(57)【要約】      （修正有）【課題】廃コンクリートから骨材を分離させた後の廃コンクリート微粉末の再利用を図る炭酸カルシウムの製造方法及び炭酸カルシウム製造システムを提供する。【解決手段】二酸化炭素含有ガスにより高圧に保持された主反応容器１内に水と廃コンクリート微粉末とを供給し攪拌することで廃コンクリート微粉末内のカルシウムイオンを抽出する工程と、カルシウムイオンを含有する溶液から第１の濾過装置２３内のフィルタ２６により高圧状態を保持しつつ反応残渣を分離させる工程と、該反応残渣を分離させた溶液を高圧状態を保持しつつ副反応容器２８内に送給する工程と、該副反応容器内を減圧し炭酸カルシウムを析出させる工程と、析出させた炭酸カルシウムを第２の濾過装置３８内のフィルタ３７により回収する工程とを有する。【選択図】図１
2013159495.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
二酸化炭素含有ガスにより高圧に保持された主反応容器内に水と廃コンクリート微粉末とを供給し攪拌することで廃コンクリート微粉末内のカルシウムイオンを抽出する工程と、カルシウムイオンを含有する溶液から第１の濾過装置内のフィルタにより高圧状態を保持しつつ反応残渣を分離させる工程と、該反応残渣を分離させた溶液を高圧状態を保持しつつ副反応容器内に送給する工程と、該副反応容器内を減圧し炭酸カルシウムを析出させる工程と、析出させた炭酸カルシウムを第２の濾過装置内のフィルタにより回収する工程とを有することを特徴とする炭酸カルシウムの製造方法。
【請求項２】
水と廃コンクリート微粉末とを攪拌しカルシウムイオンを抽出する主反応容器と、該主反応容器内に高圧の二酸化炭素含有ガスを供給する二酸化炭素供給系と、前記主反応容器に廃コンクリート微粉末を供給する廃コンクリート微粉末供給系と、前記主反応容器に水を供給する水供給系と、カルシウムイオンを含有する溶液から高圧下で反応残渣を分離するフィルタを有する第１の濾過装置と、前記反応残渣が分離された溶液を減圧し炭酸カルシウムを析出させる副反応容器と、該副反応容器内で析出した炭酸カルシウムを回収するフィルタを有する第２の濾過装置とを具備することを特徴とする炭酸カルシウム製造システム。
【請求項３】
前記第１の濾過装置内のフィルタはフンダバックフィルタである請求項２の炭酸カルシウム製造システム。
【請求項４】
前記主反応容器と、前記第１の濾過装置と、前記副反応容器と、前記第２の濾過装置とを有するサブシステムが複数設けられ、該サブシステムを順次作動させることで、擬似的に連続運転を可能とする請求項２又は請求項３の炭酸カルシウム製造システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、廃コンクリートから骨材を分離させた後、残った廃コンクリート微粉末の再利用を図る炭酸カルシウムの製造方法及び炭酸カルシウム製造システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
コンクリート建造物の解体時に発生する廃コンクリートの総量は、年間４億トンに達する。この総量は、高度経済成長期以降に建設されたコンクリート建造物の老朽化に伴い、２０２５年には５億トンに迄増加すると予想されている。
【０００３】
現在、発生したコンクリート廃材は路盤材としての再利用、若しくは最終処分場にて処理されている。然し乍ら、今後のコンクリート廃材の発生量増加分は路盤材の需要だけでは賄いきれず、又最終処分場の処理能力を超えることが予想されており、コンクリート廃材を再利用する方法が求められている。
【０００４】
廃コンクリートの再利用方法としては、排出された廃コンクリートを粉砕し、骨材と廃コンクリート微粉末（フィラー）とを分離させ、取出した骨材を再度コンクリートの骨材として利用する方法があるが、骨材と分離させることで大量に発生するフィラーについてはそのまま廃棄され、殆ど再利用が行われていなかった。
【０００５】
特許文献１には、微細化廃棄物に高い二酸化炭素分圧下で水を加えて攪拌することでカルシウムイオンを抽出し、得られた溶液と残渣とを分離し、分離後の液を高純度の炭酸カルシウム種結晶と混合し、炭酸カルシウムを析出させる構成が開示されている。
【０００６】
又、非特許文献１には、廃コンクリート微粉末からカルシウムイオンを抽出し、カルシウムイオンと二酸化炭素を反応させることで二酸化炭素を固定すると共に、再利用可能な炭酸カルシウムを製造する構成が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００６−６９８６０号公報
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】「廃コンクリートを用いた新規な二酸化炭素固定プロセス」、化学工学論文集、第２８巻第５号、ｐ．５８７〜ｐ．５９２
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は斯かる実情に鑑み、廃コンクリートから骨材を分離させた後の廃コンクリート微粉末の再利用を図る炭酸カルシウムの製造方法及び炭酸カルシウム製造システムを提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、二酸化炭素含有ガスにより高圧に保持された主反応容器内に水と廃コンクリート微粉末とを供給し攪拌することで廃コンクリート微粉末内のカルシウムイオンを抽出する工程と、カルシウムイオンを含有する溶液から第１の濾過装置内のフィルタにより高圧状態を保持しつつ反応残渣を分離させる工程と、該反応残渣を分離させた溶液を高圧状態を保持しつつ副反応容器内に送給する工程と、該副反応容器内を減圧し炭酸カルシウムを析出させる工程と、析出させた炭酸カルシウムを第２の濾過装置内のフィルタにより回収する工程とを有する炭酸カルシウムの製造方法に係るものである。
【００１１】
又本発明は、水と廃コンクリート微粉末とを攪拌しカルシウムイオンを抽出する主反応容器と、該主反応容器内に高圧の二酸化炭素含有ガスを供給する二酸化炭素供給系と、前記主反応容器に廃コンクリート微粉末を供給する廃コンクリート微粉末供給系と、前記主反応容器に水を供給する水供給系と、カルシウムイオンを含有する溶液から高圧下で反応残渣を分離するフィルタを有する第１の濾過装置と、前記反応残渣が分離された溶液を減圧し炭酸カルシウムを析出させる副反応容器と、該副反応容器内で析出した炭酸カルシウムを回収するフィルタを有する第２の濾過装置とを具備する炭酸カルシウム製造システムに係るものである。
【００１２】
又本発明は、前記第１の濾過装置内のフィルタはフンダバックフィルタである炭酸カルシウム製造システムに係るものである。
【００１３】
更に又本発明は、前記主反応容器と、前記第１の濾過装置と、前記副反応容器と、前記第２の濾過装置とを有するサブシステムが複数設けられ、該サブシステムを順次作動させることで、擬似的に連続運転を可能とする炭酸カルシウム製造システムに係るものである。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、二酸化炭素含有ガスにより高圧に保持された主反応容器内に水と廃コンクリート微粉末とを供給し攪拌することで廃コンクリート微粉末内のカルシウムイオンを抽出する工程と、カルシウムイオンを含有する溶液から第１の濾過装置内のフィルタにより高圧状態を保持しつつ反応残渣を分離させる工程と、該反応残渣を分離させた溶液を高圧状態を保持しつつ副反応容器内に送給する工程と、該副反応容器内を減圧し炭酸カルシウムを析出させる工程と、析出させた炭酸カルシウムを第２の濾過装置内のフィルタにより回収する工程とを有するので、前記廃コンクリート微粉末から炭酸カルシウムを製造することで廃棄物の量を減少させることができると共に、炭酸カルシウム製造時に有害物質等を排出することがなく環境負荷を抑制できる。
【００１５】
又本発明によれば、水と廃コンクリート微粉末とを攪拌しカルシウムイオンを抽出する主反応容器と、該主反応容器内に高圧の二酸化炭素含有ガスを供給する二酸化炭素供給系と、前記主反応容器に廃コンクリート微粉末を供給する廃コンクリート微粉末供給系と、前記主反応容器に水を供給する水供給系と、カルシウムイオンを含有する溶液から高圧下で反応残渣を分離するフィルタを有する第１の濾過装置と、前記反応残渣が分離された溶液を減圧し炭酸カルシウムを析出させる副反応容器と、該副反応容器内で析出した炭酸カルシウムを回収するフィルタを有する第２の濾過装置とを具備するので、炭酸カルシウムの製造により廃棄される破棄物の総量を軽減できると共に、炭酸カルシウムの製造時に有害物質等を排出することがなく環境負荷を抑制できるという優れた効果を発揮する。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施例に係る炭酸カルシウム製造システムの構成図である。
【図２】気相中の二酸化炭素分圧と水中のカルシウムイオン濃度との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、図面を参照しつつ本発明の実施例を説明する。
【００１８】
先ず、図１に於いて、本発明の実施例に係る炭酸カルシウム製造システムについて説明する。
【００１９】
図１中、１は主反応容器を示しており、該主反応容器１は、給水管２を介して貯水タンク等の水供給源３に接続され、二酸化炭素供給管４を介して二酸化炭素供給源５に接続されると共に、減圧弁６が設けられたベント管７が接続されている。又、前記主反応容器１はフィラー供給管８を介して図示しない廃コンクリート粉砕装置に接続されている。前記フィラー供給管８及び前記廃コンクリート粉砕装置により廃コンクリート微粉末供給系９が構成される。
【００２０】
前記給水管２には前記水供給源３の水を前記主反応容器１内に供給する為の給水ポンプ１１が設けられると共に、工場排ガス等で得られたスチームを熱源とする熱交換器１２が設けられており、該熱交換器１２により、前記主反応容器１内に供給する水を所定の温度、例えば６０℃迄加熱する様になっている。尚、前記給水管２、前記水供給源３、前記給水ポンプ１１、前記熱交換器１２により水供給系１３が構成される。
【００２１】
前記二酸化炭素供給源５には液化二酸化炭素が貯留されており、前記二酸化炭素供給管４にはファン等により常温の空気を送風し、液化二酸化炭素を気化させる為の熱交換器１４が設けられると共に、前記主反応容器１内の二酸化炭素分圧が大気圧の二酸化炭素の分圧よりも高圧な０ＭＰａより大きく０．５ＭＰａ以下、例えば０．５ＭＰａとなる様圧力を調整する調整バルブ１５及び圧力調整器１６が設けられている。尚、前記二酸化炭素供給管４、前記熱交換器１４、前記調整バルブ１５、前記圧力調整器１６により二酸化炭素供給系１７が構成される。
【００２２】
又、前記主反応容器１内には、第１駆動モータ１８により回転される第１攪拌機構１９が設けられており、該第１攪拌機構１９により前記主反応容器１内に供給された廃コンクリート微粉末と水とが攪拌される様になっている。
【００２３】
更に、前記主反応容器１は、第１循環管２１と第２循環管２２からなる循環系を介して第１の濾過装置２３と接続されている。尚、該第１の濾過装置２３としては、高圧下でも使用可能なキャンドル型のフンダバックフィルタ（商品名）が使用される。前記第１循環管２１は前記第１の濾過装置２３の下部に接続されていると共に前記主反応容器１内の溶液を循環させる為のポンプ２５が設けられ、前記第２循環管２２は前記第１の濾過装置２３の上部に接続されている。
【００２４】
前記第１の濾過装置２３は密閉容器２４内に、周囲を溶液を濾す布に覆われた筒状のフィルタ２６が複数本垂下された構造となっており、該フィルタ２６により溶液が濾過される様になっている。
【００２５】
該フィルタ２６の上端部には溶液送給管２７の一端が接続され、該溶液送給管２７の他端は副反応容器２８に接続されており、前記溶液送給管２７には該溶液送給管２７を閉塞可能なバルブ２９が設けられている。
【００２６】
前記副反応容器２８には、第２駆動モータ３１により回転され、前記副反応容器２８内に供給された溶液を攪拌する第２攪拌機構３２が設けられる。又、前記副反応容器２８には減圧弁３３が設けられたベント管３４が接続され、該ベント管３４を介して前記副反応容器２８内の減圧が可能となっている。
【００２７】
又、前記副反応容器２８は、混濁液送給管３５を介して密閉容器３６と該密閉容器３６内に設けられたフィルタ３７とを有する第２の濾過装置３８に接続され、前記混濁液送給管３５に設けられたポンプ３９により、前記副反応容器２８内で攪拌生成された混濁液が前記第２の濾過装置３８に送給される様になっている。尚、該第２の濾過装置３８は、前記第１の濾過装置２３と同様フンダバックフィルタであってもよいし、フィルタプレス等他の種類のフィルタであってもよい。
【００２８】
又、前記第２の濾過装置３８は、残液送給管４１を介して残液貯留部４２に接続され、該残液貯留部４２は残液循環管４３の一端と接続されている。該残液循環管４３は循環ポンプ４４が設けられると共に、他端が前記給水管２に接続されており、前記循環ポンプ４４により前記残液循環管４３を介して前記残液貯留部４２内の残液を循環させ、前記給水管２を介して前記主反応容器１に供給する様になっている。
【００２９】
ここで、前記主反応容器１に供給されるフィラー中のカルシウムは、主にケイ酸カルシウム（ＣａＳｉＯ3 ）等の形で存在しており、フィラー中に存在する酸化カルシウム（ＣａＯ）と酸化ケイ素（ＳｉＯ2 ）の割合は６：４程度である。
【００３０】
従って、ケイ酸カルシウムと二酸化炭素とを反応させることで、以下の式が成立つと考えられる。
【００３１】
ＣａＳｉＯ3 ＋ＣＯ2 →ＣａＣＯ3 ↓＋ＳｉＯ2 
【００３２】
以下では、上述した炭酸カルシウム製造システムを用いて上記反応を進行させる炭酸カルシウムの製造工程について説明する。
【００３３】
先ず、図示しない廃コンクリート粉砕装置により粉砕された廃コンクリートの内、骨材が取除かれた後のフィラーが前記フィラー供給管８を介して前記主反応容器１に供給されると共に、前記水供給源３より前記給水管２を介して水が前記主反応容器１に供給される。
【００３４】
次に、前記二酸化炭素供給源５より液体二酸化炭素が供給され、前記熱交換器１４により気化された後、前記二酸化炭素供給管４を介して二酸化炭素が前記主反応容器１内に供給される。この時、該主反応容器１内の二酸化炭素分圧が所定の圧力、例えば大気圧の二酸化炭素の分圧よりも高圧な０．５ＭＰａとなる様前記調整バルブ１５及び前記圧力調整器１６により調整される。
【００３５】
高圧の二酸化炭素を供給し、前記主反応容器１内を５気圧迄上昇させた状態で、前記第１駆動モータ１８により前記第１攪拌機構１９が駆動され、水と水中のフィラーとが、該第１攪拌機構１９により例えば３０分程度攪拌される。
【００３６】
図２は、ＣａＣＯ3 −Ｈ2 Ｏ−ＣＯ2 系について、２９８Ｋに於ける平衡状態での気相中の二酸化炭素分圧Ｐｃｏ2 と水中のカルシウムイオン濃度［Ｃａ2+］との関係を算出したグラフであり、二酸化炭素の分圧の増加に伴い、溶液中のカルシウムイオンの溶解量が急激に上昇しているのが分る。従って高分圧とするのは二酸化炭素を含有するガスであれば他のガスであってもよいが、本実施例では純二酸化炭素を用いている。
【００３７】
従って、前記主反応容器１内に二酸化炭素を供給して二酸化炭素の分圧を上昇させることで、以下の式の様に、ケイ酸カルシウムよりカルシウムイオンが抽出され水に溶解すると共に、酸化ケイ素が分離され沈殿する。又、前記第１攪拌機構１９により水とフィラーとを攪拌することで以下の反応が促進される。
【００３８】
ＣａＳｉＯ3 ＋Ｈ2 Ｏ→Ｃａ2+＋２ＯＨ- ＋ＳｉＯ2 
【００３９】
尚、上記式には記載されていないが、水中に溶解しきれなかったカルシウムイオンは、酸化カルシウム（ＣａＯ）として酸化ケイ素と同様に沈殿し、沈殿した酸化カルシウムと酸化ケイ素とが上記式に於ける反応残渣となる。
【００４０】
前記第１攪拌機構１９により３０分程度攪拌を行い、カルシウムイオンを充分に水に溶解させた後、前記ポンプ２５を駆動させ、前記第１循環管２１を介して前記主反応容器１内のカルシウムイオン溶液と反応残渣からなる混合溶液を前記第１の濾過装置２３に送給する。
【００４１】
該第１の濾過装置２３内に充分に混合溶液が溜ると、前記第２循環管２２を介して混合溶液が再度前記主反応容器１内に送給され、前記循環系を介して混合溶液が所定回数、例えば１０回程度前記主反応容器１と前記第１の濾過装置２３とを循環する。又、循環処理を行う際に前記バルブ２９を開放しておく。
【００４２】
前記主反応容器１と前記第１の濾過装置２３とを混合溶液が循環する過程で、前記第１の濾過装置２３により濾過されたカルシウムイオン溶液が前記溶液送給管２７を介して前記副反応容器２８に送給されると共に、前記フィルタ２６により分離された反応残渣が前記フィルタ２６の周面に徐々に堆積する。
【００４３】
混合溶液よりカルシウムイオン溶液と反応残渣が充分に分離され、カルシウムイオン溶液が前記副反応容器２８内に送給されると、前記ポンプ２５を停止すると共に前記バルブ２９を閉塞し、更に前記密閉容器２４内に残った混合溶液を前記主反応容器１内に戻す。その後、図示しない送風機より前記第１の濾過装置２３内に温風を供給し、前記フィルタ２６の周面に堆積した反応残渣を乾燥させた後、該フィルタ２６内より空気を噴出することで反応残渣を前記フィルタ２６から剥離させ、落下させる。落下した反応残渣は、前記第１の濾過装置２３の下端部に形成された取出し口を開放することで除去される。
【００４４】
又、前記バルブ２９を閉塞した後、前記減圧弁３３を開放することで、前記副反応容器２８内が大気圧迄減圧され、減圧により溶解度が減少したカルシウムイオン及び二酸化炭素が、以下の式の様に反応して大部分、即ち０．５ＭＰａに於けるカルシウムイオンの溶解度と、大気圧下でのカルシウムイオンの溶解度の差分が高純度の炭酸カルシウム（ＣａＣＯ3 ）として析出する（図２参照）。又、前記第２攪拌機構３２によりカルシウムイオン溶液を攪拌することで以下の反応が促進される。
【００４５】
Ｃａ2+＋２ＯＨ- ＋ＣＯ2 →ＣａＣＯ3 ＋Ｈ2 Ｏ
【００４６】
前記主反応容器１と同様、前記第２攪拌機構３２によりカルシウムイオン溶液を３０分程度攪拌し、炭酸カルシウムを充分に析出させると、前記第２攪拌機構３２が停止され、前記ポンプ３９が駆動される。
【００４７】
該ポンプ３９が駆動されると、前記混濁液送給管３５を介して前記副反応容器２８内の炭酸カルシウムと水とから成る混濁液が前記第２の濾過装置３８に送給され、該第２の濾過装置３８により混濁液中の炭酸カルシウムが分離される。
【００４８】
前記第２の濾過装置３８により炭酸カルシウムが回収された後の残液、即ち大気圧下で溶解可能なカルシウムイオン及び二酸化炭素が僅かに含まれた水は、前記残液送給管４１を介して前記残液貯留部４２に送給され、該残液貯留部４２に貯留される。最後に前記第２の濾過装置３８内に残った炭酸カルシウムを回収することで、一連の炭酸カルシウムの製造工程が完了する。
【００４９】
又、再度炭酸カルシウムの製造を行う際には、先ず前記ベント管７に設けられた減圧弁６を開放して前記主反応容器１内の減圧を行い、減圧が完了すると前記減圧弁６を閉塞する。
【００５０】
その後、前記循環ポンプ４４を駆動させ、前記残液循環管４３を介して前記残液貯留部４２に貯留されていた残液を循環させ、前記給水管２に送給する。該給水管２に送給された残液は、該給水管２を介して再度前記主反応容器１内に供給される。
【００５１】
該主反応容器１内に供給される水の不足分は、別途前記給水ポンプ１１を駆動することで前記水供給源３より前記給水管２を介して前記主反応容器１内に供給される。従って、２回目以降の処理に関しては、前記水供給源３より供給される水の量は僅かでよい。
【００５２】
以降の工程は上述した工程と同様であるので説明を省略する。
【００５３】
上述の様に、本実施例では、従来ではそのまま廃棄されていた廃コンクリートのフィラーより炭酸カルシウムを製造するので、廃コンクリートの粉砕処理後の廃棄物の量を減少させることができる。
【００５４】
又、本実施例では、二酸化炭素含有ガスとして純二酸化炭素を使用しているので、製造される炭酸カルシウムは高純度のものであり、再度コンクリートの原料とする等様々な用途に用いることができる。
【００５５】
更に、本実施例の炭酸カルシウム製造システムは、原料として廃コンクリートのフィラー、水、二酸化炭素のみを用いるので、炭酸カルシウム製造時に有害物質等を排出することがない。
【００５６】
尚、本実施例では、液化二酸化炭素を気化させた純二酸化炭素を使用しているが、二酸化炭素を含有するガスであればよく、例えば純二酸化炭素の代りに工場排ガスを用いることで、上記した効果だけでなく工場より排出される二酸化炭素の排出量が低減され、環境負荷の低減を図ることができる。又、炭酸カルシウム製造の原料として廃コンクリートを使用するので、排ガス中の二酸化炭素の処理を低コストで行うことができる。
【００５７】
更に、本実施例では、前記主反応容器１、前記第１の濾過装置２３、前記副反応容器２８、前記第２の濾過装置３８等を１つずつ設けバッチ式に稼働しているが、それぞれ複数設けてサブシステムを複数構成し、交互に稼働することで、一連の炭酸カルシウムの製造工程の完了を待つことなく、次の炭酸カルシウムの製造工程を実行することができ、炭酸カルシウム製造システムの擬似的な連続運転を行うことができる。
【符号の説明】
【００５８】
１              主反応容器
９              廃コンクリート微粉末供給系
１３            水供給系
１７            二酸化炭素供給系
１９            第１攪拌機構
２３            第１の濾過装置
２６            フィルタ
２８            副反応容器
３２            第２攪拌機構
３８            第２の濾過装置
４３            残液循環管
【図１】
2013159495.tif 000003
【図２】
2013159495.tif 000004