平成10年庭 師究朝告 大分県産業科学技術センター

塩基性炭酸カルシウムを利用した高付加価値製品の開発
一BCC作製条件の検討¶佐藤 壱中谷口秀樹・北坂 学＊
工業化学部・＊企画デザイン部

Development of advanced materialusing Basic Calcium Carbonate
Investigation of synthesis of Basic Calcium Carbonate
AtsushiSATOIHidekiTANIGUCHl・■Manabu KFTASAKA
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要 旨

本研究では，まだ作成方法，特性が十分解明されていない塩基性炭酸カルシウムについて研究開発を行い，室内環境での有害酸性ガスの吸着機能をもった材料を開発する．塩基性炭酸カルシウム合成条件を求めた。石灰石を950℃で焼成し10分間消化した石灰乳を炭酸化した．炭酸化温度は12．5〜17．5℃の範囲で塩基性炭酸カルシウム合成ができた・しかし石灰乳を室温で長期保存し消石灰粒子が成長した物では塩基性炭酸カルシウムはできなかった．石灰乳濃度は5Wt％で最も安定的に合成ができた。

1．はじめに一方塩基性炭酸カルシウム（Basic Calcium Carbonate，漆喰等の壁材として発展してきた石灰産業は江戸期に2CaCO3・Ca（OH）211．5H20，以下BCCと言う）は石灰乳のは肥料用，明治以降には鉄鋼，セメントに利用されるよ炭酸化反応生成物として生成することが古くから，Ca

うになり平成2年には生産量100万トンを越えるピー

CO3とCa（OH）2及びH20の複塩が推測されていた。

ク時を迎えた．しかし鉄鋼，セメント産業の技術革新にBCCの合成は反応中の電気伝導率を測定し炭酸化反応よる使用量の減少，単価ダウンの現状にあり，じり貧のの進行度を測定する技術が開発された．形状は六角板形様相を呈している．

態であり，BCCからCaCO。への炭酸化における条件

一方で，石灰の本来持っている性質が，環境・リサイを変イヒさせることにより，形状制御が可能になり，Caクルあるいは住環境の変化に伴って見直され始めているCO3の形態制御する中間体の一つとして，近年注目さ．例えば，ガス吸着機能による塩素ガス等有害酸性ガスれている．しかしBCCは水の存在下や加熱によってCの吸収，調湿機能による室内の湿度調節，アルカリ性をaCO3とCa（0喜一）2に分解し結晶構造や形態が変化する

利用した酸性土壌の中和や抗菌機能，自硬性を利用した。また石灰乳のBCCの合成は炭酸化の条件によって厳バルクの作製による省エネルギー効果等がある．しかししく制限される。BCCを中間体としたCaCO。は形態ながら，石灰固有のこれらの機能の利用は，散発的に実制御が簡単で特定の形態及び大きさのCaCO。を合成で施され系統だっておらず，学問的見地からも未知な要素きる．

が多いのが現状である。

大分県では上質の石灰を大量に産出しており，県南地沈降性（合成）CaCO。は，石灰乳濃度，反応温度，方の重要な産業である．前記の閉塞感を「現状打破」す

炭酸ガス導入速度及び導入量等の反応条件を変化させる

るためには，石灰固有の機能に，新しい視点から系統だこと，あるいは無機または有機化合物を反応系にに添加った研究開発，製品 開発を実施する事が必要不可欠でする事により，CaCO3の形状及び粒子径が制御されてある．この問題を解決するため，石灰石を利用した高付いる，このため重質（天然の石灰石）CaCO。と異なり加価値製品の開発が急務である，立方状，紡錘状，や柱状の形態のCaCO。を製造する

く安定的に合成ができる条件を調べた．

ことが可能となった。

…125−．合成条件の範囲が狭平成10年度 研究報告 大分県産業科学技術センタ…

①擾搾の影響賛辞回転数500，1000，1500RP瓦i￠導入ガス量は600†1000
悩石灰ml／mln・反応開始温度15．0℃。石灰乳濃度5（翫％）炭 酸 化②反応開始温度の影響

環境適合性機能材科（教育年）

賛辞回転数1500RPM・導入ガス量は600，1000ml／mln・
灰乳濃度5（Wt％い反応開始温度は10。0，12．5，15．0，17．
5・20．0℃。

③石灰乳濃度の影響
攫枠回転数1500RPM・導入ガス量は600ml／min・反応
開始温 度15．0℃。石灰乳濃度は112，3，4，5（Wt％）
3，結果と考察環♯適合性漁能材料（数十年）

3．1 石灰乳の影響

Fig−1王∋CCと消石灰の相違点

石灰乳は水和後常温で時間が経過すると粒子径が大き2．実験方法くなる．作成直後と1週間経過後のSEM写真をFig−3。42．1 出発原料に示す．

津久見産石灰石粒径30〜20mmを用いた。電気炉
で950℃を6時間焼成し炉内で自然冷却した物を原料生石灰（CaO）とした．このCaOを60℃の温水400mlに20gを擾絆しながら投入し10分間水和させ，150メッシュのふるいをを通過したものを石灰乳とした．その一部を採取しN／5塩酸で滑走して石灰乳濃度を求めた．

2．2 炭酸化装置
反応装置はFig−2の通りである．

Fig−3 水和直後の消石灰

Fig−2 炭酸化装置概略図

炭酸化反応容器のサイズは内径750m深さ1600mm円筒容器で周囲を恒温水が循環するよう二重容器である．澄絆は回転数可変モータ直結で先端にスクリューをつけた．
ガスの導入は炭酸ガスボンベ及びエア山ポンプから各ガスフローメータで流量調整後ガス混合器で混合されガ
Flg−4 永和1週間後の消石灰ラス管で炭酸化容器最下部から導入した．

水和直後の石灰乳は5％，15℃，1500RPMでBCCは合炭酸化の様子を見るため，p‡i・導電率■反応温度をモニターした．生成物の確認は走査型電子顕微鏡（SE成できたが，1週間経過後の石灰乳ではBCCはできなM）およびⅩ線回折装置（ⅩRD）により行った．

かった．Caイオンの溶出の速度影響すると思われる。

1．3 炭酸化反応の条件

32 攫梓の影響

炭酸化条件で石灰乳量400gと導入ガス中の炭酸ガス濃500RPMではBCCはできなかった．1000，1500RPMは合成ができた．これはCa2÷イオンと炭酸ガスが激しく接度20（vol％）は一定とした．

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平成10年度 研究朝告 大分県産業科学技術センター

蝕しないとBCCは合成できないと思われる。

BCCが生成しなかった炭酸化合物の形状はFig−8の3．3 反応開始温度の影響通りであった．

15℃で合成時の導電率の変化をFlg−5・6に示す．
Fig−5はガス導入量が600ml／minで，Fig−6はガス導入量が1000ml／minの結果である．

反応開始温度と導電率の変化︵∈＼S︶掛紗曙◆10．00c−12．50〔
015．00〔
017．50〔
ロ20．00〔

0 10 20 30 40 50 60
反応時間（m…n）

Fig−8 BCCが生成しなかった炭酸化合物

Fig−5 ガス導入量が600ml／minの暗3．4 石灰乳濃度による影響
石灰乳濃度による導電率の変化はFig−9の通りであっ

反応開始温度と導電率の変化

た。
︵U1▲﹁2ヽ︑只Ul︵Jl40⊂Jlt︹U46︵∈＼S︶認酵浄■フ40︵UA﹁苫＼め︶掛邸培

2060

反応時間毎巌0

Fig−6 ガス導入量が1000ml／minの時
Flg馴5の12．5℃、15．0℃ト17．5℃は及びFlg−6102030

反応時間（min）
Fig−9 石灰乳濃度による導電率の変化の15．0℃，17．5℃でBCCの合成ができた血（Fig−

石灰乳濃度5，4％でBCCの合成ができ炭酸化率は釣7）67％であった．

FigM7 BCCのSEM

Fig−10 炭酸カルシウムと消石灰

ガス導入量が600ml／minでは12．5℃で合成ができた，

石灰乳1％で炭酸化物はⅩ繰回折（ⅩRD）ではCaCO。

炭酸化率は約67％であった．とCa（OH）2で形状はFig−10の通りであった。

BCCの合成には反応開始温度が重要な要因であり，Flg−10の炭酸化率は68％で連鎖状の凝集体をしている獲搾や導入ガス量等にも影響を受けることが分かった．

石灰乳濃度によって炭酸化物の形状は複雑に変化してい本装置での実験では15℃付近が最適であった．

ることが分かった．

−127−

40

平成10年度 研究報告 大分県産業科学技術センター

3、5 BCC熱分解

BCCをTG／DTAで分析した結果はFig−11の通りであった．
TG／DTAく●＜叩tC【…＿＿＿ ≦さて‡冠二・‥￣二三＿A．…

：し、；母／06／￠411：2i 叩n0．∞0囁 くS8叩11n8＞

8．5s00

Fig−13 BCC分解物
4緒論
BCCを合成するには石灰乳の濃度，反応開始温度，石灰乳中の消石灰の大きさ，擾絆条件等多くの要因があFig−11BCCの熱分解
BCCは結晶水の放出と同時にCa（OH）2とCaCO3に分解し，Ca（OH）2がCaOに分メ軌 CaCO3がCaOにる．

炭酸化反応中導電率をモニターする事でBCCの合成を確認する事が可能となった．
BCCはできるだけ長時間安定で分解しないような物分解する事が分かった．

4．6 水中でのBCCの分解

もしくは保存方法を検討する必要がある。

BCC合成した懸濁液を室温で50日間放置後濾過乾

5 謝辞

燥しSEMで形状観察を行った結果Fig−12，13の通りで本研究の指導していただいた，名古屋工業技術研究所紡錘形のであった．また長い紡錘状が混在した物もあっの芝崎清雄部長，（協）津久見ファインセラミックス研究たが，合成方法との関係は不明であった・

センターの杉原久夫氏に感謝します．
また本研究は地域活性化連携事業費補助金によって行われ，測定に用いたⅩ線回折装置は日本自転車振興会により平成9年度導入された。

Flg−12 BCC分解物ー128−