CN104671681A - 水泥制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明为一种水泥制造方法，其课题系对水泥之品质不造成影响，亦确保水泥制造装置之安全性，亦可避免环境负担之增加，且可以良好效率从水泥制造步骤将铅等重金属类分离。将含有20质量％之碳成份之可燃物供给至水泥窑之900℃以上、1300℃以下之区域，从该水泥窑之窑尾至最下段旋风器之窑排气路径将燃烧气体之一部分抽出，将该燃烧气体所含之粉尘集尘，从所集尘之粉尘将重金属类分离。在水泥窑之前述区域中，可以80％以上之挥发率使前述重金属类挥发。令前述可燃物之碳成份含有率为α质量％，令投入至前述水泥窑之含有前述碳成份之可燃物量为熟料生产量每1t系βkg时，宜令α及β之积为30以上、5000以下。
Description
本申请是名称为“水泥制造方法”、国际申请日为2009年2月25日、国际申请号为PCT/JP2009/053321、国家申请号为200980106622.X的发明专利申请的分案申请。
技术领域
本发明系有关于一种水泥制造方法，特别是有关于一种自水泥窑之窑尾至最下段旋风器之窑排气流路，从将燃烧气体之一部分抽出之气体所含之粉尘将铅等重金属类分离之方法。
背景技术
以往认为，由于水泥中之铅(Pb)固定化，故没有溶析至土壤。然而，随着近年之水泥制造装置之再利用资源之活用量之增加，水泥中之铅之量亦增加，正逐渐大幅超过目前之含有量。由于随着浓度增加，亦有溶析至土壤之可能性，故需将水泥中之铅浓度减低至目前之含有量程度。
又，近年来，推动废弃物之水泥原料化或燃料化之再利用，随着废弃物之处理量增加，带入至水泥窑之氯、硫黄、碱等挥发成份之量亦增加，氯旁路粉尘之产生量亦增加。氯旁路粉尘已在水泥粉碎步骤中利用，但由于预料其产生量之增加或含有铅之重金属类之水泥容许浓度之超过，故要求剩余氯旁路粉尘之利用方法的开发。
鉴于上述点，在专利文献1中为将供给至水泥制造步骤之废弃物中之氯成份及铅成份有效地分离去除而揭示一种废弃物之处理方法，其具有废弃物之水洗步骤、已过滤之固态成份之碱溶析步骤、从此滤液使铅沉淀而分离之脱铅步骤、从已脱铅之滤液使钙沉淀而分离之脱钙步骤、将此滤液加热以将氯化物析出而分离回收之氯回收步骤。
又，专利文献2记载一种废弃物之处理方法，其具有从飞灰等废弃物将铅及锌分类而去除时，将含有钙离子之溶液混合而获得泥浆后，固液分离，而获得含有锌之固态成份及含有铅之水溶液之步骤；将硫化剂添加于含有铅之水溶液后，固液分离，获得硫化铅及含有钙离子之溶液之步骤。
再者，专利文献3记载一种方法，其系为从在水泥制造步骤产生之氯旁路粉尘等回收重金属类，从水泥制造步骤分离为含重金属类粉尘，从该含重金属类粉尘将水泥窑燃烧气体之一部分抽出，将所抽出之燃烧气体所含之粉尘集尘，而去除或回收从铊、铅、硒选择之1个以上。
【专利文献1】日本专利公开公报2003-1218号
【专利文献2】日本专利公开公报2003-201524号
【专利文献3】日本专利公开公报2006-347794号
发明内容
发明所要解决的课题
然而，在上述专利文献记载之以往技术中，去除氯旁路粉尘等所含之铅等重金属类，但经由氯旁路粉尘去除至系统外之重金属类之比例仅为全体之30％左右，举例言之，即使将氯旁路粉尘中之重金属类去除100％，剩余之70％左右仍然进入至从水泥窑排出之熟料，故使水泥之重金属类含有率降低并不容易。因此，促进水泥窑内之重金属类之挥发，提高在氯旁路粉尘等之重金属类之浓缩率为重要。
举例言之，重金属类之挥发技术已知有氯挥发法及还原挥发法。然而，当将一般进行之氯化挥发法应用于水泥烧结步骤时，在水泥制造上，需投入远超过一般之量之氯。另一方面，由于应用还原挥发法，水泥之颜色呈黄色，故在水泥之品质面造成问题。
又，为了提高重金属类之挥发率，例如亦有抑制水泥窑之窑尾部之氧浓度，形成产生CO气体之气体环境，但因CO气体之产生，产生用于水泥窑之燃烧排气之集尘之电集尘机爆炸之危险，且有因CO气体排出至系统外引起之环境负担之增加之虞。
因此，本发明即是鉴于上述以往技术之问题点而发明的，其目的系在不对水泥之品质造成影响下，确保水泥制造装置之安全性，且亦避免环境负担之增加，可以良好效率从水泥制造步骤将重金属类分离。
为了解决课题之手段
本发明人等为达成上述目的，反复致力研究之结果，发现通过将碳成份含有率在预定值以上之可燃物投入至水泥窑内，可在包含该水泥窑之烧结步骤内提高重金属类的挥发率。
本发明即是根据此见解而发明的，其特征在于，将含有20质量％以上之碳成份之可燃物供给至水泥窑之900℃以上、1300℃以下之区域，在该区域中以80％以上之挥发率使重金属类挥发，从自前述水泥窑之窑尾至最下段旋风器之窑排气路径将燃烧气体之一部分抽出，将该燃烧气体所含之粉尘集尘，从所集尘之粉尘将重金属类分离。此外，碳成份系有助于燃烧之成份，可分离之重金属类系铅、锌、镉、锑、硒、砷、铊。
当将上述可燃物投入至水泥窑之不到900℃之部分时，在到达重金属类以良好效率挥发之区域前，大部分便燃烧，难以充分提高重金属类的挥发率，另一方面，当投入至1300℃以上之部分时，水泥之颜色呈黄色，故在水泥之品质面造成问题。通过向上述温度区域投入可燃物，可有效地提高在水泥窑内之窑尾部之重金属类的挥发率，通过利用氯旁路系统，提高在氯旁路粉尘之重金属类的浓缩率，可使水泥制造步骤之重金属类去除率上升。
又，在上述水泥制造方法中，令前述可燃物之碳成份含有率为α质量％，令投入至前述水泥窑之含有前述碳成份之可燃物量为熟料生产量每1t系βkg时，令α及β之积为30以上、5000以下。当α及β之积不到30时，不易充分提高重金属类之挥发率，另一方面，当α及β之积超过5000时，即使投入超过之碳成份，重金属类之挥发率仍达到最高，当以有价购入时，亦导致该可燃物之使用所需之成本之增大，故并不实际。
再者，在上述水泥制造方法中，从前述抽出之燃烧气体将粉尘集尘时，可使用干式集尘机或湿式集尘机。
在上述水泥制造方法中，当将前述可燃物供给至水泥窑之900℃以上、1300℃以下之区域时，可使用将该可燃物投入至水泥窑之窑尾、或在被以温度分解之物质包覆的状态下，投入至附设于前述水泥窑之预热器，以利用时间差分解含碳物质，或将前述可燃物从设置于水泥窑本体部之入口直接投入至窑内之任一方法。
又，在上述水泥制造方法中，令前述可燃物为从由焦炭、煤焦油沥青、轮胎、煤、无烟煤、烟煤、褐炭(lignite)、褐煤(brown coal)、石墨、难燃性塑料、酚醛树脂、呋喃树脂、热硬化性树脂、纤维素、木炭、废调色剂、混合焦炭、细焦炭、电极碎片、活性焦炭、碳化物及飞灰所含有之未燃碳构成之组选择之1个或2个以上。
再者，在上述水泥制造方法中，可将前述可燃物以造粒或/及分粒进行粒度调整后，投入至前述水泥窑内。由于当可燃物为小径时，因通过窑之气体而飞散至低温侧，故重金属类在挥发温度区域之供给量减少，无法确保有效率之挥发率。标准宜为当令可燃物粒径为dp，投入部之气体风速为Vp时，从斯托克斯之沉降速度式dx 2＝(18×μ×Vp)/((ρp-ρg)×g)求出之dx为dp＜dx时，以造粒或分粒调整粒度为dx以上之粒径。在此，μ为气体黏度，ρp为可燃物密度，ρg为气体密度，g为重力加速度。关于最大粒径，过大时，至混入水泥或形成水泥矿物之烧结带为止燃烧未结束，水泥之颜色呈黄色，有在水泥之品质面造成问题之虞，故宜为不对它们产生影响之大小。
在上述水泥制造方法中，前述可燃物之粒径可为1mm以上、50mm以下。当可燃物之粒径不到1mm时，重金属在挥发温度区域之供给量减少，无法确保有效之挥发率，另一方面，当可燃物之粒径超过50mm时，有重金属类混入至水泥或水泥之颜色呈黄色，而在水泥之品质面造成问题之虞。
发明效果
如以上所述，根据本发明，对水泥之品质不造成影响，确保水泥制造装置之安全性，亦可避免环境负担之增加，且可以良好效率从水泥制造步骤将重金属类分离。
附图说明
图1系显示用以实施本发明之水泥制造方法之装置之一例的概略图。
图2系显示附设于水泥烧结炉之氯旁路装置全体结构之流程图。
图3系显示使用电炉之铅之挥发率之试验结果之坐标图。
图4系显示本发明之水泥制造方法之试验结果之坐标图。
符号说明
1：水泥制造装置
2：水泥窑
2a：窑尾
3：煅烧炉
4：最下段旋风器
5：投入装置
10：氯旁路装置
11：抽气装置
12：冷却风扇
13：分粒机
14：集尘机
15：风扇
具体实施方式
为了实施发明的优选方式
接着，就本发明之实施方式，一面参照图式，一面说明。此外，在以下之说明中，以根据本发明实施方式将作为重金属类之一之铅分离之情形为例来说明。
图1系显示适用本发明水泥制造方法之水泥制造装置，此水泥制造装置1具有用以将可燃物C投入至水泥窑(以下简称为“窑”)2之窑尾2a(煅烧炉3及最下段旋风器4具有之端部)之投入装置5。
另一方面，如图2所示，于窑2具有氯旁路装置10，从窑2之窑尾2a至最下段旋风器4(参照图1)之窑排气流路之抽出气体在抽气装置11以冷却风扇12之冷风冷却后，导入至分粒机13，分离成粗粉粉尘、微粉及气体。粗粉粉尘返回至窑系统，含有氯化钾(KCI)等之微粉(氯旁路粉尘)以集尘机14回收。从集尘机14排出之排气经由风扇15，返回至附设于窑2之预热器或预热器之出口等排气流路。
接着，就使用上述水泥制造装置1之本发明之水泥制造方法作说明。
在图1中，于窑2之水泥烧结中，以投入装置5将可燃物C投入至窑2之窑尾2a。此可燃物C系含有碳成份20质量％以上者，可使用焦炭、煤焦油沥青、轮胎、煤、无烟煤、烟煤、褐炭、褐煤、石墨、难燃性塑料、酚醛树脂、呋喃树脂、热硬化性树脂、纤维素、木炭、废调色剂、混合焦炭、细焦炭、电极碎片、活性焦炭、碳化物及飞灰所含有之未燃碳等。将具有此种碳成份含有率之可燃物C投入之理由如下所述。
图3系显示使用电炉之铅之挥发率之试验结果之坐标图，比较在电炉内，对从水泥制造步骤采取之进入窑2前之原料(从最下段旋风器4排出之原料)1000将焦碳(固定碳87％＝α)添加50(50kg/t-cli相当＝β，α×β＝4350)而烧结的情形及仅放入从最下段旋风器4排出之原料而烧结之情形。从此图亦可明了，当放入焦炭时，在烧结温度900℃～1300℃之区域，铅之挥发率大幅上升。此温度范围相当于从窑2之窑尾2a至中央部左右。
在窑2挥发之铅在图2中，包含在以抽气装置11所抽出之气体，抽出气体在抽气装置11冷却后，导入至分粒机13，分离为粗粉粉尘、微粉及气体，微粉以集尘机14回收。在此微粉中，与铅挥发得较多相应地，铅较以往浓缩得多，故通过将此铅分离，可从水泥制造步骤以良好效率去除铅，可使在窑2中制造之水泥熟料之铅含有率降低。
【实施例】
如表1所示，实施例使用可燃物A(固定碳成份30质量％)，比较例使用可燃物B(固定碳成份17质量％)，使用投入装置5，将两者投入至窑2之窑尾2a，比较铅挥发率。
【表1】
| 实施例 | 比较例 | |
| 可燃物 | A | B |
| 发热量 | 30MJ/kg(约7,000kcal/kg) | 16MJ/kg(约4,000kcal/kg) |
| 挥发成份 | 67％ | 70％ |
| 固定碳 | 30％ | 17％ |
如表2所示，实施例系使可燃物A之投入量在3个等级变化，对各等级进行3天试验，采取进入窑2前之原料(a)及通过窑2后之熟料(制品)(b)，以下式算出铅挥发率。(1-b/a)×100％。此外，在此式中，a表示原料之铅含有率，b表示熟料之铅含有率。另一方面，比较例系使可燃物B之投入量在3个等级变化，对各等级进行3天试验，与实施例同样地测量铅挥发率。此外，在本比较例中，将可燃物A之投入量维持一定。
【表2】
由于在表2之实施例及比较例中试验时之窑2之熟料生产量均为285t/h，故可燃物A之投入量为等级1之2t/h时，2000kg/h÷285t/h＝7kg/t-cli.。因而，在实施例之等级1，7kg/t-cli.＝α，可燃物A之固定碳30％＝β时，α×β＝210。
又，同样地计算时，在实施例之等级2，3.5kg/t-cli.＝α，可燃物A之固定碳30％＝β时，α×β＝105。
于图4显示上述试验结果，从该图可知，在比较例中，等级1至3，铅挥发率无法看出变化，在实施例中，随着从等级1至等级3，亦即，随着降低可燃物A之投入量，铅挥发率逐渐降低。由此，可知，固定碳成份30质量％之可燃物之投入有助于铅挥发率之上升。
接着，如表3所示，实施例系在熟料生产量85t/h之窑2，使可燃物C(固定碳87％＝α)之投入量在4个等级变化，比较例系不于窑2投入可燃物C，采取进入窑2前之原料(a)及通过窑2后之熟料(制品)(b)，使用上述计算式，测量铅挥发率。从此表可明了，在比较例中，铅挥发率未达80％，相对于此，在实施例中，随着可燃物C之投入量之增加，铅挥发率提高。
【表3】
此外，在上述实施方式中，以投入装置5将可燃物C投入至窑2之窑尾2a，但亦可在被以温度分解之物质包覆之状态下，投入至附设于窑2之预热器，以利用时间差分解含碳物质，在投入至预热器之含碳物质达窑2之900℃以上、1300℃以下之区域时，含有20质量％以上之碳成份，可发挥与上述相同之效果。又，亦可将可燃物C从设置于窑2之本体部之入口直接投入至窑2内。
又，在上述实施方式中，例示了从氯旁路粉尘将铅分离之情形，关于铅、锌、镉、锑、硒、砷、铊亦可与以上述相同之要领分离。
Claims (5)
1.一种水泥制造方法，其特征在于，
将含有20质量％以上之碳成份之可燃物，以供给至水泥窑的可燃物的终端速度比可燃物投入部的气体风速大的方式调整可燃物的粒径，供给至水泥窑之900℃以上、1300℃以下之区域，
在该区域中以80％以上之挥发率使重金属类挥发，
从自前述水泥窑之窑尾至最下段旋风器之窑排气路径将燃烧气体之一部分抽出，
将该燃烧气体所含之粉尘集尘，
从所集尘之粉尘将重金属类分离；
令前述可燃物之碳成份含有率为α质量％，令投入至前述水泥窑之含有前述碳成份之可燃物量为在熟料生产量每1t系βkg时，令α及β之积为30以上、5000以下。
2.如权利要求1所述之水泥制造方法，其特征在于，当从前述抽出之燃烧气体将粉尘集尘时，使用干式集尘机或湿式集尘机。
3.如权利要求1或2所述之水泥制造方法，其特征在于，当将前述可燃物供给至水泥窑之900℃以上、1300℃以下之区域时，使用将该可燃物投入至水泥窑之窑尾，或在被以温度分解之物质包覆的状态下投入至附设于前述水泥窑之预热器以利用时间差分解含碳物质，或将前述可燃物从设置于水泥窑本体部之入口直接投入至窑内之任一方法。
4.如权利要求1至3中任一项所述之水泥制造方法，其特征在于，令前述可燃物为从由焦炭、煤焦油沥青、轮胎、煤、无烟煤、烟煤、褐炭(lignite)、褐煤(brown coal)、石墨、难燃性塑料、酚醛树脂、呋喃树脂、热硬化性树脂、纤维素、木炭、废调色剂、混合焦炭、细焦炭、电极碎片、活性焦炭、碳化物及飞灰所含有之未燃碳构成之组选择之1个或2个以上。
5.如权利要求1至4中任一项所述之水泥制造方法，其特征在于，前述可燃物之粒径为1mm以上、50mm以下。
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