JP7121628B2 - 廃石膏ボードからの二水石膏の回収方法 - Google Patents

Description

この発明は廃石膏ボードからの二水石膏の回収に関する。

発明者らは、廃石膏ボードからの二水石膏の回収を実用化することに成功した（特許文献１～３）。特許文献１（特開２０１０－１３３０４）では、廃石膏ボードを粉砕した後か焼し、か焼後にさらに微粉砕して水と混合する。水と石膏のスラリーを熟成し、二水石膏粒子を析出させる。そして微粉砕すると、析出する二水石膏粒子の平均粒径を大きくできる。

特許文献２（ＷＯ２０１４／１４１９２６Ａ）では、水との混合槽への石膏粒体の投入口を加温し、水蒸気と石膏が反応したスケールにより投入口が塞がれることを防止する。ここでの温度は投入口の温度で、石膏粒体の温度とは異なる。

特許文献３（特許６３３６３８５）は、石膏粒体を水と混合する混合槽について、スラリー中への空気の巻き込みを防止できる構造を提案している。

特開２０１０－１３３０４ ＷＯ２０１４／１４１９２６Ａ 特許６３３６３８５

発明者は、石膏粒体を水に投入し石膏スラリーとする際に、液面が泡の層で覆われることに着目した。この泡には石膏が多量に含まれ、石膏がスラリー中に均一に分散しないので、二水石膏粒子の成長が遅れ、また二水石膏粒子中に凝集粒子が混在し、二水石膏の品質が低下する。さらに泡はスラリーポンプでキャビテーションを起こし、スラリーの供給を不均一にする。

この発明は、石膏粒体を水中に投入する際の起泡を抑制し、速やかに石膏粒体をスラリー中に分散させることを課題とする。

この発明は、石膏ボード由来の石膏をか焼し半水及び／又は無水III型の石膏粒体とし、か焼後の石膏粒体を水中に投入し、水と混合して石膏スラリーとし、当該石膏スラリー中に二水石膏粒子を析出させる、廃石膏ボードからの二水石膏の回収方法において、
水中への投入直前の石膏粒体の温度を９０℃以上とすることを特徴とする。

投入直前の石膏粒体の温度が９０℃以上と９０℃未満とでは、水中への石膏粒体の分散状況が著しく異なる。９０℃以上では石膏粒体は速やかに沈降し、均一に分散する（表１）。また気泡はほとんど生じず、二水石膏粒子は充分に成長し、二水石膏粒子中に凝集粒子は生じない。

これに対して９０℃未満では、石膏粒体は液面を浮遊し（表１）、石膏粒体から徐々に放出される空気のため泡が生じ、泡に石膏粒体が付着している。この泡はスラリーポンプのキャビテーションを引き起こし、スラリーの供給を不安定にする。さらに石膏粒体が水中に均一に分散しにくいので、二水石膏粒子の成長が遅れ、二水石膏等が凝集した粒子も生成する。二水石膏粒子の成長が不十分であると付着水分が多くなり、回収した二水石膏から石膏ボードを製造する際のエネルギー効率が低下する。また凝集粒子を含むと、石膏ボードを製造する際に、均一な石膏スラリーが得られ難くなる。

好ましくは、か焼後の石膏粒体を粉砕せずに水中に投入する。か焼後の石膏粒体をさらに粉砕すると、粒径が小さいため、粒体内の空気を容易に水で置換でき、投入時の温度が低くても気泡を少なくできる。しかしこの発明では、投入直前の石膏温度が９０℃以上とすることにより起泡を防止し、か焼後の微粉砕は必要ではない。

特に好ましくは、か焼後の石膏粒体を粉砕せずに、か焼時の余熱により、投入直前の石膏粒体の温度を９０℃以上とする。か焼後に粉砕しないので、速やかに石膏粒体をか焼機から水中へ投入すると、余熱により投入直前の石膏粒体温度を９０℃以上にできる。

実施例の二水石膏の回収方法を示す工程図

以下に本発明を実施するための実施例を示す。この発明の範囲は、特許請求の範囲の記載に基づき、明細書の記載とこの分野での周知技術とを参酌し、当業者の理解に従って定められるべきである。

実施例の二水石膏の回収方法を図１に示す。廃石膏ボードを破砕機４により破砕し、ボード片とする。ボード片を粉砕機５により粉砕し、例えば平均粒径が０.５～２０ｍｍ、好ましくは１～１０ｍｍに粉砕する。平均粒径が大きすぎるとスラリーへの溶解と分散が遅くなる。小さい分には問題は生じないが、小さすぎると粉砕コストが余計に必要になる。粉砕機５で処理すると紙片と石膏粒体とを風力選別等により分離できるようになるので、好ましくは紙片を分離する。

石膏粒体の平均粒径を小さくすると、混合槽への投入時の気泡が少なくなるが、石膏粒体を９０℃以上の温度で投入すると、起泡をほぼ完全に防止できるので、微粉砕は不要である。石膏粒体の平均粒径は、目開きが異なる複数の篩により篩い分けし、粒径の分布を求めることにより測定できる。

粉砕した石膏粒体をか焼機６により例えば１３０℃以上１６０℃以下に加熱し、半水石膏あるいは無水III型石膏に変化させる。か焼温度は一般的には１００℃以上２００℃以下で、好ましくは１１０℃以上１６０℃以下であり、加熱時間は例えば２分以上６０分以下、好ましくは５分以上３０分以下である。加熱方法は熱風、伝熱、赤外線等任意である。か焼しても石膏粒体の形態は変化せず、粉砕後の石膏粒体の平均粒径が石膏スラリーへの投入時の平均粒径となる。

か焼した石膏粒体を冷却せずに、スクリューコンベヤ７等の搬送手段により、石膏粒体の温度を９０℃以上に保ったまま、混合槽１０へ投入する。搬送手段の種類は任意であり、空気輸送等も採用できるが、搬送中の放熱が小さいものが好ましく、この点でスクリューコンベヤ７が好ましい。エネルギー効率の点で不利であるが、か焼した石膏粒体を一旦貯蔵した後に、再加熱して混合槽１０へ投入しても良い。

混合槽への投入直前の石膏温度とは、スクリューコンベヤ７の出口（混合槽１０への投入口）直前での温度であり、サーミスタを石膏中に突き刺して測定した。熱電対等でも良く、赤外線温度計により測定しても良い。スクリューコンベヤ７の出口直前から混合槽１０内に落下するまでの温度低下は僅かで、測定した温度は混合槽１０の石膏スラリー中に石膏粒体が投入される温度を表している。

混合槽１０の構造は任意で、実施例では特許文献３（特許６３３６３８５）に記載のものを用いた。混合槽１０には後述のフィルタープレス１４のろ液と水を、液温約６０℃で供給し、混合槽１０内でのスラリー温度は約６０℃で、より一般的には４０℃以上８０℃以下が好ましい。９０℃以上の温度で石膏粒体を投入すると、混合槽１０に投入した石膏粒体は起泡せずにスラリー中に沈降して分散する。

投入直前の石膏粒体温度が８０℃以下の場合、混合槽１０の表面に泡の層が生じ、泡には石膏粒体が含まれ、石膏粒体のスラリーへの分散が不均一になりやすい。また泡のため、スラリーポンプ１１でのスラリー流量が不安定になると、連続反応プロセスも不安定になりやすい。

混合槽１０からスラリーポンプ１１により石膏スラリーを析出槽１２へ圧送し、スラリーを撹拌しながら６０℃等の温度に保ち、二水石膏粒子を析出させる。析出槽１２は１段でも複数段でも良い。析出槽１２で析出した二水石膏粒子をフィルタープレス１４等の固液分離装置で分離し、ろ液を還流路１５を介して例えば混合槽１０へ還流させる。また二水石膏粒子に随伴して失われる水を、還流路１５から補充する。実施例では混合槽１０と析出槽１２を別個に設けたが、これらを一体にした反応槽へ石膏粒体を投入しても良い。

９０℃以上で投入すると、石膏粒体はスラリー中に均一に溶解し、フィルタープレス１４で抽出した二水石膏粒子中に凝集粒子は含まれず、かつ充分に成長した二水石膏粒子が得られる。これに対して投入直前の温度が８０℃以下では、抽出した二水石膏粒子中に凝集粒子が含まれ、二水石膏粒子の成長も不十分になる。なお凝集粒子が含まれていると、石膏ボードの製造時に、均一な石膏スラリーとすることが難しくなる。また石膏ボードの製造時に、二水石膏は一旦半水石膏等に変換される。ここで二水石膏の平均粒径が大きいと付着水量が少なくなるため、半水石膏等への変換に要するエネルギーが小さくなる。

実施例１
廃石膏ボードを破砕及び粉砕して得た平均粒径２ｍｍの廃二水石膏を、熱風乾燥機で１３０℃に加熱し、半水石膏とした。半水石膏を１００ｇ／ｈで、６０℃の水を２００ｍL／ｈで、濃度４０ｍａｓｓ％の石膏スラリー３０００ｍＬ中に投入し、常時撹拌し、スラリー温度を６０℃に保った。ここで、投入前の半水石膏を加温し、スラリーへの投入直前の半水石膏温度を１０５℃に保った。スラリーへの投入時に気泡はほとんど生じず、半水石膏は速やかにスラリー中に分散した。

半水石膏と水の供給を４０時間続けた後、スラリーを抽出し、析出した二水石膏粒子をろ過した。レーザー光散乱法により測定した二水石膏粒子の体積平均粒径は７３μmで、スラリーを顕微鏡観察しても凝集粒子は観察されなかった。

比較例１
室温に冷却した半水石膏を石膏スラリー中に投入したこと以外は、実施例１と同様にして、二水石膏粒子を析出させた。半水石膏の投入により液面は厚さ約５ｍｍ泡の層に覆われ、泡には多量の石膏粒体が含まれていた。供給開始から４０時間後スラリーを抽出したところ、析出した二水石膏粒子の平均粒径は４１μmで、スラリー中に石膏の凝集粒子が観察された。

比較例２
投入直前の半水石膏温度を８０℃に保ったこと以外は、実施例１と同様にして、二水石膏粒子を析出させた。この場合も、半水石膏の投入により液面は厚さ約５ｍｍ泡の層に覆われた。供給開始から４０時間後の時点で、析出した二水石膏粒子の平均粒径は４３μmで、スラリー中に石膏の凝集粒子が観察された。

石膏片の温度と沈降時間の関係を、投入直前の石膏温度と水温を変えて測定した。廃石膏ボードを１３０℃に加熱し半水石膏に変化させ、冷却後に１辺約１０ｍｍ、重さ０.６ｇの立方体をカッターナイフで切り出した。この立方体を再加熱し、２００ｍＬの水を収容したビーカーに投入し、立方体が水中に沈降するまでの時間を観察した。結果を表１に示す。

表１
投入直前の石膏温度と沈降時間（秒）
石膏温度^＊１ 水温
室温 ６０℃ ８０℃
室温 ＞６００ｓ ＞６００ｓ ＞６００ｓ
６０℃ ＞６００ｓ ＞６００ｓ ＞６００ｓ
８０℃ ＞６００ｓ ＞６００ｓ ５８０ｓ

９０℃ １１５ｓ １２ｓ ５ｓ
１００℃ １３ｓ ５ｓ ４ｓ
１２０℃ ９ｓ ５ｓ ４ｓ
１４０℃ ９ｓ ４ｓ ４ｓ
^＊１ 石膏温度は水中への投入直前の温度.

半水石膏の真比重は約２なので、水中に沈降するはずである。しかし石膏温度が８０℃以下の場合、石膏は例えば１０分以上沈降せず、液面に浮いたままであった。これは多孔質の半水石膏中の空気が水と置き換わるのが、遅いことを示している。またこのことは、投入した石膏粒体がスラリー表面に浮遊し、石膏粒体から徐々に空気が放出されて発泡することと対応している。

これに対して、投入直前の半水石膏温度を９０℃以上とすると、石膏片は速やかに水中に沈降した。なお石膏温度が９０℃で、水温が室温の場合、沈降までに２分近くを必要としているが、工業的には６０℃等に加温した石膏スラリーに半水石膏等を投入するので、沈降時間はより短い。

石膏粒体が速やかに空気を放出してスラリー中に沈降すれば、気泡は少なくなり、石膏粒体は速やかにスラリー中に分散して凝集粒子は生じず、また二水石膏粒子は充分に成長して平均粒径が増加する。石膏粒体の温度が９０℃以上と８０℃以下で大きな差が生じることに関連する要素として、石膏粒体内の空気がスラリーにより冷却されて収縮し水を呼び込むこと、石膏粒体と水との表面張力が温度により異なること等が考えられるが、詳細は不明である。

４ 破砕機
５ 粉砕機
６ か焼機
７ スクリューコンベヤ
１０ 混合槽
１１ スラリーポンプ
１２ 析出槽
１４ フィルタープレス
１５ 還流路

Claims (2)

1. 石膏ボード由来の石膏をか焼し半水及び／又は無水III型の石膏粒体とし、か焼後の石膏粒体を水中に投入し、水と混合して石膏スラリーとし、当該石膏スラリー中に二水石膏粒子を析出させる、廃石膏ボードからの二水石膏の回収方法において、
   か焼後の石膏粒体を粉砕せずに、スクリューコンベヤにより搬送することにより、か焼時の余熱を用いて、水中への投入直前の石膏粒体の温度を９０℃以上とすることを特徴とする、廃石膏ボードからの二水石膏の回収方法。
2. 水中への投入直前の石膏粒体の温度を９０℃以上で１２０℃以下とすることを特徴とする、請求項１の廃石膏ボードからの二水石膏の回収方法。

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