JPS5827223B2

JPS5827223B2 - 焼結体の製造法

Info

Publication number: JPS5827223B2
Application number: JP53014639A
Authority: JP
Inventors: 真佐々木; 清承山田; 弘文田中; いつ子鈴木
Original assignee: Sumitomo Cement Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Cement Co Ltd
Priority date: 1978-02-10
Filing date: 1978-02-10
Publication date: 1983-06-08
Also published as: JPS54107911A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は焼結体の製造法に関する。

従来より、バイヤー法によってボーキサイトからアルミ
ナを製造する際にほとんど唯一の固体副生物として副生
ずる「赤泥」が排出されている。

その排出量は、アルミナ（Ａ１２０３）１トン当たり乾
燥状態の赤泥で０．５〜０，８トンであり、日本では約
１００〜１５０万トン／年であり、過去には人工軽量骨
材としての利用法などが考えられたが、現状では陸上埋
立て、海洋投棄、赤泥地への溜込みなどしか行われてい
ない。

赤泥を焼結体として使用することが考えられるが、赤泥
単味の焼結体では収縮が非常に大きく、実用化できない
。

収縮を防止するために珪石を骨材として加えることが提
案されているが、珪石のα−β転移によりマイクロクラ
ックが誘発されてしまい、実用化できない。

従って、上記赤泥の有効な利用法の出現が要望されてい
る。

また、高炉水砕スラグ、徐冷高炉滓、転炉滓等のスラグ
は製鉄業から副生じており、これらのスラグは路盤材、
セメント原料、肥料等に使用されているが、その量は６
０％程度であり、十分には利用されていない現状である
。

従って、高炉水砕スラグ、徐冷高炉滓、転炉滓なとのス
ラグの有効な利用法の出現も要望されている。

本発明者等は上記要望に答えるべく鋭意研究の結果、焼
成収縮の原因となり得る程に粒度の小さい赤泥（乾燥時
に１０〜３０μ）と所定の粒度分布を有し、多量の粗粒
子を含有する高炉水砕スラグ、徐冷高炉滓、転炉滓なと
のスラグとを組み合わせて使用すると、互いの欠点を補
い合うことを知見し、本発明に到達した。

本発明の目的とするところは、タイルや瓦等の焼結体を
形成するのに従来使用されていた粘土の代わりに従来利
用価値が少なく処理に種々の問題があった産業廃棄物の
赤泥および産業廃棄物の高炉水砕スラグ、徐冷高炉滓、
転炉滓なとのスラグから有用な焼結体を容易かつ確実に
製造できる焼結体の製造法を提供することにある。

以下、本発明の詳細な説明する。

先ず、赤泥１０〜８０重量部、好ましくは３０〜６０重
量部に所定の粒度を有する高炉水砕スラグ、徐冷高炉滓
、転炉滓等のスラグまたはそれらの混合物２０〜９０重
量部、好ましくは４０〜７０重量部を湿式または乾式で
混合する。

なお、本発明で使用される赤泥は、例えばバイヤー法に
よってボーキサイトからアルミナを製造する際に副生ず
る赤泥であり、その化学組成と鉱物組成とは例えば次の
第１表に示す通りである。

上記第１表から明らかなように、主成分はＦｅ２Ｃ
！３、Ａｚ２Ｃ）ｓ、Ｓｒ０２であり、かつ乾
燥時の粒径は１０〜３０μであり、赤泥はスラグとの混
合時にスラグ（骨材）のマｌ−ＩＪラックス形成し、バ
インダーとして作用する。

また、本発明で使用される高炉水砕スラグ徐冷高炉滓、
転炉滓等のスラグは製鉄業から副生ずるものであり、例
えば高炉水砕スラグおよび転炉滓の化学組成は次の第２
表に示す通りである。

本発明においてはこのような製鉄業からの副生スラグの
うち５朋以下の粒径を有し、かつ主として１〜５山の粒
径を有する部分を、主として骨材として使用することを
特徴とする。

すなわち使用するスラグのうち、粒径５間以上の部分を
使用したり、又は粒径が５ｍｍ以下であっても１間以下
の部分がしめる割合が大きくなると種々の不都合を生じ
るからである。

つまり使用するスラグのうち粒径５ｍｓ以上の部分を使
用すると、スラグ粒子表面と赤泥との反応性が低下し、
焼結時において、スーブと赤泥が一体化されず、収縮が
大きくなったり、十分な実用強度が得られないという好
しくない現実が顕著となるからである。

又、一般に瓦、タイル等の厚さは１０〜２５間であるた
めに、許容されうる最大粒径も実質的に５間程度に制限
される。

一方、使用するスラグのうち、粒径が５間以下であって
も粒径１關以下の部分が占める割合が大きくなると、焼
結時にスラグの表面が短時闇に容融してしまい、スラグ
粒子内部に気泡が残存して膨張するという好しくない現
象が顕著となるからである。

このように本発明においては、使用するスラグの粒度に
は十分な注意を払う必要があるが、好都合なことには通
常の製鉄業からの副生スラグにおいては、それほどの注
意を払う必要はない。

すなわち５ｍｍ以上の粒径を有する部分を取りのぞくと
いう簡単な粒度調節整を行なうのみで本発明の目的を遠
戚することができる。

このような簡単な粒度調整を施された製鉄業からの副生
スラグは、１〜５間の粒径を有する粒子を多重に含有し
、赤泥と混合したときには密充填となり、焼結時の収縮
も防止することができ、実用上何らの支障もきたさない
。

更に、本発明においては、赤泥１０〜８０重量部と上記
したように粒度を調整された高炉スラグ、徐冷高炉滓も
しくは転炉滓等のスラグ、又はそれらの混合物２０〜９
０重量部とを混合して使用することをも特徴とするもの
である。

すなわち赤泥８０重量部以上、スラグ２０重量部以下と
なる場合には、赤泥の乾燥時の粒径が１０〜３０μと極
めて小さいために焼結時の収縮が急激に大きくなるとい
う好しくない現象が顕著となり、製品が許容範囲内の寸
法におさまらないという不都合を生じる。

また、赤泥１０重量部以下、スラグ９０重量部以上とな
る場合には、骨材（スラグ）の７トリツクスを形成する
赤泥が少ないため、バインダーとしての十分な効果が発
揮されず、実用強度が得られないばかりでなく、吸水率
も高くなるという好しくない現象が顕著となる。

更に、本発明において、上記赤泥とスラグとを混合する
際に、ソーダ石灰ガラスなどのケイ酸塩ガラス、リン酸
塩ガラス、ホウ酸塩ガラス等の実用ガラスの粉末、カオ
リナイト質粘土等の可塑性粘土、Ｋ２Ｏ，Ｎａ２Ｏ等の
アルカリ化合物、ホタル石等のフッ素化合物、ホウ酸、
ホウ砂等のホウ素化合物またはそれらの混合物２０重量
部以下を配合しても良い。

これらの化合物は焼結促進用のフラックス（融剤）とし
て作用し、融点を下げる低焼結成分であり、焼結温度を
低くし、焼結工程を経済的に行うことを特徴とする特に
、フラックスとして可塑性粘土を使用すると、後の成形
工程での可塑性が赤泥のみから得られるだけでなく、粘
土からも得られるため、非常に可塑性が良くなり、後の
成形工程を効率良く行うことができるようになる。

次いで、上記のようにして得られた混合物を圧縮成形も
しくは押出成形した後、室温で約２４時間加熱して乾燥
する。

その後、電気炉等の焼結装置を使用して５００〜１３０
０°Ｃの焼結温度で焼結する。

この範囲内の焼結温度で焼結すると、収縮、クラック等
の実質上ない焼結体が得られるのであるが、５００℃未
満では焼結が十分に行われず、また１３００℃より高温
ではマイクロクラックが入る等の不都合が生じる。

上記のように５００〜１３００°Ｃで焼結すれば、赤泥
とスラグどを使用した焼結体は、収縮・クラックとも確
実に防止することができる。

スラグには替在水硬性があり、長期風化に対する問題が
考えられるが、それも焼結により鉄とスラグが反応して
、構造的に安定である酸化鉄固溶体のガラス質物質がで
き、スラグの表面がおおわれ、表面からの風化は防ぐこ
とができるのである。

また、未反応で焼結体中に残存したスラグは、焼結−冷
却過程でガラス質物質から結晶性物質（メリライト）に
変化し、潜在水硬性は失なわれ安定化する。

このように本発明の方法で得られた焼結体は、収縮、ク
ラックとも実質上ない優れたものであるため、瓦、タイ
ル、セラミツケブロック、レンガ等の種々の用途に使用
できる。

特に瓦においては、素地となり得る十分な焼結体が得ら
れ、その表面に釉薬を施すと、実用強度を有する瓦が得
られる。

なお、一般に瓦、タイルの厚さは１０〜２５ｍｍであり
、その骨材の粒度は広範囲の粒度をもつものか、或いは
５ｍｍ以下が適切であることが公知であるが、本発明の
方法で骨材として使用されるスラグはこの要件を十分に
満たすものであり、本発明の方法で形成された焼結体は
瓦、タイルとして非常に優れたものである。

以上説明したように、本発明は赤泥１０〜８０重量部に
５７１ｔｒＩＬ以下の粒径を有し、かつ主として１〜５
ｍｍの粒径を有して前記赤泥と混合した状態で密充填と
なるように粒度調整された高炉水砕スラグ、徐冷高炉滓
もしくは転炉滓等のスラグまたはそれらの混合物２０〜
９０重量部および赤泥とスラグとの合計量１００重量部
当たりフラックスとしてガラス粉末、可塑性粘土アルカ
リ化合物、フッ素化合物もしくはホウ素化合物またはそ
れらの混合物２０重量部以下を混合し、これらの混合物
を圧縮または押出し成形し、乾燥した後、５００〜１３
００°Ｃで焼結するように構成されている。

従って、本発明によれば、粒度の小さい赤泥（乾燥時に
１０〜３０μ）と５７１Ｌｍ以下の粒径を有し、かつ主
として１〜５間の粒径を有して前記赤泥と混合した状態
で密充填となるように粒度を調整されたスラグとを組み
合わせて使用することにより、互いの欠点を補い合って
解消させ、収縮やクラックの生じない焼結体を容易かつ
確実に形成できる。

即ち、産業廃棄物である赤泥とスラグとから有用な高品
質の焼結体を容易に形成できるという工業上極めて有意
義な効果が奏される。

以下、実施例及び比較例を示して本発明を具体的に説明
する。

なお、以下の実施例１〜８及び比較例１−Ａ〜３におけ
るフラックスの量は赤泥とスラグとの合計量１００重量
部当たりの量であり、スラグは特にことわらない限り製
鉄業からの副生スラグのうち粒径が５ｍｒｆｔ以下の部
分を使用した。

実施例１乾燥重量（以スＤ、Ｗ。

と称する）水分４０φを含む赤泥６７０９４５重量φ（Ｄ
、ｗＪ４００．９）高炉水砕スラグ５００ｇ５５／／可
塑性粘土１００ｇ１１、／の三
原料を湿式混練した後、瓦用型粋に入れ、７０ｋｇ／ｉ
で圧縮成形した。

次Ｖこ、１００°Ｃで１日間加熱して乾燥し、電気炉に
より１１００’Ｃで４時間焼成した。

得られた焼結体（瓦）の物理的性質は次の通りである。

収縮率２φ 重量３０ｋｇ（１ｍＸ１ｍＸ１６ｎ功瓦）曲げ破壊強度１２０ｋｇ／ｃｙ？ｉ吸
水率１６係比較例１−Ａ実施例１と同様に処理したが、本比較例において使用し
た高炉水砕スラグは、製鉄業からの副生スラグのうち粒
径５關以上の部分を使用した。

得られた焼結材（瓦）の物理的性質は次の通りである。

収縮率５．８係重量（１ｍＸ１ｍＸ１６ｍ７Ｉｃｏ瓦）３１ｋｇ
曲げ破壊強度６２１ｙ／ｃｒ？Ｌ吸水
率２３％比較例１−Ｂ実施例１と同様に処理したが、本比較例において使用し
た高炉水砕スラグは、製鉄業からの副生スラグのうち粒
径１間以下の部分のみを使用した。

得られた焼結体（瓦）の物理的性質は次の通りである。

収縮率（膨張率） −４，２％重量（１ｍＸ
１ｍＸ１６ｍ功瓦）２９ｋｇ曲げ破壊強度
５７ｋｇ／ｃＩ？Ｌ吸水率
２１％上記比較例１−Ａ、１−Ｂで得られた焼結体（瓦）の物
理的性質は実施例１で得られた焼結体（瓦）のそれと著
しく相違するものである。

すなわち、使用する高炉水砕スラグの粒径５７１Ｌｒ／
Ｌ以上の場合、収縮率は非常に大きくなり、曲げ破壊強
度も大巾に低下する。

一方、使用する高炉水砕スラグの粒径が１關以下の場合
、収縮率はマイナスすなわち膨張するようになり、曲げ
破壊強度も大巾に低下する。

吸水率については、どちらの場合にも大きくなる傾向が
ある。

又このような焼結体間の物理的性質の変化は、高炉水砕
スラグを使用した場合に限らず、徐冷高炉滓、転炉滓等
のスラグミまたはこれらの混合物を使用した場合にも認
められる。

このように本発明においては、使用するスラグの粒度に
は十分な注意を払う必要があり、５關以下の粒径を有し
、かつ主として１〜５ｍ７ＩＬの粒径を有する部分を使
用することが必要である。

しかしながら好都合なことには、このような粒度構成を
有するスラグは、通常の製鉄業からの副生スラグのうち
５朋以上の粒径を有する部分を取りのぞくという簡単な
粒度調整を行なうのみで得られる。

実施例２Ｄ、Ｗ。

水分４０係を含む赤泥１１７０ｇ７８重量φ（Ｄ、
Ｗ、約７００ｇ）高炉水砕スラグ２００ｇ２２這量φ可塑性
粘度１００ｇ１１重量係の３原料を湿
式混合した後、実施例１と同様に処理した。

得られた焼結体（瓦）の物理的性質は次の通りである。

収縮率２．３φ 重量（１ｍＸ１ｍＸ１６ｉ功瓦）３０ｋｙ曲げ破
壊強度９８ｋｙ／ｆｆｌ吸水率
２０％比較例２Ｄ、Ｗ。

水分４０％を含む赤泥１２５０ｇ８３重量φ（Ｄ
、Ｗ、７５ｏｇ）高炉水砕スラグ１５０ｇ１７重量咎可塑
性粘土１００，９１１重量饅の３原
料を湿式混合した後、実施例１と同様に処理した。

得られた焼結体（瓦）の物理的性質は次の通りである。

収縮率９．３％重量（１ｍＸｌ扉×１６ｎ功瓦）３３一曲げ破壊強
度７２ｋｇ／ｉ吸水率
２４係実施例１及び２で得られた焼結体（瓦）の物理曲性質を
、比較例２て得られた焼結体（瓦）のそれと比較すると
判明するように、赤泥８０重量部以上、スラグ２０重量
部以下となる場合には、焼結時の収縮が急激に大きくな
る。

すなわち、製品が許容範囲内の寸法におさまらなくなる
。

このような焼結体（瓦）の物理的性質の変化は高炉水砕
スラグを使用した場合に限らず、徐冷高炉滓、転炉炉滓
等のスラグ、またはこれらの混合物を使用した場合にも
認められる。

実施例３Ｄ、Ｗ。

水分４０％を含む赤泥１７０ｇ１１１重量部Ｄ
、Ｗ、１０２ｇ）高炉水砕スラグ８００ｇ８９９重量部可
塑性粘土１００ｇ１１１重量部３原料
を湿式混合した後、実施例１と同様に処理した。

得られた焼結体（瓦）の物理的性質は、次の通りである
。

収縮率１．７係重量（ｌｍＸ１ｍＸ１６ｍｔｒＵ）瓦）２８ｋｇ
曲げ破壊強度９５ｋｙ／ｉ吸水率
１９係比較例３Ｄ、Ｗ。

水分を４０％含む赤泥１００．＠７重量部（
Ｄ、Ｗ、６０ｇ）高炉水砕スラグ８４０ｇ９３３重量部可塑
性粘土１００ｇ１１１重量部３原料を湿
式混合した後、実施例１と同様に処理した。

得られた焼結体（瓦）の物理的性質は次の通りである。

収縮率２．３φ 重量（ｌｍＸ１ｍＸ１６ｒｍｒＶ）瓦）２７に９
曲げ破壊強度６２ｋｐ／ｃｒ？Ｌ吸水
率３８φ 実施例１及び実施例３で得られた焼結体（瓦）の物理的
性質を、比較例３で得られた焼結体（瓦）のそれと比較
すると判明するように、赤泥１０重量部以下スラグ９０
重量部以上となる場合には、骨材（スラグ）のマｔ−Ｉ
Ｊラックス形成する赤泥が少ないためにバインダーとし
ての十分な効果が発揮されず、曲げ破壊強度が著しく低
下し、実用強度が得られない。

また、吸水率も大巾に高くなり、とうてい実用に耐えつ
るものではない。

このような焼結体（瓦）の物理的性質の変化は、高炉水
砕スラグを使用した場合に限らず、徐冷高炉滓、転炉滓
等のスラグ、またはこれらの混合物を使用した場合にも
認められる。

実施例４実施例１と同様に処理したが、高炉水砕スラグの代わり
に転炉滓を使用すると共に、以下の条件を使用して瓦を
作った。

Ｄ、Ｗ。

赤泥５００ｇ（Ｄ、Ｗ、３００ｇ）３３３重量
部転炉滓６００ｇ６７、／可塑
性粘土１００ｇ１１、。

焼成温度１１５０’Ｃ得られた焼結体（瓦）°の物理的性質は次の通りである
。

収縮率１．８多重量（１ｍＸ１ｍＸ１７ｍ功瓦）３８ｋｙ曲げ破壊強度
１１５ｋｇ／ｉ吸水率
１８φ 本実施例より判明するように、本発明において使用され
うるスラグは、高炉水砕スラグに限られるものではなく
。

転炉滓も使用することができる。なお、これらのスラグ
以外にも徐冷高炉滓も使用可能であり、更にこれらの混
合物をも使用可能である。

実施例５実施例１と同様に処理したが、フラックスとしてホタル
石（ＯａＦ２）を使用すると共に、以下の条件を使用し
て瓦を作った。

Ｄ、Ｗ。

赤泥６７０ｇ（Ｄ、Ｗ、約４５５重量
部４００）高炉水砕スラグ５００ｇ５５、／可
塑性粘土１００ｇ１１／／ホタ
ル石２０，９２ｎ焼成
温度１０５００Ｃ得られた焼結体（
瓦）の物理的性質は次の通りである。

収縮率２．５φ 重量（１ｍＸ１ｍＸ１６ｍｖＯＤ瓦）３２に９曲
げ破壊強度１２５ｋｇ７ｃｙｙｔ吸水率
１４饅実施例６実施例１と同様に処理したが、フラックスとしてホウ砂
（Ｎａ２Ｂ１０７・１０）４０）を便用すると共に以
下の条件を使用して瓦を作った。

Ｄ、Ｗ。

赤泥６７０．！７（Ｄ、Ｗ、約４００．＠）
４５重量饅高炉水砕スラグ５００ｇ５５／／可塑性粘土１００，９１１．／ホ
ウ砂５０，９５５／／焼成温
度９００℃ 得られた焼結体（瓦）の物理的性質は次の通りである。

収縮率２．３ｆｂ型重量１ｒ
ｒＬ×１ｍ×１６１１Ｌ功瓦）３５ｋｇ曲げ破壊
強度１１８ｋｇ／ｆｆｌ吸水率
１６咎実施例７実施例１と同様に処理したが、フラックスとしてソーダ
石灰ガラス粉末を使用すると共に、以下の条件を使用し
て瓦を作った。

Ｄ、Ｗ・赤泥５９０ｇ３５重重量（
Ｄ、Ｗ、約３５０．９）転炉滓６７０ｇ６５、／可塑
性粘度５０ｇ４９／／ソーダ石
灰ガラス粉末３０ｇ３ｐ焼成温度
８５０°Ｃ得られた焼結体（瓦）の
物理的性質は次の通りである。

収縮率１．５饅重量（１ｍＸ１ｍＸ１７ｍｍＳＤ瓦）２８ｋｇ曲
げ破壊強度１４２ｋｙ／ｃ７？ｌ吸
水率１３係実施例８実施例１と同様に処理したが、アルカリを多く含む粘土
を使用するとともに、以下の条件を使用して瓦を作った
。

Ｄ、Ｗ。

赤泥３４０，９２２重量優（
Ｄ、Ｗ、約２００ｇ）高炉水砕スラグ６５０ｇ７８、／アノ
ゆり（Ｋ２０＋Ｎａ２０）１５０，９
１８、／４５％を含む粘土焼成温度９５０°Ｃ得られた焼結体（瓦）の物理的性質は次の通りである。

収縮率０．８饅重量（１ｍＸ１ｍＸ１５ｍ功瓦）３０ｋｇ曲げ破
壊強度１２８ｋｇ／ｉ吸水率
１７０７ｂ実施例４〜８から判明するよ
うに本発明においては、赤泥とスラグを混合する際に焼
結促進用のフラックスとして、可塑性粘土に限らずホタ
ル石、ホウ砂、実用ガラス粉末、アルカリ化合物、また
はこれらの混合物を配合してもよい。

以上、実施例に基づいて詳細に説明したように、本発明
は赤泥１０〜８０重量部と、５■以下の粒径を有し、か
つ主として１〜５７ｎｒｒＬの粒径を有して前記赤泥と
混合した状態で密充填となるように粒度を調整された高
炉水砕スラグ、徐冷滓、もしくは転炉滓等のスラグ、ま
たはそれらの混合物２０〜９０重量部とを混合すると共
に、前記赤泥とスラグとの合計量ｉｏｏ重量部当りフラ
ックスとしてガラス粉末、可塑性粘土、アルカリ化合物
、フッソ化合物、もしくはホウ素化合物、またはそれら
の混合物２０重量部以下を混合し、これらの混合物を圧
縮または押出し成形し、乾燥した後、５００〜１３００
℃で焼結することを特徴とする焼結体の製造法に関する
ものである。

Claims

【特許請求の範囲】

１赤泥１０〜８０重量部と、５關以下の粒径を有し、
かつ主として１〜５ｍｍの粒径を有して前記赤泥と混合
した状態で密充填となるように粒度を調整された高炉水
砕スラグ、徐冷高炉滓もしくは転炉滓等のスラグまたは
それらの混合物２０〜９０重量部とを混合すると共に、
前記赤泥とスラグとの合計量１００重量部当たりフラッ
クスとしてガラス粉末、可塑性粘土、アルカリ化合物、
フッ素化合物もしくはホウ素化合物またはそれらの混合
物２０重量部以下を混合し、これらの混合物を圧縮また
は押出し成形し、乾燥した後、５００〜１３００℃で焼
結することを特徴とする焼結体の製造法。