JP2016117617A

JP2016117617A - 二水石膏製造装置

Info

Publication number: JP2016117617A
Application number: JP2014258271A
Authority: JP
Inventors: 晋吾平中; Shingo Hiranaka
Original assignee: Tokuyama Corp; Tokuyama Chiyoda Gypsum Co Ltd
Current assignee: Tokuyama Corp; Tokuyama Chiyoda Gypsum Co Ltd
Priority date: 2014-12-22
Filing date: 2014-12-22
Publication date: 2016-06-30

Abstract

【課題】連続的に半水石膏粉末を二水石膏スラリーと混合して、半水石膏から二水石膏を生じさせる製造装置であって、水石膏の二水石膏への変換を行わせる反応槽（４）とは別に、半水石膏粉末と種結晶二水石膏スラリーとの混合槽（１）を設けた際、該混合槽（１）からスラリーポンプ（２）を経由して反応槽（４）に混合スラリーを移送する配管（３）におけるスケール発生を防止する。【解決手段】配管（３）の材質を軟質塩化ビニル樹脂製のものとする。ポンプ（２）によるスラリーの送液の際、軟質塩化ビニル樹脂配管（３）が微小な膨張と収縮を繰り返し、スケール生成の起点となる結晶の付着が起こらないため、配管内壁面のスケール発生が抑制されると考えられる。【選択図】図１

Description

本発明は、半水石膏を原料とした二水石膏の製造装置に係わる。詳しくは、配管中での二水石膏スケールの生成を防止できる二水石膏の製造装置に係わる。

石膏ボード廃材（廃石膏ボード）の発生量は、年間約１５０万ｔであり、この内、約５０万ｔは生産時や家屋等の新築内装工事の端材で、石膏ボードメーカーがリサイクルを行っている。また、残りの約１００万ｔが、家屋等の建造物の改装・解体工事で排出され、埋立処分されている。このような石膏ボード廃材の発生量は年々増加する傾向にあり、埋立地の不足、環境問題の点から石膏ボード廃材の有効なリサイクル方法が求められている。

リサイクル方法の一つとして、二水石膏からなる廃石膏ボードを一旦半水石膏に変換し、これを水に溶解後、粒径の大きな二水石膏として析出させる技術が提案されている（例えば、特許文献１、２参照）。

この技術では工業的な観点から連続式で行われることが望ましい。また種結晶を存在させることにより相対的に大きな二水石膏が得られる。そのため、連続的に半水石膏粉末と種結晶となる二水石膏を含んだスラリーとを混合することが行われる場合がある。

特開２０１０−１３３０４号広報国際公開第２０１０／０１３８０７号パンフレット

半水石膏粉末と種結晶となる二水石膏を含んだスラリーとを混合する際には、効率性を考慮し、半水石膏が熔解・再析出する反応槽において行うのではなく、別途、混合槽を設け、該混合槽で混合されたスラリーを、配管を通して反応槽に導く方法を採用することが好ましい。

しかしながら本発明者等の検討によれば、上記配管内において二水石膏のスケールが生成するという問題があることが明らかとなった。これは、半水石膏と、水、水溶液または二水石膏スラリーを混合した直後の混合スラリーは、過飽和濃度が高い状態で維持されるため、二水石膏の結晶析出が連続的に起こることが原因となる。ここで半水石膏と水または水溶液を混合する場合は、当該スケールの発生が顕著となる。それに対し、半水石膏と二水石膏スラリーを混合させることで、スケールの発生が幾分抑制される。これは、過飽和水溶液から二水石膏の結晶が析出する際、二水石膏スラリー中の二水石膏結晶上に析出させることによるものである。配管および反応槽内壁面に析出する二水石膏の量に対して、上記二水石膏結晶上での析出が優先すれば、スケールの生成、成長が抑制される。よって、半水石膏の供給速度に対して、二水石膏スラリーの供給速度を相対的に大きくすることによって、スケールの生成はいっそう抑制される。

しかしながら、工業的に有用な速度で半水石膏を二水石膏に変換しようとする場合、二水石膏スラリーの供給速度（割合）をスケール生成の完全な防止に十分なほど大きくすることは困難であった。

配管や反応槽内壁面にわずかでも二水石膏の結晶がスケールとして生成した後は、このスケールは必然的に徐々に成長する。スケールの成長に従い、安定的な連続運転が不可能となる。このため、定期的に運転を停止し、スケールを除去する必要があるという問題があった。

従って本発明は、連続的に半水石膏粉末を二水石膏スラリーと混合して半水石膏から二水石膏を生じさせるに際し、スケールの発生を効率的に予防することを課題とする。

本発明者等は上記課題に鑑み、鋭意検討を行った。そしてスケール生成の起点となる、配管および反応槽内壁面における二水石膏結晶の生成を防止できれば、上記問題を解決できると考え、その手段として、配管の材質に着目し検討を行った結果、本発明を完成した。

即ち、本発明は（ａ）半水石膏粉末と種結晶二水石膏スラリーとの混合槽、（ｂ）半水石膏の二水石膏への変換を行わせる反応槽、及び（ｃ）前記混合槽からスラリーポンプを経由して反応槽に混合スラリーを移送する配管を備えた、連続的に半水石膏粉末を二水石膏スラリーと混合して半水石膏から二水石膏を生じさせる製造装置であって、
前記配管が軟質塩化ビニル樹脂製であることを特徴とする二水石膏製造装置である。

本発明によれば、配管の材質を軟質塩化ビニルとするという極めて単純な方法により、配管および反応槽内のスケールを完全に防止することができる。これによって長期にわたり安定した連続運転が可能となる。

本発明の製造装置とその使用方法の一例を示す模式図。

本発明においては、半水石膏から二水石膏を生じさせる。当該半水石膏は特に限定されるものではないが、石膏ボード廃材（廃石膏ボード）を湿式又は乾式で焼成して得た半水石膏であることが好ましい。

当該廃石膏ボードから半水石膏を製造する方法は前記特許文献などに公知であるが、簡単に説明すると以下の通りである。まず、廃石膏ボードを平均粒径が０．５〜５０ｍｍ程度となるように粗粉砕しボード原紙と分離する。続いて得られた粗粉砕物を加熱して半水石膏とする。加熱温度は、好ましくは１００〜２００℃、より好ましくは１１０〜１６０℃であり、加熱時間は、好ましくは２〜６０分、より好ましくは５〜３０分である。加熱は、適宜の装置により行うことができ、例えば熱風乾燥器、伝導電熱乾燥機等を使用することができる。

得られた半水石膏は、本発明の製造装置での二水石膏への変換（以下、水和と呼ぶ）に供する前に、全累積細孔容積が１ｍＬ／ｇ以下、好ましくは０．５〜１ｍＬ／ｇとなるようにさらに粉砕することが好ましい。このような細孔容積とした際には体積平均粒径は例えば０．５〜３０μｍ、更には１〜２０μｍとなる。この粉砕工程は、適宜の装置を用いて行うことができ、例えばピンミル、ボールミル、ビーズミル等の装置を使用することができる。

本発明は、上記例の如くして得られた半水石膏粉末を二水石膏スラリーと混合、水和させる製造装置に関する。以下に図１を参照して本発明の製造装置及び該装置を用いた製造方法について説明する。

半水石膏粉末と二水石膏スラリーは混合槽１にて混合される。ここで、二水石膏スラリーとしては、含まれる二水石膏が種結晶として作用することを考慮し、その粒径が１０〜６０μｍであるものが好ましく、２０〜４０μｍであるものが好ましい。二水石膏スラリーの濃度は特に限定されないが、薄すぎると種結晶としての作用の効果が低くなり、濃すぎると流動性が十分に得られなくなるため１０〜６０質量％であることが好ましく、２５〜５０質量％であることがより好ましい。

半水石膏粉末と二水石膏スラリーとの混合割合は、好ましくは混合後の二水石膏換算濃度が１５〜７０質量％となる割合であり、より好ましくは３０〜６０質量％となる割合である。

混合槽１における混合は、攪拌器（攪拌羽根）によるものでも良いし、二水石膏スラリーの導入圧力により発生する回転流でもよい。半水石膏粉末は混合槽１の上部から重力により落下させて投入するのが好適であり、二水石膏スラリーは混合槽側面から接線方向にスラリーポンプ（図示しない）を用いて導入することが好ましい。

半水石膏粉末と二水石膏スラリーとの混合スラリーが混合槽内に滞留するとスケールの発生が多大になってしまうため、混合後は速やかにスラリーポンプ２を用い、配管３を経由して反応槽４ａへと移送する。

本発明における最大の特徴はこの配管３として軟質塩化ビニル樹脂製のものを採用する点にある。

半水石膏粉末と二水石膏スラリーを混合した直後が最も過飽和濃度が高いため、スケールの生成が最もし易い。この部分に軟質塩化ビニル樹脂を材料とした配管を使用し、スラリーポンプを使用してスラリーを流すと、配管内壁面に二水石膏の結晶の付着が発生しない。この理由については、ポンプによるスラリーの送液の際、軟質塩化ビニル樹脂配管が微小な膨張と収縮を繰り返すことであると考えている。スケール生成の起点となる結晶の付着が起こらないため、配管内壁面のスケール発生が抑制される。また、この配管を経由した後は、半水石膏粉と二水石膏スラリーを混合した直後と比較して、過飽和度が低下するため、スケールの発生がし難いスラリーとなっている。このため、後工程である反応槽内のスケール発生を抑制することができる。

上述のとおり本発明においては、配管内をスラリーが流れる際に、軟質塩化ビニル樹脂配管が微小な膨張縮小を繰り返すことが重要であると考えられる。よって、耐圧性を強化するため、軟質塩化ビニル樹脂配管の外周を硬質の材料で完全に囲うことは好ましくない。配管全体に柔軟性を付与しつつ耐圧製を強化するためには、硬質の樹脂を一定ピッチでスパイラル状に巻きつけた配管、または補強用繊維を軟質塩化ビニル樹脂中に混合して成型した配管が適当である。

スラリーポンプは公知のものが特に制限無く使用できるが、ポンプ内部のスケーリング防止を考慮すると、構造が単純な遠心式ポンプが適当である。

反応槽４ａには、水、塩水溶液などを加えて反応槽内のスラリーの二水石膏換算濃度を調整することができる。このような塩水溶液としては後述するスラリーろ過液が好適に使用できる。反応槽内における二水石膏換算濃度は１０〜６０質量％であることが好ましく、２５〜５０質量％であることがより好ましい。

半水石膏の水和に係わる技術において周知のごとく、反応槽は単独ではなく、複数の反応槽を直列につないで用いることが好適である。数としては２〜４槽程度である。

反応槽４ａ〜４ｄでは半水石膏が一旦溶解し、二水石膏種結晶の上に二水石膏として析出する。反応温度は、好ましくは２０〜９０℃、より好ましくは４０〜８０℃、特に好ましくは５０〜７０℃である。

水和反応が一部進行した混合スラリーの反応槽間の移送はオーバーフローにより行うことが好ましい。水和反応を完全に進めるために、最初の反応槽４ａに導入されてから、最後の反応槽４ｄより排出されるまでの時間は適宜設定される。反応温度により好適な時間は異なるが、例えば５０〜７０℃の場合、２〜１２時間、特に４〜１０時間である。

水和反応が完了したスラリーは固液分離により二水石膏を分離させるが、図示するように該ろ過前にその一部をとりわけ、混合槽において半水石膏粉末と混合する種結晶二水石膏スラリーとして用いることができる。この際、反応後スラリー中の二水石膏の平均粒径は３０〜１００μｍ程度あるのが通常なため、種結晶として用いるために一旦粉砕器（図示しない）で前記した粒径まで粉砕することが好ましい。

固液分離器５としては工業的に使用可能な公知の装置を適宜使用することができ、具体的にはロータリースクリーン、ドラムフィルター、ディスクフィルター、ヌッチェフィルター、フィルタープレス、スクリュウプレス、チューブプレス等のろ過装置；スクリュウデカンター、スクリーンデカンター等の遠心分離機等が使用できる。

本発明の製造装置において、配管３以外の槽等の材質は、二水石膏スラリーに対して不活性なものであれば特に限定されるものではなく、各種樹脂、ステンレスなどの金属、ガラス及びこれらの複合体を使用することができる。

図示するように、固液分離により回収された液成分（スラリーろ過液）は、好ましくは反応槽４ａに戻され循環使用される。これにより必要な工業用水の使用量が低減され、かつ廃液の排出もほとんどなくなる。

固液分離により回収された固体成分、即ち二水石膏は、必要に応じて乾燥させ、その後、石膏ボード原料等の各種成形体の原料として使用することができる。

以下、本発明を更に具体的に説明するため、実施例を示すが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。

実施例１、２、比較例１〜３
図１として模式図を示す装置を用い、混合槽１に半水石膏粉４ｔ／ｈと５０℃に加熱した二水石膏濃度４０％のスラリー１５０ｍ^３／ｈを連続的に導入し混合した。混合したスラリーを、遠心式ポンプ（古河産機システムズ製ＳＰＬＺ−１００Ｃ）で、内径１５０ｍｍ、長さ１６ｍの配管３，３’を経由して容積３５ｍ^３の反応槽に供給し水和反応を行わせた。この際用いた配管の材質と、配管内壁のスケール生成の結果を表１に示す。

１；反応槽
２；スラリーポンプ
３；配管
４；反応槽
５；固液分離器
６；スラリーろ液用配管
７；種結晶二水石膏用配管
８；半水石膏粉末
９；回収二水石膏

Claims

（ａ）半水石膏粉末と種結晶二水石膏スラリーとの混合槽、（ｂ）半水石膏の二水石膏への変換を行わせる反応槽、及び（ｃ）前記混合槽からスラリーポンプを経由して反応槽に混合スラリーを移送する配管を備えた、連続的に半水石膏粉末を二水石膏スラリーと混合して、半水石膏から二水石膏を生じさせる製造装置であって、
前記配管が軟質塩化ビニル樹脂製であることを特徴とする二水石膏製造装置。
請求項１の製造装置を用いる半水石膏からの二水石膏の製造方法。