JP2016172680A

JP2016172680A - 石炭灰の選別方法

Info

Publication number: JP2016172680A
Application number: JP2015054662A
Authority: JP
Inventors: 智矢馬場; Tomoya Baba; 嘉史扇; Yoshifumi Ogi; 大亮黒川; Daisuke Kurokawa; 宙平尾; Hiroshi Hirao
Original assignee: Taiheiyo Cement Corp
Current assignee: Taiheiyo Cement Corp
Priority date: 2015-03-18
Filing date: 2015-03-18
Publication date: 2016-09-29

Abstract

【課題】本発明は、石炭灰の物理化学的特性に基づき、易焼成性の高いセメントクリンカー用石炭灰含有原料に用いる石炭灰を、簡易に選別できる方法を提供する。【解決手段】本発明の石炭灰の選別方法は、下記（１）式から算出されるＢ値に基づき、易焼成性の高いセメントクリンカー用石炭灰含有原料に用いる石炭灰を選別する方法である。Ｂ＝Ｓ／Ａ＋０．０５８×Ｃ・・・（１）ただし、（１）式中、Ｓは石炭灰内のガラス相中のＳｉＯ２の含有率（質量％）を表し、Ａは石炭灰内のガラス相中のＡｌ２Ｏ３の含有率（質量％）を表し、Ｃは石炭灰のブレーン比表面積（ｃｍ２／ｇ）を表す。【選択図】図２

Description

本発明は、易焼成性（低温焼成性）の高い、セメントクリンカー用の石炭灰含有原料（以下、単に「石炭灰含有原料」という。）に用いる石炭灰を選別するための、石炭灰の選別方法に関する。

財団法人石炭エネルギーセンターが公開している資料によれば、平成２４年度の石炭灰の発生量は１２６６万トンで、そのうちの６６％がセメントの原料として使われている。
しかし、石炭灰は、炭種や燃焼条件により化学組成や粒径等の物理化学的特性が大きく変動し、石炭灰含有原料の易焼成性に影響する。そこで、石炭灰の品質管理が必要となるが、前記石炭灰含有原料の易焼成性に影響する石炭灰の特性は知られていないため、当該品質管理項目は明確でない。

例えば、特許文献１に記載の低温焼成セメントクリンカー用原料では、該原料に用いる石炭灰を、３２μｍ以上の粒群が１０質量％以下で、平均粒径が２〜１０μｍと規定し、原料に用いる石炭灰を粒径（物理特性）により管理している。しかし、特許文献１における品質管理項目には、石炭灰の化学組成等（化学特性）が含まれていない。したがって、石炭灰の化学特性を考慮しない石炭灰の品質管理では、易焼成性が高い石炭灰含有原料を調製することは難しい。よって、石炭灰の化学特性も加えて、前記易焼成性を評価する方法が望まれる。

特開２０１４−１８１１６１号公報

したがって、本発明は、石炭灰の物理化学的特性に基づき、易焼成性の高い石炭灰含有原料に用いる石炭灰を、簡易に選別できる方法を提供することを目的とする。

そこで、本発明者は前記目的を達成するため、前記易焼成性に影響する石炭灰の物理化学的特性を鋭意検討した結果、石炭灰内のガラス相中のＳｉＯ_２およびＡｌ_２Ｏ_３の含有率（化学特性）と、石炭灰のブレーン比表面積（物理特性）が、前記易焼成性に大きく影響することを見い出し、本発明を完成させた。
すなわち、本発明は、以下の構成を有する石炭灰の選別方法である。

［１］下記（１）式から算出されるＢ値に基づき、易焼成性の高い石炭灰含有原料に用いる石炭灰を選別する、石炭灰の選別方法。
Ｂ＝Ｓ／Ａ＋０．０５８×Ｃ・・・（１）
ただし、（１）式中、Ｂは石炭灰含有原料の易焼成性を示す指標を表し、Ｓは石炭灰内のガラス相中のＳｉＯ_２の含有率（質量％）を表し、Ａは石炭灰内のガラス相中のＡｌ_２Ｏ_３の含有率（質量％）を表し、Ｃは石炭灰のブレーン比表面積（ｃｍ^２／ｇ）を表す。
［２］前記Ｂ値が２７０以上である石炭灰を、易焼成性の高い石炭灰含有原料に用いる石炭灰として選別する、前記［１］に記載の石炭灰の選別方法。

本発明の石炭灰の選別方法は、石炭灰の物理化学的特性に基づき、易焼成性の高い石炭灰含有原料に用いる石炭灰を、簡易に選別することができる。

石炭灰含有原料の焼成温度のパターンを示した図である。Ｂ値と、焼成物中のフリーライムの含有率の相関を示す図である。（ａ）石炭灰中の全ＳｉＯ_２の含有率、（ｂ）石炭灰中の全Ａｌ_２Ｏ_３の含有率、（ｃ）石炭灰中のガラス相の含有率、または（ｄ）石炭灰中の全ＳｉＯ_２および全Ａｌ_２Ｏ_３の含有率と石炭灰のブレーン比表面積とを含む特定の式の値と、焼成物中のフリーライムの含有率との相関を示す図であり、図２と比較するために示す。

本発明は、前記（１）式から算出されるＢ値に基づき、易焼成性の高い石炭灰含有原料に用いる石炭灰を選別する石炭灰の選別方法である。以下、本発明について詳細に説明する。
１．（１）式
本発明において、前記石炭灰を選別するための指標であるＢ値は、前記（１）式を用いて算出する。（１）式の導出方法は、後記の実施例において示すように、目的変数として、焼成物（セメントクリンカー）中のフリーライムの含有率（Ｂ）を用い、また説明変数として、石炭灰内のガラス相中のＳｉＯ_２の含有率、石炭灰内のガラス相中のＡｌ_２Ｏ_３の含有率、および石炭灰のブレーン比表面積を用いて重回帰分析を行い、重回帰式を導出する。したがって、算出されるＢ値は、焼成物中のフリーライムの含有率と相関する値である。
本発明の特徴は、説明変数として、石炭灰内のガラス相中のＳｉＯ_２の含有率、石炭灰内のガラス相中のＡｌ_２Ｏ_３の含有率、および石炭灰のブレーン比表面積を選択したことにある。そして、前記説明変数は、石炭灰の種々の物理化学的特性を用いて回帰分析を繰り返し試行した末に見い出された。
なお、比較のため、石炭灰の他の種々の物理化学的特性を用いて回帰分析を行った結果も、後掲の図３に例示する。図３から分かるように、Ｂ値と比べ、相関性はいずれも低い。

２．Ｂ値
易焼成性の高い石炭灰含有原料に用いる石炭灰を選別するための基準値は相対的である。まず、要求される焼成物中のフリーライムの含有率（易焼成性）を定め、さらに該値から基準値となるＢ値を定める。そして、該基準値を満たす石炭灰を、易焼成性の高い石炭灰含有原料に用いる石炭灰として選別する。例えば、後掲の図２の例では、要求される焼成物中のフリーライムの含有率を２．２５質量％と定めると、Ｂ値は２７０が基準値になり、Ｂ値が２７０以上の石炭灰を、易焼成性の高い石炭灰含有原料に用いる石炭灰として選別する。

以下、本発明を実施例により説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されない。
１．使用材料
（１）試薬
使用した試薬は、シリカ（ＳｉＯ_２）、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）、酸化鉄（Ｆｅ_２Ｏ_３）、炭酸カルシウム（ＣａＣＯ_３）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、二水石膏（ＣａＳＯ_４・２Ｈ_２Ｏ）、炭酸ナトリウム（Ｎａ_２ＣＯ_３）、炭酸カリウム（Ｋ_２ＣＯ_３）、酸化チタン（ＴｉＯ_２）、およびリン酸水素カルシウム２水和物（ＣａＨＰＯ_４・２Ｈ_２Ｏ）であり、すべて特級試薬（関東化学社製）を使用した。

（２）石炭灰
使用した石炭灰の化学組成を表１に示し、該石炭灰の鉱物組成を表２に示し、該石炭灰内のガラス相中の化学組成を表３に示す。また、前記（１）式を用いて、表３中のＳｉＯ_２およびＡｌ_２Ｏ_３の含有率の値と、表１中のブレーン比表面積の値に基づき算出したＢ値を表３に示す。
なお、石炭灰の化学組成はＸＲＦ（粘土類検量線法）を用いて測定した。石炭灰の鉱物組成は該石炭灰の化学組成に基づき、下記の文献ａに記載のリートベルト法に準拠して求めた。また、石炭灰内のガラス相中の化学組成は、下記文献ｂに記載の方法に準拠して求めた。
文献ａ：星野清一ほか「非晶質混和材を含むセメントの鉱物の定量におけるＸ線回折／リートベルト法の適用」、セメント・コンクリート論文集、第５９号、ｐｐ．１４−２１（２００５）
文献ｂ：高橋晴香ほか「ＳＥＭ−ＥＤＳ／ＥＢＳＤおよび粒子解析を用いたＦＡのキャラクタリゼーション」、太平洋セメント研究報告、第１６２号、ｐｐ．３−１４（２０１２）

２．石炭灰含有原料の焼成
表４に示す化学組成のセメントクリンカーになるように調整した表５に示す配合に従い、前記材料を調合して石炭灰含有原料（ペレット）を作製した。次に、該石炭灰含有原料を図１に示す焼成条件で電気炉を用いて焼成した。さらに、得られた焼成物中のフリーライムの含有率を、ＪＩＳＲ５２０２「セメントの化学分析方法」に準拠して測定した。その結果を表６に示す。

焼成物中のフリーライムの含有率は、焼成の程度（良否）を示す指標であり、表６から、易焼成性は原料１が最も高く、原料３が最も低い。次に、原料の易焼成性を確認するため、原料１は焼成温度が１４２０℃、焼成時間が４０分、また原料３は焼成温度がより高い１４７０℃、焼成時間が同じ４０分の条件で焼成した。その結果、フリーライムの含有率は、原料１の焼成物中で０．５８質量％、原料３の焼成物中で０．５９質量％と同じ含有率であった。この結果は、同じ焼成の程度の焼成物（セメントクリンカー）を得るには、原料１は原料３よりも、より低い焼成温度で足り、易焼成性は原料１が原料３に比べ高いことを示している。

３．石炭灰含有原料の焼成に影響する石炭灰の物理化学的特性について
焼成の程度を示す指標であるフリーライムと、石炭灰の各種物理化学的特性との相関を調べた。具体的には、目的変数として焼成物中のフリーライムの含有率を用い、説明変数として石炭灰の各種物理化学的特性を用いて、回帰分析を行った。その結果、図２に示すように、石炭灰内のガラス相中のＳｉＯ_２およびＡｌ_２Ｏ_３の含有率（表３中の数値を使用した。）と、石炭灰のブレーン比表面積（表１中の数値を使用した。）とを含む特定の式の値（Ｂ値）と、フリーライムの含有率との相関が高かった。そして、フリーライムの含有率は、Ｂ値が２７０以上で低いことから、例えば、Ｂ値が２７０以上の石炭灰を、易焼成性の高い石炭灰含有原料に用いる石炭灰として選別することができる。
なお、比較のため、石炭灰の他の物理化学的特性として、石炭灰中の全ＳｉＯ_２の含有率、全Ａｌ_２Ｏ_３の含有率、ガラス相の含有率、石炭灰中の全ＳｉＯ_２および全Ａｌ_２Ｏ_３の含有率と石炭灰のブレーン比表面積とを含む別の特定の式との相関を図３に示す。図３から分かるように、これらの物理化学的特性とフリーライムの含有率の相関は、Ｂ値とフリーライムの含有率の相関に比べて低い。

Claims

下記（１）式から算出されるＢ値に基づき、易焼成性の高いセメントクリンカー用石炭灰含有原料に用いる石炭灰を選別する、石炭灰の選別方法。
Ｂ＝Ｓ／Ａ＋０．０５８×Ｃ・・・（１）
ただし、（１）式中、Ｂはセメントクリンカー用石炭灰含有原料の易焼成性を示す指標を表し、Ｓは石炭灰内のガラス相中のＳｉＯ_２の含有率（質量％）を表し、Ａは石炭灰内のガラス相中のＡｌ_２Ｏ_３の含有率（質量％）を表し、Ｃは石炭灰のブレーン比表面積（ｃｍ^２／ｇ）を表す。
前記Ｂ値が２７０以上である石炭灰を、易焼成性の高いセメントクリンカー用石炭灰含有原料に用いる石炭灰として選別する、請求項１に記載の石炭灰の選別方法。