成果報告書詳細
管理番号20100000001027
タイトル平成21年度成果報告書 省エネルギー革新技術開発事業/実用化開発(事前研究)/「セメントクリンカ低温焼成技術の事前研究」
公開日2010/9/3
報告書年度2009 - 2009
委託先名太平洋セメント(株)
プロジェクト番号P09015
部署名省エネルギー技術開発部 契約・管理・調整グループ
和文要約1.目的 我国のセメント産業は、国内の温室効果ガス総排出量の約4%に相当するCO2を排出しており、その排出量削減対策は重要な課題である。一方、セメント産業は徹底したエネルギー利用効率改善対策を実施した結果、生産に要するエネルギー効率は世界でもトップクラスとなり、その対策は限界に達しつつある。そこでCO2削減のため革新的な省エネルギー対策が必要である。 セメント製造にて消費されるエネルギーの約80%を占める焼成工程の省エネルギーが最重要課題となる。この対策として、1450℃以上にも達するクリンカ鉱物の生成温度を鉱化剤等を使用し低温化する焼成技術を開発する。本研究はそのための課題の明確化を目的とする。 2.実施内容と結果 2.1鉱化剤使用によるセメント焼成温度低減技術の可能性 文献・特許等を調査した結果、鉱化剤はCaF2またはCaF2およびCaSO4を併用する場合が殆どであり、その他鉱化剤としてはZnO、CuO、NiOなどであった。鉱化剤使用時の焼成温度低減は100-200℃であり、エネルギー原単位は約2-5%低減すると推定された。鉱化剤添加量の増加につれ、凝結遅延や初期強度低下などのセメント品質に及ぼす影響が顕著となるケースや、鉱化剤の揮発により、サイクロン閉塞などの製造プロセス上の問題点が起こるケースも一部で確認された。しかしながら、品質設計およびプロセスの最適化により鉱化剤使用による低温焼成技術の実用化が可能であると考えられる。 2.2鉱化剤使用による環境影響評価 排ガス中のNOxは従来と比較して、焼成温度の低下に伴い減少したとの報告が殆どであるが、変わらないとの報告もあった。排ガス中に含まれる鉱化剤成分(SOx、フッ素:F)は、従来と同程度であり、排ガス中の有害成分については、特に問題ないものと考えられる。セメント製品およびコンクリート製品の環境影響に関する情報は得られなかった。実用化に際して、これら環境情報の収集は今後の課題となる。 2.3鉱化剤成分含有の産業廃棄物利用の可能性 CaF2含有産業廃棄物の鉱化剤としての利用可能性について調査した。CaF2を含む産業廃棄物とし、回収CaF2、CaF2含有汚泥およびF含有廃液がある。回収CaF2は品質が天然品同等であるが価格は高い。F含有廃液はF含有率の低く水分が多いことから利用は難しい。CaF2含有汚泥は品質および価格の条件が揃えば利用可能と考えられる。 2.4鉱化剤使用以外の技術によるセメント焼成温度低減技術の可能性 鉱化剤使用以外による焼成温度低減方法として、セメントの鉱物組成の変更によりCaO量低減、低温焼成を可能とし、CO2を削減する方法がある。その具体的手段としてエーライト量(3CaO・SiO2)を減少し、ビーライト量(2CaO・SiO2)を増加する方法がある。しかしながら、このままでは短期強度が低下する。この改善策として、ビーライトの活性化、短期強度を発現する鉱物の共存または添加等の方法が検討されている。課題として、流動性などのセメント品質の設計、設備の最適化も含めた製造コスト低減などが考えられる。 3.今後の課題 ・鉱化剤(添加量最適化、焼成温度低減効果の把握、強度向上効果の把握、環境影響把握、調達) ・鉱化剤の活用による省エネルギーの実用化 
英文要約Summary of the Report on the Outcome of Commissioned Research in FY2009 (09002698-0)Innovative Energy Saving Technology Development: Development of practical application (preliminary study) "Preliminary Study on Low-Temperature Firing of Cement Clinker"
1. Objectives Japan's cement industry discharges the amount of CO2 equivalent to approx. 4% of the nation's total greenhouse gas emissions. It is the industry's urgent priority task to formulate countermeasures.The thorough implementation of measures for improving energy use efficiency has brought the industry's production-related energy efficiency to the world's highest levels, with the scale of improvement nearing its limit. It has therefore become necessary to adopt innovative energy saving measures for CO2 mitigation. The top-priority task is to achieve energy efficiency in the firing process, which accounts for approx. 80% of energy use in cement production. Mineralizers and other materials may be used to reduce the temperature for generating clinker minerals, which reaches as high as 1450 degrees Celsius. This study is aimed at identifying tasks surrounding this approach. 2. Study content and outcome 2.1 Possible use of mineralizers to reduce the cement firing temperature Past studies and patents point to the use of CaF2 or CaF2 combined with CaSO4 as mineralizers. Other mineralizers include ZnO, CuO and NiO. When such mineralizers are used, the firing temperature may be reduced by 100 to 200 degrees Celsius, thereby reducing energy by 2 - 5% in the specific energy consumption. In some cases, increasing the amount of mineralizers to be added causes clear adverse effects on cement quality (e.g. slow setting time and compromised initial strength), or led to the vaporization of mineralizers to initiate cyclone clogging and other manufacturing process issues. Yet, it appears still possible to make practical use of low-temperature firing technology through quality design and process optimization. 2.2 Using mineralizers to assess the environmental impact While most tests reported reduction in the amount of NOx in emission gas when the firing temperature was lowered, some reports indicated no change. The mineralizer content of emission gas (SOx, F) was unchanged, creating no issues in terms of harmful components. The study did not provide information on the environmental impact of cement or concrete products. Gathering such environmental information remains to be a future task. 2.3 Possible use of industrial waste containing mineralizers The study examined the possible use of industrial waste containing CaF2 as a mineralizer. Industrial waste containing CaF2 includes recovered CaF2, CaF2-containing sludge and F-containing waste liquid. Recovered CaF2 has the quality equivalent to natural mineralizers but is expensive. F-containing waste liquid has a low F content and high water content, making its practical use difficult. CaF2-containing sludge, however, could be used as long as quality and price conditions are met. 2.4 Using non-mineralizer technology to reduce the cement firing temperature Non-mineralizer approaches to lower firing temperature include the method to change cement's mineral composition to reduce CaO content and enable low-temperature firing. More specifically, the amount of alite (3CaO-SiO2) is reduced while the amount of blite (2CaO-SiO2) is increased. However, since this approach compromises short-term strength, efforts are made to activate blite and combine
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