(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
バーミキュライト原石に、該バーミキュライト原石１０００ｇに対して０．０５〜０．５モルの濃硫酸または濃塩酸および前記バーミキュライト原石の重量に対して０．１〜０．５重量％の量の鉄化合物を添加して混合し、該混合物を４０〜１００℃の温度で一定時間保持した後、冷却し、その後、過酸化水素水を添加して膨積する、膨積バーミキュライトの製造方法。
【請求項２】
鉄化合物が、硫酸第一鉄、硫酸第二鉄、塩化第一鉄および塩化第二鉄から選択される少なくとも１種である請求項１記載の膨積バーミキュライトの製造方法。
【請求項３】
過酸化水素水の添加により、最高温度が９０℃以上の発熱反応が生じる請求項１記載の膨積バーミキュライトの製造方法。
【請求項４】
過酸化水素水の添加後、５分以内に９０℃以上の温度まで昇温する請求項１記載の膨積バーミキュライトの製造方法。
【請求項５】
膨積バーミキュライトのｐＨが３．５以上である請求項１記載の膨積バーミキュライトの製造方法。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかに記載の方法で製造される成型用膨積バーミキュライト。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、軽量性、断熱性および高保水性を特徴とする、鉱物由来の多孔質膨積材料の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
膨積バーミキュライトは、一般に、バーミキュライト原石の結晶構造中に含まれる水酸基や結晶水を膨積させることによって製造される鉱物由来の多孔質膨積材料である。これは、優れた軽量性、断熱性、高保水性およびイオン交換性などを特徴とすることから、工業用材料、建築用材、保温断熱材、荷造り材および人工土壌成形品などに多用されている。
【０００３】
膨積方法としては、バーミキュライト原石を約８００℃以上の温度へ急加熱する方法が最も一般的であるが、このような高温までの急加熱は非常に高いエネルギーを必要とする。
【０００４】
別法として、特公昭55-6600号公報には、バーミキュライト原石に酸の存在下で過酸化水素を作用させて、１００℃以下の温度で膨積を行う方法が提案されている。この特公昭55-6600号公報に記載の方法によれば、より低温で膨積できるため、省エネルギーが達成できる。しかし、バーミキュライト原石の重量に対して５重量％程度の酸を作用させるため、膨積後のバーミキュライトのｐＨは、前記の高温急加熱法で得られるものと比べると著しく低くなる。低いｐＨの膨積材料は、植物の育成には適さないため、人工土壌成形品の製造に利用できず、用途を限定する要因となりうる。
加えて、特公昭55-6600号公報記載の方法では、バーミキュライト原石の重量に対して約３．５〜４５重量％の水が必要であり、これが所望の膨積率が得られるまでの時間を遅らせる原因となっている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、鋭意研究を重ねた結果、バーミキュライト原石を、濃硫酸または濃塩酸の存在下、鉄化合物と過酸化水素水を作用させて膨積する際に、発熱反応が生じ、最高温度が約９０℃以上に達するという知見を得た。更に、本発明者らは、高濃度の酸の使用量を低減できるため、得られる膨積バーミキュライトのｐＨ値をより高くできること、水を必須成分として別途添加する必要がなく、さらに過酸化水素水を添加する前に系を加温することで所望の膨積率が得られるまでの時間を大幅に短縮できることを見出し、本発明を完成するに至った。
すなわち、本発明は、バーミキュライト原石に、該バーミキュライト原石１０００ｇに対して０．０５〜０．５モルの濃硫酸または濃塩酸および前記バーミキュライト原石の重量に対して０．１〜０．５重量％の量の鉄化合物を添加して混合し、該混合物を４０〜１００℃の温度で一定時間保持した後、冷却し、その後、過酸化水素水を添加して膨積する、膨積バーミキュライトの製造方法である。
【０００６】
【発明の実施の形態】
本発明の膨積バーミキュライトの製造方法は、図１に示すように、基本的には以下の３工程から構成される。
工程１：バーミキュライト原石に、濃硫酸または濃塩酸および鉄化合物を添加する工程
工程２：４０〜１００℃の温度で一定時間保持した後、冷却する工程
工程３：過酸化水素水を添加してバーミキュライト原石を膨積する工程
【０００７】
工程１
本発明では、先ず、バーミキュライト原石に高濃度の酸と鉄化合物を添加する。
使用されるバーミキュライト原石は、例えばナトリウムイオン、アンモニウムイオンなどのカチオンでバーミキュライト中のマグネシウムイオンを交換して製造された、いわゆるイオン交換バーミキュライトであってもよく、これらは着色または染色されていてもよい。バーミキュライト原石の寸法は、製造される膨積バーミキュライトの利用目的によって異なるが、通常、０号（約０．１ｍｍ角）〜４号（約７ｍｍ角）のものが好ましく使用される。
【０００８】
バーミキュライト原石に添加される酸の濃度が高いほどバーミキュライト原石の膨積率が高くなることは特公昭55-6600号公報から公知である。本発明では、特に、通常市販されている９５〜９８％の濃硫酸または３５％以上の濃塩酸を酸として使用する。最も好ましくは、約９８％の濃硫酸を使用する。
濃硫酸または濃塩酸の添加量は、後述の鉄化合物の種類に依存して決定されるが、一般には、従来法よりも少ない量で、好ましくはバーミキュライト原石１０００ｇに対して０．０５〜０．５モル、好ましくは前記原石１０００ｇに対して０．１〜０．３モルであってよい。
【０００９】
前記濃硫酸または濃塩酸のバーミキュライト原石への添加と同時にまたは添加後に、鉄化合物を添加し、これらを攪拌して混合する。最も好ましくは、前記鉄化合物を、バーミキュライト原石と濃硫酸または濃塩酸との混合物に添加して、攪拌して混合する。
【００１０】
本発明の特徴的な成分である鉄化合物は、硫酸第一鉄、硫酸第二鉄、塩化第一鉄および塩化第二鉄から選択される少なくとも１種であってよい。前記鉄化合物は、水和物であってもよい。
【００１１】
最も好ましくは、鉄化合物として硫酸第二鉄を使用する。
【００１２】
鉄化合物は、使用されるバーミキュライト原石の重量に対して０．１〜０．５重量％、より好ましくは０．２〜０．３重量％の量で添加される。高濃度の酸と鉄化合物を併用することによる作用は明確ではないが、鉄化合物の添加量が０．５重量％を超えると、得られる膨積バーミキュライトの膨積率が低下する。
【００１３】
工程２
工程１で得られた混合物を４０〜１００℃、好ましくは６０〜８０℃の温度で一定時間保持した後、周囲温度室温まで冷却する。具体例としては、混合物を６０℃で１２時間程度保持した後、室温まで冷却する。
本工程では、通常使用される加熱および冷却手段がいずれも使用できる。
工程２における加熱効果は、添加された酸や鉄化合物のバーミキュライト原石全体への浸透を促進することである。そして、これにより、後続の工程３において９０℃以上の発熱反応温度が達成され、バーミキュライト原石の膨積時間が短縮されるものと考えられる。
【００１４】
工程３
周囲温度まで冷却された混合系へ過酸化水素水を添加する。
過酸化水素水は、好ましくは市販の約１〜３５％水溶液、最も好ましくは１５％以上の水溶液であってよい。過酸化水素水の添加量は、その濃度、および使用される酸の量や所望の膨積率に依存して変化してよい。例えば過酸化水素水は、過酸化水素がバーミキュライト原石１０００ｇに対して２モル〜５モル、好ましくは前記原石１０００ｇに対して３モル〜４モルの量となるように添加される。
【００１５】
過酸化水素水の添加後、混合物は直ちに発熱反応を生じて先ず約４０℃付近まで急に昇温する。そこから約６０℃まで緩やかに昇温した後、急速に９０℃以上の温度に達した後、徐々に下がる。このような発熱反応は、過酸化水素と鉄化合物による第１の反応段階と（〜約４０℃付近）、その後、過酸化水素とバーミキュライト原石との間で爆発的に生じる第２の反応段階（〜９０℃以上）から成ると考えられる。この間、バーミキュライト原石の膨積は、過酸化水素水の添加直後から開始し、発熱温度が９０℃以上に達するとその大部分の膨積が生じて、所望の膨積率に達する。
【００１６】
特公昭55-6600号公報などに開示されている従来法では、バーミキュライト原石に酸存在下、過酸化水素を作用させると、ゆっくりと発熱反応が生じて、最高約４５℃に発熱するが、それ以上の温度、特に９０℃以上の高温には成り得なかった。これに対し、本発明では、鉄化合物の使用と、前記加熱工程２との併用により、高濃度の酸の存在下で過酸化水素をバーミキュライト原石に作用させることによって、最高９０℃以上の温度を達成できる。
また、前記従来法によれば、最高温度である約４５℃まで例えば約２０分かけてゆっくりと昇温する。しかしながら、本発明では、前記工程３における過酸化水素水の添加直後に約４０℃に達する。さらに、本発明では、過酸化水素添加後から、混合物の温度が９０℃以上に達するまでの時間が通常１分〜５分の間、特に好ましくは２分〜４分の間であることを特徴とする。これにより、本発明によれば、バーミキュライト原石の膨積が所望の膨積率に達するまでの時間を、従来法に比べて大幅に短縮できるものである。
【００１７】
本発明によれば、バーミキュライト原石は約１０倍以上に膨積される。
【００１８】
また、本発明で得られる膨積バーミキュライトのｐＨは、３．５以上、特に４以上である。
【００１９】
本発明の方法で得られる膨積バーミキュライトは、軽量性および断熱性に優れており、更には保水性が高いことから、工業用材料、建築用材、保温断熱材、荷造り材および人工土壌成形品などの成形に好ましく利用される。
【００２０】
【実施例】
実施例
以下の通り、本発明の方法に従って、バーミキュライト原石の膨積を行った。
バーミキュライト原石（粒径３号、約５ｍｍ角）１．３ｋｇに、先ず、９８％濃硫酸１９．５ｇ（バーミキュライト原石重量の１．５重量％）と、鉄化合物２．６ｇ（硫酸第二鉄、バーミキュライト原石重量の０．２重量％）を順に添加し、リボンブレンダーを用いて十分に混合した。混合系を熱風循環乾燥機を用いて約６０℃に加熱し、この温度で１２時間保持した後、室温まで冷却した。
その後、３５重量％過酸化水素水０．４３ｋｇを添加したところ、添加直後に混合物の温度は約４５℃に昇温し、その後６０℃付近までゆっくりと昇温した後、ある時点で一気に約９０℃以上の温度に達した。この結果、過酸化水素水を添加してから約４分後に約９０℃までの昇温が達成され、バーミキュライト原石は１２倍まで膨積した。得られた膨積バーミキュライトのｐＨは３．９５であった。
【００２１】
比較例
比較例として、特公昭55-6600号公報の実施例１に記載の手順に従って、バーミキュライトの膨積を行った。
すなわち、バーミキュライト原石（粒径３号、約５ｍｍ角）５００ｇに９８％濃硫酸２５ｍＬを加えて良く攪拌し、そこへ３５重量％過酸化水素水１００ｍＬを加えたところ、２０分後にバーミキュライト原石の１２倍まで膨積したが、混合物の温度は最高４５℃までしか上がらなかった。得られた膨積バーミキュライトのｐＨは２．４９であった。
【００２２】
実施例および比較例の結果より、本発明の方法では、バーミキュライト原石の膨積が所望の膨積率に達するまでの時間が公知の方法に比べて極めて速いことと、それによって得られる膨積バーミキュライトのｐＨがより高いことが分かる。
【００２３】
【発明の効果】
本発明の方法によれば、高濃度の酸と鉄化合物の存在下で過酸化水素水を作用させることにより、バーミキュライト原石の膨積を、数百℃に亙る高温急加熱を行わず、化学反応に伴う発熱によって行うことができる。特に本発明では、発生する発熱温度が最高約９０℃以上に達すること、そして所望の膨積率に達するまでの時間が５分間と、膨積時間を大幅に短縮できることを特徴とする。
さらに、本発明の方法によれば、高濃度の酸の使用量を低減できることから、ｐＨ３.５以上の膨積バーミキュライトが得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の方法を具体的に表す工程フロー図である。
【図１】
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