JP2022135387A - Alkali metal-containing matter treatment method, and alkali metal-containing matter treatment system - Google Patents

Alkali metal-containing matter treatment method, and alkali metal-containing matter treatment system Download PDF

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Yoshinori Tatsumi
友亮 比留間
Yusuke Hiruma
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Abstract

To provide an alkali metal-containing matter treatment method which can efficiently remove alkali metal from an alkali-metal containing matter by a method different from chlorination roasting.SOLUTION: An alkali metal-containing matter treatment method includes a step (a) of adding water to an alkali metal-containing matter and obtaining a slurry, a step (b) of adjusting a relation between a pH and an oxidation reduction potential (ORP) of the slurry so as to satisfy the following expression (1), a step (c) of eluting alkali metal contained in the alkali metal-containing matter in the slurry during or after execution of the step (b) into a liquid phase in the slurry, and a step (d) of solid-liquid separating the slurry after execution of the step (b) and the step (c), and obtaining a cake whose percentage content of the alkali metal is reduced compared to the alkali metal-containing matter. Expression (1): (ORP(mV))≤28×(pH)-575. In the expression (1), a range of the pH is 10≤pH≤14.SELECTED DRAWING: Figure 3

Description

本発明は、アルカリ金属含有物の処理方法に関し、特に石炭灰に代わる粘土代替からアルカリ金属を除去する方法に関する。また、本発明は、この方法の実行に適したアルカリ金属含有物の処理システムに関する。 The present invention relates to a method for treating alkali metal inclusions, and more particularly to a method for removing alkali metals from clay substitutes for coal ash. The invention also relates to a treatment system for alkali metal inclusions suitable for carrying out this method.

地球温暖化への影響に鑑み、近年、石炭火力発電所の利用率を低下させていく流れがあり、石炭灰の発生数量の低下が見込まれている。このため、セメント原料用の石炭灰が不足することが予想されており、石炭灰に代わる粘土代替の確保が求められる。 In recent years, in view of the impact on global warming, there is a trend to reduce the utilization rate of coal-fired power plants, and a decrease in the amount of coal ash generated is expected. For this reason, it is expected that there will be a shortage of coal ash for use as a raw material for cement, and there is a need to secure substitutes for clay to replace coal ash.

しかしながら、石炭灰以外の粘土代替にはアルカリ金属を高濃度で含むものが多い。セメントにアルカリ金属が多く含まれてしまうと、アルカリ骨材反応等を生じさせることから、一般的にアルカリ金属はセメントにとっては忌避成分とされている。このため、石炭灰以外の粘土代替を、石炭灰に代わるセメント原料として利用するためには、アルカリ金属の除去が必要となっており、その除去技術の開発が進められている(例えば、特許文献1、特許文献2参照)。 However, many clay substitutes other than coal ash contain high concentrations of alkali metals. When a large amount of alkali metal is contained in cement, alkali-aggregate reaction or the like occurs, so alkali metal is generally regarded as a repellent component for cement. Therefore, in order to use a clay substitute other than coal ash as a cement raw material to replace coal ash, it is necessary to remove alkali metals, and the development of removal technology is underway (for example, patent documents 1, see Patent Document 2).

特開2003-39038号公報JP-A-2003-39038 特開2004-59754号公報JP-A-2004-59754

石炭灰以外の粘土代替の例としては、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。)、建設発生土、廃コンクリートの再生微粉等が挙げられる。これらの粘土代替は、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。よって、これらの粘土代替をセメント原料として利用するためには、アルカリ金属を効率的に除去する必要がある。 Examples of clay substitutes other than coal ash include combustion ash generated by combustion of woody biomass (hereinafter sometimes referred to as "woody biomass ash"), construction soil, recycled fine powder of waste concrete, and the like. These clay substitutes have a high content of alkali metals, especially potassium, compared to coal ash, refuse incineration ash, and the like. Therefore, in order to utilize these clay substitutes as raw materials for cement, it is necessary to remove alkali metals efficiently.

ところで、上記特許文献1や特許文献2に記載されているように、従来、アルカリ金属含有物からアルカリ金属を除去する方法として、塩素含有物と共にアルカリ金属含有物を加熱して、アルカリ金属含有物に含まれるアルカリ金属を水溶性塩(アルカリ金属塩化物)に変化させる方法(いわゆる「塩化焙焼」)が知られている。しかしこの方法によれば、高温での加熱処理が必要となるため、アルカリ金属を除去するための処理に大きなコストが掛かってしまう。また、加熱に伴ってCO2が排出されることから、地球温暖化防止の観点からも、塩化焙焼とは異なる方法でアルカリ金属を除去する方法を確立しておくことは好ましい。 By the way, as described in Patent Document 1 and Patent Document 2, conventionally, as a method for removing alkali metals from an alkali metal-containing material, the alkali metal-containing material is heated together with the chlorine-containing material to remove the alkali metal-containing material from the alkali metal-containing material. There is known a method (so-called "chlorination roasting") of changing the alkali metal contained in to a water-soluble salt (alkali metal chloride). However, according to this method, since heat treatment at high temperature is required, the treatment for removing the alkali metal is very costly. In addition, since CO 2 is emitted with heating, it is preferable to establish a method for removing alkali metals by a method different from chlorination roasting from the viewpoint of global warming prevention.

本発明は、上記の課題に鑑み、塩化焙焼とは異なる方法を用いながらも、アルカリ金属含有物からアルカリ金属を効率的に除去することを可能にする、アルカリ金属含有物の処理方法及び処理システムを提供することを目的とする。 In view of the above problems, the present invention provides a method and treatment for an alkali metal-containing material that makes it possible to efficiently remove the alkali metal from the alkali metal-containing material while using a method different from chlorination roasting. The purpose is to provide a system.

本発明に係るアルカリ金属含有物の処理方法は、
アルカリ金属含有物に水を加えてスラリーを得る工程(a)と、
前記スラリーのpHと酸化還元電位(ORP)の関係が下記(1)式を満たすように、前記スラリーのpHとORPの関係を調整する工程(b)と、
前記工程(b)の実行中又は実行後に、前記スラリー中の前記アルカリ金属含有物に含まれるアルカリ金属を前記スラリー中の液相に溶出させる工程(c)と、
前記工程(b)及び前記工程(c)の実行後の前記スラリーを固液分離して、前記アルカリ金属含有物よりもアルカリ金属の含有率が低下されたケーキを得る工程(d)とを有することを特徴とする。
(ORP(mV)) ≦ 28×(pH) - 575 …(1)
ただし、(1)式において、pHの範囲は10≦pH≦14である。
The method for treating an alkali metal-containing material according to the present invention comprises:
a step (a) of adding water to the alkali metal-containing material to obtain a slurry;
a step (b) of adjusting the relationship between the pH of the slurry and the ORP so that the relationship between the pH of the slurry and the oxidation-reduction potential (ORP) satisfies the following formula (1);
a step (c) of eluting the alkali metal contained in the alkali metal-containing substance in the slurry into a liquid phase in the slurry during or after the step (b);
a step (d) of solid-liquid separating the slurry after the step (b) and the step (c) are performed to obtain a cake having an alkali metal content lower than that of the alkali metal-containing material. It is characterized by
(ORP (mV)) ≤ 28 x (pH) - 575 (1)
However, in the formula (1), the range of pH is 10≤pH≤14.

本発明者らの鋭意研究により、アルカリ金属含有物に水を加えて得られたスラリーを、pHの範囲を10≦pH≦14とした上で、pHとORPの関係が上記(1)式を満たすような環境下に置くことで、スラリー中のアルカリ金属含有物に含まれるアルカリ金属を効率的に溶出できることが新たに見出された。つまり、上記方法によれば、従来の塩化焙焼のような500℃~1000℃という高温で加熱する処理が不要であるため、ランニングコストが低廉化されると共に地球温暖化の抑制にも貢献できる。 As a result of extensive research by the present inventors, a slurry obtained by adding water to an alkali metal-containing material has a pH range of 10 ≤ pH ≤ 14, and the relationship between pH and ORP is expressed by the above formula (1). It was newly discovered that the alkali metal contained in the alkali metal-containing substances in the slurry can be efficiently eluted by placing the slurry in an environment that satisfies the conditions. In other words, according to the above method, there is no need to heat at a high temperature of 500 ° C to 1000 ° C like conventional chlorinated roasting, so the running cost can be reduced and it can contribute to the suppression of global warming. .

そして、上記方法で得られたケーキは、処理前のアルカリ金属含有物と比べて、アルカリ金属の含有率が大幅に低下しているため、石炭灰に代わるセメント原料として有効に利用できる。 Since the cake obtained by the above method has a significantly lower alkali metal content than the alkali metal-containing material before treatment, it can be effectively used as a raw material for cement in place of coal ash.

前記工程(b)は、前記スラリーのpHとORPの関係が下記(2)式を満たすように、前記スラリーのpHとORPを調整する工程であるものとしても構わない。
(ORP(mV)) ≦ -55×(pH) + 340 …(2)
ただし、(2)式において、pHの範囲は11≦pH≦14である。
The step (b) may be a step of adjusting the pH and ORP of the slurry so that the relationship between the pH and ORP of the slurry satisfies the following formula (2).
(ORP (mV)) ≤ -55 x (pH) + 340 (2)
However, in the formula (2), the range of pH is 11≤pH≤14.

上記(2)式の条件を満たすような環境下にスラリーを置くことで、前記工程(c)において、アルカリ金属をより多く液相に溶出させることが可能となる。詳細は、「発明を実施するための形態」の項で実施例を参照しながら後述される。 By placing the slurry in an environment that satisfies the condition of the formula (2), it becomes possible to elute a larger amount of the alkali metal into the liquid phase in the step (c). Details are described below with reference to examples in the Detailed Description section.

前記工程(b)は、前記スラリーに対して、pH調整剤及びORP調整剤の少なくとも一方を加える工程を含むものとしても構わない。 The step (b) may include adding at least one of a pH adjuster and an ORP adjuster to the slurry.

また、前記工程(b)は、
前記スラリーのpH及びORPを測定する工程(b1)と、
前記工程(b1)で測定された前記スラリーのpHとORPの関係が前記(1)式を満たさない場合には、前記スラリーのpHとORPの関係が前記(1)式を満たすように、前記スラリーに対してpH調整剤及びORP調整剤の少なくとも一方を加える工程(b2)を含むものとしても構わない。
Further, the step (b) is
A step (b1) of measuring the pH and ORP of the slurry;
When the relationship between the slurry pH and ORP measured in the step (b1) does not satisfy the formula (1), the above A step (b2) of adding at least one of a pH adjuster and an ORP adjuster to the slurry may be included.

上記において、前記pH調整剤は、塩酸、硝酸、硫酸、クエン酸、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、及び水酸化カルシウムからなる群から選ばれた1種以上を含むことができる。また、前記ORP調整剤は、硫化水素ナトリウム及び硫化ナトリウムからなる群から選ばれた1種以上を含むことができる。 In the above, the pH adjuster may contain one or more selected from the group consisting of hydrochloric acid, nitric acid, sulfuric acid, citric acid, sodium hydroxide, potassium hydroxide, and calcium hydroxide. Also, the ORP regulator may contain one or more selected from the group consisting of sodium hydrogen sulfide and sodium sulfide.

アルカリ金属含有物の処理方法は、前記工程(d)において前記スラリーが固液分離されることで得られた排水を、前記工程(a)、前記工程(b)、及び前記工程(c)の少なくともいずれか一の工程の実行時に再利用するものとしても構わない。 In the method for treating an alkali metal-containing material, the wastewater obtained by solid-liquid separation of the slurry in the step (d) is treated in the step (a), the step (b), and the step (c). It may be reused when executing at least one of the steps.

工程(d)を経て回収された排水は、アルカリ金属含有物から溶出したアルカリ金属成分を含むが、酸化還元電位(ORP)が好適な状態であるため再利用できる。 The waste water collected through step (d) contains alkali metal components eluted from the alkali metal-containing substances, but can be reused because it has a suitable oxidation-reduction potential (ORP).

前記工程(c)は、前記スラリーの温度を5℃~60℃に維持した状態で前記スラリーを撹拌する工程を含むものとしても構わない。 The step (c) may include a step of stirring the slurry while maintaining the temperature of the slurry at 5°C to 60°C.

この温度条件下で撹拌することで、アルカリ金属含有物に含まれるアルカリ金属を、効率的に液相に溶出させることができる。 By stirring under this temperature condition, the alkali metal contained in the alkali metal-containing material can be efficiently eluted into the liquid phase.

前記アルカリ金属含有物が、木質バイオマス燃焼灰の飛灰、木質バイオマス燃焼灰の主灰、建設発生土、及び廃コンクリートの再生微粉からなる群から選ばれた1種以上を含むものとしても構わない。 The alkali metal-containing material may contain at least one selected from the group consisting of fly ash of woody biomass combustion ash, bottom ash of woody biomass combustion ash, construction soil, and recycled fine powder of waste concrete. .

これらのアルカリ金属含有物は、非水溶性のアルカリ金属を含むため、単に水洗処理を行ってもアルカリ金属を十分に除去することができない。しかしながら、上記の方法で処理をすることで、非水溶性のアルカリ金属であってもスラリーの液相に効率的に溶出できるため、その後の固液分離工程を経て、アルカリ金属の含有率の低下したケーキを得ることができる。 Since these alkali metal-containing substances contain water-insoluble alkali metals, the alkali metals cannot be sufficiently removed by simply washing with water. However, by treating with the above method, even water-insoluble alkali metals can be efficiently eluted into the liquid phase of the slurry, so that the subsequent solid-liquid separation process reduces the content of alkali metals. You can get a cake made with

前記アルカリ金属含有物の処理方法は、前記工程(a)の実行前に、前記アルカリ金属含有物を粉砕する工程(e)を有するものとしても構わない。この工程(e)によって、例えば粒径が5mm以下になるように粉砕される。 The method for treating the alkali metal-containing material may include a step (e) of pulverizing the alkali metal-containing material before performing the step (a). Through this step (e), the powder is pulverized to a particle size of, for example, 5 mm or less.

アルカリ金属含有物には、アルカリ金属が全体的に満遍なく含まれていることが想定される。上記方法のように、水を加える工程(a)の前に粉砕工程(e)を行うことでアルカリ金属の露出面積が増加するため、溶出工程(c)において、スラリー中のアルカリ金属含有物に含まれるアルカリ金属を高効率で溶出させることができる。なお、本明細書において、「粒径」とは、対象物が通過する最小の篩いの目開きを指す。 It is assumed that the alkali metal-containing material contains the alkali metal evenly throughout. As in the above method, by performing the pulverization step (e) before the step (a) of adding water, the exposed area of the alkali metal increases, so in the elution step (c), the alkali metal-containing material in the slurry Alkali metal contained can be eluted with high efficiency. In this specification, the term "particle size" refers to the minimum opening of a sieve through which an object passes.

前記アルカリ金属含有物の処理方法は、前記工程(a)の実行前に、前記アルカリ金属含有物を予備的に水洗する工程(f)を有するものとしても構わない。 The method for treating the alkali metal-containing material may have a step (f) of preliminarily washing the alkali metal-containing material with water before performing the step (a).

この方法によれば、アルカリ金属含有物に可溶性のアルカリ金属が含まれている場合には、スラリー化の前段階でこの可溶性のアルカリ金属を除去できるので、アルカリ金属の除去率が更に高められる。 According to this method, when a soluble alkali metal is contained in the alkali metal-containing material, the soluble alkali metal can be removed in the preceding stage of slurrying, so that the removal rate of the alkali metal can be further increased.

また、本発明に係るアルカリ金属含有物の処理システムは、
収容されたアルカリ金属含有物をスラリー化する反応槽と、
前記反応槽に収容された前記スラリーのpHと酸化還元電位(ORP)の関係が下記(1)を満たすように、前記スラリーのpHとORPの関係を調整する調整装置と、
前記反応槽から排出された前記スラリーを固液分離する固液分離装置とを備えることを特徴とする。
(ORP(mV)) ≦ 28×(pH) - 575 …(1)
ただし、(1)式において、pHの範囲は10≦pH≦14である。
In addition, the system for treating alkali metal-containing substances according to the present invention includes:
a reactor for slurrying the contained alkali metal inclusions;
an adjusting device for adjusting the relationship between the pH and the ORP of the slurry contained in the reaction tank so that the relationship between the pH and the oxidation-reduction potential (ORP) of the slurry satisfies the following (1);
and a solid-liquid separator for solid-liquid separation of the slurry discharged from the reaction tank.
(ORP (mV)) ≤ 28 x (pH) - 575 (1)
However, in the formula (1), the range of pH is 10≤pH≤14.

上記処理システムによれば、特に非水溶性のアルカリ金属を含むアルカリ金属含有物から、高温での加熱処理を行うことなくアルカリ金属を効率的に除去することができる。 According to the above-described treatment system, alkali metals can be efficiently removed from alkali metal-containing substances, particularly those containing water-insoluble alkali metals, without heat treatment at high temperatures.

前記調整装置は、前記反応槽に収容された前記スラリーに対して、pH調整剤及びORP調整剤の少なくとも一方を導入可能に構成されており、
前記反応槽に収容された前記スラリーのpH及びORPを測定する測定装置と、
前記測定装置の測定結果に基づいて、前記調整装置に対して制御を行うことで、前記スラリーのpHとORPの関係が前記(1)を満たすように前記スラリーに対して加えられる前記pH調整剤及び前記ORP調整剤の少なくとも一方の量を変更する制御装置とを備えるものとしても構わない。
The adjusting device is configured to be able to introduce at least one of a pH adjusting agent and an ORP adjusting agent into the slurry contained in the reaction tank,
a measuring device for measuring the pH and ORP of the slurry contained in the reaction tank;
The pH adjuster added to the slurry so that the relationship between the pH and ORP of the slurry satisfies the above (1) by controlling the adjustment device based on the measurement result of the measurement device. and a control device that changes the amount of at least one of the ORP regulators.

上記構成によれば、スラリーのpH及びORPの値に応じて、pH調整剤及びORP調整剤の少なくとも一方の量が自動的に調整される。これにより、pH調整又はORP調整のための薬剤等の使用に、過剰なコストが掛かることが防止できる。 According to the above configuration, the amount of at least one of the pH adjuster and the ORP adjuster is automatically adjusted according to the pH and ORP values of the slurry. As a result, it is possible to prevent excessive cost from using chemicals for pH adjustment or ORP adjustment.

本発明によれば、数百℃以上という高温での加熱処理を行うことなく、アルカリ金属含有物に対して、アルカリ金属の含有率を低下させる処理を行うことが可能となる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, it becomes possible to perform the process which reduces the content rate of an alkali metal with respect to an alkali metal containing material, without heat-processing at high temperature of several hundred degrees C or more.

本発明に係るアルカリ金属含有物の処理方法の手順を模式的に示すフローチャートである。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is a flowchart which shows typically the procedure of the processing method of the alkali-metal containing material which concerns on this invention. 図1に示す方法を実施する処理システムの一例を模式的に示すブロック図である。2 is a block diagram schematically showing an example of a processing system that implements the method shown in FIG. 1; FIG. 図1内の水洗処理工程S2の詳細な処理手順の一例を模式的に示すフローチャートである。1. It is a flowchart which shows typically an example of the detailed processing procedure of water washing processing process S2 in FIG. 本発明に係るアルカリ金属含有物の処理方法の手順を模式的に示す別のフローチャートである。4 is another flow chart schematically showing the procedure of the method for treating an alkali metal-containing material according to the present invention. 本発明の適用範囲を表したpHと酸化還元電位(ORP)の関係図である。FIG. 2 is a diagram showing the relationship between pH and oxidation-reduction potential (ORP) showing the applicable range of the present invention.

本発明が適用される、処理対象としてのアルカリ金属含有物としては、アルカリ金属成分を高濃度に含有するアルカリ金属含有物であればよく、特に制限はないが、例えば木質バイオマス灰の飛灰や主灰、建設発生土、及び廃コンクリートの再生微粉等が挙げられる。 The alkali metal-containing material to be treated to which the present invention is applied is not particularly limited as long as it contains an alkali metal component at a high concentration. Examples include fly ash of woody biomass ash and Examples include bottom ash, construction soil, and recycled fine powder of waste concrete.

例えば、木質バイオマス灰は、アルカリ金属(Na,K)を塩化物、炭酸塩、硫酸塩、ケイ酸塩ガラスとして含有し、R2O換算(R2O=Na2O+0.658×K2O)で、木質バイオマス灰の飛灰では3質量%~50質量%程度、木質バイオマス灰の主灰では3質量%~20質量%程度を含んでいる。 For example, woody biomass ash contains alkali metals (Na, K) as chlorides, carbonates, sulfates, silicate glasses, and is converted to R 2 O (R 2 O = Na 2 O + 0.658 × K 2 O ), the fly ash of woody biomass ash contains about 3% to 50% by weight, and the bottom ash of woody biomass ash contains about 3% to 20% by weight.

また、建設発生土及び廃コンクリートの再生微粉は、アルカリ金属(Na,K)を、R2O換算で2質量%~8質量%程度を含んでいる。 In addition, the recycled fine powder of construction soil and waste concrete contains about 2% to 8% by mass of alkali metals (Na, K) in terms of R 2 O.

本発明によれば、上記のようなアルカリ金属含有物中に含まれるアルカリ金属成分の濃度を、上記R2O換算で2.5質量%以下、より典型的には2.0質量%以下にまで低減することができる。そして、これを例えばセメント原料として有効利用することができる。アルカリ金属含有物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」に準拠した方法等が好ましく例示される。 According to the present invention, the concentration of the alkali metal component contained in the alkali metal-containing material as described above is reduced to 2.5% by mass or less, more typically 2.0% by mass or less in terms of R 2 O. can be reduced to And this can be effectively utilized, for example, as a raw material for cement. The alkali metal concentration in the alkali metal-containing material can be measured by a well-known method, and a preferred example thereof is a method based on JIS R 5204 "Method for fluorescent X-ray analysis of cement".

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、これら図面と共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 more specifically with reference to the drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments described with these drawings.

図1は、本発明に係るアルカリ金属含有物の処理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に示す方法を実施するシステム(以下、「処理システム1」と称する。)の一例を模式的に示すブロック図である。 FIG. 1 is a flow chart schematically showing the procedure of the method for treating an alkali metal-containing material according to the present invention. FIG. 2 is a block diagram schematically showing an example of a system (hereinafter referred to as "processing system 1") that implements the method shown in FIG.

図1に示す方法は、粉砕処理工程S1、水洗処理工程S2及び固液分離処理工程S3を含む。また、図2に示すように、図1に示す方法を実施するための処理システム1は、反応槽2、調整装置3、固液分離装置4、制御装置5、及び粉砕装置6を備えて構成される。なお後述するように、粉砕処理工程S1は適宜省略でき、この場合、処理システム1は粉砕装置6を備えていなくても構わない。 The method shown in FIG. 1 includes a pulverization treatment step S1, a water washing treatment step S2 and a solid-liquid separation treatment step S3. Further, as shown in FIG. 2, the processing system 1 for carrying out the method shown in FIG. be done. As will be described later, the pulverizing step S1 can be omitted as appropriate, and in this case, the processing system 1 does not have to include the pulverizing device 6.

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, details of processing in each step shown in FIG. 1 will be described in detail with reference to FIG. 2 as appropriate.

(粉砕処理工程S1)
粉砕処理工程S1は、供給された固形状のアルカリ金属含有物A1を、後段の各工程S2~S3においてより効率的に処理できる大きさに粉砕する工程である。図2に示す処理システム1では、粉砕装置6によって粉砕処理工程S1が実行される。
(Pulverization treatment step S1)
The pulverization treatment step S1 is a step of pulverizing the supplied solid alkali metal-containing material A1 into a size that can be processed more efficiently in the subsequent steps S2 and S3. In the processing system 1 shown in FIG. 2, the pulverization processing step S1 is performed by the pulverizer 6. As shown in FIG.

具体的には、粉砕処理工程S1を経て得られるアルカリ金属含有物粉砕物A2の粒径は、好ましくは5mm以下、より好ましくは4mm以下、特に好ましくは3mm以下である。アルカリ金属含有物粉砕物A2の粒径の下限値に特に制限はないが、粉砕にかかるエネルギー及びコストの観点から、5μm以上である。なお、上述したように、本明細書における「粒径」とは、対象物(ここではアルカリ金属含有物粉砕物A2)が通過する最小の篩いの目開きを指す。 Specifically, the particle size of the ground material containing alkali metal A2 obtained through the grinding treatment step S1 is preferably 5 mm or less, more preferably 4 mm or less, and particularly preferably 3 mm or less. Although the lower limit of the particle size of the pulverized material containing alkali metal A2 is not particularly limited, it is 5 μm or more from the viewpoint of the energy and cost required for pulverization. As described above, the "particle diameter" in this specification refers to the minimum opening of the sieve through which the target material (here, the pulverized material containing alkali metal A2) passes.

粉砕装置6は、粒径が5mm以下となるように、塊状のアルカリ金属含有物A1を粉砕することが望ましく、その設備仕様は塊状のアルカリ金属含有物A1の性状に応じて適宜設定すればよい。粉砕装置6は、複数の装置の組み合わせであってもよい。 The pulverizer 6 preferably pulverizes the lump-like alkali metal-containing material A1 so that the particle size becomes 5 mm or less, and the equipment specifications may be appropriately set according to the properties of the lump-like alkali metal-containing material A1. . The crushing device 6 may be a combination of multiple devices.

具体的には、粉砕装置6としては、チューブミル、竪型ローラーミル、ジョークラッシャ、ジャイレトリクラッシャ、コーンクラッシャ、インパクトクラッシャ、ロールクラッシャ及びエアロフォールミル等が好適に使用できる。なお、これらの装置を複数組合せて粉砕装置6とする場合、各粉砕機の間に分級機を併設して閉回路粉砕システムを構築することによって、粒度の揃ったアルカリ金属含有物粉砕物A2を効率的に得ることができる。この場合の分級機としては、所定の分級点でアルカリ金属含有物粉砕物A2を分級できるものであれば特に限定されず、篩い(面内運動篩い、振動篩い)、重力式分級機、慣性力式分級機、サイクロン等の遠心式分級機、サイクロンエアセパレータ等の回転羽根付きの遠心式分級機等が好適に使用できる。なかでも、設備の簡便性と操作、調整の容易性からサイクロンエアセパレータ等の回転羽根付きの遠心式分級機が好ましい。粉砕装置6として、分級機や篩い網が内蔵された粉砕機を用いることもできる。 Specifically, as the crushing device 6, a tube mill, a vertical roller mill, a jaw crusher, a gyratory crusher, a cone crusher, an impact crusher, a roll crusher, an aerofol mill, or the like can be suitably used. When a plurality of these devices are combined to form the pulverizer 6, a classifier is installed between each pulverizer to construct a closed-circuit pulverization system, whereby pulverized alkali metal-containing material A2 having a uniform particle size is produced. can be obtained efficiently. The classifier in this case is not particularly limited as long as it can classify the pulverized material containing alkali metal A2 at a predetermined classification point. A classifier, a centrifugal classifier such as a cyclone, and a centrifugal classifier with rotating blades such as a cyclone air separator can be preferably used. Among them, a centrifugal classifier with rotating blades such as a cyclone air separator is preferable because of the simplicity of equipment and ease of operation and adjustment. As the pulverizer 6, a pulverizer with a built-in classifier or sieve mesh can also be used.

なお、供給された固形状のアルカリ金属含有物A1が、有姿において前記の好ましい粒径を満足する場合には、この粉砕処理工程S1を省略できる。図1では、アルカリ金属含有物A1が、粉砕処理工程S1を経て水洗処理工程S2に送られる場合と、粉砕処理工程S1を経ずに直接水洗処理工程S2に送られる場合の双方が模式的に図示されている。また、図2では、供給されたアルカリ金属含有物A1が粉砕装置6で粉砕されて得られたアルカリ金属含有物粉砕物A2が反応槽2に送られる場合と、供給されたアルカリ金属含有物A1が直接反応槽2に送られる場合の双方が模式的に図示されている。 In addition, when the supplied solid alkali metal-containing material A1 satisfies the above preferable particle size in the physical state, the pulverization treatment step S1 can be omitted. In FIG. 1, both the case where the alkali metal-containing material A1 is sent to the washing treatment step S2 after the crushing treatment step S1 and the case where it is sent directly to the washing treatment step S2 without going through the crushing treatment step S1 are schematically shown. Illustrated. In FIG. 2, the supplied alkali metal-containing material A1 is pulverized in the pulverizer 6 and the pulverized alkali metal-containing material A2 obtained is sent to the reaction tank 2, and the case where the supplied alkali metal-containing material A1 is sent directly to the reaction tank 2, both of which are shown schematically.

この粉砕処理工程S1が、工程(e)に対応する。 This crushing treatment step S1 corresponds to step (e).

(水洗処理工程S2)
水洗処理工程S2は、アルカリ金属含有物A1又はアルカリ金属含有物粉砕物A2を、所定のpH・酸化還元電位(ORP)条件下でスラリー化する工程である。図2に示す処理システム1では、反応槽2において水洗処理工程S2が実行される。なお、以下では、煩雑さを避ける観点から、反応槽2に導入されるアルカリ金属含有物A1とアルカリ金属含有物粉砕物A2を、「アルカリ金属含有物A1」と代表して記載する。
(Water washing process S2)
The water washing step S2 is a step of slurrying the alkali metal-containing material A1 or the ground alkali metal-containing material A2 under predetermined pH/oxidation-reduction potential (ORP) conditions. In the treatment system 1 shown in FIG. 2 , the water washing treatment step S2 is performed in the reaction tank 2 . To avoid complication, the alkali metal-containing material A1 and the pulverized alkali metal-containing material A2 introduced into the reaction vessel 2 are hereinafter representatively referred to as "alkali metal-containing material A1".

図3は、この水洗処理工程S2の詳細な処理手順の一例を模式的に示すフローチャートである。以下、図3のフローチャートも参照しながら、水洗処理工程S2の内容について詳述する。 FIG. 3 is a flow chart schematically showing an example of a detailed processing procedure of this water washing processing step S2. Hereinafter, the contents of the water washing treatment step S2 will be described in detail while also referring to the flowchart of FIG.

(ステップS21)
反応槽2内に、アルカリ金属含有物A1と水W1とを導入して攪拌し、スラリーLr1を作る。図2に示すように、反応槽2には好ましくは撹拌翼21が設けられており、この撹拌翼21を用いて撹拌するものとして構わない。撹拌翼21としては、例えば一般的なスクリュー型のものが利用できる。
(Step S21)
Alkali metal-containing material A1 and water W1 are introduced into reaction vessel 2 and stirred to form slurry Lr1. As shown in FIG. 2, the reaction tank 2 is preferably provided with a stirring blade 21, and the stirring blade 21 may be used for stirring. As the stirring blade 21, for example, a general screw type one can be used.

水W1としては、工水(真水)が好ましい。水W1の導入量は、アルカリ金属含有物A1の質量の3倍量以上であり、好ましくは4倍量以上であり、より好ましくは5倍量以上である。 Industrial water (fresh water) is preferable as the water W1. The amount of water W1 to be introduced is at least 3 times the mass of the alkali metal-containing material A1, preferably at least 4 times, more preferably at least 5 times.

このステップS21が、工程(a)に対応する。なお、撹拌工程は、後述するステップS22~S25の間も継続して実行されるものとして構わない。 This step S21 corresponds to step (a). Note that the stirring process may be continuously performed during steps S22 to S25, which will be described later.

(ステップS22)
反応槽2内のスラリーLr1のpH及びORPを測定する。この測定結果は、制御装置5に送信される。
(Step S22)
The pH and ORP of the slurry Lr1 in the reaction tank 2 are measured. This measurement result is transmitted to the control device 5 .

図2に示す例では、反応槽2には、pH測定器22及びORP測定器23が付設されており、これらの測定器によって、スラリーLr1のpH及びORPが連続的に測定可能に構成されている。ORP測定器23としては、公知の測定機器を用いればよく、特に高濃度懸濁液用の測定機器を用いることが好ましい。なお、pH測定器22とORP測定器23は、一体化されていても構わない。 In the example shown in FIG. 2, the reaction tank 2 is equipped with a pH measuring device 22 and an ORP measuring device 23, and these measuring devices are configured to continuously measure the pH and ORP of the slurry Lr1. there is As the ORP measuring device 23, a known measuring device may be used, and it is particularly preferable to use a measuring device for high-concentration suspension. Incidentally, the pH measuring device 22 and the ORP measuring device 23 may be integrated.

ただし、スラリーLr1のpHは通常大きな変動が生じないことから、ORPのように連続した測定を行わなくても構わない。例えば、pH測定器22は、所定のタイミングで(例えばスラリーLr1が均質化した直後等に)pHを測定し、この結果を制御装置5に送信するものとしても構わない。 However, since the pH of the slurry Lr1 usually does not change greatly, it does not have to be measured continuously like the ORP. For example, the pH measuring device 22 may measure the pH at a predetermined timing (for example, immediately after the slurry Lr1 is homogenized) and transmit the result to the control device 5.

このステップS22が工程(b1)に対応する。 This step S22 corresponds to step (b1).

(ステップS23)
制御装置5において、スラリーLr1のpHとORPの関係が、上記(1)式を満たすかどうかが確認される。以下に(1)式を再掲する。
(ORP(mV)) ≦ 28×(pH) - 575 …(1)
ただし、(1)式において、pHの範囲は10≦pH≦14である。
(Step S23)
In the controller 5, it is confirmed whether the relationship between the pH of the slurry Lr1 and the ORP satisfies the above formula (1). Formula (1) is shown again below.
(ORP (mV)) ≤ 28 x (pH) - 575 (1)
However, in the formula (1), the range of pH is 10≤pH≤14.

(ステップS24)
制御装置5において、スラリーLr1のpHとORPの関係が、上記(1)式を満たさないことが確認されると(ステップS23においてNo)、スラリーLr1内のpH又はORPが調整される。具体的には、制御装置5からの信号に基づく制御により、調整装置3からORP調整剤α1及びpH調整剤α2の少なくとも一方がスラリーLr1に添加される。
(Step S24)
When the controller 5 confirms that the relationship between the pH of the slurry Lr1 and the ORP does not satisfy the above formula (1) (No in step S23), the pH or ORP in the slurry Lr1 is adjusted. Specifically, at least one of the ORP adjuster α1 and the pH adjuster α2 is added to the slurry Lr1 from the adjustment device 3 under control based on a signal from the control device 5 .

図2の例では、調整装置3が、ORP調整剤添加装置3aとpH調整剤添加装置3bとを備えている。調整装置3は、制御装置5からの信号に基づいて、ORP調整剤添加装置3aから反応槽2内に所用量のORP調整剤α1を供給し、及び/又はpH調整剤添加装置3bから反応槽2内に所用量のpH調整剤α2を供給する。 In the example of FIG. 2, the adjusting device 3 includes an ORP adjusting agent adding device 3a and a pH adjusting agent adding device 3b. Based on the signal from the control device 5, the adjustment device 3 supplies a predetermined amount of the ORP adjuster α1 from the ORP adjuster addition device 3a into the reaction tank 2 and/or supplies the reaction tank from the pH adjuster addition device 3b. 2 with the required amount of pH adjuster α2.

ORP調整剤α1としては、硫化水素ナトリウム又は硫化ナトリウム等が利用できる。また、pH調整剤α2としては、塩酸、硝酸、硫酸、クエン酸、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム又は水酸化カルシウム等が利用できる。なお、ORP調整剤α1及びpH調整剤α2は、それぞれ2種以上の材料を用いても構わない。 Sodium hydrogen sulfide, sodium sulfide, or the like can be used as the ORP adjuster α1. Hydrochloric acid, nitric acid, sulfuric acid, citric acid, sodium hydroxide, potassium hydroxide, calcium hydroxide, or the like can be used as the pH adjuster α2. Two or more kinds of materials may be used for each of the ORP adjuster α1 and the pH adjuster α2.

ORP調整剤α1及び/又はpH調整剤α2がスラリーLr1に導入されることで、スラリーLr1のORP及び/又はpHが変動する。この結果、スラリーLr1のpHとORPの関係が調整される。 By introducing the ORP adjuster α1 and/or the pH adjuster α2 into the slurry Lr1, the ORP and/or pH of the slurry Lr1 fluctuate. As a result, the relationship between the pH of the slurry Lr1 and the ORP is adjusted.

このステップS24が工程(b)に対応し、より詳細には工程(b2)に対応する。 This step S24 corresponds to the step (b), more specifically to the step (b2).

本ステップS24によって、ORP調整剤α1及び/又はpH調整剤α2がスラリーLr1に導入された後は、再びステップS22に戻って反応槽2内のスラリーLr1のpH及びORPが測定された後、ステップS23によってスラリーLr1のpHとORPの関係が(1)式を満たすか否かが検証される。 After the ORP adjuster α1 and/or the pH adjuster α2 have been introduced into the slurry Lr1 in step S24, the process returns to step S22 to measure the pH and ORP of the slurry Lr1 in the reaction tank 2. S23 verifies whether or not the relationship between the pH of the slurry Lr1 and the ORP satisfies the formula (1).

なお、アルカリ金属含有物A1として一般的なバイオマス灰を用いてスラリーLr1を生成した場合、その酸化還元電位(ORP)は-50mV程度であり、そのpHは10程度である。このため、通常は、少なくともORP調整剤α1の添加が必要である。 When the slurry Lr1 is produced using general biomass ash as the alkali metal-containing material A1, its oxidation-reduction potential (ORP) is about -50 mV and its pH is about 10. Therefore, it is usually necessary to add at least ORP adjuster α1.

(ステップS25)
制御装置5において、スラリーLr1のpHとORPの関係が上記(1)式を満たすことが確認されると(ステップS23においてYes)、この関係を維持しながら所定の撹拌時間に到達するまでスラリーLr1が撹拌される。
(Step S25)
When the controller 5 confirms that the relationship between the pH of the slurry Lr1 and the ORP satisfies the above formula (1) (Yes in step S23), the slurry Lr1 is stirred until a predetermined stirring time is reached while maintaining this relationship. is stirred.

スラリーLr1のORPは、pHと比較して変動性が高く、撹拌中にORPが変動して上記(1)式を満たさなくなる可能性がある。このため、撹拌時間が経過する迄の間は、pH及びORPの関係が(1)式を満たすよう、ステップS22~S24が繰り返し実行されるものとして構わない。 The ORP of the slurry Lr1 is more variable than the pH, and there is a possibility that the ORP will fluctuate during stirring and will not satisfy the above formula (1). Therefore, steps S22 to S24 may be repeated until the stirring time elapses so that the relationship between pH and ORP satisfies the formula (1).

ただし、pH及びORPの関係が(1)式を満たす限りにおいては、ORP調整剤α1の使用コストの関係から、ORPを過剰に低下させないのが好ましい。一例としては、ORPの下限としては、-700mV程度であることが好ましく、-600mV程度であることがより好ましく、-500mV程度であることが特に好ましい。 However, as long as the relationship between pH and ORP satisfies the formula (1), it is preferable not to excessively decrease ORP due to the cost of using the ORP adjuster α1. As an example, the lower limit of ORP is preferably about -700 mV, more preferably about -600 mV, and particularly preferably about -500 mV.

スラリーLr1のpHとORPの関係を(1)式を満足する範囲に維持しながら、所定の攪拌時間に到達するまでスラリーLr1の攪拌が継続されることで、スラリー中のアルカリ金属含有物A1に含まれるアルカリ金属が効率的にスラリー中の液相に溶出される。すなわち、本ステップS25が工程(c)に対応する。スラリーLr1のpHとORPの関係が(1)式を満足する範囲に維持されることで、アルカリ金属を効率的に溶出できる点については、実施例を参照して後述される。 While maintaining the relationship between the pH of the slurry Lr1 and the ORP in the range that satisfies the formula (1), the stirring of the slurry Lr1 is continued until the predetermined stirring time is reached, so that the alkali metal-containing material A1 in the slurry is The contained alkali metal is efficiently eluted into the liquid phase in the slurry. That is, this step S25 corresponds to step (c). The fact that the alkali metal can be efficiently eluted by maintaining the relationship between the pH of the slurry Lr1 and the ORP in the range that satisfies the formula (1) will be described later with reference to Examples.

ここで、アルカリ金属の溶出に要する攪拌時間は、アルカリ金属の溶出を促進するためには、30分以上とすることが好ましく、45分以上であると特に好ましい。 Here, the stirring time required for the elution of the alkali metal is preferably 30 minutes or more, particularly preferably 45 minutes or more, in order to promote the elution of the alkali metal.

スラリーLr1の撹拌工程の間、スラリーLr1は所定の温度に維持されるものとするのが好適である。例えば、図2に示すように、反応槽2が温度計24及び加熱設備25を付設し、加熱設備25によって温度計24で測定されるスラリーLr1の温度が制御される。加熱設備25としては、例えば、散気装置を使用して排ガス等の高温ガスG1をスラリーLr1中に供給するものや、一般的な低周波誘導加熱装置等が使用できる。前者の場合、高温ガスG1としてはセメント製造設備11の高温排ガスを好適に利用できる。 The slurry Lr1 is preferably maintained at a predetermined temperature during the stirring step of the slurry Lr1. For example, as shown in FIG. 2, the reaction tank 2 is provided with a thermometer 24 and a heating facility 25, and the temperature of the slurry Lr1 measured by the thermometer 24 is controlled by the heating facility 25. As the heating equipment 25, for example, equipment that uses an air diffuser to supply the high-temperature gas G1 such as the exhaust gas into the slurry Lr1, general low-frequency induction heating equipment, or the like can be used. In the former case, high-temperature exhaust gas from the cement manufacturing facility 11 can be suitably used as the high-temperature gas G1.

より詳細には、図2に示すように、制御装置5は温度計24からの信号に基づいて、加熱設備25を制御することによって、スラリーLr1の温度を所定の温度に維持する。これは、アルカリ金属の溶出をさらに促進するためである。その温度は、5℃~60℃とすることが好ましく、25℃~60℃であると特に好ましい。 More specifically, as shown in FIG. 2, the controller 5 controls the heating equipment 25 based on the signal from the thermometer 24 to maintain the temperature of the slurry Lr1 at a predetermined temperature. This is for further promoting the elution of alkali metals. The temperature is preferably 5°C to 60°C, particularly preferably 25°C to 60°C.

(固液分離処理工程S3)
水洗処理工程S2によって、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4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W2とに分離される。この固液分離処理工程S3で分離されたケーキC1の含水率は、ケーキC1に液相に溶出したアルカリ金属がその液相と共に残留することを防止するために、30質量%~70質量%とすることが好ましい。
(Solid-liquid separation treatment step S3)
Slurry Lr1 in which the alkali metal is dissolved in water in the water washing step S2 is effectively reduced in water content by the solid-liquid separator 4 installed in the subsequent stage, and solid matter ( It is separated into cake C1) and waste water W2. The moisture content of the cake C1 separated in this solid-liquid separation treatment step S3 is 30% by mass to 70% by mass in order to prevent the alkali metal eluted into the liquid phase of the cake C1 from remaining together with the liquid phase. preferably.

スラリーLr1を固液分離装置4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 the slurry Lr1 is transported to the solid-liquid separation device 4, a general-purpose slurry transport device (not shown) such as a centrifugal pump for slurry, a piston pump, a mono pump, and a hose pump may be used.

固液分離装置4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。 As the solid-liquid separation device 4, general-purpose filtering devices such as a filter press, a pressurized leaf-shaped filtering device, a screw press, a belt press, and a belt filter may be used.

図2に示す固液分離装置4は、溶出成分の回収を確実にするために、ケーキC1の水洗浄装置4aを設けている。水洗浄装置4aで使用される洗浄水としては、常温の水を、ケーキC1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。ただし、この水洗浄装置4aは省略が可能である。 The solid-liquid separation device 4 shown in FIG. 2 is provided with a water washing device 4a for the cake C1 in order to reliably recover the eluted components. As the washing water used in the water washing device 4a, normal temperature water 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 cake C1. However, this water cleaning device 4a can be omitted.

この固液分離処理工程S3が、工程(d)に対応する。 This solid-liquid separation treatment step S3 corresponds to the step (d).

好ましい態様として、固液分離装置4で分離された排水W2を回収するようにしても構わない。回収した排水W2は、アルカリ金属含有物A1から溶出したアルカリ金属を含むが、ORPが好適な状態であるため、反応槽2に供給してスラリーLr1の生成の際に再利用することも可能である。図2に示す処理システム1においては、固液分離装置4を経て、その固液分離後の液相として回収された排水W2が、図示しない送液装置によって反応槽2へ送られる構成が採用されている。送液装置としては、遠心ポンプ、プロペラポンプ、ロータリーポンプ等の一般的な送液ポンプを使用すればよい。 As a preferred embodiment, the waste water W2 separated by the solid-liquid separator 4 may be recovered. The recovered waste water W2 contains the alkali metal eluted from the alkali metal-containing material A1, but since the ORP is in a suitable state, it can be supplied to the reaction tank 2 and reused when the slurry Lr1 is generated. be. In the treatment system 1 shown in FIG. 2, a configuration is adopted in which waste water W2 collected as a liquid phase after the solid-liquid separation through the solid-liquid separator 4 is sent to the reaction tank 2 by a liquid sending device (not shown). ing. As the liquid-sending device, a general liquid-sending pump such as a centrifugal pump, a propeller pump, or a rotary pump may be used.

(後工程)
固液分離装置4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2.5質量%以下、より典型的には2.0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。
(Post-process)
The cake C1 separated by the solid-liquid separator 4 has an alkali metal component concentration of 2.5% by mass or less, more typically 2.0% by mass or less, so it is effective as a cement raw material. can be used for The alkali metal concentration referred to here is an analytical value obtained by a well-known method, for example, an analytical value obtained by a method conforming to JIS R 5204 “Method for Fluorescent X-ray Analysis of Cement”, or an ICP emission spectroscopic analysis of an acid-decomposed sample. It refers to the analysis value by the law.

図2に示す処理システム1の例では、固液分離装置4によって分離されたケーキC1が、ケーキ運搬装置12によってセメント製造設備11に搬送されている。ケーキ運搬装置12としては、例えば、ベルトコンベア、スクリューコンベア、パイプコンベア等の一般的なケーキ輸送装置が用いられる。 In the example of the processing system 1 shown in FIG. 2, the cake C1 separated by the solid-liquid separator 4 is conveyed to the cement manufacturing facility 11 by the cake conveying device 12 . As the cake conveying device 12, for example, a general cake conveying device such as a belt conveyor, a screw conveyor, a pipe conveyor is used.

[別構成例]
以下、別構成例について説明する。
[Another configuration example]
Another configuration example will be described below.

〈1〉ステップS23において、スラリーLr1のpHとORPの関係が、上記した(1)式に加えて、(2)式を満たすか否かが確認されるものとしても構わない。以下に(2)式を再掲する。
(ORP(mV)) ≦ -55×(pH) + 340 …(2)
ただし、(2)式において、pHの範囲は11≦pH≦14である。
<1> In step S23, it may be confirmed whether or not the relationship between the pH of the slurry Lr1 and the ORP satisfies the formula (2) in addition to the formula (1). Equation (2) is shown again below.
(ORP (mV)) ≤ -55 x (pH) + 340 (2)
However, in the formula (2), the range of pH is 11≤pH≤14.

スラリーLr1のpHとORPの関係が、(1)式及び(2)式を満たすように調整された状態で、所定時間にわたってスラリーLr1が撹拌されることで、スラリーに含まれるアルカリ金属を更に効率的に液相に溶出できる。この点は、実施例を参照して後述される。 By stirring the slurry Lr1 for a predetermined time in a state where the relationship between the pH and the ORP of the slurry Lr1 is adjusted to satisfy the formulas (1) and (2), the alkali metal contained in the slurry is further efficiently removed. can be eluted into the liquid phase. This point will be described later with reference to examples.

〈2〉上記実施形態では、調整装置3が、ORP調整剤添加装置3aとpH調整剤添加装置3bとを備えるものとした。しかし、上述したように、スラリーLr1のpHは、ORPとは異なり大きく変動しない。また、アルカリ金属含有物A1としてバイオマス灰を用いた場合、得られるスラリーLr1のpHは10~13を示す場合がある。この場合には、ステップS24においてスラリーLr1のpHは調整せずにORPを調整することで、(1)式を満たすことが可能である。 <2> In the above embodiment, the adjusting device 3 is provided with the ORP adjusting agent adding device 3a and the pH adjusting agent adding device 3b. However, as described above, the pH of slurry Lr1 does not fluctuate greatly unlike ORP. Further, when biomass ash is used as the alkali metal-containing material A1, the resulting slurry Lr1 may have a pH of 10-13. In this case, the formula (1) can be satisfied by adjusting the ORP without adjusting the pH of the slurry Lr1 in step S24.

つまり、図1に示す水洗処理工程S2において、pH調整剤α2は添加されずに、ORP調整剤α1のみが添加されるものとしても構わない。この場合、調整装置3は、pH調整剤添加装置3bを備えずに、ORP調整剤添加装置3aのみを備えるものとしても構わない。 That is, in the water washing step S2 shown in FIG. 1, only the ORP adjuster α1 may be added without adding the pH adjuster α2. In this case, the adjustment device 3 may include only the ORP adjuster addition device 3a without the pH adjuster addition device 3b.

〈3〉図4に示すように、水洗処理工程S2の前段階で、予備的な水洗処理工程S4が実行されるものとしても構わない。これにより、アルカリ金属含有物A1に可溶性のアルカリ金属が含まれる場合には事前に水洗除去できるため、後段の水洗処理工程S2及び固液分離処理工程S3を経て得られるケーキC1のアルカリ金属含有率を更に低下できる場合がある。 <3> As shown in FIG. 4, a preliminary water washing process S4 may be performed before the water washing process S2. As a result, if the alkali metal-containing material A1 contains a soluble alkali metal, it can be removed by washing with water in advance, so the alkali metal content of the cake C1 obtained through the subsequent water washing treatment step S2 and solid-liquid separation treatment step S3 can be further reduced.

〈4〉上記実施形態では、制御装置5からの信号に基づいて、調整装置3から反応槽2内に導入されるORP調整剤α1又はpH調整剤α2の量が自動的に制御されるものとした。しかし、ORP調整剤α1又はpH調整剤α2の導入量が手動で調整される場合も、本発明の範囲内である。 <4> In the above embodiment, the amount of the ORP adjuster α1 or the pH adjuster α2 introduced from the adjusting device 3 into the reaction vessel 2 is automatically controlled based on the signal from the control device 5. did. However, it is also within the scope of the present invention that the amount of ORP adjuster α1 or pH adjuster α2 introduced is manually adjusted.

〈5〉図2に示す処理システム1は、反応槽2内を加熱するための加熱装置25を備えていたが、加熱装置25は必ずしも必須ではない。例えば、室温下でスラリーLr1の撹拌処理が行われるものとしても構わない。ただし、加熱装置25によって室温よりも10℃~30℃程度加温することで、アルカリ金属をより効率的に溶出する効果が得られる場合がある。 <5> The processing system 1 shown in FIG. 2 includes the heating device 25 for heating the inside of the reaction vessel 2, but the heating device 25 is not essential. For example, the slurry Lr1 may be stirred at room temperature. However, if the temperature is increased by about 10° C. to 30° C. higher than the room temperature using the heating device 25, the effect of eluting the alkali metal more efficiently may be obtained.

以下、本発明についてさら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。 Specific test examples are shown below to describe the present invention in more detail, but the present invention is not limited to the aspects of these test examples.

アルカリ金属含有物A1として、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)で捕集された木質バイオマス灰の飛灰が用いられた。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結果であり、それぞれの化学組成を示す。なお、表1のR2O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。 Fly ash of woody biomass ash collected by an exhaust gas dust collector (bag filter) of a biomass power plant (circulating fluidized bed boiler) was used as the alkali metal-containing material A1. Table 1 shows the results obtained by analyzing acid-decomposed samples by ICP emission spectroscopy for alkali metals, and by analyzing pellet samples by fluorescent X-ray analysis for other chemical components. indicate. As described above, R 2 O in Table 1 indicates a value calculated by "R 2 O=Na 2 O+0.658×K 2 O" as the amount of total alkali metal components in the present composition.

Figure 2022135387000002
Figure 2022135387000002

また、表2にはアルカリ金属含有物A1の材料としての木質バイオマス灰のXRD解析結果を示す。 Moreover, Table 2 shows the XRD analysis results of the woody biomass ash as the material of the alkali metal-containing material A1.

Figure 2022135387000003
Figure 2022135387000003

上記材料のアルカリ金属含有物A1に対して、水W1としての水道水を、アルカリ金属含有物A1の質量換算で4倍量混合して、スラリーLr1を生成した。このスラリーLr1のpHは10、酸化還元電位(ORP)は-52mVであった(後述する表3内の水準#1に対応する。)。 The alkali metal-containing material A1 of the above material was mixed with tap water as water W1 in an amount four times the mass of the alkali metal-containing material A1 to generate slurry Lr1. This slurry Lr1 had a pH of 10 and an oxidation-reduction potential (ORP) of -52 mV (corresponding to level #1 in Table 3, which will be described later).

その後、生成したスラリーLr1に対し、ORP調整剤α1及びpH調整剤α2の添加量を異ならせることで、ORP及びpHの異なる複数種類の試料を作成し、各々を20~25℃で60分間撹拌した。ORP調整剤α1としては、硫化水素ナトリウムの25質量%水溶液が用いられた。pH調整剤α2としては、水酸化ナトリウムの50質量%水溶液が用いられた。 After that, by varying the amount of ORP adjuster α1 and pH adjuster α2 added to the slurry Lr1 produced, multiple types of samples with different ORP and pH were prepared, and each was stirred at 20 to 25° C. for 60 minutes. did. A 25% by mass aqueous solution of sodium hydrogen sulfide was used as the ORP adjuster α1. A 50% by mass aqueous solution of sodium hydroxide was used as the pH adjuster α2.

なお、スラリーLr1の温度、pH及びORPの各データは、堀場製作所社製のポータブル型pH・ORP・電気伝導率メータ(型番D-74)によって測定された。 The temperature, pH and ORP data of the slurry Lr1 were measured by a portable pH/ORP/electrical conductivity meter (model number D-74) manufactured by Horiba, Ltd.

その後、攪拌後のスラリーLr1をフィルタープレスで固液分離した後、スラリーLr1作成時と同量(アルカリ金属含有物A1の質量換算で4倍量)の水で洗浄ろ過して、ケーキC1を作成した。そして、得られたケーキC1について、アルカリ金属成分の含有量を、酸分解試料のICP発光分光分析法による分析で求めた。結果を表3及び図5に示す。図5は、表3に基づき、本発明の適用範囲を表したpHとORPの関係図である。 After that, the slurry Lr1 after stirring is solid-liquid separated by a filter press, and washed and filtered with the same amount of water (4 times the amount of the alkali metal-containing material A1 in terms of mass) as when preparing the slurry Lr1, to prepare a cake C1. did. Then, the content of alkali metal components in the resulting cake C1 was determined by analyzing an acid-decomposed sample by ICP emission spectrometry. The results are shown in Table 3 and FIG. FIG. 5 is a diagram showing the relationship between pH and ORP, based on Table 3, showing the applicable range of the present invention.

Figure 2022135387000004
Figure 2022135387000004

なお、表3におけるK除去率は、以下の(3)式で算定された値が採用された。
K除去率={d1-(1-d2)×d3}/d1 …(3)
ただし、(3)式内の各記号は、それぞれ以下の値である。
d1: 水洗処理工程S2前のアルカリ金属含有物A1に含まれるK(カリウム)の含有率(濃度)
d2: 水洗処理工程S2及び固液分離処理工程S3によるアルカリ金属含有物A1の重量減少率
d3: 固液分離処理工程S3の後に得られたケーキC1に含まれるKの含有率(濃度)
As the K removal rate in Table 3, the value calculated by the following formula (3) was adopted.
K removal rate={d1-(1-d2)×d3}/d1 (3)
However, each symbol in the formula (3) is the following value.
d1: Content rate (concentration) of K (potassium) contained in the alkali metal-containing material A1 before the water washing step S2
d2: Weight reduction rate of alkali metal-containing material A1 by water washing treatment step S2 and solid-liquid separation treatment step S3 d3: K content (concentration) contained in cake C1 obtained after solid-liquid separation treatment step S3

なお、実験で利用されたバイオマス灰の処理前のK含有率d1=3.4%であった。 The K content d1 of the biomass ash used in the experiment before treatment was 3.4%.

表3において、水準#1~#4は、いずれもスラリーLr1に対してpH調整剤α2を添加せずに、ORP調整剤α1の添加量を異ならせて得られた試料に対応する。
水準#5~#8は、スラリーLr1に対するpH調整剤α2の添加量を固定として(添加量x1)、ORP調整剤α1の添加量を相互に異ならせて得られた試料に対応する。
水準#9~#12は、スラリーLr1に対するpH調整剤α2の添加量を、添加量x1よりも多い量で固定とし(添加量x2)、ORP調整剤α1の添加量を相互に異ならせて得られた試料に対応する。
水準#13~#16は、スラリーLr1に対するpH調整剤α2の添加量を、添加量x2よりも多い量で固定とし(添加量x3)、ORP調整剤α1の添加量を相互に異ならせて得られた試料に対応する。
水準#17~#20は、スラリーLr1に対するpH調整剤α2の添加量を、添加量x3よりも多い量で固定とし(添加量x4)、ORP調整剤α1の添加量を相互に異ならせて得られた試料に対応する。
In Table 3, levels #1 to #4 correspond to samples obtained by adding different amounts of ORP adjuster α1 to slurry Lr1 without adding pH adjuster α2.
Levels #5 to #8 correspond to samples obtained by fixing the amount of pH adjuster α2 added to slurry Lr1 (addition amount x1) and varying the amount of ORP adjuster α1 added.
Levels #9 to #12 are obtained by fixing the addition amount of pH adjuster α2 to slurry Lr1 at an amount larger than addition amount x1 (addition amount x2) and varying the addition amount of ORP adjuster α1. corresponds to the sample obtained.
Levels #13 to #16 were obtained by fixing the addition amount of pH adjuster α2 to slurry Lr1 at an amount larger than addition amount x2 (addition amount x3) and varying the addition amount of ORP adjuster α1. corresponds to the sample obtained.
Levels #17 to #20 were obtained by fixing the addition amount of pH adjuster α2 to slurry Lr1 at an amount larger than addition amount x3 (addition amount x4) and varying the addition amount of ORP adjuster α1. corresponds to the sample obtained.

また、表3において、水準#1、#5、#9、#13、及び#17は、相互にORP調整剤α1の添加量が共通である(添加量y1)。なお、それぞれはスラリーLr1に対するpH調整剤α2の添加量が異なっているため、pHの値の相違に起因して相互にORPの値が異なっている。
水準#2、#6、#10、#14、及び#18は、相互に、ORP調整剤α1の添加量が、y1よりも多いy2で共通である。
水準#3、#7、#11、#15、及び#19は、相互に、ORP調整剤α1の添加量が、y2よりも多いy3で共通である。
水準#4、#8、#12、#16、及び#20は、相互に、ORP調整剤α1の添加量が、y3よりも多いy4で共通である。
In Table 3, levels #1, #5, #9, #13, and #17 have the same amount of ORP adjuster α1 added (addition amount y1). In addition, since the amount of the pH adjuster α2 added to the slurry Lr1 is different for each, the ORP values are different from each other due to the difference in the pH value.
Levels #2, #6, #10, #14, and #18 are common to each other in y2, where the added amount of ORP adjuster α1 is greater than y1.
Levels #3, #7, #11, #15, and #19 are common to each other in y3, where the added amount of ORP adjuster α1 is greater than y2.
Levels #4, #8, #12, #16, and #20 are common in y4, where the amount of ORP adjuster α1 added is greater than y3.

図5において、線L1はORP=28×(pH)-575の関数に対応し、線L2は、ORP=-55×(pH)+340の関数に対応する。図5によれば、10≦pH≦14において、ORP≦28×(pH)-575の範囲内、すなわち、図5内の右上がりハッチング領域内においては、K除去率が17%以上を示しており、スラリーLr1のpHとORPの関係をこの範囲内にした状態で撹拌することで、K(カリウム)を効率的に除去できることが分かる。 In FIG. 5, line L1 corresponds to the function of ORP=28×(pH)−575 and line L2 corresponds to the function of ORP=−55×(pH)+340. According to FIG. 5, at 10 ≤ pH ≤ 14, the K removal rate is 17% or more within the range of ORP ≤ 28 × (pH) - 575, that is, within the hatched area in Fig. 5 . , and it can be seen that K (potassium) can be efficiently removed by stirring the slurry Lr1 in a state where the relationship between the pH and the ORP is within this range.

更に、図5によれば、11≦pH≦14において、ORP≦28×(pH)-575且つORP≦-55×(pH)+340の範囲内、すなわち、図5内のクロスハッチング領域内においては、K除去率が23%以上を示しており、スラリーLr1のpHとORPの関係をこの範囲内にした状態で撹拌することで、K(カリウム)を更に効率的に除去できることが分かる。 Furthermore, according to FIG. 5, at 11≦pH≦14, ORP≦28×(pH)−575 and ORP≦−55×(pH)+340, that is, within the cross-hatched area in FIG. , the K removal rate is 23% or more, and it can be seen that K (potassium) can be removed more efficiently by stirring in a state where the relationship between the pH and ORP of the slurry Lr1 is within this range.

この理由は定かではないが、アルカリ金属含有物A1としてのバイオマス灰にはカリウムがガラスの形態で含まれているためスラリーLr1をアルカリ雰囲気として水洗することでガラスが溶解してカリウムが腐食されたこと、及びスラリーLr1のORPを下げて還元雰囲気として水洗することで、ガラスの溶解性が更に向上したことがその理由として推察される。つまり、水洗処理工程S2において、アルカリ性及び還元性を共に強くした環境下で行うことで、バイオマス灰等のアルカリ金属含有物から、アルカリ金属を効率的に除去できることが分かる。また、上記の方法によれば、アルカリ金属を除去するに際して高温での加熱処理が不要である。 Although the reason for this is not clear, since the biomass ash as the alkali metal-containing material A1 contains potassium in the form of glass, washing the slurry Lr1 with water in an alkaline atmosphere dissolved the glass and corroded the potassium. It is speculated that the reason for this is that the solubility of the glass is further improved by lowering the ORP of the slurry Lr1 and washing with water in a reducing atmosphere. In other words, it can be seen that the alkali metal can be efficiently removed from the alkali metal-containing material such as biomass ash by performing the water washing step S2 in an environment in which both the alkalinity and the reducing property are increased. Moreover, according to the above method, a heat treatment at a high temperature is unnecessary when removing the alkali metal.

1 :処理システム
2 :反応槽
3 :調整装置
3a :ORP調整剤添加装置
3b :pH調整剤添加装置
4 :固液分離装置
4a :水洗浄装置
5 :制御装置
6 :粉砕装置
11 :セメント製造設備
12 :ケーキ運搬装置
21 :撹拌翼
22 :pH測定器
23 :ORP測定器
24 :温度計
25 :加熱設備
A1 :アルカリ金属含有物
A2 :アルカリ金属含有物粉砕物
C1 :ケーキ
G1 :高温ガス
Lr1 :スラリー
W1 :水
W2 :排水
α1 :ORP調整剤
α2 :pH調整剤
1: Treatment system 2: Reaction tank 3: Adjusting device 3a: ORP adjusting agent adding device 3b: pH adjusting agent adding device 4: Solid-liquid separating device 4a: Water cleaning device 5: Control device 6: Grinding device 11: Cement manufacturing facility 12: Cake conveying device 21: Stirring blade 22: pH measuring device 23: ORP measuring device 24: Thermometer 25: Heating equipment A1: Alkali metal-containing material A2: Alkali metal-containing material pulverized material C1: Cake G1: Hot gas Lr1: Slurry W1: Water W2: Drainage α1: ORP adjuster α2: pH adjuster

Claims (10)

アルカリ金属含有物に水を加えてスラリーを得る工程(a)と、
前記スラリーのpHと酸化還元電位(ORP)の関係が下記(1)式を満たすように、前記スラリーのpHとORPの関係を調整する工程(b)と、
前記工程(b)の実行中又は実行後に、前記スラリー中のアルカリ金属含有物に含まれるアルカリ金属を前記スラリー中の液相に溶出させる工程(c)と、
前記工程(b)及び前記工程(c)の実行後の前記スラリーを固液分離して、前記アルカリ金属含有物よりもアルカリ金属の含有率が低下されたケーキを得る工程(d)とを有することを特徴とする、アルカリ金属含有物の処理方法。
(ORP(mV)) ≦ 28×(pH) - 575 …(1)
(ただし、(1)式において、pHの範囲は10≦pH≦14である。)
a step (a) of adding water to the alkali metal-containing material to obtain a slurry;
a step (b) of adjusting the relationship between the pH of the slurry and the ORP so that the relationship between the pH of the slurry and the oxidation-reduction potential (ORP) satisfies the following formula (1);
a step (c) of eluting the alkali metal contained in the alkali metal-containing material in the slurry into the liquid phase of the slurry during or after the step (b);
a step (d) of solid-liquid separating the slurry after the step (b) and the step (c) are performed to obtain a cake having an alkali metal content lower than that of the alkali metal-containing material. A method for treating an alkali metal-containing material, characterized by:
(ORP (mV)) ≤ 28 x (pH) - 575 (1)
(However, in the formula (1), the range of pH is 10≤pH≤14.)
前記工程(b)は、前記スラリーのpHとORPの関係が下記(2)式を満たすように、前記スラリーのpHとORPを調整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含有物の処理方法。
(ORP(mV)) ≦ -55×(pH) + 340 …(2)
(ただし、(2)式において、pHの範囲は11≦pH≦14である。)
2. The method according to claim 1, wherein the step (b) is a step of adjusting the pH and ORP of the slurry so that the relationship between the pH and ORP of the slurry satisfies the following formula (2). A method for treating an alkali metal-containing material.
(ORP (mV)) ≤ -55 x (pH) + 340 (2)
(However, in the formula (2), the pH range is 11 ≤ pH ≤ 14.)
前記工程(b)は、前記スラリーに対して、pH調整剤及びORP調整剤の少なくとも一方を加える工程を含むことを特徴とする、請求項1又は2に記載のアルカリ金属含有物の処理方法。 3. The method for treating an alkali metal-containing material according to claim 1, wherein said step (b) includes adding at least one of a pH adjuster and an ORP adjuster to said slurry. 前記工程(b)は、
前記スラリーのpH及びORPを測定する工程(b1)と、
前記工程(b1)で測定された前記スラリーのpHとORPの関係が前記(1)式を満たさない場合には、前記スラリーのpHとORPの関係が前記(1)式を満たすように、前記スラリーに対してpH調整剤及びORP調整剤の少なくとも一方を加える工程(b2)を含むことを特徴とする、請求項1又は2に記載のアルカリ金属含有物の処理方法。
The step (b) is
A step (b1) of measuring the pH and ORP of the slurry;
When the relationship between the slurry pH and ORP measured in the step (b1) does not satisfy the formula (1), the above 3. The method for treating an alkali metal-containing material according to claim 1, comprising a step (b2) of adding at least one of a pH adjuster and an ORP adjuster to the slurry.
前記pH調整剤は、塩酸、硝酸、硫酸、クエン酸、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、及び水酸化カルシウムからなる群から選ばれた1種以上を含み、
前記ORP調整剤は、硫化水素ナトリウム及び硫化ナトリウムからなる群から選ばれた1種以上を含むことを特徴とする、請求項3又は4に記載のアルカリ金属含有物の処理方法。
The pH adjuster contains one or more selected from the group consisting of hydrochloric acid, nitric acid, sulfuric acid, citric acid, sodium hydroxide, potassium hydroxide, and calcium hydroxide,
5. The method for treating an alkali metal-containing material according to claim 3, wherein said ORP adjuster contains one or more selected from the group consisting of sodium hydrogen sulfide and sodium sulfide.
前記工程(d)において前記スラリーが固液分離されることで得られた排水を、前記工程(a)、前記工程(b)、及び前記工程(c)の少なくともいずれか一の工程の実行時に再利用す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含有物の処理方法。 Wastewater obtained by solid-liquid separation of the slurry in the step (d) is discharged during the execution of at least one of the steps (a), (b), and (c). The method for treating an alkali metal-containing material according to any one of claims 1 to 5, characterized in that the material is recycled. 前記工程(c)は、前記スラリーの温度を5℃~60℃に維持した状態で前記スラリーを撹拌する工程を含むことを特徴とする、請求項1~6のいずれか1項に記載のアルカリ金属含有物の処理方法。 The alkali according to any one of claims 1 to 6, wherein the step (c) includes a step of stirring the slurry while maintaining the temperature of the slurry at 5 ° C. to 60 ° C. A method for treating metal inclusions. 前記アルカリ金属含有物が、木質バイオマス燃焼灰の飛灰、木質バイオマス燃焼灰の主灰、建設発生土、及び廃コンクリートの再生微粉からなる群から選ばれた1種以上を含むことを特徴とする、請求項1~7に記載のアルカリ金属含有物の処理方法。 The alkali metal-containing material contains at least one selected from the group consisting of fly ash of woody biomass combustion ash, bottom ash of woody biomass combustion ash, soil generated from construction, and recycled fine powder of waste concrete. The method for treating an alkali metal-containing material according to claims 1 to 7. 収容されたアルカリ金属含有物をスラリー化する反応槽と、
前記反応槽に収容された前記スラリーのpHと酸化還元電位(ORP)の関係が下記(1)を満たすように、前記スラリーのpHとORPの関係を調整する調整装置と、
前記反応槽から排出された前記スラリーを固液分離する固液分離装置とを備えることを特徴とする、アルカリ金属含有物の処理システム。
(ORP(mV)) ≦ 28×(pH) - 575 …(1)
(ただし、(1)式において、pHの範囲は10≦pH≦14である。)
a reactor for slurrying the contained alkali metal inclusions;
an adjusting device for adjusting the relationship between the pH and the ORP of the slurry contained in the reaction tank so that the relationship between the pH and the oxidation-reduction potential (ORP) of the slurry satisfies the following (1);
and a solid-liquid separation device for solid-liquid separation of the slurry discharged from the reaction tank.
(ORP (mV)) ≤ 28 x (pH) - 575 (1)
(However, in the formula (1), the range of pH is 10≤pH≤14.)
前記調整装置は、前記反応槽に収容された前記スラリーに対して、pH調整剤及びORP調整剤の少なくとも一方を導入可能に構成されており、
前記反応槽に収容された前記スラリーのpH及びORPを測定する測定装置と、
前記測定装置の測定結果に基づいて、前記調整装置に対して制御を行うことで、前記スラリーのpHとORPの関係が前記(1)を満たすように前記スラリーに対して加えられる前記pH調整剤及び前記ORP調整剤の少なくとも一方の量を変更する制御装置とを備えることを特徴とする、請求項9に記載のアルカリ金属含有物の処理システム。
The adjusting device is configured to be able to introduce at least one of a pH adjusting agent and an ORP adjusting agent into the slurry contained in the reaction tank,
a measuring device for measuring the pH and ORP of the slurry contained in the reaction tank;
The pH adjuster added to the slurry so that the relationship between the pH and ORP of the slurry satisfies the above (1) by controlling the adjustment device based on the measurement result of the measurement device. and a controller for changing the amount of at least one of said ORP regulator.
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