(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
２０％以上で且つ４０％未満のアルミニウム分を含有するアルミニウム残灰と石灰質原料を混合し、この混合物の焼成または溶融工程において発生する塊状未反応物を粉砕しつつテルミット反応を促進させてアルミナセメントを製造する事を特徴とするアルミニウム残灰よりアルミナセメントを製造する方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、処理の困難な２０〜４０％のアルミニウム分を含有するアルミニウム残灰を利用して有用なアルミナセメントを製造する画期的な方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、アルミニウム合金メーカーにて副産されてきたアルミニウム残灰は、一部は鉄鋼用の保温剤、造滓剤などに使われているが、その使用量は鉄鋼メーカーの生産の状況に依存している。
又、鉄鋼メーカー向けのアルミニウム残灰は、その使用目的から比較的アルミ分が多いものが好まれ、引き取り条件の中にアルミ分が規定されており、アルミ分４０％未満の残灰はそのままでは上記の需要が少ないのが現状である。
【０００３】
さて、アルミニウム二次合金メーカーでは溶解するスクラップ中の不純物（特に鉄）の融け出しを極力抑えるため、アルミニウムの溶解温度を低くおさえて操業する。
そのため、溶解炉からの掻き上げドロスからアルミニウム溶湯を回収する工程（灰搾り工程）では、ドロスの温度が低いためドロス中のアルミニウムを操業のサイクルタイムに合わせ、短時間に収率よく回収することは難しく、３０〜６０％程度のアルミニウム分を含む残灰が主に発生する。
【０００４】
二次合金メーカーでは、灰搾り工程を経て生じた前記アルミニウム残灰のアルミ分を分析し、アルミニウム分が規定値を満足する物については、鉄鋼メーカーへ販売し、規定に満たないアルミニウム残灰については廃棄処分しているが、アルミニウム残灰中には相当量の窒化アルミニウムやアルミニウム炭化物が含まれるため、水分に接触するとアンモニアガス、炭化水素ガスを発生し、臭気を発するのでその管理には注意が要求される。
また、処分場についても最近減少しており、再利用への取り組みが急務となって来ている。
【０００５】
そこでアルミニウム残灰の組成に着目し、アルミニウム残灰と石灰質原料を混合し、回転窯にて焼成又は溶融する事により、窒化アルミニウムを分解し、カルシウムアルミネートを主成分とするアルミナセメントを作成する方法が提案されている。
アルミニウム残灰と石灰質原料からこの種のセメントを作成する方法については、特開昭５２−１５２９２８号，特開昭５４−６５７２６号，特開昭６３−２８８９３２号，特開平７−５３２４４号，特開平７−５３２４６号の各公報に記載されているようにすでに研究がなされている。
しかし、これらの研究で用いられているアルミニウム残灰は、上記したアルミ二次合金メーカーで発生する種類のものでなく、ドロス再生業者（＝灰搾りによりドロスからアルミニウムを再生させる専門業者）やアルミ純度の高いスクラップを溶解する炉から発生するアルミニウム残灰を対象とした物で、アルミニウム分がすべて２０％以下のものを使用しているが、これは下記の理由によるものと考えられる。
ちなみに、ドロス再生業者から出るアルミニウム残灰の場合は、一般的に再生アルミニウム中への不純物の溶け出しを考慮せず、高温で灰搾りを行うため、アルミニウム分が５〜２０％という低アルミ分の残灰となる。
【０００６】
アルミニウム分が高いアルミニウム残灰を石灰質原料と混合し、セメントキルンなどの回転窯で焼成すると、金属アルミニウムが酸化する過程で発熱を伴って進行するテルミット反応が急激に進行し、焼成物が塊状となり、その表面は高温で反応するものの塊の内部は未反応となり、そのまま残る。また、前記その塊の表面は溶融状態で炉壁に付着しやすく、炉壁に付着して成長すると操業の継続を阻害する。従って、これらの問題点に鑑み、前出の研究ではアルミ分の少ないアルミニウム残灰を使用しているものと考えられる。
【０００７】
また、アルミニウム残灰を焼成し、アルミニウム残灰中の窒化アルミニウムを分解するためには、炉内温度を７００℃以上に維持する必要があり、一般的には反応速度を速めるため１１００℃以上で操業する。
しかし、アルミニウム分の少ないアルミニウム残灰を使用し、前記のような高温を維持して焼成するには多くの燃料を要し、更に焼成された物をセメント状の微粉体に粉砕するコストなどを合わせると、商品として経済的に製造する事は困難である。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
アルミニウム二次合金メーカーで副産するアルミ分が２０％以上４０％未満のアルミニウム残灰は、前記理由によりアルミナセメント原料としても扱いが困難であり、現状では廃棄するしかない。
一方、アルミニウム分が少ないアルミニウム残灰を単独で使用してカルシウムアルミネートを主成分とするアルミナセメントを経済的に製造する事は経済的に困難である。
このような事実を背景に、本発明の解決課題はアルミ分が２０％以上４０％未満で焼成が困難であったアルミニウム残灰を使用する事により、焼成工程における燃料費を節約し、経済ベースに乗るアルミナセメントの製造方法を開発する事にある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明方法は請求項１に記載したように『２０％以上で且つ４０％未満のアルミニウム分を含有するアルミニウム残灰と石灰質原料を混合し、この混合物の焼成または溶融工程において発生する塊状未反応物を粉砕しつつテルミット反応を促進させてアルミナセメントを製造する』事を特徴とする。
【００１０】
これによれば、２０％以上４０％未満とアルミニウム分の多いアルミニウム残灰を原料とし、焼成途中で塊状となった原料を粉砕しながら焼成し、焼成が促進されるようにすると共に前記アルミニウム分の多いアルミニウム残灰を使用することにより、テルミット反応で発生する熱を効率的に利用して焼成を進め、これにより燃料費の節約を図る事ができる。
【００１１】
ここで用いられるアルミニウム残灰は、アルミニウム合金メーカーの各種アルミスクラップの溶解工程から副産する、アルミニウム分が２０％以上４０％未満のアルミニウム残灰であるが、アルミニウム分が２０％未満の低アルミニウム含有残灰を使用する場合は、アルミニウム切り粉などの高アルミ分物質を添加し、全体のアルミニウム含有量が２０％以上４０％未満となっていれば足る。また、アルミニウム切り粉などの高アルミ分物質の代わりにアルミニウム分が４０％を越える高アルミニウム含有残灰を用いても差し支えないし、逆に高アルミニウム含有残灰に低アルミニウム含有残灰を加えて全体のアルミニウム含有量が２０％以上４０％未満となるようにしてもよい。
【００１２】
また、添加される石灰質原料としては、石灰石〔ＣａＣＯ３〕消石灰〔Ｃａ（ＯＨ）２〕，生石灰〔ＣａＯ〕が挙げられる。
石灰質原料の添加割合については、厳密にはアルミニウム残灰（主成分はＡｌ，Ａｌ2Ｏ3，Ｓｉ，ＳｉＯ2，Ｍｇ，ＭｇＯ）中のＳｉ，ＳｉＯ2，Ｍｇ，ＭｇＯ含有率により変化するが、一般的には以下のような方法で配合される。
即ち、アルミニウム残灰および石灰質原料が焼成されると酸化物（Ａｌ2Ｏ3、ＣａＯ、ＳｉＯ2、ＭｇＯなど）を生じる。そしてこれら酸化物の一部が反応して２ＣａＯ・Ａｌ2Ｏ3・ＳｉＯ2やＭｇＯ・Ａｌ2Ｏ3が形成され、且つその残分でＣａＯ・Ａｌ2Ｏ3の各種結合物が形成される。そして、アルミニウム残灰に対する石灰質原料の前記添加割合の一例を挙げると、前記ＣａＯ・Ａｌ2Ｏ3の各種結合物が３ＣａＯ・Ａｌ2Ｏ3，１２ＣａＯ・７Ａｌ2Ｏ3，ＣａＯ・Ａｌ2Ｏ3，ＣａＯ・２Ａｌ2Ｏ3を形成するように配合される。
【００１３】
配合されるアルミニウム残灰と石灰質原料は、焼成過程での反応を助ける目的で、ボールミルなどで均一に粉砕されて混合される。この混合物を回転窯にて１１００〜１５００℃程度で焼成又は溶融することにより、セメント質のクリンカーを得る。
この際、焼成途中で塊状となった原料を粉砕する目的で、ＳｉＣ，ＳｉＮなどを原料とする耐熱衝撃性の高いセラミックスボールや耐火煉瓦を炉内に挿入し、原料とともに回転させる。
得られたクリンカーを粉砕することによりカルシウムアルミネートを主体とした水硬性材料をえる。
【００１４】
【実施例】
以下、本発明について詳述する。表１に示すアルミメタル分（＝Ｍｅｔ−Ａｌで表示）を含有したアルミニウム残灰(A)，(B)に対し、石灰質原料として炭酸カルシウム粉末を表２に示す重量比率で添加し、ボールミル中で混合粉砕した後、回転窯中で炉内滞留時間２時間として、表２に示す焼成条件で焼成した。各焼成条件にて操業した場合の焼成の状況を表３に示す。
【００１５】
発明例−１と比較例−１の比較から明らかなように、アルミニウム分の低いアルミニウム残灰を使用して焼成した比較例−１に比べ、発明例−１は同程度の燃費で、高い炉内温度を実現している。従って、炉内温度を同じにすれば、その分だけ燃料費の節約が可能となる。
また、発明例−２と比較例−２の比較から明らかなように、アルミニウム分の高いアルミニウム残灰を使用して焼成した際に生じる炉壁への付着は、粉砕ボールを投入することによりなくなっている。
【００１６】
発明例−２で得られた焼成物をボールミルにて、２００メッシュ篩残分（７４μｍ以上）が５％未満になるよう粉砕した。この粉砕物１００重量部に対し、水６０重量部を添加し、混練し、直径３ｃｍ，高さ５ｃｍの型に入れ硬化させた後、脱型し成形体を得た。この成形体を混練後１週間のちに、圧縮強度試験に供した。比較のため、市販のアルミナセメント１号についても同様の成形体を作成し、圧縮試験を実施した。圧縮試験結果を表４に示す。圧縮試験の結果、市販のアルミナセメントと同等の強度が得られた。
【００１７】
0003936442.tif 000002
【００１８】
0003936442.tif 000003
【００１９】
0003936442.tif 000004
【００２０】
0003936442.tif 000005
なお、発明例−２の分析値は、下記の通りであった。
0003936442.tif 000006
【００２１】
【発明の効果】
本発明によると、従来廃棄するしかなかったアルミニウム分を２０％以上４０％未満含有するアルミニウム残灰を、経済性，作業性を損なうことなく耐火物、土木建築材料などに使われるアルミナセメントに再利用できるようになった。