JPS6350309A - 石炭灰を用いたケイ酸カルシウム系ゲル状物質の製造方法 - 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、石炭灰の一種であるフライアッシュを無機酸
及び／あるいは有機酸と接触反応させることを特徴とす
るケイ酸カルシウム系ゾル・ゲル状物質の製造方法とそ
の実施例に関するものである。

従来、ケイ酸カルシウム系ゲルを製造する一方法として
、合成ウオラストナイトを原料として使用している。（
時分開昭５２−９４８９８）しかし、この合成ウオラス
トナイト（表−１参照）は、窯業製品の原料として開発
、精製された高価なものである１゜ 表−１ウオラストナイトの化学組成 組成　５ｉＯ２Ａ１□Ｏ３ＦｅＯ３ＣａＯＭｇＯＮａ２
０に２０重　量（財）　５３ｆ１　２Ｂ　　Ｏ，３４３
，００，５０，３０，８この合成ウオラストナイトに代
えて安価な原料として選定されたものが、本発明で使用
する石炭灰の一種であるフライアッシュである。

フライアッシュの５ｉ０２の含有量（表−２参照）は、
はぼ合成ウオラストナイトのそれと同量である。

表−２フライアッシュの主要化学組成 組成Ｓｉｏ、Ａ１２０３ＦｅＯ：＋　Ｃａ０ＭｌＮａ２
Ｏに２０他重　量（Ｘ）　５１　２５　６　８　２　１
．６１．５　４．９しかし、ケイ酸カルシウム系ゲルを
生成し、その後中和するに必要なカルシウムの含有量は
８％と、合成ウオラストナイトの４５％に比べて少ない
。

それ故、カルシウム不足分を普通セメント（光風 一６参照）、又は生石＼（Ｃａｂ）で補充することによ
って、合成ウオラストナイトと同様の反応結果を得よう
とするものである。

表−５普通セメントの主要化学組成 組成　Ｓ＋０２ＡＩ。０３　ＦｅＯ３ＣａＯＮＷＮａ２
０　Ｋ２０他重量Ｎ　２２．１５．０　３．０６３Ｂ　
１．６０．４０．５３．６そして、フライアッシュと普
通セメント（又はく 生石＼）、からケイ酸カルシウム系ゲルが、合成ウオラ
ストナイトに比べ、化学効率的に匹敵し、かつ、コスト
的に安価になれば、家畜糞や排水処理及びヘドロ等の処
理用に安価に、かつ、多量に使用出来る途が開ける。

なお、フライアッシュには極微量の重金属を含むが、こ
れらの量は判定規準を十分下廻った値であり、人畜への
有害性はない（社団法人　日本産業機械工業金板　一般
産業における石炭灰回収システムの開発事業報告書　５
８−エネ総開−１，５昭和５９年７月刊　参照）。

また、石炭灰の使用例として、クミアイ肥料（商品名）
や園芸用人工丸石としてグリーンポール（商品名）があ
る。

フライアッシュでどの程度のケイ酸カルシウム系ゲルが
出来るものかを知るために、種々の実験を行った。その
実験を次に示す。

実験［Ａｌ 水２００ｍｔ　にフライアッシュ粉を投入攪拌しながら
濃硫酸（９８％　１０ｇ）を添加、その後１５分間放置
。

この混合液から固形物を除去するために、濾紙で濾過す
る（この場合、ＰＨ３以下の酸性でないとゾルは安定せ
ず１部ゲル化し濾過されずに固形物と一諸に濾紙に残留
する場合がある。）このケイ酸カルシウム系ゾルを含む
濾過液（チンダル現象を示す）をＮａＯＨ溶液で十分ア
ルカリ化（ＰＨ８以上）すれば、液中のゾルはゲル化し
底部に沈殿層を形成する。

この液を再度濾過すれば、濾紙上にゲルが残留する。残
留ゲルの乾燥後、重量測定したものが乾燥ゲル（キセロ
ゲル）の生成重量である。

乾燥ゲルの生成重量を表−４及び第１図［Ａｌに示す。

第１図において、横軸にフライアッシュ重量／濃硫酸重
量の比をとシ、その比に対する夫々の乾燥ゲル重量（ダ
ラム）を縦軸にプロットした。

表−４フライアッシュ、濃硫酸によるゲル生成量１００
　　　　１０　　　　１０　　　　　２．５実験〔Ｂ〕 水２００ｍｚ　に、フライアッシュと普通セメントの混
合粉を投入攪拌、続いて濃硫酸を添加攪拌後１５分間放
置。

その後の処理方法は、実験〔Ａ〕と同様手順で乾燥ゲル
（キセロゲル）を得た。

実験結果は、表−５及び第１図［Ｂ］を参照されたい。

実験［Ｃ） 上記実験〔Ｂ〕において、普通セメントの代９に生石灰
ＣＣａ０）を混入し、フライアッシュと生石灰の混合粉
を作９、この混合粉を水に投入攪拌、続いて濃硫酸を添
加攪拌後１５分間放置。その後の手順は実験［Ｂ］と同
様にして、乾燥ゲルを得た。

実験結果は、表−６及び第１図〔Ｃ〕を参照されたい。

実験ＣＤ］ 水２００ｍｌに合成ウオラストナイトを投入攪拌、続い
て濃硫酸（１０ｇ）を添加攪拌後１５分間放置。

この後の処理手順は、実験〔Ａ〕と同様手順で乾燥ゲル
を得た。

実験結果は、表−７及び第１図［Ｄ’］を参照されたい
。

実験［Ｅ］ フライアッシュ、濃硫酸及びセメントを夫々、添加、混
合順序を変えて、生成ゲル量の変化具合を調べる目的で
この実験を行った。

水２０Ｏｍｚ中に、フライアッシュ２ｏｇ、Ｊ硫酸１０
ｇ、及びセメン）　１０ｇの夫々を、添加順序を変えて
実験を行った。

実験結果は、表−８を参照されたい。

表−８添加順序変化によるゲル生成量（セメント）注：
ＦＡ＝プライアッシュ 実験ＣＦ、］ 上記実験［Ｅ）において、セメントの代りに生石灰を加
えて実験を行った。

実験結果は表−９を参照されたい。

表−９添加順序変化によるゲル生成量（生石灰）実験［
Ｇ］ フライアッシュを全く使用せず、普通セメントのみを濃
硫酸と接触反応させた場合の生成ゲル量を調べた。（実
験方法と手順は、実験〔Ｂ］と同じ）。

実験結果は、表−１０を参照されたい。

表−１０セメントのみから生成される乾燥ゲル量２０　
　　　　　１０　　　　　　　２．０実験［Ｈ］ フライアンシュ２０ｇを２００ｍ７の水に投入し、無機
酸又は有機酸を添加攪拌し、実験〔Ａ〕と同様手順で乾
燥ゲルを得た。

無機強酸がより多くのケイ酸カルシウム系ゾルを生成し
た。実験結果は表−１１を参照されたい。

表−１１フライアッシュと各種酸による乾燥ゲル量ＨＣ
１３５１５２０２，０ Ｉ−ＩＮＯ３６１１５２０２，４ ＣＨ３ＣＯＯＨ１００２０２０１，０ （ＣＯＯＨ）２１００　　　　１０　　　２０　　　１
．５Ｈ２ＳＯ４９８１０２０２，１ 実験結果 実験〔Ａ〕−〔Ｈ〕から次の結果を得た。

１）　フライアッシュの乾燥ゲル生成量は、合成つオラ
ストナイトの約３である。（これはフライアッシュの活
性度が低いためと考えられる）。

従って、フライアッシュの使用量は、理論的には合成ウ
オラストナイトの約６倍が必要でちる。（第１図［Ａ）
参照） なお、石炭灰は長期の間にポゾラン反応が進行するので
、出来るだけ若いフライアンシュ（新生灰）を使用すべ
きであＳ、。

２）フライアッシュと濃硫酸との反応は、原則としてセ
メント（又は生石灰）との接触反応シで先立って行われ
るべきである。

即ち、フライアッシュとセメント（又は生石灰）を同時
に濃硫酸と接触反応させると、濃硫酸はフライアッシュ
よりもセメント中のＣａＯと化学反応を行って、ＣａＳ
Ｏ４を生成１〜で［７まい、フライアッシュとの反、Ｚ
　３ｙ十分：・Ｃ行われず、ケイ酸カルシウム系ゾル・
ゲルの生成量が減少する傾向がちる。（表−８、表−９
、第１図〔ＢＥ及び〔Ｃ′３参照） ６）フライアッシュ／濃硫酸の割合が２迄は、生成され
るゲル量がフライアッシュ量に比例するが、２以上では
フライアッシュ量を増加させてもゲル量は大して増加し
ない。

即ち、水溶液中で最良割合は、フライアッシュ／濃硫酸
＝２／１である。（第１図［Ａ］参照）４）フライアッ
シュに５種類の酸と反応させた結果、強酸が弱酸よりゲ
ルを多く生成する。

（表−１１参照） ５）生石灰（又はセメント）は、ゲル生成には余り寄与
しないが、反応熱の獲得とアルカリ化材として使用すべ
きである。

６）本件で生成したケイ酸カルシウム系乾燥ゲル（キ汽
ロゲル）は不可逆性ゲルである。

７）ケイ酸カルシウム系ゾルは、ＰＨ３以上のアルカリ
側では不安定にな９一部ゲル化する。

以上の実験結果にもとづいて、次の実施例を行った。

実施例（Ａ）ケイ糞処理 １００重量部のケイ糞に、フライアッシュ、濃硫酸（９
８％）及び普通セメントを投入攪拌した結果、フライア
ッシュを主添加材とする方法は、合成ウオラストナイト
を添加材とする方法とを比較すれば、添加材１景の相異
点を除いて何ら変らない良結果を得た（表−１２参照）
。

即ち、フライアッシュ４０重量部、濃硫酸２０重量部、
セメント２０重量部（又は、生石灰２０重量部）をケイ
糞（本実施例で用いたケイ糞は腐敗が進み、水分が多く
、新生ケイ糞よりは悪条注のものであった。）に投入攪
拌すると、ケイ糞は反応熱により処理前の温度より約５
０℃〜６０℃　急上昇し、多量の含有水分が蒸発し、粘
稠性を失い細粒化され、灰褐色のパサパサの関東ローム
層の±の様に変化する。

悪臭は無くなり、代って刺激性のアンモニア気化スが盛
んに気化し始めるが、やがてそのアンモニア気化も止む
。

この実験結果を表−１２にまとめだ（添加順序は、ケイ
糞にＦＡ＝フライアッシュを投入攪拌後儂硫酸を添加約
５分間攪拌後、セメントを投入、さらに約５分間攪拌し
た。） なお処理ケイ糞のＰＨは、濃硫酸とセメント（又は生石
灰）の添加量の増減により、調整可能である。

参考迄に、この悪条件のケイ糞を合成ウオラストナイト
を用いて処理した場合、ケイ糞１００重量部に対し、合
成ウオラストナイト（表−１２の下部、ＷＮで略記）は
６０重量部と濃硫酸２０重量部を必要とし、た。

表−１２フライアッシュとセメントによるケイ糞処理６
０　　２０　　　１０　　６８　　　細粒　　無　０６
．０参考： ＷＮ（合成ウオラストナイト）でこのケイ糞を処理した
場合 ＷＮｌｏ　　　１０　　　　　　　４３　　軟い味噌状
　　有　×ＷＮ２５　　１０　　　　　　　６５　３Ｏ
ｆ団粒　有　×ＷＮ３０　２０　　　７０細粒　　無○
セメントの代９に生石灰を用いた場合、セメントの場合
よシは反応温度は高くなる。またこの場合、フライアッ
シュの使用量は多くなるが、生石灰の使用量はセメント
の場合よシ少くてすむ傾向がある。表−１６を参照され
たい。

表−１６フライアッシュと生石灰によるケイ糞処理ＦＡ
　　　Ｈ２ＳＯ４ＣａＯ反応温度処理後の　臭気結果重
量部　重量部　重量部　度Ｃ状態　　　　　　　　　Ｐ
Ｈ６０２０１０８０細粒　無０８．９ 実施例（Ｂ）　　牛糞処理 ケイ糞処理と同様に、牛糞１００重量部にフライアッシ
ュを投入攪拌後、濃硫酸を添加５分間攪拌後セメントを
添加攪拌した結果を、表−１４にまとめた。

表−１４から、牛糞１ｏ口重量部：ζ対し、フライアッ
シュ４０ｉ量部、濃硫酸１５重量部、てメント２０重量
部が最適である。

なお、セメントの代シに生石灰を用いた結果を表−１５
に示した。生石灰の場合は、フライアッシュを増やし、
生石灰は少なくてすむ。

表−１４フライアッシュとセメントによる牛糞処理４０
　　１５　　　１０　　　５５　　１０、（団粒　有　
×４．０４０　１５　２０　６５　　細粒　無◎９２５
０　　　１５　　　１０　　　５８　　２０ｆ団粒　有
　×４．２５０　２０　２０　６６　　細粒　無０５．
４表−１５フライアッシュと生石灰による牛糞処理実施
例（Ｃ）処理糞の乾燥性（第２図参照）処理糞の乾燥性
を調べる為に、次の実験を実施し　プと　。

即ち、４枚の皿に夫々番号Ａ、Ｂ１Ｃ，Ｄを付ける。

Ａ皿には、処理ケイ糞（生ケイ糞を、ＦＡ４０ｇ。

Ｈ２ＳＯ４２０ｇ　ｓ　セメント２０ｇで処理）を、Ｂ
皿には、処理４−糞（生牛糞を、Ｆ　Ａ　４０　ｇ　、
　Ｈ２ＳＯ４１５ｇ、セメント２０ｇで処理）を盛シ、
０皿には生ケイ糞１００ｇを盛シ、Ｄ皿には、生牛糞を
盛った。

Ａ皿とＢ皿については、処理添加材（Ｆ　Ａ　、Ｈ２Ｓ
Ｏ４、セメント）を加えた合計重量から、処理直後の合
計重量を差引いて、処理中に反応熱等により蒸発した水
分を割出した（処理ケイ糞の場合、４５％の水分が蒸発
。処理牛糞の場合、３６％の水分が処理中に蒸発してい
た。） その後、毎日Ａ、Ｂ、Ｃ及びＤ皿夫々を重量測定し、重
量減少分を糞の含有水分の蒸発量としだ。

糞処理前の水分を１００とし、完全乾燥膜の水分を０と
した。

この水分蒸発量（％）を第２図の縦軸に、横軸に測定日
を示した。

この結果、処理中に反応熱により水分は気化蒸発しく３
６％−４３％）、処理後５日目にして水分の約６０％が
蒸発してしまう。

それに対し生糞は、乾燥開始日から６日目では水分蒸発
量は約１０％であシ、６０％となるのは９日目である。

即ち、はぼ乾燥とみられる６０９６乾燥させるのに処理
糞は、生糞より１／６の日数ですみ、処理糞の乾燥性は
生糞の６倍速い、と云える。

【図面の簡単な説明】

第１図は、添加材／濃硫酸の比と生成ゲル量を示すグラ
フ 第２図は、生糞と処理糞の乾燥推移を示すグラフ 圭久畦凍均遣量（３）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 石炭灰、特にフライアッシュと無機酸及び／あるいは有
   機酸とを接触反応させることを特徴とするケイ酸カルシ
   ウム系ゲル状物質の製造方法。