JP2006225200A

JP2006225200A - 無水石膏の製造方法およびその製造設備

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Publication number: JP2006225200A
Application number: JP2005040972A
Authority: JP
Inventors: Shigemi Yamamoto; 繁実山本; Masayoshi Konishi; 正芳小西; Jun Shimizu; 準清水
Original assignee: Sumitomo Osaka Cement Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Osaka Cement Co Ltd
Priority date: 2005-02-17
Filing date: 2005-02-17
Publication date: 2006-08-31
Anticipated expiration: 2025-02-17
Also published as: JP4620485B2

Abstract

【課題】既存のセメント製造設備内のガスを無水石膏製造時の熱源に利用しつつ、セメント製造原料に用いたときセメント品質に悪影響を及ぼすことがなく、また、別の用途にも利用することができる無水石膏の製造方法およびその製造設備を提供すること。
【解決手段】セメント製造設備内から高温ガスを抽気し、そのまま又はさらに加熱したガスで二水石膏および／または半水石膏を加熱処理してII型無水石膏を製造し、その際に発生する排ガスは、セメント製造設備の内部温度３００℃以上の箇所に送入して処理することを特徴とする無水石膏の製造方法およびその製造設備。
【選択図】なし

Description

本発明は、二水石膏および／または半水石膏を加熱処理してII型無水石膏を製造する製造方法およびその製造設備に関し、特に、セメント製造設備内の高温ガスを利用して二水石膏および／または半水石膏を加熱処理してII型無水石膏を製造する無水石膏の製造方法およびその製造設備に関する。

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。

一方、フッ酸製造メーカーの海外移転に伴って、フッ酸製造時に副生しセメント混和に利用している無水石膏の国内需給は逼迫傾向であり、天然無水石膏の輸入は、輸出国の経済事情を反映した輸出規制・関税といった政策面で、安定供給に不安がある。
また、二水石膏を加熱・焼成することで無水石膏を製造する際、石膏が分解してＳＯｘが発生するため脱硫設備が必要となるが、処理設備は大きな費用がかかる。

このような背景のなか、セメント製造設備で廃石膏材を処理する方法が試みられている（例えば、特許文献１、２参照）。
特許文献１の方法は、廃石膏ボード等からの石膏廃材を、セメント製造の仕上工程に使用する石膏材料の少なくとも一部として仕上げミルに投入してセメントクリンカーとともに粉砕し、セメントを製造するものである。また、特許文献２の方法は、石膏ボード廃材破砕物をセメントクリンカークーラー中を移動するセメントクリンカー上に投入して、石膏ボード廃材中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ーとともに粉砕するものである。

しかしながら、特許文献１の方法では、バインダー等セメントの硬化に悪影響を及ぼす成分が一部燃え残り、セメント品質に悪影響を及ぼすことがある。また、特許文献２の方法では、温度によっては紙等の未燃分が残存する場合があるため、セメントクリンカーとともに排出されるため無水石膏を別の用途に利用することができず、また投入量も制限される。

特開平２００３−２７０５号公報特開平２００４−４３１９３号公報

本発明は、上記の問題点を解決するためになされたものであり、既存のセメント製造設備内の高温ガスを無水石膏製造時の熱源に利用しつつ、セメント製造原料に用いたときセメント品質に悪影響を及ぼすことがなく、また、別の用途にも利用することができる無水石膏の製造方法およびその製造設備を提供することを目的とする。

本発明者らは、鋭意研究を重ねた結果、セメント製造設備に付帯して無水石膏製造用加熱炉を設け、セメント製造設備内のガスを無水石膏製造時の熱源に利用し、かつ、その際に発生する排ガスを、セメント製造設備の内部温度３００℃以上の箇所に導入して処理することにより、セメント製造原料に用いたときセメント品質に悪影響を及ぼすことがなく、また、セメント製造の原料以外の用途にも利用することができ、かつ、新たな脱硫設備を必要としないII型無水石膏の製造方法およびその製造設備を発明するに至った。

すなわち、本発明は、セメント製造設備内から高温ガスを抽気し、そのまま又はさらに加熱したガスで二水石膏および／または半水石膏を加熱処理してII型無水石膏を製造し、その際に発生する排ガスは、セメント製造設備の内部温度３００℃以上の箇所に導入して処理することを特徴とするII型無水石膏の製造方法およびその製造設備を提供する。
II型無水石膏を製造する際に利用するセメント製造設備内の高温ガスは、クリンカークーラーから導入することが好ましく、排ガスを導入して処理するセメント製造設備の内部温度３００℃以上の箇所は、プレヒーター、セメントキルン、クリンカークーラーのいずれかであることが好ましい。
また、II型無水石膏を製造するために加熱処理する二水石膏の原料は、石膏ボード廃材であることが好ましい。

本発明によれば、既存のセメント製造設備に付帯して無水石膏製造用加熱炉を設け、セメント製造設備内のガスをとりだして、無水石膏製造時の熱源に利用することで燃料費を削減できる。さらに無水石膏の製造時に発生する排ガスをセメント製造設備の内部温度３００℃以上の箇所で処理することで、新たな脱硫設備を必要とせずに、セメント製造の原料として用いてセメント品質に悪影響を及ぼすことがなく、また、他の一般用途向けにも利用できる無水石膏を製造することができる。

以下、本発明の無水石膏の製造方法およびその製造設備の一実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。

通常、常温（２５℃）では、石膏は２水石膏（ＣａＳＯ₄・２Ｈ₂Ｏ）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（ＣａＳＯ₄・１／２Ｈ₂Ｏ）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（ＣａＳＯ₄）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（ＣａＳＯ₄）に変化する。
このII型無水石膏（ＣａＳＯ₄）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（ＣａＳＯ₄）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；フリーライムともいう）と亜硫酸（ＳＯ₃）に分解する。

本発明の無水石膏の製造設備においては、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により、石膏原料を確実にII型無水石膏に転移させることができ、しかも、フリーライムに分解することがない。
そのための熱源の一部又は全部として、セメント製造設備内のガスを利用するものであり、無水石膏製造用加熱炉内に導入されたガスは、４００℃以上のガスであればそのまま又は無水石膏製造用加熱炉の加熱手段を稼動してさらに加熱して用いられる。もとより、II型無水石膏が安定相でなくなり始める１１５０℃以上に加熱されることはない。

図１は、本発明の一実施形態である、既存のセメント製造設備とそれに付帯して設けられた無水石膏の製造設備を示す模式図であり、無水石膏の製造設備は、セメント製造設備内のクリンカークーラー８内から抽気したガスの導入ライン３４と、４００℃以上に加熱処理してII型無水石膏を製造できる無水石膏製造用加熱炉３１と、その際に発生する排ガスを、サスペンションプレヒーター１０のサイクロン１０ｂからのガスラインに送入する排ガス供給ライン３５とを備える。

無水石膏製造用加熱炉３１としては、石膏原料を収容することができ、必要により上記所定温度に加熱・焼成が可能な加熱手段を備える加熱炉であれば特に制限されないが、回転窯（キルン）、気流焼成炉、流動床焼成炉などが挙げられる。

無水石膏製造時の熱源として利用するセメント製造設備内のガスとしては、クリンカークーラー８において、セメントクリンカーを冷却した後のガスが４００〜１１００℃程度であり、最も好適に使用することができる。
また、クリンカークーラー８の排ガス導入ライン３４のガスなど、セメント製造設備内のガスの抽気量は、セメント製造設備中の当該箇所のガス量の１／５以下とすることが、熱効率、ガスバランスの点で好ましい。

無水石膏の製造時に発生する排ガスを処理するためのセメント製造設備の箇所としては、排ガス中に含まれるＳＯ₃など硫黄分を脱硫するために、内部温度３００℃以上の箇所であることを要する。なお、当該排ガスは、上記４００℃〜１１５０℃の範囲の無水石膏の加熱・焼成温度に近いガスであり、そのような温度の箇所であれば特に制限されないが、無水石膏の製造時の温度に近いセメント製造設備に送入することが好ましく、そのようなセメント製造設備の内部温度３００℃以上の箇所としては、例えば、プレヒーター、セメントキルン、クリンカークーラーなどが挙げられる。
本実施形態のように、６００〜８００℃程度のクリンカークーラー８の排ガス導入ライン３４のガスを無水石膏製造時の熱源として利用するときは、同等温度であるサスペンションプレヒーター１０のサイクロン１０ｂに無水石膏製造排ガスを送入することが好適である。
また、その排ガスの送入量も、当該セメント製造設備中の箇所のガス量の１／５以下とすることが、熱効率、ガスバランスの点で好ましい。

本発明において、加熱処理してII型無水石膏を製造するための原料は、二水石膏および／または半水石膏であれば特に制限されないが、二水石膏原料として、石膏ボード廃材を用いることができ、廃棄物利用という観点から好ましい。
石膏ボード廃材を用いる場合も、上記した温度範囲内で処理すれば、単相のII型無水石膏のみとなり、同時に石膏ボード廃材に含まれるボード紙や界面活性剤、バインダーなどの有機物を完全に熱分解することができ、しかも、フリーライムに分解するおそれもない。
石膏ボード廃材としては、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は、無水石膏製造設備に投入する際あるいは投入前に貯留する際、安定してハンドリングすることができ、飛散しないような大きさの範囲内に破砕しておくことが好ましい。
石膏ボード廃材の破砕物の長径の平均値および最大長さは、そのようなハンドリング性があればよく、特に制限されないが、この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。
この破砕物は、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。
なお、このように石膏ボード廃材をII型無水石膏を製造するための原料とする際には、無水石膏の製造設備には、石膏ボード廃材を破砕する破砕機；破砕物を貯留するホッパー；ホッパーから排出される破砕物を無水石膏製造用加熱炉に投入する手段、およびII型無水石膏の貯蔵手段を備えていることが好ましい。

以上の如くして製造されたII型無水石膏は、貯蔵して、あるいは貯蔵することなく直ちに、セメント製造の原料として、セメント製造設備の仕上工程にセメントクリンカーとともに投入され、粉砕される石膏の一部または全部として用いることができる。
また、本発明のII型無水石膏はセメント製造ラインの外で製造しているので、他の一般用途向けにも利用することができる。

以下、本発明のII型無水石膏の製造方法を実施例により具体的に説明する。
実施例１
無水石膏の製造設備としては図１のものを用いた。セメント製造設備におけるクリンカークーラー８内の中間部あたりから約５００〜６００℃のガスが導入できる抽気ガス導入ライン３４と、追い炊きできるバーナー３３を備える無水石膏製造用加熱炉（ロータリーキルン）３１と、無水石膏製造の際に発生する排ガスを、サスペンションプレヒーター１０のサイクロン１０ｂからのガスライン（ガス温度：約５００〜６００℃）に送入する排ガス供給ライン３５とを備えたものである。
破砕機としてジョークラッシャーを用い、石膏ボード廃材をその平均粒子径が２５ｍｍになる様に破砕し、破砕物とした。
この石膏ボード廃材破砕物を原料ホッパー３２に入れ、１トン／ｈｒで無水石膏製造用加熱炉に投入し、無水石膏を製造した。
石膏成分に含まれるII型無水石膏（ＣａＳＯ₄）、半水石膏（ＣａＳＯ₄・１／２Ｈ₂Ｏ）、III型無水石膏（ＣａＳＯ₄）、フリーライム（ＣａＯ）それぞれの定量分析を実施した。石膏の定量分析としては、ＪＩＳＲ５２０２「ポルトランドセメントの化学分析方法」に準拠しＳＯ₃量を測定し、粉末Ｘ線回折法により石膏形態（半水石膏および二水石膏の有無）を確認し、ＤＳＣ（理化学社製：thermoPlus8240）によりIII型からII型無水石膏への転移を確認し、各石膏形態の定量分析を実施した。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。
II型無水石膏は９５重量％以上であり、半水石膏、III型無水石膏はともに痕跡量、また、フリーライムの含有量は０．１重量％、全有機炭素量は０．０２重量％であった。
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、セメントクリンカーに対して２．５重量％添加し、その後、テストミルを用いて粉砕し、セメントを得た。得られたセメントは安定した強度が発現可能であり、一定の品質のものであった。

本発明の一実施形態の既存のセメント製造設備に付帯して設けられた無水石膏の製造設備を示す模式図である。なお、図中、実線は原料ラインであり、点線はガスラインである。

符号の説明

１原料ミル
２サイクロン
３セメント原料貯蔵庫
７セメントロータリーキルン
８セメントクリンカークーラー
９仮焼炉
１０サスペンションプレヒーター
１０ａ〜１０ｄサイクロン
１２電気集塵機
１３排気煙突
１４バーナー（セメント焼成用）
１６プレヒーター排気ダクト
１９クリンカー冷却ガス供給ライン
２０２次ダクト
２１クーラー排気ライン
２４セメント原料粉供給ライン
２５セメントクリンカー搬送ライン
３１無水石膏製造用加熱炉
３２二水石膏貯蔵庫
３３バーナー（無水石膏製造用）
３４抽気ガス導入ライン
３５排ガス供給ライン
３６無水石膏搬送ライン

Claims

セメント製造設備内から高温ガスを抽気し、そのまま又はさらに加熱したガスで二水石膏および／または半水石膏を加熱処理してII型無水石膏を製造し、その際に発生する排ガスは、セメント製造設備の内部温度３００℃以上の箇所に送入して処理することを特徴とする無水石膏の製造方法。
II型無水石膏を製造する際に抽気するセメント製造設備内の高温ガスが、クリンカークーラーのものであることを特徴とする請求項１に記載の無水石膏の製造方法。
II型無水石膏製造時に発生する排ガスを送入するセメント製造設備の内部温度３００℃以上の箇所が、プレヒーター、セメントキルン、クリンカークーラーのいずれかであることを特徴とする請求項１および２に記載の無水石膏の製造方法。
加熱処理する二水石膏の原料が、石膏ボード廃材である請求項１〜３記載の無水石膏の製造方法。
II型無水石膏を製造する際に発生しセメント製造設備の内部温度３００℃以上の箇所に送入する排ガス量が、セメント製造設備の当該箇所におけるガス量の１／５以下である請求項１〜４記載の無水石膏の製造方法。
II型無水石膏を製造する際に抽気するセメント製造設備の高温ガス量が、セメント製造設備の当該箇所のガス量の１／５以下である請求項１〜５記載の無水石膏の製造方法。
セメント製造設備内から高温ガスを抽気するガス抽気手段と、加熱処理してII型無水石膏を製造する無水石膏製造用加熱炉と、その際に発生する排ガスを、セメント製造設備の内部温度３００℃以上の箇所に送入するガス送入手段とを備える無水石膏の製造設備。
II型無水石膏を製造する際に利用するセメント製造設備内の高温ガスが、クリンカークーラーから導入されることを特徴とする請求項７に記載の無水石膏の製造設備。
無水石膏の製造時に発生する排ガスを送入するセメント製造設備の内部温度３００℃以上の箇所が、プレヒーター、セメントキルン、クリンカークーラーのいずれかであることを特徴とする請求項７または８に記載の無水石膏の製造設備。