JP2000511509A - 断熱ウールの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は断熱ウールの製造方法に関する。この方法によれば、廃棄物スラグ、ＲＥＳＨ燃焼で発生したスラグ、ＮＦ冶金で発生したスラグ等の液状酸性スラグであって、塩基度ＣａＯ／ＳｉＯ₂が０.１５〜０.５、スラグ総重量に対してＡｌ₂Ｏ₃含有量が１０〜２５wt％、鉄酸化物含有量が２〜１５ｗｔ％の液状酸性スラグを、ガスまたは蒸気で駆動される紡績装置および／またはジェットノズルに導き、次いで監視冷却する。

Description

【発明の詳細な説明】 断熱ウールの製造方法 本発明は、断熱ウールの製造方法に関し、特に、これまで処分に比較的高い費 用がかかっていた残留スラグおよび廃棄物スラグを極めて簡便な形で新用途に適 用できる方法に関する。 製鋼スラグ、例えばＬＤスラグは通常、塩基度が高い。製鋼スラグの塩基度Ｃ ａ／ＳｉＯ₂は通常３に近い値であり、そのようなスラグは普通２０〜２５wt％ に達する比較的多量の酸化鉄も含有している。このようなスラグは、Ａｌ₂Ｏ₃含 有量が少ないためもあって、種々の理由で断熱ウールの製造には適さない。これ までは断熱ウールには玄武岩が用いられており、高い断熱特性値と製造の簡便性 を確保するためには、断熱ウール製造用の出発材料としてはスラグ塩基度が１未 満でなくてはならない。 製鋼スラグや高炉スラグを処分するために、これまでに提案されている方法で は、まず他のスラグと混合して適当な混合物とし、これをクリンカーの製造、特 にセメント用骨材の製造に用いる。 廃棄物灰化スラグは家庭廃棄物あるいはＲＥＳＨの完全酸化により生成するの で、通常は、４０wt％を超える量のＳｉＯ₂、７〜１５wt％のＡｌ₂Ｏ₃、および １０〜１５wt％のＣａＯを含有している。しかし、灰化スラグにはこれらの成分 以外にも、５〜１０wt％のＦｅ₂Ｏ₃の他、ある程度の量の非鉄金属酸化物が含有 されている。廃棄物灰化スラグは酸性スラグと考えるべきであり、そのようなス ラグを再利用するための従来の提案は、酸性スラグを強い塩基性のスラグに添加 して合成高炉スラグを得ることに限られていた。しかし普通は、廃棄物灰化スラ グはそのまま使うことができないので、廃 棄物灰化スラグを完全酸化後に還元して混合セメントの製造に用いるが、この還 元は特に、クロム、亜鉛、ニッケルの過剰分と、一部は鉄酸化物の過剰分も適切 に還元するためである。このようにして非鉄金属成分を除去したスラグは断熱ウ ールの製造用に適しているので、本発明は、有用な新用途である断熱ウールの製 造用として上記のような酸性スラグを比較的多量に供給することを特に目的とす る。 上記の目的を達成するために、本発明の方法は基本的な構成として、液状の酸 性スラグ、例えば廃棄物スラグ、ＲＥＳＨの燃焼によるスラグ、非鉄金属冶金で 発生するスラグであって、塩基度Ｃａ／ＳｉＯ₂が０.１５〜０.５の範囲内にあ り、スラグ全体の重量に対してＡｌ₂Ｏ₃含有量が１０〜２５wt％、鉄酸化物の含 有量が２〜１５wt％である液状の酸性スラグを、ガスまたは蒸気で作動する遠心 ホイールおよび／またはジェットノズルに導き、次いで制御冷却する。廃棄物ス ラグまたはＲＥＳＨ燃焼で生成したスラグの他に、非鉄冶金で生成するスラグも 塩基度の点で適格であり、普通これらのスラグに第１工程として公知のスラグ還 元処理を施して非鉄金属を適切に還元する。必要な塩基度０.１５〜０.５に調整 し且つ必要なＡｌ₂Ｏ₃含有量に調整し、また任意に鉄酸化物含有量を調整したス ラグを、ガスまたは蒸気で作動する遠心ホイールおよび／またはジェットノズル に導いた後に固化させることにより、適切な仕方で直接にファイバーあるいはウ ールに紡績する。 このような仕方で、多量の廃棄物スラグの経済効率の良い使い方が可能になり 、この経済効率の良い使い方の適格性としては先ず第一に十分な酸性のスラグが 得られることであり、そのようなスラグは還元するだけで直ちに、単純な混合工 程で断熱ウールの製造に必要な組成に調整できる十分な純度の材料が得られる。 ファイバーあるいは断熱ウールを形成する処理を容易にする（「ファイバーの 連続形成」）ために、スラグ塩基度は０.２〜０.４の範囲内に設定することが有 利である。 断熱ウールの製造用として必要な組成の調整を容易にするために、特に、廃棄 物灰化プラントや非鉄冶金プラント以外の場所で経済効率の良い仕方で処理を行 うことができるように、前もって還元した液状の酸性スラグを先ずバーあるいは スラブ状に固化し、長さ５０〜１５０ｍｍの断片に切断することが有利である。 この塊状スラグを溶解してロックウールの組成に必要なＣａＯ、Ａｌ₂Ｏ₃および ／または鉄酸化物の各含有量に調整することができ、そうすれば、液状スラグの 発生する場所に直接限定されることなく断熱ウールを製造できる。 本発明の方法の特に有利な態様では、酸性スラグの組成を４０〜５５wt％Ｓｉ Ｏ₂、１０〜２０wt％ＣａＯ、１０／２０wt％Ａｌ₂Ｏ₃、残部は鉄酸化物と通常 の不純物という組成に調整する。このような必要組成にしたスラグは、高い純度 と安全性が確保できるばかりでなく、これを処理した断熱ウールの所望特性も確 保でき、多量の廃棄物質を安全かつ経済効率良く処分できる、という顕著な効果 を奏する。 断熱ウールを製造するために、遠心ホイールは作動速度３００〜６００回転／ 分、直径４００〜８００ｍｍとし、スラグの流量は０.５〜２トン／時とするこ とが有利である。他の態様として、液状スラグを水、水蒸気、および／または空 気・水混合物と混合し、蒸発した水分を固化しつつあるスラグに沿ってノズルか ら噴出させることができる。 単純な仕方でウールに加工するための酸性の出発スラグとして最も望ましい組 成は、溶融スラグに５〜５０wt％の玄武岩を添加する ことによっても得ることができる。 本発明の特に有利な実施形態として、液状スラグを重力の作用下で圧力1．5〜 １５バール、望ましくは２〜１０バールの上吹き水蒸気で筒状にしてシャフト内 に送り込み、この筒状体に低圧、望ましくは圧力１〜６バールの水を冷却用に供 給し、冷却されたファイバー状の材料をシャフトからリールを介して引き出し、 送出する。この実施形態によれば、液状スラグを低圧の水蒸気および／または加 圧空気の芯部と実質的に一緒に送り込むことができ、筒状体の冷却とファイバー の芯出しを同時に行う低圧水を供給する環状ノズルが、流出位置例えばスラグタ ンディッシュのスラグ流出口の直近に開口している。このように低圧水、特に１ 〜６バールの範囲内の圧力の水を付加的に供給すると、気孔率が高まる。その際 、本発明の望ましい別の態様により、流出前の液状スラグに水蒸気および／また は圧縮空気によりガスを供給し、望ましくはガスで飽和させることにより、特に 微細なファイバー状構造を冷却中に形成する場合には、上記付加的供給により特 に気孔率が高まる。この多孔質のガラス状構造のファイバーは水蒸気は透過させ るが水は透過させないので、断熱能力を高めると共に断熱材料からの湿気除去が 良くなる。ファイバーの構造は元々はランダムに形成されており、ファイバース トランドに適当な引っ張りをかけるか、ストランドに沿ってガス流を流すことに より向上させることができる。そのために、シャフトからファイバー状材料が出 て行く出口の近くで蒸気を吸引することにより、下向きの蒸気流をシャフト内に 維持する。その際に完全には固化していない状態のファイバーの構造は、リール の前でファイバー状材料にブレーキをかけてストレッチ加工することにより向上 させることができる。連続ファイバーまたはフィラメントを製造することに加え て、次いでチョッピングを行ってファイバーステープル を形成することも可能である。 本発明の方法の範囲内において、多くの問題物質および有害物質があっても安 全に処分できることは大きな利点である。廃車をシュレッダー加工した際に鋼ス クラップ以外に発生するシュレダー屑であるＲＥＳＨ、あるいは廃棄物の灰化や 廃棄物灰化スラグの処理の際に発生するスラグの他にも、非鉄冶金スラグ、例え ば鉛スラグ、銅反射炉や銅転炉の発生スラグは大体において装入物質として適し ており、その場合、もちろん非鉄重金属成分はファイバー形成の前に適当な還元 方法により適宜還元しておかなくてはならない。このようなスラグの場合、Ａｌ₂ Ｏ₃含有量を適宜高めておくことで、非鉄重金属および非鉄金属の分離のための 次工程の還元を容易にするために、多くの問題物質、例えば砕解した使用済触媒 、特に窒素除去用触媒をＡｌ₂Ｏ₃のキャリアとして採用できる。エンジン製造時 に発生するようなアルミニウム含有研磨屑も廃棄物処分に問題があるが、必要な アルミニウム酸化物含有量の調整用に適しており、その場合、スラグのＡｌ₂Ｏ₃ 含有量の調整は、２５wt％までの量の使用済触媒か、アルミニウム含有研磨屑の 添加によって行い、これにより形成された液状スラグを金属浴で還元して金属酸 化物を還元してから、蒸気で流出させることが望ましい。研磨屑はコランダムを 多量に含むのでＡｌ₂Ｏ₃含有量が５０wt％以上になることがあり、スラグへの添 加量を１０wt％程度にすれば十分に必要Ａｌ₂Ｏ₃含有量になる。目標の塩基度に 達しない場合には、生石灰、製鋼スラグ、高炉スラグで調整することができ、そ の場合、銅シャフト炉の液状スラグや、使用済触媒、研磨屑等のアルミン酸塩含 有添加物を、必要な還元を考慮した液体金属の各バッチが既に入っている鉄浴反 応装置や金属浴反応装置に直接添加することができる。金属浴の場合、鉄ニッケ ル合金や、還元対象である金属酸化物部分に応じて他の金 属浴が鉄以外に存在しても良く、その場合、使用済触媒を用いると特に価値のあ る金属塊（かわ）が得られ、この金属塊には装入触媒量に応じて白金も含まれて いる。 得られた金属塊を適当な冶金処理によって処理することができ、その場合、適 当に純化したスラグ溶湯を特に簡便な仕方で蒸気ノズルにより紡績してスラグの ウール、フィラメント、ステープルファイバーにすることができる。 廃棄物灰化スラグや非鉄冶金の発生スラグから銅、ニッケル、クロム、亜鉛、 鉛等の有害物質を特に簡便な仕方で分離するには、金属浴反応装置、例えば鉄浴 反応装置を適用できる。このような反応装置で起きる還元により、種々の酸化物 形態で存在する金属酸化物が金属に還元され、種々の金属種が回収され、そのま ま断熱ウールの製造に使える高純度の酸性スラグが得られる。鉄含有量を１０wt ％以下に適正に低減することにより、普通は、ＳｉＯ₂、ＣａＯおよびＦｅＯに 関して適当な組成のものが廃棄物スラグから直ちに得られる。必要なスラグ塩基 度が一度に得られるので、調整として必要なのは普通はＣａＯとＡｌ₂Ｏ₃の添加 だけである。ただし、必要な塩基度に調整するために、弱い塩基性の高炉スラグ を少量添加してもよい。高炉スラグの塩基性は製鋼スラグよりもかなり低く、高 炉スラグを少量添加しても、得られるスラグは依然として酸性である。 ＲＥＳＨおよび廃棄物の灰化スラグの他に、組成に下記のような特徴がある出 発スラグを使うことも利点がある。 具体的な実験として、下記組成の溶融状態の銅シャフト炉スラグを、シャフト 炉で発生した後直ちに処理した。この溶融スラグの組成は下記のとおりであった 。 上記合計97.66wt%、残部は分析誤差と同定されない不純物。 Ａｌ₂Ｏ₃含有量を高めるために、砕解した使用済触媒２５wt%を添加した。こ の窒素除去用触媒の化学組成は下記のとおりであった。 残部は通常の不純物と重金属。 下記不純物が存在していた。 別の実験では、エンジン製造で発生した下記化学組成のアルミニウム含有研磨 屑を用いた。 上記組成の研磨屑を約１０wt％用いたことにより、必要な塩基度と必要なＡｌ₂ Ｏ₃含有量に調整することができ、添付図面に模式的に示したような装置でファ イバーの製造が良好に行われた。ここで、図１はこの装置の一部断面で示した模 式図であり、図２は変更を加えた例である。 図１において、溶湯タンディッシュ１に、重金属および非鉄重金属を還元した 後にガス飽和したフェヤライト質スラグを導入する。ＳｉＯ₂部分とＦｅＯとが 反応してフェヤライトになっているので、溶湯中に遊離ＳｉＯ₂は無いため、Ｓ ｉＯ₂がフェヤライトとして固定された安全な材料がそのまま得られる。水蒸気 または湿潤蒸気を２〜１０バールの圧力でノズル２から上吹きすることにより、 上記の溶融スラグをサイジングノズル３としてのタンディッシュ流出口から押し 出すと、スラグジェットが筒状になってサイジングノズル３から流出して紡績シ ャフト４に入る。シャフトの入口にある環状 ノズル５から導入される低圧水がファイバーの芯出しと筒状に流出したスラグジ ェットの冷却とを行う。これにより、ガス飽和フェヤライト質スラグの場合に材 料の気孔率が最も大きくなる。シャフト４内でガラス状固化により形成したファ イバーは、矢印６の方向に揃えて調整された使用済蒸気ガス流によって配向され 、使用済蒸気は７の位置で引き抜かれ蒸気再発生装置で熱を回収される。まだ塑 性はあるが殆ど固化した材料が、偏向プーリ８を介してリールに引き抜かれる際 に、ブレーキロール９が、ブレーキロール９と取り出しリール１０との間でファ イバー状材料（フィラメント）に引っ張り（ストレッチ）をかける。引っ張りを 行うために加速ローラー１１を設けてもよい。 図２の形態では、放射状または長手方向のスリットを開けた水用のノズル１２ を紡績シャフト４に更に設けてある。水は低圧水としてすなわち２０バール以下 の圧力でノズル１２に供給され、繊維形成傾向を助長する。 サイジングノズル３の長さにより、得られるフィラメントのタイター（＝ファ イバーの直径）が決まる。サイジングノズルが長いほど、タイターが小さい（フ ァイバーの直径が小さい）。サイジングノズル内を通る液状の「スラグ筒状体」 に対して、重力と蒸気ジェットが加速力として作用する。これらの力（特に蒸気 ジェット）が液状に維持された「スラグ筒状体」に長く作用できるほど、筒状体 が細くなる。したがって、サイジングノズル内での抜熱をできるだけ少なくする ことが重要である。その際、蒸気ジェット（圧縮空気）のパルスを摩擦力として スラグ筒状体に対してパルス作用（パルス交換）を付加的に付与するために、溶 湯は液状に維持されていなくてはならない。液体の水に比べて蒸気（圧縮空気） は熱容量が非常に小さい。そのため、サイジングノズル内で推進用の水蒸気 （圧縮空気）に伝達される熱の量は極めて僅かである。したがって、抜熱の主体 は低圧水である。 形成される繊維の本数はサイジングノズルの直径と推進流の速度の関数である 。 サイジングノズルの直径を大きくし且つ乱流状の推進流を用いると繊維形成係 数が比較的大きくなる。 蒸気圧力（推進圧力）を高くしたり、サイジングノズルを長くすると、タイタ ーが比較的小さくなる。 ＲＥＳＨ由来のスラグもこのタイプの装置に装入した。ＲＥＳＨは、例えば廃 油、合成物、木材等の有機物質の含有量が多いため、発熱量が１０，０００〜１ ６，０００ｋＪ／ｋｇと比較的大きい。しかし、ＲＥＳＨは有毒な重金属化合物 や、特に銅、亜鉛、鉛も多量に含有している。発熱量が大きいと、シュレッダー 屑の溶解と同時にほぼ同じ多量の玄武岩部分も溶解され、塩基度と酸化アルミニ ウム量の調整に必要な添加材も同時にスラグ化し得る。高温であるため、石灰石 も炭酸カルシウムとして直接添加でき、溶解中に同時に力焼(calcine)される。 再スクラップ化したＲＥＳＨは典型的には４４wt％の無機部分と５６wt％の可 燃性部分と水分を含んでいる。典型的なＲＥＳＨ分析値は下記のとおりである。 このタイプのＲＥＳＨを溶解酸化反応装置で酸化しつつ溶解することにより金 属部分を全てスラグ化して、重金属の硫化物および塩化物を酸化物に変換するか 、あるいは排出ガスを介して直接抜き取る。 その後、酸化スラグ溶融物を更に鉄ニッケル浴反応装置内で、既に還元されて 金属浴を形成している、鉄よりも貴な金属で更に処理する。鉄はスラグ内に残留 しており、２価の形で存在してフェヤラ イト質スラグ中に溶けている。 このタイプのフェヤライト質スラグが形成すると、融点がかなり下がってスラ グの取扱いがかなり容易になる。その後、蒸気ノズルにより断熱ウールに紡績し た後、更に従来方法により処理して断熱マットにした。これらのファイバーは、 例えばテクスチャー加工（嵩高加工）を施して「フィラメント」（連続ファイバ ー）とし、マットに織り上げることもできる。あるいは「ステープルファイバー 」を作り、これを従来方法で紡績することもできる。第３の有利な形態は、不織 マットの製造である。得られた材料はＳｉＯ₂がフェヤライトとして固定されて おり遊離珪酸を含まないので、形成した断熱ファイバーは生理的に安全である。 紡績過程で用いた水蒸気はファイバーを多孔質ガラス状構造にするので、特に良 好な断熱特性が得られる。 作製した断熱マットは約８００℃まで優れた断熱特性を発揮し、難燃性もあっ た。このマットは低温での断熱用にも適している。 最も有利な別の用途として、ストレッチ加工した連続ヤーン（フィラメント） を特殊な織機で処理して耐火布にする。この布に、例えば金属アルミニウムを真 空中、高温で蒸着メッキ（被覆）する。この布は例えば耐火材料（消防隊の保護 被服、消防ホース等）として有利に用いられる。 上記の材料は８００℃までのガス温度で粉塵分離用の高温フィルター材として も用いられる。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．例えば廃棄物スラグ、ＲＥＳＨの燃焼で発生したスラグ、非鉄冶金で発生 したスラグ等の液状酸性スラグであって、塩基度Ｃａ／ＳｉＯ₂が０．１５〜０ ．５の範囲内であり、スラグの全重量に対してＡｌ₂Ｏ₃含有量が１０〜２５wt％ 、鉄酸化物含有量が２〜１５wt％である液状酸性スラグを、ガスまたは蒸気で作 動する遠心ホイールおよび／またはジェットノズルに導き、次いで制御冷却する ことを特徴とする断熱ウールの製造方法。 ２．上記スラグの塩基度が０．２〜０．４であることを特徴とする請求項１記 載の方法。 ３．上記液状酸性スラグをバー状またはスラブ状に固化し、長さ５０〜１５０ ｍｍの断片に切断し、かつ断熱ウールの製造に必要な組成は溶解中に添加するこ とを特徴とする請求項１記載の方法。 ４．上記酸性スラグの組成を、４０〜５５wt％ＳｉＯ₂、１０〜２０wt％Ｃａ Ｏ、１０〜２０wt％Ａｌ₂Ｏ₃、残部が鉄酸化物および通常の不純物である組成に 調整することを特徴とする請求項１、２または３記載の方法。 ５．上記遠心ホイールを、３００〜６００回転／分、直径４００〜８００ｍｍ 、スラグ流量０．５〜２トン／時で作動させることを特徴とする請求項１から４ までのいずれか１項に記載の方法。 ６．液状スラグを水、水蒸気、および／または空気・水混合物と混合し、蒸発 した水分を固化しつつあるスラグに沿ってノズルから噴出させることを特徴とす る請求項１から４までのいずれか１項に記載の方法。 ７．上記液状スラグに５〜５０wt％の玄武岩を添加することを特徴とする請求 項１から６までのいずれか１項に記載の方法。 ８．上記液状スラグを重力の作用下で圧力１.５〜１５バール、望ましくは２ 〜１０バールの上吹き水蒸気で筒状にシャフト内に送り込み、この箇状体に低圧 、望ましくは圧力１〜６バールの低圧水を冷却用に供給し、冷却されたファイバ ー状の材料を上記シャフトからリールを介して引き出し、送出することを特徴と する請求項１から７までのいずれか１項に記載の方法。 ９．上記シャフトから上記ファイバー状の材料が出て行く出口の近くで蒸気を 吸引することにより、下向きの蒸気流を該シャフト内に維持することを特徴とす る請求項１から８までのいずれか１項に記載の方法。 １０．上記ファイバー状の材料にリールの前でブレーキをかけてストレッチ加 工することを特徴とする請求項１から９までのいずれか１項に記載の方法。 １１．流出前の上記液状スラグに水蒸気および／または圧縮空気によりガス供 給し、望ましくガス飽和させることを特徴とする請求項１から１０までのいずれ か１項に記載の方法。 １２．上記スラグのＡｌ₂Ｏ₃含有量を、２５wt％以下の使用済触媒か、アルミ ニウム含有研磨屑の添加により調整し、これにより形成された液状スラグを金属 浴で還元して金属酸化物を還元してから蒸気で流出させることを特徴とする請求 項１から１１までのいずれか１項に記載の方法。