JP2019151526A

JP2019151526A - セメントクリンカーの品質管理方法

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Publication number: JP2019151526A
Application number: JP2018038149A
Authority: JP
Inventors: 引田　友幸; Tomoyuki Hikita; 友幸引田; 直人中居; Naoto Nakai; 俊一郎内田; Shunichiro Uchida
Original assignee: Taiheiyo Cement Corp
Current assignee: Taiheiyo Cement Corp
Priority date: 2018-03-05
Filing date: 2018-03-05
Publication date: 2019-09-12
Anticipated expiration: 2038-03-05
Also published as: JP7067965B2

Abstract

【課題】クリンカークーラーから石炭灰成形物と混合されて排出されるセメントクリンカーから、セメントクリンカーを容易に分取し、分取されたセメントクリンカーを既往のオンライン分析システムに供すること。【解決手段】クリンカークーラーから排出されるセメントクリンカーと石炭灰成形物の混合物を振動板に載せ、振動版を振動させることにより、当該混合物からセメントクリンカーを分離・選別して分取する工程を含む、セメントクリンカーの品質管理方法。【選択図】なし

Description

本発明は、クリンカークーラー内で石炭灰を含む成形物と混合された後、クリンカークーラーから排出されるセメントクリンカーの品質管理方法に関する。

石炭火力発電所等から排出される炭素含有率やその変動幅が大きい石炭灰について、セメント混合材やコンクリート混和材としての有効活用が求められている。本出願人は、特許文献１において、クリンカークーラーで冷却される特定の鉱物組成を有するセメントクリンカーに対して、所定の質量割合の石炭灰、バインダー、及び水からなる成形物を、当該クリンカークーラー内の８００〜１４００℃の温度領域に投入することによって、当該成形物中の石炭灰に含まれる未燃炭素および有機物を除去することができ、そして、当該クリンカークーラーから排出されるセメントクリンカーと石炭灰成形物の混合物を粉砕することで良好なフライアッシュ含有セメント組成物が得られることを開示した。

ところで、セメント製造工場においては、一般に、クリンカークーラーから排出されたセメントクリンカーについて、代表試料を分取し、即座に化学組成や鉱物組成をオンライン分析して、その分析結果を前工程である原料工程にフィードバックしたり、後工程であるセメント粉砕工程の粉砕条件の設定にフィードフォワードしたりする品質管理システムが運用されている。

特許文献１のセメント組成物の製造方法は、既存のセメントクリンカーの焼成工程を利用して、供される石炭灰の品質変動に影響されずに安定した品質のフライアッシュ含有セメント組成物を容易に得ることができる製造方法であるが、クリンカークーラーからの排出物がセメントクリンカーと石炭灰成形物の混合物であって、それら混合物からのセメントクリンカーの代表試料の分取が困難であるため、従来のオンライン分析システムによるセメントクリンカーの品質管理方法が実施できないという問題がある。

特許第５９９１９９８号公報

したがって、本発明の課題は、クリンカークーラーから石炭灰成形物と混合されて排出されるセメントクリンカーについて、既往のセメントクリンカーのオンライン分析システムによる品質管理を可能とすることである。

そこで本発明者は、種々検討したところ、クリンカークーラーから排出されるセメントクリンカーと石炭灰成形物の混合物を、振動板に載せて振動させることにより、かかる混合物からセメントクリンカーを容易に分取できることを見出し、本発明を完成させるに至った。

すなわち、本発明は、クリンカークーラーから排出されるセメントクリンカーと石炭灰成形物の混合物を振動板に載せ、振動版を振動させることにより、当該混合物からセメントクリンカーを分離・選別して分取する工程を含む、セメントクリンカーの品質管理方法を提供するものである。

本発明によれば、クリンカークーラーから排出されるセメントクリンカーと石炭灰成形物の混合物から、セメントクリンカーを容易に分取することができ、分取されたセメントクリンカーを既往のオンライン分析システムに供することによって、従来品同等のセメントクリンカーの品質管理の下でフライアッシュ含有セメント組成物を製造することが可能となる。

以下、本発明について詳細に説明する。
本発明は、クリンカークーラーから排出されるセメントクリンカーと石炭灰成形物の混合物から、セメントクリンカーを分取するものである。

セメントクリンカーは、以下の式（１）〜式（４）で示されるボーグ式を用いて算出した鉱物組成が、Ｃ_３Ｓで２０質量％〜８０質量％、Ｃ_２Ｓで５質量％〜６０質量％、Ｃ_３Ａで１質量％〜１６質量％、及びＣ_４ＡＦで６質量％〜１６質量％であって、１０００℃〜１４５０℃の温度で３０分間〜１２０分間焼成されて得られるものである。
Ｃ_３Ｓ（質量％）＝４．０７×ＣａＯ（質量％）−７．６０×ＳｉＯ_２（質量％）
−６．７２×Ａｌ_２Ｏ_３（質量％）−１．４３×Ｆｅ_２Ｏ_３（質量％）・・・（１）
Ｃ_２Ｓ（質量％）＝２．８７×ＳｉＯ_２（質量％）−０.７５４×Ｃ３Ｓ（質量％）
・・・（２）
Ｃ_３Ａ（質量％）＝２．６５×Ａｌ_２Ｏ_３（質量％）−１．６９×Ｆｅ_２Ｏ_３（質量％）
・・・（３）
Ｃ_４ＡＦ（質量％）＝３．０４×Ｆｅ_２Ｏ_３（質量％）・・・（４）
ただし、式（１）〜式（４）中の化学式は、化学式が表す化合物のセメントクリンカー中の含有率（質量％）を表す。

このセメントクリンカーは、鉱物組成の変化に対応して１．９０ｇ／ｃｍ^３〜２．７５ｇ／ｃｍ^３のかさ比重を取り得る。なお、かかるかさ比重は、水銀圧入式細孔分布測定装置（Ｍｉｃｒｏｍｅｒｉｔｉｃｓ社製、ＡｕｔｏＰｏｒｅIV９５００）による測定値である。

また、かかるセメントクリンカーは、通常、粒径が１００ｍｍ以下の球状の形を有する。

次に、上記石炭灰成形物は、石炭灰：有機バインダー（質量比）＝９５：５〜９９．５：０．５であって、且つ（石炭灰＋有機バインダー）：水（質量比）＝１００：２〜１００：３５であるか、若しくは石炭灰：無機バインダー（質量比）＝６０：４０〜９９．５：０．５であって、且つ（石炭灰＋無機バインダー）：水（質量比）＝１００：２〜１００：３５であり、４Ｎ以上の圧壊強度を有する、粒径が１ｍｍ〜６０ｍｍの球状の成形物を、クリンカークーラーの８００℃〜１４００℃の領域に投入して得られる、加熱処理された石炭灰成形物である。

ここで、前記有機バインダーとは、例えば、澱粉類、ポリビニルアルコール、セルロース誘導体、ポリアルキレンオキサイド、ポリカルボン酸類、ポリビニルピロリドン、ポリ酢酸ビニル、ポリウレタン、エチレン・酢酸ビニル樹脂、スチレン・ブタジエンゴム、天然ゴム、寒天、およびゼラチンから選ばれる１種以上であり、また、前記無機バインダーとは、例えば、セメント、石膏粉末、ポゾラン粉末、シリカ粉末、石灰石粉末、セメントキルンダスト、膨張材、建設発生土粉末、焼却灰、スラグ粉末、および粘土粉末から選ばれる１種以上である。

この石炭灰成形物は、主に無機バインダーの混合割合に応じて０．７ｇ／ｃｍ^３〜１．５ｇ／ｃｍ^３のかさ比重を取り得る。なお、かかるかさ比重は、前記セメントクリンカーのかさ比重同様に、水銀圧入式細孔分布測定装置（Ｍｉｃｒｏｍｅｒｉｔｉｃｓ社製、ＡｕｔｏＰｏｒｅIV９５００）による測定値である。

本発明では、上記セメントクリンカーと石炭灰成形物の混合物のうち、粒径が２ｍｍ〜９．５ｍｍのものを用いるのが好ましく、粒径が４．７５ｍｍ〜９．５ｍｍのものを用いるのがより好ましい。これは、クリンカークーラーから排出される全ての粒度のセメントクリンカーを用いた場合、本発明の振動板による分離・選別で分取されるセメントクリンカーが、粗粒のものが偏って回収され、試料としての代表性に問題が生じることと、例えば、表１に普通セメントクリンカーの場合を示すが、上記粒度分布のセメントクリンカーは、化学組成において、全粒度のセメントクリンカーを代表していることによるものである。
なお、表１のセメントクリンカーの化学組成の分析は、ＪＩＳＲ５２０４「セメントの蛍光Ｘ線分析方法」に準拠した。

このような粒径を有する、セメントクリンカーと石炭灰成形物の混合物を得るには、クリンカークーラーからの排出物について、ふるいを用いた分級を行えばよい。具体的には、クリンカークーラーからの排出ルートにおけるコンベアやフィーダの落ち口に、落下するクーラー排出物の全流幅から採取できるサンプラを使用して採取した試料を、篩い分けして、最終的に公称目開きが９．５ｍｍふるいを通過し、公称目開き２ｍｍふるい上に残った試料、又は最終的に公称目開きが９．５ｍｍふるいを通過し、公称目開き４．７５ｍｍふるい上に残った試料を、試験に供すればよい。

本発明においては、このようなセメントクリンカーと石炭灰成形物の混合物を振動板に載せ、振動板を振動させることにより、当該混合物からセメントクリンカーを分離・選別して分取する。振動板は、左右方向及びそれに直行する前後方向に所定の傾斜角を有するもので、これを、左右方向に所定の振幅と振動数で振動させる。
より具体的には、振動板上に投入されたセメントクリンカーと石炭灰成形物の混合物には、振動板の揺動運動によって振動板の傾斜上側に運搬される力と、重力によって振動板の傾斜下側に滑落させられる力の、２つの力が同時に作用する。ここで、比重の小さなものは重力の影響が強く生じて振動板上を滑落するのに対し、比重の大きなものは振動板の揺動運動による影響が強く生じて振動板上側に運搬される。

すなわち、振動板の傾斜上側端で試料回収を行うことによって、セメントクリンカーと石炭灰成形物の混合物からセメントクリンカーのみを分取することが可能となる。

このセメントクリンカーの分取の精度と回収の効率（速度）は、上記振動板の傾斜角、振幅、及び振動数によって影響され、振動板の左右方向の傾斜角（エンドスロープ）は、２°〜６°が好ましく、２．５°〜５．５°がより好ましく、２．５°〜５°が特に好ましい。左右方向の傾斜角（エンドスロープ）が２°よりも小さい場合、分取精度が低くなり、回収するセメントクリンカーに石炭灰成形物が混合する場合がある。また、左右方向の傾斜角が６°よりも大きい場合、セメントクリンカーの回収速度が低下して所定量を回収するのに要する時間が長時間化する。

また、振動板の左右方向に直行する前後方向の傾斜角も、セメントクリンカーの分取の精度と回収の効率（速度）に影響し、振動板の前後方向の傾斜角（サイドスロープ）は、０．５°〜５°が好ましく、０．５°〜４°がより好ましく、０．５°〜３．５°が特に好ましい。前後方向の傾斜角（サイドスロープ）が０．５°よりも小さい場合、セメントクリンカーの回収速度が低下して所定量を回収するのに要する時間が長時間化する場合がある。また、前後方向の傾斜角（サイドスロープ）が５°よりも大きい場合、分取精度が低くなり、回収するセメントクリンカーに石炭灰成形物が混合する。

振動板は左右方向にのみ振動し、その際の振幅は、２ｍｍ〜１０ｍｍが好ましく、３ｍｍ〜１０ｍｍがより好ましく、４ｍｍ〜１０ｍｍが特に好ましい。振幅が２ｍｍよりも小さい場合、セメントクリンカーの回収速度が低下して所定量を回収するのに要する時間が長時間化する。また、振幅が１０ｍｍよりも大きい場合、分取精度が低くなり、回収するセメントクリンカーに石炭灰成形物が混合する場合がある。

また、左右方向の振動の振動数は、５Ｈｚ〜１２Ｈｚが好ましく、６Ｈｚ〜１２Ｈｚがより好ましく、７Ｈｚ〜１１Ｈｚが特に好ましい。振動数が５Ｈｚよりも小さい場合、セメントクリンカーの回収速度が低下して所定量を回収するのに要する時間が長時間化する。また、振動数が１２Ｈｚよりも大きい場合、分取精度が低くなり、回収するセメントクリンカーに石炭灰成形物が混合する場合がある。
なお、振動時間は、用いるセメントクリンカーと石炭灰成形物の混合物の量や、振動条件などにより、適宜調整すればよい。

振動板の傾斜上側端で分取され、回収されたセメントクリンカーについては、既往のオンライン分析システムに供して、必要な分析を行うことができる。

また、本発明で用いる振動板は、乾式の比重選別装置であるエアーテーブルにおいて、エアーの噴出しを行わずにテーブルの揺動運動のみを行うことで再現することができる。

本発明においては、クリンカークーラーから排出される、粒径が２ｍｍ〜９．５ｍｍのセメントクリンカーと石炭灰成形物の混合物を、左右方向の傾斜角（エンドスロープ）が２°〜６°、かかる左右方向に直行する前後方向の傾斜角（サイドスロープ）が０．５°〜５°の振動板に載せ、左右方向に、振幅２ｍｍ〜１０ｍｍ、振動数５Ｈｚ〜１２Ｈｚで振動させ、当該混合物からセメントクリンカーのみを分取するのが好ましく、分取されたセメントクリンカーは既往のオンライン分析システムに提供することができ、セメントクリンカーの品質管理を行うことができる。

以下、本発明を実施例により具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。

１．セメントクリンカー：
表１のセメントクリンカーにおいて、粒度が４．７５ｍｍ〜９．５ｍｍのものを用いた。

２．石炭灰成形物：
表２の化学組成を有する石炭火力発電所から排出された石炭灰：普通ポルトランドセメント（質量比）＝９０：１０の混合粉体を、適宜水分を加えながらパンペレタイザーを用いて球状に成形した後、電気炉を用いて１２００℃で５分間焼成した。なお、焼成後の石炭灰成形物の強熱減量値（≒未燃炭素含有量）は、０．１質量％であった。
焼成で得られた石炭灰成形物を篩い分けして、粒度が４．７５ｍｍ〜９．５ｍｍのものを用いた。また、選別状態の評価時にセメントクリンカーとの相違を明瞭にするため、篩い分けして得られた全ての石炭灰成形物は、塗料で赤色に塗装した。

３．セメントクリンカーと石炭灰成形物の混合物：
上記のそれぞれ粒度が４．７５ｍｍ〜９．５ｍｍのセメントクリンカーと石炭灰成形物を用い、セメントクリンカー：石炭灰成形物（質量比）＝９８：２、９５：５、９０：１０の３つの混合割合で混合した混合物を調整した。なお、混合方法はビニール袋による袋混合を採用し、総量が１ｋｇとなる量を混合した。

４．振動板による選別試験：
日本エリーズマグネチックス株式会社製、ポケットエアーテーブルを用い、以下の運転条件を固定して振動板を振動させ、振動板の傾斜上側端で回収された回収物の量（試料総量に対する割合：質量％）、回収物中の石炭灰成形物混入率（質量％）、及び回収物中のセメントクリンカーの化学組成を評価した。なお、本選別試験では、用いたエアーテーブルからのエアーの噴出しは行っていない。結果を表３に示す。
（振動板の運転条件）
傾斜角（エンドスロープ）：３．５°
傾斜角（サイドスロープ）：１°
振幅：１０ｍｍ
振動周波数：９．３Ｈｚ
振動時間：１５０秒
試料量：１ｋｇ／回

表３の結果より、本発明によって選別された回収物には、石炭灰成形物は混入していないことが分かる。また、回収されたセメントクリンカーは、化学組成において試料の代表性に優れており、かかるセメントクリンカーを既往のオンライン分析システムに供することで、通常の製造方法におけるセメントクリンカーのオンライン分析システムによるものと同等の品質管理を実現することができる。

Claims

クリンカークーラーから排出されるセメントクリンカーと石炭灰成形物の混合物を振動板に載せ、振動板を振動させることにより、当該混合物からセメントクリンカーを分離・選別して分取する工程を含む、セメントクリンカーの品質管理方法。
前記のセメントクリンカーと石炭灰成形物の混合物が、粒径２ｍｍ〜９．５ｍｍ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の品質管理方法。
前記振動板が、左右方向の傾斜角が２°〜６°であり、かかる左右方向に直行する前後方向の傾斜角が０．５°〜５°であることを特徴とする、請求項１又は２に記載のセメントクリンカーの品質管理方法。
前記振動板を、左右方向の振動数が５Ｈｚ〜１２Ｈｚで振動させることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載のセメントクリンカーの品質管理方法。