JP6500527B2

JP6500527B2 - 珪藻土れんが

Info

Publication number: JP6500527B2
Application number: JP2015054187A
Authority: JP
Inventors: 洋一棚辺; 佐々木　直哉; 直哉佐々木
Original assignee: Ishikawa Prefecture; Sankyo Tateyama Inc
Current assignee: Ishikawa Prefecture; Sankyo Tateyama Inc
Priority date: 2015-03-18
Filing date: 2015-03-18
Publication date: 2019-04-17
Anticipated expiration: 2035-03-18
Also published as: JP2016172673A

Description

本発明は、珪藻土を主な原料とするれんがに関する。

アルミ表面処理工程では多量のアルミスラッジが発生し、アルミスラッジを処分する際には乾燥させる必要があり、多額の費用を要するため、その処分に苦慮している。従来、アルミスラッジの再利用の用途としては、廃硫酸に溶解させて硫酸アルミニウム（硫酸バンド）を製造し、これを凝集剤として用いる用途があったが（例えば、特許文献１参照）、需要がさほど多いとは言えず、高品質なものを製造しようとすればコストもかかるため、より有効な用途が求められている。

特開平１０−５９７１５号公報

本発明は以上に述べた実情に鑑み、アルミスラッジを有効利用できる耐熱性に優れた珪藻土れんがの提供を目的とする。

上記の課題を達成するために請求項１記載の発明による珪藻土れんがは、珪藻土（Ｘ）を５５≦Ｘ＜１００重量％に、アルミスラッジ（Ｙ）を０＜Ｙ≦４５重量％混合し、さらに、珪藻土とアルミスラッジの合計に対して５〜２０重量％のカルシウム化合物（焼成時に珪藻土の中に含まれる硫黄と反応して硫酸カルシウムを生成するもの）を混合して成形し、８５０〜１１５０℃で焼成したことを特徴とする。

請求項１記載の発明によるレンガは、珪藻土に所定量のアルミスラッジとカルシウム化合物を混ぜたことで、焼成温度よりも高い温度で使用しても収縮を小さく抑えることのできる耐熱性に優れるレンガになる。

（ａ）は１０００℃で焼成し、１１００℃で再加熱した後の珪藻土れんがの外観写真であり、（ｂ）は１０００℃で焼成し、１２００℃で再加熱した後の珪藻土れんがの外観写真である。

以下、本発明の実施の形態を説明する。本発明の珪藻土れんがは、珪藻土（Ｘ）を５５≦Ｘ＜１００重量％に、アルミスラッジ（Ｙ）を０＜Ｙ≦４５重量％混合し、さらに、珪藻土とアルミスラッジの合計に対して５〜２０重量％のカルシウム化合物を混合して成形し、８５０〜１１５０℃で焼成したことを特徴とする。本珪藻土れんがは、焼却炉の壁面等に用いることのできる、珪藻土質耐火断熱れんがである。
珪藻土とアルミスラッジとは、両者を合わせて１００重量％となるように混合するものであり、例えば珪藻土が８０重量％のときは、アルミスラッジは２０重量％である。カルシウム化合物は、珪藻土とアルミスラッジの合計（１００重量％）に対して、５〜２０重量％添加するものである。

アルミスラッジは、アルミニウム合金の表面処理工程で排出される廃液を中和して得られる、水酸化アルミを主成分とする生成物である。水酸化アルミは、焼成するとアルミナになり、そのアルミナによって珪藻土れんがの耐熱性が向上する。
アルミスラッジは、水分を５〜２５％含んだものを用いることができる。すなわち本珪藻土れんがにおいては、アルミスラッジを乾燥させることなく、水分を含んだまま用いることができる。アルミスラッジに適度に水分を含んでいることで、押出成形などの成形がしやすくなる利点がある。
アルミスラッジは、上限を４５重量％としているが、これは珪藻土質耐火断熱れんがは、珪藻土が酸化ケイ素として５０％以上含まれる必要があるからである。アルミスラッジ４５重量％の場合は酸化ケイ素の割合が５０重量％となり、アルミスラッジが４５重量％より多い場合は酸化ケイ素の割合が５０重量％未満となるため、アルミスラッジの添加量は４５重量％までとした。またアルミスラッジは、僅かでも含まれていればよいが、アルミスラッジを配合することで耐熱性が向上することや、アルミスラッジの有効利用の観点から、５重量％以上添加することが好ましい。

カルシウム化合物としては、炭酸カルシウムや水酸化カルシウム等を用いることができる。カルシウムは、珪藻土の中に含まれる硫黄と反応して硫酸カルシウム（石膏）になり、珪藻土れんがの収縮を抑える働きを持つ。
カルシウム化合物は、上限を２０重量％としているが、２０重量％以上添加させると、逆に再加熱収縮率が大きくなることを事前に確認しているためである。

焼成温度の上限を１１５０℃としているのは、１１５０℃よりも高い温度、例えば１２００℃で加熱すると、原料が溶けてれんがの形を維持するのが困難だからである（図１（ｂ）参照）。また、焼成温度の下限を８５０℃としているのは、８５０℃より低い温度では、カルシウムが、珪藻土に含まれる硫黄と反応して硫酸カルシウム（石膏）になって珪藻土れんがの収縮を抑える働きが促進されないからである。なお焼成温度は、耐熱性を向上する上で９５０〜１０５０℃がより好ましい。

本発明の珪藻土れんがは、より好ましい範囲として、珪藻土とアルミスラッジとカルシウム化合物を次の１及び２に示す配合量で混合して成形し、９５０〜１０５０℃で焼成したものとすることができる。
１．珪藻土の配合量（Ｘ）が８０≦Ｘ＜１００重量％、アルミスラッジの配合量（Ｙ）が０＜Ｙ≦２０重量％であり、珪藻土とアルミスラッジの合計に対して１０〜２０重量％のカルシウム化合物を混合したもの
２．珪藻土の配合量（Ｘ）が６０≦Ｘ＜８０重量％、アルミスラッジの配合量（Ｙ）が２０＜Ｙ≦４０重量％であり、珪藻土とアルミスラッジの合計に対して５〜１５重量％のカルシウム化合物を混合したもの
上記の構成によれば、焼成温度よりも高い温度で再加熱したときに収縮率を２％以下に抑えることができ、より優れた耐熱性を有する。

本珪藻土れんがの製造手順を説明する。まず、珪藻土、アルミスラッジ、カルシウム化合物を、それぞれ上記の所定の配合割合となるように測り取る。次に、測り取った材料を混合機に入れて撹拌し、十分に混合する。
なお、材料として、珪藻土、アルミスラッジ、カルシウム化合物の他に、水、木くず等を適宜加えることができる。木くずを加えた場合には、焼成すると木くずが燃えて空隙ができるので、断熱性をより向上することができる。
混合した材料は、プレス成型機などを用いて成形する。成形の仕方は任意であり、型に入れて押し固めてもよいし、押出成形してもよい。
成形した原料は、炉に入れて８５０〜１１５０℃で焼成することで珪藻土れんがとなる。

以下の表１に示すように、アルミスラッジを０〜４０重量％、カルシウム化合物を０〜２０重量％で種々変化させたテストピースを作り、焼成温度よりも高い温度で再加熱を行い、そのときの収縮率を測定した。カルシウム化合物としては、炭酸カルシウムを用いた。
テストピースの製作手順は、珪藻土、アルミスラッジ、カルシウム化合物をそれぞれ測り取り、測り取った材料を混合機に投入して撹拌し、十分に混合する。次に、混合した材料を、プレス成形機(ENERPAC製 WPM-20)を用いて直径５０ｍｍの円柱状に成形した。成形したテストピースは、電気炉に入れて１０００℃で焼成し、冷却後ノギスを用いて直径を測定した。
その後、テストピースを電気炉で１１００℃、１２時間保持の条件で再加熱を行い、冷却後ノギスを用いて直径を測定し、加熱前後での直径の変化を百分率で算出し再加熱収縮率を求めた。再加熱収縮率の値が小さいほど、耐熱性が高いことを意味する。図１（ａ）は、再加熱後のテストピースの一例を示す。

表１より明らかなように、アルミスラッジとカルシウム化合物の両方を配合したものは、両方とも配合しないものと比較して、再加熱収縮率が半分以下に抑えられる。傾向としては、アルミスラッジの配合割合が多くなるにつれて再加熱収縮率が小さくなる（カルシウム化合物の配合割合が１５，２０重量％のときを除く）、カルシウム化合物の配合割合が多くなるにつれて再加熱収縮率が小さくなる（アルミスラッジの配合割合が３０，４０重量％のときを除く）傾向がある。再加熱後のテストピースは、図１（ａ）に示すように、再加熱する前と外観上特に違いは見られなかった。
表１中に太線で囲った領域、すなわちアルミスラッジの配合割合が０重量％より多く２０重量％以下で、カルシウム化合物の配合割合が１０〜２０重量％のとき、及びアルミスラッジの配合割合が２０重量％より多く４０重量％以下で、カルシウム化合物の配合割合が５〜１５重量％のときは、再加熱収縮率が２％以下に抑えられており、耐熱性が特に優れている。
また、アルミスラッジの配合割合が４０重量％で、カルシウム化合物の配合割合が５，１０重量％のものは、再加熱収縮率が約１．５％と非常に小さく、しかもアルミスラッジを多く使用できるので、耐熱性向上とアルミスラッジの有効利用の観点から優れている。

次に、同じようにアルミスラッジとカルシウム化合物の配合割合を種々変化させたものを、８５０℃で焼成し、１１００℃で再加熱した場合の収縮率を、シミュレーションによって求めた。その結果を表２に示す。

８５０℃で焼成し１１００℃で再加熱した場合は、再加熱収縮率の値は１０００℃で焼成し１１００℃で再加熱した場合よりは劣るが、傾向としては１０００℃で焼成し１１００℃で再加熱した場合（表１）と同じ傾向であった。

以上に述べたように本珪藻土れんがは、珪藻土に所定量のアルミスラッジとカルシウム化合物を混ぜたことで、焼成温度よりも高い温度で使用しても収縮を小さく抑えることのできる耐熱性に優れるレンガになる。アルミスラッジは、乾燥することなく使用することができるため、コストをかけずに有効に再利用できる。
さらに、珪藻土の配合量（Ｘ）が８０≦Ｘ＜１００重量％、アルミスラッジの配合量（Ｙ）が０＜Ｙ≦２０重量％であり、珪藻土とアルミスラッジの合計に対して１０〜２０重量％のカルシウム化合物を混合したもの、及び珪藻土の配合量（Ｘ）が６０≦Ｘ＜８０重量％、アルミスラッジの配合量（Ｙ）が２０＜Ｙ≦４０重量％であり、珪藻土とアルミスラッジの合計に対して５〜１５重量％のカルシウム化合物を混合したものを成形し、９５０〜１０５０℃で焼成したものであれば、焼成温度よりも高い温度で再加熱したときに収縮率を２％以下に抑えることができ、より優れた耐熱性を有する。

本発明は以上に述べた実施形態に限定されない。珪藻土、アルミスラッジ、カルシウム化合物の配合割合は、請求項に記載した範囲内で適宜変更することができる。珪藻土の産地、品質等は問わない。カルシウム化合物としては、炭酸カルシウムの他、水酸化カルシウム等を用いることができる。本発明の珪藻土れんがの用途は特に限定されず、焼却炉等の断熱材として用途の他、花壇や塀などに用いることもできる。

Claims

珪藻土（Ｘ）を５５≦Ｘ＜１００重量％に、アルミスラッジ（Ｙ）を０＜Ｙ≦４５重量％混合し、さらに、珪藻土とアルミスラッジの合計に対して５〜２０重量％のカルシウム化合物（焼成時に珪藻土の中に含まれる硫黄と反応して硫酸カルシウムを生成するもの）を混合して成形し、８５０〜１１５０℃で焼成したことを特徴とする珪藻土れんが。