JP2019156699A

JP2019156699A - セメントの製造方法

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Publication number: JP2019156699A
Application number: JP2018048838A
Authority: JP
Inventors: 耕一郎弥栄; Koichiro Iyasaka; 貴之木村; Takayuki Kimura; 一志和泉; Kazushi Izumi
Original assignee: Taiheiyo Cement Corp
Current assignee: Taiheiyo Cement Corp
Priority date: 2018-03-16
Filing date: 2018-03-16
Publication date: 2019-09-19

Abstract

【課題】製造にかかるコストを小さくしかつセメントの品質を適切にコントロールすることができるセメントの製造方法を提供する。【解決手段】無水石膏に水を加えかつ加熱して、二水石膏および半水石膏を含む石膏混合物を得る無水石膏処理工程と、セメントクリンカ、排脱二水石膏および石膏混合物を含む被粉砕原料を仕上げミルで粉砕して、セメントを得る粉砕工程と、セメントからサンプルを採取し、ＸＲＤ／リートベルト法を用いてサンプルを分析し、特定の評価項目について評価を行う分析工程と、評価の結果に基づいて、セメント製造条件を調整する製造条件調整工程を含むセメントの製造方法。【選択図】なし

Description

本発明は、セメントの製造方法に関する。

セメントクリンカ中の３ＣａＯ・Ａｌ₂Ｏ₃の水和反応をコントロールする等の目的で、セメントの原料として石膏が使用されている。
石膏を含むセメント組成物として、特許文献１には、クリンカ粉砕物、石炭灰および石膏を含む左官用粉末状セメント組成物であって、上記クリンカ粉砕物が、普通ポルトランドセメントクリンカ粉砕物または早強ポルトランドセメントクリンカ粉砕物であり、上記セメント組成物中の上記石炭灰の含有率が、２５〜５０質量％であり、上記セメント組成物は、９０体積％累積粒径が５５μｍ以下で、かつ５０体積％累積粒径が２０μｍ以下であることを特徴とする左官用粉末状セメント組成物が記載されている。また、該セメント組成物に含まれている石膏として、二水石膏、半水石膏および無水石膏からなる群より選ばれる１種以上が記載されている。

特開２０１７−６１４００号公報

石膏の種類として、二水石膏、半水石膏、及び無水石膏が挙げられる。セメントの製造においては、水和反応への影響等を考慮して、火力発電所等で発生する排脱二水石膏が多く使用されている。
一方、排脱二水石膏は、混和材用の石灰石やクリンカ等の材料に比べて高価であることから、排脱二水石膏の使用は、セメントの製造コストが大きくなる要因の一つとなっている。
そこで、本発明の目的は、製造にかかるコストを小さくしかつセメントの品質を適切にコントロールすることができるセメントの製造方法を提供することである。

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、無水石膏に水を加えかつ加熱して石膏混合物を得る工程と、セメントクリンカ、排脱二水石膏および石膏混合物を含む被粉砕原料を粉砕してセメントを得る工程と、該セメントからサンプルを採取し、該サンプルを分析して評価を行う工程と、評価の結果に基づいてセメント製造条件を調整する工程を含むセメントの製造方法によれば、上記目的を達成できることを見出し、本発明を完成した。
すなわち、本発明は、以下の［１］〜［５］を提供するものである。

［１］無水石膏に水を加えかつ加熱して、二水石膏および半水石膏を含む石膏混合物を得る無水石膏処理工程と、セメントクリンカ、排脱二水石膏および上記石膏混合物を含む被粉砕原料を仕上げミルで粉砕して、セメントを得る粉砕工程と、上記セメントからサンプルを採取し、ＸＲＤ／リートベルト法を用いて上記サンプルを分析し、特定の評価項目について評価を行う分析工程と、上記評価の結果に基づいて、セメント製造条件を調整する製造条件調整工程、を含むことを特徴とするセメントの製造方法。
［２］上記分析工程における上記特定の評価項目が、半水化率、アルミネート（Ｃ_３Ａ）含有率、および三酸化硫黄（ＳＯ_３）含有率の中から選ばれる一つ以上である前記［１］に記載のセメントの製造方法。
［３］上記製造条件調整工程における上記セメント製造条件が、上記仕上げミルにおける散水量、上記仕上げミルにおける上記被粉砕原料の単位時間当たりの通過量、上記排脱二水石膏の供給量、および上記石膏混合物の供給量の中から選ばれる一つ以上である前記［１］又は［２］に記載のセメントの製造方法。
［４］上記無水石膏処理工程で用いる上記無水石膏が、ＩＩ型無水石膏である前記［１］〜［３］のいずれかに記載のセメントの製造方法。
［５］上記ＩＩ型無水石膏が、石膏ボード廃材に由来するものである前記［１］〜［４］のいずれかに記載のセメントの製造方法。

本発明のセメントの製造方法によれば、製造にかかるコストを小さくしかつセメントの品質を適切にコントロールすることができる。

本発明のセメントの製造方法は、無水石膏に水を加えかつ加熱して、二水石膏および半水石膏を含む石膏混合物を得る無水石膏処理工程と、セメントクリンカ、排脱二水石膏および石膏混合物を含む被粉砕原料を仕上げミルで粉砕して、セメントを得る粉砕工程と、セメントからサンプルを採取し、ＸＲＤ／リートベルト法を用いてサンプルを分析し、特定の評価項目について評価を行う分析工程と、評価の結果に基づいて、セメント製造条件を調整する製造条件調整工程を含むものである。以下、各工程を詳しく説明する。
［無水石膏処理工程］
本工程は、無水石膏に水を加えかつ加熱して、二水石膏および半水石膏を含む石膏混合物を得る工程である。
無水石膏の例としては、ＩＩ型無水石膏およびＩＩＩ型無水石膏が挙げられる。中でも、入手や取扱いの容易性の観点から、ＩＩ型無水石膏が好ましい。また、これらは単独で用いてもよく、二種を組み合わせて用いてもよい。
さらに、廃棄物の利用促進及びセメント製造において原料にかかるコストを低減する観点から、ＩＩ型無水石膏は、石膏ボード廃材に由来するものであることが好ましい。

無水石膏に水を加えることで、無水石膏を二水石膏に変化させることができる。
無水石膏に加えられる水の量は、無水石膏１００質量部に対して、好ましくは５〜４０質量部、より好ましくは１０〜３０質量部、特に好ましくは１５〜２５質量部である。該量が５質量部以上であれば、無水石膏を十分に二水石膏に変化させることができる。該量が４０質量部以下であれば、加熱（後述）する際の加熱温度や加熱時間をより小さくすることができる。
無水石膏に水を加える方法としては、特に限定されるものではなく、ミキサー等の混合手段を用いて無水石膏と水を混合してもよく、無水石膏の上面に、霧吹きやホース等を用いて、水を噴霧あるいは散水してもよい。
無水石膏の二水石膏への変化が十分に行われるようにする観点から、無水石膏に水を加えた後、さらに養生を行ってもよい。養生方法の例としては、常温（例えば、１０〜３５℃）で、２週間以上（好ましくは３週間以上、より好ましくは４週間以上）静置する方法が挙げられる。

水を加えた後、さらに加熱することで、無水石膏が変化してなる二水石膏を半水石膏に変化させることができる。
加熱温度は、加熱手段や加熱の対象となる石膏の量によっても異なるが、好ましくは１００〜４００℃、より好ましくは１３０〜３００℃、特に好ましくは１５０〜２５０℃である。該温度が１００℃以上であれば、二水石膏を十分に半水石膏に変化させることができる。該温度が４００℃以下であれば、加熱に要するエネルギーをより小さくすることができる。
加熱時間は、加熱温度や石膏の量によっても異なるが、好ましくは１〜７時間、より好ましくは２〜６時間、特に好ましくは３〜５時間である。該時間が１時間以上であれば、二水石膏を十分に半水石膏に変化させることができる。該温度が７時間以下であれば、加熱に要するエネルギーをより小さくすることができる。

本工程で得られる石膏混合物（無水石膏に水を加えかつ加熱してなるもの）は、二水石膏および半水石膏を含むものである。
無水石膏は、セメントの品質管理の観点からは、セメントの原料として好ましいものではない。しかし、本工程において、無水石膏を二水石膏または半水石膏に変化させることによって、セメントの品質を確保しながら、無水石膏を原料として使用することができ、セメント製造において原料にかかるコストを低減することができる。
石膏混合物中の二水石膏の含有率（ＳＯ_３換算での割合；以下、同じ）は、特に限定されるものではないが、後述する製造条件調整工程において、セメントの製造条件の調整をより容易にする観点から、好ましくは４０〜６０質量％、より好ましくは４５〜５５質量％である。
石膏混合物中の半水石膏の含有率（ＳＯ_３換算での割合；以下、同じ）は、特に限定されるものではないが、後述する製造条件調整工程において、セメントの製造条件の調整をより容易にする観点から、好ましくは４０〜６０質量％、より好ましくは４５〜５５質量％である。
石膏混合物中の無水石膏の含有率（ＳＯ_３換算での割合；以下、同じ）は、セメントの品質の低下を防ぐ観点から、好ましくは５質量％以下、より好ましくは３質量％以下、特に好ましくは１質量％以下である。

［粉砕工程］
本工程は、セメントクリンカ、排脱二水石膏および石膏混合物を含む被粉砕原料を仕上げミルで粉砕して、セメントを得る工程である。
セメントクリンカとしては、特に限定されるものではなく、例えば、普通ポルトランドセメントクリンカ、早強ポルトランドセメントクリンカ、中庸熱ポルトランドセメントクリンカ、低熱ポルトランドセメントクリンカ等の各種ポルトランドセメントクリンカを使用することができる。

セメントクリンカ、排脱二水石膏および石膏混合物の配合割合は特に限定されるものではなく、所望のセメントの品質に応じて適宜定めればよい。
例えば、被粉砕原料中の石膏（排脱二水石膏および石膏混合物）の含有率は、ＳＯ_３換算で、好ましくは１．０〜６．０質量％である。
石膏（排脱二水石膏および石膏混合物）中の、排脱二水石膏の含有率は、セメントの品質向上の観点からは、好ましくは３０質量％以上、より好ましくは４０質量％以上、特に好ましくは５０質量％以上である。また、セメント製造において原料にかかるコストをより低減する観点からは、好ましくは８０質量％以下、より好ましくは７０質量％以下、特に好ましくは６０質量％以下である。
得られるセメントのブレーン比表面積は特に限定されるものではなく、所望のセメントの品質に応じて適宜定めればよいが、例えば、２，５００〜５，０００ｃｍ^２／ｇである。

［分析工程］
本工程は、セメントからサンプルを採取し、ＸＲＤ／リートベルト法を用いてサンプルを分析し、特定の評価項目について評価を行う工程である。
特定の評価項目としては、セメントの品質（特に、セメントの流動性や偽凝結の発生の有無等、石膏による影響が大きいと考えられるもの）との関連性が大きく、セメントの品質を評価する指標となりうるものが好ましい。
特定の評価項目の例としては、半水化率、アルミネート（Ｃ_３Ａ）含有率、および三酸化硫黄（ＳＯ_３）含有率等が挙げられる。これらは１種を単独で用いてもよく、２種以上を組み合わせて用いてもよい。
なお、半水化率とは、セメントに含まれる二水石膏と半水石膏の合計量中の半水石膏の量の割合（ＳＯ_３換算）である。

［製造条件調整工程］
本工程は、分析工程で得られた評価の結果に基づいて、セメント製造条件を調整する工程である。
セメント製造条件の例としては、仕上げミルにおける散水量、仕上げミルにおける被粉砕原料の単位時間当たりの通過量、排脱二水石膏の供給量、および石膏混合物の供給量等が挙げられる。これらは、１つの条件を単独で調整してもよく、２つ以上の条件を組み合わせて調整してもよい。
また、連続的にセメントを製造する場合において、定期的に、製造されたセメントについて分析した後、評価の結果に基づいて、適宜セメント製造条件を調整してもよい。このように、定期的に分析及び調整することによって、連続的に製造されるセメントの品質を一定に保つことができる。
表１に、得られた評価の結果と、該結果に基づくセメント製造条件の調整内容の一例を示す。
例えば、分析工程において、半水化率が減少した（適正な値よりも小さい）と評価された場合、半水化率が大きくなるようにセメント製造条件を調整することで、所望の品質のセメントを製造することができる。より具体的には、（ａ）仕上げミルにおける散水量を少なくする、（ｂ）仕上げミルにおける被粉砕原料の単位時間当たりの通過量を少なくする、（ｃ）排脱二水石膏の供給量を多くする、（ｄ）石膏混合物の供給量を多くする、が挙げられる。

Claims

無水石膏に水を加えかつ加熱して、二水石膏および半水石膏を含む石膏混合物を得る無水石膏処理工程と、
セメントクリンカ、排脱二水石膏および上記石膏混合物を含む被粉砕原料を仕上げミルで粉砕して、セメントを得る粉砕工程と、
上記セメントからサンプルを採取し、ＸＲＤ／リートベルト法を用いて上記サンプルを分析し、特定の評価項目について評価を行う分析工程と、
上記評価の結果に基づいて、セメント製造条件を調整する製造条件調整工程、
を含むことを特徴とするセメントの製造方法。
上記分析工程における上記特定の評価項目が、半水化率、アルミネート（Ｃ_３Ａ）含有率、および三酸化硫黄（ＳＯ_３）含有率の中から選ばれる一つ以上である請求項１に記載のセメントの製造方法。
上記製造条件調整工程における上記セメント製造条件が、上記仕上げミルにおける散水量、上記仕上げミルにおける上記被粉砕原料の単位時間当たりの通過量、上記排脱二水石膏の供給量、および上記石膏混合物の供給量の中から選ばれる一つ以上である請求項１又は２に記載のセメントの製造方法。
上記無水石膏処理工程で用いる上記無水石膏が、ＩＩ型無水石膏である請求項１〜３のいずれか１項に記載のセメントの製造方法。
上記ＩＩ型無水石膏が、石膏ボード廃材に由来するものである請求項１〜４のいずれか１項に記載のセメントの製造方法。