JP4567504B2

JP4567504B2 - 焼成物

Info

Publication number: JP4567504B2
Application number: JP2005093483A
Authority: JP
Inventors: 大亮黒川; 哲雄大桐; 政彦守屋; 宏太佐々木; 健一本間; 真小早川
Original assignee: Taiheiyo Cement Corp
Current assignee: Taiheiyo Cement Corp
Priority date: 2005-03-29
Filing date: 2005-03-29
Publication date: 2010-10-20
Anticipated expiration: 2025-03-29
Also published as: JP2006273637A

Description

本発明は、粉砕することにより低水硬性材料として普通ポルトランドセメント等と混合して使用することができる焼成物に関し、特に、ハンターＬａｂ表色系におけるｂ値が６〜９である粉砕物が得られる焼成物に関する。

わが国では、経済成長、人口の都市部への集中に伴い、産業廃棄物や一般廃棄物等が急増している。従来から、前記廃棄物の大半は、焼却によって十分の一程度に減容化し埋め立て処分されているが、最近では埋め立て処分場の残余容量が逼迫していることから、新しい廃棄物処理方法の確率が緊急課題になっている。この課題に対処するために、従来よりセメント産業では、産業廃棄物や一般廃棄物等を原料としてセメント混和材用等の焼成物が製造されている（例えば、特許文献１）。
特開２００４−２１５５号公報

しかしながら、産業廃棄物や一般廃棄物を原料として製造した焼成物の粉砕物では、普通ポルトランドセメントと色調が大きく異なることがある。例えば、普通ポルトランドセメントは、ハンターＬａｂ表色系におけるｂ値は６〜９であるが、産業廃棄物や一般廃棄物を原料として製造した焼成物の粉砕物では、ハンターＬａｂ表色系におけるｂ値は１０〜１３である。前記ｂ値が１０を越える焼成物の粉砕物では、普通ポルトランドセメント等と色調が大きく異なるので、その添加量が制限されてしまうという問題がある。そして、廃棄物の有効利用の観点からは、ｂ値が９以下である粉砕物が得られる焼成物が望まれている。

従って、本発明の目的は、ハンターＬａｂ表色系におけるｂ値が６〜９である粉砕物が得られる焼成物を提供することにある。

本発明者らは、斯かる実情に鑑み、鋭意研究した結果、焼成物の水硬率（H.M.）を特定し、還元雰囲気下又は可燃性物質共存下で焼成物を焼成するか、還元雰囲気下又は可燃性物質共存下で焼成物を冷却することにより、上記課題を解決することができることを見いだし、本発明を完成させたものである。

即ち、本発明は、CaO原料、SiO₂原料、Al₂O₃原料及びFe₂O₃原料を可燃性物質共存下で焼成して得られ、粉砕することにより低水硬性材料としてポルトランドセメントと混合して使用する水硬率（H.M.）が1.5未満である焼成物であって、CaO原料、SiO ₂ 原料、Al ₂ O ₃ 原料又はFe ₂ O ₃ 原料として、産業廃棄物、一般廃棄物及び建設発生土から選ばれる一種以上を使用し、可燃性物質の使用量が焼成物の製造に使用する燃料全体の熱量に対して40％以下であり、粉砕物のハンターＬａｂ表色系におけるｂ値が６〜９であることを特徴とする焼成物を提供するものである。
また、本発明は、CaO原料、SiO₂原料、Al₂O₃原料及びFe₂O₃原料を焼成して得られ、粉砕することにより低水硬性材料としてポルトランドセメントと混合して使用する水硬率（H.M.）が1.5未満である焼成物であって、CaO原料、SiO ₂ 原料、Al ₂ O ₃ 原料又はFe ₂ O ₃ 原料として、産業廃棄物、一般廃棄物及び建設発生土から選ばれる一種以上を使用し、可燃性物質共存下で冷却し、粉砕物のハンターＬａｂ表色系におけるｂ値が６〜９であることを特徴とする焼成物を提供するものである。
また、本発明は、上記焼成物を粉砕してなる低水硬性材料を提供するものである。

本発明の焼成物では、ハンターＬａｂ表色系におけるｂ値が６〜９である粉砕物が得られるので、普通ポルトランドセメント等への添加量を増やすことができる。
また、本発明の焼成物では、６価クロム量を低減することができる。
また、本発明の焼成物では、産業廃棄物、一般廃棄物及び建設発生土から選ばれる一種以上を原料として使用することができるので、廃棄物の有効利用の促進にも貢献することができる。

以下、本発明について詳細に説明する。
本発明の焼成物は、CaO原料、SiO₂原料、Al₂O₃原料及びFe₂O₃原料を還元雰囲気下又は可燃性物質共存下で焼成して得られるもので、水硬率（H.M.）が1.5未満のものである。
また、本発明の焼成物は、CaO原料、SiO₂原料、Al₂O₃原料及びFe₂O₃原料を焼成して得られる水硬率（H.M.）が1.5未満である焼成物であって、還元雰囲気下又は可燃性物質共存下で冷却したものである。
焼成物の原料としては、一般のポルトランドセメントクリンカー原料、すなわち石灰石、生石灰、消石灰等のCaO原料、珪石、粘土等のSiO₂原料、粘土等のAl₂O₃原料、鉄滓、鉄ケーキ等のFe₂O₃原料を使用することができる。
また、本発明においては、焼成物の原料として、前記原料に加えて、産業廃棄物、一般廃棄物及び建設発生土から選ばれる一種以上を使用することができる。焼成物の原料として、産業廃棄物、一般廃棄物及び建設発生土から選ばれる一種以上のものを使用することは、廃棄物の有効利用を促進させることができ好ましいことである。ここで、産業廃棄物としては、例えば、生コンスラッジ、各種汚泥（例えば、下水汚泥、浄水汚泥、建設汚泥、製鉄汚泥等）、建設廃材、コンクリート廃材、ボーリング廃土、各種焼却灰、鋳物砂、ロックウール、廃ガラス、高炉２次灰等が挙げられる。一般廃棄物としては、例えば、下水汚泥乾粉、都市ごみ焼却灰、貝殻等が挙げられる。建設発生土としては、建設現場や工事現場等から発生する土壌や残土、さらには廃土壌等が挙げられる。

これらの原料を、水硬率（H.M.）が1.5未満、より好ましくは0.5以上1.5未満となるように混合した後、還元雰囲気下又は可燃性物質共存下で焼成するか、還元雰囲気下又は可燃性物質共存下で冷却することにより、焼成物を製造する。
水硬率（H.M.）が1.5以上では、還元雰囲気下／又は可燃性物質共存下で焼成したり冷却してもｂ値を小さくする効果が少なくなる。
焼成温度が低い、あるいは焼成時間が短いと、CaOがSiO₂やAl₂O₃等と反応せず、焼成物中に遊離石灰として多量に残存する場合がある。遊離石灰が多い焼成物の粉砕物を普通ポルトランドセメントに混合し、コンクリート構造物に使用すると、遊離石灰が膨張してコンクリート構造物を破壊したり、ＡＥ減水剤等の混和剤の作用を阻害して流動性を悪化させる場合がある。そのため、焼成物中の遊離石灰量が1.0質量％以下になるように焼成温度、焼成時間を調整する必要がある。遊離石灰量を1.0質量％以下にするための焼成温度、焼成時間は、焼成物の組成や粒度にもよるが、それぞれ1000〜1400℃、10〜120分間である。
なお、各原料を混合する方法は、特に限定するものではなく、慣用の装置等で行えばよい。

焼成に使用する装置も特に限定するものではなく、例えば、ロータリーキルンや電気炉等を使用することができる。ロータリーキルンで焼成する際には、燃料代替廃棄物、例えば、廃油、廃タイヤ、廃プラスチック等を使用することができる。

還元雰囲気下で焼成する方法としては、例えば、焼成に使用する装置（電気炉等）内を窒素ガス等で置換した後、焼成する方法等が挙げられる。

可燃性物質共存下で焼成する方法としては、例えば、焼成に使用する装置（ロータリーキルンや電気炉等）内に、可燃性物質（コークス、活性炭、廃木材、廃プラスチック、重油スラッジ、都市ゴミ等の廃棄物を圧縮・固形化した廃棄物固形塊等）を供給する方法等が挙げられる。焼成に使用する装置としてロータリーキルンを使用する場合、可燃性物質は、プレヒーター側、ロータリーキルンの出口側や、ロータリーキルンの途中から供給することができるが、本発明では、ロータリーキルン内で最も高温になる位置よりロータリーキルンの出口までの途中で可燃性物質を供給することが好ましい。
この場合に用いる可燃性物質はロータリーキルン用の主燃料に比べて燃焼速度の遅いもの、あるいは主燃料と同様の燃焼速度を有しかつ主燃料よりも粗い粒の可燃性物質が使用される。
可燃性物質は、焼成物の製造に使用する燃料全体の熱量に対して40％まで使用できる。可燃性物質の量が、焼成物の製造に使用する燃料全体の熱量に対して40％を越えると焼成物中に未燃焼状態の可燃性物質が多量に残存して、色調等に影響を及ぼす場合がある。
可燃性物質は、粒径が0.1〜5mmのものを使用するのが好ましい。可燃性物質の粒径が小さいと、焼成中の極初期で燃えきってしまうためｂ値を小さくする効果が少なくなり、粒径が大きいと焼成物中に未燃焼状態の可燃性物質が多量に残存する。
なお、可燃性物質は原料に混合して用いても良い。この場合、可燃性物質は未燃焼状態で残存しない範囲であれば混合量は多いほうが好ましく、粒径も大きいものを使用することができる。

還元雰囲気下又は可燃性物質共存下で冷却した場合にもｂ値を小さくすることができる。可燃性物質共存下で冷却する方法としては、焼成装置に接続されている冷却器（例えば、セメントクリンカー製造プラントにおけるクリンカークーラー等）内に、可燃性物質（コークス、活性炭、廃木材、廃プラスチック、重油スラッジ、都市ゴミ等の廃棄物を圧縮・固形化した廃棄物固形塊等）を供給する方法等が挙げられる。この場合、可燃性物質は、クリンカークーラー入り口等温度が1200℃程度の位置に供給することが好ましい。温度が低い場合は、可燃性物質を供給してもｂ値を小さくする効果が少なくなり、焼成物中に未燃焼状態の可燃性物質が多量に残存する。
また、可燃性物質は冷却の初期の段階で効果を発揮すればよいので、粒径が小さい可燃性物質を使用することができる。

このようにして得られる本発明の焼成物は、粉砕して、低水硬性材料として普通ポルトランドセメント等と混合して使用することができる。低水硬性材料の混合率は、モルタルやコンクリートの流動性や強度発現性等から、30質量％以下が好ましい。
上記低水硬性材料としては、1)上記焼成物を粉砕してなる低水硬性材料や、2)前記粉砕物100質量部に石膏をSO₃換算で6質量部以下含有させた低水硬性材料が挙げられる。
焼成物の粉砕方法は特に制限されず、例えばボールミル等を用い、通常の方法で粉砕すれば良い。焼成物の粉砕物は、ブレーン比表面積が2500〜5000cm²/gであることが、普通ポルトランドセメント等と混合して使用する場合のモルタルやコンクリートのブリーディングの低減や、流動性、強度発現性の観点から好ましい。
石膏としては、二水石膏、半水石膏や無水石膏等が挙げられ、これらを単独又は２種以上組み合わせて用いることができる。

上記2)の低水硬性材料は、焼成物の粉砕物と石膏を混合して製造しても良いし、焼成物と石膏を同時粉砕して製造しても良い。前者の場合、石膏のブレーン比表面積は3000〜8000cm²/gのものを使用することが好ましい。
上記2)の低水硬性材料のブレーン比表面積は2500〜5000cm²/gであることが、普通ポルトランドセメント等と混合して使用する場合のモルタルやコンクリートのブリーディングの低減や、流動性、強度発現性の観点から好ましい。

以下、実施例により本発明を説明する。
実施例１
１．焼成物の製造
原料として、下水汚泥、建設発生土、石灰石等の一般のポルトランドセメントクリンカー原料を使用して、水硬率（H.M.）が1.35及び0.9となるように原料を調合した。
上記調合原料を電気炉を用いて、1)還元雰囲気（窒素雰囲気）下で1350℃で30分間焼成、2)空気雰囲気下で1350℃で30分間焼成、の２条件で焼成して焼成物を製造した。
上記焼成物をブレーン比表面積3300cm²/gに粉砕後、分光色差計を使用してハンターＬａｂ表色系におけるｂ値を測定した。
その結果を表１に示す。

表１から、還元雰囲気（窒素雰囲気）下で焼成した焼成物では、ハンターＬａｂ表色系におけるｂ値が９以下になっていることが分かる。

２．６価クロム溶出量の測定
上記各焼成物について、環境庁告示第４６号に準じて、６価クロム溶出量を測定した。
その結果を表２に示す

表２から、還元雰囲気（窒素雰囲気）下で焼成した焼成物では、６価クロム溶出量が大幅に低減していることが分かる。

実施例２
実施例１の水硬率（H.M.）が1.35の焼成物の粉砕物100質量部に２水石膏（ブレーン比表面積3600cm²/g）をSO₃換算で2質量部含有させた低水硬性材料を調製した。
上記低水硬性材料を普通ポルトランドセメントと混合し（内割10質量％）、以下の条件でモルタル試験を行った。
(1)モルタルフロー
Ｗ／Ｃ＝０．３５、Ｓ／Ｃ＝２、普通ポルトランドセメントに対して0.8質量％のポリカルボン酸系高性能ＡＥ減水剤を混合したものを、５分間混練したモルタルについて、「JIS R 5201-1997」に規定されているフローコーンを用い、「JIS R 5201」に従って、モルタルフローを測定した。
(2)モルタル圧縮強さ
７日及び２８日後のモルタル圧縮強さを、「JIS R 5201」に従って測定した。
その結果を表３に示す。

表３から、還元雰囲気下で焼成した焼成物から調製した低水硬性材料であっても、空気雰囲気下で焼成した焼成物から調製した低水硬性材料と同じ性状が得られることが分かる。

実施例３
１．焼成物の製造
原料として、下水汚泥、建設発生土、石灰石等の一般のポルトランドセメントクリンカー原料を使用して、水硬率（H.M.）が1.35及び0.9となるように原料を調合した。
上記調合原料をロータリーキルンを用いて、1)ロータリーキルン内で最も高温になる位置よりロータリーキルンの出口までの途中で可燃性物質（コークス(粒径0.1〜5mm)）を供給しながら焼成、2)可燃性物質を供給しないで焼成して、焼成物を製造した。
なお、焼成温度は1350℃で焼成時間は30分間である。
また、1)においては、可燃性物質は、焼成物の製造に使用する燃料全体の熱量に対して20％使用した。
上記焼成物をブレーン比表面積3300cm²/gに粉砕後、分光色差計を使用してハンターＬａｂ表色系におけるｂ値を測定した。
その結果を表４に示す。

２．６価クロム溶出量の測定
上記各焼成物について、環境庁告示第４６号に準じて、６価クロム溶出量を測定した。
その結果を表５に示す

実施例４
実施例３の水硬率（H.M.）が1.35の焼成物の粉砕物100質量部に２水石膏（ブレーン比表面積3600cm²/g）をSO₃換算で2質量部含有させた低水硬性材料を調製した。
上記低水硬性材料を普通ポルトランドセメントと混合し（内割10質量％）、以下の条件でモルタル試験を行った。
(1)モルタルフロー
Ｗ／Ｃ＝０．３５、Ｓ／Ｃ＝２、普通ポルトランドセメントに対して0.8質量％のポリカルボン酸系高性能ＡＥ減水剤を混合したものを、５分間混練したモルタルについて、「JIS R 5201-1997」に規定されているフローコーンを用い、「JIS R 5201」に従って、モルタルフローを測定した。
(2)モルタル圧縮強さ
７日及び２８日後のモルタル圧縮強さを、「JIS R 5201」に従って測定した。
その結果を表６に示す。

Claims

CaO原料、SiO₂原料、Al₂O₃原料及びFe₂O₃原料を可燃性物質共存下で焼成して得られ、粉砕することにより低水硬性材料としてポルトランドセメントと混合して使用する水硬率（H.M.）が1.5未満である焼成物であって、
CaO原料、SiO ₂ 原料、Al ₂ O ₃ 原料又はFe ₂ O ₃ 原料として、産業廃棄物、一般廃棄物及び建設発生土から選ばれる一種以上を使用し、
可燃性物質の使用量が焼成物の製造に使用する燃料全体の熱量に対して40％以下であり、
粉砕物のハンターＬａｂ表色系におけるｂ値が６〜９であることを特徴とする焼成物。
CaO原料、SiO₂原料、Al₂O₃原料及びFe₂O₃原料を焼成して得られ、粉砕することにより低水硬性材料としてポルトランドセメントと混合して使用する水硬率（H.M.）が1.5未満である焼成物であって、
CaO原料、SiO ₂ 原料、Al ₂ O ₃ 原料又はFe ₂ O ₃ 原料として、産業廃棄物、一般廃棄物及び建設発生土から選ばれる一種以上を使用し、
可燃性物質共存下で冷却し、
粉砕物のハンターＬａｂ表色系におけるｂ値が６〜９であることを特徴とする焼成物。
請求項１又は２記載の焼成物を粉砕してなる低水硬性材料。
請求項１又は２記載の焼成物の粉砕物100質量部に対して、石膏をSO₃換算で6質量部以下含有する低水硬性材料。