JP5180476B2 - セメントキルン燃焼ガス抽気ダストの処理システム及び処理方法 - Google Patents
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Description
本発明は、セメントキルン燃焼ガス抽気ダストの処理システム及び処理方法に関し、特に、セメントキルンのキルン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及び硫黄分等を除去し、抽気した燃焼ガスに含まれるダストから鉛を効率よく除去する方法に関する。
従来、セメント製造設備におけるプレヒーター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、セメントキルンのキルン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の除去及び脱硫を行う塩素・硫黄バイパス設備が用いられている。
この塩素・硫黄バイパス設備では、抽気した排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微粉と粗粉とに分離し、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）を回収してセメント粉砕ミル系に添加していた（例えば、特許文献１参照）。
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有害な鉛の量も増加し、セメント中の鉛濃度が管理基準値を上回るおそれもある。
従来、塩素バイパスダスト等から鉛等の重金属を除去するにあたって、例えば、特許文献２には、キルン燃焼ガスのダストに水を添加し、ダスト中のＣｄの沈殿に最適なｐＨ１２の１次スラリーにした後、１次スラリー中で沈殿した固形物をセメント原料等に利用し、１次スラリーに炭酸ガスを添加し、鉛の沈殿に最適なｐＨ９の２次スラリーにし、２次スラリー中で沈殿した固形物をセメント原料等に利用する技術が記載されている。
また、特許文献３には、廃棄物に含まれる鉛等の回収効果に優れた処理方法を提供するため、重金属を含む廃棄物を水洗処理した濾液に、硫酸、塩酸、硝酸又は炭酸ガスを加えて濾液中の重金属を水酸化物、硫酸塩又は炭酸塩として沈殿させ、沈殿スラッジをアルカリ浸出して重金属を溶出させ、その濾液を中和乃至硫化処理し、濾液中の鉛等の重金属を沈殿させて回収する方法が開示されている。
さらに、特許文献４には、廃棄物中の塩素分及び鉛分を効果的に分離除去するため、廃棄物の水洗工程と、濾別した固形分のアルカリ溶出工程と、この濾液から鉛を沈殿させて分離する脱鉛工程と、脱鉛した濾液からカルシウムを沈殿させて分離する脱カルシウム工程と、この濾液を加熱して塩化物を析出させて分離回収する塩分回収工程とを有する廃棄物の処理方法が記載されている。
また、特許文献５には、ダスト等の廃棄物を水洗処理する際に、高い脱塩効果を保ちながら重金属類の溶出を抑制して回収効率を高めるため、塩素及び重金属類を含有する廃棄物を水洗して脱塩する処理工程において、廃棄物の水性スラリー(水性懸濁液)のｐＨを８.５〜１３の範囲に維持して水洗することにより、重金属塩の溶出を抑制して脱塩する廃棄物の処理方法が開示されている。
一方、特許文献６には、設備コストを低く抑え、セメントキルンより抽気した燃焼ガスに含まれる硫黄分を除去し、有効利用することのできるセメントキルン塩素・硫黄バイパスを提供するため、セメントキルンのキルン尻からボトム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、抽気ガス中のダストの粗粉を分離し、微粉を含む抽気ガスを湿式集塵装置で溶媒を用いて集塵し、集塵された集塵ダストスラリーをセメントミル系へ添加し、湿式集塵装置３で集塵された集塵ダストスラリーを固液分離し、得られた脱塩ダストケークをセメントミル系へ、また、分離した塩水をセメントミル系へ添加する技術が開示されている。
しかし、上記従来の鉛除去方法においては、ダストのスラリー化のための設備、水槽等の沈殿処理設備、水洗設備等を設置する必要があり、設備コストが高騰するとともに、これらの設備の運転のみならず、種々の薬品等を添加する必要があるため、運転コストも高くなるという問題があった。
そこで、本発明は、上記従来の技術における問題点に鑑みてなされたものであって、設備コスト及び運転コストを低く押さえながら、セメントキルン燃焼ガス抽気ダストから鉛を効率よく除去することのできる装置及び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、セメントキルン燃焼ガス抽気ダスト処理システムであって、セメントキルンのキルン尻から最下段の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冷却しながら抽気するプローブと、該プローブで抽気した燃焼ガスに含まれるダストの粗粉を分離する分級機と、該分級機からの微粉を含む抽気ガスを湿式集塵して集塵ダストスラリーにする湿式スクラバー、該集塵ダストスラリーが供給される循環液槽、該循環液槽内の集塵ダストスラリーの一部を前記スクラバーに戻すポンプ、脱硫剤を湿式スクラバーに供給する装置、鉛の硫化を行うための硫化剤を集塵ダストスラリーに供給する装置を備えた湿式集塵装置と、前記循環液槽からの前記スラリーを、鉛を含むフロスと、石膏を含むテール側スラリーとに分離する浮選設備とを備えることを特徴とする。
そして、本発明によれば、分級機によって、プローブで冷却しながら抽気した燃焼ガスに含まれるダストの粗粉を分離し、湿式集塵装置において、分級機から排出された微粉を含む抽気ガスを集塵するとともに、キルン排ガスの脱硫、及びキルン排ガスに含まれる鉛の硫化を同時に行うため、設備コスト及び運転コストを低く抑えながら、セメントキルン燃焼ガス抽気ダストから鉛を効率よく除去することができる。さらに、キルン排ガスに含まれる原料ダストや、脱硫によって発生する石膏分より、浮選という比較的単純な操作で、かつ低コストで鉛を分離することができるため、新たな水洗・脱水設備が不要となり、設備投資を最小限に抑えることができる。また、回収された鉛は、再利用容易な硫化鉛（ＰｂＳ）となるため、山元への還元が容易になる。
鉛の硫化を行うための硫化剤を集塵ダストスラリーに供給する装置は、前記硫化剤を前記循環液槽又はポンプに添加するものであるように構成することができる。硫化剤にＮａＳＨを用いた場合には、循環液槽において硫化水素（Ｈ2Ｓ）に変化してそのまま排気されやすいため、できるだけ湿式スクラバーの入口側に供給されるように構成することが好ましい。
また、本発明は、セメントキルン燃焼ガス抽気ダスト処理方法であって、セメントキルンのキルン尻から最下段の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冷却しながら抽気する工程と、該抽気する工程で抽気した燃焼ガスに含まれるダストの粗粉を分離する工程と、該分離する工程からの微粉を含む抽気ガスを集塵ダストスラリーにする湿式集塵を行いながら脱硫する際に、水硫化ソーダ又は硫化ナトリウムを添加する湿式集塵工程と、前記湿式集塵工程からの前記スラリーを浮遊選別し、鉛を含むフロスと、石膏を含むテール側スラリーとに分離する浮選工程とを備えたことを特徴とする。
本発明によれば、冷却しながら抽気した燃焼ガスに含まれるダストの粗粉を分離した後、湿式集塵装置において、微粉を含む抽気ガスを集塵するとともに、キルン排ガスの脱硫、及び水硫化ソーダ又は硫化ナトリウムによってキルン排ガスに含まれる鉛の硫化を同時に行うため、設備コスト及び運転コストを低く抑えながら、セメントキルン燃焼ガス抽気ダストから鉛を効率よく除去することができる。また、浮遊選別によって、低コストで鉛を分離することができ、設備投資を最小限に抑え、山元還元が容易な形態で鉛を回収することができる。
前記フロスから得られた分離水を浮選工程に戻すとともに、石膏を含むテール側スラリーから分離された塩水を、セメント粉砕工程に添加するか、水処理後に下水又は／及び海洋に放流するか、塩回収工程で脱塩した後得られた水を前記湿式集塵工程に戻すようにすることもできる。
前記湿式集塵工程におけるスラリーのｐＨを、４以上７以下に調整することができる。これによって、ＮａＳＨの分解をできるだけ防止するとともに、湿式スクラバーに供給される循環スラリーの流路におけるスケールトラブルを防止し、ｐＨが高い環境下では機能しない浮選剤も確実に機能させることができる。
以上のように、本発明かかるセメントキルン燃焼ガス抽気ダストの処理システム及び処理方法によれば、設備コスト及び運転コストを低く押さえながら、セメントキルン燃焼ガス抽気ダストから鉛を効率よく除去することが可能となる。
図１は、本発明にかかるセメントキルン燃焼ガス抽気ダスト処理システム（以下、「処理システム」と略称する）の実施の形態を示すフローチャートであって、この処理システム１は、セメントキルン２のキルン尻から図示しない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するプローブ３と、このプローブ３で抽気した燃焼ガスに含まれるダストの粗粉を分離する分級機としてのサイクロン５と、サイクロン５から排出された微粉を含む抽気ガスを湿式集塵するための湿式スクラバー６と、湿式スクラバー６に集塵ダストスラリーを循環させるための循環液槽７と、湿式スクラバー６に脱硫剤として供給するＣａ（ＯＨ）2の貯槽１０と、鉛を硫化するために供給するＮａＳＨの貯槽１２と、湿式集塵によって得られたスラリーを、鉛を含むフロスと、石膏を含むテール側スラリーとに分離する浮選設備を構成する浮選機１７と、浮選剤及び起泡剤の貯槽１４、１８と、浮選機１７からの鉛を含むフロスを固液分離して硫化鉛を含むケークを得るためのフィルタプレス２１と、浮選機１７からのスラリーを固液分離して石膏と塩水とを得るための固液分離器２２等を備える。
次に、上記構成を有する処理システム１の動作について、図１を参照しながら説明する。
セメントキルン２のキルン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からの抽気ガスは、プローブ３において冷却ファン４からの冷風によって冷却された後、サイクロン５に導入され、粗粉と、微粉及びガスとに分離される。分離された塩素含有率の低い粗粉は、セメントキルン系に戻される。
塩素含有率の高い微粉及びガスは、湿式スクラバー６において、循環液槽７から供給されるスラリーの有する水分等によって冷却され、微粉が湿式スクラバー６によって集塵される。ここで、湿式スクラバー６で集塵された集塵ダストスラリーには、微粉中のＣａＯが水と反応して生じたＣａ（ＯＨ）2が存在するため、セメントキルン入口フードからの抽気ガスに存在するＳＯ2は、このＣａ（ＯＨ）2と反応し、
ＣａＯ＋Ｈ2Ｏ →Ｃａ（ＯＨ）2
ＳＯ2＋ Ｃａ（ＯＨ）2 →ＣａＳＯ3・１／２Ｈ2Ｏ＋１／２Ｈ2Ｏ
ＣａＳＯ3・１／２Ｈ2Ｏ＋１／２Ｏ2＋３／２Ｈ2Ｏ→ＣａＳＯ4・２Ｈ2Ｏ
によって脱硫され、石膏を回収することができる。
ＣａＯ＋Ｈ2Ｏ →Ｃａ（ＯＨ）2
ＳＯ2＋ Ｃａ（ＯＨ）2 →ＣａＳＯ3・１／２Ｈ2Ｏ＋１／２Ｈ2Ｏ
ＣａＳＯ3・１／２Ｈ2Ｏ＋１／２Ｏ2＋３／２Ｈ2Ｏ→ＣａＳＯ4・２Ｈ2Ｏ
によって脱硫され、石膏を回収することができる。
ここで、湿式スクラバー６に供給される循環スラリーの流路におけるスケールトラブルを防止するためには、循環液槽７内の循環液のｐＨを６前後に制御する必要がある。そのため、循環液槽７内の循環液のｐＨが上昇し過ぎた場合には、特許文献６に記載のように、サイクロン５の分級点を変化させて微粉中のＣａＯ濃度を減少させて対処することができる。
一方、抽気ガスに存在する硫黄分の除去効果は、排ガスの硫黄分の濃度を監視することによって確認されるが、除去性能が低下する傾向にある場合には、上記のように、サイクロン５の分級点を変化させ、サイクロン５から排出される微粉中のＣａＯ濃度を上昇させて吸収剤の量を増加させたり、貯槽１０から吸収剤としてのＣａ（ＯＨ）2をポンプ１１を介して供給する。
また、湿式スクラバー６には、貯槽１２からポンプ１３及びポンプ９を介して水硫化ソーダ（ＮａＳＨ）を添加する。水硫化ソーダを添加するのは、抽気ガスに含まれる塩化鉛、酸化鉛等の微粉を硫化して硫化物として沈殿させるためである。尚、硫化によって硫化鉛（ＰｂＳ）が発生する。ここで、ＮａＳＨは酸性側で分解するため、ｐＨを７以上に調整する必要があるが、上述のように、湿式スクラバー６に供給される循環スラリーの流路におけるスケールトラブルを防止するため、及びＰｂの回収率を向上させるため、循環液槽７内の循環液のｐＨを４〜７の範囲になるように制御する。
。
。
湿式スクラバー６から排出されたガスは、循環液槽７、洗浄塔８及びファン２３を経て大気に放出される。
一方、循環液槽７から排出されたスラリーは、ポンプ１６を介して浮選機１７に供給される。浮選機１７には、貯槽１４からポンプ１５を介して浮選剤、及び貯槽１８からポンプ１９を介して起泡剤が供給される。浮選剤には、ザンセート基（Ｒ−Ｏ−Ｃａ2Ｎａ）、ジオカルバミン酸基（Ｒ−ＮＨ−ＣＳ2Ｎａ）、又はチオール基（−ＳＨ）等を有する有機化合物重金属捕集剤等を用いることができる。この場合、アルカリ性領域で捕集剤の処理効果が悪化するが、本発明では、上述のように、循環液槽のｐＨを６前後に維持しているので問題はない。起泡剤には、ＭＩＢＣ（Methyl Isobutyl Carbinol)等を用いることができる。浮選機１７には、さらに、空気が供給され、スラリーは、浮選操作によって、鉛を含むフロスと、石膏を含むテール側スラリーとに分離される。
鉛を含むフロスは、ポンプ２０を介してフィルタプレス２１に供給され、酸化鉛を含むケークと、水とに分離される。酸化鉛を含むケークは、山元に還元されるなどして再利用され、分離水は、浮選機１７に戻して浮選工程で再利用することができる。
一方、浮選機１７からの石膏を含むテール側スラリーは、固液分離器２２において固液分離され、分離された塩水をセメント粉砕工程に添加することができる。尚、分離された塩水は、水処理後に下水又は海洋に放流してもよく、あるいは、塩回収工程で脱塩した後、得られた水を洗浄塔８に戻してもよい。
尚、上記実施の形態においては、鉛の硫化剤として水硫化ソーダを用いた場合について説明したが、水硫化ソーダの代わりに硫化ナトリウム（Ｎａ2Ｓ）を用いることもできる。
また、上記実施の形態においては、浮選操作によって、循環液槽７から排出されたスラリーを、鉛を含むフロスと、石膏を含むテール側スラリーとに分離したが、これとは逆に、浮選剤を用いて石膏をフロスとして浮かせることも可能である。しかし、その場合には、起泡剤が石膏側に入るため、より多量の起泡剤が必要になるとともに、石膏をセメントミルに添加する場合には、起泡剤がセメントの硬化に悪影響を与えることが懸念されるため、上記実施の形態で示した方法がより好ましい。
１ 処理システム
２ セメントキルン
３ プローブ
４ 冷却ファン
５ サイクロン
６ 湿式スクラバー
７ 循環液槽
８ 洗浄塔
９ ポンプ
１０ 貯槽
１１ ポンプ
１２ 貯槽
１３ ポンプ
１４ 貯槽
１５ ポンプ
１６ ポンプ
１７ 浮選機
１８ 貯槽
１９ ポンプ
２０ ポンプ
２１ フィルタプレス
２２ 固液分離器
２３ ファン
２ セメントキルン
３ プローブ
４ 冷却ファン
５ サイクロン
６ 湿式スクラバー
７ 循環液槽
８ 洗浄塔
９ ポンプ
１０ 貯槽
１１ ポンプ
１２ 貯槽
１３ ポンプ
１４ 貯槽
１５ ポンプ
１６ ポンプ
１７ 浮選機
１８ 貯槽
１９ ポンプ
２０ ポンプ
２１ フィルタプレス
２２ 固液分離器
２３ ファン
Claims (5)
- セメントキルンのキルン尻から最下段の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冷却しながら抽気するプローブと、
該プローブで抽気した燃焼ガスに含まれるダストの粗粉を分離する分級機と、
該分級機からの微粉を含む抽気ガスを湿式集塵して集塵ダストスラリーにする湿式スクラバー、該集塵ダストスラリーが供給される循環液槽、該循環液槽内の集塵ダストスラリーの一部を前記スクラバーに戻すポンプ、脱硫剤を湿式スクラバーに供給する装置、鉛の硫化を行うための硫化剤を集塵ダストスラリーに供給する装置を備えた湿式集塵装置と、
前記循環液槽からの前記スラリーを、鉛を含むフロスと、石膏を含むテール側スラリーとに分離する浮選設備とを備えることを特徴とするセメントキルン燃焼ガス抽気ダスト処理システム。 - 鉛の硫化を行うための硫化剤を集塵ダストスラリーに供給する装置は、
前記硫化剤を前記循環液槽又はポンプに添加するものであることを特徴とする請求項１に記載のセメントキルン燃焼ガス抽気ダスト処理システム。 - セメントキルンのキルン尻から最下段の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冷却しながら抽気する工程と、
該抽気する工程で抽気した燃焼ガスに含まれるダストの粗粉を分離する工程と、
該分離する工程からの微粉を含む抽気ガスを集塵ダストスラリーにする湿式集塵を行いながら脱硫する際に、水硫化ソーダ又は硫化ナトリウムを添加する湿式集塵工程と、
前記湿式集塵工程からの前記スラリーを浮遊選別し、鉛を含むフロスと、石膏を含むテール側スラリーとに分離する浮選工程とを備えたことを特徴とするセメントキルン燃焼ガス抽気ダスト処理方法。 - 前記フロスから得られた分離水を浮選工程に戻すとともに、石膏を含むテール側スラリーから分離された塩水を、セメント粉砕工程に添加するか、水処理後に下水又は／及び海洋に放流するか、塩回収工程で脱塩した後得られた水を前記湿式集塵工程に戻すことを特徴とする請求項３に記載のセメントキルン燃焼ガス抽気ダスト処理方法。
- 前記湿式集塵工程におけるスラリーのｐＨを、４以上７以下に調整することを特徴とする請求項３又は４に記載のセメントキルン燃焼ガス抽気ダスト処理方法。
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