(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガラス粉末に対し、ドロマイト粉末から成る発泡剤を前記ガラス粉末の重量の１重量％〜５重量％混合して形成した混合物をさらに粉砕、混合して形成した平均粒径４０μｍ若しくは５０μｍ〜１００μｍの混合微粉末を３０分〜６０分間かけて室温から８００℃〜９２０℃まで加熱し、しかる後急冷することを特徴とする発泡ガラス製造方法。
【請求項２】
前記発泡剤がドロマイト単味である請求項１記載の発泡ガラス製造方法。
【請求項３】
前記発泡剤が、前記ドロマイト粉末に、炭素、炭化珪素、炭酸カルシウム、硼砂のうちの少なくとも一つを混合したものである請求項１記載の発泡ガラス製造方法。
【請求項４】
前記ガラス粉末が廃瓶ガラスを粉末化して形成したものであり、最高加熱温度が９２０℃以下である請求項１記載の発泡ガラス製造方法。
【請求項５】
前記ガラス粉末が廃管球ガラスを粉末化して形成したものであり、最高加熱温度が８００℃〜８７０℃である請求項１記載の発泡ガラス製造方法。
【請求項６】
前記急冷を、加熱炉外に取り出して行う請求項１記載の発泡ガラス製造方法。
【請求項７】
前記急冷を、加熱炉外へ取り出すとともに水浸または水噴霧による水冷で行う請求項１記載の発泡ガラス製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主として廃ガラスを使用して、土壌改良、路盤埋設、屋上緑化などに使用することのできる比較的軽量の発泡ガラスを製造する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
廃ガラス、特に着色瓶ガラスは着色材料が瓶によって異なり、それらの分別が困難なことから、特定のものを除いては瓶ガラスあるいはガラスとしての再生が困難であり、多くは土中埋設されていた。最近に至り、このようなガラスを発泡化してその比重を０．２から１．２程度まで小さくするとともに、ガラス成分の溶出が生じないようにして、斜面処理、緑化、路盤処理、埋設、土壌改良あるいは屋上緑化などに使用することが提案されるようになっている。
【０００３】
このような発泡ガラスとしては「ミラクルソル（商品名）」、「スーパーソル（商品名）」などと呼ばれるものが代表的であり、これを利用した工法とともに広がりつつある。これらの工法に使用する発泡ガラスは瓶ガラスなどを原料として、それを粉砕した後、発泡剤として、炭酸カルシウム、炭素、炭化珪素、硼砂などを最低でも２種類、通常は、数種類組み合わせて添加し、昇温時のガラスの軟化に合わせてこれらの発泡剤の分解、ガス発生を行わせ、それをガラス中にトラップするようにして製造されている。
【０００４】
この場合の製造条件は、例えば、特許文献１に示されているように、ガラス粉末に、炭酸カルシウム、炭化珪素及び増粘剤としての硼砂を加え、加熱炉を用いて室温から約１０００℃まで１時間程度で加熱し、ガラスが融体化した時点で、炭化珪素の分解による発泡ならびに炭酸カルシウムの分解による発泡を行わせるとともに、増粘剤である硼砂によって粘性を高めておき、これらの発泡した気泡をガラスの中に保持して発泡ガラスを形成した後、加熱炉から取り出して急冷したり、あるいは加熱炉から取り出すとともに水を噴霧するなどして急冷したりすることによって発泡ガラスを得るようにしている。
【０００５】
このようにして製造される発泡ガラスに内在する気泡には、良く知られるように、連続気泡と単独気泡との２種類があるが、これらのうちのどちらの気泡を形成するかについては、発泡剤の選択と加熱条件とによって選択するようにしている。このほか、発泡ガラスの製造についてはいくつかの条件が提案されているが、いずれも、炭酸カルシウムあるいは炭素を主体として数種類の発泡剤を組み合わせることが行われている。
【０００６】
主体となる発泡反応を炭酸カルシウムで行う場合には、炭酸カルシウムの分解温度が９００℃であるので、それより高い温度、通常は９５０℃以上が必要であった。また、炭素紛を発泡剤として使用した場合、８００℃程度から連続的に発泡していくが、この場合、炭素はガラス中の酸化物の酸素を一部取り入れながらＣＯ2となって発泡剤として働く。しかしながら、この反応は必ずしも完全ではないため、炭素がガラス内部に残ってしまい黒色に着色することがあり、また、必ずしも発泡性が良いとは言えないので、他の発泡条件との組み合わせが必要である。
【０００７】
【特許文献１】特開平１１−２６８９３０号公報（第２−３頁）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
従来の発泡ガラス製造方法においては、前述したように、最終加熱温度が一般に９５０℃以上と高いので、このような高温度においては、瓶ガラスなどのいわゆるソーダガラス、ソーダ石灰ガラスではどうしても粘性が低くなりすぎ、気泡の保持が困難となる。そこで、特殊な条件以外においては、一般に増粘剤を加える必要があった。この場合、通常、硼砂が増粘剤として加えられるが、硝種に依ってはこれだけでは不十分であり、これらの組み合わせでは、発泡ガラスが得られないこともあった。
【０００９】
即ち、主な発泡反応は炭酸カルシウムによっているが、その分解温度が９００℃であるため、焼成工程における加熱温度は９５０℃以上とすることが必要であり、通常の硝種に対しても増粘剤が必須となる。また、他の発泡剤を加えるなど、複数の成分を加えることが必要であり、さらに、その調整にも手間取るだけでなく、高価な硼砂を加えなければならないという問題点もあった。また、焼成温度が高いということは余分なエネルギーを消費するという問題点も併せ持っていた。
【００１０】
一方、蛍光灯などの管球ガラスの場合は瓶ガラスよりソーダ分が３％程度多いので、軟化温度が３０℃程度低下するだけでなく、軟化温度以上では急激に粘性が低下するため硼砂を加えてもほとんど気泡の保持ができず、実質的に発泡ガラス、特に連続気泡を有する発泡ガラスの製造はほとんど不可能であった。また、炭素を主発泡剤として使った場合、最高温度９００℃程度でも発泡が得られにくいという問題があった。
【００１１】
本発明はこのような問題点を解決するためになされたものであり、添加物を簡素化するとともに焼成最高温度を低下することによって容易に発泡ガラスを製造することができ、しかもエネルギー消費量を削減できるように発泡剤とその製造条件を見出すこと、また、従来非常に困難であった管球ガラスを原料とした発泡ガラスの製造を可能とすることを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の発泡ガラス製造方法は、ガラス粉末に対し、ドロマイト粉末から成る発泡剤を前記ガラス粉末の重量の１重量％〜５重量％混合して形成した混合物をさらに粉砕、混合して形成した平均粒径４０μｍ若しくは５０μｍ〜１００μｍの混合微粉末を３０分〜６０分間かけて室温から８００℃〜９２０℃まで加熱し、しかる後急冷することを特徴とする。発泡剤はドロマイト粉末からなる発泡剤あるいはドロマイト単味でもよいので、添加物が非常に簡略化されるとともに、加熱温度を従来の製造方法に比較して５０℃〜１００℃低下させることができ、省エネルギー化を達成することができる。
【００１３】
これは、ドロマイトの分解温度が初期７３０℃〜７６０℃であるとともに、一部はさらに高温である８５０℃で分解すること、また、瓶ガラスの場合はガラスの軟化温度である７３０℃より５０℃〜１００℃程度高い温度から液体化するが、それからさらに５０℃〜１００℃程度は比較的粘性が高く保持されること、また、管球ガラスの場合は軟化温度が瓶ガラスより３０℃程度低いが、液状化した後の同じ粘度に対する温度は瓶ガラスより約１００℃低いことを見出し、それらがドロマイトの発泡条件でカバーできることを知見して本発明をなすに至ったものである。
【００１４】
以下、詳細に説明する。前述したように、ドロマイト（ＣａＭｇ（ＣＯ3）2）は７３０℃〜７６０℃で分解してＣＯ2を発生する、つまり発泡するが、この分解反応の一部が８５０℃で起こることが判明した。このときに通常使用される発泡ガラス原料であるソーダ石灰ガラスのうちの瓶ガラスは、その軟化温度が前述したように７３０℃であるが、実際にガラス内部で発泡が起こるような比較的粘度の低い状態となるためには、さらに５０℃〜１００℃程度の高い温度が必要であることが判っている。
【００１５】
また、瓶ガラスの場合は内部に発泡状態を残せる程度、つまり８００℃程度から若干高い温度で発泡し、しかもそのときのガラス内部に気泡を残せる程度に粘性の高い状態はさらに５０℃〜１００℃程度高い温度、つまりほぼ９００℃まで保持される。したがって、この温度範囲で適正に発泡が起こるような発泡剤を使用すれば発泡化ガラスを形成することができる。
【００１６】
さらに、これに適合する単味の発泡剤が存在すれば、従来のように、いくつかの発泡剤あるいは増粘剤の組み合わせによる複雑な添加物を使わなくても、目的とする発泡化ガラスを形成することができるはずである。そこで、本発明者が、この様な条件下で発泡剤が存在する可能性を検討したところ、前述したようなドロマイトが最も合目的であることが判明した。
【００１７】
また、廃蛍光管などの管球ガラスの場合、同じソーダ石灰ガラスではあるがアルカリ分が約３％高いのでガラス軟化点は７００℃であり、３０℃程度低い。さらに、この場合は粘性の低下が急激であり、しかも低い温度で粘性の低下が生じ、瓶ガラスに比較して同じ粘性範囲を有する温度は７３０℃〜８３０℃程度である。この場合もドロマイトを使えば適正な温度範囲において気泡が起こることがわかる。
【００１８】
これらのことにより、廃ガラスから発泡ガラスを製造するにあたっては、その最大の供給源である、瓶ガラス、電球ガラスともにドロマイト単味を発泡剤として使用することによって、従来方法に従って発泡ガラスを製造することができることが分かる。
【００１９】
発泡ガラスは、必要に応じて、連続気泡あるいは単独気泡の選択が行われるが、このために、発泡剤をドロマイト単味として、加熱並びに温度条件を選択するようにしても良いが、主発泡剤をドロマイトとするものの、わずかな量の他の発泡剤と組み合わせることができることは言うまでもない。
【００２０】
例えば、瓶ガラスの場合、破砕して、金属分などを除去した後、粒度４０μｍ程度に粉砕する。これに、発泡剤としてドロマイト粉末を２．５重量％〜５重量％程度添加して、十分に混合する。または、ガラス粉砕の際にドロマイト粉末を加えて同時に粉砕を行っても良い。そして、加熱炉のベルトコンベア上に、十分に混合した原料を厚さ２０ｍｍ程度に敷き詰め、室温から約９００℃まで連続的に３０分〜６０分かけて温度を上昇させていき、９００℃に到達した後は同じ温度で保持することなく直ちに炉外に出すか、あるいは水を噴霧して急冷する。これによって単独気泡を有する発泡ガラスを製造することができる。
【００２１】
この場合、前記加熱工程において、加熱温度をわずかに下げ、その温度で３分ほど保持した後急冷すれば連続気泡を有する発泡ガラスを製造することができる。また、発泡剤として２．５重量％〜５重量％のドロマイトに加え、さらに０．５重量％程度の硼砂を増粘剤として加えると、初期の条件のままでも連続気泡とすることが可能である。
【００２２】
一方、廃蛍光管や廃電球などの管球ガラスを原料とする場合、前処理は瓶ガラスの場合と同様の工程で粉砕し、発泡剤としてドロマイトを混合して原料ガラスとし、これを瓶ガラスの場合と同様にして同条件で加熱を行っていく。ただし、電球ガラスの場合は粘性が低くなりやすいので、最高温度は８００℃程度にする。これによってドロマイトの分解によるガスをガラス中に保持するか、あるいは気泡の通過跡をガラス中に残すことによって発泡ガラスを形成することができる。
【００２３】
そして、発泡後は速やかにガラスを固化させる必要があるので、大気中に取り出して、そのままあるいは冷風を送って冷却する、または大気中に取り出してすぐに水を噴射するなどして急冷することによって発泡状態を保持し、発泡ガラスを製造することができる。
【００２４】
なお、使用する加熱炉その他の設備に関しては特には限定されないが、連続的な加熱プロセスが重要であるので、バッチ式加熱炉を使用する場合は、昇温速度が速くしかも安定に温度保持のできるものであることが望ましい。また、連続式加熱炉の場合は最高温度が９００℃〜１０００℃程度まで加熱できる機能を有するものであることが望ましい。
【００２５】
ここで、添加する発泡剤の量はガラス粉末の重量の１重量％〜７重量％とすることが望ましく、発泡化するガラスの硝種によっても異なるが、特に、２．５重量％〜５重量％とすることが望ましい。１重量％未満では発泡が不十分となり、６重量％以上では急激な発泡により生成ガラスの発泡状態が不均一になることがある。言うまでもないが、主発泡剤はドロマイトであり、単味でも良く、目的によっては他の発泡剤や、増粘剤としての硼砂などの添加剤を加えることができる。
【発明の効果】
【００２６】
本発明により以下の効果が認められた。
【００２７】
（１）わずかに温度条件を変え、発泡剤としてドロマイト単味を使用することによって発泡ガラスが製造できることが分かった。
【００２８】
（２）発泡剤としてドロマイトを主としてわずかに他の発泡剤を加えることにより加熱温度条件を同じにしても気泡の状態を変えることができた。
【００２９】
（３）従来使用されていた炭酸カルシウムを主とする発泡剤に比較して、５０℃〜１００℃程度低い温度で発泡ガラスを得ることができ、省エネルギーを図ることができた。
【００３０】
（４）従来は高耐熱性の高価なステンレススチールを一部使用した加熱炉が必要であったが、９２０℃以下の温度で製造可能となったので、炉材として使用する材料の低価格化を図ることができるようになった。
【００３１】
（５）発泡剤を簡素化するとともに、安価にすることができた。
【００３２】
（６）ドロマイトを発泡剤とし、加熱温度を下げることによって、従来は困難とされていた廃蛍光灯などの管球ガラスを用いて発泡ガラスを容易に作れるようになった。
【００３３】
（７）発泡剤はドロマイトの単味で良く、この場合はガラスとの混合が容易になるとともに、わずかなその他の添加剤により、気泡の状態を制御することができるようになった。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３４】
以下、本発明の実施例について説明するが、本発明に係る発泡ガラス製造方法はこれらの実施例に制限されないことは言うまでもない。
【００３５】
［実施例１］着色瓶ガラスのカレットを、アルミナボールを入れたボールミルにより粉砕して平均粒径５０μｍ〜６０μｍのガラス粉末を形成した。このガラス粉末に対し、市販されている吉沢石灰工業株式会社製のドロマイト粉末を当該ガラス粉末の重量の３．５重量％加えてさらに粉砕、混合した。３０分間の粉砕、混合を行うことにより平均粒径４０μｍの混合微粉末が得られた。この混合微粉末をステンレス板上に厚さ約２０ｍｍとなるように平らに積み上げ、マッフル炉中に装入した。
【００３６】
そして、これをほぼ２０℃／分の上昇温速度で加熱し、約４５分経過後、９００℃となった時点でそのまま３分間保持した後、マッフル炉中から取り出し、室温下で扇風機の風を当てながら冷却した。冷却後の発泡ガラスの見かけ厚みは４ｃｍ〜４．５ｃｍとなっており、見かけ比重は０．７から０．８であった。この発泡ガラスを水に浸漬したところ、しばらくの間は浮いていたが、徐々に沈みはじめ、最終的には沈んでしまった。このことから発泡ガラスに内在する気泡は連続気泡であることがわかった。これにより連続気泡を有する発泡ガラスとなったことがわかった。
【００３７】
なお、前述した加熱工程において、加熱温度を９２０℃まで上昇させ、９２０℃に到達後すぐに炉から取り出して同様にして冷却したところ、見かけ比重が０．８〜１．０の独立気泡を有する発泡ガラスが形成されていることが分かった。
【００３８】
［実施例２］実施例１と同様の発泡剤入りのガラス粉末を利用した。ただし、発泡剤は３重量％のドロマイトと、０．５重量％の硼砂との混合物とした。このような混合微粉末について、実施例１と同じ条件で加熱して５２０℃まで昇温させ、温度５２０℃に到達した後、直ちに炉から取り出し、扇風機の風を当てながら急冷した。この結果、見かけ比重が０．７〜１．０の発泡ガラスが得られた。なお、生成したガラスは独立気泡を有する発泡ガラスであった。
【００３９】
「実施例３」ガラス原料として廃瓶ガラスを使用し、この廃瓶ガラスを実施例１と同様にして粉砕した後、ドロマイト粉末を加えてさらに粉砕混合を行い、平均粒径５０μｍ〜１００μｍの混合微粉末を得た。この混合粉末を試験用の連続式トンネル炉のコンベア上に厚さ約２０ｍｍとなるように広げ、加熱を行った。
【００４０】
この加熱工程においては、最初、昇温温度２５℃／分で室温から７５０℃まで上昇させた後、７５０℃で１５分間保持し、しかる後に、昇温速度を３０℃／分として９００℃まで再加熱し、その後、炉から出して空気中で冷却した。このような工程をとることにより、見かけ比重が０．８〜１．０の連続気泡を有する発泡ガラスを得ることができた。
【産業上の利用可能性】
【００４１】
本発明の発泡ガラス製造方法は、廃ガラスを原料として、土壌改良材、路盤埋設用資材、屋上緑化用資材などに使用する発泡ガラスを製造する技術分野において広く利用することができる。