JP2021146236A - Alkali metal removal method and alkali metal removal device - Google Patents

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Abstract

To provide an alkali metal removal method for effectively removing alkali metals from flying ashes of woody biomass ashes to effectively utilize the alkali metals as a cement raw material.SOLUTION: A method for removing alkali metals from flying ashes of woody biomass combustion ashes includes: a step (a) of classifying flying ashes into fine powder and coarse powder; a step (b) of acquiring a pulverized object by pulverizing a surface part of the coarse powder that is acquired from the step (a); a step (c) of classifying the pulverized object that is acquired from the step (b) into pulverized fine powder and pulverized coarse powder; a step (d) of acquiring a heat treatment object by heating the pulverized fine powder that is acquired from the step (c) together with a chlorine source; and a step (e) of washing with water the fine powder that is acquired from the step (a) and the heat treatment object that is acquired from the step (d).SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、アルカリ金属除去方法及びアルカリ金属除去装置に関する。特に、本発明は、木質バイオマスの燃焼灰をセメント原料等として有効利用するための、アルカリ金属除去方法及びアルカリ金属除去装置に関する。 The present invention relates to an alkali metal removing method and an alkali metal removing device. In particular, the present invention relates to an alkali metal removing method and an alkali metal removing device for effectively using the combustion ash of woody biomass as a raw material for cement and the like.

樹木の幹や枝、切削チップ、おが粉、樹皮、木質ペレット、PKS(palm kernel shell)、建築廃材等の木質バイオマスについては、発電用ボイラ等の燃料とする技術開発に並行して、木質バイオマスの燃焼で発生する燃焼灰(以後、「木質バイオマス灰」と称する場合がある。)の有効利用技術についても開発が進められている。 For woody biomass such as tree trunks and branches, cutting chips, ash powder, bark, wood pellets, PKS (palm kernel shell), and construction waste, in parallel with technological development using fuel for power generation boilers, wood quality Development of an effective utilization technology for combustion ash (hereinafter sometimes referred to as "woody biomass ash") generated by combustion of biomass is also underway.

木質バイオマス灰は、例えば石炭灰やごみ焼却灰等と比較すると、アルカリ金属、特にカリウムの含有量が多いことが特徴である。そのため、例えば、多量に発生する石炭灰やごみ焼却灰の有効利用を可能にしているセメント原料化技術を木質バイオマス灰に適用する場合、セメントがアルカリ金属成分を忌避成分とするために木質バイオマス灰からアルカリ金属を除去することが必要となる。更に、木質バイオマス灰の飛灰からアルカリ金属が除去できれば、石炭灰(フライアッシュ)がそうであるように、木質バイオマス灰の飛灰をコンクリート混和材やセメント混合材とする用途開発等も可能になる。 Woody biomass ash is characterized by having a high content of alkali metals, particularly potassium, as compared with, for example, coal ash and waste incineration ash. Therefore, for example, when applying the cement raw material technology that enables effective utilization of a large amount of coal ash and waste incineration ash to woody biomass ash, woody biomass ash because the cement uses an alkali metal component as a repellent component. It is necessary to remove the alkali metal from. Furthermore, if alkali metals can be removed from the flying ash of woody biomass ash, it will be possible to develop applications for using flying ash of woody biomass ash as a concrete admixture or cement mixture, as is the case with coal ash (fly ash). Become.

木質バイオマス灰からアルカリ金属成分を除去する技術として、例えば、下記特許文献1には、バグフィルタで集塵された木質バイオマス灰(飛灰)を、所定の分級点で分級してカリウム濃度の高い微粉燃焼灰を分別して回収する、燃焼装置及び燃焼灰処理方法が開示されている。 As a technique for removing an alkali metal component from woody biomass ash, for example, in Patent Document 1 below, woody biomass ash (fly ash) collected by a bag filter is classified at a predetermined classification point to have a high potassium concentration. A combustion apparatus and a combustion ash treatment method for separating and recovering fine powder combustion ash are disclosed.

特開2017−122550号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2017-122550

しかしながら、木質バイオマス灰の飛灰は、全ての粒度の灰にアルカリ金属が存在するため、微粉に存在するアルカリ金属を除去するだけではセメント原料等とするには不十分である。 However, since the flying ash of woody biomass ash contains alkali metals in ash of all particle sizes, it is not enough to use it as a raw material for cement or the like simply by removing the alkali metals present in the fine powder.

上記の課題に鑑み、本発明は、木質バイオマス灰の飛灰(以後、「バイオマス灰」と称する場合もある。)からアルカリ金属を効率的に除去してセメント原料等として有効利用するための、アルカリ金属除去方法及びその方法の実施に用いるアルカリ金属除去装置を提供することを目的とする。 In view of the above problems, the present invention efficiently removes alkali metals from fly ash of woody biomass ash (hereinafter, may be referred to as "biomass ash") and effectively uses it as a raw material for cement or the like. It is an object of the present invention to provide an alkali metal removing method and an alkali metal removing device used for carrying out the method.

本発明者らは、鋭意研究の結果、バイオマス灰に含まれるアルカリ金属には水溶性のものと水に難溶性(以後、単に「難溶性」と称する。)なものの2種類が存在すること、並びに、バイオマス灰のうち粒度の小さい微粉側には水溶性のアルカリ金属が多く存在する一方、粒度の大きい粗粉側には難溶性のアルカリ金属が多く存在することを見出した。 As a result of diligent research, the present inventors have found that there are two types of alkali metals contained in biomass ash: those that are water-soluble and those that are sparingly soluble in water (hereinafter, simply referred to as "poorly soluble"). It was also found that a large amount of water-soluble alkali metal was present on the fine powder side of the biomass ash, while a large amount of sparingly soluble alkali metal was present on the coarse powder side of the large particle size.

更に、本発明者らは、バイオマス灰の粗粉に多く存在する難溶性のアルカリ金属は、粗粉の周縁部に遍在すること、及び、この粗粉の周縁部に遍在する難溶性のアルカリ金属は粗粉同士を高速で衝突させることにより粗粉粒子から分離できることを見出した。 Furthermore, the present inventors have found that the poorly soluble alkali metal that is abundantly present in the coarse powder of biomass ash is ubiquitous in the peripheral portion of the crude powder, and that the poorly soluble alkali metal is ubiquitous in the peripheral portion of the coarse powder. It has been found that the alkali metal can be separated from the coarse powder particles by colliding the coarse powders with each other at high speed.

更に、本発明者らは、粗粉の周縁部から分離回収された難溶性のアルカリ金属は、塩素源と一緒に加熱する処理(いわゆる「塩化焙焼」)によって水溶性塩(アルカリ金属塩化物)に変化させられることを見出した。 Furthermore, we have found that the sparingly soluble alkali metal separated and recovered from the periphery of the crude powder is a water-soluble salt (alkali metal chloride) by a treatment (so-called "chloride roasting") in which it is heated together with a chlorine source. ) Was found to be changed.

更に、本発明者らは、難溶性のアルカリ金属が分離回収された後の粗粉残分は、アルカリ金属含有量が1.0質量%前後と低濃度であることから、特別な前処理をすることなくセメント原料等に利用できることを見出した。 Furthermore, the present inventors perform a special pretreatment because the alkali metal content of the crude powder residue after the sparingly soluble alkali metal is separated and recovered is as low as about 1.0% by mass. It was found that it can be used as a raw material for cement without any trouble.

すなわち、バイオマス灰の粗粉の周縁部に存在する難溶性のアルカリ金属を分離回収した後、塩化焙焼して水溶性塩とし、その後にバイオマス灰の微粉と一緒に水洗することによって、効果的且つ効率的にバイオマス灰に含まれるアルカリ金属を除去することができる。したがって、この方法によれば、バイオマス灰をセメント原料等として有効利用することが可能となる。 That is, it is effective to separate and recover the sparingly soluble alkali metal existing in the periphery of the coarse powder of biomass ash, roast it with chloride to make it a water-soluble salt, and then wash it with water together with the fine powder of biomass ash. Moreover, the alkali metal contained in the biomass ash can be efficiently removed. Therefore, according to this method, biomass ash can be effectively used as a raw material for cement or the like.

すなわち、本発明は、木質バイオマスの燃焼灰の飛灰からアルカリ金属を除去する方法であって、
前記飛灰を微粉と粗粉に分級する工程(a)と、
前記工程(a)で得られた前記粗粉の表面部を粉砕して粉砕物を得る工程(b)と、
前記工程(b)で得られた前記粉砕物を粉砕微粉と粉砕粗粉に分級する工程(c)と、
前記工程(c)で得られた前記粉砕微粉を塩素源と共に加熱して加熱処理物を得る工程(d)と、
前記工程(a)で得られた前記微粉と、前記工程(d)で得られた前記加熱処理物とを水洗する工程(e)とを含むことを特徴とする。
That is, the present invention is a method for removing an alkali metal from fly ash of combustion ash of woody biomass.
The step (a) of classifying the fly ash into fine powder and coarse powder, and
The step (b) of crushing the surface portion of the coarse powder obtained in the step (a) to obtain a pulverized product,
The step (c) of classifying the pulverized product obtained in the step (b) into pulverized fine powder and pulverized coarse powder, and
The step (d) of heating the crushed fine powder obtained in the step (c) together with a chlorine source to obtain a heat-treated product,
It is characterized by including a step (e) of washing the fine powder obtained in the step (a) with water and the heat-treated product obtained in the step (d).

上記方法によれば、工程(a)によって予めバイオマス灰(飛灰)が微粉と粗粉とに分級される。上述したように、バイオマス灰の微粉には水溶性のアルカリ金属が多く含まれるため、そのまま水洗することでアルカリ金属を除去できる。また、バイオマス灰の粗粉には難溶性を示すアルカリ金属が多く含まれるが、工程(b)においてその表面部が粉砕されることで、バイオマス灰の粗粉の周縁部に遍在する難溶性のアルカリ金属が小片化される。 According to the above method, the biomass ash (fly ash) is previously classified into fine powder and coarse powder by the step (a). As described above, since the fine powder of biomass ash contains a large amount of water-soluble alkali metal, the alkali metal can be removed by washing with water as it is. In addition, the coarse powder of biomass ash contains a large amount of alkali metal showing poor solubility, but the surface portion thereof is crushed in the step (b), so that the coarse powder of biomass ash is ubiquitous in the peripheral portion of the coarse powder. Alkali metal is fragmented.

次に、工程(c)において粉砕物を分級することで、上述した小片、すなわち難溶性のアルカリ金属由来の微粉(粉砕微粉)と、周縁部に偏在していたアルカリ金属が取り除かれた状態のバイオマス灰の粗粉の残部(粉砕粗粉)とに分けられる。このうち、難溶性のアルカリ金属を含む粉砕微粉は、工程(d)において塩素源と共に加熱されて塩化焙焼が行われることで、アルカリ金属は水溶性塩に変化する。この結果、バイオマス灰の微粉側に含まれるアルカリ金属と、バイオマス灰の粗粉側に含まれており粉砕微粉として回収されたアルカリ金属の双方が、工程(e)に係る水洗処理によって水に溶解させて除去できる。 Next, by classifying the pulverized material in the step (c), the above-mentioned small pieces, that is, the sparingly soluble alkali metal-derived fine powder (crushed fine powder) and the alkali metal unevenly distributed in the peripheral portion are removed. It is divided into the rest of the coarse powder of biomass ash (crushed coarse powder). Of these, the pulverized fine powder containing a sparingly soluble alkali metal is heated together with a chlorine source in step (d) and roasted by chloride, so that the alkali metal changes to a water-soluble salt. As a result, both the alkali metal contained in the fine powder side of the biomass ash and the alkali metal contained in the coarse powder side of the biomass ash and recovered as crushed fine powder are dissolved in water by the washing treatment according to the step (e). Can be removed.

前記工程(a)は、5μm以上30μm以下を分級点として分級する工程であるものとしても構わない。 The step (a) may be a step of classifying with a classification point of 5 μm or more and 30 μm or less.

上記方法によれば、排出元が異なるバイオマス灰であっても、ほとんどのバイオマス灰について全体量の20質量%以上50質量%以下に相当する微粉を確保することができる。 According to the above method, even if the biomass ash has different discharge sources, it is possible to secure fine powder corresponding to 20% by mass or more and 50% by mass or less of the total amount of most of the biomass ash.

前記工程(c)は、5μm以上30μm以下を分級点として分級する工程であるものとしても構わない。 The step (c) may be a step of classifying with a classification point of 5 μm or more and 30 μm or less.

上記方法によれば、粉砕工程(b)でバイオマス灰の粗粉が破壊されて分離した、難溶性のアルカリ金属を多く含む粗粉の表面部片(粉砕微粉)を、当該表面部が除去された後の粗粉残部(粉砕粗粉)と分離することができる。粉砕工程(b)によって、排出元が異なるバイオマス灰であっても、ほとんどのバイオマス灰について全体量の20質量%〜45質量%に相当する粉砕微粉を確保することができる。この粉砕微粉には、バイオマス灰の粗粉が有していた難溶性のアルカリ金属のほとんどが含まれている。 According to the above method, the surface portion (crushed fine powder) of the crude powder containing a large amount of sparingly soluble alkali metal, which was separated by breaking the coarse powder of biomass ash in the pulverization step (b), is removed. It can be separated from the remaining coarse powder (crushed coarse powder). By the pulverization step (b), it is possible to secure pulverized fine powder corresponding to 20% by mass to 45% by mass of the total amount of most of the biomass ash even if the biomass ash has different discharge sources. This crushed fine powder contains most of the poorly soluble alkali metal contained in the coarse powder of biomass ash.

前記工程(d)は、650℃以上1000℃以下の温度で加熱する工程であるものとしても構わない。 The step (d) may be a step of heating at a temperature of 650 ° C. or higher and 1000 ° C. or lower.

上記方法によれば、バイオマス灰の粗粉(より詳細には粉砕微粉)に含まれる難溶性のアルカリ金属を、高い割合で水溶性塩に変化できる。加熱温度が650℃未満である場合には、温度が低いために塩化焙焼が生じ難くなることがある。また、加熱温度が1000℃を超える場合には、バイオマス灰の部分的な溶融や大径化が生じて塩化焙焼の反応速度が遅くなることがある。 According to the above method, the sparingly soluble alkali metal contained in the coarse powder of biomass ash (more specifically, crushed fine powder) can be converted into a water-soluble salt at a high ratio. When the heating temperature is less than 650 ° C., chloride roasting may be difficult to occur because the temperature is low. If the heating temperature exceeds 1000 ° C., the biomass ash may be partially melted or the diameter may be increased, and the reaction rate of chloride roasting may be slowed down.

前記工程(d)で利用される前記塩素源は、廃プラスチック及び無機化合物塩素が混入された可燃性廃棄物を含むものとしても構わない。 The chlorine source used in the step (d) may include flammable waste mixed with waste plastic and inorganic compound chlorine.

上記方法によれば、塩素含有率が高いためにリサイクル用途に乏しい廃棄物等を、バイオマス灰に含まれるアルカリ金属の除去のために有効活用できる。 According to the above method, wastes and the like, which have a high chlorine content and are poorly used for recycling, can be effectively used for removing alkali metals contained in biomass ash.

前記工程(d)で利用される前記塩素源は、80mm以下の大きさであるものとしても構わない。 The chlorine source used in the step (d) may have a size of 80 mm or less.

上記大きさの塩素源を工程(d)に係る加熱処理で利用することで、バイオマス灰の粗粉(より詳細には粉砕微粉)に含まれる難溶性のアルカリ金属を高い割合で水溶性塩に変化できる。塩素源の大きさが80mmよりも大きい場合、工程(d)に係る加熱処理中に塩素源からの塩素の揮発が十分に生じず、バイオマス灰の塩化焙焼が生じ難くなることがある。なお、この塩素源の大きさとは、篩いの目開きの大きさであって、大きさが80mm以下とは目開き80mmの篩いを通過するものを指す。 By using a chlorine source of the above size in the heat treatment according to step (d), a high proportion of the sparingly soluble alkali metal contained in the coarse powder of biomass ash (more specifically, crushed fine powder) becomes a water-soluble salt. Can change. When the size of the chlorine source is larger than 80 mm, the chlorine from the chlorine source may not be sufficiently volatilized during the heat treatment according to the step (d), and the chlorination roasting of the biomass ash may be difficult to occur. The size of the chlorine source is the size of the opening of the sieve, and the size of 80 mm or less means that the chlorine source passes through the sieve having an opening of 80 mm.

前記工程(d)は、前記粉砕微粉の全アルカリ金属成分のモル量(A)に対する、前記塩素源の全塩素のモル量(B)の比率(B/A)が、1.5以上5以下の範囲内で混合された、前記粉砕微粉と前記塩素源との混合物を加熱する工程であるものとしても構わない。 In the step (d), the ratio (B / A) of the molar amount (B / A) of the total chlorine of the chlorine source to the molar amount (A) of the total alkali metal component of the crushed fine powder is 1.5 or more and 5 or less. It may be a step of heating the mixture of the pulverized fine powder and the chlorine source mixed within the above range.

上記方法によれば、粉砕微粉に含まれる難溶性のアルカリ金属の多くを効率的に水溶性塩に変化させることができる。前記B/Aの値が5を超えると、塩化焙焼に寄与しない塩素が残存してしまい、一部の塩素源を無駄にするおそれがある。また、前記B/Aの値が1.5を下回る場合には、工程(d)の完了後に得られた加熱処理物にも、依然として難溶性のアルカリ金属が一定程度含まれるおそれがある。 According to the above method, most of the sparingly soluble alkali metals contained in the pulverized fine powder can be efficiently converted into water-soluble salts. If the B / A value exceeds 5, chlorine that does not contribute to chlorination roasting remains, and there is a risk that some chlorine sources will be wasted. Further, when the B / A value is less than 1.5, the heat-treated product obtained after the completion of the step (d) may still contain a certain amount of sparingly soluble alkali metal.

工程(c)で得られた粉砕粗粉は、工程(a)で分級されたバイオマス灰の粗粉のうち、周縁部に偏在していた、難溶性のアルカリ金属が分離回収された後の粗粉である。このため、アルカリ金属の含有率が極めて低い。また、工程(e)で得られた水洗処理物は、水溶性を示すアルカリ金属を含むバイオマス灰の微粉と、塩化焙焼によってアルカリ金属が水溶性塩に変化した粉砕微粉とに対して、水洗処理が行われたものであり、アルカリ金属成分が溶解除去されている。すなわち、工程(c)で得られた粉砕粗粉と、工程(e)で得られた水洗処理物とは、いずれも初期のバイオマス灰から比べてアルカリ金属の含有率が大幅に低下されている。よって、これら粉砕粗粉及び水洗処理物を、セメント原料等として利用できる。 The crushed coarse powder obtained in the step (c) is the coarse powder of the biomass ash classified in the step (a) after the sparingly soluble alkali metal, which was unevenly distributed in the peripheral portion, was separated and recovered. It is powder. Therefore, the alkali metal content is extremely low. Further, the water-washed product obtained in the step (e) is washed with water against fine powder of biomass ash containing an alkali metal showing water solubility and crushed fine powder in which the alkali metal is changed to a water-soluble salt by chlorination roasting. It has been treated and the alkali metal component has been dissolved and removed. That is, the content of the alkali metal in both the crushed coarse powder obtained in the step (c) and the washed product obtained in the step (e) is significantly lower than that of the initial biomass ash. .. Therefore, these crushed coarse powder and the washed product can be used as a raw material for cement and the like.

また、本発明に係るアルカリ金属除去装置は、木質バイオマスの燃焼灰の飛灰からアルカリ金属を除去するための装置であって、
前記飛灰を微粉と粗粉に分級する第一分級装置と、
前記第一分級装置で得られた前記粗粉の表面部を粉砕して粉砕物を得る粉砕装置と、
前記粉砕装置で得られた前記粉砕物を粉砕微粉と粉砕粗粉に分級する第二分級装置と、
前記第二分級装置で得られた前記粉砕微粉を塩素源と共に加熱して加熱処理物を得る加熱装置と、
前記第一分級装置で得られた前記微粉と、前記加熱装置で得られた前記加熱処理物とを水洗する水洗装置とを備えることを特徴とする。
Further, the alkali metal removing device according to the present invention is a device for removing alkali metals from flying ash of combustion ash of woody biomass.
The first classification device that classifies the fly ash into fine powder and coarse powder,
A pulverizer for obtaining a pulverized product by pulverizing the surface portion of the coarse powder obtained by the first classifier.
A second classifying device for classifying the crushed product obtained by the crushing device into crushed fine powder and crushed coarse powder, and a second classifying device.
A heating device for obtaining a heat-treated product by heating the pulverized fine powder obtained by the second classifying device together with a chlorine source.
It is characterized by including a water washing device for washing the fine powder obtained by the first classifying device and the heat-treated product obtained by the heating device with water.

上記装置によれば、難溶性のアルカリ金属を多く含むバイオマス灰の粗粉の周縁部に対して選択的に塩化焙焼することが可能となり、バイオマス灰からのアルカリ金属の除去を効率的に行うことができる。 According to the above apparatus, it is possible to selectively perform chloride roasting on the peripheral portion of the coarse powder of biomass ash containing a large amount of sparingly soluble alkali metal, and efficiently remove the alkali metal from the biomass ash. be able to.

前記第一分級装置及び前記第二分級装置は、サイクロン型エアセパレータ等の回転羽根付きの遠心式空気分級機で構成されていても構わない。 The first classifier and the second classifier may be composed of a centrifugal air classifier having rotating blades such as a cyclone type air separator.

かかる構成によれば、バイオマス灰及び粉砕物の分級点の調整が容易化されると共に、分級処理を連続的に行うことが可能となる。 According to such a configuration, the classification points of the biomass ash and the pulverized product can be easily adjusted, and the classification treatment can be continuously performed.

なお、前記粉砕装置が分級機能を搭載している場合には、第二分級装置は必ずしも必要ではない。すなわち、本発明に係るアルカリ金属除去装置は、木質バイオマスの燃焼灰の飛灰からアルカリ金属を除去するための装置であって、
前記飛灰を微粉と粗粉に分級する第一分級装置と、
前記第一分級装置で得られた前記粗粉の表面部を粉砕して粉砕物を得た後に、該粉砕物を粉砕微粉と粉砕粗粉に分級する粉砕装置と、
前記粉砕装置で得られた前記粉砕微粉を塩素源と共に加熱して加熱処理物を得る加熱装置と、
前記第一分級装置で得られた前記微粉と、前記加熱装置で得られた前記加熱処理物とを水洗する水洗装置とを備えることを別の特徴とする。
When the crushing device is equipped with a classification function, the second classifying device is not always necessary. That is, the alkali metal removing device according to the present invention is a device for removing alkali metals from the flying ash of combustion ash of woody biomass.
The first classification device that classifies the fly ash into fine powder and coarse powder,
A crushing device that crushes the surface portion of the coarse powder obtained by the first classifying device to obtain a pulverized product, and then classifies the pulverized product into crushed fine powder and crushed coarse powder.
A heating device that heats the crushed fine powder obtained by the crushing device together with a chlorine source to obtain a heat-treated product, and a heating device.
Another feature is to include a water washing device for washing the fine powder obtained by the first classifying device and the heat-treated product obtained by the heating device with water.

前記粉砕装置はジェットミルで構成されていても構わない。 The crushing device may be composed of a jet mill.

かかる構成によれば、粉砕媒体を用いずに、バイオマス灰の粗粉同士を衝突させて該粗粉の表面部を破壊して分離することが可能であり、得られる粉砕物にバイオマス灰以外の夾雑物による汚染が生じない。更に、分級機能が搭載されているため、別途の第二分級装置が不要となる。 According to such a configuration, it is possible to collide the coarse powders of biomass ash with each other to destroy and separate the surface portion of the coarse powder without using a crushing medium, and the obtained crushed product is other than the biomass ash. No contamination by contaminants. Further, since the classification function is installed, a separate second classification device is not required.

前記加熱装置がロータリーキルンで構成されていても構わない。 The heating device may be composed of a rotary kiln.

かかる構成によれば、加熱装置内において、粉砕微粉と塩素源が良好に混合され、且つ、均質に加熱されるため、アルカリ金属の塩化焙焼を効率的に生じさせることが可能であるとともに、そのような加熱処理を連続的に実施できる。なお、前記ロータリーキルンの燃焼方式は特に限定されず、内燃式でも外熱式であっても構わない。 According to such a configuration, since the pulverized fine powder and the chlorine source are well mixed and uniformly heated in the heating device, it is possible to efficiently generate chloride roasting of the alkali metal. Such heat treatment can be carried out continuously. The combustion method of the rotary kiln is not particularly limited, and may be an internal combustion type or an external heat type.

本発明によれば、バイオマス灰からアルカリ金属を効率的に除去できる。これにより、バイオマス灰をセメント原料等に活用することができる。 According to the present invention, alkali metals can be efficiently removed from biomass ash. As a result, biomass ash can be used as a raw material for cement and the like.

本発明に係るアルカリ金属除去方法の手順を模式的に示すフローチャートである。It is a flowchart which shows typically the procedure of the alkali metal removal method which concerns on this invention. 本発明に係るアルカリ金属除去装置の一構成例を模式的に示すブロック図である。It is a block diagram which shows typically one structural example of the alkali metal removing apparatus which concerns on this invention. 本発明に係るアルカリ金属除去装置の別の一構成例を模式的に示すブロック図である。It is a block diagram which shows typically another structural example of the alkali metal removing apparatus which concerns on this invention. バイオマス灰の粗粉粒子の断面の走査電子顕微鏡(SEM)写真である。It is a scanning electron microscope (SEM) photograph of the cross section of the coarse powder particles of biomass ash.

本発明が適用されるバイオマス灰は、アルカリ金属(Na,K)を塩化物、炭酸塩、硫酸塩、又はケイ酸塩ガラスとして含有し、R2O換算(R2O=Na2O+0.658×K2O)で3質量%以上50質量%以下程度含んでいる。このアルカリ金属の態様の内、塩化物、炭酸塩、硫酸塩は水溶性であり、ケイ酸塩ガラスは難溶性である。 The biomass ash to which the present invention is applied contains alkali metal (Na, K) as chloride, carbonate, sulfate, or silicate glass, and is converted to R 2 O (R 2 O = Na 2 O + 0.658). × K 2 O) contains about 3% by mass or more and 50% by mass or less. Among the aspects of this alkali metal, chlorides, carbonates and sulfates are water-soluble, and silicate glass is sparingly soluble.

そして、アルカリ金属の水溶性塩である塩化物、炭酸塩、及び硫酸塩はバイオマス灰の微粉側に多く存在し、難溶性のケイ酸塩ガラスはバイオマス灰の粗粉側に多く存在している。 Chloride, carbonate, and sulfate, which are water-soluble salts of alkali metals, are abundantly present on the fine powder side of biomass ash, and poorly soluble silicate glass is abundantly present on the coarse powder side of biomass ash. ..

更に、バイオマス灰の粗粉におけるアルカリ金属の分布は、粒子周縁部に遍在し、粒子中心部のアルカリ金属の濃度は1.0質量%前後であることから、バイオマス灰の粗粉の粒子内部は、そのままでセメント原料等として利用可能である。 Furthermore, since the distribution of alkali metals in the coarse powder of biomass ash is ubiquitous in the periphery of the particles and the concentration of alkali metals in the center of the particles is around 1.0% by mass, the inside of the coarse powder of biomass ash is inside the particles. Can be used as it is as a raw material for cement and the like.

本発明のアルカリ金属除去方法によれば、バイオマス灰に含まれるアルカリ金属の濃度を、上記R2O換算で2.0質量%以下、より典型的には1.5質量%以下にまで低減できるので、バイオマス灰をセメント原料等として有効利用することが可能となる。なお、バイオマス灰中のアルカリ金属の濃度は、周知の方法で測定することができ、例えば、JIS R 5204「セメントの蛍光X線分析方法」に準拠した方法などが好ましく例示される。 According to the alkali metal removal process of the present invention, the concentration of the alkali metal contained in the biomass ash, the R 2 O converted at 2.0 wt% or less, more typically reduced to below 1.5 wt% Therefore, the biomass ash can be effectively used as a raw material for cement and the like. The concentration of the alkali metal in the biomass ash can be measured by a well-known method, and for example, a method based on JIS R 5204 "Fluorescent X-ray analysis method of cement" is preferably exemplified.

以下、本発明についてより具体的に図面を参照しつつ説明する。ただし、本発明は、これら図面とともに説明する態様に限定されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the drawings. However, the present invention is not limited to the aspects described with these drawings.

図1は、本発明に係るアルカリ金属除去方法の手順を模式的に示すフローチャートである。また、図2は、図1に示すアルカリ金属除去方法を実施する装置(以下、「アルカリ金属除去装置」と称する。)の一例を模式的に示すブロック図である。図2において、バイオマス灰等の固体の流れを矢印付きの実線で示し、空気又は排ガスの流れを矢印付き破線で示している。 FIG. 1 is a flowchart schematically showing a procedure of an alkali metal removing method according to the present invention. Further, FIG. 2 is a block diagram schematically showing an example of an apparatus (hereinafter, referred to as “alkali metal removing apparatus”) that implements the alkali metal removing method shown in FIG. In FIG. 2, the flow of solids such as biomass ash is indicated by a solid line with an arrow, and the flow of air or exhaust gas is indicated by a broken line with an arrow.

図3は、図2とは別のアルカリ金属除去装置の構成例を模式的に示すブロック図である。以下では、主として図1及び図2を参照しながら本発明に係るアルカリ金属除去方法の説明を行いつつ、必要に応じて図3も参照する。 FIG. 3 is a block diagram schematically showing a configuration example of an alkali metal removing device different from that of FIG. 2. In the following, the alkali metal removing method according to the present invention will be described mainly with reference to FIGS. 1 and 2, and FIG. 3 will also be referred to as necessary.

図1に示すように、本発明に係るアルカリ金属除去方法は、第一分級処理工程S1、粉砕処理工程S2、第二分級処理工程S3、加熱処理工程S4、及び水洗処理工程S5を含む。 As shown in FIG. 1, the alkali metal removing method according to the present invention includes a first classification treatment step S1, a crushing treatment step S2, a second classification treatment step S3, a heat treatment step S4, and a water washing treatment step S5.

また、図2に示すように、本発明に係るアルカリ金属除去装置1は、第一分級装置3、粉砕装置4、加熱装置7、及び水洗装置9を備えて構成される。 Further, as shown in FIG. 2, the alkali metal removing device 1 according to the present invention includes a first classification device 3, a crushing device 4, a heating device 7, and a water washing device 9.

以下、図1に示す各工程での処理内容につき、適宜図2を参照しながら詳述する。 Hereinafter, the processing contents in each step shown in FIG. 1 will be described in detail with reference to FIG. 2 as appropriate.

(第一分級処理工程S1)
第一分級処理工程S1は、供給されたバイオマス灰BA1を、水溶性のアルカリ金属塩を多く含む微粉BA2と、難溶性のアルカリ金属塩を多く含む粗粉BA3とに分離し、各別に回収する工程である。図2に示すアルカリ金属除去装置1では、第一分級装置3によって第一分級処理工程S1が実行される。第一分級装置3の排出口3aからは、微粉BA2が後述する水洗装置9側に送出され、第一分級装置3の排出口3bからは、粗粉BA3が後述する粉砕装置4側に送出される。
(First classification processing step S1)
In the first classification treatment step S1, the supplied biomass ash BA1 is separated into fine powder BA2 containing a large amount of water-soluble alkali metal salt and coarse powder BA3 containing a large amount of sparingly soluble alkali metal salt, and each is recovered separately. It is a process. In the alkali metal removing device 1 shown in FIG. 2, the first classifying process step S1 is executed by the first classifying device 3. The fine powder BA2 is sent from the discharge port 3a of the first classification device 3 to the water washing device 9 side described later, and the coarse powder BA3 is sent to the crushing device 4 side described later from the discharge port 3b of the first classification device 3. NS.

ここで、バイオマス灰の微粉BA2(以下、単に「微粉BA2」と略記する。)とは、定められた分級点よりも粒径の細かいバイオマス灰を指し、バイオマス灰の粗粉BA3(以下、単に「粗粉BA3」と略記する。)とは、前記分級点よりも粒径の粗いバイオマス灰を指す。第一分級処理工程S1において定められる分級点は、好ましくは5μm以上30μm以下であり、より好ましくは5μm以上20μm以下であり、特に好ましくは5μm以上10μm以下である。 Here, the biomass ash fine powder BA2 (hereinafter, simply abbreviated as "fine powder BA2") refers to biomass ash having a particle size finer than a predetermined classification point, and is a biomass ash coarse powder BA3 (hereinafter, simply abbreviated as "fine powder BA2"). "Coarse powder BA3") refers to biomass ash having a particle size coarser than the classification point. The classification point defined in the first classification treatment step S1 is preferably 5 μm or more and 30 μm or less, more preferably 5 μm or more and 20 μm or less, and particularly preferably 5 μm or more and 10 μm or less.

本明細書において、バイオマス灰の粒径とは、断りのない限り、エチルアルコールを溶媒として用いたレーザ回折粒度分布測定法による測定値を指す。なお、入手できる一般的なバイオマス灰の粒径は、燃料であるバイオマスの種類、バイオマスを燃焼するボイラの形式や運転方法によって異なるが、レーザ回折粒度分布測定法によるD50値が15μm以上35μm以下であって、粒径の最大値(D100)は150μm以上1000μm以下である。なお、D50値とは、体積基準の粒度分布において累積50%での粒径を意味する。 In the present specification, the particle size of biomass ash refers to a value measured by a laser diffraction particle size distribution measurement method using ethyl alcohol as a solvent, unless otherwise specified. The particle size of general biomass ash that can be obtained varies depending on the type of biomass that is the fuel, the type of boiler that burns the biomass, and the operating method, but the D 50 value by the laser diffraction particle size distribution measurement method is 15 μm or more and 35 μm or less. The maximum value of the particle size (D 100 ) is 150 μm or more and 1000 μm or less. The D 50 value means a cumulative 50% particle size in a volume-based particle size distribution.

第一分級装置3としては、乾式で、バイオマス灰BA1を上述したようなμmオーダーの分級点で分級できる装置であれば特に限定されず、例えば慣性分級装置、遠心分級装置、重力式分級装置等が好適に使用でき、特に1μm以上20μm以下の粒径での分級を得意とする点から、サイクロン型エアセパレータやターボクラシファイヤ等、回転羽根付きの遠心式空気分級機の使用が好ましい。図2に示す実施形態では、第一分級装置3がサイクロン型エアセパレータで構成されている場合が図示されている。 The first classification device 3 is not particularly limited as long as it is a dry type device that can classify the biomass ash BA1 at the classification points on the order of μm as described above. Is preferable, and a centrifugal air classifier with a rotating blade such as a cyclone type air separator or a turbo classifier is preferably used because it is particularly good at classifying with a particle size of 1 μm or more and 20 μm or less. In the embodiment shown in FIG. 2, the case where the first classification device 3 is composed of a cyclone type air separator is shown.

第一分級装置3には、バイオマス灰BA1の貯槽が付設されていてもよい。更に、かかる貯槽からバイオマス灰BA1を定量的に第一分級装置3に供給するための供給装置が付設されていてもよい。これらの貯槽や供給装置は、受入れたバイオマス灰BA1の状態に応じて適宜に使用するようにしてもよい。 The first classifier 3 may be provided with a storage tank for biomass ash BA1. Further, a supply device for quantitatively supplying the biomass ash BA1 from the storage tank to the first classification device 3 may be provided. These storage tanks and supply devices may be appropriately used depending on the state of the received biomass ash BA1.

第一分級処理工程S1が工程(a)に対応する。 The first classification processing step S1 corresponds to the step (a).

(粉砕処理工程S2,第二分級処理工程S3)
粉砕処理工程S2は、難溶性のアルカリ金属塩が偏在している粗粉BA3の表面部を粉砕することで、アルカリ金属塩の含有率の高い小片を粗粉BA3から分離させる工程である。また、第二分級処理工程S3は、粉砕処理工程S2によって生じた粉砕物BA3aから、アルカリ金属塩の含有率の高い小片(粉砕微粉BA4)と、アルカリ金属塩が分離された残余の粗粉(粉砕粗粉BA5)とに分離し、各別に回収する工程である。
(Crushing process S2, second classification process S3)
The pulverization treatment step S2 is a step of separating small pieces having a high alkali metal salt content from the crude powder BA3 by pulverizing the surface portion of the crude powder BA3 in which the sparingly soluble alkali metal salt is unevenly distributed. Further, in the second classification treatment step S3, small pieces having a high alkali metal salt content (crushed fine powder BA4) and residual coarse powder (remaining coarse powder) from which the alkali metal salt is separated from the crushed product BA3a produced by the crushing treatment step S2 (crushed fine powder BA4). This is a step of separating into crushed coarse powder BA5) and collecting each separately.

図2に示すアルカリ金属除去装置1では、粉砕装置4によって粉砕処理工程S2及び第二分級処理工程S3が実行される。 In the alkali metal removing device 1 shown in FIG. 2, the crushing process S2 and the second classification process S3 are executed by the crushing device 4.

粉砕装置4は、粗粉BA3同士を高速で衝突させることによって表面部の粉砕を行う。粗粉のBA3の表面部に存在する難溶性のアルカリ金属塩はケイ酸塩ガラスの態様であり、このケイ酸塩ガラスは硬度が高い分、衝撃には脆いという特徴がある。したがって、粗粉BA3同士を高速で衝突させることによって、かかるケイ酸塩ガラス同士の、又は、ケイ酸塩ガラスとバイオマス灰の粗粉の内部構成相との、更にはケイ酸塩ガラスと粉砕装置試料室内壁面との衝突が生じて、ケイ酸塩ガラスが破壊して小片化して粗粉BA3から分離する。 The crushing device 4 crushes the surface portion by colliding the coarse powders BA3 with each other at high speed. The poorly soluble alkali metal salt present on the surface of BA3 of the crude powder is an embodiment of silicate glass, and this silicate glass is characterized in that it is fragile to impact due to its high hardness. Therefore, by colliding the crude powders BA3 with each other at high speed, the silicate glasses or the internal constituent phases of the silicate glass and the crude powder of the biomass ash, and further, the silicate glass and the pulverizer When a collision with the wall surface of the sample chamber occurs, the silicate glass is broken into small pieces and separated from the coarse powder BA3.

粉砕装置4としては、粗粉BA3の表面部が破壊されて分離する程度に、粗粉BA3同士を高速にして衝突させつつ、微粉分を分離回収できる装置であれば特に限定されず、ジェットミル等の使用が好ましい。 The crushing device 4 is not particularly limited as long as it is a device capable of separating and recovering fine powder while colliding the coarse powder BA3 with each other at high speed to the extent that the surface portion of the coarse powder BA3 is destroyed and separated. Etc. are preferred.

粉砕処理工程S2によって得られた粉砕物BA3aには、ケイ酸塩ガラスが破壊して小片化したもの(粉砕微粉BA4)と、粗粉BA3の表面部から粉砕微粉BA4が分離されたもの(粉砕粗粉BA5)とが混在する。第二分級処理工程S3では、これらの粉砕微粉BA4と粉砕粗粉BA5とが各別に回収される。 The crushed product BA3a obtained in the crushing treatment step S2 includes a silicate glass broken into small pieces (crushed fine powder BA4) and a crushed fine powder BA4 separated from the surface portion of the coarse powder BA3 (crushed fine powder BA4). Coarse powder BA5) is mixed. In the second classification treatment step S3, these crushed fine powder BA4 and crushed coarse powder BA5 are separately recovered.

粉砕装置4としてジェットミルを用いる場合であって、かかるジェットミルが分級機構をも備えるものである場合、粉砕装置4によって粉砕処理工程S2と共に第二分級処理工程S3が実行される。すなわち、粉砕装置4は、粗粉BA3を粉砕した後、粉砕微粉BA4と粉砕粗粉BA5とに分離して回収する。 When a jet mill is used as the crushing device 4, and the jet mill also has a classification mechanism, the crushing device 4 executes the second classification processing step S3 together with the crushing processing step S2. That is, the crushing apparatus 4 crushes the coarse powder BA3 and then separates and collects the crushed fine powder BA4 and the crushed coarse powder BA5.

一方、粉砕装置4に分級機構が搭載されていない場合には、図3に示すように、アルカリ金属除去装置1は別途の第二分級装置6を備えるものとしても構わない。この場合、第二分級装置6としては、上述した第一分級装置3と同様の構造を採用できる。 On the other hand, when the crushing device 4 is not equipped with a classification mechanism, the alkali metal removing device 1 may be provided with a separate second classifying device 6, as shown in FIG. In this case, the second classifying device 6 can adopt the same structure as the first classifying device 3 described above.

第二分級処理工程S3における分級点は、5μm以上30μm以下とするのが好ましい。第二分級処理工程S3における分級点をこの範囲とすることによって、粗粉BA3に含まれる難溶性のアルカリ金属の内、50面積%〜100面積%を粗粉BA3粒子から分離した粒子表面部の破片(粉砕微粉BA4)として回収することができる。ここで、難溶性のアルカリ金属の回収率に関する面積%とは、粉砕処理工程S2前後における粗粉BA3粒子断面の走査電子顕微鏡(SEM)像における、粒子表面部のガラス相の面積による値を示す。 The classification point in the second classification treatment step S3 is preferably 5 μm or more and 30 μm or less. By setting the classification point in the second classification treatment step S3 within this range, 50 area% to 100 area% of the poorly soluble alkali metals contained in the crude powder BA3 are separated from the coarse powder BA3 particles. It can be collected as debris (crushed fine powder BA4). Here, the area% regarding the recovery rate of the sparingly soluble alkali metal indicates a value based on the area of the glass phase on the particle surface in the scanning electron microscope (SEM) image of the cross section of the coarse powder BA3 particles before and after the pulverization treatment step S2. ..

粉砕処理工程S2における粉砕処理は、粗粉BA3を過剰に粉砕しないために、また粉砕で分離したケイ酸塩ガラスの小片(粉砕微粉BA4)が粗粉BA3の粒子内部構成相(粉砕粗粉BA5)と衝突して一体化してしまうことを避けるために、粉砕強度は相応の強さを確保しつつ、粉砕時間は短時間にする必要がある。具体的には、粉砕処理工程S2の実行後、直ちに第二分級処理工程S3を実行して、分離したケイ酸塩ガラスの小片(粉砕微粉BA4)を回収すれば良い。 In the pulverization treatment in the pulverization treatment step S2, in order not to excessively pulverize the coarse powder BA3, and the small pieces of silicate glass (crushed fine powder BA4) separated by pulverization are the particle internal constituent phases of the crude powder BA3 (crushed crude powder BA5). ), And the crushing time must be short while ensuring the appropriate crushing strength. Specifically, immediately after the execution of the pulverization treatment step S2, the second classification treatment step S3 may be executed to collect the separated small pieces of silicate glass (crushed fine powder BA4).

粉砕装置4には、粗粉BA3の貯槽が付設されていてもよい。更に、かかる貯槽から粗粉BA3を定量的に粉砕装置4に供給するための供給装置が付設されていてもよい。これらの貯槽や供給装置は、供給された粗粉BA3の状態に応じて適宜に使用するようにしてもよい。 The crushing device 4 may be provided with a storage tank for coarse powder BA3. Further, a supply device for quantitatively supplying the coarse powder BA3 from the storage tank to the crushing device 4 may be provided. These storage tanks and supply devices may be appropriately used depending on the state of the supplied crude powder BA3.

粉砕処理工程S2が工程(b)に対応し、第二分級処理工程S3が工程(c)に対応する。 The crushing treatment step S2 corresponds to the step (b), and the second classification treatment step S3 corresponds to the step (c).

(加熱処理工程S4)
加熱処理工程S4は、第二分級処理工程S3で分級されることで得られた粉砕微粉BA4を塩素源CLと共に加熱する工程である。この加熱処理工程S4により、粉砕微粉BA4に含まれる難溶性のアルカリ金属塩が、水溶性のアルカリ金属塩(アルカリ金属塩化物)に変化する。図2に示すアルカリ金属除去装置1では、加熱装置7によって加熱処理工程S4が実行される。
(Heat treatment step S4)
The heat treatment step S4 is a step of heating the crushed fine powder BA4 obtained by classification in the second classification treatment step S3 together with the chlorine source CL. By this heat treatment step S4, the poorly soluble alkali metal salt contained in the pulverized fine powder BA4 is changed to a water-soluble alkali metal salt (alkali metal chloride). In the alkali metal removing device 1 shown in FIG. 2, the heat treatment step S4 is executed by the heating device 7.

図2に示すアルカリ金属除去装置1は、受入れた塩素源CLを加熱装置7へ供給するための塩素源供給装置5を備えている。塩素源CLとしては、塩素を含んだものであれば特に限定されないが、廃ポリ塩化ビニル等のモノマー中に有機塩素を少なくとも一つ含む廃プラスチックや、塩化カルシウム等の無機化合物塩素が混入する可燃性廃棄物を好適に利用できる。塩素源供給装置5には、受入れた塩素源CLの貯槽が付設されていてもよい。 The alkali metal removing device 1 shown in FIG. 2 includes a chlorine source supply device 5 for supplying the received chlorine source CL to the heating device 7. The chlorine source CL is not particularly limited as long as it contains chlorine, but is flammable in which waste plastic containing at least one organic chlorine in a monomer such as waste polyvinyl chloride or inorganic compound chlorine such as calcium chloride is mixed. Sexual waste can be preferably used. The chlorine source supply device 5 may be provided with a storage tank for the received chlorine source CL.

塩素源CLは、塩素を0.8質量%以上含有するのが好ましく、1.2質量%以上含有するのがより好ましく、2質量%以上含有するのが特に好ましい。なお、ここでいう塩素源CL中の塩素の濃度は、周知の方法で測定することができ、例えば、JIS R 5204「セメントの蛍光X線分析方法」に準拠した方法を利用することができる。 The chlorine source CL preferably contains 0.8% by mass or more, more preferably 1.2% by mass or more, and particularly preferably 2% by mass or more. The concentration of chlorine in the chlorine source CL referred to here can be measured by a well-known method, and for example, a method based on JIS R 5204 "Fluorescence X-ray analysis method of cement" can be used.

塩素源CLは、加熱装置7において粉砕微粉BA4との良好な混合状態を形成しつつ塩素源CLからの塩素の揮発を十分に生じさせてアルカリ金属の塩化揮発を効率的に生じさせる観点から、好ましくは80mm以下の大きさであり、より好ましくは40mm以下の大きさであり、特に好ましくは10mm以下の大きさである。なお、塩素源CLの大きさとは、塩素源CLが通過する最小の篩いの目開きを指す。 From the viewpoint that the chlorine source CL sufficiently causes chlorine volatilization from the chlorine source CL while forming a good mixed state with the pulverized fine powder BA4 in the heating device 7, chloride volatilization of the alkali metal is efficiently generated. The size is preferably 80 mm or less, more preferably 40 mm or less, and particularly preferably 10 mm or less. The size of the chlorine source CL refers to the minimum opening of the sieve through which the chlorine source CL passes.

上記の観点から、塩素源供給装置5に付設された貯槽の上流側に、受入れた塩素源CLから粗大物を除去するための分級装置や粗大物を所定の粒度にするための粉砕分級装置が付設されていてもよい。これらの分級装置や粉砕分級装置は、受入れた塩素源CLの状態に応じて適宜に使用するようにしてもよい。 From the above viewpoint, on the upstream side of the storage tank attached to the chlorine source supply device 5, a classifying device for removing coarse substances from the received chlorine source CL and a crushing classifying device for making the coarse substances into a predetermined particle size are provided. It may be attached. These classifying devices and crushing classifying devices may be appropriately used depending on the state of the received chlorine source CL.

塩素源供給装置5は、排出量調整バルブ等の排出量調整装置が付設され、加熱装置7への塩素源CLの供給量を調整することが可能な構成である。したがって、この排出量調整装置を適切に制御することで、加熱装置7に供給される塩素量を適切に管理することが可能になる。 The chlorine source supply device 5 is provided with an emission amount adjusting device such as an emission amount adjusting valve, and has a configuration capable of adjusting the supply amount of the chlorine source CL to the heating device 7. Therefore, by appropriately controlling the discharge amount adjusting device, it is possible to appropriately control the amount of chlorine supplied to the heating device 7.

より具体的には、加熱処理工程S4で処理される粉砕微粉BA4と塩素源CLの割合は、単位時間中に加熱処理工程に供せられる粉砕微粉BA4中の全アルカリ金属成分のモル量(A)に対する、単位時間中に加熱処理工程に供せられる塩素源CL中の全塩素のモル量(B)の比率(B/A)の値が1.5以上5以下となるように、設定されるのが好ましい。なお、前記比率(B/A)の値は、2以上5以下であるのがより好ましい。比率(B/A)の値が1.5を下回ると、塩素量が少ないために粉砕微粉BA4中のアルカリ金属成分のうち、塩素と反応できないアルカリ金属成分が多く残存してしまう場合がある。また、逆に比率(B/A)の値が5を超えると、揮発、散逸する塩素量が多くなって設備の腐食の進行を早めてしまう場合がある。 More specifically, the ratio of the crushed fine powder BA4 treated in the heat treatment step S4 to the chlorine source CL is the molar amount of all alkali metal components in the crushed fine powder BA4 subjected to the heat treatment step during a unit time (A). ), The value of the ratio (B / A) of the molar amount (B) of total chlorine in the chlorine source CL to be subjected to the heat treatment step during the unit time is set to be 1.5 or more and 5 or less. Is preferable. The value of the ratio (B / A) is more preferably 2 or more and 5 or less. When the value of the ratio (B / A) is less than 1.5, a large amount of alkali metal components that cannot react with chlorine may remain among the alkali metal components in the pulverized fine powder BA4 due to the small amount of chlorine. On the contrary, if the ratio (B / A) value exceeds 5, the amount of chlorine volatilized and dissipated increases, which may accelerate the progress of corrosion of the equipment.

加熱装置7は、上述したように、粉砕微粉BA4と塩素源CLとを一緒に加熱する。具体的には、塩素源供給装置5からは塩素源CLが、粉砕装置4(又は第二分級装置6)からは粉砕微粉BA4が、それぞれ加熱装置7に供給され、加熱装置7において塩素源CLと粉砕微粉BA4とが一緒に加熱される。これにより、粉砕微粉BA4内のアルカリ金属と塩素源CLから揮発した塩素とが反応して水溶性のアルカリ金属塩が生成される。 As described above, the heating device 7 heats the pulverized fine powder BA4 and the chlorine source CL together. Specifically, the chlorine source CL is supplied from the chlorine source supply device 5 and the crushed fine powder BA4 is supplied from the crushing device 4 (or the second classification device 6) to the heating device 7, and the chlorine source CL is supplied in the heating device 7. And the crushed fine powder BA4 are heated together. As a result, the alkali metal in the pulverized fine powder BA4 reacts with chlorine volatilized from the chlorine source CL to produce a water-soluble alkali metal salt.

加熱処理工程S4における加熱温度は、粉砕微粉BA4中のアルカリ金属と塩素源CL中の塩素による塩化焙焼を効率的に生じさせつつ、粉砕微粉BA4を溶融させない観点から、650℃以上1000℃以下が好ましく、700℃以上950℃以下がより好ましく、750℃以上950℃以下が特に好ましい。加熱温度が650℃未満であると塩化焙焼の反応が不十分となり、場合によっては水溶性アルカリ金属塩が生成しないか、生成効率が低くなることがある。一方、加熱温度が1000℃を超えると、粉砕微粉BA4に部分的な溶融や大径化が生じて水溶性アルカリ金属塩の生成効率が低下する場合がある。 The heating temperature in the heat treatment step S4 is 650 ° C. or higher and 1000 ° C. or lower from the viewpoint of not melting the crushed fine powder BA4 while efficiently producing chloride roasting by the alkali metal in the crushed fine powder BA4 and chlorine in the chlorine source CL. Is preferable, 700 ° C. or higher and 950 ° C. or lower is more preferable, and 750 ° C. or higher and 950 ° C. or lower is particularly preferable. If the heating temperature is less than 650 ° C., the reaction of chlorination roasting becomes insufficient, and in some cases, water-soluble alkali metal salts may not be produced or the production efficiency may be low. On the other hand, if the heating temperature exceeds 1000 ° C., the crushed fine powder BA4 may be partially melted or the diameter may be increased, resulting in a decrease in the production efficiency of the water-soluble alkali metal salt.

加熱処理工程S4における加熱時間は、加熱温度に応じて10分間以上2時間以下の範囲内で適宜設定すればよい。この加熱時間は、粉砕微粉BA4中のアルカリ金属と塩素源CL中の塩素とを十分に反応させる観点から、加熱温度が高い場合には短く、加熱温度が低い場合には長くする必要がある。具体的には、加熱温度が650℃の場合は30分間以上2時間以下、加熱温度が1000℃の場合は10分間以上30分間以下とするのが好適である。 The heating time in the heat treatment step S4 may be appropriately set within a range of 10 minutes or more and 2 hours or less depending on the heating temperature. From the viewpoint of sufficiently reacting the alkali metal in the pulverized fine powder BA4 with the chlorine in the chlorine source CL, this heating time needs to be short when the heating temperature is high and long when the heating temperature is low. Specifically, when the heating temperature is 650 ° C., it is preferably 30 minutes or more and 2 hours or less, and when the heating temperature is 1000 ° C., it is preferably 10 minutes or more and 30 minutes or less.

加熱装置7内の雰囲気は、特に制限されず、酸化雰囲気でも還元雰囲気でもよいが、簡便性の観点からは大気がよい。図2に示す例では、吸気ファン33から燃焼用の大気G1が加熱装置7内に送り込まれている。 The atmosphere in the heating device 7 is not particularly limited and may be an oxidizing atmosphere or a reducing atmosphere, but the atmosphere is preferable from the viewpoint of convenience. In the example shown in FIG. 2, the atmosphere G1 for combustion is sent into the heating device 7 from the intake fan 33.

加熱装置7における水溶性のアルカリ金属塩の生成反応を効率的に生じさせるために、粉砕微粉BA4と塩素源CLは十分に混合された状態で加熱されることが望ましい。かかる観点から、加熱装置7を内燃式ロータリーキルンで構成することができる。焼成炉が回転運動するロータリーキルンであれば、被加熱処理物である粉砕微粉BA4と塩素源CLとの混合及び撹拌を物理的且つ連続的に行いながら、加熱処理を行うことが可能である。 In order to efficiently cause the formation reaction of the water-soluble alkali metal salt in the heating device 7, it is desirable that the pulverized fine powder BA4 and the chlorine source CL are heated in a sufficiently mixed state. From this point of view, the heating device 7 can be configured by an internal combustion type rotary kiln. If the firing furnace is a rotary kiln that rotates, the heat treatment can be performed while physically and continuously mixing and stirring the pulverized fine powder BA4, which is the object to be heated, and the chlorine source CL.

ロータリーキルンでは、吸気ファン33によって内燃バーナ31の燃焼用空気として用いられた大気G1が、キルン内部を粉砕微粉BA4と塩素源CLの流れに対して向流する方向に流れた後、燃焼排ガスG2としてキルン外に排出される。 In the rotary kiln, the atmosphere G1 used as the combustion air of the internal combustion burner 31 by the intake fan 33 flows inside the kiln in a direction facing the flow of the crushed fine powder BA4 and the chlorine source CL, and then becomes the combustion exhaust gas G2. Exhausted outside the kiln.

なお、加熱装置7は、粉砕微粉BA4と塩素源CLとの混合物を650℃以上1000℃以下の温度範囲で加熱できるものであれば特に限定されず、固定炉、ストーカ炉、ロータリーキルン、流動床炉、竪型炉、多段炉等の加熱炉が使用できる。なかでも、物理的撹拌が行えるという観点からは、上記のロータリーキルンが好ましい。 The heating device 7 is not particularly limited as long as it can heat a mixture of crushed fine powder BA4 and chlorine source CL in a temperature range of 650 ° C. or higher and 1000 ° C. or lower, and is a fixed furnace, a stoker furnace, a rotary kiln, or a fluidized bed furnace. , Vertical furnaces, multi-stage furnaces and other heating furnaces can be used. Of these, the rotary kiln described above is preferable from the viewpoint of being able to physically stir.

また、加熱装置7には、供給された粉砕微粉BA4の貯槽が付設されていてもよい。更に、かかる貯槽から粉砕微粉BA4を定量的に加熱装置7に供給するための供給装置が付設されていてもよい。これらの貯槽や供給装置は、供給された粉砕微粉BA4の状態に応じて適宜に使用するようにしてもよい。 Further, the heating device 7 may be provided with a storage tank for the supplied crushed fine powder BA4. Further, a supply device for quantitatively supplying the pulverized fine powder BA4 from the storage tank to the heating device 7 may be provided. These storage tanks and supply devices may be appropriately used depending on the state of the supplied pulverized fine powder BA4.

加熱装置7からは、難溶性のアルカリ金属が水溶性塩に変化した粉砕微粉BA4と、塩素源CLの焼却残渣との混合物である加熱処理物P1が排出される。排出された加熱処理物P1は、水洗装置9に送出される。 From the heating device 7, the heat-treated product P1 which is a mixture of the pulverized fine powder BA4 in which the sparingly soluble alkali metal is changed to a water-soluble salt and the incineration residue of the chlorine source CL is discharged. The discharged heat-treated product P1 is sent to the water washing device 9.

この加熱処理工程S4が、工程(d)に対応する。 This heat treatment step S4 corresponds to the step (d).

(水洗処理工程S5)
水洗処理工程S5は、第一分級処理工程S1において分離回収された微粉BA2と、加熱処理工程S4で得られた加熱処理物P1とを水洗する工程である。この水洗処理工程S5により、微粉BA2及び加熱処理物P1に含まれる水溶性のアルカリ金属塩が溶解除去される。図2に示すアルカリ金属除去装置1では、水洗装置9によってこの水洗処理工程S5が実行される。
(Water washing process S5)
The water washing treatment step S5 is a step of washing the fine powder BA2 separated and recovered in the first classification treatment step S1 and the heat-treated product P1 obtained in the heat treatment step S4 with water. By this water washing treatment step S5, the water-soluble alkali metal salt contained in the fine powder BA2 and the heat-treated product P1 is dissolved and removed. In the alkali metal removing device 1 shown in FIG. 2, the water washing treatment step S5 is executed by the water washing device 9.

この水洗処理工程S5で用いられる溶媒としては、水が好ましい。 Water is preferable as the solvent used in the water washing treatment step S5.

水洗装置9では、第一分級装置3で分離回収されて排出口3aから供給された微粉BA2、及び/又は加熱装置7から供給された加熱処理物P1と、水W1とを混合してスラリーLr1を生成した後、スラリーLr1の撹拌を継続して、微粉BA2及び/又は加熱処理物P1中の水溶性のアルカリ金属塩を水に溶解させる。 In the water washing device 9, the fine powder BA2 separated and recovered by the first classifying device 3 and supplied from the discharge port 3a and / or the heat-treated product P1 supplied from the heating device 7 and water W1 are mixed and the slurry Lr1 After the above, the stirring of the slurry Lr1 is continued to dissolve the water-soluble alkali metal salt in the fine powder BA2 and / or the heat-treated product P1 in water.

一例として、図2に示す水洗装置9には、微粉BA2と加熱処理物P1の供給ホッパ11、及び水W1の供給装置13が付設されている。また、水洗装置9には、微粉BA2及び/又は加熱処理物P1と水W1の混合、並びに、前記混合によって生成されたスラリーLr1を攪拌するためのスラリー攪拌装置35が付設されている。スラリー攪拌装置35としては、例えば、一般的な、パドル型やスクリュー型のものを用いればよく、図2に示す実施形態では撹拌翼を備えている。 As an example, the water washing device 9 shown in FIG. 2 is provided with a supply hopper 11 for the fine powder BA2 and the heat-treated product P1 and a water W1 supply device 13. Further, the water washing device 9 is provided with a slurry stirring device 35 for mixing the fine powder BA2 and / or the heat-treated product P1 and water W1 and stirring the slurry Lr1 produced by the mixing. As the slurry stirring device 35, for example, a general paddle type or screw type may be used, and in the embodiment shown in FIG. 2, a stirring blade is provided.

供給ホッパ11の上流側に、受入れた加熱処理物P1中の大径物を適当な大きさに粉砕するための粉砕装置が付設されていてもよい。この粉砕装置は、加熱処理工程S4から供給された加熱処理物P1の状態に応じて適宜に使用するようにしてもよい。 A crushing device for crushing the large-diameter material in the received heat-treated product P1 to an appropriate size may be attached to the upstream side of the supply hopper 11. This crushing device may be appropriately used depending on the state of the heat-treated product P1 supplied from the heat treatment step S4.

水溶性のアルカリ金属塩の水への溶解度は非常に高く、また水温を変えてもその溶解度は大きく変わらない。このため、水洗処理工程S5で用いられる溶媒としては、常温の水を、微粉BA2と加熱処理物P1との混合物(以下、「水洗処理物」と称する場合がある。)の合量(質量)の3倍量以上、好ましくは4倍量以上、より好ましくは5倍量以上の量だけ用いればよい。 The solubility of water-soluble alkali metal salts in water is very high, and the solubility does not change significantly even if the water temperature is changed. Therefore, as the solvent used in the washing treatment step S5, water at room temperature is the total amount (mass) of a mixture of the fine powder BA2 and the heat-treated product P1 (hereinafter, may be referred to as “water-washed product”). It is sufficient to use only an amount of 3 times or more, preferably 4 times or more, more preferably 5 times or more of the amount.

水洗処理工程S5における、水洗処理物と水からなるスラリーLr1の撹拌時間は、10分以上が好ましく、15分以上がより好ましく、20分以上が特に好ましい。通常、水溶性アルカリ金属塩は水に非常に溶けやすいので、スラリーLr1の撹拌に特段の条件は必要とならない。 The stirring time of the slurry Lr1 composed of the washed product and water in the water washing treatment step S5 is preferably 10 minutes or more, more preferably 15 minutes or more, and particularly preferably 20 minutes or more. Generally, the water-soluble alkali metal salt is very soluble in water, so no special conditions are required for stirring the slurry Lr1.

かかる水洗処理工程S5によって、バイオマス灰BA1が分級されてなる、微粉BA2及び粗粉BA3の双方に含まれていたアルカリ金属が、いずれも水に溶解される。アルカリ金属が水に溶解された状態のスラリーLr1は、後段に設置された固液分離装置17によって、含水率が有効に低減されてセメント原料等として利用可能な固体物(ケーキC1)と排水W3とに分離される。 In the water washing treatment step S5, the alkali metals contained in both the fine powder BA2 and the coarse powder BA3, in which the biomass ash BA1 is classified, are both dissolved in water. The slurry Lr1 in which the alkali metal is dissolved in water has a solid substance (cake C1) and wastewater W3 whose water content is effectively reduced by the solid-liquid separation device 17 installed in the subsequent stage and can be used as a cement raw material or the like. Is separated into.

スラリーLr1を固液分離装置17に輸送する際には、スラリー用渦巻きポンプ、ピストンポンプ、及び、モーノポンプ、ホースポンプ等の汎用のスラリー液用輸送装置(不図示)を用いればよい。 When transporting the slurry Lr1 to the solid-liquid separation device 17, a general-purpose slurry liquid transport device (not shown) such as a slurry centrifugal pump, a piston pump, and a mono pump or a hose pump may be used.

固液分離装置17としては、フィルタープレス、加圧葉状濾過装置、スクリュープレス、ベルトプレス、ベルトフィルター等の汎用のろ過装置等を用いればよい。図2に示す実施形態では、固液分離装置17がフィルタープレスで構成されている場合が図示されている。 As the solid-liquid separation device 17, a general-purpose filtration device such as a filter press, a pressurized leaf filter, a screw press, a belt press, or a belt filter may be used. In the embodiment shown in FIG. 2, the case where the solid-liquid separation device 17 is configured by a filter press is shown.

固液分離装置17には、洗浄水W2の供給装置15が付設されており、輸送されたスラリーLr1を、水洗処理物のケーキC1(固相)と、アルカリ金属を含む排水W3(液相)とに分離する。このとき、ケーキC1は洗浄水W2で洗浄されつつ分離される。洗浄水W2としては、常温の水を、水洗処理物の質量の3倍量以上、好ましくは4倍量以上、より好ましくは5倍量以上の量だけ用いればよい。 The solid-liquid separation device 17 is provided with a washing water W2 supply device 15, and the transported slurry Lr1 is mixed with the cake C1 (solid phase) of the washed product and the drainage W3 (liquid phase) containing an alkali metal. Separate into and. At this time, the cake C1 is separated while being washed with the washing water W2. As the washing water W2, water at room temperature may be used in an amount of 3 times or more, preferably 4 times or more, more preferably 5 times or more the mass of the washed product.

固液分離装置17によって分離されたケーキC1は、アルカリ金属成分の濃度が2.0質量%以下、より典型的には1.5質量%以下にまで低減されているので、セメント原料等に有効に利用することができる。ここでいうアルカリ金属の濃度とは、周知の方法での分析値、例えば、JIS R 5204「セメントの蛍光X線分析方法」に準拠した方法による分析値や、酸分解試料についてのICP発光分光分析法による分析値を指す。 The cake C1 separated by the solid-liquid separator 17 has an alkali metal component concentration of 2.0% by mass or less, more typically 1.5% by mass or less, and is therefore effective as a cement raw material or the like. Can be used for. The alkali metal concentration referred to here is an analysis value by a well-known method, for example, an analysis value by a method based on JIS R 5204 "X-ray fluorescence analysis method of cement", or ICP emission spectroscopic analysis of an acid decomposition sample. Refers to the analysis value by the method.

この水洗処理工程S5が、工程(c)に対応する。 This water washing treatment step S5 corresponds to the step (c).

通常、バイオマス灰BA1に含有される全アルカリ金属成分の内、水溶性塩の形態をとるアルカリ金属成分は、モル換算で、全体100%中の25%以上45%以下であり、難溶性塩の形態をとるアルカリ金属成分は、全体100%中の55%以上75%以下である。 Usually, among all the alkali metal components contained in biomass ash BA1, the alkali metal component in the form of a water-soluble salt is 25% or more and 45% or less of 100% of the total in terms of molars, and is a poorly soluble salt. The alkali metal component in the form is 55% or more and 75% or less in 100% of the whole.

また、バイオマス灰BA1に含有される全アルカリ金属成分の内、粒径30μm以下のバイオマス灰、すなわち微粉BA2中に含有される全アルカリ金属成分は、モル換算で、全体100%中の40%以上60%以下であり、その内、70%以上90%以下が水溶性のアルカリ金属成分である。 Further, among the total alkali metal components contained in the biomass ash BA1, the biomass ash having a particle size of 30 μm or less, that is, the total alkali metal components contained in the fine powder BA2 is 40% or more of the total 100% in terms of molars. It is 60% or less, of which 70% or more and 90% or less is a water-soluble alkali metal component.

したがって、第一分級処理工程S1においてバイオマス灰BA1から微粉BA2と粗粉BA3に分級した後、水洗処理工程S5において微粉BA2に対して水洗することによって、バイオマス灰BA1に含有される全アルカリ金属成分の内30%以上50%以下を除去することができる。 Therefore, after the biomass ash BA1 is classified into the fine powder BA2 and the coarse powder BA3 in the first classification treatment step S1, the fine powder BA2 is washed with water in the water washing treatment step S5, whereby all the alkali metal components contained in the biomass ash BA1 are mixed. Of these, 30% or more and 50% or less can be removed.

なお、第一分級処理工程S1におけるバイオマス灰BA1の分級点を10μmとした場合には、第一分級処理工程S1で分級された粒径10μm以下の微粉BA2に対して水洗処理工程S5において水洗することで、バイオマス灰BA1に含有される全アルカリ金属成分の内20%以上35%以下を除去することができる。 When the classification point of the biomass ash BA1 in the first classification treatment step S1 is 10 μm, the fine powder BA2 having a particle size of 10 μm or less classified in the first classification treatment step S1 is washed with water in the water washing treatment step S5. As a result, 20% or more and 35% or less of the total alkali metal components contained in the biomass ash BA1 can be removed.

更に、難溶性塩の形態をとるアルカリ金属成分を多く含む粗粉BA3については、表面部に偏在するアルカリ金属が粉砕処理工程S2及び第二分級処理工程S3を経て粉砕微粉BA4として分離される。そして、この粉砕微粉BA4に多く含まれる、難溶性塩の形態をとるアルカリ金属成分は、塩素源CLと共に加熱されることで塩化焙焼され、水溶性塩に変化させられる。この結果、水洗処理工程S5において水洗することで、その多くが除去される。 Further, with respect to the crude powder BA3 containing a large amount of alkali metal components in the form of a sparingly soluble salt, the alkali metal unevenly distributed on the surface portion is separated as pulverized fine powder BA4 through the pulverization treatment step S2 and the second classification treatment step S3. Then, the alkali metal component in the form of a sparingly soluble salt, which is abundantly contained in the crushed fine powder BA4, is chlorinated and roasted by being heated together with the chlorine source CL, and is changed to a water-soluble salt. As a result, most of them are removed by washing with water in the water washing treatment step S5.

なお、粗粉BA3のうち、表面部に偏在するアルカリ金属が分離されてなる残部(粉砕粗粉BA5)については、アルカリ金属の含有量が極めて少ないため(1.0質量%前後)、そのままセメント原料等として利用することができる。 Of the crude powder BA3, the remainder (crushed crude powder BA5) in which the alkali metal unevenly distributed on the surface is separated has an extremely low alkali metal content (around 1.0% by mass), so the cement is used as it is. It can be used as a raw material.

以下、本発明について更に詳細に説明するために具体的な試験例を示すが、本発明はこれら試験例の態様に限定されるものではない。 Hereinafter, specific test examples will be shown in order to explain the present invention in more detail, but the present invention is not limited to the aspects of these test examples.

バイオマス灰BA1として、PKSを主燃料とするバイオマス発電プラント(循環流動層ボイラ)の排ガス集塵機(バグフィルタ)で捕集された飛灰を用いた。下記表1には、アルカリ金属については酸分解試料のICP発光分光分析法による分析で、その他の化学成分にはペレット試料の蛍光X線分析法による分析で得られた、バイオマス灰BA1の化学組成を示す。なお、表1内の「R2O」とは、上述したように、本組成物中の全アルカリ金属成分量として「R2O=Na2O+0.658×K2O」で算定された値を示す。 As the biomass ash BA1, fly ash collected by an exhaust gas dust collector (bug filter) of a biomass power plant (circulating fluidized bed boiler) using PKS as a main fuel was used. Table 1 below shows the chemical composition of biomass ash BA1 obtained by ICP emission spectroscopy analysis of acid-decomposed samples for alkali metals and fluorescent X-ray analysis of pellet samples for other chemical components. Is shown. As described above, “R 2 O” in Table 1 is a value calculated as “R 2 O = Na 2 O + 0.658 × K 2 O” as the total amount of alkali metal components in the composition. Is shown.

また、表1に示すバイオマス灰BA1のレーザ回折・散乱法に基づく粒度分布を測定したところ、D10値が4.4μm、D50値が19.5μm、D90値が63.5μmであった。 Moreover, when the particle size distribution of the biomass ash BA1 shown in Table 1 was measured based on the laser diffraction / scattering method, the D 10 value was 4.4 μm, the D 50 value was 19.5 μm, and the D 90 value was 63.5 μm. ..

Figure 2021146236
Figure 2021146236

バイオマス灰の粗粉BA3の断面についての走査電子顕微鏡(SEM)像を図4に示す。図4に見られるように、粗粉BA3は周縁部と粒子内部で異なるテクスチャーを有している。そして、電子線回折法等の詳細な分析からは、周縁部はガラス相であり、粒子内部は結晶相であることが分かった。 A scanning electron microscope (SEM) image of the cross section of the coarse powder BA3 of biomass ash is shown in FIG. As can be seen in FIG. 4, the coarse powder BA3 has different textures at the periphery and inside the particles. From detailed analysis such as electron diffraction, it was found that the peripheral portion is a glass phase and the inside of the particles is a crystal phase.

更に、周縁部と粒子内部について、エネルギー分散型X線分光法(SEM−EDX)を用いてカリウム濃度を測定したところ、粒子内部のカリウム濃度が0.8質量%に対して、周縁部のカリウム濃度は6.1質量%であった。 Furthermore, when the potassium concentration of the peripheral portion and the inside of the particle was measured using energy dispersive X-ray spectroscopy (SEM-EDX), the potassium concentration inside the particle was 0.8% by mass, whereas the potassium in the peripheral portion was measured. The concentration was 6.1% by mass.

塩素源CLとしては、粉砕微粉BA4中のアルカリ金属成分R2Oの含有量A(mol)に対する塩素源CL中の塩素含有量B(mol)の比率、B/A=2となる量の、目開き1mmの篩いを全通した廃ポリ塩化ビニルの破砕物が用いられた。 The chlorine source CL is the ratio of the chlorine content B (mol) in the chlorine source CL to the content A (mol) of the alkali metal component R 2 O in the pulverized fine powder BA4, and the amount such that B / A = 2. A crushed product of waste polyvinyl chloride that had been passed through a sieve having a mesh size of 1 mm was used.

実施例における、第一分級処理工程S1、第二分級処理工程S3、加熱処理工程S4、及び水洗処理工程S5の主要操作因子は、以下のように設定された。なお、粉砕処理S2では、シングルトラック・ジェットミル(株式会社セイシン企業製)を用いた。 The main operating factors of the first classification treatment step S1, the second classification treatment step S3, the heat treatment step S4, and the water washing treatment step S5 in the examples were set as follows. In the crushing treatment S2, a single track jet mill (manufactured by Seishin Enterprise Co., Ltd.) was used.

(第一分級処理工程S1)
バイオマス灰BA1の分級点:10μm
(First classification processing step S1)
Biomass ash BA1 classification point: 10 μm

(第二分級処理工程S3)
粗粉BA3の粉砕物BA3aの分級点:20μm
(Second classification processing step S3)
Classification point of crushed product BA3a of coarse powder BA3: 20 μm

(加熱処理工程S4)
粉砕微粉BA4と塩素源CLの混合物に対する加熱温度と加熱時間:950℃±25℃×15分間
(Heat treatment step S4)
Heating temperature and heating time for a mixture of crushed fine powder BA4 and chlorine source CL: 950 ° C ± 25 ° C x 15 minutes

(水洗処理工程S5)
水W1の使用量:微粉BA2と加熱処理物P1との混合物の質量の4倍
撹拌時間:10分間
固液分離装置17での洗浄水W2の使用量:ケーキC1の質量の4倍
(Water washing process S5)
Amount of water W1 used: 4 times the mass of the mixture of fine powder BA2 and heat-treated product P1 Stirring time: 10 minutes Washing water W2 used in the solid-liquid separator 17: 4 times the mass of cake C1

各工程を経た後のバイオマス灰が含有する全アルカリ金属成分量(R2O)を、酸分解試料のICP発光分光分析法で確認した。分析結果を表2に示す。なお、表2中の質量割合とは、バイオマス灰BA1が100質量%に対する、各工程におけるバイオマス灰の割合(質量%)を示す値である。 Total alkali metal component weight biomass ashes after undergoing each step containing (R 2 O), was confirmed by ICP emission spectrometry acidolysis sample. The analysis results are shown in Table 2. The mass ratio in Table 2 is a value indicating the ratio (mass%) of the biomass ash in each step to 100% by mass of the biomass ash BA1.

Figure 2021146236
Figure 2021146236

表2から分かるとおり、本発明のアルカリ金属除去方法によれば、全体の35質量%を加熱処理し、全体の65質量%を水洗処理することで、得られる粉砕粗粉BA5及びケーキC1に含まれるアルカリ金属の割合を0.9質量%にまで低下できている。処理前のバイオマス灰BA1に含まれるアルカリ金属の割合は4.3質量%であったことに鑑みると、本発明の方法によってバイオマス灰BA1中のアルカリ金属を7割以上減少できている。これにより、木質バイオマスの燃焼灰をセメント原料として利用することが可能となる。 As can be seen from Table 2, according to the alkali metal removing method of the present invention, 35% by mass of the whole is heat-treated and 65% by mass of the whole is washed with water, so that the crushed coarse powder BA5 and cake C1 are contained. The proportion of alkali metals produced can be reduced to 0.9% by mass. Considering that the proportion of the alkali metal contained in the biomass ash BA1 before the treatment was 4.3% by mass, the alkali metal in the biomass ash BA1 could be reduced by 70% or more by the method of the present invention. This makes it possible to use the combustion ash of woody biomass as a raw material for cement.

1 :アルカリ金属除去装置
3 :第一分級装置
3a :排出口
3b :排出口
4 :粉砕装置
5 :塩素源供給装置
6 :第二分級装置
7 :加熱装置
9 :水洗装置
11 :供給ホッパ
13 :水供給装置
15 :洗浄水供給装置
17 :固液分離装置
31 :内燃バーナ
33 :吸気ファン
35 :スラリー攪拌装置
BA1 :バイオマス灰
BA2 :微粉
BA3 :粗粉
BA3a :粉砕物
BA4 :粉砕微粉
BA5 :粉砕粗粉
C1 :ケーキ
CL :塩素源
G1 :大気
G2 :燃焼排ガス
Lr1 :スラリー
P1 :加熱処理物
W1 :水
W2 :洗浄水
W3 :排水
1: Alkali metal removing device 3: First classification device 3a: Discharge port 3b: Discharge port 4: Crushing device 5: Chlorine source supply device 6: Second classification device 7: Heating device 9: Water washing device 11: Supply hopper 13: Water supply device 15: Washing water supply device 17: Solid-liquid separation device 31: Internal combustion burner 33: Intake fan 35: Slurry stirrer BA1: Biomass ash BA2: Fine powder BA3: Coarse powder BA3a: Crushed product BA4: Crushed fine powder BA5: Crushed Coarse powder C1: Cake CL: Chlorine source G1: Atmosphere G2: Combustion exhaust gas Lr1: Slurry P1: Heat-treated product W1: Water W2: Washing water W3: Drainage

Claims (12)

木質バイオマスの燃焼灰の飛灰からアルカリ金属を除去する方法であって、
前記飛灰を微粉と粗粉に分級する工程(a)と、
前記工程(a)で得られた前記粗粉の表面部を粉砕して粉砕物を得る工程(b)と、
前記工程(b)で得られた前記粉砕物を粉砕微粉と粉砕粗粉に分級する工程(c)と、
前記工程(c)で得られた前記粉砕微粉を塩素源と共に加熱して加熱処理物を得る工程(d)と、
前記工程(a)で得られた前記微粉と、前記工程(d)で得られた前記加熱処理物とを水洗する工程(e)とを含むことを特徴とする、アルカリ金属除去方法。
A method of removing alkali metals from the fly ash of the combustion ash of woody biomass.
The step (a) of classifying the fly ash into fine powder and coarse powder, and
The step (b) of crushing the surface portion of the coarse powder obtained in the step (a) to obtain a pulverized product,
The step (c) of classifying the pulverized product obtained in the step (b) into pulverized fine powder and pulverized coarse powder, and
The step (d) of heating the crushed fine powder obtained in the step (c) together with a chlorine source to obtain a heat-treated product,
A method for removing an alkali metal, which comprises a step (e) of washing the fine powder obtained in the step (a) with water and the heat-treated product obtained in the step (d).
前記工程(a)は、5μm以上30μm以下を分級点として分級する工程であることを特徴とする請求項1に記載のアルカリ金属除去方法。 The alkali metal removing method according to claim 1, wherein the step (a) is a step of classifying with 5 μm or more and 30 μm or less as a classification point. 前記工程(c)は、5μm以上30μm以下を分級点として分級する工程であることを特徴とする請求項2に記載のアルカリ金属除去方法。 The alkali metal removing method according to claim 2, wherein the step (c) is a step of classifying with 5 μm or more and 30 μm or less as a classification point. 前記工程(d)は、650℃以上1000℃以下の温度で加熱する工程であることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載のアルカリ金属除去方法。 The alkali metal removing method according to any one of claims 1 to 3, wherein the step (d) is a step of heating at a temperature of 650 ° C. or higher and 1000 ° C. or lower. 前記工程(d)で利用される前記塩素源は、廃プラスチック及び無機化合物塩素が混入された可燃性廃棄物を含むことを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載のアルカリ金属除去方法。 The alkali metal according to any one of claims 1 to 4, wherein the chlorine source used in the step (d) contains flammable waste mixed with waste plastic and inorganic compound chlorine. Removal method. 前記工程(d)で利用される前記塩素源は、80mm以下の大きさであることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載のアルカリ金属除去方法。 The alkali metal removing method according to any one of claims 1 to 5, wherein the chlorine source used in the step (d) has a size of 80 mm or less. 前記工程(d)は、前記粉砕微粉の全アルカリ金属成分のモル量(A)に対する、前記塩素源の全塩素のモル量(B)の比率(B/A)が、1.5以上5以下の範囲内で混合された、前記粉砕微粉と前記塩素源との混合物を加熱する工程であることを特徴とする、請求項1〜6のいずれか1項に記載のアルカリ金属除去方法。 In the step (d), the ratio (B / A) of the molar amount (B / A) of the total chlorine of the chlorine source to the molar amount (A) of the total alkali metal component of the crushed fine powder is 1.5 or more and 5 or less. The method for removing an alkali metal according to any one of claims 1 to 6, wherein the step is to heat a mixture of the pulverized fine powder and the chlorine source, which is mixed within the above range. 木質バイオマスの燃焼灰の飛灰からアルカリ金属を除去するための装置であって、
前記飛灰を微粉と粗粉に分級する第一分級装置と、
前記第一分級装置で得られた前記粗粉の表面部を粉砕して粉砕物を得る粉砕装置と、
前記粉砕装置で得られた前記粉砕物を粉砕微粉と粉砕粗粉に分級する第二分級装置と、
前記第二分級装置で得られた前記粉砕微粉を塩素源と共に加熱して加熱処理物を得る加熱装置と、
前記第一分級装置で得られた前記微粉と、前記加熱装置で得られた前記加熱処理物とを水洗する水洗装置とを備えることを特徴とする、アルカリ金属除去装置。
A device for removing alkali metals from the fly ash of the combustion ash of woody biomass.
The first classification device that classifies the fly ash into fine powder and coarse powder,
A pulverizer for obtaining a pulverized product by pulverizing the surface portion of the coarse powder obtained by the first classifier.
A second classifying device for classifying the crushed product obtained by the crushing device into crushed fine powder and crushed coarse powder, and a second classifying device.
A heating device for obtaining a heat-treated product by heating the pulverized fine powder obtained by the second classifying device together with a chlorine source.
An alkali metal removing device comprising a water washing device for washing the fine powder obtained by the first classifying device and the heat-treated product obtained by the heating device with water.
木質バイオマスの燃焼灰の飛灰からアルカリ金属を除去するための装置であって、
前記飛灰を微粉と粗粉に分級する第一分級装置と、
前記第一分級装置で得られた前記粗粉の表面部を粉砕して粉砕物を得た後に、該粉砕物を粉砕微粉と粉砕粗粉に分級する粉砕装置と、
前記粉砕装置で得られた前記粉砕微粉を塩素源と共に加熱して加熱処理物を得る加熱装置と、
前記第一分級装置で得られた前記微粉と、前記加熱装置で得られた加熱処理物とを水洗する水洗装置とを備えることを特徴とする、アルカリ金属除去装置。
A device for removing alkali metals from the fly ash of the combustion ash of woody biomass.
The first classification device that classifies the fly ash into fine powder and coarse powder,
A crushing device that crushes the surface portion of the coarse powder obtained by the first classifying device to obtain a pulverized product, and then classifies the pulverized product into crushed fine powder and crushed coarse powder.
A heating device that heats the crushed fine powder obtained by the crushing device together with a chlorine source to obtain a heat-treated product, and a heating device.
An alkali metal removing device comprising a water washing device for washing the fine powder obtained by the first classifying device and the heat-treated product obtained by the heating device with water.
前記第一分級装置及び前記第二分級装置が回転羽根付きの遠心式空気分級機で構成されることを特徴とする請求項8に記載のアルカリ金属除去装置。 The alkali metal removing device according to claim 8, wherein the first classifying device and the second classifying device are composed of a centrifugal air classifier having rotary blades. 前記粉砕装置がジェットミルで構成されることを特徴とする請求項9に記載のアルカリ金属除去装置。 The alkali metal removing device according to claim 9, wherein the crushing device is composed of a jet mill. 前記加熱装置がロータリーキルンで構成されることを特徴とする請求項8〜11のいずれか1項に記載のアルカリ金属除去装置。 The alkali metal removing device according to any one of claims 8 to 11, wherein the heating device is composed of a rotary kiln.
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