(57)【要約】【課題】製紙汚泥廃棄物を炭化する工程、及び炭化物中の炭素を燃焼させる脱炭素工程を備える炭酸カルシウムの回収方法において、得られる焼成品の白色度を高く、且つ炭酸カルシウムの分解度を低くすることができる炭酸カルシウムの回収方法を提供する。【解決手段】本発明は、製紙工程で発生する製紙汚泥廃棄物を貧酸素雰囲気で炭化する工程３と、炭化物中の炭素成分を雰囲気ガス温度が６５０℃以上で燃焼させる脱炭素工程４とを備える。脱炭素工程４において、炭化物の雰囲気ガス中の二酸化炭素の分圧が５〜３０％の範囲になるように制御することで、白色度を上げようとして雰囲気ガスの温度を上げても、得られる炭酸カルシウムの分解度を抑制することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
製紙工程で発生する製紙汚泥廃棄物を貧酸素雰囲気で炭化する工程と、
炭化物中の炭素成分を雰囲気ガス温度が６５０℃以上で燃焼させる脱炭素工程と、を備え、
前記脱炭素工程において、炭化物の雰囲気ガス中の二酸化炭素の分圧が５〜３０％の範囲になるように制御する製紙汚泥廃棄物からの炭酸カルシウムの回収方法。
【請求項２】
前記炭化する工程において、製紙汚泥廃棄物の雰囲気ガス中の二酸化炭素の分圧が５〜３０％の範囲になるように制御することを特徴とする請求項１に記載の製紙汚泥廃棄物からの炭酸カルシウムの回収方法。
【請求項３】
前記脱炭素工程で使用した排気ガスの一部を取り込み、再度脱炭素工程に循環させることを特徴とする請求項１又は２に記載の製紙汚泥廃棄物からの炭酸カルシウムの回収方法。
【請求項４】
前記脱炭素工程では、前記炭素成分を燃焼させる焼成装置に、燃焼用プロセス空気を吹き込むと共に二酸化炭素供給装置により二酸化炭素を吹き込むことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の製紙汚泥廃棄物からの炭酸カルシウムの回収方法。
【請求項５】
前記炭素成分を燃焼させる焼成装置から排気される排気ガスの一部を、前記製紙汚泥廃棄物を貧酸素雰囲気で炭化する炭化装置に取り込むことを特徴とする請求項２に記載の製紙汚泥廃棄物からの炭酸カルシウムの回収方法。
【請求項６】
前記脱炭素工程は、前記炭化する工程後の炭化物中の炭素成分を燃焼させる一次焼成工程と、前記一次焼成工程後の炭化物中の炭素成分を燃焼させる二次焼成工程とを有し、
前記一次焼成工程における炭化物の雰囲気ガス温度が、前記二次焼成工程における炭化物の雰囲気ガス温度よりも低いことを特徴とする請求項１ないし５いずれかに記載の製紙汚泥廃棄物からの炭酸カルシウムの回収方法。
【請求項７】
前記炭化する工程では、雰囲気ガスの酸素濃度が８％以下の貧酸素雰囲気下で処理温度４００℃から７００℃の範囲内で炭化することを特徴とする請求項１ないし６いずれかに記載の製紙汚泥廃棄物からの炭酸カルシウムの回収方法。
【請求項８】
製紙工程で発生する製紙汚泥廃棄物を貧酸素雰囲気で炭化する炭化装置と、
燃焼用プロセス空気が吹き込まれ、炭化物中の炭素成分を雰囲気ガス温度が６５０℃以上で燃焼させる焼成装置と、
前記焼成装置から排気される排気ガスの一部を前記焼成装置に循環する循環装置と、を備え、
前記焼成装置における炭化物の雰囲気ガス中の二酸化炭素の分圧が５〜３０％の範囲になるように制御する製紙汚泥廃棄物からの炭酸カルシウムの回収装置。
【請求項９】
製紙工程で発生する製紙汚泥廃棄物を貧酸素雰囲気で炭化する炭化装置と、
燃焼用プロセス空気が吹き込まれ、炭化物中の炭素成分を雰囲気ガス温度が６５０℃以上で燃焼させる焼成装置と、
前記焼成装置に二酸化炭素を吹き込む二酸化炭素供給装置と、を備え、
前記焼成装置における炭化物の雰囲気ガス中の二酸化炭素の分圧が５〜３０％の範囲になるように制御する製紙汚泥廃棄物からの炭酸カルシウムの回収装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、製紙工程にて排出される製紙汚泥廃棄物から炭酸カルシウムを回収する方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
製紙産業においては、主として古紙を原料とする製紙工程で製紙汚泥廃棄物が発生する。この製紙汚泥廃棄物には、繊維材料、接着剤、印刷インキ等の有機物と、炭酸カルシウム、カオリン、メタカオリン等の白色の無機材料が含まれる。製紙汚泥廃棄物から白色の無機材料を回収できれば、内添用填料、塗工用顔料として再利用することができる。
【０００３】
従来の無機材料の回収方法として、製紙汚泥廃棄物中の含有有機物を燃焼させた上で含有無機材料を回収する技術が知られている（特許文献１参照）。この技術では、回収した無機材料の８０％以上の白色度を得るために、含有有機物の燃焼雰囲気温度を６００〜８００℃の範囲に維持する。これにより、存在する炭酸カルシウムが５０質量％を超える分解をすることなく、白色度に影響を与える黒色の微粒炭素物を燃焼させる。
【０００４】
【特許文献１】特開平１０−２９８１８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、本発明者らの実験によれば、特許文献１に記載の方法では炭酸カルシウムがハイレベルで分解し、分解した酸化カルシウムが他のアルミナ、シリカ等の灰分と結合することで、製紙用原料として不適合な研磨性、磨耗性の高い無機材料が生成されてしまう。このため、製紙用塗工材、充填材として利用できる品質の無機材料を得ることができなかった。
【０００６】
従来技術においては、高白色度の焼成品を得ようとして有機物中の黒色の炭化物を燃焼させると、炭酸カルシウムの分解度が高くなってしまう。逆に炭酸カルシウムの分解度を抑えると、焼成品の白色度の低下を余儀なくされてしまう。
【０００７】
本発明は、製紙汚泥廃棄物を炭化する工程、及び炭化物中の炭素を燃焼させる脱炭素工程を備える炭酸カルシウムの回収方法において、得られる焼成品の白色度を高く、且つ炭酸カルシウムの分解度を低くすることができる炭酸カルシウムの回収方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者は、脱炭素工程において、炭素成分を燃焼させる際に積極的に二酸化炭素を吹き込むことにとって、炭酸カルシウム（ＣａＣＯ３）が酸化カルシウム（ＣａＯ）に分解するのを抑制した。
【０００９】
請求項１に記載の発明は、製紙工程で発生する製紙汚泥廃棄物を貧酸素雰囲気で炭化する工程と、炭化物中の炭素成分を雰囲気ガス温度が６５０℃以上で燃焼させる脱炭素工程と、を備え、前記脱炭素工程において、炭化物の雰囲気ガス中の二酸化炭素の分圧が５〜３０％の範囲になるように制御する製紙汚泥廃棄物からの炭酸カルシウムの回収方法により、上述した課題を解決する。
【００１０】
本発明によれば、雰囲気ガス中の二酸化炭素の分圧を制御することで、白色度を上げようとして雰囲気ガスの温度を上げても、得られる炭酸カルシウムの分解度を抑制することができる。
【００１１】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の製紙汚泥廃棄物からの炭酸カルシウムの回収方法において、前記炭化する工程において、製紙汚泥廃棄物の雰囲気ガス中の二酸化炭素の分圧が５〜３０％の範囲になるように制御することを特徴とする。
【００１２】
このようにすることにより、炭化する工程においても炭酸カルシウムの分解を抑制することができる。
【００１３】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の製紙汚泥廃棄物からの炭酸カルシウムの回収方法において、前記脱炭素工程で使用した排気ガスの一部を取り込み、再度脱炭素工程に循環させることを特徴とする。
【００１４】
炭化物の炭素成分を燃焼させると、二酸化炭素が生じる。この二酸化炭素を循環することで、雰囲気ガス中の二酸化炭素の分圧を高めることができる。
【００１５】
請求項４に記載の発明は、請求項１ないし３のいずれかに記載の製紙汚泥廃棄物からの炭酸カルシウムの回収方法において、前記脱炭素工程では、前記炭素成分を燃焼させる焼成装置に、燃焼用プロセス空気を吹き込むと共に二酸化炭素供給装置により二酸化炭素を吹き込むことを特徴とする。
【００１６】
この発明によれば、脱炭素工程において、雰囲気ガス中の二酸化炭素の分圧を高めることができる。
【００１７】
請求項５に記載の発明は、請求項２に記載の製紙汚泥廃棄物からの炭酸カルシウムの回収方法において、前記炭素成分を燃焼させる焼成装置から排気される排気ガスの一部を、前記製紙汚泥廃棄物を貧酸素雰囲気で炭化する炭化装置に取り込むことを特徴とする。
【００１８】
炭化装置では、貧酸素雰囲気で炭化するので、自身で二酸化炭素の分圧を高めることは難しい。この発明によれば、炭化装置の二酸化炭素の分圧を容易に高めることができる。
【００１９】
請求項６に記載の発明は、請求項１ないし５のいずれかに記載の製紙汚泥廃棄物からの炭酸カルシウムの回収方法において、前記脱炭素工程は、前記炭化する工程後の炭化物中の炭素成分を燃焼させる一次焼成工程と、前記一次焼成工程後の炭化物中の炭素成分を燃焼させる二次焼成工程とを有し、前記一次焼成工程における炭化物の雰囲気ガス温度が、前記二次焼成工程における炭化物の雰囲気ガス温度よりも低いことを特徴とする。
【００２０】
脱炭素工程において、急激な加熱は無機材料周囲の溶融・焼結を進行させるおそれがある。脱炭素工程を一次焼成工程と二次焼成工程との２段階で構成し、２段階以上の温度帯で炭素成分を燃焼させることで、無機材料の急激な加熱を抑制することができる。
【００２１】
請求項７に記載の発明は、請求項１ないし６のいずれかに記載の製紙汚泥廃棄物からの炭酸カルシウムの回収方法において、前記炭化する工程では、雰囲気ガスの酸素濃度が８％以下の貧酸素雰囲気下で処理温度４００℃から７００℃の範囲内で炭化することを特徴とする。
【００２２】
請求項８に記載の発明は、製紙工程で発生する製紙汚泥廃棄物を貧酸素雰囲気で炭化する炭化装置と、燃焼用プロセス空気が吹き込まれ、炭化物中の炭素成分を雰囲気ガス温度が６５０℃以上で燃焼させる焼成装置と、前記焼成装置から排気される排気ガスの一部を前記焼成装置に循環する循環装置と、を備え、前記焼成装置における炭化物の雰囲気ガス中の二酸化炭素の分圧が５〜３０％の範囲になるように制御する製紙汚泥廃棄物からの炭酸カルシウムの回収装置である。
【００２３】
請求項９に記載の発明は、製紙工程で発生する製紙汚泥廃棄物を貧酸素雰囲気で炭化する炭化装置と、燃焼用プロセス空気が吹き込まれ、炭化物中の炭素成分を雰囲気ガス温度が６５０℃以上で燃焼させる焼成装置と、前記焼成装置に二酸化炭素を吹き込む二酸化炭素供給装置と、を備え、前記焼成装置における炭化物の雰囲気ガス中の二酸化炭素の分圧が５〜３０％の範囲になるように制御する製紙汚泥廃棄物からの炭酸カルシウムの回収装置である。
【発明の効果】
【００２４】
脱炭素工程時間の短縮による生産性の改善と設備費の低廉化を図るべく、焼成温度を比較的高めに設定しても、二酸化炭素の分圧を制御することで、従来技術では得られなかった分解度５０％近傍の焼成品（炭酸カルシウム）を容易に且つ安定して得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
本発明の炭酸カルシウムの回収方法の一実施形態を説明する。図１は本発明の炭酸カルシウムの回収方法の工程図である。１は本発明の原料となる製紙汚泥廃棄物である。２は製紙汚泥廃棄物を乾燥させる乾燥工程であり、３は乾燥後の製紙汚泥廃棄物を熱分解する炭化工程である。４は炭化物中の炭素成分を燃焼させる脱炭素工程である。これら熱処理工程を経た焼成品５は、製紙工程で使用する塗工材あるいは充填材として利用される。焼成品の白色度が８０％以上で且つ炭酸カルシウムの分解度が５０％以下あるいはその近傍のものを得ることが本実施形態の目標である。なお熱処理工程の終了後に、必要に応じて焼成品を粉砕する粉砕工程を設けてもよい。以下各工程を説明する。
【００２６】
（製紙汚泥廃棄物）
製紙産業においては、パルプ製造工程、抄紙工程、古紙を原料とする製紙工程等で製紙汚泥廃棄物が発生する。本実施形態では、主として古紙を原料とする製紙工程で発生する製紙汚泥廃棄物（以下製紙スラッジという）を処理対象とする。製紙スラッジには、繊維材料、接着剤、印刷インキ等の有機物と、炭酸カルシウム、カオリン、メタカオリン等の白色の無機材料が含まれる。
【００２７】
（乾燥工程）
製紙スラッジ中には、例えば５０〜６０質量％程度の多量の水分が含まれる。このため、炭化工程３の前に製紙スラッジを乾燥することが好ましい。乾燥工程２では、雰囲気温度が４００℃以下で製紙スラッジ中の水分を蒸発させる。なお、製紙スラッジの乾燥と熱分解とを区分せずに炭化処理することも可能である。
【００２８】
（炭化工程）
炭化工程３では製紙スラッジの熱分解による炭化を行う。具体的には、雰囲気ガスの酸素濃度が８％以下の貧酸素雰囲気下で処理温度４００℃〜７００℃の範囲内で、乾燥した製紙スラッジを炭化する。
【００２９】
乾燥製紙スラッジを加熱することで、製紙スラッジ中の有機物が熱分解する。この際、一酸化炭素、メタン、エタン等の可燃性ガスが発生するが、炉内に酸素が少ないため、有機物の燃焼を抑制することができる。
【００３０】
因みに、熱分解の際に炉内温度が４００℃未満では、炭化時間が長くなり、７００℃を超えるような高温では白色無機粒子の溶融・焼結が進み、粒子硬度が高くなったり、着色傾向が強くなったりする。炭化処理は、最終的に熱分解による可燃性ガスが発生しなくなるまで、行われることが好ましい。
【００３１】
炭化工程３において、酸素が存在すると、製紙スラッジ中に含まれる揮発分の燃焼とともに有機物が燃焼する。この結果、有機物の燃焼によって燃焼被物の燃焼温度が炉内の雰囲気温度以上に上昇し、製紙スラッジ中に含まれる無機材料の望まざる熱変性が生じてしまう。このため炭化工程３では、酸素含有ガス（空気）の流入を制限することにより、製紙スラッジの発火による炉内雰囲気温度以上の温度上昇を防止する。
【００３２】
また必要に応じて、雰囲気ガス中の二酸化炭素の分圧が５〜３０％、好ましくは１０〜３０％の範囲になるように制御する。炭化工程３において、炭酸カルシウムが分解し、分解した酸化カルシウムが他のアルミナ、シリカ等の灰分と結合すると、製紙用原料として不適合な研磨性、磨耗性の高い無機材料が生成されてしまう。このため、雰囲気ガス中の二酸化炭素の分圧を５〜３０％、好ましくは１０〜３０％の範囲に制御し、炭酸カルシウムが酸化カルシウムに分解するのを抑制する。
【００３３】
炭化装置は、密閉式の炭化室と炭化室を加熱する加熱室からなる２重構造の間接加熱炉であることが好ましい。
【００３４】
（脱炭素工程）
次に、炭化工程後の脱炭素工程４にて、炭化物を酸化するのに必要な燃焼用プロセス空気を吹き込み、炭化物中の炭素成分を雰囲気ガス温度６５０℃以上で燃焼させる。
【００３５】
脱炭素工程４においても、炭酸カルシウムが分解し、分解した酸化カルシウムが他のアルミナ、シリカ等の灰分と結合すると、製紙用原料として不適合な研磨性、磨耗性の高い無機材料が生成されてしまう。このため、雰囲気ガス中の二酸化炭素の分圧が５〜３０％、好ましくは１０〜３０％の範囲になるように制御し、炭酸カルシウムが酸化カルシウムに分解するのを抑制している。
【００３６】
脱炭素工程４で使用した排気ガスの一部は、顕熱を利用すべく再度脱炭素工程に循環される。これにより、循環ガス中の二酸化炭素を濃化させ、必要とする二酸化炭素の分圧を得ることができる。また、炭素成分を燃焼させる焼成装置には、燃焼用プロセス空気の吹き込みと併用して、炉内雰囲気ガスの二酸化炭素分圧を積極的に制御すべく二酸化炭素供給装置により二酸化炭素が吹き込まれてもよい。焼成温度の変動に応じて導入する燃焼用プロセス空気量の制御と共に、雰囲気ガス中の二酸化炭素の分圧が所定の範囲になるように、二酸化炭素の供給量が制御される。
【００３７】
脱炭素工程４において、急激な加熱が無機材料周囲の溶融・焼結を進行させるおそれがある。炭化物の急激な加熱を防止するために、脱炭素工程を一次焼成工程と二次焼成工程との２段階で構成し、２段階以上の温度帯で炭素成分を燃焼させるのが好ましい。
【００３８】
炭化物の加熱方法として、燃焼ガスにより直接炭化物を加熱することも可能であるが、熱風に含まれる未燃炭素が白化した白色無機粒子に接触し、白色度が低下してしまうことから、製紙スラッジと熱風が直接接触することがないように隔壁を設けることがより好ましい。すなわち、脱炭素工程４においても炭化工程３と同様に、焼成装置が密閉式の炭化物の脱炭素による白化室と加熱室からなる２重構造の間接加熱炉であることが好ましい。
【００３９】
本発明の方法に使用される回収装置の系統図を図２に示す。
【００４０】
製紙スラッジはまず、外熱式の乾燥装置６に投入され、その水分が蒸発される。その後、乾燥した製紙スラッジは、炭化装置７に入れられ、熱分解によって炭化される。貧酸素状態にするために、炭化装置７には通常の燃焼用プロセス空気が積極的に吹き込まれることはない。炭化装置７の炉内雰囲気ガス中の二酸化炭素の分圧を所定の範囲に制御する必要があれば、一次焼成装置８から排気される排気ガスが炭化装置７に吹き込まれる。
【００４１】
乾燥装置６及び炭化装置７から発生する有機物及び熱分解ガスは、消煙室９で燃焼される。燃焼後の排気ガスは、顕熱を利用すべく乾燥装置６に供給される。炭化装置７の加熱ガスは、希釈空気によって温度を下げられた後、サイクロン１０によって灰分が除去され、排出される。
【００４２】
次に炭化物は、一次焼成装置８及び二次焼成装置１１に順番に入れられ、温度を上げながら燃焼される。一次焼成装置８及び二次焼成装置１１には、熱風取り入れ口が設けられる。蓄熱式バーナ等の熱風発生装置１２ａ又は１２ｂから熱風取り入れ口に熱風が送風され、これにより間接的に炭化物が加熱される。一次焼成装置８における雰囲気ガス温度は、炭化温度に近い温度で燃焼できるように、二次焼成装置１１における雰囲気ガス温度よりも低く設定される。
【００４３】
二次焼成装置１１には、燃焼用プロセス空気が吹き込まれる。そして、二次焼成装置１１を通過した燃焼用プロセス空気が一次焼成装置８に吹き込まれる。一次焼成装置８から排出される排気ガスは、顕熱を利用すべく、循環装置としての循環ファン１３によって二次焼成装置１１に吹き込まれる。炭化物の炭素成分を燃焼させると、二酸化炭素が生じる。この二酸化炭素を循環することで、一次焼成装置８及び二次焼成装置１１における炉内雰囲気ガス中の二酸化炭素分圧を高めることができる。
【００４４】
二次焼成装置１１には、燃焼用プロセス空気の吹き込みに併用して、二酸化炭素供給装置１４により二酸化炭素が吹き込まれる。二酸化炭素供給装置１４には、燃焼させて二酸化炭素ガスを発生する排ガス調整バーナを使用してもよいし、炭酸ガスボンベ等の炭酸ガスを直接吹き込めるものを使用してもよい。一次焼成装置８の排気ガス中の二酸化炭素の濃度は、二酸化炭素測定装置１５によって常時あるいは定期的に検出される。二酸化炭素測定装置１５が測定した二酸化炭素ガスの濃度に基づいて、一次焼成装置８の排気ガス中の二酸化炭素分圧が所定の範囲になるように二酸化炭素供給装置１４が制御される。これにより、一次焼成装置８及び二次焼成装置１１における炉内雰囲気ガス中の二酸化炭素分圧を所定の範囲に制御できる。
【００４５】
なお、一次焼成装置８と二次焼成装置１１とを分離することなく、一つの焼成装置で炭化物を燃焼させることも可能である。また、排ガスの循環、及び二酸化炭素供給装置１４からの吹き込みのいずれか一方のみにより、焼成装置８，１１の炉内雰囲気ガス中の二酸化炭素分圧を高めてもよい。
【００４６】
二次焼成装置１１からは白色の焼成品が取り出され、白色の焼成品は冷却コンベヤ１６で冷却される。
【実施例】
【００４７】
図３は、白色度８０％におけるＣＯ２濃度（二酸化炭素の分圧）と炭酸カルシウム分解度との関係を示すグラフである。図４は、温度と時間による白色度の変化を示すグラフである。
【００４８】
高い白色度（８０％以上）の焼成品を得るためには温度と時間の関係が重要となる。図４に示される実験で得たデータによると、８００℃で０．５ｈｒの焼成時間、７５０℃で１．０ｈｒの焼成時間，７００℃で２．０ｈｒの焼成時間、そして６５０℃では更に長時間を要する。
【００４９】
図３に示されるように、焼成品の炭酸カルシウムの分解度を５０％以下に抑えるためには、焼成温度を７００℃のように比較的低めに制御することで可能である。しかし、焼成温度を低くすることは、焼成に多くの時間を費やすことでの生産性の悪化や、設備費の高騰等を考慮すると必ずしも得策ではない。本実施形態では、ＣＯ２の濃度を高め、具体的にはＣＯ２の濃度を５〜３０％に設定している。これにより、焼成温度を７５０℃や８００℃に高めた場合であっても、炭酸カルシウムの分解度を下げることができ、分解度を５０％近傍にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明の炭酸カルシウムを回収する方法の工程図。
【図２】本発明の炭酸カルシウムを回収する装置の概略系統図。
【図３】白色度８０％におけるＣＯ２濃度と炭酸カルシウム分解度との関係を示すグラフ。
【図４】温度と時間による白色度の変化を示すグラフ。
【符号の説明】
【００５１】
３…炭化工程
４…脱炭素工程
７…炭化装置
８…一次焼成装置
１１…二次焼成装置
１３…循環ファン（循環装置）
１４…二酸化炭素供給装置
１５…二酸化炭素測定装置（測定装置）
【図１】
2008162890.tif 000003
【図２】
2008162890.tif 000004
【図３】
2008162890.tif 000005
【図４】
2008162890.tif 000006