JP2001279534A - Fiber composition produced by using coal ash as main material and method for producing the composition - Google Patents
Fiber composition produced by using coal ash as main material and method for producing the compositionInfo
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明が属する技術分野】本発明は、石炭灰を主原料と
する耐熱性、耐アルカリ性等に優れたファイバー組成物
およびその製造方法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a fiber composition using coal ash as a main raw material and having excellent heat resistance, alkali resistance and the like, and a method for producing the same.
【０００２】[0002]
【従来の技術】代表的な無機ファイバー材料として、ガ
ラスファイバー、ロックウールあるいはセラミックスフ
ァイバー等が従来から知られている。一般に、従来のガ
ラスファイバーはアルカリ含有ガラスをファイバー化し
たものであり、アルカリ含有量が高いために耐熱性や耐
化学性に劣る。また、ロックウールはスラグ等を溶融し
てファイバー化したものであり、耐熱性や耐化学性はガ
ラスファイバーより優れるが着色されており、しなやか
さに欠ける問題がある。さらにセラミックスファイバー
は上記ファイバーに比較して耐熱性や耐化学性は優れる
ものの製造コストが格段に嵩むと云う問題を有する。2. Description of the Related Art As typical inorganic fiber materials, glass fiber, rock wool, ceramic fiber and the like have been conventionally known. In general, conventional glass fibers are obtained by converting alkali-containing glass into fibers, and have low heat resistance and chemical resistance due to high alkali content. Rock wool is obtained by melting slag or the like into fibers, and is superior in heat resistance and chemical resistance to glass fibers, but is colored and has a problem of lack of flexibility. Further, ceramic fibers have a problem in that the heat resistance and chemical resistance are superior to those of the above fibers, but the production cost is significantly increased.
【０００３】一方、石炭灰をファイバー原料として利用
する技術が従来から試みられているが、従来のものは耐
熱性や着色性に問題がある。因みに、現在、石炭灰の４
割程度は廃棄物として埋め立て処分されているが、処分
場は絶対的に不足しており、そのため石炭灰をリサイク
ル資源として再利用することが求められている。ところ
が、石炭灰の主成分はシリカ(SiO2)とアルミナ(Al2O3)
であり、溶融温度が高いために石炭灰を単独で溶融して
繊維化するのはコストが嵩む。また、繊維化しても未溶
融や半溶融の粒子が多いファイバーになりやすい。ま
た、石炭灰は鉄分を多く含むために繊維化しても耐熱性
が低く、しかも着色を有する等の問題がある。[0003] On the other hand, a technique using coal ash as a fiber raw material has been attempted, but the conventional one has problems in heat resistance and coloring properties. By the way, at present, 4
A certain percentage is landfilled as waste, but the disposal site is absolutely in short supply, and it is required to reuse coal ash as a recycled resource. However, the main components of coal ash are silica (SiO 2 ) and alumina (Al 2 O 3 )
In addition, since the melting temperature is high, it is costly to melt coal ash by itself to form a fiber. Further, even if the fibers are formed into fibers, the fibers tend to be fibers having many unmelted or semi-molten particles. In addition, coal ash has problems such as low heat resistance and coloration even when fiberized because it contains a large amount of iron.
【０００４】[0004]
【発明が解決しようとする課題】本発明は、石炭灰を原
料とするファイバー組成物について、従来の上記問題を
解決したものであり、耐熱性および耐アルカリ性に優れ
たファイバー組成物およびその製造方法を提供するもの
である。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention solves the above-mentioned conventional problems in a fiber composition using coal ash as a raw material, and provides a fiber composition excellent in heat resistance and alkali resistance and a method for producing the same. Is provided.
【０００５】[0005]
【課題を解決するための手段】すなわち本発明は、
（１）石炭灰を主体とする原料を高温下で溶融紡糸して
なるファイバー組成物において、主原料の石炭灰に融点
降下剤と還元剤とを加えることにより、溶融温度を１８
００℃以下および鉄分を酸化物換算量で３％未満とし、
かつ熱間収縮温度を８００℃以上としたことを特徴とす
るファイバー組成物に関する。That is, the present invention provides:
(1) In a fiber composition obtained by melt-spinning a raw material mainly composed of coal ash at a high temperature, a melting point is reduced by adding a melting point depressant and a reducing agent to coal ash as a main raw material.
00 ° C or less and iron content less than 3% in terms of oxide,
The present invention also relates to a fiber composition having a hot shrink temperature of 800 ° C. or higher.
【０００６】本発明の上記ファイバー組成物は、（２）
融点降下剤がカルシウム化合物であり、還元剤が炭材で
あるもの、（３）ファイバー組成物の成分が、酸化物換
算重量で、ＳｉＯ2：３５〜６０％、Ａｌ2Ｏ3：１.５〜
４０％、ＣａＯ：１０〜４０％およびＦｅ2Ｏ3：０〜３
％であるものを含む。[0006] The fiber composition of the present invention comprises (2)
A melting point lowering agent is a calcium compound, those reducing agent is carbonaceous material, (3) components of the fiber composition, in terms of oxide weight, SiO 2: 35~60%, Al 2 O 3: 1.5 ~
40%, CaO: 10~40%, and Fe 2 O 3: 0~3
% Is included.
【０００７】また本発明は、（４）石炭灰を主体とする
原料を高温下で溶融紡糸してなるファイバー組成物の製
造方法において、石炭灰に融点降下剤および還元剤を加
え、この混合物を１４００〜１８００℃で溶融した後
に、該溶融物の底部分を除いて紡糸することを特徴とす
る製造方法に関する。この製造方法は、（５）溶融後、
溶融物をその炉底に溜まる部分を残して紡糸し、または
炉底に溜まる部分を除去した後に紡糸する方法を含む。The present invention also provides (4) a method for producing a fiber composition by spinning a raw material mainly composed of coal ash at a high temperature, wherein a melting point depressant and a reducing agent are added to the coal ash, and the mixture is mixed. The present invention relates to a production method characterized in that, after melting at 1400 to 1800 ° C., spinning is performed except for the bottom portion of the melt. This manufacturing method comprises: (5) after melting,
Includes a method of spinning the melt leaving a portion remaining in the furnace bottom, or removing the portion remaining in the furnace bottom and then spinning.
【０００８】[0008]
【発明の実施の態様】以下、本発明を実施態様に基づい
て詳細に説明する。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, the present invention will be described in detail based on embodiments.
【０００９】(Ｉ)ファイバー組成物 本発明のファイバー組成物は、石炭灰を主体とする原料
を高温下で溶融紡糸してなるファイバー組成物におい
て、主原料の石炭灰に融点降下剤と還元剤とを加えるこ
とにより、溶融温度を１８００℃以下および鉄分を酸化
物換算量で３％未満とし、かつ熱間収縮温度を８００℃
以上としたことを特徴とするものである。 (I) Fiber Composition The fiber composition of the present invention is a fiber composition obtained by melt-spinning a raw material mainly composed of coal ash at a high temperature, wherein a melting point depressant and a reducing agent are added to the main raw material coal ash. To make the melting temperature 1800 ° C. or less, the iron content to be less than 3% in terms of oxide, and the hot shrink temperature to 800 ° C.
The features are as described above.
【００１０】融点降下剤としては、生石灰、消石灰、石
灰石(炭酸カルシウム)、珪灰石、灰長石などを用いるこ
とができる。なお、これらに限定されない。これらのカ
ルシウム化合物を加えることにより、耐熱性や耐アルカ
リ性等のファイバー特性を大幅に損なうことなく溶融温
度を効果的に降下させることができ、これにより製造が
容易となり低コストとなる。具体的には、実施例に示す
ように、例えば、シリカ分５４％含有するものについて
生石灰を約１２％程度加えることにより溶融温度を１８
００℃に抑制することができ、シリカ分が４０％台のも
のに生石灰を約２０〜３５％加えることにより溶融温度
を１４００〜１７００℃に低下することができる。As the melting point depressant, quick lime, slaked lime, limestone (calcium carbonate), wollastonite, anorthite and the like can be used. In addition, it is not limited to these. By adding these calcium compounds, the melting temperature can be effectively lowered without significantly impairing fiber properties such as heat resistance and alkali resistance, thereby facilitating production and reducing cost. Specifically, as shown in the examples, for example, about 12% of quick lime is added to those containing 54%
The melting temperature can be reduced to 1400-1700C by adding about 20-35% of quicklime to those having a silica content of about 40%.
【００１１】カルシウム化合物の添加量は、ファイバー
の成分中、カルシウム量が酸化物換算量(CaO)で１０〜
４０％となる量が好ましい。このＣａＯ量が１０％より
少ないと溶融温度が上記温度より高くなり過ぎて溶融困
難となり、あるいは高コストとなる。一方、ＣａＯ量が
４０％より多いとファイバーの耐熱性および耐アルカリ
性が低下するので好ましくない。The amount of the calcium compound to be added is such that the calcium content in the fiber component is 10 to 10% in terms of oxide (CaO).
An amount of 40% is preferred. If the CaO content is less than 10%, the melting temperature becomes too high above the above temperature, making it difficult to melt, or increasing the cost. On the other hand, if the amount of CaO is more than 40%, the heat resistance and alkali resistance of the fiber are undesirably reduced.
【００１２】還元剤としては、溶融時に鉄を還元する能
力が大きいことから炭材(炭素粉など)が適当である。炭
材を加えることにより主原料の石炭灰等に含まれる鉄分
が溶融時に還元されてメタル化し、溶融物の底部に溜ま
るので、これを除いて紡糸する。炭材の添加量はファイ
バーの鉄分を３％以下にする量であり、これは石炭灰に
含有される鉄分の量にもよるが、概ね石炭灰および融点
降下剤の量の５〜１０％程度である。ファイバーに含ま
れる鉄分が酸化物換算量で３％より多いとファイバーの
耐熱性および耐アルカリ性等が低下し、さらに着色を有
するようになる。As the reducing agent, a carbon material (such as carbon powder) is suitable because of its high ability to reduce iron during melting. By adding the carbonaceous material, iron contained in coal ash or the like as a main raw material is reduced at the time of melting to be metallized, and accumulated at the bottom of the molten material. The amount of the carbon material added is such that the iron content of the fiber is 3% or less, and although this depends on the iron content contained in the coal ash, it is generally about 5 to 10% of the amount of the coal ash and the melting point depressant. It is. When the iron content in the fiber is more than 3% in terms of oxide, the heat resistance and alkali resistance of the fiber are reduced, and the fiber is further colored.
【００１３】ファイバーの主成分であるケイ素およびア
ルミニウムの含有量は、酸化物換算重量で、ＳｉＯ2：
３５〜６０％、Ａｌ2Ｏ3：１.５〜４０％の範囲が適当
である。ＳｉＯ2量が３５％より少ないと溶融物の粘度
が低下してファイバー化に適さないものとなり、一方、
ＳｉＯ2量が６０％より多いと溶融温度が高くなり、さ
らにファイバーの耐熱性および耐アルカリ性が低下す
る。Ａｌ2Ｏ3量が１５％より少ないと耐熱性および耐ア
ルカリ性に劣るファイバーとなり、Ａｌ2Ｏ3量が４０％
より多いと溶融温度が高くなり過ぎ、溶融困難あるいは
高コストとなる。The content of silicon and aluminum, which are the main components of the fiber, is expressed as SiO 2 :
35~60%, Al 2 O 3: 1.5~40% range is appropriate. If the amount of SiO 2 is less than 35%, the viscosity of the melt is reduced, making it unsuitable for fiberization.
If the amount of SiO 2 is more than 60%, the melting temperature will be high, and the heat resistance and alkali resistance of the fiber will be reduced. If the amount of Al 2 O 3 is less than 15%, the fiber becomes poor in heat resistance and alkali resistance, and the amount of Al 2 O 3 is 40%.
If it is larger, the melting temperature becomes too high, which makes melting difficult or expensive.
【００１４】以上のように、石炭灰を主体とする原料を
高温下で溶融紡糸してなるファイバー組成物において、
その成分が、酸化物重量換算で、ＳｉＯ2：３５〜６０
％、Ａｌ2Ｏ3：１５〜４０％、ＣａＯ：１０〜４０％、
およびＦｅ2Ｏ3：０〜３％の範囲からなるものは耐熱性
および耐アルカリ性等の特性に優れ、その製造も容易で
あり、製造コストも低い。As described above, in a fiber composition obtained by melt-spinning a raw material mainly containing coal ash at a high temperature,
Its component is SiO 2 : 35 to 60 in terms of oxide weight.
%, Al 2 O 3: 15~40 %, CaO: 10~40%,
And Fe 2 O 3: is excellent in properties such as heat resistance and alkali resistance consist of 0-3% range are easy manufacturing, the manufacturing cost is low.
【００１５】(II)製造方法 本発明のファイバー組成物は、主原料の石炭灰に融点降
下剤および還元剤を加え、この混合物を加熱溶融して紡
糸することによって製造される。先に述べたように、融
点降下剤としては生石灰等のカルシウム化合物が用いら
れ、還元剤としては炭材が用いられる。これらの石炭
灰、融点降下剤および還元剤を上記ファイバー成分(上
記成分範囲)となるように混合する。この混合には通常
の粉体混合機を用いることができる。 (II) Manufacturing Method The fiber composition of the present invention is manufactured by adding a melting point depressant and a reducing agent to coal ash as a main raw material, heating and melting the mixture, followed by spinning. As described above, a calcium compound such as quicklime is used as the melting point depressant, and carbonaceous material is used as the reducing agent. These coal ash, melting point depressant and reducing agent are mixed so as to be the fiber component (component range). An ordinary powder mixer can be used for this mixing.
【００１６】次に、この混合物をアーク炉等の溶融炉に
投入し、１４００〜１８００℃に加熱して溶融する。こ
の溶融時に、溶融物中の鉄分は還元剤である炭材によっ
て還元され、金属鉄(Fe)に近い成分となって炉の底部に
沈降して溜まる。混合物が均一に溶融し、鉄が十分に還
元された後に溶融物を線状に流し出す。この際、炉の底
部に溜まっている溶融物はＦｅを多く含有するので、こ
れを除いて紡糸する。具体的には、溶融物をその炉底に
溜まる部分を残して流し出す。または、炉底に溜まる部
分を除去した後に溶融物を流し出す。さらには、溶融物
を流し出した後に炉底に溜まっていた部分に相当するも
のを製品から除外する。ファイバー化は線状に流し出し
た溶融物に圧縮空気を吹き付ける風砕法や、スピナ等の
装置を用いて紡糸する方法などによって行うことができ
る。Next, this mixture is put into a melting furnace such as an arc furnace, and heated to 1400 to 1800 ° C. to be melted. During this melting, the iron content in the melt is reduced by the carbon material as a reducing agent, becomes a component close to metallic iron (Fe), and sinks and accumulates at the bottom of the furnace. After the mixture has melted homogeneously and the iron has been sufficiently reduced, the melt flows out linearly. At this time, since the molten material stored at the bottom of the furnace contains a large amount of Fe, spinning is performed excluding this. More specifically, the molten material is poured out except for a portion that accumulates in the furnace bottom. Alternatively, the molten material is poured out after removing the portion accumulated in the furnace bottom. Further, a product corresponding to a portion that has accumulated in the furnace bottom after the melt is poured out is excluded from the product. Fiberization can be carried out by a blowing method in which compressed air is blown onto the melt that has flowed out linearly, or a method of spinning using a device such as a spinner.
【００１７】[0017]
【実施例】以下、本発明を実施例によって具体的に示
す。実施例および比較例 表１に示す組成の石炭灰と生石灰を表２に示す割合で混
合し、この混合物約５０kgに約５kgの炭材を添加してさ
らに混合し、これを原料とした。この原料をアーク炉
(内容積30リットル)に投入して溶融した。十分に溶融した
後、アーク炉を傾斜して炉の上部の溶融物のみを線状に
流し出し、それに風速２００m/sの空気を吹き付けるこ
とによりファイバー化した。得られた各ファイバーサン
プルについて熱間収縮温度および耐アルカリ性を試験し
た。ここで、熱間収縮温度は日本工業規格(JIS-A-9504)
に準拠し、耐アルカリ性は水酸化ナトリウム溶液(10規
定濃度)にサンプルを２４時間浸漬した後の重量減少か
らその溶解率を求めた。試験結果をロックウール等の試
販ファイバーと比較して溶融温度と共に表３に示した。EXAMPLES The present invention will be specifically described below with reference to examples. Examples and Comparative Examples Coal ash having the composition shown in Table 1 and quicklime were mixed in the ratio shown in Table 2, and about 5 kg of a carbonaceous material was added to about 50 kg of this mixture, followed by further mixing to obtain a raw material. This raw material is used
(30 liters in internal volume) and melted. After sufficient melting, the arc furnace was tilted, and only the melt at the upper part of the furnace was linearly poured out, and the fiber was formed by blowing air at a wind speed of 200 m / s. Each of the obtained fiber samples was tested for hot shrinkage temperature and alkali resistance. Here, the hot shrink temperature is the Japanese Industrial Standard (JIS-A-9504)
The alkali resistance was determined from the weight loss after immersing the sample in a sodium hydroxide solution (10 normal concentration) for 24 hours. The test results are shown in Table 3 together with the melting temperature in comparison with test fibers such as rock wool.
【００１８】[0018]
【表１】 [Table 1]
【００１９】[0019]
【表２】 [Table 2]
【００２０】[0020]
【表３】 [Table 3]
【００２１】表３から明らかなようように、本発明のフ
ァイバー組成物、すなわち、酸化物重量換算で、ＳｉＯ
2を３５〜６０％、Ａｌ2Ｏ3を１５〜４０％、ＣａＯを
１０〜４０％およびＦｅ2Ｏ3を０〜３％含有する石炭灰
主原料のファイバー組成物は、この組成範囲を外れる比
較品(試販ファイバー)と比較して耐熱成および耐アルカ
リが優れる。具体的には、耐熱性を示す指標である熱間
収縮温度が全ての実施例(No.1〜8)において８００℃以
上であるのに対し、比較例は何れも８００℃以下であ
る。また、耐アルカリ性の指標となるアルカリに対する
溶解率は全ての実施例(No.1〜8)において１０％以下で
あるのに対し、比較例は何れも１０％以上である。ま
た、本発明のファイバー組成物はその溶融温度が何れも
１８００℃以下であり繊維化できるのに対して、シリカ
分を５６％含有する比較例２は溶融温度が１９００℃と
高く、炉から流し出してもうまくファイバー化すること
が難しい。As apparent from Table 3, the fiber composition of the present invention, that is, SiO 2 in terms of oxide weight,
2 35 to 60% Al 2 O 3 15 to 40% of CaO 10 to 40% and Fe 2 O 3 fiber composition of coal ash main raw material containing 0-3% is outside this composition range Excellent heat resistance and alkali resistance compared to the comparative product (trial fiber). Specifically, the hot shrink temperature, which is an index indicating the heat resistance, is 800 ° C. or higher in all Examples (Nos. 1 to 8), whereas the comparative examples are 800 ° C. or lower in all cases. In addition, the dissolution rate in alkali, which is an index of alkali resistance, is 10% or less in all Examples (Nos. 1 to 8), but is 10% or more in all Comparative Examples. Further, the fiber composition of the present invention has a melting temperature of 1800 ° C. or less and can be made into fibers, whereas Comparative Example 2 containing 56% of silica has a high melting temperature of 1900 ° C. It is difficult to make a fiber even if it is put out.
【００２２】[0022]
【発明の効果】本発明の石炭灰を主原料とするファイバ
ー組成物は耐熱性および耐アルカリ性等の特性が優れて
いる。従って、断熱材、保温材、吸音材等の建築分野、
あるいはセメント、コンクリート分野における補強材等
のファイバー材料の用途において、従来から市販されて
いるロックウール等の無機ファイバー材料よりも利用範
囲を拡大することが期待される。また、石炭灰の有効な
利用を促進することができる。さらに本発明の製造方法
によれば、石炭灰を主原料とするファイバー組成物を比
較的低い溶融温度下で安価に容易に製造することができ
る。The fiber composition of the present invention containing coal ash as a main raw material has excellent properties such as heat resistance and alkali resistance. Therefore, the construction field such as heat insulation, heat insulation, sound absorbing material,
Alternatively, in the use of fiber materials such as reinforcing materials in the fields of cement and concrete, it is expected that the range of use will be expanded more than conventionally available inorganic fiber materials such as rock wool. In addition, effective utilization of coal ash can be promoted. Further, according to the production method of the present invention, a fiber composition containing coal ash as a main raw material can be easily produced at a relatively low melting temperature at low cost.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 森下 宣明 東京都千代田区西神田３丁目８番１号 太 平洋セメント株式会社内 (72)発明者 野口 嘉一 東京都中央区銀座６丁目15番１号 電源開 発株式会社内 (72)発明者 石川 嘉崇 東京都中央区銀座６丁目15番１号 電源開 発株式会社内 (72)発明者 名久井 博之 東京都中央区銀座６丁目15番１号 電源開 発株式会社内 Ｆターム(参考） 4D004 AA36 AC04 BA02 CA29 CA50 CB31 DA03 DA06 4L037 CS20 PA31 UA06 UA07 UA10 UA20 ──────────────────────────────────────────────────の Continued on the front page (72) Inventor Noriaki Morishita 3-8-1, Nishikanda, Chiyoda-ku, Tokyo Inside Taiheiyo Cement Co., Ltd. (72) Inventor Kaichi Noguchi 6-15, Ginza, Chuo-ku, Tokyo No. 1 Power Development Co., Ltd. (72) Yoshitaka Ishikawa, Inventor 6-15-1, Ginza, Chuo-ku, Tokyo (72) Inventor Hiroyuki Nakui 6-15-1, Ginza, Chuo-ku, Tokyo, Japan F term (reference) in Power Development Co., Ltd. 4D004 AA36 AC04 BA02 CA29 CA50 CB31 DA03 DA06 4L037 CS20 PA31 UA06 UA07 UA10 UA20
Claims (5)
紡糸してなるファイバー組成物において、主原料の石炭
灰に融点降下剤と還元剤とを加えることにより、溶融温
度を１８００℃以下および鉄分を酸化物換算量で３％未
満とし、かつ熱間収縮温度を８００℃以上としたことを
特徴とするファイバー組成物。1. A fiber composition obtained by melt-spinning a raw material mainly composed of coal ash at a high temperature, by adding a melting point depressant and a reducing agent to coal ash as a main raw material, so that the melting temperature is 1800 ° C. or lower. And a fiber composition having an iron content of less than 3% in terms of oxide and a hot shrinkage temperature of 800 ° C. or more.
還元剤が炭材である請求項１のファイバー組成物。2. The melting point depressant is a calcium compound,
The fiber composition according to claim 1, wherein the reducing agent is a carbonaceous material.
重量で、ＳｉＯ2：３５〜６０％、Ａｌ2Ｏ3：１.５〜４
０％、ＣａＯ：１０〜４０％およびＦｅ2Ｏ 3：０〜３％
である請求項１または２のファイバー組成物。3. The component of the fiber composition is converted to oxide.
By weight, SiOTwo: 35-60%, AlTwoOThree1.5 to 4
0%, CaO: 10 to 40% and FeTwoO Three: 0-3%
The fiber composition according to claim 1 or 2, wherein
紡糸してなるファイバー組成物の製造方法において、石
炭灰に融点降下剤および還元剤を加え、この混合物を１
４００〜１８００℃で溶融した後に、該溶融物の底部分
を除いて紡糸することを特徴とする製造方法。4. A method for producing a fiber composition comprising melt-spinning a raw material mainly composed of coal ash at a high temperature, wherein a melting point depressant and a reducing agent are added to the coal ash, and the mixture is mixed with 1 part.
A production method characterized by spinning after melting at 400 to 1800 ° C, except for the bottom part of the melt.
を残して紡糸し、または炉底に溜まる部分を除去した後
に紡糸する請求項４の製造方法。5. The production method according to claim 4, wherein after the melting, the molten material is spun while leaving a portion that accumulates in the furnace bottom, or is spun after removing the portion that accumulates in the furnace bottom.
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