JP7398051B2 - 粉体の処理方法、粉体の処理装置、セメント原料の製造方法、および、セメントの製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、アルカリ金属成分を含有する粉体を処理するための粉体の処理方法、および、斯かる処理方法を実施するための処理装置に関する。
また、アルカリ金属成分を含有する粉体を用いてセメント原料を製造するためのセメント原料の製造方法、および、斯かるセメント原料を用いてセメントを製造するセメントの製造方法に関する。
また、アルカリ金属成分を含有する粉体を用いてセメント原料を製造するためのセメント原料の製造方法、および、斯かるセメント原料を用いてセメントを製造するセメントの製造方法に関する。
従来、アルカリ金属成分を含有する粉体としては、例えば、セメントの製造設備で回収されるダスト（所謂、ＳＴＡＢダストやＥＰダスト等）や、セメント原料として利用される廃棄物（焼却灰など）等が挙げられる。
このような粉体を用いて製品を製造すると、アルカリ金属成分の影響によって製品に不具合が生じる場合がある。例えば、斯かる粉体をセメントの材料として用いた場合、該セメントを用いて形成されるコンクリート硬化体でアルカリ骨材反応が生じ、コンクリート硬化体にひび割れが生じる虞がある。そこで、粉体中のアルカリ金属成分の含有量を低減する方法として、粉体を塩素含有物と共に焼成炉で焼成し、アルカリ金属成分を塩素化合物として揮発させる方法が知られている（特許文献１参照）。
このような粉体を用いて製品を製造すると、アルカリ金属成分の影響によって製品に不具合が生じる場合がある。例えば、斯かる粉体をセメントの材料として用いた場合、該セメントを用いて形成されるコンクリート硬化体でアルカリ骨材反応が生じ、コンクリート硬化体にひび割れが生じる虞がある。そこで、粉体中のアルカリ金属成分の含有量を低減する方法として、粉体を塩素含有物と共に焼成炉で焼成し、アルカリ金属成分を塩素化合物として揮発させる方法が知られている（特許文献１参照）。
しかしながら、上記のような方法では、粉体中のアルカリ金属成分の含有量によっては、粉体中のアルカリ金属成分の含有量を効率的に低減することができない。
そこで、本発明は、粉体中のアルカリ金属成分の含有量を効率的に低減することができる粉体の処理方法を提供すると共に、斯かる処理方法の実施に用いる処理装置を提供することを課題とする。また、斯かる処理方法で処理された処理粉体を用いてセメントを製造するセメントの製造方法を提供することを課題とする。
本発明に係る粉体の処理方法は、アルカリ金属成分を含有する粉体を粒径２ｍｍ以下の細粉と粒径２ｍｍを超える粗粉とに分ける分級工程と、細粉と塩素含有物との混合物を、２００℃を超え１２００℃未満の温度で加熱して加熱処理物を得る加熱工程と、加熱処理物を水で洗浄する洗浄工程とを備えており、塩素含有物は、塩化カルシウム、塩化マグネシウム、及び、塩化アンモニウムからなる群から選択される少なくとも一つである塩素化合物を含む。
本発明では、アルカリ金属成分と上記の塩素化合物とが上記の温度で加熱されることで、アルカリ金属の塩化物が形成される。これにより、アルカリ金属の塩化物を水に溶解して除去することができる。
また、本発明では、分級工程を備えることで、アルカリ金属成分の含有量が粗粉よりも多い細粉を収集することができる。このため、斯かる細粉に対して加熱工程および洗浄工程を行うことで、粗粉と細粉とが含まれた状態で加熱工程および洗浄工程を行う場合よりも、アルカリ金属成分の含有量を効率的に低減することができる。
また、本発明では、分級工程を備えることで、アルカリ金属成分の含有量が粗粉よりも多い細粉を収集することができる。このため、斯かる細粉に対して加熱工程および洗浄工程を行うことで、粗粉と細粉とが含まれた状態で加熱工程および洗浄工程を行う場合よりも、アルカリ金属成分の含有量を効率的に低減することができる。
混合物は、細粉１００質量部に対して、塩素化合物を１０質量部以下の割合で含むことが好ましい。
混合物が塩素化合物を上記の割合で含むことで、アルカリ金属成分の含有量をより効率的に低減することができる。
塩素含有物は、塩素化合物を含む廃棄物であることが好ましい。
塩素含有物が塩素化合物を含む廃棄物であることで、廃棄物の利用を促進することができる。
本発明に係る粉体の処理装置は、アルカリ金属成分を含有する粉体を粒径２ｍｍ以下の細粉と粒径２ｍｍを超える粗粉とに分ける分級装置と、細粉と塩素含有物との混合物を、２００℃を超え１２００℃未満の温度で加熱して加熱処理物を形成する加熱装置と、加熱処理物を水で洗浄する洗浄装置とを備えており、塩素含有物は、塩化カルシウム、塩化マグネシウム、及び、塩化アンモニウムからなる群から選択される少なくとも一つである塩素化合物を含む。
本発明では、分級装置を備えることで、アルカリ金属成分の含有量が粗粉よりも多い細粉を収集することができる。このため、加熱装置を用いて細粉を加熱して加熱処理物を形成し、洗浄装置を用いて加熱処理物を洗浄することで、粗粉と細粉とが含まれた状態で加熱装置による加熱および洗浄装置による洗浄を行う場合よりも、アルカリ金属成分の含有量を効率的に低減することができる。
本発明に係るセメント原料の製造方法は、上記何れかに記載の粉体の処理方法で粉体を処理して処理粉体を得る粉体処理工程を備えており、該処理粉体を用いてセメント原料を製造する。
斯かる構成によれば、アルカリ金属成分を含有する粉体を用いてセメント原料を製造する際に、粗粉と細粉とが含まれた状態で加熱工程および洗浄工程を行う場合よりも、処理粉体中のアルカリ金属成分の含有量を効率的に低減することができる。これにより、アルカリ金属成分の含有量が低減されたセメント原料を効率的に製造することができる。
本発明に係るセメントの製造方法は、上記のセメント原料の製造方法で製造されたセメント原料を焼成する焼成工程を備える。
上記のセメント原料の製造方法で製造されたセメント原料を焼成する焼成工程を備えることで、アルカリ金属成分の含有量が低減されたセメントを効率的に製造することができる。
本発明によれば、粉体中のアルカリ金属成分の含有量を効率的に低減することができる。
以下、本発明の一実施形態について、図１，２を参照しながら説明する。
なお、以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照符号を付しその説明は繰り返さない。
なお、以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照符号を付しその説明は繰り返さない。
本実施形態に係る粉体の処理方法は、アルカリ金属成分を含有する粉体を処理対象とするものである。斯かる粉体に含まれるアルカリ金属成分を構成するアルカリ金属元素としては、特に限定されるものではなく、例えば、ナトリウム、および、カリウムからなる群から選択される少なくとも一つが挙げられる。また、粉体に含有されるアルカリ金属成分としては、本実施形態に係る粉体の処理方法で粉体が処理される前の状態で水に溶解し難いものが挙げられる。具体的には、アルカリ金属成分としては、例えば、アルカリ長石（正長石、微斜長石など）、斜長石（曹長石、灰長石など）、準長石などが挙げられる。
粉体におけるアルカリ金属成分の含有量としては、特に限定されるものではなく、例えば、アルカリ金属の酸化物換算で、０．２～３０質量％であってもよく、０．３～２５質量％であってもよい。
また、粉体におけるナトリウム成分の含有量としては、特に限定されるものではなく、例えば、酸化ナトリウム（Ｎａ２Ｏ）換算で、０．１～５．０質量％であってもよく、０．１～３．０質量％であってもよい。
さらに、粉体におけるカリウム成分の含有量としては、特に限定されるものではなく、例えば、酸化カリウム（Ｋ２Ｏ）換算で、０．１～２５質量％であってもよく、０．２～２２質量％であってもよい。
また、粉体におけるナトリウム成分の含有量としては、特に限定されるものではなく、例えば、酸化ナトリウム（Ｎａ２Ｏ）換算で、０．１～５．０質量％であってもよく、０．１～３．０質量％であってもよい。
さらに、粉体におけるカリウム成分の含有量としては、特に限定されるものではなく、例えば、酸化カリウム（Ｋ２Ｏ）換算で、０．１～２５質量％であってもよく、０．２～２２質量％であってもよい。
本実施形態に係る粉体の処理方法で処理対象となる粉体としては、特に限定されるものではなく、例えば、廃棄物、および、セメントキルンから排出された排ガス中のダスト等から選択される少なくとも一つが挙げられる。
廃棄物としては、建設発生土、一般廃棄物の焼却灰（焼却主灰等）等が挙げられる。
ダストとしては、ＥＰダスト（電気集塵ダスト）、ＰＨＢダスト（プレヒーターボイラダスト）、ＳＴＡＢダスト（スタビライザー回収ダスト）等が挙げられる。
そして、粉体として好ましいものとしては、ＳＴＡＢダストが挙げられる。
廃棄物としては、建設発生土、一般廃棄物の焼却灰（焼却主灰等）等が挙げられる。
ダストとしては、ＥＰダスト（電気集塵ダスト）、ＰＨＢダスト（プレヒーターボイラダスト）、ＳＴＡＢダスト（スタビライザー回収ダスト）等が挙げられる。
そして、粉体として好ましいものとしては、ＳＴＡＢダストが挙げられる。
また、粉体は、ＪＩＳ Ｚ ８８０１に規定するふるい分けによる粒度分布が１１．２ｍｍ以上の粒子割合が０～２０％、２～１１．２ｍｍの粒子割合が０～３０％、２ｍｍ以下の粒子割合が５０～１００％となるものが挙げられる。また、粉体は、ＪＩＳ Ｚ ８８０１に規定する２ｍｍ目のふるいを通過する粒子の割合が６０～１００質量％であることが好ましく、８０～１００質量％であることがより好ましい。また、粉体がＳＴＡＢダストである場合には、ＳＴＡＢダストは、ＪＩＳ Ｚ ８８０１に規定するふるいを用いたふるい分けによる粒度分布が１１．２ｍｍ以上の粒子割合が０～１０％、２ｍｍ～１１．２ｍｍの粒子割合が１０～２０％、２ｍｍ以下の粒子割合が７０～９０％となるものが挙げられる。
本実施形態に係る粉体の処理方法は、図１に示すように、アルカリ金属成分を含有する粉体を所定の粒径を境に細粉と粗粉とに分級する分級工程と、該分級工程で得られる細粉と塩素含有物とを混合して混合物を形成する混合工程と、該混合工程で得られる混合物を所定の温度で加熱して加熱処理物を得る加熱工程と、該加熱工程で得られる加熱処理物を水で洗浄して洗浄処理物を得る洗浄工程と、該洗浄工程で得られる洗浄処理物を脱水する脱水工程とを備える。
分級工程は、粒径２ｍｍ以下の細粉と、粒径２ｍｍを超える粗粉とに粉体を分ける。また、分級工程は、粒径１ｍｍ以下の細粉と、粒径１ｍｍを超える粗粉とに粉体を分けるものであってもよい。ここで、粒径とは、ＪＩＳ Ｚ ８８０１に規定するふるいのふるい目をいう。つまり、分級工程は、粉体を、２ｍｍのふるい目を通過する細粉と、２ｍｍのふるい目を通過しない粗粉とに分ける。また、分級工程は、粉体を、１ｍｍのふるい目を通過する細粉と、１ｍｍのふるい目を通過しない粗粉とに分けるものであってもよい。
混合工程で細粉（粒径２ｍｍ以下の粉体、好ましくは、粒径１ｍｍ以下の粉体）と混合される塩素含有物は、塩素化合物を含有するものである。つまり、塩素含有物は、塩素化合物以外に他の成分を含むものであってもよく、塩素化合物のみからなる（塩素化合物自体）であってもよい。塩素化合物としては、塩化カルシウム、塩化マグネシウム、及び、塩化アンモニウムからなる群から選択される少なくとも一つである。これらの塩素化合物のうち、加熱工程で混合物が加熱される際の温度以下の融点を有するものを用いることが好ましい。
塩化カルシウムとしては、塩化カルシウムの無水和物であってもよく、塩化カルシウムの水和物であってもよい。
塩化カルシウムの水和物としては、塩化カルシウムの一水和物（ＣａＣｌ２・Ｈ２Ｏ）、塩化カルシウムの二水和物（ＣａＣｌ２・２Ｈ２Ｏ）、塩化カルシウムの四水和物（ＣａＣｌ２・４Ｈ２Ｏ）、塩化カルシウムの六水和物（ＣａＣｌ２・６Ｈ２Ｏ）などが挙げられる。
塩化カルシウムとしては、塩化カルシウムの無水和物であってもよく、塩化カルシウムの水和物であってもよい。
塩化カルシウムの水和物としては、塩化カルシウムの一水和物（ＣａＣｌ２・Ｈ２Ｏ）、塩化カルシウムの二水和物（ＣａＣｌ２・２Ｈ２Ｏ）、塩化カルシウムの四水和物（ＣａＣｌ２・４Ｈ２Ｏ）、塩化カルシウムの六水和物（ＣａＣｌ２・６Ｈ２Ｏ）などが挙げられる。
また、混合工程で形成される混合物は、細粉１００質量部に対して、塩素化合物を、好ましくは１０質量部以下、より好ましくは８質量部以下、さらに好ましくは５質量部以下の割合で含む。また、混合工程で形成される混合物は、細粉１００質量部に対して、塩素化合物を、好ましくは１質量部以上、より好ましくは２質量部以上、さらに好ましくは５質量部以上の割合で含む。
なお、塩素含有物中の塩素化合物が水和物である場合、上記の細粉に対する塩素化合物の割合は、塩素化合物の水和物に含まれる水（Ｈ２Ｏ）を除外した量を意味する。
なお、塩素含有物中の塩素化合物が水和物である場合、上記の細粉に対する塩素化合物の割合は、塩素化合物の水和物に含まれる水（Ｈ２Ｏ）を除外した量を意味する。
また、混合工程では、塩素含有物中の塩素化合物の含有量と、細粉中のアルカリ金属成分の含有量とに基づいて細粉と塩素含有物との混合量を決定することが好ましい。これにより、混合工程で得られる混合物中に塩素化合物が過剰に混合されることを防止することができ、洗浄工程で得られる洗浄処理物や洗浄後の水に塩素成分が残存する量を低減することができる。
塩素含有物としては、例えば、塩素化合物を含む廃棄物を用いることができる。該廃棄物としては、一般廃棄物の焼却飛灰、溶融飛灰、除湿剤の廃棄物（使用済みの除湿剤等）等が挙げられる。
また、塩素含有物として用いる廃棄物は、アルカリ金属成分を含まないもの、或いは、アルカリ金属成分を含んでいるが粉体よりもアルカリ金属成分の含有量がアルカリ金属換算で少ないものであることが好ましい。また、廃棄物は、水に溶解し難いアルカリ金属成分を含まないもの、或いは、水に溶解し難いアルカリ金属成分を含んでいるが水に溶解し難いアルカリ金属成分の含有量がアルカリ金属換算で粉体よりも少ないものであることが好ましい。
なお、粉体は、塩素化合物を含まないもの、或いは、塩素化合物を含んでいるが混合工程で使用される塩素含有物（具体的には、廃棄物）よりも塩素化合物の含有量が少ないものであることが好ましい。
また、塩素含有物として用いる廃棄物は、アルカリ金属成分を含まないもの、或いは、アルカリ金属成分を含んでいるが粉体よりもアルカリ金属成分の含有量がアルカリ金属換算で少ないものであることが好ましい。また、廃棄物は、水に溶解し難いアルカリ金属成分を含まないもの、或いは、水に溶解し難いアルカリ金属成分を含んでいるが水に溶解し難いアルカリ金属成分の含有量がアルカリ金属換算で粉体よりも少ないものであることが好ましい。
なお、粉体は、塩素化合物を含まないもの、或いは、塩素化合物を含んでいるが混合工程で使用される塩素含有物（具体的には、廃棄物）よりも塩素化合物の含有量が少ないものであることが好ましい。
加熱工程では、混合物を加熱する温度は、２００℃を超える温度であり、好ましくは３００℃以上、より好ましくは４００℃以上、さらに好ましくは５００℃以上、特に好ましくは６００℃以上である。
また、加熱工程では、混合物を加熱する温度は、１２００℃未満であり、好ましくは１１００℃以下、より好ましくは１０００℃以下、さらに好ましくは９００℃以下、特に好ましくは８００℃以下である。
また、加熱工程では、混合物に含まれる塩素化合物の融点以上の温度で混合物を加熱することが好ましい。
また、加熱工程で混合物を加熱する際の時間としては、特に限定されるものではなく、例えば、１０～１２０分間であることが好ましく、１０～６０分間であることがより好ましい。
上記のような温度範囲で加熱工程が行われることで、溶融した塩素化合物が細粉に含まれるアルカリ金属成分と接するため、塩素化合物とアルカリ金属成分との反応性が向上し、水溶性のアルカリ金属化合物を加熱処理物中に効率的に形成することができる。
なお、融点の異なる塩素化合物が混合物中に含まれる場合には、「混合物に含まれる塩素化合物の融点以上の温度」とは、「融点の異なる塩素化合物のうち融点が最も低い塩素化合物の融点以上の温度」を意味する。
また、加熱工程では、混合物を加熱する温度は、１２００℃未満であり、好ましくは１１００℃以下、より好ましくは１０００℃以下、さらに好ましくは９００℃以下、特に好ましくは８００℃以下である。
また、加熱工程では、混合物に含まれる塩素化合物の融点以上の温度で混合物を加熱することが好ましい。
また、加熱工程で混合物を加熱する際の時間としては、特に限定されるものではなく、例えば、１０～１２０分間であることが好ましく、１０～６０分間であることがより好ましい。
上記のような温度範囲で加熱工程が行われることで、溶融した塩素化合物が細粉に含まれるアルカリ金属成分と接するため、塩素化合物とアルカリ金属成分との反応性が向上し、水溶性のアルカリ金属化合物を加熱処理物中に効率的に形成することができる。
なお、融点の異なる塩素化合物が混合物中に含まれる場合には、「混合物に含まれる塩素化合物の融点以上の温度」とは、「融点の異なる塩素化合物のうち融点が最も低い塩素化合物の融点以上の温度」を意味する。
洗浄工程において、加熱工程で得らえる加熱処理物を洗浄する方法としては、特に限定されるものではなく、例えば、加熱処理物を水中で撹拌する方法であってもよく、加熱処理物に水を散水する方法であってもよい。
また、洗浄工程は、加熱処理物が所定の温度に冷却された後で行うことが好ましい。これにより、洗浄に用いる水が蒸発してしまったり、加熱処理物を構成する成分が水と反応してしまったりするのを抑制することができる。
加熱処理物と水とを混合する際の加熱処理物の温度としては、特に限定されるものではなく、例えば、５０℃以下であることが好ましく、１０℃～４０℃であることがより好ましく、２０℃～３０℃であることがさらに好ましい。
また、加熱処理物と混合する水の質量としては、特に限定されるものではなく、例えば、加熱処理物の０．５～１０倍の質量であることが好ましく、１～５倍の質量であることがより好ましい。
なお、洗浄工程では、加熱処理物と水とを混合して洗浄する工程を、水を脱水する工程を挟んで繰り返し行ってもよい。これにより、アルカリ金属の塩素化合物が洗浄処理物に含まれるのをより効果的に抑制することができる。
また、洗浄工程は、加熱処理物が所定の温度に冷却された後で行うことが好ましい。これにより、洗浄に用いる水が蒸発してしまったり、加熱処理物を構成する成分が水と反応してしまったりするのを抑制することができる。
加熱処理物と水とを混合する際の加熱処理物の温度としては、特に限定されるものではなく、例えば、５０℃以下であることが好ましく、１０℃～４０℃であることがより好ましく、２０℃～３０℃であることがさらに好ましい。
また、加熱処理物と混合する水の質量としては、特に限定されるものではなく、例えば、加熱処理物の０．５～１０倍の質量であることが好ましく、１～５倍の質量であることがより好ましい。
なお、洗浄工程では、加熱処理物と水とを混合して洗浄する工程を、水を脱水する工程を挟んで繰り返し行ってもよい。これにより、アルカリ金属の塩素化合物が洗浄処理物に含まれるのをより効果的に抑制することができる。
脱水工程では、洗浄工程で得られる洗浄処理物中の水分の含有量が好ましくは５０％以下、より好ましくは４０％以下、さらに好ましくは３０％以下となるように脱水する。
洗浄処理物の脱水方法としては、特に限定されるものではなく、例えば、真空脱水機、遠心脱水機、加圧ろ過機、および／または、ベルトプレスろ過機等を用いた方法が挙げられる。
なお、脱水工程の対象となる洗浄処理物は、洗浄工程において脱水されたものであってもよく、洗浄工程において脱水されていないものであってもよい。
洗浄処理物の脱水方法としては、特に限定されるものではなく、例えば、真空脱水機、遠心脱水機、加圧ろ過機、および／または、ベルトプレスろ過機等を用いた方法が挙げられる。
なお、脱水工程の対象となる洗浄処理物は、洗浄工程において脱水されたものであってもよく、洗浄工程において脱水されていないものであってもよい。
次に、上記のように構成される処理方法を実施するための処理装置について説明する。
図２に示すように、処理装置１は、アルカリ金属成分を含有する粉体を細粉と粗粉とに分ける（即ち、上記の分級工程を実施可能に構成された）分級装置２を備える。該分級装置２は、ＪＩＳ Ｚ ８８０１に規定するふるいであってふるい目が２ｍｍのふるいを備える。そして、分級装置２は、粉体を粒径２ｍｍ以下の細粉と、粒径２ｍｍを超える粗粉とに分級可能に構成される。また、分級装置２は、粉体を粒径１ｍｍ以下の細粉と、粒径１ｍｍを超える粗粉とに分級可能なものであってもよい。
また、処理装置１は、分級装置２で得られる細粉が供給されて該細粉と塩素含有物とを混合して混合物を形成する（即ち、上記の混合工程を実施可能に構成された）混合装置３を備える。該混合装置３への塩素含有物の供給は、塩素含有物供給手段７を用いて行う。混合装置３としては、特に限定されるものではなく、例えば、ドラム式の混合機等を用いることができる。
また、処理装置１は、混合装置３で得られる混合物を所定の温度で加熱して加熱処理物を形成する（即ち、上記の加熱工程を実施可能に構成された）加熱装置４を備える。該加熱装置４は、混合物を内側に収容した状態で撹拌する撹拌部４ａと、該撹拌部４ａの外側に配置されて撹拌部４ａの内側に熱を供給する加熱部４ｂとを備える。撹拌部４ａとしては、特に限定されるものではなく、例えば、ドラム式の撹拌機等を用いることができる。また、加熱部４ｂとしては、特に限定されるものではなく、例えば、電気加熱式シートやオイル加熱式のシートを撹拌部４ａに巻き付けたもの等を用いることができる。
また、処理装置１は、加熱装置４で得られる加熱処理物を水で洗浄して洗浄処理物を得る（即ち、上記の洗浄工程を実施可能に構成された）洗浄装置５を備える。洗浄装置５への水の供給は、水供給手段８を用いて行う。
洗浄装置５は、加熱処理物と水とを混合する工程を実施可能に構成された洗浄混合装置５ａと、該洗浄混合装置５ａで得られる洗浄スラリーを脱水する洗浄脱水装置５ｂとを備える。これにより、洗浄装置５では、洗浄混合装置５ａにおける混合を、洗浄脱水装置５ｂにおける脱水を挟んで、繰り返し行うことができる。
洗浄装置５は、加熱処理物と水とを混合する工程を実施可能に構成された洗浄混合装置５ａと、該洗浄混合装置５ａで得られる洗浄スラリーを脱水する洗浄脱水装置５ｂとを備える。これにより、洗浄装置５では、洗浄混合装置５ａにおける混合を、洗浄脱水装置５ｂにおける脱水を挟んで、繰り返し行うことができる。
また、処理装置１は、洗浄装置５で得られる洗浄処理物を脱水する（即ち、上記の脱水工程を実施可能に構成された）脱水装置６を備える。
脱水装置６としては、特に限定されるものではなく、例えば、真空脱水機、遠心脱水機、加圧ろ過機、および／または、ベルトプレスろ過機等を用いることができる。
脱水装置６としては、特に限定されるものではなく、例えば、真空脱水機、遠心脱水機、加圧ろ過機、および／または、ベルトプレスろ過機等を用いることができる。
上記のように構成される粉体の処理方法で処理された粉体（以下、処理粉体とも記す）の用途としては、特に限定されるものではなく、例えば、セメント原料として用いることができる。つまり、本実施形態に係るセメント原料の製造方法は、上記のように構成される粉体の処理方法で粉体を処理して処理粉体を得る粉体処理工程を備える。斯かるセメント原料の製造方法では、処理粉体自体がセメント原料を形成するものであってもよく、処理粉体に対して乾燥等の処理が行われたものがセメント原料を形成するものであってもよい。
そして、上記のようなセメント原料の製造方法で製造されたセメント原料は、他の原料と共に、ロータリーキルン等の焼成設備へ供給することができる。つまり、本実施形態に係るセメントの製造方法は、上記のようなセメント原料の製造方法で製造されたセメント原料を焼成する焼成工程を備える。
そして、上記のようなセメント原料の製造方法で製造されたセメント原料は、他の原料と共に、ロータリーキルン等の焼成設備へ供給することができる。つまり、本実施形態に係るセメントの製造方法は、上記のようなセメント原料の製造方法で製造されたセメント原料を焼成する焼成工程を備える。
上記のように、処理粉体を用いて製造されたセメントは、アルカリ金属成分の含有量が比較的少ないものとなる。このため、該セメントと骨材と水とが混練されて硬化することで形成される硬化体が、アルカリ骨材反応によって膨張するのが抑制される。これにより、硬化体にひび割れが生じるのを抑制することができる。このため、アルカリ骨材反応を生じやすい骨材（例えば、オパール、クリストバライト、トリジマイト、火山ガラス、カルセドニー（玉髄）、シリケート鉱物（雲母、粘土鉱物等）等を含む骨材）を用いて硬化体を形成することができる。
以上のように、本発明に係る粉体の処理方法、粉体の処理装置は、アルカリ金属成分の含有量を効率的に低減することができる。また、本発明に係るセメントの製造方法は、アルカリ金属成分の含有量が低減されたセメントを製造することができる。
即ち、アルカリ金属成分を含有する粉体を粒径２ｍｍ以下の細粉と粒径２ｍｍを超える粗粉とに分ける分級工程と、細粉と塩素含有物との混合物を加熱して加熱処理物を得る加熱工程とを備える。そして、塩素含有物は、塩化カルシウム、塩化マグネシウム、及び、塩化アンモニウムからなる群から選択される少なくとも一つである塩素化合物を含む。
ここで、アルカリ金属成分と塩素化合物とが上記の温度で加熱されると、アルカリ金属の塩化物が形成される。これにより、アルカリ金属の塩化物を水に溶解して除去することができる。
本発明では、分級工程を備えることで、アルカリ金属成分の含有量が粗粉よりも多い細粉を収集することができる。このため、斯かる細粉に対して加熱工程および洗浄工程を行うことで、粗粉と細粉とが含まれた状態で加熱工程および洗浄工程を行う場合よりも、アルカリ金属成分の含有量を効率的に低減することができる。
ここで、アルカリ金属成分と塩素化合物とが上記の温度で加熱されると、アルカリ金属の塩化物が形成される。これにより、アルカリ金属の塩化物を水に溶解して除去することができる。
本発明では、分級工程を備えることで、アルカリ金属成分の含有量が粗粉よりも多い細粉を収集することができる。このため、斯かる細粉に対して加熱工程および洗浄工程を行うことで、粗粉と細粉とが含まれた状態で加熱工程および洗浄工程を行う場合よりも、アルカリ金属成分の含有量を効率的に低減することができる。
また、塩素化合物は、塩化カルシウム、塩化マグネシウム、及び、塩化アンモニウムからなる群から選択される少なくとも一種であることで、アルカリ金属成分の含有量をより効率的に低減することができる。
また、混合物は、細粉１００質量部に対して、塩素化合物を１０質量部以下の割合で含むことで、アルカリ金属成分の含有量をより効率的に低減することができる。
また、塩素含有物は、塩素化合物を含む廃棄物であることで、廃棄物の利用を促進することができる。
また、分級装置２を備えることで、アルカリ金属成分の含有量が粗粉よりも多い細粉を収集することができる。このため、加熱装置４を用いて細粉を加熱して加熱処理物を形成し、洗浄装置５を用いて加熱処理物を洗浄することで、粗粉と細粉とが含まれた状態で加熱装置４による加熱および洗浄装置５による洗浄を行う場合よりも、アルカリ金属成分の含有量を効率的に低減することができる。
また、上記の粉体の処理方法で処理された処理粉体を用いてセメントを製造することで、アルカリ金属成分の含有量が低減されたセメントを製造することができる。
なお、本発明に係る粉体の処理方法、粉体の処理装置、および、セメントの製造方法は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。また、上記した複数の実施形態の構成や方法等を任意に採用して組み合わせてもよく（１つの実施形態に係る構成や方法等を他の実施形態に係る構成や方法等に適用してもよく）、さらに、下記する各種の変更例に係る構成や方法等を任意に選択して、上記した実施形態に係る構成や方法等に採用してもよいことは勿論である。
例えば、上記実施形態では、粉体の処理装置１は、混合装置３を備えるように構成されているが、これに限定されるものではなく、例えば、加熱装置４において（即ち、加熱工程において）混合工程を行うように構成した場合、混合装置３を備えないように構成してもよい。
また、上記実施形態では、洗浄装置５は、洗浄脱水装置５ｂを備えるように構成されているが、これに限定されるものではなく、例えば、洗浄混合装置５ａのみを備えるように構成してもよい。
また、上記実施形態では、粉体の処理方法は、脱水工程を備え、粉体の処理装置１は、脱水装置６を備えているが、これに限定されるものではなく、例えば、脱水を必要としない場合には、脱水工程および脱水装置６を備えないように構成してもよい。
次に、実施例および比較例を挙げて本発明についてさらに具体的に説明する。
＜使用材料＞
・粉体：ＳＴＡＢダスト
・塩素化合物：塩化カルシウム（ＣａＣｌ２）
・粉体：ＳＴＡＢダスト
・塩素化合物：塩化カルシウム（ＣａＣｌ２）
＜分級工程＞
ＪＩＳ Ｚ ８８０１に規定するふるいを用い、下記表１の粒度分布となるように粉体を分級した。具体的には、１１．２ｍｍのふるい目を通過し、２ｍｍのふるい目を通過しない粒子を粒径２～１１．２ｍｍとした。また、２ｍｍのふるい目を通過し、１ｍｍのふるい目を通過しない粒子を粒径１～２ｍｍとした。また、１ｍｍのふるい目を通過し、０．５ｍｍのふるい目を通過しない粒子を粒径０．５～１ｍｍとした。また、０．５ｍｍのふるい目を通過する粒径を粒径０．５ｍｍ以下とした。
ＪＩＳ Ｚ ８８０１に規定するふるいを用い、下記表１の粒度分布となるように粉体を分級した。具体的には、１１．２ｍｍのふるい目を通過し、２ｍｍのふるい目を通過しない粒子を粒径２～１１．２ｍｍとした。また、２ｍｍのふるい目を通過し、１ｍｍのふるい目を通過しない粒子を粒径１～２ｍｍとした。また、１ｍｍのふるい目を通過し、０．５ｍｍのふるい目を通過しない粒子を粒径０．５～１ｍｍとした。また、０．５ｍｍのふるい目を通過する粒径を粒径０．５ｍｍ以下とした。
＜各粒径の粉体それぞれにおける全アルカリの含有量の測定＞
分級工程で得られる各粒径の粉体それぞれについて、全アルカリの含有量を測定した。
具体的には、各粒径の粉体それぞれについて、ナトリウム（Ｎａ）の濃度及びカリウム（Ｋ）の濃度をエネルギー分散型蛍光Ｘ線分析装置（ＥＤ－ＸＲＦ）で測定し、その結果を基に全アルカリ量を算出した。全アルカリ量の算出方法は、下記の（１）式の通りである。
全アルカリ量＝Ｎａ２Ｏ＋０．６５８×Ｋ２Ｏ・・・（１）
分級工程で得られる各粒径の粉体それぞれについて、全アルカリの含有量を測定した。
具体的には、各粒径の粉体それぞれについて、ナトリウム（Ｎａ）の濃度及びカリウム（Ｋ）の濃度をエネルギー分散型蛍光Ｘ線分析装置（ＥＤ－ＸＲＦ）で測定し、その結果を基に全アルカリ量を算出した。全アルカリ量の算出方法は、下記の（１）式の通りである。
全アルカリ量＝Ｎａ２Ｏ＋０．６５８×Ｋ２Ｏ・・・（１）
＜混合工程＞
分級工程で得られた各粒径の粉体それぞれと塩素化合物（ＣａＣｌ２）とを混合し、混合物を得た。各粒径の粉体１００質量部に対する塩素化合物（ＣａＣｌ２）の割合は、下記表１に示す。
分級工程で得られた各粒径の粉体それぞれと塩素化合物（ＣａＣｌ２）とを混合し、混合物を得た。各粒径の粉体１００質量部に対する塩素化合物（ＣａＣｌ２）の割合は、下記表１に示す。
＜加熱工程＞
混合工程で得られた混合物を、下記表１に示す温度で１５分間加熱して加熱処理物を得た。
混合工程で得られた混合物を、下記表１に示す温度で１５分間加熱して加熱処理物を得た。
＜洗浄工程＞
加熱工程で得られた加熱処理物と水とを水で洗浄して洗浄処理物を得た。加熱処理物の洗浄は、加熱処理物と水とを混合して３０分間撹拌することで行った。加熱処理物１００質量部に対する水の割合は、４００質量部とした。
加熱工程で得られた加熱処理物と水とを水で洗浄して洗浄処理物を得た。加熱処理物の洗浄は、加熱処理物と水とを混合して３０分間撹拌することで行った。加熱処理物１００質量部に対する水の割合は、４００質量部とした。
＜脱水工程＞
洗浄工程で得られた洗浄処理物を１０５℃で２時間乾燥し、処理粉体を得た。
洗浄工程で得られた洗浄処理物を１０５℃で２時間乾燥し、処理粉体を得た。
＜各粒径の処理粉体それぞれにおける全アルカリの含有量の測定＞
得られた各粒径の処理粉体それぞれについて、全アルカリの含有量を測定した。斯かる含有量の測定方法は、上記と同一である。
得られた各粒径の処理粉体それぞれについて、全アルカリの含有量を測定した。斯かる含有量の測定方法は、上記と同一である。
＜全アルカリの低減率の算出＞
混合工程前の各粒径の粉体それぞれの全アルカリの含有量に対する各粒径の処理粉体それぞれの全アルカリの含有量の割合（粒径毎の全アルカリの低減率）を下記（２）式により算出した。低減率については、下記表１に示す。
なお、低減率は、粒径毎の全アルカリの低減効果を示すものであって、数値が大きいほど、アルカリ金属成分の除去量が多いことが意味する。
全アルカリの低減率＝（各粒径の処理粉体それぞれの全アルカリの含有量）／（混合工程前の各粒径の粉体の全アルカリの含有量）×１００・・・（２）
混合工程前の各粒径の粉体それぞれの全アルカリの含有量に対する各粒径の処理粉体それぞれの全アルカリの含有量の割合（粒径毎の全アルカリの低減率）を下記（２）式により算出した。低減率については、下記表１に示す。
なお、低減率は、粒径毎の全アルカリの低減効果を示すものであって、数値が大きいほど、アルカリ金属成分の除去量が多いことが意味する。
全アルカリの低減率＝（各粒径の処理粉体それぞれの全アルカリの含有量）／（混合工程前の各粒径の粉体の全アルカリの含有量）×１００・・・（２）
比較例１～８，１３～１６を見ると、粒径２ｍｍ以下の細粉の低減率は、粒径２ｍｍを超える粗粉の低減率よりも低いことが認められる。これに対し、比較例１～８，１３～１６以外の実施例および比較例を見ると、粒径２ｍｍ以下の細粉の低減率は、粒径２ｍｍを超える粗粉の低減率よりも高いことが認められる。
また、比較例１～８，１３～１６以外の実施例および比較例を見ると、塩素化合物の添加量および加熱温度が同一条件であれば、実施例（粒径２ｍｍ以下の細粉）の低減率の方が比較例（粒径２ｍｍを超える粗粉）の低減率よりも高いことが認められる。
つまり、本願発明のように、分級工程、加熱工程、および、洗浄工程を備えることで、粒径２ｍｍを超える粗粉を含む粉体に対して、加熱工程、および、洗浄工程を行う場合よりも、アルカリ金属成分の除去を効果的に行うことができる。
また、比較例１～８，１３～１６以外の実施例および比較例を見ると、塩素化合物の添加量および加熱温度が同一条件であれば、実施例（粒径２ｍｍ以下の細粉）の低減率の方が比較例（粒径２ｍｍを超える粗粉）の低減率よりも高いことが認められる。
つまり、本願発明のように、分級工程、加熱工程、および、洗浄工程を備えることで、粒径２ｍｍを超える粗粉を含む粉体に対して、加熱工程、および、洗浄工程を行う場合よりも、アルカリ金属成分の除去を効果的に行うことができる。
１…処理装置、２…分級装置、３…混合装置、４…加熱装置、４ａ…撹拌部、４ｂ…加熱部、５…洗浄装置、５ａ…洗浄混合装置、５ｂ…洗浄脱水装置、６…脱水装置、７…塩素含有物供給手段、８…水供給手段
Claims (4)
- アルカリ金属成分を含有する粉体を粒径２ｍｍ以下の細粉と粒径２ｍｍを超える粗粉とに分ける分級工程と、
細粉と塩素含有物との混合物を、２００℃を超え１２００℃未満の温度で加熱して加熱処理物を得る加熱工程と、
加熱処理物を水で洗浄する洗浄工程とを備えており、
塩素含有物は、塩化カルシウム、塩化マグネシウム、及び、塩化アンモニウムからなる群から選択される少なくとも一つである塩素化合物を含み、
混合物は、細粉１００質量部に対して、塩素化合物を１０質量部以下の割合で含む、
粉体の処理方法。 - 塩素含有物は、塩素化合物を含む廃棄物である、
請求項１に記載の粉体の処理方法。 - 請求項１又は２に記載の粉体の処理方法で粉体を処理して処理粉体を得る粉体処理工程を備えており、
該処理粉体を用いてセメント原料を製造する、
セメント原料の製造方法。 - 請求項３に記載のセメント原料の製造方法で製造されたセメント原料を焼成する焼成工程を備える、
セメントの製造方法。
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