(57)【要約】      （修正有）【課題】ボーグ式により算出されるＣ３ＡおよびＣ４ＡＦの合計量が２２％〜３２％、Ｃ３Ｓ量が６０％以上、鉄率（Ｉ．Ｍ．）が０．８〜１．３であるセメントクリンカーをロータリーキルンで連続的に製造するに際し、焼成不良となる可能性が、普通セメントよりも高めであり、前記焼成不良となったセメントクリンカーの有効な再利用方法の提供。【解決手段】被焼成物の化学組成を分析し、その結果、焼成不良と判断された被焼成物は粉砕後、セメントクリンカー原料へ添加し、再焼成するクリンカーの製造方法。好ましくは、セメントクリンカー原料への被焼成物との粉砕物の添加量は１０％以下とすることが望ましい、クリンカーの製造方法。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
クリンカー原料を焼成し、ボーグ式により算出されるＣ３ＡおよびＣ４ＡＦの合計量が２２％〜３２％、Ｃ３Ｓ量が６０％以上、鉄率（Ｉ．Ｍ．）が０．８〜１．３となるように原料を調整し、ロータリーキルン内において１３００〜１４００℃で焼成し、ｆ−ＣａＯが１．５％以下となるセメントクリンカーの製造方法であって、焼成後のセメントクリンカーを化学分析し、該分析結果に基づき、前記範囲内に入っているか否かを判断し、範囲外であった部分は当該被焼成物を粉砕後、セメントクリンカー原料へ添加し、再焼成することを特徴とするセメントクリンカーの製造方法。
【請求項２】
セメントクリンカー原料への被焼成物の粉砕物の添加量を１０％以下とする請求項１記載のセメントクリンカーの製造方法。
【請求項３】
Ｃ４ＡＦ量が１５％以上となるように原料が調整される請求項１また２記載のセメントクリンカーの製造方法。
【請求項４】
Ｃ３ＳおよびＣ２Ｓの合計量が６９％以上となるように原料が調整される請求項１、２または３いずれか１項記載のセメントクリンカーの製造方法。
【請求項５】
請求項１乃至４いずれか１項記載の製造方法でセメントクリンカーを得、これに対してセッコウを加えるセメント組成物の製造方法。 
【請求項６】
更に、高炉スラグ、シリカ質混合材、フライアッシュ及び石灰石からなる群から選ばれるいずれか１種以上の混合材を加える請求項５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】
本発明はセメントクリンカーおよびセメント組成物の製造方法に係る。詳しくは従来よりも低温で焼成可能なセメントクリンカーにおいて不良品となった該クリンカーが再利用可能な製造方法に係る。
【背景技術】
【０００２】
セメント産業は、大量生産・大量消費型産業であり、省資源・省エネルギーは最重要課題となっている。例えば、最も大量に製造されているポルドランドセメントは所定の化学組成に調整された原料を１４５０℃〜１５５０℃もの高温で焼成してクリンカーとする必要があり、焼成工程が最もエネルギー消費の大きい工程である。すなわち、クリンカーの焼成温度を低減することができればエネルギー削減につながる。クリンカーの焼成温度低減にはクリンカーの主要鉱物であるＣ４ＡＦ（４ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３・Ｆｅ２Ｏ３）を増加させる技術が開発されている。（特許文献１）
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第５６６５６３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら上記のＣ４ＡＦを増加させる系では、従来のポルトランドセメントより焼成温度を低減できるものの主要鉱物の生成できる温度の下限付近での焼成となるため、熱エネルギー量の変動が大きい場合などに、焼成不良になる可能性が従来のポルトランドセメントよりも高いという課題があった。焼成不良となったセメントクリンカーはｆ−ＣａＯが高く、鉱物も十分に生成されていないためセメントの諸性状に悪影響を及ぼすことが想定される。例えばｆ−ＣａＯが高い場合、凝結異常となり施工性が低下し、さらに鉱物が十分生成されていないため、セメントの強度発現性が低下する。このようなセメントは使用することができず、廃棄しなければならない状況であった。
【０００５】
そこで本発明は焼成不良となったセメントクリンカーの有効な再利用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】
【０００６】
本発明者らは上記課題を解決するため鋭意検討を進め、焼成不良となったセメントクリンカーをセメントクリンカー原料へ添加し、再焼成を行なうことにより、廃棄することなく再利用できることを見出し、本発明を完成した。
【０００７】
即ち、本発明はクリンカー原料を焼成し、ボーグ式により算出されるＣ３ＡおよびＣ４ＡＦの合計量が２２％〜３２％、Ｃ３Ｓ量が６０％以上、鉄率（Ｉ．Ｍ．）が０．８〜１．３となるように原料を調整し、ロータリーキルン内において１３００〜１４００℃で焼成し、ｆ−ＣａＯが１．５％以下となるセメントクリンカーの製造方法であって、焼成後のセメントクリンカーを化学分析し、該分析結果に基づき、前記範囲内に入っているか否かを判断し、範囲外であった部分は当該被焼成物を粉砕後、セメントクリンカー原料へ添加し、再焼成することを特徴とするセメントクリンカーの製造方法である。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、焼成不良となったセメントクリンカーを廃棄することなく、再利用することが可能となる。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本発明におけるＣ３Ａ、Ｃ４ＡＦおよびＣ３Ｓ量は、ボーグ（Ｂｏｇｕｅ）式によって求められるものである。
【００１０】
ボーグ式は、係数・諸比率とならんで利用され、主要化学分析値を用いておよその主要化合物組成を算出する計算式であり、当業者には周知の式であるが、念のため、以下にボーグ式によるクリンカー中の各鉱物量の求め方を記しておく。
Ｃ３Ｓ量  ＝  （４．０７×ＣａＯ）―（７．６０×ＳｉＯ２）―（６．７２×Ａｌ２Ｏ３）―（１．４３×Ｆｅ２Ｏ３）
Ｃ２Ｓ量  ＝  （２．８７×ＳｉＯ２）―（０．７５４×Ｃ３Ｓ）
Ｃ３Ａ量  ＝  （２．６５×Ａｌ２Ｏ３）―（１．６９×Ｆｅ２Ｏ３）
Ｃ４ＡＦ量  ＝  ３．０４×Ｆｅ２Ｏ３
【００１１】
また鉄率（Ｉ．Ｍ．）は、水硬率（Ｈ．Ｍ．）ケイ率（Ｓ．Ｍ.）、活動係数（Ａ．Ｉ．）および石灰飽和度（Ｌ．Ｓ．Ｄ．）とならんで、主要化学成分値を用いて求められ、クリンカー製造管理のための特性値として、回数・諸比率の一つとして利用されており、当業者には周知の係数であるが、念のため、以下に当該鉄率の計算方法を他の係数値と併せて記しておく。
【００１２】
水硬率（Ｈ．Ｍ．）  ＝  ＣａＯ／（ＳｉＯ２＋Ａｌ２Ｏ３＋Ｆｅ２Ｏ３）
ケイ酸率（Ｓ．Ｍ．）  ＝  ＳｉＯ２／（Ａｌ２Ｏ３＋Ｆｅ２Ｏ３）
鉄率（Ｉ．Ｍ．）  ＝  Ａｌ２Ｏ３／Ｆｅ２Ｏ３
活動係数（Ａ．Ｉ．）  ＝  ＳｉＯ２／Ａｌ２Ｏ３
石灰飽和度（Ｌ．Ｓ．Ｄ．）  ＝  ＣａＯ／（２．８×ＳｉＯ２＋１．２×Ａｌ２Ｏ３＋０．６５×Ｆｅ２Ｏ３）
【００１３】
なお、上記中の「ＣａＯ」、「ＳｉＯ２」、「Ａｌ２Ｏ３」および「Ｆｅ２Ｏ３」は、それぞれＪＩＳ  Ｒ  ５２０２「ポルトランドセメントの化学分析法」やＪＩＳ  Ｒ  ５２０４「セメントの蛍光Ｘ線分析法」などに準拠した方法により測定できる。
【００１４】
上述の通り、本発明のセメントクリンカーにおいては、Ｃ３Ａ、Ｃ４ＡＦの量はその合計が２２％〜３２％でなくてはならない。これらの量が２２％を下回ると強度発現性などの物性の良好なセメントクリンカーを１３００〜１４００℃の温度で焼成して得ることが困難になる。より好ましい合計量は２４％以上である。一方でこれらの量が３２％を上回ると液相量が多すぎるため、ロータリーキルン内でのコーチングの発達等、キルン運転に影響を及ぼす。より好ましい合計量は２８％以下である。またこの両成分のうち、Ｃ４ＡＦは、低温でも十分に焼結させることができ、かつクリンカー中のｆ−ＣａＯ量を少なくできる点で、単独で１５％以上存在することが好ましい。
【００１５】
Ｃ３Ｓ量は本発明のセメントクリンカーを用いたセメント組成物（以下、単に「セメント」）の強度発現性に対して極めて重要である。この量が６０％を下回るとＣ３ＡおよびＣ４ＡＦの合計量および後述する鉄率を所定の範囲にしても良好な強度発現性を得られない。Ｃ３Ｓ量は６２％以上であることが好ましく、６３％以上であることが特に好ましい。なお上述したＣ３ＡおよびＣ４ＡＦの合計量は少なくとも２２％であるから、Ｃ３Ｓ量の上限は７８％となる。凝結の開始から終結までの時間をある程度確保するために、７０％以下が好ましく、６５％以下がより好ましい。
【００１６】
本発明のセメントクリンカーにはさらにＣ２Ｓが含まれていてもよい。その量は１８％以下であり、３％以上であることが好ましい。長期強度を得るという観点から、特に好ましくはＣ３Ｓ量との合計量が６９％以上となる量である。
【００１７】
本発明のセメントクリンカーにおいて最も重要なことは鉄率（Ｉ．Ｍ．）を０．８〜１．３以下とすることにある。鉄率が０．８を下回ると十分な凝結性状が得られず、硬化体を形成しにくくなり、強度発現性を得ることができない。鉄率が１．３を超えると、本発明のセメントクリンカーにおける他の要件を満足していても十分な強度発現性（より具体的には、例えばモルタル強さ発現）を得ることができない。さらに鉄率が１．３を超える場合、凝結開始から終結までの時間が長くなりすぎる傾向にあり、この点からも鉄率は０．８〜１．３とする。より好ましい鉄率の範囲は１．０〜１．３であり、特に好ましくは１．１４〜１．２７である。
【００１８】
水硬率及びケイ酸率は特に限定されるものではないが、各種物性のバランスに優れたものとするために、水硬率は好ましくは１．８〜２．２、特に好ましくは１．９〜２．１であり、またケイ酸率は好ましくは１．０〜２．０、特に好ましくは１．１〜１．７である。
【００１９】
本発明においては、上記組成になるように計算、配合された原料をロータリーキルンにて１３００〜１４００℃で焼成する。組成の計算は、従来公知の方法によればよく、原料となる石灰石、軟珪石、粘土等の天然原料や、高炉スラグ、製鋼スラグ、非鉄鉱滓、石炭灰、下水汚泥、浄水汚泥、製紙スラッジ、建設発生土、鋳物砂、ばいじん、焼却飛灰、溶融飛灰、塩素バイパスダスト、木屑、廃白土、ボタ、廃タイヤ、貝殻、都市ごみやその焼却灰等の副産物・廃棄物原料の化学組成を各々測定し、調合比を求めるなどの方法によればよい。
【００２０】
ロータリーキルンでの焼成方法も公知の方法に従えばよく、ＳＰキルン、ＮＳＰキルン等を用いることができる。これらキルンを用いた場合、天然原料は一般に最上段のプレヒーターから投入されるが、副産物・廃棄物原料は、仮焼炉、窯尻ハウジング、窯前などプレヒーター以外の公知の投入場所からも投入することができる。
【００２１】
このようにして焼成して得られた被焼成物は、通常は前記組成を有するセメントクリンカーとなっているが、原料の組成のブレや計量誤差等に起因して、前記組成から外れる場合もある。本発明の特徴はこのような組成ずれを起こしている被焼成物を不良品として廃棄するのではなく、原料へと戻して再焼成する点にある。なお、被焼成物の化学組成は前記ＩＳ  Ｒ  ５２０２やＪＩＳ  Ｒ  ５２０４にて確認することができる。
【００２２】
本発明においては、上記組成ずれを起こしている被焼成物は、他の鉱物性原材料や各種廃棄物・副産物原料と同等の原料として扱うことができる。従って、前記したような従来公知のセメントクリンカーの製造方法をそのまま適用することができる。即ち、例えば石灰石、粘土、珪石、酸化鉄原料等の鉱物性原材料や各種廃棄物・副産物等（以下、単に廃棄物という）の組成を測定し、その各成分の割合から所定のボーグ式による鉱物組成の値となるように焼成不良のクリンカーの添加割合に応じて原料の調合割合を計算すればよい。
【００２３】
なお、焼成不良のクリンカーのｆ−ＣａＯが高いことにより、再焼成を行う場合は、目的組成範囲内になっているため、そのまま添加でき再調整の手間が省けるため有用である。
【００２４】
ロータリーキルンにて焼成されて得られた被焼成物は塊状となっている。従って、組成ずれを起こしている被焼成物をクリンカー原料として取り扱うためには、粉砕する必要がある。粉砕を行わないと均一な焼成が困難となる。粉砕は公知の方法で適宜行えば良く、好適には、石灰石等の他の鉱物性原材料と共に、ボールミル、竪型ミル等で粉砕することである。
【００２５】
本発明において、セメントクリンカー原料への、上記組成ずれを起こしている被焼成物の粉砕物の添加量は好ましくは１０質量％以下である。１０質量%以下とすることにより、特に組成を調整することなく添加できるとういう効果が得られる。
【００２６】
本発明の製造方法で製造されたセメントクリンカーは、従来公知のセメントクリンカーと同様、セッコウと共に粉砕または個別に粉砕した後、混合することにより、セメントとすることができる。当該セメントとしては、普通ポルトランドセメント、早強ポルトランドセメント、超早強ポルトランドセメントが挙げられる。またポルトランドセメントとする以外にも、各種混合セメントや、土壌固化材等の固化材の構成成分として使用することも可能である。
【００２７】
セッコウを加えてセメントとする場合、使用するセッコウについては、二水セッコウ、半水セッコウ、無水セッコウ等のセメント製造原料として公知のセッコウが特に制限なく使用できる。セッコウの添加量は、ポルトランドセメントの場合、そのなかのＳＯ３量が１．５〜５．０質量％となるように添加することが好ましく、１．８〜３質量％となるような添加量がより好ましい。上記セメントクリンカーおよびセッコウの粉砕方法については、公知の技術が特に制限なく使用できる。
【００２８】
また、当該セメントには、高炉スラグ、シリカ質混合材、フライアッシュ、炭酸カルシウム、石灰石等の混合材や粉砕助剤を適宜添加して混合粉砕するか、粉砕後に混合材と混合してもよい。また塩素バイパスダスト等を混合してもよい。
【００２９】
セメントの粉末度は、特に制限されないが、ブレーン比表面積で２８００〜４５００ｃｍ２／ｇに調整されることが好ましい。
【００３０】
さらに必要に応じ、粉砕後に高炉スラグ、フライアッシュ等を混合し、高炉スラグセメント、フライアッシュセメント等にすることも可能である。