JPH11130515A

JPH11130515A - アルミニウム残灰からセラミック製品を製造する方法

Info

Publication number: JPH11130515A
Application number: JP9307976A
Authority: JP
Inventors: Keiji Tomii; 奎司冨井; Masao Kadotani; 正雄門谷
Original assignee: Daiki Aluminium Industry Co Ltd
Current assignee: Daiki Aluminium Industry Co Ltd
Priority date: 1997-10-21
Filing date: 1997-10-21
Publication date: 1999-05-18
Anticipated expiration: 2017-10-21
Also published as: JP4021021B2

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明の解決課題は、従来不可能と
考えられていた製造上の問題点をクリアして用途が広
く、特に建築資材としての有用性に富むセラミック製品
をアルミニウム残灰から直接作り出そうとするものであ
る。【解決手段】アルミニウム残灰に水溶性無機バイ
ンダ、低融点化剤及び水、或いは水と水溶性有機バイン
ダとを添加し、これらを混合、混練して脱ガス処理を行
った後、成形し、該成形物を乾燥させ、焼成してセラミ
ック製品を製造することを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、アルミニウム残灰から
セラミックス製品を直接製造する方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】ドロスは金属アルミニウム（met-Al）と
主としてアルミニウム酸化物の混合物で、アルミニウム
部品やアルミニウム缶などアルミニウム製品を再溶解す
ると必ず溶湯表面に発生する。このドロスは、再溶解さ
れるアルミニウム合金の種類により組成が異なる。例え
ば再溶解される製品が軽圧用合金の場合は、Si等の不純
物が少ないがMgの多いドロスが発生するし、アルミニウ
ム鋳物、アルミニウムダイカスト合金を再溶解するとSi
やMgの多いドロスが発生する。このドロスからは、例え
ば灰絞り機法、粉砕・篩い分け法、回転炉法等を利用し
て金属アルミニウム分の回収がなされる。そしてその残
りがアルミニウム残灰と言われる。

【０００３】ここで、鋳物、ダイカスト合金又は軽圧用
合金のアルミニウム残灰の分析値例を示すと下記の通り
である。（アルミニウム残灰の分析値例） Al₂0₃ met-Al met-Si AlN Al₄C₃ Fe Mg Na Ca K Cl 鋳物、タ゛イカスト合金 44.6 5.6 3.5 12.0 2.3 1.1 4.2 3.5 1.2 1.2 2.8 軽圧用合金 39.3 20.7 0.3 23.1 1.1 0.3 6.3 0.1 0.1 1.6 1.3 ここで、表中の（met）は金属成分を示す。アルミニウ
ム残灰の分析値例は上記のようなものがあるが、アルミ
ニウム残灰中のAlN、Al₄C₃の含有量は溶解方法や、ドロ
ス処理の方法により大幅に異なる。また、アルミニウム
の再溶解中にテルミット反応を起こすとアルミニウム残
灰中にAlNが多くなる傾向が見られる。

【０００４】これらアルミニウム残灰の用途としては、
アルミニウム残灰中のアルミニウム含有量が４０％以上
の場合、鉄鋼業で発熱剤等の用途して使用される。しか
しながら、アルミニウム含有量が４０％以下の場合、用
途がないので、現在の処はその大部分は産業廃棄物とし
て廃棄処分され、その極く一部が消石灰を混合して鉄鋼
用スラグ調整剤等に利用されているに過ぎない。なお、
前記アルミニウム残灰にはドロス処理等で発生する集塵
灰を含む。

【０００５】前述のように産業廃棄物として投棄されて
いるアルミニウム残灰は、有害物であり数々の問題点を
有している。即ち、アルミニウム残灰は、含有アルミニ
ウム分が水と反応して水素ガス発生し、爆発の危険性を
持つ。爆発しないまでも発熱し、投棄場所で火災を発生
させる。また、アルミニウム残灰中のAlNは、水と反応
してアンモニアガス発生させ、悪臭を放つのみならず、
爆発性を有し危険である。また、アルミニウム残灰中の
Al₄C₃も水と反応してメタン、アセチレンガス発生し、
悪臭を放つのみならず、可燃性であって危険である。

【０００６】さて、含有アルミニウム分が少ないアルミ
ニウム残灰は、産業廃棄物として投棄される以外に処理
方法のなかったのであるが、近年、産業廃棄物の投棄場
所も規制されるようになって来たため、何からかの処理
を施し、無公害化する或いは一歩進めて有用産業材とし
て再活用しなければならなくなって来た。そこで、前記
利用価値のないアルミニウム残灰の無公害化処理とし
て、「アルミニウム残灰に水を加え、常温又は加温し
て発生するガスを除去し、臭いを無くした後廃棄処分す
る方法（芝浦工大合金研究室）」や、「アルミニウム
残灰に水を加え１００〜３００℃の炉内で加熱した後、
ミルスケールと混合し鉄鋼製錬用材とする方法（特公平
４−３３７２９号）」や、「アルミニウム残灰に８０
℃以上の温水を加え３時間以上撹拌し無害化して廃棄処
分する方法（特開平４−１７３９３０号）」など各種の
方法が提案されている。

【０００７】一方、有用産業材を製造する方法として
は、アルミニウム残灰に非水溶媒（例えばタールや有
機溶媒等）を加えて混練し、ペレット状にして金属製錬
造滓剤とする方法（特開平２−２７０９２０号）や、
「アルミニウム残灰に結合材（例えば消石灰）を添加し
て加圧成形し、更に加水して硬化させ、然る後乾燥させ
て金属製錬造滓剤を製造する方法（特許番号第２６０９
１９１号）や、「アルミニウム残灰に水を添加して造
粒し、これを乾燥させた後、焼成（８００〜１２００
℃）し、続いて薄い酸処理した後、乾燥させて成形し、
耐火煉瓦とする方法（特願昭５４−４３２１６号）や、
「アルミニウム残灰を高温で長時間加熱して含有アル
ミニウム分を完全に酸化させ、粉体状の酸化アルミニウ
ム系処理生成物を形成し、これに可塑原料（カオリン、
セリサイト、ろう石−粘土類）媒溶剤原料（長石）、赤
泥（アルミ製錬）等を添加して陶磁器原料として使用す
る方法（特開平６−１３５７６１号）」等が提案されて
いる。

【０００８】しかし、これらの内の前半〜は単なる
無害化を行うもので、産業廃棄物としては依然として存
在し、後半〜、は、単なる金属製錬造滓剤や固体
状酸化アルミニウム系陶磁器材料に利用されるだけであ
って、例えは外壁財、歩道用縁石や被覆材、石柱その他
建築用セラミック材料など、広い用途を持つ一般産業材
としての用途開発はなされていなかった。唯一におい
て耐火煉瓦としての用途開発がなされているが、一度８
００〜１２００℃で焼成し、更に酸処理したものを原料
として耐火煉瓦を製造するという迂遠な方法を採用して
おり、製造コストが高くなり、採算ベースに乗りにくく
工業化できないという問題点がある。

【０００９】このような問題を解消するためにはアルミ
ニウム残灰から直接セラミック製品を作ればよいのであ
るが、次のような問題点が累積している。１）水と混練して成形してもアルミニウムメタル分、窒
化アルミニウム、炭化アルミニウム、塩化アルミニウム
等のアルミニウム残灰の含有成分が、水と激しく反応し
てガス発生及び発熱するため、たとえ成形しても成形体
がボロボロに形が崩れて製品としての形状が得られな
い。換言すれば、乾燥時の形状安定性が得られない。２）焼成時にテルミット反応が起こりガスが発生して焼
成物が割れ、焼成時の形状安定性がない。３）アルミニウム残灰の組成はアルミニウム分が多く低
温では焼結しないので、融点を下げる添加剤（低融点化
剤）が必要となる。４）融点を下げる添加剤（低融点化剤）を加えて融点を
下げても、焼結時の収縮による割れが発生するため、添
加成分の選択が必要となる。５）アルミニウム残灰中にはMg、Siが同時に含まれてい
るので、セラミックスとした場合に下記の問題点が生じ
る。例えばAl−Mg系では、スピネル、耐火材としての用途が
あり、Al−Si系では、磁器、石器の用途ある。しかしな
がら、Al−Si系でのMg混入は熱ショックに弱い特性を与
え、焼成時に割れを起こし製品に出来ない。また、Al−
Mg系でのSi混入は融点を低下し、高温用途を妨げる。従
って、アルミニウム残灰中にはMg、Siが同時に含まれて
いる事はいずれの用途にも不向きであるという事にな
る。

【００１０】以上の諸問題の内の、１）の条件だけでも
アルミニウム残灰から直接セラミック製品を作るという
発想は現実には出てこない。更に２）３）４）の問題点
が加われば実現不可能という考えが先に立ち、事実、今
までにはアルミニウム残灰から直接セラミック製品を作
るというような試みは全くなされて来なかった。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】そこで、本発明は前記
解決課題、即ち、種々の製造上の問題点をクリアして用
途が広く、特に建築資材としての有用性に富むセラミッ
ク製品をアルミニウム残灰から直接作り出そうとするも
のである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載のアルミ
ニウム残灰からセラミック製品を製造する方法の第１例
で、『アルミニウム残灰に水溶性無機バインダ、低融点
化剤及び水、或いは水と水溶性有機バインダとを添加
し、これらを混合、混練して脱ガス処理を行った後、成
形し、該成形物を乾燥させ、焼成してセラミック製品を
製造する』ことを特徴とする。

【００１３】請求項２はその第２例で、『アルミニウム
残灰に水溶性無機バインダ、低融点化剤及び水を添加し
て脱ガス処理を行い、次いでこの脱ガス処理材に水溶性
有機バインダを添加し、これらを混合、混練した後、成
形し、該成形物を乾燥させ、焼成してセラミック製品を
製造する』ことを特徴とする。

【００１４】請求項３はその第３例で、『アルミニウム
残灰に水を加え、発熱及びガス発生反応を起こさせて形
成した脱ガス処理アルミニウム残灰に水溶性無機バイン
ダ及び低融点化剤、又は水溶性無機バインダ、低融点化
剤及び水溶性有機バインダを加え、これらを混合、混練
し、成形、乾燥した後、焼成してセラミック製品を製造
する』ことを特徴とする。

【００１５】（作用）水をアルミニウム残灰に添加する
と激しい反応を起こす事はよく知られている。請求項１
〜５に記載の方法における共通項は、前記爆発的反応を
成形前の初期段階で発生させてしまい、成形段階では比
較的緩やかに反応させて乾燥中或いは焼成中での成形物
の変形や割れをなくそうとするものである。

【００１６】本発明の初期段階では、成形前であるから
発熱やガス発生が生じても形状的な問題を生じる事がな
い。添加する水の量は、多すぎても少なすぎても不可
で、アルミニウム残灰の２倍程度の水を加える事が好ま
しい。アルミニウム残灰に水を加えると、ガス発生のみ
ならず、金属アルミニウムの酸化反応が生じて発熱す
る。従って、適量の水を加えると自らの反応熱である程
度乾燥する事になると同時に活性な金属アルミニウムの
表面が酸化され、不活性な表面皮膜が生じ、成形性を安
定化させる。

【００１７】脱ガス処理を行ったアルミニウム残灰は、
所定の形状に成形され、乾燥された後、所定の温度で焼
成されセラミック製品となるのであるが、素材調整段階
で金属アルミニウムの活発な表面酸化反応は終わってお
り、大量のガス発生も終了しているので、成形段階、乾
燥段階、焼成段階では僅かな発熱とガス発生が見られる
だけであり、最終製品の変形や割れ、強度低下などを避
ける事ができ、従来のセラミックス製品に負けないだけ
のセラミックス製品がアルミニウム残灰から直接製造さ
れる。

【００１８】また、アルミニウム残灰中に含まれる金属
アルミニウムは、高温になると酸化され、いわゆるテル
ミット反応により多大のエネルギを放出するが、このエ
ネルギ放出は、成形体内部から発生するため金属分を含
まない材料の成形体を使用する場合より焼成され易い特
徴があり、より低コストで焼成できる。同時に酸化反応
には酸素が成形体内部へ浸透し、窒化物、炭化物が共存
すれば、窒素、炭酸ガスなどが放出され、それら気体の
流路が形成されるため焼成物はポーラスになる。従っ
て、本発明によるセラミックス製品は密度が小さく、透
水性がよい等の特徴がある。

【００１９】又、適当な焼成温度を選ぶ事により或いは
釉薬を用いる事により不透水性にする事も出来、あらゆ
るセラミックス製品に応用可能となる。なお、セラミッ
クス製品の一例を示すと、タイル、レンガ、セラミック
壁面材、屋根瓦、バイオキャリアー等セラミックパーツ
などがある。これらの点は全実施例共通である。尚、請
求項１〜３において、脱ガス処理以前の工程に於いて、
混合されるものの順序は、同時でもよいし、適宜前後し
てもよい事は言うまでもない。

【００２０】請求項４に記載の本発明方法はその第４例
で、『アルミニウム残灰を焼成して、ガス発生成分が一
部残留している焼成アルミニウム残灰に水溶性無機バイ
ンダ、低融点化剤及び水或いは水と水溶性有機バインダ
の混合物を加え、これらを混合、混練した後、成形、乾
燥し、該成形体を焼成してセラミック製品を製造する』
ことを特徴とする。

【００２１】この場合もアルミニウム残灰の処理を成形
前に行う点では一致するが、その処理方法が相違する。
即ち、アルミニウム残灰を予め焼成して金属アルミニウ
ム分を始め有害成分（AlNやAl₄C₃等）の大半を酸化除去
してしまう事である。これにより焼成残灰に水が添加さ
れても激しい金属アルミニウムの酸化反応やガス発生は
生じず、穏やかな発熱とガス発生とが見られるだけとな
る。しかしながらこれとても従来法では成形体の割れや
変形の原因となるため、使用できなかったのであるが、
本発明ではそれが克服できた。

【００２２】即ち、本発明方法では、水溶性無機バイン
ダ、水或いは水と水溶性有機バインダをガス発生成分が
一部残留している焼成アルミニウム残灰に添加すること
により、低温での保形性が高まると同時に高温では水溶
性無機バインダの熔融によりガス発生成分の酸化による
ガス発生によって成形体に亀裂や崩壊が発生しようとし
たものが抑制される事になり、亀裂や変形のない成形体
が得られる。

【００２３】請求項５は本発明方法の第５例で、『アル
ミニウム残灰を焼成して、ガス発生成分が一部残留して
いる焼成アルミニウム残灰と、アルミニウム残灰に水を
加え、発熱及びガス発生反応を起こさせて形成した脱ガ
ス処理アルミニウム残灰と、水溶性無機バインダと、低
融点化剤及び水或いは水と水溶性有機バインダの混合物
を加え、混合、混練した後、成形、乾燥し、該成形体を
焼成してセラミック製品を製造する』ことを特徴とす
る。

【００２４】焼成アルミニウム残灰を混入する事によ
り、これが骨材となって成形体の焼成時の収縮と変形と
を抑制し、焼成体の寸法精度の向上に寄与すると同時に
骨材作用により強度向上にも寄与する事になる。

【００２５】請求項６は水溶性無機バインダを規定した
もので『水溶性無機バインダは、珪酸ソーダ、水酸化カ
ルシウム、水酸化マグネシウムの内から選ばれた１種又
は２種以上の組み合わせによる無機混合物である』事を
特徴とする。水溶性無機バインダを添加することによ
り、ガス発生を穏やかなものにする事ができるだけでな
く、アンモニア臭の緩和も図る事ができた。また、水溶
性無機バインダは、乾燥時に成形体を硬化させハンドリ
ングを容易にする。

【００２６】請求項７は水溶性有機バインダを規定した
もので『水溶性有機バインダは、水溶性高分子凝集剤、
又は熱可塑性樹脂、或いは水溶性高分子凝集剤と熱可塑
性樹脂の混合物からなる有機物であり、成形時に成形物
に粘性を与え、乾燥時に形状安定性を与える物質であ
る』ことを特徴とする。

【００２７】水溶性有機バインダを添加する事により、
成形材料に粘度が付与され、成形性が向上すると同時に
乾燥時には構成粒子同士を結び付けるため、ガスが発生
しても形状変形が抑制され、取り扱いが容易となる。こ
の水溶性有機バインダは、焼成時に分解して消失する。

【００２８】請求項８は低融点化剤を規定したもので
『低融点化剤は、シリカ分を含む物質、カルシウム分を
含む物質、マグネシウム分を含む物質、粘土類、鉄分を
含む物質、ドロマイトクリンカから選ばれた１種又は２
種以上の混合物である』事を特徴とする。

【００２９】低融点化剤の働きは、アルミナ自体は高温
でないと熔融しない。融点は約２０００℃の高温であ
る。しかしながら、低融点化剤を加える事により、シリ
カ（Ｓｉ０₂）とマグネシウム、カルシウムの酸化物
（ナトリウムを含むマグネシウム・シリケートやカルシ
ウム・シリケート）は低融点ガラスを形成する事にな
り、焼成温度を低下させる。また、鉄もシリカと合体し
て低融点の化合物となり、焼成温度の低下に寄与する。
なお、低融点化剤の構成成分である鉄分に、硫酸第１鉄
を使用すると水処理時に発生するガス中のアンモニアと
結合して硫酸アンモンを生成し、アンモニア臭を消す。

【００３０】請求項１０は、水溶性無機バインダの組成
物のアルミニウム残灰に対する添加量に関し『水溶性無
機バインダである珪酸ソーダ、カルシウム分、マグネシ
ウム分の添加量がアルミニウム残灰５０重量部に対し
て、珪酸ソーダ５〜２０重量部好ましくは６〜１５重量部カルシウム分０〜２０重量部好ましくは２〜１５重量部マグネシウム分０〜２０重量部好ましくは２〜１５重量部である』ことを特徴とする。

【００３１】珪酸ソーダが５重量部以下の場合は、成形
時に硬化しない。また、２０重量部以上の場合はナトリ
ウム分が多くなってセラミックス製品としての品質を悪
くする。カルシウム分が２０重量部以上の場合は、成形
体中にアルミナセメント（一部がカルシウム・アルミネ
ート）が生じて水と反応するようになる。マグネシウム
分が２０重量部以上になると焼成時に割れが生じる。

【００３２】請求請１１は、低融点化剤の組成物のアル
ミニウム残灰に対する添加量に関し『低融点化剤である
シリカ分、カルシウム分、マグネシウム分、粘土類、鉄
分、ドロマイトクリンカの添加量が、アルミニウム残灰
５０重量部に対して、シリカ分１０〜１００重量部カルシウム分０〜１０重量部マグネシウム分０〜１０重量部粘土類０〜３０重量部鉄分０〜１０重量部ドロマイトクリンカ０〜１０重量部である』ことを特徴とする。

【００３３】シリカ分が１０重量部以下の場合は、焼成
物の融点が高くなり、１４００℃でようやく焼結するよ
うになる。１００重量部以上の場合は、残灰の利用率が
悪くなる。カルシウム分及びマグネシウム分は、残灰の
組成の変動に応じてマグルシウム対カルシウムの比が２
〜０.３の範囲に入るようにするためである。粘土類が
３０重量部になると残灰の利用率が下がる。鉄分が１０
重量部以上の場合、着色が激しく外観が低下する。ドロ
マイトクリンカはマグネシウム対カルシウムの比の調整
に使用され、０〜１０重量部の範囲であることが好まし
い。尚、前記マルネシウム対カルシウムの比が２を越え
ると焼成中に割れを生じ、０.３以下の場合は、一部ア
ルミナセメント（カルシウム・アルミネートとなって水
と反応する）になる。

【００３４】請求請１２は、水溶性有機バインダである
有機高分子凝集剤、熱可塑性樹脂のアルミニウム残灰に
対する添加量に関し『水溶性有機バインダである有機高
分子凝集剤、熱可塑性樹脂の添加量が、アルミニウム残
灰５０重量部に対して、有機高分子凝集剤０〜３重量部熱可塑性樹脂０〜３重量部である』ことを特徴とする。

【００３５】これによれば、有機高分子凝集剤及び熱可
塑性樹脂は、３重量部以上を加えても顕著な効果がない
ばかりか含まれるナトリウムにより融点を大きく変動さ
せる要因となる。また、コスト・アップの原因ともな
る。

【００３６】請求請１３は、成形時の型圧に関し『成形
時の型圧が、５０〜３０００Kgf/cm²である』ことを特
徴とするもので、これによれば、成形時の型圧が、５０
Kgf/cm²以下の場合は、成形品が脆く、ハンドリングが
困難となる。逆に３０００Kgf/cm²以上の場合は、締ま
り過ぎて焼成時に割れを生じる。

【００３７】請求請１４は、成形物の焼成温度及び昇温
速度に関し『成形物の焼成温度が９００〜１５００℃で
あり、昇温速度が０.１〜５℃/minである』ことを特徴
とするもので、これによれば、焼成温度が９００℃以下
の場合は、焼成できない。１５００℃以上の場合は、熔
融して膨れを生じて製品とならない。昇温速度が０.１
℃/min以下の場合は、焼成時間がかかり過ぎ、５℃/min
以上の場合は、割れを生じやすい。

【００３８】請求請１５は、セラミック製品中のMg/Ca
の比に関し『セラミック製品中のMg/Caの比が２〜０.３
の範囲である』ことを特徴とするもので、これによれ
ば、２以上の場合は一部に割れが発生し、０.３以下で
あれば一部がセメントになり、全体がセラミックスにな
らない。

【００３９】

【実施の態様】以下、本発明方法に付いて説明する。水
系バインダを使用する場合の共通項は、アルミニウム残
灰が水に触れると爆発的な反応を示す事はよく知られて
いるが、発明者らはこのような爆発的反応は反応の初期
段階で起こり、後は比較的緩やかに反応する事に気づ
き、それを利用することを考えた事である。即ち、成形
前の素材調整工程で水を添加して爆発的反応を起こさせ
てしまい、その後の成形工程では穏やかな反応に留め、
乾燥中或いは焼成中での成形物の変形や割れをなくする
ものである。

【００４０】《素材調整工程》この工程では、(a)アル
ミニウム残灰に水溶性無機バインダ、低融点化剤、水或
いは水と水溶性有機バインダとを添加し、これらを混
合、混練して脱ガス処理し、然る後、必要に応じて水を
加え、混練して水分調整する場合や、(b)アルミニウム
残灰に水溶性無機バインダ及び低融点化剤、水を加えて
混合し、これ混練して脱ガス処理を行い、必要に応じて
これを乾燥させ、該乾燥物に更に水又は水溶性有機バイ
ンダ或いは水と水溶性有機バインダの混合物を添加した
液で水分調整する場合、(c)アルミニウム残灰に水を加
え、発熱及びガス発生反応を起こさせて形成した脱ガス
処理アルミニウム残灰に水溶性無機バインダ、低融点化
剤及び水、又はこれに水溶性有機バインダを加え、これ
らを混合、混練し、水分調整する場合、(d)アルミニウ
ム残灰を焼成して形成した焼成アルミニウム残灰に水溶
性無機バインダ、低融点化剤及び水或いは水と水溶性有
機バインダの混合物を加え、これらを混合、混練し、水
分調整する場合、(e)アルミニウム残灰を焼成して、ガ
ス発生成分が一部残留している焼成アルミニウム残灰
と、アルミニウム残灰に水を加え、発熱及びガス発生反
応を起こさせて形成した脱ガス処理アルミニウム残灰
と、水溶性無機バインダと、低融点化剤及び水或いは水
と水溶性有機バインダの混合物を加え、これらを混合、
混練した場合とがある。混合順序は特に問わない。

【００４１】ここで、爆発的反応の軽減には、アルミニ
ウム残灰に２倍以上の水を加え脱ガスする。水の添加量
が多過ぎると乾燥用燃料消費が多くなり不経済となる。
逆に、少な過ぎると成形、乾燥時に成形物に割れが発生
する。発生ガスは、水素、アンモニア、メタンガス等の
可燃性ガス及び塩酸が発生する。前記発生ガス中のアン
モニアガスと塩酸は塩化アンモンになり固体に変わる
が、アンモニアが余分にあればアンモニアガスが発生す
る。前記ガス処理は公知文献に記載のアルミニウム残灰
から方法で処理する。即ち、８００℃以上に保った炉内
へ該発生ガスを導き、燃焼させる。反応式は以下の通り
である。２ＮＨ₃＋(３/２)Ｏ₂ →Ｎ₂ ＋３Ｈ₂ＯＣＨ₄＋３Ｏ₂ →ＣＯ₂＋２Ｈ₂ＯＨ₂ ＋(１/２)Ｏ₂ →Ｈ₂Ｏ

【００４２】なお、このように少量の水と反応させるこ
とにより自己発熱で乾燥が可能となる。アルミニウム残
灰中の水溶成分は、Na、K、Mg、Ca等のアルカリ或いは
アルカリ土類金属の塩化物であり、ガスとなって放散さ
れず、アルミニウム残灰中に残留するので、焼成時のア
ルミナの融点低下に役立たせる事ができる。また、水溶
性無機バインダをアルミニウム残灰に混合することによ
り激しいアンモニア臭を緩和することができた。

【００４３】本発明に作用されるアルミニウム残灰の素
材調整例を示すと、アルミニウム残灰５０重量部に対し
て、低融点化剤は、シリカ分１０〜１００重量部カルシウム分０〜１０重量部マグネシウム分０〜１０重量部鉄分０〜１０重量部粘土類０〜３０重量部ドロマイトクリンカ０〜１０重量部水溶性無機バインダは、珪酸ソーダ５〜２０重量部カルシウム分０〜２０重量部マグネシウム分０〜２０重量部であり、これを必要に応じて添加、混合、混練して成形
品の素材となるアルミニウム残灰混合物とする。混合順
序は特に問わない。

【００４４】上記アルミニウム残灰混合物に１０〜２０
重量％の水を加え乾燥させる。この場合、水分をゼロに
する必要は無く、粉体としてハンドリングできる程度の
水分含有はかまわない。水に有機高分子凝集剤バインダ
０〜３重量部、熱可塑樹脂０〜３重量部を溶解し、アル
ミニウム残灰混合物に対し５〜３０重量部添加（好まし
くは７〜２０）して、混練する。このようにして、含湿
アルミニウム残灰混合物を得る。水溶性無機バインダが
あれば水単独でも良い。

【００４５】《成形工程》成形時の水分は成形したとき
ハンドリングできればよい程度でよい。具体的には３〜
２０重量％程度が好ましい。含湿アルミニウム残灰混合
物をプレス成形機で所定の形状（例えば板状、柱状、ブ
ロック状）に成形する。成形圧５０〜３０００kgf/cm²
で行うが、好ましくは、１００〜７５０kgf/cm²であ
る。

【００４６】《乾燥工程》成形体は自然乾燥、或いは１
１０℃で重量変化が無くなるまで乾燥される。この時期
にも若干の発熱があり、且つわずかなアンモニア臭がす
る程度である。

【００４７】《焼成工程》乾燥物の焼成は、例えばロー
ラーハース炉、その他のトンネル炉又は窯業炉で行う。
昇温速度は、この場合は１℃/minであったが、条件によ
り（0.1〜５℃/min）の範囲内で昇温する。昇温時にわ
ずかに塩酸ガスが発生するが、発生ガスを苛性ソーダ水
溶液或いは消石灰又は水酸化マグネシウムのスラリー液
に通す事により除害して大気へ排出する。

【００４８】《実施例１》表１に示すアルミニウム残灰
５２重量部に、表２に示す鋳物廃砂微粉２５重量部、珪
酸ソーダ８重量部、消石灰８重量部を混合し、混練しな
がら徐々に水１００mlを添加した。この時わずかなアン
モニア臭が発生し、混練物は発熱して昇温した。この混
合物を１１０℃の乾燥機に入れて乾燥した。該乾燥物を
冷却し、解砕しながらポリアクリル酸ソーダ２重量部、
高分子量水溶性熱可塑性樹脂０.６重量部を溶解した水
３０重量部を加えて混練した。この時、アンモニア臭は
殆どなかった。該混練物を型に入れ１００kgf/cm²の加
圧力を加えて成形した。該成形物を１１０℃の乾燥機に
入れて約２時間乾燥し、窯業炉で１２５０℃で焼成し
た。昇温速度は１℃/minであった。得られたセラミック
製品の比重は１.３０ｇ/cm³、圧縮強度は１１０kgf/cm²
であった。該セラミック製品の表面形状はヒビ割れが無
く滑らかであった。

【００４９】

【表１】

【表２】

【００５０】《実施例２》実施例１の各種添加物の添加
量その他を変更して実施した。表５では、本発明の実施
例品は圧縮強度の高いもの、低い物さまざまであるが、
いずれも圧縮試験においてある程度良好な数値を示して
いるが、比較例は圧縮強度が極めて弱く圧縮試験直後に
割れを生じたり、甚だしい場合には成形時や乾燥時に割
れを生じ、使用に供し得るようなものにならなかった。

【００５１】

【表５】

【００５２】《実施例３》実施例１の鋳物廃砂微粉に代
えて珪砂粉（表３にその組成を示す）を添加し、その添
加量を変更して実施した。表６では、本発明の実施例品
は２例共良好な数値を示した。

【００５３】

【表３】

【表６】

【００５４】《実施例４》実施例１の鋳物廃砂微粉に代
えて岩石粉（表４にその組成を示す）を添加し、その添
加量を変更して実施した。表７では、本発明の実施例品
は２例共良好な数値を示した。

【００５５】

【表４】

【表７】

【００５６】《実施例５》表８に示すアルミニウム残灰
６５重量部に、表３に示す珪砂粉５９重量部、珪酸ソー
ダ１２重量部、水酸化マグネシウム１２.５重量部を混
合し、混練しながら徐々に水１００mlを添加した。この
時わずかなアンモニア臭が発生し、混練物は発熱して昇
温した。この混合物を１１０℃の乾燥機に入れて乾燥し
た。該乾燥物を冷却し、解砕しながらポリアクリル酸ソ
ーダ２重量部、高分子量水溶性熱可塑性樹脂０.６重量
部を溶解した水３０重量部を加えて混練した。該混練物
を型に入れ１５０kgf/cm²の加圧力を加えて成形した。
該成形物を１１０℃の乾燥機に入れて約２時間乾燥し、
窯業炉で１２４０℃で焼成した。昇温速度は１℃/minで
あった。得られたセラミック製品の比重は１.４２ｇ/cm
³、圧縮強度は３６５kgf/cm²であった。該セラミック製
品の表面形状はヒビ割れが無く滑らかであった。

【００５７】

【表８】

【００５８】《実施例６》実施例５の各種添加物の添加
量その他を変更して実施した。条件と結果を表９に示
す。表９では、本発明の実施例品は２例共良好な数値を
示した。

【００５９】

【表９】

【００６０】《実施例７》本実施例は、水その他を混合
後、脱ガスする例で、実施例５の各種添加物の添加量そ
の他を変更（珪酸ソーダを０にし、代わりにガラス粉を
添加した）して実施した。ガラス粉の分析地は表１０に
示す。また、条件と結果を表１１に示す。表１１では、
本発明の実施例品は２例共良好な数値を示した。

【００６１】

【表１０】

【表１１】

【００６２】《実施例８》表１に示すアルミニウム残灰
１００重量部にかき混ぜながら徐々に水２００重量部を
添加した。しばらくかき混ぜているとアセチレン臭とア
ンモニア臭が混ざった臭いがし、該混合物の温度が上が
る。それとともに水分が蒸発する。該混合物は長時間放
置すると自然に乾燥するが、本実施例では乾燥機に入れ
て乾燥した。このようにして脱ガスアルミニウム残灰を
準備した。該脱ガスアルミニウム残灰６２重量部に表２
に示す鋳物廃砂微粉３０重量部、珪酸ソーダ１１重量部
及び水酸化カルシウム１５重量部を混合、混練し、該混
合物にポリアクリル酸ソーダ２重量部、高分子量水溶性
熱可塑性樹脂０.６重量部を溶解した水３０重量部を加
えて混練した。この時、アンモニア臭は殆どなかった。
該混練物を型に入れ１００kgf/cm²でプレス成形した。
該成形物を１１０℃の乾燥機に入れ約２時間乾燥し、窯
業炉で１２２０℃で焼成した。昇温速度は１℃/minであ
った。該セラミック製品の比重は１.９０g/cm³、圧縮強
度は７６０kgf/cm²であった。表面形状はヒビ割れが無
く滑らかであった。

【００６３】《実施例９》実施例８の各種添加物の添加
量その他を変更して実施した。その結果を表１２に示
す。表１２では、本発明の実施例品はいずれも良好な数
値を示しているが、比較例は圧縮強度が極めて弱く圧縮
試験中に割れを生じたり、甚だしい場合には成形時や乾
燥時に割れを生じ、使用に供し得るようなものにならな
かった。

【００６４】

【表１２】

【００６５】《実施例１０》本実施例は脱ガスアルミニ
ウム残灰を使用した例で、実施例８の各種添加物の添加
量その他を変更して実施した。条件と結果を表１３に示
す。表１３では、本発明の実施例品は２例共良好な数値
を示した。

【００６６】

【表１３】

【００６７】《実施例１１》アルミニウム残灰を排ガス
温度８００〜９００℃に設定した内径１ｍ、長さ２.５
ｍのコニカル型回転焼却炉へ１００kg/Hの速度で連続供
給し、焼成アルミニウム残灰を得た。該焼成アルミニウ
ム残灰の分析値は表１４に示す通りであり、未焼成のア
ルミニウム、シリコン及びチッカアルミニウム等が残留
し、セラミック原料として販売を試みたが受け入れる処
がなかった。該焼成アルミニウム残灰７０重量部に鋳物
廃砂微粉４０重量部、珪酸ソーダ１１重量部及び水酸化
カルシウム１５重量部を混合し良く混練した。該混合物
にポリアクリル酸ソーダ２重量部及び高分子量水溶性熱
可塑性樹脂０.６重量部を混合した水１５mlを添加し水
分調整を行った後１００kgf/cm²でプレス成形した。該
成形品を１１０℃で８時間乾燥した後、電熱窯業釜にて
１２２０℃で焼成しセラミック製品を得た。この時の昇
温速度は１℃/minであった。該乾燥後の成形品の寸法は
直径２５.２mm×高さ４９.９mmの円柱であり、比重は
１.３g/cm³であった。また、該セラミックス製品の寸法
は、直径２５.２mm×高さ５０.４mmの円柱であり、比重
は１.２１g/cm³、圧縮強さは１５２kgf/cm²であった。
表面形状はヒビ割れが無く滑らかであった。（表１４）

【００６８】

【表１４】

【００６９】《実施例１２》表１４に示すアルミニウム
残灰３５重量部、表１に示すアルミニウム残灰を実施例
８に示す脱ガス処理して得た脱ガスアルミニウム残灰３
０重量部に鋳物廃砂微粉３０重量部、珪酸ソーダ１１重
量部及び水酸化カルシウム１５重量部を混合し良く混練
した。該混合物にポリアクリル酸ソーダ２重量部及び高
分子量水溶性熱可塑性樹脂０.６重量部を混合した水１
５mlを添加し水分調整を行った後、１５０kgf/cm²でプ
レス成形した。該成形品を１１０℃で８時間乾燥した
後、電熱窯業釜にて１２４０℃で焼成しセラミック製品
を得た。この時の昇温速度は１℃/minであった。該乾燥
後の成形品の寸法は直径２５.０mm×高さ４５.２８mmの
円柱であり、比重は１.４０g/cm³であった。また、該セ
ラミック製品の寸法は２２.５４mmφ×３９.２８mmHの
円柱であり、比重は１.６９g/cm³、圧縮強さは８９６kg
f/cm²であった。表面形状はヒビ割れが無く滑らかであ
った。

【００７０】

【発明の効果】本発明方法を採用すれば、現在廃棄処分
されているアルミニウム残灰をセラミック製品、例え
ば、タイル、レンガ、セラミックウオール、屋根瓦、バ
イオキャリアー、セラミックパーツにし、有効利用でき
る。アルミニウム残灰に含まれる含エネルギー物質の熱
を有効利用し、省エネルギー生産が可能となる。特に該
製品の特性の１つの透水特性は例えば都市空間のヒート
アイランド化の防止に役立つ透水性ブロック等に利用で
きる。焼結温度により緻密化、不透水性にも化工が出
来、あらゆるセラミック製品製造への応用が可能となっ
た。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】アルミニウム残灰に水溶性無機バイ
ンダ、低融点化剤及び水又は水と水溶性有機バインダを
添加し、これらを混合、混練して脱ガス処理を行った
後、成形し、該成形物を乾燥させ、焼成してセラミック
製品を製造することを特徴とするアルミニウム残灰から
セラミック製品を製造する方法。
【請求項２】アルミニウム残灰に水溶性無機バイ
ンダ、低融点化剤及び水を添加して脱ガス処理を行い、
次いでこの脱ガス処理材に水溶性有機バインダを添加
し、これらを混合、混練した後、成形し、該成形物を乾
燥させ、焼成してセラミック製品を製造することを特徴
とするアルミニウム残灰からセラミック製品を製造する
方法。
【請求項３】アルミニウム残灰に水を加え、発熱
及びガス発生反応を起こさせて形成した脱ガス処理アル
ミニウム残灰に水溶性無機バインダ及び低融点化剤、又
は水溶性無機バインダ、低融点化剤及び水溶性有機バイ
ンダを加え、これらを混合、混練し、成形、乾燥した
後、焼成してセラミック製品を製造することを特徴とす
るアルミニウム残灰からセラミック製品を製造する方
法。
【請求項４】アルミニウム残灰を焼成して、ガス発
生成分が一部残留している焼成アルミニウム残灰に水溶
性無機バインダ、低融点化剤及び水或いは水と水溶性有
機バインダの混合物を加え、これらを混合、混練した
後、成形、乾燥し、該成形体を焼成してセラミック製品
を製造することを特徴とするアルミニウム残灰からセラ
ミック製品を製造する方法。
【請求項５】アルミニウム残灰を焼成して、ガス発
生成分が一部残留している焼成アルミニウム残灰と、ア
ルミニウム残灰に水を加え、発熱及びガス発生反応を起
こさせて形成した脱ガス処理アルミニウム残灰と、水溶
性無機バインダと、低融点化剤及び水或いは水と水溶性
有機バインダの混合物を加え、これらを混合、混練した
後、成形、乾燥し、該成形体を焼成してセラミック製品
を製造することを特徴とするアルミニウム残灰からセラ
ミック製品を製造する方法。
【請求項６】水溶性無機バインダは、珪酸ソー
ダ、水酸化カルシウム、水酸化マグネシウムの内から選
ばれた１種又は２種以上の組み合わせによる無機混合物
である事を特徴とする請求項１〜５に記載のアルミニウ
ム残灰からセラミック製品を製造する方法。
【請求項７】水溶性有機バインダは、水溶性高分
子凝集剤、又は熱可塑性樹脂、或いは水溶性高分子凝集
剤と熱可塑性樹脂の混合物からなる有機物であり、成形
時に成形物に粘性を与え、乾燥時に形状安定性を与える
物質であることを特徴とする請求項１〜６に記載のアル
ミニウム残灰からセラミック製品を製造する方法。
【請求項８】低融点化剤は、シリカ分を含む物
質、カルシウム分を含む物質、マグネシウム分を含む物
質、粘土類、鉄分を含む物質、ドロマイトクリンカから
選ばれた１又は２以上の混合物である事を特徴とする請
求項１〜７に記載のアルミニウム残灰からセラミック製
品を製造する方法。
【請求項９】水溶性無機バインダである珪酸ソーダ、カ
ルシウム分、マグネシウム分の添加量がアルミニウム残
灰５０重量部に対して、珪酸ソーダ５〜２０重量部カルシウム分０〜２０重量部マグネシウム分０〜２０重量部であることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載
のアルミニウム残灰からセラミック製品を製造する方
法。
【請求項１０】低融点化剤であるシリカ分、カルシウム
分、マグネシウム分、粘土類、鉄分、ドロマイトクリン
カーの添加量が、アルミニウム残灰５０重量部に対し
て、シリカ分１０〜１００重量部カルシウム分０〜１０重量部マグネシウム分０〜１０重量部粘土類０〜３０重量部鉄分０〜１０重量部ドロマイトクリンカー０〜１０重量部であることを特徴とする請求項１〜５又は請求項８のい
ずれかに記載のアルミニウム残灰からセラミック製品を
製造する方法。
【請求項１１】水溶性有機バインダである有機高分子凝
集剤、熱可塑性樹脂の添加量が、アルミニウム残灰５０
重量部に対して、有機高分子凝集剤０〜３重量部熱可塑性樹脂０〜３重量部であることを特徴とする請求項１〜５又は請求項７のい
ずれかに記載のアルミニウム残灰からセラミック製品を
製品する方法。
【請求項１２】成形時の型圧が、５０〜３０００Kgf/cm
²であることを特徴とする請求項１〜１１いずれかに記
載のアルミニウム残灰からセラミック製品を製造する方
法。
【請求項１３】成形物の焼成温度が、９００〜１５００
℃であり、昇温速度が０.１〜５℃/ｍｉｎであることを
特徴とする請求項１〜１２いずれかに記載のアルミニウ
ム残灰からセラミック製品を製造する方法。
【請求項１４】セラミック製品中のＭｇ/Ｃａの比が２
〜０.３の範囲であることを特徴とする請求項１〜１３
のいずれかに記載のアルミニウム残灰からセラミック製
品を製造する方法。