(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
アルミ灰と含酸素カルシウム化合物と石膏との混合物に苛性アルカリと水を加えたもの、若しくは、アルミ灰と含酸素カルシウム化合物との混合物に苛性アルカリと水を加えた後、これに石膏を加えたものの何れかを１０００〜１３５０℃で焼成することを特徴とするアーウィンの製造方法。
【請求項２】
アルミ灰の粒度が０．１５ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１記載のアーウィンの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、アルミ灰を原料とするアーウィンの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
アルミニウム精錬工程又はアルミニウムスクラップなどからアルミニウムを回収する際、必然的に発生するアルミ灰は、一般に酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、炭化アルミニウムなどが混在したものであることが多く、特に金属アルミニウム含有量が少ないものについては有効利用が殆どされないまま、通常、廃棄処分されている。また、この廃棄処分に際しては、アルミ灰が水と接触するとアンモニア、炭化水素等が容易に発生するため、無害化処理を行う必要があり、多くの手間と費用を要している。
【０００３】
このようなアルミ灰を有効利用することが検討されており、その有効活用策の一つとして、カルシウムアルミネート等の酸化アルミニウム源として一部が有効利用されているが全量の有効利用は未だにされていない。このアルミ灰を有効利用する場合の難点としては、アルミ灰中に混在する金属アルミニウムが表面に安定な酸化皮膜を形成し易く、該酸化皮膜によって内部の酸化が極めて進行し難く、更に窒化アルミニウム、炭化アルミニウムも比較的安定な化合物であり、何れも容易に分解又は酸化し難く、水硬性物質であるアーウィンの製造原料の酸化アルミニウム源としてアルミ灰を用いると強還元物質である金属アルミニウムによりアーウィン生成に必要な石膏が分解される。このように金属アルミニウムを含有するアルミ灰を酸化アルミニウムに直接変換するのは甚だ困難であるため、アーウィンの製造用原料として大量使用迄には至っていない。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
アルミ灰からアーウィンを製造するには、アルミ灰と石膏との混合物を大気中で焼成することでアルミ灰を構成する種々のアルミニウム化合物の熱分解と該熱分解物の酸化合成反応を生じさせて酸化物を生成させてきたが、この方法ではアルミ灰中のとりわけ金属アルミニウムと窒化アルミニウムの存在によって焼成雰囲気は還元性雰囲気となり易いため酸化反応が起こり難く、また、添加した石膏も分解し易く、アーウィンの生成が困難になる。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、アルミ灰中のアルミニウム及びその化合物をアルミニウムの酸化物に変化せしめるに際し、アルミニウム及びその化合物から容易に生成することができ、かつ酸化が起こり易い物質であるアルミン酸塩や水酸化アルミニウムに着目し、これらの物質をアルミ灰から効率良く反応生成させ、これらの物質を経てアーウィンが形成される製造プロセスとしたこと。更に、該反応生成物と石膏の混合物を焼成することで石膏の分解を防ぎアーウィン形成に有効的に寄与させたこと。また一般に活性度が高い反応源ほど反応し易いことから、出発原料として活性度を高めたアルミ灰を用いることなどにより前記課題を解消した。
【０００６】
即ち、本発明はアルミ灰と含酸素カルシウム化合物と石膏との混合物に苛性アルカリと水を加えたもの、若しくは、アルミ灰と含酸素カルシウム化合物との混合物に苛性アルカリと水を加えた後、これに石膏を加えたものの何れかを１０００〜１３５０℃で焼成することを特徴とするアーウィンの製造方法である。また、本発明は前記アルミ灰の粒度が０．１５ｍｍ以下であることを特徴とするアーウィンの製造方法である。
【０００７】
【発明の実施形態】
本発明の原料としてのアルミ灰は、特に発生源は限定されないが、通常はアルミニウムスクラップ、アルミニウム溶融再生工程で発生するものの他、アルミニウム製品の廃棄処理の焼却時に発生するものなどを用いることができる。また、使用に先立ち、例えば磁力選別等で他の金属不純物を除去するなど必要に応じ、公知の方法でアルミニウム又はアルミニウム化合物以外の混入物を除去しておくのが望ましい。
【０００８】
このようなアルミ灰中の金属アルミニウムの含有量は、概ねアルミ灰の粒度に比例し、粒度が大きいものほど金属アルミニウムを多量に含む傾向があり、金属アルミニウム高含有のものは、一般にアルミニウム金属原料への再生利用に供されることが多い。本発明では、金属アルミニウム含有量が比較的高い粒度が大きいアルミ灰であっても用いることができるが、寧ろ、従来廃棄処理されていたような粒度の小さいアルミ灰を好適な使用対象とする。これは粒度が小さいものほど反応活性が高いためであって、もとのアルミ灰の粒度によっては、粉砕・分級等の操作を施し、粒度０．１５ｍｍ以下に調整したアルミ灰を使用するのが好ましい。
【０００９】
本発明の製造方法では、前記アルミ灰に含酸素カルシウム化合物を加えて混合する、又は前記アルミ灰に含酸素カルシウム化合物と石膏との混合物を加えて混合する。含酸素カルシウム化合物としては、水酸化カルシウム、炭酸カルシウム、酸化カルシウム、リン酸カルシウムなどのカルシウムの酸素を含む無機塩であれば何れのものでも用いることができ、また係る無機塩の混合物でも良いが、望ましくは反応性が高い酸化カルシウムを用いる。該含酸素カルシウム化合物の添加量はアルミ灰１００重量部に対し、酸化カルシウム換算で３５〜５０重量％とする。また、石膏を添加する場合の添加量はアルミ灰１００重量部に対し、３５〜５０重量部とする。石膏はアーウィン形成成分としての硫酸塩源としての作用を有するが、この段階では分解したり、アルミニウム化合物と複塩を形成することはない。
【００１０】
前記アルミ灰と含酸素カルシウム化合物との混合物、又はアルミ灰と含酸素カルシウム化合と石膏との混合物に、水と苛性アルカリを添加する。苛性アルカリとしては、例えば水酸化ナトリウム、水酸化カリウム等を用いることができる。アルミ灰中の金属アルミニウムは酸化カルシウム及び水と反応し、水素を発生して酸化が容易なアルミン酸塩を生成する。同時に添加する苛性アルカリはこの反応を促進する作用を有する。またアルミ灰中の窒化アルミニウムは水と極めて容易に反応し、アンモニアガスを生じて水酸化アルミニウムを生成する。以上の各生成反応に際しては外部からの加熱等を行う必要は無く、室温で速やかに進行する。反応終了の目安としては水素ガス又はアンモニアガスの何れもが発生しなくなった時点とする。また、水と苛性アルカリの添加量は、アルミ灰中の金属アルミニウム含有量に応じて変化させるのが望ましく、一般に金属アルミニウム含有量が高いものほど水の添加量と苛性アルカリの添加量を共に多くするのが良い。水の添加量は、含酸素カルシウム化合物と石膏とアルミ灰との混合物、若しくは含酸素カルシウム化合物とアルミ灰との混合物１００重量部に対して、５０〜５００重量部の範囲で選択することができ、また苛性アルカリの添加量は、含酸素カルシウム化合物と石膏とアルミ灰との混合物１００重量部に対して、１〜１０重量部の範囲で選択することができる。水及び苛性アルカリの添加量が少ない場合は、アルミ灰中の金属アルミニウムが全量反応せず、一部が未反応のまま残ることがあるので好ましくない。また苛性アルカリの添加量が１０重量部を越えても、反応性の向上は殆ど見られず、また水の添加量が５００重量部を越えるとアルミン酸生成反応に寄与しない水分が過多となることがあるので好ましくない。尚、アルミ灰と含酸素カルシウム化合物のみからなる混合物に水と苛性アルカリを添加したものについては前記反応終了後に石膏を加える。この場合の石膏添加量もアルミ灰１００重量部に対して３５〜５０重量部とする。
【００１１】
前記反応処理を行ったものは、水分含有量が多いものでは必要に応じて乾燥・脱水処理を行う。水分含有量が殆どないものを焼成することによって高品位のアーウィンを得ることが出来る。焼成は空気中又は酸化性雰囲気下で行うのが望ましく、焼成温度は１０００℃〜１３５０℃とする。１０００℃未満ではアーウィン生成が不十分となることがあり、また１３５０℃を越える温度では、成形物が溶融するため好ましくない。より一層好ましい焼成温度は１２００〜１３００℃である。尚、焼成装置は前記焼成条件が発現可能な装置であれば特に限定されない。
【００１２】
【実施例】
［実施例１］  表１に表す成分（何れも重量％）からなるアルミ灰をバッチ式ボールミル粉砕機で粉砕し、得られた粉砕物を分級し、０．１５ｍｍ以下のアルミ灰を得た。
【００１３】
【表１】
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【００１４】
このアルミ灰５２Ｋｇに酸化カルシウム２７Ｋｇと無水石膏２１Ｋｇを加え、ナウターミキサーで約１５分間混合した。混合後、これに水３００Ｋｇと水酸化ナトリウム５Ｋｇを加えて約１５分間撹拌混合した。撹拌混合によってアルミン酸生成反応が開始し、湿式混合後、該反応に伴う水素ガスの発生が終わるまで静置した。次いで、これを約１０５℃に保った乾燥機中に入れ残水の脱水を行った後、バッチ式ボールミル粉砕機で粉砕した。粉砕物は篩を通し、１５０μｍ通過粉を用いてパン型ペレタイザーで造粒し、粒径５〜１０ｍｍに調整した顆粒をロータリーキルンを用いて焼成した。焼成は送入量５Ｋｇ／時、焼成温度１３００℃、窯内滞留時間約６０分で行った。得られた焼成物は粉末エックス線回折（ＣｕＫα線）により、主な生成相を調べたところ、大量のアーウィンが生成していた。また、窒化アルミニウム、水酸化アルミニウム、カルシウムアルミネートは何れも検出されなかった。
【００１５】
［比較例１］  前記実施例１と同様の成分からなるアルミ灰を１１００℃で空気中で焼成した後、焼成物を粉砕・分級し、０．１５ｍｍ以下のアルミ灰焼成粉末を得た。該アルミ灰焼成粉末５２Ｋｇに酸化カルシウム２７Ｋｇと無水石膏２１Ｋｇを加え、パン型ペレタイザーで造粒し、得られた顆粒をロータリーキルンを用いて焼成した。焼成は送入量５Ｋｇ／時、焼成温度１２６０℃、窯内滞留時間約６０分で行った。得られた焼成物は前記実施例１と同様に粉末エックス線回折により生成相を調べた。その結果、アーウィンが生成相として検出されたが、その生成量は前記実施例１よりもかなり少なく、更に多量のカルシウムアルミネートが生成相として検出された。
【００１６】
［比較例２］  前記実施例１と同様の成分からなるアルミ灰を粉砕・分級し、０．１５ｍｍ以下のアルミ灰粉末５．２Ｋｇに酸化カルシウム２．７Ｋｇと水３０Ｋｇを加え、ハンドミキサーで約１５分間混合した。混合物を温度約８０℃に保った恒温器に約１２０分間入れた。加熱後の混合物を濾過し、液分除去した後の固形分残渣に無水石膏約２．１Ｋｇを加えてボールミルを用いて混合したものを電気炉により空気中で約８００℃で焼成した。得られた焼成物は粉末エックス線回折により、主な生成相とその生成量を調べた。その結果、アーウィンは検出されず、カルシウムアルミネートと無水石膏が何れも多量に検出された。
【００１７】
【発明の効果】
本発明により、主に埋め立て廃棄処分されていた金属含有量の少ないアルミ灰をアーウィン系水硬性材料構成成分の酸化アルミニウム源として使用することが十分可能となり、資源の有効利用を図ることができる。また本発明の製造方法はアーウィンを比較的安価にかつ高い効率で容易に製造することができる。