JP5658828B2 - 溶融スラグを利用して平板状の無機非金属材料を製造する方法 - Google Patents

溶融スラグを利用して平板状の無機非金属材料を製造する方法 Download PDF

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Description

本発明は無機非金属材料の分野に関し、特に、溶融スラグを利用して平板状の無機非金属材料を製造する方法に関する。
鉄冶金における廃棄物残渣の産量は多く、総合的な利用が困難であるため、環境に深刻な悪影響を与えており、産業の発展を制限している。従来、これらの廃棄物残渣の処理方法として、1500-1600℃のスラグが排出された後、水で冷却し(製造上「水砕」と称する)、その後水中からスラグを取り出して、乾燥、粉末化してセメントの生産に用いる。しかし、この工程によって一部の廃棄物残渣しか処理できず、しかも処理において廃水、廃ガスが生じ、高炉スラグに含まれる大量の顕熱が無駄になるだけでなく、環境に悪影響を与える原因になっているのが厳しい問題となっていた。
従来、高炉スラグを総合的に利用するための生産と研究はすべて上記の水砕後の廃棄物残渣を対象として行うため、廃棄物残渣の冷却に用いられる新鮮な水の消費問題があり、スラグに含まれる熱エネルギーも十分に利用できず、且つ二次廃棄物が生じ、しかも廃棄物残渣を全て処理することもできない。
よって、大量のスラグを有用なものにする方法の提出が課題となっていた。
本発明の目的は、溶融スラグについて直接調質処理を行い、浮遊法を利用して平板状の無機非金属材料を製造する方法を提供することである。
上述の目的を実現するために、本発明による溶融スラグを利用して平板状の無機非金属材料を製造する方法は、溶融スラグを保温・調質池に入れ、かつ前記スラグの温度を1450℃-1600℃に維持し、製品の要求によって粘度及び/又は色彩を調整する段階と、調質された溶融スラグを錫又は錫合金を担体とする浮遊法生産池に入れ、浮遊法で取得した平板状の無機非金属材料を1000℃-1300℃の温度で浮遊法生産池から取り出す段階と、前記平板状の無機非金属材料を600℃-900℃の温度で、非還元性雰囲気において0.5-2時間保温した後、1-2時間内に室温まで徐々に温度を下げることで、前記平板状の無機非金属材料が得られる段階を含むことを特徴とする。その中、前記溶融スラグの成分は、10-40wt%のAl2O3、5-25wt%のMgO、10-50wt%のSiO2、10-40wt%のCaO、0.1-5wt%のTiO2、0.1-5wt%のFeO、0.1-5wt%のMnOでよい。より具体的に、冷却速度は5-10℃/分であることが好ましい。
本発明の実施例において、前記溶融スラグの成分は、10-20wt%のAl2O3、5-10wt%のMgO、20-35wt%のSiO2、20-30wt%のCaO、0.1-5wt%のTiO2、0.1-5wt%のFeO、0.1-5wt%のMnOでよい。
本発明の実施例において、粘度調整剤は粘土、磁土、磁石、陶土、長石及び石英砂の中の少なくとも1つでよく、その添加量は溶融スラグの添加量の5-20wt%である。色彩調整剤はTi、Cr、Ni、Cu、Co、Fe、希土類元素の酸化物、前記酸化物を含有する粉鉱及び産業廃棄物の中の少なくとも1つでよく、その添加量は溶融スラグの添加量の0-5wt%である。
本発明の実施例において、前記溶融スラグは冶金反応器から直接排出された溶融スラグ又は再度精錬されたスラグである。
以下、本発明による実施例を詳細に説明する。
高炉溶融スラグは高炉製鉄生産において生じる廃棄物で、その元素組成として、10-40wt%のAl2O3、5-25wt%のMgO、10-50wt%のSiO2、10-40wt%のCaOの範囲内にあり、更に少量のFeO、C、MnO、Sなどの元素を含み、溶液の温度は1350℃-1480℃の範囲にある。また、その元素組成として、10-20wt%のAl2O3、5-10wt%のMgO、20-35wt%のSiO2、20-30wt%のCaOの範囲内にあり、少量のFeO、C、MnO、Sなどの元素を含むのが好ましい。
本発明による実施例は溶融スラグを利用して平板状の無機非金属材料を製造する方法を提供し、前述の溶融スラグの組成成分として、10-40wt%のAl2O3、5-25wt%のMgO、10-50wt%のSiO2、10-40wt%のCaO、0.1-5wt%のTiO2、0.1-5wt%のFeO、0.1-5wt%のMnOを含む。また、前述の溶融スラグの組成成分として、10-20wt%のAl2O3、5-10wt%のMgO、20-35wt%のSiO2、20-30wt%のCaO、0.1-5wt%のTiO2、0.1-5wt%のFeO、0.1-5wt%のMnOを含むのが好ましい。また、前述の溶融スラグは冶金反応器から直接に排出された溶融スラグでもよく、再度精錬されたスラグでもいい。本発明の方法によれば、高炉から排出される溶融スラグを直接利用することができるため、原料を溶融するためのエネルギー消費を節約できるだけでなく、高炉スラグの水砕冷却による水資源の消費と二次廃棄物の発生を回避することができる。
この方法において、保温・調質(thermal refining)池の内部で溶融スラグの温度を1450℃-1600℃範囲に制御する。製品の性能、色彩の要求によって、調質処理の工程を確定する。その中、前述の調質処理は粘度及び/又は色彩の調整を含む。
より具体的にいうと、粘度調整剤として粘土、磁土、磁石、陶土、長石及び石英砂の中の少なくとも1つが用いられ、その添加量は溶融スラグの添加量の5-20wt%であり、色彩調整剤としてTi、Cr、Ni、Cu、Co、Feの酸化物(例えばTiO2、Cr2O3、NiO、CuO、CoO、FeO、Fe2O3など)、このような酸化物を含有する粉鉱及び産業廃棄物(例えば、石炭脈石、赤泥)の中の少なくとも1つが用いられ、添加量は溶融スラグの添加量の0-5ｗt%である。
次に、調質された溶融スラグが錫又は錫合金を担体とする浮遊法生産池に入るように制御し、浮遊法によって得られた平板状の無機非金属材料を1000℃-1300℃の温度で浮遊法生産池から取り出す。
前述の平板状の無機非金属材料を600℃-900℃の温度で、非還元性雰囲気において0.5-2時間保温し、そして1-2時間内に室温まで徐々に温度を下げることで、前述の平板状の無機非金属材料を取得する。その中、冷却速度は5-10℃/分である。冷却速度が速すぎると、製品に微視的に、ひいては巨視的にひび割れが発生し、冷却速度が遅すぎると、生産効率が落ちてしまう。
以下、本発明の方法の実施例について具体的に説明する。
実施例1
15wt%のAl2O3、15wt%のMgO、30wt%のSiO2、35wt%のCaO、1wt%のTiO2、2wt%のFeO、2wt%のMnOで組成された溶融スラグを使用し、1600℃で石英砂を添加してその粘度と成分を調整し、その添加量は溶融スラグの添加量の20wt%である。実施例1において色彩調整剤を添加しない。そして、調質された溶融スラグを錫又は錫合金を担体とする浮遊法生産池に入れ、浮遊法で取得した平板状の無機非金属材料を1300℃の温度で浮遊法生産池から取り出す。そして、前述の平板状の無機非金属材料を900℃の温度で、非還元性雰囲気において2時間保温し、また2時間内に室温まで徐々に温度を下げることで、必要なサイズと色彩を有する平板状の無機非金属材料が得られる。
実施例2
14wt%のAl2O3、17wt%のMgO、28wt%のSiO2、32wt%のCaO、1.5wt%のTiO2、4wt%のFeO、3.5wt%のMnOで組成された溶融スラグを使用し、1500℃で磁石を添加することでその粘度と成分を調整し、その添加量は溶融スラグの添加量の15wt%である。また、ベンガラを添加して色彩を調整するが、その添加量は溶融スラグの添加量の5wt%である。そして、調質後の溶融スラグを錫又は錫合金を担体とする浮遊法生産池に入れ、浮遊法で取得した平板状の無機非金属材料を1200℃の温度で浮遊法生産池から取り出す。そして、前述の平板状の無機非金属材料を850℃の温度で、非還元性雰囲気において1.5時間保温し、また2時間内に室温まで徐々に温度を下げることで、必要なサイズと色彩を有する平板状の無機非金属材料が得られる。
実施例3
15wt%のAl2O3、15wt%のMgO、30wt%のSiO2、35wt%のCaO、1wt%のTiO2、2wt%のFeO、2wt%のMnOで組成された溶融スラグを使用し、1450℃で陶土を添加してその粘度と成分を調整し、その添加量は溶融スラグの添加量の5wt%である。また、ベンガラを添加して色彩を調整するが、その添加量は溶融スラグの添加量の2wt%である。そして、調質された溶融スラグを錫又は錫合金を担体とする浮遊法生産池に入れ、浮遊法で取得した平板状の無機非金属材料を1000℃の温度で浮遊法生産池から取り出す。そして、前述の平板状の無機非金属材料を700℃の温度で、非還元性雰囲気において2時間保温し、また1.5時間内に室温まで徐々に温度を下げることで、必要なサイズと色彩を有する平板状の無機非金属材料が得られる。
実施例4
14wt%のAl2O3、17wt%のMgO、28wt%のSiO2、32wt%のCaO、1.5wt%のTiO2、4wt%のFeO、3.5wt%のMnOで組成された溶融スラグを使用し、1500℃で粘土を添加してその粘度と成分を調整し、その添加量は溶融スラグの添加量の12wt%である。ベンガラを添加して色彩を調整するが、その添加量は溶融スラグの添加量の1wt%である。そして、調質された溶融スラグを錫又は錫合金を担体とする浮遊法生産池に入れ、浮遊法で取得した平板状の無機非金属材料を1200℃の温度で浮遊法生産池から取り出す。そして、前述の平板状の無機非金属材料を600℃の温度で、非還元性雰囲気において0.5時間保温し、また1時間内に室温まで徐々に温度を下げることで、必要なサイズと色彩を有する平板状の無機非金属材料が得られる。
本発明の実施例による溶融スラグを利用して平板状の無機非金属材料を製造する方法は以下のような利点がある。
1)高炉スラグを総合的に利用するために、省エネかつ効率的なルートを提供する。
2)高炉から排出された溶融スラグを直接利用することで、原料を溶融するエネルギーの消費を節約し、更に高炉スラグの水砕冷却による水資源消費と二次廃棄物の発生を回避する。
3)製造された平板状の無機非金属材料は色の品質の安定性、耐摩耗性、耐圧性、無剥離性、小さい熱伝導係数及び低い収縮率を有する。
さらに、本発明の実施例による溶融スラグを利用して平板状の無機非金属材料を製造する方法は、以下のような主な困難を乗り越えた。
(1)温度が高く、工程と設備を再度設計しなければならない、
(2)スラグの粘度がガラス液体より遥かに低く、二酸化ケイ素のような粘度調整剤などを添加しなければならない。
本発明の実施例による溶融スラグを利用して浮遊法で製造された平板状の無機非金属製品は、建築、地面、壁の装飾と飾りに使用することができ、更に固体化されていない製品を加工することで、いろんな工芸品が得られる。
本発明は上記の実施例に限定されず、本発明に記載された範囲内で各種変形と変更を行うことができる。

Claims (6)

  1. 溶融スラグを利用して平板状の無機非金属材料を製造する方法であって、
    溶融スラグを保温・調質池に入れ、かつ前記スラグの温度を1450℃-1600℃に維持し、製品の要求によって粘度及び/又は色彩を調整する段階と、
    調質された溶融スラグを錫又は錫合金を担体とする浮遊法生産池に入れ、浮遊法で取得した平板状の無機非金属材料を1000℃-1300℃の温度で浮遊法生産池から取り出す段階と、
    前記平板状の無機非金属材料を600℃-900℃の温度で、非還元性雰囲気において0.5-2時間保温した後、1-2時間内に室温まで徐々に温度を下ることで、前記平板状の無機非金属材料が得られる段階と、を含み、
    前記溶融スラグの成分は、10-40wt%のAl2O3、5-25wt%のMgO、10-50wt%のSiO2、10-40wt%のCaO、0.1-5wt%のTiO2、0.1-5wt%のFeO、0.1-5wt%のMnOであることを特徴とする溶融スラグを利用して平板状の無機非金属材料を製造する方法。
  2. 前記溶融スラグの成分は、10-20wt%のAl2O3、5-10wt%のMgO、20-35wt%のSiO2、20-30wt%のCaO、0.1-5wt%のTiO2、0.1-5wt%のFeO、0.1-5wt%のMnOであることを特徴とする請求項１に記載の溶融スラグを利用して平板状の無機非金属材料を製造する方法。
  3. 冷却速度は5-10℃/分であることを特徴とする請求項１に記載の溶融スラグを利用して平板状の無機非金属材料を製造する方法。
  4. 粘度調整剤は粘土、磁土、磁石、陶土、長石及び石英砂の中の少なくとも1つであり、その添加量は溶融スラグの添加量の5-20wt%であることを特徴とする請求項１又は２に記載の溶融スラグを利用して平板状の無機非金属材料を製造する方法。
  5. 色彩調整剤はTi、Cr、Ni、Cu、Co、Fe、希土類元素の酸化物、前記酸化物を含有する粉鉱及び産業廃棄物の中の少なくとも1つであり、その添加量は溶融スラグの添加量の0-5ｗt%であることを特徴とする請求項１又は２に記載の溶融スラグを利用して平板状の無機非金属材料を製造する方法。
  6. 前記溶融スラグは冶金反応器から直接排出された溶融スラグ又は再度精錬されたスラグであることを特徴とする請求項１又は２に記載の溶融スラグを利用して平板状の無機非金属材料を製造する方法。
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