JP2013082586A

JP2013082586A - 改質剤製造装置及び改質剤

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Publication number: JP2013082586A
Application number: JP2011224195A
Authority: JP
Inventors: Saibun Hayashi; 釆文林
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2011-10-11
Filing date: 2011-10-11
Publication date: 2013-05-09

Abstract

【課題】金属シリコン、硼砂、苛性ソーダ及び水を原料として、コンクリート強化剤や耐火材料の性能向上剤などとして使用可能な改質剤を効率的に製造することができ、安全性にも優れた改質剤製造技術を提供する。
【解決手段】改質剤製造装置１０は、メタルシリコンＭＳを収容した原料容器１１を収容可能な密閉性を有する反応槽１２と、反応槽１２内に注水する給水経路１３と、反応槽１２に苛性ソーダＳ及び硼砂Ｂを入れる投入経路１５と、反応槽１２内の収容物を昇温させる加熱手段１６と、反応槽１２内に形成される液体Ｒを原料容器１１内のメタルシリコンＭＳに向かって吹き付ける噴射手段１８と、を備えている。原料容器１１は網状体で形成され、反応槽１２内の一対のレール２２上に載置されている。反応槽１２上面には排気筒２６が立設され、原料容器１１の出し入れ用の出入口２８と、出入口２８を開閉する蓋体２９と、が設けられている。
【選択図】図１

Description

本発明は、コンクリートの強化剤あるいは耐火材料の性能向上剤などとして使用される改質剤及びその製造技術に関する。

金属シリコン、硼砂、苛性ソーダ及び水を混合して反応させることによって生成される液状の改質剤及びその製造方法などについては、従来、様々な技術が提案されているが、本願発明に関連するものとして、例えば、特許文献１記載の「水性造膜性無機化合物の製造方法」がある。

特許文献１には、所定の反応容器内に、苛性ソーダ、水、金属シリコン及び硼砂を、順次、投入していくことにより、液状の水性造膜性無機化合物を製造する方法が記載されている。

特公平７−１４８０１号公報

特許文献１記載の「水性造膜性無機化合物の製造方法」は比較的小規模の製造技術として好適であるが、工業レベルの大量の改質剤を効率良く製造することは困難である。

本発明が解決しようとする課題は、金属シリコン、硼砂、苛性ソーダ及び水を原料として、コンクリートの強化剤あるいは耐火材料の性能向上剤などとして使用可能な改質剤を提供すること及びこの改質剤を効率的に製造することができ、安全性にも優れた改質剤製造技術を提供することにある。

本発明の改質剤製造装置は、メタルシリコンを収容した原料容器を収容可能な密閉性を有する反応槽と、前記反応槽内に注水する給水経路と、前記反応槽に苛性ソーダ及び硼砂を入れる投入経路と、前記反応槽内の収容物を昇温させる加熱手段と、前記反応槽内に形成される液体を前記原料容器内のメタルシリコンに向かって吹き付ける噴射手段と、を備えたことを特徴とする。

このような構成とすれば、反応槽内において、メタルシリコン、水、苛性ソーダ及び硼砂の混合物を加熱するとともに、反応槽内に形成される液体をメタルシリコンに向かって吹き付けるので、メタルシリコンの溶解が速やかに行われ、改質剤を効率的に製造することができる。また、原材料の混合、加熱などは密閉性を有する反応槽内で行われるので、安全性にも優れている。

ここで、前記反応槽内に形成される液体を溢流経路を経由して貯留する補助タンクと、前記補助タンク内に貯留された液体を前記反応槽内へ送り込む還流経路を設けることが望ましい。

このような構成とすれば、反応槽内で形成される液体を、外部に溢れさせることなく、循環させながら反応に供することができるので、製造効率の向上に有効である。

また、前記加熱手段として、前記反応槽内に当該反応槽内と区画された状態で配置された発熱筒と、前記発熱筒内に向かって火炎放射するバーナと、前記発熱筒内から前記反応槽外に排出される高温気体を前記反応槽の外面に沿って流動させる反応槽加温用ケーシングと、を設けることが望ましい。

このような構成とすれば、バーナの熱の散逸を防止することができるので、エネルギ効率を高めることができる。

さらに、本発明の改質剤は、前述した改質剤製造装置を用いて製造した改質剤であって、微細化された無機高分子の親水コロイド及び微細化された水分子を含むことを特徴とする。

本発明により、金属シリコン、硼砂、苛性ソーダ及び水を原料として、コンクリートの強化剤あるいは耐火材料の性能向上剤などとして使用可能な改質剤を提供することができ、また、この改質剤を効率的に製造することができ、安全性にも優れた改質剤製造技術を提供することができる。

本発明の実施形態である改質剤製造装置を示す一部省略側面図である。図１のＡ−Ａ線における断面図である。図１に示す改質剤製造装置を構成する反応槽加温用ケーシング示す一部省略平面図である。

図１，図２に示すように、本実施形態の改質剤製造装置１０は、メタルシリコンＭＳを収容した原料容器１１を収容可能な密閉性を有する反応槽１２と、反応槽１２内に注水する給水経路１３と、反応槽１２に苛性ソーダＳ及び硼砂Ｂを入れる投入経路１５と、反応槽１２内の収容物を昇温させる加熱手段１６と、反応槽１２内に形成される液体Ｒを原料容器１１内のメタルシリコンＭＳに向かって吹き付ける噴射手段１８と、を備えている。

反応槽１２は円筒形状をなし、その軸心が略水平をなすように配置されている。原料容器１１は通液性を有する網状体で形成され、反応槽１２内に、その軸心と平行に配置された一対のレール２２上に載置されている。反応槽１２の上面の加熱手段１６寄りの部分には、反応槽１２内と連通する排気筒２６が立設されている。また、反応槽１２の加熱手段１６と反対側には、原料容器１１を反応槽１２に出し入れするための出入口２８と、出入口２８を開閉する蓋体２９と、が設けられている。

また、反応槽１２内に形成される液体Ｒを、溢流経路１９を経由して貯留する補助タンク２０と、補助タンク２０内に貯留された液体Ｒを反応槽１２内へ送り込むための還流経路２１及びポンプＰが設けられている。

加熱手段１６として、反応槽１２内に当該反応槽１２内と区画された状態で配置された発熱筒２３と、発熱筒２３内に向かって火炎放射するバーナ２４と、発熱筒２３内から反応槽１２外に排出される高温気体を反応槽１２の外周の下面領域に沿って流動させる反応槽加温用ケーシング２５と、が設けられている。バーナ２４から放射される火炎によって昇温した発熱筒２３によって、反応槽１２内の液体Ｒが加熱される。

発熱筒２３内の高温気体は、発熱筒２２の先端付近から反応槽１２外へ配設された排気経路２７を通過して、反応槽加温用ケーシング２５内に設けられた区画室２５ａ内へ排出され、当該区画室２５ａを形成する隔壁２５ｂに開設された通気口２５ｃを通過して、反応槽加温用ケーシング２５内に流れ込む。

反応槽加温用ケーシング２５内に流れ込んだ高温気体は、その内部を出入口２８側に向かって拡散していき、この過程で反応槽加温用ケーシング２５の加温に供された後、加熱手段１６と反対側に、反応槽加温用ケーシング２５内と連通した状態で立設された排気筒３０を上昇して大気中へ放出される。

ここで、図１〜図３を参照し、改質剤製造装置１０を用いた改質剤製造方法について説明する。図１に示すように、メタルシリコンＭＳを収容した反応容器１１を台車３１に載せて改質剤製造装置１０まで運び込み、蓋体２９を開いて出入口２８から反応槽１２内へ装入する。この後、蓋体２９で出入口２８を閉塞し、給水経路１３から反応槽１２内へ注水する。所定量の注水が終わったら、バーナ２４を点火して、加熱を開始する。

反応槽１２内の液体Ｒの温度が６０℃に達したら、投入経路１５の開閉手段３２を開いて苛性ソーダＳを反応槽１２内へ投入する。これにより、苛性ソーダＳと液体Ｒとが反応し、液体Ｒの温度が９９℃程度まで上昇していく。この過程において、反応槽１２内の液体Ｒを、ポンプ（図示せず）で吸い込み、噴射手段１８から原料容器１１内のメタルシリコンＭＳに向かって吹き付けることにより、メタルシリコンＭＳの溶解を促進する。

苛性ソーダＳの投入後、６０分程度経過した時点で、投入経路１５から反応槽１２内へ硼砂Ｂを投入すると、前述した反応が沈静化されるが、そのまま反応を進行させる。硼砂Ｂの投入後、５０分程度が経過したら、反応槽１２内の液体Ｒの比重及びｐＨを計測する。比重１．３５程度、ｐＨ１２〜１３となっていれば、反応完了と判断することができるので、バーナ２４などを停止して、室温レベルまで放冷すると、反応槽１２内に液体Ｒを改質剤として取り出すことができる。

改質剤製造装置１０を用いて形成された改質剤は用途を限定しないので、様々な用途に使用することができるが、例えば、生コンクリートに混入すると、固化後のコンクリートの強度が３０％程度向上するという効果、あるいは、焼却炉を形成する炉材に混入させると断熱機能が顕著に高まるという効果が得られた。

また、前記改質剤を放射線被射体に散布した後、セメントと前記改質剤とで固めると、放射線を遮蔽することができる。さらに、焼却炉の煙道の出口付近に、煙道を排煙進行方向と直角に曲げた部分を設け、この部分に前記改質剤を噴霧すると、ダイオキシンを捕捉することができる。

さらに、改質剤製造装置１０を用いて製造された改質剤は、ミネラルの電子反応を応用することにより、無機高分子のコロイドの分子結合がナノレベルまで微細化された親水コロイド及び微細化された水分子を含んでいる。水の分子結合をより小さくすることにより、表面張力が小さくなり、これを超親水性と表現することがあるが、これによって、浸透力が著しく強なり、濡れ性も増大する。このことは、改質剤の接触角度を測定することによって確認することができる。

即ち、微細化された親水コロイドを含まない通常の液体（水）の接触角度が６０度程度であるのに対し、改質剤製造装置１０を用いて製造された改質剤の接触角度は２度程度であり、両者間には著しい違いがあることが分かる。

このような理由により、改質剤製造装置１０を用いて製造された改質剤は、例えば、放射性物質にも浸透して改質する作用を有する。また、この改質剤は、水そのものも微細化されることによって親水性が増大しているため、例えば、ペイント、シンナー、塩化ビニル、ゴムなどに浸透させることによって不燃性の素材を形成することが可能である。

そのほか、改質剤製造装置１０を用いて製造された改質剤を水と混合して、厨房や調理現場などの排水経路（例えば、下水道管など）に流すと、恰も人為的に清掃したかのように、下水道管内を清浄化することができる。

本発明は、金属シリコン、硼砂、苛性ソーダ及び水を原料として、コンクリートの強化剤あるいは耐火材料の性能向上剤などとして使用可能な改質剤の製造技術として、様々な産業分野において広く利用することができる。

１０改質剤製造装置
１１原料容器
１２反応槽
１３給水経路
１５投入経路
１６加熱手段
１８噴射手段
１９溢流経路
２０補助タンク
２１還流経路
２２レール
２３発熱筒
２４バーナ
２５反応槽加温用ケーシング
２５ａ区画室
２５ｂ隔壁
２５ｃ通気口
２６，３０排気筒
２７排気経路
２８出入口
２９蓋体
３１台車
３２開閉手段
Ｂ硼砂
Ｎ苛性ソーダ
ＭＳメタルシリコン
Ｐポンプ
Ｒ液体

Claims

メタルシリコンを収容した原料容器を収容可能な密閉性を有する反応槽と、前記反応槽内に注水する給水経路と、前記反応槽に苛性ソーダ及び硼砂を入れる投入経路と、前記反応槽内の収容物を昇温させる加熱手段と、前記反応槽内に形成される液体を前記原料容器内のメタルシリコンに向かって吹き付ける噴射手段と、を備えたことを特徴とする改質剤製造装置。
前記反応槽内に形成される液体を溢流経路を経由して貯留する補助タンクと、前記補助タンク内に貯留された液体を前記反応槽内へ送り込む還流経路を設けた請求項１記載の改質剤製造装置。
前記加熱手段として、前記反応槽内に当該反応槽内と区画された状態で配置された発熱筒と、前記発熱筒内に向かって火炎放射するバーナと、前記発熱筒内から前記反応槽外に排出される高温気体を前記反応槽の外面に沿って流動させる反応槽加温用ケーシングと、を設けた請求項１記載の改質剤製造装置。
請求項１〜３のいずれかに記載の改質剤製造装置を用いて製造した改質剤であって、微細化された無機高分子の親水コロイド及び微細化された水分子を含むことを特徴とする改質剤。