JP6157057B2 - フライアッシュの処理方法 - Google Patents
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Description
本発明は、微粉炭燃焼ボイラや循環流動床ボイラ等で発生するフライアッシュの処理方法に関し、特に、フライアッシュをプラスチック製品等のフィラーや建材・セメント原料等に有効利用するためにフライアッシュを処理する方法に関する。
従来、石炭焚き火力発電所等で発生したフライアッシュは、セメント及び人工軽量骨材の原料、コンクリート用混和材等に利用されている。この際、フライアッシュ中にＦｅ2Ｏ3等の鉄分の含有率が多いと、セメント原料等として品質が低下するため、有効利用されずに、埋め立て処理されていた。
そこで、鉄分を多く含む石炭灰の処理方法の例として、特許文献１には、ＣａＯ含有率が１０質量％以上及び／又はＦｅ2Ｏ3含有率が６質量％以上の、有効利用が困難であった石炭灰を磁選処理し、Ｆｅ2Ｏ3含有率が３０質量％以上である高鉄含有物をセメント原料や重量骨材等に、磁選処理後の残渣をセメント・コンクリート用混和材等に再利用する処理方法が記載されている。
また、フライアッシュ中に未燃カーボンが多く含まれると、フライアッシュをセメントや人工軽量骨材の原料、コンクリート用混和材等に使用した際に、コンクリートの作業性が低下したり、人工軽量骨材の品質が低下するため、未燃カーボン含有率の高いフライアッシュは有効利用することができず、産業廃棄物として埋め立て処理されていた。
さらに、未燃カーボンだけでなく、Ｆｅ2Ｏ3等の鉄分が多く含まれると、フライアッシュの色が黒色や褐色になるため、プラスチックのフィラーや陶磁器の原料等、白色が好まれる用途には適さないという問題がある。
そこで、未燃カーボンや鉄分を多く含む石炭灰の処理方法の例として、特許文献２には、石炭灰に７００℃以上の温度で塩化水素ガス又は塩素ガスを接触させて石炭灰に含まれる鉄分や未燃カーボンを除去し、白色の灰を得る方法が記載されている。
しかし、特許文献１に記載の処理方法では、高鉄含有物や磁選処理後の残渣は再利用できるものの、未燃カーボンを除去していないため、呈色が問題となるプラスチック製品等のフィラーや建材・セメント原料等には利用することができない。
一方、特許文献２に記載の処理方法では、石炭灰に含まれる鉄分や未燃カーボンを除去しているが、処理温度を７００℃以上に保つ必要があるため、運転コストが高騰すると共に、塩素ガスを接触させて脱炭する際に、未燃カーボンが鉄分の当量より少ない灰の場合には、コークス粉等の形でカーボンを添加して除去する必要があるため、灰に黒色が残る虞がある。
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、プラスチック製品等のフィラーや建材・セメントの製造等に有効利用するため、低コストでフライアッシュから鉄分や未燃カーボンを除去する方法を提供することを目的とする。
上記目的を達成するため、本発明は、フライアッシュの処理方法であって、フライアッシュに水を添加してスラリーを得る工程と、ネット状のフィルター又はドラムを備える湿式磁力選別装置を用いて得られたスラリーに含まれるフライアッシュからＦｅ２Ｏ３を除去する工程と、Ｆｅ ２ Ｏ ３ が除去されたフライアッシュを含むスラリーに含まれるフライアッシュから未燃カーボンを除去する工程と、を備え、全工程を実施して、改質したフライアッシュ中のＦｅ２Ｏ３の含有率を０．１質量％以上４．０質量％以下、未燃カーボンの含有率を０．１質量％以上６．０質量％以下とすることを特徴とする。
そして、本発明によれば、磁力を用いて該スラリーに含まれるフライアッシュからＦｅ2Ｏ3を除去するため、低コストでフライアッシュに含まれるＦｅ2Ｏ3を除去することができ、併せて未燃カーボンを除去することで、改質フライアッシュを、プラスチック製品等のフィラーや建材・セメント原料等に有効利用することができる。また、除去したＦｅ2Ｏ3をセメント原料や重量骨材等に有効利用することができる。さらに、湿式磁力選別によってＦｅ2Ｏ3を除去することで、磁力選別の際に、スラリー中の非磁性物を巻き込むことが少なくなり、効率よく磁力選別を行うことができる。
上記処理方法において、前記フライアッシュからの未燃カーボンの除去を、該スラリーを表面改質し、該表面改質後のスラリーを浮遊選鉱により親油性成分と親水性成分とに分離することによって行うことができる。未燃カーボン粒子の表面に捕収剤を添着するなどして表面改質することにより、未燃カーボン粒子の親油性が安定的に上昇して浮選浮遊性が向上し、未燃カーボン粒子をフロス側に、フライアッシュをテール側に効率よく分離させることができる。
上記処理方法において、前記スラリーのフライアッシュ濃度を３質量％以上２５質量％以下とすることができる。フライアッシュ濃度が３質量％より低いと、処理すべきフライアッシュに対してスラリーの量が多くなり過ぎて好ましくなく、フライアッシュ濃度が２５質量％を越えると、Ｆｅ2Ｏ3や未燃カーボンの分離性が低下するため好ましくない。
上記処理方法において、フライアッシュに水を添加してスラリーを得る工程と、ネット状のフィルター又はドラムを備える湿式磁力選別装置を用いて得られたスラリーに含まれるフライアッシュからＦｅ２Ｏ３を除去する工程と、Ｆｅ ２ Ｏ ３ が除去されたフライアッシュを含むスラリーに含まれるフライアッシュから未燃カーボンを除去する工程の後に、さらに前記湿式磁力選別装置を用いて得られたスラリーに含まれるフライアッシュからＦｅ２Ｏ３を除去する工程と、Ｆｅ ２ Ｏ ３ が除去されたフライアッシュを含むスラリーに含まれるフライアッシュから未燃カーボンを除去する工程を少なくとも１回行うことができる。これにより、改質フライアッシュのＦｅ２Ｏ３及び未燃カーボン含有率をさらに低下させることができる。
以上のように、本発明によれば、低コストでフライアッシュから鉄分や未燃カーボンを除去することができ、得られた改質フライアッシュをプラスチック製品等のフィラーや建材・セメントの製造等に有効利用することができる。
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、本発明にかかるフライアッシュの処理方法を実施するための処理装置の一例を示し、この処理装置１は、フライアッシュＦに水Ｗ１を加えてスラリーＳ１を生成するためのスラリータンク２と、スラリーＳ１から鉄分を除去するための湿式磁力選別装置３と、鉄分を除去したスラリーＳ２に捕収剤Ｃを添加した後、スラリーＳ１及び捕収剤Ｃに剪断力を付与してフライアッシュＦに含まれる未燃カーボンの表面を改質する液中撹拌装置４と、スラリーＳ１に起泡剤Ｂを加えて気泡を発生させ、該気泡に未燃カーボンを付着させて浮上させることにより未燃カーボンを分離する浮選機１１と、浮選機１１からのテールＴＡを固液分離する固液分離器１３と、固液分離器１３からのケークＣＡを乾燥させて乾燥したフライアッシュＦＰ１を得るための乾燥機１４と、浮選機１１からのフロスＦＬを固液分離して未燃カーボンＵＣを得るためのフィルタープレス１８等で構成される。
スラリータンク２は、フライアッシュＦと水Ｗ１とでスラリーＳ１を生成するために備えられ、スラリーＳ１を撹拌するための撹拌羽根を内部に備える。このスラリータンク２の前段には、図示しないフライアッシュタンクと水供給設備とが設けられる。
湿式磁力選別装置３は、スラリーＳ１からＦｅ2Ｏ3、Ｆｅ3Ｏ4等の鉄分を除去するために設けられ、一対の円筒状の電磁石の間にネット状のフィルターエレメントを備えるネット式や、磁化されたドラムに付着した磁着物をスクレーパで回収するドラム式のものを使用することができる。
液中撹拌装置４は、湿式磁力選別装置３で鉄分を除去したスラリーＳ２及び捕収剤Ｃに剪断力を付与して未燃カーボンの表面を改質するために設けられる。液中撹拌装置４の前段には、捕収剤Ｃとしての軽油を貯蔵する軽油タンク６が設けられる。
調整槽７は、液中撹拌装置４から供給されたスラリーＳ３に、起泡剤タンク９から供給された起泡剤Ｂを添加してこれらを混合するものであって、内部に撹拌羽根を備える。
浮選機１１は、気泡にフライアッシュＦの未燃カーボンを付着させて浮上させ、未燃カーボンを含むフロスＦＬと、未燃カーボンが除去されたフライアッシュを含むテールＴＡとに分離するものであり、浮選機１１の上方には、泡を発生させるための空気Ａを供給する空気供給設備（不図示）が設けられる。
固液分離器１３は、浮選機１１から排出されたフライアッシュを含むテールＴＡを固液分離するために備えられ、テールＴＡをケークＣＡと水Ｗ２とに分離する。
乾燥機１４は、固液分離器１３から供給されたケークＣＡを熱風炉１６からの熱風Ｇ１を利用して乾燥させるために備えられる。
バグフィルタ１５は、乾燥機１４からの排ガスＧ２を集塵して微粉ＦＰ２を回収するために備えられる。
フィルタープレス１８は、浮選機１１からの未燃カーボンを含むフロスＦＬを固液分離するために備えられる。
熱風炉１６は、フィルタープレス１８から排出された未燃カーボンＵＣを燃料として熱風Ｇ１を発生させ、乾燥機１４で利用するために設けられる。
次に、上記の処理装置１を用いた本発明にかかるフライアッシュの処理方法について説明する。
スラリータンク２にフライアッシュタンク（不図示）よりフライアッシュＦを供給し、水Ｗ１と混合してスラリーＳ１を生成する。ここで、スラリーＳ１中のフライアッシュＦの濃度を、３〜２５質量％の範囲に調整する。
次に、スラリーＳ１を湿式磁力選別装置３に供給し、Ｆｅ2Ｏ3、Ｆｅ3Ｏ4等の鉄分を除去する。この際、スラリーＳ１中のフライアッシュＦに含まれるＦｅ2Ｏ3の含有率を０．１〜 ４．０質量％に低減する。ここで得られた鉄分は、セメント原料や重量骨材等に使用することができる。
次いで、湿式磁力選別装置３から排出されたスラリーＳ２を液中撹拌装置４に供給する。一方、液中撹拌装置４には、軽油タンク６から軽油を捕収剤Ｃとして供給する。この捕収剤Ｃには、軽油の他に、灯油、重油等を使用することができる。捕収剤Ｃの添加量は、フライアッシュＦ中の未燃カーボン量の５〜１００質量％の範囲に調整する。
次に、液中撹拌装置４において、スラリーＳ２に剪断力を付与する。剪断力が付与されたスラリーＳ２には、調整槽７において、起泡剤タンク９からの起泡剤Ｂを添加され、混合される。
次いで、浮選機１１において、気泡に親油性成分を付着させ、未燃カーボンを含むフロスＦＬと、未燃カーボンが除去された親水性成分としてのフライアッシュを含むテールＴＡとに分離する。
次に、浮選機１１から排出されたフロスＦＬをフィルタープレス１８によって固液分離し、未燃カーボンＵＣを回収する。フィルタープレス１８で分離された水Ｗ３は、スラリータンク２に戻し、新たなフライアッシュＦへ添加したり、浮選機１１において、気泡に未燃カーボンを付着させる際の消泡に再使用することができる。
一方、浮選機１１からのフライアッシュを含むテールＴＡを、固液分離器１３で固液分離し、ケークＣＡの水分が多い場合には、フィルタープレス１８から排出された未燃カーボンＵＣを熱風炉１６で燃焼して得られた熱風Ｇ１を利用し、乾燥機１４においてケークＣＡを乾燥し、Ｆｅ2Ｏ3の含有率が０．１〜４．０質量％、未燃カーボンの含有率が０．１〜６．０質量％となった製品としてのフライアッシュＦＰ１を、プラスチック製品等のフィラーや建材・セメントの製造等に利用する。また、バグフィルタ１５で回収された微粉ＦＰ２も、フライアッシュＦＰ１と同様の用途に利用することができる。
上述のように、未燃カーボンの含有率を０．１〜６．０質量％に調整する理由は次の通りである。すなわち、フライアッシュには、主に微粉炭燃焼灰ボイラで発生するものと、循環流動床ボイラで発生するものが存在し、微粉炭燃焼灰ボイラからのフライアッシュについては、未燃カーボン含有率を０．１〜０．５質量％に低減し、より白色化することによってプラスチック製品等のフィラーとして利用し、循環流動床ボイラで発生するものは、未燃カーボン含有率が１０〜３０質量％と高いため、このようなフライアッシュを用いる場合には、未燃カーボン含有率を６質量％以下として建材やセメント原料等に利用するためである。
上記処理方法において、フライアッシュＦＰ１及び微粉ＦＰ２のＦｅ2Ｏ3及び未燃カーボンの含有率をさらに低くしたい場合には、浮選機１１からのフライアッシュを含むテールＴＡや、固液分離器１３で分離されたケークＣＡをスラリータンク２に戻すことで、特に未燃カーボンの分離効率を向上させることができる。
次に、本発明に係るフライアッシュの処理方法の試験例について説明する。
市販のＪＩＳ灰ＩＩ種フライアッシュ（原粉）を用い、ネット式のＨＩＷ高湿式磁力選別装置（日本エリーズマグネチック株式会社製）と、ドラム式の湿式磁力選別装置（日本エリーズマグネチック株式会社製）によって磁力選別を行った。その結果を表１に示す。
原粉のＦｅ2Ｏ3の含有率が５．２２質量％であったが、上記湿式磁力選別装置を用いた磁力選別により、３．１１〜３．９７質量％に低下している。ネット式の湿式磁力選別装置では、磁力を大きくするに従って非磁着物のＦｅ2Ｏ3含有率が小さくなっていることが判る。Ｆｅ2Ｏ3含有率が低下すると共に、重量減少率が大きくなるが、最大でも１５．７質量％であり、フライアッシュの歩留まりが８５％程度と実用的な値を示している。
尚、乾式の磁力選別装置を用いた場合には、磁着物に非磁性物を巻き込みが多くなり、効率よく磁力選別を行うことができず、磁力選別によりフライアッシュのＦｅ2Ｏ3含有率が５．２質量％から４．１質量％に低下したものの、フライアッシュの歩留まりが７０％と低いため実用性に劣る。
また、フライアッシュからの未燃カーボンの除去については、試験例を省略するが、上記表面改質と浮遊選鉱により、微粉炭燃焼灰ボイラで発生したフライアッシュの未燃カーボン含有率を０．１質量％〜０．５質量％に、循環流動床ボイラで発生したフライアッシュの未燃カーボン含有率を０．５質量％〜６．０質量％に低減できることが知られている。
１ フライアッシュ処理装置
２ スラリータンク
３ 湿式磁力選別装置
４ 液中撹拌装置
６ 軽油タンク
７ 調整槽
９ 起泡剤タンク
１１ 浮選機
１３ 固液分離器
１４ 乾燥機
１５ バグフィルタ
１６ 熱風炉
１８ フィルタープレス
Ａ 空気
Ｂ 起泡剤
Ｃ 捕収剤
ＣＡ ケーク
Ｆ フライアッシュ
ＦＬ フロス
ＦＰ１ フライアッシュ
ＦＰ２ 微粉
Ｇ１ 熱風
Ｇ２ 排ガス
Ｗ１〜Ｗ３ 水
Ｓ１〜Ｓ４ スラリー
ＴＡ テール
ＵＣ 未燃カーボン
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Ａ 空気
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ＦＰ２ 微粉
Ｇ１ 熱風
Ｇ２ 排ガス
Ｗ１〜Ｗ３ 水
Ｓ１〜Ｓ４ スラリー
ＴＡ テール
ＵＣ 未燃カーボン
Claims (4)
- フライアッシュに水を添加してスラリーを得る工程と、
ネット状のフィルター又はドラムを備える湿式磁力選別装置を用いて得られたスラリーに含まれるフライアッシュからＦｅ２Ｏ３を除去する工程と、
Ｆｅ ２ Ｏ ３ が除去されたフライアッシュを含むスラリーに含まれるフライアッシュから未燃カーボンを除去する工程と、を備え、
全工程を実施して、改質したフライアッシュ中のＦｅ２Ｏ３の含有率を０．１質量％以上４．０質量％以下、未燃カーボンの含有率を０．１質量％以上６．０質量％以下とすることを特徴とするフライアッシュの処理方法。 - 前記フライアッシュからの未燃カーボンの除去を、該スラリーを表面改質し、該表面改質後のスラリーを浮遊選鉱により親油性成分と親水性成分とに分離することによって行うことを特徴とする請求項１に記載のフライアッシュの処理方法。
- 前記スラリーのフライアッシュ濃度を３質量％以上２５質量％以下とすることを特徴とする請求項１又は２に記載のフライアッシュの処理方法。
- フライアッシュに水を添加してスラリーを得る工程と、ネット状のフィルター又はドラムを備える湿式磁力選別装置を用いて得られたスラリーに含まれるフライアッシュからＦｅ２Ｏ３を除去する工程と、Ｆｅ ２ Ｏ ３ が除去されたフライアッシュを含むスラリーに含まれるフライアッシュから未燃カーボンを除去する工程の後に、さらに前記湿式磁力選別装置を用いて得られたスラリーに含まれるフライアッシュからＦｅ２Ｏ３を除去する工程と、Ｆｅ ２ Ｏ ３ が除去されたフライアッシュを含むスラリーに含まれるフライアッシュから未燃カーボンを除去する工程を少なくとも１回行うことを特徴とする請求項１、２又は３に記載のフライアッシュの処理方法。
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