Elucidation of the hydrated lime crysterization phenomina from a super-saturated solution on the hydration of quicklime

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生石灰は鉄鉱石焼結鉱製造プロセスの造粒バインダーとして広く活用されているが、水和と結晶化が同時進行する複雑な反応を伴うため、未解明現象や実用課題が多く残されている。生石灰の水和過程では、まず液相中に過飽和の消石灰が生成し、その過飽和液相から消石灰微粒子が鉄鉱石表面に核化析出することで造粒強度が発現する。後者の核化は準安定の過飽和状態が破綻するカタストロフィックな現象であり、解析例が非常に少ない。本研究では、急速な水和反応と非定常伝熱が同時に起こる生石灰周辺の現象をその場観察し、核発生に及ぼす過飽和度や被析出素材の影響を解明することを試みた。本研究の実験上の特徴は、過飽和水溶液からの消石灰核化現象と局所的な発熱現象を顕微鏡で直接観察する点にあり、令和４年度にＦＬＩＲ社のサーモグラフィカメラ観察装置を導入し、水和反応における生石灰周辺の局所的な温度分布の変化と形状変化をリアルタイムで同時計測できる実験システムを構築した。これにより、観察エリア内の全ての点において、水和反応に伴う常温から８０度Ｃに至るまでの温度変化を、１度Ｃ以下の高精度で正確に計測することが可能となった。生石灰の水和反応に伴う温度上昇の起点は、生石灰と水の第一接触点であるが、周囲への熱拡散速度は意外と遅く、局所的なアンバランスが保持されたままヘテロジェニアスに水和反応が進行する傾向がみられた。本研究は令和４年度に中断するに至ったが、生石灰粒度、生石灰活性度、水／生石灰比、鉄鉱石の配合比などの試験条件を変えて継続的に実施すれば、実験系の伝熱条件を考慮した水和反応モデルが構築できると考えられる。本研究で構築した水和反応解析システムは、生石灰特性の非定常な発熱反応の解明に極めて有効であり、焼結鉱製造プロセスの造粒バインダー検討や石膏等の石灰系材料開発への応用が期待できる。