(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
薄片状或は燐片状の非膨潤性層状粘土鉱物、ケイ酸分の多いケイ酸質粉末、  ケイ酸アルカリを主成分とする材であって、ケイ酸分の多いケイ酸質粉末の含有割合（重量比）が全体に対して１/９〜1/３である耐酸耐熱性のキャスタブル材。
【請求項２】
薄片状或は燐片状の非膨潤性層状粘土鉱物が、合成非膨潤性雲母である請求項１記載の耐酸耐熱性のキャスタブル材。
【請求項３】
合成非膨潤性雲母が、タルクを主原料としたインターカレーション法でつくられる非膨潤性層状ケイ酸塩である請求項２記載の耐酸耐熱  性のキャスタブル材。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は耐酸耐熱性のキャスタブル材（ライニング材としての利用も含む）に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、各種産業用の反応炉、化学装置、煙突或は煙道などには耐酸性とともに、耐熱性（高温に対する耐熱性と、急激な温度差に対する耐スポーリング性の両方の意味に使用する。以下耐熱性と称する。）を要求されるキャスタブル材（またはライニング材）が使われる場合がある。
【０００３】
従来、このような要求に対して、例えば、特公昭５８−１１３８７号公報、特公昭５６−５２８６４号公報、特開昭５６−５３８０号公報、特開昭５５−１１６６７９号公報、特開昭５０−５１１１０号公報、特開昭４９−１０６５２４号公報などに、ケイ酸アルカリ（主にソーダ）を主体にし、骨材とケイフッ化ソーダなどよりなる組成物に水硬性セメントを混合したキャスタブル材が報告されている。
【０００４】
しかし、これらは何れも、耐酸性とともに、耐熱性が十分に満足されるものではなかった。また、特公昭５８−４４６３４号公報には、カチオン交換能を有する雲母及び／又は水膨潤性人造雲母を使用した、ハケ塗り、スプレーなどにより施工できる塗布材又は接着材用の組成物が記載されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、施工性に優れ、耐酸性とともに、耐熱性が十分に満足されるキャスタブル材を提供するものであり、また同様な特性を有するライニング材を提供するものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は従来の技術を改良するため鋭意研究した結果、薄片或は鱗片状の非膨潤性層状粘土鉱物（なお、本発明で言う“非膨潤性”とは水に分散時、膨潤しないという意味である）を原材料の１つに用いることにより、課題を解決することができることを見出し、本発明を成すに至った。
【０００７】
即ち、本発明は、薄片状或は燐片状の非膨潤性層状粘土鉱物、ケイ酸分の多いケイ酸質粉末、ケイ酸アルカリを主成分とする材であって、ケイ酸分の多いケイ酸質粉末の含有割合（重量比）が全体に対して１/９〜1/３である耐酸耐熱性のキャスタブル材に関するものである。
【０００８】
本発明で用いられる薄片或は鱗片状の非膨潤性層状粘土鉱物として好ましいものは、天然又は合成の非膨潤性雲母類及び非膨潤性バーミキュライトの範疇に入る化合物であるが、これらに限定されるものではない。
【０００９】
なお、本発明で用いられる薄片或は鱗片状の非膨潤性層状粘土鉱物は、カチオン交換能を有しないか、仮にカチオン交換能を有していても数ミリ当量／１００ｇ以下で実際上はカチオン交換能を有しない範疇に属するもので、カチオン交換反応が無視し得るものである。具体的にはカチオン交換能は３ミリ当量／１００ｇ以下のものであり、好ましくは１ミリ当量／１００ｇ以下のものである。
また、本発明で用いられる層状粘土鉱物は非膨潤性層状粘土鉱物であるので、水膨潤性層状粘土鉱物は本発明の対象外である。
【００１０】
このように、本発明で用いる粘土鉱物は層間のカチオン交換反応が事実上無視でき、また、層間に結合材や水を取り込まないで最初の形態（形状を含めて）を維持していることが極めて重要な点である。このような条件が満足されれば、天然の非膨潤性雲母類として白雲母、黒雲母、絹雲母、金雲母、イライトなども本発明の対象となる。
【００１１】
しかし、そのような条件がより満足される高純度の合成非膨潤性雲母であるカリウムタイプの合成フッ素四ケイ素雲母、カリウムタイプの合成テニオライト、合成の金雲母など、及びタルクを主原料としたインターカレーション法でつくられるカリウムタイプの非膨潤性層状ケイ酸塩（雲母の範疇に入る化合物とバーミキュライトの範疇に入る化合物などを含む）がより好ましい。
【００１２】
なお、本発明で用いられるこれらの非膨潤性層状粘土鉱物の平均粒径は、耐酸性（酸に対する非浸透性）及び、急激な温度差に対する耐スポーリング性の点より、１０μｍより大きく３００μｍより小さいものが好ましい。
【００１３】
上記の非膨潤性層状粘土鉱物の中で特に好ましくは、タルクを主原料としたインターカーション法でつくられるカリウムタイプの非膨潤性層状ケイ酸塩であり、これは層状構造を有するタルク結晶の層間にカリウムイオンをインターカレートさせて得られるものである。なお、その際、タルク中のＯＨイオンがＦイオンに置換される。この方法で得られる非膨潤性層状ケイ酸塩は、鉱物の分類上において、雲母の範疇に入る化合物とバーミキュライトの範疇に入る化合物などを含むものである。
これらの化合物は次の一般式（１）で示すことができる。
【００１４】
【化２】
0003748456.tif 000002
【００１５】
［式中、ＸはＭｇ又は（Ｍｇ＋Ａｌ）を表し、ＹはＳｉ又は（Ｓｉ＋Ｍｇ）又は（Ｓｉ＋Ａｌ）又は（Ｓｉ＋Ｍｇ＋Ａｌ）を表す。］
なお、上記の（Ｍｇ＋Ａｌ）、（Ｓｉ＋Ｍｇ）、（Ｓｉ＋Ａｌ）および（Ｓｉ＋Ｍｇ＋Ａｌ）はそれぞれ、（ＭｇとＡｌの混合物）、（ＳｉとＭｇの混合物）、（ＳｉとＡｌの混合物）および（ＳｉとＭｇとＡｌの混合物）を表す。
【００１６】
なお、上記の一般式（１）で示される化合物は、２：１型の層状ケイ酸塩であり、式中のＫはその層間に、Ｘは八面体シート中に、Ｙは四面体ート中に存在する。
【００１７】
その製法としては、具体的には例えば、特公昭５９−１２１５号公報又は特開平２−１４９４１５号公報などに記載されているが、ケイフッ化カリウム及び／又はフッ化カリウムと、タルクの混合物を（場合によりその混合物にさらにＡｌ2 Ｏ3 を混合する）、７００〜１２００℃で加熱処理することにより得ることができる。
【００１８】
本発明で用いられる耐酸セメントは通常の無機質耐酸セメントであり、耐酸性の粉末と、ケイ酸アルカリを主成分とする結合材との混合物からなるものである。
耐酸性の粉末としては、ケイ酸分の多いケイ酸質粉末、例えば、ケイ石、ケイ砂、磁器、石器、高ケイ酸質シャモットなどの粉末が好ましく、また、結合材としてはケイ酸ソーダ（一般に、その水溶液は水ガラスとして市販されている）を主成分にした水溶液が好ましい。両者は使用時に混合する。
【００１９】
本発明で用いられる耐酸性骨材としては、ケイ酸分の多いケイ酸質物質、例えば、ケイ石、ケイ砂、磁器、石器、高ケイ酸質シャモットなどが使用できる。耐酸性骨材は仕上がり後の強度アップに有効であるが、表面状態の平滑性が失われる。耐酸性骨材は、本発明の必須成分ではなく、混合材として使用するかどうかは用途により決める必要がある。
【００２０】
本発明の原材料の好ましい混合比（重量ベース）は、具体的に使用する原材料により大きく異なる。
【００２１】
本発明のキャスタブル材を用いて実際に施工する場合、原材料を混合し、場合により加水して、混練する。混練後は流動性をもっている必要があるが、できるだけ少ない加水量で十分な流動性をもつように調製する。施工後は室温でも時間をかければ硬化するが、好ましくは５０℃〜３００℃、より好ましくは６０℃〜１５０℃に加熱して硬化させる。
【００２２】
【作用】
本発明は、従来使用されていた耐酸耐熱性のキャスタブル材に薄片或は鱗片状の非膨潤性層状粘土鉱物を混合した点に特徴がある。非膨潤性層状粘土鉱物は層状構造を有する点に特徴がある。
【００２３】
雲母及びタルクを主原料としたインターカレーション法でつくられる上記一般式（１）で示される非膨潤性層状ケイ酸塩の場合は２：１型の層状構造をとり、その層間に陽イオン（例えばカリウム）がインターカレートしている。
【００２４】
このような薄片或は鱗片状の非膨潤性層状粘土鉱物、好ましくは雲母及びタルクを主原料としたインターカレーション法でつくられる上記一般式（１）で示される非膨潤性層状ケイ酸塩は、熱による膨張収縮性が小さい。
また水を取り込まない性質があるため、これを混ぜて相対的な水分量を減らしても一定のスラリー状態を維持できる特徴がある。この結果として、これらの非膨潤性層状粘土鉱物を混合したキャスタブル材は内部の空隙を減らすことができる。
【００２５】
また、形状が薄片或は鱗片状であるため、各々の粒子が一定の配向性をもって固化すると判断できる。
これらの相乗効果により、薄片或は鱗片状の非膨潤性層状粘土鉱物を混合すると、耐酸性（内部への酸の非浸透性）と急激な温度差に対する耐スポーリング性が大幅に改善されるものと考えられる。
【００２６】
【実施例】
以下に実施例によって本発明をさらに詳しく説明するが、本発明の趣旨を逸脱しない限り、本発明は実施例に限定されるものではない。
【００２７】
（合成例１）  タルクを主原料としたインターカレーション法によるカリウムタイプの非膨潤性層状ケイ酸塩の製造
特開平２−１４９４１５号公報に記載された方法に準じて、タルク８０とケイフッ化カリウム２０の割合（重量ベース）で各々の微粉枠物を混合し、耐熱性容器に入れ、９００℃で２時間保持して合成した。
得られた加熱生成物は、元素分析より、Ｋ0.9 Ｍｇ2.7 （Ｓｉ3.9 Ｍｇ0.1 ）Ｏ10Ｆ2.0 で示されたが、これは１つ１つの単位結晶の全てがこの組成で示されるとは考え難く各種の組成のものが混じりあった平均値と考えられる。従って、この生成物は雲母とバーミキュライトのどちらの範疇に属するか、はっきりしないものであり、多分その両者の範疇に属するものが混じりあっていると判断される。
またその形状は薄片状或は鱗片状であり、平均粒径は１５μｍ、陽イオン交換容量は０．０ミリ当量／１００ｇ（ショーレンベルガー法で測定）であった。
【００２８】
（実施例１〜５）
表１に示した配合組成のものを混練し、下記の２種類の方法で耐酸性及び破壊強度テスト用サンプル、および耐スポーリング性テスト用サンプルを作成し、硫酸の浸透性、破壊強度、耐スポーリング性などを下記の試験法によりテストし、その結果を表２にまとめて示した。
【００２９】
（Ａ）耐酸性（硫酸の浸透性）及び破壊強度テスト用サンプルの作成とテスト方法
内部に網入りの円筒容器（直径１５ｍｍ、高さ５０ｍｍ）に、各種配合組成の混練物を入れ、室温で１日間放置し、次に６０℃で１日乾燥後、容器から取出し、１０５℃で２４時間乾燥してテスト用サンプルを作成した。
【００３０】
（Ａ）−１  耐酸テスト
サンプルを１２０℃の濃硫酸中に１週間浸漬し、サンプルの表面から硫酸が浸透した最大深さ（浸透度、ｍｍ）を測定した。
【００３１】
（Ａ）−２  破壊強度テスト
サンプルをハンマーで叩き、定性的に破壊強度を下記の３段階で測定した。
（評価：最強…◎、強…○、弱…×）
【００３２】
（Ｂ）耐スポーリング性テスト用サンプル作成とテスト方法
鉄板（縦×横×長さ＝２０ｍｍ×２ｍｍ×１５０ｍｍ）に各種配合組成の混練物を厚さ１０ｍｍ程度になるようにライニングし、室温で１日間放置し、次に６０℃で１日間乾燥、容器から取出し、１０５℃で２４時間乾燥してテスト用サンプルを作成した。
そのサンプルを加熱炉に入れ１時間で室温から６００℃まで昇温し、６００℃で１０時間保持した後、加熱炉より取出して室温まで冷却し、この操作を６回繰り返した後、ひび割れの程度を調べた（評価：ひび割れ有・無の２段階で評価した）。
【００３３】
（比較例１〜５）
実施例１〜５と同様にして、表１に示した配合組成のものからテスト用サンプルを作成し、硫酸の浸透性、破壊強度、耐スポーリング性などをテストし、その結果を表２に合わせて示した。
【００３４】
【表１】
0003748456.tif 000003
【００３５】
【表２】
0003748456.tif 000004
【００３６】
表２より、本発明のキャスタブル材は、耐酸性（非浸透性）と耐熱性（高温に対する耐熱性と、急激な温度差に対する耐スポーリング性の両方の意）の両方が十分に満足されるものであることが判る。それに対して比較例１〜５のキャスタブル材は、耐酸性と耐熱性の両方が満足されない。
【００３７】
【発明の効果】
従来使用されていた耐酸耐熱性のキャスタブル材は耐酸性と耐熱性の両方が十分に満足されるものではなかったが、本発明のキャスタブル材は、施工性に優れると共に、従来特に問題となっていた耐酸性（内部への酸の非浸透性）と急激な温度差に対する耐スポーリング性の両方の特性が大幅に改善されたので、今後耐酸耐熱性のキャスタブル材として有効に活用できる。
また、本発明の耐酸耐熱性のキャスタブル材は耐酸耐熱性のライニング材としても同様に有効に活用できるものである。