Search Thermo Fisher Scientific
セメント分析および製造情報
セメント製造プロセス
セメント製造プロセスは、採石場から石灰岩と粘土を抽出することから始まります。その後、材料を混合し、粉砕してキルンに送ります。キルンへの投入後、クリンカーは冷却され、出荷準備が整う前に最終的な粉砕方法を実行します。もっとも一般的なセメントの種類であるポートランドセメントは、用途に応じてさまざまな強度と色のものが配合されています。セメント組成は、お客様のご要望に基づいており、それぞれのレシピで異なる元素化学を必要とします。
ここでは、セメント製造の5つの段階と、採石場からサイロ、顧客まで、化学的性質の逸脱を最小限に抑えながら一貫した原材料品質を維持するための手順について説明します。
セメントプロセスの最初のステップは、土から石灰岩と粘土を抽出することです。セメントの主要な元素成分は、Ca、Al、Fe、Siです。しかし、MgOなどの不要な成分や、Na、K、硫黄などのアルカリが、石灰岩、粘土、および砂の中に存在し、プロセスに悪影響を与え、採石場の採掘能力を低下させることがあります。このような場合、PGNAA技術を使用したオンライン元素分析計を使用することで、エンドユーザーは石灰岩中のMgOレベルを監視し、それに応じて調整することができます。
ベルトスケールは、採掘される材料の量を測定するのに役立ちます。トランプメタル検出器は、原材料中の不要な金属を検出するのに役立ちます。これは、安全性とコンベヤーベルトの保護にとって非常に重要です。さらに、携帯型XRF分析計を使用して、採石場エリアや採取されたサンプルを迅速に測定できます。
| 原材料の抽出 | 必要な成分は次のとおりです |
| •• 石灰石 | • CaO |
| • 粘土 | • Al2O3 |
| • Fe2O3 | |
| • SiO2 |
土から原料を抽出した後、粒径を微細化するため破砕されます。原料は特殊な山に貯蔵され、セメント組成のばらつきを低減するために混合されます。この原料混合物の比率は、採石場内の石灰石および原料の元素組成に依存します。その後、その原料はレーキから回収され、原料混合配分エリアと呼ばれる別の制御点に輸送するコンベヤーに供給されます。
石灰石および粘土を補うためには、「添加物」と呼ばれる追加の原材料が必要です。一般的に、これらの添加物は砂および鉄鉱石ですが、泥灰土、頁岩、フライアッシュなどの他の種類の原材料も使用されています。セメントの組成は、採石場における石灰石の品質や、その地域での添加物の入手状況によって、プラントごとに異なります。これらの添加剤は、石灰石と一緒に貯蔵ビンから原料ミルに供給されます。セメントプロセスの非常に重要なステップは、これらの材料を原料ミルに比例的に供給して、これらの原料を適切に「混合」できるようにすることです。このプロセスは、さまざまな種類のセメントを作るための「レシピ」と考えることができます。一般的に、セメント業界のお客様は石灰飽和度（LSF）、シリカ係数（SM）、および鉄率（IM）の制御を求めています。原料（キルンフィードと呼ばれる）は、乾燥チャンバーと粉砕チャンバーで構成される原料ミルに投入されます。このプロセスに必要な熱は、キルンからの再循環熱と、クリンカークーラーからの再循環熱によるものです。
次に、キルンフィードは、温度が約1400℃に達する大型の化学反応チャンバーである回転キルンに供給されます。これにより、クリンカー成分C3A、C4AF、C2S、およびC3Sが形成されます。熱源は石炭、天然ガス、バイオ燃料のいずれかです。さらに、均一な混合物により、高品質のクリンカー製造が可能となり、キルンのエネルギー消費を削減でき、キルン内側を覆う耐火レンガの寿命を延ばすことができます。また、均一性はキルンに大きな影響を与えるため、混合物の均一性が非常に重要です。
石炭は世界中のセメント工場の約90％で使用されており、キルン内の加熱に必要なエネルギーを供給します。PGNAA技術を使用したオンライン石炭分析計は、石炭の灰分に加えて、特定のGCVへの石炭混合を制御するために使用されます。これにより、原料もプロセスに追加されます。これにより、セメント製造業者は低コストの石炭を高コストの石炭と「混合」して、燃料のコストをさらに節約し、キルン内への一貫した供給を可能にします。さらに、ベルトスケールとトランプメタル検出器は、生産性と安全性に価値をもたらします。
キルン前のセメント製造プロセスは原料の元素構成と比率に重点を置いていますが、クリンカーが生産されると、これらの元素が形成する分子に焦点が移ります。たとえば、原料混合物に鉄（Fe）が含まれており、原料混合物の一定の割合で必要とされています。しかし、クリンカーに含まれる鉄はFe2O3、FeOまたはFe3O4の形で存在することがあり、それぞれの濃度は色や強度などのセメントの物理的特性において重要な役割を果たします。
セメント分析手順はXRF分析計を使用して実行できますが、相の同定にはXRDプラットフォームを使用します。最終段階では、冷却したクリンカーを微粒子に粉砕し、石膏を加えてセメントの硬化時間を制御します。この工程では鉱物も非常に重要であるため、XRD技術を用いてラボで測定します。
セメントプロセスの最初のステップは、土から石灰岩と粘土を抽出することです。セメントの主要な元素成分は、Ca、Al、Fe、Siです。しかし、MgOなどの不要な成分や、Na、K、硫黄などのアルカリが、石灰岩、粘土、および砂の中に存在し、プロセスに悪影響を与え、採石場の採掘能力を低下させることがあります。このような場合、PGNAA技術を使用したオンライン元素分析計を使用することで、エンドユーザーは石灰岩中のMgOレベルを監視し、それに応じて調整することができます。
ベルトスケールは、採掘される材料の量を測定するのに役立ちます。トランプメタル検出器は、原材料中の不要な金属を検出するのに役立ちます。これは、安全性とコンベヤーベルトの保護にとって非常に重要です。さらに、携帯型XRF分析計を使用して、採石場エリアや採取されたサンプルを迅速に測定できます。
| 原材料の抽出 | 必要な成分は次のとおりです |
| •• 石灰石 | • CaO |
| • 粘土 | • Al2O3 |
| • Fe2O3 | |
| • SiO2 |
土から原料を抽出した後、粒径を微細化するため破砕されます。原料は特殊な山に貯蔵され、セメント組成のばらつきを低減するために混合されます。この原料混合物の比率は、採石場内の石灰石および原料の元素組成に依存します。その後、その原料はレーキから回収され、原料混合配分エリアと呼ばれる別の制御点に輸送するコンベヤーに供給されます。
石灰石および粘土を補うためには、「添加物」と呼ばれる追加の原材料が必要です。一般的に、これらの添加物は砂および鉄鉱石ですが、泥灰土、頁岩、フライアッシュなどの他の種類の原材料も使用されています。セメントの組成は、採石場における石灰石の品質や、その地域での添加物の入手状況によって、プラントごとに異なります。これらの添加剤は、石灰石と一緒に貯蔵ビンから原料ミルに供給されます。セメントプロセスの非常に重要なステップは、これらの材料を原料ミルに比例的に供給して、これらの原料を適切に「混合」できるようにすることです。このプロセスは、さまざまな種類のセメントを作るための「レシピ」と考えることができます。一般的に、セメント業界のお客様は石灰飽和度（LSF）、シリカ係数（SM）、および鉄率（IM）の制御を求めています。原料（キルンフィードと呼ばれる）は、乾燥チャンバーと粉砕チャンバーで構成される原料ミルに投入されます。このプロセスに必要な熱は、キルンからの再循環熱と、クリンカークーラーからの再循環熱によるものです。
次に、キルンフィードは、温度が約1400℃に達する大型の化学反応チャンバーである回転キルンに供給されます。これにより、クリンカー成分C3A、C4AF、C2S、およびC3Sが形成されます。熱源は石炭、天然ガス、バイオ燃料のいずれかです。さらに、均一な混合物により、高品質のクリンカー製造が可能となり、キルンのエネルギー消費を削減でき、キルン内側を覆う耐火レンガの寿命を延ばすことができます。また、均一性はキルンに大きな影響を与えるため、混合物の均一性が非常に重要です。
石炭は世界中のセメント工場の約90％で使用されており、キルン内の加熱に必要なエネルギーを供給します。PGNAA技術を使用したオンライン石炭分析計は、石炭の灰分に加えて、特定のGCVへの石炭混合を制御するために使用されます。これにより、原料もプロセスに追加されます。これにより、セメント製造業者は低コストの石炭を高コストの石炭と「混合」して、燃料のコストをさらに節約し、キルン内への一貫した供給を可能にします。さらに、ベルトスケールとトランプメタル検出器は、生産性と安全性に価値をもたらします。
キルン前のセメント製造プロセスは原料の元素構成と比率に重点を置いていますが、クリンカーが生産されると、これらの元素が形成する分子に焦点が移ります。たとえば、原料混合物に鉄（Fe）が含まれており、原料混合物の一定の割合で必要とされています。しかし、クリンカーに含まれる鉄はFe2O3、FeOまたはFe3O4の形で存在することがあり、それぞれの濃度は色や強度などのセメントの物理的特性において重要な役割を果たします。
セメント分析手順はXRF分析計を使用して実行できますが、相の同定にはXRDプラットフォームを使用します。最終段階では、冷却したクリンカーを微粒子に粉砕し、石膏を加えてセメントの硬化時間を制御します。この工程では鉱物も非常に重要であるため、XRD技術を用いてラボで測定します。
製品品質の向上、効率アップ、コスト削減、そしてより安全でクリーンなセメント製造ラインを実現するのに必要な情報をすべて掲載しています。無料eBookセメント製造プロセスと製造方法改善のための実践ガイドをぜひダウンロードしてください。
PGNAAまたはPFTNA技術をベースとしたオンライン元素分析計は、セメント、石炭、および鉄鋼の生産者が一貫した原材料品質を達成し、効率を高め、生産コストを削減するのに役立ちます。
PGNAAおよびPFTNA技術の仕組みの詳細については、無料のeBook科学者以外のためのPGNAAおよびPFTNA技術のガイドをダウンロードしてください。
セメントの製造および生産に関する最新のトピックに関するニュースと情報については、先端鉱業のブログをご覧ください。元素オンライン分析計、X線分析計、ベルトスケール、計量ベルトフィーダー、レベルセンサーおよびインジケータ、衝撃測定器、排気筒ガス検出器、材料保管追跡ソフトウェアなど、セメントプロセスで使用される技術および装置について説明します。
完全な規制順守を保証
セメント製造は、全世界のCO2排出量の5％を占めています。排出量の60％は、高温での原材料の変化・変質によるものであり、40％はセメントキルンを1500℃に加熱するために必要な燃焼によるものです。そのため、セメントプラントが規制要件を満たすためには、排出量モニタリングが非常に重要です。中国には、不要な排出量の一部を抑制するため、セメント工場の稼動を年間9カ月に制限している省もあります。セメントプラントでは、CO2、NOx、SOx、Hgなどの有害物質、ならびに他の粒子状物質を監視するための連続排気監視システムが不可欠です。
ポートランドセメントの種類
- タイプ I - 他のタイプに指定された特殊な特性が不要な場合に使用します。
- タイプIA - タイプ I と同じ用途のエアエントレーニングセメントで、空気混入が必要。
- タイプII - 一般的な使用に適しており、特に中程度の硫酸塩耐性が必要な場合に適しています。
- タイプIIA - タイプ II と同じ用途のエアエントレーニングセメントで、空気混入が必要。
- タイプII（MH） - 一般的な使用に適しており、特に中程度の水和熱と中程度の硫酸塩耐性が必要な場合に適しています。
- タイプII（MH）A - タイプ II（MH）と同じ用途のエアエントレーニングセメントで、空気混入が必要。
- タイプIII - 高い初期強度が必要な場合に使用します。
- タイプIIIA - タイプ III と同じ用途のエアエントレーニングセメントで、空気混入が必要。
- タイプIV - 低い水和熱が必要な場合に使用します。
- タイプV - 高い硫酸塩耐性が必要な場合に使用します。
ブログ記事：自動化によるクリンカー品質の向上
Cement, Coal and Minerals Resource Library
Access a targeted collection of scientific application notes, case studies, videos, webinars and white papers for the coal, minerals, and cement industries.