JP5614795B2 - 塩化カリウムの回収装置及び回収方法 - Google Patents
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Description
本発明は、都市ごみ焼却飛灰等の焼却飛灰から高純度の塩化カリウムを回収する装置及び方法に関する。
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ている。これらは、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要因になるため、焼却飛灰等から予め塩素等を除去した後に、セメント原料として利用するようにしている。
そこで、例えば、特許文献１には、図３に示すような焼却飛灰の処理システムが開示されている。
この処理システム３１は、焼却施設から受け入れた都市ごみ焼却灰等の焼却飛灰と、温水とを溶解槽３２に供給し、溶解槽３２において、焼却飛灰に含まれる水溶性塩素分を６０℃程度の温水に溶出させ、スラリーＳのｐＨを１１．５以下に調整する。これと併行して、炭酸ガスを含むキルン排ガスを溶解槽３２に供給し、焼却飛灰中のカルシウム分を炭酸カルシウムとしてスラリーＳ中に析出させる。
次に、スラリーＳを縦型フィルタープレス３３に搬送し、脱水・水洗処理する。炭酸カルシウムを含む１次ケーキＣ１は、浮上コンベア３４によってセメントキルン等に搬送する。母ろ液Ｌ１は、ｐＨを９以下に調整した後に薬液反応槽３５に搬送する。
次に、薬液反応槽３５において、母ろ液Ｌ１に水硫化ソーダ（ＮａＳＨ）等の還元剤を添加して重金属類を析出させ、その後、沈降分離器３６において、析出させた重金属類（スラッジ）を回収する。回収したスラッジは、フィルタープレス３８によって固液分離し、分離した２次ケーキＣ２は、浮上コンベア３４でセメントキルン等に搬送してセメント原料として利用する。一方、沈降分離器３６からの２次ろ液Ｌ２は、マイクロフィルタ３７でろ過するとともに、キレート樹脂塔３９で水銀等を除去した後放流する。
しかし、上記焼却飛灰の処理システム３１では、母ろ液Ｌ１や２次ろ液Ｌ２等には、ＫＣｌ、ＮａＣｌ、ＣａＣｌ2が混在しているため、工業的に有用なＫＣｌを回収することができず、結局排水の全量を放流している。尚、排水を全量放流することなく、塩水や工業塩を回収しようとする場合には、ＣａＣｌ2を除去した後、ＮａＣｌとＫＣｌを回収する必要があるが、その場合でも、ＮａＣｌを工業的に利用する方法がなく、ＮａＣｌとＫＣｌとが混在する塩の利用価値は低い。
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、焼却飛灰を処理する過程で、工業的に有用な、純度の高いＫＣｌを含む工業塩を低コストで回収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、塩化カリウムの回収装置であって、焼却飛灰に水を添加してスラリー化し、該スラリーの温度を５℃以上２０℃以下に維持しながら貯留する第１溶解槽と、該第１溶解槽から供給されたスラリーを固液分離する第１固液分離機と、該第１固液分離機で分離されたケークに温水を添加してスラリー化し、該スラリーの温度を４０℃以上６０℃以下に維持しながら貯留する第２溶解槽と、該第２溶解槽から供給されたスラリーを固液分離する第２固液分離機と、該第２固液分離機で分離されたろ液を冷却する冷却槽と、該冷却槽から排出されたスラリーを固液分離する第３固液分離機とを備え、該第３固液分離機で分離されたケーキ側に塩化カ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、焼却飛灰の水洗ろ液に混在しているＫＣｌ、ＮａＣｌ、ＣａＣｌ2の溶解度の相違を利用して純度の高いＫＣｌを含む工業塩を低コストで回収することができる。
上記塩化カリウムの回収装置は、さらに、前記第１溶解槽に炭酸ガスを添加する炭酸ガス添加装置を備えることができる。これにより、焼却飛灰に含まれるカルシウム分を炭酸カルシウムとしてスラリー中に析出させ、後段の設備内でカルシウムのスケールが発生して成長するのを抑制することができる。
上記塩化カリウムの回収装置は、さらに、前記第２固液分離機で分離されたろ液を蒸発乾燥させて塩化カリウムを回収する蒸発乾燥装置を備えることができる。これにより、純度の高いＫＣｌを含む粒状又は粉状の工業塩を得ることができる。
また、本発明は、焼却飛灰の処理装置であって、上記塩化カリウムの回収装置と、前記第２固液分離機で分離されたケークをセメント製造装置に搬送する搬送装置とを備えることを特徴とする。この処理装置によれば、純度の高いＫＣｌを含む工業塩を得ることができるとともに、水洗した焼却飛灰をセメント原料として有効利用することができる。
また、本発明は、塩化カリウムの回収方法であって、焼却飛灰に水を添加してスラリー化し、該スラリーの温度を５℃以上２０℃以下に維持しながら貯留し、該スラリーを固液分離して分離されたケークに温水を添加してスラリー化し、該スラリーの温度を４０℃以上６０℃以下に維持しながら貯留し、該スラリーを固液分離して分離されたろ液を冷却し、該冷却によって生成されたスラリーを固液分離して分離されたケーキ側に塩化カリウムを回収することを特徴とする。本発明によれば、上記発明と同様に、ＫＣｌ、ＮａＣｌ、ＣａＣｌ2の溶解度の相違を利用して純度の高いＫＣｌを含む工業塩を低コストで回収することができる。
上記塩化カリウムの回収方法において、前記５℃以上２０℃以下に維持しながら貯留するスラリーの固体濃度を５５質量％以上８５質量％以下、貯留時間を３０分以上１８０分以下とすることができる。
また、上記塩化カリウムの回収方法において、前記４０℃以上６０℃以下に維持しながら貯留するスラリーの固体濃度を６５質量％以上８０質量％以下、貯留時間を３０分以上１８０分以下とすることができる。
さらに、上記塩化カリウムの回収方法において、前記５℃以上２０℃以下に維持しながら貯留するスラリーに炭酸ガスを添加し、該スラリーに含まれるカルシウム分を析出させることができ、後段の工程でのスケールの成長を抑制することができる。
また、上記塩化カリウムの回収方法において、前記冷却によって生成されたスラリーを固液分離して分離されたケーキを蒸発乾燥させて塩化カリウムを回収することができる。
さらに、本発明は、焼却飛灰の処理方法であって、上記温度を４０℃以上６０℃以下に維持しながら貯留したスラリーを固液分離して分離されたケークをセメント原料として利用することを特徴とする。これにより、純度の高いＫＣｌを含む工業塩を得ることができるとともに、水洗した焼却飛灰をセメント原料として有効利用することができる。
以上説明したように、本発明によれば、焼却飛灰を処理する過程で、純度の高いＫＣｌを含む工業塩を低コストで回収することができる。
次に、本発明を実施するための形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。尚、以下の説明においては、本発明にかかる塩化カリウムの回収装置を焼却飛灰を水洗してセメント原料として利用する焼却飛灰の処理装置の一部として用いる場合を例にとって説明する。
図１は、本発明にかかる塩化カリウムの回収装置（以下、「回収装置」という）の一実施の形態を示し、この回収装置１は、都市ごみ焼却場等から排出された焼却飛灰Ｆを貯留するタンク２と、タンク２から供給された焼却飛灰Ｆに工水を添加してスラリー化して貯留する第１溶解槽３と、第１溶解槽３から供給されたスラリーＳ１を固液分離する第１脱水機（固液分離機）４と、第１脱水機４で分離されたケークＣ１に温水を添加してスラリー化して貯留する第２溶解槽５と、第２溶解槽５から供給されたスラリーＳ２を固液分離する第２脱水機６と、第２脱水機６で分離されたろ液Ｌ２を冷却する冷却槽１０と、冷却槽１０から排出されたスラリーＳ３を固液分離する第３脱水機１１と、第３脱水機１１から供給されたケークＣ３を蒸発乾燥させる蒸発乾燥装置８と、第１溶解槽３内のスラリーＳ１に炭酸ガスを添加する炭酸ガス添加装置９等を備える。
タンク２は、都市ごみ焼却場等から受け入れた焼却飛灰Ｆを貯留し、第１溶解槽３に供給するために設けられる。
第１溶解槽３は、焼却飛灰Ｆに工水を添加して撹拌羽根で撹拌してスラリー化し、焼却飛灰Ｆに含まれる水溶性塩素分を工水に溶解させるために備えられる。また、第１溶解槽３には、焼却飛灰Ｆと工水とを混合したスラリーＳ１に炭酸ガスを添加して炭酸カルシウムを析出させたり、後段で重金属類を除去するための炭酸ガス添加装置９が付設される。尚、第１溶解槽３に、炭酸ガスを含むセメントキルン排ガスを添加してもよい。
第１脱水機４は、第１溶解槽３からのスラリーＳ１を固液分離するために備えられ、ろ液Ｌ１にＫＣｌ、ＮａＣｌ及びＣａＣｌ2が溶解し、ケークＣ１にＫＣｌ及びＮａＣｌが含まれる。
第２溶解槽５は、第１脱水機４からのケークＣ１に温水を添加して撹拌羽根で撹拌してスラリー化し、ケークＣ１に含まれるＫＣｌ等を溶解させるために備えられる。
第２脱水機６は、第２溶解槽５からのスラリーＳ２を固液分離するために備えられ、ケークＣ２にＮａＣｌが残留し、ろ液Ｌ２にＫＣｌ及びＮａＣｌが含まれる。
冷却槽１０は、第２脱水機６からのろ液Ｌ２を撹拌羽根で撹拌しながら冷却し、ろ液Ｌ２に溶解しているＫＣｌの一部を析出させるために備えられる。
第３脱水機１１は、冷却槽１０からのスラリーＳ３を固液分離するために備えられ、ケークＣ３にＫＣｌを回収する。
また、回収装置１には、第３脱水機１１で分離されたろ液Ｌ３を第１溶解槽３に戻す循環ルート７と、ケークＣ３を蒸発乾燥させるための蒸発乾燥装置８と、第２脱水機６で分離したケークＣ２をセメント製造装置に搬送する搬送装置（不図示）が設けられる。
次に、上記構成を有する回収装置１の動作について、図１及び図２を参照しながら説明する。
受け入れた焼却飛灰Ｆをタンク２に貯留した後、第１溶解槽３に供給し、第１溶解槽３において焼却飛灰Ｆと別途第１溶解槽３に供給した工水とを混合撹拌してスラリーＳ１を生成し、焼却飛灰Ｆに含まれる水溶性塩素分を工水に溶出させる。また、炭酸ガス添加装置９によってスラリーＳ１に炭酸ガスを添加し、焼却飛灰Ｆに含まれるカルシウム分を炭酸カルシウムとしてスラリーＳ１中に析出させる。これは、後段の設備内でカルシウムのスケールが発生して成長するのを抑制するためである。
ここで、第１溶解槽３内のスラリーＳ１の温度を２０℃に維持しながら、貯留するスラリーＳ１の固体濃度を６０質量％とし、３０分以上１８０分以下貯留する。
第１溶解槽３内のスラリーＳ１に含まれるＫＣｌ、ＣａＣｌ2、ＮａＣｌの重量比は、約４：２：４の割合であり、スラリーＳ１の温度を２０℃に維持すると、図２に示すように、ＣａＣｌ2の溶解度は、４３ｇ／１００ｇであるのに対し、ＫＣｌの溶解度は、２６ｇ／１００ｇと低く、また、ＮａＣｌの溶解度はＫＣｌと略々同様であるため、スラリーＳ１に含まれるＣａＣｌ2が多く溶解し、ＫＣｌとＮａＣｌは略々同量が溶解する。
次に、第１溶解槽３内のスラリーＳ１を第１脱水機４に供給して固液分離する。上述のように、スラリーＳ１中にはＣａＣｌ2が多く溶解しているため、分離されたろ液Ｌ１にＣａＣｌ2が多く含まれ、ケークＣ１のＣａＣｌ2含有率は低い。また、ケークＣ１には、ＫＣｌとＮａＣｌが略々同量含まれる。
次に、ケークＣ１を第２溶解槽５に供給し、第２溶解槽５においてケークＣ１と別途第２溶解槽５に供給した温水とを混合撹拌してスラリーＳ２を生成し、ケークＣ１に含まれるＫＣｌとＮａＣｌを温水に溶解させる。
ここで、第２溶解槽５内のスラリーＳ２の温度を６０℃に維持しながら、貯留するスラリーＳ２の固体濃度を７４．８質量％とし、３０分以上１８０分以下貯留する。
スラリーＳ２の温度を６０℃に維持すると、図２に示すように、ＮａＣｌの溶解度は、２７ｇ／１００ｇであるのに対し、ＫＣｌの溶解度は、３２ｇ／１００ｇと高いため、ＫＣｌがＮａＣｌより多く溶解する。
次いで、第２溶解槽５内のスラリーＳ２を第２脱水機６に供給して固液分離する。上述のように、スラリーＳ２中にはＮａＣｌよりＫＣｌの方が多く溶解しているため、分離されたろ液Ｌ２には、ＮａＣｌよりＫＣｌの方が多く含まれる。
次に、ろ液Ｌ２を冷却槽１０に供給して２０℃に冷却する。ろ液Ｌ２の温度を２０℃に維持すると、図２に示すように、ＫＣｌの溶解度は、６０℃のときよりも２０℃のときの方が低いので、ろ液Ｌ２に溶解しているＫＣｌの一部が析出する。
次いで、冷却槽１０内のスラリーＳ３を第３脱水機１１に供給して固液分離する。上述のように、固液分離して得られたろ液Ｌ３には、ＫＣｌとＮａＣｌが略々同量含まれるとともに、ケークＣ３には析出したＫＣｌのみが残るため、このケークＣ３を蒸発乾燥装置８に導入して蒸発乾燥させることで、高純度のＫＣｌを含む工業塩を得ることができる。ろ液Ｌ３は、循環ルート７を用いて第１溶解槽３に戻す。
また、第２脱水機６で分離したケークＣ２を搬送装置（不図示）によってセメント製造装置に搬送し、セメント原料として利用することができる。
尚、上記実施の形態においては、回収装置１の動作が理解し易いように、第１溶解槽３内のスラリーＳ１の温度を２０℃、貯留するスラリーＳ１の固体濃度を６０質量％に、第２溶解槽５内のスラリーＳ２の温度を６０℃、 貯留するスラリーＳ２の固体濃度を７４．８質量％に、冷却槽１０におけるろ液Ｌ２の冷却温度を２０に各々所定の値に設定したが、これらの温度及び固体濃度は、所定の範囲内に設定することが可能である。具体的には、第１溶解槽３内のスラリーＳ１の温度を５℃以上２０℃以下、貯留するスラリーＳ１の固体濃度を５５質量％以上８５質量％以下に、第２溶解槽５内のスラリーＳ２の温度を４０℃以上６０℃以下、 貯留するスラリーＳ２の固体濃度を６５質量％以上８０質量％以下に設定することができる。
１ 塩化カリウムの回収装置
２ タンク
３ 第１溶解槽
４ 第１脱水機
５ 第２溶解槽
６ 第２脱水機
７ 循環ルート
８ 蒸発乾燥装置
９ 炭酸ガス添加装置
１０ 冷却槽
１１ 第３脱水機
２ タンク
３ 第１溶解槽
４ 第１脱水機
５ 第２溶解槽
６ 第２脱水機
７ 循環ルート
８ 蒸発乾燥装置
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１０ 冷却槽
１１ 第３脱水機
Claims (10)
- 焼却飛灰に水を添加してスラリー化し、該スラリーの温度を５℃以上２０℃以下に維持しながら貯留する第１溶解槽と、
該第１溶解槽から供給されたスラリーを固液分離する第１固液分離機と、
該第１固液分離機で分離されたケークに温水を添加してスラリー化し、該スラリーの温度を４０℃以上６０℃以下に維持しながら貯留する第２溶解槽と、
該第２溶解槽から供給されたスラリーを固液分離する第２固液分離機と、
該第２固液分離機で分離されたろ液を冷却する冷却槽と、
該冷却槽から排出されたスラリーを固液分離する第３固液分離機とを備え、
該第３固液分離機で分離されたケーキ側に塩化カリウムを回収することを特徴とする塩化カリウムの回収装置。 - さらに、前記第１溶解槽に炭酸ガスを添加する炭酸ガス添加装置を備えることを特徴とする請求項１に記載の塩化カリウムの回収装置。
- さらに、前記第２固液分離機で分離されたろ液を蒸発乾燥させて塩化カリウムを回収する蒸発乾燥装置を備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の塩化カリウムの回収装置。
- 請求項１、２又は３に記載の塩化カリウムの回収装置と、前記第２固液分離機で分離されたケークをセメント製造装置に搬送する搬送装置とを備えることを特徴とする焼却飛灰の処理装置。
- 焼却飛灰に水を添加してスラリー化し、該スラリーの温度を５℃以上２０℃以下に維持しながら貯留し、
該スラリーを固液分離して分離されたケークに温水を添加してスラリー化し、該スラリーの温度を４０℃以上６０℃以下に維持しながら貯留し、
該スラリーを固液分離して分離されたろ液を冷却し、
該冷却によって生成されたスラリーを固液分離して分離されたケーキ側に塩化カリウムを回収することを特徴とする塩化カリウムの回収方法。 - 前記５℃以上２０℃以下に維持しながら貯留するスラリーの固体濃度を５５質量％以上８５質量％以下、貯留時間を３０分以上１８０分以下とすることを特徴とする請求項５に記載の塩化カリウムの回収方法。
- 前記４０℃以上６０℃以下に維持しながら貯留するスラリーの固体濃度を６５質量％以上８０質量％以下、貯留時間を３０分以上１８０分以下とすることを特徴とする請求項５又は６に記載の塩化カリウムの回収方法。
- 前記５℃以上２０℃以下に維持しながら貯留するスラリーに炭酸ガスを添加し、該スラリーに含まれるカルシウム分を析出させることを特徴とする請求項５、６又は７に記載の塩化カリウムの回収方法。
- 前記冷却によって生成されたスラリーを固液分離して分離されたケーキを蒸発乾燥させて塩化カリウムを回収することを特徴とする請求項５乃至８のいずれかに記載の塩化カリウムの回収方法。
- 請求項５乃至９のいずれかに記載の、温度を４０℃以上６０℃以下に維持しながら貯留したスラリーを固液分離して分離されたケークをセメント原料として利用することを特徴とする焼却飛灰の処理方法。
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