鉱石粉の熱間強度増進固化材、それを用いた鉱石粉のペレット及びその製造方法
【課題】冷間強度が従来の固化材と同等以上であり、かつ、熱間強度の発現性や耐磨耗性に優れる、鉱石粉の熱間強度増進固化材、それを用いたペレット及びその製造方法を提供する。
【解決手段】ポルトランドセメントとポゾラン反応性物質を含有してなり、スラグを含まない鉱石粉の熱間強度増進固化材であり、ポゾラン反応性物質の比表面積が２５００ｃｍ２／ｇ以上である熱間強度増進固化材であり、ポゾラン反応性物質がフライアッシュである熱間強度増進固化材である。セメントが早強ポルトランドセメントである前記熱間強度増進固化材であり、アルカノールアミンを含有する前記熱間強度増進固化材である。さらに、前記熱間強度増進固化材を用いたペレット及びその製造方法である。
【解決手段】ポルトランドセメントとポゾラン反応性物質を含有してなり、スラグを含まない鉱石粉の熱間強度増進固化材であり、ポゾラン反応性物質の比表面積が２５００ｃｍ２／ｇ以上である熱間強度増進固化材であり、ポゾラン反応性物質がフライアッシュである熱間強度増進固化材である。セメントが早強ポルトランドセメントである前記熱間強度増進固化材であり、アルカノールアミンを含有する前記熱間強度増進固化材である。さらに、前記熱間強度増進固化材を用いたペレット及びその製造方法である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、製鉄所、製鋼工場、及び非鉄精錬所等で発生する鉱石粉のペレタイジングに使用する鉱石粉の熱間強度増進固化材、それを用いた鉱石粉のペレット及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、製鉄所、製鋼工場、及び非鉄精錬所等の工場内で発生するダストなどの鉱石粉の有効利用や、良質な鉱物資源の枯渇を背景として、鉱石粉のペレタイジングが行なわれている。
【０００３】
鉱石粉のペレタイジング法として、ドラム型やパン型のペレタイザーを使用してペレタイジング後に焼成する焼成ペレット法や、省エネルギー化を目的として焼成工程を省略したコールドペレット法が知られている。
【０００４】
これら鉱石粉のペレタイジング法で使用する鉱石粉の固化材としては、普通ポルトランドセメントからなる固化材、生石灰と高炉スラグからなる固化材、アルミン酸カルシウム系化合物と微粉末無機質材料からなる固化材、普通ポルトランドセメントとカルシウムアルミネートからなる固化材、フライアッシュと塩化カルシウムからなる固化材が知られている（非特許文献１、非特許文献２、非特許文献３、特許文献１、特許文献２参照）。
【０００５】
鉱石粉とその熱間強度増進固化材を用いたペレットを高炉へ投入後、６００〜１０００℃で焼成後の圧縮強度（熱間強度）は、従来の普通ポルトランドセメントを使用した固化材では約３〜５Ｎ／ｍｍ２である。また、屋外で養生した後、高炉へ投入する直前の圧縮強度（冷間強度）は、通常、約３〜１０Ｎ／ｍｍ２が必要とされている。なお、ペレットと同じく製鉄原料として焼結鉱が使用されているが、その熱間強度は耐磨耗性を示す還元粉化指数によって数値化され、その還元粉化指数は、高炉へ投入後、６００〜１０００℃焼成後で２〜３５質量％とされている。
【０００６】
また、フライアッシュとトリアルカノールアミンを含有してなるセメント混和材が知られている（特許文献３、特許文献４参照）。これら混和材はコンクリートの初期強度の向上を目的としたものであり、本発明が解決しようとする熱間強度の向上に関する課題とは異なる。
【０００７】
【非特許文献１】天野繁、阿部幸弘、山口一成、松岡裕直、高野正市、相田実生、守田和之、セメントレスコールドペレットの開発、鉄と鋼、第７７年（１９９１）第６号、ｐｐ．４５〜５２
【非特許文献２】Ｍａｓａｎｏｒｉ Ｎａｋａｎｏ，Ｍａｓａａｋｉ Ｎａｉｔｏ，Ｋｅｎｉｃｈｉ Ｈｉｇｕｃｈｉ ａｎｄ Ｋｏｊｉ Ｍｏｒｉｍｏｔｏ， Ｎｏｎ−ｓｐｈｅｒｉｃａｌ Ｃａｒｂｏｎ Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ Ａｇｇｌｏｍｅｒａｔｅｓ：Ｌａｂ−ｓｃａｌｅ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅ ａｎｄ Ｑｕａｌｉｔｙ Ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ， ＩＳＩＪ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ，Ｖｏｌ．４４，Ｎｏ．１２，ｐｐ．２０７９〜２０８５（２００４）
【非特許文献３】Ｔ．Ｃ．ＥＩＳＥＬＥ ａｎｄ Ｓ．Ｋ．ＫＡＷＡＴＲＡ，Ａ ＲＥＶＩＥＷ ＯＦ ＢＩＮＤＥＲＳ ＩＮ ＩＲＯＮ ＯＲＥ ＰＥＬＬＥＴＩＺＡＴＩＯＮ，Ｍｉｎｅｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ＆ Ｅｘｔｒａｃｔｉｖｅ Ｍｅｔａｌｌ．Ｒｅｖ．，Ｖｏｌ．２４，ｐｐ．１〜９０（２００３）
【特許文献１】特開平０５−１７１３０３号公報
【特許文献２】特公平０５−０７３７０７号公報
【特許文献３】特公昭５４−４３００８号公報
【特許文献４】特開２０００−２８１４０３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、冷間強度が従来の鉱石粉の固化材と同等以上であり、かつ、熱間強度の発現性や耐磨耗性に優れる、鉱石粉の熱間強度増進固化材、それを用いたペレット及びその製造方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、
（１）ポルトランドセメント７０〜９０部とポゾラン反応性物質１０〜３０部とを含有してな、スラグを含まない鉱石粉の熱間強度増進固化材、
（２）ポゾラン反応性物質がフライアッシュである（１）の熱間強度増進固化材、
（３）ポゾラン反応性物質の比表面積が２５００ｃｍ２／ｇ以上である（１）又は（２）の熱間強度増進固化材、
（４）ポルトランドセメントが早強ポルトランドセメントである（１）〜（３）のいずれかの熱間強度増進固化材、
（５）アルカノールアミンを含有する（１）〜（４）のいずれかの熱間強度増進固化材、
（６）アルカノールアミンの含有量がポゾラン反応性物質１００部に対して０．１〜２０部である（６）の熱間強度増進固化材、
（７）減水剤を含有してなる（１）〜（６）のいずれかの鉱石粉の熱間強度増進固化材、
（８）減水剤が固形分で固化材１００部に対して０．５〜８部である（７）の鉱石粉の熱間強度増進固化材、
（９）減水剤が、Ｒ１Ｏ（Ａ１Ｏ）ｍＲ２［ただし、Ａ１Ｏは炭素数２〜３のオキシアルキレン基の１種又は２種以上の混合物であり、２種以上のときはブロック状に付加していてもランダム状に付加していてもよく、Ｒ１は炭素数２〜５のアルケニル基、Ｒ２は炭素数１〜４のアルキル基、ｍはオキシアルキレン基の平均付加モル数で２０〜１５０である］で示されるアルケニルエーテル、及びＺ［Ｏ（Ａ２Ｏ）ｎＲ３］ａ［ただし、Ｚは２〜８の水酸基で含有する化合物の残基であり、Ａ２Ｏは、炭素数２〜３のオキシアルキレン基の１種又は２種以上の混合物で、２種以上のときはブロック状に付加していてもランダム状に付加していてもよく、Ｒ３は炭素数２〜５のアルケニル基、ｎはオキシアルキレン基の平均付加モル数で０または１以上の数であり、ａは２〜８である］で示されるポリアルケニルエーテルと、無水マレイン酸との共重合体からなる（７）又は（８）の鉱石粉の熱間強度増進固化材、
（１０）鉱石粉、（１）〜（９）のうちのいずれかの鉱石粉の熱間強度増進固化材、及び水を含有してなることを特徴とするペレット、
（１１）固化材が鉱石粉１００部に対して３〜２０部である請求項１０記載のペレット、
（１２）水／（鉱石粉＋熱間強度増進固化材）比（質量）が、０．０３〜０．３である（１０）又は（１１）のペレット、
（１３）鉱石粉、（１）〜（９）のうちいずれかの鉱石粉の熱間強度増進固化材、及び水を混合したものをペレタイジングし、養生するペレットの製造方法、
（１４）固化材を鉱石粉１００部に対して３〜２０部混合する請求項１３に記載のペレットの製造方法、
（１５）水／（鉱石粉＋固化材）比（質量）が０．０３〜０．３である（１３）又は（１４）のペレットの製造方法、
である。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の鉱石粉の熱間強度増進固化材、それを用いたペレット及びその製造方法によれば、冷間強度が従来の固化材と同等以上であり、かつ、熱間強度の発現性や耐磨耗性に優れている鉱石粉のペレットが得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明を詳細に説明する。
なお、本発明における部や％は特に規定しない限り質量基準で示す。
【００１２】
本発明は、ポルトランドセメント、ポゾラン反応性物質、さらには、アルカノールアミンを配合した特定の化学組成を有する鉱石粉の熱間強度増進固化材（以下、本固化材という）に関する。
【００１３】
本発明でいう鉱石粉とは、例えば、金鉱、銀鉱、銅鉱、鉛鉱、そう鉛鉱、すず鉱、亜鉛鉱、鉄鉱、硫化鉄鉱、クローム鉄鉱、マンガン鉱、タングステン鉱、モリブデン鉱、ニツケル鉱、及びコバルト鉱などを発生源とするダストを指し、これらのうちの一種又は二種以上が使用可能である。
【００１４】
本発明で使用するポルトランドセメントとは、普通、早強、超早強、中庸熱、及び低熱などの各種ポルトランドセメント、これらのポルトランドセメントに、フライアッシュなどを混合したフィラーセメント、廃棄物利用型セメント、いわゆるエコセメントなどが挙げられ、これらのうちの一種又は二種以上が併用可能である。冷間強度の発現性から早強ポルトランドセメントの使用が好ましい。なお、フライアッシュセメントにはポゾラン反応性物質であるフライアッシュが含まれているため、ポゾラン反応性物質を配合することなく、フライアッシュセメントのみ、あるいはフライアッシュセメントに対してアルカノールアミンを配合して使用することも可能である。
【００１５】
本固化材にスラグを併用することは、鉱石粉のペレットの還元粉化指数を増加するために好ましくない。本発明で云うスラグとは、高炉で銑鉄を製造する際に副産物として発生する高炉水砕スラグや高炉徐冷スラグ、製鋼工程で発生する転炉スラグや電気炉スラグなどの製鋼スラグを指す。ポルトランドセメントに高炉水砕スラグを混合してなる高炉セメントは、本発明では使用しない。
【００１６】
本発明で使用するポゾラン反応性物質とは、それ自体には水硬性を持たないが、ポルトランドセメントの水和反応によって生成する水酸化カルシウムと反応してカルシウムシリケート系水和物を生成する物質をさし、例えばフライアッシュ、シリカフューム、籾殻灰、粗粒アッシュ（石炭灰）、火山灰、けいそう土、珪酸白土、溶融シリカ、シラスバルーン、及びライスハスクアッシュ（もみ殻灰）などが挙げられ、これらのうちの一種又は二種以上が使用可能であり、このうち、経済性からもフライアッシュの使用が好ましい。ポゾラン反応性物質の粒子形状は、粒子の充填性や焼結反応時のネック成長のしやすさからも球状であることが好ましい。また、高炉操業時に支障となるナトリウム、カリウム、及びリン成分をなるべく含まないポゾラン反応性物質の使用が好ましい。
ポゾラン反応性物質の粒度は、ブレーン比表面積（以下、ブレーン値という）で、２５００ｃｍ２／ｇ以上が好ましく、３０００ｃｍ２／ｇ以上がより好ましい。この範囲外では、冷間強度や熱間強度の発現性が低下する場合がある。なお、熱間強度を向上する点からもポゾラン反応性物質はあらかじめ粉砕したものを使用すると良い。
【００１７】
ポルトランドセメントとポゾラン反応性物質の配合割合は、特に限定されるものではないが、ポルトランドセメント７０〜９０部とポゾラン反応性物質１０〜３０部が好ましく、ポルトランドセメント７５〜８５部とポゾラン反応性物質１５〜２５部がより好ましい。この範囲外では、冷間強度や熱間強度が充分に得られなくなる場合がある。
【００１８】
本発明では熱間強度の向上を目的として、ポルトランドセメントとポゾラン反応性物質からなる熱間強度増進固化材に対して、アルカノールアミンを使用できる。
本発明で使用するアルカノールアミンとは、構造式においてＮ−Ｒ−ＯＨ構造を有する有機化合物である。ここで、Ｒはアルキル基又はアリル基と呼ばれる原子団であり、例えば、メチレン基、エチレン基、及びｎ−プロピレン基等の直鎖型のアルキル基、イソプロピル基などの枝分かれ構造を有するアルキル基、並びに、フェニル基やベンジル基などの芳香族環を有するアリル基などが挙げられる。
また、Ｒは窒素原子と２箇所以上で結合していてもよく、Ｒの一部又は全部が環状構造であってもよい。
さらに、Ｒは複数の水酸基と結合していてもよく、アルキル基の一部に炭素や水素以外の元素、例えば、イオウ、フッ素、塩素、及び酸素等が含まれていてもよい。
このようなアルカノールアミンの例としては、エタノールアミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン、Ｎ−メチルジエタノールアミン、Ｎ，Ｎ−ジメチルエタノールアミン、Ｎ，Ｎ−ジブチルエタノールアミン、Ｎ−（２−アミノエチル）エタノールアミン、三フッ化ホウ素トリエタノールアミン、及びこれらの誘導体等が挙げられ、本発明ではこれらのうちの一種又は二種以上を使用することができる。
【００１９】
アルカノールアミンと本固化材の配合割合は、特に限定されるものではないが、本固化材に含まれるポゾラン反応性物質１００部に対してアルカノールアミン０．１〜２０部が好ましく、０．５〜１５部がより好ましい。この範囲外では、冷間強度や熱間強度が充分に得られなくなる場合がある。
【００２０】
本発明では、熱間強度をさらに向上するために減水剤をさらに使用することが好ましい。
減水剤の種類としては、アルキルアリルスルホン酸塩、ナフタレンスルホン酸塩、メラミンスルホン酸塩のホルマリン縮合物、ポリカルボン酸系高分子化合物等が挙げられ、これらの1種又は２種以上の減水剤を使用するものであり、液状、粉状のいずれも使用できる。
なかでも、Ｒ1Ｏ（Ａ１Ｏ）ｍＲ２［ただし、Ａ１Ｏは炭素数２〜３のオキシアルキレン基の１種又は２種以上の混合物であり、２種以上のときはブロック状に付加していてもランダム状に付加していてもよく、Ｒ１は炭素数２〜５のアルケニル基、Ｒ２は炭素数１〜４のアルキル基、ｍはオキシアルキレン基の平均付加モル数で２０〜１５０である］で示されるアルケニルエーテル、及びＺ［Ｏ（Ａ２Ｏ）ｎＲ３］ａ［ただし、Ｚは２〜８の水酸基で含有する化合物の残基であり、Ａ２Ｏは、炭素数２〜３のオキシアルキレン基の１種または２種以上の混合物で、２種以上のときはブロック状に付加していてもランダム状に付加していてもよく、Ｒ３は炭素数２〜５のアルケニル基、ｎはオキシアルキレン基の平均付加モル数で０または１以上の数であり、ａは２〜８である］で示されるポリアルケニルエーテルと、無水マレイン酸との共重合体からなる減水剤の使用が好ましい。
【００２１】
減水剤の使用量は、固形分で本固化材１００部に対して０.５〜８部が好ましく、１〜６部がより好ましい。０．５部未満では効果がなく、８部を超えると熱間強度の向上が少なく、不経済となる。
【００２２】
これら使用材料を混合する方法は特に限定されるものではなく、セメントクリンカーを粉砕してポルトランドセメントにする際にポゾラン反応性物質と混合粉砕する方法、あるいはペレットを製造する際に各材料を鉱石粉に対して投入混合する方法などが挙げられる。
【００２３】
本固化材の使用量は、鉱石粉１００部に対して、３〜２０部が好ましく、５〜１５部がより好ましい。この範囲未満では冷間強度と熱間強度の発現性が不良となる場合があり、この範囲より多くなると不経済となるため好ましくない。
【００２４】
水／（鉱石粉＋本固化材）比は、特に限定されるものではないが、質量比で０．０３〜０．３が好ましく、０．０５〜０．２がより好ましい。この範囲未満では冷間強度が不良となる場合があり、高炉投入後の還元反応が不良となる場合がある。この範囲を超えると、焼成後に熱収縮によるひび割れが生じて熱間強度が低下する場合がある。
【００２５】
本固化材を用いたペレットの製造には、高炉へ投入後にペレットの還元性を向上するために、コークス粉を加えることが可能である。また、ペレタイジング直後の初期強度の向上を目的に、ジエチレングリコールを加えることも可能である。
さらに、急結剤、増粘剤、収縮低減剤、及び凝結調整剤等のうちの一種又は二種以上を、本発明の目的を阻害しない範囲で使用することができる。
【００２６】
本固化材を用いたペレットの製造方法は、ペレタイジング工程と養生工程に大別される。ペレタイジング方法は特に限定されるものではなく、例えば、ドラム型やパン型の造粒機を使用したペレタイジングの他、加圧成形法、湿式加圧成形法、及び押出成形法などが挙げられる。
【００２７】
また、ペレタイジングしたペレットの養生方法は、特に限定されるものではなく、常温常圧養生の他、オートクレーブ養生、蒸気養生、湿空養生、又は加熱養生などが挙げられる。
【実施例】
【００２８】
以下、実験例に基づいて、本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００２９】
「実験例１」
表１に示す、ポルトランドセメント、ポゾラン反応性物質を配合して固化材を調製した。鉱石粉１００部に対して、調製した固化材１３部を混合し、鉱石粉と調製した固化材の合計１００部に対して、水を１５部配合して混練物を調製した。調製した混練物の５０ｇをφ４０ｍｍの金型成形ダイスに詰め、島津製作所社製、ＳＳＰ−１０Ａ型、ＦＴ−ＩＲ用プレス機を用い、成形圧力７．８ＭＰａの荷重をかけて３０秒間保持し、保持後、脱型してφ４０×１６ｍｍのペレットをペレタイジングした。
ペレタイジングしたペレットを常温常圧養生で養生し、ペレットの冷間強度と熱間強度を測定した。結果を表１に併記する。
【００３０】
＜使用材料＞
ポルトランドセメントＡ：早強ポルトランドセメント、電気化学工業社製、商品名「デンカ早強ポルトランドセメント」、ブレーン値４５００ｃｍ２／ｇ、比重３．１２、ＣａＯ ７２％、Ａｌ２Ｏ３ ５％、ＳｉＯ２ ２３％
ポルトランドセメントＢ：普通ポルトランドセメント、電気化学工業社製、商品名「デンカ普通ポルトランドセメント」、ブレーン値３１５０ｃｍ２／ｇ、比重３．１３、ＣａＯ ７２％、Ａｌ２Ｏ３ ６％、ＳｉＯ２ ２２％
ポゾラン反応性物質イ−ａ：フライアッシュ、石炭火力発電所産、ＪＩＳ ＩＩ種適合品、ブレーン値３７００ｃｍ２／ｇ、比重２．３５、ＣａＯ ６％、Ａｌ２Ｏ３ ２７％、ＳｉＯ２ ６７％
高炉水砕スラグ：新日鐵高炉セメント社製、商品名「エスメントスーパー６０Ｐ」、ブレーン値６０００ｃｍ２／ｇ、比重２．９１、ＣａＯ ４９％、Ａｌ２Ｏ３ １６％、ＳｉＯ２ ３５％
鉱石粉：鉄鉱石粉、ヘマタイト鉱、比重４．９５、篩下３ｍｍ品
水：水道水
【００３１】
＜養生方法＞
常温常圧養生：ペレットを作製後、ビニール袋に入れて口を輪ゴムで縛って封緘し、２０℃の大気圧環境下で１４日間養生した。
【００３２】
＜測定方法＞
冷間強度：作製したペレットを２０℃室温環境下で封かん養生し、材齢１４日の圧縮強度を測定した。
熱間強度：作製したペレットを２０℃室温環境下で封かん養生し、材齢１４日に、窒素雰囲気下、昇温速度１０℃／分、最高温度９００℃で焼成し、最高温度に到達後、炉内温度が２０℃になったことを確認した後に炉外へ取り出し、２０℃室温環境下で３時間放冷した後に圧縮強度を測定した。
熱間回転強度（耐磨耗性）：表１に示すポルトランドセメント、ポゾラン反応性物質を配合して固化材を調製する。鉱石粉１００部に対して、調製した固化材１３部を混合し、鉱石粉と調製した固化材の合計１００部に対して、水を１５部配合して混練物を調製した。混練物は、パン型ペレタイザーを用いてペレットを作製し、ふるいを通して、直径が１５−１１ｍｍの範囲にあるペレットを回収する。回収したペレットは、ペレットを２０℃室温環境下で封かん養生し、材齢１４日に、窒素雰囲気下、昇温速度１０℃／分、最高温度９００℃で焼成し、最高温度に到達後、炉内温度が２０℃になったことを確認した後に炉外へ取り出す。焼成後のペレットｍ０（部）をＪＩＳ Ｍ ８７２０−２００１「鉄鉱石−低温還元粉化試験方法」に準じた内径１３０ｍｍ、長さ２００ｍｍの回転ドラムへ投入し、３０±１回転／分の回転速度で合計９００回、回転させる。回転後、ペレットを回収し、２．８ｍｍのふるい上に残っている質量ｍ１（部）を測定し、次式で定義される還元粉化指数（％）を求めた。還元粉化指数（％）＝１００−ｍ１／ｍ０×１００
【００３３】
【表１】
【００３４】
表１の結果から、本固化材を使用したペレットは、熱間強度に優れていることが分かる。また、本固化材に高炉水砕スラグが含まれると、還元粉化指数は高く耐磨耗性に劣ることが分かる。すなわち、本固化材は、ポルトランドセメントとポゾラン反応性物質を適切に配合することにより、ペレットの冷間強度、熱間強度や耐磨耗性を向上させることが分かる。
【００３５】
「実験例２」
表２に示す、ポルトランドセメント、ポゾラン反応性物質、及びアルカノールアミンを配合したこと以外は実験例１と同様に行った。結果を表２に併記する。
【００３６】
＜使用材料＞
アルカノールアミンａ：トリエタノールアミン、関東化学社製、試薬特級
【００３７】
【表２】
【００３８】
表２の結果から、本固化材は、アルカノールアミンを適切に配合することによって、ペレットの冷間強度、熱間強度や耐磨耗性を向上させることが分かる。
【００３９】
「実験例３」
表３に示す、ポルトランドセメント、ポゾラン反応性物質、及びアルカノールアミンを配合したこと以外は実験例１と同様に行った。結果を表２に併記する。
【００４０】
＜使用材料＞
ポゾラン反応性物質イ−ｂ：ポゾラン反応性物質イをふるいにかけて分級し、ブレーン値２５００ｃｍ２／ｇに調整したもの。比重２．３５、ＣａＯ ６％、Ａｌ２Ｏ３ ２７％、ＳｉＯ２ ６７％
ポゾラン反応性物質イ−ｃ：ポゾラン反応性物質イをふるいにかけて分級し、ブレーン値３０００ｃｍ２／ｇに調整したもの。比重２．３５、ＣａＯ ６％、Ａｌ２Ｏ３ ２７％、ＳｉＯ２ ６７％
ポゾラン反応性物質イ−ｄ：ポゾラン反応性物質イを、振動型ボールミルを用いてブレーン値４３００ｃｍ２／ｇに粉砕したもの。比重２．３５、ＣａＯ ６％、Ａｌ２Ｏ３ ２７％、ＳｉＯ２ ６７％
ポゾラン反応性物質イ−ｅ：ポゾラン反応性物質イを、振動型ボールミルを用いてブレーン値５９００ｃｍ２／ｇに粉砕したもの。比重２．３５、ＣａＯ ６％、Ａｌ２Ｏ３ ２７％、ＳｉＯ２ ６７％
ポゾラン反応性物質イ−ｆ：ポゾラン反応性物質イを、振動型ボールミルを用いてブレーン値７１００ｃｍ２／ｇに粉砕したもの。比重２．３５、ＣａＯ ６％、Ａｌ２Ｏ３ ２７％、ＳｉＯ２ ６７％
【００４１】
【表３】
【００４２】
表３の結果から、本固化材は、ポゾラン反応性物質の比表面積を大きくすることによって、ペレットの冷間強度、熱間強度の発現性や耐磨耗性を向上させることが分かる。
【００４３】
「実験例４」
表４に示す、ポルトランドセメント、ポゾラン反応性物質、アルカノールアミンを使用したこと以外は実験例１と同様に行った。結果を表４に併記する。
【００４４】
＜使用材料＞
ポルトランドセメントＣ：中庸熱ポルトランドセメント、電気化学工業社製、商品名「デンカ中庸熱ポルトランドセメント」、ブレーン値３０５０ｃｍ２／ｇ、比重３．２０、ＣａＯ ７０％、Ａｌ２Ｏ３ ４％、ＳｉＯ２ ２６％
ポルトランドセメントＤ：低熱ポルトランドセメント、太平洋セメント社製、商品名「低熱ポルトランドセメント」、ブレーン値３４７０ｃｍ２／ｇ、比重３．２１、ＣａＯ ６９％、Ａｌ２Ｏ３ ３％、ＳｉＯ２ ２８％
ポルトランドセメントＥ：エコセメント、太平洋セメント社製、商品名「エコセメント」、ブレーン値４１００ｃｍ２／ｇ、比重３．１８、ＣａＯ ７１％、Ａｌ２Ｏ３ ９％、ＳｉＯ２ ２０％
ポルトランドセメントＦ：フライアッシュセメント、電気化学工業社製、商品名「デンカフライアッシュセメント（Ｂ種）」、ブレーン値３５００ｃｍ２／ｇ、比重２．９６、ＣａＯ ７１％、Ａｌ２Ｏ３ ５％、ＳｉＯ２ ２４％
【００４５】
【表４】
【００４６】
表４の結果から、本固化材は、ポルトランドセメントの種類に関わらず、ペレットの冷間強度、熱間強度や耐磨耗性を向上させることが分かる。
【００４７】
「実験例５」
表５に示す、ポルトランドセメント、ポゾラン反応性物質、アルカノールアミンを使用したこと以外は実験例１と同様に行った。結果を表５に併記する。
【００４８】
＜使用材料＞
ポゾラン反応性物質ロ：シリカフューム、中国産、ブレーン値２２０００ｃｍ２／ｇ、比重、ＣａＯ ０％、Ａｌ２Ｏ３ １％、ＳｉＯ２ ９９％
ポゾラン反応性物質ハ：石炭灰、石炭火力発電所産、ブレーン値４４００ｃｍ２／ｇ、比重２．３９、ＣａＯ ７％、Ａｌ２Ｏ３ １８％、ＳｉＯ２ ６０％
【００４９】
【表５】
【００５０】
表５の結果から、本固化材は、ポゾラン反応性物質の種類に関わらず、ペレットの冷間強度、熱間強度や耐磨耗性を向上させることが分かる。
【００５１】
「実験例６」
表６に示す、ポルトランドセメント、ポゾラン反応性物質、アルカノールアミンを使用したこと以外は実験例１と同様に行った。結果を表６に併記する。
【００５２】
＜使用材料＞
アルカノールアミンｂ：トリイソプロパノールアミン、関東化学社製、試薬特級
アルカノールアミンｃ：エタノールアミン、関東化学社製、試薬特級
アルカノールアミンｄ：ジエタノールアミン、関東化学社製、試薬特級
アルカノールアミンｅ：Ｎ−メチルジエタノールアミン、和光化学社製、試薬
アルカノールアミンｆ：Ｎ，Ｎ−ジメチルエタノールアミン、和光化学社製、試薬
アルカノールアミンｇ：Ｎ，Ｎ−ジ−ｎ−ブチルエタノールアミン、和光化学社製、試薬
アルカノールアミンｈ：Ｎ−アミノエチルエタノールアミン、和光化学社製、試薬
【００５３】
【表６】
【００５４】
表６の結果から、本固化材は、アルカノールアミンの種類に関わらず、ペレットの冷間強度、熱間強度や耐磨耗性を向上させることが分かる。
【００５５】
「実験例７」
表７に示す、ポルトランドセメント、ポゾラン反応性物質イ−ａ２０部、及びアルカノールアミンａ１部使用して固化材を調製し、減水剤の添加量（水溶液と固形分換算）を変えたこと以外は実験例１と同様に行った。強度の測定結果を表７に示す。
【００５６】
＜使用材料＞
減水剤：市販品（ポリアルケニルエーテルと無水マレイン酸との共重合体）、６０％水溶液
【００５７】
【表７】
【００５８】
表７の結果から、本固化材は、減水剤を添加すると、添加率に比例してペレットの冷間強度、熱間強度や耐磨耗性を向上させることが分かる。
【００５９】
「実験例８」
ポルトランドセメントＡ８０部、ポゾラン反応性物質イ−ａ２０部、及びアルカノールアミンａ１部使用して固化材を調製し、鉄鉱石粉１００部に対して、表８に示す量を混合したこと以外は実験例１と同様に行った。結果を表８に併記する。
【００６０】
【表８】
【００６１】
表８の結果から、本固化材を鉱石粉に適切な量を配合することで、優れたペレットの冷間強度、熱間強度や耐磨耗性が得られることが分かる。
【００６２】
「実験例９」
ポルトランドセメントＡ８０部、ポゾラン反応性物質イ−ａ２０部、及びアルカノールアミンａ１部使用して固化材を調製し、鉄鉱石粉１００部に対して、調製した固化材１３部を混合し、鉄鉱石粉と調製した固化材の合計に対する質量比で、表８に示す水を配合したこと以外は実験例１と同様に行った。結果を表９に併記する。
【００６３】
【表９】
【００６４】
表９の結果から、本固化材の水/（鉱石粉+本固化材）比を適切な範囲にすることによって、優れたペレットの冷間強度、熱間強度や耐磨耗性が得られることが分かる。
【００６５】
「実験例１０」
ポルトランドセメントＡ８０部、ポゾラン反応性物質イ２０部、及びアルカノールアミンａ１部使用して固化材を調製し、鉄鉱石粉１００部に対して、調製した固化材１３部を混合し、鉄鉱石と調製した固化材の合計１００部に対して、水１５部を配合してペレットを作製した。
作製したペレットのペレタイジング後の養生方法を表１０に示すとおり変えたこと以外は、実験例１と同様に行なった。結果を表１０に併記する。
【００６６】
＜養生方法＞
蒸気養生 ：ペレットをペレタイジング後、２時間前置きした後、昇温１５℃／分、最高温度７０℃で３時間保持の条件で蒸気養生した。翌日、養生槽から取り出し、２０℃環境下で１３日間養生した。
オートクレーブ養生：ペレットをペレタイジング後、気圧窯へ投入し、蒸気圧１０気圧、温度１７０℃の環境下で６時間養生した。養生後、２０℃の室温環境下で１４日まで養生した。
湿空養生：ペレットをペレタイジング後、湿度１００％、２０℃の室温環境下で１４日間養生した。
加熱養生：ペレットをペレタイジング後、封かんして２０℃室温環境下で１日養生し、その後、４０℃の乾燥機中で１３日間養生した。
【００６７】
【表１０】
【００６８】
表１０の結果から、本固化材は、養生方法に関わらず、ペレットの冷間強度、熱間強度の発現性や耐磨耗性を向上させることが分かる。
【産業上の利用可能性】
【００６９】
本発明の鉱石粉の熱間強度増進固化材、それを用いたペレット及びその製造方法によれば、冷間強度が従来の固化材と同等以上であり、かつ、熱間強度の発現性に優れている鉱石粉のペレットが得られるので、製鉄所、製鋼工場、及び非鉄精錬所などで発生する集じんダストのペレタイジングに好適に使用できる。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、製鉄所、製鋼工場、及び非鉄精錬所等で発生する鉱石粉のペレタイジングに使用する鉱石粉の熱間強度増進固化材、それを用いた鉱石粉のペレット及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、製鉄所、製鋼工場、及び非鉄精錬所等の工場内で発生するダストなどの鉱石粉の有効利用や、良質な鉱物資源の枯渇を背景として、鉱石粉のペレタイジングが行なわれている。
【０００３】
鉱石粉のペレタイジング法として、ドラム型やパン型のペレタイザーを使用してペレタイジング後に焼成する焼成ペレット法や、省エネルギー化を目的として焼成工程を省略したコールドペレット法が知られている。
【０００４】
これら鉱石粉のペレタイジング法で使用する鉱石粉の固化材としては、普通ポルトランドセメントからなる固化材、生石灰と高炉スラグからなる固化材、アルミン酸カルシウム系化合物と微粉末無機質材料からなる固化材、普通ポルトランドセメントとカルシウムアルミネートからなる固化材、フライアッシュと塩化カルシウムからなる固化材が知られている（非特許文献１、非特許文献２、非特許文献３、特許文献１、特許文献２参照）。
【０００５】
鉱石粉とその熱間強度増進固化材を用いたペレットを高炉へ投入後、６００〜１０００℃で焼成後の圧縮強度（熱間強度）は、従来の普通ポルトランドセメントを使用した固化材では約３〜５Ｎ／ｍｍ２である。また、屋外で養生した後、高炉へ投入する直前の圧縮強度（冷間強度）は、通常、約３〜１０Ｎ／ｍｍ２が必要とされている。なお、ペレットと同じく製鉄原料として焼結鉱が使用されているが、その熱間強度は耐磨耗性を示す還元粉化指数によって数値化され、その還元粉化指数は、高炉へ投入後、６００〜１０００℃焼成後で２〜３５質量％とされている。
【０００６】
また、フライアッシュとトリアルカノールアミンを含有してなるセメント混和材が知られている（特許文献３、特許文献４参照）。これら混和材はコンクリートの初期強度の向上を目的としたものであり、本発明が解決しようとする熱間強度の向上に関する課題とは異なる。
【０００７】
【非特許文献１】天野繁、阿部幸弘、山口一成、松岡裕直、高野正市、相田実生、守田和之、セメントレスコールドペレットの開発、鉄と鋼、第７７年（１９９１）第６号、ｐｐ．４５〜５２
【非特許文献２】Ｍａｓａｎｏｒｉ Ｎａｋａｎｏ，Ｍａｓａａｋｉ Ｎａｉｔｏ，Ｋｅｎｉｃｈｉ Ｈｉｇｕｃｈｉ ａｎｄ Ｋｏｊｉ Ｍｏｒｉｍｏｔｏ， Ｎｏｎ−ｓｐｈｅｒｉｃａｌ Ｃａｒｂｏｎ Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ Ａｇｇｌｏｍｅｒａｔｅｓ：Ｌａｂ−ｓｃａｌｅ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅ ａｎｄ Ｑｕａｌｉｔｙ Ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ， ＩＳＩＪ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ，Ｖｏｌ．４４，Ｎｏ．１２，ｐｐ．２０７９〜２０８５（２００４）
【非特許文献３】Ｔ．Ｃ．ＥＩＳＥＬＥ ａｎｄ Ｓ．Ｋ．ＫＡＷＡＴＲＡ，Ａ ＲＥＶＩＥＷ ＯＦ ＢＩＮＤＥＲＳ ＩＮ ＩＲＯＮ ＯＲＥ ＰＥＬＬＥＴＩＺＡＴＩＯＮ，Ｍｉｎｅｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ＆ Ｅｘｔｒａｃｔｉｖｅ Ｍｅｔａｌｌ．Ｒｅｖ．，Ｖｏｌ．２４，ｐｐ．１〜９０（２００３）
【特許文献１】特開平０５−１７１３０３号公報
【特許文献２】特公平０５−０７３７０７号公報
【特許文献３】特公昭５４−４３００８号公報
【特許文献４】特開２０００−２８１４０３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、冷間強度が従来の鉱石粉の固化材と同等以上であり、かつ、熱間強度の発現性や耐磨耗性に優れる、鉱石粉の熱間強度増進固化材、それを用いたペレット及びその製造方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、
（１）ポルトランドセメント７０〜９０部とポゾラン反応性物質１０〜３０部とを含有してな、スラグを含まない鉱石粉の熱間強度増進固化材、
（２）ポゾラン反応性物質がフライアッシュである（１）の熱間強度増進固化材、
（３）ポゾラン反応性物質の比表面積が２５００ｃｍ２／ｇ以上である（１）又は（２）の熱間強度増進固化材、
（４）ポルトランドセメントが早強ポルトランドセメントである（１）〜（３）のいずれかの熱間強度増進固化材、
（５）アルカノールアミンを含有する（１）〜（４）のいずれかの熱間強度増進固化材、
（６）アルカノールアミンの含有量がポゾラン反応性物質１００部に対して０．１〜２０部である（６）の熱間強度増進固化材、
（７）減水剤を含有してなる（１）〜（６）のいずれかの鉱石粉の熱間強度増進固化材、
（８）減水剤が固形分で固化材１００部に対して０．５〜８部である（７）の鉱石粉の熱間強度増進固化材、
（９）減水剤が、Ｒ１Ｏ（Ａ１Ｏ）ｍＲ２［ただし、Ａ１Ｏは炭素数２〜３のオキシアルキレン基の１種又は２種以上の混合物であり、２種以上のときはブロック状に付加していてもランダム状に付加していてもよく、Ｒ１は炭素数２〜５のアルケニル基、Ｒ２は炭素数１〜４のアルキル基、ｍはオキシアルキレン基の平均付加モル数で２０〜１５０である］で示されるアルケニルエーテル、及びＺ［Ｏ（Ａ２Ｏ）ｎＲ３］ａ［ただし、Ｚは２〜８の水酸基で含有する化合物の残基であり、Ａ２Ｏは、炭素数２〜３のオキシアルキレン基の１種又は２種以上の混合物で、２種以上のときはブロック状に付加していてもランダム状に付加していてもよく、Ｒ３は炭素数２〜５のアルケニル基、ｎはオキシアルキレン基の平均付加モル数で０または１以上の数であり、ａは２〜８である］で示されるポリアルケニルエーテルと、無水マレイン酸との共重合体からなる（７）又は（８）の鉱石粉の熱間強度増進固化材、
（１０）鉱石粉、（１）〜（９）のうちのいずれかの鉱石粉の熱間強度増進固化材、及び水を含有してなることを特徴とするペレット、
（１１）固化材が鉱石粉１００部に対して３〜２０部である請求項１０記載のペレット、
（１２）水／（鉱石粉＋熱間強度増進固化材）比（質量）が、０．０３〜０．３である（１０）又は（１１）のペレット、
（１３）鉱石粉、（１）〜（９）のうちいずれかの鉱石粉の熱間強度増進固化材、及び水を混合したものをペレタイジングし、養生するペレットの製造方法、
（１４）固化材を鉱石粉１００部に対して３〜２０部混合する請求項１３に記載のペレットの製造方法、
（１５）水／（鉱石粉＋固化材）比（質量）が０．０３〜０．３である（１３）又は（１４）のペレットの製造方法、
である。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の鉱石粉の熱間強度増進固化材、それを用いたペレット及びその製造方法によれば、冷間強度が従来の固化材と同等以上であり、かつ、熱間強度の発現性や耐磨耗性に優れている鉱石粉のペレットが得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明を詳細に説明する。
なお、本発明における部や％は特に規定しない限り質量基準で示す。
【００１２】
本発明は、ポルトランドセメント、ポゾラン反応性物質、さらには、アルカノールアミンを配合した特定の化学組成を有する鉱石粉の熱間強度増進固化材（以下、本固化材という）に関する。
【００１３】
本発明でいう鉱石粉とは、例えば、金鉱、銀鉱、銅鉱、鉛鉱、そう鉛鉱、すず鉱、亜鉛鉱、鉄鉱、硫化鉄鉱、クローム鉄鉱、マンガン鉱、タングステン鉱、モリブデン鉱、ニツケル鉱、及びコバルト鉱などを発生源とするダストを指し、これらのうちの一種又は二種以上が使用可能である。
【００１４】
本発明で使用するポルトランドセメントとは、普通、早強、超早強、中庸熱、及び低熱などの各種ポルトランドセメント、これらのポルトランドセメントに、フライアッシュなどを混合したフィラーセメント、廃棄物利用型セメント、いわゆるエコセメントなどが挙げられ、これらのうちの一種又は二種以上が併用可能である。冷間強度の発現性から早強ポルトランドセメントの使用が好ましい。なお、フライアッシュセメントにはポゾラン反応性物質であるフライアッシュが含まれているため、ポゾラン反応性物質を配合することなく、フライアッシュセメントのみ、あるいはフライアッシュセメントに対してアルカノールアミンを配合して使用することも可能である。
【００１５】
本固化材にスラグを併用することは、鉱石粉のペレットの還元粉化指数を増加するために好ましくない。本発明で云うスラグとは、高炉で銑鉄を製造する際に副産物として発生する高炉水砕スラグや高炉徐冷スラグ、製鋼工程で発生する転炉スラグや電気炉スラグなどの製鋼スラグを指す。ポルトランドセメントに高炉水砕スラグを混合してなる高炉セメントは、本発明では使用しない。
【００１６】
本発明で使用するポゾラン反応性物質とは、それ自体には水硬性を持たないが、ポルトランドセメントの水和反応によって生成する水酸化カルシウムと反応してカルシウムシリケート系水和物を生成する物質をさし、例えばフライアッシュ、シリカフューム、籾殻灰、粗粒アッシュ（石炭灰）、火山灰、けいそう土、珪酸白土、溶融シリカ、シラスバルーン、及びライスハスクアッシュ（もみ殻灰）などが挙げられ、これらのうちの一種又は二種以上が使用可能であり、このうち、経済性からもフライアッシュの使用が好ましい。ポゾラン反応性物質の粒子形状は、粒子の充填性や焼結反応時のネック成長のしやすさからも球状であることが好ましい。また、高炉操業時に支障となるナトリウム、カリウム、及びリン成分をなるべく含まないポゾラン反応性物質の使用が好ましい。
ポゾラン反応性物質の粒度は、ブレーン比表面積（以下、ブレーン値という）で、２５００ｃｍ２／ｇ以上が好ましく、３０００ｃｍ２／ｇ以上がより好ましい。この範囲外では、冷間強度や熱間強度の発現性が低下する場合がある。なお、熱間強度を向上する点からもポゾラン反応性物質はあらかじめ粉砕したものを使用すると良い。
【００１７】
ポルトランドセメントとポゾラン反応性物質の配合割合は、特に限定されるものではないが、ポルトランドセメント７０〜９０部とポゾラン反応性物質１０〜３０部が好ましく、ポルトランドセメント７５〜８５部とポゾラン反応性物質１５〜２５部がより好ましい。この範囲外では、冷間強度や熱間強度が充分に得られなくなる場合がある。
【００１８】
本発明では熱間強度の向上を目的として、ポルトランドセメントとポゾラン反応性物質からなる熱間強度増進固化材に対して、アルカノールアミンを使用できる。
本発明で使用するアルカノールアミンとは、構造式においてＮ−Ｒ−ＯＨ構造を有する有機化合物である。ここで、Ｒはアルキル基又はアリル基と呼ばれる原子団であり、例えば、メチレン基、エチレン基、及びｎ−プロピレン基等の直鎖型のアルキル基、イソプロピル基などの枝分かれ構造を有するアルキル基、並びに、フェニル基やベンジル基などの芳香族環を有するアリル基などが挙げられる。
また、Ｒは窒素原子と２箇所以上で結合していてもよく、Ｒの一部又は全部が環状構造であってもよい。
さらに、Ｒは複数の水酸基と結合していてもよく、アルキル基の一部に炭素や水素以外の元素、例えば、イオウ、フッ素、塩素、及び酸素等が含まれていてもよい。
このようなアルカノールアミンの例としては、エタノールアミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン、Ｎ−メチルジエタノールアミン、Ｎ，Ｎ−ジメチルエタノールアミン、Ｎ，Ｎ−ジブチルエタノールアミン、Ｎ−（２−アミノエチル）エタノールアミン、三フッ化ホウ素トリエタノールアミン、及びこれらの誘導体等が挙げられ、本発明ではこれらのうちの一種又は二種以上を使用することができる。
【００１９】
アルカノールアミンと本固化材の配合割合は、特に限定されるものではないが、本固化材に含まれるポゾラン反応性物質１００部に対してアルカノールアミン０．１〜２０部が好ましく、０．５〜１５部がより好ましい。この範囲外では、冷間強度や熱間強度が充分に得られなくなる場合がある。
【００２０】
本発明では、熱間強度をさらに向上するために減水剤をさらに使用することが好ましい。
減水剤の種類としては、アルキルアリルスルホン酸塩、ナフタレンスルホン酸塩、メラミンスルホン酸塩のホルマリン縮合物、ポリカルボン酸系高分子化合物等が挙げられ、これらの1種又は２種以上の減水剤を使用するものであり、液状、粉状のいずれも使用できる。
なかでも、Ｒ1Ｏ（Ａ１Ｏ）ｍＲ２［ただし、Ａ１Ｏは炭素数２〜３のオキシアルキレン基の１種又は２種以上の混合物であり、２種以上のときはブロック状に付加していてもランダム状に付加していてもよく、Ｒ１は炭素数２〜５のアルケニル基、Ｒ２は炭素数１〜４のアルキル基、ｍはオキシアルキレン基の平均付加モル数で２０〜１５０である］で示されるアルケニルエーテル、及びＺ［Ｏ（Ａ２Ｏ）ｎＲ３］ａ［ただし、Ｚは２〜８の水酸基で含有する化合物の残基であり、Ａ２Ｏは、炭素数２〜３のオキシアルキレン基の１種または２種以上の混合物で、２種以上のときはブロック状に付加していてもランダム状に付加していてもよく、Ｒ３は炭素数２〜５のアルケニル基、ｎはオキシアルキレン基の平均付加モル数で０または１以上の数であり、ａは２〜８である］で示されるポリアルケニルエーテルと、無水マレイン酸との共重合体からなる減水剤の使用が好ましい。
【００２１】
減水剤の使用量は、固形分で本固化材１００部に対して０.５〜８部が好ましく、１〜６部がより好ましい。０．５部未満では効果がなく、８部を超えると熱間強度の向上が少なく、不経済となる。
【００２２】
これら使用材料を混合する方法は特に限定されるものではなく、セメントクリンカーを粉砕してポルトランドセメントにする際にポゾラン反応性物質と混合粉砕する方法、あるいはペレットを製造する際に各材料を鉱石粉に対して投入混合する方法などが挙げられる。
【００２３】
本固化材の使用量は、鉱石粉１００部に対して、３〜２０部が好ましく、５〜１５部がより好ましい。この範囲未満では冷間強度と熱間強度の発現性が不良となる場合があり、この範囲より多くなると不経済となるため好ましくない。
【００２４】
水／（鉱石粉＋本固化材）比は、特に限定されるものではないが、質量比で０．０３〜０．３が好ましく、０．０５〜０．２がより好ましい。この範囲未満では冷間強度が不良となる場合があり、高炉投入後の還元反応が不良となる場合がある。この範囲を超えると、焼成後に熱収縮によるひび割れが生じて熱間強度が低下する場合がある。
【００２５】
本固化材を用いたペレットの製造には、高炉へ投入後にペレットの還元性を向上するために、コークス粉を加えることが可能である。また、ペレタイジング直後の初期強度の向上を目的に、ジエチレングリコールを加えることも可能である。
さらに、急結剤、増粘剤、収縮低減剤、及び凝結調整剤等のうちの一種又は二種以上を、本発明の目的を阻害しない範囲で使用することができる。
【００２６】
本固化材を用いたペレットの製造方法は、ペレタイジング工程と養生工程に大別される。ペレタイジング方法は特に限定されるものではなく、例えば、ドラム型やパン型の造粒機を使用したペレタイジングの他、加圧成形法、湿式加圧成形法、及び押出成形法などが挙げられる。
【００２７】
また、ペレタイジングしたペレットの養生方法は、特に限定されるものではなく、常温常圧養生の他、オートクレーブ養生、蒸気養生、湿空養生、又は加熱養生などが挙げられる。
【実施例】
【００２８】
以下、実験例に基づいて、本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００２９】
「実験例１」
表１に示す、ポルトランドセメント、ポゾラン反応性物質を配合して固化材を調製した。鉱石粉１００部に対して、調製した固化材１３部を混合し、鉱石粉と調製した固化材の合計１００部に対して、水を１５部配合して混練物を調製した。調製した混練物の５０ｇをφ４０ｍｍの金型成形ダイスに詰め、島津製作所社製、ＳＳＰ−１０Ａ型、ＦＴ−ＩＲ用プレス機を用い、成形圧力７．８ＭＰａの荷重をかけて３０秒間保持し、保持後、脱型してφ４０×１６ｍｍのペレットをペレタイジングした。
ペレタイジングしたペレットを常温常圧養生で養生し、ペレットの冷間強度と熱間強度を測定した。結果を表１に併記する。
【００３０】
＜使用材料＞
ポルトランドセメントＡ：早強ポルトランドセメント、電気化学工業社製、商品名「デンカ早強ポルトランドセメント」、ブレーン値４５００ｃｍ２／ｇ、比重３．１２、ＣａＯ ７２％、Ａｌ２Ｏ３ ５％、ＳｉＯ２ ２３％
ポルトランドセメントＢ：普通ポルトランドセメント、電気化学工業社製、商品名「デンカ普通ポルトランドセメント」、ブレーン値３１５０ｃｍ２／ｇ、比重３．１３、ＣａＯ ７２％、Ａｌ２Ｏ３ ６％、ＳｉＯ２ ２２％
ポゾラン反応性物質イ−ａ：フライアッシュ、石炭火力発電所産、ＪＩＳ ＩＩ種適合品、ブレーン値３７００ｃｍ２／ｇ、比重２．３５、ＣａＯ ６％、Ａｌ２Ｏ３ ２７％、ＳｉＯ２ ６７％
高炉水砕スラグ：新日鐵高炉セメント社製、商品名「エスメントスーパー６０Ｐ」、ブレーン値６０００ｃｍ２／ｇ、比重２．９１、ＣａＯ ４９％、Ａｌ２Ｏ３ １６％、ＳｉＯ２ ３５％
鉱石粉：鉄鉱石粉、ヘマタイト鉱、比重４．９５、篩下３ｍｍ品
水：水道水
【００３１】
＜養生方法＞
常温常圧養生：ペレットを作製後、ビニール袋に入れて口を輪ゴムで縛って封緘し、２０℃の大気圧環境下で１４日間養生した。
【００３２】
＜測定方法＞
冷間強度：作製したペレットを２０℃室温環境下で封かん養生し、材齢１４日の圧縮強度を測定した。
熱間強度：作製したペレットを２０℃室温環境下で封かん養生し、材齢１４日に、窒素雰囲気下、昇温速度１０℃／分、最高温度９００℃で焼成し、最高温度に到達後、炉内温度が２０℃になったことを確認した後に炉外へ取り出し、２０℃室温環境下で３時間放冷した後に圧縮強度を測定した。
熱間回転強度（耐磨耗性）：表１に示すポルトランドセメント、ポゾラン反応性物質を配合して固化材を調製する。鉱石粉１００部に対して、調製した固化材１３部を混合し、鉱石粉と調製した固化材の合計１００部に対して、水を１５部配合して混練物を調製した。混練物は、パン型ペレタイザーを用いてペレットを作製し、ふるいを通して、直径が１５−１１ｍｍの範囲にあるペレットを回収する。回収したペレットは、ペレットを２０℃室温環境下で封かん養生し、材齢１４日に、窒素雰囲気下、昇温速度１０℃／分、最高温度９００℃で焼成し、最高温度に到達後、炉内温度が２０℃になったことを確認した後に炉外へ取り出す。焼成後のペレットｍ０（部）をＪＩＳ Ｍ ８７２０−２００１「鉄鉱石−低温還元粉化試験方法」に準じた内径１３０ｍｍ、長さ２００ｍｍの回転ドラムへ投入し、３０±１回転／分の回転速度で合計９００回、回転させる。回転後、ペレットを回収し、２．８ｍｍのふるい上に残っている質量ｍ１（部）を測定し、次式で定義される還元粉化指数（％）を求めた。還元粉化指数（％）＝１００−ｍ１／ｍ０×１００
【００３３】
【表１】
【００３４】
表１の結果から、本固化材を使用したペレットは、熱間強度に優れていることが分かる。また、本固化材に高炉水砕スラグが含まれると、還元粉化指数は高く耐磨耗性に劣ることが分かる。すなわち、本固化材は、ポルトランドセメントとポゾラン反応性物質を適切に配合することにより、ペレットの冷間強度、熱間強度や耐磨耗性を向上させることが分かる。
【００３５】
「実験例２」
表２に示す、ポルトランドセメント、ポゾラン反応性物質、及びアルカノールアミンを配合したこと以外は実験例１と同様に行った。結果を表２に併記する。
【００３６】
＜使用材料＞
アルカノールアミンａ：トリエタノールアミン、関東化学社製、試薬特級
【００３７】
【表２】
【００３８】
表２の結果から、本固化材は、アルカノールアミンを適切に配合することによって、ペレットの冷間強度、熱間強度や耐磨耗性を向上させることが分かる。
【００３９】
「実験例３」
表３に示す、ポルトランドセメント、ポゾラン反応性物質、及びアルカノールアミンを配合したこと以外は実験例１と同様に行った。結果を表２に併記する。
【００４０】
＜使用材料＞
ポゾラン反応性物質イ−ｂ：ポゾラン反応性物質イをふるいにかけて分級し、ブレーン値２５００ｃｍ２／ｇに調整したもの。比重２．３５、ＣａＯ ６％、Ａｌ２Ｏ３ ２７％、ＳｉＯ２ ６７％
ポゾラン反応性物質イ−ｃ：ポゾラン反応性物質イをふるいにかけて分級し、ブレーン値３０００ｃｍ２／ｇに調整したもの。比重２．３５、ＣａＯ ６％、Ａｌ２Ｏ３ ２７％、ＳｉＯ２ ６７％
ポゾラン反応性物質イ−ｄ：ポゾラン反応性物質イを、振動型ボールミルを用いてブレーン値４３００ｃｍ２／ｇに粉砕したもの。比重２．３５、ＣａＯ ６％、Ａｌ２Ｏ３ ２７％、ＳｉＯ２ ６７％
ポゾラン反応性物質イ−ｅ：ポゾラン反応性物質イを、振動型ボールミルを用いてブレーン値５９００ｃｍ２／ｇに粉砕したもの。比重２．３５、ＣａＯ ６％、Ａｌ２Ｏ３ ２７％、ＳｉＯ２ ６７％
ポゾラン反応性物質イ−ｆ：ポゾラン反応性物質イを、振動型ボールミルを用いてブレーン値７１００ｃｍ２／ｇに粉砕したもの。比重２．３５、ＣａＯ ６％、Ａｌ２Ｏ３ ２７％、ＳｉＯ２ ６７％
【００４１】
【表３】
【００４２】
表３の結果から、本固化材は、ポゾラン反応性物質の比表面積を大きくすることによって、ペレットの冷間強度、熱間強度の発現性や耐磨耗性を向上させることが分かる。
【００４３】
「実験例４」
表４に示す、ポルトランドセメント、ポゾラン反応性物質、アルカノールアミンを使用したこと以外は実験例１と同様に行った。結果を表４に併記する。
【００４４】
＜使用材料＞
ポルトランドセメントＣ：中庸熱ポルトランドセメント、電気化学工業社製、商品名「デンカ中庸熱ポルトランドセメント」、ブレーン値３０５０ｃｍ２／ｇ、比重３．２０、ＣａＯ ７０％、Ａｌ２Ｏ３ ４％、ＳｉＯ２ ２６％
ポルトランドセメントＤ：低熱ポルトランドセメント、太平洋セメント社製、商品名「低熱ポルトランドセメント」、ブレーン値３４７０ｃｍ２／ｇ、比重３．２１、ＣａＯ ６９％、Ａｌ２Ｏ３ ３％、ＳｉＯ２ ２８％
ポルトランドセメントＥ：エコセメント、太平洋セメント社製、商品名「エコセメント」、ブレーン値４１００ｃｍ２／ｇ、比重３．１８、ＣａＯ ７１％、Ａｌ２Ｏ３ ９％、ＳｉＯ２ ２０％
ポルトランドセメントＦ：フライアッシュセメント、電気化学工業社製、商品名「デンカフライアッシュセメント（Ｂ種）」、ブレーン値３５００ｃｍ２／ｇ、比重２．９６、ＣａＯ ７１％、Ａｌ２Ｏ３ ５％、ＳｉＯ２ ２４％
【００４５】
【表４】
【００４６】
表４の結果から、本固化材は、ポルトランドセメントの種類に関わらず、ペレットの冷間強度、熱間強度や耐磨耗性を向上させることが分かる。
【００４７】
「実験例５」
表５に示す、ポルトランドセメント、ポゾラン反応性物質、アルカノールアミンを使用したこと以外は実験例１と同様に行った。結果を表５に併記する。
【００４８】
＜使用材料＞
ポゾラン反応性物質ロ：シリカフューム、中国産、ブレーン値２２０００ｃｍ２／ｇ、比重、ＣａＯ ０％、Ａｌ２Ｏ３ １％、ＳｉＯ２ ９９％
ポゾラン反応性物質ハ：石炭灰、石炭火力発電所産、ブレーン値４４００ｃｍ２／ｇ、比重２．３９、ＣａＯ ７％、Ａｌ２Ｏ３ １８％、ＳｉＯ２ ６０％
【００４９】
【表５】
【００５０】
表５の結果から、本固化材は、ポゾラン反応性物質の種類に関わらず、ペレットの冷間強度、熱間強度や耐磨耗性を向上させることが分かる。
【００５１】
「実験例６」
表６に示す、ポルトランドセメント、ポゾラン反応性物質、アルカノールアミンを使用したこと以外は実験例１と同様に行った。結果を表６に併記する。
【００５２】
＜使用材料＞
アルカノールアミンｂ：トリイソプロパノールアミン、関東化学社製、試薬特級
アルカノールアミンｃ：エタノールアミン、関東化学社製、試薬特級
アルカノールアミンｄ：ジエタノールアミン、関東化学社製、試薬特級
アルカノールアミンｅ：Ｎ−メチルジエタノールアミン、和光化学社製、試薬
アルカノールアミンｆ：Ｎ，Ｎ−ジメチルエタノールアミン、和光化学社製、試薬
アルカノールアミンｇ：Ｎ，Ｎ−ジ−ｎ−ブチルエタノールアミン、和光化学社製、試薬
アルカノールアミンｈ：Ｎ−アミノエチルエタノールアミン、和光化学社製、試薬
【００５３】
【表６】
【００５４】
表６の結果から、本固化材は、アルカノールアミンの種類に関わらず、ペレットの冷間強度、熱間強度や耐磨耗性を向上させることが分かる。
【００５５】
「実験例７」
表７に示す、ポルトランドセメント、ポゾラン反応性物質イ−ａ２０部、及びアルカノールアミンａ１部使用して固化材を調製し、減水剤の添加量（水溶液と固形分換算）を変えたこと以外は実験例１と同様に行った。強度の測定結果を表７に示す。
【００５６】
＜使用材料＞
減水剤：市販品（ポリアルケニルエーテルと無水マレイン酸との共重合体）、６０％水溶液
【００５７】
【表７】
【００５８】
表７の結果から、本固化材は、減水剤を添加すると、添加率に比例してペレットの冷間強度、熱間強度や耐磨耗性を向上させることが分かる。
【００５９】
「実験例８」
ポルトランドセメントＡ８０部、ポゾラン反応性物質イ−ａ２０部、及びアルカノールアミンａ１部使用して固化材を調製し、鉄鉱石粉１００部に対して、表８に示す量を混合したこと以外は実験例１と同様に行った。結果を表８に併記する。
【００６０】
【表８】
【００６１】
表８の結果から、本固化材を鉱石粉に適切な量を配合することで、優れたペレットの冷間強度、熱間強度や耐磨耗性が得られることが分かる。
【００６２】
「実験例９」
ポルトランドセメントＡ８０部、ポゾラン反応性物質イ−ａ２０部、及びアルカノールアミンａ１部使用して固化材を調製し、鉄鉱石粉１００部に対して、調製した固化材１３部を混合し、鉄鉱石粉と調製した固化材の合計に対する質量比で、表８に示す水を配合したこと以外は実験例１と同様に行った。結果を表９に併記する。
【００６３】
【表９】
【００６４】
表９の結果から、本固化材の水/（鉱石粉+本固化材）比を適切な範囲にすることによって、優れたペレットの冷間強度、熱間強度や耐磨耗性が得られることが分かる。
【００６５】
「実験例１０」
ポルトランドセメントＡ８０部、ポゾラン反応性物質イ２０部、及びアルカノールアミンａ１部使用して固化材を調製し、鉄鉱石粉１００部に対して、調製した固化材１３部を混合し、鉄鉱石と調製した固化材の合計１００部に対して、水１５部を配合してペレットを作製した。
作製したペレットのペレタイジング後の養生方法を表１０に示すとおり変えたこと以外は、実験例１と同様に行なった。結果を表１０に併記する。
【００６６】
＜養生方法＞
蒸気養生 ：ペレットをペレタイジング後、２時間前置きした後、昇温１５℃／分、最高温度７０℃で３時間保持の条件で蒸気養生した。翌日、養生槽から取り出し、２０℃環境下で１３日間養生した。
オートクレーブ養生：ペレットをペレタイジング後、気圧窯へ投入し、蒸気圧１０気圧、温度１７０℃の環境下で６時間養生した。養生後、２０℃の室温環境下で１４日まで養生した。
湿空養生：ペレットをペレタイジング後、湿度１００％、２０℃の室温環境下で１４日間養生した。
加熱養生：ペレットをペレタイジング後、封かんして２０℃室温環境下で１日養生し、その後、４０℃の乾燥機中で１３日間養生した。
【００６７】
【表１０】
【００６８】
表１０の結果から、本固化材は、養生方法に関わらず、ペレットの冷間強度、熱間強度の発現性や耐磨耗性を向上させることが分かる。
【産業上の利用可能性】
【００６９】
本発明の鉱石粉の熱間強度増進固化材、それを用いたペレット及びその製造方法によれば、冷間強度が従来の固化材と同等以上であり、かつ、熱間強度の発現性に優れている鉱石粉のペレットが得られるので、製鉄所、製鋼工場、及び非鉄精錬所などで発生する集じんダストのペレタイジングに好適に使用できる。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポルトランドセメント７０〜９０質量部とポゾラン反応性物質１０〜３０質量部とを含有してなり、スラグを含まない鉱石粉の熱間強度増進固化材。
【請求項２】
ポゾラン反応性物質がフライアッシュである請求項１に記載の熱間強度増進固化材。
【請求項３】
ポゾラン反応性物質の比表面積が２５００ｃｍ２／ｇ以上である請求項１又は請求項２に記載の熱間強度増進固化材。
【請求項４】
ポルトランドセメントが早強ポルトランドセメントである請求項１〜３のいずれか１項に記載の熱間強度増進固化材。
【請求項５】
アルカノールアミンを含有する請求項１〜４のいずれか１項に記載の熱間強度増進固化材。
【請求項６】
アルカノールアミンの含有量がポゾラン反応性物質１００質量部に対して０．１〜２０質量部である請求項６に記載の熱間強度増進固化材。
【請求項７】
減水剤を含有してなる請求項１〜６のいずれか１項に記載の鉱石粉の熱間強度増進固化材。
【請求項８】
減水剤が固形分で固化材１００質量部に対して０．５〜８質量部である請求項７に記載の鉱石粉の熱間強度増進固化材。
【請求項９】
減水剤が、Ｒ１Ｏ（Ａ１Ｏ）ｍＲ２［ただし、Ａ１Ｏは炭素数２〜３のオキシアルキレン基の１種又は２種以上の混合物であり、２種以上のときはブロック状に付加していてもランダム状に付加していてもよく、Ｒ１は炭素数２〜５のアルケニル基、Ｒ２は炭素数１〜４のアルキル基、ｍはオキシアルキレン基の平均付加モル数で２０〜１５０である］で示されるアルケニルエーテル、及びＺ［Ｏ（Ａ２Ｏ）ｎＲ３］ａ［ただし、Ｚは２〜８の水酸基で含有する化合物の残基であり、Ａ２Ｏは、炭素数２〜３のオキシアルキレン基の１種又は２種以上の混合物で、２種以上のときはブロック状に付加していてもランダム状に付加していてもよく、Ｒ３は炭素数２〜５のアルケニル基、ｎはオキシアルキレン基の平均付加モル数で０または１以上の数であり、ａは２〜８である］で示されるポリアルケニルエーテルと、無水マレイン酸との共重合体からなる請求項７又は８に記載の鉱石粉の熱間強度増進固化材。
【請求項１０】
鉱石粉、請求項１〜９のうちのいずれか１項に記載の鉱石粉の熱間強度増進固化材、及び水を含有してなることを特徴とするペレット。
【請求項１１】
固化材が鉱石粉１００質量部に対して３〜２０質量部である請求項１０記載のペレット。
【請求項１２】
水／（鉱石粉＋熱間強度増進固化材）比（質量）が、０．０３〜０．３である請求項１０又は１１のペレット。
【請求項１３】
鉱石粉、請求項１〜９のうちいずれか１項に記載の鉱石粉の熱間強度増進固化材、及び水を混合したものをペレタイジングし、養生することを特徴とするペレットの製造方法。
【請求項１４】
固化材を鉱石粉１００質量部に対して３〜２０質量部混合する請求項１３に記載のペレットの製造方法。
【請求項１５】
水／（鉱石粉＋固化材）比（質量）が０．０３〜０．３である請求項１３又は１４に記載のペレットの製造方法。
【請求項１】
ポルトランドセメント７０〜９０質量部とポゾラン反応性物質１０〜３０質量部とを含有してなり、スラグを含まない鉱石粉の熱間強度増進固化材。
【請求項２】
ポゾラン反応性物質がフライアッシュである請求項１に記載の熱間強度増進固化材。
【請求項３】
ポゾラン反応性物質の比表面積が２５００ｃｍ２／ｇ以上である請求項１又は請求項２に記載の熱間強度増進固化材。
【請求項４】
ポルトランドセメントが早強ポルトランドセメントである請求項１〜３のいずれか１項に記載の熱間強度増進固化材。
【請求項５】
アルカノールアミンを含有する請求項１〜４のいずれか１項に記載の熱間強度増進固化材。
【請求項６】
アルカノールアミンの含有量がポゾラン反応性物質１００質量部に対して０．１〜２０質量部である請求項６に記載の熱間強度増進固化材。
【請求項７】
減水剤を含有してなる請求項１〜６のいずれか１項に記載の鉱石粉の熱間強度増進固化材。
【請求項８】
減水剤が固形分で固化材１００質量部に対して０．５〜８質量部である請求項７に記載の鉱石粉の熱間強度増進固化材。
【請求項９】
減水剤が、Ｒ１Ｏ（Ａ１Ｏ）ｍＲ２［ただし、Ａ１Ｏは炭素数２〜３のオキシアルキレン基の１種又は２種以上の混合物であり、２種以上のときはブロック状に付加していてもランダム状に付加していてもよく、Ｒ１は炭素数２〜５のアルケニル基、Ｒ２は炭素数１〜４のアルキル基、ｍはオキシアルキレン基の平均付加モル数で２０〜１５０である］で示されるアルケニルエーテル、及びＺ［Ｏ（Ａ２Ｏ）ｎＲ３］ａ［ただし、Ｚは２〜８の水酸基で含有する化合物の残基であり、Ａ２Ｏは、炭素数２〜３のオキシアルキレン基の１種又は２種以上の混合物で、２種以上のときはブロック状に付加していてもランダム状に付加していてもよく、Ｒ３は炭素数２〜５のアルケニル基、ｎはオキシアルキレン基の平均付加モル数で０または１以上の数であり、ａは２〜８である］で示されるポリアルケニルエーテルと、無水マレイン酸との共重合体からなる請求項７又は８に記載の鉱石粉の熱間強度増進固化材。
【請求項１０】
鉱石粉、請求項１〜９のうちのいずれか１項に記載の鉱石粉の熱間強度増進固化材、及び水を含有してなることを特徴とするペレット。
【請求項１１】
固化材が鉱石粉１００質量部に対して３〜２０質量部である請求項１０記載のペレット。
【請求項１２】
水／（鉱石粉＋熱間強度増進固化材）比（質量）が、０．０３〜０．３である請求項１０又は１１のペレット。
【請求項１３】
鉱石粉、請求項１〜９のうちいずれか１項に記載の鉱石粉の熱間強度増進固化材、及び水を混合したものをペレタイジングし、養生することを特徴とするペレットの製造方法。
【請求項１４】
固化材を鉱石粉１００質量部に対して３〜２０質量部混合する請求項１３に記載のペレットの製造方法。
【請求項１５】
水／（鉱石粉＋固化材）比（質量）が０．０３〜０．３である請求項１３又は１４に記載のペレットの製造方法。
【公開番号】特開２０１０−４７７９４（Ｐ２０１０−４７７９４Ａ）
【公開日】平成２２年３月４日（２０１０．３．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２１１６６７（Ｐ２００８−２１１６６７）
【出願日】平成２０年８月２０日（２００８．８．２０）
【出願人】（０００００３２９６）電気化学工業株式会社 (1,539)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年３月４日（２０１０．３．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年８月２０日（２００８．８．２０）
【出願人】（０００００３２９６）電気化学工業株式会社 (1,539)
【Ｆターム（参考）】
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