JP5490352B2 - セメントクリンカーの製造方法 - Google Patents
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Description
前記廃棄物・副産物には、クロム、鉛が含まれているものがあり、これらを原料としてセメントクリンカーを製造すると、得られるセメントクリンカー中に6価クロムや鉛が含まれることになる。このようなセメントクリンカーを粉砕してセメントや固化材として使用した場合、6価クロムや鉛が溶出し、水質汚染や土壌汚染等を引き起こす可能性がある。
キレート化合物、硫酸第一鉄等の硫酸塩類や、石炭又は亜炭の粉末等を混合させる場合には、それらの材料の入手、所定量の添加及び専用サイロの手当て等に費用がかかるため、製造原価や流通経費が嵩むという問題が生じる。また、石炭又は亜炭の粉末を混入させた固化材を使用すると、一般に改良地盤の強度発現性が悪くなるという欠点がある。
また、本発明は、産業廃棄物、一般廃棄物及び建設発生土から選ばれる1種以上を原料として製造したセメントクリンカーであって、鉛の含有量が30〜80mg/kg、水溶性6価クロムの含有量が5〜10mg/kg、全クロムに対する全6価クロムの割合が30〜70質量%であるセメントクリンカーを用いたセメントを提供するものである。
また、本発明は、産業廃棄物、一般廃棄物及び建設発生土から選ばれる1種以上を原料として製造したセメントクリンカーであって、鉛の含有量が30mg/kg以下、水溶性6価クロムの含有量が5mg/kg以下、全クロムに対する全6価クロムの割合が30質量%以下であるセメントクリンカーを用いた固化材を提供するものである。
また、本発明では、キレート化合物、硫酸第一鉄等の硫酸塩類、石炭又は亜炭の粉末や高炉スラグ粉末等の入手、所定量の添加及び専用サイロの手当て等が必要ないので、セメント製造原価の上昇を抑制することができる。
さらに、本発明のセメントクリンカーは、産業廃棄物、一般廃棄物等を原料として使用することができるので、廃棄物の有効利用の促進にも貢献することができる。
従って、例えば、廃棄物原料中にカルシウムが不足する場合には、その不足分を調整するために、石灰石等を混合して用いることができる。
なお、本発明においては、廃棄物の有効利用を促進する観点から、産業廃棄物、一般廃棄物及び建設発生土から選ばれる1種以上の原料を、セメントクリンカー1ton当たり、250〜700kg使用することが好ましい。
なお、鉛の含有量は、廃棄物の有効利用の促進や、鉛や6価クロムの溶出低減の観点から、70mg/kg以下であるのが好ましく、特に60mg/kg以下、更に50mg/kg以下であるのがより好ましい。
なお、水溶性6価クロムの含有量は、6価クロムの溶出低減の観点から、8mg/kg以下であるのが好ましく、特に6mg/kg以下であるのがより好ましい。
なお、全クロムの含有量は、廃棄物の利用の観点から、60mg/kg以上であることがより好ましく、70mg/kg以上であることがさらに好ましい。一方で、全クロムの含有量が多すぎると、水溶性6価クロムの含有量を10mg/kg以下にすることや全クロムに対する全6価クロムの割合を70質量%以下にすることが困難となるので、全クロムの含有量は350mg/kg以下であることが好ましい。
水溶性6価クロムの含有量は、JCAS I−51により規定された方法で測定することができる。
全6価クロムの含有量は、硫酸ナトリウム水溶液を溶媒として、溶媒抽出を繰り返して測定した6価クロムの積算量から求めることができる。
本発明のセメントクリンカーは、前記のような産業廃棄物、一般廃棄物及び建設発生土から選ばれる1種以上とそれ以外の原料を、目的とするセメントクリンカーが得られるような割合で混合した後、ロータリーキルンを用い、(1)生成中(焼成中)のクリンカーと炎が直接接するように焼成する(以降、炎膜焼成と称する)、又は(2)可燃性物質共存下で、生成中(焼成中)のクリンカーと炎が直接接するように焼成し、冷却することにより、製造することができる。
焼成温度や焼成時間は、各種ポルトランドセメントクリンカーやエコセメントクリンカーと同様に、それぞれ1300〜1450℃、10〜120分間であるのが好ましい。
セメントクリンカーを冷却する方法も特に制限されず、慣用の装置等を用いて行うことができる。
この場合、キルンバーナーの角度や設置位置、補助バーナーの角度、設置位置、燃料使用量を調整して、セメントクリンカーと炎の接する割合を変更することにより、鉛や水溶性6価クロムの含有量、6価クロム量を調整することができる。すなわち、キルンバーナーの角度をより下向きにするほど焼成中のセメントクリンカーと炎の接触する割合は大きくなり、鉛や水溶性6価クロムの含有量、全6価クロム量は減少する。また、キルンバーナーの設置位置を下にするほどセメントクリンカーと炎の接触する割合は大きくなり、鉛や水溶性6価クロムの含有量、全6価クロム量は減少する。
可燃性物質共存下で焼成する方法としては、例えば、ロータリーキルン内に、可燃性物質(コークス、活性炭、廃木材、廃プラスチック、重油スラッジ、都市ゴミ等の廃棄物を圧縮・固形化した廃棄物固形塊等)を供給する方法等が挙げられる。可燃性物質は、ロータリーキルンの出口側あるいはロータリーキルンの途中から供給することが好ましく、また、ロータリーキルン用の主燃料に比べて燃焼速度の遅いもの、あるいは主燃料と同様の燃焼速度を有しかつ主燃料よりも粗い粒の可燃性物質を使用することが好ましい。
また、水硬率(H.M.)1.8〜2.3、ケイ酸率(S.M.)1.3〜2.3、鉄率(I.M.)1.3〜2.8に調整したセメントクリンカー粉砕物と石膏を含むセメントや、さらに高炉スラグ粉末、フライアッシュ、珪石粉末、石灰石粉末を含むものも固化材として使用できる。
表1に示す化学組成の石灰石、珪石、建設発生土、石炭灰、鉄原料(リサイクル品)を原料として、表2に示す鉛、水溶性6価クロム、全6価クロム、全クロム含有量の普通ポルトランドセメントクリンカーを製造した。
焼成は、ロータリーキルンを用いて、クリンカー1ではキルンバーナーに加えて補助バーナーを用いることによって炎膜焼成を行った。クリンカー2ではロータリーキルンの出口側から粒径が2mmのコークスをクリンカーlton当たり5kg供給しながら、かつ補助バーナーを用いて炎膜焼成を行った。クリンカー3では補助バーナーヘの石炭の量を増加させて(10kg)炎膜焼成を行った。クリンカー4ではさらに補助バーナーヘの石炭の量を増加させて(30kg)炎膜焼成を行った。クリンカー5ではさらに補助バーナーヘの石炭の量を増加させて(40kg)炎膜焼成を行った。クリンカー6では通常のキルンバーナーのみを用いて通常の焼成を行った。なお、焼成温度はすべて1400℃になるよう石炭量を調整した。
各クリンカーの鉱物組成は、C3S:100質量部、C2S:34質量部、C4AF:16質量部、C3A:19質量部、フリーライム:0.6質量部であった。また、石灰石、珪石以外の原料の使用量は、クリンカー1ton当たり430kgであった。
実施例1で得られたセメントクリンカー(No.1、2、3及び6)100質量部に、2水石膏(ブレーン比表面積4000cm2/g)をSO3換算で2.2質量部混合し、バッチ式ボールミルでブレーン比表面積が3250±50cm2/gとなるように同時粉砕して、ポルトランドセメントを製造した。
得られたセメント組成物について、モルタルフロー、モルタル圧縮強さ、並びにモルタルからの鉛及びクロムの溶出量を評価した。結果を表3に示す。
(1)モルタルフロー:
W/C=0.35、S/C=2、セメント組成物に対して0.8質量%のポリカルボン酸系高性能AE減水剤を混合したものを、5分間混練したモルタルについて、「JIS R 5201−1997」に規定されているフローコーンを用い、「JIS R 5201」に従って、モルタルフローを測定した。
3日、7日及び28日後のモルタル圧縮強さを、「JIS R 5201」に従って測定した。
上記(2)の材齢28日のモルタルからの鉛及び6価クロムの溶出量を、環境省告示46号法に準拠して測定した。
一方、鉛や水溶性6価クロムの含有量が多く、全クロムに対する6価クロムの割合も大きいクリンカーNo.6を使用したセメント6では、鉛及び6価クロムの溶出量が多かった。
実施例2と同様にして、実施例1で得られたセメントクリンカー(No.4、5及び6)を用いて、ポルトランドセメントを製造した。この各ポルトランドセメントを基材にし、天然無水石膏を10質量%混合して固化材とし、関東ローム(湿潤密度1.50g/cm3、含水比90%)に200kg/m3添加した。材齢7日の改良地盤からの鉛及び6価クロムの溶出量を、環境省告示46号法に準拠して測定した。また、材齢7日、28日の改良地盤の一軸圧縮強度を、地盤工学会の試験方法(JGS 0511−2000)に準拠して測定した。結果を表4に示す。
一方、鉛や水溶性6価クロムの含有量が多く、全クロムに対する6価クロムの割合も大きいクリンカーNo.6を使用した固化材6では、6価クロムの溶出量が多かった。
Claims (4)
- セメントクリンカー1tonあたり250〜700kgの産業廃棄物、一般廃棄物及び建設発生土から選ばれる1種以上とそれ以外の原料を混合した後、補助バーナーを設置したロータリーキルンを用い、粒径が0.1〜20mmである可燃性物質共存下、生成中(焼成中)のクリンカーと補助バーナーの炎が直接接するように焼成する工程を含む、鉛の含有量が50mg/kg以下、全クロムの含有量が110mg/kg以上350mg/kg以下、水溶性6価クロムの含有量が6mg/kg以下であるセメントクリンカーの製造方法。
- 焼成する工程において、焼成温度が1300〜1450℃であり、かつ焼成時間が10〜120分間である請求項1に記載のセメントクリンカーの製造方法。
- セメントクリンカー1tonあたり250〜700kgの産業廃棄物、一般廃棄物及び建設発生土から選ばれる1種以上とそれ以外の原料を混合した後、補助バーナーを設置したロータリーキルンを用い、セメントクリンカー1ton当たり1〜15kgであって粒径が0.1〜20mmである可燃性物質共存下、生成中(焼成中)のクリンカーと補助バーナーの炎が直接接するように焼成する工程を含む、鉛の含有量が50mg/kg以下、全クロムの含有量が110mg/kg以上350mg/kg以下、水溶性6価クロムの含有量が6mg/kg以下であるポルトランドセメント用セメントクリンカーの製造方法。
- セメントクリンカー1tonあたり250〜700kgの産業廃棄物、一般廃棄物及び建設発生土から選ばれる1種以上とそれ以外の原料を混合した後、補助バーナーを設置したロータリーキルンを用い、セメントクリンカー1ton当たり1〜50kgであって粒径が0.1〜20mmである可燃性物質共存下、生成中(焼成中)のクリンカーと補助バーナーの炎が直接接するように焼成する工程を含む、鉛の含有量が50mg/kg以下、全クロムの含有量が110mg/kg以上350mg/kg以下、水溶性6価クロムの含有量が5mg/kg以下である固化材用セメントクリンカーの製造方法。
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