JPS62502399A

JPS62502399A - セメント・キルン　ダストおよび赤泥を使用する水硬セメントの製造方法

Info

Publication number: JPS62502399A
Application number: JP61502091A
Authority: JP
Inventors: クンバーギ，ハツサン
Original assignee: ザ　リ−ジエンツ　オブ　ザ　ユニバ−シテイ　オブ　カルフオルニア
Priority date: 1985-04-05
Filing date: 1986-04-03
Publication date: 1987-09-17
Also published as: EP0218681A1; EP0218681A4; WO1986005773A1; AU5669686A

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】セメント・キルン・ダストおよび赤泥を　用する水セメントの製造　法ｌ匪夙氷夏本発明は、ポルトランドセメントとは異なり、鉄の含有量が相当に高い特殊なセメントの製造方法、ならびにその結果できるセメント及びコンクリートに関する。

欠匪夏實見本発明は、（１）セメント工業、および（２）アルミニウム工業の廃産物として、大量に入手しうる２種類の材料からセメントをつくることが主な目的である。

より詳しくいうと、これらの廃材は、ＣＫＤと呼ばれよく知られているセメント・キルン・ダストと、アルミニウム含有鉱石、即ちボーキサイトからアルミニウムを抽出する過程における残渣である赤泥とである。そのため、ＣＫＤおよび赤泥が、望ましくない副産物として製造される方法の本質について、簡単に検討する。

来のセメント、造　法ポルトランドセメントのようなセメントは、（１）多くの二酸化珪素即ちシリカ、および酸化アルミニウム即ちアルミナを含むクレーのような粘土質材料、ならびに、（２）主として。

酸化カルシウムで形成される石灰性材料からなる高温（１４００℃乃至１６００ ℃程度）の反応生成物である。２つの材料を微粉末にし、混合してから、それらを、大型の長尺回転キルンの中で加熱溶融し、クリンカーをつくる。

キルンは、若干傾けられており、原料は、冷却上端部にて供給され、溶融物即ちクリンカーは、加熱下端部から受け取られる０回転キルンの底部から頂部へかけて反対方向に流れ込む加熱ガスは、ＣＫＤ即ちセメント・キルン・ダストをキルンから外部へ運び出し、そこで、ＣＫＤは、フィルター若しくはプレシビテータによってガス流から分離される。クリンカーは、粉砕され、セメントとして使われる。

セメントの硬化時間を制御するため、処理中この時点で、石膏、即ち硫酸カルシウムがセメントに加えられる。

用語を明確にするために述べると、ポルトランドセメントには砂が加えられ、また、通常は、砂利と適量の水が加えられる。その結果できるポルトランドコンクリートは、硬化させるのに相当時間がかかり、約１カ月して、最終強度のレベルに達する。

セメントを水と直接混ぜた際、それをペーストと呼び、セメントを、砂利ではなく、砂と混ぜた際、それをモルタルと呼ぶ。

ある一定量のＣＫＤは、微粉砕された原料と一緒にプロセスの中へ戻される。しかし、集められたＣＫＤのナトリウムおよびカリウムのアルカリ含有量は、ナトリウムおよびカリウム酸化物の融点が低いため、高くなる傾向がある。そのため、ナトリウムまたはカリウムのアルカリ酸化物につき、アルカリ含有量が、処理されている材料の融解温度の低下によって、約０．６％若しくは１％超えると１問題を起こす、つまり、キルンの耐火ライニングを被覆してしまい、保護している材料の肉厚を低下させてしまう。

また、処理されるポルトランドセメント中のナトリウムおよびカリウムのアルカリ分の比率が高くなると、遊離石灰が形成され、そのため、水が存在するとコンクリートが膨張するので、コンクリートに亀裂を生じさせることになりかねなｔｌ。

調査によると、１９７２年には、１年間で、５，０００，０００トンのＣＫＤが廃棄された。ＣＫＤは１通常、平らに積み上げたり、山積みにして捨てられる。

アルミニウムからの、ｆの抽出ボーキサイトは、アルミニウム資源として最も広く利用されている鉱石である。

ボーキサイトには、酸化アルミニウムが約６０〜６５％の割合で含まれている。

ボーキサイトから酸化アルミニウムを抽出する過程において、塩酸および塩化ナトリウムを用い、破砕されたボーキサイト鉱石から、ある量の酸化アルミニウムを浸出させる段階がある。この浸出段階によって得られる固形残渣が「赤泥」若しくは「褐色性」として知られている。アルミニウム鉱物資源が異なり、その処理が若干具なると、残渣は、多少違った色を呈する。

本明細書において用いる「赤泥」なる用語は、色が赤であっても褐色であっても、この種の副産物を表わすものとする。

赤泥の生産量は年間ｓ、ｏｏｏ、ｏｏｏ　トン以上であり、既に、およそ９　、０００万トン以上が、沈殿池に捨てられていると見積られている。

２」■日」杵本発明の主な目的は、２種類の廃産物、即ち、（１）セメント・キルン・ダスト、および（２）赤泥に対して１石膏、硫酸カルシウムのような硫黄含有物を加え、結合させることにより、優れたセメントを製造する方法を提供することである。

もし、赤泥のアルミナ即ち酸化アルミニウム含有量が低ければ、アルミナ即ち酸化アルミニウムを補充する。ＣＫＤおよび赤泥の酸化カルシウム含有量に応じて、石灰のような石灰性材料を混合物に加える。

これらの原料は、細かく分割し、かつよく混ぜてから、回転キルンか、加熱処理機で１４００℃よりやや下、すなわち、１２５０℃乃至１３５０℃程度で処理する。その結果できたクリンカーを、従来のポルトランドセメントと同じように微粉化する。

その結果できるコンクリートは、優れた強度を有し、その圧縮強さは、ポルトランドセメントからつくられるコンクリートよりも相当大きく、比較テストによれば、ポルトランドコンクリートより５０％以上丈夫であることが分った。

ＣＫＤ中に高濃度のナトリウムまたはカリウムのアルカリ分が入っていても、ポルトランドセメントとは異なり、新規セメントの場合、悪い影響を受けない、このことは１次のように説明できる。

ポルトランドセメントの場合、これら１価のアルカリは、水に対して珪酸カルシウムと競合し、そのため、珪酸カルシウムの水和化を含む反応の促進を妨害し、かつ、上で述べたキルン処理による相互作用を妨げる。

しかし、本発明の方法によれば、カルシウムアルミニウムフェライトおよびカルシウムアルミニウムスルフア−ト和化が速やかに進行し，かつコンクリートが急速に硬化するので、ナトリウムやカリウムのようなアルカリ分の水に対する酸化カルシウムとの競合は問題とならず、またコンクリートの弱体化も起こさない。

本発明による新規なセメントの別の利点は、融解温度が低いことと、それが軽量であり，かつ硬化時間が極めて速いため，製造コストの削減につながれることである。また、このセメントは、鉄の含有量が高いため，コンクリート強化に使用される鋼材との結合をよくシ，従って、強化コンクリート構造物の強度を増大させる。

１９７７年７月１９日に許可されたボヴインダー・ケイ・メータ（Ｐｏｖｉｎｄｅｒ　Ｋ．　Ｍｅｈｔａ）による米国特許第４，０３６，６５７号明細書には、［高酸化鉄水硬セメント（Ｈｉｇｈ　Ｉｒｏｎ　Ｏｘｉｄｅ　ｌ（ｙｄｒａｕｌｉｃＣｅｍｅｎｔ）　Ｊなる名称の興味ある技術が開示されている。

メータによる前記米国特許明細書に開示されているセメントは．ＣＤＫおよび赤泥からなる廃産物を使って，本発明方法ノ実施によって得れるセメントと、ある程度類似している。

メータによれば，出発材料として、酸化アルミニウム資源としてのボーキサイトを使用し、かつ酸化鉄の代わりに、鉄鋼工場から出される煙塵のような産業廃産物が使われる。

しかし、メータによる米国特許明細書には、ＣＫＤ若しくは赤泥のいずれを用いるかについては言及していない。

本発明の主たる目的は、大量に出される廃産物を、主として利用する高鉄分含有セメントの製造方法を提供することである。

本発明によれば，メータによる米国特許明細書に記載されているようなセメントをつくる際、鉄を相当に高い値で含有する赤泥を使用することができる．また、セメント・キルン・ダストのアルカリ含有量が多くても、既に説明したように。

ポルトランドセメントに及ぼされる作用と異なり、セメントの特性に対する悪影響は，驚くほど全くない。

主要成分たる（１）赤泥および（２）　Ｃ　Ｋ　Ｄのほかに、少量の付加材料を加えるのが望ましい。ＣＫＤおよび赤泥は、強力な高鉄含有セメントをつくるのに欠かせない適量の二酸化硫黄を含んでいないので，石膏のような硫黄含有物を加える．ＣＫＤおよび赤泥の酸化カルシウム含有量に応じて，石灰（酸化カルシウム）を加える。赤泥中の酸化アルミニウムの濃度に応じて、酸化アルミニウムをも加える。

完全を期すために．ＣＫＤの代表的な組成を表工に，赤泥の組成を表Ｈに、原料および本発明によるセメントの好適組成を表■に示す。

表　■ 本　日に　いられる、゛のヒ学　析原　料　重量％　酸化物　重量％Ｃ　Ｋ　Ｄ　２５　ＣａＯ　３６．６赤泥　２８　Ａｆ１２０．　１７．９酸化カルシウム（Ｃａｂ）　１３　Ｆｅ，０．　１３．３５Ｓｉ０２　３．７硫酸カルシウム（ＣａＳＯ＜）　２１　ＳＯｚ　１２．５アルミナ　１３　Ｎａ２０　０．６ＴｉＯ□　１．６５に２０　０．９５強熱減量（ＬＯＩ）後の原料、および関連酸化物。

ＬＯＩ前の原料に関しては、表■参照。

ポルトランドセメントの場合、硬化時間を調整するため、クリンカーを形成した後に石膏を加えるが，それは、本発明によるクリンカーについても同じことが言える。

表における比率は，本明細書の後段において詳細に説明する実施例に基づいて決められた好適なものである。

ＣＫＤおよび赤泥の組成が異なる場合，加えられるべき付加材料も異なってくる。例えば、酸化アルミニウムをボーキサイトから浸出させる際，赤泥がつくられる過程において、ボーキサイトに最初から含まれるアルミニウムが、比較的少ない量しか取り除かれていないような場合もあり、また、赤泥が，残留酸化アルミニウムを比較的多く含んでいるため。

セメントに，酸化アルミニウムを殆ど加える必要がないような場合もある。

実施したテストに基づいて得られた主な成分の使用範囲を。

表■に示す。

弄−■ 本発明による新規セメントの組成範囲酸化物　範囲Ａ　範囲Ｂ　範囲ＣＣａＯ３２％−４０％　３０％−６５％　２０％−７０％ＡＱ２０３　１５％− ２０％　１０％−２５％　５％−３５％Ｆｅ２Ｏ３１０％−１６％　８％−２０％　５％−２５％ＳｉＯ＋　２％　５％　１％−１０％　０％−２０％ＳＯ，１１０％−１５％　５％−２０％　４％−２５％数値は、強熱減量後における重量パーセントである。

表■から１次のことがいえる。

（１）赤泥およびＣＤＫは、それぞれ、少なくとも２０％の量で使用する。

（２）混合物のＡＱ２０３含有量を上げるのにアルミナを添加するが、赤泥のアルミナ含有量が高ければその必要はない。

（３）　ＣａＯを補充するため、石灰を使用するが、赤泥のＣａＯ含有量が高ければその必要はない。

（４）ナトリウムおよびカリウム酸化物のような一価のアルカリは、ＣＤＫおよび赤泥の中に通常含まれている。これらの酸化物を合計した含有率は、０．５％より若干多く、１〜２％のこともある。しかし、普通、５％を超えることはなく、１０％を超えることは決してない。

（５）　ＳＯ２は１石膏の形で加えられる。

（６）表■の範囲Ａの割合が好適である。範囲Ｂの割合は、若干幅をもたせたものであり、範囲Ｃの割合は１本発明の原理を実証しろるに足る余裕を持たせたものである。

本発明の他の目的、特徴および利点は１図面を参照して。

以下に述べる詳細な説明から明白になると思う。

図面の簡単な説日第１図は、本発明により生成された粉末セメントからなるテスト用モルタルブロックを示す。

第２図は、本発明により生成された、灰色がかり、チョコレート色した褐色の粉末セメントを示す。

第３図および第４図は、それぞれ、本発明による高鉄分コンクリートと補強鋼材とが強力に結合された軽量強化コンクリートビームの斜視図および横断面図である。

−施例の詳細説日第１図は、表■の組成を有するセメントを用いてつくられ。

固められたモルタルによる３個のテーパー付きテストブロックを示す。

第２図示の微粉末は、表■の組成からなる微粉砕クリンカーである。

第１図示のブロックを形成する際に使用されるモルタルは、セメント１重量部に対して、砂２．７５重量部、水１／２重量部の割合で作成した。

ＡＳＴＭ規格Ｃ１０９に基づき１モルタル試料に対して行なった圧縮強さの結果を次表に示す。

表　■ 時間　１日　７日　２１日上表中、試料１および２に対する数値は、実際に測定したものであり、また、ポルトランドセメントに対する数値は、文献によるものである。

第３図は、２重丁字構造の調弦化コンクリートビームの斜視図である。

第４図は、第３図示のビームの断面図であり、がっ長手方向に伸びるプレストレス型鋼ストランド、および横方向に広がる鋼スターラップを示す。

本発明による高鉄分含有セメントは、細強鋼材と緊密に結合し、そのため、軽さと、新規セメントの大きな強度と相俟ち５強度が一層増大し、かつ同じ強度を得るのにコンクリートが少量で済む、優れた強化コンクリート構造物が達成される。

Ｘ線回折測定により、アルミノ硫酸カルシウム、ならびにその水加物即ちニトリジャイト（Ｅｔｒｉｎｇｉｔｅ）の存在が分かった。

ポルトランドセメントが硬化する際、若干収縮するのに対し、アルミノ硫酸カルシウムは若干膨張する。従って、本発明によるセメントと従来のポルトランドセメントを組合わせると、ポルトランドの収縮度は、ある程度低下することとなり、適当な配合にすれば、硬化による寸法変化が殆どないセメントをつくることができる。現在のところ、硬化の過程で本発明による新規なセメントの寸法変化に関する正確な数値は、つかんでいない。

また、高い圧縮強さ試験値を有するブロックは、２つの機械部分を一緒にボルト締めして形成された囲いチャンバを用いて作ってから、１日後に型枠をはずした。本発明によるセメントが急速に硬化しても高い強度を持っていることに鑑み。

セルフ・プレストレス作用が発生するのは、このセメントに含まれている膨張成分のためであると見做しうる。

叉凰五−よ以下の段階により、上で述べたセメントを作成した。

８００ｇのＣＫＤ、８８２ｇの赤泥−３７５ｇの石灰、５００ｇの石膏、および３００ｇのアルミナからなるバッチを調製し、それを、ボールミルで０．５時間混合した。

ＣＫＤは直接使用できたが、赤泥は、微粉末中の大きな凝集塊を取り除くため、１００メツシユの篩にかけなければならなかった。

この第１のバッチに含まれる材料は１次に示す表■の通りであった。それは１表 ■と同じであるが１強熱減量（ＬＯＩと略す）前のものである。

老−２１ＣＫ　Ｄ　８００　２８赤　泥　８８２　３０．８７石　灰　３７５　１３．１３石　膏　５００　１７．５ＡＱ２０．　逗曵　」見開２８５７ｇ　１００％材料の分析ＬＯＩ前。

クリンカーヒおよび冷却：材料を耐火粘土製るつぼに入れ、かつ電気炉へ入れた。温度を、１３５０℃に上げ、そのまま３０分間保持した。るつぼを取り出し、冷却したところ、溶融が部分的に起きていることが分かった。

２つのクリンカー冷却方法を採用した。一つは、加熱るつぼを水に浸し１次に、るつぼの面に空気流を吹きつけた。もう一つは、加熱るつぼを完全に水に浸漬した。

第１の方法では、冷却速度を、第２の方法より遅くした。

冷却後、るつぼを砕き、かつクリンカーを破砕して、微粉化の準備をした。

実験室用ディスク微粉機を用いて、生成されたクリンカーの一次微粉化を行なった。ゴム張りミルおよび硬化アルミナボールを用いたボールミルにより、微粉末化を行なった。

１２時間のボールミルによる粉砕の後、生成した粒子の大きさについて調べた結果を表■に示す。

表−！ボールミルにより　砕された新規セメントクリンカ−の粒径　布重量％　１．１　７．０　１０．２　３６．６　４４．７（注）重量％の上の数字は、各重量％における粒径範囲を示す、従って、３６．６重量％の場合、粒径は、４５乃至５３ミクロンとなり、４４重重量の場合１粒径は、４５ミクロン以下であることを表わす。

セメントペーストおよびモルタルの特性評価舟」だ１鷹づ− 二−トセメントペーストを、プレキシグラス（Ｐｌｅｘｉｇｌａｓ、Ｍ標）製の型枠に流し込んで、新セメントの長方形バーを作成した。バーの寸法は、１０　Ｘ　１０　Ｘ　１００ｍｍである。ペーストを調製する際、セメントと水の比率を重量で２対１とし、かつ飽和湿り空気中で２４時間硬化させた。新規なセメントから７個作り、また比較のため、ポルトランドセメントから７個の試料を作成した。

ティニウス・オルセン（Ｔｉｎｉｕｓ　０１ｓｅｎ）式試験機を用い、支持点間の距離りを５．１ｃｍ（２インチ）として、バーの三点曲げ試験を行なった。

圧Ｉ■良之ＩＬ＝ＡＳＴＭ規格Ｃ１０９に基づいて、新規セメント−砂モルタルの圧縮強さ試験を行なった。

このテストを実施するに際し、　５．１ｃｍ（２インチ）立方のブロックを作成した。標準シリカ砂（Ｎα３０）を用い、かつ砂セメントの割合を、重量で２．７５対１とした。水とセメントの割合は、重量で１対２とした。

テストは、湿り空気中で２４時間を経過したモルタルについて、また、湿り空気中に１日おき、更に２日間水中に浸漬したもの、湿り空気中に１日、更に６日間水中に浸漬したもの、および湿り空気中に１日、更に２０日間水中に浸漬したものに対して実施した。

硬化した試料を、ボールドウィン（Ｂａｌｄｖｉｎ）型空気圧試験機にかけた。

圧縮強さは、２種類のセメントに対して行なった。第１は、空冷式セメントであり、第２は、水冷式セメン粉末クリンカーの主な結晶成分を同定するため、Ｘ線回折法を用いた。更に、新規セメントの硬化（水和化）後にできる主な結晶生成物の同定を行なった。

Ｘ線ターゲットには、Ｎｉフィルターを用い、かつ毎秒１０３カウントのＣｕ− にであった、カウントの標準偏差は１％で、走査速度を２度／分とした。水和セメントを、Ｘ線装置のプラスチック試料ホルダーに流し込み、湿り空気中に２４時間装いてから、６日間水中に浸漬した。

粘Ｊ１す１秩新規セメントの強度は１表Ｖに示したように、ポルトランドセメントの圧縮強さより相当に大きかった。

表■は、１日経過後の新規セメントとポルトランドセメントの曲げ強度を示す。

」】新規セメントおよびポルトランドセメントの曲げ強加えた石膏および石灰の比率に応じ、生成されたセメントは、淡チョコレート褐色から暗緑色の範囲の色を示した。使用した原料のうち、量の多いものは、ＣＫＤ　（約３５重量％）、および赤泥（約２５重量％）である。

本発明による新規セメント製造方法の利点を要約すると、次の通りである。

（１）セメントならびにアルミニラむ工業において深刻になっている廃棄物処理の問題を解決しうる。

（２）構造物に使用しうる、強度の大きいセメントが製造できる。

（３）セメント用の原料を製造過程において、粉砕したり、余計な処理したりすることなく使用できる。

（４）セメントの焼成温度が、ポルトランドセメントより２００〜３００℃も低い。

（５）アルカリによる問題が、クリンカーをつくる過程の間に解決されるので、クリンカーに遅延剤を全く加える必要がない。また、生成されるセメントの強度は、シリカゲルの硬化作用に左右されない。

従って、ＣＫＤおよび赤泥をクリンカーにして新規セメントを製造するための全費用は、原料が安いことと、セメント製造のクリンカーを焼成する過程でのエネルギーが節約できることにより、ポルトランドセメントの製造に要する費用と比べて、相当に安くなる。

新　セメントクリンカ−のＸ線回折ガラス相における新規セメントクリンカ−をＸ線回折にかけて、簡単に調べた。

空冷式セメントに対するＸ線パターン、および水冷式セメントに対するＸ線パターンを、ポルトランドセメントの標準パターン表のものと比較したところ、新規セメントの主な成分は１次表の如くであった。

新規セメントクリンカーのＸ線回折Ｃ４ＡＦ　：　（２，７７、２，６３，２，５４，２，４３，２，１９人（ｄ）イ直）Ｃ２Ｆ　：　（２，６９，２，０７，１，９４，１，８４，１，７４人　ＪＴ　）β−ｃ２ｓ　：　［３，８０，３，３７，３，０３，２，８７，２，７８人　〃　］新規水和セメントの結晶成分Ｃ４ＡＨ１ｌ　：　［８，２，４，１，３，９，２，９，２，７３人（ｄ）イ直〕Ｃ３ＡＨ８：　［２，６８，２，７０，２，４７，２，３１，２，１４人　〃　〕Ｃ３Ｆ）！ａ　：　（２，７２，２，６０，２，５０，２，３２，２，０６人　〃　〕ＣｚＡＣａＳＯ４・３ＨｚＯ（エツトリンジャイト）：　（３，９２，３，０３，２，８１，２，５７人〕Ｃ２５）Ｉ　：　［２，７５，２，６７、２，６３，２，４４，２，３６人（ｄ）値〕上表の■およびＸにおける特殊な記号は、セメントおよびコンクリートの分野で使用されるものである。

Ａ　＝　Ａｌ２２０．　、アルミナ即ち酸化アルミニウムＨ＝８２０、水Ｃ＝ＣａＯ１酸化カルシウムＦ　＝Ｆｅ２０３．酸化第二鉄Ｓ−３ｉＯ２、シリカ即ち二酸化珪素衣■において、あるピークは、多少ずれており、正確に所期の値になっていないゆ他のＴｘ０２ｔ　Ｍｎ２Ｏ３＋　ｐ２ｏ５およびＺｎＯのような成分の作用については、まだ分かっていない。

新規水和セメントの結晶成分７日間の硬化日数を経過した水和セメントの成分を、Ｘ線のパターン解析により同定した。

水和セメントの主な成分は、関連の表Ｘに挙げである。ピークには、若干ずれているもの、欠落のもの、可成りの重複が起きているものが観察された。

ＡＳＴＭ　Ｃ１０９試験法による新規なセメントの圧縮強さの試験の結果は、先の表■に示した。

新規なセメントペーストに対する曲げ強さを、新規なセメントおよびポルトランドセメントを対比させて１表■に示した。試料は、セメントと水を重量比で２対１とし、かつ湿り空気中で２４時間硬化させたものを使用した。

以上、一連の高鉄分セメント組成物に対して行なったテストについて詳しく説明した。次に、その他の組成でテストしたものについて、簡単に説明する。

寒嵐践−エ次のような重量％（ＬＯＩ後）で示すように、成分の若干具なる材料を使って、セメントを作成した。

ＣＫ　Ｄ　３０％赤　泥　２０％Ｃａ　Ｏ２０％Ａ　Ｑ　２０３１Ｓ％Ｃａ　ＳＯ４１５％実施例Ｉと同じ要領で行ない、かつ約１３００℃の温度で焼成した。良好なセメント効果が観察された。しかし、厳密な機械的特性に係る綿密な試験は行なわなかった。

完全を期すため、最初の不成功に終わった多くのテスト結果を１次に挙げる。

寒旅敷亘（Ａ月１１彬粍：ＣＫＤ　−５０％十　赤泥　−５０％（Ｂ）計、された化学成分：ＣａＯ２９、６％ＡＱ、０３９．００％ＳＬｎ、　７　、４％Ｆｅ、０．　２３．９％Ｎａ、０　１．１％上記ならびに本明細書の他の百分率は、特に断らない限り、ＬＯＩ後の重量％を表わす。

２５０ｇのＣＫＤ、および２５０ｇの赤泥を用い、５００ｇのバッチを調製した。この混合物を、Ｖ形配合機の中で１時間混合し。

次に、耐火粘土るつぼを使って１２５０℃に加熱、１時間焼結した。

るつぼを水中に浸漬し、冷却処理をしてから、るつぼが素手で持てる程度になるまで、乾いている溶融物の表面に冷風を吹きつけた。

混合物は、るつぼに付着してしまっており、クリンカーを取り出すため、るつぼを砕かなければならなかった。磁製乳鉢を使ってクリンカーを粉砕し、３２５番メツシュの篩にかけた。３２５番の篩を通過した約５０ｇの粉砕クリンカーを、水と混合してペーストをつくり、それを小皿に流し込み、かつセメント効果を調べるため、湿り空気中に１日放置した。

クリンカーの色は、黒色であったが、水と混合すると灰色に変わった。ペーストに指の爪の押し跡をつけ、セメント作用を調べた。固い場合には、鉄爪を使用した。

湿り空気中に１日置くと、押し跡はつきにくかったが、水を加えると、ペーストは、軟化し、かつ泥状化した。

以上述べたように、本実施例による組成物は、セメント作用を示さなかった。

秀】１生■ （Ａ月片升」［吐：ＣＫＤ　７０％十　赤泥　３０％（Ｂ）、−された化学　：ＣａＯ３７，３％Ａｌ１．０．　６．７％ＳＬｎ、　８．７％Ｆｅ、０．　１５．００％Ｎａ、０　０．８３％実施例■と同じ要領で、２００ｇのバッチを調製した。しかし、１２５０℃で部分融解が起こっても、るつぼ中にガラス相はできなかった。１３５０℃でガラス相が現われた。混合物を、その温度で１時間焼結した。

結果は、実施例■のものと同様であった。本実施例によるクリンカーの色は、暗緑色であったが、水を加えると、緑褐色に変わった。セメント作用は示さなかった。

実施例■ （Ａ片肥１体社：ＣＫＤ　−５０％　十赤泥−３０％＋　ＣａＯ−２０％（石灰として）（Ｂ）言−°された化学成　：ＣａＯ４７，８％ＡＱ、０３６．００％５ｉ０２６．５％Ｆｅ２０３１４，７％Ｎａ、０　０．７５％１３００℃で焼成した。セメント状になったが、硬化後、水を加えると、不安定になった。強度がなかった。

失嵐貫■ （Ａ月駐１杯社：ＣＫＤ　−３０％、　十赤泥−４５％　＋ＣａＯ−１５％、＋ＡＱ、０３−１０％（Ｂ）叶゛された化学成　：ＣａＯ３４、００％ＡＱ、０．　１７．１％ＳｉＯ□　５．０６％Ｆｅ、０．　２１．３％Ｎａ、０　０．９５％実施例■と同じように行なった。焼結温度は、１３００℃とした。クリンカーの色は、黄色であった。１日で硬化した。

夫族■亘（Ａ連片ｌ林且：ＣＫＤ　−３０％、　十赤泥−４０％、＋ＣａＯ−１５％、＋Ａｆｌ、０３−１５％（Ｂ）計、された化学　：ＣａＯ３３，６％ＡＱ、Ｏ□　２１．９％Ｓｉｎ、　４　、９％Ｆｅ２Ｏ，１９，００％Ｎａ２Ｏ０，８６％実施例■と同じように行なった。しかし、乾燥後、ペーストの上には、ダストが存在した。実施例■よりは若干硬かった。

去ＪＤ生！（Ａ月Ｗ２」［吐：ＣＫＤ　−４０％、　十赤泥−３０％、　＋　ＣａＯ−２０％、＋ＡＱ２０．　 −１０％（Ｂ）Ｈされた化学　：Ｃａ０　４２．８％ＡＱ、Ｏ□　１５．７％５ｉｎ２　５．３％Ｆｅ２Ｏ３１４，５％Ｎａ２Ｏ０，７％この組成物は、急速硬化性ペーストであったが、再混合すると、再び泥状化した。セメント特性は、はぼ実施例■および■と同じであった。

実施例■ （Ａ連記」１粍：ＣＫＤ　−３０％、　十赤泥−３０％、＋　ＣａＯ−２５％。

＋ＡＱ、０３−１５％（Ｂ）畳、された化学　：ＣａＯ４２，７％ＡＱ、０３２０．４％ＳＬｎ、　４．４％Ｆｅ、０．　１４．３％Ｎａ、ＯＯ，７％実施例■のものと同じであった。急速に硬化した。

ＣＫＤおよび赤泥の組完全を期すため、背景的情報を付記する。

以上、上記の実施例で使用したＣＫＤおよび赤泥に係る組成物を示した。ＣＫＤおよび赤泥の組成が相当に異なることを示すので、他の物質によって与えられる組成物も、興味深いものがある。このような２つの選択的組成を１次表の亘および別に示す。

前例のように１石膏を加えれば、確実なセメント作用が、殆どの組成物で起こると考えられる。

人−一及アメリカ標準局によるＣＫＤの化学　折衷（１）（★）重量パーセントｊジ匪代表的な「三　」、゛泥★の　析 ★１９８０年２月２４〜２８日の間、アメリカ合衆国ネバダ州うスベガスで開かれたティーエムニス軽金属委貝会（ＴＭＳ　Ｌｉｇｈｔ　Ｍｅｔａｌｓ　Ｃｏｍｍ１ｔｔｅｅ）主催の技術部会会報に掲載のセイシ・シマノ（Ｓｅｉｓｈｉ　Ｓｈｉｍａｎｏ）等著「軽金属」なる報告による。

完全を期すため１本明細書に引用したメータ（Ｍｅｈｔａ）による米国特許明細書に記載の、多くの高鉄分セメントの組成を表ｘｍに示す。

云入叫メータ（Ｍｅｈｔａ）による米国特許第４，０３６，６５７号明細書に記載の高鉄セメントの組成　・アメリカ合衆国アーカンソー州７２０１１ボーキサイトピーオーボックス３００に所在するアルコア（＾ＬＣＯＡ）社から提供されている赤泥および褐色泥の分析データを、それぞれ表ＸＩＶおよび表ＸＶに示す。

赤泥は、それの脱液に続き行なわれる浸出処理の際に使用されるフィルターがらのケーキである。褐色泥は、赤泥／石灰岩／ソーダ灰の焼結物を浸出させることがら得られる残渣を分離・洗浄するために使用される回転ドレン式真空フィルターから出されるケーキである。

アルコア社「赤泥」アルコア社「褐色泥」ヌ】１叱入本実施例および次に述べる実施側方においては、表Ｉに示したＣＫＤ、ならびに２種類の赤泥、即ち表Ｈに示したものと、本発明の場合赤泥と称する表Ｘ■に示すような褐色泥とを使用した。

本実施例では、次の材料を用いた。

４０％のＣＫＤ、２５％の褐色泥、　２０％の赤泥、１５％のＣａ５Ｏ，＋１０％のＡｆｌ、　０３゜これを、酸化物の重量パーセントで表わすと、次のようになる。

ＣａＯ３９、９％ＡＱ、０．　１６．５％５ｕｎ２９．７％Ｆｅ、　０．　１１　、８％Ｎａ２Ｏ２，０％Ｓｏ、　９．１％混合物を、１２００℃乃至１２５０℃で焼成してから、ボールミルで１４時間粉砕した。セメントを使って、５．１ｃｍ（２インチ）立方のモルタルをつくった。

良好なセメント作用が達成された。ブロックは、固化し、かつ非常に硬かった。

固まりは、同じ色になり、淡い赤砂糖のようであった。しかし、ブロックに対し綿密なテストは行なわなかった。

ヌ」１例ノロＶ本実施例では、次の材料を使用した。

２０％のＣＫＤ、２０％の赤泥、１５％の褐色泥、２０％のＣａ５Ｏイ１５％のＣａＯ１１０％のＡＱ、Ｏ，。

これを、酸化物の重量パーセントで表わすと、次のようになる。

ＣａＯ４２，０％Ａｌ２２０３１５．０％Ｓｉｎ、　６．０％Ｆｅ２Ｏ，１０，５％Ｎａ２Ｏ１，３５％Ｓｏ、　１２．０％実施例Ｘと同じ要領で処理した。注型モルタルブロックは、実施例Ｘのものと同じ性質を示した。５．１ｃｍ（２インチ）立方のものを、湿り空気中で１日、即ち２４時間硬化させてから、圧縮試験を行なった。試験法は、　ＡＳＴＭ　Ｃ１０９を用い、約１７５．１ｋｇ／ｃＪ　（２４９０ｐｓｉ）の圧縮強度を得た。

この数字は、ポルトランドセメントの最高値と同じ程度か。

それよりも若干大きい。モルタルブロックの色は、ｆｉいチョコレート色であった。

以上、本発明による実施例について説明した。

ＣＫＤおよび赤泥の様々な組成に応じ、セメントおよび出発材料の組成を１本発明の範囲内で、可成り自由に変えて実施しうろことは自明である。例えば、ＣＫＤ若しくは赤泥が、酸化カルシウムを多く含んでいれば、石灰は、殆ど加える必要がなく、また同様に、赤泥のアルミナ含有量が高ければ。

アルミナを殆ど加える必要がない。

従って、本発明は、上で述べた実施例における厳密な比率に限定されるものではない。

見す、１国際調査報告

Claims

【特許請求の範囲】１．（１）少なくとも２０重量％の赤泥、２０重量％のセメント・キルン・ダスト、および硫黄含有材料を含む混合物であって、前記混合物が、主に、約２０〜７０重量％のＣａＯ、約５〜３５重量％のＡｌ２Ｏ３、約５〜２５重量％のＦｅ２Ｏ３、約４〜２５重量％のＳＯ３、ならびに０．５〜１０重量％のＫ２ＯとＮａ２Ｏとの混合酸化物からなるよう調製する段階と、（２）複合成分を１２５０〜１４００℃に昇温加熱し、クリンカーを形成させる段階と、（３）クリンカーを微粉化し、高鉄分含有セメントを形成する段階とからなり、それにより、主として廃産物から、高強度でかつ軽量の高鉄分含有コンクリート構造物をつくることを特徴とする高鉄分含有セメントの製造方法。２．酸化カルシウムが、石灰の形で、混合物中に含まれていることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の高鉄分含有セメントの製造方法。３．酸化カルシウムが、水和石灰の形で、混合物中に含まれていることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の高鉄分含有セメントの製造方法。４．硫黄含有化合物が、石膏の形で、混合物中に含まれていることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の高鉄分含有セメントの製造方法。５．硫黄含有化合物が、二水石膏の形で、混合物中に含まれていることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の高鉄分含有セメントの製造方法。６．セメントから鉄筋コンクリート構造物をつくる段階を更に含み、かつ高鉄分含有材料と補強鋼材との間に強い結合を備える優れた複合構造物をつくることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の高鉄分含有セメントの製造方法。７．請求の範囲第１項に記載の方法によりつくられることを特徴とする高鉄分含有セメント。８．（１）ボルトランド型セメントを製造するとともに、セメント・キルン・ダストを保持させる段階と、（２）酸化アルミニウムをボーキサイトから抽出するとともに、残取赤泥を保持させる段階と、（３）少なくとも、２０重量％の赤泥、２０重量％のセメント・キルン・ダスト、および硫黄含有材料を含む混合物であって、前記混合物が、約２０〜７０重量％のＣａＯ、約５〜３５重量％のＡｌ２Ｏ３、約５〜２５重量％のＦｅ２Ｏ３、約４〜２５重量％のＳＯ３、ならびに０．５〜１０重量％のＫ２ＯとＮａ２Ｏとの混合酸化物からなるように調製する段階と、（４）複合成分を１２５０〜１４００℃に昇温加熱し、クリンカーを形成させる段階と、（５）クリンカーを微粉化し、高鉄分含有セメントを形成する段階と、（６）セメントに水を加え、かつ砂と混ぜ、コンクリートを形成する段階と、（７）新たに混合されたコンクリートを、補強鋼材を含む型枠に流し込む段階と、（８）コンクリートを硬化させ、強化コンクリート構造物を形成する段階とからなり、それにより、主として廃産物から、高強度で、かつ軽量の高鉄分含有コンクリート構造物をつくり、かつコンクリートと補強鋼材とに強い結合力を持たせることを特徴とする高鉄分含有強化コンクリート構造物の製造方法。９．酸化アルミニウムの抽出段階が、浸出処理段階を含むことを特徴とする請求の範囲第８項に記載の高鉄分含有強化コンクリート構造物の製造方法。１０．請求の範囲第８項に記載の方法によりつくられることを特徴とする鉄筋コンクリート構造物。１１．微粉化クリンカーの成分構成が、（１）赤泥　　　　　　　　　　　２０〜５０重量％（２）セメント・キルン・ダスト　２０〜５０重量％（３）酸化カルシウム　　　　　　５〜２５重量％（４）硫酸カルシウム　　　　　　１０〜２５重量％（５）アルミナ　　　　　　　　　０〜２５重量％（赤泥およびセメント・キルン・ダスト中のものを含め、全アルミナ量を１０〜３５重量％とする。）であることを特徴とする高鉄分含有セメント。１２．（１）少なくとも、２０重量％の赤泥、２０重量％のセメント・キルン・ダスト、および硫黄含有材料を含む混合物であって、前記混合物が、約２０〜７０重量％のＣａＯ、約５〜３５重量％のＡｌ２Ｏ３、約５〜２５重量％のＦｅ２Ｏ３、約４〜２５重量％のＳＯ２からなるよう調製する段階と、（２）複合成分を、１２５０〜１４００℃に昇温加熱し、クリンカーを形成させる段階と、（３）クリンカーを微粉化し、高鉄分含有セメントを形成する段階とからなり、それにより、主として廃産物から、高強度でかつ軽量の高鉄分含有コンクリート構造物をつくることを特徴とする高鉄分含有セメントの製造方法。１３．酸化カルシウムが、石灰の形で混合物中に含まれていることを特徴とする請求の範囲第１２項に記載の高鉄分含有セメントの製造方法。１４．硫黄含有化合物が、石膏の形で混合物中に含まれていることを特徴とする請求の範囲第１２項に記載の高鉄分含有セメントの製造方法。１５．セメントから鉄筋コンクリート構造物をつくる段階を更に含み、かつ高鉄分含有材料と補強鋼材との間に強い結合力を有する優れた複合構造物をつくることを特徴とする請求の範囲第１２項に記載の高鉄分含有セメントの製造方法。１６．請求の範囲第１２項に記載の方法によりつくられることを特徴とする高鉄分含有セメント。１７．少なくとも、２０重量％の赤泥、２０重量％のセメント・キルン・ダスト、および硫黄含有材料を含む混合物であって、前記混合物が、主に、約３０〜６５重量％のＣａＯ、約１０〜２５重量％のＡｌ２Ｏ３、約８〜２０重量％のＦｅ２Ｏ３、約５〜２０重量％のＳＯ３、およびに０．５〜１０重量％のＫ２ＯとＮａ２Ｏとの複合酸化物からなるよう調製することを特徴とする請求の範囲第１２項に記載の高鉄分含有セメントの製造方法。１８．（１）少なくとも、２０重量％の赤泥、２０重量％のセメント・キルン・ダスト、および硫黄含有材料を含む混合物であって、前記混合物が、主に、約３２〜４０重量％のＣａＯ、約１５〜２０重量％のＡｌ２Ｏ３、約１０〜１６重量％のＦｅ２Ｏ３、約１０〜１５重量％のＳＯ３、および約２〜５重量％のＳｉＯ２からなるよう調製する階階と、（２）複合成分を１２５０〜１４００℃に昇温加熱し、クリンカーを形成させる段階と、（３）クリンカーを微粉化し、高鉄分含有セメントを形成する段階とからなり、それにより、主として廃産物から、高強度でかつ軽量の高鉄分含有コンクリート構造物をつくることを特徴とする高鉄分含有セメントの製造方法。１９．セメントから鉄筋コンクリート構造物をつくる段階を更に含み、かつ高鉄分含有材料と補強鋼材との間に強い結合力を有する優れた複合構造物をつくることを特徴とする請求の範囲第１８項に記載の高鉄分含有セメントの製造方法。２０．請求の範囲第１８項に記載の方法によりつくられることを特徴とする高鉄分含有セメント。２１．調製される混合物が、ナトリウムおよびカリウムの酸化物を１％以上含むことを特徴とする請求の範囲第１８項に記載の高鉄分含有セメントの製造方法。２２．調製される混合物が、ナトリウムおよびカリウムの酸化物を０．５〜１０％の範囲で含むことを特徴とする請求の範囲第１８項に記載の高鉄分含有セメントの製造方法。２３．（１）主として、少なくとも２０重量％の赤泥と、２０重量％のセメント・キルン・ダスト、および少なくとも５重量％のＳＯ３からなる混合物を調製する段階と、（２）複合成分を、１２５０〜１４００℃に昇温加熱し、クリンカーを形成させる段階と、（３）クリンカーを微粉化し、高鉄分含有セメントを形成する段階とからなり、それにより、主として廃産物から、高強度でかつ軽量の高鉄分含有コンクリート構造物をつくることを特徴とする高鉄分含有セメントの製造方法。