JP5652947B2

JP5652947B2 - セメントキルン燃焼ガス抽気ダストの処理方法及び処理装置

Info

Publication number: JP5652947B2
Application number: JP2010285271A
Authority: JP
Inventors: 淳一寺崎
Original assignee: Taiheiyo Cement Corp
Current assignee: Taiheiyo Cement Corp
Priority date: 2009-12-24
Filing date: 2010-12-22
Publication date: 2015-01-14
Anticipated expiration: 2030-12-22
Also published as: JP2011148681A

Description

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及び処理装置に関し、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を除去する方法等に関する。

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、抽気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には、セメント中の鉛濃度を管理基準値以下に抑えるため、図２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システムが提案されている。

この処理システム４１では、セメントキルン４２の窯尻からの抽気ガスを、プローブ４３において冷却ファン４４からの冷風によって冷却した後、サイクロン４５に導入し、分離した塩素含有率の高い微粉及びガスを湿式スクラバー４６において循環液槽４７から供給されるスラリーの有する水分等によって冷却し、微粉を集塵する。この際、抽気ガス中のＳＯ₂がスラリー中のＣａ（ＯＨ）₂と反応して脱硫され、石膏が生成される。

また、湿式スクラバー４６に、貯槽５２から水硫化ソーダ（ＮａＳＨ）を添加し、抽気ガスに含まれる塩化鉛、酸化鉛等の微粉を硫化して硫化物として沈殿させ、循環液槽４７から排出されたスラリーを浮選機５７に供給する。次に、浮選機５７に、貯槽５４からザンセート基（Ｒ−Ｏ−Ｃａ₂Ｎａ）等の浮選剤を、貯槽５８から起泡剤を、さらに、空気を供給し、浮選操作によって、スラリーを鉛を含むフロスと、石膏を含むテール側スラリーとに分離する。

次に、鉛を含むフロスをフィルタプレス６１に供給し、酸化鉛を含むケークと、水とに分離し、酸化鉛を含むケークを山元に還元するなどして再利用する。一方、浮選機５７からの石膏を含むテール側スラリーを固液分離器６２において固液分離して石膏を回収し、分離した塩水をセメント粉砕工程に添加する。

一方、特許文献３には、有害なカドミウムや鉛等の重金属の系外への排出を抑制しながら、キルン燃焼ガスに含まれるダストを処理するにあたって、セメントキルンの窯尻から抽気された抽気ガスを冷却した後乾式集塵し、回収したダストに水を加えてスラリーとし、スラリーに含まれるカドミウムと鉛の溶解度が各々最小となるように、ｐＨ調整剤を添加してスラリーのｐＨを２度にわたって調整し、ｐＨ調整されたスラリーを固液分離することにより、沈殿したカドミウムと鉛とを回収してセメント原料等として再利用するとともに、カドミウムと鉛が除去された水を、そのまま下水又は海洋に放流するか、上記処理システムに循環させるなどして再利用する。

国際公開第９７／２１６３８号パンフレット国際公開第０６／０３５６３１号パンフレット特許第２７６４５０８号公報

しかし、上記特許文献２に記載の処理システムでは、浮選機により重金属を回収するため、設備コストに加え、捕集剤としての疎水化剤等を添加する必要があり、薬剤コストひいては運転コストが高騰するという問題があった。

また、特許文献３に記載の処理システムでは、カドミウムや鉛とともに石膏を回収することができるが、回収した石膏にはカドミウムや鉛が同伴しているため、そのままセメントクリンカに添加すると、セメントの鉛濃度等の管理基準値を上回る虞があった。また、カドミウムや鉛等の重金属についても純度の高いものを得ることができず、山元に還元することなどができなかった。

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を処理するにあたって、設備コスト及び運転コストを低く抑えながら、回収される重金属及び石膏の純度を高めることを目的とする。

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冷却しながら抽気し、該抽気ガスに含まれるダストを湿式集塵する、と同時に該抽気ガスに含まれる硫黄酸化物から石膏を生成し、該湿式集塵及び脱硫により生成したスラリーに含まれる重金属が該スラリーの液相に溶解するように、該スラリーのｐＨを調整し、該ｐＨ調整されたスラリーを固液分離してケーク側に前記石膏を回収し、該固液分離によって得られたろ液中の重金属を回収することを特徴とする。

そして、本発明によれば、湿式集塵により生成されるスラリーの液相に重金属が溶解しているため、スラリーの固相に含まれる石膏と重金属とを固液分離により分離することができ、各々の純度を高めることができる。また、浮選処理を利用せずに重金属を回収することができるため、疎水化剤等を添加する必要がなく、装置コスト及び薬剤コストを大幅に低減することができる。

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、前記湿式集塵により生成したスラリーのｐＨを、１以上６以下に調整することができ、これにより、湿式集塵後のスラリーに含まれる重金属をより多く該スラリー中に溶解させることができ、重金属の回収率を高めることができる。

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、前記ろ液中の重金属の回収を、硫化反応又はｐＨ調整、あるいは硫化反応とｐＨ調整とを組み合わせて行うことができる。

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、前記湿式集塵及び脱硫により生成したスラリーから石膏を回収し、セメントクリンカに添加することができる。この石膏は、純度が高いため、セメント中の重金属濃度の増加を懸念せずに利用することができる。

さらに、前記重金属を回収して得られたろ液から塩を回収し、塩化カリウム純度の高い工業塩等として利用することができる。

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、前記湿式集塵を行う前に、前記抽気ガス中の粗粉を除去することにより、塩素除去効率を高めることができる。

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装置であって、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冷却しながら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、と同時に該抽気ガスに含まれる硫黄酸化物から石膏を生成するとともに、該湿式集塵及び脱硫により生成したスラリーに含まれる重金属が該スラリーの液相に溶解するように、該スラリーのｐＨを調整する湿式集塵機と、該湿式集塵機でｐＨ調整されたスラリーをろ液と石膏を含むケークとに固液分離する第１の固液分離機と、該第１の固液分離機で分離されたろ液中の重金属を沈殿させる調整槽と、該調整槽から供給されたスラリーを固液分離する第２の固液分離機とを備えることを特徴とする。

そして、本発明によれば、上記のように、湿式集塵後のスラリーに含まれる重金属を液相側に、石膏を固相側に各々分離することができ、純度の高い重金属及び石膏を回収することができる。また、浮選機を利用せずに重金属を回収することができるため、疎水化剤を添加する必要がなく、装置コスト及び薬剤コストを大幅に低減することが可能になる。

上記セメントキルン燃焼ガス抽気ダストの処理装置において、前記抽気装置と前記湿式集塵機との間に、前記抽気ガス中の粗粉を除去する分級装置を備え、該分級装置で分離された微粉及び抽気ガスを前記湿式集塵機に導入することができる。分級装置によって粗粉を除去し、塩素除去効率を高めることができるとともに、該粗粉が湿式集塵機に導入されることを防止することで、設備規模の縮小、湿式集塵機の寿命の延長、及びｐＨ調整剤のの使用量の低減を図ることができる。

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を処理するにあたって、設備コスト及び運転コストを低く抑えながら、回収される重金属及び石膏の純度を高めることが可能となる。

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装置の一実施の形態を示すフローチャートである。従来のセメントキルン燃焼ガス抽気ダストの処理装置の一例を示すフローチャートである。

次に、本発明を実施するための形態について、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燃焼ガス抽気ダストの処理装置の一実施の形態を示し、この処理装置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５ａ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に設けられる。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（不図示）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７と、サイクロン７によって分離された微粉Ｄ２を含むガスＧ２をスクラバー１３に供給するファン８等から構成される。

ガス処理部３は、ファン８から排出された排ガスＧ２に含まれる微粉Ｄ２、硫黄酸化物、及び重金属や有機成分等の微量成分を捕集するために設けられる。このガス処理部３は、排ガスＧ２に含まれる微粉Ｄ２、硫黄酸化物、及び重金属や有機成分等の微量成分を湿式集塵、除去する湿式集塵機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分を補うために供給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１〜６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補うための石灰乳を供給するための石灰乳貯槽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中の液相を、塩水と、鉛等の重金属とに分別するとともに、スラリーＳ１中の石膏を回収するために設けられる。この分別処理部４は、湿式集塵機１１からのスラリーＳ１を一旦貯留する調整槽２０と、調整槽２０からのスラリーＳ２を固液分離してスラリーＳ２中の石膏をケークＣ１として回収する第１の固液分離機２１と、第１の固液分離機２１からのろ液Ｗ１に水硫化ソーダ（ＮａＳＨ）等の硫化剤又は／及び水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）等のｐＨ調整剤を添加する調整槽２２と、硫化剤等が添加された後のスラリーＳ３を固液分離し、重金属を含むケークＣ２と、塩水としてのろ液Ｗ２とを回収する第２の固液分離機２３とで構成される。第１の固液分離機２１、第２の固液分離機２３には、例えば、フィルタープレス、ベルトフィルター、ラメラセパレーター、マイクロフィルター、シックナーなど、従来の既存技術のいずれの物も使用することができ、これらを組み合わせて使用することもできる。

次に、上記処理装置１の動作について、図１を参照しながら説明する。

セメントキルン５の窯尻５ａ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（不図示）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７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、ファン８を介して湿式集塵機１１のスクラバー１３に供給し、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消石灰（Ｃａ（ＯＨ）₂）が存在し、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、スラリーＳ１中の消石灰が不足している場合には、石灰乳貯槽１７から適宜消石灰を、スラリーＳ１のｐＨが所定の値よりも高くなる場合には、硫酸貯槽１６から適宜硫酸を添加する。

ここで、排ガスＧ２に含まれる硫黄分（ＳＯ₂）や、持ち込まれるカルシウム分（ＣａＯ）によりスラリーＳ１のｐＨが変動するが、石灰乳貯槽１７からの消石灰、硫酸貯槽１６からの硫酸の量を調整し、スラリーＳ１のｐＨを１〜６に調整する。表１は、重量比で微粉（Ｄ２）１に対して水４に溶解させ、３０分間撹拌しながらｐＨを硫酸で調整し、ｐＨ７．３及びｐＨ４．４とし、ろ過した液の各重金属の濃度を示す。この表１に示すように、ｐＨを下げることで、スラリーＳ１に含まれる鉛等の重金属をスラリーＳ１中の液相により多く溶解させることができる。

次いで、上記スラリーＳ１を調整槽２０に一旦貯留した後、第１の固液分離機２１により固液分離し、スラリーＳ１からろ液Ｗ１を分離し、ケークＣ１（石膏）を回収する。湿式集塵機１１でのｐＨ調整により、スラリーＳ１中の重金属はろ液Ｗ１に多く溶解しているため、ケークＣ１には重金属が殆ど含まれていない。これにより、ケークＣ１として回収する石膏の純度を高めることができる。

次に、調整槽２２において、第１の固液分離機２１からのろ液Ｗ１に硫化剤としての水硫化ソーダを添加し、ろ液Ｗ１中の塩化鉛、酸化鉛等を硫化して硫化鉛等の重金属の硫化物を生成する。また、硫化剤の代わりに、水酸化ナトリウム、消石灰、粗粉Ｄ１等のアルカリ源を添加してろ液Ｗ１のｐＨを各重金属の溶解度を低下させるｐＨに調整し、溶液中の各重金属の濃度を低下させてもよい。さらに、硫化とｐＨ調整とを組み合わせることや、塩化鉄等の助剤を添加することにより、回収効率を上げることができ、そのために調整槽２２の槽数を増やすことも可能である。

表２は、重量比で微粉（Ｄ２）１に対して水４に溶解させ、３０分間撹拌しながらｐＨを硫酸でｐＨ４．５に調整後、微粉Ｄ２が持ち込んだ鉛に対して１．５モル当量の水硫化ソーダを添加し、ろ過したろ液の各重金属濃度と、重量比で微粉（Ｄ２）１に対して水４に溶解させ、３０分間撹拌しながら、ｐＨを硫酸でｐＨ４．５に調整後、水酸化ナトリウムでｐＨを１０．５に調整し、ろ過したろ液の各重金属濃度を示す。同表より、これらの添加により、ろ液Ｗ１に含まれる鉛等の重金属の沈殿を促進し、ろ液Ｗ１中の重金属の濃度を低下させることができることが判る。

次に、第２の固液分離機２３において、調整槽２２からのスラリーＳ３を固液分離し、スラリーＳ３中に沈殿する重金属をケーキＣ２として回収する。尚、スラリーＳ３を固液分離する際に、ろ過性を向上させるため、高分子凝集剤や、珪藻土、消石灰等のろ過助剤を添加してもよい。表３は、各重金属の回収率を示す。すなわち、表１のｐＨ４．４の際のろ過後の溶液中の各重金属の濃度と、表２の水硫化ソーダ又は水酸化ナトリウムを添加した場合のろ過後の溶液中の濃度から、各重金属の回収率を算出したものである。同表より、各重金属の回収率は極めて高く、第２の固液分離機２３で分離されたろ液Ｗ２は、重金属を殆ど含んでいないため、そのまま排水処理を行うか、ＫＣｌ含有率の高い工業塩を回収した後に排水処理を行い、放流することができる。

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の液相に重金属を溶解させた後に固液分離することにより、回収する石膏及び重金属の純度を高めることができる。また、重金属を回収するにあたり浮選処理を利用していないため、捕集剤としての疎水化剤を添加する必要がなく、設備コスト及び薬剤コストを大幅に低減す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７で粗粉Ｄ１を分離した後に、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７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。

１セメントキルン燃焼ガス抽気ダストの処理装置
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
５ａ窯尻
６プローブ
７サイクロン
８ファン
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石灰乳貯槽
１７ａポンプ
２０調整槽
２１第１の固液分離機
２２調整槽
２３第２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〜Ｓ３スラリー
Ｃ１、Ｃ２ケーキ
Ｗ１、Ｗ２ろ液

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冷却しながら抽気し、
該抽気ガスに含まれるダストを湿式集塵する、と同時に該抽気ガスに含まれる硫黄酸化物から石膏を生成し、
該湿式集塵及び脱硫により生成したスラリーに含まれる重金属が該スラリーの液相に溶解するように、該スラリーのｐＨを調整し、
該ｐＨ調整されたスラリーを固液分離してケーク側に前記石膏を回収し、
該固液分離によって得られたろ液中の重金属を回収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。
前記湿式集塵により生成したスラリーのｐＨを１以上６以下に調整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。
前記ろ液中の重金属の回収を、硫化反応又は／及びｐＨ調整を介して行う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。
前記湿式集塵及び脱硫により生成したスラリーから石膏を回収し、セメントクリンカに添加することを特徴とする請求項１、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。
前記重金属を回収して得られたろ液から塩を回収することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか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。
前記湿式集塵を行う前に、前記抽気ガス中の粗粉を除去することを特徴とする請求項１、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。
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冷却しながら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、と同時に該抽気ガスに含まれる硫黄酸化物から石膏を生成するとともに、該湿式集塵及び脱硫により生成したスラリーに含まれる重金属が該スラリーの液相に溶解するように、該スラリーのｐＨを調整する湿式集塵機と、
該湿式集塵機でｐＨ調整されたスラリーをろ液と石膏を含むケークとに固液分離する第１の固液分離機と、
該第１の固液分離機で分離されたろ液中の重金属を沈殿させる調整槽と、
該調整槽から供給されたスラリーを固液分離する第２の固液分離機とを備え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装置。
前記抽気装置と前記湿式集塵機との間に、前記抽気ガス中の粗粉を除去する分級装置を備え、該分級装置で分離された微粉及び抽気ガスを前記湿式集塵機に導入することを特徴とする請求項７に記載のセメントキルン燃焼ガス抽気ダストの処理装置。