JP2007290935A

JP2007290935A - 多孔質顆粒とその製造方法

Info

Publication number: JP2007290935A
Application number: JP2006123521A
Authority: JP
Inventors: Minoru Takahashi; 実高橋; Masatada Fuji; 正督藤; Tomohiro Kagami; 友浩各務; Eri Omori; 江理大森
Original assignee: YAMASE KK; Nagoya Institute of Technology NUC
Current assignee: YAMASE KK; Nagoya Institute of Technology NUC
Priority date: 2006-04-27
Filing date: 2006-04-27
Publication date: 2007-11-08

Abstract

【解決課題】外観が美しく、水持ちのよい、透明のフラワーポット等に入れて植裁用の土の代わりに使用したり、水の浄化や、土壌改質材等に使用することができる多孔質顆粒とその製造方法を提供する。
【解決手段】長石屑、粘土、溶融スラグに水を加えたスラリーに発泡剤を添加後、スプレードライにより乾燥して多孔質顆粒体を調製した。次いで、該多孔質顆粒体を焼成することによって、多孔質顆粒の製造方法を確立した。該多孔質顆粒は、植裁用、水浄化用、土壌改質材等に使用することができる
【選択図】なし

Description

本発明は、外観が美しく、水持ちのよい、透明のフラワーポット等に入れて植裁用の土の代わりに使用したり、水の浄化や、土壌改質材等に使用することができる多孔質顆粒とその製造方法に関わる。

多孔質セラミックス顆粒は家庭用の浄化用組成物、あるいは防虫剤や殺虫剤の担体等として用いることができ、その用途が広く様々な方法で製造が試みられている。

特許文献１の請求項１には、セラミックス顆粒を調製する方法であって、以下の工程を包含する方法として、（ａ）粒子状アルミノシリカ質材料およびフラックス剤の水性混合物から泡状物を調製する工程、（ｂ）該泡状物を分離した粒子に分割し、顆粒を形成する工程、（ｃ）高温で該顆粒をか焼する工程：ここで、該顆粒は、十分な量のフラックス剤の存在下で、アルミノシリカ質粒子が焼結を起こすような高温で焼成されるが開示されている。特許文献１の顆粒を形成する工程は、泡状物を８０℃で乾燥して、乾燥物を破砕し、篩に掛けて分別を行って、目的の大きさの顆粒を得る方法が開示されている。

特許文献２の請求項１では、有機性排水処理において発生した余剰汚泥を顆粒状に成形し炭化してなる顆粒状汚泥炭が開示されており、請求項２には、もみがらなどの有機性添加物を加えて多孔質体となしたことを特徴とする請求項１記載の顆粒状汚泥炭が開示されている。特許文献２は、余剰汚泥を適当な含水量にまで脱水・乾燥して、これにもみ殻を加えて十分混合した後、顆粒状に成形して炭化させたものである。

特許文献３の請求項１では、焼成するとコーディエライトとなるコーディエライト原料からなる中空状顆粒を含む原料混合物を用いて所定形状の成形体を得、得られた該成形体を本焼成することを特徴とする多孔質材料の製造方法が開示されている。

上記のように多孔質顆粒の製造方法は、顆粒を形成する工程と乾燥する工程が分かれているか、一端多孔質材を形成して砕き、篩にかけて一定の粒度の顆粒を集めるなどの方法が採用されており、顆粒を形成する工程が煩雑であり、簡単に多孔質顆粒を製造する方法の出現が望まれていた。
特開平０６−１９１９６５号公報特開平０９−００１１７４号公報特開２００３−４０６９１号公報

本発明は、外観が美しく、水持ちのよい、透明のフラワーポット等に入れて植裁用の土の代わりに使用したり、水の浄化や、土壌改質材等に使用することができる多孔質顆粒とその製造方法を提供する。

多孔質顆粒を製造する方法について鋭意検討を加えた結果、長石屑、粘土、溶融スラグに水を加えたスラリーに発泡剤を添加後、スプレードライにより乾燥して多孔質顆粒体を調製した。次いで、該多孔質顆粒体を焼成することによって、植裁用、水浄化用、土壌改質材等に使用することができる多孔質顆粒の製造方法を確立した。

本発明の特徴は、（ａ）長石屑、粘土、溶融スラグに水を加えたスラリーを調製する工程：（ｂ）ａで得られたスラリーに気泡剤を加えて攪拌して起泡させ、含気泡スラリーを調製す行程：（ｃ）ｂで得られた含気泡スラリーをノズルから噴出して、スプレードライにより乾燥して多孔質顆粒体を調製する工程：（ｄ）ｃで得られた多孔質顆粒体を焼成する工程：よりなることを特徴とする多孔質顆粒の製造方法である。

本発明の他の特徴は、（ａ）長石屑、粘土に水を加えたスラリーを調製する工程：（ｂ）ａで得られたスラリーに気泡剤を加えて攪拌して起泡させ、含気泡スラリーを調製する行程：（ｃ）ｂで得られた含気泡スラリーをノズルから噴出して、スプレードライにより乾燥して多孔質顆粒体を調製する工程：（ｄ）ｃで得られた多孔質顆粒体を焼成する工程：よりなることを特徴とする多孔質顆粒の製造方法である。

本発明の他の特徴は、長石屑、粘土、溶融スラグに気泡剤を加えて多孔質顆粒体を調製後、焼成したことを特徴とする多孔質顆粒である。

本発明の他の特徴は、長石屑、粘土に気泡剤を加えて多孔質顆粒体を調製後、焼成したことを特徴とする多孔質顆粒である。

長石屑、粘土、溶融スラグに水を加えたスラリーを調製し、該スラリーに気泡剤を加えて攪拌して起泡させた含気泡スラリーを調製し、該含気泡スラリーをノズルから噴出して、スプレードライにより乾燥して多孔質顆粒体を調製することによって、一定の粒径の多孔質顆粒体が得られる。本発明の多孔質顆粒を製造する方法は、連続した気孔（数十μｍ）をもつ多孔質顆粒が得られ、且つ製造過程におけるロスが少ない。スプレー時の含気泡スラリーやスプレー圧の条件や焼成条件により嵩比重０．６〜１．０程度の多孔質顆粒を製造することができる。

本発明の多孔質顆粒の製造方法について、以下に実施例を上げて更に詳しく説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。

本発明で使用する長石屑は、重要な造岩鉱物の１つで，ほとんどすべての火成岩中にふくまれる鉱物であって、ケイ素・アルミニウム・酸素がむすびついた４面体のすき間にナトリウムまたはカリウム，カルシウムなどが入っている。無色または白色で，火成岩のほかに変成岩やたい積岩にもふくまれている。長石は地殻中に普遍的に存在する鉱物で、もっとも存在量が多く、ほとんどの岩石に含まれる。長石は固溶体であり、化学組成は連続的に変化する。この長石は化学組成などからカリ長石，斜長石などに分けられる。カリ長石はカリウムを含むことから「カリ」長石と言われ、カリ長石には正長石、微斜長石、サニディン（ハリ長石）が含まれている。微斜長石は化学組成はカリウムが一部ナトリウムに置き換わり、曹長石と連続的に変化している。斜長石には、曹長石と灰長石などが含まれ、ナトリウムの多い端点が曹長石であり、カルシウムの多い端点が灰長石である。

本発明において、粘土とは、雑粘土（アルミナ分が少ないもの、Fe₂O₃を多く含むもの等）や、工業生産の過程で発生するアルミナ分を含んだ廃棄物（ただし有害物質を含まないもの、例えば研磨材屑）等を含めて粘土として使用することができる。粘土物質は母岩が変化して出来るものであって、その性質はもとの母岩の種類によって様々な性質を示す。多孔質顆粒の使用目的によって、粘土の種類を適宜選択することができる。

溶融スラグとは、ごみを焼却炉で約1,400℃の高温で燃焼した後に残った焼却灰を、さらに加熱・溶融し溶岩のようにドロドロになったものを冷却・固化してできるガラス状の物質である。溶融スラグは、高温で溶融されるため、重金属類はほとんど溶出せず、また、ダイオキシン類は熱分解され、スラグ中にはほとんど残存しない。二酸化ケイ素、酸化アルミニウム、酸化カルシウムを主成分とする。

本発明において、「気泡を混入する方法」には、例えば、スラリー１００重量％に対して起泡剤を０．０１〜２．０％添加して気泡を含むスラリーを調整する。スラリー中に気泡剤として一般に知られている界面活性剤を加えた後、機械的攪拌を行う、超音波等による振動を与える方法、多孔板（体）に気体を吹き込む方法、化学反応により気泡を生じさせる方法などの方法が利用できる。ここで用いられる起泡剤としての界面活性剤としては陰イオンの界面活性剤が好ましく使用され、アルキル硫酸エステル塩、ポリオキシエチレンアルキル硫酸エステル塩、ポリオキシエチレンアルキルエーテル硫酸エステル塩、アルキルベンゼンスルフォン酸塩、アルキルスルホコハク酸塩、アルキルジフェニルエーテルジスルフォン酸塩、アルキル燐酸塩、脂肪酸塩等が例示できる。また、陰イオン性界面活性剤と両性界面活性剤を混合して使用することも可能であり、両性界面活性剤としてラウリルジメチルカルボキシメチルベタインなどが利用できるが、これらの例に限定されるものではない。

本発明の多孔質顆粒は、スラリー中に混入した気泡を維持して多孔質顆粒の気孔とする方法であるため、スラリーの気泡を制御することで焼成体の気孔径および気孔率を制御することが可能である。その範囲は平均気孔径で１０〜１０００μｍ、気孔率は４０〜９５％で制御可能である。気泡の制御は原料の選定、原料スラリーの粉砕粒径、粘性、ｐＨの調整、ゲル化剤、気泡の導入量を調整することで容易に制御可能である。

本発明における、「成形する行程」と「乾燥する工程」は、気泡を混入したスラリーをノズル式スプレードライヤーにより、顆粒状に押出ながら「成形する行程」と「乾燥する工程」を同時に進行させる。ノズル式スプレードライヤーのノズルと押し出す圧力により顆粒の大きさを調節することができる。ノズルの径は２．０〜３．０ｍｍで、ノズルの噴出圧力を３〜１０ｋｇｆ／ｃｍ²で行い、塔内温度は２００〜４００度で噴出された顆粒を乾燥して多孔質顆粒体を形成する。

形成された多孔質顆粒体は１０００〜１２００℃で焼成する。この温度は、多孔質顆粒体の構成物とその使用目的等により適宜選択する。本発明における多孔質顆粒においては、溶融する成分が、その焼成温度で骨格成分を結びつけて緻密な多孔質顆粒を造る。

上記方法によって得られる多孔質顆粒は、嵩比重が０．６５〜０．９９、粒径０．５ｍｍ以上が６０〜９０重量％、粒径０．５ｍｍ以下が５〜４０重量％であって、圧壊強度１．０〜４．０ｋｇｆ／ｃｍ²の多孔質顆粒が得られる。
このようにして得られた多孔質顆粒は、フラワーポット、上下水道の脱臭、浄化、熱帯魚等の水槽の底に敷く砂、愛玩動物の敷き砂（臭いと水分を吸収する）等に使用することができる。

図１は本発明方法で得られた多孔質顆粒１００の顕微鏡写真を模写したものである。多孔質顆粒１００に連続した気孔１０が認められる。図２は本発明方法によって得られた白色の多孔質顆粒１１と褐色の多孔質顆粒１２をフラワーポット１３に層状に入れて植裁１４した例を示す。図３は形状の異なるフラワーポット１３に白色の多孔質顆粒１１と褐色の多孔質顆粒１２を二層に入れて植裁１４した例を示す。

長石屑５７重量％、粘土３８重量％、溶融スラグ５重量％に対して水５５重量％を加えポットミルで粉砕し、平均粒径１５μm、粘性６０００ｍPaのスラリーを調整した。このスラリーに気泡剤としてアニオン性界面活性剤、エマールAD25R(花王製)を２．５重量％加え、泡立て器を用いて機械的な攪拌により容積が３．０倍になるまで起泡した。この含気泡スラリーをノズル径２．７ｍｍ、ノズル噴出圧力５ｋｇｆ/ｃｍ²、塔内温度２５０℃の条件としたノズル式スプレードライヤーを用いて噴霧乾燥し多孔質顆粒体を得た。このようにして製造した多孔質顆粒体の嵩比重は０．５９、含有水分８．８％であった。

得られた多孔質顆粒体を１１２０℃で焼成し多孔質焼成顆粒を得た。この多孔質焼成顆粒の嵩比重は０．７０であった。また、粒度を篩い分けにより測定したところ、粒径０．５ｍｍ以上８３．４重量％、粒径０．５ｍｍ以下１６．６重量％であった。さらに点荷重測定器により圧壊強度を測定したところ、その圧壊強度は３．１ｋｇｆであった。

長石屑６０重量％、粘土４０重量％に対して水５５重量％を加えポットミルで粉砕し、平均粒径１０μm、粘性６０００ｍPaのスラリーを調整した。このスラリーに気泡剤としてアニオン性界面活性剤、エマールAD25R(花王製)を２．５重量％加え、泡立て器を用いて機械的な攪拌により容積が３．０倍になるまで起泡した。この含気泡スラリーをノズル径２．６ｍｍ、ノズル噴出圧力５ｋｇｆ/ｃｍ²、塔内温度３００℃の条件としたノズル式スプレードライヤーを用いて噴霧乾燥し多孔質顆粒体を得た。このようにして製造した多孔質顆粒体の嵩比重は０．６８、含有水分２．６％であった。

得られた多孔質顆粒体を１１２０℃焼成し多孔質焼成顆粒を得た。この多孔質焼成顆粒の嵩比重は０．８０であった。また、粒度を篩い分けにより測定したところ、粒径０．５ｍｍ以上６７．８重量％、粒径０．５ｍｍ以下３１．２重量％であった。さらに点荷重測定器により圧壊強度を測定したところ、その圧壊強度は１．３ｋｇｆであった。

長石屑６０重量％、粘土４０重量％に対して水５５重量％を加えポットミルで粉砕し、平均粒径１０μm、粘性６０００ｍPaのスラリーを調整した。このスラリーに気泡剤としてアニオン性界面活性剤、エマールAD25R(花王製)を２．５重量％加え、泡立て器を用いて機械的な攪拌により容積が３．５倍になるまで起泡した。この含気泡スラリーをノズル径２．７ｍｍ、ノズル噴出圧力３ｋｇｆ/ｃｍ²、塔内温度２５０℃の条件としたノズル式スプレードライヤーを用いて噴霧乾燥し多孔質顆粒体を得た。このようにして製造した多孔質顆粒体の嵩比重は０・６２、含有水分９．５％であった。

得られた多孔質顆粒体を１１５０℃焼成し多孔質焼成顆粒を得た。この多孔質焼成顆粒の嵩比重は０．９７であった。また、粒度を篩い分けにより測定したところ、粒径０．５ｍｍ以上９０．４重量％、粒径０．５ｍｍ以下９．６重量％であった。さらに点荷重測定器により圧壊強度を測定したところ、その圧壊強度は１．６ｋｇｆであった。

長石屑６０重量％、粘土４０重量％に対して水５５重量％を加えポットミルで粉砕し、平均粒径１０μm、粘性６０００ｍPaのスラリーを調整した。このスラリーに気泡剤としてアニオン性界面活性剤、エマールAD25R(花王製)を２．５重量％加え、泡立て器を用いて機械的な攪拌により容積が２．５倍になるまで起泡した。この含気泡スラリーをノズル径２．４ｍｍ、ノズル噴出圧力８ｋｇｆ/ｃｍ²、塔内温度３００℃の条件としたノズル式スプレードライヤーを用いて噴霧乾燥し多孔質顆粒体を得た。このようにして製造した多孔質顆粒体の嵩比重は０．７４、含有水分３．７%であった。

得られた多孔質顆粒体を１１２０℃焼成し多孔質焼成顆粒を得た。この多孔質焼成顆粒の嵩比重は０．７９であった。また、粒度を篩い分けにより測定したところ、粒径０．５ｍｍ以上９４．５重量％、粒径０．５ｍｍ以下５．５重量％であった。さらに点荷重測定器により圧壊強度を測定したところ、その圧壊強度は１．２ｋｇｆであった。

多孔質顆粒の気孔を示す顕微鏡写真の模写図である。透明のフラワーポットに着色した褐色の多孔質顆粒と白色の多孔質顆粒を交互に積層して植裁した斜視図である。透明のフラワーポットに着色した褐色の多孔質顆粒と白色の多孔質顆粒を交互に積層して植裁した斜視図である。

符号の説明

１００：多孔質顆粒
１０：気孔
１１：白色の多孔質顆粒
１２：褐色の多孔質顆粒
１３：フラワーポット
１４：植物

Claims

（ａ）長石屑、粘土、溶融スラグに水を加えたスラリーを調製する工程：
（ｂ）ａで得られたスラリーに気泡剤を加えて攪拌して起泡させ、含気泡スラリーを調製する行程：
（ｃ）ｂで得られた含気泡スラリーをノズルから噴出して、スプレードライにより乾燥して多孔質顆粒体を調製する工程：
（ｄ）ｃで得られた多孔質顆粒体を焼成する工程：
よりなることを特徴とする多孔質顆粒の製造方法。
（ａ）長石屑、粘土に水を加えたスラリーを調製する工程：
（ｂ）ａで得られたスラリーに気泡剤を加えて攪拌して起泡させ、含気泡スラリーを調製する行程：
（ｃ）ｂで得られた含気泡スラリーをノズルから噴出して、スプレードライにより乾燥して多孔質顆粒体を調製する工程：、
（ｄ）ｃで得られた多孔質顆粒体を焼成する工程：
よりなることを特徴とする多孔質顆粒の製造方法。
長石屑、粘土、溶融スラグに気泡剤を加えて多孔質顆粒体を調製後、該多孔質顆粒体を焼成したことを特徴とする多孔質顆粒。
長石屑、粘土に気泡剤を加えて多孔質顆粒体を調製後、該多孔質顆粒体を焼成したことを特徴とする多孔質顆粒。