(57)【要約】【課題】金属アルミニュウムを含む為にガス発生の危険性から土木材料としては使えない都市ゴミスラグのアルミニュウム成分を利用して発生する水素ガスを組織内に取り込んで多孔質で軽量であり、かつ保水性の高い舗道材料セラミックスをコンクリ−ト製品に近い低コストで製造する技術を創始する。【解決手段】セメントの水和反応によって生じるセメントゲル内にセメントアルカリとアルミニュウムの反応による水素ガスを捕捉して多孔質のはい土を造り成形し焼成して軽量で保水性の高いセラミックス製品を造る。【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属アルミニュウムを含んで溶融し、溶解され水冷されて、ガラス質となったＳｉＯ2４５〜５０重量％，Ａｌ2Ｏ3１５〜２０重量％，ＣａＯ１５〜２０重量％，かつＮａ2Ｏ、Ｋ2Ｏ、ＭｇＯ、Ｆｅ2Ｏ3の合計が５〜１０重量％の組成から成る原料スラグを粉砕、整粒の工程において金属アルミニウムの含有率を１〜５重量％の範囲にし、更に整粒したものを５０〜８０重量％に、水硬性セメント類１０〜２０重量％と、発泡調整剤及び焼結調整材０〜４０重量を加えてなる組成物に、水を加えて混合し小粒状としたものを、更にまた、少なくとも２時間以上の養生工程において、該粒子内に気泡を生成させたものを所望の金型に充填して加圧成形し、該成形体を養生硬化及び乾燥させ、１０００〜１１５０℃の温度範囲で焼成されており、該焼成体重量比１０〜２０％の吸水性を有することを特徴とする保水性を有するセラミックス。
【請求項２】
金属アルミニュウムを含んで溶融し、溶解され水冷されて、ガラス質となったＳｉＯ2４５〜５０重量％，Ａｌ2Ｏ3１５〜２０重量％，ＣａＯ１５〜２０重量％，かつＮａ2Ｏ、Ｋ2Ｏ、ＭｇＯ、Ｆｅ2Ｏ3の合計が５〜１０重量％の組成から成る原料スラグを摩砕し、アルミニュウムを１ｍｍ篩により分別し、アルミニュウムの微粉が、全体重量の２〜５％になるように調整し、次いで、該アルミニュウムとスラグの粉粒混合物を作成し、かつ金属アルミニュウムの含有率を１〜５重量％の範囲に調節し、その整粒物を５０〜８０重量％と、水硬性セメント類を１０〜２０重量％と、発泡調整剤及び焼結調整材を０〜４０重量％とから成る組成物に、水を加えて小粒状に整粒混合したものを少なくとも２時間以上の養生工程において粒子内に気泡を生成させ、次いで所望の金型に充填して加圧成形し、更に養生硬化及び乾燥させた後、１０００〜１１５０℃の温度範囲で焼成することを特徴とする保水性を有するセラミックスの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ヒ−トアイランド抑制効果を有する保水性セラミックス舗道版を都市ゴミスラグ等の中で、従来技術ないし現状では再利用が不可能とされている金属アルミニュウムを含むスラグを有効利用する新規かつ進歩性大なる画期的技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、都市ゴミスラグなどＳｉＯ2 −Ａｌ2Ｏ3−ＣａＯ系等の原料に粘土質を加えて成形し、煉瓦等のブロック状に成形し焼成して造ることは、今までの窯業常識の中で容易に可能なもので、数多くの特許も出願されている。
更に本発明者による特許１７２６２３７号は、これらの適切な品質の原料を水硬性セメントによって成形し焼成して造る技術は既に実用的に使用されている技術となっている。このほか本発明者による特開平８−３１９１７９、特開平６−１２８０１６も多孔質で保水性を有するセラミックの製造技術として公開されたものである。
更にまた、本発明の発想の元となった特開平８−３４６６１は金属アルミニュウムを含むスラグを使用する為に、焼成前の原料処理工程においてアルミニュウムの酸化による膨張を防止する為に縮合リンサン塩を用いて処理する方法であり本発明はこれらの欠点を反対に有効利用する逆転の発想によるものである。
また、本発明者は特平１１−９２２１１として、アルミ残灰であるアルミドロスと苛性アルカリ、或いは石灰によって発泡する技術を提案しているが、本発明はこれらの反応を１要素として取り入れ目的とする保水性を有し、高強度であり軽量の舗装材料製品を造るものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の主原料とするスラグは表面溶融形式による炉から排出される都市ゴミスラグである。表面溶融炉は、一般の溶融よりも溶融温度は約２００℃低く、元の原料に含まれるアルミ缶などのアルミニュウムは炉内で酸化されてＡｌ2Ｏ3としてスラグ成分になることなく凝集して小粒状となって、金属アルミニュウムのまま排出されることを発見した。これらスラグのガラス質部分の成分は溶融時の粘性を調整する為に成分補正されていて、バラツキの少ない比較的安定なものであるが金属アルミニュウムの含有率は５〜２０％と非常に大きく変化している。そこで、本発明の解決しようとする課題の第１は、スラグに含まれるアルミニュウムの含有率を２〜５％の範囲に安定化させる方法と手段である。
次に第２の課題は、アルミニュウムの酸化反応で発生する「水素ガス」を焼成前の成形体に適度に効率よく捕捉して均一に分散した気泡組織を造り上げる事である。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
（第１の課題の解決手段）
硬いガラス質と靭性の金属アルミニュウムの粒状体は粉砕機に同時に投入されても被粉砕性が著しく異なる硬いスラグは容易に微粉化するが、金属アルミニュウムは殆どそのまま排出される為、粉砕後篩によって分別出来るものであったがハンマ−ミルのような衝撃式のものでは、使用目的のスラグ粉末に残存するアルミニュウムは約１％程度の少ないものであり本発明の目的には適さないことを発見した。対象として振動ミル、フレットミル、ボ−ルミルなどの摩擦粉砕方法を取るとアルミニュウムは微粉末となって、条件を調整すれば２〜５％のアルミニュウム含有粉末を得る事が出来た。
【０００５】
（第２の課題の解決手段）
アルミニュウム粉末にｐＨ１２．０程度のアルカリや石灰の溶液を加えると高い発熱反応をともなって急速に多量の水素を発生するが、本発明の請求項１，２に示すように、水硬性セメントをバインダ−とするものは、セメントがある程度の水和反応が進んでガスを補足出来る状態でないと逸散して残らなくなる。
本発明の作用機構は、セメントに水を加えると３ＣａＯ、Ａｌ2Ｏ3からの石灰及びアルミナの溶出が起こり、セッコウと反応してエトリンガイト（３ＣａＯ・Ａｌ2Ｏ3・３ＣａＳＯ4 ・３２Ｈ2 Ｏ）組成のセメントゲルが生成されるがこれが水素ガスを捕捉する役割をする。続いて溶出される石灰は、金属アルミニュウムと反応して徐々に水素を発生させ、この際の高い発熱反応によってセメント水和化合物の生成を促進し、急速に硬化反応が進行するというものである。
スラグ中に含まれるアルミニュウムは１％未満では不充分であり５％を超えると、ガス量が多過ぎて捕捉している組織を崩壊させてガスは逸散することを確認した。ガラス質スラグの化学組成は、高温度（１，４００〜１，５００℃）の溶融システムのスラグと異なりＡｌ2Ｏ3やＣａＯが少なく、Ｎａ2 ＯやＫ2 Ｏ分が多く中低温度（１，３００℃以下）で溶融する成分範囲であり、再加熱すると８５０〜９００℃でＣａＯ・Ａｌ2Ｏ3・２ＳｉＯ2 とαＣａＯ・ＳｉＯ2 の結晶が拆出するものであり、これらのスラグは５０〜８０％という高い組織比率で使用しても低温度で焼結し易いものである。
成形バインダ−であり、かつアルミニュウムの酸化反応をセメントゲルの生成の中で発生させて多孔質とする為にセメント量１０〜２０重量％に対してアルミニュウムの含有率は１〜５重量％の範囲が好適である。発泡調整剤、或いは焼結調整材はセメントゲルによるガスの捕捉をより多くする必要があればベントナイトを２〜３重量％添加する。焼結調整材には、より低温度で焼結させる為にガラスカレット及び製品に着色させる為の酸化鉄を含む電炉ダストなどを使用する。焼成は１，０００〜１，１５０℃の温度範囲で充分な強度が得られるが、本技術の経済性の面での特徴は通常のこの種製品の約１／２の短時間で焼成出来ることである。
【０００６】
【発明の実施の形態】
溶融炉から水砕として取り出されるスラグは摩砕方式のフレットミル、或いは振動ミルにより１．０ｍｍ以下の程度に粉砕される過程で粒状のアルミニュウムを篩により分別し、アルミニュウムの微粉が２〜５重量％の範囲になる様に調整して主原料であるスラグとアルミニュウムの混合された粉体となる。
スラグとセメント、又調整材料を所定比率で混合し水分７〜１０％を加えて小粒状のはい土とした後少なくとも２時間以上の反応過程を経て、はい土粒内に気泡を生成させた後、所望の金型にて１平方ｃｍ当り１０〜２０ｋｇの加圧力と振動を加えながら成形して生地を成形し、温度９０〜１００℃、湿度８０％以上の養生硬化、及び乾燥工程を８時間以上かけた後ロ−ラ−ハ−スキルンに挿入して１，０００〜１，１５０℃の温度の範囲で１分間当り１５〜１８℃の昇温速度で焼成する。
【０００７】
（実施例）
スラグ    ：ＳｉＯ2 ４８．５％、Ａｌ2Ｏ3 １７．３％、ＣａＯ１８．２％、Ｎａ2 Ｏ＋Ｋ2 Ｏ７．８７％、ＦｅＯ、ＭｇＯ、ＺｎＯなど５．５％と金属アルミニュウム２．７％から成り、粒度１．０ｍｍ
以下のものを使用した。
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はい土の混合造粒；水分８．５％を加えてリボンミキサ−で１０分間混合造粒して１〜５ｍｍの小粒状のはい土とした。
養生、発泡処理  ；はい土をホッパ−内中にて約３時間養生すると発熱し、多孔質となって容積を膨張した粒状はい土となった。
成形、乾燥  ：コンクリ−ト二次製品成形用の振動プレスにより１０ｋｇ／ｃｍ2 の加圧力を用いて、３００ｘ３００ｘ５０ｍｍサイズの生地を成形し、９０〜１００℃の炉内に入れて８時間処理をした。
焼成：ロ−ラ−ハ−スキルンを用いて１，０３０℃昇温速度１６℃／分のスピ−ドで焼成。
製品の物性：寸法精度５枚平均値±１％
曲げ強度５枚平均値８３．２ｋｇ／ｃｍ2
吸水率５枚平均値１５．５％
かさ比重５枚平均値１．５２
以上のように、同目的のコンクリ−ト、ブロックより約３０％軽量であり強度約２倍の目的製品を得た。
【０００８】
【発明の効果】
今後更に大量に生成される都市ゴミスラグの中で、アルミニュウムを含むために路盤材としても再利用出来ない表面溶融炉のスラグを、特徴ある資源として保水性を有し、地球温暖化防止に効果のある舗道用セラミックス材として低コストで供給する。特に従来のこの種製品と比べてより軽量であり、かつ焼成時間が約１／２に短縮されるという、画期的に大きい省エネルギ−効果をもつ経済性の高い進歩性大なる新技術を提供するものである。