(57)【要約】【課題】クリンカー粉砕時に、水洗ダストを添加しても、凝結時間に影響を及ぼさないセメント組成物及びセメント組成物の製造方法を提供することを目的とする。【解決手段】セメントクリンカーと石膏と塩素バイパスダストを水洗処理した水洗ダストを含むセメント組成物であって、前記セメントクリンカーのＣ3Ｓ含有量が４５〜６５質量％、Ｃ２Ｓ含有量が１４〜２４質量％、Ｃ3Ａ含有量が８〜１３質量％及びＣ4ＡＦ含有量が８〜１３質量％、前記水洗ダスト中の水分含有量が５〜２０質量％であり、前記セメント組成物中に水洗ダストを０．０１〜２．０質量％及び石膏をＳＯ３基準で０．５〜３．０質量％含み、前記セメント組成物のブレーン比表面積が３０００〜３５００ｃｍ２/ｇであることを特徴とするセメント組成物である。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
セメントクリンカーと石膏と塩素バイパスダストを水洗処理した水洗ダストを含むセメント組成物であって、
前記セメントクリンカーのＣ3Ｓ含有量が４５〜６５質量％、Ｃ２Ｓ含有量が１４〜２４質量％、Ｃ3Ａ含有量が８〜１３質量％及びＣ4ＡＦ含有量が８〜１３質量％、前記水洗ダスト中の水分含有量が５〜２０質量％であり、
前記セメント組成物中に水洗ダストを０．０１〜２．０質量％及び石膏をＳＯ３基準で０．５〜３．０質量％含み、
前記セメント組成物のブレーン比表面積が３０００〜３５００ｃｍ２/ｇであることを特徴とするセメント組成物。
【請求項２】
前記水洗ダストのＳｉＯ２含有量が１０〜２０質量％、Ａｌ２Ｏ３含有量が１．０〜１０．０質量％、Ｆｅ２Ｏ３含有量が０．１〜３．０質量％、ＣａＯ含有量が４０〜６０質量％、Ｎａ２Ｏ含有量が０．１〜２．０質量％、Ｋ２Ｏ含有量が０．１〜３．０質量％、Ｃｌ含有量が０．１〜２．０質量％及びｆ．ＣａＯ含有量が５〜４０質量％である、請求項１記載のセメント組成物。
【請求項３】
前記水洗ダストを乾燥し水分含有量を５〜２０質量％に調整した後、セメントクリンカー及び石膏と、混合及び粉砕し、請求項１又は２記載のセメント組成物を調製する、セメント組成物の製造方法。
【請求項４】
前記乾燥する温度が２０〜４０℃である、請求項３記載のセメント組成物の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、塩素バイパスダスト装置を備えたセメント製造プラントで回収される塩素バイパスダストを水洗することで得られた水洗ダストをクリンカー粉砕工程で添加しても、セメントの凝結時間に影響を及ぼさないセメント組成物及びセメント組成物の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
セメント業界はセメントの原燃料として、塩素分の多い廃棄物（都市ゴミ焼却灰、廃プラスチックなど）を使用している。しかし、クリンカーの製造において、塩素は、セメント原料焼成系内におけるコーチングトラブルを誘発したり、セメントクリンカー中の塩素分を高めたりする。このため、セメント原料焼成系内における塩化アルカリ等の含有量を低減させることを目的に、例えば、特許文献１に示されるような、塩素バイパス装置がセメントキルンに付加的に設置されている。塩素バイパスダスト中には、ＫＣｌなどの塩化物やセメント原料の仮焼物とそれらの硫酸塩が含まれている。
【０００３】
一方で、従来より、塩素バイパスダストの有効利用を図るため、種々の方法が提案されている。例えば、特許文献２では、塩素バイパスダストをセメントに添加し、セメントの強度改善を図る方法が提案されている。また、特許文献３では塩素バイパスダストを水洗処理し、塩素を除去したスラッジをセメント原料として添加する方法が提案されている。しかし、塩素バイパスダストは塩素含有量が高いため、セメントへの添加量は制限せざるを得ない。また、水洗ダストをクリンカー原料に添加した場合、その他の廃棄物原単位の低下や変更が必要となる。
【０００４】
このようなことから、セメントの粉砕工程において、塩素含有量が少ない水洗ダストを添加することは、有効な手段であると考えられる。特許文献４には、水洗ダストをセメントに添加することによって、セメントからのＳｅの溶出を低減できることが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１０−３３０１３６
【特許文献２】特開平１０−２１８６５７
【特許文献３】特開２００２−３３８３１２
【特許文献４】特開２００９−２３９０３
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献４では水洗ダストを添加した場合のセメントの凝結時間の変動についての検討は行われていない。
そこで、本発明は、クリンカー粉砕時に、水洗ダストを添加しても、凝結時間に影響を及ぼさないセメント組成物及びセメント組成物の製造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】
【０００７】
本発明者らは上記目的を達成すべく鋭意検討した結果、水洗処理した塩素バイパスダスト中の水分含有量を調製した後に、クリンカーに添加することで凝結時間に影響しないセメント組成物が得られることを見出し、本発明を完成するに至った。
【０００８】
すなわち、本発明は、セメントクリンカーと石膏と塩素バイパスダストを水洗処理した水洗ダストを含むセメント組成物であって、前記セメントクリンカーのＣ3Ｓ含有量が４５〜６５質量％、Ｃ２Ｓ含有量が１４〜２４質量％、Ｃ3Ａ含有量が８〜１３質量％及びＣ4ＡＦ含有量が８〜１３質量％、前記水洗ダスト中の水分含有量が５〜２０質量％であり、前記セメント組成物中に水洗ダストを０．０１〜２．０質量％及び石膏をＳＯ３基準で０．５〜３．０質量％含み、前記セメント組成物のブレーン比表面積が３０００〜３５００ｃｍ２/ｇであるセメント組成物に関する。
また、本発明は、前記水洗ダストを乾燥し水分含有量を５〜２０質量％に調整した後、セメントクリンカー及び石膏と、混合及び粉砕し、前記セメント組成物を調製する、セメント組成物の製造方法に関する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、塩素バイパスダストならびに水洗ダストを有効利用できるとともに、クリンカー粉砕時に、水洗ダストを添加しても、水洗ダスト中の水分含有量を調整しておくことで、凝結時間に影響を及ぼさないセメント組成物及びセメント組成物の製造方法を提供することができる。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下に本発明を詳しく説明する。
【００１１】
＜セメント組成物＞
本発明のセメント組成物は、セメントクリンカーと石膏と塩素バイパスダストを水洗処理した水洗ダストを含む。
セメントクリンカーのＣ3Ｓ含有量は４５〜６５質量％、好ましくは４７〜６３質量％、より好ましくは４９〜６１質量％、更に好ましくは５０〜６０質量％であり、Ｃ２Ｓ含有量は１０〜３０質量％、好ましくは１２〜２８質量％、より好ましくは１４〜２６質量％、更に好ましくは１５〜２５質量％であり、Ｃ3Ａ含有量は８〜１３質量％、
好ましくは８．５〜１２．５質量％、より好ましくは９．０〜１２．０質量％である。Ｃ4ＡＦ含有量は８〜１３質量％、好ましくは８．５〜１２．５質量％、より好ましくは９．０〜１２．０質量％である。このような組成範囲であれば、水洗ダストの水分含有量を調整することで、セメントの凝結時間への影響を小さくすることができる。
【００１２】
セメントクリンカーは、ＳＰ方式（多段サイクロン予熱方式）又はＮＳＰ方式（仮焼炉を併設した多段サイクロン予熱方式）等の既存のセメント製造設備を用いて、石灰石、珪石、石炭灰、粘土、高炉スラグ、建設発生土、下水汚泥、高炉ダスト、銅からみ、脱鉄スラグ及び焼却灰からなる群より選ばれる原料を混合し、焼成して製造することができる。石炭灰や高炉スラグのような産業廃棄物・副産物を比較的多く使用することにより、天然資源である石灰石や珪石の使用量を低減しかつ、エネルギー消費量等を低減することができるため、石灰石の熱分解や燃料の燃焼に起因するＣＯ２排出量を低減することができる。
【００１３】
塩素バイパスダストは、塩素バイパス装置によって抽気された排ガスから集塵されたダストである。この塩素バイパスダストの固形物は、ＫＣｌ、ＮａＣｌ、ＣａＣｌ２等の塩化物やセメント原料の仮焼物、それらの硫酸塩等から成る。また、その塩素バイパスダストを水洗処理することによって塩素濃度が低い水洗ダストを得ることができる。
水洗ダスト中の水分含有量は、５〜２０質量％、好ましくは５．５〜１８質量％、より好ましくは６〜１７質量％、更に好ましくは６．５〜１６質量％である。この範囲であれば、凝結時間に影響を及ぼさないセメント組成物を得ることが可能である。
水洗ダスト中の水分含有量の調整は、キルンからの排ガスの利用や乾燥機を用いて行うことができる。本発明の水分含有量とは、１０５℃で乾燥して恒量になったときの重量減少量（％）である。
【００１４】
水和停止を行った（結晶水以外の付着水を除去）後の水洗ダストのＳｉＯ２含有量は５〜２５質量％、好ましくは７〜２３質量％、より好ましくは９〜２３質量％、更に好ましくは１０〜２０質量％であり、Ａｌ２Ｏ３含有量は１．０〜１５．０質量％、好ましくは２〜１４質量％、より好ましくは２．５〜１３質量％、更に好ましくは３〜１２質量％であり、Ｆｅ２Ｏ３含有量は０．１〜３．０質量％、好ましくは０．５〜２．６質量％、より好ましくは０．７〜２．４質量％、更に好ましくは０．９〜２．２質量％であり、ＣａＯ含有量は３０〜６０質量％、好ましくは３３〜５７質量％、より好ましくは３５〜５５質量％、更に好ましくは３７〜５３質量％である。
【００１５】
また、Ｎａ２Ｏ含有量は０．１〜２．０質量％、好ましくは０．１５〜１．８質量％、より好ましくは０．２〜１．７質量％、更に好ましくは０．２５〜１．６質量％であり、Ｋ２Ｏ含有量は０．１〜３．０質量％、好ましくは０．４〜２．７質量％、より好ましくは０．６〜２．５質量％、更に好ましくは０．７〜２．４質量％であり、Ｃｌ含有量は０．１〜２．０質量％、好ましくは０．３〜１．８質量％、より好ましくは０．４〜１．７質量％、更に好ましくは０．５〜１．６質量％であり、ｆ．ＣａＯ含有量は５〜４０質量％、好ましくは７〜３８質量％、より好ましくは９〜３６質量％、更に好ましくは１０〜３５質量％である。
これらの範囲であれば、凝結時間に影響を及ぼさないセメント組成物を得ることが可能である。
【００１６】
本発明のセメント組成物中に水洗ダストを０．０１〜２.０質量％、好ましくは０．１〜１．７質量％、より好ましくは０．２〜１．５質量％含む。含有量が０．０１質量％よりも少なければ、塩素バイパスダストならびに水洗ダストの有効利用に寄与できなくなる。一方、２質量％よりも多くなれば、強度発現性の低下を引き起こす。
本発明のセメント組成物中に石膏をＳＯ３基準で０．５〜３．５質量％、好ましくは１．０〜３．０質量％、より好ましくは１．５〜２．７質量％、更に好ましくは１．７〜２．５質量％含む。これらの範囲であれば、凝結時間に影響を及ぼさないセメント組成物を得ることが可能である。
【００１７】
本発明に用いる石膏は、ＪＩＳ  Ｒ  ９１５１「セメント用天然石膏」に規定される品質を満足することが望ましい。具体的に二水石膏、半水石膏、不溶性無水石膏が好適に用いられる。
セメント組成物のブレーン比表面積は３０００〜３５００ｃｍ２/ｇ、好ましくは３０５０〜３４００ｃｍ２/ｇ、より好ましくは３１００〜３３００ｃｍ２/ｇ、更に好ましくは３１５０〜３２５０ｃｍ２/ｇである。これらの範囲であれば、凝結時間に影響を及ぼさないセメント組成物を得ることが可能である。
本発明では、必要に応じて、混合材を添加してもよい。混合材は、ＪＩＳ  Ｒ  ５２１１「高炉セメント」に規定される高炉スラグ、ＪＩＳ  Ｒ  ５２１２「シリカセメント」に規定されるシリカ質混合材、ＪＩＳ  Ａ  ６２０１「コンクリート用フライアッシュ」に規定されるフライアッシュ、石灰石微粉末を利用することができる。
また、本発明では、塩素バイパスダストをさらに添加することができる。
【００１８】
＜セメント組成物の製造方法＞
本発明のセメント組成物の製造方法は、上述した水洗ダストを乾燥し水分含有量を５〜２０質量％、５．５〜１８質量％、より好ましくは６〜１７質量％、更に好ましくは６．５〜１６質量％に調整する。この範囲であれば、凝結時間に影響を及ぼさないセメント組成物を製造することが可能である。
【００１９】
次に、乾燥した水洗ダストと、セメントクリンカー及び石膏とを混合及び粉砕し、上述したセメント組成物を調製する。混合及び粉砕する方法としては、水洗ダストとセメントクリンカーを同時に粉砕した後に、石膏を混合する方法や全てを同時に粉砕する方法が挙げられる。
水洗ダストを乾燥する温度は２０〜４０℃、好ましくは２２〜３８℃、より好ましくは２４〜３６℃、更に好ましくは２５〜３５℃である。この範囲であれば、凝結時間に影響を及ぼさないセメント組成物を製造することが可能である。
【実施例】
【００２０】
以下に、実施例及び比較例を挙げて本発明の内容を詳細に説明する。なお、本発明はこれらの例によって限定されるものではない。
【００２１】
[セメントの調製]
セメントの調製には、試験ボールミルを使用し、クリンカー、石膏および乾燥後の水洗ダストを同時に粉砕した。また、石膏の添加量はセメントＳＯ３含有量が１．９質量％となる量とし、水洗ダストの添加量は、全粉砕物に対して内割で１．２質量％とした。セメントのブレーン比表面積は３２００±１００cm2/gとした。また、参考として、水洗ダスト無添加のセメントも作製した。
【００２２】
ここで、各種材料のキャラクターを示す。クリンカーの鉱物組成を表１に示す。なお、ポルトランドセメントクリンカーの鉱物組成は、ＪＩＳ Ｒ ５２０２：２０１０「セメントの化学分析方法」に準じて化学成分を定量し、Ｃ3Ｓ含有量、Ｃ２Ｓ含有量、Ｃ3Ａ含有量、Ｃ4ＡＦ含有量は式（１）〜（４）により求めた。
【００２３】
【表１】
2015009999.tif 000002
【００２４】
Ｃ３Ｓ＝４．０７×（ＣａＯ−ｆ.ＣａＯ）−７．６０×ＳｉＯ２−６．７２×Ａｌ２Ｏ３−１．４３×Ｆｅ２Ｏ３・・・式（１）
Ｃ２Ｓ＝２．８７×ＳｉＯ２−０．７５×Ｃ３Ｓ・・・式（２）
Ｃ３Ａ＝２．６５×Ａｌ２Ｏ３−１．６９×Ｆｅ２Ｏ３・・・式（３）
Ｃ４ＡＦ＝３．０４×Ｆｅ２Ｏ３・・・式（４）
【００２５】
水洗ダストの化学組成を表２及び表３に示す。化学成分は、ＪＩＳ Ｒ ５２０２：２０１０「セメントの化学分析方法」に準じて求めた。ｆ.ＣａＯ含有量はセメント協会標準試験法のＪＣＡＳ  Ｉ−０１：１９９７「遊離酸化カルシウムの定量方法」に準じて測定した。なお、水洗ダストの化学組成は、アセトンによる洗浄を行って水和停止した後、２０℃で６時間真空乾燥したものの値（結晶水以外の付着水を除去した値）である。
【００２６】
水洗ダストは、３０℃、６０℃、１０５℃で加熱乾燥して水分含有量を調整した。得られた水洗ダストの水分含有量を表４に示す。なお、ここに示す水分含有量は水和停止を行っていない状態の水洗ダストを対象とした。
【００２７】
【表２】
2015009999.tif 000003
【００２８】
【表３】
2015009999.tif 000004
【００２９】
【表４】
2015009999.tif 000005
【００３０】
石膏の化学成分は表５に示すとおりである。これらの化学成分はＪＩＳ Ｒ ５２０２：２０１０「セメントの化学分析方法」に準じて求めた。
【００３１】
【表５】
2015009999.tif 000006
【００３２】
次に、JIS  R５２０１：１９９７に規定された「セメントの物理試験方法」に従って、凝結試験を行った。
【００３３】
表６に結果を示す。水洗ダスト中の水分含有量が９．７％の実施例１が、水洗ダスト無添加（参考値１）のセメントに近い凝結時間となることがわかる。
【００３４】
【表６】
2015009999.tif 000007
【００３５】
水洗ダスト中の水分含有量によってセメントの凝結時間が異なる理由についてはよくわからないが、水洗ダスト中の水分が、水酸化カルシウムの被粉砕性に影響しているためと考えられる。