バーミキュライト：特性、生産、用途

概要

バーミキュライトは加熱すると長いミミズ状のストランドに膨張する水和層状マグネシウム・アルミニウム・鉄ケイ酸塩のグループです。この膨張（エクスフォリエーション）により、極めて低密度で熱伝導率の低い材料が生成されます。これらの特性により、膨張バーミキュライトは軽量建設骨材、断熱充填材、土壌改良材、化学吸収材として価値があります。微粉末にするとインク、塗料、プラスチックなどのフィラーとして機能します。

歴史

トーマス・H・ウェッブが1824年にバーミキュライトの独特な特性を初めて記録し、加熱時のミミズ様外観に言及。鉱物は長らく科学的好奇心の対象でしたが、20世紀初頭に実用用途が商業的関心を呼びました。最初の採掘事業は1915年コロラド州で開始されましたが間もなく閉鎖。成功は1923年、ゾノライト社がモンタナ州リビーで鉱山を開き、1990年まで操業したことで訪れました。現在、世界最大のバーミキュライト操業は南アフリカのファラボワ地区。その他主要生産国には米国、中国、ロシア、ブラジル、日本、ジンバブエ、オーストラリアがあります。

1999年までに米国は3つの活動中鉱山（サウスカロライナ州2つ、バージニア州1つ）を運営し、濃縮鉱石を全国のエクスフォリエーションプラントへ出荷。これら施設は南アフリカからも約77,000トン（70,000メトリックトン）の濃縮バーミキュライトを輸入していました。

原材料

バーミキュライトの独特な特性は層状結晶構造と内部水分含有量に由来します。層はアコーディオンのようにヒンジしており、加熱時に閉じ込められた水が蒸気になって層を押し広げます。商業用バーミキュライトは通常、黒雲母と鉄分を含むフロゴパイトが豊富な岩石から採取されます。これら岩石の風化で水が浸透し、化学反応でバーミキュライトが生成されます。

典型的な商業用バーミキュライト組成は二酸化ケイ素（SiO₂）38〜46%、酸化マグネシウム（MgO）16〜35%、酸化アルミニウム（Al₂O₃）10〜16%、水分8〜16%、その他酸化物少量。膨張時、粒は金茶色で、見かけ密度は粒子サイズにより4〜10 lb/cu ft（64〜160 kg/cu m）です。

製造工程

採掘

• 露天掘りで岩石を掘削。覆土をショベルやスクレイパーで除去、岩層を穿孔・発破で破砕。
• 得られた鉱石をトラックまたは鉄道で選鉱施設へ搬送。

選鉱

• 鉱石を破砕・篩分けして粒度を下げ、泡沫浮選、重力選別、風選、静電選別などで周囲物質から分離、約90%純度のバーミキュライトフレークを得ます。
• 異なる区画のフレークをブレンドして品質を均一化することもあります。

グレーディング

• フレークをスクリーンまたは密閉エアトンネルでサイズ選別。重く大きなフレークが先に落下。0.63インチ（16mm）から0.02インチ（0.8mm）までのグレードを生成可能。
• 大粒フレークは軽く破砕（デブッキング）してエクスフォリエーションを加速することも。
• 選別済みフレークをバルク容器に梱包し、エクスフォリエーションプラントへ輸送。

エクスフォリエーション（膨張）

• フレークを乾燥保管施設で湿気から保護。吸湿すると膨張に必要なエネルギーが増大。
• コンベアベルトで搬送し、セラミックレンガ張りの高さ20〜25フィート（6.1〜7.6m）垂直炉に投入。天然ガスバーナーで1,000〜1,500°F（540〜810°C）に昇温、内部水分が気化してフレークがミミズ状粒子に膨張。
• 粒子が傾斜シュートを滑り降り、さらなる加熱で完全膨張を達成。

分級

• 高温膨張バーミキュライトを真空で上方吸引。重い不純物は落下、微細粒子は気流で冷却。
• 特定粒子サイズが必要な場合、粉砕・篩分けで調整。
• 分級済み粒粒をホッパーに貯蔵、小売用4〜6 cu ft（0.10〜0.15 cu m）紙袋/プラスチック袋、業務用50 cu ft（1.3 cu m）袋に充填。シール・ラベル貼付後、倉庫から出荷。

健康面

バーミキュライト鉱石には雲母、石英、長石、一部鉱床では微量のアスベストが含まれることがあります。これらは物質安全データシート（MSDS）で規制されます。最も重要な職業的危険は結晶性シリカ（石英）。微細石英粉塵はケイ肺症を引き起こすため、粉砕・篩分け作業時には粉塵対策と個人防護具が必須です。完成バーミキュライト製品からの消費者シリカ粉塵曝露は無視できるレベルで、健康リスクはありません。

主要生産者は、MSDSガイドラインに従って処理される限り、自社操業鉱床にアスベストリスクはないと認証。2000年のEPA報告書は、土壌改良材として販売されるバーミキュライトが消費者にほぼアスベストリスクを及ぼさないと結論付けています。

将来展望

代替材料の存在にもかかわらず、バーミキュライトの超低密度と熱伝導率の低さが多くの市場で競争力を維持しています。世界埋蔵量は約5,500万トン（5,000万メトリックトン）と推定。処理と用途の継続的イノベーションがその関連性を維持するでしょう。