JP2006206340A - 焼セッコウの製造方法及びその装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 廃セッコウボ−ドを破砕し、紙を分離した粉粒状の二水セッコウを水和硬化性の焼セッコウとする方法において、最短の時間で最も少ないエネルギ−で製造する。
【解決手段】 付着水分と結晶水を持つている二水セッコウは従来技術では、間接加熱方式などの伝導加熱において、脱水が終わらないとセッコウは分解温度に達しない為、加熱時間がかかり、また熱効率も５５〜６０％と低いものである。本発明は赤外線を放射吸収させて同時並行的に加熱する方法と、赤外線の受熱表面積を拡大させるため、スクリュ−又はバドル式コンベアを通して流動させながら加熱することにより、加熱時間６〜１０分熱量原単位約２００ｋｃａｌ／ｈｒ以下であり、理論熱量に近いエネルギ−で焼セッコウが出来るものである。
【選択図】 図１

Description

本発明は二水セッコウ、例えば廃セッコウボ−ド或いは脱硫セッコウを加熱脱水させて用途、目的に応じて凝結硬化時間を任意に調整された焼セッコウを製造する製造方法とその装置；設備に関するものである。

従来、焼セッコウを造る１番目の従来技術として、焼成装置中、半水セッコウを造る設備として最も広く普及されているのは「平窯」である。平窯は直径３〜５ｍのケトル内にセッコウ粉を入れ、攪拌しながら間接的な熱伝導で１３０〜１５０℃の温度に３〜４時間加熱して製造するものであり高品質の半水セッコウを造るには適したものとされてきた。

また、２番目の従来技術は、スクリュ−コンベアによって流動させながら加熱する方式も知られていたが、これはスクリュ−の軸、及び羽根が空洞構造で、これら空洞の中に熱流体を流して間接的にセッコウへ熱伝導加熱するものである。

次に、３番目の従来技術は、連続加熱方法であり、且つ直接熱風に接触させて短時間に加熱する方式としてロ−タリ−キルンも知られている。

更に、４番目の従来技術として、本発明者においても、焼セッコウボ−ドを破砕し、表装紙の付いたまま耐熱性のボックスに入れ、遠赤外線放射性を持つ内張材料で囲われた熱風炉内で焼成して焼セッコウを造る特願２００４−９６９９４を出願しているが、５００℃をこえるので、生成されたものは主として無水セッコウである。

更にまた５番目の従来技術として、特開平６−２２６０４２の二酸化イオウ含有熱ガス流から二酸化イオウを除去しα型焼石膏を製造する方法がある。この目的はエネルギ−効率よく二酸化イオウを除去しα型焼石膏を連続的に製造するものである。その構成手段は二酸化イオウをカルシウム及びマグネシウムスクラビング成分に接触させ、えられた亜硫酸カルシウム及び亜硫酸マグネシウムを加圧酸化容器内部で加熱加圧下に酸化性ガスと接触させることによりα型焼石膏及び硫酸マグネシウムをえ、沈殿したα型焼石膏を溶解した硫酸マグネシウムから分離するという構成からなるものである。

特願２００４−９６９９４号 特開平６−２２６０４２号公報

しかしながら、上記いずれの従来技術によっても、凝結時間を自由に制御できる焼セッコウを低コストで製造することは出来ない。即ち、１番目の従来技術は、平窯は時間がかかり生産性は低く、また熱効率も５５〜６０％と低いという欠点がある。２番目の従来技術は間接的熱伝導方式のものであるから、やはり熱効率が非常に低いという問題点があるまた、３番目の従来技術は、半水セッコウを得るための２００〜２５０℃の範囲での精度の高い制御管理が困難であるという問題点がある。

更に４番目の従来技術は、炉内温度を５００℃以上にしないと紙が焼却できないが、生成されたものは主として無水セッコウとなり、凝結緩和剤や促進剤を加えて調整しないと使用できないという問題点がある。更にまた５番目の従来技術は、その工程図に示されるように、生産工程は非常に複雑であるから、当然にコストが極めて高いという欠点があり而も、廃セッコウボ−ドを原料として使用できないという問題点もある。

本発明は、上記従来技術の欠点、問題点を除去し、低コストかつ良質の焼セッコウの製造方法及びその装置を創出し提供することを目的課題とするものである。
一方、この点に関し、近時の産業上の需要の動向を概観すると、土木建築や建築用水硬性材料として加水後の作業オ−プンタイムが充分に取れる硬化時間が任意に調整できる焼セッコウが求められている。従って、本発明は急結性の半水セッコウと無水セッコウの成分比率が任意に得られるような焼セッコウの焼成条件を求めるものである。

次に、本発明が解決しようとする具体的課題について説明する。
セッコウの加熱分解は、理論的には半水セッコウで１２８℃であり、無水セッコウでは、１６３℃であるから、量産製造条件では、半水セッコウを得るための理論熱量は１６３ｋｃａｌ／ｋｇでああるが、平窯方式では熱効率が５０〜６０％であり、約２倍の熱量を消費している。生セッコウを従来技術方式のように伝導電熱で加熱する場合は、まず付着水分が放出されなければセッコウの温度は上昇しないことが加熱時間を要し、効率を下げている。本発明の特徴は、水分子とセッコウ分子を同時並行的に加熱出来る赤外線電磁波による吸収発熱効果を利用することである。このような効果は電子レンジのような高周波によっても得られるが、設備経済性や安全対策の面で赤外線を用いる。

更に発明の解決しようとする課題について、別方向から詳細に説明する。
第１の課題は、一般に約２０％近い付着水分を持つていて、加熱の第１段階では、まず、付着水分の除去である。水の蒸発濳熱が５５０ｋｃａｌ／ｋｇとすると、焼セッコウ１０００ｋｇを造る場合、約２００，０００ｋｃａｌの熱量を要し、全熱量の５５．５％を必要とするから、加熱の第１段階では水の中心吸収波長である２．７μｍの波長帯を中心とする近赤外線範囲の電磁波を吸収し、短時間でセッコウの温度を約８０℃以上に加熱することであり、加熱の第２段階においては放射体の温度を下げてセッコウ粒子の加熱を中心に４〜１０μｍの波長に電磁波を吸収させてセッコウ粒子を１３０℃以上に加熱して約１５％の結晶水を脱水させることである（請求項２）。
第２の課題は、被加熱物であるセッコウ粉粒の受熱表面積を拡大させることである。セッコウ粒子が小さいほど表面積は大きくなるが、粉塵状となって排気ロスが大きくなる。また、流動移送においては掻き上げて飛散させながら受熱表面積を拡大させることが効果的であり、スクリュ−コンベア或いは掻き上げはねの付いたバドルコンベア、或いは振動飛散させながら移送出来る振動コンベアを選択したが、大量生産工程における経済性を考えた粒度の選択が課題となる（請求項３）。
第３の課題は、赤外線放射体セラミックスの形状である。平板状、波板状、円筒状の形状の選択により、放射表面積を拡大して放射効率を上げることである。設備投資の経済性によって選択する（請求項２）。

上記の目的課題を解決するため本発明では次の手段を取る。
その第１の特徴は、粉状又は粉粒状の二水セッコウを流動、攪拌及び飛散させながら連続的に移送する過程に、波長２μｍから１０μｍの範囲の赤外線を放射し、吸収させることにより、半水セッコウ及び無水セッコウを主成分とする焼セッコウを製造する、焼セッコウの製造方法であることである。
また、その第２の特徴は、粉状又は粉粒状の二水セッコウを加熱する装置であって、赤外線を放射する赤外線放射体が波長２〜１０μｍの範囲を高効率で放射する耐熱性セラミックスから成り、平面状、波板状、或いは円筒状の形状を持つものを用い、被加熱体の加熱初期には該セラミックスを６００〜８００℃の高温度として近赤外線を放射し、引き続いて該セラミックスの温度を５００〜６００℃と低くして、遠赤外線を放射するように、被加熱体の連続移送装置に連続して構成する焼セコウの製造装置であることである。
更に、その第３の特徴は、前記被加熱体（粉粒状の二水セッコウ）の連続移送装置は、スクリュ−コンベア，バドルコンベア及び振動移送コンベアを用い、これらコンベアの開放上面に赤外線放射体を設置し、移送量、滞留照射時間を調整することが出来る焼セッコウの製造装置であることである。

１）機能的効果
従来技術のように外部からの伝導伝熱で加熱する場合は、まず水分の脱水が終わらないと分解が起こらないが、本発明ではセッコウ粒子自体の吸収発熱であり、極めて短時間でかつ加熱条件の精度が高く品質の安定な製品となる。
２）経済的効果
後記する実験においても付着水分は約１０％で、二水セッコウの熱量原単位は約２５０ｋｃａｌ／ｋｇであり、殆ど理論値に近いもので、従来の平窯焼成の熱量の１／２であり極めて大きな省エネルギ−効果であると共に設備の容積は約１／４以下のコンパクトであり、設備投資コストは数分の１で良いという絶大なる効果を奏する。

本発明の実施するための最良の形態は、収集された廃セッコウボ−ドを破砕し、表層紙を剥離除去して、粒度０．５〜３ｍｍ程度の生セッコウの粉粒状としたものを本発明のコンベア装置に設備仕様に応じた投入量を調整して移送コンベアへ投入し、これら粉粒が流動され、飛散されながら移送されている上面空間に赤外線放射体を設置して照射し、所定時間に照射が終わって製品となるプロセスである。これらの装置は赤外線の照射時間と照射強度によって半水セッコウと無水セッコウの生成比率を調整する。また、時間当たりの処理量に応じてコンベアスケ−ルが大きくなり、また照射体の熱量を設計する。

全長３ｍ、スクリュ−径１５０ｍｍのＵ型トラフのコンベア上に赤外線ヒ−タ−を設置して実験を行った。まず本発明における設備設計条件を以下の実験を行った。
実験１；
波長２〜１０μｍの平面プレ−ト状のガス赤外線放射体に粒度０．５〜３ｍｍの生セッコウ粒子を５ｃｍ厚さに敷いて加熱し、粒子内に設置した温度センサ−でセッコウの温度上昇と時間の関係を測定し、結果を図１に示した。
以上のように、付着水分が約１０〜１２％のセッコウ粒子は僅か３分間で１５０℃まで昇温することを確認した。また、処理時間３分間のものは殆ど半水セッコウであり、二水セッコウは１０％未満であることがＸ線回折により判明した。
実験２；
請求項２に示す流動移送条件下での加熱条件を確認するためにＵ型トラフ、スクリュ−径１５０ｍｍ、全長３ｍの速度調整出来るスクリュ−コンベアを製作し、トラフ上面に平面状赤外線放射体を並べて実験した。移送量は１．０ｋｇ／分の処理量で、赤外線照射帯の通過時間と流動するセッコウの温度との関係は表１に示す通りであった。
表１に示すように、約４分間の照射で殆ど半水となり、５．４分では二水セッコウは消滅した。また、生セッコウ１ｋｇに照射した赤外線バ−ナ−の熱量消費は２３０〜２５０ｋｃａｌ／ｋｇであった。これらの実験から、セッコウ粒子の表面積を拡大する為、スクリュ−に掻き上げ飛散効果を持つアタッチメントを取り付けることにより、時間当たりの処理量を増大させ、熱量原単位も低くする可能性を掴んだ。従って、更に処理生成物は、近時需要が増大しているにもかかわらず、従来市場向けとして未だ存在しない急結性の半水セッコウと、無水セッコウの生成比率は、赤外線照射時間、時間当たりの移送量、赤外線放射体の放射強度を調整することにより可能となった。

パドルケ−シング容量０．９ｍ3 の二軸パドルコンベアに管状の赤外線ヒ−タ−を設置して加熱滞留時間を６分間に設定し、熱量３５０，０００ｋｃａｌ／ｈｒのＬＰガス燃焼を与えて１時間当たり２０００ｋｇの焼セッコウを製造した。製品はＸ線回折により、半水セッコウ７２％、無水セッコウ１５％、二水セッコウ８％程度であり、凝結硬化テストでは標準混水比率７５％で終結時間３８分の焼セッコウを得た。また、熱量原単位は僅か１４０ｋｃａｌ／ｋｇであり、未分解の二水セッコウ分は残っているが、理論熱量に近いエネルギ−消費であった。

本発明はまず建設廃棄物で未だ充分なリサイクル技術が確立されていない廃セッコウボ−ドを、大量の需要が期待される建設市場へ、従来市場商品の１／２以下の低コストで供給出来るものである。特に、電線の地下埋設、或いは地下トンネル掘削残土の固化剤について、要求される物性条件をクリア出来るものであり、膨大な市場の展開が出来るものである。従って、本発明の産業上の利用可能性は極めて大であるといえる。

生セッコウの加熱変化試験の温度上昇と加熱時間との関係

Claims (3)

1. 粉状又は粉粒状の二水セッコウを流動、攪拌及び飛散させながら連続的に移送する過程に、波長２μｍから１０μｍの範囲の赤外線を放射し、吸収させることにより、半水セッコウ及び無水セッコウを主成分とする焼セッコウを製造することを特徴とする、焼セッコウの製造方法。
2. 粉状又は粉粒状の二水セッコウを加熱する装置であって、赤外線を放射する赤外線放射体が波長２〜１０μｍの範囲を高効率で放射する耐熱性セラミックスから成り、平面状、波板状、或いは円筒状の形状を持つものを用い、被加熱体の加熱初期には該セラミックスを６００〜８００℃の高温度として近赤外線を放射し、引き続いて該セラミックスの温度を５００〜６００℃と低くして、遠赤外線を放射するように、被加熱体の連続移送装置に連続して構成することを特徴とする焼セッコウの製造装置。
3. 前記被加熱体（粉粒状の二水セッコウ）の連続移送装置は、スクリュ−コンベア，バドルコンベア及び振動移送コンベアを用い、これらコンベアの開放上面に赤外線放射体を設置し、移送量、滞留照射時間を調整することが出来るものである請求項２に記載の焼セッコウの製造装置。

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