KR101482530B1 - 시멘트 클링커 및 시멘트 - Google Patents

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켄이치 혼마
마키히코 이치가와
마코토 코바야카와
카즈미 오지마
타카유키 키무라
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다이헤이요 세멘토 가부시키가이샤
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Abstract

염소 함유 폐기물을 원료로 하여 제조한 시멘트 클링커이며, 불소 함유량이 400~2000㎎/㎏, SO3함유량이 0.5~2.5질량%, 염소의 함유량이 50~250㎎/㎏인 시멘트 클링커 및 이것을 이용하여 얻어지는 시멘트에 관한 것이다.
원료로서의 염소 함유 폐기물의 사용량을 증가시켰을 경우에서도, 킬룬 배기가스의 배출량을 늘리지 않고, 또한, 시멘트 품질에 악영향을 주지 않고, 더욱이 종래보다 저온에서 소성할 수 있다.

Description

시멘트 클링커 및 시멘트{CEMENT CLINKER AND CEMENT}
본 발명은 염소 함유 폐기물을 원료로 하여 제조한 시멘트 클링커 및 시멘트에 관한 것이다.
근년, 도시 쓰레기 소각재를 비롯하여 염소 함유 폐기물의 현저한 증가에 의해, 그 처리가 큰 사회 문제로 되고 있다. 즉, 이들 폐기물의 유효 이용, 재자원화는 각 방면에서 진행되고 있지만, 결정적인 방법은 없고, 대부분은 투기되고 있는 것이 실상이고, 이 투기도 매립지의 부족, 매립지에서 발생하는 2차 공해 등의 문제를 일으키고 있다. 이 때문에, 이들 폐기물을 자원으로서 재이용하는 방법을 개발하는 것이 긴급 과제로 되고 있다.
시멘트 산업에 있어서도, 산업 폐기물, 일반 폐기물 등의 폐기물·부산물을 원료로 하여 대량으로 사용한 시멘트 클링커의 개발이 행해지고 있다.
일반적으로, 시멘트 클링커를 킬룬에서 소성하는 경우, 시멘트 원료로부터 들어오는 염소는 킬룬·프리 히터계내에서 순환함으로써 점차로 농축되어 평형상태에 이르르고, 시멘트 원료로부터 들어오는 염소량과 시멘트 클링커에 의해 계외로 빠져나가는 염소량이 같게 되는 것이 알려져 있다. 이 때문에, 시멘트 원료로부터 들어오는 염소량이 많으면, 시멘트 클링커 중에 포함되는 염소량도 많아지게 되어 제품으로서의 시멘트의 품질에 악영향을 줄 우려가 있다. 또한, 계내의 염소량이 많아지면, 저융점 화합물이 형성되기 때문에 프리 히터 사이클론이 막혀 킬룬의 안정 운전이 손상될 우려가 있다.
종래, 킬룬 배기가스를 프로우브(probe)에 의해 빼냄과 동시에, 프로우브 내로 바깥 공기를 도입하여 1차 냉각하고, 사이클론으로 거친 분체를 분리한 후, 냉각기에서 2차 냉각하여, 다시 집진기에서 높은 염소 농도의 미세 분말 더스트를 회수하는 염소 바이패스 설비에 의해, 킬룬·프리 히터계 내의 염소량을 저감하는 것이 행해지고 있다(특허문헌 1).
그러나, 근년 염소 함유 폐기물의 현저한 증가에 대처하기 위해, 이러한 염소 함유 폐기물의 원료로서의 사용량을 증가시키는 경우에는 킬룬 배기가스의 배출량을 늘릴 필요가 있으며, 열손실이 커지게 되는 동시에, 대량으로 발생하는 더스트 처리를 행할 필요가 있으며, 효율이 나빠지는 문제가 있었다.
또한, 일반적으로, 시멘트 클링커의 소성에는 대량의 에너지가 필요하다. 즉, 시멘트 클링커의 소성에 필요로 되는 온도는 1450~1470℃이며, 이러한 고온을 유지하기 위해서 대량의 연료가 소비되고 있다. 그 때문에, 소성온도를 저하시켜, 연료 사용량을 삭감하는 것도 요망되고 있다.
특허문헌 1: 일본국 특허공개 평11-35354호 공보
따라서, 본 발명의 목적은 염소 함유 폐기물의 원료로서의 사용량을 증가시킨 경우에도, 킬룬 배기가스의 배출량을 늘리지 않고 제조할 수 있으며, 또한, 시멘트 품질에 악영향을 주지 않고, 게다가 종래보다 저온에서 소성할 수 있는 시멘트 클링커 및 시멘트를 제공하는 것에 있다.
이러한 실정을 감안하여, 본 발명자들은 예의 검토한 결과, 시멘트 클링커 중의 불소, SO3, 염소 함유량을 특정 범위 내로 함으로써, 염소 함유 폐기물의 원료로서의 사용료를 증가시켰을 경우에도, 상기 과제를 해결할 수 있는 것을 발견하여, 본 발명을 완성했다.
즉, 본 발명은 염소 함유 폐기물을 원료로 하여 제조한 시멘트 클링커로, 불소 함유량이 400~2000㎎/㎏, SO3함유량이 0.5~2.5질량%, 염소 함유량이 50~250㎎/kg인 시멘트 클링커 및 이것을 이용한 시멘트를 제공하는 것이다.
본 발명의 시멘트 클링커는 불소 함유량이 400~2000㎎/㎏, 바람직하게는 450~1800㎎/㎏, 특히 바람직하게는 500~1500㎎/㎏이다. 불소 함유량이 400㎎/㎏ 미만에서는 소성온도를 저하시키는 것이 곤란한데다가, 염소 함유 폐기물의 원료로서의 사용량을 증가시키려고 했을 경우, 킬룬 배기가스의 배출량을 늘릴 필요가 있어, 열손실도 커진다. 한편, 불소 함유량이 20000㎎/㎏을 넘으면, 응결 지연이나 강도 저하 등, 시멘트 품질에 악영향을 미칠 우려가 있다.
또한, 본 발명의 시멘트 클링커는 SO3함유량이 0.5~2.5질량%, 바람직하게는 0.6~2질량%, 특히 바람직하게는 0.7~1.5질량%이다. SO3함유량이 0.5질량% 미만에서는 소성온도를 저하시키는 것이 곤란한데다가, 염소 함유 폐기물의 원료로서의 사 용량을 증가시키려고 했을 경우, 킬룬 배기가스의 배출량을 늘릴 필요가 있어, 열손실도 커진다. 한편, SO3함유량이 2.5질량%를 넘으면, 프리 히터 사이클론이 막혀 킬룬의 안정 운전이 손상될 우려가 있는데다가, 초기 강도의 저하 등, 시멘트 품질에 악영향을 미칠 우려가 있다.
또한, 본 발명의 시멘트 클링커는 염소 함유량이 50~250㎎/㎏, 바람직하게는 70~200㎎/㎏, 특히 바람직하게는 100~150㎎/㎏이다. 염소 함유량이 50㎎/kg 미만에서는 염소 함유 폐기물의 원료로서의 사용량을 증가시키는 것이 곤란하며, 소성온도를 저하시킬 수 없다. 한편, 염소 함유량이 250㎎/kg을 넘으면, 킬룬 배기가스의 배출량을 늘릴 필요가 있어, 열손실이 커진다.
또한, 본 발명에 있어서, 시멘트 클링커 중의 불소, SO3 및 염소 함유량은 JIS R 5202(포틀랜드 시멘트의 화학분석 방법)에 의해 측정된다.
본 발명의 시멘트 클링커는 염소 함유 폐기물을 원료로 하여 제조된다. 염소 함유 폐기물로서는 예를 들면, 각종 오니(예를 들면, 하수 오니, 정수 오니, 건설 오니, 제철 오니 등), 각종 소각재(예를 들면, 석탄재, 소각재, 용융재 등), 하수 오니의 건분, 도시 쓰레기 소각재 등을 들 수 있다.
또한, 염소 함유 폐기물 이외의 원료로서 예를 들면, 생콘크리트 슬러지, 건설폐기물, 콘크리트 폐재, 보링폐토, 주물사, 암면, 폐유리, 용광로 2차재, 패각 등의 폐기물이나, 예를 들면, 건설 현장이나 공사 현장 등에서 발생하는 토양이나 잔토, 폐토양 등의 발생토를 사용할 수도 있다.
더욱이, 일반 포틀랜드 시멘트 클링커 원료, 예를 들면, 석회석, 생석회, 소석회 등의 CaO원료; 규석, 점토 등의 SiO2원료; 점토 등의 Al2O3 원료; 철재, 철 케이크 등의 Fe2O3 원료를 사용할 수가 있다.
이들 원료를 사용하여, 불소 및 SO3의 함유량을 상기 특정량으로 조정할 수 없는 경우에는 불소 원료로서 형석외, 불소 진흙 등을 사용할 수가 있고, SO3원료로서 석고, 폐석고보드, 석유코크스, 폐황산, 유황(석유회수 유황 등) 등을 사용할 수가 있다.
본 발명의 시멘트 클링커의 구체적인 예로서는 각종 포틀랜드 시멘트 클링커 외, 수경율(H.M.)을 1.8~2.3, 규산율(S.M.)을 1.3~3.0, 철율(I.M.)을 1.3~2.8로 조정한 시멘트 클링커 등을 들 수 있다. 특히, 폐기물의 유효 이용을 촉진하는 관점에서, 보통 포틀랜드 시멘트 클링커, 조강 포틀랜드 시멘트 클링커인 것이 바람직하다.
본 발명의 시멘트 클링커는 상기와 같은 원료를, 목적으로 하는 시멘트 클링커를 얻을 수 있도록 한 조성으로 혼합한 후 로터리 킬룬을 이용하여 소성하여, 냉각함으로써 제조할 수가 있다.
각 원료를 혼합하는 방법은 특히 제한되지 않고, 관용의 장치 등을 이용하여 행할 수 있다.
연료는 주원료인 석탄외, 연료 대체 폐기물, 예를 들면, 폐유, 폐타이어, 폐플라스틱, 톱밥, 쓰레기 고형화 연료 등을 사용할 수가 있다. 또한, 이들 연료에 는 불소, SO3나 염소가 포함되어 있는 것도 있고, 이들 연료를, 불소원, SO3원, 염소원으로서 사용할 수가 있다.
또한, 본 발명에 있어서는 폐기물의 유효 이용을 촉진하는 관점에서, 염소함유 폐기물 등의 폐기물 원료(발생토를 포함한다)나 연료 대체 폐기물을, 시멘트 클링커 1 ton당, 300~600kg 사용하는 것이 바람직하다.
소성온도는 1250~1400℃, 특히 1300~1400℃가 바람직하다. 소성온도가 1250℃ 미만에서는 충분한 소성이 곤란하며, 1400℃를 넘으면, 염소 함유량을 50~250㎎/㎏로 하는 것이 곤란하게 되며, 염소 함유 폐기물의 사용량을 증가할 수가 없다. 또한, 이 범위 내이면, 소성온도를 저하시킨다고 하는 본 발명의 목적을 달성할 수가 있다.
소성시간은 30~120분, 특히 40~60분인 것이 바람직하다.
또한, 시멘트 클링커를 냉각하는 방법은 특히 제한되지 않고, 관용의 장치 등을 이용하여 행할 수 있다.
본 발명의 시멘트 클링커의 제조에 있어서는 염소 바이패스 설비에 의해, 킬룬 배기가스의 일부를 추기하는 것이 바람직하다. 킬룬 배기가스의 일부를 빼냄으로써, 염소 함유 폐기물의 사용량을 보다 증가시킬 수가 있다. 킬룬 배기가스의 배출율(킬룬의 가마 밑바닥 배기가스량에 대한 배출비율)은 10%이하, 특히 2~5%인 것이 바람직하다. 킬룬 배기가스의 배출율이 10%를 넘으면, 열손실이 커지는 동시에, 대량의 더스트가 발생하므로, 그 처리에 번거로워 바람직하지 않다.
본 발명의 시멘트는 상기 시멘트 클링커를 이용하여 얻어지는 것이다. 구체적으로는 JIS R 5210으로 규정되는 각종 포틀랜드 시멘트, JIS R 5211, JIS R 5212 또는 JIS R 5213으로 규정되는 각종 혼합 시멘트; JIS로 규정된 이상의 혼화재 혼합율로 제조한 고로 시멘트, 플라이 애쉬 시멘트 및 실리카 시멘트; 각종 포틀랜드 시멘트에 석회석 분말이나 실리카 흄(fume)을 혼합한 시멘트; 각종 포틀랜드 시멘트에 2CaO·SiO2(C2S) 및 2CaO·Al2O3·SiO2(C2AS)를 필수 성분으로 하고, C2S 100질량부에 대하여, C2AS+4CaO·Al2O3·Fe2O3(C4AF)를 10~100질량부 함유하고, 또한, 3CaO·Al2O3(C3A)의 함유량이 20질량부 이하인 소성물의 분쇄물을 혼합한 시멘트; 또한, 수경율(H.M.)을 1.8~2.3, 규산율(S.M.)을 1.3~3.0, 철율(I.M.)을 1.3~2.8로 조정한 시멘트 클링커 분쇄물과 석고를 포함하는 시멘트나, 또한 고로 슬러그 분말, 플라이 애쉬, 규석 분말, 석회석 분말, 실리카 흄을 포함하는 시멘트 등을 들 수 있다.
고로 슬러그 분말, 플라이 애쉬, 규석 분말, 석회석 분말 및 실리카 흄으로부터 선택되는 1종 이 상의 무기 분말을 함유하는 시멘트에서는 수화열의 저감이나, 유동성의 향상, 내구성이나 장기 강도 발현성의 향상 등을 도모할 수 있다.
또한, C2S 및 C2AS를 필수성분으로 하고, C2S 100질량부에 대하여, C2AS+C4AF를 10~100질량부 함유하고, 또한, C3A의 함유량이 20질량부 이하인 소성물의 분쇄물을 함유하는 시멘트에서는 수화열의 저감이나, 유동성의 향상을 도모할 수 있다. 또한, 이와 같은 소성물은 산업 폐기물 등을 원료로하는 것이므로, 폐기물의 유효 이용을 촉진할 수가 있다.
본 발명에 있어서, JIS로 규정된 이상의 혼화재 혼합율로 고로 시멘트, 플라이 애쉬 시멘트 및 실리카 시멘트를 제조하는 경우, 고로 슬러그 분말, 플라이 애쉬, 규석 분말의 블레인비 표면적은 시멘트의 유동성, 강도 발현성 등의 관점에서, 2500~10000㎠/g인 것이 바람직하고, 특히 강도 발현성의 관점에서, 3000~10000㎠/g, 더욱이 4000~9000㎠/g인 것이 바람직하다.
또한, 고로 슬러그 분말의 함유량은 시멘트중, 내할로 80질량% 이하, 특히 75질량% 이하인 것이, 시멘트의 수화열이나, 유동성, 내구성, 강도 발현성 등의 관점에서 바람직하다. 플라이 애쉬, 규석 분말의 함유량은 각각, 시멘트중, 내부 비율로 50질량% 이하, 특히 40질량% 이하인 것이, 시멘트의 수화열이나, 유동성, 내구성, 강도 발현성 등의 관점에서 바람직하다.
또한, 이 경우의 시멘트중의 석고량은 전 SO3 환산으로 1~5질량%, 특히 1.5~4질량%, 더욱이 1.8~3질량%인 것이, 시멘트의 수화열, 응결, 유동성, 내구성, 강도 발현성 등의 관점에서 바람직하다.
본 발명에 있어서, 각종 포틀랜드 시멘트에 석회석 분말을 혼합한 시멘트를 제조하는 경우, 석회석 분말의 블레인비 표면적은 시멘트의 유동성, 강도 발현성 등의 관점에서, 2500~10000㎠/g인 것이 바람직하고, 특히 강도 발현성의 관점에서, 3000~10000㎠/g, 더욱이 4000~9000㎠/g인 것이 바람직하다.
또한, 석회석 분말의 함유량은 시멘트중, 내할로 50질량% 이하, 특히 1~40질량%인 것이, 시멘트의 수화열이나, 유동성, 내구성, 강도 발현성 등의 관점에서 바람직하다.
또한, 이 경우의 시멘트중의 석고량은 전 SO3 환산으로 1~5질량%, 특히 1.5~4질량%, 더욱이 1.8~3질량%인 것이, 시멘트의 수화열, 응결, 유동성, 내구성, 강도 발현성 등의 관점에서 바람직하다.
본 발명에 있어서, 각종 포틀랜드 시멘트에 실리카 흄을 혼합한 시멘트를 제조하는 경우, 실리카 흄의 BET비 표면적은 입수하기 쉬움, 시멘트의 유동성, 강도 발현성 등의 관점에서, 5~20㎡/g인 것이 바람직하고, 특히 유동성, 강도 발현성의 관점에서, 6~18㎡/g, 더욱이 7~15㎡/g인 것이 바람직하다.
또한, 실리카 흄의 함유량은 시멘트중, 내부 비율로 40질량% 이하, 특히 1~30질량%인 것이, 시멘트의 수화열이나, 유동성, 내구성, 강도 발현성 등의 관점에서 바람직하다.
또한, 이 경우의 시멘트중의 석고량은 총SO3로 환산하여 1~5질량%, 특히 1.5~4질량%, 더욱이 1.8~3질량%인 것이 시멘트의 수화열, 응결, 유동성, 내구성, 강도 발현성 등의 관점에서 바람직하다.
본 발명의 시멘트는 C2S 및 C2AS를 필수 성분으로 하여, C2S 100질량부에 대하여, C2AS+C4AF를 10~100질량부 함유하고, 또한, C3A의 함유량이 20질량부 이하인 소성물의 분쇄물을 함유할 수가 있다. 이러한 소성물은 C2S 및 C2AS를 필수 성분으로 하는 것으로, C2S 100질량부에 대하여, C2AS+C4AF를 10~100질량부, 바람직하게는 20~90질량부 함유하는 것이다. C2AS+C4AF함유량이 10질량부 미만에서는 시멘트의 유동성이 나빠진다. 또한, 소성시에 소성온도를 올려도 프리 라임량이 저하하기 어렵고, 소성이 곤란하게 되며, 또한, 생성하는 C2S도 수화 활성이 없는
Figure 112009022414512-pct00001
형 C2S일 가능성이 높아져, 시멘트의 강도 발현성을 크게 저하시키는 일이 있다. 한편, C2AS+C4AF 함유량이 100질량부를 넘으면, 시멘트의 강도 발현성이 저하하는 일이 있다.
또한, 소성물은 C2S 100질량부에 대한 C3A의 함유량이 20질량부 이하, 바람직하게는 10질량부 이하의 것이다. 20질량부를 넘으면, 시멘트의 수화열이 커져, 유동성도 나빠진다.
더욱이, 소성물은 P2O5를 0.2~8질량%, 특히 0.5~6질량% 함유하는 것이 바람직하며, 알칼리(Na2O+K2O)를 0.4~4질량%, 특히, 0.5~3.5질량% 함유하는 것이 바람직하다. P2O5나 알칼리를 이 범위내에서 함유하는 경우, C2S를 활성화 시키기 위해 C3A 등의 칼슘 알루미네이트가 없는 경우에서도, 시멘트의 강도 발현성이 양호하게 된다. 칼슘알루미네이트가 적어질수록, 시멘트의 유동성도 양호하며 또한 수화열도 낮아진다.
또한, 소성물중의 프리 라임량은 시멘트의 수화열이나 유동성, 강도발현성 등의 점에서, 1.5질량% 이하, 특히 1질량% 이하인 것이 바람직하다.
이러한 소성물은 산업 폐기물, 일반 폐기물 및 건설 발생토로부터 선택되는 1종 이상을 원료로 하고, 이것을 소성함으로써 제조할 수 있다. 산업 폐기물로서는 예를 들면 석탄재; 생콘크리트 슬러지; 하수 오니, 정수 오니, 건설 오니, 제철 오니, 붉은 오니 등의 각종 오니; 건축폐기물, 콘크리트 폐재, 보링폐토, 각종 소각재, 주물사, 암면, 폐유리, 용광로 2차재 등을 들 수 있고; 일반 폐기물로서는 예를 들면 하수 오니의 건분, 도시 쓰레기 소각재, 패각 등을 들 수 있다. 또한, 건설 발생토로서는 건설 현장이나 공사 현장 등에서 발생하는 토양이나 잔토, 또는 폐토양 등을 들 수 있다.
또한, 일반 포틀랜드 시멘트 클링커 원료, 예를 들면, 석회석, 생석회, 소석회 등의 CaO원료; 규석, 점토 등의 SiO2원료; 점토 등의 Al2O3원료; 철재, 철 케이크 등의 Fe2O3원료를 사용할 수가 있다.
또한, 소성물의 원료 조성에 따라서는 특히, 상기 산업 폐기물, 일반 폐기물 및 건설 발생토로부터 선택되는 1종 이상(폐기물 원료)을 원료로서 이용했을 경우, C4AF가 생성하는 일이 있지만, 본 발명에 있어서는 소성물의 C2AS의 일부, 바람직하게는 C2AS의 70질량% 이하가 C4AF로 치환되고 있어도 좋다. C4AF가 이 범위를 넘어 치환되면, 소성의 온도 범위가 좁아져, 제조의 관리가 어렵게 된다.
소성물의 광물 조성은 사용 원료중의 CaO, SiO2,Al2O3, Fe2O3의 각 함유량(질양%)으로부터, 다음의 식에 의해 구할 수가 있다.
C4AF=3.04×Fe2O3
C3A=1.61×CaO-3.00×SiO2-2.26×Fe2O3
C2AS=-1.63×CaO+3.04×SiO2+2.69×Al2O3+0.57×Fe2O3
C2S=1.02×CaO+0.95×SiO2-1.69×Al2O3-0.36×Fe2O3
소성물의 소성온도는 1000~1350℃, 특히 1200~1330℃인 것이, 소성공정의 용융상의 상태가 양호하므로 바람직하다.
이용하는 장치는 특히 한정되지 않고, 예를 들면 로터리 킬룬 등을 이용할 수가 있다. 또한, 로터리 킬룬으로 소성할 때에는 연료 대체 폐기물, 예를 들면 폐유, 폐타이어, 폐플라스틱 등을 사용할 수가 있다.
이와 같은 소성에 의해, C2AS가 생성하고, 상기 조성의 소성물을 얻을 수 있다.
소성물의 분쇄물은 블레인비 표면적이 2500~5000㎠/g인 것이, 시멘트의 수화열이나, 유동성, 강도 발현성의 점에서 바람직하다. 분쇄 방법은 특히 제한되지 않고, 예를 들면 볼 밀 등을 이용하여 통상의 방법으로 분쇄할 수가 있다.
소성물의 분쇄물의 함유량은 시멘트중, 내할로 50질량% 이하, 특히 1~40질량%인 것이, 시멘트의 수화열이나, 유동성, 내구성, 강도 발현성 등의 관점에서 바 람직하다.
또한, 이 경우의 시멘트중의 석고량은 총SO3로 환산하여 1~5질량%, 특히 1.5~4질량%, 더욱이 1.8~3질량%인 것이, 시멘트의 수화열, 응결, 유동성, 내구성, 강도 발현성 등의 관점에서 바람직하다.
본 발명의 시멘트의 제조 방법은 특히 제한되지 않고, 예를 들면, 각종 포틀랜드 시멘트의 제조에 있어서는 시멘트 클링커와 석고를 동시 분쇄해도 좋고, 시멘트 클링커 분쇄물과 석고를 혼합해도 좋다. 고로 슬러그 분말 등의 무기 분말이나 소성물의 분쇄물을 함유하는 시멘트에서는 고로 슬러그 분말 등의 무기 분말이나 소성물의 분쇄물을 시멘트 클링커 분쇄물이나 포틀랜드 시멘트나 혼합 시멘트와 혼합해도 좋고, 시멘트 클링커와 석고와 고로 슬러그 분말 등의 무기 분말이나 소성물을 동시 분쇄해도 좋다.
또한, 본 발명에 있어서, 얻어지는 시멘트는 블레인비 표면적이, 2500~4500㎠/g인 것이, 모르타르나 콘크리트의 브리딩의 저감이나, 유동성, 강도 발현성의 관점에서 바람직하다.
실시예
다음에, 실시예를 들어 본 발명을 한층 더 설명하지만, 본 발명은 이들 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.
실시예 1
(1) 시멘트 클링커의 제조:
표 1에 나타내는 조성의 각 원료를 사용하여, 표 2에 나타내는 광물 조성, 불소, SO3 및 염소 함유량의 보통 포틀랜드 시멘트 클링커를 제조했다.
소성은 로터리 킬룬을 이용하여, 연료의 일부에, 톱밥, 폐플라스틱을 사용했다. 또한, 염소 바이패스설비에 의해, 킬룬 배기가스의 일부를 추기하면서 행했다. 킬룬 배기가스의 배출율은 4%이다. 또한, 소성온도 및 클링커 1 ton당 폐기물의 사용량을 표 2에 병기한다.
또한, No.4의 시멘트 클링커가, 현재의 보통 포틀랜드 시멘트 클링커에 상당한다.

원료명

Ig loss
화학성분(%)
SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO SO3 Na2O K2O P2O5 F Cl
석회석 43.4 0.50 0.40 0.20 54.40 0.60 0.03 0.04 0.02
점토 4.3 67.70 14.50 3.80 1.30 1.10 0.04 2.94 3.12 0.10
규석 1.6 86.80 5.40 2.00 0.30 0.70 0.56 1.37 0.07
철원료 3.6 7.90 2.00 57.80 20.50 2.10 0.25 0.03 0.05 0.94 0.018
하수 오니 15.0 29.97 16.11 8.04 10.90 0.01 0.42 4.20 0.02 10.70 0.090
폐석고 보드 24.3 31.10 44.30
불소 오니 50.3 21.4
건축 발생토 10.4 13.39 7.23 4.47 6.89 1.38 1.56 0.68 0.52 0.86 0.067
(시멘트 클링커)

광물조성(%) 불소함유
(㎎/㎏)
SO3
(%)
염소량
(㎎/㎏)
소성온도
(℃)
폐기물
사용량
(㎏/ton)
C3S C2S C3A C4AF f-CaO
1 55 26 9 9 0.4 560 0.64 50 1390 402
2 55 26 9 9 0.3 1240 1.31 120 1350 421
3 55 26 9 9 0.4 1540 1.52 160 1300 430
4 55 26 9 9 0.4 315 0.54 20 1450 400
5 55 26 9 9 0.3 1460 2.65 160 1300 460
6 55 26 9 9 0.5 2180 1.46 180 1270 436
(2)시멘트의 제조:
상기에서 얻어진 각 시멘트 클링커 100질량부에 2수 석고(블레인비 표면적 4000㎠/g)를 SO3로 환산하여 2.2질량부 혼합하고, 배치식 볼 밀로 블레인비 표면적이 3250±50㎠/g가 되도록 동시 분쇄하여, 포틀랜드 시멘트를 제조했다.
얻어진 시멘트에 대하여, 응결, 모르타르 플로우 및 모르타르 압축 강도를 평가했다. 결과를 표 3에 나타낸다.
(평가방법)
(1) 응결:
JIS R 5201에 따라, 표준연도 수량, 시발·종결을 측정했다.
(2) 모르타르 플로우:
JIS R 5201에 따라 측정했다.
(3) 모르타르 압축 강도:
3일, 7일 및 28일 후의 모르타르 압축 강도를, JIS R 5201에 따라 측정했다.

응결
플로우
(mm)
압축 강도
(N/㎟)
표준연도수량
(%)
시발
(h-m)
종결
(h-m)
3일 7일 28일
1 26.7 2-05 3-15 187 31.1 45.2 61.0
2 26.4 2-20 3-35 206 31.7 47.2 66.4
3 26.2 2-25 3-50 215 30.5 47.5 66.7
4 26.9 1-55 3-15 183 30.7 45.3 60.1
5 26.3 2-20 3-40 204 25.3 40.2 61.3
6 26.7 3-15 6-10 220 27.4 43.8 67.2
표 2의 결과에 의해, 본 발명의 시멘트 클링커는 종래보다 저온에서 소성할 수 있다. 또한, 표 3의 결과에 의해, 본 발명의 시멘트는 품질도 양호하다.
실시예 2
(1) 시멘트 클링커의 제조:
표 1에 나타내는 조성의 각 원료를 사용하여, 표 4에 나타내는 광물 조성, 불소, SO3 및 염소 함유량의 보통 포틀랜드 시멘트 클링커를 제조했다.
소성은 로터리 킬룬을 이용하여 연료의 일부에, 톱밥, 폐플라스틱을 사용했다. 또한, 염소 바이패스 설비에 의해, 킬룬 배기가스의 일부를 추기하면서 행하였다. 킬룬 배기가스의 배출율은 4%이다. 또한, 소성온도 및 클링커 1ton당 폐기물의 사용량을 표 4에 병기한다.



광물조성(%)

불소량
(㎎/㎏)

SO3
(%)

염소량
(㎎/㎏)

소성온도(℃)

폐기물
사용량
(㎏/ton)
C3S C2S C3A C4AF f-CaO
7 53 17 10 9 0.3 1085 1.4 80 1370 420
(2) 포틀랜드 시멘트의 제조:
상기에서 얻어진 시멘트 클링커(No.7) 100질량부에 2수 석고(블레인비 표면적 4000㎠/g)를 SO3로 환산하여 2.2질량부 혼합하고, 배치식 볼 밀로 블레인비 표면적이 3250㎠/g가 되도록 동시 분쇄하여, 포틀랜드 시멘트를 제조했다.
(3) 소성물의 제조:
표 5에 나타내는 화학 조성의 석회석, 하수 오니, 석탄재를 원료로 하여 C2S 100질량부에 대하여, C2AS 32질량부, C4AF 15질량부, C3A 0질량부의 소성물(프리 라임량 0.1질량%)을 제조했다. 소성은 로터리 킬룬을 이용하여 1350℃에서 행하였다. 소성물 1ton 제조할 때에 사용한 하수 오니 및 석탄재의 총량(폐기물 등의 총량)은 528㎏/ton이였다.
얻어진 소성물을 분쇄하여, 블레인비 표면적 3250㎠/g의 분쇄물을 조제했다.
Ig loss SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO Na2O K2O SO3 MgO P2O5
석회석 43.9 0.03 0.01 0.01 55.3 0 0 0 0.56 0.1
하수 오니 15.0 29.97 16.11 8.04 10.9 4.2 0.02 0.42 0.01 10.7
석탄재 2.5 57.21 24.53 4.60 5.12 0.7 0.96 0.48 1.31 0.2
(4) 상기 이외의 재료:
이하의 재료를 사용했다.
·석고 : 블레인비 표면적 4000㎠/g의 2수 석고.
·무기 분말 : 블레인비 표면적 4500㎠/g의 고로 슬러그 분말.
·세골재 : JISR 5201(시멘트의 물리시험방법)의 표준모래.
·감수제 : 폴리카르본산계 고성능 AE감수제(상품명:SP8N).
(5) 시멘트의 제조:
(2)에서 얻어진 포틀랜드 시멘트와 상기 각 재료, (3)에서 얻어진 소성물의 분쇄물을 표 6에 나타내는 조성으로 혼합하고, 시멘트를 제조했다.

No
시멘트의 배합(질량%)
포틀랜드 시멘트 석고*1 무기분말 소성물의 분쇄물
1 100 - - -
2 65 - 35 -
3 95 0.1 - 4.9
4 90 0.2 - 9.8
5 80 0.4 - 19.6
6 58.5 0.2 35 6.3
*1:SO3 환산
(6) 평가:
얻어진 시멘트에 대하여, 수화열, 모르타르 플로우 및 모르타르 압축 강도를 평가했다. 결과를 표 7에 나타낸다. 또한, 참고로서 시판 고로 시멘트 B종(타이헤이요세멘트샤 제)의 모르타르 압축 강도도 동일하게 측정하여, 결과를 표 7에 함께 나타냈다.
(평가방법)
(1) 수화열:
JIS R 5203에 따라서 측정했다.
(2) 모르타르 플로우:
W/C=0.35, S/C=2, 시멘트 조성물에 대하여 0.65질량%의 감수제를 혼합한 것을 5분간 섞어 반죽한 모르타르에 대하여, JIS R 5201-1997에 규정되어 있는 플로우콘을 이용하여 JIS R 5201에 따라 제조 직후 및 30분 후의 모르타르 플로우를 측정했다.
(3) 모르타르 압축 강도:
3일, 7일 및 28일 후의 모르타르 압축 강도를, JIS R 5201에 따라 측정했다.

No
수화열(J/g) 모르타르 플로우(㎜) 압축 강도(N/㎟)
7일 28일 직후 30분 후 3일 7일 28일
1 330 385 285 176 31.0 47.2 64.2
2 302 357 300 281 23.0 39.8 62.5
3 320 372 287 181 30.6 46.0 62.7
4 308 362 290 185 29.3 43.5 60.1
5 285 350 292 230 27.0 40.3 57.0
6 280 336 316 300 21.5 37.2 60.5
7* - - - - 21.4 36.4 60.7
*:시판 고로 시멘트B종
표 7의 결과에 의해, 고로 슬러그 분말이나 특정 소성물의 분쇄물을 함유하는 시멘트는 수화열이 낮고, 유동성 및 강도 발현성이 양호했다.
본 발명의 시멘트 클링커는 산업 폐기물, 일반 폐기물 등의 원료로서의 사용량을 늘릴 수 있으므로, 폐기물의 유효 이용 촉진에 공헌할 수가 있다.
또한, 본 발명의 시멘트 클링커는 종래보다 저온에서 소성하여 제조할 수 있으므로, 연료 사용량을 삭감할 수가 있다.

Claims (5)

  1. 염소 함유 폐기물을 원료로 하고, 염소 바이패스 설비에 의해 킬룬 배기가스의 일부를 추기(抽氣)하면서 제조한 보통 포틀랜드 시멘트 클링커 또는 조강 포틀랜드 시멘트 클링커로서, 불소 함유량이 500~1800㎎/㎏, SO3 함유량이 0.6~2질량%, 염소의 함유량이 100~200㎎/㎏인 시멘트 클링커.
  2. 삭제
  3. 제1항 기재의 시멘트 클링커를 이용하여 얻어지는 시멘트.
  4. 제3항에 있어서,
    더욱이, 고로 슬러그 분말, 플라이 애쉬, 규석 분말, 석회석 분말 및 실리카 흄(silica fume)으로부터 선택되는 1종 이상의 무기분말을 함유하는 시멘트.
  5. 제4항에 있어서,
    더욱이, 2CaO·SiO2 및 2CaO·Al2O3·SiO2를 필수성분으로 하고, 2CaO·SiO2 100질량부에 대하여, 2CaO·Al2O3·SiO2+4CaO·Al2O3·Fe2O3를 10~100질량부 함유하며, 또한, 3CaO·Al2O3의 함유량이 20질량부 이하인 소성물의 분쇄물을 함유하는 시멘트.
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