JP2007246352A - セメント製造工程からの重金属類の除去・回収方法 - Google Patents

Abstract

【課題】セメント製造工程から鉛等の重金属類を効率よく除去又は回収し、セメント中の鉛等の重金属類の量を低減する。
【解決手段】重金属類を含有するセメント原料（廃棄物を含む）に塩素源を添加して重金属類を塩化物にし、セメント製造工程で重金属類を揮発させ、セメント製造工程内のセメントキルンの燃焼ガスの一部を抽気し、抽気ガスより重金属類を除去又は回収する。鉛の場合には、塩酸を加えて鉛を塩化鉛とし、セメントキルン内で揮発させ、揮発した塩化鉛を含むセメントキルンの燃焼ガスの一部を塩素バイパス等を介して抽気し、より多くの鉛を除去又は回収することができる。抽気ガスを冷却して回収したダストから重金属類を回収したり、抽気ガスを湿式スクラバで処理した液から重金属類を回収したり、抽気ガスに含まれるダストをスラリー化した後、浮選工程によって重金属類を回収することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、セメント製造工程からの重金属類の除去・回収方法に関し、特に、セメントキルンの排ガス流路より燃焼ガスの一部を抽気して、抽気した燃焼ガスから鉛やタリウム等の重金属を効率よく除去又は回収する方法に関する。

従来、セメント中の鉛（Ｐｂ）は、固定化され、土壌への溶解、汚染はほとんどないと考えられてきた。しかし、近年のセメント製造装置におけるリサイクル資源の活用量の増加に伴い、セメント中の鉛の量も増加してきたため、土壌汚染の危険性が懸念され、セメント中の鉛濃度の上限を規制する動きが始まっている。

また、セメント製造工程には、鉛に加え、燃料としての石炭や廃タイヤから微量のタリウム（Ｔｌ）がもたらされる。このタリウムは、沸点が低いため、セメント焼成装置のキルンからプレヒータの間で揮発し、大部分がプレヒータにおいて濃縮される。その他、亜鉛、銅、銀、カドミウム等の重金属類についても、有害であることから、セメントの重金属類含有率を低下させる試みがなされている。

上記重金属類を除去する技術として、例えば、特許文献１には、セメントキルンのキルン尻からボトムサイクロンに至るまでのキルン排ガス流路より、燃焼ガスの一部を抽気して得られた塩素バイパスダスト等の廃棄物から、鉛分、塩素分、カルシウム分を分別して回収するにあたって、薬剤の使用量を削減することなどを目的とした廃棄物の処理方法が開示されている。

この方法によれば、鉛分、カルシウム分、塩素分を含む廃棄物と、スラリー化用水とを混合してスラリーとし、スラリーを粗粒分と細粒分とに分級し、細粒分に水酸化ナトリウム等のアルカリ剤を加えた後、固液分離し、水酸化カルシウムを含む固形分と、鉛分及び塩素分を含むろ液を得て、このろ液に水硫化ソーダ等の硫化剤を添加した後、固液分離し、硫化鉛と塩素分とを含むろ液を得て、得られたろ液を前記スラリー化のための用水として用いる。

さらに、特許文献２には、塩素バイパスダスト等の鉛分を含む廃棄物と、スラリー化用水とを混合し、廃棄物中の鉛分を水中に溶出させるにあたって、鉛分の水中への溶出率を高める廃棄物の処理方法が開示されている。この方法では、鉛分を含む廃棄物とスラリー化用水とを混合してスラリーとし、スラリーのｐＨを７．０〜１１．５に調整し、かつ、酸化還元電位を４００ｍＶ以上に調整し、鉛分を含むスラリーを固液分離し、固形分と鉛分を含むろ液を得て、鉛分を含むろ液に硫化剤を添加した後、固液分離し、硫化鉛とろ液を得て、得られたろ液の一部を前記スラリー化のための用水として用いる。
特開２００３−２３６４９７号公報 特開２００３−２３６５０３号公報

しかし、上記特許文献に記載の従来技術においては、塩素バイパスダスト等に含まれる鉛分を含むスラリーを固液分離し、ろ液から鉛分を除去又は回収しているが、塩素バイパスダストから系外に除去される鉛の割合は、全体の３０％程度に過ぎず、たとえ、塩素バイパスダスト中の鉛を１００％除去したとしても、残りの７０％程度は、依然としてセメントキルンから排出されるクリンカに取り込まれるため、セメントの鉛含有率を低下させるのは容易ではないという問題があった。また、鉛以外の他の重金属類についても同様の問題があった。

そこで、本発明は、上記従来の技術における問題点に鑑みてなされたものであって、セメント製造工程から、鉛、タリウム等の重金属類を効率よく除去又は回収する方法等を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明は、セメント製造工程からの重金属類の除去方法であって、重金属類を含有するセメント原料（廃棄物を含む）に塩素源を添加して前記重金属類を塩化物にし、セメント製造工程で前記重金属類を揮発させ、該セメント製造工程内のセメントキルンの燃焼ガスの一部を抽気して前記重金属類を除去することを特徴とする。

そして、本発明によれば、塩素源を添加して塩化物の形態とした重金属類を、セメント製造工程で揮発させ、揮発した重金属類を含むセメントキルンの燃焼ガスの一部を抽気することにより、セメント製造工程からより多くの重金属類を効率よく除去することができる。これによって、セメントキルンから排出されるクリンカに取り込まれる重金属類の量が低下し、セメントの重金属類含有率を低減することができる。

また、本発明は、セメント製造工程からの重金属類の回収方法であって、重金属類を含有するセメント原料に塩素源を添加して前記重金属類を塩化物にし、セメント製造工程において前記重金属類を揮発させ、該セメント製造工程内のセメントキルンの燃焼ガスの一部を抽気し、該抽気ガスより前記重金属類を回収することを特徴とする。

本発明によれば、塩素源を添加して塩化物の形態とした重金属類を、セメント製造工程において揮発させ、揮発した重金属類を含むセメントキルンの燃焼ガスの一部を抽気して重金属類を回収するため、セメント製造工程からより多くの重金属類を効率よく回収することができる。

前記セメント製造工程からの重金属類の回収方法において、前記抽気ガスを冷却して回収したダストから、前記重金属類を回収することができる。また、前記回収方法において、前記抽気ガスを湿式スクラバで処理した液から前記重金属類を回収してもよい。さらに、前記回収方法において、前記抽気ガスに含まれるダストをスラリー化した後、浮選工程によって前記重金属類を回収してもよい。

前記セメント製造工程からの重金属類の除去方法又は回収方法において、前記セメント原料は、セメント製造工程内を循環する重金属類を含有することができる。例えば、塩素バイパスダスト、キルンＥＰダストがこのセメント原料に該当する。

また、前記重金属類の除去方法又は回収方法において、前記セメント原料を、焼却灰を水洗脱塩した後のケーキとすることができる。これによって焼却灰から塩素を水洗除去すると同時に、セメント製造工程からより多くの重金属類を効率よく回収することができる。

さらに、前記重金属類の除去方法又は回収方法において、前記重金属類を、鉛、タリウム、ルビジウム、亜鉛、銅、銀又はカドミウムとすることができ、塩素源を添加することによりセメント製造工程において揮発し、セメントキルンの燃焼ガスの一部から回収することのできる重金属類を除去又は回収することができる。

また、前記重金属類の除去方法又は回収方法において、前記塩素源を、塩酸、廃塩酸又は塩素ガスとすることができる。

さらに、本発明は、重金属類の除去装置であって、重金属類を含有するセメント原料に塩素源を添加する塩素源添加装置と、塩化物にした前記重金属類を揮発させたセメント製造装置内のセメントキルンの燃焼ガスの一部を抽気する抽気装置とを備えることを特徴とする。この装置によって、上述のように、セメント製造工程からより多くの重金属類を効率よく除去し、セメントの重金属類含有率を低減することができる。

また、本発明は、重金属類の回収装置であって、重金属類を含有するセメント原料に塩素源を添加する塩素源添加装置と、塩化物にした前記重金属類を揮発させたセメント製造装置内のセメントキルンの燃焼ガスの一部を抽気する抽気装置と、抽気したセメントキルンの燃焼ガスから前記重金属類を回収する重金属類回収装置とを備えることを特徴とする。この装置によって、上述のように、セメント製造工程からより多くの重金属類を効率よく回収することができる。

以上説明したように、本発明によれば、セメント製造工程から重金属類を効率よく除去又は回収することができ、セメントの鉛等の重金属類の含有率を低下させることなどが可能となる。

次に、本発明の実施の形態として、重金属類を含有するセメント原料として、都市ゴミ焼却灰等の焼却灰を用い、この焼却灰に含まれる鉛をセメント製造工程から除去・回収する場合を例にとって説明する。

図１は、本発明にかかる重金属類除去・回収装置の一実施の形態を示し、この重金属類除去・回収装置１は、プレヒータ１２と、セメントキルン１３とを備えたセメント製造装置１１に付設され、焼却灰Ａを水洗した後、固液分離を行い、ケーキＣ１とろ液Ｆ１とに分離する第１の水洗装置２と、ケーキＣ１に塩素源としての塩酸（ＨＣｌ）を添加する第１の塩酸添加装置３と、セメントキルン１３の燃焼ガスの一部を抽気する抽気装置として機能する塩素バイパス設備４と、塩素バイパス設備４で回収された塩素バイパスダストＤを水洗した後、固液分離を行い、ケーキＣ２とろ液Ｆ２とに分離する第２の水洗装置５と、ケーキＣ２に塩酸を添加する第２の塩酸添加装置６とを備える。

第１の水洗装置２は、例えば、受け入れた焼却灰Ａを温水と混合してスラリー化するための溶解槽と、溶解槽から排出されたスラリーを固液分離するためのベルトフィルタ等で構成される。第１の水洗装置２によって分離されたろ液Ｆ１には、焼却灰Ａに含まれる水溶性塩素化合物が溶解して除去され、セメント製造装置１１に供給されるケーキＣ１には、ろ液Ｆ１に溶解しなかった鉛が含まれる。

第１の塩酸添加装置３は、第１の水洗装置２からのケーキＣ１に含まれる鉛に塩酸を添加して塩化鉛（ＰｂＣｌ₂）に変化させ、セメント製造装置１１において揮発させるために備えられる。

第２の水洗装置５は、第１の水洗装置２と同様に、塩素バイパス設備４からの塩素バイパスダストＤを温水と混合してスラリー化するための溶解槽と、溶解槽から排出されたスラリーを固液分離するためのベルトフィルタ等で構成される。第２の水洗装置５によって分離されたろ液Ｆ２には、塩素バイパスダストＤに含まれる水溶性塩素化合物が溶解して除去され、セメント製造装置１１に供給されるケーキＣ２には、ろ液Ｆ２に溶解しなかった鉛が含まれる。

第２の塩酸添加装置６は、第２の水洗装置５からのケーキＣ２に含まれる鉛に塩酸を添加して塩化鉛に変化させ、セメント製造装置１１において揮発させるために備えられる。

次に、上記構成を有する重金属類除去・回収装置１の動作について図１を参照しながら説明する。

都市ゴミ処理設備等から受け入れた焼却灰Ａのうち、飛灰は１０〜２０％の塩素分を含むため、セメント原料としてリサイクルするにあたって事前に塩素分を除去する必要がある。そこで、第１の水洗装置２を用い、焼却灰Ａに含まれる水溶性塩素化合物を水洗除去する。水洗後、ろ液Ｆ１に溶解した水溶性塩素化合物は、図示しない排水処理設備等によって処理される。

一方、水溶性塩素化合物が除去されたケーキＣ１は、セメント製造装置１１に供給されるが、ケーキＣ１には、上述のように、ろ液Ｆ１に溶解しなかった鉛が含まれる。そこで、第１の塩酸添加装置３からケーキＣ１に塩酸を添加し、ケーキＣ１中の鉛を塩化鉛に変化させた後、セメント製造装置１１に供給する。

セメント製造装置１１に供給されたケーキＣ１は、プレヒータ１２を経てセメントキルン１３において、プレヒータ１２に供給された通常のセメント原料Ｒとともに焼成される。その際、塩化鉛は、融点が５０１℃、沸点が９５０℃であるため、セメントキルン１３内で揮発し、セメントキルン１３の燃焼ガスとともにプレヒータ１２側へと移動する。そこで、塩素バイパス設備４において、セメントキルン１３の燃焼ガスの一部を抽気し、抽気ガスを冷却して得られた塩素バイパスダストＤを第２の水洗装置５において水洗し、塩素バイパスダストＤに含まれる塩化鉛及び水溶性塩素化合物をろ液Ｆ２側に水洗除去し、分離されたケーキＣ２をセメント製造装置１１に戻す。

セメント製造装置１１に戻されるケーキＣ２には、第２の水洗装置５においてろ液Ｆ２に溶解しなかった鉛が含まれているため、第２の塩酸添加装置６にからケーキＣ２に塩酸を添加し、ケーキＣ２中の鉛を塩化鉛に変化させた後、セメント製造装置１１に供給する。

セメント製造装置１１に供給されたケーキＣ２は、上記ケーキＣ１の場合と同様に、プレヒータ１２を経てセメントキルン１３において焼成される際に、セメントキルン１３内で揮発し、セメントキルン１３の燃焼ガスとともにプレヒータ１２側へと移動する。そこで、塩素バイパス設備４において、セメントキルン１３の燃焼ガスの一部を抽気し、抽気ガスを冷却して得られた塩素バイパスダストＤを第２の水洗装置５において水洗し、塩素バイパスダストＤに含まれる塩化鉛及び水溶性塩素化合物をろ液Ｆ２側に水洗除去し、分離されたケーキＣ２をセメント製造装置１１に戻す。以後、このステップを繰り返す。

以上のように、本実施の形態においては、第１の塩酸添加装置３及び第２の塩酸添加装置６によって塩酸を添加することにより、ケーキＣ１及びケーキＣ２に含まれる鉛をセメントキルン１３において揮発しやすい塩化鉛に変化させるため、より多くの鉛を塩素バイパス設備４を経て第２の水洗装置５で除去、回収することができる。これにより、セメント製造装置１１のプレヒータ１２から排出されるクリンカＣＬに取り込まれる鉛の量が低下し、セメントの鉛含有率を低減することができる。

尚、上記実施の形態においては、塩素バイパス設備４で回収された塩素バイパスダストを水洗することにより鉛を回収したが、塩素バイパス設備４による抽気ガスを湿式スクラバで処理し、処理液から鉛を回収することもできる。また、塩素バイパス設備４によって抽気した燃焼ガスに含まれるダストをスラリー化した後、浮選工程によって鉛を回収することもできる。

また、上記実施の形態においては、塩素バイパス設備４で回収された塩素バイパスダストから鉛を回収したが、塩素バイパス設備４のように、セメントキルン１３のキルン尻からプレヒータ１２のボトムサイクロンに至るまでのキルン排ガス流路より燃焼ガスの一部を抽気するのではなく、プレヒータ１２における他のキルン排ガス流路より燃焼ガスの一部を抽気するようにしてもよい。

さらに、上記実施の形態においては、重金属類を含有するセメント原料として、都市ゴミ焼却灰等の焼却灰を用い、焼却灰に含まれる鉛をセメント製造工程から除去・回収する場合について説明したが、焼却灰以外の廃棄物、及びセメントの製造工程において通常使用される原料についても本発明を適用することができる。

また、本発明によってセメント製造工程から除去・回収することのできる重金属類は、鉛に限定されることなく、表１に示すように、タリウム、ルビジウム、亜鉛、銅、銀又はカドミウム等、塩酸等の塩素源を添加することにより、セメント製造工程において塩化物として揮発し、セメントキルンの燃焼ガスの一部から回収することのできる重金属類を除去又は回収することができ、塩素源についても、塩酸の他、廃塩酸、塩素ガス等を用いることができる。

本発明にかかる重金属類除去・回収装置の一実施の形態を示すフローチャートである。

符号の説明

１ 重金属類除去・回収装置
２ 第１の水洗装置
３ 第１の塩酸添加装置
４ 塩素バイパス設備
５ 第２の水洗装置
６ 第２の塩酸添加装置
１１ セメント製造装置
１２ プレヒータ
１３ セメントキルン

Claims (11)

1. 重金属類を含有するセメント原料に塩素源を添加して前記重金属類を塩化物にし、セメント製造工程で前記重金属類を揮発させ、該セメント製造工程内のセメントキルンの燃焼ガスの一部を抽気して前記重金属類を除去することを特徴とするセメント製造工程からの重金属類の除去方法。
2. 重金属類を含有するセメント原料に塩素源を添加して前記重金属類を塩化物にし、セメント製造工程で前記重金属類を揮発させ、該セメント製造工程内のセメントキルンの燃焼ガスの一部を抽気し、該抽気ガスより前記重金属類を回収することを特徴とするセメント製造工程からの重金属類の回収方法。
3. 前記抽気ガスを冷却して回収したダストから、前記重金属類を回収することを特徴とする請求項２に記載のセメント製造工程からの重金属類の回収方法。
4. 前記抽気ガスを湿式スクラバで処理した液から、前記重金属類を回収することを特徴とする請求項２に記載のセメント製造工程からの重金属類の回収方法。
5. 前記抽気ガスに含まれるダストをスラリー化した後、浮選工程によって前記重金属類を回収することを特徴とする請求項２に記載のセメント製造工程からの重金属類の回収方法。
6. 前記セメント原料は、前記セメント製造工程内を循環する重金属類を含有することを特徴とする請求項１又は２乃至５のいずれかに記載のセメント製造工程からの重金属類の除去方法又は回収方法。
7. 前記セメント原料は、焼却灰を水洗脱塩した後のケーキであることを特徴とする請求項１又は２乃至５のいずれかに記載のセメント製造工程からの重金属類の除去方法又は回収方法。
8. 前記重金属類が、鉛、タリウム、ルビジウム、亜鉛、銅、銀又はカドミウムであることを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載のセメント製造工程からの重金属類の除去方法又は回収方法。
9. 前記塩素源が、塩酸、廃塩酸又は塩素ガスあることを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載のセメント製造工程からの重金属類の除去方法又は回収方法。
10. 重金属類を含有するセメント原料に塩素源を添加する塩素源添加装置と、
    塩化物にした前記重金属類を揮発させたセメント製造装置内のセメントキルンの燃焼ガスの一部を抽気する抽気装置とを備えることを特徴とする重金属類の除去装置。
11. 重金属類を含有するセメント原料に塩素源を添加する塩素源添加装置と、
    塩化物にした前記重金属類を揮発させたセメント製造装置内のセメントキルンの燃焼ガスの一部を抽気する抽気装置と、
    抽気したセメントキルンの燃焼ガスから前記重金属類を回収する重金属類回収装置とを備えることを特徴とする重金属類の回収装置。

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