JP4620485B2 - Anhydrous gypsum production method and production equipment - Google Patents
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Description
本発明は、二水石膏および／または半水石膏を加熱処理してII型無水石膏を製造する製造方法およびその製造設備に関し、特に、セメント製造設備内の高温ガスを利用して二水石膏および／または半水石膏を加熱処理してII型無水石膏を製造する無水石膏の製造方法およびその製造設備に関する。 The present invention relates to a production method and production equipment for producing type II anhydrous gypsum by heat-treating dihydrate gypsum and / or hemihydrate gypsum. The present invention relates to an anhydrous gypsum manufacturing method for manufacturing type II anhydrous gypsum by heat-treating hemihydrate gypsum and a manufacturing facility therefor.
建築物の解体、店舗や住宅の改装等の際には、使用済みの石膏ボードが石膏ボード廃材として廃棄されるが、この石膏ボード廃材の排出量も経済の成長に従って年々増加する傾向にある。この石膏ボード廃材は、従来、不燃物として最終処分場にて埋め立て処理されるのが通例であったが、近年における最終処分場の用地不足や環境保全の観点から、石膏ボード廃材を資源物として再利用することが試みられている。 When demolishing buildings, renovating stores and houses, etc., used gypsum board is discarded as gypsum board waste, and the amount of gypsum board waste is increasing year by year as the economy grows. Conventionally, this gypsum board waste material is usually landfilled at the final disposal site as an incombustible material. However, in recent years, the gypsum board waste material is used as a resource from the viewpoint of land shortage and environmental conservation. Attempts have been made to reuse.
一方、フッ酸製造メーカーの海外移転に伴って、フッ酸製造時に副生しセメント混和に利用している無水石膏の国内需給は逼迫傾向であり、天然無水石膏の輸入は、輸出国の経済事情を反映した輸出規制・関税といった政策面で、安定供給に不安がある。
また、二水石膏を加熱・焼成することで無水石膏を製造する際、石膏が分解してＳＯｘが発生するため脱硫設備が必要となるが、処理設備は大きな費用がかかる。
On the other hand, with the relocation of hydrofluoric acid manufacturers overseas, domestic demand and supply of anhydrous gypsum by-produced during hydrofluoric acid production and used for cement blending has been tight, and the import of natural anhydrous gypsum is the economic situation of the exporting country. There are concerns about stable supply in terms of policies such as export regulations and tariffs that reflect this.
Further, when anhydrous gypsum is produced by heating and baking dihydrate gypsum, desulfurization equipment is required because the gypsum decomposes and SOx is generated, but the processing equipment is expensive.
このような背景のなか、セメント製造設備で廃石膏材を処理する方法が試みられている（例えば、特許文献１、２参照）。
特許文献１の方法は、廃石膏ボード等からの石膏廃材を、セメント製造の仕上工程に使用する石膏材料の少なくとも一部として仕上げミルに投入してセメントクリンカーとともに粉砕し、セメントを製造するものである。また、特許文献２の方法は、石膏ボード廃材破砕物をセメントクリンカークーラー中を移動するセメントクリンカー上に投入して、石膏ボード廃材中に含まれる有機物を熱分解させ、残った石膏成分をセメントクリンカーとともに粉砕するものである。
In such a background, a method for treating waste gypsum material in a cement production facility has been attempted (see, for example, Patent Documents 1 and 2).
The method of Patent Document 1 manufactures cement by putting gypsum waste material from waste gypsum board or the like into a finishing mill as at least part of gypsum material used in the finishing process of cement production, and pulverizing it with a cement clinker. is there. Moreover, the method of
しかしながら、特許文献１の方法では、バインダー等セメントの硬化に悪影響を及ぼす成分が一部燃え残り、セメント品質に悪影響を及ぼすことがある。また、特許文献２の方法では、温度によっては紙等の未燃分が残存する場合があるため、セメントクリンカーとともに排出されるため無水石膏を別の用途に利用することができず、また投入量も制限される。
However, in the method of Patent Document 1, some components that adversely affect the hardening of the cement, such as a binder, may remain unburned, which may adversely affect the cement quality. In addition, in the method of
本発明は、上記の問題点を解決するためになされたものであり、既存のセメント製造設備内の高温ガスを無水石膏製造時の熱源に利用しつつ、セメント製造原料に用いたときセメント品質に悪影響を及ぼすことがなく、また、別の用途にも利用することができる無水石膏の製造方法およびその製造設備を提供することを目的とする。 The present invention has been made in order to solve the above-mentioned problems. When the high-temperature gas in the existing cement production facility is used as a heat source at the time of anhydrous gypsum production, the cement quality is improved when used as a cement production raw material. An object of the present invention is to provide an anhydrous gypsum production method and production equipment that can be used for other purposes without adverse effects.
本発明者らは、鋭意研究を重ねた結果、セメント製造設備に付帯して無水石膏製造用加熱炉を設け、セメント製造設備内のガスを無水石膏製造時の熱源に利用し、かつ、その際に発生する排ガスを、セメント製造設備の内部温度３００℃以上の箇所に導入して処理することにより、セメント製造原料に用いたときセメント品質に悪影響を及ぼすことがなく、また、セメント製造の原料以外の用途にも利用することができ、かつ、新たな脱硫設備を必要としないII型無水石膏の製造方法およびその製造設備を発明するに至った。 As a result of extensive research, the present inventors have provided a heating furnace for anhydrous gypsum production attached to the cement production facility, and used the gas in the cement production facility as a heat source for the production of anhydrous gypsum. The exhaust gas generated in the process is introduced and processed at a location where the internal temperature of the cement production facility is 300 ° C or higher, so that it will not adversely affect the cement quality when used as a raw material for cement production. The present invention has invented a method for producing type II anhydrous gypsum that can be used for the above-mentioned applications and does not require a new desulfurization facility, and a production facility therefor.
すなわち、本発明は、セメント製造設備内から高温ガスを抽気し、そのまま又はさらに加熱したガスで二水石膏および／または半水石膏を加熱処理してII型無水石膏を製造し、その際に発生する排ガスは、セメント製造設備の内部温度３００℃以上の箇所に導入して処理することを特徴とするII型無水石膏の製造方法およびその製造設備を提供する。
II型無水石膏を製造する際に利用するセメント製造設備内の高温ガスは、クリンカークーラーから導入することが好ましく、排ガスを導入して処理するセメント製造設備の内部温度３００℃以上の箇所は、プレヒーター、セメントキルン、クリンカークーラーのいずれかであることが好ましい。
また、II型無水石膏を製造するために加熱処理する二水石膏の原料は、石膏ボード廃材であることが好ましい。
That is, in the present invention, high temperature gas is extracted from the cement production facility, and dihydrate gypsum and / or hemihydrate gypsum is heat-treated with the gas as it is or further heated to produce type II anhydrous gypsum. Provided is a method for producing type II anhydrous gypsum and a facility for manufacturing the same, wherein the exhaust gas to be treated is introduced into a place where the internal temperature of the cement manufacturing facility is 300 ° C. or higher.
The high temperature gas in the cement production facility used when producing type II anhydrous gypsum is preferably introduced from a clinker cooler. A heater, cement kiln or clinker cooler is preferred.
Moreover, it is preferable that the raw material of the dihydrate gypsum heat-processed in order to manufacture II type anhydrous gypsum is a gypsum board waste material.
本発明によれば、既存のセメント製造設備に付帯して無水石膏製造用加熱炉を設け、セメント製造設備内のガスをとりだして、無水石膏製造時の熱源に利用することで燃料費を削減できる。さらに無水石膏の製造時に発生する排ガスをセメント製造設備の内部温度３００℃以上の箇所で処理することで、新たな脱硫設備を必要とせずに、セメント製造の原料として用いてセメント品質に悪影響を及ぼすことがなく、また、他の一般用途向けにも利用できる無水石膏を製造することができる。 According to the present invention, it is possible to reduce fuel cost by providing a heating furnace for anhydrous gypsum production attached to an existing cement production facility, taking out the gas in the cement production facility, and using it as a heat source during the production of anhydrous gypsum. . Furthermore, by treating the exhaust gas generated during the production of anhydrous gypsum at a location where the internal temperature of the cement production facility is 300 ° C or higher, it can be used as a raw material for cement production without adversely affecting cement quality without the need for a new desulfurization facility. In addition, anhydrous gypsum that can be used for other general purposes can be produced.
以下、本発明の無水石膏の製造方法およびその製造設備の一実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。 Hereinafter, an embodiment of a method for producing anhydrous gypsum and its production equipment according to the present invention will be described with reference to the drawings.
通常、常温（２５℃）では、石膏は２水石膏（ＣａＳＯ4・２Ｈ2Ｏ）の状態であるが、１２５〜１６０℃の温度範囲に加熱されることで半水石膏（ＣａＳＯ4・１／２Ｈ2Ｏ）に変化し、さらに１８０〜２２０℃の温度範囲に加熱されることでIII型無水石膏（ＣａＳＯ4）に変化し、さらに４００℃以上に加熱されることでII型無水石膏（ＣａＳＯ4）に変化する。
このII型無水石膏（ＣａＳＯ4）は、１１８０℃以上に加熱されることで準安定相であるＩ型無水石膏（ＣａＳＯ4）に変化し、さらに１２４０℃以上に加熱されると酸化カルシウム（ＣａＯ；フリーライムともいう）と亜硫酸（ＳＯ3）に分解する。
Normally, ambient temperature (25 ° C.), although gypsum is state of 2 gypsum (CaSO 4 · 2H 2 O) , hemihydrate gypsum by being heated to a temperature range of 125~160 ℃ (CaSO 4 · 1 / 2H 2 O), further changed to type III anhydrous gypsum (CaSO 4 ) by being heated to a temperature range of 180 to 220 ° C., and further heated to 400 ° C. or higher to be type II anhydrous gypsum (CaSO 4 ). 4 ) Change.
This type II anhydrous gypsum (CaSO 4 ) is transformed into type I anhydrous gypsum (CaSO 4 ), which is a metastable phase, when heated to 1180 ° C. or higher, and further heated to 1240 ° C. or higher, calcium oxide (CaO ; Also called free lime) and sulfurous acid (SO 3 ).
本発明の無水石膏の製造設備においては、II型無水石膏への転移温度である４００℃〜１１５０℃の範囲、好ましくは７００℃〜１０００℃の範囲に加熱することにより、石膏原料を確実にII型無水石膏に転移させることができ、しかも、フリーライムに分解することがない。
そのための熱源の一部又は全部として、セメント製造設備内のガスを利用するものであり、無水石膏製造用加熱炉内に導入されたガスは、４００℃以上のガスであればそのまま又は無水石膏製造用加熱炉の加熱手段を稼動してさらに加熱して用いられる。もとより、II型無水石膏が安定相でなくなり始める１１５０℃以上に加熱されることはない。
In the anhydrous gypsum production facility of the present invention, the gypsum raw material is reliably II heated by heating in the range of 400 ° C. to 1150 ° C., preferably 700 ° C. to 1000 ° C., which is the transition temperature to type II anhydrous gypsum. Can be transferred to type anhydrous gypsum and does not decompose into free lime.
As a part or all of the heat source for that purpose, the gas in the cement production facility is used, and if the gas introduced into the heating furnace for anhydrous gypsum is a gas of 400 ° C. or higher, it is used as it is or in the production of anhydrous gypsum. The heating means of the heating furnace is operated and further heated. Of course, the type II anhydrous gypsum is not heated to 1150 ° C. or higher where it begins to disappear from the stable phase.
図１は、本発明の一実施形態である、既存のセメント製造設備とそれに付帯して設けられた無水石膏の製造設備を示す模式図であり、無水石膏の製造設備は、セメント製造設備内のクリンカークーラー８内から抽気したガスの導入ライン３４と、４００℃以上に加熱処理してII型無水石膏を製造できる無水石膏製造用加熱炉３１と、その際に発生する排ガスを、サスペンションプレヒーター１０のサイクロン１０ｂからのガスラインに送入する排ガス供給ライン３５とを備える。
FIG. 1 is a schematic view showing an existing cement production facility and an anhydrous gypsum production facility attached to the existing cement production facility according to an embodiment of the present invention. A
無水石膏製造用加熱炉３１としては、石膏原料を収容することができ、必要により上記所定温度に加熱・焼成が可能な加熱手段を備える加熱炉であれば特に制限されないが、回転窯（キルン）、気流焼成炉、流動床焼成炉などが挙げられる。
The
無水石膏製造時の熱源として利用するセメント製造設備内のガスとしては、クリンカークーラー８において、セメントクリンカーを冷却した後のガスが４００〜１１００℃程度であり、最も好適に使用することができる。
また、クリンカークーラー８の排ガス導入ライン３４のガスなど、セメント製造設備内のガスの抽気量は、セメント製造設備中の当該箇所のガス量の１／５以下とすることが、熱効率、ガスバランスの点で好ましい。
As a gas in the cement production facility used as a heat source during the production of anhydrous gypsum, the gas after cooling the cement clinker in the clinker cooler 8 is about 400 to 1100 ° C., and can be most preferably used.
In addition, the extraction amount of gas in the cement production facility such as the gas in the exhaust
無水石膏の製造時に発生する排ガスを処理するためのセメント製造設備の箇所としては、排ガス中に含まれるＳＯ3など硫黄分を脱硫するために、内部温度３００℃以上の箇所であることを要する。なお、当該排ガスは、上記４００℃〜１１５０℃の範囲の無水石膏の加熱・焼成温度に近いガスであり、そのような温度の箇所であれば特に制限されないが、無水石膏の製造時の温度に近いセメント製造設備に送入することが好ましく、そのようなセメント製造設備の内部温度３００℃以上の箇所としては、例えば、プレヒーター、セメントキルン、クリンカークーラーなどが挙げられる。
本実施形態のように、６００〜８００℃程度のクリンカークーラー８の排ガス導入ライン３４のガスを無水石膏製造時の熱源として利用するときは、同等温度であるサスペンションプレヒーター１０のサイクロン１０ｂに無水石膏製造排ガスを送入することが好適である。
また、その排ガスの送入量も、当該セメント製造設備中の箇所のガス量の１／５以下とすることが、熱効率、ガスバランスの点で好ましい。
The location of the cement production facility for treating the exhaust gas generated during the production of anhydrous gypsum needs to be a location having an internal temperature of 300 ° C. or higher in order to desulfurize sulfur components such as SO 3 contained in the exhaust gas. The exhaust gas is a gas close to the heating / calcining temperature of anhydrous gypsum in the range of 400 ° C. to 1150 ° C., and is not particularly limited as long as it is at such a temperature. It is preferable to send it to a nearby cement manufacturing facility, and examples of the location where the internal temperature of such a cement manufacturing facility is 300 ° C. or higher include a preheater, a cement kiln, and a clinker cooler.
As in the present embodiment, when the gas in the exhaust
Moreover, it is preferable from the point of thermal efficiency and gas balance that the amount of the exhaust gas to be fed should be 1/5 or less of the amount of gas at the location in the cement production facility.
本発明において、加熱処理してII型無水石膏を製造するための原料は、二水石膏および／または半水石膏であれば特に制限されないが、二水石膏原料として、石膏ボード廃材を用いることができ、廃棄物利用という観点から好ましい。
石膏ボード廃材を用いる場合も、上記した温度範囲内で処理すれば、単相のII型無水石膏のみとなり、同時に石膏ボード廃材に含まれるボード紙や界面活性剤、バインダーなどの有機物を完全に熱分解することができ、しかも、フリーライムに分解するおそれもない。
石膏ボード廃材としては、特に制限はされないが、一般には、石膏ボード生産時や新築内装工事等にて発生する石膏ボード端材、建築物の解体や改装工事にて廃棄される石膏ボード等が挙げられる。
この石膏ボード廃材は、無水石膏製造設備に投入する際あるいは投入前に貯留する際、安定してハンドリングすることができ、飛散しないような大きさの範囲内に破砕しておくことが好ましい。
石膏ボード廃材の破砕物の長径の平均値および最大長さは、そのようなハンドリング性があればよく、特に制限されないが、この破砕物の長径の平均値は５ｍｍ以上かつ３００ｍｍ以下であり、かつ、この破砕物の最大長さは５００ｍｍ以下であることが好ましい。
この破砕物は、ボード紙が存在した状態であってもよく、一部あるいは全部のボード紙を除去した状態であってもよい。
なお、このように石膏ボード廃材をII型無水石膏を製造するための原料とする際には、無水石膏の製造設備には、石膏ボード廃材を破砕する破砕機；破砕物を貯留するホッパー；ホッパーから排出される破砕物を無水石膏製造用加熱炉に投入する手段、およびII型無水石膏の貯蔵手段を備えていることが好ましい。
In the present invention, the raw material for producing heat-treated type II anhydrous gypsum is not particularly limited as long as it is dihydrate gypsum and / or hemihydrate gypsum, but gypsum board waste material may be used as the dihydrate gypsum raw material. This is preferable from the viewpoint of waste utilization.
Even when using gypsum board waste, if it is processed within the above temperature range, only single-phase type II anhydrous gypsum is produced, and at the same time, board paper, surfactants, binders and other organic substances contained in the gypsum board waste are completely heated. It can be broken down and there is no risk of breaking it into free lime.
Gypsum board waste is not particularly limited, but generally includes gypsum board scraps generated during gypsum board production and new interior construction, and gypsum board discarded during building dismantling and renovation work. It is done.
This gypsum board waste material is preferably crushed within a size range so that it can be stably handled when it is put into the anhydrous gypsum production facility or stored before it is put into the gypsum board, and it does not scatter.
The average value and the maximum length of the long diameter of the crushed material of the gypsum board waste are not particularly limited as long as it has such handling properties, but the average value of the long diameter of the crushed material is 5 mm or more and 300 mm or less, and The maximum length of the crushed material is preferably 500 mm or less.
The crushed material may be in a state in which board paper is present, or may be in a state in which part or all of the board paper is removed.
When gypsum board waste is used as a raw material for producing type II anhydrous gypsum in this way, the gypsum board production facility includes a crusher that crushes gypsum board waste; a hopper that stores crushed material; a hopper It is preferable to provide means for charging the crushed material discharged from the furnace to the anhydrous gypsum manufacturing furnace and storage means for type II anhydrous gypsum.
以上の如くして製造されたII型無水石膏は、貯蔵して、あるいは貯蔵することなく直ちに、セメント製造の原料として、セメント製造設備の仕上工程にセメントクリンカーとともに投入され、粉砕される石膏の一部または全部として用いることができる。
また、本発明のII型無水石膏はセメント製造ラインの外で製造しているので、他の一般用途向けにも利用することができる。
The type II anhydrous gypsum produced as described above is used as a raw material for cement production, with or without storage, and is immediately put together with a cement clinker in the finishing process of a cement production facility. It can be used as a part or as a whole.
In addition, since the type II anhydrous gypsum of the present invention is manufactured outside the cement manufacturing line, it can be used for other general purposes.
以下、本発明のII型無水石膏の製造方法を実施例により具体的に説明する。
実施例１
無水石膏の製造設備としては図１のものを用いた。セメント製造設備におけるクリンカークーラー８内の中間部あたりから約５００〜６００℃のガスが導入できる抽気ガス導入ライン３４と、追い炊きできるバーナー３３を備える無水石膏製造用加熱炉（ロータリーキルン）３１と、無水石膏製造の際に発生する排ガスを、サスペンションプレヒーター１０のサイクロン１０ｂからのガスライン（ガス温度：約５００〜６００℃）に送入する排ガス供給ライン３５とを備えたものである。
破砕機としてジョークラッシャーを用い、石膏ボード廃材をその平均粒子径が２５ｍｍになる様に破砕し、破砕物とした。
この石膏ボード廃材破砕物を原料ホッパー３２に入れ、１トン／ｈｒで無水石膏製造用加熱炉に投入し、無水石膏を製造した。
石膏成分に含まれるII型無水石膏（ＣａＳＯ4）、半水石膏（ＣａＳＯ4・１／２Ｈ2Ｏ）、III型無水石膏（ＣａＳＯ4）、フリーライム（ＣａＯ）それぞれの定量分析を実施した。石膏の定量分析としては、ＪＩＳ Ｒ ５２０２「ポルトランドセメントの化学分析方法」に準拠しＳＯ3量を測定し、粉末Ｘ線回折法により石膏形態（半水石膏および二水石膏の有無）を確認し、ＤＳＣ（理化学社製：thermoPlus8240）によりIII型からII型無水石膏への転移を確認し、各石膏形態の定量分析を実施した。また、上記の石膏成分中の全有機炭素量（重量％）を測定した。全有機炭素量は、金属中炭素分析装置 ＥＭＩＡ−１１０型（堀場製作所製）を用いて上記の石膏成分を酸素気流中にて燃焼させ、この石膏成分に含まれる炭素の量を赤外線検出器にて測定した。
II型無水石膏は９５重量％以上であり、半水石膏、III型無水石膏はともに痕跡量、また、フリーライムの含有量は０．１重量％、全有機炭素量は０．０２重量％であった。
なお、未処理の石膏ボード廃材の全有機炭素量は０．３０％であった。
次いで、排煙脱硫石膏と上記の加熱後の石膏成分とを、重量比で１：１の割合で混合し
たものを、セメントクリンカーに対して２．５重量％添加し、その後、テストミルを用いて粉砕し、セメントを得た。得られたセメントは安定した強度が発現可能であり、一定の品質のものであった。
Hereinafter, the method for producing type II anhydrous gypsum of the present invention will be specifically described with reference to examples.
Example 1
The anhydrous gypsum manufacturing equipment shown in FIG. 1 was used. An extraction
A jaw crusher was used as a crusher, and the gypsum board waste material was crushed so as to have an average particle diameter of 25 mm to obtain a crushed material.
This gypsum board waste material crushed material was put into the
Type II anhydrous gypsum contained in the gypsum component (CaSO 4), hemihydrate gypsum (CaSO 4 · 1 / 2H 2 O), III type anhydrous gypsum (CaSO 4), free lime (CaO) was performed each quantitative analysis. For quantitative analysis of gypsum, measure the amount of SO 3 in accordance with JIS R 5202 “Chemical analysis method of Portland cement” and confirm the gypsum form (presence of hemihydrate gypsum and dihydrate gypsum) by powder X-ray diffraction method. The transition from type III to type II anhydrous gypsum was confirmed by DSC (manufactured by RIKEN: thermoPlus 8240), and quantitative analysis of each gypsum form was performed. Moreover, the total organic carbon amount (weight%) in said gypsum component was measured. The total amount of organic carbon is determined by burning the gypsum component in an oxygen stream using a carbon-in-metal analyzer EMIA-110 (manufactured by Horiba Seisakusho) and using the amount of carbon contained in the gypsum component as an infrared detector. Measured.
Type II anhydrous gypsum is 95% by weight or more, both hemihydrate gypsum and type III anhydrous gypsum are trace amounts, free lime content is 0.1% by weight, and total organic carbon content is 0.02% by weight. there were.
The total amount of organic carbon in the untreated gypsum board waste was 0.30%.
Next, flue gas desulfurization gypsum and the above-mentioned heated gypsum component mixed at a weight ratio of 1: 1 are added to 2.5% by weight with respect to the cement clinker, and thereafter, using a test mill. Crushing gave cement. The obtained cement was able to develop a stable strength and had a certain quality.
１ 原料ミル
２ サイクロン
３ セメント原料貯蔵庫
７ セメントロータリーキルン
８ セメントクリンカークーラー
９ 仮焼炉
１０ サスペンションプレヒーター
１０ａ〜１０ｄ サイクロン
１２ 電気集塵機
１３ 排気煙突
１４ バーナー（セメント焼成用）
１６ プレヒーター排気ダクト
１９ クリンカー冷却ガス供給ライン
２０ ２次ダクト
２１ クーラー排気ライン
２４ セメント原料粉供給ライン
２５ セメントクリンカー搬送ライン
３１ 無水石膏製造用加熱炉
３２ 二水石膏貯蔵庫
３３ バーナー（無水石膏製造用）
３４ 抽気ガス導入ライン
３５ 排ガス供給ライン
３６ 無水石膏搬送ライン
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
16
34 Extraction gas introduction line 35 Exhaust
Claims (9)
The location of the internal temperature of 300 ° C or more of the cement production facility for sending exhaust gas generated during the production of anhydrous gypsum is any one of a preheater, a cement kiln, and a clinker cooler. Anhydrous gypsum production equipment.
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