JP2000034121A - 二水石膏の製造方法 - Google Patents

二水石膏の製造方法

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JP2000034121A
JP2000034121A JP10202489A JP20248998A JP2000034121A JP 2000034121 A JP2000034121 A JP 2000034121A JP 10202489 A JP10202489 A JP 10202489A JP 20248998 A JP20248998 A JP 20248998A JP 2000034121 A JP2000034121 A JP 2000034121A
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gypsum
sodium sulfate
sulfuric acid
dihydrate
gypsum dihydrate
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Yasushi Isshiki
靖志 一色
Nobuo Tai
伸男 田井
Hiroshi Sato
浩 佐藤
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Sumitomo Metal Mining Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 結晶粒が大きく、硬化時の強度が要求される
石膏ボードの原料としては好適な二水石膏の製造方法を
提供する。 【解決手段】 反応槽1、2、に石膏のスラリーを循環
させながら、硫酸及びこの硫酸を中和する炭酸カルシウ
ム、消石灰、生石灰などの中和剤と共に、硫酸ナトリウ
ムを添加することにより、長軸方向の成長が抑制された
米粒状に近い形状の二水石膏が得られる。硫酸ナトリウ
ムとして銅などの製錬工程における排煙脱硫工程から副
製する硫酸ナトリウムが用いることで製造コストを低減
できる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、石膏ボードの原料
として好適な、結晶粒子の大きい二水石膏の製造方法に
関する。
【0002】
【従来の技術】現在一般的に製造されている石膏の主な
形態には、二水石膏やα型半水石膏がある。このうちの
二水石膏は、硫酸カルシウムの二水和物CaSO4・H2
Oであり、簡単な生産設備で比較的安価に製造できるた
め、ポルトランドセメントの凝結遅延剤等として広く使
用されている。しかし、通常の二水石膏は、短軸が10
μm以下で長軸が数10μm以上の細長い針状の結晶
で、硬化時の強度は低いものである。
【0003】一方、α型半水石膏(以下α石膏と略記す
る)は、硫酸カルシウムの0.5水和物であって、二水
石膏をオートクレーブ中で加熱する水熱処理によって製
造される。このα石膏は針状の結晶であるが、アスペク
ト比が例えば5以下と比較的小さく、硬化時に高い強度
が得られるため、歯科用や成形型用などの特殊な用途に
主に使用されている。
【0004】しかし、α石膏の製造にはオートクレーブ
等の設備が必要なうえ、水熱反応の温度が100℃又は
それ以上と高いため余分な外部熱エネルギーが必要とな
る。このため、α石膏は二水石膏に比べて製造コストが
高くなり、一般的なセメントや石膏ボード用等の建築材
料としては殆ど使用されていない。
【0005】また、α石膏の製造においては、水熱反応
による加圧脱水を促進するため媒晶剤が使用される。例
えば、特開昭64−14112号公報にはスルホン酸、
コハク酸、クエン酸等のジカルボン酸やトリカルボン酸
の塩類の使用が記載され、特公平2−62493号公報
には硫酸アルミニウムや硫酸マグネシウム、明礬、高脂
肪酸の塩類、高脂肪族スルホン酸塩類、カゼイン、にか
わ、多価カルボン酸の塩類等を媒晶剤として使用するこ
とが記載されている。
【0006】尚、二水石膏の製造には必ずしも媒晶剤は
必要ではないが、一部に媒晶剤を用いる方法も知られて
いる。例えば、特公昭47−16417号公報にはクエ
ン酸ナトリウムを、特公昭58−25492号公報には
スルホカルボン酸塩を、及び特開平7−330329号
公報には硫酸バンド、コハク酸やコハク酸ナトリウム
を、それぞれ媒晶剤として用いることが記載されてい
る。
【0007】しかしながら、これらの媒晶剤は、生成さ
れる石膏中に混入されるほか、排液に含まれたまま捨て
られたり、熱や酸によって分解されることにより、その
大部分が消失する。このため、媒晶剤に要するコストが
大きくなり、このことが媒晶剤を用いる方法による石膏
の製造コストを増加させる結果となっている。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】上記したように、石膏
ボード等の高強度が要求される建築材料用の石膏として
は、α石膏は高強度であるが製造コストが高いため殆ど
使用されておらず、二水石膏は媒晶剤を用いなければ安
価であるが、石膏ボードとして必要な強度を得ることが
難しいという欠点があった。
【0009】本発明は、このような従来の事情に鑑み、
簡単に製造できる安価な二水石膏でありながら、結晶粒
子が大きく、硬化時の強度が要求される石膏ボードの原
料として好適な、二水石膏の製造方法を提供することを
目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明が提供する二水石膏の製造方法は、反応槽に
石膏のスラリーを循環させながら、硫酸及びこの硫酸を
中和する炭酸カルシウム、消石灰、生石灰などの中和剤
と共に、硫酸ナトリウムを添加することを特徴とするも
のである。
【0011】かかる本発明の二水石膏の製造方法におい
ては、硫酸ナトリウムを硫酸と中和剤の合計量に対して
10〜15g/l添加することが好ましい。また、硫酸
ナトリウムとして、銅などの製錬工程における排煙脱硫
工程から副製する硫酸ナトリウムを用いることが好まし
い。
【0012】
【発明の実施の形態】本発明においては、硫酸を炭酸カ
ルシウム、消石灰、生石灰などの中和剤で中和して二水
石膏を製造する際に媒晶剤を使用することとし、各種媒
晶剤についてコストと媒晶効果について検討した結果、
硫酸ナトリウムが最も適していることが判った。即ち、
硫酸ナトリウムを添加することによって、中和反応にお
ける石膏の核生成速度及び核成長速度が抑制され、アス
ペクト比が小さく粗大な結晶粒子からなり、脱水性の良
い二水石膏が得られる。
【0013】従来の媒晶剤を添加せずに製造した二水石
膏、例えば硫酸を温度70℃、pH3で中和して製造し
た通常の二水石膏は、例えば図2に示す廃酸石膏のよう
に、短軸が10μm以下で長軸が数10μm以上の針状
結晶からなる。一方、同じ条件で硫酸ナトリウムを添加
して製造した二水石膏は、硫酸ナトリウムの添加量が増
えるに従って長軸方向の結晶成長が抑制され、アスペク
ト比が1〜4程度にまで小さくなる。しかも、得られる
二水石膏中に含まれるナトリウムは少なく、一般的に
0.05重量%未満である。
【0014】また、石膏スラリーを循環させながら硫酸
及びその中和剤を添加して反応させる場合、上記の硫酸
ナトリウムの媒晶効果が著しく、図3に示すように、得
られる二水石膏は硫酸ナトリウムの添加量の増加に伴っ
て次第に厚みのある米粒状の粗大な粒子となる。かかる
米粒状に近い形状の二水石膏は、従来の二水石膏はもち
ろんα石膏にも見られなかった形状であり、従来の針状
の二水石膏に比べて硬化時の強度に優れ、石膏ボードの
原料として好適である。
【0015】硫酸ナトリウムの添加量は、硫酸と中和剤
の合計量に対して10〜15g/lの範囲が好ましい。
この添加量が10g/l未満では、石膏の結晶の長軸方
向への成長を抑制することができない。また、15g/
lを越えて硫酸ナトリウムを添加しても、それ以上の長
軸方向の成長抑制効果が得られないばかりか、二水石膏
中へのナトリウムの混入量が多くなるので好ましくな
い。
【0016】特に、本発明方法において添加する硫酸ナ
トリウムとして、銅などの製錬工程における排煙脱硫工
程から副製する硫酸ナトリウム、更に具体的には二酸化
硫黄ガスの最終処理工程において吸収剤の苛性ソーダと
の反応から生成する硫酸ナトリウムを用いることによ
り、最も製造コストを低下し得ると同時に、大きな媒晶
効果を得ることができる。
【0017】従来から銅製錬などのプラントでは、製錬
工程から排出されるガスを排煙脱硫工程に送って二酸化
硫黄ガスから硫酸を生産しているが、この最終吸収工程
において硫酸とならなかった未反応の二酸化硫黄は吸収
して完全に処理する必要がある。このときの吸収剤とし
て一般的に苛性ソーダが用いられ、苛性ソーダと二酸化
硫黄の反応によって生成する亜硫酸ナトリウムは、吸収
塔内で酸化されて硫酸ナトリウムが生成する。かくして
得られた硫酸ナトリウムは、従来は洗剤の原料として使
用されたが、近年では需要が無く全て廃棄されている。
【0018】この廃棄されていた硫酸ナトリウムを媒晶
剤として用いることによって、媒晶剤のコストは殆どか
からず、媒晶剤を使用しない一般的な二水石膏の製造方
法の場合とほぼ同じ製造コストで、一般的な二水石膏と
は異なる米粒状で石膏ボード原料に適した二水石膏を製
造することができるばかりか、銅製錬などの排ガス処理
コストの面でも極めて有利である。
【0019】かかる本発明方法において、反応槽に循環
する石膏のスラリー濃度は、種晶の繰り返しという目的
から高い方が望ましいが、固液分離装置の性能の点から
50重量%以下とすることが好ましい。また、スラリー
濃度の下限は添加する硫酸濃度によって決まるが、経済
的な硫酸濃度150〜200g/lにて実施した場合に
は約30重量%となる。実際には、回分式の固液分離装
置等では石膏結晶の回収時と休止時にスラリー濃度は変
動するため、30〜50重量%の範囲でコントロールす
ることが好ましい。
【0020】反応槽におけるpHは、生成する二水石膏
の結晶粒の成長状況によって決められる。まず、pH2
以下では結晶粒が非常に小さくなるが、これは低いpH
で中和剤粒子の溶解が早く行われるためにカルシウムが
過飽和状態となり、石膏結晶の核生成速度が上昇するた
めである。また、pH5以上では液中の鉄が沈澱するた
め好ましくない。従って、石膏の結晶成長に適したpH
域は、pH3〜4であるといえる。
【0021】このpH3〜4の範囲においては、反応温
度は常温よりも60〜70℃付近の高温が石膏の溶解度
を高くできるので、結晶成長にとって好ましい。銅等の
製錬工程に付随する石膏製造工程程度の液処理量と滞留
時間がある場合には、希釈熱によって反応槽内は約60
℃以上に保持されるうえ、濃硫酸を適宜添加することに
より外部から加熱する必要もないから、反応槽を上記温
度範囲に保持することが容易である。
【0022】
【実施例】図1に示すように、石膏を製造する反応槽を
一次反応槽1と二次反応槽2の二段とし、40〜50重
量%の石膏を含む石膏スラリーを循環させた。この一次
反応槽1には、濃硫酸又は硫酸を含む水溶液と、中和剤
の炭酸カルシウムのスラリーと、媒晶剤の硫酸ナトリウ
ム水溶液を同時に添加した。一方、二次反応槽2には、
濃硫酸又は硫酸水溶液のみを添加した。このように硫酸
を分別して添加することにより、反応温度の制御と設備
の保護を同時に行い、石膏生成反応の異常反応防止、具
体的には局部的な石膏濃度の過飽和状態の防止を図っ
た。
【0023】一次反応槽1及び二次反応槽2でのpHの
コントロールは、硫酸量を一定にして中和剤スラリーの
添加量で行うこともできるし、中和剤スラリーの添加量
を一定にして硫酸量で行うこともできる。しかし、一般
的な石灰石粉砕設備では産出する石灰乳のスラリー濃度
が変動し、実際に試験を行った設備においても20〜3
0%の間で変動したため、添加する硫酸量によってpH
をコントロールする方法を採用した。
【0024】媒晶剤として添加する硫酸ナトリウムは、
銅製錬の排ガス処理工程において二酸化硫黄ガスを苛性
ソーダに吸収させて得られた硫酸ナトリウムを使用し
た。また、硫酸ナトリウムの添加量の管理は、銅製錬の
排ガス処理工程で主に結晶防止のため比重計で連続的に
測定している硫酸ナトリウム濃度と、添加する硫酸ナト
リウム流量を検知し、処理すべき硫酸濃度から算出した
硫酸と中和剤の全処理液量に対して一定量となるように
管理した。
【0025】一次反応槽1及び二次反応槽2で生成した
二水石膏を含む石膏スラリーは、シックナー3に供給し
た。銅製錬の排煙脱硫工程で副製した硫酸ナトリウムは
媒晶剤として回収する必要がないため、シックナー3の
オーバーフロー液は全て払い出した。シックナー3を出
た石膏スラリーは、一部は種晶として循環させるために
分流して一次反応槽1に繰り返され、他は固液分離装置
4で二水石膏と濾液とに分離して、二水石膏を製品とし
て回収した。尚、濾液は濾液槽5に貯溜し、必要に応じ
て一次反応槽1に供給した。
【0026】この製造試験において、採用した製造条件
を下記表1にまとめて示した:
【表1】 硫酸濃度:70% 炭酸カルシウム濃度:150g/l 硫酸ナトリウム添加量:15g/l 反応pH:3.5 反応温度:70℃ 石膏繰り返し率:30%
【0027】この製造試験の結果、平均粒径が45〜5
1μm、アスペクト比が4以下であって、形状が図3に
示すように米粒状に近い厚みのある結晶からなる二水石
膏が得られた。この二水石膏は、硬化時の強度が高く、
石膏ボード用の原料として好適であることが分かった。
尚、平均粒径の測定は、得られたサンプル1ccをコー
ルタール社製のコールターカウンターTAII型により測
定した。
【0028】
【発明の効果】本発明によれば、硫酸ナトリウムを媒晶
剤として使用する簡単且つ低コストの方法によって、従
来の針状と異なり、長軸方向の成長が抑制された米粒状
に近い結晶形状を有し、硬化時の強度に優れた石膏ボー
ド用として好適な二水石膏を、安価に製造することがで
きる。特に、銅製錬などの排煙脱硫工程から産出される
硫酸ナトリウムを媒晶剤として使用することにより、媒
晶剤のコストを殆ど無くすことができるので、製造コス
トを一層低減することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明方法の一具体例を示す工程図である。
【図2】従来の代表的な二水石膏である廃酸石膏の顕微
鏡写真(400倍)である。
【図3】本発明方法により得られる二水石膏の顕微鏡写
真(400倍)である。
【符号の説明】
1 一次反応槽 2 二次反応槽 3 シックナー 4 固液分離装置 5 濾液槽
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 佐藤 浩 愛媛県新居浜市西原町3−5−3 住友金 属鉱山株式会社別子事業所内 Fターム(参考) 4G076 AA14 AB02 AB06 AB09 BA25 BB02 BB04 BB06 BC02 BC07 BC08 BD01 BD02 BE11 CA03 CA26 DA30

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 反応槽に石膏のスラリーを循環させなが
    ら、硫酸及びこの硫酸を中和する炭酸カルシウム、消石
    灰、生石灰などの中和剤と共に、硫酸ナトリウムを添加
    することを特徴とする二水石膏の製造方法。
  2. 【請求項2】 硫酸ナトリウムを硫酸と中和剤の合計量
    に対して10〜15g/l添加することを特徴とする、
    請求項1に記載の二水石膏の製造方法。
  3. 【請求項3】 前記硫酸ナトリウムとして、銅などの製
    錬工程における排煙脱硫工程から副製する硫酸ナトリウ
    ムを用いることを特徴とする、請求項1又は2に記載の
    二水石膏の製造方法。
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