JP2010180063A - セメント製造方法及び製造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】セメントの品質に影響を与えることなく、セメント製造装置の安全性も確保し、環境負荷を増加させることなく、セメント製造工程から重金属類を効率よく分離する。
【解決手段】固定炭素を含む物質（重油灰等）と、塩素分を含む物質（ＡＳＲ等）とを混合して造粒し、該ペレットＰを乾燥させて乾燥ペレットＤとし、セメントキルン７のキルン中間から、該セメントキルン７に付設されているプレヒータの最下段サイクロン８までの区間に供給し、セメントキルン７の窯尻７ａから最下段サイクロン８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、該燃焼ガスに含まれるダストを集塵し、該集塵したダストから重金属類を分離する。ペレットＰを直接前記区間に供給してもよく、この際、粒径５ｍｍ以上５０ｍｍ以下に調整することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、セメント製造方法及び製造装置に関し、特に、セメントキルン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より、燃焼ガスの一部を抽気したガスに含まれるダストから鉛等の重金属類を分離す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危険性が増加する虞もあるため、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技術が必要である。

また、近年、廃棄物のセメント原料化又は燃料化によるリサイクルが推進され、廃棄物の処理量が増加するに従い、セメントキルンに持ち込まれる塩素、硫黄、アルカリ等の揮発成分も増加し、それに伴い塩素バイパスダストの発生量も増加している。塩素バイパスダストは、セメント粉砕工程で利用しているが、その発生量の増加や、鉛を含む重金属類のセメント許容濃度の超過が予想されることから、余剰となる塩素バイパスダストの処理法やセメント製造工程からの重金属の除去・回収法の開発が求められていた。

そこで、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、ろ別した固形分のアルカリ溶出工程と、このろ液から鉛を沈澱させて分離する脱鉛工程と、脱鉛したろ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、ろ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及び亜鉛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。

さらに、特許文献３には、セメント製造工程からセメントキルン燃焼ガスの一部を抽気し、抽気した燃焼ガスに含まれるダストを集塵し、タリウム、鉛、セレンから選択される１つ以上を除去又は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除去・回収方法が記載されている。

また、特許文献４には、セメントキルンの窯尻の燃焼ガスのＯ₂濃度を５％以下及び／又はＣＯ濃度を１０００ｐｐｍ以上に制御することで、セメントキルン内の原料温度が８００〜１１００℃の領域を還元雰囲気化して鉛の揮発を促進し、その上で、セメントキルンの燃焼ガスの一部を抽気して燃焼ガスに含まれるダストを集塵し、集塵したダストから鉛を回収する鉛除去方法が記載されている。

特開２００３−１２１８号公報 特開２００３−２０１５２４号公報 特開２００６−３４７７９４号公報 国際公開２００８／０５０６７８号パンフレット

しかし、上記特許文献１〜３に記載の方法においては、塩素バイパスダスト等に含まれる鉛等の重金属類を除去しているが、塩素バイパスダストを通じて系外に除去される重金属類の割合は、全体の３０％程度に過ぎず、たとえ、塩素バイパスダスト中の重金属類を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で製造されるクリンカに取り込まれるため、セメントの重金属類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重金属類の揮発を促進し、塩素バイパスダスト等への重金属類の濃縮率を高めることが重要である。

ここで、重金属類の揮発技術には、塩化揮発法と還元揮発法が知られている。しかし、一般的に行われる塩化揮発法をセメント焼成工程に適用すると、セメント製造において常識的な量を遙かに上回る量の塩素を投入する必要がある。一方、還元揮発法を適用するのは、セメントの色が黄色を呈することとなるため、セメントの品質面で問題となる。

また、特許文献４に記載の方法においては、重金属類の揮発率を上昇させるため、セメントキルンの窯尻部の酸素濃度を抑え、ＣＯガスを発生させるような雰囲気を形成するが、この場合、セメントキルン燃焼ガスに含まれるダストを集塵するための電気集塵機の爆発や、ダイオキシン類のような有害物質の発生する虞があるという問題がある。

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、セメント製造装置の安全性も確保し、環境負荷を増加させることなく、セメント製造工程から重金属類を効率よく分離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、セメント製造方法であって、固定炭素を含む物質と、塩素分を含む物質とを混合して造粒し、該造粒物を、セメントキルンのキルン中間から、該セメントキルンに付設されているプレヒータの最下段サイクロンまでの区間に供給し、該セメントキルンの窯尻から前記最下段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、該燃焼ガスに含まれるダストを集塵し、該集塵したダストから重金属類を分離することを特徴とする。

そして、本発明によれば、セメントキルンのキルン中間から、該セメントキルンに付設されているプレヒータの最下段サイクロンの区間から、固定炭素を含む物質と、塩素分を含む物質との混合造粒物を供給することにより、キルン内での重金属類の揮発率を高め、また、セメントキルンの燃焼ガスの一部を抽気する位置での重金属類の濃縮率を高めることができる。そのため、セメントキルンの燃焼ガスの一部を抽気する際に、その燃焼排ガスに同伴して抽気される重金属類が増加するため、塩素バイパスダスト等で効率よく重金属を回収することが可能になる。ここで、固定炭素を含む物質と、塩素分を含む物質とを混合した造粒物を用いることで、セメントキルン内等の重金属類の効率的な揮発、濃縮ができる目標位置、温度範囲９００℃〜１３００℃への固定炭素と塩素分の両方の供給が可能となり、重金属の揮発率を高く維持するとともに、燃焼ガスの一部を抽気する位置での重金属類の濃縮率を高めることができる。さらに、セメント製造装置の安全性も確保し、環境負荷を増加させることなく実施することが可能になる。

上記セメント製造方法において、前記造粒物を粒径５ｍｍ以上５０ｍｍ以下に調整した後、前記区間に供給することができる。これによって、セメント製造工程からの重金属回収・除去を促進することが可能になる。

また、上記セメント製造方法において、前記固定炭素を含む物質を、コークス、石炭、無煙炭、瀝青炭、褐炭、黒鉛、木炭、ミックスコークス、ファインコークス、活性コークス、電極くず、廃トナー、重油灰及びフライアッシュに含まれる未燃カーボンの各々０．１μｍ以上１ｍｍ以下の微粉、並びに難燃性プラスチック、フェノール樹脂、フラン樹脂、熱硬化性樹脂及びセルロースの各々炭化物の０．１μｍ以上１ｍｍ以下の微粉からなる群より選択される１又は２以上とすることができる。

さらに、上記セメント製造方法において、前記塩素分を含む物質をＮａＣｌ、ＫＣｌ、ＣａＣｌ₂等のアルカリ金属塩化物、アルカリ土類金属塩化物、ＦｅＣｌ₂、ＣｕＣｌ₂等の金属塩化物、含塩素廃プラスチック、塩化ビニル、都市ごみ焼却灰、浚渫土、廃自動車シュレッダーダストからなる群より選択される１又は２以上とすることができる。

また、本発明は、セメント製造装置であって、固定炭素を含む物質と、塩素分を含む物質とを混合して造粒する造粒装置と、セメントキルンのキルン中間から、該セメントキルンに付設されているプレヒータの最下段サイクロンまでの区間から前記造粒装置で造粒された造粒物を供給する供給装置と、該セメントキルンの窯尻から前記最下段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抽気装置と、該抽気装置によって抽気された燃焼ガスに含まれるダストを集塵する集塵装置と、該集塵装置によって集塵されたダストから重金属類を分離する重金属類分離装置とを備えることを特徴とする。本発明によれば、上述の発明と同様に、セメント製造装置の安全性を確保し、環境負荷を増加させることなく、効率よく重金属類を回収することができる。

以上のように、本発明によれば、セメントの品質に影響を与えることなく、セメント製造装置の安全性も確保し、環境負荷を増加させることなく、セメント製造工程から重金属類を効率よく分離することができる。

本発明にかかるセメント製造装置の一実施の形態を示す概略図である。 セメントキルンに付設される塩素バイパス装置の全体構成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装置の実施例を説明するための概略図である。

次に、本発明を実施するための形態について図面を参照しながら説明する。尚、以下の説明においては、固定炭素を含む物質として重油灰を用い、塩素分を含む物質として自動車シュレッダーダスト（以下、「ＡＳＲ」という）を用い、重金属の一つである鉛を分離する場合を例にとって説明する。

図１は、本発明にかかるセメント製造装置の一実施の形態を示し、このセメント製造装置１は、重油灰とＡＳＲと水とを混練／混合する混練／混合機２と、混練／混合した原料を造粒する造粒機３と、造粒された造粒物（以下、「ペレット」という）Ｐを乾燥させる乾燥機４と、乾燥物（以下、「乾燥ペレット」という）Ｄをセメントキルン（以下、「キルン」と略称する）７のキルン中間から、キルン７に付設されているプレヒータの最下段サイクロ８ンまでの区間（本実施形態では窯尻７ａから）に投入するための投入装置５等を備える。

混練／混合機２は、重油灰に水を添加して造粒に必要な粘性を得るとともに、重油灰とＡＳＲとを混合するために備えられ、例えば、コンティニュアスニーダーやパグミキサー、レディゲミキサー、プロシェアミキサー等のバッチ式、連続式の混練／混合機を用いることができる。尚、バッチ式の混練／混合機を用いる場合には、造粒機３への供給を一定に保つための装置を設ける。

造粒機３は、混練／混合機２からの混練／混合物Ｍを造粒してペレットＰとするために備えられ、例えば、押出式（ディスクペレッタ、プレスペレッタ等）、圧縮式（タブレットマシーン、ブリケットマシーン等）、転動式（パンペレタイザー等）を用いることができる。

乾燥機４は、ペレットＰを乾燥させてハンドリング性を向上させるために設けられ、キルン７やプレヒータの排ガス、クリンカクーラの排ガス、塩素バイパスの排ガス等を利用してペレットＰを乾燥させることができる。尚、ペレットＰの強度が十分な場合には、乾燥機４を省略することができる。

投入装置５には、ベルトフィーダー、エプロンフィーダー、振動フィーダーのような定量的に投入できる装置を用い、キルン７にはシュート６より乾燥ペレットＤを自然に落下投入してもよく、空気等を利用して窯尻７ａからキルン７の内部に噴出してもよく、キルン７の胴体部より投入することもできる。また、造粒機３での造粒量を固定することができるのであれば、造粒機３からキルン７の内部に直接ペレットＰを投入することもできる。

一方、図２に示すように、キルン７には塩素バイパス装置２０が備えられ、キルン７の窯尻７ａから最下段サイクロン８（図１参照）に至るまでのキルン排ガス流路からの抽気ガスＧ１は、プローブ２２において冷却ファン２３からの冷却空気Ａによって冷却された後、分級機２４に導入され、粗粉ダストＤ１と、微粉Ｄ２及びガスＧ２とに分離される。粗粉ダストＤ１は、キルン７に戻され、微粉Ｄ２及びガスＧ２は、冷却器２５により冷却後、塩化カリウム（ＫＣｌ）等を含む微粉（塩素バイパスダスト）Ｄ２を集塵機２７で回収する。尚、集塵機２７から排出された排ガスＧ３は、排気ファン２９を経てキルン７に付設されたプレヒータ、又はプレヒータの出口等の排ガス流路に戻される。

次に、上記セメント製造装置１を用いた本発明にかかるセメント製造方法について説明する。

図１に示すように、ＡＳＲと重油灰とを混練／混合機２に所定の塩素濃度になるように定量性のある供給機を用いて投入し、水を所定の水分となるように添加し、混練／混合する。その際、ＡＳＲは、ペレットＰの強度確保のために、篩い分けや磁力選別器による異物除去や、破砕による粒度調整等の前処理を施したものを利用した方がよい。

混練／混合機２における水分添加量は、造粒前のドライベースの重油灰に対して、１５質量％以上５０質量％以下の水分となるように添加することが好ましい。添加する水分の質量が１５質量％未満の場合には、重油灰をペレット化することができず、所望の粒度の物が得られないという問題があり、一方、５０質量％を超える場合には、混練／混合での粘着性の増加により造粒ができなかったり、造粒後にペレット同士が粘着するという問題がある。尚、所望の強度が得られない場合には、ベントナイト、リグニン、水ガラス、ポリビニルアルコール等の添加材を適宜加えることも可能である。

次に、造粒機３により、混練／混合した重油灰及びＡＳＲを造粒し、水分を調整したペレットＰを得る。尚、造粒機３によってペレットＰとするのは、窯尻７ａ等から投入した際に、粒径が小さすぎるとキルン排ガス流路を流れるガスに同伴して最下段サイクロン８側に重油灰、ＡＳＲが流れ、その結果、鉛の揮発領域への重油灰、並びに鉛濃縮領域へのＡＳＲ供給量が減少し、効率的な鉛揮発・回収ができなくなることを回避するためである。

造粒機３において、ペレットＰの粒径が５〜５０ｍｍとなるように造粒し、その後乾燥機４で乾燥ペレットＤとすることが好ましい。乾燥ペレットＤの粒径が５ｍｍ未満の場合には、キルン７に投入した乾燥ペレットＤが飛散し、鉛の揮発温度域への乾燥ペレットＤの供給量が減少し、効率的な揮発率を確保できなくなるとともに、効率的な鉛の濃縮・回収ができなくなる。一方、乾燥ペレットＤの粒径が５０ｍｍを超える場合には、セメントの色が黄色を呈してセメントの品質面で問題となることが懸念される。

次に、キルン７によるセメント焼成中に、投入装置５によって乾燥ペレットＤをキルン７の窯尻７ａから投入し、キルン７内での鉛の揮発を促進する。

キルン７で揮発した鉛は、図２において、プローブ２２によって抽気されたガスに含まれ、抽気ガスＧ１は、プローブ２２において冷却された後、分級機２４に導入され、粗粉ダストＤ１と、微粉Ｄ２及びガスＧ２とに分離され、最終的に、微粉Ｄ２が集塵機２７で回収される。この微粉Ｄ２には、鉛がより多く揮発した分、鉛が従来よりも多く濃縮されているため、この鉛を分離することによりセメント製造工程から鉛を効率よく除去し、キルン７で製造されるセメントクリンカの鉛含有率を低下させることができる。

尚、上記実施の形態においては、塩素バイパスダストから鉛を分離する場合を例示したが、亜鉛、カドミウム、アンチモン、セレン、砒素、タリウムについても上記と同様の要領にて分離することができる。

また、塩素バイパスダスト以外にも、キルン７の窯尻７ａから最下段サイクロン８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、抽気した燃焼ガスに含まれるダストであれば、上記と同様の方法にて上記重金属類を分離することができる。

尚、上記実施の形態においては、固定炭素を含む物質として重油灰を例示したが、石炭、無煙炭、瀝青炭、褐炭、黒鉛、木炭、コークス、ミックスコークス、ファインコークス、活性コークス、電極くず、廃トナー、重油灰及びフライアッシュに含まれる未燃カーボンの各々０．１μｍ以上１ｍｍ以下の微粉、並びに難燃性プラスチック、フェノール樹脂、フラン樹脂、熱硬化性樹脂及びセルロースの各々炭化物の０．１μｍ以上１ｍｍ以下の微粉等を用いることができる。

また、塩素分を含む物質としてＡＳＲを例示したが、ＮａＣｌ、ＫＣｌ、ＣａＣｌ₂等のアルカリ塩、ＦｅＣｌ₂、ＣｕＣｌ₂等の金属塩、含塩素廃プラスチック、塩化ビニル、都市ごみ焼却灰、浚渫土、廃自動車シュレッダーダスト等を用いることもできる。

次に、本発明の実施例について図３を参照しながら説明する。本実施例においては、表１に示したセメント製造装置１と、図２に示した塩素バイパス装置２０とを使用し、固定炭素を含む物質として重油灰を用い、塩素分を含む物質としてＣａＣｌ₂を用い、重金属の一つである鉛を分離した。

図３において、混練／混合機２には、コンティニュアスニーダー（株式会社ダルトン社製）を用い、造粒機３には、ディスクペレッタ（株式会社ダルトン社製）乾燥機４には、箱型乾燥機（自社製、ジェットヒーターにより熱風を発生し、乾燥させる）を用いた。

重油灰１２０ｋｇ／ｈとＣａＣｌ₂を、図１に示す配合で混練／混合機２によって混練／混合後、造粒機３にて１０ｍｍφのペレットＰを製造した。ペレットＰの水分は３０質量％で調整した。また、ＣａＣｌ₂は、所定の水分、投入量となるように水溶液として混練／混合機２に添加した。乾燥機４によって、造粒後のペレットＰを水分２質量％以下になるまで乾燥させた。

乾燥機４よって乾燥した乾燥ペレットＤをキルン７の窯尻７ａより投入し、鉛揮発率（（１−クリンカ鉛濃度／最下段サイクロン８の原料中の鉛濃度）×１００）と、塩素バイパス装置２０における微粉Ｄ２の鉛濃度を測定した。上記鉛揮発率と、鉛濃度の測定結果を表１に示す。

同表において、ブランクは、重油灰及びＣａＣｌ₂ともに添加しなかった場合、水準１は、重油灰のみを用いて乾燥ペレットＤを製造して窯尻７ａより投入した場合を示す。同表より、重油灰及びＣａＣｌ₂を混合して造粒し、窯尻７ａより投入することで、鉛揮発率及び微粉Ｄ２の鉛濃度が上昇し、特に、水準４においてブランク等と比較して大幅にこれらの値が上昇し、鉛を効率よく分離できていることが判る。

１ セメント製造装置
２ 混練／混合機
３ 造粒機
４ 乾燥機
５ 投入装置
６ シュート
７ セメントキルン
７ａ 窯尻
８ 最下段サイクロン
２０ 塩素バイパス装置
２２ プローブ
２３ 冷却ファン
２４ 分級機
２７ 集塵機
２９ 排気ファン

Claims (5)

1. 固定炭素を含む物質と、塩素分を含む物質とを混合して造粒し、
   該造粒物を、セメントキルンのキルン中間から、該セメントキルンに付設されているプレヒータの最下段サイクロンまでの区間に供給し、
   該セメントキルンの窯尻から前記最下段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、
   該燃焼ガスに含まれるダストを集塵し、
   該集塵したダストから重金属類を分離することを特徴とするセメント製造方法。
2. 前記造粒物を粒径５ｍｍ以上５０ｍｍ以下に調整した後、前記区間に供給することを特徴とする請求項１に記載のセメント製造方法。
3. 前記固定炭素を含む物質を、コークス、石炭、無煙炭、瀝青炭、褐炭、黒鉛、木炭、ミックスコークス、ファインコークス、活性コークス、電極くず、廃トナー、重油灰及びフライアッシュに含まれる未燃カーボンの各々０．１μｍ以上１ｍｍ以下の微粉、並びに難燃性プラスチック、フェノール樹脂、フラン樹脂、熱硬化性樹脂及びセルロースの各々炭化物の０．１μｍ以上１ｍｍ以下の微粉からなる群より選択される１又は２以上とすることを特徴とする請求項１又は２に記載のセメント製造方法。
4. 前記塩素分を含む物質を、アルカリ金属塩化物、アルカリ土類金属塩化物、金属塩化物、含塩素廃プラスチック、塩化ビニル、都市ごみ焼却灰、浚渫土、廃自動車シュレッダーダストからなる群より選択される１又は２以上とすることを特徴とする請求項１、２又は３に記載のセメント製造方法。
5. 固定炭素を含む物質と、塩素分を含む物質とを混合して造粒する造粒装置と、
   セメントキルンのキルン中間から、該セメントキルンに付設されているプレヒータの最下段サイクロンまでの区間から前記造粒装置で造粒された造粒物を供給する供給装置と、
   該セメントキルンの窯尻から前記最下段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抽気装置と、
   該抽気装置によって抽気された燃焼ガスに含まれるダストを集塵する集塵装置と、
   該集塵装置によって集塵されたダストから重金属類を分離する重金属類分離装置とを備えることを特徴とするセメント製造装置。

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