JP5468749B2

JP5468749B2 - セメントキルン燃焼ガス抽気ダストの処理システム及び処理方法

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Publication number: JP5468749B2
Application number: JP2008157810A
Authority: JP
Inventors: 淳一寺崎; 紳一郎齋藤
Original assignee: Taiheiyo Cement Corp
Current assignee: Taiheiyo Cement Corp
Priority date: 2008-06-17
Filing date: 2008-06-17
Publication date: 2014-04-09
Anticipated expiration: 2028-06-17
Also published as: JP2009298678A

Description

本発明は、セメントキルン燃焼ガス抽気ダストの処理システム及び処理方法に関し、特に、セメントキルンの窯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より、燃焼ガスの一部を抽気して塩素を除去するとともに、抽気した燃焼ガスに含まれるダストから鉛等の重金属類を除去するシステム等に関する。

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、セメントキルンの窯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。

この塩素バイパスシステムとは、例えば、特許文献１に記載のように、抽気した燃焼ガスを冷却した後、該排ガス中のダストを分級機により粗粉と微粉とに分離し、分離された塩素分（塩化カリウム・ＫＣｌ）を多く含む微粉（塩素バイパスダスト）を回収するシステムである。

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鉛の量も増加し、セメント中の鉛濃度が管理基準値を上回る虞もある。

そこで、特許文献２に記載のように、セメントキルンの窯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より抽気した燃焼ガスを、湿式集塵機に導入して抽気ガス中のダストをスラリー化し、スラリーに含まれる鉛等の重金属類を浮遊選鉱により回収するシステムが提案されている。

この種のセメントキルン燃焼ガス抽気ダストの処理システムでは、例えば、図３に示すように、セメントキルン３１の窯尻から最下段サイクロン（不図示）に至るまでのキルン排ガス流路から抽気された抽気ガスＧ１を、サイクロン３２に供給し、粗粉Ｄ１と、微粉Ｄ２を含む排ガスＧ２とに分離する。粗粉Ｄ１は、セメントキルン系に戻され、一方、微粉Ｄ２及び排ガスＧ２は、湿式集塵機３３に導入され、ｐＨ調整のための硫酸（Ｈ₂ＳＯ₄）を加えながらスラリー化される。

そして、湿式集塵機３３から排出されるスラリーＳに対し、調整槽３４、３５、３６において、スラリーＳ中の塩化鉛、酸化鉛等を硫化するための硫化剤、硫酸等のｐＨ調整剤、及び捕集剤としての疎水化剤を順次添加した後、スラリーＳを浮選機３７に供給し、鉛等の重金属類の硫化物を含むフロスＦと、石膏を含むテールＴとに分離する。その後、フロスＦをフィルタプレス３８に供給し、前記硫化物を含むケーキＣ１とろ液Ｗ１に分離する。ケーキＣ１は、重金属類の濃度が高い場合には、山元に還元するなどして再利用する。

一方、浮選機３７から排出されるテールＴは、固液分離機３９により固液分離されて石膏分（Ｃ２）が回収される。尚、固液分離機３９から排出されるろ液Ｗ２は、フィルタプレス３８のろ液Ｗ１とともに水処理された後、下水又は海洋に放流される。

国際公開第９７／２１６３８号パンフレット国際公開第２００６／０３５６３１号パンフレット

上記のとおり、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においては、湿式集塵機３３からのスラリーＳに捕集剤としての疎水化剤を添加し、浮選機３７で重金属類を効率的に捕集している。

しかし、湿式集塵機３３から排出されるスラリーＳは、通常、４０℃以上の温度を有し、かかる温度領域下では疎水化剤が分解され易いため、疎水化剤の機能が低下する傾向がある。このため、浮選機３７での重金属類の回収率を所望の値に維持するには、疎水化剤を多量に添加せざるを得ず、薬剤コストが増大するという問題がある。

また、上記処理システムにおいては、浮選機３７からのテールＴを固液分離機３９により固液分離し、そのろ液Ｗ２を下水等に放流するが、浮選機３７のテールＴには、余剰の疎水化剤が残留するため、放流に先立ち、それらを除去する必要がある。それに加え、ろ液Ｗ２のｐＨ値を放流基準値内に調整する必要もあるため、多量の薬剤や多数の設備が不可欠となり、ろ液処理のコストが増大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、セメントキルン燃焼ガス抽気ダストから重金属類を回収するにあたって、薬剤コスト及び水処理コストを低減することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明は、セメントキルン燃焼ガス抽気ダストの処理システムであって、セメントキルンの窯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より燃焼ガスの一部を抽気する抽気装置と、該抽気装置により抽気された抽気ガスに含まれるダストを湿式集塵する湿式集塵機と、該湿式集塵機で生成したスラリーを固液分離する第１の固液分離機と、該固液分離機で分離したケーキを、水と混合・均一化するスラリータンクと、該スラリータンクで生成された、温度が２０℃以上４０℃以下のスラリーから重金属類を分離する浮選機とを備え、該水は、該浮選機のフロスを第２の固液分離機によって固液分離することで得られたろ液、該浮選機のテールを第３の固液分離機によって固液分離することで得られたろ液、又は、新規水であることを特徴とする。

そして、本発明によれば、浮選機の前段において、湿式集塵機で生成したスラリーを固液分離したケーキを溶解させて、再度スラリーを生成するため、浮遊選鉱対象物の温度を低下させた状態で捕集剤としての疎水化剤を添加することができる。これにより、疎水化剤の分解を抑制することができ、ケーキに含まれる重金属類の捕集性を高めることができる。従って、疎水化剤の添加量を少なく抑えることができ、薬剤コストを低減することが可能になる。
また、第２の固液分離機のろ液をスラリータンクに戻して循環使用することで、ろ液中に残存する余剰の疎水化剤を再利用することができ、疎水化剤の使用量をより低減することが可能になる。さらに、この際、第２の固液分離機のろ液は、放流の対象とならないため、水処理が不要となる。従って、水処理用の薬剤の使用量を低減できるとともに、処理設備を縮小化することができ、水処理コストの低減を図ることが可能になる。
さらに、第３の固液分離機のろ液をスラリータンクに戻して循環使用することで、このろ液についても水処理が不要となるため、水処理コストの更なる低減を図ることが可能になる。

尚、前記燃焼ガスの一部を抽気すると同時に、抽気した燃焼ガスを７００℃以下に急冷し、後段の分級機によって抽気ガスを粗粉と、微粉を含む排ガスとに分離し、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などを含む微粉を回収することが好ましい。

また、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、セメントキルンの窯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より燃焼ガスの一部を抽気し、該抽気された抽気ガスに含まれるダストを湿式集塵し、該湿式集塵で生成したスラリーを固液分離し、該固液分離で分離したケーキを液体に溶解させ、温度が２０℃以上４０℃以下のスラリーとし、浮遊選鉱により前記ケーキを溶解させたスラリーから重金属類を分離することを特徴とする。本発明によれば、前記発明と同様に、捕集剤としての疎水化剤の添加量を低減し、薬剤コストを低減することが可能になる。

また、上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、前記浮遊選鉱により得られたテールを固液分離して発生したろ液を、前記固液分離で分離したケーキを溶解させる液体に用いることができる。これにより、ろ液中に残存する余剰の疎水化剤を再利用し、疎水化剤の使用量をより低減することができるとともに、該ろ液は、放流の対象とならないため、水処理が不要となり、水処理コストの低減を図ることが可能になる。

さらに、上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、前記浮遊選鉱により得られたフロスを固液分離して発生したろ液を、前記固液分離で分離したケーキを溶解させる液体に用いることができる。これにより、上記ろ液についても、水処理が不要となるため、水処理コストの更なる低減を図ることが可能になる。

尚、疎水化剤の機能及び浮選機能の低下を防止するため、上記浮遊選鉱により得られたテールやフロスを固液分離して発生したろ液をケーキと混合し、ｐＨを３〜４，温度を０〜４０℃に調整した後、浮遊選鉱に用いることが好ましい。

以上のように、本発明によれば、セメントキルン燃焼ガス抽気ダストから重金属類を回収するにあたって、捕集剤としての疎水化剤の添加量を低減し、さらに、排水放流のための水処理コストを低減することが可能になる。

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。

図１は、本発明にかかるセメントキルン抽気ガスの処理システムの一実施の形態を示し、この処理システム１は、大別して、ガス抽気部２と、ガス処理部３と、分別処理部４とから構成される。

ガス抽気部２は、セメントキルン５の窯尻から最下段サイクロン（不図示）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の設備である。このガス抽気部２は、燃焼ガスを抽気するプローブ６と、プローブ６内に冷風を供給して抽気した燃焼ガスを急冷する冷却ファン７と、プローブ６から排出された抽気ガスＧ１に含まれるダスト中の粗粉Ｄ１を分離する分級機としてのサイクロン１０等から構成される。

ガス処理部３は、サイクロン１０から排出された排ガスＧ２に含まれる微粉Ｄ２及び水溶性成分を捕集するための設備である。このガス処理部３は、排ガスＧ２に含まれる微粉Ｄ２を湿式集塵する湿式集塵機１１と、湿式集塵機１１の排ガスＧ３を系外に放出するための排気ファン１２等から構成される。

湿式集塵機１１は、排ガスＧ２中の微粉Ｄ２を捕集して排ガスＧ２から塩素を除去するとともに、排ガスＧ２中の硫黄分（ＳＯ₂）と、微粉Ｄ２に含まれる生石灰（ＣａＯ）が水と反応して生じた消石灰（Ｃａ（ＯＨ）₂）、及び微粉Ｄ２から生じる消石灰で不足した消石灰とを反応させて石膏（ＣａＳＯ₄・２Ｈ₂Ｏ）を生成する。この湿式集塵機１１は、スクラバー１３と、循環液槽１４と、洗浄塔１５とから構成され、スクラバー１３と循環液槽１４との間には、スラリーを循環させるためのポンプ１４ａが設けられる。また、循環液槽１４には、硫酸を供給して循環スラリーのｐＨ値を５〜６に調整する硫酸貯槽１６とポンプ１６ａ、及び不足した消石灰を供給するための消石灰貯槽１７とポンプ１７ａが備えられる。

分別処理部４は、湿式集塵機１１からのスラリーＳ１中の固相を、石膏と鉛等の重金属類とに分別するための設備である。この分別処理部４は、水硫化ソーダ（ＮａＳＨ）等の硫化剤をスラリーＳ１に添加し、スラリーＳ１中の塩化鉛、酸化鉛等を硫化して硫化鉛等の重金属類の硫化物（以下、「硫化物」という）を生成する調整槽２０と、硫化剤が添加された後のスラリーＳ２を固液分離する第１の固液分離機２１と、第１の固液分離機２１で分離したケーキＣ１に水分を添加してスラリーＳ３を生成するスラリータンク２２と、硫酸等のｐＨ調整剤をスラリーＳ３に添加してｐＨ値を３〜４に調整する調整槽２３と、ｐＨ調整後のスラリーＳ４に捕集剤としての疎水化剤を添加する調整槽２４と、スラリーＳ５中の硫化物を気泡に付着させ、浮上させて分離する浮選機２５と、浮選機２５からのテールＴを固液分離してケーキＣ３を生成し、石膏を回収する第２の固液分離機２６と、浮選機２５からのフロスＦを固液分離してケーキＣ２を生成し、硫化物を回収する第３の固液分離機２７等から構成される。

次に、上記処理システム１の動作について、図１及び図２を参照しながら説明する。

セメントキルン５の窯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より、燃焼ガスの一部をプローブ６によって抽気すると同時に、冷却ファン７からの冷風によって、抽気した燃焼ガスを塩素化合物の融点である７００℃以下に急冷する。次に、プローブ６からの抽気ガスＧ１を、サイクロン１０によって、粗粉Ｄ１と、微粉Ｄ２を含む排ガスＧ２とに分離し、粗粉Ｄ１をセメントキルン系に戻す。

その一方で、微粉Ｄ２を含む排ガスＧ２を湿式集塵機１１のスクラバー１３に供給し、硫酸貯槽１６からの硫酸を添加しながら、スクラバー１３と循環液槽１４との間でスラリーＳ１を循環させる。湿式集塵機１１で生成されるスラリーＳ１には、微粉Ｄ２中のＣａＯが水と反応して生じたＣａ（ＯＨ）₂が存在するため、排ガスＧ２中に存在する硫黄分（ＳＯ₂）は、消石灰と以下のように反応する。
ＳＯ₂＋Ｃａ（ＯＨ）₂→ＣａＳＯ₃・１／２Ｈ₂Ｏ＋１／２Ｈ₂Ｏ
ＣａＳＯ₃・１／２Ｈ₂Ｏ＋１／２Ｏ₂＋３／２Ｈ₂Ｏ→ＣａＳＯ₄・２Ｈ₂Ｏ
これにより、排ガスＧ２中の硫黄分が分解処理され、石膏（ＣａＳＯ₄・２Ｈ₂Ｏ）が生成される。また、消石灰が不足している場合には、消石灰貯槽１７から適宜追加する。

次に、調整槽２０において、湿式集塵機１１からのスラリーＳ１に硫化剤を添加し、スラリーＳ１中の塩化鉛、酸化鉛等を硫化して硫化物を生成する。尚、硫化物の生成は、必ずしも湿式集塵機１１の後段に調整槽２０を設けて行う必要はなく、湿式集塵機１１のスクラバー１３や循環液槽１４に硫化剤を添加することで行ってもよい。

次いで、硫化物が生成されたスラリーＳ２を第１の固液分離機２１により固液分離し、スラリーＳ２から液相分（高温水）を分離して温度を低下させる。その後、第１の固液分離機２１のろ液Ｗ１を水処理して下水又は海洋に放流するとともに、分離したケーキＣ１をスラリータンク２２に供給する。この際、ケーキＣ１をある程度水（ろ液Ｗ２、Ｗ３、新規水）で混合・均一化してからスラリータンク２２に供給してもよい。

次に、スラリータンク２２において、第２の固液分離機２６及び第３の固液分離機２７からのろ液Ｗ２、Ｗ３にケーキＣ１を添加し、スラリーＳ３を生成する。ここで、ろ液Ｗ２、Ｗ３の温度は、ケーキＣ１の温度よりも低いため、スラリーＳ３は、さらに温度が低下した状態で生成される。尚、ケーキＣ１をろ液Ｗ２、Ｗ３に添加した場合、スラリーＳ３の温度は、２０〜４０℃程度になる。

次いで、調整槽２３において、スラリーＳ３にｐＨ調整剤を添加してｐＨ値を３〜４に調整するとともに、調整槽２４において、捕集剤としての疎水化剤を添加する。ここで、疎水化剤には、ザンセート基（Ｒ−Ｏ−Ｃａ₂Ｎａ）、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を用いることができる。

これらの疎水化剤は、図２に示すように、スラリーＳ４の温度が高いほど分解され易くなるが、上述のとおり、スラリーＳ３の温度は、２０〜４０℃程度であるため、スラリーＳ４も同様の温度域にあり、疎水化剤の分解を抑制することができる。また、疎水化剤は、ｐＨが４を超えると、浮選機２５においてカルシウムが浮上して浮選機能が低下するが、これに関しては、調整槽２３でスラリーＳ３を酸性化することで対処しているため、問題はない。このように、温度及びｐＨの何れにおいても疎水化剤の使用に適した条件に調整した後に疎水化剤を添加するため、スラリーＳ４に含まれる硫化物の捕集性を高めることができる。

図１に戻り、疎水化剤が添加されたスラリーＳ５と空気とを浮選機２５に供給し、浮選機２５において、気泡を発生させ、その気泡に硫化物を付着させるとともに、硫化物が付着して浮上した気泡を除去する。このとき、スラリーＳ５に含まれる石膏は、浮選機２５からテールＴとして排出される。

次に、第３の固液分離機２７において、浮選機２５からのフロスＦを固液分離し、ケーキＣ２を生成して硫化物を回収する。この際に発生するろ液Ｗ２は、スラリータンク２２に供給され、前述のとおり、スラリーＳ３を生成する際の水分として再利用される。

それと併行して、浮選機２５のテールＴを第２の固液分離機２６に供給し、ケーキＣ３を生成する。その後、不図示の乾燥機等によってケーキＣ３を乾燥して石膏を回収する。一方、固液分離で発生したろ液Ｗ３は、ろ液Ｗ２と同様に、スラリータンク２２に供給され、スラリーＳ３を生成する際の水分や、スラリータンク２２に供給する前にケーキＣ１と予混合する水分として再利用される。

以上のように、本実施の形態によれば、湿式集塵機１１で生成したスラリーＳ１を固液分離して液相分（高温水）を分離し、温度を低下させた後に疎水化剤を添加するため、疎水化剤の分解を抑制することができる。その結果、スラリーＳ４に含まれる硫化物の捕集性が高められるため、疎水化剤の添加量を少なく抑えることができ、薬剤コストを低減することが可能になる。

また、第２の固液分離機２６及び第３の固液分離機２７のろ液Ｗ２、Ｗ３をスラリータンク２２に戻して循環使用するため、ろ液Ｗ２、Ｗ３中に残存する余剰の疎水化剤を再利用することができ、疎水化剤の使用量をより低減することが可能になる。さらに、この際、第２の固液分離機２６及び第３の固液分離機２７のろ液Ｗ２、Ｗ３は、放流の対象とならないため、水処理が不要となり、水処理の対象となるのは、第１の固液分離機２１から排出されるろ液Ｗ１のみとなる。従って、水処理用の薬剤の使用量を低減できるとともに、処理設備を縮小化することができ、水処理コストの低減を図ることが可能になる。

尚、上記実施の形態においては、サイクロン１０で粗粉Ｄ１を分級した後に、微粉Ｄ２を含む排ガスＧ２を湿式集塵機１１に導入するが、サイクロン１０を設けることなく、プローブ６で抽気した抽気ガスＧ１を湿式集塵機１１に直接導入してもよい。

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システムの一実施の形態を示すフローチャートである。疎水化剤の分解特性を示す図である。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を示すフローチャートである。

符号の説明

１セメントキルン燃焼ガス抽気ダストの処理システム
２ガス抽気部
３ガス処理部
４分別処理部
５セメントキルン
６プローブ
７冷却ファン
１０サイクロン
１１湿式集塵機
１２排気ファン
１３スクラバー
１４循環液槽
１４ａポンプ
１５洗浄塔
１６硫酸貯槽
１６ａポンプ
１７消石灰貯槽
１７ａポンプ
２０調整槽
２１第１の固液分離機
２２スラリータンク
２３調整槽
２４調整槽
２５浮選機
２６第２の固液分離機
２７第３の固液分離機
Ｇ１抽気ガス
Ｇ２排ガス
Ｇ３排ガス
Ｄ１粗粉
Ｄ２微粉
Ｓ１〜Ｓ５スラリー
Ｃ１〜Ｃ３ケーキ
Ｗ１〜Ｗ３ろ液
Ｆフロス
Ｔテール

Claims

セメントキルンの窯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より燃焼ガスの一部を抽気する抽気装置と、
該抽気装置により抽気された抽気ガスに含まれるダストを湿式集塵する湿式集塵機と、
該湿式集塵機で生成したスラリーを固液分離する第１の固液分離機と、
該固液分離機で分離したケーキを、水と混合・均一化するスラリータンクと、該スラリータンクで生成された、温度が２０℃以上４０℃以下のスラリーから重金属類を分離する浮選機とを備え、
該水は、該浮選機のフロスを第２の固液分離機によって固液分離することで得られたろ液、該浮選機のテールを第３の固液分離機によって固液分離することで得られたろ液、又は、新規水であ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システム。
セメントキルンの窯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より燃焼ガスの一部を抽気し、
該抽気された抽気ガスに含まれるダストを湿式集塵し、
該湿式集塵で生成したスラリーを固液分離し、
該固液分離で分離したケーキを液体に溶解させ、温度が２０℃以上４０℃以下のスラリーとし、
浮遊選鉱により前記ケーキを溶解させたスラリーから重金属類を分離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。
前記浮遊選鉱により得られたテールを固液分離して発生したろ液を、前記固液分離で分離したケーキを溶解させる液体に用いることを特徴とする請求項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。
前記浮遊選鉱により得られたフロスを固液分離して発生したろ液を、前記固液分離で分離したケーキを溶解させる液体に用いることを特徴とする請求項２又は３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。