JP2008297145A - 無水石膏の製造方法および製造設備 - Google Patents

Abstract

【課題】無水石膏製造の際に要するエネルギーを低減しうる無水石膏の製造方法および製造設備を提供することを一の課題とする。
【解決手段】セメント製造設備から２００℃以上の高温ガスを抽気し、該高温ガスを用いて水蒸気を発生させ、該水蒸気が導入されてなる雰囲気の下、二水石膏を無水石膏の存在下で加熱することを特徴とする無水石膏の製造方法による。
【選択図】 図１

Description

本発明は、無水石膏の製造方法および製造装置に関し、特に、セメント製造設備で生じた廃熱を用いて無水石膏を製造する無水石膏の製造方法および製造設備に関する。

フッ酸製造メーカーの海外移転に伴い、フッ酸製造時に副生する無水石膏の生産量も減少する傾向にあり、例えばセメント混和材として使用されている無水石膏の国内需要が逼迫するという問題が指摘されている。一方、海外から輸入される天然無水石膏は、産地である輸出国の経済事情や輸出規制・関税といった政策面で、安定供給に不安がある上、産地により品質が異なるという問題がある。
従来、無水石膏を製造する方法としては、石膏廃材、天然二水石膏、副生二水石膏等を焼成させる方法（例えば、特許文献１等）や、半水石膏、天然二水石膏、副生二水石膏等に水を添加して得られたスラリーを水熱処理する方法（例えば、特許文献２等）等が知られている。
特開２００５−１５２６３号公報 特開昭５３−６９２２２号公報

しかしながら、前記特許文献１記載の方法のように、焼成により無水石膏を製造する場合には、通常、６００℃以上の温度条件での焼成が必要とされ、また、前記特許文献２記載の方法のように、水熱処理により二水石膏から無水石膏を製造する方法において、無水石膏を得るには、通常、２００℃以上〔圧力１５４９４５０．７Ｐａ（１５．８ｋｇ／ｃｍ²以上）〕の条件での水熱処理が必要となる。したがって、前記特許文献に記載の方法では、製造の際に要するエネルギーの消費が多くなるという欠点がある。また、前記特許文献に記載の製造方法によれば、製造環境によっては、製造が困難な場合がある。そのため、これらの製造方法による無水石膏の製造には、極めて高いコストを要する場合がある。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が発生しやすく、脱硫設備が必要になるという問題もある。

本発明は上記のような従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、無水石膏製造の際に要するエネルギーを低減しうる無水石膏の製造方法および製造設備を提供することを一の課題とする。

上記課題を解決すべく、本発明に係る無水石膏の製造方法は、セメント製造設備から２００℃以上の高温ガスを抽気し、該高温ガスを用いて水蒸気を発生させ、該水蒸気が導入されてなる雰囲気の下、二水石膏を無水石膏の存在下で加熱することを特徴とするものである。
また、本発明に係る無水石膏の製造方法は、好ましくは、前記高温ガスが、前記セメント製造設備のクリンカクーラー下流側から排出されたガスであることを特徴とする。
また、本発明に係る無水石膏の製造方法は、好ましくは、前記高温ガスを用いて前記二水石膏の加熱を行うことを特徴とする。

さらに、本発明に係る無水石膏の製造設備は、セメント製造設備から２００℃以上の高温ガスを抽気する抽気手段と、該抽気手段により抽気された高温ガスを用いて水蒸気を発生させる水蒸気発生手段と、該水蒸気発生手段により発生させた水蒸気を雰囲気として導入し、二水石膏を無水石膏の存在下で加熱する水熱合成装置とを備えたことを特徴とするものである。
また、本発明に係る無水石膏の製造設備は、セメント製造設備から２００℃以上の高温ガスを抽気する抽気手段と、水蒸気雰囲気の下、二水石膏を無水石膏の存在下で加熱する水熱合成装置とを備え、前記抽気手段により抽気された高温ガスを用いて前記水熱合成装置での加熱を行うことを特徴とするものである。
さらに、好ましくは、前記抽気手段が、前記セメント製造設備のクリンカクーラー下流側から高温ガスを抽気するものであることを特徴とする。

本発明によれば、水蒸気が導入されてなる雰囲気の下で、二水石膏を無水石膏の存在下で加熱することにより、無水石膏の製造に要するエネルギーを低減できる。また、水蒸気雰囲気を、セメント製造設備から２００℃以上の高温ガスを抽気し、該高温ガスを用いて発生させることとしたため、水蒸気の発生に要するエネルギーをも低減できる。さらに、前記高温ガスを用いて前記水熱合成装置での加熱を行うことにより、加熱に要するエネルギーをも低減できる。従って、本発明によれば、無水石膏製造に要するエネルギーを大幅に削減しうるという優れた効果を奏する。

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実施形態につき、図面を参照しつつ説明する。
図１は、セメント製造設備に付帯させて設けた、本発明の第一実施形態としての無水石膏の製造設備を示した概略図である。該図１に示したように、本実施形態に係る無水石膏の製造設備１は、セメント原料からセメントクリンカーを製造するセメント製造設備に付帯して備えられ、該セメント製造設備から２００℃以上の高温ガスを抽気する抽気手段２と、該抽気手段２により抽気された高温ガスを用いて水蒸気を発生させる水蒸気発生手段５と、該水蒸気発生手段５により発生させた水蒸気を雰囲気として導入し、二水石膏を無水石膏の存在下で加熱する水熱合成装置３とを備えて構成されている。

前記セメント製造設備は、従来と同様にセメント原料貯蔵庫２１と、原料ミル２２と、該原料ミル２２の下流側に配されたサイクロン３４、電気集塵機３５、及び煙突３６と、サスペンションプレヒーター２３と、仮焼炉２４と、ロータリーキルン２５と、クリンカクーラー２６と、該クリンカクーラー２６の下流側に配された電気集塵機３１、誘引ファン３２、及び煙突３３とを備えて構成されている。

本実施形態において、抽気手段２は、クリンカクーラー２６の下流側から２００℃以上の高温ガスを抽気するように構成されており、抽気された高温ガスを水蒸気発生手段５へと供給しうるように構成されている。
抽気する高温ガスの温度は２００℃以上であることが必要であるが、セメント製造設備から排出される廃熱を有効に利用するという観点と、無水石膏を効率的に製造するという観点から、４００〜６００℃であることが好ましい。

クリンカクーラー２６は、一般に、ロータリーキルン２５によって焼成されたセメントクリンカーを冷却することによって４００〜１１００℃のガスが排出されるものであるが、該クリンカクーラー２６の上流側（高温側）より排出される６００〜１１００℃のガスはセメント製造設備内にて有効利用されるが、該クリンカクーラー２６の下流側（低温側）より排出される４００〜６００℃のガスは、利用価値が低く系外へと排出されることが多い。
本発明においては、このようなクリンカクーラー２６の下流側（低温側）より排出される４００〜６００℃のガスを高温ガスとして最も好適に使用することができる。

前記水蒸気発生手段５としては、例えば、排熱ボイラ式の水蒸気供給手段が使用される。排熱ボイラ式の水蒸気供給手段は、前記高温ガスと水とを熱交換して水蒸気を発生させうるように構成されたものである。

前記水熱合成装置３としては、例えば、二水石膏と無水石膏との混合物を収容する容器本体と、前記水蒸気発生手段５により発生させた水蒸気を該容器本体内の雰囲気として導入する水蒸気導入部とを備え、該容器本体内で、水蒸気雰囲気の下、前記混合物を加熱可能であるように構成されたものである。
該混合物の加熱には、セメント製造設備より抽気された高温ガスを使用することが好ましい。

また、本実施形態では、二水石膏と無水石膏と水とが予め混合された原料混合物を貯留し、該原料混合物を前記水熱合成装置３へと供給可能に構成された原料混合物貯留装置４を備えている。

該水熱合成装置３にて使用された後の水蒸気は、前記セメント製造設備の排ガスとともに浄化処理され、系外へと排出されるように構成されている。本実施形態では、前記原料ミル２２およびサイクロン３４を経て排出される排ガスと合流され、電気集塵機３５及び煙突３６を経て系外へと排出されるように構成されている。

前記水熱合成の際には、例えば、二水石膏１００重量部に対して、無水石膏１〜１００重量部を配合し、得られた混合物を少なくとも１６０℃の水蒸気雰囲気下で加熱することにより行なわれる。二水石膏１００重量部に対して、無水石膏１〜１００重量部を配合した混合物を用いることにより、二水石膏単味を用いる場合と比べて、低い温度で無水石膏を生成させることができ、製造の際に要するエネルギーの消費をより良好に低減できる。

本発明の無水石膏の製造方法では、無水石膏の製造方法における１つの工程として、二水石膏と無水石膏とを所定の配合量で配合させる工程を行なうことにより、当該混合物を得ることができるが、本発明においては、当該方法に限定されるものではなく、例えば、無水石膏の一部が二水石膏となって品質低下を起こしてしまった産物等のように、無水石膏と二水石膏とが共存する産物をそのまま原料として用いることもできる。

本発明の無水石膏の製造方法としては、１つの実施態様では、
（Ａ）二水石膏１００重量部に対して、無水石膏１〜１００重量部を配合する工程、及び
（Ｂ）前記工程（Ａ）で得られた混合物を少なくとも１６０℃の水蒸気雰囲気下で加熱する工程、
を含む方法が挙げられる。

本発明において用いられうる二水石膏としては、例えば、天然二水石膏、副生二水石膏（例えば、脱硫二水石膏等）等が挙げられる。

また、本発明において用いられうる無水石膏としては、例えば、天然無水石膏、フッ酸石膏、リン酸石膏等が挙げられる。この場合、「無水石膏の配合量」は、前記天然無水石膏、フッ酸石膏又はリン酸石膏中に含まれる硫酸カルシウム（ＣａＳＯ₄）〔無水石膏標品〕の量に換算した量を示す。

二水石膏１００重量部に対する無水石膏の配合量は、エネルギーの消費を低減させるための有効量を確保する観点から、１重量部以上が好ましく、２重量部以上がより好ましく、５重量部以上がさらに好ましく、製造効率の観点から、１００重量部以下が好ましく、５０重量部以下がより好ましい。

前記水熱合成における水蒸気雰囲気は、具体的には、無水石膏を効率よく高い収率で得る観点及び良好なエネルギー効率を得る観点から、好ましくは、１６０℃〜１８０℃、より好ましくは、１７０℃〜１８０℃、さらに好ましくは、１７５℃〜１８０℃の温度の水蒸気雰囲気である。なお、前記水蒸気雰囲気は、例えば、かかる範囲の温度で、オートクレーブ中、高温の水蒸気を用いることにより設定できる。かかるオートクレーブ内では、温度の上昇ともに、圧力も上昇する。したがって、圧力は、温度により定まる条件であればよい。

前記水蒸気雰囲気下での加熱の時間は、前記温度に応じて適宜設定できる。かかる加熱の時間は、例えば、前記水蒸気雰囲気下での加熱の進行に伴い生じる産物中における無水石膏の含有量をモニターすることにより設定することもできる。

前記混合物は、二水石膏からの結晶水の離脱を容易にさせ、無水石膏の析出を早める観点から、水をさらに配合して得られたもの、すなわち、二水石膏と、無水石膏と、水とを配合した混合物であることが好ましい。

かかる混合物を用いる場合、本発明の無水石膏の製造方法としては、
（Ａ'）二水石膏１００重量部に対して、無水石膏１〜１００重量部と、水とを配合する工程、及び
（Ｂ'）前記工程（Ａ'）で得られた混合物を少なくとも１６０℃の水蒸気雰囲気条件下で加熱する工程、
を含む方法が挙げられる。

本発明において、水を配合する場合、水の配合量は、無水石膏の析出を促進しうる量であればよく、例えば、得られる無水石膏の用途、所望する製造温度、製造時間等に応じて、適宜設定されうる。前記混合物に水を配合する場合、二水石膏１００重量部に対する水の配合量は、二水石膏からの結晶水の離脱を促進させ、無水石膏の析出を早める観点から、０重量部を超える量であり、好ましくは、１０重量部以上、より好ましくは、２０重量部以上である。また、前記水の配合量は、得られる産物（すなわち、無水石膏と水との混合物）からの水の除去を簡便に行なう観点から、１００重量部以下、好ましくは、９０重量部以下、より好ましくは、８０重量部以下である。

なお、本発明では、無水石膏は、水との混合物として得られる場合がある。この場合、得られた混合物から水を除去することにより、無水石膏を得てもよい。水の除去は、例えば、その方法には特に限定されるものではなく、自然乾燥、加熱乾燥等により行なわれうる。また、良好な効率を発揮せしめる観点から、例えば、デカンター等を用いて、得られた混合物の脱水を行ない、その後、乾燥させることにより水の除去を行なってもよい。

本発明により得られる無水石膏は、示差走査熱量測定装置を用い、直径０．５ｍｍのピンホールを開けたアルミニウム製密封容器に無水石膏２０ｍｇ程度を封入し、水容器に３０μｌの水を添加し、昇温速度５℃／分で室温から２００℃まで昇温させる条件下で、半水石膏から無水石膏への脱水ピーク（熱量J／ｇ）を測定し、標準試料（無水石膏及び半水石膏の含有量等が既知である試料）の脱水ピークから作成した検量線を用いて、半水石膏の残存量を求めることにより評価される。

本発明により得られる無水石膏は、半水石膏との混合物として得られたものであってもよく、好ましくは、無水石膏からなるものであることが望ましい。本発明の無水石膏の製造方法により得られる産物が、無水石膏のみでなく半水石膏を含んでいる場合、水蒸気雰囲気条件下での加熱の時間をさらに延ばすこと、配合する水の量を増加させること、前記範囲において温度を上昇させること等を行なえばよい。

本実施形態によれば、無水石膏の存在下に二水石膏を水蒸気雰囲気下で加熱するため、製造の際に要するエネルギーの消費を低減できる。例えば、本実施形態の無水石膏の製造方法によれば、二水石膏を焼成して無水石膏を製造する場合や、無水石膏が配合されていない二水石膏を用いて水蒸気雰囲気下で無水石膏を製造する場合に比べても、製造の際に要するエネルギーの消費をより低減できる。

また、本実施形態によれば、二水石膏を上記水蒸気雰囲気条件下に加熱するに際して存在させる物質が無水石膏であるため、加熱するに際して存在させた無水石膏が残存していても製造された無水石膏の純度は高いものとなり、例えば、得られた無水石膏そのままの状態であっても、例えば、セメント、コンクリート等の品質劣化等を及ぼす物質を実質的に含まない（例えば、０．１重量％未満）無水石膏が得られるという優れた効果を発揮する。

さらに、本実施形態によれば、セメント製造設備において生じた高温ガスを利用して水蒸気を発生させているため、該水蒸気の生成に要するエネルギーを低減させることができる。

次いで、本発明の第二の実施形態としての無水石膏の製造設備について、図２を参照しつつ説明する。図２に示したように、第二の実施形態に係る無水石膏の製造設備は、セメント原料からセメントクリンカーを製造するセメント製造設備に加え、該セメント製造設備から２００℃以上の高温ガスを抽気する抽気手段２と、該抽気手段２により抽気された高温ガスを用いて内部を加熱しうるように構成された水熱合成装置３とを備えたものである。
尚、セメント製造設備については、前記第一実施形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。

本実施形態における抽気手段２としては、クリンカクーラー２６から電気集塵機３１へと排出される高温排ガスの一部を高温ガスとして抽気し、該高温ガスを水熱合成装置３へと供給するように構成されている。

本実施形態における水熱合成装置３としては、二水石膏、無水石膏及び水を収容し、これらを、前記高温ガスを用いて加熱することにより、二水石膏を無水石膏の存在下で水熱合成し得る構成のものを採用することができ、例えば、オートクレーブ方式のものを好適に使用することができる。
具体的には、該水熱合成装置３は、二水石膏、無水石膏及び水が混合されてなる原料混合物を貯留する原料混合物貯留装置４から供給された原料混合物を密閉状態で収容しうる容器本体３ａと、前記高温ガスを流通させることによって該容器本体３ａの内部を加熱しうるように構成された加熱手段３ｂとを備えたものが好適である。

本実施形態の水熱合成装置３によれば、水熱合成装置３の容器本体３ａ内に収容された水が、前記高温ガスによって加熱され、水蒸気が発生する。該容器本体内を密閉状態でさらに加熱することにより、該水蒸気雰囲気は上述の如き所望の温度にまで昇温され、このような水蒸気雰囲気の下、前記二水石膏は無水石膏の存在下で加熱されることとなる。

本実施形態によれば、無水石膏の存在下に二水石膏を水蒸気雰囲気下で加熱するため、無水石膏が配合されていない二水石膏を用いて水蒸気雰囲気下で無水石膏を製造する場合に比べて、製造の際に要するエネルギー消費を低減できるという効果がある。

また、本実施形態によれば、前記第一実施形態と同様、得られる無水石膏の純度が高いという効果がある。

さらに、本実施形態によれば、セメント製造設備において生じた高温ガスを利用して水熱合成の際の加熱を行っているため、該水熱合成の際に要するエネルギーを低減させることができる。

尚、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更可能であることは勿論である。
前記実施形態では、クリンカクーラーの下流側から排出された高温ガスを抽気する抽気手段を採用したが、抽気手段はこれに限定されるものではなく、例えば、クリンカクーラーの上流側から排出された高温ガスや、サスペンジョンプレヒータより排出された高温ガスの一部を抽気するものであってもよい。

また、抽気された高温ガスを使用する際、適宜、流量や温度等を調整してもよく、さらに、該高温ガスを他の熱媒体と熱交換して利用することも可能である。

本発明の第一実施形態としての無水石膏の製造設備を示した概略図。 本発明の第二実施形態としての無水石膏の製造設備を示した概略図。

符号の説明

１ 無水石膏の製造設備
２ 抽気手段
３ 水熱合成装置
３ａ 容器本体
３ｂ 加熱手段
４ 原料混合物貯留装置
５ 水蒸気発生手段
２２ 原料ミル
２３ サスペンジョンプレヒータ
２４ 仮焼炉
２５ ロータリーキルン
２６ クリンカクーラー

Claims (6)

1. セメント製造設備から２００℃以上の高温ガスを抽気し、該高温ガスを用いて水蒸気を発生させ、該水蒸気の雰囲気の下、二水石膏を無水石膏の存在下で加熱することを特徴とする、無水石膏の製造方法。
2. 前記高温ガスが、前記セメント製造設備のクリンカクーラー下流側から排出されたガスであることを特徴とする請求項１記載の無水石膏の製造方法。
3. 前記高温ガスを用いて前記二水石膏の加熱を行うことを特徴とする、請求項１又は２記載の無水石膏の製造方法。
4. セメント製造設備から２００℃以上の高温ガスを抽気する抽気手段と、該抽気手段により抽気された高温ガスを用いて水蒸気を発生させる水蒸気発生手段と、該水蒸気発生手段により発生させた水蒸気を雰囲気として導入し、二水石膏を無水石膏の存在下で加熱する水熱合成装置とを備えたことを特徴とする無水石膏の製造設備。
5. セメント製造設備から２００℃以上の高温ガスを抽気する抽気手段と、水蒸気雰囲気の下、二水石膏を無水石膏の存在下で加熱する水熱合成装置とを備え、前記抽気手段により抽気された高温ガスを用いて前記水熱合成装置での加熱を行うことを特徴とする無水石膏の製造設備。
6. 前記抽気手段が、前記セメント製造設備のクリンカクーラー下流側から高温ガスを抽気するものであることを特徴とする請求項４又は５記載の無水石膏の製造設備。

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