JP2009114029A

JP2009114029A - 石灰スラッジの焼成方法

Info

Publication number: JP2009114029A
Application number: JP2007289762A
Authority: JP
Inventors: Fumikazu Saito; 文和斉藤; Masahiro Ozawa; 正弘小澤; Junichi Okazaki; 淳一岡崎; Takashi Murata; 隆村田; Takashi Kai; 隆司甲斐
Original assignee: Chichibu Lime Industry Co Ltd
Current assignee: Chichibu Lime Industry Co Ltd
Priority date: 2007-11-07
Filing date: 2007-11-07
Publication date: 2009-05-28
Anticipated expiration: 2027-11-07
Also published as: JP5112009B2

Abstract

【課題】本発明は、石灰製造業で多量に発生する石灰スラッジを有効利用するため、工業的に安定焼成して生石灰を製造する技術を提供すること。
【解決手段】採掘された石灰石を水洗する工程で排出される水洗スラッジと石灰焼成炉の排ガスから捕集される粉塵を混合した石灰スラッジの焼成方法であり、次の各工程からなる。石灰スラッジを乾燥させる乾燥工程と、乾燥工程後の石灰スラッジを所定の形状に造粒する造粒工程と、造粒した石灰スラッジを焼成する焼成工程とを有する。乾燥工程では、石灰スラッジの水分を１６重量％以下に乾燥させ、焼成工程では、原料投入口の温度が６５０℃以下である条件のロータリーキルンを使用する。
【選択図】図１

Description

この発明は、高水分の石灰スラッジを工業的に安定焼成して生石灰を製造する石灰スラッジの焼成方法に関する。

石灰製造業では、石灰石鉱山から採掘された石灰石の表面を水で洗浄する水洗工程がある。水洗工程で排出される汚濁洗浄水をろ過する工程から高水分の泥状の水洗スラッジが多量に発生する。

水洗スラッジの成分は炭酸カルシウムが９０重量％以上（無水ベース）で有効な資源であるが、微粒子で付着性が高く加工困難であるため廃棄処分されている。また、石灰焼成炉の排ガス中には生石灰、炭酸カルシウムの粉塵が含まれており、バグフィルターや電気集塵機で捕集されている。この粉塵は水洗スラッジと混合処理される。以下の記述において、この混合物を石灰スラッジと呼ぶ。

石灰スラッジは水洗スラッジと同様の問題から大部分がセメント材料として処理、または廃棄処分されてきた。しかし近年、環境への配慮から石灰石資源の有効利用が注目されている。石灰スラッジの主成分は炭酸カルシウムと消石灰であり、両方あわせると９０重量％以上(無水ベース)の含有率であるため、焼成することにより容易に生石灰が得られる。

この観点から、石灰スラッジを有効利用する方法として、例えば、特許文献１では石灰スラッジを焼成して生石灰を製造する方法や、特許文献２、３では水洗スラッジとシリカ系廃棄物の混合物を焼成して水硬性石灰を製造する方法が提案されている。
特開２００１−３４８２５１号公報特開２００４−３５２５９６号公報特開２００７−２０４２８２号公報

水分約２０重量％で粒度１５０μｍ以下の物性である石灰スラッジを直接焼成炉で焼成する場合、立型炉では燃焼ガスの流れが不均一となり安定焼成できない。一方、横型炉では炉内への付着や粒子が塊状に凝集することによる粒度の不均一化が起こり、さらには未凝集部分が乾燥した微粉となって排ガスと共に飛散してしまう。

これに対して、上記の先行技術では、乾燥、造粒することにより石灰スラッジの物性を改善してから焼成することを提案している。しかしながら、高水分のまま石灰スラッジを造粒する場合は造粒機へのスラッジの付着や水の滲出が起こり、低水分まで乾燥してから造粒する場合では乾燥に長時間を要するなどの課題がある。

石灰スラッジの造粒では、押出し成形機、転動造粒機、圧縮造粒機などが使用できる。押出し成形機や転動造粒機では水分調整や成形物のハンドリング性の問題があり、また圧縮造粒機では成形性、エネルギー効率、磨耗性を考慮した成形圧の設定が必要になる。このことから石灰スラッジに適した造粒機の選定や造粒条件の設定が課題となる。

また、造粒した石灰スラッジの焼成工程において、立型炉を使用すると造粒物の崩壊、粉化により、安定焼成が困難となるため、横型のロータリーキルンが適している。しかし、本発明者の研究により、ロータリーキルンを使用する場合も、運転条件によってはキルンの中で造粒物の粉化が起こり、その粉体が排ガスに同伴され製品回収効率が低下することが判明した。そのため石灰スラッジの焼成に最適な運転条件の設定が課題となる。

そこで、本発明は、石灰製造業で多量に発生する石灰スラッジを有効利用するため、工業的に安定焼成して生石灰を製造する技術を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、請求項１に係る発明は、
採掘された石灰石を水洗する工程で排出される水洗スラッジと石灰焼成炉の排ガスから捕集される粉塵を混合した石灰スラッジの焼成方法であって、
前記石灰スラッジを乾燥させる乾燥工程と、
乾燥工程後の石灰スラッジを所定の形状に造粒する造粒工程と、
造粒した石灰スラッジを焼成する焼成工程と、を有し、
前記乾燥工程では、前記石灰スラッジの水分を１６重量％以下に乾燥させ、
前記焼成工程では、原料投入口の温度が６５０℃以下である条件のロータリーキルンを使用することを特徴としている。

請求項２に係る発明は、請求項１に記載の石灰スラッジの焼成方法において、前記乾燥工程では、前記石灰スラッジの水分を８〜１３重量％の範囲に乾燥させることを特徴としている。

請求項３に係る発明は、請求項１に記載の石灰スラッジの焼成方法において、前記造粒工程では、通常より低圧のブリケットマシンを使用して造粒することを特徴としている。

請求項４に係る発明は、請求項１又は３に記載の石灰スラッジの焼成方法において、前記造粒工程では、前記石灰スラッジで形成される成形物の平面形状及び側面形状が楕円形又はほぼ楕円形で、周囲に環状のリブ部分を有するように形成することを特徴としている。

請求項５に係る発明は、請求項１に記載の石灰スラッジの焼成方法において、前記焼成工程では、前記ロータリーキルンの原料投入口の温度を３００℃〜６５０℃の範囲とすることを特徴としている。

本発明によれば、石灰スラッジを水分１６重量％以下に乾燥したのち、ブリケットマシンで造粒し、その成形物を原料投入口温度６５０℃以下のロータリーキルンにより焼成することで石灰製造業において多量に発生する石灰スラッジを工業的に安定して焼成できる。また、軽度に焼成することで製造された生石灰は分散崩壊性が速く、地盤改良材としての用途が期待される。

以下、本発明の好適な実施形態について説明する。
本発明は、次のような考え方に基づいている。副産物として発生する石灰石スラッジは、微粒子で粘着性を持つため、現有姿では搬送性が悪く、仮に直接焼成設備内に供給することが可能になったとしても、炉内で凝集して大きな塊状になるため造粒物の製造が必須となる。造粒することで、ロータリーキルン内で一般石灰石性状に似た挙動を示す性状（形態）に変えることが可能となるからである。

そこで、石灰石スラッジに、主として生石灰、集塵灰を添加し高強度の造粒物を製造する。添加剤の混合により、石灰石スラッジ中の水分が減少すると組成変形し難くなるため、押出成形機での成形は困難になる。さらに水分を添加して混練後、押出成形機で成形する方法もあるが、付着性が増したり、焼成工程において水分の蒸発潜熱を吸収するので、エネルギーの有効利用の面からも、水分無添加の造粒が望ましい。

水分が少ない粒子の造粒には、分子間力が働くまで、粒子間の距離を短くする必要がある。強力な加圧により粒子間距離を短くしたいが、極度に加圧し成形すると付着水が滲出し、加圧装置への微粒子の付着を誘発する。安定した連続運転のためには、微粒子の製造装置への付着は避けたい。

そこで、この相反する目的のため、低加圧型圧縮成形機を使用し、緩やかに粒子の嵩密度を上昇した後、形を整えるという安定した造粒物製造技術を得る研究をした。
本発明の発明者等は、まず、石灰スラッジ造粒工程について研究した。その結果、圧縮造粒機の一種であるブリケットマシンは、押出し成形機や転動造粒機などと比較して許容水分範囲が広く、成形物の強度が高いことから石灰スラッジの造粒に適していることを見出した。石灰スラッジは水分を多く含むため、水分が滲出しにくい低圧のブリケットマシンが適している。低圧にすることで、ロールタイヤや押し込みスクリューの磨耗の低減、及び省エネルギー化等を図ることができるからである。

次に、低圧のブリケットマシンを使用した造粒に適した石灰スラッジの水分について研究した。その結果、高水分のままでは造粒機や途中の経路への付着があること、低水分まで乾燥する場合では乾燥が長時間になることを考慮し、水分１６重量％以下、望ましくは８〜１３重量％がブリケットマシンでの造粒に適していることを見出した。

上記の造粒工程で成形した石灰スラッジをロータリーキルンにより焼成したところ、運転条件によっては成形物の粉化が起きた。そこで、本発明者らは、運転条件について詳細に研究したところ、原料投入口温度６５０℃以下のロータリーキルンを使用することでキルン内での成形物の粉化を抑制可能であることを見出した。

この実施形態では、以上の諸条件を具備することを特徴とする工業的に安定な石灰スラッジの焼成方法である。

次に、図１〜図３を参照して本発明の石灰スラッジの焼成方法を実施するための装置の一例について説明する。図１において１は水分調整混合機であって、その上部に原料が投入されるホッパ１１を備えている。投入される原料は、記述のように採掘された石灰石を水洗する工程で排出される水洗スラッジと、石灰焼成炉の排ガスから捕集される粉塵とを混合した石灰スラッジである。この水分調整混合機１は、その下部に水分調整した石灰スラッジの排出口１２を備えている。

水分調整混合機１の後段には、バック圧を通常よりも低圧に設定できるブリケットマシン２が配置されている。ブリケットマシン２は、水分調整混合機１により水分調整された石灰スラッジの投入ホッパ２１を備えている。このブリケットマシン２は、図２に示すように、対となったロールタイヤ２２，２２を有している。各ロールタイヤ２２、２２の表面には造粒用の凹部２３、２３が多数形成されている。

これらの凹部２３、２３はいわゆる金型の成形面を形成していて、互いに向かい合って合致する対構成となっている。即ち、互いに向かい合って合致した状態において、図３に示すアーモンド型の成形物Ａを形成（造粒）することができる形状となっている。この成形物５の輪郭形状としては、成形物５の平面形状及び側面形状が楕円形又はほぼ楕円形であり、かつ周囲に環状のリブ部分５１を有するように形成されている。

ブリケットマシン２の後段には、焼成機としてのロータリーキルン３、及び排ガス中の粉塵を捕集するバグフィルター５がそれぞれ配置されている。ロータリーキルン３は、ブリケットマシン２によって造粒された石灰スラッジ（成型物５）の原料投入口３１と、製品排出部３２とを備えている。このロータリーキルン３としては、原料投入口３１の温度を６５０℃以下になるように設定あるいは制御可能なものが採用されている。

次に、このような装置を用いて、石灰スラッジを焼成する方法について具体的に説明する。石灰スラッジは、水分約２０重量％の状態から、水分調整混合機１により８〜１３重量％に乾燥しながら、ブリケットマシン２に適した粒度に解砕する。乾燥の熱源としてロータリーキルン３の廃熱を利用することにより、高い熱効率で石灰スラッジの焼成を行うことができる。

次いで、低圧のブリケットマシン２に石灰スラッジを投入し、成形物５を作製（造粒）する。低圧ブリケットマシン２のバック圧は４〜６ＭＰａであることが好ましい。低圧のブリケットマシンで成形することにより、粒度1〜３０ｍｍ、望ましくは２０〜３０ｍｍのアーモンド状の成形物５が得られる。成形物５はアーモンド状とすることでブリケットマシン２のロールタイヤ２２、２２からの剥離性がよい。（図２及び３参照）。

アーモンド状の成形物５のロールタイヤ２２からの剥離性が良い理由としては、成形物５の外周部分から中央部分に向かうにしたがって曲率半径が大きくなっていることに起因しているものと考えることができる。実験結果からも、例えば各部の曲率半径が等しい球状に造粒した場合と比較して格段に差異があることが確かめられている。

また、剥離性が良い他の理由として、成形物５がリブ部分５１を有するように成形される点を挙げることができる。即ち、対構成のロールタイヤ２２、２２どうしが合致（型合わせ）した状態において、両者間に隙間αが形成されるように配慮している。この隙間αにより形成されるリブ部分５１の厚さｔは絶妙に調整する必要がある。例えば、成形物５の厚さＴとの比Ｔ：ｔ＝３．５：１〜１３：１の範囲に調整される。

成形物の強度は次工程までの粉化を抑制するため、例えば、木屋式硬度計の測定により５ｋｇ以上、望ましくは１０kg以上がよい。得られた成形物をロータリーキルン３により焼成し、生石灰を製造する。この際、原料投入口温度を６５０℃以下になるよう原料投入量、または燃料使用量を制御することで、粉化が少なく、高回収率で、かつ均一粒径の製品が得られる。

また、成形物がアーモンド状になっていることで、ロータリーキルン３内を成形物が滑動ではなく転動するため、効率よく、短時間で成形物を焼成することができる。製造された生石灰の残留ＣＯ_２は５重量％以下が望ましい。さらには、焼成工程で少量発生し排ガスに同伴される粉塵は、バグフィルター４で捕集したのち、水分調整混合機１へ原料として戻すことで、ゼロエミッション化が可能となる。

なお、本発明は、上記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。

以下に実施例を挙げて本発明を更に具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例によって何ら限定されるものではない。なお、実施例中の％は特記しない限り全て重量百分率を示す。

[実施例１]
石灰石鉱山から採掘された石灰石を水で洗浄する際、汚濁洗浄水のろ過工程から排出される水分２０％以上の水洗スラッジを石灰焼成炉の排ガス中から捕集された粉塵と混合し、水分約１７％の石灰スラッジを得た。この石灰スラッジを水分８〜１３％まで乾燥し解砕した。組成は炭酸カルシウムが７３％、消石灰が１７％だった。

乾燥した石灰スラッジをブリケットマシン２により成形し、アーモンド状成形物５を得た。この成形物５のサイズは（縦２８ｍｍ×横２２ｍｍ×厚さ１５ｍｍ）、密度は１．１４ｇ/ｃｍ^３、強度は木屋式硬度計により５〜１０ｋｇだった。

この成形物５をロータリーキルン(φ５００ｍｍ×４７６０ｍｍ)２により焼成した。ロータリーキルン２により焼成する際、成形物投入量を２０ｋｇ/ｈとし、また、焼成温度は原料投入口３１で約６４０℃、製品出口側（製品排出口）３２で約１０５０℃により行った。滞留時間は約５０分だった。その結果、焼成品の生石灰の残留ＣＯ_２は１．２％、ＣａＯは８５．６％という製品を得た。ロータリーキルン２内での付着や成形物の崩壊がなく、安定した焼成が行われた。

[実施例２]
実施例１と同様にして、石灰スラッジの成形物を得た。ロータリーキルン２により焼成する際、成形物投入量を６０ｋｇ/ｈとし、また、焼成温度は原料投入口で約３００℃、製品出口側で約１０６０℃により行った。滞留時間は実施例１と同様に約５０分だった。その結果、焼成品の生石灰の残留ＣＯ_２は５．４％、ＣａＯは８１．２％という製品を得た。ロータリーキルン２内での付着や成形物の崩壊がなく、安定した焼成が行われた。

[比較例１]
水分約１６％の石灰スラッジを乾燥・解砕・造粒の工程なしに、そのままロータリーキルン２に投入した。原料投入量を３６ｋｇ/ｈとし、また焼成温度は原料投入口３１で７００℃、製品出口側３２で１０５０℃により行った。製品の排出量および品質とも安定せず、ロータリーキルン内に塊状の凝集物が発生し、原料供給開始から３８時間で炉内が閉塞した。

本発明によれば、石灰スラッジを水分１６重量％以下、望ましくは８〜１３重量％に乾燥したのち、低圧のブリケットマシンで造粒し、成形物を原料投入口温度６５０℃以下のロータリーキルンにより焼成することで石灰製造業において多量に発生する石灰スラッジを工業的に安定して焼成できる。また、軽度に焼成することで製造された生石灰は分散崩壊性が速く、地盤改良材としての用途が期待される。

この発明の一実施形態を示す石灰スラッジの焼成方法を実施するための装置の概略図である。同実施形態におけるブリケットマシンのロールタイヤを示す概略図である。同実施形態における成形物を示す概略図である。

符号の説明

１水分調整混合機
１１ホッパー
１２排出口
２ブリケットマシン
２１投入ホッパー
２２ロールタイヤ
２３凹部
３ロータリーキルン
３１原料投入口
３２製品排出口
４バグフィルター
５成形物
５１リブ部分

Claims

採掘された石灰石を水洗する工程で排出される水洗スラッジと石灰焼成炉の排ガスから捕集される粉塵を混合した石灰スラッジの焼成方法であって、
前記石灰スラッジを乾燥させる乾燥工程と、
乾燥工程後の石灰スラッジを所定の形状に造粒する造粒工程と、
造粒した石灰スラッジを焼成する焼成工程と、を有し、
前記乾燥工程では、前記石灰スラッジの水分を１６重量％以下に乾燥させ、
前記焼成工程では、原料投入口の温度が６５０℃以下である条件のロータリーキルンを使用することを特徴とする、石灰スラッジの焼成方法。
前記乾燥工程において、前記石灰スラッジの水分を８〜１３重量％の範囲で乾燥させることを特徴とする、請求項１に記載の石灰スラッジの焼成方法。
前記造粒工程において、通常より低圧のブリケットマシンを使用して造粒することを特徴とする、請求項１に記載の石灰スラッジの焼成方法。
前記造粒工程において、前記石灰スラッジで形成される成形物の平面形状及び側面形状を楕円形又はほぼ楕円形で周囲に環状のリブ部分を有するように形成することを特徴とする、請求項１又は３に記載の石灰スラッジの焼成方法。
前記焼成工程において、前記ロータリーキルンの原料投入口の温度を３００℃〜６５０℃の範囲とすることを特徴とする、請求項１に記載の石灰スラッジの焼成方法。