JPH04124059A - 陶磁器質タイル - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、下水汚泥からなる溶融処理スラグを原料とし
て使用する陶磁器質タイルＩこ関するものである。

〔従来の技術〕

下水道の普及拡大に伴い下水汚泥の発生量は年々増大し
、その処理が大きな社会問題になっている。下水汚泥の
大部分は、現在陸上および海面に埋め立て処分されてい
るが、都市化の進展に伴い、処分適地の確保が次第に困
難になっている。従って、下水汚泥の埋め立て処分量を
減らし、重金属等の有害物質の無害化安定化を図ると同
時に、一方では生成する下水汚泥の資源化が可能な下水
汚泥利用システムの開発が注目を集めており、下水汚泥
スラグの有効利用法の確立が最重要課題となっている。

一方、建築用の陶磁器質タイル（以下、「タイル」とい
う）は、その原料が主としてろう石、陶石、および長石
であり、これら原料の資源確保難、材料費の高騰等のた
め、原料コストの低減か課題となっている。

近年、その消黄量は掻く僅かであるが、上記下水汚泥を
焼いて焼却灰とし、これをタイル用原料として一部使用
する試みがなされている。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、焼却灰は塩基度（Ｃａｂ／Ｓ１０．比）
が低く、比較的融点が高いことからタイル用原料として
使用する時に従来原料と同程度の焼成温度を必要とする
。また、成分のバラツキに軟化温度が変動し易いため、
大量に使用することは難しい。

従って、本発明の目的は、上述の問題を解決し、タイル
の原料コストを下げるとともに、下水汚泥を原料として
用いることによりその有効利用を図ることができる下水
汚泥からなる溶融処理スラグを用いた陶磁器質タイルを
提供することにある〔課題を解決するための手段〕 発明者等は上述の課題を解決するために鋭意研究を重ね
た。その結果、焼却灰（下水汚泥）にＣａＯを添加し、
溶融処理を施すことにより、熱間の軟化温度を低下せし
め且−つ制御することが可能となり、このように溶融処
理を施して得られた下水汚泥からなる溶融スラグ（以下
、ｒ溶融スラグ」という）を他のタイル原料のろう石、
陶石、長石等とともに用いることにより、タイル用原料
としての適用範囲が拡がるとともに、焼成温度を低くす
ることができることを知見した。

本発明は上述の知見に基づいてなされたものであって、 下水汚泥からなる溶融処理スラグ ５〜７０重量％、 ろう石　・　２０〜９０重１％、 珪砂　　：５０重量％以下、 粘土　　　　５〜５０重量％、 アルカリ成分：５重量％以下、 からなることに特徴を有するものである。

以下、この発明の陶磁器質タイルについて説明する。

陶磁器の一般的な配合と原料の役割について一口に陶磁
器といっても多種多様であるが、般的に、粘土（カオリ
ン主体）、珪砂（石英）、長石からなっている。

粘土は主要成分を構成する他に、製造上成形性の向上、
焼成時の熔き締まり（焼結性）に影響が大である。

珪砂は主に骨材的に働き、主要成分であるが、焼結にお
いては、これを阻害する要素である。

一方、長石は、アルカリ成分を与える焼結剤の働きをす
るが、成分的にはアルミナ、シリカといった主要成分も
含んでいる。

焼結剤としては、アルカリ（Ｋ、０、Ｎ　ａ　２０　）
が一般的であるが、石灰質陶器の場合は石灰石（ＣａＣ
Ｏ＋）あるいはマグネサイト（Ｍ　ｇ　ＣＯｓ　）、タ
ルク（Ｍｇｓ（Ｓ　ｉｉｏ＋。＞（ＯＨＭ））を使用す
る。

長石、珪石、粘土の性質を併せ持ったものに、ろう石、
陶石があり、成分面あるいは製造時の性質も３者の中間
的なものである。

本発明タイルについては、このろう石を主体としている
。その理由は、製造時の成形性、焼成の容易さ、および
経済性によるものである。

溶融スラグは、焼結剤である長石の代替として使用され
る。長石は一般には２０〜４０％、場合によっては５０
％位まで配合される。ただし、長石はアルカリ分が１４
〜１５％しかないため、吸水率を５％以下にするために
は１２００°Ｃ以上の焼成温度が必要となる。

焼成温度を低下せしめるためには、上述した石灰質陶器
の例のように石灰を配合するものもあるが、それでも吸
水率を下げる（磁器化する）ことは容易ではない。そこ
で、アルカリ、アルカリ土類成分を多量に含む原料が必
要となる。こうした原料で自然界で安定して大量にある
ものとして、硼砂があるが、これをそのままタイルに配
合するには製造面で量的限界がある。そのためこれらの
原料を一度に加熱処理して希望成分に安定化せしめた原
料（フリット）を作らなければならない。

フリットは一度加熱処理しているため、安定であり、製
造過程で変質しないため、大量に配合することが可能で
ある。溶融スラグは、いわばこの「フリット」と同様の
働きをする。

アルカリ分（ＮａｙＯ分）を付加するために珪酸ソーダ
粉（水に溶かすと水ガラスになる）を配合する。アルカ
リ分の添加量としては５重量％が限界で、これを超える
と実際には溶けきらずに成形性を阻害する可能性がある
。

次に、本発明の陶磁器質タイルの成分組成について述べ
る。

本発明の陶磁器質タイルは、 下水汚泥からなる溶融処理スラグ ＝　５〜７０重量％、 ろう石　＝２０〜９０重量％、 珪砂　　７５０重量％以下、 粘土　　＝　５〜５０重量％、 アルカリ成分：５重量％以下、 からなるものである。

＋１．ｌ　　下水汚泥からなる溶融処理スラグ：本発明
の陶磁器質タイルにおいて、溶融スラグの含有量は、５
〜７０重量％の範囲とすべきである。溶融スラグの含有
量が７０重量％を超えると、粘土あるいはろう石の配合
比率が少なくなり、成形性が悪くなると共に成形体の強
度が低くなり、また、適正焼成温度範囲が狭くなる。一
方、５重量％未満では、溶融スラグ以外の他の原料の配
合比率が増加して経済的に不利であり、下水汚泥スラグ
の有効利用を図るという本発明の目的を逸脱することと
なる。

下水汚泥溶融スラグの成分組成について説明する。

Ｓ１０゜ Ｓ１０．は軟化温度（融点）を上げる作用を有する。し
かしながら、ＳＩＯ＋の含有量か５０重量％を超えると
焼結温度が高くなり、焼結剤としての効果が薄れる。一
方、１０重量％未満では必然的に他の主原料が増加する
のでこれも軟化温度か上がる。

Ａ１．Ｏｌ： Ａ　１　ｙ　Ｏｓ　の含有量が２０重量％を超えると軟
化温度が上がる。また、３重量％の数値は下水汚泥スラ
グに本来含まれるものである。

Ｐ、０゜ Ｐ！０５は、軟化温度を下げる作用を有する。

ただし、Ｐ、０、含有量が３０重量％を超えると融点が
下がり過ぎて、スラグ自体が不安定となり、自然環境で
「フリット」としての安定性が乏しくなる（水およびＣ
Ｏｌと反応し易くなる）。従って、Ｐ、０．含有量は３
０重量％以下が好ましい。

ＣａＯ： ＣａＯは軟化温度を下げる作用を有する。しかし、１０
重量％未満では上記作用に所望の効果が得られない。一
方、７０１１量％を超えると逆に融点が上がってしまう
。また、自然環境における安定性に欠ける。

ＭｇＯ： ＭｇＯは、軟化温度を下げる作用を有する。基本的には
ＣａＯと同様の作用効果を発揮する。２０重量％を超え
ると逆に融点が上がってしまう。従って、ＭｇＯ含有量
は２０重量％以下が好ましい。

Ｆｅ２ｅｓ： Ｆｅｚ（）ｙ　は下水汚泥スラグに本来含まれるもので
ある。Ｆ　ｅ　ｙ　Ｏｓ　の含有量を５重量％以上、２
５重量％以下とすることにより、タイルとしての色合い
を確保することがきる。

ＮａｚＯｌＫ、Ｏ ＮａｇｏＳＫｒＯ等が存在してもよいが、これらの含有
量は本発明の目的を損なわないように５重量％以下に抑
えることが好ましい。

本発明の原料としての溶融スラグを安価に得るために炭
酸カルシウム（Ｃａ　ＣＯｓ）、ドロマイト等のカルシ
ウム成分調整剤が使用される。炭酸カルシウム、ドロマ
イトは、いずれも粘性低下の作用および、塩基度（Ｃａ
Ｏ／５ｉＯｚ比）向上作用がある。カルシウム成分調整
剤の含有量が２０重量％未満、または、Ｓ０１１量％を
超えると、いずれの場合も良質な溶融スラグをつくる粘
性（２０ポアズ未満）が確保できない。また、タイル原
料においては、融点を下げるために塩基度が０．２以上
７０以下であることが好ましいが、本発明においては、
溶融スラグにカルシウム成分調整剤を配合することによ
り、塩基度を上記所望の数値とすることができ、焼成温
度を１１２０〜１２００℃程度に調整することが可能で
ある。

（２）　　ろう石 本発明の陶磁器質タイルにおいて、ろう石含有ｌは２０
〜９０重量％とすべきである。ろう石はタイルの主成分
を構成する必須の原料である。また、ろう石は骨材とし
ても作用する。ろう石の含有量が９０重量％をこえると
、溶融スラグの添加量が少なくなり、下水汚泥の有効利
用化を図る本発明の目的を逸脱する。一方、２０重量％
未満では、焼成温度範囲が狭くなる。

（３）　　珪砂： 本発明の陶磁器質タイルにおいて、珪砂含有量は５０重
量％以下とすべきである。珪砂は骨材であり、含有量が
０重量％でもよいが、ある程度配合した方が焼成時の容
積安定性が高い。ただし、珪砂の含有量が５０重量％を
超えると焼結を阻害し、吸水率が下がらない。ろう石の
含有量が低い場合に、珪砂含有量を高めにすることが可
能である。

（４）　　粘土 本発明の陶磁器質タイルにおいて、珪砂含有量は５〜５
０重量％とすべきである。粘土含有量が５重量％未満で
は、成形性が悪くなるとともに成形体強度が低くなる。

粘土をろう石と併用する場合には粘土含有量は５〜３０
重量％重量％骨である。

粘土含有量が５０重量％を超えると焼成時の収縮が大き
くなり、亀裂発生の原因となる。

（５）　　アルカリ成分： 本発明の陶磁器質タイルにおいて、アルカリ成分を５重
量％以下添加する。アルカリ成分は溶結剤として使用さ
れる。アルカリ成分（Ｎａｎ０分）の代表例は珪酸ソー
ダ粉（水に溶かすと水ガラスになる）である。アルカリ
成分の添加量としては、５重量％が限界であり、５重量
％を超えると実際には溶けきらずに成形性を阻害する恐
れがある。

次いで、本発明の陶磁器質タイルの製造においては、一
般的な建築用タイルの製造方法を使用することができる
。第４図に本発明の製造工程の１例を示す。

溶融スラグ、ろう石等の原料を粉砕し、所望量配合し、
例えばスプレィドライヤーにより乾燥、造粒して顆粒状
とし、例えばプレス機にか（プ、所望の成形圧力でタイ
ル形状に成形する。成形体を乾燥後、成形体は所望の温
度で焼成される。

〔実施例〕

次に、本発明を実施例によって説明する。

第１表に示す成分組成を有する、溶融スラグとその他の
原料（ろう石、珪砂、粘土、アルカリ成分（３号珪酸ソ
ーダ粉））とを第２表に示す割合で配合し、一般的な建
築用タイルの製造工程によってタイルを製造し、本発明
の実施例魔１〜９、および、比較測成ｌＯ〜１９とした
。また、溶融スラグを配合せずにタイルを製造し、比較
例階２０〜２３とした。ｌｌ整した供試体のサイズは８
０Ｘ６０ＸＩＯｗであった。製造条件である練土水分、
成形圧力、焼成温度を第２表に併せて示した。次いで、
製造されたタイルの品質をＪＩＳ、＾、５２０９に基づ
いて検査し、吸水率、かさ比重、曲げ強さの検査結果を
第２表に併せて示した。第１図に実施何階４の、第２図
に比較測音１０の、第３図に比較例Ｈａ　１．９　ｆｂ
ｌの、製造された供試体の断面を模式的に示す。

第２表から明らかなように、本発明範囲内の実施例Ｎ［
１１〜９は、吸水率、かさ比重、曲げ強さのいずれも良
好で、Ｊ　Ｉｓ、　Ａ、　５２０９の規格に合格する品
質を有していた。例えば実施Ｎ＆４のタイルに例をとる
と、第１図に示すように粒境界が不明確となり気孔は殆
どなく、形状が良好である。

これに対して、溶融スラグの含有量が１０重量にながら
、ろう石、珪砂、粘土の含有量が本発明を外れている比
較例Ｎｌｌｌ０は、第２図に示すように、。

目視では判別不可能であるが、タイル本体が所定の収縮
をしておらず、粉体の形が残り粒間に気孔が存在するた
め強度が低かった。

溶融スラグの含有量が１０重量％ながら、粘土を含有し
ない比較例Ｎｃ１１は、強度が低かった。溶融スラグの
含有量が１０重量％ながら、ろう石臼有量が本発明を外
れて低い比較例１１１１１１２は、焼成微亀裂がみられ
、やや変形していた。溶融スラグの含有量が４０重量％
ながら、ろう石臼有量が本発明を外れて低く、粘土を含
有しない比較例Ｎｌｌ＋３は、成形体強度が低かった。

溶融スラグの含有量が４０１ｉ量％ながら、粘土を含有
しない比較例−１４は、成形体強度がやや低かった。溶
融スラグの含有量が４０重量％ながら、ろう石を含有し
ない比較例−１５は、焼成亀裂および変形がみられた。

溶融スラグの含有量が６０重量にながら、ろう石臼有量
が本発明の範囲を外れて低く、粘土を含有しない比較例
尚１６は、成形体の強度が低く、歩留り上問題がある。

溶融スラグの含有量が６０重量％ながら、粘土を含有し
ない比較例Ｎａ１７は、成形体強度がやや低かった。溶
融スラグの含有量が６０重量％ながら、ろう石臼有量が
本発明の範囲を外れて低い比較例層１８は、そりおよび
変形が大であった。

溶融スラグの含有量が本発明の範囲を外れて高い比較例
ｋ１９は、徐々に焼成温度範囲が狭くなり、例えば、１
０５０℃のＮｕ　１９　ｔａ＋では焼は不足で、１０８
０℃の−１９（ｂｌでは、第３図に示すように、焼は過
ぎて外形の収縮後の膨張が顕著で、表面はど目視でも分
かるくらいに気泡が大きく　「アワオコシ」状となって
おり、粒子は完全に一体化して境界は不明瞭である。

比較例磁２０は溶融スラグを含有しない従来の陶磁器質
タイルの１例であり、本発明のタイルと同等の品質を有
しながらも、焼成温度は１２２０℃と高かった。

溶融スラグを含有しない比較例階２１〜２３はいずれも
吸水率および曲げ強さに劣り、比較何階２１はかさ比重
も低かった。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、溶融スラグを原
料として使用することにより、焼成温度を従来よりも低
くすることができ、且つ緻密で品質の良好な陶磁器質タ
イルを得ることができるとともに、従来、はとんど埋め
立て等によって処理されていた下水汚泥の有効利用化が
図れ、タイル製造コストを大幅に減少することができる
等産業上有用な効果がもたらされる。

【図面の簡単な説明】

第１図は実施例Ｎ１４の製造された供試体の断面を模式
的に示す概略断面図、第２図は比較例＆１０の製造され
た供試体の断面を模式的に示す概略断面図、第３図は比
較例Ｎｌｌ　Ｉ　９　ｆｂｌの製造された供試体の断面
を模式的に示す概略断面図、第４図は本発明の陶磁器質
タイルの製造工程の１例を示す工程図である。図面にお
いて、 タイル、 ２　粒体、 ３　気孔。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　下水汚泥からなる溶融処理スラグ：５〜７０重量％
   、 ろう石：２０〜９０重量％、 珪砂：５０重量％以下、 粘土：５〜５０重量％、 アルカリ成分：５重量％以下、 からなることを特徴とする陶磁器質タイル。