平成3年度 研究報告 大分県工業試験場［車重車重］

1 金属セラミックス複合材料製造技術の開発研究（1）人工大理石の製造研究
化学部 戸 高 章 元

消石灰は、水分の存在のもとで炭酸ガスと反応し1 まえがき炭酸カルシウムを生成する。そこで石灰焼成時の廃大分県の石灰石の産出量は年間3．100方トン（平成2年度）である。これは全国生産量の約17％に当たガスを用いて炭酸化反応を行うことにより、人工大り全国一の生産量である。

理石の製造が考えられる。石灰企業がこれを行うこ用途は主としてセメント・鉄鋼◎コンクリート用とによってクローズドシステムがとれる。すなわち、骨材等に多量に使用されており付加価値が低い。こ廃ガスの有効利用ができるばかりか、消費が伸び悩の貴重な資源を有効に利用するためには、高付加価んでいる消石灰の需要拡大にもなる。

値製品の開発が必要である。
2 人工大理石の製造方法

また、石灰石を焼成して消石灰を製造する場合、消石灰と未利用粉体及び無桟質着色剤を混合し、多量の炭酸ガスを廃ガスとして大気中に放出する。
これを有効に利用することにより、地球の温暖化防少量の水を加え更に混合する。これを金型に詰め加止にも役立つ。

飾用の無桟質着色剤を添加し加圧成型する。成型物を脱型し密閉した反応槽に入れ、炭鞍ガスを導入し「￣￣￣l「脱炭酸化CaCO。

′CaO＋CO2 …
王（焼成）：▲￣▼￣￣￣￣▲ ￣￣￣▲l￣▼￣Jr▲▲▲￣−▲【l昏▲−■■■￣l￣￣−▼￣￣l￣￣￣￣「Ca（0壬i）2取り出し、研磨してシリコンオイルを含浸させる。
強度測定用試料は12×2×2cmの成型体で行い着色剤は加えず炭酸化を行って、1050Cで十分に乾燥させて強度を測定した。

l消化・・叫炭酸化反応を行わせる。→定時間経過後に成型物を1C。0＋H20官←▲【…＿＿＿」卓Ca（OH）2十CO23 実験方法炭酸化

3−1 原料：消石灰◎炭酸ガス（工業用100％）点 さ＿＿，．．．．−，．．．．＿．▼＿＿，＿＿‖、＿＿＿＿‥＿−．．＿」

蛇紋岩。石灰石。珪石◎かんらん岩島エメリー（鋼無桟質着色剤
消石灰

炭酸ガス

混合−−−軋争混合−−タ成

炭酸化【−−Ⅶか

未利用粉体
シリコンオイル←研磨
含浸

図1人工大理石の製造工程

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玉）等の粉砕物（いずれも侶3mm以下）

これによると、圧縮強度は350kgL／／′／cm2程度が最も強度が高くなっていることがわかる。消石灰配合量●は50％添加したもシ〕が全体に強度が高く出ている。

33 試料作成ノ弔金型 2×12c汀1

3−4 消石灰粉末に前記の蛇紋岩。石灰石等の粉

滑石炊配合率30％では、強度が低くなっているが末を各割合毎に混合し、水分を4〜10％（外剤）加この原因としで○接着材として狂）消石灰量が少なくえてよく混合して金型に詰め川0〜1000kgf′／／cm2で巨分な強度が得られない。②添加水分が多すぎて反プレス成型した。成型物を金型より取り出し、重量応が進行しにくい。③反応時間が短かい等の要医が測定後ただちに、炭酸ガスを通した反応槽に入れ6考えられる。

4 2 図3は成型圧力200kgト／c汀12で反応時間毎〜2那毒閏反応きせて、乾燥し実験用試料とした。

紆強度と炭廣化宰を調べたものである。この結果、

J‡S R5201（セメントの物理試験）の方法

反応時間が長くなる程反応が進行し、山雄宿強度も直により圧縮強度を測定した。
反応率、即ち炭殴化率の測定は反応前の消石灰量線的に伸びている。N一方、反応時間は初期においてをあらかじめ測定しておき、反応によって増加した炭酸化が急速に行なわれ、反応時間が12時間以上に重量から計算した。

なると進行が遅くなっている。

ニのことは反応が試料表面と消石灰粒子表面から進行し、長時間反応を炭酸化反止Hこよる重量増加
炭較化率（％）

0．351×採取石灰量（g）（g）×100

進めても炭酸ガスが試料内部や消石灰粒子の内部へ浸入が困難になってくるものと考えられる。

＼ナ 、丁 7￣ しし＿＋㌧」＿（し−0．351ニ

Ca〔二03 Ca（0‡り2 26「Ca（0互いヮ石灰石粉取合率 7〔）％O

5ハリハリ43示したものである。

︹‖U

場合の消石灰配合率と圧縮強度仙成型圧力の関係を

堪悪貨出

石灰石粉50、消石灰30二石灰石70の割合で配合した

ハhU

4−1 図2は消石灰30：ホ灰石粉70、消石灰50：︻′︵N巳U＼一題︶

4 実験及び考察

OOOO▼＿＿＿」＿＿＿＿＿＿＿＿」nU

6

ハり

図3 反応時間と圧縮強度十炭酸化率の関係

nU
O nU
り

4に示す。圧縮強度は添加水分6〜8％が最もよく、

0 nU nu

炭酸化率は添加水分が多くなる程小さくなっていnU nり︵N宅＼叫毎ご 脚︑悪霊出

4−3 添加水分と圧縮強度 炭酸化率の関係を図るし、ハリニの原因として、水分が多くなると試料中の空隙nUが水分によって満され、炭酸ガスの浸人が国難になO ︵＞0ってくるものと考えられる。

7

従って添加水分と成型圧力とは密接な関係がある

65100200300400

4

成型圧力（短f／cm2）32

図2 消石灰酸合率と圧縮強さ一成型圧力の関係
2 一と考えられる。
申申4−′1反応時間24時間、添加水分7％、消石灰配合率50％の条件で各種粉体と成型圧力強度の関係を図5に示す。園2で示したように成型圧力5（槻曙f∠ノ▲士r）′イ

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50080nU

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8︵琶＼叫題︶︵04︵篭＼−題︶

OnU nU6nU

堪懇望出ハ‖U

3ハリ軸悪産出4ハリ8107・かんらん岩

8．ェメリ1‖．

臣コ成型圧力 500kgf／m2

圧力は、500kgf／cm2と川00kg／cm2で比較した。

罠成型圧力1000kgf／cm2

この結果、成型圧力500kgf／cm2の方がいずれも強度が高くなっている。この原因として、①あまり高5・0石灰石／cm2では圧縮強度が下る傾向がみられたので、成型

蛇紋岩（モース硬度）（4

図4 添加水分と圧縮強度一炭酸化率の関係

56

添加水分（％）5浩珪石

4

図5 各種粉体と成型圧力ー圧縮強度の関係

圧で成型すると成型体が緻密になり、炭酸ガスの内部への進入が困難となり、反応の進行が遅くなる。
②成型体が緻密になると、消石灰から炭酸カルシウ

これを研磨しシリコンオイノレを含浸させたところ大理石模様と光沢を有する人工大理石が得られた。

ムに変化する場合に体積が膨張するので亀裂や内部歪を生じ、強度が低下することが考えられる。
試験片の破断面にフェノールフタレイン溶液で着色すると試料の外部は着色せず、内部が赤色に着色するのが観察された。このことは試料内部まで反応

6 結果（1）消石灰と未利用粉体の割合は1：1の配合で最も強度がでる。
（2）成型圧力を高くすると強度も高くなるが、あが進行してないことを示し、反応時間が2舶寺間ではまり高圧で成型すると逆に強度は低下の傾向を示

充分に炭酸化反応が行えないことがわかる。

す。

したがって各種粉体による強度の比較は充分な結果が得られなかった。

（3）添加水分が多くなると、炭酸ガスが内部へ入りにくくなり、反応が進行せず強度が出ない。
拍）試作した硬化体を研磨することにより光沢が5 Åエ大草竪石の試作

以上の実験結果から、消石灰配合率50％で成型圧力3㈹i暗君／cm2、添加水分7％、反応時間は2購寺間程得られる。
（5）金属酸化物の添加により種々の色着が可能である。

度が最もよい製造条件と考えられるので、この条件（6）製造の最適条件は、消石灰と未利用粉体とので着色剤を加え加飾し、10×10×1cm2のタイル状の比率がi：1で、成型圧力は約300短f／ノcmz、添加水

人ユニ大理石を試作した。

分7％程度で反応時間は長い程強度がでる。

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