(57)【要約】【課題】別個に加熱手段を設けることなく、セメント製造装置からの排ガスに含まれる水銀を簡易にかつ効率的に除去するために、セメント製造装置からの排ガス中の水銀を水溶性にする方法を提供する。【解決手段】水銀の水溶化方法は、少なくともボトムサイクロン４Ｄを有するプレヒータ４を備えるセメント製造装置１からの排ガス中の水銀を水溶性にする方法であって、ボトムサイクロン４Ｄ内のセメント原料中の塩素濃度（塩素換算）を８０００ｍｇ／ｋｇ以上、かつボトムサイクロン４Ｄ出口排ガス中のＯ２濃度を４．０％以下に調整する。【選択図】図１
2010235334.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくともボトムサイクロンを有するプレヒータを備えるセメント製造装置からの排ガス中の水銀を水溶性にする方法であって、
前記ボトムサイクロン内のセメント原料中の塩素濃度（塩素換算）を８０００ｍｇ／ｋｇ以上、かつ前記ボトムサイクロン出口排ガス中のＯ２濃度を４．０％以下に調整することを特徴とする水銀の水溶化方法。
【請求項２】
前記セメント製造装置が、ロータリーキルン及び仮焼炉をさらに備え、
塩素化合物を含有する可燃性廃棄物を、前記ロータリーキルンの窯尻部、前記仮焼炉及び前記プレヒータ下部のうちの少なくともいずれかの箇所に塩素供給源として投入することを特徴とする請求項１に記載の水銀の水溶化方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、セメント製造装置からの排ガスに含まれる水銀を水溶性にする方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、セメント原料や焼成燃料の一部として、各種廃棄物が多く使用されるようになってきている。これらの廃棄物のうち一部の廃棄物には、水銀が含まれるものもあるため、このような廃棄物をセメント原料や焼成燃料の一部として使用すると、セメント製造装置の循環系内の水銀量が増大し、セメント製造装置からの水銀排出量が増大してしまうことが懸念されている。
【０００３】
しかしながら、現状においては、セメント工場等におけるセメント製造装置から大量に排出される排ガス中の水銀量を効果的に低減することのできる手段が存在せず、特段の対策が取られていない。
【０００４】
セメント製造装置からの排ガス中の水銀量を低減する方法としては、例えば、セメント製造装置からの排ガスに含まれるダストを、セメント製造装置とは別個に設けた加熱炉にて水銀（重金属）の揮発温度以上に加熱し、水銀（重金属）をガス化して除去した上で、ダストをセメント原料の一部として用いる方法（特許文献１参照）、排ガス工程の３５７℃以下の部分から抽気したダストについて、再び原料として使用しない、又はダストに付着している水銀を除去した後に原料として使用する方法（特許文献２参照）等が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−３５５５３１号公報
【特許文献２】特開２００７−１５８７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
セメント製造装置からの排ガス中の重金属のほとんどは、排ガス温度の低下に伴い、排ガスに含まれるダストに付着していることが知られているが、上記特許文献１に記載の方法では、捕集した集塵ダストを加熱して水銀等の揮発性金属成分を揮発させて除去するものであるため、除去対象物（揮発性金属成分）以外の本来加熱を要しない多量の固体分をも加熱することになり、加熱炉の容積及び熱エネルギーの使用量の観点から、経済的でないという問題がある。
【０００７】
また、特許文献２に記載の方法では、特許文献１におけるダストの回収温度域を高温度側に設定したものであり、ダストに付着する水銀量が特許文献１に記載の方法よりも低量であるため、水銀の除去効率が悪いという問題がある。
【０００８】
このように、セメント製造装置からの排ガス中に存在する水銀が、金属水銀の形態であるため、金属水銀の形態のまま当該水銀を除去しようとすると、かかる排ガス中の水銀を除去するために別個の加熱手段を設ける必要があったり、水銀の除去効率が悪くなってしまったりするという問題が生じている。
【０００９】
かかる問題点に鑑みて、本発明は、別個に加熱手段を設けることなく、セメント製造装置からの排ガスに含まれる水銀を簡易にかつ効率的に除去するために、セメント製造装置からの排ガス中の水銀を水溶性にする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】
【００１０】
上記課題を解決するために、本発明は、少なくともボトムサイクロンを有するプレヒータを備えるセメント製造装置からの排ガス中の水銀を水溶性にする方法であって、前記ボトムサイクロン内のセメント原料中の塩素濃度（塩素換算）を８０００ｍｇ／ｋｇ以上、かつ前記ボトムサイクロン出口排ガス中のＯ２濃度を４．０％以下に調整することを特徴とする水銀の水溶化方法を提供する（請求項１）。
【００１１】
セメント製造装置において揮発した水銀のほとんどは、排ガス中に金属水銀として存在するが、上記発明（請求項１）によれば、ボトムサイクロン内のセメント原料中の塩素濃度（塩素換算）を８０００ｍｇ／ｋｇ以上、かつボトムサイクロン出口排ガス中のＯ２濃度を４．０％以下に調整することで、効率的に排ガス中の金属水銀を塩化水銀等の水溶性水銀にすることができる。これにより、例えば、排ガスについて湿式洗煙処理を施すことで、容易にかつ効率的に排ガス中の水銀を除去することができ、セメント製造装置からの水銀の排出量を低減することができる。また、排ガス温度の低下に伴い一部の水溶性水銀がダストに付着すると考えられるが、かかる塩化水銀については、ダストを水洗することで容易にかつ効率的に除去することができる。
【００１２】
本発明において、ボトムサイクロンとは、セメント製造装置が備える、複数のサイクロンを有するプレヒータ（セメント原料を予熱するための装置）における当該サイクロンのうち最下段に位置するサイクロンを意味する。
【００１３】
上記発明（請求項１）においては、前記セメント製造装置が、ロータリーキルン及び仮焼炉をさらに備え、塩素化合物を含有する可燃性廃棄物を、前記ロータリーキルンの窯尻部、前記仮焼炉及び前記プレヒータ下部のうちの少なくともいずれかの箇所に塩素供給源として投入するのが好ましい（請求項２）。
【００１４】
上記発明（請求項２）によれば、塩化カリウム、塩化カルシウム、塩化ビニル等の塩素化合物を含有する可燃性廃棄物を塩素供給源として使用することで、容易にボトムサイクロン内の原料中の塩素濃度を８０００ｍｇ／ｋｇ以上に調整することができ、また、排ガス中の塩化水銀等の水溶性水銀量を増加させることができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の水銀の水溶化方法よれば、効率的にセメント製造装置からの排ガス中の金属水銀を塩化水銀等の水溶性水銀にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の一実施形態に係る水銀の水溶化方法を適用し得るセメント製造装置を示す概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の一実施形態に係る水銀の水溶化方法について、図面を参照して説明する。図１は、本実施形態に係る水銀の水溶化方法を適用し得るセメント製造装置を示す概略構成図である。
【００１８】
図１に示すように、セメント製造装置１は、セメント原料を乾燥する乾燥機２と、乾燥機２にて乾燥したセメント原料を粉砕する粉砕機３と、粉砕機３にて所定の粒度に粉砕されたセメント原料を予備的に加熱する第１〜第４のサイクロン４Ａ〜４Ｄを有するプレヒータ４と、セメント原料を仮焼する仮焼炉５と、予備的に加熱され、仮焼されたセメント原料を焼成しクリンカを生成するロータリーキルン６と、ロータリーキルン６により生成したクリンカを冷却するクリンカクーラー７と、ロータリーキルン６からの排ガス中に含まれるダストを集塵する集塵機８と、セメント製造装置１からの排ガスを洗浄する洗浄装置９と、セメント製造装置１からの排ガスを排出する煙突１０とを備える。なお、図１において、破線で示される矢印は、プレヒータ４からの排ガスの流れを示すものである。
【００１９】
集塵機８は、セメント製造装置１からの排ガスに含まれる水銀（金属水銀、塩化水銀等）が表面に付着したダストを捕集するための装置である。このような集塵機８としては、例えば、電気集塵機、重力集塵機、慣性力集塵機、遠心力集塵機、濾過集塵機等が挙げられる。
【００２０】
このようなセメント製造装置１において、セメント原料として、水銀を含む塊状の原料が、乾燥機２にて乾燥され、粉砕機３により所定の粒度に粉砕された上で、プレヒータ４上部（第１のサイクロン４Ａと第２のサイクロン４Ｂとを接続するダクト）に投入される。なお、石炭灰等の粉状の原料は、乾燥機２及び粉砕機３を経ることなく投入されてもよい。プレヒータ４上部に投入されたセメント原料は、第１〜第３のサイクロン４Ａ〜４Ｃ、仮焼炉５及び第４のサイクロン（ボトムサイクロン）４Ｄを経て予備的に加熱され、ロータリーキルン６に供給される。
【００２１】
ロータリーキルン６内に供給されたセメント原料は、約１５００℃の温度条件下で焼成され、これによりクリンカが生成される。生成されたクリンカはロータリーキルン６から排出されて、クリンカクーラー７で冷却され、石膏等が添加された後に仕上げミル（図示せず）内で粉砕される。これにより、所望のセメントが製造される。
【００２２】
ロータリーキルン６内にてセメント原料が焼成される際に生じる排ガスは、ロータリーキルン６から排出されて、仮焼炉５、プレヒータ４の第４サイクロン（ボトムサイクロン）４Ｄから第１サイクロン４Ａ、粉砕機３又は乾燥機２を経て、集塵機８に導入される（図１の破線矢印を参照）。
【００２３】
プレヒータ４からの排ガスには、セメント原料及び焼成燃料に含有される水銀が、加熱により揮発して金属水銀として残存している。この金属水銀は、水に難溶であり、排ガス温度の低下に伴い排ガス中のダストの表面に付着してしまうため、当該ダストを加熱処理等に付しない限り水銀の除去が困難である。しかしながら、当該金属水銀を塩化水銀等の水溶性水銀にすることにより、スクラバー等の洗浄装置９での処理等により簡易にかつ効率的に除去することができる。
【００２４】
金属水銀を塩化水銀等の水溶性水銀にするために、本実施形態においては、プレヒータ４の第４のサイクロン（ボトムサイクロン）４Ｄ内のセメント原料中の塩素濃度（塩素換算）を８０００ｍｇ／ｋｇ以上、かつ第４のサイクロン（ボトムサイクロン）４Ｄ出口排ガス中のＯ２濃度を４．０％以下に調整する。これにより、排ガス中の金属水銀のうちの概ね５０質量％以上を塩化水銀等の水溶性水銀にすることができる。
【００２５】
好ましくは、プレヒータ４の第４のサイクロン（ボトムサイクロン）４Ｄ内のセメント原料中の塩素濃度（塩素換算）を１００００〜２００００ｍｇ／ｋｇ、かつ第４のサイクロン（ボトムサイクロン）４Ｄ出口排ガス中のＯ２濃度を０．５〜３．０％に調整する。これにより、排ガス中の金属水銀のうちの６０質量％以上を塩化水銀等の水溶性水銀にすることができる。なお、プレヒータ４の第４のサイクロン（ボトムサイクロン）４Ｄ内のセメント原料中の塩素濃度（塩素換算）が２００００ｍｇ／ｋｇを超えると、セメント製造装置１のプレヒータ４において閉塞等の問題が生じるおそれがあり、好ましくない。
【００２６】
プレヒータ４の第４のサイクロン（ボトムサイクロン）４Ｄ内のセメント原料中の塩素濃度（塩素換算）を８０００ｍｇ／ｋｇに調整するためには、仮焼炉５、プレヒータ４下部（第４のサイクロン４Ｄ）及びロータリーキルン６の窯尻部のうちの少なくともいずれかの箇所に、塩素供給源として塩素化合物を含有する可燃性廃棄物を投入すればよい。また、塩素化合物を含有するセメント原料の使用量を調整してもよい。
【００２７】
塩素化合物を含有する可燃性廃棄物の投入量や、塩素化合物を含有するセメント原料の使用量は、プレヒータ４の第４のサイクロン（ボトムサイクロン）４Ｄ内の原料中の塩素濃度（塩素換算）を８０００ｍｇ／ｋｇ以上にすることができれば特に限定されるものではなく、当該可燃性廃棄物やセメント原料中の塩素化合物含有量、セメント製造装置１におけるセメントクリンカ焼成量等に応じて適宜設定することができる。
【００２８】
プレヒータ４の第４のサイクロン（ボトムサイクロン）４Ｄ内のセメント原料中の塩素濃度（塩素換算）の測定方法は、特に限定されるものではないが、例えば、セメント製造装置１において、第４のサイクロン（ボトムサイクロン）４Ｄ出口のロータリーキルン６への投入部からセメント原料の一部を抽出し、抽出したセメント原料中の塩素濃度（塩素換算）を、蛍光Ｘ線分析装置等を用いて測定すればよい。
【００２９】
また、第４のサイクロン（ボトムサイクロン）４Ｄ出口排ガス中のＯ２濃度を４．０％以下に調整するためには、ロータリーキルン６の窯前部側及び／又は仮焼炉５への燃料及び燃焼用空気の供給量を調整すればよい。
【００３０】
第４のサイクロン（ボトムサイクロン）４Ｄ出口排ガス中のＯ２濃度の測定方法は、特に限定されるものではないが、例えば、第４のサイクロン（ボトムサイクロン）４Ｄ出口の排ガスを抽気し、抽気ガスの酸素濃度を、酸素濃度計等を用いて測定すればよい。
【００３１】
上述のような処理により、ロータリーキルン６からの排ガス中の金属水銀を、効率的に塩化水銀等の水溶性水銀にすることができる。これにより、排ガス中には、高い割合（水銀全体量（金属水銀及び水溶性水銀を含む）のうちの少なくとも５０質量％以上）で水溶性水銀が含まれることになる。
【００３２】
以上説明したように、本実施形態によれば、プレヒータ４の第４のサイクロン４Ｄ内の原料中の塩素濃度（塩素換算）を８０００ｍｇ／ｋｇ以上、かつ当該第４のサイクロン４Ｄ出口排ガス中のＯ２濃度を４．０％以下に調整することで、効率的に排ガス中に含まれる金属水銀を水溶性水銀にすることができる。そのため、例えば、その後のスクラバー等の洗浄装置９での処理により、排ガス中の水溶性水銀を除去することができる。したがって、排ガス中のダストに付着した金属水銀を揮発させるための加熱装置等を別個に設ける必要もなく、簡易にかつ効率的に排ガス中の水銀を除去することができ、セメント製造装置１からの排ガス中の水銀量を低減することができる。
【００３３】
以上説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするために記載されたものであって、本発明を限定するために記載されたものではない。したがって、上記実施形態に開示された各要素は、本発明の技術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含む趣旨である。
【実施例】
【００３４】
〔実施例１〜３，比較例１〕
図１に示すセメント製造装置１にて、セメント原料の一部として廃棄物（石炭灰、煤塵、汚泥、鉱滓等）を用いてセメントを製造し、かかるセメント製造装置１からの排ガス中に含まれる水銀濃度、プレヒータ４の第４のサイクロン（ボトムサイクロン）４Ｄ内のセメント原料中の塩素濃度（塩素換算）及び第４のサイクロン（ボトムサイクロン）４Ｄ出口排ガス中のＯ２濃度を測定した。
【００３５】
実施例１及び３においては、塩素化合物を含有する無機汚泥（塩素濃度（塩素換算）：０．８４質量％）をセメント原料として用い、実施例２においては、塩素化合物を含有する可燃性廃棄物（塩素濃度（塩素換算）：０．８９質量％）をロータリーキルン６窯尻部に焼成燃料として投入し、プレヒータ４の第４のサイクロン（ボトムサイクロン）４Ｄ内のセメント原料中の塩素濃度（塩素換算）を調整した。
【００３６】
なお、排ガス中の水銀濃度は、下記のようにして測定した。
硫酸酸性過マンガン酸カリウム水溶液を入れたインピンジャーの前段に、蒸留水を入れたインピンジャーを配置し、所定量の排ガス試料を通気し、前段のインピンジャー中の蒸留水で水溶性の塩化水銀を捕集し、後段のインピンジャー中の硫酸酸性過マンガン酸カリウム水溶液で残りの水銀（金属水銀とみなすことができる）を捕集した。そして、それぞれの捕集液中の水銀濃度（金属水銀換算）を、ＨＧ分析計（日本インスツルメンツ社製，ＳＰ−３Ｄ）を用いて定量した。
【００３７】
また、第４のサイクロン（ボトムサイクロン）４Ｄ内のセメント原料中の塩素濃度（塩素換算）は、第４のサイクロン（ボトムサイクロン）４Ｄからロータリーキルン６に投入されるセメント原料のうちの一定量を採取し、当該セメント原料についてＸ線分析装置（理学社製，ＺＳＸ）を用いて分析した。
【００３８】
さらに、第４のサイクロン（ボトムサイクロン）４Ｄ出口排ガス中のＯ２濃度は、第４のサイクロン（ボトムサイクロン）４Ｄ出口排ガスを抽気し、抽気ガスについてジルコニア式酸素濃度計（横河電気工業社製）を用いて測定した。
【００３９】
セメント製造装置１におけるセメントクリンカ焼成量（ｔ／ｈｒ）、集塵機８出口排ガスの風量（ｍ３Ｎ／ｈｒ）、無機汚泥使用量（ｋｇ／ｔ−クリンカ）及び可燃性廃棄物使用量（ｋｇ／ｔ−クリンカ）を表１に示す。また、上記測定結果を表２に示す。
【００４０】
【表１】
2010235334.tif 000003
【００４１】
【表２】
2010235334.tif 000004
【００４２】
表１及び表２に示すように、第４のサイクロン（ボトムサイクロン）４Ｄ内のセメント原料中の塩素濃度（塩素換算）を８０００ｍｇ／ｋｇ以上、かつ第４のサイクロン（ボトムサイクロン）４Ｄ出口排ガス中のＯ２濃度を４．０％以下とすることで、排ガス中の金属水銀の５０％以上を水溶性の塩化水銀にすることができることが確認された。
【００４３】
これにより、排ガス中に存在する金属水銀のうちの５０質量％以上を水溶性の塩化水銀にすることができるため、排ガスの洗煙処理やダストの水洗処理等により簡易にかつ効率的に排ガス中から水銀を除去することができる。
【００４４】
また、実施例２の結果から、塩素化合物を含有する可燃性廃棄物を塩素供給源として使用して可燃性廃棄物由来の塩素の供給量を増加させることにより、水溶化率（金属水銀と水溶性塩化水銀との合計量に対する水溶性塩化水銀量の比率）を向上させることができた。これにより、水銀の除去効率をさらに向上させることができるとともに、廃棄物使用量を増大させることができ、環境への負荷が低減されたセメント製造が可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００４５】
本発明の水銀の水溶化方法は、簡便な処理によりセメント製造装置からの排ガスに含まれる水銀を効率的に除去可能な水溶性水銀とすることにより、環境に対する負荷が低減されたセメント製造に有用である。
【符号の説明】
【００４６】
１…セメント製造装置
４…プレヒータ
４Ｄ…第４のサイクロン（ボトムサイクロン）
５…仮焼炉
６…ロータリーキルン
【図１】
2010235334.tif 000005