JP2020142970A - 廃石膏ボードからのセメント原料用二水石膏の回収方法 - Google Patents

Abstract

【課題】廃石膏ボードから、セメント原料に適した二水石膏を簡便な方法で回収する方法の提供。【解決手段】廃石膏ボードを破砕し、二水石膏粒体中の紙片含有量が１mass％以下となるように、紙片と二水石膏粒体に篩い分ける。次いでか焼し、二水石膏粒体を半水及び／又は無水III型石膏に変化させ、水と混合してセメント原料用の二水石膏粒子を析出させる。回収した二水石膏中の水溶性有機物が、硬化後のモルタル等の強度に悪影響を及ぼすため、か焼前の二水石膏粒体での紙片含有量を１ｍａｓｓ％以下とすることにより、水溶性有機物の悪影響を除去できる。【選択図】図２

Description

本発明は、廃石膏ボードからセメント原料用の二水石膏を回収する方法に関する。

廃石膏ボードからの二水石膏の回収では、石膏ボードを破砕し、二水石膏粒体と紙片に篩い分ける。次いで二水石膏粒体をか焼し、半水及び／又はIII型無水石膏に変化させ、水と混合し石膏スラリーとする。石膏スラリー中に二水石膏粒子を析出させ、固液分離により二水石膏を回収する。

発明者らは、廃石膏ボードをか焼すると強度が低下し破砕が容易になると共に、ボード原紙と石膏との分離も容易になることを見出した（特許文献１：特開2010-247027）。特許文献１では、か焼後に目開き10ｍｍの振動篩で篩い分けると、石膏中の紙片濃度を0.1mass％以下にできることを報告している。

回収した二水石膏の用途の１つはセメント原料である。この点に関して発明者らは、セメント原料用では、廃石膏中の界面活性剤等の水溶性有機物含有量を低減する必要があることを指摘した（特許文献２：WO2012/176688A）。さらに水溶性有機物は、石膏スラリーから二水石膏粒子を析出させる過程でろ液に溶出し、空気と接触して分解されることを報告した（特許文献２）。

特開2010-247027 WO2012/176688A

発明者は、石膏スラリーから析出させた二水石膏粒子に水溶性有機物が依然として含まれ、高濃度の水溶性有機物を含んだままセメント原料として使用すると、セメントの性能に悪影響を及ぼすことを見出した。本発明の課題は、セメント原料に適した二水石膏を簡便な方法で回収することにある。

本発明の二水石膏の回収方法では、廃石膏ボードを破砕し、篩い分けにより紙片と二水石膏粒体とに分離し、か焼により二水石膏粒体を半水及び／又は無水III型石膏に変化させる。次いで半水及び／又は無水III型石膏を水と混合し石膏スラリーとし、スラリー中に析出する二水石膏粒子をセメント原料用に回収する。本発明は、二水石膏粒体中の紙片含有量が１mass％以下となるように、紙片と二水石膏粒体をか焼前に篩い分けることを特徴とする。紙片含有量はか焼前の二水石膏粒体中の含有量を意味し、より好ましくは0.9mass％以下とする。

図２は、石膏ボード表面からボード内部へ向かっての、石膏中の水溶性有機物の分布を示す。石膏ボードの表裏を表面と平行に削って試料を採取し、石膏中の水溶性有機物濃度をＴＯＣ（全有機炭素）測定装置により測定した。単位はmassppmで、表面と裏面から厚さ0.2〜0.4mmの範囲はボード原紙である。石膏ボードの表裏とも、表面付近に水溶性有機物が偏析し、その成分はでんぷん等の糊と界面活性剤と考えられる。図２のデータから、廃石膏ボード中で、水溶性有機物はボード原紙が破砕された紙片とその周囲に偏って存在しているはずであることが分かる。

発明者は、回収した二水石膏中の水溶性有機物が、硬化後のモルタル等の強度に悪影響を及ぼすことを確認した。そしてか焼前の二水石膏粒体での紙片含有量を１mass％以下とすると、水溶性有機物の悪影響を除去できることを確認した（表１）。これは水溶性有機物が紙片とその周囲に偏析しているため、紙片を減らすと水溶性有機物も減少することを示している。また紙片含有量をさらに低下させても、セメント用原料として大きな性能向上は望めないことも確認した（表１）。

本発明では、か焼前の篩い分けにより、紙片含有量を１mass％以下とする。これに対して特許文献１のように、か焼後に篩い分けると、紙片含有量をさらに低くできる。しかしながら特許文献１では、破砕前の廃石膏ボードをか焼するため、大型のか焼機が必要である。これに対して本発明では、破砕後の篩い分けにより紙片を分離し、次いでか焼するので、大型のか焼機を必要としない。また表１から明らかなように、紙片含有量を例えば0.8mass％からさらに低下させても、大きな効果は望めない。従って本発明では、セメント原料用二水石膏への水溶性有機物の影響を、簡便な方法で低減できる。

実施例での二水石膏の回収工程を示す図 石膏ボード表面付近のＴＯＣ（全有機炭素）濃度を示す図

以下に本発明を実施するための実施例を示す。本発明の範囲は、特許請求の範囲の記載に基づき、明細書の記載とこの分野での周知技術とを参酌し、当業者の理解に従って定められるべきである。

図１に、セメント原料用の二水石膏の回収工程を示す。図の１は破砕機で、廃石膏ボードＡを破砕し、粉砕篩機２で破砕した廃石膏ボードを粉砕し、内蔵の振動篩等によりボード原紙由来の紙片と二水石膏粒体とに篩い分けする。粉砕篩機２を単なる篩に変更し、粉砕せずに篩い分けのみを行っても良い。また篩の種類は任意で、振動篩に限らず、遠心篩等でも良い。篩い分けした紙片を梱包機３により梱包し、古紙原料として回収する。

粉砕篩機２で篩い分けした二水石膏粒体Ｂを、例えば一旦サイロ４に貯蔵し、か焼機５により例えば空気中130℃以上160℃以下に加熱し、半水石膏及び／又は無水III型石膏Ｄとする。次いでボールミル等の粉砕機６により粉砕する。サイロ４を設けず、篩い分けした二水石膏粒体Ｂを直接、か焼機５に供給しても良く、また粉砕機６による粉砕を省略しても良い。なお粉砕機６による粉砕後に再度振動篩等により紙片を分離しても良いが、後述の表１から明らかなように、か焼後に紙片を再分離してもセメント原料用二水石膏の品質の向上は見込めない。130℃程度のか焼温度では紙片の重量減は生じず、水溶性有機物多くは蒸発せずに紙片自体と紙片に付着した石膏とに残っているものと推定できる。

廃石膏ボードＡ中の原紙含有量は５mass％程度である。か焼前の二水石膏粒体中の紙片含有量を１mass％以下にするには、例えば粉砕篩機２での振動篩の目開きを10mm以下5mmとすることが好ましい。目開きが10mmで紙片含有量は１mass％程度となり、目開きが5mmで紙片含有量は0.7mass％程度に減少するが、紙片と共に失われる石膏分が多くなる。好ましくは振動篩の目開きを8mm以下5mmとし、紙片含有量を0.9mass％以下で0.7mass％以上とする。実施例では粉砕篩機２での振動篩の目開きを6mmとし、か焼前の二水石膏粒体中の紙片含有量を0.8mass％とした。

半水石膏及び／又は無水III型石膏Ｄを、固液分離装置９から還流させたろ液Ｇ、及び二水石膏スラリーＥと共に、反応槽７に投入する。ここで、二水石膏換算での紙片含有量をか焼前に１mass％以下に低下させ、紙片に随伴する水溶性有機物濃度を低下させる。反応槽７は図示しない撹拌羽根を備え、二水石膏スラリーＥを撹拌し、例えば重力移送により次の反応槽へと移動させる。反応槽７を循環する間に、二水石膏粒子が石膏スラリーＥ中に析出する。

例えば最終段の反応槽７から二水石膏スラリーＥを抽出し、一部を図示しないポンプにより初段の反応槽７へ戻し、残りを振動篩８等の篩に供給する。振動篩８を通過したスラリーＥをフィルタープレス等の固液分離装置９により固液分離し、セメント原料用の二水石膏Ｆを回収する。振動篩８の目開きは例えば0.5mmで、二水石膏Ｆ中の紙粉濃度は約０．５mass%である。振動篩８の目開きの好ましい範囲は０．３mm以上１mm以下で、振動篩８により紙片を篩い分けし、圧搾機１０で水分を圧搾し、紙片Ｈを回収する。なお反応槽７は直列４段としたが１段等でも良く、反応槽７に投入する前に図示しない混合器で石膏Ｄをろ液Ｇと混合しても良い。また二水石膏粒子を析出させて固液分離する過程で失われる水を補うように、ろ液Ｇに水を補給する。反応槽７で紙片からスラリー中に水溶性有機物が溶出するので、振動篩８は回収した二水石膏Ｆ中の水溶性有機物濃度を低下させることにはほとんど寄与していないが、他方、二水石膏の純度を向上させる効果があるため設ける方が好ましい。

紙片含有量の測定法
紙片含有量は以下のように測定する。
・ か焼前の二水石膏粒体の質量Ｗ（紙片込み）を測定する。
・ 二水石膏粒体を空気中130℃でか焼し、半水及び/又は無水III型の石膏とする。
・ 上記の石膏を開口0.３mmの振動篩上で水洗し、石膏を完全に水に溶解させる。
・ 篩上には紙片と砂利等の夾雑物の混合物が残り、これを60℃で乾燥し、質量ｓを得る。
・ 乾燥後の混合物を空気中で800℃に加熱し、紙片を完全燃焼させて、残留分の質量ｔを得る。
・ 紙片の質量 Δｓ＝ｓ−ｔ を測定し、紙片含有量（mass％）＝Δｓ／Ｗ×１００ を求める。

ＴＯＣ（全有機炭素）の測定法
全有機炭素濃度は、島津製作所製のＴＯＣ測定装置ＴＯＣ−Ｖ／ＣＳＮにより、接触酸化−赤外線分光法により測定した。回収した二水石膏Ｆを水と混合しろ過して、水溶性有機物を水により抽出した（石膏：水は質量比で１：３）。この水中のＴＯＣを上記のＴＯＣ−Ｖ／ＣＳＮにより測定し、３倍して二水石膏中の水溶性有機物濃度（massppm単位）とした。

モルタル強度の測定
普通ポルトランドセメントクリンカー100質量部に、二水石膏3.5質量部を配合し、ボールミルで粉砕・混合することにより、ブレーン比表面積3200cm^２／ｇの普通ポルトランドセメントを得た。このセメントを使用し、JIS R 5201に従い、材齢3日目と7日目及び28日目のモルタル強度を測定した。

実験例１
実施例での二水石膏Ｆ中の水溶性有機物濃度と、この石膏を用いたモルタル強度を測定した。粉砕篩機２の篩の目開きは６mm、か焼温度は130℃、反応槽７での石膏スラリーＥの平均滞留時間（反応槽７中の石膏スラリーの総体積／時間当たりに固液分離装置９へ供給する石膏スラリーＥの体積）は１５時間、石膏スラリーの温度は60℃、振動篩８の目開きは0.5mmであった。回収した二水石膏Ｆの体積平均粒径は４２μｍ、水溶性有機物含有量は360massppmであった。この二水石膏を用いて、モルタル強度を測定した。

比較例１
粉砕篩機２の篩の目開きを14mmとした他は実施例と同様にして、二水石膏を回収した。二水石膏中の水溶性有機物含有量は620massppmで、この二水石膏を用いて、モルタル強度を測定した。

比較例２
排煙脱硫石膏を原料とする二水石膏（水溶性有機物濃度０）を用いて、モルタル強度を測定した。

表１
実施例 比較例１ 比較例２
紙片含有量（mass％）*1 0.8 1.4 0
水溶性有機物濃度（massppm） 360 620 0

モルタル 材齢３日目 28.1 27.4 28.6
圧縮強度 材齢７日目 45.0 43.3 45.2
（Ｎ／mm ^２ ） 材齢28日目 63.4 60.1 63.4
＊１ 紙片を篩い分け後か焼前の二水石膏粒体中の紙片濃度．

実施例及び比較例１，２の結果を表１に示す。比較例２では水溶性有機物の影響が無く、実施例はこれとほぼ同等のモルタル強度を示した。実施例１及び比較例２と比べると、比較例１では実用上問題となる程度にモルタル強度が低かった。また二水石膏中の水溶性有機物濃度は、か焼前の紙片含有量にほぼ比例していた。

これらのことから、か焼前の紙片含有量で0.8mass％と1.4mass％の間に（二水石膏中の水溶性有機物濃度としては360massppmと620massppmの間に）、二水石膏中の水溶性有機物がモルタル強度に悪影響を及ぼし始める閾値が存在することが分かる。そこでこの発明では、か焼前の二水石膏粒体中の紙片含有量を１mass％以下（二水石膏中の水溶性有機物濃度としては450massppm以下）とし、より好ましくは紙片含有量を0.9mass％以下（二水石膏中の水溶性有機物濃度としては400massppm以下）とする。なおか焼前の紙片含有量の下限に特に意味はないが、篩い分けにより失われる石膏分を少なくするため、0.7mass％以上が好ましい。

か焼前の紙片含有量を低下させること以外に、反応槽７での石膏スラリーの滞留時間を長くすることにより、水溶性有機物を微生物等により消化させることも可能である。また回収した二水石膏Ｆの在庫期間を長くしても、微生物による水溶性有機物の消化を期待できる。しかしこれらは何れも非効率である。また回収した二水石膏Ｆを水洗し、水溶性有機物を除くことも可能である。しかしこの方法では水洗工程が追加され、洗浄に用いた水の処理が必要になる。実施例では、簡便な方法で、セメント原料としての二水石膏での水溶性有機物の影響を除くことができる。

１ 破砕機
２ 粉砕篩機
３ 梱包機
４ サイロ
５ か焼機
６ 粉砕機
７ 反応槽
８ 振動篩
９ 固液分離装置
１０ 圧搾機

Ａ 廃石膏ボード
Ｂ 二水石膏粒体
Ｃ 原紙
Ｄ 半水及び／又はIII型無水石膏
Ｅ 二水石膏スラリー
Ｆ 二水石膏
Ｇ ろ液
Ｈ 紙片

Claims (1)

1. 廃石膏ボードを破砕し、篩い分けにより紙片と二水石膏粒体とに分離し、か焼により二水石膏粒体を半水及び／又は無水III型石膏に変化させ、次いで前記半水及び／又は無水III型石膏を水と混合した石膏スラリー中に析出する二水石膏粒子を回収する、セメント原料用の二水石膏の回収方法において、
   前記二水石膏粒体中の紙片含有量が１mass％以下となるように、紙片と二水石膏粒体をか焼前に篩い分けることを特徴とする、セメント原料用の二水石膏の回収方法。