JP2015504837A - 石膏系製品を形成する方法 - Google Patents

Abstract

石膏系製品を形成する方法を開示する。本方法は、水と石膏との混合物を、高温及び高圧条件下で、容器内で焼成して、α型半水和物スラリーを生成するステップ；及び、α型半水和物スラリーを、追加の水と混合するために前記容器からミキサに送り、硬化性スラリーを生成させ、ここで前記硬化性スラリーは、硬化して石膏系製品を形成するよう調整されるステップを含む。【選択図】図１

Description

本発明は、石膏系製品（ｇｙｐｓｕｍ ｂａｓｅｄ ｐｒｏｄｕｃｔ）を形成する方法に関する。

石膏は、硫酸カルシウム二水和物の形態の原料として、天然に存在する。プラスターボード等の石膏含有製品は、焼成石膏又は無水石膏、特に硫酸カルシウム半水和物と水との混合物を形成して硬化性スラリーを形成し、続いてこのスラリーを所定の形状に鋳造することによって作製される。半水和物は水と反応し、再水和して二水和物結晶となり、続いてこの二水和物結晶を硬化又は乾燥させて固体状態にする。

石膏の半水和物形態は焼成プロセスに依存することが公知であり、これはα型半水和物及びβ型半水和物の２つの基本的な形態に分類される。β型半水和物は典型的には、大気条件下で石膏を加熱して、いずれの水分及び化学的に結合した水を排除して乾燥結晶を形成することによって形成される。その後、この結晶は粉砕して微細な粉末状にしてよい。β型半水和物は、スラリーの形成において、粉砕した結晶が急速に再水和するため、石膏ボード又はプラスターボードの製造において長い間好まれてきた。しかしながら、β型半水和物から得られる石膏製品は典型的には柔らかく、またβ型半水和物は、所要のスラリーの流動性を生成するために、大量の水を必要とする。

α型半水和物は、圧力下で石膏を加熱して、上記と同様にいずれの水分及び化学的に結合した水を排除して乾燥結晶を形成することによって形成される。しかしながら、α型半水和物から得られる石膏製品は、β型半水和物由来の石膏に比べて硬く、高い強度及び密度を有することが分かっている。

スラリーの適切な流動性を保証するために、かなりの量の水を使用する必要がある。残念なことに、この水の大部分は最終的に加熱によって排除しなければならず、加熱プロセスにおいて使用する燃料の高いコストのため、これには費用がかかる。また、加熱ステップには時間もかかる。α型半水和物は、β型半水和物よりも水の必要量が有意に低いことが公知であり、これは、α型半水和物を石膏ボードの作製に用いた場合、水の必要量が有意に削減され、従って石膏ボードの製造に必要な費用及び時間が削減されることを意味している。これはα型半水和物に関連する更なる利点である。

しかしながらα型半水和物は、β型半水和物に比べて水和速度が遅く、従ってボードを製造ラインに沿ってよりゆっくりと通過させる必要があることを主な原因として、一般に石膏ボードの製造には商業的に使用されない。

国際公開第２００７／０８４３４６号は、α型石膏の製造のための方法を開示している。石膏スラリーはオートクレーブの中へ送られ、ここでスラリーは典型的には、３〜４Ｂａｒの圧力下で約２８０°Ｆ（約１３７℃）の温度に加熱され、α型半水和物に変換される。スラリーは圧力低下弁を介してオートクレーブを出てフラッシュタンクに送られる。ここでスラリーは冷却され、余剰蒸気が収集される。

米国特許第２００８／００６９７６２号は、α型及びβ型スタッコの混合物を作製するためのプロセスを開示している。このプロセスはスラリー焼成ステップを含み、このステップにおいて石膏スラリーは、反応器内で例えば１４９℃の温度及び例えば３．４〜４．８Ｂａｒの圧力に保持される。部分的に焼成された石膏製品は、硫酸カルシウム二水和物とα型硫酸カルシウム半水和物とからなるスラリーとして反応器から排出されてアキュムレータタンクへと供給され、このアキュムレータタンクは、保持タンクとして機能し、かつスラリーの圧力が大気圧まで低下した際に蒸気を逃がすことを可能とする。続いてスラリーは、アキュムレータタンクから排出されて脱水ユニットに供給され、この脱水ユニットは、水を除去することによって、脱水固体含有製品と除去された水流とを生成する。脱水された製品は、２〜６重量％の遊離水含水率を有する。脱水された製品は、脱水された製品中の石膏の大部分又は全てをβ型硫酸カルシウム半水和物に変換できるような条件下で、ボードスタッコケトル焼成炉（ｂｏａｒｄ ｓｔｕｃｃｏ ｋｅｔｔｌｅ ｃａｌｃｉｎｅｒ）に供給される。

第１の態様から分かるように、本発明によると、石膏系製品を形成する方法が提供され、本方法は、
水と石膏との混合物を、高温及び高圧条件下で、容器内で焼成して、α型半水和物スラリーを生成させるステップ；及び
前記α型半水和物スラリーを、追加の水と混合するために前記容器からミキサに送り、硬化性スラリーを生成させ、ここで前記硬化性スラリーは、硬化して前記石膏系製品を形成するよう調整されるステップを含む。

有利には、本方法は、硬化性スラリーの従来型の形成に関連する半水和物の乾燥の必要を排除し、従って方法のエネルギー必要量も削減する。更に、β型半水和物に比べて、所望の流動性のα型半水和物の硬化性スラリーを達成することに関連する水量が削減されることにより、石膏製品の乾燥中に除去しなければならない水が少なくなるため、更なるエネルギー節約をもたらす。

好ましくは、焼成ステップは、石膏の焼成中に生成された水の蒸発を防ぐために、容器が自由空間を実質的に有さないよう、容器を水及び石膏で実質的に充填することを含む。

好ましくは、上記高温は、１１０〜１７０℃、好ましくは１２０〜１５０℃、より好ましくは１３０〜１４０℃の間の範囲内の温度を含む。

典型的には、動作圧力が動作温度における蒸気の蒸気圧に相当するように、圧力は動作温度に応じて調節される。好ましくは、上記高圧は、２〜８Ｂａｒ、より好ましくは３〜５Ｂａｒの範囲内の圧力を含む。

本方法は好ましくは、焼成ステップの後に、α型半水和物スラリーを冷却するステップを更に含む。典型的には、α型半水和物スラリーを冷却するステップは、α型半水和物スラリーが約２〜８Ｂａｒの高圧に依然として保持されている間に行われる。典型的には、α型半水和物スラリーを冷却するステップは、熱交換器を使用して実施される。好ましくは、α型半水和物は、９０℃等の１００℃未満の温度に冷却される。

好ましくは、スラリーは、α型半水和物スラリーを冷却するステップの後に、１Ｂａｒ（すなわち大気圧）の圧力に脱圧される。

典型的には、本方法は、α型半水和物スラリーに作用する圧力を低減するステップの後に、α型半水和物スラリーから水を実質的に分離するステップを更に含む。これは、例えばベルトフィルタ又は遠心分離器（すなわちハイドロクロン）を使用して行ってよい。好ましくはこの場合、分離した水を、更なる焼成プロセスを開始するための容器に導入される多量の未加工の石膏との混合のために、循環させる。この場合、分離した水に含有される熱エネルギーにより、例えば１１０〜１８０℃の高温を達成するために容器を加熱する必要が低下する。

水をα型半水和物スラリーから分離させる場合、残りのスラリーの遊離水量は、典型的には１〜３０重量％、好ましくは５〜３０重量％、より好ましくは８〜３０重量％である。

好ましくは、本方法は、スラリー中の粒子のサイズを低減するために、α型半水和物スラリーを粉砕するステップを更に含む。α型半水和物スラリーを粉砕することにより、α型半水和物粒子の反応性がより良好になり、これにより硬化性スラリーを形成するステップ中のα型半水和物粒子の水和率が高くなると考えられる。α型半水和物スラリーを粉砕するステップは、湿式粉砕技術を用いて実施される。この場合、粉砕は、５０℃以上、好ましくは７０℃以上、より好ましくは８０℃以上の温度で実施してよい。

焼成段階中のα型半水和物粒子のサイズを制御するための方法は、当該技術分野において公知であり、粉砕ステップの代替として又は粉砕ステップに加えて用いてよい。

好ましくは、α型半水和物スラリーを焼成容器からミキサに送るステップ中、α型半水和物スラリーの温度は７０℃以上に維持される。α型半水和物スラリーの温度をこのレベルに維持することにより、硬化性石膏製品を形成するためのα型半水和物粒子の水和が、α型半水和物スラリーがミキサの中に入るまで回避されると考えられる。好ましくは、α型半水和物スラリーの温度は、８０℃超、より好ましくは８５℃超に維持される。

更に、α型半水和物スラリーを焼成容器からミキサに送るステップは、粒子がミキサに入るまでにα型半水和物粒子が水和するのを回避するために、時間がかかりすぎないことが望ましい。典型的には、α型半水和物スラリーが焼成容器からミキサに送られるのにかかる時間は、１２０分未満、好ましくは６０分未満、より好ましくは３０分未満である。

冷水（例えば約２０〜３０℃）を、α型半水和物スラリーと混合するためにミキサに添加することにより、α型半水和物スラリーの温度は急速に低下し、これにより硬化性石膏製品を形成するためのα型半水和物粒子の水和を促進できると考えられる。

本方法は更に、ミキサ内の半水和物スラリーに、促進剤及び発泡剤等の１つ又は複数の更なる添加剤を添加することを含む。

好ましくは、石膏系製品は石膏ボードを含む。

第２の態様から分かるように、本発明によると、石膏系製品を形成する方法が提供され、本方法は、
水と石膏との混合物を、高温及び高圧条件下で、容器内で焼成して、α型半水和物スラリーを生成させるステップ；及び
前記α型半水和物スラリーを、前記容器から追加の水と混合するためのミキサに送り、硬化性スラリーを生成させ、ここで前記硬化性スラリーは、硬化して前記石膏系製品を形成するよう調整され、前記α型半水和物スラリーは、乾燥段階を経ることなく、容器からミキサに送られるステップを含む。

第２の態様の方法の好ましい特徴は、第１の態様の方法の好ましい特徴を、１つ又は複数含む。

本発明の実施形態を、単に例として、添付の図面を参照しながら以下に記載する。

図面は、本発明の実施形態による方法に関連するステップの概略的説明を提供する。

図面を参照すると、本発明の実施形態による方法は、石膏と水との比がおよそ１部：１．５部で水と石膏１０との混合物２０を形成し、この混合物を加圧器３０において加圧し、熱交換器４０（例えば水／水熱交換器）を用いてこれを予備加熱する最初のステップを含む。続いて混合物を、例えばポンプを用いて又は長い給水柱で、焼成容器５０に導入する。その後、混合物を１３０〜１４０℃の範囲の温度に加熱し、容器５０を３〜５Ｂａｒの範囲の圧力に加圧する。その後、容器５０内の水及び主に石膏の焼成から生じた水が蒸発するのを、従って容器５０から漏れ出るのを防ぐために、容器５０内のいずれの自由空間を除去するよう、容器５０を混合物で充填する。

焼成段階の後に、このようにして得られた水とα型半水和物スラリー６０との混合物を、熱交換器４０を使用して約９０℃の温度まで冷却し、脱圧装置７０において脱圧し、分離ユニット８０に送り、ここで半水和物スラリーは水から実質的に分離する。水は、分離ユニット８０から容器５０へと循環して戻り、これによって次の水及び石膏を容器５０に入る前に予備加熱でき、従って混合物の加熱に関連するエネルギー必要量が削減される。約６％の水を含むα型半水和物スラリーは、分離ユニット８０から、水１００並びに硬化性スラリーを生成するための（硬化時間を削減するための）促進剤１１０及び発泡剤１２０等の任意の添加剤を含む、スラリーの後処理のためのミキサ９０に送られる。しかしながら、上記後処理は、α型半水和物スラリーがミキサ９０の中に導入される前に、ミキサ内に配置されるスラリーの粒子のサイズを低減するための、半水和物スラリーの粉砕（例えばスクリューグラインダ１４０において）を更に含んでもよいことも想定される。この点において、半水和物スラリーはミキサ９０に送られ、いずれの乾燥段階を経ることなく、所要の流動性及び硬化特性を達成し、これによって石膏製品の製造におけるエネルギー必要量を削減する。更に、プラスターボード等の石膏製品の作製のための後続の製造ライン１３０に送られる、上記のようにして得られた３０〜４０％の水を含む硬化性スラリーは、必要な硬化が少なくなる。というのは、β型半水和物の硬化性スラリーの所望の流動性を得るために必要な水の量に比べて、α型半水和物の硬化性スラリーの所望の流動性を得るために必要な水の量が少ないためである。α型半水和物は典型的にはβ型半水和物より遅い水和速度を有するため、α型半水和物スラリーのための硬化時間は典型的にはβ型半水和物スラリーのための硬化時間より長い。よって、石膏ボードの製造において、α型半水和物スラリーを使用する場合は、スラリーの硬化に十分な時間を与えられるように、一般により長い形成ベルトを有することが望ましい。

Claims (17)

1. 石膏系製品を形成する方法であって、
   水と石膏との混合物を、高温及び高圧条件下で、容器内で焼成して、α型半水和物スラリーを生成させるステップ；及び
   前記α型半水和物スラリーを、追加の水と混合するために前記容器からミキサに送り、硬化性スラリーを生成させ、ここで前記硬化性スラリーは、硬化して前記石膏系製品を形成するよう調整されるステップ
   を含む、前記方法。
2. 前記α型半水和物スラリーの水分量を低減して、前記α型半水和物スラリーから分離した水流を提供するステップを更に含む、請求項１に記載の方法。
3. 前記焼成ステップは、石膏の焼成中に生成された水の蒸発を防ぐために、前記容器が自由空間を実質的に有さないよう、前記容器を水と石膏とで実質的に充填することを含む、請求項１又は２に記載の方法。
4. 前記高温は、１１０〜１７０℃の範囲内の温度を含む、請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法。
5. 前記高圧は、２〜８Ｂａｒの範囲内の温度を含む、請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法。
6. 前記水と石膏との混合物を焼成するステップの後に、前記α型半水和物スラリーを冷却するステップを更に含む、請求項１〜５のいずれか１項に記載の方法。
7. 前記α型半水和物スラリーは、１００℃未満の温度に冷却される、請求項６に記載の方法。
8. 前記α型半水和物スラリーを冷却するステップの後に、前記スラリーを脱圧するステップを更に含む、請求項６又は７に記載の方法。
9. 前記分離した水流を循環させて、前記容器に入る前の更なる石膏を予備加熱することを含む、請求項８に記載の方法。
10. 前記α型半水和物スラリーの水分量を低減するステップの後、前記α型半水和物スラリーの水分量は、１〜１０重量％の範囲内である、請求項８又は９に記載の方法。
11. 前記α型半水和物スラリー中の粒子のサイズを低減するために、前記α型半水和物スラリーを粉砕するステップを更に含む、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の方法。
12. 前記α型半水和物スラリーを前記容器からミキサに送るステップは、前記α型半水和物スラリーを７０℃超の温度に維持するステップを含む、請求項１〜１１のいずれか１項に記載の方法。
13. 前記α型半水和物スラリーが前記容器から前記ミキサに送られるのにかかる時間は、１２０分未満である、請求項１〜１２のいずれか１項に記載の方法。
14. 前記半水和物スラリーに水を添加することを更に含む、請求項１〜１３のいずれか１項に記載の方法。
15. 前記ミキサ内の前記半水和物スラリーに、促進剤及び／又は発泡剤等の、１つ又は複数の添加剤を添加することを含む、請求項１４に記載の方法。
16. 前記石膏系製品は石膏ボードを含む、請求項１〜１５のいずれか１項に記載の方法。
17. 石膏系製品を形成する方法であって、
    水と石膏との混合物を、高温及び高圧条件下で、容器内で焼成して、α型半水和物スラリーを生成させるステップ；及び
    前記α型半水和物スラリーを、前記容器から追加の水と混合するためのミキサに送り、硬化性スラリーを生成させ、ここで前記硬化性スラリーは、硬化して前記石膏系製品を形成するよう調整され、前記α型半水和物スラリーは、乾燥段階を経ることなく、前記容器から前記ミキサに送られるステップ
    を含む、前記方法。