JP3563707B2

JP3563707B2 - 紙の製造方法

Info

Publication number: JP3563707B2
Application number: JP2001078022A
Authority: JP
Inventors: 孝渡邉; 靖幸若林
Original assignee: Daio Paper Corp
Current assignee: Daio Paper Corp
Priority date: 2001-03-19
Filing date: 2001-03-19
Publication date: 2004-09-08
Anticipated expiration: 2021-03-19
Also published as: JP2002275785A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、製紙スラッジから回収した内添用及び／又は塗工用の顔料として紙を得る紙の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
紙の製造工程から脱墨フロスや、排水・脱水スラッジ等の多量の製紙スラッジが発生する。そこで、近年では、この製紙スラッジを燃焼し、その減容化を図っている。しかしながら、製紙スラッジは、多量の無機物を含有するため、燃焼しても多量の燃焼灰（無機物）が残り、減容化の効果が低い。そこで、この燃焼灰をセメント原料として活用することや、土壌改良剤として活用すること等の努力もなされている。しかし、これらの方法においては、多量の無機物を必要とするわけではないので、結局、大部分の燃焼灰は埋立処分されることになる。
【０００３】
そこで、燃焼灰を有効に活用する方法として、紙の内添填料、あるいは塗工用顔料として使用することも考えられるが、燃焼灰は白色度が低いため、そのままの状態では紙の填料、あるいは塗工用顔料として使用するのに適さない。
【０００４】
そこで、特開平１１−３１０７３２号公報は、燃焼灰（焼却灰）を再燃焼し、白色度を向上させてから使用する方法を開示している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、燃焼灰を再燃焼する方法による場合、再燃焼温度を５００〜９００℃に設定すると、白色度が５０％程度にまでしか向上せず、紙の填料、あるいは塗工用顔料として使用するに適するものとはならないことが知見された。また、再燃焼温度を９００℃以上に設定すると、燃焼灰（無機物）が焼結、溶融し、極めて硬くなることが知見された。その結果、この硬い再燃焼灰（顔料）を填料として使用すると、抄紙ワイヤー等の磨耗が進むとの問題が生じ、塗工用顔料として使用すると、紙表面の平滑性が劣るとの問題が生じる。この点、再燃焼灰を粉砕し、その粒径を小さくし磨耗の低減、平滑性の向上を図ることも考えられるが、燃焼灰自体が極めて硬いため、粉砕のためのエネルギーコストが極めて高いものとなる。
【０００６】
そこで、本発明の課題は、製紙スラッジから回収した顔料を内添用及び／又は塗工用の顔料として使用するとともに、得られる紙の白色度及び平滑性が高く、しかもその抄造に際して抄紙ワイヤー等の磨耗を生じさせることのない紙の製造方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決した本発明は、次記のとおりである。
＜請求項１記載の発明＞
下記の顔料を、内添用及び／又は塗工用の顔料として紙を得ることを特徴とする紙の製造方法。
（１）製紙スラッジを、断面積９．６〜７１０ｍｍ ² 、長さ８〜３０ｍｍに押出成形する成形工程、
（２）成形して得た成形物を炭化する炭化工程、
（３）炭化して得た炭化物を燃焼する燃焼工程、
（４）燃焼して得た燃焼灰を平均粒径が０．１〜１０μｍとなるように粉砕する粉砕工程。
【０００８】
＜請求項２記載の発明＞
炭化工程において、成形物を無酸素条件下で６００℃未満の温度でかつ炭化させる温度で間接加熱する請求項１記載の紙の製造方法。
【０００９】
＜請求項３記載の発明＞
燃焼温度が６００〜８００℃とされた請求項１又は請求項２記載の紙の製造方法。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施の形態を示しながらさらに詳説する。
本発明は、製紙スラッジを出発原料として（１）製紙スラッジを、所定の形状及び大きさに成形する成形工程、（２）成形して得た成形物を炭化する炭化工程、（３）炭化して得た炭化物を燃焼する燃焼工程、（４）燃焼して得た燃焼灰を平均粒径が０．１〜１０μｍとなるように粉砕する粉砕工程を経て顔料を得て、これを紙の内添用及び／又は塗工用の顔料とする。そこで、まず、これら（１）〜（４）の工程について説明する。
【００１１】
図１は、本実施の形態に係る顔料を得るまでの工程を示した処理フローである。１は製紙スラッジ貯留槽、２は混練機、３は押出成形機、１０は炭化炉、４はロータリーキルンなどの燃焼炉、５は燃焼灰貯留槽、６はロールクラッシャーなどの乾式粉砕機、７は燃焼灰溶解層、８は湿式ミルなどの湿式粉砕機、９は分級機である。
【００１２】
原料である製紙スラッジは、脱水後、貯留槽１に貯留する。貯留槽１に貯留した製紙スラッジは、輸送路３１を通して混練機２に送る。混練機２に送る製紙スラッジの量は、弁５０で調整する。混錬機２では、製紙スラッジを、撹拌翼（図示せず。）によって撹拌・混錬しながら紙面左から右へ送り出す。この混練により製紙スラッジの成分が均一化される。
【００１３】
混錬した製紙スラッジは、輸送路３２を通して押出成形機３に送る。押出成形機３では、製紙スラッジを、好ましくは断面積７１０ｍｍ²以下の、実質的に横断面円形の紐状に、たとえば直径が３０ｍｍ以下、より好ましくは直径１２ｍｍ以下、さらに好ましくは直径３．５〜５ｍｍの紐状に押出成形する。押出成形した紐状の製紙スラッジは、好ましくは長さ３０ｍｍ以下に、より好ましくは１５ｍｍ以下に、さらに好ましくは８〜１０ｍｍにカットし、製紙スラッジの成形物とする。ここで、上記例では横断面を円形としたが、断面形状としては楕円、三角形、その他の多角形や、凹凸を有するたとえば星型などの形状も可能である。いずれにしても、断面積９．６（例えば、円形の場合は直径約３．５ｍｍ、正方形の場合は約３．１×３．１ｍｍとなる。）〜７１０ｍｍ²の範囲で適宜選定できる。本実施の形態のように製紙スラッジを予め成形しておくと、炭化や燃焼を均一に行うことができ、白色度が高く適度な硬度の燃焼灰を得ることができる。また、成形物の断面積７１０ｍｍ²以下とすることにより、炭化工程において成形物を芯まで炭化することができるようになる。成形物の長さを３０ｍｍ以下とすることにより、炭化工程において成形物が崩れないようになる。成形物の直径を３．５ｍｍ以上、長さを８ｍｍ以上とすることにより、粉細化が防止されるので、炭化や燃焼を均一に行うことができる。
【００１４】
成形して得た製紙スラッジの成形物は、輸送路４２を通して、炭化炉１０に送る。この炭化炉１０では、成形物を低酸素条件下で、好ましくは無酸素条件下で６００℃未満の温度でかつ炭化させる温度で間接加熱し、炭化する。炭化処理は成形物の自己発熱を利用するものであるため、酸素存在下で行う燃焼に比べ必要とする燃料が少なくて足り、しかも成形物の内部まで急速かつ確実に熱が伝わることになる（加熱の平均化）。また、炭化の対象となる製紙スラッジは、成形されているため、炭化炉１０における飛灰、煤塵の発生が抑制される。さらに、加熱温度を５００℃未満とすれば、硬度が上がらず、しかも成形物が燃焼されず揮発分のみが除去されるので、燃焼工程で均一に燃焼されることになり、硬度、白色度が均一になる。
【００１５】
成形物を炭化して得た炭化物は、輸送路３３を通して、燃焼炉、本実施の形態では、ロータリーキルン４に送り、燃焼する。この燃焼は、直接火炎を吹き込む方式の燃焼とすることも可能であるが、直接火炎を吹き込まない方式の燃焼とするのが好ましい。この燃焼方式としては、例えば、本実施の形態のように、熱風発生炉１２に重油タンク１１から、ポンプ７０によって、輸送路３５を通して、燃料としての重油を送るとともに、ファン６０によって、輸送路３６を通して、燃焼空気を送り、熱風発生炉１２内において高温ガスを生成し、この高温ガスを、輸送路４３を通して、ロータリーキルン４に送り込む方法がある。このような直接火炎を吹き込まない方式の燃焼によれば、温度コントロールが容易になり、均一に炭化物を燃焼させることができる。
【００１６】
ロータリーキルン４では、一定量の炭化物をまとめて燃焼し、燃焼灰にする。炭化物の燃焼温度は、６００〜８００℃とするのが好ましく、６５０〜７５０℃とするのがより好ましい。燃焼温度を６００℃未満にすると、燃焼が不完全となり白色度の低下をもたらす虞がある。燃焼温度を８００℃超にすると、燃焼過多となり硬度が高くなる虞がある。又、製紙スラッジとして、脱墨フロスを使用した場合は、燃焼温度を７５０℃以下とし、かつ燃焼時間を２．５〜３時間とするのが好ましい。これにより、白色度８０％以上で、しかも硬度の低い燃焼灰を得ることができる。
【００１７】
ロータリーキルン４から排出された燃焼ガスは、ロータリーキルン４出口の再燃焼炉（図示せず。）において９００℃以上で再燃焼するのが好ましい。これにより、ダイオキシン類の発生が抑制されるとともに、未燃ガス（ＣＯ）が完全燃焼される。
【００１８】
炭化物を燃焼して得た燃焼灰は、輸送路３４を通して燃焼灰貯留槽５に送る。この際、輸送路３４の途中に熱交換器を設け、燃焼灰から熱回収を図るとよい。これにより、熱の有効利用が図れる他、燃焼灰が冷却されるので、燃焼灰を後の粉砕工程に直ちに送ることができるようになる。
【００１９】
燃焼灰貯留槽５に貯留した燃焼灰は、必要に応じ、弁５１を調整して、輸送路３７を通し、乾式粉砕機、本実施の形態では、ロールクラッシャー６に送る。ロールクラッシャー６では、燃焼灰を、上下２段に配置されたロールの間に通し、粗砕する。粗砕した燃焼灰は、輸送路３８を通して、燃焼灰溶解槽７に送る。
【００２０】
燃焼灰溶解槽７には、輸送路３９を通して、水を供給し、この水に粗砕燃焼灰を溶解させる。粗砕燃焼灰の溶解は、上下２段の撹拌翼を有しモーター７ｂによって回転する撹拌装置７ａによって行う。溶解し、スラリー化した燃焼灰は、ポンプ７１によって、輸送路４０を通して、湿式粉砕機、本実施の形態では、湿式ミル８に送る。湿式ミル８では、スラリー化した燃焼灰を精砕する。本発明では燃焼灰の硬度が低く柔らかいものとなっているため、粉砕は簡易に行うことができるが、さらに本実施の形態のように、粉砕を乾式粉砕、湿式粉砕の順で行うことにより、効率的かつ迅速なものとなる。これは、粗粒域では乾式粉砕が、微粒域では湿式粉砕が機能的であることによる。
【００２１】
精砕した燃焼灰は、輸送路４１を通して分級機９に送る。分級機では、粒径が１０μｍ以下の燃焼灰と、粒径が１０μｍを超える燃焼灰とを分別する。粒径が１０μｍを超える燃焼灰は、輸送路４２を通して、燃焼灰溶解槽７に戻し、再度精砕する。粒径が１０μｍ以下の燃焼灰（粉砕物）は、顔料として本発明に係る紙の填料、あるいは塗工用顔料として使用する。粉砕物（顔料）を填料として使用する場合は、抄紙に際して使用することになるが、本発明に係る顔料は硬度が低く柔らかいものとなっているため抄紙ワイヤーの磨耗が抑えられる。
【００２２】
【実施例】
本発明は、製紙スラッジを所定の形状及び大きさに成形すること、製紙スラッジの燃焼に先立って炭化することを特徴するものであるが、このことを明らかにするために、以下の試験を行った。
【００２３】
＜試験１＞
製紙スラッジ（フロス及び初沈汚泥）、脱水汚泥（初沈汚泥を脱水設備にて５５〜６５％に脱水して得られた汚泥）、及び燃焼灰の成分を分析した。結果を、表１に示す。なお、ＮＤＩＰフロスとは新聞古紙から脱墨パルプ（ＮＤＩＰ）を製造する際にフローテーターにおいて生成されたフロスであり、ＭＤＩＰフロスとは雑誌古紙から脱墨パルプ（ＭＤＩＰ）を製造する際にフローテーターにおいて生成されたフロスであり、ＦＤＩＰフロスとは上物古紙から脱墨パルプ（ＦＤＩＰ）を製造する際にフローテーターにおいて生成されたフロスである。又、燃焼灰は、製紙スラッジを単に燃焼（燃焼温度８００℃）したものであり、成形、炭化等の処理は行っていない。
【００２４】
【表１】

【００２５】
表１より、燃焼灰は、Ａｌ₂Ｏ₃、ＳｉＯ₂を多く含んでおり、紙の填料として好適なカオリン（Ａｌ₂Ｏ₃・２ＳｉＯ₂・２Ｈ₂Ｏ）に成分が類似することが知見された。もっとも、白色度は５１．６％と低く、しかも平均粒子径が３０．１μｍと大きく、さらにワイヤー磨耗度が２９４ｍｇと著しく高いため、このままでは紙の填料として使用するに適さないことも知見された。
【００２６】
＜試験２＞
（実施例１）
試験１に示したフロスと脱水汚泥とを混合したもの２ｋｇを、直径３．５ｍｍ、長さ３０ｍｍの紐状に成形してから炭化・燃焼し、生成された燃焼灰の白色度及び硬度を調べた。炭化処理は、加熱温度を４５０℃とし２時間行った。燃焼処理は、燃焼温度を６５０℃とし２時間行った。なお評価基準は次記のとおりである。
【００２７】
「白色度」：粉体白色度計（(株)ケット科学研究所製、形式Ｃ−１００）において、７０％以上のものを○、６０％以上７０％未満のものを△、６０％未満のものを×とした。
「硬度」：プラスチックワイヤー摩耗度（日本フィルコン製、３時間）において、５０ｍｇ未満のものを○、５０ｍｇ以上１００ｍｇ未満のものを△、１００ｍｇ以上のものを×とした。
【００２８】
（実施例２〜８）
実施例１について、成形物の直径を変化させて実施例２〜８とした。
【００２９】
（比較例１〜３）
実施例１について、成形物の直径（有無）及び炭化処理の有無を変化させて比較例１〜３とした。なお、炭化処理を行わない場合は、燃焼時間を４時間とした。
【００３０】
【表２】

【００３１】
【発明の効果】
以上のとおり、本発明に係る紙の製造方法によれば、製紙スラッジから回収した顔料を内添用及び／又は塗工用の顔料として使用するとともに、得られる紙の白色度及び平滑性が高く、しかもその抄造に際して抄紙ワイヤー等の磨耗を生じさせることのないものとなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】顔料を製造するまでのフローシートである。
【符号の説明】
１…製紙スラッジ貯留槽、２…混練機、３…押出成形機、４…ロータリーキルン、５…燃焼灰貯留槽、６…ロールクラッシャー、７…燃焼灰溶解槽、８…湿式ミル、９…分級機、１０…炭化炉、１１…重油タンク、１２…熱風発生炉、３１〜４３…輸送路、５０，５１…弁、６０…ファン、７０，７１…ポンプ。

Claims

下記の顔料を、内添用及び／又は塗工用の顔料として紙を得ることを特徴とする紙の製造方法。
（１）製紙スラッジを、断面積９．６〜７１０ｍｍ ² 、長さ８〜３０ｍｍに押出成形する成形工程、
（２）成形して得た成形物を炭化する炭化工程、
（３）炭化して得た炭化物を燃焼する燃焼工程、
（４）燃焼して得た燃焼灰を平均粒径が０．１〜１０μｍとなるように粉砕する粉砕工程。
炭化工程において、成形物を無酸素条件下で６００℃未満の温度でかつ炭化させる温度で間接加熱する請求項１記載の紙の製造方法。
燃焼温度が６００〜８００℃とされた請求項１又は請求項２記載の紙の製造方法。