JP2006056723A - 石膏ボード廃材の処理方法及びセメントの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 新たな工程や設備の導入を図ること無く、石膏ボード廃材を効率良くしかも低コストにて処理することが可能な石膏ボード廃材の処理方法、及び、石膏ボード廃材をセメントの石膏成分として利用可能なセメントの製造方法を提供する。
【解決手段】 本発明の石膏ボード廃材の処理方法は、石膏ボード廃材をセメント焼成設備のクリンカクーラ４を用いて無水石膏化する方法であり、石膏ボード廃材Ｗの破砕物Ｗｃをクリンカクーラ４内のセメントクリンカＣ上に投入し、この破砕物ＷｃをＩＩ型無水石膏に変化させるとともに、含有するボード紙や界面活性剤等の有機物を熱分解することを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、石膏ボード廃材の処理方法及びセメントの製造方法に関し、更に詳しくは、新たな設備の導入を図ること無く、石膏ボード廃材を効率良くしかも低コストにて処理することが可能な石膏ボード廃材の処理方法、及び、石膏ボード廃材をセメント原料に用いることが可能なセメントの製造方法に関するものである。

従来、セメントは、石灰石、粘土、珪石等を粉砕・混合したセメント原料を、セメント焼成設備のロータリーキルンにて概ね１４５０℃にまで焼成してセメントクリンカを生成させ、このセメントクリンカをクリンカクーラにて冷却した後、石膏を所定量添加して微粉砕・混合することにより作製される。
一方、建築物の解体、店舗や住宅の改装等の際には、使用済みの石膏ボードが石膏ボード廃材として廃棄されるが、この石膏ボード廃材の排出量も経済の成長に従って年々増加する傾向にある。この石膏ボード廃材は、従来、不燃物として最終処分場にて埋め立て処理されるのが通例であったが、近年における最終処分場の用地不足や環境保全の観点から、石膏ボード廃材を資源物として再利用することが試みられている。
その一例として、石膏ボード廃材をセメントの石膏成分として利用する試みがなされつつある。

ところで、石膏ボード廃材をセメントの石膏成分として利用する場合、この石膏ボード廃材には、ボード紙が含まれていたり、容積調整剤として用いられる界面活性剤が含まれていたりするために、これらのボード紙や界面活性剤の焼成物がセメントクリンカに残ってしまい、その結果、セメントの強度発現に悪影響を及ぼす虞がある。
そこで、予め石膏ボード廃材からボード紙や界面活性剤等を除去する前処理を施した後、セメント用石膏として用いる方法が採られている。
また、この様な前処理を行わない方法として、石膏ボード廃材を、セメント焼成設備のクリンカクーラ内を冷却されつつ移動するセメントクリンカ上に投入して石膏ボード廃材に含まれる有機物を熱分解させ、残った石膏成分をセメントクリンカと共に粉砕する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。この場合、セメントクリンカの温度は有機物を熱分解させるのに十分温度範囲、例えば３００〜１２００℃に保持される。
特開２００４−４３１９３号公報

ところで、従来の石膏ボード廃材に前処理を施す方法では、前処理用の工程及び設備が別途必要となり、そのために多大の労力と設備が必要になるという問題点があった。
また、前処理を行わない方法では、前処理用の工程及び設備が不要であることから、労力及び経費の点で利点が生じるものの、石膏ボード廃材が投入される位置のセメントクリンカの温度が３００℃〜１２００℃の範囲にあることから、生成される石膏成分は必ずしも一定ではなく、半水石膏（ＣａＳＯ_４・１／２Ｈ_２Ｏ）、ＩＩＩ型無水石膏（ＣａＳＯ_４）、ＩＩ型無水石膏（ＣａＳＯ_４）が混在したものとなる。また、石膏ボード廃材に含まれるボード紙の燃焼が不十分であった場合、石膏成分中に有機物が残留する虞がある。したがって、生成される石膏成分の状態によってセメントの強度発現が変化する虞があり、一定の品質のセメントを安定して得ることが難しいという問題点があった。

例えば、上記の石膏成分をセメント原料として用いた場合、ＩＩ型無水石膏はセメントの初期強度の発現に有効に作用するが、半水石膏やＩＩＩ型の可溶性無水石膏等の量が多いと偽凝結を生じ易くなる。また、有機物がセメント中に含まれると、セメントの水和反応を阻害するために凝結時間が長くなり、コンクリートの強度低下を来たし易い。さらに、ＡＥ剤、減水剤等のコンクリート用混和剤を吸着し、コンクリートの空気量および流動性の低下を来す等の虞がある。
また、石膏は、高温になると分解してフリーライム（ＣａＯ）を生ずることとなるが、セメント中のフリーライム量が多くなると、セメントの凝結時間が短縮され、強度の低下や作業性に支障をきたす虞がある。

一方、ロータリーキルン等の加熱炉にて石膏ボード廃材を加熱してＩＩ型無水石膏による方式では、高温の火炎による輻射を受けるために、石膏ボード廃材の表面と内部との温度差が大きくなり、石膏ボード廃材の表面の高温部分ではＩＩ型無水石膏への転移が容易に行われるとともに石膏が熱分解しフリーライムが発生し易くなるのに対し、内部の低温部分ではＩＩ型無水石膏への転移が行われ難く、その結果、ＩＩ型無水石膏とともに半水石膏（ＣａＳＯ_４・１／２Ｈ_２Ｏ）、ＩＩＩ型無水石膏（ＣａＳＯ_４）が生じることとなる。
したがって、石膏ボード廃材をセメント原料の石膏として利用するには、ＩＩ型無水石膏以外の他の石膏成分が少ないことが品質の安定したセメントを製造するうえで重要となってくる。

本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、新たな工程や設備の導入を図ること無く、石膏ボード廃材を効率良くしかも低コストにて処理することが可能な石膏ボード廃材の処理方法、及び、石膏ボード廃材をセメントの石膏成分として利用可能なセメントの製造方法を提供することを目的とする。

本発明者等は、上記課題を解決するために鋭意研究を重ねた結果、石膏ボード廃材をセメント原料として利用するには、石膏ボード廃材中の２水石膏を極力不純物の少ないＩＩ型無水石膏に転移させることが重要であるという知見を元に、石膏ボード廃材をセメント焼成設備のクリンカクーラ（クリンカ冷却機）中のセメントクリンカ上に投入し、このセメントクリンカにより加熱するという、局部的な高温加熱の虞の少ない方法を採用することにより、石膏ボード廃材を、ＩＩ型無水石膏への転移温度である４００℃〜１１５０℃の範囲、好ましくは７００℃〜１０００℃の範囲に加熱することができ、石膏ボード廃材中の石膏を確実にＩＩ型無水石膏に転移することができ、しかも、フリーライムに分解する虞がないことを見出し、本発明を完成するに至った。

また、石膏ボード廃材はセメントクリンカ上に投入された直後から加温が始まり、２水石膏の脱水を経て４００℃以上に加温されるとＩＩ型無水石膏への転移が始まるが、投入された石膏ボード廃材とセメントクリンカとは併流であり、さらに、熱交換された冷却空気の温度が比較的高温でなく石膏の分解温度（１２００℃）までに至ることがなく、したがって、ＩＩ型無水石膏の生成条件を容易に保つことが可能であることを見出し、本発明を完成するに至った。

また、このようなクリンカクーラにおける石膏ボード廃材の加熱状況について鋭意研究を重ねた結果、クリンカクーラにおける石膏ボード廃材の処理が簡便であるのにもかかわらず、ＩＩ型無水石膏を確実に生成するのに有効な方法であり、しかも、新たな工程や設備の導入を図る必要がなく、石膏ボード廃材を効率よく低コストにて処理することができ、さらに、この石膏ボード廃材の処理方法により生成される石膏の状態をＩＩ型無水石膏とすることにより、このＩＩ型無水石膏を用いて作製されるセメントが品質を損なうことのないものとなることを見出し、本発明を完成するに至った。

すなわち、本発明の石膏ボード廃材の処理方法は、石膏ボード廃材をセメント焼成設備を用いて無水石膏化する方法であって、前記石膏ボード廃材の破砕物を前記セメント焼成設備内にて冷却されつつあるセメントクリンカ上に投入し、この石膏ボード廃材をＩＩ型無水石膏に変化させるとともに含有する有機物を熱分解することを特徴とする。

この石膏ボード廃材の処理方法では、石膏ボード廃材の破砕物をセメント焼成設備内にて冷却されつつあるセメントクリンカ上に投入することにより、石膏ボード廃材を、ＩＩ型無水石膏への転移温度である４００℃〜１１５０℃の範囲、好ましくは７００℃〜１０００℃の範囲に加熱することが可能になり、石膏ボード廃材中の石膏を確実にＩＩ型無水石膏に転移することが可能になり、しかも、フリーライムに分解する虞もない。

また、この石膏ボード廃材はセメントクリンカ上に投入された直後から加温が始まり、２水石膏の脱水を経て４００℃以上に加温されるとＩＩ型無水石膏への転移が始まるが、投入された石膏ボード廃材とセメントクリンカとは併流であり、さらに、熱交換された冷却空気の温度が比較的高温でなく石膏の分解温度（１２００℃）までに至ることがなく、したがって、ＩＩ型無水石膏の生成条件を容易に保つことが可能である。

さらに、石膏ボード廃材の破砕物をセメントクリンカ上に投入するという簡便な方法により、ＩＩ型無水石膏が確実に生成し、しかも、新たな工程や設備の導入を図る必要もない。これにより、石膏ボード廃材を効率よく低コストにて処理することが可能になり、さらに、この石膏ボード廃材より生成される石膏の状態をＩＩ型無水石膏とすることにより、このＩＩ型無水石膏を用いて作製されるセメントの品質を損なうおそれが無くなる。

この石膏ボード廃材の処理方法では、前記石膏ボード廃材の投入位置における前記セメントクリンカの温度は、１２００℃を超えかつ１４００℃以下であることが好ましい。
この様な構成とすることにより、このセメントクリンカ上に投入された石膏ボード廃材中の石膏は、ＩＩ型無水石膏（ＣａＳＯ_４）のみに変化することとなり、半水石膏（ＣａＳＯ_４・１／２Ｈ_２Ｏ）、ＩＩＩ型無水石膏（ＣａＳＯ_４）は生じない。また、生成したＩＩ型無水石膏（ＣａＳＯ_４）は分解する虞がないので、フリーライム（ＣａＯ）が生成される虞もない。

これにより、石膏ボード廃材から生成される石膏成分は、単相のＩＩ型無水石膏（ＣａＳＯ_４）のみとなる。また、同時に石膏ボード廃材に含まれる有機物を完全に熱分解する。
よって、石膏ボード廃材の処理を、極めて短時間にて行うことが可能になり、得られた石膏成分は、単相のＩＩ型無水石膏（ＣａＳＯ_４）のみとなり、半水石膏（ＣａＳＯ_４・１／２Ｈ_２Ｏ）、ＩＩＩ型無水石膏（ＣａＳＯ_４）およびフリーライム（ＣａＯ）が混じる虞はなくなる。

この石膏ボード廃材の処理方法では、前記破砕物の長径の平均値は５ｍｍ以上かつ３００ｍｍ以下であり、かつ、この破砕物の最大長さは５００ｍｍ以下であることが好ましい。
石膏ボード廃材の破砕物は、セメントクリンカ上に投入された際に急激に高温に晒されて粗粒に分かれるが、この破砕物の最大長さを５００ｍｍ以下とすることにより、容易に長径が１００ｍｍ以下の粗粒とすることが可能になる。
これにより、この様な構成とすることにより、投入した石膏ボード廃材の破砕物はセメント焼成設備内のセメントクリンカにより効率的に加熱されることとなる。また、この破砕物は微粉ではないので、気流により散逸する虞もない。

この石膏ボード廃材の処理方法では、前記破砕物の処理量は、前記冷却されつつあるセメントクリンカの重量に対して１重量％以下であることが好ましい。
この様な構成とすることにより、石膏ボード廃材の処理がセメント焼成設備の操業に与える影響は軽微であり、さらに、石膏ボード廃材から生成される石膏成分を含むセメントクリンカを粉砕してセメントとした場合においても、石膏の添加量が過剰となる虞もない。

本発明のセメントの製造方法は、石膏ボード廃材をセメント焼成設備を用いて無水石膏化した後にセメント原料として用いるセメントの製造方法であって、前記石膏ボード廃材の破砕物を前記セメント焼成設備内にて冷却されつつあるセメントクリンカ上に投入し、この石膏ボード廃材をＩＩ型無水石膏に変化させるとともに含有する有機物を熱分解し、このＩＩ型無水石膏を混入したセメントクリンカに所定量の２水石膏を添加し、粉砕することを特徴とする。

このセメントの製造方法では、セメントクリンカ上に投入した石膏ボード廃材をＩＩ型無水石膏に変化させるとともに、含有する有機物を熱分解し、残ったＩＩ型無水石膏を混入したセメントクリンカに所定量の２水石膏を添加して粉砕することにより得られる。
この様にして得られたセメントは、石膏ボード廃材に由来する半水石膏（ＣａＳＯ_４・１／２Ｈ_２Ｏ）、ＩＩＩ型無水石膏（ＣａＳＯ_４）およびフリーライム（ＣａＯ）を含まないために、２水石膏（ＣａＳＯ_４・２Ｈ_２Ｏ）のみからなる石膏成分を添加して粉砕した従来のセメントと何等遜色の無い品質の安定したセメントとなる。

本発明の石膏ボード廃材の処理方法によれば、石膏ボード廃材の破砕物をセメント焼成設備内にて冷却されつつあるセメントクリンカ上に投入し、この石膏ボード廃材をＩＩ型無水石膏に変化させるとともに含有する有機物を熱分解するので、石膏ボード廃材を、ＩＩ型無水石膏への転移温度である４００℃〜１１５０℃の範囲、好ましくは７００℃〜１０００℃の範囲に加熱することができ、石膏ボード廃材中の石膏を確実にＩＩ型無水石膏に転移することができ、しかも、フリーライムに分解する虞もない。

また、石膏ボード廃材は、セメントクリンカ上に投入された直後から、このセメントクリンカと併流となり、さらに、熱交換された冷却空気の温度が比較的高温でなく石膏の分解温度（１２００℃）までに至ることがないので、ＩＩ型無水石膏の生成条件を容易に保つことができる。

さらに、石膏ボード廃材の破砕物をセメントクリンカ上に投入するという簡便な方法により、ＩＩ型無水石膏を確実かつ容易に生成することができ、しかも、新たな工程や設備の導入を図る必要もない。したがって、石膏ボード廃材を効率よく低コストにて処理することができる。さらに、この石膏ボード廃材より生成される石膏の状態をＩＩ型無水石膏のみとすることができ、このＩＩ型無水石膏を用いて作製されるセメントの品質を損なう虞もない。

以上により、石膏ボード廃材の処理を、新たな工程や設備の導入を図ること無く、効率良くしかも低コストにて行うことができる。
また、この石膏ボード廃材から得られる石膏の形態はＩＩ型無水石膏のみであるので、安定した強度発現のセメントの石膏成分として有効利用することができる。

本発明のセメントの製造方法によれば、石膏ボード廃材の破砕物をセメント焼成設備内にて冷却されつつあるセメントクリンカ上に投入し、この石膏ボード廃材をＩＩ型無水石膏に変化させるとともに含有する有機物を熱分解し、このＩＩ型無水石膏を混入したセメントクリンカに所定量の２水石膏を添加し、粉砕するので、石膏ボード廃材由来の半水石膏（ＣａＳＯ_４・１／２Ｈ_２Ｏ）、ＩＩＩ型無水石膏（ＣａＳＯ_４）およびフリーライム（ＣａＯ）を含まず、安定した強度が発現可能であり、しかも、一定の品質のセメントを安定して供給することができる。

本発明の石膏ボード廃材の処理方法及びセメントの製造方法の一実施の形態について、図面に基づき説明する。
なお、本実施形態は、発明の趣旨をより良く理解させるために具体的に説明するものであり、特に指定のない限り、本発明を限定するものではない。

図１は、本発明の一実施形態のセメント製造設備の要部を示す模式図であり、石膏ボード廃材を破砕した後にセメント焼成設備のクリンカクーラ内を移動するセメントクリンカ上に投入して単相のＩＩ型無水石膏（ＣａＳＯ_４）を生じさせ、このＩＩ型無水石膏（ＣａＳＯ_４）をセメント原料の一部として用いるセメント製造設備の例である。

図において、１はセメント原料を焼成するロータリーキルン、２はロータリーキルン１の出口側に設けられたバーナー、３はロータリーキルン１の出口側に設けられたフード、４はフード３の下方に設けられロータリーキルン１にて生成されたセメントクリンカＣを搬送しつつ空冷するクリンカクーラ、５は冷却空気ａをクリンカクーラ４内に導入する冷却空気搬送ライン、６はクリンカクーラ４の出口側に設けられクリンカクーラ４からの排ガスｇを排出するダクト、７は石膏ボード廃材Ｗを破砕する破砕機、８は石膏ボード廃材Ｗの破砕物Ｗｃを貯留するホッパ、９はホッパ８から排出される破砕物Ｗｃをクリンカクーラ４の入口部の側面の投入口（図示略）からセメントクリンカＣ上に投入するベルトコンベア等の搬送装置、１１はクリンカクーラ４の出口側に設けられクリンカクーラ４から排出されるセメントクリンカＣと破砕物Ｗｃから生成する石膏との混合物Ｍと排煙脱硫石膏等の石膏Ｇとを混合・粉砕する粉砕機である。

ここで、石膏ボード廃材を石膏成分として利用するセメントの製造方法について説明する。
石膏ボード廃材Ｗとしては、特に制限はされないが、一般には、石膏ボード生産時や新築内装工事等にて発生する石膏ボード端材、建築物の解体や改装工事にて廃棄される石膏ボード等が挙げられる。
この石膏ボード廃材Ｗは、セメントクリンカＣ上に投入する際、輸送機や貯留ホッパから安定して供給することができる大きさであること、また、クリンカクーラ４にて飛散しないまでの大きさの範囲内に破砕機７にて破砕することが必要である。

石膏ボード廃材Ｗの破砕物Ｗｃの長径の平均値および最大長さは、投入前の貯留および輸送工程にて安定して供給することのできる大きさ以下であればよく、特に制限されないが、この破砕物Ｗｃの長径の平均値は５ｍｍ以上かつ３００ｍｍ以下であり、かつ、この破砕物の最大長さは５００ｍｍ以下であることが好ましい。

ここで、破砕物Ｗｃの最大長さを５００ｍｍ以下と限定した理由は、この破砕物Ｗｃをセメントクリンカ上に投入した際に、急激に高温に晒されることにより容易に長径が１００ｍｍ以下の粗粒となり、クリンカクーラ４内にて加熱されるのに好適な大きさとなるからである。

また、この破砕物Ｗｃの長径の平均値を５ｍｍ以上かつ３００ｍｍ以下と限定した理由は、この長径の平均値が５ｍｍ未満であると、クリンカクーラ４内の気流により飛散し易くなり、ロータリーキルン１内に飛散した石膏が分解してフリーライム（ＣａＯ）が生成したり、クリンカ中にアーウイン（３ＣａＯ・３Ａｌ_２Ｏ_３・ＣａＳＯ_４）系成分が生成することとなり、得られるセメントクリンカＣの特性が不安定になる虞があるからである。

この破砕物Ｗｃは、ボード紙が存在した状態であってもよく、一部あるいは全部のボード紙を除去した状態であってもよい。
破砕機７としては、石膏ボード廃材Ｗを５００ｍｍ以下に裁断することができるものであれば、特に制限はされないが、例えば、ロータリーカッタ等が好適に用いられる。

次いで、この破砕物Ｗｃをクリンカクーラ４の入り口側のセメントクリンカＣ上に投入する。
破砕物Ｗｃの投入量（処理量）は、冷却されつつあるセメントクリンカＣの重量に対して１重量％以下であることが好ましい。
破砕物Ｗｃの投入量をセメントクリンカＣの重量に対して１重量％以下とすることにより、破砕物Ｗｃの処理がセメント焼成設備の操業に与える影響が軽微なものとなる。さらに、この破砕物Ｗｃから生成されるＩＩ型無水石膏を含むセメントクリンカを粉砕してセメントとした場合においても、石膏の添加量が過剰となる虞もない。

このセメントクリンカＣは、ロータリーキルン１から約１４００℃の高温状態でクリンカクーラ４内に落下する。一方、破砕物Ｗｃは、落下したセメントクリンカＣの近傍に投入することにより、この破砕物Ｗｃ中の２水石膏がＩＩ型無水石膏に転移するのに十分な熱量が加えられ、その温度が７００〜９００℃程度まで上昇し、ＩＩ型無水石膏に完全に転移する。
以上により、投入した破砕物Ｗｃに上記の加熱条件を発現させることのできるセメントクリンカＣの温度は、１２００℃を超えかつ１４００℃以下である。

すなわち、石膏ボード廃材の投入位置におけるセメントクリンカＣの温度を１２００℃を超えかつ１４００℃以下としたのは、セメントクリンカＣの温度が１２００℃以下であると、これに接触する石膏ボード廃材にはＩＩ型無水石膏（ＣａＳＯ_４）の他に半水石膏（ＣａＳＯ_４・１／２Ｈ_２Ｏ）やＩＩＩ型無水石膏（ＣａＳＯ_４）も生じることとなり、単相のＩＩ型無水石膏（ＣａＳＯ_４）のみを得ることができなくなるからであり、一方、セメントクリンカＣの温度が１４００℃を超えると、石膏成分の分解が起こり易くなり、それに伴ってＳＯ_ｘ等も生じ易くなり、単相のＩＩ型無水石膏（ＣａＳＯ_４）のみを得ることができなくなるからである。

また、セメントクリンカＣの温度を１２００℃を超えかつ１４００℃以下とすれば、破砕物Ｗｃに含まれるボード紙や界面活性剤等の有機物は完全に熱分解されて除去されるので、破砕物Ｗｃから得られた石膏成分にボード紙や界面活性剤等の有機物が残存する虞もない。

通常、常温（２５℃）では、石膏は２水石膏（ＣａＳＯ_４・２Ｈ_２Ｏ）の状態であるが、１２５〜１６０℃の温度範囲に加熱されることで半水石膏（ＣａＳＯ_４・１／２Ｈ_２Ｏ）に変化し、さらに１８０〜２２０℃の温度範囲に加熱されることでＩＩＩ型無水石膏（ＣａＳＯ_４）に変化し、さらに４００℃以上に加熱されることでＩＩ型無水石膏（ＣａＳＯ_４）に変化する。
このＩＩ型無水石膏（ＣａＳＯ_４）は、１１８０℃以上に加熱されることで準安定相であるＩ型無水石膏（ＣａＳＯ_４）に変化し、さらに１２４０℃以上に加熱されると酸化カルシウム（ＣａＯ）と亜硫酸（ＳＯ_３）に分解する。

したがって、破砕物Ｗｃの温度範囲を４００℃以上かつ１１８０℃未満とした場合、４００〜６００℃の低温領域では、比較的長時間保持する必要があるが、７００℃以上の高温領域では、短時間の保持であっても十分にＩＩ型無水石膏と成り得る。よって、破砕物Ｗｃの投入位置のセメントクリンカＣ温度が低いクリンカクーラ４の下流部分では、破砕物Ｗｃの温度が低く、しかも十分な保持時間を確保することができないので、単相のＩＩ型無水石膏（ＣａＳＯ_４）に変化させることは困難となる。

図２は、クリンカクーラ４内におけるセメントクリンカＣおよび破砕物Ｗｃそれぞれの温度を示す温度曲線であり、クリンカクーラ４として高効率ペンジュラム型クリンカクーラを用いた例である。図中、Ｉ〜ＶＩは、クリンカクーラ４内を入口側から出口側に向けて６ゾーンに区分したときの各ゾーンを示し、曲線Ｃはクリンカクーラ４内を移動するセメントクリンカＣの表層部温度の変化を、曲線Ｇ１〜Ｇ６は破砕物Ｗｃの投入位置におけるセメントクリンカＣの温度を１３８０℃、１２７０℃、１２００℃、１０００℃、８００℃、６００℃の６通りとしたときのそれぞれの破砕物Ｗｃの温度の変化を示している。

このクリンカクーラ４内においては、このクリンカクーラ４の入口に投入されるセメントクリンカＣの温度、すなわちロータリーキルン１から排出されるセメントクリンカの温度は約１４００℃であり、順次１５０℃程度まで空気で冷却されるセメントクリンカ層が形成されている。
このセメントクリンカ層は、その下部から導入される冷却空気によって冷却され、一方、冷却空気はセメントクリンカ層を通過することによって加温され、熱交換後の冷却空気の温度は表層のセメントクリンカの温度の７０〜８５％まで上昇する。表層のセメントクリンカ上に投入された破砕物Ｗｃは、加温された冷却空気によって熱伝導により加熱されるとともに、表層のセメントクリンカによる放射熱をも受けることとなる。

この図２では、例えば、破砕物Ｗｃを表層温度が１３８０℃のセメントクリンカＣ上に投入した場合、この破砕物Ｗｃの温度は曲線Ｇ１に沿う様に変化する。
すなわち、破砕物ＷｃはセメントクリンカＣからの放射熱により急激に加温され（Ｉゾーン）、２水石膏の脱水を経て最高温度が１０００℃近くにまで上昇する（ＩＩゾーン）。その後、この破砕物ＷｃはセメントクリンカＣが冷却されるに伴って温度も低下し、クリンカクーラ４の出口付近では、１５０℃程度まで冷却される（ＩＩＩ〜ＶＩゾーン）。

破砕物Ｗｃ中の石膏成分は、４００℃以上になるとＩＩ型無水石膏（ＣａＳＯ_４）に転移するが、単相のＩＩ型無水石膏（ＣａＳＯ_４）に転移させるためには、破砕物Ｗｃの温度を高く保ち、ある程度の時間、加熱する必要がある。
例えば、破砕物Ｗｃを表層温度が１３８０℃のセメントクリンカＣ上に投入した場合、概略、曲線Ｇ１に沿った温度推移となり、したがって、投入後の到達温度が９００℃程度となった後、順次冷却され、クリンカクーラ４から排出される。
また、破砕物Ｗｃを表層温度が１２７０℃のセメントクリンカＣ上に投入した場合、概略、曲線Ｇ２に沿った温度推移となり、したがって、投入後の到達温度が８００℃程度となった後、上記と同様の冷却過程を辿ることとなる。

一方、破砕物Ｗｃを表層温度が１０００℃のセメントクリンカＣ上に投入した場合、概略、曲線Ｇ４に沿った温度推移となり、したがって、到達温度が５００℃程度までしか上昇せず、その後、冷却過程を辿るため、ＩＩ型無水石膏（ＣａＳＯ_４）に転移する温度まで到達するものの、曲線Ｇ１、Ｇ２等の加温パターンと比較すると、到達温度が低く、かつ、高温における保持時間も短くなり、単相のＩＩ型無水石膏（ＣａＳＯ_４）に転移させるためには不十分であることが分かる。

この様に、クリンカクーラ４におけるセメントクリンカＣの通過時間は通常１５〜２５分程度であり、投入位置によっては、ＩＩ型無水石膏へ転移させるのに十分な加温時間を確保することができず、しかも表層のセメントクリンカの温度が低い領域では、ＩＩ型無水石膏への転移ばかりでなく、有機物の分解が十分行われない場合もありうる。

そこで、クリンカクーラ４における石膏ボード廃材の投入位置を最適化し、破砕物Ｗｃを、表面温度が１２００℃を超えかつ１４００℃以下のセメントクリンカＣ上に確実に投入することにより、確実にＩＩ型無水石膏を生成することができる。
この様に、セメントクリンカＣ上に投入された石膏ボード廃材の破砕物Ｗｃは、セメントクリンカＣにより加熱されて単相のＩＩ型無水石膏（ＣａＳＯ_４）のみに変化することとなり、半水石膏（ＣａＳＯ_４・１／２Ｈ_２Ｏ）、ＩＩＩ型無水石膏（ＣａＳＯ_４）は生じない。また、生成したＩＩ型無水石膏（ＣａＳＯ_４）は分解する虞がないので、フリーライム（ＣａＯ）が生成される虞もない。

この様にして生成された単相のＩＩ型無水石膏（ＣａＳＯ_４）はセメントクリンカＣと共にクリンカクーラ４内を出口側に向かって移動する間に冷却され、約１５０℃程度にまで冷却された後、ＩＩ型無水石膏（ＣａＳＯ_４）とセメントクリンカＣとの混合物Ｍとして取り出される。
また、セメントクリンカＣの温度を１２００℃を超えかつ１４００℃以下とすれば、破砕物Ｗｃに含まれるボード紙や界面活性剤等の有機物は完全に熱分解されて除去されるので、破砕物Ｗｃから得られた石膏成分にボード紙や界面活性剤等の有機物が残存する虞もない。

次いで、上記の混合物Ｍにセメントの石膏成分である排煙脱硫石膏等の石膏Ｇを必要量添加して混合物Ｍ’とし、この混合物Ｍ’を粉砕機１１を用いて混合・粉砕し、セメントとする。
粉砕機１１としては、従来よりセメント粉砕に用いられているボールミルが用いられ、セメント粉砕工程に新たな機器を付加設置する必要がない。
また、粉砕されたセメントは、粉末度を変更する必要もない。なお、この様にして得られたセメントの比表面積は、ブレーン値で２５００ｃｍ^２／ｇ〜４５００ｃｍ^２／ｇ程度である。
以上により、石膏ボード廃材Ｗを用いたセメントＣｅを作製することができる。

本実施形態のセメントの製造方法によれば、石膏ボード廃材Ｗの破砕物Ｗｃをクリンカクーラ４入り口側のセメントクリンカＣ上に投入し、この破砕物ＷｃをＩＩ型無水石膏に変化させるとともに、含有するボード紙や界面活性剤等の有機物を熱分解・除去し、残ったＩＩ型無水石膏とセメントクリンカＣとの混合物Ｍ’を粉砕するので、セメントの石膏成分として石膏ボード廃材Ｗを多量に用いることができ、石膏ボード廃材Ｗから得られる石膏成分を単相のＩＩ型無水石膏（ＣａＳＯ_４）のみにより構成することができ、安定した強度を発現することができ、品質を安定化することができる。

また、石膏ボード廃材Ｗに含まれるボード紙や界面活性剤等の有機物は、完全に熱分解されて除去されるので、石膏ボード廃材Ｗをセメントの石膏成分として用いても、得られるセメントの品質には全く影響が無く、石膏ボード廃材Ｗの利用率を高めることができる。
また、石膏ボード廃材Ｗを別途処理する工程を設けることなく、簡便な方法で、効率よく安定した品質のセメントを製造することができる。

ここでは、破砕物Ｗｃをクリンカクーラ４の入口部の側面の投入口からセメントクリンカＣ上に投入する構成としたが、フード３の側面に形成した投入口から投入する構成としてもよい。投入箇所は、１箇所であってもよく、複数箇所であってもよい。
また、この投入口にホッパーを設け、破砕物Ｗｃをホッパーを介してクリンカクーラ４内に密閉性を保持しつつ投入する構成としてもよい。

以下、本発明のセメントの製造方法の実施例１〜３及び比較例１〜３について説明する。
破砕機７としてジョークラッシャを用い、石膏ボード廃材Ｗをその平均粒子径が２５ｍｍになる様に破砕し、破砕物Ｗｃとした。

次いで、クリンカクーラ４として高効率ペンジュラム型クリンカクーラ（ＩＫＮ社製）（以下、「型式Ｉ」と称する）または従来型クリンカクーラ（バブコック日立社製）（以下、「型式ＩＩ」と称する）を用い、上記の破砕物Ｗｃをクリンカクーラ４の入口部の側面の投入口からセメントクリンカＣ上に投入し、この破砕物Ｗｃを加熱して石膏成分に変化させるとともに含有するボード紙や界面活性剤等の有機物を熱分解・除去した。投入量は、セメントクリンカに対して１．０重量％となる様に調整した。

実施例１〜３及び比較例１〜３それぞれにおけるクリンカクーラの型式、投入位置におけるセメントクリンカの温度（℃）を表１に示す。
破砕物Ｗｃの投入方法としては、シュータを用いてクリンカクーラ４上部よりセメントクリンカ上の目的位置に投入する方法、クリンカクーラ４側壁の点検窓よりセメントクリンカ上の目的位置に投入する方法、のいずれかとした。
また、投入位置のセメントクリンカＣの温度の測定方法としては、クリンカクーラ４上部に設けられた放射温度計を用いてセメントクリンカＣ上の目的位置の表面温度を測定する方法を用いた。

次いで、クリンカクーラ４の出口部にて、セメントクリンカＣ上に残存する加熱後の石膏成分を採取し、石膏成分に含まれるＩＩ型無水石膏（ＣａＳＯ_４）、半水石膏（ＣａＳＯ_４・１／２Ｈ_２Ｏ）、ＩＩＩ型無水石膏（ＣａＳＯ_４）、フリーライム（ＣａＯ）それぞれの定量分析を実施した。この定量分析としては、粉末Ｘ線回折法によるＸ線定量分析を用いた。また、上記の石膏成分中の全有機炭素量（重量％）を測定した。

全有機炭素量は、金属中炭素分析装置 ＥＭＩＡ−１１０型（堀場製作所製）を用いて上記の石膏成分を酸素気流中にて燃焼させ、この石膏成分に含まれる炭素の量を赤外線検出器にて測定した。
実施例１〜３及び比較例１〜３それぞれにおける加熱後の石膏成分（重量％）、フリーライム（ＣａＯ）の含有量（重量％）および全有機炭素量（重量％）を表１に示す。表中、Ｔｒは痕跡が認められる程度の含有量であることを示している。なお、未処理の石膏ボード廃材の全有機炭素量は０．３０％であった。

次いで、排煙脱硫石膏と上記の加熱後の石膏成分とを、重量比で１：１の割合で混合したものを、セメントクリンカに対して２．５重量％添加し、その後、テストミルを用いて粉砕し、実施例１〜３及び比較例１〜３のセメントを得た。
次いで、これらのセメントに対して、日本工業規格ＪＩＳ−Ｒ−５２０１「セメントの物理試験」に準拠して「偽凝結試験」および「凝結試験」を実施した。
実施例１〜３及び比較例１〜３それぞれにおける偽凝結試験および凝結試験の試験結果を表２に示す。

この試験結果によれば、実施例１〜３のセメントは、比較例１、２のセメントより「針の進入深さ」が深く、また、凝結時間も延長している。これにより、ＩＩ型無水石膏（ＣａＳＯ_４）の効果が顕著であることが分かる。一方、比較例１、２のセメントは、「針の進入深さ」が浅く、また、凝結時間も短縮しており、半水石膏（ＣａＳＯ_４・１／２Ｈ_２Ｏ）による影響が大きいことが分かる。また、比較例３のセメントは、「針の進入深さ」が実施例１〜３のセメントよりは浅く、また、凝結時間も実施例１〜３のセメントより延長しており、ＩＩＩ型石膏（ＣａＳＯ_４）による影響が大きいことが分かる。

さらに、従来の石膏を用いて得られたセメントを参考例とし、これら実施例１〜３及び参考例それぞれのセメントに対して、日本工業規格ＪＩＳ−Ｒ−５２０１「セメントの物理試験」に準拠して「セメントモルタル強度試験」を実施した。
なお、評価項目は、「凝結時間」、「フロー値（ｍｍ）」、「モルタル圧縮強さ（Ｎ／ｍｍ^２）」の３点とし、「凝結時間」は「始発時刻」および「終結時刻」の２点について行い、「モルタル圧縮強さ」は、モルタル打設の３日後、７日後、２８日後の３点について行った。
実施例１〜３及び参考例それぞれにおけるセメントモルタル強度試験の試験結果を表３に示す。

この試験結果によれば、実施例１〜３のセメントは、いずれも凝結、セメント強度について何等問題がないことが分かった。

実施例１にて用いた石膏ボード廃材Ｗ、及び実施例１のセメント各々について、粉末Ｘ線回折による同定を行った。
石膏ボード廃材Ｗの粉末Ｘ線回折図形を図３に示す。図３中、●印は２水石膏（ＣａＳＯ_４・２Ｈ_２Ｏ）の回折ピークである。
また、実施例１のセメントの粉末Ｘ線回折図形を図４に示す。図４中、○印はＩＩ型無水石膏（ＣａＳＯ_４）の回折ピークである。

図３によれば、石膏ボード廃材Ｗに含まれる石膏は２水石膏（ＣａＳＯ_４・２Ｈ_２Ｏ）のみであり、ＩＩ型無水石膏（ＣａＳＯ_４）は全く含まれていないことが分かる。
一方、図４によれば、実施例１のセメントに含まれる石膏は完全にＩＩ型無水石膏（ＣａＳＯ_４）であり、半水石膏（ＣａＳＯ_４・１／２Ｈ_２Ｏ）やＩＩＩ型無水石膏（ＣａＳＯ_４）は全く含まれていないことが分かる。

本発明の一実施形態のセメント製造設備の要部を示す模式図である。 クリンカクーラ内におけるセメントクリンカおよび石膏ボード廃材の破砕物それぞれの表面温度を示す温度曲線である。 石膏ボード廃材の粉末Ｘ線回折図形を示す図である。 本発明の実施例１のセメントの粉末Ｘ線回折図形を示す図である。

符号の説明

１ ロータリーキルン
２ バーナー
３ フード
４ クリンカクーラ
５ 冷却空気搬送ライン
６ ダクト
７ 破砕機
８ ホッパ
９ 搬送装置
１１ 粉砕機

Claims (5)

1. 石膏ボード廃材をセメント焼成設備を用いて無水石膏化する方法であって、
   前記石膏ボード廃材の破砕物を前記セメント焼成設備内にて冷却されつつあるセメントクリンカ上に投入し、この石膏ボード廃材をＩＩ型無水石膏に変化させるとともに含有する有機物を熱分解することを特徴とする石膏ボード廃材の処理方法。
2. 前記石膏ボード廃材の投入位置における前記セメントクリンカの温度は、１２００℃を超えかつ１４００℃以下であることを特徴とする請求項１記載の石膏ボード廃材の処理方法。
3. 前記破砕物の長径の平均値は５ｍｍ以上かつ３００ｍｍ以下であり、かつ、この破砕物の最大長さは５００ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１または２記載の石膏ボード廃材の処理方法。
4. 前記破砕物の処理量は、前記冷却されつつあるセメントクリンカの重量に対して１重量％以下であることを特徴とする請求項１、２または３記載の石膏ボード廃材の処理方法。
5. 石膏ボード廃材をセメント焼成設備を用いて無水石膏化した後にセメント原料として用いるセメントの製造方法であって、
   前記石膏ボード廃材の破砕物を前記セメント焼成設備内にて冷却されつつあるセメントクリンカ上に投入し、この石膏ボード廃材をＩＩ型無水石膏に変化させるとともに含有する有機物を熱分解し、このＩＩ型無水石膏を混入したセメントクリンカに所定量の２水石膏を添加し、粉砕することを特徴とするセメントの製造方法。

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