(57)【要約】【課題】火山灰を低エネルギーで簡便に大量処理して固化させる方法を提供する。【解決手段】火山灰のみを原料として用いて、火山灰を８０℃以下の温度で固化させる。より具体的には、硬化剤としてアルカリ水溶液を用いて火山灰を硬化させる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
火山灰のみを原料として用いて、火山灰を８０℃以下の温度で固化させる火山灰の固化方法。
【請求項２】
前記火山灰が、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、Ｆｅ２Ｏ３、ＣａＯ、ＭｇＯ、およびＮａ２Ｏを主成分として含む請求項１に記載の火山灰の固化方法
【請求項３】
火山灰の硬化剤としてアルカリ水溶液を用いる請求項１または２に記載の火山灰の固化方法。
【請求項４】
前記アルカリ水溶液が水酸化ナトリウム水溶液あるいは水酸化カリウム水溶液である請求項３に記載の火山灰の固化方法。
【請求項５】
前記水酸化ナトリウム水溶液の濃度が３Ｎ〜１４Ｎである請求項４に記載の火山灰の固化方法。
【請求項６】
前記火山灰の粒子の大きさが０．２０ｍｍ以下である請求項１〜５のいずれかに記載の火山灰の固化方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、火山灰を利用する安価な無機固化体であって、耐火物、断熱材等に利用する。
【背景技術】
【０００２】
日本国内においては、火山の噴火に伴って発生する大量の火山灰の処理が問題となっている。火山灰の有効活用法として、火山灰を用いた固化体の製造が特許文献１〜１１のように試みられている。特許文献２、特許文献７、あるいは特許文献１０においてはセメントを主原料とするため、火山灰の大量消費にはつながらない。シリカ化合物、ホウ素化合物などと混合するものもあるが火山灰の使用量は２〜５割程度である。一方、特許文献３〜６は、１０００℃以上の加熱を必要とし、また特許文献９ではオートクレーブ養生を必要とするものであり、より低エネルギーで固化する方法が求められている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−１８０１２２号公報
【特許文献２】特開２０１０−０５３３２７号公報
【特許文献３】特開２００５−１７０６９６号公報
【特許文献４】特開２００５−０９７０６９号公報
【特許文献５】特開２００２−２４９３４８号公報
【特許文献６】特開２００２−１２８５５０号公報
【特許文献７】特開２０００−２４７７１９号公報
【特許文献８】特開２０００−０２６１５２号公報
【特許文献９】特開平１０−２５９０５２号公報
【特許文献１０】特開平０９−０１２３４８号公報
【特許文献１１】特開平０６−０３１２８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の課題は、火山灰を低エネルギーで簡便に大量処理して固化させる方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明者らは上記課題を解決するため、火山灰の構成成分に着目して鋭意検討を重ねた結果、固体原料としては火山灰のみを使用して固化体を製造できることを見出した。すなわち、本発明によれば、以下の製造方法が提供される。
【０００６】
[１] 火山灰のみを原料として用いて、火山灰を８０℃以下の温度で固化させる火山灰の固化方法。
【０００７】
[２]  前記火山灰が、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、Ｆｅ２Ｏ３、ＣａＯ、ＭｇＯ、およびＮａ２Ｏを主成分として含む前記［１］に記載の火山灰の固化方法
【０００８】
[３] 火山灰の硬化剤としてアルカリ水溶液を用いる前記［１］または［２］に記載の火山灰の固化方法。
【０００９】
[４]前記アルカリ水溶液が水酸化ナトリウム水溶液あるいは水酸化カリウム水溶液である
前記[３]に記載の火山灰の固化方法。
【００１０】
[５]前記水酸化ナトリウム水溶液の濃度が３Ｎ〜１４Ｎである前記[４]に記載の火山灰の固化方法
【００１１】
[６]前記火山灰の粒子の大きさが０．２０ｍｍ以下である前記[１]〜[５]のいずれかに記載の火山灰の固化方法。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施例１〜６の火山灰固化方法のフローチャートを示す図である。
【図２】原料の火山灰、本発明の実施例２、および実施例４で得られた固化体のＸＲＤ分析結果を示す図である。
【図３】原料の火山灰の微細組織観察結果を示す図である。
【図４】本発明の実施例１で得られた固化体の微細組織観察結果を示す図である。
【図５】本発明の実施例２で得られた固化体の微細組織観察結果を示す図である。
【図６】本発明の実施例４で得られた固化体の微細組織観察結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態について説明する。本発明は、以下の実施形態に限定されるものではなく、発明の範囲を逸脱しない限りにおいて、変更、修正、改良を加え得るものである。
【００１４】
本発明においては、火山灰が、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、Ｆｅ２Ｏ３、ＣａＯ、ＭｇＯ、およびＮａ２Ｏを主成分として含むことが好ましい。主成分とはＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、Ｆｅ２Ｏ３、ＣａＯ、ＭｇＯ、およびＮａ２Ｏの合計が火山灰の８０質量％以上を含むことを言う。特に、ＳｉＯ２とＡｌ２Ｏ３の合計が火山灰の５０質量％以上であることが好ましい。さらに、ＳｉＯ２とＡｌ２Ｏ３とＦｅ２Ｏ３の合計が７０質量％以上であることが好ましい。
【００１５】
火山灰の硬化剤がアルカリ水溶液であることが好ましく、アルカリ水溶液のうち、水酸化ナトリウムあるいは水酸化カリウムであることがより好ましい。水酸化ナトリウムの場合はその濃度が３Ｎ〜１４Ｎであることが好ましく、７Ｎ〜１４Ｎであることがより好ましい。濃度が３Ｎ未満であると固化が進行せず、強度が不十分であり、一方１４Ｎ超であると火山灰がほとんど固化しない。
【００１６】
火山灰の粒子の大きさは、０．２０ｍｍ以下であることが好ましく、０．１５ｍｍ以下であることがより好ましく、０．１０ｍｍ以下であることがさらに好ましい。
【実施例】
【００１７】
以下、本発明を実施例に基づいてさらに詳細に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。
【００１８】
（実施例１〜４、比較例１：水酸化ナトリウム濃度の影響）
以下実施例１〜４では、ＳｉＯ２：４７．２７、Ａｌ２Ｏ３：１８．２５質量％、Ｆｅ２Ｏ３：１４．４８質量％、ＣａＯ：９．９４質量％、ＭｇＯ：３．３０質量％、およびＮａ２Ｏ：１．８８質量％である組成の火山灰（新燃岳で採取）を粉砕し目開き０．２０ｍｍの篩を通過したもの使用した。この火山灰３０ｇを水酸化ナトリウム水溶液１０ｍｌと混合して、アクリル製の型枠（内径１５ｍｍ、高さ３０ｍｍ）に詰め、その型枠ごと恒温恒湿槽で８０℃、湿度５０％で３日間養生し、その後６０℃で４日間乾燥した。そして、実施例１〜４では水酸化ナトリウムの濃度をそれぞれ、３Ｎ、７．５Ｎ、１０Ｎ、１３．５Ｎとした。一方比較例として濃度１５Ｎとした。
【００１９】
水酸化ナトリウム濃度１５Ｎでは固化体が得られず、実施例１〜４で得られた固化体の圧縮強度を測定した。測定結果を以下の表１に示す。なお、圧縮強度の測定はインストロン製のINSTRON5582を用いてクロスヘッドスピード00.1mm/minで測定した。測定試
料のサイズは直径15ｍｍ、高さ30ｍｍである。アルカリ水溶液の濃度が高くなるほど、固化体の強度が増加する傾向が得られた。
【００２０】
【表１】
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【００２１】
表１の結果より、水酸化ナトリウムの濃度が高くなるほど、固化体の強度が増加する傾向が得られた。
【００２２】
次に、原料の火山灰、実施例２、および実施例４で得られた固化体のＸＲＤ分析結果を図２に示す。確認された結晶相はいずれもアノーサイトのみであった。さらに、原料の火山灰、実施例１、実施例２、および実施例４で得られた固化体の微細組織観察結果を図３に示す。用いた水酸化ナトリウム水溶液の濃度が高いほど、粒子同士がより結合している様子が確認された。図２に示すように固化体には含まれる結晶相は原料に含まれるアノーサイトのみであることから、粒子同士を結合させた相は非晶質と考えられる。
【００２３】
（実施例５〜６：火山灰の粒子サイズの影響）
実施例１〜４と同じ火山灰３０ｇを、実施例３の粒子サイズをより小さくし、実施例５では目開き０．１５ｍｍの篩を通過したものを、実施例６では目開き０．１０ｍｍの篩を通過したものを使用した。その結果を表２に示す。
【００２４】
【表２】
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【００２５】
表２より、火山灰の粒子の大きさが小さくなるほど、固化体の強度が増加する傾向が得られた。なお、実施例３で得られた固化体の密度を測定したところ2.0g/cm3であり、真密度の75％程度であった。この結果より、断熱材等に利用できると考えられる。
【産業上の利用可能性】
【００２６】
本発明の固化体は耐熱性のある断熱材等に利用できる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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