JP2994045B2 - バリウムを含有する無機固体組成物の製造方法、この種の組成物、陶磁器類を製造するための添加剤および陶磁器類 - Google Patents

バリウムを含有する無機固体組成物の製造方法、この種の組成物、陶磁器類を製造するための添加剤および陶磁器類

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、焼成した陶磁器類中の
添加剤として適したバリウムを含有する無機固体組成物
の製造方法、前記方法により得られた、焼成した陶磁器
類の製造のために添加剤として使用可能な不水溶性生成
物、焼成した陶磁器類を製造するための添加剤および本
発明により得られた添加剤を使用して製造した陶磁器類
に関する。
【0002】
【従来の技術】硫化バリウム浸出はバリウム化合物の製
造の過程における1工程である。出発物質は天産の鉱物
の重晶石(Baryt)である。重晶石は硫酸バリウム
約92〜98重量%およびさらに変動する量のカルシウ
ム塩および鉄塩ならびにケイ酸塩を含有する。粉砕した
重晶石は微細な炭と混合し、高温(約1200℃)で還
元して硫化バリウムにする。冷却して凝固した硫化バリ
ウムを含有する溶融物を、熱湯で、硫化バリウム浸出液
を形成させながら抽出する。この硫化バリウム浸出の際
に得られた硫化バリウム浸出液をさらに反応させて、た
とえばガラス工業において使用される炭酸バリウムにす
る。
【0003】硫化バリウム浸出の際の残分が残留する。
この残分は乾燥していない限り、水含有スラッジとして
生じ、いくらかの炭のほかに、主にバリウム塩、さらに
カルシウム塩を含有する。これらは特に炭酸塩、硫黄化
合物およびケイ酸塩の形で存在する。この浸出残分を今
まで保存したが、このことは経済的に望ましくなく、さ
らに価値あるポテンシャル原料の浪費である。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、前記
の浸出残分を工業的に利用可能な原料に後処理すること
ができる方法を開発することであった。
【0005】
【課題を解決するための手段】前記課題は本発明による
方法によって解決される。
【0006】本発明により、硫化バリウム浸出からの浸
出残分は、焼成した陶磁器類を製造するために添加剤と
して適したバリウム含有固体組成物を形成させながら後
処理される。
【0007】バリウムを含有する無機固体組成物を製造
する本発明による方法は、硫化バリウム浸出からの浸出
残分を、水性媒体中で、二酸化炭素、二酸化炭素含有ガ
ス混合物、アルカリ金属炭酸塩またはアルカリ金属炭酸
塩と反応させて固体組成物および硫化水素水溶液または
アルカリ金属硫化物水溶液を含有する反応混合物にし、
この反応混合物から固体組成物を分離することを特徴と
する。
【0008】純粋二酸化炭素または二酸化炭素含有ガス
混合物、たとえば煙道ガスを使用することができる。ア
ルカリ金属炭酸塩から出発し、次に固体組成物およびア
ルカリ金属硫化物水溶液を含有する反応混合を得るのが
好ましい。このような有利な実施態様につき、本発明を
さらに詳説する。
【0009】浸出残分は乾燥した形または水含有スラッ
ジ、たとえば50重量%以上の水含量を有するようなも
のとして使用することができる。浸出残分は浸出工程に
おいて水を含有して生じ、この残分とアルカリ金属炭酸
塩との反応は水中で実施されるため、浸出残分を乾燥す
る必要はない。従ってこの残分は、浸出方法において生
じたと同様の形で水含有で使用するのが好ましい。浸出
の際に生じた浸出残分の水含量は広い範囲で変動する
が、通常湿った残分の総重量に対して約30〜50重量
%である。
【0010】「アルカリ金属炭酸塩」とは、本発明の範
囲内で、周期律表の第1主族の金属およびアンモニウム
の炭酸塩である。炭酸水素塩についても同様のことがあ
てはまる。アルカリ金属炭酸塩、特に炭酸ナトリウムを
使用するのが好ましい。
【0011】このアルカリ金属炭酸塩は固体の形で、ま
たは有利に水溶液の形で使用することができる。所望の
場合に、たとえば二酸化炭素または二酸化炭素含有ガス
を浸出残分および苛性アルカリ液の混合物上へまたはそ
の中へ導入することにより、反応に必要なアルカリ金属
炭酸塩をその場で生じさせることができる。しかしアル
カリ金属炭酸塩から出発するのが技術的により簡単であ
る。
【0012】この反応成分は多様な手段で反応混合物へ
導入することができる。たとえば乾燥した浸出残分およ
び固体アルカリ金属炭酸塩を所望量の水と混合すること
ができる。この所望量の水の一部は、水含有浸出残分中
に含有している水の形で反応混合物中へ投入してもよ
い。さらに乾燥したまたはすでに水を含有する浸出残分
を水中に懸濁し、こうして水の一部または全部を反応混
合物中に投入することもできる。さらに、アルカリ金属
炭酸塩水溶液を使用し、こうして水の一部または全部を
反応混合物中に投入してもよい。
【0013】本発明による方法の有利な1実施例におい
て、浸出方法において生じたような水含有浸出残分から
出発し、水中のこの浸出残分の懸濁液を生じさせ、アル
カリ金属炭酸塩を水溶液として使用する。
【0014】懸濁液の製造および/またはアルカリ金属
炭酸塩の製造に必要な水は、先行する反応バッチから得
られかつアルカリ金属硫化物を含有する濾液および/ま
たは洗浄溶液に全部または一部置き換えてもよい。この
ような溶液のアルカリ金属硫化物含量は、約15重量%
を下回るのが好ましい。この方法の際に生じるアルカリ
金属硫化物溶液および/または洗浄水を後続する反応バ
ッチへ返還することにより、本発明による方法における
水の消費を著しく減少させる。
【0015】本発明による方法の有利な1実施例におい
て、浸出残分の水性懸濁液が生じる。この懸濁液の水含
量は、広い範囲で、たとえば懸濁液の総重量に対して水
30〜90重量%の間を変動する。水含量が30〜80
重量%、有利に40〜60重量%にある懸濁液が工業上
良く扱われる。
【0016】さらに、アルカリ金属炭酸塩水溶液、特に
炭酸ナトリウム水溶液を使用するのが好ましい。このア
ルカリ金属炭酸塩濃度は、広い範囲で、たとえば約2重
量%から飽和限度までの間を変動する。約5〜15重量
%の濃度でアルカリ金属炭酸塩を含有する水溶液が好ま
しい。
【0017】浸出残分とアルカリ金属炭酸塩との反応
は、水の存在で実施される。浸出残分と、アルカリ金属
炭酸塩と、水とからなる反応混合物中の水含量は広い範
囲で変動する。この水含量はこの反応混合物の総重量に
対して約25〜90重量%の間にあるのが好ましい。も
ちろんわずかな水含量で作業してもよい。しかしこれ
は、90重量%よりも多い水含量において可能な作業と
同様に、工業的実施にあまり適していない。良好な結果
は、反応混合物の総重量に対して、水含量が約50〜約
70重量%にある場合に得られる。
【0018】次に、炭酸ナトリウムを使用して、本発明
をさらに詳説明する。
【0019】炭酸ナトリウムは不足量で、または過剰量
で、または浸出残分中に含まれるバリウム化合物および
カルシウム炭酸塩に変えるおよび前記二酸化ケイ酸また
はケイ酸塩をケイ酸ナトリウムに変えるために化学量論
的に必要となる相応する量で使用することができる。炭
酸ナトリウムは、浸出残分中に含まれる硫化バリウム、
チオ硫酸バリウムおよびケイ酸バリウムならびに水酸化
カルシウムを相応する炭酸塩に変えるために化学量論的
に必要な量の0.5〜1.5倍の量で使用するのが好ま
しい。アルカリ金属炭酸塩はほぼ化学量論的に必要な量
で使用するのが特に好ましい。
【0020】浸出残分とアルカリ金属炭酸塩との反応は
約15〜100℃の温度で実施される。
【0021】この反応、ヨウ素滴定により測定可能な還
元物質、特に還元性の硫黄化合物の量が3重量%を下廻
る、有利には約0.1〜2.5重量%になるまで実施す
るのが好ましい。測定のために規則的に試料を取り出
し、相応した測定を実施することができる。
【0022】この反応で可溶性バリウム化合物およびカ
ルシウム化合物、特に硫黄含有バリウム化合物は不水溶
性炭酸塩に変えられる。固体組成物のほかに存在する水
溶液は硫化ナトリウムおよびケイ酸ナトリウムを含有す
る。
【0023】反応の完了後に、固体組成物と残留した溶
液とを分離する。このために、公知方法を用いる、たと
えば濾過、遠心分離またはデカントすることができる。
【0024】分離した溶液は前記したように硫化ナトリ
ウムを含有し、この硫化ナトリウムの獲得のために濃縮
することができる。本発明による方法の有利な実施態様
によると、このアルカリ金属硫化物溶液は、所望の場合
希釈後または濃縮後に、全部または一部を浸出残分の懸
濁液の製造またはアルカリ金属炭酸塩溶液の製造のため
に使用することができる。
【0025】分離したバリウム含有固体組成物は、焼成
した陶磁器類の製造およびセメントの製造における添加
剤として適した価値ある製品である。この目的のために
湿潤または乾燥で使用することができる。この固体組成
物は、この種の添加物として使用する前に硫化物不含の
水でもう1度または数回洗浄し、乾燥させるのが好まし
い。この際生じた洗浄溶液は、全部または一部を、水性
懸濁液またはアルカリ金属炭酸塩溶液の製造のためにこ
の方法に返還することができる。
【0026】さらに本発明は、本発明による方法により
得られた、バリウム含有の無機固体組成物からなる、焼
成した陶磁器類を製造するための添加剤に関する。
【0027】前記した陶磁器類、たとえばれんがの製造
の際の公知の問題は、粘土および/またはその製造のた
めに必要な助剤、たとえば調製水、硫酸塩を含有する場
合に焼成粘土の望ましくない白華(Effloresc
ence)および変色が生じることである。すでに少量
の純粋炭酸バリウムを添加することでこの白華の形成を
阻止することは公知である。この炭酸バリウムは工業的
に純粋の形で、つまり純度95重量%以上で使用され、
かつ未焼成の乾燥または湿潤粘度に添加される。このよ
うな純度を有する炭酸バリウムの製造は費用がかかる。
【0028】意想外に、本発明による方法によって得ら
れた固体組成物は、焼成した陶磁器類の製造のために有
利な添加剤であることが見出された。
【0029】本発明による方法で得られる固体組成物の
形の、焼成した陶磁器類を製造するための本発明による
添加剤は、主に塩化物不含であり、還元性不純物、特に
硫黄化合物のヨウ素滴定により測定することができる含
量が約3重量%を下廻る。この含量は、乾燥質量に対し
て約2.5重量%未満、たとえば0.1〜2.5重量%
である。
【0030】塩酸に溶けるバリウム化合物の含量は、炭
酸バリウムとして表わして、約15〜約90重量%、有
利に約35〜約70重量%、特に約40〜約50重量%
である。塩酸中に溶けるこのようなバリウム化合物は炭
酸バリウムとケイ酸バリウムに包括される。
【0031】粘土添加剤中に含まれる還元物質は、白華
を阻止する点において、前記した炭酸バリウムの一部を
無効にすることが公知である。
【0032】粘土添加剤中の還元物質1重量%あたり、
この炭酸バリウム約6重量%が無効になると予想され
る。粘土添加剤がたとえば還元物質2重量%と炭酸バリ
ウム45重量%を含んでいる場合、約33重量%が有効
な炭酸バリウムである。
【0033】本発明による添加剤が、炭酸バリウムとし
て表わされるバリウム化合物を、還元化合物の含量を考
慮して、有効に作用するバリウム化合物の含量が粘土添
加剤の乾燥質量に対して約20重量%より大、有利に3
0重量%より大である程度含有する場合有利である。
【0034】一定の炭酸バリウム含量を有するような添
加剤が所望である場合に限り、この一定の含量を、所望
の炭酸バリウム含量より少ない含量を有する本発明によ
り得られた固体組成物に炭酸バリウムを添加するか、ま
たは所望の炭酸バリウム含量よりも高い含量を有する本
発明により得られた固体組成物に適当な添加剤、たとえ
ば粘土またはCaCO3を添加することにより調節する
ことができる。所望の場合、硫化バリウム浸出を、所望
の含量を有する浸出残分が生じるように実施してもよ
い。
【0035】全く優れた添加剤は、浸出残分を、浸出残
分中に含まれる硫化バリウム、チオ硫酸バリウム、ケイ
酸バリウムおよび水酸化カルシウムを相応する炭酸塩に
変えるために必要な化学量論的にほぼ相当するような量
の炭酸ナトリウムと反応させた場合に得られる。この場
合得られた固体組成物は洗浄し、乾燥した後に優れた特
性を示入す。粘土の焼成の際白華の生成を阻止する活性
は極めて良好で、この組成物は流動性であり、容易に供
給することができ、サイロ中で良好に貯蔵することがで
き、簡単に運搬することができる。この固体組成物中に
炭酸バリウムのほかに含まれる不活性成分は粘土添加物
として適している。この固体組成物は塩素不含であるた
め、腐食性ではない。
【0036】本発明により浸出残分を後処理する際に得
られる固定組成物の粘土添加物としての適性は意想外で
あった。本発明による方法で得られた固体組成物は、そ
のバリウム含量の点で、この製造のために使用した浸出
残分とほんのわずかに異なるにすぎない。しかし未処理
の浸出残分は粘土添加物としては全く適してはいない。
本発明の方法によって、ようやくこの使うことのできな
かった残分は有価生成物に変えられる。
【0037】従って、本発明の対象は、本発明による方
法において得られる固体組成物を、焼成した陶磁器類の
製造のための添加剤として使用することでもある。この
添加剤は特に硫酸塩含有粘土において使用するのに適し
ており、湿ったまたは乾燥した粘土に、粘土の乾燥質量
に対して0.1〜10重量%の量で添加される。一定の
粘土において添加すべき本発明による添加剤の量は、当
業者にとって、場合により簡単な予備実験により容易に
測定することができる。
【0038】焼成した粘土の製造は、公知方法で行う。
原則として、任意の硫酸塩含有粘土を、湿った状態でま
たは乾燥した状態で湿った添加剤、有利に乾燥した添加
剤と混合することができる、通常の助剤、たとえば非可
塑性物質、たとえば砂、ばん土または焼成粘土、水、融
剤、たとえば長石または酸化鉄または着色剤を、場合に
より添加してもよい。得られた粘土混合物を通常と同様
に乾燥し、焼成する。焼成温度は通常の範囲、たとえば
900℃〜2000℃である。低温領域では陶磁器類が
得られ、これにはれんがが属し、高温領域では陶磁器類
が得られる。
【0039】本発明による粘土添加物を使用して製造し
た焼成陶磁器類、特にれんが、かわら、タイルまたは植
木鉢を本発明の対象である。
【0040】従って、本発明による方法は、硫化バリウ
ム浸出の貯蔵すべき浸出残分の量を著しくまたは完全に
減少させることが可能であり、意想外に有利な特性を有
する価値ある生成物が生じる。
【0041】
【実施例】次に、本発明を実施例につき詳説するが、こ
の範囲は本発明を制限するものではない。
【0042】例1: 硫化バリウム浸出の浸出残分の後処理 表1の「浸出残分」の欄に記載した分析データを有する
硫化バリウム浸出の際に生じる浸出残分を使用した。こ
の浸出残分は乾燥せずに、水含有で使用した。使用した
浸出残分の総重量は1538kgであり、その内538
kgが含有した水であった。
【0043】この湿ったスラッジ状の浸出残分を硫化ナ
トリウム水溶液766kgに懸濁させた。この溶液(N
2S含量約3.6重量%)は先行の方法バッチの洗浄
液および濾液からのものである。
【0044】この懸濁した浸出残分に、約13.9重量
%の濃度で炭酸ナトリウムを含有する水溶液613kg
を添加した。この炭酸ナトリウム溶液を製造するために
も、同様に、先行の方法バッチからの洗浄液および濾液
の一部を使用した。
【0045】浸出残分と、水と、炭酸ナトリウムとの反
応混合物を、攪拌機で混合しながら1時間、約45℃の
温度に保った。引き続き、固体と上澄溶液を濾別し、硫
化物不含の水766kgで2回洗浄し、そのつど濾過し
た。引き続き洗浄した固体を乾燥した。収量:1000
kg。
【0046】得られた濾過と洗浄液とを合わせ、一部を
浸出残分の懸濁のためおよび次の方法バッチ用の炭酸ナ
トリウム溶液の製造のために返還し、この合せた濾過の
残りは生じた硫化ナトリウムを得るために乾燥した。硫
化ナトリウムは価値ある生成物であり、たとえば製革工
業に使用される。
【0047】2回の洗浄と乾燥の後に得られた固体は、
主に塩化物不含の流動性粉末として生じた。この物質の
密度は3.33g/cm3であり嵩密度は0.59g/
cm3であった。この固体のその他の分析データは表1
の「本発明による添加物」の欄にまとめた。
【0048】
【表1】
【0049】例2: 例1で製造した固体を、焼成陶磁器類の製造のための乾
燥した粘土用の添加剤として使用 一般的試験方法: 12.6重量%の水を含有する市販の粘土(産地:Co
tto Toscano,San Quirico,D
orcia,Siena,イタリア国)を使用した。こ
の粘土はさらに合計で総硫黄0.75重量%を含有し、
その内0.25重量%が可溶性硫酸塩(SO3として計
算)であり、0.49重量%がパイライト硫黄(SO3
として計算)であった。
【0050】湿った粘土を110℃で24時間乾燥し、
次いで粉末砕し、篩別した。粒子直径が0.5mmより
小さいフラクションを使用した。それぞれ100gの得
られた乾燥粘土フラクションを、例1で製造した異なる
量の添加剤と混合した。混合後に水20gを添加した。
(これはれんが製造において推奨される水量である)。
この水含有混合物で約100gの立方体を成形し、これ
を成形後24時間80℃で乾燥した。乾燥した立方体
を、次いでそれぞれ次のように焼成した。
【0051】立方体の温度をゆっくりと均一に17時間
内に約30℃から1050℃にした。この温度に達した
際に、立方体をこの温度で1時間保ち、引き続きゆっく
りと均一に15時間内に1050℃から150℃にし
た。次いで、この立方体を焼成炉から取り出し、観察す
べき白華に関して評価した。最も著しく白華が観察され
た製品を「XXXXXX」と評価し、白華が減少すると
ともに「XXXXX」、「XXXX」等と評価した。光
学的に白華が確認できないような製品を「○」と評価し
た。
【0052】2.1から2.6の一連の試験において、
乾燥した粘土に、例1で得られた添加剤を異なる量で添
加した。試験2.7は比較試験であり、粘土に添加剤を
添加せず、その他は試験2.1から2.6と同様に処理
した。
【0053】表2において、試験2.1から2.6で使
用した添加剤の量ならびに観察した白華の評価をまとめ
た。さらに表2には比較試験2.7の結果も記載した。
【0054】
【表2】
【0055】表2から、粘土乾燥質量100gあたり、
添加剤1.75gの量においてすでに白華が観察されな
いことが明らかである。
【0056】例3: 焼成した陶磁器類の製造の際に、本発明による添加剤を
湿った粘土に混合することにより使用 例1で製造した添加剤と、例2に記載した粘土を使用し
た。しかし今回はこの粘土を乾燥せずに、湿った状態
で、つまり水約12.6重量%で、添加物と混合した。
さらに例3の実施を例2と同様に行った。
【0057】試験3.1および3.2の2つは異なる量
の使用した添加剤で実施した。この使用量と、焼成した
立方体の白華の評価を表3にまとめた。表3において、
さらに比較試験3.3の結果を記載した。この比較試験
は同様に湿った粘土を用いて、添加剤を混合せずに実施
した。
【0058】
【表3】
【0059】表3は、湿った粘土を使用する場合に、本
発明による添加剤の効果が特に顕著であることを示し
た。
【0060】例4: 例1を繰り返した。今回は得られた濾液および洗浄液
を、浸出残分の懸濁液のためおよび炭酸ナトリウム溶液
の製造のために返還せずに、濃縮により、約60重量%
の硫化ナトリウムを有する硫化ナトリウム水溶液に変え
た。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) C04B 33/00 - 33/08 C04B 11/18

Claims (17)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 バリウムを含有する無機固体組成物の製
    造方法において、硫化バリウム浸出からの浸出残分を、
    水性媒体中で、二酸化炭素、二酸化炭素含有ガス混合
    物、アルカリ金属炭酸水素塩またはアルカリ金属炭酸塩
    と反応させて、固体組成物と、硫化水素水溶液またはア
    ルカリ金属硫化物水溶液とを含有する反応混合物にし、
    この反応混合物から固体組成物を分離することを特徴と
    するバリウムを含有する無機固体組成物を製造する方
    法。
  2. 【請求項2】 浸出残分を水中の懸濁液の形で使用する
    請求項1記載の方法。
  3. 【請求項3】 アルカリ金属炭酸塩を使用する請求項1
    または2記載の方法。
  4. 【請求項4】 アルカリ金属炭酸塩を水溶液の形で使用
    する請求項1から3までのいずれか1項の方法。
  5. 【請求項5】 アルカリ金属炭酸塩を5〜15重量%の
    量で含有する水溶液を使用する請求項4記載の方法。
  6. 【請求項6】 浸出残分中に含有する硫化バリウム、チ
    オ硫酸バリウム、ケイ酸バリウムおよび水酸化カルシウ
    ムを炭酸バリウムおよび炭酸カルシウムに変換するため
    に必要な化学量論的量の0.5〜1.5倍の量のアルカ
    リ金属炭酸塩を使用する請求項1から5までのいずれか
    1項記載の方法。
  7. 【請求項7】 アルカリ金属炭酸塩として炭酸ナトリウ
    ムを使用する請求項1から6までのいずれか1項記載の
    方法。
  8. 【請求項8】 分離した固体組成物を1回以上水で洗浄
    する請求項1記載の方法。
  9. 【請求項9】 得られた固体組成物を乾燥する請求項1
    記載の方法。
  10. 【請求項10】 分離した固体組成物に、炭酸バリウム
    または不活性粘土添加物を、炭酸バリウムの含量が乾燥
    質量に対して15〜90重量%になるように混合する請
    求項1から9までのいずれか1項記載の方法。
  11. 【請求項11】 固体組成物を分離する際に生じる、ア
    ルカリ金属硫化物を含有する水溶液および/または固体
    組成物を洗浄する際に得られる洗浄水を全部または一
    部、浸出残分の懸濁液の製造および/またはアルカリ金
    属炭酸塩水溶液の製造のために返還する請求項1から1
    0までのいずれか1項記載の方法。
  12. 【請求項12】 請求項1から11までのいずれか1項
    記載の方法により得られたバリウムを含有する無機固体
    組成物。
  13. 【請求項13】 主として塩化物不含であり、炭酸バリ
    ウムとして表わされる塩酸中に可溶なバリウム化合物含
    量が15〜90重量%であり、かつヨウ素滴定により測
    定可能な還元物質に関して、乾燥物質に対して3重量%
    未満を含有する請求項12記載の固体組成物。
  14. 【請求項14】 水含量が0〜50重量%である請求項
    12または13記載の固体組成物。
  15. 【請求項15】 請求項12から14までのいずれか1
    項記載の固体組成物からなる、焼成した陶磁器類を製造
    するための添加剤。
  16. 【請求項16】 硫酸塩含有粘土に、未焼成粘土の乾燥
    質量に対して0.1〜10重量%の量で請求項15記載
    の添加剤を添加する焼成した陶磁器類の製造方法。
  17. 【請求項17】 請求項12から14までのいずれか1
    項記載の添加剤を使用して製造した陶磁器類
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