JP5135675B2 - Method for producing inorganic particles - Google Patents

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Description

本発明は、スラッジの再利用に関し、塗工用顔料や製紙用填料としての適性を有するスラッジを原料とする無機粒子、その製造方法およびそれを使用した紙に関する。 The present invention relates to sludge reuse, and relates to inorganic particles made from sludge having suitability as a coating pigment or papermaking filler, a method for producing the same, and paper using the same.

近年、環境保全の観点から生産に伴う活動からの産業廃棄物削減を余儀なくされている。製紙業界においても、ペーパースラッジの処理が問題となってきている。ペーパースラッジとは、製紙材料であるパルプなどの繊維分、澱粉や合成接着剤を主とする有機物や白色顔料を主とする無機物で利用されずに廃水中に混ざって処理される固形原料、さらにはパルプ化工程で洗い出されたリグニン、微細繊維、あるいは古紙由来の製紙用填料、それに付着した印刷インキ、および生物廃水処理工程から生じる余剰汚泥からなる。その生物廃水処理工程で生じる余剰汚泥以外の主なペーパースラッジの発生源は、(1)抄紙時にワイヤーを通過して流出したもの、(2)古紙処理工程での混入異物除去、脱墨処理や洗浄過程で発生したもの、および(3)パルプ化工程での洗浄過程で発生したものであり、これらの固形物を含む廃水は、沈殿あるいは浮上などを利用した固形分分離装置によりその固形分が分離、回収され、その後、必要に応じて活性スラッジ処理等の生物処理が施された後、放流される。このような処理によって分離、回収された固形分や廃水の最終生物処理によって発生する余剰汚泥がペーパースラッジとなる。 In recent years, it has been forced to reduce industrial waste from activities associated with production from the viewpoint of environmental conservation. Even in the paper industry, the treatment of paper sludge has become a problem. Paper sludge is a solid raw material that is mixed with wastewater without being used in fibers such as pulp, which is a papermaking material, organic substances mainly composed of starch and synthetic adhesives, and inorganic substances mainly composed of white pigments. Consists of lignin washed out in the pulping process, fine fibers, or waste paper-derived filler, printing ink adhering thereto, and excess sludge resulting from the biological wastewater treatment process. The main sources of paper sludge other than excess sludge generated in the biological wastewater treatment process are (1) those that flowed out through the wire during paper making, (2) contamination removal in the waste paper treatment process, deinking treatment, etc. Waste generated in the washing process and (3) generated in the washing process in the pulping process. The waste water containing these solids is solidified by a solids separation device using precipitation or flotation. It is separated and recovered, and then subjected to biological treatment such as activated sludge treatment if necessary, and then discharged. Solid sludge separated and recovered by such treatment and excess sludge generated by the final biological treatment of wastewater become paper sludge.

さらに、近年、古紙利用率の高まりとともに、古紙の脱墨工程由来のペーパースラッジが多くなっ。てきている。その中で、新聞古紙や上質古紙は古紙中に含まれる無機物(無機顔料)が少ないのでペーパースラッジ発生量が比較的少なく、その利用率が高いのに対し、雑誌古紙は古紙に含まれる無機物が多く、その結果ペーパースラッジ発生量が多くなる。このことは、新聞古紙や上質古紙に比べて雑誌古紙の利用率が低いことの一因となっている。今後、古紙利用を一層促進するためには、雑誌古紙の利用率向上が必要となるが、反面その利用率が高まると、ペーパースラッジの発生量が増えるという新たな問題が発生する。 Furthermore, in recent years, with the increase in the waste paper utilization rate, paper sludge derived from the waste ink deinking process has increased. It is coming. Among them, used newspapers and high-quality used papers contain less inorganic substances (inorganic pigments) in the used papers, so the amount of paper sludge generated is relatively low and the utilization rate is high. As a result, the amount of paper sludge generated increases. This contributes to the low utilization rate of used magazine paper compared to used newspaper and high-quality used paper. In the future, in order to further promote the use of waste paper, it will be necessary to improve the utilization rate of magazine waste paper. However, if the utilization rate increases, there will be a new problem that the amount of paper sludge generated will increase.

製紙工場から発生したペーパースラッジは、従来は、産業廃棄物として、そのまま埋め立て処分されることが多かったのに対し、最近は流動床炉やストーカ炉等の焼却炉でスラッジ中の有機物を燃焼させてエネルギーとして回収すると同時に、ペーパースラッジの減容化が図られている。しかし、ペーパースラッジ中には無機物も含まれるため、燃焼後には多量の残渣(焼却灰)が残るという問題がある。現在、焼却灰の一部はセメントに混合されたり、製鉄の酸化防止剤、土壌改良剤等にも使用されているが、大半は産業廃棄物として埋め立て処分されている。今後、古紙の再利用が進むにつれて、極めてペーパースラッジが大量になり、廃棄物処理が次第に困難になると予想される。このため、古紙を再生している製紙業界はもとより、自治体の抱える環境対策上の問題は極めて深刻で、その対策の一環としてその有効活用が強く求められている。
このため、ペーパースラッジ焼却灰(無機物)を製紙用材料である塗工用顔料や製紙用填料として、再利用することが出来れば、産業廃棄物の削減のみならず、古紙利用率の向上にも結びつけることができ、環境対策上の問題も解消することができる。
Conventionally, paper sludge generated from paper mills has often been landfilled as industrial waste, but recently, organic substances in sludge are burned in incinerators such as fluidized bed furnaces and stoker furnaces. At the same time, the volume of paper sludge is reduced. However, since paper sludge contains inorganic substances, there is a problem that a large amount of residue (incinerated ash) remains after combustion. At present, some of the incineration ash is mixed with cement, used as an antioxidant for iron making, and a soil conditioner, but most of it is landfilled as industrial waste. In the future, as waste paper is reused, the amount of paper sludge will become extremely large, and waste disposal is expected to become increasingly difficult. For this reason, environmental problems of local governments as well as the paper industry that recycles used paper are extremely serious, and their effective use is strongly demanded as part of the countermeasures.
For this reason, if paper sludge incineration ash (inorganic matter) can be reused as a papermaking material for coating pigments and papermaking fillers, it not only reduces industrial waste, but also improves the wastepaper utilization rate. It can be linked and environmental problems can be solved.

このような社会的背景を理由にペーパースラッジの製紙用材料への再利用方法が検討されており、その方法とは大きく2通りに分けられる。(1)ペーパースラッジ焼却灰をそのまま再利用する方法と、(2)ペーパースラッジ焼却灰に何らかの処理を行い、特定の性質を付与したのちに再利用する方法である。 Due to such a social background, a method of reusing paper sludge for papermaking materials has been studied, and the method can be roughly divided into two types. (1) A method of reusing paper sludge incineration ash as it is, and (2) A method of reusing the paper sludge incineration ash after performing some kind of treatment to impart specific properties.

前者の方法としては、ペーパースラッジ中の有機分を焼却させ焼却灰とし、破砕、分散する方法(特許文献1、2)、ペーパースラッジの焼成を多段酸化で行う方法(特許文献3)、白色度を高める目的でペーパースラッジにリン酸を配合添加し、焼成する方法(特許文献4)、焼却灰を炭酸カルシウムと反応させる方法(特許文献5)が提案されている。また、炭酸カルシウムの分解を抑制するために、焼成中に二酸化炭素を吹き込む方法(特許文献6)も提案されている。これらの方法は、高白色度と低摩耗性というような相反する品質を両立させるため、焼成温度を、スラッジ中の無機成分が分解・硬化しない温度範囲でなるべく高温としたり、再燃焼、多段燃焼させたり、燃焼の間に粉砕処理する対策が施されているため、多くのコストとエネルギーを必要とする場合がある。しかも、ペーパースラッジを焼成する工程で、炭酸カルシウムの分解は避けられず、脱炭酸により、酸化カルシウムへ分解される。このため、これらの焼却灰を水性懸濁液にすると、高アルカリになり、スラリー粘度の上昇、分散不良などといったハンドリング性が劣るといった問題がある。高アルカリの焼成物懸濁液のpHを低下させる方法として、二酸化炭素を添加し、中和する方法(特許文献7、8)が提案されているが、積極的に二酸化炭素を使用するといったものではなく、酸化カルシウムの影響が多少残る場合がある。 As the former method, organic components in paper sludge are incinerated to form incinerated ash, which is crushed and dispersed (Patent Documents 1 and 2), paper sludge is fired by multistage oxidation (Patent Document 3), whiteness In order to improve the above, a method of adding and adding phosphoric acid to paper sludge and baking (Patent Document 4) and a method of reacting incinerated ash with calcium carbonate (Patent Document 5) have been proposed. Moreover, in order to suppress decomposition | disassembly of a calcium carbonate, the method (patent document 6) which blows in a carbon dioxide during baking is also proposed. These methods are compatible with the conflicting quality such as high whiteness and low wear, so the firing temperature is set as high as possible within the temperature range where the inorganic components in the sludge are not decomposed or hardened, or re-combustion or multi-stage combustion. In some cases, a large amount of cost and energy is required because measures are taken to prevent or crush during combustion. Moreover, in the process of firing paper sludge, decomposition of calcium carbonate is inevitable, and it is decomposed into calcium oxide by decarboxylation. For this reason, when these incineration ash is made into aqueous suspension, it becomes a high alkali, and there exists a problem that handling property, such as a raise of slurry viscosity and poor dispersion | distribution, is inferior. As a method for lowering the pH of the highly alkaline fired product suspension, a method of adding and neutralizing carbon dioxide (Patent Documents 7 and 8) has been proposed, but carbon dioxide is actively used. Rather, the effect of calcium oxide may remain somewhat.

後者の方法としては、シリカまたはその化合物を含むペーパースラッジを焼却し、焼却灰をアルカリ金属化合物と混合焼成し、混合焼成物を酸処理し、非晶質シリカ微粒子を製造する方法(特許文献9)が提案されている。焼却灰をケイ酸を含むアルカリ溶液中に浸漬し、これを酸により中和することで、ホワイトカーボン様物質を製造する方法(特許文献10)が提案されている。ペーパースラッジ焼却灰に、水酸化ナトリウムを用いて、アルカリ処理することで、ゼオライトを含有する機能性物質を製造する方法(特許文献11)が提案されている。焼却灰から機能性材料に変換することで、再利用は可能になるが、大量のペーパースラッジを処理するまでには至らず、廃棄物処理量を大幅に減少させることはできない。大量にペーパースラッジを再利用できる方法としては、ペーパースラッジを焼却し、焼却灰を水酸化カルシウム懸濁液に加え混合し、混合懸濁液に二酸化炭素を吹込み、軽質炭酸カルシウムを製造する方法(特許文献12、13)が提案されている。しかしながら、これらの焼却灰を核とした軽質炭酸カルシウムの被覆は、高度かつ複雑な操作や管理が必要となる。また、原料となる焼却灰の影響により最終製品の特性が変化し、品質が安定しないといった問題がある。 As the latter method, paper sludge containing silica or a compound thereof is incinerated, incinerated ash is mixed and fired with an alkali metal compound, and the mixed fired product is acid-treated to produce amorphous silica fine particles (Patent Document 9). ) Has been proposed. A method (Patent Document 10) for producing a white carbon-like substance by immersing incinerated ash in an alkali solution containing silicic acid and neutralizing it with an acid has been proposed. A method for producing a functional substance containing zeolite by subjecting paper sludge incineration ash to alkali treatment using sodium hydroxide has been proposed (Patent Document 11). By converting the incinerated ash into a functional material, it can be reused, but it does not reach a large amount of paper sludge, and the amount of waste treatment cannot be significantly reduced. As a method of reusing a large amount of paper sludge, light sludge is produced by incinerating paper sludge, adding incineration ash to the calcium hydroxide suspension and mixing it, and blowing carbon dioxide into the mixed suspension. (Patent Documents 12 and 13) have been proposed. However, the coating of light calcium carbonate with these incineration ash as the core requires sophisticated and complicated operation and management. In addition, there is a problem that the quality of the final product changes due to the influence of the incinerated ash as a raw material, and the quality is not stable.

これらペーパースラッジを再利用化した製品は、多くのコストとエネルギーを必要とする場合があり、製紙用材料としての品質に達していないことも多い。これらの技術を応用して製品をつくることは、企業の環境活動促進としての観点以外に、あまりメリットがないのが現状である。また、ペーパースラッジを大量に製紙用材料、特に塗工用顔料として、再利用する技術、製品がないのも現状である。 A product obtained by reusing these paper sludges may require a lot of cost and energy, and often does not reach the quality as a papermaking material. The current situation is that there is not much merit in producing products by applying these technologies other than from the viewpoint of promoting environmental activities of companies. In addition, there is no technology or product for reusing a large amount of paper sludge as a papermaking material, particularly as a coating pigment.

特開2001−262002号公報JP 2001-262002 A 特開2002−167523号公報JP 2002-167523 A 特開2001−26727号公報JP 2001-26727 A 特開2003−278092号公報JP 2003-278092 A 特開2005−53985号公報JP 2005-53985 A 特開2004−262701号公報JP 2004-262701 A 特開平10−29818号公報JP-A-10-29818 特開2004−176208号公報JP 2004-176208 A 特開2001−348510号公報JP 2001-348510 A 特開2003−71404号公報JP 2003-71404 A 特開2004−182538号公報JP 2004-182538 A 特表平11−502877号公報Japanese National Patent Publication No. 11-502877 特開2000−178024号公報JP 2000-178024 A

本発明は、製紙工場から排出されるペーパースラッジを製紙用材料である塗工用顔料や製紙用填料として、再利用できる方法を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a method in which paper sludge discharged from a paper mill can be reused as a coating pigment or paper filler as a paper material.

本発明は、炭酸カルシウムを含有するペーパースラッジを原料として、無機粒子を製造する方法であって、ペーパースラッジを熱処理する熱処理工程と、熱処理工程で得られた焼成物と、硫酸アルミニウム水溶液を混合する硫酸アルミニウム混合工程と、を備える無機粒子の製造方法である。
本方法においては、熱処理工程で得られた焼成物を、水と混合・攪拌し、焼成物懸濁液とする焼成物懸濁液化工程を更に備えていてもよい。
また、本方法においては、硫酸アルミニウム混合工程が、硫酸アルミニウム水溶液を連続的に添加する連続添加方式によって行われてもよい。さらに、硫酸アルミニウム混合工程が、硫酸アルミニウム水溶液を複数段にわたって添加する複数段方式によって行われてもよい。
そして、本方法においては、粉砕処理工程が、硫酸アルミニウム混合工程前および/または硫酸アルミニウム混合工程後に備わっていてもよい。
さらに、本方法においては、硫酸アルミニウム混合工程後に、二酸化炭素を接触させる炭酸化工程を備えていてもよい。
本方法においては、熱処理工程が550〜900℃で処理されてもよい。
本発明で製造された無機粒子のpHは12.0以下であってもよい。また、製造された無機粒子中に少なくともトリスルホアルミン酸カルシウムを含有してしてもよい。
前記無機粒子を、填料として使用した紙が好ましい。また、前記無機粒子を、顔料として使用した塗被紙も好ましい。
The present invention is a method for producing inorganic particles using paper sludge containing calcium carbonate as a raw material, and a heat treatment step for heat treating the paper sludge, a fired product obtained in the heat treatment step, and an aqueous aluminum sulfate solution are mixed. And an aluminum sulfate mixing step.
In this method, the baked product obtained in the heat treatment step may be further mixed and stirred with water to further provide a baked product suspension step.
In this method, the aluminum sulfate mixing step may be performed by a continuous addition method in which an aluminum sulfate aqueous solution is continuously added. Furthermore, the aluminum sulfate mixing step may be performed by a multi-stage method in which an aluminum sulfate aqueous solution is added over a plurality of stages.
In the present method, the pulverization step may be provided before the aluminum sulfate mixing step and / or after the aluminum sulfate mixing step.
Furthermore, in this method, you may provide the carbonation process which makes a carbon dioxide contact after the aluminum sulfate mixing process.
In this method, a heat treatment process may be processed at 550-900 degreeC.
The pH of the inorganic particles produced in the present invention may be 12.0 or less. Further, the produced inorganic particles may contain at least calcium trisulfoaluminate.
Paper using the inorganic particles as a filler is preferred. A coated paper using the inorganic particles as a pigment is also preferable.

本発明に係るペーパースラッジから再生された無機粒子は、塗工用顔料として塗被液中に多配合することができ、また、製紙用填料としても使用することができる。 The inorganic particles regenerated from the paper sludge according to the present invention can be mixed in the coating solution as a coating pigment, and can also be used as a papermaking filler.

本発明の製造方法の基本的なフローを図について説明する。図1は参考例のスラッジを原料とする無機粒子の製造方法の基本フローシートAを示す図である。以下本基本フローシートAに従って説明する。 The basic flow of the manufacturing method of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a view showing a basic flow sheet A of a method for producing inorganic particles using sludge as a reference example . The basic flow sheet A will be described below.

[スラッジ]
スラッジは本発明に用いられる無機粒子の原料となる。スラッジとしては、炭酸カルシウムを含有するスラッジであればよく、製紙工場から出されるペーパースラッジや、下水や工場廃水等から発生するスラッジなどを用いことができる。スラッジとは別に、製紙用材料として再利用が困難な低級な古紙やそれに付随するプラスチックを主としたRPF(Refused Paper & Plastic Fuel)を原料として使用することもできる。
なお、スラッジ中に炭酸カルシウムを含有しない場合は、炭酸カルシウムが分解され酸化カルシウムにならないため、焼却灰を高濃度で分散することができ、本発明の工程を用いなくても製紙用材料としてそのまま再利用することができる。
[Sludge]
Sludge is a raw material for the inorganic particles used in the present invention. The sludge may be any sludge containing calcium carbonate, and paper sludge discharged from a paper mill, sludge generated from sewage, factory waste water, or the like can be used. Apart from sludge, RPF (Refused Paper & Plastic Fuel) mainly composed of low-grade waste paper that is difficult to reuse as a papermaking material and its associated plastic can also be used as a raw material.
In addition, when calcium carbonate is not contained in the sludge, since the calcium carbonate is not decomposed to become calcium oxide, the incinerated ash can be dispersed at a high concentration, and as it is as a papermaking material without using the process of the present invention. Can be reused.

スラッジ中の炭酸カルシウム含有率は、スラッジを350℃で2時間燃焼させたスラッジ灰化物を、X線回折装置(XRD)を用いて、各無機粒子の回折ピーク強度または回折ピーク面積から求めることができる。
(1)スラッジ灰化物をXRDで測定し、無機粒子の同定および、回折ピーク強度または回折ピーク面積を求める。主な無機粒子の回折ピーク位置は、炭酸カルシウム:29.5度、カオリン:24.95度付近、タルク:9.55度付近である。
(2)炭酸カルシウムの回折ピーク強度または回折ピーク面積を基準に、各無機粒子の強度比または面積比を求める。
(3)各無機粒子の強度比または面積比から無機粒子の構成比率を求め、炭酸カルシウム含有率を求める。
The calcium carbonate content in the sludge can be obtained from the diffraction peak intensity or diffraction peak area of each inorganic particle, using an X-ray diffractometer (XRD) for sludge incinerated products obtained by burning the sludge at 350 ° C. for 2 hours. it can.
(1) Measure sludge ash by XRD to determine the identification of inorganic particles and the diffraction peak intensity or diffraction peak area. The diffraction peak positions of the main inorganic particles are calcium carbonate: 29.5 degrees, kaolin: around 24.95 degrees, and talc: around 9.55 degrees.
(2) The intensity ratio or area ratio of each inorganic particle is determined based on the diffraction peak intensity or diffraction peak area of calcium carbonate.
(3) The composition ratio of the inorganic particles is determined from the strength ratio or area ratio of each inorganic particle, and the calcium carbonate content is determined.

ペーパースラッジは、古紙パルプ製造工程や抄紙工程において、脱水された白水と呼ばれる搾液中に含まれるセルロースや澱粉等の有機物と炭酸カルシウム、カオリン、タルク等の無機粒子の混合物である。より具体的には古紙処理工程での混入異物除去、脱墨処理や洗浄過程で発生したもの、パルプ化工程での洗浄過程で発生したもの、および抄紙時にワイヤーを通過して白水に流出した有機物と無機粒子の混合物を使用することができる。古紙再生工程の脱墨工程よりも前段工程である離解工程の白水からのスラッジを回収することにより、古紙再生工程における脱墨工程、漂白処理、洗浄処理の負荷が低減され、古紙処理コストの低減に加え、排水処理の負荷が低減できるため好ましい。
特に古紙再生工程では、古紙材料に由来した無機粒子が白水中に多量に流出するが、この白水を凝集処理して無機粒子を効率的に回収することができる。例えば、通常の古紙パルプの製造工程から得ることができ、離解処理であれば、従来公知の低濃度パルパー、高濃度パルパーのいずれからの搾水も利用できる。古紙の脱墨処理についても従来公知のいずれの方法も使用でき、各工程の洗浄機からの搾水も使用できる。また、白色度の低い古紙原料から得られた白水の場合は、白水の浮選処理によって白水からインク粒子を除去しておくことが好ましい。
Paper sludge is a mixture of organic substances such as cellulose and starch and inorganic particles such as calcium carbonate, kaolin, and talc contained in the squeezed white water that has been dehydrated in the used paper pulp manufacturing process and papermaking process. More specifically, contaminants removed in the waste paper processing process, those generated during the deinking process and washing process, those generated during the washing process in the pulping process, and organic substances that flowed into the white water through the wire during paper making And a mixture of inorganic particles can be used. By collecting sludge from white water in the disaggregation process, which is the first stage of the deinking process in the used paper recycling process, the burden on the deinking process, bleaching process, and washing process in the used paper recycling process is reduced, and the used paper processing cost is reduced. In addition, the load of wastewater treatment can be reduced, which is preferable.
In particular, in the used paper recycling process, a large amount of inorganic particles derived from the used paper material flows out into the white water. The white water can be agglomerated to recover inorganic particles efficiently. For example, it can be obtained from a normal waste paper pulp manufacturing process, and if it is a disaggregation treatment, water can be used from either a conventionally known low-concentration pulper or high-concentration pulper. For the deinking treatment of waste paper, any conventionally known method can be used, and squeezing from a washing machine in each step can also be used. In addition, in the case of white water obtained from used paper raw materials with low whiteness, it is preferable to remove ink particles from white water by white water flotation treatment.

スラッジ中の固形分濃度は、脱水機の能力の違いで異なるため、通常5〜60質量%である。しかし、スラッジの焼却に要する熱エネルギーを低減する観点から、また炉内での処理時間の短縮化の観点から、該スラッジの固形分濃度はなるべく高い方が良く、40〜60質量%が好ましい。固形分濃度60質量%を超えるものは現状の脱水機あるいは濃縮機の能力では達成が難しい。 Since the solid content concentration in the sludge varies depending on the capacity of the dehydrator, it is usually 5 to 60% by mass. However, from the viewpoint of reducing the heat energy required for incineration of sludge and from the viewpoint of shortening the processing time in the furnace, the solid content concentration of the sludge is preferably as high as possible, and preferably 40 to 60% by mass. Those having a solid content concentration exceeding 60% by mass are difficult to achieve with the capacity of the current dehydrator or concentrator.

本発明では、スラッジの熱処理工程前に造粒することも可能である。この造粒処理により、微細粒子が一体化し、微細粒子の飛散を防止することができ、熱処理後の収率を向上できる。また、大きさのバラツキが小さくなり、その熱処理効率が高まり、収率よく有機物が熱分解し、設備を小型化できる。含水状態のスラッジを転動造粒法や攪拌造粒法等により造粒することもできるが、乾燥したスラッジを圧縮成形する方法は、熱処理工程で熱エネルギーを節約することができ、好ましい。
乾式の造粒方法として、ブリケットマシンやローラーコンパクター等の圧縮成形機を用いることが好ましい。これらの圧縮成形機は、加圧された2本のロール間にスラッジを、スクリューにより強制的に押し込み、ロールを回転させることで圧縮成形することができる。
In the present invention, it is possible to perform granulation before the heat treatment step of sludge. By this granulation treatment, the fine particles are integrated, the scattering of the fine particles can be prevented, and the yield after the heat treatment can be improved. In addition, the variation in size is reduced, the heat treatment efficiency is increased, the organic matter is thermally decomposed with good yield, and the equipment can be downsized. Although the water-containing sludge can be granulated by a rolling granulation method, a stirring granulation method, or the like, a method of compression-molding the dried sludge is preferable because it can save heat energy in the heat treatment step.
As a dry granulation method, it is preferable to use a compression molding machine such as a briquette machine or a roller compactor. These compression molding machines can perform compression molding by forcibly pushing sludge between two pressurized rolls with a screw and rotating the rolls.

[熱処理工程]
本発明の熱処理工程は空気(酸素)雰囲気で行い、その熱処理温度は、スラッジ中のカーボンブラック等のインク顔料や繊維およびポリマー等の有機物を燃焼するのに十分な温度であれば特に限定はされない。有機物を燃焼させるには、550℃以上にした方が好ましい。550℃未満では、有機物が完全に燃焼しない可能性がある。さらに、白色度の面からは処理温度は600℃以上にした方が好ましいが、あまり高温にし過ぎると、スラッジ中の無機粒子が変化し、焼成物が硬くなってしまい、製紙用材料としては好ましくない。
スラッジ中の無機粒子は、炭酸カルシウム、カオリン、タルク、二酸化チタンが主である。炭酸カルシウムは、600℃を越えた付近から脱炭酸を始め、少なくとも一部が酸化カルシウムに分解され始め、900℃で完全に酸化カルシウムに分解する。タルクは900℃まで結晶構造は変化しない。二酸化チタンは安定であり、全く変化しない。カオリンは、400℃を超えた付近から結晶水が脱離し、500〜850℃までは非晶質のメタカオリンとして存在する。この非晶質のメタカオリンは、焼成カオリンと呼ばれるもので、嵩高く、不透明度が良好で、平滑性に優れる無機粒子である。900℃を超えると、γアルミナ、ムライトを生成する。これらのγアルミナ、ムライトは、非常に硬いため、ワイヤー摩耗、塗工ブレード摩耗が悪くなるため、製紙用材料としては好ましくない。また、800℃を超え、非晶質のメタカオリンと炭酸カルシウムから分解された酸化カルシウムが存在すると、化学反応により、硬い、再利用に適さないゲーレナイトが生成する。従って、本発明の熱処理工程においては、カオリンが焼結、融着せず、非晶質のメタカオリンとして存在し、炭酸カルシウムが分解され酸化カルシウムで存在する状態が好ましいので、熱処理温度の上限は900℃であり、より好ましくは800℃以下である。
よって、本発明の熱処理工程の熱処理温度は、550℃以上900℃以下が好ましく、600℃以上800℃以下がより好ましい。
ここに示す温度は、焼却炉内雰囲気温度であり、スラッジ燃焼温度とは多少前後する場合がある。
[Heat treatment process]
The heat treatment step of the present invention is carried out in an air (oxygen) atmosphere, and the heat treatment temperature is not particularly limited as long as it is a temperature sufficient to burn ink pigments such as carbon black in sludge and organic substances such as fibers and polymers. . In order to burn organic matter, it is preferable to set the temperature to 550 ° C. or higher. If it is less than 550 degreeC, an organic substance may not burn completely. Furthermore, from the viewpoint of whiteness, the treatment temperature is preferably set to 600 ° C. or higher. However, if the temperature is too high, inorganic particles in the sludge change and the fired product becomes hard, which is preferable as a papermaking material. Absent.
The inorganic particles in the sludge are mainly calcium carbonate, kaolin, talc, and titanium dioxide. Calcium carbonate begins to be decarboxylated from around 600 ° C., and at least part of it begins to be decomposed into calcium oxide, and completely decomposes into calcium oxide at 900 ° C. Talc does not change its crystal structure up to 900 ° C. Titanium dioxide is stable and does not change at all. Kaolin is crystal water desorbed from around 400 ° C. and exists as amorphous metakaolin up to 500 to 850 ° C. This amorphous metakaolin is called calcined kaolin, and is an inorganic particle that is bulky, has good opacity, and is excellent in smoothness. When the temperature exceeds 900 ° C., γ-alumina and mullite are generated. Since these γ-alumina and mullite are very hard, wire wear and coating blade wear are deteriorated, which is not preferable as a papermaking material. Further, when calcium oxide decomposed from amorphous metakaolin and calcium carbonate is present at a temperature exceeding 800 ° C., hard and unsuitable galenite is generated by a chemical reaction. Therefore, in the heat treatment step of the present invention, it is preferable that kaolin is not sintered or fused and exists as amorphous metakaolin, and calcium carbonate is decomposed and present in calcium oxide, so the upper limit of the heat treatment temperature is 900 ° C. More preferably, it is 800 ° C. or lower.
Therefore, the heat treatment temperature in the heat treatment step of the present invention is preferably 550 ° C. or higher and 900 ° C. or lower, and more preferably 600 ° C. or higher and 800 ° C. or lower.
The temperature shown here is the atmosphere temperature in the incinerator, and may be slightly different from the sludge combustion temperature.

本発明の熱処理工程は、上記温度範囲であれば、複数段で処理することもできる。例えば、100℃以上の温度でスラッジを乾燥させ、水分を完全に除去したのちに焼成処理を行うと、焼成時間を短縮することができる。なお、熱処理時間は特に限定されないが、通常1〜24時間程度である。また、無酸素雰囲気で熱処理を行うことも可能であるが、熱処理時間が長くなり、エネルギーコストが高くなるので、実用上あまり好ましくない。 The heat treatment step of the present invention can be performed in multiple stages within the above temperature range. For example, the baking time can be shortened by drying the sludge at a temperature of 100 ° C. or higher and removing the moisture completely and then performing the baking treatment. The heat treatment time is not particularly limited, but is usually about 1 to 24 hours. Although heat treatment can be performed in an oxygen-free atmosphere, the heat treatment time becomes longer and the energy cost becomes higher, which is not preferable in practice.

本発明の熱処理工程で用いられる焼却炉は、例えば、ロータリーキルン、流動床炉、浮遊炉、ストーカ炉等通常用いられている焼却炉を用いることができる。なかでも、回転あるいは流動させることが可能な形式の炉の方が、スラッジへの伝熱が良好であること、また、成形体外層が燃焼し灰化した後に、灰部が成形体から脱落し、新たな未燃焼部分が表面に出ることで効率よく燃焼し、過度な温度で炭化・焼成を避けることができるので、好ましい。スラッジの焼却設備は極力単純なものが設備の維持の面で好ましいので、炉の型式としては一つの設備内で、乾燥、炭化、焼成が可能なロータリーキルンが好ましい。 As the incinerator used in the heat treatment step of the present invention, for example, a commonly used incinerator such as a rotary kiln, a fluidized bed furnace, a floating furnace, a stoker furnace or the like can be used. In particular, a furnace that can be rotated or fluidized has better heat transfer to the sludge, and after the outer layer of the molded body burns and ashes, the ash part falls off the molded body. Since a new unburned part comes out on the surface, it burns efficiently, and carbonization and firing can be avoided at an excessive temperature, which is preferable. Since a sludge incineration facility is preferably as simple as possible from the viewpoint of maintaining the facility, a rotary kiln that can be dried, carbonized, and fired in one facility is preferable as the type of furnace.

[硫酸アルミニウム混合工程−その1]
本混合工程は、焼成物中に存在している炭酸カルシウムから分解された酸化カルシウムを反応あるいは中和させるために、熱処理工程で得られた焼成物と、硫酸アルミニウム水溶液を混合させる工程である。単純に考えると、焼成物中に硫酸アルミニウム水溶液を徐々に加える、または硫酸アルミニウム水溶液中に徐々に焼成物を加えるごとくの方法が挙げられるが、以下のような点であまり実際的ではない。焼成物中に硫酸アルミニウム水溶液を徐々に加える場合は、混合攪拌を直ちに行うことができず、硫酸アルミニウム水溶液が局在化し、過剰な状態になり、トリスルホアルミン酸カルシウムと副生成物の硫酸カルシウム、酸化アルミニウムを生成することになる。また、硫酸アルミニウム水溶液中に徐々に焼成物を加える場合も、硫酸アルミニウム水溶液が過剰な状態になり、トリスルホアルミン酸カルシウムと副生成物の硫酸カルシウム、酸化アルミニウムを同様に生成することになる。従って、トリスルホアルミン酸カルシウムを効率よく、生成する上で、後述の[焼成物懸濁液化工程]を加えることが好ましい。
[Aluminum sulfate mixing step-1]
This mixing step is a step of mixing the calcined product obtained in the heat treatment step with an aluminum sulfate aqueous solution in order to react or neutralize calcium oxide decomposed from the calcium carbonate present in the calcined product. In simple terms, a method of gradually adding an aqueous aluminum sulfate solution into the fired product, or gradually adding a fired product into the aluminum sulfate aqueous solution, is not practical in the following respects. When the aqueous solution of aluminum sulfate is gradually added to the baked product, mixing and stirring cannot be performed immediately, and the aqueous solution of aluminum sulfate is localized and becomes excessive, so that calcium trisulfoaluminate and by-product calcium sulfate are obtained. This will produce aluminum oxide. Further, when the baked product is gradually added to the aqueous aluminum sulfate solution, the aqueous aluminum sulfate solution becomes excessive, and calcium trisulfoaluminate and by-products calcium sulfate and aluminum oxide are similarly produced. Therefore, in order to efficiently produce calcium trisulfoaluminate, it is preferable to add a [calcined product suspension step] described later.

本発明において、焼成物へ混合する硫酸アルミニウム水溶液は、酸化カルシウムと硫酸アルミニウムの反応モル比が、CaO/Al=5.5〜8.0の割合であればよく、酸化カルシウムの影響による高アルカリ化を防止することができればよい。高アルカリ化を防止することにより、従来の熱処理工程のみで得られた無機粒子よりも、高濃度で分散させることができ、また、分散剤を減らすことも可能である。 In the present invention, the aqueous aluminum sulfate solution to be mixed with the fired product may have a reaction molar ratio of calcium oxide to aluminum sulfate of CaO / Al 2 O 3 = 5.5 to 8.0. It suffices if the alkalinization due to can be prevented. By preventing high alkalinity, it is possible to disperse at a higher concentration than the inorganic particles obtained only by the conventional heat treatment step, and it is possible to reduce the dispersant.

この混合する硫酸アルミニウム水溶液の量は、焼成物中の酸化カルシウムのモル数から算出する。
(1)熱処理工程後の炭酸カルシウム分解率(%)=(1−(b2/b1))*100
b1:350℃で2時間燃焼した焼成前のスラッジの灰化物の炭酸カルシウム回折ピーク強度
b2:スラッジの焼成物の炭酸カルシウム回折ピーク強度
(2)酸化カルシウム含有率(%)=(A/100)*(B/100)*100
A:スラッジ中の炭酸カルシウム含有率(%)
B:上記(1)の炭酸カルシウム分解率(%)
(3)酸化カルシウムモル数=(焼成物重量(g)*(上記(2)の酸化カルシウム含有率/100))/56.1
The amount of the aluminum sulfate aqueous solution to be mixed is calculated from the number of moles of calcium oxide in the fired product.
(1) Calcium carbonate decomposition rate after heat treatment step (%) = (1− (b2 / b1)) * 100
b1: Calcium carbonate diffraction peak intensity of incinerated sludge before firing after burning at 350 ° C. for 2 hours b2: Calcium carbonate diffraction peak intensity of calcined sludge (2) Calcium oxide content (%) = (A / 100) * (B / 100) * 100
A: Calcium carbonate content in sludge (%)
B: Calcium carbonate decomposition rate (%) in (1) above
(3) Calcium oxide mole number = (calcined product weight (g) * (calcium oxide content of (2) / 100)) / 56.1

[脱水、分散工程]
本発明において、硫酸アルミニウム混合工程後の組成物を脱水して脱水組成物とする脱水工程と、該脱水工程により得られる該脱水組成物に水分を加えてスラリー状の分散組成物とする分散工程とを備えることが好ましい。脱水工程は、濾過、遠心分離、加圧脱水、圧搾などの操作により行うことができる。分散工程は、脱水工程により得られる脱水工程により得られる脱水組成物に水分を加えてスラリー状の分散組成物とするものであればよい。分散工程時に水分以外に、分散剤を添加することで、スラッジを原料とした無機粒子を良好に分散することができるので好ましい。
[Dehydration and dispersion process]
In the present invention, a dehydration step of dehydrating the composition after the aluminum sulfate mixing step to obtain a dehydrated composition, and a dispersion step of adding water to the dehydrated composition obtained by the dehydration step to obtain a slurry-like dispersion composition It is preferable to comprise. The dehydration step can be performed by operations such as filtration, centrifugation, pressure dehydration, and pressing. The dispersion process may be any process in which water is added to the dehydrated composition obtained by the dehydration process obtained by the dehydration process to obtain a slurry-like dispersion composition. It is preferable to add a dispersing agent in addition to moisture during the dispersing step because inorganic particles made from sludge can be favorably dispersed.

本発明の製造方法の別のフローを図2に示した。図2は本発明のスラッジを原料とする無機粒子の製造方法の別のフローシートBを示す図である。本フローシートBの製造方法は基本フローシートAに、[焼成物懸濁液化工程]および、基本フローシートAとは異なる[硫酸アルミニウム混合工程]を付加したことに特徴があり、それ以外の工程は基本フローシートAと同様である。
[焼成物懸濁液化工程]
熱処理工程後の焼成物は焼成灰の状態で、そのまま硫酸アルミニウム水溶液と混合してもよいが、焼成物を水と混合、攪拌し、焼成物懸濁液とする懸濁液化工程を熱処理工程後に備えた方が好ましい。懸濁液化工程を備えることで、硫酸アルミニウム水溶液を、焼成物懸濁液に混合、添加することができるので、硫酸アルミニウム水溶液の過剰な状態を防ぐことができ、トリスルホアルミン酸カルシウムを生成させることができる。このトリスルホアルミン酸カルシウムは、針状の結晶状態を有する白色顔料であり、塗被紙製造に用いる顔料塗被液に配合することで、優れた平滑度、白紙光沢度、白色度および不透明度などを付与することができる優れた顔料である。従って、硫酸アルミニウム水溶液中に焼成物を混合させるより、焼成物懸濁液に硫酸アルミニウム水溶液を混合させてトリスルホアルミン酸カルシウムを生成させる方が、塗工用顔料として利用する場合、好ましい。
Another flow of the production method of the present invention is shown in FIG. FIG. 2 is a view showing another flow sheet B of the method for producing inorganic particles using the sludge of the present invention as a raw material. The manufacturing method of the present flow sheet B is characterized in that the [baked product suspension step] and the [aluminum sulfate mixing step] different from the basic flow sheet A are added to the basic flow sheet A, and other steps. Is the same as the basic flow sheet A.
[Firing product suspension process]
The calcined product after the heat treatment step may be mixed with the aluminum sulfate aqueous solution as it is in the form of calcined ash, but the calcined product is mixed with water and stirred, and the suspension process to obtain a calcined product suspension is performed after the heat treatment step. It is preferable to provide it. By providing a suspension step, an aqueous aluminum sulfate solution can be mixed and added to the fired product suspension, so that an excessive state of the aqueous aluminum sulfate solution can be prevented and calcium trisulfoaluminate is generated. be able to. This calcium trisulfoaluminate is a white pigment having a needle-like crystal state, and by blending it in a pigment coating solution used for coated paper production, it has excellent smoothness, white paper gloss, whiteness and opacity. It is an excellent pigment that can be applied. Therefore, it is preferable to mix calcium sulfate aqueous solution with the calcined product suspension to produce calcium trisulfoaluminate rather than mixing the calcined product into the aluminum sulfate aqueous solution, when used as a coating pigment.

[硫酸アルミニウム混合工程−その2]
焼成物懸濁液化工程で得られた焼成物懸濁液と硫酸アルニウム水溶液を混合、添加する方式としては、所定量の焼成物懸濁液(水酸化カルシウム懸濁液)について硫酸アルミニウム水溶液を添加する「バッチ」方式と、連続的に移送される焼成物懸濁液(水酸化カルシウム懸濁液)に対して硫酸アルミニウム水溶液を連続的に添加する「連続添加」方式があり、本発明においては、どちらの方式を用いても構わないが、生成されるトリスルホアルミン酸カルシウムの粒径の均一性の点からは、「連続添加」方式の方が好ましい。
[Aluminum sulfate mixing step-2]
As a method of mixing and adding the calcined product suspension obtained in the calcined product suspension step and the aqueous aluminum solution, an aqueous aluminum sulfate solution is added to a predetermined amount of the calcined product suspension (calcium hydroxide suspension). There is a “batch” method and a “continuous addition” method in which an aqueous aluminum sulfate solution is continuously added to a baked product suspension (calcium hydroxide suspension) that is continuously transferred. Either method may be used, but the “continuous addition” method is preferred from the viewpoint of the uniformity of the particle size of the calcium trisulfoaluminate produced.

焼成物懸濁液に対して添加される硫酸アルミニウム水溶液は、所定量を一括添加しても、複数段に分割して添加しても構わないが、焼成物懸濁液と硫酸アルミニウム水溶液を反応させて、副生成物を生成させずにトリスルホアルミン酸カルシウムを生成するには、複数段に分割して添加する方が好ましい。
硫酸アルミニウム水溶液は、水酸化カルシウムと反応することで、トリスルホアルミン酸カルシウムになる。このうち、硫酸アルミニウムは水に完全に溶解して水溶液となり、その全量が直ちに反応が行なえる状態であるのに対して、もう一方の反応原料である水酸化カルシウムは水に対する溶解性が0.2%と極めて低く、ほとんど水に溶けない懸濁液の状態であるため、その全量は直ちに反応が行なえる状態にはない。このため、反応性の鈍い水酸化カルシウム懸濁液に対して、所定量の硫酸アルミニウム水溶液を一度に添加するのではなく、直ちに反応することができる水酸化カルシウム量に見合うだけの硫酸アルミニウム量の範囲内で、所定量の硫酸アルミニウムを複数段に分割して添加することにより、反応系内において硫酸アルミニウムが過剰になる状態を回避し、酸化アルミニウムや硫酸カルシウムの反応副生成物の発生を抑制するものである。
The aluminum sulfate aqueous solution added to the fired product suspension may be added in a predetermined amount or divided into a plurality of stages, but the fired product suspension reacts with the aluminum sulfate aqueous solution. Thus, in order to produce calcium trisulfoaluminate without producing a by-product, it is preferable to add in multiple stages.
The aqueous aluminum sulfate solution becomes calcium trisulfoaluminate by reacting with calcium hydroxide. Of these, aluminum sulfate is completely dissolved in water to form an aqueous solution, and the entire amount is ready to react, whereas calcium hydroxide as the other reaction raw material has a water solubility of 0. Since the suspension is in a very low state of 2% and hardly dissolves in water, the total amount is not ready for immediate reaction. For this reason, a predetermined amount of aqueous aluminum sulfate solution is not added at once to a calcium hydroxide suspension with low reactivity, but the amount of aluminum sulfate sufficient to meet the amount of calcium hydroxide that can be reacted immediately. By adding a predetermined amount of aluminum sulfate in multiple stages within the range, it avoids excessive aluminum sulfate in the reaction system and suppresses the generation of reaction byproducts of aluminum oxide and calcium sulfate. To do.

焼成物懸濁液に、硫酸アルミニウム水溶液を複数段添加する際に、複数段添加のうちの少なくともいずれかが、連続的に移送される焼成物懸濁液に、硫酸アルミニウム水溶液を連続的に添加する連続添加によって行ってもよい。
複数段に分割して行なわれる硫酸アルミニウム水溶液の添加に対しては、「バッチ」方式を行なっても良いが、生成するトリスルホアルミン酸カルシウムの粒子径を微小、かつ均一に制御することに関しては、「バッチ」方式よりも「連続添加」方式の方が優れていることから、複数段に分割して行なわれる硫酸アルミニウム水溶液のいずれかの添加において、「連続添加」方式による添加を、少なくとも最低1回は行なう方が好ましい。
When adding multiple stages of aluminum sulfate aqueous solution to the fired product suspension, at least one of the multiple stage additions is continuously added to the fired product suspension that is continuously transferred It may be performed by continuous addition.
For the addition of the aqueous aluminum sulfate solution divided into a plurality of stages, a “batch” method may be performed, but regarding the fine and uniform control of the particle size of the calcium trisulfoaluminate to be produced. Since the “continuous addition” method is superior to the “batch” method, the addition by the “continuous addition” method is at least the minimum in any of the aluminum sulfate aqueous solutions performed in multiple stages. It is preferable to carry out once.

「連続添加」方式による硫酸アルミニウム水溶液の添加については、複数段に分割して行なわれる硫酸アルミニウム水溶液の添加のうち、第1段目の添加を「連続添加」方式とすることもでき、さらに、複数段に分割して行なわれる硫酸アルミニウム水溶液の添加のうち、最終の添加を除く全ての添加を「連続添加」方式とすることもできる。なお、最終の添加を含む全ての添加を「連続添加」方式とすることもできる。 Regarding the addition of the aqueous aluminum sulfate solution by the “continuous addition” method, the addition of the first step of the addition of the aqueous aluminum sulfate solution divided into a plurality of stages can be a “continuous addition” method, Of the addition of the aqueous aluminum sulfate solution divided into a plurality of stages, all the additions except the final addition may be a “continuous addition” method. It should be noted that all additions including the final addition may be a “continuous addition” method.

また、焼成物懸濁液に、複数段に分割して行なわれる硫酸アルミニウム水溶液の添加に対しては、焼成物中の水酸化カルシウムの反応性を回復させて適正なトリスルホアルミン酸カルシウム生成反応を維持させるために、該後続添加の直前の添加から所定時間の間隔を空けた後に、後続の硫酸アルミニウム水溶液を添加するものであり、安定化するのに要する所要時間は、混合組成物の状態にもよるが、15秒以上あった方がよい。 In addition, when adding an aqueous aluminum sulfate solution divided into a plurality of stages to the fired product suspension, the reactivity of calcium hydroxide in the fired product is restored to produce an appropriate calcium trisulfoaluminate reaction. In order to maintain a predetermined time interval from the addition immediately before the subsequent addition, the subsequent aluminum sulfate aqueous solution is added, and the time required for stabilization depends on the state of the mixed composition. Depending on the situation, it should be 15 seconds or longer.

また、本方法においては、前記複数段に分割して行なわれる硫酸アルミニウム水溶液の添加のうち、2段目以降の添加である後続添加が、該後続添加において硫酸アルミニウム水溶液が添加される組成物のpHが10.0以上で行うことが好ましい。
ここにいう「後続添加」とは、焼成物懸濁液に対して、複数段に分割して硫酸アルミニウム水溶液を添加する場合において、2段目〜最終段に行なわれる、それぞれの硫酸アルミニウム水溶液の添加をいう。
そして、ここにいう「該後続添加において硫酸アルミニウム水溶液が添加される組成物」とは、焼成物懸濁液と硫酸アルミニウム水溶液の混合物であって、まだ硫酸アルミニウム水溶液の所定量(全量)が混合されておらず(即ち、最終段の添加がなされていない)、該後続添加によって硫酸アルミニウム水溶液が添加される直前の組成物をいい、具体的には焼成物懸濁液中に生成したトリスルホアルミン酸カルシウムと未反応の水酸化カルシウムが残留する組成物のことを示す。
Further, in this method, of the addition of the aqueous aluminum sulfate solution divided into the plurality of stages, the subsequent addition, which is the second or subsequent stage addition, is a composition in which the aqueous aluminum sulfate solution is added in the subsequent addition. It is preferable to carry out at a pH of 10.0 or higher.
“Subsequent addition” as used herein refers to each of the aqueous aluminum sulfate aqueous solutions performed in the second stage to the final stage when the aqueous aluminum sulfate solution is added in multiple stages to the fired product suspension. Refers to addition.
The “composition to which an aluminum sulfate aqueous solution is added in the subsequent addition” is a mixture of a fired product suspension and an aluminum sulfate aqueous solution, and a predetermined amount (total amount) of the aluminum sulfate aqueous solution is still mixed. This is a composition that has not been added (ie, the final stage has not been added) and immediately before the addition of the aqueous aluminum sulfate solution by the subsequent addition. This indicates a composition in which calcium aluminate and unreacted calcium hydroxide remain.

後続添加において、硫酸アルミニウム水溶液が添加される組成物のpHが10.0以上であることの意義は次のように考えられる。
トリスルホアルミン酸カルシウムの製造に関して、硫酸アルミニウム水溶液を添加する際に、原料である水酸化カルシウムの反応性を維持、回復させることが重要であることは前記した通りであるが、水酸化カルシウム懸濁液に対して硫酸アルミニウム水溶液を混合して得られた混合組成物のpHの変動状態を観測することにより、混合組成物における水酸化カルシウムの反応性の回復状況を把握することができることから、該混合組成物においては、硫酸アルミニウムを添加する前に充分に反応性を回復(=pHの上昇回復)しておくことが不可欠である。硫酸アルミニウムを添加する前の混合組成物のpHが、10.0未満であると、混合組成物中の水酸化カルシウムの反応性回復が不十分である可能性が高く、該状態の混合組成物に対して硫酸アルミニウム水溶液を追添加すると、トリスルホアルミン酸カルシウムの生成反応を適性、かつ安定して行なうことが困難となり、酸化アルミニウムや硫酸カルシウムといった反応副生成物が多量に生じるため好ましくない。
In the subsequent addition, the significance that the pH of the composition to which the aqueous aluminum sulfate solution is added is 10.0 or more is considered as follows.
Regarding the production of calcium trisulfoaluminate, as described above, it is important to maintain and recover the reactivity of calcium hydroxide as a raw material when adding an aqueous aluminum sulfate solution. By observing the fluctuation state of the pH of the mixed composition obtained by mixing the aqueous solution of aluminum sulfate with the suspension, it is possible to grasp the recovery state of the reactivity of calcium hydroxide in the mixed composition, In the mixed composition, it is essential to sufficiently recover the reactivity (= recovery of the increase in pH) before adding aluminum sulfate. When the pH of the mixed composition before adding aluminum sulfate is less than 10.0, there is a high possibility that the reactivity recovery of calcium hydroxide in the mixed composition is insufficient, and the mixed composition in this state If an aqueous aluminum sulfate solution is additionally added, it is difficult to carry out the formation reaction of calcium trisulfoaluminate in an appropriate and stable manner, and a large amount of reaction by-products such as aluminum oxide and calcium sulfate are generated.

本発明においては、トリスルホアルミン酸カルシウムを生成させる際の、混合、添加する硫酸アルミニウム水溶液は、CaO/Al=5.5〜8.0の割合であればよい。酸化カルシウムの影響による高アルカリ化を防止するためには、CaO/Al=7.0以下が好ましく、より好ましいのは、CaO/Al=5.5〜6.0の範囲である。CaO/Al=5.5未満の場合は、多量に副生成物が発生し、好ましくない。 In the present invention, the aluminum sulfate aqueous solution to be mixed and added when producing calcium trisulfoaluminate may be a ratio of CaO / Al 2 O 3 = 5.5 to 8.0. In order to prevent high alkalinity due to the influence of calcium oxide, CaO / Al 2 O 3 = 7.0 or less is preferable, and more preferable is a range of CaO / Al 2 O 3 = 5.5 to 6.0. It is. When CaO / Al 2 O 3 = less than 5.5, a large amount of by-products are generated, which is not preferable.

ここに「トリスルホアルミン酸カルシウムを含有する組成物のpH」の測定方法としては、残留する水酸化カルシウムの状態安定化のために、硫酸アルミニウム水溶液の最終添加が終了した後、少なくとも10分以上、好ましくは5時間以上経過した後にpH測定を行なうことが好ましく、pH測定については、測定を行なう当日に少なくとも1回はpH標準校正溶液を用いて校正されたpH計を用いることが好ましい。例えば、硫酸アルミニウム水溶液の最終段添加が終了してから24時間後経過後の25℃のトリスルホアルミン酸カルシウムを含有する組成物のpHを測定するようにしてもよい。また測定器具としては、ラコムテスターpH計(pHScanWPBN型/アズワン製)を使用し、トリスルホアルミン酸カルシウムを含有する組成物の分散液中に直接pH電極を浸漬させて該組成物のpHを測定する。なお、pH測定に使用したpH計については、NIST基準校正液(pH6.86、およびpH9.18の2種類)を用いてpH校正を行なった後にpH測定を行う。 Here, as a measuring method of “pH of the composition containing calcium trisulfoaluminate”, at least 10 minutes or more after the final addition of the aqueous aluminum sulfate solution is completed in order to stabilize the state of the remaining calcium hydroxide. The pH measurement is preferably performed after 5 hours or more have elapsed, and for the pH measurement, it is preferable to use a pH meter calibrated with a pH standard calibration solution at least once on the day of measurement. For example, the pH of a composition containing calcium trisulfoaluminate at 25 ° C. after 24 hours from the end of the final addition of the aluminum sulfate aqueous solution may be measured. As a measuring instrument, a Lacom tester pH meter (pHScanWPBN type / manufactured by ASONE) is used, and the pH electrode is immersed directly in a dispersion of the composition containing calcium trisulfoaluminate to adjust the pH of the composition. taking measurement. In addition, about the pH meter used for pH measurement, after performing pH calibration using NIST reference | standard calibration liquid (pH 6.86 and two types of pH 9.18), pH measurement is performed.

本方法においては、焼成物懸濁液の濃度と、硫酸アルミニウム水溶液の濃度と、の少なくとも一方が、12質量%以下であることが好ましく、少なくとも一方が、6質量%以下であることがより好ましく、焼成物懸濁液の濃度と硫酸アルミニウム水溶液の濃度が、共に6質量%以下であることが最も好ましい。 In this method, at least one of the concentration of the fired product suspension and the concentration of the aluminum sulfate aqueous solution is preferably 12% by mass or less, and more preferably at least one is 6% by mass or less. The concentration of the fired product suspension and the concentration of the aluminum sulfate aqueous solution are both most preferably 6% by mass or less.

そして、反応原料を瞬時、かつ均一に混合させて、トリスルホアルミン酸カルシウムの生成反応を安定して行なうためには、前記したように各反応原料の濃度はできる限り低い方が好ましいが、反応原料の濃度が極めて低い場合には、取り扱う反応液量が膨大となり、極めて大きな処理能力を有する製造設備の設置が必要となるため、必要以上に原料を低濃度化することは好ましくない。
したがって、焼成物懸濁液の濃度と、硫酸アルミニウム水溶液の濃度の少なくとも一方が、0.1質量%以上であることが好ましく、少なくとも一方が、1質量%以上であることが特に好ましい。
And, in order to mix the reaction raw materials instantaneously and uniformly and stably carry out the formation reaction of calcium trisulfoaluminate, the concentration of each reaction raw material is preferably as low as possible, as described above. When the concentration of the raw material is extremely low, the amount of the reaction solution to be handled becomes enormous and it is necessary to install a production facility having an extremely large processing capacity. Therefore, it is not preferable to reduce the concentration of the raw material more than necessary.
Therefore, at least one of the concentration of the fired product suspension and the concentration of the aluminum sulfate aqueous solution is preferably 0.1% by mass or more, and at least one is particularly preferably 1% by mass or more.

硫酸アルミニウム混合工程の複数段「連続添加」方式の工程について説明する。
本方式は、トリスルホアルミン酸カルシウムの粒子形状を微粒、かつ均一に制御するために「連続添加」方式による反応原料の混合を行なうことと、さらに硫酸アルミニウム水溶液を添加した後に、所定の時間間隔を設けることにより、水酸化カルシウムの反応性を回復させることが特徴であり、このため、反応原料を連続的に混合して混合組成物を生成させる混合手段と、該混合手段により生成される該混合組成物を連続的に受け入れ、所定の時間滞留させる中間槽を備える。
また、該混合組成物を連続的に受け入れ、所定の時間滞留させて水酸化カルシウムの反応性回復を行なうために設けられる中間槽としては、所定の時間滞留させることができるものであればいかなるものであってもよく(単に硫酸アルミニウム水溶液の次の添加までに所定の時間間隔を設けられれば良く)、特に制限されるものではない。したがって、該混合組成物を貯留できる容積を有する貯留槽やタンクでも良く、また該貯留槽やタンクと同容積を有し、同所定の時間間隔を設けられるような配管であってもよい
The multi-stage “continuous addition” process of the aluminum sulfate mixing process will be described.
In this method, in order to control the particle shape of calcium trisulfoaluminate finely and uniformly, the reaction raw materials are mixed by the “continuous addition” method, and after adding an aqueous aluminum sulfate solution, a predetermined time interval is added. Is provided to restore the reactivity of calcium hydroxide, and for this reason, mixing means for continuously mixing the reaction raw materials to form a mixed composition, and the mixing means generated by the mixing means An intermediate tank is provided for continuously receiving the mixed composition and retaining it for a predetermined time.
In addition, as an intermediate tank provided for continuously receiving the mixed composition and retaining it for a predetermined time to recover the reactivity of calcium hydroxide, any intermediate tank can be used as long as it can be retained for a predetermined time. (It is only necessary to provide a predetermined time interval until the next addition of the aluminum sulfate aqueous solution), and there is no particular limitation. Therefore, it may be a storage tank or tank having a volume capable of storing the mixed composition, or may be a pipe having the same volume as the storage tank or tank and provided with the same predetermined time interval.

本方式は、前記所定の時間が、前記いずれかの添加において、硫酸アルミニウム水溶液が添加されてから前記いずれかの添加の直後の添加工程において硫酸アルミニウム水溶液が添加されるまでの時間が15秒以上となるように決定されてもよい。
これは硫酸アルミニウム水溶液と反応させる前に、水酸化カルシウムの反応性を回復させるために、硫酸アルミニウムの添加同士の間に充分な所定の時間間隔を設けるものであり、前記所定の時間は、本方法において既に詳しく説明しているように、15秒以上の時間間隔を設けることが好ましく、5分以上の時間間隔を設けることがより好ましく、30分以上の時間間隔を設けることが特に好ましい。また、硫酸アルミニウムの添加同士間に5時間以上の時間間隔を空けても良いが、5時間(300分)程度の時間間隔を設ければ水酸化カルシウムの反応性回復は充分であると考えられ、5時間以上の時間間隔をあけることはトリスルホアルミン酸カルシウム生成の反応完結までに時間が掛かり過ぎるため好ましくない。
In this method, the predetermined time is 15 seconds or more from the addition of the aluminum sulfate aqueous solution to the addition of the aluminum sulfate aqueous solution in the addition step immediately after the addition. May be determined to be
This is to provide a sufficient predetermined time interval between the additions of aluminum sulfate in order to recover the reactivity of calcium hydroxide before reacting with the aqueous aluminum sulfate solution. As already described in detail in the method, a time interval of 15 seconds or more is preferably provided, a time interval of 5 minutes or more is more preferable, and a time interval of 30 minutes or more is particularly preferable. Further, a time interval of 5 hours or more may be provided between the additions of aluminum sulfate, but it is considered that the reactivity recovery of calcium hydroxide is sufficient if a time interval of about 5 hours (300 minutes) is provided. It is not preferable to leave a time interval of 5 hours or more because it takes too much time to complete the reaction of calcium trisulfoaluminate formation.

本方式においては、前記混合手段が、焼成物懸濁液と硫酸アルミニウム水溶液との混合物を連続的に流通させる内部空間を有する本体部と、該内部空間において該混合物に接触した状態で運動する攪拌部と、を含んでなるものであってもよい。
ここに焼成物懸濁液と硫酸アルミニウム水溶液との混合物を連続的に流通させる内部空間を有する本体部としては、該混合物を流通させることができる内部空間を有するものであれば特に制限はなく、例えば、筒状、槽状、塔状等の形状を有するものを例示的に挙げることができる。そして、これらの形状を2種類以上を組み合わせたものを用いることもできる。
また、攪拌部としては、該内部空間において該混合物に接触した状態で運動するものであれば特に限定はなく、例えば、プロペラ型、パドル型、タービン型、リボン・スクリュー型、シングルコーン型、ダブルコーン型等の攪拌装置を1種類、あるいは2種類以上を組み合わせて使用してもよい。
こうすることで本体部の内部空間を連続的に流通する該混合物を、攪拌部が該内部空間において該混合物に接触した状態で運動することで、確実に混合することができる。
In this system, the mixing means has a main body having an internal space through which a mixture of the fired product suspension and the aqueous aluminum sulfate solution is continuously circulated, and stirring that moves in contact with the mixture in the internal space. May be included.
As the main body portion having an internal space through which the mixture of the fired product suspension and the aluminum sulfate aqueous solution is continuously circulated, there is no particular limitation as long as it has an internal space through which the mixture can circulate, For example, what has shapes, such as cylinder shape, tank shape, and tower shape, can be mentioned as an example. And what combined two or more types of these shapes can also be used.
The stirring unit is not particularly limited as long as it moves in contact with the mixture in the internal space. For example, a propeller type, a paddle type, a turbine type, a ribbon screw type, a single cone type, a double type One type of stirring device such as a cone type or a combination of two or more types may be used.
By doing so, the mixture that continuously flows through the internal space of the main body can be reliably mixed by moving while the stirring unit is in contact with the mixture in the internal space.

なお、このような本体部と攪拌部とを含んでなる既製の混合手段も種々のものが知られており、かかる混合手段の一例としては、特殊機化工業社製の商標名パイプラインホモミクサー(狭い筒状本体部内にタービン型回転攪拌部を内蔵したものであり、所謂インラインミキサーである。)、特殊機化工業社製の商標名ホモミックラインフロー(広い槽状本体部内にタービン型回転攪拌部を内蔵した、所謂反応槽型インラインミキサーである。)、日本化学機械製造社製の商標名「L−mixII」(複数の反応空間を塔状に重ね、その各空間内部に板状の上下動攪拌部等を内蔵した、所謂多段反応塔型インラインミキサーである。)等を挙げることができる。 Various types of ready-made mixing means including such a main body part and a stirring part are also known. As an example of such mixing means, a trademark name pipeline homomixer manufactured by Tokushu Kika Kogyo Co., Ltd. (Turbo-type rotating stirring unit is built in a narrow cylindrical main body, which is a so-called in-line mixer.), Trade name Homomic Line Flow (turbine-type rotating in a wide tank-shaped main body) This is a so-called reaction tank type in-line mixer with a built-in stirrer.), Trade name “L-mixII” (manufactured by Nippon Chemical Machinery Manufacturing Co., Ltd.) A so-called multistage reaction column type in-line mixer having a built-in vertical motion stirring unit, etc.).

本発明の製造方法の別のフローを図3に示した。図3は本発明のスラッジを原料とする無機粒子の製造方法の別のフローシートCを示す図である。本フローシートCの製造方法は先に説明したフローシートBに[焼成物粉砕工程]を付加したことに特徴があり、それ以外の工程はフローシートBと同様である。また同様に粉砕工程を付加した本発明の製造方法の別のフローを図4に示した。図4は本発明のスラッジを原料とする無機粒子の製造方法の別のフローシートDを示す図である。本フローシートDの製造方法は先に説明したフローシートBに[生成物粉砕工程]を付加したことに特徴があり、それ以外の工程はフローシートBと同様である。以上のフローシートC、Dの粉砕工程についてまとめて説明する。
[粉砕工程]
本発明において、粉砕処理工程を、硫酸アルミニウム混合工程前(焼成物粉砕工程)および/または硫酸アルミニウム混合工程後(生成物粉砕工程)に備えていてもよい。粉砕処理を行うことにより、再生された無機粒子の粒径を微細化することができ、平滑性が向上するので好ましい。また、焼成物粉砕工程を備えることで、焼成物中の酸化カルシウムを微細化することができ、硫酸アルミニウムとの反応性が高まり、より粒径の均一なトリスルホアルミン酸カルシウムを生成することができ好ましい。焼成物粉砕工程は、焼成物懸濁液化工程前後のどちらに備えていてもよい。
さらに、硫酸アルミニウム混合工程の前後に粉砕処理を行うことで、再生された無機粒子をさらに微細にすることができ、さらに好ましい。このように焼成物粉砕工程と生成物粉砕処理工程を備える本発明の製造方法の別のフローを図5に示した。図5は本発明のスラッジを原料とする無機粒子の製造方法の別のフローシートEを示す図である。
このような粉砕工程において用いる粉砕機としては、ローラミル、ジェットミル、乾式ボールミル、衝撃式粉砕機など乾式粉砕機、サンドミル、湿式ボールミル、振動ミル、攪拌槽型ミル、流通管型ミル、コボールミルなどの湿式粉砕機を使用することができる。
Another flow of the manufacturing method of the present invention is shown in FIG. FIG. 3 is a view showing another flow sheet C of the method for producing inorganic particles using the sludge of the present invention as a raw material. The manufacturing method of the present flow sheet C is characterized in that the [fired product pulverization step] is added to the flow sheet B described above, and the other steps are the same as the flow sheet B. Similarly, FIG. 4 shows another flow of the production method of the present invention to which a pulverization step is added. FIG. 4 is a view showing another flow sheet D of the method for producing inorganic particles using the sludge of the present invention as a raw material. The manufacturing method of the present flow sheet D is characterized in that the [product pulverization step] is added to the flow sheet B described above, and the other steps are the same as the flow sheet B. The pulverization process of the above flow sheets C and D will be described together.
[Crushing process]
In the present invention, the grinding treatment step may be provided before the aluminum sulfate mixing step (calcined product grinding step) and / or after the aluminum sulfate mixing step (product grinding step). By carrying out the pulverization treatment, the particle diameter of the regenerated inorganic particles can be reduced, and the smoothness is improved, which is preferable. Moreover, by providing the calcined product pulverization step, it is possible to refine the calcium oxide in the calcined product, increase the reactivity with aluminum sulfate, and produce calcium trisulfoaluminate with a more uniform particle size. This is preferable. The calcined product pulverization step may be provided before or after the calcined product suspension step.
Furthermore, it is more preferable that the regenerated inorganic particles can be further refined by performing a pulverization treatment before and after the aluminum sulfate mixing step. Thus, another flow of the manufacturing method of this invention provided with a baked product grinding | pulverization process and a product grinding | pulverization treatment process was shown in FIG. FIG. 5 is a view showing another flow sheet E of the method for producing inorganic particles using the sludge of the present invention as a raw material.
Examples of pulverizers used in such pulverization processes include roller mills, jet mills, dry ball mills, impact pulverizers and other dry pulverizers, sand mills, wet ball mills, vibration mills, stirring tank mills, flow pipe mills, coball mills and the like. A wet pulverizer can be used.

本発明の製造方法の別のフローを図6に示した。図6は本発明のスラッジを原料とする無機粒子の製造方法の別のフローシートFを示す図である。本フローシートFの製造方法は先に説明したフローシートBに[炭酸化工程]を付加したことに特徴があり、それ以外の工程はフローシートBと同様である。また、同様に炭酸化工程を付加した本発明の製造方法の別のフローを図7に示した。図7は本発明のスラッジを原料とする無機粒子の製造方法の別のフローシートGを示す図である。本フローシートGの製造方法は先に説明したフローシートCに炭酸化工程を付加したことに特徴があり、それ以外の工程はフローシートCと同様である。さらに、炭酸化工程を付加した本発明の製造方法の別のフローを図8に示した。図8は本発明のスラッジを原料とする無機粒子の製造方法の別のフローシートHを示す図である。本フローシートHの製造方法は先に説明したフローシートDに炭酸化工程を付加したことに特徴があり、それ以外の工程はフローシートDと同様である。そして、炭酸化工程を付加した本発明の製造方法の別のフローを図9に示した。図9は本発明のスラッジを原料とする無機粒子の製造方法の別のフローシートIを示す図である。本フローシートIの製造方法は先に説明したフローシートEに炭酸化工程を付加したことに特徴があり、それ以外の工程はフローシートEと同様である。以上のフローシートF〜Iの炭酸化工程についてまとめて説明する。
[炭酸化工程]
本発明においては、硫酸アルミニウム混合工程後に、二酸化炭素を接触させる炭酸化工程を備えていてもよい。炭酸化工程は、硫酸アルミニウム混合工程直後でも、分散工程後のどちらでも構わない。炭酸化工程を備えることにより、トリスルホアルミン酸カルシウムを含有する組成物中のアルカリ成分(酸化カルシウム)を二酸化炭素(炭酸)で中和することにより、該組成物のアルカリ性をさらに下げることができるので、好ましい。炭酸化工程において、トリスルホアルミン酸カルシウムを含有する混合組成物に二酸化炭素を接触させる方法は特に限定はないが、例えば、インラインミキサーを用いて接触させる方式(密閉系)、該気体をコーレスミキサーに直接吹き込み接触させる方式(開放系)などを例示することができる。
Another flow of the manufacturing method of the present invention is shown in FIG. FIG. 6 is a view showing another flow sheet F of the method for producing inorganic particles using the sludge of the present invention as a raw material. The manufacturing method of the present flow sheet F is characterized in that the [carbonation step] is added to the flow sheet B described above, and the other steps are the same as the flow sheet B. Similarly, another flow of the production method of the present invention to which a carbonation step is added is shown in FIG. FIG. 7 is a view showing another flow sheet G of the method for producing inorganic particles using the sludge of the present invention as a raw material. The manufacturing method of the present flow sheet G is characterized in that a carbonation step is added to the flow sheet C described above, and the other steps are the same as the flow sheet C. Furthermore, another flow of the production method of the present invention to which a carbonation step is added is shown in FIG. FIG. 8 is a view showing another flow sheet H of the method for producing inorganic particles using the sludge of the present invention as a raw material. The manufacturing method of the present flow sheet H is characterized in that a carbonation step is added to the flow sheet D described above, and other steps are the same as the flow sheet D. FIG. 9 shows another flow of the production method of the present invention to which a carbonation step is added. FIG. 9 is a view showing another flow sheet I of the method for producing inorganic particles using the sludge of the present invention as a raw material. The manufacturing method of the present flow sheet I is characterized in that a carbonation step is added to the flow sheet E described above, and other steps are the same as the flow sheet E. The carbonation process of the above flow sheets F-I is demonstrated collectively.
[Carbonation process]
In this invention, you may provide the carbonation process which makes a carbon dioxide contact after the aluminum sulfate mixing process. The carbonation step may be performed immediately after the aluminum sulfate mixing step or after the dispersion step. By providing the carbonation step, the alkalinity of the composition can be further reduced by neutralizing the alkali component (calcium oxide) in the composition containing calcium trisulfoaluminate with carbon dioxide (carbonic acid). Therefore, it is preferable. In the carbonation step, there is no particular limitation on the method of bringing carbon dioxide into contact with the mixed composition containing calcium trisulfoaluminate. For example, a method of bringing the carbon dioxide into contact with an in-line mixer (sealed system), and the gas being a coreless mixer. For example, a method of directly injecting and contacting the liquid (open system) can be exemplified.

本方法における工程は、熱処理工程、硫酸アルミニウム混合工程は必要であるが、懸濁液化工程、粉砕工程、炭酸化工程、脱水・分散工程は適宜選択して組み合わせることができる。 The steps in this method require a heat treatment step and an aluminum sulfate mixing step, but the suspension step, pulverization step, carbonation step, and dehydration / dispersion step can be appropriately selected and combined.

[スラッジからの無機粒子のスラリー物性]
本方法で得られたスラッジを原料とした無機粒子のスラリーは、pHを12.0以下とすることが好ましく、より好ましいのは、11.0以下であり、さらに好ましいのは、10.0以下である。また、pHの下限としては、pHを8.0以上とすることが好ましく、8.5以上とすることが特に好ましい。
トリスルホアルミン酸カルシウムを含有する無機粒子のpHが12.0を越える場合には、未反応の水酸化カルシウムが多く残留しているため、無機粒子スラリー濃度を高濃度にすることができず、好ましくない。他方、pHが8.5未満である場合には、反応終了点を越えて、過剰に硫酸アルミニウム水溶液が添加され、生成したトリスルホアルミン酸カルシウムの結晶形状が崩壊し、水酸化アルミニウムや硫酸カルシウムの反応副生成物が発生するため、好ましくない。
このpHは、硫酸アルミニウム水溶液の添加量によって調節することができ、具体的には、(A)水酸化カルシウムのモル数aの、添加された(B)硫酸アルミニウム水溶液の合計添加量のモル数bに対する割合(a/b)を変更することでpHを調節することができる。該割合(a/b)を高めればpHは上昇し、該割合(a/b)を低めればpHは低下するので、所定のpHになるように該割合(a/b)を調節すればよい。また、炭酸化工程における二酸化炭素の添加量によっても、pHを調節することができる。二酸化炭素の添加量を多くすれば、pHは低下し、逆に二酸化炭素の添加量を少なくすれば、pHは高くなる。
[Slurry properties of inorganic particles from sludge]
The slurry of inorganic particles using the sludge obtained by this method as a raw material preferably has a pH of 12.0 or less, more preferably 11.0 or less, and even more preferably 10.0 or less. It is. Moreover, as a minimum of pH, it is preferable to set pH to 8.0 or more, and it is especially preferable to set it as 8.5 or more.
When the pH of the inorganic particles containing calcium trisulfoaluminate exceeds 12.0, since a large amount of unreacted calcium hydroxide remains, the inorganic particle slurry concentration cannot be increased, It is not preferable. On the other hand, when the pH is less than 8.5, the aluminum sulfate aqueous solution is added excessively beyond the reaction end point, and the crystal shape of the generated calcium trisulfoaluminate collapses, and aluminum hydroxide or calcium sulfate is lost. The reaction by-product is generated, which is not preferable.
This pH can be adjusted by the amount of aluminum sulfate aqueous solution added. Specifically, (A) the number of moles of calcium hydroxide, a, the total number of moles of added (B) aluminum sulfate aqueous solution added. The pH can be adjusted by changing the ratio (a / b) to b. If the ratio (a / b) is increased, the pH increases, and if the ratio (a / b) is decreased, the pH decreases. Therefore, if the ratio (a / b) is adjusted to a predetermined pH, Good. The pH can also be adjusted by the amount of carbon dioxide added in the carbonation step. If the added amount of carbon dioxide is increased, the pH is lowered, and conversely, if the added amount of carbon dioxide is decreased, the pH is increased.

本方法で得られた無機粒子は、塗工用顔料や製紙用填料として用いることができる。 The inorganic particles obtained by this method can be used as a coating pigment or a paper filler.

[スラッジからの無機粒子を顔料として使用した塗被紙]
本発明の方法で得られたスラッジを原料とした無機粒子を顔料として使用した塗被紙が得られる。このような塗被紙の顔料としては、スラッジを原料とするトリスルホアルミン酸カルシウムを含有した無機粒子以外に、重質炭酸カルシウム、軽質炭酸カルシウム、タルク、硫酸カルシウム、硫酸バリウム、水酸化アルミニウム、二酸化チタン、酸化亜鉛、アルミナ、炭酸マグネシウム、酸化マグネシウム、シリカ、アルミナ珪酸マグネシウム、珪酸カルシウム、ベントナイト、ゼオライト、セリサイト、スクメタイト等の無機顔料や、密実型、中空型、貫通孔型のプラスチックピグメント、バインダーピグメント等の有機顔料等、通常の塗被紙分野に使用される顔料を使用することが可能であり、これらの中から1種あるいは2種以上を適宜選択して組み合わせて使用できる。
[Coated paper using inorganic particles from sludge as pigment]
A coated paper using inorganic particles made from the sludge obtained by the method of the present invention as a raw material is obtained. As pigments for such coated paper, in addition to inorganic particles containing calcium trisulfoaluminate from sludge, heavy calcium carbonate, light calcium carbonate, talc, calcium sulfate, barium sulfate, aluminum hydroxide, Inorganic pigments such as titanium dioxide, zinc oxide, alumina, magnesium carbonate, magnesium oxide, silica, alumina magnesium silicate, calcium silicate, bentonite, zeolite, sericite, and scumite, and solid, hollow, and through-hole plastic pigments It is possible to use pigments used in the ordinary coated paper field, such as organic pigments such as binder pigments, and one or two or more of these can be appropriately selected and used in combination.

以上のような顔料を含む塗被層の接着剤成分には、通常は分散型接着剤を使用する。分散型接着剤としては、スチレン−ブタジエン共重合体、メチルメタクリレート−ブタジエン共重合体などの共役ジエン系重合体ラテックス、アクリル系重合体ラテックス、エチレン−酢酸ビニル共重合体などのビニル系重合体ラテックスなどを例示することができる。 A dispersion-type adhesive is usually used for the adhesive component of the coating layer containing the pigment as described above. Dispersion type adhesives include conjugated diene polymer latexes such as styrene-butadiene copolymers and methyl methacrylate-butadiene copolymers, acrylic polymer latexes, and vinyl polymer latexes such as ethylene-vinyl acetate copolymers. Etc. can be illustrated.

上記した分散型接着剤と共に少量の水溶性接着剤を併用することができる。水溶性接着剤としては、酸化澱粉、エステル化澱粉、冷水可溶性澱粉などの各種澱粉類、カゼイン、大豆蛋白、合成蛋白などの蛋白質類、カルボキシメチルセルロース、メチルセルロースなどのセルロース誘導体、ポリビニルアルコールやその変性品などが例示できる。 A small amount of water-soluble adhesive can be used in combination with the above-described dispersion type adhesive. Examples of water-soluble adhesives include various starches such as oxidized starch, esterified starch and cold water soluble starch, proteins such as casein, soy protein and synthetic protein, cellulose derivatives such as carboxymethylcellulose and methylcellulose, polyvinyl alcohol and its modified products. Etc. can be exemplified.

本発明の塗被紙の塗被層には、必要に応じて、青系統あるいは紫系統の染料や有色顔料、蛍光増白染料、増粘剤、保水剤、酸化防止剤、老化防止剤、導電誘導剤、消泡剤、紫外線吸収剤、分散剤、pH調整剤、離型剤、耐水化剤、撥水剤等の各種助剤を適宜配合することができる。 For the coated layer of the coated paper of the present invention, a blue or purple dye or colored pigment, a fluorescent whitening dye, a thickener, a water retention agent, an antioxidant, an anti-aging agent, a conductive material, if necessary. Various auxiliaries such as an inducer, an antifoaming agent, an ultraviolet absorber, a dispersant, a pH adjuster, a mold release agent, a water-proofing agent, and a water repellent can be appropriately blended.

原紙上に設ける塗被層は、一層とするか、或いは2層以上の多層にするかは特に限定はなく、多層の場合、全てが同一である必要はなく、要求される品質レベルに応じて適宜調整することが可能である。
また、塗被層の塗被量も、特に限定されるものではなく、塗被紙の白紙品質、印刷品質などに応じて調整することが可能であるが、一般には、片面あたり5〜40g/m程度である。
The coating layer provided on the base paper is not particularly limited as to whether it is a single layer or a multilayer of two or more layers. In the case of a multilayer, it is not necessary for all to be the same, depending on the required quality level. It is possible to adjust appropriately.
Further, the coating amount of the coating layer is not particularly limited, and can be adjusted according to the blank paper quality, printing quality, etc. of the coated paper. m is 2.

本発明における塗被層を設ける際の塗工方式については、通常の塗被紙製造分野で使用されている各種の塗工装置、例えばエアーナイフコーター、各種のブレードコーター、ゲートロールコーター、ロールコーター、ダイコーター、カーテンコーター等が適宜使用することができる。 As for the coating method for providing the coating layer in the present invention, various coating apparatuses used in the ordinary coated paper manufacturing field, such as air knife coaters, various blade coaters, gate roll coaters, roll coaters. A die coater, a curtain coater, or the like can be used as appropriate.

本発明における原紙については、特に限定されるものではなく、原紙の坪量は、一般的には、30〜400g/m程度の範囲に適宜調整されたものを用いることができる。 The base paper in the present invention is not particularly limited, and the basis weight of the base paper can generally be appropriately adjusted within a range of about 30 to 400 g / m 2 .

このようにして得られた塗被紙は、各種公知公用の仕上げ装置、例えばスーパーカレンダ、グロスカレンダ、ソフトカレンダ、マットカレンダ等に通紙して製品仕上げを施してもよい。 The coated paper thus obtained may be finished by passing the paper through various known and official finishing devices such as a super calender, gloss calender, soft calender, mat calender and the like.

[スラッジからの無機粒子を内添した紙]
本方法で得られたスラッジを原料とした無機粒子を填料として使用した紙としては、従来の填料を内添した紙であればよく、特に限定はない。また、紙の種類としては、包装用紙、紙容器、インクジェット用紙、PPC用紙などの記録用紙、新聞用紙、上質紙、中質紙、各種塗工用原紙およびそれを使用した塗被紙、壁紙、繊維板、写真用原紙、含浸用原紙、難燃紙などが挙げられる。
[Paper containing inorganic particles from sludge]
The paper using the inorganic particles made from the sludge obtained by the present method as a filler is not particularly limited as long as it is a paper internally containing a conventional filler. In addition, as paper types, recording paper such as wrapping paper, paper containers, ink jet paper, PPC paper, newsprint paper, high quality paper, medium quality paper, various coating base papers, coated paper using the same, wallpaper, Examples thereof include fiberboard, photographic base paper, base paper for impregnation, and flame retardant paper.

パルプとしては、例えば、一般に使用されているLBKPやNBKP等の漂白化学パルプ、砕木パルプ(GP)、加圧式砕木パルプ(PGW)、リファイナ砕木パルプ(RGP)、サーモメカニカルパルプ(TMP)等の機械パルプ、脱墨古紙パルプ(DIP)、損紙などが適宜混合使用される。また、ケナフ等の非木材繊維原料から得られるパルプ繊維、合成パルプ、無機繊維等の1種又は2種以上を原紙に配合することもできる。機械パルプやDIPは、必要に応じて漂白して使用することもでき、漂白の程度も任意に行うことができる。なお、パルプの漂白には、塩素ガスのような分子状塩素や二酸化塩素のような塩素化合物を使用しない漂白工程を採用することが、環境保全の観点から好ましく、このような漂白工程を経たパルプとしては、ECF(Elemental Chlorine Free)パルプやTCF(Totally Chlorine Free)パルプを挙げることができる。 Examples of the pulp include commonly used bleached chemical pulp such as LBKP and NBKP, ground pulp (GP), pressurized ground wood pulp (PGW), refined ground wood pulp (RGP), and thermomechanical pulp (TMP). Pulp, deinked waste paper pulp (DIP), waste paper, and the like are appropriately mixed and used. Moreover, 1 type, or 2 or more types, such as a pulp fiber obtained from non-wood fiber raw materials, such as kenaf, a synthetic pulp, an inorganic fiber, can also be mix | blended with a base paper. Mechanical pulp and DIP can be used after being bleached if necessary, and the degree of bleaching can be arbitrarily performed. For bleaching pulp, it is preferable to use a bleaching process that does not use molecular chlorine such as chlorine gas or chlorine compounds such as chlorine dioxide from the viewpoint of environmental conservation. Pulp that has undergone such bleaching process is used. Examples thereof include ECF (Elemental Chlorine Free) pulp and TCF (Totally Chlorine Free) pulp.

スラッジを原料とした無機粒子以外の填料としては、例えば、重質炭酸カルシウム、軽質炭酸カルシウム、亜硫酸カルシウム、石膏、タルク、カオリン、クレー、焼成カオリン、ホワイトカーボン、非晶質シリカ、デラミネートカオリン、ケイソウ土、炭酸マグネシウム、二酸化チタン、水酸化アルミニウム、水酸化カルシウム、水酸化マグネシウム、水酸化亜鉛等の無機顔料や尿素ホルマリン樹脂微粒子、微小中空粒子等の有機顔料等を使用することができる。填料は2種以上の混合使用も可能である。填料の配合量は、一般に、紙(原紙)灰分が3〜20質量%の範囲となるように添加される。 Examples of fillers other than inorganic particles made from sludge include heavy calcium carbonate, light calcium carbonate, calcium sulfite, gypsum, talc, kaolin, clay, calcined kaolin, white carbon, amorphous silica, delaminated kaolin, Inorganic pigments such as diatomaceous earth, magnesium carbonate, titanium dioxide, aluminum hydroxide, calcium hydroxide, magnesium hydroxide, and zinc hydroxide, and organic pigments such as urea formalin fine particles and fine hollow particles can be used. Two or more fillers can be used in combination. The blending amount of the filler is generally added so that the paper (base paper) ash content is in the range of 3 to 20% by mass.

なお、紙中にはパルプや填料の他に、内添サイズ剤、アニオン性、ノニオン性、カチオン性あるいは両性の歩留り向上剤、濾水性向上剤、紙力増強剤等で例示される各種の抄紙用内添助剤を、必要に応じて添加することができる。内添サイズ剤の具体例としては、例えば、アルキルケテンダイマー系、アルケニル無水コハク酸系、スチレン−アクリル系、高級脂肪酸系、石油樹脂系サイズ剤、ロジン系サイズ剤等が挙げられる。また、歩留り向上剤、濾水性向上剤、紙力増強剤の具体例としては、例えば、アルミニウム等の多価金属化合物(具体的には、硫酸バンド、塩化アルミニウム、アルミン酸ソーダ、塩基性アルミニウム化合物等)、各種澱粉類、ポリアクリルアミド、尿素樹脂、ポリアミド・ポリアミン樹脂、ポリエチレンイミン、ポリアミン、ポリビニルアルコール、ポリエチレンオキサイド等が例示できる。 In addition to pulp and filler, the paper includes various types of papermaking exemplified by internally added sizing agents, anionic, nonionic, cationic or amphoteric yield improvers, drainage improvers, paper strength enhancers, etc. The internal additive aid can be added as necessary. Specific examples of the internally added sizing agent include alkyl ketene dimer, alkenyl succinic anhydride, styrene-acrylic, higher fatty acid, petroleum resin sizing agent, rosin sizing agent and the like. Specific examples of yield improvers, drainage improvers, and paper strength enhancers include, for example, polyvalent metal compounds such as aluminum (specifically, sulfate bands, aluminum chloride, sodium aluminate, basic aluminum compounds). Etc.), various starches, polyacrylamide, urea resin, polyamide / polyamine resin, polyethyleneimine, polyamine, polyvinyl alcohol, polyethylene oxide and the like.

紙の抄造条件は特に限定はなく、抄紙機としては、例えば、長網式抄紙機、ギャップフォーマー型抄紙機、円網式抄紙機、短網式抄紙機等の商業規模の抄紙機が、目的に応じて適宜選択して使用できる。抄紙方式としては、酸性抄紙、中性抄紙、弱アルカリ性抄紙等のいずれの方式も使用することができる。紙上に各種サイズプレス機およびロールコーターなどで澱粉等の天然接着剤やポリビニルアルコール等の合成接着剤を用いてサイズ処理を行なうことも可能である。 The paper making conditions are not particularly limited, and examples of the paper machine include a commercial paper machine such as a long net paper machine, a gap former type paper machine, a circular net paper machine, and a short net paper machine. It can be appropriately selected and used according to the purpose. As the papermaking system, any system such as acidic papermaking, neutral papermaking, and weak alkaline papermaking can be used. It is also possible to perform size treatment on paper using a natural adhesive such as starch or a synthetic adhesive such as polyvinyl alcohol with various size presses and roll coaters.

また、スラッジを原料とする無機粒子を填料として使用した原紙と、スラッジを原料とする無機粒子を含有する塗被層とを組み合わせて、塗被紙としてもよい。 Moreover, a base paper using inorganic particles made from sludge as a raw material and a coating layer containing inorganic particles made from sludge as a raw material may be combined to form a coated paper.

以下に、実施例を挙げて本発明を具体的に説明するが、勿論、本発明はそれらに限定されるものではない。なお、特に断らない限り、例中の部および%はそれぞれ質量部、および質量%を示す。また、実施例や比較例中のpHおよびX線回折測定は以下の方法で測定した。 EXAMPLES The present invention will be specifically described below with reference to examples, but the present invention is not limited to these examples. In addition, unless otherwise indicated, the part and% in an example show a mass part and the mass%, respectively. Moreover, the pH and X-ray diffraction measurement in an Example and a comparative example were measured with the following method.

[pH測定方法]
以下に示す実施例や比較例において、トリスルホアルミン酸カルシウムスラリーおよび塗被液のpHは以下の方法により測定した。
ラコムテスターpH計(pHScanWPBN型、アズワン製)を使用し、各種分散液および塗被液中に直接pH電極を浸漬させて顔料分散液、塗被液のpHを測定した。なお、pH測定に使用したpH計については、NIST基準校正液(pH6.86、およびpH9.18の2種類)を用いてpH校正を行なった後にpH測定を行なった。
[PH measurement method]
In the following examples and comparative examples, the pH of the calcium trisulfoaluminate slurry and the coating solution was measured by the following method.
Using a Lacom Tester pH meter (pHScanWPBN type, manufactured by ASONE), pH electrodes were directly immersed in various dispersions and coating solutions to measure the pH of the pigment dispersion and the coating solution. In addition, about the pH meter used for pH measurement, after performing pH calibration using NIST reference | standard calibration liquid (pH 6.86 and two types of pH 9.18), pH measurement was performed.

[X線回折の測定]
試料を乳鉢で粗い粒子がなくなるまですりつぶし、株式会社マックサイエンス社製MO3XHFを用いて、測定条件40KV、20mA、測定範囲:5〜50度で測定した。
[Measurement of X-ray diffraction]
The sample was crushed in a mortar until coarse particles disappeared, and measurement was performed at a measurement condition of 40 KV, 20 mA, and a measurement range: 5 to 50 degrees using MO3XHF manufactured by Mac Science Co., Ltd.

参考例1
図1に示したフローシートAにしたがって無機粒子を得た。
[スラッジ]
洋紙、板紙の抄紙機および塗工機、さらに原料として使用する脱墨パルプ化設備を有する製紙工場の廃水処理クラリファイヤーで分離した固形分および活性汚泥処理から生じる余剰汚泥からなるペーパースラッジを使用した。
[スラッジ中に無機粒子構成比率測定]
上記ペーパースラッジの構成成分をあらかじめ測定しておき、後述の硫酸アルミニウム混合工程における投入量の計算の基とした。上記ペーパースラッジを脱水機にて、固形分濃度約50%に脱水したのち、マッフル炉にて350℃で灰化させた。灰化物をX線回折装置で測定し、ペーパースラッジ中の無機粒子の構成比率を求めた。その結果、炭酸カルシウム:カオリン:タルク=50%:45%:5%であった。
Reference example 1
Inorganic particles were obtained according to the flow sheet A shown in FIG.
[Sludge]
Paper sludge consisting of solids and excess sludge resulting from activated sludge treatment separated by wastewater treatment clarifiers of paper mills with paper-making machines and coating machines for paper, paperboard, and deinking pulping equipment used as raw materials .
[Measurement of inorganic particle composition ratio in sludge]
The constituent components of the paper sludge were measured in advance and used as a basis for calculating the input amount in the aluminum sulfate mixing step described later. The paper sludge was dehydrated to a solid concentration of about 50% with a dehydrator and then ashed at 350 ° C. in a muffle furnace. The ashed product was measured with an X-ray diffractometer, and the composition ratio of inorganic particles in the paper sludge was determined. As a result, calcium carbonate: kaolin: talc = 50%: 45%: 5%.

[熱処理工程]
ペーパースラッジを脱水機にて、固形分濃度約50%に脱水したのち、ロータリーキルンで、最高温度750℃で2時間熱処理を行い、焼成物を調製した。得られた焼却物をX線回折で測定し、各無機粒子の分解率を求めた。その結果、炭酸カルシウムは55%が酸化カルシウムに分解され、カオリンは100%焼成カオリンに変成し、タルクは全く分解されていなかった。
[Heat treatment process]
The paper sludge was dehydrated with a dehydrator to a solid content concentration of about 50%, and then heat treated at a maximum temperature of 750 ° C. for 2 hours with a rotary kiln to prepare a fired product. The obtained incinerated product was measured by X-ray diffraction, and the decomposition rate of each inorganic particle was determined. As a result, 55% of calcium carbonate was decomposed into calcium oxide, kaolin was converted to 100% calcined kaolin, and talc was not decomposed at all.

[硫酸アルミニウム混合工程]
コーレスミキサーに6%硫酸アルミニウム水溶液120g(規定モル数の85%)を仕込み、攪拌しつつ、焼成物30gを1g/分の速度で「バッチ」方式により投入し、合計40分間、攪拌・混合することにより、混合終了組成物を得た。
[Aluminum sulfate mixing process]
Add 120 g of 6% aluminum sulfate aqueous solution (85% of the specified number of moles) to the Coreless mixer, stir and add 30 g of the calcined product at a rate of 1 g / min by “batch” method, and stir and mix for a total of 40 minutes As a result, a mixed-end composition was obtained.

ここに基準モル数等の計算方法を簡単に説明しておく。
焼成物中の酸化カルシウム(スラリー中では水酸化カルシウム)は、スラッジ中に炭酸カルシウム50%、熱処理により炭酸カルシウムが55%分解されているので、50%×55%=27.5%となる。
酸化カルシウム、硫酸アルミニウムの分子量は、それぞれ56.1、および342.16であり、焼成物30g中には、酸化カルシウムが30×0.275=8.25g存在している。そのモル数(単位時間に装入されるモル数)は8.25/56.1=0.147である。従って、酸化カルシウムのモル数の1/6のモル数である基準モル数は、0.147×1/6=0.0245モルとなる。
一方、6%硫酸アルミニウム水溶液120g/分には、120g×6%=7.2gの硫酸アルミニウムが含まれており、これをモル数に換算すると7.2g×1/342.16=0.021モルとなる。
従って、混合する硫酸アルミニウム水溶液の、基準モル数に対する割合の計算は、(0.021モル)/(0.0245モル)=85%と計算される。
Here, a method for calculating the reference number of moles will be briefly described.
Calcium oxide in the fired product (calcium hydroxide in the slurry) is 50% × 55% = 27.5% because 50% of calcium carbonate is decomposed in the sludge and 55% of calcium carbonate is decomposed by heat treatment.
The molecular weights of calcium oxide and aluminum sulfate are 56.1 and 342.16, respectively, and 30 × 0.275 = 8.25 g of calcium oxide is present in 30 g of the fired product. The number of moles (number of moles charged per unit time) is 8.25 / 56.1 = 0.147. Therefore, the reference number of moles which is 1/6 of the number of moles of calcium oxide is 0.147 × 1/6 = 0.0245 mol.
On the other hand, 120 g / min of 6% aqueous aluminum sulfate solution contains 120 g × 6% = 7.2 g of aluminum sulfate, which is 7.2 g × 1 / 342.16 = 0.021 in terms of moles. Mole.
Therefore, the calculation of the ratio of the aqueous aluminum sulfate solution to be mixed with respect to the reference mole number is calculated as (0.021 mol) / (0.0245 mol) = 85%.

[脱水・分散工程]
混合終了組成物をフィルタープレスで脱水することで固形分が約60%の組成物とし、続いて固形分50%となるようにコーレスミキサーで該脱水組成物を水に分散させた。その分散の際、水にポリアクリル酸系分散剤(商品名:アロンT−50、前記出)を組成物(該脱水組成物)の固形分対比で0.5部の量を添加し、スラリーを調製した。
XRD測定から、無機粒子中には、トリスルホアルミン酸カルシウムと未反応の水酸化カルシウムと反応副生成物である硫酸カルシウムが混在しているのが認められた。
[Dehydration and dispersion process]
The composition after mixing was dehydrated with a filter press to obtain a composition having a solid content of about 60%, and then the dehydrated composition was dispersed in water with a coreless mixer so that the solid content was 50%. At the time of dispersion, a polyacrylic acid-based dispersant (trade name: Aron T-50, the above-mentioned) is added to water in an amount of 0.5 part relative to the solid content of the composition (the dehydrated composition). Was prepared.
From the XRD measurement, it was recognized that calcium trisulfoaluminate, unreacted calcium hydroxide, and calcium sulfate as a reaction byproduct were mixed in the inorganic particles.

参考例2
図2に示したフローシートBにしたがって無機粒子を得た。熱処理工程、脱水、分散工程は参考例1と同様にして行った。
[焼成物懸濁液化工程]
参考例1と同様にして調製した焼成物を、コーレスミキサーで水と混合、攪拌し、6%焼成物懸濁液を調製した。
Reference example 2
Inorganic particles were obtained according to the flow sheet B shown in FIG. The heat treatment step, dehydration and dispersion step were performed in the same manner as in Reference Example 1.
[Firing product suspension process]
The fired product prepared in the same manner as in Reference Example 1 was mixed with water and stirred with a Coreless mixer to prepare a 6% fired product suspension.

[硫酸アルミニウム混合工程−バッチ方式]
6%焼成物懸濁液500gをコーレスミキサーに仕込み、攪拌しつつ、6%硫酸アルミニウム水溶液120g(規定モル数の85%)を4g/分の速度で「バッチ」方式により投入し、合計40分間、混合・攪拌し、混合終了組成物を得た。
混合終了組成物は参考例1と同様にして、固形分50%スラリーを調製した。
XRD測定から、無機粒子中には、トリスルホアルミン酸カルシウムの存在が認められ、酸化カルシウムの約85%がトリスルホアルミン酸カルシウムに生成された。
[Aluminum sulfate mixing process-batch system]
A 6% calcined product suspension (500 g) was charged into a coreless mixer, and while stirring, 120 g of a 6% aluminum sulfate aqueous solution (85% of the specified number of moles) was added at a rate of 4 g / min by a “batch” method for a total of 40 minutes. Then, mixing and stirring were performed to obtain a mixed composition.
The mixing completion composition was prepared in the same manner as in Reference Example 1 to prepare a 50% solid content slurry.
From the XRD measurement, the presence of calcium trisulfoaluminate was observed in the inorganic particles, and about 85% of the calcium oxide was produced in calcium trisulfoaluminate.

参考例3
図2に示したフローシートBにしたがって無機粒子を得た。硫酸アルミニウム混合工程以外は参考例2と同様にして行った。
[硫酸アルミニウム混合工程−連続方式]
9000rpmで回転させたインラインミキサー(商品名「TKパイプラインホモミクサー」、特殊機化工業社製)に対して、参考例2と同様にして調製した6%焼成物懸濁液を100g/分、および6%硫酸アルミニウム水溶液を24g/分(基準モル数の85%)で同時、かつ連続的に注入し、該注入を10分間連続して行って、混合終了組成物を得た。
混合終了組成物は参考例2と同様にして、固形分50%スラリーを調製した。
XRD測定から、無機粒子中には、トリスルホアルミン酸カルシウムの存在が認められ、酸化カルシウムの約85%がトリスルホアルミン酸カルシウムに生成された。
Reference example 3
Inorganic particles were obtained according to the flow sheet B shown in FIG. The same procedure as in Reference Example 2 was performed except for the aluminum sulfate mixing step.
[Aluminum sulfate mixing process-continuous system]
For an in-line mixer rotated at 9000 rpm (trade name “TK Pipeline Homomixer”, manufactured by Tokushu Kika Kogyo Co., Ltd.), a 6% fired product suspension prepared in the same manner as in Reference Example 2 was 100 g / min. And 6% aluminum sulfate aqueous solution was simultaneously and continuously injected at a rate of 24 g / min (85% of the reference mole number), and the injection was continuously performed for 10 minutes to obtain a mixture finished composition.
The mixing completion composition was prepared in the same manner as in Reference Example 2 to prepare a 50% solid content slurry.
From the XRD measurement, the presence of calcium trisulfoaluminate was observed in the inorganic particles, and about 85% of the calcium oxide was produced in calcium trisulfoaluminate.

参考例4
図2に示したフローシートBにしたがって無機粒子を得た。熱処理工程以外は参考例3と同様にして行った。
[熱処理工程]
参考例3において、最高温度を1000℃で熱処理を行い、焼成物を調製した。得られた焼却物をX線回折で測定し、各無機粒子の分解率を求めた。その結果、炭酸カルシウムは100%酸化カルシウムに分解され、カオリンは100%焼成カオリンに変成し、タルクは30%分解されていた。
[硫酸アルミニウム混合工程−連続方式]
参考例3の6%硫酸アルミニウム水溶液を43g/分(基準モル数の85%)とした以外は、参考例3と同様にして行って、混合終了組成物を得た。
混合終了組成物は参考例3と同様にして、固形分45%スラリーを調製した。
XRD測定から、無機粒子中には、トリスルホアルミン酸カルシウムの存在が認められ、酸化カルシウムの約85%がトリスルホアルミン酸カルシウムに生成された。
Reference example 4
Inorganic particles were obtained according to the flow sheet B shown in FIG. The same procedure as in Reference Example 3 was performed except for the heat treatment step.
[Heat treatment process]
In Reference Example 3, heat treatment was performed at a maximum temperature of 1000 ° C. to prepare a fired product. The obtained incinerated product was measured by X-ray diffraction, and the decomposition rate of each inorganic particle was determined. As a result, calcium carbonate was decomposed to 100% calcium oxide, kaolin was converted to 100% calcined kaolin, and talc was decomposed by 30%.
[Aluminum sulfate mixing process-continuous system]
A mixture finished composition was obtained in the same manner as in Reference Example 3 except that the 6% aluminum sulfate aqueous solution of Reference Example 3 was changed to 43 g / min (85% of the reference mole number).
The mixture completion composition was prepared in the same manner as in Reference Example 3 to prepare a 45% solid content slurry.
From the XRD measurement, the presence of calcium trisulfoaluminate was observed in the inorganic particles, and about 85% of the calcium oxide was produced in calcium trisulfoaluminate.

参考例5
図2に示したフローシートBにしたがって無機粒子を得た。熱処理工程以外は参考例3と同様にして行った。
[熱処理工程]
参考例3において、最高温度を550℃で熱処理を行い、焼成物を調製した。得られた焼却物をX線回折で測定し、各無機粒子の分解率を求めた。その結果、炭酸カルシウムは25%が酸化カルシウムに分解され、カオリンは100%焼成カオリンに変成し、タルクは全く分解されていなかった。
[硫酸アルミニウム混合工程−連続方式]
参考例3の6%硫酸アルミニウム水溶液を11g/分(基準モル数の85%)とした以外は、参考例3と同様にして行って、混合終了組成物を得た。
混合終了組成物は参考例3と同様にして、固形分50%スラリーを調製した。
XRD測定から、無機粒子中には、トリスルホアルミン酸カルシウムの存在が認められ、酸化カルシウムの約85%がトリスルホアルミン酸カルシウムに生成された。
Reference Example 5
Inorganic particles were obtained according to the flow sheet B shown in FIG. The same procedure as in Reference Example 3 was performed except for the heat treatment step.
[Heat treatment process]
In Reference Example 3, heat treatment was performed at a maximum temperature of 550 ° C. to prepare a fired product. The obtained incinerated product was measured by X-ray diffraction, and the decomposition rate of each inorganic particle was determined. As a result, 25% of calcium carbonate was decomposed into calcium oxide, kaolin was converted to 100% calcined kaolin, and talc was not decomposed at all.
[Aluminum sulfate mixing process-continuous system]
A mixture finished composition was obtained in the same manner as in Reference Example 3 except that the 6% aluminum sulfate aqueous solution of Reference Example 3 was changed to 11 g / min (85% of the reference mole number).
The mixing completion composition was prepared in the same manner as in Reference Example 3 to prepare a 50% solid content slurry.
From the XRD measurement, the presence of calcium trisulfoaluminate was observed in the inorganic particles, and about 85% of the calcium oxide was produced in calcium trisulfoaluminate.

実施例1
図2に示したフローシートBにしたがって無機粒子を得た。硫酸アルミニウム混合工程以外は参考例2と同様にして行った。
[硫酸アルミニウム混合工程−連続・分割方式]
(1)焼成物懸濁液に対する第1段目の硫酸アルミニウム水溶液の添加
9000rpmで回転させたインラインミキサー(商品名「TKパイプラインホモミクサー」、特殊機化工業社製)に対して、参考例2と同様にして調製した6%焼成物懸濁液を100g/分、および6%硫酸アルミニウム水溶液を13g/分(基準モル数の45%)で同時、かつ連続的に注入し、該注入を14分間連続して行なった。その際に得られた混合組成物(インラインミキサーから吐出される組成物)をpH復元タンクに連続的に受け入れ30分間静置して、pH回復を行なった。pH回復後の該混合組成物(以下、「第1組成物」という。)のpHは10.5であった。
Example 1
Inorganic particles were obtained according to the flow sheet B shown in FIG. The same procedure as in Reference Example 2 was performed except for the aluminum sulfate mixing step.
[Aluminum sulfate mixing process-continuous and divided]
(1) Addition of first-stage aluminum sulfate aqueous solution to baked product suspension Reference example for in-line mixer (trade name “TK Pipeline Homomixer”, manufactured by Tokushu Kika Kogyo Co., Ltd.) rotated at 9000 rpm The 6% calcined product suspension prepared in the same manner as 2 was injected simultaneously and continuously at 100 g / min and 6% aqueous aluminum sulfate solution at 13 g / min (45% of the reference mole number). Performed continuously for 14 minutes. The mixed composition (composition discharged from the in-line mixer) obtained at that time was continuously received in a pH restoration tank and allowed to stand for 30 minutes to recover the pH. The pH of the mixed composition after the pH recovery (hereinafter referred to as “first composition”) was 10.5.

(2)第2段目の硫酸アルミニウム水溶液の添加
前記(1)と同様にして、9000rpmで回転させたインラインミキサー(商品名「TKパイプラインホモミクサー」、特殊機化工業社製)に対して、前記混合組成物(第1組成物)を113g/分、および6%硫酸アルミニウム水溶液を10g/分(基準モル数の35%)で同時、かつ連続的に注入し、該注入を12分間連続して行なった。その際に得られた混合組成物(インラインミキサーから吐出される組成物)をpH復元タンクに連続的に受け入れ30分間静置して、pH回復を行なった。pH回復後の混合組成物(以下、「第2組成物」という。)のpHは10.0であった。
(2) Addition of second-stage aluminum sulfate aqueous solution In the same manner as in (1) above, for an in-line mixer (trade name “TK Pipeline Homomixer”, manufactured by Tokushu Kika Kogyo Co., Ltd.) rotated at 9000 rpm. The mixture composition (first composition) was injected simultaneously and continuously at 113 g / min and 6% aqueous aluminum sulfate solution at 10 g / min (35% of the reference mole number), and the injection was continued for 12 minutes. I did it. The mixed composition (composition discharged from the in-line mixer) obtained at that time was continuously received in a pH restoration tank and allowed to stand for 30 minutes to recover the pH. The pH of the mixed composition after pH recovery (hereinafter referred to as “second composition”) was 10.0.

(3)第3段目の硫酸アルミニウム水溶液の添加(反応終了)
前記(2)と同様にして、9000rpmで回転させたインラインミキサー(商品名「TKパイプラインホモミクサー」、特殊機化工業社製)に対して、前記混合組成物(第2組成物)を123g/分、および6%硫酸アルミニウム水溶液を5g/分(基準モル数の20%)で同時、かつ連続的に注入し、該注入を10分間連続して行なった(反応終了)。その際に得られた混合組成物(インラインミキサーから吐出される組成物)をクッションタンクに連続的に受け入れ、混合終了後の組成物(以下、「混合終了組成物」という。)を得た。混合終了組成物のpHは9.5であった。
混合終了組成物は参考例1と同様にして、固形分50%スラリーを調製した。
XRD測定から、無機粒子中には、トリスルホアルミン酸カルシウムの存在が認められ、酸化カルシウムのほぼ100%がトリスルホアルミン酸カルシウムに生成された。
(3) Addition of third-stage aluminum sulfate aqueous solution (end of reaction)
In the same manner as (2) above, 123 g of the above mixed composition (second composition) was applied to an in-line mixer (trade name “TK Pipeline Homomixer”, manufactured by Tokushu Kika Kogyo Co., Ltd.) rotated at 9000 rpm. And 6% aqueous aluminum sulfate solution was simultaneously and continuously injected at 5 g / minute (20% of the reference mole number), and the injection was continuously performed for 10 minutes (end of reaction). The mixed composition (composition discharged from the in-line mixer) obtained at that time was continuously received in a cushion tank to obtain a composition after mixing (hereinafter referred to as “mixed composition”). The pH of the composition after mixing was 9.5.
The mixing completion composition was prepared in the same manner as in Reference Example 1 to prepare a 50% solid content slurry.
From the XRD measurement, the presence of calcium trisulfoaluminate was observed in the inorganic particles, and almost 100% of the calcium oxide was produced in the calcium trisulfoaluminate.

実施例2
図3に示したフローシートCにしたがって無機粒子を得た。粉砕工程を硫酸アルミニウム混合工程前に付加した以外は実施例1と同様にして行った。
[焼成物粉砕工程]
実施例1において、硫酸アルミニウム混合工程前に、湿式粉砕機であるサンドグラインダーを用いて粉砕した以外は、実施例1と同様にして、固形分50%スラリーを調製した。
XRD測定から、無機粒子中には、トリスルホアルミン酸カルシウムの存在が認められ、酸化カルシウムのほぼ100%がトリスルホアルミン酸カルシウムに生成された。
Example 2
Inorganic particles were obtained according to the flow sheet C shown in FIG. The same procedure as in Example 1 was performed except that the grinding step was added before the aluminum sulfate mixing step.
[Calcined product grinding process]
In Example 1, a 50% solid content slurry was prepared in the same manner as in Example 1 except that it was pulverized using a sand grinder as a wet pulverizer before the aluminum sulfate mixing step.
From the XRD measurement, the presence of calcium trisulfoaluminate was observed in the inorganic particles, and almost 100% of the calcium oxide was produced in the calcium trisulfoaluminate.

実施例3
図9に示したフローシートIにしたがって無機粒子を得た。炭酸化工程と生成物粉砕工程を付加した以外は実施例2と同様にして行った。
[炭酸化工程]
実施例2において、9000rpmで回転させたインラインミキサー(商品名「TKパイプラインホモミクサー」、特殊機化工業社製)に対して、硫酸アルミニウム水溶液添加後の混合終了組成物127g/分、および炭酸ガス127g/分(ガス/液比=1.0)で同時、かつ連続的に注入し、該注入を10分間連続して行った以外は、実施例2と同様に反応を行った。
Example 3
Inorganic particles were obtained according to the flow sheet I shown in FIG. It carried out like Example 2 except having added the carbonation process and the product grinding | pulverization process.
[Carbonation process]
In Example 2, for the in-line mixer (trade name “TK Pipeline Homomixer”, manufactured by Tokushu Kika Kogyo Co., Ltd.) rotated at 9000 rpm, 127 g / min of the mixture finished composition after addition of the aqueous aluminum sulfate solution, and carbonic acid The reaction was carried out in the same manner as in Example 2 except that the gas was simultaneously and continuously injected at 127 g / min (gas / liquid ratio = 1.0) and the injection was continuously performed for 10 minutes.

[生成物粉砕工程]
炭酸ガス注入後の組成物を湿式粉砕機であるサンドグラインダーを用いて粉砕した以外は、実施例2と同様にして、固形分50%スラリーを調製した。
XRD測定から、無機粒子中には、トリスルホアルミン酸カルシウムの存在が認められ、酸化カルシウムのほぼ100%がトリスルホアルミン酸カルシウムに生成された。
[Product grinding process]
A slurry with a solid content of 50% was prepared in the same manner as in Example 2 except that the composition after carbon dioxide gas injection was pulverized using a sand grinder as a wet pulverizer.
From the XRD measurement, the presence of calcium trisulfoaluminate was observed in the inorganic particles, and almost 100% of the calcium oxide was produced in the calcium trisulfoaluminate.

比較例1
[分散工程]
参考例1において、ペーパースラッジ焼成物に対して、水とポリアクリル酸系分散剤(商品名:アロンT−50、前記出)を焼成物に固形分対比で0.5部の量を添加し、スラリーを調製した。このときのスラリーの固形分は40%であった。
XRD測定から、無機粒子中にトリスルホアルミン酸カルシウムの存在が認められた。
Comparative Example 1
[Dispersion process]
In Reference Example 1, with respect to the paper sludge fired product, water and a polyacrylic acid-based dispersant (trade name: Aron T-50, the above-mentioned) are added to the fired product in an amount of 0.5 part as a solid content. A slurry was prepared. The solid content of the slurry at this time was 40%.
From the XRD measurement, the presence of calcium trisulfoaluminate in the inorganic particles was observed.

[再生無機粒子の品質評価]
ペーパースラッジから製造した再生無機粒子を、以下の方法により評価を行った。
[Quality evaluation of regenerated inorganic particles]
Regenerated inorganic particles produced from paper sludge were evaluated by the following methods.

[白色度の測定]
サンプル(乾燥物)を約10g、乳鉢で粗い粒子がなくなるまですりつぶしたのち、中空円筒と内径の合う太さの円柱からなる粉体錠剤成型機を用いて、127.5N/cm(13kgf/cm)で30秒加圧して成型する。円筒は強光沢アクリル板上に置かれて操作される。錠剤状の粉体を円筒に付けたまま、白色度を測定する。白色度はスガ試験機社製、分光白色度測色計を使用し、JIS P8148(2001年)に準拠し、測定した。
[Measurement of whiteness]
About 10 g of a sample (dried product) was ground until coarse particles disappeared in a mortar, and then, using a powder tablet molding machine comprising a hollow cylinder and a cylinder with a diameter matching the inner diameter, 127.5 N / cm 2 (13 kgf / cm 2 ) for 30 seconds to mold. The cylinder is placed and operated on a strong gloss acrylic board. The whiteness is measured while the tablet-like powder is attached to the cylinder. The whiteness was measured according to JIS P8148 (2001) using a spectral whiteness colorimeter manufactured by Suga Test Instruments Co., Ltd.

[磨耗性試験]
無機粒子スラリー100部に対して、酸化澱粉(商品名:エースB、王子コーンスターチ社製)0.5部、スチレン−ブタジエン共重合体ラテックス(商品名:T2628G、JSR社製)9部(いずれも固形分換算)添加し、最終的に固形分濃度60%の塗被液を調製した。得られた塗被液を上質原紙(米坪43.0g/m)の片面に、前記塗被液を片面当たりの乾燥質量が12g/mとなるようにブレードコーターを使用して塗工し、これを乾燥して塗被層を設け、塗被紙とした。
厚み10μmのカミソリ刃を台に挟んで固定する。固定されたカミソリ刃の一定箇所に塗被紙が当たるように一定速度で引き裂く。所定長さ(5m)引き裂いたところでカミソリ刃を台からはずし、塗被紙を引き裂いていたカミソリ刃の摩耗量を観察し、磨耗性を評価した。
○:磨耗性は良好である。
△:やや磨耗性が見られるが、実用上問題ない。
×:磨耗性が悪く、実用上問題である。
[Abrasion test]
For 100 parts of inorganic particle slurry, 0.5 parts of oxidized starch (trade name: Ace B, manufactured by Oji Cornstarch), 9 parts of styrene-butadiene copolymer latex (trade name: T2628G, manufactured by JSR) (all Solid content conversion) was added, and finally a coating solution having a solid content concentration of 60% was prepared. The obtained coating solution is applied to one side of a high-quality base paper (43.0 g / m 2 ) and the coating solution is applied using a blade coater so that the dry mass per side is 12 g / m 2. Then, this was dried to provide a coating layer to obtain a coated paper.
A razor blade having a thickness of 10 μm is sandwiched between the tables and fixed. It tears at a constant speed so that the coated paper hits a fixed part of the fixed razor blade. When a predetermined length (5 m) was torn, the razor blade was removed from the table, and the amount of wear of the razor blade that had torn the coated paper was observed to evaluate the wear.
○: Abrasion is good.
Δ: Abrasion is slightly observed, but there is no practical problem.
X: Abrasion is poor and practically problematic.

[沈降方式による顔料の粒子径測定]
米国 マイクロメリティックス社製のセディグラフ5100を使用して、顔料の粒度分布を測定し、平均粒子径は粗粒子分からの累積質量が50%に相当する点での粒子径で求めた。なお、測定に供した顔料分散液は、分散剤(ポリアクリル酸ナトリウム)を対顔料0.05%添加して調製した顔料スラリーを、燐酸塩系分散剤(ナンカリン)の0.1%水溶液で、顔料固形分濃度が約5%になるよう希釈して得た。
[Measurement of pigment particle size by sedimentation method]
The particle size distribution of the pigment was measured using a Sedigraph 5100 manufactured by Micromeritics, USA, and the average particle size was determined by the particle size at the point where the cumulative mass from the coarse particles corresponds to 50%. The pigment dispersion used for the measurement was prepared by adding a pigment slurry prepared by adding 0.05% of a dispersant (sodium polyacrylate) to a pigment with a 0.1% aqueous solution of a phosphate dispersant (nancarin). The pigment solid content concentration was diluted to about 5%.

実施例、比較例についての上記の白色度、磨耗性試験の結果の磨耗度、粒子径および最終的に得られた無機粒子スラリーのpHを表1に示した。さらに比較のために典型的な顔料としてカオリンと重質炭酸カルシウム(重炭)についてのそれらの値も表に示した。 Table 1 shows the whiteness, the abrasion degree as a result of the abrasion test, the particle diameter, and the pH of the finally obtained inorganic particle slurry for Examples and Comparative Examples. For comparison, the values for kaolin and heavy calcium carbonate (heavy coal) as typical pigments are also shown in the table.

Figure 0005135675
Figure 0005135675

参考例のスラッジを原料とする無機粒子の製造方法の基本フローシートAを示す図。 The figure which shows the basic flow sheet A of the manufacturing method of the inorganic particle which uses the sludge of a reference example as a raw material. 本発明のスラッジを原料とする無機粒子の製造方法の別のフローシートBを示す図。The figure which shows another flow sheet B of the manufacturing method of the inorganic particle which uses the sludge of this invention as a raw material. 本発明のスラッジを原料とする無機粒子の製造方法の別のフローシートCを示す図。The figure which shows another flow sheet C of the manufacturing method of the inorganic particle which uses the sludge of this invention as a raw material. 本発明のスラッジを原料とする無機粒子の製造方法の別のフローシートDを示す図。The figure which shows another flow sheet D of the manufacturing method of the inorganic particle which uses the sludge of this invention as a raw material. 本発明のスラッジを原料とする無機粒子の製造方法の別のフローシートEを示す図。The figure which shows another flow sheet E of the manufacturing method of the inorganic particle which uses the sludge of this invention as a raw material. 本発明のスラッジを原料とする無機粒子の製造方法の別のフローシートFを示す図。The figure which shows another flow sheet F of the manufacturing method of the inorganic particle which uses the sludge of this invention as a raw material. 本発明のスラッジを原料とする無機粒子の製造方法の別のフローシートGを示す図。The figure which shows another flow sheet G of the manufacturing method of the inorganic particle which uses the sludge of this invention as a raw material. 本発明のスラッジを原料とする無機粒子の製造方法の別のフローシートHを示す図。The figure which shows another flow sheet H of the manufacturing method of the inorganic particle which uses the sludge of this invention as a raw material. 本発明のスラッジを原料とする無機粒子の製造方法の別のフローシートIを示す図。The figure which shows another flow sheet I of the manufacturing method of the inorganic particle which uses the sludge of this invention as a raw material.

Claims (5)

炭酸カルシウムを含有するスラッジを原料として、無機粒子を製造する方法であって、前記スラッジを熱処理する熱処理工程と、熱処理工程で得られた焼成物を水と混合、攪拌する焼成物懸濁液化工程との後に該焼成物懸濁液に硫酸アルミニウム水溶液を混合し、トリスルホアルミン酸カルシウムを生成する硫酸アルミニウム混合工程を備え、前記硫酸アルミニウム混合工程が硫酸アルミニウム水溶液を複数段にわたって添加する複数段方式によって行われ、反応原料を連続的に混合して混合組成物を生成させる混合手段と、該混合手段により生成される該混合組成物を連続的に受け入れ、15秒間滞留させる中間槽を備えている無機粒子の製造方法。 A method for producing inorganic particles from a sludge containing calcium carbonate as a raw material, a heat treatment step for heat-treating the sludge, and a fired product suspension step for mixing and stirring the fired product obtained in the heat treatment step with water And an aluminum sulfate aqueous solution mixed with the calcined product suspension to form calcium trisulfoaluminate, and the aluminum sulfate aqueous mixture is added to the aluminum sulfate aqueous solution in a plurality of stages. And a mixing means for continuously mixing reaction raw materials to form a mixed composition, and an intermediate tank for continuously receiving the mixed composition generated by the mixing means and retaining for 15 seconds. A method for producing inorganic particles. 粉砕処理工程を硫酸アルミニウム混合工程前および/または硫酸アルミニウム混合工程後に備える請求項1記載の無機粒子の製造方法。 The method for producing inorganic particles according to claim 1, wherein the pulverization step is provided before the aluminum sulfate mixing step and / or after the aluminum sulfate mixing step. 前記硫酸アルミニウム混合工程後に、二酸化炭素を接触させる炭酸化工程をさらに供える請求項1又は2のいずれか1項に記載の無機粒子の製造方法。 The manufacturing method of the inorganic particle of any one of Claim 1 or 2 which further provides the carbonation process which makes a carbon dioxide contact after the said aluminum sulfate mixing process. 前記無機粒子のpHが12.0以下である請求項1〜3のいずれか1項に記載の無機粒子の製造方法。 The manufacturing method of the inorganic particle of any one of Claims 1-3 whose pH of the said inorganic particle is 12.0 or less. 前記熱処理工程が550〜900℃で処理される請求項1〜4のいずれか1項に記載の無機粒子の製造方法。 The manufacturing method of the inorganic particle of any one of Claims 1-4 with which the said heat processing process is processed at 550-900 degreeC.
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