JP6205111B2 - ダストの洗浄処理方法 - Google Patents
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Description
この塩素バイパス設備は、セメントキルンから塩素を含む燃焼ガスの一部を抽気して冷却する設備であって、前記燃焼ガスに含まれる塩素化合物は、冷却によって固化して塩素バイパスダストと呼ばれるダストとなって、セメント製造設備外へ排出される。
この塩素バイパスダストから塩素成分を除去してセメント原料として再利用することが行われている。
特許文献1には、塩素バイパスダストを粗粉と微粉とに分離して、塩素の付着量が少ない粗粉をセメント原料としてキルンに戻すことが記載されている。
特許文献2乃至4には、液体成分から、鉛等の金属を沈殿濾過等の方法で回収する方法が記載されているが、かかる方法では前記のように多種類の金属を十分に除去することは難しい。
鉛、銅、亜鉛、カドミウム、水銀、セレン及びタリウムを含むダストと水とを混合してスラリーを得る混合工程と、
前記スラリーを液体成分と固体成分とに分離する固液分離工程と、
前記液体成分における鉛、銅、亜鉛、カドミウム、水銀及びタリウムに対して硫黄が当量比1.0を超え2.0未満になるように、前記液体成分に硫黄化合物を添加して沈殿物を形成した後、該沈殿物と上澄み水とを固液分離する第一沈殿工程と、
前記第一沈殿工程で得られた上澄み水に、第一鉄イオン源を添加して沈殿物を形成した後、該沈殿物と上澄み水とを固液分離する第二沈殿工程とを備えるダストの洗浄処理方法であって、
更に、前記固液分離工程の後、前記硫黄が前記当量比になるように前記硫黄化合物を添加するために、前記液体成分に含まれる鉛、銅、亜鉛、カドミウム、水銀、タリウム及び硫黄の含有量を測定する工程を備える。
さらに、前記液体成分における鉛、銅、亜鉛、カドミウム、水銀及びタリウムに対して硫黄が当量比1.0を超え2.0未満になるように、前記液体成分に硫黄化合物を添加して、沈殿物と上澄み水とに分離する第一沈殿工程を実施することで、前記固液分離工程において分離された液体成分中の鉛、銅、亜鉛、カドミウム、水銀及びタリウムを硫化物として沈殿させて回収することができる。
また、前記第一沈殿工程で得られた上澄み水に、第一鉄イオンを添加して、さらに、沈殿物と上澄み水とに分離する第二沈殿工程を実施することで、前記第一沈殿工程の上澄み水に含まれるセレンを還元して沈殿物として回収することができる。同時に、前記第一沈殿工程で添加した硫黄化合物中に含まれる硫黄が上澄み水中に残存している場合にも、硫化鉄として沈殿させて上澄み水から除去することができる。
本実施形態のダストの洗浄処理方法は、鉛、銅、亜鉛、カドミウム、水銀、セレン及びタリウムを含むダストと水とを混合してスラリーを得る混合工程と、
前記スラリーを液体成分と固体成分とに分離する固液分離工程と、
前記液体成分における鉛、銅、亜鉛、カドミウム、水銀及びタリウムに対して硫黄が当量比1.0を超え以上2.0未満になるように、前記液体成分に硫黄化合物を添加して、沈殿物と上澄み水とに分離する第一沈殿工程と、
前記第一沈殿工程で得られた上澄み水に、第一鉄イオンを添加して沈殿物と上澄み水とに分離する第二沈殿工程とを実施する方法である。
本実施形態の洗浄処理方法で処理されるダストは、鉛、銅、亜鉛、カドミウム、水銀、セレン及びタリウムを含むダストであれば、どのようなものであってもよいが、かかるダストとしては、例えば、セメント製造設備から排出されるダスト等が挙げられる。
より具体的には、セメントキルンの内部で発生する高濃度に塩素を含む高温(300℃〜900℃)の燃焼ガスをキルンから抽気し、熱交換機で150〜300℃に冷却することで得られる脱塩バイパスダスト等が挙げられる。
前記ダストは、前記燃焼ガスをそのまま冷却して得られるものであってもよく、あるいは、前記燃焼ガスを、サイクロンやバグフィルタ等で除塵処理を行ってから冷却して得られるダストであってもよい。
前記ダストには、原料の廃棄物由来の鉛、銅、亜鉛、カドミウム、水銀、セレン及びタリウム等の金属が含有されており、本実施形態の洗浄処理方法で処理するダストとして適している。
まず、前記ダストと水とを溶解槽に入れて混合する。
本実施形態において、前記水としては、15℃〜30℃の水を用いることが好ましい。かかる温度範囲の水を用いることで、ダストに含まれる塩素、および前記各金属が溶出しやすくなる。
次に、前記混合工程で得られたスラリーを、液体成分と固体成分とに分離する固液分離工程を実施する。
前記スラリーは前記溶解槽から、フィルタープレス等の固液分離装置に導入して、液体成分と固体成分とに分離する。
従って、かかる固体成分は、必要に応じて、セメント製造設備(例えば、キルン)へ戻してセメント原料として再利用することができる。
尚、前記固液分離装置において分離された固体成分には、さらに水を1から10リットル/kg程度添加し、洗浄してから、前記セメント原料として再利用してもよい。
一方、前記固液分離工程で得られた鉛、銅、亜鉛、カドミウム、水銀、セレン、タリウムなどが含まれている前記液体成分は、反応沈殿槽に導入して、第一沈殿工程を実施する。
前記反応沈殿槽内の前記液体成分に硫黄化合物を添加して、前記液体成分を沈殿物と上澄み水とに分離する。
鉛:Pb→PbS
銅:Cu→Cu2S、CuS
亜鉛:Zn→ZnS
カドミウム:Cd→CdS
水銀:Hg→HgS
タリウム:Tl→Tl2S
前記当量比の範囲内であれば、確実に前記各金属を沈殿させることができると同時に、必要以上に硫黄化合物を添加することを抑制でき、余剰の硫黄化合物を除去する手間を最小限に抑制できる。
尚、前記当量比になるように、前記硫黄化合物を添加するためには、例えば、前記固液分離工程後に、得られた前記液体成分をサンプリングして、液体成分に含まれる各金属および硫黄の含有量を測定しておくことが好ましい。
前記固体成分には前記各金属が硫化物として高濃度で含まれているため、これらの金属を回収して再利用してもよい。
次に、前記第一沈殿工程で得られた上澄み水を、さらに別の反応沈殿槽に導入して、第二沈殿工程を実施する。
前記第一沈殿工程で得られた上澄み水にはセレンが含まれている。
また、反応しきれなかった硫黄化合物が残存している場合もある。
かかる上澄み水に、さらに、第一鉄イオンを添加して、セレンおよび必要に応じて残存している硫黄化合物を除去する。
前記上澄み水中に含まれる、セレンは通常、4価セレンおよび6価セレンの形で存在しているが、このうち6価セレンはそのままでは沈殿しにくい。しかし、第一鉄イオン(2価鉄イオン)を添加すると、該鉄イオンによって還元され4価のセレンとなり、沈殿しやすくなる。
前記塩化第一鉄の濃度は、例えば、上澄み水中のセレン濃度が1ppmの場合にであって、さらに、硫化物由来の硫黄の濃度が250ppm〜1000ppm程度含まれている場合には、塩化第一鉄は7500ppm〜15000ppm程度添加することが好ましい。
かかる範囲のpHであれば、第一鉄イオンの形で液中に鉄イオンが存在しやすいため、6価セレンを4価セレンに還元しやすい。
前記pHの範囲に調整するためには、塩酸、硫酸、硝酸等の無機酸や、アスコルビン酸の有機酸等を酸性のpH調整剤として添加することが好ましい。
前記pHの範囲において、セレンは鉄イオンによって還元されやすい。
かかる範囲のpHであれば、鉄イオンから生じた沈殿性の鉄化合物と、前記析出したセレンとが共沈しやすくなる。
前記pHの範囲に調整するためには、水酸化カルシウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム等をアルカリ性のpH調整剤として添加することが好ましい。
前記アルカリ性のpH調整剤を添加することで、前記鉄イオンと反応して、沈殿性の水酸化鉄が生じるため、よりセレンと共沈しやすくなる。
この場合には、キレート剤を添加するキレート処理、濾過処理、あるいはさらに薬品を添加して不要な成分を沈殿させる沈殿処理等を行ってもよい。
かかる処理を行うことで、より上澄み水中の不純物を除去することができ、上澄み水を排出した際の環境への負荷を低減することができる。
前記上澄み水は、そのまま処理済みの排水として排出してもよいが、さらに、必要に応じて脱塩処理工程を実施してもよい。例えば、ダスト中に含まれている塩素を除去する場合には、かかる脱塩処理を行なうことで塩素を除去できる。
本実施形態における脱塩処理としては、例えば、前記上澄み水をイオン交換膜に透過させて、塩素を含む濃縮水と、脱塩水とに分離して、前記脱塩水を処理水として回収し、排出することで、より環境への影響が少なくできる。
尚、前記脱塩処理工程は、前記第二沈殿工程の前に実施してもよく、さらには、第一沈殿工程の前に実施してもよい。
Pb:23000ppm
Cu: 5000ppm
Zn: 3000ppm
Cd: 200ppm
Hg: 10ppm
Tl: 2000ppm
Se: 200ppm
前記ダストを、溶解槽に1kg入れ、10Lの水(重量比10倍)をさらに添加後、25℃、30分間攪拌して混合し、スラリーとした。該スラリー中の各金属濃度を前記原子吸光分析装置で測定したところ、以下のとおりであった。
スラリー1
Pb:1800ppm
Cu: 400ppm
Zn: 250ppm
Cd: 2ppm
Hg: 0.5ppm
Tl: 150ppm
Se: 1ppm
前記反応槽において、NaSH水溶液(10重量%)を添加した。このNaSH水溶液の添加量は、予め、液体成分中のPb、Cu、Zn、Cd、Hg、Tlおよび硫黄の濃度を測定しておき、前記金属に対する硫黄の当量比が、1.0、1.2、1.5、2.0となるように計算することで定めた。
前記NaSHを添加後、25℃で10分間放置し、上澄み液を前記フィルタープレス機で固液分離した
前記NaSHを各当量比になるように変えて処理した場合の固液分離された液体成分中の各金属濃度を前記原子吸光分析装置で測定した結果を表1に示す。
スラリー2
Pb: 300ppm
Cu:1300ppm
Zn: 600ppm
Cd: 3ppm
Hg: 0.5ppm
Tl: 60ppm
次に、前記試験1において硫黄当量比1.5で処理した液体成分を、さらに、別の反応槽へ導入し、第一鉄化合物としての第一塩化鉄を添加し、塩酸を用いてpHを4に調整した後25℃、60分間攪拌した。
この時の、第一塩化鉄の添加量は、5000、7500、10000、15000(ppm)となるようにした。
この液体成分のpHを水酸化ナトリウム溶液を用いて8.5に調整したのち、2時間静置し、上澄みをフィルタープレスで濾過した濾液中のSe濃度を前記原子吸光分析装置で測定した結果を表3に示す。
Claims (3)
- 鉛、銅、亜鉛、カドミウム、水銀、セレン及びタリウムを含むダストと水とを混合してスラリーを得る混合工程と、
前記スラリーを液体成分と固体成分とに分離する固液分離工程と、
前記液体成分における鉛、銅、亜鉛、カドミウム、水銀及びタリウムに対して硫黄が当量比1.0を超え2.0未満になるように、前記液体成分に硫黄化合物を添加して沈殿物を形成した後、該沈殿物と上澄み水とを固液分離する第一沈殿工程と、
前記第一沈殿工程で得られた上澄み水に、第一鉄イオン源を添加して沈殿物を形成した後、該沈殿物と上澄み水とを固液分離する第二沈殿工程とを備えるダストの洗浄処理方法であって、
更に、前記固液分離工程の後、前記硫黄が前記当量比になるように前記硫黄化合物を添加するために、前記液体成分に含まれる鉛、銅、亜鉛、カドミウム、水銀、タリウム及び硫黄の含有量を測定する工程を備えるダストの洗浄処理方法。 - 前記硫黄化合物が、硫化水素、硫化水素ナトリウム、硫化ナトリウムおよび四硫化ナトリウムからなる群から選択される1種以上である請求項1に記載のダストの洗浄処理方法。
- 前記第二沈殿工程において、前記第一鉄イオン源として塩化第一鉄を添加する請求項1又は2に記載のダストの洗浄処理方法。
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