JPS5844627B2 - 耐火断熱材の製造方法 - Google Patents

耐火断熱材の製造方法

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JPS5844627B2
JPS5844627B2 JP56116874A JP11687481A JPS5844627B2 JP S5844627 B2 JPS5844627 B2 JP S5844627B2 JP 56116874 A JP56116874 A JP 56116874A JP 11687481 A JP11687481 A JP 11687481A JP S5844627 B2 JPS5844627 B2 JP S5844627B2
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憲弘 井上
尚道 原
英夫 山田
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    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01BNON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B33/00Silicon; Compounds thereof
    • C01B33/20Silicates
    • C01B33/24Alkaline-earth metal silicates
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B28/00Compositions of mortars, concrete or artificial stone, containing inorganic binders or the reaction product of an inorganic and an organic binder, e.g. polycarboxylate cements
    • C04B28/18Compositions of mortars, concrete or artificial stone, containing inorganic binders or the reaction product of an inorganic and an organic binder, e.g. polycarboxylate cements containing mixtures of the silica-lime type
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02WCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
    • Y02W30/00Technologies for solid waste management
    • Y02W30/50Reuse, recycling or recovery technologies
    • Y02W30/91Use of waste materials as fillers for mortars or concrete

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、耐火断熱材の製造方法に関するものであり、
さらに詳しくいえば、もみがら灰と石灰原料を用いてケ
イ酸カルシウム水和物を主要構成物とする耐火断熱材を
製造する方法及び該耐火断熱材の製造において、もみが
ら灰を得る際に生じるもみがらの燃焼熱をオU用する耐
火断熱材の製造方法に関するものである。
ケイ酸カルシウム水和物には多くの種類があるが、一般
に耐火断熱材として利用されているものは、主にゾノト
ライト及びトバモライト族であり、これらはいずれもケ
イ酸原料と石灰原料とを水の存在下において、通常加圧
下で水熱反応させることによって得られる。
ところで、耐火断熱材の耐火性能は、主要な構成物であ
るケイ酸カルシウム水和物の種類によって異なり、例え
ば加熱によるケイ酸カルシウム水和物の脱水及び続いて
起る無水ケイ酸カルシウム鉱物への転移に際し収縮率の
小さなゾノトライトが、トバモライト族に比べるとはる
かに優れた耐熱性能を示す。
このことは市販されている耐火断熱材の耐熱性を比較し
ても分るように、トバモライト系の650℃に対してゾ
ノトライト系は1000℃であり優れた耐熱性を示して
いる。
この種の耐火断熱材のケイ酸原料として、例えば石英、
ケイ砂、白土、ケイソウ土、シリカダストなどが広く用
いられるが、特に耐火性に優れたゾノトライト系耐火断
熱材の製造には、二酸化ケイ素(SiO2)含有率が高
(かつ比表面積の大きなケイ酸原料を用いることが必要
であり、このようなものとしては、例えば石英の微粉砕
物、火山性無定形ケイ酸の微粉砕物、シリカダスト、ホ
ワイトカーボンなどが挙げられる。
しかしながらこれらの原料資源は、局在することにより
企業化に際して立地条件が制約され、また高価格である
などの欠点を有している。
本発明者らは、このような欠点を克服すべく、安価であ
りかつ容易に入手しうるケイ酸資源を原料とするソフト
ライト系耐火断熱材の製造方法について鋭意研究を重ね
た結果、農産廃棄物であるもみがらを燃焼して得られる
灰が本目的に最適なケイ酸資源であること及びもみがら
を燃焼する際の発熱量がもみがらIJ当りほぼ3300
Kcalに達することから、この熱量を耐火断熱材製
造時の熱源として有効に利用しうろことを見出し、この
知見に基づいて本発明を完成するに至った。
すなわち、本発明は、もみがら灰と石灰原料とを水に懸
濁して水熱反応させ、得られたケイ酸カルシウム水和物
結晶を成形し、乾燥することを特徴とする耐火断熱材の
製造方法、もみがら灰と石灰原料とを水に懸濁させて型
枠に流し込み、そのまま又は脱型したのちオートクレー
ブに入れ、飽和水蒸気圧下にて加熱硬化させることを特
徴とする耐火断熱材の製造方法、及びこれらの製造方法
により耐火断熱材を製造するに当り、該耐火断熱材製造
に必要な熱源として、もみがら灰を得る際に生じるもみ
がらの燃焼熱をオU用することを特徴とする耐火断熱材
の製造方法を提供するものである。
本発明において原料として用いるもみがら灰は、もみが
らを酸化雰囲気中で燃焼させることによって、その重量
の約20%の歩留りで得られる。
このもみがらは、いかなる産地のものでもすべて利用可
能であり、二酸化ケイ素含有率を高めるために酸化雰囲
気下において、燃焼カーボンが残らず、得られた灰が白
色を呈するように焼成することが望ましい。
このようにして得られた灰中の二酸化ケイ素含有率は9
0数%に達する。
もみがらの焼成において、焼成時間を2時間と一定にし
焼成温度を400℃から1000℃まで変えて得られた
シリカの種類をX線回折で調べたところ、400〜60
0℃の焼成温度では非晶質シリカが得られ、800℃で
はこの非晶質シリカの一部がクリストバライトに結晶化
したものがさらに1000℃ではクリストバライトとト
リジマイトの混合物が生成していた。
また温度を800℃と一定にして焼成時間を1時間から
16時間まで変えたところ、1時間までは非晶質シリカ
であったが、2時間でクリストバライトへの結晶化が始
まり、8〜16時間でクリストバライトとトリジマイト
の混合物に結晶化した。
すなわち、もみがら灰中の二酸化ケイ素は、焼成温度が
低いか又は焼成時間が短いと非晶質シリカとなり、焼成
温度が高くかつ焼成時間が長くなるとトリジマイト、ク
リストバライトに結晶化する傾向にあるが、結晶構造と
してより安定な石英に結晶化しにくいという特徴を有し
ている。
この非晶質シリカ、トリジマイト、クリストバライトは
、いずれも石英に比較すると水熱反応性は格段に高く、
ケイ酸カルシウム水和物合成用に通常用いられる石英質
原料に比較して、極めて優れた原料であるといえる。
また、もみがらの焼成によって得られた灰は、焼成前の
もみがらの形態を保持して多孔質かつ高い比表面積を有
するため、被粉砕性が極めて高いのが特徴である。
ところで、耐火断熱材に用いるケイ酸原料はすべて微粉
末の形で用いる必要があり、従来用いられているケイ酸
原料は被粉砕性が低いので、粉砕コストがかなり高くつ
く欠点を有しているが、ケイ酸原料としてもみがら灰を
用いれば、その高い被粉砕性によって粉砕コストを大幅
に低減しうる。
本発明方法における他方の原料である石灰原料は水酸化
カルシウムCa (OH) 2として反応に寄与する必
要があり、このようなものとしては、例えば消石灰、生
石灰、カーバイド滓などが挙げられる。
本発明方法における水熱反応には、(A)微粉砕したも
みがら灰と石灰原料を水中に均一に分散させて行う方法
と、(B)水に分散したこれらの原料の配合スラリーを
型枠に流し込み、そのままか又は脱型したのち行う方法
がある。
これらの方法において、もみがら灰と石灰原料の配合割
合は目的とするケイ酸カルシウム水和物の種類によって
異なるが、ソフトライトを目的とする場合はCa/Si
モル比として0.8〜1.2、トバモライト系を目的
とする場合は0.5〜1.0の範囲が望ましい、なお、
もみがら灰と石灰原料との最適配合割合は、もみがら灰
の粒度及び結晶化度によって異なり、粒度が非常に小さ
い場合はCa/Si モル比は若干大きく、また結晶
化度が高い場合も若干大きくするのがよい。
また、目的とする製品性能を得るためには、必要に応じ
てもみがら灰と石灰原料混合物に石英、ケイ砂、粘土な
どの慣用のケイ酸原料、アルミノケイ酸原料、補強繊維
及びシラスバルーンやパーライトなどの軽量フィラーを
添加してもよい。
補強繊維としては、例えば石綿、岩綿、ガラス繊維、セ
ラミックファイバー、炭素繊維、金属繊維、パルプ、綿
、各種合成繊維などが挙げられ、これらは単独又は混合
して用いることができる。
水熱反応における(4)の方法においては、生成ケイ酸
カルシウム水和物の結晶成長を促進するために、スラリ
ー濃度を高目にとることが好ましく、このスラリー液を
かきまぜ機構付オートクレーフなどの反応容器に入れ、
通常140℃以上に加熱して数時間保持すればケイ酸カ
ルシウム水和物が生成する。
この場合、ゾノトライト系結晶を得るためには、反応温
度を180〜260℃+7)範囲に設定するのが望まし
い。
この反応におけるかきまぜの目的は、反応系を均一に保
って結晶の成長を促進させることにあるので常時かきま
ぜることが望ましいが、所望に応じて反応初期のみかき
まぜて均一スラリ一層を形成させたのち、かきまぜを停
止して静置下で結晶の成長を図るという方法を用いても
よい。
この水熱反応後のスラリーに、必要に応じてさらに前記
の補強繊維や軽量フィラーなどを添加混合して所望の形
状に成形したのち、乾燥すれば目的とする耐火断熱材が
得られる。
成形方法として通常用いられている方法、例えば流し造
成形、加圧成形、抄造成形、押出成形などの方法を使用
しうる。
また、成形性をよくするために粘土類、ポルトランドセ
メント、石灰などの無機質や、樹脂エマルジョン、メチ
ルセルロースなどの有機物全添加してもよい。
また、水熱反応における(Blの方法では、原料配合ス
ラリーな型枠に流し込み、そのままか又は脱型したのち
、オートクレーブに入れ、飽和水蒸気圧下にて加熱硬化
させたのち、乾燥して目的とする耐火断熱材を得る。
この方法では型枠中におけるスラリーの沈降を防止する
ために、もみがら灰は特に細かく粉砕し、ある種の粘土
や樹脂エマルジョンなどの粘性付与剤を添加することが
望ましい。
さらに、本発明の製造方法においては、多量の熱量を必
要とする水熱反応と成形体乾燥用の熱源として、もみが
ら灰を得る際に生じるもみがらの燃焼熱(もみがら1k
g当り約3300Kcal )を有効利用することがで
きる。
したがって製造コストの大幅な引下げが可能となる。
本発明に用いるもみがら灰は安価で容易に入手すること
ができ、かつ粉砕し易い上に、水熱反応性の高い優れた
ケイ酸資源であり、これを用いることによって軽量かつ
熱伝導率の低い耐火断熱材が得られる。
さらに本発明の製造方法においては、もみがら灰を得る
際に生じるもみがらの燃焼熱を有効利用しうる。
したがって本発明方法は、農産廃棄物であるもみがらの
燃焼熱及び灰の両方を有効利用する極めて経済的価値の
高い方法といえる。
次に実施例によって本発明をさらに詳細に説明する。
実施例 1 もみがらを酸化雰囲気中で600℃で焼いたところ白色
で非晶質のもみがら灰が得られた。
その5i02含有率は93.0%であった。
これをね径20pm以下に粉砕し、Ca / S i
モル比が1.0になるように生石灰を混合し、重量基
準で24倍量の水を加え、電磁かきまぜ式オートクレー
ブに入れ、かきまぜ速度300 rpm、190℃で8
時間反応させたところ針状によく発達したンソトライト
結晶が得られた。
補強のためにスラリー中の固形分に対して重量基準で1
0%の石綿を加え均一に分散させたのち、型枠に流し込
んで5kg/crrfで加圧成形し60℃で乾燥したと
ころ、かさ比重0.25の軽量硬化体が得られた。
同硬化体の加熱下における線収縮率を測定したところ、
加熱温度700℃では0.5%、850℃で0.7%、
1000℃でも0.7%と小さく、この硬化体は寸法安
定性にすぐれた耐火断熱材であった。
実施例 2 補強のための石綿を添加しない点を除き、他は全〈実施
例1と同様の条件で硬化体の製造を行った。
このようにして得られた硬化体は、かさ比重が0.29
であり、また異なる温度での加熱下におげろ線収縮率は
、650℃で0%、850℃で0.8%、1000℃で
0.8%と小さく、優れた耐火断熱材であることが分っ
た。
実施例 3 実施例1における成形加圧を20kg/crAとする以
外はまった〈実施例1と同様にして硬化体を得た。
得られた硬化体はかさ比重が0.43であり、この硬化
体の加熱下における線収縮率は加熱温度700 ’Cで
0.6%、850℃で0.6%、1000℃で0.7%
と小さく優れた耐火断熱材であった。
実施例 4 実施例1において用いたもみがら灰をさらに800℃で
1〜16時間加熱したところ、もみがら灰を構成する非
晶質シリカは加熱時間が長くなるにつれてクリストバラ
イト及びトリジマイトに☆☆結晶化した。
得られたもみがら灰を同一条件で粉砕したところ、加熱
時間が長くなって結晶化したもみがら灰はど被粉砕能は
低下し平均粒径は大きくなった。
微粉砕もみがら灰の各々について実施例1と同様の条件
で軽量硬化体を成形、乾燥し、かさ比重、加熱下におけ
る線収縮率を測定したところ、第1表に示すような性能
を有する耐火断熱材が得られた。
なお、水熱反応生成物の同定はX線粉末回折法により行
った。
表中の記号で結晶形態に関するA、C,Tはそれぞれ非
晶質シリカ、クリストバライト、トリジマイトの生成を
、また反応生成物に関するX、Toはそれぞれゾノトラ
イト及びトバモライトの生成を表わす。
実施例 5 クリストバライト及びトリジマイトに結晶化したもみが
ら灰を微粉砕して、原料配合Ca/Siモル比を0.8
5〜1.Qと変え、それ以外は実施例★★lと同様にし
て硬化体を得た。
得られた硬化体の性能を第2表に示す。
なお、表中の記号は実施例4と同様の意味を表わす。
実施例 6 クリストバライト及びトリジマイトに結晶化したもみが
ら灰を微粉砕したものに、Ca / S i モル比
が1.0になるように生石灰を混合し、固体重量の4〜
6倍の水を加えて十分にかきまぜ均質なスラリーとなし
、型枠に流し込み、オートクレーブ中190℃の飽和水
蒸気圧下で24時間養生したものを、60℃で乾燥した
ところかさ比重0.5の硬化体が得られた。
この硬化体は耐熱性の高いゾノトライトを基材とするも
のであった。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 もみがら灰と石灰原料とを水に懸濁し、水熱反応さ
    せ、得られたケイ酸カルシウム水和物結晶を成形し、乾
    燥することを特徴とする耐火断熱材の製造方法。 2 もみがら灰及び石灰原料混合物に、ケイ酸原料、ア
    ルミノケイ酸原料、補強繊維及び軽量充てん材の中から
    選ばれた少なくとも1種を混合する特許請求の範囲第1
    項記載の方法。 3 もみがら灰と石灰原料とを水に懸濁して型枠に流し
    込み、そのままか又は脱型したのちオートクレーブに入
    れ、飽和水蒸気圧下において加熱硬化させることを特徴
    とする耐火断熱材の製造方法。 4 もみがら灰及び石灰原料混合物に、ケイ酸原料、ア
    ルミノケイ酸原料、補強繊維及び軽量充てん材の中から
    選ばれた少なくとも1種を混合する特許請求の範囲第3
    項記載の方法。 5 もみがら灰と石灰原料とを水に懸濁し、水熱反応さ
    せ、得られたケイ酸カルシウム水和物結晶を成形し、乾
    燥して耐火断熱材を製造するか、あるいはもみがら灰と
    石灰原料とを水に懸濁させて型枠に流し込み、そのまま
    か又は脱型したのちオートクレーブに入れ、飽和水蒸気
    圧下において加熱硬化させて耐水断熱材を製造するに当
    り、該耐火断熱材製造に必要な熱源として、もみがら灰
    を得る際に生じるもみがらの燃焼熱を利用することを特
    徴とする耐火断熱材の製造方法。
JP56116874A 1981-07-23 1981-07-23 耐火断熱材の製造方法 Expired JPS5844627B2 (ja)

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HK29687A (en) 1987-04-24
GB2106087B (en) 1985-04-24
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