使用済みマグネシア質、スピネル質およびアルミナ質耐火物のリサイクル方法
【課題】製鉄溶炉などの工業窯炉で使用された耐火物の廃棄による環境汚染、地球の鉱物資源の有効利用に考慮した使用済み酸化物系耐火物の再資源化技術を提供する。
【解決手段】マグネシア、アルミナおよび炭素の成分を含む原料からマグアロンを合成する方法において、原料の一部または全部に使用済みのマグネシア質、マグネシア・スピネル質およびアルミナ質耐火物を活用する。また、化学成分としてマグネシアが１〜３０質量％、アルミナが５０〜９５質量％、炭素が０．５〜３０質量％になるように上記の各原料を調合し、調合した混合物を窒素ガス雰囲気において１４００℃〜１８００℃で加熱することによりマグアロンを合成する。
【解決手段】マグネシア、アルミナおよび炭素の成分を含む原料からマグアロンを合成する方法において、原料の一部または全部に使用済みのマグネシア質、マグネシア・スピネル質およびアルミナ質耐火物を活用する。また、化学成分としてマグネシアが１〜３０質量％、アルミナが５０〜９５質量％、炭素が０．５〜３０質量％になるように上記の各原料を調合し、調合した混合物を窒素ガス雰囲気において１４００℃〜１８００℃で加熱することによりマグアロンを合成する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、使用済み酸化物系耐火物の再資源化技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
製鉄溶炉などの工業窯炉で使用された耐火物の多くは、廃棄物として処理されている。環境汚染の原因になるだけではなく、地球の鉱物資源を有効に利用する面においても問題がある。最近、種々の耐火物の再利用方法が開発され、提案されている。例えば、特開２００２−６９５１８、特開２００３−２８６５２３、特開２００３−２１２６６７、特開２００４−１５５６１１や特開２００５−５８８３５で開示されているように、使用済みの耐火物を金属製錬用の精錬剤として活用する方法や、耐火物原料として再利用する方法が提案されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明は、使用済みのマグネシア質、スピネル質およびアルミナ質耐火物を効率よくリサイクルすることを目的として、付加価値が高いマグアロンを合成する方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明は、マグネシア、アルミナおよび炭素の成分を含む原料からマグアロンを合成する方法において、原料の一部または全部に使用済みのマグネシア質、マグネシア・スピネル質およびアルミナ質耐火物を活用することを特徴とする。
【０００５】
また、化学成分としてマグネシアが１〜３０質量％、アルミナが５０〜９５質量％、炭素が０．５〜３０質量％になるように上記の各原料を調合し、調合した混合物を窒素ガス雰囲気において１４００℃〜１８００℃で加熱することによりマグアロンを合成することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
使用済みのマグネシア質、マグネシア・スピネル質およびアルミナ質耐火物をマグアロンの合成に活用することを特徴とする本発明は、産業廃棄物を高付加価値のマグアロンの合成に有効に活用するものであり、その工業的価値は大きい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００７】
本発明で課題解決を行う使用済み耐火物の範囲は、マグネシア質、マグネシア・スピネル（ＭｇＯ・Ａｌ２Ｏ３）質、スピネル質、アルミナ・スピネル質やアルミナ質などの定形耐火物および不定形耐火物である。
【００８】
対象となる耐火物は、炭素（黒鉛、カーボンブラックなど）を含有しているものでも良い。
【００９】
粒度が１０ｍｍ以下、望ましくは３ｍｍ以下になるように上記の使用済みの耐火物を破砕し、マグアロン合成の出発原料として活用する。粒度が１０ｍｍを超えると、加熱によるマグアロンの合成速度が小さくなる。
【００１０】
マグアロン合成の出発原料には、すべて使用済みの耐火物を使用することができ、また、出発原料の一部として使用することも可能である。後者の場合は、不足分の成分にマグネシア、アルミナおよび炭素を含む原料を追加する。追加される原料の粒度も１０ｍｍ以下、望ましくは３ｍｍ以下である。
【００１１】
各原料を化学成分としてマグネシアが２〜３０質量％、アルミナが７０〜９５質量％、炭素が２〜４０質量％の範囲になるように調合する。調合した混合物を加熱炉の中に設置し、窒素ガス雰囲気において１４００℃〜１８００℃で加熱すると、次の化学反応にしたがってマグアロンが合成される。
Ａｌ２Ｏ３＋ＭｇＯ＋Ｃ＋Ｎ２→ＭｇｘＡｌｙＯｚＮｍ＋ＣＯ
Ａｌ２Ｏ３＋ＭｇＯ・Ａｌ２Ｏ３＋Ｃ＋Ｎ２→ＭｇｘＡｌｙＯｚＮｍ＋ＣＯ
【００１２】
マグアロン合成において、混合物を粉体のままの状態で加熱しても良いし、あらかじめ粉体を加圧で成形した後、成形体を加熱することも可能である。
【００１３】
調合した混合物中のマグネシアは１〜３０質量％、アルミナは５０〜９５質量％、炭素は０．５〜３０質量％の範囲から外れると、マグアロンの成分に応じる物質を合成することは困難である。また、加熱温度が１４００℃未満であると、反応速度が遅く、合成の効率が良くない。１８００℃を超えると、反応速度がさらに向上することはなく、エネルギーを過量に消費することになる。
【００１４】
マグアロンの合成反応を加速させる目的で、調合の混合物には金属Ａｌまたはその合金を添加することもできるが、金属Ａｌおよびその合金は高価であり、且つ高温で揮発しやすいため、その添加量は１０質量％以下であることが望ましい。
【００１５】
また、調合した混合物においては、出発原料、特に使用済みの耐火物から由来する酸化鉄、酸化シリコン、酸化クロム、炭化物、フッ化物や塩化物などの不純物が混入するが、不純物の含有量は１０質量％以下であることが望ましい。不純物が１０質量％を超えると、マグアロンを合成できなくなる可能性があり、また合成ができても合成物の使用効果は良くない。
【００１６】
合成したマグアロンを耐火物の耐酸化性や耐食性などの改善のため耐火物の添加剤として適用することができるし、マグアロンの粉体を加圧成形し、れんがとして適用することも可能である。
【００１７】
【実施例１】
マグアロン合成の出発原料にすべて使用済みの耐火物を用いた。使用済みの耐火物は、炭素を１６質量％含有しているマグネシア質、炭素を２５質量％含有しているアルミナ質および炭素を含有していない高純度アルミナ質であった。使用済みの耐火物を１ｍｍ以下の粒度まで破砕し、所定の比例で調合した。調合した混合物の化学成分は、マグネシア：９．３、アルミナ：８５．８、炭素：３．１、不純物：１．８質量％であった。混合物を流量が０．５Ｌ／分の窒素雰囲気において１６５０℃で１０時間加熱した。合成物の鉱物相をＸ線解析装置にて分析した結果（図１）、後に示す比較例１と同様に合成物はマグアロンであることが確認された。また、原料のコストは、比較例１の場合に比べて、約４０％低くなることが推算された。
【実施例２】
マグアロン合成の出発原料には、半分は使用済みの耐火物を使用し、残りは粒度が０．５ｍｍ以下のマグネシア原料、アルミナ原料と黒鉛原料を使用した。使用済みの耐火物は、炭素を１０質量％含有しているマグネシア質、炭素を８質量％含有しているスピネル・アルミナ質（スピネル：５７質量％）であった。使用済みの耐火物を１ｍｍ以下の粒度まで破砕し、所定の比例で調合した。調合した混合物の化学成分は、マグネシア：１０．２、アルミナ：８１．３ 炭素：８．１、不純物：０．４質量％であった。混合物を５０Ｍｐａで加圧成形し、成形体を流量が０．５Ｌ／分の窒素雰囲気において１６００℃で１０時間加熱した。合成物の鉱物相を分析した結果、実施例１と同様に合成物はマグアロンであることが確認された。また、原料のコストは、出発原料として全部でマグネシア原料、アルミナ原料および黒鉛原料を用いた場合より、約２８％低いと推算された。
【比較例１】
マグアロン合成の出発原料には、使用済みの耐火物を使用せず、全て高純度のマグネシア原料、アルミナ原料および黒鉛原料を用いた。粒度はいずれも０．５ｍｍ以下であった。調合した混合物の化学成分は、マグネシア：９．５、アルミナ：８７．４、炭素：３．１であった（不純物は０．３質量％以下）。混合物を流量が０．５Ｌ／分の窒素雰囲気において１６００℃で１０時間加熱した。合成物の鉱物相を分析した結果、合成物はマグアロンであることが確認された。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】 使用済み耐火物を用いた混合原料のＸ線回折装置による鉱物相及びマグアロン合成物の鉱物相解析
【符号の説明】
【００１９】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、使用済み酸化物系耐火物の再資源化技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
製鉄溶炉などの工業窯炉で使用された耐火物の多くは、廃棄物として処理されている。環境汚染の原因になるだけではなく、地球の鉱物資源を有効に利用する面においても問題がある。最近、種々の耐火物の再利用方法が開発され、提案されている。例えば、特開２００２−６９５１８、特開２００３−２８６５２３、特開２００３−２１２６６７、特開２００４−１５５６１１や特開２００５−５８８３５で開示されているように、使用済みの耐火物を金属製錬用の精錬剤として活用する方法や、耐火物原料として再利用する方法が提案されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明は、使用済みのマグネシア質、スピネル質およびアルミナ質耐火物を効率よくリサイクルすることを目的として、付加価値が高いマグアロンを合成する方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明は、マグネシア、アルミナおよび炭素の成分を含む原料からマグアロンを合成する方法において、原料の一部または全部に使用済みのマグネシア質、マグネシア・スピネル質およびアルミナ質耐火物を活用することを特徴とする。
【０００５】
また、化学成分としてマグネシアが１〜３０質量％、アルミナが５０〜９５質量％、炭素が０．５〜３０質量％になるように上記の各原料を調合し、調合した混合物を窒素ガス雰囲気において１４００℃〜１８００℃で加熱することによりマグアロンを合成することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
使用済みのマグネシア質、マグネシア・スピネル質およびアルミナ質耐火物をマグアロンの合成に活用することを特徴とする本発明は、産業廃棄物を高付加価値のマグアロンの合成に有効に活用するものであり、その工業的価値は大きい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００７】
本発明で課題解決を行う使用済み耐火物の範囲は、マグネシア質、マグネシア・スピネル（ＭｇＯ・Ａｌ２Ｏ３）質、スピネル質、アルミナ・スピネル質やアルミナ質などの定形耐火物および不定形耐火物である。
【００８】
対象となる耐火物は、炭素（黒鉛、カーボンブラックなど）を含有しているものでも良い。
【００９】
粒度が１０ｍｍ以下、望ましくは３ｍｍ以下になるように上記の使用済みの耐火物を破砕し、マグアロン合成の出発原料として活用する。粒度が１０ｍｍを超えると、加熱によるマグアロンの合成速度が小さくなる。
【００１０】
マグアロン合成の出発原料には、すべて使用済みの耐火物を使用することができ、また、出発原料の一部として使用することも可能である。後者の場合は、不足分の成分にマグネシア、アルミナおよび炭素を含む原料を追加する。追加される原料の粒度も１０ｍｍ以下、望ましくは３ｍｍ以下である。
【００１１】
各原料を化学成分としてマグネシアが２〜３０質量％、アルミナが７０〜９５質量％、炭素が２〜４０質量％の範囲になるように調合する。調合した混合物を加熱炉の中に設置し、窒素ガス雰囲気において１４００℃〜１８００℃で加熱すると、次の化学反応にしたがってマグアロンが合成される。
Ａｌ２Ｏ３＋ＭｇＯ＋Ｃ＋Ｎ２→ＭｇｘＡｌｙＯｚＮｍ＋ＣＯ
Ａｌ２Ｏ３＋ＭｇＯ・Ａｌ２Ｏ３＋Ｃ＋Ｎ２→ＭｇｘＡｌｙＯｚＮｍ＋ＣＯ
【００１２】
マグアロン合成において、混合物を粉体のままの状態で加熱しても良いし、あらかじめ粉体を加圧で成形した後、成形体を加熱することも可能である。
【００１３】
調合した混合物中のマグネシアは１〜３０質量％、アルミナは５０〜９５質量％、炭素は０．５〜３０質量％の範囲から外れると、マグアロンの成分に応じる物質を合成することは困難である。また、加熱温度が１４００℃未満であると、反応速度が遅く、合成の効率が良くない。１８００℃を超えると、反応速度がさらに向上することはなく、エネルギーを過量に消費することになる。
【００１４】
マグアロンの合成反応を加速させる目的で、調合の混合物には金属Ａｌまたはその合金を添加することもできるが、金属Ａｌおよびその合金は高価であり、且つ高温で揮発しやすいため、その添加量は１０質量％以下であることが望ましい。
【００１５】
また、調合した混合物においては、出発原料、特に使用済みの耐火物から由来する酸化鉄、酸化シリコン、酸化クロム、炭化物、フッ化物や塩化物などの不純物が混入するが、不純物の含有量は１０質量％以下であることが望ましい。不純物が１０質量％を超えると、マグアロンを合成できなくなる可能性があり、また合成ができても合成物の使用効果は良くない。
【００１６】
合成したマグアロンを耐火物の耐酸化性や耐食性などの改善のため耐火物の添加剤として適用することができるし、マグアロンの粉体を加圧成形し、れんがとして適用することも可能である。
【００１７】
【実施例１】
マグアロン合成の出発原料にすべて使用済みの耐火物を用いた。使用済みの耐火物は、炭素を１６質量％含有しているマグネシア質、炭素を２５質量％含有しているアルミナ質および炭素を含有していない高純度アルミナ質であった。使用済みの耐火物を１ｍｍ以下の粒度まで破砕し、所定の比例で調合した。調合した混合物の化学成分は、マグネシア：９．３、アルミナ：８５．８、炭素：３．１、不純物：１．８質量％であった。混合物を流量が０．５Ｌ／分の窒素雰囲気において１６５０℃で１０時間加熱した。合成物の鉱物相をＸ線解析装置にて分析した結果（図１）、後に示す比較例１と同様に合成物はマグアロンであることが確認された。また、原料のコストは、比較例１の場合に比べて、約４０％低くなることが推算された。
【実施例２】
マグアロン合成の出発原料には、半分は使用済みの耐火物を使用し、残りは粒度が０．５ｍｍ以下のマグネシア原料、アルミナ原料と黒鉛原料を使用した。使用済みの耐火物は、炭素を１０質量％含有しているマグネシア質、炭素を８質量％含有しているスピネル・アルミナ質（スピネル：５７質量％）であった。使用済みの耐火物を１ｍｍ以下の粒度まで破砕し、所定の比例で調合した。調合した混合物の化学成分は、マグネシア：１０．２、アルミナ：８１．３ 炭素：８．１、不純物：０．４質量％であった。混合物を５０Ｍｐａで加圧成形し、成形体を流量が０．５Ｌ／分の窒素雰囲気において１６００℃で１０時間加熱した。合成物の鉱物相を分析した結果、実施例１と同様に合成物はマグアロンであることが確認された。また、原料のコストは、出発原料として全部でマグネシア原料、アルミナ原料および黒鉛原料を用いた場合より、約２８％低いと推算された。
【比較例１】
マグアロン合成の出発原料には、使用済みの耐火物を使用せず、全て高純度のマグネシア原料、アルミナ原料および黒鉛原料を用いた。粒度はいずれも０．５ｍｍ以下であった。調合した混合物の化学成分は、マグネシア：９．５、アルミナ：８７．４、炭素：３．１であった（不純物は０．３質量％以下）。混合物を流量が０．５Ｌ／分の窒素雰囲気において１６００℃で１０時間加熱した。合成物の鉱物相を分析した結果、合成物はマグアロンであることが確認された。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】 使用済み耐火物を用いた混合原料のＸ線回折装置による鉱物相及びマグアロン合成物の鉱物相解析
【符号の説明】
【００１９】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
マグネシア、アルミナおよび炭素の成分を含む原料からマグアロンを合成する方法において、原料の一部または全部に使用済みのマグネシア質、マグネシア−スピネル質およびアルミナ質耐火物を活用することを特徴とする使用済みのマグネシア質、スピネル質およびアルミナ質耐火物のリサイクル方法。
【請求項２】
化学成分としてマグネシアが１〜３０質量％、アルミナが５０〜９５質量％、炭素が０．５〜３０質量％になるように各原料を調合し、調合した混合物を窒素ガス雰囲気において１４００℃〜１８００℃で加熱することによりマグアロンを合成することを特徴とする請求項１に記載された使用済みのマグネシア質、スピネル質およびアルミナ質耐火物のリサイクル方法。
【請求項１】
マグネシア、アルミナおよび炭素の成分を含む原料からマグアロンを合成する方法において、原料の一部または全部に使用済みのマグネシア質、マグネシア−スピネル質およびアルミナ質耐火物を活用することを特徴とする使用済みのマグネシア質、スピネル質およびアルミナ質耐火物のリサイクル方法。
【請求項２】
化学成分としてマグネシアが１〜３０質量％、アルミナが５０〜９５質量％、炭素が０．５〜３０質量％になるように各原料を調合し、調合した混合物を窒素ガス雰囲気において１４００℃〜１８００℃で加熱することによりマグアロンを合成することを特徴とする請求項１に記載された使用済みのマグネシア質、スピネル質およびアルミナ質耐火物のリサイクル方法。
【図１】
【公開番号】特開２００８−１１５０６５（Ｐ２００８−１１５０６５Ａ）
【公開日】平成２０年５月２２日（２００８．５．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−３２６３１２（Ｐ２００６−３２６３１２）
【出願日】平成１８年１１月２日（２００６．１１．２）
【出願人】（５９１２４０７２２）岡山セラミックス技術振興財団 (13)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年５月２２日（２００８．５．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年１１月２日（２００６．１１．２）
【出願人】（５９１２４０７２２）岡山セラミックス技術振興財団 (13)
【Ｆターム（参考）】
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