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JP7839656B2 - Method for producing sulfur-containing compositions - Google Patents
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JP7839656B2 - Method for producing sulfur-containing compositions - Google Patents

Method for producing sulfur-containing compositions

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JP7839656B2 JP2022031989A JP2022031989A JP7839656B2 JP 7839656 B2 JP7839656 B2 JP 7839656B2 JP 2022031989 A JP2022031989 A JP 2022031989A JP 2022031989 A JP2022031989 A JP 2022031989A JP 7839656 B2 JP7839656 B2 JP 7839656B2
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Description

本発明は、硫黄含有組成物の製造方法に関する。 This invention relates to a method for producing a sulfur-containing composition.

硫黄を含む硫黄源と、炭素を含む炭素源とを含む原料をロータリーキルン等の加熱炉内で加熱して硫黄含有組成物を得る方法が知られている(例えば、特許文献1)。炭素源としては、廃プラスチックなどのプラスチックを含む粉体を使用する場合がある。プラスチック粉体は、ロータリーキルン内で燃焼し、還元性ガスが発生する。この還元性ガスが硫黄源と接触することにより、反応が進む。 A method for obtaining a sulfur-containing composition is known, which involves heating raw materials containing a sulfur source and a carbon source in a heating furnace such as a rotary kiln (for example, Patent Document 1). As the carbon source, powder containing plastics, such as waste plastics, may be used. The plastic powder burns in the rotary kiln, generating reducing gases. The reaction proceeds when these reducing gases come into contact with the sulfur source.

特開2005-306911号公報Japanese Patent Publication No. 2005-306911 特開2004-337677号公報Japanese Patent Publication No. 2004-337677

ここで、従来の方法では、硫黄源と共に破砕したプラスチックをシューター等でキルン本体部の窯尻側に落下させて投入していた。この場合、投入されたプラスチックは、本体部の窯尻側で燃焼してしまう。そのため、還元性ガスが窯尻側で発生してしまい、新規に投入される硫黄源と還元性ガスとの接触時間が短く、反応効率に改善の余地がある。 In the conventional method, crushed plastic, along with the sulfur source, was dropped into the kiln's main body at the rear using a chute or similar device. In this case, the introduced plastic burns at the rear of the kiln. This generates reducing gases at the rear, resulting in a short contact time between the newly introduced sulfur source and the reducing gases, leaving room for improvement in reaction efficiency.

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、より効率よく硫黄含有組成物を製造できる方法を提供することを目的とする。 This invention has been made in view of the above circumstances, and aims to provide a method for producing sulfur-containing compositions more efficiently.

本発明の硫黄含有組成物の製造方法は、硫黄源とプラスチックとをロータリーキルン内で加熱する加熱工程を有し、加熱工程において、プラスチックを前記硫黄源よりも窯前側に投入するものである。 The present invention provides a method for producing a sulfur-containing composition, comprising a heating step in which a sulfur source and plastic are heated in a rotary kiln, wherein the plastic is introduced in the heating step on the kiln side relative to the sulfur source.

上記加熱工程において、プラスチックを気流により誘導しながら投入してよい。 In the heating process described above, the plastic may be introduced while being guided by an airflow.

上記加熱工程において、ロータリーキルンの本体部の窯前側の端部からみて本体部の長尺方向の全長の80%の位置よりも窯前側に投入してよい。 In the heating process described above, the material may be introduced to a position further forward than 80% of the total length of the rotary kiln body, as viewed from the front end of the kiln body.

ロータリーキルンの窯前部分の温度が800~1300℃であってよい。 The temperature at the front of the rotary kiln may be between 800 and 1300°C.

上記プラスチックがロータリーキルンの窯尻から窯前方向に向かって投入されてよい。 The above-mentioned plastic may be fed into the rotary kiln from the rear towards the front.

上記プラスチックがロータリーキルンの窯前から投入されてよい。 The above-mentioned plastic may be introduced from the front of the rotary kiln.

本発明によれば、より効率よく硫黄含有組成物を製造できる方法を提供することができる。 According to the present invention, a method for producing sulfur-containing compositions more efficiently can be provided.

図1は、一実施形態に係る焼成装置の全体構造を模式的に示す図である。Figure 1 is a schematic diagram showing the overall structure of a firing apparatus according to one embodiment. 図2は、一実施形態に係る焼成装置の全体構造を模式的に示す図である。Figure 2 is a schematic diagram showing the overall structure of a firing apparatus according to one embodiment. 図3は、一実施形態に係る硫黄含有組成物の製造方法を模式的に説明するための図である。Figure 3 is a diagram illustrating a method for producing a sulfur-containing composition according to one embodiment. 図4は、一実施形態に係る硫黄含有組成物の製造方法を模式的に説明するための図である。Figure 4 is a diagram illustrating a method for producing a sulfur-containing composition according to one embodiment. 図5は、従来技術に係る硫黄含有組成物の製造方法を模式的に説明するための図である。Figure 5 is a diagram illustrating a method for producing a sulfur-containing composition according to the prior art.

本実施形態の硫黄含有組成物の製造方法は、硫黄源とプラスチックとをロータリーキルン内で加熱する加熱工程を有し、加熱工程において、プラスチックを前記硫黄源よりも窯前側に投入するものである。 The method for producing the sulfur-containing composition of this embodiment includes a heating step in which a sulfur source and plastic are heated in a rotary kiln, and in the heating step, the plastic is introduced to the front of the kiln, ahead of the sulfur source.

また、本発明の一実施形態に係る硫黄含有組成物の製造方法は、硫黄源とプラスチックとをロータリーキルン内で加熱する加熱工程を有し、加熱工程において、プラスチックを硫黄源よりも窯前側に、気流により誘導しながら投入するものである。また、本実施形態の硫黄含有組成物の製造方法は、硫黄源とプラスチックとをロータリーキルン内で加熱する加熱工程を有し、加熱工程において、プラスックを硫黄源よりも窯前側であり且つロータリーキルンの本体部の窯前側の端部から本体部の全長の80%の位置よりも窯前側に投入するものであってもよい。 Furthermore, a method for producing a sulfur-containing composition according to one embodiment of the present invention includes a heating step of heating a sulfur source and plastic in a rotary kiln, wherein the plastic is introduced while being guided by airflow to the front of the kiln from the sulfur source. Alternatively, the method for producing a sulfur-containing composition according to this embodiment may include a heating step of heating a sulfur source and plastic in a rotary kiln, wherein the plastic is introduced to the front of the kiln from the sulfur source and to a position beyond 80% of the total length of the rotary kiln body from the front end of the main body.

本実施形態の製造方法では、原料として硫黄源を使用する。硫黄源としては、硫黄を含む原料であれば特に問題はない。硫黄源は、正の酸化数を有する硫黄を含有する化合物を有していてよく、硫黄のオキソ酸を含む化合物(硫黄のオキソ酸塩等)であってよい。このような化合物としては、硫酸塩、亜硫酸塩、重硫酸塩(硫酸水素塩)等が挙げられる。これらの塩は水和物であってもよい。硫黄源は、1種又は2種以上の硫黄を含有する化合物を含んでいてよい。 In the manufacturing method of this embodiment, a sulfur source is used as a raw material. Any raw material containing sulfur is acceptable as the sulfur source. The sulfur source may contain a compound with a positive oxidation state of sulfur, and may be a compound containing sulfur oxoacids (such as sulfur oxoates). Examples of such compounds include sulfates, sulfites, and bisulfates (bisulfates). These salts may also be hydrates. The sulfur source may contain one or more sulfur-containing compounds.

また、硫黄源は、金属元素を含有していてよい。金属元素としては、特に限定されず、アルカリ金属、アルカリ土類金属等であってよい。アルカリ金属としては、リチウム、ナトリウム、カリウム、ルビジウム、セシウム等が挙げられる。アルカリ土類金属としては、マグネシウム、カルシウム、バリウム、ストロンチウム等が挙げられ、マグネシウム又はカルシウムであってもよい。硫黄源に含まれる金属元素は、1種又は2種以上のであってよい。 Furthermore, the sulfur source may contain metallic elements. The metallic elements are not particularly limited and may include alkali metals, alkaline earth metals, etc. Examples of alkali metals include lithium, sodium, potassium, rubidium, and cesium. Examples of alkaline earth metals include magnesium, calcium, barium, and strontium, and may be magnesium or calcium alone. The sulfur source may contain one or more metallic elements.

硫黄源としては、具体的には、石膏を含んでいてもよい。石膏を含む硫黄源としては、特に限定されず、無水石膏、半水石膏、二水石膏、廃石膏ボード、鋳込み成型用石膏型、工業模型用石膏型等の石膏廃材等が挙げられる。廃石膏ボードは、紙を含んでいてもよい。硫黄源として廃石膏ボードを用いる場合は、混合工程の前に廃石膏ボードを粉砕する粉砕工程を有していてもよい。粉砕工程は、通常の粉砕機を用いて行うことができる。硫黄源の粒子径は20mm以下であってよく、10mm以下であってもよく、1mm以下であってもよい。硫黄源の粒子径は、JIS Z 8801-1:2019に準拠した金属製ふるいによって測定することができる。 The sulfur source may specifically include gypsum. The sulfur source containing gypsum is not particularly limited and includes anhydrous gypsum, hemihydrate gypsum, dihydrate gypsum, waste gypsum board, gypsum molds for casting, gypsum molds for industrial models, and other gypsum waste materials. Waste gypsum board may also contain paper. When using waste gypsum board as the sulfur source, a crushing step may be included before the mixing step. The crushing step can be carried out using a conventional crusher. The particle size of the sulfur source may be 20 mm or less, 10 mm or less, or 1 mm or less. The particle size of the sulfur source can be measured using a metal sieve in accordance with JIS Z 8801-1:2019.

本実施形態の製造方法では、炭素源としてプラスチックを用いる。原料であるプラスチックとしては、プラスチックのみからなるものを用いてもよいが、紙、木材等、他の材料が付着したプラスチックであってもよい。プラスチックは、プラスチック廃材などの廃棄物であってもよく、破砕されたプラスチック粉(プラスチック片)であってよい。プラスチックは、有機高分子であってよい。プラスチックの廃棄物としては、RPF(Refuse Paper & Plastic Fuel)が挙げられる。RPFは、主に産業系廃棄物のうち、マテリアルリサイクルが困難な古紙及び廃プラスチック類を主原料とした高品位の固形燃料である。プラスチックの粒子径は、1~50mmであってよく、好ましくは3~40mmであり、より好ましくは5~30mmであり、特に好ましくは5~20mmである。プラスチックの粒子径が上記範囲であると、吹き込んだ直後に燃え尽きることがないため接触時間が十分に得られる傾向にあり、未燃分のプラスチックの製品への混入を抑制できる。プラスチックの粒子径は、JIS Z 8801-1:2019に準拠した金属製ふるいによって測定することができる。また、ノギス等で測った粒子径であってもよい。 In the manufacturing method of this embodiment, plastic is used as the carbon source. The plastic used as the raw material may consist solely of plastic, or it may be plastic with other materials such as paper or wood attached. The plastic may be waste such as plastic waste, or it may be crushed plastic powder (plastic fragments). The plastic may be an organic polymer. An example of plastic waste is RPF (Refuse Paper & Plastic Fuel). RPF is a high-quality solid fuel mainly made from waste paper and waste plastics, which are industrial waste materials that are difficult to recycle. The particle size of the plastic may be 1 to 50 mm, preferably 3 to 40 mm, more preferably 5 to 30 mm, and particularly preferably 5 to 20 mm. When the particle size of the plastic is within the above range, it does not burn out immediately after being blown in, so sufficient contact time is obtained, and the mixing of unburned plastic into the product can be suppressed. The particle size of plastics can be measured using a metal sieve conforming to JIS Z 8801-1:2019. Alternatively, the particle size may be measured using a caliper or similar device.

以下、図1を参照して本実施形態で使用する焼成装置について説明する。図1は本実施形態に係る焼成装置の一例を示す模式図である。焼成装置200は、ロータリーキルン20と、ロータリーキルン20の窯尻22に接続された硫黄源導入路18、及びプラスチック導入路50とを備える。硫黄源は、硫黄源導入路18を通ってロータリーキルン20に供給される。硫黄源の供給は、重力により滑り落とす、スクリュー、コンベア等により搬送すること等によって行ってよい。プラスチックは、プラスチック導入路50を通って窯尻22から窯前28方向にロータリーキルン20に供給される。プラスチックは、図1におけるブロワー52により空気と共に噴出する等、気流に乗せて供給されてよい。これにより、硫黄源よりも窯前28側にプラスチックを供給することができる。ロータリーキルン20では、本体部26内に供給された原料である被処理物58が、本体部26の後端側に設けられたバーナ24の燃焼によって加熱されながら反応して硫黄含有組成物となり、本体部26の後端から排出される。 The firing apparatus used in this embodiment will now be described with reference to Figure 1. Figure 1 is a schematic diagram showing an example of a firing apparatus according to this embodiment. The firing apparatus 200 comprises a rotary kiln 20, a sulfur source introduction passage 18 connected to the kiln end 22 of the rotary kiln 20, and a plastic introduction passage 50. The sulfur source is supplied to the rotary kiln 20 through the sulfur source introduction passage 18. The sulfur source may be supplied by sliding it down by gravity, transporting it by a screw, conveyor, etc. The plastic is supplied to the rotary kiln 20 from the kiln end 22 toward the kiln front 28 through the plastic introduction passage 50. The plastic may be supplied by being blown out with air by a blower 52 in Figure 1, or by being carried by the airflow. This allows the plastic to be supplied to the kiln front 28 side of the sulfur source. In the rotary kiln 20, the raw material, the material to be processed 58, supplied into the main body 26 is heated and reacted by the combustion of the burner 24 located at the rear end of the main body 26 to form a sulfur-containing composition, which is then discharged from the rear end of the main body 26.

図2は、別の実施形態に係る焼成装置の全体構造を模式的に示す図である。図2に示されるように、焼成装置100は、硫黄源を予熱及び仮焼する予熱仮焼部10と、導入された原料を焼成して硫黄含有組成物を得るロータリーキルン20と、ロータリーキルン20で得られた硫黄含有組成物を冷却するクーラ30とを備えていてもよい。予熱仮焼部10は、4つのサイクロンC1、C2、C3、C4(プレヒータ)と仮焼炉12とを有する。 Figure 2 is a schematic diagram showing the overall structure of a calcination apparatus according to another embodiment. As shown in Figure 2, the calcination apparatus 100 may include a preheating and calcination section 10 for preheating and calcining a sulfur source, a rotary kiln 20 for calcining the introduced raw materials to obtain a sulfur-containing composition, and a cooler 30 for cooling the sulfur-containing composition obtained in the rotary kiln 20. The preheating and calcination section 10 has four cyclones C1, C2, C3, and C4 (preheaters) and a calcination furnace 12.

ロータリーキルン20の窯尻22と予熱仮焼部10の仮焼炉12とは、ライジングダクト14で接続されている。ライジングダクト14は、ライジングダクト14内の排ガスを抽気するバイパス部に接続されていてもよい。バイパス部に抽気された排ガスは、例えば、カルシウム化合物と接触させて排ガスに含まれるSOと反応させることにより亜硫酸カルシウムを製造しても変換してもよい。 The kiln end 22 of the rotary kiln 20 and the calcination furnace 12 of the preheating calcination section 10 are connected by a rising duct 14. The rising duct 14 may also be connected to a bypass section that extracts exhaust gas from within the rising duct 14. The exhaust gas extracted into the bypass section may be converted, for example, by contacting it with a calcium compound and reacting it with SO₂ contained in the exhaust gas to produce calcium sulfite.

本実施形態の製造方法は、キルン排ガスを、カルシウム化合物を含むスラリーに接触させて亜硫酸塩を得る工程を更に有していてよい。これによりキルン排ガス中に含まれるSOを捕捉できると共に有効活用できる。 The manufacturing method of this embodiment may further include a step of contacting kiln exhaust gas with a slurry containing a calcium compound to obtain sulfites. This allows for the capture and effective utilization of SO2 contained in the kiln exhaust gas.

サイクロンC1とサイクロンC2との接続部から導入される硫黄源は、サイクロンC1、サイクロンC2、サイクロンC3、ライジングダクト14、仮焼炉12、サイクロンC4を流通して、原料投入シュート16からロータリーキルン20の窯尻22に導入される。また、プラスチックは、窯尻22に接続されたプラスチック導入路50から導入される。ロータリーキルン20では、導入された原料が、本体部26の後端側に設けられたバーナ24の燃焼によって加熱され硫黄含有組成物となる。得られた硫黄含有組成物は、クーラ30で冷却される。クーラ30によって冷却された後、硫黄含有組成物が得られる。 The sulfur source introduced from the connection point between cyclone C1 and cyclone C2 flows through cyclone C1, cyclone C2, cyclone C3, rising duct 14, calcination furnace 12, and cyclone C4, and is introduced into the kiln end 22 of the rotary kiln 20 via the raw material input chute 16. Plastic is introduced through the plastic introduction passage 50 connected to the kiln end 22. In the rotary kiln 20, the introduced raw materials are heated by combustion in the burner 24 located at the rear end of the main body 26 to form a sulfur-containing composition. The resulting sulfur-containing composition is cooled in the cooler 30. After cooling in the cooler 30, the sulfur-containing composition is obtained.

加熱工程により得られる硫黄含有組成物に含まれる硫黄含有化合物としては、例えば、金属硫化物、金属亜硫酸塩等の原料の硫黄源に含まれる硫黄よりも酸化数の小さい硫黄を含む(つまり、硫黄が還元された)化合物が挙げられる。このような酸化数の小さい硫黄を含む硫黄含有化合物は、六価クロムに対する還元剤として使用できる。金属硫化物としては、例えば、硫化カルシウム、多硫化カルシウム、硫化マグネシウム等であってよい。金属硫化物は硫化カルシウムであってよい。金属亜硫酸塩としては、亜硫酸カルシウム、亜硫酸マグネシウム等が挙げられる。 Examples of sulfur-containing compounds in the sulfur-containing composition obtained by the heating process include compounds containing sulfur with a lower oxidation state than the sulfur contained in the sulfur source of the raw material, such as metal sulfides and metal sulfites (i.e., compounds in which the sulfur has been reduced). Such sulfur-containing compounds containing sulfur with a lower oxidation state can be used as reducing agents for hexavalent chromium. Examples of metal sulfides include calcium sulfide, calcium polysulfide, and magnesium sulfide. The metal sulfide may be calcium sulfide. Examples of metal sulfites include calcium sulfite and magnesium sulfite.

加熱工程では、例えば、硫黄源として石膏(CaSO)を用いた場合、以下の反応式(1)で表される反応が進行する。また同時に以下の反応式(2)で表される反応も進行し、SOが発生してもよい。
CaSO+2C→ CaS+2CO (1)
CaSO+CaS→ 2CaO+2SO (2)
In the heating process, for example, if gypsum ( CaSO₄ ) is used as the sulfur source, the reaction represented by the following reaction equation (1) proceeds. Simultaneously, the reaction represented by the following reaction equation (2) may also proceed, generating SO₂ .
CaSO 4 +2C→ CaS+2CO 2 (1)
CaSO 4 +CaS→ 2CaO+2SO 2 (2)

加熱工程において、加熱部に供給される石膏(CaSO)のモル数と、プラスチックの(C)のモル数とが、下記式(3)を満たすことが好ましく、下記式(4)を満たすことがより好ましく、下記式(5)を満たすことがさらに好ましい。これによって、石膏とプラスチックとの反応を、一層進行し易くすることができる。
C/CaSO≧3 (3)
C/CaSO>4 (4)
C/CaSO>5 (5)
In the heating process, it is preferable that the number of moles of gypsum ( CaSO₄ ) supplied to the heating section and the number of moles of plastic (C) satisfy the following formula (3), more preferably the following formula (4), and even more preferably the following formula (5). This makes the reaction between gypsum and plastic proceed more easily.
C/CaSO 4 ≧3 (3)
C/CaSO 4 > 4 (4)
C/CaSO 4 >5 (5)

加熱工程において投入されるプラスチックに含まれる炭素と硫黄源に含まれる硫黄とのモル比は、生成物である硫黄含有組成物における硫黄含有化合物の含有量を高める観点から、1.0以上、1.5以上、2.0以上、又は2.2以上であってよい。また、加熱工程において投入されるプラスチックに含まれる炭素と硫黄源に含まれる硫黄とのモル比は、未反応の炭素を低減すると共に、反応が進行しすぎて酸化物が生成することを抑制する観点から、10以下、5以下、3以下、又は2.5以下であってよい。 The molar ratio of carbon in the plastic introduced during the heating process to sulfur in the sulfur source may be 1.0 or higher, 1.5 or higher, 2.0 or higher, or 2.2 or higher, from the viewpoint of increasing the content of sulfur-containing compounds in the resulting sulfur-containing composition. Furthermore, the molar ratio of carbon in the plastic introduced during the heating process to sulfur in the sulfur source may be 10 or lower, 5 or lower, 3 or lower, or 2.5 or lower, from the viewpoint of reducing unreacted carbon and suppressing the generation of oxides due to excessive reaction.

例えば、硫黄源が石膏(CaSO)を含む場合、上記プラスチックと硫黄源との比率は、プラスチックに含まれる炭素(C)とCaSOのモル比として、[C]/[CaSO]で表すことができる。 For example, if the sulfur source contains gypsum ( CaSO₄ ), the ratio of the plastic to the sulfur source can be expressed as [C]/[ CaSO₄ ], which is the molar ratio of carbon (C) to CaSO₄ contained in the plastic.

原料としてロータリーキルンに供給される硫黄源とプラスチックとの質量比は、0.5:1~5:1であってよく、1:1~4:1であってよい。 The mass ratio of the sulfur source supplied to the rotary kiln as raw material to the plastic may be 0.5:1 to 5:1, or 1:1 to 4:1.

硫黄含有組成物は、硫黄含有化合物以外の成分を含んでいてもよい。そのような成分としては、酸化カルシウム、未反応の石膏、及び、石膏等の原料由来の不純物などが挙げられる。硫化物を含む硫黄含有組成物を、セメント組成物を製造するセメント製造工程の一つである粉砕工程に入れて、セメントクリンカー及び石膏とともに粉砕することで、六価クロム溶出量を低減することが可能なセメント組成物を製造することができる。硫黄含有組成物は、乾粉又はアルカリ性スラリーとして、粉砕工程で添加してもよい。 The sulfur-containing composition may contain components other than sulfur-containing compounds. Such components include calcium oxide, unreacted gypsum, and impurities derived from raw materials such as gypsum. By adding the sulfur-containing composition containing sulfides to the grinding process, which is one of the cement manufacturing processes for producing cement compositions, and grinding it together with cement clinker and gypsum, a cement composition capable of reducing hexavalent chromium leaching can be produced. The sulfur-containing composition may also be added in the grinding process as a dry powder or alkaline slurry.

硫黄含有組成物に含まれる金属硫化物の含有量は、例えば、粉末X線回折測定で得られる回析パターンをリートベルト法で解析して求めることができる。硫黄含有組成物の金属硫化物の含有量は、5質量%以上であることが好ましく、30質量%以上であることがより好ましく、50質量%以上であることがさらに好ましく、70質量%以上であることが特に好ましい。硫黄含有組成物の金属硫化物の含有量は、製造の容易性の観点から、95質量%以下であってよい。硫黄含有組成物に含まれる金属硫化物は、硫化カルシウムであってよい。 The content of metal sulfides in a sulfur-containing composition can be determined, for example, by analyzing the diffraction pattern obtained by powder X-ray diffraction measurement using the Rietveld method. The metal sulfide content of the sulfur-containing composition is preferably 5% by mass or more, more preferably 30% by mass or more, even more preferably 50% by mass or more, and particularly preferably 70% by mass or more. From the viewpoint of ease of manufacture, the metal sulfide content of the sulfur-containing composition may be 95% by mass or less. The metal sulfide contained in the sulfur-containing composition may be calcium sulfide.

硫黄含有組成物には、任意に金属硫化物に含まれる硫黄が更に燃焼して生成した金属酸化物が含まれていてもよい。また、硫黄含有組成物には、未反応の硫黄源が含まれていてもよい。硫黄含有組成物における金属硫化物及び金属酸化物を原料である硫黄源の量(例えば質量)に換算した量と、未反応の硫黄源の量との合計量に対して、換算された金属硫化物及び金属酸化物の合計量が20%以上であってよく、30%以上であってよく、50%以上であってよく、60%以上であってよい。硫黄含有組成物に含まれる未反応の硫黄源及び/又は金属酸化物の含有量は、実質的に0%であってもよい。 The sulfur-containing composition may optionally contain metal oxides produced by further combustion of sulfur contained in the metal sulfide. Furthermore, the sulfur-containing composition may contain unreacted sulfur sources. The total amount of metal sulfides and metal oxides converted to the amount (e.g., by mass) of the raw material sulfur source, plus the amount of unreacted sulfur sources, may be 20% or more, 30% or more, 50% or more, or 60% or more. The content of unreacted sulfur sources and/or metal oxides in the sulfur-containing composition may be substantially 0%.

また、図3~5を用いてさらに本実施形態の製造方法を説明する。まず、図5は、従来技術に係る製造方法を模式的に説明するための図である。従来は、石膏等の硫黄源とプラスチックとをロータリーキルン20に導入する前に予め混合し、混合された原料62を原料導入路60を通して一緒に導入していた。そのため、プラスチックが窯尻22側で燃焼してしまい、図5における矢印56で還元性ガスの流れを示すように、発生する還元性ガスが窯尻付近しか通過せず反応に有効利用できなかった。なお、還元性ガスとしては、一酸化炭素(CO)、炭化水素ガス(CH、C、C10など)、水素H等が挙げられる。 Furthermore, the manufacturing method of this embodiment will be explained using Figures 3 to 5. First, Figure 5 is a diagram for schematically explaining a conventional manufacturing method. Conventionally, a sulfur source such as gypsum and plastic were mixed in advance before being introduced into the rotary kiln 20, and the mixed raw materials 62 were introduced together through the raw material introduction passage 60. As a result, the plastic was burned at the kiln end 22, and as indicated by the arrow 56 in Figure 5 which shows the flow of reducing gas, the generated reducing gas only passed near the kiln end and could not be effectively utilized in the reaction. Examples of reducing gases include carbon monoxide (CO), hydrocarbon gases ( CH4 , C3H8 , C4H10 , etc. ), and hydrogen ( H2) .

図3は、一実施形態に係る製造方法を模式的に説明するための図である。図3に示すように、本実施形態の製造方法では、プラスチック54は、ブロワー52から噴出される気流によりプラスチック54が吹き飛ばされながら投入され、硫黄源よりも窯前28側に投入される。そのため、矢印56で示すように、従来よりも窯前28側でプラスチックが燃焼して還元性ガスが発生することから、投入される被処理物58と還元性ガスとの接触時間が長く、還元性ガスをより有効に利用できる。図3では、硫黄源導入路18がプラスチック導入路50よりも下方に接続されており、プラスチック54をより硫黄源よりも窯前28側に投入しやすい。プラスチック54の投入位置としては、ロータリーキルン20の本体部26の窯前28側の端部からみて本体部26の長尺方向の全長の80%の位置よりも窯前28側であってよく、25~75%の範囲内の位置であってよい。つまり、本体部26の長尺方向の全長は、本体部26の窯前28側の端部から窯尻22側の端部の長尺方向の長さであり、プラスチック54の投入位置は、本体部26の窯前28側の端部から本体部の全長の80%の位置よりも窯前28側であってよく、25~75%の範囲内の位置であってよい。 Figure 3 is a diagram illustrating a manufacturing method according to one embodiment. As shown in Figure 3, in the manufacturing method of this embodiment, the plastic 54 is introduced while being blown away by the airflow ejected from the blower 52, and is introduced on the kiln front 28 side of the sulfur source. Therefore, as indicated by the arrow 56, the plastic burns on the kiln front 28 side than in the conventional method, generating reducing gas. This increases the contact time between the material to be processed 58 and the reducing gas, allowing for more effective utilization of the reducing gas. In Figure 3, the sulfur source introduction passage 18 is connected below the plastic introduction passage 50, making it easier to introduce the plastic 54 on the kiln front 28 side of the sulfur source. The introduction position of the plastic 54 may be on the kiln front 28 side of the position 80% of the total length in the longitudinal direction of the main body 26 of the rotary kiln 20 when viewed from the end of the main body 26 on the kiln front 28 side of the main body 26, and may be within the range of 25-75%. In other words, the total length of the main body 26 in the longitudinal direction is the length from the end of the main body 26 on the kiln front 28 side to the end on the kiln rear 22 side. The position where the plastic 54 is inserted may be closer to the kiln front 28 than 80% of the total length of the main body from the end of the main body 26 on the kiln front 28 side, and may be within the range of 25-75%.

プラスチックの投入の仕方としては、気流により誘導して投入する方法が挙げられる。ブロワー52により、プラスチックを空気流と共に噴出しながらロータリーキルンの本体部26に導入する方法はこの一例である。また、プラスチックは、プラスチック導入路50の先端をロータリーキルンの本体部26の内部まで伸ばして硫黄源よりも窯前28側に投入されてもよい。 One method for introducing plastic is to guide it in using airflow. One example is introducing the plastic into the main body 26 of the rotary kiln by blowing it out with airflow using a blower 52. Alternatively, the plastic may be introduced by extending the tip of the plastic introduction channel 50 into the interior of the main body 26 of the rotary kiln, and then introducing it on the kiln front 28 side of the sulfur source.

図4は、本発明の別の実施形態に係る製造方法を模式的に説明するための図である。図4では、図3と異なり、プラスチック導入路50が窯前28に接続され、プラスチックを窯前28側から投入している。この場合、プラスチックを硫黄源よりも窯前側に投入することがより容易であるため、好ましい。プラスチックの投入位置としては、ロータリーキルンの本体部の窯前28側の端部からみて本体部26の長尺方向の全長の80%の位置よりも窯前28側であってよく、25~75%の範囲内の位置であってよい。図4中の矢印56で示されるように、投入される硫黄源と還元性ガスとの接触時間が長く、還元性ガスをより有効に利用できる。また、図4では、プラスチック導入路50は、バーナー24の下方に接続されている。このような態様では、ブロワー52によりプラスチックを気流に誘導させて導入する場合、ロータリーキルン20内の被処理物58に吹き付けるように導入してよい。このような導入方法では、プラスチックが被処理物と直接接触しながら処理物の熱により反応するため、より効率よく反応が進められると共に、バーナー24の炎に直接接触しにくいため、被処理物とプラスチックとが接触する前に燃え尽きることを防ぐことができる。 Figure 4 is a diagram illustrating a manufacturing method according to another embodiment of the present invention. In Figure 4, unlike Figure 3, the plastic introduction passage 50 is connected to the front of the kiln 28, and the plastic is introduced from the front of the kiln 28 side. In this case, it is preferable because it is easier to introduce the plastic to the front of the kiln than the sulfur source. The position in which the plastic is introduced may be on the front of the kiln 28 side of the position 80% of the total length in the longitudinal direction of the main body 26 when viewed from the end of the main body of the rotary kiln on the front of the kiln 28 side, and may be in the range of 25 to 75%. As indicated by the arrow 56 in Figure 4, the contact time between the introduced sulfur source and the reducing gas is long, and the reducing gas can be utilized more effectively. Also, in Figure 4, the plastic introduction passage 50 is connected below the burner 24. In this embodiment, when the plastic is introduced by guiding it into the airflow with the blower 52, it may be introduced by blowing it onto the workpiece 58 inside the rotary kiln 20. In this method of introduction, the plastic reacts with the heat of the material being processed while in direct contact with it, allowing the reaction to proceed more efficiently. Furthermore, because it is less likely to come into direct contact with the flame of the burner 24, it prevents the plastic from burning out before it comes into contact with the material being processed.

加熱工程において、ロータリーキルンの窯前部分の温度が800~1300℃であってよく、1000~1200℃であってよく、1100~1150℃であってよい。ロータリーキルン内の酸素濃度が20体積%以下であってよく、3~20体積%であってよく、5~15体積%であってよい。ロータリーキルンの回転数は、2min-1以下であってよく、1.5min-1以下であってよく、1.0min-1以下であってよく、0.01~0.8min-1であってよい。 In the heating process, the temperature of the front part of the rotary kiln may be 800 to 1300°C, 1000 to 1200°C, or 1100 to 1150°C. The oxygen concentration inside the rotary kiln may be 20% by volume or less, 3 to 20% by volume, or 5 to 15% by volume. The rotation speed of the rotary kiln may be 2 min⁻¹ or less, 1.5 min⁻¹ or less, 1.0 min⁻¹ or less, or 0.01 to 0.8 min⁻¹ .

原料として以下のものを用意した。
硫黄源:廃石膏ボードの粉砕物(二水石膏含有量94質量%、紙を含む)
炭素源:RPF
硫黄源と炭素源とをロータリーキルンの窯尻から投入して焼成して硫黄含有組成物を得た。比較例1及び2では、RPFは、予め硫黄源と混合し、スクリューコンベアにより一緒に投入した。実施例1~6では、スクリューコンベアにより硫黄源のみを投入し、RPFは窯尻からブロワーによる気流吹き込みにより投入した。なお、気流吹き込みによる炭素源の投入は、硫黄源よりも窯前側であり且つロータリーキルンの本体部の窯前側の端部から本体部の全長の約75%の位置に向けて投入した。また、炭素源の落下地点付近の製品温度(キルン内温度)を赤外線放射温度計にて測定した。得られた硫黄含有組成物にX線回折実験を行い、XRDリートベルト解析にて化学組成を分析した。得られた硫黄含有組成物には、未反応の石膏(CaSO)、及び生成物である硫化カルシウム(CaS)及び酸化カルシウム(CaO)が含まれていた。生成したCaS及びCaOの量は原料であるCaSOの量に換算し、未反応のCaSO、並びに換算されたCaS及びCaOの合計量に対するこれらの含有量(石膏換算%)を表1に示す。また、表1において反応率は、得られた硫黄含有組成物における、上記合計量に対する換算されたCaS及びCaOの合計量の割合(%)である。
The following were prepared as raw materials.
Sulfur source: Crushed waste gypsum board (containing 94% dihydrate gypsum by mass, including paper)
Carbon source: RPF
A sulfur-containing composition was obtained by introducing a sulfur source and a carbon source into a rotary kiln from the kiln's tail end and firing them. In Comparative Examples 1 and 2, the RPF was pre-mixed with the sulfur source and introduced together via a screw conveyor. In Examples 1 to 6, only the sulfur source was introduced via a screw conveyor, and the RPF was introduced from the kiln's tail end by blowing in airflow with a blower. The carbon source was introduced by blowing in airflow from the front of the kiln, further forward than the sulfur source, and from the front end of the rotary kiln's main body towards a point approximately 75% of the kiln's total length. The product temperature (kiln temperature) near the carbon source's drop point was measured using an infrared radiation thermometer. X-ray diffraction experiments were performed on the obtained sulfur-containing composition, and its chemical composition was analyzed by XRD Rietveld analysis. The obtained sulfur-containing composition contained unreacted gypsum ( CaSO₄ ) and the products calcium sulfide (CaS) and calcium oxide (CaO). The amounts of CaS and CaO produced are converted to the amount of CaSO₄ used as raw material. Table 1 shows the content of these (in gypsum equivalent %) relative to the total amount of unreacted CaSO₄ and the converted CaS and CaO. In Table 1, the reaction rate is the percentage (%) of the total amount of converted CaS and CaO relative to the total amount in the obtained sulfur-containing composition.

RPFを吹き込みにより投入した実施例では、石膏が反応して硫化カルシウム及び酸化カルシウムが生成していた。また、キルン内温度が高く、RPFの投入量が多いほど反応率が高くなっていた。また、キルンの回転数を落として原料の滞留時間が長くなることでも反応率は高くなる傾向であった。 In the example where RPF was added by blowing, gypsum reacted to produce calcium sulfide and calcium oxide. Furthermore, the reaction rate increased with higher kiln temperatures and a larger amount of RPF added. The reaction rate also tended to increase when the kiln rotation speed was reduced, increasing the residence time of the raw materials.

10…予熱仮焼部、12…仮焼炉、14…ライジングダクト、18…硫黄源導入路、20…ロータリーキルン、22…窯尻、24…バーナー、26…本体部、28…窯前、30…クーラ、50…プラスチック導入路、52…ブロワー、100、200…焼成装置、C1,C2,C3,C4…サイクロン。 10…Preheating and calcination section, 12…Cacination furnace, 14…Rising duct, 18…Sulfur source introduction path, 20…Rotary kiln, 22…Kiln end, 24…Burner, 26…Main body, 28…Kiln front, 30…Cooler, 50…Plastic introduction path, 52…Blower, 100, 200…Firing equipment, C1, C2, C3, C4…Cyclone.

Claims (6)

硫黄源とプラスチックとをロータリーキルン内で加熱する加熱工程を有し、
前記加熱工程において、前記プラスチックを前記硫黄源よりも窯前側に投入する、硫黄含有組成物の製造方法。
The process includes a heating step in which a sulfur source and plastic are heated in a rotary kiln.
A method for producing a sulfur-containing composition, wherein in the heating step, the plastic is introduced on the side of the kiln in front of the sulfur source.
前記加熱工程において、前記プラスチックを気流により誘導しながら投入する、請求項1に記載の硫黄含有組成物の製造方法。 The method for producing a sulfur-containing composition according to claim 1, wherein the plastic is introduced while being guided by an airflow during the heating step. 前記加熱工程において、前記ロータリーキルンの本体部の窯前側の端部からみて本体部の長尺方向の全長の80%の位置よりも窯前側に投入する、請求項1又は2に記載の硫黄含有組成物の製造方法。 A method for producing a sulfur-containing composition according to claim 1 or 2, wherein, in the heating step, the material is introduced to a position closer to the front of the rotary kiln than 80% of the total length in the longitudinal direction of the main body, as viewed from the front end of the main body of the rotary kiln. 前記ロータリーキルンの窯前部分の温度が800~1300℃である、請求項1~3のいずれか一項に記載の硫黄含有組成物の製造方法。 A method for producing a sulfur-containing composition according to any one of claims 1 to 3, wherein the temperature of the front portion of the rotary kiln is 800 to 1300°C. 前記プラスチックが前記ロータリーキルンの窯尻から窯前方向に向かって投入される、請求項1~4のいずれか一項に記載の硫黄含有組成物の製造方法。 A method for producing a sulfur-containing composition according to any one of claims 1 to 4, wherein the plastic is fed into the rotary kiln from the kiln end toward the kiln front. 前記プラスチックが前記ロータリーキルンの窯前から投入される、請求項1~のいずれか一項に記載の硫黄含有組成物の製造方法。

A method for producing a sulfur-containing composition according to any one of claims 1 to 4 , wherein the plastic is introduced from the front of the rotary kiln.

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