JP2004299955A

JP2004299955A - 廃棄物を利用したセメント製造方法

Info

Publication number: JP2004299955A
Application number: JP2003093663A
Authority: JP
Inventors: Akio Nishida; 明生西田; Toru Adachi; 透足立
Original assignee: Mitsubishi Materials Corp; Ube Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Materials Corp; Ube Corp
Priority date: 2003-03-31
Filing date: 2003-03-31
Publication date: 2004-10-28

Abstract

【課題】本発明は、廃棄物をセメント製造用原料として使用する際に発生する問題点を回避し、ある種の廃棄物をセメント原料の一部として有効に活用する技術の提供を目的とする。
【解決手段】焼成後に、カルシウム、珪素、アルミニウムの各酸化物中の少なくとも一つを最多金属酸化物成分（重量基準）として含む焼成物を与える廃棄物（以下、廃棄物）をセメント製造設備のキルン窯前及びクリンカークーラーから選ばれる少なくとも一方の１１００〜１４００℃の領域に投入し、焼成することを特徴とするセメント製造方法を開発し、上記課題を解決した。
【選択図】なし

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、産業または一般廃棄物を原料の一部として使用する、セメント製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】セメント製造装置は、一般的に、原料、焼成及び仕上の各工程に分けられ、焼成〜仕上工程の中間体として塊状のクリンカーが存在する。クリンカー用の各種原料は、ほとんど、予め、原料工程に投入される。一部、焼成工程のプレヒーターまたはキルンの窯尻に投入される場合もあるが、キルンの窯前、及びクリンカークーラーにおける原料の投入に関する有用な技術は存在しなかった。
【０００３】近年、各セメントメーカーは、各種の産業または一般廃棄物を、セメント製造用の原料の一部として積極的に使用することに注力している（例えば、特許文献１参照）。その第一の目的は、セメント製造原価を低減することにあるが、セメント製造原料としての利用は、大量の各種廃棄物処理が可能であることから、その蓄積が深刻な社会問題となっており有効な方法が切望されていた廃棄物の処理問題の解決の一助にもなることが期待されているものである。
しかし、廃棄物によっては、原料工程への投入は、含有する特定の化学成分、有機物質及び、繊維物質等がセメント製造ヘ悪影響を及ぼすことから、その解決が望まれていた。例えば、塩素、硫黄酸化物、並びにカリウム及びナトリウムなどの蒸気圧の高い化学成分が原料に含まれると、これらの成分がキルン内及びサスペンションプレヒーター内で、蒸発及び凝縮を繰返すことにより系内の成分濃度が上昇、この結果、内壁面へコーチングが発生し、最悪の場合、製造ラインの閉塞、製造停止に追い込まれる場合もあった。また、廃油で汚染された土壌、並びに、製紙スラッジ灰、下水汚泥焼却灰及び廃サイディングボードに含まれる各種繊維物質は、原料工程の電気集塵機の捕集効率を低下させ、セメント製造ヘ支障をきたす場合があった。
【０００４】
【特許文献１】
特開平９−２６３４３１号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、廃棄物をセメント製造用原料として使用する際に発生する上記問題点を回避し、ある種の廃棄物をセメント原料の一部として有効に活用する技術の提供を目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明者は、酸化物がセメント成分と成り得る、カルシウム化合物、アルミニウム化合物及び珪素化合物の少なくとも一種を主成分として含む廃棄物を、焼成後の特定温度下に在るクリンカーへ混入させることにより、セメント製造ヘ悪影響を及ぼすことなく、優れた性能を有するセメントの製造が可能なことを見出し、本発明を完成した。
すなわち、本発明は、焼成後に、カルシウム、珪素、アルミニウムの各酸化物中の少なくとも一つを最多金属酸化物成分（質量基準）として含む焼成物を与える廃棄物（以下、廃棄物）をセメント製造設備のキルン窯前及びクリンカークーラーから選ばれる少なくとも一方の１１００〜１４００℃の領域に投入し、焼成することを特徴とするセメントの製造方法に関する。
また、本発明の一つの実施形態においては、廃棄物を、セメント製造工程から抽出可能な、セメントキルンダスト、塩素バイパスダスト、塩素バイパスダスト水洗残査から選ばれる一種または二種以上（以下、抽出物）との混合物としてセメント製造設備のキルン窯前またはクリンカークーラーの１１００〜１４００℃の領域に投入し、焼成することを特徴とする。
【０００７】廃棄物が、石炭灰、製紙スラッジ灰、下水汚泥焼却灰、コンクリートスラッジ、各種排水処理スラッジ、各種スラグ、再生骨材微粉、建設廃材、建設廃土、各種汚染土壌、廃サイディングボード、貝殻、ハイドロケーキ、及び、肉骨粉の各廃棄物から選ばれる一種または二種以上の混合物であることを特徴とするセメント製造方法も本発明の一つの実施形態である。。
更に、本発明の好ましい実施形態は、廃棄物、または廃棄物と抽出物との混合物が、酸化カルシウム換算で１５〜６０質量％のカルシウム化合物（酸化マグネシウム換算のマグネシウム化合物を含む）、二酸化珪素換算で３０〜６０質量％の珪素化合物、及び酸化アルミニウム換算で５〜４０質量％のアルミニウム化合物をそれぞれ含むことを特徴とするセメントの製造方法である。
【０００８】
【発明の実施の形態】以下に本発明を詳しく説明する。本発明では、廃棄物をキルン窯前、または、クリンカークーラー内の１１００〜１４００℃の領域に投入する。これらの投入個所は何れも高温酸化雰囲気である為、廃棄物の主要成分であるカルシウム化合物、アルミニウム化合物、及び珪素化合物は、まず熱分解し、それぞれ、酸化カルシウム、酸化アルミニウム、及び二酸化珪素に変化する。その後、１１００〜１４００℃の温度領域において部分的、または全体的に溶融・反応後、急冷されることより、水和活性の極めて高い各混合組成の非晶質物質となり、これは、セメントクリンカーを代替出来る性能を有するものとなる。
【０００９】１１００℃より低温の領域への投入では、カルシウム化合物、アルミニウム化合物、及び珪素化合物の反応が十分でない為、投入廃棄物の水硬性物質への転換が十分に進まず、好ましくない。一方、１４００℃を超える温度領域への投入では、廃棄物中の塩素、硫黄酸化物、並びにアルカリ金属が蒸発し、セメント製造設備内でコーチングが発生するだけでなく、投入廃棄物とクリンカーとの反応により新たな化合物を生成し、クリンカーの活性が低下する現象も起こり、更に好ましくない。
【００１０】また、上記投入個所は高温度雰囲気ではあるものの、キルン焼点部の約１５００℃に比較しては温度が低い為、塩素、硫黄及びアルカリ金属化合物が蒸発及び凝縮により濃縮することは少なく、セメント製造装置の閉塞を招くことは少ない。また、この温度は、廃棄物中に含まれる油及び繊維物質の燃焼に十分な高さであり、不完全燃焼物によってもたらされる、原料工程における電気集塵機の捕集効率低下を抑制することが出来る。
【００１１】本発明においてセメント原料の一部として投入される廃棄物としては、石炭灰、製紙スラッジ灰、下水汚泥焼却灰、コンクリートスラッジ、各種排水処理スラッジ、各種スラグ、再生骨材微粉、建設廃材、建設廃土、各種汚染土壌、廃サイディングボード、貝殻、ハイドロケーキ及び肉骨粉等の産業または一般廃棄物を挙げることが出来る。また、成分の調整用としてセメントキルンダストも併用可能である。
ここで、セメントキルンダストとは、セメント原料調合工程からの排出ガスを電気集塵機等で処理し、回収されるダストであり、セメント原料とほぼ同様の化学組成である。また、ハイドロケーキとは、海水マグネシアクリンカーの製造する際の、海水に少量の水酸化カルシウムを加え、海水中の炭酸ガスを除去する工程で発生する副産物であり、カルシウム及びマグネシウムそれぞれの水酸化物及び炭酸塩を主成分とする。
また、肉骨粉とは、家畜から肉を取ったあとに残る内臓や骨などを加熱処理し、脂を除去して製造された飼料であるが、狂牛病（ＢＳＥ）伝染の原因とされ、焼却による無害化処理が模索されているものである。
これらは、一種、または二種以上の混合物として投入される。
【００１２】投入廃棄物は、酸化カルシウム換算で１５〜６０質量％のカルシウム化合物、二酸化珪素換算で３０〜６０質量％の珪素化合物、及び酸化アルミニウム換算で５〜４０質量％のアルミニウム化合物を、それぞれ含むことが好ましい。尚、カルシウム化合物には、マグネシウム化合物をも含ませて計算する。
この特定組成の廃棄物は、キルン窯前またはクリンカークーラーへの投入で、珪酸二カルシウムなどのクリンカー鉱物あるいは非晶質水硬性物質に変化し、これらの水硬性物質はセメントクリンカーの成分として機能する。一方、この範囲外の組成では、１１００〜１４００℃での水硬性物質の生成が極めて部分的になり、好ましくない。
【００１３】投入できる廃棄物量は、廃棄物の種によって異なる。最も良いのは、廃棄物種に応じて、その投入量とクリンカ−品質との関係を予め調べておくことであるが、投入量を原料クリンカーに対し内割で１０質量％以下にすれば、キルンの２次空気温度の低下による未焼成クリンカーの生成を抑制できる。
【００１４】本発明では、構成成分の多くがセメント組成物に取込まれる上記廃棄物に加え、廃プラスチック、木屑、シュレッダーダスト等の可燃物質を同時に投入することも可能である。これらは、それが窯前に投入される場合には燃料代替物として機能し、廃棄物原料投入による二次空気温度低下、及びこれに伴うエネルギー原単位増加を防止することが出来る。
【００１５】次では、本発明にかかる水硬性物質製造の具体例を、図面を参照しながら説明する。本例は、廃棄物をセメント製造設備のクリンカークーラー内に投入する方法に関するものである。
本発明においては、珪素含有物質は、セメントクリンカー製造中のセメント製造設備のキルン窯前またはクリンカー冷却部のどちらかに投入されるが、クリンカー冷却部に投入される場合の例を、図１に示す、クリンカークーラーを有するキルンの断面図を参照しながら説明する。
【００１６】図１では、キルン１のセメントクリンカー排出口にクリンカークーラー３が設けられている例が示されている。クリンカークーラー内では、セメントクリンカー６がクーラーグレート上を移動しながら、下部に存在する複数の冷却室７からグレートの孔を通って供給される冷却空気によって冷却される。本例で示されたタイプのものでは、クリンカーの温度が１１００℃以上になるのは、一般的に、キルン１に最も近い冷却室及びその冷却室に隣接する２〜３番目の冷却室までの領域であり、従って、この領域に在るクリンカー上に原料廃棄物を投入するのが良いことになる。
【００１７】また、粉体の廃棄物を用いる場合には、冷却空気による飛散を防止する為、予め造粒することが好ましい。
【００１８】得られたクリンカーは、一般のセメント製造方法と同様、石膏を混合後、粉砕してセメントを得ることが出来る。
【００１９】
【実施例】以下に、本発明の実施例を挙げて実施の態様を更に詳しく説明する。（１）使用廃棄物原料
次の廃棄物を原料として検討を行った。
・石炭灰：石炭火力発電所より排出されたもの
・製紙スラッジ灰：製紙工場からの排出物
・キルンダスト：宇部興産（株）宇部セメント工場製
・ハイドロケーキ：水酸化マグネシウム工場からの排出物
・下水汚泥焼却灰：下水処理場からの排出物
・排水処理スラッジ：硝子工場よりの排出物
・廃サイディングボード：サイディング工場からの排出物
【００２０】（２）廃棄物原料の投入物への変換
上記廃棄物原料を、リボンミキサーを用い、表１の各配合名で示される配合比で混合後、ブリケットマシーンで、造粒した。造粒品の形状はアーモンド状であり、粒径は長径が約２０ｍｍ、短径が約１５ｍｍ、厚みが約７ｍｍであった。また、廃サイディングボードは単独で、造粒なしで用いた。廃サイディングボードは、直方体形状であり、厚みが１２ｍｍで、長辺及び短辺がそれぞれ、１５０ｍｍ、３０ｍｍ程度の大きさであった。これら投入原料の混合物の化学分析値を表２に示す。
【００２１】
【表１】

【００２２】
【表２】

【００２３】（３）試製セメントの製造
表２の各配合の組成物を、普通ポルトランドセメントクリンカーを製造中のセメント製造装置のクリンカークーラーへ、クリンカーに対して４．５質量％投入し、試製セメントクリンカーを製造した。投入は、グレート上を移動中のクリンカー上部に、各組成物を落下させる方法によって実施した。投入位置は、キルンからクリンカーが落下した地点のすぐ後とした。この後、通常の普通ポルトランドセメント製造と同様に、試製セメントクリンカーに二水石膏を添加後、仕上げ粉砕し、試製セメントを製造した。二水石膏添加量は、仕上げセメントに対してＳＯ_３換算で２質量％となるようにした（実施例１〜３）。
また、比較対象として、廃棄物を投入せず製造したクリンカーについてもセメントを製造した（参考例１）。
更に、実施例１〜３と同様の配合物を原料工程に投入する実験も合わせて実施した（比較例１〜３）。なお、これらの比較例においては、廃棄物の投入条件以外は実施例１〜３と同様とした。投入条件とキルン運転結果を表３に示す。
【００２４】（４）試製セメントの評価
実施例１〜３及び参考例１の試製セメントについて、水セメント比：３５％で１０×１０×３０ｍｍの供試体を作製し、セメントペースト硬化体の圧縮強度を測定した。測定は、一条件につき６個の供試体について行った。
結果を表４に示す。
【００２５】
【表３】

【００２６】
【表４】

【００２７】廃棄物原料を投入しなかった参考例１及び廃棄物原料をクリンカクーラーに投入した実施例１〜３では、セメント製造に支障をきたす問題は発生しなかった。それに対し、廃棄物原料を一般的な原料投入口である原料工程に投入した比較例１〜３においては、原料工程の集塵機のトラブル、キルン内のコーチング発生などが起こり、製造に問題が生じた。なお、原料工程の集塵機へのトラブルは原料中の繊維物質が、また、キルン内のコーチング発生は原料中の塩素成分が、それぞれ原因と考えられる。
【００２８】廃棄物原料を投入したにも関わらずキルンの運転に支障なく製造可能であった実施例１〜３の試製セメントは何れも、廃棄物原料を投入しなかった参考例１と同程度のセメントペースト強度を示している。すなわち、セメント特性的にも、一般のポルトランドセメントと同程度のものが得られる。
【００２９】
【発明の効果】本発明の方法によれば、セメント製造設備のキルン窯前またはクリンカークーラーに投入する簡単な方法により、セメント製造に悪影響を与えることなく、特定の廃棄物の処理が可能となる。投入した廃棄物中の主要成分であるカルシウム化合物、アルミニウム化合物、及び珪素化合物は、高温の酸化雰囲気下でセメントクリンカーを代替出来る水硬性物質となる。
すなわち、本発明の方法は、資源の有効利用に止まらず、蓄積が問題化している廃棄物量削減の有効な手段としての意義をも持つものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】クリンカークーラーを有するキルン例の断面を示す図である。
【符号の説明】
１キルン
２プレヒーター
３クリンカクーラー
４窯尻
５メインバーナー
６クリンカー
７冷却室

Claims

焼成後に、カルシウム、珪素、アルミニウムの各酸化物中の少なくとも一つを最多金属酸化物成分（質量基準）として含む焼成物を与える廃棄物（以下、廃棄物）をセメント製造設備のキルン窯前及びクリンカークーラーから選ばれる少なくとも一方の１１００〜１４００℃の領域に投入し、焼成することを特徴とするセメントの製造方法。
廃棄物を、セメント製造工程から抽出可能な、セメントキルンダスト、塩素バイパスダスト、塩素バイパスダスト水洗残査から選ばれる一種または二種以上（以下、抽出物）との混合物としてセメント製造設備のキルン窯前またはクリンカークーラーの１１００〜１４００℃の領域に投入し、焼成することを特徴とする、請求項１に記載のセメントの製造方法。
廃棄物が、石炭灰、製紙スラッジ灰、下水汚泥焼却灰、コンクリートスラッジ、各種排水処理スラッジ、各種スラグ、再生骨材微粉、建設廃材、建設廃土、各種汚染土壌、廃サイディングボード、貝殻、ハイドロケーキ、及び、肉骨粉の各廃棄物から選ばれる一種または二種以上の混合物であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のセメントの製造方法。
廃棄物、または廃棄物と抽出物との混合物が、酸化カルシウム換算で１５〜６０質量％のカルシウム化合物（酸化マグネシウム換算のマグネシウム化合物を含む）、二酸化珪素換算で３０〜６０質量％の珪素化合物、及び酸化アルミニウム換算で５〜４０質量％のアルミニウム化合物をそれぞれ含むことを特徴とする、請求項１ないし請求項３の何れかに記載のセメントの製造方法。