JP2014076919A

JP2014076919A - ポルトランドセメントクリンカーの製造方法

Info

Publication number: JP2014076919A
Application number: JP2012225849A
Authority: JP
Inventors: Takashi Sabayashi; 敬司茶林; Hiroshi Nagata; 宏志永田; Akinori Nakamura; 明則中村; Hiroyoshi Kato; 弘義加藤
Original assignee: Tokuyama Corp
Current assignee: Tokuyama Corp
Priority date: 2012-10-11
Filing date: 2012-10-11
Publication date: 2014-05-01
Anticipated expiration: 2032-10-11
Also published as: JP6004880B2

Abstract

【課題】
ポルトランドセメントクリンカーの製造において省資源・省エネルギーでの製造が求められるが、省エネルギーでの製造によりセメントの物性に影響を及ぼすことが懸念される。本発明では、強度発現性や流動性などの物性を犠牲にすることなく、トータルのエネルギーコストが削減可能なポルトランドセメントクリンカーの製造方法を提供する。
【解決手段】
混合原料を粉末化し、該粉末化原料を焼成してクリンカーを得る工程を含むポルトランドセメントクリンカーの製造方法において、前記原料の粉末化を、２１２μｍ篩残が２質量％以下、９０μｍ篩残が２６質量％以下、３８μｍ篩残が９０質量％以上となるように行う。粉砕はボールミルによることが好ましい。
【選択図】なし

Description

本発明は、ポルトランドセメントクリンカーの製造方法に係わる。詳しくは当該ポルトランドセメントクリンカーの製造に係わるセメント調合原料およびその製造方法に関する。

セメント産業は、大量生産・大量消費型産業であり、省資源・省エネルギーは、これまでも、そしてこれからも最重要課題であり続けると考えられる。主に、焼成および原料の粉末化に伴うエネルギーコストは大きいものである。

例えば、最も大量に製造されているポルトランドセメントを製造するためには、所定の化学組成に調製された原料を、１４５０℃〜１５５０℃もの高温で焼成してクリンカーとする必要があり、この温度を得るためのエネルギーコストは膨大なものとなる。

さらには、焼成により製造されたクリンカー塊をセメントとするために、これを粉砕することが要求されており、この時点でも多大のエネルギーを消費する。

また、近年の地球環境問題と関連して、廃棄物、副産物等の有効利用は重要な課題となっている。これらの廃棄物、副産物等を含む調合原料を焼成する際には一定以上に粉末化する必要があり、粉末化にかかる電力が膨大なものとなっている。

大量生産・大量消費型産業であるセメント産業は、セメント製造時に原料や燃料として廃棄物を有効利用あるいは処理を行い、省資源・省エネルギーで効率よくセメントを製造することが重要とされている。

特開２００６−１５１７４８号公報

むろん、省資源・省エネルギーで製造できたとしても、そのセメントが所定の物性を有していなくては意味がない。セメントの物性を左右するものの一つに遊離酸化カルシウム（フリーライム、ｆ−ＣａＯ）がある。フリーライムが多いセメント（クリンカー）は、凝結異常という問題があるため、少ない方が好ましい。このフリーライムを減らす一方法として、高温或いは長時間で充分に焼成するということがあるが、これでは上記省エネルギーという課題の解決と相反するものとなってしまう。

従って本発明は、強度発現性や流動性などの物性を犠牲にすることなく、トータルのエネルギーコストが削減可能なポルトランド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。

上記課題を解決すべく本発明者等は鋭意検討を行った。その結果、混合原料の粉末化において、原料の微細化をすすめることにより、焼成されやすくなり、焼成時のエネルギーを低減できるだけでなく、驚くべきことに得られたクリンカー塊も粉砕されやすくなり、この粉砕エネルギーも節減出来ることを見出し、さらに知見を重ね、本発明を完成した。

即ち本発明は、混合原料を粉末化し、該粉末化原料を焼成してクリンカーを得る工程を含むポルトランドセメントクリンカーの製造方法において、
前記原料の粉末化を、２１２μｍ篩残が２質量％以下、９０μｍ篩残が２６質量％以下、３８μｍ篩残が９０質量％以上となるように行うことを特徴とするポルトランドセメントクリンカーの製造方法である。

本発明によれば、クリンカーを焼成する際の易焼成が向上するため焼成エネルギーが低減できると共に、焼成したクリンカーからセメントを試製する際の粉砕効率も良いクリンカーが得られるため粉砕エネルギーの低減も図ることができると共に、強度発現性等の物性は従来と同等の良好なセメントが得られる。

本発明の製造方法においては、混合原料の粉末化を、２１２μｍ篩残が２質量％以下、９０μｍ篩残が２６質量％以下、３８μｍ篩残が９０質量％以上となるように行う。２１２μｍ篩残が２質量％を超えたり、９０μｍ篩残が２６質量％を超えたりした場合には、充分に焼成するのに必要なエネルギーが多くなる（高温が必要となる）か、或いは（低温での焼成時には）セメント強度発現性が低下する。さらには、得られたクリンカーの粉砕に必要なエネルギーも低減できない。

一方、微粉化の効果はある程度で頭打ちとなるため、細かくしすぎた場合には、原料粉末化の際の粉砕エネルギーがより多く必要になるというデメリットが他のメリットを上回ってしまうため、３８μｍ篩残は９０質量％以上とする。

２１２μｍ篩残は、好ましくは１．５質量％以下である。９０μｍ篩残は好ましくは２０質量％以上或いは２６質量％以下、より好ましくは２２．５〜２５質量％である。また３８μｍ篩残は好ましくは９５質量％以上である。さらには、７５μｍ篩残が２５〜３５質量％であることがより好ましい。

本発明のセメントクリンカーを製造する方法は特に限定されることがなく、公知のセメント原料を、公知のセメントクリンカーの鉱物比率及び係数となるように所定の割合で調製混合し、公知の方法（例えばボールミル、竪型ミル等）で所定の粉末度となるように原料を混合粉砕し、公知の方法（例えば、ＳＰキルンやＮＳＰキルン等）で焼成することにより容易に得ることができる。

具体的なセメント原料としては、
石灰石、生石灰、消石灰等のＣａＯ源、珪石等のＳｉＯ_２源、粘土等のＡｌ_２Ｏ_３源、鉄源等のＦｅ_２Ｏ_３源などが挙げられ、さらには、廃棄物、副産物等を利用することも、無論可能である。

本発明の製造方法において、廃棄物、副産物等から一種以上を使用することは、廃棄物、副産物等の有効利用を促進する観点から好ましいことである。使用可能な廃棄物・副産物をより具体的に例示すると、高炉スラグ、製鋼スラグ、非鉄鉱滓、石炭灰、下水汚泥、浄水汚泥、製紙スラッジ、建設発生土、鋳物砂、ばいじん、焼却飛灰、溶融飛灰、塩素バイパスダスト、木屑、廃白土、ボタ、廃タイヤ、貝殻、都市ごみやその焼却灰等が挙げられる（なお、これらの中には、セメント原料になるとともに熱エネルギー源となるものもある）
原料の調合方法としては、上記各原料の化学組成を測定し、これら原料中の各成分割合から所望の範囲になるように各原料の調合割合を計算し、その割合で原料を調合すればよい。

原料の調合割合は、ポルトランドセメントクリンカーを生じる範囲であれば特に限定されず、普通ポルトランドセメント、中庸熱ポルトランドセメント、低熱ポルトランドセメント、早強ポルトランドセメントなど如何なるポルトランドセメントに対しても適用できるが、好ましくはＣ_３Ｓ含有量が４０〜７５質量％、Ｃ_２Ｓ含有量が５〜２５質量％、Ｃ_３Ａ含有量が３〜１５質量％及びＣ_４ＡＦ含有量が７〜２５質量％のものであり、より好ましくは、Ｃ_３Ｓ含有量が５０〜７０質量％、Ｃ_２Ｓ含有量が１０〜２０質量％、Ｃ_３Ａ含有量が７〜１２質量％及びＣ_４ＡＦ含有量が７〜１２質量％のものである。

本発明の製造方法において、各原料は個々に粉砕後混合しても良いし、混合後に粉砕してもよい。当該粉砕方法は、公知のポルトランドセメントクリンカー製造の際と同様のボールミル、竪型ミル等を使用することができ、特に限定はされないが、ボールミルが好ましい。粉砕に際しては通常、分級を行い望む範囲の粒度の混合原料を得る。当該分級についても公知の方法が適宜採用でき、例えばエアーセパレーター等の乾式分級機を使用して分級し、２１２μｍ篩残が２質量％以下、９０μｍ篩残が２６質量％以下、３８μｍ篩残が９０質量％以上となるよう、好ましくは９０μｍ篩残が２０〜２６質量％、３８μｍ篩残が９５質量％以上となるよう分級する。

焼成方法も特に限定されず、既存のポルトランドセメント製造設備として知られるＮＳＰキルンや、ＳＰキルンに代表されるセメントキルン等の高温加熱が可能な装置が好適に使用できる。焼成温度は１４００〜１５００℃程度が通常である。

本発明の方法で製造されたポルトランドセメントクリンカーは、公知のポルトランドセメントクリンカーと同様に使用することができる。即ち、ＳＯ_３量が１．５〜５．０質量％となるように石膏等と混合し、ブレーン比表面積が２８００〜４５００ｃｍ^２／ｇ程度になるまで粉砕すればよい。

以下、実施例により本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。

石灰石、石炭灰及び建設発生土等の廃棄物を含む工業原料を用いて、焼成ベースで、汎用的なセメントクリンカー組成を含む異なる組成のクリンカーが得られるように原料を調合した。調合した原料のボーグ式による鉱物組成、係数値を表１に示す。

この原料をボールミルにて時間を変えて粉砕を行ない、３試料（Ａ〜Ｃ）を調整した。各原料粉末の試料を１００ｇ計量し、２１２μｍ、９０μｍ、７５μｍ、３８μｍの篩を重ねて分級した。各試料の各篩の分級結果および篩残を表２に示す。なお、この篩残とは、篩目の大きい分級結果も含めて表示している。即ち、９０μｍ篩残とは、２１２μｍ篩の分級量と９０μｍ篩の分級量を併せたものであり、３８μｍ篩残分とは、２１２μｍ篩、９０μｍ篩、７５μｍ篩および３８μｍ篩の分級量を併せたものである。

各試料を所定の温度で９０分間焼成し、セメントクリンカーを得た。このセメントクリンカーにＳＯ_３含有量１．８〜１．９質量％となるように石膏を添加し、ブレーン比表面積３２００〜３３００ｃｍ^２／ｇとなるように粉砕し、セメントを作製した。その際にブレーン比表面積が３１００ｃｍ^２／ｇなるまでに要した粉砕時間を測定し、被粉砕性の指標とした。得られたセメントのモルタル圧縮強さ、セメントペーストフローを測定した。各実施例の焼成温度、フリーライム、粉砕時間、モルタル圧縮強さおよびペーストフローの結果を表３に示す。

また各測定は以下の方法による。
（１）原料およびセメントクリンカーの化学組成の測定：ＪＩＳＲ５２０４に準拠する蛍光Ｘ線分析法により測定した。
（２）モルタル圧縮強さの測定：ＪＩＳＲ５２０１に準拠する方法により測定した。
（３）セメントペーストフローの測定：ＪＡＳＳ１５Ｍ−１０３に準拠して測定し、練り混ぜ時間を３分、水／セメント比０．５０、混和剤添加なし
試験温度を２０℃とし、錬り上がり直後のフローを測定した。

実施例１〜３は本発明に関わるものであり、１４５０℃焼成においてｆ−ＣａＯは１．０％以下を示していることから易焼成が良好であり、所定のブレーン値となるまでの粉砕時間も短時間で行なえている。また強度発現性も各材齢において良好な結果となっている。

比較例１、２は原料粒度が実施例よりも粗い場合の結果を示しており、１４５０℃焼成ではｆ−ＣａＯは１．６１％と非常に高い値を示していることから易焼成が悪いことがわかる。また所定ブレーン値となるまでの粉砕時間も実施例と比較して長い時間を要することがわかる。強度発現性においても実施例と比較して大幅に低下することがわかる。

Claims

混合原料を粉末化し、該粉末化原料を焼成してクリンカーを得る工程を含むポルトランドセメントクリンカーの製造方法において、
前記原料の粉末化を、２１２μｍ篩残が２質量％以下、９０μｍ篩残が２６質量％以下、３８μｍ篩残が９０質量％以上となるまで行うことを特徴とするポルトランドセメントクリンカーの製造方法。
前記原料の粉末化を９０μｍ篩残が２０質量％以上、３８μｍ篩残が９５質量％以上となるまで行なう請求項１記載のポルトランドセメントクリンカーの製造方法。
原料の粉末化をボールミルで行う請求項１又は２に記載のポルトランドセメントクリンカーの製造方法。
粉末状の原料を焼成してクリンカーを得る工程を含むポルトランドセメントクリンカーの製造方法において用いる原料粉末であって、
２１２μｍ篩残が２質量％以下、９０μｍ篩残が２６質量％以下、３８μｍ篩残が９０質量％以上であることを特徴とするポルトランドセメントクリンカー製造用原料粉末。