JP4348046B2 - キルン排ガスダストの処理方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、煤塵等を含むセメントクリンカ原料を焼成する際に発生するキルン排ガスダストの処理方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、煤塵等をセメント原料の一部として用いる技術が実用化されている。この技術において、セメントクリンカの原料（例えば、煤塵、焼却灰、石灰石等）は、キルン内で焼成すると、キルン排ガスを発生する。キルン排ガスは、キルン排ガスダストと呼ばれる粒子を含む。キルン排ガスダストのうち、比較的粗い粒子は、粗粒分捕集手段（例えば、サイクロン式の集塵装置）で捕集される。粗粒分捕集手段で捕集されない微粒子は、細粒分捕集手段（例えば、バグフィルタや電気集塵機）で捕集される。
粗粒分捕集手段で捕集される粗粒分（主に粗粒子からなるもの）は、重金属の含有量が少ないため、未処理のまま、キルンに返送され、セメントクリンカの原料として利用されている。
一方、細粒分捕集手段で捕集される細粒分（主に微粒子からなるもの）は、鉛、亜鉛、銅等の重金属を多く含むため、重金属を除去する工程等を設けて、所定の処理を行ない、分別して回収された各成分を精錬原料等として再利用している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上述の従来の技術においては、粗粒分捕集手段で捕集される粗粒分を未処理のまま、キルンに返送して用いているため、以下のような問題があった。
すなわち、粗粒分捕集手段で捕集される粗粒分は、３０重量％程度の塩素分を含むため、キルン内に投入して焼成すると、塩素含有ガスを発生する。この塩素含有ガスは、セメントクリンカ中の塩素含有量の増大や、キルン及びその関連設備の管路内への塩化物（例えば、塩化カルシウム）の付着によるこれら設備の運転上のトラブルの原因となるものである。
そして、粗粒分捕集手段で捕集される粗粒分を、キルンに返送して使用している間に、キルン及びその関連設備の管路内において、塩素分の循環及び濃縮が起こり、キルン内で生成するセメントクリンカ中の塩素含有量が徐々に増大し、かつ、キルン及びその関連設備の管路内における塩化物の付着が顕著になるという傾向があった。
【０００４】
そのため、このような問題を回避するために、キルンに投入する煤塵や焼却灰の量を減らさなければならなくなり、煤塵や焼却灰をセメントの原料として有効に利用しようとする目的を十分に達成することができなくなるおそれが生じていた。
そこで、本発明は、都市ごみの焼却飛灰等の煤塵や、焼却灰等を含むセメントクリンカ原料をキルンで焼成するに際して、キルン排ガスダスト中の粗粒分をセメントクリンカ原料として使用することができ、かつ、当該粗粒分の使用に伴うセメントクリンカ中の塩素含有量の増大や、キルン及びその関連設備の運転上のトラブル等の不都合が生じることのないキルン排ガスダストの処理方法を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、上記課題を解決するために鋭意検討した結果、細粒分捕集手段（例えば、バグフィルタ）の前流側に配置された粗粒分捕集手段（例えば、サイクロン式の集塵装置）で捕集されたキルン排ガスダストの粗粒分を水洗して、当該粗粒分に含まれている水溶性の塩素分を除去することによって、当該粗粒分をキルンに返送してセメントクリンカの原料として使用した場合であっても、セメントクリンカ中の塩素含有量の増大や、キルン及びその関連設備の運転上のトラブル等の問題が生じなくなることに想到し、本発明を完成した。
【０００６】
すなわち、本発明（請求項１）のキルン排ガスダストの処理方法は、煤塵及び／又は焼却灰を含むセメントクリンカ原料を、キルンで焼成することによって生成するキルン排ガスダストの処理方法であって、上記キルン排ガスダスト中の粗粒分を粗粒分捕集手段で捕集し、該粗粒分捕集手段で捕集されずに残ったキルン排ガスダスト中の細粒分を細粒分捕集手段で捕集する集塵工程と、上記捕集された粗粒分を水洗して、該粗粒分からなるケーキ（固形分）を得る水洗工程と、該ケーキを、上記キルン内に投入するために上記キルンに返送する返送工程とを含み、上記セメントクリンカ原料中の煤塵及び／又は焼却灰の含有率が３５〜４８重量％であり、かつ、上記キルンに返送された粗粒分からなるケーキの使用に伴う塩素含有率の増大のないセメントクリンカを得ることを特徴とする。
【０００７】
本発明の処理方法によれば、キルン排ガスダスト中の粗粒分をセメントクリンカ原料として使用しているので、当該キルン排ガスダストの粗粒分を系外に副産物（廃棄物）として排出させる必要がなく、煤塵や焼却灰をセメント原料として有効利用してごみ処理問題を軽減しようとする趣旨にも合致するとともに、当該キルン排ガスダストの粗粒分をキルンに返送する前に、当該粗粒分に含まれる水溶性の塩素分を水洗して除去しているので、当該粗粒分のセメントクリンカ原料としての使用に伴うセメントクリンカ中の塩素含有量の増大や、キルン及びその関連設備の運転上のトラブル等を引き起こすことがなく、安定した高品質のセメントクリンカを円滑に製造することができる。
【０００８】
上記キルン排ガスダストの処理方法において、上記粗粒分捕集手段の好ましい例としては、サイクロン式の集塵装置が挙げられる（請求項２）。サイクロン式の集塵装置を用いることによって、適当な分級点を定め、キルン排ガスダストから適度の粒度を有する粗粒分を分級して回収することができる。
上記キルン排ガスダストの処理方法において、上記セメントクリンカ原料中の煤塵及び／又は焼却灰の含有率を減少させずに、上記キルン排ガスダストの処理を行うことができる（請求項３）。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を詳細に説明する。
本発明の方法において、キルン内で焼成されてキルン排ガスダストを発生するセメントクリンカ原料は、煤塵及び／又は焼却灰と、他の原料（例えば、石灰石）を含むものである。すなわち、本発明の方法で対象となるセメントクリンカ原料は、典型的には、石灰石（CaCO₃）の一部を、煤塵及び／又は焼却灰に含まれる酸化カルシウム（CaO）で代替したものである。なお、このように煤塵及び／又は焼却灰を原料の一部として含むセメントは、エコセメントと呼ばれている。
【００１０】
煤塵は、通常、１０〜２０重量％程度の塩素分を含む。この塩素分は、大部分が水溶性のものである。そのため、本発明において、セメントクリンカ原料として煤塵を用いる場合は、煤塵を予め水洗し、塩素分を除去しておく。しかしながら、水洗後の煤塵は、少量の塩素分を含むものであり、それゆえ、キルン内で焼成される際に発生するキルン排ガスダストには、高含有量の塩素分が含まれることになる。
焼却灰は、通常、０．５〜３重量％程度の塩素分を含む。この塩素分の半分（５０重量％）程度は、水洗で除去できない化合物として存在している。そのため、本発明において、セメントクリンカ原料として焼却灰を用いる場合は、煤塵と異なり、予め水洗しておく必要がない。
【００１１】
セメントクリンカ原料中の煤塵及び／又は焼却灰の含有率（ただし、煤塵と焼却灰の双方を含む場合は合計量の含有率）は、好ましくは２０〜５５重量％、より好ましくは３０〜５２重量％、特に好ましくは３５〜４８重量％である。
煤塵としては、例えば、都市ごみや下水汚泥の焼却設備等から排出される焼却飛灰や、都市ごみや焼却灰の溶融設備等から排出される溶融飛灰や、セメントキルン及びその関連設備等から排出される煤塵（例えば、塩素バイパスダスト）等が挙げられる。
焼却灰としては、例えば、都市ごみや下水汚泥等の焼却施設の炉底から排出される焼却灰等が挙げられる。
【００１２】
本発明の方法は、キルン排ガスダストの一部（主として粗粒子）を粗粒分捕集手段で捕集する集塵工程と、捕集されたキルン排ガスダストを水洗して、キルン排ガスダストの粗粒分からなるケーキ（固形分）を得る水洗工程と、得られたケーキをキルンに返送し、新たに投入されるセメントクリンカ原料（煤塵、焼却灰、石灰石、セメントクリンカの成分組成を安定化するための他の天然原料等）と共にキルン内に投入する返送工程とを含むものである。
以下、これらの工程について説明する。
【００１３】
［集塵工程］
集塵工程は、キルン排ガスダストの一部を、粗粒分捕集手段によって、粗粒分（典型的には、一定以上の大きさの粒度を有する粗粒子の集合体）として捕集する工程である。
本発明においては、キルン排ガスダストのうち、重金属の含有量の多い微粒子以外の、比較的大きな粒度を有し、かつ重金属の含有量の少ない粗粒子が、粗粒分捕集手段によって捕集される。このように、重金属の含有量の多い微粒子と、重金属の含有量の少ない粗粒子を分別して回収することによって、重金属の含有量の多い微粒子については、重金属の除去工程等で処理を行なって、重金属を含む各成分を分別処理し、各成分を精錬原料等として使用することができ、重金属の含有量の少ない粗粒子については、塩素分を除去するための水洗処理のみを行なって、直ちにキルンに返送し、セメントクリンカ原料として繰り返し循環させて使用することができる。そのため、全体として、キルン排ガスダストを効率的に処理することができる。
【００１４】
粗粒分捕集手段としては、例えば、所定の粒度の大きさ（分級点）を超える粒子を分級して回収することのできる分級装置が挙げられる。分級点は、重金属の含有量の多い微粒子と、重金属の含有量の少ない粗粒子とに分離することができるように適宜、定めればよい。分級点は、例えば、５〜２０μｍ程度に定められる。
このような分級装置としては、例えば、サイクロン式の集塵装置等が挙げられる。サイクロン式の集塵装置としては、乾式サイクロンと液体サイクロンのいずれも使用することができる。中でも、乾式サイクロンは、排水の発生がなく、かつ、粗粒分と細粒分を効率的に分別することができる等の理由で、好ましく用いられる。
【００１５】
粗粒分捕集手段で捕集されたキルン排ガスダスト（粗粒分）は、通常、３０重量％程度の塩素分を含む。この塩素分は、次工程（水洗工程）においてキルン排ガスダストから水洗によって除去される。
なお、粗粒分捕集手段によって捕集されずにキルン排ガス中に残った微粒子は、バグフィルター（濾過式の集塵器）や電気集塵機等によって捕集される。捕集された微粒子（細粒分）は、鉛、銅、亜鉛等の重金属を多く含むため、これら重金属を除去する工程等において処理される。
【００１６】
［水洗工程］
水洗工程は、粗粒分捕集手段で捕集されたキルン排ガスダスト（粗粒分）を水洗して、キルン排ガスダストからなるケーキ（固形分）を得る工程である。
キルン排ガスダストを水洗して、キルン排ガスダストからなるケーキ（固形分）を得るには、例えば、キルン排ガスダストと、該キルン排ガスダストに対して重量比で２〜１０倍程度の水を混合槽に投入して撹拌し、キルン排ガスダストに含まれる塩素分を液中に溶出させた後、得られたスラリーをベルトフィルター等の固液分離装置を用いて脱水させ、ケーキ（固形分）を得る方法等を採用することができる。
【００１７】
［返送工程］
返送工程は、水洗工程で得られたケーキ（すなわち、塩素分が除去されたキルン排ガスダストの粗粒分からなる固形分）をキルンに返送する工程である。
キルンに返送されたケーキは、セメントクリンカの原料として、煤塵、焼却灰、石灰石等の他のセメントクリンカ原料と共にキルン内に投入される。以下、上述の集塵工程、水洗工程、返送工程を繰り返し行なうことによって、キルン排ガスダストの粗粒分を系外に排出させることなく、安定した高品質のセメントクリンカを円滑に製造することが可能となる。
【００１８】
【発明の効果】
本発明のキルン排ガスダストの処理方法によれば、キルン排ガスダスト中の粗粒分をセメントクリンカ原料として使用しているので、セメントクリンカの製造に伴う副産物（廃棄物）の発生量を削減することができるとともに、当該キルン排ガスダスト中の粗粒分をキルンに返送する前に、当該粗粒分に含まれる水溶性の塩素分を水洗して除去しているので、セメントクリンカ原料中の煤塵や焼却灰の配合割合を大きくしても、当該粗粒分の使用に伴うセメントクリンカ中の塩素含有量の増大や、キルン及びその関連設備の運転上のトラブル等を引き起こすことがなく、安定した高い品質のセメントクリンカを円滑に製造することができる。
【００１９】
また、本発明の方法によれば、粗粒分捕集手段を用いることによって、キルン排ガスダストを粗粒分と細粒分に分別しているので、重金属の含有量の多い細粒分については、重金属を回収するための処理等を行なって、回収された各成分を精錬原料等に有効利用することができ、重金属の含有量の少ない粗粒分については、水洗処理のみを行なって、塩素分を除去した後、セメントクリンカ原料として用いるために、キルンに返送することができる。したがって、全体として、キルン排ガスダストの処理を効率的かつ低コストで行なうことができる。

Claims (3)

1. 煤塵及び／又は焼却灰を含むセメントクリンカ原料を、キルンで焼成することによって生成するキルン排ガスダストの処理方法であって、
   上記キルン排ガスダスト中の粗粒分を粗粒分捕集手段で捕集し、該粗粒分捕集手段で捕集されずに残ったキルン排ガスダスト中の細粒分を細粒分捕集手段で捕集する集塵工程と、上記捕集された粗粒分を水洗して、該粗粒分からなるケーキを得る水洗工程と、該ケーキを、上記キルン内に投入するために上記キルンに返送する返送工程とを含み、
   上記セメントクリンカ原料中の煤塵及び／又は焼却灰の含有率が３５〜４８重量％であり、かつ、上記キルンに返送された粗粒分からなるケーキの使用に伴う塩素含有率の増大のないセメントクリンカを得ることを特徴とするキルン排ガスダストの処理方法。
2. 上記粗粒分捕集手段として、サイクロン式の集塵装置を用いる請求項１に記載のキルン排ガスダストの処理方法。
3. 上記セメントクリンカ原料中の煤塵及び／又は焼却灰の含有率を減少させずに、上記キルン排ガスダストの処理を行う請求項１又は２に記載のキルン排ガスダストの処理方法。