JP4419846B2

JP4419846B2 - 石膏材のリサイクルシステム

Info

Publication number: JP4419846B2
Application number: JP2005003862A
Authority: JP
Inventors: 英樹村松; 正康山崎
Original assignee: Mitsubishi Materials Corp
Current assignee: Mitsubishi Materials Corp
Priority date: 2005-01-11
Filing date: 2005-01-11
Publication date: 2010-02-24
Anticipated expiration: 2025-01-11
Also published as: JP2006193342A

Description

本発明は、使用済みの石膏材の再利用を図るとともに、これと併せて新たな石膏材を製造する石膏材のリサイクルシステムに関するものである。

従来、一般廃棄物または産業廃棄物として排出される廃材は、その大部分が埋立処分場へ投棄するか、あるいは焼却炉による焼却によって処分されている。このような廃棄物のうち、例えば、建築用壁材として使用されている石膏ボードは、建物の解体に伴って廃材化するが、そのほとんどが埋設処理あるいは焼却処分されてきた。

ところが、近年、埋立処分場が枯渇し、かつ新たな処分場を確保することは社会的な制約によって困難となっていることから、埋立て処分による方法に期待することはできない状態になっている。他方、焼却炉による焼却処理に関しても、環境に与える不可が大きいために実施が難しくなってきている。特に、廃石膏ボードの内部には、バインダーが含まれており、これを焼却処分しようとすると、硫黄分が煙突から放出して、硫酸ミストを発生する等の問題が出てくるために、全面的に埋設処分に頼らざるを得ず、その処理がますます難しくなってきている。

また、環境保護および資源節約の観点から、再利用可能な資源については、極力リサイクルを図ろうとする要請が強く、このような背景を基に、建築用廃材である石膏ボードについても、再資源化することが社会的に重要な課題となってきている。

そこで、本発明者等は、上記使用済み石膏材の再生利用について鋭意研究を重ねた結果、先ず石膏がセメント製造設備におけるセメント製造の仕上工程において、焼成されたセメントクリンカに、石膏を混ぜて仕上ミルで微粉砕することにより、最終製品となるセメントを製造していること、および銅精錬所においては、反射炉において原料銅精鉱の溶解物の一部として得られたカワを、転炉内において粗銅をする際に、上記カワ中の銅を還元するとともに鉄および硫黄を酸化させるために石灰石等の石灰分を使用していること、並びに当該銅精錬所において精錬工程における副生物として硫酸および石膏が得られることに着目した。

そして、廃材となる使用済みの石膏材を上記セメント製造設備および銅精錬所に送って、セメントの一部および粗銅製造の添加剤の一部として利用するとともに、銅精錬所における新たな石膏材製造の一助とすることにより、上記使用済み石膏の再生利用（リサイクル）を図ることができるとの知見を得るに至った。

本発明は、かかる知見に基づいてなされたもので、廃石膏ボード等の使用済みの石膏材の有効利用を図るとともに、これと併せて新たな石膏を得ることが可能となる石膏材のリサイクルシステムを提供することを目的とするものである。

請求項１に記載の本発明に係る石膏材のリサイクルシステムは、使用済み石膏材をセメント製造設備に送って当該石膏分の一部をセメントの原料として使用し、残部を銅精錬所に送って、反射炉において原料銅精鉱を溶解することによって得られたカワを粗銅に転化させる転炉内に投入することにより、上記カワ中の銅を還元するとともに鉄および硫黄を酸化させる際の石灰分として利用し、上記転炉において生成した亜硫酸ガスから硫酸を製造するとともに、上記反射炉で発生する亜硫酸ガスを含む排ガスを石灰石膏法によって脱硫して未使用の石膏材を得ることを特徴とするものである。

ここで、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の銅精錬所の記転炉において生成した酸化鉄分を含む銅カラミを、上記セメント製造設備に送って、セメント原料における鉄成分として利用することを特徴とするものであり、請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の発明において、石灰石鉱山から上記セメント製造設備へ送る石灰石の一部を、上記銅精錬所に送って、上記転炉における石灰分として使用することを特徴とするものである。

また、請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれかに記載の発明において、石灰石鉱山から上記セメント製造設備へ送る石灰石の一部を、火力発電所に送り、当該発電所で発生した亜硫酸ガスを含む排ガスを石灰石膏法により脱硫して未使用の石膏材を得る際の石灰分として使用することを特徴とするものである。

さらに、請求項５に記載の発明は、請求項１〜４のいずれかに記載の使用済み石膏材が、廃石膏ボードであり、かつ上記未使用の石膏材を石膏ボード工場に供給して石膏ボードを製造することを特徴とするものである。
ここで、廃石膏ボードの芯部分における純度の高い石膏を上記セメント製造設備におけるセメント製造の仕上げ工程に使用する石膏材料の少なくとも一部として使用し、表面から分離した紙および当該紙に付着した石膏並びに異物含有の可能性がある上記芯部分外周の石膏を上記銅精錬所の送って処理することが好ましい。

請求項１〜５のいずれかに記載の本発明によれば、使用済みの石膏材をセメント製造設備および銅精錬所に送り、両者においてセメントあるいは銅の製造に有効利用するとともに、銅精錬所において未使用の石膏材を製造することができため、埋立や焼却によっていた従来の処理方法に依ることなく、当該使用済み石膏材のリサイクルを行うことができ、よって経済性に優れるとともに、環境および資源保護の観点からも顕著な効果を奏する。

以下、図１に基づいて、本発明の石膏のリサイクルシステムを石膏ボードのリサイクルシステムに適用した一実施形態について説明する。
先ず、各種の建築物１の解体や改修等によって、それまで建築用壁材等として使用されていた石膏ボードが廃材として排出された際に、これら廃石膏ボードをセメント製造設備２に送る。

一方、このセメント製造設備２においては、隣接する石灰石鉱山３から採掘された石灰石（ＣａＣＯ₃；炭酸カルシウム）と、粘土、珪石および鉄を原料とし、これらを粉砕混合してプレヒータ４で８００℃〜９００℃まで予熱した後に、セメント焼成用の乾式ロータリーキルン５内に投入し、１４５０℃以上の温度雰囲気下において焼成してセメントクリンカを生成し、次いでこれを冷却器６で冷却して、一旦クリンカサイロに蓄えた後に、仕上工程である仕上ミルへと送り、当該セメントクリンカを微粉砕するとともに、少量（３％程度）のセメント固化調整用の石膏を混ぜることにより、最終的なセメントを製造している。

そこで、上記仕上工程でセメントクリンカに添加する石膏の全部または一部として、上記廃石膏ボードを使用する。この際に、通常廃石膏ボードは、芯となる石膏の両面に、紙が貼着されている。一方、製造されたセメントの品質の観点からは、上記セメントに加える石膏として、不純物や異物を含まない純度の高いものが好ましい。このため、前処理として、廃石膏ボード工場７において、上記廃石膏ボードの両面の紙を剥がすとともに、接着剤の影響が懸念される表層部分の石膏も分離し、中央の芯となる石膏のみを使用する。

次いで、表面から分離した紙および当該紙に付着した石膏並びに異物含有の可能性がある石膏を銅精錬所８に送る。この銅精錬所８における銅精錬の概略工程は、先ず銅、鉄および硫黄をほぼ等量ずつ含む原料銅精鉱を、反射炉で溶融し、カワとカラミとに分離する。次いで、分離された銅分を約４０％含む上記カワを、転炉に装入する。また、これと並行してこの転炉内にＣａＣＯ₃（炭酸カルシウム）を含む硅酸鉱を加え、空気を吹き込むことにより、鉄および硫黄を酸化させて粗銅とする。

このように、転炉においてカワを粗銅に転化させる際には，カルシウム化合物が使用されていることから、上記紙および石膏を上記転炉に投入する。これにより、可燃物である紙は、燃料に一部として燃焼に寄与するとともに、石膏は、上記カワ中の銅を還元するとともに鉄および硫黄を酸化させる際の石灰分として利用される。

また、上記転炉においては、上記反応式に示すように、原料銅精鉱に含まれる硫黄分により亜硫酸ガス（ＳＯ₃）が生成する。そこで、この亜硫酸ガスから各種用途に使用される硫酸（Ｈ₂ＳＯ₄）を製造する。そして、当該硫酸の需要が少ない場合には、これに炭酸カルシウムを加えることにより、石膏を析出させる。さらに、上記反射炉で発生する亜硫酸ガスを含む排ガスは、これを無害化するために炭酸カルシウム等の石灰分を加え、
ＳＯ₂＋ＣａＣＯ₃＋１／２Ｏ₂＋Ｈ₂Ｏ→ＣａＳＯ₄・２Ｈ₂Ｏ＋ＣＯ₂
で示す石灰石膏法によって脱硫し、未使用の石膏材を得る。

そして、上記銅精錬所８において得られた石膏を、石膏ボード工場９に送り，新たな石膏ボードを製造する。これにより、廃石膏ボードの新たな石膏ボードへのリサイクルシステムが完結する。なお、銅精錬所８において得られた石膏を、別途セメント製造設備２に送って、上記仕上工程で添加する石膏として使用することも可能である。

さらに、銅精錬所８の上記転炉においては、原料銅精鉱に含まれる鉄分を炭酸カルシウムとが反応することにより、鉄分を含む銅カラミが生成する。そこで、このカラミを、上記セメント製造設備２に送って、セメント原料における鉄成分として利用する。

また、銅精錬所８の転炉において使用する炭酸カルシウムとして、上記石灰石鉱山３からセメント製造設備２へ送る石灰石の一部を供給することも可能である。

これらに加えて、石灰石鉱山３からセメント製造設備２へ送る石灰石の一部を、火力発電所１０に送り、この火力発電所１０において、石炭や石油等の化石燃料を燃焼させる際に発生した亜硫酸ガスを含む排ガスを、上述した石灰石膏法により脱硫して未使用の石膏材を得る際の石灰分として使用する。

このように、上記構成からなる石膏ボードのリサイクルシステムによれば、廃石膏ボードをセメント製造設備２および銅精錬所８に送り、両者においてセメントあるいは銅の製造に有効利用するとともに、銅精錬所８において生成した石膏を石膏ボード工場９に送って未使用の石膏を製造することができる。この結果、埋立や焼却によっていた従来の処理方法に依ることなく、当該廃石膏ボードのリサイクルを行うことができるために、経済性に優れるとともに、環境および資源保護の観点からも顕著な効果を奏する。

また、これらセメント製造設備２および銅精錬所８間の搬送に際しては、往路において上記廃石膏ボードや紙の搬送を行い、復路において生成した石膏や銅カラミの搬送を行うことができるために、搬送コストの低減化も図ることが可能になる。加えて、当該搬送によって、上記セメント製造設備２および銅精錬所８間において、相互に必要となる物質を再利用することが出来るために、全体としての省資源化も併せて達成することができる。

なお、上記実施の形態においては、本発明を廃石膏ボードのリサイクルシステムに適用した場合についてのみ説明したが、これに限定されるものではなく、他の石膏材に対しても、同様に適用することが可能である。

本発明の石膏材のリサイクルシステムの一実施形態を示すフロー図である。

符号の説明

２セメント製造設備
３石灰石鉱山
８銅精錬所

Claims

使用済み石膏材をセメント製造設備に送って当該石膏分の一部をセメントの原料として使用し、残部を銅精錬所に送って、反射炉において原料銅精鉱を溶解することによって得られたカワを粗銅に転化させる転炉内に投入することにより、上記カワ中の銅を還元するとともに鉄および硫黄を酸化させる際の石灰分として利用し、上記転炉において生成した亜硫酸ガスから硫酸を製造するとともに、上記反射炉で発生する亜硫酸ガスを含む排ガスを石灰石膏法によって脱硫して未使用の石膏材を得ることを特徴とする石膏材のリサイクルシステム。
上記銅精錬所の上記転炉において生成した酸化鉄分を含む銅カラミを、上記セメント製造設備に送って、セメント原料における鉄成分として利用することを特徴とする請求項１に記載の石膏材のリサイクルシステム。
石灰石鉱山から上記セメント製造設備へ送る石灰石の一部を、上記銅精錬所に送って、上記転炉における石灰分として使用することを特徴とする請求項１または２に記載の石膏材のリサイクルシステム。
石灰石鉱山から上記セメント製造設備へ送る石灰石の一部を、火力発電所に送り、当該発電所で発生した亜硫酸ガスを含む排ガスを石灰石膏法により脱硫して未使用の石膏材を得る際の石灰分として使用することを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の石膏材のリサイクルシステム。
上記使用済み石膏材は、廃石膏ボードであり、かつ上記未使用の石膏材を石膏ボード工場に供給して石膏ボードを製造することを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の石膏材のリサイクルシステム。