JP2019178040A

JP2019178040A - セメントの製造方法および製造設備

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Publication number: JP2019178040A
Application number: JP2018069223A
Authority: JP
Inventors: 神谷　清志; Kiyoshi Kamiya; 清志神谷; 勉小川; Tsutomu Ogawa; 一夫坂本; Kazuo Sakamoto; 誠一水間; Seiichi Mizuma; 牧生山下; Makio Yamashita
Original assignee: Mitsubishi Materials Corp
Current assignee: Mitsubishi Materials Corp
Priority date: 2018-03-30
Filing date: 2018-03-30
Publication date: 2019-10-17
Anticipated expiration: 2038-03-30
Also published as: JP6975408B2

Abstract

【課題】フッカル汚泥の添加量を最適化して安定な低温焼成を可能にし、高品質のセメントクリンカーを製造することができるセメント製造方法を提供する。【解決手段】フッカル汚泥をセメント原料に添加して調合原料にし、これを予熱し焼成してセメントクリンカーを製造するセメントの製造設備および製造方法において、フッカル汚泥を乾燥して解砕混合する手段、フッカル汚泥解砕物のフッ素含有量および水分量を測定する手段、フッ素含有量および水分量を測定したフッカル汚泥解砕物を秤量する手段、秤量したフッカル汚泥解砕物を供給する手段を備えた供給機構が貯蔵サイロに接続していることを特徴とするセメント製造設備および製造方法。【選択図】図１

Description

本発明は、フッカル汚泥を添加してセメントクリンカーの焼成温度を下げるセメント製造方法において、フッカル汚泥の添加量を最適化して安定な低温焼成を可能にし、高品質のセメントクリンカーを製造するセメント製造方法に関する。

セメント原料に鉱化剤としてフッ素成分、硫黄成分ないし塩素成分を加えて焼成することによって、セメントクリンカーの焼成温度を下げることが従来から知られている。例えば、特開２０１１−２０７７５２号公報（特許文献１）、あるいは特開２０１３−１３３２３７公報（特許文献２）には以下の低温焼成によるセメント製造方法が開示されている。

特開２０１１−２０７７５２号公報（特許文献１）には、フッ素成分と硫黄成分と塩素および臭素からなる群より選ばれる何れか１つ以上を含む成分と、第３族元素〜第１２族元素からなる群より選ばれる何れか１つ以上の金属元素を含む成分とを含有する鉱化剤を、セメントクリンカー原料に添加して焼成し、または上記各成分をおのおのセメントクリンカー原料に添加して焼成するセメントクリンカー焼成物の製造方法が記載されている。

特開２０１３−１３３２３７公報（特許文献２）には、焼成前の調合原料と焼成後のクリンカーをおのおの採取し、採取した試料の種類に応じてフッ素量、主要成分量、および遊離石灰量を測定し、この測定量に基づいて、フッ素源と硫黄源の供給量、調合原料の供給量、および燃料の供給量などを制御するセメントクリンカーの製造システムが記載されている。

特開２０１１−２０７７５２号公報特開２０１３−１３３２３７公報

特許文献１の製造方法は、クリンカー焼成温度を現状の１４５０℃から１２００℃〜１３００℃の範囲に低減できることが示されている。しかし、フッ素源としてフッカル汚泥を用いる場合、一般にフッカル汚泥は工業副産物であるので、フッ素含有量や水分量の変動幅が大きく、安定な焼成が難しい事情がある。また、フッ素がクリンカー中に過剰に含有されるとセメントの凝結時間が遅延するので、フッ素添加量は７５０mg/kg程度が限界であり、フッカル汚泥中のフッ素含有量の変動幅を考慮すると、現状では３００mg/kg程度の添加量にとどまり、焼成温度を１４００℃程度にまでしか低減できない。

特許文献２の製造方法は、焼成前の調合原料とクリンカーのフッ素含有量および遊離石灰量を測定し、この測定量に基づいて適切な量の鉱化剤と調合原料が供給されるので、焼成温度を適切な範囲に下げることができ、高品質のセメントを製造することができることが示されている。しかし、フッ素源としてフッカル汚泥を使用する場合には、フッカル汚泥のフッ素含有量や水分量の変動幅が大きいため、フッカル汚泥の添加量には限界があり、十分な低温焼成効果を得ることができない問題がある。

また、従来のセメント製造設備では、フッカル汚泥は粘土と共にドライヤーに供給され、粘土と一緒に乾燥混合された後に原料ミルに搬入され、ここでセメント原料と混合粉砕される。このように、フッカル汚泥が粘土と共に乾燥されるシステムでは、一般にフッカル汚泥のフッ素含有量および水分量の変動幅が大きいことや、粘土の水分量には変動があることから、原料ミルから排出される調合原料中のフッ素含有量を一定の値でかつ均一に調製することは難しい問題がある。例えば、通常のフッカル汚泥において、フッ素含有量の変動幅は２０％〜４５％であり、水分量の変動幅は４０％〜５０％である。このため乾燥不足や乾燥過剰になりやすく、調合原料中のフッ素含有量を一定の値でかつ均一にすることが難しい。

本発明の製造方法は、従来の上記課題を解決したものであり、フッカル汚泥の添加量を最適化して安定な低温焼成を可能にし、フッカル汚泥をセメント原料として処理することを可能としつつ、高品質のセメントクリンカーを製造することができるセメント製造方法を提供する。

本発明は、以下の構成によって従来の上記課題を解決したセメントの製造方法であり、またそのセメント製造設備である。
〔１〕フッカル汚泥をセメント原料に添加して調合原料にし、これを予熱し焼成してセメントクリンカーを製造するセメント製造方法において、フッカル汚泥を乾燥して解砕混合した後に、原料ミルで粉砕された後に取り出されたセメント原料に添加する汚泥供給工程を有することを特徴とするセメントの製造方法。
〔２〕汚泥供給工程において、フッカル汚泥を乾燥し、解砕混合して該フッカル汚泥のフッ素含有量を均一にした後に、該フッカル汚泥解砕物のフッ素含有量および水分量を測定し、測定したフッ素含有量および水分量に基づいてフッカル汚泥解砕物を秤量して添加量を定め、この添加量によって調合原料のフッ素含有量を調整する上記[１]に記載するセメントの製造方法。
〔３〕調合原料中のフッ素含有量が目標値±５０mg/kgの範囲になるように、フッカル汚泥解砕物の添加量を調整する上記[２]に記載するセメントの製造方法。
〔４〕クリンカークーラー排ガスおよび／またはプレヒーター抽気を用いてフッカル汚泥を乾燥する上記[１]〜上記[３]の何れかに記載するセメントの製造方法。
〔５〕フッカル汚泥をセメント原料に添加して調合原料にし、これを予熱し焼成してセメントクリンカーを製造するセメントの製造設備において、フッカル汚泥を乾燥して解砕混合する手段、フッカル汚泥解砕物のフッ素含有量および水分量を測定する手段、フッ素含有量および水分量を測定したフッカル汚泥解砕物を秤量する手段、秤量したフッカル汚泥解砕物を供給する手段を備えた供給機構が貯蔵サイロに接続していることを特徴とするセメント製造設備。

〔具体的な説明〕
本発明の製造方法は、フッカル汚泥をセメント原料に添加して調合原料にし、これを予熱し焼成してセメントクリンカーを製造するセメント製造方法において、フッカル汚泥を乾燥して解砕混合した後に、原料ミルから取り出されたセメント原料に添加する汚泥供給工程を有することを特徴とするセメントの製造方法である。

本発明のセメント製造設備は上記製造方法を実施するための手段を備えている。具体的には、フッカル汚泥をセメント原料に添加して調合原料にし、これを予熱し焼成してセメントクリンカーを製造するセメントの製造設備において、フッカル汚泥を乾燥して解砕混合する手段、フッカル汚泥解砕物のフッ素含有量および水分量を測定する手段、フッ素含有量および水分量を測定したフッカル汚泥解砕物を秤量する手段、秤量したフッカル汚泥解砕物を供給する手段を備えた供給機構が貯蔵サイロに接続していることを特徴とするセメント製造設備である。

本発明に係るセメント製造方法ないしセメント製造設備の概略を図１に示す。図示するように、粘土を乾燥するドライヤー１、石灰石、珪石、および鉄原料などのセメント原料が投入される原料ミル２が設けられており、上記セメント原料は原料ミル２に投入されて粉砕される。また、粘土はドライヤー１に投入されて乾燥された後に、原料ミル２に投入され、セメント原料と一緒に粉砕混合される。この原料ミル２の排出口には貯蔵サイロ３が接続しており、原料ミル２から取り出されたセメント原料は貯蔵サイロ３に送られる。

貯蔵サイロ３にはフッカル汚泥の供給機構が接続している。該供給機構には、フッカル汚泥の受入れタンクＡにフッカル汚泥を受入れ、混合機Ｂに供給してフッカル汚泥を混合する手段、混合したフッカル汚泥を乾燥する手段（乾燥機）４、乾燥したフッカル汚泥を解砕混合する手段（解砕機）５、フッカル汚泥解砕物を溜めるタンク６、フッカル汚泥解砕物のフッ素含有量および水分量を測定する手段７、フッ素含有量と水分量を測定したフッカル汚泥解砕物を秤量する手段８、秤量したフッカル汚泥解砕物を貯蔵サイロ３に供給する手段が設けられている。秤量されたフッカル汚泥解砕物は、貯蔵サイロ３のセメント原料に添加されて、セメント原料と混合されることによって調合原料が形成される。なお、貯蔵サイロ３からプレヒーター９に供給される調合原料のフッ素含有量を測定する手段Ｃを備えていても良い。プレヒーターに供給される調合原料中のフッ素含有量に応じて、秤量手段８を用いてフッカル汚泥解砕物供給量を調整することができる。

貯蔵サイロ３の調合原料はプレヒーター９を経てロータリーキルン１０に送られ、焼成されてセメントクリンカーが製造される。製造されたクリンカーはクリンカーサイロ１１を経て仕上げミル１２に送られ、石膏等が添加されて所定の粒度に粉砕された後にセメントサイロ１３に貯蔵される。なお、仕上げミル１２からセメントサイロ１３に送鉱されるセメントのフッ素含有量を測定する手段Ｄを備えていても良い。このセメントのフッ素含有量に応じて、秤量手段８を用いてフッカル汚泥解砕物供給量を調整することができる。

上記製造方法および製造設備において、フッカル汚泥は均一に混合された後に乾燥機４に導入され、２００〜３００℃の温度で乾燥される。好ましくは、フッカル汚泥は水分量０.５％以下に乾燥される。

この乾燥にはクリンカークーラーの排ガスやプレヒーター下部の抽気を利用することができる。この排ガスや抽気は何れか又は両方を利用することができる。乾燥熱ガスとしてプレヒーター下部から抽気した排ガスを利用すれば、この排ガスに通常含まれている塩素化合物を鉱化剤として利用することができる。この場合、フッ素と塩素の相乗効果によってクリンカー焼成温度をさらに下げることができる。

乾燥されたフッカル汚泥は解砕機５に導入され、好ましくは平均粒径９０μｍ以下の状態に解砕され、均一に混合される。

フッカル汚泥解砕物はタンク６に貯蔵され、ここで測定手段７によってフッ素含有量と水分量が測定される。フッ素含有量と水分量を測定したフッカル汚泥解砕物は秤量手段８によって秤量された後に貯蔵サイロ３に供給される。この貯蔵サイロ３で、フッカル汚泥解砕物はセメント原料と混合されて調合原料が形成される。好ましくは、貯蔵サイロ３にはエアーブレンディングなどの混合手段が設けられており、調合原料が均一に撹拌混合される。このように、測定したフッ素含有量および水分量に基づいて秤量されたフッカル汚泥解砕物の添加量によって、この調合原料中のフッ素含有量が調整される。

調合原料中のフッ素含有量は、クリンカーおよびセメントの品質を妨げない範囲で調整することができる。クリンカー中のフッ素含有量が過剰に高くなると、そのクリンカーを用いて製造したセメントは、凝結遅延や強度低下を招くので、調合原料フッ素含有量の上限は２０００mg/kgにすることが好ましい。また、調合原料中のフッ素含有量が３００mg/kg以下になると、焼成温度の低減効果が得られないので好ましくない。また、調合原料のフッ素含有量の変動幅は小さいことが安定運転のために好ましく、目標値±５０mg/kgになるように調整できることが好ましい。

本発明の製造方法によれば、セメント原料に添加するフッカル汚泥の添加量を最適化することができ、調合原料のフッ素含有量が安定に保たれ、従ってクリンカー焼成温度を安定に下げることができる。この安定な低温焼成によって高品質のセメントクリンカーを製造することができる。

本発明の製造方法によれば、使用するフッカル汚泥の水分量およびフッ素含有量が刻々変動しても、乾燥したフッカル汚泥のフッ素含有量および水分量を測定して、その添加量を定めるので、調合原料に含まれるフッ素含有量が最適範囲に安定に保つことができる。

本発明のセメント製造方法ないし製造設備の概略図。従来のセメント製造設備の概略図。

以下、本発明の実施例を比較例と共に示す。本発明は実施例に限定されない。実施例は本発明の技術的思想を逸脱しない範囲で変更することができる。以下の例において、重量に関する％は質量％である。

（実施例１）
図１に示す製造工程に従って、フッカル汚泥を添加したセメントクリンカーの製造試験を行った。約１０００ｋｇのフッカル汚泥を受入れタンクＡに受け入れた。これをプロ―シェア型混合機Ｂで１０分間混合したフッカル汚泥を作製した。混合したフッカル汚泥はパドル式乾燥機４でクリンカークーラー排ガスを熱源とした乾燥空気を用い約２５０℃の温度で乾燥した後に、リボン式解砕機５に導入しで解砕し、タンク６に貯蔵した。次に、このタンク６に貯蔵したフッカル汚泥解砕物について、測定手段７によってフッ素含有量と水分量を測定した。次に、フッカル汚泥解砕物のフッ素含有量と水分量をもとに、クリンカーに導入するフッ素含有量の目標量になるような添加量を定めた。さらに、秤量手段８（ロードセルを備えたバルトコンベア）によってフッカル汚泥解砕物を秤量しながら、エアーブレンディングを備えた貯蔵サイロ３に投入し、粘土ドライヤーから供給されたセメント原料と均一になるよう１時間混合して調合原料とした。この調合原料をプレヒーター９に投入して予熱し、次いでロータリーキルン１０に投入してセメントクリンカーを製造した。

上記フッカル汚泥解砕物のフッ素含有量は２５.５％、水分量は０.０８％であった。クリンカーに持ち込まれる目標フッ素含有量を５９９mg/kgに設定し、この目標フッ素含有量になるようにフッカル汚泥解砕物の添加量を定めた。具体的には、クリンカー１ｔの製造量に対してフッカル汚泥解砕物の添加量が２３５０ｇになるように設定した。
なお、クリンカー中のフッ素含有量は工程管理とは別に、１時間ごとにサンプリングして測定した。運転状態が定常になった後、２１時間運転を継続し、ロータリーキルン内の焼成温度、クリンカーのフッ素含有量測定を行った。この結果を表１に示す。

表１の結果に示すように、クリンカー中のフッ素含有量の実測値は平均５９６mg/kg、最大値６１８mg/kg、最小値５８５mg/kg、標準偏差９.５mg/kgであり、変動係数は１.６％であった。焼成温度は平均１３９３℃、最大値１３９６℃、最小値１３８３℃、標準偏差３.０℃であり、変動係数は０.２２％であった。この結果から以下のことが分かる。
（イ）クリンカー中のフッ素含有量が標準偏差で９.５mg/kg程度の範囲であり、後述の比較例の標準偏差９１.５mg/kgに対し、１／９〜１／１０程度である。
（ロ）クリンカーに導入する目標フッ素含有量とクリンカー中の実測フッ素含有量の差は、本発明では格段に小さく、クリンカーの品質の安定化が達成される。
（ハ）平均焼成温度は後述の比較例に対して、４０℃低く、焼成温度の明らかな低下が認められる。これはフッ素含有量および水分量の変動が大きいフッカル汚泥に対して、本発明の方法による均質化の効果であると考えられる。
（ニ）フッカル汚泥のフッ素含有量が変動しても、クリンカー中のフッ素濃度の差は小さく、本発明の製造方法はフッ素含有量の変動に対して応答性が格段に良い。

〔実施例２〕
実施例１に示す製造工程に従い、複数のロットが異なるフッカル汚泥を使用した場合の効果を検討した。使用したフッカル汚泥およびフッカル汚泥解砕物の成分を表２に示す。実施例１と同様の工程で製造試験を行った。また、目標フッ素含有量を１７００ｍｇ/ｋｇに高めた場合の製造試験も実施した。この結果を表３に示す。ロットNo.Ｄは、実施例１に示したフッカル汚泥である。この試験結果において、フッカル汚泥のフッ素含有量が概ね２０〜４５％、水分率４０％〜５０％の範囲において、フッカル汚泥解砕物として添加した場合、クリンカー中のフッ素含有量の変動は小さくなり（標準偏差７〜１１mg/kgの範囲）、焼成温度が低くなった（比較例に対する温度低減２６〜５１℃）。また、目標フッ素含有量を１７００ｍｇ/ｋｇに高めた場合でも、クリンカーのフッ素含有量の変動は、５５０〜６５０ｍｇ/ｋｇの場合と同等であった。また、焼成温度は比較例に対して平均で８３℃低減することができた。

〔比較例１〕
図２に示す従来の製造工程に従い、フッカル汚泥を添加した場合のセメントクリンカーの製造試験を行った。フッカル汚泥は、粘土ドライヤーに投入した。フッカル汚泥の投入量は、クリンカー１ｔの製造量に対して２５００ｇになる量である。フッカル汚泥中のフッ素含有量および水分量、クリンカー中のフッ素含有量は、工程管理とは別に１時間ごとにサンプリングして測定した。なお、フッ素含有量は水分率補正を行う前の値とした。また、製造試験は３６時間行い、運転状態が定常となった後に各測定を行った。製造試験の結果を表４に示す。
フッカル汚泥中のフッ素含有量は平均３４.８％、最大値４４.１％、最小値２３.７％、標準偏差５.５％であり、変動係数は１５.８％であった。フッカル汚泥の水分量は、平均４５.０％、最大値４９.８％、最小値４０.２％、標準偏差３.０％であり、変動係数は６.７％であった。また、クリンカー中のフッ素含有量は、平均４５９mg/kg、最大値６５４mg/kg、最小値３００mg/kg、標準偏差９１.５mg/kgであり、変動係数は１９.９％であった。焼成温度は、平均１４３３℃、最大値１４４８℃、最小値１４１０℃、標準偏差８.２℃であり、変動係数は０.５７％であった。

１−粘土ドライヤー、２−原料ミル、３−貯蔵サイロ、４−乾燥機、５−解砕機、６−タンク、７−測定手段、８−秤量手段、９−プレヒーター、１０−ロータリーキルン、１１−クリンカーサイロ、１２−仕上ミル、１３−セメントサイロ、Ａ−受入れタンク、Ｂ−混合機、Ｃ−測定手段、Ｄ−測定手段。

Claims

フッカル汚泥をセメント原料に添加して調合原料にし、これを予熱し焼成してセメントクリンカーを製造するセメント製造方法において、フッカル汚泥を乾燥して解砕混合した後に、原料ミルで粉砕された後に取り出されたセメント原料に添加する汚泥供給工程を有することを特徴とするセメントの製造方法。
汚泥供給工程において、フッカル汚泥を乾燥し、解砕混合して該フッカル汚泥のフッ素含有量を均一にした後に、該フッカル汚泥解砕物のフッ素含有量および水分量を測定し、測定したフッ素含有量および水分量に基づいてフッカル汚泥解砕物を秤量して添加量を定め、この添加量によって調合原料のフッ素含有量を調整する請求項１に記載するセメントの製造方法。
調合原料中のフッ素含有量が目標値±５０mg/kgの範囲になるように、フッカル汚泥解砕物の添加量を調整する請求項２に記載するセメントの製造方法。
クリンカークーラー排ガスおよび／またはプレヒーター抽気を用いてフッカル汚泥を乾燥する請求項１〜請求項３の何れかに記載するセメントの製造方法。
フッカル汚泥をセメント原料に添加して調合原料にし、これを予熱し焼成してセメントクリンカーを製造するセメントの製造設備において、フッカル汚泥を乾燥して解砕混合する手段、フッカル汚泥解砕物のフッ素含有量および水分量を測定する手段、フッ素含有量および水分量を測定したフッカル汚泥解砕物を秤量する手段、秤量したフッカル汚泥解砕物を供給する手段を備えた供給機構が貯蔵サイロに接続していることを特徴とするセメント製造設備。