JP2021155306A - クリンカ細骨材の製造方法、及びセメントクリンカの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】セメントクリンカに対して粒度調整をすることで生じる微粉についても有効に活用でき、なおかつフリーライムの影響を小さくできる、クリンカ細骨材の製造方法を提供する。【解決手段】本発明のクリンカ細骨材の製造方法は、セメント原料を焼成する工程（ａ）と、工程（ａ）で焼成されたセメント原料を冷却する工程（ｂ）と、工程（ｂ）を経て生成されたクリンカを所定範囲内の分級点を基準に粗粒と微粒に分級する工程（ｃ）と、工程（ｃ）で得られた粗粒を粉砕して粉砕微粒を得る工程（ｄ）と、工程（ｃ）の実行時に生成された微粒よりも粒径の細かい第一分級微粉を石膏を含む材料と共に混合してセメントを得る工程（ｅ）と、工程（ｃ）で得られた微粒、及び工程（ｄ）で得られた粉砕微粒を混合した混合物からクリンカ細骨材を得る工程（ｆ）とを有する。【選択図】 図１

Description

本発明は、セメントクリンカを用いて細骨材を製造する方法に関する。また、本発明は、この方法で製造された細骨材を用いてセメントクリンカを製造する方法に関する。

近年、セメントクリンカを製造するに際しては、その原料として処理困難な多様な廃棄物が利用されている。これにより、産業廃棄物の処理とセメントの生産の両立が行われている。

しかしながら、セメントの需要が低下してくると、セメントの生産量は低下してしまう。この場合、セメント製造工場において受け入れることのできる産業廃棄物の量も減少してしまい、循環型社会を構築する観点からは好ましくない。

そこで、セメントクリンカを骨材として使用することが考えられている（例えば、特許文献１参照）。骨材は、コンクリートやモルタルなどのセメント硬化物を製造する際に、セメントと共に導入される。このため、セメントクリンカを骨材として利用できれば、セメントクリンカの消費量を増やすことができるため、セメントクリンカの生産量を増加できる。

また、本発明者らの鋭意研究により、セメントクリンカを細骨材に使用することで、コンクリートの圧縮強度などの物性や中性化抵抗性などの耐久性を向上できることが確認されている（下記非特許文献１参照）。

特開平８−２３１２５５号公報 特開２０１６−１９３８０５号公報

林 他、『クリンカー骨材を使用したモルタルの物性ならびに遷移帯改善効果に関する研究』、太平洋セメント研究報告 第１７３号（２０１７）

現時点では、セメントクリンカを骨材として使用してコンクリートやモルタルを製造することについては、実用化に至っていないのが現状である。

本発明者らは、セメントクリンカを骨材として使用する場合には、以下のような課題が存在すると考えている。

コンクリート用の骨材を製造する際には、ＪＩＳなどの規格によって定められた粒度分布を満たす必要がある。このため、セメントクリンカを用いて骨材を製造する場合には、粗砕処理や分級処理などを行うことで粒度調整を行う必要がある。

しかし、このような粗砕処理や分級処理を行うと、不回避的に微粉が発生する。セメントクリンカに対して上記の処理を行うことで生じた微粉について、現時点ではその取り扱い方法が確立されていない。

また、セメントクリンカに少量含有される可能性があるフリーライム（生石灰）は、その含有量によっては、コンクリートに有害な膨張破壊を生じる可能性がある。フリーライムは、セメントクリンカ中に、１．５％以下程度含まれている可能性があり、この程度の含有量であれば、セメントのような微粉として使用する場合には、コンクリートを練り混ぜる際の水とセメントの反応過程において大部分が水酸化カルシウムとなるため、有害な成分とはなりえない。しかし、クリンカのような粗い粒子では、クリンカ内部に存在するフリーライムはコンクリートの練り混ぜ工程では反応が終了することはなく、コンクリートが硬化した後に反応し水酸化カルシウムを形成することで、コンクリートに膨張破壊を生じさせるおそれがある。

このような観点から、セメントクリンカを骨材として使用する場合は、できる限りフリーライムが少なく、含まれている場合もコンクリート硬化体を形成する以前に反応するように、なるべくクリンカの表面に存在することが望ましく、そのためには、セメントクリンカを比表面積が大きな細骨材として使用することが望ましい。

本発明は、上記の課題に鑑み、セメントクリンカに対して粒度調整をすることで生じる微粉についても有効に活用することができ、フリーライムの影響を小さくできる、クリンカ細骨材の製造方法を提供することを目的とする。

本発明に係るクリンカ細骨材の製造方法は、
セメント原料を焼成する工程（ａ）と、
前記工程（ａ）で焼成された前記セメント原料を冷却する工程（ｂ）と、
前記工程（ｂ）を経て生成されたクリンカを、所定範囲内の分級点を基準に粗粒と微粒に分級する工程（ｃ）と、
前記工程（ｃ）で得られた前記粗粒を粉砕して、粉砕微粒を得る工程（ｄ）と、
前記工程（ｃ）の実行時に生成された、前記微粒よりも粒径の細かい第一分級微粉を、石膏を含む材料と共に混合してセメントを得る工程（ｅ）と、
前記工程（ｃ）で得られた前記微粒、及び前記工程（ｄ）で得られた前記粉砕微粒を混合した混合物からクリンカ細骨材を得る工程（ｆ）とを有することを特徴とする

コンクリート用の細骨材を製造する際には、ＪＩＳなどの規格によって定められた粒度分布を満たす必要がある。一般的に、細骨材とは、１０ｍｍ網の篩を全量通過し、更に、５ｍｍ網の篩を質量で８５％以上通過する骨材（およそ５ｍｍ未満の骨材）とされる。このため、当該規格を満足するように上記の分級点が設定される。一例として、分級点を４ｍｍ〜６ｍｍの範囲内で設定することができ、より詳細には５ｍｍとすることができる。

工程（ｃ）において上記の分級点より径が小さいものとして分級された微粒は、細骨材としての規格を満たす大きさである。また、工程（ｃ）において上記の分級点より径が大きいものとして抽出された粗粒は、工程（ｄ）によって粉砕されることで、工程（ｃ）で得られる微粒と同様の粒径を有する粒子（粉砕微粒）となる。更に、セメントクリンカ中に内包されたフリーライムも粉砕されることで、微粒及び粉砕微粒表面に現れてくる。よって、これらの微粒及び粉砕微粒は、細骨材として利用することができる。

一方、工程（ｃ）の分級処理によって、粒度の細かい微粉（第一分級微粉）が不可避的に得られる。この微粉には、工程（ｃ）で分級されることで得られた微粒よりもＣａＯが多く含まれる。このため、この微粉をセメントに利用することで、高い強度を示すセメントを得ることができる。また、フリーライムもこの微粉に多く含まれており、微粒及び粉砕微粒の含有量は相対的に少ない。より詳細には、工程（ｅ）において、石膏を含む材料と共に第一分級微粉を混合することでセメントを得ることができる。なお、フリーライムが微粉に多く含まれやすい点、及びフリーライムを多く含む微粉によれば強度発現性が高い点については、例えば上記特許文献２に記載されている。

つまり、上記方法によれば、細骨材を生成するためにセメントクリンカに対して分級処理を行いつつ、この処理の過程で生じる微粉についてはセメントとして活用できる。

前記工程（ｂ）は、エアークエンチングクーラによる冷却工程であり、
前記（ｅ）は、前記第一分級微粉と共に、前記エアークエンチングクーラの冷却風導入口から抽出されたスピレージが混合されるものとしても構わない。

エアークエンチングクーラは、冷却風導入口から冷却空気を上方に導入しつつ、焼成後のセメント原料を急激に冷却する目的で用いられる装置である。この冷却の過程で、冷却風導入口から下方に一部の冷却物が落下する場合がある。この冷却物（以下、「スピレージ」と呼ぶ。）は、エアークエンチングクーラの出口側より抽出されたクリンカよりも急激に冷却されて得られたものであり、ＣａＯ含有率も高く、高い強度を示す。このため、このスピレージを工程（ｅ）の混合・粉砕処理で利用することで、強度の高いセメントを実現できる。また、このスピレージを細骨材の原料に用いないことで、細骨材に含まれるフリーライムの含有量を低下できる。

前記のように、セメントクリンカ（以下、単に「クリンカ」と略記することがある。）は、セメント原料が焼成され、その後冷却されることによって生成される。ここで、クリンカは、セメント原料の焼成処理によって、Ｃ₃Ｓ、Ｃ₂Ｓ、Ｃ₃Ａ及びＣ₄ＡＦのセメント化合物を主成分とする粒子の集合体である。なお、本明細書において、「Ｃ₃Ｓ」、「Ｃ₂Ｓ」、「Ｃ₃Ａ」、「Ｃ₄ＡＦ」なる表記は、いずれもセメント化学分野で汎用的に用いられている略記号であり、それぞれは、３ＣａＯ・ＳｉＯ₂、２ＣａＯ・ＳｉＯ₂、３ＣａＯ・Ａｌ₂Ｏ₃、４ＣａＯ・Ａｌ₂Ｏ₃・Ｆｅ₂Ｏ₃に対応する。

焼成及び冷却を経て生成されたクリンカには、上記セメント化合物を構成せず未反応のまま遊離された生石灰が不可避的に存在する。これは、フリーライム（ｆ．ＣａＯ）と呼ばれる。

セメントクリンカは、セメントとして利用される場合には、石膏及び混合材が添加された状態で、仕上げミルによって平均粒径１０μｍ程度にまで微粉砕される。

「発明が解決しようとする課題」の項で上述したように、クリンカを骨材に利用する場合、細骨材であってもその粒径は１ｍｍ〜５ｍｍ程度と粗いため、コンクリートの練り混ぜ工程後においても骨材内部には依然としてフリーライムが存在し得る。このため、コンクリートが硬化した後であっても時間の経過と共に、骨材内部に水分が浸透して残存するフリーライムに対して水和反応が生じ、コンクリートが膨張する懸念がある。

しかし、上記の方法によれば、予めＣａＯ含有率の高いスピレージが除去された後に、工程（ｃ）で得られた微粒、及び工程（ｄ）で得られた粉砕微粒によって細骨材が生成されるため、細骨材に含まれるフリーライムの含有率を低下することができる。

更に、細骨材にフリーライムが多く含まれていると、含有率に応じてコンクリートの凝結時間にばらつきが生じてしまう。この方法によれば、細骨材に含まれるフリーライムの含有率が低下されるため、従来の細骨材を利用してコンクリートを製造する場合とほぼ同等の時間でコンクリートを凝結できるため、従来と同様の方法にてコンクリートの品質管理が行える。

前記工程（ｆ）は、前記混合物に対してエージング処理を行う工程（ｆ１）を有するものとしても構わない。

上記方法によれば、前記混合物に含まれているフリーライムを消石灰等に変化させることができるため、コンクリートに膨張が生じることのない細骨材を生成できる。この工程（ｆ１）としては、前記混合物に対して水、ＣＯ₂ガス、排ガス等と反応させる方法が採用できる。

前記工程（ｆ）は、前記混合物に対して固結防止処理を行う工程（ｆ２）を有するものとしても構わない。

セメントクリンカは水硬性を有するため、このクリンカによって生成された細骨材を保管していると、大気中の水分を吸収することで水和物を生成し、細骨材同士が固結する現象を生じる場合がある。これに対し、上記の方法によれば、固結防止処理が施された状態で細骨材が得られるため、仮に屋外に保管されたとしても、固結の進展を抑制する効果が得られる。

この固結防止処理としては、前記混合物に対して非水硬性の骨材や微粉を混合する方法を利用することができる。

上記方法において、分級処理は複数回実行することも可能である。

例えば、前記工程（ｃ）は、
前記クリンカを、第一粗粒と前記微粒に分級する工程（ｃ１）と、
前記粗粒に対して粒径を小さくする予粉砕処理を行う工程（ｃ２）と、
前記工程（ｃ２）で得られた予粉砕物を、第二粗粒と前記微粒に分級する工程（ｃ３）とを有し、
前記工程（ｄ）は、前記第二粗粒を粉砕する工程であり、
前記工程（ｆ）は、前記工程（ｃ１）及び前記工程（ｃ３）で得られた前記微粒から前記クリンカ細骨材を生成する工程であるものとしても構わない。

このとき、前記工程（ｅ）は、前記工程（ｃ１）又は前記工程（ｃ２）の少なくとも一方で得られた前記第一分級微粉から、前記セメントを得る工程であるものとしても構わない。

また、工程（ｄ）の後に再度分級処理を行うものとしても構わない。すなわち、
前記クリンカ細骨材の製造方法は、
前記工程（ｄ）で得られた生成物を、残余粗粒と前記微粒に分級する工程（ｇ）を有し、
前記工程（ｄ）は、前記工程（ｇ）で得られた前記残余粗粒を、前記工程（ｃ）で得られた前記粗粒と共に粉砕する工程であり、
前記工程（ｅ）は、前記工程（ｇ）の実行時に生成された、前記微粒よりも粒径の細かい第二分級微粉が、前記第一分級微粉と共に混合される工程であるものとしても構わない。

なお、上記の方法によって得られたクリンカ細骨材は、コンクリート又はモルタルとして共用終了後に回収され、再びセメント原料として利用することができる。すなわち、このセメント原料を用いてセメントクリンカを製造することが可能である。

すなわち、本発明に係るセメントクリンカの製造方法は、
上述した方法によって前記クリンカ細骨材を得る工程と、
セメントと、前記工程（ｆ）で得られた前記クリンカ細骨材と、粗骨材とを混合して、コンクリートを製造する工程（ｈ１）と、
前記工程（ｈ１）で得られた前記コンクリートの共用終了後に、前記粗骨材を分離する工程（ｉ）と、
前記工程（ｉ）で得られた残留物をセメントクリンカ原料として焼成する工程（ｊ１）とを有するものとしても構わない。

また、本発明に係るセメントクリンカの製造方法は、
上述した方法によって前記クリンカ細骨材を得る工程と、
セメントと、前記工程（ｆ）で得られた前記クリンカ細骨材とを混合して、モルタルを製造する工程（ｈ２）と、
前記工程（ｈ２）で得られた前記モルタルの共用終了後に、前記モルタルをセメントクリンカ原料として焼成する工程（ｊ２）とを有するものとしても構わない。

上記のセメントクリンカの製造方法において、工程（ｈ１）又は工程（ｈ２）で用いられるセメントとしては、本発明に係るクリンカ細骨材の製造方法における工程（ｅ）で得られたセメントを採用しても構わないし、他のセメント工場で得られたセメントを採用しても構わない。

また、上記のセメントクリンカの製造方法において、工程（ｊ１）又は工程（ｊ２）に係る焼成工程は、本発明に係るクリンカ細骨材の製造方法の工程（ａ）とすることもできるし、クリンカ細骨材を得ることを目的としない一般的なセメント製造時に実行されるセメントクリンカ焼成工程とすることもできる。

本発明によれば、分級処理時に生じる微粉についても有効的に活用しつつ、セメントクリンカから、フリーライムの影響が緩和された細骨材を製造することができる。

本発明に係るクリンカ細骨材の製造方法の手順の一例を模式的に示すフローチャートである。 図１に示すクリンカ細骨材の製造方法を実施するシステムの一例を模式的に示すブロック図である。

以下、本発明についてより具体的に図面を参照しつつ説明する。ただし、本発明は、これら図面と共に説明する態様に限定されるものではない。

図１は、本発明に係るクリンカ細骨材の製造方法の手順を模式的に示すフローチャートである。また、図２は、図１に示すクリンカ細骨材の製造方法を実施するシステム（以下、「クリンカ細骨材製造システム」と称する。）の一例を模式的に示すブロック図である。

なお、図１に示すフローチャートは、一部省略可能なステップを含んでいる。また、図２に示すクリンカ細骨材製造システム１についても、一部省略可能な装置構成を含んでいる。この点については、下記において併せて説明される。

以下、図１に示す各工程での処理内容につき、適宜図２に示されるクリンカ細骨材製造システム１を参照しながら詳述する。

（焼成処理工程Ｓ１）
焼成処理工程Ｓ１は、供給されるセメント原料Ｍ１を焼成する工程である。この焼成工程は、必要に応じてプレヒータ３が搭載されたロータリーキルン５を用いて実行される。このセメント原料Ｍ１は、一般的なセメント原料であっても構わないし、本発明の方法によって製造されたクリンカ細骨材ＦＡを含むコンクリートやモルタルから回収されたリサイクル原料ＲＭとすることも可能である。

この焼成処理工程Ｓ１が、工程（ａ）に対応する。

（冷却処理工程Ｓ２）
焼成処理工程Ｓ１で焼成処理されたセメント原料（焼成物Ｍ２）は、冷却処理工程Ｓ２によって冷却されてセメントクリンカ（クリンカＣ１）に変化される。この冷却処理工程Ｓ２は、ドラムクーラやエアークエンチングクーラなどの冷却装置を利用することができるが、急激な冷却を行って強度の高いクリンカＣ１を得る観点からエアークエンチングクーラが好適に利用される。図２では、冷却装置がエアークエンチングクーラ７で構成される例が図示されている。

エアークエンチングクーラ７は、底部側に形成されたスリット（冷却風導入口）から上方に向かって冷却風が吹き込まれることで、ロータリーキルン５から供給された高温の焼成物Ｍ２を急冷する。このとき、前記スリットを介して、一部の焼成物Ｍ２が急冷された状態で落下する場合がある。この落下物を「スピレージＣＳ」と称する。このスピレージＣＳに対する処理については後述される。

この冷却処理工程Ｓ２が、工程（ｂ）に対応する。

（粗粉砕処理工程Ｓ３）
冷却処理工程Ｓ２を経て得られたクリンカＣ１は、粗砕機９によって、例えば粒径４０ｍｍ以下程度に粉砕（粗粉砕）される。この粗粉砕処理工程Ｓ３は、クリンカＣ１をベルトコンベアなどの搬送機構によって搬送できる程度の大きさに粉砕する目的で行われる。粗砕機９としては、例えばジョークラッシャーやハンマークラッシャーを利用することができる。

この粗粉砕処理工程Ｓ３を経たクリンカＣ１には、粒径が５ｍｍ以下のものも含まれる。すなわち、この粒径が５ｍｍ以下のクリンカＣ１は、後段の分級処理工程Ｓ４によって微粒ＦＣ２に分級される。

なお、冷却処理工程Ｓ２を経て得られたクリンカＣ１の粒径が４０ｍｍ以下の範囲内にとどまっている場合には、この工程Ｓ３は省略することができる。

（分級処理工程Ｓ４）
クリンカＣ１は、分級機１１によって、所定の分級点よりも粒径の粗い粗粒ＣＣ２（「第一粗粒」に対応する。）と、粒径の細かい微粒ＦＣ２とに分級される。分級機１１は、目開きが前記分級点の大きさを示す篩や、エアセパレータ等の回転羽根付きの遠心式空気分級機などを利用できる。分級点は例えば５ｍｍに設定できる。

分級機１１によって分級処理を行うと、クリンカＣ１の微粉が不可避的に発生する。本明細書では、以下において、分級処理時に発生する微粉を「分級微粉ＣＦ」と呼ぶ。分級微粉ＣＦは、微粒ＦＣ２よりも十分に粒径が細かいものであり、例えば２ｍｍ以下である。後述する分級処理も含め、分級点は各分級工程で得られる分級微粉ＣＦのフリーライムの含有量やセメントとしたときの強度に応じて適宜設定すればよい。また、後段に分級処理工程を有する場合は、必ずしもそれ以前の分級工程を必要とするわけではない。この分級微粉ＣＦに対する処理については後述される。

分級処理工程Ｓ４によって分級された微粒ＦＣ２は、クリンカ細骨材原料ＭＦＡとなる。また、分級処理工程Ｓ４によって分級された粗粒ＣＣ２は、後段において予粉砕処理が実行される。

この分級処理工程Ｓ４は、工程（ｃ１）に対応する。なお、この分級処理工程Ｓ４は省略が可能である。すなわち、粗粉砕処理工程Ｓ３で得られたクリンカＣ１の全てに対して、後段の予粉砕処理工程Ｓ５を実行しても構わない。

（予粉砕処理工程Ｓ５）
分級処理工程Ｓ４によって分級された粗粒ＣＣ２は、予粉砕機１３によって、例えば粒径２０ｍｍ以下程度に粉砕（粗砕）される。この処理は、後述する粉砕処理工程Ｓ７における処理時間の短縮化を図る目的で、事前に粗粒ＣＣ２の粒径を少し小さくすることを目的として実行される。従って、粗粒ＣＣ２（又はクリンカＣ１）が、直接粉砕処理工程Ｓ７を実行できる程度に細かい粒径を示す場合には、この予粉砕処理工程Ｓ５は省略可能である。

予粉砕機１３は、例えば竪型ミルやジョークラッシャ―を利用することができる。

この予粉砕処理工程Ｓ５は、工程（ｃ２）に対応する。

（分級処理工程Ｓ６）
予粉砕処理工程Ｓ５で得られた予粉砕物ＣＣ３は、分級機１５によって、所定の分級点よりも粒径の粗い粗粒ＣＣ４（「第二粗粒」に対応する。）と、粒径の細かい微粒ＦＣ４とに分級される。分級機１１は、目開きが前記分級点の大きさを示す篩などを利用できる。例えば、目開き５ｍｍの篩を利用できる。

分級機１５によって分級処理を行うと、予粉砕物ＣＣ３の微粉（分級微粉ＣＦ）が不可避的に発生する。この分級微粉ＣＦに対する処理については後述される。

分級処理工程Ｓ６によって分級された微粒ＦＣ４は、クリンカ細骨材原料ＭＦＡとなる。また、分級処理工程Ｓ６によって分級された第二粗粒ＣＣ４は、後段の粉砕処理工程Ｓ７において粉砕処理が実行される。

この分級処理工程Ｓ６は、工程（ｃ３）に対応する。なお、前段の予粉砕処理工程Ｓ５が省略されている場合には、この分級処理工程Ｓ６によって予粉砕物ＣＣ３ではなく、クリンカＣ１に対して分級処理が実行されるものとして構わない。

すなわち、分級処理工程Ｓ４、予粉砕処理工程Ｓ５、及び分級処理工程Ｓ６によって構成される処理群は、クリンカＣ１に対して所定の分級点を基準として粗粒と微粒に分級する目的で実行されるものであり、いずれも工程（ｃ）に対応する。

（粉砕処理工程Ｓ７）
分級処理工程Ｓ６で分級された第二粗粒ＣＣ４は、粉砕機１７によってそのほとんどが例えば粒径５ｍｍ以下程度に粉砕される。粉砕機１７は、竪型ミル、チューブミル、ボールミルなどを利用することができる。

粉砕機１７は、好ましくは２室を有するチューブミルで構成される。この場合、前段に位置する第一室内に存在するボール（媒体）は、後段に位置する第二室内に存在するボール（媒体）よりも大径化しておくのが好適である。なお、第二室はボールを配さないものとしても構わない。

上記の構成の場合、第一室内において第二粗粒ＣＣ４はボールによって微粒化された後、更に第二室内に送られて粒子の角が丸みを帯びるようになり、整粒化される。整粒化された微粒によって細骨材が形成されることで、コンクリートの流動性が高められるため、好適である。

この粉砕処理工程Ｓ７は、工程（ｄ）に対応する。

（分級処理工程Ｓ８）
粉砕処理工程Ｓ７で得られた粉砕物ＣＣ５のうち、粒径の大きなものが含まれている可能性がある場合には、更に分級機１９によって分級し、粗粒ＣＣ６（「残余粗粒」に対応する。）を再び粉砕処理工程Ｓ７に戻すものとしても構わない（工程（ｇ）に対応）。なお、分級機１９によって分級された微粒ＦＣ６（粉砕微粒ＦＣ６）は、クリンカ細骨材原料ＭＦＡとなる。

分級機１９によって分級処理を行うと、粉砕物ＣＣ５の微粉（分級微粉ＣＦ）が不可避的に発生する。この分級微粉ＣＦに対する処理については後述される。

なお、粉砕処理工程Ｓ７によって得られる粉砕物ＣＣ５の粒径が、ほぼ５ｍｍ以下である場合、すなわち、粉砕処理工程Ｓ７によって第二粗粒ＣＣ４が十分に粉砕できており、粉砕物ＣＣ５の微粉（分級微粉ＣＦ）が細骨材として許容できる範囲である場合には、この分級処理工程Ｓ８は不要である。この場合、粉砕処理工程Ｓ７によって得られる粉砕物ＣＣ５の全てが粉砕微粒ＦＣ６に対応し、クリンカ細骨材原料ＭＦＡとなる。

（骨材化後処理工程Ｓ１０）
分級処理工程Ｓ４又は分級処理工程Ｓ６によって得られた微粒（ＦＣ２，ＦＣ４）、及び分級処理工程Ｓ８によって得られた粉砕微粒ＦＣ６は、混合されてクリンカ細骨材原料ＭＦＡとなる。このクリンカ細骨材原料ＭＦＡは、そのままクリンカ細骨材ＦＡとして利用することもできるが、後処理装置２０において骨材化後処理工程Ｓ１０が実行されることで、より良質なクリンカ細骨材ＦＡを得ることができる。

なお、図１では、骨材化後処理工程Ｓ１０が、整粒処理工程Ｓ１１、エージング処理工程Ｓ１２、固結防止処理工程Ｓ１３を含むものとして図示されているが、これらのうちの一部の工程のみを含むものとしても構わない。すなわち、図２に示す後処理装置２０は、整粒機２１、エージング処理装置２３、及び固結防止処理装置２５のうちの、一部の装置のみを含むものとしても構わない。

〈整粒処理工程Ｓ１１〉
整粒機２１は、クリンカ細骨材原料ＭＦＡとして供給される微粒（ＦＣ２，ＦＣ４，ＦＣ６）の角を取ることで、前記微粒を丸みを帯びた流動性の高い粒子に変化させる。整粒機２１は、上述した粉砕機１７と同様に、例えばボールを配さないチューブミル（ドラム）によって構成される。

ただし、上述した粉砕処理工程Ｓ７によって微粒ＦＣ６の整粒化が実行されており、微粒（ＦＣ２，ＦＣ４）の量が相対的に少ない／又は存在しない、などの事情が存在する場合には、整粒処理工程Ｓ１１は省略が可能である。

〈エージング処理工程Ｓ１２〉
エージング処理装置２３は、クリンカ細骨材原料ＭＦＡに含まれるフリーライム（ｆ．ＣａＯ）に対してエージング処理を行って、フリーライムを消石灰等に変化させる。この処理が実行された後のクリンカ細骨材ＦＡは、フリーライム含有量が低下されるため、コンクリートとして使用された後、経時的に水和反応することでコンクリートが膨張するという現象を抑制できる。

エージング処理装置２３は、クリンカ細骨材原料ＭＦＡに対して水蒸気、ＣＯ₂ガス、排ガスなどを通流させることのできる装置又は倉庫などで構成できる。特に、クリンカ細骨材原料ＭＦＡに対して排ガスを通流させることで、フリーライムが炭酸カルシウムに変化し、消失するため好ましい。

なお、上記整粒処理工程Ｓ１１を実行時において、整粒機２１に対して散水する、排ガスを通流させるなどの処理を並行して行うことで、エージング処理工程Ｓ１２と整粒処理工程Ｓ１１とを並行して実行できる。この場合には、整粒機２１はエージング処理装置２３を兼ねる。

このエージング処理工程Ｓ１２が、工程（ｆ１）に対応する。

〈固結防止処理工程Ｓ１３〉
固結防止処理装置２５は、クリンカ細骨材原料ＭＦＡに対して固結を防止する処理を施す装置であり、例えば高炉スラグ骨材や石灰石砂などの非水硬性の骨材や、石灰石やγ-Ｃ₂Ｓ、石炭灰、焼却灰の微粉を混合する処理を行う。この混合処理は、混合機、ドラムなどの装置で実現される。

特に、後述する粗骨材分離工程Ｓ５１において、共用終了後のコンクリートから粗骨材が分離される際、粗骨材由来のＳｉＯ₂がリサイクル原料ＲＭに混入される。このため、リサイクル原料ＲＭをセメント原料Ｍ１に近づける観点から、この固結防止処理工程Ｓ１３において石灰石砂や石灰石微粉を混合させて、ＣａＯ成分の含有量を高めておくのが好適である。

クリンカ細骨材原料ＭＦＡを構成するクリンカは水硬性を有する。このため、クリンカ細骨材原料ＭＦＡを保管していると、大気中の水分を吸収することで水和物を生成し、コンクリートの流動性の低下を生じたり、場合によっては細骨材同士が固結する現象を生じる場合がある。固結防止処理工程Ｓ１３によれば、水硬性の低い材料からなる粉体や骨材が混合されているため、この処理を経たクリンカ細骨材ＦＡによれば、保管中の水和物の生成や固結の進展が抑制される。

また、通常細骨材には若干の微粉分が含まれるため、この固結防止処理工程Ｓ１３において微粉を混合する場合には、前段の分級工程で取り除かれた微粉分を補給することもできる。

この固結防止処理工程Ｓ１３が、工程（ｆ２）に対応する。

（セメント仕上げ処理Ｓ２１）
分級処理工程（Ｓ４，Ｓ６，Ｓ８）で得られた微粉（分級微粉ＣＦ）は、仕上げミル３１によって、石膏ＰＬ及び他の少量混合成分Ｚ１と共に混合・粉砕される。なお、この処理Ｓ２１において、冷却処理工程Ｓ２においてスピレージＣＳが得られている場合には、このスピレージＣＳについても、分級微粉ＣＦと共に混合され、仕上げミル３１によって粉砕される。

分級微粉ＣＦは、各分級処理工程（Ｓ４，Ｓ６，Ｓ８）の実行時にバグフィルタ等によって集塵することで、仕上げミル３１に送出されるものとしても構わない。

上記特許文献２に記載されているように、クリンカＣ１は、粒径が小さいほどＣａＯの含有率が高くなることが確認されている。このため、上記の各分級処理工程（Ｓ４，Ｓ６，Ｓ８）で得られた分級微粉ＣＦについては、セメントＣＭとして利用することで、高い強度を示すセメントを得ることができる。また、冷却処理工程Ｓ２において得られたスピレージＣＳは、クリンカＣ１よりも急冷されているため、その強度が高いことから、セメントＣＭとして利用することで、高い強度を示すセメントを得ることができる。

つまり、分級処理工程（Ｓ４，Ｓ６，Ｓ８）で得られた分級微粉ＣＦ、及び冷却処理工程Ｓ２において得られたスピレージＣＳについては、クリンカ細骨材ＦＡとしては利用せずに、処理Ｓ２１において石膏ＰＬ等と共に混合・粉砕されることにより、セメントＣＭとして利用される。

これにより、分級処理工程（Ｓ４，Ｓ６，Ｓ８）で得られた分級微粉ＣＦを、有効に活用することができる。

このセメント仕上げ処理Ｓ２１が、工程（ｅ）に対応する。

なお、必要に応じて分級機３３を用いて、大径を示す粒子については分級後、再度仕上げミル３１に送出して粉砕処理を実行することで、セメントＣＭを生成するものとしても構わない。

また、すでにセメントとして利用できるほどの微粉末となった分級微粉ＣＦについては、粉砕を行わずに石膏ＰＬ等を混合するのみでセメントＣＭとして利用できる。すなわち、このセメント仕上げ処理Ｓ２１では、粉砕処理を含まずに、混合処理のみが行われるものとしても構わない。

（コンクリート化処理Ｓ３１，モルタル化処理Ｓ３２）
クリンカ細骨材ＦＡは、コンクリートとして利用される場合には、セメントＣＭ、及び粗骨材ＣＡと共に水と混合される（処理Ｓ３１）。また、クリンカ細骨材ＦＡは、モルタルとして利用される場合には、セメントＣＭ及び水と混合される（処理Ｓ３２）。なお、図１では、図示の都合上、水の表記が省略されている。

処理Ｓ３１が工程（ｈ１）に対応し、処理Ｓ３２が工程（ｈ２）に対応する。

なお、この処理Ｓ３１，Ｓ３２において混合されるセメントＣＭは、どのようなセメントＣＭを用いても構わない。すなわち、上述したクリンカ細骨材ＦＡの製造と並行して得られた、分級処理工程（Ｓ４，Ｓ６，Ｓ８）で得られた微粉（分級微粉ＣＦ）や冷却処理工程Ｓ２においてスピレージＣＳから製造されたセメントＣＭを用いることもできるし、他のセメント工場で製造されたセメントＣＭを用いることもできる。

（共用工程Ｓ４０）
コンクリート又はモルタルが製品として出荷され、現場において利用される。

（リサイクル工程Ｓ５０）
利用後のコンクリートは、粗骨材分離機構５１において粗骨材ＲＣＡが分離される（粗骨材分離工程Ｓ５１、工程（ｉ）に対応）。利用後のモルタル、又は利用後のコンクリートから粗骨材ＲＣＡが分離された後の回収物のうち、必要に応じて他の原料Ｙ１と混合されて成分が調製されることで、リサイクル原料ＲＭが得られる（原料調合工程Ｓ５２）。

また、回収物が元のセメント原料Ｍ１とほぼ同等の原料構成である場合には、原料調合工程Ｓ５２を経ることなく、リサイクル原料ＲＭが得られる。なお、コンクリート化処理Ｓ３１，モルタル化処理Ｓ３２において、共用終了後の回収物を元のセメント原料Ｍ１とほぼ同等の原料構成にすべく、石灰石微粉や石灰石骨材を混合するものとしても構わない。

このリサイクル工程Ｓ５０で得られたリサイクル原料ＲＭが、セメント原料Ｍ１として利用され、焼成処理工程Ｓ１において焼成処理されることで、セメントクリンカＣ１が再び得られる。この場合、加熱時にＣＯ₂を排出する石灰石原料の利用量を低下できるため、焼成処理工程Ｓ１時に発生するＣＯ₂の発生量が減少すると共に、この処理に要するエネルギー量も削減できるため、地球温暖化の抑制に寄与する効果が得られる。

なお、このリサイクル原料ＲＭは、図２に示すクリンカ細骨材製造システム１以外に適用することも可能である。すなわち、リサイクル原料ＲＭは、上述した各工程を経て再びクリンカ細骨材ＦＡの原料として利用されることも可能であるし、クリンカ細骨材ＦＡを製造しない、一般的なセメント製造プロセスにおけるセメントクリンカ原料として利用されることも可能である。前者の場合、リサイクル原料ＲＭが上記の焼成処理工程Ｓ１に用いられ、上述した工程Ｓ２以後の各工程を経て再びクリンカ細骨材ＦＡが得られる。後者の場合、リサイクル原料ＲＭが一般的なセメント製造プロセスにおける焼成処理工程（工程（ｊ１），工程（ｊ２）に対応）に用いられて、セメントクリンカが得られ、このセメントクリンカよりセメントが生成される。

１ ：クリンカ細骨材製造システム
３ ：プレヒータ
５ ：ロータリーキルン
７ ：エアークエンチングクーラ
９ ：粗砕機
１１ ：分級機
１３ ：予粉砕機
１５ ：分級機
１７ ：粉砕機
１９ ：分級機
２０ ：後処理装置
２１ ：整粒機
２３ ：エージング処理装置
２５ ：固結防止処理装置
３１ ：仕上げミル
３３ ：分級機
５１ ：粗骨材分離機構
Ｃ１ ：クリンカ
ＣＡ ：粗骨材
ＣＣ２ ：粗粒（第一粗粒）
ＣＣ３ ：予粉砕物
ＣＣ４ ：粗粒（第二粗粒）
ＣＣ５ ：粉砕物
ＣＣ６ ：粗粒
ＣＦ ：分級微粉
ＣＭ ：セメント
ＣＳ ：スピレージ
ＦＡ ：クリンカ細骨材
ＦＣ２ ：微粒
ＦＣ４ ：微粒
ＦＣ６ ：微粒（粉砕微粒）
Ｍ１ ：セメント原料
Ｍ２ ：焼成物
ＭＦＡ ：クリンカ細骨材原料
ＰＬ ：石膏
ＲＣＡ ：粗骨材
ＲＭ ：リサイクル原料
Ｙ１ ：原料
Ｚ１ ：少量混合成分

Claims (9)

1. セメント原料を焼成する工程（ａ）と、
   前記工程（ａ）で焼成された前記セメント原料を冷却する工程（ｂ）と、
   前記工程（ｂ）を経て生成されたクリンカを、所定範囲内の分級点を基準に粗粒と微粒に分級する工程（ｃ）と、
   前記工程（ｃ）で得られた前記粗粒を粉砕して、粉砕微粒を得る工程（ｄ）と、
   前記工程（ｃ）の実行時に生成された、前記微粒よりも粒径の細かい第一分級微粉を、石膏を含む材料と共に混合してセメントを得る工程（ｅ）と、
   前記工程（ｃ）で得られた前記微粒、及び前記工程（ｄ）で得られた前記粉砕微粒を混合した混合物からクリンカ細骨材を得る工程（ｆ）とを有することを特徴とする、クリンカ細骨材の製造方法。
2. 前記工程（ｂ）は、エアークエンチングクーラによる冷却工程であり、
   前記（ｅ）は、前記第一分級微粉と共に、前記エアークエンチングクーラの冷却風導入口から抽出されたスピレージが混合されることを特徴とする、請求項１に記載のクリンカ細骨材の製造方法。
3. 前記工程（ｆ）は、前記混合物に対してエージング処理を行う工程（ｆ１）を有することを特徴とする、請求項１又は２に記載のクリンカ細骨材の製造方法。
4. 前記工程（ｆ）は、前記混合物に対して固結防止処理を行う工程（ｆ２）を有することを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載のクリンカ細骨材の製造方法。
5. 前記工程（ｃ）は、
   前記クリンカを、第一粗粒と前記微粒に分級する工程（ｃ１）と、
   前記粗粒に対して粒径を小さくする予粉砕処理を行う工程（ｃ２）と、
   前記工程（ｃ２）で得られた予粉砕物を、第二粗粒と前記微粒に分級する工程（ｃ３）とを有し、
   前記工程（ｄ）は、前記第二粗粒を粉砕する工程であり、
   前記工程（ｆ）は、前記工程（ｃ１）及び前記工程（ｃ３）で得られた前記微粒から前記クリンカ細骨材を生成する工程であることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載のクリンカ細骨材の製造方法。
6. 前記工程（ｅ）は、前記工程（ｃ１）又は前記工程（ｃ２）の少なくとも一方で得られた前記第一分級微粉から、前記セメントを得る工程であることを特徴とする、請求項５に記載のクリンカ細骨材の製造方法。
7. 前記工程（ｄ）で得られた生成物を、残余粗粒と前記微粒に分級する工程（ｇ）を有し、
   前記工程（ｄ）は、前記工程（ｇ）で得られた前記残余粗粒を、前記工程（ｃ）で得られた前記粗粒と共に粉砕する工程であり、
   前記工程（ｅ）は、前記工程（ｇ）の実行時に生成された、前記微粒よりも粒径の細かい第二分級微粉が、前記第一分級微粉と共に混合される工程であることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか１項に記載のクリンカ細骨材の製造方法。
8. 請求項１〜７のいずれか１項に記載の製造方法で前記クリンカ細骨材を得る工程と、
   セメントと、前記工程（ｆ）で得られた前記クリンカ細骨材と、粗骨材とを混合して、コンクリートを製造する工程（ｈ１）と、
   前記工程（ｈ１）で得られた前記コンクリートの共用終了後に、前記粗骨材を分離する工程（ｉ）と、
   前記工程（ｉ）で得られた残留物をセメントクリンカ原料として焼成する工程（ｊ１）とを有することを特徴とする、セメントクリンカの製造方法。
9. 請求項１〜７のいずれか１項に記載の製造方法で前記クリンカ細骨材を得る工程と、
   セメントと、前記工程（ｆ）で得られた前記クリンカ細骨材とを混合して、モルタルを製造する工程（ｈ２）と、
   前記工程（ｈ２）で得られた前記モルタルの共用終了後に、前記モルタルをセメントクリンカ原料として焼成する工程（ｊ２）とを有することを特徴とする、セメントクリンカの製造方法。

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