JP5195359B2

JP5195359B2 - セメント製造方法

Info

Publication number: JP5195359B2
Application number: JP2008307130A
Authority: JP
Inventors: 久志立屋敷; 信克杉本; 潤二藤江
Original assignee: Mitsubishi Materials Corp
Current assignee: Mitsubishi Materials Corp
Priority date: 2008-12-02
Filing date: 2008-12-02
Publication date: 2013-05-08
Anticipated expiration: 2028-12-02
Also published as: JP2010132463A

Description

本発明は、都市ごみ等の焼却灰をセメント原料化してセメントを製造する方法に関する。

都市ごみや産業廃棄物の焼却によって生じる焼却灰は、ＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、Ｆｅ_２Ｏ_３、ＣａＯなどのセメント原料と同様の成分を含んでいるため、セメント原料としての利用が図られている。しかし一方では、焼却灰には塩素も残留しており、この塩素がセメントキルンの安定操業に悪影響を及ぼし、またセメントの品質を劣化させるため、脱塩素処理してセメント原料化することが行われている。
このような焼却灰をセメント原料化する従来技術として特許文献１記載の技術がある。この特許文献１記載の技術は、焼却灰の脱塩素の手段として水洗処理を施すようにしており、その水洗時のｐＨを制御した上で複数回洗浄（第一次洗浄、第二次洗浄、さらに必要なら第三次以上の洗浄）を行うことにより、塩素を溶解して除去している。
特許第３３６８３７２号公報

しかしながら、焼却灰の塩素含有率は一律ではなく、高濃度に塩素が残留していると、１・２回洗浄を繰り返す程度では、セメント原料として使用可能な程度までに塩素を除去することができず、また、第三次以上の洗浄を繰り返すのではセメント原料化までに多大な労力が必要になり、処理効率が低下しコスト増を招く。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、セメント原料化の処理効率を高めて、大量の焼却灰を短時間でセメント原料化し、適切にセメントを製造することを目的とする。

本発明者らは、上記課題を解決するために種々研究を重ね、水洗によって脱塩素できる場合は水洗処理してセメント原料化するが、水洗しても脱塩素が困難なものは少量であればセメントキルンの窯尻部に直接投入すれば、ダイオキシン類も分解できるので処理に都合がよいとの認識の下、焼却灰を分別することを考えた。その場合、焼却灰の塩素濃度を湿式分析法や蛍光Ｘ線分析法等の手法によって測定するのでは時間がかかり多大な労力を要する。そこで、このような塩素濃度測定手法によることなく、焼却灰を水洗した後の残留塩素量をあらかじめ推定できれば、そのような分別を容易に行えると考え、鋭意研究した結果、焼却灰の未燃カーボン量と水洗後の残留塩素量とに相関があることを見い出し、かかる知見に基づき、以下のセメント製造方法を解決手段とするに至った。

本発明のセメント製造方法は、焼却灰の熱灼減量を測定し、その測定結果に応じて焼却灰の水洗の可否を選択し、熱灼減量が少ない焼却灰を水洗して得る水洗焼却灰と、熱灼減量が多い焼却灰について水洗しない未水洗焼却灰とに分別してセメント原料化し、前記水洗焼却灰は原料ミル及びドライヤからプレヒータを経由してセメントキルンに投入し、前記未水洗焼却灰はセメントキルンの窯尻部に直接投入することを特徴とする。

すなわち、焼却灰について未燃カーボン量である熱灼減量を測定し、この熱灼減量が少ない場合は、水洗すれば残留塩素量を少なくすることができると推定し、焼却灰を水洗してセメント原料とする。一方、熱灼減量が多い場合は、水洗しても残留塩素量は低下せず、これを水洗によって脱塩素しようとすると多大な労力を要するので、水洗しないこととするのである。この水洗しない未水洗焼却灰として分別される量は、焼却灰全体のうちの一部であり、その後の処理も扱い易い。
そして、熱灼減量が少ない焼却灰については、水洗した後の残留塩素量が少ないので、水洗した後に、通常のセメント原料と同様にして原料ミル及びドライヤからプレヒータを経由してセメントキルンに投入し、熱灼減量が多い焼却灰については、セメントキルンの窯尻部に直接投入するのである。このセメントキルンの窯尻部は、１０００℃以上の高温状態であり、投入された焼却灰は、その高温で速やかに焼成され、該焼却灰に含まれるダイオキシン類等の有害物質も分解されて無害化される。

また、本発明のセメント製造方法において、前記水洗焼却灰をさらに、前記熱灼減量の測定結果に応じて水洗の程度を変えた複数種類に分別してセメント原料化することとしてもよい。
水洗処理を２回以上行う、あるいは処理時間を長くすることにより、さらに残留塩素量を低減できる場合は、その水洗の回数、時間を変えることにより、２種類以上に分別するのである。

具体的な熱灼減量として、前記熱灼減量が１０％以上の場合に前記未水洗焼却灰とし、１０％未満の場合に水洗焼却灰とすることとしてもよい。
熱灼減量が１０％以上の場合は、水洗しても残留塩素量が多いので、これを水洗しないこととし、熱灼減量が１０％未満の場合には、水洗による残留塩素量の低減が推定できるので、水洗してセメント原料とするのである。
さらに、１０％未満を細分化し、前記水洗焼却灰に分別されたもののうち、熱灼減量が１０％未満５％以上の場合は、５％未満であった場合に実施する水洗より多く水洗を繰り返す、又は１回の水洗処理の時間を長くするようにしてもよい。

さらに、本発明のセメント製造方法は、焼却灰の熱灼減量を測定し、その測定結果に応じて、熱灼減量が少ない焼却灰を水洗した後に原料ミル及びドライヤからプレヒータを経由してセメントキルンに投入するか、熱灼減量が多い焼却灰を水洗しないでセメントキルンの窯尻部に直接投入するかのいずれかの方法を選択してセメントを製造することを特徴とする。

本発明によれば、焼却灰の熱灼減量を測定して、その測定結果に基づき水洗後の残留塩素濃度を推定して分別しており、塩素濃度を湿式分析法や蛍光Ｘ線分析法等によって測定する場合に比べて短時間で効率よく分別することができる。そして、その熱灼減量の測定結果に基づいて、水洗の効果が得られると推定されるものについては水洗してセメント原料化し、水洗の効果が得られないと推定される熱灼減量が多い焼却灰は水洗しない未水洗焼却灰として分別しており、セメントキルンに投入する前の画一的な分別によって、適切な処理方法を選択することができ、しかも、事前に分別するので計画的な処理が可能であり、従来より多量に処理することができる。

以下、本発明に係る焼却灰のセメント原料化方法及びそのセメント原料を用いたセメント製造方法の一実施形態を図面を参照しながら説明する。
図１はセメント製造設備を示しており、このセメント製造設備は、セメント原料として石灰石、粘土、珪石、鉄原料等を個別に貯蔵する原料貯蔵庫１と、これらセメント原料を粉砕、乾燥する原料ミル及びドライヤ２と、この原料ミルで得られた粉体原料を予熱するプレヒータ３と、プレヒータ３によって予熱された粉体原料を焼成するセメントキルン４と、セメントキルン４で焼成された後のセメントクリンカを冷却するためのクーラー５等とを備えている。

プレヒータ３は、複数のサイクロン６が上下連結状態に構築されたものであり、その最下段部分がセメントキルン４の窯尻部７に接続されている。そして、最上段のサイクロン６に原料ミル及びドライヤ２からの原料供給管８が接続され、該原料供給管８を通してセメント原料の粉体が投入され、上から順次下方のサイクロン６を経由して降下しながらセメントキルン４に送られるようになっている。一方、セメントキルン４からの排ガスがサイクロン６をセメント原料とは反対方向に下方から順次上方に流通するようになっており、セメント原料は、これらサイクロン６内を通過する際にセメントキルン４からの排ガスによって所定温度（例えば９００℃）まで予熱される構成である。そして、予熱されたセメント原料が最下段のサイクロン６からセメントキルン４の窯尻部７に供給される。

セメントキルン４は、横向きで若干傾斜した円筒状シェル１１を軸芯回りに回転させ、該円筒状シェル１１の窯尻部７にプレヒータ３から供給されるセメント原料を窯前部１２に送りながら、その送る過程で窯前部１２のバーナー１３によって１４５０℃程度に加熱焼成してセメントクリンカを生成し、このセメントクリンカを窯前部１２からクーラー５に送り出すようになっている。セメントクリンカはクーラー５で所定温度まで冷却された後、仕上げ工程へ送られることになる。

また、セメントキルン４で発生する排ガスは、前述したようにプレヒータ３の各サイクロン６を下方から上方に経由した後、排気管１４を通って原料ミル及びドライヤ２に導入されるようになっており、原料ミル及びドライヤ２は、セメントキルン４からの排ガスが導入されることにより、セメント原料の粉砕と乾燥を同時に行うようになっている。この原料ミル及びドライヤ２には、集塵機１５、煙突１６等を備える排ガスライン１７が接続されている。

そして、セメントキルン４の窯尻部７に、後述するように特定の焼却灰を供給する焼却灰供給系２１が設けられている。この焼却灰供給系２１は、焼却灰タンク２２から圧送機２３を介して焼却灰を窯尻部７に圧送するものであり、圧送機２３としては、円筒状ケーシング内に設けた押し出しスクリューによって焼却灰を移送するスクリュー形式のもの、焼却灰をスラリー状にしてポンプにより圧送するポンプ形式のもの、等を採用することができる。

このセメント製造設備において、通常は、原料貯蔵庫１から供給されたセメント原料が、原料ミル及びドライヤ２で粉砕、乾燥された後、プレヒータ３を経由してセメントキルン４に投入され、セメントクリンカとして焼成される。一方、セメントキルン４での燃焼により発生した排ガスは、プレヒータ３、原料ミル及びドライヤ２を経由して、プレヒータ３での原料の予熱の熱源、原料ミル及びドライヤ２での乾燥の熱源として利用された後、排ガスライン１７で排ガス中のダストが集塵機１５に捕集された後に煙突１６から大気に放出されるようになっている。

このセメント製造設備で用いられるセメント原料としては、石灰石、粘土、けい石、酸化鉄原料等を適宜の比率で混合した通常のセメントクリンカ用原料とともに、都市ごみや産業廃棄物の焼却灰が原料の一部として用いられる。
次に、この焼却灰を上記セメント製造設備で用いるためのセメント原料とする方法について説明する。図２に、その工程の主要部をフローチャートで示している。
一般に、都市ごみや産業廃棄物は自治体が管理運営する焼却設備において焼却される。その焼却灰をセメント原料とするに際しては、まず、セメント原料として適切でない金属類等の異物を選別除去した後、一部をサンプリングして熱灼減量Ｃを測定する。
この熱灼減量は、乾燥した焼却灰を電気炉等に入れ、６００〜１０５０℃で恒量になるまで強熱した後、冷却して重量を測定し、強熱前の重量（Ａｇ）に対する強熱後の重量（Ｂｇ）の変化率（％）を{（Ａ−Ｂ）／Ａ}×１００で算出したものであり、強熱減量とも呼ばれている。つまり、強熱により燃えた量の強熱前の試料に占めていた比率であり、焼却灰中の未燃カーボン量の比率を表している。なお、本発明は上記に限定されるものではなく、６００〜１０５０℃の範囲で、６００℃で３０分間、１０００℃で１５分間の様に任意に設定可能である。また、市販の固体中炭素分析装置で測定した炭素測定値をＣＯ_２に換算した値を熱灼減量Ｃとしても良い。

そして、この熱灼減量の測定結果に基づき、焼却灰を熱灼減量が１０％以上のもの、１０％未満５％以上のもの、５％未満のものの３種類に分別し、そのいずれであるかによって次の３通りのセメント原料化方法を採用する。
（１）熱灼減量Ｃが１０％以上であった焼却灰は、事前に処理をすることなくそのままセメント工場に受け入れ、そのセメント製造設備におけるセメントキルン４の窯尻部７に直接投入して処理する。
（２）熱灼減量Ｃが５％未満であった焼却灰は、通常に１回の水洗処理をした後にセメント工場に受け入れ、通常のセメントクリンカ用原料（石灰石、粘土、けい石、酸化鉄原料等）とともにセメント原料として、通常に原料ミル及びドライヤ２からプレヒータ３を経由してセメントキルン４に投入する。
（３）熱灼減量Ｃが５％以上１０％未満であった焼却灰は、その焼却灰を通常の水洗処理よりもていねいに水洗する。具体的には、（２）で行う水洗処理を２回繰り返す、あるいは１回の水洗処理の時間を長くする等により、水洗後の熱灼減量が（２）の焼却灰と同程度の５％未満となるまで水洗処理をする。その後は、セメント工場において、（２）の焼却灰と同様に通常のセメントクリンカ用原料とともにセメント原料として原料ミル及びドライヤ２からプレヒータ３を経由してセメントキルン４に投入する。

この場合、通常の水洗処理としては、例えば、洗浄時の液温が２０℃、ｐＨが１０で、固液比（Ｌ／Ｓ）が４０Ｌ／ｋｇ程度に調整し、これを２００ｒｐｍで攪拌しながら８時間滞留させる。ｐＨの調整は、焼却灰と水との混合液に硫酸を添加することにより行うことができる。この条件の水洗処理を（２）の場合に行う通常の水洗処理とし、（３）の場合にはこれを例えば２回繰り返すこととする。
本発明では、このようにして（１）に分別された焼却灰を未水洗焼却灰、（２）又は（３）に分別された焼却灰を水洗焼却灰としている。

このように熱灼減量の測定結果に基づいて焼却灰の水洗処理方法を変えることとしたのは、熱灼減量と、水洗後の残留塩素量との間に図３に示す相関関係があることを見い出したことによる。
この図３は、（ａ）が水洗前に測定した１０００℃で３０分間加熱後の熱灼減量と蛍光Ｘ線分析により測定した水洗後の塩素濃度との関係を示しており、（ｂ）が熱灼減量と水洗による塩素除去率との関係を示している。この場合の水洗処理は、前述した通常の水洗処理である、液温が２０℃、ｐＨが１０、固液比（Ｌ／Ｓ）が４０Ｌ／ｋｇで、２００ｒｐｍで攪拌しながら８時間滞留させる処理とした。図中、四角形のドットとひし形のドットとは、焼却灰の発生場所の相違を示している。
この図３によれば、熱灼減量が多くなると、水洗による塩素除去率が低く、水洗後の塩素濃度も高くなっている。また、そのばらつきも大きくなる傾向が認められる。熱灼減量が５％未満であると、水洗後の塩素濃度がほぼ３０００ｍｇ／ｋｇ以下に収まっており、塩素除去率もほぼ７０％以上を達成している。

このようにして、焼却灰を熱灼減量に応じて分別し、（２）及び（３）に分別された焼却灰の場合は、その水洗処理により、焼却灰中に含有していた塩素の大部分が除去され、残留塩素量は実用上問題ない程度に低減される。したがって、この水洗焼却灰は、通常のセメントクリンカ用原料と同様に原料ミル及びドライヤ２からプレヒータ３を経由してセメントキルン４に投入されることにより、通常の品質と変わらない良質のセメントクリンカとして焼成することができる。

一方、（１）に分別された焼却灰（未水洗焼却灰）の場合は、プレヒータ３の上段からではなく、セメントキルン４の窯尻部７に設けた焼却灰供給系２１から窯尻部７に直接投入される。この窯尻部７は、１０００℃以上の高温状態であり、焼却灰は、この高温雰囲気内に直接投入されることにより、速やかに焼成され、セメントクリンカとして排出される。この場合、この（１）に分別された焼却灰は、水洗による脱塩処理をしないで受け入れられたものであるので、塩素分を比較的多く含んでおり、このため、低温での燃焼であるとダイオキシン類が発生して放出されることになるが、この高温での処理によってダイオキシン類も分解される。このダイオキシン類は、通常、８００℃以上の高温雰囲気に２秒間以上滞留させることにより分解することができ、１０００℃以上の窯尻部７への投入によって確実に分解することができる。なお、この（１）に分別される焼却灰は、都市ごみ等の焼却設備で発生する焼却灰全体の１割に満たない量であり、セメントキルン４の窯尻部７に直接投入しても問題なく処理することができる。

また、このセメント原料化方法において、焼却灰を水洗するか否かの判断のための事前の処理を熱灼減量の測定によることとしたが、この熱灼減量は、湿式分析法や蛍光Ｘ線分析法によって塩素濃度を分析する場合に比べて、比較的短時間で簡便に測定することができ、焼却灰を大量に処理する場合に効率的である。

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。前述した水洗処理の条件も一例であり、実用に際しては適宜変更可能である。

本発明に係るセメント製造方法を実施するためのセメント製造設備の例を示す全体構成図である。本発明に係るセメント原料化方法の一実施形態の主要な工程を示すフローチャートである。焼却灰の熱灼減量と残留塩素との関係を示すグラフであり、（ａ）が熱灼減量と水洗後の残留塩素濃度との関係を示し、（ｂ）が熱灼減量と水洗による塩素除去率との関係を示している。

符号の説明

１原料貯蔵庫
２原料ミル及びドライヤ
３プレヒータ
４セメントキルン
５クーラー
６サイクロン
７窯尻部
８原料移送管
１１円筒状シェル
１２窯前部
１３バーナー
１４排気管
１５集塵機
１６煙突
１７排ガスライン

Claims

焼却灰の熱灼減量を測定し、その測定結果に応じて焼却灰の水洗の可否を選択し、熱灼減量が少ない焼却灰を水洗して得る水洗焼却灰と、熱灼減量が多い焼却灰について水洗しない未水洗焼却灰とに分別してセメント原料化し、前記水洗焼却灰は原料ミル及びドライヤからプレヒータを経由してセメントキルンに投入し、前記未水洗焼却灰はセメントキルンの窯尻部に直接投入することを特徴とするセメント製造方法。
前記水洗焼却灰をさらに、前記熱灼減量の測定結果に応じて水洗の程度を変えた複数種類に分別してセメント原料化することを特徴とする請求項１記載のセメント製造方法。
前記熱灼減量が１０％以上の場合に前記未水洗焼却灰とし、１０％未満の場合に水洗焼却灰とすることを特徴とする請求項１又は２記載のセメント製造方法。
前記水洗焼却灰に分別されたもののうち、熱灼減量が１０％未満５％以上の場合は、５％未満であった場合に実施する水洗より多く水洗を繰り返す、又は１回の水洗処理の時間を長くすることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載のセメント製造方法。
焼却灰の熱灼減量を測定し、その測定結果に応じて、熱灼減量が少ない焼却灰を水洗した後に原料ミル及びドライヤからプレヒータを経由してセメントキルンに投入するか、熱灼減量が多い焼却灰を水洗しないでセメントキルンの窯尻部に直接投入するかのいずれかの方法を選択してセメントを製造することを特徴とするセメント製造方法。