Development of a process for production of calcium oxide from Industrial-eggshell waste via rotary kiln

Abstract

This research is the first time to investigate the synthesis of calcium oxide from industrial waste eggshell using a rotary kiln. The eggshell is calcined at a temperature of 800 °C, with a kiln tilt angle of 5 degrees. Various factor effecting on calcined product were investigated e.g. size of the eggshell, the rotational speeds of the kiln in the range of 0.5-4 RPM, and feeding rates of the eggshell in the range of 5-15% of furnace volume. As received eggshell contained of the eggshell and eggshell membrane 87.1% ± 4.2 and 12.9% ± 4.2, respectively. As received eggshell waste has an effective size of 1.25 mm. The Field Emission Scanning Electron Microscope (FESEM) found that the surface of synthetic calcium oxide had a dumbbell-liked shape. The results of X-Ray Diffraction (XRD) and Fourier transform infrared spectrophotometer (FTIR) showed that the eggshell decomposed into calcium oxide after calcined at 800 °C. However, some non-degraded calcium carbonate was found in the sample after calcination. The results from X-ray Fluorescence Spectrometry (XRF) indicates that the calcium oxide derived from eggshell without membrane and the eggshell with membrane consisted of calcium oxide with the purity of 97.9% and 94.9%, respectively. This results indicating that the calcination of the eggshell with membrane yielded calcium oxide of equivalent purity with industrial grade lime containing 94.4% calcium oxide, while calcination of the eggshell without membrane was able to yield calcium oxide of the same purity as laboratory-grade calcium oxide. However, when the eggshell was grided to size 53, 250, and 500 micrometers before calcination, the purity of calcium oxide was not different. In the study, it was found that the adjustment of the kiln rotational speed and the eggshell feeding rate did not differ in the purity of the calcium oxide was no significant difference at the confidence level at 95%, the above laboratory study was used to design industrial rotary furnaces and assessed the cost-effectiveness of eggshell calcium oxide production. Payback period 1 year and 4 months.

งานวิจัยนี้เป็นงานวิจัยแรกที่ศึกษาการสังเคราะห์แคลเซียมออกไซด์จากเปลือกไข่เหลือทิ้งอุตสาหกรรมด้วยเตาเผาแบบหมุน โดยนำเปลือกไข่ไปแคลไซน์ที่อุณหภูมิ 800 องศาเซลเซียส มุมเอียงเตาเผา 5 องศา โดยศึกษาอิทธิพลของขนาดเปลือกไข่ที่แตกต่างกัน 6 ขนาด อิทธิพลของความเร็วรอบที่แตกต่างกันในช่วง 0.5-4 RPM และอิทธิพลของอัตราการป้อนที่แตกต่างกันในช่วง ร้อยละ 5-15 ของปริมาตรเตาเผา ผลการวิเคราะห์สมบัติทางกายภาพ พบว่าเปลือกไข่เหลือทิ้งประกอบด้วยเปลือกไข่ร้อยละ 87.1 ± 4.2 และมีเยื่อเปลือกไข่ผสมร้อยละ 12.9 ± 4.2 โดยเปลือกไข่เหลือทิ้งมีขนาดประสิทธิผล (Effective Size) เท่ากับ 1.25 มิลลิเมตร เมื่อนำเปลือกไข่เหลือทิ้งไปเผาและนำวิเคราะห์ด้วยกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องกราดชนิดฟิลด์อีมิสชัน (Field Emission Scanning Electron Microscope :FESEM) พบว่าแคลเซียมออกไซด์ที่สังเคราะห์ได้มีลักษณะพื้นผิวเป็นรูพรุนและผลึกมีรูปทรงกระบอกคล้ายแท่งดัมเบลล์ ผลการวิเคราะห์ด้วยเทคนิค X-Ray Diffraction (XRD) และ Fourier transform infrared spectrophotometer (FTIR) แสดงให้เห็นว่าเปลือกไข่มีการสลายตัวเป็นแคลเซียมออกไซด์ อย่างไรก็ตามพบว่ายังมีแคลเซียมคาร์บอเนตบางส่วนที่ไม่สลายตัวปนอยู่ในตัวอย่างหลังการเผา เมื่อนำตัวอย่างวิเคราะห์หาองค์ประกอบทางเคมีด้วย X-ray Fluorescence Spectrometry (XRF) พบว่าตัวอย่างที่ไม่บดและมีการแยกเยื่อเปลือกไข่ออกก่อนที่จะนำเปลือกไข่ไปเผากับตัวอย่างที่ไม่บดและไม่มีการแยกเยื่อเปลือกไข่ก่อนนำไปเผาให้ผลผลิตแคลเซียมออกไซด์ที่มีความบริสุทธิร้อยละ 97.9 และ 94.9 ตามลำดับ แสดงให้เห็นว่าการเผาเปลือกไข่ที่ไม่มีการบดและไม่ต้องแยกเยื่อเปลือกไข่สามารถให้แคลเซียมออกไซด์ที่มีความบริสุทธิ์เทียบเท่ากับปูนขาวร้อนซึ่งมีแคลเซียมออกไซด์อยู่ร้อยละ 94.4 ขณะที่การเผาเปลือกไข่ที่ไม่มีการบดและแยกเยื่อเปลือกไข่สามารถให้แคลเซียมออกไซด์ที่มีความบริสุทธิ์ใกล้เคียงกับแคลเซียมออกไซด์เกรดห้องปฏิบัติการ อย่างไรก็ตามเมื่อนำเปลือกไข่ที่แยกเยื่อแล้วนำมาบดให้มีขนาด 53 250 และ 500 ไมโครเมตรก่อนนำไปเผาพบว่าให้แคลเซียมออกไซด์ที่มีความบริสุทธิ์ไม่แตกต่างกัน ในการศึกษายังพบอีกว่าการปรับความเร็วรอบการหมุนของเตาเผาและการอัตราการป้อนเปลือกไข่ให้ความบริสุทธิ์ของแคลเซียมออกไซด์ไม่แตกต่างกันไม่มีความแตกต่างกันอย่างมีนัยสำคัญที่ระดับความเชื่อมั่นที่ 95% การศึกษานี้ยังได้นำข้อมูลจาการศึกษาในห้องปฏิบัติการข้างต้นมาใช้ในการออกแบบเตาเผาแบบหมุนระดับอุตสาหกรรมและมีการประเมินความคุ้มทุนของการผลิตแคลเซียมออกไซด์จากเปลือกไข่พบว่ามีระยะเวลาคืนทุน 1 ปี 4 เดือน