(57)【要約】【課題】珪酸源として珪石の代替物を含み、かつ、珪石のように焼成性を悪化させることのない、セメントクリンカー原料を提供する。【解決手段】セメントクリンカー原料は、蝋石、酸性白土、活性白土、及びシリカゲルからなる群より選ばれる一種以上の材料からなる珪酸質粉末を含む。珪酸質粉末は、好ましくは、２〜６０μｍの粒度を有する粉末の割合が８０質量％以上のものである。セメントクリンカー原料中の前記の特定の珪酸質粉末の含有率は、好ましくは５〜４５質量％である。セメントクリンカー原料中の遊離石灰の含有率は、好ましくは２．０質量％以下である。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
蝋石、酸性白土、活性白土、及びシリカゲルからなる群より選ばれる一種以上の材料からなる珪酸質粉末を含むことを特徴とするセメントクリンカー原料。
【請求項２】
上記珪酸質粉末は、２〜６０μｍの粒度を有する粉末の割合が８０質量％以上のものである請求項１に記載のセメントクリンカー原料。
【請求項３】
上記珪酸質粉末の含有率が、５〜４５質量％である請求項１又は２に記載のセメントクリンカー原料。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載のセメントクリンカー原料を焼成してなることを特徴とするセメントクリンカー。
【請求項５】
遊離石灰の含有率が、２．０質量％以下である請求項４に記載のセメントクリンカー。
【請求項６】
請求項４又は５に記載のセメントクリンカーの粉砕物を含むことを特徴とするセメント。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、焼成してセメントクリンカーを得るためのセメントクリンカー原料に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のセメントクリンカー原料の典型例として、石灰石、粘土、珪石、鉄滓を含むものが挙げられる。
しかし、珪石の配合割合を増大させると、セメントクリンカー原料の焼成性を悪化させることが知られている。
そのため、珪石の代替物として、セメントクリンカー原料の焼成性を悪化させることなく、珪酸成分を供給することのできる珪酸源が求められている。
【０００３】
一方、セメント組成物の材料の一部に、珪酸塩鉱物を用いることが知られている。
一例として、ろう石（蝋石）、陶器質軽量シャモット、フラックス成分およびＣ３Ｓを主体とするセメントを主材とした配合物を混練・成形し、養生・乾燥後、焼成し、主としてマトリックス部にワラストナイトおよびアノーサイトを生成させることを特徴とするセメント系焼成建材の製造方法が、提案されている（特許文献１）。
他の例として、ポルトランドセメント等の、カルシウムに富む水硬性材料１００重量部に、シリカゲル等の非晶質シリカ質材料５重量部〜３０重量部を含有することを特徴とする水硬性材料が、提案されている（特許文献２）。
【特許文献１】特開平８−１３３８２５号公報
【特許文献２】特開平１１−６１１２２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述のとおり、セメントクリンカー原料としての珪石の配合割合を増大させると、セメントクリンカー原料の焼成性を悪化させることが知られている。
なお、上述の文献に記載されているろう石及びシリカゲルは、いずれも、セメントクリンカー原料ではなく、セメント混和材として用いられている。
本発明は、珪酸源として珪石の代替物を含み、かつ、珪石のように焼成性を悪化させることのない、セメントクリンカー原料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】
【０００５】
本発明者は、上記課題を解決するために鋭意検討した結果、珪石の代替物として、蝋石、酸性白土、活性白土、シリカゲルのいずれかを用いれば、上記課題を達成し得ることを見出し、本発明を完成した。
すなわち、本発明は、以下の［１］〜［６］を提供するものである。
［１］  蝋石、酸性白土、活性白土、及びシリカゲルからなる群より選ばれる一種以上の材料からなる珪酸質粉末を含むことを特徴とするセメントクリンカー原料。
［２］  上記珪酸質粉末は、２〜６０μｍの粒度を有する粉末の割合が８０質量％以上のものである前記［１］に記載のセメントクリンカー原料。
［３］  上記珪酸質粉末の含有率が、５〜４５質量％である前記［１］又は［２］に記載のセメントクリンカー原料。
［４］  前記「１」〜［３］のいずれかに記載のセメントクリンカー原料を焼成してなることを特徴とするセメントクリンカー。
［５］  遊離石灰の含有率が、２．０質量％以下である前記［４］に記載のセメントクリンカー。
［６］  前記［４］又は［５］に記載のセメントクリンカーの粉砕物を含むことを特徴とするセメント。
【発明の効果】
【０００６】
本発明のセメントクリンカー原料によれば、珪石の代替物である珪酸源として、特定の珪酸塩鉱物（具体的には、蝋石、酸性白土、活性白土、またはシリカゲル）を用いているため、珪石を用いた場合に見られるセメントクリンカー原料の焼成性の悪化が生じず、珪石を用いない場合と同様の焼成条件（例えば、焼成温度、焼成時間等）で良好なセメントクリンカーを得ることができる。
したがって、本発明によれば、珪酸源として珪石を用いる場合と比べて、良好なセメントクリンカーを得るのに必要な焼成時間の短縮等を図ることができ、その結果、セメントクリンカーの製造効率の向上や、燃料コストの削減等を達成することができる。また、本発明によれば、セメントクリンカーの設計上、液相の量や微量成分の量を大きく増大させることができず、それゆえ、焼成性の向上を図りづらい場合にも、珪石に代えて特定の珪酸塩鉱物（具体的には、蝋石、酸性白土、活性白土、またはシリカゲル）を用いるだけで、焼成性を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
本発明のセメントクリンカー原料は、蝋石、酸性白土、活性白土、及びシリカゲルからなる群より選ばれる一種以上の材料からなる珪酸質粉末を含むものである。
セメントクリンカー原料は、焼成によってセメントクリンカーを製造することのできる原料であり、本発明で規定する珪酸質粉末に加えて、通常、石灰石、粘土、鉄滓等を含む。
本明細書において、蝋石とは、葉蝋石（パイロフィライト；化学組成：Ａｌ２Ｓｉ４Ｏ１０（ＯＨ）２）を含むものを意味する。
酸性白土は、モンモリロナイト、ハロイサイト等の粘土鉱物を主成分とするものであり、例えば、酸化珪素６０〜８０質量％、酸化アルミニウム１０〜２０質量％、酸化鉄１０質量％以下、酸化カルシウム３質量％以下、酸化マグネシウム８質量％以下、酸化ナトリウム及び酸化カリウム（合計で）３質量％以下、水４〜２０質量％の組成を有する。
【０００８】
活性白土は、酸性白土を硫酸で処理することなどによって活性化したものであり、例えば、酸化珪素７５〜８５質量％、酸化アルミニウム９〜１３質量％、酸化鉄１〜２質量％、酸化カルシウム１質量％以下、酸化マグネシウム１〜３質量％、酸化ナトリウム及び酸化カリウム（合計で）１質量％以下、水５〜９質量％の組成を有する。
シリカゲルは、高純度（通常、９９質量％以上）の酸化珪素からなるガラス状で多孔質の固体である。シリカゲルは、水ガラスを塩酸で処理して、ゲル状で白色半透明の珪酸（Ｈ２ＳｉＯ３）を得た後、この珪酸を加熱して脱水することによって得られる。
【０００９】
蝋石、酸性白土、活性白土、及びシリカゲルからなる群より選ばれる一種以上の材料からなる珪酸質粉末は、特定の粒度（好ましくは２〜６０μｍの粒度）を有する粉末の割合が８０質量％以上のものである。該粒度が２μｍ未満では、蝋石等の材料を粉砕するのに多大な手間と時間を要することがある。該粒度が６０μｍを超えると、セメントクリンカー原料の焼成性が低下することがある。ここで、上記の特定の粒度は、より好ましくは２〜５５μｍ、さらに好ましくは４〜５０μｍ、最も好ましくは５〜４５μｍである。また、上記の特定の粒度を有する粉末の割合は、より好ましくは８５質量％以上、特に好ましくは９０質量％以上である。したがって、珪酸質粉末は、５〜４５μｍの粒度を有する粉末の割合が、９０質量％以上であることが、最も好ましい。
本発明で用いる特定の珪酸質粉末中の珪酸（ＳｉＯ２）の含有率（強熱減量（Ｉｇ．ｌｏｓｓ）を除く酸化物換算での割合）は、好ましくは６０質量％以上、より好ましくは６５質量％以上である。
【００１０】
セメントクリンカー原料中の前記の特定の珪酸質粉末の含有率は、好ましくは５〜４５質量％、より好ましくは１０〜４０質量％、さらに好ましくは１５〜３５質量％、最も好ましくは２０〜３０質量％である。
該含有率が５質量％未満では、珪石の代替物として特定の珪酸質粉末を用いることによって、セメントクリンカー原料中の珪酸の含有率の増大、及び、珪石によるセメントクリンカー原料の焼成性の悪化の防止を同時に図ろうとする本発明の目的を十分に達成することが困難となる。該含有率が４５質量％を超えると、セメントクリンカー原料中の珪酸の含有率が大き過ぎて、良好なセメントクリンカーを得ることが困難となる。
【００１１】
本発明で用いる珪酸質粉末は、他の珪酸質粉末（例えば、珪石）と併用することもできる。この場合、セメントクリンカー原料中のすべての珪酸質粉末（１００質量％）に占める、本発明で用いる珪酸質粉末の割合は、好ましくは４０〜１００質量％、より好ましくは５０〜１００質量％、さらに好ましくは６０〜１００質量％、特に好ましくは７０〜１００質量％である。
なお、他の珪酸質粉末中の珪酸の含有率（強熱減量（Ｉｇ．ｌｏｓｓ）を除く酸化物換算での割合）は、本発明で用いる特定の珪酸質粉末と同様に、好ましくは６０質量％以上、より好ましくは６５質量％以上である。
【００１２】
本発明のセメントクリンカー原料は、例えば、１，４００〜１，５００℃の高温雰囲気中に２０〜４０分間、好ましくは３０〜４０分間、保持することによって焼成することができる。
焼成時間は、本発明の特定の珪酸質粉末の代わりに同量の珪石を用いた場合と比べて、通常、１５〜３０分間程度、短縮することができる。
焼成手段としては、ロータリーキルン等を用いることができる。
セメントクリンカーに含まれる遊離石灰の含有率は、好ましくは２．０質量％以下、より好ましくは１．５質量％以下、さらに好ましくは１．０質量％以下、特に好ましくは０．８質量％以下である。該含有率が小さいことは、遊離石灰が消費されてエーライトが設計通りに生成していること（換言すれば、焼成が良好に行なわれたこと）を意味する。
本発明の特定の珪酸質粉末の代わりに同量の珪石を用いた場合、セメントクリンカーに含まれる遊離石灰の含有率を前記の好ましい数値範囲内に調整するためには、焼成時間を例えば１５〜３０分間程度、増大させなければならない。
【００１３】
遊離石灰の含有率を低下させるには、（ａ）セメントクリンカー原料として、炭酸マグネシウムを用いること、（ｂ）本発明の特定の珪酸質粉末の粒度を前記の好ましい数値範囲内に調整すること、（ｃ）珪酸質粉末として、特に、活性白土、酸性白土、シリカゲルのいずれか１種以上を用いること、などを採用すればよい。なお、前記の（ａ）〜（ｃ）の２つ以上を併用すれば、より好ましい。また、前記の（ａ）の場合、炭酸マグネシウムの配合量は、好ましくは、セメントクリンカー中の酸化マグネシウム（ＭｇＯ）の含有率が１〜２質量％となるような量である。
焼成して得られたセメントクリンカーに対して、所定の量（通常、セメントクリンカーに対して３質量％）の石膏を加えた後、粉砕すれば、セメントが得られる。
【実施例】
【００１４】
実施例１〜８、比較例１〜４
［１．セメントクリンカー原料の調製］
実施例１〜８、比較例１〜４に共通の原料として、表１に示す石灰石、ヘマタイト（赤鉄鉱）、炭酸マグネシウムを用いた。石灰石の粒度は５３μｍ以下に調整した。ヘマタイト及び炭酸マグネシウムの粒度は９０μｍ以下に調整した。
また、実施例１〜８、比較例１〜４の各々で用いる珪酸質粉末として、表２に示す珪酸質粉末を用いた。これらの珪酸質粉末の粒度は、２６〜４５μｍに調整した。
【００１５】
【表１】
2009029679.tif 000002
【００１６】
【表２】
2009029679.tif 000003
【００１７】
石灰石、ヘマタイト、炭酸マグネシウム、及び珪酸質粉末を、表３に示す化学組成及び鉱物組成となるような配合割合で混合し、セメントクリンカー原料（実施例１〜８、比較例１〜４）を得た。また、微量成分（Ａｌ２Ｏ３、Ｆｅ２Ｏ３、ＭｇＯ、Ｎａ２Ｏ、Ｋ２Ｏ）の含有率については、特級試薬を用いて、表３に示す化学組成となるように調整した。なお、表３に示す鉱物組成の値は、ボーグの式による算出値である。
【００１８】
【表３】
2009029679.tif 000004
【００１９】
［２．セメントクリンカー原料の焼成］
セメントクリンカー原料（実施例１〜８、比較例１〜４）を、電気炉内で３０分間、１，０００℃に保持した後、１８℃／分の速度で１，４５０℃まで昇温し、次いで、３０分間、１，４５０℃に保持することによって、焼成を行なった。
得られたセメントクリンカー（実施例１〜８、比較例１〜４）の化学組成を、表４に示す。また、表４に示す化学組成に基づいてボーグの式から算出された鉱物組成を、表５に示す。
セメントクリンカー（実施例１〜８、比較例１〜４）の遊離石灰（ｆ−ＣａＯ）の測定値を、表５に示す。表５から、実施例１〜８では、比較例１〜４と比べて、遊離石灰の含有率が小さく、焼成性に優れていることがわかる。
【００２０】
【表４】
2009029679.tif 000005
【００２１】
【表５】
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