セメント系材料
水和可能なセメント系材料の製造方法であって、本方法は、ａ）カルシウム、シリカ、マグネシウム、アルミニウム及び／または鉄を含む少なくとも１つの廃棄物を準備することと、ｂ）各廃棄物を、表面に存在する水蒸気が実質的に除去されるように第１の温度で熱処理することと、ｃ）処理された廃棄物を、最終的な混合物が混合重量で次のような範囲、即ち酸化カルシウム７．０乃至７６％、アルミナ０．１乃至３０％、酸化鉄０．４乃至１９％、酸化シリカ１乃至３６％、マグネシア０．１乃至２％の範囲の反応性酸化物の化学的／物理的組成を有するように混合することを含む。ステップｃ）からの最終混合物は、続いてポルトランドセメントと混合されることが可能である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、普通ポルトランドセメントの部分的な代替品として使用されることが可能なセメント系材料、及びセメント系材料の製造方法に関する。
【０００２】
ポルトランドセメントはセメント系材料として十分に確立されたものであり、産業に広く使用されている。ポルトランドセメントは、製品（コンクリート／モルタル）に強力かつ耐久力のある成分を供給する。
【背景技術】
【０００３】
ポルトランドセメントの主要な構成物質は、ポルトランドセメント・クリンカ（重量の３分の２を占めるケイ酸カルシウム（（ＣａＯ）3ＳｉＯ2（ＣａＯ）2ＳｉＯ2）、残りのアルミン酸カルシウム（ＣａＯ3Ａｌ2Ｏ3）及び鉄アルミン酸カルシウム（（ＣａＯ）4 Ａｌ2 Ｏ3 Ｆｅ2 Ｏ3）（及び他の酸化物）より成る水硬性材料）、粒状の高炉スラグ、天然ポゾラン、粉砕された燃料灰（フライアッシュまたはフィラ）、石膏等の副次的な追加的構成物質及び添加剤を含む。副次的な構成物質は５％まで添加されることが可能であり、それでもまだこのセメントは普通ポルトランドセメントとして類別される。高炉スラグ微粉末（ＢＢＧＳ）、粉砕された燃料灰（ＰＦＡ）他を添加した後の最終製品セメントは、複合セメントとして類別される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながらポルトランドセメントには、その製造が、高レベルの二酸化炭素及び他の温室効果ガスが生成されることに起因する環境に対する重大な被害を伴う高いエネルギー集約型プロセスである、という欠点がある。加えてポルトランドセメントは、コンクリート及びモルタルの最も高価な成分であるというさらなる欠点を有する。
【０００５】
概して、産業関連の廃棄物及び副産物は重大な環境問題であるとされている。現時点でこれらの廃棄物／副産物の多くは、埋立地に投げ捨てられている。これらの産業廃棄物及び副産物の中には、セメント及びセメント代替品において発見されるものに共通する元素を含んでいるものがある。しかしながらこれらは、必ずしも必要な化学組成及び／または所望される物理的性質を含まない。
【０００６】
従って、本発明の目的は、上述の欠点のうちの少なくとも幾つかを改善することにある。
【０００７】
本発明のさらなる目的は、ポルトランドセメントの部分的代替品を供給することにある。
【０００８】
本発明のさらに他の目的は、産業廃棄物及び／または産業副産物の使用法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
従って本発明の第１の態様によれば、セメント系材料の製造方法が提供されていて、本方法は、
１つまたは複数の廃棄物の混合物を準備することを含み、各廃棄物は鉄、カルシウム、マグネシウム、アルミニウム及び／またはシリカの何れかを含み、
各廃棄物を少なくとも１００℃の温度で熱処理することと、
上記熱処理された廃棄物を含む、セメント代用土、増量材または添加材を形成するための混合物を供給することと、
上記廃棄物の混合物をポルトランドセメントと混ぜて水和可能なセメント系材料を製造することを含む。
【００１０】
本明細書で使用している用語「廃棄物」は、その後の使い道がほとんどない、または全くない、典型的には埋立地に投げ込まれる任意の物質（副産物を含む）である。また「廃棄物」という用語は、貯蔵されていてさらなる環境問題の原因となる産業廃棄物及び副産物を包含すべく意図されたものでもある。
【００１１】
本発明のさらなる態様によれば、セメント系材料の製造方法が提供されていて、本方法は、
ａ）カルシウム、シリカ、マグネシウム、アルミニウム及び／または鉄を含む少なくとも１つの廃棄物を準備することと、
ｂ）各廃棄物を、表面に存在する水蒸気が実質的に除去されるように第１の温度で熱処理することと、
ｃ）上記処理された廃棄物を、最終的な混合物が混合重量で次のような範囲の遊離反応性酸化物含有率、即ち、
酸化カルシウム ７．０乃至７６％、
アルミナ ０．１乃至３０％、
酸化鉄 ０．４乃至１９％、
酸化シリカ １乃至３６％、
マグネシア ０．１乃至３２％、
を有するように混合することを含む。
【００１２】
好適には、本方法はさらに、
ｄ）結果的に得られる混合物をポルトランドセメントと混合することを含む。
【００１３】
ｃ）に記載されている組成は、遊離反応性酸化物の含有率である。他の酸化物（または実際にはこれより多い酸化カルシウム、アルミナ、酸化鉄、酸化シリカ、マグネシア）が存在する可能性のあることが想定されるが、これらは拘束されており、よって反応し得ない。「遊離反応性酸化物」は、混合物内で最終的なセメント系材料の強度の発現を実質的に強化するように反応する酸化物を含む可能性がある。
【００１４】
「熱処理」という用語は、廃棄物を、それを下回れば温室効果ガスの放出を抑えることが可能な温度で水分の合計含量を除去するように処理することを意味する。温室効果ガスには、二酸化炭素、メタン、亜酸化窒素、過フルオロカーボン、ヒドロフルオロカーボン及び六フッ化硫黄が含まれる。
【００１５】
典型的には、本方法はさらに、
ｅ）水和可能セメント系材料を水和させることを含む。
【００１６】
カルシウム、シリカ、マグネシア、アルミナ及び鉄の値は、典型的には全て酸化物の形態で測定される。
【００１７】
好適には、廃棄物はステップｂ）において別々に熱処理される。
【００１８】
好適には、本方法はさらに、廃棄物を、実質的に廃棄物の化学的及び／または物理的組成を変えるために第２の温度で熱処理することを含む。
【００１９】
また廃棄物は、ステップｃ）の後に、典型的にはステップｄ）より前に第３の温度で熱処理されることも可能である。廃棄物は、一旦混合された状態で熱処理され得ることも想定されるが、別々に熱処理されることが好適である。
【００２０】
２種類以上の廃棄物が使用される場合、各廃棄物は、所望される化学的／物理的組成に依存して異なる温度で熱処理され得ることが想定される。
【００２１】
第１の温度、第２の温度及び／または第３の温度は、各廃棄物及びエンドユーザの所望の化学的組成に固有のものである点に留意することは重要である。但し、各々の温度は約５００℃を超えないことが特に好適であり、さらに好適には約２００℃を超えないことに留意すべきである。環境に有害である温室効果ガス（二酸化炭素、メタン、亜酸化窒素、過フルオロカーボン、ヒドロフルオロカーボン及び六フッ化硫黄等）は、約２００℃で発生する。
【００２２】
最終的に得られる混合物は、典型的には５以下の「強熱減量」値を有する。
【００２３】
典型的な廃棄物は、オイル・シェルの燃焼の結果生成される発電所の灰、風化した高炉スラグ、切削／研磨（及びこれらの混合）の間に生じる大理石及び花崗岩、セラミック産業からの廃棄物、ステンレス鋼処理からの濾滓物、鋼スラグ、ペレット状の高炉スラグ、粒状高炉スラグ、アルミニウム・フルーダスト、シリカ製造からの廃棄物、消石灰、採石工程の除塵から得られるフィルタダスト、スレート回収プラントからの廃棄物、金属スクラップ産業の再生利用からの塵／残渣、ガラス製造／廃棄プラントから得られる廃棄物及び典型的には古紙スラッジ及び下水スラッジからの焼却炉灰を含む。但し、これらに限定されない。
【００２４】
典型的には廃棄物は、好適には酸化物の形態で存在するカルシウム、シリカ、アルミニウム、マグネシウム及び／または鉄のうちの１つまたはそれ以上を含む可能性がある。
【００２５】
典型的には、酸化カルシウムは、混合物内に混合物重量の約２０％から約７０％までの量で存在し、好適には３０％から約６０％までの範囲、さらに好適には３５乃至５５％の重量範囲で存在する。
【００２６】
典型的には、シリカは、混合物内に混合物重量の約５％から約３５％までの量で存在する。好適には、シリカは、混合物重量の約１５％から約３０％までの量で存在する。さらに好適には、シリカは、混合物重量の約１８％から２４％までの量で存在する。
【００２７】
典型的には、マグネシアは、混合物内に混合物重量の約０．５％から約１５％までの範囲で存在し、好適には１．０乃至１０％の範囲、さらに好適には１．０乃至５％の重量範囲で存在する。
【００２８】
典型的には、アルミナは、混合物内に混合物重量の約５．０％から約２０％までの範囲で存在し、好適には８乃至１８％の範囲、さらに好適には１０乃至１６％の重量範囲で存在する。
【００２９】
典型的には、酸化鉄は、混合物内に同セメント系材料重量の約２．０乃至１０％の範囲の量で存在し、好適には３％乃至８％、さらに好適には４乃至７％の同セメント系材料重量範囲で存在する。
【００３０】
本混合物は、ポルトランドセメントとの混合より前に処理かつ／または安定化されることが特に好適である。処理及び／または安定化ステップは、混合物を典型的には約１００℃を超える温度で、好適には約１０５℃を超える温度で熱処理することを含む可能性がある。効果的には、表面の水蒸気は１００℃を超える温度で混合物から除去される。
【００３１】
混合物内に２種類以上の廃棄物が存在する場合、各廃棄物は別々に処理される場合もあれば、一緒に処理される場合もあることが想定される。
【００３２】
混合物は、その構成を決定するためにさらに分析されることが可能であり、この分析は、レーザ技術、誘導結合プラズマ技術、蛍光Ｘ線、結晶性に関する結果及び水和作用の間に形成される化合物を明らかにするＸ線回折（ＸＲＤ）及び／または細孔を後方散乱電子画像として識別する走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）を使用する化学分析であることが可能である。
【００３３】
廃棄物は、セメント系材料の最終要件に依存して、混合物の物理的組成を変えるように処理される。例えば廃棄物は、約４５０℃を超える温度で処理されることが可能である。但し廃棄物は、廃棄物の化学的組成及び／または物理的構造を所望される構造へ変えるために必要であれば、約１０００℃を超える温度で処理される場合もあることが想定される。廃棄物に依存して、所望される構造は結晶、非結晶またはセミアモルファスであることが可能である。但し、先に述べたように、温室効果ガスは典型的には２００℃を超えると発生することから、廃棄物は実質的に２００℃を超えて熱処理されないことが特に望ましい。
【００３４】
混合物は、ロータリ・キルン内で約１００℃から約１０００℃を超える範囲の温度で熱処理されることが可能である。或いは、ロータリ・キルン内での熱処理に適さない廃棄物（廃棄物の中心は湿ったままボール形になるより均質な物質等）は流動層乾燥機内で約１００℃から約１０００℃を超えるまでの温度範囲で熱処理されることが可能である。
【００３５】
廃棄物は、直径が約１０ｍｍに満たない粒子サイズを有することが特に好適であり、ステップｂ）より前で直径が約５ｍｍに満たないことがさらに好適である。粒子サイズは、約１ｍｍが好適である。
【００３６】
個々の物質にはセメント系材料にとって利点である重大な物理的及び化学的変化が起こる可能性があるために、熱処理プロセスの間に考慮されなければならない効果が多く存在する。
【００３７】
セメント代替品としての利用の限界を決定する主要な要件は、強熱減量、遊離石灰、不溶残渣、塩化物及び硫酸塩（ＳＯ3等）の含量であり、最終的なセメント系材料は許容し得るこれらの限界値に適合するものでなければならない。混合物を熱処理する温度は、混合物内で使用される廃棄物に依存して変わる。
【００３８】
さらに、元素によっては高温において、不揮発性物質（炭素等）が追い出される結果物質が純粋になることからその比率が増加するものがある。先に述べたように、混合物または廃棄物は、好適な構造（結晶、セミアモルファスまたは非結晶に関わらず）が達成される温度で熱処理される。
【００３９】
効果的には、この熱処理段階は、混合物内に存在する痕跡元素の量を低減させる。痕跡元素は、典型的にはポルトランドセメントにおける痕跡元素の範囲と実質的に同じ、または好適にはそれより少ない範囲に、または普通ポルトランドセメント（ＯＰＣ）、高炉スラグ微粉末（ＧＧＢＳ）及び微粉砕フライアッシュ（ＰＦＡ）の産業上許容される混合物における痕跡元素の範囲にまで減少される。
【００４０】
廃棄物は、細かく分割された微粒または粒状の形態であることが特に好適である。廃棄物は、業界で周知の技術を使用して粉砕または切削されることが可能である。
【００４１】
典型的には、熱処理された廃棄物は直径約１００ｕｍ未満の粒子サイズを有し、好適にはポルトランドセメントとの混合前の直径４０ｕｍ未満等の５０ｕｍ未満である。効果的には、廃棄物は実質的に普通ポルトランドセメントの粒子サイズと同じサイズであるか、これより小さい。効果的には、廃棄物はＯＰＣのそれよりグレードの高い曲りを有し、これにより、骨材／セメント界面及び強化部分周辺の不動態層におけるセメントの性能が向上される。
【００４２】
ポルトランドセメントと廃棄物混合物とは、典型的には当業者に周知の標準的な方法に従って混合される。
【００４３】
マグネシアは、反応性の遊離マグネシアとして存在することが特に好適である。効果的には、純粋な反応性マグネシアは強度利得を２日から２８日以上へと大幅に向上させる。反応性は純度及び比表面積に関連することが決定されており、よってマグネシアは、典型的には実質上純粋である反応性の遊離マグネシアであることが特に好適である。マグネシアは、効果的には約４２％乃至１００％の純度を有する。但し、特に好適な純度は８０％乃至９８％であり、典型的には８５％乃至９５％である。適切なマグネシアは、ＣＪＣ Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ ａｎｄ Ｍａｇｎｅｓｉａ社からＣＪＣ Ｍａｇ Ｏｘｉｄｅ ９６／５７５、９３／１２Ｆ、９３３４Ｆ、Ｐ、Ｑ及び／またはＮの製品コードで市販されている。
【００４４】
セメント系材料における先に同定した量のマグネシアの包含は、結果的に生じるセメント系材料の強度特性が大幅に拡大されることから特に効果的である。さらに、セメントの膨張は維持され、またはＯＰＣより少ない。従って、本発明のさらに他の態様によれば、マグネシアは、１つまたはそれ以上の廃棄物の混合物に既に上記好適な量または所望される組成のマグネシアが含まれていなければ、同混合物に追加される。マグネシアは実質上、本明細書において先に述べた類のものである。
【００４５】
水和可能セメント系材料内に存在する混合物の量は、セメント系材料の最終要件に依存して変わる。混合物の特徴は、例えば欧州規格との適合性に関する特定の試験に対応すべく変更されることが可能である。
【００４６】
分析ステップは、レーザ技術、誘導結合プラズマ技術及び／または蛍光Ｘ線を使用する化学分析を含むことが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４７】
次に、単なる例示として本発明を説明する。
【００４８】
例
以下の諸例では、表１に示す原料を使用した。
【００４９】
【表１】
廃棄物ＲＭ３、ＲＭ７、ＲＭ８、ＲＭ９及びＲＭ１６を全て１０７℃で別々に熱処理した。各原料の痕跡元素、強熱減量、遊離石灰及び不溶残渣の限界値を、各々表２乃至６に示す。
【００５０】
原料の評価は、ＯＰＣ及びＧＧＢＳに関する限定値の組合わせに対して行っている。本発明による混合物に添加されることが可能な処理された各原料の合計量も、同定されている。混合物に添加されることが可能な各廃棄物の最大量は、表２乃至６の陰を付けた欄内に記されている。
【００５１】
例えば、１０７℃で熱処理されたＲＭ９について考察すると、混合物には僅か１０％しか添加され得ず、混合物にそれ以上の量が添加されると存在する鉄の量は多くなりすぎて、許容限界を外れることになる。しかしながら、１０７℃で熱処理されたＲＭ３について考察すると、その廃棄物の５０％まで混合物に添加することが可能である。
【００５２】
【表２】
【００５３】
【表３】
【００５４】
【表４】
【００５５】
【表５】
【００５６】
【表６】
表７乃至１１は、廃棄物ＲＭ３、ＲＭ７、ＲＭ８、ＲＭ９及びＲＭ１６が温度１０９℃、４８０℃及び１０００℃で熱処理される場合の酸化物比率の変化を示す。これらの図が示すように、酸化物の比率は廃棄物が処理される温度に依存して大幅に変わる。
【００５７】
【表７】
【００５８】
【表８】
【００５９】
【表９】
【００６０】
【表１０】
【００６１】
【表１１】
例１
廃棄物ＲＭ３、ＲＭ７、ＲＭ８、ＲＭ９及びＲＭ１６を、直径約５ｍｍの粒子サイズにまで個々に粉砕した。結果として得られた粉砕廃棄物を個々に、標準的なロータリ・キルンを使用して温度１０７℃で熱処理した。処理した廃棄物を続いて、直径約５０μｍ未満の粒子サイズ（実質的にセメントの粒子サイズと同じ）にまで粉砕した。結果的に得られる処理済みの廃棄物は、ポルトランドセメントの部分的代替品として使用され得る表１２に示す比率の混合物を生成するために使用する。結果的に生じる混合物を、ポルトランドセメントがアプリケーションに依存して２０％乃至８０％のレベルで、但し概して２５％乃至５０％で交換されるように、ポルトランドセメントと混合する。
【００６２】
表１２に示すように、最終的な混合セメントの化学的組成はＥＮ１９６−０２に記述された限界値内に存在するが、このセメントは強熱減量及び不溶残渣の試験には「不合格」である。
例２
廃棄物ＲＭ３、ＲＭ８及びＲＭ９を、例１と同様に準備した。但し、ＲＭ７及びＲＭ１６は、１０７℃で熱処理した後、約５０μｍの粒子サイズにまで粉砕し、流動層における温度４８０℃での熱処理に続いてロータリ・キルン内で約１０００℃の温度で熱処理し、直径約４０μｍの粒子サイズまで粉砕した。
【００６３】
結果的に得られる粉砕されかつ熱処理された廃棄物は、セメントと部分的に交換する表１３に示す比率の混合物を生成するために使用する。表１３から分かるように、最終的な混合セメントの化学的組成はＥＮ１９６−２に記述された限界値内に存在し、かつ所望される強熱減量及び不溶残渣の検査結果をも有する。
【００６４】
従って、これらの例は、廃棄物が熱処理される温度及び混合物に添加されるべき熱処理された各廃棄物の比率を慎重に選択すれば、ポルトランドセメントの部分的代替品が生成され得ることを示している。
例３
ＭｇＯ ＲＭ２３は、ＣＪＣプロセスから直接ポルトランドセメントへ添加され、かつＧＧＢＳ及びＰＦＡへも強度性能の向上という同じ効果を伴って添加されることが可能であるが、強度利得は１日のうちに、その後は２日内に認められる。
【００６５】
ＲＭ２３の６サンプルを、上述のように準備した。但し、各サンプルが含有するＭｇＯ５％は、下記のように純度の異なるものであった。
サンプル ＭｇＯ製品 化学分析
RM23A CJC 酸化マク゛ネシウム 93/12f ＣａＯ 0.99；ＳｉＯ2 1.04；
Ｆｅ2Ｏ3 1.39 ； Ａｌ2Ｏ3 0.39；
ＭｇＯ 93.6
RM23B CJC 酸化マク゛ネシウム 93/34f ＣａＯ 0.99；ＳｉＯ2 1.00；
Ｆｅ2Ｏ3 0.20；Ａｌ2Ｏ3 0.39；
ＭｇＯ 92.2
RM23C CJC 酸化マク゛ネシウム 96/575 ＣａＯ 1.50；ＳｉＯ2 1.00；
Ｆｅ2Ｏ3 0.20 ； Ａｌ2 Ｏ3 0.25；
ＭｇＯ 93.8
RM23D CJC 酸化マク゛ネシウム Ｑ ＣａＯ 1.50；ＳｉＯ2 1.00；
Ｆｅ2Ｏ3 0.2；Ａｌ2Ｏ3 0.25；
ＭｇＯ 90.0
RM23E CJC 酸化マク゛ネシウム Ｎ ＣａＯ 1.5；ＳｉＯ2 1.00；
Ｆｅ2Ｏ3 0.2；Ａｌ2Ｏ3 0.25；
ＭｇＯ 88.5
RM23F CJC 酸化マク゛ネシウム ｐ ＣａＯ 0.99；ＳｉＯ2 1.00；
Ｆｅ2Ｏ3 0.20；Ａｌ2Ｏ3 0.25；
ＭｇＯ 91.0
次に、各サンプルの強度を８４日間に渡って試験した。結果を図１に示す。図１から、ＲＭ２３Ａ、ＲＭ２３Ｂ及びＲＭ２３Ｃは全てより強力なセメント系材料を生み出したことが分かる。
例４
ＲＭ７及びＲＭ１１のサンプルを使用して、本発明による混合物に使用される廃棄物の好適な粒子サイズを試験した。粒子サイズは、パンとベータ・ミルとの間で変更した。ＲＭ７の結果を図２に示し、ＲＭ１１の結果を図３に示す。
【００６６】
図２から、混合に先立つ廃棄物ＲＭ７のより粗い粒子サイズは経時的な強度性能を向上させることが分かる。しかしながら図３から、混合に先立つ廃棄物ＲＭ１１のより細かい粒子サイズは強度性能を向上させることが明らかである。
【００６７】
従って、混合に先立つ熱処理された廃棄物の粒子サイズは各廃棄物に固有のものであり、各廃棄物毎に個々に決定されるべきである。
例５
温室効果ガスの放出を決定するために、廃棄物ＲＭ１８を９００℃までの温度で熱処理した。図４ａはサンプルＲＭ１８のＴＧ／ＤＴＧ及びグラム−シュミット法の結果を表示し、図４ｂは８０９℃でのＩＲスペクトル及びＣＯ２のライブラリ・データとの比較を表示している。図４ａ及び４ｂから、８００℃を超える温度ではＣＯ２が放出され、環境にとって特に不都合であることが分かる。
【００６８】
【表１２】
【００６９】
【表１３】
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】
【図２】
【図３】
【図４ａ】
【図４ｂ】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、普通ポルトランドセメントの部分的な代替品として使用されることが可能なセメント系材料、及びセメント系材料の製造方法に関する。
【０００２】
ポルトランドセメントはセメント系材料として十分に確立されたものであり、産業に広く使用されている。ポルトランドセメントは、製品（コンクリート／モルタル）に強力かつ耐久力のある成分を供給する。
【背景技術】
【０００３】
ポルトランドセメントの主要な構成物質は、ポルトランドセメント・クリンカ（重量の３分の２を占めるケイ酸カルシウム（（ＣａＯ）3ＳｉＯ2（ＣａＯ）2ＳｉＯ2）、残りのアルミン酸カルシウム（ＣａＯ3Ａｌ2Ｏ3）及び鉄アルミン酸カルシウム（（ＣａＯ）4 Ａｌ2 Ｏ3 Ｆｅ2 Ｏ3）（及び他の酸化物）より成る水硬性材料）、粒状の高炉スラグ、天然ポゾラン、粉砕された燃料灰（フライアッシュまたはフィラ）、石膏等の副次的な追加的構成物質及び添加剤を含む。副次的な構成物質は５％まで添加されることが可能であり、それでもまだこのセメントは普通ポルトランドセメントとして類別される。高炉スラグ微粉末（ＢＢＧＳ）、粉砕された燃料灰（ＰＦＡ）他を添加した後の最終製品セメントは、複合セメントとして類別される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながらポルトランドセメントには、その製造が、高レベルの二酸化炭素及び他の温室効果ガスが生成されることに起因する環境に対する重大な被害を伴う高いエネルギー集約型プロセスである、という欠点がある。加えてポルトランドセメントは、コンクリート及びモルタルの最も高価な成分であるというさらなる欠点を有する。
【０００５】
概して、産業関連の廃棄物及び副産物は重大な環境問題であるとされている。現時点でこれらの廃棄物／副産物の多くは、埋立地に投げ捨てられている。これらの産業廃棄物及び副産物の中には、セメント及びセメント代替品において発見されるものに共通する元素を含んでいるものがある。しかしながらこれらは、必ずしも必要な化学組成及び／または所望される物理的性質を含まない。
【０００６】
従って、本発明の目的は、上述の欠点のうちの少なくとも幾つかを改善することにある。
【０００７】
本発明のさらなる目的は、ポルトランドセメントの部分的代替品を供給することにある。
【０００８】
本発明のさらに他の目的は、産業廃棄物及び／または産業副産物の使用法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
従って本発明の第１の態様によれば、セメント系材料の製造方法が提供されていて、本方法は、
１つまたは複数の廃棄物の混合物を準備することを含み、各廃棄物は鉄、カルシウム、マグネシウム、アルミニウム及び／またはシリカの何れかを含み、
各廃棄物を少なくとも１００℃の温度で熱処理することと、
上記熱処理された廃棄物を含む、セメント代用土、増量材または添加材を形成するための混合物を供給することと、
上記廃棄物の混合物をポルトランドセメントと混ぜて水和可能なセメント系材料を製造することを含む。
【００１０】
本明細書で使用している用語「廃棄物」は、その後の使い道がほとんどない、または全くない、典型的には埋立地に投げ込まれる任意の物質（副産物を含む）である。また「廃棄物」という用語は、貯蔵されていてさらなる環境問題の原因となる産業廃棄物及び副産物を包含すべく意図されたものでもある。
【００１１】
本発明のさらなる態様によれば、セメント系材料の製造方法が提供されていて、本方法は、
ａ）カルシウム、シリカ、マグネシウム、アルミニウム及び／または鉄を含む少なくとも１つの廃棄物を準備することと、
ｂ）各廃棄物を、表面に存在する水蒸気が実質的に除去されるように第１の温度で熱処理することと、
ｃ）上記処理された廃棄物を、最終的な混合物が混合重量で次のような範囲の遊離反応性酸化物含有率、即ち、
酸化カルシウム ７．０乃至７６％、
アルミナ ０．１乃至３０％、
酸化鉄 ０．４乃至１９％、
酸化シリカ １乃至３６％、
マグネシア ０．１乃至３２％、
を有するように混合することを含む。
【００１２】
好適には、本方法はさらに、
ｄ）結果的に得られる混合物をポルトランドセメントと混合することを含む。
【００１３】
ｃ）に記載されている組成は、遊離反応性酸化物の含有率である。他の酸化物（または実際にはこれより多い酸化カルシウム、アルミナ、酸化鉄、酸化シリカ、マグネシア）が存在する可能性のあることが想定されるが、これらは拘束されており、よって反応し得ない。「遊離反応性酸化物」は、混合物内で最終的なセメント系材料の強度の発現を実質的に強化するように反応する酸化物を含む可能性がある。
【００１４】
「熱処理」という用語は、廃棄物を、それを下回れば温室効果ガスの放出を抑えることが可能な温度で水分の合計含量を除去するように処理することを意味する。温室効果ガスには、二酸化炭素、メタン、亜酸化窒素、過フルオロカーボン、ヒドロフルオロカーボン及び六フッ化硫黄が含まれる。
【００１５】
典型的には、本方法はさらに、
ｅ）水和可能セメント系材料を水和させることを含む。
【００１６】
カルシウム、シリカ、マグネシア、アルミナ及び鉄の値は、典型的には全て酸化物の形態で測定される。
【００１７】
好適には、廃棄物はステップｂ）において別々に熱処理される。
【００１８】
好適には、本方法はさらに、廃棄物を、実質的に廃棄物の化学的及び／または物理的組成を変えるために第２の温度で熱処理することを含む。
【００１９】
また廃棄物は、ステップｃ）の後に、典型的にはステップｄ）より前に第３の温度で熱処理されることも可能である。廃棄物は、一旦混合された状態で熱処理され得ることも想定されるが、別々に熱処理されることが好適である。
【００２０】
２種類以上の廃棄物が使用される場合、各廃棄物は、所望される化学的／物理的組成に依存して異なる温度で熱処理され得ることが想定される。
【００２１】
第１の温度、第２の温度及び／または第３の温度は、各廃棄物及びエンドユーザの所望の化学的組成に固有のものである点に留意することは重要である。但し、各々の温度は約５００℃を超えないことが特に好適であり、さらに好適には約２００℃を超えないことに留意すべきである。環境に有害である温室効果ガス（二酸化炭素、メタン、亜酸化窒素、過フルオロカーボン、ヒドロフルオロカーボン及び六フッ化硫黄等）は、約２００℃で発生する。
【００２２】
最終的に得られる混合物は、典型的には５以下の「強熱減量」値を有する。
【００２３】
典型的な廃棄物は、オイル・シェルの燃焼の結果生成される発電所の灰、風化した高炉スラグ、切削／研磨（及びこれらの混合）の間に生じる大理石及び花崗岩、セラミック産業からの廃棄物、ステンレス鋼処理からの濾滓物、鋼スラグ、ペレット状の高炉スラグ、粒状高炉スラグ、アルミニウム・フルーダスト、シリカ製造からの廃棄物、消石灰、採石工程の除塵から得られるフィルタダスト、スレート回収プラントからの廃棄物、金属スクラップ産業の再生利用からの塵／残渣、ガラス製造／廃棄プラントから得られる廃棄物及び典型的には古紙スラッジ及び下水スラッジからの焼却炉灰を含む。但し、これらに限定されない。
【００２４】
典型的には廃棄物は、好適には酸化物の形態で存在するカルシウム、シリカ、アルミニウム、マグネシウム及び／または鉄のうちの１つまたはそれ以上を含む可能性がある。
【００２５】
典型的には、酸化カルシウムは、混合物内に混合物重量の約２０％から約７０％までの量で存在し、好適には３０％から約６０％までの範囲、さらに好適には３５乃至５５％の重量範囲で存在する。
【００２６】
典型的には、シリカは、混合物内に混合物重量の約５％から約３５％までの量で存在する。好適には、シリカは、混合物重量の約１５％から約３０％までの量で存在する。さらに好適には、シリカは、混合物重量の約１８％から２４％までの量で存在する。
【００２７】
典型的には、マグネシアは、混合物内に混合物重量の約０．５％から約１５％までの範囲で存在し、好適には１．０乃至１０％の範囲、さらに好適には１．０乃至５％の重量範囲で存在する。
【００２８】
典型的には、アルミナは、混合物内に混合物重量の約５．０％から約２０％までの範囲で存在し、好適には８乃至１８％の範囲、さらに好適には１０乃至１６％の重量範囲で存在する。
【００２９】
典型的には、酸化鉄は、混合物内に同セメント系材料重量の約２．０乃至１０％の範囲の量で存在し、好適には３％乃至８％、さらに好適には４乃至７％の同セメント系材料重量範囲で存在する。
【００３０】
本混合物は、ポルトランドセメントとの混合より前に処理かつ／または安定化されることが特に好適である。処理及び／または安定化ステップは、混合物を典型的には約１００℃を超える温度で、好適には約１０５℃を超える温度で熱処理することを含む可能性がある。効果的には、表面の水蒸気は１００℃を超える温度で混合物から除去される。
【００３１】
混合物内に２種類以上の廃棄物が存在する場合、各廃棄物は別々に処理される場合もあれば、一緒に処理される場合もあることが想定される。
【００３２】
混合物は、その構成を決定するためにさらに分析されることが可能であり、この分析は、レーザ技術、誘導結合プラズマ技術、蛍光Ｘ線、結晶性に関する結果及び水和作用の間に形成される化合物を明らかにするＸ線回折（ＸＲＤ）及び／または細孔を後方散乱電子画像として識別する走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）を使用する化学分析であることが可能である。
【００３３】
廃棄物は、セメント系材料の最終要件に依存して、混合物の物理的組成を変えるように処理される。例えば廃棄物は、約４５０℃を超える温度で処理されることが可能である。但し廃棄物は、廃棄物の化学的組成及び／または物理的構造を所望される構造へ変えるために必要であれば、約１０００℃を超える温度で処理される場合もあることが想定される。廃棄物に依存して、所望される構造は結晶、非結晶またはセミアモルファスであることが可能である。但し、先に述べたように、温室効果ガスは典型的には２００℃を超えると発生することから、廃棄物は実質的に２００℃を超えて熱処理されないことが特に望ましい。
【００３４】
混合物は、ロータリ・キルン内で約１００℃から約１０００℃を超える範囲の温度で熱処理されることが可能である。或いは、ロータリ・キルン内での熱処理に適さない廃棄物（廃棄物の中心は湿ったままボール形になるより均質な物質等）は流動層乾燥機内で約１００℃から約１０００℃を超えるまでの温度範囲で熱処理されることが可能である。
【００３５】
廃棄物は、直径が約１０ｍｍに満たない粒子サイズを有することが特に好適であり、ステップｂ）より前で直径が約５ｍｍに満たないことがさらに好適である。粒子サイズは、約１ｍｍが好適である。
【００３６】
個々の物質にはセメント系材料にとって利点である重大な物理的及び化学的変化が起こる可能性があるために、熱処理プロセスの間に考慮されなければならない効果が多く存在する。
【００３７】
セメント代替品としての利用の限界を決定する主要な要件は、強熱減量、遊離石灰、不溶残渣、塩化物及び硫酸塩（ＳＯ3等）の含量であり、最終的なセメント系材料は許容し得るこれらの限界値に適合するものでなければならない。混合物を熱処理する温度は、混合物内で使用される廃棄物に依存して変わる。
【００３８】
さらに、元素によっては高温において、不揮発性物質（炭素等）が追い出される結果物質が純粋になることからその比率が増加するものがある。先に述べたように、混合物または廃棄物は、好適な構造（結晶、セミアモルファスまたは非結晶に関わらず）が達成される温度で熱処理される。
【００３９】
効果的には、この熱処理段階は、混合物内に存在する痕跡元素の量を低減させる。痕跡元素は、典型的にはポルトランドセメントにおける痕跡元素の範囲と実質的に同じ、または好適にはそれより少ない範囲に、または普通ポルトランドセメント（ＯＰＣ）、高炉スラグ微粉末（ＧＧＢＳ）及び微粉砕フライアッシュ（ＰＦＡ）の産業上許容される混合物における痕跡元素の範囲にまで減少される。
【００４０】
廃棄物は、細かく分割された微粒または粒状の形態であることが特に好適である。廃棄物は、業界で周知の技術を使用して粉砕または切削されることが可能である。
【００４１】
典型的には、熱処理された廃棄物は直径約１００ｕｍ未満の粒子サイズを有し、好適にはポルトランドセメントとの混合前の直径４０ｕｍ未満等の５０ｕｍ未満である。効果的には、廃棄物は実質的に普通ポルトランドセメントの粒子サイズと同じサイズであるか、これより小さい。効果的には、廃棄物はＯＰＣのそれよりグレードの高い曲りを有し、これにより、骨材／セメント界面及び強化部分周辺の不動態層におけるセメントの性能が向上される。
【００４２】
ポルトランドセメントと廃棄物混合物とは、典型的には当業者に周知の標準的な方法に従って混合される。
【００４３】
マグネシアは、反応性の遊離マグネシアとして存在することが特に好適である。効果的には、純粋な反応性マグネシアは強度利得を２日から２８日以上へと大幅に向上させる。反応性は純度及び比表面積に関連することが決定されており、よってマグネシアは、典型的には実質上純粋である反応性の遊離マグネシアであることが特に好適である。マグネシアは、効果的には約４２％乃至１００％の純度を有する。但し、特に好適な純度は８０％乃至９８％であり、典型的には８５％乃至９５％である。適切なマグネシアは、ＣＪＣ Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ ａｎｄ Ｍａｇｎｅｓｉａ社からＣＪＣ Ｍａｇ Ｏｘｉｄｅ ９６／５７５、９３／１２Ｆ、９３３４Ｆ、Ｐ、Ｑ及び／またはＮの製品コードで市販されている。
【００４４】
セメント系材料における先に同定した量のマグネシアの包含は、結果的に生じるセメント系材料の強度特性が大幅に拡大されることから特に効果的である。さらに、セメントの膨張は維持され、またはＯＰＣより少ない。従って、本発明のさらに他の態様によれば、マグネシアは、１つまたはそれ以上の廃棄物の混合物に既に上記好適な量または所望される組成のマグネシアが含まれていなければ、同混合物に追加される。マグネシアは実質上、本明細書において先に述べた類のものである。
【００４５】
水和可能セメント系材料内に存在する混合物の量は、セメント系材料の最終要件に依存して変わる。混合物の特徴は、例えば欧州規格との適合性に関する特定の試験に対応すべく変更されることが可能である。
【００４６】
分析ステップは、レーザ技術、誘導結合プラズマ技術及び／または蛍光Ｘ線を使用する化学分析を含むことが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４７】
次に、単なる例示として本発明を説明する。
【００４８】
例
以下の諸例では、表１に示す原料を使用した。
【００４９】
【表１】
廃棄物ＲＭ３、ＲＭ７、ＲＭ８、ＲＭ９及びＲＭ１６を全て１０７℃で別々に熱処理した。各原料の痕跡元素、強熱減量、遊離石灰及び不溶残渣の限界値を、各々表２乃至６に示す。
【００５０】
原料の評価は、ＯＰＣ及びＧＧＢＳに関する限定値の組合わせに対して行っている。本発明による混合物に添加されることが可能な処理された各原料の合計量も、同定されている。混合物に添加されることが可能な各廃棄物の最大量は、表２乃至６の陰を付けた欄内に記されている。
【００５１】
例えば、１０７℃で熱処理されたＲＭ９について考察すると、混合物には僅か１０％しか添加され得ず、混合物にそれ以上の量が添加されると存在する鉄の量は多くなりすぎて、許容限界を外れることになる。しかしながら、１０７℃で熱処理されたＲＭ３について考察すると、その廃棄物の５０％まで混合物に添加することが可能である。
【００５２】
【表２】
【００５３】
【表３】
【００５４】
【表４】
【００５５】
【表５】
【００５６】
【表６】
表７乃至１１は、廃棄物ＲＭ３、ＲＭ７、ＲＭ８、ＲＭ９及びＲＭ１６が温度１０９℃、４８０℃及び１０００℃で熱処理される場合の酸化物比率の変化を示す。これらの図が示すように、酸化物の比率は廃棄物が処理される温度に依存して大幅に変わる。
【００５７】
【表７】
【００５８】
【表８】
【００５９】
【表９】
【００６０】
【表１０】
【００６１】
【表１１】
例１
廃棄物ＲＭ３、ＲＭ７、ＲＭ８、ＲＭ９及びＲＭ１６を、直径約５ｍｍの粒子サイズにまで個々に粉砕した。結果として得られた粉砕廃棄物を個々に、標準的なロータリ・キルンを使用して温度１０７℃で熱処理した。処理した廃棄物を続いて、直径約５０μｍ未満の粒子サイズ（実質的にセメントの粒子サイズと同じ）にまで粉砕した。結果的に得られる処理済みの廃棄物は、ポルトランドセメントの部分的代替品として使用され得る表１２に示す比率の混合物を生成するために使用する。結果的に生じる混合物を、ポルトランドセメントがアプリケーションに依存して２０％乃至８０％のレベルで、但し概して２５％乃至５０％で交換されるように、ポルトランドセメントと混合する。
【００６２】
表１２に示すように、最終的な混合セメントの化学的組成はＥＮ１９６−０２に記述された限界値内に存在するが、このセメントは強熱減量及び不溶残渣の試験には「不合格」である。
例２
廃棄物ＲＭ３、ＲＭ８及びＲＭ９を、例１と同様に準備した。但し、ＲＭ７及びＲＭ１６は、１０７℃で熱処理した後、約５０μｍの粒子サイズにまで粉砕し、流動層における温度４８０℃での熱処理に続いてロータリ・キルン内で約１０００℃の温度で熱処理し、直径約４０μｍの粒子サイズまで粉砕した。
【００６３】
結果的に得られる粉砕されかつ熱処理された廃棄物は、セメントと部分的に交換する表１３に示す比率の混合物を生成するために使用する。表１３から分かるように、最終的な混合セメントの化学的組成はＥＮ１９６−２に記述された限界値内に存在し、かつ所望される強熱減量及び不溶残渣の検査結果をも有する。
【００６４】
従って、これらの例は、廃棄物が熱処理される温度及び混合物に添加されるべき熱処理された各廃棄物の比率を慎重に選択すれば、ポルトランドセメントの部分的代替品が生成され得ることを示している。
例３
ＭｇＯ ＲＭ２３は、ＣＪＣプロセスから直接ポルトランドセメントへ添加され、かつＧＧＢＳ及びＰＦＡへも強度性能の向上という同じ効果を伴って添加されることが可能であるが、強度利得は１日のうちに、その後は２日内に認められる。
【００６５】
ＲＭ２３の６サンプルを、上述のように準備した。但し、各サンプルが含有するＭｇＯ５％は、下記のように純度の異なるものであった。
サンプル ＭｇＯ製品 化学分析
RM23A CJC 酸化マク゛ネシウム 93/12f ＣａＯ 0.99；ＳｉＯ2 1.04；
Ｆｅ2Ｏ3 1.39 ； Ａｌ2Ｏ3 0.39；
ＭｇＯ 93.6
RM23B CJC 酸化マク゛ネシウム 93/34f ＣａＯ 0.99；ＳｉＯ2 1.00；
Ｆｅ2Ｏ3 0.20；Ａｌ2Ｏ3 0.39；
ＭｇＯ 92.2
RM23C CJC 酸化マク゛ネシウム 96/575 ＣａＯ 1.50；ＳｉＯ2 1.00；
Ｆｅ2Ｏ3 0.20 ； Ａｌ2 Ｏ3 0.25；
ＭｇＯ 93.8
RM23D CJC 酸化マク゛ネシウム Ｑ ＣａＯ 1.50；ＳｉＯ2 1.00；
Ｆｅ2Ｏ3 0.2；Ａｌ2Ｏ3 0.25；
ＭｇＯ 90.0
RM23E CJC 酸化マク゛ネシウム Ｎ ＣａＯ 1.5；ＳｉＯ2 1.00；
Ｆｅ2Ｏ3 0.2；Ａｌ2Ｏ3 0.25；
ＭｇＯ 88.5
RM23F CJC 酸化マク゛ネシウム ｐ ＣａＯ 0.99；ＳｉＯ2 1.00；
Ｆｅ2Ｏ3 0.20；Ａｌ2Ｏ3 0.25；
ＭｇＯ 91.0
次に、各サンプルの強度を８４日間に渡って試験した。結果を図１に示す。図１から、ＲＭ２３Ａ、ＲＭ２３Ｂ及びＲＭ２３Ｃは全てより強力なセメント系材料を生み出したことが分かる。
例４
ＲＭ７及びＲＭ１１のサンプルを使用して、本発明による混合物に使用される廃棄物の好適な粒子サイズを試験した。粒子サイズは、パンとベータ・ミルとの間で変更した。ＲＭ７の結果を図２に示し、ＲＭ１１の結果を図３に示す。
【００６６】
図２から、混合に先立つ廃棄物ＲＭ７のより粗い粒子サイズは経時的な強度性能を向上させることが分かる。しかしながら図３から、混合に先立つ廃棄物ＲＭ１１のより細かい粒子サイズは強度性能を向上させることが明らかである。
【００６７】
従って、混合に先立つ熱処理された廃棄物の粒子サイズは各廃棄物に固有のものであり、各廃棄物毎に個々に決定されるべきである。
例５
温室効果ガスの放出を決定するために、廃棄物ＲＭ１８を９００℃までの温度で熱処理した。図４ａはサンプルＲＭ１８のＴＧ／ＤＴＧ及びグラム−シュミット法の結果を表示し、図４ｂは８０９℃でのＩＲスペクトル及びＣＯ２のライブラリ・データとの比較を表示している。図４ａ及び４ｂから、８００℃を超える温度ではＣＯ２が放出され、環境にとって特に不都合であることが分かる。
【００６８】
【表１２】
【００６９】
【表１３】
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】
【図２】
【図３】
【図４ａ】
【図４ｂ】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水和可能セメント系材料の製造方法であって、
ａ）カルシウム、シリカ、マグネシウム、アルミニウム及び／または鉄を含む少なくとも１種の廃棄物を準備することと、
ｂ）各廃棄物を、表面に存在する水蒸気が実質的に除去されるように第１の温度で熱処理することと、
ｃ）上記処理された廃棄物を、最終的な混合物が混合重量で次のような範囲の反応性酸化物の化学的／物理的組成、即ち、
酸化カルシウム ７．０乃至７６％、
アルミナ ０．１乃至３０％、
酸化鉄 ０．４乃至１９％、
酸化シリカ １乃至３６％、
マグネシア ０．１乃至３２％、
を有するように混合することを含む方法。
【請求項２】
さらに、
ｄ）ステップｃ）から結果的に得られる混合物をポルトランドセメントと混合すること、
を含む請求項１に記載の方法。
【請求項３】
さらに、
ｅ）上記水和可能セメント系材料を水和させること、
を含む請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
上記廃棄物はステップｂ）において別々に熱処理される請求項１または２に記載の方法。
【請求項５】
上記第１の温度は１００℃である先行する任意の請求項に記載の方法。
【請求項６】
上記廃棄物を、実質的に上記廃棄物の化学的及び／または物理的組成を変えるために、ステップｃ）に先行して第２の温度で熱処理することを含む先行する任意の請求項に記載の方法。
【請求項７】
上記廃棄物は上記第２の温度で別々に熱処理される請求項６に記載の方法。
【請求項８】
上記廃棄物は、ステップｃ）に先行して第３の温度で熱処理される請求項６または７に記載の方法。
【請求項９】
上記廃棄物は、オイル・シェルの燃焼の結果生成される発電所の灰、風化した高炉スラグ、切削／研磨（及びこれらの混合）の間に生じる大理石及び花崗岩、セラミック産業からの廃棄物、ステンレス鋼処理からの濾滓物、鋼スラグ、ペレット状の高炉スラグ、粒状高炉スラグ、アルミニウム・フルーダスト、シリカ製造からの廃棄物、消石灰、採石工程の除塵から得られるフィルタダスト、スレート回収プラントからの廃棄物、金属スクラップ産業の再生利用からの塵／残渣、ガラス製造／廃棄プラントから得られる廃棄物及び典型的には古紙スラッジ、化学プラントからのシリカ屑、化学プラントからのマグネシウム屑及び／または下水スラッジからの焼却炉灰を含む先行する任意の請求項に記載の方法。
【請求項１０】
上記廃棄物は、酸化物の形態で存在するカルシウム、シリカ、アルミニウム、マグネシウム及び／または鉄のうちの１つまたはそれ以上を含む先行する任意の請求項に記載の方法。
【請求項１１】
上記酸化カルシウムは、ステップｃ）における混合物内に混合物重量の約２０．０％から約７０％までの量で存在する先行する任意の請求項に記載の方法。
【請求項１２】
上記酸化カルシウムは、ステップｃ）における混合物内に混合物重量の約３０％から約６０％までの量で存在する請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
上記酸化シリカは、ステップｃ）における混合物内に混合物重量の約５％から約３５％までの量で存在する先行する任意の請求項に記載の方法。
【請求項１４】
上記酸化シリカは、ステップｃ）における混合物内に混合物重量の１５％から３０％までの量で存在する請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
上記マグネシアは、混合物内に混合物重量の約０．５％から約１５％までの範囲の量で存在する先行する任意の請求項に記載の方法。
【請求項１６】
上記マグネシアは、ステップｃ）における混合物内に混合物重量の１０％までの量、好適には１乃至４％の量で存在する請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
上記アルミナは、ステップｃ）における混合物内に混合物重量の約５％から約２０％までの範囲の量で存在する先行する任意の請求項に記載の方法。
【請求項１８】
上記アルミナは、ステップｃ）における混合物内に混合物重量の１０乃至１６％の量で存在する請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
上記酸化鉄は、混合物内に混合物重量の約２．０乃至１０％の範囲の量で存在する先行する任意の請求項に記載の方法。
【請求項２０】
上記酸化鉄は、混合物内に混合物重量の３乃至８％の量で存在する請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
上記混合物は、上記ポルトランドセメントとの混合より前に処理かつ／または安定化される先行する任意の請求項に記載の方法。
【請求項２２】
上記処理及び／または安定化ステップは、上記混合物を典型的には約１００℃を超える温度で、好適には約１０５℃を超える温度で熱処理することを含む可能性がある請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
上記ステップｂ）における熱処理は、ロータリ・キルン内で約１００℃から約５００℃を超える範囲の温度であり、または流動層乾燥機内で約１００℃から約５００℃までの範囲の温度である請求項２１に記載の方法。
【請求項２４】
上記混合物は５００℃以下の温度で処理される請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
上記廃棄物は、温室効果ガスの放出を実質的に減らすように、約２００℃以下の温度で熱処理される先行する任意の請求項に記載の方法。
【請求項２６】
上記廃棄物は、ステップｂ）に先行して直径約１０ｍｍ未満の粒子サイズを有する先行する任意の請求項に記載の方法。
【請求項２７】
上記廃棄物は、ステップｂ）に先行して直径５ｍｍ未満（好適には約１ｍｍ）の粒子サイズを有する請求項２６に記載の方法。
【請求項２８】
上記熱処理された廃棄物は、混合に先行して直径約１００ｕｍ未満の粒子サイズを有する先行する任意の請求項に記載の方法。
【請求項２９】
上記熱処理された廃棄物は５０ｕｍ未満の直径を有する請求項２８に記載の方法。
【請求項３０】
上記熱処理された廃棄物は、実質的に普通ポルトランドセメントの粒子サイズと同じサイズまたはそれより小さいサイズである先行する任意の請求項に記載の方法。
【請求項３１】
ＭｇＯは反応性の遊離ＭｇＯとして存在する先行する任意の請求項に記載の方法。
【請求項３２】
上記ＭｇＯは約４２％乃至１００％の純度を有する請求項３１に記載の方法。
【請求項３３】
上記純度は８０％乃至９８％である請求項３２に記載の方法。
【請求項１】
水和可能セメント系材料の製造方法であって、
ａ）カルシウム、シリカ、マグネシウム、アルミニウム及び／または鉄を含む少なくとも１種の廃棄物を準備することと、
ｂ）各廃棄物を、表面に存在する水蒸気が実質的に除去されるように第１の温度で熱処理することと、
ｃ）上記処理された廃棄物を、最終的な混合物が混合重量で次のような範囲の反応性酸化物の化学的／物理的組成、即ち、
酸化カルシウム ７．０乃至７６％、
アルミナ ０．１乃至３０％、
酸化鉄 ０．４乃至１９％、
酸化シリカ １乃至３６％、
マグネシア ０．１乃至３２％、
を有するように混合することを含む方法。
【請求項２】
さらに、
ｄ）ステップｃ）から結果的に得られる混合物をポルトランドセメントと混合すること、
を含む請求項１に記載の方法。
【請求項３】
さらに、
ｅ）上記水和可能セメント系材料を水和させること、
を含む請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
上記廃棄物はステップｂ）において別々に熱処理される請求項１または２に記載の方法。
【請求項５】
上記第１の温度は１００℃である先行する任意の請求項に記載の方法。
【請求項６】
上記廃棄物を、実質的に上記廃棄物の化学的及び／または物理的組成を変えるために、ステップｃ）に先行して第２の温度で熱処理することを含む先行する任意の請求項に記載の方法。
【請求項７】
上記廃棄物は上記第２の温度で別々に熱処理される請求項６に記載の方法。
【請求項８】
上記廃棄物は、ステップｃ）に先行して第３の温度で熱処理される請求項６または７に記載の方法。
【請求項９】
上記廃棄物は、オイル・シェルの燃焼の結果生成される発電所の灰、風化した高炉スラグ、切削／研磨（及びこれらの混合）の間に生じる大理石及び花崗岩、セラミック産業からの廃棄物、ステンレス鋼処理からの濾滓物、鋼スラグ、ペレット状の高炉スラグ、粒状高炉スラグ、アルミニウム・フルーダスト、シリカ製造からの廃棄物、消石灰、採石工程の除塵から得られるフィルタダスト、スレート回収プラントからの廃棄物、金属スクラップ産業の再生利用からの塵／残渣、ガラス製造／廃棄プラントから得られる廃棄物及び典型的には古紙スラッジ、化学プラントからのシリカ屑、化学プラントからのマグネシウム屑及び／または下水スラッジからの焼却炉灰を含む先行する任意の請求項に記載の方法。
【請求項１０】
上記廃棄物は、酸化物の形態で存在するカルシウム、シリカ、アルミニウム、マグネシウム及び／または鉄のうちの１つまたはそれ以上を含む先行する任意の請求項に記載の方法。
【請求項１１】
上記酸化カルシウムは、ステップｃ）における混合物内に混合物重量の約２０．０％から約７０％までの量で存在する先行する任意の請求項に記載の方法。
【請求項１２】
上記酸化カルシウムは、ステップｃ）における混合物内に混合物重量の約３０％から約６０％までの量で存在する請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
上記酸化シリカは、ステップｃ）における混合物内に混合物重量の約５％から約３５％までの量で存在する先行する任意の請求項に記載の方法。
【請求項１４】
上記酸化シリカは、ステップｃ）における混合物内に混合物重量の１５％から３０％までの量で存在する請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
上記マグネシアは、混合物内に混合物重量の約０．５％から約１５％までの範囲の量で存在する先行する任意の請求項に記載の方法。
【請求項１６】
上記マグネシアは、ステップｃ）における混合物内に混合物重量の１０％までの量、好適には１乃至４％の量で存在する請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
上記アルミナは、ステップｃ）における混合物内に混合物重量の約５％から約２０％までの範囲の量で存在する先行する任意の請求項に記載の方法。
【請求項１８】
上記アルミナは、ステップｃ）における混合物内に混合物重量の１０乃至１６％の量で存在する請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
上記酸化鉄は、混合物内に混合物重量の約２．０乃至１０％の範囲の量で存在する先行する任意の請求項に記載の方法。
【請求項２０】
上記酸化鉄は、混合物内に混合物重量の３乃至８％の量で存在する請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
上記混合物は、上記ポルトランドセメントとの混合より前に処理かつ／または安定化される先行する任意の請求項に記載の方法。
【請求項２２】
上記処理及び／または安定化ステップは、上記混合物を典型的には約１００℃を超える温度で、好適には約１０５℃を超える温度で熱処理することを含む可能性がある請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
上記ステップｂ）における熱処理は、ロータリ・キルン内で約１００℃から約５００℃を超える範囲の温度であり、または流動層乾燥機内で約１００℃から約５００℃までの範囲の温度である請求項２１に記載の方法。
【請求項２４】
上記混合物は５００℃以下の温度で処理される請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
上記廃棄物は、温室効果ガスの放出を実質的に減らすように、約２００℃以下の温度で熱処理される先行する任意の請求項に記載の方法。
【請求項２６】
上記廃棄物は、ステップｂ）に先行して直径約１０ｍｍ未満の粒子サイズを有する先行する任意の請求項に記載の方法。
【請求項２７】
上記廃棄物は、ステップｂ）に先行して直径５ｍｍ未満（好適には約１ｍｍ）の粒子サイズを有する請求項２６に記載の方法。
【請求項２８】
上記熱処理された廃棄物は、混合に先行して直径約１００ｕｍ未満の粒子サイズを有する先行する任意の請求項に記載の方法。
【請求項２９】
上記熱処理された廃棄物は５０ｕｍ未満の直径を有する請求項２８に記載の方法。
【請求項３０】
上記熱処理された廃棄物は、実質的に普通ポルトランドセメントの粒子サイズと同じサイズまたはそれより小さいサイズである先行する任意の請求項に記載の方法。
【請求項３１】
ＭｇＯは反応性の遊離ＭｇＯとして存在する先行する任意の請求項に記載の方法。
【請求項３２】
上記ＭｇＯは約４２％乃至１００％の純度を有する請求項３１に記載の方法。
【請求項３３】
上記純度は８０％乃至９８％である請求項３２に記載の方法。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】ＲＭ２３Ａ、ＲＭ２３Ｂ、ＲＭ２３Ｃ、ＲＭ２３Ｄ、ＲＭ２３Ｅ、およびＲＭ２３Ｆの各サンプルの強度を８４日間に渡って試験した結果を示すグラフ。
【図２】ＲＭ７の結果を示すグラフ。
【図３】ＲＭ１１の結果を示すグラフ。
【図４ａ】サンプルＲＭ１８のＴＧ／ＤＴＧ及びグラム−シュミット法の結果を表示するグラフ。
【図４ｂ】８０９℃でのＩＲスペクトル及びＣＯ２のライブラリ・データとの比較を表示するグラフ。
【００７０】
【図１】ＲＭ２３Ａ、ＲＭ２３Ｂ、ＲＭ２３Ｃ、ＲＭ２３Ｄ、ＲＭ２３Ｅ、およびＲＭ２３Ｆの各サンプルの強度を８４日間に渡って試験した結果を示すグラフ。
【図２】ＲＭ７の結果を示すグラフ。
【図３】ＲＭ１１の結果を示すグラフ。
【図４ａ】サンプルＲＭ１８のＴＧ／ＤＴＧ及びグラム−シュミット法の結果を表示するグラフ。
【図４ｂ】８０９℃でのＩＲスペクトル及びＣＯ２のライブラリ・データとの比較を表示するグラフ。
【公表番号】特表２００６−５２５２１７（Ｐ２００６−５２５２１７Ａ）
【公表日】平成１８年１１月９日（２００６．１１．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−５０６１９２（Ｐ２００６−５０６１９２）
【出願日】平成１６年４月２９日（２００４．４．２９）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＧＢ２００４／００１８１１
【国際公開番号】ＷＯ２００４／０９６７２７
【国際公開日】平成１６年１１月１１日（２００４．１１．１１）
【出願人】（５０５４０１５８４）
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成１８年１１月９日（２００６．１１．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年４月２９日（２００４．４．２９）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＧＢ２００４／００１８１１
【国際公開番号】ＷＯ２００４／０９６７２７
【国際公開日】平成１６年１１月１１日（２００４．１１．１１）
【出願人】（５０５４０１５８４）
【Ｆターム（参考）】
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