JP6659342B2 - 炭素繊維の処理方法 - Google Patents

Description

本発明は炭素繊維の処理方法に関する。

近年の地球環境問題と関連して、廃棄物、副産物等の有効利用は重要な課題となっている。セメント産業、セメント製造設備の特徴を生かし、セメント製造時に原料や燃料として廃棄物を有効利用あるいは処理を行うことは、安全かつ大量処分が可能という観点から有効とされている。

ポルトランドセメントを製造するには所定の化学組成に調整された原料を１４５０℃程度にて焼成し、クリンカーを得る必要がある。この温度を得るためのエネルギーコストは膨大なものであり、エネルギーコスト削減と廃棄物有効利用との観点から、ポルトランドセメントの製造においては廃プラスチック、廃油、再生油、廃タイヤ、衣類、自動車破砕残渣などが熱エネルギー源として利用されている。

さらに近年、セメント産業においては上記の廃棄物に加え、廃材となった炭素繊維のサーマルリサイクルが実施または検討されている。

炭素繊維は軽量でありながら高強度、高弾性率といった特性を持つ。さらには優れた熱的安定性、寸法安定性も併せ持つ材料であり、合成樹脂などの母材と組み合わせた炭素繊維強化プラスチック（CFRP）として、自動車、宇宙・航空、スポーツ用品、土木・建築などの分野で広く用いられている。

一方、炭素繊維の製造時に規格外となったものや、ＣＦＲＰ製造時の端材などで炭素繊維の廃材が生じる場合がある。この炭素繊維廃材のリサイクル方法も広く検討されているが、安定的に大量リサイクルを可能とする方法は確立されていないのが現状である。

特にサーマルリサイクルにおいては炭素繊維のもつ熱的安定性の点から、十分に燃焼させるために比較的長い時間を要するため、効率性、経済性の観点から多量のリサイクルが困難とされてきた。

即ち、炭素繊維を石炭などと同様に破砕機等で細かく破砕した後、セメント製造装置へ導入することにより燃焼させる処理方法が考えられる。

しかしながら、炭素繊維は例えばポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレンなどを主とする一般的な廃プラスチックに比べて熱的安定性が高いため、燃焼性が悪く、セメント製造装置に導入した際に問題が生じる可能性がある。

詳しくは、炭素繊維をセメント製造装置内に導入した際、炭素繊維等が該装置内のガスに流され、該装置内の高温部を十分時間経ることなく、燃焼が十分に行われないまま電気集塵機に到達する場合があり、その際、ダストの見かけ電気抵抗率が変化し、電気集塵機の運転条件に影響を与える。その結果、ダストの捕集効率低下や集塵機出口ダスト濃度の増加など、種々の問題が生じる可能性が極めて高い。

また炭素繊維自体が強靱な物質であるため、細かく粉砕することも非常に困難が伴う。

特開２００７−１３１４６３号公報 特開２０１４−１９３７８８号公報

そこで本発明においては、電気集塵機を備えたセメント製造装置において炭素繊維等を処理する際、電気集塵機の運転条件に影響を与えることなく、炭素繊維等を効率的に処理可能とすることを目的とする。

本発明者らは上記課題を解決するため鋭意検討を重ねた結果、炭素繊維がセメント原料と共存する場合、非常に燃焼性が良いことを見出し、さらに検討を進めた結果、電気集塵機の運転条件に影響を与えることなく、炭素繊維等を効率的に処理可能とする方法を見出し、本発明を完成させた。

即ち本発明は、電気集塵機を備えたセメント製造装置を用いて炭素繊維を処理する方法であって、繊維長が５〜５０ｍｍの大きさに破砕された炭素繊維をセメント原料との混合物としてセメント製造装置の焼成部に導入することを特徴とする炭素繊維等の処理方法である。

本発明によれば、電気集塵機の運転条件に影響を与えることなく、炭素繊維等を効率的に処理することが可能となる。

詳しくは、炭素繊維をその繊維長が５〜５０ｍｍと比較的大きく破砕し、セメント製造装置に導入することで、炭素繊維等がセメント製造装置内にある燃焼空気等のガスに流されることなく、かつセメント原料との混合物としてセメント製造装置に導入することにより、比較的大きな状態でも良好に燃焼するため効果的に炭素繊維の燃焼が行われるというものである。

本発明において、炭素繊維の処理に用いるセメント製造装置は排ガス処理装置としての電気集塵機を備えたものに限る。

先ず、炭素繊維は破砕機等で繊維長が５〜５０ｍｍになるように破砕されている必要がある。炭素繊維等の効率的な破砕には剪断式破砕機が好ましいが、ボールミル、竪型ミル、ハンマークラッシャー等を破砕機として用いても構わない。

破砕径が５ｍｍより小さいと、炭素繊維等がセメント製造装置内にてガスに流されやすく、電気集塵機まで到達する可能性が極めて高い。また、破砕径が５０ｍｍより大きいと、セメントクリンカー原料及びその焼成物から成る固体群からの熱伝導が効果的に行われないため、炭素繊維が燃え残る可能性がある。

本発明において、炭素繊維はセメント製造装置の焼成部へ導入される前に、セメント原料と混合されている必要がある。なお、ここでいうセメント原料とは、石灰石及びこれと混合されてセメント製造装置の焼成部へ導入される原料を指し、必ずしも用いられる全ての原料が混合されている必要はない。石灰石と混合されてセメント製造装置の焼成部へ導入される原料の例としては、軟珪石、粘土、カラミ、石炭灰等が挙げられる。

また焼成部とは、キルンに加えて、該セメント製造装置が備えているのであればプレヒーター及び仮焼炉を含む概念である。通常、前記石灰石を含むセメント原料はプレヒーターへと導入されるため、本発明においても、炭素繊維とセメント原料の混合物はプレヒーターを経由してキルンへ到達するようにすることが望ましい。

炭素繊維の導入量はセメント製造装置で製造されるポルトランドセメントクリンカーの生産量１００質量部に対して１０質量部以下であることが好ましい。１０質量部以下であれば、炭素繊維等に対して該固体群が十分量存在し、熱伝導も十分に行われ、かつ得られるセメントクリンカーも従来のものと変わりない。

以下、実施例により本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。

本実施例においては実験材料としてシート状に編みこんだ炭素繊維を使用した。

実施例として、セメントクリンカー原料粉末１００質量部に対し、５ｍｍから５０ｍｍ角に破砕した炭素繊維シートを１０質量部混合し、電気炉にて所定温度で１５分から６０分間加熱した際の、炭素繊維の重量減少率を表に示す。

実施例における重量減少率は、セメントクリンカー原料粉末を単独で、同条件にて加熱し、重量減少量を求めた上で、合計の重量減少量から差し引いて算出した。

また、比較例として炭素繊維シートを５〜５０ｍｍ径に破砕し、単独にて同様に加熱した際の、炭素繊維の残存率を表に示す。

以上の実施例、及び比較例より、炭素繊維はセメントクリンカー原料と共存することで効率的に燃焼することが理解できる。

Claims (3)

1. 電気集塵機を備えたセメント製造装置で、炭素繊維の製造時に規格外となった廃材、あるいは炭素繊維強化プラスチック製造時の端材である廃材からなる炭素繊維を処理する方法であって、繊維長が５〜５０ｍｍの大きさに破砕された前記炭素繊維をセメント原料との混合物としてセメント製造装置の焼成部に導入することを特徴とする炭素繊維の処理方法。
2. 炭素繊維の焼成部への導入量が、セメント製造装置で製造されるポルトランドセメントクリンカーの生産量１００質量部に対して１０質量部以下である請求項１記載の炭素繊維の処理方法。
3. 電気集塵機を備えたセメント製造装置で炭素繊維シートを処理する方法であって、該炭素繊維シートを５ｍｍから５０ｍｍ角に破砕してセメント原料との混合物としてセメント製造装置の焼成部に導入することを特徴とする炭素繊維シートの処理方法。