アルミン酸カルシウムとは？わかりやすく解説

アルミン酸カルシウム (英語: Calcium aluminate)は酸化カルシウムと酸化アルミニウムを混合させ、高温で加熱して得られる物質の総称である。^[2] 主に耐火物、セメントの原料として用いられる。

常圧常湿下で生成される安定なアルミン酸カルシウムのモル比(CaO:Al₂O₃)は以下が知られている。

(3:1) 3CaO·Al₂O₃ (C
3A)
(12:7), 12CaO·7Al₂O₃ (C
12A
7) (別名:マイエナイト(英語: Mayenite^[3]))
(1:1) CaO·Al₂O₃ (CA) (自然界ではクロタイト(英語: Krotite)及びドミトリーイバノバイト(英語: Dmitryivanovite)の二種類が存在する^[4])
(1:2) CaO·2Al₂O₃ (CA
2) (自然界ではグロサイト(英語: Grossite)が存在する ^[5])
(1:6), CaO·6Al₂O₃ (CA
6) (自然界ではマグネトプランバイトグループの代表であるヒボナイト(英語: hibonite)が存在する^[6])

加圧下やその他の条件では以下も存在しうる。

(2:1), 2CaO·Al₂O₃ (C
2A): 2500 MPa以上で生成される^[7]。結晶構造は直方晶系で、密度は 3480 kg·m⁻³。自然界ではブラウンミラーライト (英語: brownmillerite)が知られており、常圧で形成されるが、火変成帯、例えば石炭採掘の山を燃やす際に高温で形成される。
(5:1), 5CaO·3Al₂O₃ (C
5A
3), 水が存在しない、かつ無酸素状態でのみ生成される。結晶構造は直方晶系で、密度は3067 kg·m⁻³。水と激しく反応する。
(4:3), 4CaO·3Al₂O₃ (C
4A
3), 準安定状態で医療における脱水に用いられる。水和して4CaO·3Al₂O₃·3H₂O (C
4A
3H
3)を生じる。

水和反応

ポルトランドセメントと対照的に、水和によってアルミン酸カルシウムは水酸化カルシウム (Ca(OH)
2、消石灰) を放出しない。

^ Hosono, H.; Tanabe, K.; Takayama-Muromachi, E.; Kageyama, H.; Yamanaka, S.; Kumakura, H.; Nohara, M.; Hiramatsu, H. et al. (2015). “Exploration of new superconductors and functional materials, and fabrication of superconducting tapes and wires of iron pnictides”. Science and Technology of Advanced Materials 16 (3): 033503. arXiv:1505.02240. Bibcode: 2015STAdM..16c3503H. doi:10.1088/1468-6996/16/3/033503. PMC 5099821. PMID 27877784.
^ Taylor H.F.W (1990) Cement Chemistry, Academic Press, ISBN 0-12-683900-X, pp. 34–38.
^ “Mayenite Supergroup”. 2023年3月1日閲覧。
^ “Krotite”. 2023年3月1日閲覧。
^ “Grossite”. 2023年3月1日閲覧。
^ “Hibonite”. 2023年3月1日閲覧。
^ Taylor H.F.W (1990) Cement Chemistry, Academic Press, ISBN 0-12-683900-X, pp. 28, 29.