(57)【要約】【課題】廃石膏ボード等から得られる廃石膏から、苛性ソーダ水溶液と酸水溶液を使用して、高純度であって、平均粒径が大きく、通常の排煙脱硫石膏の用途、例えば、セメント凝結調整剤等の用途にそのまま使用できる石膏を回収する方法を提供する。【解決手段】廃石膏と苛性ソーダ水溶液とを反応せしめ、消石灰を含むスラリーを得た後、該スラリーにｐＨの変化率が０．４／分以下となるように酸水溶液を添加して、石膏を回収することを特徴とする廃石膏の処理方法である。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
廃石膏と苛性ソーダ水溶液とを反応せしめ、消石灰を含むスラリーを得た後、該スラリーにｐＨの変化率が０．４／分以下となるように酸水溶液を添加して、石膏を回収することを特徴とする廃石膏の処理方法。
【請求項２】
前記消石灰を含むスラリーが、消石灰１００質量部に対して、平均粒径２０〜６０μｍの石膏を５〜５０質量部含むものであることを特徴とする請求項１記載の廃石膏の処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、廃石膏の新規な処理方法に関する。詳しくは、廃石膏ボード等から得られる廃石膏から高純度であって、平均粒径の大きい２水型の石膏を回収することができる廃石膏の処理方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
廃石膏の主たる因子である廃石膏ボードの発生量は、年間約１５０万ｔであり、この内、約５０万ｔは生産時や家屋等の新築内装工事の端材で、石膏ボードメーカーがリサイクルを行っている。しかし、残りの約１００万ｔが、家屋等の建造物の改装・解体工事で排出され、埋立処分されている。廃石膏ボードの発生量は年々増加する傾向にあり、埋立地の不足、環境負荷の点から廃石膏の有効な処理方法が求められている。
【０００３】
これまで、廃石膏ボード等から得られる廃石膏の処理方法としては、廃石膏ボードを加熱処理することにより、廃石膏ボードに含まれる紙類、その他の有機成分、例えば、界面活性剤等を焼却除去して、セメント用添加剤とする方法が提案されている（特許文献１参照）。
【０００４】
しかしながら、特許文献１に記載された方法により石膏は、加熱処理されることにより、無水型の石膏となる。そのため、前記方法により得られる石膏を、大量に使用されている排煙脱硫石膏と同じ形態の２水型の石膏とするためには、別途、水処理工程が必要となり、前記方法は改善の余地があった。
【０００５】
一方、廃石膏ボード等を加熱処理することなく、再利用する方法も提案されている。例えば、廃石膏ボードから紙を除去して得られる回収石膏を石膏成分の少なくとも一部としてセメントに添加する方法（特許文献２参照）が提案されている。
【０００６】
しかしながら、前記回収石膏は、粉砕されやすいため、セメントクリンカー、石膏等の他の成分と共に破砕する際には、粉砕機に入れる投入時間を遅らすことにより、過粉砕を防止する等の調整が必要となる場合があり、前記方法は改善の余地があった。
【０００７】
【特許文献１】特開平１０−３６１４９号公報
【特許文献２】特開２００３−１９２４０３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
従って、本発明の目的は、廃石膏ボート等の廃石膏から、純度が高く、かつ平均粒径が比較的大きく、従来使用されている排煙脱硫石膏の用途にそのまま使用できる２水型の石膏を回収する、廃石膏の処理方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者等は、前記目的を達成するために鋭意研究を重ねた結果、廃石膏を苛性ソーダ水溶液で処理したスラリーを、更に特定のｐＨ変化率になるように酸水溶液で処理することにより、上記目的を達成することを見出し、本発明を完成するに至った。
【００１０】
即ち、廃石膏と苛性ソーダ水溶液とを反応せしめ、消石灰を含むスラリーを得た後、該スラリーにｐＨの変化率が０．４／分以下となるように酸水溶液を添加して、石膏を回収することを特徴とする廃石膏の処理方法である。
【発明の効果】
【００１１】
本発明は、加熱処理を行わず、水溶液中で処理を行うため、２水型石膏を直接回収することができる。しかも、前記酸水溶液を添加する際に、ｐＨの変化率を調整することにより、平均粒径の大きい、つまり、排煙脱硫石膏と同程度の平均粒径の石膏を得ることができる。また、廃石膏を苛性ソーダ水溶液により消石灰を含むスラリーに変換し、更に酸水溶液を添加して石膏を回収するため、廃石膏中に含まれていた界面活性剤等の水溶性有機物は、スラリーの液相に分離される。更に、最終的に平均粒径が大きく、表面積の小さい石膏が得られるため、ろ過による固液分離の際、水溶性有機物が液相から石膏表面に吸着したとしても、該水溶性有機物は水洗により容易に除去することができる。本発明によれば、純度の高い石膏を回収することができ、従来の石膏の用途へ、例えば、セメントの凝結調整剤等の用途に、そのまま使用、または排煙脱硫石膏と併用して使用することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明は、廃石膏と苛性ソーダ水溶液とを反応せしめ、消石灰を含むスラリーとした後、更に該スラリーに酸水溶液を添加して、石膏を回収するものである。
【００１３】
本発明において、廃石膏は、特に制限されるものではなく、廃石膏ボード等から得られるものである。具体的に前記廃石膏は、石膏ボードの生産工程および建築現場の施行工程で発生する端材、残材からなる廃石膏ボード、改装・解体工事で建築廃材として発生する廃石膏ボードから得られるものである。
【００１４】
本発明において、前記廃石膏は、廃石膏ボードから得られるものである場合には、原紙が付着しているものであってもよいし、予め廃石膏ボードから原紙を取り除いたものであってもよい。
【００１５】
本発明において、原紙が付着した廃石膏を使用する場合には、後記に示す通り、苛性ソーダ水溶液と反応させて得られる消石灰を含むスラリーは、該消石灰が微粒子であるため、目の粗いフィルターを通すことにより、原紙を取り除くことができる。
【００１６】
一方、予め廃石膏ボードから原紙を取り除いた廃石膏を使用する場合において、廃石膏ボードから、原紙を取り除く方法は、特に制限されるものではなく公知の方法が採用できる。具体的には、特開平１０−２８６５５３号に示されるように、廃石膏ボードを破砕して、石膏ボード本体から当て紙を大まかに剥離した後、所定のメッシュサイズの篩を組み合わせ、廃石膏を回収する方法、特開２０００−２５４５３１号に示されるように、廃石膏ボードを突条の付いたロール式破壊機に通し、脆い石膏基盤を破砕して、廃石膏を回収する方法等が挙げられる。
【００１７】
本発明において、使用する廃石膏の粒径は、特に制限されるものではないが、苛性ソーダ水溶液との反応を効率良く行うためには、平均粒径０．１〜５０ｍｍ、好ましくは１〜１０ｍｍのものを使用することが好ましい。廃石膏を前記範囲の粒径にする方法は、特に制限されるものではなく、前記の廃石膏ボードから、廃石膏を得る場合に調整することもできるし、一旦、原紙を取り除いた廃石膏を公知の方法により、前記範囲の粒径に調整することもできる。
【００１８】
本発明において、廃石膏と反応させる苛性ソーダ水溶液は、工業的に入手可能なものが特に制限なく使用することができる。具体的には、石膏成分との反応性、使用する供給水量、生成する硫酸ナトリウム等の濃度を勘案すると、０．１〜７０質量％、特に２０〜５０質量％の濃度であるものを使用することが好ましく、一般には、３０〜４８質量％程度の濃度の苛性ソーダ水溶液を水によって希釈することにより得ることができる。また、使用する量も特に制限されるものではなく、廃石膏の石膏成分が、消石灰に変換し得るに十分な量を使用してやればよい。具体的には、廃石膏の少量をサンプリングし、予め石膏の含有量を調べ、石膏１モル部に対して、苛性ソーダが１．０〜２．５モル部、好ましくは１．６〜２．０モル部となるように使用してやればよい。
【００１９】
本発明の特徴の１つは、廃石膏を苛性ソーダ水溶液と反応させることにより、廃石膏に含まれる水溶性の有機物、例えば、界面活性剤等を廃石膏から除去することができるため、純度の高い石膏を得ることが可能となる。
【００２０】
本発明において、廃石膏と苛性ソーダ水溶液とを反応させる方法は、特に制限されるものではなく、撹拌機付きの反応槽内で混合する方法、配管内で混合機を使用して混合する方法、高圧プランジャーポンプで処理流体をノズルから噴射させ、さらに固定板にたたきつける方法の加圧ノズル式撹拌機等が挙げられる。
【００２１】
本発明において、廃石膏と苛性ソーダ水溶液と反応させる反応時間は、苛性ソーダ水溶液の濃度、石膏の粒径、石膏成分の量などにもよるが、５〜６０分が好適であり、また、反応温度は１０〜４０℃が好適であり、更に、反応時の圧力は、常圧で行うことが好ましい。
【００２２】
本発明において、廃石膏と苛性ソーダ水溶液との反応により得られる消石灰を含むスラリーのｐＨは、特に制限されるものではないが、使用する水の量、操作性を考慮するとｐＨが１０〜１２となるように調整することが好ましい。このｐＨの範囲に調整する方法は、特に制限されるものではなく、使用する苛性ソーダ水溶液の濃度、量により調整してやればよく、苛性ソーダ水溶液を添加した後、水を更に添加してｐＨを調整することもできる。
【００２３】
本発明の最大の特徴は、前記消石灰を含むスラリーにｐＨの変化率が０．４／分以下となるように酸水溶液を添加することである。ｐＨの変化率を０．４／分以下とすることにより、通常の排煙脱硫石膏と同等の平均粒径であって、かつ粉砕状態も同じ状態の石膏を得ることができる。該スラリーのｐＨの変化率が０．４／分を超えると、得られる石膏の平均粒径が小さなものとなり、ろ過性が低下したり、排煙脱硫石膏の用途にそのまま使用することができず好ましくない。また、ｐＨの変化率の下限は特に制限されるものではないが、工業的な処理を考えると０．１／分以上であることが好ましい。得られる石膏の平均粒径と工業的な処理を考えると、該スラリーのｐＨの変化率が０．２／分〜０．３／分で酸を加えることが更に好ましい。
【００２４】
本発明において、該スラリーのｐＨの変化率が０．４／分以下でなければならない理由は、以下の通りであると考えている。本発明者等の検討によると、廃石膏と苛性ソーダ水溶液を反応せしめて得られる消石灰は、平均粒径が０．１〜２０μｍ程度、中でも平均粒径が１０μｍ以下のものが多く存在する、極めて微細な沈殿物となる。この該消石灰を含むスラリーに酸水溶液を添加する速度が速くなりすぎると、十分に石膏の粒子が成長せず、微細な粒子の石膏となるものと考えられる。そのため、該スラリーに添加する酸水溶液の速度を、ｐＨの変化率が０．４／分以下となるようにすることで、石膏の結晶を十分成長させることができ、粒径の大きい石膏が得られるものと推定される。
【００２５】
尚、ｐＨの変化率を０．４／分以下とすることにより、前記消石灰から、平均粒径２０〜６０μｍ石膏を得ることが可能となり、この石膏は、通常、セメントに添加されている排煙脱硫石膏の平均粒径と同等である。さらに、該石膏は、排煙脱硫石膏と粉砕条件も何ら変わらず、セメントに添加する際には、従来と同様の操作を行うことが可能であり、排煙脱硫石膏と併用して使用することもできる。また、石膏の平均粒径を大きくすることができるため、石膏を回収する際に、ろ過による操作性を向上できる。更に、平均粒径が大きく、表面積の小さい石膏が得られるため、ろ過による固液分離の際、液相に溶解し分離された水溶性有機物が石膏表面に吸着したとしても、該水溶性有機物は水洗により容易に除去することができる。
【００２６】
尚、本発明にいう平均粒径とは、後記のレーザー回折散乱式粒度分布計により測定した体積平均粒径の値をいう。
【００２７】
また、本発明において、酸水溶液を添加する前記消石灰を含むスラリーには、消石灰１００質量部に対して、平均粒径が２０〜６０μｍの石膏を５〜５０質量部含むことが好ましい。消石灰を含むスラリーが、前記要件を満足する石膏を含むことにより、酸水溶液を添加した際に、効率良く、平均粒径が２０〜６０μｍの石膏を得ることができる。前記範囲の石膏を含ませることにより、酸水溶液の添加速度を速くすることができる。
【００２８】
本発明において、前記消石灰を含むスラリーに、前記要件を満足する石膏を含ませることにより、効率良く結晶粒径が大きい石膏が得られる理由は、前記要件を満足する石膏が結晶核剤の効果を示すからと考えられる。
【００２９】
本発明において、消石灰を含むスラリーに、平均粒径が２０〜６０μｍの石膏を含ませる方法は、特に制限されるものではなく、苛性ソーダ水溶液の添加量を調整し、消石灰を含むスラリーに石膏成分を含ませる方法、平均粒径が２０〜６０μｍの石膏を、別途、消石灰を含むスラリーに所定量添加する方法が挙げられる。中でも、純度が高く、しかも連続して廃石膏を処理する場合には、消石灰を含むスラリーに酸水溶液を添加することによって得られる、平均粒径が２０〜６０μｍの石膏を、一部消石灰を含むスラリーに返送することが好ましい。
【００３０】
本発明において、前記消石灰を含むスラリーに添加する酸水溶液は、該スラリーに添加した際、即ち、消石灰、硫酸ナトリウムを含むスラリーに添加した際に、石膏を生じるものであれば、特に制限なく使用することができる。具体的には、塩酸水溶液、硫酸水溶液、硝酸水溶液等が挙げられ、石膏以外の必要とする成分に応じて適宜決定してやればよく、工業的には、前記酸水溶液の廃酸を使用することも可能である。
【００３１】
本発明において、酸水溶液として、硫酸水溶液を使用した場合の取り扱い方法を以下に示す。廃石膏と苛性ソーダ水溶液を反応させて得られる消石灰を含むスラリーに、硫酸水溶液を添加することにより、石膏を沈殿成分として、その他、硫酸ナトリウムが溶解したスラリーを得ることができる。この場合、該スラリーをろ過、洗浄することにより、石膏を得ることができ、ろ液中の硫酸ナトリウムを結晶化させることにより、高純度の硫酸ナトリウムを得ることができる。また、前記石膏が沈殿成分として存在し、硫酸ナトリウムが溶解しているスラリーに、塩化カルシウム等のカルシウム塩を更に添加することにより、得られる石膏成分を増やすことも可能である。
【００３２】
本発明において、前記酸水溶液の濃度は、添加するスラリー中の消石灰の量により適宜調整してやればよく、具体的には、消石灰との反応性、使用する供給水等を勘案すると、５〜５０質量％の水溶液である。また、酸水溶液の使用量も特に制限されるものではないが、消石灰を含むスラリーから石膏成分をより多く回収するためには、酸水溶液添加後の石膏を含むスラリーのｐＨが３〜７となる量が好ましい。
【００３３】
本発明において、前記消石灰を含むスラリーに酸水溶液を添加する方法は、特に制限されるものではなく、撹拌機付きの反応槽内で混合する方法、配管内で混合機を使用して混合する方法、高圧プランジャーポンプで処理流体をノズルから噴射させ、さらに固定板にたたきつける方法の加圧ノズル式撹拌機等が挙げられる。
【００３４】
本発明において、前記消石灰を含むスラリーと酸水溶液との反応温度は１０〜４０℃が好適であり、更に、反応時の圧力は、常圧で行うことが好ましい。
【００３５】
本発明において、前記条件で酸水溶液を添加して得られる、結晶粒径の大きい石膏を回収する方法は、特に制限されるものではなく、通常のろ過法、具体的には、ロータリースクリーン、ドラムフィルター、ディスクフィルター、ヌッチェフィルター、フィルタープレス、スクリュウプレス、チューブプレス、およびスクリュウデカンター、スクリーンデカンター等の遠心分離機により分離する方法を採用することができる。
【００３６】
本発明において、前記方法により回収した石膏は、更に、水により洗浄して使用することが好ましい。また、連続して廃石膏の処理を行う場合には、前記方法により回収した石膏の一部を、酸水溶液を添加する前の消石灰を含むスラリー中に返送することもできる。
【００３７】
以上の通り、本発明は、加熱処理することなく、水溶液中で廃石膏から石膏を回収することができるため、回収した石膏は、排煙脱硫石膏と同じ形態の２水型石膏となる。
【実施例】
【００３８】
以下、本発明を更に具体的に説明するため、実施例を示すが、本発明は、これらの実施例に限定されるものではない。
１．平均粒径の確認
レーザー回折散乱式粒度分布計により、石膏の体積平均粒径を確認した。市販のセメント凝結調整剤用の排煙脱硫石膏は、５０μｍであった。
２．水溶性有機物含有量の評価
石膏中の水溶性有機物含有量は、石膏を溶解した水溶液中の全有機炭素量の測定を行い評価した。後記の実施例に使用した廃石膏中の全有機炭素量は、石膏質量に対して２２００ｐｐｍであった。
３．粉砕テスト
各石膏を遊星ボールミル機により３０分粉砕して、粉砕後の平均粒径を確認した。この条件で粉砕した市販のセメント凝結調整剤用の排煙脱硫石膏の平均粒径は５μｍであった。また、後記の実施例に使用した廃石膏は、この条件で破砕すると、平均粒径が０．５μｍの石膏となった。
【００３９】
実施例１      
廃石膏を粗粉砕し、紙を大まかに取り除いた後、これに水を加え遊星ボールミルで湿式粉砕を行い廃石膏３０質量％のスラリーを作成した。このスラリーに４８質量％の苛性ソーダをスラリー中の廃石膏に対して苛性ソーダが２．０モル部になるように加えｐＨが１２の消石灰を含むスラリーを得た。このスラリーを３００μｍのメッシュに通過させ、残存する紙繊維を除去した。このスラリーに１０質量％の塩酸をｐＨの変化率０．１／分でｐＨが３になるまで添加した。その後、ろ過により固液分離する際、得られた石膏のケーキ質量と同量の水で洗浄を行った。得られた石膏は、平均粒径が４８μｍの２水型石膏であり、排煙脱硫石膏とほぼ同じ粒径であった。尚、前記石膏に含まれる全有機炭素量は２００ｐｐｍであった。ちなみに、廃石膏を租破砕したものをそのまま水洗した場合、石膏中の全有機炭素量を実施例１と同程度まで低減させるには、実施例１に使用した１０倍程度の水量が必要であった。
【００４０】
また、前記方法により粉砕テストを行ったところ、前記石膏の平均粒径は５μｍとなり、市販の排煙脱硫石膏と同程度であり、通常使用される排煙脱硫石膏と同じ用途、例えば、セメント凝結調整剤等にそのまま使用できることが示された。
【００４１】
実施例２  
実施例１と同じ要領で得た消石灰のスラリーに、実施例１で生成した石膏を消石灰１００質量部に対して１０質量部添加した後、１０質量％の塩酸をｐＨの変化率０．２／分でｐＨが３になるまで添加した。その後、実施例1と同様にろ過洗浄を行った。得られた石膏は、平均粒径が５０μｍの２水型石膏であり、排煙脱硫石膏とほぼ同じ粒径であった。尚、前記石膏に含まれる全有機炭素量は１６０ｐｐｍであった。また、前記方法により粉砕テストを行ったところ、前記石膏の平均粒径は５μｍとなり、排煙脱硫石膏と同程度であり、通常使用される排煙脱硫石膏と同じ用途、例えば、セメント凝結調整剤等にそのまま使用できることが示された。
【００４２】
実施例３  
実施例１と同じ要領で得た消石灰のスラリーに、実施例１で生成した石膏を消石灰１００質量部に対して３０質量部添加した後、１０質量％の塩酸をｐＨの変化率０．３／分でｐＨが３になるまで添加した。その後、実施例1と同様にろ過洗浄を行った。得られた石膏は、平均粒径が５１μｍの２水型石膏であり、排煙脱硫石膏とほぼ同じ粒径であった。尚、前記石膏に含まれる全有機炭素量は９０ｐｐｍであった。また、前記方法により粉砕テストを行ったところ、前記石膏の平均粒径は５μｍとなり、排煙脱硫石膏と同程度であり、通常使用される排煙脱硫石膏と同じ用途、例えば、セメント凝結調整剤等にそのまま使用できることが示された。
【００４３】
比較例１    
実施例１において、酸添加速度を０．５／分とした以外は、実施例１と同様の操作を行った。得られた石膏は、平均粒径は１６μｍの２水型石膏であった。尚、前記石膏に含まれる全有機炭素量は３００ｐｐｍであった。また、前記方法により粉砕テストを行ったところ、前記石膏の平均粒径は１μｍとなった。これは、廃石膏をそのまま粉砕した場合よりは大きいが、この方法により得られた石膏をセメント凝結調整剤等に使用する場合は、使用量の制限または粉砕条件の変更等が必要となる。