ど残らず、ＣａＯ-Ａｌ２Ｏ３-Ｆｅ２Ｏ３系化合物の生成反応が進行する。また、本発明の製造方法により得られたＣａＯ-Ａｌ２Ｏ３-Ｆｅ２Ｏ３系化合物をセメント混和材として利用すると、従来のＣａＯ／Ａｌ２Ｏ３モル比が０．３〜０．７のカルシウムアルミネートと比較して、（１）夏場のスランプロスを誘発しない、（２）セメントの初期強度発現性を阻害しない、（３）防錆効果が向上する、などの効果を奏する。
以下、本発明を詳細に説明する。
なお、本発明における部や％は、特に規定しない限り質量基準で示す。
また、本発明で云うセメントコンクリートとは、セメントペースト、セメントモルタル、及びコンクリートの総称である。
なお、本発明における部や％は、特に規定しない限り質量基準で示す。
また、本発明で云うセメントコンクリートとは、セメントペースト、セメントモルタル、及びコンクリートの総称である。
本発明のＣａＯ-Ａｌ２Ｏ３-Ｆｅ２Ｏ３系化合物（以下、ＣＦＡ化合物という）とは、ＣａＯ原料、Ａｌ２Ｏ３原料、及びＦｅ２Ｏ３原料を混合して、キルンでの焼成や電気炉での溶融等の熱処理をして得られる、ＣａＯ、Ａｌ２Ｏ３、Ｆｅ２Ｏ３を主成分とする化合物を総称するものである。
ＣＦＡ化合物の組成は、ＣａＯ／Ａｌ２Ｏ３モル比が０．２〜０．７でＦｅ２Ｏ３含有量が０．５〜１０％であることが好ましく、ＣａＯ／Ａｌ２Ｏ３モル比が０．４〜０．６がより好ましい。ＣａＯ／Ａｌ２Ｏ３モル比が０．２未満では、塩化物イオンの遮蔽効果が充分に得られない場合があり、逆に、ＣａＯ／Ａｌ２Ｏ３モル比が０．７を超えると急硬性が現れるようになり、可使時間が確保できない場合がある。ＣＦＡ化合物にＦｅ２Ｏ３の含有量は、０．５〜１０％が好ましく、１〜９％がより好ましく、３〜７％が最も好ましい。０．５％未満では、キルンで焼成した場合に未反応の酸化アルミニウムが多く残る可能性があり、１０％を越えても効率的に反応を進行させる効果は頭うちとなり、塩化物イオン浸透抵抗性が悪くなる場合がある。
ＣＦＡ化合物の組成は、ＣａＯ／Ａｌ２Ｏ３モル比が０．２〜０．７でＦｅ２Ｏ３含有量が０．５〜１０％であることが好ましく、ＣａＯ／Ａｌ２Ｏ３モル比が０．４〜０．６がより好ましい。ＣａＯ／Ａｌ２Ｏ３モル比が０．２未満では、塩化物イオンの遮蔽効果が充分に得られない場合があり、逆に、ＣａＯ／Ａｌ２Ｏ３モル比が０．７を超えると急硬性が現れるようになり、可使時間が確保できない場合がある。ＣＦＡ化合物にＦｅ２Ｏ３の含有量は、０．５〜１０％が好ましく、１〜９％がより好ましく、３〜７％が最も好ましい。０．５％未満では、キルンで焼成した場合に未反応の酸化アルミニウムが多く残る可能性があり、１０％を越えても効率的に反応を進行させる効果は頭うちとなり、塩化物イオン浸透抵抗性が悪くなる場合がある。
ＣＦＡ化合物の製造に使用する原料について説明する。
ＣａＯ原料は、特に限定されないが、工業原料として市販されている例えば、生石灰（ＣａＯ）、消石灰（Ｃａ（ＯＨ）２）、石灰石（ＣａＣＯ３）等の使用が挙げられる。
本発明では、Ａｌ２Ｏ３原料として、焼結アルミナの集塵ダストを利用することを特徴とする。焼結アルミナのダストは、他のＡｌ２Ｏ３原料、例えば、ボーキサイトや工業用の酸化アルミニウムと比べて反応性が高く、熱処理でＣＦＡ化合物を効率良く生成するという特徴がある。その一方、焼結アルミナの集塵ダストは、製品となる焼結アルミナの成分と比べて、Ａｌ２Ｏ３成分の純度は９５％から９７％と高い一方、Ｎａ２Ｏ成分は約２％程度、ＳＯ３成分は約１．５％程度と、高い値である。
Ｆｅ２Ｏ３原料は、特に限定されないが、工業原料として市販されている鉄鉱石を粉砕、加工、精製したＦｅ２Ｏ３や鋼材洗浄廃塩酸から回収、精製して得られるＦｅ２Ｏ３など如何なるものも使用可能である。また、Ｆｅ２Ｏ３成分を比較的多く含むボーキサイト、いわゆる「赤ボーキ」をＡｌ２Ｏ３原料の一部に代替しても差し支えなく、むしろ、コストダウンの視点からは望ましい。
ＣａＯ原料は、特に限定されないが、工業原料として市販されている例えば、生石灰（ＣａＯ）、消石灰（Ｃａ（ＯＨ）２）、石灰石（ＣａＣＯ３）等の使用が挙げられる。
本発明では、Ａｌ２Ｏ３原料として、焼結アルミナの集塵ダストを利用することを特徴とする。焼結アルミナのダストは、他のＡｌ２Ｏ３原料、例えば、ボーキサイトや工業用の酸化アルミニウムと比べて反応性が高く、熱処理でＣＦＡ化合物を効率良く生成するという特徴がある。その一方、焼結アルミナの集塵ダストは、製品となる焼結アルミナの成分と比べて、Ａｌ２Ｏ３成分の純度は９５％から９７％と高い一方、Ｎａ２Ｏ成分は約２％程度、ＳＯ３成分は約１．５％程度と、高い値である。
Ｆｅ２Ｏ３原料は、特に限定されないが、工業原料として市販されている鉄鉱石を粉砕、加工、精製したＦｅ２Ｏ３や鋼材洗浄廃塩酸から回収、精製して得られるＦｅ２Ｏ３など如何なるものも使用可能である。また、Ｆｅ２Ｏ３成分を比較的多く含むボーキサイト、いわゆる「赤ボーキ」をＡｌ２Ｏ３原料の一部に代替しても差し支えなく、むしろ、コストダウンの視点からは望ましい。
ＣＦＡ化合物は、ＣａＯ原料、Ａｌ２Ｏ３原料及びＦｅ２Ｏ３原料を配合し、湿式で原料を混合粉砕した後、造粒し、さらに、熱処理して得られる。
湿式で原料を混合粉砕する工程では、ＣａＯ原料、Ａｌ２Ｏ３原料及びＦｅ２Ｏ３原料を配合し、合計１００部に対して、水５０〜１００部を加えて粉砕混合することが好ましい。前記の範囲外では、粉砕効率が十分でない場合がある。
本発明では、湿式で原料を混合粉砕した後、余剰な水分を搾り出すことが好ましい。その方法は特に限定されないが、フィルタープレス、遠心分離、ろ過機などが挙げられる。ここで、本発明の余剰な水分とは、水／原料比で３０％を超える水分を意味する。水／原料比で３０％までの水分は、造粒工程で重要な役割を担うが、それ以上の水分はむしろ造粒の効率を悪くする場合がある。
本発明では、造粒工程は特に限定されるものではないが、例えば、ロータリードライヤー、円盤型ドラム造粒機、打錠機、押し出し成型機、プレス成型機などが挙げられる。中でも、ロータリードライヤーを選定することが、造粒効率の面からが好ましい。造粒後の形状は特に限定されないが、ロータリーキルンでの熱処理を行う際には、球形が望ましい。また、造粒物の大きさも特に限定されないが、一般的には、直径で１ｃｍ〜１０ｃｍの間にある。
本発明の熱処理方法は、特に限定されるものではない。その具体例としては、ロータリーキルンでの焼成や電気炉での熱処理が挙げられる。特に、ロータリーキルンでの熱処理が好適である。熱処理温度は原料の配合にもよるが１４００℃以上が好ましく、１５００℃以上がより好ましい。１４００℃未満では効率良く反応が進まず未反応のＡｌ２Ｏ３成分が残るばかりでなく、水和活性が高く、スランプロスや偽凝結を誘発する１２ＣａＯ・７Ａｌ２Ｏ３が副生する場合がある。逆に、熱処理温度が１６５０℃を超えても化合物の生成反応の更なる改善は期待できない一方、消費エネルギーが大きくなり、コスト高となるばかりか、環境負荷も大きくなるため望ましくない。
ＣＦＡ化合物の粉末度は、ブレーン比表面積値（以下、ブレーン値という）で２０００〜７０００ｃｍ２／ｇが好ましく、３０００〜６０００ｃｍ２／ｇがより好ましく、４０００〜５０００ｃｍ２／ｇが最も好ましい。ＣＡ化合物が粗粒では充分な塩化物イオンの遮蔽効果が得られない場合があり、７０００ｃｍ２／ｇを超える微粉では急硬性が現れるようになり、可使時間が確保できない場合がある。
本発明では、セメントにＣＦＡ化合物を配合してセメント組成物とする。
セメントとしては、普通、早強、超早強、低熱、及び中庸熱等の各種ポルトランドセメントや、これらポルトランドセメントに、高炉スラグ、フライアッシュ、又はシリカを混合した各種混合セメント、石灰石粉末や高炉徐冷スラグ微粉末等を混合したフィラーセメント、並びに、都市ゴミ焼却灰や下水汚泥焼却灰を原料として製造された環境調和型セメント（エコセメント）等のポルトランドセメントが挙げられ、これらのうちの一種又は二種以上が使用可能である。
セメントとしては、普通、早強、超早強、低熱、及び中庸熱等の各種ポルトランドセメントや、これらポルトランドセメントに、高炉スラグ、フライアッシュ、又はシリカを混合した各種混合セメント、石灰石粉末や高炉徐冷スラグ微粉末等を混合したフィラーセメント、並びに、都市ゴミ焼却灰や下水汚泥焼却灰を原料として製造された環境調和型セメント（エコセメント）等のポルトランドセメントが挙げられ、これらのうちの一種又は二種以上が使用可能である。
ＣＦＡ化合物をセメント混和材として使用する場合、セメント混和材の使用量は、特に限定されるものではないが、通常、セメントとセメント混和材からなるセメント組成物１００部中、１〜３０部が好ましく、５〜１５部がより好ましい。セメント混和材の使用量が少ないと充分な防錆効果、塩化物イオンの遮蔽効果、Ｃａイオンの溶脱抑制効果が得られない場合があり、過剰に使用すると急硬性が現れるようになって充分な可使時間が確保できない場合があり、また、強度発現性が悪くなる場合がある。
本発明のセメント組成物の水／セメント組成物比は、２５〜７０％が好ましく、３０〜６５％がより好ましい。水の配合量が少ないと、ポンプ圧送性や施工性が低下したり、収縮等の原因となる場合があり、水の配合量が過剰では強度発現性が低下する場合がある。
本発明のＣＦＡ化合物やセメント組成物は、それぞれの材料を施工時に混合しても良いし、あらかじめ一部あるいは全部を混合しておいても差し支えない。
本発明では、セメント、ＣＦＡ化合物、及び砂等の細骨材や砂利等の粗骨材の他に、膨張材、急硬材、減水剤、ＡＥ減水剤、高性能減水剤、高性能ＡＥ減水剤、消泡剤、増粘剤、従来の防錆剤、防凍剤、収縮低減剤、凝結調整剤、ベントナイト等の粘土鉱物、ハイドロタルサイト等のアニオン交換体、高炉水砕スラグ微粉末や高炉徐冷スラグ微粉末等のスラグ、石灰石微粉末等の混和材料からなる群のうちの一種又は二種以上を、本発明の目的を実質的に阻害しない範囲で併用することが可能である。
混合装置としては、既存の如何なる装置も使用可能であり、例えば、傾胴ミキサ、オムニミキサ、ヘンシェルミキサ、Ｖ型ミキサ、及びナウタミキサ等の使用が可能である。
以下、実施例、比較例を挙げてさらに詳細に内容を説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
「実験例１」
ＣａＯ原料として市販の炭酸カルシウムを、Ａｌ２Ｏ３原料として焼結アルミナの集塵ダストを、Ｆｅ２Ｏ３原料として市販の酸化鉄を使用し、ＣＦＡ化合物を製造した。原料のＣａＯ／Ａｌ２Ｏ３モル比がほぼ０．５となるように、ＣａＯ原料の炭酸カルシウムとＡｌ２Ｏ３原料の焼結アルミナの集塵ダストを配合し、Ｆｅ２Ｏ３含有量が６％となるようにＦｅ２Ｏ３原料の酸化鉄を加えて原料とした。
これら原料を混合粉砕し、造粒し、熱処理してＣＦＡ化合物を製造した。この際、原料の混合粉砕を乾式で行った場合と、湿式で行った場合を比較検討した。乾式で混合粉砕を行った場合は、ボールミルに原料をフィードし、粉砕処理を行い、その後、パン型の回転造粒機を用いて造粒した。この際、原料の１００部に対して水を２０部加えた。一方、湿式で粉砕混合を行った場合は以下の条件で行った。原料１００部に対して、水７０部を加え、ボールミルにフィードして混合粉砕し、その後、フィルタープレス機で余剰な水分を搾りとり（水／原料比で３０％）、回転ドライヤーにフィードして造粒した。
造粒後は、いずれもロータリーキルンへフィードして熱処理を行った。造粒物の大きさは、乾式、湿式ともに、最大粒径は１００ｍｍ、最小粒径は１０ｍｍであった。熱処理温度は、バーナーの焼点温度で１５５０℃±３０℃で行った。得られた焼成物を分析した結果、表１のようになった。
ＣａＯ原料として市販の炭酸カルシウムを、Ａｌ２Ｏ３原料として焼結アルミナの集塵ダストを、Ｆｅ２Ｏ３原料として市販の酸化鉄を使用し、ＣＦＡ化合物を製造した。原料のＣａＯ／Ａｌ２Ｏ３モル比がほぼ０．５となるように、ＣａＯ原料の炭酸カルシウムとＡｌ２Ｏ３原料の焼結アルミナの集塵ダストを配合し、Ｆｅ２Ｏ３含有量が６％となるようにＦｅ２Ｏ３原料の酸化鉄を加えて原料とした。
これら原料を混合粉砕し、造粒し、熱処理してＣＦＡ化合物を製造した。この際、原料の混合粉砕を乾式で行った場合と、湿式で行った場合を比較検討した。乾式で混合粉砕を行った場合は、ボールミルに原料をフィードし、粉砕処理を行い、その後、パン型の回転造粒機を用いて造粒した。この際、原料の１００部に対して水を２０部加えた。一方、湿式で粉砕混合を行った場合は以下の条件で行った。原料１００部に対して、水７０部を加え、ボールミルにフィードして混合粉砕し、その後、フィルタープレス機で余剰な水分を搾りとり（水／原料比で３０％）、回転ドライヤーにフィードして造粒した。
造粒後は、いずれもロータリーキルンへフィードして熱処理を行った。造粒物の大きさは、乾式、湿式ともに、最大粒径は１００ｍｍ、最小粒径は１０ｍｍであった。熱処理温度は、バーナーの焼点温度で１５５０℃±３０℃で行った。得られた焼成物を分析した結果、表１のようになった。
＜使用材料＞
市販の炭酸カルシウム：ＣａＯ成分：５５．４％、ＳｉＯ２成分：０．１％、ＭｇＯ成分：０．３％、強熱減量：４４．１％、その他０．１％。粒度：平均粒径１５μｍ、最大粒径１５０μｍ。
焼結アルミナの集塵ダスト：Ａｌ２Ｏ３成分：９６．３％、Ｎａ２Ｏ成分：２．０％、ＳＯ３成分：１．４％、強熱減量：０．２％、その他０．１％。粒度：平均粒径８μｍ、最大粒径１００μｍ。
市販の酸化鉄：Ｆｅ２Ｏ３成分：９８．７％、強熱減量：１．２％。その他０．１％。粒度：平均粒径３μｍ、最大粒径２５μｍ。
市販の炭酸カルシウム：ＣａＯ成分：５５．４％、ＳｉＯ２成分：０．１％、ＭｇＯ成分：０．３％、強熱減量：４４．１％、その他０．１％。粒度：平均粒径１５μｍ、最大粒径１５０μｍ。
焼結アルミナの集塵ダスト：Ａｌ２Ｏ３成分：９６．３％、Ｎａ２Ｏ成分：２．０％、ＳＯ３成分：１．４％、強熱減量：０．２％、その他０．１％。粒度：平均粒径８μｍ、最大粒径１００μｍ。
市販の酸化鉄：Ｆｅ２Ｏ３成分：９８．７％、強熱減量：１．２％。その他０．１％。粒度：平均粒径３μｍ、最大粒径２５μｍ。
（試験方法）
粉末Ｘ線回折（ＸＲＤ）：未反応物（酸化アルミニウム）の回折ピークが明確に確認された場合を×、多少残っているようであれば△、確認されなかった場合を○とした。
粉末Ｘ線回折（ＸＲＤ）：未反応物（酸化アルミニウム）の回折ピークが明確に確認された場合を×、多少残っているようであれば△、確認されなかった場合を○とした。
表１より、乾式で原料の混合粉砕を行った場合には、焼成物にＮａ２Ｏ成分やＳＯ３成分が多く含まれ、未反応のＡｌ２Ｏ３成分の残存も認められる。
一方、湿式で原料の混合粉砕を行った場合には、焼成物にＮａ２Ｏ成分やＳＯ３成分が殆ど含まれておらず、未反応のＡｌ２Ｏ３成分の存在も確認できなかった。また、焼成物はＸＲＤではＣａＯ・２Ａｌ２Ｏ３の結晶構造を有していた。Ｆｅ２Ｏ３成分はＣａＯ・２Ａｌ２Ｏ３の結晶構造に固溶したことをＸＲＤで確認した。これはＣａＯ・２Ａｌ２Ｏ３の回折ピークのみ認められ、原料として配合したＦｅ２Ｏ３や、Ｆｅ２Ｏ３成分を含有する他の化合物の生成が認められなかったためである。
一方、湿式で原料の混合粉砕を行った場合には、焼成物にＮａ２Ｏ成分やＳＯ３成分が殆ど含まれておらず、未反応のＡｌ２Ｏ３成分の存在も確認できなかった。また、焼成物はＸＲＤではＣａＯ・２Ａｌ２Ｏ３の結晶構造を有していた。Ｆｅ２Ｏ３成分はＣａＯ・２Ａｌ２Ｏ３の結晶構造に固溶したことをＸＲＤで確認した。これはＣａＯ・２Ａｌ２Ｏ３の回折ピークのみ認められ、原料として配合したＦｅ２Ｏ３や、Ｆｅ２Ｏ３成分を含有する他の化合物の生成が認められなかったためである。
「実験例２」
原料の混合粉砕を湿式で行い、Ｆｅ２Ｏ３成分の配合量を６％に一定とし、ＣａＯ／Ａｌ２Ｏ３モル比を表２になるように変化したこと以外は実験例１と同様に行った。
ただし、ＣａＯ／Ａｌ２Ｏ３モル比０．７のものは１４００℃、ＣａＯ／Ａｌ２Ｏ３モル比０．６のものは１４５０℃、ＣａＯ／Ａｌ２Ｏ３モル比０．４のものは１５００℃、ＣａＯ／Ａｌ２Ｏ３モル比０．２のものは１５５０℃でそれぞれ熱処理を行った。
なお、比較例として、Ｆｅ２Ｏ３成分を配合しない場合についても併記した。結果を表２に示す。
原料の混合粉砕を湿式で行い、Ｆｅ２Ｏ３成分の配合量を６％に一定とし、ＣａＯ／Ａｌ２Ｏ３モル比を表２になるように変化したこと以外は実験例１と同様に行った。
ただし、ＣａＯ／Ａｌ２Ｏ３モル比０．７のものは１４００℃、ＣａＯ／Ａｌ２Ｏ３モル比０．６のものは１４５０℃、ＣａＯ／Ａｌ２Ｏ３モル比０．４のものは１５００℃、ＣａＯ／Ａｌ２Ｏ３モル比０．２のものは１５５０℃でそれぞれ熱処理を行った。
なお、比較例として、Ｆｅ２Ｏ３成分を配合しない場合についても併記した。結果を表２に示す。
表２より、ＣａＯ／Ａｌ２Ｏ３モル比が０．２から０．７の間で変化しても、湿式で原料を混合粉砕することで、焼成物にＮａ２Ｏ成分やＳＯ３成分が殆ど含まれておらず、未反応のＡｌ２Ｏ３成分の存在も確認できなかった。
一方、Ｆｅ２Ｏ３原料を配合しないと、ＣＦＡ化合物の生成反応が進行しにくく、未反応のＡｌ２Ｏ３成分が著しく多く確認されている。
一方、Ｆｅ２Ｏ３原料を配合しないと、ＣＦＡ化合物の生成反応が進行しにくく、未反応のＡｌ２Ｏ３成分が著しく多く確認されている。
「実験例３」
原料の混合粉砕を湿式で行い、ＣａＯ／Ａｌ２Ｏ３モル比を０．５とし、Ｆｅ２Ｏ３成分の配合量を表３に示すように変化したこと以外は実験例１と同様に行った。バーナーの焼点温度は１５５０℃で熱処理を行った。結果を表３に示す。
原料の混合粉砕を湿式で行い、ＣａＯ／Ａｌ２Ｏ３モル比を０．５とし、Ｆｅ２Ｏ３成分の配合量を表３に示すように変化したこと以外は実験例１と同様に行った。バーナーの焼点温度は１５５０℃で熱処理を行った。結果を表３に示す。
表３より、鉄分を含有することで未反応物のアルミナが残らずエネルギー的に効率良く合成することが可能であることが分かる。
なお、鉄分を加えない場合、ＣａＯ／Ａｌ２Ｏ３モル比０．７のものは１５００℃、ＣａＯ／Ａｌ２Ｏ３モル比０．６のものは１５５０℃、ＣａＯ／Ａｌ２Ｏ３モル比０．４のものは１６００℃、ＣａＯ／Ａｌ２Ｏ３モル比０．２のものは１６５０℃以上で焼成することで未反応の酸化アルミニウムの回折ピークが消失した。
なお、鉄分を加えない場合、ＣａＯ／Ａｌ２Ｏ３モル比０．７のものは１５００℃、ＣａＯ／Ａｌ２Ｏ３モル比０．６のものは１５５０℃、ＣａＯ／Ａｌ２Ｏ３モル比０．４のものは１６００℃、ＣａＯ／Ａｌ２Ｏ３モル比０．２のものは１６５０℃以上で焼成することで未反応の酸化アルミニウムの回折ピークが消失した。
「実験例４」
Ａｌ２Ｏ３原料の違いについて検討した。Ａｌ２Ｏ３原料としてボーキサイトを使用したこと以外は実験例１と同様に行った。原料のＣａＯ／Ａｌ２Ｏ３モル比がほぼ０．５となるように、ＣａＯ原料の炭酸カルシウムとＡｌ２Ｏ３原料を配合し、Ｆｅ２Ｏ３含有量がほぼ６質量％となるようにＦｅ２Ｏ３原料の酸化鉄を加えて原料とした。この原料を湿式で混合粉砕し、造粒し、熱処理してＣＦＡ化合物を製造した。結果を表４に示す。
Ａｌ２Ｏ３原料の違いについて検討した。Ａｌ２Ｏ３原料としてボーキサイトを使用したこと以外は実験例１と同様に行った。原料のＣａＯ／Ａｌ２Ｏ３モル比がほぼ０．５となるように、ＣａＯ原料の炭酸カルシウムとＡｌ２Ｏ３原料を配合し、Ｆｅ２Ｏ３含有量がほぼ６質量％となるようにＦｅ２Ｏ３原料の酸化鉄を加えて原料とした。この原料を湿式で混合粉砕し、造粒し、熱処理してＣＦＡ化合物を製造した。結果を表４に示す。
＜使用材料＞
ボーキサイト：Ａｌ２Ｏ３成分：８９．４％、ＳｉＯ２成分：４．０％、Ｆｅ２Ｏ３成分：１．８％、ＭｇＯ成分：０．２％、ＴｉＯ２成分：３．７％、Ｎａ２Ｏ成分：０．１％、Ｋ２Ｏ成分：０．５％、強熱減量：０．３％、粒度：５ｍｍ下。
ボーキサイト：Ａｌ２Ｏ３成分：８９．４％、ＳｉＯ２成分：４．０％、Ｆｅ２Ｏ３成分：１．８％、ＭｇＯ成分：０．２％、ＴｉＯ２成分：３．７％、Ｎａ２Ｏ成分：０．１％、Ｋ２Ｏ成分：０．５％、強熱減量：０．３％、粒度：５ｍｍ下。
表４より、ボーキサイトを使うと未反応の酸化アルミニウムの回折ピークが確認されるが、焼結アルミナの集塵ダストを使うと未反応の酸化アルミニウムの回折ピークは認められないことが分かる。
「実験例５」
ＣＦＡ化合物のセメント混和材としての性能を評価した。表５に示すＣＦＡ化合物をブレーン比表面積で３０００±３００ｃｍ２／ｇに粉砕してセメント混和材とした。
ＣＦＡ化合物のセメント混和材としての性能を評価した。表５に示すＣＦＡ化合物をブレーン比表面積で３０００±３００ｃｍ２／ｇに粉砕してセメント混和材とした。
セメントとセメント混和材からなるセメント組成物１００部中、セメント混和材を７部配合してセメント組成物を調製し、水／セメント組成物比０．５のモルタルをＪＩＳ Ｒ ５２０１に準じて調製した。このモルタルを用いて、防錆効果、圧縮強さ、コンシステンシーを調べた。結果を表５に併記する。
（使用材料）
セメント：普通ポルトランドセメント、市販品
細骨材：ＪＩＳ Ｒ ５２０１で使用する標準砂
水：水道水
セメント：普通ポルトランドセメント、市販品
細骨材：ＪＩＳ Ｒ ５２０１で使用する標準砂
水：水道水
（評価方法）
防錆効果：モルタルに内在塩化物イオンとして、１０ｋｇ／ｍ３となるように塩化物イオンを加え、丸鋼の鉄筋を入れて５０℃に加温養生することによる促進試験で防錆効果を確認した。鉄筋に錆が発生しなかった場合は良、１／１０の面積以内で錆が発生した場合は可、１／１０の面積を超えて錆が発生した場合は不可とした。
圧縮強さ：ＪＩＳ Ｒ ５２０１に準じて材齢１日と２８日圧縮強さを測定。
コンシステンシー：ＪＩＳ Ｒ ５２０１に準じてモルタルフローを測定した。なお、モルタルは夏場を想定して３５℃で練り上げ、練り直後と、９０分経過後について測定し、流動性の低下の度合いを調べた。
防錆効果：モルタルに内在塩化物イオンとして、１０ｋｇ／ｍ３となるように塩化物イオンを加え、丸鋼の鉄筋を入れて５０℃に加温養生することによる促進試験で防錆効果を確認した。鉄筋に錆が発生しなかった場合は良、１／１０の面積以内で錆が発生した場合は可、１／１０の面積を超えて錆が発生した場合は不可とした。
圧縮強さ：ＪＩＳ Ｒ ５２０１に準じて材齢１日と２８日圧縮強さを測定。
コンシステンシー：ＪＩＳ Ｒ ５２０１に準じてモルタルフローを測定した。なお、モルタルは夏場を想定して３５℃で練り上げ、練り直後と、９０分経過後について測定し、流動性の低下の度合いを調べた。
表６より、焼結アルミナの集塵ダストを使い、原料調整の工程で混合粉砕を行う際に乾式で行ったセメント混和材は、防錆効果が十分でなく、圧縮強度は低く、コンシステンシーの経時変化も大きいことが分かる。また、Ｆｅ２Ｏ３成分を配合せずに製造されたセメント混和材や、ボーキサイトを原料として製造したセメント混和材は、コンシステンシーの経時変化も大きいことが分かる。
一方、湿式で混合粉砕を行いＦｅ２Ｏ３成分を配合して製造されたセメント混和材は、良好な防錆効果を示し、圧縮強度の増進も良好で、コンシステンシーへの悪影響もないことが分かる。
一方、湿式で混合粉砕を行いＦｅ２Ｏ３成分を配合して製造されたセメント混和材は、良好な防錆効果を示し、圧縮強度の増進も良好で、コンシステンシーへの悪影響もないことが分かる。
本発明のＣａＯ-Ａｌ２Ｏ３-Ｆｅ２Ｏ３系化合物の製造方法により、焼結アルミナの集塵ダストをＡｌ２Ｏ３原料として使用してもＮａ２ＯやＳＯ３成分を殆ど含まないＣａＯ-Ａｌ２Ｏ３-Ｆｅ２Ｏ３系化合物が得られ、未反応の原料も殆ど残らず、ＣａＯ-Ａｌ２Ｏ３-Ｆｅ２Ｏ３系化合物をセメント混和材として利用すると、（１）夏場のスランプロスを誘発しない、（２）セメントの初期強度発現性を阻害しない、（３）防錆効果が向上する、などの効果を奏するので、広範な分野で使用可能である。
Claims (4)
- ＣａＯ原料、Ａｌ２Ｏ３原料及びＦｅ２Ｏ３原料を湿式で混合粉砕し、粉砕物を造粒したものを熱処理して、ＣａＯ／Ａｌ２Ｏ３モル比が０．２〜０．７でＦｅ２Ｏ３の含有量が０．５〜１０質量％のＣａＯ-Ａｌ２Ｏ３-Ｆｅ２Ｏ３系化合物を製造するにあたり、Ａｌ２Ｏ３原料として焼結アルミナの集塵ダストを使用することを特徴とするＣａＯ-Ａｌ２Ｏ３-Ｆｅ２Ｏ３系化合物の製造方法。
- 粉砕物から余剰な水分を搾り出した後、造粒することを特徴とする請求項１に記載のＣａＯ-Ａｌ２Ｏ３-Ｆｅ２Ｏ３系化合物の製造方法。
- 熱処理温度が、１４００℃以上１６５０℃以下であることを特徴とする請求項１又は２に記載のＣａＯ-Ａｌ２Ｏ３-Ｆｅ２Ｏ３系化合物の製造方法。
- ＣａＯ-Ａｌ２Ｏ３-Ｆｅ２Ｏ３系化合物が、ＣａＯ・２Ａｌ２Ｏ３の結晶を含有し、Ｆｅ２Ｏ３成分の一部あるいは全部がＣａＯ・２Ａｌ２Ｏ３の結晶構造に固溶していることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のＣａＯ-Ａｌ２Ｏ３-Ｆｅ２Ｏ３系化合物の製造方法。
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