JP2012135703A

JP2012135703A - 石膏ボード廃材から高純度な石膏粉体を高収率で回収する方法

Info

Publication number: JP2012135703A
Application number: JP2010287979A
Authority: JP
Inventors: Shingo Hiranaka; 晋吾平中
Original assignee: Tokuyama Corp
Current assignee: Tokuyama Corp
Priority date: 2010-12-24
Filing date: 2010-12-24
Publication date: 2012-07-19

Abstract

【課題】石膏ボード廃材を荒破砕処理し、原紙を除去した後、紙繊維が残存した石膏粉体から、紙繊維残存量の極めて少ない石膏粉体を高収率で回収することを特徴とする高純度石膏粉体の回収方法を提供する。
【解決手段】石膏ボード廃材を荒破砕処理し、ボード原紙を除去した後、紙繊維が残存した石膏粉体を、乾式で衝撃式粉砕機またはジェット式粉砕機で微粉砕した後、該微粉砕後の粉体をふるい処理にかけ、石膏粉体から紙繊維を除去する。更に、微粉砕機に風力分級機能を付加することによって、紙繊維と石膏との分離精度を向上させることができる。更に、紙繊維の残存した石膏粉体を衝撃式粉砕機またはジェット式粉砕機で微粉砕する前に加熱乾燥し、付着水分を完全に除去することによって、より効率よく紙繊維を除去することが可能となる。
【選択図】図３

Description

本発明は、荒破砕処理でボード原紙を除去した石膏粉体中から、残存した紙繊維を除去し、高純度な石膏粉体を高収率で回収する方法を提供するものである。

石膏ボード廃材の発生量は、年間約１５０万ｔであり、この内、約５０万ｔは生産時や家屋等の新築内装工事の端材で、石膏ボードメーカーがリサイクルを行っている。また、残りの約１００万ｔが、家屋等の建造物の改装・解体工事で排出され、埋立処分されている。このような石膏ボード廃材の発生量は年々増加する傾向にあり、埋立地の不足、環境問題の点から石膏ボード廃材の有効な処理方法が求められている。

石膏ボード廃材を有効にリサイクルするためには、石膏とボード原紙を分離する必要がある。これについては、これまでに多くの方法が提案されている（例えば、特許文献１、２参照）。

これらの方法では、通常、石膏ボード廃材をまず荒破砕（粗粉砕）する。石膏ボードを荒破砕する際、ボード原紙の大部分は比較的大きな紙の状態を保持し、一方で石膏は粉体となるため、これらは容易にふるい分離することができる。

しかしながら、この際、ボード原紙の一部は叩解され、図１および２に示すような繊維状態となる。この紙繊維は、太さが約１０〜５０μｍと細いが、長さは１ｍｍ以上あるものが多く（以下、このような繊維を単に「紙繊維」と称する場合がある）、目開き１〜３ｍｍ程度のふるいを使用することで、ある程度石膏と分離することができるが、多くの紙繊維がふるいを通過することは避けられなかった。

前記方法でボード原紙と分離された石膏粉体は、半水石膏とし、これと水を混合してスラリー状とした後に成形体を製造することが多い。その際、前記紙繊維が混入していると再凝集して水を吸収するため、スラリーの流動性を悪化させる原因となる。また、成形体の概観不良の原因にもなる。

これを防ぐために、より小さいふるい目で処理した場合、分離できる紙繊維の量は増えるが、同時にふるい上に残留する石膏量が多くなるため、紙繊維を選択的に分離するには至らなかった。このふるい上の石膏粉体は、当然紙繊維の多い石膏粉体である。このため使用用途が限定されるため、大部分は最終処分場で埋め立て処理する必要があり、資源の再利用の観点から問題があった。

特開平１０−２８６５５３特開平２００１−９４３４

従って、本発明の目的は、従来技術では分離が困難であった、石膏ボード廃材中に残存した紙繊維を、効率よく分離する処理方法を提供することにある。

本発明者等は、前記目的を達成するために鋭意研究を重ねた。その結果、石膏ボード廃材を荒破砕処理し、ボード原紙を除去した後の紙繊維が残存した石膏粉体を、乾式で衝撃式粉砕機またはジェット式粉砕機で処理することによって、石膏が優先的に衝撃破壊される一方で、紙繊維の多くはそれ以上破壊されず、もとの繊維長を保持することを発見した（図３）。これによって、従来技術では分離ができなかった紙繊維も、ふるい分離できることを見出し、本発明を完成するに至った。

即ち本発明は、石膏ボード廃材を荒破砕処理し、ボード原紙を除去した後に得られる紙質を含有する石膏粉体から、該紙質を除去して高純度の石膏粉体を回収する方法であって、該紙質を含有する石膏粉体を、乾式で、衝撃式粉砕機またはジェット式粉砕機で微粉砕した後、該微粉砕後の粉体をふるい処理にかけることを特徴とする、前記回収方法である。

更に、前記の粉砕機に風力分級機能を付加し、粉砕後の粒度分布の最大粒径を小さくすることで、石膏と紙繊維との分離精度を向上させることができることを見出した。

また、前記紙繊維の残存した石膏粉体を微粉砕する前に、加熱乾燥し、付着水分を完全に除去することによって、より効率的に紙繊維を分離除去することが可能であることをも見出した。

本発明の方法によれば、石膏ボード廃材を荒破砕処理し、ボード原紙を除去した後の紙繊維の残存した石膏ボード廃材から、より純度の高い石膏粉体を回収することができる。従って、本発明で回収した石膏粉体は、半水石膏にした後、水と混合して成形体を作成する場合、紙繊維が残留した場合と比較してスラリーの流動性が良好であるため、より強度の高い成形体を作成することができる。

実施例３での荒破砕処理後、微粉砕前の紙繊維の顕微鏡写真である（×３５）。実施例３での荒破砕処理後、微粉砕前の紙繊維の顕微鏡写真である（×３５０）。実施例３での微粉砕処理後、ふるい上に残存した紙繊維の顕微鏡写真である（×３５）。

本発明において、処理の対象となる石膏ボード廃材の由来は特に制限されない。一般には、石膏ボードの生産工程、建築現場の施行工程で発生する端材、残材としての石膏ボードや、改装・解体工事で建築廃材として発生する石膏ボードなどが挙げられる。

本発明においては、このような石膏ボード廃材を荒破砕処理し、ボード原紙が除去されたものから、さらに紙質を除去して高純度の石膏を回収する。当該粉砕及び除去方法としては、公知の方法が特に制限されることなく適用できる。なおここで、荒破砕とは、石膏ボード廃材中の石膏が、目開き２０ｍｍ程度のふるい下に分離できる大きさになるまでの粉砕をいう。荒粉砕及び後述する微粉砕の効率を考慮すると、ふるい分け法による平均粒径Ｄ５０が１〜１０ｍｍの範囲にあることが好ましく、３〜８ｍｍの範囲にあることがより好ましい。

荒粉砕の方法を具体的に例示すると、２軸スクリューに巻きこむ方法や、ローラー圧縮による方法等が挙げられる。

また荒粉砕物からのボード原紙の除去方法としては、ふるい分けや風力分離等が挙げられる。

後述する微粉砕の際の前記紙繊維の除去効率を考慮すると、紙質成分の残存量が、全体量に対して４質量％以下となるように、より好ましくは２質量％以下となるように、当該ボード原紙が除去されたものが好ましい。一方、通常は、前述したとおり、石膏を高回収率で回収しつつ紙質成分を１質量％以下とすることは極めて困難であり、また、この段階で回収される石膏中の紙質成分が０．５質量％を下回る値であれば、後述する微粉砕を行う利点は大幅に減少する。

なお通常は、上述の荒粉砕及びボード原紙の除去を行った後の粉体でも、前記紙繊維に加え、より大きなボード原紙を含有している。本発明における紙質とは、前述した紙繊維のみならず、当該ボード原紙をも含む概念であり、以下に述べる微粉砕及びふるい処理により、双方を除去可能である。

本発明においては、上述のようにして荒破砕し、ボード原紙が除去された粉砕物、即ち、紙質を含有する石膏粉体を、乾式で、衝撃式粉砕機またはジェット式粉砕機に投入し、石膏ボード廃材を微粉砕する。なお上記「乾式」とは粉砕に際して用いられる分散媒が気体であることをいう。

衝撃式粉砕機またはジェット式粉砕機の例としては、例えば、「粉体工学便覧第２版」（日刊工業新聞社、１９９８年発行）の第３０２頁に記載の表４．２．６に具体的に記載されている。

より具体的には衝撃式粉砕機としては、高速で回転するハンマ、ピン、羽根で被粉砕物を叩くタイプのミルが挙げられる。ジョット式粉砕機では、ノズルから高圧で噴出する空気または蒸気に被粉砕物を巻き込み、被粉砕物どうし、または衝撃板に衝突させるタイプのミルが挙げられる。

石膏の結晶と紙繊維では、衝撃破壊強度が大きく異なるため、上記の如き衝撃式粉砕機またはジェット式粉砕機によって、石膏が微粉砕されるような場合でも、紙繊維は処理前の繊維長をほとんど保持する。このため、多くの紙繊維は、次に述べるふるい処理を行うことによって、石膏粉体中から分離除去することが可能となる。またボード原紙は、通常は紙繊維程度までは細かくされるが、その後は、上述の理由により、ふるいによる除去が可能な大きさを保つ。

また前記表に記載の微粉砕機のなかでも広義のボールミル、撹拌ミルおよびせん断ミルに分類されるタイプは、石膏粉砕中に紙繊維も粉砕し、最終的には粉体状にまでするため、やはり本発明で用いる微粉砕機とすることはできない。

本発明において、上記微粉砕における微粉砕処理後の石膏の粒径は、紙繊維と効率よくふるい分けにより分離できる大きさであれば良く、特に制限されないが、平均粒径０．５〜２０μｍ、更に好ましくは１〜１０μｍである。なお、該平均粒径とは、レーザー回折散乱式粒度分布計で、分散媒体にエタノールを用いて測定した際の体積平均粒径の測定結果であり、後述の平均粒径もこの測定結果の数値を示す。

さらに本発明において用いる衝撃式粉砕機またはジェット式粉砕機としては、風力分級機能を有するものが、石膏と紙繊維の分離精度を更に向上させることができ好ましい。即ち、風力分級機能を有する微粉砕機は、粉砕された石膏（粒子）を風力分級し、所定の粒径に達していない粒子を粉砕機に戻し再粉砕するとともに、所定の粒径に達している粒子については回収し再度粉砕機にかけないようにして、その粉砕効率を向上させている。この際、比重の軽い紙繊維は、その繊維長が長くても、風力分級に際しては微少な石膏粉と同様の挙動を示すため、これによって、回収された粉体中の紙繊維と石膏微粒子の大きさの差をより大きくすることができる。

本発明においては、このようにして微粉砕処理を行った石膏粉体をふるい処理する。これによって、微粉化された石膏粉末と、紙質（通常は、元の石膏粉末に大きめのボード原紙が混入していても、前記微粉砕により紙繊維まで粉砕されているため、以下では「紙繊維」と称す）とが分離できる。この際のふるいの目開きは、紙繊維と石膏を効率よく分離できる大きさであれば良く、特に制限されないが、５０〜５００μｍ、更に好ましくは１００〜３００μｍである。

更に、紙繊維が残留した石膏粉体を、前もって加熱乾燥することによって、より効率よく紙繊維をふるい分離することができる。即ち、石膏ボード廃材には、濡れているものが含まれている場合が多い。この状態の石膏ボード廃材を微粉砕処理した場合、粉砕機内でのスケーリングの原因となる。また、微粉砕後の石膏が凝集しやすくなるため、ふるいが困難となる場合がある。よって、石膏ボード廃材を粉砕処理の前に加熱乾燥することによって、よりスムーズに粉砕、ふるい処理が可能となる。この加熱乾燥条件は、付着水分の量に依存するため一概に決めることができず、各々のケースにおいて、付着水分が除去される温度、時間であれば良い。前述のように、石膏を半水石膏にして、これと水を混合して成形体を得ようとする場合は、１１０〜１５０℃で加熱乾燥することによって、付着水分の除去と同時に、この工程で全量半水化することが効率的で好ましい。

以下、本発明を更に具体的に説明するため、実施例を示すが、本発明は、これらの実施例に限定されるものではない。

なお、以下の実施例及び比較例において、紙繊維の残存量は、以下の方法により求めた。

所定量の石膏ボード廃材を秤量し、この廃材中の石膏と、反応するのに十分な量の水酸化ナトリウム水溶液と、石膏ボード廃材を混合撹拌し、石膏をすべて水酸化カルシウムにした。その後、これをろ過し、水酸化カルシウムのケーキを水洗した。次に、この水酸化ナトリウムをこれと反応するのに十分な量の塩酸水溶液と混合撹拌し、水酸化カルシウムをすべて溶解させた。次に、これをろ過、水洗した後、残留固形分を１００℃で乾燥し、水分を除去した。乾燥後の固形分を１０００℃まで加熱し、この際の重量減少分を紙繊維の重量とした。

実施例１
石膏ボード廃材を荒破砕処理し、ボード原紙を目開き１４ｍｍでふるい除去した紙繊維の残存量１．３％の石膏粉体を旋回流型ジェットミルに投入し、平均粒径８μｍまで粉砕した。粉砕処理後の石膏粉体を、目開き２５０μｍでふるい処理を行った。ふるいを通過して得られた処理後の石膏粉体中の紙繊維の残留量は０．５％であり、その際の石膏粉体の回収率は９９％以上であった。

実施例２
石膏ボード廃材を荒破砕処理し、ボード原紙を目開き１４ｍｍでふるい除去した紙繊維の残存量１．３％の石膏粉体を、風力分級機能付きのハンマミルに投入し、平均粒径６μｍまで粉砕した。粉砕処理後の石膏ボード廃材を目開き２００μｍでふるい処理を行った。ふるいを通過して得られた処理後の石膏粉体中の紙繊維の残留量は０．４％であり、その際の石膏粉体の回収率は９９％以上であった。

実施例３
石膏ボード廃材を荒破砕処理し、ボード原紙を目開き１１ｍｍでふるい除去した紙繊維の残留量０．８％の石膏ボード廃材を、１３０℃で加熱乾燥した後、風力分級機能付きのハンマミルに投入し、平均粒径５μｍまで粉砕した。粉砕処理後の石膏ボード廃材を目開き１００μｍでふるい処理を行った。ふるいを通過して得られた処理後の石膏粉体中の紙繊維の残留量は０．３％であり、その際の石膏粉体の回収率は９９％以上であった。

比較例１
石膏ボード廃材を荒破砕処理し、ボード原紙を目開き１１ｍｍでふるい除去した紙繊維の残存量０．８％の石膏ボード廃材を目開き２５０μｍでふるい処理を行った。ふるいを通過して得られた処理後の石膏粉体中の紙繊維の残留量は０．５％であり、その際の石膏粉体の回収率は２５％であった。

比較例２
石膏ボード廃材を荒破砕処理し、ボード原紙を目開き１４ｍｍでふるい除去した紙繊維の残存量１．３％の石膏ボード廃材をポットミルに投入し、平均粒径８μｍまで粉砕した。粉砕処理後の石膏ボード廃材を、目開き２５０μｍでふるい処理を行った。ふるいを通過して得られた処理後の石膏粉体中の紙繊維の残留量は１．２％であった。

比較例３
石膏ボード廃材を荒破砕処理し、ボード原紙を目開き１１ｍｍでふるい除去した紙繊維の残存量０．８％の石膏ボード廃材を遊星ミルに投入し、平均粒径５μｍまで粉砕した。粉砕処理後の石膏ボード廃材を、目開き２００μｍでふるい処理を行った。ふるいを通過して得られた処理後の石膏ボード廃材中の紙繊維の残留量は０．８％であった。

Claims

石膏ボード廃材を荒破砕処理し、ボード原紙を除去した後に得られる紙質を含有する石膏粉体から、該紙質を除去して高純度の石膏粉体を回収する方法であって、該紙質を含有する石膏粉体を、乾式で、衝撃式粉砕機またはジェット式粉砕機で微粉砕した後、該微粉砕後の粉体をふるい処理にかけることを特徴とする、前記回収方法。
微粉砕機が風力分級機能を有したものである請求項１記載の回収方法。
紙繊維の残存した石膏粉体を衝撃式粉砕機またはジェット式粉砕機で微粉砕する前に、加熱乾燥して付着水分を除去する請求項１または２記載の回収方法。