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技術 六価クロムの減少したセメントクリンカー及び水硬性材料

出願人 三菱マテリアル株式会社
発明者 松田敏貴朝倉悦郎斎藤哲夫
出願日 1999年5月10日 (20年4ヶ月経過) 出願番号 1999-128048
公開日 2000年11月21日 (18年9ヶ月経過) 公開番号 2000-319050
状態 特許登録済
技術分野 セメント、コンクリート、人造石、その養正 セメント、コンクリート、人造石、その養生
主要キーワード 含有値 投入場所 固形プラスチック 硫化鉄鉱 六価クロム量 クリンカー粒 六価クロム含有量 補修材料
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2000年11月21日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (2)

課題

有害な六価クロム含有量が減少したセメントクリンカー及び水硬性材料の提供

解決手段

本発明のセメントクリンカーは、クリンカークーラーに導入されたセメントクリンカーの温度が850℃〜1000℃となる領域に可燃物を供給して得られることを特徴とする。該可燃物は、可燃物の粒度が5mm以下がよく、セメントクリンカーの温度が850℃〜1000℃となる領域は、クリンカークーラーに供給される冷却空気遮断するか又は少なくすることにより得られ、また構造的にはクーラーグレート上のセメントクリンカー層を厚くする手段及び/又は冷却空気量を減らす構造のクーラーグレートを設けたクリンカークーラーを用いることにより得られる。得られたクリンカーは、水硬性材料として使用される。

概要

背景

従来、セメントクリンカーの製造は、キルン中で原料である石灰石粘土珪石硫化鉄鉱残滓、その他の酸化鉄原料等を混合し、高温焼成してクリンカーを製造するが、このようにして得られたクリンカーは、セメント品質を低下させないために、造粒中の原料粒子あるいはクリンカー粒子の内部に未燃焼可燃物が残存するのを避けるために可燃物をキルン内投入後、可及的に速やかに完全燃焼させる必要があった。

概要

有害な六価クロム含有量が減少したセメントクリンカー及び水硬性材料の提供

本発明のセメントクリンカーは、クリンカークーラーに導入されたセメントクリンカーの温度が850℃〜1000℃となる領域に可燃物を供給して得られることを特徴とする。該可燃物は、可燃物の粒度が5mm以下がよく、セメントクリンカーの温度が850℃〜1000℃となる領域は、クリンカークーラーに供給される冷却空気遮断するか又は少なくすることにより得られ、また構造的にはクーラーグレート上のセメントクリンカー層を厚くする手段及び/又は冷却空気量を減らす構造のクーラーグレートを設けたクリンカークーラーを用いることにより得られる。得られたクリンカーは、水硬性材料として使用される。

目的

そこで、本発明者等は、このクリンカークーラー内で高温のクリンカーが冷却される過程のどの場所で還元雰囲気を形成すれば効率よく六価クロムが還元されるかを究明したところ、クリンカークーラーに導入されたセメントクリンカーの温度が850℃〜1000℃となる領域に可燃物を供給して還元雰囲気を形成することによって六価クロムを大幅に減少させたセメントクリンカーが得られることを見出し、ここに本発明をなすに至った。したがって、本発明が解決しようとする課題は、有害な六価クロムの含有量が減少したセメントクリンカー及び水硬性材料を提供することにある。

効果

実績

技術文献被引用数
4件
牽制数
2件

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請求項1

クリンカークーラーに導入されたセメントクリンカーの温度が850℃〜1000℃となる領域に可燃物を供給して得られることを特徴とするセメントクリンカー。

請求項2

六価クロム含有値が2ppm以下であることを特徴とする請求項1に記載のセメントクリンカー。

請求項3

可燃物の粒度が5mm以下であることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載のセメントクリンカー。

請求項4

クリンカークーラーに供給される冷却空気遮断するか又は少なくすることにより製造されることを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれかに記載のセメントクリンカー。

請求項5

クーラーグレート上のセメントクリンカー層を厚くする手段及び/又は冷却空気量を減らす構造のクーラーグレートを設けたクリンカークーラーを用いて製造されることを特徴とする請求項1乃至請求項4のいずれかに記載のセメントクリンカー。

請求項6

請求項1乃至請求項5のいずれかに記載のセメントクリンカーを使用して製造されることを特徴とする水硬性材料

技術分野

0001

本発明は、セメントクリンカー及びそれを使用して製造された水硬性材料に関するものであり、更に詳しくは六価クロムの減少したセメントクリンカー及びそれを使用して製造された水硬性材料に関するものである。

背景技術

0002

従来、セメントクリンカーの製造は、キルン中で原料である石灰石粘土珪石硫化鉄鉱残滓、その他の酸化鉄原料等を混合し、高温焼成してクリンカーを製造するが、このようにして得られたクリンカーは、セメント品質を低下させないために、造粒中の原料粒子あるいはクリンカー粒子の内部に未燃焼可燃物が残存するのを避けるために可燃物をキルン内投入後、可及的に速やかに完全燃焼させる必要があった。

発明が解決しようとする課題

0003

しかしながら、上記のように製造されたクリンカーには微量の有害な六価クロムが含有されており、したがってこのようなセメントを使用したコンクリート改良土壌などから、クリンカー中の六価クロムが溶出して問題となることがあった。クリンカー中の六価クロム量が多いほど,その溶出量も増し環境基準の厳しい昨今では、各種の基準値規制値を越すことが起こることがあり問題であった。そのためクリンカー中の六価クロムの量を極力低減し環境基準値以下にするという強い要望があった。なお、ここでの六価クロムの量は、セメント協会標準試験方法の「セメント中水溶性六価クロムの定量方法」で測定したものである。

0004

このような要望に対して、本発明者等は、クロム含有原材料の使用を中止したり、その量を減少させたりする手段を講ずることはできるものの、代替原材料によるコスト高を考慮するとセメントの製造原価が大幅に高騰するという結果となり好ましくない。そこで、本発明者等は、この点を含め種々検討し、先にキルン内に主燃料とは別に可燃物を供給することによりセメントの製造原価が大幅に上がることなく、六価クロムを減少させることができることを見出し特許出願した(特願平9−360105号)。

0005

更にクリンカー製造設備において、六価クロムは高温の酸化雰囲気で生成する点を考慮し、クリンカー品質に影響しないで還元雰囲気を形成しうる場所として、クリンカークーラーに着目した。しかしながら、高温のクリンカー粒子は、クリンカークーラーで空気で急冷すると強酸化状態となることがわかった。

0006

そこで、本発明者等は、このクリンカークーラー内で高温のクリンカーが冷却される過程のどの場所で還元雰囲気を形成すれば効率よく六価クロムが還元されるかを究明したところ、クリンカークーラーに導入されたセメントクリンカーの温度が850℃〜1000℃となる領域に可燃物を供給して還元雰囲気を形成することによって六価クロムを大幅に減少させたセメントクリンカーが得られることを見出し、ここに本発明をなすに至った。したがって、本発明が解決しようとする課題は、有害な六価クロムの含有量が減少したセメントクリンカー及び水硬性材料を提供することにある。

課題を解決するための手段

0007

本発明の上記課題は、以下の各発明によってそれぞれ達成される。

0008

(1)クリンカークーラーに導入されたセメントクリンカーの温度が850℃〜1000℃となる領域に可燃物を供給して得られることを特徴とするセメントクリンカー。
(2)六価クロムの含有値が2ppm以下であることを特徴とする前記第1項に記載のセメントクリンカー。
(3)可燃物の粒度が5mm以下であることを特徴とする前記第1項又は第2項に記載のセメントクリンカー。
(4)クリンカークーラーに供給される冷却空気遮断するか又は少なくすることにより製造されることを特徴とする前記第1項乃至第3項のいずれかに記載のセメントクリンカー。
(5)クーラーグレート上のセメントクリンカー層を厚くする手段及び/又は冷却空気量を減らす構造のクーラーグレートを設けたクリンカークーラーを用いて製造されることを特徴とする前記第1項乃至第4項のいずれかに記載のセメントクリンカー。
(6)前記第1項乃至第5項のいずれかに記載のセメントクリンカーを使用して製造されることを特徴とする水硬性材料。

0009

本発明のセメントクリンカーは、クリンカークーラーに導入されたセメントクリンカーの温度が850℃〜1000℃となる領域に可燃物を供給して得られたことを特徴とするもので、この温度範囲下の領域に可燃物を供給することにより六価クロムの含有量の減少したセメントクリンカーが経済的に得られる。

0010

また本発明の第2項では、好ましい実施形態では、六価クロムの含有値が2ppm以下のセメントクリンカーが得られる。更に第3項では、可燃物の粒度が5mm以下であることにより、良好な還元雰囲気が速やかに形成される。更に前記第4項では、クリンカークーラーに供給される冷却空気を遮断するか又は少なくすることにより可燃物を効率的に調整して良好な還元雰囲気を形成することができる。

0011

更にまた第5項においては、クーラーグレート上のセメントクリンカー層を厚くする手段及び/又は冷却空気量を減らす構造のクーラーグレートを設けたクーラーを用いることにより、効率的に還元雰囲気を形成乃至調整することができる。第6項では、前記第1項乃至第5項のいずれかに記載のセメントクリンカーを使用して六価クロムの含有量の減少した水硬性材料が製造される。

発明を実施するための最良の形態

0012

以下に、本発明の実施の形態を説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。本発明では、「クリンカークーラーに導入されたセメントクリンカーの温度が850℃〜1000℃となる領域に可燃物を供給する」とは、クリンカークーラー内で冷却空気による冷却下に行うことを意味するものであるが、セメントクリンカーの温度が850℃〜1000℃となる領域に可燃物を供給し、その後冷却してもよいことは明らかである。

0013

本発明に用いられるセメントクリンカーの製造原料は、この技術分野において通常用いられるものでよく、石灰石、粘土、珪石、硫化鉄鉱残滓、その他の酸化鉄原料等が挙げられる。

0014

本発明に用いられる可燃物としては、各種の固体燃料可燃性固体廃棄物液体燃料及びこれらの混合物等が挙げられるが、具体的にはコークス石油コークスでもよい)、粗粒の各種石炭、揮発分の少ない無煙炭亜瀝青炭、あるいは瀝青炭より難燃性の固体燃料、固形プラスチック都市ゴミ固形物等である。好ましくはコークス(石油コークスでもよい)、粗粒の各種石炭、揮発分の少ない無煙炭、亜瀝青炭、あるいは瀝青炭より難燃性の固体燃料等である。また液体燃料を使用する場合には、噴霧又は滴下等の手段を用いても当該目的を達成することができる。

0015

これらの可燃物の粒度は、クリンカー粒子の外部に未燃焼の可燃物が少なくとも瞬間的に存在し、このような状態で可燃物の周囲に、可燃物中の炭素及び一酸化炭素酸化、並びに酸素分圧の減少に伴う還元雰囲気が形成されるような大きさであり、燃料の種類によっても異なるが、可燃物の大きさは、5mm以下であればよいが、好ましくはその平均粒径は40〜150μmがよい。またこの粒径が5mmを越えると焼成後のクリンカー中に未燃焼物が残りやすくなりセメント品質に悪影響を与える可能性が大きく好ましいものではない。

0016

図1は、本発明に使用されるクリンカークーラーを有するキルンを示す断面図である。図1において、本発明では、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が設けられる構造を有するが、特にこれに限定されるものではなく、本発明では、セメントクリンカーの温度が850℃〜1000℃となる領域が存在するクリンカークーラーであればその構造はどのようなものでもよい。クリンカークーラー3は、セメントクリンカー8がクーラーグレート7上を移動しており、この下部には部屋6(61、・・・69)を有しており、この冷却空気がこれらの部屋からクーラーグレート7の孔を通って供給され冷却される。ここでクリンカーの温度が850℃〜1000℃となる領域は、冷却空気の温度にもよるが、符号64〜66の部屋のある部分である。

0017

本発明においては、可燃物を投入する場所はクリンカークーラー3の部屋64〜66のうち少なくともいずれかであるが、これらのどの部屋に投入するかは可燃物の粒径如何によって異なるが、好ましくは部屋64又は64と65の両方である。本発明において、可燃物の投入場所がセメントクリンカーの温度が850℃〜1000℃の領域が好ましいが、更に好ましくは850℃〜950℃の領域であり、最も好ましくは900℃前後のクリンカー温度域であり、この温度域ではエーライトの分解は起こらず六価クロムのみが還元されて減少する。またフリーライム(f・CaO)は変化せず投入した可燃物も燃え尽きるので、クリンカーの品質の劣化は起こらない。

0018

本発明では、可燃物による還元効率を増すために、クリンカークーラーを改造したり、クリンカークーラーの運転条件を個々に調整することは極めて有効な手段である。例えば、図2に示されるように、クリンカークーラー3のクーラーグレート7上に壁状又は土堤状の障害9を設けてクーラーグレート7上を移動するセメントクリンカー粒子8の層を厚くしたり、又は該グレートに設けられている冷却用空気孔71、72、73の数を減らしたり、該空気孔偏在して設けることにより空気孔の無い領域を形成する等の手段を講ずることができる。壁状又は土堤状の障害9は、クーラーグレート7の両側に設けられ、また両サイドに向かって広くなるように形成される。

0019

図2のaには、クリンカークーラー3内にはグレート7を有し、更に該グレート7には、冷却用空気孔71、72、73が設けられ、この下部に部屋61〜69を有している。図2のbは、クリンカークーラー3を上から見た平面図であり、図2のcは、クリンカークーラー3の正面図である。

0020

クリンカーの温度が850℃未満のときは、燃焼状態が悪くまた還元効果も不十分となり可燃物の燃え残る割合が増加し、したがってクリンカーの品質悪化をきたすおそれがある。また温度が1000℃を越えると高温域での可燃物の添加領域となり、この領域では六価クロムは還元されて減少するが、主要なクリンカー鉱物であるエーライトが分解してフリーライムが増加することとなりクリンカーの品質が悪化する。

0021

本発明において、セメントクリンカーの温度が850℃〜1000℃の領域に可燃物を供給する場合、可燃物の供給量はクリンカーの粒度、クリンカー量、クリンカーの移動速度、冷却空気量並びに冷却温度等によって適宜選択されるが、好ましくはクリンカー量に対して0.1〜5重量%が好ましい。更に好ましくは0.5〜1.0重量%である。0.1重量%より少ない場合には十分な還元が起こらず、六価クロムを減少させる効果が少ない。また5重量%を越えると還元効果も不十分となり可燃物の燃え残る割合が増加し、水硬性物質中に混合しても、その品質上好ましくない。

0022

本発明では、前記冷却空気量を調節する方法としては、クーラーグレート7の孔から供給される冷却空気を減少あるいは遮断する。本発明では、この六価クロム含有量の少ないセメントクリンカーは、このままで水硬性材料として使用できるが、このセメントクリンカーを使用した最終製品としての水硬性材料としては、この技術分野において通常用いられるものであり、例えば、各種のセメント類地盤改良用固化材補修材料等がある。

0023

クリンカークーラー内では、クリンカー粒子は、急冷することにより強酸化状態となる点を考慮し、該クーラー内でクリンカーの温度が850℃〜1000℃の領域で冷却空気量を調整しながら可燃物を供給して還元雰囲気を形成することで六価クロム三価のクロム等に還元することができる。

0024

以下に、本発明を実施例を挙げて説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。

0025

〔実施例1〕普通ポルトランドセメントクリンカーを時産で100t焼成中のキルンから図2に示されるクリンカークーラー3に導入される。このクリンカークーラー3において、クリンカー温度が900℃前後の場所として、部屋(冷却室)64の位置に可燃物供給パイプ(又はノズル)を設け、そこから微粉コークス(平均粒径90μm)を10kg/t・クリンカーの速度で供給した。得られたクリンカーの一部をサンプリングして分析した結果を表1に示す。

0026

0027

表1から明らかなように、コークスを供給しない場合は、六価クロムが11.0ppmであり、1200℃では六価クロムが減少する反面、フリーライムが増加している。1100℃で六価クロムが5.6ppmと多く、あまり減少しない。本発明の温度範囲の850℃〜1000℃では六価クロムが減少していると共にフリーライムの増加がない。更に800℃以下では再び六価クロムが増加していることがわかる。したがって、本発明では六価クロムの目標値の2ppm以下となっており優れた効果を奏することがわかる。

発明の効果

0028

本発明は、クリンカークーラーに導入されたセメントクリンカーの温度が850℃〜1000℃となる領域に可燃物を供給して得たことによりセメントクリンカーの品質に悪影響なく六価クロムの含有量の減少したセメントクリンカー及びそれを使用した水硬性材料が経済的に得られる。

図面の簡単な説明

0029

図1本発明に用いられるキルンを示す断面図である。
図2本発明に用いられるクリンカークーラーを示す断面図である。

--

0030

ロータリーキルン
プレヒーター
3クリンカークーラー
窯尻
バーナー
6 部屋(冷却室)
7クーラーグレート
8セメントクリンカー
9 壁等の障害

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