JPH09132477A - 無機質発泡体及びその製造方法 - Google Patents

無機質発泡体及びその製造方法

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JPH09132477A
JPH09132477A JP29226895A JP29226895A JPH09132477A JP H09132477 A JPH09132477 A JP H09132477A JP 29226895 A JP29226895 A JP 29226895A JP 29226895 A JP29226895 A JP 29226895A JP H09132477 A JPH09132477 A JP H09132477A
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JP
Japan
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amorphous
slag
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temperature
inorganic
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JP29226895A
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English (en)
Inventor
Akio Nishida
明生 西田
Youji Kuboi
洋司 窪井
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Ube Corp
Original Assignee
Ube Industries Ltd
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Publication date
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B5/00Treatment of  metallurgical  slag ; Artificial stone from molten  metallurgical  slag 
    • C04B5/06Ingredients, other than water, added to the molten slag or to the granulating medium or before remelting; Treatment with gases or gas generating compounds, e.g. to obtain porous slag
    • C04B5/065Porous slag

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Glass Compositions (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 従来有効な用途のなかった石油コークスガス
化反応の際に発生するスラグを有効に利用する新規な無
機質発泡体及びその製造方法を提供する。 【解決手段】 SiO2を30〜52重量%、中間酸化
物を15〜35重量%、網目修飾酸化物を10〜35重
量%及び結晶核形成剤を1〜5重量%含有する無機質か
らなり、該無機質が非晶質相と非晶質相中に分散析出し
た微結晶からなることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、新規な無機質発泡
体及びその製造方法に関するものである。
【0002】
【従来技術及びその問題点】無機質発泡体の製造方法は
溶融法と焼成法の二つに大別できる。溶融法は溶融した
原料を流下させ、これにノズルから高圧のガスを吹き付
けて、融液を微粒化させると共に融液の粘性と表面張力
を利用して融液中に気泡を内蔵させた後、固化させる方
法である。この方法で作製された無機質発泡体には、ア
ルミナ、ジルコニア、マグネシアスピネル等のバルーン
がある。しかし、この方法では、高融点の原料を溶融さ
せるために多大なエネルギーを必要とする、融液の微粒
化の際の歩留まりが悪いなどの問題がある。
【0003】一方、焼成法では、ガスを発生する物質を
含有した原料を、発生したガスを内部に取り込んでおく
ことのできる粘度を有する非晶質相が生成する温度まで
加熱し、発生したガスの圧力により発泡させる方法であ
る。適当な粘度を有する非晶質相を形成する原料は、あ
る化学組成の範囲にあることを、Riley(J.Am.Ceram.So
c.,Vol.34,No.4,P.121(1951))が明らかにしている。そ
の化学組成は、SiO2が52〜79重量%、Al23
が11〜26重量%、アルカリなどの融剤成分が7〜2
4重量%である。従来から使用されている原料には、真
珠岩、黒曜石、松脂岩、シラス、膨張頁岩、膨張粘度、
フライアッシュ等があり、これらの化学組成はRileyの
示した組成の範囲内にある。なお、この範囲の化学組成
では適当な粘度の非晶質相を形成する温度は900℃以
上になる。ガスを発生する物質は、原料により異なって
おり、真珠岩、黒曜石、松脂岩、シラス等のガラス質火
山岩はH2Oが、膨張頁岩、膨張粘度、フライアッシュ
等は鉄化合物が発泡源と考えられている。ガラス質火山
岩中のH2Oがガス化する温度は、150〜900℃で
あり、鉄化合物の還元による酸素の発生は1000℃以
上で生じる。
【0004】焼成法で無機質発泡体を製造するには、適
当な粘度の非晶質相を形成する温度とガスの発生する温
度を一致させなければならないが、実際の原料では必ず
しも一致しない。このため、焼成の際に急速に加熱しな
ければならない、焼成温度を必要以上に高くしなければ
ならないなどの問題がある。また、従来の原料を使用し
た場合、発泡状態の調節はガスの発生量を調節すること
により行っていたので、過発泡により、無機質発泡体の
殻が破壊するなどの問題が生じ、低吸水率で高強度の無
機質発泡体を製造することは困難であった。
【0005】
【発明の目的】本発明は、新規な無機質発泡体及びその
製造方法を提供することを目的とする。また、本発明
は、従来有効な用途のなかった石油コークスガス化反応
の際に発生するスラグを有効に利用する方法を提供する
ことも目的とする。
【0006】
【問題点を解決するための手段】本発明は、SiO2
30〜52重量%、中間酸化物を15〜35重量%、網
目修飾酸化物を10〜35重量%及び結晶核形成剤を1
〜5重量%含有する無機質からなり、該無機質が非晶質
相と非晶質相中に分散析出した微結晶からなることを特
徴とする無機質発泡体に関するものである。本発明の無
機質発泡体は、真珠岩、黒曜石、松脂岩、シラス、膨張
頁岩、膨張粘度、フライアッシュ等から得られる無機質
発泡体とは異なり、分散析出した微結晶により無機質が
強化された高強度、低吸収率の新規な無機質発泡体であ
る。
【0007】中間酸化物としては、Al23、Fe23
及びTiO2から選択される少なくとも一種の酸化物が
挙げられる。また、網目修飾酸化物としては、CaO、
MgO、Na2O及びK2Oから選択される少なくとも一
種の酸化物が挙げられる。結晶核形成剤としては、P2
5及び/又はV25が挙げられる。
【0008】本発明の無機質発泡体は、SiO2を30
〜52重量%、中間酸化物を15〜35重量%、網目修
飾酸化物を10〜35重量%、結晶核形成剤を1〜5重
量%及びSi−OHの状態で0.2重量%以上のH2
を含有し、H2O、H2、CO2及びCOから選ばれる少
なくとも1成分を0.2重量%以上溶解している非晶質
スラグを、結晶折出開始温度とガラス軟化点より50℃
高い温度との間の温度範囲で焼成することにより製造で
きる。結晶折出開始温度より低い温度で焼成した場合に
は、スラグの粘度が高いため、十分に発泡しない。ま
た、ガラス軟化点より50℃以上高い温度で焼成した場
合には、スラグの粘度が低すぎて発泡体同士が融着する
問題が生じる。
【0009】本発明の無機質発泡体の製造原料である非
晶質スラグは、従来使用されていた真珠岩、黒曜石、松
脂岩、シラス、膨張頁岩、膨張粘度、フライアッシュ等
の原料とは化学成分が異なる。特に、この非晶質スラグ
は、網目形成酸化物であるSiO2の含有量も少なく、
15〜35重量%の中間酸化物と、10〜35重量%の
網目修飾酸化物を含有することから、非晶質の軟化点が
従来の原料に比べて低く、700〜900℃の範囲にあ
る。したがって、この非晶質スラグを用いることにより
従来より低い焼成温度で発泡させることができる。
【0010】また、該非晶質スラグは、網目形成酸化物
であるSiO2の含有量が従来の原料に比べて少なく、
非晶質の結晶化を促進する結晶核形成剤を1〜5重量%
含むことから非晶質相が不安定となり、結晶折出開始温
度が600〜850℃の範囲にある。このため、得られ
る無機質発泡体は、非晶質相中に微結晶が分散した粒子
分散強化非晶質となり、高強度である。また、発泡の途
中で非晶質相に微結晶が析出するため、スラグの粘度が
上昇して泡の殻がガス圧により破壊されることが少なく
なり、吸水率の小さい無機質発泡体が得られる。
【0011】さらに、非晶質スラグは、Si−OHの状
態で0.2重量%以上のH2Oを含有し、H2O、H2
CO2及びCOから選ばれる少なくとも1成分を0.2
重量%以上溶解している非晶質スラグである。Si−O
Hの状態で存在するH2Oが非晶質相から脱離し、ガス
を発生する温度は500〜1000℃であり、本発明の
非晶質スラグの結晶析出開始温度から非晶質の軟化点の
温度領域とほぼ一致する。このため、急速昇温などの特
殊な焼成方法を用いなくても、無機質発泡体を製造する
ことができる。また、非晶質スラグに溶解しているH2
O、H2、CO2及びCOは、網目形成酸化物であるSi
2のSi−O−Si結合を破壊し、非晶質相の粘度を
低下させ、非晶質スラグの発泡を容易にする。これら溶
解している分子は、発泡終了時には非晶質相から脱離
し、破壊されたSi−O−Si結合を再結合するので発
泡終了後の非晶質相の粘度を増大させ、無機質発泡体同
士の融着が生じるのを防ぐ。
【0012】本発明で用いる非晶質スラグは、2気圧以
上に加圧されたH2O、H2、CO2及びCOから選ばれ
る少なくとも一種のガス雰囲気下に、流動温度以上の温
度で溶融したスラグを急冷して得られる。2気圧未満で
は、Si−OHの状態のH2Oが0.2重量%未満しか
含有されず、H2O、H2、CO2及びCOから選ばれる
少なくとも1成分も0.2重量%未満しか非晶質スラグ
に溶解しない。
【0013】本発明で用いる非晶質スラグは、石油コー
クスの部分酸化により合成ガスを製造する際に発生する
スラグとして供給される。特に、テキサコ法のように石
油コークスとフラックスの水スラリーを高圧力下のガス
化炉に噴霧し、生成するスラグの流動温度以上の温度で
反応を行い、生成したスラグを水中に投下し急冷する装
置から排出された非晶質スラグを使用することが好まし
い。通常、石油コークスには灰分としてSiO2、Al2
3、V25、NiO等が含まれており、これらを反応
炉から排出するため、フラックスを投入してスラグを生
成させて、反応炉外に排出する。したがって、投入する
フラックスの化学成分を調整することにより、本発明の
組成の非晶質スラグが生成する。
【0014】スラグの化学成分を調整するのに用いるフ
ラックスは、特に限定しないが、石炭灰、高炉スラグ、
粘土、石灰石、下水汚泥、珪砂等を使用することができ
る。本発明で使用する非晶質スラグの粒子径は、特に限
定しないが、粒子径が小さくなると単位体積当たりの表
面積が大きくなり、非晶質スラグ内で発生したガスが表
面から抜けやすく発泡し難くなる傾向が認められる。本
発明の無機質発泡体は、吸水率が極めて低く、高強度で
あるので、セメントの軽量骨材として使用できる。
【0015】
【実施例】以下に実施例及び比較例を示し、本発明をさ
らに具体的に説明する。 実施例1 40気圧の圧力、1500℃の温度で操業中のテキサコ
法石油コークスガス化炉から排出されたスラグは、X線
回折の結果、非晶質であることを確認した。表1に化学
成分、赤外線吸収スペクトルによりSi−OHの状態の
2O含有量、昇温脱離ガス分析によるガス溶解量を示
す。また、結晶析出開始温度は750℃、ガラス軟化点
は780℃であった。次に、非晶質スラグを粉砕し、
0.6〜1.2mmの粒子径に分級した後、これら粒子
100gを電気炉に入れ、昇温速度10℃/分で800
℃まで加熱し、6分間保持して発泡させた。得られた無
機質発泡体について、単位容積重量、24時間吸水率、
圧壊強度、X線回折の測定を行った。表2に発泡試験の
結果を示す。
【0016】実施例2 実施例1において、粉砕した非晶質スラグ粒子を、1.
2〜2.4mmに分級したほかは、実施例1と同様にし
て無機質発泡体を製造した。結果を表2に示す。
【0017】実施例3 実施例1において、粉砕した非晶質スラグ粒子を、0.
4〜0.6mmに分級したほかは、実施例1と同様にし
て無機質発泡体を製造した。結果を表2に示す。
【0018】比較例1 実施例1において、焼成温度を900℃にしたほかは、
実施例1と同様にして無機質発泡体を製造した。無機質
発泡体は、溶融し、粒子同士が融着した。
【0019】比較例2 実施例1において、表1に示す化学成分の非晶質スラグ
を使用したほかは、実施例1と同様にして無機質発泡体
を製造した。無機質発泡体は、非晶質のままであり、過
発泡して吸水性が増加し、圧壊強度が低下した。
【0020】比較例3 実施例1において、1気圧の圧力、1500℃の温度で
溶融したスラグを水中に投入し、急冷して作製した非晶
質スラグを使用したほかは、実施例1と同様にして無機
質発泡体を製造しようとしたが、非晶質スラグには発泡
成分が極めてわずかしか存在せず、焼成により無機質発
泡体は得られなかった。
【0021】
【表1】
【0022】
【表2】
【0023】
【発明の効果】本発明の無機質発泡体は、従来有効な用
途のなかった石油コークスガス化の際に発生する非晶質
スラグを用いて製造することができ、資源の有効利用に
貢献できる。また、発泡の際に非晶質の一部を結晶化さ
せるので、高強度で低吸水率の無機質発泡体を提供する
ことができる。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 SiO2を30〜52重量%、中間酸化
    物を15〜35重量%、網目修飾酸化物を10〜35重
    量%及び結晶核形成剤を1〜5重量%含有する無機質か
    らなり、該無機質が非晶質相と非晶質相中に分散析出し
    た微結晶からなることを特徴とする無機質発泡体。
  2. 【請求項2】 SiO2を30〜52重量%、中間酸化
    物を15〜35重量%、網目修飾酸化物を10〜35重
    量%、結晶核形成剤を1〜5重量%及びSi−OHの状
    態で0.2重量%以上のH2Oを含有し、H2O、H2
    CO2及びCOから選ばれる少なくとも1成分を0.2
    重量%以上溶解している非晶質スラグを、結晶折出開始
    温度とガラス軟化点より50℃高い温度との間の温度範
    囲で焼成することを特徴とする無機質発泡体の製造方
    法。
  3. 【請求項3】 非晶質スラグが、2気圧以上に加圧され
    たH2O、H2、CO 2及びCOから選ばれる少なくとも
    一種のガス雰囲気下に、流動温度以上の温度で溶融した
    スラグを急冷して得られるものである請求項2記載の無
    機質発泡体の製造方法。
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