JP2005320218A - セメント原料の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 原料である廃棄物中に塩素と、塩化物を形成し易い重金属及び塩化物を形成し難い重金属の両者とが含まれていたとしても、それらを高効率で除去して品質の高いセメント原料を製造する方法を提供する。
【解決手段】 塩素と重金属（化合物の形態を含む。）とを含有する廃棄物を１０００℃以上、廃棄物の融点未満の温度で加熱し、重金属のうち塩化物を形成し易い易塩化性重金属を塩化物にして揮発させるとともに、重金属のうち塩化物を形成し難い難塩化性重金属を還元処理によって還元して揮発させる。
【選択図】 なし

Description

本発明は、塩素及び重金属を含有する廃棄物を原料とした高品質のセメント原料の製造方法に関する。

近年、セメント原料の製造において、焼却灰等の廃棄物を原料として使用する機会が増えているが、これらの廃棄物には塩素や重金属が高濃度で含まれていることがある。製造されるセメント原料中にこれらの塩素や重金属が多量に残存すると、セメント原料の品質が低いものとなるため、廃棄物中から塩素及び重金属を除去する必要がある。

そこで、かかる塩素及び重金属の除去方法として、焼成又は加熱時に、廃棄物中の塩素と重金属とを結合させ、重金属塩化物として揮発させることが提案されている（特許文献１，２）。
特開２００１−５４７７５号公報 特開平１１−２３９７７４号公報

しかし、特許文献１に記載の方法では、重金属の種類が鉛に限定されており、鉛以外の重金属が廃棄物中に含まれていた場合には、その重金属がセメント原料中に残存してしまう可能性がある。

また、特許文献２に記載の方法では、塩化し難い重金属、例えば亜鉛等を塩化物として揮発・除去することは容易ではなく、したがって、かかる重金属を多く含む廃棄物をそのまま原料に使用することは難しく、原料の一部として使用するに留めざるを得なかった。

本発明は、このような実状に鑑みてなされたものであり、原料である廃棄物中に塩素と、塩化物を形成し易い重金属及び塩化物を形成し難い重金属の両者とが含まれていたとしても、それらを高効率で除去して品質の高いセメント原料を製造する方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、塩素と重金属（化合物の形態を含む。本明細書にて同じ。）とを含有する廃棄物を１０００℃以上、前記廃棄物の融点未満の温度で加熱し、前記重金属のうち塩化物を形成し易い易塩化性重金属を塩化物にして揮発させるとともに、前記重金属のうち塩化物を形成し難い難塩化性重金属を還元処理によって還元して揮発させることを特徴とするセメント原料の製造方法を提供する（請求項１）。

上記発明（請求項１）によれば、塩素、易塩化性重金属及び難塩化性重金属を同時に高い効率で除去して品質の高いセメント原料を製造することができる。

上記発明（請求項１）において、廃棄物中に含まれる塩素の量が化学当量比において易塩化性重金属の量よりも多い場合には、アルカリ金属及び易塩化性重金属の合計量が化学当量比において廃棄物中に含まれる塩素の量の１．２倍以上となるように、前記廃棄物にアルカリ金属を含む脱塩剤を添加することが好ましい（請求項２）。

上記発明（請求項２）によれば、易塩化性重金属と結合しない余剰の塩素をアルカリ金属と結合させ、アルカリ金属塩化物として揮発させることができる。

上記発明（請求項２）においては、前記脱塩剤として、アルカリ金属含有廃棄物を前記廃棄物に添加してもよい（請求項３）。

上記発明（請求項１〜３）において、廃棄物の融点が１０００℃以下である場合には、前記加熱を行う前に、前記廃棄物の融点が１０００℃を超えるように前記廃棄物の融点を上昇させる処理を行うことが好ましい（請求項４）。

上記発明（請求項１〜４）においては、前記還元処理を、廃棄物への還元剤の添加により行ってもよいし（請求項５）、廃棄物へのバーナー火炎の放射により行ってもよい（請求項７）。また、前記還元剤として、可燃性廃棄物を前記廃棄物に添加してもよい（請求項６）。

本発明のセメント原料の製造方法によれば、原料である廃棄物中に塩素と、塩化物を形成し易い重金属及び塩化物を形成し難い重金属の両者とが含まれていたとしても、それらを高効率で、しかも同時に除去して品質の高いセメント原料を製造することができる。

以下、本発明の一実施形態について説明する。
本実施形態に係るセメント原料の製造方法においては、原料として、塩素と、重金属とを含有する廃棄物を使用することができ、重金属には、塩化物を形成し易い易塩化性重金属と、塩化物を形成し難い難塩化性重金属との両者が含まれていてもよい。塩化物を形成し易い易塩化性重金属としては、例えば、鉛及び銅が挙げられ、塩化物を形成し難い難塩化性重金属としては、例えば、亜鉛が挙げられる。

廃棄物中における塩素及び重金属の濃度は高くてもよく、例えば、廃棄物中における塩素の濃度は３〜１０質量％程度であってもよいし、廃棄物中における重金属の濃度は１〜２０質量％程度であってもよい。

上記のような廃棄物としては、例えば、焼却灰、焼却飛灰、溶融飛灰、建設混合廃棄物等を使用することができる。なお、廃棄物は、必要に応じて事前に粉砕等しておいてもよい。

本実施形態では、後述するように難塩化性重金属を還元する必要があり、その還元処理は、廃棄物への還元剤の添加、あるいはキルン内における廃棄物へのバーナー火炎の放射によって行うことができ、さらにはキルン内を高還元雰囲気にすることによっても行うことができる。それらの還元処理は、適宜組み合わせて行うこともできる。

還元剤によって還元処理を行う場合、還元剤としては、炭素系還元剤を使用するのが好ましい。炭素系還元剤としては、例えば、コークス、石炭、木炭、活性炭等が挙げられるが、廃木材、廃プラスチック等の可燃性廃棄物を用いることもでき、その場合には廃棄物利用の観点から好ましい。なお、還元剤による重金属の還元は、直接還元であってもよいし、間接還元であってもよい。

廃棄物に対する還元剤の添加量は、廃棄物に含まれる難塩化性重金属を還元することのできる量であればよく、難塩化性重金属の含有量に応じて適宜調整すればよいが、還元処理を還元剤の添加のみによって行う場合には、通常、廃棄物に対して５〜３０質量％程度であることが好ましく、特に２０質量％程度であることが好ましい。

ここで、廃棄物中に含まれる塩素の量が化学当量比において易塩化性重金属の量よりも多い場合には、アルカリ金属及び易塩化性重金属の合計量が化学当量比において廃棄物中に含まれる塩素の量の１．２倍以上となるように、アルカリ金属を含む脱塩剤を廃棄物に添加することが好ましい。このように脱塩剤を添加することによって、廃棄物中に含まれる塩素量が易塩化性重金属と結合する塩素量よりも多い場合であっても、セメント原料中に塩素を残存させることなく、高品質のセメント原料を得ることができる。

アルカリ金属としては、通常ナトリウム又はカリウムが選択される。かかるアルカリ金属を含む脱塩剤としては、例えば、ソーダ灰、苛性ソーダ、アルカリ長石、炭酸カリウム、水ガラス等が挙げられるが、廃ガラス、建設混合廃棄物等のアルカリ金属含有廃棄物を用いることもでき、その場合には廃棄物利用の観点から好ましい。

また、廃棄物は、後述するように１０００℃以上、廃棄物の融点未満の温度で加熱するため、廃棄物の融点が１０００℃以下である場合には、廃棄物の融点が１０００℃を超えるように廃棄物の融点を上昇させる必要がある。

廃棄物の融点を上昇させる処理としては、例えば、事前に廃棄物を水洗処理し、廃棄物の融点を降下させる原因となる塩化物の量を低減させる方法、カルシウム等の融点を上昇させる物質を廃棄物に添加する方法等が挙げられる。後者の場合に使用することのできるカルシウムの形態としては、例えば、石灰石、消石灰、生石灰等が挙げられ、その添加量は、廃棄物に対して１０〜５０質量％程度であるのが好ましい。

以上のように、必要に応じて前処理し又は還元剤、脱塩剤、カルシウム等を添加した廃棄物（＝原料）は、ペレット化するのが好ましい。ペレット化は、例えば造粒機を使用して行うことができ、ペレットの形状は、球状、円柱状、角柱状のいずれであってもよい。このように原料をペレット化することにより、原料を高密度化して効率良く処理に付することができる。

本実施形態では、上記原料を１０００℃以上、好ましくは１２００℃以上、原料の融点未満の温度で加熱する。この加熱にはロータリーキルンを使用するのが好ましい。加熱温度が１０００℃未満であると、難塩化性重金属の還元が進行せず、一方、加熱温度が原料の融点以上になると、重金属（易塩化性重金属・難塩化性重金属）及び塩素の揮発が不十分となり、またセメント原料の回収率も極端に低下する。

加熱時間は、廃棄物に含まれる塩素及び重金属の量に応じて適宜調整すればよいが、通常は３０分〜２時間とするのが好ましい。

上記加熱によって、易塩化性重金属は塩素と結合して塩化物となって揮発し、難塩化性重金属は、還元剤、バーナー火炎の放射等によって還元されて金属単体となって揮発し、その金属単体は、排ガス中で酸化されて金属酸化物となる。そして、塩素が過剰に存在した場合には、その塩素はアルカリ金属と結合してアルカリ金属塩化物となって揮発する。

上記加熱によって得られた焼成物がセメント原料となる。このセメント原料における塩素及び重金属の濃度は低く、高品質のものとなっている。具体的には、セメント原料中の塩素濃度は１０００ｐｐｍ以下となり得、廃棄物中に含まれていた重金属の８０質量％以上は除去される。かかる高品質のセメント原料は、セメント工場にて大量に処理することができる。

なお、廃棄物から揮発・除去された重金属は、浸出処理が容易な塩化物又は酸化物の形態で回収することができるため、湿式処理装置により容易に山元還元が可能である。

以上のとおり、本実施形態に係るセメント原料の製造方法によれば、塩素及び重金属の含有量の多い廃棄物、それも多様な重金属を含む廃棄物であっても、その廃棄物から高品質のセメント原料を得ることができる。

また、本実施形態に係るセメント原料の製造方法によれば、脱塩素処理と脱重金属処理とを単一のロータリーキルンで行うことができるため、廃棄物処理のための設備費を低く抑えることができる。

以下、実施例を示して本発明を具体的に説明するが、本発明は下記の実施例に何ら限定されるものではない。

〔実施例１，２〕
（１）原料の調製
焼却飛灰と溶融飛灰とを２：１の質量比で混合し、得られた混合物中に含まれる塩素量が３質量％以下になるように混合物を水洗し、乾燥機で乾燥した後、ロールクラッシャーで粗砕した。得られた粗砕物１００質量部に対して活性炭２０質量部を添加し、ミルで混合し粉砕した。得られた粉砕物１００質量部に対して水６質量部を加えてレディゲミキサーで造粒し、乾燥機で乾燥した後、５ｍｍの篩いを通過させ造粒物を得た。得られた造粒物を二分し、一方はそのまま原料として使用し（実施例１）、他方には造粒物に対し２０質量％の脱塩剤（建設混合廃棄物）を添加して原料とした（実施例２）。なお、実施例１の原料は、アルカリ金属及び易塩化性重金属の合計量が、化学当量比において原料中に含まれる塩素の量の１．１５倍であったのに対し、実施例２の原料は、アルカリ金属及び易塩化性重金属の合計量が、化学当量比において原料中に含まれる塩素の量の１．４１倍であった。
表１に、原料及び脱塩剤の組成を示す。

（２）焼成物の製造
実験用ロータリーキルン（φ３５０ｍｍ×Ｌ３２００ｍｍ）を用いて、焼成の最高温度１２００℃、原料送入量１５ｋｇ／ｈ、ロータリーキルン内滞留時間４５分の条件下で原料を焼成した。得られた焼成物の組成を分析した。
なお、原料及び焼成物の組成分析には、蛍光Ｘ線分析装置（株式会社リガク製，商品名：ＺＳＸ−１００ｅ）を使用した。
表２に、焼成物の組成分析の結果を示す。

表２に示すように、両焼成物はともに鉛の含有率が０．０質量％となった。また、実施例２の脱塩剤添加原料から得られた焼成物は、塩素の含有率が０．０質量％となった。さらに、両焼成物はともに亜鉛の含有率が低下していることが明らかとなった。なお、実施例１の脱塩剤無添加原料からの焼成物に比して、実施例２の脱塩剤添加原料からの焼成物中の亜鉛濃度は０．２質量％と多いものの、亜鉛濃度０．５質量％（５０００ｐｐｍ）以下であれば、実用上問題はないと考えられる。

したがって、本実施例によれば、重金属（易塩化性重金属・難塩化性重金属）及び塩素の含有率の低い、高品質セメント原料を得ることができた。特に実施例２の脱塩剤添加原料によれば、塩素の含有率のより低い、高品質セメント原料を得ることができた。

〔実施例３，比較例１〕
（１）原料の調製
実施例１，２において使用した焼却飛灰とは異なる焼却飛灰を用いた他は、実施例１，２と同様にして原料を調製した。なお、原料中のアルカリ金属量は十分に多かったため、脱塩剤は添加しなかった。
表３に、得られた原料の組成を示す。

（２）焼成物の製造
焼成の最高温度条件を１１９０℃（実施例３）及び９９０℃（比較例１）とする以外は、実施例１，２と同様の条件下で焼成物を得、得られた焼成物の組成分析を行った。
表４に、得られた焼成物の組成を示す。

表４に示すように、比較例１の最高温度条件が９９０℃である焼成物に比して、実施例３の１１９０℃の焼成物は、鉛、塩素及び亜鉛の含有率が低かった。したがって、１０００℃以上の温度条件下で原料を焼成することにより、重金属（易塩化性重金属・難塩化性重金属）及び塩素の含有率の低い、高品質セメント原料を得られることが明らかとなった。

本発明に係るセメント原料の製造方法は、塩素及び重金属の含有量の多い廃棄物からの高品質セメント原料の製造に有用であり、廃棄物の有効利用に貢献できる。

Claims (7)

1. 塩素と重金属（化合物の形態を含む。以下同じ。）とを含有する廃棄物を１０００℃以上、前記廃棄物の融点未満の温度で加熱し、前記重金属のうち塩化物を形成し易い易塩化性重金属を塩化物にして揮発させるとともに、前記重金属のうち塩化物を形成し難い難塩化性重金属を還元処理によって還元して揮発させることを特徴とするセメント原料の製造方法。
2. 廃棄物中に含まれる塩素の量が化学当量比において易塩化性重金属の量よりも多い場合、アルカリ金属及び易塩化性重金属の合計量が化学当量比において廃棄物中に含まれる塩素の量の１．２倍以上となるように、前記廃棄物にアルカリ金属を含む脱塩剤を添加することを特徴とする請求項１に記載のセメント原料の製造方法。
3. 前記脱塩剤として、アルカリ金属含有廃棄物を前記廃棄物に添加することを特徴とする請求項２に記載のセメント原料の製造方法。
4. 廃棄物の融点が１０００℃以下である場合、前記加熱を行う前に、前記廃棄物の融点が１０００℃を超えるように前記廃棄物の融点を上昇させる処理を行うことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のセメント原料の製造方法。
5. 前記還元処理を、廃棄物への還元剤の添加により行うことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のセメント原料の製造方法。
6. 前記還元剤として、可燃性廃棄物を前記廃棄物に添加することを特徴とする請求項５に記載のセメント原料の製造方法。
7. 前記還元処理を、廃棄物へのバーナー火炎の放射により行うことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のセメント原料の製造方法。