(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
石炭の部分酸化により得られる副生非晶質スラグを、目開き０．２９７ｍｍの標準篩を含む複数の篩を使用して、複数の、連続する粒度分画に分級した後、目開き０．２９７ｍｍの標準篩を通過しない粒子について、各粒度分画毎に異なる条件で加熱処理して発泡させることを特徴とする、無機質発泡体の製造方法。
【請求項２】
一つの粒度分画が、互いの「目開き」の比が２２／４  〜２６／４  である二つの標準篩で挟まれるように分級する、請求項１に記載の無機質発泡体の製造方法。
【請求項３】
一つの粒度分画が、互いの「目開き」の比が２である二つの標準篩で挟まれるように分級する、請求項１に記載の無機質発泡体の製造方法。
【請求項４】
各粒度分画毎に異なる温度で加熱処理して発泡させることを特徴とする、請求項１から３までの何れかに記載の、無機質発泡体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、石炭を部分酸化して水素を得る石炭ガス化プロセスで発生する副生非晶質スラグを加熱・発泡させて、低吸水性の無機質発泡体を製造する方法に関するものである。本発明の方法で製造される無機質発泡体は、その特性である軽量性と低吸水性を活かして、軽量コンクリート又はモルタル用骨材として、主に建材用途として好適に使用される。
【０００２】
【従来の技術】
建築物などの構造物は、省エネルギー、省資源及び耐震性向上のため、軽量化、高強度化及び断熱化が進められており、それを具現化する方法の一つとして骨材の軽量化が検討されている。
従来、人工軽量骨材は、真珠岩、松脂岩等の天然ガラス質岩石を加熱・発泡させる方法で良質なものが製造されて来たが、原料となるべき天然資源の枯渇は不可避であり、それに代わる方法として、石炭燃焼灰、石炭ガス化に伴って副生する非晶質スラグ等のガラス質成分を含む人工物を出発原料とする方法が検討されている。石炭燃焼灰および石炭ガス化に伴う副生非晶質スラグは、石油から石炭への変換に伴って大量に発生する産業廃棄物であり、その処理が問題になっているものである。
【０００３】
石炭ガス化プロセスで副生する非晶質スラグを原料とする無機質発泡体の製造方法については、既に、本出願人により幾つかの技術が開示されている。例えば、特開昭６１−２５１５５１号及び特開昭６１−１９７４７９号公報には、非晶質スラグに含まれるＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＣａＯ量を規定する技術が開示され、特開昭６２−１２６４６号公報には、非晶質残滓中の硫化物硫黄と未燃焼炭素の合量及び粒子径を規定した、微小無機質発泡体の製造方法が開示されている。また、特開平２−２０４３５０号公報には、非晶質残滓の粒子径を規定し、且つ還元雰囲気下で焼成する方法が開示されている。
【０００４】
これ等の方法では、目開き２０ｍｍの篩でふるい、篩を通過した原料非晶質スラグはそれ以上分級することなく、加熱・発泡させて無機質発泡体を得ている。篩を通過した原料粒子は、各種粒子径を有する二次粒子の混合物であるが、この方法では、二次粒子径が２０ｍｍより小さな原料粒子は、粒子径の差異が考慮されることなく、同時にほヾ同一の条件下で加熱・発泡されることになり、それに伴って種々の問題が発生するのが避けられない。
【０００５】
先ず、原料の二次粒子径によって発泡倍率が異なることから、全体を同時に同一温度で加熱・発泡させれば、単位容積質量の異なる発泡体の混合物が生成することになる。また、原料非晶質スラグを構成する二次粒子の粒度分布には原料によってバラツキがあるため、生成する無機質発泡体の品質が原料に依存して変動することになる。
差異があることから、発泡の行き過ぎた過発泡発泡粒子と発泡が十分でない不完全発泡粒子の混在する発泡体が生成することになる。
過発泡発泡粒子は開気孔を有するため吸水性が高く、一方、不完全発泡粒子は単位容積質量が大であり、これ等の混在は、当然、製品特性を低下させる。
更に、キルン内において、小粒径粒子が大粒径粒子の下に潜り込む所謂「セグリ」が生じることも、同一特性の製品を安定して得る上での障害となっていた。すなわち、石炭ガス化に伴って副生する非晶質スラグは、成分的には本質的に、優れた特性の無機質発泡体を与えるものであるが、粒度分布に起因する発泡ムラの存在は、優れた品質の製品を再現性良く製造する上での障害となっており、この面での改良が要求されていたのである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、従来行なわれていた、石炭ガス化プロセスの副生非晶質スラグを原料とする無機質発泡体製造技術が有していた上記問題、すなわち、原料における粒度分布の幅広さに起因する問題を抑制し、低吸水性且つ低単位容積質量の無機質発泡体を、再現性良く与える製造方法の提供を目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は、石炭ガス化プロセスで副生する原料非晶質スラグを細かく分級し、各粒度毎にその粒度に応じた最適に近い条件で焼成することにより、原料における粒度分布の幅広さに起因する発泡ムラが抑制され、低吸水性且つ低単位容積質量の無機質発泡体が、再現性良く得られることを見出し、本発明を完成した。
即ち、本発明は、石炭の部分酸化により得られた副生非晶質スラグを、複数の、連続する粒度分画に分級した後、各粒度分画毎に異なる温度で加熱処理して発泡させることを特徴とする、無機質発泡体の製造方法に関する。
以下に、本発明を詳しく説明する。
【０００８】
【発明の実施の形態】
石炭ガス化プロセスで副生する非晶質スラグは、表１に分級例を示すように、二次粒子径（以下、粒径と略す）の異なるものの混在物である。非晶質スラグはガラス質、未燃焼炭素および水より成るが、ガラス質の化学成分は、同じく表１に示すように、粒径にはほとんど依存しないが、未燃焼炭素とガラス質成分の比率は、粒径によって異なる。それに伴い、分級を行なわず総ての粒子を同一条件下で同時に焼成すると、生成発泡体の特性は、図１に例を示すように粒径に依存して変化することから、得られる発泡体は、特性の異なるものの混合物となる。
【０００９】
原料非晶質スラグを分級し、各分画毎にそれに適した条件で焼成した後、生成発泡体を再度混合することにより、全体として特性分布の狭い発泡体を得ることができると推測された。
発明者等は、この方法の効果を実際に確かめ、本発明に至った。
【００１０】
本発明においては、原料非晶質スラグを焼成に先立ち分級することに特徴があることから、どの程度細かく分級するか、分級の程度が重要となる。細かく分級すればする程、当然、再混合後の発泡体の特性分布は狭くなるが、分級および焼成が煩雑になることが避けられない。一方、分級が大まかすぎると、分級の効果が十分に発現せずやはり好ましい結果は得られない。
また、図１に示すように、焼成の際の粒径の影響は、粒径の小さい粒子で大きく現われることから、粒径の小さな粒子領域ではより細かく分級する必要がある。
【００１１】
本発明では、実用性も考慮して、分級を次のように行なうことにより好ましい結果を得ることができる。
すなわち、ＪＩＳを初めとする各種標準篩において或る篩の目開きは、それより一段階目の小さな篩の目開きの２１／４  倍となっているが、本発明では、一つの粒度分画が、互いの目開きの比が２２／４  〜２６／４  、好ましくは２３／４  〜２５／４  である二つの篩で挟まれるように設定するのである。隣り合う篩間の目開きの比の値は、この範囲内であれば、全粒度について同じ値となるようにしても良いし、或る粒度については、他と変えても構わない。この方法では、粒径の小さな領域においては隣り合う篩の目開きの差が小さくなる、換言すれば、一つの粒度範囲に属する粒子の粒度分布は小さくなることから、粒径差の影響が大きく出る小粒径粒子の加熱・発泡にも好結果をもたらす。
【００１２】
加熱・発泡に供する粒子の最大粒径をＲ、最小粒径をｒとすると、各分画中の粒度分布が、粒径が大の方から、第１分画：Ｒ〜Ｒ１  ［Ｒ１  ＝Ｒ×２−２／４〜Ｒ×２−６／４］、第２分画：Ｒ１  〜Ｒ２  ［Ｒ２  ＝Ｒ１  ×２−２／４〜Ｒ１  ×２−６／４］、…、粒径の最も小さな第ｎ分画がＲｎ−１  〜ｒ［ｒ＝Ｒｎ−１  ×２−２／４〜Ｒｎ−１  ×２−６／４］と成るように、目開きＲ、Ｒ１  、Ｒ２  、…、Ｒｎ−１  、ｒの標準篩を選択して分級する方法が最も便利である。
最大粒径Ｒの値は、無機質発泡体の使用目的に依存して決まるが、一般的には２０〜５０ｍｍ程度である。
一方、最小粒径ｒの値は、小粒径粒子では発泡が生じ難いことと、発泡後の粒径が余り小さなものは利用価値が少ないことから、０．１〜０．３ｍｍ、好ましくは、０．２〜０．３ｍｍとするのが良い。
【００１３】
粒度分画の方法さえ決まれば、すなわち、使用する篩の種さえ決まれば、分級は振動篩等、公知の方法で容易に行なうことができる。
【００１４】
分級後の各原料は、酸素含有ガス雰囲気下、各粒度分画毎にその分画に属する粒子に適した条件で加熱・発泡させて、目的とする無機質発泡体を得ることになるが、例えば、図１に示すような、発泡体特性の粒度及び加熱・発泡条件への依存性を予め求めて置くことにより、その実施は容易に行なうことができる。加熱・発泡条件は、全分画で加熱時間を一定にして加熱温度を粒度毎に変える方法、加熱温度を一定にして加熱時間を粒度毎に変える方法、または、その組合せで行く方法が考えられるが、操作の容易性から、全分画で加熱時間を一定にして加熱温度を粒度毎に変える方法が最も好ましい方法である。この場合の加熱温度の幅は、８００〜９５０℃の範囲内にある。加熱・発泡に当たっては、並流式及び向流式ロータリーキルン、気流焼成炉、流動層焼成炉等の通常使用されている公知の焼成装置を使用することが出来るが、生産性が高いこと及び品質のばらつきを低減できることから、ロータリーキルンの使用が最も好ましい。
【００１５】
加熱・発泡後の無機質発泡体は、原料の分級に伴い粒度毎に分画された状態で得られるが、その儘使用しても良いし、各分画からの無機質発泡体を再度混合して使用することも可能である。
【００１６】
【実施例】
以下では、具体的例を挙げて、本発明の効果を更に詳しく説明する。
実施例１
（１）原料非晶質スラグ
テキサコ法を利用した石炭ガス化炉から排出された非晶質スラグを、目開き４．７６ｍｍの標準篩で分級し、粒径４．７６ｍｍより小のものを原料として使用した。
【００１７】
（２）分級
４．７６ｍｍの篩を通過した粒子については、目開き２．３８ｍｍ、１．１９ｍｍ、０．５９ｍｍ、０．２９７ｍｍ、０．１４９ｍｍの５種のＪＩＳ標準篩を使用して更に６分画に分級した。一つの粒度分画を決定する二つの篩の目開きの比は、２４／４＝２である。
各粒度分画に属する粒子の化学組成を、表１に示す。
【００１８】
【表１】
0003552523.tif 000002
【００１９】
（３）加熱・発泡処理
加熱・発泡処理は、ロータリキルン（管径０．４５ｍ×長さ１２ｍ）で行なった。各粒度分画については、箱形電気炉を使用して予め求めて置いた、発泡体単位容積質量及び２４時間吸水率の加熱温度への依存性を基に、粒径に応じて、表２に示すように加熱温度を変えて無機質発泡体を得た。ここでは、単位容積質量が０．４（ｋｇ／リットル）の無機質発泡体を与える温度に設定した。尚、表に示した温度は最高部温度であり、滞留時間は４０分である。
加熱・発泡処理は、発泡し難いことが予め分かっている小粒径側の２分画を除いた四つの分画について行なった。
【００２０】
（４）無機質発泡体特性評価
・単位容積質量：１００ｍｌのメスシリンダに取って所定回振動させた試料１００ｍｌの質量を測定して求めた。
・２４時間吸水率：ＪＩＳ  Ａ  １１３５に準じて測定した。
両特性は、各粒度分画毎に、発泡体全体及び原料粒径と同一粒径を有する発泡体の二種について、測定した。結果を表２に示す。
【００２１】
【表２】
0003552523.tif 000003
【００２２】
比較例１
本例は、４．７５ｍｍアンダーの非晶質スラグについて、更なる分級を施すことなく、全てを同一温度で加熱した場合の例を示す。
加熱・発泡処理は、温度を８６０℃に設定した以外は、実施例１と同様の方法で行なった。
得られた無機質発泡体については、実施例１同様、全体として及び４つに分級したものそれぞれについて、単位容積質量および２４時間吸水率を測定した。結果を表２に示す。
【００２３】
表２の結果より、従来法で作成された無機質発泡体が、実際には、単位容積質量及び２４時間吸水率が大幅に異なるものの混合物であることが分かる。それに対し、本発明の方法に従って製造された無機質発泡体は、単位容積質量及び２４時間吸水率共に発泡体粒子径への依存性は低く、均一性が大幅に改善されることが分かる。
【００２４】
【発明の効果】
本発明の方法は、石炭ガス化プロセスから大量に排出され未利用資源の一つである非晶質スラグから、品質的に安定した低吸水性無機発泡体の製造を可能にした。
生成した低吸水性無機発泡体は、軽量骨材として建設資材用途に好適に使用出来ることから、蓄積が問題となる産業廃棄物の有効利用、その不足が懸念される骨材資源供給安定化の両面から意義は大きい。
【図面の簡単な説明】
【図１】「加熱・発泡温度−発泡体単位容積質量」間の関係の、原料粒径依存性を示す。
【図１】
0003552523.tif 000004