JPS6086062A - 膨張鉱物質材料の製法及び製造装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、コンクリート、又は水硬結合剤もしくは他の
型の結合剤と粒子の大きさがＡ型的には０．１乃至２０
闘の範囲にある少なくとも１つの粒状無機光てん剤とを
含有する他の混合材料の成分又は充てん剤として有用な
膨張鉱物質相打の製造に関する。

従来のコンクリートミックスは本質的にセメント、水、
及び鉱物質充てん剤からなり、鉱物質充てん剤は粒子サ
イズに応じて”砂”、又は６砂利”と呼ばれ、好ましく
は堆積土砂（ａｌｌｕｖ廊ｌ）物質又は″ペブル（ｐｅ
ｂｂｘｅ）”、すなわち地球形成期の力によシ丸く、な
めらかにされた石の粒子で、直径が約５０朋までのもの
からなる。従って、コンクリートの砂利成骨と同様に砂
も６ペプル°°からなることができる。この”ペブル”
という語は本明細書中においては一般に丸い又はやや球
状の外形を有する鉱物質粒子を一般的に示しており、粒
子の直径が微細な、普通の、あるいは荒い砂（約２間ま
での）の直径であるか、゛微細から普通の砂利（２罷以
上）の直径であるか′に関係しない。

本明細書中において、粒子サイズは一般に球状又はほぼ
球状又ははぼ球状粒子の最大の寸法又は″′直径”を意
味する。

軽量コンクリートを含む改良建築材料を製造するために
、かさばる鉱物質０充てん剤”又は膨張ガラス、膨張粘
土、又は膨張雲母のような添加剤を使用することは当業
者に知られている。

これらの従来用いられてきた添加剤は一般に個個の粒子
又はペレット流の形状で鉱物質組成物を加熱して得られ
る。

この鉱物質組成物は″潜在性発泡剤（ｌａｔｅｎｔｂｌ
ｏｗｉｎｇ　ａｇｅｎｔ）″、すなわち、加熱時に、炭
酸ガス又は水蒸気のようなガス状物質を発生しうる化合
物又は成分を含有している。爾後に熱膨張すべく前駆粒
子あるいはペレットを形成するための予備調合物中に潜
在性発泡剤を導入することができ、この潜在性発泡剤は
鉱物質物質の化学結合水あるいは炭酸成分のような天然
成分であってもよい。

特に、鉱物質充てん剤として使用される膨張粘土又は膨
張雲母は一般に水平に対し５乃至２０°傾いた軸の回り
を回転する円柱状の炉である回転キルンに粒状鉱物質材
料流を通過させて製造する。

回転キルン中の粒子は炉壁と接触して移動あるいは回転
するため最終的に得られる粒子の外層あるいは外被けざ
らざらしておシ破壊されてい石。さらに、一般的に内部
中空構造は例えば５０係以上といったほとんどの中空が
互いにつながっているという意味において多孔性である
。一方、”細胞状構造（ｃｅｌｌｕｌａｒ　５ｔｒｕｃ
ｔｕｒｅ　）　”はほとんどなく、典型的には、他の１
つ以上の中空とつながっている５０％中空よｐも少ない
。

熱膨張粘土の製法は例えば米国特許明細書第２．６７６
．８９２号に開示されており、垂直炉又ｉｔ膨張反応器
の使用については膨張ガラス粒子の製造において公知で
ある。例えば、小さい中空ガラス球の製造について米国
特許明細書第３，８３８．９９８号に開示されており、
所望の大部分（典型的には７０％）は一つの中空を有し
、望ましくない小部分（典型的には１０％）は多孔性構
造を有し、他方他の望ましくない部分（典型的には２０
係）は膨張していない大きなガラス球からなるガラス粒
子の製造について、米国特許第２．９７８，３３９及び
第３．０３０，２１５号に開示されている。

コンクリート等に適する従来の膨張鉱物質充てん剤は下
記の一つ以上の欠点を有している。すなわち、熱膨張中
に粒子が炉壁と接触するために粒子表面がざらざらして
いて破壊されていること；内部構造が上記した意味にお
いて細胞状というよシむしろ多孔性であるとと；膨張粒
子が固有の低い構造的強度を有し及び／又はコンクリ・
−トミツクスに典型的な環境に対する低い抵抗性を有す
るか、あるいはコンクリートミックス中の水性成分が外
被又はその破壊部分から膨張粒子内の中空に侵入するた
めに、コンクリートミックス中に充てん剤として使用さ
れる条件下で機械的及び／又は化学的安定性が不充分で
あること；さらｒｔｒ：、従来の製法では経費が尚く及
び／又はコントロールが難しいことである。

これらの欠点のために、従来の製法で得られた膨張材利
け、コ〉′クリートの軽量砂又は砂利成分として又は一
般に簀定で抵抗力のめる低コストの軽量鉱物質充てんハ
リか望ましい他の目的にとっては理想的なものとは程遠
いものである。

本明細書中″膨張ペブル物質”とも記されるこのような
改良された軽量材料は、特に建築の目的又はパネル又は
ブロックのような予備形成された建築要素の製造のため
のコンクリートミックスの砂及び砂利成分の全体めるい
は一部と置き換えて使用され、構造物又は建築物の比重
を実質的に低くすること及びこれらの、１（、熱及び晋
響的な）絶縁性を改良することが望ましい他の用途にお
いて使用される。

本発明者の知るかぎ９このような材料全製造しうる従来
技術は現在のところなく、本発明の主要な目的は上記し
罠ような使用に適する膨張鉱物負材料の改良した製法を
提供することである。

上記に引用した米国特許明細書第２．９７８，３３９号
及び第２，９７８，３４０号に開示されているようガ小
さい中空ガラス球の製造及び中空ガラス微小球の製造に
おいては、ガラス又はガラス形成物質及び潜在性発泡剤
のペレットを垂直チャンバー中に連続的に落下させるこ
とによシ溶融ガラスとオープンとの接触を避ける仁とが
知られている。この垂直チャン／々−中では熱ガス流は
上昇し、徐々に加熱され溶融し膨張するペレットとは逆
方向に動いている。

これらの従来方法によると、膨張粒子は下降し続け、そ
れらが冷却され集積されるチャンバーの下端に向って移
動する。膨張していなりペレットの量は重要である。な
ぜならば、中空球とするためにペレットを膨張させるに
必要な熱の量はこの膨張していないペレットの量と共に
幾何学的に増加するからである。

コンクリート中の膨張ペブルとして使用される低コスト
の軽量光てん剤の製造を意図する場合、必要とされるほ
とんど似たような制御方法は用いられない。

さらに、よシ重要なことには、コンクリートミックスの
砂及び砂利成分は種々の直径を有する粒子又はペブルか
ら成る必要がある。コンクリートミックスの砂及び砂利
成分が１９的に膨張粒子から成る場合には、粒子は例え
は０．２乃至１０１ｍの間の比較的広い範囲の粒子サイ
ズを持つものでなければならない。従来技術の膨張手段
を用いると、熱伝導の問題から実質的に粒子の大きさが
一定なものが得られ、種々の直径を有する膨張粒子を同
時に製造することは不可能である。

ここに、本発明によシ膨張鉱物質材料の製造において重
要な利点が得られることが判明した。該製法においては
熱ガス流中に落下された（レットの動きは膨張する閣に
反転する。すなわち非膨張ペレットは、ガス流中に浮遊
し始める程度に膨張するまで、最初上昇熱ガス流とけ逆
方向に落下し、続いて、熱ガス流に逆方向の非膨張粒子
の落下速度は反応器中の粒子が事英上停止するまで減速
され、その後逆転して充分膨張した粒子がガス流と共に
、すなわちガス流と同方向に移動し、膨張粒子を爾後に
回収しうるようにガス流と御粘に反応器外に排出するの
である。

ガス流と同方向に固体粒子を運搬するためにガス流を使
用すること自体は、見学的運搬手段の種種の型から、又
、例えば米国特許明細書第２９４７１１５号に開示され
ているようなガラスショットの形成方法において知られ
ている。しかしながら、仁れらの方法においでは、固体
粒子はガス流と同方向に移動することが意図されており
、運搬流に対する粒子の動きの反転は含まれず又意図さ
れていない。意図する製品が大きなガラス球である場合
には、粒子の動きを反転させても何の有益性もない。

上昇ガス流に対するペレットの動ｔｋＫは三つの異った
型又は様式か含まれる。（この場合、ペレットは球状又
はほぼ球状であり、直径は０．１乃至２０１１の間で、
比重はｌ乃至３０間である。）すなわち、ガスの速度が
比較的遅く粒子の比質量（ｓｐ＠ｃｌｆｌｃ　ｐａｒｔ
ｌｃｌａ　ｍａｓｓ　）が比較的大きい場合には粒子は
ガス流中を落下しニーｊもなく重力と空気力学抵抗とが
平衡に達し、粒子はガス中を実質的に一冗の速度で落下
し続ける；これを本明細書中では第１のあるいは逆方向
移動の様式とする。単に、落下ペレットの速度と逆方向
に上昇するガス流の速度がだいたい相殺されていると仮
定できる。

一方、ガス速度が大きく、粒子の比質量が小さい場合に
は空気力学抵抗は重力引力を超え、粒子はガス流中？ｉ
−落下することなく、低速匿でではあるがガス流の上昇
と共に同方向に移動する。

下記するものを中間様式とするので、ガスの上昇流中の
固体粒子の同方向の移動は第三のあるいは同方向移動の
様式とする。

上昇ガス流中での逆方向及び同方向間の固体粒子の中間
移動の型は、粒子上に作用する重力の力が粒子に対して
上昇ガス流によシ付与される逆方向の１空気力学的力”
と等しくなるときに達成される。この”空気力学的力”
は摩擦、乱流吸引（ｔｕｒｂｕｌ＠ｎｔ　５ｕｃｔｌｏ
ｎ）その他ガスの粘度、薄層フラ・ツクスから非薄層フ
ラックスへの転移の限界領域及び非理想的挙動の同様な
パラメーターをも全て含めた複合力である。

重力をノ々ランス化する為に必要な空気力学的力を充分
に数学的に解析し定義することが非常に複雑であシ、第
二の移動の様式、すなわち上昇ガス流中に”浮遊”する
固体粒子の移動の様式は現象論的に理解され、下記のよ
り詳細な説明から容易に操作しうる。しかしながら、本
発明の製法は粒子の浮遊状態の特別な長さを目的とする
のではなく、反応域における粒子の動きを第一の動きか
ら第三の動きへと完全に逆転することを目的としている
ことを理解すべきである。

所与のシステム（ペレットサイズ、溶融温度、潜在性発
泡剤の活性化温度及び活性、ペレットとガスとの間の熱
交換、ガス流中の温度勾配、反応域の種々の部位におけ
るガスの速度を含む）において本発明調法を実施するた
めの最適条件を限定する必要はない。何故ならば、達成
される結果すなわち粒子の動きの反転は簡単なテストを
行うこ　・とに、Ｊニジ調整できるからである。このテ
ストでは使用されるペレットを特別な反応器中に落下さ
せ、その間上昇性の熱ガスの速度を次の様に維持する。

すなわち、実質的に全ペレットの鉱物質組成物を溶融し
、潜在性発泡剤を活性化して熱膨張を達成させるに充分
な長さにわたシ上昇熱ガス流を官有している反応器壁間
中をすべてのペレットが逆方向（！Ｊ１の様式）で移動
しはじめるように上昇熱ガスの速度を維持するのである
。

逆方向の移動の間の粒子の熱膨張の結果、粒子の容積は
膨張ペブルの意図した最終用途に応じて典型的には約１
．！Ｈ乃至１５倍に増加する。この容積の増加には以下
に詳述する如く潜在性発泡剤の種類と量が影響する。

このような容積の増加は重力に逆行する空気力学的力を
増加させる。本発明によると、最適条件に寄与する要素
として上記した方法ノ臂２メーターの一つ以上を変化さ
せてもよいが、実際問題としては上昇熱ガス流の速度が
特に好ましい調整パラメーターである。例えば、コンク
リートミックスの砂／砂利成分としてのみ適する膨張ペ
ブルの混合物からなる目的生成物を本発明により製造し
ようとする場合には、生成物は少なくともα２乃至１０
ｍの範囲にある種々の直径を有する膨張ペブルから成る
必要がある。典型的な平均膨張率を５乃至１０とすると
、出発ペレットは約αｌ乃至３關の範囲の直径を有する
ペレットの混合物でなければならない。

直径と容積とは三乗の関係にあるので、これらの異なる
直径を有するペレットは非常に異なる量の溶融及び膨張
熱を要する。熱の移動は少なくともある程度は時間依存
性のノ臂２メーターなので、異なる直径を有するペレッ
トは十分な膨張を得るために異なる加熱時間又は滞在時
間を要する。

加熱域（非膨張ペレットが膨張的に落下する域）を２０
乃至４０ｍ％上昇ガス流の速度を５乃至１６ｇ／＆ｅＣ
の範囲とする一例を仮定すると、非膨張ペレットの落下
速度は通常１乃至４ｍ１ｓｅｃの範囲となる。その結果
、ペレットは５乃至４０秒間逆方向の流れの中に滞在し
うる。落下ペレットが上昇ガス流と熱交換するので、落
下ペレットは上昇ガス流から熱を吸収し、ペレットの温
度は下降方向に進むにつれ上昇するのに対し、逆方向の
ガス流の温度は上昇方向に進むにつれ低下する。それゆ
え、一般的に反応域０最も熱い部分はその下端近くにあ
る。

ペレットが第１の又は逆方向移動の様式中に膨張するの
で、重力に対して作用する空気力学的力は膨張ペレット
の容積と共に徐々に増加し、落下速度（基準となる外部
のある点に対する速度）はゼロまで減少しく第二の移動
様式）、熱ガス流に対する粒子移動の第３の様式へと移
行する。

所与のペレットあるいは粒子が小さければ小さい程、溶
融及び膨張に必要とされる熱の量は少なく、このような
粒子は第一の移動の様式をより短時間すなわちよシ短か
い距離移動するだけで第１から第３の移動の様式へ移勺
、反応器中の比較的高い部位すなわち反応器の上端に近
い部位で上昇ガス流中に浮遊し始める。

一方、比較的大きなペレットあるいは粒子は溶融及び膨
張によシ多くの熱を必要とし、すなわち、第一の移動様
式をよシ長く通過し、反応器中の比較的低い部位である
その下端の近くで浮遊し始める。反応器の下端でさえも
ペレット又は粒子が第二の移動の様式に移ることができ
ない場合には膨張ペブルは形成されない。しかしながら
、反応器中のあるいは反応器の下端付近の熱ガス速度を
比較的わずかに上昇させれば、通常、予め決定された上
限の直径あるいは最大質量を有するペレットの実質的に
全てが反応器の下端上に浮遊し始める。

一般に、ペレットの直径範囲の上限と下限を明確に規定
することが望ましく、ふるい（ｓｉｓｖｌｎｇ　）のよ
うな簡単な方法で達成しうる。

一般に、本発明方法の結果、すなわち実質的に種々の直
径を持つ非膨張ペレットが熱ガス流中を落下する場合で
さえも膨張の結果粒子の移動が反転することは、本発明
方法が、各々のペレット及び膨張する粒子は粒子の質量
により示される溶融及び膨張の為の熱の取ｐ込みに必要
な適当な最短滞在時間を選択するという点で、本質的に
自己制御性であシ、この自己制御性はペレットのふるい
かけ及び／又は熱ガス速度の調整といった簡単な手段に
よシ調整可能であることを示している。

本発明の膨張ペブルの製造に適した鉱物質材料は一般に
シリカ（８１０ｇ）と更に少なくとも一つの無機酸化物
とを含有したシリカ質（＋；１ｌｉｃａｃｅｏｕａ　）
組成物であシ、この無機酸化物は組成物の溶融温度を約
１５００℃以下に減少させることができる。

一般的に、シリカの含量は約３５乃至９５重量ノ９−セ
ントの範囲であり、残部を占める無機酸化物はアルミナ
（ＡＡｍＯｓ　）　、酸化カルシウム（Ｃａｂ）、酸化
マグネシウム（ＭｇＯ）　、Ｒ化鉄（Ｆｏｘｅｓ）、ア
ルカリ金属酸化物（Ｍｅｓｈ）及び２．３．４又はそれ
以上の上記酸化物の混合物から選択されるのが好ましい
。

溶融鉱物質組成物の成分として公知の他の無機酸化物、
例えばＴｉｅｓ　＊　Ｍｎ０ｍ　＊　Ｂ鵞Ｏｓ　＊　Ｐ
ｓｉｓ等及びそれらの混合物も少量（全部で約１０重量
係以下）含んでもよい。

上記の成分は酸化物として列挙したが、単に分析により
示されるに過ぎないものであって、実際にペレット！！
１！造に用いる成分は溶融のための加熱時に必要な酸化
物成分を産生ずる炭酸塩のような酸化物の前駆化合物お
よび天然の鉱物質のエラな複合酸化物化合ｔ＋ＩＩＪを
も包含しうる。

低コスト比のためにｔよ、溶融可能な鉱物質組成物とし
て、天然のあるいは人工のぐず（ｗａ８ｔ）又はかす（
ｒｅｆｕｎｅ　）と称さノＬるような塁の物質が好まし
い。特に好ましい例としては、ぐずガラスの如きガラス
行右、石炭又は他の有機物質の燃焼時に得らＪｌ、るフ
ライアッシュの如き鉱物質の灰、砂利の製造（微細物質
の洗浄）あるいは川、湖や海のような天然の水の中の（
例えば水底をさらえて得た）沈殿物から得られる微細物
質の如き堆積沈殿（ａｌｌｕｖｉａｌ　ｓｅｄｉｍｅｎ
ｔ）物質、砂、固体のスラッジ型燃焼残渣及びそれらの
混合物が包含される。

本発明に用いる鉱物質残液の実証的ないくつかの組成物
を下記表１に示す。

第１表 鉱物質のくず物質の分析データ（一定重量になるまで１
５００℃で加熱した後の重量係を示す）堆積沈殿物 物質　（微細物質）　フライアッシュ　ぐずガラス８１
０、　３５−６０　５−５０　３５−９５Ａ１．０．　
５−２０　５−３０　０−３００ａＯ１０−５０１０−
５００−１５ Ｍｇ０　２−１５　１０−４０　０−１２ＦｓＨＯ１２
−８５２００−２ Ｎａｎｏ　０．５−２Ｊ　Ｏ，５−５０，５−１５Ｋｓ
Ｏ０−５−２−５０，５−５０−２０その他（例えば Ｔｌ０１ｒＰｎ０６ｆ ３１ｈＯｓ）　ｏ−ｓ　ｏ−ｓ　０−２一般に、ペレッ
ト中の鉱物質組成物は典型的な酸性あるいは塩基性のｐ
Ｈにおいてさえも水性媒体に火質的に不溶な膨張粒子を
産生ずべきである。

潜在的に毒性な成分は好ましくない。

鉱物質組成物の溶融あるいは軟化温度は８００乃至１４
００℃の範囲にあるのが好ましく、より好ましくは１０
００乃至ｔａｏｏ℃の範囲にある。

本発明の製法に適するペレットを製造するためＫは、鉱
物質及びペレットの全ての固体成分は微砕された状態す
なわち１００μｍ以下、好ましくは５０μｍ以下の粒子
サイズを有する。堆積沈殿物及びフライアッシュの如き
シリカ質鉱物質ぐず材彰１はこの条件を充足する。他の
材料や添加剤は粉砕する必要がある。しかしながら、粒
子サイズを小さくするために経費がかかるので、少なく
ともペレット成分の主要部分には鉱物質のくずの微細物
質を用いるのが好ましい。

ペレットの第二の重要な成分は潜在性発泡剤であり、鉱
物質組成物の溶融あるい１ｒｉ軟化温度に依存して選択
される。ペレットの最外部あるいは外被が溶融するまで
は、二酸化炭素、酸素又は窒素の如き気体を多量に発生
させるという潜在性発泡剤の作用は抑制されるべきであ
るからである。一般に潜在性発泡剤の活性化温度は鉱物
質組成物の溶融あるいは軟化温度よシも高くなければな
らない。

本発明に有用な範囲の活性化温度を有する潜在性発泡剤
は多数知られておシ、炭酸塩、硫酸塩及び酸化物の如き
化合物を包含する。例えば、硫酸亜鉛は約７７０℃で、
炭酸す）　ＩＪウムは約１１００℃で分解する。一般的
に”分解温度”とは化合物がより熱安定性の高い状態、
しばしば酸化物の状態へ転移する温度を意味している。

例えば、二酸化マンガン（ＭｎＯｉ）は種々の温度で酸
素を発生させることが可能であり、これはＦｅＣ又はＦ
ｅ５ＩＮといった鉄化合物の如き添加剤で測定できる。

一般に、本発明に使用する潜在性発泡剤は、多くの場合
約８００乃至１４００℃の範囲である活性化温度まで加
熱された際に少なくとも１つのガス状物質を産生ずる通
常は固体の無機化合物である。

活性化温度以下で潜在性発泡剤が溶融（融解）してもそ
の有用性が減じることはない。潜在性発泡剤はペレット
中でできる限シ均一に分散すべきであシ、膨張ペレット
中、には多数の小さい中空ができる方が小数の大きな中
空ができるよシも好ましい。

ペレットは水性スラリーから、例えば噴射造粒、機械的
圧縮及び粉砕固体から粒状粒子もしくは凝集物を形成す
る同様の従来技術を用いて形成することができる。

この目的のために、当業界に公知であシ一般に凝集補助
剤あるいは結合剤と呼ばれる添加剤を有利に使用しうる
。１水ガラス”のような水溶性ケイ酸塩がその例である
。

溶解したあるいは溶解した炭酸ナトリウムの如きある種
の潜在性発泡剤は凝集補助剤としても作用することがで
きる。補助剤は無機物質であっても有機物質であっても
よく、ペレットを膨張さ七る間に熱に対″し安定性であ
る必要は々いが安定性であってもよい。

ペレットの製造法によっては、原料ペレットの乾燥又は
加熱が有利でありうる。一般的に、ペレットは実質的に
破壌されることなくふるい別けや通常の操作に耐えうる
十分な凝集力を有しなければならない。

本発明の好ましい典型的な具体例を表わす添付図面を参
照してさらに詳細に本発明を説明する。

（以下余白） 第１図に示した本発明の製法を行う全体図は反応器／分
離器ユニット及びペレット製造ユニットを含む。

管あるいは中空シリンを−の形状に図示されているユニ
ット１の反応器ｌＯは鋼及び／又はセラミックスの如き
耐熱構造材料で出来ており、（図示していないが）外側
に断熱層を有している。反応器ｌＯの長さ／巾の比は典
型的には５ｏｆｔ乃至２５０：１の範囲であシ、直径は
図示した如く一定でもよいが、下記に説明する温度域で
の空気力学的Ａラメータが最適となるように下方向に向
って徐々にあるいは段階的に増加してもよい。

反応器１０の下端１０１付近のガス供給用導管１１は送
風機１１１を有し、気体例えば空気を矢印Ａの方向に反
応器中に吹込む。この気体は熱交換ユニツ）１１２中で
本発明工程の余熱で予備的に加熱してもよい。ノ々−ナ
ー１２は気体あるいは液体燃料を調整して燃焼させるこ
とＫよシ発生する熱調整フレーム１２１を形成するため
に設けられている。

反応器１０の下端１０１付近では上昇ガス流の温度では
最高となり、例えば９００乃至１２００℃の範囲、典型
的には約ｔｏｏｏｃとなる。主としてガラス材料からな
るペレットにはこのような温度が適当である。

反応器ｌＯ中を上昇するガス流の上端１０２付近での温
度ＴＩは最も低く、例えば２００乃至４００℃の範囲で
ある。Ｔ１とＴ２との間の温度勾配あるいは温度側面は
一様であり得、中間温度域Ｔ２及びＴ３は膨張粒子の溶
融／膨張過程の種々の段階を説明するために示しである
。

注入バルブ（ｃｈａｒｇｉｎｇ　ｖａｌｖｅ　）　ｌ　
４は、矢印Ｂで示されるように実質的に垂直方向に降下
する、すなわち、反応器ｌＯを実質的に垂直方向に上昇
する矢印Ｃで示される熱ガス流とは逆方向に降下する凝
集粒子あるいはペレット１５の流れを供給する。典型的
には、反応器ｌＯは１０乃至４０ｆｆ＋の範囲の長さと
０．１乃至０．５ｍの範囲の直径とを有し得る。

反応器ｌＯ中の上昇ガス流の速度はｌ乃至ｔＯｍ／ｓｅ
ｃあるいはそれ以上であり得る。

ペレット１５はペレット製造ユニット１３で作られる。

この二二ツ）１３は例えば粒状粒子を製造するための押
出し機−切断器ユニット１３０及び予め決定した範囲の
粒子サイズに分画するためのふるい装置１３９からなる
。シリカ質鉱物質微細物質はソース１３２から供給され
、例えば溶液あるいはスラリーの形態にある潜在性発泡
剤はソース１３８から供給される。この発泡剤組成物は
凝集補助剤としても機能し、あるいは追加成分として凝
集補助剤を含有してもよい。

鉱物質微細物質を、ガラスくずを予め決められた粒子サ
イズの微砕粉末傾するための例えば粉砕及びふるい分は
ユニットである第一ソースｔａｔから供給してもよく及
び／又は燃焼ユニットあるいはオープン１３３中で産生
されたふるい分けされた鉱物質微細物質を供給するため
の第二ソース１３４から供給してもよい。ソースｌａ　
Ｚ中の微細物質の粒子サイズは一般に５０μｍ以下、好
ましくは１乃至１０μｍの範囲とする。

ガラス質あるいに他のシリカ質微細物質と、潜在性発泡
剤と適当な凝集補助剤とで形成されたペレット１５は第
一ノ温度域ＴＩ（例えば２００−３００℃）で脱水され
得る。凝集補助剤としてアルカリケイ酸塩水溶液を用い
ると、シリカ質相が形成され、これはペレット１５の微
細粒子を結合し、外被形成成分となる。

ペレットは溶融が低融点成分に限られ及び／又は若干の
焼結が生起し得る温度域Ｔ’　（３００−５００℃）を
通過する間に徐々に加熱される。温度域Ｔ３（例えば５
００−９００℃）では、少なくともペレットの表面部分
が十分軟化あるいは溶融し、実質的に凝集した外被がＪ
Ｐ成される。このような外被の形成後に潜在性発泡剤の
活性化温Ｋに到達し、ペレットは部分的に膨張粒子【５
１を形成し始める。

粒子１５１の直径が増えるにつれ落下速度は徐徐に減少
し続け、温度域Ｔ３とＴ４　（例えば８０Ｕ−１１００
℃）の間のＧとして示されたレベルで膨張ペレットは上
昇ガス流（矢印Ｃ）と逆方向（矢印Ｂ）に落下すること
を止めて、Ｃ方向のガス流と共に上昇し始める。このよ
うに、膨張粒子１５２の流れはゆつくｐではあるが上昇
がス流によってそれと共に運搬される。上昇膨張粒子１
５２は周囲のガス流と熱交換し固化される。このように
、比較的冷い膨張粒子【５３の流れは少なくともガス流
Ｃの一部と共に反応器ＩＯの上端付近で導管１６を介し
て反氾器外へ供給される。この導管は分離器１７に接続
しており、この分＝ｍ器は例えば粒子をガス流から分離
し、目的産物として回収する貯蔵ビン１８と接続したサ
イクロンである。

再循環用導管１９は熱交換ガスを工程中に再循環させる
ために分離器に接続されている。抗付着装置（図示せず
）を、例えば反応器１０の壁面への粒子の付着を減少さ
せる静電荷電又は静電場を発生させうるような不動ある
いは可動電極又は類似の手段の形態で設けてもよい。放
出口（図示せず）を反応器下端１０１に設け、反応器壁
への粒子の付着の結果あるいは移動方向が反転するに十
分な程膨張し得なかった粒子によりそこに蓄積した溶融
鉱物質のかたまりを放出するようにしてもよい。

第２図は、例えば１０００乃至１４００℃といった高い
温度範囲で溶融する鉱物質組成物のペレットを使用する
場合の工程を図示したものである。

この目的のために、反応器システム２は膨張炉である下
部２０と予熱反応器あるいはペレットの予熱器である上
部２１とかりなる。炉２０は中心部の管状部材すなわち
管２３を具備し、これは約１４００℃までの操作温度を
支持し得る材料例えばセラミック材料からなる。断熱ジ
ャケット２４は四角で表わした多数の電熱要素２５を包
囲し、電熱要素は断熱ジャケット２４と膨張チャ／パー
２３０金包囲している中心管２３との間の管状の空間２
４０中に配置される。

反応器上部２１は伸長している熱交換器２７に接続して
おり、この熱交換器は何反も方向を使えて曲がり分離器
２８に続いている。ペレット予熱器２１の内部管２３１
は中心管２３が上方向に機能的に伸長したもシであり、
実質的に垂直方向にのびる伸長反応器空間はベレット膨
張器空間２３０をその下部に有し、ペレット予熱器壁間
２３９をその上部に有するようにして形成される。

外管２４１と内管２３１の両者はペレット予熱器２１か
ら熱交換器中に伸長しており、送風機２９によりシステ
ム２０中を熱交換ガスが循環するように本質的に同軸シ
ステムを形成する。送風機２９は熱交換ガス流例えば空
気流を起こし、これをチャ／ノ々−２４０中に（矢印Ｅ
方向に）送る。チャ／・々−２４０内で、熱交換ガスは
例えば一連の電気抵抗加熱器２５（四角形の斜線部分で
示される）で徐々に加熱され、（矢印Ｆの方向へ）膨張
チャン・々−２３０中−＼入ってゆく。この膨張チャン
バー２３０は管２３で形成され、先細の終端２３４を有
する。テヤンノ々−２３０に入るガスの温度は一般に１
２００乃至１４００℃の範囲であり、この熱ガス流は矢
印Ｇで示されるように炉２０の上端へ向って上昇する。

分路導管２６はいく分低い温度例えば約８００℃のガス
を導入するために設置され得、熱交換器２７の適当な部
位から分枝させイ（ｌる。

このような膨張チャ／パ々−２３０と予熱チャ／パ々−
２３９との間の一定の温度差は下記の理由のために設け
られたものである。本発明方法のこの具体例は下記の如
く操作される 個々のペレットの流れ（第２図には図示せず）をペレッ
トボート２１１を介して予熱チャ／パ々−２３９に供給
する。ペレットの鉱物質組成物の溶で活性化される。

例えば６〜３　ｔｎＡｅｃの速度でチャンバー２３０゜
２３９を通って上昇する熱ガス流中にペレットを落下さ
せる。反応器のこの部位の温度は約６００℃で柔）る。

一般に、予熱室２３９中のガスの温度は例えば分路２６
を介して導入されるより低温（８００℃）のガスのため
ペレット鉱物質の溶融あるいは軟化温度よりも低い。

反応器の大きさは前述したようなものであり得るが、熱
交換器部分の実際に有効な長さは予熱チ・ヤンパーの物
理的な長さ、上昇ガス流中の温度勾配及びガスの速度、
ペレットの大きさ及びペレットの形状を含めた空気力学
的要素の影響を受ける。

一般に、膨張チャ／パ々−２３０に入るペレットは膨張
しはじめているべきではなく、移動の反転が膨張チャン
バー２３０中でのみ起こるようにする。

用いるペレットの大きさにより、膨張及び移動の反転は
チャンバー２３０に入った直後又は先細の終端２３４の
上のチャ／パー２３０のいずれかの部位で生起し得る。

チーヤン−”−２３０中のガス速度は先細の下端２３４
伺近で最高となり、発生する空気力学的力がこの時点で
充分膨張していないペレットの重力と平衡になるか又は
これを打ち消すようなレベルに維持される。

さらに１いくつかのペレット又はペレット材料はチャン
バーの終端２３４を通り得るが、コレクター２４５は反
応器の下端に蓄積する融解塊を回収するために設けられ
ている。

上記した理由から、チャンバー２３０中で形成された膨
張粒子はガス流により運搬される。膨張チャ／パ々−２
３０から予熱チャ／パＺ−２３９へ移る部位にある分路
２６による温度勾配により、第三の移動の様式で熱ガス
流と共に上昇する膨張粒子とガス流中に第一の移動の様
式で落下するペレットとが付着するという問題は最小限
に抑えうる。

室２３９を３１ＪＩリガス流と共に第三の移動の様式で
運搬される膨張粒子は、熱交換器２７の管２３７及び２
４７に伸長するペレット予熱器の管２３１及び２４１て
形成される熱交換器中に入る。この熱交換器２７は本質
的に一組の同軸空間２７１及び２７２から成シ、内側の
２７１は熱ガスの少なくとも主要部分と混合されている
膨張粒子流を分離器あるいはサイクロン２８まで運搬し
、そこで膨張粒子はコレクター２８１から回収される。

４肯２８３を介して分離器２８に（矢印Ｈの方向で）入
るガス流及び膨張粒子に含まれる熱のほとんどは、管２
３７を介しでガス流に移される。

このガス流とは分離器２−８から返送されるものであっ
て、各々管２３７と２４７及び２３１と２４１の間に形
成された環状導管２７２．導管２８２及び送風機２９を
通る。このように工程の熱は最大限回収し得る。

第３（２）は本発明方法に使用する膨張前のペレット３
０の拡大概略断面図である。ペレツ１−３０は各粒子の
長さと巾と厚みがほぼ単一である（ｌ：１：　ｌ）一般
に密な形状を有する。

ペレットの最大直径、すなわち最大の断面の大きさは０
．１乃至１０「ｎの範囲にあり、小粒子３１の凝集塊か
ら成るのが好ましい。小粒子３１の最大直径は１００μ
ｍ以下、好ましくは５０μｍ以下である。好ましくは、
潜在性発泡剤（第３図には図示せず）は各ペレット中に
均質に分散する粒状成分である。伐り凝集補助剤は小粒
子３１間にはさまれたフィルムであり得る。

波レット３０組成物の図示した例は砂及び砂利の洗浄沈
澱物から得た天然の微細物質の凝集塊であり、種々の源
から得たこれらの微細物質の溶融温度は１１８０乃至１
２６０℃の範囲であった。（ペレットの２−３重ｆｉ：
１）の炭酸ナトリウムを凝集由からペレット３０がｕＪ
々の粒子サイズを有していることがＩＢましい。

４４図は、第２図に示した膨張法を用い第２図に示した
ようにしてペレットから得た膨張ペブル４０の拡大概略
断面図を示す。各ペブルは本質的に球状であり、一般に
なめらかで冷果した外被４１を有する。顯倣鏡的構造は
多数の球状中空４３が拡散している連続マトリックス４
２である。中空４３は互いにほとんどつながっておらず
、細胞状構成を表わしている。中空の大きさ−や分布は
種々であってよいが、好ましい中空の直径はペブル４゜
の外径ｏ、ｏｏｔ乃至０１倍である。一般に、膨張ペブ
ル構造は少数の大きな中空を有するよりも多数の小さな
中空を有するのが好ましい。

ペレットの比重は一般に１．５乃至３であるが、本発明
による膨張ペレットの比重は０．１乃至１．２の範囲で
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図はフレーム加熱式反応器で行われる本発明の製法
の具体例の概略図であり、第２図は電熱式反応器で行わ
れる本発明の具体例の概略図であり、第３図は本発明の
製法に使用されるペレットの拡大概略断面図であり、第
４図は本発明の製法で得られる膨張ペブルの拡大概略断
面図である。 ｌＯ・・・反応器、１１・・・ガス供給用導管、１２・
・・ノ々−ナー、１３・・・ペレット製造ユニット、１
４・・・ペレット供給〆２ルブ、１５・・・ペレット、
１６・・・導管、１７・・・分離器、１８・・・貯蔵ビ
ン、１９・・・再循環用導管、１０１・・・反応器下端
、１０２・・・反応器上端、１１１・・・送風機、ｔ１
２・・・熱交換ユニット、１２１・・・フレーム、１３
１，１３２，１３４・・・供給ソース、１３３・・・オ
ーブン、１３９・・・ふるい、１５１・・・粒子、１５
２・・・膨張粒子； ２０・・・膨張炉、２１・・・予熱部位、２３・・・中
心管、２４・・・断熱ジ・ヤケット、２５・・・電熱要
素、２６・・・分路、２７・・・熱交換器、２８・・・
分離器、２９・・・熱交換器、２３０・・・膨張チーヤ
ン・々−１２３９・・・予熱チャンバー； ３０・・・ペレット（膨張前）、３１・・・小粒子；４
０・・・膨張ペブル、４１・・・外被、４３・・・中空
。 弗胤ヵ　ハ＞ヌダアート・フエー１ツマ〉九原人　弁理
土用　口　義　雄

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１１おおむね細胞状構造を有し、各々分離している多
   数のほぼ球状の粒子から本質的になシ、コンクリートミ
   ックスの砂あるいは砂利成分として使用するのに適する
   膨張鉱物質材料の製法において、 （ａ）　溶融性鉱物質組成物と潜在性発泡剤とからなる
   個、々のベレット流を供給する段階と、（ｂ）　ペレッ
   トが熱ガス流と逆方向に移動する間に徐々に加熱される
   べくペレットと熱ガスとの間の熱変換が行われるように
   、垂直方向にのびる伸長した反応器空間中に含まれ且つ
   ペレットとは逆方向に本質的に上昇する熱ガス流中にペ
   レットを連続的に落下させる段階と、 （ｃ）　ｄレットの少なくとも大部分が熱ガス流中に浮
   遊し、熱ガス流と共に移動して、熱ガス流により運搬さ
   れる膨張粒子流を形成するに充分な程膨張するまで、ペ
   レットが伸長反応器空間中で充分な長さ落下するように
   、鉱物質組成物を溶融し、発泡剤を活性化し、ペレット
   を膨張させる段階と、 （ｄ）　少なくともガス流の一部と共に膨張粒子流を反
   応器を間外へ誘導する段階と、 （ｅ）　ガス流から膨張粒子を分離する段階とからなる
   膨張鉱物質材料の製法。 （２）個々のペレットが微砕粉末状の溶融鉱物質組成物
   で形成されたおおむねほぼ球状の凝集物であシ、ペレッ
   トの直径が０．１乃至３目の範囲に６９、潜在・桿発泡
   剤ｔ−実質的に均一な分布で含有することを特徴とする
   特許請求の範囲第１項に記載の製法。 （３）個々のペレットが耐物質組成物、潜在性発泡剤及
   び凝集補助剤とからなる粉末混合物の凝集によシ形成さ
   れ、粉末混合物は直径０．０５朋以下の粒子からなるこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第２項に記載の製法。 （４）鉱物質組成物がガラス質鉱物、フライアッシュ、
   鉱物堆積物、砂、固体の燃焼残渣及びそれらの混合物か
   ら選択されることｆｔ特徴とする特許請求の範囲第２項
   に記載の製法。 （５ンヘレツト流中のペレットがｏ、ｌ乃至３罷の範囲
   の種々の直径を有し、かつ段階（＠）で得られた膨張粒
   子がｏ、　２乃至ｔｏｉｇの範囲の種々の直径を有する
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の製法。 （６）鉱物質組成物の溶融温度以上の温度を有する下部
   ゾーンから鉱物質組成の浴融温度以下の温度を有する上
   部ゾーンにゎたシ反応器空間中に温度下降勾配が設けら
   れていることを特徴とする特ｒｆ請求の範囲第１項に記
   載の製法。 （７）　特許請求の範囲Ｍ１項乃至第６項のいずれかに
   記載の製法を行う膨張反応器にお−いて、←）伸長して
   いる実質的に垂直なチャンバーと、 （ｂ）　該チャンバーに実質的に非膨張の鉱物質ペレッ
   ト流を落下供給するための」：端と、（ｃ）　該チャン
   ／々−に前記落下流とは逆方向の上昇ガス流を供給する
   ための下端と、 （ｄ）　上昇ガス流中に膨張粒子が浮遊するのに充分な
   程度にペレットを膨張させるための温度まで上昇ガス流
   を加熱する手段と、 Ｃ６）　ガス流と共に膨張粒子を垂直チャンノ々−外へ
   運搬するための手段と、 （ｆ）　ガス流から膨張粒子を分離するだめの手段とを
   具備することを特徴とする膨張反応器。 （８）反応器中に膨張粒子を冷却するための手段を少な
   くとも一つ具備することを特徴とする特許請求の範囲第
   ７項に記載の反応器。 （９）　反応器の壁面への膨張粒子の付着を減少させ得
   る・抗付着手段を少なくとも一つ具備することを特徴と
   する特許請求の範囲第７項に記載の反応器。 ａ（′ｌｌ　特許請求の範囲第１項乃至第６項のいずれ
   かに記載の製法で得られる粒状鉱物質軽量光てん剤であ
   って、眩光てん剤がｏ、　１乃至２０間の範囲の種々の
   直径を有する膨張ペブルの形状であシ、各ペブルがおお
   むね細胞状構造を包囲する実質的になめらかで破壊され
   ていない外被を有することを特徴とする粒子状鉱物質軽
   量光てん剤。