JP2008161784A

JP2008161784A - 塩素を含む粉粒体の処理方法

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Publication number: JP2008161784A
Application number: JP2006352647A
Authority: JP
Inventors: Koichiro Sato; 宏一郎佐藤; Takahiro Hayashida; 貴寛林田
Original assignee: Taiheiyo Cement Corp
Current assignee: Taiheiyo Cement Corp
Priority date: 2006-12-27
Filing date: 2006-12-27
Publication date: 2008-07-17

Abstract

【課題】最適な温度での焼成が可能であり、塩素、鉛及び銅の残留率が小さくセメント原料として好適な焼成物が得られる塩素を含む粉粒体の処理方法を提供する。
【解決手段】（Ａ）処理対象となる塩素を含む粉粒体の成分含有量を測定して、ＣａＯ／ＳｉＯ_２の質量比、及び、Ｒ／Ｃｌの値を得る工程と、（Ｂ）工程（Ａ）の上記２つの値が、上記塩素を含む粉粒体を含有する焼成用原料を焼成して焼成物を得るための下記の条件：
（ｉ）焼成用原料のＣａＯ／ＳｉＯ_２の質量比０．２５〜０．７０
（ｉｉ）焼成用原料のＲ／Ｃｌ０．７〜１．７
を満たすように、工程（Ａ）の塩素を含む粉粒体に対して、必要に応じて成分調整剤を加えて、焼成用原料を調製する工程と、（Ｃ）工程（Ｂ）で得られた上記焼成用原料を、焼成温度１，１００〜１，２５０℃の範囲内で焼成し、焼成物を得る工程を含む。
【選択図】なし

Description

本発明は、都市ゴミ焼却灰等の塩素を含む粉粒体を処理して、セメント原料等に用いうる塩素、鉛及び銅の残留率の小さな焼成物を得るための方法に関する。

従来より、都市ゴミ焼却灰等の塩素を含む粉粒体を処理して、セメント等の原料として用いうる焼成物を得る技術が、種々提案されている。
例えば、無機物質を主成分とし塩素を含有する原料（例えば、都市ゴミ焼却灰）に、アルカリ金属化合物（例えば、ソーダ灰）を添加し、焼成することを特徴とする塩素含有量を低減した焼成物の製造法が、提案されている（特許文献１）。
この文献には、原料中の塩素含有量が０．１〜１２重量％であり、焼成物中の塩素含有量が０．１重量％未満であることが記載されている。
また、この文献には、アルカリ金属化合物の添加後の原料中のアルカリ金属のモル数Ｒと塩素のモル数Ｃとの比Ｒ／Ｃが０．９５〜２．０となるように、アルカリ金属化合物の添加量を定めることが記載されている。
さらに、この文献には、焼成温度が１，１００℃以上、特に１，２５０℃以上であることが好ましいと記載されている。

また、鉛化合物を含有する被処理物（例えば、ゴミ焼却灰）を、塩素（例えば、ゴミ焼却灰中の塩素、及び添加される塩化カルシウム等の塩化物中の塩素）の存在下で、塩化鉛の沸点以上に焼成し、鉛化合物を塩化鉛に転じて揮発分離する方法において、鉛化合物含有量とアルカリ金属化合物含有量の合計量に見合う量の塩素存在下で焼成することを特徴とする鉛の分離方法が、提案されている（特許文献２）。
この文献には、塩素当量比（塩素の化学当量からアルカリ金属の化学当量を差し引いた量の鉛の化学当量に対する比）が−１０〜−５の範囲において、１，４００〜１，５００℃の温度で焼成し、塩素当量比−５以上の範囲内において９５０℃以上の温度で焼成することにより、鉛残留率を２０％以下に低減することが記載されている。
特開平１０−５３４４２号公報特開２０００−２８２１５５号公報

ゴミ焼却設備等で発生する塩素を含む粉粒体の種類としては、焼却主灰、焼却飛灰、溶融飛灰等がある。これらの塩素を含む粉粒体は、種類によって塩素や鉛、銅等の重金属の含有率が大きく異なる。例えば、焼却主灰や焼却飛灰等の塩素を含む粉粒体に、石炭灰等が混合された焼却混合灰の場合、ＣａＯ／ＳｉＯ_２の質量比が０．７以下になる場合がある。
上述のように、処理対象となる塩素を含む粉粒体は、その種類によって塩素等の含有率や、ＣａＯ／ＳｉＯ_２の質量比等が各々異なり、上述の文献に記載された好ましい焼成温度等の範囲内であっても、粉粒体の種類によっては、該粉粒体が溶融して、ロータリーキルンの内壁面に付着し、運転に支障が生じたり、焼成物中の塩素や鉛、銅等の重金属の残留率にばらつきが生じ、焼成物の品質の均一性が損なわれるなどの問題が起こり得る。
一方、焼成温度は、十分な焼成が行なわれ、かつ焼成物中の塩素や鉛、銅等の重金属の含有率を所定の値以下に抑え得る限りにおいて、熱エネルギーの削減（処理コストの削減）の観点から低いことが好ましい。
そこで、本発明は、焼成が不十分とならずかつ塩素を含む粉粒体の溶融を生じさせない最適な焼成温度で焼成を行なうことができ、しかも、焼成後に、塩素や鉛、銅等の重金属の残留率が小さく、セメント原料等として好適に用いうる焼成物を得ることができる塩素を含む粉粒体の処理方法を提供することを目的とする。

本発明者は、上記課題を解決するために鋭意検討した結果、処理対象となる塩素を含む粉粒体のＣａＯ／ＳｉＯ₂の質量比が０．７以下の場合における、焼成物中の塩素、鉛及び銅の残留率を所定の値以下にするための焼成温度等の最適の条件を見出し、本発明を完成した。
すなわち、本発明は、以下の［１］及び［２］を提供するものである。
［１］（Ａ）処理対象となる塩素を含む粉粒体の成分含有量を測定して、ＣａＯ／ＳｉＯ_２の質量比、及び、Ｒ／Ｃｌ（式中、Ｒは、Ｎａ_２Ｏの化学当量とＫ_２Ｏの化学当量の和を表し、Ｃｌは、Ｃｌの化学当量を表す。）の値を得る工程と、
（Ｂ）工程（Ａ）の上記２つの値が、上記塩素を含む粉粒体を含有する焼成用原料を焼成して焼成物を得るための下記の条件：
（ｉ）焼成用原料のＣａＯ／ＳｉＯ_２の質量比０．２５〜０．７０
（ｉｉ）焼成用原料のＲ／Ｃｌ（式中、Ｒは、Ｎａ_２Ｏの化学当量とＫ_２Ｏの化学当量の和を表し、Ｃｌは、Ｃｌの化学当量を表す。）０．７〜１．７
を満たすように、工程（Ａ）の塩素を含む粉粒体に対して、必要に応じて成分調整剤を加えて、焼成用原料を調製する工程と、
（Ｃ）工程（Ｂ）で得られた上記焼成用原料を、焼成温度１，１００〜１，２５０℃の範囲内で焼成し、焼成物を得る工程と、
を含むことを特徴とする塩素を含む粉粒体の処理方法。
［２］工程（Ｃ）で得られる上記焼成物が、該焼成物中の塩素残留率が４．０％以下、該焼成物中の鉛残留率が１０％以下、及び、該焼成物中の銅残留率が８０％以下のうち、少なくともいずれか１つの残留率の値を満たすものである前記［１］に記載の塩素を含む粉粒体の処理方法。

本発明の塩素を含む粉粒体の処理方法によれば、例えば、焼却主灰、焼却飛灰、溶融飛灰等の塩素（具体的には、アルカリ金属の塩化物等の塩素成分）を含む粉粒体が複数種類混合された混合物（混合物中に、石炭灰、建設発生土等の粉粒体を含んでもよい。）を処理対象とし、処理対象となる塩素を含む粉粒体のＣａＯ／ＳｉＯ_２の質量比、及び、Ｒ／Ｃｌ（式中、Ｒは、Ｎａ_２Ｏの化学当量とＫ_２Ｏの化学当量の和を表し、Ｃｌは、Ｃｌの化学当量を表す。）の測定値を得たうえで、必要に応じて成分調整剤を加えて、これら２つの値を、特定の数値範囲内に調製して、焼成用原料としているので、焼成が不十分とならずかつ塩素を含む粉粒体の溶融を生じさせない最適な焼成温度で焼成を行なうことができ、しかも、焼成後に、塩素や重金属（例えば、鉛、銅等）の残留率が小さい焼成物を得ることができる。なお、残留率とは、焼成後の焼成物中の塩素、鉛、銅の各々の質量（Ｘ’）と、焼成前の焼成用原料中の塩素、鉛、銅の各々の質量（Ｘ）との比を、焼成前の焼成用原料中の二酸化珪素の質量（ＳｉＯ_２）と、焼成後の焼成物中の二酸化珪素の質量（ＳｉＯ_２’）との比で補正した比率（残留率（％）＝（Ｘ’／Ｘ）×（ＳｉＯ_２／ＳｉＯ_２’）×１００）をいう。
焼成物は、例えば、塩素残留率が４．０％以下であり、鉛残留率が１０％以下であり、銅残留率が８０％以下のものであるので、セメント原料、コンクリート用混和材、骨材等として好適に用いることができる。

本発明の塩素を含む粉粒体の処理方法は、（Ａ）処理対象となる塩素を含む粉粒体の成分含有量を測定して、ＣａＯ／ＳｉＯ_２の質量比、及び、Ｒ／Ｃｌ（式中、Ｒは、Ｎａ_２Ｏの化学当量とＫ_２Ｏの化学当量の和を表し、Ｃｌは、Ｃｌの化学当量を表す。）の値を得る工程と、（Ｂ）工程（Ａ）の上記２つの値が、上記塩素を含む粉粒体を含有する焼成用原料を焼成して焼成物を得るための下記の条件：
（ｉ）焼成用原料のＣａＯ／ＳｉＯ_２の質量比０．２５〜０．７０
（ｉｉ）焼成用原料のＲ／Ｃｌ（式中、Ｒは、Ｎａ_２Ｏの化学当量とＫ_２Ｏの化学当量の和を表し、Ｃｌは、Ｃｌの化学当量を表す。）（以下括弧書きを省略して、単に「Ｒ／Ｃｌ」と記載する。）０．７〜１．７
を満たすように、工程（Ａ）の塩素を含む粉粒体に対して、必要に応じて成分調整剤を加えて、焼成用原料を調製する工程と、（Ｃ）工程（Ｂ）で得られた上記焼成用原料を、焼成温度１，１００〜１，２５０℃の範囲内で焼成し、焼成物を得る工程を含む。
以下、各工程について詳しく説明する。

［工程（Ａ）］
処理対象となる塩素を含む粉粒体の成分含有量を測定して、ＣａＯ／ＳｉＯ_２の質量比、及び、Ｒ／Ｃｌの値を得る工程である。
本発明において、処理対象となる塩素を含む粉粒体は、例えば、焼却主灰、焼却飛灰、溶融飛灰等の塩素を含む粉粒体が複数種類混合された混合物（混合物中に、石炭灰、建設発生土等の粉粒体を含んでもよい。）である。塩素を含む粉粒体（焼却主灰、焼却飛灰）の成分組成の一例を表１に示す。なお、粉粒体とは、粉体と粒体のどちらか一方または両方を意味する。

［工程（Ｂ）］
工程（Ａ）の上記２つの値が、上記塩素を含む粉粒体を含有する焼成用原料を焼成して焼成物を得るための下記の条件：
（ｉ）焼成用原料のＣａＯ／ＳｉＯ_２の質量比０．２５〜０．７０
（ｉｉ）焼成用原料のＲ／Ｃｌ０．７〜１．７
を満たすように、工程（Ａ）の塩素を含む粉粒体に対して、必要に応じて成分調整剤を加えて、焼成用原料を調製する工程である。

本発明において、上記の塩素を含む粉粒体を含有する焼成用原料としては、ＣａＯ／ＳｉＯ_２の質量比が０．２５〜０．７０であるものを処理対象とする。焼成用原料のＣａＯ／ＳｉＯ_２の質量比が、０．２５〜０．７０の範囲外のものである場合は、ＣａＯ／ＳｉＯ_２の質量比を増減するための成分調整剤を加えて、ＣａＯ／ＳｉＯ_２の質量比を上記の数値範囲に調製することができる。ＣａＯ／ＳｉＯ_２の質量比が０．２５未満であると、焼成用原料を焼成して得られた焼成物のＣａＯ／ＳｉＯ_２の質量比が小さすぎて、上記焼成物をセメント原料、コンクリート用混和材、骨材等として好適に用いることができない。

焼成用原料が満たすべきＲ／Ｃｌは、０．７以上である。また、焼成用原料が満たすべきＲ／Ｃｌは、１．７以下、好ましくは１．５以下である。Ｒ／Ｃｌが１．７を超えると、工程（Ｃ）で焼成温度を調整しても、焼成物中の鉛残留率を１０％以下に抑えることが困難な場合がある。該値が０．７未満であると、焼成温度が比較的低い場合（例えば、１，１００℃未満）において、焼成物中の塩素残留率を概ね４．０％以下に抑えることが困難な場合がある。

焼成用原料となる、塩素を含む粉粒体は、塩素含有率が２．５質量％以下であることが好ましい。塩素含有率が２．５質量％を超えると、工程（Ｃ）で焼成温度を調整しても、焼成物中の塩素残留率を４．０％以下に抑えることが困難な場合がある。

上記の塩素を含む粉粒体に対して、必要に応じて加える成分調整剤としては、ＣａＯ／ＳｉＯ_２の質量比を増減するための成分調整剤、及び、Ｒ／Ｃｌを増減するための成分調整剤の中から選ばれる１種または２種以上を用いることができる。
ＣａＯ／ＳｉＯ_２の質量比を増大させるための成分調整剤としては、例えば、ＣａＯ／ＳｉＯ_２の質量比が大きい塩素を含む粉粒体（例えば、焼却飛灰、溶融飛灰等）や、石灰石粉末等のＣａＯ源等が挙げられる。
ＣａＯ／ＳｉＯ_２の質量比を減少させるための成分調整剤としては、例えば、ＣａＯ／ＳｉＯ_２の質量比が小さい塩素を含む粉粒体（例えば、焼却主灰等）や、石炭灰や、建設混合廃棄物等が挙げられる。
Ｒ／Ｃｌの値を増大させるための成分調整剤としては、例えば、アルカリ金属源、建設混合廃棄物、焼却主灰等が挙げられる。アルカリ金属源の例としては、ソーダ灰、ガラスカレット、アルカリ長石、アルカリ廃液、炭酸ナトリウム等が挙げられる。
Ｒ／Ｃｌの値を減少させるための成分調整剤としては、例えば、アルカリ金属（Ｎａ_２Ｏ及びＫ_２Ｏ）の含有率が小さくかつ塩素含有率が大きい塩素を含む粉粒体が挙げられる。
なお、成分調整剤は、粉末状であることが望ましい。

［工程（Ｃ）］
工程（Ｂ）で得られた上記焼成用原料を、焼成温度１，１００〜１，２５０℃の範囲内で焼成し、焼成物を得る工程である。
焼成用原料の焼成温度は、１，１００〜１，２５０℃、好ましくは１，１５０〜１，２５０℃、より好ましくは１，１５０〜１２００℃である。１，１００℃未満では、焼成物中の塩素残留率が４．０％を大きく超える傾向がある。１，２５０℃を超えると、焼成用原料が溶融することがある。
焼成用原料を焼成するための手段としては、例えば、ロータリーキルン等が挙げられる。

工程（Ｃ）で得られた焼成物は、ボールミル等の粉砕手段によって粉砕して、セメント原料、コンクリート用混和剤等の用途に用いてもよいし、あるいは、分級して、所定の粒度を有する粒体を得て、骨材等の用途に用いてもよい。本発明の方法で得られた焼成物は、焼成物中の塩素及び鉛の含有量が小さいので、高品質の廃棄物再生品として好適に用いることができる。
焼成物の塩素残留率は、好ましくは４．０％以下、より好ましくは１．２％以下、特に好ましくは１．０％以下である。
焼成物の鉛残留率は、好ましくは１０％以下、より好ましくは７％以下、特に好ましくは５％以下である。
焼成物の銅残留率は、好ましくは８０％以下、より好ましくは５０％以下、特
に好ましくは２５％以下である。

以下、実験例によって本発明を説明する。
［１．焼成用原料］
焼成用原料としては、焼却主灰、焼却飛灰等の塩素を含む粉粒体を複数種類混合してなる、ＣａＯ／ＳｉＯ_２の質量比が０．４０、及び、Ｒ／Ｃｌが０．７２の原料を得た。なお、上記原料の塩素含有率は２．５質量％であった。原料の成分組成を表２に示す。

［２．焼成温度の条件の実験］
表２に示す原料に炭酸ナトリウムを添加して、Ｒ／Ｃｌが１．０８となるように調製して、焼成用原料とした。該焼成用原料を電気炉に投入して、表３に示す焼成温度下で焼成物を得た。焼成温度（℃）及び焼成物の各成分残留率（％）を、表３に示す。
また、表３に示す結果のうち、「焼成温度と塩素（Ｃｌ）残留率の関係」、「焼成温度と鉛（Ｐｂ）残留率の関係」及び「焼成温度と銅（Ｃｕ）残留率の関係」を各々、図１、図２、図３として示す。図１〜３から、焼成温度を１，１００〜１，２５０℃にすれば、塩素残留率が３．２％以下であり、鉛残留率が３．９％以下であり、銅残留率が２１．７％以下である、焼成物が得られることがわかる。

［３．Ｒ／Ｃｌの条件の実験］
表２に示す原料に炭酸ナトリウムを添加して、表４に示すＲ／Ｃｌの値を有する焼成用原料を調製した。調製した焼成用原料を電気炉に投入して、１，２００℃の焼成温度下で焼成物を得た。Ｒ／Ｃｌの値及び焼成物の各成分の残留率（％）を、表４に示す。
また、表４に示す結果のうち、「Ｒ／Ｃｌと塩素（Ｃｌ）残留率の関係」、「Ｒ／Ｃｌと鉛（Ｐｂ）残留率の関係」及び「Ｒ／Ｃｌと銅（Ｃｕ）残留率の関係」を各々、図４、図５、図６として示す。図４〜６から、焼成温度が１，２００℃である場合、焼成用原料のＲ／Ｃｌを０．７〜１．７にすれば、塩素残留率が０．８１％以下であり、鉛残留率が５．９８％以下であり、銅残留率が２１．４％以下である、焼成物が得られることがわかる。

以上の実験結果から、例えば、焼却主灰、焼却飛灰、溶融飛灰等の塩素を含む粉粒体を複数種類混合してなる混合物（混合物中に、石炭灰、建設発生土等の粉粒体を含んでもよい。）を処理対象とし、処理対象となる塩素を含む粉粒体のＣａＯ／ＳｉＯ_２の質量比、及び、Ｒ／Ｃｌの値を測定した後、必要に応じて他の塩素を含む粉粒体等を加えて、上記の２つの値が、特定の数値範囲内になるように、成分を調製して焼成用原料とすれば、最適な焼成温度下での焼成による熱エネルギーの削減（処理コストの削減）、及び、焼成物中の塩素、鉛及び銅の残留率の低減を図ることができる。

焼成温度と焼成物の塩素（Ｃｌ）残留率の関係を示すグラフである。焼成温度と焼成物の鉛（Ｐｂ）残留率の関係を示すグラフである。焼成温度と焼成物の銅（Ｃｕ）残留率の関係を示すグラフである。Ｒ／Ｃｌと焼成物の塩素（Ｃｌ）残留率の関係を示すグラフである。Ｒ／Ｃｌと焼成物の鉛（Ｐｂ）残留率の関係を示すグラフである。Ｒ／Ｃｌと焼成物の銅（Ｃｕ）残留率の関係を示すグラフである。

Claims

（Ａ）処理対象となる塩素を含む粉粒体の成分含有量を測定して、ＣａＯ／ＳｉＯ_２の質量比、及び、Ｒ／Ｃｌ（式中、Ｒは、Ｎａ_２Ｏの化学当量とＫ_２Ｏの化学当量の和を表し、Ｃｌは、Ｃｌの化学当量を表す。）の値を得る工程と、
（Ｂ）工程（Ａ）の上記２つの値が、上記塩素を含む粉粒体を含有する焼成用原料を焼成して焼成物を得るための下記の条件：
（ｉ）焼成用原料のＣａＯ／ＳｉＯ_２の質量比０．２５〜０．７０
（ｉｉ）焼成用原料のＲ／Ｃｌ（式中、Ｒは、Ｎａ_２Ｏの化学当量とＫ_２Ｏの化学当量の和を表し、Ｃｌは、Ｃｌの化学当量を表す。）０．７〜１．７
を満たすように、工程（Ａ）の塩素を含む粉粒体に対して、必要に応じて成分調整剤を加えて、焼成用原料を調製する工程と、
（Ｃ）工程（Ｂ）で得られた上記焼成用原料を、焼成温度１，１００〜１，２５０℃の範囲内で焼成し、焼成物を得る工程と、
を含むことを特徴とする塩素を含む粉粒体の処理方法。
工程（Ｃ）で得られる上記焼成物が、該焼成物中の塩素残留率が４．０％以下、該焼成物中の鉛残留率が１０％以下、及び、該焼成物中の銅残留率が８０％以下のうち、少なくともいずれか１つの残留率の値を満たすものである請求項１に記載の塩素を含む粉粒体の処理方法。