３.

研究報告４) 産業廃棄物を活用したリサイクル製品の開発
志波雄三

有田焼の製造工程から発生する太白屑､ ハマ､ 素焼屑を合計21wt%使用して強化磁器用陶土を開発した｡ アルミナ､ アルミナ系廃棄物などを使用し､ 様々な配合試験の結果､ 焼成素地の３点曲げ強度が200MPa以上の素地を開発できた｡ これは現行強化磁器焼成温度帯より低い温度での達成である｡ 配合比(wt%) は太白屑：１､ ハマ：15､ 素焼屑：５､ 益田長石：23､ ニュージ−ランドカオリン：７､ マレー
シアカオリン：９､ 本山蛙目粘土 (特級) ：16､ アルミナ (日本軽金属Ａ-31) ：24であった｡

１. はじめにた｡

環境問題は昨今の最大関心事であり､ 我々の日常使用する廃棄物は ｢エコポーセリン21｣ 事業が継生活や産業界にとって避けて通れない重要事項となっ続されていることもあり前年度報告と同一の窯業系ている｡ このため廃棄物の減量化推進とか循環型シ廃棄物を使用した｡ また素地を高強度化するにはアステムといった取り組みが官民ともに行われている｡

ルミナが必要である｡ 県内企業にアルミナを多量含

本県有田町は日本を代表する陶磁器産地であり､ こ有する産業廃棄物(以後アルミナ系廃棄物と表記)をの業界も製造工程等から発生する陶磁器屑やハマ等排出するところがあり､ 廃棄物使用量を増やす意味の窯業廃棄物の処分問題が表面化しつつある｡ 平成もあり使用してみることにした｡ このアルミナ系廃13年度より大有田焼振興協同組合は環境をキーワー

棄物は該当企業で10ton／月排出され､ 品質の変動ドとして有田焼業界の振興と活性化を目的とする事が少ないとされている｡

業を行ってきた｡ 当センターには技術的な支援要請があり､ 平成13年度は窯業廃棄物 (太白屑､ ハマ､

２. 実験方法

素焼屑) を21wt%使用した磁器素地の開発を行い､２. １ 使用原料窯元等と協力しリサイクル食器 ｢エコポーセリン21｣を製品化・販売することができた｡

窯業廃棄物成分は合計21wt%とし､ アルミナ系廃棄物は最大30wt%用いた｡ 他の原料は融剤成分とし

このような経緯後､ 上記組合から ｢強化磁器食器て益田長石､ 粘土成分として本山蛙目粘土 (特級)､も廃棄物を使った製品を｣ という要望があがってきニュージーランドカオリン (以後NZカオリンと略た｡ 当センターとしては前年度同様､ 素地開発を主称)､ マレーシアカオリン (以後Mカオリンと略称)､眼に技術的支援を担うことになった｡ 本報告では目

天草撰中陶土､ アルミナは日本軽金属Ａ-31 (カタ標素地の開発経過および物性などについて報告する｡

ログ中心粒径：５μm) を使用した｡

開発の最重要項目は焼成素地の３点曲げ強度であ

アルミナ系廃棄物については化学分析をICP発光る｡ 業界で主に流通している強化磁器の曲げ強度200分光分析装置 (島津製作所ICPS2000) により､ まMPa程度を目標とした｡ また現行強化磁器はSK11た結晶相をX線回折法 (理学電機 RAD-ⅡB) によ程度の焼成で高強度を発現するようになっている｡

り調べた｡

しかしながら現状業界の焼成温度帯はSK10程度であるので､ この温度帯で高強度化することを目指し
77表１配合比 (wt%)№１２３４５６７８９1011

太白屑

11101111111ハマ151515015151515151515

素焼屑

55505555555

天草陶土

000027.527.500000

益田長石

1719192514142123262932

ＮＺカオリン

1688150077777Ｍカオリン

888100079999本山蛙目粘土816162010101616161616

アルミナ

302818027.502824211815アルミナ系廃棄物

001030027.500000２. ２ 配合比およびテストピース作製方法
当所ではこれまで天草陶土をベースにした強化磁１〜６の結果をふまえて益田長石とアルミナの量を変動させたものである｡

器の研究１) を行っており､ このときのアルミナの使原料の混合はポットミルを用いて行った｡ 窯業廃用量は陶土中10〜50wt%である｡ そこで本研究では棄物および益田長石はあらかじめ20㎏ボールミルにアルミナ使用量は概ね30wt%を目安に配合することて10〜15hr微粉砕後､ 200mesh振動篩いを通過させにした｡

たものを､ 粘土類､ アルミナ系廃棄物､ アルミナお廃棄物配合割合は昨年度のエコポーセリン21では太白屑：ハマ：素焼屑＝１：10：10よび天草撰中陶土は入手状態のまま用いてポットミルに投入した｡ このとき配合量は合計重量が乾粉ベーとしていた｡ しかしながら排出される現状をみるとス500gになるようにして水分率30wt%､ 水ガラス0.3

素焼屑はそれほど多くない｡ したがって､ 本研究でwt%添加して６hr程度混合した｡ ポットミルから取は３種類の廃棄物割合をり出した泥しょうは約20min真空脱法して､ 石こう

太白屑：ハマ：素焼屑＝１：15：５

型により概寸法厚さ６×幅10.5×長さ80㎜の成形体として配合試験を行うこととした｡ 表１に配合表をを作製した｡ 焼成はガス炉によりSK10還元雰囲気示す｡ なお全て重量%である｡ №１および№２はこで８〜10hr火止めの条件で行った｡ このとき試験体

れまでの研究からまずアルミナ30wt%程度の配合をは故意に炉内で温度が高くなる (リファサーモタイ行った｡ №３はアルミナ系廃棄物を併用したもの､

プMで約1290℃) と予想される位置に置いた｡№４は窯業廃棄物を全く使用せず廃棄物はアルミナ系廃棄物を配合したものである｡ №５および№６は天草撰中陶土を併用したものである｡ №７〜11は№
78

２. ３ 焼成体の評価
焼成素地の３点曲げ強度の測定は島津製作所製オー

３.

表２

廃棄物の化学組成と結晶相

太白屑ハマ

研

究報

告

アルミナ系廃棄物の化学組成と結晶相を同じく表
素焼屑

アルミナ系
廃 棄 物

(Wt％)

２に示す｡ 酸化アルミニウムと酸化ジルコニウムが主成分であり､ アルミナ成分の補給材料として期待

LOI

−−

0.69

0.60

SiO２

78.40

71.97

75.89

17.15

Al２O３

16.56

23.86

18.54

47.86

Fe２O３

0.43

0.70

0.68

0.15

TiO２

0.02

0.10

0.08

1.42

CaO

0.63

0.18

0.15

0.17

MgO

0.07

0.15

0.09

0.21

Na２O

0.44

0.40

0.55

0.03

K２O

3.26

2.24

2.91

0.09

なかった｡ 吸水率が0.12%であり､ 焼き不足気味のZrO２−−−32.76ようである｡ №３は№２からアルミナ系廃棄物を10total

99.8199.60

99.58

100.44wt%添加しその分アルミナを減らしたところ､ 強度α−石英 α−石英 α−石英 コランダムはほぼ同等であった｡ №４は窯業廃棄物を使用せず

結晶相 ムライト ムライト セリサイト ジルコン

アルミナ系廃棄物を30wt%配合した｡ これも強度向できる｡ 結晶相はアルミナ (コランダム) とジルコンが明瞭に認められた｡

３. ２ 素地開発の経緯と諸特性
表３に各焼結体と現行強化磁器の諸特性を示す｡
まず№１および№２は曲げ強度は200MPaに達成しガラス相 クリストバライト上は認められなかった｡ かさ密度を見ると№４が2.86ｇ／ と際だって高かった｡ これは益田長石をトグラフAGS-5kNDによりスパン30㎜､ クロスヘッ25wt%と他のよりも多く用いたため焼き締まり､ 窯ドスピード0.5㎜／minの条件で行った｡ 吸水率およ業系廃棄物より高比重と考えられるアルミナ系廃棄びかさ密度は煮沸法､ またいくつかの試験体につい物 (アルミナ比重：約4.0､ ジルコン比重：約4.7) のて白色度はX-Rite社X-Rite528により､ 熱膨張率は特性が出ているようである｡ №１および№２はアルマックサイエンス TMA4020により測定した｡

ミナの使用割合に比べて長石量が少なかったため焼比較のため､ 現在業界で流通している強化磁器素き締まらなかったと考えられる｡ SK11程度で焼成地も上記試験を同様に行った｡

すれば焼き締まり､ もう少し高強度化できることが予想される｡ №３はアルミナ量が減ったため若干の３. 結果と考察

比重上昇､ 吸水率が低下し焼き締まっているが前述

3.1 廃棄物の諸特性したように強度は向上していない｡ №４も強度は同

表２に廃棄物の化学組成と同定された結晶相を示程度である｡ さらに№３および№４の白色度W(Lab)す｡ 窯業廃棄物は昨年度報告２) と同一のものであるを測定したが､ 現行品に比べ４〜10%程度低かった｡

ので詳細は省略する｡

これは化学組成を見ると分かるようにFe２O３が0.15

表３焼結帯の諸特性№１２３４５６７８９1011

現行品

３点曲げ強度(MPa) 140.5 160.8 157.0 163.9 142.2 133.9 154.9 214.5 197.2 158.1 161.2 160.2
吸水率 (％)

0.12

0.12

0.08

0.06

0.12

0.10

0.07

0.05

0.04

0.06

0.040.05

かさ密度 (ｇ／2.69

2.71

2.73

2.86

2.65

2.71

2.74

2.73

2.70

2.66

2.632.77

白色度Ｗ (Lab)

−−

84.4

80.2−

−−

88.1

−−−88.2)79

wt%､ TiO２が1.42wt%と有色成分となる元素が非常る｡№５および№６は以前の研究１) において天草陶土

)かさ密度 (ｇ/ナ廃棄物はリサイクル原料には適さないと考えられ曲げ強度 (MPa)に多いためである｡ このため本研究においてアルミベースで実験された経緯もあって､ 天草陶土を使用した試験を行った｡ 曲げ強度は№１程度およびそれより低いレベルであった｡ これは以前の研究１) でも図１言及されていたが､ 天草陶土中の含まれる粒子径20

長石配合量と曲げ強度およびかさ密度の関係μm以上の石英粒子の存在が高強度化を阻害していそこで№７〜11は益田長石とアルミナ量の変動による影響を調べるために行った配合試験である｡ ま)かさ密度 (ｇ/少なかったため焼き締まっていないようである｡

曲げ強度 (MPa)

ると考えられる｡ またアルミナ量に対する長石量もず､ №７は曲げ強度160MPa以下であった｡ №８の配合比で200MPa以上を達成することができた｡ №９でも200MPaに近かった｡ №10および№11では強度は低下した｡ ここで長石配合量と曲げ強度､ かさ

図３80

図２

アルミナ配合量と曲げ強度およびかさ密度の関係№８と№11のＸ線回折線

３.

研究報

告密度および吸水率の関係､ またアルミナ配合量と同参考文献

特性の関係を図１および図２に示す｡ これより長石

１) 寺 信ほか, 昭和62年度技術開発研究費補助事

配合量23〜26wt%､ アルミナ配合量21〜24wt%で曲げ強度200MPa程度を達成できることが分かる｡ かさ密度は長石量減､ アルミナ量増に伴って上昇して

業成果普及講習会用テキスト, (1988)
２) 志波雄三ほか, 佐賀県窯業技術センター平成13年度業務報告書, 104-105 (2002)いる｡ 表３より吸水率はこの配合条件内では最大0.07%でほぼ焼き締まっているようだが､ №７の低強度はまだ焼き締まる余地があるように思われる｡№８〜№11で強度が低下しているが､ これは長石配合量を増やしたため､ ガラス相の増加が考えられる｡
ここで図３に示すようにNo.８とNo.11のＸ線回折線を比較してみた｡ ガラス相に起因する２θ＝20゜〜25゜のブロードなピークに違いが見られ､ №８より№11の方がピークの膨らみが大きいのが分かる｡
現行品の強度は160MPa程度であった｡ 焼成温度をSK11に合わせているためと考えられる｡ このように現行強化磁器より低い焼成温度帯で200MPa以上の高強度を達成することができた｡ また№８の白色度は88.1と現行品と同等であった｡
さらに№８の全収縮率は14.2%､ 素地の熱膨張係数は5.6×10−６/K(30℃―700℃) であった｡

４. まとめ有田焼製造工程から発生する窯業廃棄物 (太白屑､ハマ､ 素焼屑) を21wt%使用して､ 焼成素地の３点曲げ強度が200MPa以上の強化磁器用陶土をSK10(リファサーモタイプMで約1290℃) の焼成で開発できた｡ 現行強化磁器焼成温度帯より低い温度での達成は意義があると考える｡
今後はスケールアップした陶土調製を行い製品形状での成形性のチェック､ 適合釉薬の検討､ さらには衝撃試験を行って現行品と遜色ない製品開発を行う｡

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