製紙工場における一般的なスケール堆積物の識別と洗浄方法

水は製紙工場で最も多く使用される原材料の一つです。しかし、水には様々な懸濁物質、コロイド、微生物、ガス、溶解イオンが含まれており、これらはしばしば生産上の課題を引き起こします。中でもスケール形成は最も頻繁に発生し、深刻な問題の一つとなっています。

1. 製紙システムにおける一般的なスケールの種類

製紙工程において、スケールは一般にソフトスケールとハードスケールに分類されます。

• ソフトスケールは、有機物、無機粒子、微生物からなる緩い堆積物です。通常、熱交換器や冷却システムの入口など、水の流れが遅い場所に形成されます。
• 水中の無機塩の濃度が溶解度を超えると、硬いスケールが形成され、装置の表面に結晶化して堆積します。

時間が経つと、無機物含有量の多いソフトスケールが硬化してハードスケールになり、除去が困難になる場合があります。

2. 製紙工場スケール堆積物の主成分

代表的なコンポーネントは次のとおりです。

• 炭酸カルシウム（CaCO₃） – 最も一般的
• シュウ酸カルシウム
• 硫酸カルシウム
• リン酸カルシウム
• シリカ（SiO₂）
• ケイ酸マグネシウム
• 水酸化アルミニウム
• 酸化鉄

これらはさまざまな割合で混合されることがよくありますが、1 つの化合物が優勢な場合は、スケールはその主成分によって呼ばれます (例:「炭酸カルシウムスケール」)。

3. スケール付着物の識別方法

スケールの種類を特定することは、適切なスケール除去および洗浄戦略を選択する上で非常に重要です。最も正確な方法は実験室での分析ですが、予備試験によっても役立つ知見が得られます。

スケールタイプ	色圏	識別方法
炭酸カルシウム/シュウ酸カルシウム	白または灰白色	5% HCl を加える: 発泡 = CaCO₃; 発泡なし/弱い = シュウ酸
硫酸カルシウム	黄白色または白色	5% HCl を加えると、ほとんど泡立ちません。BaCl₂ を加えると、白色沈殿物（CaSO₄）が生成します。
ケイ酸塩スケール	灰白色	HClには不溶、加熱すると部分的に溶解、HFには完全に溶解
酸化鉄	褐色がかった	HClではゆっくり溶解し、HNO₃ではより速く溶解します。得られた溶液は黄色/緑色です。

4. 製紙におけるスケール除去方法

スケールの種類を確認した後、長期的なスケール防止対策を実施する前に、通常は清掃が行われます。

製紙工場のスケール処理には、主に化学洗浄と物理洗浄の 2 つの方法が使用されます。

• 化学洗浄: 酸またはアルカリを使用してスケールを溶解します。
• 物理的洗浄: 機械的な力を使用して堆積物を破壊して除去します。

一般的な化学洗浄剤:

• 有機酸：スルファミン酸、酢酸、クエン酸、EDTA
• 無機酸: HCl、HNO₃、H₂SO₄、H₃PO₄、HF

酸性洗浄は主に H⁺ イオンに依存しますが、酸性アニオン (HF の F⁻ など) も重要な役割を果たすことがあります。たとえば、HF は他の酸では除去できないシリカスケールを溶解するのに効果的です。

重要な考慮事項：

• 酸の前に必ず腐食防止剤を加えてください
• 機器材料との適合性を評価する
• 浸透性を高めるために界面活性剤や湿潤剤（アルキルベンゼンスルホン酸ナトリウムなど）の添加を検討する

クリーニングの推奨事項の例:

• シュウ酸カルシウムまたはリン酸スケールの場合：室温で1.0～3.5％のHClを使用する
• ステンレス鋼またはアルミニウム製の機器の場合：アルカリ性EDTA溶液（pH >10、温度 >60°C）を使用してください。

5. 溶解性試験と洗浄効果の評価

初回洗浄の前に、スケール溶解性試験を実施し、適切な薬剤の選択を確認することをお勧めします。洗浄中：

• 化学物質の濃度を監視する
• 完全なフローカバレッジを確保する
• 安全性監視に腐食クーポンを使用する

清掃後の評価では次の点に重点を置きます。

• スケール除去効果
• 洗浄中の腐食制御
• パッシベーションフィルムの品質と耐久性