JP2003513876A - 膨張粘土粒体の製造方法および該方法の実施により得られる粒体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、膨張粘土粉体製造の現在の方法および設備の短所を改善することを目的とする。 【解決手段】 粘土粒体の膨張が、粘土粒体のマイクロ波放射加熱により得られる膨張粘土粒体の製造方法であり、この方法の実施により得られる膨張粘土粒体である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】 本発明は、膨張粘土粒体の新規な製造法にあり、さらには該方法の実施により
得られる粒体にも関する。

【０００２】 膨張粘土は、建造物および公共事業（ＢＴＰ）の活動において、軽量骨材の形
で、とりわけコンクリートの軽量化のために長年使用されてきた。この材料には
多くの利点がある。すなわち、この材料は天然物であり、丈夫で、絶縁性があり
、規則的で、不燃性で、利用が容易で、安定で、化学的に不活性であり、耐食性
があり、経済的である。これらの多くの特性により、この材料は、断熱、装飾、
園芸センター、水耕、焼却、造園設計、コンポスト化、濾過、公害防止、観賞魚
飼育等の他の分野においても広く用いられている。

【０００３】 膨張粘土の発見は１８８５年頃とされるが、ＳＪ ＨＡＹＤＥによって実現さ
れた、膨張炉として回転炉を用いたこの材料の最初の製造装置が現れたのは１９
１７年である。

【０００４】 膨張は、約１１００℃の温度で、微細気泡を生じる、可塑粘土塊の中心におけ
る激しいガス発生により行われる。

【０００５】 得られた膨張粘土の球または粒体は、ガラス化した被膜を有し、非常に硬いと
同時に非常に軽く、その密度は約３００〜６３０ｋｇ／ｍ³である。

【０００６】 それらの製造技術は、最初の焼成・膨張炉の出現以来さほど変わっておらず、
その製造は、現在でも回転炉中において高温で行われている。熱エネルギーは、
ガスまたは重油といった燃料の燃焼によって生み出される。

【０００７】 膨張させた球または粒体を得るには以下の複数の段階が必要とされる。 １）粒体を製造（造粒）するための、正確かつ完全に制御された技術的条件（粉
砕、ロールがけ、加湿）での粘土の調製。 ２）粒体の乾燥および貯蔵。 ３）第１の回転炉中での粒体の焼成。 ４）１１００℃に保たれ入念に調節された第２の回転炉内の焼成粘土粒体の通過
。高温により可塑化した粘土塊内部で、ガス発生により空洞化、したがって粘土
粒体の膨張が引き起こされる。 ５）冷却トンネル内を通過させることによる粒体の冷却。

【０００８】 最後に、形状がほぼ球状になったこれらの粒体は、分級され、汚染および種々
の品質のものが混合するのを避けるためにコンクリート製貯蔵仕切り内に分配さ
れる。

【０００９】 しかしながら、この膨張粘土粒体製造技法には以下のような短所がある。 − 利用される設備がインラインまたはカスケード式の２基ないし３基の炉を乾
燥粘土粒体投入口と膨張粒体の分級および貯蔵ステーションに向けての取出口と
の間に有している場合に、これらの設備は非常に重いものになる。他方では、と
りわけ、高温に置かれる機械部分をこれらの設備が有しているため、運転および
保守費用が高くなる。 − これらの設備は低収率である。粘土は耐熱性材料なので熱エネルギーの大半
が失われ、さらに、現在の加熱方法および設備は材料を外側から内側に向けて加
熱するからである。熱エネルギーの分配がこのように悪いため、エネルギー過剰
消費および材料中の熱応力発生を惹起し、これが粘土球または粒体の破裂、そし
てその結果、生産性低下を引き起こすことがある。

【００１０】 これらの炉は、その防音性の悪さおよび発散物（排煙）のために、環境に対す
る負荷（聴覚的、嗅覚的および視覚的公害）も引き起こす。これらの炉は、遮音
不良または断熱欠陥の場合に、近隣環境（従業員および点検者）に対する危険性
も有している。さらに、これらの炉は燃料貯蔵も必要とする。 − 炉の加熱に時間がかかる。 − 調節が困難。

【００１１】 加熱回転炉のバーナーに対する粒体の暴露に応じて、粒体の膨張が多かれ少な
かれ変わり、その結果、この製造技術の収率はランダムになり、得られた膨張粘
土粒体の品質は非常にばらつくことも強調しなければならない。

【００１２】 フランス特許第ＦＲ−２１０１６０２Ａ号には、バーミキュライトを膨張させ
るための方法が記載されており、この方法は、とりわけ耐熱材料またはライニン
グ材料の用途に、周波数が１メガサイクル／秒〜１００００メガサイクル／秒の
電磁波でバーミキュライトを照射するというものである。しかしながら、膨張バ
ーミキュライトの機械特性が劣るため、建設における軽量コンクリートの製造の
ような、高い機械抵抗性が要求される用途においてはこれを利用できない。さら
に、バーミキュライトと粘土の膨張プロセスは異なっている。バーミキュライト
については、膨張は層間水の蒸発にもっぱら起因しており、これがこの材料を構
成している薄層の分離を引き起こす、バーミキュライトはアコーデオン状または
蠕虫状の特徴的な形状を取る。

【００１３】 粘土の膨張プロセスは異なっている。すなわち、粘土を高温にすることによっ
てガス発生が引き起こされ、このガス放出は、熱可塑性材料内部におけるミリメ
ートル単位の細孔発生の原因である。

【００１４】 これらのガス発生は以下の複数の化学反応により生み出される。 − 随伴鉱物（硫酸塩、硫化物等）の分解 − 有機物（炭素、フミン酸、炭化水素付加物等）の燃焼 − これらの有機物のクラッキング − これらの有機物と酸化鉄との間の酸化還元反応

【００１５】 得られた粒体は非常に抵抗力がある。

【００１６】 本発明は、膨張粘土粒体製造の現在の方法および設備の上記短所を改善するこ
とをとりわけ目的としている。

【００１７】 本発明によれば、粘土粒体をマイクロ波放射加熱にかけることにより粘土粒体
の膨張が得られる方法によって、この目的は達成される。

【００１８】 この膨張方法は、マイクロ波放射を用いた誘電性製品の加熱の原理を用いてい
る。この原理は、非常に高周波数の電磁場（マイクロ波）に起因する物質−放射
の相互作用に基づいている。物質（この場合は粘土）は、その凝縮された形状で
は、「クラスタ」と呼ばれる原子および分子で構成されている。これらのクラス
タは、電場をかけられると相対運動を始め、その強度はクラスタの誘電率に依存
する。この運動によってクラスタ間での摩擦が生じ、これが製品の内部加熱の原
因である。

【００１９】 マイクロ波放射が粘土の球または粒体に適用されると、これらの急速かつ均一
な加熱が引き起こされ、マイクロ波は前記粒体内部を直接加熱し、この加熱によ
り、最初に水の蒸発が引き起こされ、次にガス発生が生じ、これにより粘土の空
洞化および膨張が引き起こされる。

【００２０】 本発明による方法は、主として非常な高周波の電磁エネルギー発生器（マグネ
トロン）と、アプリケータと、導波管とを有する非常に単純な設備を用いて実施
できる。

【００２１】 さらに、これらの設備は、マイクロ波放射によって、粘土粒体または球の乾燥
およびこれらの加熱と膨張とを、連続的または同時に実施できるように適合させ
ることも容易である。

【００２２】 本発明による方法には以下の興味深い利点がある。 − 実施に必要な設備は非常に軽量にできる。この実施に利用できる材料の外形
寸法は、液体燃料または気体燃料を利用する回転炉による現在の加熱設備よりも
ずっと小さい。さらに、熱源は粘土にターゲットを定めた励起によるものなので
、材料の利用および保全条件は非常に良好である。 − この方法の収率は、液体、気体または固体燃料を用いた加熱方法の収率より
もはるかに高い。エネルギーの大部分は原料（粘土粒体）により吸収され、その
結果、熱損失は大幅に減少する。 − 粘土は塊で加熱され、これによって、原料中の熱応力および膨張粘土粒体破
裂の危険性が最小になり、その結果、欠陥生成物の百分率は大きく減少またはほ
ぼゼロになる。 − そのようなマイクロ波加熱炉の温度上昇は非常に急速でありかつ膨張は直接
的であり、それによって、慣性がない（エネルギーをほぼ直ちに利用できる）。 − 乾燥、焼成および膨張のステップは、ただ１つの段階にまとめることができ
、これによって、時間とスペースの節約が可能になる。

【００２３】 本発明の目的である方法により、マイクロ波放射の利用に関連した下記の補足
的利点ももたらされる。 ― 聴覚上および視覚上の汚染が皆無（騒音も排煙もない） ― 安全性の改善（高温の内壁がない） ― 加熱および膨張のパラメータの正確な制御が可能かつ炉の調節が容易 ― 非常に高収率（５５〜６０％） ― 熱拡散の改善によるより高い生産性 ― 正確なエネルギー収支 ― 経済性

【００２４】 この方法により、高速かつ正確な自動化または制御を用いて、高い利用柔軟性
と、電気的手段による技術的方法の効率的調整の可能性とがもたらされる。

【００２５】 上記の目的、特徴、利点およびその他も、以下の説明および添付図面からより
一層理解されるであろう。

【００２６】 有利な実施例を説明するために前記図面を参照するが、これは本発明による粘
土粒体の製造方法をまったく限定しない。

【００２７】 膨張粘土粒体の製造には、ベース材料として、粘土採掘場からの純粋な粘土ま
たは採掘場ないし他の工業の洗浄汚泥の有効活用によるリサイクル粘土が必要と
される。それ自体公知なように、粘土の造粒は、粉砕、ロールがけまたは押出し
により可能であり、次に、見かけの密度が３００〜６３０ｋｇ／ｍ³の場合に粒
度が例えば０〜２５ｍｍの膨張粘土を得るために、粘土粒体は、本発明の方法の
上記特徴的な段階にかけられる。

【００２８】 必要があれば、粘土は、ロールがけまたは押出しの前に、少量の水を添加する
ことで可塑状態にされ、さらに、有利には、造粒前に、とりわけ原料の膨張を引
き起こすことを目的とした加熱段階の実施前に、液体燃料のような炭化水素を粘
土に少量添加し、これらの添加は、それ自体公知のあらゆる方法および設備によ
り行われる。

【００２９】 マイクロ波放射にさらす前に、粘土粒体または球は、例えば１０％〜５０％と
し得る湿度を呈する。

【００３０】 本発明の方法の第１の実施例（図１）によれば、従来方法による造粒および乾
燥の後、粘土はマイクロ波炉内に導入され、この炉内で粘土粒体はマイクロ波放
射を受け、粘土の加熱および膨張が引き起こされる。マイクロ波炉を出ると、膨
張粘土粒体または球は、冷却トンネル内通過または自由大気により冷却される。

【００３１】 公知のように、膨張粘土は次に、貯蔵または発送の前に、分級操作を受ける。

【００３２】 本発明の方法の第２の実施例（図２）によれば、造粒後に粘土はマイクロ波炉
内に導入され、該炉内で粘土粒体は、粘土の乾燥、加熱および膨張を同時に行う
マイクロ波放射にさらされる。

【００３３】 単純な例として、利用されるマイクロ波放射は、周波数が約２４５０ＭＨｚで
波長が約０．１ｎｍで、約１８５０℃の温度の発生を可能にする放射とすること
ができる。

【００３４】 本発明の方法を実施するために利用されるマイクロ波設備（図３）は、それ自
体公知なように、回路網の電気エネルギーをマイクロ波エネルギーに変換する１
つ以上のマイクロ波発生器またはマイクロ波源（マグネトロン）Ｃと、マイクロ
波下の粘土粒体の「行進」すなわち連続的加熱を可能にする１つのアプリケータ
Ｅと、マイクロ波エネルギーを発生器ＣからアプリケータＥへ伝える１つ以上の
導波管Ｄとを備えている。

【００３５】 アプリケータＥは、１つのマイクロ波トンネルで構成されており、該トンネル
はその両端部にマイクロ波漏洩防止ロック室を備えており、粘土粒体の投入（記
号Ａ）および膨張粘土粒体の取出し（記号Ｂ）をそれぞれ可能にしている。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明による方法の第１の実施態様を含む、膨張粘土粒体製造の系統
図である。

【図２】 本発明の方法の第２の実施態様を含む、膨張粘土粒体製造の系統図で
ある。

【図３】 本発明による膨張粘土粒体製造設備の概略図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ， ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，Ｋ Ｅ，ＬＳ，ＭＷ，ＭＺ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＴＺ，ＵＧ ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ， ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＧ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ， ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＢＺ，Ｃ Ａ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＲ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＤＭ ，ＤＺ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ，ＧＨ， ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，ＪＰ，Ｋ Ｅ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＡ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ， ＭＷ，ＭＸ，ＭＺ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，Ｒ Ｕ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ ，ＴＲ，ＴＴ，ＴＺ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ， ＹＵ，ＺＡ，ＺＷ (72)発明者 ベシラーン，ナタリー フランス国、エフ−13009 マルセイユ、 トラヴェルス フォルテュネ マリアー ン、ドムール ド マリアーン（番地な し)

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 粘土粒体の膨張が、粘土粒体のマイクロ波放射加熱により得られ
   ることを特徴とする、膨張粘土粒体の製造方法。
2. 【請求項２】 前記粘土粒体は、膨張を行うマイクロ波放射にさらされる前に、
   従来方法により乾燥されることを特徴とする、請求項１に記載の膨張粘土粒体の
   製造方法。
3. 【請求項３】 前記粘土粒体は、乾燥および膨張を同時に行うマイクロ波放射に
   さらすことにより、連続的または同時に乾燥および加熱されることを特徴とする
   、請求項１に記載の膨張粘土粒体の製造方法。
4. 【請求項４】 前記粘土粒体の膨張は、マイクロ波トンネルで構成されたアプリ
   ケータ（Ｅ）中で連続的に操作されることを特徴とする、請求項２に記載の膨張
   粘土粒体の製造方法。
5. 【請求項５】 前記粘土粒体の乾燥および膨張は、マイクロ波トンネルで構成さ
   れたアプリケータ（Ｅ）中で連続的に操作されることを特徴とする、請求項３に
   記載の製造方法。
6. 【請求項６】 粘土の造粒前に、該粘土に少量の炭化水素を添加することを特徴
   とする、請求項１〜５のいずれか１項に記載の膨張粘土粒体の製造方法。
7. 【請求項７】 請求項１〜６のいずれか１項に記載の方法により得られることを
   特徴とする、膨張粘土粒体。