JP5478988B2

JP5478988B2 - セメントの製造方法

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Publication number: JP5478988B2
Application number: JP2009192885A
Authority: JP
Inventors: 賢三杉本; 啓二長島; 明則中村; 弘義加藤
Original assignee: Tokuyama Corp
Current assignee: Tokuyama Corp
Priority date: 2009-08-24
Filing date: 2009-08-24
Publication date: 2014-04-23
Anticipated expiration: 2029-08-24
Also published as: JP2011042543A

Description

本発明は、焼成炉において焼成されたセメントクリンカーにセッコウを混合し、粉砕してセメントを製造するセメントの製造方法に関するものである。さらに詳しくは、粉砕助剤としてグリセリンを用いて、効率良くセメントの粉砕を行うセメントの製造方法を提供するものである。

セメントの製造において、ロータリーキルン等の焼成炉で製造されたセメントクリンカーは、セッコウや添加材等を混合して、粉砕工程において、適度な粒度に粉砕され、セメントとされる。あるいは、セメントクリンカー、セッコウおよび混和材等をそれぞれ適度な粒度に粉砕した後に適切に混合され、セメントとされる。

上記粉砕工程では、セメントの粉砕が進むにつれて、コーチングや、アグロメレーションによって粉砕効率が低下するため、効率よく粉砕を行うことを目的に粉砕助剤を添加して粉砕を行うのが一般的である。係る粉砕助剤として、ジエチレングリコール、トリエタノールアミン、グリセリン等が知られている（特許文献１、２、及び非特許文献１参照）。特にジエチレングリコールは、セメントの強度発現性に優れていることが知られている（非特許文献２参照）。

特開平５−１４７９８４号公報特開平１１−６０２９８号公報

岩淵俊次、斎藤直意、「セッコウの形態が異なる場合のセメント粉砕助剤の効果」、セメント技術年報、２０巻、ｐｐ．１４４−１４８、社団法人セメント協会、１９６７年１月３０日一坪幸輝、他３名、「セメントの流動性に及ぼす粉砕助剤の影響と高温粉砕の効果について」、セメント・コンクリート論文集（ＣｅｍｅｎｔＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＣｏｎｃｒｅｔｅＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）、５９巻、ｐｐ．６６−７３、社団法人セメント協会、２００６年２月２０日

しかしながら、上記粉砕助剤として広く用いられているジエチレングリコールは、安全面や健康面への影響が懸念される物質であり、さらに、上記非特許文献２にも記載されているとおり、粉砕助剤としてジエチレングリコールを使用することで、強度発現性に優れたセメントが得られる一方で、該セメントを用いたモルタルの流動性が低下することが知られている。

また、前記非特許文献１の記載のとおり、グリセリンは粉砕助剤としての効果は確認されているが、常温で粘性の高い液体であるため、取り扱い性が悪く、グリセリンを供給する際のポンプに過大な負荷がかかる点、及び粉砕助剤としてグリセリンをセメントクリンカー及びセッコウに対して所定の配合量使用し、セメントクリンカー及びセッコウに均一に配合させることが困難である点等の課題があった。

すなわち、本発明の目的は、粉砕助剤を用いるセメントの粉砕工程において、該工程にて安全に使用でき、且つ得られるセメントの品質を維持しながら効率良くセメントの粉砕が行うことが可能なセメントの製造方法を提供することにある。

本発明者らは、上記目的を達成するため、鋭意研究を行った。まず最初にグリセリンが、天然油脂成分由来で安全に使用できる点に着目し、グリセリンの粘性を下げるべく、検討を進めた結果、グリセリンを水と混合して、グリセリンの濃度が９０質量％以下の含水グリセリンを粉砕助剤として用いることで、効率良くセメントに配合でき、しかも、高い粉砕効率でセメントの粉砕が行えるという知見を得た。

さらに、セメントの粉砕助剤として含水グリセリンの使用について検討した結果、上記含水グリセリンをセメントクリンカー及びセッコウの混合物に対しグリセリンとして１５０〜３４０ｐｐｍの割合で使用することで、得られるセメントを水と混合してペーストとした際の粉砕助剤による流動性の低下が抑制されることを見出し、本発明を完成させるに至った。

即ち、本発明は、セメントクリンカー及びセッコウの混合物を粉砕してセメントを製造するに際し、粉砕助剤として、グリセリン濃度４０〜８５質量％の含水グリセリンを上記混合物に対しグリセリンとして１５０〜３４０ｐｐｍの割合で用いることを特徴とするセメントの製造方法である。

本発明によれば、従来粉砕助剤としての効果が確認されていたものの、粘性が高く粉砕助剤としての適用が困難とされていたグリセリンを、含水グリセリンとして使用することで、セメントクリンカー及びセッコウの混合物に均一に配合させることが可能であり、その結果、効率良くセメントの粉砕を行うことが可能である。さらに、驚くべき事に、含水グリセリンを粉砕助剤として用いることで、得られるセメントを水と混合してペーストとした際の粉砕助剤による流動性の低下を抑制させることが可能である。これにより、流動化剤等のセメント添加剤の添加量の低減にも寄与することが期待される。

本発明のセメント製造方法は、セメントクリンカー及びセッコウの混合物（以下、単に混合物と称することもある）を粉砕してセメントを製造するに際し、粉砕助剤として、グリセリン濃度２０〜９０質量％の含水グリセリンを上記混合物に対しグリセリンとして１００〜４００ｐｐｍの割合で用いることが特徴である。

（セメントクリンカー）
上記本発明において、用いられるセメントクリンカーは、特に制限されるものではなく、公知の組成よりなるものであればよいが、一般には、組成式３ＣａＯ・ＳｉＯ_２、２ＣａＯ・ＳｉＯ_２、３ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ_３、４ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ_３・Ｆｅ２Ｏ_３より選ばれた少なくとも一種の鉱物を主成分とするものが好ましい。また、これら以外の鉱物あるいは化合物が含有される場合があるが、本発明の効果を阻害しない範囲であれば特に問題とならない。

上記組成を有するセメントクリンカーを具体的に例示すれば、普通、早強、超早強、中庸熱、低熱等の各種ポルトランドセメントクリンカー、及び、高炉セメント用クリンカー、フライアッシュセメント用クリンカーなどの混合系セメント用クリンカー等が好適に使用される。

上記セメントクリンカーは、セメント原料をロータリーキルン等の焼成炉にて焼成することで得られる。本発明において、上記焼成によって得られたセメントクリンカーをそのまま用いることも可能であるが、後述する粉砕工程における粉砕を効率良く行うという観点から、セメントクリンカーをある程度の粒度まで予備粉砕することが好ましい。セメントクリンカーの予備粉砕に用いる粉砕機としては、特に限定されるものではなく、セメントクリンカーの粉砕機として公知のものを適宜使用することが可能である。代表的な粉砕機を例示すれば、連続式のチューブミル、竪型ローラーミル等の連続式粉砕機、及びボールミル、ポットミル、及びディスクミル等のバッチ式のミル等が挙げられる。

上記セメントクリンカーの予備粉砕は、後述する粉砕工程において効率良く粉砕が行える程度まで行えば良く、粉砕機等の種類や能力、及びセメントクリンカーの処理量等を勘案して適宜決定すれば良い。通常セメントクリンカーの粒径が１〜１５ｍｍの範囲となるように予備粉砕を行えば十分である。

（セッコウ）
本発明の製造方法において、用いるセッコウとしては、２水セッコウ、半水セッコウ、無水セッコウ等のセメントの製造原料として公知のセッコウが特に制限無く使用できる。セメントクリンカーに対するセッコウの配合量としては、特に制限されず公知の配合量を採用することが可能である。通常ポルトランドセメントにおいて、上記セッコウは、前記セメント中のＳＯ_３分が１．５〜４．０質量％、好ましくは１．８〜３．０質量％となるように用いるのが一般的である。

（含水グリセリン）
本発明のセメント製造方法において、上記混合物に対して、粉砕助剤として、グリセリン濃度４０〜８５質量％の含水グリセリンをグリセリンとして１５０〜３４０ｐｐｍの割合で用いることが特徴である。これにより、得られるセメントの品質を維持しながら、効率良くセメントの粉砕を行うことが可能である。

含水グリセリン中のグリセリン濃度が９０質量％を超えると、含水グリセリンの粘度が高くなりすぎて、上記混合物に対して所定の割合で均一に配合させることが困難であるため好ましくない。また、グリセリンの濃度が低い程、含水グリセリンの粘度は低くなるため、セメントに対する配合が容易である点、及び、セメントへの分散性が高く効率良く粉砕を行うことが可能である点から好適である。しかしながら、後述するとおり、上記混合物への含水グリセリンの供給を、ベルトコンベヤ等の該混合物の粉砕機への供給手段上で行う場合には、含水グリセリン中のグリセリン濃度が２０質量％未満であると、含水グリセリンを混合物に供給した際に液だれが生じ、ベルトコンベヤ等に上記混合物及び含水グリセリンが付着し残存しやすくなる傾向があるため好ましくない。特に、含水グリセリンの取扱いが容易である点から、グリセリン濃度が４０〜８５質量％の含水グリセリンを用いることが好適である。上記含水グリセリンは、工業的に入手可能なグリセリン濃度のものをそのまま用いることも、さらに水で希釈して所定のグリセリン濃度に調整して使用することも可能である。

また、上記本発明において、含水グリセリンは、上記混合物に対しグリセリンとして１５０〜３４０ｐｐｍの割合で用いることが特徴である。混合物に対するグリセリンの割合が１５０ｐｐｍ未満の場合には、セメントの粉砕性の向上効果が十分得られず好ましくない。また、上記グリセリンの割合が３４０ｐｐｍを超えて使用した場合には、粉砕後のセメントを水と混合して得られるセメントペーストの流動性が低下する傾向にあるため好ましくない。特に混合物に対しグリセリンとして１５０〜３００ｐｐｍの割合で用いるのが、セメントの粉砕効率及び、セメントペーストの流動性の観点から好適である。

（含水グリセリンの供給方法）
上記本発明において、粉砕を行う際の前記混合物への含水グリセリンの供給方法については、特に制限されず、セメント製造設備や、後述する粉砕機の種類や粉砕する混合物の処理量等を勘案して適宜決定すれば良い。

上記供給方法としては、ベルトコンベヤ等の粉砕機に混合物を供給する供給手段上に、セメントクリンカー及びセッコウを所定の割合で順次供給して混合物を調製後、上記供給手段上に設置した供給ノズルより含水グリセリンを該混合物に所定の割合で供給し、混合物及び含水グリセリンを粉砕機に連続的に供給する方法、及びセメントクリンカー、及びセッコウを所定の割合で粉砕機に連続的に供給しながら、粉砕機内に設置した供給ノズルより含水グリセリンを連続的に供給する方法等の連続式の供給方法、或いは、粉砕機に、セメントクリンカー、セッコウ、含水グリセリンを所定の割合で粉砕機に供給後粉砕を行うバッチ式の供給方法が挙げられる。

上記の方法の中でも、連続式で粉砕を行うことが可能である点で、含水グリセリンの供給を、前記混合物を粉砕機に供給する供給手段、若しくは粉砕機内に設置された供給ノズルにより連続的に供給する連続式の供給方法が好適である。

さらに、粉砕時に石灰石、高炉スラグあるいはフライアッシュ等の無機質混合材を添加し、同時粉砕することも可能である。上記の方法の中でも、連続式で粉砕を行うことが可能である点で、含水グリセリンの供給を、前記混合物を粉砕機に供給する供給手段、若しくは粉砕機内に設置された供給ノズルにより連続的に供給する連続式の供給方法が好適である。

上記含水グリセリンを供給する供給ノズルの径としては、粉砕を行う混合物の処理量、含水グリセリン中のグリセリン濃度等を勘案して適宜決定すれば良く、通常５〜１５ｍｍの範囲であれば十分である。また、供給ノズルからの含水グリセリンの供給形態は、上記混合物に含水グリセリンを所定の割合で供給できれば特に制限されず、滴下、噴霧、及び連続流のいずれも可能である。しかしながら、含水グリセリンを供給する際に、混合物との接触により発生する粉塵や、粉砕機内で発生するセメント微粉末等によって、供給ノズルが閉塞し、含水グリセリンが安定的に、且つ連続的に供給できなくなる場合がある。従って、供給ノズルより排出される含水グリセリンが連続流となるように供給することが、微粉によるノズルの閉塞を防止できるという観点から特に好適である。上記ノズルより供給される含水グリセリンの連続流の長さは、ノズルの閉塞が生じない程度で行えば良く、通常供給ノズルの排出口より１０ｃｍ程度以上連続流となっていれば十分である。

（混合物の粉砕）
本発明において、セメントクリンカー及びセッコウの混合物の粉砕に用いる粉砕機としては、特に限定されるものではなく、セメント製造設備で用いられる粉砕機として公知のものを適宜使用することが可能である。代表的な粉砕機を例示すれば、連続式のチューブミル、竪型ローラーミル等の連続式粉砕機、及びボールミル、ポットミル、及びディスクミル等のバッチ式のミル等が挙げられる。

また、本発明における上記混合物の粉砕条件は、特に制限なく、粉砕機のサイズや、粉砕に供する混合物の使用量、得られるセメントの粒度等を勘案して適宜行えば良い。例えば普通ポルトランドセメントを製造する場合、ブレーン比表面積は２５００〜５０００ｍ^２／ｇの範囲となるよう粉砕を行うのが一般的である。

また、混合物を粉砕する際の温度についても、得られるセメントの品質に影響がなければ特に制限されず、粉砕装置の能力や、混合物中のセメントクリンカーの温度等を勘案して適宜決定すれば良い。上記混合物を粉砕する際の温度としては、粉砕装置にもよるが、１０〜１５０℃の範囲で行うのが一般的である。本発明のセメント製造方法において、含水グリセリンの粘度は、温度が高い程低下する傾向にあるため、粉砕時の温度が高い程、含水グリセリンのセメントへの分散性が向上し、粉砕効率が向上する傾向にある。従って、粉砕時の温度としては、１００〜１５０℃の範囲で適宜決定するのが特に好ましい。

上述のように本発明によれば、粉砕助剤としてグリセリン濃度が所定の範囲の含水グリセリンをセメントクリンカー及びセッコウの混合物に対してグリセリンとして１００〜４００ｐｐｍの割合で使用することによって、少量の使用で効率良くセメントの粉砕を行うことが可能である。しかも、グリセリンは、天然油脂成分由来の安全な薬剤であるため、本発明のセメントの製造方法は、セメントの粉砕時における安全性が高く、環境への負荷も少ない製造方法である。

以下、本発明を具体的に説明するために、実施例を示すが、本発明は、これらの実施例に限定されるものではない。

実施例１
焼成用ロータリーキルンの窯前に設置されたグレートクーラーより、普通ポルトランドセメントクリンカー（以下、単に、クリンカーともいう）を取り出し、ジョークラッシャーにより約５ｍｍ未満に粗粉砕し、粗粉クリンカーを得た。この粗粉クリンカー２ｋｇに所定量の２水セッコウ（クリンカーに対してＳＯ_３換算で２質量％）を加えて混合物を調製した。

上記混合物に対し、グリセリン濃度が８５質量％の含水グリセリン２３０ｐｐｍ（混合物に対してグリセリン換算で１９６ｐｐｍ）を粉砕助剤として添加し、内容積約１０Ｌのポットミルにてブレーン比表面積が３１００ｃｍ^２／ｇ（±５０ｃｍ^２／ｇ）まで粉砕して試製セメントを得た。得られたセメントの流動性の評価は、ペーストフローの測定によって行った。結果を表１に示す。なお、ペーストフローは、ＪＡＳＳ１５Ｍ−１０３（セルフレベリング材の品質基準）に準じて測定し、そのペーストのフロー値によって流動性を評価した。ペーストは、水固体比０．３（質量比）とし、高性能ＡＥ減水剤の添加量を固体質量の１．５％とし、ホバート型ミキサーにより３分間練り混ぜ作製した。ペーストのフロー値は、注水後１０分後に測定した。

粉砕性の確認は、上記ポットミルによる粉砕開始からセメントのブレーン比表面積が３１００ｃｍ^２／ｇに達するまでの時間を計測することにより行った。

実施例２〜３、比較例１
含水グリセリンを表１に記載の添加量とした以外は実施例１と同様にセメントの粉砕を行った。結果を表１に示す。なお、粉砕性は、実施例１における粉砕所要時間を１００とした際の相対比で示す。

比較例２、３
８５％水溶液としたグリセリンを表１に記載の添加量とした以外は実施例１と同様にセメントの粉砕を行った。結果を表１に示す。なお、粉砕性は、実施例１における粉砕所要時間を１００とした際の相対比で示す。

実施例４〜５
含水グリセリン中のグリセリン濃度を表２記載の濃度とし、含水グリセリンを混合物に対し、グリセリン換算で１９６ｐｐｍとなるように添加した以外は実施例１と同様にセメントの粉砕を行った。結果を表２に示す。

実施例７
ベルトコンベヤにてセメントクリンカーを約１００ｔ／ｈの供給速度で搬送し、搬送中に、セッコウ及びグリセリン濃度が８５質量％の含水グリセリンを順次添加し、次いで、連続式のチューブミルに供給して粉末度がブレーン値で３５００ｃｍ２／ｇとなるまで粉砕を行った。なお、セッコウは、セメントクリンカーに対してＳＯ３換算で２質量％となるように添加した。また、含水グリセリンは、ベルトコンベヤのベルトからの高さ３０ｃｍに設置した直径８ｍｍのノズルより、セメントに対しグリセリンとして２３０ｐｐｍとなるように添加した。この時、含水グリセリンは、ノズルよりベルトコンベヤ上のセメントに至るまで連続流で供給でき、ベルトへの付着やノズルの詰まり等の問題は生じなかった。

Claims

セメントクリンカー及びセッコウの混合物を粉砕してセメントを製造するに際し、粉砕助剤として、グリセリン濃度４０〜８５質量％の含水グリセリンを上記混合物に対しグリセリンとして１５０〜３４０ｐｐｍの割合で用いることを特徴とするセメントの製造方法。
含水グリセリンの供給を、前記混合物を粉砕機に供給する供給手段、若しくは粉砕機内に設置された供給ノズルにより、含水グリセリンが連続流となるように該ノズルより連続的に供給して行う請求項１記載のセメントの製造方法。