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JP7769564B2 - Cement composition and method for producing cement composition - Google Patents
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JP7769564B2 - Cement composition and method for producing cement composition - Google Patents

Cement composition and method for producing cement composition

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Description

本開示は、セメント組成物、及び、セメント組成物の製造方法に関する。 The present disclosure relates to a cement composition and a method for producing a cement composition.

低炭素化を推進する取り組みとして、製造に係るCO排出量の大きな普通ポルトランドセメントの一部を混合材によって置換したセメント組成物が使用されている。石灰石は、セメントに添加される混合材として、入手しやすく、安価でもあるため、広く使用されている。現状、普通ポルトランドセメントに添加される混合材の配合量は、JIS規格によって5質量%以下と定められている。 As part of efforts to promote low-carbon society, cement compositions are being used in which a portion of ordinary Portland cement, which has a large CO2 emission associated with its production, is replaced with admixtures. Limestone is widely used as an admixture to be added to cement because it is readily available and inexpensive. Currently, the amount of admixture to be added to ordinary Portland cement is stipulated by JIS standards as 5% by mass or less.

しかし、地球温暖化防止及び低炭素化の観点から、セメントクリンカの使用量を減じるため、セメントクリンカの混合材による置換割合を更に増加させることが望まれている。例えば、非特許文献1では、混合材の配合量をJIS規格での規定量である5質量%を超える量配合することについて検討が行われている。しかし、石灰石の添加量を10質量%まで増加させると、初期及び長期の圧縮強さが低下することが示されている。 However, from the perspective of preventing global warming and achieving low carbon emissions, it is desirable to further increase the proportion of cement clinker replaced with admixtures in order to reduce the amount of cement clinker used. For example, Non-Patent Document 1 investigates the mixing of admixture amounts in excess of the 5% by mass specified by the JIS standard. However, it has been shown that increasing the amount of limestone added to 10% by mass results in a decrease in both early and long-term compressive strength.

また、混合材自体についても、天然資源である石灰石に加えて、廃棄物及び産業副産物の中から使用可能な成分を用いることで、セメント組成物を製造する際の総CO排出量を低減することが試みられている。このような成分としては、フライアッシュ、高炉スラグ、及びシリカフューム等の産業副産物が使用されている。 Furthermore, attempts have been made to reduce the total CO2 emissions during the production of cement compositions by using components that can be used from waste materials and industrial by-products in addition to limestone, a natural resource. Such components include industrial by-products such as fly ash, blast furnace slag, and silica fume.

フライアッシュは、石炭火力発電所から排出される副産物であるが、ポゾラン反応性を有することが知られている。フライアッシュを混和したセメント組成物は硬化によって優れた耐久性及び強度を示す硬化体を提供し得ることから、広く使用されている。 Fly ash is a by-product emitted from coal-fired power plants and is known to have pozzolanic activity. Cement compositions incorporating fly ash are widely used because they can provide hardened bodies that exhibit excellent durability and strength upon hardening.

すでに利用されている上述の産業副産物に加えて、混合材として使用可能な新たな材料の探索が行われている。その他の廃棄物等をセメント組成物への混合材として利用することができれば、環境負荷の更なる低減、セメント組成物の使用目的に応じた混合材の選択の幅を増やすことができ、循環型社会の形成に寄与し得る。これまで、実用段階で混合材としての利用実績の少ない廃棄物としては、例えば、廃FCC触媒などが挙げられる。廃FCC触媒は、粒度の比較的大きな細骨材としての利用は見られるものの、混合材として使用した場合の検討は十分に行われているとはいえない(例えば、特許文献1等)。 In addition to the industrial by-products already in use, as mentioned above, new materials that can be used as admixtures are being explored. If other waste materials could be used as admixtures in cement compositions, it would be possible to further reduce the environmental impact and expand the range of admixture options depending on the intended use of the cement composition, thereby contributing to the creation of a recycling-oriented society. An example of waste that has not yet seen much practical use as an admixture is waste FCC catalyst. While waste FCC catalyst has been used as a fine aggregate with a relatively large particle size, its use as an admixture has not been fully investigated (see, for example, Patent Document 1).

特開2017-122550号公報JP 2017-122550 A

中口歩香他、“少量混合成分を増量したセメントの品質評価”、セメント技術大会講演要旨、2018、p.270-271Ayuka Nakaguchi et al., "Quality Evaluation of Cement with Increased Amounts of Minor Mixture Components," Abstracts of the Cement Technology Conference, 2018, pp. 270-271

本発明者らの検討したところによれば、廃FCC触媒を用いて、石灰石の一部を置換した場合、セメント組成物を硬化して得られる硬化体の圧縮強さが十分に発揮されない場合が生じ得る。 According to the inventors' investigations, when limestone is partially replaced with spent FCC catalyst, the compressive strength of the hardened body obtained by hardening the cement composition may not be sufficient.

本開示は、廃FCC触媒を混合材として利用することで環境負荷低減に寄与することが可能であり、且つ、優れた初期圧縮強さを発揮し得るセメント組成物及びその製造方法を提供することを目的とする。 The purpose of this disclosure is to provide a cement composition and a method for producing the same that can contribute to reducing environmental impact by using waste FCC catalyst as an admixture and exhibit excellent early compressive strength.

本開示の一側面は、セメントクリンカ、石膏、及び廃FCC触媒を含み、上記廃FCC触媒のブレーン比表面積が4000cm/g以上である、セメント組成物を提供する。 One aspect of the present disclosure provides a cement composition comprising cement clinker, gypsum, and a spent FCC catalyst, wherein the spent FCC catalyst has a Blaine specific surface area of 4000 cm 2 /g or more.

上記セメント組成物は、廃FCC触媒を混合材として使用することから環境負荷低減に寄与することが可能であり、所定のブレーン比表面積を有する廃FCC触媒を用いることで、優れた初期の圧縮強さを発揮し得る。 The above cement composition uses waste FCC catalyst as an admixture, which can contribute to reducing the environmental impact, and by using waste FCC catalyst with a specified Blaine specific surface area, it can exhibit excellent early compressive strength.

上記廃FCC触媒の塩酸による不溶残分が85質量%以下であり、RO量が0.70質量%以下であってよい。 The spent FCC catalyst may have an insoluble residue in hydrochloric acid of 85% by mass or less and an R 2 O content of 0.70% by mass or less.

上記廃FCC触媒が、酸処理物、アルカリ処理物、及び加熱処理物のいずれかであってよい。廃FCC触媒が酸処理又はアルカリ処理を経たものであることで、ポゾラン反応を阻害する金属等が低減され、初期の圧縮強さをより向上し得る。また、廃FCC触媒が加熱処理物であることで、廃FCC触媒に残存し得る粘土鉱物の結晶状態を非晶質状態に変化させることで、ポゾラン反応の促進に寄与させ、初期の圧縮強さをより向上し得る。 The above-mentioned waste FCC catalyst may be acid-treated, alkali-treated, or heat-treated. When the waste FCC catalyst has undergone acid or alkali treatment, metals that inhibit the pozzolanic reaction are reduced, and the initial compressive strength can be further improved. Furthermore, when the waste FCC catalyst is heat-treated, the crystalline state of any clay minerals that may remain in the waste FCC catalyst is changed to an amorphous state, which contributes to promoting the pozzolanic reaction and can further improve the initial compressive strength.

上記セメント組成物は石灰石を更に含み、上記廃FCC触媒及び上記石灰石の合計量が5.0質量%超30.0質量%以下であり、上記廃FCC触媒の含有量が、上記廃FCC触媒及び上記石灰石の合計量を基準として、0.1~90質量%であってよい。セメント組成物が石灰石(炭酸カルシウム)を含むことで、セメントクリンカの代替率をより高めることが可能であり、環境負荷低減の観点からより好ましい。また、石灰石を所定量で含むことによって、セメントクリンカの反応性を向上させ、初期の圧縮強さをより向上し得る。 The cement composition further contains limestone, and the total amount of the spent FCC catalyst and the limestone is more than 5.0 mass% and not more than 30.0 mass%, and the content of the spent FCC catalyst may be 0.1 to 90 mass% based on the total amount of the spent FCC catalyst and the limestone. By including limestone (calcium carbonate) in the cement composition, it is possible to further increase the cement clinker replacement rate, which is preferable from the perspective of reducing the environmental load. Furthermore, by including a specified amount of limestone, the reactivity of the cement clinker can be improved, and the initial compressive strength can be further improved.

本開示の一側面は、廃FCC触媒の粒度を調整し、上記廃FCC触媒のブレーン比表面積を4000cm/g以上とする工程と、上記廃FCC触媒と、セメントクリンカ及び石膏とを混合する工程と、を含む、セメント組成物の製造方法を提供する。 One aspect of the present disclosure provides a method for producing a cement composition, comprising: a step of adjusting the particle size of a spent FCC catalyst to make the Blaine specific surface area of the spent FCC catalyst 4000 cm 2 /g or more; and a step of mixing the spent FCC catalyst with cement clinker and gypsum.

上記セメント組成物の製造方法は、廃FCC触媒を配合していることから、環境負荷低減に寄与し得るセメント組成物を製造可能である。また、上記製造方法においては、廃FCC触媒のブレーン比表面積が所定値以上になるように粒度を調整する工程を有することから、得られるセメント組成物は、優れた初期の圧縮強さを発揮し得る。 The above-mentioned cement composition manufacturing method, which incorporates a waste FCC catalyst, can produce a cement composition that can contribute to reducing environmental impact. Furthermore, since the above-mentioned manufacturing method includes a step of adjusting the particle size of the waste FCC catalyst so that the Blaine specific surface area is equal to or greater than a predetermined value, the resulting cement composition can exhibit excellent early compressive strength.

上記廃FCC触媒に対して、酸処理、アルカリ処理、及び加熱処理からなる群より選択される少なくとも1種の処理を行う工程を更に含んでもよい。 The method may further include a step of subjecting the waste FCC catalyst to at least one treatment selected from the group consisting of acid treatment, alkali treatment, and heat treatment.

本開示によれば、廃棄物を混合材として利用することで環境負荷低減に寄与することが可能であり、且つ、優れた初期圧縮強さを発揮し得るセメント組成物及びその製造方法を提供できる。 This disclosure provides a cement composition and a method for producing the same that can contribute to reducing environmental impact by using waste materials as admixtures and exhibit excellent early compressive strength.

以下、本開示の実施形態について説明する。ただし、以下の実施形態は、本開示を説明するための例示であり、本開示を以下の内容に限定する趣旨ではない。なお、以下の説明では、「X~Y」(X、Yは任意の数字)と記載した場合、特に断らない限り「X以上Y以下」を意味する。 Embodiments of the present disclosure are described below. However, the following embodiments are merely examples for explaining the present disclosure, and are not intended to limit the present disclosure to the following content. In the following description, when it is stated as "X to Y" (X and Y are arbitrary numbers), it means "X or greater and Y or less" unless otherwise specified.

本明細書において例示する材料は特に断らない限り、1種を単独で又は2種以上を組み合わせて用いることができる。組成物中の各成分の含有量は、組成物中の各成分に該当する物質が複数存在する場合には、特に断らない限り、組成物中に存在する当該複数の物質の合計量を意味する。 Unless otherwise specified, the materials exemplified in this specification can be used alone or in combination of two or more. When multiple substances corresponding to each component are present in the composition, the content of each component in the composition refers to the total amount of those multiple substances present in the composition, unless otherwise specified.

本開示に係るセメント組成物の一実施形態は、セメントクリンカ、石膏、及び廃FCC触媒を含む。このように、本セメント組成物は、セメントクリンカの使用の一部代替として廃FCC触媒を使用したものとなっており、環境負荷を低減するセメント組成物として有益である。 One embodiment of the cement composition according to the present disclosure comprises cement clinker, gypsum, and a spent FCC catalyst. In this way, the cement composition uses a spent FCC catalyst as a partial substitute for cement clinker, making it beneficial as a cement composition that reduces environmental impact.

セメントクリンカは、例えば、普通セメントクリンカ、早強セメントクリンカ、中庸熱セメントクリンカ、低熱セメントクリンカ、及び油井セメントクリンカ等が挙げられる。セメントは、入手のしやすさ及び初期材齢強度をより向上させる観点から、好ましくは普通ポルトランドセメント及び早強ポルトランドセメントの少なくとも一方を含み、より好ましくは普通ポルトランドセメントを含み、普通ポルトランドセメントであってもよい。 Examples of cement clinker include ordinary cement clinker, early-strength cement clinker, moderate-heat cement clinker, low-heat cement clinker, and oil-well cement clinker. From the standpoint of ease of availability and further improving early-age strength, the cement preferably contains at least one of ordinary Portland cement and early-strength Portland cement, more preferably ordinary Portland cement, and may be ordinary Portland cement.

セメントクリンカはCS、CS、CA、及びCAFを含む。CS、CS、CA、及びCAFのそれぞれの含有量はBogue式によって算出することができる。Bogue式とは、化学組成の含有比率からセメントクリンカ中の主要鉱物の含有率を算定する式として広く用いられる式である。以下に示すBogue式を用いることによって、セメントクリンカ中のケイ酸三カルシウム(3CaO・SiO2、Sで示す。)、ケイ酸二カルシウム(2CaO・SiO2、Sで示す。)、アルミン酸三カルシウム(3CaO・Al3、Aで示す。)、アルミン酸三カルシウム(3CaO・Al,CAで示す。)、及び鉄アルミン酸四カルシウム(4CaO・Al・Fe3、AFで示す。)の含有量を算出することができる。化学式は、JIS R 5204:2019「セメントの蛍光X線分析方法」による化学分析値が示す各化合物の含有比率(質量%)を表す。 Cement clinker contains C3S , C2S , C3A , and C4AF . The contents of C3S , C2S , C3A , and C4AF can be calculated using the Bogue formula. The Bogue formula is a widely used formula for calculating the contents of major minerals in cement clinker from the content ratios of their chemical compositions. The Bogue formula shown below can be used to calculate the contents of tricalcium silicate ( 3CaO ·SiO2 , C3S), dicalcium silicate (2CaO·SiO2 , C2S ), tricalcium aluminate (3CaO· Al2O3 , C3A ), tricalcium aluminate (3CaO· Al2O3 , C3A ), and tetracalcium aluminoferrate (4CaO· Al2O3 · Fe2O3 , C4AF ) in cement clinker. The chemical formulas represent the content ratios (mass % ) of each compound indicated by chemical analysis values according to JIS R 5204:2019 "Method for X-ray fluorescence analysis of cement."

<Bogue式>
S[質量%]=(4.07×CaO[質量%])-(7.60×SiO[質量%])-(6.72×Al[質量%])-(1.43×Fe[質量%])-(2.85×SO[質量%])
S[質量%]=(2.87×SiO[質量%])-(0.754×CS[質量%])
A[質量%]=(2.65×Al[質量%])-(1.69×Fe[質量%])
AF[質量%]=3.04×Fe[質量%]
<Bogue style>
C 3 S [mass %] = (4.07 x CaO [mass %]) - (7.60 x SiO 2 [mass %]) - (6.72 x Al 2 O 3 [mass %]) - (1.43 x Fe 2 O 3 [mass %]) - (2.85 x SO 3 [mass %])
C 2 S [mass %] = (2.87 x SiO 2 [mass %]) - (0.754 x C 3 S [mass %])
C 3 A [mass %] = (2.65 x Al 2 O 3 [mass %]) - (1.69 x Fe 2 O 3 [mass %])
C 4 AF [mass%] = 3.04 x Fe 2 O 3 [mass%]

セメントクリンカ中のCS量は、好ましくは30.0~70.0質量%であるが、より好ましくは40.0~65.0質量%であり、更に好ましくは45.0~60.0質量%であり、更により好ましくは50.0~55.0質量%であり、特に好ましくは52.0~53.0質量%である。CS量の下限値を上記範囲内とすることによって、セメント組成物の硬化における初期強度をより向上させることができる。またCS量の上限値を上記範囲内とすることによって、セメント組成物の硬化時における発熱を抑制することができる。 The C3S content in cement clinker is preferably 30.0 to 70.0 mass%, more preferably 40.0 to 65.0 mass%, even more preferably 45.0 to 60.0 mass%, even more preferably 50.0 to 55.0 mass%, and particularly preferably 52.0 to 53.0 mass%. By setting the lower limit of the C3S content within the above range, the early strength of the cement composition upon hardening can be further improved. Furthermore, by setting the upper limit of the C3S content within the above range, heat generation upon hardening of the cement composition can be suppressed.

セメントクリンカ中のCS量は、好ましくは5.0~65.0質量%であるが、より好ましくは10.0~50.0質量%であり、更に好ましくは15.0~40.0質量%であり、更により好ましくは20.0~30.0質量%であり、特に好ましくは23.0~25.0質量%である。CS量の下限値を上記範囲内とすることによって、セメント組成物の硬化における長期強度をより向上させることができる。またCS量の上限値を上記範囲内とすることによって、セメント組成物の硬化における初期強度をより向上させることができる。 The C2S content in cement clinker is preferably 5.0 to 65.0 mass%, more preferably 10.0 to 50.0 mass%, even more preferably 15.0 to 40.0 mass%, even more preferably 20.0 to 30.0 mass%, and particularly preferably 23.0 to 25.0 mass%. By setting the lower limit of the C2S content within the above range, the long-term strength of the cement composition upon hardening can be further improved. Also, by setting the upper limit of the C2S content within the above range, the early strength of the cement composition upon hardening can be further improved.

セメントクリンカにおけるCA量の下限値は、好ましくは7.0質量%以上であるが、より好ましくは8.0質量%以上であり、更に好ましくは9.0質量%以上であり、更により好ましくは10.0質量%以上であり、特に好ましくは10.3質量%以上である。CA量の下限値を上記範囲内とすることによって、セメントクリンカ原料となる石炭灰等の廃棄物・副産物利用量を増加させたセメント組成物を製造することができる。セメントクリンカにおけるCA量の上限値は、好ましくは13.0質量%以下であるが、より好ましくは12.0質量%以下であり、更に好ましくは11.0質量%以下であり、更により好ましくは10.8質量%であり、特に好ましくは10.5質量%以下である。CA量の上限値を上記範囲内とすることによって、エトリンガイト(3CaO・Al・3CaSO・32HOで表される化合物)の再生成を抑制することができ、またセメント組成物の硬化時における断熱温度上昇の増加をより低減することができる。 The lower limit of the C3A content in the cement clinker is preferably 7.0% by mass or more, more preferably 8.0% by mass or more, even more preferably 9.0% by mass or more, even more preferably 10.0% by mass or more, and particularly preferably 10.3% by mass or more. By setting the lower limit of the C3A content within the above range, a cement composition can be produced in which the amount of waste and by-products such as coal ash used as the cement clinker raw material is increased. The upper limit of the C3A content in the cement clinker is preferably 13.0% by mass or less, more preferably 12.0% by mass or less, even more preferably 11.0% by mass or less, even more preferably 10.8% by mass, and particularly preferably 10.5% by mass or less . Setting the upper limit of the C3A content within the above range can suppress the regeneration of ettringite (a compound represented by 3CaO.Al2O3.3CaSO4.32H2O ) and further reduce the increase in adiabatic temperature rise during hardening of the cement composition.

セメントクリンカにおけるCAF量の下限値は、好ましくは7.0質量%以上であるが、より好ましくは8.0質量%以上であり、更に好ましくは9.0質量%以上であり、更により好ましくは9.5質量%以上であり、特に好ましくは9.8質量%以上である。CAF量の下限値を上記範囲内とすることによって、セメントクリンカ原料となる石炭灰等の廃棄物・副産物利用量を増加させたセメント組成物を製造することができる。セメントクリンカにおけるCAF量の上限値は、好ましくは14.0質量%以下であるが、より好ましくは12.0質量%以下であり、更に好ましくは11.0質量%以下であり、更により好ましくは10.5質量%であり、特に好ましくは10.0質量%以下である。CAF量の上限値を上記範囲内とすることによって、セメント組成物の硬化時における断熱温度上昇の増加をより低減することができる。 The lower limit of the C4AF content in the cement clinker is preferably 7.0% by mass or more, more preferably 8.0% by mass or more, even more preferably 9.0% by mass or more, even more preferably 9.5% by mass or more, and particularly preferably 9.8% by mass or more. By setting the lower limit of the C4AF content within the above range, it is possible to produce a cement composition that increases the amount of waste and by-products, such as coal ash, used as the cement clinker raw material. The upper limit of the C4AF content in the cement clinker is preferably 14.0% by mass or less, more preferably 12.0% by mass or less, even more preferably 11.0% by mass or less, even more preferably 10.5% by mass or less, and particularly preferably 10.0% by mass or less. Setting the upper limit of the C4AF content within the above range can further reduce the increase in adiabatic temperature rise during hardening of the cement composition.

セメントクリンカの含有量は、セメント組成物全量を100質量%として、例えば、70~95質量%、75~93質量%、又は85~90質量%であってよい。 The cement clinker content may be, for example, 70 to 95 mass%, 75 to 93 mass%, or 85 to 90 mass%, with the total amount of the cement composition being 100 mass%.

石膏は、例えば、二水石膏、半水石膏、及び無水石膏等を使用することができる。石膏は、1種を単独で使用してもよく、また複数を組み合わせて使用してもよい。セメント組成物における石膏の含有量は、一般的なポルトランドセメントにおける石膏の含有量と同等であってよい。 Examples of gypsum that can be used include gypsum dihydrate, gypsum hemihydrate, and anhydrous gypsum. One type of gypsum may be used alone, or multiple types may be used in combination. The gypsum content in the cement composition may be the same as the gypsum content in general Portland cement.

セメント組成物における石膏の含有量は、SO換算で、セメント組成物全量を100質量%として、例えば、0.5~3.5質量%、0.7~2.5質量%、又は0.9~1.2質量%であってよい。 The content of gypsum in the cement composition may be, for example, 0.5 to 3.5 mass%, 0.7 to 2.5 mass%, or 0.9 to 1.2 mass%, calculated as SO 3 , with the total amount of the cement composition being 100 mass%.

本明細書における廃FCC触媒とは、石油精製で使用される流動接触分解(Fluid Catalytic Cracking:FCC)に使用される触媒であるFCC触媒として使用された触媒であり、使用済みFCC触媒ということができる。FCC触媒は、例えば、アルミナ、シリカ、及びカオリン等からなる基質と、上記基質上にゼオライトとから構成される球状粉末であってよい。FCC触媒に含まれるゼオライトは、イオン交換機能を担う。ゼオライトの上記基質上への分布は適宜調整されたものであってよい。FCC触媒の球状粉末は、触媒活性を向上させる観点から、比較的小さな粒径に調整されていてよい。廃FCC触媒は、例えば、低品位の重質原料油からガソリンやLCOを分留する過程で、分子量の大きな残油の分解やV、及びNi等のメタルトラップ剤として使用されたFCC触媒を使用できる。 The term "spent FCC catalyst" used in this specification refers to a catalyst that has been used as an FCC catalyst, a catalyst used in fluid catalytic cracking (FCC) in petroleum refining, and can be referred to as a used FCC catalyst. The FCC catalyst may be, for example, a spherical powder composed of a substrate made of alumina, silica, kaolin, etc., and zeolite on the substrate. The zeolite contained in the FCC catalyst performs ion exchange functions. The distribution of the zeolite on the substrate may be adjusted as appropriate. The spherical powder of the FCC catalyst may be adjusted to a relatively small particle size to improve catalytic activity. The spent FCC catalyst may be, for example, an FCC catalyst used for cracking large molecular weight residual oil or as a metal trapping agent for V, Ni, etc., during the process of fractionating low-grade heavy feedstock oil into gasoline and LCO.

上記廃FCC触媒のブレーン比表面積の下限値は、4000cm/g以上であるが、例えば、5000cm/g以上、8000cm/g以上、又は10000cm/g以上であってよい。上記ブレーン比表面積の下限値が上記範囲内であることで、優れた初期圧縮強さを発揮できる。廃FCC触媒のブレーン比表面積の上限値は、例えば、50000cm/g以下、30000cm/g以下、20000cm/g以下、又は15000cm/g以下であってよい。上記ブレーン比表面積の上限値が上記範囲内であることで、粒度調整に伴うエネルギー消費、及びセメント組成物を製造する際のCO排出量をより低減することができる。廃FCC触媒のブレーン比表面積は上述の範囲内で調整してよく、例えば、4000~30000cm/gであってよい。一般に入手可能な廃FCC触媒のブレーン比表面積は、1000~3000cm/g程度であり、粉砕、分級等の粒度調整によって制御することができる。 The lower limit of the Blaine specific surface area of the spent FCC catalyst is 4000 cm 2 /g or more, but may be, for example, 5000 cm 2 /g or more, 8000 cm 2 /g or more, or 10000 cm 2 /g or more. When the lower limit of the Blaine specific surface area is within the above range, excellent early compressive strength can be exhibited. The upper limit of the Blaine specific surface area of the spent FCC catalyst may be, for example, 50000 cm 2 /g or less, 30000 cm 2 /g or less, 20000 cm 2 /g or less, or 15000 cm 2 /g or less. When the upper limit of the Blaine specific surface area is within the above range, energy consumption associated with particle size adjustment and CO 2 emissions during production of the cement composition can be further reduced. The Blaine specific surface area of the spent FCC catalyst may be adjusted within the above range, and may be, for example, 4000 to 30000 cm 2 /g. The Blaine specific surface area of commonly available spent FCC catalysts is about 1000 to 3000 cm 2 /g, and can be controlled by adjusting the particle size by pulverization, classification, or the like.

本明細書における「ブレーン比表面積」は、JIS R 5201:2015「セメントの物理試験方法」に記載の方法に準拠して測定される値を意味する。ここで、廃FCC触媒のブレーン比表面積の測定に際し使用する密度の値は、自動湿式真密度測定器のエタノール中での液相置換法(ピクノメーター法)による測定値である。 In this specification, "Blaine specific surface area" refers to a value measured in accordance with the method described in JIS R 5201:2015, "Physical Testing Methods for Cement." Here, the density value used when measuring the Blaine specific surface area of spent FCC catalyst is a value measured using an automatic wet true density measuring device using the liquid-phase displacement method (pycnometer method) in ethanol.

廃FCC触媒の平均粒子径の下限値は、例えば、3μm以上、8μm、10μm以上、又は13μm以上であってよい。上記平均粒子径の下限値が上記範囲内であることで、粒度調整に伴うエネルギー消費、及びセメント組成物を製造する際のCO排出量をより低減できる。廃FCC触媒の平均粒子径の上限値は、例えば、50μm以下、40μm以下、30μm以下、26μm以下、又は18μm以下であってよい。上記平均粒子径の上限値が上記範囲内であることで、優れた初期圧縮強さを発揮できる。廃FCC触媒の平均粒子径は上述の範囲内で調整してよく、例えば、3~50μm、又は8~18μmであってよい。 The lower limit of the average particle size of the spent FCC catalyst may be, for example, 3 μm or more, 8 μm or more, 10 μm or more, or 13 μm or more. When the lower limit of the average particle size is within the above range, energy consumption associated with particle size adjustment and CO2 emissions during production of the cement composition can be further reduced. The upper limit of the average particle size of the spent FCC catalyst may be, for example, 50 μm or less, 40 μm or less, 30 μm or less, 26 μm or less, or 18 μm or less. When the upper limit of the average particle size is within the above range, excellent early compressive strength can be exhibited. The average particle size of the spent FCC catalyst may be adjusted within the above range, and may be, for example, 3 to 50 μm or 8 to 18 μm.

本明細書における「平均粒子径」は、レーザー回折・散乱法に基づき、測定される値を意味する。測定に際し、分散媒にはエタノールを用い、廃FCC触媒がエタノール中に分散された状態で測定を行うものとする。 In this specification, "average particle size" refers to a value measured using a laser diffraction/scattering method. Ethanol is used as the dispersion medium, and the measurement is performed with the spent FCC catalyst dispersed in the ethanol.

廃FCC触媒の塩酸による不溶残分量(insol)が少ないほど、セメント組成物中での廃FCC触媒の反応に寄与しない結晶質(クォーツ等)の量が少なく、反応性に優れる。廃FCC触媒のinsolの上限値は、例えば、90質量%以下、85質量%以下、83質量%以下、80質量%以下、又は76質量%以下であってよい。廃FCC触媒のinsolの上限値が上記範囲内にあることで、廃FCC触媒がより反応性に優れ、セメント組成物を硬化させた際の初期の圧縮強さがより良好となる。廃FCC触媒のinsolの下限値は、特に限定されるものではないが、例えば、20質量%以上、40質量%以上、又は60質量%以上であってよい。 The lower the amount of insoluble residue (insol) in hydrochloric acid in the spent FCC catalyst, the lower the amount of crystalline material (such as quartz) that does not contribute to the reaction of the spent FCC catalyst in the cement composition, resulting in superior reactivity. The upper limit of the insol content of the spent FCC catalyst may be, for example, 90% by mass or less, 85% by mass or less, 83% by mass or less, 80% by mass or less, or 76% by mass or less. By ensuring that the upper limit of the insol content of the spent FCC catalyst is within the above range, the spent FCC catalyst will have superior reactivity, and the initial compressive strength of the cement composition when hardened will be better. The lower limit of the insol content of the spent FCC catalyst is not particularly limited, but may be, for example, 20% by mass or more, 40% by mass or more, or 60% by mass or more.

本明細書における廃FCC触媒の酸不溶残分量は、JIS R 5202:2010「セメントの化学分析法」に記載の方法に準拠して測定される値を意味する。 In this specification, the amount of acid-insoluble residue in spent FCC catalyst refers to the value measured in accordance with the method specified in JIS R 5202:2010 "Methods for Chemical Analysis of Cement."

上記製造方法で使用する廃FCC触媒は、例えば、水洗処理物、酸処理物、アルカリ処理物、及び加熱処理物のいずれかであってよい。廃FCC触媒は石油精製に使用されたものであることから、残留物(例えば、アルカリ金属、アルカリ土類金属、アルカリ金属及びアルカリ土類金属以外の重金属、並びに粘土鉱物等の残留物)を含み得る。そこで、水洗浄、酸処理、及びアルカリ処理によって上述のような残留物の含有量を低減することができる。これによって、廃FCC触媒の反応を阻害する因子を低減することで、セメント組成物の硬化反応を促進し、得られる硬化体の圧縮強さをより向上させ得ると考えられる。また、残留物の内、粘土鉱物等は、その結晶状態によって、反応活性が異なる。そこで、加熱処理を行うことによって、粘土鉱物の結晶状態を変化させ、より反応に寄与しやすい非晶質状態に変化させることで、セメント組成物の硬化反応を促進し、得られる硬化体の圧縮強さをより向上させ得ると考えられる。 The waste FCC catalyst used in the above manufacturing method may be, for example, a water-washed product, an acid-treated product, an alkali-treated product, or a heat-treated product. Because waste FCC catalysts are used in petroleum refining, they may contain residues (e.g., alkali metals, alkaline earth metals, heavy metals other than alkali metals and alkaline earth metals, and clay mineral residues). Therefore, water washing, acid treatment, and alkali treatment can reduce the content of these residues. This reduces factors that inhibit the reaction of the waste FCC catalyst, thereby accelerating the hardening reaction of the cement composition and improving the compressive strength of the resulting hardened body. Furthermore, the reactivity of clay minerals and other residues varies depending on their crystalline state. Therefore, heat treatment can change the crystalline state of the clay minerals, converting them to an amorphous state that is more conducive to reaction, thereby accelerating the hardening reaction of the cement composition and improving the compressive strength of the resulting hardened body.

廃FCC触媒にはアルカリ金属を含んでもよい。廃FCC触媒が含むアルカリ金属としては、例えば、ナトリウム(Na)、及びカリウム(K)等が挙げられる。廃FCC触媒における全アルカリ量(RO量)の上限値は、例えば、1.50質量%以下、1.00質量%以下、0.70質量%以下、0.60質量%以下、0.50質量%以下、又は0.30質量%以下であってよい。RO量の上限値が上記範囲内であることで、セメント組成物を硬化させた際の初期の圧縮強さがより増進され得る。廃FCC触媒における全アルカリ量の下限値は、特に限定されるものではないが、例えば、0.10質量%以上、又は0.20質量%以上であってよい。 The spent FCC catalyst may contain an alkali metal. Examples of alkali metals contained in the spent FCC catalyst include sodium (Na) and potassium (K). The upper limit of the total alkali content (R 2 O content) in the spent FCC catalyst may be, for example, 1.50 mass% or less, 1.00 mass% or less, 0.70 mass% or less, 0.60 mass% or less, 0.50 mass% or less, or 0.30 mass% or less. When the upper limit of the R 2 O content is within the above range, the initial compressive strength when the cement composition is hardened can be further improved. The lower limit of the total alkali content in the spent FCC catalyst is not particularly limited, but may be, for example, 0.10 mass% or more, or 0.20 mass% or more.

本明細書における全アルカリ量(RO量)は、廃FCC触媒中に含まれるナトリウム及びカリウムの酸化物換算の総量を意味する。より具体的には、下記式(1)で算出される値である。
O[質量%]=NaO[質量%]+0.658×KO量[質量%] …式(1)
The total alkali amount (R 2 O amount) in this specification means the total amount of sodium and potassium contained in the spent FCC catalyst in terms of oxides. More specifically, it is a value calculated by the following formula (1).
R 2 O [mass %] = Na 2 O [mass %] + 0.658×K 2 O amount [mass %] ... Formula (1)

上記廃FCC触媒の塩酸による不溶残分が90質量%以下であり、RO量が1.50質量%以下であってよく、上記廃FCC触媒の塩酸による不溶残分が85質量%以下であり、RO量が0.70質量%以下であってよい。 The spent FCC catalyst may have an insoluble residue in hydrochloric acid of 90% by mass or less and an R 2 O content of 1.50% by mass or less, or may have an insoluble residue in hydrochloric acid of 85% by mass or less and an R 2 O content of 0.70% by mass or less.

廃FCC触媒は、アルカリ金属及びアルカリ土類金属以外の重金属を含んでいてもよい。廃FCC触媒における重金属としては、例えば、バナジウム(V)、クロム(Cr)、モリブデン(Mo)、ニッケル(Ni)、銅(Cu)、亜鉛(Zn)、カドミウム(Cd)、水銀(Hg)、鉛(Pb)、ヒ素(As)、ビスマス(Bi)、及びセレン(Se)等が挙げられる。 The spent FCC catalyst may contain heavy metals other than alkali metals and alkaline earth metals. Examples of heavy metals in the spent FCC catalyst include vanadium (V), chromium (Cr), molybdenum (Mo), nickel (Ni), copper (Cu), zinc (Zn), cadmium (Cd), mercury (Hg), lead (Pb), arsenic (As), bismuth (Bi), and selenium (Se).

廃FCC触媒における、アルカリ金属及びアルカリ土類金属以外の重金属の合計の含有量の上限値は、例えば、8000ppm以下、3000ppm以下、1000ppm以下、又は500ppm以下であってよい。上述の重金属の合計の含有量の上限値が上記範囲内であることで、セメント組成物を硬化させた際の初期の圧縮強さをより増進できる。廃FCC触媒における、アルカリ金属及びアルカリ土類金属以外の重金属の合計の含有量の下限値は、特に限定されるものではないが、例えば、50ppm以上、又は200ppm以上であってよい。廃FCC触媒における、アルカリ金属及びアルカリ土類金属以外の重金属の合計の含有量は上述の範囲内で調整してよく、例えば、50~3000ppm、又は200~1000ppmであってよい。 The upper limit of the total content of heavy metals other than alkali metals and alkaline earth metals in the spent FCC catalyst may be, for example, 8000 ppm or less, 3000 ppm or less, 1000 ppm or less, or 500 ppm or less. By ensuring that the upper limit of the total content of the above-mentioned heavy metals is within the above range, the initial compressive strength of the cement composition when hardened can be further improved. The lower limit of the total content of heavy metals other than alkali metals and alkaline earth metals in the spent FCC catalyst is not particularly limited, but may be, for example, 50 ppm or more, or 200 ppm or more. The total content of heavy metals other than alkali metals and alkaline earth metals in the spent FCC catalyst may be adjusted within the above range, and may be, for example, 50 to 3000 ppm, or 200 to 1000 ppm.

廃FCC触媒は基質に結晶性の鉱物を含んでよく、その結晶状態は、X線回折法によって確認できる。具体的な結晶性の鉱物として、例えば、ゼオライト、アルミナ(Al)、クォーツ(SiO)、アノーサイト(CaAlSi)、カオリン(AlSi10(OH))、マスコバイト(KAlAlSi10(OH,F)2)及び二酸化チタン(TiO)等が挙げられる。また、内部標準物質を入れてX線測定を行い、リートベルト解析を行うことで、非晶質部及び結晶性の各鉱物の質量比を定量できる。廃FCC触媒におけるゼオライトの含有量は、例えば、10~90質量%程度、20~80質量%程度、40~70質量%程度であってよい。 The spent FCC catalyst may contain crystalline minerals in the substrate, and the crystalline state can be confirmed by X-ray diffraction. Specific examples of crystalline minerals include zeolite, alumina (Al 2 O 3 ), quartz (SiO 2 ), anorthite (CaAl 2 Si 2 O 8 ), kaolin (Al 4 Si 4 O 10 (OH) 8 ), muscovite (KAl 2 AlSi 3 O 10 (OH,F) 2 ), and titanium dioxide (TiO 2 ). Furthermore, the mass ratio of the amorphous and crystalline minerals can be quantified by adding an internal standard substance and performing X-ray measurement and Rietveld analysis. The zeolite content in the spent FCC catalyst may be, for example, about 10 to 90 mass%, about 20 to 80 mass%, or about 40 to 70 mass%.

廃FCC触媒としては、強度発現の観点から、二酸化ケイ素の含有量(SiO含有量)の少なく調整されたものを用いることが好ましい。廃FCC触媒におけるSiO含有量の上限値は、例えば、85質量%以下、75質量%以下、65質量%以下、又は55質量%以下であってよい。廃棄物・副産物の有効利用、特に廃FCC触媒の有効利用の観点から、二酸化ケイ素の含有量(SiO含有量)の多い粉末を用いることが好ましい。廃FCC触媒におけるSiO含有量の下限値は、例えば、25質量%以上、35質量%以上、又は45質量%以上であってよい。 From the viewpoint of strength development, it is preferable to use a spent FCC catalyst adjusted to have a low silicon dioxide content (SiO 2 content). The upper limit of the SiO 2 content in the spent FCC catalyst may be, for example, 85 mass% or less, 75 mass% or less, 65 mass% or less, or 55 mass% or less. From the viewpoint of effective utilization of waste and by-products, particularly effective utilization of spent FCC catalyst, it is preferable to use a powder with a high silicon dioxide content (SiO 2 content). The lower limit of the SiO 2 content in the spent FCC catalyst may be, for example, 25 mass% or more, 35 mass% or more, or 45 mass% or more.

廃FCC触媒としては、強度発現の観点から、酸化アルミニウムの含有量(Al含有量)の少なく調整されたものを用いることが好ましい。廃FCC触媒におけるAl含有量の上限値は、例えば、65質量%以下、55質量%以下、又は45質量%以下であってよい。廃棄物・副産物の有効利用の観点から、酸化アルミニウムの含有量(Al含有量)の多い粉末を用いることが好ましい。廃FCC触媒におけるAl含有量の下限値は、5質量%以上、15質量%以上、25質量%以上、又は35質量%以上であってよい。 From the viewpoint of strength development, it is preferable to use a spent FCC catalyst whose aluminum oxide content (Al 2 O 3 content) is adjusted to be low. The upper limit of the Al 2 O 3 content in the spent FCC catalyst may be, for example, 65 mass% or less, 55 mass% or less, or 45 mass% or less. From the viewpoint of effective utilization of waste and by-products, it is preferable to use a powder whose aluminum oxide content (Al 2 O 3 content) is high. The lower limit of the Al 2 O 3 content in the spent FCC catalyst may be 5 mass% or more, 15 mass% or more, 25 mass% or more, or 35 mass% or more.

廃FCC触媒は無機成分のみで構成されていてもよく、本開示の効果を損なわない範囲で有機成分を含有していてもよい。上記有機成分としては、例えば、未燃炭素等が挙げられる。 The spent FCC catalyst may be composed solely of inorganic components, or may contain organic components to the extent that the effects of the present disclosure are not impaired. Examples of such organic components include unburned carbon.

上述のセメント組成物における廃FCC触媒の含有量の下限値は、上記セメント組成物の全量に対して、例えば、0.1質量%以上、0.5質量%以上、1.0質量%以上、1.5質量%以上、又は3.0質量%以上であってよい。廃FCC触媒の含有量の下限値が上記範囲内であることで、セメント組成物を硬化させた際により良好な初期強さを発現できる。上述のセメント組成物における廃FCC触媒の含有量の上限値は、上記セメント組成物の全量に対して、例えば、30質量%以下、20質量%以下、15質量%以下、又は10質量%以下であってよい。廃FCC触媒の含有量の上限値が上記範囲内であることで、セメント組成物を硬化させた際に凝結を遅延させず、より適切な初期の硬化特性が得られる。廃FCC触媒の含有量は上述の範囲内で調整してよく、上記セメント組成物の全量に対して、例えば、0.5~15質量%、1.0~20質量%、又は3.0~10質量%であってよい。 The lower limit of the content of the spent FCC catalyst in the above-described cement composition may be, for example, 0.1% by mass or more, 0.5% by mass or more, 1.0% by mass or more, 1.5% by mass or more, or 3.0% by mass or more, relative to the total amount of the cement composition. By ensuring that the lower limit of the spent FCC catalyst content is within the above range, the cement composition can exhibit better early strength when hardened. The upper limit of the spent FCC catalyst content in the above-described cement composition may be, for example, 30% by mass or less, 20% by mass or less, 15% by mass or less, or 10% by mass or less, relative to the total amount of the cement composition. By ensuring that the upper limit of the spent FCC catalyst content is within the above range, the setting of the cement composition is not delayed when hardened, and more appropriate early hardening characteristics are obtained. The content of the spent FCC catalyst may be adjusted within the above-described range, and may be, for example, 0.5 to 15% by mass, 1.0 to 20% by mass, or 3.0 to 10% by mass, relative to the total amount of the cement composition.

廃FCC触媒の含有量は、以下の方法で求めた推定値を用いる。内部標準物質を添加したセメント組成物に対して、X線回折法によってピークプロファイルを測定し、リートベルト解析を行うことで、非晶質部及び結晶性の各鉱物の質量比を定量する。セメント組成物中のセメントクリンカ、石膏、及びその他の廃FCC触媒由来ではない結晶成分(石灰石等)を差し引き、廃FCC触媒に由来する結晶量及び非晶質量を算出し、含有量の推定値を決定する。なお、セメント組成物を自ら調製する場合には、廃FCC触媒の含有量は配合量と一致するため、上述のような分析を要しない。 The content of spent FCC catalyst is an estimated value determined using the following method. For a cement composition to which an internal standard has been added, the peak profile is measured by X-ray diffraction, and Rietveld analysis is performed to quantify the mass ratio of amorphous and crystalline minerals. The cement clinker, gypsum, and other crystalline components (limestone, etc.) not derived from the spent FCC catalyst in the cement composition are subtracted to calculate the amount of crystalline and amorphous components derived from the spent FCC catalyst, and the estimated content is determined. Note that if you prepare your own cement composition, the content of spent FCC catalyst will match the blending amount, so the analysis described above is not required.

本開示に係るセメント組成物は石灰石を更に含んでよい。この場合、セメント組成物は混合材の主成分として、上記廃FCC触媒及び石灰石を含む。石灰石としては、例えば、一般に販売されている、石灰石、石灰石粉、及び寒水石粉等の炭酸カルシウムを主成分とする粉末を使用することができる。石灰石は、好ましくは、JIS R 5210:2019「ポルトランドセメント」に記載の少量混合成分に適合するものを含む。 The cement composition according to the present disclosure may further contain limestone. In this case, the cement composition contains the above-mentioned waste FCC catalyst and limestone as the main components of the admixture. For example, commonly available limestone, limestone powder, and limestone powder, which are primarily composed of calcium carbonate, can be used as the limestone. The limestone preferably conforms to the minor admixture components specified in JIS R 5210:2019 "Portland Cement."

上記石灰石及び上記廃FCC触媒の合計量(含有量の合計値)の下限値は、セメント組成物全量を基準として、例えば、5.0質量%超、7.0質量%以上、8.0質量%以上、又は9.0質量%以上であってよい。上記石灰石及び上記廃FCC触媒の合計量の下限値が上記範囲内であることで、セメント組成物を製造する際のCO排出量をより低減することができる。上記石灰石及び上記廃FCC触媒の合計の含有量の上限値は、セメント組成物全量を基準として、例えば、30.0質量%以下、20.0質量%以下、15.0質量%以下、12.0質量%以下、又は10.0質量%以下であってよい。上記石灰石及び上記廃FCC触媒の合計量の上限値が上記範囲内であることで、セメント組成物を硬化させた際により良好な圧縮強さを発現できる。上記石灰石及び上記廃FCC触媒の合計量は上述の範囲内で調整してよく、セメント組成物全量を基準として、例えば、5.0質量%超30.0質量%以下、又は7.0~15.0質量%であってよい。 The lower limit of the total amount (total content) of the limestone and the spent FCC catalyst may be, for example, more than 5.0 mass%, 7.0 mass% or more, 8.0 mass% or more, or 9.0 mass% or more, based on the total amount of the cement composition. When the lower limit of the total amount of the limestone and the spent FCC catalyst is within the above range, CO2 emissions during production of the cement composition can be further reduced. The upper limit of the total content of the limestone and the spent FCC catalyst may be, for example, 30.0 mass% or less, 20.0 mass% or less, 15.0 mass% or less, 12.0 mass% or less, or 10.0 mass% or less, based on the total amount of the cement composition. When the upper limit of the total amount of the limestone and the spent FCC catalyst is within the above range, the cement composition can exhibit better compressive strength when hardened. The total amount of the limestone and the spent FCC catalyst may be adjusted within the above-mentioned range, and may be, for example, more than 5.0 mass% and not more than 30.0 mass%, or 7.0 to 15.0 mass%, based on the total amount of the cement composition.

上述のセメント組成物において、廃FCC触媒の含有量は、上記石灰石及び上記廃FCC触媒の合計量を基準として、0.1~90質量%である。廃FCC触媒の含有量の下限値は、上記石灰石及び上記廃FCC触媒の合計量を基準として、例えば、5.0質量%以上、15.0質量%以上、25.0質量%以上、30.0質量%以上、又は40.0質量%以上であってよい。廃FCC触媒の含有量の上限値は、上記石灰石及び上記廃FCC触媒の合計量を基準として、例えば、80.0質量%以下、70.0質量%以下、又は60.0質量%以下であってよい。 In the above-described cement composition, the content of the spent FCC catalyst is 0.1 to 90% by mass, based on the total amount of the limestone and the spent FCC catalyst. The lower limit of the spent FCC catalyst content may be, for example, 5.0% by mass or more, 15.0% by mass or more, 25.0% by mass or more, 30.0% by mass or more, or 40.0% by mass or more, based on the total amount of the limestone and the spent FCC catalyst. The upper limit of the spent FCC catalyst content may be, for example, 80.0% by mass or less, 70.0% by mass or less, or 60.0% by mass or less, based on the total amount of the limestone and the spent FCC catalyst.

セメント組成物は、セメントクリンカ、石膏、及び廃FCC触媒に加えて、上記石灰石の他、本開示の趣旨を損なわない範囲で、他の成分を含んでよい。他の成分としては、例えば、水酸化カルシウム、硅石粉、その他カルシウムを含む粉末(石膏、石灰石、及び上記廃FCC触媒を除く)、コンクリート用減水剤、促進剤、及び遅延剤等が挙げられる。 In addition to cement clinker, gypsum, and spent FCC catalyst, the cement composition may contain other components in addition to the limestone described above, as long as the scope of the present disclosure is not impaired. Examples of other components include calcium hydroxide, silica powder, other calcium-containing powders (excluding gypsum, limestone, and the spent FCC catalyst described above), concrete water reducers, accelerators, and retarders.

上述のセメント組成物は、例えば、以下のような方法によって製造することができる。セメント組成物の製造方法の一実施形態は、廃FCC触媒の粒度を調整し、上記廃FCC触媒のブレーン比表面積を4000cm/g以上とする工程(粒度調整工程)と、上記廃FCC触媒と、セメントクリンカ及び石膏とを混合する工程(混合工程)と、を含む。 The above-mentioned cement composition can be produced, for example, by the following method: One embodiment of the method for producing a cement composition includes a step of adjusting the particle size of a spent FCC catalyst to make the Blaine specific surface area of the spent FCC catalyst 4000 cm 2 /g or more (particle size adjusting step), and a step of mixing the spent FCC catalyst with cement clinker and gypsum (mixing step).

粒度調整工程は、廃FCC触媒の粒度を調整する工程である。廃FCC触媒の粒度の調整は、例えば、ボールミル、竪型ローラーミル、及びローラープレス等による粉砕処理、又は、分級機、及びふるい等による分級処理などで行うことができる。なお、廃FCC触媒として、ブレーン比表面積が4000cm/g以上に、別途調整された廃FCC触媒が入手できる場合には、これを用いることによって粒度調製工程を省略してもよい。 The particle size adjusting step is a step of adjusting the particle size of the spent FCC catalyst. The particle size of the spent FCC catalyst can be adjusted, for example, by pulverization using a ball mill, a vertical roller mill, a roller press, etc., or by classification using a classifier, a sieve, etc. Note that, when a spent FCC catalyst that has been separately adjusted to have a Blaine specific surface area of 4000 cm 2 /g or more is available as the spent FCC catalyst, the particle size adjusting step may be omitted by using this.

混合工程では、セメントクリンカ及びセメントと、上述の廃FCC触媒とを混合する。混合工程においては、各成分の混合の他、各種成分を破砕してもよく、混合及び破砕の順序は特に限定されるものではない。すなわち、各種成分を混合した後に破砕を行ってもよく、各種成分を破砕した後に混合してもよく、また各種成分の混合と破砕とを同時に行ってもよい。混合工程における各種成分の混合は、例えば、パン型ミキサー、傾胴式ミキサー、リボンミキサー等の混合機を用いて行ってよく、ボールミル又は竪型ローラーミル、及びローラープレス等の粉砕機を用いて混合粉砕してもよく、又は各主成分のそれぞれを粉砕した後に機械混合機等の混合機で混合してもよい。 In the mixing process, cement clinker and cement are mixed with the above-mentioned spent FCC catalyst. In addition to mixing the various components, the various components may also be crushed during the mixing process. The order of mixing and crushing is not particularly limited. That is, the various components may be mixed and then crushed, or they may be crushed and then mixed, or the various components may be mixed and crushed simultaneously. The various components may be mixed in the mixing process using a mixer such as a pan mixer, tilting mixer, or ribbon mixer. They may also be mixed and crushed using a crusher such as a ball mill, vertical roller mill, or roller press. Alternatively, each main component may be crushed separately and then mixed using a mixer such as a mechanical mixer.

上述の製造方法は、粒度調整工程及び混合工程に加えて、他の工程を備えてもよい。他の工程としては、上記廃FCC触媒に対して、水処理、酸処理、アルカリ処理、及び加熱処理からなる群より選択される少なくとも1種の処理を行う工程等であってよい。水処理、酸処理、アルカリ処理、及び加熱処理を行う工程は、それぞれ水処理工程、酸処理工程、アルカリ処理工程、及び加熱処理工程ともいい、各工程を経た廃FCC触媒は、それぞれ水処理物、酸処理物、アルカリ処理物、及び加熱処理物ともいう。上記廃FCC触媒に対する、酸処理、アルカリ処理、及び加熱処理からなる群より選択される少なくとも1種の処理を行う工程は、粒度調整工程の前に行ってもよく、粒度調整工程の後に行ってもよい。 The above-described manufacturing method may include other processes in addition to the particle size adjustment process and the mixing process. Such other processes may include at least one process of treating the waste FCC catalyst with water, acid, alkali, and heat. The water, acid, alkali, and heat treatment processes are also referred to as the water treatment process, acid treatment process, alkali treatment process, and heat treatment process, respectively, and the waste FCC catalysts that have undergone these processes are also referred to as the water-treated product, acid-treated product, alkali-treated product, and heat-treated product, respectively. The process of treating the waste FCC catalyst with at least one process of treating the waste FCC catalyst with acid, alkali, and heat may be performed before or after the particle size adjustment process.

酸処理工程では、廃FCC触媒を、酸を含む溶液に接触させることで行う。接触させる方法は特に限定されるものではないが、例えば、廃FCC触媒を上記溶液中に浸漬することで行ってよい。酸としては、例えば、塩酸又は塩化水素(HCl)、硫酸、硝酸、リン酸、酢酸、及びギ酸等の無機酸を使用することができる。上記溶液は、水溶液であってよい。水溶液を使用する場合、例えば、水溶液のpHは、例えば、0.1~6.0、0.5~4.0、又は1.0~3.0であってよい。溶液の濃度は、例えば、1.0×10-6mol/L~10.0mol/L、又は1.0×10-3mol/L~1.0mol/Lであってよい。 The acid treatment step is carried out by bringing the spent FCC catalyst into contact with a solution containing an acid. The contact method is not particularly limited, and may be, for example, by immersing the spent FCC catalyst in the solution. Examples of acids that can be used include inorganic acids such as hydrochloric acid or hydrogen chloride (HCl), sulfuric acid, nitric acid, phosphoric acid, acetic acid, and formic acid. The solution may be an aqueous solution. When an aqueous solution is used, the pH of the aqueous solution may be, for example, 0.1 to 6.0, 0.5 to 4.0, or 1.0 to 3.0. The concentration of the solution may be, for example, 1.0×10 −6 mol/L to 10.0 mol/L, or 1.0×10 −3 mol/L to 1.0 mol/L.

酸処理工程は、廃FCC触媒100質量部に対して、酸を含む溶液が、例えば、5~10000質量部、10~1000質量部、又は25~100質量部となるように配合して行う。酸処理工程において使用する酸を含む溶液は加温してもよく、例えば、30~90℃、又は50~70℃であってよい。酸処理工程における酸処理の時間は、例えば、30分間~3日間、又は1時間~1日間であってよい。 The acid treatment step is carried out by blending, for example, 5 to 10,000 parts by mass, 10 to 1,000 parts by mass, or 25 to 100 parts by mass of the acid-containing solution per 100 parts by mass of the spent FCC catalyst. The acid-containing solution used in the acid treatment step may be heated, for example, to 30 to 90°C or 50 to 70°C. The acid treatment time in the acid treatment step may be, for example, 30 minutes to 3 days, or 1 hour to 1 day.

アルカリ処理工程では、廃FCC触媒を、アルカリを含む溶液に接触させることで行う。接触させる方法は特に限定されるものではないが、例えば、廃FCC触媒を上記溶液中に浸漬することで行ってよい。アルカリとしては、例えば、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化リチウム、水酸化カルシウム、水酸化マグネシウム、炭酸ナトリウム、及び炭酸カリウム等を使用することができる。上記溶液は、水溶液であってよい。水溶液を使用する場合、水溶液のpHは、例えば、8.0~15.0、9.0~14.0、又は10.0~13.0であってよい。溶液の濃度は、例えば、1.0×10-6mol/L~10.0mol/L、又は1.0×10-3mol/L~1.0mol/Lであってよい。 The alkali treatment step is carried out by bringing the spent FCC catalyst into contact with a solution containing an alkali. The contact method is not particularly limited, and may be, for example, by immersing the spent FCC catalyst in the solution. Examples of alkali that can be used include sodium hydroxide, potassium hydroxide, lithium hydroxide, calcium hydroxide, magnesium hydroxide, sodium carbonate, and potassium carbonate. The solution may be an aqueous solution. When an aqueous solution is used, the pH of the aqueous solution may be, for example, 8.0 to 15.0, 9.0 to 14.0, or 10.0 to 13.0. The concentration of the solution may be, for example, 1.0 × 10 -6 mol/L to 10.0 mol/L, or 1.0 × 10 -3 mol/L to 1.0 mol/L.

アルカリ処理工程は、廃FCC触媒100質量部に対して、アルカリを含む溶液が、例えば、5~10000質量部、10~1000質量部、又は25~100質量部となるように配合して行う。アルカリ処理工程において使用するアルカリを含む溶液は加温してもよく、例えば、30~90℃、又は50~70℃であってよい。アルカリ処理工程におけるアルカリ処理の時間は、例えば、30分間~3日間、又は1時間~1日間であってよい。 The alkali treatment step is carried out by blending, for example, 5 to 10,000 parts by mass, 10 to 1,000 parts by mass, or 25 to 100 parts by mass of the alkali-containing solution per 100 parts by mass of the spent FCC catalyst. The alkali-containing solution used in the alkali treatment step may be heated, for example, to 30 to 90°C or 50 to 70°C. The alkali treatment time in the alkali treatment step may be, for example, 30 minutes to 3 days, or 1 hour to 1 day.

酸処理工程及びアルカリ処理工程を行う場合、処理後に、廃FCC触媒から酸及びアルカリを除去する観点から、水による洗浄及び乾燥を行うこともできる。 When the acid treatment process and alkali treatment process are performed, washing with water and drying can also be carried out after the treatment in order to remove the acid and alkali from the spent FCC catalyst.

加熱処理工程は、廃FCC触媒を、200℃以上の温度で加熱処理する工程である。加熱温度は、例えば、200~1500℃、300~1200℃、及び500~1000℃であってよい。加熱処理工程における廃FCC触媒の加熱時間は、例えば、5分間~3時間、10分間~2時間、又は30分間~1時間であってよい。本明細書における加熱時間とは、廃FCC触媒の周囲の環境温度が、目的とする加熱温度に到達してから、その温度に維持する保持時間を意味する。 The heat treatment process is a process in which the spent FCC catalyst is heat-treated at a temperature of 200°C or higher. The heating temperature may be, for example, 200 to 1500°C, 300 to 1200°C, or 500 to 1000°C. The heating time of the spent FCC catalyst in the heat treatment process may be, for example, 5 minutes to 3 hours, 10 minutes to 2 hours, or 30 minutes to 1 hour. In this specification, the heating time refers to the retention time during which the environmental temperature around the spent FCC catalyst is maintained at the desired heating temperature after it has reached that temperature.

上述の製造方法によって製造されるセメント組成物は、例えば、細骨材、粗骨材、水、及び混和材等と混合して使用することができ、硬化体(モルタル又はコンクリート)を与えるモルタル組成物又はコンクリート組成物とすることもできる。 The cement composition produced by the above-mentioned production method can be used by mixing it with, for example, fine aggregate, coarse aggregate, water, and admixtures, and can also be used to produce a mortar composition or concrete composition that gives a hardened product (mortar or concrete).

細骨材は、JIS A 5005:2020「コンクリート用砕石及び砕砂」に規定の細骨材等を用いることができる。細骨材としては、例えば、川砂、陸砂、海砂、砕砂、珪砂、銅スラグ細骨材、及び電気炉酸化スラグ細骨材等が挙げられる。細骨材を使用する場合、細骨材の使用量は、上述のセメント組成物100質量部に対して、例えば、50~500質量部、100~300質量部、又は200~250質量部であってよい。 The fine aggregate specified in JIS A 5005:2020 "Crushed Stone and Crushed Sand for Concrete" can be used. Examples of fine aggregate include river sand, land sand, sea sand, crushed sand, silica sand, copper slag fine aggregate, and electric furnace oxidizing slag fine aggregate. When fine aggregate is used, the amount of fine aggregate used may be, for example, 50 to 500 parts by mass, 100 to 300 parts by mass, or 200 to 250 parts by mass per 100 parts by mass of the above-mentioned cement composition.

粗骨材は、JIS A 5005:2020「コンクリート用砕石及び砕砂」に規定の粗骨材等を用いることができる。粗骨材としては、例えば、砂利、及び砕石等が挙げられる。粗骨材を使用する場合、粗骨材の使用量は、上述のセメント組成物100質量部に対して、例えば、50~500質量部、100~300質量部、又は200~250質量部であってよい。 The coarse aggregate specified in JIS A 5005:2020 "Crushed stone and crushed sand for concrete" can be used. Examples of coarse aggregate include gravel and crushed stone. When using coarse aggregate, the amount of coarse aggregate used may be, for example, 50 to 500 parts by mass, 100 to 300 parts by mass, or 200 to 250 parts by mass per 100 parts by mass of the above-mentioned cement composition.

細骨材及び粗骨材を併用することもできるが、この場合、細骨材及び粗骨材の合計の使用量は、上述のセメント組成物100質量部に対して、100~300質量部、又は200~250質量部であってよい。 Fine aggregate and coarse aggregate can also be used in combination. In this case, the total amount of fine aggregate and coarse aggregate used may be 100 to 300 parts by mass, or 200 to 250 parts by mass, per 100 parts by mass of the above-mentioned cement composition.

水としては、例えば、水道水、蒸留水、及び脱イオン水等が挙げられる。水の使用量は、上述のセメント組成物100質量部に対して、20~100質量部、又は40~70質量部であってよい。 Examples of water include tap water, distilled water, and deionized water. The amount of water used may be 20 to 100 parts by weight, or 40 to 70 parts by weight, per 100 parts by weight of the above-mentioned cement composition.

混和剤は、例えば、AE剤、減水剤、AE減水剤、高性能減水剤、高性能AE減水剤、流動化剤、消泡剤、収縮低減剤、凝結促進剤、凝結遅延剤、及び増粘剤等が挙げられる。混和剤の使用量は、上述のセメント組成物100質量部に対して、例えば、0.01~2質量部であってよい。 Examples of admixtures include air-entraining agents, water-reducing agents, air-entraining and water-reducing agents, high-performance water-reducing agents, superplasticizers, antifoaming agents, shrinkage-reducing agents, set accelerators, set retarders, and thickeners. The amount of admixture used may be, for example, 0.01 to 2 parts by mass per 100 parts by mass of the above-mentioned cement composition.

以上、幾つかの実施形態について説明したが、本開示は上記実施形態に何ら限定されるものではない。また、上述した実施形態についての説明内容は、互いに適用することができる。 Although several embodiments have been described above, the present disclosure is in no way limited to the above embodiments. Furthermore, the descriptions of the above embodiments can be mutually applied.

以下、実施例、比較例、及び参考例を参照して本開示の内容をより詳細に説明する。ただし、本開示は、下記の実施例に限定されるものではない。 The present disclosure will be explained in more detail below with reference to examples, comparative examples, and reference examples. However, the present disclosure is not limited to the following examples.

[セメント組成物の原料]
セメント組成物の原料として以下の物を用いた。
[Raw materials for cement composition]
The following materials were used as raw materials for the cement composition.

(セメントクリンカ)
セメントクリンカは、Bogue式による鉱物組成が下記表1の記載となるような普通ポルトランドセメントクリンカを用いた。Bogue式の計算に用いたセメントの化学組成は、JIS R 5204「セメントの蛍光X線分析方法」に記載の方法に準拠して測定した。
(cement clinker)
The cement clinker used was ordinary Portland cement clinker whose mineral composition according to the Bogue formula is shown in the following Table 1. The chemical composition of the cement used in the calculations according to the Bogue formula was measured in accordance with the method described in JIS R 5204 "Method for X-ray fluorescence analysis of cement."

(石膏)
石膏は、JIS R 9151:2009「セメント用天然せっこう」に記載の要件を満たす石膏を用いた。
(plaster)
The gypsum used was gypsum that satisfied the requirements described in JIS R 9151:2009 "Natural gypsum for cement."

(混合材)
混合材としては、後述する、石灰石、廃FCC触媒、及びフライアッシュを用いた。混合材の化学組成、平均粒子径、及びブレーン比表面積を表2に示す。
(mixed material)
The admixtures used were limestone, waste FCC catalyst, and fly ash, as described below. Table 2 shows the chemical composition, average particle size, and Blaine specific surface area of the admixtures.

・石灰石
石灰石(LS)は、炭酸カルシウム含有量が90質量%以上、酸化アルミニウム含有量が1.0質量%以下であり、JIS R 5210:2019「ポルトランドセメント」に記載の少量混合成分の要件を満たす石灰石を粉砕した石灰石微粉末を用いた。
Limestone (LS) has a calcium carbonate content of 90% by mass or more and an aluminum oxide content of 1.0% by mass or less, and is a fine powder of limestone obtained by pulverizing limestone that satisfies the requirements for minor mixed components described in JIS R 5210:2019 "Portland cement".

・廃FCC触媒
廃FCC触媒は、化学成分の異なる4種類の未処理の廃FCC触媒(FC1~FC4)、及び後述する(A)~(D)のいずれかの処理を施したものを使用した。未処理の廃FCC触媒FC1~FC4の平均粒子径は、それぞれ、67μm、70μm、59μm、及び63μmであった。平均粒子径は、レーザー回折・散乱式の粒度分布測定装置(株式会社堀場製作所製、商品名:LA-950V2)を用いて、測定した。具体的には、事前に超音波処理によって、エタノール中に粒子を分散させた後、エタノール中での粒子径を測定した。各試料について、測定を2回行い、それぞれ体積基準でメジアン径を算出した。算出された2回のメジアン径の算術平均値を、平均粒子径とした。
Waste FCC Catalysts: Four types of untreated waste FCC catalysts (FC1 to FC4) with different chemical components and catalysts that had undergone any of the treatments (A) to (D) described below were used as waste FCC catalysts. The average particle diameters of the untreated waste FCC catalysts FC1 to FC4 were 67 μm, 70 μm, 59 μm, and 63 μm, respectively. The average particle diameters were measured using a laser diffraction/scattering particle size distribution analyzer (manufactured by Horiba, Ltd., product name: LA-950V2). Specifically, particles were dispersed in ethanol in advance by ultrasonic treatment, and then the particle diameters in ethanol were measured. Measurements were performed twice for each sample, and the median diameter was calculated on a volume basis for each. The arithmetic mean of the calculated median diameters was taken as the average particle diameter.

(A)粉砕工程
廃FCC触媒FC1-A及びFC2-Aは、それぞれ廃FCC触媒FC1及びFC2をボールミルで15分間粉砕し、ブレーン比表面積を増大させたものを用いた。廃FCC触媒FC1-A及びFC2-Aの平均粒子径は、それぞれ31μm、及び25μmであった。
(A) Pulverization step The waste FCC catalysts FC1-A and FC2-A were prepared by pulverizing the waste FCC catalysts FC1 and FC2 in a ball mill for 15 minutes to increase the Blaine specific surface area. The average particle diameters of the waste FCC catalysts FC1-A and FC2-A were 31 μm and 25 μm, respectively.

(B)酸処理工程
廃FCC触媒FC1-B及びFC2-Bは、それぞれ廃FCC触媒FC1~FC2の酸処理物である。酸処理は、まず、100質量部の廃FCC触媒に対してHCl水溶液(濃度:1mol/L)が59質量部となるように添加し、ホバートミキサーで3分間撹拌した後、密閉したポリエチレン袋内で1日間静置した。その後、袋から取り出し、105℃で1日間乾燥させ、水分を蒸発させた。乾燥後、ボールミルで15分間粉砕した。廃FCC触媒FC1-B及びFC2-Bの平均粒子径は、それぞれ23μm、及び22μmであった。
(B) Acid Treatment Step Waste FCC catalysts FC1-B and FC2-B are acid-treated products of the waste FCC catalysts FC1 to FC2, respectively. In the acid treatment, first, 59 parts by mass of an aqueous HCl solution (concentration: 1 mol/L) was added to 100 parts by mass of the waste FCC catalyst, and the mixture was stirred for 3 minutes using a Hobart mixer, and then allowed to stand in a sealed polyethylene bag for 1 day. The mixture was then removed from the bag and dried at 105°C for 1 day to evaporate the water. After drying, the mixture was pulverized for 15 minutes using a ball mill. The average particle sizes of the waste FCC catalysts FC1-B and FC2-B were 23 μm and 22 μm, respectively.

(C)アルカリ処理工程
廃FCC触媒FC1-C~FC3-Cは、それぞれ廃FCC触媒FC1~FC3のアルカリ処理物である。アルカリ処理は、まず、100質量部の廃FCC触媒に対してNaOH水溶液(濃度:1mol/L)が50質量部となるように添加し、ホバートミキサーで3分間撹拌した後、密閉したポリエチレン袋内で1日間静置した。その後、袋から取り出し、105℃で1日間乾燥させ、水分を蒸発させた。乾燥後、ボールミルで15分間粉砕した。廃FCC触媒FC1-C~FC3-Cの平均粒子径は、それぞれ14μm、14μm、及び28μmであった。
(C) Alkali Treatment Step The waste FCC catalysts FC1-C to FC3-C are alkali-treated products of the waste FCC catalysts FC1 to FC3, respectively. The alkali treatment was carried out by first adding 50 parts by mass of an aqueous NaOH solution (concentration: 1 mol/L) to 100 parts by mass of the waste FCC catalyst, stirring for 3 minutes in a Hobart mixer, and then allowing the mixture to stand in a sealed polyethylene bag for 1 day. The mixture was then removed from the bag and dried at 105°C for 1 day to evaporate the water. After drying, the mixture was pulverized for 15 minutes in a ball mill. The average particle sizes of the waste FCC catalysts FC1-C to FC3-C were 14 μm, 14 μm, and 28 μm, respectively.

(D)加熱処理工程
廃FCC触媒FC1-D及びFC3-Dは、それぞれ廃FCC触媒FC1及びFC3の加熱処理物である。加熱処理は、まず廃FCC触媒をボールミルで15分間粉砕した。粉砕した廃FCC触媒を電気炉にて900℃で1時間加熱することで行った。廃FCC触媒FC1-D及びFC3-Dの平均粒子径は、それぞれ25μm、及び31μmであった。
(D) Heat Treatment Step The waste FCC catalysts FC1-D and FC3-D are heat-treated products of the waste FCC catalysts FC1 and FC3, respectively. The heat treatment was carried out by first pulverizing the waste FCC catalyst in a ball mill for 15 minutes. The pulverized waste FCC catalyst was heated in an electric furnace at 900°C for 1 hour. The average particle diameters of the waste FCC catalysts FC1-D and FC3-D were 25 μm and 31 μm, respectively.

表2における各種成分の化学組成は、走査型蛍光X線装置を使用して、ファンダメンタルパラメーター法によって定量した。なお、蛍光X線分析には、株式会社リガク製の「ZSX-100e」(製品名)を用いた。 The chemical composition of the various components in Table 2 was quantified using a scanning X-ray fluorescence analyzer with the fundamental parameter method. For the X-ray fluorescence analysis, a "ZSX-100e" (product name) manufactured by Rigaku Corporation was used.

表2における各種成分の酸不溶残分量(insol)は、JIS R 5202:2015「セメントの化学分析法」の記載に準拠して測定した。 The acid-insoluble residue (insol) of each component in Table 2 was measured in accordance with JIS R 5202:2015 "Methods for Chemical Analysis of Cement."

表2における各種成分のブレーン比表面積は、JIS R 5201:2015「セメントの物理測定方法」の記載に準拠して測定した。ここで、廃FCC触媒のブレーン比表面積の測定に際し使用する密度の値は、自動湿式真密度測定器(株式会社セイシン企業製、商品名:MAT-7000)のエタノール中での液相置換法(ピクノメーター法)による測定値を用いた。 The Blaine specific surface area of each component in Table 2 was measured in accordance with JIS R 5201:2015, "Physical Measurement Methods for Cement." The density value used to measure the Blaine specific surface area of the spent FCC catalyst was measured using an automatic wet true density measuring device (manufactured by Seishin Enterprise Co., Ltd., product name: MAT-7000) using the liquid-phase displacement method (pycnometer method) in ethanol.

(実施例1~8、参考例1、及び比較例1~5)
セメントクリンカ、石膏、石灰石、及び混合材を表3に示す配合割合(質量%)で、混合及び粉砕することによって混合セメント組成物を調製した。具体的には、まずセメントクリンカ、石膏をボールミルにて混合粉砕し、ベースセメントを得た。ベースセメントのブレーン比表面積は3130cm/gであった。またベースセメントにおける石膏含有量はSO換算で1.0質量%であった。次に、表3に示す種類及び配合で混合材を混合することで、実施例、参考例及び比較例のそれぞれのセメント組成物を調製した。なお、参考例1のセメント組成物は、一般的な普通ポルトランドセメントを想定した例であり、比較例1は、セメントクリンカの一部をフライアッシュで代替したセメント組成物を想定した例とした。
(Examples 1 to 8, Reference Example 1, and Comparative Examples 1 to 5)
Mixed cement compositions were prepared by mixing and pulverizing cement clinker, gypsum, limestone, and admixtures in the proportions (mass%) shown in Table 3. Specifically, cement clinker and gypsum were first mixed and pulverized in a ball mill to obtain a base cement. The Blaine specific surface area of the base cement was 3130 cm2 /g. The gypsum content in the base cement was 1.0 mass% in terms of SO3 . Next, the admixtures were mixed in the types and proportions shown in Table 3 to prepare the cement compositions of the Examples, Reference Examples, and Comparative Examples. The cement composition of Reference Example 1 is an example based on common ordinary Portland cement, and Comparative Example 1 is an example based on a cement composition in which part of the cement clinker was replaced with fly ash.

<圧縮強さの測定>
実施例1~8、参考例1、及び比較例1~5で調製した各セメント組成物を用いて、JIS R 5201:2015「セメントの物理試験方法」の記載に準拠して圧縮強さの測定を行った。結果を表3に示す。なお、表3に示す圧縮強さは、参考例1のセメント組成物の圧縮強さを100とした相対値である。
<Measurement of compressive strength>
Using each of the cement compositions prepared in Examples 1 to 8, Reference Example 1, and Comparative Examples 1 to 5, compressive strength was measured in accordance with the description of JIS R 5201:2015 "Physical Testing Methods for Cement." The results are shown in Table 3. The compressive strengths shown in Table 3 are relative values, with the compressive strength of the cement composition of Reference Example 1 taken as 100.

具体的にはまず、上記セメント組成物100質量部に対して、細骨材として、セメント協会から入手したセメント強さ試験用標準砂を300質量部、及び水を50質量部混合し、モルタル組成物を調製した。当該モルタル組成物を練り混ぜ、及び型詰めを行った。次に、型枠を相対湿度90%以上の湿気箱内に入れ、20℃において24時間かけて養生した。その後、脱型し、モルタル硬化体を得た。 Specifically, a mortar composition was prepared by mixing 100 parts by mass of the above cement composition with 300 parts by mass of standard sand for cement strength tests obtained from the Cement Association as fine aggregate and 50 parts by mass of water. The mortar composition was then kneaded and molded. The formwork was then placed in a humidity chamber with a relative humidity of 90% or higher and cured at 20°C for 24 hours. The formwork was then demolded to obtain a hardened mortar.

次に、調製されたモルタル硬化体について、20℃の恒温室にて水中養生を行い、水中養生材齢7日目にモルタル硬化体を水中から取り出して、モルタル硬化体の圧縮強さを測定し、基準モルタル(参考例1)に対する圧縮強さの相対値((試験モルタルの所定材齢の圧縮強さ/基準モルタルの所定材齢の圧縮強さ)×100)を算出した。 The prepared hardened mortar was then underwater cured in a thermostatic chamber at 20°C. On the seventh day after underwater curing, the hardened mortar was removed from the water and its compressive strength was measured. The relative value of the compressive strength to that of the reference mortar (Reference Example 1) was calculated ((compressive strength of test mortar at a specified age / compressive strength of reference mortar at a specified age) x 100).

表3に示されるとおり、セメントクリンカ、石膏及び石灰石からなるセメント組成物を用いた場合(参考例1)に比べて、フライアッシュを更に添加し、セメントクリンカの置換割合を増加させたセメント組成物(比較例1)では、製造に係るCO排出量の低減は規定できる一方で、圧縮強さの低下を招くことが確認された。 As shown in Table 3, compared to the case where a cement composition consisting of cement clinker, gypsum, and limestone was used (Reference Example 1), the cement composition (Comparative Example 1) in which fly ash was further added and the cement clinker substitution ratio was increased was confirmed to result in a reduction in CO2 emissions related to production, but also in a decrease in compressive strength.

また、使用実績の少ない廃FCC触媒を、フライアッシュの代わりに混和材として使用したセメント組成物(比較例2~5)では、フライアッシュを用いたセメント組成物と同等以上の圧縮強さを発揮し得ることは確認されたものの、従前の普通ポルトランドセメント(参考例1)の圧縮強さを超えるものではないことが確認された。 Furthermore, it was confirmed that cement compositions (Comparative Examples 2 to 5) using waste FCC catalyst, which has little track record of use, as an admixture in place of fly ash were able to exhibit compressive strength equal to or greater than that of cement compositions using fly ash, but that the compressive strength did not exceed that of conventional ordinary Portland cement (Reference Example 1).

一方で、廃FCC触媒であっても、ブレーン比表面積が本願所定の範囲となるものを採用したセメント組成物(実施例1~9)は、従前の普通ポルトランドセメント(参考例1)の圧縮強さを超える優れた初期強度を発揮し得ることが確認された。 On the other hand, it was confirmed that cement compositions (Examples 1 to 9) using waste FCC catalysts with Blaine specific surface areas within the range specified in this application can exhibit excellent early strength that exceeds the compressive strength of conventional ordinary Portland cement (Reference Example 1).

また,insol量及びRO量がより少ない廃FCC触媒を混和材として使用したセメント組成物(実施例5,6,8)では、insol量が多い廃FCC触媒を混和材として使用したセメント組成物(実施例7,9)と比較して、より優れた圧縮強さを発現し得ることが確認された。 Furthermore, it was confirmed that the cement compositions (Examples 5, 6, and 8) using a waste FCC catalyst with a lower insol content and R2O content as an admixture can exhibit superior compressive strength compared to the cement compositions (Examples 7 and 9) using a waste FCC catalyst with a higher insol content as an admixture.

本開示によれば、廃棄物を混合材として利用することで環境負荷低減に寄与することが可能であり、且つ、優れた初期圧縮強さを発揮し得るセメント組成物及びその製造方法を提供できる。 This disclosure provides a cement composition and a method for producing the same that can contribute to reducing environmental impact by using waste materials as admixtures and exhibit excellent early compressive strength.

Claims (5)

セメントクリンカ、石膏、及び廃FCC触媒を含み、
前記廃FCC触媒のブレーン比表面積が4000cm/g以上であり、
前記廃FCC触媒の塩酸による不溶残分が85質量%以下であり、R O量が0.70質量%以下である、セメント組成物。
cement clinker, gypsum, and spent FCC catalyst;
The Blaine specific surface area of the spent FCC catalyst is 4000 cm 2 /g or more ;
The cement composition , wherein the residue of the waste FCC catalyst insoluble in hydrochloric acid is 85% by mass or less, and the amount of R 2 O is 0.70% by mass or less .
前記廃FCC触媒が、酸処理物、アルカリ処理物、及び加熱処理物のいずれかである、請求項1に記載のセメント組成物。 2. The cement composition according to claim 1 , wherein the spent FCC catalyst is any one of an acid-treated product, an alkali-treated product, and a heat-treated product. 石灰石を更に含み、
前記廃FCC触媒及び前記石灰石の合計量が、5.0質量%超30.0質量%以下であり、
前記廃FCC触媒の含有量が、前記廃FCC触媒及び前記石灰石の合計量を基準として、0.1~90質量%である、請求項1又は2に記載のセメント組成物。
Further containing limestone,
The total amount of the spent FCC catalyst and the limestone is more than 5.0 mass% and 30.0 mass% or less,
3. The cement composition according to claim 1 , wherein the content of the spent FCC catalyst is 0.1 to 90 mass% based on the total amount of the spent FCC catalyst and the limestone.
廃FCC触媒の粒度を調整し、前記廃FCC触媒のブレーン比表面積を4000cm/g以上とする工程と、
前記廃FCC触媒と、セメントクリンカ及び石膏とを混合する工程と、を含み、
前記廃FCC触媒の塩酸による不溶残分が85質量%以下であり、R O量が0.70質量%以下である、セメント組成物の製造方法。
A step of adjusting the particle size of the spent FCC catalyst so that the Blaine specific surface area of the spent FCC catalyst is 4000 cm 2 /g or more;
mixing the spent FCC catalyst with cement clinker and gypsum ;
The method for producing a cement composition , wherein the waste FCC catalyst has an insoluble residue in hydrochloric acid of 85% by mass or less and an R 2 O content of 0.70% by mass or less .
前記廃FCC触媒に対して、酸処理、アルカリ処理、及び加熱処理からなる群より選択される少なくとも1種の処理を行う工程を更に含む、請求項に記載の製造方法。
The method according to claim 4 , further comprising a step of subjecting the spent FCC catalyst to at least one treatment selected from the group consisting of an acid treatment, an alkali treatment, and a heat treatment.
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002255621A (en) 2001-02-08 2002-09-11 Bonho Ko Ultra high strength cement concrete
JP2006265083A (en) 2005-02-23 2006-10-05 Ube Ind Ltd Hydraulic compositions and their mortars and cured bodies
JP2009029646A (en) 2007-07-25 2009-02-12 Denki Kagaku Kogyo Kk Cement concrete hardened body, method for producing the same, and cement concrete used therefor
US20210130677A1 (en) 2019-04-17 2021-05-06 Halliburton Energy Services, Inc. Agglomerated Zeolite Catalyst For Cement Slurry Yield Enhancement

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH10265249A (en) * 1997-03-24 1998-10-06 Denki Kagaku Kogyo Kk Cement admixture and cement composition using the same

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002255621A (en) 2001-02-08 2002-09-11 Bonho Ko Ultra high strength cement concrete
JP2006265083A (en) 2005-02-23 2006-10-05 Ube Ind Ltd Hydraulic compositions and their mortars and cured bodies
JP2009029646A (en) 2007-07-25 2009-02-12 Denki Kagaku Kogyo Kk Cement concrete hardened body, method for producing the same, and cement concrete used therefor
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