JP2009249672A - Ｚｎ含有ダスト塊成物とその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】初期強度に優れた高強度の亜鉛含有ダスト塊成物の製造方法、およびその塊成物を提供する。
【解決手段】アルミナセメント系水硬性組成物と、ポルトランドセメントを含む結合剤を、ダスト１００質量部に対して３〜３０質量部添加して造粒することを特徴とするダスト塊成物の製造方法であって、好ましくは、上記水硬性組成物がＣａＯを２０〜５０質量％およびＡｌ₂Ｏ₃を４５〜８０質量％含有し、造粒１日後の強度が１０kgf/cm²以上、造粒
7日後の強度が２０kgf/cm²以上のダスト塊成物を製造する方法。
【選択図】なし

Description

本発明は、造粒後の養生初期強度および長期強度が大きいＺｎ含有ダスト塊成物を製造する方法、およびそのＺｎ含有ダスト塊成物に関する。

ダスト（金属およびその酸化物等を含む排煙集塵ダスト）を造粒した後に、強度を発現する際、塊成物の強度を高める手段として、焼結させる方法（焼結ペレット法）が周知な手段として知られているが、省エネルギーの観点から、ダストにセメントを添加して造粒して養生する非焼成の方法も知られている。

非焼成塊成法として、例えば、炭素ダストの粒度を一定範囲に調整してセメント等を加えて造粒する方法が知られている（例えば、特許文献１参照。）。また、製鉄ダスト等に速硬性アルミナセメントと生石灰を加えて造粒する方法が知られている（例えば、特許文献２参照）。

しかし、ダストのなかにはZnを含有するものがあり、従来の上記方法によって製造した塊成物は、セメントの初期水和反応が阻害され、通常の強度発現には２週間程度は要し、塊成物の初期強度が弱いため、工程で輸送途中に崩潰して粉状化するなど、ハンドリング性に劣り、歩留りが低下する。
特開昭５３−１３０２０２号公報 特開２００４−９１８７６号公報

本発明は、アルミナセメント系水硬性組成物およびポルトランドセメントを併用することによって、従来の塊成方法における上記問題を解決したものであり、初期強度および長期強度に優れた高強度のダスト塊成物の製造方法、およびその塊成物を提供する。

本発明は、以下の構成からなるダスト塊成物の製造方法、およびその塊成物に関する。なお、以下、％は特に示さない限り質量％である。
〔１〕アルミナセメント系水硬性組成物とポルトランドセメントを含む結合剤を、Ｚｎ含有ダスト１００質量部に対して３〜３０質量部添加して造粒後養生することを特徴とするＺｎ含有ダスト塊成物の製造方法。
〔２〕上記水硬性組成物が、ＣａＯを２０〜５０質量％およびＡｌ₂Ｏ₃を４５〜８０質量％含有する上記[１]に記載するＺｎ含有ダスト塊成物の製造方法。
〔３〕結合剤に含まれるポルトランドセメントの量が、水硬性組成物１００質量部に対して、３（ＨＰＣ３％）〜１９００（ＡＣ５％）質量部である上記[１]または上記[２]に記載するＺｎ含有ダスト塊成物の製造方法。
〔４〕上記[１]〜上記[３]に記載する何れかの方法によって製造され、造粒１日後の圧潰強度が１０kgf/cm²以上、造粒７日後の強度が２０kgf/cm²以上であるＺｎ含有ダスト塊成物。

本発明の製造方法は、アルミナセメント系水硬性組成物と供にポルトランドセメントを併用することによって、Ｚｎを含有するダストであっても、初期強度に優れ、高強度を持続するダスト塊成物を製造することができる。具体的には、例えば、アルミナセメント系水硬性組成物とポルトランドセメントを含む結合剤を用い、該結合剤をＺｎ含有ダスト１００質量部に対して３〜３０質量部添加して造粒することによって、初期強度が大きく崩れ難いダスト塊成物を得ることができる。

上記結合剤の成分であるアルミナセメント系水硬性組成物は、ＣａＯを２０〜５０％およびＡｌ₂Ｏ₃を４５〜８０％含有するものが好ましく、結合剤に含まれるポルトランドセメントは、早強ポルトランドセメントが好ましい。また、ポルトランドセメントの量は水硬性組成物１００質量部に対して３〜１８００質量部が好ましい。上記結合剤を用いることによって、例えば、造粒１日後の強度が１０kgf/cm²以上、および造粒７日後の強度が２０kgf/cm²以上であるＺｎ含有ダストの塊成物を得ることができる。

以下、本発明を実施例と共に具体的に説明する。
本発明の製造方法は、アルミナセメント系水硬性組成物とポルトランドセメントを含む結合剤を、Ｚｎ含有ダスト１００質量部に対して３〜３０質量部添加して造粒することを特徴とするダスト塊成物の製造方法である。

本発明に用いる結合剤は、アルミナセメント系水硬性組成物およびポルトランドセメントを含有したものである。従来、ダストにポルトランドセメントを添加して造粒することは知られているが（特許文献１）、セメント単味では、セメントの水和反応の阻害によりＺｎ含有ダストの塊成物の強度が低くなる。

また、アルミナセメントと生石灰を併用すれば（特許文献２）、セメント単味よりは塊成物の強度が向上する効果は認められるものの、反応が著しく早く、ダストに水分を含有する場合など造粒工程前の混合工程や造粒工程中ですでに水和反応が進行したり、水酸化カルシウムの生成により塊成物の膨張破潰によって塊成物の養生後の強度も発現せず低くなる。

一方、アルミナセメント単味の場合は、ダストに含まれるＺｎがアルミナセメントの水和反応を促進する傾向があり、生石灰を混合した場合と同様に、造粒前の混合工程や造粒工程中に反応が進み、その後の強度が発現しなくなる傾向がある。

本発明は、アルミナセメント系水硬性組成物とポルトランドセメントを組み合わせた結合剤を用いる。Ｚｎによって水和反応が阻害されるポルトランドセメントとアルミナセメント系水硬性組成物とを組み合わせることによって、この結合剤は適度な水和反応を得るので、造粒後に水和反応が進み、塊成物の強度が十分に発現する。

アルミナセメントに対するポルトランドセメント含有量は、好ましくは、アルミナセメント１００重量部に対し、ポルトランドセメント３重量以上であり、１９００重量部以下である。ポルトランドセメント量が３重量部より少ないとセメントの水和反応が不十分になるので塊成物の十分な強度が得られない。一方、ポルトランドセメント量が１９００重量より多いと、相対的にアルミナセメント分が少なく、Ｚｎによってポルトランドセメントの水和反応が阻害されるのを十分に防止することができず、塊成物の十分な強度が得られない。

アルミナセメントおよびポルトランドセメントをおのおの適量含む結合剤を用いることによって、これらの弊害がなく、Ｚｎ含有ダストについて、初期強度が大きい高強度のダスト塊成物を得ることができる。

上記結合剤をＺｎ含有ダストに加え、適当量な水を供給して造粒する。結合剤の添加量はＺｎ含有ダスト１００質量部に対して３〜３０質量部が適当である。この添加量が３質量部よりも少ないと、塊成物の十分な強度が得られない。また、上記添加量が３０質量部を上回ると塊成物の発熱が著しく膨張破潰する場合があり好ましくない。

上記結合剤の成分であるアルミナセメント系水硬性組成物は、ＣａＯを２０〜５０質量％、およびＡｌ₂Ｏ₃を４５〜８０質量％含有する水硬性組成物である。ＣａＯ含有量が５０質量％より多く、またＡｌ₂Ｏ₃が４５質量％より少ないと、遊離酸化カルシウムが多くなり、速硬性鉱物であるＣａＯ・Ａｌ₂Ｏ₃の生成量が少なくなるので、遊離酸化カルシウムの水和反応で水酸化カルシウムが生成することによる膨張で塊成物の強度が著しく損なわれる。一方、ＣａＯ含有量が２０質量％より少なく、Ａｌ₂Ｏ₃含有量が８０質量％を上回ると、アルミナ成分の多いＣａＯ・２Ａｌ₂Ｏ₃の生成量が増加し、これは凝結時間が遅いので、この場合も初期強度が十分に向上しない。

通常、アルミナセメントは主成分としてＣａＯ３５〜３８質量％、およびＡｌ₂Ｏ₃５３〜８３質量％を含有しているので、上記水硬性組成物として好適に用いられる。なお、Ｚｎ含有ダストに普通セメントを加えると水和反応が抑制され、塊成物の強度が著しく低下するが、上記アルミナセメント系水硬性組成物を用いることによって、普通セメントを用いた場合とは異なった水和反応が進行し、生成した水和物によって塊成物の強度が向上する。従って、Ｚｎを含有するダストや、水和反応を阻害する金属や金属酸化物を含有するダスト、あるいは水分の多いダストあっても、塊成物の造粒１日の初期強度、および７日の長期強度が高めことができる。

上記結合剤に含まれるポルトランドセメントの含有量は、上記アルミナセメント系水硬性組成物１００質量部に対して、３〜１８００質量部が好ましい。ポルトランドセメンと含有量が３重量部より少ないと、造粒体の強度発現性が不十分であり、一方、ポルトランドセメンと含有量が３００重量部より多いと、相対的にアルミナセメント系水硬性組成物の含有量が少なく速硬性鉱物量が少なくなり、Ｚｎによる水和阻害のため初期および長期の強度増進が小さくなる。このポルトランドセメンは、早強性を示すセメントであればよく、特に早強セメントは初期強度発現性にはより好ましい。

Ｚｎ含有ダストに上記結合剤を添加し、水を加えて造粒する。水の添加量は、ダストと結合剤の混合物の総量１００質量部に対して８〜２０質量部が好ましい。水量が８質量部より少ないと水分が足りず造粒できない。水分量が２０質量部より多いと水分過剰になり塊成物の強度が低下する。

上記製造方法によれば、実施例に示すように、造粒１日後の強度が１８kgf/cm²以上、および造粒７日後の強度が２０kgf/cm²以上、好ましくは３０kgf/cm²以上のダスト塊成物を得ることができる。本発明の製造方法は、各種の製錬工程、例えば、製鉄所や非鉄製錬所などから排出されるＺｎ含有ダストに広く適用することができる。

以下、本発明の実施例を比較例と共に示す。
〔実施例Ａ１〜Ａ１１、比較例Ｂ１〜Ｂ８〕
表１に示す材料を使用し、水硬性組成物、早強ポルトランドセメントを表２に示す配合比に従って混合し、結合剤を調製した。使用したダストは表１に示すようにＺｎ含有量がおのおの３.０％、３.７％の高Ｚｎ含有ダストである。この結合剤をダスト１kgに添加し、水分１１％を加え、ボールミルで３０分攪拌混合し、パンペレタイザー（φ0.9ｍ）で造粒し、直径約１０ｍｍの略球形の造粒体を作製した。造粒体は、養生３日までは５０℃で養生し、３日以降は常温で養生した。養生１日後および７日後に圧縮試験機（島津社製）を用いて圧潰強度を測定した。この圧潰強度は圧潰応力を塊成物の断面積で割った値で示した。なお、断面積は各造粒体の最大断面箇所での面積とし、任意に抜き取った１５個の造粒体で測定された断面積を平均したものを用いた。１日強度は１０kg/cm²以上、７日強度は２０kg/cm²以上を合格とした。圧潰強度および評価を表２に示した。

本発明の実施例（Ａ１〜Ａ１２）の塊成物は何れも１日強度（初期強度）１８kg/cm²以上、７日強度（長期強度）２０kg/cm²以上であり、優れた初期強度および長期強度を有する。一方、結合剤の使用量が多すぎる比較例（Ｂ２）は初期強度が大きいが長期強度が大幅に低く、結合剤として早強セメントのみを用いた試料（Ｂ３、Ｂ５）では、初期も長期強度の増進はみられない。また、結合剤の添加量が少ない試料（Ｂ１、Ｂ４）は圧潰強度が大幅に低い。さらに、結合剤中の早強セメント量が少ない試料（Ｂ６）あるいは結合剤が早強セメントを含まない試料（Ｂ７）も圧潰強度が大幅に低い。結合剤のセメントがアルミナ系ではない試料（Ｂ８）も圧潰強度が大幅に低い。

Claims (4)

1. アルミナセメント系水硬性組成物とポルトランドセメントを含む結合剤を、Ｚｎ含有ダスト１００質量部に対して３〜３０質量部添加して造粒後養生することを特徴とするＺｎ含有ダスト塊成物の製造方法。
   
2. 上記水硬性組成物が、ＣａＯを２０〜５０質量％およびＡｌ₂Ｏ₃を４５〜８０質量％含有する請求項１に記載するＺｎ含有ダスト塊成物の製造方法。
   
3. 結合剤に含まれるポルトランドセメントの量が、水硬性組成物１００質量部に対して、３（ＨＰＣ３％）〜１９００（ＡＣ５％）質量部である請求項１または請求項２に記載するＺｎ含有ダスト塊成物の製造方法。
   
4. 請求項１〜請求項３に記載する何れかの方法によって製造され、造粒１日後の圧潰強度が１０kgf/cm²以上、造粒７日後の強度が２０kgf/cm²以上であるＺｎ含有ダスト塊成物。