JP5108703B2

JP5108703B2 - パーライトの製造方法

Info

Publication number: JP5108703B2
Application number: JP2008249023A
Authority: JP
Inventors: 素行水野; 宏渡邉; 敦史山本
Original assignee: Kubota Matsushitadenko Exterior Works Ltd; KMEW Co Ltd
Current assignee: KMEW Co Ltd
Priority date: 2008-09-26
Filing date: 2008-09-26
Publication date: 2012-12-26
Anticipated expiration: 2028-09-26
Also published as: JP2010076986A

Description

本発明は、黒曜石、真珠岩、松脂岩等の精石を原料とするパーライトの製造方法に関する。

パーライトは例えば建材等を製造するためのセメント系成形材料の軽量化骨材として広く使用されている。パーライトは、黒曜石、真珠岩、松脂岩等の鉱石を粉砕して得られる精石を加熱発泡することにより製造される（特許文献１参照）。

従来、パーライトを製造するにあたっては、まず精石を加熱炉内で３００〜５００℃で予熱した後、８００〜１１００℃に加熱することで精石に含まれる結晶水を気化させて発泡させていた。

しかし、精石を予熱すると予熱の間に精石内の結晶水が徐々に蒸発してしまうことがある。この場合、精石の発泡が不充分になったり、精石粒子間で発泡にばらつきが生じてしまうことがある。このような工程で得られたパーライトは比重が充分に低減されなかったり不均質になったりして浮水率が低くなり、これを軽量化骨材として窯業系成形材料中に配合すると、この窯業系成形材料から製造される建材等の軽量化が不充分となったり、耐久性に悪影響を及ぼしたりするおそれがある。また、粒径の粗いパーライトは、窯業系成形材料中に添加して成形を行う際、潰れ易かったり、成形後の基材表面の状態が悪くなるなどの問題が生じやすい。
特開平７−２７７８５１号公報

本発明は上記の点に鑑みて為されたものであり、精石の加熱発泡時に充分な発泡がなされ、浮水率が高く、粒径が均質で細かなパーライトを得ることができるパーライトの製造方法を提供することを目的とする。

本発明に係る第一のパーライトの製造方法は、加熱炉１内に精石を供給することで前記精石を加熱発泡させてパーライトを製造するにあたり、前記精石を加熱炉１内の雰囲気温度８００〜１１００℃の領域２に供給する供給手段５として断熱構造を有するものを用いてこの領域２に前記精石を供給することを特徴とする。

この場合、精石は予熱されることなく８００〜１１００℃の温度で加熱されることになり、精石は予熱により結晶水を失うことなく８００〜１１００℃の温度で充分な発泡がなされ、浮水率の高い均質なパーライトが得られる。

本発明に係る第二のパーライトの製造方法は、加熱炉１内に精石を供給することで前記精石を加熱発泡させてパーライトを製造するにあたり、水が前記精石の総量に対して５〜３０質量％の範囲となるように調整して、前記精石に水を付着させた状態でこの精石を加熱炉１内に供給し、この精石を加熱炉１内の雰囲気温度８００〜１１００℃の領域２まで移動させることを特徴とする。

この場合、精石が加熱炉１内を雰囲気温度８００〜１１００℃の領域２まで移動する間、この精石に付着した水が蒸発することで精石から蒸発熱が奪われて精石の温度上昇が抑制されると共に結晶水よりも蒸発しやすい前記精石に付着した水が先に蒸発し、精石からの結晶水の蒸発が抑制される。その後も、精石は予熱により結晶水を失うことなく８００〜１１００℃の温度で充分な発泡がなされ、浮水率の高い均質なパーライトが得られる。

これらのパーライトの製造方法においては、前記精石の粒径が７５〜３００μｍの範囲であることが好ましい。

この場合、精石の加熱発泡時に生成したパーライトに潰れが生じたりすることが抑制され、また精石の粒径が揃っていることで精石の粒子間で発泡に要する加熱条件が揃い、また精石の未発泡が抑制されるため、小粒径で且つ粒径が揃ったパーライトが得られる。これにより、パーライトの浮水率が更に向上すると共に吸水率が低くなり、且つ均質なパーライトが得られる。

本発明によれば、精石の加熱発泡時に充分な発泡がなされ、浮水率の高い均質なパーライトを得ることができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態について、図１を参照して説明する。

パーライトの原料である精石としては、黒曜石、真珠岩、松脂岩等のようなパーライトの製造に一般的に使用されている鉱石を粉砕して粒状化したものが使用される。

パーライトを加熱発泡させるための加熱炉１としては、外熱式の横型回転式加熱炉１が好適に使用され、例えば外熱式ロータリキルンが使用される。この加熱炉１内の雰囲気を３００〜１１００℃にした状態で、この加熱炉１の一端側にある供給口３から矢印６のように加熱炉１内へ精石を供給し、この加熱炉１を回転させながら精石を加熱炉１内で移動させると、精石が加熱発泡してパーライトが生成する。このパーライトは加熱炉１の他端にある取出口４から矢印７のように炉外へ取り出される。

図１（ａ）は本発明の第一の実施形態を示す。本実施形態では精石を加熱炉１で加熱する際、加熱炉１内の供給口３に臨む領域が雰囲気温度８００〜１１００℃の領域２となるように加熱炉１が加熱された状態となるようにする。このため加熱炉１に供給された精石は速やかに８００〜１１００℃に加熱されて発泡を開始し、発泡前の精石からの結晶水の蒸発が防止される。その結果、精石の発泡が不充分になったり、精石粒子間で発泡にばらつきが生じたりするようなことが抑制され、閉気孔（独立気孔）を有し、浮水率の高い均質なパーライトが得られる。

加熱炉１内における雰囲気温度８００〜１１００℃の領域２と取出口４との間での雰囲気温度の分布は特に制限されないが、例えば１１００〜３００℃の温度とすることができる。また、加熱炉１内の全体が、雰囲気温度８００〜１１００℃の領域２であっても良い。

加熱炉１内の雰囲気温度８００〜１１００℃の領域２での精石の保持時間は、精石が充分に発泡してパーライトを生成するように適宜調整されるが、特に２０秒以上であることが好ましい。またこの保持時間が長くなりすぎると、詳細は不明ではあるが、生成するパーライトの浮水率が低下する傾向が生じるため、充分に浮水率の高いパーライトを得るためには、前記保持時間は１００秒以下であることが好ましい。

尚、本発明者らが精石として粒径７５〜３００μｍの範囲の真珠岩を使用して、本実施形態のように精石を予熱することなく１０００℃で加熱した場合の、生成するパーライトの浮水率を確認したところ、１０００℃での保持時間が６０秒の場合は浮水率が９６．６％、保持時間が７０秒の場合は浮水率が９８．４％、保持時間が１１０秒の場合は浮水率が８４．１％になるという結果が得られている。このように、精石の粒径７５〜３００μｍ、雰囲気温度８００〜１１００℃での保持時間を２０〜１００秒とすることで、粒径５００μｍ以下で浮水率８５％以上のパーライトを得ることができた。

図１（ｂ）は本発明の第二の実施形態を示す。本実施形態では精石を加熱炉１で加熱する際、スクリューコンベア、フィーダー等の適宜の供給手段５を用いて、精石を加熱炉１内の雰囲気温度８００〜１１００℃の領域２に供給する。例えば前記加熱炉１の外部と加熱炉１内の雰囲気温度８００〜１１００℃の領域２との間を、供給口３を介してスクリューコンベア、フィーダー等の供給手段５で接続し、精石を前記供給手段５により加熱炉１の外部から加熱炉１内の雰囲気温度８００〜１１００℃の領域２へ速やかに移動させる。このとき供給手段５によって移動している途中で精石が加熱されないようにするため、供給手段５は断熱構造を有していることが好ましい。

本実施形態でも、第一の実施形態の場合と同様の理由により、精石の発泡が不充分になったり、精石粒子間で発泡にばらつきが生じるようなことが抑制され、閉気孔を有し、浮水率の高い均質なパーライトが得られる。

加熱炉１内の雰囲気温度８００〜１１００℃の領域２での精石の保持時間は、第一の実施形態の場合と同じ理由により、２０〜１００秒の範囲であることが好ましい。

加熱炉１内における雰囲気温度８００〜１１００℃の領域２と取出口４との間での雰囲気温度の分布は特に制限されないが、例えば加熱炉１内中央部分の領域が雰囲気温度８００〜１１００℃の領域２となるようにし、この領域よりも供給口３側及び取出口４側の雰囲気温度が８００℃よりも低い温度、例えば３００〜８００℃の範囲の温度となるようにすることができる。この場合、加熱炉１内を必要以上に高温に加熱する必要がなくなると共に熱エネルギーの外部への無駄な放出が抑制され、エネルギーの利用効率が向上する。また、加熱炉１内の取出口４に臨む領域が雰囲気温度８００〜１１００℃の領域２であり、この領域よりも供給口３側の雰囲気温度が８００℃よりも低い温度であっても良い。

尚、本発明者らが精石として粒径７５〜３００μｍの範囲の真珠岩を使用し、加熱炉１の供給口３付近の雰囲気温度を５００〜６００℃、中央部の領域の雰囲気温度を１０００℃とした場合に生成されるパーライトの浮水率の確認を行ったところ、本実施形態のように精石を加熱炉１内の雰囲気温度が１０００℃の領域に供給し、１０００℃での保持時間を４０秒とした場合には、生成したパーライトの浮水率は９１．６％であった。これに対して、従来と同様に精石を加熱炉１内に供給口３から直に供給し、１０００℃での保持時間を４０秒とした場合には、生成したパーライトの浮水率は７１．４％であった。

図１（ｃ）は本発明の第三の実施形態を示す。本実施形態では精石を加熱炉１で加熱する際、予め精石に散水するなどしてこの精石に水を付着させておき、この精石を供給口３から加熱炉１内に供給する。

加熱炉１内の温度分布は特に制限されないが、例えば加熱炉１内中央部分の領域が雰囲気温度８００〜１１００℃の領域２となるようにし、この領域よりも供給口３側及び取出口４側の雰囲気温度が８００℃よりも低い温度、例えば３００〜８００℃の範囲の温度となるようにする。この場合、加熱炉１内を必要以上に高温に加熱する必要がなくなると共に熱エネルギーの外部への無駄な放出が抑制され、エネルギーの利用効率が向上する。また、加熱炉１内の取出口４に臨む領域が雰囲気温度８００〜１１００℃の領域２であり、この領域よりも供給口３側の雰囲気温度が８００℃よりも低い温度であっても良い。

このようにして精石を加熱炉１に供給すると、加熱炉１内では精石はまず水が付着した状態で加熱され、前記付着した水が蒸発する。これにより精石から蒸発熱が奪われて精石の温度上昇が抑制されると共に結晶水よりも蒸発しやすい前記精石に付着した水が先に蒸発するため、精石からの結晶水の蒸発が抑制される。その後、精石が雰囲気温度８００〜１１００℃の領域２に到達し、発泡を開始する。このため、発泡前の精石からの結晶水の蒸発が防止され、その結果、精石の発泡が不充分になったり、精石粒子間で発泡にばらつきが生じるようなことが抑制され、閉気孔を有する均質なパーライトが得られる。

また、精石に予め付着させる水の量は、精石が加熱炉１内に供給された後、雰囲気温度８００〜１１００℃の領域２に到達するまでの間に全ての水が蒸発し切ってしまわないように調整されることが好ましい。この精石に付着させる水の具体的な量は、精石が加熱炉１に供給された後、雰囲気温度８００〜１１００℃の領域２に到達するまでの間での加熱条件に応じて適宜調整されるが、例えば精石の総量に対して５〜３０質量％の範囲で調整される。

上記各実施形態においては、精石は小粒径であり且つ粒子間の粒径が揃っていることが好ましい。このように小粒径の精石が使用されることで、生成したパーライトに潰れが生じたりすることが抑制され、パーライトの浮水率が更に高くなると共に、このパーライトの吸水率が低くなる。尚、生成したパーライトが潰れたりすると、パーライトの表面に開気孔が生じてしまい、その結果、パーライトの吸水率の上昇や浮水率の低下を招いてしまうおそれがある。また、精石の粒径が揃っていると、精石の粒子間で発泡に要する加熱条件が揃い、より均質なパーライトを得ることができるようになって、パーライトの浮水率が更に向上する。更に、このように精石の粒径が小さく且つ揃っていると、生成されるパーライトも小粒径で且つ粒径が揃ったものとなり、より均質なパーライトが得られるようになる。

精石の具体的な粒径は適宜設定されるが、７５〜３００μｍの範囲にあれば、上記各実施形態における加熱条件で精石が加熱された際の精石の発泡性が特に良好になり、粒径が５００μｍ以下、浮水率が８５％以上で、吸水率が特に良好な均質なパーライトが得られる。

尚、本発明者らが精石として真珠岩を使用して、第一の実施形態のように精石を予熱することなく１０００℃で加熱し、１０００℃での保持時間を４０秒とした場合に生成するパーライトの状態の確認を行ったところ、精石の粒径が５０〜７５μｍの範囲で分布している場合には生成するパーライトのうち粒径が小さい粒子は発泡していなかった。これに対して精石の粒径が７５〜１５０μｍの範囲で分布している場合には、ほとんどの精石が良好に発泡するという結果が得られた。また、粒径が１５０〜３００μｍの範囲で分布している精石を加熱した場合でも、ほとんどの精石が良好に発泡するという結果が得られた。但し、精石の粒径が大きすぎると、成形方法によっては生成されるパーライトに潰れが生じてしまう可能性がある。参考までに、パーライトの粒径ごとの圧縮強度の比較を図２に示す。これは、パーライトをピストン状の容器に詰め、オートグラフを用いて加圧し圧縮強度を測定した結果である。図示の通り、パーライトの粒径が大きくなると圧縮強度が低くなることが確認できる。

上記各実施形態で製造されるパーライトは、特にセメント系成形材料の軽量化骨材として好適である。この場合、パーライトの浮水率が高いことから、セメント系成形材料から形成される建材等の軽量化に大きく寄与する。また、このパーライトの吸水率が低いことから、建材等が経年的に吸水して寸法変化によるクラックが発生したり凍害による劣化が生じたりするようなことが防止され、建材等の耐久性が向上する。

また、セメント系成形材料を成形した後、養生硬化して建材等を製造する際には、パーライトが吸水することで養生硬化が不均一になるようなことを防止することができ、均質な製品を製造することができる。

また、このパーライトは、特に逆エマルション構造を有するセメント系成形材料における軽量化骨材として使用されることが好ましい。逆エマルション構造を有するセメント系成形材料とは、セメント系成形材料が油性物質を含有すると共に更に必要に応じて非イオン性界面活性剤、各種アニオン系界面活性剤、カチオン系界面活性剤等の乳化剤（逆乳化剤）を含有することで、逆エマルション（Ｗ／Ｏエマルション）構造を有するようになったものである。尚、前記油性物質は、水と逆エマルションを形成しうるものであれば特に制限はないが、通常は疎水性の液状物質が利用され、例えば、トルエン、キシレン、灯油、スチレン、ジビニルベンゼン、メチルメタクリレート、トリメチロールプロパントリメタクリレート、不飽和ポリエステル樹脂等が挙げられる。このうち、スチレン、ジビニルベンゼン、メチルメタクリレート、トリメチロールプロパントリメタクリレート、不飽和ポリエステル樹脂等の重合性二重結合を有するもの（ビニル単量体）が使用される場合は、セメント系成形材料の硬化成形時に油性物質の重合を促進するために、セメント系成形材料中に有機過酸化物や過硫酸塩等の重合開始剤や、トリメチロールプロパントリメタクリレート等の架橋剤を含有させても良い。

このような逆エマルション構造を有するセメント系成形材料は流動性及び成形性が高いという利点があるが、吸水性が高い軽量化骨材を含有すると軽量化骨材の吸水により逆エマルション構造が破壊され、良好な流動性及び成形性が失われてしまう。これに対して、上記各実施形態で得られるパーライトが軽量化骨材として使用されると、このパーライトは吸水性が低いことから、逆エマルション構造を有するセメント系成形材料の良好な流動性及び成形性が維持される。

（ａ）は本発明の第一の実施形態、（ｂ）は本発明の第二の実施形態、（ｃ）は本発明の第三の実施形態をそれぞれ示す概略図である。パーライトの粒径ごとの圧縮強度を示すグラフである。

符号の説明

１加熱炉
２領域
３供給口
５供給手段

Claims

加熱炉内に精石を供給することで前記精石を加熱発泡させてパーライトを製造するにあたり、前記精石を加熱炉内の雰囲気温度８００〜１１００℃の領域に供給する供給手段として断熱構造を有するものを用いてこの領域に前記精石を供給することを特徴とするパーライトの製造方法。
加熱炉内に精石を供給することで前記精石を加熱発泡させてパーライトを製造するにあたり、水が前記精石の総量に対して５〜３０質量％の範囲となるように調整して、前記精石に水を付着させた状態でこの精石を加熱炉内に供給し、この精石を加熱炉内の雰囲気温度８００〜１１００℃の領域まで移動させることを特徴とするパーライトの製造方法。
前記精石の粒径が７５〜３００μｍの範囲であることを特徴とする請求項１又は２に記載のパーライトの製造方法。