JP2003002637A - 火山灰とガラスからのゼオライト化方法と連続反応装置 - Google Patents
火山灰とガラスからのゼオライト化方法と連続反応装置Info
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Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【課題】火山灰を含む鉱物とガラスをアルカリ溶液と混
合あるいは混練し予め加熱の後、電磁波照射により火山
灰のゼオライト化を促進し生成物の陽イオン交換容量
（陰イオン交換量）及び吸着能力を向上させる方法と電
磁波照射連続反応装置。 【解決手段】本発明は火山灰を含む鉱物とガラス（天然
ガラス鉱物を含む）をアルカリ溶液と混合・混練するこ
とにより反応に必要な最小量のアルカリを原料粒子固体
内に浸透させ、この固体相に浸透したアルカリ溶液が電
磁波の照射により、火山灰混合粒子内部からの発熱によ
り粒子内部からゼオライト化反応を瞬時に起す事またア
ルカリ量を調整し、反応にあずからない廃アルカリの排
出を制御し、廃アルカリ水の排出の少ないゼオライト化
方法、予め原料となる火山灰にガラス質粒子（天然ガラ
ス質成分を含む）を混合調整すると電磁波による急速な
ゼオライト化反応（混合しない場合よりも３〜５倍の速
さ）を起こす事ができる。
合あるいは混練し予め加熱の後、電磁波照射により火山
灰のゼオライト化を促進し生成物の陽イオン交換容量
（陰イオン交換量）及び吸着能力を向上させる方法と電
磁波照射連続反応装置。 【解決手段】本発明は火山灰を含む鉱物とガラス（天然
ガラス鉱物を含む）をアルカリ溶液と混合・混練するこ
とにより反応に必要な最小量のアルカリを原料粒子固体
内に浸透させ、この固体相に浸透したアルカリ溶液が電
磁波の照射により、火山灰混合粒子内部からの発熱によ
り粒子内部からゼオライト化反応を瞬時に起す事またア
ルカリ量を調整し、反応にあずからない廃アルカリの排
出を制御し、廃アルカリ水の排出の少ないゼオライト化
方法、予め原料となる火山灰にガラス質粒子（天然ガラ
ス質成分を含む）を混合調整すると電磁波による急速な
ゼオライト化反応（混合しない場合よりも３〜５倍の速
さ）を起こす事ができる。
Description
【課題を解決するための手段】本発明は火山灰を含む鉱
物とガラス（天然ガラス鉱物を含む）をアルカリ溶液と
混合・混練することにより反応に必要な最少量のアルカ
リを原料粒子固体内に浸透させ、この固体相に浸透した
アルカリ溶液が電磁波の照射により、火山灰混合粒子内
部からの発熱により粒子内部からゼオライト化反応を瞬
時に起す事を開発した。
物とガラス（天然ガラス鉱物を含む）をアルカリ溶液と
混合・混練することにより反応に必要な最少量のアルカ
リを原料粒子固体内に浸透させ、この固体相に浸透した
アルカリ溶液が電磁波の照射により、火山灰混合粒子内
部からの発熱により粒子内部からゼオライト化反応を瞬
時に起す事を開発した。
【０００１】前記火山灰混合原料とアルカリ溶液との混
合、混練により反応に最低必要なアルカリ量を調整し、
反応にあずからない廃アルカリの排出を制御した、結
果、廃アルカリ水の排出の少ないゼオライト化方法を開
発した。
合、混練により反応に最低必要なアルカリ量を調整し、
反応にあずからない廃アルカリの排出を制御した、結
果、廃アルカリ水の排出の少ないゼオライト化方法を開
発した。
【０００２】火山灰のゼオライト化反応ではゼオライト
核の生成段階がゼオライト化反応を律速させるので予め
原料となる火山灰にガラス質粒子（天然ガラス質成分を
含む）を混合調整すると電磁波による急速なゼオライト
化反応（混合しない場合よりも３〜５倍の速さ）を起こ
す事ができる方法を開発した。
核の生成段階がゼオライト化反応を律速させるので予め
原料となる火山灰にガラス質粒子（天然ガラス質成分を
含む）を混合調整すると電磁波による急速なゼオライト
化反応（混合しない場合よりも３〜５倍の速さ）を起こ
す事ができる方法を開発した。
【０００３】電磁波と火山灰混合粒子との熱転換効率７
０％程度に高めるための工夫としては電磁波による内部
加熱効果を促進するため、予め混合、混練した天然鉱物
粒子を加熱（常温〜２００℃）する方法が効果的であ
る。
０％程度に高めるための工夫としては電磁波による内部
加熱効果を促進するため、予め混合、混練した天然鉱物
粒子を加熱（常温〜２００℃）する方法が効果的であ
る。
【０００４】本発明にいう火山灰とは、アルミノ珪酸塩
を含む組成鉱物が火山活動により地下より地上に噴出し
た鉱物で坑火石、フッ石、擬灰岩、粘土、珪素土、バー
ミキューライト、シラスなどを例示する事ができる。ま
た、ガラスはガラスカレットあるいは天然に産するガラ
ス質アルミ珪酸塩を含む組成を持つものも（坑火石な
ど）を対象とする。
を含む組成鉱物が火山活動により地下より地上に噴出し
た鉱物で坑火石、フッ石、擬灰岩、粘土、珪素土、バー
ミキューライト、シラスなどを例示する事ができる。ま
た、ガラスはガラスカレットあるいは天然に産するガラ
ス質アルミ珪酸塩を含む組成を持つものも（坑火石な
ど）を対象とする。
【０００５】本発明にいう火山灰ーガラス混合物のゼオ
ライト化による陽イオン交換容量（陰イオン交換容量）
及び吸着能力を増加させる方法は火山灰中のアルミノ珪
酸塩をアルカリ処理しそれに電磁波を直接照射して、火
山灰ーガラス混合物をゼオライト化して得られたゼオラ
イト化生成物の事であって、そのゼオライト化した主成
分はフィリップサイトであるが、ホージャサイト、ゼオ
ライトＡ、ヒドロキシソーダライトなども火山灰ーガラ
ス混合に含む事がある。
ライト化による陽イオン交換容量（陰イオン交換容量）
及び吸着能力を増加させる方法は火山灰中のアルミノ珪
酸塩をアルカリ処理しそれに電磁波を直接照射して、火
山灰ーガラス混合物をゼオライト化して得られたゼオラ
イト化生成物の事であって、そのゼオライト化した主成
分はフィリップサイトであるが、ホージャサイト、ゼオ
ライトＡ、ヒドロキシソーダライトなども火山灰ーガラ
ス混合に含む事がある。
【０００６】本発明にいう火山灰ーガラス混合物の陽イ
オン交換容量（陰イオン交換容量）及び吸着能力を増加
させたゼオライト化物を連続的に製造する電磁波照射連
続反応装置とは火山灰ーガラス混合物とアルカリ水溶液
を混合、混練する混合・混練機、またこの原料を過熱す
る加熱器、ゼオライト化反応を促進する電磁波照射装
置、火山灰ーガラス混合物のゼオライト化物を洗浄する
洗浄槽さらにゼオライト化物を脱水、乾燥化する脱水
機、乾燥機からなる火山灰ーガラス混合物のゼオライト
化物を生成する連続ゼオライト化物製造装置をいう。
オン交換容量（陰イオン交換容量）及び吸着能力を増加
させたゼオライト化物を連続的に製造する電磁波照射連
続反応装置とは火山灰ーガラス混合物とアルカリ水溶液
を混合、混練する混合・混練機、またこの原料を過熱す
る加熱器、ゼオライト化反応を促進する電磁波照射装
置、火山灰ーガラス混合物のゼオライト化物を洗浄する
洗浄槽さらにゼオライト化物を脱水、乾燥化する脱水
機、乾燥機からなる火山灰ーガラス混合物のゼオライト
化物を生成する連続ゼオライト化物製造装置をいう。
【０００７】本発明にいう電磁波をゼオライト化反応に
利用する方法は原料中のアルカリと水分子の双極子モー
メントの激しい振動（数億〜数十億回／秒）により，粒
子内部を高温に発熱するため粒子内部でゼオライト化反
応が瞬時に進行する、このため従来の熱アルカリ溶液に
よる粒子外部からの緩慢な反応のため、数時間〜数十時
間を要していたゼオライト化が数分間の反応で完結する
ことができる。
利用する方法は原料中のアルカリと水分子の双極子モー
メントの激しい振動（数億〜数十億回／秒）により，粒
子内部を高温に発熱するため粒子内部でゼオライト化反
応が瞬時に進行する、このため従来の熱アルカリ溶液に
よる粒子外部からの緩慢な反応のため、数時間〜数十時
間を要していたゼオライト化が数分間の反応で完結する
ことができる。
【０００８】従来の原料粒子外部からの加熱とアルカリ
溶液中のゼオライト化反応に頼ることなく火山灰ーガラ
ス混合粒子とアルカリ溶液との混練によりゼオライト化
反応に必要な最小量のアルカリ量に調整する事が可能に
なったので、過剰な廃アルカリ溶液の排出を抑制するこ
とが出来た、結果として廃アルカリを排出しない製造方
法を発明した。
溶液中のゼオライト化反応に頼ることなく火山灰ーガラ
ス混合粒子とアルカリ溶液との混練によりゼオライト化
反応に必要な最小量のアルカリ量に調整する事が可能に
なったので、過剰な廃アルカリ溶液の排出を抑制するこ
とが出来た、結果として廃アルカリを排出しない製造方
法を発明した。
【０００９】電磁波（マイクロ波）の直接照射は混合・
混練した火山灰ーガラス原料粒子の内部から発熱し、加
熱器や雰囲気ガス等をほとんど加熱しないため熱効率が
高い（通常商用電源からのマイクロ波の出力変換効率６
０〜７０％、マイクロ波電力からの熱への変換効率約７
０％であり総合効率４０〜５０％程度）電磁波と被加熱
体との熱転換効率７０％程度に高めるための工夫として
は電磁波による粒子内部加熱効果を促進するため予め混
練した火山灰ーガラス混合粒子を予備加熱（常温〜２０
０℃）する方法が効果的であった。
混練した火山灰ーガラス原料粒子の内部から発熱し、加
熱器や雰囲気ガス等をほとんど加熱しないため熱効率が
高い（通常商用電源からのマイクロ波の出力変換効率６
０〜７０％、マイクロ波電力からの熱への変換効率約７
０％であり総合効率４０〜５０％程度）電磁波と被加熱
体との熱転換効率７０％程度に高めるための工夫として
は電磁波による粒子内部加熱効果を促進するため予め混
練した火山灰ーガラス混合粒子を予備加熱（常温〜２０
０℃）する方法が効果的であった。
【００１０】連続ゼオライト化装置の制御性は作業開始
時の装置の立ち上げ、終了時の停止、加熱、乾燥処理時
の温度調節を電磁波（マイクロ波）電力のＯＮ／ＯＦＦ
出力制御で行えるため応答速度が非常に早く装置の操作
性、安全性がよい。
時の装置の立ち上げ、終了時の停止、加熱、乾燥処理時
の温度調節を電磁波（マイクロ波）電力のＯＮ／ＯＦＦ
出力制御で行えるため応答速度が非常に早く装置の操作
性、安全性がよい。
【００１１】真空、減圧、加圧のもとでは燃焼による加
熱が出来ないので熱放射、熱伝導による加熱となるが、
通常の過熱では熱エネルギー密度を上げる事ができない
ので加熱処理時間が長くなる。この点、電磁波は真空、
減圧、加圧中でもエネルギーが伝送でき効率よく加熱・
乾燥が出来る。加圧下でも同様に加熱できると共に、ス
チーム熱風・冷風の併用や窒素ガスパージ下での加熱も
できる。
熱が出来ないので熱放射、熱伝導による加熱となるが、
通常の過熱では熱エネルギー密度を上げる事ができない
ので加熱処理時間が長くなる。この点、電磁波は真空、
減圧、加圧中でもエネルギーが伝送でき効率よく加熱・
乾燥が出来る。加圧下でも同様に加熱できると共に、ス
チーム熱風・冷風の併用や窒素ガスパージ下での加熱も
できる。
【００１２】混合・混練した前記、火山灰鉱物に端面、
突起部等がある場合、その部分に電界が集中する傾向が
あり、それによる不均一加熱が発生する。これらの状態
が発生しないように円筒形内部回転加熱反応機や加熱面
を上下させたコンベアー式移動加熱反応器を採用した。
突起部等がある場合、その部分に電界が集中する傾向が
あり、それによる不均一加熱が発生する。これらの状態
が発生しないように円筒形内部回転加熱反応機や加熱面
を上下させたコンベアー式移動加熱反応器を採用した。
【００１３】電磁波電力半減深度を深くする方法や被加
熱体（火山灰混合原料）の含水率少なくしゼオライト化
の処理能力を高めるコンパクトな加熱反応装置を発明し
た。
熱体（火山灰混合原料）の含水率少なくしゼオライト化
の処理能力を高めるコンパクトな加熱反応装置を発明し
た。
【００１４】次に、本発明の詳細を本実施例に基づいて
説明するが、本発明の趣旨はこれらの実施例に限定され
るものではない。
説明するが、本発明の趣旨はこれらの実施例に限定され
るものではない。
【００１５】（実施例１）本実施例について、図−１に
示した電磁波照射連続反応装置フローシートに従って説
明する。まず、前記、火山灰やガラス原料は１の原料受
槽に貯留する。この原料は連続定量供給機により、３の
アルカリ貯留槽から２の混合・混練器にアルカリ濃度１
〜２０ｗｔ％のアルカリ水を天然火山灰ーガラス原料に
対し５〜９５ｗｔ％の割合で添加し、混合・混練する。
さらに４の予備加熱器に送入し、火山灰混合原料を常温
〜２００℃まで加温する。
示した電磁波照射連続反応装置フローシートに従って説
明する。まず、前記、火山灰やガラス原料は１の原料受
槽に貯留する。この原料は連続定量供給機により、３の
アルカリ貯留槽から２の混合・混練器にアルカリ濃度１
〜２０ｗｔ％のアルカリ水を天然火山灰ーガラス原料に
対し５〜９５ｗｔ％の割合で添加し、混合・混練する。
さらに４の予備加熱器に送入し、火山灰混合原料を常温
〜２００℃まで加温する。
【００１６】この混練、加温した火山灰混合原料を５の
電磁波照射反応装置で３００ＭＨｚ〜３０ＧＨｚの範囲
の電磁波で直接照射する（実施例では２４５０ＭＨｚを
使用）、照射時間は１〜３０分の範囲で行った。
電磁波照射反応装置で３００ＭＨｚ〜３０ＧＨｚの範囲
の電磁波で直接照射する（実施例では２４５０ＭＨｚを
使用）、照射時間は１〜３０分の範囲で行った。
【００１７】５の電磁波照射反応装置で上記の条件によ
り照射された火山灰混合物は熟成の後、付着しているア
ルカリ分を７の洗浄器で洗浄する。洗浄された火山灰ゼ
オライト化物は８の脱水器で脱水し、さらに、９の回転
乾燥機で水蒸気加熱による乾燥を行い、火山灰混合物を
ゼオライト化した製品を得る。この製品を１０の製品受
槽に入れ、定量秤量の後、包装出荷する。
り照射された火山灰混合物は熟成の後、付着しているア
ルカリ分を７の洗浄器で洗浄する。洗浄された火山灰ゼ
オライト化物は８の脱水器で脱水し、さらに、９の回転
乾燥機で水蒸気加熱による乾燥を行い、火山灰混合物を
ゼオライト化した製品を得る。この製品を１０の製品受
槽に入れ、定量秤量の後、包装出荷する。
【００１８】（実施例２）火山灰混合物のゼオライト化
はアルカリ溶液を原料に対し１〜５：１の割合で混合し
たものを実施例１の条件で反応処理する。この反応条件
では原料に対しアルカリ溶液１〜２：１の割合の時がゼ
オライト化の転換率の高いものが得られる。前記火山灰
に粉末ガラスを１０〜５０ｗｔ％添加すると、電磁波照
射時間３〜１０分間で火山灰のゼオライト化物を効率
（８０〜９０％）よく製造する事ができた。
はアルカリ溶液を原料に対し１〜５：１の割合で混合し
たものを実施例１の条件で反応処理する。この反応条件
では原料に対しアルカリ溶液１〜２：１の割合の時がゼ
オライト化の転換率の高いものが得られる。前記火山灰
に粉末ガラスを１０〜５０ｗｔ％添加すると、電磁波照
射時間３〜１０分間で火山灰のゼオライト化物を効率
（８０〜９０％）よく製造する事ができた。
【００１９】（実施例３）天然鉱物特に天然ゼオライト
は石炭灰を原料とするよりも容易にゼオライト化するこ
とができた。石炭灰に対して火山灰を原料としたものは
ゼオライト化に要する電磁波の照射時間を１／２〜１／
３程度短縮することができた。
は石炭灰を原料とするよりも容易にゼオライト化するこ
とができた。石炭灰に対して火山灰を原料としたものは
ゼオライト化に要する電磁波の照射時間を１／２〜１／
３程度短縮することができた。
【００２０】（実施例４）Ｓｉ／Ａｌ比の異なる原料
（火山灰や火山性鉱物等）はアルカリ成分であるＣａ、
Ｎａ等の添加比率を調整する事により、また、電磁波の
照射時間を制御する事によりゼオライト化の率を自由に
制御する事ができる。
（火山灰や火山性鉱物等）はアルカリ成分であるＣａ、
Ｎａ等の添加比率を調整する事により、また、電磁波の
照射時間を制御する事によりゼオライト化の率を自由に
制御する事ができる。
【００２１】（実施例５）上記の製造工程から排出の廃
アルカリは従来の熱アルカリ溶液反応から生成する方法
に比較し排水量を１／１０程度に押さえることが出来た
結果、自然環境に対する水質汚濁負荷を大幅に削減出来
た。
アルカリは従来の熱アルカリ溶液反応から生成する方法
に比較し排水量を１／１０程度に押さえることが出来た
結果、自然環境に対する水質汚濁負荷を大幅に削減出来
た。
【００２２】
【００２３】
【図１】本発明によるゼオライト化製造システムフロー
１．原料受槽 ２．混合・混練機 ３．アルカリ貯槽
４．予熱・加熱器 ５．電磁波連続照射反応器 ６．照射コンベアー
７．洗浄機 ８．脱水分離機 ９．スチーム回転乾燥機 １
０．製品受槽 １１．一次排水処理槽 １２．二次排水処理槽
４．予熱・加熱器 ５．電磁波連続照射反応器 ６．照射コンベアー
７．洗浄機 ８．脱水分離機 ９．スチーム回転乾燥機 １
０．製品受槽 １１．一次排水処理槽 １２．二次排水処理槽
フロントページの続き
(71)出願人 501021737
大久保 一宏
東京都北区西が丘３−13−10東京都立産業
技術研究所内
(71)出願人 501021324
田中 実
東京都北区西が丘３−13−10 東京都立産
業技術研究所内
(71)出願人 501301961
小坂 幸夫
東京都北区西ヶ丘３丁目13番10号 東京都
立産業技術研究所内
(71)出願人 591043581
東京都
東京都新宿区西新宿２丁目８番１号
(72)発明者 仁田 隆
千葉県千葉市花見川区朝日ケ丘町2545−14
(72)発明者 蓮山 伸子
福岡県福岡市南区大橋１丁目17番地15
(72)発明者 鈴木 蕃
東京都北区西ヶ丘３丁目13番10号 東京都
立産業技術研究所内
(72)発明者 大久保 一宏
東京都北区西ヶ丘３丁目13番10号 東京都
立産業技術研究所内
(72)発明者 田中 実
東京都北区西ヶ丘３丁目13番10号 東京都
立産業技術研究所内
(72)発明者 小坂 幸夫
東京都北区西ヶ丘３丁目13番10号 東京都
立産業技術研究所内
Ｆターム(参考） 4G073 CZ01 FB32 FB34 FC01 FC28
Claims (3)
- 【請求項１】火山灰を含む鉱物とガラス（天然ガラス成
分鉱物も対象とする）をアルカリと水で混合あるいは混
練し加温（常温〜２５０℃）した後に電磁波（発信周波
数＝３００ＭＨｚ〜３０ＧＨｚ）を照射しゼオライト化
反応を促進させ陽イオン交換容量（陰イオン交換容量）
及び吸着能力を増加させる方法である。 - 【請求項２】請求項１の混練物を連続的に移動させなが
ら電磁波（発信周波数＝３００ＭＨｚ〜３０ＧＨｚ）を
均等に混練物に直接照射出来る構造を持った装置により
効果的に前項のゼオライト化を行う工程を特徴とする。
火山灰ゼオライト化の連続化製造装置である。 - 【請求項３】火山灰とガラス（天然ガラス成分鉱物も対
象とする）をアルカリ溶液で混合、混練し同時に加熱す
る加熱装置、さらにこの加熱混練物に直接、均等に電磁
波を照射してゼオライト化反応を加速させる電磁波照射
連続反応装置（円筒形内部回転加熱反応機やコンベアー
式移動加熱反応機）、生成物を洗浄する洗浄脱水機、洗
浄後の生成物を造粒、乾燥するための造粒機、乾燥機を
備えた連続化反応装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001230595A JP2003002637A (ja) | 2001-06-25 | 2001-06-25 | 火山灰とガラスからのゼオライト化方法と連続反応装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001230595A JP2003002637A (ja) | 2001-06-25 | 2001-06-25 | 火山灰とガラスからのゼオライト化方法と連続反応装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003002637A true JP2003002637A (ja) | 2003-01-08 |
Family
ID=19062775
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001230595A Pending JP2003002637A (ja) | 2001-06-25 | 2001-06-25 | 火山灰とガラスからのゼオライト化方法と連続反応装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2003002637A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112807953A (zh) * | 2021-01-05 | 2021-05-18 | 查昀 | 一种地下工程施工机械用尾气处理装置 |
-
2001
- 2001-06-25 JP JP2001230595A patent/JP2003002637A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112807953A (zh) * | 2021-01-05 | 2021-05-18 | 查昀 | 一种地下工程施工机械用尾气处理装置 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
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Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A711 Effective date: 20060720 |
|
| A072 | Dismissal of procedure |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A073 Effective date: 20070410 |