JP3565658B2 - 消石灰含有物質及びその製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、カルシウムカーバイドに水を添加し、アセチレンガスを発生させる工程において副生する消石灰と生石灰とを主成分とする消石灰含有物質及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
消石灰は、安価なアルカリとして、酸性土壌の中和、ガス製造工場での廃液からのアンモニアの回収、さらし粉の製造原料、及びセメントの原料等の用途に使用される。
従来、市販品の消石灰は、生石灰に水を添加することによって、製造されていた。
カルシウムカーバイドは、例えば、石灰石とコークスを焼成炉等で焼成して製造した生石灰を、電気炉でコークスと共に溶融反応させることによって、製造される。このカルシウムカーバイドに水を反応させ、アセチレンガスを発生させ、このアセチレンガスを出発原料とし、多くの有機工業製品が製造される。この一連の製品群の製造分野をカーバイト工業という。
カーバイト工業ではアセチレン発生時に、カルシウムカーバイドと水との反応により大量の副産消石灰が生成する。副産消石灰は、消石灰を主成分とし、他に水、イオウ、灰分、及びカーボンを含有する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、副産消石灰には、コークス中のイオウ等の不快臭がある、水分が多い、及び副産消石灰を輸送する際の流動性が小さい等の課題があったため、そのまま各種原料等に使用することが困難であり、副産消石灰は、消石灰として種々の利用価値がありながら、廃棄物として捨てられていた。そこで、副産消石灰を再使用することが求められるようになった。
即ち、不快臭があると、副産消石灰を原料として使用した場合、その製品にも不快臭が付き製品価値の低下や作業環境の悪化を招くという課題があった。又、水分が多いと、例えばセメントのような水硬性物質への混和材として使用できないという課題があった。そして、流動性が悪いと、配管の閉塞等の製造ラインのトラブルの原因となりうるという課題があった。
従って、この副産消石灰を工業原料等に使用するためには、例えば、水分を低下させること等が最も重要であり、そのためには副産消石灰を乾燥させることが考えられる。しかしながら、乾燥するためには、熱エネルギーを供給する必要がありコストアップにつながるという課題があった。
本発明者は種々検討した結果、生石灰と副産消石灰を混合することで上記課題を解決できる知見を得て本発明を完成するに至った。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
即ち、本発明は、カルシウムカーバイドに水を添加して生成した副産消石灰と生石灰とを主成分とすることを特徴とする消石灰含有物質であり、その平均粒子径が３０μｍ以下であることを特徴とする消石灰含有物質であり、該消石灰含有物質の製造方法であり、該消石灰含有物質を乾燥してなる乾燥消石灰である。
【０００５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を詳細に説明する。
副産消石灰は、カルシウムカーバイドに、水を添加することにより副生させたものであり、カルシウムカーバイドの平均粒子径は５〜１２０ｍｍが好ましい。５ｍｍ未満だとカルシウムカーバイトを粉砕して得るための費用が高くなるおそれがあり、１２０ｍｍを越えると水を大量に使用しなければならなくなるおそれがある。本発明の副産消石灰中の水分量は１５重量％以下が好ましい。
この際に添加する水の量は、カルシウムカーバイドからアセチレンを発生させるのに必要な理論量の２．５〜５倍が好ましい。水の理論量は下記式（１）から算出し、カルシウムカーバイド１モルに対し水２モルである。
ＣａＣ_２ ＋２Ｈ_２ Ｏ→Ｃａ（ＯＨ）_２ ＋Ｃ_２ Ｈ_２ （１）
水の量が２．５倍未満だと反応が不十分なため、未反応のカルシウムカーバイドが残るおそれがあり、水の量が５倍を越えると副産消石灰中の水分量が多くなり、使用上問題が起こるおそれがある。
カルシウムカーバイドに水を添加する場合には、その反応中に温度を１００〜１８０℃に保つことが好ましい。１００℃未満だと脱水状態が悪く、副産消石灰中の水分量が多くなるおそれがあり、１８０℃を越えると水分が気化し反応が不十分になるために、未反応のカルシウムカーバイドが残るおそれがある。
副産消石灰の平均粒子径は特に限定されるものではないが、副産消石灰に含有する水分の除去の容易さを考慮すると１ｍｍ以下が好ましい。１ｍｍを越えると消石灰中の水分と生石灰が十分に反応しないおそれがある。
【０００６】
本発明では、副産消石灰から水分除去して消石灰含有物質を得るために生石灰を添加する。
生石灰は水と反応して消石灰を生成するが、その際、熱を発生する。従って、乾燥のために別途熱エネルギーを供給する必要はなく、水分除去を行うことができる。このようにして生成した乾燥消石灰の水分量は１重量％以下が好ましい。１重量％を越えると、例えば、水硬性物質への混和材として使用した場合に、経時的にセメントとの水和反応が進行し、貯蔵安定性が悪くなるおそれがある。
本発明の生石灰は、市販品や、石灰石やコークス、更に鉄分を除去し、平均粒子径を小さくするために、少量の塩化ナトリウムを添加し、焼成炉等で焼成して得られた生石灰を使用できる。
生石灰の平均粒子径は特に限定されるものではないが、水との反応性を考慮すると１０ｍｍ以下が好ましい。１０ｍｍを越えると生石灰が十分に反応せず、製品として使用できないおそれがある。
生石灰の使用量は、副産消石灰１００重量部に対して、１〜１００重量部が好ましく、１０〜５０重量部がより好ましい。１重量部未満だと副産消石灰が充分に乾燥できないおそれがあり、１００重量部を越えると未反応の生石灰が残るために、生石灰が水分を吸収して安定性に欠けるおそれがある。
【０００７】
本発明の副産消石灰を使用した消石灰含有物質の製造方法は、まず水を含む副産消石灰と生石灰とを別々にタンクに投入し、計量器で計量し、両者を反応槽へ移送し、合流して連続混合する。この時反応熱で水蒸気が発生するので、例えばブロワーにより水蒸気を系外へ排出することが好ましい。この混合物を１〜２時間反応させた後、熟成タンクに移送して１２〜２４時間静置し、反応を完了させる。この際、熟成槽で発生する水分や熱も系外に排出することが好ましい。
その後、得られた消石灰含有物質を必要により粉砕や分級し、平均粒子径が大きいものやカーボン等を分離する。
本発明の消石灰含有物質は、そのまま製品として各種用途に使用できるが、例えば、セメント混和材として使用する場合には、その粉末度により活性が異なるため分級して使用することが好ましい。
本発明の消石灰含有物質の平均粒子径は３０μｍ以下が好ましい。３０μｍを越えると、例えば、水硬性物質へのセメント混和材として使用した場合に、セメントとの反応性が小さくなるおそれがある。
本発明では、水分をより除去するために、消石灰含有物質を乾燥して乾燥消石灰を得ることが好ましい。乾燥条件としては室温で消石灰含有物質を１０〜２４時間乾燥させるだけでよいが、冬場等の気温の低い時には、３０〜１００℃の温風を送風してもよい。
セメント混和材として使用した場合には、セメントの凝結促進と軟弱地盤の強化という効果を有する。その使用量は特に限定されるものではないが、セメント１００重量部に対して、０．１〜５０重量部が好ましい。０．１重量部未満だと効果がないおそれがあり、５０重量部を越えても更なる効果は期待できないおそれがある。
【０００８】
【実施例】
以下、実施例に基づいて本発明を更に説明する。
（実施例１）
平均粒径４０ｍｍのカルシウムカーバイドに、アセチレン発生に必要な水を理論量の４倍を添加し、温度１１０℃の条件でアセチレンガスを発生させ、副産消石灰を副生した。
副産消石灰の水分量は６重量％、粉末度はブレーン値４０００ｃｍ^２ ／ｇであった。副産消石灰の化学成分を表１に示した。
（測定方法）
化学成分：ＪＩＳ Ｒ５２０２に準じて測定した。
水分：赤外線水分計（ｋｅｔｔ社）にて測定した。
粉末度：ブレーン法にて測定した。
【０００９】
【表１】

【００１０】
このようにして得られた副産消石灰１００重量部と、副産消石灰１００重量部に対して、表２に示す量の生石灰とを、室温で反応タンクに仕込んだ。
仕込んだ副産消石灰と生石灰との混合物を２４時間放置し、消石灰含有物質を得た。得られた消石灰含有物質の物性を測定し、表２に示した。
（使用材料）
生石灰：市販の生石灰
（測定方法）
残留生石灰量：消石灰含有物質中の水分を１００℃、１０時間で除去して乾燥消石灰を得た。この乾燥消石灰を、更に６００℃、１０時間で脱水して生石灰を生成させた。この生成時の重量減量を以下の式により、乾燥消石灰１００重量部中の残留生石灰量（単位：重量部）を算出した。
（残留生石灰量）＝〔１−（実際に測定した重量減量）／（乾燥消石灰が全部消石灰とした時の理論重量減量）〕
臭気：消石灰含有物質中の臭気の有無を観察した。
流動性：得られた消石灰含有物質を観察し、約５ｍｍ以上の塊がないものを良好とし、塊があるものを不良とした。
【００１１】
【表２】

【００１２】
表２から明らかなように、副産消石灰と生石灰とを混合することにより、各種物性に優れた消石灰含有物質が得られた。生石灰の使用量が１重量％未満だと臭気が強く、流動性は小さかった。生石灰の使用量が１５０重量部を越えると残留生石灰が多くなり、その粉末を吸い込んでクシャミが出たりして取り扱いにくかった。
【００１３】
（実施例２）
実施例１の実験Ｎｏ．１−４の乾燥消石灰を分級し、平均粒子径の異なる乾燥消石灰を得た。この乾燥消石灰をセメント１００重量部に対して表３に示す重量部、カルシウムアルミネートと石膏を重量比で１：１の割合で混合した混合物をセメント１００重量部に対して２０重量部、及びセメント１００重量部を混合し、地盤改良材を調製した。
この地盤改良材２００ｋｇ、ローム土１４９５ｋｇ、及び水５００ｋｇを混合して改良土を作製し、圧縮強度を測定した。その結果を表３に示した。
（使用材料）
セメント：市販の普通ポルトランドセメント
ローム土：東京都調布産（含水比１１２重量％）
カルシウムアルミネート：主成分１２ＣａＯ・７Ａｌ_２ Ｏ_３ 、非晶質
石膏：市販の無水石膏
水：水道水（２０℃）
（測定方法）
圧縮強度：得られた改良土を幅４ｃｍ×長さ４ｃｍ×厚さ１６ｃｍの型枠に詰めて成形し、所定材齢の圧縮強度をＪＩＳ Ｒ ５２０１により測定した。
【００１４】
【表３】

【００１５】
表３から明らかなように、地盤改良材として使用する場合は、平均粒子径が小さい方が強度発現性が良好であった。
【００１６】
（実施例３）
実施例２の実験Ｎｏ．２−２の乾燥消石灰をｐＨ４．５の酸性土１００重量部に対して５重量部混合し、混合後のｐＨを測定した。ｐＨは７以上と中性又は弱アルカリ性を示し、酸性土に対する土壌改良材として、優れた効果が確認された。
（使用材料）
酸性土：ｐＨ６．８の土に希塩酸を加え、ｐＨ４．５に調整したものを使用した。
【００１７】
【発明の効果】
本発明により、従来は廃棄物として扱われていた副産消石灰を、再使用できる。又、生石灰の添加により、過剰量の水分が消費されるため、別途熱エネルギーを供給することなく、乾燥状態の消石灰含有物質が得られ、製造コストも安価である。更に、このようにして得られた消石灰含有物質は、反応活性も高いため、そのまま製品として使用できる。
そして、消石灰含有物質を分級することにより粒子径を小さくすれば、安価な高反応活性消石灰として多様な用途への使用が期待できる。

Claims (4)

1. カルシウムカーバイドに水を添加して生成した副産消石灰と生石灰とを主成分とすることを特徴とする消石灰含有物質。
2. 平均粒子径が３０μｍ以下であることを特徴とする請求項１記載の消石灰含有物質。
3. カルシウムカーバイドに水を添加して生成した副産消石灰と生石灰とを混合してなることを特徴とする消石灰含有物質の製造方法。
4. 請求項１又は２記載の消石灰含有物質を乾燥してなる乾燥消石灰。