JP2010201293A - 排ガスダストの処理方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】排ガスダストからセレン成分の溶出を抑制しつつ塩素成分や硫黄成分を溶出させることができる排ガスダストの処理方法を提供する。
【解決手段】少なくともセレン成分、塩素成分および硫黄成分を含む排ガスダスト、塩基性アルカリ金属化合物および水を混合し、塩素成分および硫黄成分を溶出して除去する排ガスダストの処理方法において、当該混合液の液温が４０℃以下であって排ガスダスト１ｋｇに対し塩基性アルカリ金属化合物をアルカリ金属換算で２．５〜３．０モル用いる排ガスダストの処理方法。
【選択図】なし
【解決手段】少なくともセレン成分、塩素成分および硫黄成分を含む排ガスダスト、塩基性アルカリ金属化合物および水を混合し、塩素成分および硫黄成分を溶出して除去する排ガスダストの処理方法において、当該混合液の液温が４０℃以下であって排ガスダスト１ｋｇに対し塩基性アルカリ金属化合物をアルカリ金属換算で２．５〜３．０モル用いる排ガスダストの処理方法。
【選択図】なし
Description
本発明は、排ガスに含まれるダストから、セレン成分の溶出を抑制しつつ塩素成分および硫黄成分を溶出して除去する排ガスダストの処理方法に関する。
ロータリーキルン等のセメント製造装置やゴミ焼却炉から排出される排ガスには塩化水素、硫黄酸化物および窒素酸化物等の酸性化合物が含まれるため、排ガスに消石灰や生石灰を添加して中和する必要がある。その結果、中和生成物である塩化カルシウム、亜硫酸カルシウムおよび硫酸カルシウムや未反応の消石灰および生石灰が排ガス中のダスト（以下「排ガスダスト」という。）に含まれることになり、排ガスを大気中に放出する前に排ガスダストはバグフィルターや電気集塵機等により集塵して回収される。排ガスダスト中に含まれるカルシウム成分はセメントのカルシウム源になり得るので、セメント原料の一部として有効利用することができる。
しかし、前記排ガスダストにはカルシウム成分の他に、セレン成分、塩素成分および硫黄成分等が含まれている。塩素成分がＪＩＳ Ｒ ５２１０に規定する基準値を超えてセメントに含まれると、コンクリート中の鉄筋の腐食が促進される虞がある。また、硫黄成分がＪＩＳ Ｒ ５２１０に規定する基準値を超えてセメントに含まれると、セメントの水和に伴って生成するエトリンガイトによりコンクリートにひび割れが発生する虞がある。このため、排ガスダストをセメント原料として使用するに際し、製造されたセメント中の塩素成分や硫黄成分が当該基準値以下になるように塩素成分や硫黄成分を水洗等により除去する必要がある。
例えば、特許文献１には、キルン排ガスダストを水洗して得られたケーキをキルン内に投入することによりセメント原料の一部に使用する発明が記載されている。しかし、当該発明は塩素成分の除去には有効であっても硫黄成分の除去効果は低く、硫黄成分の除去に課題を残している。また、特許文献２には、排ガスダストに水酸化ナトリウム等のアルカリ化剤を含む水溶液を混合して固液分離して得た固形分をセメント原料の一部に使用する発明が記載されている。当該発明は塩素成分および硫黄成分の除去効果が高いもののセレン成分も同様に溶出するためにセレン成分の溶出抑制が課題であった。
例えば、特許文献１には、キルン排ガスダストを水洗して得られたケーキをキルン内に投入することによりセメント原料の一部に使用する発明が記載されている。しかし、当該発明は塩素成分の除去には有効であっても硫黄成分の除去効果は低く、硫黄成分の除去に課題を残している。また、特許文献２には、排ガスダストに水酸化ナトリウム等のアルカリ化剤を含む水溶液を混合して固液分離して得た固形分をセメント原料の一部に使用する発明が記載されている。当該発明は塩素成分および硫黄成分の除去効果が高いもののセレン成分も同様に溶出するためにセレン成分の溶出抑制が課題であった。
上記したように、排ガスダストを単にアルカリ化剤の水溶液で洗浄すると、塩素成分や硫黄成分のほかにセレン成分も排水基準以上に溶出する場合があり、かかる場合には洗浄水を廃棄するに先立ちセレン成分の除去処理を行わなければならない。ところが、一般にセレン成分の除去には第一鉄塩等の還元剤を多量に使用しなければならず、処理に手間やコストがかかっていた。
そこで、本発明は、排ガスダストからセレン成分の溶出を抑制しつつ塩素成分や硫黄成分を溶出させることができる排ガスダストの処理方法を提供することを目的とする。
そこで、本発明は、排ガスダストからセレン成分の溶出を抑制しつつ塩素成分や硫黄成分を溶出させることができる排ガスダストの処理方法を提供することを目的とする。
本発明者らは、上記課題に鑑み鋭意研究したところ、特定の温度下で塩基性アルカリ金属化合物を特定量使用することにより、セレン成分の溶出を抑制しつつ塩素成分や硫黄成分を溶出させることができる排ガスダストの処理方法を見出し本発明を完成した。
すなわち、本発明は、少なくともセレン成分、塩素成分および硫黄成分を含む排ガスダスト、塩基性アルカリ金属化合物および水を混合し、塩素成分および硫黄成分を溶出して除去する排ガスダストの処理方法において、当該混合液の液温が４０℃以下であって排ガスダスト１ｋｇに対し塩基性アルカリ金属化合物をアルカリ金属換算で２．５〜３．０モル用いることを特徴とする排ガスダストの処理方法である。ここで、本発明の構成要素である上記「少なくともセレン成分、塩素成分および硫黄成分を含む排ガスダスト、塩基性アルカリ金属化合物および水を混合し」とは、以下の混合の態様を含む。
（１）少なくともセレン成分、塩素成分および硫黄成分を含む排ガスダストに、予め調製した塩基性アルカリ金属化合物の水溶液を混合する。
（２）少なくともセレン成分、塩素成分および硫黄成分を含む排ガスダストの水懸濁液に、塩基性アルカリ金属化合物を混合する。
（３）少なくともセレン成分、塩素成分および硫黄成分を含む排ガスダストと塩基性アルカリ金属化合物を混合し、該混合物に更に水を混合する。
（４）少なくともセレン成分、塩素成分および硫黄成分を含む排ガスダストと、塩基性アルカリ金属化合物と、水を同時に混合する。
（１）少なくともセレン成分、塩素成分および硫黄成分を含む排ガスダストに、予め調製した塩基性アルカリ金属化合物の水溶液を混合する。
（２）少なくともセレン成分、塩素成分および硫黄成分を含む排ガスダストの水懸濁液に、塩基性アルカリ金属化合物を混合する。
（３）少なくともセレン成分、塩素成分および硫黄成分を含む排ガスダストと塩基性アルカリ金属化合物を混合し、該混合物に更に水を混合する。
（４）少なくともセレン成分、塩素成分および硫黄成分を含む排ガスダストと、塩基性アルカリ金属化合物と、水を同時に混合する。
本発明によれば、排ガスダストからセレン成分の溶出を抑制しつつ塩素成分や硫黄成分を溶出させることができる。これによって、塩素成分や硫黄成分が溶出した液に対しセレン成分の除去処理が不要となり、当該処理の手間やコストを省くことができる。
以下、本発明の排ガスダストの処理方法について説明する。
本発明の処理対象である排ガスダストは、例えば、ロータリキルン等のセメント製造装置や廃棄物処理用加熱炉から排出された排ガスに含まれる塩化水素および硫黄酸化物等の酸性化合物と、消石灰または生石灰等との間の中和反応生成物である塩化カルシウム、亜硫酸カルシウムおよび硫酸カルシウムや、未反応の消石灰および生石灰を含むほか、セレン酸塩や亜セレン酸塩等のセレン成分を含む。排ガスダストは排ガスが大気中に排出される前に、バグフィルター、電気集塵機またはサイクロン式集塵機等により集塵される。サイクロン式集塵機を用いれば主に排ガスダストの粗粒分を分取することができ、また、排ガスダストの粗粒分を分取した後の排ガスに対しバグフィルターや電気集塵機を用いれば主に排ガスダストの細粒分を分取することができる。特に、排ガスダストの粗粒分は、細粒分に比べカルシウム成分が多く含まれるから、本発明の処理対象物として好適である。
また、ロータリキルン等のセメント製造装置から分離された排ガスダストに含まれる各種成分の種類およびその含有率の均質性、並びに排ガスダストの水懸濁液の液性（ｐＨ）の均質性の観点から、処理対象はロータリキルン等のセメント製造装置から分離された排ガスダストが好ましい。
本発明の処理対象である排ガスダストは、例えば、ロータリキルン等のセメント製造装置や廃棄物処理用加熱炉から排出された排ガスに含まれる塩化水素および硫黄酸化物等の酸性化合物と、消石灰または生石灰等との間の中和反応生成物である塩化カルシウム、亜硫酸カルシウムおよび硫酸カルシウムや、未反応の消石灰および生石灰を含むほか、セレン酸塩や亜セレン酸塩等のセレン成分を含む。排ガスダストは排ガスが大気中に排出される前に、バグフィルター、電気集塵機またはサイクロン式集塵機等により集塵される。サイクロン式集塵機を用いれば主に排ガスダストの粗粒分を分取することができ、また、排ガスダストの粗粒分を分取した後の排ガスに対しバグフィルターや電気集塵機を用いれば主に排ガスダストの細粒分を分取することができる。特に、排ガスダストの粗粒分は、細粒分に比べカルシウム成分が多く含まれるから、本発明の処理対象物として好適である。
また、ロータリキルン等のセメント製造装置から分離された排ガスダストに含まれる各種成分の種類およびその含有率の均質性、並びに排ガスダストの水懸濁液の液性（ｐＨ）の均質性の観点から、処理対象はロータリキルン等のセメント製造装置から分離された排ガスダストが好ましい。
本発明に用いる塩基性アルカリ金属化合物とは、水溶液にした場合にアルカリ性を示す化合物であって、例えば、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、炭酸ナトリウム、炭酸水素ナトリウム、炭酸カリウム、炭酸水素カリウム等を挙げることができる。塩基性アルカリ金属化合物は排ガスダスト１ｋｇに対しアルカリ金属換算で２．５〜３．０モル用いるのが好ましい。塩基性アルカリ金属化合物の使用量が、排ガスダスト１ｋｇに対しアルカリ金属換算で２．５モル未満では硫黄成分の溶出量が低下し、他方、当該使用量が排ガスダスト１ｋｇに対しアルカリ金属換算で３．０モルを超えるとセレン成分の溶出が増加する傾向にある。
本発明において、排ガスダスト、塩基性アルカリ金属化合物および水の混合液の液温は４０℃以下が好ましい。当該液温が４０℃を超えるとセレン成分の溶出が増加する傾向にある。
また、排ガスダストに対する水または水溶液の混合割合は、特に限定されるものではないが、排ガスダスト１ｋｇ当たり水または水溶液は１〜１０リットルでよい。水または水溶液が１リットル未満では、混合効率が低下して塩素成分等の溶出が不十分になる場合があり、他方、水または水溶液が１０リットルを超えると塩素成分等の溶出量は飽和する他、混合槽が大きくなって場所をとることになる。
また、排ガスダスト、塩基性アルカリ金属化合物および水の混合時間は、上記の混合割合や混合効率によって左右されるが、概ね１０〜１２０分あればよい。
排ガスダスト、塩基性アルカリ金属化合物および水の混合液は、固液分離することによって水酸化カルシウムを含む固形分（ケーキ）と塩素成分および硫黄成分が溶出した液を得る。ここで、固液分離の方法として、例えばベルトフィルターやフィルタープレス等の濾過装置を用いて濾過する方法や遠心分離する方法等が挙げられる。そして、固液分離して得られる固形分は、水酸化カルシウム等のカルシウム成分を含み、かつ、塩素成分等が除去されているので、セメント原料として、再資源化することができる。
以下、本発明を実施例により説明するが、本発明は実施例に限定されるものではない。
［試験例１］
セメント製造装置から排出された排ガスから分離した、表１に示す排ガスダスト１ｋｇ対し、それぞれ０．７１、０．８６、１．００および１．７１モル／リットルの各濃度の水酸化ナトリウム水溶液３．５リットル（ナトリウム換算でそれぞれ２．５、３．０、３．５および６．０モル含有）を添加した。次に、液温（溶出温度）を２０℃、４０℃または６０℃に保持したまま３０分間撹拌した。その後、当該混合液を濾過して濾液と固形分を分取し、濾液中の全セレン濃度（４価と６価のセレンの濃度）をＩＣＰにより、また、固形分中の塩素および硫黄の含有量を蛍光Ｘ線分析により測定した。図１に全セレン濃度（Ｓｅ溶出）、図２に脱塩率（脱Ｃｌ率）、図３に脱硫率（脱Ｓ率）を示す。
図１から分かるように、液温が４０℃以下であって、塩基性アルカリ化合物（水酸化ナトリウム）の添加量がナトリウム換算で３．０モル以下の場合はセレンの溶出を抑制できる。また、図２から分かるように、脱塩率は液温および塩基性アルカリ化合物の添加量に関係なく、いずれも約９０％以上と高い。他方、図３から分かるように、脱硫率はいずれの液温でも塩基性アルカリ化合物の添加量がナトリウム換算で２．５モル以上の場合は約５０％以上と高い。
よって、排ガスダストからセレン成分の溶出を抑制しつつ塩素成分や硫黄成分を効率よく溶出させるためには、混合液の液温が４０℃以下であって排ガスダスト１ｋｇに対し塩基性アルカリ金属化合物をアルカリ金属換算で２．５〜３．０モル用いるのが好ましい。
［試験例１］
セメント製造装置から排出された排ガスから分離した、表１に示す排ガスダスト１ｋｇ対し、それぞれ０．７１、０．８６、１．００および１．７１モル／リットルの各濃度の水酸化ナトリウム水溶液３．５リットル（ナトリウム換算でそれぞれ２．５、３．０、３．５および６．０モル含有）を添加した。次に、液温（溶出温度）を２０℃、４０℃または６０℃に保持したまま３０分間撹拌した。その後、当該混合液を濾過して濾液と固形分を分取し、濾液中の全セレン濃度（４価と６価のセレンの濃度）をＩＣＰにより、また、固形分中の塩素および硫黄の含有量を蛍光Ｘ線分析により測定した。図１に全セレン濃度（Ｓｅ溶出）、図２に脱塩率（脱Ｃｌ率）、図３に脱硫率（脱Ｓ率）を示す。
図１から分かるように、液温が４０℃以下であって、塩基性アルカリ化合物（水酸化ナトリウム）の添加量がナトリウム換算で３．０モル以下の場合はセレンの溶出を抑制できる。また、図２から分かるように、脱塩率は液温および塩基性アルカリ化合物の添加量に関係なく、いずれも約９０％以上と高い。他方、図３から分かるように、脱硫率はいずれの液温でも塩基性アルカリ化合物の添加量がナトリウム換算で２．５モル以上の場合は約５０％以上と高い。
よって、排ガスダストからセレン成分の溶出を抑制しつつ塩素成分や硫黄成分を効率よく溶出させるためには、混合液の液温が４０℃以下であって排ガスダスト１ｋｇに対し塩基性アルカリ金属化合物をアルカリ金属換算で２．５〜３．０モル用いるのが好ましい。
［試験例２］
水酸化ナトリウム水溶液に代えて炭酸ナトリウム水溶液を使用した以外は、試験例１と同様に試験した。図４に全セレン濃度、図５に脱塩率、図６に脱硫率を示す。
図４〜６から分かるように、全セレン濃度、脱塩率および脱硫率は、上記水酸化ナトリウムの場合と同様であって、排ガスダストからセレン成分の溶出を抑制しつつ塩素成分や硫黄成分を効率よく溶出させるためには、混合液の液温が４０℃以下であって排ガスダスト１ｋｇに対し塩基性アルカリ金属化合物をアルカリ金属換算で２．５〜３．０モル用いるのが好ましい。
水酸化ナトリウム水溶液に代えて炭酸ナトリウム水溶液を使用した以外は、試験例１と同様に試験した。図４に全セレン濃度、図５に脱塩率、図６に脱硫率を示す。
図４〜６から分かるように、全セレン濃度、脱塩率および脱硫率は、上記水酸化ナトリウムの場合と同様であって、排ガスダストからセレン成分の溶出を抑制しつつ塩素成分や硫黄成分を効率よく溶出させるためには、混合液の液温が４０℃以下であって排ガスダスト１ｋｇに対し塩基性アルカリ金属化合物をアルカリ金属換算で２．５〜３．０モル用いるのが好ましい。
Claims (1)
- 少なくともセレン成分、塩素成分および硫黄成分を含む排ガスダスト、塩基性アルカリ金属化合物および水を混合し、塩素成分および硫黄成分を溶出して除去する排ガスダストの処理方法において、当該混合液の液温が４０℃以下であって排ガスダスト１ｋｇに対し塩基性アルカリ金属化合物をアルカリ金属換算で２．５〜３．０モル用いることを特徴とする排ガスダストの処理方法。
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