JP5081395B2 - 廃石膏の加熱再生処理装置及び処理方法 - Google Patents

Description

本発明は、建築廃材である廃石膏ボード等を破砕・分別処理して得られる二水石膏の状態にある廃石膏を加熱処理して半水石膏として再生する廃石膏の加熱再生処理装置及び処理方法に関する。

従来、建築物の解体などに伴って多量に発生する廃石膏ボードは、そのほとんどが埋め立てなどによって廃棄処分されていたが、廃棄物処理法の改正によって廃石膏ボードが安定型産業廃棄物から管理型産業廃棄物へ移行したことに伴う処理コストの高騰や、資源の有効活用という観点からも、廃石膏ボードから石膏を分離回収して再利用することが望まれている。

ところで、石膏は、結晶水の相違により二水石膏（ＣａＳＯ_４・２Ｈ_２Ｏ）、半水石膏（ＣａＳＯ_４・１／２Ｈ_２Ｏ）、及び無水石膏（ＣａＳＯ_４）の三種類におおよそ分類され、二水石膏を約１３０℃以上に加熱すれば半水石膏に転位し、更に約１８０℃以上に加熱するとIII型無水石膏を経てII型無水石膏に転位する。また、半水石膏に加水処理を行うと速やかに水和反応が進んで二水石膏に転位して短時間で硬化するが、II型無水石膏に加水処理を行ってもゆっくりとしか水和反応は進まない。なお、III型無水石膏は大気中の水分を強力に吸湿するため、自然に放置しておれば極めて容易に半水石膏に転位することが判明している。

石膏ボードなどの石膏は二水石膏の状態にあり、これに加水処理を行っても水和反応は起こらず硬化するようなことはないが、半水石膏の状態に転位させれば加水処理によって短時間で硬化させることができ、例えば、土壌固化材などとして有効に再利用できる。

特許文献１（特開２００１−１２２６４５号）には、廃石膏ボードなどを大気圧中または加圧下で所定温度に加熱して半水石膏とし、この半水石膏を土壌固化材の原料に用いて有効活用するようにしたものが記載されている。また、特許文献１には加熱手段として具体的な装置は記載されていないが、例えば特許文献２（特開２００４−２６９２９９号）や特許文献３（特開２００４−１３６２０６号）など多数の文献にも示されているように、廃石膏ボードの加熱処理装置としては加熱効率に優れるロータリーキルンが多く採用されている。
特開２００１−１２２６４５号公報 特開２００４−２６９２９９号公報 特開２００４−１３６２０６号公報

廃石膏ボードを破砕・分別処理して得られる廃石膏は、粒度にバラツキのある粉粒状であり、ロータリーキルンを使用して熱風による加熱処理を行うと、比較的粒度の大きい石膏はロータリーキルンから回収され、粒度の小さい石膏はロータリーキルン内を通過する熱風に随伴して加熱されながら下流の集塵機へと流れて捕捉される。この集塵機にて捕捉される微粒分は、本発明者らの行った実機テストではロータリーキルンに投入した廃石膏の約２〜３割程度の量に達すると共に、ロータリーキルンから回収される比較的粒度の大きい石膏よりも高い温度となる。

そこで、前記集塵機にて捕捉される石膏微粒分を半水石膏として高収率で回収することに主眼をおいて排ガス温度をコントロールしながら加熱すると、ロータリーキルンから回収される加熱石膏は比較的粒度が大きいために半水石膏と二水石膏との混合物となる。一方、ロータリーキルンで回収される半水石膏の回収率を高めようとすると、排ガス温度を高める必要があるが、排ガス温度を高めると燃費の増加を伴うと共に、集塵機にて捕捉される微粒分は加熱されすぎて１８０℃を超えて半水石膏への転位だけでは留まらずに無水石膏にまで転位することとなる。したがって、ロータリーキルンと集塵機の双方から回収される半水石膏量の和が最大となるような排ガス温度を見極め、この排ガス温度でコントロールしながら廃石膏を加熱再生処理を行うこととなる。

本発明は上記の点に鑑み、ロータリキルンを使用しての廃石膏の加熱再生時に、ロータリーキルンと集塵機の双方から回収する石膏の半水石膏化を一層高めれる廃石膏の加熱再生処理装置及び処理方法を提供することを課題とする。

上記課題を解決するために、本発明に係る廃石膏の加熱再生処理装置は、二水石膏の状態にある廃石膏を加熱処理して半水石膏として再生するバーナを備えたロータリーキルンと、該ロータリーキルンの排気ダクトから飛散する石膏微粒分を捕捉する集塵機と、前記ロータリーキルンから排出される加熱石膏と集塵機にて回収した石膏微粒分とを搬送手段を介して一緒に貯留可能とした貯留タンクとを備えると共に、前記ロータリーキルンに送り込むバーナの熱風と並行して廃石膏を供給して加熱する並流加熱方式とするように廃石膏供給手段を備え、かつ、前記ロータリーキルンの排気ダクトには排ガス温度を検出する温度センサを備え、排ガス温度設定値を二水石膏が効率よく半水石膏に転位する温度である１３０〜１８０℃に設定し、前記温度センサにより検出した排ガス温度と前記排ガス温度設定値と比較してその差値量に基づいてバーナの燃焼量を制御するバーナ燃焼制御器を備えたことを特徴とし、前記ロータリーキルンにバーナの熱風を送り込みながら廃石膏を供給し、二水石膏が半水石膏に転位する温度にて加熱処理する一方、ロータリーキルンから導出する排ガスの温度を検出し、該排ガス温度を二水石膏が効率よく半水石膏に転位する温度である１３０〜１８０℃に維持されるように前記バーナの燃焼量を制御し、ロータリーキルンから導出する排ガス中に含まれる石膏微粒分を集塵機にて捕捉し、この捕捉した比較的高温の石膏微粒分とロータリーキルンから排出される加熱石膏とを貯留タンクに混ぜ入れて貯留し、加熱石膏中に一部残存する二水石膏を石膏微粒分からの熱伝達により昇温させて半水石膏に転位させると共に、この二水石膏から半水石膏への転位の際に生じる水蒸気と石膏微粒分中に含まれる無水石膏とを水和反応させて半水石膏に転位させるようにするものである。

本発明に係る廃石膏の加熱再生処理装置及び方法によれば、二水石膏の状態にある廃石膏を加熱処理して半水石膏として再生するバーナを備えたロータリーキルンと、該ロータリーキルンの排気ダクトから飛散する石膏微粒分を捕捉する集塵機と、前記ロータリーキルンから排出される加熱石膏と集塵機にて回収した石膏微粒分とを搬送手段を介して一緒に貯留可能とした貯留タンクとを備えると共に、前記ロータリーキルンに送り込むバーナの熱風と並行して廃石膏を供給して加熱する並流加熱方式とするように廃石膏供給手段を備え、かつ、前記ロータリーキルンの排気ダクトには排ガス温度を検出する温度センサを備え、排ガス温度設定値を二水石膏が効率よく半水石膏に転位する温度である１３０〜１８０℃に設定し、前記温度センサにより検出した排ガス温度と前記排ガス温度設定値と比較してその差値量に基づいてバーナの燃焼量を制御するバーナ燃焼制御器を備えた構成とし、前記ロータリーキルンにバーナの熱風を送り込みながら廃石膏を供給し、二水石膏が半水石膏に転位する温度にて加熱処理する一方、ロータリーキルンから導出する排ガスの温度を検出し、該排ガス温度を二水石膏が効率よく半水石膏に転位する温度である１３０〜１８０℃に維持されるように前記バーナの燃焼量を制御し、ロータリーキルンから導出する排ガス中に含まれる石膏微粒分を集塵機にて捕捉し、この捕捉した比較的高温の石膏微粒分とロータリーキルンから排出される加熱石膏とを貯留タンクに混ぜ入れて貯留し、加熱石膏中に一部残存する二水石膏を石膏微粒分からの熱伝達により昇温させて半水石膏に転位させると共に、この二水石膏から半水石膏への転位の際に生じる水蒸気と石膏微粒分中に含まれる無水石膏とを水和反応させて半水石膏に転位させるようにしたので、ロータリーキルンと集塵機の双方から回収する石膏の半水石膏化を一層高めることができる。

本発明の廃石膏の加熱再生処理装置にあっては、二水石膏の状態にある廃石膏を加熱処理して半水石膏として再生するバーナ４を備えたロータリーキルン１と、該ロータリーキルン１の排気ダクト６から飛散する石膏微粒分を捕捉する乾式サイクロン７やバグフィルタ８などの集塵機と、前記ロータリーキルン１から排出される加熱石膏と前記集塵機にて回収した石膏微粒分とを搬送手段を介して一緒に貯留可能とした貯留タンク１３とを備える。また、バーナ４の燃焼制御を行うために、ロータリーキルン１の排気ダクト６に排ガス温度検出用の温度センサ１５を備え、該温度センサ１５にて検出する排ガス温度を取り込むと共に、予め廃石膏をロータリーキルン１にて加熱処理して半水石膏とするに適した排ガス温度を設定しておき、取り込んだ排ガス温度と前記排ガス温度設定値と比較してその差値量に基づいてバーナの燃焼量を制御するバーナ燃焼制御器１６を備える。

そして、廃石膏ボードを破砕・分別処理して得られる二水石膏の状態にある廃石膏を加熱処理して有用な半水石膏とするときには、先ず、バーナ燃焼制御器１６の排ガス温度設定値を二水石膏が効率よく半水石膏に転位する温度、例えば１００〜２００℃、好ましくは１３０〜１８０℃となるように適宜設定する。そして、ロータリーキルン１内にバーナ４から熱風を供給しながら粉粒状の廃石膏を供給すると、廃石膏はロータリーキルン１内を転動流下する間に加熱処理されていき、このうち粒度の大きい加熱石膏はロータリーキルン１から順次排出されていく一方、粒度の小さい石膏微粒分は熱風にて舞い上げられ排ガスに随伴して排気ダクト６へと流下していき、乾式サイクロン７やバグフィルタ８などの集塵機にて捕捉回収される。そして、ロータリーキルン１及び前記集塵機の双方にて回収される石膏は適宜の搬送装置を介して貯留タンク１３に混ぜ入れられて貯留される。

このとき、前記集塵機にて捕捉回収された石膏微粒分は、粒度が小さくて加熱されやすいために加熱処理の際にその一部が１８０℃を超えてしまうこともあり、半水石膏の状態で留まらずに無水石膏にまで転位してしまっているものも少なくない一方、ロータリーキルン１から排出された加熱石膏は、粒度が大きいために部分的に１３０℃まで加熱できていないこともあり、半水石膏に転位されることなく二水石膏の状態のまま払い出されているものも少なくないものの、これら加熱処理後の加熱石膏と石膏微粒分とを貯留タンク１３に一緒に混ぜ入れ、所定時間、例えばこれら加熱石膏と石膏微粒分とが略均一の温度になるまで貯留しておくことにより、加熱石膏中に残存する二水石膏を高温の石膏微粒分からの熱伝達により１３０℃以上まで昇温させて半水石膏に転位させることができると共に、この二水石膏から半水石膏への転位の際に生じる水蒸気と石膏微粒分中に含まれている無水石膏とを水和反応させて半水石膏に転位させることができる。

このように、ロータリーキルン１から排出される加熱石膏と、乾式サイクロン７やバグフィルタ８などの集塵機にて捕捉回収される石膏微粒分とを貯留タンク１３に一緒に混ぜ入れ、略均一の温度となるまで貯留することによって、加熱処理後の半水石膏中に混入している二水石膏や無水石膏を半水石膏に転位させることが可能となり、廃石膏から土壌固化材などとして有用な半水石膏を高收率で回収することができる。なお、貯留タンクにて熟成してタンク出口にて半水石膏を最も高收率で回収できるように、ロータリーキルン１の排ガス温度設定値を見極めて燃焼制御するようにすると、燃料の有効利用が図れて燃費を削減することもできる。

以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説明する。

図中の１は廃石膏ボードを破砕・分別処理して得られる二水石膏の状態にある廃石膏を加熱再生処理するロータリーキルンであって、本実施例においては、廃石膏の供給方向と熱風の供給方向とが同一の並流加熱方式のものを採用している。

前記ロータリーキルン１は、その内周壁に多数の掻き上げ羽根（図示せず）を周設した円筒状のドラム２を回転自在に傾斜支持し、駆動用モータ（図示せず）により所定の速度で回転駆動させており、前記ドラム２の廃石膏供給側であるホットホッパ３側には熱風供給用のバーナ４を備える一方、ドラム２の石膏排出側であるコールドホッパ５側には排ガス導出用の排気ダクト６を連結し、その下流には乾式サイクロン７やバグフィルタ８などの集塵機と共に、排風機９、及び煙突１０を配設している。

また、ドラム１先端側のホットホッパ３上流には廃石膏を定量供給可能な貯留ホッパ１１を配設し、粉粒状の廃石膏を定量ずつ払い出してベルトコンベヤ１２を介してドラム２内に供給できるようにしていると共に、ドラム２後端側のコールドホッパ５下流には加熱処理を終えた加熱石膏を一時的に貯留する貯留タンク１３と、搬送装置であるバケットエレベータ１４を配設している。

また、排気ダクト６には、ドラム２より導出される排ガスの温度を検出する温度センサ１５を備えていると共に、該温度センサ１５にて検出される排ガス温度を取り込み、あらかじめ設定した排ガス温度設定値と比較してその差値量に基づいてバーナ４の燃焼量を制御するバーナ燃焼制御器１６を備えている。そして、本実施例においては、排ガス温度を二水石膏が効率よく半水石膏に転位する温度、即ち１００〜２００℃、好ましくは１３０〜１８０℃程度に設定してバーナ燃焼量を制御するようにしている。

そして、上記構成の装置を使用して二水石膏の状態にある廃石膏を加熱処理して半水石膏として再生するときには、先ず、ロータリーキルン１のドラム２を回転駆動させながら、バーナ４を燃焼させてドラム２内に熱風を送り込む一方、貯留ホッパ１１より粉粒状の廃石膏を払い出してドラム２内に順次供給し、廃石膏を例えば約１５０〜１６０℃にて加熱処理していく。そして、供給した廃石膏のうち、粒度の比較的大きい加熱石膏は熱風にあおられても舞い上がることはなく、ドラム２後端部のコールドホッパ５側より順次排出される一方、粒度の比較的細かい石膏微粒分は熱風によって舞い上がり、例えば１８０℃程度の排ガスに随伴して排気ダクト６を流下していって乾式サイクロン７やバグフィルタ８にて捕捉回収される。そして、これら乾式サイクロン７やバグフィルタ８にて捕捉回収された石膏微粒分は、図中の二点鎖線矢印にて示すように、適宜の搬送手段を介してバケットエレベータ１４に投入され、コールドホッパ５から排出される加熱石膏と共に、貯留タンク１３へ一緒に混ぜ入れられて所定時間貯留される。

このとき、乾式サイクロン７やバグフィルタ８などの集塵機にて回収された石膏微粒分は粒度が小さいためにその一部が１８０℃を超えてしまい、半水石膏の状態では留まらずに無水石膏にまで転位してしまっているものもある。一方、ロータリキルン１から排出される加熱石膏は粒度が比較的大きくてその一部が１３０℃まで加熱できておらず、半水石膏に転位することなく二水石膏のまま排出されているものもあり、これら加熱石膏を石膏微粒子とを貯留タンク１３に一緒に混ぜ入れ、所定時間、例えばこれらが略均一の温度になるまで貯留しておくことにより、加熱石膏中に残存する二水石膏を高温の石膏微粒分からの熱伝達により昇温させて半水石膏に転位させると共に、この二水石膏から半水石膏への転位の際に生じる水蒸気と石膏微粒分中に含まれている無水石膏とを水和反応させて半水石膏へ転位させる。

このように、ロータリーキルン１から排出される、例えば１５０〜１６０℃の加熱石膏と、乾式サイクロン７やバグフィルタ８などの集塵機にて捕捉回収される、例えば１８０℃の石膏微粒分とを貯留タンク１３に一緒に混ぜ入れ、略均一の温度になるまで貯留するようにしたので、加熱再生処理後の半水石膏中に混在している二水石膏や無水石膏を半水石膏に転位させることができ、廃石膏から有用な半水石膏を高收率で回収することができる。

なお、貯留タンク１３にて熟成してタンク出口にて半水石膏を最も高收率で回収できるように、ロータリーキルン１の排ガス温度設定値を見極めて燃焼制御するようにすると、燃料の有効利用が図れて燃費を削減することも可能となる。

また、バケットエレベータ１４の上流側にミキサなどの混合装置を配設し、ロータリーキルン１から排出される加熱石膏と、乾式サイクロン７やバグフィルタ８などの集塵機にて捕捉回収される石膏微粒分とを前記混合装置に投入し、双方を十分に混合してから貯留タンク１３に貯留するようにすれば、温度をより効率よく均一にすることが可能となり、半水石膏の收率を効果的に高めることができる。

また、本実施例においては、排ガス温度に基づく燃焼制御がしやすい並流加熱方式のロータリーキルン１を採用しているが、廃石膏と熱風の供給方向が向かい合う、いわゆる向流加熱方式のロータリーキルン１を採用することも可能であり、この向流加熱方式ではロータリーキルン１から排出される加熱石膏の温度に基づくバーナ燃焼制御を採用しても良い。

本発明に係る廃石膏の加熱再生処理装置の実施例を示す説明図である。

符号の説明

１…ロータリーキルン ２…ドラム
３…ホットホッパ ４…バーナ
５…コールドホッパ ６…排気ダクト
７…乾式サイクロン（集塵機） ８…バグフィルタ（集塵機）
１３…貯留タンク １４…バケットエレベータ
１５…温度センサ １６…バーナ燃焼制御器

Claims (2)

1. 二水石膏の状態にある廃石膏を加熱処理して半水石膏として再生するバーナを備えたロータリーキルンと、該ロータリーキルンの排気ダクトから飛散する石膏微粒分を捕捉する集塵機と、前記ロータリーキルンから排出される加熱石膏と集塵機にて回収した石膏微粒分とを搬送手段を介して一緒に貯留可能とした貯留タンクとを備えると共に、前記ロータリーキルンに送り込むバーナの熱風と並行して廃石膏を供給して加熱する並流加熱方式とするように廃石膏供給手段を備え、かつ、前記ロータリーキルンの排気ダクトには排ガス温度を検出する温度センサを備え、排ガス温度設定値を二水石膏が効率よく半水石膏に転位する温度である１３０〜１８０℃に設定し、前記温度センサにより検出した排ガス温度と前記排ガス温度設定値と比較してその差値量に基づいてバーナの燃焼量を制御するバーナ燃焼制御器を備えたことを特徴とする廃石膏の加熱再生処理装置。
2. ロータリーキルンに送り込むバーナの熱風と並行して二水石膏の状態にある廃石膏を供給して加熱処理する並流加熱方式にて廃石膏を半水石膏として再生する廃石膏の加熱再生処理方法であって、前記ロータリーキルンにバーナの熱風を送り込みながら廃石膏を供給し、二水石膏が半水石膏に転位する温度にて加熱処理する一方、ロータリーキルンから導出する排ガスの温度を検出し、該排ガス温度を二水石膏が効率よく半水石膏に転位する温度である１３０〜１８０℃に維持されるように前記バーナの燃焼量を制御し、ロータリーキルンから導出する排ガス中に含まれる石膏微粒分を集塵機にて捕捉し、この捕捉した比較的高温の石膏微粒分とロータリーキルンから排出される加熱石膏とを貯留タンクに混ぜ入れて貯留し、加熱石膏中に一部残存する二水石膏を石膏微粒分からの熱伝達により昇温させて半水石膏に転位させると共に、この二水石膏から半水石膏への転位の際に生じる水蒸気と石膏微粒分中に含まれる無水石膏とを水和反応させて半水石膏に転位させるようにしたことを特徴とする廃石膏の加熱再生処理方法。

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