JP5183530B2

JP5183530B2 - 無水石膏粉末の製造方法

Info

Publication number: JP5183530B2
Application number: JP2009056536A
Authority: JP
Inventors: 知久吉川; 貴之木村; 秀一井山; 隆花田
Original assignee: Taiheiyo Cement Corp
Current assignee: Taiheiyo Cement Corp
Priority date: 2009-03-10
Filing date: 2009-03-10
Publication date: 2013-04-17
Anticipated expiration: 2029-03-10
Also published as: JP2010208888A

Description

本発明は、石膏ボード廃材を加熱処理することにより回収した無水石膏粉末の製造方法に関する。

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

石膏ボードは、石膏を主体とした成分からなる石膏硬化体の芯材の両面に紙を張付けた板状の構造であり、石膏硬化体中には、石膏の硬化時間調整剤や流動化剤等の有機混和剤が含有される。そのため、例えば、石膏ボード廃材を加熱処理することにより、当該廃材中に含まれる紙類及び有機混和剤を燃焼させて除去し、無水石膏として利用する方法が開示されている（特許文献１）。
しかしながら、石膏ボードの芯材となる石膏硬化体は、非常に微細で繊維状の形状をした二水石膏の一次粒子からなるため、それを加熱処理後、粉砕して得られた無水石膏粉末は、ブレーン比表面積が大きく、嵩高い粉体となる。そのため、粉体の流動性が悪く、工業的に使用する際にプロセスラインでの閉塞が起こりやすく、実用化に際しての障害となっている。

そのため、石膏ボード廃材を加熱処理して得られた無水石膏粉末の粉体流動性を改善するために、石膏ボード廃材を加熱処理して得られる無水石膏粉末と、天然石膏（天然二水石膏）を加熱処理して得られる無水石膏粉末及び／又は化学石膏を加熱処理して得られる無水石膏粉末を混合する方法が提案されている（特許文献２）。
しかしながら、上記特許文献２の方法では、石膏ボード廃材を加熱処理して得られた無水石膏100質量部に対し、天然石膏由来の無水石膏、化学石膏由来の無水石膏から選ばれる少なくとも１つ以上を含む無水石膏を50〜300質量部混合する必要があり、石膏ボード廃材を大量に処理することが困難であるという問題があった。

特開２００１−１４６４２０号公報特開２００８−１５６７号公報

そこで、本発明の目的は、石膏ボード廃材を有効利用した無水石膏粉末の製造方法であって、粉体流動性が良好で、工業的に使用する際にプロセスラインでの閉塞が起こらず、タンク、サイロやホッパー等からの排出が容易な無水石膏粉末を製造することができる無水石膏粉末の製造方法を提供することにある。

本発明者等は、このような目的を達成するために鋭意研究を重ねた結果、石膏ボード廃材を加熱処理して得られた無水石膏に、特定の粉砕助剤を添加して粉砕することにより、粉体流動性が良好な無水石膏粉末が得られることを見出し、本発明を完成した。
即ち、本発明は、石膏ボード廃材を加熱処理して得られた無水石膏に、粉砕助剤を添加して粉砕する無水石膏粉末の製造方法であって、前記粉砕助剤として、プロピレングリコールを含む液体を使用することを特徴とする無水石膏粉末の製造方法である。
また、本発明は、石膏ボード廃材を加熱処理して得られた無水石膏と天然無水石膏の混合物に、粉砕助剤を添加して粉砕する無水石膏粉末の製造方法であって、前記粉砕助剤として、プロピレングリコールを含む液体を使用することを特徴とする無水石膏粉末の製造方法である。
そして、本発明においては、粉砕助剤として、プロピレングリコールを含む液体とジエチレングリコールを併用することもできる。

本発明の製造方法で製造される無水石膏粉末は、粉体流動性が良く、工業的なプロセスラインでの閉塞が起こらず、タンク、サイロやホッパー等からの排出が容易であるという優れた効果を奏する。また、本発明の製造方法では、石膏ボード廃材の有効利用を図ることができる。

実施例で使用したロート試験器を示す図である。

以下、本発明について詳細に説明する。
本発明の方法の対象となる石膏ボード廃材としては、廃棄物として扱われる石膏ボードであればよく、例えば、石膏ボードの生産時や新築内装工事等で発生する石膏ボードの端材や、建築物の改装・解体工事等で発生する石膏ボード等が挙げられる。
石膏ボードは、石膏を主体とする芯材を、石膏ボード用原紙やクロス類で被覆した板状の構造を有するものである。石膏ボードにおける石膏と紙等の割合は、厚さ12mmの石膏ボードの場合、石膏が93質量％程度、紙等が7質量％程度である。

本発明においては、まず、石膏ボード廃材は、芯材の石膏中に含まれる有機混和剤や、石膏ボードに貼り付けられた紙やクロス類を燃焼除去するために加熱処理する。加熱処理にあたっては、加熱処理装置に送入できる程度の粒度、好ましくは50mm全通に粗砕して加熱処理される。粗砕に使用する装置は、所定の粒度に粉砕可能なものであれば特に限定されず、二軸破砕機やジョークラッシャー等が使用できる。
なお、本発明においては、加熱処理の前に、石膏ボード表面に貼り付けられた紙やクロス類を5質量％以下（好ましくは3質量％以下）となるように除去しておくことが好ましい。紙やクロス類の除去方法としては、（ａ）石膏ボード廃材をジョークラッシャで解砕した後、篩を用いて紙やクロス類と石膏とを分離する方法、（ｂ）石膏ボード廃材をロール間で圧縮し、石膏分を粉状にして紙やクロス類と石膏を分離する方法、（ｃ）市販の石膏ボード粉砕分別機を用いる方法、などを挙げることができる。

加熱処理に使用する装置は、特に限定されず、ロータリーキルンやケトル炉、気流焼成炉、流動層焼成炉等が使用できる。加熱処理温度は、400〜1000℃、好ましくは430〜950℃である。400℃よりも低い場合は、石膏に含まれる有機混和剤や前記篩い分け等によっても除去できなかった石膏ボードに貼り付けられた紙やクロス類が完全に燃焼しないため好ましくない。また、1000℃よりも高いと、石膏が一部分解して硫黄酸化物の発生量が高くなり、加熱処理装置から発生する排ガスの硫黄酸化物濃度が高くなるため好ましくない。
加熱時間は、20分以上が好ましい。20分よりも短い場合は、石膏に含まれる有機混和剤や前記篩い分け等によっても除去できなかった石膏ボードに貼り付けられた紙やクロス類が完全に燃焼しないため好ましくない。なお、加熱時間は、石膏ボード廃材の処理効率やコスト等から、30〜40分がより好ましい。

石膏ボード廃材を加熱処理して得られた無水石膏（以降、「加熱無水石膏」と称す）を粉砕して無水石膏粉末を製造する。なお、本発明においては、無水石膏粉末の粉体流動性を向上させるために、加熱無水石膏に天然無水石膏を混合することができる。天然無水石膏の混合割合は、石膏ボード廃材の有効利用や無水石膏粉末の粉体流動性等の観点から、加熱無水石膏100質量部に対して50質量部以下が好ましく、40質量部以下がより好ましく、5質量部以上30質量部未満が特に好ましい。

無水石膏の粉砕方法は特に制限されず、例えばボールミル等を用い、通常の方法で粉砕すれば良いが、粉砕助剤は以下のものを使用する。無水石膏粉末は、ブレーン比表面積が5000〜20000cm²/g（より好ましくは7000〜18000cm²/g、特に好ましくは9000〜15000cm²/g）であることが、粉体流動性の観点や、固化材用添加材として使用した際の強度発現性等の観点から好ましい。
なお、本発明で製造される無水石膏粉末は、固化材添加用石膏として好適に使用することができる。

本発明で用いる粉砕助剤は、
(1)プロピレングリコールを含む液体、又は、
(2)プロピレングリコールを含む液体とジエチレングリコール、
である。
プロピレングリコールを含む液体としては、試薬のプロピレングリコールや不凍液等が挙げられる。
本発明においては、コスト等の観点から、不凍液を使用することが好ましく、また、廃棄物の有効利用の観点から、不凍液の廃品を用いることがより好ましく、特に撒布用不凍液の廃品（使用期限切れの未使用撒布用不凍液、撒布用車両のタンクの残液、撒布後の廃液等）を用いることが好ましい。なお、撒布用不凍液とは、撒布することによって被撒布体に不凍液を付着させ、被撒布体表面の凍結を防止したり（アンチアイシング）、被撒布体表面に降った雪氷等を融解して着氷を防止したり、また或いは、既に凍結若しくは着氷した物体表面に撒布することによりこれらの雪氷を融解させる（ディアイシング）等の目的に使用されるものであり、具体的には、例えば、航空機用の防氷剤、除氷剤、滑走路用の凍結防止剤、融雪剤等が挙げられる。

このような撒布用不凍液は、プロピレングリコールを含有し、適度な粘性を与えるための増粘剤（例えば、ポリアクリル酸、ポリアクリル酸ナトリウム、ポリアクリル酸カリウム、カルボキシメチルセルロース、キサンタンガム等）や、航空機の機体を対象とする場合に添加される防錆剤（例えば、ベンゾトリアゾール、チアベンダゾール、イミダゾール等）を少量含有するものである。このとき、アンチアイシング用の撒布用不凍液は、プロピレングリコール濃度が50％程度、ディアイシング用の撒布用不凍液は、プロピレングリコール濃度が80％程度である。

これら撒布用不凍液を空港などにおいて航空機機体や滑走路面に撒布すると、雪氷を融解し、これらが融解した水分によって希釈された廃不凍液が空港施設等の排水設備等に流入することとなる。
先ず、このような使用後の撒布用不凍液を回収する。回収の方法は、従来の方法を用いればよく、特に限定されないが、例えば、空港を例にとると、不凍液の撒布対象である航空機下部、即ち、駐機場の路面や、滑走路側帯などに緩やかな傾斜を設けた溝を設置し、該溝へ廃不凍液を流入させるとともに、該溝を集約させて貯留タンクや貯留池等に廃不凍液を導入するなどの方法により廃不凍液を回収することができる。また、使用期限切れの未使用撒布用不凍液、撒布用車両のタンクの残液については、そのまま保存容器、タンク等から回収することとなる。

粉砕助剤として不凍液を使用する場合、不凍液中のプロピレングリコール濃度は、10〜80質量％が望ましい。10質量％未満では、無水石膏粉末の粉体流動性を改善する効果が低下するうえ、粉砕時間も長くなる虞がある。80質量％を超える不凍液は入手が困難である。また、プロピレングリコールと並存する増粘剤量が増加し粘性が増加するので、取り扱いが困難となるうえ、粉砕時間も長くなる虞がある。
なお、不凍液中のプロピレングリコール濃度は、例えば、ポケットプロピレングリコール濃度計ＰＡＬ−８８Ｓ（株式会社アタゴ製）を用いて測定することができる。

本発明においては、粉砕コスト低減の観点や、不凍液の廃品を用いる場合に該廃品が入手困難な時期がある等の理由により、粉砕助剤として、プロピレングリコールを含む液体とジエチレングリコールを併用することができる。この場合、プロピレングリコールを含む液体とジエチレングリコールを予め混合した混合液を使用しても良いし、プロピレングリコールを含む液体とジエチレングリコールを別々に粉砕用ミルに投入しても良い。

本発明で適用可能な粉砕用ミルとしては、上述したボールミルの他に、チューブミル、ローラーミル等がある。
本発明においては、粉砕助剤は、無水石膏100質量部に対して、有効成分(プロピレングリコールを含む液体を使う場合はプロピレングリコール、プロピレングリコールを含む液体とジエチレングリコールを併用する場合はプロピレングリコールとジエチレングリコール)換算で0.2〜3.0質量部混合することが望ましい。粉砕助剤の混合量が前記範囲外では、無水石膏粉末の粉体流動性を改善する効果が低下する。

以下、本発明を実施例により具体的に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。
［１．石膏ボード廃材からの紙の除去］
石膏ボード廃材をクラッシャーで破砕し、50mmメッシュの篩かけを行い、紙の含有率が2.5質量％である石膏ボード廃材粉砕物（最大粒径：50mm）を得た。
［２．石膏ボード廃材粉砕物の加熱処理］
上記石膏ボード廃材粉砕物を、ケトル炉を用いて450℃で35分間加熱処理し、無水石膏を製造した。

［３．無水石膏の粉砕処理］
無水石膏の粉砕はボールミルにより行った。無水石膏は、石膏ボード廃材粉砕物の加熱処理により製造した無水石膏（加熱無水石膏）と、天然無水石膏を使用した。また、粉砕助剤は、粉砕助剤ａ：プロピレングリコールを40質量％含む不凍液、粉砕助剤ｂ：ジエチレングリコール、を使用した。
無水石膏の粉砕は、無水石膏（加熱無水石膏単味、又は加熱無水石膏と天然無水石膏の混合物）をボールミルに投入し、表１に示す量の粉砕助剤を混合し、20分間粉砕して無水石膏粉末を製造した。得られた無水石膏粉末のブレーン比表面積を表１に併記する。

［４．無水石膏粉末の粉体流動性の評価］
無水石膏粉末を図１に示す形状および寸法を有するロート試験器の上端まで充填し、無水石膏粉末の上面をロート試験器の上端面に合わせ、これを図示しない板片のエッジなどでならした後、ロート試験器の下端から無水石膏粉末を流出させ、ロート試験器の上方から観察して下端が開口するまでの時間（流下時間）を測定した。また、ロート試験器内に残留する無水石膏粉末の量も測定した。なお、該ロート試験器には無水石膏粉末を約200kg充填することができる。
結果を表１に併記する。

表１から、粉砕助剤としてプロピレングリコールを含む液体を使用した無水石膏粉末（No.１〜７）では、粉体流動性が良好であることが分かる。また、天然無水石膏を混合することにより、粉体流動性が向上することが分かる。
一方、粉砕助剤としてジエチレングリコールのみを使用した無水石膏粉末（No.8〜10）では、プロピレングリコールを含む液体を使用した場合と比べて粉体流動性が劣っていた。

［５．固化材の性能評価］
表１のNo.１，３，７の無水石膏粉末、天然無水石膏を粉砕して得た無水石膏粉末（ブレーン比表面積6000cm²/g）を使用して、固化材（普通ポルトランドセメント100質量部：無水石膏粉末10質量部）を製造した。
「JGS 0821(安定処理土の締固めをしない供試体作製方法)」に準拠して作製した供試体を、「JIS A 1216(土の一軸圧縮試験方法）」に準じて、一軸圧縮強さ（７日および28日）を測定した。
その結果を表２に示す。
なお、本試験に使用した対象土は、湿潤密度1.637、含水比62％の関東ロームであり、固化材の添加量は、1m³当り外割りで300kgとした。

表２から、粉砕助剤としてプロピレングリコールを含む液体を使用した無水石膏粉末（No.１，３，７）では、天然無水石膏を粉砕して得た無水石膏粉末と比較して、一軸圧縮強さに遜色なかった。

Claims

石膏ボード廃材を加熱処理して得られた無水石膏に、粉砕助剤を添加して粉砕する無水石膏粉末の製造方法であって、
前記粉砕助剤として、プロピレングリコールを含む液体を使用することを特徴とする無水石膏粉末の製造方法。
石膏ボード廃材を加熱処理して得られた無水石膏と天然無水石膏の混合物に、粉砕助剤を添加して粉砕する無水石膏粉末の製造方法であって、
前記粉砕助剤として、プロピレングリコールを含む液体を使用することを特徴とする無水石膏粉末の製造方法。
粉砕助剤として、プロピレングリコールを含む液体とジエチレングリコールを使用する請求項１又は２に記載の無水石膏粉末の製造方法。