JP7398349B2 - セメント又はセメント硬化物の製造方法及びその製造システム - Google Patents
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焼却灰に水を加えてスラリーにするスラリー化工程と、
前記スラリーを水洗する水洗工程と、
前記水洗後のスラリーを脱水する脱水工程と、
前記脱水後の水洗後液又はその水分除去物をセメント設備に投入する投入工程を備えていることを特徴とするセメント又はセメント硬化物の製造方法を提供するものである。
収容された焼却灰に水を加えてスラリーにして水洗するための粉体溶解槽と、
前記粉体溶解槽から排出されたスラリーを脱水するための固液分離装置と、
前記固液分離装置で分離された水洗後液又はその水分除去物をセメント設備に投入するための水洗後液又はその水分除去物の投入装置を備えていることを特徴とするセメント又はセメント硬化物の製造システムを提供するものである。
以下には、本発明に係る方法において得られる水洗後液の利用態様について、更に具体的な例示を挙げて説明する。
水洗後液M2(水洗後液M5)は、クリンカクーラーに、例えば、水中ポンプ、圧送等の一般的な液体用輸送装置を用いて、クリンカに直接あたるようにホースから吐出して投入することができる。この場合、クリンカ温度が400℃以下、かつ液滴径は5mm以上とすると、蒸発してアルカリ金属塩が飛散することなく添加できる。また、セメントが風化しないように水量や液滴径を適宜調節することができる。
水洗後液M2(水洗後液M5)は、クリンカクーラーから仕上げミルの間の粗砕機、バケットエレベーター、ベルトコンベアなどの輸送機に投入することができる。例えば、水中ポンプ、薬注ポンプ等の一般的な液体用輸送装置を用いて、クリンカに直接あたるように液滴添加やシャワーにより投入することができる。クリンカ温度が80℃以上であると、装置への付着や固結が防止され、セメントを風化させずに多量の水洗後液を添加することができる。また、セメントが風化しないように水量や液滴径を適宜調節することができる。
水洗後液M2(水洗後液M5)は、仕上げミルに既存の散水設備である送液ポンプ等の一般的な液体用輸送装置を用いて、液滴添加やシャワーにより投入することができる。乾燥固化を行えば投入量を増加させることができる。
水洗後液M2(水洗後液M5)は、ミキサー、エアーブレンダー等の一般的な混合装置にスプレーノズル等を用いて投入することができる。ただし、セメントの温度は80℃以下であるので、セメントを風化させないように、シャワーやミストにして添加し、水量を調整することができる。乾燥固化を行えば投入量を増加させることができる。
上述の添加方法により製造されたセメントは、公知の方法で水や骨材等と混練して、セメント硬化物が製造される。
水洗後液M2(水洗後液M5)は、コンクリートミキサに既存の水投入設備を用いて投入することができる。コンクリートは、セメント、骨材、水、混和剤等を用いて製造するので、混和剤として投入するか、少なくとも水の一部として混合して投入することができる。こうして混練されたコンクリートは養生されてセメント硬化体が製造される。
以下には、本発明に係る方法において得られる改質焼却灰の利用態様について、更に具体的な例示を挙げて説明する。
改質焼却灰M4は、セメント設備20におけるクリンカクーラーに直接投入することができる。投入方法としては、クーラー内の所望の温度の位置に、クーラーの上部から落下させる方法が挙げられる。投入量は、セメントクリンカの質量に対して0.5~20質量%程度となるように設定する。なお、エアクエンチングクーラーを使用すれば、クーラー内の所定の位置に改質焼却灰M4を投入することができるので、好適である。
改質焼却灰M4は、クリンカクーラーからミルの間の粗砕機、バケットエレベーター、ベルトコンベアなどの搬送機に投入することができる。含水する改質焼却灰M4である場合は、クリンカ温度が80℃以上であると、装置への付着や固結が防止され、セメントを風化させずに多量の改質焼却灰を添加することができる。クーラーから排出された後には、ミルにおいて必要に応じて石膏とともに粉砕・混合されて混合セメントとなる。
改質焼却灰M4は、セメントクリンカ、必要に応じて石膏を投入して粉砕、混合を行うミルに直接投入することができる。ミルは仕上げ粉砕機とも呼ばれ、円筒状のドラムの中で鋼鉄のボールとセメントクリンカ、石膏がドラムの回転によって互いに衝突しながら粉砕される。石膏を使用する場合、その石膏は、特に限定されるものではなく、例えば、天然二水石膏、排煙脱硫石膏、リン酸石膏、チタン石膏、フッ酸石膏等が例示できる。これらは単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。なお、本発明により提供される改質方法によって、焼却灰中のカルシウム成分が硫酸カルシウム(石膏)の形態に改質していると、その石膏の機能性も期待し得る。
上述の添加方法により製造された混合セメントは、公知の方法で水や骨材等と混練して、セメント硬化物が製造される。
改質焼却灰M4は、乾燥した粉体であればコンクリートミキサに既存の粉体投入設備を用いて投入することができる。改質焼却灰M4は、含水した固形状であれば、コンクリートミキサに固形物粉体投入設備を用いて投入することができる。コンクリートは、セメント、骨材、水、混和材、混和剤等を用いて製造するので、少なくとも混和材の一部として改質焼却灰M4を用いればよい。こうして混練されたコンクリートは養生されてセメント硬化体が製造される。
アルカリ、塩素、硫黄等の成分が減じられた改質焼却灰M4は、その他のセメントクリンカ原料と混合したうえ、焼成して、セメントクリンカとすることもできる。例えばセメント設備における、セメントクリンカの原料の調合のための混合機への投入や、ロータリーキルン前のプレヒータートップや仮焼炉への投入や、ロータリーキルン窯尻や窯前の投入など、様々なセメント製造段階に投入可能なセメントクリンカ原料として好適に使用され得る。
・塩素濃度が低いものから水洗すると効率的なので、バイオマス灰を水洗前に分級した場合は、バイオマス灰粗粒分を水洗した水でバイオマス灰細粒分を洗うとよい。
・都市ごみ焼却灰や塩素バイパスダストと、バイオマス灰を用いる場合は、バイオマス灰を水洗した水で、都市ごみ焼却灰及び/又は塩素バイパスダストを洗うとよい。
・排水のスケールを抑制したい場合は、バイオマス灰の2回目の水洗をした水で都市ごみ焼却灰及び/又は塩素バイパスダストを水洗し、その水でバイオマス灰の1回目水洗を行うとよい。
・更に、排水のスケールを抑制したい場合は、バイオマス灰粗粒分を洗い、その水洗水でバイオマス灰細粒分を洗い(2回目)、その水洗水で都市ごみ焼却灰及び/又は塩素バイパスダストを洗い、その水洗水でバイオマス灰細粒分の1回目水洗を行ってもよい。
粗粒分M7は、サイロや原料置場等に保管され、セメントクリンカ製造に合わせて必要量が検量され、クリンカ製造設備に搬送され得る。
粗粒分M7は、その他のセメントクリンカ原料とともに乾燥機に投入され乾燥されたり、粉砕機に投入され粉砕されたり、混合機に投入され混合されたりしてもよい。混合された原料は、プレヒータートップに投入され得る。
また、粗粒分M7は、含水量が高い場合など取り扱いその他のセメントクリンカ原料よりも困難な場合、仮焼炉やロータリーキルン窯尻に投入することもできる。
また、粗粒分M7は成形や造粒などを行い圧送が可能なものとすれば、窯前からキルン内へ投入することもできる。
キルンで焼成された粗粒分M7を含む原料は、セメントクリンカとなり、石膏ととともに粉砕されてセメントとなる。製造されたセメントは、公知の方法で水や骨材等と混練して、セメント硬化物が製造される。
木質バイオマス(間伐材)を燃料にして循環流動床炉による発電を実施しているバイオマス発電施設Aから飛灰(粒度D50(頻度)が45.3μm、750℃における強熱減量2.3%)を入手して、これを水洗すること、ならびにその水洗の際のpH条件が成分組成にどのような影響を与えるか調べた。具体的に、以下の手順で試験を行った。
(a)バイオマス灰100gと水道水400gをビーカーに投入し、スラリーにして、攪拌機にて400rpmで30分間攪拌した。
(b)CO2ガスでpHを調整して洗浄を行う場合には、pHメーターで液中pHを監視しながら流量を調整した。
(c)攪拌を停止後、ブフナーロートを使用して濾別し、得られた濾紙上のケーキには更に水道水400gを投入してスラリーを洗浄後、回収した。
(d)回収したケーキを自然乾燥後、重量を測定し、各種分析を行った。
Clの定量:試料を硝酸分解処理した後、電位差滴定法により測定した。
K,Naの定量:試料を酸分解処理した後、ICP発行分光分析法により測定した。
Se,Cr6+の溶出試験:JIS K 0058-1「スラグ類の化学物質試験方法-第1部:溶出試験方法 5.利用有姿による試験」に準拠し検液を作成し、SeはICP質量分析法によって、Cr6+はジフェニルカルバジド吸光光度法によって測定した。
C,Mg,Al,Si,P,S,Ca,Feの定量:40℃乾燥処理を施した試料を蛍光X線装置(FP法:ファンダメンタルパラメーター法)によって測定した。
木質ペレットおよびパーム椰子殻を燃料にしてストーカ炉による発電を実施しているバイオマス発電施設Bから焼却飛灰(粒度D50(頻度)が20.0μm、750℃における強熱減量6.1%)を入手して、試験例1の水準1-1と同様の試験を行った。
パーム椰子殻(石炭10%混焼)を燃料にして循環流動床炉による発電を実施しているバイオマス発電施設Cから焼却飛灰(粒度D50(頻度)が47.2μm、975℃における強熱減量4.2%)を入手して、これを分級することがバイオマス灰の成分組成にどのような影響を与えるか調べた。具体的に、目開き45μmのふるい(スピンエアシーブ:セイシン企業製SAR-75/200)を用いて、ふるい通過分として細粒分を、ふるい残分として粗粒分を得て、蛍光X線装置(セメント原料(粘土)の検量線法)によって化学成分を測定した。更には細粒分を試験例1の水準1-1と同様の水洗試験を行った。
Claims (11)
- 焼却灰に水を加えてスラリーにするスラリー化工程と、
前記スラリーを水洗する水洗工程と、
前記水洗後のスラリーを脱水する脱水工程と、
前記脱水後の改質焼却灰をセメント設備に投入する工程と、
前記脱水後の水洗後液又はその水分除去物をセメント設備に投入する工程を備えていることを特徴とするセメント又はセメント硬化物の製造方法であって、
前記焼却灰は、草木竹の燃焼灰からなるバイオマス灰であって、該バイオマス灰は飛灰又は分級した細粒分であり、
前記水洗後液又はその水分除去物は、該水洗後液の塩素イオンを低減してから、前記セメント設備に投入する、セメント又はセメント硬化物の製造方法。 - 前記水洗後液を、セメントクリンカを冷却するためのクリンカクーラー、セメントクリンカを予備粉砕するための予備粉砕ミル、仕上げ粉砕のための仕上げミル、前記クリンカクーラーと前記仕上げミルとの間の輸送機、及びコンクリートミキサからなる群から選ばれた1種又は2種以上の設備に投入する、請求項1記載のセメント又はセメント硬化物の製造方法。
- 前記塩素イオンの低減が両性イオン交換樹脂及び/又はナノろ過膜によるものである、請求項1又は2記載のセメント又はセメント硬化物の製造方法。
- 前記脱水後の改質バイオマス灰を、セメントクリンカを冷却するためのクリンカクーラー、セメントクリンカを予備粉砕するための予備粉砕ミル、仕上げ粉砕のための仕上げミル、前記クリンカクーラーと前記仕上げミルとの間の輸送機、混合セメント調製のための混合機、及びコンクリートミキサからなる群から選ばれた1種又は2種以上の設備に投入する、請求項1~3のいずれか1項に記載のセメント又はセメント硬化物の製造方法。
- 前記水洗工程において、前記スラリーの水洗を該スラリーに二酸化炭素含有ガスの吹込みながら行う、請求項1~4のいずれか1項に記載のセメント又はセメント硬化物の製造方法。
- 収容された焼却灰に水を加えてスラリーにして水洗するための粉体溶解槽と、
前記粉体溶解槽から排出されたスラリーを脱水するための固液分離装置と、
前記固液分離装置で分離された脱水物をセメント設備に投入するための脱水物の投入装置と、
前記固液分離装置で分離された水洗後液又はその水分除去物の塩素イオンを低減するための塩素イオン低減化装置と、
前記塩素イオン低減化装置で塩素イオンを低減した水洗後液又はその水分除去物をセメント設備に投入するための該水洗後液又はその水分除去物の投入装置を備えていることを特徴とするセメント又はセメント硬化物の製造システムであって、
前記焼却灰は、草木竹の燃焼灰からなるバイオマス灰であって、該バイオマス灰は飛灰である、セメント又はセメント硬化物の製造システム。 - 前記水洗後液又はその水分除去物の投入装置は、前記水洗後液を、セメントクリンカを冷却するためのクリンカクーラー、セメントクリンカを予備粉砕するための予備粉砕ミル、仕上げ粉砕のための仕上げミル、前記クリンカクーラーと前記仕上げミルとの間の輸送機、及びコンクリートミキサからなる群から選ばれた1種又は2種以上の設備に投入するためのものである、請求項6記載のセメント又はセメント硬化物の製造システム。
- 前記粉体溶解槽に収容された前記スラリーに二酸化炭素含有ガスを吹込むための二酸化炭素含有ガス供給装置を更に備えている、請求項6又は7記載のセメント又はセメント硬化物の製造システム。
- 前記脱水物の投入装置は、前記固液分離装置で分離された前記脱水物を、セメントクリンカを冷却するためのクリンカクーラー、セメントクリンカを予備粉砕するための予備粉砕ミル、仕上げ粉砕のための仕上げミル、前記クリンカクーラーと前記仕上げミルとの間の輸送機、混合セメント調製のための混合機、及びコンクリートミキサからなる群から選ばれた1種又は2種以上の設備に投入するためのものである、請求項6~8のいずれか1項に記載のセメント又はセメント硬化物の製造システム。
- 前記粉体溶解槽に収容する焼却灰として分級した細粒分を得るための分級装置を更に備えている、請求項6~9のいずれか1項に記載のセメント又はセメント硬化物の製造システム。
- 前記塩素イオン低減化装置が両性イオン交換樹脂及び/又はナノろ過膜によるものである、請求項6~10のいずれか1項に記載のセメント又はセメント硬化物の製造システム。
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