JPH0725643A - 超微細中空ガラス球状体の製造方法 - Google Patents

超微細中空ガラス球状体の製造方法

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JPH0725643A
JPH0725643A JP11116193A JP11116193A JPH0725643A JP H0725643 A JPH0725643 A JP H0725643A JP 11116193 A JP11116193 A JP 11116193A JP 11116193 A JP11116193 A JP 11116193A JP H0725643 A JPH0725643 A JP H0725643A
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JP
Japan
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glass
aqueous solution
hollow glass
powder
volcanic
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JP11116193A
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English (en)
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Kunio Kimura
邦夫 木村
Kenichiro Matsuda
健一郎 松田
Fumio Fukagawa
文夫 深川
Hiromi Okada
博美 岡田
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KARUSHIIDE KK
National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Original Assignee
KARUSHIIDE KK
Agency of Industrial Science and Technology
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Abstract

(57)【要約】 【構成】 粒径20μm以下の火山ガラス質堆積物粉末
を、アルカリ水溶液中で加熱処理後、場合により酸溶液
に浸して表面のアルカリを溶出させ、乾燥した後、90
0〜1100℃の温度で熱処理し、次いで水中における
浮沈分離又は空気分級することにより、超微粒中空ガラ
ス球状体が得られる。 【効果】 各種の軽量複合材の素材として有用な超微粒
中空ガラス球状体が、未利用資源の1種である火山ガラ
ス質堆積物を原料として効率よく得られる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は超微細中空ガラス球状体
の製造方法に関するものである。さらに詳しくいえば、
本発明は、各種の軽量複合材の素材として有用な超微細
の中空ガラス球状体を製造する方法に関するものであ
る。
【0002】
【従来の技術】火山ガラス質堆積物の主要鉱物成分は天
然ガラスであり、このものを原料として超粒中空ガラス
球状体を製造する方法が知られている(特公昭48−1
7645号公報)。ところで、この火山ガラス質堆積物
の灼熱減量分はほとんどが水分であるため、この火山ガ
ラス質堆積物をガラス質の軟化と水蒸気の発生を同時に
行いうる条件下で焼成処理を行うと、発泡して、中空ガ
ラス球状体が得られる。
【0003】しかしながら、粒径20μm以下の火山ガ
ラス質堆積物微粉末を焼成処理すると、ガラス構造内部
に含まれている水分の粒子外への拡散速度が速すぎ、適
切な発泡条件を得ることが困難になる。
【0004】一方、焼成に先立って酸溶液中で加熱処理
を行うことにより、超微細中空ガラス球状体が製造する
方法が知られている(特公平4−296750号公
報)。しかしながら、この方法では、酸による装置の腐
食を生じるため耐食性の材料にしなければならず、工業
的に実施するには不適当である。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、従来方法に
より、火山ガラス質堆積物を原料として、超微細中空ガ
ラス球状体を製造する際に伴う欠点を克服し、超微粒中
空ガラス球状体を効率よく製造するための工業的に実施
可能な方法を提供することを目的としてなされたもので
ある。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、超微細中
空ガラス球状体の製造を工業的に実施するのに適した方
法を開発するために鋭意研究を重ねた結果、火山ガラス
質堆積物を粒径20μmに粉砕したのち、焼成に先立っ
てアルカリ水溶液中で加熱処理することにより、その目
的を達成しうることを見出し、この知見に基づいて本発
明を完成するに至った。
【0007】すなわち、本発明は、粒径20μm以下の
火山ガラス堆積物粉末を、アルカリ水溶液中で加熱処理
し、所望に応じ酸によるアルカリの溶出を行ったのち、
900〜1100℃において1〜60秒間焼成し、焼成
物より中空体を分離回収することを特徴とする超微細中
空ガラス球状体の製造方法を提供するものである。
【0008】本発明方法において、原料として用いる火
山ガラス質堆積物は、シラス、黒曜石、真珠岩、松脂岩
などとして天然に産出する鉱物であって、これらは通常
SiO、Al、Fe、CaO、MgO、
NaO及びKOから構成され、水分3〜10重量%
を含んでいる。
【0009】本発明方法においては、これらの火山ガラ
ス質堆積物を粉砕し、粉砕物から20μm以下の区分を
分級して用いる。
【0010】本発明方法においては、この粒径20μm
以下の火山ガラス堆積物粉末を、次いでアルカリ水溶液
中において加熱処理する。この際、アルカリとしては例
えば水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化カルシ
ウムなどが用いられる。アルカリ水溶液の濃度として
は、水酸化カリウムや水酸化ナトリウムの場合は0.0
5〜1.0モル/リットル程度が好ましく、水酸化カル
シウムの場合は溶解度が小さいので、通常飽和水溶液が
用いられる。また、このアルカリ水溶液は、火山ガラス
質堆積物粉末の重量に対して、通常1〜10倍量の範囲
で用いられる。
【0011】アルカリ水溶液による加熱処理は、密閉容
器中で温度及び圧力を上げて行う、いわゆる水熱処理が
好ましく、これにより加熱発泡に不可欠なガラス中の構
造水がより増加し、加熱発泡がより容易となる。加熱処
理温度は通常100〜200℃の範囲で選ばれ、また、
処理時間は、温度が高い場合は短時間、温度が低い場合
は長時間を要し、例えば150℃程度の温度で処理する
場合、処理時間は4〜100時間程度になる。
【0012】このアルカリ水溶液による加熱処理によ
り、火山ガラス質堆積物におけるシリカのネットワーク
構造が切断されて、ガラスの軟化温度が低下するととも
に、前記したように粒子内の構造水が増加し、その結果
後で述べる熱処理において加熱発泡が容易に起こり、超
微細中空ガラス球状体の形成が可能となる。
【0013】このようにして、アルカリ水溶液により加
熱処理された火山ガラス質堆積物は所望に応じ水で洗浄
したのち、乾燥し、焼成するが、この焼成に先立って酸
溶液に浸して表面のアルカリを溶出させることもでき
る。この酸による溶出処理を行うと表面層の鉄及びアル
カリ金属の含有率が低下するため、焼成時の融着が防止
できるとともに、鉄の酸化による着色も表面層だけの脱
鉄により防止でき、生成した超微細中空ガラス球状体は
白色となる。この際の酸としては、通常0.1〜1.0
モル/リットル濃度の塩酸や硫酸の水溶液が用いられ
る。
【0014】次に焼成は、火山ガラス質堆積物を900
〜1100℃の範囲の温度において1〜60秒間維持す
ることによって行われる。この焼成処理によって、ガラ
スの軟化と水蒸気の発生が同時に起こり、超微細中空ガ
ラス球状体が形成される。次いで、水中における浮沈分
離又は空気分級することにより、中空体を分離回収す
る。このようにして、良質の超微細中空ガラス球状体を
得ることができる。
【0015】
【発明の効果】本発明の超微粒中空ガラス球状体の製造
方法は、未利用資源の1種である火山ガラス質堆積物を
原料とする方法であって、前処理としてアルカリ水溶液
による加熱処理を採用することにより、従来の酸溶液に
よる加熱処理に比べ、処理装置の材質の選択が大幅に緩
和でき、工業的に有利であり、また、超微粒でかつ白色
の中空ガラス球状体を炉内の融着なしに製造することが
可能である。
【0016】本発明方法により得られた中空ガラス球状
体は、超微粒で粒子の密度が1g/cm以下の無機質
であるため、各種の軽量複合材の素材など、種々の用途
に有用である。
【0017】
【実施例】次に、実施例により本発明をさらに詳細に説
明する。
【0018】実施例1、2 鹿児島県吉田町産火山ガラス質堆積物、通称吉田シラス
を磁器製ポットミルで8時間粉砕したのち、水ひにより
5〜10μmの粒度範囲の粉末(タップ嵩密度0.83
g/cm、空気置換粒子密度2.33g/cm)を
得た。なおこの吉田シラスの組成は、SiO 70.
54wt%、Al3 13.10wt%、Fe
1.82wt%、CaO 0.53wt%、MgO
0.48wt%、NaO 3.60wt%、K2
2.90wt%、灼熱減量6.05wt%であった。
【0019】ステンレス製加圧容器中に、前記粉末原料
と、その粉末に対し5ml/gの割合の0.1モル/リ
ットル濃度の水酸化ナトリウム水溶液とを入れ、密閉系
で24時間150℃に保持したのち、冷却し、水洗後、
乾燥した。なお水ひにより回収した5〜10μmの粒度
範囲の未処理粉末の加熱減量は5.40wt%であった
が、アルカリ処理した粉末の加熱減量は5.85wt%
に増加した。
【0020】次に、上記の粉末を室温から1000℃又
は1100℃まで1分以内で上昇させ、その温度に10
秒間保持し、エアー量8リットル/分で焼成したのち、
水中における浮沈分離を行い、浮揚物として、超微粒中
空ガラス球状体を回収した。
【0021】熱処理において、1000℃の保持時間を
1分間以上としても、未処理及び処理粉末共、超微粒中
空ガラス球状体の回収割合は変わらなかった。
【0022】また、炉内最高温度を1100℃まで高め
ると、超微粒中空ガラス球状体の回収率は未処理及び処
理粉末共に増加したが、未処理粉末との比率は変わらな
かった。しかし、1100℃以上では炉内融着が発生
し、熱処理物の回収が困難となった。また、炉内最高温
度が1000℃より低温になるに従い、超微粒中空ガラ
ス球状体の回収割合は次第に低くなり、900℃では回
収できなかった。
【0023】なお、水酸化ナトリウムの濃度が0.5モ
ル/リットルの場合、あるいは0.2モル/リットルで
保持時間が48時間以上の場合は、前処理容器内で粉末
が固化し、その後の処理が困難であった。水熱処理及び
熱処理条件を表1に、それぞれの結果を表2に示す。
【0024】実施例3〜6 実施例1で用いたのと同じ、5〜10μmの粒度範囲の
吉田シラス粉末を、5ミリリットル/グラムの割合の濃
度0.05モル/リットル又は0.1モル/リットルの
水酸化ナトリウムの水溶液中に浸せきし、24時間又は
72時間保持したのち、水洗、乾燥後、0.55規定の
塩酸に浸せきし、24時間処理した。次いでこの処理物
を取り出し、水洗、乾燥後、1000℃又は1100℃
の温度まで1分以内に昇温し、10秒間保持することに
より焼成した。 この焼成物から、実施例1と同様にし
て中空体を回収した。この際の処理条件を表1に、また
焼成物の密度及び中空体の回収率(水中浮揚率)を表2
に示す。
【0025】実施例7 実施例1における水酸化ナトリウム水溶液の代りに、同
じ量の水酸化カルシウム飽和水溶液を用い、実施例1と
同様に処理した。この際の処理条件を表1に、焼成物の
密度及び中空体の回収率(水中浮揚率)を表2に示す。
【0026】実施例8、9 実施例3における水酸化ナトリウム水溶液の代りに、水
酸化カルシウム飽和水溶液を用い、アルカリ中での加熱
処理を行ったのち、酸処理を行い、実施例3と同様にし
て中空体を得た。この際の処理条件を表1に、焼成物の
密度及び中空体の回収率(水中浮揚率)を表2に示す。
【0027】
【表1】
【0028】
【表2】
【0029】比較例 比較のために、5〜10μmの粒度範囲の吉田シラス粉
末に何らアルカリ処理を行うことなく、そのまま100
0℃で10秒間焼成処理を行って得た焼成物の密度及び
中空体の回収率(水中浮揚率)を、表2に示す。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 松田 健一郎 千葉県市原市五井南海岸8番の2 株式会 社カルシード内 (72)発明者 深川 文夫 山口県美祢市伊佐町伊佐4611番地の1 株 式会社カルシード内 (72)発明者 岡田 博美 千葉県市原市五井南海岸8番の2 株式会 社カルシード内

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 粒径20μm以下の火山ガラス堆積物粉
    末を、アルカリ水溶液中で加熱処理したのち、900〜
    1100℃において1〜60秒間焼成し、焼成物より中
    空体を分離回収することを特徴とする超微細中空ガラス
    球状体の製造方法。
  2. 【請求項2】 粒径20μm以下の火山ガラス堆積物粉
    末を、アルカリ水溶液中で加熱処理し、次いで酸により
    表面部のアルカリを溶出させたのち、900〜1100
    ℃において1〜60秒間焼成し、焼成物より中空体を分
    離回収することを特徴とする超微細中空ガラス球状体の
    製造方法。
JP11116193A 1993-04-15 1993-04-15 超微細中空ガラス球状体の製造方法 Pending JPH0725643A (ja)

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Cited By (2)

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