JP4661121B2 - セメントの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、合成樹脂や化学繊維の製造工程等で発生する有機質工場廃液を、セメントクリンカーの粉砕助剤として使用するセメントの製造方法に関する。

化学樹脂や化学繊維を製造する化学工場で発生する有機化合物を主成分とする有機質工場廃液は、活性汚泥法により有機物を分解した後、脱水し、脱水ケーキとして排出し、埋め立て処理されるか、あるいは、そのまま焼却処理されることが多い。

有機質工場廃液を活性汚泥法にて処理する場合、広大な敷地と設備が必要な上、それにより発生した脱水ケーキはほとんどが直接埋め立てられるか、焼却した灰の形で埋立処理されている。近年の埋立処分場不足は深刻な問題であり、埋め立て処理は困難になってきている。

一方、水を主成分とした工場廃液のセメント工場における処理方法として、セメント原料ミル、もしくは、仕上げミルへの粉砕助剤としての投入する処理方法が開示されている（例えば、特許文献１参照）。これは、廃液中に微量含まれているアルコールや界面活性剤を粉砕助剤として利用しようとするものである。

特開２００３−２７０６号公報

しかしながら、水が主成分である工場廃液を粉砕助剤として使用する場合、廃液に含まれるアルコールや界面活性剤の量は微量であるため、その効果を得るためには大量に使用しなければならない。また、大量に使用した場合、セメントの水和反応が生じるため、凝結時間の遅延、強度低下等の品質問題が生じる。

本発明は、上記問題点を鑑みてなされたものであり、合成樹脂や化学繊維の製造工程で発生する有機化合物を主成分とする有機質工場廃液を、埋め立て処理や焼却処理することなく、セメント仕上げ粉砕工程における粉砕助剤として有効に活用し、セメントを製造することを目的とする。

本発明者等は、このような目的を達成するために、有機質工場廃液の成分が、クリンカーの粉砕性及び粉砕して得られたセメントの強度発現性に及ぼす影響を鋭意検討した結果、有機質工場廃液に含まれる多価アルコール及び有機酸が、これら諸特性に影響を及ぼすことを知見し、本発明を完成するに至った。具体的には、多価アルコール及び有機酸が適正量含有されている有機質工場廃液を用いて、セメントクリンカーと該有機質工場廃液を適正量混合粉砕することにより、本発明を完成するに至った。

すなわち、本発明は、セメントクリンカーを仕上げ粉砕する工程において、セメントクリンカー１００質量部と有機質工場廃液０．０１〜１質量部を、混合し粉砕するセメントの製造方法に関する。
また、本発明は、前記有機質工場廃液に占める多価アルコール量が４０質量％以上であり、有機酸量が４０質量％以下であるセメントの製造方法に関する。
また、本発明は、前記多価アルコールが、エチレングリコール、プロピレングリコール、ジエチレングリコール、ジプロピレングリコール、ネオペンチルグリコール及び水素化ビスフェノールからなる群より選ばれる１種以上であるセメントの製造方法に関する。
また、本発明は、前記有機酸が、無水マレイン酸、フマル酸、無水フタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸、アジピン酸及びセバシン酸からなる群より選ばれる１種以上であるセメントの製造方法に関する。

本発明によれば、化学樹脂や化学繊維を製造する化学工場で発生する有機化合物を主成分とする有機質工場廃液を、埋め立て処理や焼却処理することなく、セメントクリンカーの粉砕助剤として、有効に活用し、セメントを製造することが可能である。

以下、本発明に係るセメントの製造方法の好適な実施形態について説明する。

セメントキルンで焼成されたセメントクリンカーは、仕上げミルにてせっこうとともに粉砕され、最終製品であるセメントとなる。通常、このセメント仕上げ粉砕にはボールミルが使われている。

ボールミルによるセメント仕上げ粉砕を行う場合、粉砕された微粒子同志の凝集、および、微粒子がミルの内壁やボールへの付着することにより生じるクッション効果により、被粉砕物の粉砕効率が低下することが知られている。

粉砕効率を高めるために、ボールミル粉砕時には各種粉砕助剤が添加されている。粉砕助剤効果のある物質として、一般にアルコール類、アミン類、有機酸類、芳香族化合物等の極性のある有機化合物が知られているが、セメント用としては、粉砕効率を高めるとともに、製造されたセメントの凝結や強度発現性に悪影響を及ぼさないものが好ましい。一般に、セメントクリンカー仕上げ粉砕工程における粉砕助剤としては、ジエチレングリコール、エチレングリコール、トリイソプロパノールアミン等が使用されている。
本発明では、合成樹脂や化学繊維の製造工程等で発生する有機化合物を主成分とする有機質工場廃液が、上記粉砕助剤の代替として使用可能である。

本発明で適用可能な仕上げ粉砕用ミルとしては、上述したボールミルの他に、チューブミル、ローラーミル等がある。
本発明に用いられる有機質工場廃液としては、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート等のポリエステルを、フィルム、プラスチック等の樹脂、あるいは繊維として製造する工程で生じるものが好適に使用できる。ポリエステル製造工程で生じる工場廃液は粉砕助剤として有効な多価アルコールを多量に含有するからである。

合成樹脂や化学繊維を製造している工場等から発生している有機質工場廃液の成分は、製造している製品の品種や方法により異なる。粉砕助剤の代替として使用可能な工場廃液の成分は、多価アルコールの含有量が４０質量％以上、好ましくは６０質量％以上、特に好ましくは７０質量％以上であることが望ましい。４０質量％未満では、粉砕助剤効果が低下し、また、多価アルコール以外の成分として含まれる水分によりセメントの水和が生じ品質に悪影響を及ぼす。
また、有機酸の含有量は４０質量％以下、好ましくは３０質量％以下、特に好ましくは含まれてないことが望ましい。４０質量％を超えると、有機酸に含まれるカルボキシル基（−ＣＯＯＨ）によりセメントの凝結が遅延するため好ましくない。

多価アルコールとしては、例えば、エチレングリコール、プロピレングリコール、ジエチレングリコール、ジプロピレンレングリコール、ネオペンチルグリコール、水素化ビスフェノール等が挙げられる。

有機酸としては、例えば、無水マレイン酸、フマル酸、無水フタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸、アジピン酸、セバシン酸等が挙げられる。

上記工場廃液は、セメントクリンカー１００質量部に対して０．０１〜１質量部、好ましくは０．０３〜０．５質量部、特に好ましくは０．０６〜０．０９質量部混合することが望ましい。０．０１質量部未満では十分な粉砕助剤効果が得られず、１質量部を超えると有機質工場廃液中に含まれる有機酸等により、得られたセメントの強度、凝結等の品質に悪影響を与える。

上記工場廃液は、単独で使用することもできるが、他の同様の工場廃液や従来のクリンカー粉砕助剤との併用も可能である。また、その投入方法は、工場廃液と従来の粉砕助剤等をそれぞれ別々に投入する方法、予め混合したものを投入する方法のどちらの方法でも適用可能である。

上記工場廃液を粉砕助剤として使用できるセメントクリンカーの種類は特に限定されるものではなく、ＪＩＳ Ｒ ５２１０「ポルトランドセメント」に規定の普通、早強、超早強、中庸熱、低熱、耐硫酸塩の各ポルトランドセメントのクリンカー、また、それら以外にも白色セメント、アルミナセメント等のセメントクリンカーにも適用できる。さらに、通常のセメント製造時だけでなく、仕上げミルにおいて高炉スラグ、フライアッシュ等の混合材を同時混合して、混合セメントを製造する場合にも適用できる。

以下、実施例及び比較例を挙げて、本発明の内容をより具体的に説明するが、本発明は、下記実施例に限定されるものではない。

[実施例１〜３及び比較例１、２]
（１）使用材料
有機質工場廃液としてポリエステル製造工場の廃液を使用した。その成分を表１に示す。また、比較用として、ジエチレングリコールの工業製品を用いた。
また、セメントクリンカーは宇部興産（株）製、せっこうは中国電力（株）製の排脱二水石膏を用いた。

（２）セメントの調製及び評価
セメントクリンカーの粉砕は、３ｋｇ／バッチのボールミルにより行った。５ｍｍ以下に粗粉砕した普通ポルトランドセメントクリンカー３ｋｇに、出来上がりのセメントのＳＯ_３量が２．０質量％となるように計算された量のせっこう、および、廃液をボールミルに投入し、目標ブレーン比表面積が３２００±１００ｃｍ^２／ｇとなるように粉砕し、セメントを調製した。この時、目標ブレーン比表面積に到達するまでの粉砕時間（秒）を記録した。工場廃液の添加量は、クリンカー１００質量部に対して、各々０．０３、０．０６、０．０９質量部とした。
比較例として、工場廃液を添加しない場合、及び粉砕助剤として一般に使用されているジエチレングリコールをセメントクリンカー１００質量部に対して０．０３質量部添加した場合で、実施例と同様の方法でセメントクリンカーを粉砕し、セメントを調製した。
粉砕効率は、上記粉砕方法によりセメントクリンカーを粉砕することに評価した。粉砕効率は、ＪＩＳ Ｒ ５２０１「セメントの物理試験方法」に準拠しブレーン比表面積値（Ｂ）を測定し、ブレーン比表面積値（Ｂ）を粉砕に要した時間（Ｔ）で割った値（Ｂ／Ｔ）より求めた。Ｂ／Ｔ値が大きいほど単位時間当りの粉砕が進んでおり粉砕効率は良い。
また、得られたセメントの品質確認を行った。品質確認項目は、ＪＩＳ Ｒ ５２０１「セメントの物理試験方法」に準拠し、凝結、および、強さ試験を実施した。表２に調製したセメントの粉砕効率（Ｂ／Ｔ）を、表３に調製したセメントの品質試験結果を示す。

表２から明らかなように、ポリエステル製造工場の廃液を添加してセメントクリンカーを粉砕した実施例１〜３は、粉砕助剤無添加で粉砕した比較例１と比較して、Ｂ／Ｔ値が増加しており、廃液の粉砕助剤効果が確認された。また、ジエチレングリコールを０．０３質量部添加した比較例２と同等の結果が得られた。
表３から明らかなように、実施例１〜３のセメントの凝結及び圧縮強さは、比較例２と同等の結果を示しており、このことから、ポリエステル製造工場の廃液は粉砕助剤の代替として使用可能であることがわかる。

[実施例４〜６及び比較例３、４]
（１）使用材料
有機質工場廃液として、上記工場とは別のポリエステル製造工場の廃液を使用した。その成分を表２に示す。
また、セメントクリンカーは宇部興産（株）製、せっこうは中国電力（株）製の排脱二水石膏を用いた。

（２）セメントの調製及び評価
セメントの調製及び評価に関しては、上記実施例１〜３及び比較例１、２と同様な方法で行った。表５に調製したセメントの粉砕効率（Ｂ／Ｔ）を、表６に調製したセメントの品質試験結果を示す。

表５から明らかなように、ポリエステル製造工場の廃液を添加してセメントクリンカーを粉砕した実施例４〜６は、粉砕助剤無添加で粉砕した比較例３と比較して、Ｂ／Ｔ値が増加しており、廃液の粉砕助剤効果が確認された。また、ジエチレングリコールを０．０３質量部添加した比較例４と同等の結果が得られた。
表６から明らかなように、実施例４〜６のセメントの凝結及び圧縮強さは、比較例４と同等の結果を示しており、このことから、ポリエステル製造工場の廃液は粉砕助剤の代替として使用可能であることがわかる。

Claims (6)

1. セメントクリンカー１００質量部と有機質工場廃液０．０１〜１質量部を、混合し粉砕することにより、セメントクリンカーを仕上げ粉砕する工程を有し、
   前記有機質工場廃液は、エチレングリコール及びジエチレングリコールを含む多価アルコールを４０質量％以上、イソフタル酸及びテレフタル酸を含む有機酸を２７〜４０質量％、及び、水を０〜３質量％含むことを特徴とするセメントの製造方法。
2. セメントクリンカー１００質量部と有機質工場廃液０．０１〜１質量部を、混合し粉砕することにより、セメントクリンカーを仕上げ粉砕する工程を有し、
   前記有機質工場廃液は、エチレングリコール及びジエチレングリコールからなる多価アルコールを７０質量％、水を３質量％、及び、イソフタル酸及びテレフタル酸からなる有機酸を２７質量％含むことを特徴とするセメントの製造方法。
3. セメントクリンカー１００質量部と有機質工場廃液０．０１〜１質量部を、混合し粉砕することにより、セメントクリンカーを仕上げ粉砕する工程を有し、
   前記有機質工場廃液は、エチレングリコール及びジエチレングリコールからなる多価アルコールを５５質量％、水を０質量％、ポリエステルモノマーを２０質量％、及び、アルカリ金属塩を２５質量％含むことを特徴とするセメントの製造方法。
4. セメントクリンカー１００質量部と有機質工場廃液０．０１〜１質量部を、混合し粉砕する工程を有し、
   前記有機質工場廃液は、エチレングリコール及びジエチレングリコールを含む多価アルコールを４０質量％以上、イソフタル酸及びテレフタル酸を含む有機酸を２７〜４０質量％、及び、水を０〜３質量％含むことを特徴とするポリエステル製造工場廃液の処理方法。
5. セメントクリンカー１００質量部と有機質工場廃液０．０１〜１質量部を、混合し粉砕することにより、セメントクリンカーを仕上げ粉砕する工程を有し、
   前記有機質工場廃液は、エチレングリコール及びジエチレングリコールからなる多価アルコールを７０質量％、水を３質量％、及び、イソフタル酸及びテレフタル酸からなる有機酸を２７質量％含むことを特徴とするポリエステル製造工場廃液の処理方法。
6. セメントクリンカー１００質量部と有機質工場廃液０．０１〜１質量部を、混合し粉砕することにより、セメントクリンカーを仕上げ粉砕する工程を有し、
   前記有機質工場廃液は、エチレングリコール及びジエチレングリコールからなる多価アルコールを５５質量％、水を０質量％、ポリエステルモノマーを２０質量％、及び、アルカリ金属塩を２５質量％含むことを特徴とするポリエステル製造工場廃液の処理方法。