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【発明の名称】 セメントキルン燃焼ガス抽気ダストの処理方法
【発明者】 【氏名】田村 典敏

【氏名】井田 雅也

【要約】 【課題】抽気したセメントキルン燃焼ガスに含まれるダストの処理液からセレンを除去する際に使用する薬剤の量を低減しながら、抽気ダストを有効利用する。

【解決手段】セメントキルン燃焼ガスの一部を抽気し、抽気した燃焼ガスに含まれるダストを集塵し、集塵したダストを水に溶解させ、溶解液に硫酸を含む薬剤を添加して重金属を回収し、重金属を回収した後のスラリーを固液分離し、分離した固形分をセメント粉砕工程に添加する。重金属を回収する際に添加した硫酸と、抽気ダストに含まれるカルシウム分とが反応して石膏が生成され、この石膏を含む固形分にセレンも含まれるため、固形分をセメント粉砕工程に添加してセメント製造に利用すると同時に、セレンの循環濃縮を抑制することで、ダスト中のセレン濃度を低減し、重金属回収後のろ液の排水処理に要するセレン除去薬剤の量を大幅に低減することができる。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
セメントキルン燃焼ガスの一部を抽気し、抽気した燃焼ガスに含まれるダストを集塵し、
該集塵したダストを水に溶解させ、溶解液に硫酸を含む薬剤を添加して重金属を回収し、
該重金属を回収した後のスラリーを固液分離し、
該分離した固形分をセメント粉砕工程に添加することを特徴とするセメントキルン燃焼ガス抽気ダストの処理方法。
【請求項2】
前記溶解液から硫化反応により鉛を回収することを特徴とする請求項1に記載のセメントキルン燃焼ガス抽気ダストの処理方法。
【請求項3】
前記スラリーの固液分離により分離した液状分を、排水処理により無害化することを特徴とする請求項1又は2に記載のセメントキルン燃焼ガス抽気ダストの処理方法。
【発明の詳細な説明】【技術分野】
【0001】
本発明は、セメントキルン燃焼ガス抽気ダストの処理方法に関し、特に、セメントキルンのキルン尻からボトムサイクロンに至るまでのキルン排ガス流路より、燃焼ガスの一部を抽気して塩素及び硫黄分を除去し、抽気した燃焼ガスに含まれるダスト中のセレン(Se)の除去に要する薬剤の量を低減しながら、該ダストを有効利用する方法に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、セメント製造設備におけるプレヒータの閉塞等の問題を引き起こす原因となる塩素、硫黄、アルカリ等の中で、塩素が特に問題となることに着目し、セメントキルンのキルン尻からボトムサイクロンに至るまでのキルン排ガス流路より、燃焼ガスの一部を抽気して塩素を除去する塩素バイパスシステムが用いられている。
【0003】
この塩素バイパスシステムでは、抽気した燃焼ガスを冷却して生成したダストの微粉側に塩素が偏在しているため、ダストを分級機によって粗粉と微粉とに分離し、粗粉をセメントキルン系に戻すとともに、分離された塩化カリウム等を含む微粉(塩素バイパスダスト)を回収してセメント粉砕ミル系に添加していた(例えば、特許文献1参照)。
【0004】
ところが、近年、廃棄物のセメント原料化又は燃料化によるリサイクルが推進され、廃棄物の処理量が増加するに従い、セメントキルンに持ち込まれる塩素、硫黄、アルカリ等の揮発成分の量も増加し、塩素バイパスダストの発生量も増加している。そのため、塩素バイパスダストをすべてセメント粉砕工程で利用することができず、水洗処理されていたが、今後、塩素バイパスダストの発生量もさらに増加することが予測されるため、その有効利用方法の開発が求められていた。
【0005】
かかる見地から、特許文献2に記載のセメント原料化処理方法では、従来水洗処理されている塩素バイパスダストを脱塩処理し、セメント原料として有効利用するため、塩素を含む廃棄物に水を添加して廃棄物中の塩素を溶出させてろ過し、得られた脱塩ケーキをセメント原料として利用するとともに、排水を浄化処理し、そのまま放流したり、塩分を回収することで、環境汚染を引き起こすことなく、塩素バイパスダストの有効利用を図っている。
【0006】
この方法では、塩素バイパスダストを脱塩処理するにあたって、排水のpHを塩酸等により調整し、還元作用のある鉄イオンを有する薬剤を添加してpHを調整し、セレン等の重金属類を除去した後、下水や海洋へ放流する必要があった。しかし、排水中のセレン濃度を安全とされる基準、例えば、下水放流の場合の0.1mg−Se/lまで除去するには、還元剤としての塩化第一鉄(FeCl2)が8000mg−Fe2+/l以上必要となり、セレン除去にあたって還元剤を大量に消費し、運転コストが高騰するという問題があった。
【0007】
そこで、上記問題を解決するため、本出願人は、特許文献3において、図3に示すようなセメントキルン燃焼ガス抽気ダストの処理方法を提案した。
【0008】
この処理方法は、同図に示すように、大別して、水洗工程と、排水処理工程と、塩回収工程とに分けられる。
【0009】
水洗工程は、上記塩素バイパスダストを水洗して塩素分を除去する工程であって、ボイラ31と、温水槽32と、溶解槽33と、ベルトフィルタ34と、貯槽35とが設けられる。
【0010】
ボイラ31で発生した温水を、温水槽32を経て溶解槽33に供給し、塩素バイパスダストと混合する。これにより、塩素バイパスダストに含まれる水溶性塩素分が温水に溶解する。溶解槽33から排出されたスラリーを、ベルトフィルタ34において固液分離し、塩素分が除去された1次ケーキをセメントキルン等に戻してセメント原料として利用する。一方、塩素分及びセレン等の重金属類を含む1次ろ液を貯槽35に一時的に蓄える。
【0011】
排水処理工程は、1次ろ液からセレン等の重金属類と、カルシウム分とを除去する工程であって、薬液反応槽36、38、40と、フィルタプレス37、39と、除鉄塔41と、キレート樹脂塔42と、ろ過装置43と、電気透析装置44とが設けられる。
【0012】
貯槽35に蓄えられた、塩素分、セレン等の重金属類、及びカルシウムを含む1次ろ液を、薬液反応槽36に供給し、pH調整剤としての塩酸を加え、薬液反応槽36内のpHを4以下に調整する。硫酸第一鉄によって、排水に含まれる重金属としてのセレンを還元して析出させた後、水酸化カルシウムを加え、pHを8〜11に上昇させ、硫酸第一鉄の添加により生成した水酸化第一鉄を凝縮、析出させる。
【0013】
そして、薬液反応槽36から排出されたスラリーをフィルタプレス37によって固液分離し、2次ケーキをセメントキルン等に戻してセメント原料として利用し、2次ろ液は、薬液反応槽38において炭酸カリウムと混合し、2次ろ液中のカルシウムを除去する。
【0014】
次に、薬液反応槽38から排出されたスラリーをフィルタプレス39によって固液分離し、3次ケーキをセメントキルン等に戻してセメント原料として利用し、3次ろ液は、塩酸を加えてpH調整した後、除鉄塔41、キレート樹脂塔42、ろ過装置43によって、鉄、残留重金属、縣濁物質(SS)を除去する。
【0015】
ろ過装置43からの排水を電気透析装置44に供給し、電気透析装置44において、排水中のセレン酸(SeO42-)は脱塩水に、塩素分は濃縮塩水に含められる。電気透析装置44からの脱塩水は、図示しない循環ルートを介して水洗工程の温水槽32に戻す(符号A参照)。
【0016】
塩回収工程は、濃縮塩水から塩を回収して工業原料を得る工程であって、ボイラ45と、加熱器46と、結晶装置47と、コンデンサ48と、ろ液タンク49と、遠心分離機50とが設けられる。
【0017】
ボイラ45からの蒸気によって加熱器46において濃縮塩水を加熱し、結晶装置47によって結晶化を行う。結晶装置47において、濃縮塩水中の溶質は結晶として析出し、遠心分離機50を経て工業塩が回収され、工業原料として利用することができる。一方、結晶装置47で蒸発した水分を、コンデンサ48において冷却してドレンを回収し、このドレンを水洗工程に戻す。遠心分離機50によって分離されたろ液は、ろ液タンク49を経て結晶装置47に戻す。尚、濃縮塩水から塩を回収せずに、放流することもできる。
【特許文献1】国際公開第WO97/21号パンフレット
【特許文献2】特開平11−100243号公報
【特許文献3】特開2004−330148号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0018】
しかし、上記特許文献3に記載の方法では、セレンは、1次〜3次ケーキとともにセメントキルンに戻されていた。セレンについてのマテリアルバラスを図4に示す。
【0019】
同図は、セメント焼成装置61のプレヒータ62に供給される原料、セメントキルン63から排出されるクリンカ、抽気ダスト処理システム水洗工程64を経て排水処理設備65からプレヒータ62に戻されるケーキ等の1日あたりの量と、それらのセレン含有率を掛け合わせ、1日あたりのセレンの移動量を算出したものである。この図より、セメント焼成装置61において1日あたり90kgのセレンの投入と排出が繰り返され、抽気ダスト処理システム水洗工程64及び排水処理設備65についても、5.5kg/dのセレンの投入と排出が繰り返されることが判る。
【0020】
上述のように、従来は、抽気ダスト処理システム水洗工程64には、5.5kg/dのセレンが供給されるため、排水処理設備65において、このダスト処理で発生した排水の処理に大量の薬液を必要とし、運転コストの面で改善の余地があった。
【0021】
そこで、本発明は、上記従来のセメントキルン燃焼ガス抽気ダストの処理方法における問題点に鑑みてなされたものであって、抽気したセメントキルン燃焼ガスに含まれるダストを処理した排水からセレンを除去する際に使用する薬剤の量を低減するとともに、該抽気ダストを有効利用することのできるセメントキルン燃焼ガス抽気ダストの処理方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0022】
上記目的を達成するため、本発明は、セメントキルン燃焼ガス抽気ダストの処理方法であって、セメントキルン燃焼ガスの一部を抽気し、抽気した燃焼ガスに含まれるダストを集塵し、該集塵したダストを水に溶解させ、溶解液に硫酸を含む薬剤を添加して重金属を回収し、該重金属を回収した後のスラリーを固液分離し、該分離した固形分をセメント粉砕工程に添加することを特徴とする。
【0023】
そして、本発明によれば、重金属を回収する際に添加した硫酸と、抽気ダストに含まれるカルシウム分とが反応して石膏が生成され、この石膏を含む固形分にセレンも含まれるため、固形分をセメント粉砕工程に添加することにより、石膏を含む固形分をセメント製造に利用することができると同時に、固形分としてセメント粉砕工程に戻されたセレンについては、キルン内の濃縮を防ぐことができるため、従来必要としていた薬剤の量を大幅に低減することができる。
【0024】
前記セメントキルン燃焼ガス抽気ダストの処理方法において、前記溶解液から硫化反応により鉛を回収することができる。この際、浮選によって鉛を回収してもよい。
【0025】
前記セメントキルン燃焼ガス抽気ダストの処理方法において、前記スラリーの固液分離により分離した液状分を、排水処理により無害化することができる。また、排水処理後の液体から塩化カリウム等を回収することもできる。
【発明の効果】
【0026】
以上のように、本発明によれば、抽気したセメントキルン燃焼ガスに含まれるダストを処理した排水からセレンを除去する際に使用する薬剤の量を大幅に低減するとともに、該抽気ダストを有効利用することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0027】
次に、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
【0028】
図1は、本発明にかかるセメントキルン燃焼ガス抽気ダストの処理方法の一実施の形態を実施するためのセメント製造装置を示し、このセメント製造装置1は、セメントキルン2と、プローブ3と、サイクロン4と、バグフィルタ5と、ダストタンク6と、溶解槽7と、浮選装置8と、ベルトフィルタ9と、排水処理装置10と、電析装置11と、晶析装置12等で構成される。
【0029】
プローブ3は、セメントキルン2のキルン尻から図示しない最下段サイクロンに至るまでのキルン排ガス流路より、燃焼ガスの一部を抽気するために設けられる。サイクロン4は、プローブ3で抽気した燃焼ガスに含まれるダストの粗粉を分離するために設けられる。また、バグフィルタ5は、サイクロン4から排出された微粉を含む燃焼ガスを図示しない冷却装置によって冷却した後、微粉を回収するために設けられる。
【0030】
ダストタンク6は、バグフィルタ5で回収され、セメント製造装置1で製造されたセメントに添加することのできない塩素バイパスダストを一時的に貯蔵する。
【0031】
溶解槽7は、円筒状の本体に撹拌羽根を備え、ダストタンク6からの塩素バイパスダストを水に溶解させるために備えられる。また、この溶解槽7から浮選装置8の間には、後段の浮選装置8において鉛を除去するための硫酸、硫化剤及び補収剤を添加するための装置が設けられる。
【0032】
浮選装置8は、バブリング装置を備え、溶解槽7から供給されたスラリーを、鉛を含むフロスと、塩素分を含むテール側スラリーとに分離するために備えられる。
【0033】
ベルトフィルタ9は、浮選装置8の後段に、浮選装置8からのテールを固液分離し、塩素分を除去したケーキと、塩素分を含むろ液とを得るために備えられる。
【0034】
排水処理装置10は、ベルトフィルタ9からのろ液に含まれる重金属類を無害化するために備えられ、図示しない塩酸、第1鉄化合物、炭酸カリウム等の各々の添加装置を備える。
【0035】
電析装置11は、後段の晶析装置12で蒸発させる水量の低減と、KCl等の純度を高めるために備えられ、イオン交換膜を介して塩素を濃縮水側に、不純物としてのSO4を脱塩水側に移行させることができる。
【0036】
晶析装置12は、濃縮塩水中の溶質の結晶粒径を大きくして析出させ、図示しない遠心分離機を経て、工業的に有用なKCl等の無機材料を回収するために備えられる。
【0037】
次に、上記構成を有するセメント製造装置1の動作について、図1を参照しながら説明する。
【0038】
セメントキルン2のキルン尻から最下段サイクロンに至るまでのキルン排ガス流路からの抽気ガスは、プローブ3において冷却ファン(不図示)からの冷風によって冷却された後、サイクロン4に導入され、粗粉と、微粉及びガスとに分離される。分離された塩素含有率の低い粗粉は、セメントキルン系に戻される。
【0039】
塩素含有率の高い微粉及びガスは、冷却器(不図示)によって冷却された後、バグフィルタ5によって集塵される。バグフィルタ5で集塵されたダスト(塩素バイパスダスト)は、車両等によってセメント粉砕工程及びダストタンク6に分配される。
【0040】
ダストタンク6からダストを抽出して溶解槽7に供給し、溶解槽7において水に溶解させ、溶解槽7と浮選装置8の間のスラリーに、硫酸と、硫化剤としての水硫化ソーダ(NaSH)とを添加する。硫酸を添加するのは、溶解槽7内を適切なpHに維持するためである。また、水硫化ソーダを添加するのは、スラリーに含まれる塩化鉛等を硫化して硫化物として沈殿させるためである。この硫化によって硫化鉛(PbS)が生ずる。尚、水硫化ソーダの代わりに硫化ナトリウム(Na2S)を用いることもできる。
【0041】
さらに、溶解槽7と浮選装置8の間のスラリーに補収剤を添加する。補収剤には、ザンセート基(RO−CSNa)、ジオカルバミン酸基(R−NH−CS2Na)、又はチオール基(−SH)等を有する有機化合物重金属捕集剤等を用いることができる。
【0042】
溶解槽7からのスラリーは、浮選装置8に供給される。浮選装置8には、起泡剤を供給する。起泡剤には、MIBC(Methyl Isobutyl Carbinol)等を用いることができる。浮選装置8には、さらに、空気が供給され、スラリーは、浮選操作によって、鉛を含むフロスと、塩素分、タリウム、セレン等の重金属類を含むろテール側スラリーとに分離される。
【0043】
フロスに含まれる鉛は、山元に還元するなどして再利用する。一方、浮選装置8からの塩素等を含むテール側スラリーは、ベルトフィルタ9によって固液分離する。ここで、塩素分が除去された固形分としてのケーキには、セレンとともに、溶解槽7で添加した硫酸と、塩素バイパスダストに含まれるカルシウム分とが反応して生成された石膏(CaSO4・2H2O)が含まれる。このケーキをセメント粉砕工程へ添加し、石膏をセメント製造に利用する。
【0044】
また、前記ケーキには、セレンが含まれるため、セメント製造装置1におけるセレンについてのマテリアルバランスは、図2に示すようになる。プレヒータ22と、セメントキルン23とを備えたセメント製造装置21において、抽気ダスト処理システム水洗工程24(図1のベルトフィルタ9)からのセレンを含むケーキは、セメント粉砕工程へ添加され、セメントキルン23には戻されないため、その分塩素バイパスに含まれるセレンの量が低下する。これにより、排水処理設備25においてセレンの除去に用いる薬剤の量が大幅に低下する。
【0045】
図1に示すように、分離されたろ液(塩水)を排水処理装置10において処理し、無害化する。排水処理装置10において、重金属類の鉄による共沈効果を利用し、まず、母ろ液に塩酸を添加してpHを4以下とした後、第1鉄化合物を添加し、2槽目でpH調整剤を添加してpHを8.5〜11.0とし、生成した沈殿物をフィルタプレス等でろ過してセレン等の重金属類を無害化する。
【0046】
また、排水処理装置10において、後段の電析装置11の閉塞を防止するため、ろ液中のカルシウムを除去する。除去にあたっては、重金属を除去した後の液体に炭酸カリウムを添加して、生成した沈殿物をフィルタプレス等でろ過する。
【0047】
排水処理装置10において最終的に得られたろ液を電析装置11に供給し、イオン交換膜によって、塩素を濃縮水側に濃縮するとともに、不純物としてのSO4を脱塩水側に移行させ、塩の純度を向上させる。
【0048】
次に、晶析装置12において、濃縮塩水を加熱し、結晶化を行い、KCl等を回収する。KClの他には、ナトリウム、臭素等を回収することができる。尚、電析装置11で濃縮した塩水を晶析装置12に供給せずに放流することもできる。
【図面の簡単な説明】
【0049】
【図1】本発明にかかるセメントキルン燃焼ガス抽気ダストの処理方法の一実施の形態を実施するためのセメント製造装置を示すフローチャートである。
【図2】図1のセメント製造装置におけるセレンに関するマテリアルバランスを示す図である。
【図3】従来のセメントキルン燃焼ガス抽気ダストの処理システムの一例を示すフローチャートである。
【図4】図3の処理システムを付設したセメント製造装置におけるセレンに関するマテリアルバランスを示す図である。
【符号の説明】
【0050】
1 セメント焼成装置
2 セメントキルン
3 プローブ
4 サイクロン
5 バグフィルタ
6 ダストタンク
7 溶解槽
8 浮選装置
9 ベルトフィルタ
10 排水処理装置
11 電析装置
12 晶析装置
21 セメント焼成装置
22 プレヒータ
23 セメントキルン
24 抽気ダスト処理システム水洗工程(溶解槽、浮選装置、ベルトフィルタ)
25 抽気ダスト処理システム排水工程(排水処理設備)
31 ボイラ
32 温水槽
33 溶解槽
34 ベルトフィルタ
35 貯槽
36 薬液反応槽
37 フィルタプレス
38 薬液反応槽
39 フィルタプレス
40 薬液反応槽
41 除鉄塔
42 キレート樹脂塔
43 ろ過装置
44 電気透析装置
45 ボイラ
46 加熱器
47 結晶装置
48 コンデンサ
49 ろ液タンク
50 遠心分離機
61 セメント焼成装置
62 プレヒータ
63 セメントキルン
64 抽気ダスト処理システム水洗工程(溶解槽、ベルトフィルタ)
65 抽気ダスト処理システム排水工程(排水処理設備)
【出願人】 【識別番号】000000240
【氏名又は名称】太平洋セメント株式会社
【出願日】 平成18年9月22日(2006.9.22)
【代理人】 【識別番号】100106563
【弁理士】
【氏名又は名称】中井 潤


【公開番号】 特開2008−75139(P2008−75139A)
【公開日】 平成20年4月3日(2008.4.3)
【出願番号】 特願2006−256578(P2006−256578)