JP7428278B1 - 廃棄物燃焼排熱を利用した黄リンの製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
かかる観点より、炭素と同様に窒素・リン循環の適正化に取り組む技術開発が喫緊の課題となっている。
黄リンは、リン鉱石を原料に製造される方法が最も一般的であり、リン鉱石、ケイ石、コークスの原料を所定の割合で混合して電気炉内で加熱溶融し、還元されたガス状のリンを冷却し得られるものであり(電気炉法)、当該反応には、1300~1500℃程度の熱が必要である(非特許文献1)。その反応例を以下に示す。
(反応例)
4Ca(PO4)3F+30C+21SiO2→
3P4+3CO+20CaSiO3+SiF4
また、従来の黄リンの製造方法は、セメント工場等において廃棄物を燃焼して発生する燃焼排熱やリンを含む廃棄物を利用するとともに、残渣を再利用して黄リンを有効に製造するものではなく、環境負荷を低減することができる製造方法ではない。
すなわち、環境負荷を低減する本発明の黄リンの製造方法は、以下の方法である。
リン含有廃棄物又はリン鉱石に酸又はアルカリを添加して、該リン含有廃棄物又はリン鉱石から粗リン酸を抽出するとともに、残渣をセメント原料として利用する工程(1)、
次いで、抽出した粗リン酸に還元剤を添加し、排熱を利用して100~300℃で脱水処理する工程(2)、
次いで、排熱を利用して、前記脱水処理した粗リン酸を300~1300℃に加熱して直接還元処理を実施して黄リンを生成する工程(3)
を備えることを特徴とする、廃棄物燃焼排熱を利用した黄リンの製造方法である。
また本発明の方法により得られた黄リンは、自動車、電子部品、医薬品や食品等の従来から黄リンが利用されている分野で有効利用することができる、環境的に優れた循環再生サイクルを生み出すことが可能となる。
また、セメント工場等から排出される燃焼排熱を活用して、本発明の黄リンを製造する工程における熱源として使用できるため、セメント製造工程等での排熱ガスを有効利用することも可能となる。
リン含有廃棄物又はリン鉱石に酸又はアルカリを添加して、該リン含有廃棄物又はリン鉱石から粗リン酸を抽出するとともに、残渣をセメント原料として利用する工程(1)、
次いで、抽出した粗リン酸に還元剤を添加し、排熱を利用して100~300℃で脱水処理する工程(2)、
次いで、排熱を利用して、前記脱水処理した粗リン酸を300~1300℃に加熱して直接還元処理を実施して黄リンを生成する工程(3)
を備える、黄リンの製造方法である。
なお、排熱には、廃棄物を焼却して得られた排熱や、廃棄物を乾留ガス化し該ガス化ガスを燃焼することによる乾留ガス燃焼排熱をも含むものである。
リンを含有する廃棄物としては、例えば、リン含有廃棄物は、廃リン酸、リンを含有する、下水汚泥焼却灰・脱水ケーキ・下水汚泥の炭化物(炭化汚泥)、スラグ、肉骨粉、家畜糞尿・し尿処理物、食肉加工副産物及び食品廃棄物からなる群より選ばれることができ、これらを単独でまたは2種類以上混合して使用することが可能である。
添加するカルシウム塩としては、例えば酸化カルシウム、炭酸カルシウム、コンクリートスラッジ乾燥物等を例示することができ、これらの1種または2種以上を混合して用いることができる。
(反応例)
2Ca9Al(PO4)7+3CaO→7Ca3(PO4)2+Al2O3
特にセメント工場からの排熱を好ましく利用することができる。
したがって、図1に示すように、脱塩のために加熱する塩素排出工程を設けることにより、含有される塩素は系外に排出され、焼却後の残渣に含まれる塩素が低減されるため、セメント工場にてセメント原料として利用することが可能となる。脱塩のための塩素排出工程として、乾留炉を用いることができる。
これにより、従来埋め立て材料として使用されてきた焼却残渣物を、セメント原料として利用でき、環境負荷が低減され、環境的に優れた循環利用を可能とする。
また、廃棄物を乾留してガスを発生させ、当該ガスを燃焼させた排熱を利用することも可能であり、例えば、廃棄物を乾留炉で300~400℃で蒸し焼きにしてガスを発生させ、乾留炉で発生した当該ガスを燃焼させて、温度800~900℃の排熱として利用することができる。
かかる排熱を利用することで、従来黄リン製造に使用していた電力を代替することが可能となるため電力利用低減が図られ、環境負荷を低減することが可能となる。
リン含有物に添加して粗リン酸を抽出する酸としては、例えば、塩酸、硝酸、硫酸等が例示できる。
また、リン含有物に添加して粗リン酸を抽出するアルカリとしては、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム等を例示することができる。
一方で、粗リン酸等以外の残渣物は、公知のろ過方法でろ過することで粗リン酸等と分離することができ、これらの残渣物はセメント原料として利用することができ、セメント工場に循環して再利用される。
これは、脱水が十分でなく水分が存在すると、生成する黄リン(P4)が水分子と反応してしまい、五酸化二リン(P2O5)と水素になってしまうため、リン酸液の十分な脱水が必要となる。
なお、還元剤は、脱水処理をする際の温度範囲には影響を及ぼされないものであって、酸化還元反応で他の物質を還元し、自身が酸化される物質であれば、特に限定されず、固体であっても液体であってもよい。
特にセメント工場からの排熱を好ましく利用することができる。
また、廃棄物を乾留してガスを発生させ、当該ガスを燃焼させた排熱を利用することも可能であり、例えば、廃棄物を乾留炉で300~400℃で蒸し焼きにしてガスを発生させ、乾留炉で発生した当該ガスを燃焼させて、温度800~900℃の排熱として利用することができる。
かかる排熱を利用することで、従来黄リン製造に使用していた電力を代替することが可能となるため電力利用低減が図られ、環境負荷を低減することが可能となる。
また、かかる加熱脱水により、含有されている水分は水蒸気として系外に排出される。
このように、本発明においては、粗リン酸等を直接還元処理することで、従来の黄リンを製造する工程で必要であった温度よりも、低い温度で加熱処理して黄リンを製造することが可能であり、したがって、従来の電気炉ではなく、通常の焼却炉での温度領域において黄リンを製造することが可能となる。
そのため、黄リン製造設備の腐食・劣化は少なくなり、黄リン製造設備の寿命を長くすることができる。
(反応例)
3Ca(PO4)2+10C→Ca(PO4)2+10CO+P4
特にセメント工場においては、セメントクリンカを製造する際に、セメント原料を焼成するが、その際の排熱や、またセメントクリンカを焼成する際に発生した排熱を、上記排熱として有効に利用されることが望ましい。
また、廃棄物を乾留してガスを発生させ、当該ガスを燃焼させた排熱を利用することも可能であり、例えば、廃棄物を乾留炉で300~400℃で蒸し焼きにしてガスを発生させ、乾留炉で発生した当該ガスを燃焼させて、温度800~900℃の排熱として利用することができる。
かかる排熱を利用することで、従来黄リン製造に使用していた電力を代替することが可能となるため電力利用低減が図られ、環境負荷を低減することが可能となる。
Claims (5)
- リン含有廃棄物又はリン鉱石に酸又はアルカリを添加して、該リン含有廃棄物又はリン鉱石から粗リン酸を抽出するとともに、残渣をセメント原料として利用する工程(1)、
次いで、抽出した粗リン酸に還元剤を添加し、排熱を利用して100~300℃で脱水処理する工程(2)、
次いで、セメント工場からの排熱を利用して、前記脱水処理した粗リン酸を300~1300℃に加熱して直接還元処理を実施して黄リンを生成する工程(3)
を備えることを特徴とする、廃棄物燃焼排熱を利用した黄リンの製造方法。 - 請求項1記載の黄リンの製造方法において、排熱は、廃棄物を乾留してガスを発生させ、当該ガスを燃焼させた排熱であり、該乾留により生成された残渣はセメント原料に利用されることを特徴とする、廃棄物燃焼排熱を利用した黄リンの製造方法。
- 請求項1又は2記載の黄リンの製造方法において、リン含有廃棄物を用いた場合の上記工程(1)は、更に、リン含有廃棄物にカルシウム塩を添加し、排熱を利用してリン酸カルシウム塩を生成させ、該生成させたリン酸カルシウム塩を含む廃棄物に酸を添加して粗リン酸を抽出するとともに、残渣をセメント原料として利用することを特徴とする、廃棄物燃焼排熱を利用した黄リンの製造方法。
- 請求項1又は2記載の黄リンの製造方法において、リン含有廃棄物は、廃リン酸、リンを含有する、下水汚泥焼却灰・脱水ケーキ・下水汚泥の炭化物、スラグ、肉骨粉、家畜糞尿・し尿処理物、食肉加工副産物及び食品廃棄物から選ばれる少なくとも1種であることを特徴とする、廃棄物燃焼排熱を利用した黄リンの製造方法。
- 請求項1又は2記載の黄リンの製造方法において、排熱は、廃プラスチック、廃タイヤ、廃油、廃木材、石炭灰及び汚泥からなる群より選ばれる少なくとも1種の廃棄物を焼却することによる排熱であることを特徴とする、廃棄物燃焼排熱を利用した黄リンの製造方法。
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