JP2007260503A

JP2007260503A - 焼成物の製造方法

Info

Publication number: JP2007260503A
Application number: JP2006086150A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Ozu; 博小津; Katsushi Ono; 勝史小野; Norihiko Misaki; 紀彦三崎
Original assignee: Taiheiyo Cement Corp
Current assignee: Taiheiyo Cement Corp
Priority date: 2006-03-27
Filing date: 2006-03-27
Publication date: 2007-10-11

Abstract

【課題】クロムを含有する原料を用いても、６価クロム量を低減できる焼成物の製造方法を提供する。
【解決手段】産業廃棄物、一般廃棄物及び建設発生土から選ばれる１種以上を含有する原料をロータリーキルンを用いて焼成し、該焼成物をロータリークーラーで可燃物を供給して冷却し、その後、焼成物を400℃以下になるまで40℃/min以上の冷却速度で冷却する焼成物の製造方法。
40℃/min以上の冷却速度で冷却する方法としては、エアークエンチングクーラーを用いて冷却する方法、焼成物を水中に落下させて冷却する方法や焼成物に散水して冷却する方法が好ましい。

Description

本発明は、クロムを含有する原料を用いた焼成物の製造において、６価クロム量を低減できる焼成物の製造方法に関する。

わが国では、経済成長、人口の都市部への集中に伴い、産業廃棄物や一般廃棄物等が急増している。従来、これらの廃棄物の大半は、焼却によって十分の一程度に減容化して埋め立て処分されているが、近年、埋め立て処分場の残余容量が逼迫していることから、新しい廃棄物処理方法の確立が緊急課題になっている。この課題に対処するため、セメント産業では、産業廃棄物や一般廃棄物等を原料として、セメント混和材、セメントや、骨材用等の焼成物が製造されている（例えば、特許文献１）。

しかしながら、産業廃棄物や一般廃棄物等には、微量のクロムが含まれており、これらを原料として焼成物を製造すると、得られる焼成物中に６価クロムが含まれることになる。このような焼成物を、骨材等として使用した場合、焼成物中に含まれる６価クロムが、水質汚染、土壌汚染等を引き起こす可能性があるため、６価クロム量を低減させることが望まれている。
特開２００４−２１５５号公報

従って、本発明の目的は、クロムを含有する原料を用いても、６価クロム量を低減できる焼成物の製造方法を提供することにある。

本発明者らは、斯かる実情に鑑み、種々検討した結果、クロムを含有する原料をロータリーキルンを使用して焼成した後、特定の方法によって冷却すれば、６価クロム量が低減された焼成物が得られることを見出し、本発明を完成した。

すなわち、本発明は、産業廃棄物、一般廃棄物及び建設発生土から選ばれる１種以上を含有する原料をロータリーキルンを使用して焼成し、該焼成物を可燃物を供給して冷却し、その後、焼成物を400℃以下になるまで40℃/min以上の冷却速度で冷却することを特徴とする焼成物の製造方法である。

本発明の製造方法で製造される焼成物は、クロムを含む原料を用いても、６価クロム量が低減されているものである。このため、この焼成物をコンクリート用の骨材、路盤材、埋め戻し材、アスファルト用の骨材、盛土材、充填材等に用いても、６価クロムの溶出が抑制され、環境負荷が低減される。
また、本発明で製造される焼成物は、産業廃棄物、一般廃棄物等を原料として使用することができるので、廃棄物の有効利用の促進にも貢献することができる。

以下、図面を参照しつつ本発明の焼成物の製造方法を説明する。
図１は、本発明で使用する焼成物の製造設備の一例を示す断面図である。図１においては、プレヒーター４を付設したロータリーキルン１の排出口にロータリークーラー２が設けられ、該ロータリークーラー２の排出口にエアークエンチングクーラー３が設けられる構造を有するものである。
なお、ロータリーキルンは、プレヒーター以外に、排気系にサイクロン等の原料循環予熱設備、廃熱ボイラー、粉砕設備、乾燥設備、集塵設備等を付設していても良い。また、窯尻にリフターを備えているものや、ロータリーキルンの内径を途中で窄めたり、広げるなどの加工を加えたものであっても良い。

本発明では、まず、産業廃棄物、一般廃棄物及び建設発生土から選ばれる１種以上を含有する原料をロータリーキルン１を用いて焼成する。産業廃棄物としては、例えば、生コンスラッジ、各種汚泥（例えば、下水汚泥、浄水汚泥、建設汚泥、製鉄汚泥等）、建設廃材、コンクリート廃材、ボーリング廃土、各種焼却灰（例えば、石炭灰、焼却飛灰、溶融飛灰等）、鋳物砂、ロックウール、廃ガラス、高炉２次灰等が挙げられる。一般廃棄物としては、例えば、下水汚泥乾粉、都市ごみ焼却灰、貝殻等が挙げられる。建設発生土としては、例えば、建設現場や工事現場等から発生する土壌や残土、更に廃土壌などが挙げられる。
また、本発明においては、焼成物の原料として、石灰石、生石灰、消石灰等のCaO原料、珪石、粘土等のSiO₂原料、粘土等のAl₂O₃原料、鉄滓、鉄ケーキ等のFe₂O₃原料などを使用することができる。
これらのうち、産業廃棄物、一般廃棄物、建設発生土、粘土、鉄滓にはクロムが多く含まれるものがある。

焼成においては、まず、前記原料を水硬率（H.M.）が、好ましくは1.5未満、より好ましくは0.9以下となるように混合する。水硬率が1.5以上では、原料としての廃棄物等の使用量が低下する傾向にある。
原料の化学組成としては、CaOが0〜60質量％、特に20〜45質量％であるのが好ましく；SiO₂が15〜60質量％、特に20〜50質量％であるのが好ましく；Al₂O₃が5〜25質量％、特に10〜25質量％であるのが好ましく；Fe₂O₃が1〜10質量％、特に1〜8質量％であるのが好ましい。

原料等の混合は、ナウターミキサー、エアーブレンデングサイロ等の公知の混合機を用いて行うことができ、連続式、バッチ式のいずれでも良い。
なお、粒度の粗い原料を用いる場合や、混合度を高めたい場合は、チューブミル等の粉砕を伴うものを使用することもでき、公知の粉砕機であれば、連続式、バッチ式のいずれを用いることもできる。粉砕混合時間は、経済性や混合性から、概ね30分〜1時間程度が好ましく、使用する設備に応じて、適宜設定すれば良い。

混合された原料は、20mm以下、好ましくは10mm以下の粉状及び／又は粒状の状態で、ロータリーキルン１に投入し、造粒しながら焼成する。

原料は、粉状のままロータリーキルン１に投入することができるが、野外ホッパーからベルトフィーダーを介してキルンに送入する場合など、発塵や周辺環境に配慮が必要な場合、あるいはハンドリング面において問題を生じさせる可能性がある場合は、原料粉末を20mm以下の粒状に整粒して、ロータリーキルン１に投入しても良い。
この際、整粒にパンペレタイザーや押し出し成形機を用いることもできるが、これらは習熟された技能を必要とすることや、設備コストの観点から好ましくなく、例えば、パグミルやスクリューフィーダーを使用し、原料輸送経路、あるいは整粒中の原料に直接散水するのが、設備を簡素にでき、特別な技能も必要としないことから好ましい。また、整粒物の粒子径のコントロールは、散水量で調整することができ、最適な散水量は、原料粉末の粉末度や含水量によって異なるため、整粒物の状態を見ながら、適宜調節するのが好ましい。

原料粉末の整粒物は、粒径が20mm以下であれば、どのような形状でも良く、整粒ののち、解砕や分級にて20mm以下に調整したものを用いても良い。整粒物の粒径が20mm以下であれば、内部まで均質に焼成することができるので好ましい。

ロータリーキルン１を用いた焼成は、1000〜1500℃、特に1150〜1350℃で行うのが好ましく、所望の焼成物の品質（絶乾密度、吸水率等）を勘案して、適宜調整すれば良い。
なお、焼成温度が1000℃未満では、十分な焼成が行われず、原料が造粒されないまま排出される憂いがあり好ましくなく、1500℃を超えると、原料が溶融してしまい、運転に支障をきたすため好ましくない。

燃料としては、重油、微粉炭、再生油、ＬＰＧ、ＮＰＧ等の一般に用いられているものであれば、単独又は混合して使用することができ、所定の焼成温度になるよう、焚き込み量を調整する。近年、セメントキルンにおいては、廃プラスチック、廃タイヤ、廃木材や肉骨粉などが、燃料代替として用いられているが、これらを燃料の一部に用いても良い。

ロータリーキルン１での焼成時間は、経済性の観点から概ね15〜120分とするのが好ましく、所定品質の焼成物が得られるよう、適宜調整すれば良い。また、焼成時のロータリーキルン内のＯ₂分圧は、特に制限されず、一般的な焼成範囲である1〜12％に調整すれば良い。

ロータリーキルン１で焼成された焼成物は、可燃物を供給して冷却する。可燃物を供給して焼成物を冷却することにより、焼成物中の６価クロムが３価クロムに還元され、焼成物中の６価クロム量を低減することができる。
可燃物を供給しての冷却は、ロータリークーラー、エアークエンチングクーラーなどを使用して行うことができるが、本発明においては、ロータリークーラーを使用することが好ましい。

焼成物は、好ましくは1000℃以上、より好ましくは1100℃以上でロータリークーラー２に投入し、可燃物を供給して、好ましくは1分以上、より好ましくは3分以上冷却する。
焼成物のロータリークーラー２への投入温度が、1000℃未満では、焼成物中の６価クロム量を低減する効果が低下するので好ましくない。冷却時間が1分未満でも、焼成物中の６価クロム量を低減する効果が低下するので好ましくない。

焼成物を1000℃以上でロータリークーラー２へ投入するためには、ロータリーキルン１の焼成温度が最大となる位置をロータリークーラー２側に近づけて、焼成物がロータリーキルン１内で冷却されるのを防げばよい。具体的には、キルンバーナー６の位置をロータリークーラー２側に移動する、ロータリーキルン１内の風速を低くする、燃料の細粒化、液体燃料若しくは高揮発固体燃料の使用による燃焼性の向上、キルンバーナー６の改造、キルンバーナー６の内外流圧調整等により行うことができる。

ロータリークーラー２内に可燃物を供給する場合、可燃物は、焼成物の投入口側から供給してもよいし、焼成物の排出口側から供給してもよい。
可燃物としては、各種の固体燃料、可燃性固体廃棄物、液体燃料及びこれらの混合物などが挙げられる。具体的には、各種コークス、各種石炭、プラスチック、廃タイヤ、廃木材、都市ゴミ等の廃棄物を圧縮・固形化した廃棄物固形塊、重油スラッジ、液体燃料などである。
なお、可燃物は、該可燃物中の炭素の酸化や燃焼により、焼成物がロータリークーラーから排出されるまで焼成物周辺に還元雰囲気が形成される大きさと量である必要がある。

可燃物を焼成物の投入口側から供給する場合、可燃物の平均粒径は0.05〜100mmのものが好ましく、1〜50mmのものがより好ましい。可燃物の平均粒径が0.05mm未満では、燃焼速度が速く焼成物周辺を還元雰囲気に保つことが困難となり、その結果、焼成物中の６価クロム量を低減する効果が低くなるので好ましくない。可燃物の平均粒径が100mmを超えると、未燃焼の可燃物の残存量が多くなるので好ましくない。
可燃物を焼成物の投入口側から供給する場合、可燃物の供給量は、焼成物100質量部に対して、0.1〜20質量部が好ましく、0.5〜5質量部がより好ましい。可燃物の供給量が0.1質量部未満では、焼成物周辺を還元雰囲気に保つことが困難となり、その結果、焼成物中の６価クロム量を低減する効果が低くなるので好ましくない。可燃物の供給量が20質量部を超えると、未燃焼の可燃物の残存量が多くなったり、冷却不良や発熱による溶融が生じるので好ましくない。

可燃物を焼成物の排出口側から供給する場合、平均粒径が細かい（0.02〜1mmのものが好ましく、0.05〜0.5mmのものがより好ましい）可燃物、若しくは燃焼速度が速い可燃物（プラスチック、廃タイヤ、液体燃料など）を噴霧するのが好ましい。前記以外の可燃物では、未燃焼の可燃物の残存量が多くなるうえ、焼成物周辺を還元雰囲気に保つことが困難となり、その結果、焼成物中の６価クロム量を低減する効果が低くなるので好ましくない。なお、燃焼速度が速い可燃物は、平均粒径0.25〜2.5mmのものを使用することができる。
可燃物を焼成物の排出口側から供給する場合、可燃物の供給量は、焼成物100質量部に対して、0.1〜10質量部が好ましく、0.5〜5質量部がより好ましい。可燃物の供給量が0.1質量部未満では、焼成物周辺を還元雰囲気に保つことが困難となり、その結果、焼成物中の６価クロム量を低減する効果が低くなるので好ましくない。可燃物の供給量が10質量部を超えると、未燃焼の可燃物の残存量が多くなるので好ましくない。

なお、ロータリークーラーを使用して焼成物を600℃以下まで冷却しようとすると、極めて長いロータリークーラーが必要となり実用的でないので、ロータリークーラーでの冷却は、焼成物が600℃以下になるまで行うことは好ましくない。

ロータリークーラー２で冷却された焼成物は、その後、400℃以下になるまで40℃/min以上の冷却速度で冷却する。該焼成物の400℃までの冷却速度が遅いと、焼成物中の３価クロムが、空気中の酸素により６価クロムに酸化されるので好ましくない。一方、焼成物の温度が400℃以下になると、焼成物中の３価クロムが空気中の酸素により６価クロムに酸化される可能性は極めて小さくなるので、400℃以下になるまでは40℃/min以上の冷却速度で冷却することが好ましい。
なお、400℃以下まで冷却された後の焼成物の冷却速度は、特に限定するものではない。

焼成物を40℃/min以上の冷却速度で冷却する方法としては、図１に示すように、エアークエンチングクーラー３を使用して冷却する方法の他、焼成物を水中に落下させて冷却する方法や焼成物に散水して冷却する方法などが挙げられる。
ここで、エアークエンチングクーラーは、焼成物がクーラーグレート９上を移動しており、この下部に、複数個の空気室10があり、冷却空気がこれらの空気室からクーラーグレートの孔を通って供給され焼成物を冷却するもので、冷却空気量を調整することにより、焼成物を400℃以下になるまで40℃/min以上の冷却速度で冷却することが可能になる。

本発明で製造される焼成物は、絶乾密度が1.0〜3.0g/cm³、特に1.2〜2.8g/cm³、更に1.5〜2.8g/cm³であるのが好ましい。この範囲内であれば、コンクリート用の骨材、路盤材、埋め戻し材、アスファルト用の骨材、盛土材、充填材として好適に使用することができる。

本発明の焼成物は、コンクリート用の骨材、路盤材、埋め戻し材、アスファルト用の骨材、盛土材、充填材として使用する場合は、24時間吸水率が0.1〜15％であるのが好ましい。また、直径5〜10mmの焼成物の圧壊荷重が0.2kN以上、特に0.4kN以上、更に0.5kN以上であるか、又は直径10〜15mmの焼成物の圧壊荷重が0.5kN以上、特に0.7kN以上、更に0.9kN以上であるのが好ましい。

次に、実施例を挙げて本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらに何ら制限されるものではない。

実施例１
（１）焼成物の製造：
原料として、石灰石及び表１に示す建設発生土、石炭灰を使用し、水硬率が0.5、0.8、1.1になるよう配合し、該原料を、130m³のエアーブレンディングサイロに投入し、エアーによる曝流混合を各々６時間行った。
続いて、得られた各原料を、図１に示すロータリークーラー２及びエアークエンチングクーラー３を付設したロータリーキルン１に１ton/hで投入し、滞留時間が60分となる条件で、1150〜1250℃で焼成した。焼成後、焼成物を1000〜1150℃でロータリークーラー２に投入し、可燃物(平均粒径1.6mmの石炭コークス)を焼成物の投入口側から30kg/hで供給しながら5分間で700℃まで冷却し、その後、エアークエンチングクーラー３で400℃になるまでは50℃/minの冷却速度で冷却し、引き続きエアークエンチングクーラー３で冷却して焼成物を製造した。

（２）焼成物の評価：
得られた焼成物を、目開き5、10、15mmの篩い分けし、5〜15mmの焼成物について、絶乾密度、吸水率を、JIS A 1110に準拠して測定した。また、土木学会基準の高強度フライアッシュ人工骨材の圧壊荷重試験方法に準拠して、10〜15mmの焼成物の圧壊荷重を測定した。さらに、焼成物中のクロム含有量を、JCAS I-51により前処理後、ICP発光分析分析法により測定した。また、環境省告示46号法に準拠した焼成物からのCr⁶⁺の溶出量を測定した。
その結果を表２に示す。

表２より、本発明の製造方法で製造した焼成物は、Cr⁶⁺の溶出量が少ないことが分かる。また、該焼成物は、高強度で且つ低吸水率の焼成物であることが分かる。従って、本発明の製造方法で製造した焼成物は、コンクリート用の骨材、路盤材、埋め戻し材、アスファルト用の骨材、盛土材、充填材等として好適に使用することができる。

比較例１
（１）焼成物の製造：
実施例１で調製した水硬率が0.8の原料を、エアークエンチングクーラーのみを付設したロータリーキルンに１ton/hで投入し、滞留時間が60分となる条件で、1200〜1230℃で焼成した。焼成後、焼成物をエアークエンチングクーラーで冷却して焼成物を製造した。

（２）焼成物の評価：
得られた焼成物中のクロムの含有量、焼成物からのCr⁶⁺の溶出量を実施例１と同様に測定した。
その結果、クロム含有量は80(mg/kg)、Cr⁶⁺の溶出量は0.67(mg/L)であった。

本発明で使用する焼成物の製造設備の一例を示す断面図である。

符号の説明

１ロータリーキルン
２ロータリークーラー
３エアークエンチングクーラー
４プレヒーター
５窯尻
６キルンバーナー
７焼成物投入口
８可燃物
９クーラーグレート
10 空気室

Claims

産業廃棄物、一般廃棄物及び建設発生土から選ばれる１種以上を含有する原料をロータリーキルンを使用して焼成し、該焼成物を可燃物を供給して冷却し、その後、焼成物を400℃以下になるまで40℃/min以上の冷却速度で冷却することを特徴とする焼成物の製造方法。
可燃物を供給しての冷却をロータリークーラーを使用して行う請求項１記載の焼成物の製造方法。
焼成物を1000℃以上でロータリークーラーに投入する請求項２記載の焼成物の製造方法。
40℃/min以上の冷却速度での冷却をエアークエンチングクーラーを使用して行う請求項１〜３のいずれか１項記載の焼成物の製造方法。
40℃/min以上の冷却速度での冷却を焼成物を水中に落下させる又は焼成物に散水することで行う請求項１〜３のいずれか１項記載の焼成物の製造方法。
焼成物の水硬率(H.M.)が、1.5未満である請求項１〜５のいずれか１項記載の焼成物の製造方法。