JP2011504160A - 石膏焼成時における水銀放出抑制材としての活性炭 - Google Patents

Abstract

石膏焼成時における効果的な水銀放出抑制方法を開示する。この方法は、水銀を含む石膏および焼成リアクターを用意し、活性炭および／またはその誘導体である水銀吸着材をリアクターに入れ、リアクター内で石膏を焼成してスタッコを形成する、の工程で構成される。石膏に含有していた水銀は、焼成プロセスで水銀吸着材に吸着される。スタッコの水銀含有量は、焼成前石膏の水銀含有量と実質的に同じである。
【選択図】図１

Description

この発明は、活性炭および／またはその誘導物を水銀吸着材として用いて、焼成時に石膏から放出された水銀を捕捉することでなる石膏焼成時に水銀吸着材を加える方法を目的としている。

発電設備から出る二酸化硫黄（ＳＯ_２）、窒素酸化物（ＮＯ_Ｘ）水銀（Ｈｇ）などの排出は、人の健康および周辺環境にとって悪い影響を及ぼすことが知られている。石炭燃焼の発電所は、現在米国におけるＳＯ_２排出の大部分を占めている。ＳＯ_２排出を減らすべく、議会は発電所からのＳＯ_２排出規制のための１９９０年大気規制法（“規制法”）修正を可決した。

この規制法に対処すべく、発電所は、ＳＯ_２排出を抑制すべく一般に２つの方策のうちの１つを採用している。すなわち、１）高価格であるが低硫黄の石炭を使用する、あるいは２）煙道ガスを大気に放出する前に、ガス流中のＳＯ_２を吸収する煙道ガス脱硫システム（ＦＧＤ）を設置する、ことである。

現在、米国における石炭燃焼発電所の約２２％はＦＧＤシステムを使用して、規制されたＳＯ_２排出レベルを達成しており、この採用率は、先々実施される規制に対応して７年以内で２倍になると予想されている。

最も広く用いられているＦＧＤシステムは、石灰あるいは石灰石などカルシウムベースの吸着材を使用した湿式スクラバーを、強制酸化と組み合わせている。ＳＯ_２を含む煙道ガスがＦＧＤシステムを通るとき、ＳＯ_２は、水と、硫酸カルシウム二水和物（ＣａＳＯ_４−２Ｈ_２Ｏ）、バッサナイト（２ＣａＳＯ_４−Ｈ_２Ｏ）および無水硫酸カルシウム（ＣａＳＯ_４）など種々の組合の石灰石と接した時に吸収される。典型的には、そのときカルサイト（ＣａＣＯ_３）、少量のフライアッシュおよび炭素粒が析出する。

硫酸カルシウム水和体を含むこの析出物は、ＦＧＤ石膏、あるいは合成石膏と呼ばれ、本質的に硫酸カルシウム二水和物である天然鉱物の石膏と区別している。市販のＦＧＤ石膏は、限定するものではないが、壁板、構造充填材、集合体、採鉱用途、ポートランドセメント、プラスター、ガラス製造、医薬充填剤、紙、プラスチック、床材、燃料添加剤、土壌安定化および土壌中和などの農業用途がある。

ＦＧＤ石膏の最も一般的な用途の１つは、壁板製造であり、原料ＦＯＤ石膏をリアクター内で２５０〜３８０°Ｆで焼成してスタッコとし、これをさらに再水和させて壁板に成型する。実際、原料のＦＧＤ石膏のおよそ７０％は、市販壁板製造に使用されている。

湿式ＦＧＤシステムによって処理された煙道ガス中には、ＳＯ_２に加えて、痕跡量の水銀が存在していることがある。ＦＧＤシステムで石膏が析出するとき、一部の水銀はＦＧＤ石膏に入ってくる。

ＦＧＤ石膏中にある水銀は、一般に石炭に由来している。米国地質調査（ＵＳＧＳ）は、７０００を越える石炭サンプルを持つ全国的な石炭情報データベースを構築した。これらのサンプルの統計解析から、最大水銀含有量が１．８ｐｐｍで、平均で１７０ｐｐｂの水銀を含んでいることが示されている。

石炭が燃焼されたとき、石炭中の水銀は、煙道ガス流に放出される。この“飛散”水銀は、水銀元素であれ水銀イオンであれ、従来の抑制方法を使用して捕捉できる。最も一般的な方法は、活性炭などの水銀吸着材を煙道ガス流に入れて飛散水銀を吸着し、次いで水銀含有の活性炭を、微粒子抑制設備で捕捉することである。

活性炭は、飛散水銀を吸着することができるが、活性炭の投入は、一般に高価な活性炭が大量に必要であり、また煙道ガス流から全ての飛散水銀を除くことができない。それ故に、ＦＧＤ石膏は、通常ある量の水銀を含んでおり、石膏の焼成プロセスで周辺環境に放出されることになる。

ＦＧＤ石膏の焼成時に放出される水銀の量は、一定でない。研究によると、ＦＧＤ石膏の種類や最初に含む水銀量によるが、ＦＧＤ石膏に含まれる水銀の０．６％から５０％が焼成時に周辺環境に放出されている。

活性炭の投入は、石炭燃焼からの水銀排出を抑える最善の技術であるが、石膏焼成時に水銀放出を抑制する使用は未だない。上述したように、煙道ガス流中の飛散水銀を捕捉するに、大量の活性炭が必要である。しかしながら、石膏の焼成に大量の活性炭が用いられると、製造されたスタッコの品質、例えば、外観、立方強度、再水和時間、泡立ち／泡消し性、に影響するであろう。

そこで、ＦＧＤ石膏から壁板を製造するときに水銀の放出を効率よく抑制する方法が求められている。より一般的に、石膏焼成時に水銀の放出を効率よく抑制する方法が求められている。さらに、製造されるスタッコの品質に実質的に影響を及ぼすことなく、石膏焼成時に水銀の放出を効率よく抑制する方法が求められている。

この発明は、水銀を含有する石膏の焼成時における水銀放出抑制方法を目的としている。特にこの発明は、水銀をスタッコ製品の中に安全に保持されるようにする石膏焼成時の水銀放出抑制方法を目的としている。

この方法は、水銀を含む石膏および焼成リアクターを用意し、活性炭および／またはその誘導体である水銀吸着材をリアクターに入れ、リアクター内で石膏を焼成してスタッコを形成する、の工程で構成される。

スタッコの水銀含有量は、焼成前石膏の水銀含有量と実質的に近い値であり、一方、スタッコの使用特性は、比較的少量の水銀吸着材の存在で実質的に影響されないのが好ましい。

詳細には、この使用特性は、限定するものではないが、立方強度、再水和時間および温度、泡立ち／泡消し性、およびこれらの組合せたものがある。

好ましくは、石膏は、天然石膏、ＦＧＤ（あるいは合成）石膏、およびこれらの混合物からなるグループから選ばれる。また、石膏は、任意に他の添加物あるいは不純物を含んでいてもよい。特に好ましい実施形態では、石膏はＦＧＤ石膏である。

石膏は、リアクター内で焼成されてスタッコとなる。特別の理論によって拘束されることなく、石膏の焼成は、そこに含有していた水の少なくとも一部を脱離する。好ましくは、本発明による焼成は、ファーネス、キルン、ケトル、その他容器であるリアクター内で行なわれるバッチプロセスである。連続焼成プロセスなど他の焼成プロセスも使用でき、この発明の技術範囲内であると考えられる。

通常、石膏がリアクター内で焼成されるとき、水銀は、元素の水銀あるいはイオン化した水銀のいずれかで周辺環境に放出される。しかしながら、本発明方法を使用することによって、水銀吸着材がリアクターに入れられて、石膏焼成時に放出された水銀を吸着する。詳細には、この水銀吸着材は、活性炭あるいはその誘導体である。好ましい実施形態では、水銀吸着材は、活性炭、ハロゲン化活性炭、およびそれらの混合物からなるグループから選ばれる。

好ましくは、水銀吸着材は、リアクターに投入前の石膏と混合するなどして石膏が焼成される前のリアクター内に入れる、あるいは焼成を始める前のバッチ毎に水銀吸着材を投入する。
しかしながら、あまり好ましくはないが、水銀吸着材を、焼成時あるいは石膏焼成の後で、リアクターに入れることもできる。その場合、水銀吸着材は、当業者で知られた好適な方法あるいは装置を用いて、リアクター内に投入あるいは散布する。

焼成後、水銀を吸着した水銀吸着材は、焼成製品、つまりスタッコに混入されているのが好ましい。石膏焼成時の水銀の放出抑制における水銀吸着材の効果を評価するには、スタッコの水銀含有量を測定し、焼成前の石膏の水銀含有量と比較する。

予想しなかったことに、比較的少量の水銀吸着材で、石膏の焼成時において効果的な水銀放出抑制ができることがわかった。このような特性の評価は、当業者において知られており、本発明で概略記載しているので、当業者であれば、本発明方法で、使用特性に実質的に影響を及ぼさないでスタッコを製造する水銀吸着材の限界使用量を、さほど実験を行わずにも決められるであろう。

好ましい実施形態では、リアクターに入れられる水銀吸着材の量が、リアクター内に投入される材料の全重量に対して０．０１〜２．００重量％である。しかしながら、水銀吸着材をこれよりより高濃度でリアクターに入れても、同様、あるいはより良好な水銀の排出抑制が達成できることがわかり、それ故、本発明の技術範囲内であると考えられる。

しかしながら、水銀吸着材をより高い濃度にすると、本発明の方法のコスト効率が悪くなり、吸収材／石膏混合物の燃焼性／爆発性が高くなり、さらに重要なことは、スタッコ製品に混入された吸着材の濃度が高くなることで製造されたスタッコの品質に悪い影響を及ぼすことがある。

そこで、本発明の方法で使用される水銀吸着材を、立方強度、再水和時間および温度、泡立ち／泡けし性などスタッコの使用特性が、同じ方法によって水銀吸着材なしで製造されたスタッコのそれと比較して実質的に変わらない程度に低濃度にするのが好ましい。

１つの実施形態では、水銀吸着材は、リアクターに投入される材料の全重量に対して、約０．０１％から約２．００％の範囲にする。しかしながら、この例示範囲は、本発明の技術範囲を限定するものではない。焼成によって製造されたスタッコの使用特性に実質的に影響を与えずに、石膏焼成時に有効な水銀放出抑制が達成できる限り、０．０１重量％未満あるいは２．００重量％以上の他の濃度も使用できる。

スタッコの品質に実質的に悪い影響を及ばすことなしに石膏焼成時に効果的な水銀放出抑制ができる本発明方法の別の利点および態様を、以下により詳細に記述する。ここには、ほんの限られた数の実施形態しか記載していないが、種々に変形できることは当業者にとって明らかである。

本発明の方法をより完全に理解するために、添付した図面を参照して説明する。
石膏を焼成するリアクターの例を図示している。 活性炭の顕微鏡写真（ＳＨＭ写真）を示している。 ブロム化活性炭の顕微鏡写真（ＳＨＭ写真）を示している。 本発明方法により製造されたスタッコの立方強度に及ぼす水銀吸着材の影響を示している。 本発明方法により製造されたスタッコの再水和温度プロフィールに及ぼす水銀吸着材の影響を示している。 本発明方法により製造されたスタッコの泡立ち性に及ぼす水銀吸着材の影響を示している。 本発明方法により製造されたスタッコの泡消え性に及ぼす水銀吸着材の影響を示している。

勿論、本発明は、ここに説明した特別の実施形態に限定されるものではないことは理解されるべきである。

一般に、この発明は、リアクター内で石膏の焼成時における効果的な水銀放出抑制方法であり、この方法は、リアクターに水銀吸着材を入れ、石膏を焼成してスタッコを形成することでなっている。

このスタッコは、水銀および水銀吸着材を含むことになる。好ましくは、スタッコの水銀含有量が、石膏の水銀含有量に近い値であるが、スタッコの１つ以上の使用特性が、従来のストッコと比較して、吸着材および水銀の存在により実質的に影響されていないことである。好ましい実施形態では、上記した１つ以上の使用特性は、立方強度、再水和時間、再水和温度、泡立ち性、泡消え性、およびこれらの組合せから選ばれる。

好ましい実施形態では、本発明の方法は、石膏と一緒に低濃度の水銀吸着材をリアクターに入れ、石膏を焼成して、焼成前石膏の水銀含有量と非常に近い水銀含有量のスタッコを形成する。ここで、水銀吸着材は、活性炭、ハロゲン化活性炭、およびそれらの混合物からなるグループから選ばれる。

＜原料の石膏＞
本発明により焼成される石膏は、硫酸カルシウム二水和物（ＣａＳＯ_４−Ｈ_２Ｏ）を含む物質である。石膏は、天然にある石膏でも、上記したような石炭燃焼ボイラーの発電所におけるＦＧＤシステムで化学的に製造されたＦＧＤ石膏であってもよい。

本質的に硫酸カルシウム二水和物からなる天然の石膏と異なって、ＦＧＤ石膏は、一般に硫酸カルシウム二水和物（ＣａＳＯ_４−２Ｈ_２Ｏ）、バッサナイト（２ＣａＳＯ_４−Ｈ_２Ｏ）、無水硫酸カルシウム（ＣａＳＯ_４）、カルサイト（ＣａＣＯ_３）、および少量のフライアッシュと炭素粒で構成されている。原料ＦＧＤ石膏は、低水分の微細な粒状粉体である。

本発明の記載上、用語“石膏”は、ＦＧＤ石膏、天然の石膏、および少なくとも硫酸カルシウム二水和物を含むその他物質を包括しており、ここでの石膏は、石膏を焼成してスタッコを形成するときに水銀を含んでいる。

本発明の記載上、用語“スタッコ”は、少なくとも脱水石膏を含んだ焼成製品として用いられている。

石膏は、石膏を均一に効率良く加熱できるような小さい粒子形状であるのが好ましい。好ましい実施形態では、石膏は、天然の石膏、ＦＯＤ（あるいは合成）石膏、およびそれらの混合物からなるグループから選ばれる。石膏は、さらに他の添加物および不純物を含んでいてもよい。別の好ましい実施形態では、焼成される石膏は、ＦＧＤ石膏である。

本発明の別の態様によれば、石膏は水銀を含んでいる。好ましくは、水銀は、石膏中に含有している、埋もれている、あるいは混入している。しかしながら、水銀は、石膏の表面上に点在していても、覆われていてもよい。石膏中の水銀含有量は、石膏の出所源と組成により同じでない。

＜焼成＞
焼成（焼成する）は、鉱石およびその他固体物質に対し、熱分解、相転移、あるいは揮発性成分除去を行わせるための熱処理プロセスである。焼成プロセスは、通常、製品となる材料の融点より下の温度で行われる。この発明によれば、石膏の焼成温度および保持時間は、一定でなく、石膏の性状、石膏の量などの要因に依り変わる。

この発明の１つの態様によれば、石膏は、リアクター内で焼成されてスタッコを形成する。特別の理論によって拘束されることなく、石膏の焼成は、もともとそこに含まれていた水の少なくとも１部を除くことにある。

この発明による焼成は、ファーネス、キルン、ケトル、その他容器でなるリアクター内、３００°Ｆで約２時間行なわれるバッチプロセスであることができる。ある実施形態で、焼成は、多段で、複数リアクター、あるいはその両方で行うことができる。連続焼成プロセスあるいはフラッシュ焼成など別の焼成プロセスも、本発明の方法に使用できる。

図１を参照すると、ここには、この発明の焼成リアクターとして使用できるチューブバーナーケトルを示している。石膏粉体をケトル１１に供給するために、従来からあるフィードコンベアー（図示してない）が、ケトル１１にあるインプットライザー１９の上部に設けられている。混合手段も、ケトル１１内に設けられて、石膏粉体の加熱時に熱の届かない部分ができないように内部の石膏を混合している。

図１に示した実施形態で、混合手段は、中心シャフト２１の形体でベアリング２１ａと２１ ｂに取付けられ、回転させるための駆動手段２２に接続されている。シャフト２１は． ケトル１１内にある石膏粉体を混合するために、水平に延びる複数の羽根２３、２４および２５を有している。

従来技術で当業者に良く知られたその他の混合手段もまた、石膏粉体を充分に混合するために使用できる。

ケトル１１は、ケトルシェル１４、内部コイルタイプバーナーチューブアッセンブリ１５、および外部からの侵入チューブバーナー１６でなっている。バーナーチュ−ブコイル１５は、ケトルシェル１４内でブラケット１７により支持され、内部の石膏粉体を均一に加熱できるようにスパイラル状に並んでいる。

侵入チューブバーナー１６は、ガス炎バーナーであり、炎をバーナーチューブコイル１５中に入れて、典型的に燃焼ガスと空気である媒体を加熱してチューブコイル１５に流し、ケトルシェル１４の内容物を均一に加熱するものである。バーナー１６の容量は、ケトルから取り出す所望温度、ケトルの内容積、その他の要因に依り選らばれる。

実行上、フィードコンベア（図示してない）によりインプットライザー１９を通して石膏をケトル１１に投入し、内部のバーナー１６およびバーナーチューブ１５でケトル１１内部の石膏を所定温度に加熱する。

１つの実施形態では、石膏は、約２５０〜３８０°Ｆの温度、好ましくは約３００°Ｆで約２時間加熱する。特別の理論に拘束されることなく、この加熱で石膏の少なくとも一部が脱水されて硫酸カルシウム半水化物を含むスタッコになる。その後、スタッコは、ケトル１１から取り出され、再水和されて壁板生産を含む種々の使用に供される。

石膏がリアクターの中で焼成されるとき、石膏に含まれていた水銀は、周辺環境に放出されたり、あるいは、リアクター内の種々の構造体の表面に付着することがある。水銀吸着材によって吸着された水銀は、水銀吸着材がスタッコに安全に取り込むので、環境に放出される水銀とはならないと考えられる。このように、本発明の技術は、ＦＧＤ石膏中にある水銀が、大気または周辺環境に放出されることなく、脱水された石膏製品と一緒にリアクターから取り出される。

＜水銀吸着材＞
本発明のさらなる態様によると、水銀吸着材をリアクターの内部に入れ、石膏の焼成時に放出された水銀を吸着する。この発明の記載上、用語“吸着”は、吸着あるいは吸収によってある物質を取込み、保持する過程を言っている。従って、本発明による水銀吸着材は、種々のメカニズムで石膏焼成時に放出された水銀を取込み、保持することであり、限定するものではないが、吸着材の表面上に水銀を保持し、吸着材の孔および細通路に水銀をトラップし、水銀を化学的あるいは物理的に吸着材の内部組織の一部にしている。

詳細には、水銀吸着材は、活性炭あるいはその誘導体である。好ましい実施形態では、水銀吸着材は、活性炭、ハロゲン化活性炭、およびそれらの混合物からなるグループから選ばれる。

活性炭は、また活性化木炭または活性石炭とも呼ばれ、主として木炭から誘導された炭素材料全般を包含する一般的な用語である。用語“活性された”は、しばしば“活性”で置き換えられる。いずれの名称であっても、活性炭材料は、極めて大きい表面積を有している。

１つの例として、本発明方法の使用に適するタイプの活性炭およびハロゲン化活性炭のＢＥＴ表面積は、それぞれ１５８０ｍ^２／ｇおよび１５３４ｍ^２／ｇ〔パーティクルテクノロジー社（Ｐａｒｔｉｃｌｅ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｌａｂｓ．）による測定〕である。

活性炭およびその誘導体は、典型的に多くの微細孔および細通路を有して、優れた吸着材および／または表面活性材にしている。使用面から充分な吸着材または活性材は、専ら表面積に依っているが、ハロゲン化または金属被膜化などの化学処理または変性を行って、対象物質の吸着または活性を高めて使用することがある。

図２と３は、本発明方法に使用できる活性炭、ブロム化活性炭それぞれの微細孔組織を示している。

水銀吸着材は、石膏の焼成前に、石膏と混合し、リアクターに仕込むのが好ましい。図１を参照すれば、水銀吸着材を石膏に加え、その混合物をライザー１９を通してケトル１１に加える。

別の実施形態では、水銀吸着材を、石膏の焼成時または後のリアクター内に入れ、放出された水銀を捕捉することである。この方法は、当業界の通常の知識をもつ人に一般に知られた方法および装置で実施できる。例えば、水銀吸着材は、ケトルシェル１４に設けられた置かれた１つ以上の入口から、１つ以上の注入機あるいは散布機によってケトル１１に注入または散布することができる。

１つの実施形態では、水銀吸着材の濃度を、リアクターに投入される材料の全重量に対して約０．０１％から約２．００％範囲でリアクターに入れる。しかしながら、この例示範囲は、本発明の範囲を限定するものではない。その他の濃度、すなわち０．０１重量％未満あるいは２．００重量％以上であっても、石膏の焼成時に十分な水銀吸着であることがある。

活性炭は、多くのグレードおよび物理的形状で入手可能な市販製品である。例えば、活性炭は、シグマ・アルドリッチ（Ｓｉｇｍａ−Ａｌｄｒｉｃｈ）社から、商品名ダルコ（Ｄａｒｃｏ、商標名）で、粒体、粉体、湿粉体の形状、粒径が４〜１２メッシュ、あるいは１００〜３２５メッシュの小粒径で入手できる。

活性炭および吸着材としての使用は、この発明の技術分野では知られているが、本発明方法における水銀放出抑制に適した活性炭の物理的形状および粒径は、当業界の通常の知識をもつ人が本発明の記載を読めば明らかであろう。

活性炭に加えて、この発明の水銀吸着材は、さらに活性炭の１つ以上の誘導体であってもよい。そのような誘導体は、限定されるものではないが、ハロゲン化活性炭、金属被膜活性炭がある。活性炭の表面の少なくとも１部分に金属被膜を作るのは、金属−水銀アマルガムを形成して水銀の吸着を改善するもので、当業者には良く知られている。

さらに、活性炭は、クロル化、ブロム化またはヨード化などハロゲン化して、水銀吸着効率を上げてもよい。このようなハロゲン化活性炭は、原子、ラジカル、イオンのハロゲン種の１つ以上を含んでいる。

特別の理論によって拘束されずに、これらのハロゲン種は、活性炭に吸着され、吸収されて固着されまたは捕捉されて、化学的および／または物理的に水銀と相互作用し、石膏焼成時に放出された水銀を吸着する能力を高める。活性炭をハロゲン化する方法および装置は、当業者において良く知られている。例として、ブロム化活性炭を製造する一般的な方法を以下に述べる。

活性炭（５ｇ）を、ビーカーに入れ、５ｍｌの硝酸ＨＮＯ_３（７０％）、１０ｍｌの臭化水素酸ＨＢｒ（５０％；Ｂｒで７．３５ｇ）を、および８５ｍｌの水を加え、混合物をビーカー中で１時間攪拌して反応させた。固体の反応生成物を、ろ過して取り出し、水洗し、１２０℃の炉で２時間空気中で乾燥した。得られた乾燥ブロム化物をアルゴン中、４００℃で１時間保持し、室温に冷却した。得られたブロム化活性炭は、このまま本発明方法に使用できる。このブロム化活性炭の製造方法は、一例であり、他のハロゲン化活性炭の製造にも適用可能である。さらに、他の活性炭のハロゲン化方法も、当業界の通常の知識をもつ人には明かであり、本発明の技術範囲を限定するものではない。

上記した金属被膜あるいはハロゲン化処理活性炭に加え、その他公知の改良を施した活性炭も、本発明方法に使用でき、本発明の技術範囲に入るものと考えられる。

＜水銀放出抑制＞
焼成後、脱水された石膏は、好ましくは本質的にスタッコになっている。本発明の一態様によれば、水銀吸着材は、そこに吸着または吸収された水銀と一緒になって、スタッコに組込まれている。上述したように、本発明における“水銀放出”は、一般的に周辺環境へ放出され、スタッコに留まらない水銀である。

石膏の焼成時に水銀放出を抑制する水銀吸着材の効果を評価するために、スタッコの水銀含有量を測定し、石膏の水銀含有量と比較した。両方の水銀含有量が、互い近い場合、周辺環境に放出された水銀は非常に少なく、本発明方法によって効果的に水銀放出抑制ができていることを示している。

予期に反し、低濃度の水銀吸着材で、石膏焼成時における水銀放出を効果的に抑制できることが見出された。特に、リアクターに水銀吸着材を低濃度で加えることで、スタッコの水銀含有量が、焼成前の石膏中水銀含有量とほぼ同じになる。

好ましい実施形態では、リアクター内に入れられる水銀吸着材の濃度は、リアクター内に投入された材料の全重量に対して０．０１〜２．００重量％である。然しながら、リアクター内に水銀吸着材の濃度をより低くまたはより高くして入れるのは、同様あるいはより良い水銀放出抑制ができることがわかり、それ故、本発明の技術範囲内であると考えられる。

石膏の焼成時における水銀放出抑制を評価するために、実験室での焼成実験を、活性炭（ＡＣ）とブロム化活性炭（ＢＡＣ）を用い、種々の条件で行った。
３つの原料ＦＧＤ石膏（ＦＧＤ−Ａ、ＦＧＤ−ＢおよびＦＧＤ−Ｃ）を実験に用いた。この実験で活性炭あるいはブロム化活性炭（０．０２５〜２重量％）を、それぞれ原料のＦＧＤ石膏に加えた。この水銀吸着材／石膏の混合物を、ファーネスまたはケトル中、３００°Ｆの温度で２時間焼成してスタッコを生成させた。スタッコの水銀含有量は、ＤＭＡ−８０水銀分析計で測定し、原料ＦＧＤ石膏の水銀含有量と比較した。

この実験結果を表１に示す。最初の３つのベースライン実験は、原料ＦＧＤ石膏の水銀含有量を得るために行ったものである。次の６つのコントロール実験は、水銀吸着材なしで製造したスタッコの水銀含有量を得るために行った。最後に、原料ＦＧＤ石膏のそれぞれのタイプのについて、第１のシリーズの実験は、種々の濃度の活性炭を用いて製造したスタッコの水銀含有量を得るために行った。第２のシリーズの実験は、種々の濃度のブロム化活性炭を用いて製造したスタッコの水銀含有量を得るために行った。

石膏焼成時の水銀放出は、水銀ロス（ＭＬ）で表わされ、次のように定義される。
ＭＬ＝（ＭＣ_ｇｙｐ−ＭＣ_ｓｔｕ）／ＭＣ_ｇｙｐ×１００％
ここで、ＭＣ_ｇｙｐは原料ＦＧＤ石膏の水銀含有量、ＭＣ_ｓｔｕは製造されたスタッコの水銀含有量である。焼成実験のＭＬ値がマイナスまたは０に近い場合、スタッコの水銀含有量は、原料のＦＧＤ石膏の水銀含有量に近く、水銀の放出が効率良く抑制されていることを示している。

表１に示したように、６つのコントロール実験の全てでスタッコの水銀含有量は、対応する原料ＨＧＤ石膏の水銀含有量より実質的に低く（水銀ロス２．１８〜１５．７％で）、水銀吸着材の存在なしでは、実質的に水銀放出があることが確認できる。然しながら、水銀吸着材を加えることによって、焼成時の水銀放出は著しく抑えられ、あるいは完全になくすることができる。これは、水銀吸着材の存在下での焼成プロセスが、コントロール実験での焼成プロセスと比較して、水銀ロスが著しく少なくなっていることで明瞭に示されている（表１参照）。

実験室での焼成実験の結果は、水銀吸着材が、０．０２５重量％のような非常に低い濃度でも優れた水銀保持性能をもっていることを明かに示している。然しながら、水銀吸着材の濃度が増加しても、必ずしも焼成時の水銀放出抑制力を高めていない。それ故、過度な量の水銀吸着材の使用は、経済的に有利ではないかもしれない。

さらに、焼成プロセスが比較的高い温度で行なわれるので、過度の量の水銀吸着材を加えるのは、石膏／水銀吸着材混合物の燃焼および／または爆発性を増して、本発明方法の使用に対し不必要な安全性上での危険をもたらすことになる。

最後に、水銀吸着材がスタッコに均一に組込まれるので、焼成リアクター内に過剰量の水銀吸着材を入れると、スタッコを高濃度水銀吸着材含有量にして、スタッコの使用特性に悪い影響を及ぼすことになる。

ここで、本発明方法の１つの利点は、低濃度の水銀吸着材の使用で、製造されたスタッコの使用特性に実質影響を与えずに、石膏焼成時に効果的な水銀放出抑制ができることである。一般に、焼成プロセスでの水銀ロスが、対応するコントロール実験での水銀ロスより低い場合に、効果的な水銀放出抑制が達成される。好ましくは、焼成プロセスでの水銀ロスがほぼゼロか、あるいはゼロに近い場合に、効果的な水銀放出抑制が達成される。

さらに、水銀吸着材の効果は、石膏の水銀含有量に依って変わることは注目に値する。特に、ＦＧＤ−ＡおよびＢのような低い水銀濃度の石膏を焼成するときには効果的な水銀放出抑制が行われているが、ＦＧＤ−Ｃのような高い水銀濃度の石膏の焼成時の水銀放出抑制は、典型的には水銀吸着材が同じ濃度ではそれほど効果的ではない。このような場合、水銀吸着材をより高い濃度にして所望の水銀放出抑制を達成するのが必要かもしれない。

リアクターに入れられた水銀吸着材は、スタッコの使用特性の１つ以上に影響を与えないので、リアクターに入れられる水銀吸着材の最高濃度は、この発明に係る業界の通常の知識およびこの分野の通常の知識をもつ人により、さほど実験を行わずにも決定できる。そのような使用特性は、スタッコの立方強度、再水和時間および温度、泡立ちおよび泡消し性がある。

＜スタッコ特性−強度＞
スタッコの強度に及ぼす水銀吸着材の効果を評価するために、水銀吸着材を種々の濃度でＦＧＤ−Ａ〜Ｃのそれぞれと混合して、３００°Ｆで２時間焼成してスタッコとした。サンプルプラスターを、スタッコを水、糊、促進剤、およびその他添加物と一緒にして調製した。 いくつかのコントロールプラスターを、水銀吸着材なしのＦＧＤ−Ａ〜Ｃを焼成して同様に調製した。サンプルプラスターとコントロールプラスターは、共に立方体形状に成型した。立方体の強度を、当業界で公知の標準的方法により測定した。

立方強度の結果を表２に示し、さらに図４にグラフ化しており、それらから、水銀吸着材を含んでいるスタッコの立方強度は、コントロールサンプル（水銀吸着材のないスタッコ）の立方強度と実質同じであることを示している。

この発明の記載で、サンプルプラスターの立方強度が、コントロールプラスターの立方強度と１５％以内の差異であれば、実質的に同じ立方強度が達成されている。

本発明方法の実施形態で、焼成リアクター内に入れられた水銀吸着材の濃度では、この方法によって形成されたスタッコの強度に悪い影響を及ぼしていない。すなわち、水銀吸着材を含むスタッコの立方強度は、水銀吸着材のないスタッコの立方強度との差異が１５％以内にある。

＜スタッコ特性−再水和＞
スタッコの別の重要な使用特性は、再水和時間および温度である。壁板製造では、スタッコを水およびその他添加物と混合してプラスターを作る。次いで、プラスターを型に入れ、押し出し、濃厚スラリーとして表面に適用する、あるいは厚紙の間に拡げる。プラスターの密度を変えるために添加剤が使用されて、プラスターを紙に機械的に結合させるのを助ける。

製造の作業では、過剰の水を加えて、プラスターを完全に再水和させて二水和物に戻し、充分に流動性を与えて製造プロセスに備える。この再水和は、典型的にプラスターに温度の増加と、僅かな膨張を伴う。その後、プラスターを単純に蒸発により乾燥させるか、あるいは２５０℃で６０分迄加熱して過剰の水が除かれ、プラスターは固化される。

再水和における重要なパラメーターは、５０％再水和に達するに必要な時間、再水和された硫酸カルシウムが最終固化されるに必要な時間、および再水和プロセスでの温度プロフィールである。

本発明方法によって製造された硫酸カルシウムの再水和に及ぼす水銀吸着材の影響を評価するために、温度上昇固化（ＴＲＳ）試験を行い、本発明方法によって製造された硫酸カルシウムの再水和時間、固化時間、温度プロフィールを測定および記録した。

原料石膏のそれぞれについて、水銀吸着材なしで焼成によって製造された硫酸カルシウムの再水和のコントロールＴＲＳ試験を行った。

ＴＲＳ試験に用いたプラスターの配合は、立方強度の試験に用いたのと同じである。プラスターは、蒸発によって乾燥させたが、前述のパラメーターは、再水和プロセスを通してモニターして記録した。

ＴＲＳ試験の結果を表３に示すが、低濃度の水銀吸着材では、プラスターの５０％再水和時間および最終固化時間に悪い影響を及ぼしていないことを示している。例えば、水銀吸着材を含んでいるプラスターの５０％再水和時間および最終固化時間の両方とも、コントロールプラスターの値と６％以内の差異である。

再水和プロセスの温度プロフィールも表３に示し、さらに図５に図式化した。
０．１重量％の水銀吸着材を含むサンプルプラスターの温度プロフィールは、コントロールプラスター（水銀吸着材なし）の温度プロフィールに近似している。例えば、サンプルプラスターの最大温度上昇速度、最終固化温度、全温度上昇は、水銀吸着材の種類に拘わらずコントロールプラスターの値とは１０％以内の差異であった。

＜スタッコ特性−泡立ち／泡消し性＞
泡立ち／泡消し性に及ぼす水銀吸着材の影響を、図６および７に示している。両方の図は、水銀吸着材が泡立ち性と泡消し性に影響することを示している。ブロム化活性炭は、コントロール（水銀吸着材なし）より多くの泡を生成している。一方、活性炭は泡生成が少ない。

他方、泡消し性に及ぼす影響は、反対に、活性炭が、ブロム化活性炭より優れた泡消し性を示している。しかしながら、泡立ち性と泡消し性のテストは、２重量％水銀吸着材で行っており、これは、石膏焼成時に効果的な水銀放出抑制を行う量より高い濃度である点に注目すべきである。

ある実施形態だけが述べたが、別の実施形態および種々の変更は、当業界の通常の人にとって明らかである。これらおよびその他の代りの実施形態は、等価であり、本発明の技術範囲にあると考えられる。

Claims (20)

1. 水銀を含む石膏、および焼成リアクターを用意し、活性炭および／またはその誘導体である水銀吸着材を前記リアクターに入れ、前記リアクター内で前記石膏を焼成してスタッコを形成させ、前記石膏中に含まれる水銀を前記水銀吸着材に吸着させ、前記スタッコに前記水銀吸着材を保持させる、でなることを特徴とする石膏焼成時における水銀放出抑制方法。
2. 前記石膏が、ＦＧＤ石膏であることを特徴とする請求項１に記載の石膏焼成時における水銀放出抑制方法。
3. 前記水銀吸着材が、活性炭、ハロゲン化活性炭、およびそれらの混合物からなるグループから選ばれることを特徴とする請求項１に記載の石膏焼成時における水銀放出抑制方法。
4. 前記石膏の焼成が、約３００°Ｆで行なわれることを特徴とする請求項１に記載の石膏焼成時における水銀放出抑制方法。
5. 前記水銀吸着材が、前記石膏の焼成前に前記リアクターに入れられることを特徴とする請求項１に記載の石膏焼成時における水銀放出抑制方法。
6. 前記水銀吸着材が、前記リアクター中に投入される全材料の約０．０１から約２．００重量％で前記リアクターに入れられることを特徴とする請求項１に記載の石膏焼成時における水銀放出抑制方法。
7. 前記スタッコに保持された前記水銀吸着材が、少なくとも前記スタッコの使用特性に悪影響を及ぼさないことを特徴とする請求項１に記載の石膏焼成時における水銀放出抑制方法。
8. 前記スタッコの使用特性の少なくとも一つが、立方強度、最終固化時間、５０％再水和時間、最大温度上昇速度、最終固化温度、および全温度上昇からなるグループから選ばれることを特徴とする請求項７に記載の石膏焼成時における水銀放出抑制方法。
9. 前記石膏の焼成時における水銀ロスが、前記水銀吸着材のない石膏の焼成時の水銀ロスより低いことを特徴とする請求項１に記載の石膏焼成時における水銀放出抑制方法。
10. 前記石膏の焼成時における水銀ロスが、約２％以下であることを特徴とする請求項１に記載の石膏焼成時における水銀放出抑制方法。
11. 水銀を含む石膏、および焼成リアクターを用意し、
    前記焼成リアクター中に水銀吸着材を入れ、
    前記焼成リアクター中で前記石膏を焼成してスタッコを形成し、
    前記スタッコ中に前記水銀吸着材を保持させる、でなる石膏焼成時における水銀放出抑制方法において、前記石膏の焼成時での水銀ロスが、同じ条件で前記水銀吸着材のない石膏の焼成時の水銀ロスより低いことを特徴とする石膏焼成時における水銀放出抑制方法。
12. 前記石膏の焼成時の水銀ロスが、約２％以下であることを特徴とする請求項１１に記載の石膏焼成時における水銀放出抑制方法。
13. 前記石膏が、ＦＧＤ石膏であることを特徴とする請求項１１に記載の石膏焼成時における水銀放出抑制方法。
14. 前記水銀吸着材が、活性炭、ハロゲン化活性炭、およびそれらの混合物からなるグループから選ばれることを特徴とする請求項１１に記載の石膏焼成時における水銀放出抑制方法。
15. 前記水銀吸着材を前記リアクターの中に入れて、前記スタッコの少なくとも一つの使用特性に悪影響を及ぼさないことを特徴とする請求項１に記載の石膏焼成時における水銀放出抑制方法。
16. 前記スタッコの少なくとも一つの使用特性が、立方強度、最終固化時間、５０％再水和時間、最大温度上昇速度、最終固化温度、および全温度上昇からなるグループから選ばれることを特徴とする請求項１５に記載の石膏焼成時における水銀放出抑制方法。
17. 前記スタッコの立方強度が、前記水銀吸着材なしで形成されたスタッコの立方強度に対して約１５％以内の差異であることを特徴とする請求項１１に記載の石膏焼成時における水銀放出抑制方法。
18. 前記スタッコの最終固化時間が、前記水銀吸着材なしで形成されたスタッコの最終固化時間に対して約６％以内の差異であることを特徴とする請求項１１に記載の石膏焼成時における水銀放出抑制方法。
19. 水銀を含む石膏、および焼成リアクターを用意し、
    前記石膏と水銀吸着材を混合して混合物とし、
    前記混合物を前記焼成リアクターに入れ、
    前記混合物を前記焼成リアクター中で焼成してスタッコとし、
    前記スタッコ中に前記水銀吸着材を保持させる、でなる石膏焼成時における水銀放出抑制方法であって、
    前記石膏の焼成時における水銀ロスが、前記水銀吸着材のない石膏の焼成時における水銀ロスより低いことを特徴とする石膏焼成時における水銀放出抑制方法。
20. 前記水銀吸着材が、活性炭、ハロゲン化活性炭、およびそれらの混合物からなるグループから選ばれ、前記水銀吸着材が、前記焼成リアクター中に投入される全材料の約０．０１から約２．００重量％で前記焼成リアクター中に入れられることを特徴とする請求項１９に記載の石膏焼成時における水銀放出抑制方法。

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