JP7211318B2

JP7211318B2 - 塩素含有灰の脱塩洗浄方法および脱塩洗浄装置

Info

Publication number: JP7211318B2
Application number: JP2019179398A
Authority: JP
Inventors: 琢磨高馬; 浩志林; 達哉矢島
Original assignee: Mitsubishi Materials Corp
Current assignee: Mitsubishi Materials Corp
Priority date: 2019-09-30
Filing date: 2019-09-30
Publication date: 2023-01-24
Anticipated expiration: 2039-09-30
Also published as: JP2021053582A

Description

本発明は、塩素含有灰を粉砕分級して粒径を一定範囲に整えることによって水洗脱塩効果を高めた、塩素含有灰の脱塩方法および洗浄脱塩装置に関する。

飛灰やセメント工場の塩素バイパスダストなどの塩素含有灰は、脱塩処理してセメント資源などに再利用されている。該塩素含有灰に含まれている塩素化合物は大部分が水溶性の塩素化合物であるので、脱塩方法として水洗処理される場合が多い。一方、塩素含有灰は、炉形式や保管方法によって塊状化している場合があり、水洗処理するときに、過度に沈降・圧密されるとスラリ化が困難になったり、洗浄脱塩が不十分になったりするので、水洗前に必要に応じて粉砕処理される。他方、塩素含有灰が過粉砕されて微粉末が多くなると、ろ過性が悪化して多量処理が困難となったりろ過装置が大型化したりする問題があった。

塩素含有灰のろ過性を改善するため、加圧粒状化してろ過する方法（特許文献１）、比較的粗粒な灰のスラリでベルトフィルタ表面をプレコートしてから、微粒灰スラリをろ過する方法（特許文献２）、簡易沈降で上澄みを除去し濃縮する方法（特許文献３）などが知られている。

また、塩素含有灰スラリに高分子凝集剤添加し、ｐＨ調整してフロックを形成して沈澱ろ過する方法（特許文献４）、グルコン酸を添加してスラリの粘度上昇を抑制してろ過する方法（特許文献５）などが知られている。

しかし、ろ過装置の改良は大がかりになり、また先述したように飛灰の性状が大きく異なるため、十分な効果が得られない場合があった。さらに、薬剤添加によってろ過性はある程度改善されるが、根本的な改善にはならない。

特開２０１７－１４８７２０号公報特許第４０９５９２９号公報特許第５７６１５４４号公報特許第３８８０９１７号公報特開２０１３－９１０２９号公報

本発明は、塩素含有灰の脱塩処理における上記問題を解決したものであり、塩素含有灰を一定の粒径範囲に整えることによって、ろ過性を低下させずに、水洗脱塩効果を高めた脱塩洗浄方法および脱塩洗浄装置を提供する。

本発明の脱塩洗浄方法および脱塩洗浄装置は以下の構成を有する。
〔１〕塩素含有灰を水洗脱塩する方法において、該塩素含有灰をスラリにする前に、該塩素含有灰を分級して粒径０.１～１mmの割合が９０wt％以上の分級灰にし、その後、該分級灰に水を加えスラリにして水洗することを特徴とする脱塩洗浄方法。
〔２〕分級基準１mmより粒径の大きい塩素含有灰を篩付粉砕機に導いて粉砕し、目開１～２０mmの篩手段を通過したものを分級して粒径０.１～１mmの割合が９０wt％以上の分級灰にし、該分級灰に水を加えスラリにして水洗する上記[１]に記載する脱塩洗浄方法。
〔３〕塩素含有灰の粉砕機、粉砕した塩素含有灰をスラリにして水洗する洗浄槽、該スラリを固液分離する手段、分離した固形分を脱水する手段を備えた脱塩洗浄装置において、該粉砕機が篩付粉砕機であり、該篩付粉砕機の前段に、塩素含有灰を分級するスクリーンメッシュを備えた分級機が設けられており、該スクリーンメッシュの上面に残る塩素含有灰が上記篩付粉砕機に導入され、該篩付粉砕機には目開き１～２０mmの篩手段が設けられており、該篩手段の上面に残る塩素含有灰が繰り返し粉砕されるとともに、該篩手段を通過した塩素含有灰の粉砕物が上記分級機に戻され、該分級機に導入された塩素含有灰が上記スクリーンメッシュを通過して粒径０.１～１mmの割合が９０wt％以上の分級灰にされ、該分級灰が上記洗浄槽に導かれ、該分級灰に水を加えてスラリにして洗浄脱塩処理されることを特徴とする脱塩洗浄装置。

以下、本発明を具体的に説明する。
〔脱塩洗浄方法〕
本発明の脱塩洗浄方法は、塩素含有灰を水洗脱塩する方法において、該塩素含有灰をスラリにする前に、該塩素含有灰を分級して粒径０.１～１mmの割合が９０wt％以上の分級灰にし、その後、該分級灰に水を加えスラリにして水洗することを特徴とする脱塩洗浄方法であり、さらには、分級基準１mmより粒径の大きい塩素含有灰を篩付粉砕機に導いて粉砕し、目開１～２０mmの篩手段を通過したものを分級して粒径０.１～１mmの割合が９０wt％以上の分級灰にし、該分級灰に水を加えスラリにして水洗する脱塩洗浄方法である。

塩素含有灰を水洗して脱塩し、ろ過脱水するときに、塩素含有灰の粒径によってろ過性が大きく異なる。例えば、塩素含有灰を０.１mm未満、０.１～０.２５mm、０.２５～０.５mm、０.５～１mm、１～２mm、２mm超に分けて、ろ過時間とろ過後のケーキ洗浄時間の合計を比較すると、図１の結果が得られる。また、これら各粒径範囲の水洗ケーキの残留塩素濃度について図２の結果が得られる。

図１のグラフに示すように、塩素含有灰の粒径が０.１mm未満ではろ過時間とケーキ洗浄時間が合計約１６０分以上であるが、粒径０.１～１.０mmの範囲ではろ過時間とケーキ洗浄時間の合計は約８０分以下であり、ろ過洗浄時間を半分以下に短縮することができる。また、図２のグラフに示すように、水洗ケーキの残留塩素濃度は、粒径０.１～１.０mmの範囲では約１.８wt％以下であるが、粒径０.１mm未満および粒径２mm超の範囲の残留塩素濃度は何れも２wt％を上回り、脱塩効果が低い。

本発明の脱塩洗浄方法は、上記結果に基づき、塩素含有灰を水洗する前に、塩素含有灰を、０.１～１mmの割合が９０wt％以上になるように整える。塊状の塩素含有灰はこれを粉砕し、分級して上記粒径の範囲に整えると良い。

塩素含有灰の水洗処理において、粒径２.０mm以上の割合が、例えば３０wt％より多くなると脱塩水洗効果が低下し残留塩素量が多くなり、また、洗浄撹拌時や水スラリの移送時に管路への堆積や閉塞を生じやすくなる。一方、粒径０.０５mm未満の割合が、例えば３０wt％より多いものは、固液分離時の沈降性が悪く、さらにフィルターの目詰まりを生じ易いためろ過性が大幅に低下するので好ましくない。

本発明の脱塩洗浄方法は、好ましくは、上記塩素含有灰を分級する工程、分級基準の粒径より大きい該塩素含有灰を粉砕する工程を有し、該粉砕工程後の塩素含有灰を上記分級工程に循環することによって、粒径０.１～１mmの割合を９０wt％以上にして塩素含有灰の水洗を行う。

〔脱塩洗浄装置〕
塩素含有灰を上記粒径範囲に調整する機構を備えた脱塩洗浄装置を図３および図４に示す。図３に示すように、本発明の脱塩洗浄装置は、塩素含有灰を供給するホッパ１０、該ホッパ１０から供給された塩素含有灰を分級粉砕手段２０に搬送するコンベア３０、該分級粉砕手段２０で分級された塩素含有灰をスラリにして水洗する洗浄槽６０、該スラリを固液分離する手段（沈降槽）７０、分離したスラリ固形分を脱水する手段（ベルトフィルタ）８０を備えている。

図示する分級粉砕手段２０は分級機４０と粉砕機５０によって形成されており、該分級機４０は該粉砕機５０の前段に設けられている。図示する分級機４０は筒状のケーシング４１を有し、その内部には目開ｄmmのスクリーンメッシュ４２によって粉砕機５０に向かう傾斜路が形成されている。また、上記ケーシング４１の下方底部には上記スクリーンメッシュ４２を通過した塩素含有灰（篩下分級灰）を排出する搬送路４３が接続している。該搬送路４３は洗浄槽６０に延びており、該スクリーンメッシュ４２を通過した塩素含有灰は該搬送路４３を通じて該洗浄槽６０に送られる。一方、該スクリーンメッシュ４２の上面に残る塩素含有灰（篩上分級灰）はケーシング４１の下端面に設けた排出口から粉砕機５０に導入される。

粉砕機５０は、例えば、ハンマーミルやカッテングミルなどのドラム型乾式粉砕機であり、その内部に粉砕用の回転刃５１を有しており、ドラム底部に目開きＤmm（Ｄ/ｄ＝１＝２０）の篩手段５２と、該篩手段５２を通過した塩素含有灰（篩下粉砕灰）を溜める収納部５３を備えた篩付粉砕機である。また該収納部５３の塩素含有灰（篩下粉砕灰）を再び上記分級機４０に返送する循環路５４が設けられている。

上記分級機４０から排出された塩素含有灰（篩上分級灰）は該篩付粉砕機５０に導入され、回転刃５１によって粉砕される。目開Ｄmm以下に粉砕された塩素含有灰は底部の篩手段５２を通じて収納部５３に落下する。この塩素含有灰（篩下粉砕灰）は収納部５３に溜められて再び上記分級機４０に返送されて分級される。一方、該篩手段５２の上面に残る塩素含有灰（篩上粉砕灰）は篩手段５２を通過して収納部５３に落下するまで繰返し回転刃５１によって粉砕される。

上記分級機４０および篩付粉砕機５０では、分級機４０のスクリーンメッシュ４２の目開ｄmmに対して、篩付粉砕機５０の篩手段５２の目開Ｄmmを、Ｄ/ｄ＝１～２０、好ましくは５～１０、に設定することによって、分級基準の粒径ｄmmに対して過剰な粉砕を抑制し、過剰な微粉量を抑えることができる。具体的には、例えば、スクリーンメッシュ４２の目開ｄ（分級基準）が１mmであるとき、上記篩手段５２の目開Ｄmmを１～２０mm、好ましくは５～１０mmに設定することによって、１mm未満の灰を速やかに篩付粉砕機５０から排出させて０.０５mm未満の過粉砕粉の量を抑制することができる。この分級機４０および篩付粉砕機５０によれば、粒径０.１～１mmの割合が９０wt％以上の塩素含有灰を得ることができる。

図示する装置では、分級機４０と篩付粉砕機５０が別に設けられているが、分級機構が内蔵された粉砕機を用いてもよい。

分級粉砕手段２０から排出された塩素含有灰は搬送路４３を通じて洗浄槽６０に送られる。洗浄槽６０において水が加えられ、塩素含有灰の水スラリが形成される。該水スラリは撹拌洗浄して脱塩された後に固液分離手段７０に送られる。該固液分離手段７０は、例えばシックナーなどの沈澱槽を用いることができる。この固液分離手段（沈澱槽）７０において、本発明の脱塩洗浄処理された塩素含有灰の水スラリはろ過性が良いので、短時間で固形分が沈降して固液分離することができる。さらに高分子凝集剤を添加してろ過性を高め、固形分の沈降を早めることができる。

固液分離手段（沈降槽）７０で水分を分離した固形分は脱水手段８０に送られる。該脱水手段８０は例えばベルトフィルタなどを用いることができる。該脱水手段（ベルトフィルタ）８０によって水分が抜き出され、脱塩した水洗ケーキが回収される。

本発明の脱塩洗浄装置では、分級基準ｄmm以上の塩素含有灰が粉砕機に導入されるので、分級基準ｄmmを大幅に下回る過剰粉砕の微細粉の発生が抑制され、目的の粒径範囲の割合が多い分級灰（篩下分級灰）を得ることができる。このためろ過性を損なわずに脱塩効果を高めた脱塩洗浄処理を行うことができる。

具体的には、本発明の脱塩洗浄方法に示すように、粒径０.１～１mmの割合を９０wt％以上にして脱塩洗浄することによって、ろ過性を損なわずに脱塩効果の高い脱塩洗浄処理を行うことができる。

また本発明の脱塩洗浄装置では、例えば、分級機４０の後段に粉砕機５０を設け、分級基準を超える塊状灰のみを粉砕するので、原灰の粒度に左右されずに目的の粒度範囲の分級灰を安定に得ることができる。これにより、水洗スラリの濾過性が向上するため、フィルタープレス等を用いたバッチ加圧ろ過でなくとも、ベルトフィルタ等を用いた連続ろ過が可能となり、処理能力の向上と設備の小型化を図ることができる。

塩素含有灰のろ過時間とケーキ洗浄時間を示すグラフ。水洗ケーキの残留塩素濃度を示すグラフ。本発明の脱塩洗浄装置の概略図。本発明の脱塩洗浄装置に設けられている粉砕分級手段の概略図。

以下、本発明の実施例を示す。
〔実施例１〕
塩素含有灰を０.１mm未満、０.１～０.２５mm、０.２５～０.５mm、０.５～１mm、１～２mm、２mm超の分級灰に分け、各分級灰９０ｇに水３１５mLを加え、１５分間撹拌して水洗スラリにし、これを５Ｂろ紙（９０mmφ）を用い、６００hPaで減圧ろ過してスラリ上面の水が切れるまでの時間を測定してろ過時間とし、さらにろ過後のケーキに水３５０mLを添加し、再度ろ過してケーキ洗浄とした。このろ過時間とケーキ洗浄時間を図１に示す。また、各分級灰の水洗ケーキの残留塩素濃度を図２に示した。

図１のグラフに示すように、粒径０.１mm未満の分級灰は、ろ過時間とケーキ洗浄時間の合計は約１６０秒以上であるが、粒径０.１～１.０mmの範囲の分級灰では、ろ過時間とケーキ洗浄時間の合計は約８０秒以下であり、ろ過洗浄時間は半分以下に短縮される。また、図２のグラフに示すように、水洗ケーキの残留塩素濃度は、粒径０.１～１.０mmの分級灰では約１.８wt％以下であるが、粒径０.１mm未満および粒径２mm超の分級灰の残留塩素濃度は何れも２wt％を上回り、脱塩効果が低い。

粒径２mm超の分級灰のろ過性が低いのは、ろ過時に過度に沈降や圧密が生じるためであると考えられる。一方、粒径０.１mm未満の分級灰のろ過性が低いのは、ろ過ケーキのろ過抵抗が大きいためであると考えられる。

〔実施例２〕
図示する脱塩洗浄装置を用いて塩素含有灰の脱塩処理を行った。原灰１００ｇを分級機４０および篩付粉砕機５０に投入し、３分間粉砕分級して、粒径０.０５～１mmの割合が８０wt％の分級灰を得た。この分級灰の９０ｇを洗浄槽６０に入れ、水３１５mLを加えて１５分撹拌して水スラリにした。この水スラリを沈降槽７０に入れ、高分子凝集剤（ダイヤフロックＡＰ８２５Ｂ）３ｇを加えて撹拌した後に、スラリ上面の水が切れるまで静置して固液分離させた。その後、回収した固形分をベルトフィルタ８０に移して脱水し、水洗ケーキ６６ｇを得た。固液分離のろ過時間は１３秒であり、水洗ケーキの残留塩素は１.７wt％であった。

〔比較例１〕
原灰１００ｇを通常のカッターミルを用いて実施例２と同様の時間粉砕した後に、分級せずに粉砕灰の全量を洗浄槽６０に入れた以降は、実施例２と同様にして脱塩洗浄処理した。固液分離のろ過時間は２３秒であり、水洗ケーキの残留塩素は２.０wt％であった。

比較例１は実施例２と比較してろ過時間が大幅に増加しており、ろ過装置の大型化および高コスト化や作業時間の長期化が生じる。因みに、比較例１のろ過時間は実施例２のろ過時間の約２倍に近いので、実用装置において、本発明と同程度のろ過時間を得るには約２倍に近い容量の設備が必要になる。また、比較例１のように残留塩素が２.０wt％以上になるとセメント資源などへの再利用が困難となる。

１０－ホッパ、２０－分級粉砕手段、３０－コンベア、４０－分級機、４１－ケーシング、４２－スクリーンメッシュ、４３－搬送路、５０－篩付粉砕機、５１－回転刃、５２－篩手段、５３－収納部、５４－循環路、６０－洗浄槽、７０－固液分離手段（沈降槽）、８０－脱水手段（ベルトフィルタ）。

Claims

塩素含有灰を水洗脱塩する方法において、該塩素含有灰をスラリにする前に、該塩素含有灰を分級して粒径０.１～１mmの割合が９０wt％以上の分級灰にし、その後、該分級灰に水を加えスラリにして水洗することを特徴とする脱塩洗浄方法。
分級基準１mmより粒径の大きい塩素含有灰を篩付粉砕機に導いて粉砕し、目開１～２０mmの篩手段を通過したものを分級して粒径０.１～１mmの割合が９０wt％以上の分級灰にし、該分級灰に水を加えスラリにして水洗する請求項１に記載する脱塩洗浄方法。
塩素含有灰の粉砕機、粉砕した塩素含有灰をスラリにして水洗する洗浄槽、該スラリを固液分離する手段、分離した固形分を脱水する手段を備えた脱塩洗浄装置において、該粉砕機が篩付粉砕機であり、該篩付粉砕機の前段に、塩素含有灰を分級するスクリーンメッシュを備えた分級機が設けられており、該スクリーンメッシュの上面に残る塩素含有灰が上記篩付粉砕機に導入され、該篩付粉砕機には目開き１～２０mmの篩手段が設けられており、該篩手段の上面に残る塩素含有灰が繰り返し粉砕されるとともに、該篩手段を通過した塩素含有灰の粉砕物が上記分級機に戻され、該分級機に導入された塩素含有灰が上記スクリーンメッシュを通過して粒径０.１～１mmの割合が９０wt％以上の分級灰にされ、該分級灰が上記洗浄槽に導かれ、該分級灰に水を加えてスラリにして洗浄脱塩処理されることを特徴とする脱塩洗浄装置。