【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ヒ−トアイランド抑制効果を有する保水性セラミックス舗道版を都市ゴミスラグ等の中で、従来技術ないし現状では再利用が不可能とされている金属アルミニュウムを含むスラグを有効利用する新規かつ進歩性大なる画期的技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、都市ゴミスラグなどＳｉＯ2 −Ａｌ2Ｏ3−ＣａＯ系等の原料に粘土質を加えて成形し、煉瓦等のブロック状に成形し焼成して造ることは、今までの窯業常識の中で容易に可能なもので、数多くの特許も出願されている。
更に本発明者による特許１７２６２３７号は、これらの適切な品質の原料を水硬性セメントによって成形し焼成して造る技術は既に実用的に使用されている技術となっている。このほか本発明者による特開平８−３１９１７９、特開平６−１２８０１６も多孔質で保水性を有するセラミックの製造技術として公開されたものである。
更にまた、本発明の発想の元となった特開平８−３４６６１は金属アルミニュウムを含むスラグを使用する為に、焼成前の原料処理工程においてアルミニュウムの酸化による膨張を防止する為に縮合リンサン塩を用いて処理する方法であり本発明はこれらの欠点を反対に有効利用する逆転の発想によるものである。
また、本発明者は特平１１−９２２１１として、アルミ残灰であるアルミドロスと苛性アルカリ、或いは石灰によって発泡する技術を提案しているが、本発明はこれらの反応を１要素として取り入れ目的とする保水性を有し、高強度であり軽量の舗装材料製品を造るものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の主原料とするスラグは表面溶融形式による炉から排出される都市ゴミスラグである。表面溶融炉は、一般の溶融よりも溶融温度は約２００℃低く、元の原料に含まれるアルミ缶などのアルミニュウムは炉内で酸化されてＡｌ2Ｏ3としてスラグ成分になることなく凝集して小粒状となって、金属アルミニュウムのまま排出されることを発見した。これらスラグのガラス質部分の成分は溶融時の粘性を調整する為に成分補正されていて、バラツキの少ない比較的安定なものであるが金属アルミニュウムの含有率は５〜２０％と非常に大きく変化している。そこで、本発明の解決しようとする課題の第１は、スラグに含まれるアルミニュウムの含有率を２〜５％の範囲に安定化させる方法と手段である。
次に第２の課題は、アルミニュウムの酸化反応で発生する「水素ガス」を焼成前の成形体に適度に効率よく捕捉して均一に分散した気泡組織を造り上げる事である。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
（第１の課題の解決手段）
硬いガラス質と靭性の金属アルミニュウムの粒状体は粉砕機に同時に投入されても被粉砕性が著しく異なる硬いスラグは容易に微粉化するが、金属アルミニュウムは殆どそのまま排出される為、粉砕後篩によって分別出来るものであったがハンマ−ミルのような衝撃式のものでは、使用目的のスラグ粉末に残存するアルミニュウムは約１％程度の少ないものであり本発明の目的には適さないことを発見した。対象として振動ミル、フレットミル、ボ−ルミルなどの摩擦粉砕方法を取るとアルミニュウムは微粉末となって、条件を調整すれば２〜５％のアルミニュウム含有粉末を得る事が出来た。
【０００５】
（第２の課題の解決手段）
アルミニュウム粉末にｐＨ１２．０程度のアルカリや石灰の溶液を加えると高い発熱反応をともなって急速に多量の水素を発生するが、本発明の請求項１，２に示すように、水硬性セメントをバインダ−とするものは、セメントがある程度の水和反応が進んでガスを補足出来る状態でないと逸散して残らなくなる。
本発明の作用機構は、セメントに水を加えると３ＣａＯ、Ａｌ2Ｏ3からの石灰及びアルミナの溶出が起こり、セッコウと反応してエトリンガイト（３ＣａＯ・Ａｌ2Ｏ3・３ＣａＳＯ4 ・３２Ｈ2 Ｏ）組成のセメントゲルが生成されるがこれが水素ガスを捕捉する役割をする。続いて溶出される石灰は、金属アルミニュウムと反応して徐々に水素を発生させ、この際の高い発熱反応によってセメント水和化合物の生成を促進し、急速に硬化反応が進行するというものである。
スラグ中に含まれるアルミニュウムは１％未満では不充分であり５％を超えると、ガス量が多過ぎて捕捉している組織を崩壊させてガスは逸散することを確認した。ガラス質スラグの化学組成は、高温度（１，４００〜１，５００℃）の溶融システムのスラグと異なりＡｌ2Ｏ3やＣａＯが少なく、Ｎａ2 ＯやＫ2 Ｏ分が多く中低温度（１，３００℃以下）で溶融する成分範囲であり、再加熱すると８５０〜９００℃でＣａＯ・Ａｌ2Ｏ3・２ＳｉＯ2 とαＣａＯ・ＳｉＯ2 の結晶が拆出するものであり、これらのスラグは５０〜８０％という高い組織比率で使用しても低温度で焼結し易いものである。
成形バインダ−であり、かつアルミニュウムの酸化反応をセメントゲルの生成の中で発生させて多孔質とする為にセメント量１０〜２０重量％に対してアルミニュウムの含有率は１〜５重量％の範囲が好適である。発泡調整剤、或いは焼結調整材はセメントゲルによるガスの捕捉をより多くする必要があればベントナイトを２〜３重量％添加する。焼結調整材には、より低温度で焼結させる為にガラスカレット及び製品に着色させる為の酸化鉄を含む電炉ダストなどを使用する。焼成は１，０００〜１，１５０℃の温度範囲で充分な強度が得られるが、本技術の経済性の面での特徴は通常のこの種製品の約１／２の短時間で焼成出来ることである。
【０００６】
【発明の実施の形態】
溶融炉から水砕として取り出されるスラグは摩砕方式のフレットミル、或いは振動ミルにより１．０ｍｍ以下の程度に粉砕される過程で粒状のアルミニュウムを篩により分別し、アルミニュウムの微粉が２〜５重量％の範囲になる様に調整して主原料であるスラグとアルミニュウムの混合された粉体となる。
スラグとセメント、又調整材料を所定比率で混合し水分７〜１０％を加えて小粒状のはい土とした後少なくとも２時間以上の反応過程を経て、はい土粒内に気泡を生成させた後、所望の金型にて１平方ｃｍ当り１０〜２０ｋｇの加圧力と振動を加えながら成形して生地を成形し、温度９０〜１００℃、湿度８０％以上の養生硬化、及び乾燥工程を８時間以上かけた後ロ−ラ−ハ−スキルンに挿入して１，０００〜１，１５０℃の温度の範囲で１分間当り１５〜１８℃の昇温速度で焼成する。
【０００７】
（実施例）
スラグ ：ＳｉＯ2 ４８．５％、Ａｌ2Ｏ3 １７．３％、ＣａＯ１８．２％、Ｎａ2 Ｏ＋Ｋ2 Ｏ７．８７％、ＦｅＯ、ＭｇＯ、ＺｎＯなど５．５％と金属アルミニュウム２．７％から成り、粒度１．０ｍｍ
以下のものを使用した。
はい土の混合造粒；水分８．５％を加えてリボンミキサ−で１０分間混合造粒して１〜５ｍｍの小粒状のはい土とした。
養生、発泡処理 ；はい土をホッパ−内中にて約３時間養生すると発熱し、多孔質となって容積を膨張した粒状はい土となった。
成形、乾燥 ：コンクリ−ト二次製品成形用の振動プレスにより１０ｋｇ／ｃｍ2 の加圧力を用いて、３００ｘ３００ｘ５０ｍｍサイズの生地を成形し、９０〜１００℃の炉内に入れて８時間処理をした。
焼成：ロ−ラ−ハ−スキルンを用いて１，０３０℃昇温速度１６℃／分のスピ−ドで焼成。
製品の物性：寸法精度５枚平均値±１％
曲げ強度５枚平均値８３．２ｋｇ／ｃｍ2
吸水率５枚平均値１５．５％
かさ比重５枚平均値１．５２
以上のように、同目的のコンクリ−ト、ブロックより約３０％軽量であり強度約２倍の目的製品を得た。
【０００８】
【発明の効果】
今後更に大量に生成される都市ゴミスラグの中で、アルミニュウムを含むために路盤材としても再利用出来ない表面溶融炉のスラグを、特徴ある資源として保水性を有し、地球温暖化防止に効果のある舗道用セラミックス材として低コストで供給する。特に従来のこの種製品と比べてより軽量であり、かつ焼成時間が約１／２に短縮されるという、画期的に大きい省エネルギ−効果をもつ経済性の高い進歩性大なる新技術を提供するものである。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a novel and highly efficient use of a water-retaining ceramic pavement slab having a heat island suppressing effect in municipal garbage slag or the like, using a slag containing metallic aluminum which cannot be reused in the prior art or at present. It relates to a breakthrough technology with great inventive step.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, it is one of the common knowledge in the ceramics industry that a clay is added to a raw material such as municipal garbage slag such as SiO 2 -Al 2 O 3 -CaO to form a clay, and then formed into a block shape such as a brick and fired. It is easily possible and numerous patents have been filed.
Furthermore, Japanese Patent No. 1726237 by the present inventor has already realized that the technique of molding and firing these raw materials of appropriate quality with hydraulic cement and sintering has already been practically used. In addition, JP-A-8-319179 and JP-A-6-128016 by the present inventor have also been disclosed as techniques for producing a porous and water-retaining ceramic.
Furthermore, Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-34661, which is the basis of the idea of the present invention, uses a condensed phosphorus sansalt to prevent expansion due to oxidation of aluminum in a raw material processing step before firing because slag containing metal aluminum is used. The present invention is based on the idea of reversal which makes effective use of these drawbacks.
The present inventor has proposed, as Japanese Patent Publication No. 11-92211, a technique of foaming with aluminum dross, which is aluminum residual ash, and caustic alkali or lime. However, the present invention incorporates these reactions as one element and The purpose of the present invention is to produce a high-strength and lightweight pavement material product having high water retention.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
The slag used as the main raw material in the present invention is municipal garbage slag discharged from a furnace of a surface melting type. In the surface melting furnace, the melting temperature is about 200 ° C lower than general melting, and aluminum such as aluminum can contained in the original raw material is oxidized in the furnace and aggregates as Al 2 O 3 without becoming a slag component. It was discovered that it became small particles and was discharged as metallic aluminum. The components of the vitreous portion of these slags are component-corrected in order to adjust the viscosity at the time of melting, and are relatively stable with little variation, but the content of metallic aluminum changes very greatly, from 5 to 20%. are doing. Therefore, a first problem to be solved by the present invention is a method and means for stabilizing the content of aluminum contained in slag within a range of 2 to 5%.
Next, the second problem is to create a uniformly dispersed cell structure by capturing “hydrogen gas” generated by the oxidation reaction of aluminum in a compact before firing appropriately and efficiently.
[0004]
[Means for Solving the Problems]
(Means for solving the first problem)
Hard vitreous and tough metallic aluminum granules are simultaneously pulverized into a crusher, but hard slag with remarkably different grindability is easily pulverized, but metal aluminum is discharged almost as it is. Although it was possible to separate them, it was discovered that in the impact type such as a hammer mill, the aluminum remaining in the slag powder intended for use was as small as about 1%, which was not suitable for the purpose of the present invention. . When a friction grinding method such as a vibration mill, a fret mill, and a ball mill was used as the object, aluminum was turned into a fine powder, and a 2-5% aluminum-containing powder could be obtained by adjusting the conditions.
[0005]
(Means for solving the second problem)
When a solution of alkali or lime having a pH of about 12.0 is added to aluminum powder, a large amount of hydrogen is rapidly generated with a high exothermic reaction. If the cement is not in a state where the cement has undergone a certain degree of hydration reaction and can capture gas, the cement will escape and remain.
The mechanism of action of the present invention, the addition of water to the cement 3CaO, occur elution of lime and alumina from Al 2 O 3, ettringite reacts with gypsum (3CaO · Al 2 O 3 · 3CaSO 4 · 32H 2 O) A cement gel of the composition is produced, which serves to trap hydrogen gas. Subsequently, the lime that is eluted reacts with the metal aluminum to gradually generate hydrogen, and at this time, a high exothermic reaction promotes the formation of a cement hydrate compound, and the hardening reaction proceeds rapidly.
When the amount of aluminum contained in the slag is less than 1%, it is insufficient, and when it exceeds 5%, it is confirmed that the amount of gas is too large, the captured tissue is disintegrated, and the gas escapes. The chemical composition of the vitreous slag is different from that of the slag of the high temperature (1,400-1,500 ° C.) melting system in that the content of Al 2 O 3 and CaO is small, the content of Na 2 O and K 2 O is large, and the medium and low temperature ( a component range which melts at 1,300 ° C. or less), reheated to the 850 to 900 ° C. in the CaO · Al 2 O 3 · 2SiO 2 and αCaO · SiO 2 crystal is intended to拆出, these slag Even when used at a high structure ratio of 50 to 80%, it is easily sintered at a low temperature.
The content of aluminum is in the range of 1 to 5% by weight with respect to the cement amount of 10 to 20% by weight in order to be a molding binder and to make the aluminum oxidation reaction during the formation of the cement gel to make it porous. Is preferred. If it is necessary to increase the gas trapping by the cement gel, the foaming regulator or the sintering regulator is added with 2 to 3% by weight of bentonite. As a sintering adjusting material, an electric furnace dust containing iron oxide for coloring a glass cullet and a product for sintering at a lower temperature is used. Sufficient strength can be obtained in the temperature range of 1,000 to 1,150 ° C, but the economical feature of this technology is that it can be fired in about half the time of ordinary products of this kind. It is.
[0006]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
The slag taken out from the melting furnace as water granules is separated into granular aluminum by a sieve in the process of being crushed to about 1.0 mm or less by a fret mill or a vibrating mill of a grinding method, and fine aluminum powder is 2 to 5% by weight. % To obtain a mixed powder of slag and aluminum as main raw materials.
After mixing slag, cement, and conditioning materials at a predetermined ratio and adding 7 to 10% of water to make small-grained earth, after undergoing a reaction process for at least 2 hours or more, bubbles are generated in the earth particles. The dough is formed by applying a pressure and vibration of 10 to 20 kg per 1 cm 2 in a desired mold to form a dough, and curing and curing at a temperature of 90 to 100 ° C. and a humidity of 80% or more, and a drying process for 8 hours. After the above application, it is inserted into a roller hearth kiln and baked at a temperature of 1,000 to 1,150 ° C at a rate of 15 to 18 ° C per minute.
[0007]
(Example)
Slag: 48.5% of SiO 2 , 17.3% of Al 2 O 3 , 18.2% of CaO, 7.87% of Na 2 O + K 2 O, 5.5% of FeO, MgO, ZnO, etc. and 2.7% of metal aluminum Made, grain size 1.0mm
The following were used:
Mixed granulation of Yes soil; 8.5% of water was added and mixed and granulated for 10 minutes with a ribbon mixer to obtain small granular earth of 1 to 5 mm.
Curing, foaming treatment: When the soil was cured in a hopper for about 3 hours, it generated heat and became porous and expanded granular soil.
Forming and drying: Using a vibrating press for forming a concrete secondary product, a dough having a size of 300 × 300 × 50 mm was formed using a pressing force of 10 kg / cm 2 and placed in a furnace at 90-100 ° C. for 8 hours. .
Baking: Baking at a speed of 1,030 ° C and a heating rate of 16 ° C / min using a roller hearth kiln.
Physical properties of the product: Dimensional accuracy 5 sheets Average ± 1%
Flexural strength 5 sheet average value 83.2 kg / cm 2
Average value of water absorption 5 sheets 15.5%
Bulk specific gravity average of 1.52
As described above, a target product that is about 30% lighter than the concrete and block for the same purpose and about twice as strong was obtained.
[0008]
【The invention's effect】
Among the municipal waste slag generated in large quantities in the future, slag from a surface melting furnace that cannot be reused as roadbed material because it contains aluminum has water retention as a distinctive resource, and is effective in preventing global warming. Supplied at low cost as a pavement ceramic material. In particular, a new technology that is much lighter than conventional products of this type and has a epoch-making and energy-saving effect that is highly economical and greatly reduces the firing time by about half. To provide.
