JP2008526678A - 廃石膏を用いたリサイクル硬化体の製造方法 - Google Patents

Abstract

廃石膏を用いたリサイクル硬化体の製造方法が開示されている。前記廃石膏を用いたリサイクル硬化体は、銅、亜鉛、鉛、チタニウム、及び塩水を利用して苛性ソーダ及び塩素を製造する時に発生されるスラッジに当量比配合水を混錬し、ポゾラン性を有するパルプスラッジアッシュを混合することで、迅速な硬化体が製造される。

Description

本発明は、廃石膏を用いたリサイクル硬化体の製造方法に関し、より詳しくは、銅、亜鉛、チタニウム、または塩水を用いて苛性ソーダ及び塩素を製造する時に発生する酸性廃水を消石灰で処理した後、沈殿されるスラッジにポゾラン性を有するパルプスラッジアッシュを混錬することにより、常温で迅速に硬化される経済性が優れる廃石膏を用いたリサイクル硬化体の製造方法に関する。

製紙工程でパルプスラッジを焼却して発生するパルプスラッジアッシュは、水硬化性（即ち、ポゾラン）を用いてセメント添加補助剤などに利用されているが、発生量に比べて付加価値を高めることができる方法が不十分で、埋立処理されている。

銅、亜鉛、チタニウム製造、または海水や塩溶解水（以下、塩水という）を電気分解して苛性ソーダ及び塩素などを製造する時に発生する酸性廃水を消石灰で中和処理した後、発生されるスラッジを含水率６０〜８０％に脱水させたものを廃石膏と称しているが、これの化学式は次の通りである。
Ｈ₂ＳＯ₄ ＋ Ｃａ(ＯＨ)₂ → ＣａＳＯ₄ ＋ ２Ｈ₂Ｏ

上記廃石膏は、一般的な石膏と化学的分子式はＣａＳＯ₄と同一であるが、化学的物性が異なって、湿潤状態は勿論、乾燥で水分を除去しても水硬化性がないし、特に６０〜８０％含水された状態では、通常のセメント組成構成比以上にセメントを混合しても取り扱いが容易な強さと硬化体が得られないので、経済性ある組成物を構成することが困難であった。

上記廃石膏は、各産業部門で非常に多くの量が発生されているが、含まれている有害成分処理と経済的なリサイクル方法がないので、高価の処理費用をかけて地下埋立している実状であるため、発生業体の廃棄物処理費の加重と環境汚染の要因となっている。

本発明の目的は、上記のような問題点を解決するために案出したものであって、パルプスラッジアッシュのポゾラン性が廃石膏と反応して速かに硬化されて早期に優れる強さを発現する廃石膏を用いたリサイクル硬化体の製造方法を提供することにある。

本発明の他の目的は、パルプスラッジアッシュと廃石膏からなるリサイクル硬化体から人体に有害な重金属などが溶出できないようにし、組成物の耐水性を増大させることができるようにした廃石膏を用いたリサイクル硬化体の製造方法を提供することにある。

本発明の更に他の目的は、軽量性、難燃性、及び断熱性が優れる建築材料として使用できるようにした廃石膏を用いたリサイクル硬化体の製造方法を提供することにある。

上記のような目的を達成するために、本発明による廃石膏を用いたリサイクル硬化体の製造方法は、酸性廃水処理、または塩水処理後に発生されるスラッジをフィルタプレス式脱水器を通じて含水率６０〜８０％の廃石膏に脱水させる段階と、上記脱水した廃石膏に配合水を１：１〜１.６の混合比で添加してスラリーを製造する段階と、上記廃石膏と配合水の混合物に乾式のパルプスラッジアッシュを混合する段階と、を含む。

前記パルプスラッジアッシュ、廃石膏、及び配合水の混合比が５０〜６５ｗｔ％:１０〜２５ｗｔ％：１０〜４０ｗｔ％であることを特徴とする。

前記配合水対比５〜３０ｗｔ％のポリマーエマルジョンを更に添加することを特徴とする。

前記ポリマーエマルジョンは、ＰＶＡ、ＥＶＡ、アクリル、尿素、メラミン、酢酸ビニール、及びシリコン樹脂から選択されたどれか一つを更に添加することを特徴とする。

砂、砂利、廃鑄物砂、亜鉛スラグ、銅スラグ、及び廃コンクリートから選択されたどれか一つを更に添加することを特徴とする。

軽量化のために、パーライト、蛭石、タルク、炭酸カルシウム、スチロフォーム粉砕物、ウレタンフォーム粉砕物、木粉、及び固形化した廃ペイントから選択されたどれか一つを更に添加することを特徴とする。

動植物性気泡剤または鉱物性気泡剤に圧縮空気を加えて発生する気泡を更に含有することを特徴とする。

硬化調節剤であって、硫酸アルミニウム、生石灰、塩化マグネシウム、塩化カルシウム、及び硅酸ソーダから選択されたどれか一つを更に含むことを特徴とする。

本発明によれば、大量で発生されて廃棄物として処理されているパルプスラッジアッシュ及び廃石膏を各々混合して組成物を構成することで、廃資源再資源化効果を極大化し、廃棄物の発生を低減させ、廃棄物の海洋投棄及び地下埋立をしないことによって、環境保護に寄与することができる。

また、発生業体の廃棄物処理費の負担を低減させることができ、組成物の主原料が廃資源で構成されることによって、建築物及び各産業分野に非常に経済的で、かつ優れる、軽量性、難燃性、及び断熱性の組成物を提供することができる。

以下、本発明による廃石膏を用いたリサイクル硬化体の製造方法について詳細に説明する。

本発明者は、パルプスラッジアッシュと廃石膏が水硬化反応をすることができる当量比の配合水と共に混合されると、発熱反応が生じながら速かに硬化することを見出した。これに基づいて、多様な実験を通じて廃石膏とパルプスラッジアッシュ及び配合水の最適の混合比を得たし、ポリマーエマルジョンを追加で使用することによって、組成物の強さの向上と耐水性の向上によりパルプスラッジアッシュ及び廃石膏に含まれた有害成分が溶出しないことが分かった。

本発明による廃石膏を用いたリサイクル硬化体の製造方法によれば、まず酸性廃水処理または塩水処理後に発生されるスラッジをフィルタプレス式脱水器を通じて含水率６０〜８０％の廃石膏に脱水させる。上記含水率６０〜８０％の廃石膏はゆるい泥のように粘性を有する粘つく状態である。

上記脱水した廃石膏に配合水を添加してスラリー状態に作る。この際、上記廃石膏と配合水の混合比は１：１〜１.６であることが望ましい。

上記廃石膏と配合水が混合されたスラリーに乾式のパルプスラッジアッシュを混合すれば、通常３０分以内に速かに硬化される。

この際、上記パルプスラッジアッシュ、廃石膏、及び配合水の最適の混合比は、パルプスラッジアッシュ５０〜６５ｗｔ％、廃石膏１０〜２５ｗｔ％、及び配合水１０〜４０ｗｔ％のものが望ましい。

パルプスラッジアッシュと廃石膏を配合水と共に混合して硬化体を製造する時、配合水の重量比が２５ｗｔ％以下であれば混合が難しくて、６５ｗｔ％以上であれば硬化体の構成に困難性がある。

また、上記のような硬化体の組成物にポリマーエマルジョンを添加することもできるが、これは上記硬化体の強さ及び耐水性を格段に増大させることができる。したがって、耐水性が格段に増大するため、硬化体の使用中に溶出できる廃石膏やパルプスラッジアッシュに残存する有害な成分が硬化体の内部に固形化した状態で存在して外部に流出できなくなる。

上記ポリマーエマルジョンは、ＰＶＡ、ＥＶＡ、アクリル、尿素、メラミン、酢酸ビニール、またはシリコン樹脂が使われることができ、その混合量は配合水対比５〜３０ｗｔ％添加されることが最も望ましい。

また、用途によって、多様な添加剤が添加されることができる。例えば、強さを優秀にするために、砂、砂利、廃鑄物砂、亜鉛スラグ、銅スラグ、または廃コンクリートなどを使用することができ、軽量化のために、パーライト、蛭石、タルク、炭酸カルシウム、スチロフォーム粉砕物、ウレタンフォーム粉砕物、または木粉などを使用することができる。また、動植物性気泡剤や鉱物性気泡剤に圧縮空気を加えて発生する気泡を注入することができ、添加剤及び廃石膏とパルプスラッジアッシュの物性によって硬化調節剤を添加することもできる。

上記硬化調節剤は、硫酸アルミニウム、生石灰、塩化マグネシウム、塩化カルシウム、または硅酸ソーダを使用することができる。

また、組成物の強さの向上のために、ファイバーチップのような繊維質を添加することができ、短繊維が多量含まれているパルプスラッジを添加することができる。

上記のような製造方法により製造された硬化体は、産業現場で優れる軽量性、難燃性、及び断熱性を提供しながら、必要によって多様な形状や形態で使われることができるが、特に建築材料などにたくさん使われる。

以下、実施形態を通じて本発明による廃石膏を用いたリサイクル硬化体の製造方法についてより詳細に説明する。

本発明の実施形態では、ハンソル（Hansol）製紙で発生されたパルプスラッジアッシュを準備し、韓国チタニウムとＬＧＮｉｋｋｏ銅製錬の製造工程上の酸性廃水を消石灰で中和した後、発生される含水率７５％の廃石膏を準備したし、東洋化学で塩水処理後に発生された含水率７５％廃石膏を各々準備した。

（実施形態１）廃石膏にパルプスラッジアッシュを混合して製造した硬化体
酸性処理後、発生した含水率７５％の廃石膏３０ｇに配合水５０ｇを混合してスラリー状の混合物を作り、その混合物に乾式のパルプスラッジアッシュ９０ｇを混合して硬化させることによって、硬化体を製造する。このように製造された硬化体の硬化時間と日付別に測定した強さを表１に表した。

（実施形態２）塩水処理後の廃石膏にパルプスラッジアッシュを混合して製造した硬化体
塩水処理後、発生した含水率７５％の廃石膏３０ｇに配合水５０ｇを混合してスラリー状の混合物を作り、その混合物に乾式のパルプスラッジアッシュ９０ｇを混合して硬化させることによって、硬化体を製造する。このように製造された硬化体の硬化時間と日付別に測定した強さを表１に表した。

（比較例１）酸性処理後の廃石膏にポートラントセメントを混合して製造した硬化体
酸性処理後、発生した含水率７５％の廃石膏３０ｇに配合水５０ｇを混合してスラリー状の混合物を作り、その混合物に乾式のポートラントセメント９０ｇを混合して硬化させることによって、硬化体を製造する。このように製造された硬化体の硬化時間と日付別に測定した強さを表１に表した。

（比較例２）塩水処理後の廃石膏にポートラントセメントを混合して製造した硬化体
塩水処理後、発生した含水率７５％の廃石膏３０ｇに配合水５０ｇを混合してスラリー状の混合物を作り、その混合物に乾式のポートラントセメント９０ｇを混合して硬化させることによって、硬化体を製造する。このように製造された硬化体の硬化時間と日付別に測定した強さを表１に表した。

表１から分かるように、実施形態１及び２の組成比及び製造方法により製造された硬化体は、略０.５時間内に硬化が速かになされる一方、比較例１及び２により製造された硬化体は２５時間後になって硬化がのろくなされることになる。また、日付別の強さも実施形態１及び２により製造された硬化体が３倍以上大きいことが分かる。したがって、自然放置状態では硬化されない廃石膏にパルプスラッジアッシュを混合して構成されたものが一般的なポートラントセメントを混合して構成されたものに比べて、初期硬化時間及び強さが優れることが分かる。

（実施形態３）ポリマーエマルジョンを添加した後の硬化体
上記実施形態１の構成比にポリマーエマルジョンを配合水対比各々１％、３％、５％、１０％、２０％及び３０％添加し、２８日経過した後に組成物の耐水性を測定したし、その結果を表２に表した。

上記の表２から分かるように、配合水対比５％以上ではポリマーエマルジョンを添加すればその硬化体は防水性を表し、特に２０％以上では水分が全く吸収できない撥水性を表した。また、実施形態１の硬化体の強さと対比して実施形態３の硬化体の強さも増加されることが分かる。

また、組成物の有害性分溶出の可否を知るために、実施形態１の硬化体と実施形態３のシリコン樹脂試料５及び６を蒸留水に２４時間沈積した後、その溶液を各々食水水質工程試験法により試験した試験結果を表３に表した。

表３に表すように、ポリマーエマルジョンが添加されていない実施形態１の硬化体では、有害成分が微量溶出されることが分かり、ポリマーエマルジョンで耐水性を向上させた実施形態３の試料５及び６では、有害成分が溶出されないことが分かる。

（実施形態４）骨材を混合して硬化させた硬化体
上記実施形態３の試料６番ＰＶＡ試料構成比に各々砂を６０ｇ混合した試料１、砂４０ｇ及び２５ｍｍ骨材２０ｇを混合した試料２、廃鑄物砂を６０ｇ混合した試料３、亜鉛スラグを６０ｇ混合した試料４、銅スラグ６０ｇを混合した試料５、廃コンクリート骨材５０ｇを混合した試料６を準備し、直径１００ｍｍ×高さ２００ｍｍのモールドに注入し、２８日間変化を見た結果、表４のように表れた。

表４から分かるように、本発明の組成物はパルプスラッジアッシュと廃石膏を混合して硬化体を構成する時、骨材を共に使用しても強さの優れる組成物を構成することができる。

（実施形態５）軽量骨材を混合して硬化させた硬化体
上記実施形態３の試料６番ＰＶＡ試料構成比に各々パーライトを８ｇ混合した試料１、蛭石を８ｇ混合した試料２、タルクを９ｇ混合した試料３、３ｍｍ以下に粉砕されたスチロフォーム粉砕粒子を３ｇ混合した試料４、３ｍｍ以下に粉砕されたウレタン粉砕粒子を５ｇ混合した試料５、３ｍｍ以下に粉砕された木粉２０ｇを混合した試料６を直径１００ｍｍ×高さ２００ｍｍのモールドに注入し、２８日間変化を調べた結果値を表５に表す。

表５から分かるように、本発明の組成物は軽量骨材を使用して軽量の組成物を構成することができ、軽量の組成物であるにも拘わらず、優れる強さを持っていることが分かり、固形化した廃ペイントを使用することもできる。

（実施形態６）気泡を注入した硬化体
上記実施形態３の試料６番ＰＶＡ構成比に各々植物性気泡剤を圧縮空気で発生させた気泡を５ｇ混合した試料Ａ、同じ構成比に硬化調節剤で配合水に硫酸アルミニューム３０％水溶液を５ｇ添加した試料Ｂを構成し、１５日経過後に測定した結果を表６に表した。

表６から分かるように、本発明のパルプスラッジアッシュと廃石膏からなる組成物に気泡を注入したり硬化調節剤を添加しても初期硬化時間及び強さが優れることが分かる。

Claims (9)

1. 酸性廃水を消石灰で処理した後に発生される廃石膏にパルプスラッジアッシュと配合水とを混合して速かに硬化体を得ることを特徴とする廃石膏を用いたリサイクル硬化体の製造方法。
2. 酸性廃水処理、または塩水処理後に発生されるスラッジをフィルタプレス式脱水器を通じて含水率６０〜８０％の廃石膏に脱水させる段階と、
   前記脱水した廃石膏に配合水を１：１〜１.６の混合比で添加してスラリーを製造する段階と、
   前記廃石膏と配合水の混合物に乾式のパルプスラッジアッシュを混合する段階と、
   を含むことを特徴とする廃石膏を用いたリサイクル硬化体の製造方法。
3. 前記パルプスラッジアッシュ、廃石膏、及び配合水の混合比が５０〜６５ｗｔ％:１０〜２５ｗｔ％：１０〜４０ｗｔ％であることを特徴とする請求項１記載の廃石膏を用いたリサイクル硬化体の製造方法。
4. 前記配合水対比５〜３０ｗｔ％のポリマーエマルジョンを更に添加することを特徴とする請求項２または３記載の廃石膏を用いたリサイクル硬化体の製造方法。
5. 前記ポリマーエマルジョンは、ＰＶＡ、ＥＶＡ、アクリル、尿素、メラミン、酢酸ビニール、及びシリコン樹脂から選択されたどれか一つを更に添加することを特徴とする請求項４記載の廃石膏を用いたリサイクル硬化体の製造方法。
6. 砂、砂利、廃鑄物砂、亜鉛スラグ、銅スラグ、及び廃コンクリートから選択されたどれか一つを更に添加することを特徴とする請求項２記載の廃石膏を用いたリサイクル硬化体の製造方法。
7. 軽量化のために、パーライト、蛭石、タルク、炭酸カルシウム、スチロフォーム粉砕物、ウレタンフォーム粉砕物、木粉、及び固形化した廃ペイントから選択されたどれか一つを更に添加することを特徴とする請求項２記載の廃石膏を用いたリサイクル硬化体の製造方法。
8. 動植物性気泡剤または鉱物性気泡剤に圧縮空気を加えて発生する気泡を更に含有することを特徴とする請求項２記載の廃石膏を用いたリサイクル硬化体の製造方法。
9. 硬化調節剤であって、硫酸アルミニウム、生石灰、塩化マグネシウム、塩化カルシウム、及び硅酸ソーダから選択されたどれか一つを更に含むことを特徴とする請求項２記載の廃石膏を用いたリサイクル硬化体の製造方法。