(57)【要約】  セメントの品質に影響を与えずに、セメントの鉛含有率を効率よく低下させるとの課題を解決するために、セメントキルン１０の窯尻部の燃焼ガスのＯ２濃度を５％以下及び／又はＣＯ濃度を１０００ｐｐｍ以上に制御し、セメントキルンの燃焼ガスの一部を抽気して燃焼ガスに含まれるダストを集塵し、集塵したダストから鉛を回収する。セメントキルン内の原料温度が８００〜１１００℃の領域を還元雰囲気にして鉛の揮発率を大幅に上昇させることができ、前記ダストから鉛を回収することにより、セメントの鉛含有率を効率よく低下させることができ、セメントの品質に影響を与えることもない。上記制御とともに、セメントキルンの内径をＤ、セメントキルンの窯尻側から長手方向にキルン内部に向かう距離をＬとした場合に、燃料及び／又は可燃物を含む原料を該セメントキルンのＬ／Ｄが０以上１２以下の領域に投入し、前記領域の還元雰囲気を確実に維持することができる。
2008050678.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
セメントキルンの窯尻部の燃焼ガスのＯ2濃度を５％以下及び／又はＣＯ濃度を１０００ｐｐｍ以上に制御し、
該セメントキルンの燃焼ガスの一部を抽気して該燃焼ガスに含まれるダストを集塵し、
集塵したダストから鉛を回収することを特徴とするセメント焼成炉からの鉛除去方法。
【請求項２】
前記セメントキルンの窯尻部の燃焼ガスのＯ2濃度を５％以下及び／又はＣＯ濃度を１０００ｐｐｍ以上に制御するとともに、
該セメントキルンの内径をＤ、該セメントキルンの窯尻側から長手方向にキルン内部に向かう距離をＬとした場合に、
燃料及び／又は可燃物を含む原料を該セメントキルンのＬ／Ｄが０以上１２以下の領域に投入することを特徴とする請求項１に記載のセメント焼成炉からの鉛除去方法。
【請求項３】
前記セメントキルンのＬ／Ｄが０以上１２以下の領域に、粉状及び／又はスラリー状の燃料及び／又は可燃物を含む原料をノズルを用いて噴射することを特徴とする請求項２に記載のセメント焼成炉からの鉛除去方法。
【請求項４】
前記セメントキルンのＬ／Ｄが０以上１２以下の領域に、塊状の燃料及び／又は可燃物を含む原料を遠投装置を用いて投入することを特徴とする請求項２に記載のセメント焼成炉からの鉛除去方法。
【請求項５】
前記セメントキルンのＬ／Ｄが０以上１２以下の領域に、円筒状又は球状の燃料及び／又は可燃物を含む原料を該セメントキルンの窯尻部の傾斜面を利用して投入することを特徴とする請求項２に記載のセメント焼成炉からの鉛除去方法。
【請求項６】
前記円筒状又は球状の燃料及び／又は可燃物を含む原料は、小片の燃料及び／又は可燃物を含む原料を成形したものであることを特徴とする請求項５に記載のセメント焼成炉からの鉛除去方法。
【請求項７】
前記セメントキルンのＬ／Ｄが０以上１２以下の領域内に設けた投入口から前記燃料及び／又は可燃物を含む原料を投入することを特徴とする請求項２に記載のセメント焼成炉からの鉛除去方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、セメント焼成炉からの鉛除去方法に関し、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たガスに含まれるダストから鉛を回収することにより、セメント焼成炉から鉛を除去する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、セメント中の鉛（Ｐｂ）は固定化されるため、土壌への溶出はないと考えられてきた。しかし、近年のセメント製造装置におけるリサイクル資源の活用量の増加に伴い、セメント中の鉛の量も増加し、これまでの含有量を大幅に上回りつつある。濃度増加に伴い土壌への溶出の可能性もあるため、セメント中の鉛濃度をこれまでの含有量程度まで低減する必要がある。【０００３】
そこで、セメント中の鉛濃度を低減する技術として、例えば、特許文献１には、セメント製造工程に供給される廃棄物中の塩素分及び鉛分を効果的に分離除去するため、廃棄物の水洗工程と、濾別した固形分のアルカリ溶出工程と、この濾液から鉛を沈澱させて分離する脱鉛工程と、脱鉛した濾液からカルシウムを沈澱させて分離する脱カルシウム工程と、この濾液を加熱して塩化物を析出させて分離回収する塩分回収工程とを有する廃棄物の処理方法が開示されている。【０００４】
また、特許文献２には、飛灰等の廃棄物から鉛等を分別して除去するにあたって、カルシウムイオンを含む溶液を混合してスラリーを得た後、固液分離して、亜鉛を含む固形分と、鉛を含む水溶液とを得る工程と、鉛を含む水溶液に硫化剤を添加した後、固液分離して、硫化鉛と、カルシウムイオンを含む溶液とを得る工程等を含む廃棄物の処理方法が記載されている。【０００５】
【特許文献１】日本特開２００３−１２１８号公報
【特許文献２】日本特開２００３−２０１５２４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、上記特許文献に記載の従来技術においては、セメント中の鉛の量を低減するにあたって、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たガスから回収した塩素バイパスダストに含まれる鉛分を除去しているが、塩素バイパスダストから系外に除去される鉛の割合は、全体の３０％程度に過ぎず、たとえ、塩素バイパスダスト中の鉛を１００％除去したとしても、残りの７０％程度は、依然としてセメントキルンから排出されるクリンカに取り込まれるため、セメントの鉛含有率を低下させるのは容易ではない。そこで、セメントキルン内の鉛の揮発を促進し、塩素バイパスダスト等の中への鉛の濃縮率を高めることが重要である。【０００７】
鉛揮発技術には、塩化揮発法と還元揮発法が知られている。しかし、一般的に行われる塩化揮発法をセメント焼成工程に適用すると、セメント製造において常識的な量を遙かに上回る量の塩素を投入する必要がある。一方、還元揮発法を適用するのは、セメントの色が黄色を呈することとなるため、セメントの品質面で問題となる。【０００８】
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、セメントの品質に影響を与えることなく、セメントキルン内の鉛の揮発を促進し、塩素バイパスダスト等の中への鉛の濃縮率を高めることにより、セメントの鉛含有率を効率よく低下させ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】
【０００９】
上記目的を達成するため、本発明は、セメント焼成炉からの鉛除去方法であって、セメントキルンの窯尻部の燃焼ガスのＯ2濃度を５％以下及び／又はＣＯ濃度を１０００ｐｐｍ以上、より好ましくは、Ｏ2濃度を３％以下及び／又はＣＯ濃度を３０００ｐｐｍ以上に制御し、該セメントキルンの燃焼ガスの一部を抽気して該燃焼ガスに含まれるダストを集塵し、集塵したダストから鉛を回収することを特徴とする。【００１０】
そして、本発明によれば、セメントキルンの窯尻付近の、セメントキルン内の原料温度が８００〜１１００℃の領域を還元雰囲気にすることにより、鉛の揮発率を大幅に上昇させることができるため、セメントキルン燃焼ガスの一部を抽気して燃焼ガスに含まれるダストを集塵し、集塵したダストから鉛を回収することにより、セメントの鉛含有率を効率よく低下させることができる。また、この方法によれば、セメントの品質に影響を与えることもない。【００１１】
前記セメント焼成炉からの鉛除去方法において、前記セメントキルンの窯尻部の燃焼ガスのＯ2濃度を５％以下及び／又はＣＯ濃度を１０００ｐｐｍ以上に制御するとともに、該セメントキルンの内径をＤ、該セメントキルンの窯尻側から長手方向にキルン内部に向かう距離をＬとした場合に、燃料及び／又は可燃物を含む原料を該セメントキルンのＬ／Ｄが０以上１２以下の領域に投入することができる。これにより、前記セメントキルン内の原料温度が８００〜１１００℃の領域の還元雰囲気を確実に維持することができ、セメントの鉛含有率をさらに効率よく低下させることができる。【００１２】
前記セメント焼成炉からの鉛除去方法において、前記セメントキルンのＬ／Ｄが０以上１２以下の領域に、粉状及び／又はスラリー状の燃料及び／又は可燃物を含む原料をノズルを用いて噴射することができる。【００１３】
また、前記セメントキルンのＬ／Ｄが０以上１２以下の領域に、塊状の燃料及び／又は可燃物を含む原料を遠投装置を用いて投入することができる。【００１４】
さらに、前記セメントキルンのＬ／Ｄが０以上１２以下の領域に、円筒状又は球状の燃料及び／又は可燃物を含む原料を該セメントキルンの窯尻部の傾斜面を利用して投入することができ、前記円筒状又は球状の燃料及び／又は可燃物を含む原料は、小片の燃料及び／又は可燃物を含む原料を成形したものとすることができる。【００１５】
また、前記セメントキルンのＬ／Ｄが０以上１２以下の領域内に設けた投入口から前記燃料及び／又は可燃物を含む原料を投入することができる。
【発明の効果】
【００１６】
以上のように、本発明にかかるセメント焼成炉からの鉛除去方法によれば、セメントの品質に影響を与えずに、セメントの鉛含有率を効率よく低下させることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
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。【００１８】
図１（ａ）は、本発明にかかるセメント焼成炉からの鉛除去方法の第１の実施の形態を実施するための装置の一例を示し、この装置は、セメントキルン１０の窯尻１０ａ側（仮焼炉１１及び最下段サイクロン１２が備えられている端部側）に、粉状及び／又はスラリー状の燃料及び／又は可燃物を含む原料（以下、適宜「燃料等」という）をセメントキルン１０内に噴射するためのノズル１を備える。【００１９】
ノズル１には、図示しない燃料等Ｆの供給装置と、ノズル１に供給された燃料等Ｆをセメントキルン１０内に噴射するための噴射装置が備えられ、ノズル１に供給された燃料等Ｆをセメントキルン１０の奥まで供給することができる。【００２０】
一方、図２に示すように、セメントキルン１０には、塩素バイパス設備が備えられ、セメントキルン１０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からの抽気ガスは、プローブ２１において冷却ファン２２からの冷風によって冷却された後、分級機２３に導入され、粗粉ダストと、微粉及びガスとに分離される。粗粉ダストは、セメントキルン系に戻され、塩化カリウム（ＫＣｌ）等を含む微粉（塩素バイパスダスト）は、集塵機２４で回収される。尚、集塵機２４から排出された排ガスは、排気ファン２５を経て大気へ放出される。【００２１】
次に、上記システムを用いた本発明にかかるセメント焼成炉からの鉛除去方法について説明する。【００２２】
図１（ａ）において、ノズル１を用いて粉状又はスラリー状の燃料又は可燃物を含む原料をセメントキルン１０内に噴射する。ここで、燃料には、微粉炭、重油等一般的にセメントキルン１０の主燃料として用いられるものの他、廃棄物燃料等種々のものを用いることができる。また、可燃物を含む原料についても、その種類は限定されることなく、廃棄物を再利用したものであってもよい。但し、揮発分が多い燃料等の場合には、還元性の高いガスが発生したとしても即座に下流側に流れ、酸化性の高いガスに入れ替わってしまうため、固定炭素分の多い燃料等を用いる方が好ましい。【００２３】
ノズル１を用いて上記燃料等Ｆを、セメントキルン１０の内径（相対向する耐火物表面間の距離）をＤ、セメントキルン１０の窯尻１０ａ側から長手方向にキルン内部に向かう距離をＬとした場合に、Ｌ／Ｄが０以上１２以下の領域に噴射する。【００２４】
図３（ａ）〜（ｅ）は、化学平衡シミュレーションによるガス温度と鉛の揮発率の関係を示し、横軸はガス温度を、縦軸は鉛の揮発率を示す。また、図３（ａ）〜（ｅ）において、（ａ）は湿り空気雰囲気、（ｂ）は標準的燃焼ガス雰囲気、（ｃ）は無酸素雰囲気、（ｄ）は低濃度ＣＯ雰囲気、（ｅ）は高濃度ＣＯ雰囲気を示し、（ａ）〜（ｅ）に向かうにつれて、酸化雰囲気から還元雰囲気に移行し、（ｅ）が最も強い還元雰囲気を示している。【００２５】
図３より明らかなように、（ｅ）の還元性の強い雰囲気の下では、他の場合と比較して、ガス温度が７００〜１２００℃の領域で鉛の揮発率が大幅に上昇している。この温度範囲は、セメントキルン１０の窯尻１０ａ付近の領域に相当する。そこで、セメントキルン１０のＬ／Ｄが０以上１２以下の領域、すなわち、セメントキルン１０内の原料温度が８００〜１１００℃の領域に、粉状又はスラリー状の燃料等Ｆを噴射することにより、この領域を還元雰囲気にし、鉛の揮発率を大幅に上昇させることができる。【００２６】
図４は、セメントキルン１０の窯尻１０ａにおける燃焼ガスのＣＯ濃度（以下、「窯尻ＣＯ濃度」という）と、鉛揮発率との関係を示す試験データであって、窯尻ＣＯ濃度が０．１％（１０００ｐｐｍ）以上となると、鉛揮発率が９０％程度以上、窯尻ＣＯ濃度が０．３％（３０００ｐｐｍ）以上となると、鉛揮発率が９５％程度以上となっている。これにより、還元性の強い雰囲気の下で、図１に示したセメントキルン１０の窯尻１０ａ付近の領域で鉛の揮発率が大幅に上昇することが実証された。【００２７】
また、図５は、セメントキルン１０の窯尻１０ａにおける燃焼ガスのＯ2濃度（以下、「窯尻Ｏ2濃度」という）と、鉛揮発率との関係を示す試験データであって、窯尻Ｏ2濃度が５％以下となると、鉛揮発率が９０％程度以上、窯尻Ｏ2濃度が３％以下となると、鉛揮発率が９５％程度以上となっている。これからも、還元性の強い雰囲気の下で、図１に示したセメントキルン１０の窯尻１０ａ付近の領域で鉛の揮発率が大幅に上昇することが実証された。【００２８】
セメントキルン１０で揮発した鉛は、図２において、プローブ２１によって抽気されたガスに含まれ、抽気ガスは、プローブ２１において冷却された後、分級機２３に導入され、粗粉ダストと、微粉及びガスとに分離され、微粉が集塵機２４で回収される。この微粉には、セメントキルン１０内で鉛がより多く揮発した分、鉛が従来よりも多く濃縮されているため、この鉛を回収することによりセメントキルン１０で製造されるセメントの鉛含有率を低下させることができる。【００２９】
図１（ｂ）は、本発明にかかるセメント焼成炉からの鉛除去方法の第２の実施の形態を実施するための装置の一例を示し、この装置は、セメントキルン１０の窯尻１０ａ側に、塊状の燃料等Ｆをセメントキルン１０内に投入するための遠投装置２を備える。遠投装置２は、弾性体、空気圧、油圧等を動力とするものであって、ノズル１に供給された燃料等Ｆをセメントキルン１０の奥まで供給することができるように構成される。【００３０】
このような遠投装置２を用い、燃料等Ｆを、セメントキルン１０のＬ／Ｄが０以上１２以下の領域に燃料等Ｆを投入し、第１の実施の形態と同様に、セメントキルン１０内の原料温度が８００〜１１００℃の領域を還元雰囲気にし、鉛の揮発率を大幅に上昇させることができ、上述のように、鉛が従来よりも多く濃縮されている塩素バイパスダストから鉛を回収することにより、セメントキルン１０で製造されるセメントの鉛含有率を低下させることができる。【００３１】
尚、本実施の形態においては、燃料等Ｆの大きさや、初速等の投入条件は、流体抵抗Ｒ＝Ｃ・Ａ・ρ・ｕ2 ／２、（Ｃ：抵抗係数、Ａ：投影面積、ρ：密度、ｕ：相対速度）を考慮した流体シミュレーション等から算出して決定することができる。これにより、燃料等Ｆが、セメントキルン１０の排ガスによって、窯尻１０ａ側に舞い戻ってくることを防止し、遠投装置２を使用して確実にセメントキルン１０のＬ／Ｄが０以上１２以下の領域に燃料等Ｆを投入することができる。【００３２】
また、遠投装置２の設置位置についても、燃料等Ｆの舞い戻りを防止するため、セメントキルンの背面の原料側に設置することが好ましい。セメントキルンの排ガスは、キルン内を一様に流れているのではなく、抵抗の少ない反原料側を優先的に流れる。このため、燃料等Ｆの投入に際し、遠投装置２をより通風抵抗の少ない原料側へ設置することにより、燃料等Ｆの舞い戻りを防止することができる。【００３３】
図１（ｃ）は、本発明にかかるセメント焼成炉からの鉛除去方法の第３の実施の形態を説明するためのものであって、本実施の形態では、セメントキルン１０の窯尻１０ａの傾斜面３を利用して円筒状又は球状の燃料等Ｆを投入する。傾斜面３を転動する円筒状又は球状の燃料等Ｆの慣性を利用して、燃料等Ｆをセメントキルン１０の奥まで供給する。【００３４】
このようにしても、燃料等Ｆを、セメントキルン１０のＬ／Ｄが０以上１２以下の領域に投入し、上記実施の形態と同様に、セメントキルン１０内の原料温度が８００〜１１００℃の領域を還元雰囲気にし、鉛の揮発率を上昇させ、鉛がより多く濃縮されている塩素バイパスダストから鉛を回収し、セメントキルン１０で製造されるセメントの鉛含有率を低下させることができる。【００３５】
尚、上記円筒状又は球状の燃料等Ｆについても、その投入条件を、投入高さ位置と、予め電気炉等で測定した燃えきり時間等から到達位置を予測することにより、より正確にセメントキルンの内の目標とする位置に燃料等Ｆを投入することができる。また、円筒状又は球状の燃料等Ｆを製造するにあたって、小片の燃料等を成形してもよい。【００３６】
図１（ｄ）は、本発明にかかるセメント焼成炉からの鉛除去方法の第４の実施の形態を実施するための装置の一例を示し、この装置は、セメントキルン１０のＬ／Ｄが０以上１２以下の領域に設けた投入口４と、この投入口４に燃料等Ｆを供給するための図示しない供給装置を備える。尚、投入口４は、セメントキルン１０の上側に位置する時にのみ開くように構成し、セメントキルン１０内に取り入れられる冷風の量を最小限に抑えるため、マテリアルシール等を行う。【００３７】
このような投入口４を用い、燃料等Ｆを直接、Ｌ／Ｄが０以上１２以下の領域に供給し、上記実施の形態と同様に、セメントキルン１０内の原料温度が８００〜１１００℃の領域を還元雰囲気にし、鉛の揮発率を大幅に上昇させることができ、鉛が従来よりも多く濃縮されている塩素バイパスダストから鉛を回収することにより、セメントキルン１０で製造されるセメントの鉛含有率を低下させることができる。【００３８】
尚、上記実施の形態においては、セメントキルン１０のＬ／Ｄが０以上１２以下の領域に燃料等を投入してセメントキルン１０内の原料温度が８００〜１１００℃の領域を還元雰囲気にする場合について説明したが、燃料等を投入しなくとも、上記領域を還元雰囲気にすることにより、鉛の揮発率を大幅に上昇させることができ、セメントキルン１０の実際の運転においては、前記領域の還元雰囲気を確実に維持するため、セメントキルン１０の窯尻１０ａの燃焼ガスのＯ2濃度を５％以下及び／又はＣＯ濃度を１０００ｐｐｍ以上に制御するとともに、セメントキルン１０のＬ／Ｄが０以上１２以下の領域に燃料等を投入することが好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明にかかるセメント焼成炉からの鉛除去方法を実施するための装置例を示す概略図である。
【図２】セメント焼成炉に付設される塩素バイパス設備の全体構成を示すフローチャートである。
【図３】ガス温度と鉛の揮発率の関係を化学平衡シミュレーションによって算出したグラフである。
【図４】セメントキルンの窯尻ＣＯ濃度と鉛揮発率との関係を示すグラフである。
【図５】セメントキルンの窯尻Ｏ2濃度と鉛揮発率との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００４０】
１  ノズル
２  遠投装置
３  傾斜面
４  投入口
１０  セメントキルン
１０ａ  窯尻
１１  仮焼炉
１２ 最下段サイクロン
２１  プローブ
２２ 冷却ファン
２３ 分級機
２４ 集塵機
２５ 排気ファン
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【国際調査報告】
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2008050678.tif 000009
2008050678.tif 000010
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