セラミック焼成体及びその製造方法
【課題】 石炭灰およびアルミドロスを原料の一部とし、瓦、壁材、路盤材等として利用可能なセラミック焼成体及びその製造方法を提供すること。
【解決手段】
アルミドロスをアルカリ水溶液中で反応させたアルカリ処理液に石炭灰を加え加熱、反応させて合成ゼオライトを含む多孔質体を得、該合成ゼオライトを含む多孔質粒粉体を粘土に加えて混練、乾燥した後、焼成して得られたセラミック焼成体。また、アルミドロスに苛性ソーダ溶液を加えて可溶性アルミン酸ソーダを得、該可溶性アルミン酸ソーダを含む溶液に石炭灰を加え、８０℃〜１２０℃の温度域で５時間以上反応させて合成ゼオライトを含む多孔質体とし、該合成ゼオライトを含む多孔質粒粉体と粘土を混練、成型、乾燥後、１１００℃〜１４００℃の温度域で２０時間以上の焼成を行うセラミック焼成体の製造方法。
【解決手段】
アルミドロスをアルカリ水溶液中で反応させたアルカリ処理液に石炭灰を加え加熱、反応させて合成ゼオライトを含む多孔質体を得、該合成ゼオライトを含む多孔質粒粉体を粘土に加えて混練、乾燥した後、焼成して得られたセラミック焼成体。また、アルミドロスに苛性ソーダ溶液を加えて可溶性アルミン酸ソーダを得、該可溶性アルミン酸ソーダを含む溶液に石炭灰を加え、８０℃〜１２０℃の温度域で５時間以上反応させて合成ゼオライトを含む多孔質体とし、該合成ゼオライトを含む多孔質粒粉体と粘土を混練、成型、乾燥後、１１００℃〜１４００℃の温度域で２０時間以上の焼成を行うセラミック焼成体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、石炭灰、アルミドロス、および粘土を出発原料とする、たとえば瓦、壁材といったセラミック焼成体及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
世界規模での石油需給の長期的展望から、石炭火力発電の重要性が増すことは必至である。現在、約１０００万トン／年の石炭灰が石炭火力発電所から排出されており、今後この排出量は増大するものと思われる。この石炭灰（主としてフライアッシュ）の約４０％はセメント原料として活用されているものの多くは埋め立てられており、埋立用地が逼迫している状況からも石炭灰を資源として活用することの重要性が増してきている。
【０００３】
一方、アルミニウムやアルミニウム合金を溶解する工程で発生するスラグ状のアルミドロス（アルミニウム残灰）には、金属アルミニウム、酸化アルミニウム以外に窒化アルミニウム、金属酸化物、フラックス成分、硫化物等が含まれている。而して、アルミドロスを産業廃棄物として処理すると、雨水と反応して水酸化物を形成するときに水素を発生して危険でありまた、アンモニアガスを発生して異臭を生じたりする問題もある。従って、アルミドロスを資源として活用することもまた、望まれている。
【０００４】
他方、瓦製造業界にあっては瓦用粘土が枯渇してきており、その確保が問題となりつつある。
【０００５】
処で、石炭灰とアルミドロスを原料として合成ゼオライトを製造する方法は、既知である（たとえば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００４−３００００５公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
石炭灰とアルミドロスを原料として得られる合成ゼオライトは土地改良材或いは路盤改良材等として利用されるが、石炭灰の成分組成に鑑み、資源リサイクルの観点からさらなる高付加価値化の可能性がありながら、それを可能にする技術的手段は提案されていない。
【０００７】
本発明は、石炭灰およびアルミドロスを原料の一部とし、瓦、壁材、路盤材等として利用可能なセラミック焼成体及びその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するための、請求項１に記載の発明は、アルミドロスをアルカリ水溶液中で反応させたアルカリ処理液に石炭灰を加え加熱、反応させて合成ゼオライトを含む多孔質体を得、該合成ゼオライトを含む多孔質粒粉体を粘土に加えて混練、乾燥した後、焼成して得られたセラミック焼成体である。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、アルミドロスをアルカリ水溶液中で反応させたアルカリ処理液に石炭灰を加え加熱、反応させて合成ゼオライトを含む多孔質体を得、該合成ゼオライトを含む多孔質粒粉体を４０重量％以下の割合で瓦用粘土に加えて混練、乾燥した後、焼成して得られた瓦用セラミック焼成体である。
【００１０】
請求項３に記載の発明は、アルミドロスに苛性ソーダ溶液を加えて可溶性アルミン酸ソーダを得、該可溶性アルミン酸ソーダを含む溶液に石炭灰を加え、８０℃〜１２０℃の温度域で５時間以上反応させて合成ゼオライトを含む多孔質体とし、該合成ゼオライトを含む多孔質粒粉体と粘土を混練、成型、乾燥後、１１００℃〜１４００℃の温度域で２０時間以上の焼成を行うことを特徴とするセラミック焼成体の製造方法である。
【００１１】
請求項４に記載の発明は、アルミドロスに苛性ソーダ溶液を加えて可溶性アルミン酸ソーダを得、該可溶性アルミン酸ソーダを含む溶液に石炭灰を加え、８０℃〜１２０℃の温度域で５時間以上反応させて合成ゼオライトを含む多孔質体とし、該合成ゼオライトを含む多孔質粒粉体を４０重量％以下となる範囲内で瓦用粘土に加えて混練、成型、乾燥した後、１１００℃〜１４００℃の温度域で２０時間以上の焼成を行うことを特徴とする瓦として用いられるセラミック焼成体の製造方法である。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、産業廃棄物である石炭灰、アルミドロスを原料の一部として軽量で、瓦、壁材、ビル屋上の緑化用路盤材等として利用できる安価なセラミック焼成体及びその製造方法を提供することができる。而して、資源のリサイクルの点でまた、粘土の代替化によって瓦用粘土の資源保護の点で効果がある。
【００１３】
本発明のセラミック焼成体を瓦として用いるときは、粘土瓦と同等以上の強度を有せしめて瓦を軽量化することができ、瓦葺き施工を容易にする効果を奏する。また、本発明のセラミック焼成体は保水性に富むから、粘土と混練、成型するに際し、成型性に優れる効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
石炭灰から合成ゼオライトを得るに際しては石炭灰中のアルミナ成分が不足する処から、溶解性のアルミナ成分を加える必要がある。表１に、石炭灰の組成の一例を示す。本発明においては、石炭灰とアルミニウムやアルミニウム合金を溶解する工程で発生するアルミドロスを原料として合成ゼオライトを含む多孔質体を得る。
【００１５】
【表１】
【００１６】
一方、たとえばアルミニウム再生メーカーから発生するアルミドロスは、一例として、金属アルミニウム：３５．７重量％、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）：２７．８重量％を含んでいる。而して、このアルミドロスを苛性ソーダ（ＮａＯＨ）溶液に加えてアルミン酸ソーダ（ＮａＡｌＯ２）に変化せしめる。次いで、石炭灰を、アルミン酸ソーダを含むアルミドロスのアルカリ処理溶液に加えて８０℃〜１２０℃、好ましくは９０℃〜１００℃の温度域で５時間以上好ましくは６時間〜８時間反応させて合成ゼオライトを得る。このときのアルミドロスのアルカリ処理溶液と石炭灰の配合比率は、重量で、２．３〜２．４の範囲が好ましい。 ２．３未満であると、Ａｌ不足で未反応のＳｉＯ２が残り、２．４を超えると、Ａｌ過剰で、未反応のＡｌ２Ｏ３が多量に残存する。
【００１７】
得られた合成ゼオライト粒粉体を、重量で４０％以下となる範囲内で粘土に加えて混練、成型した後、１１００℃〜１４００℃の温度域で２０時間以上の焼成を行って、セラミック焼成体を得る。
【実施例】
【００１８】
石炭火力発電所（Ｆ県Ｂ市）から排出された、表−１に示す組成を有するフライアッシュとアルミニウム再生メーカー（Ｙ県Ｓ市）から発生したアルミドロス（金属アルミニウム：３５．７重量％、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）：２７．８重量％を含む）を出発原料とした。このアルミドロスを室温で、１mol〜３molの苛性ソーダ（ＮａＯＨ）溶液に加えた。アルカリ水溶液処理したアルミドロスのＸ線解析を行った結果、金属Ａｌが消失しており、Ａｌと苛性ソーダ（ＮａＯＨ）が反応してアルミン酸ソーダ（ＮａＡｌＯ２）に変化していることが分かった。
【００１９】
次いで、石炭灰を、前記アルミドロスのアルカリ処理溶液中に、石炭灰中のシリカ（ＳｉＯ２）を余すことなくゼオライトに変化させるに足る量加えて９０℃〜１００℃の温度域で７時間反応させてＸ型ゼオライトを得た。
【００２０】
然る後、島根県石見地方より産出する粘土（石州瓦用粘土）に、前記得られたＸ型ゼオライト粒粉体を、重量比で０％〜７０％となる配合比率で加えて混練、成型（厚さ：１５ｍｍ、直径：３０ｍｍの円盤状）し、これを１週間天日干しした。この天日干し成型体を１２００℃で２４時間加熱、焼成を行った。
【００２１】
得られたセラミック焼成体の、Ｘ型ゼオライトの配合比率０％、１０％、２０％、３０％、５０％、６０％、および７０％のものについて、焼成前後の重量減少率、焼成前後の体積減少率、嵩密度、強度を測定した。その結果の平均値を表２に、強度の測定結果を表３に、焼成前後の重量減少率、体積減少率の測定結果を表４、表５に、嵩密度の測定を表６に示す。
【００２２】
【表２】
【００２３】
【表３】
【００２４】
【表４】
【００２５】
【表５】
【００２６】
【表６】
【００２７】
表１から明らかなように、合成ゼオライトの配合比率（重量％）が３０％までは、強度は瓦用粘土：１００％の場合とほぼ変わらない。また、合成ゼオライトの配合比率（重量％）：７０％までは強度が極端に低下することがない。さらに、合成ゼオライトを配合することによって、瓦用粘土：１００％の場合に比し７％〜９％の軽量化を図ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００２８】
本発明は、瓦、壁材、ビル屋上の緑化用路盤材等として用いることができるほか、多孔性を活かした排水層形成材料、土管用材料等として広い用途を有する。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、石炭灰、アルミドロス、および粘土を出発原料とする、たとえば瓦、壁材といったセラミック焼成体及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
世界規模での石油需給の長期的展望から、石炭火力発電の重要性が増すことは必至である。現在、約１０００万トン／年の石炭灰が石炭火力発電所から排出されており、今後この排出量は増大するものと思われる。この石炭灰（主としてフライアッシュ）の約４０％はセメント原料として活用されているものの多くは埋め立てられており、埋立用地が逼迫している状況からも石炭灰を資源として活用することの重要性が増してきている。
【０００３】
一方、アルミニウムやアルミニウム合金を溶解する工程で発生するスラグ状のアルミドロス（アルミニウム残灰）には、金属アルミニウム、酸化アルミニウム以外に窒化アルミニウム、金属酸化物、フラックス成分、硫化物等が含まれている。而して、アルミドロスを産業廃棄物として処理すると、雨水と反応して水酸化物を形成するときに水素を発生して危険でありまた、アンモニアガスを発生して異臭を生じたりする問題もある。従って、アルミドロスを資源として活用することもまた、望まれている。
【０００４】
他方、瓦製造業界にあっては瓦用粘土が枯渇してきており、その確保が問題となりつつある。
【０００５】
処で、石炭灰とアルミドロスを原料として合成ゼオライトを製造する方法は、既知である（たとえば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００４−３００００５公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
石炭灰とアルミドロスを原料として得られる合成ゼオライトは土地改良材或いは路盤改良材等として利用されるが、石炭灰の成分組成に鑑み、資源リサイクルの観点からさらなる高付加価値化の可能性がありながら、それを可能にする技術的手段は提案されていない。
【０００７】
本発明は、石炭灰およびアルミドロスを原料の一部とし、瓦、壁材、路盤材等として利用可能なセラミック焼成体及びその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するための、請求項１に記載の発明は、アルミドロスをアルカリ水溶液中で反応させたアルカリ処理液に石炭灰を加え加熱、反応させて合成ゼオライトを含む多孔質体を得、該合成ゼオライトを含む多孔質粒粉体を粘土に加えて混練、乾燥した後、焼成して得られたセラミック焼成体である。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、アルミドロスをアルカリ水溶液中で反応させたアルカリ処理液に石炭灰を加え加熱、反応させて合成ゼオライトを含む多孔質体を得、該合成ゼオライトを含む多孔質粒粉体を４０重量％以下の割合で瓦用粘土に加えて混練、乾燥した後、焼成して得られた瓦用セラミック焼成体である。
【００１０】
請求項３に記載の発明は、アルミドロスに苛性ソーダ溶液を加えて可溶性アルミン酸ソーダを得、該可溶性アルミン酸ソーダを含む溶液に石炭灰を加え、８０℃〜１２０℃の温度域で５時間以上反応させて合成ゼオライトを含む多孔質体とし、該合成ゼオライトを含む多孔質粒粉体と粘土を混練、成型、乾燥後、１１００℃〜１４００℃の温度域で２０時間以上の焼成を行うことを特徴とするセラミック焼成体の製造方法である。
【００１１】
請求項４に記載の発明は、アルミドロスに苛性ソーダ溶液を加えて可溶性アルミン酸ソーダを得、該可溶性アルミン酸ソーダを含む溶液に石炭灰を加え、８０℃〜１２０℃の温度域で５時間以上反応させて合成ゼオライトを含む多孔質体とし、該合成ゼオライトを含む多孔質粒粉体を４０重量％以下となる範囲内で瓦用粘土に加えて混練、成型、乾燥した後、１１００℃〜１４００℃の温度域で２０時間以上の焼成を行うことを特徴とする瓦として用いられるセラミック焼成体の製造方法である。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、産業廃棄物である石炭灰、アルミドロスを原料の一部として軽量で、瓦、壁材、ビル屋上の緑化用路盤材等として利用できる安価なセラミック焼成体及びその製造方法を提供することができる。而して、資源のリサイクルの点でまた、粘土の代替化によって瓦用粘土の資源保護の点で効果がある。
【００１３】
本発明のセラミック焼成体を瓦として用いるときは、粘土瓦と同等以上の強度を有せしめて瓦を軽量化することができ、瓦葺き施工を容易にする効果を奏する。また、本発明のセラミック焼成体は保水性に富むから、粘土と混練、成型するに際し、成型性に優れる効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
石炭灰から合成ゼオライトを得るに際しては石炭灰中のアルミナ成分が不足する処から、溶解性のアルミナ成分を加える必要がある。表１に、石炭灰の組成の一例を示す。本発明においては、石炭灰とアルミニウムやアルミニウム合金を溶解する工程で発生するアルミドロスを原料として合成ゼオライトを含む多孔質体を得る。
【００１５】
【表１】
【００１６】
一方、たとえばアルミニウム再生メーカーから発生するアルミドロスは、一例として、金属アルミニウム：３５．７重量％、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）：２７．８重量％を含んでいる。而して、このアルミドロスを苛性ソーダ（ＮａＯＨ）溶液に加えてアルミン酸ソーダ（ＮａＡｌＯ２）に変化せしめる。次いで、石炭灰を、アルミン酸ソーダを含むアルミドロスのアルカリ処理溶液に加えて８０℃〜１２０℃、好ましくは９０℃〜１００℃の温度域で５時間以上好ましくは６時間〜８時間反応させて合成ゼオライトを得る。このときのアルミドロスのアルカリ処理溶液と石炭灰の配合比率は、重量で、２．３〜２．４の範囲が好ましい。 ２．３未満であると、Ａｌ不足で未反応のＳｉＯ２が残り、２．４を超えると、Ａｌ過剰で、未反応のＡｌ２Ｏ３が多量に残存する。
【００１７】
得られた合成ゼオライト粒粉体を、重量で４０％以下となる範囲内で粘土に加えて混練、成型した後、１１００℃〜１４００℃の温度域で２０時間以上の焼成を行って、セラミック焼成体を得る。
【実施例】
【００１８】
石炭火力発電所（Ｆ県Ｂ市）から排出された、表−１に示す組成を有するフライアッシュとアルミニウム再生メーカー（Ｙ県Ｓ市）から発生したアルミドロス（金属アルミニウム：３５．７重量％、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）：２７．８重量％を含む）を出発原料とした。このアルミドロスを室温で、１mol〜３molの苛性ソーダ（ＮａＯＨ）溶液に加えた。アルカリ水溶液処理したアルミドロスのＸ線解析を行った結果、金属Ａｌが消失しており、Ａｌと苛性ソーダ（ＮａＯＨ）が反応してアルミン酸ソーダ（ＮａＡｌＯ２）に変化していることが分かった。
【００１９】
次いで、石炭灰を、前記アルミドロスのアルカリ処理溶液中に、石炭灰中のシリカ（ＳｉＯ２）を余すことなくゼオライトに変化させるに足る量加えて９０℃〜１００℃の温度域で７時間反応させてＸ型ゼオライトを得た。
【００２０】
然る後、島根県石見地方より産出する粘土（石州瓦用粘土）に、前記得られたＸ型ゼオライト粒粉体を、重量比で０％〜７０％となる配合比率で加えて混練、成型（厚さ：１５ｍｍ、直径：３０ｍｍの円盤状）し、これを１週間天日干しした。この天日干し成型体を１２００℃で２４時間加熱、焼成を行った。
【００２１】
得られたセラミック焼成体の、Ｘ型ゼオライトの配合比率０％、１０％、２０％、３０％、５０％、６０％、および７０％のものについて、焼成前後の重量減少率、焼成前後の体積減少率、嵩密度、強度を測定した。その結果の平均値を表２に、強度の測定結果を表３に、焼成前後の重量減少率、体積減少率の測定結果を表４、表５に、嵩密度の測定を表６に示す。
【００２２】
【表２】
【００２３】
【表３】
【００２４】
【表４】
【００２５】
【表５】
【００２６】
【表６】
【００２７】
表１から明らかなように、合成ゼオライトの配合比率（重量％）が３０％までは、強度は瓦用粘土：１００％の場合とほぼ変わらない。また、合成ゼオライトの配合比率（重量％）：７０％までは強度が極端に低下することがない。さらに、合成ゼオライトを配合することによって、瓦用粘土：１００％の場合に比し７％〜９％の軽量化を図ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００２８】
本発明は、瓦、壁材、ビル屋上の緑化用路盤材等として用いることができるほか、多孔性を活かした排水層形成材料、土管用材料等として広い用途を有する。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アルミドロスをアルカリ水溶液中で反応させたアルカリ処理液に石炭灰を加え加熱、反応させて合成ゼオライトを含む多孔質体を得、該合成ゼオライトを含む多孔質粒粉体を粘土に加えて混練、乾燥した後、焼成して得られたセラミック焼成体。
【請求項２】
アルミドロスをアルカリ水溶液中で反応させたアルカリ処理液に石炭灰を加え加熱、反応させて合成ゼオライトを含む多孔質体を得、該合成ゼオライトを含む多孔質粒粉体を４０重量％以下の割合で瓦用粘土に加えて混練、乾燥した後、焼成して得られた瓦用セラミック焼成体。
【請求項３】
アルミドロスに苛性ソーダ溶液を加えて可溶性アルミン酸ソーダを得、該可溶性アルミン酸ソーダを含む溶液に石炭灰を加え、８０℃〜１２０℃の温度域で５時間以上反応させて合成ゼオライトを含む多孔質体とし、該合成ゼオライトを含む多孔質粒粉体と粘土を混練、成型、乾燥後、１１００℃〜１４００℃の温度域で２０時間以上の焼成を行うことを特徴とするセラミック焼成体の製造方法。
【請求項４】
アルミドロスに苛性ソーダ溶液を加えて可溶性アルミン酸ソーダを得、該可溶性アルミン酸ソーダを含む溶液に石炭灰を加え、８０℃〜１２０℃の温度域で５時間以上反応させて合成ゼオライトを含む多孔質体とし、該合成ゼオライトを含む多孔質粒粉体を４０重量％以下となる範囲内で瓦用粘土に加えて混練、成型、乾燥した後、１１００℃〜１４００℃の温度域で２０時間以上の焼成を行うことを特徴とする瓦として用いられるセラミック焼成体の製造方法。
【請求項１】
アルミドロスをアルカリ水溶液中で反応させたアルカリ処理液に石炭灰を加え加熱、反応させて合成ゼオライトを含む多孔質体を得、該合成ゼオライトを含む多孔質粒粉体を粘土に加えて混練、乾燥した後、焼成して得られたセラミック焼成体。
【請求項２】
アルミドロスをアルカリ水溶液中で反応させたアルカリ処理液に石炭灰を加え加熱、反応させて合成ゼオライトを含む多孔質体を得、該合成ゼオライトを含む多孔質粒粉体を４０重量％以下の割合で瓦用粘土に加えて混練、乾燥した後、焼成して得られた瓦用セラミック焼成体。
【請求項３】
アルミドロスに苛性ソーダ溶液を加えて可溶性アルミン酸ソーダを得、該可溶性アルミン酸ソーダを含む溶液に石炭灰を加え、８０℃〜１２０℃の温度域で５時間以上反応させて合成ゼオライトを含む多孔質体とし、該合成ゼオライトを含む多孔質粒粉体と粘土を混練、成型、乾燥後、１１００℃〜１４００℃の温度域で２０時間以上の焼成を行うことを特徴とするセラミック焼成体の製造方法。
【請求項４】
アルミドロスに苛性ソーダ溶液を加えて可溶性アルミン酸ソーダを得、該可溶性アルミン酸ソーダを含む溶液に石炭灰を加え、８０℃〜１２０℃の温度域で５時間以上反応させて合成ゼオライトを含む多孔質体とし、該合成ゼオライトを含む多孔質粒粉体を４０重量％以下となる範囲内で瓦用粘土に加えて混練、成型、乾燥した後、１１００℃〜１４００℃の温度域で２０時間以上の焼成を行うことを特徴とする瓦として用いられるセラミック焼成体の製造方法。
【公開番号】特開２００８−１２７２５９（Ｐ２００８−１２７２５９Ａ）
【公開日】平成２０年６月５日（２００８．６．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−３１５９７９（Ｐ２００６−３１５９７９）
【出願日】平成１８年１１月２２日（２００６．１１．２２）
【出願人】（８０２００００３１）財団法人北九州産業学術推進機構 (187)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年６月５日（２００８．６．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年１１月２２日（２００６．１１．２２）
【出願人】（８０２００００３１）財団法人北九州産業学術推進機構 (187)
【Ｆターム（参考）】
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