JP2011025135A - 再生粒子の製造方法及び再生粒子 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】製紙スラッジを主原料とする被処理物(10)を、脱水、熱処理及び粉砕して、再生粒子を製造する方法であって、熱処理の工程は、被処理物中の有機成分を熱処理する熱処理工程(42)と、この熱処理工程後の被処理物を燃焼する燃焼工程と、を有し、この燃焼工程は、被処理物を、300℃以上、500℃未満の燃焼温度で燃焼する第1燃焼工程(14)と、この第1燃焼工程後の被処理物を再燃焼する第2燃焼工程(32)と、を含む、少なくとも2段階の燃焼工程を有する。
【選択図】図1
Description
例えば、製紙スラッジの燃焼処理前に炭化処理を行なう方法として、製紙スラッジを350〜700℃程度で炭化した後、650〜800℃で燃焼処理する方法(特許文献1)、製紙スラッジを低酸素条件下(好ましくは無酸素条件下)600℃未満の温度で炭化処理した後、600〜800℃で燃焼処理する方法(特許文献2)、製紙スラッジを400〜700℃で有機分を炭化し、炭化物を粉砕した後、650〜700℃で有機分を燃焼させる方法(特許文献3)、製紙スラッジを貧酸素状況下1000℃以下で炭化処理した後、450〜1000℃で燃焼処理する方法(特許文献4)、製紙スラッジを貧酸素雰囲気下、400〜700℃で炭化した後、650℃以上で2段階の燃焼処理を行う方法(特許文献5)、製紙スラッジを1基のキルン内で200℃から徐々に昇温して乾燥させ、600℃で炭化させた後に更に昇温して850℃で燃焼処理する方法(特許文献6)などが提案されている。
すなわち、これらの特許文献においては、原料とする製紙スラッジが、抄紙工程でワイヤーを通過して流出したもの、パルプ化工程での洗浄過程で発生した固形分を含む排水から回収したもの、排水処理工程において、沈殿あるいは浮上などを利用した固形分分離装置によりその固形分を分離、回収したもの、古紙処理工程で除去されたもの等の各種スラッジが混在したものである点である。
(1)高温燃焼により原料が黄変化し白色度の低下を招く。(2)原料の溶融によりゲーレナイト等の硬質物質(例えば、特許文献13参照。)を生じやすくなり、抄紙設備でのワイヤー摩耗度が上昇する。(3)原料の溶融による凝集体を形成するため、後の微粉砕工程において粉砕エネルギーの増加、処理効率が低下する。(4)原料の表面が高温に晒されて溶融されるため、原料内部まで燃焼反応(酸化反応)が進まず、有機物(カーボン)が残留する。結果として白色度の低下を招く。
〔請求項1記載の発明〕
製紙スラッジを主原料とする被処理物を、脱水、熱処理及び粉砕して、再生粒子を製造する方法であって、
前記熱処理の工程は、前記被処理物中の有機成分を熱処理する有機成分熱処理工程と、この有機成分熱処理工程後の被処理物を燃焼する燃焼工程と、を有し、
この燃焼工程は、前記被処理物を、300℃以上、500℃未満の燃焼温度で燃焼する第1燃焼工程と、この第1燃焼工程後の被処理物を再燃焼する第2燃焼工程と、を含む、少なくとも2段階の燃焼工程を有する、
ことを特徴とする再生粒子の製造方法。
前記有機成分熱処理工程では、本体が横置きで中心軸周りに回転するキルン炉を用いて、前記被処理物の発熱量が20〜70%減少するように熱処理し、
前記第1燃焼工程では、本体が横置きで中心軸周りに回転するキルン炉を用いて、前記被処理物を燃焼する、
請求項1記載の再生粒子の製造方法。
請求項1又は請求項2に記載の方法によって製造され、かつ、
下記の方法で測定したCa2Al2SiO7及びCaAl2Si2O8の合計含有量が2.0質量%以下とされた、
ことを特徴とする再生粒子。
(測定方法)
X線回析法(理学電気製、RAD2X)によって測定する。測定条件は、Cu‐Kα‐湾曲モノクロメーター:40KV‐40mA、発散スリット:1mm、SS:1mm、RS:0.3mm、走査速度:0.8度/分、走査範囲:2シータ=7〜85度、サンプリング:0.02度とする。
例えば、製紙用スラッジを燃焼する場合、当該製紙用スラッジに含有される有機成分は、その出所の違いや製紙工場内での抄造品種、定期修理や生産変動などにより多様に変化し、その品質変動が製紙スラッジの熱量変動を招き、燃焼温度の変動、燃焼時間の変動を来たし、最終的に得られる燃焼物(再生粒子)の品質、特に性状が一定でなく、燃焼物の白色度もバラツキが生じる問題を生じていることが知見された。
製紙スラッジは、各種有機成分(有機物)を含有し、この有機物のなかには、紙由来の、220℃近傍で発熱量のピークをもつ有機分(アクリル系物質)、320℃近傍で発熱量のピークをもつ有機分(セルロース)、420℃近傍で発熱量のピークをもつ有機分(スチレン系物質)が含まれ、出発原料の種類や量により変動幅が大きいものの、およそ1000〜2000cal/gの発熱量を有する。従来の再生粒子の製造方法においては、これら有機分を、燃焼工程(酸化工程)において、他の有機分と一緒に燃焼(酸化)させて除去する方策が取られていた。
以下では、第1燃焼工程において内熱キルン炉を、第2燃焼工程において外熱キルン炉を選択した場合を説明するが、燃焼工程においては、これらのキルン炉以外の公知の燃焼装置を使用することができる。例えば、流動床炉、ストーカー炉、サイクロン炉、半乾留・負圧燃焼式炉等の公知の装置を用いることができる。ただし、本発明においては、先の第1燃焼を内熱で行い、後の第2燃焼を外熱で行う2段階以上の燃焼を行うことが可能な公知の燃焼炉を使用するのが好適である。また、外熱第2燃焼炉としては、重油等を熱源にした間接加熱方式の燃焼炉等の公知の燃焼装置を採用すると好適である。
従来から慣用的に用いられてきた燃焼炉は、ストーカー炉(固定床)、流動床炉、サイクロン炉、キルン炉の4種に大別でき、本発明者らは、それぞれの燃焼炉で再生粒子の製造の検討を重ねたところ、次記の事項が明らかとなった。
次に、本発明の実施の形態の一例を、図面を参照しながら説明する。なお、以下では、被処理物の主原料(50質量%以上)として製紙スラッジを用いた。
本形態の再生粒子の製造設備フローは、脱水工程、有機成分熱処理工程、燃焼工程、粉砕工程を有するが、さらに、被処理物(原料)の凝集工程、造粒工程や、各工程間に分級工程等を設けてもよい。
以上、本形態の概要を説明したが、その詳細及び応用例などを以下に説明する。
(原料)
本形態においては、製紙スラッジを主成分とする被処理物を原料とするところ、当該製紙スラッジは、パルプの如き繊維成分、澱粉や合成樹脂接着剤を主とする有機物、塗工紙用顔料の如き無機物などが利用されずに廃水中へ移行したものと、パルプ化工程などで発生するリグニンや微細繊維、古紙由来の製紙用填料や印刷インキ、生物廃水処理工程から生じる余剰汚泥などからなり、古紙パルプ製造工程において印刷インキなどを除去する脱墨工程や製紙用材料を回収して洗浄する洗浄工程に由来する固形成分等を含有していてもよい。
被処理物(原料)の脱水においては、公知の脱水手段を適宜使用できる。本形態における一例では、被処理物は、脱水手段たる例えばスクリーンによって、当該被処理物から水を分離して脱水する。ただし、スクリーンにおいて、被処理物を水分率が90〜97%となるまで脱水し、この脱水物を、例えばスクリュープレスに送り、このスクリュープレスにおいて更に30〜50%の水分率となるまで脱水することが好適である。
原料10が貯槽12から切り出されて、有機成分熱処理工程に供給され、乾燥や熱分解等の熱処理をされる。有機成分熱処理工程では、本体が横置きで中心軸周りに回転する内熱キルン炉方式が好適に採用され、原料10が内熱キルン炉42の一方側から装入機43により装入される。内熱キルン炉42での加熱は、熱風発生炉43にて生成された熱風を内熱キルン炉42の供給口側から、原料10の流れに沿うように送り込むことにより行っているが(並流方式)、熱風を内熱キルン炉42の排出口側から、原料10の流れに反するように送り込むことにより行うこと(向流方式)もできる。
熱処理された被処理物は、第1燃焼炉14に供給される。第1燃焼炉14は本体が横置きで中心軸周りに回転する内熱キルン炉方式からなり、被処理物が内熱キルン炉14の一方側から装入機15により装入される。内熱キルン炉14の加熱は、熱風発生炉20にて生成された熱風を内熱キルン炉14の排出口側から、被処理物の流れと向流するように送り込まれることにより行われる。
内熱キルン炉14において燃焼した燃焼物は、移送流路を通して、本体が横置きで中心軸周りに回転する外熱ジャケット31を有する第2燃焼炉にあたる外熱キルン炉32に装入される。
本形態の再生粒子の製造方法においては、必要に応じて、さらに公知の分散・粉砕工程を設けることができ、適宜必要な粒子径に微細粒化することで、塗工用の顔料、内添用の填料としてより好適に使用できる再生粒子とすることができる。一例では、燃焼後、得られた粒子は、ジェットミルや高速回転式ミル等の乾式粉砕機、あるいは、アトライター、サンドグラインダー、ボールミル等の湿式粉砕機を用いて粉砕する。
先に採用理由と共に述べたように、第2次燃焼炉32内の内壁に、その一端側から他端側に向けて、螺旋状リフター及び/又は軸心と平行な平行リフターを配設することで、被処理物の均一な燃焼と、品質の均一化を図ることができる。
本製造設備において、より品質の安定化を求めるためには、再生粒子の粒子径を、各工程で均一に揃えるための分級を行うことが好ましく、粗大や微小粒子を前工程にフィードバックすることでより品質の安定化を図ることができる。
本製造方法の原料としては、再生粒子の原料と成り得るもの以外は予め除去しておくことが好ましく、例えば古紙パルプ製造工程の脱墨工程に至る前段階のパルパーやスクリーン、クリーナー等で砂、プラスチック異物、金属等を除去することが、除去効率の面で好ましい。特に鉄分の混入は、鉄分が酸化により微粒子の白色度低下の起因物質になるため、鉄分の混入を避け、選択的に取り除くことが推奨され、各工程を鉄以外の素材で設計またはライニングし、摩滅等により鉄分が系内に混入することを防止するとともに、乾燥・分級設備内等に磁石等の高磁性体を設置し選択的に鉄分を除去することが好ましい。
本形態の再生粒子の製造方法による再生粒子は、X線マイクロアナライザーによる微細粒子の元素分析において、カルシウム、シリカ及びアルミニウムの比率が酸化物換算で30〜82:9〜35:9〜35の質量割合で含むことが好ましく、より好ましくは、40〜82:9〜30:9〜30の質量割合、さらに好ましくは、60〜82:9〜20:9〜20の割合である。カルシウム、シリカ及びアルミニウムを酸化物換算で30〜82:9〜35:9〜35の質量割合で含ませることで、比重が軽く、過度の水溶液吸収が抑えられるため、脱水工程のおける脱水性が良好である。
(測定方法)
X線回析法(理学電気製、RAD2X)によって測定する。測定条件は、Cu‐Kα‐湾曲モノクロメーター:40KV‐40mA、発散スリット:1mm、SS:1mm、RS:0.3mm、走査速度:0.8度/分、走査範囲:2シータ=7〜85度、サンプリング:0.02度とする。
(未燃率)
電気マッフル炉を予め600℃に昇温後、ルツボに試料(被処理物)を入れ約3時間で完全燃焼させ、燃焼前後の重量変化から未燃率を算出した。
得られた再生粒子を、湿式粉砕機にて体積平均粒子径が5μm±1の範囲に成る様に粉砕し、プラスチックワイヤー摩耗度計(日本フィルコン製 3時間)を用い、スラリー濃度2重量%で測定した。
得られた再生粒子に含まれるCa2Al2SiO7及びCaAl2Si2O8の合計質量を、X線回析法(理学電気製 RAD2X)によって、測定した。測定条件は、Cu‐Kα‐湾曲モノクロメーター:40KV‐40mA、発散スリット:1mm、SS:1mm、RS:0.3mm、走査速度:0.8度/分、走査範囲:2シータ=7〜85度、サンプリング:0.02度とした。
得られた再生粒子の白色度、粒子径の各項目について、変動程度を測定し、変動が少ない順にランク付けを行い、上位5位までを◎、6位から18位までを〇、19位から29位を△、それ以下を×とした。
目視で再生粒子の色を比較判断し、白色、薄灰色、灰色、暗灰色、黒色に区分した。
Claims (3)
- 製紙スラッジを主原料とする被処理物を、脱水、熱処理及び粉砕して、再生粒子を製造する方法であって、
前記熱処理の工程は、前記被処理物中の有機成分を熱処理する有機成分熱処理工程と、この有機成分熱処理工程後の被処理物を燃焼する燃焼工程と、を有し、
この燃焼工程は、前記被処理物を、300℃以上、500℃未満の燃焼温度で燃焼する第1燃焼工程と、この第1燃焼工程後の被処理物を再燃焼する第2燃焼工程と、を含む、少なくとも2段階の燃焼工程を有する、
ことを特徴とする再生粒子の製造方法。 - 前記有機成分熱処理工程では、本体が横置きで中心軸周りに回転するキルン炉を用いて、前記被処理物の発熱量が20〜70%減少するように熱処理し、
前記第1燃焼工程では、本体が横置きで中心軸周りに回転するキルン炉を用いて、前記被処理物を燃焼する、
請求項1記載の再生粒子の製造方法。 - 請求項1又は請求項2に記載の方法によって製造され、かつ、
下記の方法で測定したCa2Al2SiO7及びCaAl2Si2O8の合計含有量が2.0質量%以下とされた、
ことを特徴とする再生粒子。
(測定方法)
X線回析法(理学電気製、RAD2X)によって測定する。測定条件は、Cu‐Kα‐湾曲モノクロメーター:40KV‐40mA、発散スリット:1mm、SS:1mm、RS:0.3mm、走査速度:0.8度/分、走査範囲:2シータ=7〜85度、サンプリング:0.02度とする。
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