JP4128838B2 - 水硬性物質の製造法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、ゾノトライト（６ＣａＯ・６ＳｉＯ2・Ｈ2Ｏ）系材料及び／又はトバモライト（５ＣａＯ・６ＳｉＯ2・５Ｈ2Ｏ）系材料から容易にβ−Ｃ2Ｓ（β−２ＣａＯ・ＳｉＯ2）、Ｃ3Ｓ（３ＣａＯ・ＳｉＯ2）等の水硬性物質を製造する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
β−Ｃ2ＳおよびＣ3Ｓを主要構成物質としているポルトランドセメントは最も代表的な水硬性物質であり、通常、カルシウム質原料（ライム）と珪酸質原料（石英）に安定化剤を加え、高温固相反応（１４００℃以上での加熱処理）することにより製造されている。
【０００３】
β−Ｃ2Ｓを合成する他の方法としては、Ｃａ（ＮＯ3）2・４Ｈ2Ｏとコロイダルシリカの混合溶液を高温空気中（７５０〜１０５０℃）に噴霧して合成する方法（非特許文献１参照）、ＣａＣ2Ｏ4・Ｈ2Ｏと非晶質シリカを出発物質に９５０℃で合成する方法（非特許文献２参照）、ライムとエアロジルをＣａ／Ｓｉ＝２．０に調整し、１００℃で水熱処理の後、この水和生成物を９５０℃で加熱、脱水分解させて純粋なβ−Ｃ2Ｓを合成する方法（非特許文献３参照）等がある。また、出発物質にライムと石英を用いた場合（Ｃａ／Ｓｉ＝２．０、水／固体比（Ｗ／Ｓ）＝２０）、２５０℃の飽和蒸気圧下２時間で生成相はヒレブランダイト単相となり、このヒレブランダイトを用いることで加熱により４９０〜６６５℃の間で脱水分解を起こし低結晶性のβ−Ｃ2Ｓが生成するとの報告もある（非特許文献４参照）。さらに、製鋼脱リンスラグの遊離石灰分（ＣａＯ）にＣ2Ｓ組成になるように珪石（ＳｉＯ2）を加え、更にＣａＯ：ＳｉＯ2＝２：１のモル比となるように石灰と珪石を追加配合して９５０℃ないし１２００℃の温度範囲で１ないし３時間加熱焼成するとβ−Ｃ2Ｓを５５wt％以上含有するビーライトスラグを得ることができるとの報告もある（特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開平１１−２９２５７８号公報
【非特許文献１】
ディー．エム．ロイ及びエス．オー．オイフェソービ（D. M. Roy and S. O. Oyefesobi），「ジャーナル オブ アメリカン セラミクス ソサイアティ（Journal of American Ceramics Society）」，1977年，第60巻，p.178-180
【非特許文献２】
ディー．クラール，ビー．マトブォビック，アール．トローコ，ジェイ．エス．ヤング及びシー．ジェイ．チャン（D.Kralj, B. Matkovic, R. Trojko, J. F. Young and C. J. Chan)，「アメリカン ジャーナル オブ セラミクス ソサイアティ（Journal of American Ceramics Society）」，1986年，第69巻，p.170-172
【非特許文献３】
エヌ．ヤン及びビー．ゾン(N. Yang and B. Zhong)，「ジャーナル オブ チャイニーズ シリケート ソサイアティ(Journal of Chinese Silicate Society)」，1982年，第10巻，p.161-166
【非特許文献４】
石田秀輝ら，「ヒレブランダイトの水熱合成と高活性β−Ｃ2Ｓへの分解」，第46回セメント技術大会講演集 1992,1992年5月，p.104-109
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従来の方法では、β−Ｃ2Ｓを製造するためには、Ｃａ／Ｓｉ比を２．０に調整する必要があり、場合によっては新たに原料を追加配合する必要があった。また、原料によっては水熱合成処理やメカノケミカル処理等の高エネルギー処理が必要であった。
従って、本発明の目的は、Ｃａ／Ｓｉ比の調整や水熱合成処理などの高エネルギー処理を行うことなく、簡便なβ−Ｃ2Ｓ等の水硬性物質の製造法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
そこで本発明者は、珪酸カルシウム保温材、珪酸カルシウム建材、ＡＬＣ等のゾノトライト系及び／又はトバモライト系の珪酸カルシウム成形体廃材を原料とし、これにまず二酸化炭素を反応させ、次いで６００〜８００℃に加熱すれば容易に高純度のβ−Ｃ2Ｓ等の水硬性物質が得られることを見出し、本発明を完成するに至った。
【０００７】
すなわち、本発明は、ゾノトライト又はトバモライトを主成分とする材料に、湿潤状態において二酸化炭素を該材料１００質量部に対して１００質量部以上反応させ、次いでゾノトライトを主成分とする材料の場合６００〜７５０℃にて、トバモライトを主成分とする材料の場合６５０〜８００℃にて、３〜２４時間加熱することを特徴とするβ−Ｃ 2 Ｓの製造法を提供するものである。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明方法においては、原料としてゾノトライト（Ｃ6Ｓ6・Ｈ2Ｏ）及び／又はトバモライト（Ｃ5Ｓ6・５Ｈ2Ｏ）を主成分とする材料を用いる。これらの材料としては、ゾノトライト系珪酸カルシウム成形体廃材、トバモライト系珪酸カルシウム成形体廃材が挙げられ、より具体的にはゾノトライト系又はトバモライト系の珪酸カルシウム系建材や保温材廃材が挙げられる。本発明に用いる材料中のゾノトライト及びトバモライトの含有量は６０質量％以上、さらに７０質量％以上、特に９０質量％以上であることが好ましい。これらの材料は、粉砕して用いるのが好ましく、特に７５〜２５０μｍの粒子径となるように粉砕したものを用いるのが好ましい。
【０００９】
本発明においては、まず、前記材料に二酸化炭素を反応させる。二酸化炭素としては、炭酸ガスを用いるのが好ましい。また、当該二酸化炭素の反応は、湿潤状態で行うのが好ましく、具体的には湿潤状態の前記材料に炭酸ガスを吹き込むことにより行われる。より詳細には、粉砕した前記材料１００質量部に対し、炭酸ガスが流通できる空間を残し１００質量部以下の水を加え、これに炭酸ガスを吹き込むことにより行われる。用いる炭酸ガスの量は、過剰であるのが通常であり、前記材料１００質量部に対して１００質量部以上、特に１００〜２００質量部が好ましい。当該二酸化炭素の反応は、２０〜３０℃の条件で２４〜４８時間行うのが好ましい。
【００１０】
次いで炭酸化した材料を６００〜８００℃に加熱する。加熱温度が６００℃未満ではβ−Ｃ2Ｓが生成せず、炭酸カルシウムはそのまま残る。また、８００℃を超えると、ワラストナイトが生成し、生成物がβ−Ｃ2Ｓではなくなる。また、加熱時間は、温度によっても異なるが、通常３〜２４時間、特に１２〜２４時間が好ましい。
【００１１】
なお、加熱温度は、前記材料がゾノトライト系材料の場合には、６００〜７５０℃が好ましく、一方前記材料がトバモライト系材料の場合には６５０〜８００℃が好ましい。
【００１２】
本発明方法によりゾノトライト及び／又はトバモライト系原料から、何ら成分調整せず、かつ低温条件でβ−Ｃ2Ｓが得られるのは、まず炭酸化反応により炭酸カルシウムと非晶質シリカが生成し、これらの成分が６００〜８００℃の加熱により選択的にβ−Ｃ2Ｓに変化することによる。
【００１３】
【発明の効果】
本発明によれば、Ｃａ／Ｓｉ比調整のための成分添加を必要とせず、かつ６００〜８００℃という低温処理により、ゾノトライト及び／又はトバモライトからβ−Ｃ2Ｓ等の水硬性物質を効率良く製造できる。また、ゾノトライト及び／又はトバモライト原料として珪酸カルシウム形成体廃材を用いることができるので、特に廃棄物のリサイクルとして環境上も重要である。
【００１４】
【実施例】
次に実施例を挙げて本発明を更に詳細に説明するが、本発明はこれら実施例に何ら限定されるものではない。
【００１５】
実施例１
廃棄物として回収した主成分であるゾノトライトの含有量が９０質量％程度であるゾノトライト系珪酸カルシウム保温材を原料として用いた。当該保温材を粉砕し、粒子径７５〜２５０μｍとした。得られた保温材粉砕品１００質量部に２０質量部の水を加え、得られた湿潤粉体に炭酸ガスを０．０２ｍ3／分の流量で２日間吹き込んだ。この炭酸化処理粉体を高温電気炉に投入し、４５０〜８００℃に１２時間加熱した。各加熱温度条件で得られた焼成品の鉱物組成を分析した結果を表１に示す。なお分析手段は、粉末Ｘ線回折装置により行った。ここで、Ｘ線回折による分析は以下の方法で行う。すなわち、粉末Ｘ線回折は、まず、試料をめのう乳鉢、アルミナ乳鉢等を用いて粉砕して試料粒径を約２０μｍ以下とし、得られた粉末試料を金属製の試料ホルダーに充填する。Ｘ線回折はＣｕ管球を用い、回折角をθとして、測定速度を２θ＝２deg.／min.で２θ＝５〜６５deg.の範囲で測定を行う。鉱物分析は得られた回折ピークをＪＣＰＤＳ検索カードにより同定する。
【００１６】
【表１】
表１から明らかなように、ゾノトライト系材料を二酸化炭素処理後６００〜７５０℃に加熱すれば、何ら成分添加することなくβ−Ｃ2Ｓが得られることがわかる。
【００１８】
実施例２
廃棄物として回収した主成分であるトバモライトの含有量が９０質量％程度であるトバモライト系珪酸カルシウム保温材を原料として用いた。当該保温材を粉砕し、粒子径７５〜２５０μｍとした。得られた保温材粉砕品１００質量部に２０質量部の水を加え、得られた湿潤粉体に炭酸ガスを０．０２ｍ3／分の流量で２日間吹き込んだ。この炭酸化処理粉体を高温電気炉に投入し、４５０〜９００℃に１２時間加熱した。各加熱温度条件で得られた焼成品の鉱物組成を分析した結果を表２に示す。なお分析手段は実施例１の場合と同じ。
【００１９】
【表２】
表２から明らかなように、トバモライト系材料を二酸化炭素処理後６５０〜８００℃に加熱すれば、何ら成分添加することなくβ−Ｃ2Ｓが得られることがわかる。
Claims (2)
- ゾノトライト（６ＣａＯ・６ＳｉＯ2・Ｈ2Ｏ）又はトバモライト（５ＣａＯ・６ＳｉＯ2・５Ｈ2Ｏ）を主成分とする材料に、湿潤状態において二酸化炭素を該材料１００質量部に対して１００質量部以上反応させ、次いでゾノトライトを主成分とする材料の場合６００〜７５０℃にて、トバモライトを主成分とする材料の場合６５０〜８００℃にて、３〜２４時間加熱することを特徴とするβ−Ｃ 2 Ｓ（β−２ＣａＯ・ＳｉＯ 2 ）の製造法。
- ゾノトライト又はトバモライトを主成分とする材料が、夫々ゾノトライト系珪酸カルシウム成形体廃材又はトバモライト系珪酸カルシウム成形体廃材である請求項１記載の製造法。
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