(57)【要約】【課題】溶融スラグを配合して活用でき、特別に低温度用焼成炉を準備する必要がない。【解決手段】原料配合物を粉砕、調湿、成形、焼成の各工程から構成される。原料配合物は、溶融炉で製造されるスラグを篩分して得られる埋め立て用の粗粒スラグを生産したときに、篩下となる平均粒度　２ｍｍ以下の細粒スラグである、１０〜６０重量％以上の溶融スラグと、粘土、陶石、長石から１種以上選択される陶磁器原料６０〜８０％と、１０〜３０％の前記耐火性酸化物を主成分とする。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶融スラグと、粘土、陶石、長石から選択される陶磁器原料と、焼成温度調整用の耐火性酸化物を主成分とした配合物を原料とし、粉砕、調湿、成形、焼成の各工程からなることを特徴とする溶融スラグを用いたタイルの製造方法。
【請求項２】
前記溶融スラグが下水汚泥溶融スラグであって、かつ前記耐火性酸化物がアルミナである請求項１に記載の溶融スラグを用いたタイルの製造方法。
【請求項３】
前記耐火性酸化物の配合量を調節し、適正な焼成温度を制御して、１２００〜１３００℃の最高焼成温度で運転されている焼成炉で焼成する請求項１または２に記載の溶融スラグを用いたタイルの製造方法。
【請求項４】
１０〜６０％の前記溶融スラグ、６０〜８０％の前記陶磁器原料および１０〜３０％の前記耐火性酸化物からなる配合物を原料とし、１２００〜１３００℃の最高焼成温度で焼成する請求項２または３に記載の溶融スラグを用いたタイルの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、溶融スラグを原料とした建築用タイルの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、下水汚泥の処理として、８００℃以上の温度で焼却して、減容化した焼却灰とし、これを埋め立てなどの利用していたが、近年、さらに減容化するとともに有害金属分の溶出が防止できるよう、高温で溶融した後、空冷または水冷して溶融スラグの状態にする減容化処理が広く用いられるようになってきた。
【０００３】
この溶融スラグは、莫大な量として生成するもので、その有効利用が種々研究されている。しかしながらその大部分は、砕石の代替品として埋め立てに利用されるのが実態であり、その他に大量に利用できる適当な用途は未だ開発されていない。さらに、埋め立て用の場合には、粒径が約１５ｍｍ以上の粗粒が利用されるものの、全体の１０〜２０％を占めるそれより細粒分は、廃棄用スラグとして扱われ、適当な活用方法がなかった。
【０００４】
【特許文献１】特開平４−１２４０５９号公報
また、これら溶融スラグを建築用陶磁器タイルの原料として利用することが、試みられている。例えば、特開平４−１２４０５９号公報には、「陶磁器質タイル」として、下水汚泥からなる溶融処理スラグを用いるタイルが開示されているが、この場合の溶融スラグは、カルシウム成分を２０〜６０重量％程度に調整して塩基度を高めたスラグであり、かつ、ろう石、珪砂、粘土、珪酸ソーダを配合して、焼成温度を１１２０〜１２００℃程度に調整したものであった。このように、予め溶融スラグの塩基度を調整しなければならないという問題があった。
【０００５】
【特許文献２】特開平１０−２５９０５３号公報
また、特開平１０−２５９０５３号公報には、タイル、ブロック、煉瓦、瓦などに用いられる「窯業製品」が開示されている。これは、いずれも廃棄物から生成される溶融スラグとフライアッシュとから構成するもので、廃棄物の利用率が９５％以上で、焼成温度も８００〜１０００℃の極めて低いという特徴があるものの、フライアッシュを必須原料とする点に原料調達上の制約がある上、安定した製品が得られる焼成温度幅が狭く、生産技術上の問題があった。
【０００６】
【特許文献３】特開平１１−２９２６１２号公報
また、特開平１１−２９２６１２号公報には、建築材料に利用する「緻密化焼結体」として、下水汚泥溶融スラグを骨材とし、これに低火度粉体を混合する手法が開示されている。ところがこの低火度粉体は、８００〜１１００℃で液相を生じる板ガラス屑、１号水ガラス、真珠岩粉末などの溶融助剤であり、一般的な原料でないため、原料調達上の制約があった。また、先の事例と同様に、焼成温度幅が狭く、生産技術上の問題もあった。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記の問題点を解決するためになされたものであり、溶融スラグを比較的多く配合でき、最高焼成温度を従来の天然原料を用いたタイルの場合と同じに設定でき、特別に低温度用焼成炉を準備する必要がない、溶融スラグを用いたタイルの製造方法を提供する。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の問題は、溶融スラグと、粘土、陶石、長石から選択される陶磁器原料と、焼成温度調整用の耐火性酸化物を主成分とした配合物を原料とし、粉砕、調湿、成形、焼成の各工程からなることを特徴とする、本発明の溶融スラグを用いたタイルの製造方法によって解決することができる。
【０００９】
また、本発明は、前記溶融スラグが下水汚泥溶融スラグであって、かつ前記耐火性酸化物がアルミナである形態、あるいは、前記耐火性酸化物の配合量を調節し、適正な焼成温度を制御して、１２００〜１３００℃の最高焼成温度で運転されている焼成炉で焼成する形態の前記溶融スラグを用いたタイルの製造方法として具体化される。
【００１０】
さらに、本発明は、１０〜６０％（重量％、以下同様）の前記溶融スラグ、６０〜８０％の前記陶磁器原料および１０〜３０％の前記耐火性酸化物からなる配合物を原料とし、１２００〜１３００℃の最高温度で焼成する形態の溶融スラグを用いたタイルの製造方法として好ましく具体化される。
【００１１】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の溶融スラグを用いたタイルの製造方法に係る実施形態について説明する。
本発明は、下記に詳述する特徴ある原料配合物を粉砕、調湿、成形、焼成の各工程から構成される。そして、先ず、本発明の特徴的な原料配合物は、溶融スラグと、粘土、陶石、長石から選択される陶磁器原料と、焼成温度調整用の耐火性酸化物を主成分としたものである。なお、これら主成分の他、１０％以内のバインダ材、顔料などの付加成分を添加できるのはもちろんである。
【００１２】
この溶融スラグについて説明すると、下水汚泥をスラグ化した溶融スラグが好ましく利用できるのであるが、その中でも溶融炉で製造されるスラグを篩分して得られる埋め立て用の粗粒スラグを生産したときに、篩下となる平均粒度１５ｍｍ以下の細粒スラグである、従来なら廃棄スラグでも十分に利用できる点に特徴がある。そして、本発明では、溶融スラグと組み合わされる特定の陶磁器原料と焼成温度調整用の耐火性酸化物の関係において、溶融スラグの配合量を１０〜６０％とすることができる点も重要な特徴である。
【００１３】
前記廃棄スラグを用いる利点に、廃棄物活用の他に、スラグ原料の粗粉砕が省略できる点にある。すなわち、利用される溶融スラグとして、前記のような溶融炉で製造されるスラグを篩分して得られる平均粒度２ｍｍ以下の細粒スラグであるから、それは粗粉砕済みの原料に等しいのである。
【００１４】
そして、本発明においては、前記溶融スラグに対して、粘土、陶石、長石から１種以上選択される陶磁器原料を組み合わせるものであり、溶融スラグの前記配合量に対して、後記の焼成温度を実現するためには、この陶磁器原料の配合量は、６０〜８０％が好適である。
【００１５】
次に、これら陶磁器原料を個別に説明する。
先ず、粘土は、成形用配合物に可塑性を付与してプレス成形を容易にするとともに、焼成前の成形体の取り扱いに耐える強度を付与する成分であり、また焼成時にスラグ成分と反応しにくく、焼成時の変形を抑制する成分として重要である。その配合量は、溶融スラグに対して、１０〜２４０％が適当である。
【００１６】
長石は、アルカリを含むアルミナ珪酸塩であり、１２００〜１３００℃では、溶融スラグとガラスを生じやすく、強力な溶融助剤として作用し、焼成体の緻密化に寄与するが、焼成時の変形率が大きくなるので多量に配合することは避ける。その配合量は、溶融スラグに対して６０〜１２０％が適当である。
【００１７】
陶石は、構成鉱物としては石英と絹雲母からなり、その性質は珪石と長石と粘土の複合的性質を示すが、粘土のような可塑性は乏しい。また、陶石はそれ自体でも１２００℃程度の焼成でかなりの焼結状態を示すので、焼成時の変形率が大きくなるのを抑制する目的で好ましく使用できる。その配合量は、溶融スラグに対して３５０〜６００％が適当である。
【００１８】
次に、本発明では、焼成温度調整用の耐火性酸化物として、高温時の溶融スラグとの反応性の低い酸化物が適当であり、好ましくはアルミナが選択される。そして、その配合量を調節することによって、得られた配合物の燒結度合いを調節できるのであるから、本発明では、１２００〜１３００℃の最高焼成温度で運転されている焼成炉で焼成するのに適正な焼成温度になるよう、配合量を調節して定めるようにしている。
【００１９】
この場合、前記溶融スラグと同陶磁器原料との組合せにおいて、この焼成温度調整用の耐火性酸化物の好ましい配合量は１０〜３０％の範囲である。
なお、この目的のアルミナは、ファインセラミックス工場から排出される、アルミナ廃材などの廃棄物を利用することができる。
【００２０】
本発明の最も特徴とするところは、前記した焼成温度調整用の耐火性酸化物を含む原料配合物を採用することにより、焼成工程において、従来の天然原料を用いた陶磁器タイルの焼成温度である１２００℃以上の焼成炉を用いることが可能となる点にある。
かくして、本発明によれば、特別に温度条件を設定した専用焼成炉（ローラーハースキルン）を準備する必要がなく、伝統的な原料組成の従来の陶磁器タイルを焼成している焼成炉（トンネル窯）を、本発明にそのまま転用することができる。さらに、必要であれば、従来の陶磁器タイルと同時焼成、いわゆる「混焼」も可能となるのである。
【００２１】
【実施例】
次に、本発明の実施例について比較例とともに説明する。
先ず、この実施例と比較例に用いた原料の化学組成を表１に示す。なお、スラグは、一般的な下水汚泥溶融スラグであって、スラグ溶融炉で製造されたスラグを篩分して得られる平均粒度　２ｍｍ以下の廃棄スラグを用いた。
【００２２】
粘土は水簸粘土、長石は砂姿長石であって、タイル原料として広く普及している原料である。そして、焼成温度調整用の耐火性酸化物として、セラミック工場から排出された純度９０％以上のアルミナ粉末を用いた。
【００２３】
【表１】原料の酸化物組成（重量％）
2004142961.tif 000002
ＲＯ：ＣａＯ＋ＭｇＯ
Ｒ２Ｏ：Ｋ２Ｏ＋Ｎａ２Ｏ
【００２４】
本発明の実施例および本発明の範囲外の比較例を次により製作した。
溶融スラグ、純度６０％以上の廃アルミナ粉末を除く前記各原料をジョークラッシャなどにより予め粒径２ｍｍ以下に粗粉砕し、次いで表２の配合率に応じて配合し、ボールミルによってこれらの配合原料を６５％に対し、水を３５％加えて７５μｍになるよう湿式粉砕した。これをスプレードライヤにて、水分７〜１０％に乾燥するとともに、粒径５００μｍ程度の二次粒子に造粒して、成形用素地を得た。これを用いて、上下パンチ型金型にて１５０〜１８０ＭＰａの加圧プレス成形を行い、サイズ４５×９５×７〜８．５（ｍｍ）の成形体を得た。
【００２５】
得られた成形体を乾燥し、ガス加熱式トンネル炉で焼成した。最高焼成温度は、表２に示す通りである。なお、床用タイルの場合には、前記成形体の釉薬を施さない無釉式とすることができるが、壁用タイルの場合には、汚れ防止・装飾性のために必要に応じて釉薬を片面に施す施釉タイルとすることができる。
【００２６】
【表２】実施例
2004142961.tif 000003
【００２７】
【表３】比較例（従来）
2004142961.tif 000004
【００２８】
表２の試験結果によれば、いずれの実施例において、従来のタイル焼成温度同等の１２００〜１３００℃焼成温度で焼成でき陶磁器質タイルのＪＩＳＡ５２０９−１９４４に基づいて物性試験を行った結果、建築用タイルとして好ましい品質である、吸水率１．０％以下であって、曲げ強度１００Ｎ／ｃｍ以上の焼成体が得られた。また、変形率も１０％以下であって、形状の整った焼成体を得ることができた。これに対して、比較例の場合は、同程度の焼成温度では、過焼成となり変形率が大きく、許容される歩留まりは期待できず、実用的でなかった。なお、比較例では、黒灰色に着色され、美観の点で問題があったが、実施例では、表面が淡色斑点模様に形成され、外観も好ましいものとなった。
【００２９】
なお、吸水率は常法の水中煮沸法により測定し、また曲げ強度は、焼成試料について、スパン４５ｍｍ、中央１点荷重方式の折り曲げ試験によって測定した。変形率は、タイルの側反り、ばちを変形率％として測定した。
【００３０】
【発明の効果】
本発明の溶融スラグを用いたタイルの製造方法は、以上説明したように構成されているので、ダストスラグのような溶融スラグや廃棄アルミナを活用でき、最高焼成温度を従来の天然原料を用いたタイルと同時焼成、いわゆる混焼ができるから、特別に低温度用焼成炉を準備する必要のないという優れた効果がある。よって本発明は、従来の問題点を解消した溶融スラグを用いたタイルの製造方法として、その実用的価値はきわめて大なるものがある。