JP4836143B2

JP4836143B2 - 石膏ボード廃材の処理方法、及びセメントの製造方法

Info

Publication number: JP4836143B2
Application number: JP2007171630A
Authority: JP
Inventors: 崇幸鈴木; 知久吉川
Original assignee: Taiheiyo Cement Corp
Current assignee: Taiheiyo Cement Corp
Priority date: 2007-06-29
Filing date: 2007-06-29
Publication date: 2011-12-14
Anticipated expiration: 2027-06-29
Also published as: JP2009007214A

Description

本発明は、石膏ボード廃材の処理方法、特に、石膏ボード廃材から、セメント原料として再利用することのできる石膏を回収するための処理方法に関する。

建築物の改装・解体や新築内装工事等に伴って大量に排出される石膏ボード廃材は、その大部分が再利用されることなく廃棄され、埋立て処分されているのが現状である。
近年、石膏ボード廃材の発生量は年々増加する傾向にあり、石膏ボード廃材を廃棄処分するための埋立地の確保が困難になりつつあることや、環境保全の観点等から、石膏ボード廃材を再利用することが求められている。

石膏ボード廃材の再利用方法としては、石膏ボード廃材中の石膏を、セメントの石膏成分として利用することが検討されている。例えば、石膏ボード廃材から乾式破砕により紙を除去して得られる回収石膏を石膏成分の少なくとも一部として含有することを特徴とするコンクリート用ポルトランドセメントが提案されている（特許文献１）。
特開２００３−１９２４０３号公報

しかしながら、石膏ボード廃材から回収された石膏には、石膏ボードを製造する過程で添加される界面活性剤が残存しているため、そのままの状態でセメント原料として使用すると、界面活性剤の気泡作用によりモルタルやコンクリートの機械的強度（例えば、圧縮強さ）が低下することが確認されている。そのため、特許文献１の技術によると、ポルトランドセメントの石膏成分中の、石膏ボード廃材からの回収石膏の使用割合（置換率）を、低く抑えることが必要であり、それゆえ、石膏ボード廃材を大量に処理することが困難であるという問題があった。
そこで、本発明は、界面活性剤の含有率が十分に低減されており、それゆえ、セメントの石膏成分中に高い割合で置換して使用することのできる再資源化された石膏を、容易に得ることのできる石膏ボード廃材の処理方法を提供することを目的とする。

本発明者は、上記課題を解決するために鋭意検討した結果、紙を除去した石膏ボード廃材粉砕物と、水を混合してスラリーとした後、該スラリー中に空気を供給して気泡を生じさせて、石膏ボード廃材粉砕物に含まれていた界面活性剤をこの気泡に付着させて浮上させ、次いで、界面活性剤の含有率が低減した石膏を回収すれば、この石膏をセメント原料用の石膏として好適に用い得ることを見出し、本発明を完成した。

すなわち、本発明は、以下の［１］〜［４］を提供するものである。
［１］紙を除去した石膏ボード廃材粉砕物を準備する工程（Ａ）と、前記石膏ボード廃材粉砕物と水とを混合してスラリーを得る工程（Ｂ）と、前記スラリーに空気を供給して気泡を発生させることによって、前記石膏ボード廃材粉砕物に含まれていた界面活性剤を、前記気泡に付着させて浮上させた後、界面活性剤の含有率が低減した石膏を回収する工程（Ｃ）と、を含むことを特徴とする石膏ボード廃材の処理方法
［２］上記石膏ボード廃材粉砕物は、紙の含有率が３質量％以下である上記［１］に記載の石膏ボード廃材の処理方法。
［３］上記石膏ボード廃材粉砕物は、最大粒径が５ｍｍ以下である上記［１］又は［２］に記載の石膏ボード廃材の処理方法。
［４］上記［１］〜［３］のいずれかに記載の石膏ボード廃材の処理方法により得られた石膏と、セメントクリンカーとを混合することを特徴とするセメントの製造方法。

本発明の石膏ボード廃材の処理方法によると、紙を除去した石膏ボード廃材粉砕物と、水とを混合してスラリーとし、該スラリーに空気を供給して気泡を発生させるという簡易な方法によって、石膏ボード廃材から回収される石膏中の界面活性剤の含有率を大きく低減させることができる。
本発明の処理方法により得られた石膏は、界面活性剤の含有率が小さいため、セメントの石膏成分中に大きな割合（置換率）で使用することができる。例えば、普通ポルトランドセメントの原料である石膏成分の全量を、本発明の処理方法により得られた石膏で代替しても、通常の石膏（排脱二水石膏）とほぼ同等の物性（圧縮強さ等の機械的強度や、フロー値等）を発現し得るポルトランドセメントを得ることができる。よって、石膏ボード廃材から界面活性剤を除去せずに、石膏を再資源化した場合と比べて、石膏ボード廃材の処理量、及び再資源化した石膏の使用量を増大させることができる。その結果、廃棄処分される石膏ボード廃材の量を削減することができ、石膏ボード廃材の埋立処分地の確保の問題なども軽減することができる。

まず、本発明の石膏ボード廃材の処理方法について詳細に説明する。
本発明の石膏ボード廃材の処理方法は、紙を除去した石膏ボード廃材粉砕物を準備する工程（Ａ）と、前記石膏ボード廃材粉砕物と水とを混合してスラリーを得る工程（Ｂ）と、前記スラリーに空気を供給して気泡を発生させることによって、前記石膏ボード廃材粉砕物に含まれていた界面活性剤を、前記気泡に付着させて浮上させた後、界面活性剤の含有率が低減した石膏を回収する工程（Ｃ）と、を含む。

［工程（Ａ）］
本工程は、紙を除去した石膏ボード廃材粉砕物を準備する工程である。
本発明の処理方法の対象となる石膏ボード廃材としては、廃棄物として扱われる石膏ボードであればよく、例えば、石膏ボードの生産時や新築内装工事等で発生する石膏ボードの端材や、建築物の改装・解体工事等で発生する石膏ボード等が挙げられる。
石膏ボードは、石膏を主体とする芯材を、石膏ボード用原紙で被覆した板状の構造を有するものである。
石膏ボードにおける石膏と紙の割合は、厚さ１２ｍｍの石膏ボードの場合、石膏が９３質量％程度、紙が７質量％程度である。
セメント原料として用いる石膏成分中に紙が含まれていると、セメント組成物のフロー値の低下などの弊害が起こることがある。そのため、本発明において、石膏ボード廃材粉砕物は、紙を除去したものであることが必要である。なお、本発明において、「紙を除去する」とは、紙を完全に除去する場合に限らず、紙を部分的に除去する場合も含む。
石膏ボード廃材粉砕物中の紙の含有率は、前記の紙による弊害（例えば、セメント組成物のフロー値の低下）を避ける観点から、好ましくは３質量％以下、より好ましくは２質量％以下、さらに好ましくは１質量％以下である。
紙の除去方法としては、（ａ）石膏ボード廃材をジョークラッシャで解砕した後、篩を用いて紙と石膏とを分離する方法、（ｂ）石膏ボード廃材をロール間で圧縮し、石膏分を粉状にして紙と石膏を分離する方法、（ｃ）市販の石膏ボード粉砕分別機を用いる方法、などを挙げることができる。
なお、除去した紙には、若干の石膏分が付着している。この紙は、カルシウムサルホアルミネートクリンカーや特殊セメントクリンカー用の原料として使用することができる。

石膏ボード廃材粉砕物の最大粒径は、好ましくは５ｍｍ以下、より好ましくは２．５ｍｍ以下である。該最大粒径が５ｍｍを超えると、界面活性剤の含有率の小さい石膏を製造するのが困難になるため、好ましくない。
石膏ボード廃材の粉砕方法としては、上述の（ａ）〜（ｃ）の紙の除去方法における粉砕方法等が挙げられる。なお、紙の除去時に、最大粒径が所望の大きさ以下（例えば、５ｍｍ以下）となっている場合には、さらに粉砕を行う必要はない。
石膏ボード廃材における紙の除去と石膏の粉砕の順序は、紙を除去した後に石膏を粉砕してもよいし、あるいは、石膏ボード廃材を粉砕して、所望の粒度の石膏粉砕物を得た後に、紙を除去してもよい。

［工程（Ｂ）］
本工程は、工程（Ａ）で準備した石膏ボード廃材粉砕物と水とを混合してスラリーを得る工程である。
スラリーを調製する方法としては、均一なスラリーを得ることができれば特に限定されるものではないが、例えば、撹拌手段を備えた容器等に水と石膏ボード廃材粉砕物とを収容し、例えば、１０〜９０分間、好ましくは１５〜６０分間、撹拌する方法が挙げられる。
水１リットル当たりの石膏ボード廃材粉砕物の量は、好ましくは５〜３００ｇ、より好ましくは２０〜２５０ｇ、さらに好ましくは５０〜２００ｇである。該量が５ｇ未満では、石膏ボード廃材粉砕物の単位質量当たりの水量が大きくなり、処理の効率が低下するため、好ましくない。該量が３００ｇを超えると、界面活性剤の含有率が小さい石膏を製造するのが困難となるため、好ましくない。

［工程（Ｃ）］
本工程は、工程（Ｂ）で得られたスラリーに空気を供給して気泡を発生させることによって、石膏ボード廃材粉砕物に含まれていた界面活性剤を、前記気泡に付着させて浮上させ、界面活性剤の含有率が低減した石膏を沈殿物として得る工程である。
具体的には、まず、工程（Ｂ）で得られたスラリーに対して、必要に応じて起泡剤を添加した後、このスラリーに空気を供給して気泡を発生させ、該気泡の表面に、石膏ボード廃材粉砕物に含まれていた界面活性剤を付着させる。そして、界面活性剤の付着した気泡を、水中で浮力により浮上させることによって、石膏と界面活性剤とを分離する。石膏は、スラリー中の下部領域（特に底面上）に、沈殿物（固形分）として存在するため、該沈殿物を回収して固液分離（例えば、ろ過）することによって、界面活性剤の含有率が低減した石膏を得ることができる。
上記起泡剤は、起泡が十分に生じない場合に必要に応じて添加することができる。起泡剤を添加することによって、界面活性剤の浮上を促進することができる。
起泡剤の例としては、メチルイソブチルカルビノール（ＭＩＢＣ；４−メチル−２−ペンタノール）、メチルイソブチルケトン、パイン油、エチレングリコール、プロピレングリコールメチルエーテル、クレゾール酸等が挙げられる。起泡剤として、前記の例示物の他に、例えば、炭素数６〜８の鎖状の炭化水素基（アルキル基等）や炭素数１０〜１５の環状の炭化水素基（芳香族基、シクロアルキル基等）等の疎水性基、及び、水酸基、カルボキシル基等の親水性基を有する化合物も、使用することができる。
起泡剤の添加量は、スラリー１リットルに対して、好ましくは５〜１００ｍｇである。

本工程の処理に用いることのできる装置としては、例えば、ファーレンワルド型浮選機（ＦＷ型浮選機）、ＭＳ型浮選機、フェジャーグレン型浮選機、アジテヤ型浮選機、ワーマン型浮選機等の浮選機が挙げられる。
なお、スラリー中の上部領域（特に液面付近）には、気泡以外に、若干の石膏も存在するが、この石膏は、カルシウムサルホアルミネートクリンカーや特殊セメントクリンカー用の原料として使用することができる。

本発明の処理方法によって得られる石膏は、界面活性剤の含有率が十分に低減されたものである。なお、石膏は、少なくとも回収時においては二水石膏の形態を有する。
本発明の処理方法により得られた石膏は、ほぼ全量が二水石膏であるので、そのままセメント原料（石膏成分）として用いることができる。

次に、本発明の処理方法によって得られた石膏を含むセメントについて説明する。
本発明の処理方法によって得られた石膏を、石膏成分として使用することのできるセメントとしては、二水石膏を用いるセメントであれば特に限定されないが、例えば普通ポルトランドセメント、早強ポルトランドセメント等のポルトランドセメントや、高炉セメント、フライアッシュセメント等の混合セメントや、ジェットセメント、白色セメント等の特殊セメントや、セメント系土壌改良材等が挙げられる。中でも、普通ポルトランドセメント、早強ポルトランドセメント等のポルトランドセメントは、その生産量が多く、石膏ボード廃材の処理量を増大させることができるので、好ましい。

セメント（例えば、ポルトランドセメント）は、常法に従って、本発明の処理方法により得られた石膏と、セメントクリンカーとを混合することにより製造することができる。
セメント中の石膏の質量割合は、従来使用されている石膏（排脱石膏等）と同等である。
セメントの原料である石膏成分中の、本発明の処理方法により得られた石膏の使用割合は、特に限定されることがなく任意であるが、好ましくは５０〜１００質量％、より好ましくは６０〜１００質量％、さらに好ましくは７０〜１００質量％である。該使用割合を前記の好ましい数値範囲内とすれば、石膏ボード廃材の処理量の増大を図ることができ、また、従来セメント原料として使用されている排脱石膏等の使用量を削減することができる。なお、得られるセメントを用いて調製されるモルタル等は、界面活性剤の含有率が小さいため、排脱石膏を用いた場合とほぼ同等の物性（例えば、機械的強度、流動性等）を有するものである。

以下、本発明を実施例により具体的に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。
［１．石膏ボード廃材からの紙の除去］
石膏ボード廃材をクラッシャーで破砕し、２ｍｍメッシュの篩かけを行い、紙の含有率が０．５質量％である石膏ボード廃材粉砕物（Ａ−１）（最大粒径：２ｍｍ以下）を得た。
［２．石膏ボード廃材からの石膏の回収］
石膏ボード廃材粉砕物（Ａ−１）１００ｇと、水１リットルとを混合撹拌し、均一なスラリーを得た。次いで、ＦＷ型浮選機（浮選機を２台直列に連ねたもの）を用い、得られたスラリーに対して送気して気泡を生じさせて、この気泡と共に、石膏ボード廃材粉砕物（Ａ−１）に含まれていた界面活性剤を浮上させた後、沈殿物である石膏（Ａ−２）を回収した。
なお、得られた石膏（Ａ−２）は、その全量が二水石膏（すなわち、半水石膏、無水石膏は０質量％）であった。

［３．普通ポルトランドセメントの製造］
［実施例１］
普通ポルトランドセメントクリンカーに対して、界面活性剤が除去された前記の石膏（Ａ−２）をＳＯ_３換算で１．５質量％加えて粉砕し、ブレーン値３２００ｃｍ^２／ｇの普通ポルトランドセメント（Ｂ−１）を製造した。
［比較例１］
普通ポルトランドセメントクリンカーに対して、界面活性剤が除去されていない前記の石膏ボード廃材粉砕物（Ａ−１）をＳＯ_３換算で１．５質量％加えて粉砕し、ブレーン値３２００ｃｍ^２／ｇの普通ポルトランドセメント（Ｂ−２）を製造した。
［参考例１］
普通ポルトランドセメントクリンカーに対して、排脱二水石膏（市販品の普通ポルトランドセメントの製造に使用されているもの）をＳＯ_３換算で１．５質量％加えて粉砕し、ブレーン値３２００ｃｍ^２／ｇの普通ポルトランドセメント（Ｂ−３）を製造した。

［４．普通ポルトランドセメントの物性の評価］
［実施例１］
普通ポルトランドセメント（Ｂ−１）について、下記に示す方法により、標準軟度水量、凝結時間、圧縮強さ、空気量、及びフロー値を測定した。結果を表１に示す。
（１）ペーストの標準軟度水量
ＪＩＳＲ５２０１（セメントの物理試験方法）に準じて測定した。
（２）ペーストの凝結時間
ＪＩＳＲ５２０１（セメントの物理試験方法）に準じて測定した。
（３）モルタルの圧縮強さ
ＪＩＳＲ５２０１（セメントの物理試験方法）に準じて、モルタルの圧縮強さを測定した。なお、測定は、混練時から３日後、７日後、２８日後の３つの時点で行った。
（４）モルタルの空気量
上記（３）の圧縮強さの試験に用いた混練物の空気量を、モルタルエアメーター（丸東製作所社製；商品名：Ｃ１３−Ｓ）を用いて測定した。
（５）モルタルのフロー値
普通ポルトランドセメント（Ｂ−１）、細骨材（ＪＩＳＲ５２０１「セメントの物理試験方法」に規定された標準砂）、分散剤Ａ（ポゾリス物産社製レオビルドＳＰ−８ＳＥ）、及び水（水道水）を、水／セメント（質量）比＝０．３５、細骨材／セメント（質量）比＝２．０、分散剤／セメント（質量）比＝０．００６５となる配合割合で、一括してホバートミキサに投入して、低速で９０秒間混練することにより、モルタルを調製した。混練直後及び３０分経過後のモルタルをフローコーン（上面直径５ｃｍ、下面直径１０ｃｍ、高さ１５ｃｍ）に投入し、フローコーンを上方へ取り去った際のモルタルの広がりを測定し、フロー値を求めた。
また、分散剤Ａの代わりに、分散剤Ｂ（花王社製マイティ１５０）を用いて、同様にモルタルを調製し、フロー値を測定した。

［比較例１］
普通ポルトランドセメント（Ｂ−１）にかえて、普通ポルトランドセメント（Ｂ−２）を用いたこと以外は、実施例１と同様にして各種物性を測定した。結果を表１に示す。
［参考例１］
普通ポルトランドセメント（Ｂ−１）にかえて、普通ポルトランドセメント（Ｂ−３）を用いたこと以外は、実施例１と同様にして各種物性を測定した。結果を表１に示す。

表１から、本発明の処理方法により得られた石膏を用いた普通ポルトランドセメント（実施例１）は、排脱二水石膏を用いた普通ポルトランドセメント（参考例１）とほぼ同等の物性（圧縮強さ、フロー値、凝結時間）を有することがわかる。一方、無処理の石膏（界面活性剤の含有率が低減されていない石膏ボード廃材粉砕物）を用いた普通ポルトランドセメント（比較例１）は、実施例１や参考例１のセメントと比べて、モルタルの空気量が多く、圧縮強さが小さいことがわかる。

Claims

紙を除去した石膏ボード廃材粉砕物を準備する工程（Ａ）と、前記石膏ボード廃材粉砕物と水とを混合してスラリーを得る工程（Ｂ）と、前記スラリーに空気を供給して気泡を発生させることによって、前記石膏ボード廃材粉砕物に含まれていた界面活性剤を、前記気泡に付着させて浮上させた後、界面活性剤の含有率が低減した石膏を回収する工程（Ｃ）と、を含むことを特徴とする石膏ボード廃材の処理方法。
上記石膏ボード廃材粉砕物は、紙の含有率が３質量％以下である請求項１に記載の石膏ボード廃材の処理方法。
上記石膏ボード廃材粉砕物は、最大粒径が５ｍｍ以下である請求項１又は２に記載の石膏ボード廃材の処理方法。
請求項１〜３のいずれか１項に記載の石膏ボード廃材の処理方法により得られた石膏と、セメントクリンカーとを混合することを特徴とするセメントの製造方法。