(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭酸カルシウムを主成分とする原料を供給する炭酸カルシウム供給系（１）と、濃度の調製された硫酸を供給する希釈硫酸供給手段（２）と、これらに接続され供給された原料と硫酸とを混練する混練手段（３）と、混練手段に接続され硫酸と炭酸カルシウムとの混練物に水を添加して二水石膏への反応を促進させる水供給系（４）とを具備することを特徴とする石膏の製造装置。
【請求項２】
生成された石膏を、大気中で１２時間以上暴露した状態とし、反応を完結させて二水石膏と無水石膏との混合物を生成する大気暴露手段（５）を有していることを特徴とする請求項１記載の石膏の製造装置。
【請求項３】
大気暴露手段（５）が、生成された石膏を順次移送するコンベア装置であることを特徴とする請求項２記載の石膏の製造装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、石膏の製造装置に係り、特に炭酸カルシウムと硫酸とを混合して効率よく二水石膏を製造するものである。
【０００２】
【従来の技術】
石膏には、天然石膏と化学石膏とがあり、例えば、石油精製時の脱硫過程で発生した余剰硫黄及び硫酸から化学石膏を製造する場合には、図６に示す工程により行なわれている。
【０００３】
▲１▼希硫酸と原料（水酸化カルシウム，リン酸カルシウム，フッ化カルシウム，チタン酸鉄等）とを反応槽に送り込んで攪拌混合し、ＣａＳＯ4 スラリーを生成する。
▲２▼ＣａＳＯ4 スラリーからＣａＳＯ4 を沈澱させて水との分離を図り、ＣａＳＯ4 濃縮スラリーを生成する。この工程で分離水が発生する。
▲３▼ＣａＳＯ4 濃縮スラリーを遠心分離器やベルトプレス等の分離器で水分を除去する。この工程でも分離水が発生する。
▲４▼水分を除去したＣａＳＯ4 濃縮スラリーを乾燥させることにより、製品としての石膏が生成される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、図６の技術例であると、前述した（２）のＣａＳＯ４濃縮スラリーの生成工程と、（３）の水分除去工程でそれぞれ多量の水処理をすることが必要となり、これらに伴って廃水処理設備の設置を余儀なくされ、経済性や設置スペースの面で改善すべき課題が残されている。
【０００５】
本発明は、このような課題を有効に解決するとともに、以下の目的を達成しようとするものである。
ａ）炭酸カルシウムと硫酸とから二水石膏を効率よく製造すること。
ｂ）水の生成を低減して、水処理を容易にすること。
ｃ）密閉熟成工程を省略して密閉容器を不要となること。
ｄ）製造工程の簡略化を図り、コスト低減を達成すること。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
炭酸カルシウム供給系から供給される炭酸カルシウムを主成分とする原料と、希釈硫酸供給手段から供給される濃度の調製された硫酸とを、混練手段に送り込んで混練し、硫酸と炭酸カルシウムとの混練物に、水供給系から水を添加して二水石膏への反応を促進させるとともに、水分の補給により混合反応を継続させ、石膏を生成する技術が採用される。
生成された石膏を、コンベア等の大気暴露手段により順次移送しながら、大気中で１２時間以上暴露して水分を蒸発させることにより、反応を完結させて二水石膏と無水石膏との混合物を生成する。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る石膏の製造方法及びその装置の第１実施形態及び第２実施形態について、図１ないし図５を参照して説明する。
【０００８】
図１は、石膏の製造方法及びその装置の第１実施形態を示し、図２は第２実施形態を示している。
図中符号１は炭酸カルシウム供給系、２は希釈硫酸供給手段、３は混練手段、４は水供給系、５は大気暴露手段である。
【０００９】
前記炭酸カルシウム供給系１は、炭酸カルシウムを主成分とする原料、つまり炭酸カルシウムや石灰石を粉末化したものを混練手段３に送り込むものであり、原料を貯留する貯留ホッパ１１と、該貯留ホッパ１１の下部に配されて原料を送り出すための送り込みフィーダ１２と、該送り込みフィーダ１２と混練手段３とを接続する原料供給管１３とを有している。
【００１０】
前記希釈硫酸供給手段２は、図１例にあっては、濃硫酸を貯留しておいて供給する硫酸供給系２１と、硫酸を移送するためのポンプ２２と、濃硫酸と水とを混合して硫酸の希釈を行なって所望濃度にして濃度の調製された硫酸を混練手段３に送り込むための硫酸希釈機２３と、水供給系４の一部とにより構成されている。
【００１１】
また、図２例にあっては、予め硫酸の希釈を行なって所望濃度にして濃度の調製された硫酸を貯留しておいて供給する濃度調製済硫酸供給系２４と、硫酸を移送するためのポンプ２２とにより構成されている。
【００１２】
前記混練手段３は、炭酸カルシウム供給系１，希釈硫酸供給手段２及び水供給系４と、大気暴露手段５との間に介在状態に配されて、供給された原料と硫酸とを混合及び混練して二水石膏を生成するものである。
【００１３】
該混練手段３は、図１例にあっては、炭酸カルシウム供給系１及び希釈硫酸供給手段２に接続されている受入ホッパ３１と、水供給系４に接続されている水注入口３２と、電動モータ等の回転駆動源３３と、該回転駆動源３３により回転させられて炭酸カルシウム，硫酸及び水を混練して反応を生じさせるとともに送り出し速度や送り出し量を反応速度等に応じて調整するようにピッチを変えた状態のスクリュウ状羽根等を有する反応部３４と、該反応部３４で生成された石膏を大気暴露手段５に払い出すための払出部３５とを有している。
【００１４】
そして、反応部３４は、図１に示すように、炭酸カルシウムと硫酸との混合，混練により反応を促進させるための１次反応部３４Ａと、反応途中の混練物の移送を一次緩やかにするとともに水を添加して混練状態とするための混合部３４Ｂと、水を添加した混練物の移送を例えば元の速度に戻すとともに反応を促進させて石膏を生成するための２次反応部３４Ｃとを有している。
【００１５】
図２例にあっては、図１例の反応部３４の部分が、単機能を有する１次反応部３４Ａ，混合部３４Ｂ及び２次反応部３４Ｃに分割されている。
１次反応部３４Ａは、回転駆動源３３により回転させられて炭酸カルシウム，硫酸及び水を混練して１次反応を生じさせるものであり、例えば等ピッチのスクリュウや水注入口３２を有している。
混合部３４Ｂは、１次反応部３４Ａと水供給系４とに接続されるとともに、反応の途中で供給された水との混合を図るものであり、例えばモーノポンプの機能を有するものが適用される。
２次反応部３４Ｃは、混合部３４Ｂに接続されて、二水石膏を生成する２次反応を促進するものであり、例えばスタチックミキサの機能を有するものが適用される。
【００１６】
前記払出部３５は、反応部３４の下流端部に配されて、生成された石膏を払い出すものであり、図１例にあっては、大気暴露手段５に接続されており、図２例にあっては、大気暴露手段５の部分の記載が省略されている。
【００１７】
前記水供給系４は、図１例にあっては、水を貯留しておいて供給する水供給系４１と、該水供給系４１の水を硫酸希釈機２３に移送する濃度調製用ポンプ４２と、水供給系４１と混練手段３の水注入口３２との間に介在状態に配されて混合部３４Ｂに水を移送するための水分調製用ポンプ４３とを有しており、図２例にあっては、図１例と比較して、濃度調製用ポンプ４２が省略されているが、これに代えて、１次反応部３４Ａに水を移送する水補給用ポンプ４４が付加されている。
【００１８】
前記大気暴露手段５は、混練手段３の払出部３５に対して接続状態に配され、生成された石膏を順次移送しながら、所望時間大気中に暴露状態とするベルトコンベア装置，バケットコンベア装置等が適用される。
【００１９】
これらの構成を有する図１例及び図２例の石膏の製造装置を使用した石膏を製造する技術について、以下説明する。
【００２０】
炭酸カルシウム供給系１から炭酸カルシウムを主成分とするとともに、粒径を例えば１５０μｍ以下として粉末状の原料を混練手段３に供給する。一方、希釈硫酸供給手段２から、例えば７０％の濃度の調製された硫酸を供給して、反応部３４の１次反応部３４Ａにおいて混合及び混練を行なう。
この際に、炭酸カルシウムを、硫酸量に対して５％程度の過剰当量となるように供給してこれらを混合反応させる。
【００２１】
硫酸と炭酸カルシウムとの反応が途中まで進行した状態の混練物が、混合部３４Ｂに送られた時点で、水供給系４から、初期硫酸濃度に対して５０〜６０％相当の濃度になる量の水を添加し、さらに混合反応を継続させて石膏を生成する。
【００２２】
この水分の補給がなされた混練物が、２次反応部３４Ｃに送り込まれると、引き続いての混合反応の継続により、二水石膏を生成する反応が促進されて、水分を含有する石膏が生成される。
【００２３】
２次反応部３４Ｃから送り出される石膏は、例えば反応時間約５分で、水分約３５％を含有する粉末固体状となる。
【００２４】
大気暴露手段５に移載された石膏は、大気中に暴露した状態のまま、順次移送され、例えば１２時間以上の暴露することにより、反応を完結させたものとなる。反応の完結後、二水石膏と無水石膏との混合物が生成される。
【００２５】
【実施例】
炭酸カルシウムを主成分とする粒径１５０μｍ以下の粉末状の原料と、濃度の調製された硫酸とを、炭酸カルシウムの５％過剰当量の状態で混練し、硫酸と炭酸カルシウムとの反応が途中まで進行した状態の混練物に、適量の水を添加して二水石膏への反応を促進させるとともに、水分の補給により混合反応を継続させ、水分を含有する石膏を生成した後、大気中で水分を蒸発させることにより、反応を完結させて石膏を生成する技術を適用するとともに、硫酸濃度及び水分量の組み合わせを変えて石膏を生成し、固化時間や石膏の状態により評価を行なった。
なお、反応時間約５分で、水分を例えば約３５％含有する石膏が生成されるため、水分の添加は、反応部滞留時間のほぼ中間で行なった。
【００２６】
図３は、硫酸と炭酸カルシウムとの反応中間で、水を添加する方法により石膏を製造した場合における製造時間２４時間後の石膏の状態を示している。
図３を見ると、初期硫酸濃度を８０〜５０％，希釈後の硫酸濃度を７０〜５０％の範囲で変化させた場合において、
▲１▼混練時の流動性が良好であること。
▲２▼固化試験において水添加時に短時間で固化状態となること。
▲３▼製造直後に粉末固体となること。
の条件を基準にして整理すると、以下の通りである。
ａ）初期硫酸濃度：８０％では、希釈後の硫酸濃度が６５％以上であると流動性が損なわれ、製造性が低下する。
ｂ）初期硫酸濃度：７０％では、希釈後の硫酸濃度が６０〜５０％の範囲であると、流動性及び固化性とも良好になり、製造性が向上する。
ｃ）初期硫酸濃度：６５％でも、希釈後の硫酸濃度が６０〜５０％の範囲であると、流動性及び固化性とも良好になり、製造性が向上する。
ｄ）初期硫酸濃度：６０％では、希釈後の硫酸濃度が５０％である場合に、流動性が低下する傾向が見られたが、固化時間が良好であり、製造性が確保されている。また、反応の中間で希釈を行なわなかった場合（６０／６０条件）でも、流動性及び固化性とも良好であり、製造性が確保されている。
ｅ）初期硫酸濃度：５０％では、反応の中間で希釈を行なわなかった場合に、石膏の製造直後の状態がやや泥状となり、粉体化が若干損なわれる結果を示した。
ｆ）初期硫酸濃度：４０％以下についても検討したが、石膏の製造直後の状態が泥状となる等の不具合が発生した（掲載を割愛している）。
また、図４に示すように、初期硫酸濃度：８０％，希釈後の硫酸濃度が７０〜６５％の範囲では、化合水量が相対的に低くなって混練時の流動性を悪くしている一因になっていると思われるが、図５に示す水分量の比較では、特記するような差異が認められなかった。
【００２７】
これらの結果をまとめると、硫酸と炭酸カルシウムとの反応途中で水を添加する製造方法において、最も良質の石膏を効率よく製造できる条件は、初期硫酸濃度：７０％，希釈後の硫酸濃度：６０〜５０％の範囲が好適であり、特に、硫酸濃度７０％、希釈後の硫酸濃度：５０％程度の組み合わせが硫酸の取り扱い作業の上で良好である。
そして、初期硫酸濃度：８０％及び希釈後の硫酸濃度：６０〜５０％の範囲，初期硫酸濃度：６５％及び希釈後の硫酸濃度：６０〜５０％の範囲，初期硫酸濃度：６０％及び希釈後の硫酸濃度：５０％の条件でも、十分な製造性が得られるが、希釈後の硫酸濃度：７０％以上の条件や初期硫酸濃度：５０％以下の条件では、十分な製造性が得られない。
【００２８】
【発明の効果】
本発明に係る石膏の製造方法及びその装置によれば、以下のような効果を奏する。
（１）  硫酸と炭酸カルシウムとを混練して、反応が途中まで進行した状態の混練物に、水を添加して二水石膏への反応を促進させるとともに、生成された石膏の粉末固体の水分を大気雰囲気で除去することにより、二水石膏を連続的に効率よく製造することができる。
（２）  初期濃度の硫酸及び反応中間で添加される水分で反応を促進させるものであるから、製造時の発生水を低減して水処理を簡単にすることができる。
（３）  硫酸と炭酸カルシウムとの反応が混練と途中の水添加とによって行なわれるため、反応途中での脱水や密閉熟成が不要となって、そのための設備等を省略することができる。
（４）  硫酸と炭酸カルシウムとの混練手段に、水供給系と大気暴露手段とを付加することによって、全体の製造装置が構成されるため、製造装置及び製造工程の簡略化が容易になり、コスト低減を達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明に係る石膏の製造方法及びその装置の第１実施形態を示す結線図である。
【図２】  本発明に係る石膏の製造方法及びその装置の第２実施形態を示す結線図である。
【図３】  本発明に係る石膏の製造実施例における初期及び水添加後の硫酸濃度と石膏状態との関係図である。
【図４】  本発明に係る石膏の製造実施例における初期及び水添加後の時間と化合水との関係図である。
【図５】  本発明に係る石膏の製造実施例における初期及び水添加後の時間と含有水分量との関係図である。
【図６】  従来の石膏の製造技術例を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１  炭酸カルシウム供給系
２  希釈硫酸供給手段
３  混練手段
４  水供給系
５  大気暴露手段
１１  貯留ホッパ
１２  送り込みフィーダ
１３  原料供給管
２１  硫酸供給系
２２  ポンプ
２３  硫酸希釈機
２４  濃度調製済硫酸供給系
３１  受入ホッパ
３２  水注入口
３３  回転駆動源
３４  反応部
３４Ａ  １次反応部
３４Ｂ  混合部
３４Ｃ  ２次反応部
３５  払出部
４１  水供給系
４２  濃度調製用ポンプ
４３  水分調製用ポンプ
４４  水補給用ポンプ
【図１】
0003951368.tif 000002
【図２】
0003951368.tif 000003
【図３】
0003951368.tif 000004
【図４】
0003951368.tif 000005
【図５】
0003951368.tif 000006
【図６】
0003951368.tif 000007