JPS589064B2 - ヒスイ調人造石の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は製鉄産業廃滓の利用技術に関し、特に高炉滓を
主原料とする乳濁不透明および乳濁半透明で且つ緑色に
着色したヒスイ調の人造石（模造宝石や大理石の如き装
飾用石）の製造方法に関するものである。

製鉄産業の副生物として排出される高炉滓は極めて多量
であり、省資源という時代的要請を背景に種々の改良技
術が提案されている。

本発明はこれらの一環としてなされたもので、高炉滓を
主原料として得られる高品位の人造石を安価且つ合理的
に製造し得る方法を提供しようとするものである。

廃滓から人造石を製造する方法としては、例えば特開昭
５１−１５１７１３号、同５１−４５２１号等が知られ
ているが、本発明はこれらとは異なった人造石の製造法
を提案開示するものであり、高炉滓を主原料としこれに
ＣａＦ２，Ｃｒ２０ａ及び炭素を添加した原料を溶融し
、凝固させた後、冷却及び／又は再熱処理を行ない、Ｃ
ａＦ２を結晶化させると共に緑色に着色せしめ、緑色の
乳濁半透明又は乳濁不透明の装飾機能の優れた人造石を
得る点を要旨とするものである。

本発明者等は、高炉滓を原料にして明るい緑色を呈する
美しい人造石を提供することは可能であるという着想の
もとに、かねてより種々研究を進めており、その具体的
手段として、■高炉滓をそのまま利用し、溶融条件、冷
却条件等の物理的条件を適正に設定する方法、■高炉滓
に適当な副原料を配合し、成分組成の面から人造石の品
質を高める方法、■前記■と■を組合わせ、成分組成及
び物理的製造条件の両面から人造石の品質を高める方法
、について実験を重ねてきた。

その過程で本発明者等は、原料として高炉滓を使用する
限り、製造上の物理的諸条件を如何に調整しても、得ら
れる人造石の品質には限度があることを確認し、高品位
の人造石を得る為には人造石として最適の成分組成及び
製造条件を明確にすべきであると判断した。

かかる判断に基づき、本発明者等は、高炉滓に対して種
々の酸化物や鉱石類を配合して成分組成の異なる人造石
を調整し、その品質を比較した。

その結果、必須成分としてＣａＦ２を７〜３０％（重量
％二以下同様）及びＣｒ２０３を３係以下含有するもの
で、かつ製造時に炭素を０．１〜１係添加したものは、
これらの範囲を外れる組成の人造石に比べて優秀な品質
を示すことが確認された。

即ち、高品位の人造石を得る為には、高炉滓をそのまま
原料とする従来の方法では不十分で、高炉滓の成分組成
に応じてＣａＦ２を適量配合し、その成分組成を適正に
調整する必要がある。

殊にＣａＦ２は高炉滓中に殆んど含まねていないから、
高炉滓に対してこれを積極的に配合することが不可欠で
ある。

即ちＣａＦ２は人造石を乳濁化させるという特殊な機能
を発揮し、とかく暗色になりがちな従前のマトリックス
のみを再結晶させた人造石に比べて、あざやかな色彩を
与える為のベース（乳白色）を成形することができる。

しかもＣａＦ２原料の融点を下げる作用があり、これに
伴なって■溶融炉や溶融るつぼ等に特別の耐熱性が要求
されず市販品の使用が可能である、■鋳込み成形工程に
おける急激な温度降下が緩和され、作業時間に余裕がと
れる、■溶融時の熱源の費用が低減する、等の効果も併
せて享受できる。

尚ＣａＦ２としては純品を使用することも勿論可能であ
るが、工業性を加味して最も一般的なのは螢石である。

ところで人造石の色調を調整する方法としては、特開昭
５１−１５１７３号に示されている如く結晶化率を調節
する方法が知られている。

そこで本発明者等は前記好適成分組成の人造石について
も結晶化率の影響を実験的に確認した。

その結果人造石構成成分のうちＣａＦ２以外の成分につ
いては、結晶化率と品質との間に殆んど相関関係が認め
られなかった。

ところがＣａＦ２については、その結晶化率が人造石全
体の乳濁化に著しい影響を与える様であり、乳濁化を達
成する為には、少なくともＣａＦ２の結晶化率を２チ以
上にすべきことを確認した。

また緑色着色剤のＣｒ２０ｓは、添加量が３係程度まで
はほぼ直線的に緑色の濃淡を調節しうるが、３係以上で
は飽和状態となる。

尚本発明のヒスイ調（明るい淡緑色）に着色する場合に
はＡＣｒ２０３０．１〜０．７％の添加が望ましい。

ところで、高炉滓にＣｒ２０３を添加してヒスイ調に着
色せんとすると、あるときは明るい緑色る呈し、ある時
は茶褐色がかった（汚れた感じを与える）緑色を呈する
という不安定な着色状態に遭遇し、再現性の点で大きな
問題が生じた。

この着色の不安定の原因は、原料中Ｆｅ２０３の存在と
考えられ、高炉滓を主原料とする限り、Ｆｅ２０３の事
前の完全除去は不可能である。

そこで本発明では、この原料中のＦｅ２０３の含有の有
無にかかわらずＣｒ２０３によりヒスイ調の安定した着
色を達成するべく実験を重ねた結果、原料に炭素を０．
１〜１係、望ましくは０．２〜０．８係添加せしめるこ
とによりセスイ調の安定した着色を得ることに成功した
。

尚本発明においては高炉滓を主原料としているが、必要
によりＳｉＯ２，ＣａＯ，Ａｌ２０３等を適宜配合して
もよく、主原料成分はＳｉ０２ ３０〜４１係、Ｃａ０
３５〜４５％、Ａｌ２０３ １２〜２０であり、その他
若干量のＭｇＯ，ＭｎＯ，Ｓ，ＴｉＯ２等が含有されて
いる。

次に上記の人造石を製造する工程を第１図により説明す
る。

尚図中の実線で示した工程は本発明方法の具体例の１つ
であり、以下「第１工程」という。

また破線で示した工程は、本発明の人造石を得るうえで
許容される通常の工程で、以下「第２工程」という。

まず■工程で徐冷凝固した高炉滓、■工程で螢石を夫々
採取する。

次いで両原料をＯ工程で適当な破砕機により粒径１ｍｍ
ダ程度以下に乾式破砕する。

その後高炉滓は必要により０工程で、大気中（酸化性雰
囲気中）５００℃以上融点未満の温度で熱処理（焙焼）
する。

Ｆ工程では原料の調合を行なうが、このとき高炉滓及び
螢石着色剤のＣｒ２０ａ及び炭素と共に必要に応じて８
１０２等を適宜配合することもある。

Ｆ工程では調合物の融点よりも１５０〜２５０℃程度高
温（通常は１３００〜１４５０℃）で溶融を行なう。

この温度は、螢石の配合により調合物の融点が低められ
ているから、螢石無配合の場合に比べて比較的低温でよ
い。

次に０工程の成形・凝固を行なう。

この工程は目的とする人造石の形状により、単なる滴下
法或は鋳込み成形法が採用される。

即ち前者の方法は、５００〜５５０℃に予熱した成形板
（例えばＳＵＳ板）上に溶融物を滴下し、溶融物自体の
表面張力によって半球状に成形する。

また後者の方法では、所定形状の黒鉛製或は鋼製の鋳型
を５００〜８００℃に予熱しておき、これに溶融物を鋳
込んで凝固させる。

その後０工程では、そのままの状態の予熱温度にて所定
時間保持し、冷却・凝固時に生じた内部歪を均一化し除
去する。

保温の温度及び時間は成形品の形状や大きさに応じて適
宜定めればよい。

次に「第１工程」では■工程の再加熱処理を行なう。

この工程は、特にＣａＦ２の配合量が少ない場合に極め
て有効で、成形品のマトリックス中におけるＣａＦ２の
結晶化を促進して所定のＣａＦ２結晶化率（２係以上）
を確保し、人造石を乳濁不透明にする。

具体的には５５０〜８００℃で１０分以上再加熱処理す
ることによって行なう。

但しＣａＦ２の結晶化は、後記徐冷工程のでも若干進行
するから、ＣａＦ２の配合量が多い場合は、全ＣａＦ２
の結晶化率が低くとも人造石全体としては所定のＣａＦ
２結晶化率が確保されることもある。

従って多量のＣａＦ２を調合する場合は、■工程を省略
した「第２工程」を採用し、後記徐冷工程■の条件を適
宜選定することによって本発明の人造石を得ることもで
きる。

しかし何れにしても、■の再加熱処理を行なうことによ
ってＣａＦ２の結晶化率は，高められるから、「第１工
程」を採用すれば一段と高品位の人造石が得られる。

最後に■工程の徐冷を行えば本発明の人造石が得られる
。

本工程は、成形品が冷却中に発生する熱歪によって割れ
るのを防止するもので、成形品の形状や大きさ等にもよ
るが通常は１０Ｃ／分以下で行なわれる。

殊に５００℃から１００℃の間における冷却速度を１０
Ｃ／分以上にすると、割れの発生が顕著になる。

上記の結果得られる人造石は、比重が約２．８であり、
また硬度は４５０〜６００Ｈｖ．モース硬さで４．５〜
６度である。

これらの物性値はヒスイの比重２．９〜３．１、モース
硬さ６〜６．５に近似するものである。

特に色調はヒスイと酷似した緑色の乳濁（不透明又は半
透明）した美しい様を呈し、代替品として充分実用に供
しつるものである。

次に本発明を完成するまでの実験経過の一部を掲記する
。

〔螢石（ＣａＦ２）の配合率と乳濁化の関係〕第１表に
示す組成の高炉滓、第２表に示す組成の螢石及びＳｉ０
２（純度：９９係以上）を原料とし、各成分の配合比を
変えて人造石を製造した。

但し製造は「第２工程」に従って行ない、高炉滓の焙焼
条件：１０００℃×５時間、溶融条件：１４００℃、成
形・凝固：ＳＵＳ板上に滴下、保熱条件＝５５０℃×３
０分、徐冷条件：１０℃／分以下、とした。

結果を第２図に示す。尚第２図において高炉炉の配合量
は何れの場合も５０重量部である。

第２図の結果からも明らかな如く、人造石のガラス化に
寄与するＳｉ０２の配合量と乳濁化の間にはあまり相関
関係はなく、乳濁化の程度は螢石（ＣａＦ２）の配合量
により著しく影響され、図によると２５重量部程度（Ｃ
ａＦ２換算で２０係程度）では半濁化し、３０重量部（
ＣａＦ２換算で２５係程度）以上配合すると完全に白濁
化する。

従って前記「第２工程」で本発明の人造石を得る為には
、螢石を全原料中に２５重量部（ＣａＦ２換算で２０係
）以上配合すべきである。

〔螢石（ＣａＦ２）の配合率とその結晶化率〕前記「第
２工程」で得た人造石の螢石配合率とＣａＦ２の結晶化
率、及び８００℃×９０分の再加熱処理を付加した他は
前記と同様にして（「第１工程」）得た人造石の螢石配
合率とＣａＦ２の結晶化率の関係を観察し、第３図の結
果を得た。

尚ＣａＦ２の結晶化率はＸ線回折法により測定した。

第３図の結果からも明らかな様に、「第２工程」では所
定のＣａＦ２結晶化率を確保するのに多量の螢石を配合
しなければならないが、「第１工程」を採用すると比較
的少量の螢石しか配合しない場合でも高いＣａＦ２結晶
化率を得ることができる。

本発明のヒスイ調人造石を得るためにはＣａＦ２の結晶
化率が２０係程度以下であればよく、特に淡く人肌に柔
らかでかつ暖かな感じを与える人造石（宝石）とするに
は２〜１５係の結晶化率（乳濁半透明となる）が望まし
い。

このためには螢石の配分率は第１工程の場合８〜２５重
量部程度（ＣａＦ２換算で７〜２０係程度）、第２工程
の場合２２〜３５重量部程度（ＣａＦ２換算で１８〜３
０チ程度）が望ましい。

〔炭素の添加量と色調との関係〕

第１表及び第２表に示す組成の高炉滓、螢石、及びＳｉ
Ｏ２（純度：９９係以上）、Ｃｒ２０３を次の第３表に
示す割合で配合したものに対して、炭素（純度：９９％
）を０〜１チの範囲で添加し、第２工程にて人造石を製
造した。

この人造石について緑色の生地に茶褐色を呈する割合を
炭素添加割合との関係で示すと第４図に示す通りとなる
。

第４図から知られるように、炭素０．１係の添加でも顕
著な効果が認められ、０．２％以上の添加で殆んどが安
定した均一な明るい緑色を呈している。

また１係以上の炭素を添加すると、炭素の一部が溶融物
の上に浮遊して凝固時に鋳造物中に巻込まれる問題が発
生する。

これらの点から炭素の添加量は０．２〜０．８係が望ま
しい。

次に本発明の実施例を示す。

実施例 第１、第２表に示した組成の高炉滓及び螢石を用い、更
に副原料としてＳｉＯ２、着色剤としてＣｒ２０３及び
色調安定剤として炭素を用い、第４表に従って３種の原
料を調合した。

これを第１図の「第１工程」に従って処理して人造石を
得た。

具体的条件は下記の通りである。溶融工程：１３００℃ 成形工程：５００〜６００℃に予熱した ＳＵＳ板上に滴下 保熱工程：５００℃×３０分 再加熱処理：６００℃×１時間 徐冷工程：５℃／分１００℃以下まで冷却得られた人造
石は下記第５表の性状及び物性を有しており、装飾用石
として極めて高品位のものであった。

なお試料Ｎｏ．２についてタイタツクに加工した製品に
ついて参考写真を示す。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の製造法を例示するフローシ一ト、第２
図は螢石の配合率と乳濁化の関係を示す図、第３図は螢
石の配合率とＣａＦ２の結晶化率の関係を示すグラフ、
第４図は炭素添加割合と茶褐色を呈する割合の関係を示
すグラフである。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 高炉滓を主原料としそれにＣａＦ２７〜３０係、Ｃ
   ｒ２０３３％以下及び炭素０．１〜１係を添加した原料
   を溶融し、凝固させた後、冷却及び／又は再熱処理を行
   ない、ＣａＦ２を結晶化させると共に緑色に着色せしめ
   ることを特徴とするヒスイ調人造石の製造方法。