石材研磨粉の性状調査
均＊

小島
１．目
的管理型廃棄処理が必要な石材研磨粉については，処理場の確保が困難となりつつあり，その対策が強く求められている。しかし，加工する石材が地元産材だけでなく多種の輸入材にわたり，石材研磨粉を原料として利用する場合，その性状の変動が問題となる。１）
石材研磨粉利用方法の一つとしてセメントモルタルやコンクリートの混和材および増量材としての利用法がある２）が，実用化していないのが現状である。そこで，これまでの研究を基に実用化を進めるため，セメントモルタル等への利用方法について茨城大学工学部都市システム工学科沼尾助教授と共同で研究３）を実施した。
この研究の基礎資料とするため，コンクリ−トの性質に影響を及ぼす因子である石材研磨粉の粒度分布，元素組成及び鉱物組成について調査を実施した結果を報告する。
２．試料と方法
2.1 調査試料
調査対象試料は，稲田・羽黒石材スラッジ処理協同組合処理場で処理した脱水ケ−キとし，脱水後速やかに約2.0kgを採取し，試料とした。
調査期間は，平成12年２月〜12月の約10ヶ月とし，概ね４回／月の頻度で試料を採取した。
調査項目は，脱水ケ−キの含水率，乾燥ケ−キ（石材研磨粉）の粒度分布，元素組成及び鉱物組成である。 各項目の測定は次項に示す方法で行った。
2.2 試験方法
2.2.1 含水率
採取試料全量をあらかじめ重量を測定しておいたホ−ロ−製平皿に広げその重量を速やかに測定した後，105℃に保った恒温乾燥機中で24時間乾燥した。乾燥後
デシケ−タ中で放冷し，乾燥後重量を測定し含水率を算出した。なお，含水率は試料：s/8〜s/29について測定した。

2.2.3 元素組成：蛍光Ｘ線分析
元素組成は，粒度分布と同様に乾燥後の試料を縮分後，下記に述べる方法により測定用試料を調整し，蛍光Ｘ線分析装置（島津製作所製）により分析した。
試料は，縮分後105℃で24時間乾燥した試料を1025℃でか焼し，か焼前後の重量から灼熱減量（Ig.loss）を算出した。か焼試料約0.5ｇ及び融剤として蛍光Ｘ線分析用四ホウ酸リチウム（和光純薬製）約5.0ｇを混合し，白金製ビ−ド皿上で1080℃に加熱し均一溶融した後，平板状なるように冷却して蛍光Ｘ線分析試料とした。なお，か焼試料と融剤の重量は0.1ｍｇまで精秤し，測定値を補正した。
2.2.4 鉱物組成：Ｘ線回折
鉱物組成は，粒度分布と同様に乾燥後の試料を縮分しＸ線回折測定用試料皿に充填し測定用試料とし，Ｘ線回折装置（リガク製）を用い測定を行った。
測定デ−タは，装置付属の解析ソフトを用いて解析し，主要鉱物について同定と簡易定量を行った。

３．結果
3.1 含水率
脱水ケ−キの含水率測定結果を図１に示す。石材研磨
粉脱水ケ−キの含水率は，平均値36.2％，標準偏差1.9％であり，これらの値及び図１に示すようにその変動は小さいと思われる。

s / 28s / 26s / 24s / 22s / 20s / 18s / 16s / 14s / 12s / 10s /8

30 %2.2.2 粒度分布
粒度分布の測定は，レ−ザ−回折式粒度分布測定装置（島津製作所製：ＳＬＯＤ）を使用し下記に述べる前処理を行い，１〜150μｍの範囲で測定を行った。
含水率測定後の乾燥試料を縮分器及び円錐四分法により約１ｇに縮分した。縮分試料を50mlのガラス製ビ−カ−に入れ，解膠剤として約40mlのピロリン酸ナトリウム溶液（0.2wt/vol%）を加え，マグネッティックスタ−ラ−を用い粒子が均等に流動するように回転数を調整し約15分間撹拌して試料の解膠を行った。
解膠した試料溶液をこまごめピペットを用い，解膠剤（0.2Wt/vol%ピロリン酸ナトリウム溶液）を循環させた粒度分布測定装置のフロ−セルに所定濃度になるように加え，粒度分布測定を行った。
＊

窯業指導所

3 2%34%

36%

3 8%

40%

含水率（％）

図１ 石材研磨粉脱水ケ－キの含水率3.2 粒度分布
石材研磨粉の粒度分布の例を図２ａ及び図２ｂに，平均粒径の分布を図３に示す。
石材研磨粉は概ね０〜50μｍの粒子で構成され，その平均粒径は約６〜９μｍと微細な粒子で構成されている。
また，平均粒径の平均値は7.34μｍ，標準偏差0.71μｍであり，図２に示すように試料間の粒度分布の変動は小さいと思われる。

累積粒度分布（％）

251002080

156010405200

累積粒度分布（％）

粒度分布（％）

粒度分布（％）

表１ 石材研磨粉の元素組成
元
素s/7s/30
平均Ig.loss
0.78
0.87
0.98
SiO2
72.30 72.82
70.72
Al2O3
13.92 13.28
14.04
Fe2O3
2.36
2.05
2.75
CaO+MgO
3.24
4.124.37K2O+Na2O
7.10
6.62
6.73

0020406080

SiO2100Al2O3CaO+MgO（％）
標準偏差0.44
1.390.35
0.390.840.34

K2O+Na2O粒度（μｍ）
s /29

図２a 石材研磨粉の粒度分布： s/ 7s /27s /25

累積粒度分布（％）

s /23

100s /21

2080s /19

1560

104052000020406080

試料№25

累積粒度分布
（％）

粒度分布（％）

粒度分布（％）

s /17s /15s /13s /11

100

粒度（μｍ）

s /9

図２b石材研磨粉の粒度分布： s/3 0s /7s /5s /3s /150

平均粒径（μｍ）

96065707580859095100

組成割合（ ％）

図４ 石材研磨粉の主要元素組成

8760%

5520%

40%

60%80%

図３ 石材研磨粉の平均粒径3.3 元素組成
表１に石材研磨粉の元素組成平均値，標準偏差及び分析値例を，元素組成を珪酸分（ＳｉＯ２），アルミナ分（Ａｌ２Ｏ３），アルカリ土類成分（ＣａＯ＋ＭｇＯ）及びアルカリ成分（Ｋ２Ｏ＋Ｎａ２Ｏ）に分けて図４に示す。

石材研磨粉の主成分は珪酸分（SiO2=約70％）及びアルミナ分（Al2O3＝約14％）であり，副成分としてアルカリ土類成分（CaO+MgO＝4.4％），アルカリ成分（Na2O+K2O＝6.7％，鉄分（Fe2O3＝約2.8％）であった。これらほかにチタン化合物（TiO2），マンガン化合物及び燐化合物を少量含有していた。
標準偏差の値から主成分元素である珪酸分及びアルミナ分の変動は小さいが，副成分元素の変動はやや大きい傾向が見られた。
3.4 鉱物組成
図５及び表２に石材研磨粉の主要鉱物組成（概要）を示す。

石英

長石類

雲母類6.7％ ） ， 鉄 分 （ Fe 2 O 3 ＝ 約 2.8％ ） で あった。主成分元素の珪酸分及びアルミナ分の変動は小さいが，副成分元素の変動はやや大きかった。
4)鉱物組成 主 要 鉱 物 は 石 英 及 び 長 石 類 で あ り ， 副成 分 と し て 雲 母 類（ 黒 雲 母 ，白 雲 母 ），マグネタイトなどの鉄化合物，輝石，カンラン石類を同定した。
主 成 分 の 石 英 は 約 57％ ， 長 石 類 は 約 38％含有され，その変動は小さいが，副成分鉱物の変動は大きかった。

その他

s /29s /27s /25s /23s /21s /19s /17

コンクリ−ト混和剤などに利用するためには，石材研磨粉の成分（元素組成及び鉱物組成）及び粒度分布の変動ができるだけ小さい必要がある。
今回の調査対象とした稲田・羽黒石材スラッジ処理協
同組合処理場の石材研磨粉は，粒度分布変動が小さく，元素組成は主成分である珪酸分，アルミナ分の変動は小さく，また鉱物組成においても主成分である石英及び長石類の変動は小さく利用に際し，粒度や成分変動の問題は少ないと考えられる。

s /15s /13s /11s /9s /7s /5s /3s /1
40%

50%

60%

70%

80%

90%100%鉱物 組成 （ ｗ ｔ ％ ）

図５ 石材研磨粉のＸ線回折による鉱物組成

表２ 石材研磨粉鉱物組成
鉱物種類
s/7s/30
石 英
5664
長石類
4235
雲母類
22その他
00

平均57.438.0
2.8
1.8（％）
標準偏差6.4
7.0
1.52.3

石材研磨粉を構成する主要鉱物は石英及び長石類（曹長石類，灰長石類，カリ長石類）であり，副成分として雲母類（黒雲母，白雲母），マグネタイトなどの鉄化合物，輝石，カンラン石類を同定した。なお，凝集剤として使用しているポリ塩化アルミニウム（ＰＡＣ）由来の水酸化アルミニウムは同定できなかった。
石英は約57％，長石類は約38％含有され，その変動は小さいが，副成分の雲母類，その他の鉄化合物，輝石，カンラン石類の変動は大きかった。

４．まとめ
石材研磨粉の性状を下記にまとめて示す。
1)含 水 率 平均値で約36％で，その変動は小さい。
2)粒度 平均粒径は約６〜９μｍであり，平均値は7.3μｍ，標準偏差0.7μｍであり変動は小さい。
3)元素組成 主 成 分 元 素 は ， 珪 酸 分 （ SiO2=約 70％ ）及 び ア ル ミ ナ 分 （ Al 2 O 3 ＝ 約 14％ ） ， 副成 分 と し て ア ル カ リ 土 類 成 分（ CaO+MgO＝ 4.4％ ） ， ア ル カ リ 成 分 （ Na 2 O+K 2 O＝

参考文献
1) 茨城県工業技術センタ−研究報告
2) H9活路開拓ビジョン調査事業報告書
3) H12共同研究報告書「石材研磨粉のコンクリ−トへの利用に関する研究」，2001.03