JP3341594B2 - 水硬性アルミナの製造方法 - Google Patents

水硬性アルミナの製造方法

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    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は水硬性アルミナの製
造方法に関する。更に詳細には、それ自身単独で耐火物
を形成し得る、或いは他の骨材成分と混合・成形して耐
火物組成物等を形成し得るに優れたバインダー能を有す
る水硬性アルミナの製造方法に関するもので、特に早硬
性を有する水硬性アルミナの製造方法に関するものであ
る。
【0002】
【従来の技術】各種耐火物成形体のバインダーとしては
アルミナセメント、粘土等各種の無機結合材が使用され
ている。その中でも、少なくとも部分的に再水和性を有
するアルミナは、実質的にCa分を含まないため、高温
耐熱性や耐Cl性が優れている等の特長が知られている
(特公昭57−7590号公報)。再水和性を有するア
ルミナは,アルミナセメントに比較してこのような特長
を有するものの、硬化速度の温度依存性が大きいため、
冬季の施工時に硬化が不十分であったり、逆に夏季にお
いては成形型に流し込む前に流動性を失うとの問題があ
った。
【0003】これらの問題を解決するため再水和性を有
するアルミナに、硬化調整剤を添加する方法が知られて
いる(特開昭56−9272号公報)。たとえば、硬化
促進剤としてはLi塩、アルミナセメント、アルミナセ
メント水和物、アルカリ金属水酸化物、アルカリ土類金
属水酸化物、粘土類等が挙げられており、可使時間延長
剤としては、気化性シリカ、分散剤、ポリリン酸類、ア
ミノカルボン酸類、オキシアミノカルボン酸類、カルボ
ン酸やオキシカルボン酸類又はそれらの塩類、塩化アル
ミニウム類、石膏、少糖類、多価アルコール、食塩ある
いはリン酸化合物等が提示されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】耐火組成物のなかに硬
化促進剤を添加・混合する上記方法でも一定の効果は見
られるが、なお所望とする十分な硬化促進効果は得られ
なかった。このような事情に鑑み、本発明者等は比較的
低温域に於いても、水と混合して硬化せしむるときの硬
化時間が短くできる水硬性アルミナの製造方法を得るべ
く鋭意研究を重ねた結果、特定の硬化促進剤を水硬性ア
ルミナの特定の製造過程で添加存在せしめ、さらに処理
する場合には、上記課題を満足する水硬性アルミナが得
られることを見出し、本発明を完成するに至った。
【0005】
【課題を解決するための手段】すなわち本発明は、ギブ
サイトを瞬間仮焼し、次いで粉砕して、少なくとも部分
的に再水和性を有する遷移アルミナよりなる水硬性アル
ミナを製造する方法に於いて、前記粉砕前のギブサイト
または遷移アルミナ100重量部(Al2 3に換算し
て)に対してリチウム塩を0.05〜5重量部(Li2
Oに換算して)添加後、粉砕することを特徴とする、水
硬性アルミナの製造方法を提供するにある。
【0006】
【発明の実施の形態】以下、本発明方法を詳細に説明す
る。本発明において再水和性アルミナとは、100℃以
下で水と接触させると硬化性を呈するアルミナであり、
より具体的にはX線回折によりρアルミナおよびχアル
ミナを総量で少なくとも50%含有し、残部が他の遷移
アルミナあるいは無定形アルミナ等を含有した混合物の
パターンを示すアルミナを言う。
【0007】このような再水和性アルミナは、代表的に
はバイヤー法で得られるギブサイトを瞬間仮焼して得ら
れる。通常、原料としてのギブサイトは価格と入手の容
易性より中心粒径が約40〜約100μmのものが使用
される。ギブサイトの純度については異物を含まないも
のであれば特に制限はない。通常、Na2 O含有量は
0.02〜1重量%程度である。ギブサイトの瞬間仮焼
は公知の装置で行われる。公知条件では、瞬間仮焼は、
通常、接触する熱ガス温度約400℃〜1200℃、線
速度約5m/秒〜約50m/秒の気流中に同伴させて、
接触時間約0.1秒〜約10秒の条件で焼成することに
より実施される。仮焼管出口を通過したアルミナは、通
常サイクロン、バグフィルター、電気集塵機等公知の方
法で気流より分離、回収し、再水和性アルミナを得る。
通常、得られた再水和性アルミナは、その水硬性効果を
より発揮し易くするために、粉砕処理を行う。
【0008】本発明の実施に際しては、該粉砕処理前の
ギブサイト或いは遷移アルミナにリチウム塩を添加して
おくことを必須とする。リチウム塩としては、特に制限
されるものではないが、得られた水硬性アルミナを耐火
組成物の成形用バインダーとして用いた場合、焼成時に
腐食性あるいは環境に悪影響を与えないものが望まし
い。具体的な例としては、炭酸塩、酸化物、水酸化物、
アルミン酸塩等が使用できる。添加量はギブサイト或い
は遷移アルミナ100重量部(Al2 3 に換算)に対
し、リチウム塩(Li2 Oに換算)を約0.05〜約5
重量部、より好ましくは約0.5〜約4重量部の範囲で
使用される。リチウム塩の添加量が上記範囲未満の場合
には硬化時間の短縮効果が少なく、他方これより多いと
耐火組成物の焼成後の物性に望ましくない影響を与える
場合がある。
【0009】リチウム塩の添加は、水硬性アルミナの製
造工程のうち、粉砕工程の前であればいずれの工程であ
ってもよく、たとえばバイヤー工程等ではアルミン酸ソ
ーダ溶液からのギブサイト析出時やギブサイト濾過時に
添加する、或いは瞬間仮焼前の市販のギブサイトに添加
混合する、さらには瞬間仮焼後に得られた遷移アルミナ
に添加する等の方法が可能であるが,作業の容易性や効
果発現の点から瞬間仮焼後に添加する方法が推奨され
る。
【0010】リチウム塩を添加したギブサイト或いは瞬
間仮焼後の遷移アルミナは次いで粉砕処理を行う。粉砕
はボールミル、振動ミル等、公知の装置を用いればよ
い。粉砕はアルミナの中心粒径が約1〜20μm、好ま
しくは約1〜約15μmになるまで実施すればよい。中
心粒径が20μmを越える場合には、成形加工中に粒子
沈降を生じ、ハンドリングが困難であるばかりでなく、
成形体のバインダーとして十分な強度を発揮し得ない場
合がある。他方、中心粒径が上記未満の場合は、嵩密度
が低いためこれを含む耐火組成物の必要水混合量が大き
くなる。
【0011】以上の方法により得られた本発明の水硬性
アルミナは、それ自身単独で、あるいは他の骨材成分と
混合し耐火組成物となし、これに水を混合して硬化せし
むる時、従来の水硬性アルミナに比較して硬化時間を短
くできることが特長である。ここで硬化時間とは、たと
えば水と混合後流し込み成形する場合、水硬性アルミナ
単独あるいは水硬性アルミナをバインダーとする耐火組
成物を流し込んだ後、脱枠が可能になる時間を示してい
る。通常の耐火組成物を流し込み成形する場合、硬化時
間は数時間〜数十時間であり、施工が冬季室外等の低温
域で行う場合には、通常の水硬性アルミナはこの時間の
上限になってしまい、著しく施工の能率が落ち、極端な
場合には硬化に至らないことがあるが、本発明方法によ
りえらた水硬性アルミナの硬化時間は雰囲気温度、適用
する量、骨材添加の有無にもよるが、通常10分〜24
時間である。
【0012】本発明方法で得た少なくとも部分的に再水
和可能なアルミナよりなる水硬性アルミナの上記以外の
物性は、灼熱原料が4〜15%、BET比表面積が10
0〜300m2 /g、窒素吸着法細孔容積は0.1〜
0.3cm3 /g、嵩密度は重装時に0.8〜1.3g
/cm3 である。
【0013】本発明の水硬性アルミナは単独でアルミナ
成形体原料やコーティング原料とすることもできる。ま
た、公知の骨材成分と混合し、耐火物、触媒担体、各種
薬品の担体、吸着剤、無機膜、吸着ボード、断熱材その
他の成形体のバインダーとして利用できる。このように
骨材成分と混合されたものを、本発明では耐火組成物等
と称する場合がある。本発明の水硬性アルミナが適用で
きる骨材の例としては、α−アルミナ、再水和性を有し
ない遷移アルミナ、ムライト、シリカ、珪藻土、シリカ
とアルミナが共存する混合物、ガラスまたは複合酸化
物、天然ゼオライト、合成ゼオライト、シャモット,水
酸化アルミニウム、粘土、タルク、ベントナイト、ゼオ
ライト、コージェライト、チタニア、ジルコンサンド、
ジルコニア、炭化珪素、クロミア、マグネシア等があ
り、また骨材の形状としては、粉状、塊状、発泡体、繊
維状等が利用できる。耐火組成物等として使用される場
合、骨材成分のほか、成形性あるいは多孔性を改良する
目的の有機物を添加することもできる。耐火組成物等中
に占める水硬性アルミナは通常1重量%以上、好ましく
は3重量%以上の範囲で使用される。
【0014】本発明の水硬性アルミナを耐火組成物等と
なしたものは、水と混合し公知の方法で成形できる。水
硬性アルミナがその効果を発揮するためには、水の存在
が不可欠である。水の量は、混合する他の成分等により
異なるが、水硬性アルミナ100重量部あたり約20〜
200重量部が必要である。本発明の水硬性アルミナ
は、比較的低温度雰囲気でも早硬性を発揮する冬季使用
にも適したものであり、水温および気温が約5℃以上
で、成形中の水の蒸発が実質上無視できる温度以下で使
用可能である。硬化速度あるいは硬化後の強度を制御す
る目的で成形体を水が実質的に蒸発しないような条件で
加熱あるいは冷却することも可能である。
【0015】本発明の水硬性アルミナは、このような広
い利用が考えられるが、いずれの場合においても熟成が
必要である。熟成は成形後の成形体を、水が存在する条
件で静置することにより達成される。水が特に蒸発しや
すい条件においては、シートをかぶせる等の処置が必要
である。熟成時間は、熟成温度により異なるが、約1分
〜168時間、普通には1時間〜72時間である。この
時間内に水硬性アルミナは硬化し、成形体に強度を賦与
する。
【0016】
【発明の効果】以上詳述した本発明の方法によれば、硬
化時間が短い水硬性アルミナが、廉価に得られ、その産
業的効果は頗る大である。
【0017】
【実施例】以下、本発明方法を実施例により、さらに詳
細に説明するが、本発明方法はかかる実施例により制限
されるものではない。なお、本文中において示した物性
値は次の測定法によった。 硬化時間;水硬性アルミナ100gと純水150gを混
合し、ジャーに投入した後、JIS−R5201による
針入度が1.3cmになる時間を測定した(使用機器は
丸菱化学機械製作所製、1.5mm針、荷重208gで
ある)。 中心粒径;日機装マイクロトラックMK−II型で測定し
た.
【0018】実施例1 バイヤー工程で得られた中心粒径42μのギブサイトを
約700℃の熱ガス気流中に投入し瞬間仮焼した。得ら
れた瞬間仮焼品の灼熱原料は6.2%であった。次いで
瞬間仮焼品285gと和光純薬製炭酸リチウム15g
(Al2 3 100重量部に対しLi2 O換算で2.1
重量部)を混合後、ボールミルで2時間粉砕した。得ら
れた水硬性アルミナは結晶形が炭酸リチウム(Zabu
elite)を含有するχ,ρで表される再水和性アル
ミナであり、中心粒径が9.9μmで、BET表面積が
247m2 /gであった。このアルミナの硬化時間は6
8分であった。
【0019】比較例1 炭酸リチウムを添加すること以外は、実施例1と同じ操
作で水硬性アルミナを得た。得られた水硬性アルミナは
結晶形がχ,ρで表される再水和性アルミナであり、中
心粒径が9.5μmでBET表面積が255m2 /gで
あった。このアルミナの硬化時間は94分であった。
【0020】比較例2 比較例1の再水和性アルミナ95gに和光純薬製炭酸リ
チウム5g(Al2 3 100重量部に対しLi2 O換
算で2.1重量部)を添加・混合し水硬性アルミナを得
た。得られた製品の結晶形は炭酸リチウム(Zabue
lite)を含有するχ,ρで表される再水和性アルミ
ナであり、中心粒径が9.5μmで、BET表面積が2
41m2 /gであった。このアルミナの硬化時間は92
分であった。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平9−188553(JP,A) 特開 昭64−3008(JP,A) 特開 平2−263718(JP,A) 特開 平6−144831(JP,A) 特開 平6−171931(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C01F 7/00 - 7/76 C04B 12/00,35/66

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ギブサイトを瞬間仮焼し、次いで粉砕し
    て、少なくとも部分的に再水和性を有する遷移アルミナ
    よりなる水硬性アルミナを製造する方法に於いて、前記
    粉砕前のギブサイトまたは遷移アルミナ100重量部
    (Al2 3 に換算して)に対してリチウム塩を0.0
    5〜5重量部(Li2 Oに換算して)添加後、粉砕する
    ことを特徴とする水硬性アルミナの製造方法。
  2. 【請求項2】 粉砕前のギブサイトまたは遷移アルミナ
    の中心粒径が40〜100μmであり、粉砕後のこれら
    の中心粒径が1〜20μであることを特徴とする請求項
    1記載の水硬性アルミナの製造方法。
  3. 【請求項3】 粉砕処理がボールミル或いは振動ミルの
    いずれかで行うことを特徴とする請求項1または2記載
    の水硬性アルミナの製造方法。
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