JP2000290047A - 白色発泡スラグ又は透明ガラス及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】本発明は、着色された廃棄ガラス製品や着色さ
れた廃棄陶磁器を破砕し、この破砕物を溶融、還元処理
を施し、発泡または徐冷処理を行って着色成分である金
属成分を分離して白色発泡スラグ又は透明ガラスが短時
間で量産できるようにすることにより多様な用途の原材
料として利用し資源の有効活用を図ることができる白色
発泡スラグ又は透明ガラスとその製造方法を提供するこ
とにある。 【解決手段】 本発明に係る白色発泡スラグは、ガラス
組成物およびまたは陶磁器原料を主成分とする発泡スラ
グであって、該発泡スラグが白色化する程度に発泡スラ
グ中に含有する着色成分である金属元素の含有量がごく
微量であるものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は廃棄ガラス例えば廃
棄した自動製びん、食器、薬用びん、理化学用びん、魔
法びん、信号用ガラス、ガラス管、マーブル球、眼鏡用
ガラス、電球バルブ、電子管用バルブ、建築用ガラス、
石英ガラス、板ガラス、光学ガラス等の各種廃棄ガラス
製品、廃棄陶磁器の単独使用又は併用して白色発泡スラ
グ又は透明ガラスを製造し、該白色発泡スラグ又は透明
ガラスを利用して、セメント原料、火炎面形状を可視化
するためのトレーサー粒子、ファインセラミックス原
料、絶縁基板材料、破砕ボールミル用材料、プラスチッ
クへの補強混和剤、耐熱ボード用材料、吸音材、水浄化
用フィルター、ろ過フィルター及び着色ボード等の建材
等への各種産業分野に利用できる白色発泡スラグ又は透
明ガラス及びその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の一般廃棄ガラス製品や廃棄陶磁器
のうちガラスびんなどの透明ガラス製品や茶色のガラス
びん等は再利用されているが、その他の一般の着色ガラ
スは有効利用が殆どされておらず廃棄処分としているの
が実状である。本出願人は先に、一般廃棄物焼却灰、産
業廃棄物燃えがら、飛灰を対象とした焼却灰溶融炉を出
願した(特願平８―２１５２４９号)。この焼却灰溶融炉
は耐火物の耐久性を考慮してなされたものである。更に
本出願人は、溶融スラグからの金属の分離については
「白色発泡スラグ及びその製造方法」を出願した(特願
平９―２８９２７７号)。この「白色発泡スラグ及びそ
の製造方法」はスラグに含有している金属の分離方法に
ついてなされたものである。

【０００３】しかし、各種着色された廃棄ガラス製品や
着色された廃棄陶磁器から白色発泡スラグや透明ガラス
を安価に、かつ迅速に製造する技術はなされておらず、
殆どが処分場に捨てられているのが現状である。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上記の点に鑑
みてなされたもので、その目的とするところは着色され
た廃棄ガラス製品や着色された廃棄陶磁器を破砕し、こ
の破砕物を溶融、還元処理を施し、発泡または徐冷処理
を行って着色成分である金属成分を分離して白色発泡ス
ラグ又は透明ガラスが短時間で量産できるようにするこ
とにより多様な用途の原材料として利用し資源の有効活
用を図ることができる白色発泡スラグ又は透明ガラスと
その製造方法を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明に係る白色発泡ス
ラグはガラス組成物およびまたは陶磁器原料を主成分と
する発泡スラグであって、該発泡スラグが白色化する程
度に発泡スラグ中に含有する着色成分である金属元素の
含有量がごく微量であるようにしたものである。

【０００６】また本発明に係る白色発泡スラグの製造方
法は、着色成分である金属酸化物を含有する廃棄ガラス
製品、廃棄陶磁器の単独又は併用による破砕物を窒素ガ
ス又は不活性ガス雰囲気溶融炉で１５００℃から１８０
０℃の温度条件下で溶融し、該破砕物中の貼付紙ラベル
あるいは木片製栓等の還元剤または一酸化炭素、コーク
ス等の添加還元剤を介して該溶融物中の金属酸化物が還
元されて金属となり、該金属と溶融スラグに分離され、
次いで該金属と溶融スラグを水槽中に排出させて比重差
を利用して金属を水槽下部に沈降させるとともに金属含
有量がごく微量である白色発泡スラグを分離回収するよ
うにしたものである。

【０００７】そして本発明に係る透明ガラスの製造方法
は、着色成分である金属酸化物を含有する廃棄ガラス製
品、廃棄陶磁器の単独又は併用による破砕物を窒素ガス
又は不活性ガス雰囲気溶融炉で１５００℃から１８００
℃の温度条件下で溶融し、該破砕物中の貼付紙ラベルあ
るいは木片製栓等の還元剤または一酸化炭素、コークス
等の添加還元剤を介して該溶融物中の金属酸化物が還元
されて金属となり、該金属と溶融スラグに分離され、次
いで該分離した溶融スラグを徐冷装置内に排出させて徐
冷することにより透明ガラスを得るようにしたものであ
る。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施例を図面に
基づいて説明する。１は耐火壁で形成された電気炉等の
溶融炉である。この溶融炉１は窒素ガス又はヘリウム、
ネオン、アルゴン等の不活性ガス雰囲気溶融炉である。
２は主として着色成分である金属酸化物を含有する廃棄
ガラス製品(透明なガラス製品を含むこともある)、着色
成分である金属酸化物を含有する廃棄陶磁器の単独又は
併用したものを破砕した破砕物である。廃棄ガラス製品
には回収、洗浄して再利用されない、例えば緑色系、黒
色系ガラスびんなどの着色されたガラスびんその他等が
含まれている。破砕物２にはガラスびんなどの表面に貼
付した貼付紙製ラベルあるいは木片からなる栓などの破
砕物が混入されており、これらの破砕物が還元剤とな
る。これらの還元剤が無い場合、または少ない場合には
一酸化炭素、コークス等の還元剤を添加する。ガラスの
組成例として、石英ガラスの場合はＳｉＯ _２、バイコー
ルガラスの場合はＳｉＯ_２ 、Ｂ_２Ｏ_３、Ａｌ_２Ｏ_３、
Ｎa_２Ｏ、Ｋ _２Ｏ、ソーダ石灰ガラス(板) の場合はＳｉ
Ｏ_２ 、Ｎa_２Ｏ、ＣaＯ、ＭｇＯ、Ａｌ_２Ｏ_３、Ｂ_２Ｏ
_３、ソーダ石灰ガラス(容器) の場合はＳｉＯ_２ 、Ｎa
_２Ｏ、Ｋ_２Ｏ、ＣaＯ、ＭｇＯ、Ａｌ_２Ｏ_３、ＢaＯ、ソ
ーダ石灰ガラス(電球) の場合はＳｉＯ_２ 、Ｎa_２Ｏ、
ＣaＯ、ＭｇＯ、Ａｌ_２Ｏ_３、Ｋ_２Ｏ、鉛アルカリガラ
ス(電気用) の場合はＳｉＯ_２ 、ＰｂＯ、Ｎa_２Ｏ、Ｋ
_２Ｏ、Ａｌ_２Ｏ_３、ＣaＯ、ＭｇＯ、Ｂ_２Ｏ_３、アルミ
ナホウケイ酸ガラス(理化学用)の場合はＳｉＯ_２、Ｂ_２
Ｏ_３、Ｎa_２Ｏ、Ａｌ_２Ｏ_３、ＢaＯ、ＣaＯ、Ｋ_２Ｏ、
ホウケイ酸ガラス(低膨張)の場合はＳｉＯ_２ 、Ｂ_２Ｏ
_３、Ｎa_２Ｏ、Ａｌ_２Ｏ_３、Ｋ_２Ｏといった具合にその
用途により組成及び配合量も変わる。廃棄した陶磁器の
種類としては、主として土器(原料：粘土)、陶器(原
料：粘土、石英、陶石、ロウ石、長石を配合したも
の)、磁器(骨石磁器(原料：粘土、石英、長石、陶石、
骨灰を配合したもの)と硬磁器(原料：粘土、石英、長石
を配合したもの)がある)、その他に特殊陶磁器がある。
釉薬として酸化スズ、酸化アンチモン、酸化亜鉛、酸化
ジルコニウム、酸化鉄、酸化クロム、酸化銅、酸化マン
ガン等が使用される。

【０００９】３は破砕物２が溶融してできた融液であ
る。破砕物２は窒素ガス又は不活性ガス雰囲気溶融炉１
で１５００℃から１８００℃の温度条件下で溶融されて
融液となる。破砕物２を融液３に投入すると、溶融過程
で破砕物中に貼付紙製ラベルあるいは木片からなる栓な
どの破砕物による還元剤または一酸化炭素、コークス等
の添加還元剤により金属酸化物は還元され金属元素とな
る。本発明の製造方法では１５００℃から１８００℃の
範囲の温度条件下で破砕物を溶融することとしたのは、
純白色の発泡スラグまたは透明ガラスが破砕物２を不活
性ガス雰囲気炉１に投入後、数十分から一時間前後の短
時間で得られ、量産化が可能となるためである。１５０
０℃未満ではスラグは５時間後まで発泡状態が悪く、茶
褐色で比重も大きくなり、また陶磁器の溶融に時間を要
する。５時間以内ではスラグの発泡状態が悪く、茶褐色
で、ガラスの透明度も良くない。また１４００〜１５０
０℃未満では１０時間後に白色発泡スラグまたは透明ガ
ラスが得られるが、長時間を要するため実用レベルに達
しない。また１８００℃を超えると白色発泡スラグまた
は透明ガラスは早く得られるが、消費電力量の増大に伴
い、経済負担が増加することになり、コスト高の一因と
なり適切でない。

【００１０】破砕物２の大きさについて、ガラスびんを
対象に１０ｍｍ角、５ｍｍ角、砂状の１〜２ｍｍ角のそ
れぞれについて、溶融温度１５００℃から１８００℃の
範囲で２０〜３０ｋｇの量を２０分毎に合計２２０kg投
入して実験したところ、砂状の１〜２ｍｍ角の場合、融
液として３０分滞留後、水槽に注入して白色発泡スラグ
を得ることが出来た。５ｍｍ角の場合は砂状の１〜２ｍ
ｍ角の場合に比べて溶融にさらに時間がかかり、ｌ０ｍ
ｍ角の場合は一層、溶融に時間を要した。

【００１１】破砕物２は窒素ガス又は不活性ガス雰囲気
溶融炉１で１５００℃から１８００℃の温度条件下で溶
融されて融液となり、溶融過程で破砕物２中に混入され
ている貼付紙製ラベルあるいは木片からなる栓等の還元
剤または別途添加した一酸化炭素、コークス等の還元剤
により金属酸化物は還元され金属となる。金属元素は融
液３内に粒子として存在し、比重差により金属粒子は沈
降し一定時間内に溶融炉１の下部に順次留り金属層４を
形成する。金属粒子の沈降時間は融液３の粘性が小さく
なる程、沈降時間は短くなる。すなわち沈降速度は上昇
する。ちなみに融液の比重は２．５〜３であるのに対し
て金属（鉄）の比重は７．８である。

【００１２】還元のメカニズムについて 窒素ガス又は不活性ガス雰囲気（Ｈｅ、Ａｒガス等）中
で、廃棄ガラス製品、廃棄陶磁器の破砕物を溶融して得
た融液を高温に一定時間滞留することにより、金属酸化
物は還元され、金属となる。また、一部は揮発して炉外
へ排出される。ただしＣａＯ、ＳｉＯ_２ 、Ｎａ_２ Ｏ
、ＭｇＯ等は安定性が高く還元されない。還元剤は、
破砕物中に含まれる貼付紙製ラベルあるいは木片からな
る栓等の還元剤または別途添加した一酸化炭素、コーク
ス等の添加還元剤である。 Ｆｅ_２ Ｏ_３ ＋２Ｃ→２Ｆｅ＋ＣＯ＋ＣＯ_２ ３ＰｂＯ ＋２Ｃ→３Ｐｂ＋ＣＯ＋ＣＯ_２ Ｆｅ_２ Ｏ_３ 融点は、１５５０℃である。還元速度は、
高温になるほど速くなる。還元の度合いは、スラグの発
泡度合（比重）、色で推定できる。スラグと同時に排出
された金属は、比重分離され水槽の下部に沈降する。ま
たガラスの場合は透明度により推定できる。金属成分を
含有しているとその金属の持つ特有の色に着色されるか
らである。

【００１３】次に、融液（スラグ）の性状について考察
する。上記条件下で生成された融液中の溶融スラグ（溶
融炉１の下部に沈降した金属層４を除いたもの）はＰ
ｂ、Ｚｎ、Ｃｒ、Ｆｅ等の金属元素の含有量が極めて少
なくなっている。金属のうちＦｅ、Ｃｒ、Ｍｎなどはス
ラグの主要な着色成分であり、上記の条件が満たされて
おれば無色透明なスラグが得られる。

【００１４】白色発泡スラグの生成について、 上記融液３を水槽５内に注入すると溶融スラグと溶融金
属は水と接触することとなり、溶融金属は水槽５の底部
に沈降する。溶融スラグは水槽５中に注入すると水の気
化ガスにより発泡する。白色発泡スラグ６の生成メカニ
ズムは、次の通りである。すなわち、金属以外のスラグ
は、水中に注入（排出）すると、高温のスラグと水の接
触による気化ガスによりスラグの粘性による強度と、気
化ガス圧力が平衡した状態で膨張していく。溶融スラグ
が凝固するまでの間に水がスラグ内に侵入し気化ガスの
圧力により未凝固スラグは膨張し、内部に多数の気孔を
有する白色発泡スラグとなる。スラグの微小間隙には、
毛細管現象により水が供給され、この水は、供給される
と同時に気化ガスに変化しスラグは膨張していく。順次
注入されスラグは連続的に膨張していくこととなる。

【００１５】金属とスラグの分離について、金属が発泡
しない理由 金属は比重が大きく熱伝導率も極めて大きいため短時間
に凝固する。また溶融金属は表面張力により粒状となり
スラグと比重差を利用して分離され水底に沈降する。ス
ラグは発泡することにより見掛比重が０．１〜０．２程
度と極めて低く完全に水面に浮遊した状態となる。これ
に対して、比重の大きい金属はスラグと分離し水底に沈
降する。上記理由により、金属と白色発泡スラグは完全
に分離回収ができる。

【００１６】金属の回収について 破砕物中の金属酸化物は酸化鉄、酸化クロム、酸化マン
ガン等である。金属酸化物を金属元素に還元し、水中で
比重分離させ金属を回収する。この金属元素は精練する
ことにより単独元素金属として回収できる。

【００１７】透明ガラスの製造方法について 着色成分である金属酸化物を含有する廃棄ガラス製品、
廃棄陶磁器の単独又は併用による破砕物を窒素ガス又は
不活性ガス雰囲気溶融炉で１５００℃から１８００℃の
温度条件下で溶融する。破砕物中の貼付紙ラベルあるい
は木片製栓等の還元剤又は一酸化炭素、コークス等の添
加還元剤を介して該溶融物中の金属酸化物が還元されて
金属となり、該金属と溶融スラグに分離される。図２の
金属層４の金属を溶融炉１の下部より排出した後、スラ
グを徐冷装置７内に排出する。徐冷装置７は例えば１０
００℃〜１２００℃に保温されている場合を示したが、
必ずしもこの温度範囲に限定されないが、要はガラス製
造時にクラックが生じない程度に冷却して所望の透明ガ
ラスが得られればよい。一定量のスラグを排出した後、
徐冷装置７の加熱制御装置８を定められたヒートパター
ンにより降温する。徐冷装置７の形状を変えることによ
り多種多様な形状の透明なガラス製品９を製造できる。
また必要に応じて溶融促進剤として気泡除去剤である硝
酸ソーダ、硫酸ソーダ、亜ヒ酸等を少量添加してもよ
い。

【００１８】有効利用分野 白色発泡化したスラグを破砕したものは比表面積が非常
に大きく着色することができる。 セメント原料 成分よりみてセメント原料として混入させることができ
る。 火炎面形状を可視化するためのトレーサー粒子とし
て適当な酸化 ケイ素を主成分とする廃棄ガラス、陶磁器溶融スラグか
ら平均粒径５μｍ程度のトレーサー粒子を作成すること
ができる。 吸音材 断熱ボード 耐熱ボード 着色ボード 透明ガラス材料からは各種のガラス製品を得ることがで
きる。

【００１９】

【発明の効果】本発明は上記の説明から判るように、廃
棄ガラス製品、廃棄陶磁器を基礎原料として発泡スラグ
中から着色成分である金属成分を分離除去した白色発泡
スラグ、あるいは透明ガラスを得ることができた。しか
も白色発泡スラグ、あるいは透明ガラスは短時間で量産
可能となり、得られた白色発泡スラグは多様な用途の原
材料として利用でき、透明ガラスはガラス原材料として
直接ガラス製品を製造することができ、資源の有効活用
を図ることができる。

【００２０】廃棄ガラス製品の内訳は、現在透明ガラス
製品が約５０％であり、このものは回収して溶融、再利
用される。茶色ガラス製品は２０〜３０％であり、これ
もビールビンなどとして回収、洗浄して再利用してお
り、その他の着色ガラス製品のうち、緑色系が７％で、
黒色系が３％であり、これらは埋め立て処分場で埋め立
てられている。廃棄陶磁器の再利用は殆どなく埋め立て
処分場で埋め立てられている。現状では廃棄ガラス製品
の１０％が埋め立て処分場で埋め立てられており、また
廃棄陶磁器の全量が埋め立て処分場で埋め立てられてお
り、埋め立て処分場の残余寿命が極めて少ないことから
判断して、本発明により埋め立て処分されている廃棄ガ
ラス製品及び廃棄陶磁器の再利用、再資源化が可能とな
り、埋め立て処分場の延命化が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す、金属と白色発泡スラ
グの分離を示す概略説明図である。

【図２】本発明の実施例を示す、透明ガラスの製造方法
の概略説明図である。

【符号の説明】

１ 溶融炉 ２ 破砕物 ３ 融液 ４ 金属層 ５ 水槽 ６ 白色発泡スラグ ７ 徐冷装置 ８ 加熱制御装置 ９ ガラス製品

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ガラス組成物およびまたは陶磁器原料を
   主成分とする発泡スラグであって、該発泡スラグが白色
   化する程度に発泡スラグ中に含有する着色成分である金
   属元素の含有量がごく微量であることを特徴とする白色
   発泡スラグ。
2. 【請求項２】 着色成分である金属酸化物を含有する廃
   棄ガラス製品、廃棄陶磁器の単独又は併用による破砕物
   を窒素ガス又は不活性ガス雰囲気溶融炉で１５００℃か
   ら１８００℃の温度条件下で溶融し、該破砕物中の貼付
   紙ラベルあるいは木片製栓等の還元剤または一酸化炭
   素、コークス等の添加還元剤を介して該溶融物中の金属
   酸化物が還元されて金属となり、該金属と溶融スラグに
   分離され、次いで該金属と溶融スラグを水槽中に排出さ
   せて比重差を利用して金属を水槽下部に沈降させるとと
   もに金属含有量がごく微量である白色発泡スラグを分離
   回収することを特徴とする白色発泡スラグの製造方法。
3. 【請求項３】 着色成分である金属酸化物を含有する廃
   棄ガラス製品、廃棄陶磁器の単独又は併用による破砕物
   を窒素ガス又は不活性ガス雰囲気溶融炉で１５００℃か
   ら１８００℃の温度条件下で溶融し、該破砕物中の貼付
   紙ラベルあるいは木片製栓等の還元剤または一酸化炭
   素、コークス等の添加還元剤を介して該溶融物中の金属
   酸化物が還元されて金属となり、該金属と溶融スラグに
   分離され、次いで該分離した溶融スラグを徐冷装置内に
   排出させて徐冷することにより透明ガラスを得ることを
   特徴とする透明ガラスの製造方法。