JP5019308B2 - 多孔質耐火断熱ボード及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、火力発電所等から排出される石炭灰（フライアッシュ）、一般廃棄物或いは産業廃棄物として排出されるガラスカレット、および精錬炉等の耐火材（耐火れんが等）の廃棄物であるマグネシアを原料とする多孔質耐火断熱ボード及びその製造方法に関する。

燃料資源の長期的展望から、電力供給において石炭火力発電が重視されつつあり、石炭灰の生成量も平成１１年度７６０万トンから年当たり１０％前後の伸びで増加している。石炭灰は、セメント分野、土木分野、建築分野などで多く消費されているが、石炭灰発生量増加の傾向に鑑み新たな用途の開発が望まれている。

一方、ガラスは年間１００万トン以上の生産量があり、廃棄されるガラスの多くが埋立て処分等されている。ガラスカレットは、再度ガラス化するときに必要なガラス化反応熱が零であり、ガラス原料の溶融に要するエネルギーを大きく減少せしめ得る。このような利点も併せ考え、新規な材料の原料としての研究・開発が望まれている。

火力発電所等から排出される石炭灰（フライアッシュ）を原料の１つとする空隙率の大きな多孔質軽量セラミックス製品及びその製造方法が既知である（たとえば、特許文献１参照）。この先行技術は、火山噴出物として多量に産出する黒曜石、シラス等の加熱発泡球状体粗粒子即ち、火山噴出物発泡球状粗粒子たとえばパーライトを主原料とし、或いは人工発泡ガラス質球状粗粒子たとえばスラグの加熱発泡球状粗粒子を主原料として、これに火力発電所等から排出される石炭灰（フライアッシュ）の相当量および合成樹脂、動植物等の有機物細片等からなる結合材を加えて混合した後、成型し焼成するプロセスならびにこのプロセスによって得られる多孔質セラミックスによって特徴づけられる。この先行技術によれば、軽量かつ気液通過性に優れ、高温耐熱性（１０００℃以上）を有する多孔質軽量セラミックス製品が得られるとされている。
特開平１１−０４９５８５号公報

上記先行技術は、嵩比重が低く気液通過性に優れる特性を有するものの耐熱性は１０００℃或いはそれより若干高いというレベルに止まり、耐火・断熱性という観点からは未だしのものであった。本発明は、火力発電所等から排出される石炭灰（フライアッシュ）、一般廃棄物或いは産業廃棄物として排出されるガラスカレット、および精錬炉等の耐火材（耐火れんが等）の廃棄物であるマグネシアを原料として、１２００℃で少なくとも３時間は燃えない或いは軟化・溶融することがない耐火（耐熱）性を有するとともに断熱性に優れ、建築材料等として好適な多孔質耐火断熱ボードを提供することを目的とする。

上記課題を解決するための請求項１に記載の発明は、重量で、石炭灰：６０％〜７０％、廃ガラス：１０％〜１１．１％、マグネシア：２０％〜３０％の組成を有する粒粉状配合原料から溶融、冷却によって得られた、１２００℃で少なくとも３時間は燃えることなくまた軟化・溶融することがない多孔質耐火断熱ボードである。

請求項２に記載の発明は、重量で、石炭灰：６０％〜７０％、廃ガラス：１０％〜１１．１％、マグネシア：２０％〜３０％の範囲内にある原料を粒粉状とし、混合均質化して該配合原料を１１００℃〜１３００℃の温度域で９０分間〜１８０分間加熱・溶融せしめた後急冷または放冷する請求項１に記載の多孔質耐火断熱ボードの製造方法である。

本発明によれば、産業廃棄物或いは一般廃棄物である石炭灰（フライアッシュ）、ガラスカレット、マグネシアを原料として、１２００℃で少なくとも３時間は燃えない或いは軟化・溶融することがない耐火（耐熱）性を有するとともに断熱性に優れ、建築材料等として好適な多孔質耐火断熱ボードを提供することができる。また、多孔質であるから、水の浄化用要素、微生物担体、ビオトープ用材等としても有用である。

以下、本発明をその好ましい実施形態に則して説明する。
多孔質ガラス或いはセラミックスは無機質多孔材料の一種であり、次のような特性を有する。１）耐熱性、２）耐微生物汚損性、３）高い機械的強度、４）化学的耐久性、５）剛直な微細孔の存在、６）良好な賦形性、７）広い細孔構造の選択性、８）透光性、気液透過性、９）広い組成選択性 などである。特性６）〜９）は多孔質ガラス或いはセラミックス固有の特性であり、わけても特性６）、７）は、他の無機質材料にはない大きな特徴である。

火力発電所等から排出される石炭灰（フライアッシュ）は、たとえば表１に示す組成を有している。一方、ガラスカレットは、多くの場合、たとえば表２に示す組成を有している。

本発明の多孔質耐火断熱ボードは、上記石炭灰（フライアッシュ）、ガラスカレット、および廃棄耐火物（耐火れんが屑等）から得られるマグネシア（ＭｇＯ）又はアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）を出発原料とし、これらを粉砕して得られる粉粒物を重量で、石炭灰：４５％〜７５％、廃ガラス：５％〜２０％、マグネシア又はアルミナ：１５％〜４０％の配合比で混合均質化し、１１００℃〜１３００℃の温度域に３０分間〜２４０分間加熱・溶融した後、急冷または放冷することによって得られる。

原料の１つである石炭灰（フライアッシュ）は、微量に存在する炭素質の燃焼ガス化によって微細孔を形成すべく機能する。石炭灰（フライアッシュ）の配合比率（重量比）が４５％未満では多孔質性を得ることが困難となり、軽量で断熱性に優れたセラミックスを得ることができない。一方、７５％超ではマグネシア又はアルミナの相対量が過少となり、得られる多孔質セラミックスの耐火（耐熱）性が低下する。

ガラスカレットは、多孔質セラミックスを得るときのバインダとして機能し、重量で、５％未満ではセラミックスを形成し難い。一方、ガラスが２０％を超えると石炭灰（フライアッシュ）、マグネシア（ＭｇＯ）又はアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）の含有量が低下し、製造過程で発泡が困難となるか、耐火（耐熱）性が低下する。

マグネシア（ＭｇＯ）又はアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）は本発明の多孔質耐火断熱ボードの耐火（耐熱）性に寄与する。１５％未満では、１２００℃で少なくとも３時間は燃焼しないか或いは軟化・溶融することのない多孔質耐火断熱ボードを得ることができない。一方、マグネシア又はアルミナの含有量が増大すると得られる多孔質耐火断熱ボードの耐火（耐熱）性は良好となるけれども、石炭灰（フライアッシュ）の相対量が低下し、製造過程で発泡性が不良となって多孔質で断熱性、気液透過性に優れた耐火断熱ボードを得ることが困難となる。

次に、製造プロセス条件について説明すると、本発明においては、重量で、石炭灰：４５％〜７５％、廃ガラス：５％〜２０％、マグネシア又はアルミナ：１５％〜４０％の範囲内にある原料を粒粉状とし、混合均質化した該配合原料を１１００℃〜１３００℃の温度域で３０分間〜２４０分間加熱・溶融せしめた後急冷または放冷して多孔質で断熱性、気液透過性に優れた耐火断熱ボードを得る。

加熱温度が１１００℃未満ではセラミックスを形成することができず、１３００℃を超える加熱温度はコスト高を招く。一方、加熱時間が３０分間未満では十分な溶融状態を得ることができず、セラミックスを形成し得ない。また、２４０分間を超える加熱時間は生産性の低下、コストの上昇を招く。好ましくは、６０分間〜１８０分間である。

種々の原料配合比率ならびに加熱・溶融条件で、多孔質耐火断熱ボードを製造した。それを表３に示す。なお、配合原料はボールミルによって粉砕した。加熱は電気炉で行い、配合原料を加熱・溶融後、電気炉中で徐冷した。

得られた多孔質耐火断熱ボードの耐熱性試験を、１２００℃で６０分間〜１８０分間の条件で行った。その結果を表３に併せて示す。表３において、結果＊１は、得られた製品の多孔質性（製造過程での発泡の多寡或いは有無）を示し、＊２は、耐熱性試験を、１２００℃で６０分間〜１８０分間の条件で行った結果を示す。

表３に示す結果から明らかなように、本発明において限定する配合原料組成および製造条件を満足するものは、多孔質性、耐火（耐熱）性共に優れている。

表４に示す配合割合で原料を調製し、試料１については、電気炉中１２００℃で１８０分間加熱・溶融した後、電気炉中で放冷処理した。試料２、３については電気炉中１２５０℃で１８０分間加熱・溶融した後、電気炉中で放冷処理した。

得られた多孔質耐火断熱ボードの耐熱性試験を、１２００℃で６０分間〜１８０分間の条件で行った。何れの試料も多孔性、耐熱性ともに優れていた。

Claims (2)

1. 重量で、石炭灰：６０％〜７０％、廃ガラス：１０％〜１１．１％、マグネシア：２０％〜３０％の範囲内にある粒粉状配合原料から溶融、冷却によって得られた、１２００℃で少なくとも３時間は燃えることなくまた軟化・溶融することがない多孔質耐火断熱ボード。
2. 重量で、石炭灰：６０％〜７０％、廃ガラス：１０％〜１１．１％、マグネシア：２０％〜３０％の範囲内にある原料を粒粉状とし、混合均質化して該配合原料を１１００℃〜１３００℃の温度域で９０分間〜１８０分間加熱・溶融せしめた後、急冷または放冷することを特徴とする請求項１に記載の多孔質耐火断熱ボードの製造方法。