JP6226776B2

JP6226776B2 - 焼却灰のセメント原料化方法及び原料化装置

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Publication number: JP6226776B2
Application number: JP2014038246A
Authority: JP
Inventors: 慶展辰巳; 瞬新島; 雄哉佐野
Original assignee: Taiheiyo Cement Corp
Current assignee: Taiheiyo Cement Corp
Priority date: 2014-02-28
Filing date: 2014-02-28
Publication date: 2017-11-08
Anticipated expiration: 2034-02-28
Also published as: JP2015160787A

Description

本発明は、都市ごみ等を焼却した際に発生する焼却灰をセメント原料として資源化する方法及び装置に関する。

都市ごみ等を焼却した際に発生する焼却灰（主灰、飛灰、混合灰等、以下「焼却灰」という。）は、従来、そのほとんどが最終処分場で埋め立て処理されていたが、最終処分場の枯渇の虞に鑑み、近年、セメント原料として有効利用されている。

しかし、焼却灰には塩素が含まれ、この塩素がセメント品質の低下や、セメント製造装置の安定運転を妨げるため、セメント原料として利用するには予め塩素を除去する必要がある。尚、塩素濃度や塩素の存在形態は焼却灰によって異なる。

そこで、焼却灰に水を加えて焼却灰を破砕しながら撹拌して焼却灰スラリーとする解砕工程と、その焼却灰スラリーを選別用篩いに通して過大固形物を除去する脱水・すすぎ工程を有する洗浄方法（特許文献１参照）や、受け入れた焼却灰全量を粉砕し、酸を用いてフリーデル氏塩を分解・洗浄する方法（特許文献２参照）等が提案されている。

特開２０１２−１６６１７０号公報特開１９９９−３１９７６９号公報

しかし、特許文献１に記載のようなセメント原料化方法では、焼却灰中にフリーデル氏塩のような難溶性塩が多量に含まれている場合には、洗浄による脱塩効果が低下するという問題がある。

また、特許文献２に記載のように、焼却灰の全量を粉砕した後、酸で処理するには、粉砕設備等の規模が大型化すると共に、エネルギーコストが高騰するという問題がある。

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抑えながら効率よく焼却灰をセメント原料化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、焼却灰のセメント原料化方法であって、焼却灰にマイクロ波を照射し、該マイクロ波を照射した焼却灰に水を添加してスラリー化し、該スラリーに、酸性ガスとして塩素バイパス設備の排ガスを添加し、該酸性ガスを添加した後のスラリーを固液分離し、該固液分離によって得られたケーキをセメント原料として利用することを特徴とする。

本発明に係るセメント原料化方法によれば、焼却灰を水洗する前に、焼却灰にマイクロ波を照射して焼却灰に含まれる難溶性塩を分解（可溶化）するため、焼却灰中に難溶性塩が多量に含まれている場合でも効率よく脱塩することができる。また、受け入れた焼却灰の全量を粉砕したり、解砕や表面研削を行わないため、微粒子が増加せず、水洗水量を少なく抑えることができ、水洗比や重金属類の処理のための薬剤の量も低減することができ、設備コストや運転コストを低く抑えながら効率よく焼却灰をセメント原料化することができる。また、該スラリーに、酸性ガスとして塩素バイパス設備の排ガスを添加し、該酸性ガスを添加した後のスラリーを固液分離し、該固液分離によって得られたケーキをセメント原料として利用することができる。これによって、スラリーに残留する難溶性塩を脱塩し、スラリーの塩素濃度をさらに低下させると共に、塩素バイパス排ガスからＳＯ ₂ を除去することができる。

上記セメント原料化方法において、前記マイクロ波を照射した焼却灰１重量部に対して０．５重量部以上１０．０重量部以下の量の水を用いてスラリー化することができる。

また、前記酸性ガス又は酸を添加したスラリーのｐＨを４以上１２以下に調整することで、後段の排水工程を簡略化することができる。

さらに、前記マイクロ波を照射した焼却灰に水を添加して生成したスラリー、又は前記酸性ガス又は酸を添加した後のスラリーを分級し、該分級によって得られた粗粒子を含むスラリー及び微粒子を含むスラリーを各々固液分離し、該固液分離によって得られた各々のケーキをセメント原料として利用することができる。これによって、酸性ガス又は酸を添加した後のスラリーを固液分離するにあたり、装置等を小型化することができる。

さらにまた、本発明は、焼却灰のセメント原料化装置であって、焼却灰にマイクロ波を照射するマイクロ波照射装置と、該マイクロ波を照射した焼却灰に水を添加してスラリー化する混合槽と、該スラリーに、酸性ガスとして塩素バイパス設備の排ガスを添加する酸性ガス供給装置と、該酸性ガスを添加した後のスラリーを固液分離する固液分離装置とを備えることを特徴とする。

本発明によれば、上記発明と同様に、焼却灰中に難溶性塩が多量に含まれている場合でも効率よく脱塩することができ、水洗水量を少なく抑えることで、設備コストや運転コストを低く抑えながら効率よく焼却灰をセメント原料化することができる。また、スラリーに残留する難溶性塩を脱塩し、スラリーの塩素濃度をさらに低下させると共に、塩素バイパス排ガスからＳＯ ₂ を除去することができる。

以上のように、本発明によれば、設備コスト及び運転コストを低く抑えながら焼却灰をセメント原料化することができる。

本発明にかかるセメント原料化装置の一実施の形態を示す全体構成図である。

次に、本発明に係るセメント原料化装置の一実施の形態について、図１を参照しながら説明する。尚、図１において、実線の矢線は固体（スラリーを含む）の流れを、一点鎖線の矢線は液体の流れを、破線の矢線は気体の流れを各々示している。尚、以下の説明では、主灰を処理する場合を例にとって説明する。

図１に示すように、このセメント原料化装置１は、受け入れた主灰Ａ１にマイクロ波を照射するマイクロ波照射装置２と、マイクロ波を照射した後の主灰Ａ２をスラリー化して酸性ガスＧ１と反応させる混合槽３と、混合槽３から排出されたスラリーＳ１を粗粒子を含むスラリー（以下「粗粒子スラリー」という。）Ｓ２と、微粒子を含むスラリー（以下「微粒子スラリー」という。）Ｓ３とに分級する湿式分級装置４と、湿式分級装置４で分級された粗粒子スラリーＳ２を脱水する第１固液分離装置５と、微粒子スラリーＳ３を脱水する第２固液分離装置６等で構成され、第１固液分離装置５及び第２固液分離装置６からのケーキＣ１、Ｃ２をセメントキルン７でセメント原料として利用する。

マイクロ波照射装置２は、受け入れた主灰Ａ１にマイクロ波を照射する一般的なマイクロ波照射装置であって、例えば、主灰Ａ１を混合槽３へ搬送する際に、ベルトコンベア等に載置された主灰Ａ１にマイクロ波を照射したり、回転するドラムの上部にマイクロ波照射部が設けられ、ドラムの中の主灰Ａ１を撹拌しながらマイクロ波照射部から主灰Ａ１にマイクロ波を照射する装置等を用いることができる。尚、マイクロ波とは、波長が０．３〜３０ｃｍ程度、周波数では１〜１００ＧＨｚ程度の電磁波である。

混合槽３は、バッチ式や連続式の曝気槽等であって、マイクロ波を照射した後の主灰Ａ２に第１固液分離装置５及び第２固液分離装置６からのろ液Ｆ１及び／又はＦ２及び／又は洗浄後の洗浄水Ｗ３、Ｗ４等を添加してスラリー化した後、酸性ガスＧ１と反応させるために設けられる。この酸性ガスＧ１として、ＣＯ_２を多く含むセメントキルンの排ガスやＳＯ_２を多く含む塩素バイパス設備の排ガスを供給してもよい。

湿式分級装置４は、振動篩又はトロンメル等であって、混合槽３からのスラリーＳ１を粗粒子スラリーＳ２と、微粒子スラリーＳ３とに分級するために設けられる。

第１固液分離装置５及び第２固液分離装置６は、フィルタープレス、ベルトフィルター等であって、湿式分級装置４から排出された粗粒子スラリーＳ２、微粒子スラリーＳ３の各々にケーキ洗浄水（新規水）Ｗ１、Ｗ２を添加し、洗浄しながら固液分離するために備えられ、粗粒子スラリーＳ２をケーキＣ１とろ液Ｆ１とに分離し、微粒子スラリーＳ３をケーキＣ２とろ液Ｆ２とに分離する。

次に、上記構成を有するセメント原料化装置１の動作について、図面を参照しながら説明する。

金属、ガラ等を除去した後の主灰Ａ１をマイクロ波照射装置２に供給し、主灰Ａ１にマイクロ波を照射して主灰Ａ１に含まれる難溶性のフリーデル氏塩を分解（可溶化）する。

尚、フリーデル氏塩とは、化学式で表すと、３ＣａＯ・Ａｌ_２Ｏ_３・ＣａＣｌ_２・１０Ｈ_２Ｏであり、下記のように、アルミン酸三石灰（３ＣａＯ・Ａｌ_２Ｏ_３）が水和反応の際に塩化物イオンを取り込んで生成される塩である。

３ＣａＯ・Ａｌ_２Ｏ_３＋ＣａＣｌ_２＋１０Ｈ_２Ｏ→３ＣａＯ・Ａｌ_２Ｏ_３・ＣａＣｌ_２・１０Ｈ_２Ｏ
このフリーデル氏塩にマイクロ波を照射することで、３ＣａＯ・Ａｌ_２Ｏ_３・ＣａＣｌ_２・１０Ｈ_２Ｏ → ３ＣａＯ・Ａｌ_２Ｏ_３・６Ｈ_２Ｏ＋ＣａＣｌ_２＋４Ｈ_２Ｏ↑のように分解する。

次に、混合槽３において、マイクロ波照射装置２からの主灰（Ａ２）１重量部に対して０．５重量部〜１０．０重量部の量の水（第１固液分離装置５からのろ液Ｆ１、第２固液分離装置６からのろ液Ｆ２、洗浄後の洗浄水Ｗ３、Ｗ４等）を添加してスラリー化した後、スラリーを酸性ガスＧ１と反応させ、スラリーに残留するフリーデル氏塩を分解する。

主灰Ａ１に酸性ガスＧ１としてセメントキルンの排ガスを吹き込むと、下式に示すように、フリーデル氏塩を分解することができる。

３ＣａＯ・Ａｌ_２Ｏ_３・ＣａＣｌ_２・１０Ｈ_２Ｏ＋３ＣＯ_２→３ＣａＣＯ_３＋２Ａｌ（ＯＨ）_３＋ＣａＣｌ_２＋７Ｈ_２Ｏ
また、主灰Ａ１に酸性ガスＧ１として塩素バイパス設備の排ガスを吹き込むと、下式に示すように、フリーデル氏塩を分解することができる。

３ＣａＯ・Ａｌ_２Ｏ_３・ＣａＣｌ_２・１０Ｈ_２Ｏ＋ＸＳＯ_４ ^２−→３ＣａＯ・Ａｌ_２Ｏ_３・３ＣａＳＯ_４・３２Ｈ_２Ｏ＋ＹＣｌ⁻
混合槽３において、スラリーのｐＨを４〜１２、好ましくはｐＨを５〜１０、より好ましくはｐＨを６〜８に調整する。スラリーのｐＨを中性域に調整することで後段の排水工程を簡略化することができる。混合槽３の排ガスＧ２は排気処理される。

次に、混合槽３から排出されたスラリーＳ１を湿式分級装置４に供給し、粗粒子スラリーＳ２と、微粒子スラリーＳ３とに分ける。粗粒子スラリーＳ２は、第１固液分離装置５へ導入され、ケーキ洗浄水（新規水）Ｗ１によって洗浄された後、又は洗浄されながら脱水される。固液分離後のケーキＣ１は、セメント原料としてセメントキルン７に投入する。ろ液Ｆ１は排水処理後放流する。この際、ろ液Ｆ１は一部を混合槽３に戻して再使用することができる。この際、ろ液Ｆ１の循環量はろ液Ｆ１の電気伝導度を測定してろ液Ｆ１の循環量を管理しながらろ液Ｆ１の循環量を決定することが望ましい。洗浄後の洗浄水Ｗ３は、混合槽３で利用される。

一方、微粒子スラリーＳ３は、第２固液分離装置６へ導入され、ケーキ洗浄水（新規水）Ｗ２によって洗浄された後、又は洗浄されながら脱水される。固液分離後のケーキＣ２は、セメント原料としてセメントキルン７に投入する。ろ液Ｆ２は排水処理後放流する。この際、ろ液Ｆ２は一部を混合槽３に戻して再使用することができる。この際、ろ液Ｆ２の循環量はろ液Ｆ２の電気伝導度を測定してろ液Ｆ２の循環量を管理しながらろ液Ｆ２の循環量を決定することが望ましい。洗浄後の洗浄水Ｗ４は、混合槽３で利用される。

尚、上記実施の形態においては、湿式分級装置４を設けて混合槽３からのスラリーＳ１を粗粒子スラリーＳ２と微粒子スラリーＳ３とに分級することで、後段の固液分離装置５、６を小型化することができて好ましいが、必ずしも湿式分級装置４を設ける必要はなく、混合槽３からのスラリーＳ１をそのまま１台の固液分離装置で処理することもできる。

また、混合槽３に酸性ガスＧ１を導入せずに、硫酸、硝酸、酢酸、ギ酸等の酸を添加してもよい。

さらに、混合槽３に酸性ガスＧ１や酸だけでなく、Ｏ_３等の酸化性ガスを導入し、ＣＯＤを低下させて後段の排水処理の負荷を軽減することもできる。混合槽３の槽を多段化し、酸性ガスＧや酸化性ガスを別々に導入することもできる。

また、ケーキＣ１、Ｃ２をセメント原料としてセメントキルン７へ投入したが、仮焼炉に投入したり、調合原料として利用することもできる。

さらに、上記実施の形態においては、主灰Ａ１を処理してセメント原料化する場合について説明したが、主灰Ａ１に代えて飛灰や混合灰等を各々個別に処理したり、これらを同時に処理してセメント原料化することもできる。

以下において本発明を実施例によりさらに詳細に説明するが、本発明の技術的範囲はこれらの実施例により制限させるものではない。

金属、ガラ等を除去した後の主灰１００ｇに対し、マイクロ波を所定時間照射した後、所定量の水と混合してスラリー化した。該スラリーを所定ｐＨになるようにＣＯ_２ガスを通気させた後、固液分離を行い得られたケーキを水により洗浄した。該主灰及び洗浄後の該ケーキの全塩素量をＪＩＳＡ１１５４に準じて測定し、脱塩素率（％）＝洗浄後の該ケーキ全塩素量／該主灰全塩素量×１００を算出した。これらの結果を表１に示す。

表１に示すように、該主灰にマイクロ波を所定時間照射した後、該主灰と水を混合しスラリー化させ、所定のｐＨで調製することにより（実施例１及び２）、該主灰にマイクロ波を照射せずに、所定のｐＨで調製した場合と比較し（比較例１及び２）、脱塩素率が向上していることがわかる。

１セメント原料化装置
２マイクロ波照射装置
３混合槽
４湿式分級装置
５第１固液分離装置
６第２固液分離装置
７セメントキルン

Claims

焼却灰にマイクロ波を照射し、
該マイクロ波を照射した焼却灰に水を添加してスラリー化し、
該スラリーに、酸性ガスとして塩素バイパス設備の排ガスを添加し、
該酸性ガスを添加した後のスラリーを固液分離し、
該固液分離によって得られたケーキをセメント原料として利用することを特徴とする焼却灰のセメント原料化方法。
前記マイクロ波を照射した焼却灰１重量部に対して０．５重量部以上１０．０重量部以下の量の水を用いてスラリー化することを特徴とする請求項１に記載の焼却灰のセメント原料化方法。
前記酸性ガスを添加したスラリーのｐＨを４以上１２以下に調整することを特徴とする請求項１又は２に記載の焼却灰のセメント原料化方法。
前記マイクロ波を照射した焼却灰に水を添加して生成したスラリー、又は前記酸性ガスを添加した後のスラリーを分級し、
該分級によって得られた粗粒子を含むスラリー及び微粒子を含むスラリーを各々固液分離し、
該固液分離によって得られた各々のケーキをセメント原料として利用することを特徴とする請求項１、２又は３に記載の焼却灰のセメント原料化方法。
焼却灰にマイクロ波を照射するマイクロ波照射装置と、
該マイクロ波を照射した焼却灰に水を添加してスラリー化する混合槽と、
該スラリーに、酸性ガスとして塩素バイパス設備の排ガスを添加する酸性ガス供給装置と、
該酸性ガスを添加した後のスラリーを固液分離する固液分離装置とを備えることを特徴とする焼却灰のセメント原料化装置。