JP6977788B2 - セメント組成物の製造方法、及びセメント組成物の製造システム - Google Patents
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Description
[亜硫酸塩スラリーの調製]
スラリー調製部としての機能を有する図4に示すような製造装置を用いた。図4の製造装置31は、亜硫酸塩組成物を含む亜硫酸塩スラリーを調製する吸収塔81と、原料スラリーを吸収塔81に供給する原料スラリータンク90と、吸収塔81から導出ライン85で導出された亜硫酸塩スラリーを貯留する亜硫酸塩スラリータンク92と、亜硫酸塩スラリーに含まれる水分を低減する水分調整部94と、亜硫酸塩スラリーを冷却する冷却部95とを備える。吸収塔81の底部に滞留する亜硫酸塩スラリー98は、冷却部95から冷却液が供給される熱交換器96との熱交換によって冷却される。
亜硫酸塩スラリーを、空気中、100℃で乾燥し、質量減少量から固形分濃度を測定した。具体的な計算式は以下のとおりである。各実施例の固形分濃度は表1に示すとおりであった。
・固形分濃度(質量%)=(亜硫酸塩スラリーの質量−質量減少量)/亜硫酸塩スラリーの質量×100
亜硫酸塩スラリーをろ過して脱水してケーキを得た。このケーキを、空気中、60℃で乾燥して固形分を得た。得られた固形分の粉末XRD分析を行い、亜硫酸カルシウム・半水和物、炭酸カルシウム、及び二水石膏のみが検出されることを確認した。その後、熱重量分析を行って、固形分中の亜硫酸カルシウム半水和物、炭酸カルシウム、及び二水石膏の含有率(質量%)を求めた。結果は、表1に示すとおりであった。なお、各分析条件は下記のとおりとした。
X線回折装置(ブルカー・エイエックスエス株式会社製、加速電圧:30kV、電流:10mA、管球:Cu)を用いた。
市販の熱重量分析計を用い、200℃、600℃及び900℃に加熱したときの熱重量変化を測定した。200℃では二水石膏が脱水する。600℃では亜硫酸カルシウムが酸化する。900℃では炭酸カルシウムが分解する。各温度における質量の変化を利用して、以下の式に基づいて、二水石膏、亜硫酸カルシウム及び炭酸カルシウムの含有率をそれぞれ算出した。試料質量とは、熱重量分析に用いた固形分の質量である。なお、各加熱温度における保持は、重量変化がなくなるまでとした。各加熱温度における保持時間は、それぞれ1時間であった。また、加熱時の雰囲気はいずれも空気とした。
・炭酸カルシウムの含有率(質量%)=(900℃に加熱して質量変化がなくなった後の試料の質量−600℃に加熱して質量変化がなくなった後の試料の質量)×[CaCO3の分子量]/[CO2の分子量]/試料の質量×100
・亜硫酸カルシウムの含有率(質量%)=100−(二水石膏の含有率+炭酸カルシウムの含有率)
[セメント組成物の調製]
実施例1−9の亜硫酸塩スラリーを、空気中、40℃で乾燥して亜硫酸塩組成物を含む粉末状の固形物(含水率:<1質量%)を調製した。この固形物及び/又は排煙脱硫石膏と、普通ポルトランドセメントクリンカーとを、表2に示す配合でボールミルに投入し、所定の時間粉砕してセメント組成物を得た。このようにして得たセメント組成物の粉末度を評価した。評価方法は以下のとおりである。なお、ここで用いた排煙脱硫石膏は、石灰−石膏法で脱硫している火力発電設備で生成された二水石膏である(以下、排脱二水石膏という)。
セメント組成物の粉末度は、ブレーン比表面積と、45μm残分で評価した。ブレーン比表面積は、JIS R5201:2015「セメントの物理試験方法」に準拠して測定した。45μm残分は、JCAS K−02−2004「45μm網ふるいによるセメントの粉末度試験方法」に準拠して測定した。これらの測定結果は表2に示すとおりであった。
亜硫酸塩組成物を含む固形物を配合した実施例2−1及び実施例2−2のセメント組成物は、亜硫酸塩組成物を配合していない比較例2−1のセメント組成物に対して、短い粉砕時間でブレーン比表面積が4420〜4470cm2/gとなった。
[セメント組成物の製造]
セメント製造に通常用いられているボールミルを使用して、普通ポルトランドセメントクリンカー、二水石膏及び亜硫酸塩組成物を含む亜硫酸塩スラリーを混合して粉砕し、実施例3−1のセメント組成物を製造した。
実施例3−1のセメント組成物を用いて、以下の要領で土壌の地盤改良を行い、その性能を評価した。処理対象土として、関東ローム(湿潤密度:1.36cm3/g)を準備した。この処理対象土に対し、実施例3−1のセメント組成物を、300kg/m3の割合で配合し、ホバートミキサーを用いて混合し、混合物を得た。
Claims (22)
- セメントクリンカーと、亜硫酸カルシウムを含む亜硫酸塩組成物と、を配合して粉砕し、セメント組成物を得る混合工程を有し、
前記亜硫酸カルシウムは、主面の長軸及び短軸の長さがそれぞれ1〜500μm及び0.5〜300μmであり、厚さが前記長軸の長さの50%以下である薄片状結晶を含有する、セメント組成物の製造方法。 - 前記混合工程では、さらに石膏を配合して前記セメント組成物を得る、請求項1に記載のセメント組成物の製造方法。
- 前記混合工程では、前記亜硫酸塩組成物を含む固形分が水を含む溶媒に分散した亜硫酸塩スラリーとして配合され、
当該亜硫酸塩スラリー中の前記固形分の濃度が0.1〜90質量%であり、
前記固形分中の亜硫酸カルシウムの含有量が1質量%以上である、請求項1又は2に記載のセメント組成物の製造方法。 - 前記亜硫酸塩組成物を含む固形分が水を含む溶媒に分散した亜硫酸塩スラリーから水分を低減し、前記固形分の濃度が90質量%以上である粉末状又はケーキ状の固形物を得る水分調整工程を有し、
前記固形分における亜硫酸カルシウムの含有量が1質量%以上であり、
前記混合工程では前記亜硫酸塩組成物は前記固形物として配合される、請求項1〜3のいずれか一項に記載のセメント組成物の製造方法。 - 前記薄片状結晶は、前記主面の長軸及び短軸の長さがそれぞれ15〜100μm及び10〜30μmであり、前記厚さが1μmである、請求項1〜4のいずれか一項に記載のセメント組成物の製造方法。
- 前記亜硫酸塩組成物を含む固形分における前記亜硫酸カルシウムの前記薄片状結晶の含有率が30質量%以上である、請求項1〜5のいずれか一項に記載のセメント組成物の製造方法。
- 前記亜硫酸塩組成物を含む固形分は、硫酸カルシウム、水酸化カルシウム、炭酸カルシウム、及び水酸化マグネシウムからなる群より選ばれる少なくとも1種を含有し、
前記混合工程では、前記セメントクリンカーと前記固形分とを配合して粉砕し、前記セメント組成物を得る、請求項1〜6のいずれか一項に記載のセメント組成物の製造方法。 - 前記混合工程において、前記セメントクリンカー100質量部に対する前記亜硫酸塩組成物の配合比は、前記亜硫酸カルシウムの無水物換算で0.1〜20質量部である、請求項1〜7のいずれか一項に記載のセメント組成物の製造方法。
- 前記セメントクリンカーを製造する際に発生する排ガス、火力発電設備で発生する排ガス、硫黄を燃焼して得られる燃焼ガス、及び硫黄化合物を加熱分解して得られる加熱分解ガスからなる群より選ばれる少なくとも1つを含む、亜硫酸ガスを含有するガスと、
カルシウム化合物を含む原料スラリーと、を接触させて、前記亜硫酸塩組成物を含む固形分が水を含む溶媒に分散した亜硫酸塩スラリーを得るスラリー調製工程を有する、請求項1〜8のいずれか一項に記載のセメント組成物の製造方法。 - セメントキルン部の窯尻とプレヒータ部のボトムサイクロンとの間のガスを抽気して前記排ガスを得る抽気工程を有する、請求項9に記載のセメント組成物の製造方法。
- 前記排ガスを前記原料スラリーと接触させる前に、
前記排ガスを冷却して、塩素化合物を含むダスト粒子を得る冷却工程と、
集塵部で前記排ガスから前記ダスト粒子の少なくとも一部を除去する集塵工程と、を有する、請求項9又は10に記載のセメント組成物の製造方法。 - 前記原料スラリーと接触する前記ガスは、硫黄を燃焼して得られる燃焼ガス、及び/又は硫黄化合物を加熱分解して得られる加熱分解ガスを、空気及び/又は前記セメントクリンカーを製造する際に発生する前記排ガスで希釈して得られる混合ガスを含む、請求項9〜11のいずれか一項に記載のセメント組成物の製造方法。
- セメント組成物のブレーン比表面積が、2500〜10000cm2/gである、請求項1〜12のいずれか一項に記載のセメント組成物の製造方法。
- セメントクリンカーと、亜硫酸カルシウムを含む亜硫酸塩組成物と、を配合して粉砕し、セメント組成物を製造する混合部を備え、
前記亜硫酸カルシウムは、主面の長軸及び短軸の長さがそれぞれ1〜500μm及び0.5〜300μmであり、厚さが前記長軸の長さの50%以下である薄片状結晶を含有する、セメント組成物の製造システム。 - 前記混合部では、前記亜硫酸塩組成物を含む固形分が水を含む溶媒に分散した亜硫酸塩スラリーとして配合され、
当該亜硫酸塩スラリー中の前記固形分の濃度が0.1〜90質量%であり、
前記固形分中の亜硫酸カルシウムの含有量が1質量%以上である、請求項14に記載のセメント組成物の製造システム。 - 前記薄片状結晶は、前記主面の長軸及び短軸の長さがそれぞれ15〜100μm及び10〜30μmであり、前記厚さが1μmである、請求項14又は15に記載のセメント組成物の製造システム。
- 前記亜硫酸塩組成物を含む固形分における前記亜硫酸カルシウムの前記薄片状結晶の含有率が30質量%以上である、請求項14〜16のいずれか一項に記載のセメント組成物の製造システム。
- 硫黄分を含む原料を焼成して前記セメントクリンカーを得るセメントキルン部と、
サイクロンを備え、前記原料と前記セメントキルン部からの排ガスを含むガスとを接触させて前記原料を予熱するプレヒータ部と、
前記セメントキルン部の窯尻と前記プレヒータ部のボトムサイクロンとの間から亜硫酸ガスを含む排ガスを抽気するバイパス部と、
前記排ガスを含むガスと炭酸カルシウム及び/又は水酸化カルシウムを含む原料スラリーとを接触させて、前記亜硫酸塩組成物を含む固形分が水を含む溶媒に分散した亜硫酸塩スラリーを得るスラリー調製部と、を備える、請求項14〜17のいずれか一項に記載のセメント組成物の製造システム。 - 前記セメントキルン部からの前記排ガスを冷却して凝集する塩素化合物を含むダスト粒子を生成する冷却部と、
前記排ガスに含まれる前記ダスト粒子の少なくとも一部を除去して、亜硫酸ガスを含む前記排ガスを得る集塵部と、を備える、請求項18に記載のセメント組成物の製造システム。 - 硫黄を燃焼する硫黄炉、及び/又は硫黄化合物を加熱分解する加熱炉と、
前記硫黄炉で得られる燃焼ガス、及び/又は前記加熱炉で得られる加熱分解ガスを含むガスと、炭酸カルシウム及び/又は水酸化カルシウムを含む原料スラリーとを接触させて、前記亜硫酸塩組成物を含む固形分が水を含む溶媒に分散した亜硫酸塩スラリーを得るスラリー調製部と、を備える、請求項14〜19のいずれか一項に記載のセメント組成物の製造システム。 - 前記燃焼ガス及び/又は前記加熱分解ガスと、空気及び/又はセメントキルン部からの排ガスと、を混合するガス混合部を備え、前記スラリー調製部は前記ガス混合部で得られる混合ガスを含む前記ガスと前記原料スラリーとを接触させて、前記亜硫酸塩スラリーを得る、請求項20に記載のセメント組成物の製造システム。
- 前記セメントクリンカーのクロム含有量に応じて、前記セメントクリンカーに対する、前記亜硫酸塩組成物の配合比を調整する制御部を備える、請求項14〜21のいずれか一項に記載のセメント組成物の製造システム。
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