JP2004530544A - 処理されたボーキサイトくずを含有する建材等およびそれらの製造方法 - Google Patents

Abstract

【解決手段】本発明は、ボーキサイトくずを含有する廃棄物流を存在するアルカリ物質を中和するために処理し、そして得られる物質を、性質を向上させるために建材または他の物質に混入することを特徴とする、廃棄物流を処理する方法および処理して得られる生成物に関する。

Description

【技術分野】
【０００１】
本発明は、ボーキサイトくずを含有する廃棄物流中に存在する主要割合の金属水酸化物、例えば水酸化物を実質的に中和するために該廃棄物流を処理し、建材または他の物質の性質を向上させるために該物質、例えばレンガに混入することができる生成物を得る方法に関する。本発明は更に本発明の方法に従って処理されたくず物質を含有する建材を向上させることにも関する。
【背景技術】
【０００２】
ボーキサイトからアルミナを製造するバイヤー法は多量の“赤泥(red mud) ”またはくずを生ずる。これらの両者は環境汚染源でありかつ潜在的な価値のある鉱物源の廃棄物である。従って有用な工業製品としてこれらのくずを効果的に利用する方法は有利である。
【０００３】
Ｉｗｕの米国特許第３，９８５，５６７号明細書には、処理したボーキサイトくずを粘土と組合せそして炉で加熱してレンガ製品を得る方法が開示されている。
【０００４】
Ｌｏｋａｔｏｓ等の米国特許第４，１３３，８６６号明細書には、硫酸鉄が含有ナトリウムを抽出するために使用される、赤泥残留物から結合するナトリウムを分離する方法が開示されている。
【０００５】
Ｊａｑｕｅｓ等の米国特許第５，５５４，３５２号明細書には、コンクリート製品において使用するためにポゾランを製造するのにバージンのボーキサイトを処理することが開示されている。
【発明の開示】
【０００６】
本発明によって、ボーキサイトくずをセメント質用材(cementitious materials)から製造される有用な建材、例えばレンガに混入するのに適するようにした、ボーキサイトくずを含有する廃棄物流を処理する方法を提供する。更に本発明は、ボーキサイトくずを、アルカリ金属水酸化物を中和するために鉱酸で処理し、次いでセメント質用材と配合しそして硬化させて優れた建材とすることを特徴とする、改善された建材にも関する。セメント質用材または他の物質と配合する前に、水および中和によって生じるアルカリ金属塩の全部または一部が除かれる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
本発明によれば第一に、ボーキサイトくずを１／１６”または更に小さいふるいメッシュを通ることのできる均一な粉末に粉砕し、水をこのくずに添加する。水の添加は混合物を激しく攪拌する間に行う。スラリーに、自由に流動しそして均一とするのに十分な水を添加する。所望のコンシステンシーおよび粘度は、非ゲル状家屋用塗料のそれにほぼ同じである。このコンシステンシーに達した時に、酸を十分な量（即ち、くず中に存在するナトリウム１モル当たり１モル量の水素となる量）でスラリーに攪拌中に添加し、それによってその水酸基イオンからナトリウム原子を取り去る。酸の水素原子を苛性ソーダ（水酸化ナトリウム）からのナトリウムと交換しそして水を生ずる。ナトリウム−イオンは水素原子が離れた空位を取り、塩副生成物を生じる。この特定の塩は使用された元の鉱酸によって測定され、例えば硫酸は硫酸ナトリウムを生成するし、塩酸は塩酸ナトリウムを生成するであろう。これらの塩は溶液中に存在し、スラリーは遠心分離によるかまたは“消和(slaking) ”によるかまたは他の可能な手段によって分離される。これらの塩から次いで水を蒸発によってまたは他の手段によって分離し、その結果水は連続法に戻すことができそして塩は工業薬品として販売してもよい。
【０００８】
酸を少々の塩基スラリーに添加した場合には、生じ得る第二および第三の反応がある点に注意するべきである。この理由で、支配的な環境のもとで実施可能なほどの細かいスラリーを有することおよびその細かいスラリーは酸を装入した時点で激しい攪拌状態において存在することが有利であり、その目的は反応時間または目標の化合物（水酸化ナトリウム）への酸の“作用時間”を少なくさせることである。必然的に、幾らかのカリウム、マグネシウムおよびアルミニウムならびに他の元素はこの工程で捕獲されるが、この環境では、ボーキサイトくずから水酸化ナトリウムを除き該くずを次に安定化しそして次いで通例の建材のマトリックス中に組み入れるという目標は十分には阻止するのに十分でない。
【０００９】
塩溶液をスラリーから分離した時に、通例の建材、例えばペーバーレンガ中の成分として利用することが直ぐにできる。例として骨材の個々の成分の比は“安定化されたボーキサイトくず”を一般に存在するような２００メッシュの微細度の物の代わりに使用することを除いて“普通の”ペーバーレンガに使用されるのと同じ比である。これら（２００メッシュの微細物）を使用しない場合には、“安定化されたボーキサイトくず”は混合物に、約２０容量％の割合で混合物に添加する。この場合には、完成生成物を形成する最良の形態は、現在では予備混合された骨材を生成する工程の間に水力圧縮を同時的な振動圧縮と組合せて利用する工業的標準法である。
【００１０】
コンクリートレンガを製造する装置は“完成された”表面を持つ少なくとも１つの見える面を持つっていてもよい。レンガは型にコンクリート混合物を充填し、その型を振動させそして下降する棒ピストンを使用して充填された型中のコンクリートを圧縮することによって製造される。型の少なくとも１つの内部面はレンガ中でテクスチャー(texture) を形成するために使用されるテクスチャード加工面を持っていてもよい。この混合物を圧縮した後に型の可動性側壁が、型が持ち上がった時にブロックのテクスチャー加工された表面を掃除するために型壁のテクスチャー加工面に対して十分な距離、ブロックから横方向に離れる。ペーバーレンガの場合には完成した表面は棒ピストンによって形成される。決まった場所に止まる棒ピストンを用いて型を持ち上げ、その次に棒ピストンが上昇し完成ブロックが得られる。
【００１１】
成形した時にブロックは好ましくは過剰飽和した湿気の雰囲気に保持し、そして最初の１６８時間の硬化時間の間、ブロック自身が乾燥するまで放置するべきでない。この湿度は、硬化工程の間の規則的間隔で飽和状態に湿らせる霧かけ手段を有する構内に完成ブロックを収容することによって維持することができる。優れた性能／利用性は、くず含有量が３０％の水準を超えない場合に達成される。
【００１２】
更に、混合物中に十分な量の酸化鉄がある場合にはテラコッタ(terra cotta) の色合いに非常に似ている審美的な感じの良好な色彩が混合物に与えられる。更に骨材のｐＨの変化が酸性スラリーの添加によって混合物中の利用可能な水の“湿潤(wetting) ”可能性を劇的に変化させる。このことがそれが硬化した時にコンクリートの均一な結晶構造をもたらす。
【００１３】
主な試薬として硫酸を使用することによっておよびスラリーから過剰の水を分離することによって除く以外は、生じる中和反応で生じる得られた塩を除かないことによって、残留硫酸ナトリウムはセメント質マトリックスの内部結晶構造に特徴のある炭酸塩結晶の生成のための触媒として作用する。
【００１４】
本発明の方法は次の方法によって具体的に説明される：１部のボーキサイトくずを３部の水に懸濁させ、その混合物の滴定を、くず中の１モルのナトリウム当たり１モルの硫酸溶液を使用して該混合物がｐＨ５．５〜６．０に達するまで行う。これを成功裏に実施するためには、混合物を連続的に攪拌し、懸濁物中の混合物の粒子を保持するべきである。混合物が所望の５．５〜６．０のｐＨに達した時にこの工程を終了する。次いでこの混合物を放置しそして濾液をデカンテーションおよび／または濾過によって上澄み液から分離する。残留物は洗浄する必要はない。上澄み液の蒸発で、精製した時に工業薬品として市販できるかまたはまたは電解されそしてプロセスに戻される硫酸ナトリウムが得られるであろう。
【００１５】
くずの前述の製造工程の副生成物をセメント質媒体中へ次に混入した時、完成製品は耐風解性を高め、即ちボーキサイトくずが配合されていないコンクリート製品または配合されたコンクリート製品の耐久性水準より上または遥か上にある。
【００１６】
本発明によれば、硫酸が選択された鉱酸である場合には、ナトリウムが鉄、チタン、珪素またはアルミニウムの硫酸塩を含む溶液を汚染することなく硫酸ナトリウムとして溶液中にくずから選択的に抽出される。水酸化ナトリウムを含まない上記溶液からの残留赤泥は今や建材の製造に使用することができる。予めにボーキサイトくず中のソーダの百分率が比較的に高いことが、上記のものを建材の構成要素として使用できなくする。
【００１７】
以下の実施例で本発明を更に詳細に説明する。
【実施例１】
【００１８】
セメント用骨材に添加される処理された赤泥３０％と一緒に結合剤としてポルトランドセメントだけを使用して、コンクリート“ペーベー”レンガを形成し、そして建築工業および消費者の審美的および構造的要求を満足するのに必要とされるあらゆる寸法に硬化させる。得られるレンガは以下の特徴を有する：
ａ．圧縮強度 ２７５０ｐ．ｓ．ｉ.
ｂ．水吸収性 １３．５％
【実施例２】
【００１９】
セメント用骨材に添加される処理された赤泥３０％、および３０容量％のポルトランドセメントが微細に粉砕された珪酸塩くずに交換されて用いられ、コンクリート“ペーバー”レンガを形成しそして建築工業および消費者の審美的および構造的要求を満足するのに必要とされるあらゆる寸法に硬化させる。得られるブロックは以下の向上した性質を有する：
ａ．圧縮強度 ３０００ｐ．ｓ．ｉ. より大きい
ｂ．水吸収性 １３．５％
完成したレンガおよびキルンからの“対照の”耐火レンガの一つの面を周囲の温度にさらし、高容量オキシ／アセチレン“ローズブッド(Rosebud) ”の６８００°Ｆの熱にさらす( 加工品の広い面積を加熱するために特に使用される大きなチップ）。結果は次の通りである：炎に直接的に１５分さらした後に本発明のレンガは変化しなかった。同じ処理の５分後には、“対照の”レンガの表面は光沢が出てそして溶融し始めそして液体として“垂れ”出す。
【００２０】
バイヤー法の通例の廃棄物副生成物は珪酸塩リッチの成分であり、一般に“砂”または“ブラックサンド”と称されている。比較的粗い粒子（塩の粒の大きさまたはそれより大きい）は、バイヤー法の“消和(digestion) ”段階の前に方法の流れから一般に分離除去される。
【００２１】
この成分は一般に、分離されるかまたは廃棄スラリーを含む懸濁物の状態で廃棄される。この物質は要するに補助物質として利用してもよいが、完成品の製造にとっては重要ではない。
【００２２】
天然に産する珪酸塩は本発明の生成物の沢山の硬化特性および物理的性質を劇的に向上させる。これらの珪酸塩があらゆる所定のくず中に存在する場合には、これらは（未だ分離されていない場合には）分離されそして微細粉末コンシステンシーに粉砕しそして完成製品の強度および耐久性を向上させる増強剤としてポルトランドセメントに添加される。最適な結果は、ポルトランドセメントに、３０％の珪酸塩と７０％のセメントという比で添加した時に達成されるが、向上した製品性能はほぼ約５〜５０％のあらゆる珪酸塩割合から誘導される。次いで“変性された”ポルトランドセメント成分は本発明の“安定化された赤泥”と一緒に標準の骨材混合物に混入し、水を添加しそしてその混合物を成形し、振動処理しそして最終形状にプレス成形しそして少なくとも７日間、冷水飽和環境で硬化させる。最大圧縮強度は約２８日目に達成される。
【００２３】
本発明の方法は安定化されたボーキサイトのための“冷間法”を使用しそしてそのままで広範な範囲の完成製品をにたらす。屋根用タイル、排水路用タイル、床用タイル、ペーバレンガ、護岸用タイル、炭がらレンガ、土止め擁壁成分、鉄道用塀、防音壁、プライバシー保護壁、突風導風バリヤ、防護壁等、要するにコンクリートで造ることのできそして安定化されたくずが添加されるあらゆるもの。
【００２４】
本発明の用途はコンクリートを使用する用途に限定されない。本発明の“安定化されたくず”は濾過媒体、表土補充剤、埋立地蓋物質、プラスチックス中の紫外線遮蔽剤、塗料用、プラスチック用、セラミックス用顔料としておよび地表水の水文学分析のための非環境汚染市場で使用することができる。
【００２５】
自動車道路またはテラスはそれでラインを引くことができ（安価で耐久性が十分にある）またはバーＢ−クエ(Bar-B-Ques)はそれで形成することができる (それは耐熱レンガでもよい) 。道路脇の排水路はそれで線を引くかまたは河をコンクリートで覆うか (何故ならばそれが優れた耐風解性を有しているからである) または生子銑精錬所の壁にそれで線を引くことができる。要するに本発明の安定化されたくずを標準のポルトランドセメントに添加することによって、耐火レンガを据えつけるための経済的で耐久性のあるモルタルとして使用することができる。
【００２６】
本発明の方法および生成物において、いろいろな変法が本発明の思想から外れることなく実施できることが当業者にとって明白である。それ故に本発明は特許請求の範囲内に包含される変法およびそれに同等なものをも包含する。

Claims (20)

1. ボーキサイトくずを含有する廃棄物流中に存在する主要割合のアルカリ化合物を実質的に中和するために該廃棄物流を処理する方法において、上記ボーキサイトくずを粉砕して大体均一な粉末とし、該粉末を大体自由流動するスラリーを形成するのに十分な水の添加下に攪拌し、そのスラリーに、上記アルカリ化合物を約５．５〜６のｐＨに中和するのに十分な酸を添加して水と該酸の塩の水溶液とを形成しそして残留する不溶性のスラリー物質から塩水溶液を分離することを特徴とする、上記方法。
2. 上記均一粉末が１６メッシュのふるいを大体通るのに十分な細かさである、請求項１に記載の方法。
3. 上記アルカリ化合物が水酸化ナトリウムである、請求項１に記載の方法。
4. 上記酸が鉱酸である、請求項１に記載の方法。
5. 鉱酸が硫酸である、請求項１に記載の方法。
6. 処理されたボーキサイトくず含有廃棄物流からの上記不溶性スラリー物質を更に処理して建材の成分とする、請求項１に記載の方法。
7. 上記塩の少なくとも一部をそれから水を除いた後に不溶性スラリー物質と一緒に残す、請求項１に記載の方法。
8. 建築材料がセメント質用材である請求項６に記載の方法。
9. セメント質建材がレンガである請求項８に記載の方法。
10. セメント質用材、骨材、およびボーキサイトくず中に存在するアルカリ化合物を実質的に中和するのに十分な水性鉱酸で処理した約３０容量％までの粉末ボーキサイトくずよりなる硬化した成形された構成成分よりなる構造建材。
11. 上記の成形された構成成分がレンガである、請求項１０に記載の建材。
12. 鉱酸が硫酸である、請求項１０に記載の建材。
13. 上記のアルカリ化合物が水酸化ナトリウムである、請求項１０に記載の建材。
14. 上記の骨材がセメント質用材の重量を基準として約５〜５０％の量で珪酸塩を含む成分である、請求項１０に記載の構造建材。
15. 上記のセメント質用材がセメントである、請求項１０に記載の構造建材。
16. ボーキサイトくずを処理する方法において、ボーキサイトくずを粉砕して大体均一な粉末とし、該粉末を大体自由流動するスラリーを形成するのに十分な水の添加下に攪拌し、そしてそのスラリーにその中のアルカリ価物を実質的に中和するのに十分な酸を添加して、水および上記アルカリ価物の塩を生成することを特徴とする、上記方法。
17. 更に、残留不溶性スラリー物質から上記塩を分離することを含む、請求項１６に記載の方法。
18. 上記不溶性スラリー物質をセメント質用材と配合し、固めそして硬化させてレンガを形成する、請求項１７に記載の方法。
19. 上記アルカリ価物がアルカリ金属水酸化物でありそして上記酸が鉱酸である、請求項１６に記載の方法。
20. 上記中和が約５．５〜６のｐＨである、請求項１６に記載の方法。