JP5131764B2 - セメント製造工程からのタリウム回収方法 - Google Patents

Description

本発明は、セメント製造工程からのタリウム回収方法に関し、特に、セメント焼成工程のプレヒータから排出された燃焼排ガスからタリウムを回収する方法に関する。

従来、セメント製造設備におけるプレヒータの閉塞等の問題を引き起こす原因となる塩素、硫黄、アルカリ等の中で、塩素が特に問題となることに着目し、セメントキルンの窯尻から最下段サイクロンに至るまでのキルン排ガス流路より、燃焼ガスの一部を抽気して塩素を除去する塩素バイパスシステムが用いられている。

この塩素バイパスシステムでは、例えば、特許文献１に記載のように、抽気した燃焼ガスを冷却して生成したダストの微粉側に塩素が偏在しているため、ダストを分級機によって粗粉と微粉とに分離し、粗粉をセメントキルン系に戻すとともに、分離された塩化カリウム等を含む微粉（塩素バイパスダスト）を回収し、セメント粉砕工程で利用していた。

ところが、近年、廃棄物のセメント原料化又は燃料化によるリサイクルが推進され、廃棄物の処理量が増加するに従い、セメントキルンに持ち込まれる塩素、硫黄、アルカリ等の揮発成分の量も増加し、塩素バイパスダストの発生量も増加している。そのため、塩素バイパスダストをすべてセメント粉砕工程で利用することができず、塩素バイパスダストを水洗処理する必要が生じていた。

一方、セメント製造工程には、燃料としての石炭や廃タイヤから微量のタリウム（Ｔｌ）がもたらされる。例えば、キルンや仮焼炉に供給される微粉炭中には１ｐｐｍ程度、廃タイヤには８ｐｐｍ程度のタリウムが含まれる。このタリウムは、沸点が低いため、セメント焼成装置のキルンからプレヒータの間で揮発し、大部分がプレヒータにおいて濃縮されている。そのため、塩素バイパスシステムにおいて、セメントキルン燃焼排ガスの一部を抽気して冷却すると、タリウムが塩素バイパスダストに混入することとなる。そこで、塩素バイパスダストを脱塩処理し、セメント原料として有効利用する際に、タリウムを除去し、環境汚染を引き起こすことなく、塩素バイパスダストの有効利用を図る必要がある。

上記の点に鑑み、例えば、特許文献２には、セメント製造工程で発生する塩素バイパスダスト等から重金属を効率よく除去又は回収するため、３００℃以上９００℃以下のセメントキルン燃焼ガスの一部を抽気し、抽気した燃焼ガスを除塵することなく冷却し、該燃焼排ガスに含まれるダストを集塵することにより、セメント製造工程からタリウム、鉛、セレン等を回収したり、３００℃以上９００℃以下のセメントキルン燃焼ガスの一部を除塵してガスのみを取り出す工程と、除塵後のガスを冷却して固体化した後、集塵してタリウムを回収する工程とを備えるセメント製造工程からの重金属除去・回収方法が提案されている。
国際公開第ＷＯ９７／２１６３８号パンフレット 特開２００６−３４７７９４号公報

しかし、上記特許文献２に記載の技術では、セメント製造工程からタリウムを回収するにあたり、セメントキルン燃焼ガスの一部を抽気するための抽気装置、抽気した燃焼ガスを冷却するための冷却装置、燃焼排ガスに含まれるダストを集塵するための集塵装置等が必要となるため多大な装置コストがかかるとともに、抽気した燃焼ガスの冷却によって該燃焼ガスが保有する熱が無駄に失われるため、エネルギーの有効利用の観点からも改善の余地があった。

そこで、本発明は、上記従来の技術に鑑みてなされたものであって、低コストでタリウムを回収することができるとともに、セメントキルン燃焼ガスの保有する熱を有効利用することなども可能なセメント製造工程からのタリウム回収方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明は、セメント製造工程からのタリウム回収方法であって、セメント焼成工程のプレヒータの最上段サイクロンから排出された燃焼排ガスに含まれていた、タリウムが凝固した状態で存在するダストを、前記燃焼排ガスが導入される廃熱ボイラー、乾燥機、セメント原料粉砕ミル、集塵機、煙道から選択される一以上から回収し、該ダストからタリウムを回収することを特徴とする。

そして、本発明によれば、セメント製造工程から燃焼排ガスに含まれていた、タリウムが凝固した状態で存在するダストを回収し、さらにこのダストからタリウムを回収することで、セメント製造工程からタリウムを回収するため、抽気装置、冷却装置及び集塵装置等が不要となり、装置コストを大幅に低減することができるとともに、抽気した燃焼ガスの冷却によって該燃焼ガスが保有する熱が無駄に失われることもなく、エネルギーの有効利用を図ることもできる。
また、燃焼排ガスが導入される廃熱ボイラー、乾燥機、セメント原料粉砕ミル、集塵機、煙道等の設備は通常のセメント焼成装置に既に備わっているため、新たな装置等を設置する必要がなく、タリウムを低コストで回収することができる。

また、本発明は、セメント製造工程からのタリウム回収方法であって、前記セメント焼成工程のプレヒータの最上段サイクロンから排出された燃焼排ガスを集塵し、集塵後の燃焼排ガスに含まれる、タリウムが凝固した状態で存在するダストを、前記燃焼排ガスが導入される廃熱ボイラー、乾燥機、セメント原料粉砕ミル、集塵機、煙道から選択される一以上から回収し、該ダストからタリウムを回収することができる。予めセメント焼成工程のプレヒータの最上段サイクロンから排出された燃焼排ガスを集塵した後、燃焼排ガスに含まれる、タリウムが凝固した状態で存在するダストを回収するため、高濃度のタリウムを含むダストを得ることができ、タリウムの回収をより容易に行うことができ、タリウムの回収設備も小規模のものとすることができる。
また、燃焼排ガスが導入される廃熱ボイラー、乾燥機、セメント原料粉砕ミル、集塵機、煙道等の設備は通常のセメント焼成装置に既に備わっているため、新たな装置等を設置する必要がなく、タリウムを低コストで回収することができる。

尚、前記新たな装置等を設置する必要がない場合のダスト中のタリウム濃度ではユーザーの要求品位を満足できない場合には、定常的に発生するダストではなく、例えば、ガス冷却部に高濃度に付着及び／又は堆積させたダストを、適量となった時点で回収するという間欠的な方法を行なうことによっても、効果的にタリウムを回収することができる。

さらに、本発明は、セメント製造工程からのタリウム回収方法であって、セメント焼成工程のプレヒータの最上段サイクロンから排出された燃焼排ガスを第１のバグフィルターで集塵し、該第１のバグフィルターを通過した燃焼排ガスを廃熱ボイラーに導入し、該廃熱ボイラーを通過した燃焼排ガスに含まれる、タリウムが凝固した状態で存在するダストを第２のバグフィルターで回収し、該ダストからタリウムを回収することができる。これにより、低コストで効率よくセメント製造工程からタリウムを回収することができるとともに、セメント焼成工程のプレヒータの最上段サイクロンから排出された燃焼排ガスが保有する熱を廃熱ボイラーにおいて有効利用することもできる。

以上のように、本発明によれば、低コストでセメント製造工程からタリウムを回収することができ、セメントキルン燃焼ガスの保有する熱を有効利用することなども可能となる。

次に、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。

図１は、本発明にかかるセメント製造工程からのタリウム回収方法の第１の実施形態を適用した処理システムの一例を示し、この処理システム１は、セメント焼成設備１１に付設され、第１バグフィルター２と、廃熱発電設備を構成する廃熱ボイラー３と、第２バグフィルター４と、第２バグフィルター４で回収されたダストからタリウムを回収するタリウム回収装置（不図示）等で構成される。尚、セメント焼成設備１１は、通常のセメント製造工程を構成するものであって、セメントキルン１４と、プレヒータ１２と、仮焼炉１３と、クリンカクーラー１５等で構成される。

第１バグフィルター２は、高温ガスの集塵が可能なバグフィルターであって、プレヒータ１２の最上段サイクロン１２ａから排出される３００℃〜５００℃の燃焼排ガスＧを取り扱うことができる。

廃熱ボイラー３は、通常のセメント製造工程に用いられるものであって、第１バグフィルター２から排出される燃焼排ガスＧを利用して蒸気を発生させ、この蒸気を用いて発電を行う廃熱発電設備の一部を構成する。廃熱ボイラー３から排出される燃焼排ガスＧの温度は、後段の第２バグフィルター４の腐食防止のため酸露点以下にしないように制御する。

第２バグフィルター４は、廃熱ボイラー３から排出された３００℃程度の高温ガスの燃焼排ガスＧを集塵するために設けられる。

次に、上記構成を有する処理システム１を用いた本発明にかかるセメント製造工程からのタリウム回収方法について説明する。

セメントキルン１４と、プレヒータ１２と、仮焼炉１３と、クリンカクーラー１５は、従来のセメント製造装置と同様の機能を有し、プレヒータ１２に供給されたセメント原料Ｒは、プレヒータ１２で予熱され、仮焼炉１３で仮焼された後、セメントキルン１４にて焼成されてクリンカが生成される。セメントキルン１４から排出されたクリンカは、クリンカクーラー１５で冷却され、後段のセメント粉砕ミル（不図示）で石膏等とともに粉砕されてセメントが製造される。

上記セメント焼成時に、プレヒータ１２の最上段サイクロン１２ａから排出される燃焼排ガスＧには、揮発したタリウムが含まれる。そこで、まず、この燃焼排ガスＧを第１バグフィルター２で集塵することにより、燃焼排ガスＧに含まれるダストの大部分を除去する。第１バグフィルター２によって集塵されたダストＤ１は、セメント製造工程に戻す。

第１バグフィルター２から排出され、揮発したタリウムを含有する燃焼排ガスＧを、廃熱ボイラー３に導入し、燃焼排ガスＧが保有する熱を廃熱ボイラー３で回収し、廃熱ボイラー３によって発生させた蒸気を用いて廃熱発電設備で発電する。一方、燃焼排ガスＧに揮発したタリウムは、この廃熱ボイラー３を通過する過程で冷却されて凝固する。凝固したタリウムは、第１バグフィルター２によって集塵されなかった燃焼排ガスＧ中のダストに付着した状態で第２バグフィルター４に導入される。そこで、廃熱ボイラー３と第２バグフィルター４において、燃焼排ガスＧに含まれるダストＤ２を回収することで、タリウムが濃縮したダストを得ることができる。一方、第２バグフィルター４から排出された燃焼排ガスＧは、ファン５を経て煙突６から大気に放出される。

第２バグフィルター４によって回収したダストＤ２に濃縮されたタリウムは、例えば、ダストＤ２に水を添加して１次スラリーとした後、１次ケーキと１次ろ液とに分離し、該１次ろ液に硫化剤を添加して２次ケーキと２次ろ液とに分離し、２次ケーキ側に回収することができる。

以上のように、本発明によれば、セメント焼成工程のプレヒータ１２の最上段サイクロン１２ａから排出された燃焼排ガスＧを第１のバグフィルター２で集塵し、第１のバグフィルター２を通過した燃焼排ガスを廃熱ボイラー３に導入し、さらに、廃熱ボイラー３を通過した燃焼排ガスＧに含まれるタリウムが凝固した状態で含まれるダストＤ２を第２のバグフィルター４で回収するため、タリウムが濃縮したダストＤ２を効率よく回収することができるとともに、プレヒータ１２の最上段サイクロン１２ａから排出された燃焼排ガスＧが保有する熱を廃熱ボイラー３において有効利用することもできる。

次に、本発明にかかるセメント製造工程からのタリウム回収方法の第２の実施形態について説明する。

図２は、このタリウム回収方法を適用した処理システムの一例を示し、処理システム２１は、セメント焼成設備１１に付設され、廃熱発電設備を構成する廃熱ボイラー２２と、廃熱ボイラー２２の蒸発管等の表面に付着したダストを除去するためのダスト除去装置２３と、ダスト除去装置２３で回収されたダストからタリウムを回収するタリウム回収装置（不図示）等で構成される。尚、バグフィルター２４は、廃熱ボイラー２２を通過した燃焼排ガスＧを集塵するために通常のセメント製造工程に設置されるものである。

次に、上記構成を有する処理システム２１を用いた本発明にかかるセメント製造工程からのタリウム回収方法について説明する。

セメント焼成設備１１によるセメント焼成時に、プレヒータ１２の最上段サイクロン１２ａから排出される燃焼排ガスＧには、揮発したタリウムが含まれる。揮発したタリウムを含有する燃焼排ガスＧを、廃熱ボイラー２２に導入し、燃焼排ガスＧが保有する熱を廃熱ボイラー２２で回収し、廃熱ボイラー２２によって発生させた蒸気を用いて廃熱発電設備で発電する。一方、燃焼排ガスＧにおいて揮発したタリウムは、この廃熱ボイラー２２を通過する過程で冷却されて凝固する。凝固したタリウムは、燃焼排ガスＧに含まれるダストに付着し、その一部が廃熱ボイラー２２の蒸発管等の表面に付着する。そこで、ダスト除去装置２３で廃熱ボイラー２２の蒸発管等の表面に付着したダストＤを回収することで、タリウムが濃縮したダストを得ることができる。ダスト除去装置２３によって回収したダストＤに濃縮されたタリウムは、第１の実施の形態と同様の方法で回収することができる。一方、廃熱ボイラー２２を通過した燃焼排ガスＧは、バグフィルター２４で集塵された後、ファン５を経て煙突６から大気に放出される。

以上のように、本発明によれば、セメント焼成工程のプレヒータ１２の最上段サイクロン１２ａから排出された燃焼排ガスＧを廃熱ボイラー２２に導入し、さらに、廃熱ボイラー２２を通過した燃焼排ガスＧに含まれる、タリウムが凝固した状態で存在するダストＤを廃熱ボイラー２２に付設されたダスト除去装置２３で回収するため、通常のセメント焼成工程に用いられる装置をそのまま用いることができ、タリウムを低コストで回収することができる。

尚、本実施の形態では、プレヒータ１２の最上段サイクロン１２ａから排出される燃焼排ガスＧに含まれる揮発状態のタリウムが凝固した状態で含まれるダストＤを、廃熱ボイラー２２において回収する場合について説明したが、廃熱ボイラー２２以外にも、最上段サイクロン１２ａから排出される燃焼排ガスＧが導入される調湿塔、乾燥機、セメント原料粉砕ミル、集塵機、煙道等においてタリウムが凝固した状態で含まれるダストを回収することができ、これらの装置等は通常のセメント焼成装置に既に備わっているため、新たな装置等を設置する必要がなく、タリウムを低コストで回収することができる。

また、上記第１及び第２の実施の形態において、処理の対象となる燃焼排ガスＧは、セメント焼成設備１１によるセメント焼成時にプレヒータ１２の最上段サイクロン１２ａから排出される燃焼排ガスＧの全量に限らず、一部のみとすることも可能であり、燃焼排ガスＧに含まれるタリウムの濃度、設備コスト等に応じて処理の対象となる燃焼排ガスＧの量を適宜選択することができる。

日産６０００トンのＮＳＰキルンを擁するセメント焼成工程において、前記第２の実施形態と同様に、廃熱ボイラーから回収したダストを分析したところ、そのタリウム濃度は、４１８ｍｇ／ｋｇであった。

本発明にかかるセメント製造工程からのタリウム回収方法の第１の実施形態を適用した処理システムの一例を示すフロー図である。 本発明にかかるセメント製造工程からのタリウム回収方法の第２の実施形態を適用した処理システムの一例を示すフロー図である。

符号の説明

１ 処理システム
２ 第１バグフィルター
３ 廃熱ボイラー
４ 第２バグフィルター
５ ファン
６ 煙突
１１ セメント焼成設備
１２ プレヒータ
１３ 仮焼炉
１４ セメントキルン
１５ クリンカクーラー
２１ 処理システム
２２ 廃熱ボイラー
２３ ダスト除去装置
２４ バグフィルター

Claims (3)

1. セメント焼成工程のプレヒータの最上段サイクロンから排出された燃焼排ガスに含まれていた、タリウムが凝固した状態で存在するダストを、前記燃焼排ガスが導入される廃熱ボイラー、乾燥機、セメント原料粉砕ミル、集塵機、煙道から選択される一以上から回収し、該ダストからタリウムを回収することを特徴とするセメント製造工程からのタリウム回収方法。
2. セメント焼成工程のプレヒータの最上段サイクロンから排出された燃焼排ガスを集塵し、集塵後の燃焼排ガスに含まれる、タリウムが凝固した状態で存在するダストを、前記燃焼排ガスが導入される廃熱ボイラー、乾燥機、セメント原料粉砕ミル、集塵機、煙道から選択される一以上から回収し、該ダストからタリウムを回収することを特徴とするセメント製造工程からのタリウム回収方法。
3. セメント焼成工程のプレヒータの最上段サイクロンから排出された燃焼排ガスを第１のバグフィルターで集塵し、
   該第１のバグフィルターを通過した燃焼排ガスを廃熱ボイラーに導入し、
   該廃熱ボイラーを通過した燃焼排ガスに含まれる、タリウムが凝固した状態で存在するダストを第２のバグフィルターで回収し、該ダストからタリウムを回収することを特徴とするセメント製造工程からのタリウム回収方法。

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