JP4162704B2

JP4162704B2 - 発泡ガラスおよびその製造方法

Info

Publication number: JP4162704B2
Application number: JP2008007865A
Authority: JP
Inventors: 裕原
Original assignee: National Agriculture and Food Research Organization
Current assignee: National Agriculture and Food Research Organization
Priority date: 2008-01-17
Filing date: 2008-01-17
Publication date: 2008-10-08
Anticipated expiration: 2022-08-01
Also published as: JP2008115077A

Description

本発明は、廃板ガラスや廃ガラスびんなどの各種ガラス廃材を原料とし、土木資材、建築用骨材、コンクリート二次製品の骨材、軽量盛土材などに好適な非吸水性素材、あるいは斜面緑化、擁壁緑化、屋上緑化などに好適な吸水材素材、保水性素材その他水質浄化材などとして、様々な用途に使用可能な発泡ガラスを製造する技術に関する。

多数の空隙を内蔵した多孔質構造を備えた発泡ガラスは、従来、土木資材あるいは建築用骨材などとして利用されているが、廃ガラスびんを主原料としたガラスカレットから、軽量土木資材、建築用軽量骨材あるいは保温・断熱材として使用される不定形塊状の発泡ガラスを製造する方法が特許文献１に記載されている。

特許文献１に記載されている発泡ガラス製造方法においては、ガラスカレットを微粉砕し、発泡剤として、炭酸カルシウム、炭化珪素、ほう砂などを０．１〜５．０％添加し、これらの混合微粉末をベルトコンベアを内蔵するローラハースキルン内のベルト上に５〜５０ｍｍ厚に連続的に敷き詰め、当該ローラハースキルン内にて７００〜１，０００℃に加熱して溶融、発泡、焼成せしめ、キルン内滞留時間を５〜６０分として生成された板状発泡ガラスを、常温あるいは冷却された空気に曝しめ、または水掛けによって急冷し、このときに生じた歪により自然崩壊せしめることにより不定形塊状の発泡ガラスを得ることができる。

特開平１０−２０３８３６号公報

廃ガラスびんなどを原料として製造された発泡ガラスを利用する場合、発泡ガラスの粒径、内蔵する空隙の性状、比重などによって発泡ガラスの性質、機能が大きく変化するので、発泡ガラスを使用する目的、用途に応じて、その粒径、比重などを設定する必要がある。

例えば、発泡ガラスを混合したモルタルやコンクリートを打設して法面保護構造物を構築する場合、粒径が約５．０〜３０．０ｍｍ、嵩比重が０．３〜１．５の独立間隙を有する、非吸水性の多孔質構造の粒状発泡ガラスが好適であり、発泡ガラスを混合したポーラスコンクリートやポーラスモルタルで緑化用植生基盤を形成する場合は、粒径が約５．０〜２５．０ｍｍ、嵩比重が０．３〜０．６の連続間隙を有する、非吸水性および吸水性の多孔質構造の粒状発泡ガラスが好適である。また、海や河川の水質浄化手段として発泡ガラスを利用する場合は、水没性が必要であるため、発泡ガラスの嵩比重を水（海水）よりも大きくする必要がある。

しかしながら、前述した特許文献１に記載されている発泡ガラス製造方法によれば、廃ガラスびんなどを原料として、例えば、嵩比重０．２、平均粒径が３５ｍｍ〜７５ｍｍ程度の不定形塊状発泡ガラスを得ることができるが、使用目的に応じて、製造される発泡ガラスの嵩比重、粒径あるいは空隙の性状などを設定する技術については前記公報に記載されていない。また、前記公報には、空気または水掛けによって急冷するということは記載されているものの具体的な技術、方法などは記載されていない。

このため、粒径の小さな粒状発泡ガラスが必要な場合、前述した工程で得られた平均粒径３５〜７５ｍｍ程度の不定形塊状発泡ガラスを再びクラッシャ装置で破砕して細粒化することによって必要とする細粒径の粒状発泡ガラスを形成するという方法が採られることもあるが、製造工程が複雑化することにより、コストの増大を招いている。

本発明が解決しようとする課題は、粒径が約５．０ｍｍ〜３０．０ｍｍ程度であって嵩比重が１．２〜１．８程度の粒状発泡ガラスを効率的に製造できる技術を提供することにある。

本発明の発泡ガラス製造方法は、粒径５μｍ〜２００μｍのガラス粉粒体と、粒径０．５ｍｍ〜５．０ｍｍの磁器粉粒体と、炭酸カルシウム、ドロマイト、炭化珪素、ホウ砂の少なくとも一つを混合して得られた混合物を６００℃〜１０００℃に加熱してガラス成分を溶融、発泡、焼成、急冷することを特徴とする。

このような工程を経ることにより、粒径５．０ｍｍ〜３０．０ｍｍ程度であって嵩比重１．２〜１．８程度の粒状発泡ガラスを効率的に製造することができる。特に、粒径０．５ｍｍ〜５．０ｍｍの磁器粉粒体を混合することで、これらの磁器粉粒体の外周が発泡ガラスで被覆された構造の粒状発泡ガラスが形成され、嵩比重が増大して水没性を有するものとなるので、河川や海の浄化手段として好適に使用できる発泡ガラスが得られる。なお、磁器粉粒体の粒径が０．５ｍｍより小さい場合は加熱しても発泡が生じなくなり、５．０ｍｍより大きい場合は発泡ガラス中の空隙が著しく少なくなるので、前記範囲が適正範囲である。なお、磁器粉粒体としては磁器廃材を粉砕して得られる廃磁器粉粒体が好適であり、これによって磁器廃材の有効活用も図ることできるが、これに限定するものではなく、磁器を原料とする粉粒体であれば様々な粉粒体を使用することができる。

また、本発明の発泡ガラス製造方法は、焼成により形成された４００℃〜８００℃の焼成物に常温以下の冷却液体を霧状にして噴射または冷却気体を噴射することを特徴とする。これにより、特に、空気に曝したり、水をかけたりするだけで冷却していた従来技術に比べ、粒径を小さくすることができ、従来技術で行っていた、再クラッシャをして細粒化する工程を省くことができるため、コスト削減にもつながる。また、常温以下の冷却液体を霧状にして噴射または常温以下の冷却気体を噴射する急冷工程を設けたことにより、単に空気に曝したり水をかけたりする従来の技術では粒径３５ｍｍ〜７５ｍｍ程度までの細粒化が限界であったが、粒径５．０ｍｍ〜３０．０ｍｍ程度までの細粒化を実現することができる。なお、冷却液体の温度は５℃〜１０℃程度、冷却気体の温度も５℃〜１０℃程度が望ましい。また、冷却液体としては水が好適であり、冷却気体としては空気が好適である。なお、ガラス粉粒体としては、使用済みガラスびんなどの各種廃ガラス材を破砕したものを用いることができる。

ここで、前記ガラス粉粒体と前記磁器粉粒体との混合比率は、９：１〜６：４とすることが望ましい。ガラス粉粒体の混合比率が増大すると嵩比重が小さくなるという傾向が生じ、磁器粉粒体の混合比率が増大すると嵩比重が大きくなるという傾向が生じるので、使用目的や用途に応じて混合比率を設定することが望ましい。

また、前記混合物中の炭酸カルシウム、ドロマイト、炭化珪素、ホウ砂の合計含有率をそれぞれ０．１重量％〜５．０重量％とすることが望ましい。この場合、ガラス粉粒体だけでなく磁器粉粒体が混合されているため、発泡剤である炭酸カルシウム、ドロマイト、炭化珪素、ホウ砂の合計含有率は前述したガラス粉粒体のみの場合より全般的に多くする必要がある。炭酸カルシウムなどの合計含有率が０．１重量％未満であると発泡不足となって連続間隙構造が形成されにくくなり、５．０重量％を超えると逆に発泡は促進されるが気泡が多くなり過ぎて連続間隙構造が形成されにくくなるため、前記範囲が適正範囲である。なお、０．１重量％〜２．０重量％であれば全般的に独立間隙構造が形成される傾向が生じ、０．１重量％〜５．０重量％であれば連続間隙構造が形成される傾向が生じる。

また、ガラス粉粒体と磁器粉粒体と発泡剤との混合物の加熱温度が６００℃〜９００℃であれば独立間隙構造が形成され、非吸水性の素材が焼成されるという傾向が生じ、８００℃〜１０００℃であれば連続間隙構造が形成され、吸水性の素材が焼成されるという傾向が生じる。なお、加熱温度が６００℃より低いと素材内部に独立間隙構造が形成されにくくなり、発泡されない状態になり、１０００℃より高いと、素材内部に連続間隙構造が形成されにくくなり、気泡も非常に多い状態となるので前記範囲が適正範囲である。

本発明により、以下に示す効果を奏する。

（１）粒径５μｍ〜２００μｍのガラス粉粒体と、粒径０．５ｍｍ〜５．０ｍｍの磁器粉粒体と、炭酸カルシウム、ドロマイト、炭化珪素、ホウ砂の少なくとも一つを混合して得られた混合物を６００℃〜１０００℃に加熱してガラス成分を溶融、発泡、焼成、急冷することにより、粒径５．０ｍｍ〜３０．０ｍｍ程度であって嵩比重１．２〜１．８程度の粒状発泡ガラスを効率的に製造することができる。

（２）ガラス粉粒体と磁器粉粒体との混合比率を９：１〜６：４とすることにより、水没性を具備しつつ、使用目的や用途に適した嵩比重の粒状発泡ガラスを得ることができる。

（３）混合物中の炭酸カルシウム、ドロマイト、炭化珪素、ホウ砂の合計含有率を０．１重量％〜５．０重量％とすることにより、水没性を具備しつつ、適切な大きさの気泡を内蔵する独立間隙構造あるいは連続間隙構造の粒状発泡ガラスを得ることができる。

図１は本発明の一実施形態である発泡ガラス製造方法を示す工程図である。図１に示すように、回収された使用済み廃ガラスびんや廃板ガラスなどの廃ガラス１は、分離装置３において金属成分やラベルが分離、除去され、粗粉砕装置４で粗粉砕されカレット状にされた後、微粉砕装置５でさらに細かく微粉砕されて粒径５μｍ〜２００μｍのガラス粉粒体にされた後、混合装置６に投入される。また、混合装置６には別ルートを経て供給される、炭酸カルシウム、ドロマイト、炭化珪素、ホウ砂を含有する添加剤２が投入される。さらに、磁器廃材３０を粉砕装置３１で粉砕して形成された粒径０．５ｍｍ〜５．０ｍｍの磁器粉粒体を混合装置６に投入し、これらを混合装置６内で十分に混合して混合物３７を形成する。なお、混合物３７における、炭酸カルシウム、ドロマイト、炭化珪素、ホウ砂の合計含有率を０．１重量％〜５．０重量％とする。

混合装置６内においてガラス粉粒体、添加剤２および磁器粉粒体を混合して形成された混合物３７は、長さ５ｍ〜１０ｍ程度のベルトコンベア８の始端部上に一定厚さの層状に敷き詰められ、ベルトコンベア８の回転によって焼成炉９内に装入され、その中を移動していきながら６００℃〜１０００℃に加熱される。これによって混合物３７中のガラス成分は焼成炉９内において溶融、発泡、焼成され、焼成炉９の終端部から出た時点で、温度が４００℃〜８００℃程度の塊状の焼成物３８が形成される。

焼成炉９内を通過して形成された焼成物３８はベルトコンベア８の回転により焼成炉９の終端部から出た後もそのまま水平移動していくが、焼成炉９の後段のベルトコンベア８の上方に配置されたジェット噴水装置１２から５℃〜１０℃程度の冷却のジェット水１３が焼成物３８に向かって霧状にして噴射され、焼成物３８は急冷される。１５はジェット噴水装置１２へ高圧水を供給する送水ポンプである。

ベルトコンベア８とともに水平移動しながら冷たい霧状のジェット水１３を浴びた焼成物３８は、４００℃〜８００℃程度の高温から室温まで一挙に急冷されるため、冷却時に生じる歪みによって焼成物３８は細かく砕けていき、ベルトコンベア８の終端部では粒径５．０ｍｍ〜３０．０ｍｍ程度であって嵩比重１．２〜１．８程度の粒状発泡ガラス３４を得ることができる。

また、粒径０．５ｍｍ〜５．０ｍｍの磁器粉粒体を混合することで、これらの磁器粉粒体の外周が発泡ガラスで被覆された構造の粒状発泡ガラス３４が形成され、嵩比重が増大して水没性を有するものとなるので、この粒状発泡ガラス３４は、水没性を必要とする、河川や海の浄化手段などとしても好適に使用できる。なお、本実施形態では、磁器廃材３０を粉砕した磁器粉粒体を使用しているが、これに限定するものではないので、磁器廃材以外の各種磁器を原材料として使用することもできる。

なお、本実施形態の場合、焼成物３８に対してジェット水１３を霧状にして吹き付けて冷却するので、粒状発泡ガラス３４は濡れるが、急冷時の破砕で発生するガラス微粉体などが空気中に飛散したり、浮遊したりするのを防止することができる。また、ジェット水１３を霧状にして噴射することにより粒状発泡ガラス３４は水で洗浄されることとなるため、焼成されただけの粒状発泡ガラスがｐＨ８〜９程度のアルカリ性を示すのに対し、粒状発泡ガラス３４はｐＨ７程度の中性となる。

このように、図１で示した工程を経ることにより、使用済みガラスびん１を原料とするガラス粉粒体から粒径が５．０ｍｍ〜３０．０ｍｍ程度であって嵩比重１．２〜１．８程度の粒径の細かい粒状発泡ガラス３４を効率的に製造することができる。空気に曝したり、水を掛けたりしただけで焼成物を冷却していた従来方式よりも粒径の小さな粒状発泡ガラス３４を得ることができる。また、焼成物を再クラッシャして細粒化する工程も不要となるため、製造工程が簡略化され、コスト削減を図ることができる。

なお、発泡ガラス粒状体３４の嵩比重は、添加剤２の添加量、ガラス粉粒体の粒径、ベルトコンベア８上に敷き詰められる混合物３７の厚さ、加熱温度あるいは加熱時間などによって調整することができる。また、ガラス粉粒体の原料は使用済みガラスびん１に限定するものではなく、様々な種類の廃ガラス材を使用することができる。

また、ガラス粉粒体と磁器粉粒体との混合比率は９：１〜６：４とすることができるが、ガラス粉粒体の混合比率が増大すると嵩比重が小さくなり、磁器粉粒体の混合比率が増大すると嵩比重が大きくなるという傾向があるので、使用目的や用途に応じて混合比率を設定することが望ましい。

なお、図１の場合と同じ工程を経て４００℃〜８００℃程度の焼成物３８を形成した後、ベルトコンベア８とともに水平移動していく焼成物３８に対し、送風ファンから強制的に送風されエア噴射装置から噴出する５℃〜１０℃程度の高圧エアを吹き付ける構成とすることも可能である。このような冷たい高圧エアを浴びた焼成物３８は４００℃〜８００℃程度の高温から室温まで一挙に急冷されるため、冷却時に生じる歪みによって焼成物３８は細かく砕け、ベルトコンベア８の終端部では粒径５．０ｍｍ〜３０．０ｍｍ程度の粒状発泡ガラス３４が得られる。

この場合、高圧エアを用いて焼成物３８を冷却する、いわゆる空冷方式であるため、冷却水供給用の配管や排水設備などが不要であり、粒状発泡ガラス３４が水濡れすることもないので、乾燥状態の粒状発泡ガラス３４を得ることができる。その他の部分の機能、効果などについては、図１で示した発泡ガラス製造方法と同様である。

本発明の一実施形態である発泡ガラス製造方法を示す工程図である。

符号の説明

１廃ガラス
２添加剤
３分離装置
４粗粉砕装置
５微粉砕装置
６混合装置
８ベルトコンベア
９焼成炉
１２ジェット噴水装置
１３ジェット水
１５送水ポンプ
３０磁器廃材
３１粉砕装置
３４粒状発泡ガラス
３７混合物
３８焼成物

Claims

粒径０．５〜５．０ｍｍの磁器粉粒体を含む粒径５．０ｍｍ〜３０．０ｍｍ、嵩比重１．２〜１．８の発泡ガラス。
粒径５μｍ〜２００μｍのガラス粉粒体と、粒径０．５ｍｍ〜５．０ｍｍの磁器粉粒体と、炭酸カルシウム、ドロマイト、炭化珪素、ホウ砂の少なくとも一つを混合して得られた混合物を６００℃〜１０００℃に加熱してガラス成分を溶融、発泡、焼成、急冷することを特徴とする発泡ガラス製造方法。
前記焼成により形成された４００℃〜８００℃の焼成物に常温以下の冷却液体を霧状にして噴射または常温以下の冷却気体を噴射することを特徴とする請求項２記載の発泡ガラス製造方法。
製造される発泡ガラスが、前記磁器粉粒体の外周が発泡ガラスで被覆された構造の粒状発泡ガラスである請求項２または３に記載の発泡ガラス製造方法。
前記ガラス粉粒体と前記磁器粉粒体との混合比率が、９：１〜６：４である請求項２から４のいずれかに記載の発泡ガラス製造方法。
前記混合物中の炭酸カルシウム、ドロマイト、炭化珪素、ホウ砂の合計含有率が０．１重量％〜５．０重量％である請求項２から５のいずれかに記載の発泡ガラス製造方法。