(57)【要約】【課題】  セメントの化学成分の変動を従来よりも抑制し、土壌を使用したセメントの生産性を向上させ、しかも土壌中に含まれる異物等の除去を容易にし、除去作業時における作業性を良好にすることが可能な土壌のセメント原料化処理方法を提供する。【解決手段】  水分を５〜３５質量％含む土壌と石灰石とを予め混合して流動性を向上させたセメント原料Ａを作製した後、このセメント原料Ａと他のセメント原料Ｂとを混合して焼成しセメントを得る。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水分を５〜３５質量％含む土壌と石灰石とを予め混合して流動性を向上させたセメント原料Ａを作製した後、このセメント原料Ａと他のセメント原料Ｂとを混合して焼成しセメントを得ることを特徴とする土壌のセメント原料化処理方法。
【請求項２】
請求項１記載の土壌のセメント原料化処理方法において、前記土壌と前記石灰石との混合比は１：１〜１：５の範囲であることを特徴とする土壌のセメント原料化処理方法。
【請求項３】
請求項１及び２のいずれか１項に記載の土壌のセメント原料化処理方法において、前記石灰石の粒径は４０ｍｍ以下で、その平均粒径が１〜１０ｍｍであることを特徴とする土壌のセメント原料化処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、土壌のセメント原料化処理方法に係り、更に詳細には、水分を含む土壌、例えば、泥（沈泥、微泥、及び砂泥のいずれか１又は２以上）又は重金属に汚染された土壌を使用してセメントを製造する土壌のセメント原料化処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、セメント原料の代替品として、各種土砂が使用されている。
セメント製造プロセスでは、製造するセメントクリンカー（以下、単にセメントともいう）の化学成分を一定に保持するため、常に各種セメント原料（例えば、石灰石、軟珪石、水砕スラグ、及び鉄原料）の配合割合を調整している。
【０００３】
しかし、水分を５〜３５質量％含む土壌（例えば、粘土質又はシルト質）のように、粘性が高く流動性の悪いものを、そのままセメント原料として使用する場合、各種セメント原料の配合割合の調整時において、例えば、貯蔵ホッパーからの土壌の切り出し（供給）を安定に行うことができず、切り出し量が非常に不安定になる。その結果、製造されたセメントの化学成分が大きく変動する問題が生じていた。また、土壌中には、例えば、大塊、異物（例えば、鉄屑、植物残渣、及びプラスチックのいずれか１又は２以上）が混入しているが、流動性の悪い状態では、このような異物を除去することが難しく、除去精度が悪くなり、しかも除去作業時における作業性も悪かった。
このため、セメント原料として使用可能な土壌の量を現状よりも増加させることができず、土壌の使用原単位を大幅に増加することが困難であった。
【０００４】
そこで、前処理として、各種セメント原料を予め加熱又はか焼する方法が開示されていた（例えば、特許文献１参照）。
また、土壌をセメント工場に運搬する前に、この土壌に生石灰（ＣａＯ）を入れて混合し、そのときに発生する熱で土壌中の水分を飛ばしたり、土壌にセメント系の固化材を混ぜたりして、流動性を向上させる方法もあった。
これにより、土壌を、流動性を向上させたセメント原料にできるので、安定した切り出しを行うことができ、製造されたセメントの化学成分を安定させ、また、土壌中の異物除去作業を容易にしていた。
【０００５】
【特許文献１】特表平８−５１０９８５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、前記従来の土壌のセメント原料化処理方法には、未だ解決すべき以下のような問題があった。
水分を含む土壌を予め加熱又はか焼する場合、専用の設備が必要となるため、設備投資に要する費用がかかり経済的でない。
また、土壌に、生石灰やセメント系の固化材等のセメントの主成分ではない新たな材料を添加する場合、専用の設備が必要となって設備投資に要する費用がかかり経済的でなく、しかも、その作業に手間を要するため作業性も良好でない。
【０００７】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたもので、セメントの化学成分の変動を従来よりも抑制し、土壌を使用したセメントの生産性を向上させ、しかも土壌中に含まれる異物等の除去を容易にし、除去作業時における作業性を良好にすることが可能な土壌のセメント原料化処理方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記目的に沿う請求項１記載の土壌のセメント原料化処理方法は、水分を５〜３５質量％含む土壌と石灰石とを予め混合して流動性を向上させたセメント原料Ａを作製した後、このセメント原料Ａと他のセメント原料Ｂとを混合して焼成しセメントを得る。
請求項１記載の土壌のセメント原料化処理方法において、土壌としては、例えば、粘土質又はシルト質の土壌であり、泥（沈泥、微泥、及び砂泥のいずれか１又は２以上）又は重金属に汚染された土壌を使用できる。
また、他のセメント原料Ｂとは、セメントの製造に従来使用されているセメント原料であり、例えば、石灰石（セメントの製造に必要な総石灰石量のうちセメント原料Ａに使用された石灰石量を差し引いた量の石灰石）、軟珪石、水砕スラグ、及び鉄原料のいずれか１又は２以上を意味する。
【０００９】
ここで、セメント原料Ａに使用する土壌は、通常５〜３５質量％の水分を含んでいるため、例えば、粘性が高く流動性の悪い状態となっている。しかし、これを石灰石と予め混合することで、流動性を向上させた（ハンドリング性を改善させた）セメント原料Ａを作製できる。
なお、更に、水分が多くて粘性が高く流動性の悪い状態となっている土壌、即ち５〜３０質量％、好ましくは１０〜３０質量％の水分を含む土壌を石灰石と予め混合することで、流動性の改善効果を更に顕著に現わすことができる。
【００１０】
請求項２記載の土壌のセメント原料化処理方法は、請求項１記載の土壌のセメント原料化処理方法において、前記土壌と前記石灰石との混合比は１：１〜１：５の範囲である。
請求項２記載の土壌のセメント原料化処理方法において、土壌と混合する石灰石量を土壌と等量未満とした場合、土壌と混合する石灰石量が少なくなり、流動性を向上させたセメント原料Ａを製造することができない。一方、土壌と混合する石灰石量が土壌量の５倍を超える場合、土壌と混合する石灰石量が多くなり、セメント原料Ａの流動性を更に顕著に向上させることができない。
従って、流動性を向上させたセメント原料Ａを製造するためには、土壌と石灰石との混合比を１：１〜１：５、好ましくは１：１〜１：４、更には１：１〜１：３にすることが好ましい。
【００１１】
請求項３記載の土壌のセメント原料化処理方法は、請求項１及び２記載の土壌のセメント原料化処理方法において、前記石灰石の粒径は４０ｍｍ以下で、その平均粒径が１〜１０ｍｍである。
請求項３記載の土壌のセメント原料化処理方法において、石灰石の粒径が４０ｍｍを超える場合、石灰石の粒径が大きくなり、土壌と略均一に混合することができず、流動性を向上させたセメント原料Ａを製造できない恐れがある。
従って、流動性を向上させたセメント原料Ａを製造するためには、石灰石の粒径を３５ｍｍ以下、更には３０ｍｍ以下とすることが好ましい。
【００１２】
また、石灰石の平均粒径が１ｍｍ未満の場合、石灰石の粒径が全体的に細かくなり過ぎ、例えば、石灰石の周囲に土壌を付着させずらくなり、流動性を向上させたセメント原料Ａを製造できない。一方、石灰石の平均粒径が１０ｍｍを超える場合、石灰石の粒径が全体的に大きくなり、土壌と略均一に混合することができず、やはり流動性を向上させたセメント原料Ａを製造できない恐れがある。
従って、流動性を向上させたセメント原料Ａを製造するためには、石灰石の平均粒径を２〜７ｍｍ、更には２〜５ｍｍとすることが好ましい。
【発明の効果】
【００１３】
請求項１〜３記載の土壌のセメント原料化処理方法は、他のセメント原料Ｂと混合する前に、水分を５〜３５質量％含む土壌と石灰石とを予め混合して、土壌を使用して流動性を向上させたセメント原料Ａを作製するので、例えば、他のセメント原料Ｂとの調合時におけるセメント原料Ａの貯蔵ホッパーからの切り出し量（供給量）のばらつきを、従来よりも狭い範囲にでき、製造されるセメントの化学成分の変動を抑制して、安定した品質にできる。このため、セメント原料として処理できる土壌量を従来よりも増加させることができ、土壌を使用したセメントの生産性も向上させることができる。
また、土壌との予混合に、セメント製造のための主原料になる石灰石を使用するので、従来のように他の材料を使用する必要がなく経済的であり、しかも作業性やハンドリング性も良好である。
【００１４】
特に、請求項２記載の土壌のセメント原料化処理方法は、土壌と石灰石との混合比を所定の範囲に調整するので、土壌の水分量に応じた石灰石の混合量を設定でき、流動性を更に向上させたセメント原料Ａを製造できる。
請求項３記載の土壌のセメント原料化処理方法は、石灰石の粒径を規定するので、セメント原料Ａの粒径を調整でき、流動性を更に向上させたセメント原料Ａを製造できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
続いて、添付した本発明を具体化した実施の形態につき説明し、本発明の理解に供する。
本発明の一実施の形態に係る土壌のセメント原料化処理方法は、土壌と石灰石（ＣａＣＯ3 ）とを予め混合して流動性を向上させたセメント原料Ａを作製した後、このセメント原料Ａと、例えば、不足分の石灰石、軟珪石、水砕スラグ、及び鉄原料のいずれか１又は２以上を含む他のセメント原料Ｂとを混合して焼成しセメントを得る方法である。なお、混合したセメント原料Ａ及びセメント原料Ｂの混合物中の土壌量は、この混合物に対して例えば５〜２０質量％程度である。以下、詳しく説明する。
【００１６】
土壌は、例えば、粒径が０．００２ｍｍ以上０．０２ｍｍ未満の砂と粘土との中間の細かさを有するシルト質のものや、０．００２ｍｍ未満の粘土質のものであり、水分を５〜３５質量％含む泥（沈泥、微泥、及び砂泥のいずれか１又は２以上）又は重金属に汚染された土壌である。
また、石灰石は、粒径が４０ｍｍ以下（好ましくは３０ｍｍ以下）で、平均粒径が１〜１０ｍｍ（好ましくは２〜５ｍｍ）のものであり、例えば水分を２〜３質量％程度含むセメントの主原料（例えば、セメント中の６０〜８０質量％程度）である。
【００１７】
この土壌と石灰石との混合比が１：１〜１：５（好ましくは１：１〜１：３）の範囲になるように、土壌に石灰石を加えて混合する。ここで、土壌中の水分量が少ない場合は、土壌と石灰石との混合比を１：１に近づけ、また土壌中の水分量が多い場合は、土壌と石灰石との混合比を１：５に近づけることが好ましい。
なお、土壌と石灰石との混合は、土壌中に石灰石が略満遍なく行き渡ればよく、例えば、土壌に石灰石を添加した後、シャベルが設けられたショベルローダーを使用して混合することが可能であるが、ミキサー等の混合機を用いて混合することも可能である。
【００１８】
上記したように、水分を含み、粘性が高く流動性が悪い（べとべと）状態の土壌と、水分をほとんど含まず、しかも前記した粒径を備える流動性が良好な石灰石とを予め混合するので、土壌を流動性が良好な（さらさら）状態のセメント原料Ａにできる。
そして、このセメント原料Ａを篩にかけることで、このセメント原料Ａ中から、大塊、異物（例えば、鉄屑、植物残渣、及びプラスチックのいずれか１又は２以上）等を除去する。この作業は、水分を含んだ土壌から除去するのではなく、流動性を向上させた状態でセメント原料Ａから除去するので、大塊及び異物の除去効率を高めることができる。このため、セメント原料Ａの品質を良好なものにでき、製造するセメントの品質を従来よりも高めることができる。また、作業時間も短縮できるのでセメントの原料として従来よりも多量の土壌を使用できる。
【００１９】
次に、異物等の除去処理が行われたセメント原料Ａを、連続的に所定量ずつ切り出し（供給）可能な貯留ホッパーへ投入する。
そして、製造されるセメントが目的とする化学成分を有するように、セメント原料Ａを貯留ホッパーから連続的に所定量ずつ搬送コンベアへ切り出す。このとき、製造されるセメントの化学成分に応じて、他のセメント原料Ｂを構成する不足分の石灰石、軟珪石、水砕スラグ、及び鉄原料のいずれか１又は２以上も、それぞれ貯留した貯留ホッパーから所定量ずつ搬送コンベアへ切り出される。
このように、各貯留ホッパーから切り出されたセメント原料Ａとセメント原料Ｂとを、通常のセメントの製造方法と同様、例えば混合機に投入して混合し、更に粉砕して乾燥させた後、例えばロータリーキルンを使用して焼成することで、セメントを製造する。
【００２０】
これにより、例えば、セメント原料Ｂとの調合時におけるセメント原料Ａの貯留ホッパーからの切り出し量のばらつきを、従来よりも狭い範囲にできる。この安定した供給量により、製造されるセメントの化学成分の変動を従来よりも抑制して、安定した品質のセメントを製造できる。
従って、セメントの原料として処理される土壌量を従来よりも増加させることができ、土壌を使用したセメントの生産性も向上させることができる。
【実施例】
【００２１】
次に、本発明の作用効果を確認するために行った実施例について説明する。
ここで、図１は本発明の一実施例に係る土壌のセメント原料化処理方法によって作製したセメントの化学成分の変動を示す説明図である。この図１は、２００２年４月から２００３年１１月までに製造したセメントの化学成分の変動を示すものであり、２００２年１２月を経過した後、前記した本発明の土壌のセメント原料化処理方法を適用（予備混合を開始）した結果である。
【００２２】
なお、図１中のＨＭ値（◆）は水硬率、ＳＭ値（■）はケイ酸率、ＩＭ値（▲）は鉄率をそれぞれ示しており、各数値は以下の式で求められる。なお、いずれも質量比である。
ＨＭ値＝（ＣａＯ）／（ＳｉＯ2 ＋Ａｌ2 Ｏ3 ＋Ｆｅ2 Ｏ3 ）
ＳＭ値＝（ＳｉＯ2 ）／（Ａｌ2 Ｏ3 ＋Ｆｅ2 Ｏ3 ）
ＩＭ値＝（Ａｌ2 Ｏ3 ）／（Ｆｅ2 Ｏ3 ）
また、図１の縦軸は、２００１年度のＨＭ値、ＳＭ値、ＩＭ値の各平均値をそれぞれ１００とした場合の変動値を示している。
【００２３】
使用した土壌と石灰石の水分及び化学成分の数値を表１に、石灰石の粒度分布を表２にそれぞれ示す。この表１中の「ｉｇ．ｌｏｓｓ」とは、分析を行うに際し、土壌及び石灰石を焼成したときの質量の減少率を示している。なお、表１中の土壌の各化学成分の和が１００質量％にならないのは、分析していない他の成分があるためである。
【００２４】
【表１】
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【００２５】
【表２】
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【００２６】
表１から明らかなように、土壌の主成分はシリカ（ＳｉＯ2 ：６３．１質量％）であり、次の成分はアルミナ（Ａｌ2 Ｏ3 ：１４．３質量％）である。従って、土壌の配合割合の変動の検討は、図１中のＳＭ値及びＩＭ値の推移を主として行った。
【００２７】
まず、ＳＭ値の変動（ばらつき）範囲については、本発明の適用前、即ち従来方法の適用時である２００２年４月から１２月までは６５程度（最大値１５０：２００２年５月、最小値８５：２００２年１１月）だった。しかし、本発明の適用後、即ち２００３年１月から１１月までは、変動範囲を３５程度（最大値８０：２００３年５月、最小値４５：２００３年７月）の範囲内に抑制できたことを確認できた。
【００２８】
また、ＩＭ値の変動範囲については、従来方法の適用時である２００２年４月から１２月までは、ＩＭ値のばらつきが１５５程度（最大値２２５：２００２年７月、最小値７０：２００２年１２月）だった。しかし、本発明の適用後、即ち２００３年１月から１１月までは、変動範囲を３０程度（最大値７５：２００３年７月、最小値４５：２００３年２月）の範囲内まで抑制できたことを確認できた。
以上のことから、本発明の土壌のセメント原料化処理方法を適用することで、安定した品質を備えるセメントを製造できることを確認できた。
【００２９】
以上、本発明を、一実施の形態を参照して説明してきたが、本発明は何ら上記した実施の形態に記載の構成に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載されている事項の範囲内で考えられるその他の実施の形態や変形例も含むものである。例えば、前記したそれぞれの実施の形態や変形例の一部又は全部を組合せて本発明の土壌のセメント原料化処理方法を構成する場合も本発明の権利範囲に含まれる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の一実施例に係る土壌のセメント原料化処理方法によって作製したセメントの化学成分の変動を示す説明図である。
【図１】
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