JP2013193926A

JP2013193926A - セメントクリンカー及びセメントクリンカーの製造方法

Info

Publication number: JP2013193926A
Application number: JP2012063217A
Authority: JP
Inventors: Hidetoshi Misumi; 英俊三隅; Eiji Maruya; 英二丸屋; Toshiyuki Takahashi; 俊之高橋
Original assignee: Ube Industries Ltd
Current assignee: Ube Corp
Priority date: 2012-03-21
Filing date: 2012-03-21
Publication date: 2013-09-30

Abstract

【課題】廃棄物・副産物の使用量を増加しても、セメントクリンカーのｂ値の上昇を抑制できるセメントクリンカー及びセメントクリンカーの製造方法を提供すること。
【解決手段】ＭｇＯ含有量が１．０５〜３．０質量％及び平均粒径が１．０〜１０．０ｍｍであるセメントクリンカーである。また、Ａｌ_２Ｏ_３含有量が５．５〜７．５質量％のセメントクリンカーである。また、原料を粉砕し、９０μｍ残分が１０〜５０質量％である原料粉末にする工程と、前記原料粉末をセメントキルンで焼成し、セメントクリンカーを製造する工程と、前記セメントクリンカーをクーラーで冷却し、前記セメントクリンカーを得る、セメントクリンカーの製造方法である。
【選択図】図１

Description

本発明は、セメントクリンカーのＭｇＯ含有量及び平均粒径を調整することによって、
セメントクリンカーのｂ値を８．５未満に調整したセメントクリンカー及びセメントクリンカーの製造方法に関する。

セメント産業は、循環型社会への貢献が求められていることから、セメント製造における廃棄物・副産物の使用量を高めることが求められる。また、セメント製造に使用する廃棄物・副産物は、ますます多様化する傾向にある。廃棄物・副産物には、ＭｇＯやＡｌ₂Ｏ₃のような成分が多く含まれているケースがあり、このような廃棄物・副産物の使用量の増加により、セメントクリンカー中に含まれるＭｇＯやＡｌ_２Ｏ_３の含有量も増加する。

一方、セメントクリンカー中のＭｇＯ含有量を増やすことで、セメントクリンカーのｂ値を低下出来ることが、報告されている（非特許文献１）。

金井謙介，狩野和弘，高田恭子，第62回セメント技術大会講演要旨，pp.194-195（2008）

しかしながら、上記方法では、ｂ値にはＭｇＯ含有量だけでなく、やＡｌ_２Ｏ_３含有量やＴｉＯ_２含有量の影響も受け、Ａｌ_２Ｏ_３含有量やＴｉＯ_２含有量が多い廃棄物や副産物を原料とすると、ｂ値も上昇するという問題があった。

そこで、本発明は、ＭｇＯやＡｌ_２Ｏ_３を含む廃棄物・副産物の使用量を増加しても、セメントクリンカーのｂ値を適度に抑制したセメントクリンカー及びセメントクリンカーの製造方法を提供することを目的とする。

本発明者らは、上記課題に関し鋭意検討した結果、セメントクリンカーのＭｇＯ含有量及び平均粒径を適度に調整することによって、ｂ値を適度に抑制したセメントクリンカーが得られることを見出し、本発明を完成させるに至った。

すなわち、本発明は、ＭｇＯ含有量が１．０５〜３．０質量％及び平均粒径が１．０〜１０．０ｍｍであるセメントクリンカーに関する。セメントクリンカーのＭｇＯ含有量及び平均粒径を調整することにより、廃棄物・副産物の使用量を増加しても、セメントクリンカーのｂ値の上昇を制御でき、一定の品質のセメントクリンカーを提供することが可能である。

前記セメントクリンカーのＡｌ_２Ｏ_３含有量は５．５〜７．５質量％であることが好ましい。

また、Ｃ_３Ｓ含有量が５０〜６５質量％、Ｃ_２Ｓ含有量が１０〜３０質量％、Ｃ_３Ａ含有量が５〜１５質量％及びＣ_４ＡＦ含有量が５〜１５質量％であることが好ましい。

本発明は、また、原料を粉砕し、９０μｍ残分が１０〜５０質量％である原料粉末にする工程と、前記原料粉末をセメントキルンで焼成し、セメントクリンカーを製造する工程と、前記セメントクリンカーをクーラーで冷却し、前記セメントクリンカーを得る、セメントクリンカーの製造方法を提供する。
この製造方法により、廃棄物・副産物の使用量を増加しても、セメントクリンカーのｂ値の上昇を制御でき、一定の品質のセメントクリンカーを提供することが可能である。

本発明によれば、廃棄物・副産物の使用量を増加しても、セメントクリンカーのｂ値の上昇を抑制した、品質の良いセメントクリンカーを提供することができる。

焼点温度とセメントクリンカーの平均粒径の関係を現した図である。

以下、本発明の好適な実施形態を以下に説明する。

本発明のセメントクリンカーのＭｇＯ含有量は１．０５〜３．０質量％、好ましくは１．０７〜１．８質量％、より好ましくは１．０８〜１．５質量％、さらに好ましくは１．１〜１．４質量％である。ＭｇＯ含有量が１．０５％未満であれば、ｂ値上昇の制御が難しくなるとともに強度低下発現が懸念される。
セメントクリンカーのｂ値とは、ハンターＬａｂ表色系における値であり、黄色と青色の強さを表す指標である。数値が大きくなるほど黄色が強くなる。
平均粒径は、１．０〜１０．０ｍｍ、好ましくは３．０〜９．８ｍｍ、より好ましくは３．０〜９．７ｍｍ、さらに好ましくは５．０〜９．５ｍｍである。これらの範囲であれば、ｂ値を適度に抑制可能である。
ここで、平均粒径とは各クリンカーを篩目開きが７５ｍｍ、３７．５ｍｍ、１９．０ｍｍ、９．５ｍｍ、４．７５ｍｍ、２．３６ｍｍおよび１．１８ｍｍの篩を用いて篩い分けし、累積の篩下質量が５０％になるときの粒度（d₅₀）である。
また、セメントクリンカーのＡｌ_２Ｏ_３含有量は５．５〜７．５質量％、好ましくは５．６〜７．０質量％、より好ましくは５．７〜６．５質量％、さらに好ましくは５．８〜６．０質量％である。これらの範囲であれば、ｂ値を適度に抑制可能である。

セメントクリンカーの鉱物組成は、Ｃ_３Ｓ含有量が５０〜６５質量％、Ｃ_２Ｓ含有量が１０〜３０質量％、Ｃ_３Ａ含有量が５〜１５質量％及びＣ_４ＡＦ含有量が５〜１５質量％であることが好ましく、Ｃ_３Ｓ含有量が５２〜６２質量％、Ｃ_２Ｓ含有量が１２〜２８質量％、Ｃ_３Ａ含有量が７〜１３質量％及びＣ_４ＡＦ含有量が７〜１３質量％であることがより好ましく、Ｃ_３Ｓ含有量が５３〜６１質量％、Ｃ_２Ｓ含有量が１５〜２５質量％、Ｃ_３Ａ含有量が８〜１１質量％及びＣ_４ＡＦ含有量が８〜１２質量％であることがより好ましい。これらの範囲であれば、ｂ値を適度に抑制可能である。
また、本発明のセメントクリンカーの製造方法は、原料を粉砕し、９０μｍ残分が１０〜５０質量％である原料粉末にする工程と、前記原料粉末をセメントキルンで焼成し、セメントクリンカーを製造する工程と、前記セメントクリンカーをクーラーで冷却する工程を含む。
セメントクリンカーの原料としては、石灰石、珪石、石炭灰、建設発生土、銅ガラミ、高炉ダスト、下水汚泥、脱鉄スラグ、焼却灰、高炉スラグ等があげられる。

セメントクリンカー原料の粉末度は、原料粒子の大きさを意味し、ＪＩＳＲ５２０１：１９９７「セメントの物理試験方法」で規定される９０μｍ残分で表すことが可能である。

９０μｍ残分の量は１０〜５０質量％、好ましくは１５〜４５質量％、より好ましくは２０〜４０質量％、さらに好ましくは２３〜３５質量％である。
セメントクリンカーを焼成する際の焼点温度は１３００〜１５００℃、好ましくは１３５０〜１４６０℃である。ここで、焼点温度とはセメントクリンカー焼成時のフレームの最高温度のことを意味する。

以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。

以下、実施例により本発明の内容を具体的に説明する。なお、本発明はこれらの例によって限定されるものではない。

[１．クリンカーの原料及び原料調合]
本発明に係るクリンカーの原料は、石灰石、珪石、石炭灰、建設発生土、銅ガラミ、高炉ダスト、下水汚泥、脱鉄スラグおよび焼却灰を使用した。クリンカーの化学成分は、これらの調合条件を変えることによって調整した。

[２．セメントクリンカーの焼成およびその試験方法]
クリンカーは、調合原料を竪型ミルにて所定粒度になるまで２５０〜３５０℃で乾燥粉砕した。このとき、ミルのセパレータ回転数を変えることによって、クリンカー用の原料を調製した。調製した原料の粒度分布は、ＪＩＳＲ５２０１：１９９７「セメントの物理試験方法」に従って９０μｍ残分を測定した。表１に各原料の９０μｍ残分を示す。

上記原料をサスペンションプレヒーター上部から送入し、プレヒーター中で予熱及び仮焼した後、ロータリーキルン中で高温で焼成し、その後、クーラーで冷却することによりクリンカーを得た。クリンカーの粒度は、図１に示すように焼点温度を制御することによって調整した。ここでいう焼点温度とは、クリンカー焼成時のフレームの最高温度のことである。

得られたクリンカーについては、化学組成、鉱物組成、平均粒径およびｂ値を評価した。クリンカーの化学組成を表２に示す。クリンカーの化学組成は、ＪＩＳＲ５２０２：１９９９「ポルトランドセメントの化学分析法」に準じて測定した。また、クリンカーの諸率および鉱物組成を表３に示す。それぞれの算出には、以下の式を用いた。さらに、各クリンカーを篩目開きが７５ｍｍ、３７．５ｍｍ、１９．０ｍｍ、９．５ｍｍ、４．７５ｍｍ、２．３６ｍｍおよび１．１８ｍｍの篩を用いて篩い分けし、累積の篩下質量が５０％になるときの粒度を平均粒径（d₅₀）として求めた。結果を表３に示す。
ｂ値については、測色色差計（日本電色工業社製，SE-2000型）により測定した。結果を表４に示す。

ＨＭ＝ＣａＯ／（ＳｉＯ_２＋Ａｌ_２Ｏ_３＋Ｆｅ_２Ｏ_３）
ＳＭ＝ＳｉＯ_２／（Ａｌ_２Ｏ_３＋Ｆｅ_２Ｏ_３）
ＩＭ＝Ａｌ_２Ｏ_３／Ｆｅ_２Ｏ_３
Ｃ_３Ｓ＝４．０７×ＣａＯ−７．６０×ＳｉＯ_２−６．７２×Ａｌ_２Ｏ_３−１．４３×Ｆｅ_２Ｏ_３
Ｃ_２Ｓ＝２．８７×ＳｉＯ_２−０．７５×Ｃ_３Ｓ
Ｃ_３Ａ＝２．６５×Ａｌ_２Ｏ_３−１．６９×Ｆｅ_２Ｏ_３
Ｃ_４ＡＦ＝３．０４×Ｆｅ_２Ｏ_３

表４より、クリンカーのＭｇＯ含有量が１．０５〜３．０質量％、平均粒径が１．０〜１０．０ｍｍであれば、b値は８．５０未満に抑制出来ることがわかる。これは、フェライト相中のＡｌ^３＋やＦｅ^３＋が２価のイオン（Ｍｇ^２＋, Ｍｎ^２＋など）と置換しやすく、酸化雰囲気であれば、電荷不足に伴って正孔が発生し、光の吸収が生じることで、フェライト相の色が黒色になるためと考えられる。

Claims

ＭｇＯ含有量が１．０５〜３．０質量％及び平均粒径が１．０〜１０．０ｍｍであるセメントクリンカー。
Ａｌ_２Ｏ_３含有量が５．５〜７．５質量％である請求項１記載のセメントクリンカー。
Ｃ_３Ｓ含有量が５０〜６５質量％、Ｃ_２Ｓ含有量が１０〜３０質量％、Ｃ_３Ａ含有量が５〜１５質量％及びＣ_４ＡＦ含有量が５〜１５質量％である請求項１または２記載のセメントクリンカー。
原料を粉砕し、９０μｍ残分が１０〜５０質量％である原料粉末にする工程と、
前記原料粉末をセメントキルンで焼成し、セメントクリンカーを製造する工程と、
前記セメントクリンカーをクーラーで冷却し、請求項１〜３のいずれか一項記載のセメントクリンカーを得る、セメントクリンカーの製造方法。
前記原料は、石灰石、珪石、石炭灰、建設発生土、銅ガラミ、高炉ダスト、下水汚泥、脱鉄スラグ及び焼却灰から選ばれる１種以上である、請求項４記載のセメントクリンカーの製造方法。
前記焼成の焼点温度は１３００〜１５００℃である請求項４又は５記載のセメントクリンカーの製造方法。