JPS61251551A - 無機質発泡体粒子およびその製造法 - Google Patents

無機質発泡体粒子およびその製造法

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JPS61251551A
JPS61251551A JP60094047A JP9404785A JPS61251551A JP S61251551 A JPS61251551 A JP S61251551A JP 60094047 A JP60094047 A JP 60094047A JP 9404785 A JP9404785 A JP 9404785A JP S61251551 A JPS61251551 A JP S61251551A
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臼井 皓司
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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】 [発明の分野] 本発明は、新規な無機質発泡体およびこの無機質発泡体
を製造する方法に関する。
[発明の背景] 無機質発泡体は、軽量であることおよび発泡体であるこ
となどの特性を利用して、構造体などの軽量骨材、肥料
、洗剤あるいは塗料などの増量材(剤)、吸着剤、土壌
改良材などとして広く使用されている。このような公知
の無機質発泡体は。
人工原料から作られるガラスバルーンと天然原料から作
られるシラスバルーン、パーライト、フライアッシュバ
ルーンおよび膨張頁岩とに大別することができる。
ガラスバルーンは、液滴法あるいは乾燥ゲル法などの方
法で得られたケイ酸ソーダを主成分とする粒子を膨張さ
せた発泡体である。
シラスバルーンは、火山性ガラスを主成分とするシラス
を加熱発泡させて製造される。パーライトは、真珠岩、
黒曜岩、松脂岩、粗面層などを同様に加熱発泡させて製
造されたものである。また、フライアッシュバルーンは
、微粉炭を燃焼させた石炭灰を水に投入して浮遊分離し
て得られた発泡体である。11張頁岩は、頁岩などを同
様に加熱発泡させて製造される。
このような発泡体は、例えばガラスバルーンは製造工程
が複雑であり、シラスバルーン、パーライトおよび膨張
頁岩は、鉱物を山岳地帯から採掘して破砕して原料とす
るので、原料の調製に経費がかかり、さらに近時、採掘
により環境が破壊されるとの問題もあり年々原料の入手
が困難になる傾向がある。また、フライアッシュバルー
ンの場合には、それ自体が、例えば火力発電の際に発生
する石炭灰の一部に含有されるものであり安定供給が難
しい等、それぞれ問題点を有している。
さらに、これらの無機質発泡体の単位容積重量は、0.
02〜o、05kg/文(例、パーライト)または、0
.15〜0.4kg/4(例、ガラスバルーン)のもの
が多く、単位容積重量が0.6〜1.2kg/交の範囲
に位置する9#機質発泡体は比較的少ない。
本発明者は、無機質発泡体を形成する成分中のSiO2
の含有率が60重量%以下、Al2O。
の含有率が20重量%以上、そしてCaOの含有率が5
重量%以上である無機質発泡体及びその製造方法に関す
る発明について既に出願している(特願昭60−350
66号)。
[発明の目的] 本発明は、新規な無機質発泡体を提供することを目的と
する。
さらに本発明は、この新規な無機質発泡体を製造する方
法を提供することをも目的とする。
また、本発明は、従来有効な用途がなかった石炭ガス化
反応の際に発生する残滓を有効に利用する方法を提供す
ることをも目的とする。
[発明の要旨] 本発明は、StO,、A l t Os、及びCaQを
含む無機質発泡体であって、該無機質発泡体形成成分中
のS【02の含有率が60重量%以下、A ’J−20
3の含有率が20重量%以上、そしてCaOの含有率が
5重量%以上であり、かつ単位容積重量が0.6kg/
lより上であって1.2kg/Jl以下であることを特
徴とする無機質発泡体にある。
本発明の無機質発泡体は、公知の各種のsmm発発泡体
たとえば、ガラスバルーン、シラスバルーン、パーライ
ト、フライアッシュバルーンおよび膨張頁岩などとは明
らかに区別される成分組成を有する新規な無機質発泡体
である。
本発明の無機質発泡体は、石炭の部分酸化により得られ
た非晶質残滓のうち粒子径が2.5mm以下のものを6
00℃以上の温度で加熱処理して膨張させることからな
る製造法により容易に製造することができる。
[発明の効果] 本発明の無機質発泡体は、従来有効な用途がなかった石
炭ガス化の際に発生する非晶質残滓を用いて製造するこ
とができ、さらにこの非晶質残滓は、従来の天然原料と
比較して低温で膨張するので、従来有効な利用法が開発
されていなかった資源を有効に利用すると同時に無機質
発泡体の製造コストを低減することができる。
また、本発明の無機質発泡体は、強度が非常に高く、か
つ軽量であり、さらに吸水率および熱伝導率が低いとの
特性を有しており、特に軽量骨材としての使用に好適で
ある。
[発明の詳細な記述] 本発明の無機質発泡体は、SiO2、CaO及びA1.
O,を含む無機質発泡体であり、この三成分を主成分と
するものである。そして1本発明の無機質発泡体は、上
記三成分以外にも、たとえば酸化鉄、Na2O及びに、
Oなどを含んでいてもよい。
本発明の無機質発泡体は、成分中のStO,の含有率が
60重量%以下(好ましくは30〜60重量%)、Af
L2O3の含有率が20重量%以上(好ましくは、20
〜40重量%)であり、さらに、CaOの含有率が5重
量%以上(好ましくは5〜30重量%)である、一般に
この三成分は、無機質発泡体形成成分に対して60重量
%以上、好ましくは70〜95重量%、特に好ましくは
75〜95重量%含有されている。
本発明の無機質発泡体は1通常上記の三成分以外に酸化
鉄、MgO1Na20およびに、Oなどの成分を含有し
ている。一般にこれら他の成分は、無機質発泡体形成成
分に対して40重量%以下、好ましくは5〜30重量%
、特に好ましくは5〜25重量%含有されている。これ
ら他の成分のそれぞれの含有率は、通常は無機質発泡体
形成成分に対して酸化鉄はFe2O,基準で2〜15重
量%、MgOは1〜7重量%、Na2Oは1〜6重量%
、K、Oは0〜2重量%の範囲内にある。更に、上記成
分以外にも極微量のTiO2、SOコ、他の硫化物ある
いは硫黄化合物および炭素成分などを含むこともある。
本発明の無機質発泡体は、単位容積重量が0.6〜1.
2kg/JLの範囲内にあるものである。ただし、0.
6kg/jLは含まれない、また、この単位容積比重を
見掛は比重で表記すると約1.21〜2.lOの範囲と
なる。
本発明の無機質発泡体は、その粒子中に主として独立気
泡を有している。従って吸水率が極めて低く、例えば骨
材としてセメントと混練してセメントモルタルを調製す
る際に水セメント比を低くすることができ、得られたセ
メント硬化体の強度が極めて高い、さらにモルタル中に
含有される水の量が少ないのでセメント硬化体の凍結融
解を有効に防止することができる。ただし、気泡は全て
が独立気泡であることを要するものではなく、気泡の少
なくとも70%以上が独立気泡であれば上記の特性を保
持することができる。
また、気泡を多数含有するので熱伝導率が低いとの利点
もある。
本発明の無機質発泡体は、公知の無機質発泡体と比較し
て強度が高く、通常10〜70kgfの平均圧潰強度(
本発明の粒径2〜2.5mm無機質発泡体を20個無作
為に選んで測定した圧潰強度の平均値)を示す、従って
1本発明の無機質発泡体は、貯蔵中あるいは輸送中など
にその粒子が崩壊することがほとんどなく、さらに本発
明の無機質発泡体を構造物の構築の際に軽量骨材として
使用することにより、強度が高く強靭な構造物とするこ
とができる。
本発明の無機質発泡体は、一般には、その粒子径が3.
5mm以下(好ましくは0.5〜2.8mm程度)のも
のである。
次に本発明の無機質発泡体を製造する方法について説明
する。
本発明の無機質発泡体は1石炭の部分酸化により得られ
た非晶質残滓のうち特定の粒子径を有するものを特定の
条件で加熱することにより製造することができる。
原料として使用される非晶質残滓は、好ましくは石炭の
部分酸化により得られるものである0例えば微粉炭など
を完全燃焼させる雰囲気での燃焼により生成した灰分は
有効に発泡しないため、無機質発泡体の製造には利用す
ることができない。
無機質発泡体の製造に利用される非晶質残滓は、たとえ
ば石炭の部分酸化により合成ガスを製造する際に発生す
る残滓として供給される。このような石炭を用いた合成
ガスの製造法の例としては、ルルギ法、ウィンクラ−法
、コツバーズ・トチニック法およびオツド・ルーメン法
並びにKDV法、ルルギスラッジング法、シンザン法、
ンWH法、Uガス法、HYGAS法、石炭技研法、加圧
流動水添ガス化法、ハイブリッド法、HTW法、BIG
AS法、シェル(シェル・コツバーズ)法、サアルバー
ク・オツトー法、住友法及びテキサコ法などによる石炭
ガス化法を挙げることができる0本発明の製造法におい
ては特にコツバーズ・トチニック法、オツド・ルーメン
法、ルルギスラッジング法、シェル(シェル・コツバー
ズ)法およびテキサコ法などのような石炭の部分酸化を
ガス化炉で石炭の軟化点以上の温度で行なう石炭ガス化
装置から排出される非晶質残滓を使用することが好まし
い。
たとえばテキサコ法においては、石炭は水スラリーとし
て石炭ガス化炉に投入され加圧下に灰分の軟化点以上の
温度、一般には1300〜1500℃程度に加熱され、
部分酸化される。この際、溶融状態もしくは半溶融状態
の残滓が生成し1通常この残滓は水等で冷却された後、
必要に応じて粉砕されて石炭ガス化炉から排出される。
なお、テキサコ法などの石炭ガス化方法の詳細は、「化
学経済J 1981年八月号へよび九月号に詳細に記載
されている。
石炭の部分酸化により発生する非晶質残滓の組成は石炭
ガス化などの原料として使用する石炭の種類などにより
多少異るが、本発明の無機質発泡体の製造法においては
、石炭の種類などにかかわりなく石炭ガス化などの石炭
の部分酸化の際に生成する非晶質残滓を使用することが
できる。
一般に上記のような非晶質残滓は、60〜30重量%の
範囲のSiO2.20〜40重量%の範囲のAl2Oコ
及び5〜30重量%の範囲のCaO並びに少゛量の硫化
物あるいは硫黄化合物および未燃焼炭素などを含有して
いる。特に硫化物硫黄および未燃焼炭素などの発泡に関
与する成分の含有率が1重量%以下であることが好まし
い。
含有率が1重量%を越えると得らえる無機質発泡体の単
位容積重量が0.6kg/41以下となることがあり、
また、得られる無機質発泡体の圧潰強度が充分高くなり
にくい場合がある。
石炭の部分酸化により得られた残滓は非晶質であり、従
ってX線回折を行なっても特異的なピークは示さない。
使用する非晶質残滓は、粒子径が2.5mm以下のもの
である。そして粒子径が2.5mm以下であって、0.
6mm以下の残滓の含有率が20重量%以下のものであ
ることが好ましい。
粒子径が2.5mmを越えるものを使用した場合には単
位容積重量が本発明の範囲にある無機質発泡体を得るこ
とができない、また、非晶質残滓が粒子径0.6mm以
下のものを20重量%を遥に越えて含有する場合には粒
子径の小さい非晶質残滓の発泡性が不良であることから
得られる無機質発泡体中に充分に発泡していない粒子が
含有されるようになり、無機質発泡体の単位容積重量が
本発明の範囲以上のものとなることがある。
加熱処理に際しては、石炭ガス化炉から排出された残滓
を破砕したのち、篩など通常の方法を利用して2.5m
mより大きな粒子を排除して使用する。
このようにして粒子径などが調整された残滓を次に加熱
処理する。
加熱処理は600℃以上の温度で行なう、さらに600
〜900℃の範囲内の温度にて行なうことが好ましく、
650〜850の範囲内の温度にて行なうことが特に好
ましい、600℃より低い温度では非晶質残滓は有効に
膨張しない、また、加熱処理温度が900℃を越えると
膨張した残滓が溶融することがあり、生成した気泡が消
滅することがある。
加熱処理は、予め加熱処理温度に調整した炉などに直接
残滓を導入する方法を利用することもできるが、通常は
、残滓を徐々に昇温して行なう方法を利用して行なう。
徐々に昇温して行なう方法は、例えば、ロータリーキル
ンなどを用いて昇温速度を1.一般には150℃/分以
下(好ましくは1〜b の範囲内)に設定する。昇温をこの値より急速に行うと
膨張の際、独立気泡が有効に生じないことがあり、発泡
体の吸水率が増加する傾向がある。
一般に加熱処理はシラスバルーン、パーライトなどの製
造に通常使用されているロータリーキルン、気流焼成方
法による炉などの加熱装置を使用して行なう。
徐々に昇温しで加熱処理を行なう方法は、特に工業規模
での生産に好適である。
本発明の無機質発泡体の加熱処理温度および処理時間は
、シラスバルーン、パーライトなどの公知の無機質発泡
体の製造の際の加熱温度よりも低い温度であり、かつ短
時間である。
従って、本発明の無機質発泡体は、従来の発泡体の製造
の際に必要とする熱エネルギーよりも少ない熱エネルギ
ーで製造することができる。
さらに公知の無機質発泡体は、比較的体々に膨張するの
に対して本発明の無機質発泡体は、急速に膨張する傾向
があり、非晶質残滓を長時間発泡温度に保持する必要が
なく、製造が容易である。
本発明の無機質発泡体は、加熱処理により、一般に非晶
質残滓の直径に対して1.01〜1.4倍程度に膨張す
る。
本発明の残滓の膨張機構に関しては必すしの明確ではな
いが、次のような機構により膨張するものと推察される
すなわち、石炭の部分酸化により得られた非晶質残滓は
、加熱処理によりガス化しやすい未燃焼炭素および硫化
物硫黄などの膨張成分を含有しており、これらが加熱に
より気体として排出されることにより膨張する。さらに
非晶質残滓は、黒曜石などの天然原料と比較すると活性
が高いことが推測され、従って上記の気化成分が低温で
も有効に作用するものと推測される。
本発明の無機質発泡体は、上述した用途の他にも肥料、
洗剤あるいは塗料などの増量材(剤)、吸着剤、鉄の精
練助剤、研磨材および濾過助材などとして有効に使用す
ることができる。
次に本発明の実施例および比較例を示す。
1表1盈ユL11 テキサコ法を利用した石炭ガス化炉から排出された残滓
をジ、−クラッシャーで粉砕し、分級し使用した。尚、
この残滓の真比重は2.72g/c rn’ 、融点は
1320℃であった。
粉砕された非晶質残滓の第1表に記載する目開きの篩を
用い分級し、それぞれの粒子の含有率を第1表に記載す
る。なお、比較例で使用した頁岩の容筒に留る割合を第
1表に併せて記載する。
使用した非晶質残滓の化学組成を第2表に記載する。
なおこの残滓はX線回折の結果、非晶質であることが確
認された。
第1表 (mm)    (重量%)   (重量%)10〜2
0   4.9    0 10〜5    4.5    0 5〜2.5   31.2    0 2.5〜1.2 36.5   50.01.2〜0 
  14.2   22.00.6以下    8.7
   28.0[実施例1] 上記のようにして調製した非晶質残滓のうち2.5mm
以下のもの100gを磁製蒸発皿に取り、珪化モリブデ
ン発熱体を使用した自動温度制御装置付電気炉に導入し
た。導入時の炉内の温度は400℃であった。
非晶質残滓導入後、昇温速度5℃/分にて炉の温度を8
00℃まで上昇させ、ただちに炉外に取り出し無機質発
泡体を製造した。
得られた無機質発泡体の見掛は比重は1.71g / 
Crrf、単位容積重量は0.91kg/41゜24時
間吸水率は0.3重量%、平均圧潰強度は35kgであ
った。得られた無機質発泡体の化学組成を第1表に併せ
て記載すり、なお、得られた無機質発泡体は、非晶質残
滓に対して直径が約1.2倍に膨張していた。
なお、上記の測定は下記の方法および装置を用いて行な
った。また1本発明で示す実施例および比較例の測定も
全て下記の装置および方法によって行なった。
説n法 JIS−A−1,134および JIS−A−1135 の規定に準じ測定した。
l止I JIS−R−2205の規定に準じ測定した。
虱盈]目L11 100mjLのメスシリンダを用意して測定対象の粒子
(残滓および発泡体)をこのメスシリンダに取り所定回
数振動させて100mjLとし、この粒子の重量を測定
した。
處1九近 JIS−M−8852に規定されている方法に従って分
析を行なった。
圧潰強度 水屋式硬度計を用いて20個の供試体について測定した
社」Jと駁! JIS−M−8801に規定されている方法に準じて行
なった。
第2表 成分     (重量%)   (重量%)ig、Io
ss    −0、20 SIO□   42.6   43.1AI!、203
  25.7   26.0F e 202  10 
、4   10 、5CaO14,915,l MgO2、22、2 Na20    2.2    2.2K2O    
 0.9    0.9SOコ     0.4   
  0 未燃焼炭素   0.3     0 他の硫化物   0.15     0〔比較例1] 実施例1において、非晶質残滓の代りに、第3表に示す
組成の頁岩(真比重2.56g/cm″、単位容積重量
1.10Kg/l、融点1210℃)を使用し、最高加
熱処理温度を1180℃とした以外は同様に操作して無
機質発泡体を製造した。
得られた無機質発泡体の単位容積重量は0.64k g
 / fL、24時間吸水率は14.9%、平均圧潰強
度は1.8kgであった。得られた無機質発泡体の化学
組成を第3表に記載する。
以下余白 第3表 成分     (重量%)   (重量%)ig、Io
ss     2 、4      0Si02   
83.6   65.2A  fL 203     
 18.3        18.8F e 2035
 、5    5 、6CaO2,12,2 Mg0     1 、8    1 、6Na20 
   3.3    3.4K2O     3.1 
   3.2未燃焼炭素     OQ 硫化物       o。
[実施例2〜7および比較例2〜4] 実施例1において、使用した非晶質残滓の粒子径、加熱
処理の最高温度および昇温速度゛を第4表に記載するよ
うに変えた以外は同様にして無機質発泡体を製造した。
得られた無機質発泡体の単位容積重量、見掛は比重、吸
水率及び圧潰強度を第5表に記載する。
第4表 (1層)        (”0)       (”
O/分)実施例12.5以下   800  5同 2
0.6以下   800  5 同  3 0.6〜1.2  800     5同 
 4 1.2〜2.5  800     5同 52
.5以下   700  5 同 62.5以下   800  15同 72.5以
下   800  50比較例22.5以上   80
0  5同  3 0〜2.5     550   
  5同  4 0〜2.5    1000    
 5第5表 Ckg/l )   (g/cゴ)  (wtり  (
kgDl   0.91 1.71  0.3 352
  1.09 2.05  0.2 503  0.9
5 1.79  0.3 384  0.69 1.2
5  2.8 1B5  1.04 1.91  0.
3 43B   0.77 1.40  2.0 22
7  0.61 1.11  3.1 11比較例 2  0.55 1.00  3.1  53  1.
30 2.37  0.2 614  0.45 0.
82  5.8  2[実施例8] 実施例1で用いた非晶質残滓について0.45mの有効
内径を有し、長さが12mのロータリーキルンを用いて
加熱処理を行なった。
尚、ロータリーキルンの窯尻温度を270℃、焼点温度
を750℃、そして非晶質残滓の滞留時間を90分に設
定した。
得られた無機質発泡体の単位容積重量、見掛は比重、吸
水率及び圧潰強度を第6表に記載する。
[比較例5] 実施例8において、非晶質残滓の代りに、比較例1で用
いた頁岩を用い、窯尻温度を300℃、焼点温度を78
0℃とした以外は同様にして無機質発泡体を製造した。
得られた無機質発泡体の単位容積重量、見掛は比重、吸
水率及び圧潰強度を第6表に記載する。
第6表

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、SiO_2、Al_2O_3、およびCaOを含む
    無機質発泡体であって、該無機質発泡体形成成分中のS
    iO_2の含有率が60重量%以下、Al_2O_3の
    含有率が20重量%以上、そしてCaOの含有率が5重
    量%以上であり、かつ単位容積重量が0.6kg/lよ
    り上であって1.2kg/l以下であることを特徴とす
    る無機質発泡体。 2、上記無機質発泡体が、60〜30重量%の範囲のS
    iO_2、20〜40重量%の範囲のAl_2O_3及
    び5〜30重量%の範囲のCaOを含有することを特徴
    とする特許請求の範囲第1項記載の無機質発泡体。 3、上記無機質発泡体が、CaO、SiO_2及びAl
    _2O_3以外に、酸化鉄、MgO、Na_2Oおよび
    K_2Oを含むことを特徴とする特許請求の範囲第1項
    もしくは第2項記載の無機質発泡体。 4、石炭の部分酸化により得られた非晶性残滓の粒子の
    内粒子径2.5mm以下の粒子を600℃以上の温度で
    加熱処理して膨張させることを特徴とする、SiO_2
    の含有率が60重量%以下、Al_2O_3の含有率が
    20重量%以上、そしてCaOの含有率が5重量%以上
    であり、単位容積重量が0.6kg/lより上であって
    1.2kg/l以下である無機質発泡体の製造法。 5、上記非晶質残滓を650〜850℃で加熱処理する
    ことを特徴とする特許請求の範囲第4項記載の無機質発
    泡体の製造法。 6、上記非晶質残滓を600℃未満の温度から150℃
    /分以下の昇温速度にて600℃以上の温度に昇温して
    加熱処理することを特徴とする特許請求の範囲第4項記
    載の無機質発泡体の製造法。 7、上記石炭の部分酸化により得られた非晶質残滓が粒
    子径0.6mm以下の非晶質残滓を20重量%以下の含
    有率で含むことを特徴とする特許請求の範囲第4項記載
    の無機質発泡体の製造法。 8、上記石炭の部分酸化により得られた非晶質残滓中の
    硫化物硫黄および未燃焼炭素の含有率の合計が1重量%
    以下であることを特徴とする特許請求の範囲第4項記載
    の無機質発泡体の製造法。 9、上記非晶質残滓が石炭ガス化炉からの排出された非
    晶質残滓であることを特徴とする特許請求の範囲第4項
    乃至第8項のいずれかの項記載の無機質発泡体の製造法
    。 10、上記非晶質残滓が、石炭のガス化を石炭の灰分の
    軟化点以上で行なう石炭ガス化炉から排出された非晶質
    残滓であることを特徴とする特許請求の範囲第9項記載
    の無機質発泡体の製造法。
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