JP7436310B2 - 固形異物と紙粉を含有する水性スラリーの圧搾方法、及び廃石膏ボードの処理方法 - Google Patents
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Description
この発明は固形異物と紙粉を含有する水性スラリーの圧搾方法に関し、例えば廃石膏ボード由来の、固形異物と紙粉を含む石膏スラリーの圧搾方法に関する。
廃石膏ボード由来の石膏スラリーには、石膏以外に、紙粉と、金具などの金属片及び砂、砂利などが含まれている。なおこの明細書では、金属片、砂、砂利などの固形の異物を固形異物と呼ぶ。廃石膏ボードから石膏を回収するには、紙片と固形異物を分離する必要がある。
関連する先行技術を示す。特許文献１(特開２０２０－６５９７５)では、廃石膏ボードを破砕した後、か焼することにより、石膏を半水石膏あるいは無水III型石膏とする。得られた半水等の石膏を水と混合することにより石膏スラリーとし、析出槽で二水石膏粒子を析出させる。そして石膏スラリーを異物分離装置に導き、石膏スラリーとの比重差を利用し、固形異物を沈降させ分離する。また振動篩を用い、石膏スラリー中の紙粉を分離する。この方法では、紙粉の含水率が高いため、紙粉の脱水が必要である。発明者は、より効率的に廃石膏ボード由来の石膏スラリーから紙粉と固形異物を分離することを検討した。なお固形異物と紙粉を含むスラリーから、固形異物と紙粉を効率的に分離する必要があることは、廃石膏ボード由来のスラリーに限らない。
発明者は、ベルトプレスあるいはスクリュープレスにより石膏スラリーを圧搾することを検討した。この検討から、ベルトプレスにより含水率の低い紙粉を取り出すことは難しく、スクリュープレスの方がより効率的に圧搾できることが分かった。
スクリュープレスでは、スクリューの羽根によりスラリー中の紙粉と固形異物を出口側へ圧縮しながら押し込み、スクリューの周囲のメッシュから液状成分を排出する。しかしながら、スラリー中には金属片や砂利等の硬質の固形異物が混入しているので、メッシュは頻繁に損傷し、スクリュープレスを連続運転することは難しかった。
この発明の課題は、廃石膏ボード由来の石膏スラリー等の水性スラリーをスクリュープレスで圧搾する際のメッシュの損傷を減らすこと、及び水性スラリーから分離した紙粉の含水率を許容範囲内に保つことにある。
この発明の固形異物と紙粉を含有する水性スラリーの圧搾方法は、
水性スラリーを、目開きが１.５ｍｍ以上３ｍｍ以下のメッシュを備えたスクリュープレスにより圧搾することにより、紙粉及び固形異物と、前記メッシュを通過した液状成分とに分離する圧搾ステップと、
前記液状成分を目開き１ｍｍ以下の篩にかけることにより、紙粉及び固形異物を液状成分から篩い分ける篩い分けステップ、とを行うことを特徴とする。
水性スラリーを、目開きが１.５ｍｍ以上３ｍｍ以下のメッシュを備えたスクリュープレスにより圧搾することにより、紙粉及び固形異物と、前記メッシュを通過した液状成分とに分離する圧搾ステップと、
前記液状成分を目開き１ｍｍ以下の篩にかけることにより、紙粉及び固形異物を液状成分から篩い分ける篩い分けステップ、とを行うことを特徴とする。
この発明の廃石膏ボードの処理方法は、廃石膏ボード由来の半水及び／又は無水III型の石膏を水性媒体と混合することにより紙粉と固形異物を含有する石膏スラリーとし、次いで石膏スラリー中に二水石膏粒子を析出させる析出ステップと、
石膏スラリー中から二水石膏粒子を固液分離により抽出する固液分離ステップ、とを行う方法において、
前記石膏スラリーを、目開きが１.５ｍｍ以上３ｍｍ以下のメッシュを備えたスクリュープレスにより圧搾することにより、紙粉及び固形異物と、前記メッシュを通過した石膏スラリーとに分離する圧搾ステップと、
前記メッシュを通過した石膏スラリーを、目開き１ｍｍ以下の篩にかけることにより、篩上の紙粉及び固形異物と篩下の石膏スラリーとに篩い分ける篩い分けステップ、とを行うことを特徴とする。
石膏スラリー中から二水石膏粒子を固液分離により抽出する固液分離ステップ、とを行う方法において、
前記石膏スラリーを、目開きが１.５ｍｍ以上３ｍｍ以下のメッシュを備えたスクリュープレスにより圧搾することにより、紙粉及び固形異物と、前記メッシュを通過した石膏スラリーとに分離する圧搾ステップと、
前記メッシュを通過した石膏スラリーを、目開き１ｍｍ以下の篩にかけることにより、篩上の紙粉及び固形異物と篩下の石膏スラリーとに篩い分ける篩い分けステップ、とを行うことを特徴とする。
水性スラリーを連続的に圧搾する装置として、スクリュープレスとベルトプレス等が知られている。しかしながら、紙粉を含有する水性スラリーから、ベルトプレスにより含水率の低い紙粉を取り出すことは難しかった。また金属等の固形異物を含有する水性スラリーでは、固形異物によるベルトの損傷を避けることができない。そこでこの発明では、スクリュープレスにより水性スラリーから異物含有紙粉を取り出す。
スクリュープレスでは、スクリューにより水性スラリーを出口側へ押し込み、液状成分をスクリューの周囲のメッシュから排出する。メッシュの目開きが小さいほど、液状成分と共に排出される異物含有紙粉を少なくできる。このため含水率の低い異物含有紙粉を取り出すという点では、メッシュの目開きは１ｍｍ以下が好ましい。しかしながら目開きが小さなメッシュは同時に薄肉のメッシュでもあり、固形異物によりメッシュが頻繁に損傷する。そこでメッシュの損傷を抑制する必要がある。
この発明では、スクリュープレスのメッシュの目開き(開口径)を１.５ｍｍ以上３ｍｍ以下、好ましくは２ｍｍ以上３ｍｍ以下とする。このことにより、メッシュの肉厚を例えば１.５ｍｍ以上３ｍｍ以下、好ましくは２ｍｍ以上３ｍｍ以下とすることが可能になる。即ち、メッシュの開口は一般にパンチングで設けるため、メッシュの肉厚は目開きと同じ程度の値が上限となる。この発明では、メッシュの目開きを大きくすることにより、肉厚を増すことを可能にし、メッシュの損傷を抑制する。なおメッシュの目開きが３ｍｍを越えると、スクリュープレスが詰まりやすくなり、また取り出した異物含有紙粉の含水率が増した。
目開きが１.５ｍｍ以上３ｍｍ以下のメッシュを用いることにより、メッシュの損傷は少なくなるが、液状成分中に異物含有紙粉が混入する。そこでスクリュープレスのメッシュを通過した液状成分を目開き１ｍｍ以下の篩にかけ、異物含有紙粉を液状成分から篩い分ける。大きなサイズの固形異物はスクリュープレスのメッシュを通過しないので、固形異物により篩の網目が損傷することはない。篩上の異物含有紙粉は含水率が高いが、異物含有紙粉の大部分はスクリュープレスにより液状成分と分離済みである。このため篩を通過した異物含有紙粉の含水率が高くても、全体として許容範囲内の異物含有紙粉を回収できる。
篩の目開きが小さいほど、異物含有紙粉の含水率を小さくできるが、同時に網目の強度が低下するため、固形異物により損傷しやすくなる。このため篩の目開きは、好ましくは０.４ｍｍ以上０.８ｍｍ以下とする。
この発明では、スクリュープレスのメッシュの損傷を抑制し、かつ許容範囲内の含水率の異物含有紙粉を水性スラリーから抽出できる。処理対象は、廃石膏ボード由来の石膏スラリーに限らず、紙粉と固形異物を含む水性のスラリーであれば任意である。
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。この発明の範囲は実施例により限定されるものではない。
図１～図６に実施例とその変形とを示す。図１は廃石膏ボードの処理を示し、廃石膏ボードを破砕機２で破砕し、必要であれば破砕後にさらに粉砕しても良く、また図示しない磁選機により金属異物を分離する。破砕により得られた石膏粒体をサイロ４に蓄え、か焼機６でか焼することにより半水石膏あるいは無水III型石膏の粒体とする。この粒体には、破砕、粉砕、及び磁選を施しても、石膏以外に、紙粉と、金属片、砂、砂利等の固形異物が含まれ、固形異物は硬質である。
石膏粒体と、固液分離装置１６からのろ液を混合槽８で混合することにより石膏スラリーとし、析出槽１０で撹拌下に熟成することにより石膏スラリー中に二水石膏粒子を析出させる。混合槽８を経由せずに、析出槽１０でろ液と石膏粒体を直接混合しても良い。また図１には多段の析出槽１０を示すが、１段でも良く、段数は任意である。
析出槽１０の石膏スラリーをスクリュープレス１２により圧搾し、異物含有紙粉を分離する。スクリュープレス１２を通過した液状成分を、振動篩等の篩１４にかけ、篩上の異物含有紙粉を取り出す。スクリュープレス１２及び篩１４から異物含有紙粉が得られ、例えば風乾後に、サイクロン等により紙粉と固形異物を分離する。
篩１４の篩下の液状成分をフィルタープレス等の固液分離装置１６により固液分離し、二水石膏粒子の粉体とろ液とに分離し、ろ液はたとえは混合槽８へ還流する。なお篩１４を通過した液状成分を析出槽１０等へ還流し、固液分離装置１６へは別途に石膏スラリーを供給しても良い。
図２はスクリュープレス１２の構造を示す。スクリュー軸２０を駆動部２７により回転させ、スクリュー軸２０に設けた羽根２１によりスラリーを図の左から右へ圧搾しながら押し込む。多数の開口を備える円筒状のメッシュ２２が羽根２１の周囲を取り囲む。スクリュー軸２０の直径は図の右側で大きくなり、メッシュ２２とスクリュー軸２０の隙間が図の右側で狭くなるため、スラリーは圧搾される。メッシュ２２のさらに外周を外筒２３が覆っている。図の左側の投入口２４から石膏スラリーをメッシュ２２内に投入し、メッシュ２２を通過した液状成分は、液状成分出口２５から排出され、スクリュー軸２０によりメッシュ２２の右端まで搬送された異物含有紙粉は、固形分出口２６から排出される。
図３はメッシュ２２の平面を、図４は断面を示す。メッシュ２２は鋼等の金属板３０から成り、パンチングにより円形の開口３１が多数設けられている。金属板３０の肉厚をｔ、開口３１の直径(目開き)をＲとすると、肉厚ｔが大きいほどメッシュ２２の強度が増す。肉厚ｔを直径Ｒよりも大きくするとパンチングが困難になるので、肉厚ｔは直径Ｒとほぼ等しくする、例えば（ｔ／Ｒ－１）の値を±０.２以内とすることが好ましく、より好ましくは±０.１以内とする。そして開口３１の直径Ｒが１ｍｍ未満ではメッシュ２２が頻繁に破損したので、直径Ｒを１.５ｍｍ以上、好ましくは２ｍｍ以上とし、肉厚ｔも１.５ｍｍ以上が好ましく、より好ましくは２ｍｍ以上とする。開口３１の直径が３ｍｍを越えると、スクリュー軸２０とメッシュ２２の間にスラリーが詰まりやすくなり、また固形分出口２６から排出される異物含有紙粉の含水率が増した。このため直径Ｒは３ｍｍ以下とし、特に限定するものではないが肉厚ｔも例えば３ｍｍ以下にする。開口３１の直径Ｒと肉厚ｔの範囲の好ましい範囲は以下の通りである。
・好ましい範囲： １.５ｍｍ≦Ｒ≦３ｍｍ で ｔ≒Ｒ １.５ｍｍ≦t≦３ｍｍ
・より好ましい範囲： ２ｍｍ≦Ｒ≦３ｍｍ で ｔ≒Ｒ ２ｍｍ≦t≦３ｍｍ
・いずれの場合も －０.２≦ｔ／Ｒ－１≦０.２ で より好ましくは
－０.１≦ｔ／Ｒ－１≦０.１
・好ましい範囲： １.５ｍｍ≦Ｒ≦３ｍｍ で ｔ≒Ｒ １.５ｍｍ≦t≦３ｍｍ
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メッシュ２２の開口３１が円形ではない場合、開口の内接円の直径を目開きとする。例えば図５の開口４０では鎖線で示す内接円４１の直径を目開きとし、図６の開口５０では鎖線で示す内接円５１の直径を目開きとする。開口３１等のサイズが大小複数有る場合、目開きの値がＲの開口の個数をｎ(Ｒ)として、 {Σｎ(Ｒ)・Ｒ}／Σｎ(Ｒ)
（ΣはＲの分布範囲で加算） により、目開きの平均値を求める。
（ΣはＲの分布範囲で加算） により、目開きの平均値を求める。
開口３１の合計面積をメッシュ２２の見かけの面積(開口３１を含む面積)で割ったものを、メッシュ２２の開口率とすると、開口率は例えば１５％以上３０％以下が好ましい。なお開口率を大きくすると、異物含有紙粉の含水率が低下し、その一方でメッシュ２２の強度が低下する。
スクリュープレス１２により大きなサイズの固形異物を分離するので、篩１４が固形異物により破損するおそれは小さい。また篩１４から得られる異物含有紙粉の量は、スクリュープレス１２から得られる異物含有紙粉の量よりも遙かに少ない。このため篩１４から得られる異物含有紙粉の含水率が高くても、全体としては含水率の増加は僅かである。そこで篩１４は目開きが１ｍｍ以下、好ましくは０.４ｍｍ以上０.８ｍｍ以下の、目が粗い篩とする。篩１４の網目は例えば金属製であるが、プラスチック製でも良い。目開きの測定では、１インチ等の所定長さ当たりの開口の数を光学顕微鏡により測定すると共に、網目を構成する金属線等の直径を、同じ光学顕微鏡によりあるいはマイクロメータにより測定する。上記の所定長から金属線等の直径にその本数を掛けたものを引き、開口の数で割ると、篩１４の目開きが求まる。
実験例
紙粉と固形異物の合計濃度が１０ｗｔ％の石膏スラリー（水と石膏の合計濃度が９０ｗｔ％）を、目開きが２ｍｍで肉厚も２ｍｍのメッシュ２２を備えたスクリュープレス１２により、５５０ｋｇ／ｈの処理速度で圧搾した。固形分出口２６から得られた固形分は乾燥重量が５４ｋｇ／ｈ、付着水が３６ｋｇ／ｈで、含水率は４０ｗｔ％であった。液状成分出口２５から得られた液状成分を、目開き０.５ｍｍの振動篩１４により処理した。異物含有紙粉の乾燥重量は１ｋｇ／ｈ、付着水は４ｋｇ／ｈで、含水率は８０ｗｔ％であった。全体として異物含有紙粉を５５ｋｇ／ｈでほぼ全量回収し、付着水は４０ｋｇ／ｈで、含水率は４２ｗｔ％であった。異物含有紙粉は例えば送風乾燥により乾燥し、サイクロンにより固形異物と紙粉とを分離する。
紙粉と固形異物の合計濃度が１０ｗｔ％の石膏スラリー（水と石膏の合計濃度が９０ｗｔ％）を、目開きが２ｍｍで肉厚も２ｍｍのメッシュ２２を備えたスクリュープレス１２により、５５０ｋｇ／ｈの処理速度で圧搾した。固形分出口２６から得られた固形分は乾燥重量が５４ｋｇ／ｈ、付着水が３６ｋｇ／ｈで、含水率は４０ｗｔ％であった。液状成分出口２５から得られた液状成分を、目開き０.５ｍｍの振動篩１４により処理した。異物含有紙粉の乾燥重量は１ｋｇ／ｈ、付着水は４ｋｇ／ｈで、含水率は８０ｗｔ％であった。全体として異物含有紙粉を５５ｋｇ／ｈでほぼ全量回収し、付着水は４０ｋｇ／ｈで、含水率は４２ｗｔ％であった。異物含有紙粉は例えば送風乾燥により乾燥し、サイクロンにより固形異物と紙粉とを分離する。
比較例
スクリュープレス１２のメッシュ２２の目開きを０.５ｍｍ（肉厚も０.５ｍｍ）に変更し、実施例と同一の石膏スラリーを５５０ｋｇ／ｈで連続的に圧搾した。出口２５からの液状成分は異物含有紙粉をほとんど含まず、篩１４による処理は不要であった。しかし運転開始から約８０時間で、メッシュ２２が破損し運転不能になった。
スクリュープレス１２のメッシュ２２の目開きを０.５ｍｍ（肉厚も０.５ｍｍ）に変更し、実施例と同一の石膏スラリーを５５０ｋｇ／ｈで連続的に圧搾した。出口２５からの液状成分は異物含有紙粉をほとんど含まず、篩１４による処理は不要であった。しかし運転開始から約８０時間で、メッシュ２２が破損し運転不能になった。
２ 破砕機
４ サイロ
６ か焼機
８ 混合槽
１０ 析出槽
１２ スクリュープレス
１４ 篩
１６ 固液分離装置
２０ スクリュー軸
２１ 羽根
２２ メッシュ
２３ 外筒
２４ 投入口
２５ 液状成分出口
２６ 固形分出口
２７ 駆動部
３０ 金属板
３１ 開口
４０，５０ 開口
４１，５１ 内接円
４ サイロ
６ か焼機
８ 混合槽
１０ 析出槽
１２ スクリュープレス
１４ 篩
１６ 固液分離装置
２０ スクリュー軸
２１ 羽根
２２ メッシュ
２３ 外筒
２４ 投入口
２５ 液状成分出口
２６ 固形分出口
２７ 駆動部
３０ 金属板
３１ 開口
４０，５０ 開口
４１，５１ 内接円
Claims (2)
- 固形異物と紙粉を含有する水性スラリーを圧搾する方法において、
前記水性スラリーを、目開きが１.５ｍｍ以上３ｍｍ以下のメッシュを備えたスクリュープレスにより圧搾することにより、紙粉及び固形異物と、前記メッシュを通過した液状成分とに分離する圧搾ステップと、
前記液状成分を目開き１ｍｍ以下の篩にかけることにより、紙粉及び固形異物を液状成分から篩い分ける篩い分けステップ、とを行うことを特徴とする、固形異物と紙粉を含有する水性スラリーの圧搾方法。 - 廃石膏ボード由来の半水及び／又は無水III型の石膏を水性媒体と混合することにより紙粉と固形異物を含有する石膏スラリーとし、次いで石膏スラリー中に二水石膏粒子を析出させる析出ステップと、
石膏スラリー中から二水石膏粒子を固液分離により抽出する固液分離ステップ、とを行う方法において、
前記石膏スラリーを、目開きが１.５ｍｍ以上３ｍｍ以下のメッシュを備えたスクリュープレスにより圧搾することにより、紙粉及び固形異物と、前記メッシュを通過した石膏スラリーとに分離する圧搾ステップと、
前記メッシュを通過した石膏スラリーを、目開き１ｍｍ以下の篩にかけることにより、篩上の紙粉及び固形異物と篩下の石膏スラリーとに篩い分ける篩い分けステップ、とを行うことを特徴とする、廃石膏ボードの処理方法。
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