JP6198241B2 - 粉塵の飛散防止方法およびそれに用いる粉塵の飛散防止剤 - Google Patents

Description

本発明は、粉塵の飛散防止方法およびそれに用いる粉塵の飛散防止剤に関する。さらに詳しくは、本発明は、炭素質物質、鉱物および無機物などの堆積物における粉塵の飛散防止、ひいてはそれらの移送設備への付着やそれによる移送設備の閉塞防止に有効な粉塵の飛散防止方法およびそれに用いる粉塵の飛散防止剤に関する。

製鉄所や火力発電所における石炭、コ―クス、鉄鉱石および石炭灰、造成地や採石現場における土砂は、通常、野積み状態で貯蔵されているため、風などにより微細な粉塵が空気中に飛散して作業環境や周囲環境の悪化を招くという問題があった。
従来から、このような粉塵の飛散防止対策として、大量の水散布を繰り返すことが行われているが、野積み堆積物の表面は通常疎水性であるため、粉塵の発生を効率的に防止することは困難であった。また、これらの移送設備においては、堆積物がホッパーを閉塞させたり、粉塵がベルトコンベアに付着するなどの問題も生じていた。

他方、近年、安定したエネルギー供給の観点から、安価な燃料源として石炭が見直され、とりわけ、今まで利用価値の低かった亜瀝青炭や褐炭などの低品位炭の需要が高まっている。しかしながら、これらの低品位炭は酸化され易く、サイロなどへの屋内貯蔵において長期間放置されると石炭堆積物内部への空気の流入により、石炭が酸化反応を起こし、その反応熱が蓄積され、石炭の自然発火に至るといった問題が発生する場合がある。
従来から、このような酸化防止対策として、内部温度が上昇する前に石炭山の積み直しや散水などの処置を施しているが、酸化を十分には防止することは困難であった。また、石炭の酸化は劣化、すなわち燃料源としてのカロリー減少であり、コストアップも問題となっている。

上記の諸問題に対して、粉塵飛散や酸化劣化の防止に関する対策が提案されている。
例えば、特開昭５６−６７３８５号公報（特許文献１）には、界面活性剤と多価アルコールとを水溶液にして散布する粉塵防止方法、特開昭５７−９８５７９号公報（特許文献２）には、特定の重量割合のポリオキシエチレン系非イオン界面活性剤、スルホン酸塩型またはカルボン酸塩型アニオン界面活性剤、および分子量約５００以下の２〜５価のポリオールからなる粉塵防止性組成物、特開平１−１１８５８９号公報（特許文献３）には、ジアルキルスルホコハク酸アンモニウム塩、ポリオキシエチレン系非イオン界面活性剤および多価アルコールを水溶液にして散布する石油コークスの粉塵防止方法が開示されている。
しかしながら、上記の水溶液や組成物では、堆積物への浸透性が不足し、粉塵抑制効果が不十分であるという欠点があった。

また、特開昭６３−１１２３０７号公報（特許文献４）には、特定の重量比のポリオキシプロピレン基とポリオキシエチレン基とを有するブロック共重合型のノニオン系界面活性剤と、ＳＢＲ系および／またはアクリル系エマルションラテックスとを野積石炭堆積物に順次均一に散布し樹脂保護層を形成して、堆積物への雨水浸透を防止する方法、すなわちグリコールと多価アルコールのアルキルエステル系非イオン界面活性剤との組み合わせの組成物が開示されている。さらに、特開平５−２６３０８６号公報（特許文献５）には、特定量のプロピレンオキシド基を含有しかつ特定の重量平均分子量を有するポリオキシアルキルフェニルエーテルと、塩基性を示す水溶性アミン化合物とを、特定の重量比で含む石炭の自然発火防止剤、すなわちオキシプロピレン基を含有するグリコールとポリオキシアルキルフェニルエーテル非イオン界面活性剤との組み合わせの組成物が開示されている。
しかしながら、上記の組成物もまた堆積物への浸透性が不足し、粉塵抑制効果も不十分であるという課題があった。

特開昭５６−６７３８５号公報 特開昭５７−９８５７９号公報 特開平１−１１８５８９号公報 特開昭６３−１１２３０７号公報 特開平５−２６３０８６号公報

そこで、本発明は、上記の従来技術の課題や現状に鑑みてなされたものであり、炭素質物質、鉱物および無機物などの堆積物における粉塵の飛散防止、ひいてはそれらの移送設備への付着やそれによる移送設備の閉塞防止に有効な粉塵の飛散防止方法およびそれに用いる粉塵の飛散防止剤を提供することを課題とする。

本発明者らは、上記課題を解決するために、ポリエチレングリコールの分子量に着目し鋭意研究を行った結果、特定の数平均分子量を有するポリエチレングリコールが特に優れた粉塵防止効果を有することを見出し、本発明を完成するに到った。
これまで当該技術分野において、粉塵防止成分としてのポリエチレングリコールの分子量が着目されたことはなく、特定の数平均分子量を有するポリエチレングリコールが特異的に優れた粉塵防止効果を有することは意外な事実である。

かくして、本発明によれば、粉塵防止成分として１０００〜２０００の数平均分子量を有するポリエチレングリコールを０．０１〜５質量％の割合で含有する水性溶液を、石炭コークスおよび鉄鉱石から選択される、温度５０℃以上２００℃以下の堆積物に接触させて、前記堆積物からの粉塵の飛散を防止することを特徴とする粉塵の飛散防止方法が提供される。
また、本発明によれば、上記の粉塵の飛散防止方法に用いられる粉塵防止剤が提供される。

本発明によれば、炭素質物質、鉱物および無機物などの堆積物における粉塵の飛散防止、ひいてはそれらの移送設備への付着やそれによる移送設備の閉塞防止に有効な粉塵の飛散防止方法およびそれに用いる粉塵の飛散防止剤を提供することができ、本発明は産業上極めて有用である。

本発明の粉塵の飛散防止方法は、次の少なくとも１つの要件を満たす場合、
水性溶液が第２の粉塵防止成分としてポリアクリル酸ナトリウム、ポリジアリルジメチルアンモニウムクロライド、エピクロロヒドリンおよびポリオキシエチレンラウリルエーテルから選択される少なくとも１種をさらに含有する場合に、
ポリエチレングリコールと第２の粉塵防止成分との質量割合が１００：１〜１：１である場合に、
水性溶液を堆積物に散布することにより、水性溶液を堆積物に接触させることからなる場合に、
堆積物が石炭、石炭コークスおよび鉄鉱石から選択される少なくとも１種である場合に、
上記の効果がさらに発揮される。

コークス粉の粉塵濃度および粉塵量を測定するための装置の概略図である。 コークス粉の強制飛散直後からの粉塵濃度の経時的変化を示す図である（試験例１）。 コークス粉の強制飛散から１５００秒後の荷重平均粉塵量（ＴＷＡ）を示す図である（試験例１）。 コークス粉の強制飛散直後からの粉塵濃度の経時的変化を示す図である（試験例３）。 コークス粉の強制飛散から１５００秒後の荷重平均粉塵量（ＴＷＡ）を示す図である（試験例３）。 鉄鉱石粉の強制飛散直後からの粉塵濃度の経時的変化を示す図である（試験例４）。

本発明の粉塵の飛散防止方法は、粉塵防止成分として１０００〜２０００の数平均分子量を有するポリエチレングリコールを０．０１〜５質量％の割合で含有する水性溶液を、炭素質物質、鉱物および無機物から選択される堆積物に接触させて、前記堆積物からの粉塵の飛散を防止することを特徴とする。

本発明の方法に用いる粉塵防止成分は、１０００〜２０００の数平均分子量を有するポリエチレングリコールである。
本発明において数平均分子量は、水酸基価から求めた値を意味する。
具体的には、数平均分子量は、例えば、国際規格ＩＳＯ１４９００：２００１に対応する日本工業規格ＪＩＳ １５５７−１：２００７、水酸基価の求め方のＡ法のような無水酢酸／ピリジン法により求めたポリエチレングリコールの水酸基価から求めた値を意味する。

ポリエチレングリコールの数平均分子量が上記の範囲であれば、優れた粉塵防止効果が発揮される。より好ましいポリエチレングリコールの数平均分子量は１０００〜１５００である。
ポリエチレングリコールには、実施例に記載されているような市販のものを用いることができる。

本発明の方法に用いる水性溶液は、粉塵防止成分を０．０１〜５質量％の割合で含有する。
粉塵防止成分の含有割合が０．０１質量％未満では、水溶液の散布量が増えて石炭や鉄鉱石などの堆積物の含水量が増加するため、移送設備への付着を容易にさせることがある。また、後段で乾燥などの加熱設備がある場合には、必要な熱量が増えるため燃料コストを増やすことがある。一方、粉塵防止成分の含有割合が５質量％を超えると、経済的理由で水溶液の散布量が十分にとれない場合、散布に斑ができて十分な粉塵塵防止効果が得られないことがある。

好ましい粉塵防止成分の含有割合は、得られる効果と経済性を考慮すると、０．０２〜１．０質量％であり、より好ましくは０．０３〜０．５質量％である。
水性溶液は、上記の含有割合になるように、粉塵防止成分を水などの溶媒で希釈することにより得ることができる。

本発明の方法に用いる水性溶液は、粉塵防止成分として少なくとも１種の第２の粉塵防止成分をさらに含有してもよく、このような第２の粉塵防止成分としては、ポリアクリル酸ナトリウム、ポリジアリルジメチルアンモニウムクロライド、エピクロロヒドリンおよびポリオキシエチレンラウリルエーテルが挙げられる。これらの第２の粉塵防止成分は、疎水性の堆積物を対象とする場合に、散布する水溶液が堆積物により馴染み易くなるという点で特に好ましい。

上記のポリオキシエチレンラウリルエーテル以外の高級アルコール系の界面活性剤も同様にポリエチレングリコールと併用することができる。
このような高級アルコール系の界面活性剤としては、ポリオキシエチレンアルキルエーテル、ポリオキシエチレンアルキルフェニルエーテル、ポリオキシエチレン脂肪酸エステル、ポリオキシエチレン多価アルコール脂肪酸エステル、ポリオキシエチレンアルキルアミン、ポリオキシエチレン脂肪酸アミドなどが挙げられる。

本発明の方法に用いる水性溶液は、粉塵防止成分を０．０１〜５質量％の割合で含有するが、少なくとも１種の第２の粉塵防止成分をさらに含有する場合には、粉塵防止成分の合計量として上記の割合で粉塵防止成分を含有する。
このとき、必須成分のポリエチレングリコールと第２の粉塵防止成分との質量割合は、好ましくは１００：１〜１：１、より好ましくは１０：１〜１：１である。
水性溶液が第２の粉塵防止成分をさらに含有する場合も、水性溶液は、上記の質量割合になるように、粉塵防止成分を水などの溶媒で希釈することにより得ることができる。

本発明の方法では、水性溶液を堆積物に接触させるが、その方法は特に限定されず、堆積物の状態や周辺の状況などにより適宜選択すればよい。均一な粉塵の飛散防止効果を得る点や作業性などの点で、水性溶液を前記堆積物に散布するのが好ましく、均一に散布されるように噴霧するのが特に好ましい。
本発明の方法では、２種以上の粉塵防止成分をそれぞれ別々の水性溶液として調製し、同時または別々に堆積物に接触させてもよいが、均一な粉塵の飛散防止効果を得る点や作業性などの点で、一液の水性溶液を調製し、堆積物に接触させるのが好ましい。

本発明の方法において堆積物に接触させる水性溶液の量は、対象となる堆積物の種類や飛散することが予想される粉塵量などに応じて、また経済性を考慮して、適宜設定すればよい。

本発明の方法の飛散防止対象となる堆積物は、炭素質物質、鉱物および無機物から選択される。具体的には、石炭、石炭コークス、鉱石、鉄鉱石、砕石、土砂などが挙げられる。
これらの中でも、本発明の優れた効果が特に得られ易いことから、石炭、石炭コークスおよび鉄鉱石から選択される少なくとも１種が特に好ましい。すなわち、本発明の方法によれば、石炭コークスからのコークス粉および鉄鉱石からの鉄鉱石粉の飛散を効率的に防止することができる。
堆積物の粉塵の平均粒径は、その種類にも因るが、例えばコークス粉の場合、４５〜６５μｍ程度である。
堆積物の温度は５０℃以上、ベルトコンベアで輸送されてくるコークス粉の場合、１５０〜２００℃程度が一般的である。

本発明を試験例により具体的に説明するが、本発明はこれらの試験例により限定されるものではない。
試験例では次表の化合物を使用した。

試験例１（コークス粉の飛散防止効果確認試験）
試験検体数の金属製容器（１５０ｍｍ×１００ｍｍ×高さ３０ｍｍ、容積４５０ｍＬ）のそれぞれに、某製鉄所において採取したコークス粉（平均粒径４５〜６５μｍ程度）２５０ｇを入れた。
次いで、予め調製しておいた表１に示す薬剤Ｎｏ．１〜７の５質量％水溶液２５ｍＬ（コークス粉の質量に対して０．５質量％）を金属製容器に収めたコークス粉に市販の噴霧器を用いて混合（薬剤水溶液を噴霧）し、温度１００℃に設定した恒温槽に約１時間静置して、コークス粉を乾燥させた。
比較として、薬剤水溶液の処理なし（Ｂｌａｎｋ）および薬剤水溶液の代わりに同量の水を用いたもの（Ｗａｔｅｒ）を試験した。

次いで、図１に示すコークス粉の粉塵濃度（ｍｇ／ｍ³）および粉塵量（ｍｇ／ｍ³）を測定するための装置に乾燥させたコークス粉を約２５０ｇ設置し、これに向けて吐出空気量１８Ｌ／分で３秒間送風し、コークス粉を強制的に飛散させ、その直後から２５分（１５００秒）間、経時的に粉塵濃度および粉塵量を測定して各薬剤の飛散防止効果を評価した。得られた結果を図２および３に示す。

図１の装置は、プラスチック容器１（３００ｍｍ×１５０ｍｍ×高さ２５０ｍｍ、容積１１２５０ｍＬ）の本体からなる。プラスチック容器１の上面には、エアコンプレッサー２（ＫＮＯ社製、型番：０２−０４Ｎ）を用いてコークス粉に送風するための送風孔３（エアコンプレッサー２のノズル径２．０ｍｍ）が設けられ、プラスチック容器１の長辺に対して送風孔３と対峙する位置に、粉塵計４（トランステック株式会社製、型式：ダストトラックII ＨＣ−Ｍｏｄｅｌ８５３１）のセンサー部を設置するためのプラスチック容器１内部に通じる筒５（内径４０ｍｍ×長さ５００ｍｍ）が設けられ、さらにプラスチック容器１の下面における送風孔３の直下には、コークス粉の飛散を補助するための傾斜６が設けられている。

傾斜６は、プラスチック容器１の下面に、送風孔３と筒５とを結ぶ直線に対して直交する方向にプラスチック容器１の側面まで伸び、送風孔３側のプラスチック容器１の側面（下面からの高さ３０ｍｍ）から筒５側のプラスチック容器１の下面（鉛直方向の長さ１５０ｍｍ）に向かって下降するように設けられている。
また、筒５の上部の先端には、粉塵計４のセンサー部を設定するための測定口７（内径１０ｍｍ）が設けられている。
測定では，図１の図番８にコークス粉を設置し，送風孔３より送風した。

図２は、コークス粉の強制飛散直後からの粉塵濃度の経時的変化を示す図である（１５００秒（ｓ）まで）。
図２によれば、コークス粉の飛散防止効果は、優れた薬剤から、Ｎｏ．３＞Ｎｏ．４＞Ｎｏ．５＞Ｎｏ．７＞Ｎｏ．６＞Ｎｏ．１≒Ｎｏ．２＞Ｂｌａｎｋ＝Ｗａｔｅｒの順であることがわかる。
図３は、コークス粉の強制飛散から１５００秒後の荷重平均粉塵量（ＴＷＡ）を示す図である。
図３によれば、数平均分子量がそれぞれ１０００、１４５０および２０００のポリオキシエチレングルコールを含む薬剤Ｎｏ．３〜５が特に優れたコークス粉の飛散防止効果を有することがわかる。
Ｂｌａｎｋの粉塵量を１００としたとき、薬剤Ｎｏ．３〜５の粉塵量は７０程度であり、粉塵量の３０％の低下は、薬剤によって発塵自体が抑えられたことを意味し、粉塵の飛散防止において極めて有効であることがわかる。

試験例２（コークス粉の飛散防止効果確認試験）
某製鉄所のコークスの移送コンベアにおいて、表２に示す条件の薬剤水溶液を散布し、下流のコンベア切り替え部における発塵の具合を粉塵計（トランステック株式会社製、型式：ダストトラックII ＨＣ−Ｍｏｄｅｌ８５３１）を用いて連続測定を行った。
比較として、薬剤水溶液の処理なし（Ｂｌａｎｋ）および薬剤水溶液の代わりに同量の水を用いたもの（Ｗａｔｅｒ）を試験した。得られた結果を表２に示す。

表２によれば、Ｎｏ．３のみの薬剤水溶液を粉塵防止成分として０．０１質量％以上含む条件で十分な抑制効果を発揮することがわかる。また、Ｎｏ．３と公知の界面活性剤Ｎｏ．９やＮｏ．１０との組み合わせにより、さらに優れたコークス粉の飛散防止効果を発揮することがわかる。

試験例３（コークス粉の飛散防止効果確認試験）
薬剤水溶液として、表１に示す薬剤Ｎｏ．３の５質量％水溶液に、表１に示す公知の界面活性剤Ｎｏ.８〜９および１２の５質量％水溶液をそれぞれ加えて調製した混合水溶液（混合割合１：１、粉塵防止成分５質量％）、ならびに表１に示す公知の界面活性剤Ｎｏ.１０および１１の０．５質量％水溶液をそれぞれ加えて調製した混合水溶液（混合割合１０：１、粉塵防止成分２．７５質量％）を用いること以外は、試験例１と同様にして各薬剤の飛散防止効果を評価した。得られた結果を図４および５に示す。

図４は、コークス粉の強制飛散直後からの粉塵濃度の経時的変化を示す図である（１５００秒（ｓ）まで）。
図４によれば、コークス粉の飛散防止効果は、優れた薬剤から、（Ｎｏ．３＋Ｎｏ．９）＞（Ｎｏ．３＋Ｎｏ．１０）＞（Ｎｏ．３＋Ｎｏ．８）＞（Ｎｏ．３＋Ｎｏ．１１）＞（Ｎｏ．３＋Ｎｏ．１２）＞Ｎｏ．３の順であることがわかる。
図５は、コークス粉の強制飛散から１５００秒後の荷重平均粉塵量（ＴＷＡ）を示す図である。
図５によれば、数平均分子量１０００のポリオキシエチレングルコール薬剤Ｎｏ．３と公知の界面活性剤Ｎｏ.８〜１２との組み合わせにより、さらに優れたコークス粉の飛散防止効果を発揮することがわかる。

試験例４（鉄鉱石粉の飛散防止効果確認試験）
コークス粉の代わりに、某製鉄所から採取した鉄鉱石粉（平均粒径４５〜６５μｍ程度）を用いること以外は、試験例１と同様にして各薬剤の飛散防止効果を評価した。但し、Ｎｏ．１およびＮｏ．３〜６の薬剤水溶液ならびに（Ｎｏ．３＋Ｎｏ．１０）の混合水溶液、比較としてＢｌａｎｋおよびＷａｔｅｒについてのみ試験した。得られた結果を図６に示す。

図６は、鉄鉱石粉の強制飛散直後からの粉塵濃度の経時的変化を示す図である。
図６によれば、コークス粉の飛散防止効果は、優れた薬剤から、（Ｎｏ．３＋Ｎｏ．１０）＞Ｎｏ．３＞Ｎｏ．４＞Ｎｏ．５＞Ｎｏ．６＞Ｎｏ．１＞Ｗａｔｅｒ＞Ｂｌａｎｋの順であること、本発明の粉塵の飛散防止剤は、コークス粉と同様に鉄鉱石粉に対しても飛散防止効果を発揮することがわかる。

なお、実機で試験した結果、１００〜２００℃のコークス粉や鉄鉱石粉（焼結鉱粉も含む）に対して、粉塵飛散の抑制効果が確認できた。

１ プラスチック容器
２ エアコンプレッサー
３ 送風孔
４ 粉塵計
５ 筒
６ 傾斜
７ 測定口
８ コークス粉

Claims (5)

1. 粉塵防止成分として１０００〜２０００の数平均分子量を有するポリエチレングリコールを０．０１〜５質量％の割合で含有する水性溶液を、石炭コークスおよび鉄鉱石から選択される、温度５０℃以上２００℃以下の堆積物に接触させて、前記堆積物からの粉塵の飛散を防止することを特徴とする粉塵の飛散防止方法。
2. 前記水性溶液が、第２の粉塵防止成分としてポリアクリル酸ナトリウム、ポリジアリルジメチルアンモニウムクロライド、エピクロロヒドリンおよびポリオキシエチレンラウリルエーテルから選択される少なくとも１種をさらに含有する請求項１に記載の粉塵の飛散防止方法。
3. 前記ポリエチレングリコールと第２の粉塵防止成分との質量割合が、１００：１〜１：１である請求項２に記載の粉塵の飛散防止方法。
4. 前記水性溶液を前記堆積物に散布することにより、前記水性溶液を前記堆積物に接触させることからなる請求項１〜３のいずれか１つに記載の粉塵の飛散防止方法。
5. 請求項１〜４のいずれか１つに記載の粉塵の飛散防止方法に用いられる粉塵防止剤。