JP2008143728A - セメント製造工程からの鉛回収方法及び回収装置 - Google Patents

Abstract

【課題】セメントの品質に影響を与えずに、セメントの鉛含有率を効率よく低下させる。
【解決手段】セメント焼成設備に付設され、投入された鉛含有原料中の鉛を還元揮発させる還元焼成炉２と、還元焼成炉２の排ガスから鉛を回収する鉛回収手段３とを備える鉛回収装置。還元焼成炉２の還元雰囲気を利用して鉛含有原料Ｍ中の鉛を揮発させ、揮発した鉛を鉛回収手段３で回収することにより、セメント製造工程から効率よく鉛を回収する。鉛回収手段３は、還元焼成炉２の排ガス中のダストを集塵する乾式又は湿式の集塵手段を備えてもよい。還元焼成炉２の熱源として、セメント焼成設備の排ガスを抽気し、還元焼成炉２に導入してもよく、プレヒータの最下段サイクロン１２から排出された原料等、温度が８００℃以上の原料の一部を還元焼成炉４２に供給してもよい。還元焼成炉の還元剤として、木屑等の可燃性廃棄物を有効利用することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、セメント製造工程からの鉛回収方法及び回収装置に関し、特に、セメントの品質に影響を与えることなく、セメントの鉛含有率をより効率よく低下させることのできる方法及び装置に関する。

従来、セメント中の鉛（Ｐｂ）は固定化されるため、土壌への溶出はないと考えられてきた。しかし、近年のセメント製造工程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、これまでの含有量を大幅に上回りつつある。濃度増加に伴い土壌への溶出の可能性もあるため、セメント中の鉛濃度をこれまでの含有量程度まで低減する必要がある。

そこで、セメント中の鉛濃度を低減する技術として、例えば、特許文献１には、セメント製造工程に供給される廃棄物中の塩素分及び鉛分を効果的に分離除去するため、廃棄物の水洗工程と、濾別した固形分のアルカリ溶出工程と、この濾液から鉛を沈澱させて分離する脱鉛工程と、脱鉛した濾液からカルシウムを沈澱させて分離する脱カルシウム工程と、この濾液を加熱して塩化物を析出させて分離回収する塩分回収工程とを有する廃棄物の処理方法が開示されている。

また、特許文献２には、飛灰等の廃棄物から鉛等を分別して除去するにあたって、カルシウムイオンを含む溶液を混合してスラリーを得た後、固液分離して、亜鉛を含む固形分と、鉛を含む水溶液とを得る工程と、鉛を含む水溶液に硫化剤を添加した後、固液分離して、硫化鉛と、カルシウムイオンを含む溶液とを得る工程等を含む廃棄物の処理方法が記載されている。

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除去しているが、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。そこで、セメントキルン内の鉛の揮発を促進し、塩素バイパスダスト等の中への鉛の濃縮率を高めることが重要である。

鉛揮発技術には、塩化揮発法と還元揮発法が知られている。しかし、還元揮発法の場合には、残渣中の残留金属の問題により、炉内の温度を１３００℃程度として滞留時間を数時間とかなり長くする必要があり、低濃度の鉛や亜鉛等の処理には、処理コストの面で問題があった。一方、塩化揮発法の場合には、塩素がセメント製造工程やセメントの品質に悪影響を及ぼすため、セメント焼成に適用するのは技術的に困難な状況にある。

そこで、本出願人は、特願２００６−２８８８４８（以下、「先願」という）において、セメントの品質に影響を与えずに、セメントの鉛含有率を効率よく低下させることのできる方法を提案した。

この方法を実施するための装置の一つとして、図４に示すように、セメントキルン５０の窯尻５０ａ側（仮焼炉５２及び最下段サイクロン５３が備えられている端部側）に、粉状又はスラリー状の燃料又は可燃物を含む原料（以下、適宜「燃料等」という）Ｆをセメントキルン５０内に噴射するためのノズル５１を備える装置が提案されている。

このノズル５１には、燃料等Ｆの供給装置（不図示）と、ノズル５１に供給された燃料等Ｆをセメントキルン５０内に噴射するための噴射装置（不図示）が備えられ、ノズル５１に供給された燃料等Ｆをセメントキルン５０の奥まで供給することができる。

一方、セメントキルン５０には、図５に示すように、塩素バイパス設備が備えられ、セメントキルン５０の窯尻から最下段サイクロンに至るまでのキルン排ガス流路からの抽気ガスは、プローブ６１において冷却ファン６２からの冷風によって冷却された後、分級機６３に導入され、粗粉ダストと、微粉ダスト及びガスとに分離される。粗粉ダストは、セメントキルン系に戻され、塩化カリウム（ＫＣｌ）等を含む微粉ダスト（塩素バイパスダスト）は、集塵機６４で回収される。尚、集塵機６４から排出された排ガスは、排気ファン６５を経て大気へ放出される。

上記システムを用い、まず、図４において、ノズル５１を用いて燃料等Ｆを、セメントキルン５０の内径（相対向する耐火物表面間の距離）をＤ、セメントキルン５０の窯尻５０ａ側から長手方向にセメントキルン内部に向かう距離をＬとした場合に、Ｌ／Ｄが０以上１２以下の領域に噴射する。

上記領域は、セメントキルン５０内の原料温度が８００〜１１００℃の領域であり、ノズル５１から燃料等Ｆを噴射してこの領域を還元雰囲気にすると、鉛の揮発率が大幅に上昇する。

セメントキルン５０で揮発した鉛を含むガスは、図５において、プローブ６１によって抽気されて冷却された後、分級機６３に導入され、粗粉ダストと、微粉ダスト及びガスとに分離され、微粉ダストが集塵機６４で回収される。この微粉ダストには、セメントキルン５０内で鉛がより多く揮発した分、従来よりも鉛が多く濃縮されている。そこで、この鉛を回収することによりセメントキルン５０で製造されるセメントの鉛含有率を低下させることができる。

特開２００３−１２１８号公報 特開２００３−２０１５２４号公報

上記のように、先願に記載の方法によって、セメントの鉛含有率を従来より低下させることは可能であるが、将来セメント焼成設備に供給される原料の鉛濃度が増加したり、鉛を多く含有する廃棄物のセメント製造工程での処理量が増加する場合等に備え、セメントの鉛含有率をより効率よく低下させることのできる技術が求められていた。

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、セメントの品質に影響を与えることなく、セメントの鉛含有率をより効率よく低下させ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鉛回収方法であって、セメント焼成設備に付設した還元焼成炉に鉛含有原料を投入して鉛を還元揮発させ、該還元焼成炉の排ガスから鉛を回収することを特徴とする。

そして、本発明によれば、還元焼成炉の還元雰囲気を利用して鉛含有原料中の鉛を揮発させ、揮発した鉛を還元焼成炉の排ガスから回収することにより、セメント製造工程から効率よく鉛を回収することができ、これによって、該セメント製造工程で製造されるセメントの鉛含有率を低減することができる。さらに、この方法によれば、セメントの品質に影響を与えることもない。

前記セメント製造工程からの鉛回収方法において、前記排ガス中のダストを集塵することができ、集塵したダストから鉛を回収することができる。

前記セメント製造工程からの鉛回収方法において、前記集塵を行う前に前記排ガスに大気を混入することにより、該排ガスの温度を低下させるとともに、鉛を酸化してヒューム（鉱物性ダスト）としてより回収し易くすることができる。

前記セメント製造工程からの鉛回収方法において、前記集塵を湿式集塵機を用いて行うことができ、鉛を水溶物として回収することができる。

前記セメント製造工程からの鉛回収方法において、前記集塵後の排ガスを、前記セメント焼成設備の７００℃以上の領域へ戻すことができ、前記還元焼成炉等で発生した一酸化炭素を燃焼させることができる。

前記セメント製造工程からの鉛回収方法において、前記セメント焼成設備に付設した塩素バイパスシステムによって回収したダストを水洗脱塩処理して生成した脱塩ケーキ又は／及び重金属スラッジを、前記還元焼成炉へ投入することができる。これによって、セメント焼成炉と還元焼成炉とで鉛回収に関するカスケードシステムを形成することができ、還元焼成炉単体での鉛揮発率及び鉛回収率を高く設定しなくとも、セメント焼成炉との組み合わせで高い鉛回収率を達成することができるとともに、還元焼成炉での残渣処理に関する問題を軽減することができる。

前記セメント製造工程からの鉛回収方法において、前記還元焼成炉から排出される残渣を、前記セメント焼成設備に付設したセメント焼成炉へ投入することができ、還元焼成炉の残渣を系外に排出することなく、セメント製造工程において処理することができる。

前記セメント製造工程からの鉛回収方法において、前記還元焼成炉の熱源として、前記セメント燃焼設備のキルン入口からプレヒータ出口までの領域から、該セメント燃焼設備の排ガスの一部を抽気し、該還元焼成炉に導入することができる。これにより、鉛含有率の高い廃棄物等をセメント原料として有効利用する際などにおいて、該廃棄物等を直接還元焼成炉に投入して該廃棄物等に含まれる鉛を揮発させ、効率よく鉛を回収することができる。

また、前記セメント燃焼設備から、温度が８００℃以上の原料の一部を、該還元焼成炉に供給することができる。これにより、最下段サイクロンから排出された原料を熱源として利用しながら、該原料に含まれる鉛を同時に還元焼成炉で揮発させ、効率よく鉛を回収することができる。

前記セメント製造工程からの鉛回収方法において、前記還元焼成炉の還元剤として、可燃性廃棄物を使用することができ、例えば、木屑等を還元剤として有効利用しながらセメント製造工程で処理することができる。

さらに、本発明は、セメント製造工程からの鉛回収装置であって、セメント焼成設備に付設され、投入された鉛含有原料中の鉛を還元揮発させる還元焼成炉と、該還元焼成炉の排ガスから鉛を回収する鉛回収手段とを備えることを特徴とする。本発明によれば、上述のように、セメントの品質に影響を与えることなく、セメント製造工程から効率よく鉛を回収し、セメントの鉛含有率を低減することができる。

前記セメント製造工程からの鉛回収装置において、前記鉛回収手段は、前記還元焼成炉の排ガス中のダストを集塵する集塵手段を備えることができ、集塵したダストから鉛を回収することができる。

また、前記還元焼成炉の熱源として、前記セメント焼成設備のキルン入口からプレヒータ出口までの領域から、該セメント燃焼設備の排ガスを抽気し、該還元焼成炉に導入する排ガス導入手段を備えてもよく、前記セメント焼成設備から、温度が８００℃以上の原料の一部を、該還元焼成炉に供給する原料供給手段を備えるように構成することもできる。

以上のように、本発明にかかるセメント製造工程からの鉛回収方法及び回収装置によれば、セメントの品質に影響を与えずに、セメントの鉛含有率を効率よく低下させることが可能となる。

図１は、本発明にかかるセメント焼成設備からの鉛回収装置の第１の実施の形態を示し、この装置は、粉状又はスラリー状の燃料又は可燃物を含む原料（以下、「燃料等」という）Ｆ１をセメントキルン１０内に噴射するためのノズル１と、塩素バイパスダストを水洗脱塩処理することにより生成した脱塩ケーキ等を還元焼成する還元焼成炉２と、この還元焼成炉２からの排ガスに含まれる鉛及びダストを回収する乾式の回収設備３とを備える。還元焼成炉２及び回収設備３が本発明の特徴部分であり、ノズル１は、図４に示したノズル５１と同一構成を有するため詳細説明を省略する。

還元焼成炉２は、内部に鉛の揮発に適した還元雰囲気を形成するために設けられ、水洗脱塩設備４からの脱塩ケーキ及び重金属スラッジと、直接供給される鉛含有セメント原料Ｍとを、プレヒータから熱源として供給される燃焼ガス及び直接供給される燃料等Ｆ２で還元焼成して鉛を揮発させる。ここで、鉛含有セメント原料Ｍは、焼却灰及び汚染土壌等であり、燃料等Ｆ２は、図４に示した燃料等Ｆ１と同様に、粉状又はスラリー状の燃料又は可燃物を含む原料としてもよく、木屑等の可燃性廃棄物を用いることもできる。

一方、セメントキルン１０には、図２に示すように、塩素バイパス設備が備えられ、セメントキルン１０の窯尻１０ａ（図１参照）から最下段サイクロン１２に至るまでのキルン排ガス流路からの抽気ガスは、プローブ３１において冷却ファン３２からの冷風によって冷却された後、分級機３３に導入され、粗粉ダストと、微粉ダスト及びガスとに分離される。粗粉ダストは、セメントキルン系に戻され、塩化カリウム（ＫＣｌ）等を含む微粉ダスト（塩素バイパスダスト）は、集塵機３４で回収される。集塵機３４からの排ガスは、排気ファン３５を経て大気へ放出され、微粉ダストは、溶解槽３６に供給される。溶解槽３６において、微粉ダストは、温水と混合されてスラリーとなり、微粉ダストに含まれる水溶性の塩素が水に溶解する。このスラリーは、固液分離機３７によって固液分離され、塩素分を含むろ液と、脱塩ケーキと重金属スラッジとに分離される。

次に、上記構成を有する回収装置を用いた本発明にかかるセメント製造工程からの鉛回収方法について説明する。

図１において、ノズル１を用いてセメントキルン１０内に燃料等Ｆ１を供給し、セメントキルン１０の窯尻１０ａ側を還元雰囲気にし、鉛の揮発率を上昇させる。セメントキルン１０で揮発した鉛を含むガスは、図２に示した塩素バイパス設備において、微粉ダスト（塩素バイパスダスト）に鉛が濃縮され、微粉ダストを温水と混合してスラリーを固液分離した脱塩ケーキと重金属スラッジに鉛が濃縮される。

図１に示すように、上記鉛が濃縮された脱塩ケーキ及び重金属スラッジと、鉛含有セメント原料Ｍと、燃料等Ｆ２を還元焼成炉２に供給するとともに、熱源として、セメントキルン１０の窯尻１０ａからプレヒータ出口までの領域から燃焼ガスを導入する。還元焼成炉２内の温度を鉛の還元に適する８００℃〜１１００℃に設定し、還元雰囲気を形成する。これにより、脱塩ケーキ及び重金属スラッジ、並びに鉛含有セメント原料Ｍからの鉛の揮発を促進し、揮発した鉛を含む排ガスを回収装置３に供給する。

回収装置３において、還元焼成炉２からの排ガスに含まれる鉛をヒュームとして回収する。ここで、排ガスが高温で、ヒュームとして回収し難い場合には、回収装置３の前段で大気を供給して排ガス温度を低下させる。鉛等を回収した後の排ガスを、還元ガスとしてプレヒータの７００℃以上の領域へ戻し、還元焼成炉２等で発生した一酸化炭素を燃焼させる。また、還元焼成により生成した残渣は、セメント原料として、セメントキルン１０に供給する。

本実施の形態においては、鉛含有セメント原料Ｍを直接還元焼成炉２に投入し、還元焼成炉２の還元雰囲気を利用して鉛の揮発率を上昇させるため、鉛含有セメント原料Ｍの鉛含有率が比較的高い場合に、より効果的に鉛を回収することができる。また、セメントキルン１０内の還元雰囲気下で原料を燃焼することによって、塩素バイパスダストに鉛が濃縮され、鉛が濃縮された脱塩ケーキ及び重金属スラッジを還元焼成炉２に投入して再度鉛を揮発させるカスケードシステムを構成しているため、より効率的に鉛を回収することができる。

次に、本発明にかかるセメント焼成設備からの鉛回収装置の第２の実施の形態について、図３を参照しながら説明する。

この装置は、燃料等Ｆ１をセメントキルン１０内に噴射するためのノズル１と、塩素バイパスダストを水洗脱塩処理することにより生成した脱塩ケーキ等を還元焼成する還元焼成炉４２と、この還元焼成炉４２からの排ガスに含まれる鉛及びダスト等を回収する乾式の回収設備３とを備える。尚、還元焼成炉４２以外は、上記第１の実施の形態と同様の構成であるので説明を省略する。

還元焼成炉４２は、内部に鉛の揮発に適した還元雰囲気を形成するために設けられ、水洗脱塩設備４からの脱塩ケーキ及び重金属スラッジと、直接供給される鉛含有セメント原料Ｍとを、プレヒータの最下段サイクロンから熱源及び鉛除去対象物質として供給される原料（以下、「ボトム原料」という）、並びに直接供給される燃料等Ｆ２で還元焼成して鉛を揮発させる。

本実施の形態では、ボトム原料を還元焼成炉４２に導入しているため、鉛含有セメント原料Ｍのみならず、ボトム原料に含まれる鉛を揮発させることができ、ボトム原料を熱源として利用しながら、該原料に含まれる鉛を同時に還元焼成炉４２で揮発させ、効率よく鉛を回収することができる。

尚、上記実施の形態においては、還元焼成炉２の熱源として、プレヒータからの燃焼ガスを、還元焼成炉４２の熱源として、最下段サイクロン１２からのボトム原料を利用する場合について説明したが、プレヒータからの燃焼ガスとボトム原料の両方を還元焼成炉の熱源として利用してもよい。また、ボトム原料でなくとも、セメント焼成設備に沈降室等を新設し、温度が８００℃以上の原料の一部を還元焼成炉４２に供給することもできる。

さらに、上記実施の形態においては、セメントキルン１０内に還元雰囲気を形成するとともに、還元焼成炉２、４２を設けて還元焼成を行う場合について説明したが、必ずしもセメントキルン１０内に還元雰囲気を形成する必要はなく、還元焼成炉２、４２における還元焼成のみによって鉛を回収してもよい。

また、上記実施の形態においては、還元焼成炉２、４２からの排ガスに含まれる鉛及びダストを回収する回収設備３が乾式の場合について説明したが、この回収設備３として湿式集塵機を利用し、鉛を水溶物として回収してもよい。

本発明にかかるセメント製造工程からの鉛回収装置の第１の実施の形態を示すフローチャートである。 図１の鉛回収装置とともに用いられる塩素バイパス設備を示すフローチャートである。 本発明にかかるセメント製造工程からの鉛回収装置の第２の実施の形態を示すフローチャートである。 先願のセメント製造工程からの鉛回収装置の一例を示す概略図である。 従来の塩素バイパス設備を示すフローチャートである。

符号の説明

１ ノズル
２ 還元焼成炉
３ 回収設備
４ 水洗脱塩設備
１０ セメントキルン
１０ａ 窯尻
１２ 最下段サイクロン
３１ プローブ
３２ 冷却ファン
３３ 分級機
３４ 集塵機
３５ 排気ファン
３６ 溶解槽
３７ 固液分離器
４２ 還元焼成炉

Claims (14)

1. セメント焼成設備に付設した還元焼成炉に鉛含有原料を投入して鉛を還元揮発させ、
   該還元焼成炉の排ガスから鉛を回収することを特徴とするセメント製造工程からの鉛回収方法。
2. 前記排ガス中のダストを集塵することにより、前記鉛を回収することを特徴とする請求項１に記載のセメント製造工程からの鉛回収方法。
3. 前記集塵を行う前に前記排ガスに大気を混入することにより、該排ガスの温度を低下させ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鉛回収方法。
4. 前記集塵を湿式集塵機を用いて行う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鉛回収方法。
5. 前記集塵後の排ガスを、前記セメント焼成設備の７００℃以上の領域へ戻すことを特徴とする請求項２又は３に記載のセメント製造工程からの鉛回収方法。
6. 前記セメント焼成設備に付設した塩素バイパスシステムによって回収したダストを水洗脱塩処理して生成した脱塩ケーキ又は／及び重金属スラッジを、前記還元焼成炉へ投入することを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載のセメント製造工程からの鉛回収方法。
7. 前記還元焼成炉から排出される残渣を、前記セメント焼成設備に付設したセメント焼成炉へ投入することを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載のセメント製造工程からの鉛回収方法。
8. 前記還元焼成炉の熱源として、前記セメント燃焼設備の排ガスの一部を抽気し、該還元焼成炉に導入す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鉛回収方法。
9. 前記セメント燃焼設備から、温度が８００℃以上の原料の一部を、該還元焼成炉に供給す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鉛回収方法。
10. 前記還元焼成炉の還元剤として、可燃性廃棄物を使用することを特徴とする請求項１乃至９のいずれかに記載のセメント製造工程からの鉛回収方法。
11. セメント焼成設備に付設され、投入された鉛含有原料中の鉛を還元揮発させる還元焼成炉と、
    該還元焼成炉の排ガスから鉛を回収する鉛回収手段とを備えることを特徴とするセメント製造工程からの鉛回収装置。
12. 前記鉛回収手段は、前記還元焼成炉の排ガス中のダストを集塵する集塵手段を備えることを特徴とする請求項１１に記載のセメント製造工程からの鉛回収装置。
13. 前記還元焼成炉の熱源として、前記セメント焼成設備の排ガスを抽気し、該還元焼成炉に導入する排ガス導入手段を備えることを特徴とする請求項１１又は１２に記載のセメント製造工程からの鉛回収装置。
14. 前記セメント焼成設備から、温度が８００℃以上の原料の一部を、該還元焼成炉に供給する原料供給手段を備えることを特徴とする請求項１１、１２又は１３に記載のセメント製造工程からの鉛回収装置。

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