(57)【要約】本発明は、鉱物系微粒子および凝集材料を凝集させて添加物を生成するステップと、原料供給物を焼成する前に、その添加物を原料供給物中に導入するステップとを含む、ポルトランドセメント中に鉱物系微粒子を混和する方法およびシステムを提供する。焼成する前に、添加物を導入するステップにより、セメントクリンカに鉱物が添加される。【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉱物系微粒子および凝集材料を凝集させて添加物を生成するステップと、
焼成ステップの前にポルトランドセメント製造プロセスに前記添加物を導入するステップと
を含む、前記焼成ステップを有するポルトランドセメント製造プロセス中に鉱物系微粒子を混和する方法。
【請求項２】
前記鉱物系微粒子および前記凝集材料の少なくとも１つが廃棄物製品である請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記鉱物系微粒子および前記凝集材料の両方が廃棄物製品である請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記添加物が、５０００未満のｂ．ｔ．ｕ．／ポンド格付けを有する請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記添加物が、８０００未満のｂ．ｔ．ｕ．／ポンド格付けを有する請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記鉱物系微粒子が、石灰キルンダスト、セメントキルンダスト、鉱物抽出尾鉱、クラッキング触媒微粉、鉄鉱石微粉、フライアッシュ、バグハウス微粉、および粉体塗装ダストの少なくとも１種を含む請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記凝集材料が、水溶性ペイント、水溶性インキ、塗装スラッジ、塗装洗浄水、および接着剤の少なくとも１種を含む請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記凝集させるステップが、前記鉱物系微粒子および前記凝集材料を混合するステップをさらに含む請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記凝集材料の重量の、前記鉱物系微粒子の重量に対する比率が、１：０．５と１：５の間である請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記添加物を導入するステップが、前記添加物をポルトランドセメント製造プロセスの原料供給物に添加するステップを含む請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記導入するステップの前に、前記添加物を乾燥するステップをさらに含む請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
前記焼成ステップが、か焼するステップ、焙焼するステップ、およびオートクレービングするステップの少なくとも１つを含む請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
前記焼成ステップが、前記鉱物系微粒子および前記凝集材料からの鉱物から、少なくとも一部構成されるセメントクリンカの塊を形成するステップをさらに含む請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
前記添加物がキルンに導入される請求項１に記載の方法。
【請求項１５】
鉱物系微粒子を凝集させて添加物を生成する凝集材料と、
前記添加物を焼成して、前記鉱物系微粒子からの鉱物から、少なくとも一部構成されるセメントクリンカを生成する熱供給源と
を含む、ポルトランドセメント中に鉱物系微粒子を混和するシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、参照として共にその全体が本明細書に組み込まれる２００１年２月２７日出願の米国仮出願第６０／２７２１６８号、および２００２年２月１１日出願の米国実用出願第１０／０７４５６７号の恩恵を主張するものである。
【０００２】
本発明の分野は、廃棄物のリサイクルである。
【背景技術】
【０００３】
世界における廃棄物の量は大きな問題であり、この問題の重大な原因になっているのは、産業過程の副生物として作り出される廃棄物である。これらの廃棄物を処理する方法は、しばしば費用が掛かり、また特にその廃棄物が有害である場合、環境的に不利である。出荷および収集に特別な配慮を要し、特別に設計した貯蔵タンクが必要になる恐れがあり、また有害な廃棄物は専用に認可された施設に廃棄するので、有害な廃棄物の処分は少なくとも一部費用が掛かるものになる。有害ではない廃棄物を処分することは、あまり費用が掛からない可能性があるが、処分するという概念は、その否定的な環境的影響のために有利なものではない。
【０００４】
いくつかの上記に列挙した問題を解決するために、廃棄物製品はリサイクルできる。もちろん、リサイクルにより、廃棄物を使用する程度に応じて処理費用が削除されるが、廃棄物製品を集積し、包装し、かつ出荷する出費のために、リサイクルは廃棄よりも費用が掛かることが判明するであろう。このことは、集積し、包装し、かつ他の製品に使用することが特に困難な、微粉砕された廃棄物または微粒子の廃棄物に関しては、特に真実である。さらに、いくつかの型の廃棄物、ならびにいくつかの廃棄物由来のリサイクルされた製品を購入することに実体を見出すことは、その製品の需要がないために、困難であり、また時間が掛かることが判明するであろう。あまり有利でなくとも、廃棄物を単純に処分する方がしばしば容易である。したがって、廃棄物製品および廃棄物由来のリサイクルされた製品の、さらなる経済的に実現可能な用途を見出すことが重要である。
【０００５】
リサイクルされた廃ペイントの用途が、ＰｒｉｃｅおよびＬｏｎｇへの米国特許第５４９６４０４号（１９９６年３月）中に開示されている。‘４０４号特許は、ポルトランドセメントの製造に、廃ペイントを使用することができると教示している。原料を焼成した後のプロセスに廃ペイントを添加している。焼成プロセス中に、原料は化学的に結合され、かつ一部溶融されてセメントクリンカの塊を形成する。これらの塊が通常微粉砕されて、ポルトランドセメントを形成するのであり、‘４０４号特許が廃棄物の添加を企図するのは、この粉砕するステップ中である。この場合、廃棄物の鉱物含量により、ポルトランドセメントに利益をもたらすことができる。粉砕の間に廃棄物を添加する点に関する制約は、この場所では少数の材料しか使用できないことである。使用できる材料は、一般に高カルシウム低シリカ材料に限定される。
【０００６】
ポルトランドセメントの製造における、廃棄物材料向けの他の用途は、焼成プロセスへの熱に寄与する高燃料価値の廃棄物の使用を含む。ポルトランドセメントの製造プロセスの間、キルン内で原料が焼成される。焼成プロセスは、か焼、焙焼、オートクレービング、またはいくつかの他の過程であり得るが、いずれにせよ、このプロセスは、華氏約２６００度で一般に実施される。Ｐｅｎｎｅｌへの米国特許第４０８１２８５号（１９７８年３月）は、油系ペイントなどの高燃料価値の廃棄物を、所要の温度に到達させる助けとして、キルンの外側で燃焼できることを教示している。依然として、廃棄物にとり、特に顕著な燃料価値をもたらさない廃棄物にとり、他の用途を見出す必要性が存在する。
【０００７】
１つのこのような用途は、微粒子を結合する凝集剤としてのものである。ＬｏｎｇおよびＳｅｇａｌａへの米国特許第６１６２１６４号（２０００年１２月）は、微粒子の取扱いおよび使用に関連した費用および問題に取り組んでいる。微粒子は、非常に小さい粒子を有する材料である。例えば、フライアッシュ、シンダ微粉、頁岩微粉、および微細ケイ砂である。これらの製品は、他の製品を生産するのに価値を有することができるが、これらの取扱い、包装、および使用に伴う費用のため、これらをリサイクルすることはしばしば実現可能ではなかった。‘１６４号特許は、凝集について教示する。凝集した製品を管理することは、おそらくはるかに容易であろう。したがって、廃棄物の取扱い、包装、および使用の費用が低減される。しかし、凝集した材料の用途を見出す点に関連した問題が残っている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
したがって、凝集した低燃料価値の廃棄物材料のための費用効果的用途、特にポルトランドセメントにおける用途を見出す、長く継続している必要性が存在する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、ポルトランドセメント中に鉱物系微粒子を混和する方法およびシステムを提供する。方法およびシステムには、微粒子材料および凝集材料を凝集させて添加物を生成するステップが含まれる。添加物は、焼成ステップの前にキルン中に導入される。焼成ステップの前に添加物を導入することにより、セメントクリンカに鉱物を導入できる。
【００１０】
同様な数字が同様な構成部分を表す添付する図面とともに、本発明の好ましい実施形態の下記の詳細な記述から、本発明の種々の目的、特徴、態様および利点がより明らかになるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
最初に図１を参照すると、ポルトランドセメントの製造において廃棄物を利用する従来技術の方法には、原料供給物を粉砕するステップ１１０と、原料供給物をキルン中に導入するステップ１２０と、キルン内で原料供給物を焼成するステップ１３０と、セメントクリンカを形成するステップ１４０と、セメントクリンカを微粉砕するステップ１５０と、廃棄物材料を添加するステップ１６０とが含まれる。
【００１２】
この従来技術の方法において、焼成ステップ１３０の後にあるステップ１５０において、廃棄物材料が導入されることが重要である。図１に示す方法からの主な利益は、ポルトランドセメントへの廃棄物材料の添加である。廃棄物材料を添加する前にセメントクリンカが形成され、したがって廃棄物製品は、セメントクリンカの一部にはならないことを知ることが重要である。さらに、廃棄物材料は焼成プロセス（すなわちか焼）に曝されないので、例えば有機物の燃焼によるプロセスによる廃棄物材料の明らかな減量または変化が存在しない。
【００１３】
図２は、廃棄物材料が焼成ステップの前に導入される従来技術の方法を示す。図２の方法には、高燃料価値廃棄物を得るステップ２１０と、キルンの外側でその高燃料価値廃棄物を燃焼するステップ２２０と、キルン内に添加物を導入するステップ２３０と、その添加物を焼成ステップ２４０、それによりセメントクリンカを形成するステップ２５０とが一般に含まれる。
【００１４】
図２の意義は、高燃料価値廃棄物をキルンの外側で燃焼させ、その燃焼により発生した熱を、キルンを加熱するのに利用することである。
【００１５】
図３において、ポルトランドセメントの製造において廃棄物をリサイクルする方法には、鉱物系微粒子および凝集材料を混合するステップ３１０と、鉱物系微粒子および凝集材料を凝集させて、添加物を生成するステップ３２０と、その添加物を乾燥するステップ３３０と、キルン中にその添加物を導入するステップ３４０と、キルン内でその添加物を焼成するステップ３５０とが含まれる。
【００１６】
本明細書において、微粒子（ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ）は、それぞれサイズ１０ｍｍ以下である複数の別々の粒子として定義している。鉱物系微粒子は少なくとも１種の下記のものを含むことができると企図している：石灰キルンダスト、セメントキルンダスト、燃焼灰、珪藻土、パーライト、スラグ微粉、アルミニウムドロス微粉、パイライト灰、鉱物抽出からの尾鉱、クラッキング触媒微粉、鉄鉱石微粉、フライアッシュ、バグハウス微粉、および粉体塗装ダスト。
【００１７】
本明細書に記載の方法において使用する鉱物系微粒子は、廃棄物（すなわち、プロセスの不要な副生物）から由来するが、鉱物系微粒子が廃棄物ではない可能性があるので、このことは制約と解釈されるべきではない。鉱物系微粒子の供給物は、少なくとも１つの石炭燃焼炉、セメントキルン、石灰キルン、および石炭火力発電所から入手されることが好ましい。
【００１８】
好ましい部類の実施形態において、凝集材料（ａｇｇｌｏｍｅｒａｔｉｎｇ  ｍａｔｅｒｉａｌ）は、顔料、石灰石、ケイ石、鉄鉱石、酸化チタン、酸化バリウム、膜形成樹脂、防腐剤から構成される塗装廃棄物である。もちろん、凝集材料は、必ずしも塗装廃棄物である必要はなく、また廃棄物製品である必要も全くない。他の適切な凝集材料には、水溶性ペイント、水溶性インキ、塗装洗浄水、レジスト、および接着剤が含まれる。凝集材料の特性とは、その凝集材料が鉱物系微粒子を十分に結合しまたは凝集させることができ、それにより、このような微粒子をセメント製造プロセスにおいて使用することが実現可能となることである。凝集材料は、任意の適正な供給源から入手可能とすることができ、特に好ましい供給源にはウォータフォール塗装ブースが含まれる。
【００１９】
鉱物系微粒子および凝集材料を混合するステップ３１０は、一般にパグミルまたはドラムミキサなどの混合装置により達成される。鉱物系微粒子および凝集材料を凝集させるステップ３２０は、典型的には混合するステップの間に行われ、半固体〜固体の粘度を有する添加物を生成するが、液体を含む他の粘度も企図される。添加物は、本明細書において５０００未満のｂ．ｔ．ｕ．／ポンド格付けを有するものとして定義される低燃料価値添加物であることが好ましい。他の実施形態には、最高１００００までを含む、５０００を超えるｂ．ｔ．ｕ．／ポンド格付けの添加物が含まれることができる。好ましい実施形態において、１種または複数の凝集材料５部が、１種または複数の鉱物系微粒子１〜１５部と結合している。他の実施形態には、１：０．５〜１：５の凝集材料対鉱物系微粒子の重量比を含む、合理的な変数が含まれる。
【００２０】
添加物を乾燥するステップ３３０は、単に添加物を周囲空気に曝すことにより達成することができる。乾燥には、キルン中に導入する前に添加物を予熱し、または予備か焼することが含まれることができる。しかし、添加物を乾燥するステップ３３０は有利ではない恐れがあることを理解されたい。
【００２１】
キルン中に「添加物を導入する」ステップ３４０において使用している、導入するステップは、キルン中に添加物を添加する、またはさもなければ添加物を投入するステップと定義される。典型的には、カルシウム、シリカ、アルミニウム、および鉄から実質的に構成される原料供給物もまた、キルンに添加されるであろう。添加物および原料供給物は、次いでキルン内で焼成できる。焼成ステップ３５０は、か焼、焙焼、またはオートクレービングを含むことが好ましいが、これらのステップは全て、およそ２６００°Ｆにキルンを加熱するステップ、およびセメントクリンカを形成するステップを含む。
【００２２】
焼成ステップ３５０の間、添加物は極度の熱に曝される。図１および２の従来技術の方法とは異なり、キルン内で有機物が燃焼され、また鉱物系微粒子、および凝集材料の両方からの鉱物が、セメントクリンカの一部となる。得られたクリンカは、添加物なしで形成されているクリンカよりも、相対的により多くの廃棄物由来のリサイクル製品からの鉱物含量を有するであろう。次いでクリンカは冷却され、かつセメントミル内で微細なセメント粉末に粉砕される。クリンカが形成され、粉砕した後でも、さらなる添加物を粉末中に導入できる。
【００２３】
したがって、ポルトランドセメントの製造へ添加物を導入する特定の実施形態および適用を開示している。しかし、当業者には、本明細書における発明の概念から逸脱せずに、すでに記述されたものの外にさらなる修正が可能であることが明らかなはずである。したがって、添付する特許請求範囲の精神におけるものを除いて、本発明の主題は制限されるべきではない。さらに、明細書および特許請求範囲の両方を解釈するに当り、全ての用語は、文脈に一致する可能な限り最も広い形で解釈するべきである。詳細には、用語「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｅ）」および「含んでいる（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」は、非限定的な形で要素、成分、またはステップを指し、参照している要素、成分、またはステップが、特に参照していない他の要素、成分、またはステップとともに存在し、利用され、またはそれらと組み合わされているものと解釈すべきである。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】焼成プロセス後にポルトランドセメントの製造において廃棄物を利用する従来技術の方法を示す略図である。
【図２】焼成プロセス前にポルトランドセメントの製造において廃棄物を利用する従来技術の方法を示す略図である。
【図３】ポルトランドセメントの製造において廃棄物を利用する方法を示す略図である。
【手続補正書】
【提出日】平成15年7月1日(2003.7.1)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉱物含有微粒子および凝集材料を凝集させて添加物を生成するステップと、
焼成ステップの前にポルトランドセメント製造プロセスに前記添加物を導入するステップと
を含む、前記焼成ステップを有するポルトランドセメント製造プロセス中に鉱物含有微粒子を混和する方法。
【請求項２】
前記鉱物含有微粒子および前記凝集材料の少なくとも１つが廃棄物製品である請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記鉱物含有微粒子および前記凝集材料の両方が廃棄物製品である請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記添加物が、５０００未満のｂ．ｔ．ｕ．／ポンド格付けを有する請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記添加物が、８０００未満のｂ．ｔ．ｕ．／ポンド格付けを有する請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記鉱物含有微粒子が、石灰キルンダスト、セメントキルンダスト、鉱物抽出尾鉱、クラッキング触媒微粉、鉄鉱石微粉、フライアッシュ、バグハウス微粉、および粉体塗装ダストの少なくとも１種を含む請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記凝集材料が、水溶性ペイント、水溶性インキ、塗装スラッジ、塗装洗浄水、および接着剤の少なくとも１種を含む請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記凝集させるステップが、前記鉱物含有微粒子および前記凝集材料を混合するステップをさらに含む請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記凝集材料の重量の、前記鉱物含有微粒子の重量に対する比率が、１：０．５と１：５の間である請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記添加物を導入するステップが、前記添加物をポルトランドセメント製造プロセスの原料供給物に添加するステップを含む請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記導入するステップの前に、前記添加物を乾燥するステップをさらに含む請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
前記焼成ステップが、か焼するステップ、焙焼するステップ、およびオートクレービングするステップの少なくとも１つを含む請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
前記焼成ステップが、前記鉱物含有微粒子および前記凝集材料からの鉱物から、少なくとも一部構成されるセメントクリンカの塊を形成するステップをさらに含む請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
前記添加物がキルンに導入される請求項１に記載の方法。
【請求項１５】
鉱物系微粒子を凝集させて添加物を生成する凝集材料と、
前記添加物を焼成して、前記鉱物系微粒子からの鉱物から、少なくとも一部構成されるセメントクリンカを生成する熱供給源と
を含む、ポルトランドセメント中に鉱物系微粒子を混和するシステム。
【手続補正書】
【提出日】平成15年9月10日(2003.9.10)
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
2005518919.tif 000002
【図２】
2005518919.tif 000003
【図３】
2005518919.tif 000004
【国際調査報告】
2005518919.tif 000005