JP4153035B2 - 高炉スラグ粒状物をロールプレス粉砕する時の補助剤 - Google Patents

Description

発明の背景
本発明は、粉砕補助組成物（ｇｒｉｎｄｉｎｇ ａｉｄ ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ）そして上記粉砕補助剤をロールプレス（ｒｏｌｌ ｐｒｅｓｓ）と協力させて用いることでスラグ（ｓｌａｇ）粉砕を強化させた方法に向けたものである。具体的には、本発明は、ロールプレス製粉回路によるスラグ材料の粉砕効率を高める手段としてポリアクリル酸もしくはそれのアルカリ金属塩を用いることに向けたものである。
スラグは鉄の高炉運転で通常生じる副生成物である。高炉には、通常、鉄鉱石の層、フラックス（ｆｌｕｘ）石、燃料および他の酸化鉄源が高度に管理された金属加工の一部として仕込まれる。上記炉では、非常に高い温度を達成する目的で熱および酸素が強制的に供給されておりそして溶融した鉄を上記炉の下部から抜き取ることで溶融鉄を集めることが行われている。この溶融鉄の直ぐ上部に生じた溶融スラグもまた上記炉から抜き取られることで取り出され、それを水で急冷すると、湿っている粒状のスラグ材料が生じる。
このような高炉スラグ粒状物は非金属性の生成物であり、これは主にカルシウムのケイ酸塩およびアルミノケイ酸と他の塩基から成っている。コンクリートおよびモルタル組成物で使用可能な粒状スラグの仕様がＡＳＴＭ Ｃ−９８９に与えられておりそしてブレンドセメントに入れる１成分として使用可能な粉砕品（粒状スラグから生じさせることができる）の仕様がＡＳＨＴＯ−ＭＲ０２に与えられている（例えばブレンド水硬セメントに関するＡＳＴＭ Ｃ−５９５標準仕様など）。
セメント組成物に含める水硬セメント成分の一部（約５０重量パーセント以下）をスラグの粉砕粉末品に置き換えることでブレンドセメント組成物を生じさせることができる。モルタル（水硬セメントと小型骨材、例えば砂などと水）およびコンクリート（水硬セメントと小型骨材と大型骨材、例えば石などと水）のセメント組成物にスラグをこの組成物の一部として存在させると、そのような組成物は一般に向上した後期熟成強度（ｌａｔｅｒ ａｇｅ ｓｔｒｅｎｇｔｈ）を示す。
粒状スラグを粉末品にする場合、通常、ボールミル（ｂａｌｌ ｍｉｌｌ）またはロールプレスによる処理が行われている。ボールミル運転の場合、上記粒状物を上記ミルのボール要素で連続的であるがランダムに打つことでその粒状物を粉砕して所望の粉末を生じさせることで処理が行われる。生じた粒子がボールミル内に分散したまま維持されるのを促す作用剤（通常は「粉砕補助剤」と呼ばれる）をこのミル内に存在させると、ボールミルの運転効率がより高くなる。従って、ボールミルの運転ではリグニンスルホネート類、トリエタノールアミンなどの如き化合物が用いられてきた。
ロールプレスの作動機構はボールミルのそれとは明らかに異なる。スラグ粒状物が１対のロールのロール間隙に送り込まれる。上記粒状物は、この粒状物がロールの間を通る間に生じる圧縮力を１回受ける。上記粒状物は、上記ローラーによって圧縮させることで非常に小さい粒子に崩壊するばかりでなく、この粒状物を崩壊させておくことで、これを次に脱凝集装置（ｄｅａｇｇｌｏｍｅｒａｔｏｒ）にかけた時に完全な分解が起こる。
このロールプレスに関連した１つの問題は、供給材料である粒状物をローラーの間に通すことができる速度である。小型の粒子（再循環流れに由来する）はほとんど問題なく通過するが、より大型の粒状物（原料に由来する）はローラーのロール間隙上に保持される傾向がある。水を少量、例えば供給材料全体を基準にして約３重量パーセントの如き量で添加すると大型の粒状物がロール間隙領域の中により容易に入ることを促す補助手段が得られることが一般に知られている。この水によって上記粒状物および粒子が接着して相互作用することでそれらがロール間隙の領域を通り抜けるのが促されると考えている。
最終製品は乾燥粉末でなければならず、従って、その工程の最終仕上げで水を除去する必要がある。水を用いると、その粉末製品から水を追い出す時に多量のエネルギーを要し、脱凝集装置の効率が低下し、かつ上記工程に関連した粉じん収集装置の詰まりが起こると言った欠点が生じる。従って、必要な水の量を低くする一方でロールミルによるスラグの粉末化効率を高める手段を与える組成物を提供することが望まれている。
発明の要約
本発明は、高炉スラグ粒状物から粉末スラグ製品を製造する改良ロールプレス方法および上記改良方法をもたらし得る粉砕補助剤に向けたものである。本方法では、ロールプレス供給材料がロールミルを通る速度を速めかつこの工程における水含有量を低くする目的で、以下に詳細に記述する如きポリアクリル酸またはそれのアルカリ金属塩をロールプレス供給材料に供給する必要がある。
詳細な説明
本発明は、高炉スラグ粒状物から粉末、即ち粉砕されたスラグを生じさせる改良ロールプレス方法に向けたものである。この改良では、ポリアクリル酸もしくはそれのアルカリ塩またはそれらの混合物をロールプレスの供給材料流れに少量供給する必要がある。ポリアクリル酸またはそれのアルカリ塩を供給すると、スラグ粒状物がロールミルの中を通る流れが増強される一方で供給原料に供給すべき水の量を大きく減少させることができる。従って、ここに記述するようにポリアクリル酸を供給すると、上記工程の最終仕上げ段階で行う水の除去で要するエネルギー消費量が低下し、かつこの主題工程で水を用いることに通常関連する他の欠陥が実質的に減少する。
水に溶解し得るポリアクリル酸またはそれのアルカリ金属塩が本発明で用いるに有用な作用剤であることを見い出した。本明細書および添付請求の範囲で用いる如き用語「ポリアクリル酸」は、アクリル酸のホモポリマー、およびアクリル酸と共重合性エチレン系モノマー類、例えばエチレン、プロピレン、ブタジエン、スチレン、メタアクリル酸などから作られたコポリマー類を意味する。上記共重合性モノマー類の存在量は通常３０モルパーセント以下、好適には２０モルパーセント以下である。好適な作用剤は、アクリル酸のホモポリマー、およびアクリル酸のホモポリマーをアルカリ金属塩基で部分的に中和したもの、例えばポリアクリル酸のナトリウム塩などである。このポリマーは水溶性でなければならない。これの重量平均分子量は少なくとも約２５，０００であるべきである。好適なポリマーの分子量は少なくとも５０，０００、最も好適には約５０，０００から５００，０００である。この上に記述したポリアクリル酸を用いる時、そのポリマーの分子量が低いと向上した特性が得られないことを確認した。
このポリマーを水に溶解させてポリマー固体が溶液中に約１０から５０（好適には２５から４５）重量パーセント入っている水溶液を生じさせる。この溶液の供給が容易であるに充分なほど流動することを条件として、より高い濃度の溶液も使用可能である。
スラグを処理する通常のロールプレスにおいて、そのロールミルを通る流れを増強させる目的で用いられる水の量は、供給材料の約１から４重量パーセントの範囲である。本方法でロールミル供給材料（即ち粒状のスラグと、分級装置および／または脱凝集装置からいくらか再循環して来るスラグ材料）の一部として用いるポリアクリル酸の量は、スラグ供給材料全体を基準にして約０．００２から０．３（好適には０．０１から０．２）重量パーセントの範囲でなければならない。このポリアクリル酸は個々別々の水溶液として供給可能であるか、或は粒状スラグに供給する水の全体量が以下に記述する如き本方法で必要とする水の量になるようにそれを追加的量の水と前以て混合しておくことも可能である。
この主題ポリアクリル酸を用いるとロールミル工程で用いる水の量を実質的に下げることができることを予想外に見い出した。本発明に従ってポリアクリル酸を少量用いると水の量をほぼ半分にしたとしても達成される結果は同じで同じ効率をロールプレスで達成することができることを予想外に見い出した。ここで必要な水の総量はスラグ供給材料全体の約０．１から４（好適には０．１から２、最も好適には０．２から１）重量パーセントである。このポリアクリル酸溶液に入っている水も要求される水の総量の一部になると見なされるべきである。従って、工程操作中に存在させそして最終仕上げ段階で除去する必要がある水の量は、通常用いられる量よりも実質的に少ない。従って、粉じん収集装置で観察されるケーキングの度合が低くなり、かつ乾燥粉末製品の製造で要求されるエネルギー量が少なくなる。
この主題ポリアクリル酸を第三級ヒドロキシアルキルアミン類、例えばトリ（Ｃ₂−Ｃ₄ヒドロキシアルキル）アミン、例えばトリエタノールアミン、トリイソプロパノールアミンなどばかりでなくヒドロキシアルキル基の１つまたは２つがＣ₁−Ｃ₆アルキルおよびシクロアルキル基に置き換わっている上記第三級アミン類、例えばジエタノールエチルアミン、ジエチルエタノールアミンなどと組み合わせて用いることができることを更に見い出した（但し、上記第三級アミンが水に溶解し得ることと上記ポリアクリル酸溶液に混和し得ることを条件とする）。使用するポリアクリル酸に対するアミンの比率は０．１から１０の比率でなければならない。
製造した粉末スラグ製品はその中に本発明のポリアクリル酸剤をまだ含有している可能性がある。本方法で用いる必要があるポリアクリル酸は、生じさせるセメント組成物のパックセット（ｐａｃｋ ｓｅｔ）特性にも圧縮強度にも硬化時間にも悪影響を与えない（通常の組成物に比較して）。
この主題方法は特にロールプレス工程に向けたものである。上記工程でロールミルに供給される供給材料は、新しく供給される高炉スラグ粒状物とそれに混ぜ合わせる再循環材料［分級装置および任意に脱凝集装置（例えばハンマーミル）から来る］で構成される。この供給材料全体を構成する混合物に含まれるところの、再循環に由来するスラグ材料と新しく供給される粒状スラグの比率は通常３：１から５：１である。その結果として得られる製品は高いＢｌａｉｎｅ表面積である約５００から９００ｍ²／ｋｇの表面積を有する微粉末であるが、通常望まれる表面積は５００から７００ｍ²／ｋｇである。
実施例１
スラグ材料に高い圧力を１回受けさせそしてその結果として圧縮されたケーキ状生成物に撹拌を短期間受けさせる静的実験室試験でロールプレス力を評価した。この最初に生じた圧縮ケーキ状生成物が撹拌後にそれの一体性を保持し得ることは、操作が向上するようにスラグが凝集してロールプレスのロール間隙の中に運ばれ得ることに対して直接的な相関関係を示すと考えている。
米国基準ふるいサイズの８号上に保持される材料の量が１０．６％で１６号上に保持される量が３４．３％で３０号上に保持される量が３７．１％で５０号上に保持される量が１４．３％で通過する量が３．７％であることに相当する粒子サイズ分布を示す高炉スラグ粒状物を用いた。各々の粒状スラグの量が８０重量部になるようにサンプルを複数作成し、そのスラグの各々をＣａｒｖｅｒプレスに備わっている２インチの円形ダイスの中に入れて１０６バールの圧力を１回受けさせた。この圧力を受けさせるに先立って、上記スラグに水を０重量％、４％重量および８重量％加えることで数組のサンプルを作成しておいた。加うるに、重量平均分子量（Ｍ_w）が５０，０００のポリアクリル酸を上記４％用量の一部として上記スラグに加えた１組のサンプルを作成した。
圧縮ケーキの各々を積み重ねたふるいの一部としての８号ふるい上に置いて、垂直方向と水平方向の両方に動く撹拌を１分間受けさせた（Ｒｏ−Ｔａｐ装置を用いて）。上記積み重ねたふるいの各々に保持された材料の重量を測定することで、達成された合着力（ｃｏｈｅｓｉｏｎ ｆｏｒｃｅ）を測定した（メッシュサイズが大きいふるいに保持された材料の量）。
以下の表Ｉに示す結果は、水を添加すると圧縮ケーキの合着力が高くなることを示している。水を０％、４％および８％入れたサンプルのそれぞれで８号のふるいに保持された材料の量が６．８から９．７そして１８．４に増えたことで、上記を確認した。用量が４％になるようにポリアクリル酸を０．２重量％と水を３．８重量％入れたサンプルでは、水のみを４％入れたサンプルに比較して合着力が約２６０％高くなり、そして水を８％入れたサンプルよりも結果が１３８％向上した。
このような結果は、ポリアクリル酸を少量添加すると向上した合着力を得ることができることと、水の含有量を低くしても水をより多い用量で用いた時に達成される合着力に相当する合着力を達成することができることを示している。

実施例２
水のみを０．５％、１％および２％入れたサンプルを、液体用量の全体が０．５％になるようにポリアクリル酸（Ｍｗ＝５０，０００）を０．０５％および水を０．４５％入れたサンプルと比較する以外は、実施例１の試験を繰り返した。使用したスラグは、この上の実施例１に記述した高炉スラグ粒状物が１部で分級装置の流れから得た再循環材料が４部の混合物であり、それによって、８号上に保持される量が１３．８％で１６号上に保持される量が１３．７％で３０号上に保持される量が１７．０％で５０号上に保持される量が１１．０％で通過する量が４４．５％である粒子サイズ分布を示す供給材料組成物を生じさせた。
ＰＡＡを０．０５％および水を０．４５％入れたサンプルが示す合着力は、水のみを入れたサンプルが示す合着力に等しいか或はそれよりも良好であった。表ＩＩのデータは、ニップロールプレス（ｎｉｐ ｒｏｌｌ ｐｒｅｓｓ）に通す時に達成される処理は等しいか或は良好でありながらロールプレス供給材料の水含有量を実質的に低くすることができることと、水を多量に除去することが回避されることを示している。

実施例３
ポリアクリル酸を入れたサンプルに更にトリイソプロパノールアミンを０．０５重量％添加して実施例２と同様なサンプルを作成した。圧縮ケーキを４ポンドのインパクター（ｉｍｐａｃｔｏｒ）（５０ジュールのエネルギー）に３回かけた。その結果として生じた材料をふるいにかけ、８号のふるいに保持された材料と１６号のふるいに保持された材料を一緒にして、それらに更に衝撃を３回受けさせた。その結果として生じた材料を積み重ねたふるいに通すことで、それの分析を行った。サンプルにトリイソプロパノールアミンを添加剤の一部として含有させることでそれを脱凝集装置、例えばハンマーミルなどにかけると微細物のパーセントがより高くなるであろうことを確認した。

Claims (2)

1. スラグ供給材料流れをロールプレスにかけることでロールプレスケーキを生じさせ、このプレスにかけたケーキを脱凝集装置にかけることで粉末材料を生じさせ、この粉末材料を分級装置にかけることで粉砕スラグ粉末を分離して回収する一方、該材料の残りを該ロールプレスへの供給材料流れに戻すことを通して、高炉スラグ粒状物を粉砕スラグ粉末に変換する方法であって、ここでの改良が、５０，０００から５００，０００の重量平均分子量を有する、ポリアクリル酸、ポリアクリル酸アルカリ金属塩またはそれらの混合物から成る群から選択されるポリマーを該ロールプレスへのスラグ供給材料の全重量を基準にして０．００２から０．３重量パーセント含みかつ水を０．１から４重量パーセント含む組み合わせを該スラグ供給材料流れに供給することを含む方法。
2. 該ポリマーを固体状ポリマーが中に１０から５０重量パーセント入っている水溶液として供給する請求の範囲第１項の方法。