消石灰ブリケット及びその用途
【課題】 本発明は、消石灰の高強度ブリケットとそれを原料として用いたカルシウムカーバイドを提供することである。
【解決手段】 粒子サイズが３０〜１５０ｍｍ、含水率が３〜１５％、炭酸カルシウム化率が１０ｍｏｌ％以上である消石灰ブリケット。消石灰ブリケットを焼成してなる生石灰ブリケット。
生石灰ブリケットをカルシウム原料として用いたカルシウムカーバイドの製造方法。粒子サイズ３０〜１５０ｍｍ、含水率３〜１５％の消石灰ブリケットを炭酸化する消石灰ブリケットの製造方法。
【解決手段】 粒子サイズが３０〜１５０ｍｍ、含水率が３〜１５％、炭酸カルシウム化率が１０ｍｏｌ％以上である消石灰ブリケット。消石灰ブリケットを焼成してなる生石灰ブリケット。
生石灰ブリケットをカルシウム原料として用いたカルシウムカーバイドの製造方法。粒子サイズ３０〜１５０ｍｍ、含水率３〜１５％の消石灰ブリケットを炭酸化する消石灰ブリケットの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、消石灰の高強度ブリケットとそれを原料として用いたカルシウムカーバイドに関する。
【背景技術】
【０００２】
カルシウムカーバイドは水と反応してアセチレンガス及び消石灰を生成し、アセチレンガスは有機原料として非常に重要である。従って、その原料であるカルシウムカーバイドも極めて重要である。カルシウムカーバイドは、生石灰と炭材を原料として２０００℃以上の高温で反応させ、溶融状態で製造されている。生石灰と炭材との反応で、カルシウムカーバイドと一酸化炭素が生成するが、一酸化炭素の通風、粉の飛散防止のため、原料は固形で機械的強度が要求される。一般に生石灰はこぶし大程度（５０〜１２０ｍｍ程度）の石灰石を電気炉で焼成して得ることができ、得られた生石灰は石灰石の機械的強度を維持した状態であり、カルシウムカーバイドの原料としてそのまま利用される。
【０００３】
カルシウムカーバイドに水を加えてアセチレンガスを製造する工程では、同時に消石灰が副生する。カルシウムカーバイドは反応性を上げるため、粉砕されたものを使用し、得られる消石灰も粉状である。消石灰も焼成すれば生石灰となり、カルシウムカーバイドの原料となりうるが、上述した様に固形で機械的強度が要求されるため、実際には、副生した消石灰粉は原料として使用することが出来なかった。
【０００４】
粉体を固形化する技術として、各種の造粒方法、例えば、高速撹拌・混合造粒、転動造粒、流動層造粒、噴霧乾燥造粒等がある。しかしながら何れも機械的強度を維持した数１０ｍｍ程度の消石灰粒を得ることは困難である。また、特許文献１にはロール式高圧圧縮成型機を利用した消石灰粉の造粒方法が提案されている。しかしながらその場合においても、金型の大きさにより大型の消石灰粒を得ることができるが、機械的強度はまだまだ十分ではなかった。また、特許文献２には、造粒時に生石灰をバインダーとして混合する技術が提案されている。しかしながら、副生消石灰は未反応の水を含んでいるため、造粒前の混合時に生石灰が直ちに消石灰となってしまい、バインダーの役割を担うことができていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開昭６１−３６１４２号公報
【特許文献２】特開２００９−２５６１８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、消石灰の高強度ブリケットとそれを原料として用いたカルシウムカーバイドを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者らは、上記課題を解決すべく検討を進めた結果、消石灰中に含まれる水分量を調整し、ブリケット化することで高強度のブリケットが得られることを見いだした。加えて、炭酸ガスでブリケット表面を炭カル化することで、更に強度を上げることができ、カルシウムカーバイド用として十分な強度を有する消石灰ブリケットを見いだした。
以下にその要旨を示す。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、消石灰の高強度ブリケットとそれを原料として用いたカルシウムカーバイドを提供することができる。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本発明の消石灰ブリケットは、消石灰ブリケットと炭酸ガスを反応させて、一部が炭酸カルシウム化した消石灰ブリケットである。炭酸ガスを消石灰ブリケットに通気することでブリケット表面が炭酸カルシウム化される。
【００１０】
本発明の消石灰ブリケットは、粒子サイズが３０〜１５０ｍｍである。粒子サイズが３０ｍｍ未満であると、炭酸カルシウム化時や生石灰化時のガス抜け、更にはカルシウムカーバイド化時のガス抜けが悪くなり、生産性が低下する。また、炭酸カルシウム化時には、炭酸ガスの流路が限られてしまいブリケット毎の炭酸カルシウム化率の差が大きくなりやすい。また、１５０ｍｍを超えると、炭酸カルシウム化率の低下、生石灰化、カルシウムカーバイド化時に内部が未反応の状態で残りやすくなる。より好ましくは、原料石灰石と同等サイズの５０〜１２０ｍｍである。
なお、粒子サイズは、ブリケット粒子の最大長とした。
【００１１】
本発明の消石灰ブリケットは含水率が５〜１５％である。ブリケット表層から内部への炭酸カルシウム化には水分が重要な役割を担っており、水分が無い状態では炭酸カルシウム化の進行が極めて遅い。また、ブリケット化するためには消石灰粉の状態で含水していることが好ましい。含水率が５％以下だとブリケット化時に割れ、欠けが生じやすくなり、ブリケットの歩留まりが悪くなる。含水率が１５％を超えると成形用の型への付着が多くなり、ブリケットの歩留まりが悪くなる。消石灰ブリケットの炭酸カルシウム化の好ましい範囲は１０ｍｏｌ％以上である。１０ｍｏｌ％未満では強度的に十分な効果が得られない。圧壊強度は、生石灰化、炭酸カルシウム化工程を経ても形状を維持できることを考慮すると、３００ｋｇ以上が好ましい。
【００１２】
炭酸カルシウム化の一例を述べると、ガス導入口、排気口を有するタンクを用意し、消石灰ブリケットを充填して、炭酸ガスがまんべんなく行き渡るように通気することで、製造することが出来る。ガス導入量は、消石灰と二酸化炭素が等ｍｏｌで反応することを考慮して、反応率が１０ｍｏｌ％以上となるような量とする。
【００１３】
本発明の生石灰ブリケットは、上記の消石灰ブリケット及び／又は一部が炭酸カルシウム化したブリケットから生成した生石灰ブリケットである。また、その生石灰ブリケットから生成してなるカルシウムカーバイドである。
【００１４】
生石灰ブリケットの製造方法の一例を述べると、上記の消石灰ブリケット及び／又は一部が炭酸カルシウム化したブリケットを電気炉内で、大気中、９００〜１２００℃で焼成することにより、生石灰化できる。
【００１５】
カルシウムカーバイドの製造方法の一例を述べると、上記の生石灰ブリケットを炭材と共に焼成炉内で、還元雰囲気中、２０００℃以上で反応させることにより製造できる。このとき発生する一酸化炭素を効率よく除去することにより反応性が向上する。
【実施例】
【００１６】
実施例１〜７ 比較例１〜５
水酸化カルシウムの純度が９５質量％以上で、平均粒度５８μｍの消石灰粉（水分含有量：１．２％）に水を加えて、撹拌混合機（１０００ｒｐｍ×１０ｍｉｎ）で撹拌し、所定量の水分を含む消石灰粉を作製した。その消石灰粉をロール式高圧圧縮固形装置（ロール直径：５２０ｍｍ、ロール幅：２００ｍｍ）に投入し、ロール圧力５０ｋＮ、回転数４回転でブリケット化し、２０ｍｍ篩を通して、篩上のブリケットを回収した。更に、炭酸ガス（５Ｌ／ｍｉｎ）を通気させた反応容器に入れ、所定時間保持した。
【００１７】
得られたブリケットについて、以下の物性を測定した。それらの結果を表１に示す。
（１）歩留まり：投入した消石灰粉に対する回収したブリケットの割合（質量）を算出した。
（２）圧壊強度（圧縮強度）：ＪＩＳ Ａ １１０８に従い、アムスラー試験機を用いて圧壊強度を測定した。
（３）破砕残存率：Ｖ型混合機（１０Ｌ）に石灰石２ｋｇ（大きさ：５０〜１００ｍｍを１０個）、及びブリケットを５個（約０．４５ｋｇ）入れ、１０分間混合した（各５個×４セット、ブリケット２０個使用）。ブリケットを採取し、各ブリケットの質量から５０％及び９０％の形状を保持した個数を数え、２０個中の保持割合を破砕残存率とした。
（４）落下残存率：ブリケットを圧縮強度が２０Ｎ／ｍｍ２のコンクリート上に４ｍ上から落下させ、ブリケットの最大破片の質量を測定し、元のブリケット質量に対する割合を算出する。ブリケット５個の平均を落下残存率とした。
（５）焼成後の圧壊強度：電気炉を用いて、大気中、１０００℃で焼成し、得られた生石灰ブリケットの圧壊強度を測定した。
（６）水分：加熱減量法（１００℃×２４ｈ）により水分を測定した。
（７）炭酸カルシウム化率：乾燥させた消石灰ブリケットを水酸化カルシウム１００％とし、質量の変化から炭酸カルシウム化率（ｍｏｌ％）を算出した。
（８）粒子サイズ：ブリケットを１００個サンプリングし、タテ、ヨコ、タカサを計測し、その平均値を求めた。
【００１８】
【表１】
【００１９】
【表２】
【００２０】
表１の結果から、実施例は歩留まりがよく、高強度のブリケットを試作できた。また、焼成後の圧壊強度も高く、形状を保持できた。
【００２１】
実施例８として、実施例１を焼成して得られた生石灰ブリケットを、通電加熱方式の焼成炉内で、コークスと共に２０００℃で反応させ、カルシウムカーバイドを９０％の収率で得た。比較例６として、比較例１を実施例８と同条件で反応させたところ、カルシウムカーバイドを７５％の収率で得た。カルシウムカーバイドの収率は、カルシウムカーバイドに水を加えて発生するアセチレンガスの量から算出した。比較例６はブリケット形状が壊れており、ガス抜けが悪く反応性が低下したものと考えられる。
【産業上の利用可能性】
【００２２】
本発明の消石灰ブリケットは高強度であり、生石灰化やカルシウムカーバイド化工程で壊れることがないため、カルシウム原料としてカルシウムカーバイドの製造に利用することが出来る。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、消石灰の高強度ブリケットとそれを原料として用いたカルシウムカーバイドに関する。
【背景技術】
【０００２】
カルシウムカーバイドは水と反応してアセチレンガス及び消石灰を生成し、アセチレンガスは有機原料として非常に重要である。従って、その原料であるカルシウムカーバイドも極めて重要である。カルシウムカーバイドは、生石灰と炭材を原料として２０００℃以上の高温で反応させ、溶融状態で製造されている。生石灰と炭材との反応で、カルシウムカーバイドと一酸化炭素が生成するが、一酸化炭素の通風、粉の飛散防止のため、原料は固形で機械的強度が要求される。一般に生石灰はこぶし大程度（５０〜１２０ｍｍ程度）の石灰石を電気炉で焼成して得ることができ、得られた生石灰は石灰石の機械的強度を維持した状態であり、カルシウムカーバイドの原料としてそのまま利用される。
【０００３】
カルシウムカーバイドに水を加えてアセチレンガスを製造する工程では、同時に消石灰が副生する。カルシウムカーバイドは反応性を上げるため、粉砕されたものを使用し、得られる消石灰も粉状である。消石灰も焼成すれば生石灰となり、カルシウムカーバイドの原料となりうるが、上述した様に固形で機械的強度が要求されるため、実際には、副生した消石灰粉は原料として使用することが出来なかった。
【０００４】
粉体を固形化する技術として、各種の造粒方法、例えば、高速撹拌・混合造粒、転動造粒、流動層造粒、噴霧乾燥造粒等がある。しかしながら何れも機械的強度を維持した数１０ｍｍ程度の消石灰粒を得ることは困難である。また、特許文献１にはロール式高圧圧縮成型機を利用した消石灰粉の造粒方法が提案されている。しかしながらその場合においても、金型の大きさにより大型の消石灰粒を得ることができるが、機械的強度はまだまだ十分ではなかった。また、特許文献２には、造粒時に生石灰をバインダーとして混合する技術が提案されている。しかしながら、副生消石灰は未反応の水を含んでいるため、造粒前の混合時に生石灰が直ちに消石灰となってしまい、バインダーの役割を担うことができていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開昭６１−３６１４２号公報
【特許文献２】特開２００９−２５６１８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、消石灰の高強度ブリケットとそれを原料として用いたカルシウムカーバイドを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者らは、上記課題を解決すべく検討を進めた結果、消石灰中に含まれる水分量を調整し、ブリケット化することで高強度のブリケットが得られることを見いだした。加えて、炭酸ガスでブリケット表面を炭カル化することで、更に強度を上げることができ、カルシウムカーバイド用として十分な強度を有する消石灰ブリケットを見いだした。
以下にその要旨を示す。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、消石灰の高強度ブリケットとそれを原料として用いたカルシウムカーバイドを提供することができる。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本発明の消石灰ブリケットは、消石灰ブリケットと炭酸ガスを反応させて、一部が炭酸カルシウム化した消石灰ブリケットである。炭酸ガスを消石灰ブリケットに通気することでブリケット表面が炭酸カルシウム化される。
【００１０】
本発明の消石灰ブリケットは、粒子サイズが３０〜１５０ｍｍである。粒子サイズが３０ｍｍ未満であると、炭酸カルシウム化時や生石灰化時のガス抜け、更にはカルシウムカーバイド化時のガス抜けが悪くなり、生産性が低下する。また、炭酸カルシウム化時には、炭酸ガスの流路が限られてしまいブリケット毎の炭酸カルシウム化率の差が大きくなりやすい。また、１５０ｍｍを超えると、炭酸カルシウム化率の低下、生石灰化、カルシウムカーバイド化時に内部が未反応の状態で残りやすくなる。より好ましくは、原料石灰石と同等サイズの５０〜１２０ｍｍである。
なお、粒子サイズは、ブリケット粒子の最大長とした。
【００１１】
本発明の消石灰ブリケットは含水率が５〜１５％である。ブリケット表層から内部への炭酸カルシウム化には水分が重要な役割を担っており、水分が無い状態では炭酸カルシウム化の進行が極めて遅い。また、ブリケット化するためには消石灰粉の状態で含水していることが好ましい。含水率が５％以下だとブリケット化時に割れ、欠けが生じやすくなり、ブリケットの歩留まりが悪くなる。含水率が１５％を超えると成形用の型への付着が多くなり、ブリケットの歩留まりが悪くなる。消石灰ブリケットの炭酸カルシウム化の好ましい範囲は１０ｍｏｌ％以上である。１０ｍｏｌ％未満では強度的に十分な効果が得られない。圧壊強度は、生石灰化、炭酸カルシウム化工程を経ても形状を維持できることを考慮すると、３００ｋｇ以上が好ましい。
【００１２】
炭酸カルシウム化の一例を述べると、ガス導入口、排気口を有するタンクを用意し、消石灰ブリケットを充填して、炭酸ガスがまんべんなく行き渡るように通気することで、製造することが出来る。ガス導入量は、消石灰と二酸化炭素が等ｍｏｌで反応することを考慮して、反応率が１０ｍｏｌ％以上となるような量とする。
【００１３】
本発明の生石灰ブリケットは、上記の消石灰ブリケット及び／又は一部が炭酸カルシウム化したブリケットから生成した生石灰ブリケットである。また、その生石灰ブリケットから生成してなるカルシウムカーバイドである。
【００１４】
生石灰ブリケットの製造方法の一例を述べると、上記の消石灰ブリケット及び／又は一部が炭酸カルシウム化したブリケットを電気炉内で、大気中、９００〜１２００℃で焼成することにより、生石灰化できる。
【００１５】
カルシウムカーバイドの製造方法の一例を述べると、上記の生石灰ブリケットを炭材と共に焼成炉内で、還元雰囲気中、２０００℃以上で反応させることにより製造できる。このとき発生する一酸化炭素を効率よく除去することにより反応性が向上する。
【実施例】
【００１６】
実施例１〜７ 比較例１〜５
水酸化カルシウムの純度が９５質量％以上で、平均粒度５８μｍの消石灰粉（水分含有量：１．２％）に水を加えて、撹拌混合機（１０００ｒｐｍ×１０ｍｉｎ）で撹拌し、所定量の水分を含む消石灰粉を作製した。その消石灰粉をロール式高圧圧縮固形装置（ロール直径：５２０ｍｍ、ロール幅：２００ｍｍ）に投入し、ロール圧力５０ｋＮ、回転数４回転でブリケット化し、２０ｍｍ篩を通して、篩上のブリケットを回収した。更に、炭酸ガス（５Ｌ／ｍｉｎ）を通気させた反応容器に入れ、所定時間保持した。
【００１７】
得られたブリケットについて、以下の物性を測定した。それらの結果を表１に示す。
（１）歩留まり：投入した消石灰粉に対する回収したブリケットの割合（質量）を算出した。
（２）圧壊強度（圧縮強度）：ＪＩＳ Ａ １１０８に従い、アムスラー試験機を用いて圧壊強度を測定した。
（３）破砕残存率：Ｖ型混合機（１０Ｌ）に石灰石２ｋｇ（大きさ：５０〜１００ｍｍを１０個）、及びブリケットを５個（約０．４５ｋｇ）入れ、１０分間混合した（各５個×４セット、ブリケット２０個使用）。ブリケットを採取し、各ブリケットの質量から５０％及び９０％の形状を保持した個数を数え、２０個中の保持割合を破砕残存率とした。
（４）落下残存率：ブリケットを圧縮強度が２０Ｎ／ｍｍ２のコンクリート上に４ｍ上から落下させ、ブリケットの最大破片の質量を測定し、元のブリケット質量に対する割合を算出する。ブリケット５個の平均を落下残存率とした。
（５）焼成後の圧壊強度：電気炉を用いて、大気中、１０００℃で焼成し、得られた生石灰ブリケットの圧壊強度を測定した。
（６）水分：加熱減量法（１００℃×２４ｈ）により水分を測定した。
（７）炭酸カルシウム化率：乾燥させた消石灰ブリケットを水酸化カルシウム１００％とし、質量の変化から炭酸カルシウム化率（ｍｏｌ％）を算出した。
（８）粒子サイズ：ブリケットを１００個サンプリングし、タテ、ヨコ、タカサを計測し、その平均値を求めた。
【００１８】
【表１】
【００１９】
【表２】
【００２０】
表１の結果から、実施例は歩留まりがよく、高強度のブリケットを試作できた。また、焼成後の圧壊強度も高く、形状を保持できた。
【００２１】
実施例８として、実施例１を焼成して得られた生石灰ブリケットを、通電加熱方式の焼成炉内で、コークスと共に２０００℃で反応させ、カルシウムカーバイドを９０％の収率で得た。比較例６として、比較例１を実施例８と同条件で反応させたところ、カルシウムカーバイドを７５％の収率で得た。カルシウムカーバイドの収率は、カルシウムカーバイドに水を加えて発生するアセチレンガスの量から算出した。比較例６はブリケット形状が壊れており、ガス抜けが悪く反応性が低下したものと考えられる。
【産業上の利用可能性】
【００２２】
本発明の消石灰ブリケットは高強度であり、生石灰化やカルシウムカーバイド化工程で壊れることがないため、カルシウム原料としてカルシウムカーバイドの製造に利用することが出来る。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
粒子サイズが３０〜１５０ｍｍ、含水率が３〜１５％、炭酸カルシウム化率が１０ｍｏｌ％以上である消石灰ブリケット。
【請求項２】
請求項１に記載の消石灰ブリケットを焼成してなる生石灰ブリケット。
【請求項３】
請求項２に記載の生石灰ブリケットをカルシウム原料として用いたカルシウムカーバイドの製造方法。
【請求項４】
粒子サイズ３０〜１５０ｍｍ、含水率３〜１５％の消石灰ブリケットを炭酸化する請求項１に記載の消石灰ブリケットの製造方法。
【請求項１】
粒子サイズが３０〜１５０ｍｍ、含水率が３〜１５％、炭酸カルシウム化率が１０ｍｏｌ％以上である消石灰ブリケット。
【請求項２】
請求項１に記載の消石灰ブリケットを焼成してなる生石灰ブリケット。
【請求項３】
請求項２に記載の生石灰ブリケットをカルシウム原料として用いたカルシウムカーバイドの製造方法。
【請求項４】
粒子サイズ３０〜１５０ｍｍ、含水率３〜１５％の消石灰ブリケットを炭酸化する請求項１に記載の消石灰ブリケットの製造方法。
【公開番号】特開２０１２−６６９５２（Ｐ２０１２−６６９５２Ａ）
【公開日】平成２４年４月５日（２０１２．４．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２１１５７９（Ｐ２０１０−２１１５７９）
【出願日】平成２２年９月２２日（２０１０．９．２２）
【出願人】（０００００３２９６）電気化学工業株式会社 (1,539)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年４月５日（２０１２．４．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年９月２２日（２０１０．９．２２）
【出願人】（０００００３２９６）電気化学工業株式会社 (1,539)
【Ｆターム（参考）】
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