JPH11246279A

JPH11246279A - 軽量セラミックスおよびその製造方法

Info

Publication number: JPH11246279A
Application number: JP10053642A
Authority: JP
Inventors: Seizo Kenmoku; 誠造見目; Tadashi Tanaka; 正田中; Atsushi Mizunuma; 厚水沼
Original assignee: MIZUNUMA TILE KK; Tochigi Prefecture
Current assignee: MIZUNUMA TILE KK; Tochigi Prefecture
Priority date: 1998-03-05
Filing date: 1998-03-05
Publication date: 1999-09-14

Abstract

(57)【要約】【課題】比重が２．０以下、特に１．５以下と軽量で
あるとともに機械的強度が大きく、耐水性や耐凍害性に
優れ、整形性に富み、ブロック、レンガ、瓦などの建築
材として有利に用いられる軽量セラミックスを、産業廃
棄物を利用して安価にかつ安定して大量生産する。【解決手段】アルミナスラッジ、珪石リッチな原料お
よび焼却灰、石灰石または苦土石灰の一種以上を、焼成
後の基本組成が、ＳｉＯ₂：３５〜５５重量部、Ａｌ₂
Ｏ₃：２５〜４０重量部およびＣａＯ：２〜２０重量部
を満足するように調合混練し、成形し、乾燥した成形体
を１２００〜１３００℃、特に１２３０〜１２８０℃の
温度で焼成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ブロック、タイ
ル、瓦、断熱材などの建材またはバイオ培養基体などに
使用するのが好適な軽量セラミックスおよびその製造方
法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、軽量セラミックスは、ブロック、
タイルなどに広く使用されており、その構造や製造方法
についても種々のものが知られている。しかし、産業廃
棄物を原料に利用する軽量セラミックスについての公知
文献は比較的少ない。その中で、例えば特公昭５５−１
６１０８号公報には石英、長石を主成分とする鉱山廃滓
を原料にしたものが、特公昭５４−４７２８号公報には
緑泥片岩を主体とする鉱山廃滓を原料にしたものが、ま
た特開昭５７−１７９０６８号には高炉水砕スラグを主
原料にしたものが、また特開平２−１２９０５８号公報
にはフライアッシュを主原料にしたものが、また特開平
６−１３５７７８号公報には土に可燃物を混合したもの
を原料としたものが、また特開平９−６７１７５号公報
にはケイ酸カルシウム、アスベスト、ガラスウ−ル等の
廃保温材を原料にしたものが、さらにまた特許第２５９
２０４７号明細書には都市ゴミ熔融スラグを主原料とし
たものがそれぞれ記載されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た文献に記載されている従来の産業廃棄物を利用して製
造した軽量セラミックスは、比重、曲げ強度、耐衝撃
性、耐水性、耐凍害性などの軽量セラミックスに要求さ
れる特性を十分に満足するものではなかった。特に比重
に関しては、２以下のものが望まれる場合があったが、
そのような要求に応えるものが少ないとともに比重が２
以下であっても、他の特性が悪くて用途が非常に限定さ
れてしまうという問題があった。一般に従来の軽量セラ
ミックスは、多数の気泡が連続した形態となっているも
のが多く、したがって耐水性に乏しいものであった。ま
た凍害は、表面から侵入した水分が低温で凍結すること
によって発生するものであるから、耐水性と密接な関連
がある。このような耐水性や耐凍害性を向上するため
に、成形後、成形体の表面に釉薬を塗布して、製品の表
面に緻密な層を形成することが従来行われているが、そ
れだけ製造工程が複雑になるとともに釉薬によってでき
るガラス質の層を厚くすると亀裂が入り易いという問題
があった。

【０００４】また、産業廃棄物を利用して軽量セラミッ
クスを製造する従来の方法では、整形性、再現性などの
点で問題があり、所望の特性を有する軽量セラミックス
を安定して安価に大量に生産することが難しかった。特
に、タイルや瓦などの用途では、品質の揃ったものを安
価に大量に供給することが要求されるため、従来の産業
廃棄物を利用する技術はこれらの用途においては十分な
市場性を有していなかった。また、整形性に乏しいの
で、所望の形状に整形することができず、これによって
も用途が制限されてしまうという問題もあった。また、
従来、アルミニウムを熔融、鋳造、加熱圧延する工程で
発生する所謂アルミナスラッジを原料とした軽量セラミ
ックスは提案されていなかった。

【０００５】本発明の目的は、産業廃棄物を原料とする
ことによりその有効利用を図るとともに、比重、曲げ強
度、耐衝撃性、耐水性、耐凍害性に優れ、特にタイル、
ブロック、断熱材、瓦などの建材用途に適した軽量セラ
ミックスおよびこのような優れた特性を有する軽量セラ
ミックスを安価にかつ安定にして大量生産できる製造方
法を提供しようとするものである。本発明の他の目的
は、アルミニウムを熔融、鋳造、加熱圧延する工程で発
生する所謂アルミナスラッジを主原料とする軽量セラミ
ックスおよびその製造方法を提供しようとするものであ
る。本発明の他の目的は、特にバイオ培養やバイオ栽培
を行なうための基体として使用するのに適した軽量セラ
ミックスおよびその製造方法を提供しようとするもので
ある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明による軽量セラミ
ックスは、ＳｉＯ₂、Ａｌ₂Ｏ₃およびＣａＯを基本組
成とし、内部に網目状に構成された独立気泡を有し、比
重が２以下でかつ表面がガラス化されていることを特徴
とするものである。ここで、網目状というのは、気泡と
気泡とが三次元的に並び合いかつ、隣接する気泡間には
水が通過できる程度の間隙が実質的に存在しない状態を
意味するものである。本発明の軽量セラミックスにおい
ては、前記基本組成を、ＳｉＯ₂：３５〜５５重量部、
Ａｌ₂Ｏ₃：２５〜４０重量部及びＣａＯ：２〜２０重
量部とするのが好適であり、これによって比重が１．５
以下の軽量セラミックスが得られる。また、本発明の軽
量セラミックスにおいては、前記基本組成を、Ｓｉ
Ｏ₂：４０〜５０重量部、Ａｌ₂Ｏ₃：３０〜３５重量
部及びＣａＯ：５〜１０重量部とするのが好適であり、
これによって比重が０．８以下の軽量セラミックスが得
られる。

【０００７】さらに、本発明による軽量セラミックスの
製造方法は、アルミナスラッジ、珪石リッチな原料およ
び焼却灰、石灰石または苦土石灰の一種以上を、焼成後
の基本組成が、ＳｉＯ₂：３５〜５５重量部、Ａｌ₂Ｏ
₃：２５〜４０重量部およびＣａＯ：２〜２０重量部を
満足するように調合混練する工程と、この混練配合試料
を成形し、乾燥する工程と、乾燥した成形体を１２００
〜１３００℃の温度で焼成する工程とを具えることを特
徴とするものである。本発明による軽量セラミックスの
製造方法においては、アルミナスラッジ、珪石リッチな
原料および焼却灰、石灰石又は苦土石灰の一種以上を、
焼成後の基本組成が、ＳｉＯ₂：４０〜５０重量部、Ａ
ｌ₂Ｏ₃：３０〜３５重量部およびＣａＯ：５〜１０重
量部となるように調合混練するのが好適である。また、
本発明による軽量セラミックスの製造方法においては、
前記焼成を、１２３０〜１２８０℃の温度で行なうのが
特に好適である。

【０００８】上述した本発明で言う上記ガラス化とは
「磁化」と同義で、素地が磁器質に熔化すること、すな
わち半ガラス状に熔固して水を透過しない状態を意味す
るものである。また、本発明の軽量セラミックスの表面
は、マクロ的に見ると焼成温度に応じて滑らかなものと
ざらついているものもあるが、いずれもミクロ的には表
面の粒子は熔融していてガラス化している。

【０００９】また、本発明の軽量セラミックスの基本組
成は、上述したようにＳｉＯ₂：３５〜５５重量部、Ａ
ｌ₂Ｏ₃：２５〜４０重量部およびＣａＯ：２〜２０重
量部とするかまたはＳｉＯ₂：４０〜５０重量部、Ａｌ
₂Ｏ₃：３０〜３５重量部およびＣａＯ：５〜１０重量
部とするが、不可避的に持ち込まれる成分、例えばＦｅ
₂Ｏ₃は５重量部以下、ＭｇＯは６重量部以下、Ｎａ₂
ＯおよびＫ₂Ｏはいずれも５重量部以下、Ｐ₂Ｏ₅は５
重量部以下であれば十分に許容されるが、場合によって
はそれ以上であっても良い。また、原料となる産業廃棄
物には上述した物質以外にも種々の物質が含まれている
が、それら混合量は特に多くなければ問題はない。

【００１０】

【発明の実施の形態】本発明において、独立気泡が形成
される理由は、焼却灰、石灰石または苦土石灰中のドロ
マイト系（アルカリ分）が融点を下げかつＣａＣＯ₃が
焼成中にＣＯ ₂を放出し、その結果、低温でのガラス化
と発泡が可能とためであると考えられる。また粘性はＡ
ｌ₂Ｏ₃とＳｉＯ₂で強くなる。したがって本発明によ
る製造方法では、原料中には焼却灰、石灰石又は苦土石
灰の１種以上を、焼成後の軽量セラミックス中にＣａＯ
分が２〜２０重量部だけ含まれるように加える必要があ
る。２重量部未満では発泡が不十分であり比重が１．５
以下のものが得にくい。また２０重量部を越えると加熱
中の発泡が盛んになり過ぎ、表面の凹凸が大きくなるの
で好ましくない。

【００１１】また本発明においてＳｉＯ₂はＡｌ₂０₃
と相俟って軽量セラミックスの骨格を形成するものであ
り、かつその表面層のガラス化に寄与している。またＡ
ｌ₂０₃は軽量セラミックスの強度向上にも寄与してい
る。焼成後の軽量セラミックス中のＳｉＯ₂分が３５重
量部未満では発泡することが無く、釉薬状に融けてしま
うので３５重量部以上に限定される。焼成後の軽量セラ
ミックス中のＳｉＯ₂分が５５重量部を越えると十分な
発泡熔融が得られず、また表面がガラス状になることも
無く成形時の形を保ったままであるので５５重量部以下
に限定される。なおさらに好ましくは、軽量セラミック
スのＳｉＯ₂の下限は４０重量部、上限は５０重量部で
ある。

【００１２】一方Ａｌ₂０₃は２５重量部未満では発泡
現象は見られず、また耐火度が相対的に低めになるので
他の成分の多少により釉薬状になってしまうので２５重
量部以上に限定される。Ａｌ₂０₃は４０重量部を越え
ると発泡現象は見られず、耐火度が上がりエネルギ−コ
ストの面からも好ましくないので４０重量部以下に限定
される。なお、軽量セラミックス中のＡｌ₂Ｏ₃は、そ
の下限を３０重量部、上限を３５重量部とするのが特に
好ましい。

【００１３】本発明で用いている珪石リッチな原料とは
ＳｉＯ₂を少なくとも８０％以上含む原料で、例えば珪
砂廃泥、チャ−ト質砕石廃泥、廃鋳物砂等が利用でき
る。なお、チャ−ト質砕石廃泥は、道路や線路用の砕石
の廃残滓として栃木県において多量にかつ安価に得られ
るものである。また、ＣａＯ分を供給する原料としては
ＣａＯ分を少なくとも１０％以上含む原料で例えば、焼
却灰、石灰石や苦土石灰採掘時に発生する廃泥が利用で
き、日本国内どこでも容易に得られるものである。ま
た、Ａｌ₂Ｏ₃を供給する原料としてはＡｌ₂Ｏ₃分を
少なくとも７０％以上含む原料で例えば、廃アルミニウ
ム缶を熔融しアルミニウムを再生抽出する際に発生する
アルミナスラッジを有効に利用でき、栃木県においても
容易に入手できるものである。

【００１４】また、本発明においては不純物としてＦｅ
₂Ｏ₃、ＭｇＯ、Ｎａ₂Ｏ、Ｋ₂Ｏ、ＭｎＯ、Ｔｉ
Ｏ₂、Ｐ₂Ｏ₅等を含むことができるが、これらは融点
降下作用がある。特にＭｇＯは粘性を増加させる効果も
併せ持ち、それらの点からこれら不純物の含有量はＦｅ
₂Ｏ₃は５重量部以下、ＭｇＯは６重量部以下、Ｎａ₂
ＯおよびＫ₂Ｏはいずれも５重量部以下、Ｐ₂Ｏ₅は５
重量部以下であれば許容される。ここで述べた重量部を
越えるとその作用が過度になる場合もあるので各成分の
重量部は上述した値以下にすることが望ましい。Ｎａ₂
Ｏ、Ｋ₂Ｏは上述のように融点を下げる働きをするが、
熱膨張が大きくなることからそれぞれ３重量部以下とす
るのがより望ましい。本発明では、ＳｉＯ₂、Ａｌ₂Ｏ
₃、ＣａＯの量をコントロ−ルすることにより、適度な
熔融焼結状態のもとでＣＯ₂が放出され、細かく分散し
た独立気泡がセラミックス内部に均一に形成されるとと
もにセラミックス表面は適度な粘度のもとでガラス化が
促進されるものと推定される。

【００１５】次に、本発明による軽量セラミックスの製
造方法について述べる。本発明ではアルミナスラッジ、
珪石リッチな原料及び焼却灰、石灰石又は苦土石灰の少
なくとも一種を、焼成後のＳｉＯ₂、Ａｌ₂０₃、Ｃａ
Ｏの量がそれぞれ特定の組成、すなわちＳｉＯ₂：３５
〜５５重量部、Ａｌ₂０₃：２５〜４０重量部およびＣ
ａＯ：２〜２０重量部、さらに好ましくはＳｉＯ₂：４
０〜５０重量部、Ａｌ₂０₃：３０〜３５重量部、Ｃａ
Ｏ：５〜１０重量部となるよう調合混練した後に成形す
る。この混練方法は、例えばロールクラッシャによる粉
砕を行い、さらにボールミルで湿式混練した後、水分が
一定となるように脱水・寝かしを行うことにより実施す
ることができるが、他の周知の調合混練方法を採用して
も良い。また、成形方法は、加圧成形、鋳込み成形、押
出成形、圧延成形など従来の成形方法を採用でき、特に
限定されるものではない。さらに、成形後の乾燥は自然
乾燥、強制乾燥等いずれも採用でき、特に限定されるも
のではない。特に油圧等による強圧下成形を採用した場
合、素材原料の含水率を低くできるので焼成工程の初期
段階を乾燥工程に替えることができる。

【００１６】焼成温度は下限が１２００℃、上限は１３
００℃に限定される。より好ましくは下限は１２３０
℃、上限は１２８０℃である。１２００℃未満では発泡
が不十分であり、一方１３００℃を越えると熔融化が進
み過ぎて所望の形状を得るのが困難なので下限は１２０
０℃、上限は１３００℃の温度範囲に限定される。

【００１７】本発明による製造方法では、一般に焼成温
度を低くすると、得られる軽量セラミックスの表面はざ
らざらした感じになり、比重が大きくなり、焼成温度を
高くすると、表面はガラス質の滑らかなものとなり、比
重も小さくなることが確かめられた。したがって、これ
らの特性および他の特性も考慮して個々の用途に適した
特性を有する軽量セラミックスが得られるように焼成温
度を設定すれば良い。

【００１８】本発明は以上のように構成されているの
で、適度な発泡作用によりセラミックスの内部には独立
気泡が多数形成され、その表面がガラス質で覆われるの
で比重が２．０以下の軽量セラミックスを安定して製造
することができる。さらに各独立気泡の周囲も実質的に
ガラス化した層で覆われているので、セラミックス内部
への水等の浸入は実質的に防止され、凍害等の恐れは殆
どない。その結果本発明のセラミックスは軽量化されか
つ整形性に優れている。なお整形性とは所望の焼成後形
状が容易に得られることである。

【００１９】

【実施例】以下、本発明による軽量セラミックスおよび
その製造方法の実施例を、比較例とともに説明する。な
お、これらの実施例および比較例ではアルミナスラッ
ジ、焼却灰、苦土石灰およびチャート質砕石廃泥を原料
として用いるが、それらの組成を表１に示す。なお、こ
の表１においては、各成分の組成を重量％で示した。こ
の表１から分かるように、上述した原料であるアルミナ
スラッジ、焼却灰、苦土石灰およびチャート質砕石廃泥
は全て、本発明による軽量セラミックスの基本組成であ
るＳｉＯ₂、Ａｌ₂Ｏ₃およびＣａＯを含んでいる。し
たがって、上述した原料の少なくも１種を用いれば足り
る場合もある。

【表１】

【００２０】また、各実施例におけるこれらの原料の配
合割合を表２に示し、焼結後の組成および各種性状を表
３に示した。

【００２１】

【表２】

【００２２】

【表３】

【００２３】また、これらの実施例および比較例におけ
る調合混練処理、乾燥処理、成形処理および焼成処理は
共通とした。すなわち、全ての実施例および比較例にお
いて、原料は全て乾燥し、ロ−ルクラッシャ−で粉砕し
たものを用いた。そしてボールミルで湿式混練した後、
再度水分が一定となるよう脱水・寝かしを行った。次い
で、この混練配合試料を平板状に加圧成形し、それを３
０ｍｍ×５０ｍｍ×１５０ｍｍ（高さ×巾×長さ）の角
棒状に切断した。次いでこの成形品をスト−ブを使用し
た室内での加湿乾燥または自然乾燥に付した。次に成形
品をシャトル式ガス炉に入れ、約２０時間に亘って成形
品を焼成した。本明細書に示す実施例および比較例以外
に、焼成を、電気炉を用いて約１２〜１４時間に亘って
実施する実験も行ったが、シャトル式ガス炉を用いた場
合と同様の結果が得られた。

【００２４】（実施例１）表２の実施例１の欄に示すと
おり、アルミナスラッジを４０重量部、チャ−ト質砕石
廃泥を４０重量部、焼却灰を２０重量部を調合し、粉砕
後混練した。この混練配合試料を平板状に加圧成形し、
それを３０ｍｍ×５０ｍｍ×１５０ｍｍの角棒状に切断
した試験片を１０個作製した。次いでこの成形品を乾燥
した。この乾燥中、亀裂等の問題は発生しなかった。乾
燥性能は良好で粘土製品ほどの注意は必要なく、簡単に
終了した。次に、この成形品をシャトル式ガス炉に導入
して焼成した。本実施例では、焼成温度を１２８０°Ｃ
とした。

【００２５】このような温度での焼成の結果として得ら
れた焼成体の組成および性状は表３の実施例１の欄に示
すとおりであった。すなわち、ＳｉＯ₂：４０重量部、
Ａｌ ₂Ｏ₃：３５重量部及びＣａＯ：８重量部であっ
た。また、比重は０．５５と非常に軽いものであった。
また、比較的小さい独立気泡がきわめて多数存在し、表
面は完全にガラス化されて、滑らかなものであり、実質
的に水を透過しなかった。さらに、曲げ強度は１２．９
（ｋｇｆ／ｃｍ）であり、ＪＩＳＡ５２０９に定め
る基準値である１２．２４より大きかった。さらに、─
２０°Ｃで１０回の凍結溶解を繰り返した凍害試験でも
何ら異常がなかった。また、焼成後の寸法は、一例とし
て４２ｍｍ×７２ｍｍ×２１８ｍｍとなり、成形品の体
積の約３倍となった。なお、ここでいう焼成後の寸法は
試験片１０個の高さ、巾、長さの最大値である。なお、
試験片１０個の寸法のバラツキは高さ、巾、長さそれぞ
れにおいて高々１〜２％であり整形性にすぐれていた。
さらに、この試験片を１ｍの高さよりコンクリ−トの土
間に自然落下させたところ、割れても２片になるだけで
衝撃強度にすぐれている事がわかった。一方従来の一般
外装タイル（比重２．７）を同じように落下させた場
合、４〜５片以上に割れてしまった。

【００２６】（実施例２）表２の実施例の欄に記載され
ているとおり実施例１と同じ配合の原料を使用し、実施
例１とは焼成温度だけを相違させた。すなわち、この実
施例２では、焼成温度を１２３０°Ｃとした。この実施
例２の焼結体の比重は０．７４であり、実施例１よりも
重かったが、従来のタイルよりも非常に軽かった。ま
た、曲げ強度は１３．２と基準値よりも大きかった。ま
た、焼成後の寸法は、一例として３８ｍｍ×６２ｍｍ×
１９５ｍｍとなり、体積は約２倍に増大した。なお、こ
こでいう焼成後の寸法は試験片１０個の高さ、巾、長さ
の最大値である。なお、以後の実施例および比較例にお
いても同様である。なお、試験片１０個の寸法のバラツ
クは高さ、巾、長さそれぞれにおいて高々１〜２％であ
り整形性にすぐれていた。また衝撃強度は実施例１と同
程度であった。この実施例２の焼結体には、実施例１よ
りも個数は少なく、寸法のやや大きな独立気泡が観測さ
れ、その表面は実施例１に比べてざらざらした感じであ
った。しかし、ミクロ的に見ると表面はガラス化されて
おり、水を実質的に透過しないものであった。

【００２７】（実施例３）表２の実施例３の欄に記載さ
れているとおりの配合原料を使用した。すなわち、アル
ミナスラッジ３０重量部、チャ−ト質砕石廃泥５０重量
部、苦土石灰２０重量部を混合粉砕して湿式混練した
後、実施例１と同様の成形品を作成し、これをスト−ブ
使用室内加湿乾燥に付した。乾燥中には亀裂等は発生し
なかった。次にシャトル式ガス炉によりその生素地を１
２８０°Ｃの温度で焼成した。このようにして得られた
焼結体の組成および性状は表３の実施例３の欄に示すと
おりであった。すなわち、ＳｉＯ₂：５３重量部、Ａｌ
₂Ｏ₃：３１重量部及びＣａＯ：１０重量部であった。
また、比重は１．０６と上述した実施例１よりも大きな
ものであったが、従来の外装タイルよりも軽いものであ
った。また、比較的小さい独立気泡がきわめて多数存在
し、表面は完全にガラス化されて、滑らかなものであ
り、実質的に水を透過しなかった。さらに、曲げ強度は
１６．６ｋｇｆ／ｃｍと大きなものであった。さらに、
凍害試験でも何ら異常は見られなかった。焼成後の寸法
は、一例として３３ｍｍ×５７ｍｍ×１６８ｍｍとなっ
た。これは成形品の体積の約１．４倍であった。なお、
試験片１０個の寸法のバラツクは高さ、巾、長さそれぞ
れにおいて高々１〜２％であり整形性にすぐれていた。
また衝撃強度は実施例１と同程度であった。

【００２８】（実施例４）表２の実施例４の欄に記載さ
れているとおり実施例３と同じ配合の原料を使用し、実
施例３とは焼成温度だけを相違させた。すなわち、この
実施例３では、焼成温度を１２３０°Ｃとした。この実
施例４の焼結体の比重は１．１５であり、実施例３より
も重かったが、従来のタイルよりも非常に軽かった。ま
た、曲げ強度は１８．７ｋｇｆ／ｃｍと基準値よりも大
きかった。さらに凍害試験での何ら異常は見られなかっ
た。焼成後の寸法は、一例として３２ｍｍ×５５ｍｍ×
１６４ｍｍとなり、体積は約１．３倍に増大した。な
お、試験片１０個の寸法のバラツクは高さ、巾、長さそ
れぞれにおいて高々１〜２％であり整形性にすぐれてい
た。また衝撃強度は実施例１と同程度であった。この実
施例４の焼結体と実施例３の焼結体とを比較した場合、
実施例４の焼結体では独立気泡がやや大きく、表面はざ
らついた感じであったが、表面はガラス化されており、
水を実質的に透過しないものであった。

【００２９】（実施例５）表２の実施例５の欄に記載さ
れているとおりの配合原料を使用した。すなわち、アル
ミナスラッジ３０重量部、チャ−ト質砕石廃泥４０重量
部、焼却灰３０重量部を混合粉砕して湿式混練した後、
他の実施例と同様の成形品を作成し、これをスト−ブ使
用室内加湿乾燥に付した。乾燥中には亀裂等は発生しな
かった。次にシャトル式ガス炉によりその生素地を１２
８０°Ｃの温度で焼成した。このようにして得られた焼
結体の組成および性状は表３の実施例５の欄に示すとお
りであった。すなわち、ＳｉＯ₂：４９重量部、Ａｌ₂
Ｏ₃：２６重量部及びＣａＯ：７重量部であった。比重
は０．７２と１以下となった。曲げ強度は１２．８と基
準値を越えていた。さらに、凍害試験でも何ら異常は見
られなかった。焼成後の寸法は、一例として３８ｍｍ×
６２ｍｍ×１８４ｍｍとなった。これは成形品の体積の
約１．９倍であった。なお、試験片１０個の寸法のバラ
ツクは高さ、巾、長さそれぞれにおいて高々１〜２％で
あり整形性にすぐれていた。また衝撃強度は実施例１と
同程度であった。焼成後の表面は完全にガラス化してお
り、実質的に水を透過しないものであった。

【００３０】（実施例６）表２の実施例６の欄に記載さ
れているとおり実施例５と同じ配合の原料を使用し、実
施例５とは焼成温度だけを相違させた。すなわち、この
実施例６では、焼成温度を１２３０°Ｃとした。この実
施例６の焼結体の比重は０．８４であり、実施例５より
もやや重かったが、１以下であった。また、曲げ強度は
１４．６と大きくなった。さらに凍害試験でも何ら異常
は見られなかった。焼成後の寸法は、一例として３５ｍ
ｍ×５６ｍｍ×１８２ｍｍとなり、成形品の体積の約
１．６倍となった。なお、試験片１０個の寸法のバラツ
クは高さ、巾、長さそれぞれにおいて高々１〜２％であ
り整形性にすぐれていた。また衝撃強度は実施例１と同
程度であった。この実施例６でも焼結体の表面は完全に
ガラス化され、水を実質的に透過しないものであった。

【００３１】（実施例７）表２の実施例７の欄に記載さ
れているとおりの配合原料を使用した。すなわち、アル
ミナスラッジ４０重量部、チャ−ト質砕石廃泥４０重量
部、苦土石灰２０重量部を混合粉砕して湿式混練した
後、他の実施例と同様の成形品を作成し、これをスト−
ブ使用室内加湿乾燥に付した。乾燥中には亀裂等は発生
しなかった。次にシャトル式ガス炉によりその生素地を
１３００°Ｃの温度で焼成した。このようにして得られ
た焼結体の組成および性状は表３の実施例７の欄に示す
とおりであった。すなわち、ＳｉＯ₂：４１重量部、Ａ
ｌ₂Ｏ₃：３３重量部及びＣａＯ：１１重量部であっ
た。比重は０．７５と１以下となった。曲げ強度は１
２．７とやや低いが基準値は越えていた。さらに、凍害
試験でも何ら異常は見られなかった。焼成後の寸法は、
一例とて３７ｍｍ×５８ｍｍ×１７６ｍｍとなった。こ
れは成形品の体積の約１．６倍であった。なお、試験片
１０個の寸法のバラツクは高さ、巾、長さそれぞれにお
いて高々１〜２％であり整形性にすぐれていた。また衝
撃強度は実施例１と同程度であった。焼成体の内部は独
立気泡が認められ、その表面は完全にガラス化してお
り、実質的に水を透過しないものであった。

【００３２】（実施例８）表２の実施例８の欄に記載さ
れているとおり実施例７と同じ配合の原料を使用し、実
施例７とは焼成温度だけを相違させた。すなわち、この
実施例８では、焼成温度を１２５０°Ｃとした。この実
施例８の焼結体の比重は０．８１であり、実施例７より
もやや重かったが、１以下であった。また、曲げ強度は
１３．１／ｃｍと大きくなった。さらに凍害試験でも何
ら異常は見られなかった。焼成後の寸法は、一例として
３５ｍｍ×５６ｍｍ×１７５ｍｍとなり、成形品の体積
の約１．５倍となった。なお、試験片１０個の寸法のバ
ラツクは高さ、巾、長さそれぞれにおいて高々１〜２％
であり整形性にすぐれていた。また衝撃強度は実施例１
と同程度であった。この実施例８でも焼結体の表面は完
全にガラス化され、水を実質的に透過しないものであっ
た。

【００３３】次に、比較例について幾つか説明する。こ
れらの比較例における原料の配合割合を表４に示し、焼
結後の組成および各種性状を表５に示した。

【００３４】

【表４】

【００３５】

【表５】

【００３６】（比較例１）この比較例１の配合原料の割
合は表４に示すとおりであり、上述した実施例１および
２と同様である。すなわち、アルミナスラッジを４０重
量部、チャ−ト質砕石廃泥を４０重量部、焼却灰を２０
重量部を調合し、粉砕後混練した。この混練配合試料を
平板状に加圧成形し、それを３０ｍｍ×５０ｍｍ×１５
０ｍｍの角棒状に切断した試験片を１０個作製した。次
いでこの成形品を乾燥した後、シャトル式ガス炉に導入
して焼成した。この比較例では、焼成温度を１２００°
Ｃ〜１３００°Ｃの範囲よりも低い１１５０°Ｃとし
た。

【００３７】この比較例１の焼結体の組成および性状は
表５の比較例１の欄に示すとおりであった。すなわち、
焼成後の寸法は成形品と殆ど同じで、内部には１ｍｍ程
度の気泡が僅かに生じたが外見状は体積の変化はなかっ
た。また、表面のガラス化も観察されなかった。

【００３８】（比較例２）この比較例２の配合原料の割
合は表４に示すとおりであり、上述した実施例１および
２と同様としたが、焼成温度を１２００°Ｃ〜１３００
°Ｃの範囲よりも高い１３５０°Ｃとした。この比較例
２の焼結体の組成および性状は表５の比較例２の欄に示
すとおりであり、焼成後の寸法は、一例として３０ｍｍ
×７０ｍｍ×１８６ｍｍとなったが、形状が楕円状にな
り、また表面は釉薬状に融解し、独立気泡は認められな
かった。

【００３９】（比較例３）この比較例３の配合原料の割
合は表４に示すとおりであり、上述した実施例３および
４と同様である。すなわち、アルミナスラッジを３０重
量部、チャ−ト質砕石廃泥を５０重量部、苦土石灰を２
０重量部を調合し、粉砕後混練した。この比較例３で
は、焼成温度を１２００°Ｃ〜１３００°Ｃの範囲より
も低い１１５０°Ｃとした。この比較例３の焼結体の組
成および性状は表５の比較例３の欄に示すとおりであっ
た。すなわち、焼成後の寸法は成形品と殆ど同じで、内
部には１ｍｍ程度の気泡が僅かに生じたが外見状は体積
の変化はなく、表面のガラス化も観察されなかった。

【００４０】（比較例４）この比較例４の配合原料の割
合は表４に示すとおりであり、上述した実施例３および
４と同様としたが、焼成温度を１２００°Ｃ〜１３００
°Ｃの範囲よりも高い１３５０°Ｃとした。この比較例
４の焼結体の組成および性状は表５の比較例４の欄に示
すとおりであり、焼成後の寸法は、一例として３２ｍｍ
×７５ｍｍ×１９２ｍｍとなったが、形状が楕円状にな
り、また表面は釉薬状に融解し、独立気泡は認められな
かった。

【００４１】（比較例５）この比較例５の配合原料の割
合は表４に示すとおりであり、上述した実施例５および
６と同様である。すなわち、アルミナスラッジを３０重
量部、チャ−ト質砕石廃泥を４０重量部、焼却灰を３０
重量部を調合し、粉砕後混練した。この比較例５では、
焼成温度を１２００°Ｃ〜１３００°Ｃの範囲よりも低
い１１５０°Ｃとした。この比較例５の焼結体の組成お
よび性状は表５の比較例５の欄に示すとおりであった。
すなわち、焼成後の寸法は成形品と殆ど同じで、焼結現
象は見られるが、発泡もせず、独立気泡もなかった。

【００４２】（比較例６）この比較例６の配合原料の割
合は表４に示すとおりであり、上述した実施例５および
６と同様としたが、焼成温度を１２００°Ｃ〜１３００
°Ｃの範囲よりも高い１３５０°Ｃとした。この比較例
６の焼結体の組成および性状は表５の比較例６の欄に示
すとおりであり、焼成後の状況は釉薬状に融解してしま
い、独立気泡の形成も認められなかった。

【００４３】（比較例７）この比較例７の配合原料の割
合は表４に示すとおりであり、上述した実施例７および
８と同様とした。すなわち、アルミナスラッジを４０重
量部、チャ−ト質砕石廃泥を４０重量部、苦土石灰を２
０重量部を調合し、粉砕後混練した。この比較例７で
は、焼成温度を１２００°Ｃ〜１３００°Ｃの範囲より
も低い１１５０°Ｃとした。この比較例７の焼結体の組
成および性状は表５の比較例７の欄に示すとおりであっ
た。すなわち、焼成後の寸法は成形品と殆ど同じであ
り、焼結現象は見られず、僅かな圧力で崩れてしまい、
当然発泡もせず、独立気泡もなかった。

【００４４】（比較例８）この比較例８の配合原料の割
合は表４に示すとおりであり、上述した実施例７および
８と同様としたが、焼成温度を１２００°Ｃ〜１３００
°Ｃの範囲よりも高い１３５０°Ｃとした。この比較例
８の焼結体の組成および性状は表５の比較例８の欄に示
すとおりであり、焼成後の状況は釉薬状に融解してしま
い、発泡現象もなく、独立気泡の形成も認められなかっ
た。

【００４５】（比較例９）この比較例９での配合原料の
割合は表４に示す通りである。すなわち、アルミナスラ
ッジ１０重量部、チャ−ト質砕石廃泥７０重量部、焼却
灰２０重量部を混合した。また、焼成温度は１１５０°
Ｃ〜１３５０℃の範囲で段階的に変化させた。焼成後の
組成は表５に示すとおりである。焼成温度を１２８０℃
とした場合にはガラス化したが、発泡現象はなかった。
表５に示した性状はこの焼成温度で得られた焼結体の性
状を示すものである。すなわち、比重は１．６０程度
で、体積は成形品に比べて約８０％に収縮していた。ま
た焼成温度が１３００℃を越えると釉薬状に融けて、ま
た１２００℃以下では成形時とほぼ同じ形を保ってい
た。この原因はＳｉＯ₂が５５重量部を越えたことによ
ると考えられる。

【００４６】（比較例１０）この比較例１０での配合原
料の割合は表４に示す通りである。すなわちアルミナス
ラッジ５０重量部、チャ−ト質砕石廃泥３０重量部、苦
土石灰２０重量部とした。比較例９と同様に焼成温度を
１１５０°Ｃ〜１３５０℃の範囲内で段階的に変化させ
た。焼成後の組成および性状は１２８０°Ｃでの焼成で
得られる焼結体について表５に示した。１２８０℃では
焼結せず、発泡現象もなかった。体積は成形の時とほぼ
同じであった。また１３００℃を越えたときはわずかに
焼結したが、発泡現象はなかった。また１２００℃以下
では焼結せず発泡現象もなかった。強度は弱くわずかな
圧力で粉状に崩壊した。この原因はＡｌ₂０₃が４０重
量部を超えたことによると考えられる。

【００４７】（比較例１１）この比較例１１での配合原
料の割合は表４に示す通りである。すなわちアルミナス
ラッジ１０重量部、チャ−ト質砕石廃泥３０重量部、苦
土石灰６０重量部とした。比較例９および１０と同様に
焼成温度を１１５０°Ｃ〜１３５０℃の範囲内で段階的
に変化させた。焼成後の組成および性状は１２８０°Ｃ
での焼成で得られる焼結体について表５に示した。１２
８０℃では釉薬状に融解してしまい発泡現象はなかっ
た。また１２５０℃でも釉薬状に融けてしまい発泡現象
はなかった。また１２００℃以下では成形時とほぼ同じ
形を保っており焼結せず発泡現象もなかった。また１３
００℃を越えても釉薬状に融けてしまい発泡現象はなか
った。この原因はＣａＯが２０重量部を超えたことによ
ると考えられる。

【００４８】

【発明の効果】以上のように本発明による軽量セラミッ
クスは、従来のレンガやタイルや瓦に比べて著しく軽量
であるので、物流コストの低減、施工のしやすさ、安全
性向上、躯体への重量軽減の点からその効果は容易には
かり知れないものがある。また、本発明の軽量セラミッ
クスは断熱材、骨材等への利用も可能であるとともにバ
イオ培養やバイオ栽培の基体としても利用することがで
きる。また、独立気泡があるとともに表面がガラス化し
ているので、耐水性に富み、水を実質的に透過しないも
のである。さらに表面に施釉することによって所望の色
が得られ、タイル、屋根瓦に有利に用いることができ
る。

【００４９】さらに、本発明による軽量セラミックスの
製造方法では、アルミナスラッジ、チャ−ト質砕石廃
泥、苦土石灰廃泥や焼却灰といった産業廃棄物を利用で
きるので、非常に安価なものとなるとともにエコロジー
の観点からも有利である。またＳｉＯ₂、Ａｌ₂０₃、
ＣａＯからなる適度な粘性と強度を有する素材を発泡さ
せるので所望の形状、比重のものを安定して製造でき
る。さらに、焼成温度をコントロールすることによって
性状を調整できるので、個々の用途に応じて適切な性状
を有する軽量セラミックスを容易に提供することがで
き、その実用的な価値は非常に高いものである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者田中正栃木県芳賀郡益子町益子695 栃木県窯業指導所内 (72)発明者水沼厚栃木県芳賀郡芳賀町大字下高根沢3843の１株式会社水沼タイル内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ＳｉＯ₂、Ａｌ₂Ｏ₃およびＣａＯを基
本組成とし、内部に網目状に構成された独立気泡を有
し、比重が２．０以下でかつ表面がガラス化されている
ことを特徴とする軽量セラミックス。
【請求項２】ＳｉＯ₂：３５〜５５重量部、Ａｌ₂Ｏ
₃：２５〜４０重量部及びＣａＯ：２〜２０重量部を基
本組成とすることを特徴とする請求項１に記載の軽量セ
ラミックス。
【請求項３】比重が１．５以下であることを特徴とす
る請求項２に記載の軽量セラミックス。
【請求項４】ＳｉＯ₂：４０〜５０重量部、Ａｌ₂Ｏ
₃：３０〜３５重量部及びＣａＯ：５〜１０重量部を基
本組成とし、比重が１以下であることを特徴とする請求
項２に記載の軽量セラミックス。
【請求項５】アルミナスラッジ、珪石リッチな原料お
よび焼却灰、石灰石または苦土石灰の一種以上を、焼成
後の基本組成が、ＳｉＯ₂：３５〜５５重量部、Ａｌ₂
Ｏ₃：２５〜４０重量部およびＣａＯ：２〜２０重量部
を満足するように調合混練する工程と、この混練配合試料を成形し、乾燥する工程と、乾燥した成形体を１２００〜１３００℃の温度で焼成す
る工程とを具えることを特徴とする軽量セラミックスの
製造方法。
【請求項６】アルミナスラッジ、珪石リッチな原料お
よび焼却灰、石灰石又は苦土石灰の一種以上を、焼成後
の基本組成が、ＳｉＯ₂：４０〜５０重量部、Ａｌ₂Ｏ
₃：３０〜３５重量部およびＣａＯ：５〜１０重量部と
なるように調合混練することを特徴とする請求項５に記
載の軽量セラミックスの製造方法。
【請求項７】前記焼成を、１２３０〜１２８０℃の温
度で行なうことを特徴とする請求項５および６の何れか
に記載の軽量セラミックスの製造方法。