JPH0149657B2 - - Google Patents

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JPH0149657B2
JPH0149657B2 JP55023259A JP2325980A JPH0149657B2 JP H0149657 B2 JPH0149657 B2 JP H0149657B2 JP 55023259 A JP55023259 A JP 55023259A JP 2325980 A JP2325980 A JP 2325980A JP H0149657 B2 JPH0149657 B2 JP H0149657B2
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JP
Japan
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cement
clinker
gypsum
coal
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Application number
JP55023259A
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English (en)
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JPS56120552A (en
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Tooru Okuda
Yoshimi Ishihara
Hirofumi Tanaka
Yoichi Totani
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sumitomo Cement Co Ltd
Denryoku Chuo Kenkyusho
Original Assignee
Sumitomo Cement Co Ltd
Denryoku Chuo Kenkyusho
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Publication date
Application filed by Sumitomo Cement Co Ltd, Denryoku Chuo Kenkyusho filed Critical Sumitomo Cement Co Ltd
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    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P40/00Technologies relating to the processing of minerals
    • Y02P40/10Production of cement, e.g. improving or optimising the production methods; Cement grinding

Landscapes

  • Curing Cements, Concrete, And Artificial Stone (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
本発明は産業廃棄物である石炭灰を有効利用し
た新規セメントの製造法に関し、更に詳細には所
望の凝結性や硬化速度を有すると共に高い強度等
の特性を示し、重金属の固化固定処理や土壌の安
定化処理などの多目的に使用できる特殊セメント
を製造する方法に関するものである。 近年、火力発電特に石炭火力発電の増大に伴つ
て多量の石炭灰が副生しており、大部分のものは
産業廃棄物として廃棄されている。一部分は、そ
のままの形でポルトランドセメントなどと混合し
てフライアツシユセメントとする方法や、他の原
料と共に焼成してクリンカーを形成する方法など
に利用されている。しかしながら、前者の方法の
場合には、石炭灰中に多量の未燃カーボンが存在
しているだけではなく、NOxの規制によりさら
に多量の未燃カーボンが含有されるようになつた
ため、セメント使用時に添加されるコンクリート
混和剤に悪影響を及ぼすなどの問題が生じ、改善
の余地が残つていた。一方、後者の方法の場合に
は、多量の石炭灰をクリンカー原料として使用す
るとAl2O3量が増加しすぎてしまい、3CaO・
Al2O3が余りに多量になり、所望の化学組成を有
するセメントを形成できない。そのため、後者の
方法においては少量の石炭灰しか使用できず、余
り有効な利用法ではなかつた。 本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、そ
の目的とするところは、産業廃棄物である石炭灰
をセメント原料として有効に利用できるように
し、各種の特性が優れており、多目的に利用でき
る等の利点を有する特殊セメントの製造法を提供
することである。即ち、本発明の特殊セメントの
製造法の特徴は、石炭燃焼時に生成した石炭灰
100重量部と石炭石200〜400重量部との粉砕混合
物を焼成して15〜25%の3CaO・Al2O3を含有す
るクリンカーを形成し、次いでこのクリンカーと
石膏とを混合粉砕するか分離粉砕した後混合して
セメントを形成していることである。 以下、本発明を詳細に説明する。 まず、石炭燃焼時に生成した石炭灰100重量部
と石炭石200〜400重量部との粉砕混合物を形成す
る。粉砕混合物は、混合粉砕によつても、或いは
分離粉砕後混合することによつても形成できる。
混合物の粉末度は普通ポルトランドセメントの場
合と同程度の粉末度、例えば4500〜6000cm2/gの
ブレーン値であることが望ましい。石炭石の使用
量は、石炭灰の化学成分や使用目的などに応じて
変化するが、石炭灰100重量部当たり200〜400重
量部とすると各種の特性が優秀なセメントなセメ
ントが形成される。一方、範囲外の場合には所望
のセメントが得られないことがある。ところで、
石炭灰と石炭石とからクリンカーを形成する際の
目標鉱物としては3CaO・SiO2(C3S)量を規定す
るのが良く、強度を高めようとする場合にはC3S
量を可能な限り増加させるのが望ましい。しか
し、この場合、石炭飽和度(LSR)が1以上と
なると焼成クリンカー中に遊離CaOが残留すると
共に焼成しにくくなり強度が低下することがある
ので、LSR値が0.97〜0.98であることが望まし
く、この範囲に入るようにC3S量を調節すること
が望ましい。一般に、石炭灰の化学成分から考え
てクリンカー中のC3S量を50〜60%程度に規定す
ると、C3A量は15〜25%、2CaO・SiO2(O2S)量
は10%前後、4CaO・Al2O3・Fe2O3(C4AF)量は
3〜7%前後に入り、優秀な強度や凝結性状など
が得られるため、C3S量を50〜60%程度に規定す
ることが望ましい。そして、C3A量を15〜25%の
範囲とすると、石炭灰と石炭石との2種のクリン
カー原料によりクリンカーを形成できる。このこ
とは、次の第1表(a)〜(d)のクリンカー原単位計算
結果からわかる。
【表】
【表】
【表】
【表】 次いで、前記のように石炭灰100重量部と石炭
石200〜400重量部とからなる粉砕混合物を、ロー
タリーキルンなどの通常のセメント焼成炉で1350
〜1430℃程度の温度において焼成して15〜25%の
3CaO・Al2O3(C3A)を含有するクリンカーを形
成する。その後、焼成されたクリンカーを石膏と
共に混合粉砕するか或いは分離粉砕した後石膏と
混合してセメントを形成する。ところで、クリン
カー粉末の粉末度は4500〜7000cm2/gであること
が望ましく、4500cm2/g未満では強度が低下しす
ぎることがあり、一方7000cm2/gより大では急結
現象などの異常凝結が生ずることがある。また、
添加される石膏としては無水石膏、半水石膏、二
水石膏の3種類の石膏を使用目的に応じて使いわ
けることにより、多目的用の各種セメントを形成
できる。強度面から見た場合、無水石膏の添加が
最適であり、その添加量はLerch、McCayらの式
Y=0.095X1+1.6364X2+1.1841、Y=(最適SO3
量%)、X1=クリンカー中のC3A量%)、X2=(ク
リンカー中のアルカリ量〔Na2O+0.658K2O〕
%)を適用した値が適当であり、SO3量としては
3〜7%程度であることが望ましい。この量を越
えて添加すると、硬化後に膨張が発生し、モルタ
ル強度試験では、強度低下の原因となる。これに
対して、重金属固定、土壌安定などの特殊用途に
使用する場合は、添加無水石膏量を大巾に増加さ
せ、10〜35%まで添加し、エトリンジヤイト生産
量を増加させることにより種々の効果を期待する
ことができる。また半水石膏を0.5〜5%程度添
加することにより硬化後における膨張を大きく
し、圧密効果を期待する場合は効果的である。こ
のように、本発明においては、セメントの強度の
向上やセメントによる土壌安定等の優れた効果を
得るために使用時にエトリンジヤイトを多量に生
成するようにしており、その最大配合量は、前記
のように、全体量に対して無水石膏量で35%であ
る。この石膏(CaSO4)量は、日本工業規格
(JIS)においてセメント組成の組成表示に用いら
れている三酸化硫黄(SO3)量で表示すると、 35%×(SO3分子量/CaSO4分子量) ≒35%×0.588=21% となり、本発明における石膏配合量の上限は、全
体量に対してSO3量換算で21%である。 そして、このSO3量21%を決定する石膏配合量
の上限値35%は、早強性や重金属固定、土壌安定
等に大きく寄与する3CaO・Al2O3を15〜25%含
有するクリンカーを形成するようにした点に基づ
くものである。 即ち、本発明の要旨は、産業廃棄物である石炭
灰の有効利用を図りつつ、基本的にはAl2O3の供
給源としての多量の石炭灰とCaOの供給源として
の石炭石とを利用してこれらを混合・焼成し、こ
れにより多量の3CaO・Al2O3を含有するクリン
カーを形成して早強性や重金属固定、土壌安定な
どに効果を奏するエトリンジヤイトの生成量を増
大せしめうるようにすることにある。しかして、
エトリンジヤイトを最大量生成させるために必要
な石膏量は、3CaO・Al2O3の上限量25%に対応
しておのずと定まるものであり、よつて3CaO・
Al2O3の上限値25%に対応して、SO3量の上限値
は21%となる。 即ち、最大石膏添加量としてのSO3量21%は、
最大量としての3CaO・Al2O3量25%が石膏と反
応してエトリンジヤイトを生成するに必要十分な
量である。尚、SO3量が21%以上となると、エト
リンジヤイト生成に必要な石膏量以上の量の石膏
が存在することになり、セメント水和時に遊離の
石膏が生じて強度等が低下したりして本願発明の
目的を達成しえない。 一方、同SO3配合量の下限値は、本発明の目
的、すなわち、使用時にエトリンジヤイトを従来
のセメントより多く生じさせることのできる量で
あれば良いので、従来のセメントにおけるSO3
合量の上限値を越えた値が採用される。従来のセ
メントにおける石膏の添加は、周知のように、凝
結調製を目的としたものであり、その配合量は、
1979年版の〓日本工業規格〓によればポルトラン
ドセメント、シリカセメントおよびフライアツシ
ユセメントではSO3量として3%以下であり、こ
れ以上の添加は長期強度等が低下するので好まし
くない。 これに対して本発明では、全体量に対するSO3
量を3%以上として、セメント水和時により多く
のエトリンジヤイトを生成させることができるよ
うにしている。 このように、本発明においては、全体量に対す
るSO3配合量を3%〜21%とすることにより、使
用時に多量のエトリンジヤイトを生成されるよう
にしており、これによつてセメント自体の強度の
向上やセメントに土壌安定等の優れた効果を得る
ことができる。 以上説明したように、本発明においては、石炭
灰と石炭石との粉砕混合物を焼成して15〜25%程
度のC3Aを含有するクリンカーを形成し、これを
石膏と混合してセメントを形成している。セメン
ト中には他のカルシウムアルミネート鉱物よりも
水和速度の早いC3Aが多量に含有されていると共
に凝結速度を調節する石膏が混合されているた
め、セメント使用時に適度の水和速度で水和で
き、急結現象を呈さずに適度で凝結硬化させるこ
とができる。また、セメント使用時に石炭灰と石
炭石と石膏との三成分により、カルシウムサルホ
アルミネート水和物である針状結晶のエトリンジ
ヤイトが多量に形成されるため、絡み合い現象な
どが生じ、その結果短時間のうちに強度が実現さ
れる。 また、上記のように多量のエトリンジヤイトが
生成されるため、以下の(a)〜(b)の利点が得られ
る。(a)エトリンジヤイトの結晶構造に重金属類を
多量に置換固定できると共にセメント水和物中に
重金属類を吸着などにより封じ込めることがで
き、それらの相乗効果により重金属類を確実に固
定できる。従つて、本発明の方法により得られた
セメントを有害な重金属類の固化固定処理に利用
できる。(b)エトリンジヤイトは1モル当たり32分
子の水を結晶水として取り込むことができると共
に、石膏の添加量を増加させるに従つて硬化後の
膨張率が高くなつて圧密効果が奏される。従つ
て、本発明の方法により得られたセメントを遊離
水の多い軟弱地盤などの土壌安定化に使用する
と、水分は確実に固定されると共に膨張により圧
密されるため、土壌は確実に安定化される。 上記のように、本発明の方法により製造された
セメントは重金属の固化固定処理や土壌の安定化
処理などの多目的に用できるものである。また、
石炭灰と石炭石と石膏との三成分からセメントを
効率良く形成できるだけではなく、各成分が安価
であるためセメントのコストも安価となる等の実
用的効果も奏される。なお、C3Aはカルシウムア
ルミネート鉱物の中でもCaO・Al2O3(CA)、
2CaO・Al2O3(C2A)、12CaO・7Al2O3(C12A7
などに比して同一Al2O3量に対して生成する鉱物
量が最も多い利点が得られる。 以下、実施例を示して、本発明を具体的に説明
する。 実施例 1 石炭燃焼時に生成した石炭灰100重量部と石炭
石320重量部との粉砕混合物をロータリーキルン
において1380℃で焼成してクリンカーを形成し
た。得られたクリンカーは以下の第2表に示す鉱
物組成を有していた。このクリンカー100重量部
当たり10重量部の無水石膏を添加して混合粉砕し
てセメントを形成した。得られたセメントを養生
させて得られたものの圧縮強度を測定し、得られ
た結果を次の第2表(No.1クリンカー)に示す。
なお第2表において、No.2〜No.7のクリンカーに
ついての結果は、上記の配合割合を適宜変えた場
合の測定結果である。
【表】 上記第2表から、本発明の方法で得られたNo.
1、No.2、No.3、No.5、No.6のセメントは、通常
の早強セメントと同程度の速度で迅速に強化さ
れ、かつ長期に亙つての強度の伸びにも優れてい
ることがわかつた。 一方SO3量が23%と、本発明の上限値21%より
SO3量が多いNo.4のセメントでは、早強性には優
れているものの長期に亙つての強度の伸びが本発
明品に比べて格段に劣り、またSO3量が2%と、
本発明の下限値3%よりSO3量が少ないNo.7のセ
メントでは、早強性、すなわち早期の強度発現性
が本発明品に比べて格段に劣つていた。 実施例 2 実施例1の試料No.1のクリンカー粉末に無水石
膏と半水石膏とを添加してSO3量が9.4%のセメ
ントを製造した。このセメントを、アロフエンが
大部分を占め、その他の成分としてモンモリロナ
イト−カオリン群、長石、石英等が存在する含水
率52.0%のローム質軟弱土壌に対して10%散布し
た後、機械練りを行つてローム質の軟弱地盤を安
定化処理した。そして、突き数24回、55回の2種
類について一軸圧縮強度を測定したところ、第3
表に示す結果が得られた。
【表】 上記第3表から、本発明の方法で製造されたセ
メントを使用すると、軟弱地盤が確実に安定化さ
れることがわかる。 実施例 3 実施例1の試料No.1のクリンカーにSO3量が21
%となるように無水石膏を添加してセメントを形
成した。このセメントを次の第4表に示す性状を
有する無機質スラツジの固化処理に使用した。
【表】 なお、使用した無機質スラツジの含水率は80.5
%であつた。また、表中のT・Hg、T・Crとは
Total−Hg、Total−Cr6+をそれぞれ示す。 固化処理後、溶出試験を行つたところ、以下の
第5表に示される結果が得られた。また、固化物
の圧縮強度を測定したところ、以下の第6表に示
される結果が得られた。なお、比較のため、通常
の早強セメントで固化処理して得られた固化物の
圧縮強度を以下の第6表に併記する。
【表】
【表】 上記第5表から、本発明の方法で製造されたセ
メントで固化処理すると各種の重金属は確実に固
化固定されることがわかる。また、第6表から、
通常の早強セメントと比較して充分に高い圧縮強
度を有する固化物が得られることがわかる。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 石炭燃焼時に生成した石炭灰100重量部と石
    炭石200〜400重量部との粉砕混合物を焼成するこ
    とによつて15〜25%の3CaO・Al2O3を含有する
    クリンカーを形成し、次いで、このクリンカーに
    SO3量が3%〜21%となるように石膏を混合して
    粉砕するか、互いに分離粉砕した後混合して、使
    用時にカルシウムサルホアルミネート水和物であ
    る針状結晶のエトリンジヤイトが多量に形成され
    るセメントを得ることを特徴とする特殊セメント
    の製造法。
JP2325980A 1980-02-26 1980-02-26 Manufacture of specific cement Granted JPS56120552A (en)

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