JP3831719B2 - 原料スラッジからの白色顔料又は白色填料の製造方法、およびその設備 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、製紙スラッジ、中でも古紙パルプの製造に際して排出される脱墨スラッジからの白色顔料又は白色填料の製造技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、製紙スラッジを焼却して得られるＰＳ灰を塗工用白色顔料（外添）や白色填料（内添）として再利用するための技術が種々提案されている。かかる白色顔料等の製造においては、適切な燃焼処理を行わないと、燃焼物の白色度及び硬さ（填料として用いた時の抄紙ワイヤーの摩耗性）のために、用途が狭められたり、再利用自体が困難となったりすることもあり、現在もその技術改善に対する要望が多い。
【０００３】
例えば、特開２００１−２６２００２号公報（特許文献１）においては、適切な温度条件で二段階燃焼を行うとともに、一次燃焼物を粗粉砕した後に二次燃焼を行うことにより、上記問題の解決を図ろうとする技術も提案されている。
【特許文献１】
特開２００１−２６２００２号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の技術は、専ら製造物の特性にのみこだわり、省エネルギーの観点を併せ持つものが存在しなかった。
【０００５】
したがって、本発明の主たる課題は、十分な白色度および柔らかさを有する白色顔料または白色填料の製造を可能としながらも、省エネルギーな製造技術を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決した本発明は次記のとおりである。
＜請求項１記載の発明＞
原料スラッジとして脱墨スラッジを用い、これを乾燥させる乾燥工程と、
前記乾燥させた脱墨スラッジをサイクロン型燃焼炉の炉上部から炉内に供給し、旋回下降させつつ燃焼させ未燃分を含む一次燃焼物を得る一次燃焼工程と、
前記サイクロン型燃焼炉に連通し、その下端からの未燃分を含む一次燃焼物を受けて、機械的な攪拌により酸素との接触を促進させながら、前記一次燃焼工程の燃焼熱を利用して所定の白色度となるまで燃焼させる二次燃焼工程とを含む、
ことを特徴とする脱墨スラッジからの白色顔料又は白色填料の製造方法。
【０００７】
（作用効果）
本発明では、原料スラッジとして脱墨スラッジを用い、予め脱墨スラッジを乾燥させることにより、一次燃焼を瞬時に開始させ、未燃分を残したまま二次燃焼工程に供給する。したがって、一次燃焼物は燃焼が開始されているものの焼結しておらず、柔らかく燃焼容易な状態で二次燃焼に移行される。かくして、二次燃焼工程ではより省エネルギーな燃焼が可能になる。
【０００８】
そして二次燃焼工程では、一次燃焼物を攪拌により酸素との接触を促進させながら所定の白色度まで燃焼させる。よって、二次燃焼においては、一次燃焼物の嵩高さ・柔らかさを維持しながら燃焼が進行することになり、しかもその燃焼が酸素接触により促進されるため、一次燃焼の熱を利用しながらも高効率で燃焼が進行し、より短時間で高白色度かつ柔らかな燃焼物が得られる。
【０００９】
つまり、本発明は、単に燃焼を二段階に分けてそれぞれ適切な条件で燃焼を図るものではなく、一次燃焼には専ら前処理的機能（着火機能および二次燃焼の熱源としての機能）を分担させ、二次燃焼には本燃焼としての機能を分担させ、これらの組み合わせにより、省エネルギーでありながら白色度が高く柔らかい燃焼物が得られるというものである。単に、本願発明の二次燃焼を行うだけでは、その燃焼を維持すること自体極めて困難となり、高白色度の燃焼物を得るどころではない。また本願発明の一次燃焼を行うだけでは、高白色度の燃焼物を得るために実用困難なレベルの時間が必要となるとともに、そのようなレベルまで燃焼を行ってしまうと、今度は焼結により燃焼物の硬さが増加し、填料として使用した場合に抄紙ワイヤーの摩耗の問題が発生し、しかも省エネルギーでなくなる。
【００１０】
なお、本発明は二段階の燃焼を図るものであるが、その一次燃焼は専ら着火機能および二次燃焼の熱源としての機能を想定したものであることからも判るように、従来の二段階の燃焼とは根本的に意味が異なる。
【００１１】
＜請求項２記載の発明＞
前記一次燃焼工程における燃焼を、その燃焼熱を利用して維持する、請求項１記載の脱墨スラッジからの白色顔料又は白色填料の製造方法。
【００１２】
（作用効果）
このように、一次燃焼を自身の熱により維持するようにすると、着火時以外は燃料が必要なくなり、更に省エネルギーな製造方法となる。本発明では、一次燃焼に先立って乾燥処理を行うため、かかる手法を採ることができる。
【００１３】
＜請求項３記載の発明＞
前記乾燥工程を、前記一次燃焼および二次燃焼の少なくとも一方の燃焼熱を利用して行うようにする、請求項１または２記載の脱墨スラッジからの白色顔料または白色填料の製造方法。
【００１４】
（作用効果）
このように、原料スラッジの乾燥にも、一次燃焼や二次燃焼の燃焼熱を利用することで、更に省エネルギーな製造方法となる。
【００１５】
＜請求項４記載の発明＞
前記乾燥工程にて、乾燥スラッジの一部を前記一次燃焼工程に供給するとともに、残部を、乾燥前の脱墨スラッジに混合させるようにする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の脱墨スラッジからの白色顔料又は白色填料の製造方法。
【００１６】
（作用効果）
かかる構成を採用することで、乾燥スラッジを常に必要量確保できるようになるとともに、新たに乾燥を図る脱墨スラッジを乾燥脱墨スラッジと混合し含水率を低減させてから乾燥を行うため、より容易に且つ少ないエネルギーで乾燥工程を継続できるようになる。
【００１７】
＜請求項５記載の発明＞
前記一次燃焼工程を温度７００℃以下、燃焼時間１０秒以内の条件下で行い、前記二次燃焼工程を温度７００℃以下、燃焼時間１時間以内の条件下で行い、白色度８０以上の燃焼物を得るようにする脱墨スラッジからの白色顔料または白色填料の製造方法。
【００１８】
（作用効果）
原料スラッジとして脱墨スラッジを用いる場合、かかる温度条件および時間条件で燃焼させるのが好ましく、これにより白色度８０以上の燃焼物を得ることができる。かかる燃焼物は、それ以上白色度を高めなくても、十分に広範な用途に利用できる。なお、本発明にいう「白色度」とは、Ｔａｐｐｉ−５３４ｐｍ−７６法に準じたフォトボルトによる測定値を意味する。
【００１９】
＜請求項６記載の発明＞
原料スラッジとしての脱墨スラッジを用い、これを乾燥させる乾燥機と、
前記乾燥させた脱墨スラッジをサイクロン型燃焼炉の炉上部から炉内に供給し、旋回下降させつつ燃焼させ未燃分を含む一次燃焼物を得る一次燃焼工程と、
前記サイクロン型燃焼炉の下端からの未燃分を含む一次燃焼物を受けて、機械的な攪拌により酸素との接触を促進させながら、前記一次燃焼工程の燃焼熱を利用して所定の白色度となるまで燃焼させる二次燃焼工程とを含む、
ことを特徴とする原料スラッジからの白色顔料又は白色填料の製造方法。
【００２０】
（作用効果）
請求項１記載の発明と同様の作用効果が奏せられる。
【００２１】
＜請求項７記載の発明＞
前記一次燃焼炉内の高温空気を前記乾燥機の乾燥用熱源として供給するようになした、請求項６記載の脱墨スラッジからの白色顔料又は白色填料の製造設備。
【００２２】
（作用効果）
請求項３記載の発明と同様の作用効果が奏せられる。
【００２３】
＜請求項８記載の発明＞
前記乾燥機から排出される乾燥スラッジの一部を前記一次燃焼炉に供給し、残部を、前記乾燥機に供給される乾燥前の脱墨スラッジに混合するように構成した、請求項６または７記載の脱墨スラッジからの白色顔料又は白色填料の製造設備。
【００２４】
（作用効果）
請求項４記載の発明と同様の作用効果が奏せられる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について詳説する。
図１は、本発明に係る製造設備例１を示しており、原料として脱墨スラッジを用いる。脱墨スラッジは、必要に応じてｐＨ調整処理、脱水処理等を施し、中性かつ含水率６０％以下としておくのが好ましい。
【００２６】
脱墨スラッジは、必要に応じて混合機２によって１〜１０ｍｍ程度、特に５ｍｍ程度に粗解砕した後、乾燥機３に供給され乾燥された後、必要に応じてサイクロン４による集塵処理を経て、ファンＦ２により一次燃焼炉５へ圧送される。サイクロン４により集塵された微粉はファンＦ１により集塵機へと送られる。
【００２７】
この乾燥に際して、図示例のように、乾燥スラッジの一部を乾燥機３の入側（図中では混合機２）に循環し、乾燥前の脱墨スラッジに混合するように構成すると、乾燥機３に供給される脱墨スラッジの含水率が低下し、乾燥し易くなるため、より少ないエネルギーで乾燥機３の運転を維持できるようになる。また安定した乾燥スラッジの供給が可能となる。この場合、脱墨スラッジの供給量は、一次燃焼炉５への乾燥スラッジ供給量と等しくするのが望ましい。また、乾燥機３の出口温度は常に一定に制御するのが好ましく、乾燥スラッジの水分も常に一定にするのが好ましい。
【００２８】
一次燃焼炉５に供給された乾燥スラッジは、瞬時に燃焼が開始され、未燃分を残したまま二次燃焼炉６に供給される。すなわち、一次燃焼物は燃焼が開始されているものの焼結しておらず、柔らかく燃焼容易な状態で二次燃焼炉６に移行される。かくして、より省エネルギーな二次燃焼が可能になる。一次燃焼における未燃分の量は適宜調整すれば良いが、１５〜４０重量％程度、特に２５重量％程度になるように燃焼条件を設定するのが好ましい。
【００２９】
一次燃焼炉５としては、燃焼物が焼結しにくく、酸素との接触性が良好で着火および燃焼進行が容易なものが好ましく、また省エネルギーの観点からは駆動機構を有しないものが好ましい。この観点から、本発明では、炉上部内に乾燥スラッジを供給し、これを旋回降下させつつ燃焼させた後、この燃焼物を下端から自由落下により排出する所謂サイクロン型燃焼炉を使用する。図中の符号Ｆ３は、炉内の高さ方向に間隔をおいて燃焼空気を吹き込むための空気ファンを示したものである。
【００３０】
次いで、かくして得られた一次燃焼物は二次燃焼炉６に供給され、二次燃焼炉６内において攪拌により酸素との接触が促進されながら所定の白色度まで燃焼される。すなわち、二次燃焼においては、一次燃焼物の嵩高さ・柔らかさを維持しながら燃焼が進行することになり、しかもその燃焼が酸素接触により促進されるため、一次燃焼の熱を利用しながらも高効率で燃焼が進行し、より短時間で高白色度かつ柔らかな燃焼物が得られる。
【００３１】
二次燃焼炉６としては、燃焼物が焼結せずに所望の白色度まで十分な燃焼が可能なものが好適であり、また省エネルギーの観点からは駆動エネルギーが少ないものが好ましい。この観点から、燃焼物の滞留時間の確保・管理が容易なタイプの炉、例えばロータリーキルンを用いることができるが、本発明が対象とする脱墨スラッジのように燃焼による白色度の向上が困難なものにおいては、燃焼効率が不十分であり、省エネルギーの点でも好ましくない。そこで、かかる場合に好適なものとして、図２に示す燃焼炉６を使用することが提案される。この燃焼炉６は、軸心が傾斜した円筒炉６Ａ内に、図示しない回転駆動源により回転駆動される回転軸６Ｂを同軸的に設け、この回転軸６Ｂの周囲に攪拌部材６Ｃを設け、炉６Ａの傾斜方向上部側に供給口６Ｄを設け、傾斜方向下部に排出口６Ｅを設けたものであり、供給口６Ｄから燃焼物を投入し、回転軸６Ｂ周りに回転駆動される攪拌部材６Ｃによって炉内の燃焼物を周方向に移動させ持ち上げて落下させ、解砕および酸素との混合を行い、この繰り返しにより燃焼物を順次円筒炉６Ａの傾斜方向下部側に移動させ、排出口６Ｅから排出させるものである。この燃焼炉６は、一見するとロータリーキルンの原理に似ているが、ロータリーキルンのようにキルンの回転により燃焼物の移動、攪拌を行うものではなく、強制的かつ機械的な攪拌を行うため顕著に燃焼効率が高くなるものである。かかる燃焼炉６を用いることにより、脱墨スラッジであっても効率良く高白色度の燃焼物が得られる。
【００３２】
またこの二次燃焼炉６においては、一次燃焼の熱が利用される。図示形態の場合には、サイクロン型の一次燃焼炉５の下端排出口を二次燃焼炉６の供給口に直結し、一次燃焼炉５内の熱風が一次燃焼物とともに二次燃焼炉６内に吹き込まれるようになっている。かかる構成を採ることにより、乾燥条件、一次燃焼条件が適切であれば、一次燃焼の燃焼熱のみで補助燃料を全く必要とせずに二次燃焼を維持することができ、顕著な省エネルギー効果が得られる。また二次燃焼のためのエネルギーを一次燃焼により完全に確保できなくても、必要に応じて補助燃料を使用するだけで済み、十分な省エネルギー効果が得られる。さらに、このように一次燃焼熱を利用すると、補助燃料を全く必要とせず或いは補助燃料を用いるとしても常時使用せずに二次燃焼を行うことができるため、燃焼温度が上昇し難く、無機分の焼結による硬質化を効果的に防止できる。
【００３３】
他方、本発明における一次燃焼および二次燃焼の燃焼条件は適宜定めることができる。特に、本発明に従って、原料スラッジとして脱墨スラッジを用いる場合、一次燃焼工程を温度７００℃以下（特に好ましくは６００〜７００℃）、燃焼時間１０秒以内の条件下で行い、前記二次燃焼工程を温度７００℃以下（特に好ましくは６００〜７００℃）、燃焼時間１時間以内（特に好ましくは４０分〜１時間）の条件下で行うことで、白色度８０以上、平均粒径５００μｍ程度（特に好ましくは１５０μｍアンダーが１０％以下）の燃焼物を得ることができる。白色度は、二次燃焼炉６における燃焼時間を長くすることにより向上させることができるが、余りに長くすると製造効率が低下する。かかる燃焼物は、それ以上白色度を高めなくても、製紙用の白色顔料または白色填料として十分に広範な用途に利用できるものであるが、必要に応じて白色度を高める処理を行うこともできる。また、かかる燃焼物は、必要に応じて粉砕処理を行うことにより、粒度を調整することができる。
【００３４】
＜その他＞
（イ）本発明では、一次燃焼炉５における一次燃焼を、それ自身の燃焼熱を利用して維持する（いわゆる自燃）ようにすることもでき、この場合、着火時以外は燃料が必要なくなり、更に省エネルギーな製造方法となる。本発明では、一次燃焼に先立って乾燥処理を行うため、かかる手法を採ることができる。しかも、この場合、前述の二次燃焼と同様に、補助燃料を全く必要とせず或いは補助燃料を用いるとしても常時使用せずに燃焼させることができるため、燃焼温度が上昇し難く、無機分の焼結による硬質化を効果的に防止できる。
【００３５】
（ロ）図示のように、乾燥機３に対して燃焼炉５，６の熱風を供給し、乾燥熱源として利用するのも好ましい形態である。図示形態では、一次燃焼炉５および二次燃焼炉６の両者から熱風を取り出し、乾燥機３に対して供給するように構成しているが、いずれか一方から取り出した熱風のみを乾燥機３に供給するようにしても良い。かくして、原料スラッジの乾燥にも、一次燃焼や二次燃焼の燃焼熱を利用することで、更なる省エネルギー化を図ることができる。
【００３６】
【実施例】
図１に示すのと同様の試験設備を用いて製造実験を行った。原料スラッジとしては脱墨スラッジを用い、乾燥機により含水率１５％まで乾燥させた乾燥スラッジを一次燃焼炉５に供給した。一次燃焼炉５の燃焼条件は、温度６００〜７００℃、滞留時間１０秒未満とした。二次燃焼炉６の燃焼条件は、温度６００〜７００℃、滞留時間１時間とした。これにより、白色度８０以上、平均粒径５００μｍの燃焼物を得ることができた。
【００３７】
【発明の効果】
以上のとおり、本発明によれば、十分な白色度および柔らかさを有する白色顔料または白色填料の製造が可能でありながら、省エネルギーな製造が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係る製造設備例のフロー図である。
【図２】 二次燃焼炉の例を概略的に示す縦断面図である。
【符号の説明】
１…製造設備、２…混合機、３…乾燥機、４…サイクロン、５…一次燃焼炉、６…二次燃焼炉。

Claims (8)

1. 原料スラッジとして脱墨スラッジを用い、これを乾燥させる乾燥工程と、
   前記乾燥させた脱墨スラッジをサイクロン型燃焼炉の炉上部から炉内に供給し、旋回下降させつつ燃焼させ未燃分を含む一次燃焼物を得る一次燃焼工程と、
   前記サイクロン型燃焼炉に連通し、その下端からの未燃分を含む一次燃焼物を受けて、機械的な攪拌により酸素との接触を促進させながら、前記一次燃焼工程の燃焼熱を利用して所定の白色度となるまで燃焼させる二次燃焼工程とを含む、
   ことを特徴とする脱墨スラッジからの白色顔料又は白色填料の製造方法。
2. 前記一次燃焼工程における燃焼を、その燃焼熱を利用して維持する、請求項１記載の脱墨スラッジからの白色顔料又は白色填料の製造方法。
3. 前記乾燥工程を、前記一次燃焼および二次燃焼の少なくとも一方の燃焼熱を利用して行うようにする、請求項１または２記載の脱墨スラッジからの白色顔料または白色填料の製造方法。
4. 前記乾燥工程にて、乾燥スラッジの一部を前記一次燃焼工程に供給するとともに、残部を、乾燥前の脱墨スラッジに混合させるようにする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の脱墨スラッジからの白色顔料又は白色填料の製造方法。
5. 前記一次燃焼工程を温度７００℃以下、燃焼時間１０秒以内の条件下で行い、前記二次燃焼行程を温度７００℃以下、燃焼時間１時間以内の条件下で行い、白色度８０以上の燃焼物を得るようにする脱墨スラッジからの白色顔料または白色填料の製造方法。
6. 原料スラッジとしての脱墨スラッジを用い、これを乾燥させる乾燥機と、
   前記乾燥させた脱墨スラッジをサイクロン型燃焼炉の炉上部から炉内に供給し、旋回下降させつつ燃焼させ未燃分を含む一次燃焼物を得る一次燃焼工程と、
   前記サイクロン型燃焼炉の下端からの未燃分を含む一次燃焼物を受けて、機械的な攪拌により酸素との接触を促進させながら、前記一次燃焼工程の燃焼熱を利用して所定の白色度となるまで燃焼させる二次燃焼工程とを含む、
   ことを特徴とする原料スラッジからの白色顔料又は白色填料の製造方法。
7. 前記一次燃焼炉内の高温空気を前記乾燥機の乾燥用熱源として供給するようになした、請求項６記載の脱墨スラッジからの白色顔料又は白色填料の製造設備。
8. 前記乾燥機から排出される乾燥スラッジの一部を前記一次燃焼炉に供給し、残部を、前記乾燥機に供給される乾燥前の脱墨スラッジに混合するように構成した、請求項６または７記載の脱墨スラッジからの白色顔料又は白色填料の製造設備。

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