JP4573553B2 - 石膏の製造装置 - Google Patents

Description

この出願の発明は石膏の製造装置に関するものである。さらに詳しくは、この出願の発明は、建設廃棄物として大量に排出され、未だ効果的なリサイクル技術が確立されていない廃石膏ボードリサイクルに関するものであり、特に土壌固化材や石膏プラスター用に要求される安定型無水石膏を低コストで供給することのできる石膏の新しい製造装置に関するものである。

石膏を焼いて半水石膏を造る方法と装置については古くから数多くの形態のものが知られているが、現在では、殆ど「平窯」によって製造されている、欧州では「ロータリーキルン」や、「流動床窯」なども使われている。一方、石膏プラスター用の高温安定型無水石膏については、「立窯」を用い、コークスを混合して900℃〜1100℃で混焼して製造する方法が知られている。

しかしながら、このような安定型無水石膏の製造は、従来極めて高いコストが要求されるものであった。

このような状況において、この出願の発明者は、ローラーハースキルンを用い、遠赤外線加熱設備を備えた設備で石膏を焼成する方法を提案している（特許文献１）が、この方法の場合には、III型無水石膏までの焼成には極めて合理的なものであったが、II型或いは安定型とするためには長時間の加熱が必要であるというさらに改善すべき課題があった。

すなわち、石膏の熱分解に関しては古くから多くの研究によって120℃〜130℃で一次脱水が起こって半水石膏となり、180℃〜190℃の時に脱水によりIII型無水石膏となることは定説となっているが、これらの安定型の無水石膏への転換を工業的に実施しようとする場合には、上記のように依然として解決すべき課題が残されていた。
特開２００３−２７７１０７号公報

この出願の発明は、以上のとおりの背景から、従来の問題点を解消し、癈石膏ボードのリサイクルを可能として、土壌固化や石膏プラスター用に要求される安定型無水石膏を効率的に低コストで製造することのできる新しい装置を提供することを課題としている。

この出願は、上記の課題を解決するものとして以下の発明を提供する。
〔１〕乾燥脱水ゾーン、仮焼ゾーン、加熱ゾーンおよび冷却ゾーンを有し、各々のゾーン内を前記ゾーンの順番に移動可能とした移動炉床キルンであって、仮焼ゾーンにおいて、２５０℃から４００℃の範囲で二水石膏組成物を半水石膏もしくはIII型無水石膏とした後に、加熱ゾーンで５００℃から８００℃の雰囲気温度で５分間から１５分間の間で急速加熱して結晶水を爆発的に放出させて安定型無水石膏とすることを特徴とする石膏の製造装置。
〔２〕仮焼ゾーンと加熱ゾーンとは上下２段に配置され、加熱ゾーン下方に配置された燃焼バーナーにより燃焼が加熱ゾーン並びにその上方の仮焼ゾーンの熱源とされているとともに、リフト装置が付設されて仮焼ゾーンからリフト降下により加熱ゾーンに半水石膏もしくはIII型無水石膏が移送されることを特徴とする石膏の製造装置。
〔３〕乾燥脱水ゾーンと冷却ゾーンが上下２段に配置され、冷却ゾーン下方に配置されたブロアからの送風によって冷却と乾燥脱水とが行われるようにされていることを特徴とする石膏の製造装置。
〔４〕二水石膏組成物を粉粒状として耐熱金属トレイに充填し、上下２段に設置されお互いに逆方向へ回転するローラー炉床で移動させるようにしたことを特徴とする石膏の製造装置。

以上のとおりのこの出願の発明は、発明者が繰り返してきた多くの実験と、その分析、検討に基づいて完成されたものである。すなわち、発明者は、半水状態からIII型無水石膏になるまでの過程に於いて高温の水熱状態から結晶水が脱水しているが、熱水の水分子が無水石膏に僅かであるが混合していて、この水分子を解離させるには極めて長時間の加熱を要することを経験的に確認していた。

そこで発明者は、これらを解決する手段として半水又はIII型無水の状態から500℃〜800℃の高温ゾーンへ入れて急速な加熱を行い、蒸気圧を急激に高くして、粒子を爆発的に分散させて脱水を短時間に完了させることが有効であるという知見を得たものである。

従来、石膏の焼成に於いて、半水石膏にまで仮焼する為の技術的研究や設備仕様などは広く研究されて技術が確立されているが、安定型の無水石膏は市場での需要が多いにもかかわらず、合理的な焼成方法の開発は遅れていた。石膏の結晶水脱水に於いて、III型無水石膏まではほぼ理論的に対処できるが、無水状態となってから完全な安定型石膏となるまでには長時間の加熱を要し、また理論的にもその機序は解明はされていなかった。そこで発明者は、加熱処理での高温の水熱状態の水分子が少量であるが強く結合しているという仮説を立て、500℃以上に急速加熱して爆発的に処理する方法を試みて、極めて短時間で処理することを発見し、且つ焼成炉の構造に於いて熱交換によって大幅な省エネルギーを実現した。

このような知見からこの出願の発明の石膏の製造装置が創案されている。

上記のとおりのこの出願の発明によれば、安定型無水石膏の低コスト、省エネルギーでの供給が可能とされ、癈石膏ボードのリサイクルも大きく前進し、土壌固化剤や石膏プラスターへの利用も拡大可能とされる。

この出願の発明は上記のとおりの特徴をもつものであるが、以下にその実施の形態について説明する。

この出願の発明の製造装置では、半水石膏もしくはIII型無水石膏を５００℃〜８００℃の範囲の加熱ゾーンにおいて急速加熱して爆発的に、つまり急激に結晶水を放出させて安定型無水石膏に変換するが、この際の急速加熱は、雰囲気温度５００℃〜８００℃の高温度に保たれている加熱ゾーンにおいて行われる。より好適には、雰囲気温度が２５０℃〜４００℃の範囲の仮焼ゾーンが仮焼された半水石膏もしくはIII型無水石膏を、上記温度の雰囲気にすみやかに移行させて、５分間〜１５分間の間安定に加熱する。

石膏を焼成する為には半水石膏に於いても468kcal／kgの総熱量を要し、乾燥脱水には熱効率80％で187kcal／kgと約40％を消費し、170℃まで加熱する過程では熱効率60％で281kcal／kgの熱量を必要とする。

この出願の発明のように高温加熱をすると更に50kcal〜60kcal／kgの熱量が必要となることから、如何に熱効率を高め、且つ短時間で焼成して生産性を高めるかが重要となる。

そこで、この出願の発明では、前記のとおりの、仮焼ゾーンと加熱ゾーンとは上下２段に配置され、加熱ゾーン下方に配置された燃焼バーナーにより燃焼が加熱ゾーン並びにその上方の仮焼ゾーンの熱源とされているとともに、リフト装置が付設されて仮焼ゾーンからリフト降下により加熱ゾーンに半水石膏もしくはIII型無水石膏が移送されることを特徴とする上記石膏の製造装置を提供する。

また、乾燥脱水ゾーンと冷却ゾーンが上下２段に配置され、冷却ゾーン下方に配置されたブロアからの送風によって冷却と乾燥脱水とが行われるようにされていることを特徴とする装置を提供する。

さらにまた、二水石膏組成物を粉粒状として耐熱金属トレイに充填し、上下２段に設置されお互いに逆方向へ回転するローラー炉床で移動可能としたキルンも提供する。

二段のローラー炉床を持ったローラーハースキルンは欧州ではセラミックタイルの焼成に使われている例があるが、特に石膏のように含水率が高く、乾燥脱水に40％もの熱量を消費するものには極めて効率良く熱回収が出来る条件を備えたものである。前述のように、半水石膏とする為の結晶水の脱水に必要な熱量は281kcal／kgであり、これらを更に500℃まで加熱する熱量は約60kcal／kgが加算される程度であり、熱量の負担は少ないが500℃に加熱された無水石膏が冷却されて蓄熱排出される熱量は計算によると130kcal／kgに達する。この熱量を有効に利用して製品が80℃程度まで熱交換させると、乾燥脱水に要する熱量は50kcal〜60kcal／kgとなり、大幅に節減できる。

また、結晶水の分解脱水に要するとされる熱エネルギーにも上段と下段が熱交換をしながら焼成されることにより少なくとも熱効率は80％を達成することは可能であり、これらを総合すると全熱量は約300kcal／で充分であり、少なくとも30％の省エネルギー効果となる。

そこで以下に実施例を示し、さらに詳しく説明する。もちろん以下の例によって発明が限定されることはない。

図１は、この出願の発明の製造装置としてのキルンの例を示した断面図であり、図２は、そのＡ−Ａ断面を、図３はＢ−Ｂ断面を示している。

この装置において、廃石膏ボードは破砕機によって約10mm以下の粒状にする。この際、表層紙が付いていてもよい。１つのモデルとして、たとえば、平面積１m²、深さ10cmのsus製のトレイ（１）に破砕した粒状物を充填し、乾燥ゾーン（２）へ順次挿入する。トレイ（１）は、たとえば回転ローラーによって500mm／分の速度で移送されて、乾燥ゾーン（２）を約20分間で通過する間に付着水分が脱水される。更に仮焼ゾーン（３）に入って雰囲気温度約300 ℃の間を10分間で通過して半水石膏と一部III型無水石膏とされる。更にリフトゾーン（４）に入り、リフトによって下段ローラーへ移される。下段の逆方向へ移送するローラーによって高温加熱ゾーン（５）に入り、500℃〜800℃に急加熱（10分間）されて、結晶水が爆発的に放出される。

更に高温蓄熱された焼石膏は冷却ゾーン（６）へ移行し、ローラー下部から吹き込まれる冷風吹き込み（９）によって乾燥ゾーン（２）に約20分間熱交換熱風を吹き上げた後、水蒸気と共に排気装置（８）を通して外気へ放出される。焼石膏はキルンから出て来る。そして実際に、この装置において焼かれた石膏は熱分析、Ｘ線解析によってもほぼ完全な無水石膏であることが確認された。

発明装置の全体断面図である。 図１のＡ−Ａ断面図である。 図１のＢ−Ｂ断面図である。

符号の説明

１ 耐熱トレイ
２ 乾燥ゾーン
３ 仮焼ゾーン
４ リフトゾーン
５ 加熱ゾーン
６ 冷却ゾーン
７ ガス燃焼チューブバーナー
８ 排気ダクト及びファン
９ 冷風吹き込み

Claims (4)

1. 乾燥脱水ゾーン、仮焼ゾーン、加熱ゾーンおよび冷却ゾーンを有し、各々のゾーン内を前記ゾーンの順番に移動可能とした移動炉床キルンであって、仮焼ゾーンにおいて、２５０℃から４００℃の範囲で二水石膏組成物を半水石膏もしくはIII型無水石膏とした後に、加熱ゾーンで５００℃から８００℃の雰囲気温度で５分間から１５分間の間で急速加熱して結晶水を爆発的に放出させて安定型無水石膏とすることを特徴とする石膏の製造装置。
2. 仮焼ゾーンと加熱ゾーンとは上下２段に配置され、加熱ゾーン下方に配置された燃焼バーナーにより燃焼が加熱ゾーン並びにその上方の仮焼ゾーンの熱源とされているとともに、リフト装置が付設されて仮焼ゾーンからリフト降下により加熱ゾーンに半水石膏もしくはIII型無水石膏が移送されることを特徴とする請求項１に記載の石膏の製造装置。
3. 乾燥脱水ゾーンと冷却ゾーンが上下２段に配置され、冷却ゾーン下方に配置されたブロアからの送風によって冷却と乾燥脱水とが行われるようにされていることを特徴とする請求項２に記載の石膏の製造装置。
4. 二水石膏組成物を粉粒状として耐熱金属トレイに充填し、上下２段に設置されお互いに逆方向へ回転するローラー炉床で移動させるようにしたことを特徴とする請求項２または３に記載の石膏の製造装置。

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