JP2022032810A - フレーク状組成物、フレーク状組成物の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】石炭を燃料とする火力発電所から排出される廃棄物をより有効に利用できるフレーク状組成物、フレーク状組成物の製造方法を提供することを目的とする。【解決手段】石炭を燃料とする火力発電所から排出される廃棄物を原料として含む、ことを特徴とするフレーク状組成物。【選択図】図1
Description
本発明は、フレーク状組成物、フレーク状組成物の製造方法に関する。
東日本震災後、原子炉の稼働が制限されたため、エネルギ供給に対する火力発電の割合が増加している。火力発電としては、石炭を燃料として発電するものがあり、例えば、石炭焚き火力発電所、流動床燃焼炉、石炭ガス化複合発電(以下、IGCC(Integrated coal Gasification Combined Cycle)とも記載)などが知られている。ここで、IGCCでは、石炭ガス化ガスを燃料としてガスタービンを駆動して電力を得ると共に、ガスタービンの排気熱を回収して蒸気を発生させ、発生した蒸気により蒸気タービンを駆動して電力を得ている。
しかしながら、石炭焚き火力発電所、流動床燃焼炉やIGCCなどの石炭を燃料として発電する火力発電所を稼働させた際に発生する廃棄物については、粉砕等の加工を行いセメントの骨材として利用される程度にしか利用方法が確立していないのが現状である(特許文献1参照)。
本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、石炭を燃料とする火力発電所から排出される廃棄物をより有効に利用できるフレーク状組成物、フレーク状組成物の製造方法を提供することを目的とする。
上記の課題を解決すべく、本発明に係るフレーク状組成物は、石炭を燃料とする火力発電所から排出される廃棄物を原料として含む、ことを特徴とする。
本発明によれば、石炭を燃料とする火力発電所から排出される廃棄物をより有効に利用できるフレーク状組成物、フレーク状組成物の製造方法を提供することができる。
[背景の説明]
発明者は、石炭を燃料とする火力発電所から排出される廃棄物(以下、単に廃棄物ともいう)を有効利用するために、廃棄物を含む原料からファイバーを製造する実験を行った(例えば、WO2017/070748)。ファイバーの製造では、電気炉内に吊るされたタンマン管内に廃棄物を含む原料を仕込み、所定の温度で原料を溶融させる。次いで、タンマン管の底部中央に設けられた孔(径2mm~3mm)から流出する溶融物(原料が溶融したもの)を細く引き出すことでファイバーを製造している。
このように廃棄物を含む原料からファイバーを製造する際に、タンマン管の底部中央に設けられた孔から溶融物が固まり球状となったものが落下するが、その球状の物質を破砕したところ、アモルファス構造(以下、アモルファスのことを非晶質ともいう)の平板状もしくは鱗片状の組成物(以下、フレーク状組成物ともいう)が得られることがわかった。なお、鉄製ハンマーで打撃することで、球状の物質を破砕した。
以下、廃棄物を含む原料から得られるフレーク状組成物を得るための実施形態について説明する。
発明者は、石炭を燃料とする火力発電所から排出される廃棄物(以下、単に廃棄物ともいう)を有効利用するために、廃棄物を含む原料からファイバーを製造する実験を行った(例えば、WO2017/070748)。ファイバーの製造では、電気炉内に吊るされたタンマン管内に廃棄物を含む原料を仕込み、所定の温度で原料を溶融させる。次いで、タンマン管の底部中央に設けられた孔(径2mm~3mm)から流出する溶融物(原料が溶融したもの)を細く引き出すことでファイバーを製造している。
このように廃棄物を含む原料からファイバーを製造する際に、タンマン管の底部中央に設けられた孔から溶融物が固まり球状となったものが落下するが、その球状の物質を破砕したところ、アモルファス構造(以下、アモルファスのことを非晶質ともいう)の平板状もしくは鱗片状の組成物(以下、フレーク状組成物ともいう)が得られることがわかった。なお、鉄製ハンマーで打撃することで、球状の物質を破砕した。
以下、廃棄物を含む原料から得られるフレーク状組成物を得るための実施形態について説明する。
以下の説明において、溶融紡糸とは、原料を熱で溶かした溶融物を口金に形成された孔(貫通孔)から排出して繊維状にした後、冷やして固める手法のことをいう。また、紡糸性とは、上記孔(径2mm~3mm)から溶融物がファイバー状に落下することでファイバーが生成されること、もしくは、孔に細い棒を挿入して棒の先端部に溶融物が溶着し、棒を孔から離すことで溶融物がファイバー状に引き出されてファイバーが生成されること、をいう。
本実施形態において、フレーク状組成物とは、非晶質構造の平板状もしくは鱗片状の組成物のことである。なお、フレーク状組成物の用途(例えば、光輝性顔料、塗料、ライニング、被覆材や補強材など)を考慮すると、フレーク状組成物の厚さは1μm~80μmの範囲内であり、長辺の長さが5μm~1200μmの範囲内であることが好ましい。ここで、フレーク状組成物の厚さは、フレーク状組成物の最も厚い箇所の厚さをいう。また、フレーク状組成物の長辺は、矩形状のフレーク状組成物の長辺の長さをいう。なお、フレーク状組成物の厚み及び長辺の計測方法については後述の図8においても説明する。
また、フレーク性とは、タンマン管の底部中央に設けられた孔(径2mm~3mm)から溶融物が固まり球状となったものが落下し、かつ、その球状のものを破砕することでフレーク状組成物が得られることをいう。
本実施形態において、フレーク状組成物とは、非晶質構造の平板状もしくは鱗片状の組成物のことである。なお、フレーク状組成物の用途(例えば、光輝性顔料、塗料、ライニング、被覆材や補強材など)を考慮すると、フレーク状組成物の厚さは1μm~80μmの範囲内であり、長辺の長さが5μm~1200μmの範囲内であることが好ましい。ここで、フレーク状組成物の厚さは、フレーク状組成物の最も厚い箇所の厚さをいう。また、フレーク状組成物の長辺は、矩形状のフレーク状組成物の長辺の長さをいう。なお、フレーク状組成物の厚み及び長辺の計測方法については後述の図8においても説明する。
また、フレーク性とは、タンマン管の底部中央に設けられた孔(径2mm~3mm)から溶融物が固まり球状となったものが落下し、かつ、その球状のものを破砕することでフレーク状組成物が得られることをいう。
さらに、以下の説明において、
Fe2O3をF成分と称し、Fe2O3の含有量を[F]とも記載する。
SiO2をS成分と称し、SiO2の含有量を[S]とも記載する。
Al2O3をA成分と称し、Al2O3の含有量を[A]とも記載する。
CaOをC成分と称し、CaOの含有量を[C]とも記載する。
Fe2O3をF成分と称し、Fe2O3の含有量を[F]とも記載する。
SiO2をS成分と称し、SiO2の含有量を[S]とも記載する。
Al2O3をA成分と称し、Al2O3の含有量を[A]とも記載する。
CaOをC成分と称し、CaOの含有量を[C]とも記載する。
[実施形態]
本実施形態に係るフレーク状組成物を製造するための原料には、石炭を燃料とする火力発電所から排出される廃棄物(以下、単に廃棄物ともいう)が含まれる。ここで、火力発電所には、石炭焚き火力発電所、流動床燃焼炉、石炭ガス化複合発電所(以下、IGCC(Integrated coal Gasification Combined Cycle)ともいう)などが含まれる。
本実施形態に係るフレーク状組成物を製造するための原料には、石炭を燃料とする火力発電所から排出される廃棄物(以下、単に廃棄物ともいう)が含まれる。ここで、火力発電所には、石炭焚き火力発電所、流動床燃焼炉、石炭ガス化複合発電所(以下、IGCC(Integrated coal Gasification Combined Cycle)ともいう)などが含まれる。
フレーク状組成物の原料は、SiO2及びAl2O3を主成分とし、原料中のSiO2及びAl2O3の合計に占めるAl2O3の比率が特定の範囲内にあり、更にCaOを特定量含有する。
本実施形態に係るフレーク状組成物の原料は、SiO2及びAl2O3の合計の含有量が45質量%以上75質量%以下であることが好ましく、46質量%以上63質量%以下であることがより好ましい。[S]及び[A]の合計が45質量%未満、又は75質量%超のいずれの場合にも原料の溶融温度が高くなるか、または溶融物の粘度が高くなるためタンマン管底部に設けられた孔(径2mm~3mm)から溶融物が流出せず、フレーク性を得られない虞がある。
原料中の成分が上述の組成条件を満足するように配合されていれば、原料の由来に制約なく本実施形態に係るフレーク状組成物を得ることができる。本実施形態に係るフレーク状組成物の原料としては、石炭を燃料とする火力発電所(例えば、石炭焚き火力発電所、流動床燃焼炉、石炭ガス化複合発電所(IGCC)など)から排出される廃棄物などを使用することが好ましい。石炭を燃料とする火力発電所から排出される廃棄物は、主成分としてFe2O3、Al2O3、SiO2を含むので、本実施形態に係るフレーク状組成物を得るのに好適であることや原料コストを抑制することができることが理由である。
なお、本実施形態に係るフレーク状組成物は、不可避不純物を含むことを排除するものではない。主な不可避不純物としては、MgO、Na2O、K2O、TiO2、CrO2などがある。
本実施形態において、原料の成分比(質量比)と、原料を溶融して製造したフレーク状組成物の成分比(質量比)との間に実質的な差はみられない。このため、原料の成分比を、該原料を溶融して製造したフレーク状組成物の成分比とみなすことができる。
本実施形態に係るフレーク状組成物は、非晶質性に富む。このため、フレーク状組成物は、結晶相/非結晶相海面の剥離に起因する強度低下がほとんど無く、高強度のフレーク状組成物を得ることができる。
ここで、非晶質の尺度たる非晶化度はX線回析(XRD)スペクトラムにより、下記数式(1)にて算出される。
非晶化度(%)=[la/(la+lc)]×100・・・(1)
上記(1)式において、la及びlcは、それぞれ以下のとおりである。
la:非晶質ハローの散乱強度の積分値である。
lc:フレーク状組成物についてX線回析分析を行ったときの結晶質ピークの散乱強度の積分値である。
本実施形態に係るフレーク状組成物の非晶化度は、その組成にもよるが、通常90%以上の値を示す。フレーク状組成物の非晶化度は、高い場合には95%以上にも達し、最も高い場合には実質的に非晶質相のみからなる。ここで、実質的に非晶質相のみからなるとは、X線回析スペクトラムには非晶質ハローのみが認められ、結晶質のピークが認められないことをいう。
ここで、非晶質の尺度たる非晶化度はX線回析(XRD)スペクトラムにより、下記数式(1)にて算出される。
非晶化度(%)=[la/(la+lc)]×100・・・(1)
上記(1)式において、la及びlcは、それぞれ以下のとおりである。
la:非晶質ハローの散乱強度の積分値である。
lc:フレーク状組成物についてX線回析分析を行ったときの結晶質ピークの散乱強度の積分値である。
本実施形態に係るフレーク状組成物の非晶化度は、その組成にもよるが、通常90%以上の値を示す。フレーク状組成物の非晶化度は、高い場合には95%以上にも達し、最も高い場合には実質的に非晶質相のみからなる。ここで、実質的に非晶質相のみからなるとは、X線回析スペクトラムには非晶質ハローのみが認められ、結晶質のピークが認められないことをいう。
以下、実施例について説明する。
以下の試験例において、フレーク状組成物の原料として、石炭を燃料とする火力発電所から排出された廃棄物を所定の混合比率(質量%)で混合したものを準備した。廃棄物は、国内の石炭を燃料とする火力発電所から排出されたものを用いた。以下、図1を参照して各原料S1~S14の混合比率を説明する。なお、図1において、IGCCスラグは、国内の石炭ガス化複合発電所(IGCC)の廃棄物であることを示し、FA1~FA8は、国内の石炭火力発電所の廃棄物であることを示している(FA1~FA8は、互いに異なる発電所である)。また、BA1は、玄武岩(バサルト)であることを示している。
以下の試験例において、フレーク状組成物の原料として、石炭を燃料とする火力発電所から排出された廃棄物を所定の混合比率(質量%)で混合したものを準備した。廃棄物は、国内の石炭を燃料とする火力発電所から排出されたものを用いた。以下、図1を参照して各原料S1~S14の混合比率を説明する。なお、図1において、IGCCスラグは、国内の石炭ガス化複合発電所(IGCC)の廃棄物であることを示し、FA1~FA8は、国内の石炭火力発電所の廃棄物であることを示している(FA1~FA8は、互いに異なる発電所である)。また、BA1は、玄武岩(バサルト)であることを示している。
原料S1は、石炭ガス化複合発電所(IGCC)から排出された廃棄物が20質量%、玄武岩(バサルト)が10質量%、石炭火力発電所FA1から排出された廃棄物が40質量%、石炭火力発電所FA2から排出された廃棄物Cが30質量%の割合で混合されている。
原料S2は、石炭ガス化複合発電所(IGCC)から排出された廃棄物が50質量%、石炭火力発電所FA2から排出された廃棄物が50質量%の割合で混合されている。
原料S3は、石炭ガス化複合発電所(IGCC)から排出された廃棄物が75質量%、石炭火力発電所FA2から排出された廃棄物が25質量%の割合で混合されている。
原料S4は、石炭ガス化複合発電所(IGCC)から排出された廃棄物が90質量%、石炭火力発電所FA2から排出された廃棄物が10質量%の割合で混合されている。
原料S5は、石炭ガス化複合発電所(IGCC)から排出された廃棄物が90質量%、石炭火力発電所FA2から排出された廃棄物が10質量%の割合で混合されている。
原料S6は、石炭火力発電所FA5から排出された廃棄物が100質量%の割合で混合されている。
原料S7は、石炭ガス化複合発電所(IGCC)から排出された廃棄物が30質量%、玄武岩(バサルト)が5質量%、石炭火力発電所FA2から排出された廃棄物が15質量%の割合、石炭火力発電所FA7から排出された廃棄物が50質量%で混合されている。
原料S8は、石炭ガス化複合発電所(IGCC)から排出された廃棄物が50質量%、石炭火力発電所FA3から排出された廃棄物が50質量%の割合で混合されている。
原料S9は、石炭ガス化複合発電所(IGCC)から排出された廃棄物が20質量%、石炭火力発電所FA2から排出された廃棄物が10質量%、石炭火力発電所FA3から排出された廃棄物が30質量%、石炭火力発電所FA4から排出された廃棄物が40質量%の割合で混合されている。
原料S10は、石炭ガス化複合発電所(IGCC)から排出された廃棄物が25質量%、石炭火力発電所FA4から排出された廃棄物が10質量%、石炭火力発電所FA6から排出された廃棄物が65質量%の割合で混合されている。
原料S11は、石炭火力発電所FA3から排出された廃棄物が70質量%、石炭火力発電所FA4から排出された廃棄物が10質量%、石炭火力発電所FA6から排出された廃棄物が10質量%、石炭火力発電所FA7から排出された廃棄物が10質量%の割合で混合されている。
原料S12は、石炭ガス化複合発電所(IGCC)から排出された廃棄物が10質量%、石炭火力発電所FA2から排出された廃棄物が16質量%、石炭火力発電所FA3から排出された廃棄物が36質量%、石炭火力発電所FA6から排出された廃棄物が37質量%の割合で混合されている。
原料S13は、石炭ガス化複合発電所(IGCC)から排出された廃棄物が25質量%、石炭火力発電所FA4から排出された廃棄物が10質量%、石炭火力発電所FA6から排出された廃棄物が65質量%の割合で混合されている。
原料S14は、石炭火力発電所FA4から排出された廃棄物が7質量%、石炭火力発電所FA5から排出された廃棄物が18質量%、石炭火力発電所FA8から排出された廃棄物が75質量%の割合で混合されている。
また、本実施例では、蛍光X線分析法により原料となる廃棄物及び玄武岩(廃棄物等)の成分を分析した。分析には日本フィリップス株式会社の蛍光X線分析装置(Philips PW2404)を用い、蛍光X線分析装置の試料室を真空状態として廃棄物等の成分を分析した。図2に廃棄物等の成分組成を示す。なお、下記において0質量%とは計測不能なほど微量ということであり、厳密に「0」であることを意味しない。
国内の石炭ガス化複合発電所(IGCC)から排出された廃棄物は、[F]が9質量%、[S]が54質量%、[A]が11質量%、[C]が17質量%、その他の含有量が9質量%である。
玄武岩(バサルトBA1)は、[F]が19質量%、[S]が46質量%、[A]が11質量%、[C]が17質量%、その他の含有量が6質量%である。
国内の石炭火力発電所FA1から排出された廃棄物は、[F]が13質量%、[S]が57質量%、[A]が17質量%、[C]が6質量%、その他の含有量が7質量%である。
国内の石炭火力発電所FA2から排出された廃棄物は、[F]が55質量%、[S]が35質量%、[A]が5質量%、[C]が2質量%、その他の含有量が3質量%である。
国内の石炭火力発電所FA3から排出された廃棄物は、[F]が2質量%、[S]が62質量%、[A]が27質量%、[C]が3質量%、その他の含有量が5質量%である。
国内の石炭火力発電所FA4から排出された廃棄物は、[F]が97質量%、[S]が0質量%、[A]が0質量%、[C]が0質量%、その他の含有量が3質量%である。
国内の石炭火力発電所FA5から排出された廃棄物は、[F]が21質量%、[S]が35質量%、[A]が12質量%、[C]が22質量%、その他の含有量が10質量%である。
国内の石炭火力発電所FA6から排出された廃棄物は、[F]が1質量%、[S]が73質量%、[A]が22質量%、[C]が0質量%、その他の含有量が4質量%である。
国内の石炭火力発電所FA7から排出された廃棄物は、[F]が1質量%、[S]が19質量%、[A]が17質量%、[C]が55質量%、その他の含有量が8質量%である。
国内の石炭火力発電所FA8から排出された廃棄物は、[F]が0質量%、[S]が34質量%、[A]が13質量%、[C]が42質量%、その他の含有量が11質量%である。
図3は、実施例に係る原料S1~S14の成分組成を示す図である。図3に示す成分組成は、図1の各原料S1~S14の混合比率及び図2の廃棄物等の成分組成から算出した。なお、小数点以下を四捨五入しているため合計は必ずしも100%とはならない。
原料S1は、[F]が26質量%、[S]が49質量%、[A]が12質量%、[C]が8質量%、その他の含有量が6質量%である。
原料S2は、[F]が32質量%、[S]が45質量%、[A]が8質量%、[C]が10質量%、その他の含有量が6質量%である。
原料S3は、[F]が21質量%、[S]が49質量%、[A]が10質量%、[C]が13質量%、その他の含有量が8質量%である。
原料S4は、[F]が14質量%、[S]が52質量%、[A]が10質量%、[C]が16質量%、その他の含有量が8質量%である。
原料S5は、[F]が14質量%、[S]が52質量%、[A]が10質量%、[C]が16質量%、その他の含有量が8質量%である。
原料S6は、[F]が21質量%、[S]が35質量%、[A]が12質量%、[C]が22質量%、その他の含有量が10質量%である。
原料S7は、[F]が12質量%、[S]が33質量%、[A]が13質量%、[C]が34質量%、その他の含有量が8質量%である。
原料S8は、[F]が6質量%、[S]が58質量%、[A]が19質量%、[C]が10質量%、その他の含有量が7質量%である。
原料S9は、[F]が47質量%、[S]が33質量%、[A]が11質量%、[C]が5質量%、その他の含有量が4質量%である。
原料S10は、[F]が13質量%、[S]が61質量%、[A]が17質量%、[C]が5質量%、その他の含有量が4質量%である。
原料S11は、[F]が12質量%、[S]が53質量%、[A]が23質量%、[C]が8質量%、その他の含有量が4質量%である。
原料S12は、[F]が11質量%、[S]が60質量%、[A]が20質量%、[C]が3質量%、その他の含有量が6質量%である。
原料S13は、[F]が13質量%、[S]が61質量%、[A]が17質量%、[C]が5質量%、その他の含有量が4質量%である。
原料S14は、[F]が11質量%、[S]が32質量%、[A]が12質量%、[C]が36質量%、その他の含有量が9質量%である。
図4は、実施例に係る原料からフレーク状組成物を得る際に利用した電気炉1の概要を示す図である。本実施例では、フレーク状組成物を得るのに図4に示す電気炉1を用いた。電気炉1は、中央に内径dが10cmの貫通孔4が形成された高さHが60cm、外径Dが50cmの円筒体である。貫通孔4内には、吊り棒3により、内径2.1cm、長さ10cmのタンマン管2が吊るされる。該タンマン管2には原料S1~S14のいずれかが仕込まれる。タンマン管2の底部中央には、径2mmの孔が設けられており、加熱により原料S1~S14が溶融すると、重力によりタンマン管の底部に設けられた孔から流出する。流出した溶融後の原料は、外気に触れて冷却されて固化される。タンマン管の底部から流出した溶融後の原料(以下、溶融物ともいう)は、急速に冷却されることにより固化される。ここで、流出した溶融物は、急速に冷却されるためフレーク状組成物は実質的に非晶質のみからなる。
電気炉1は、所定の昇温プログラムにより昇温されるが、タンマン管2内の溶融物の温度(℃)は炉内温度より略50℃低い温度で追随することを予め確認している。
図5は、原料S1~S14を電気炉で溶融した際の温度条件及び実験結果(紡糸性及びフレーク性)を表で示した図である。また、図6は、原料S1~S14を電気炉で溶融した際の温度変化を時系列で示したグラフである。
(実施例1)
原料S1をタンマン管内にセットした後、炉内温度を室温(25℃)から約1400℃(原料温度1350℃)まで昇温した後、約1400℃にて1時間保持した(アニール処理)。その後、炉内温度を1時間かけて約1400℃(原料温度1350℃)から約1450℃(原料温度1400℃)まで昇温しながら重力によりタンマン管の底部に設けられた孔から溶融物を流出させた。タンマン管の底部中央に設けられた孔からは、溶融物が固まり球状となったものが落下し、続けて溶融物がファイバー状に落下することでファイバーが生成された(紡糸性「〇」)。なお、溶融物が固まり球状となったものを破砕することでフレーク状組成物を得ることができた(フレーク性「〇」)。なお、本実施例では、鉄製ハンマーで打撃することで、溶融物が固まり球状となったものを破砕した。以下の実施例2~7においても同様に鉄製ハンマーで打撃することで、溶融物が固まり球状となったものを破砕している。
原料S1をタンマン管内にセットした後、炉内温度を室温(25℃)から約1400℃(原料温度1350℃)まで昇温した後、約1400℃にて1時間保持した(アニール処理)。その後、炉内温度を1時間かけて約1400℃(原料温度1350℃)から約1450℃(原料温度1400℃)まで昇温しながら重力によりタンマン管の底部に設けられた孔から溶融物を流出させた。タンマン管の底部中央に設けられた孔からは、溶融物が固まり球状となったものが落下し、続けて溶融物がファイバー状に落下することでファイバーが生成された(紡糸性「〇」)。なお、溶融物が固まり球状となったものを破砕することでフレーク状組成物を得ることができた(フレーク性「〇」)。なお、本実施例では、鉄製ハンマーで打撃することで、溶融物が固まり球状となったものを破砕した。以下の実施例2~7においても同様に鉄製ハンマーで打撃することで、溶融物が固まり球状となったものを破砕している。
(実施例2)
原料S2をタンマン管内にセットした後、炉内温度を室温(25℃)から約1375℃まで昇温(原料温度1325℃)した後、約1375℃にて1時間保持した(アニール処理)。その後、炉内温度を15時間かけて約1375℃(原料温度1325℃)から約1450℃(原料温度1400℃)まで昇温しながら重力によりタンマン管の底部に設けられた孔から溶融物を流出させた。タンマン管の底部中央に設けられた孔からは、溶融物が固まり球状となったものが落下し、続けて溶融物がファイバー状に落下することでファイバーが生成された(紡糸性「〇」)。なお、溶融物が固まり球状となったものを破砕することでフレーク状組成物を得ることができた(フレーク性「〇」)。
原料S2をタンマン管内にセットした後、炉内温度を室温(25℃)から約1375℃まで昇温(原料温度1325℃)した後、約1375℃にて1時間保持した(アニール処理)。その後、炉内温度を15時間かけて約1375℃(原料温度1325℃)から約1450℃(原料温度1400℃)まで昇温しながら重力によりタンマン管の底部に設けられた孔から溶融物を流出させた。タンマン管の底部中央に設けられた孔からは、溶融物が固まり球状となったものが落下し、続けて溶融物がファイバー状に落下することでファイバーが生成された(紡糸性「〇」)。なお、溶融物が固まり球状となったものを破砕することでフレーク状組成物を得ることができた(フレーク性「〇」)。
(実施例3)
原料S3をタンマン管内にセットした後、炉内温度を室温(25℃)から約1375℃まで昇温(原料温度1325℃)した後、約1375℃にて1時間保持した(アニール処理)。その後、炉内温度を15時間かけて約1375℃(原料温度1325℃)から約1450℃(原料温度1400℃)まで昇温しながら重力によりタンマン管の底部に設けられた孔から溶融物を流出させた。タンマン管の底部中央に設けられた孔からは、溶融物が固まり球状となったものが落下し、続けて溶融物がファイバー状に落下することでファイバーが生成された(紡糸性「〇」)。なお、溶融物が固まり球状となったものを破砕することでフレーク状組成物を得ることができた(フレーク性「〇」)。
原料S3をタンマン管内にセットした後、炉内温度を室温(25℃)から約1375℃まで昇温(原料温度1325℃)した後、約1375℃にて1時間保持した(アニール処理)。その後、炉内温度を15時間かけて約1375℃(原料温度1325℃)から約1450℃(原料温度1400℃)まで昇温しながら重力によりタンマン管の底部に設けられた孔から溶融物を流出させた。タンマン管の底部中央に設けられた孔からは、溶融物が固まり球状となったものが落下し、続けて溶融物がファイバー状に落下することでファイバーが生成された(紡糸性「〇」)。なお、溶融物が固まり球状となったものを破砕することでフレーク状組成物を得ることができた(フレーク性「〇」)。
(実施例4)
原料S4をタンマン管内にセットした後、炉内温度を室温(25℃)から約1375℃まで昇温(原料温度1325℃)した後、約1375℃にて1時間保持した(アニール処理)。その後、炉内温度を8時間かけて約1375℃(原料温度1325℃)から約1400℃(原料温度1350℃)まで昇温しながら重力によりタンマン管の底部に設けられた孔から溶融物を流出させた。タンマン管の底部中央に設けられた孔からは、溶融物が固まり球状となったものが落下し、続けて溶融物がファイバー状に落下することでファイバーが生成された(紡糸性「〇」)。なお、溶融物が固まり球状となったものを破砕することでフレーク状組成物を得ることができた(フレーク性「〇」)。
原料S4をタンマン管内にセットした後、炉内温度を室温(25℃)から約1375℃まで昇温(原料温度1325℃)した後、約1375℃にて1時間保持した(アニール処理)。その後、炉内温度を8時間かけて約1375℃(原料温度1325℃)から約1400℃(原料温度1350℃)まで昇温しながら重力によりタンマン管の底部に設けられた孔から溶融物を流出させた。タンマン管の底部中央に設けられた孔からは、溶融物が固まり球状となったものが落下し、続けて溶融物がファイバー状に落下することでファイバーが生成された(紡糸性「〇」)。なお、溶融物が固まり球状となったものを破砕することでフレーク状組成物を得ることができた(フレーク性「〇」)。
(実施例5)
原料S5をタンマン管内にセットした後、炉内温度を室温(25℃)から約1350℃まで昇温(原料温度1300℃)した後(アニール処理無し)、炉内温度を2時間かけて約1350℃(原料温度1300℃)から約1400℃(原料温度1350℃)まで昇温させながら重力によりタンマン管の底部に設けられた孔から溶融物を流出させた。タンマン管の底部中央に設けられた孔からは、溶融物が固まり球状となったものが落下したが、溶融物がファイバー状に落下することはなくファイバーは生成されなかった(紡糸性「×」)。なお、溶融物が固まり球状となったものを破砕することでフレーク状組成物を得ることができた(フレーク性「〇」)。
原料S5をタンマン管内にセットした後、炉内温度を室温(25℃)から約1350℃まで昇温(原料温度1300℃)した後(アニール処理無し)、炉内温度を2時間かけて約1350℃(原料温度1300℃)から約1400℃(原料温度1350℃)まで昇温させながら重力によりタンマン管の底部に設けられた孔から溶融物を流出させた。タンマン管の底部中央に設けられた孔からは、溶融物が固まり球状となったものが落下したが、溶融物がファイバー状に落下することはなくファイバーは生成されなかった(紡糸性「×」)。なお、溶融物が固まり球状となったものを破砕することでフレーク状組成物を得ることができた(フレーク性「〇」)。
(実施例6)
原料S6をタンマン管内にセットした後、炉内温度を室温(25℃)から約1375℃まで昇温(原料温度1325℃)した後、約1375℃にて1時間保持した(アニール処理)。その後、炉内温度を5時間かけて約1375℃(原料温度1325℃)から約1400℃(原料温度1350℃)まで昇温しながら重力によりタンマン管の底部に設けられた孔から溶融物を流出させた。タンマン管の底部中央に設けられた孔からは、溶融物が固まり球状となったものが落下し、続けて溶融物がファイバー状に落下することでファイバーが生成された(紡糸性「〇」)。なお、溶融物が固まり球状となったものを破砕することでフレーク状組成物を得ることができた(フレーク性「〇」)。
原料S6をタンマン管内にセットした後、炉内温度を室温(25℃)から約1375℃まで昇温(原料温度1325℃)した後、約1375℃にて1時間保持した(アニール処理)。その後、炉内温度を5時間かけて約1375℃(原料温度1325℃)から約1400℃(原料温度1350℃)まで昇温しながら重力によりタンマン管の底部に設けられた孔から溶融物を流出させた。タンマン管の底部中央に設けられた孔からは、溶融物が固まり球状となったものが落下し、続けて溶融物がファイバー状に落下することでファイバーが生成された(紡糸性「〇」)。なお、溶融物が固まり球状となったものを破砕することでフレーク状組成物を得ることができた(フレーク性「〇」)。
(実施例7)
原料S7をタンマン管内にセットした後、炉内温度を室温(25℃)から約1375℃まで昇温(原料温度1325℃)した後、約1375℃にて1時間保持した(アニール処理)。その後、炉内温度を5時間かけて約1375℃(原料温度1325℃)から約1400℃(原料温度1350℃)まで昇温しながら重力によりタンマン管の底部に設けられた孔から溶融物を流出させた。タンマン管の底部中央に設けられた孔からは、溶融物が固まり球状となったものが落下したが、溶融物がファイバー状に落下することはなくファイバーは生成されなかった(紡糸性「×」)。なお、溶融物が固まり球状となったものを破砕することでフレーク状組成物を得ることができた(フレーク性「〇」)。
原料S7をタンマン管内にセットした後、炉内温度を室温(25℃)から約1375℃まで昇温(原料温度1325℃)した後、約1375℃にて1時間保持した(アニール処理)。その後、炉内温度を5時間かけて約1375℃(原料温度1325℃)から約1400℃(原料温度1350℃)まで昇温しながら重力によりタンマン管の底部に設けられた孔から溶融物を流出させた。タンマン管の底部中央に設けられた孔からは、溶融物が固まり球状となったものが落下したが、溶融物がファイバー状に落下することはなくファイバーは生成されなかった(紡糸性「×」)。なお、溶融物が固まり球状となったものを破砕することでフレーク状組成物を得ることができた(フレーク性「〇」)。
(比較例1)
原料S8をタンマン管内にセットした後、炉内温度を室温(25℃)から約1375℃まで昇温(原料温度1325℃)した後、約1375℃にて1時間保持した(アニール処理)。その後、炉内温度を5時間かけて約1375℃(原料温度1325℃)から約1400℃(原料温度1350℃)まで昇温しながら重力によりタンマン管の底部に設けられた孔から溶融物を流出させた。タンマン管の底部中央に設けられた孔からは、溶融物が固まり球状となることはなく(フレーク性「×」)融物がファイバー状に落下することもなかった(紡糸性「×」)。
原料S8をタンマン管内にセットした後、炉内温度を室温(25℃)から約1375℃まで昇温(原料温度1325℃)した後、約1375℃にて1時間保持した(アニール処理)。その後、炉内温度を5時間かけて約1375℃(原料温度1325℃)から約1400℃(原料温度1350℃)まで昇温しながら重力によりタンマン管の底部に設けられた孔から溶融物を流出させた。タンマン管の底部中央に設けられた孔からは、溶融物が固まり球状となることはなく(フレーク性「×」)融物がファイバー状に落下することもなかった(紡糸性「×」)。
(比較例2)
原料S9をタンマン管内にセットした後、炉内温度を室温(25℃)から約1375℃まで昇温(原料温度1325℃)した後、約1375℃にて1時間保持した(アニール処理)。その後、炉内温度を5時間かけて約1375℃(原料温度1325℃)から約1400℃(原料温度1350℃)まで昇温しながら重力によりタンマン管の底部に設けられた孔から溶融物を流出させた。タンマン管の底部中央に設けられた孔からは、溶融物が固まり球状となることはなく(フレーク性「×」)、溶融物がファイバー状に落下することもなかった(紡糸性「×」)。
原料S9をタンマン管内にセットした後、炉内温度を室温(25℃)から約1375℃まで昇温(原料温度1325℃)した後、約1375℃にて1時間保持した(アニール処理)。その後、炉内温度を5時間かけて約1375℃(原料温度1325℃)から約1400℃(原料温度1350℃)まで昇温しながら重力によりタンマン管の底部に設けられた孔から溶融物を流出させた。タンマン管の底部中央に設けられた孔からは、溶融物が固まり球状となることはなく(フレーク性「×」)、溶融物がファイバー状に落下することもなかった(紡糸性「×」)。
(比較例3)
原料S10をタンマン管内にセットした後、炉内温度を室温(25℃)から約1375℃まで昇温(原料温度1325℃)した後、約1375℃にて1時間保持した(アニール処理)。その後、炉内温度を5時間かけて約1375℃(原料温度1325℃)から約1400℃(原料温度1350℃)まで昇温しながら重力によりタンマン管の底部に設けられた孔から溶融物を流出させた。タンマン管の底部中央に設けられた孔からは、溶融物が固まり球状となることはなく(フレーク性「×」)、溶融物がファイバー状に落下することもなかった(紡糸性「×」)。
原料S10をタンマン管内にセットした後、炉内温度を室温(25℃)から約1375℃まで昇温(原料温度1325℃)した後、約1375℃にて1時間保持した(アニール処理)。その後、炉内温度を5時間かけて約1375℃(原料温度1325℃)から約1400℃(原料温度1350℃)まで昇温しながら重力によりタンマン管の底部に設けられた孔から溶融物を流出させた。タンマン管の底部中央に設けられた孔からは、溶融物が固まり球状となることはなく(フレーク性「×」)、溶融物がファイバー状に落下することもなかった(紡糸性「×」)。
(比較例4)
原料S11をタンマン管内にセットした後、炉内温度を室温(25℃)から約1375℃まで昇温(原料温度1325℃)した後、約1375℃にて1時間保持した(アニール処理)。その後、炉内温度を5時間かけて約1375℃(原料温度1325℃)から約1400℃(原料温度1350℃)まで昇温しながら重力によりタンマン管の底部に設けられた孔から溶融物を流出させた。タンマン管の底部中央に設けられた孔からは、溶融物が固まり球状となることはなく(フレーク性「×」)、溶融物がファイバー状に落下することもなかった(紡糸性「×」)。
原料S11をタンマン管内にセットした後、炉内温度を室温(25℃)から約1375℃まで昇温(原料温度1325℃)した後、約1375℃にて1時間保持した(アニール処理)。その後、炉内温度を5時間かけて約1375℃(原料温度1325℃)から約1400℃(原料温度1350℃)まで昇温しながら重力によりタンマン管の底部に設けられた孔から溶融物を流出させた。タンマン管の底部中央に設けられた孔からは、溶融物が固まり球状となることはなく(フレーク性「×」)、溶融物がファイバー状に落下することもなかった(紡糸性「×」)。
(比較例5)
原料S12をタンマン管内にセットした後、炉内温度を室温(25℃)から約1375℃まで昇温(原料温度1325℃)した後、約1375℃にて1時間保持した(アニール処理)。その後、炉内温度を5時間かけて約1375℃(原料温度1325℃)から約1400℃(原料温度1350℃)まで昇温しながら重力によりタンマン管の底部に設けられた孔から溶融物を流出させた。タンマン管の底部中央に設けられた孔からは、溶融物が固まり球状となることはなく(フレーク性「×」)、溶融物がファイバー状に落下することもなかった(紡糸性「×」)。
原料S12をタンマン管内にセットした後、炉内温度を室温(25℃)から約1375℃まで昇温(原料温度1325℃)した後、約1375℃にて1時間保持した(アニール処理)。その後、炉内温度を5時間かけて約1375℃(原料温度1325℃)から約1400℃(原料温度1350℃)まで昇温しながら重力によりタンマン管の底部に設けられた孔から溶融物を流出させた。タンマン管の底部中央に設けられた孔からは、溶融物が固まり球状となることはなく(フレーク性「×」)、溶融物がファイバー状に落下することもなかった(紡糸性「×」)。
(比較例6)
原料S13をタンマン管内にセットした後、炉内温度を室温(25℃)から約1375℃まで昇温(原料温度1325℃)した後、約1375℃にて1時間保持した(アニール処理)。その後、炉内温度を5時間かけて約1375℃(原料温度1325℃)から約1400℃(原料温度1350℃)まで昇温しながら重力によりタンマン管の底部に設けられた孔から溶融物を流出させた。タンマン管の底部中央に設けられた孔からは、溶融物が固まり球状となることはなく(フレーク性「×」)、溶融物がファイバー状に落下することもなかった(紡糸性「×」)。
原料S13をタンマン管内にセットした後、炉内温度を室温(25℃)から約1375℃まで昇温(原料温度1325℃)した後、約1375℃にて1時間保持した(アニール処理)。その後、炉内温度を5時間かけて約1375℃(原料温度1325℃)から約1400℃(原料温度1350℃)まで昇温しながら重力によりタンマン管の底部に設けられた孔から溶融物を流出させた。タンマン管の底部中央に設けられた孔からは、溶融物が固まり球状となることはなく(フレーク性「×」)、溶融物がファイバー状に落下することもなかった(紡糸性「×」)。
(比較例7)
原料S14をタンマン管内にセットした後、炉内温度を室温(25℃)から約1375℃まで昇温(原料温度1325℃)した後、約1375℃にて1時間保持した(アニール処理)。その後、炉内温度を5時間かけて約1375℃(原料温度1325℃)から約1400℃(原料温度1350℃)まで昇温しながら重力によりタンマン管の底部に設けられた孔から溶融物を流出させた。タンマン管の底部中央に設けられた孔からは、溶融物が固まり球状となることはなく(フレーク性「×」)、溶融物がファイバー状に落下することもなかった(紡糸性「×」)。
原料S14をタンマン管内にセットした後、炉内温度を室温(25℃)から約1375℃まで昇温(原料温度1325℃)した後、約1375℃にて1時間保持した(アニール処理)。その後、炉内温度を5時間かけて約1375℃(原料温度1325℃)から約1400℃(原料温度1350℃)まで昇温しながら重力によりタンマン管の底部に設けられた孔から溶融物を流出させた。タンマン管の底部中央に設けられた孔からは、溶融物が固まり球状となることはなく(フレーク性「×」)、溶融物がファイバー状に落下することもなかった(紡糸性「×」)。
(考察)
以上のように、実施例1~7(原料S1~S7)では、フレーク性が「〇」、換言するとフレーク状組成物を得ることができたが、比較例1~7(原料S8~S14)では、フレーク性が「×」、換言するとフレーク状組成物を得ることができなかった。
また、アニール処理を行わなかった実施例5についてもフレーク性が「〇」、換言するとフレーク状組成物を得ることができたが、比較例1~7では、アニール処理を行ったがフレーク性が「×」、換言するとフレーク状組成物を得ることができなかった。このことから、ファイバーとは異なり、フレーク状組成物を得るためにアニール処理は必要が無いことがわかった。
以上のように、実施例1~7(原料S1~S7)では、フレーク性が「〇」、換言するとフレーク状組成物を得ることができたが、比較例1~7(原料S8~S14)では、フレーク性が「×」、換言するとフレーク状組成物を得ることができなかった。
また、アニール処理を行わなかった実施例5についてもフレーク性が「〇」、換言するとフレーク状組成物を得ることができたが、比較例1~7では、アニール処理を行ったがフレーク性が「×」、換言するとフレーク状組成物を得ることができなかった。このことから、ファイバーとは異なり、フレーク状組成物を得るためにアニール処理は必要が無いことがわかった。
図7は、原料S1~S14に係る原料の所定成分組成([S]+[A]、[A]/([A]+[S])、[Ca])を示す図である。図7に示す表からは、フレーク状組成物の原料は、SiO2及びAl2O3の合計の含有量([S]+[A])が45質量%以上75質量%以下であることが好ましく、46質量%以上63質量%以下であることがより好ましいことがわかった。
なお、本実施形態に係るフレーク状組成物の原料は、SiO2とAl2O3の合計に占めるAl2O3の割合([A]/([A]+[S]))(質量比)が0.15~0.28の範囲内であることがわかった。
また、本実施形態に係るフレーク状組成物の原料は、CaOの含有量[C]が6質量%以上10質量%以下であることがわかった。
なお、本実施形態に係るフレーク状組成物の原料は、SiO2とAl2O3の合計に占めるAl2O3の割合([A]/([A]+[S]))(質量比)が0.15~0.28の範囲内であることがわかった。
また、本実施形態に係るフレーク状組成物の原料は、CaOの含有量[C]が6質量%以上10質量%以下であることがわかった。
図8は、実施例に係る原料から得られたフレーク状組成物の拡大図(顕微鏡写真)である。発明者は、実施例1~8で得られたフレーク状組成物の厚み及び長辺の長さを顕微鏡で計測した。ここで、フレーク状組成物は、平面視において矩形状のフレーク状組成物の厚み及び長辺の長さを顕微鏡に仕込んだ接眼マイクロメーターで目視により計測している。ここでは、フレーク状組成物の厚さとして、フレーク状組成物の最も厚い箇所の厚さを計測した。また、フレーク状組成物の長辺の長さとしては、矩形状のフレーク状組成物の長辺に対応する箇所の長さを測定した。計測の結果、フレーク状組成物は、厚さが1μm~80μmの範囲内であり、長辺の長さが5μm~1200μmの範囲内であり、光輝性顔料、塗料、ライニング、被覆材や補強材などの用途に好ましいことがわかった。
また、図8に示すフレーク状組成物をX線回析(XRD)スペクトラムにより解析したところ、このフレーク状組成物は、実質的に非晶質のみからなることがわかった。これは、溶融状態となった原料がタンマン管2の底部中央に設けられた孔から流出した後、急冷されることで規則的な原子配列が取れず非晶質となるためであると考えられる。
なお、石炭を燃料とする火力発電所から排出される廃棄物を含む原料を溶融した後、(自然冷却を含む)冷却により固化したものについても、固化したものを再度溶融することでファイバーやフレーク状組成物に形成することができるため、形状を問わず有用であると考えられる。なお、この場合においても、原料は、SiO2、Al2O3、及びCaOを成分として含み、原料中のSiO2及びAl2O3の合計の含有量は、45質量%以上75質量%以下であることが好ましく、46質量%以上63質量%以下であることがより好ましい。
フレーク状組成物は、光輝性顔料、塗料、ライニング、被覆材や補強材として使用することができる。
1 電気炉
2 タンマン管
3 吊り棒
4 開口部
D 電気炉外径
H 電気炉高さ
d 電気炉開口部内径
2 タンマン管
3 吊り棒
4 開口部
D 電気炉外径
H 電気炉高さ
d 電気炉開口部内径
図7は、原料S1~S14に係る原料の所定成分組成([S]+[A]、[A]/([A]+[S])、[Ca])を示す図である。図7に示す表からは、フレーク状組成物の原料は、SiO2及びAl2O3の合計の含有量([S]+[A])が45質量%以上75質量%以下であることが好ましく、46質量%以上63質量%以下であることがより好ましいことがわかった。
なお、本実施形態に係るフレーク状組成物の原料は、SiO2とAl2O3の合計に占めるAl2O3の割合([A]/([A]+[S]))(質量比)が0.15~0.28の範囲内であることがわかった。
また、本実施形態に係るフレーク状組成物の原料は、CaOの含有量[C]が8質量%以上36質量%以下であることがわかった。
なお、本実施形態に係るフレーク状組成物の原料は、SiO2とAl2O3の合計に占めるAl2O3の割合([A]/([A]+[S]))(質量比)が0.15~0.28の範囲内であることがわかった。
また、本実施形態に係るフレーク状組成物の原料は、CaOの含有量[C]が8質量%以上36質量%以下であることがわかった。
Claims (8)
- 石炭を燃料とする火力発電所から排出される廃棄物を原料として含む、ことを特徴とするフレーク状組成物。
- 前記廃棄物には、石炭ガス化複合発電(IGCC)による廃棄物が含まれる、ことを特徴とする請求項1に記載のフレーク状組成物。
- 玄武岩を前記原料として含む、
ことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載のフレーク状組成物。 - SiO2、Al2O3、及びCaOを成分として含むフレーク状組成物であり、
前記フレーク状組成物中の、
SiO2及びAl2O3の合計の含有量は、45質量%以上75質量%以下である
ことを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれかに記載のフレーク状組成物。 - 実質的に非晶質のみからなることを特徴とする請求項1乃至請求項4のいずれかに記載のフレーク状組成物。
- 石炭を燃料とする火力発電所から排出される廃棄物を含む原料を1300度以上にまで加熱する工程と、
前記加熱した原料を形成孔から流出させる工程と、
前記形成孔から流出した原料を破砕する工程と、を有する
ことを特徴とするフレーク状組成物の製造方法。 - 前記原料中の、
SiO2及びAl2O3の合計の含有量は、45質量%以上75質量%以下である
ことを特徴とする請求項6に記載のフレーク状組成物の製造方法。 - 前記廃棄物には、石炭ガス化複合発電(IGCC)による廃棄物が含まれる、ことを特徴とする請求項6又は請求項7に記載のフレーク状組成物の製造方法。
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