(57)【要約】【課題】低コストで、また、煉瓦の機械的強度を損なうことなく、市場性の高い淡色煉瓦を製造する。【解決手段】赤煉瓦用粘土を原料として成形、乾燥後に１０００℃〜１３００℃で焼成して焼成煉瓦を製造する方法において、前記原料中に３〜１０重量％の亜鉛または亜鉛化合物を混合することにより、赤色化の要因となる酸化第二鉄の生成を抑制して、明るく淡い色調に制御する。また、赤煉瓦用粘土を原料として、これに、３〜１０重量％の亜鉛または亜鉛化合物を混合して明るく淡い色調の焼成煉瓦を製造する方法において、酸化鉄の含有量が８重量％以下の石炭灰を煉瓦全体に対して２０〜６０重量％混合することで淡色化を促進し、低コスト化を図る。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
赤煉瓦用粘土を原料として成形、乾燥後に１０００℃〜１３００℃で焼成して焼成煉瓦を製造する方法において、
前記原料中に３〜１０重量％の亜鉛または亜鉛化合物を混合することにより、赤色化の要因となる酸化第二鉄の生成を抑制して、明るく淡い色調に制御することを特徴とする焼成煉瓦の製造方法。
【請求項２】
赤煉瓦用粘土を原料として、これに、３〜１０重量％の亜鉛または亜鉛化合物を混合して明るく淡い色調の焼成煉瓦を製造する方法において、
酸化鉄の含有量が８重量％以下の石炭灰を煉瓦全体に対して２０〜６０重量％混合することで淡色化を促進することを特徴とする焼成煉瓦の製造方法。
【請求項３】
請求項１または２に記載される焼成煉瓦の製造方法において、
前記亜鉛化合物が、酸化亜鉛であることを特徴とする焼成煉瓦の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、近年、建築資材や路盤材あるいはガーデニングといった市場において需要が高まっている、明るく淡い色調の焼成煉瓦の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
赤煉瓦を淡色化するためには、白色陶磁器の成形廃土や白色陶土そのものを混合して赤煉瓦の色を薄める方法がある。
【０００３】
また、チタンを含んだ粘土原料を用いた焼成煉瓦では薄黄色が得られることから、従来から煉瓦業界において赤煉瓦の原料にも数％のチタンまたはチタン化合物を加えて薄黄色化する方法が行われている。
【０００４】
また、焼成温度を下げることで色が薄くなることは煉瓦製造の現場では経験的に知られており、酸化第二鉄の生成が進まないために発色が抑制されることは容易に予測できる。
【０００５】
しかし、白色原料の混合はあくまでも色を薄める効果によるものであり、混合量が多くなる傾向があり、したがって、可塑性など原料としての物理的な性質が変わるため従来の製造方法をそのまま用いることができなくなる場合がある。また、白色原料を容易に入手できない場合は、購入に費やすコストが高くなるといった問題がある。
【０００６】
また、チタンの混合の場合は金属チタンまたは化合物に係わらず原料原価が高く製品コストが割高になってしまう。また、消費者の色の好みによるものではあるが薄い色が得られるものの必ず黄色味を帯び白に近い色調は得られないといった特徴がある。
【０００７】
焼成温度を低くすることは薄い色にはなるが赤味を除くなどの色彩の変化は得られず、また、焼成煉瓦の機械的強度などの材料特性の低下を引き起こすといった問題がある。
【０００８】
また、特開２００３−２０２６５号公報には、多色性煉瓦の製造方法が記載されているが、赤煉瓦の淡色化に関する方法ではない。
【特許文献１】特開２００３−２０２６５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明はこのような事情のもとで、低コストで、また、煉瓦の機械的強度を損なうことなく、市場性の高い淡色煉瓦を製造することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
このため、本発明は、以下に示す構成を有することを特徴とするものである。
【００１１】
（１）赤煉瓦用粘土を原料として成形、乾燥後に１０００℃〜１３００℃で焼成して焼成煉瓦を製造する方法において、前記原料中に３〜１０重量％の亜鉛または亜鉛化合物を混合することにより、赤色化の要因となる酸化第二鉄の生成を抑制して、明るく淡い色調に制御することを特徴とする。
【００１２】
（２）赤煉瓦用粘土を原料として、これに、３〜１０重量％の亜鉛または亜鉛化合物を混合して明るく淡い色調の焼成煉瓦を製造する方法において、酸化鉄の含有量が８重量％以下の石炭灰を煉瓦全体に対して２０〜６０重量％混合することで淡色化を促進することを特徴とする。
【００１３】
（３）前記（１）または（２）に記載される焼成煉瓦を製造する方法において、前記亜鉛化合物が、酸化亜鉛であることを特徴とする。
【００１４】
すなわち、本発明では原料に少量混合した亜鉛または亜鉛化合物を原料中の鉄分と焼成の過程で反応させて複合酸化物（（Ｆｅ，Ｚｎ）Ａｌ2Ｏ4）を形成させ、赤色化の要因となる酸化第二鉄の生成を抑制する。さらに、（Ｆｅ，Ｚｎ）Ａｌ2Ｏ4化合物の微細な粒子を主成分として本来白色を示すシリカ、アルミナ中に分散させることで焼成体全体として明るく薄い色調とする。
【００１５】
本発明においては、原料粘土としては赤煉瓦用粘土を用いる。好ましくは赤煉瓦用粘土としては酸化鉄を比較的多く含有する赤煉瓦用粘土を用いる。特に好ましくは酸化鉄を４〜８重量％含む赤煉瓦用粘土を用いる。
【００１６】
淡色化に必要な亜鉛または亜鉛化合物は、原料粘土中に４〜８重量％含まれる鉄と反応するのに必要な量だけ混合すれば良く、通常、１０重量％以下であるが、好ましくは３〜１０重量％であり、更に好ましくは５〜１０重量％である。また、亜鉛原料はチタン原料と比較して安価であり、その分、低コストで淡色化が可能となる。
【００１７】
また、本発明では焼成煉瓦中の鉄分は安定な（Ｆｅ，Ｚｎ）Ａｌ2Ｏ4化合物となっているため、焼成温度を高くしても赤煉瓦で見られるような色の濃化は起こらない。したがって、焼成煉瓦として十分な機械的強度を示すような温度を任意に選択して焼成することが可能である。
【００１８】
亜鉛原料はチタン原料と比較すると低価格であるが、粘土原料と比較すると非常に高価であり混合量を少しでも少なくすることで低コスト化につながる。一方、火力発電所から発生する石炭灰は再生資材として販売されている低価格な原料である。石炭灰には鉄の含有量が粘土よりも少ないものも多くあり、このような石炭灰を選択的に用いて粘土に混合することで煉瓦全体の色を薄めることが可能である。したがって、亜鉛原料を混合して淡色化を行う際に粘土と石炭灰を混合した原料を用いることで淡色化が促進されて混合する亜鉛原料の量を減少させることができ、その結果、低コスト化が図られる。
【００１９】
また、石炭灰の混合は、焼成煉瓦の素地の色を薄めるものであり、亜鉛原料を混合した場合に限定されるものではなく、例えば、チタン原料を混合した場合でも淡色化が促進され、チタン原料の混合量を減少することが可能である。
【００２０】
ここで、原料粘土の焼成温度を１０００℃〜１３００℃とするのは、１０００℃未満の焼成温度の場合は燒結が十分に進まないため、強度、吸水率などの材料特性の低下をもたらすことが考えられ、商品化の面で好ましくない。また、原料粘土の軟化、溶融点はおよそ１２００〜１３００℃程度であり、１３００℃超では焼成が不可能であるから好ましくない。
【００２１】
本発明においては、赤煉瓦用粘土原料に亜鉛または亜鉛化合物を混合する。本発明において用いることができる亜鉛化合物としては、酸化亜鉛、硫酸亜鉛、硫化亜鉛、酢酸亜鉛あるいは複合酸化物など亜鉛を含む亜鉛化合物である。好ましい亜鉛化合物としては酸化亜鉛である。
【００２２】
本発明において用いられる亜鉛または亜鉛化合物の混合量は、３〜１０重量％であり、好ましくは５〜１０重量％である。なお、１０重量％を超える亜鉛または亜鉛化合物を混合した場合でも、白色の酸化亜鉛の残存、形成などにより淡色化が進むことが予想される。しかし、亜鉛または亜鉛化合物材料は粘土原料に比較して高価なため、商品の高コスト化につながるものであり好ましくない。また、３重量％未満の混合量では焼成後数％の酸化鉄が形成されてしまい、明瞭な淡色化の効果が見られないので好ましくない。
【００２３】
本発明においては、酸化鉄含有量が８重量％以下の石炭灰を煉瓦全体に対して２０〜６０重量％混合する。石炭灰の混合は素地を薄めるものであり、２０重量％未満では淡色化を促進する効果が小さく好ましくない。原料粘土に６０重量％超の石炭灰を混合すると、可塑性が低下するなど原料の性状の変化が大きくなり好ましくない。
【００２４】
本願発明においては、金属チタンや酸化チタンなどのチタン化合物を用いることもできる。
【００２５】
本発明において用いられる石炭灰は、原料粘土と同じように、色の点から酸化鉄が少ないものを使用する。つまり、粘土よりも酸化鉄の含有量が少ない、酸化鉄含有量８重量％以下の石炭灰であることが好ましい。
【発明の効果】
【００２６】
赤煉瓦用粘土を原料として成形、乾燥後に１０００℃〜１３００℃で焼成して焼成煉瓦を製造する方法において、前記原料中に３〜１０重量％の亜鉛または亜鉛化合物を混合することにより、赤色化の要因となる酸化第二鉄の生成を抑制して、明るく淡い色調に制御することができる。
【００２７】
また、前記原料中に、さらに酸化鉄の含有量が８重量％以下の石炭灰を煉瓦全体の重量に対して２０〜６０重量％混合することにより、淡色化を促進することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下、本発明の焼成煉瓦を製造する方法の実施の形態について、説明する。
【００２９】
なお、以下の説明で用いる赤煉瓦用粘土の化学組成、亜鉛化合物および石炭灰の種類・混合量は、本発明の範囲内の好適な一例に過ぎない。
【実施例】
【００３０】
まず、江別産粘土に約０．３μｍの粒径の酸化亜鉛粉末を重量比で５重量％および１０重量％混合して作製した試料について説明する。江別産粘土の化学組成は下記表−１に示す。
【００３１】
【表１】
2005330115.tif 000002
【００３２】
標記組成の原料２０ｇに水を約１０％加えて乳鉢で混合し、プレス機を用いて直径５０ｍｍのペレットを作製して、これを８０℃で１０時間以上乾燥させた。焼成は１１５０℃で５時間保持して行った。このときに得られた焼成体の色を分光測色計で測定した結果を下記表−２に示す。
【００３３】
【表２】
2005330115.tif 000003
【００３４】
上記表−２における色の表示は、ＪＩＳ  Ｚ８７２９で規定されているＬａｂ表示系を用いた。上記表−２にみるように、赤煉瓦と比較して酸化亜鉛の混合量の増加にしたがい、赤味を示すａの値が小さくなり、明るさを示すＬの値は大きくなっている。酸化亜鉛を１０重量％混合した焼成体ではａの値は２７から５へと約２０減少し、Ｌの値は４７から７２へと２５大きくなっている。目視による観察からいずれの焼成体とも赤煉瓦とは異なる、明るく淡い色合いを示していた。
【００３５】
このような色の変化については赤色化の要因となる鉄の焼成体中での存在形態に依存しているが、その点について以下に説明する。
【００３６】
図１は上記表−２で示したのと同じ焼成体のＸ線回折パターンであるが、図１によると酸化亜鉛を混合することにより酸化第二鉄（Ｆｅ2Ｏ3）に対応する回折パターン強度が減少し、酸化亜鉛を１０重量％混合した焼成体ではピークが消滅していることが分かる。また、この時、赤煉瓦では見られなかった（Ｆｅ，Ｚｎ）Ａｌ2Ｏ4に対応する回折ピークが新たに現れている。ＦｅＡｌ2Ｏ4 とＺｎＡｌ2Ｏ4 とは別の化合物であるが結晶形及び格子定数がほぼ同じ結晶である。したがって、Ｘ線回折ピークから両者を識別することはできないが、同じ構造であることからもＦｅとＺｎはお互いに容易に置換される関係であると推測し、（Ｆｅ，Ｚｎ）Ａｌ2Ｏ4の分子式で表した。
【００３７】
次に、図２には同じ焼成体の電子顕微鏡写真を示すが、図２の写真中に明るく示された粒径が約１〜約数μｍの細かい粒子が見られる。このコントラストが異なるＡとＢの部分を電子顕微鏡に付属したエネルギー分散型元素分析装置で元素分析した結果を下記表−３に示す。なお、分析結果は元素濃度を基に酸化物換算して表示してある。
【００３８】
【表３】
2005330115.tif 000004
【００３９】
上記表−３から、白色粒子Ａでは素地Ｂと比較して鉄及び亜鉛の濃度が数倍から十数倍増加していることが分かる。また、アルミニウムの濃度も約５倍高くなっていることから、粒子ＡはＸ線回折装置で同定された鉄と亜鉛を両方含んだ（Ｆｅ，Ｚｎ）Ａｌ2Ｏ4の結晶であると考えられる。
【００４０】
以上のＸ線回折装置と元素分析の結果から、酸化亜鉛の混合により鉄は酸化第二鉄を生成せずに、亜鉛と共に（Ｆｅ，Ｚｎ）Ａｌ2Ｏ4を生成して焼成体中で数μｍ程度の微細な粒子として分散する。また、素地部分は酸化ケイ素（ＳｉＯ2）の濃度が８０重量％以上で、酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）と合わせると両者で９０重量％以上の濃度となり、不純物の少ない組成となる。
【００４１】
このように、本発明では、酸化亜鉛の混合により、本来白色の酸化ケイ素、酸化アルミニウムを主成分とする素地の中に（Ｆｅ，Ｚｎ）Ａｌ2Ｏ4粒子が微細分散することとなり、その結果、焼成体全体として白に近い明るい色調が得られたことが明らかである。
【００４２】
なお、上記表−３から混合した酸化亜鉛の一部は素地中にも含まれていたが、混合した元素が酸化ケイ素と酸化アルミニウムからなる素地中に残った場合にも特有の発色を起こさないことも淡色化には重要である。
【００４３】
また、焼成温度を１０５０℃、１１５０℃及び１２００℃として同様に作製した焼成体の分光測色計による測定結果を下記表−４に示す。
【００４４】
【表４】
2005330115.tif 000005
【００４５】
この時は酸化亜鉛を５重量％混合した。１１５０℃の値は上記表−２と同じものを用いた。上記表−４から、いずれの焼成体においてもＬ、ａ、ｂの値はあまり変わらず、焼成温度を高くしても赤煉瓦で見られるように色が濃くなることはないことが分かる。これは、前述したように本発明で形成される酸化ケイ素、酸化アルミニウム素地中に（Ｆｅ，Ｚｎ）Ａｌ2Ｏ4粒子が微細分散した構造は化学的に安定であり、焼成温度を高くしても赤色化の要因となるような他の化合物を生成しないことによる。
【００４６】
このことは、焼成煉瓦として十分な機械強度を示すような温度を任意に選択して焼成することを可能にするものであり、実用上、重要な特性と考えられる。
【００４７】
次に、酸素を含まない分だけ重量あたりの亜鉛のモル数が多く混合量の減少によるコスト削減が期待できる金属亜鉛の混合について説明する。
【００４８】
下記表−５に赤煉瓦用粘土に５重量％の約３０μｍの粒径の金属亜鉛粉末を混合した焼成体の分光測色計による測定結果を示す。焼成条件は１１５０℃、５時間である。
【００４９】
【表５】
2005330115.tif 000006
【００５０】
なお、Ｘ線回折装置の測定から酸化亜鉛を混合した場合と同様に酸化第二鉄のピーク強度が減少し,（Ｆｅ，Ｚｎ）Ａｌ2Ｏ4のピークが強く表れているという傾向が確認されている。この時のＬの値は６５であり上記表−２で示した酸化亜鉛５重量％（６０）と１０重量％（７２）の中間程度の値を示した。したがって、金属亜鉛も酸化亜鉛と同様に淡色化の効果があり、さらに、同じ添加量であっても淡色化の効果が大きいことが確認された。
【００５１】
また、標記実験では約３０μｍの粒径の金属亜鉛粉末を使用したが、その他に粒径が１００μｍの粗い金属亜鉛の混合も行った。この場合は微粉末を用いた場合と比較して色が不均一で細かい濃淡による斑点模様の焼成体が得られた。しかし、均一な色調よりも少しムラのあるものが好ましい場合もあり、色調のバリエーションを与えるために混合材料の粒径を変化させるといった制御方法も可能である。
【００５２】
次に粘土に石炭灰を混合した原料を使用して作成した試料について説明する。使用した石炭灰は北海道電力苫東厚発電所から発生したものでその組成を下記表−６に示す。
【００５３】
【表６】
2005330115.tif 000007
【００５４】
酸化鉄の含有量は約３．７重量％となっている。焼成条件は１１５０℃、５時間保持した。焼成体の分光測色計による測定結果を下記表−７に示す。
【００５５】
【表７】
2005330115.tif 000008
【００５６】
酸化亜鉛を５重量％混合した燒結体のＬの値は６０であるが、さらに石炭灰を５０重量％混合した粘土原料を使用することでＬの値が６７と大きくなっていることが分かる。
【００５７】
金属亜鉛を混合した場合にも同じ傾向が見られ、亜鉛、チタン化合物で淡色化を行う場合に石炭灰を混合することで淡色化の効果が促進されることが確認された。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】酸化亜鉛を混合した焼成体のＸ線回折パターンを示す図である。
【図２】酸化亜鉛を混合した焼成体の電子顕微鏡写真を示す図である。
【図１】
2005330115.tif 000009
【図２】
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