JPH11302010A - アルミ灰からのアーウィンの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【解決課題】 表面が安定なアルミニウム化合物で覆わ
れたアルミ灰を、アーウィン製造原料としての酸化アル
ミニウム源に安価にかつ簡単に変化せしめ、アーウィン
を高収率で得る。 【解決手段】 アルミ灰を粉砕して表面のアルミニウム
化合物層を除去し、これに含酸素カルシウム化合物、石
膏、苛性アルカリ、水を添加混合したものを１０００〜
１３００℃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、アルミニウム精錬
などで発生したアルミ灰、とりわけ従来殆ど廃棄処分さ
れていたような微粉のアルミ灰を主原料としたアーウィ
ンの製造方法に関する。

【０００２】

【従来技術とその問題点】アルミニウム精錬又はアルミ
ニウムスクラップなどからアルミニウムを製造又は回収
する際に発生するアルミ灰は、含有成分として金属アル
ミを主体とするものの、通常は酸化アルミニウム、窒化
アルミニウム、炭化アルミニウムなどのアルミニウム化
合物がアルミ灰表面に形成されるため、金属アルミニウ
ムの含有率が特に多いものの他は、殆ど再利用されずに
主に埋立地へ廃棄処分されている。廃棄処分に際して
は、アルミ灰が雨水等の水分と接触するとアンモニアや
炭化水素が発生することがあるので、これを防ぐ処理が
必要となり、そのための手間と費用を要する。

【０００３】金属アルミニウムの含有率が低いアルミ灰
であっても廃棄処理せずに再資源化することも行われて
いるが、少量が酸化アルミニウム源として再利用されて
いるに過ぎない。これはアルミ灰の表面に形成される酸
化アルミニウムを始めとするアルミニウム化合物層は極
めて安定であって、内部への酸化の進展を阻むため、ア
ルミ灰全体を酸化することが甚だ困難なためである。一
般に微粉のアルミ灰程表面エネルギーが高くなるので、
大気等と接触すると容易にかつ急速にこのようなアルミ
ニウム化合物からなる表層を形成する傾向が強い。

【０００４】一方、該アルミ灰の有効利用として、水硬
性物質であるアーウィンの製造原料である酸化アルミニ
ウム源として活用することが検討されてきた。しかる
に、アルミ灰中の金属アルミニウムは強還元性物質であ
り、アーウィン生成に必要な原料成分である石膏と共に
焼成すると焼成雰囲気が還元性雰囲気となって石膏が分
解し、分解した石膏成分はアーウィン形成を阻害するカ
ルシウムアルミネートを生成するため直接使用すること
は困難であった。この対策として、アルミ灰を予め酸化
アルミニウムに変化させることが検討されてきた。即
ち、アルミ灰を予め酸素を含む雰囲気化で加熱処理する
ことで内部まで酸化せしめたものを原料として用いる方
法が知られているが、表面に安定な酸化層が形成された
金属アルミウムを全て酸化物に変えることは容易ではな
く、例えば空気よりもかなり高い酸素濃度の雰囲気下で
加熱する必要があり、その結果焼成コストが高くなって
再利用の利点に欠く。更に酸化剤を用いてアルミ灰を直
接酸化する方法もあるが、酸化反応が完結するまで長時
間を要すことがあり、また反応時間の短縮を図る上で強
酸化剤を用いた場合はその扱いや処理に制約があって、
何れも生産上の利点が乏しい。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、アルミ灰の
有効再資源化の観点から、アルミ灰をアーウィン製造用
の酸化アルミニウム原料源として活用するに際し、アル
ミ灰の表面に形成される強固で安定な酸化アルミニウム
を主成分とするアルミニウム化合物層を、他のアーウィ
ン形成原料に影響を及ぼすことなく安価にかつ容易に除
去し、アルミ灰を反応活性が高い原料成分に変換せし
め、高生成率でアーウィンを製造する方法を提供するこ
とを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、前記課題
解決のため鋭意検討した結果、アルミ灰中の金属アルミ
ニウム及びその化合物をアーウィン製造原料としての酸
化アルミニウムに変化せしめるに際し、これを阻害する
アルミ灰表層に形成された酸化アルミニウムを主体とす
るアルミニウム化合物を、従来の化学的手法ではなくア
ルミ灰を粉砕することでアルミ灰内部の金属アルミニウ
ムから容易に分離することができることを見出し、しか
も取り除かれた酸化アルミニウムを主体とするアルミニ
ウム化合物からなる微粉は金属アルミニウム粉と混在し
ていてもアーウィン製造原料として用いることができ、
更に前記粉砕により表層のアルミニウム化合物が取り除
かれた高活性の金属アルミニウムにカルシウムと酸素を
主構成物としてなる無機塩と水を加えることにより容易
に酸化を起こし易いアルミン酸塩及び／又は水酸化アル
ミニウムに変化させることができ、これらの生成物と石
膏との混合物を焼成すれば、該生成物は容易に酸化アル
ミニウムに変化し、石膏が焼成によって分解することな
く高収率でアーウィンを生成することができるという知
見を得、本発明を完成させるに至った。

【０００７】即ち、本発明は、以下の（１）〜（４）で
表すアルミ灰からのアーウィンの製造方法である。
（１）アルミ灰を粉砕して表面のアルミニウム化合物層
を分離し、該粉砕物に含酸素カルシウム化合物と石膏を
加えて混合し、これに苛性アルカリ及び水を添加したも
のを１０００〜１３５０℃で焼成することを特徴とする
アルミ灰からのアーウィンの製造方法。（２）粉砕前の
アルミ灰の粒度が０．１ｍｍ以下である前記（１）のア
ルミ灰からのアーウィンの製造方法。（３）アルミ灰と
含酸素カルシウム化合物からなる混合物を粉砕してアル
ミ灰の表面のアルミニウム化合物層を分離し、該粉砕物
に石膏、苛性アルカリ及び水を添加したものを１０００
〜１３５０℃で焼成することを特徴とするアルミ灰から
のアーウィンの製造方法。（４）粉砕前のアルミ灰の粒
度が０．１ｍｍ以下である前記（３）のアルミ灰からの
アーウィンの製造方法。

【０００８】

【発明の実施形態】本発明で用いるアルミ灰は、特に発
生源は限定されないが、アルミニウムスクラップ、アル
ミニウム溶融再生工程で発生するものの他、アルミニウ
ム製品の廃棄処理時に発生するものなどを用いることが
できる。また、使用に先立ち、例えば他の金属不純物を
磁力選別等で除去するなど必要に応じ公知の方法で金属
アルミニウム及びアルミニウム化合物以外の混合物を除
去しておくのが望ましい。一般に、アルミ灰中の金属ア
ルミニウムの含有量は、粒度が大きいものほど金属アル
ミニウムを多く含む傾向があり、金属アルミニウム含有
量が多いアルミ灰はアルミニウム金属原料へ再生利用さ
れることが多い。本発明では金属アルミニウム含有量が
比較的高く、粒度が大きいアルミ灰であっても用いるこ
とができるが、従来は廃棄処分されていたような粒度の
小さいアルミ灰の方が反応活性が高いものとなり易いの
で好適である。好ましくは０．１ｍｍ以下の粒度のアル
ミ灰を用いる。

【０００９】このようにアルミ灰表面の酸化アルミニウ
ムを始めとするアルミニウム化合物からなる安定な皮膜
を、アルミ灰を粉砕することによって殆ど或いは完全に
取り除き、金属アルミニウムが表面に露呈したアルミ灰
粒を得る。アルミ灰表層の酸化皮膜の粉砕に用いる粉砕
機には、公知の粉砕機や粒子用研磨機の類であれば特に
限定されるものではないが、例えばボールミル、縦型ロ
ールミル等が使用できる。粉砕時間は、被粉砕物の粒
度、処理量、粉砕装置にもよるが概ね１０分以上であれ
ば良い。粉砕に際してはアルミ灰単独で行う場合の他
に、アルミ灰と含酸素カルシウム化合物との混合物を粉
砕しても良い。

【００１０】本法では、前記粉砕処理を行ったアルミ灰
又は前記粉砕処理を行ったアルミ灰と含酸素カルシウム
化合物との混合粉砕物に、前者の場合は含酸素カルシウ
ム化合物と石膏を加えて混合したものに更に水と苛性ア
ルカリを加えて混合撹拌し、後者の場合では石膏と水と
苛性アルカリを加えて混合撹拌を行う。各配合物の添加
混合はアルミ灰粉砕後速やかに行うのが望ましい。ここ
で含酸素カルシウム化合物とはアーウィンを形成するカ
ルシウム源となるもので、例えば、水酸化カルシウム、
炭酸カルシウム、酸化カルシウム、燐酸カルシウムなど
の酸素を構成物質として含むカルシウム化合物であっ
て、無機塩であれば何れのものでも用いることができる
が、望ましくは反応性が高い酸化カルシウムを用いる。
また苛性アルカリは特に限定されないが、例えば水酸化
ナトリウム、水酸化カリウム等を用いることができる。
アルミ灰１００重量部に対する含酸素カルシウム化合物
の配合量はアルミ灰との同時粉砕又はアルミ灰粉砕後に
加える場合であっても酸化カルシウム換算で３５〜５０
重量部、また石膏の添加量は３５〜５０重量部とする。
何れもこれより添加量が多いとアーウィン形成に寄与し
ない過剰カルシウム分や過剰硫酸塩がアーウィン生成時
に析出するので好ましくなく、また何れもこれより添加
量が少ないとアーウィン形成に必要な反応量が不足し、
反応原料量に対するアーウィン生成率が低くなるので好
ましくない。また水の添加量は、アルミ灰と含酸素カル
シウム化合物と石膏の合計１００重量部に対し５０〜５
００重量部、苛性アルカリの添加量はアルミ灰と含酸素
カルシウム化合物と石膏の合計１００重量部に対し１〜
１０重量部とする。水又は苛性アルカリの添加量がこれ
より少ない場合は金属アルミニウムが全量アーウィン生
成の為の反応に寄与されず、一部が未反応のまま残るこ
とがあるので好ましくない。また水の添加量が５００重
量部を越えるとアルミン酸塩生成反応に寄与しない水分
が過多となり好ましくない。表層のアルミニウム化合物
が除去されたアルミ灰は含酸素カルシウム化合物及び水
と速やかに反応し、水素ガスと易酸化性物質であるアル
ミン酸塩を生成する。又アルミ灰粉砕時にアルミ灰表面
から除去されて粉砕物中に混在する酸化アルミニウムを
主成分とするアルミニウム化合物微粉はアーウィン原料
として活用でき、酸化アルミニウムは直接アーウィン形
成成分として、また該微粉中に少量含まれる窒化アルミ
ニウムは添加水と極めて容易に反応し、アンモニアガス
と易酸化性物質である水酸化アルミニウムを生成する。

【００１１】前記反応で生成したアルミン酸塩や水酸化
アルミニウムを含む混合物を望ましくは乾燥した後、こ
れを空気中又は酸化性雰囲気中にて１０００〜１３５０
℃で焼成しアーウィンを生成させる。尚、焼成温度が１
０００℃未満ではアーウィンが十分生成せず、１３５０
℃を越える温度では溶融するため何れも好ましくない。
また還元性雰囲気にすると石膏が分解するので好ましく
ない。望ましくは性状的にも生成量的にも優れたアーウ
ィンが得易い１２００〜１３００℃の温度で焼成するの
が良い。

【００１２】

【実施例】［実施例］ 表１で表す成分（重量％）から
なるアルミ灰をバッチ式ボールミルで粉砕し、該粉砕物
を直ちに分級することによって、０．１ｍｍ以下の粒子
を得た。

【００１３】

【表１】

【００１４】前記分級済み粒子５２Ｋｇに酸化カルシウ
ム２７Ｋｇと無水石膏２１Ｋｇを加え、ナウターミキサ
ーで混合した。混合物に水３００Ｋｇを加え、更に水酸
化ナトリウム５Ｋｇを加えて約１５分間撹拌を行った。
撹拌後暫く放置し、水素ガス等の気化ガスの発生が見ら
れなくなった反応完了時点、即ち撹拌後約３０分経過し
た時点をもって、これを１０５℃で乾燥し、乾燥後約５
〜１０ｍｍの顆粒をパンペレタイザーで成形した。該顆
粒をロータリーキルンを用い、空気中約１３００℃で６
０分焼成した。得られた焼成物は粉末エックス線回折
（ＣｕＫα）によって生成相を調べた。その結果、大量
のアーウィンが生成しており、金属アルミニウム、窒化
アルミニウム、水酸化アルミニウム及びカルシウムアル
ミネート等の使用原料や中間生成物は何れも検出されな
かった。

【００１５】［比較例］ 前記実施例１と同様の成分か
らなり、粉砕分級処理を行わない平均粒径１．２ｍｍの
アルミ灰５２Ｋｇに、酸化カルシウム２７Ｋｇと無水石
膏２１Ｋｇを加え、ナウターミキサーで混合した。混合
物に水３００Ｋｇを加え、更に水酸化ナトリウム５Ｋｇ
を加えて約１５分間撹拌を行った。撹拌後暫く放置し、
撹拌後約６０分経過した時点をもって、これを１０５℃
で乾燥し、乾燥後約５〜１０ｍｍの顆粒をパンペレタイ
ザーで成形した。該顆粒をロータリーキルンを用い、空
気中約１３００℃で６０分焼成した。得られた焼成物は
粉末エックス線回折（ＣｕＫα線使用）によって生成相
を調べた。その結果、アーウィンが生成していたもの
の、その生成量は前記実施例のものよりも著しく少な
く、更にカルシウムアルミネートも検出された。

【００１６】

【発明の効果】本発明により、主に埋立廃棄処分されて
いたアルミ灰を、アーウィン系水硬性材料を作製するた
めの主要構成成分の酸化アルミニウム源原料として用い
ることが十分可能となり、再生資源としての有効利用を
図ることができる。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 アルミ灰を粉砕して表面のアルミニウム
   化合物層を分離し、該粉砕物に含酸素カルシウム化合物
   と石膏を加えて混合し、これに苛性アルカリ及び水を添
   加したものを１０００〜１３５０℃で焼成することを特
   徴とするアルミ灰からのアーウィンの製造方法。
2. 【請求項２】 粉砕前のアルミ灰の粒度が０．１ｍｍ以
   下である請求項１記載のアルミ灰からのアーウィンの製
   造方法。
3. 【請求項３】 アルミ灰と含酸素カルシウム化合物から
   なる混合物を粉砕してアルミ灰の表面のアルミニウム化
   合物層を分離し、該粉砕物に石膏、苛性アルカリ及び水
   を添加したものを１０００〜１３５０℃で焼成すること
   を特徴とするアルミ灰からのアーウィンの製造方法。
4. 【請求項４】 粉砕前のアルミ灰の粒度が０．１ｍｍ以
   下である請求項３記載のアルミ灰からのアーウィンの製
   造方法。