【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、せっこうボード廃材をセメント原料焼成装置に投入熱処理して、せっこうをセメント成分の一部として回収する、せっこうボード廃材の有効利用方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、建築物の新築、改装、解体工事において発生するせっこうボード廃材、ならびにせっこうボード製造業者で発生するせっこうボード廃材は、年間約１００万トン発生しており、そのほとんどが産業廃棄物として埋立処分されている。しかし、産業廃棄物の埋立てによる処分は、環境上および埋立て処分地の不足などの理由により深刻な社会問題となっており、多くのものについて、可能な限り再利用し、埋立てによる処分量を減らすことが切望されている。せっこうボード廃材もそう云う材料の一つである。
せっこうボード廃材の有効な利用方法として、セメント添加用せっこうに使用することが考えられるが、せっこうボードの製造においては種々の紙類や流動化剤が使用されており、せっこうボード廃材をそのままセメント添加用せっこうとして使用するとセメント強度の発現性を低下させる問題が発生する。
このような背景から、従来、せっこうボード廃材からせっこうを回収する方法がいくつか提案されている。例えば、特許文献１にはキルンで、また特許文献２には、サスペンションプレヒーターで、せっこうボード原紙が付着した状態のせっこうボード廃材を加熱焼成し、せっこうを回収する方法が記載されている。
【０００３】
しかしながら、上記の方法では、せっこうボード廃材を加熱焼成するために酸素濃度の低い燃焼ガスを用いることから、次の三つの問題が生じる。先ず、酸素濃度が低いために紙の燃焼速度が遅く、焼成に時間がかかる、あるいは焼成条件の制御が難しいことが挙げられる。次に、酸素濃度が低いためにせっこうが分解し易く、ＳＯ２ガスが発生すると共に、ＣａＯが発生することである。更に、せっこう回収のためのみにセメント焼成用キルンを稼働させることから、多大なエネルギーを必要とすることである。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００２―６８７４０号公報（２ページ）
【特許文献２】
特開２００２−８６１２６号公報（２ページ）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、せっこうボード廃材に含まれる好ましくない成分を分解し、せっこう成分を再利用可能な成分として効率的に回収する方法の提供を目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、上述した従来技術の問題点を解決すべく鋭意検討した結果、セメント原料焼成装置におけるクリンカー製造時に、セメント原料焼成装置のある特定位置にせっこうボード廃材を投入し、せっこうボード原紙およびせっこうボード中の流動化剤を加熱分解させる方法が上記課題を解決した方法となることを見出し、本発明を完成した。
すなわち、本願発明は、セメント原料焼成装置におけるクリンカー製造時に、セメントキルンの窯前またはクリンカークーラーのどちらかに設けられた投入口からせっこうボードの廃材を投入して熱処理し、セメント成分の一部とすることを特徴とする、せっこうボード廃材の有効利用方法に関する。
【０００７】
また、本発明は、上記発明において、せっこうボード廃材が、温度が５００〜１０００℃で且つ酸素濃度が１０体積％以上である雰囲気下にある個所に投入されることを特徴とする、せっこうボード廃材の有効利用方法に関する。
【０００８】
更に本発明は、上記発明におけるせっこうボード廃材の添加量を、好ましい実施態様である、クリンカーとせっこうボード廃材合量に対し２〜８質量％とするせっこうボード廃材の有効利用方法に関する。
以下に本発明を詳細に説明する。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明では、せっこうボード原紙が付着した物を含むせっこうボード廃材は、セメントキルンの窯前またはクリンカークーラーに投入される。
ここでセメントキルンの「窯前」とは、ロータリーキルンのクリンカークーラーに接した部分を言い、ＮＳＰタワーに接した「窯尻」とは反対方向の焼成帯域をいう。
この部分の温度及び酸素濃度は、せっこうボードに付着した原紙が分解燃焼するに十分な雰囲気下にある。従って、投入されたせっこうボード廃材は、クリンカー焼成工程で製造された高温度のクリンカー及び窯前からクリンカークーラーに至る高温で酸素濃度が高いガス雰囲気に曝され、せっこうボード中に含まれる原紙並びに流動化剤等の有機物が分解する。また、せっこうボード中のせっこうは、大部分が二水せっこう及びβ型半水せっこうから成るが、これらせっこうも高温で酸素濃度が高いガス雰囲気にさらされることにより、せっこう中の水分は除去され、温度上昇に伴いβ型半水せっこう、準安定なIII型無水せっこう、II型無水せっこう等の脱水せっこうに転移する。
【００１０】
セメントキルンの窯前またはクリンカークーラーにおけるせっこうボード廃材の投入位置は、せっこうボード中に含まれる原紙並びに流動化剤等の有機物が分解し、尚且つ、II型無水せっこうが生成し、ＣａＯに分解しないことが確実である条件を備えた雰囲気温度が５００℃から１０００℃である位置が望ましく、６００℃から９００℃である位置が更に望ましい。また、酸素濃度は、１０体積％以上である位置であることが望ましく、１５体積％以上であれば更に好ましい。尚、酸素濃度は、焼成に空気を使うことから、自ずと制限を受ける。雰囲気温度が５００℃未満では、実用的な滞留時間内ではせっこうボード中の原紙並びに流動化剤等の有機物が充分に分解されない場合があり、これ等の未分解有機物がセメント仕上げ工程においてクリンカーと共存すると、原紙はセメント不純物して問題となり、また、流動化剤は、セメントをモルタルやコンクリートとして使用する場合、気泡を巻き込む原因となり、強度低下に繋がることがある。
【００１１】
また、１０００℃を越えると、せっこうボード廃材中の二水せっこう及びβ型半水せっこうの分解が始まり、ＳＯ２ガス及びＣａＯが生成することから好ましくない。
酸素濃度が１０体積％未満においても、同様にせっこうの分解が生起し、ＳＯ2ガス及びＣａＯが生成する。
セメントが水和する場合、クリンカー中の鉱物であるＣ３Ａはせっこう不在下では瞬時にＣ−Ａ−Ｈゲルを生成し瞬結してしまうが、二水せっこう、β型半水せっこう、あるいはII型無水せっこうが共存すると、Ｃ３ＡはＣ３Ａ・３ＣａＳＯ４・３２Ｈ２Ｏを生成し、瞬結防止剤として働くことになる。また、これ等のせっこうの中でも、II型無水せっこうは、二水せっこう及びβ型半水せっこうと比較し、結晶水を含まないため、セメントを長期保存した場合、せっこうに含まれる結晶水がセメントを水和させ固化させる現象（いわゆるパックセット現象）を防ぐ機能を持つ。すなわち、せっこうの分解は好ましくないのである。
また、ＣａＯは、当然のことながら、瞬結防止剤的機能は有しない。
【００１２】
本発明の処理対象となるせっこうボード廃材は、JＩＳ Ａ ６９０１に規定されるせっこうボード製品の廃材であれば、特に限定されるものではなく、例えば、建築物の新築、改装、解体工事において発生するせっこうボード廃材、ならびにせっこうボード製造業者で発生するボード廃材が使用できる。
尚、建築現場で発生するものに関しては、木くず、釘などの不純物を除去して使用するのが望ましい。
【００１３】
投入するせっこうボード廃材の投入量は、クリンカーとせっこうボード廃材合量の２〜８質量％とするのが好ましい。せっこうボード廃材の投入量が２質量％より少ないと、セメントの瞬結防止に必要なせっこう量が得られなかったり、一方、８質量％を越えて添加すると、セメントの凝結が必要以上に遅延されたり、また、充分に、流動化剤やせっこうボード原紙の分解が行われない等の問題が生じることがある。
【００１４】
本発明の方法で、せっこうボード廃材を投入され、該ボード廃材由来のせっこうを一成分として含んだ状態でクリンカークーラーより排出されたクリンカーは、そのままセメント粉砕ミルに投入され、セメントとなる。得られるセメントは特に限定されるものでなく、クリンカーの種類により、普通ポルトランドセメント、早強セメント、中庸熱ポルトランドセメント、低熱ポルトランドセメント、耐硫酸塩ポルトランドセメント、高炉セメント及びフライアッシュセメント等が製品として挙げられる。
【００１５】
【実施例】
以下では、図面を参照しながら、本発明を更に詳しく説明する。
図１は本発明に使用されるクリンカークーラーを有するキルン例を示す断面図である。ここには、キルンのセメントクリンカー排出口にクリンカークーラー６が設けられている構造を有する例が示されている。
ＮＳＰタワー１から供給された原料は、キルン２内でメインバーナー３で焼成されクリンカーが生成し、生成クリンカーはクリンカークーラー６に送られる。クリンカークーラー内では、セメントクリンカー７がクーラーグレード上を移動しながら、クリンカークーラーの下部に設けられた複数の部屋からグレードの開孔を通って供給される冷却空気によって冷却される。
クリンカークーラー内でせっこうボード廃材投入位置として好ましい個所、すなわち、雰囲気温度が６００〜９００℃で、酸素濃度が１０体積％以上になるのは、一般的に、キルン側から数えて１、２番目の部屋８である。
ここには、せっこうボード廃材の投入口４が、１番目の部屋の上方に設けられている例が示されている。
【００１６】
普通クリンカー製造時に、所定量のせっこうボード廃材を投入し、せっこう含有クリンカーを製造した。廃ボードの投入は温度の異なる２点について行なったが、中一つでは、ＲＤＦを可燃物として添加し酸素濃度のコントロールを行ない、せっこうボード廃材投入場所の雰囲気条件の影響を調べた。
クリンカーとせっこうボード廃材の配合割合及びせっこうボード廃材投入場所の雰囲気条件を、表１に示す。
せっこうを含有する生成クリンカーは、仕上げミルにて粉砕してセメントを得た。
【００１７】
得られたセメントについては、ＪＩＳ Ｒ ５２０１「セメントの物理試験方法」によりモルタルの圧縮強さ並びに凝結時間を測定した。
また、温度２０℃、湿度６０％の雰囲気にセメントを１週間放置した後、セメント１００gを８４０μmの篩で篩るった後、篩い上の残留固化物量を測定し、セメント粉体の風化防止性能の指標とした。
結果を表１に示す。
尚、表１には、比較として、二水せっこう及び半水せっこうからなる火力発電所製の排煙脱硫せっこうを使用して製造した普通ポルトランドセメントについての試験値も参考例として併記されている。
【００１８】
【表１】
【００１９】
【表２】
【００２０】
クリンカーとの合量に対して２〜８質量％のせっこうボード廃材を、本発明の範囲内の好ましい条件下にある場所に投入した場合には、凝結時間、圧縮強さ共に、参考例１の普通ポルトランドセメントと同等の品質を示すセメントが得られている（実施例１〜４）。
せっこうボード廃材の量が１０質量％であるセメントでは、凝結が遅延するだけでなく、脱型質量が軽くなり圧縮強さも低下する傾向にある（実施例５）。流動化剤が充分に分解されず、モルタル混練時に気泡を巻き込むためであると考えられる。また、せっこうボード廃材の量が１質量％と少ないセメントでは、凝結時間が短くなり過ぎることから、追加のせっこう添加が必要となり、好ましくない（実施例６）。
【００２１】
せっこうボード廃材投入位置の雰囲気温度が高過ぎると、凝結時間が遅延傾向となり、圧縮強さも低下する。せっこうの脱水が進み過ぎるからである（実施例７）。また、酸素濃度５体積％の雰囲気にせっこうボード廃材を投入したセメントでは、凝結時間が短くなる傾向にある（実施例８）。
特に、実施例１〜４に示される本発明のセメントでは、参考例１の排煙脱硫せっこうを使用した普通ポルトランドセメントに比べ８４０μm篩残分が少なく、セメントの風化防止性能が優れていることが分かる。
【００２２】
【発明の効果】
本発明の方法では、せっこう廃材からのせっこう回収がクリンカーを製造しながら実施され、且つせっこうの分解が抑制されていることから、せっこうはセメント成分として効率的且つ安価に回収される。従って、せっこうボード廃材の再利用法として、実用的で優れた方法である。
【図面の簡単な説明】
【図１】セメント原料焼成装置の構造例を示す図である。
【符号の説明】
１ ＮＳＰタワー
２ セメントキルン
３ メインバーナー
４ せっこうボード廃材投入口
５ 窯前
６ クリンカークーラー
７ クリンカー
８ キルン寄りのクリンカークーラー１、２番目の部屋[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a method for effectively using gypsum board waste, in which gypsum board waste is injected into a cement raw material firing apparatus and heat treatment is performed to collect gypsum as a part of a cement component.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, gypsum board waste generated in the construction, renovation and demolition of buildings, and gypsum board waste generated by gypsum board manufacturers are generated by about 1 million tons per year, and most of them are industrial waste. Has been disposed of as landfill. However, landfill disposal of industrial waste is a serious social problem due to environmental and shortage of landfill sites, and many of them are reused as much as possible and landfilled. There is a keen desire to reduce the volume. Gypsum board waste is one such material.
Gypsum board waste can be effectively used by adding gypsum to cement, but in the production of gypsum board, various papers and fluidizers are used. If used as it is as a gypsum for cement addition, there is a problem that the manifestation of cement strength is reduced.
Against this background, several methods for recovering gypsum from gypsum board waste have been proposed. For example, Patent Literature 1 describes a method for recovering gypsum by heating and firing gypsum board waste material with gypsum board base paper attached thereto by using a kiln and a suspension preheater. I have.
[0003]
However, in the above-described method, the following three problems occur because a combustion gas having a low oxygen concentration is used to heat and burn the waste gypsum board. First, the burning rate of the paper is low due to the low oxygen concentration, and it takes a long time to fire, or it is difficult to control the firing conditions. Next, because the oxygen concentration is low, gypsum is easily decomposed, so that SO 2 gas is generated and CaO is generated. Furthermore, since the cement kiln is operated only for gypsum recovery, a large amount of energy is required.
[0004]
[Patent Document 1]
JP-A-2002-68740 (page 2)
[Patent Document 2]
JP-A-2002-86126 (page 2)
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
An object of the present invention is to provide a method for decomposing undesired components contained in gypsum board waste material and efficiently collecting the gypsum components as reusable components.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
The present inventor has conducted intensive studies to solve the above-mentioned problems of the prior art, and as a result, during clinker production in a cement raw material firing apparatus, put gypsum board waste material into a specific position of the cement raw material firing apparatus, The present inventors have found that a method of thermally decomposing a fluidizing agent in a base paper and a gypsum board is a method that solves the above-mentioned problem, and completed the present invention.
That is, the invention of the present application, during the production of clinker in a cement raw material firing apparatus, heat treatment by throwing gypsum board waste material from an inlet provided in either the kiln of the cement kiln or the clinker cooler, and a part of the cement component The present invention relates to a method for effectively using gypsum board waste material.
[0007]
Further, the present invention is characterized in that, in the above invention, the waste gypsum board is put into a place under an atmosphere where the temperature is 500 to 1000 ° C. and the oxygen concentration is 10% by volume or more. It relates to the effective use of board waste.
[0008]
Further, the present invention relates to a method for effectively using gypsum board waste material in which the amount of waste gypsum board in the above invention is 2 to 8% by mass based on the total amount of clinker and gypsum board waste material, which is a preferred embodiment.
Hereinafter, the present invention will be described in detail.
[0009]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
In the present invention, gypsum board waste including the gypsum board base paper is attached to a cement kiln kiln or a clinker cooler.
Here, “the front of the kiln” of the cement kiln refers to the portion in contact with the clinker cooler of the rotary kiln, and refers to the firing zone in the opposite direction to the “kiln bottom” of the rotary kiln that contacts the NSP tower.
The temperature and oxygen concentration in this portion are in an atmosphere sufficient for the base paper attached to the gypsum board to be decomposed and burned. Therefore, the injected gypsum board waste material is exposed to the high-temperature clinker produced in the clinker firing step and the high-temperature, high-oxygen gas atmosphere from the front of the kiln to the clinker cooler, and the base paper contained in the gypsum board. In addition, organic substances such as a fluidizing agent are decomposed. Most of the gypsum in the gypsum board consists of gypsum dihydrate and β-type hemihydrate gypsum, but these gypsums are also exposed to a high temperature and high oxygen concentration gas atmosphere. Is removed, and as the temperature rises, it changes into dehydrated gypsum such as β-type hemihydrate gypsum, metastable type-III anhydrous gypsum and type-II anhydrous gypsum.
[0010]
The gypsum board waste material is placed in the cement kiln kiln or clinker cooler at the position where the base paper and organic substances such as fluidizer contained in the gypsum board are decomposed, and type II anhydrous gypsum is generated. A position where the ambient temperature is 500 ° C. to 1000 ° C., and a position where the ambient temperature is 600 ° C. to 900 ° C., is more preferable. Further, the oxygen concentration is desirably at a position of 10% by volume or more, more preferably 15% by volume or more. The oxygen concentration is naturally limited because air is used for firing. If the ambient temperature is less than 500 ° C., the organic matter such as the base paper and the fluidizing agent in the gypsum board may not be sufficiently decomposed within the practical residence time, and these undecomposed organic substances may be cleaved with clinker in the cement finishing step. When coexisting, the base paper becomes a problem due to cement impurities, and when the cement is used as mortar or concrete, the fluidizing agent causes air bubbles to be involved, which may lead to a decrease in strength.
[0011]
On the other hand, when the temperature exceeds 1000 ° C., decomposition of gypsum dihydrate and β-type hemihydrate gypsum in the gypsum board waste material starts, which is not preferable because SO 2 gas and CaO are generated.
Even when the oxygen concentration is less than 10% by volume, gypsum is similarly decomposed and SO 2 gas and CaO are generated.
When the cement hydrates, C 3 A, which is a mineral in the clinker, instantly forms a CAH gel and instantaneously forms in the absence of gypsum, but dihydrate gypsum and β-type hemihydrate grease. When this or the type II anhydrous gypsum coexists, C 3 A forms C 3 A.3CaSO 4 .32H 2 O, which acts as an anti-freezing agent. Also, among these gypsums, type II anhydrous gypsum does not contain water of crystallization compared to gypsum dihydrate and β-type hemihydrate gypsum. It has the function of preventing the phenomenon of crystallization and solidification of the cement by the crystallization water (so-called pack set phenomenon). That is, gypsum decomposition is not preferred.
In addition, CaO naturally has no function as an anti-set agent.
[0012]
The gypsum board waste material to be treated in the present invention is not particularly limited as long as it is a gypsum board product waste material specified in JIS A 6901. For example, in construction of a building, renovation, demolition work Gypsum board waste generated as well as board waste generated by the gypsum board manufacturer can be used.
In addition, it is desirable that impurities generated at the construction site be used after removing impurities such as wood chips and nails.
[0013]
The amount of gypsum board waste material to be charged is preferably 2 to 8% by mass of the total amount of clinker and gypsum board waste material. If the amount of waste gypsum board is less than 2% by mass, the amount of gypsum necessary to prevent instantaneous setting of the cement cannot be obtained. On the other hand, if it exceeds 8% by mass, the setting of the cement becomes unnecessary. Problems may occur, such as a delay or insufficient disassembly of the fluidizing agent or the gypsum board base paper.
[0014]
In the method of the present invention, gypsum board waste is charged, and clinker discharged from the clinker cooler in a state containing gypsum derived from the board waste as one component is directly charged into a cement grinding mill to become cement. The resulting cement is not particularly limited, and depending on the type of clinker, ordinary Portland cement, early-strength cement, moderate-heat Portland cement, low-heat Portland cement, sulfate-resistant Portland cement, blast furnace cement, fly ash cement, etc. No.
[0015]
【Example】
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the drawings.
FIG. 1 is a sectional view showing an example of a kiln having a clinker cooler used in the present invention. Here, an example having a structure in which a clinker cooler 6 is provided at a cement clinker outlet of a kiln is shown.
The raw material supplied from the NSP tower 1 is fired in the kiln 2 by the main burner 3 to generate clinker, and the generated clinker is sent to the clinker cooler 6. In the clinker cooler, the cement clinker 7 moves on the cooler grade and is cooled by cooling air supplied from a plurality of chambers provided at the lower part of the clinker cooler through openings in the grade.
In the clinker cooler, the preferred location for the gypsum board waste material input position, that is, when the ambient temperature is 600 to 900 ° C. and the oxygen concentration is 10% by volume or more, it is generally the first or second position counted from the kiln side. This is room 8.
Here, an example is shown in which the gypsum board waste material input port 4 is provided above the first room.
[0016]
During the production of ordinary clinker, a predetermined amount of gypsum board waste was charged to produce gypsum-containing clinker. The waste board was charged at two points with different temperatures. In one of them, RDF was added as a combustible material to control the oxygen concentration, and the influence of the atmospheric conditions at the place where the gypsum board waste material was charged was investigated.
Table 1 shows the mixing ratio of the clinker and the gypsum board waste material and the atmospheric conditions at the gypsum board waste material input location.
The resulting clinker containing gypsum was pulverized in a finishing mill to obtain cement.
[0017]
About the obtained cement, the compressive strength and setting time of the mortar were measured by JIS R5201 "Physical test method of cement".
Also, after leaving the cement in an atmosphere of a temperature of 20 ° C. and a humidity of 60% for one week, 100 g of the cement was sieved with a 840 μm sieve, and the amount of solidified material remaining on the sieve was measured. Index.
Table 1 shows the results.
In Table 1, for comparison, test values for ordinary Portland cement produced using flue gas desulfurization gypsum manufactured by a thermal power plant consisting of dihydrate gypsum and hemihydrate gypsum are also shown as reference examples. ing.
[0018]
[Table 1]
[0019]
[Table 2]
[0020]
When 2 to 8% by mass of gypsum board waste material based on the total amount of clinker was put into a place under preferable conditions within the scope of the present invention, both the setting time and the compressive strength were changed in Reference Example 1. Cement showing the same quality as ordinary Portland cement is obtained (Examples 1-4).
In the cement in which the amount of the gypsum board waste material is 10% by mass, not only the setting is delayed, but also the demolding mass tends to be light and the compressive strength tends to decrease (Example 5). This is considered to be because the fluidizing agent was not sufficiently decomposed, and bubbles were involved during kneading the mortar. In addition, cement with a small amount of gypsum board waste material as small as 1% by mass is not preferable because additional setting of gypsum is required because the setting time is too short (Example 6).
[0021]
If the ambient temperature at the gypsum board waste material input position is too high, the setting time tends to be delayed, and the compressive strength also decreases. This is because gypsum dehydration proceeds too much (Example 7). In addition, in the cement in which the gypsum board waste was put in an atmosphere having an oxygen concentration of 5% by volume, the setting time tends to be short (Example 8).
In particular, the cement of the present invention shown in Examples 1 to 4 has less 840 μm sieve residue than ordinary Portland cement using flue gas desulfurization gypsum of Reference Example 1, and has excellent cement weathering prevention performance. I understand.
[0022]
【The invention's effect】
In the method of the present invention, gypsum is recovered from gypsum waste while producing clinker, and decomposition of gypsum is suppressed, so that gypsum is efficiently and inexpensively recovered as a cement component. . Therefore, it is a practical and excellent method for reusing gypsum board waste.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a structural example of a cement raw material firing apparatus.
[Explanation of symbols]
1 NSP tower 2 Cement kiln 3 Main burner 4 Gypsum board waste material inlet 5 Kiln front 6 Clinker cooler 7 Clinker 8 Clinker cooler near kiln 1 and 2nd room
