廃石膏型の再利用技術に関する研究
古田祥知子
廃石膏粉砕物を 100～250℃で加熱し、結晶相の変化を調べた。200℃では 20 分で半水石膏化が完了したが、250℃ではさらに脱水が進み、無水石膏化した。廃石膏を 200℃で加熱処理して調整した再生石膏と市販の半水石膏を用いて石膏硬化体を作成し、強度、気孔分布など基礎的特性を比較したところ、再生石膏から作成した石膏硬化体は市販石膏からの硬化体と比べ、気孔直径、気孔率が大きく、圧縮強度に劣った。また、湿式加熱処理による石膏の半水石膏化試験を行い、廃石膏粉砕物を NaCl 水溶液中 100℃で加熱処理することで、半水石膏に完全転化することが確認された。

１．はじめに廃石膏型をハンマーで砕いて直径 2cm 以下とした粉当センターではこれまで、陶磁器の成形に用いられ砕物を、100～250℃で 10 分～6 時間の範囲で加熱処理る石膏型の使用済み廃材について、機能性材料のひとし、X 線回折で結晶相の変化を調べた。次に、200℃加つである水酸アパタイト[Ca10(PO4)6(OH)2]への転化と熱で完全に半水石膏化した試料をポットミルで乾式粉応用を検討している 1）。その一部は県内企業で環境材砕し、再生石膏粉末とした。再生石膏粉末及び市販半料として商品化されているが、廃石膏型の発生量と比

水石膏粉末と水を重量比 10:9 の割合で混合、撹拌し、較するとまだ僅かにすぎず、有田地区全体では大半の型に流し込んで水和硬化させ、石膏硬化体を作成した。

廃石膏型が現在でも再利用されずに廃棄されている。

室温で十分に乾燥させた各硬化体の気孔特性、圧縮強廃石膏型は、二水石膏（CaSO4･2H2O）なので、加熱度を測定し、再生石膏と市販半水石膏から作成した硬処理すれば半水石膏（CaSO4･1/2H2O）に変化し、再び化体の特性を比較した。

石膏型の原料として利用することもできる。これは理想的なサイクルではあるが、二水石膏の加熱処理で得2.2 結果と考察られた半水石膏（再生石膏）から作成した石膏型は新表１に、100～250℃で加熱した廃石膏粉砕物の結晶品の半水石膏から作成したものと比較すると強度が大相の変化を示す。100℃の場合、1 時間加熱までは二水きく低下するという問題があるため、実際には廃泥鋳石膏のままで、その後徐々に半水石膏化が始まり、6込み用の型材として一部が再利用されているのみであ時間加熱後に完全に半水石膏へと変化した。加熱温度る。

が高くなるにつれ、半水石膏化が完了する時間は短く

そこで本研究では、再生石膏を強度のある石膏型のなり、200℃では、20 分加熱で半水石膏化がほぼ完了し原料として再利用できる技術を確立することを目指す。

たが、加熱温度が 250℃になると無水石膏化が始まり、本年度は、予備実験として再生石膏から作成した石膏30 分加熱で完全に無水石膏に変化した。これらの結果硬化体と市販の半水石膏から作成した石膏硬化体の基から、石膏を加熱処理する温度としては、200℃付近が礎的な特性の違いについて調査、比較を行った。また、最も適当で、短時間で半水石膏化が可能であることが廃石膏の乾式加熱処理以外での半水石膏化の可能性をわかる。

検討するため、可溶性塩類共存下での湿式加熱処理による半水石膏化試験も行った。

廃石膏を加熱処理して得られた再生石膏と、市販の半水石膏から作成した石膏硬化体の気孔分布を図１に、また気孔特性と圧縮強度のデータを表２に示す。いず２．石膏硬化体の特性比較

れの硬化体もシャープな気孔分布を持つ多孔体である

2.1 実験方法

が、市販石膏から作成した石膏硬化体と比べて再生石表１ 100～250℃で加熱した廃石膏粉砕物の結晶相の変化
加熱時間

加熱温度（℃）

10min

20min

30min

1hr

2hr

3hr

6hr

100

二水二水二水二水二水半水半水二水半水150

二水半水半水二水半水二水半水

半水200

半水二水半水半水半水250

半水
無水

無水
半水無水

膏硬化体は気孔直径が大きく、気孔容積、気孔率もや
再生石膏 硬化体
市販半水石膏硬化体や大きいことがわかる。圧縮強度は、再生石膏硬化体
では市販石膏硬化体の 7 割程度の強度にとどまった。

0.8

水和硬化時間を比較すると、市販半水石膏の場合、水0.73あり、その後徐々に水和硬化が起こったが、再生石膏気孔容積（cm /g）を加えてから7～8分程度は流動性の高い懸濁液状態での場合、水を加えた直後から流動性に乏しい状態で、すぐに硬化が起こり始め、懸濁液内部に気泡が残りやすくなっていたと考えられ、そのために強度の低下が起こったと思われる。また、硬化までの時間が短いことから、実際に型を作成する場合には極めて作業性が悪くなることが予測される。したがって、高強度の型を得ると同時に作業性を向上させるという観点からも、水和硬化時間をいかに遅延させるかが、今後の重要な課題である。

0.60.50.40.30.20.100.001 0.010.1110100 1000

気孔直径(μm）

図１ 再生石膏硬化体及び市販半水石膏硬化体の気孔分布曲線３．二水石膏の湿式加熱処理による半水石膏化試験
3.1 実験方法

表２ 各石膏硬化体の気孔特性及び圧縮強度
試料名

可溶性塩類水溶液中で二水石膏を加熱すると、温度の上昇とともに二水石膏の溶解度より半水石膏の溶解度が小さくなるため、溶液中に半水石膏の結晶が生成することが知られている 2）。そこで本実験では、廃石膏粉砕物を原料とした半水石膏の生成試験を行った。
まず使用済み石膏型をハンマーで粗砕し、ポットミルで湿式粉砕して石膏粉末を調製した。この石膏粉末 5gを、10 または 15%の塩化アンモニウム及び塩化ナトリ
ウム溶液 50ml に加え、恒温振とう器中 120rpm で撹拌

気孔容積（cm3/g）
硬化体の 気孔直径気孔特性（μm）
気孔率（％）
硬化体の圧縮強度(MPa)

再生石膏
硬化体

市販半水石
膏硬化体

0.71920.73913.15

1.9759.3362.934.185.88

しながら 100℃で 4 時間加熱処理を行った。
処理後の生た石膏硬化体と市販の半水石膏から作成した石膏硬化成物をろ過、洗浄し、X 線回折で結晶相の変化を調べ体の基礎的な特性の違いを調査、比較した。また、廃た。

石膏の乾式加熱処理以外での半水石膏化の可能性を検討するため、湿式加熱処理による半水石膏化試験も行3.2 結果と考察った。

図３、図４に、塩化アンモニウム及び塩化ナトリウ

再生石膏から作成した石膏型は、新品の石膏型と比ム水溶液中で加熱処理したサンプルの X 線回折パター

較すると、気孔容積、気孔直径がやや大きく、圧縮強ンを示す。塩化アンモニウムの場合、いずれの濃度に度が 70%程度に低下した。湿式加熱処理による石膏のおいても100℃－4時間の加熱処理では半水石膏は生成

半水石膏化試験では、廃石膏粉砕物を NaCl 水溶液中しなかった。一方、塩化ナトリウムを用いた場合、濃100℃で加熱処理することで、半水石膏化が可能である

度10%でも100℃－4時間の加熱処理で大部分が半水石ことが確認された。

膏へと変化し、15%ではほぼ完全に半水石膏化した。

次年度以降は、再生石膏型の高強度化を目指し、乾塩濃度や処理温度、処理時間の詳細な検討はまだ行っ

式および湿式法による廃石膏の半水石膏化条件を調整ていないが、湿式加熱処理による廃石膏粉末の半水石するとともに、石膏硬化体の作成方法についても検討膏化が可能であることが確認された。今後は、生成しする予定である。

た半水石膏の結晶の特性について詳しく調べるとともに、この半水石膏から作成した石膏硬化体の物性についても検討する予定である。

参考文献
1）
古田祥知子, 佐賀県窯業技術センター平成 14 年度業務報告書, 98-103 (2003)

４. まとめ
再生石膏を強度のある石膏型の原料として再利用す

2）鋤本峻司 他，石膏と石灰，No.200，26-31（1986）

ることを目指し、まず本年度は、再生石膏から作成し
50000

40000
▲ 二水石膏
▲X線強度（Counts）

25000
▲

15000

▲ ▲ 塩濃度15%
▲▲

30000

15000
5000▲

▲

▲

10%0030

● 塩濃度
● 15%

20000

500020

●

25000

10000
10%

●

35000

10000

10●

40000

▲

30000

20000

▲ 二水石膏
● 半水石膏

45000▲

X線強度（Counts）

35000

401020302θ/°（Cu-Kα）

402θ/°（Cu-Kα）

図２ 二水石膏粉末を異なるNH4Cｌ濃度溶液中で100℃－4 時間水熱処理したときの X 線回折パターンの変化

図３ 二水石膏粉末を異なる NaCｌ濃度溶液中で 100℃
－4 時間水熱処理したときの X 線回折パターンの変化