JPH02501139A - 炭酸カルシウムとその混合物の焼成法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 炭酸カルシウムとその混合物の焼成法 発明の背景 例えば、石灰及び水硬セメントの生産に於ては、酸化カルシウムのため必要な石 灰石のように、炭酸カルシウムを含む材料を焼成するため多量のエネルギーが消 費される。大抵の石灰はエネルギーが集中されるロータリ又はシャフトキルンの 中で生産される。その方法は、粒子からなる材料が耐火煉瓦の並んだ炉の中へ送 られ、適合する燃料と混合され、燃料の燃焼によって生ずる激しい熱に支配され るもので、比較的簡単でちる。設備は熱環境に供給材料が最も効果的にさらされ るようにつくられていて、そのシステムは焼成される生産品が脱出できるような オープンな設備であって、生産品は石灰と二酸化炭素と僅かな水分のものである 。石灰石を熱して石灰を焼成するには酸素と炭素の結合を砕いて二酸化炭素を遊 離させる必要がちる。焼成反応はつぎの平衡式％式％ 商業的な方法では、使用される実際のエネルギーは、熱損失や熱移動特性によっ て、理論的結合力より数倍大きいもので、そしてその起動力が遊離した二酸化炭 素を除くため必要である。大量のエネルギーが又流体化されたベッドの焼成物の 中で必要とされる。

大量のエネルギーが焼成を促進し、反応ベッドからＣＯ２を除去するのを促進す るために使用される。

このような使用は、燃料が安価であったときは高価ではなかったが、浪費であっ た。そして、あるときは、過度な温度が用いられる場合、屡々燃焼しすぎたシ、 激しい燃焼の結果となシ、石灰に硬い粒子を発生する不純物を石灰の反応に引き 起したのである。

油や石炭の様な発掘した燃料の価格において増大せざるを得ないエネルギーコス トの拡大とともに、エネルギーを維持し、このエネルギー集中装置のコスト低減 がはかられた。これらの努力には、装置の変更、浄化された空気の使用、排出、 又は二酸化炭素の採集及び生石灰の生産物から水分を除去するための多量のエネ ルギの使用を削除するドライフィード（ｄｒｙ　ｆｅｅｄ　）方法の使用が含ま れている。

勿論、石灰石の焼成による石灰の生産におけるエネルギー消費は又セメント産業 にあてはまることはいうまでもない。セメント産業では、石灰石の焼成が大部分 のエネルギー消費工程を表わしている。

発明の該要 本発明は従来技術の問題点を解決し、より早い速度での炭酸カルシウムの高速焼 成法であって、現在の燃料エネルギーの必要栄件において約５０％減少できる低 キルン温度における焼成法である。

簡単に言えば、本発明は温度を上げるため炭酸カルシウム材料を加熱して、充分 の時間、融合した塩触媒の存在の下に希望する程度に材料を頒焼することを含ん だ炭酸カルシウム材料についての促進された焼成法を包含するものであって、該 触媒には化学式Ｍ２ＣＯ３・ＣａＣＯ３・Ｃａ０＝Ｈ２０Ｘを有する少なくとも １つの融合した塩を包含するものであシ、該化学式においてＭはアルカリ金属で あシ、Ｘは０又は１であシ、該塩は約１：２乃至２：１の質量、比の融合したＭ ２ＣＯ３・ＣａＣＯ３により形成されたものである。

本発明は又、炭酸カルシウム材料を包含するＣａＯと少くとも化学式Ｍ２ＣＯ３ ”ＣａＣＯ３−ＣａＯ−Ｈ２０Ｘを有する１つの融合した塩を形成するため加熱 されるに適応した混合物を包含し、該化学式においてＭはアルカリ金属であシ、 ＸはＯ又は１であるものでろ６０図面の簡単な説明 第１図は、実例１の主題である動的及び静的焼成法の結果を示すグラフである。

第２図は、接触作用を及ぼされたポルト２ンドセメント生産の流れ図である。

詳細な説明 本発明は、炭酸カルシウム材料が、地によって焼成される如何なる方法又は混合 物に広く関するものであるが、これが生じる最重要産業の１つ、すなわち水硬セ メントの生産に関して詳細に記載する。その方法における主要な段階は、炭酸カ ルシウム材料の焼成法である。ここに炭酸カルシウム材料（”ｃａｌｃｉｕｍｃ ａｒｂｏｎａｔｅ　ｍａｔｅｒｉａｌ　’　）と呼ぶとき、それは、石灰石、白 雲石、又は従来石灰やセメント及びそのようなものの製造に用すられる如何なる 他の炭酸カルシウムの源泉を意味している。石灰石は、勿論、これらの目的のた め最も普通に炭酸カルシウムの源泉に用いられるものである。

本発明の方法には、ある種の触媒の使用が必要であシ、それは、最も広いあらま しにおいて、炭酸カルシウムとアルカリ金属炭酸塩との熱反応製品である。これ らの触媒は融合した塩として記載することが出来るものでガラス状の性質を有し ている。触媒として使用される炭酸カルシウムは、石灰石、白雲石又は炭酸カル シウム自体のような如何なる炭酸カルシウムを含有する材料である。アルカリ金 属炭酸塩に関して、実例は炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、炭酸リチウム、炭酸 セシウムその他である。使用されるアルカリ材料については、炭酸ナトリウム又 は炭酸カリウムを使用するのが好ましい。融合した塩はＭがアルカリ金属であっ て、Ｘが０又は１である化学式Ｍ２ＣＯ３・ＣａＣＯ３・ＣａＯ−Ｈ２０ｘを有 するものである。

触媒は、望ましくは、同じ重量比で、前記のアルカリ金属化合物の如何なる１又 は混合物と共ＩＣ炭酸カルシウム材料が形成される。アルカリ金属炭酸塩と炭酸 カルシウムは如何なる比率においても、化合することはできない。そして使用さ れる特別のアルカリ金属による相違がある。Ｃａ　ＣＯ５のためのＭ２ＣＯ３の 比率は約１＝２から２＝１である。最も有益な結果としては、Ｎａ２Ｃｏ、：Ｃ ａＣＯ３の比率は約１＝２がら２：１であシ、そしてに２ＣＯ３：ＣａＣ０６の ためには、比率は約１＝１から２＝１である。これは驚くべきことでおって一般 にカリウム化合物は大きな化学反応をもっているので、完全には理解されていな い。

この反対は完全に理解されないのに、空間又は立体的接近する元素は電気陰性度 の役割にお互いにまきこまれると信じられている。これらは炭素−酸素の位置に おいて、炭酸カルシウムに接近することに寄与している。他のアルカリ金属炭酸 塩は記述された比率の範囲になっている。

混合物は好ましくは均−系の混合物に砕かれそしてガラス状のかたまシへの融合 を確保するため充分な温度と時間で加熱される。通常９００’乃至１００σ℃（ ±１００℃）の温度である。融合された塩は、それから冷却され、以下に述べる 理由のため焼成される炭酸カルシウム材料の好ましくは上又は下であるところの 微粒子寸法に砕かれる。約−１００乃至＋２００のメツシュサイズの摩砕が好ま しい。

焼成の工程について、粒状の触媒の重量による約０．１から約２０の割合、好ま しくは重量による約１から１０の割合が炭酸カルシウム材料の目方による毎１０ ０の割合に加えられ、それから混合物が炉に送られ、そしてそれから希望する程 度の焼成をするための温度及び十分な時間加熱される。正確な焼成温度及び処理 時間は、炉の効率、粒状の触媒及び加熱の均一性によって変化するとは云え、４ ５０℃はどの低温度、好ましくは８００°から９００°の温度で約３０分乃至４ ５分の加熱が適当な焼成のため充分であることが見出だされた。このことは、溶 解された塩を用いないで従来長期間必要とされた約１２００゜乃至１３５０℃の 焼成温度に対照的である。

熱処理が終った時、処理された混合物は、変化しない融合した塩触媒とともに遊 離した石灰と（白雲石質の石灰石からの）マグネシアが含まれている。

触媒と処理されない石灰石との間に粒子状の寸法で、相違を設けることによシ、 鑑別又は空気分類のような如何なる従来の分離処置をほどこすことにより、再利 用のため、簡単に触媒を分離することが可能である。

融合した塩が炭酸カルシウムとともに炭酸ナトリウム又は炭酸カリウムに再反応 することによシ形成される１である実例において、このような触媒は、それが非 常に低いナトリウム又はカリウムの量を有するので、最終製品の部分に残るかも 知れないが、セメントが用いられる多くの使用で有毒にはならないであろう。

最も効果的な結果のためには、触媒と炭酸カルシウム材とは、最終的に約−１０ ０乃至−２００メツシユの粉に摩砕されなければならない。これは触媒の活動を 楽観し及び燃料のよシ完全な燃焼と経済性を確実にする。かくして、きめのちら い送シを用いている現在のセメント生産にとシ、上記メツシュで送ることにつ込 ての前もっての摩砕が示唆される。

第２図は、触媒と共に製造するポルトランドセメント製造装置の流れ線図であっ て、該装置は、クリンカーの形成前の供給において、石灰石粉末を含む鉱物混合 物を焼成するための焼成ブレヒーターを有している。他の材料と異る粒子寸法の 触媒の使用によって、焼成プレヒーターにおける再使用のために焼成の後に従来 の空気分類装置によって触媒を分離することが可能である。低い量の触媒、すな わち約１％乃至３％であシ、低レベルのアルカリ金属は結果のポルトランドセメ ントに不利に影響しないであろうから、クリンカーの前に触媒を取シ除く必要は ない。粒子寸法のこの相違は、又、反対に流れる流動体のベッド反応物における 触媒の使用をゆるしている。石灰石は触媒のベッドを通して供給されるのでの実 例と共に記載される。

１組のキルンの状態のために、連続の１４テストが、種々の触媒合成物と共に如 何なる触媒なしで、静的に又はかきみだされない石灰石混合物を用いて行なわれ た。

同じ石灰石混合物及び触媒合成物は又商業的キルンにまねて動的に又はかきみだ す条件で焼成された。

テストは、再生産性の程度を決定するため重複して行なわれた。

で行なわれた。測定された焼成のパーセントとその結果は第１図に示されている 。

これらの結果は、本発明の融合した塩の使用によシよシ大きなＡ？−セントの焼 成が示されている。

実例２ ２テストが融合した塩の接触反応の性質を示すためなされた。

第１のテストにおいて、触媒は＋２００メツシユに摩砕されそして一３２５メツ シュであった炭酸カルシウムが加えられた。同じテストが第１のテストから融合 された触媒をふるい出し、第２のテストに用いることがくシかえされた。夫々の ケースで、一方にＮａ　ＣＯ３とに２ＣＯ３及びＣａ　ＣＯ５の等しい質量比が 融合された塩を形成するのに使われたそして炭酸カルシウムへの融合された塩の 比率は１：ｌＯから１：２０の目方による割合で変えられた。触媒のとシ戻しは ほぼ９４％であった。結果は次の通シである。

１　：　１０　ｓｏ、’ｓｏ　Ｋ　Ｃａｔ、　３５．２２　３９．０１　：　２ ０　５０１５０　Ｋ　Ｃａｔ、　３６．６３　４４．６１　：　１０　５０１５ ０　Ｎ　Ｃａｔ、　３６．３６　４３．５１　：　２０　５０１５０　Ｎ　Ｃａ ｔ、　３５．５６　４０．４Ｐｕｒｅ　ＣａＣＯ３２５，３３０，０サンプル混 合物　％焼成　％触媒活動度１　：　１０　５０１５０　Ｋ　Ｃａｔ、３３．０ ８　３５．１１　：　２０　５０１５０　Ｋ　Ｃａｔ、３４．６０　４１．３１ 　：　１０　５０１５０　Ｎａ　Ｃａｔ、３３．６８　３７．６１　：　２０　 ５０１５０　Ｎａ　Ｃａｔ、３３．２９　３６．０Ｐｕｒｅ　ＣａＣＯ３２４， ４８０ このように、％触媒活動度における非常に小さな損失が第１テストと第２テスト の間に観察された。

触媒は第１テストから回収され、第２テストで再使用されたので、融合された塩 が真の触媒である。

実例３ 長さ８フィート％ガス燃焼のロータリーキルンを使用しいくつかの接触作用を行 なう又は行なわない焼成の研究がなされた。この実験室の規模のロータリーキル ンでの大部分のテストは、２つの温度範囲で行なわれ、サンプリングは５時間の 間、第４と第５時間の間に２０分間隔で遂行された。連続した送シの３時間が、 その後サンプリングが開始され送シの間連続されるように定常状態の実施が確保 するためついヤされた。８４０°乃至８５５℃の温度が送シ地帯における約１２ ５℃低温度の（キルンの排出における）７７５°乃至７９０℃に比較された。

高温度において、焼成の程度が接触作用を行なう又は行なわないことを正しく対 比するには高温度すぎた。併し乍ら、接触作用を行なわないサンプルが８１乃至 ８９％焼成から変化する間に、接触作用を行なったサンプルは、９８乃至１００ ％が完全にあられれた。７７５°乃至７９０℃において、４１乃至４３％の焼成 であられれて送られた接触作用を行なわないものが、接触作用を行なったもので ７７乃至７９％あられれたものと比較された。このことは、夫々７９乃至９２％ の焼成の割合の向上を示している。

接触作用を行なったものは５％触媒を含んでおシ、送シの割合は調節されたもの と接触作用を行なったもののため夫々１５　ｔｂｓ／ｈｒと１５．７５　ｔｂｓ ／ｈｒであった。キルンの中にとどまっている時間は７．５分に平均化され、並 びに走行空気と熱対流はよる損失は高温（３５％）で１番多かった。７７５°乃 至７９０℃において、損失は、処理されない石灰石がほぼ２０％と接触されたも ので１５％であった。

発明は、好ましい実施態様に関連して記述されたが、述べられた特別の態様の範 囲に本発明は限定されるものでなく付ぞくされたフレイムによシ定義された発明 の精神と範囲に含まれるこのような選択、変更及び同等物を含むものである。

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. １．融合した塩の触媒の存在において、望ましい程度に該材料を焼成するに十分 な温度と時間で炭酸カルシウム材料を加熱することを含み、前記触媒はＭがナト リウム又はカリウムから選択されたアルカリ金属であり、ｘが０乃至１である化 学式Ｍ２ＣＯ３・ＣａＣＯ３・ＣａＯ・Ｈ２Ｏｘを有する少くとも一つの融合し た塩よりなり、該塩はアルカリ金属がナトリウムの場合は約１：２乃至２：１の 質量比で、アルカリ金属がカリウムである場合は約１：１乃至２：１の質量比て 融合したＭ２ＣＯ３及びＣａＣＯ３により形成される炭酸カルシウム材料の促進 された焼成方法。
2. ２．炭酸カルシウム材料は石灰石又は白雲石であり、触媒がそれとともに混ぜあ わされたものであるクレイム１の方法。
3. ３．促進された焼成方法が水硬セメントの製造における焼成段階であるクレイム １又はクレイム２の方法。
4. ４．前記触媒は炭酸カルシウム材料の重量の割合各１００に対し、重量の割合１ 乃至１０の比率で用いられ、温度は約８００°から９５０℃であるクレイム１の 方法。
5. ５．再使用のため焼成材料から触媒を分離する段階を含んでいるクレイム１，２ 又は４の方法。
6. ６．触媒がＮａ２Ｏ３・Ｃ８ＣＯ３・ＣａＯ・Ｈ２Ｏｘ又はＫ２ＣＯ３・ＣａＣ Ｏ３・ＣａＯ・Ｈ２Ｏｘでｘが０又は１であるようなクレイム１，２又は４の方 法。
7. ７．触媒の存在において、前記触媒は化学式Ｍ２ＣＯ３・ＣａＣＯ３・ＣａＯ・ Ｈ２Ｏを有し、Ｍはナトリウム又はカリウムから選択されたアルカリ金属であり 、ｘは０又は１てあり、及び塩はアルカリ金属がナトリウムてある場合は約１： ２乃至２：１の質量比で融合したＭ２ＣＯ３及びＣａＣＯ３に９り形成され、ア ルカリ金属がカリウムである場合は約１：１乃至２：１により形成され、及び前 記触媒はセメン・トを含み、結果としての焼成物、酸化カルシウムとともに、炭 酸カルシウム材料の重量による割合毎１００に対し重量による割合約１乃至１０ の比率で用いられる炭酸カルシウム材料を焼成することを含むセメント製造方法 。
8. ８．炭酸カルシウム材料が石灰石又は白雲石から選択され、触媒がＮａ２ＣＯ３ ・ＣａＣＯ３．ＣａＯ・Ｈ２Ｏｘ又はＫ２ＣＯ３・ＣａＣＯ３ＣａＯ・Ｈ２Ｏｘ てあってｘが０又は１であるクレイム７の方法。
9. ９．セメントがボルトランドセメントであり、セメントを製造するため用いられ る鉱物混合物は前記触媒の存在中て予備焼成され、それから焼成される混合物は クリンカーとなるクレーム７又は８の方法。
10. １０．炭酸カルシウム材料と触媒を含み、前記触媒は化学式Ｍ２Ｃ０３・ＣａＣ Ｏ３・ＣａＯ・Ｈ２Ｏｘを有し、Ｍはナトリウム又はカリウムから選択されたア ルカリ金属であり、ｘが０又は１である少くとも１つの融合した塩を有し、塩は 、アルカリ金属がナトリウムである場合は約１：２乃至２：１及びアルカリ金属 がカリウムである場合は約１：１乃至２：１の質量比の融合したＭ２ＣＯ３及び ＣａＣＯ３により形成されることを含む、ＣａＯを形成するため加熱されるに適 応した混合物。
11. １１．炭酸カルシウム材料は石灰石又は白雲石から選択され、融合した塩はＮａ ２ＣＯ３・ＣａＣＯ３・ＣａＯ又はＫ２ＣＯ３・ＣａＣＯ３・ＣａＯから選択さ れ、その比率は炭酸カルシウム材料の重量による割合の毎１００に対し触媒の重 量による割合が約１乃至１０であるクレイム９の混合物。