JPH0521860B2 - - Google Patents
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- JPH0521860B2 JPH0521860B2 JP2194979A JP19497990A JPH0521860B2 JP H0521860 B2 JPH0521860 B2 JP H0521860B2 JP 2194979 A JP2194979 A JP 2194979A JP 19497990 A JP19497990 A JP 19497990A JP H0521860 B2 JPH0521860 B2 JP H0521860B2
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- sintered body
- spinel
- chromium slag
- chromium
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- Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
Description
［産業上の利用分野］
本発明はスピネル系セラミツクス焼結体、更に
詳しく言えば特にクロム酸ソーダ製造の際に廃出
するクロム鉱滓に粘土を含むアルミニウムシリケ
ート粉末を添加、焼成してなるスピネル系セラミ
ツクス焼結体に関するものであり、該焼結体は熱
伝導性、電気伝導性、強度および磁気特性等に優
れた特徴を有するものであるため、例えば機能性
タイルなどに利用できる。 ［従来の技術］ 一般的にクロム酸ソーダの工業的な製造法はク
ロム鉱石にソーダ灰、苛性ソーダなどのアルカリ
剤を配合し、さらに必要に応じて石灰や不活性充
填剤などを添加した混合物を高温で酸化焙焼し、
次いで焙焼物を水で浸出することによつてクロム
酸ソーダ水溶液として得る方法が採られるが、こ
の際多量の含クロム鉱滓（以下クロム鉱滓とい
う）が副生する。 該クロム鉱滓には有害な六価クロムが含有され
ているので、そのまま廃棄すると土壌や水質を汚
染し、公害の原因となる為、クロム鉱滓を無害化
する処理方法としてクロム鉱滓に直接還元剤を添
加して六価クロムを三価に還元する方法、珪酸塩
物質及び還元剤を添加して高温で還元処理する方
法が行なわれているが、いずれの方法を用いても
処理生成物は単に廃棄するか、埋立材、或いは骨
材として利用されているのが現状である。 他方、本出願人は、クロム鉱滓の有効利用の一
つとしてセラミツクスへの分野において、クロム
鉱滓が適用できることを開発し既に特許出願した
（特開昭51−41009号、特開昭51−81806号、特開
昭59−92968号）。 ［発明が解決しようとする課題］ しかしてクロム鉱滓は、その性質上、化学組成
はもちろんのこと他の物性も非常に多様性を有
し、工業的に有効利用するには製造工程は勿論、
セラミツクスの諸物性についても著しく再現性に
欠ける問題があつた。 通常クロム鉱滓中にはカルシウム成分を含有す
るが、これが多量にあるクロム鉱滓を用いたセラ
ミツクスは機能的にも耐久性に劣り、問題がある
ことがわかつた。 本発明者らは上記の事実に鑑み、クロム鉱滓の
積極的有効利用を図るべく、クロム鉱滓を主原料
とするセラミツクス焼結体の物性と製法とを改良
すべく鋭意研究したところ、クロムを含有する特
定組成のクロム鉱滓にあつては、セラミツクス原
料として特徴ある性質が発現することを知見し、
本発明を完成した。 なお、スピネル（MgO、Al2O3）とSiO2を主
組成とする磁器およびスピネル中にFe、Crが固
溶すること自体は、例えば吉木文平著「鉱物工
学」（p523〜524、p502）に記載されてはいるが、
クロム鉱滓を用いて本発明の目的とするような品
質の優れたセラミツクス焼結体を得ることについ
ては全く示唆されてはいない。 ［課題を解決するための手段］ 本発明は、クロム鉱滓粉末と粘土との緻密な反
応焼結体であつて、該焼結体は化学組成およびＸ
線回折に基づく分析からみて、Al、FeおよびCr
が相互に固溶している固溶スピネルと石英とを主
成分とし、かつ熱伝導率：1.3〜2.5kcal／mh℃お
よび比抵抗：102〜107Ωcmの範囲の物性を有する
ことを特徴とするスピネル系セラミツクス焼結体
にかかるものである。 本発明にかかる焼結体は、上記のように固溶ス
ピネルと石英とを主組成とするものであるが、石
英は容易にＸ線回折で確認でき、また固溶スピネ
ルも純粋スピネル（MgO、Al2O3）の結晶が示す
回折線のずれにより固溶体があることがその焼結
体の化学組成と相俟つて確認できるものである。 本発明における焼結体は上記２つの結晶相の外
にＸ線回折上他の結晶相も若干存在しうることが
ありうるが、明確に確認できるのは上記２成分で
あることから、これらを主組成とするセラミツク
スであるということができる。 しかして、上記固溶スピネルは、Ｘ線回折およ
び化学組成の分析上、次の一般式； （Mgl・Fen）Ｏ・（Alo・Fep・Crp）2O3 ［式中、ｌ＝0.4〜1.0、ｍ＝０〜0.6、但しｌ＋ｍ
＝１、ｎ＝0.5〜0.5、ｏ＝0.2〜0.6、ｐ＝0.2〜
0.6、但しｎ＋ｏ＋ｐ＝１の値で示される原子比
を表わす］ で示されるスピネルとなつている。 このような特徴的なスピネル組成にある理由
は、後述するようなクロム鉱滓粉末および粘土を
含むアルミニウムシリケートの特徴的原料とその
配合組成に起因するが、それ故に本発明にかかる
焼結体は上記のような熱伝導性と比抵抗の値を示
す特徴的な緻密な反応焼結体となつているものと
云うことができ、また、組成の如何では磁性も有
する。 このことは即ち、耐圧強度500〜2000Kg／cm2、
曲げ強度200〜500Kg／cm2の範囲にある機械的強度
特性を有し、また気孔率および吸水率がそれぞれ
２％以下のセラミツクス焼結体となつている。 さらに本発明にかかる焼結体は黒色系の色調を
有し、組成変化により濃淡があり、またアルミニ
ウムシリケートの原料選択によつては黒みかげ石
の如き格調のある色調を有している。 このようなスピネル系セラミツクス焼結体は次
の方法で再現性よく、工業的に有利に製造するこ
とができる。 すなわち、クロム鉱滓粉末と少なくとも粘土を
含むアルミニウムシリケート粉末とを次の組成； モル比：R2O3／MgO＝0.9〜2.0 ［式中ＲはAl、FeおよびCrの合量を表わす］ モル比：SiO2／MgO＝１〜６ となるように配合および混練してセラミツクス素
地を調製する工程、該素地を成形および乾燥して
セラミツクス素地の成形体を調製する工程、次い
で該成形体を最高温度1150〜1300℃の熱雰囲気で
反応焼結させる焼成工程からなることを特徴とす
るものである。 上記において、クロム鉱滓粉末および粘土粉末
とを出発原料とする。クロム鉱滓というのは、そ
の性質上化学組成が極めて多様であるけれども、
本発明においては次の組成；Cr2O3：２〜18wt
％、CaO：０〜15wt％、Fe2O3：10〜45wt％、
Al2O3＝５〜20wt％、MgO：５〜20wt％、その
他：２〜10wt％の範囲のものでなければならな
い。 上記から明らかなように、通常クロム鉱滓には
CaO成分が多量に含有されているものであるが、
本発明ではこれが多くとも15wt％というできる
だけ少ないものであることが必要である。 この理由は、本発明者らの数多くの実験に基づ
いて判明したもので、CaO成分は焼結体に鉱化剤
として作用し、スピネル相の生成を促進する為、
有効な成分であるが、約15wt％を越えるほどの
多量に過ぎると急激な融点降下をきたし、焼成工
程において制御が困難となると共に、セラミツク
ス焼結体の物性も著しく変化して前記の如きスピ
ネル系セラミツクス焼結体の特徴的なものとはな
らないことによる。 次に、かかるクロム鉱滓粉末は80メツシユ篩全
通、かつ200メツシユ篩を50％以上通過する微粉
末として粒度調整したものを用いる。通常、セラ
ミツクス原料として微細な粒度が性質上望まれる
が、本発明においてはクロム鉱滓中の六価クロム
を実質的に還元するための条件の１つとしても上
記粒度調整は重要である。 他方、アルミニウムシリケートは少なくとも粘
土を使用するが、この他に必要に応じてフライア
ツシユ、Al2O3およびSiO3を含有する入手可能な
物質を用いることができ、また粘土は一般的な粘
土類、陶石、長石、ろう石等、その組成および産
地は特に限定はなく適宜選択に用いればよい。 本発明は上記の出発原料の性質上、多成分を有
するため、製造条件や製品の物性に変動が生じ易
く、それらの特定性に非常な困難性があるけれど
も本発明者らの数多くの実験によれば次の組成； モル比：R2O3／MgO＝0.9〜2.0 ［式中ＲはAl、FeおよびCrの合量を表わす］ モル比：SiO2／MgO＝１〜６ となるように配合し、次いで混練してセラミツク
ス素地を調製する工程が本発明にかかる焼結体の
再現性のために特に重要なところである。上記モ
ル比SiO2／MgOが１未満では六価クロムが焼成
の際に還元されないのみならず、三価クロムが六
価クロムへと酸化する傾向となり易く、完全に無
害化されないからである。他方SiO2／MgOが６
を越える場合および、モル比R2O3／MgOが前記
範囲外では焼結性が悪かつたり、焼結体中のスピ
ネル成分量が少なくなつたりして、前記した特徴
的物性が得られないなど、本発明における緻密な
セラミツクス焼結体の目的とする意図に添わなく
なる。 従つて、多くの場合、モル比R2O3／MgOは1.0
〜1.5、SiO2／MgOは１〜５が実用的で好まし
い。 次に上記のセラミツクス素地を形成および乾燥
して成形体を調製する工程は、従来採られている
操作と手順にて行えばよく、特に限定する必要は
ない。 従つて、セラミツクス素地の形成においては、
必要に応じ水又は有機又は無機系の所望の結合剤
を少量添加することは成形操作を容易にするため
に望ましいことである。 なお、成形は乾式又は湿式のいずれの方式を用
いてもよいが通常は乾式成形の方が工業的かつ物
性上好ましい場合が多く、その場合、成形圧は少
なくとも300Kg／cm2であることが望ましい。また
例えば押し出し成形の場合は所謂ペフアーコーン
法により測定した可塑性以下の条件で成形するこ
とが望ましい。 更に、成形体の乾燥処理は、その含水量を制御
する必要上湿式成形においては勿論のこと、乾式
成形においても行う。 このように、それぞれの目的に応じて素地の成
形体を得、次いで該成形体を焼成するが、この工
程では最高温度1150〜1300℃の熱雰囲気で行う。
焼成炉としては電気炉、ガス炉、灯油、重油焚き
炉等一般的な窯業用焼成炉で焼成すれば良いが、
この場合、原料の種類と調合割によつて素地の融
点は大幅に変化するが、可能な限り高温でしかも
長時間焼成することが望ましく、通常素地が焼結
する温度で焼成する場合、素地中の成分は反応に
よりスピネル鉱物組成に変化し、緻密で吸水率が
低くしかも強度のある焼結体が得られる。 加熱雰囲気としては一般に云う酸化、中性およ
び還元各雰囲気に於て目的の焼結体は得られる
が、本発明者の検討結果では加熱ガス（燃焼ガ
ス）の酸素濃度が低い程、又一酸化炭素濃度が高
い程、素地中の成分のスピネル化反応、及び焼結
化反応が早いことを認めた。 ところで、MgO−Al2O3系スピネルは天然に存
在せず合成する場合は、電融法で1800℃以上の高
温が必要であり、SiO2を添加しても磁器化温度
は1300℃以上である。 また天然に存在するクロム鉱もスピネルである
が、従来その用途は耐火物が主でその製造も1500
℃以上で行なわれている。 しかるに、本発明に係る方法では、焼成温度が
従来のスピネル系セラミツクスの焼成に比して著
しく低温で緻密な反応焼結するところに特徴があ
る。 この理由の詳細な機構は不明であるが、多様な
成分で構成されるクロム鉱滓を主原料としている
ため、特に、少量の六価クロムおよびアルカリ成
分が焼結剤として作用すると考えられる。 また、この焼成工程において、出発原料の一つ
であるクロム鉱滓は、通常六価クロムがCrO3と
して0.5〜1.5重量％程度含有しているが、これに
適量の珪酸分が存在すると、加熱焼成の際、例え
ば次の式に示すように六価のクロムは実質的に還
元される。 2CaO・CrC3＋2SiO2→2CaO・SiO2 ＋Cr2O3＋３／２O2 2Na2O・CrC3＋2SiO2→2Na2O・SiO2 ＋Cr2O3＋３／２O2 又、アルミナ含有物も上記と同様な効果を示
し、結局一般的にセラミツクス原料として使用さ
れるアルミナシリケート含有物質は、本発明にお
いては単なる原料として止まらず、クロム鉱滓の
アルカリ成分を中和し、かつ六価クロムの還元剤
として作用する。従つてクロム鉱滓中の六価クロ
ムは本発明において実質的に検出されず問題とな
ることはない。 かくして製造されるスピネル系セラミツクス焼
結体は上記のように熱伝導率が1.3〜2.5kcal／mh
℃および比抵抗が102〜107Ωcmという物性を有す
るが、これは例えば、一般のスピネル磁器
（MgO・Al2O3）、長石質磁器（SiO2・Al2O3）、
アルミナ磁器（Al2O3）ステアタイト磁器
（MgO・SiO2）、フオルステライト磁器あるいは
コージセライト（MgO・Al2O3・SiO2）等のセ
ラミツクス絶縁物と比較すると、それぞれ0.5〜
0.8kal／mh℃および1010Ωcm以上であつて、実に
数倍以上の伝熱特性および導電特性を有する特徴
的なものである。 かかる特性のゆえに伝熱特性を生かした用途と
しては、工業用熱交換器等の伝熱機器材としては
もちろん一般建築用材料における省エネ材として
の伝熱性を必要とする屋根材、床材、壁材等への
用途が期待できる。 又導電特性を生かした用途として帯電防止材、
電磁波シールド材として十分供せられるものであ
る。 実施例 １ 表１に示す組成のクロム鉱滓粉末（粒径200メ
ツシユ篩全通）100重量部に対し粘土（粒径200メ
ツシユ篩全通）を次の組成のモル比になるよう配
合した。 R2O3／MgO＝1.1 SiO2／MgO＝1.3 この配合物に乾量基準６重量％の水を加え均一
に混合したのち、10cmの成形用金型に入れ400
Kg／cm2の圧力で加圧成形し10cm×10cm×２cmの成
形体を作る。次いで100℃で８時間乾燥したのち、
該成形体をブタンガス燃焼ガス炉で表２に示すス
ケジユールにより加熱焼成した。 得られたセラミツクス焼結体の物性を測定した
ところ表３に示す結果が得られた。
詳しく言えば特にクロム酸ソーダ製造の際に廃出
するクロム鉱滓に粘土を含むアルミニウムシリケ
ート粉末を添加、焼成してなるスピネル系セラミ
ツクス焼結体に関するものであり、該焼結体は熱
伝導性、電気伝導性、強度および磁気特性等に優
れた特徴を有するものであるため、例えば機能性
タイルなどに利用できる。 ［従来の技術］ 一般的にクロム酸ソーダの工業的な製造法はク
ロム鉱石にソーダ灰、苛性ソーダなどのアルカリ
剤を配合し、さらに必要に応じて石灰や不活性充
填剤などを添加した混合物を高温で酸化焙焼し、
次いで焙焼物を水で浸出することによつてクロム
酸ソーダ水溶液として得る方法が採られるが、こ
の際多量の含クロム鉱滓（以下クロム鉱滓とい
う）が副生する。 該クロム鉱滓には有害な六価クロムが含有され
ているので、そのまま廃棄すると土壌や水質を汚
染し、公害の原因となる為、クロム鉱滓を無害化
する処理方法としてクロム鉱滓に直接還元剤を添
加して六価クロムを三価に還元する方法、珪酸塩
物質及び還元剤を添加して高温で還元処理する方
法が行なわれているが、いずれの方法を用いても
処理生成物は単に廃棄するか、埋立材、或いは骨
材として利用されているのが現状である。 他方、本出願人は、クロム鉱滓の有効利用の一
つとしてセラミツクスへの分野において、クロム
鉱滓が適用できることを開発し既に特許出願した
（特開昭51−41009号、特開昭51−81806号、特開
昭59−92968号）。 ［発明が解決しようとする課題］ しかしてクロム鉱滓は、その性質上、化学組成
はもちろんのこと他の物性も非常に多様性を有
し、工業的に有効利用するには製造工程は勿論、
セラミツクスの諸物性についても著しく再現性に
欠ける問題があつた。 通常クロム鉱滓中にはカルシウム成分を含有す
るが、これが多量にあるクロム鉱滓を用いたセラ
ミツクスは機能的にも耐久性に劣り、問題がある
ことがわかつた。 本発明者らは上記の事実に鑑み、クロム鉱滓の
積極的有効利用を図るべく、クロム鉱滓を主原料
とするセラミツクス焼結体の物性と製法とを改良
すべく鋭意研究したところ、クロムを含有する特
定組成のクロム鉱滓にあつては、セラミツクス原
料として特徴ある性質が発現することを知見し、
本発明を完成した。 なお、スピネル（MgO、Al2O3）とSiO2を主
組成とする磁器およびスピネル中にFe、Crが固
溶すること自体は、例えば吉木文平著「鉱物工
学」（p523〜524、p502）に記載されてはいるが、
クロム鉱滓を用いて本発明の目的とするような品
質の優れたセラミツクス焼結体を得ることについ
ては全く示唆されてはいない。 ［課題を解決するための手段］ 本発明は、クロム鉱滓粉末と粘土との緻密な反
応焼結体であつて、該焼結体は化学組成およびＸ
線回折に基づく分析からみて、Al、FeおよびCr
が相互に固溶している固溶スピネルと石英とを主
成分とし、かつ熱伝導率：1.3〜2.5kcal／mh℃お
よび比抵抗：102〜107Ωcmの範囲の物性を有する
ことを特徴とするスピネル系セラミツクス焼結体
にかかるものである。 本発明にかかる焼結体は、上記のように固溶ス
ピネルと石英とを主組成とするものであるが、石
英は容易にＸ線回折で確認でき、また固溶スピネ
ルも純粋スピネル（MgO、Al2O3）の結晶が示す
回折線のずれにより固溶体があることがその焼結
体の化学組成と相俟つて確認できるものである。 本発明における焼結体は上記２つの結晶相の外
にＸ線回折上他の結晶相も若干存在しうることが
ありうるが、明確に確認できるのは上記２成分で
あることから、これらを主組成とするセラミツク
スであるということができる。 しかして、上記固溶スピネルは、Ｘ線回折およ
び化学組成の分析上、次の一般式； （Mgl・Fen）Ｏ・（Alo・Fep・Crp）2O3 ［式中、ｌ＝0.4〜1.0、ｍ＝０〜0.6、但しｌ＋ｍ
＝１、ｎ＝0.5〜0.5、ｏ＝0.2〜0.6、ｐ＝0.2〜
0.6、但しｎ＋ｏ＋ｐ＝１の値で示される原子比
を表わす］ で示されるスピネルとなつている。 このような特徴的なスピネル組成にある理由
は、後述するようなクロム鉱滓粉末および粘土を
含むアルミニウムシリケートの特徴的原料とその
配合組成に起因するが、それ故に本発明にかかる
焼結体は上記のような熱伝導性と比抵抗の値を示
す特徴的な緻密な反応焼結体となつているものと
云うことができ、また、組成の如何では磁性も有
する。 このことは即ち、耐圧強度500〜2000Kg／cm2、
曲げ強度200〜500Kg／cm2の範囲にある機械的強度
特性を有し、また気孔率および吸水率がそれぞれ
２％以下のセラミツクス焼結体となつている。 さらに本発明にかかる焼結体は黒色系の色調を
有し、組成変化により濃淡があり、またアルミニ
ウムシリケートの原料選択によつては黒みかげ石
の如き格調のある色調を有している。 このようなスピネル系セラミツクス焼結体は次
の方法で再現性よく、工業的に有利に製造するこ
とができる。 すなわち、クロム鉱滓粉末と少なくとも粘土を
含むアルミニウムシリケート粉末とを次の組成； モル比：R2O3／MgO＝0.9〜2.0 ［式中ＲはAl、FeおよびCrの合量を表わす］ モル比：SiO2／MgO＝１〜６ となるように配合および混練してセラミツクス素
地を調製する工程、該素地を成形および乾燥して
セラミツクス素地の成形体を調製する工程、次い
で該成形体を最高温度1150〜1300℃の熱雰囲気で
反応焼結させる焼成工程からなることを特徴とす
るものである。 上記において、クロム鉱滓粉末および粘土粉末
とを出発原料とする。クロム鉱滓というのは、そ
の性質上化学組成が極めて多様であるけれども、
本発明においては次の組成；Cr2O3：２〜18wt
％、CaO：０〜15wt％、Fe2O3：10〜45wt％、
Al2O3＝５〜20wt％、MgO：５〜20wt％、その
他：２〜10wt％の範囲のものでなければならな
い。 上記から明らかなように、通常クロム鉱滓には
CaO成分が多量に含有されているものであるが、
本発明ではこれが多くとも15wt％というできる
だけ少ないものであることが必要である。 この理由は、本発明者らの数多くの実験に基づ
いて判明したもので、CaO成分は焼結体に鉱化剤
として作用し、スピネル相の生成を促進する為、
有効な成分であるが、約15wt％を越えるほどの
多量に過ぎると急激な融点降下をきたし、焼成工
程において制御が困難となると共に、セラミツク
ス焼結体の物性も著しく変化して前記の如きスピ
ネル系セラミツクス焼結体の特徴的なものとはな
らないことによる。 次に、かかるクロム鉱滓粉末は80メツシユ篩全
通、かつ200メツシユ篩を50％以上通過する微粉
末として粒度調整したものを用いる。通常、セラ
ミツクス原料として微細な粒度が性質上望まれる
が、本発明においてはクロム鉱滓中の六価クロム
を実質的に還元するための条件の１つとしても上
記粒度調整は重要である。 他方、アルミニウムシリケートは少なくとも粘
土を使用するが、この他に必要に応じてフライア
ツシユ、Al2O3およびSiO3を含有する入手可能な
物質を用いることができ、また粘土は一般的な粘
土類、陶石、長石、ろう石等、その組成および産
地は特に限定はなく適宜選択に用いればよい。 本発明は上記の出発原料の性質上、多成分を有
するため、製造条件や製品の物性に変動が生じ易
く、それらの特定性に非常な困難性があるけれど
も本発明者らの数多くの実験によれば次の組成； モル比：R2O3／MgO＝0.9〜2.0 ［式中ＲはAl、FeおよびCrの合量を表わす］ モル比：SiO2／MgO＝１〜６ となるように配合し、次いで混練してセラミツク
ス素地を調製する工程が本発明にかかる焼結体の
再現性のために特に重要なところである。上記モ
ル比SiO2／MgOが１未満では六価クロムが焼成
の際に還元されないのみならず、三価クロムが六
価クロムへと酸化する傾向となり易く、完全に無
害化されないからである。他方SiO2／MgOが６
を越える場合および、モル比R2O3／MgOが前記
範囲外では焼結性が悪かつたり、焼結体中のスピ
ネル成分量が少なくなつたりして、前記した特徴
的物性が得られないなど、本発明における緻密な
セラミツクス焼結体の目的とする意図に添わなく
なる。 従つて、多くの場合、モル比R2O3／MgOは1.0
〜1.5、SiO2／MgOは１〜５が実用的で好まし
い。 次に上記のセラミツクス素地を形成および乾燥
して成形体を調製する工程は、従来採られている
操作と手順にて行えばよく、特に限定する必要は
ない。 従つて、セラミツクス素地の形成においては、
必要に応じ水又は有機又は無機系の所望の結合剤
を少量添加することは成形操作を容易にするため
に望ましいことである。 なお、成形は乾式又は湿式のいずれの方式を用
いてもよいが通常は乾式成形の方が工業的かつ物
性上好ましい場合が多く、その場合、成形圧は少
なくとも300Kg／cm2であることが望ましい。また
例えば押し出し成形の場合は所謂ペフアーコーン
法により測定した可塑性以下の条件で成形するこ
とが望ましい。 更に、成形体の乾燥処理は、その含水量を制御
する必要上湿式成形においては勿論のこと、乾式
成形においても行う。 このように、それぞれの目的に応じて素地の成
形体を得、次いで該成形体を焼成するが、この工
程では最高温度1150〜1300℃の熱雰囲気で行う。
焼成炉としては電気炉、ガス炉、灯油、重油焚き
炉等一般的な窯業用焼成炉で焼成すれば良いが、
この場合、原料の種類と調合割によつて素地の融
点は大幅に変化するが、可能な限り高温でしかも
長時間焼成することが望ましく、通常素地が焼結
する温度で焼成する場合、素地中の成分は反応に
よりスピネル鉱物組成に変化し、緻密で吸水率が
低くしかも強度のある焼結体が得られる。 加熱雰囲気としては一般に云う酸化、中性およ
び還元各雰囲気に於て目的の焼結体は得られる
が、本発明者の検討結果では加熱ガス（燃焼ガ
ス）の酸素濃度が低い程、又一酸化炭素濃度が高
い程、素地中の成分のスピネル化反応、及び焼結
化反応が早いことを認めた。 ところで、MgO−Al2O3系スピネルは天然に存
在せず合成する場合は、電融法で1800℃以上の高
温が必要であり、SiO2を添加しても磁器化温度
は1300℃以上である。 また天然に存在するクロム鉱もスピネルである
が、従来その用途は耐火物が主でその製造も1500
℃以上で行なわれている。 しかるに、本発明に係る方法では、焼成温度が
従来のスピネル系セラミツクスの焼成に比して著
しく低温で緻密な反応焼結するところに特徴があ
る。 この理由の詳細な機構は不明であるが、多様な
成分で構成されるクロム鉱滓を主原料としている
ため、特に、少量の六価クロムおよびアルカリ成
分が焼結剤として作用すると考えられる。 また、この焼成工程において、出発原料の一つ
であるクロム鉱滓は、通常六価クロムがCrO3と
して0.5〜1.5重量％程度含有しているが、これに
適量の珪酸分が存在すると、加熱焼成の際、例え
ば次の式に示すように六価のクロムは実質的に還
元される。 2CaO・CrC3＋2SiO2→2CaO・SiO2 ＋Cr2O3＋３／２O2 2Na2O・CrC3＋2SiO2→2Na2O・SiO2 ＋Cr2O3＋３／２O2 又、アルミナ含有物も上記と同様な効果を示
し、結局一般的にセラミツクス原料として使用さ
れるアルミナシリケート含有物質は、本発明にお
いては単なる原料として止まらず、クロム鉱滓の
アルカリ成分を中和し、かつ六価クロムの還元剤
として作用する。従つてクロム鉱滓中の六価クロ
ムは本発明において実質的に検出されず問題とな
ることはない。 かくして製造されるスピネル系セラミツクス焼
結体は上記のように熱伝導率が1.3〜2.5kcal／mh
℃および比抵抗が102〜107Ωcmという物性を有す
るが、これは例えば、一般のスピネル磁器
（MgO・Al2O3）、長石質磁器（SiO2・Al2O3）、
アルミナ磁器（Al2O3）ステアタイト磁器
（MgO・SiO2）、フオルステライト磁器あるいは
コージセライト（MgO・Al2O3・SiO2）等のセ
ラミツクス絶縁物と比較すると、それぞれ0.5〜
0.8kal／mh℃および1010Ωcm以上であつて、実に
数倍以上の伝熱特性および導電特性を有する特徴
的なものである。 かかる特性のゆえに伝熱特性を生かした用途と
しては、工業用熱交換器等の伝熱機器材としては
もちろん一般建築用材料における省エネ材として
の伝熱性を必要とする屋根材、床材、壁材等への
用途が期待できる。 又導電特性を生かした用途として帯電防止材、
電磁波シールド材として十分供せられるものであ
る。 実施例 １ 表１に示す組成のクロム鉱滓粉末（粒径200メ
ツシユ篩全通）100重量部に対し粘土（粒径200メ
ツシユ篩全通）を次の組成のモル比になるよう配
合した。 R2O3／MgO＝1.1 SiO2／MgO＝1.3 この配合物に乾量基準６重量％の水を加え均一
に混合したのち、10cmの成形用金型に入れ400
Kg／cm2の圧力で加圧成形し10cm×10cm×２cmの成
形体を作る。次いで100℃で８時間乾燥したのち、
該成形体をブタンガス燃焼ガス炉で表２に示すス
ケジユールにより加熱焼成した。 得られたセラミツクス焼結体の物性を測定した
ところ表３に示す結果が得られた。
【表】
【表】
【表】
実施例 ２
実施例１に示した組成及び粒度のクロム鉱滓に
対して粘土（粒径200メツシユ篩全通）を次の組
成のモル比になるよう配合した。 R2O3／MgO＋FeO＝1.4 ［ＲはAl、FeおよびCrの合量を表す］ SiO2／MgO＝4.5 この配合物にペフアーコーン法による可塑性値
17.5になるように水を加え混練後、真空土練成形
機で押し出し形成し10cm×10cm×２cmの成形体を
作る。次いで実施例１と同様に乾燥、焼成した
（最高焼成温度は1200℃とした）。得られた焼結体
の物性値を表４に示す。
対して粘土（粒径200メツシユ篩全通）を次の組
成のモル比になるよう配合した。 R2O3／MgO＋FeO＝1.4 ［ＲはAl、FeおよびCrの合量を表す］ SiO2／MgO＝4.5 この配合物にペフアーコーン法による可塑性値
17.5になるように水を加え混練後、真空土練成形
機で押し出し形成し10cm×10cm×２cmの成形体を
作る。次いで実施例１と同様に乾燥、焼成した
（最高焼成温度は1200℃とした）。得られた焼結体
の物性値を表４に示す。
【表】
【表】
［発明の効果］
本発明にかかるスピネル系セラミツクス焼結体
は、クロム鉱滓と粘土との反応焼結体であつて、
前記のように緻密で熱伝導性電気伝導性、強度お
よび色調において特徴があり、機能的セラミツク
スとして応用できるものである。 とりわけ、従来利用価値がないばかりでなく、
むしろ公害の問題として対策に困難を極めていた
クロム鉱滓を単に無公害化するに止まらず、その
クロム化合物を含有する特徴を積極的に利用する
ことにより特異な性質のセラミツクスの製造を可
能にしたことは工業的に意義が大きいのである。
は、クロム鉱滓と粘土との反応焼結体であつて、
前記のように緻密で熱伝導性電気伝導性、強度お
よび色調において特徴があり、機能的セラミツク
スとして応用できるものである。 とりわけ、従来利用価値がないばかりでなく、
むしろ公害の問題として対策に困難を極めていた
クロム鉱滓を単に無公害化するに止まらず、その
クロム化合物を含有する特徴を積極的に利用する
ことにより特異な性質のセラミツクスの製造を可
能にしたことは工業的に意義が大きいのである。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ クロム鉱滓粉末と粘土との緻密な反応焼結体
であつて、該焼結体は化学組成およびＸ線回折に
基づく分析からみて、Al、FeおよびCrが相互に
固溶している固溶スピネルと石英とを主組成と
し、かつ熱伝導率：1.3〜2.5kcal／mh℃および比
抵抗：102〜107Ωcmの範囲の物性を有することを
特徴とするスピネル系セラミツクス焼結体。 ２ クロム鉱滓粉末は、カルシウム成分がCaOと
して15wt％以下である特許請求の範囲第１項に
記載のスピネル系セラミツクス焼結体。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2194979A JPH03205357A (ja) | 1985-07-10 | 1990-07-25 | スピネル系セラミックス焼結体 |
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60149993A JPS6212661A (ja) | 1985-07-10 | 1985-07-10 | スピネル系セラミックス焼結体の製造方法 |
| JP2194979A JPH03205357A (ja) | 1985-07-10 | 1990-07-25 | スピネル系セラミックス焼結体 |
Related Parent Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60149993A Division JPS6212661A (ja) | 1985-07-10 | 1985-07-10 | スピネル系セラミックス焼結体の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03205357A JPH03205357A (ja) | 1991-09-06 |
| JPH0521860B2 true JPH0521860B2 (ja) | 1993-03-25 |
Family
ID=26479721
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2194979A Granted JPH03205357A (ja) | 1985-07-10 | 1990-07-25 | スピネル系セラミックス焼結体 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH03205357A (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100405063B1 (ko) * | 2000-11-17 | 2003-11-07 | 주식회사 삼한 씨원 | 건축용 유색벽돌의 제조방법 |
| JP4100562B2 (ja) * | 2003-06-13 | 2008-06-11 | 日本化学工業株式会社 | スピネル系複合酸化物焼成体およびその製造方法 |
-
1990
- 1990-07-25 JP JP2194979A patent/JPH03205357A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH03205357A (ja) | 1991-09-06 |
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