石膏焼成生成物の処理方法

本発明は、石膏焼成生成物の調節方法、特に、焼成生成物の半水和物含量を増加させる方法に関する。

石膏(硫酸カルシウム二水塩)は、天然由来の原料または排煙脱硫の合成の副生成物として入手可能である。石膏ボードなどの石膏含有製品の製造は、典型的には、 温度結晶化の化学結合した水を追い出すために、約150℃超の温度で硫酸カルシウム二水塩(CaSO₄.2H₂O)を焼成プロセスにかけ、主に硫酸カルシウム半水和物(CaSO₄.1/2H₂O)を含む焼成生成物(スタッコとしても既知)を得るステップと; スタッコを水と混合してスラリーを得、スラリーを所定の形状に注型するステップと; スタッコを固めて固体生成物を得るステップと、を備える。この段階の間に、硫酸カルシウム半水和物は再水和して、二水塩結晶が得られる。

一般に、焼成により形成されたスタッコは、硫酸カルシウム半水和物に加えて、他の相を含む。特に、スタッコは、無水石膏(CaSO₄)を含有し得る。この形態の硫酸カルシウムは、化学結合した水分子を有さず、スタッコスラリーの固化時間および/または水要求量に悪影響を与えることから、望ましくない。

それ故に、スタッコ中の無水石膏の濃度を低減することが望ましい。

したがって、最も一般的には、本発明は、焼成したスタッコ生成物内の半水和物相の割合を増加させる調節処理を提供し得る。より詳細には、調節処理は、湿潤環境にて、焼成温度未満の温度で、焼成した生成物を加熱処理するステップを含む。

そのような調節処理が、スタッコの水要求量を低減するのに役立ち得ることが見出された。さらに、処理の結果、スタッコの比表面積が減少し得、水和プロセスの初期段階においてスラリーの流動性を保持しつつ、スタッコスラリーの全体の硬化時間を低減するのに役立ち得ることが見出された。

さらに、調節処理中のスタッコ内の二水塩粒子の存在が、無水石膏粒子の濃度を低減するのを助け得ることが見出された。これは、二水塩粒子から化学結合した水分子が放出され、次いで、これらの水分子が、無水石膏粒子の半水和物粒子への変換を促進するのに利用可能であることによるものと考えられる。調節プロセス中のスタッコ内の二水塩粒子の存在は、蒸気のスタッコへの導入などの他の方法よりも湿度の分布を良好なものとすると考えられる。

特に、調節処理中にスタッコ粒子の高いかさ密度を維持することによって、無水石膏相の半水和物への転換が促進され得ることが見出された。この高い圧縮度は、粒子間の水分子の交換を促進するのに役立つと考えられる。

したがって、第1の態様では、本発明は、スタッコを調節する方法であって、 硫酸カルシウム半水和物および/または無水石膏、並びに硫酸カルシウム二水塩を含むスタッコ粒子を反応槽に供給するステップと、 少なくとも100℃の温度、少なくとも70%の湿度でスタッコ粒子を調節するステップと、を備え、 スタッコ粒子を調節するステップの間、反応槽内のスタッコ粒子のかさ密度が少なくとも1g/cm³であることを特徴とする方法を提供し得る。

好ましくは、反応槽内のスタッコ粒子のかさ密度が少なくとも1.5g/cm³、より好ましくは少なくとも2g/cm³である。

反応槽内で粒子を静的に保持することによって、スタッコ粒子のかさ密度が高いものとなる。先のスタッコを調節する方法(例えば、米国特許出願公開第2012/0060723号明細書および米国特許出願公開第2011/0150750号明細書に記載されているものなど)は、スタッコがプロセスガスに同伴されること、例えば流動化されることを要した。したがって、スタッコのかさ密度は、本発明でのものよりはるかに低く、例えば約0.7〜0.9g/cm³であった。

典型的には、調節時間は少なくとも30分、好ましくは少なくとも1時間である。

典型的には、処理温度は少なくとも130℃である。一般に、スタッコ粒子を処理するステップの間の反応槽内の圧力は2bar未満である。

一般に、反応槽に供給されたスタッコ粒子は、無水石膏を含む。典型的には、これは、無水石膏の可溶型である無水石膏IIIの形態である。無水石膏IIIは、70wt%までの量で存在してもよい。しかしながら、無水石膏IIIの量は、好ましくは15wt%より少ない。典型的には、無水石膏の量は、10wt%より多い。

典型的には、反応槽に供給されたスタッコ粒子は、硫酸カルシウム二水塩を、3wt%超、好ましくは5wt%超の量で含む。典型的には、硫酸カルシウム二水塩の量は、20wt%未満、好ましくは10wt%未満である。

スタッコ中に存在する硫酸カルシウム二水塩粒子は、石膏材料の不完全な焼成(例えば、より少ない焼成時間またはより低い温度)から生じ得る。本発明の方法の代替例では、硫酸カルシウム二水塩は、焼成したスタッコに別々に添加してもよい。

典型的には、スタッコは、槽の内部容積の少なくとも80%、好ましくは85%を満たす量で、反応槽に供給される。すなわち、反応槽内のスタッコのかさ容積(隣接したスタッコ粒子間の隙間を含む)は、槽の内部容積の少なくとも80%、好ましくは少なくとも85%である。

以下、単なる例示として本発明を説明する。

実施例1〜5 石膏(硫酸カルシウム二水塩)を、焼成釜中で、190℃の温度で約1時間焼成した。焼成後、更なる石膏(硫酸カルシウム二水塩)焼成生成物に添加して、石膏に富む焼成生成物を得た。次に、この混合物を蒸気圧槽に移した。蒸気圧槽を密封し、130℃のオーブン内に4時間置いて、スタッコを調節した。この処理の後すぐに、調節したスタッコを金属バケツに入れ、冷却した。

表1は、蒸気圧槽での調節の前後の石膏に富む焼成生成物の無水石膏含量、二水塩含量、水要求量および比表面積を示す。各実施例は、異なるグレードの石膏から調製され、各石膏のグレードのd50値を表に示した。

比表面積をBETで測定した。

表1で示されるように、調節処理は、スタッコ中の無水石膏および二水塩の濃度を低減し、さらに、水要求量および比表面積を低減する。

実施例6および7、比較実施例1 石膏(硫酸カルシウム二水塩)を、焼成釜中で、190℃の温度で約1時間焼成して、焼成生成物を得た。焼成後、更なる石膏(硫酸カルシウム二水塩)を、焼成生成物の5wt%に相当する量で焼成生成物に添加して、石膏に富む焼成生成物を得た。次に、この混合物を蒸気圧槽に移した。蒸気圧槽を密封し、オーブン中で2時間置いてスタッコを調節した。この処理の後すぐに、調節したスタッコを金属バケツに入れ、冷却した。

表2は、オーブン温度の関数として、調節したスタッコの無水石膏含量、二水塩含量、水要求量および比表面積を示す。直接の焼成生成物についての対応するパラメータ(すなわち、石膏に富まない)も参考のために記載する。

比表面積をBETで測定した。

実施例8〜10、比較実施例1 石膏(硫酸カルシウム二水塩)を、焼成釜中で、190℃の温度で約1時間焼成して、焼成生成物を得た。焼成後、更なる石膏(硫酸カルシウム二水塩)を、直接の焼成生成物8wt%に相当する量で焼成生成物に添加して、石膏に富む焼成生成物を得た。次に、この混合物を蒸気圧槽に移した。蒸気圧槽を密封し、130℃のオーブン内に置いて、スタッコを調節した。この処理の後すぐに、調節したスタッコを金属バケツに入れ、冷却した。

表3は、調節時間の関数として、調節したスタッコの無水石膏含量、二水塩含量、水要求量および比表面積を示す。直接の焼成生成物についての対応するパラメータ(すなわち、石膏に富まない)も参考のために記載する。

実施例11〜13、比較実施例1 石膏(硫酸カルシウム二水塩)を、焼成釜中で、190℃の温度で約1時間焼成して、焼成生成物を得た。焼成後、更なる石膏(硫酸カルシウム二水塩)を焼成生成物に添加して、石膏に富む焼成生成物を得た。次に、この混合物を蒸気圧槽に移した。蒸気圧槽を密封し、130℃のオーブン内に2時間置いて、スタッコを調節した。この処理の後すぐに、調節したスタッコを金属バケツに入れ、冷却した。

表4は、石膏に富むレベルの関数として、調節したスタッコの無水石膏含量、二水塩含量、水要求量および比表面積を示す。直接の焼成生成物についての対応するパラメータ(すなわち、石膏に富まない)も参考のために記載する。

実施例14〜16、比較実施例1 石膏(硫酸カルシウム二水塩)を、焼成釜中で、190℃の温度で約1時間焼成して、焼成生成物を得た。焼成後、更なる石膏(硫酸カルシウム二水塩)を焼成生成物に添加して、石膏に富む焼成生成物を得た。次に、この混合物を蒸気圧槽に移した。蒸気圧槽を密封し、130℃のオーブン内に4時間置いて、スタッコを調節した。この処理の後すぐに、調節したスタッコを金属バケツに入れ、冷却した。

表5は、石膏に富む焼成生成物で蒸気圧槽を満たした程度の関数として、調節したスタッコの無水石膏含量、二水塩含量、水要求量および比表面積を示す。直接の焼成生成物についての対応するパラメータ(すなわち、石膏に富まない)も参考のために記載する。

実施例17および18、比較実施例1 石膏(硫酸カルシウム二水塩)を、焼成釜中で、190℃の温度で約1時間焼成して、焼成生成物を得た。焼成後、更なる石膏(硫酸カルシウム二水塩)を焼成生成物に添加して、石膏に富む焼成生成物を得た。次に、この混合物を蒸気圧槽に移した。蒸気圧槽を密封し、130℃のオーブン内に1時間置いて、スタッコを調節した。この処理の後すぐに、調節したスタッコを金属バケツに入れ、冷却した。

表6は、蒸気槽内の圧力の関数として、調節したスタッコの無水石膏含量、二水塩含量、水要求量および比表面積を示す。直接の焼成生成物についての対応するパラメータ(すなわち、石膏に富まない)も参考のために記載する。