(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭酸ソーダ粉末と珪砂との混合物を溶融炉に供給して溶融することにより珪酸ソーダカレットを製造する方法において、上記炭酸ソーダと苛性ソーダ水溶液とを混合してスラリーを調製し、該スラリーを流動層乾燥機において流動化している珪砂に噴霧して乾燥することにより得られる、該炭酸ソーダ粉末を苛性ソーダをバインダーとして珪砂に付着させた複合体の状態で、炭酸ソーダ粉末と珪砂とを溶融炉に供給することを特徴とする珪酸ソーダカレットの製造方法。
【請求項２】
流動乾燥機にて、炭酸ソーダと苛性ソーダ水溶液とを混合したスラリーを、流動層乾燥機において流動化している珪砂に噴霧して乾燥後、直ちに溶融炉に供給する請求項１記載の珪酸ソーダカレットの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、珪酸ソーダカレットの新規な製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、珪酸ソーダカレット（Ｎａ2Ｏ ｎＳｉＯ2；ｎは一般に２．０〜３．４）の製造方法としては、ソーダ灰法と苛性法がある。
【０００３】
ソーダ灰法は、炭酸ソーダ粉末（Ｎａ2ＣＯ3）と珪砂（ＳｉＯ2）を乾式の混合機において混合して得られる混合物を溶融炉に供給し、該溶融炉で溶融して珪酸ソーダカレットを製造する方法である。
【０００４】
また、苛性法は、苛性ソーダ水溶液（ＮａＯＨ ｌｉｑ）を珪砂と混合し、乾燥機にて乾燥した混合物を溶融炉に供給し、該溶融炉で溶融して珪酸ソーダカレットを製造する方法である。
【０００５】
上記方法のうち、ソーダ灰法は、製造工程及び製造設備が簡易であることで有利である。この場合、上記ソーダ灰法における原料となる炭酸ソーダ粉末としては、嵩比重が１．０〜１．４ｇ／ｃｃの重質炭酸ソーダ粉末と、嵩比重が０．５〜１．０ｇ／ｃｃの軽質炭酸ソーダ粉末があり、従来の製造工程においては、取扱性等の面より重質炭酸ソーダ粉末が一般に使用されていた。
【０００６】
ところが、重質炭酸ソーダ粉末は軽質炭酸ソーダ粉末を原料として製造されており、該重質炭酸ソーダの製造工程を含めた珪酸ソーダカレットの製造工程の簡略化やコストの削減を図るために、原料として軽質炭酸ソーダ粉末を使用する方法を模索していた。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のソーダ灰法においては、原料の炭酸ソーダ粉末、特に軽質炭酸ソーダ粉末を用いた場合、該炭酸ソーダ粉末と珪砂との混合時及び輸送時に該炭酸ソーダ粉末に起因して多量の粉塵が発生するという問題が生ずる。
【０００８】
また、該溶融炉に供給した時に燃焼バーナーの風力により該炭酸ソーダ粉末が該溶融炉内で飛散して、熱交換器、蓄熱室等へ付着してこれらの装置の性能を低下させたり、得られる珪酸ソーダカレットのモル比（前記化学式中のｎ）に影響を及ぼすというような問題がある。
【０００９】
更に、本発明者らの実験によれば、従来の炭酸ソーダ粉末と珪砂を乾式混合した状態で溶融炉に供給した場合、該溶融炉内で偏析が起こりやすく、その結果、珪砂へのアルカリの拡散距離が長くなり、その分相当長い反応時間を必要とするという問題があることが判明した。
【００１０】
【問題を解決するための手段】
本発明者等は、ソーダ灰法による珪酸ソーダカレットの製造方法について鋭意研究を重ねた。その結果、特定の方法により苛性ソーダをバインダーとして該炭酸ソーダ粉末を珪砂に付着させた複合体とした状態で溶融炉に供給することにより、炭酸ソーダ粉末の粉塵の発生及び溶融炉内での飛散を防止でき、また、偏析を抑制して反応速度を速くすることができるなど、該炭酸ソーダ粉末を用いた珪酸ソーダカレットの製造方法における問題点を尽く解決し得ることを見出し、本発明を完成するに至った。
【００１１】
即ち、本発明は、炭酸ソーダ粉末と珪砂との混合物を溶融炉に供給して溶融することにより珪酸ソーダカレットを製造する方法において、上記炭酸ソーダと苛性ソーダ水溶液とを混合してスラリーを調製し、該スラリーを流動層乾燥機において流動化している珪砂に噴霧して乾燥することにより得られる、該炭酸ソーダ粉末を苛性ソーダをバインダーとして珪砂に付着させた複合体の状態で、炭酸ソーダ粉末と珪砂とを溶融炉に供給することを特徴とする珪酸ソーダカレットの製造方法である。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を詳細に説明する。
【００１３】
本発明の製造方法において、原料として用いる炭酸ソーダ粉末は、特に制限されず、公知の方法により得られたものが使用される。一般には、嵩比重が０．５〜１．４ｇ／ｃｃ、平均粒径が５０〜５００μｍのものが使用され、特に、本発明においては、嵩比重が０．５〜１．０ｇ／ｃｃの軽質炭酸ソーダ粉末を使用する場合に、後記するように、その取り扱い時の飛散や、溶融炉における偏析の防止に効果が顕著であり、好適に使用される。
【００１４】
また、上記の軽質炭酸ソーダ粉末を使用するメリットとしては、平均粒径が珪砂に比べて小さいために、後記のように、珪砂に苛性ソーダをバインダーとして炭酸ソーダ粉末を付着させて複合体としたときに、珪砂をより緻密に包み込む状態になるため、反応性が向上する点が挙げられる。
【００１５】
また、本発明において、珪砂も公知のものが特に制限なく使用される。一般には、嵩比重が１．２〜１．４ｇ／ｃｃ、平均粒径が１５０〜４２０μｍのものが使用されるが、炭酸ソーダ粉末との混合性を考慮した場合、特に、平均粒径が１５０〜３００μｍのものが好適に使用される。
【００１６】
本発明において、上記炭酸ソーダ粉末と珪砂は、苛性ソーダをバインダーとして該炭酸ソーダ粉末を珪砂に付着させた複合体の状態で溶融炉に供給することが極めて重要である。
【００１７】
即ち、炭酸ソーダ粉末を珪砂に付着させることにより、該炭酸ソーダ粉末の飛散を効果的に防止することができ、取り扱い時は勿論、溶融炉に供給後においても、珪砂と炭酸ソーダ粉末とが分離することがなく、比重差による炉内での偏析を実質的に無くすることができ、極めて安定した品質の珪酸ソーダカレットを得ることができる。
【００１８】
また、上記珪砂に炭酸ソーダ粉末との複合体のバインダーとして苛性ソーダを使用することにより珪砂と炭酸ソーダ粉末との溶融反応時間を短縮でき、また、溶融反応温度を下げることができ、極めて効率よく珪酸ソーダカレットを製造することができる。かかる作用機構は明らかではないが、該苛性ソーダが珪砂と炭酸ソーダ粉末との接触媒体として作用してアルカリ拡散を助長し、溶融反応を促進するものと推定される。
【００１９】
また、苛性ソーダを複合体のバインダーとして使用することにより、該複合体の強度も強く、取り扱い時に分離し難いという効果も発揮する。
【００２０】
これに対して、従来、粉末原料を使用したほう酸ガラスを製造する際、原料のホウ酸粉末の飛散を防止するために、特開昭４７−２３４０４号の明細書に、該ホウ酸粉末に水もしくは水と多価アルコールを加えて造粒後、乾燥して造粒物とし、溶融炉に供給するという方法が提案されている。
【００２１】
しかしながら、ここで加えている水もしくは水と多価アルコールは、造粒のためのみに使用されているものであって、上記した苛性ソーダによる反応性の向上効果は期待されない。また、本発明の複合体の製造方法は、後記するように、苛性ソーダ溶液に炭酸ソーダ粉末を添加してスラリーとしたものを珪砂に付着させて乾燥することによって得られるが、かかる製造において、乾燥は苛性ソーダを溶解した水のみを蒸発させれば良い。これに対して、上記ホウ酸粉末を造粒するために使用した水は、その全量を乾燥によって除去する必要があり、多大のエネルギーが必要となり、製造エネルギーが増大する。
【００２２】
本発明において、珪砂に炭酸ソーダ粉末を苛性ソーダをバインダーとして付着させた複合体の形態は、苛性ソーダによって炭酸ソーダ粉末が珪砂に固定されている形態であれば特に制限されない。一般には、図２に模式的に示すように、珪砂２２の表面を苛性ソーダの固体層２３が覆い、該苛性ソーダの固体層によって炭酸ソーダ粉末２１が固定された態様が一般的である。勿論、苛性ソーダの固体層は、製造上、炭酸ソーダ粉末の表面に存在する場合もあり得る。
【００２３】
上記複合体の構造は、従来の乾式混合によって得られた混合物について、珪砂と炭酸ソーダ粉末とが点接触しているのに対して、苛性ソーダ２３がバインダーとなり炭酸ソーダ粉末２１が珪砂２２を包み込む形状なので、面接触となり接触面積が広くなっている。
【００２４】
複合体の粒径は製造条件、特に乾燥条件によって異なるが、一般に、２００〜８００μｍが好適である。
【００２５】
上記複合体において、炭酸ソーダ粉末、珪砂及び苛性ソーダの割合は、目的とする珪酸ソーダカレットのＳｉＯ2／Ｎａ2Ｏのモル比、或いは該複合体の目的とする強度によって異なり、一概に限定できないが、一般に、珪砂１００重量部に対して、炭酸ソーダ粉末と苛性ソーダの合計量がＮａ2Ｏに換算して５１．７〜３０．４重量部となるように決定するのが一般的である。また、この場合、炭酸ソーダ粉末と苛性ソーダ水溶液との割合は、苛性ソーダ水溶液（４８ｗｔ％）１００重量部に対して、炭酸ソーダ粉末が７．１〜４２．４重量部となるように決定することが好ましい。
【００２６】
本発明において、複合体の製造方法は特に制限されないが、好適な方法を例示すれば、図１に示された方法が挙げられる。
【００２７】
即ち、図１は本発明を実施するための工程を示す概略図であり、複合体の製造は、上記図１において、苛性ソーダ水溶液タンク１から苛性ソーダ水溶液と、炭酸ソーダタンク２から炭酸ソーダ粉末とを、それぞれ連続的にスラリー槽４に供給し、該スラリー槽において４０〜６０℃で両者を撹拌・混合してスラリーを調製する。
【００２８】
複合化は、粒子状で乾燥物が得られる方法であり、本発明では流動層乾燥機５において、珪砂タンク３から供給され流動化している珪砂に該スラリーを噴霧し、２００〜３００℃で乾燥させると、スラリー中の水分が蒸発して、図２に示すような固体化した苛性ソーダ２３をバインダーとして炭酸ソーダ粉末２２を珪砂２１に付着させた複合体が得られる。なお、乾燥エアとして流動層乾燥機用熱風炉６の熱風炉出口ガス７を利用するのが一般的ではあるが、省エネルギーを考慮した場合、溶融炉８の溶融炉排ガス１２の熱エネルギーを熱回収装置９で熱交換した流動層乾燥機用温風１０を利用することが好ましい。
【００２９】
苛性ソーダ水溶液と炭酸ソーダ粉末の割合は、複合体におけるそれぞれの割合が前記割合となる範囲で、且つスラリー化が可能な範囲内で任意に決定すればよい。
【００３０】
スラリー中の水分量が増加すると、その水分を蒸発させるためのエネルギーが増加してしまう。またスラリー中の水分が低下すると、スラリー化した時の粘度が上昇し、後工程への移液や珪砂への均一な噴霧が困難になるため、通常スラリー中の水分は４８．６〜３６．５％の範囲が取扱い上好ましい。
【００３１】
炭酸ソーダ粉末と苛性ソーダ水溶液及び珪砂との混合割合は、通常は珪酸ソーダカレットのモル比（化学式中のｎ）により決定される。一般には珪砂１００重量部に対し、炭酸ソーダ粉末と苛性ソーダ水溶液の合計量がＮａ2Ｏ換算して５１．７〜３０．４重量部の割合となるように調製され、この場合モル比は２．０〜３．４の範囲で変化する。また、炭酸ソーダ粉末と苛性ソーダ水溶液との割合は適宜決定すれば良いが、一般には苛性ソーダ１００重量部に対し７．１〜４２．４重量部となるように調製する。
【００３２】
また、上記苛性ソーダ水溶液の濃度は特に制限されないが、できるだけ高濃度のものを使用することが、複合体の製造において、蒸発させる水の量を減少せしめ、経済的に本発明を実施するために好ましい。従って、通常、３２〜４８重量％の濃度の苛性ソーダ溶液が好適に使用される。
【００３３】
本発明において、複合体の溶融は、公知のガラス溶融炉を使用して行うことができる。
【００３４】
代表的な溶融炉を例示すれば、タンク窯、ルツボ窯等が挙げられ、特に、排ガスの熱回収設備を付設した溶融炉については、溶融炉内での炭酸ソーダ粉末の飛散がより減少するため有効である。
【００３５】
複合体の溶融温度は、特に制限されないが、本発明によれば、１２００〜１４００℃であり、溶融時間は９〜１２時間が好適である。
【００３６】
また、本発明の複合体を使用する溶融操作は、溶融炉の温度分布に温度勾配をつけた溶融炉において有効である。即ち、従来の方法では珪砂と炭酸ソーダ粉末を乾式混合しているため、溶融炉に供給したときに偏析を起こしやすいため、かかる温度調節が困難であったが、複合体を使用した本発明の方法にあっては、珪砂を苛性ソーダをバインダーとして炭酸ソーダ粉末が包み込む状態になるため、乾燥された直後から反応が開始しており、溶融炉に供給したときに珪砂と炭酸ソーダ粉末が分離することなく、溶融炉内での偏析が抑制され、その結果、極めて精度良く温度制御を行うことができる。
【００３７】
また、従来の方法では珪砂と炭酸ソーダ粉末を乾式混合して溶融炉に供給するため、供給温度は５０〜８０℃と低いため、溶融炉の原料投入口部の温度が低下するという減少を招く。これに対して、本発明の方法においては、前記複合体の製造における乾燥後、該複合体の温度が実質的に低下しない時期に複合体を溶融炉に供給することにより、溶融炉の原料投入口部の温度低下を抑制することができるというメリットを有する。これにより、溶融反応時間の縮減、溶融炉の燃料使用量の削減を図ることができる。かかる投入温度は、乾燥後直ちに複合体を溶融炉に供給することにより、投入温度が従来技術に比べて１００〜２００℃高くすることが可能である。
【００３８】
溶融反応によって得られた珪酸ソーダカレットは、公知の方法により冷却し、必要に応じて粉砕すればよい。
【００３９】
【発明の効果】
本発明によれば、苛性ソーダをバインダーとして該炭酸ソーダ粉末を珪砂に付着させた複合体として溶融炉に供給するため、溶融炉内での炭酸ソーダ粉末の飛散が防止されるのみでなく、珪砂を苛性ソーダと炭酸ソーダ粉末が包み込む状態になるため、溶融炉内での偏析が抑制され、安定して珪酸ソーダカレットを製造することができると共に、反応時間も短縮することができる。
【００４０】
【実施例】
実施例１
平均粒子径２００μｍの珪砂１００重量部に対して、苛性ソーダ水溶液（４８wt％）５２．７重量部に平均粒径１００μｍ、嵩比重が０．８ｇ／ｃｃの炭酸ソーダ粉末２２．４重量部を混合したスラリーを、流動層乾燥機５において流動化している珪砂と混合し、２５０℃で乾燥して図２に模式的に示すような、苛性ソーダをバインダーとして炭酸ソーダ粉末を珪砂に付着させた複合体を得た。
【００４１】
複合体の平均粒径は７００μｍであり、この複合体を直ちに２００℃の温度で溶融炉に供給し、１３００℃の最高温度で１０時間溶融することにより珪酸ソーダカレットを製造した。
【００４２】
その結果、溶融炉内での炭酸ソーダ粉末の飛散が防止されるため、得られた珪酸ソーダカレットのモル比の変動幅は、０．０８以内であり、運転管理上極めて有利であった。
【００４３】
また、溶融炉内での炭酸ソーダ粉末の飛散が防止されるため、４ヶ月以上熱交換器のクリーニングの必要がなくなった。
【００４４】
更に、アルカリと珪砂の反応速度が速くなり、珪酸ソーダカレットを製造するための燃料使用量は、一時間当たり１ｋｌ要した。
【００４５】
実施例２
実施例１同じ原料を使用し、珪砂１００重量部に対して、苛性ソーダ水溶液（４８wt％）７９．１重量部に炭酸ソーダ粉末５．６重量部を混合したスラリーを、流動層乾燥機５において流動化している珪砂と混合し、２５０℃で乾燥して図２に模式的に示すような、苛性ソーダをバインダーとして炭酸ソーダ粉末を珪砂に付着させた複合体を得た。
【００４６】
複合体の平均粒径は７００μｍであり、この複合体を直ちに２００℃の温度で溶融炉に供給し、実施例１と同様の条件で珪酸ソーダカレットを製造した。
【００４７】
その結果、得られた珪酸ソーダカレットのモル比の変動幅は、０．０８以内であり、運転管理上極めて有利であった。
【００４８】
また、溶融炉内での炭酸ソーダ粉末の飛散が防止されるため、４ヶ月以上熱交換器のクリーニングの必要がなくなった。
【００４９】
更に、アルカリと珪砂の反応速度が速くなり、珪酸ソーダカレットを製造するための燃料使用量は、一時間当たり１ｋｌ要した。
【００５０】
以上のように、苛性ソーダ水溶液と炭酸ソーダ粉末の混合割合を変化させた場合も、苛性ソーダをバインダーとして炭酸ソーダ粉末を珪砂に付着させた複合体が得られ、本発明が有効であることを確認した。
【００５１】
比較例１
実施例１と同じ原料を使用し、実施例１と同じ配合割合となるように、苛性ソーダを付着させた珪砂及び炭酸ソーダ粉末を乾式混合装置で混合し、これを溶融炉に供給し、実施例１と同様の条件で珪酸ソーダカレットを製造した。
【００５２】
その結果、得られた珪酸ソーダカレットのモル比の変動幅は、０．１を越え、運転管理上問題を生じた。
【００５３】
また、溶融炉内での炭酸ソーダ粉末の飛散がひどく、１ヶ月に一度熱交換器のクリーニングの必要があった。
【００５４】
更に、珪酸ソーダカレットを製造するための燃料使用量は、一時間当たり１．１ｋｌ要した。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明法による珪酸ソーダカレット製造工程を示す概略図
【図２】本発明による複合体のモデル図
【符号の説明】
１．苛性ソーダ水溶液タンク
２．炭酸ソーダタンク
３．珪砂タンク
４．スラリー槽
５．流動層乾燥機
６．流動層乾燥機用熱風炉
７．熱風炉出口ガス
８．溶融炉
９．熱回収装置
１０．流動層乾燥機用温風
１１．珪酸ソーダカレット
１２．溶融炉排ガス
２１．炭酸ソーダ粉末
２２．珪砂
２３．苛性ソーダ
【図１】
0003746111.tif 000002
【図２】
0003746111.tif 000003