JP4735438B2 - 無水石膏粉末およびその製造方法 - Google Patents
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
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Description
本発明は、石膏ボード廃材を加熱処理することにより回収した無水石膏粉末及びその製造方法に関する。さらに詳しくは、無水石膏粉末の比表面積、粒度分布を規定することにより優れた流動性を付与した無水石膏粉末に関する。
石膏は極めて短時間で硬化する水硬性材料であり、成形性や加工性に優れ、寸法安定性が高く、防火性、耐火性に優れる等の特性を有することから、石膏ボードの原料として多量に使用されている。
しかしながら、石膏ボードの生産量が年々増大するにつれて、その廃材の処理が大きな問題となってきている。この問題を解決するために、石膏ボード廃材を有効に利用する方法について、種々の提案がなされている。
しかしながら、石膏ボードの生産量が年々増大するにつれて、その廃材の処理が大きな問題となってきている。この問題を解決するために、石膏ボード廃材を有効に利用する方法について、種々の提案がなされている。
石膏ボードは、石膏を主体とした成分からなる石膏硬化体の芯材の両面に紙を張付けた板状の構造であり、石膏硬化体中には、石膏の硬化時間調整剤や流動化剤等の有機混和剤が含有される。そのため、例えば、石膏ボード廃材を加熱処理することにより、当該廃材中に含まれる紙類及び有機混和剤を燃焼させて除去し、セメント組成物配合に適した無水石膏として利用する方法が開示されている（特許文献１〜５参照）。
特開平０６−１４２６３３号公報
特開平１０−０３６１４９号公報
特開２００１−１４６４２０号公報
特開２００２−０６８７４０号公報
特開２００２−０８７８１６号公報
しかしながら、石膏ボードの芯材となる石膏硬化体は、非常に微細で繊維状の形状をした二水石膏の一次粒子からなるため、それを加熱処理後、粉砕して得られた無水石膏粉末は、ブレーン比表面積が大きく、嵩高い粉体となる。そのため、粉体の流動性が悪く、工業的に使用する際にプロセスラインでの閉塞が起こりやすく、実用化に際しての障害となっている。
本発明は、流動性が良好で、工業的に使用する際にプロセスラインでの閉塞が起こらず、タンク、サイロやホッパー等からの排出が容易な、石膏ボード廃材を有効利用した無水石膏粉末及びその製造方法を提供することを目的とする。
本発明者等は、このような目的を達成するために鋭意研究を重ねた結果、廃石膏ボードを加熱処理して得られる無水石膏粉末と、天然石膏を加熱処理して得られる無水石膏粉末及び／又は化学石膏を加熱処理して得られる無水石膏粉末を混合することにより、粉体の流動性が良い無水石膏粉末が得られることを見出し、本発明を完成した。
すなわち、本発明は、
（１）ブレーン比表面積が３０００〜８０００ｃｍ２／ｇ、ゆるみ見掛け密度が０.５０
〜０.９０ｇ／ｃｍ３、固め見掛け密度が１．００〜１．６０ｇ／ｃｍ３ 、及びメジアン径が１３．０〜２５.０μｍである無水石膏粉末であって、
無水石膏粉末は、石膏ボード廃材を加熱処理して得られた無水石膏粉末と、化学石膏及び／又は天然二水石膏を加熱処理して得られた無水石膏粉末とを含む無水石膏粉末、
（２）化学石膏が、リン酸石膏、排煙脱硫石膏、チタン石膏及びフッ酸石膏よりなる群か
ら選択される少なくとも１種以上を含む（１）に記載の無水石膏粉末、
（３）石膏ボード廃材を加熱処理して得られた無水石膏粉末１００質量部に対して、化学
石膏及び／又は天然二水石膏を加熱処理して得られた無水石膏粉末３０〜５００質量部と
を含む上記（１）又は（２）に記載の無水石膏粉末、
（４）石膏ボード廃材を粉砕し、６５０〜１１００℃で加熱処理して得られた無水石膏粉
末と、化学石膏及び／又は天然二水石膏を６５０〜１１００℃で加熱処理して得られた無
水石膏粉末とを混合した後、ブレーン比表面積が３０００〜８０００ｃｍ２／ｇ、ゆるみ
見掛け密度が０.５０〜０.９０ｇ／ｃｍ３、固め見掛け密度が１.００〜１.６０ｇ／ｃｍ
３となるように粉砕することを特徴とする無水石膏粉末の製造方法、
である。
すなわち、本発明は、
（１）ブレーン比表面積が３０００〜８０００ｃｍ２／ｇ、ゆるみ見掛け密度が０.５０
〜０.９０ｇ／ｃｍ３、固め見掛け密度が１．００〜１．６０ｇ／ｃｍ３ 、及びメジアン径が１３．０〜２５.０μｍである無水石膏粉末であって、
無水石膏粉末は、石膏ボード廃材を加熱処理して得られた無水石膏粉末と、化学石膏及び／又は天然二水石膏を加熱処理して得られた無水石膏粉末とを含む無水石膏粉末、
（２）化学石膏が、リン酸石膏、排煙脱硫石膏、チタン石膏及びフッ酸石膏よりなる群か
ら選択される少なくとも１種以上を含む（１）に記載の無水石膏粉末、
（３）石膏ボード廃材を加熱処理して得られた無水石膏粉末１００質量部に対して、化学
石膏及び／又は天然二水石膏を加熱処理して得られた無水石膏粉末３０〜５００質量部と
を含む上記（１）又は（２）に記載の無水石膏粉末、
（４）石膏ボード廃材を粉砕し、６５０〜１１００℃で加熱処理して得られた無水石膏粉
末と、化学石膏及び／又は天然二水石膏を６５０〜１１００℃で加熱処理して得られた無
水石膏粉末とを混合した後、ブレーン比表面積が３０００〜８０００ｃｍ２／ｇ、ゆるみ
見掛け密度が０.５０〜０.９０ｇ／ｃｍ３、固め見掛け密度が１.００〜１.６０ｇ／ｃｍ
３となるように粉砕することを特徴とする無水石膏粉末の製造方法、
である。
本発明の無水石膏粉末は、石膏ボード廃材を有効利用しており、また、粉体流動性が良く、工業的なプロセスラインでの閉塞が起こらず、サイロやタンク等からの排出が容易であるという優れた効果を奏する。その結果、セメントや固化材添加用石膏として使用可能である。
以下、本発明に係る無水石膏粉末を製造する方法の実施形態について詳細に説明する。
本発明における無水石膏粉末の原料として用いられる石膏ボード廃材は、その発生場所を選ばず、例えば、石膏ボード製造工場で発生する廃材、新築工事現場で発生する石膏ボードの端材、余剰材、建築物解体現場で発生する廃材等を使用することができる。但し、建築物解体現場で発生する廃材は他の無機系の建築廃材が混入するため、それらを極力取り除くことが望ましく、１０質量％以上含有しないようにすることが好ましい。また、石膏ボード表面に貼り付けられた紙やクロス類については、後工程の加熱処理装置内で燃焼するため、必ずしも取り除く必要はないが、粉砕後に篩い分ける等の公知の方法により取り除くことがより好ましい。
石膏ボード廃材は、芯材の石膏中に含まれる有機混和剤や、石膏ボードに貼り付けられた紙やクロス類を燃焼除去するために加熱処理する。加熱処理にあたっては、加熱処理装置に送入できる程度の粒度、好ましくは５０ｍｍ全通に粗砕して加熱処理される。粗砕に使用する装置は、所定の粒度に粉砕可能なものであれば特に限定されず、二軸破砕機やジョークラッシャー等が使用できる。
加熱処理に使用する装置は、特に限定されず、ロータリーキルンやケトル炉、気流焼成炉、流動層焼成炉等が使用できる。加熱処理温度は、６５０〜１１００℃、好ましくは６８０〜１０００℃である。６５０℃よりも低い場合は、石膏に含まれる有機混和剤や前記篩い分け等によっても除去できなかった石膏ボードに貼り付けられた紙やクロス類が完全に燃焼しないため好ましくない。また、１１００℃よりも高いと、石膏が一部分解して硫黄酸化物の発生量が高くなり、加熱処理装置から発生する排ガスの硫黄酸化物濃度が高くなるため好ましくない。
石膏ボード廃材を加熱処理して得られた無水石膏は、天然石膏由来の無水石膏及び／又は化学石膏由来の無水石膏と混合する。天然石膏および化学石膏は、無水石膏の形態のものと二水石膏の形態のものがある。無水石膏の形態のものは、乾燥後、石膏ボード廃材を加熱処理して得られた無水石膏と混合しても良いし、あるいは、加熱処理前の石膏ボード廃材と混合し、両者を同時に加熱処理しても良い。二水石膏の形態のものは、別途加熱処理により無水石膏を得た後に、石膏ボード廃材を加熱処理して得られた無水石膏と混合しても良いし、あるいは、石膏ボード廃材と混合し、両者を同時に加熱処理して無水石膏を得ても良い。なお、前記化学石膏としては、リン酸石膏、排煙脱硫石膏、チタン石膏等の二水石膏、フッ酸石膏等の無水石膏が好適に使用できる。
石膏ボード廃材を加熱処理して得られた無水石膏と、天然石膏由来の無水石膏及び／又は化学石膏由来の無水石膏は、使用される用途に適した粒度に粉砕し無水石膏粉末とする。粉砕に使用する装置は、目的の粒度のものが得られれば特に限定されず、ボールミルやアトマイザー等の一般的な粉砕機を使用することができる。なお、目的の粒度にまで粉砕した後、加熱処理したものは、加熱処理後の粉砕は省略できる。
無水石膏粉末は、ブレーン比表面積が３０００〜８０００ｃｍ２／ｇ、好ましくは３０００〜７０００ｃｍ２／ｇである。３０００〜８０００ｃｍ２／ｇの範囲であれば、無水石膏粉末の流動性も問題なく、セメントや固化材添加用と工業的に使用する際にプロセスラインでの閉塞が起こらず、タンク、サイロやホッパー等からの排出が容易である。
ブレーン比表面積は、ＪＩＳ Ａ ６２０６:１９９７「コンクリート用高炉スラグ微粉末」に準拠して測定される。具体的には、ポロシティーは、０．４００から０．７００の範囲において、圧縮供試体がブレーン空気透過装置のセルに粉末度測定校正用試料と同程度の圧力で詰められる程度の量となるように試料の質量を計量して測定する。
無水石膏粉末のゆるみ見掛け密度は０.５０〜０.９０ｇ／ｃｍ３、好ましくは０.５８〜０.８１ｇ／ｃｍ３、固め見掛け密度は１.００〜１.６０ｇ／ｃｍ３、好ましくは１．１０〜１.５５ｇ／ｃｍ３、圧縮度は３０．０〜５３．０％、好ましくは３５．０〜５０．０％である。また、メジアン径は１３．０〜２５．０μｍ、好ましくは１４．０〜２５．０μｍである。
これらの範囲であれば、比表面積が大きい石膏ボード廃材を加熱処理して得られた無水石膏を適度に使用可能であり、また、無水石膏粉末の流動性もセメントや固化材添加用として工業的に問題なく使用できる。ゆるみ見掛け密度、固め見掛け密度ならびに圧縮度は、早川宗八郎著、「粉体物性測定法」、初版、株式会社朝倉書店、昭和４８年１０月、ｐ.１１１-１１７に記載の方法で算出する値である。メジアン径はレーザー回折式粒度分布測定装置により測定し、粒子径―積算篩上質量％曲線または粒子径―積算篩下質量％曲線より積算質量％が５０％となる粒子径を求めた値である。
無水石膏粉末は、ブレーン比表面積が３０００〜８０００ｃｍ２／ｇ、好ましくは３０００〜７０００ｃｍ２／ｇである。３０００〜８０００ｃｍ２／ｇの範囲であれば、無水石膏粉末の流動性も問題なく、セメントや固化材添加用と工業的に使用する際にプロセスラインでの閉塞が起こらず、タンク、サイロやホッパー等からの排出が容易である。
ブレーン比表面積は、ＪＩＳ Ａ ６２０６:１９９７「コンクリート用高炉スラグ微粉末」に準拠して測定される。具体的には、ポロシティーは、０．４００から０．７００の範囲において、圧縮供試体がブレーン空気透過装置のセルに粉末度測定校正用試料と同程度の圧力で詰められる程度の量となるように試料の質量を計量して測定する。
無水石膏粉末のゆるみ見掛け密度は０.５０〜０.９０ｇ／ｃｍ３、好ましくは０.５８〜０.８１ｇ／ｃｍ３、固め見掛け密度は１.００〜１.６０ｇ／ｃｍ３、好ましくは１．１０〜１.５５ｇ／ｃｍ３、圧縮度は３０．０〜５３．０％、好ましくは３５．０〜５０．０％である。また、メジアン径は１３．０〜２５．０μｍ、好ましくは１４．０〜２５．０μｍである。
これらの範囲であれば、比表面積が大きい石膏ボード廃材を加熱処理して得られた無水石膏を適度に使用可能であり、また、無水石膏粉末の流動性もセメントや固化材添加用として工業的に問題なく使用できる。ゆるみ見掛け密度、固め見掛け密度ならびに圧縮度は、早川宗八郎著、「粉体物性測定法」、初版、株式会社朝倉書店、昭和４８年１０月、ｐ.１１１-１１７に記載の方法で算出する値である。メジアン径はレーザー回折式粒度分布測定装置により測定し、粒子径―積算篩上質量％曲線または粒子径―積算篩下質量％曲線より積算質量％が５０％となる粒子径を求めた値である。
石膏ボード廃材を加熱処理して得られた無水石膏１００質量部に対し、天然石膏由来の無水石膏、化学石膏由来の無水石膏から選ばれる少なくとも１つ以上を含む無水石膏を３０〜５００質量部混合し無水石膏粉末を得る。混合割合が３０質量部よりも少ないと、無水石膏粉末の流動性改善効果が十分でない。また、混合割合が５００質量部よりも多い場合は、得られる無水石膏粉末の粉体流動性等、品質上の問題は無いが、石膏ボード廃材の使用量が少なく、有効利用の観点からは好ましくない。
また、上記無水石膏粉末は石膏ボード廃材を加熱処理して得られた無水石膏を粉砕した後、天然石膏由来の無水石膏、化学石膏由来の無水石膏から選ばれる少なくとも１つ以上を含む無水石膏粉末を混合しても良いが、石膏ボード廃材を加熱処理して得られた無水石膏粉末は流動性が悪いため、計量機や混合機への供給や排出が困難となる。従って、石膏ボード廃材破砕物を加熱処理して得られた無水石膏に、天然石膏由来の無水石膏、化学石膏由来の無水石膏から選ばれる少なくとも１つ以上を含む無水石膏を混合した後に、粉砕する方法がより好ましい。
以下、実施例を用いて、本発明の内容をより具体的に説明するが、本発明は、下記実施例に限定されるものではない。
（１）無水石膏粉末の調製
予め紙を分離した新築系廃石膏ボード粉砕品（０．５ｍｍ全通）を、箱型電気炉を用いて７００℃で２０分間加熱処理し、無水石膏を得た。また、排煙脱硫二水石膏および天然二水石膏を、同様に箱型電気炉を用いて、７００℃で２０分間加熱処理して、無水石膏を得た。石膏ボード廃材から得た無水石膏の走査型電子顕微鏡写真を図１に、排煙脱硫石膏から得た無水石膏の走査型電子顕微鏡写真を図２に、天然二水石膏から得た無水石膏の走査型電子顕微鏡写真を図３に示す。石膏ボード廃材から得た無水石膏は非常に微細な繊維状一次粒子（レーザー回折式粒度分布測定装置により測定したメジアン径７．７μｍ）からなるのに対し、排煙脱硫石膏から得た無水石膏は板状および柱状の粗大な粒子（レーザー回折式粒度分布測定装置により測定したメジアン径２７．７μｍ）からなり、天然二水石膏から得た無水石膏は板状および柱状の微細な粒子と粗大な粒子（レーザー回折式粒度分布測定装置により測定したメジアン径３０．８μｍ）とからなる。
石膏ボード廃材から得た無水石膏と、排煙脱硫石膏および天然二水石膏から得た無水石膏を、それぞれ所定の割合で混合し、さらに、アトマイザー（スクリーン径０．５ｍｍ、ハンマー回転数５０００ｒｐｍ）を用いて粉砕し無水石膏粉末を得た。
予め紙を分離した新築系廃石膏ボード粉砕品（０．５ｍｍ全通）を、箱型電気炉を用いて７００℃で２０分間加熱処理し、無水石膏を得た。また、排煙脱硫二水石膏および天然二水石膏を、同様に箱型電気炉を用いて、７００℃で２０分間加熱処理して、無水石膏を得た。石膏ボード廃材から得た無水石膏の走査型電子顕微鏡写真を図１に、排煙脱硫石膏から得た無水石膏の走査型電子顕微鏡写真を図２に、天然二水石膏から得た無水石膏の走査型電子顕微鏡写真を図３に示す。石膏ボード廃材から得た無水石膏は非常に微細な繊維状一次粒子（レーザー回折式粒度分布測定装置により測定したメジアン径７．７μｍ）からなるのに対し、排煙脱硫石膏から得た無水石膏は板状および柱状の粗大な粒子（レーザー回折式粒度分布測定装置により測定したメジアン径２７．７μｍ）からなり、天然二水石膏から得た無水石膏は板状および柱状の微細な粒子と粗大な粒子（レーザー回折式粒度分布測定装置により測定したメジアン径３０．８μｍ）とからなる。
石膏ボード廃材から得た無水石膏と、排煙脱硫石膏および天然二水石膏から得た無水石膏を、それぞれ所定の割合で混合し、さらに、アトマイザー（スクリーン径０．５ｍｍ、ハンマー回転数５０００ｒｐｍ）を用いて粉砕し無水石膏粉末を得た。
(２)無水石膏粉末の評価
得られた無水石膏粉末の粉体流動性の良否の指針となる、ゆるみ見掛密度、固め見掛密度、圧縮度をホソカワミクロン株式会社製パウダーテスターにより測定し、ブレーン比表面積をＪＩＳ Ａ ６２０６：１９９７「コンクリート用高炉スラグ微粉末」に準拠して測定した。結果を表１および表２に示す。なお、表１には、それぞれの測定項目についての目標値を併記した。
また、無水石膏粉末のメジアン径を、レーザー回折式粒度分布測定装置［セイシン企業製、ＬＭＳ−３０（レーザー・マイクロ・サイザー）］を用いて測定した粒度分布より、粒子径―積算篩上質量％曲線を作成し算出した。試料分散溶媒はエタノールを用い、測定前の超音波による試料分散時間を３００秒、測定時間を１０秒、測定繰り返し回数は２回とした。
得られた無水石膏粉末の粉体流動性の良否の指針となる、ゆるみ見掛密度、固め見掛密度、圧縮度をホソカワミクロン株式会社製パウダーテスターにより測定し、ブレーン比表面積をＪＩＳ Ａ ６２０６：１９９７「コンクリート用高炉スラグ微粉末」に準拠して測定した。結果を表１および表２に示す。なお、表１には、それぞれの測定項目についての目標値を併記した。
また、無水石膏粉末のメジアン径を、レーザー回折式粒度分布測定装置［セイシン企業製、ＬＭＳ−３０（レーザー・マイクロ・サイザー）］を用いて測定した粒度分布より、粒子径―積算篩上質量％曲線を作成し算出した。試料分散溶媒はエタノールを用い、測定前の超音波による試料分散時間を３００秒、測定時間を１０秒、測定繰り返し回数は２回とした。
石膏ボード廃材１００重量部に対し、排煙脱硫二水石膏を５０〜３００質量部添加したＮｏ．３、４、５、６の無水石膏粉末、および、石膏ボード廃材１００質量部に対し、天然二水石膏を５０〜３００質量部添加したＮｏ．９、１０、１１、１２の無水石膏粉末の物性は、いずれも目標値の範囲内であり、石膏ボード廃材から得られた無水石膏粉末単独に比べて、粉体流動性が大幅に改善されていることが判る。
Claims (4)
- ブレーン比表面積が３０００〜８０００ｃｍ２／ｇ、ゆるみ見掛け密度が０.５０〜０.９０ｇ／ｃｍ３、固め見掛け密度が１.００〜１.６０ｇ／ｃｍ３及びメジアン径が１３.０〜２５.０μｍである無水石膏粉末であって、
前記無水石膏粉末は、石膏ボード廃材を加熱処理して得られた無水石膏粉末と、化学石膏及び／又は天然二水石膏を加熱処理して得られた無水石膏粉末とを含むことを特徴とする無水石膏粉末。 - 前記化学石膏が、リン酸石膏、排煙脱硫石膏、チタン石膏及びフッ酸石膏よりなる群か
ら選択される少なくとも１種以上を含むことを特徴とする請求項１に記載の無水石膏粉末
。 - 前記石膏ボード廃材を加熱処理して得られた無水石膏粉末１００質量部に対して、前記
化学石膏及び／又は天然二水石膏を加熱処理して得られた無水石膏粉末３０〜５００質量
部とを含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の無水石膏粉末。 - 石膏ボード廃材を粉砕し６５０〜１１００℃で加熱処理して得られた無水石膏粉末と、
化学石膏及び／又は天然二水石膏を６５０〜１１００℃で加熱処理して得られた無水石膏
粉末とを混合した後、ブレーン比表面積が３０００〜８０００ｃｍ２／ｇ、ゆるみ見掛け
密度が０.５０〜０.９０ｇ／ｃｍ３、固め見掛け密度が１.００〜１.６０ｇ／ｃｍ３とな
るように粉砕することを特徴とする無水石膏粉末の製造方法。
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