JP3456662B2 - Method for producing tobermorite - Google Patents

Method for producing tobermorite

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JP3456662B2
JP3456662B2 JP16545793A JP16545793A JP3456662B2 JP 3456662 B2 JP3456662 B2 JP 3456662B2 JP 16545793 A JP16545793 A JP 16545793A JP 16545793 A JP16545793 A JP 16545793A JP 3456662 B2 JP3456662 B2 JP 3456662B2
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藤 裕 喜 佐
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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、断熱材料、プラスチッ
ク用フィラー、触媒の担体、建築材料等に使用される高
結晶性の珪酸カルシウム水和物のトバモライトを極めて
短時間のオートクレーブで製造する方法に関するもので
ある。 【0002】 【従来の技術】従来トバモライト(Ca(Si
16(OH) )・2HO)は、一般的に、石英、
珪石等の溶解性の低い、結晶質珪酸原料と石灰を原料
に、180℃、10気圧のオートクレーブ反応により合
成される。この反応は、オートクレーブ反応初期に珪酸
質原料より溶出する珪酸イオンと石灰質原料より溶出す
るカルシウムイオンが反応して非晶質様の中間生成物で
あるCaO−SiO−HOゲル(以下C−S−Hゲ
ルと称す)を生成し、さらにオートクレーブ反応によ
り、このC−S−Hゲルがトバモライト結晶化する。 【0003】この方法は溶解性の低い原料を使用するた
め、トバモライト結晶を得るために、約180℃、10
気圧の高温高圧下で10〜15時間と長時間を要してい
る。 【0004】一方珪酸原料に溶解性の高い非晶質珪酸原
料を用いた場合は、オートクレーブ中での珪酸原料の溶
解は早く、溶解速度の遅い結晶性珪酸原料を用いた場合
より早くC−S−Hゲルが生成するが、C−S−Hゲル
が生成するのみで、その後の反応が進行せず高結晶性の
トバモライトは生成しにくく、反応時間はかえって長く
かかり、場合によってはトバモライト結晶は得られな
い。(セメント技術年報82 昭45) 【0005】この問題を解決するために、非晶質珪酸原
料と石灰質原料にアルミニウム化合物を添加してオート
クレーブを行う方法が提案されている。アルミニウム化
合物を添加しない場合と比較すると、アルミニウム化合
物が結晶生成反応を促進して、トバモライト結晶を生成
する。しかし、中間生成物であるC−S−Hゲルの無い
高結晶性トバモライトを得るためには10時間と長時間
を要している。(セメント技術年報 35 昭46)した
がって、結晶質の珪酸原料をもちいた場合と比較して大
幅な時間短縮には成らない。 【0006】トバモライト結晶構造中のシリカチェーン
のSi原子の一部をアルミニウム(Al)原子により同
形置換し、この置換によって生じた電荷を補償するため
に、層間のCaの一部をKまたはNaが置換したアルミ
ニウム置換トバモライトの合成も報告されている。この
アルミニウム置換トバモライトは、石灰質原料と珪酸原
料にアルミニウム化合物、アルカリ化合物を添加して、
直接、オートクレーブ養生を行い、合成する方法が提案
されているが結晶性トバモライトを得るのに長時間を要
している(J.Am.Ceram.Soc.74 〔2 〕274-79(1991)、セ
メント技術年報38 昭62) 。 【0007】また、石灰質原料と非晶質珪酸原料にアル
ミニウム成分をその組成中に含む高炉スラグとアルカリ
金属の水酸化物を添加して、オートクレーブ反応によら
ず、100℃以下の常圧下でトバモライト結晶を製造す
る方法(特開平4ー139017号公報)が発明されて
いるが、この方法ではトバモライト結晶を得るのに15
時間〜45時間と反応に時間がかかり、X線回折のチャ
ートから判断してその結晶性はあまり高くない。 【0008】現在、高結晶のトバモライトを短時間で生
成する唯一の報告として、石灰質原料と特殊なゼオライ
トであるクリノブチライトを珪酸質、アルミニウム、ア
ルカリ源とした反応例が報告されている(Mineralogical
Journal vol.6 No.3 1970)。クリノブチロライトは、
アルカリとアルミを含む低い結晶性のゼオライトであ
る。その特異な構造が高い反応性を示すと考えられ、他
のゼオライトではハイドロガーネットが生成するのに対
して、クリノブチロライトを用いた場合は、ハイドロガ
ーネットが生成せず、トバモライト結晶が生成すると報
告している。この方法による場合、特殊な原料であるク
リノブチロライトを主要原料とせねばならず、汎用性が
あり安価に入手可能な非晶質珪酸原料を主原料とするこ
とが出来ない。 【0009】 【発明が解決しようとする課題】したがって、従来技術
では溶解速度の早い非晶質珪酸原料を用いると逆にトバ
モライト結晶の生成は極めて遅くなり、トバモライトを
合成するためには、あえて、溶解速度の遅い結晶質珪酸
原料を用いなければならなかった。また、非晶質珪酸原
料にアルミ化合物を添加して反応を促進しても、トバモ
ライト結晶生成する時間は溶解速度の遅い結晶質珪酸原
料を用いた場合と同じ程度までしか向上せず、特殊な原
料を用いる以外にトバモライト結晶を短時間で得る方法
はないという欠点があった。珪酸カルシウム建材を生産
するプロセスにおいて、その生産性をさらに向上させる
ことが切望されており、そのためには汎用性のある安価
な原料を用いてトバモライト結晶をより短い時間で生成
させるという課題があった。【0010】 【課題を解決するための手段】本発明は、石灰質原料と
非晶質珪酸原料にアルミニウム化合物とアルカリ金属
酸化物とを共存させ、100℃以下の一次反応と100
℃以上のオートクレーブとによる二次反応を組み合わせ
ることにより、極めて短時間でトバモライトを得ること
が出来るとの知見を得て、本発明を完成させるに至っ
た。即ち、本発明者らは、トバモライト結晶の生成機構
を詳細に検討し、従来の水熱反応条件(たとえば180
℃飽和蒸気圧雰囲気)では、結晶質珪酸原料を用いた場
合には、反応中間生成物であるC−S−Hゲルからはト
バモライト結晶化反応が起こりやすく、非晶質珪酸原料
を用いた場合にはC−S−Hゲルからはトバモライト結
晶化反応が起こりにくいことに着目した。すなわち、反
応中間生成物であるC−S−HゲルはX線回折によるバ
ルク構造解析からは、同様の回折パターンを与えるもの
の、それぞれの原料を用いた場合に生成する中間生成物
であるC−S−Hゲルのミクロ構造が異なると推定し
た。そこで、種々の方法によりC−S−Hゲルを合成
し、トバモライト結晶への反応性を検討した。その結
果、非晶質珪酸原料にアルミニウム化合物とアルカリ金
水酸化物を共存させ、100℃以下の温度で石灰質原
料と予め反応させてる一次反応によって得られるアル
ミ、アルカリを含有したC−S−Hゲルを得て、ついで
100℃以上の温度をオートクレーブにより二次反応さ
せることにより、極めて短時間でもトバモライトを得ら
れることができることを発見したのである。【0011】 すなわち、本発明は石灰質原料と非晶質珪
酸原料を水熱反応させる珪酸カルシウム水和物の製造法
において、該石灰質原料と非晶質珪酸原料に対して含ア
ルミニウム化合物Al/Si+Alモル比で0.01
〜0.2、アルカリ金属水酸化物をR/Alモル比で
0.01〜10となるように添加し、100℃以下で3
0分〜8時間反応させ、さらに、100℃以上のオート
クレーブによる二次反応を行うことにより、30分〜6
時間程度のきわめて短時間でトバモライトを製造する製
造方法である。本来、トバモライトは130℃から18
0℃で安定な珪酸カルシウム水和物であるが、100℃
以下の反応で生成した。きわめてトバモライトに結晶化
しやすい構造をもったアルミ、アルカリ含有C−S−H
ゲルを、この安定領域に投入すること、つまり、その後
の100℃以上のオートクレーブによる水熱反応を行う
ことによりきわめて短時間でトバモライトを製造するこ
とができる。【0012】 本発明に使用する石灰質原料はセメント、
石灰等一般に珪酸カルシウム水和物を合成するのに使用
されている石灰質原料が使用できる。また、非晶質珪酸
原料は珪酸、シリカフューム、フライアッシュ、コロイ
ダルシリカ、ケイソウ土、シラス、黒曜石、その他ポゾ
ラン物質が使用可能である。【0013】 含アルミニウム化合物としては、水酸化ア
ルミ、酸化アルミ、硫酸アルミ、塩化アルミ等のアルミ
ニウム化合物及び金属アルミニウム、ボーキサイト、ベ
ーマイト、ダイアスボア、セメント粘土、などのアルミ
ニウムを10%以上含有する天然鉱物、シリカフュー
ム、フライアッシュ、高炉スラグの様なアルミニウムを
10%以上含有する産業副産物等を単独で、あるいはこ
れらを組み合わせて用いることができる。アルカリ金属
水酸化物としては、水酸化リチウム、水酸化ナトリウ
ム、水酸化カリウム、水酸化ルビジウム、水酸化セシウ
ムのアルカリ金属水酸化物を原理的に用いることができ
るが、アルカリ金属水酸化物を用いる場合は経済性の観
点から、水酸化リチウム、水酸化ナトリウム、水酸化カ
リウムが望ましい。アルカリ金属水酸化物以外でも、容
易に溶解して塩基性水溶液となるアルカリ含有物質であ
れば原理的に使用可能である。また、場合によってはア
ルミン酸ナトリウム等のアルミ、アルカリ化合物も使用
可能である。また、過剰に用いたアルカリ金属水酸化物
は、反応後トバモライト結晶と分離回収し、再度使用す
ることも可能である。これらは、それぞれ単独で用いる
こともできるが、経済性を考慮して、組み合わせて用い
ることもできる。【0014】 含アルミ化合物は、Al/Si+Alモル
比が0.01〜0.20、好ましくは0.01〜0.1
6となるようにする。0.01以下では本発明の効果は
発揮されず、0.20以上ではハイドロガーネット等の
副生成物が生成しトバモライトの生成を抑制する。ま
た、アルカリ金属水酸化物はR/Alモル比で0.01
〜10、好ましくは0.1〜3.0とする。ここでR
は、Li、Na、K、Rb、Csのアルカリ金属を指
す。0.01以下では本発明の効果は発揮されず、10
以上では促進効果が見られない。水/固形分比(W/
S)は成形体を得ようとする場合は、20以下、さらに
好ましくは10以下が望ましいが、トバモライト結晶の
スラリーを所望の場合はこの範囲に限定されるものでは
ない。 【0015】上記原料をまず100℃以下で、好ましく
は60〜90℃で加熱することによって加えた原料を反
応させ、アルミ、アルカリを含んだCaO−SiO
Oゲル(C−S−Hゲル)が生成するまで行う。通
常、100℃以下で30分から8時間でアルミ、アルカ
リを含んだC−S−Hゲルが生成する。反応装置は特に
限定されるものではなく、ヒーターや熱媒で加熱し、所
望の温度をコントロールできる装置ならばよく、容器内
は相対湿度65%以上を保つことが望ましい。また、反
応原料の形態は水/固形分比(W/S)によってスラリ
ー状、固形物状いずれの状態でもよく、スラリーの場合
は撹拌をおこなっても、行わなくても良いが、反応を促
進する意味で撹拌を行うことが望ましい。 【0016】このアルミ、アルカリを含んだC−S−H
ゲルをオートクレーブを用いて、100℃以上の飽和水
蒸気圧下で水熱反応を行う。オートクレーブ反応の温
度、圧力の条件にもよるが30分から6時間の養生時間
でトバモライトを得ることができる。例えば180℃1
0気圧でオートクレーブ養生を行った場合、約30分か
ら2時間ときわめて短時間で高結晶性のトバモライトを
得ることができる。水熱反応は、100〜250℃の飽
和水蒸気が存在する条件であれば原理的に実施すること
ができる。反応時間短縮と経済性の観点から好ましく
は、高温側の180℃付近が適切な温度であるがこれに
限定されるものではない。 【0017】反応は100〜250℃の飽和水蒸気雰囲
気を形成できれば特定の反応器に限定されるものではな
い。例えば、加熱する方法に関しては、外部からヒータ
ー、あるいはオイルなどの熱媒で加熱する方法、蒸気を
吹き込む方法、または、高周波発生装置などによって加
熱して水熱反応を行うことができる。前記の100℃以
下の反応及びオートクレーブによる反応に要する時間
は、原料の組成等により異なるが概ね100℃以下の反
応時間が長い程、オートクレーブ反応に要する時間は短
くて済むといえる。【0018】 【作用】本発明に於いては、上述の如く、石灰質原料と
非晶質珪酸原料の主原料にアルミニウム化合物とアルカ
リ金属水酸化物とを添加し、100℃以下の温度で一次
反応を行ってアルミニウム及びアルカリを含有したCa
O−SiO−HOゲルを生成させた後で、さらに1
00℃以上のオートクレーブで二次反応を行うので、3
0分〜6時間の極めて短時間でトバモライトを製造する
ことが出来る。 【0019】 【実施例】本発明に係るトバモライトの製造方法の具体
的実施例を説明すると次の通りである。本実施例におい
てトバモライト結晶性を確認するために、X線回折法
(以下XRDと称す)の2θ(Cukα)=7.8、1
5.9、28.7、29.9、31.6の各ピークのバ
ックグラウンドを除去し、スムージングを行った後に強
度を積算し比較した。測定条件は、測定角度5〜45度
(2θ)、ステップサンプリング0.02/度、スキャ
ンスピード2度/min、電圧30kv、電流15m
A、測定ポイントはCPSであった。【0020】 【実施例1】石灰質原料として水酸化カルシウム、非晶
質珪酸原料として珪酸と含アルミニウム化合物として水
酸化アルミニウムを、アルカリ金属水酸化物として水酸
化リチウムを表1に示した組成になるように配合し、水
250重量部を加えて撹拌した混合物を80℃で6時間
保持して反応させた。続いて、前記反応によって得られ
たものを180℃、10気圧の高温高圧条件下のオート
クレーブで30分反応させた。これを室温の水で急速冷
却した。次に、合成物をマイクロボンベより取り出し、
真空乾燥機で60℃の温度で一昼夜かけて乾燥させた。
こうして得られた合成物をXRDで測定して結果、トバ
モライト結晶であることがわかった。得られたトバモラ
イト結晶の回折線強度和は2251cpsであり、結晶
性は極めて高いことがわかった。XRD測定で得られた
回折図形を図1に示した。【0021】 【実施例2及び3】表1に示す重量組成比で、アルカリ
金属水酸化物として水酸化ナトリウムならびに水酸化カ
リウムを用いた他は実施例1と同様な処理を行い合成物
を得た。得られた合成物の回折線強度和は2146cp
sならびに2189cpsであった。 【0022】 【実施例4及び5】表1および2に示す重量組成比でA
l/(Si+Al)モル比を0.06ならびに0.03
とした他は実施例1と同様な処理をおこない、合成物を
得た。得られた合成物の回折線強度和は2096cps
ならびに1983cpsであった。 【0023】 【実施例6及び7】表2に示す重量組成比で、Li/A
lモル比を0.8ならびに3.0とした他は実施例1と
同様な処理をおこない、合成物を得た。得られた合成物
の回折線強度和は2001cpsならびに2177cp
sであった。 【0024】 【実施例8及び9】表3に示す重量組成比で、アルミニ
ウム化合物としてベーマイトならびに酸化アルミニウム
を用いた他は実施例1と同様な処理をおこない、合成物
を得た。得られた合成物の回折線強度和は2305cp
sならびに2145cpsであった。【0025】 【実施例10】表3に示す重量組成比で、非晶質珪酸原
料としてシリカヒューム、アルカリ金属水酸化物として
水酸化ナトリウム、アルミニウム化合物として金属アル
ミニウム粉末を用いた他は実施例1と同様な処理をおこ
ない、合成物を得た。得られた合成物の回折線強度和は
1980cpsであった。 【0026】 【実施例11】表3に示す重量組成比で、比晶質珪酸原
料としてコロイダルシリカを用いた他は実施例1と同様
な処理をおこない、合成物を得た。得られた合成物の回
折線強度和は2026cpsであった。 【0027】 【実施例12】表4に示す重量組成比で、非晶質珪酸原
料としてフライアッシュを用いた他は実施例1と同様な
処理をおこない、合成物を得た。得られた合成物の回折
線強度和は2242cpsであった。 【0028】 【実施例13】表4に示す重量組成比で、100℃以下
の反応を60℃で12時間おこなった他は実施例1と同
様な処理をおこない、合成物を得た。得られた合成物の
回折線強度和は2356cpsであった。 【0029】 【実施例14】表4に示す重量組成比で、100℃以下
の反応を90℃で3時間おこなった他は実施例1と同様
な処理をおこない、合成物を得た。得られた合成物の回
折線強度和は2437cpsであった。【0030】 【比較例1】表5に示す重量組成比で、アルカリ金属
酸化物として水酸化カリウムを用い、原料を混合した後
に100℃以下の反応を行わず直接マイクロボンベを1
80℃に加熱しオートクレーブ反応をおこなった他は実
施例1と同様な処理をおこない、合成物を得た。得られ
た合成物の回折線強度和は1390cpsであった。【0031】 【比較例2】表5に示す重量組成比で、アルカリ金属
酸化物として水酸化ナトリウムを用い、原料を混合した
後に100℃で120時間反応をおこない、180℃で
のオートクレーブ反応を行わない他は実施例1と同様な
処理をおこない、合成物を得た。得られた合成物の回折
線強度和は558cpsであった。【0032】 【比較例3】表5に示す重量組成比で、アルカリ金属
酸化物を添加しないことの他は実施例1と同様な処理を
おこない、合成物を得た。得られた合成物の回折線強度
和は998cpsであった。表1〜5に示したごとく非
晶質珪酸質原料と石灰質原料を主成分としたトバモライ
トの製造方法に於いて、含アルミニウム化合物とアルカ
リ金属水酸化物を原料に添加して100℃以下で反応を
行った後、オートクレーブ反応をおこなった試料は、き
わめて短いオートクレーブ時間で結晶性の良いトバモラ
イトを得ることができる。
(以下余白) 【0033】 【表1】【0034】 【表2】【0035】 【表3】【0036】 【表4】【0037】 【表5】 【0038】 【発明の効果】本発明に係るトバモライトの製造方法
は、上述の如く、珪酸質原料が非晶質のものを使用し、
含アルミニウム化合物とアルカリ金属水酸化物とを原料
に添加して100℃以下で反応を行った後で、オートク
レーブ反応を行うので、きわめて短時間で高品質なトバ
モライトを製造することが出来る。更に、このように本
発明を実施することによって、きわめて短時間でトバモ
ライトを製造出来るので、トバモライトを主要構成成分
とする軽量気泡コンクリート(ALC)等の珪酸カルシ
ウム建材を短時間に効率良く大量生産することが出来る
等の特徴を有するものである。
Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to tobermorite, a highly crystalline calcium silicate hydrate used for heat insulating materials, plastic fillers, catalyst carriers, building materials and the like. For a very short time in an autoclave. [0002] Conventional tobermorite (Ca 5 (Si 6 O
16 (OH) 4) · 2H 2 O) is generally quartz,
It is synthesized by an autoclave reaction at 180 ° C. and 10 atm from a crystalline silicic acid raw material and lime having low solubility such as silica stone. This reaction, by the reaction of calcium ions eluted from the silicic acid ion and calcareous material eluted from the siliceous material in the autoclave initial reaction which is an intermediate product of amorphous-like CaO-SiO 2 -H 2 O Gel (hereinafter C -SH gel), and the CSH gel is crystallized by the autoclave reaction. [0003] In this method, a raw material having low solubility is used.
It takes a long time of 10 to 15 hours under high pressure and high pressure. On the other hand, when an amorphous silicic acid raw material having high solubility is used as a silicic acid raw material, the dissolution of the silicic acid raw material in the autoclave is fast, and the C-S-C is faster than when a crystalline silicic acid raw material having a slow dissolution rate is used. -H gel is generated, but only the CSH gel is generated, the subsequent reaction does not proceed, and high-crystalline tobermorite is hardly generated, and the reaction time is rather long. I can't get it. [0005] In order to solve this problem, there has been proposed a method of adding an aluminum compound to an amorphous silicic acid raw material and a calcareous raw material and performing autoclave. As compared with the case where the aluminum compound is not added, the aluminum compound promotes the crystal formation reaction and generates tobermorite crystals. However, it takes as long as 10 hours to obtain a highly crystalline tobermorite without CSH gel which is an intermediate product. (Annual Report of the Cement Technology 35, Showa 46) Therefore, the time is not significantly reduced as compared with the case where a crystalline silica raw material is used. A part of the Si atoms in the silica chain in the tobermorite crystal structure is isomorphously substituted by aluminum (Al) atoms, and in order to compensate for the charge generated by this substitution, part of Ca between the layers is replaced by K or Na. The synthesis of substituted aluminum-substituted tobermorites has also been reported. This aluminum-substituted tobermorite is obtained by adding an aluminum compound and an alkali compound to a calcareous raw material and a silicic acid raw material,
Direct autoclave curing and synthesis methods have been proposed, but it takes a long time to obtain crystalline tobermorite (J. Am. Ceram. Soc. 74 [2] 274-79 (1991), Annual Report on Cement Technology 38 (Showa 62). Further, a blast furnace slag containing an aluminum component in its composition and a hydroxide of an alkali metal are added to a calcareous raw material and an amorphous silicic acid raw material, so that tobermorite can be obtained under normal pressure of 100 ° C. or less regardless of autoclave reaction. A method for producing crystals (Japanese Patent Application Laid-Open No. 4-139017) has been invented.
The reaction takes a long time, that is, from 45 hours to 45 hours, and its crystallinity is not so high as judged from the X-ray diffraction chart. At present, as the only report for producing high-crystal tobermorite in a short time, there has been reported a reaction example using a calcareous raw material and a special zeolite, clinobutyrite, as a source of siliceous, aluminum and alkali (Mineralogical).
Journal vol.6 No.3 1970). Clinobutyrolite is
Low crystalline zeolite containing alkali and aluminum. It is thought that the unique structure shows high reactivity, whereas hydrogarnet is generated in other zeolites, whereas when using clinobutyrolite, hydrogarnet is not generated and tobermorite crystals are generated. Reporting. In this method, a special raw material, clinbutyrolite, must be used as a main raw material, and a versatile and inexpensively available amorphous silicic acid raw material cannot be used as a main raw material. Therefore, in the prior art, when an amorphous silicic acid raw material having a high dissolution rate is used, the generation of tobermorite crystals becomes extremely slow. A crystalline silica material having a slow dissolution rate had to be used. In addition, even if the reaction is promoted by adding an aluminum compound to the amorphous silicic acid raw material, the time for tobermorite crystal formation is improved only to the same extent as when a crystalline silicic acid raw material having a slow dissolution rate is used. There is a disadvantage that there is no method for obtaining tobermorite crystals in a short time other than using raw materials. In the process of producing calcium silicate building materials, there is an urgent need to further improve the productivity, and for that purpose, there was a problem that tobermorite crystals were produced in a shorter time using versatile and inexpensive raw materials. . [0010] The present invention relates to a calcareous raw material and an amorphous silicic acid raw material, an aluminum compound and an alkali metal water.
Oxide and co-existence, primary reaction below 100 ° C and 100
The inventors have found that by combining a secondary reaction with an autoclave at a temperature of not less than ° C, tobermorite can be obtained in an extremely short time, and have completed the present invention. That is, the present inventors have studied in detail the formation mechanism of tobermorite crystals, and have studied the conventional hydrothermal reaction conditions (for example, 180
In the case of using a crystalline silicic acid raw material, a tobermorite crystallization reaction easily occurs from a CSH gel which is an intermediate product of the reaction, and an amorphous silicic acid raw material is used. Focused on that the tobermorite crystallization reaction hardly occurs from the CSH gel. That is, the C-S-H gel, which is a reaction intermediate product, gives the same diffraction pattern from the bulk structure analysis by X-ray diffraction, but the C-H gel, which is an intermediate product generated when each raw material is used, It was assumed that the microstructure of the SH gel was different. Therefore, C—S—H gels were synthesized by various methods, and the reactivity to tobermorite crystals was examined. As a result, C-S-H containing aluminum and alkali obtained by a primary reaction in which an aluminum compound and an alkali metal hydroxide coexist in an amorphous silicic acid raw material and are preliminarily reacted with a calcareous raw material at a temperature of 100 ° C. or less. It has been found that tobermorite can be obtained in a very short time by obtaining a gel and then performing a secondary reaction at a temperature of 100 ° C. or higher by an autoclave. [0011] Namely, the present invention is in the preparation of calcium silicate hydrate to hydrothermal reaction of calcareous material and the amorphous silicic acid starting material, the aluminum-containing compound to a該石ash feedstock and the amorphous silicate material Al / Si + Al 0.01 in molar ratio
To 0.2 and an alkali metal hydroxide in an R / Al molar ratio of 0.01 to 10;
The reaction is carried out for 0 minute to 8 hours, and a secondary reaction is carried out in an autoclave at a temperature of 100 ° C. or more, whereby 30 minutes to 6 hours.
This is a production method for producing tobermorite in a very short time, such as about an hour. Originally, tobermorite is 18
Although calcium silicate hydrate is stable at 0 ° C,
Produced by the following reaction. Aluminum and alkali-containing CSH with a structure that is extremely easy to crystallize into tobermorite
The tobermorite can be produced in a very short time by introducing the gel into this stable region, that is, by performing a hydrothermal reaction in an autoclave at 100 ° C. or higher thereafter. The calcareous raw material used in the present invention is cement,
A calcareous material generally used for synthesizing calcium silicate hydrate such as lime can be used. As the amorphous silicic acid raw material, silicic acid, silica fume, fly ash, colloidal silica, diatomaceous earth, shirasu, obsidian, and other pozzolanic substances can be used. [0013] As the aluminum-containing compounds, aluminum hydroxide, aluminum oxide, aluminum sulfate, aluminum compounds aluminum chloride and metallic aluminum, bauxite, boehmite, Daiasuboa natural mineral containing cement clay, aluminum, such as 10% or more, Industrial by-products containing 10% or more of aluminum, such as silica fume, fly ash, and blast furnace slag, can be used alone or in combination. Alkali metal
As the hydroxide , lithium hydroxide, sodium hydroxide, potassium hydroxide, rubidium hydroxide, alkali metal hydroxide of cesium hydroxide can be used in principle, but when using an alkali metal hydroxide From the viewpoint of economy, lithium hydroxide, sodium hydroxide, and potassium hydroxide are desirable. In addition to alkali metal hydroxides, any alkali-containing substance that easily dissolves into a basic aqueous solution can be used in principle. In some cases, an aluminum or alkali compound such as sodium aluminate can be used. Further, the alkali metal hydroxide used in excess can be separated and recovered from the tobermorite crystals after the reaction, and used again. These can be used alone or in combination in consideration of economy. The aluminum-containing compound has an Al / Si + Al molar ratio of 0.01 to 0.20, preferably 0.01 to 0.1.
So that it becomes 6. When the content is 0.01 or less, the effect of the present invention is not exhibited. When the content is 0.20 or more, by-products such as hydrogarnet are generated, and the generation of tobermorite is suppressed. The alkali metal hydroxide has an R / Al molar ratio of 0.01.
To 10, preferably 0.1 to 3.0. Where R
Represents an alkali metal of Li, Na, K, Rb, and Cs. If it is 0.01 or less, the effect of the present invention is not exhibited, and 10
No promotion effect is seen above. Water / solids ratio (W /
S) is desirably 20 or less, more desirably 10 or less when a molded article is to be obtained, but is not limited to this range when a slurry of tobermorite crystals is desired. The raw material is first heated at a temperature of 100 ° C. or lower, preferably 60 to 90 ° C., and the added raw material is reacted to obtain a CaO—SiO 2 — containing aluminum and alkali.
This is performed until an H 2 O gel (CSH gel) is generated. Usually, a CSH gel containing aluminum and alkali is formed at 100 ° C. or lower for 30 minutes to 8 hours. The reaction apparatus is not particularly limited, and may be any apparatus capable of controlling a desired temperature by heating with a heater or a heat medium, and it is desirable that the relative humidity in the container is maintained at 65% or more. The form of the reaction raw material may be either a slurry state or a solid state depending on the water / solid content ratio (W / S). In the case of a slurry, stirring may or may not be performed. Therefore, it is desirable to perform stirring. This CSH containing aluminum and alkali
The gel is subjected to a hydrothermal reaction using an autoclave under a saturated steam pressure of 100 ° C. or higher. Tobermorite can be obtained in a curing time of 30 minutes to 6 hours, depending on the temperature and pressure conditions of the autoclave reaction. For example, 180 ° C1
When autoclaving at 0 atm, highly crystalline tobermorite can be obtained in a very short time of about 30 minutes to 2 hours. The hydrothermal reaction can be performed in principle under conditions where saturated steam at 100 to 250 ° C is present. From the viewpoint of shortening the reaction time and economy, preferably, the temperature around 180 ° C. on the high temperature side is an appropriate temperature, but the temperature is not limited to this. The reaction is not limited to a specific reactor as long as a saturated steam atmosphere at 100 to 250 ° C. can be formed. For example, regarding the heating method, a method of externally heating with a heater or a heat medium such as oil, a method of blowing steam, or a method of performing a hydrothermal reaction by heating with a high frequency generator or the like can be used. The time required for the reaction at 100 ° C. or lower and the reaction in the autoclave vary depending on the composition of the raw materials, but it can be said that the longer the reaction time at 100 ° C. or lower, the shorter the time required for the autoclave reaction. In the present invention, as described above, an aluminum compound and an alkali metal hydroxide are added to the main raw materials of the calcareous raw material and the amorphous silicic acid raw material, and the primary reaction is performed at a temperature of 100 ° C. or less. And Ca containing aluminum and alkali
After generating the O—SiO 2 —H 2 O gel, one more
Since the secondary reaction is performed in an autoclave at 00 ° C or higher, 3
Tobermorite can be produced in a very short time of 0 minutes to 6 hours. EXAMPLE A specific example of the method for producing tobermorite according to the present invention will be described below. In this example, in order to confirm tobermorite crystallinity, 2θ (Cukα) = 7.8, 1 in X-ray diffraction method (hereinafter referred to as XRD).
The background of each peak of 5.9, 28.7, 29.9, and 31.6 was removed, and after performing smoothing, the intensities were integrated and compared. The measurement conditions are: measurement angle 5 to 45 degrees (2θ), step sampling 0.02 / degree, scan speed 2 degrees / min, voltage 30 kv, current 15 m
A, The measurement point was CPS. [0020] [Example 1] Calcium hydroxide as calcareous material, silicate and aluminum hydroxide as aluminum-containing compound as an amorphous silicic acid starting material, the composition shown in Table 1 of lithium hydroxide as the alkali metal hydroxide The mixture was mixed as above, 250 parts by weight of water was added, and the mixture was stirred and kept at 80 ° C. for 6 hours to be reacted. Subsequently, the product obtained by the above reaction was reacted in an autoclave under high-temperature and high-pressure conditions of 180 ° C. and 10 atm for 30 minutes. This was rapidly cooled with room temperature water. Next, take out the composite from the micro cylinder,
It was dried at 60 ° C. overnight in a vacuum dryer.
As a result of measuring the synthesized product by XRD, it was found that the product was tobermorite crystals. The sum of diffraction line intensities of the obtained tobermorite crystals was 2251 cps, and it was found that the crystallinity was extremely high. The diffraction pattern obtained by the XRD measurement is shown in FIG. [0021] In Example 2 and 3 TABLE weight composition ratio shown in 1, to give a compound subjected to other similar processes as in Example 1 with sodium and potassium hydroxide as the alkali metal hydroxide Was. The sum of diffraction line intensities of the obtained synthesized product is 2146 cp.
s and 2189 cps. Examples 4 and 5 A was prepared at a weight composition ratio shown in Tables 1 and 2.
The l / (Si + Al) molar ratio is 0.06 and 0.03
Other than that described above, the same treatment as in Example 1 was performed to obtain a synthesized product. The sum of diffraction line intensities of the obtained compound is 2096 cps.
And 1983 cps. Examples 6 and 7 Li / A at the weight composition ratio shown in Table 2.
The same treatment as in Example 1 was performed except that the molar ratio was changed to 0.8 and 3.0, to obtain a synthesized product. The sum of the diffraction line intensities of the obtained composite was 2001 cps and 2177 cp.
s. Examples 8 and 9 The same treatment as in Example 1 was carried out except that boehmite and aluminum oxide were used as aluminum compounds at the weight composition ratios shown in Table 3, to obtain a synthesized product. The sum of diffraction line intensities of the obtained compound is 2305 cp.
s and 2145 cps. [0025] In the weight composition ratio shown in Example 10 of Table 3, sodium hydroxide as an amorphous silicic acid starting material silica fume, as alkali metal hydroxides, except for using the metallic aluminum powder as the aluminum compound in Example 1 The same treatment as described above was performed to obtain a synthesized product. The sum of diffraction line intensities of the obtained synthesized product was 1980 cps. Example 11 A composite was obtained by performing the same treatment as in Example 1 except that colloidal silica was used as a raw material of the specific crystalline silicic acid at the weight composition ratio shown in Table 3. The sum of diffraction line intensities of the obtained synthesized product was 2026 cps. Example 12 A synthetic product was obtained by performing the same treatment as in Example 1 except that fly ash was used as an amorphous silicic acid raw material at the weight composition ratios shown in Table 4. The sum of diffraction line intensities of the obtained synthesized product was 2242 cps. Example 13 A synthetic product was obtained by performing the same treatment as in Example 1 except that a reaction at 100 ° C. or lower was carried out at 60 ° C. for 12 hours at a weight composition ratio shown in Table 4. The sum of diffraction line intensities of the obtained synthesized product was 2356 cps. Example 14 The same treatment as in Example 1 was carried out except that the reaction at 100 ° C. or less was carried out at 90 ° C. for 3 hours at the weight composition ratio shown in Table 4, to obtain a synthesized product. The sum of diffraction line intensities of the obtained synthesized product was 2437 cps. [0030] In the weight composition ratio shown in Comparative Example 1 in Table 5, the alkali metal hydrosulfide
Potassium hydroxide was used as the oxide, and after mixing the raw materials, one micro cylinder was directly used without performing a reaction at 100 ° C. or less.
Except for heating to 80 ° C. and performing the autoclave reaction, the same treatment as in Example 1 was performed to obtain a synthesized product. The sum of diffraction line intensities of the obtained synthesized product was 1390 cps. [0031] In the weight composition ratio shown in Comparative Example 2] Table 5, the alkali metal hydrosulfide
Using sodium hydroxide as the oxide, a reaction was performed at 100 ° C. for 120 hours after mixing the raw materials, and the same treatment as in Example 1 was performed except that the autoclave reaction at 180 ° C. was not performed, to obtain a synthesized product. The sum of diffraction line intensities of the obtained synthesized product was 558 cps. [0032] In the weight composition ratio shown in Comparative Example 3 Table 5, the alkali metal hydrosulfide
A process similar to that of Example 1 was performed except that no oxide was added, to obtain a synthesized product. The sum of diffraction line intensities of the obtained synthesized product was 998 cps. As shown in Tables 1 to 5, in a method for producing tobermorite mainly composed of an amorphous siliceous raw material and a calcareous raw material, an aluminum-containing compound and an alkali metal hydroxide are added to the raw material and reacted at 100 ° C. or lower. After performing the above, the sample that has been subjected to the autoclave reaction can obtain tobermorite with good crystallinity in a very short autoclave time.
(Hereinafter referred to as “margin”) [Table 2] [Table 3] [Table 4] [Table 5] The tobermorite manufacturing method according to the present invention, as described above, siliceous raw material by using the amorphous ones,
Since the autoclave reaction is performed after the reaction at 100 ° C. or less after adding the aluminum-containing compound and the alkali metal hydroxide to the raw materials, high quality tobermorite can be produced in a very short time. Furthermore, by carrying out the present invention in this way, tobermorite can be produced in a very short time, so that calcium silicate building materials such as lightweight cellular concrete (ALC) containing tobermorite as a main component can be mass-produced efficiently in a short time. It has features such as being able to do.

【図面の簡単な説明】 【図1】XRD測定で得られた回折図形を示す説明図で
ある。
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is an explanatory diagram showing a diffraction pattern obtained by XRD measurement.

フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭53−63425(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C01B 33/20 Continuation of the front page (56) References JP-A-53-63425 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) C01B 33/20

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】【請求項1】 珪酸、シリカフューム、フライアッシ
ュ、コロイダルシリカ、ケイソウ土、シラス、黒曜石、
その他ポゾラン物質のいずれか少なくとも一つからなる
非晶質珪酸原料と石灰質原料とを水熱反応をさせるトバ
モライトの製造方法において、前記非晶質珪酸原料と石
灰質原料に対して、含アルミニウム化合物をAl/(S
i+Al)モル比で0.01〜0.2、Li、Na、
K、Rb、Csから選ばれたアルカリ金属水酸化物をR
/Al(R=Li、Na、K、Rb、Cs)モル比で
0.01〜10となるように添加し、100℃以下の温
度で反応させ、アルミニウム化合物及びアルカリ金属化
合物を含有したCaO−SiO−HOゲルを生成さ
せた後で、さらに100℃以上のオートクレーブ反応を
行うことを特徴とするトバモライトの製造方法。
(57) [Claims] [Claim 1] Silicic acid, silica fume, fly ash
, Colloidal silica, diatomaceous earth, shirasu, obsidian,
In a method for producing tobermorite, which comprises a hydrothermal reaction between an amorphous silicic acid raw material and a calcareous raw material comprising at least one of other pozzolanic substances, the amorphous silicic acid raw material and the calcareous raw material include Al / (S
i + Al) 0.01 to 0.2 in molar ratio, Li, Na,
An alkali metal hydroxide selected from K, Rb and Cs is represented by R
/ Al (R = Li, Na, K, Rb, Cs) added in a molar ratio of 0.01 to 10 and reacted at a temperature of 100 ° C. or lower to obtain CaO— containing an aluminum compound and an alkali metal compound. A method for producing tobermorite, which further comprises performing an autoclave reaction at 100 ° C. or more after generating the SiO 2 —H 2 O gel.
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