(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
チクソトロピー性領域を有するスラリーの脱水方法であって、当該スラリーを加圧濾過により、フロー値が最下点となる含水率よりも少ない含水率に脱水する工程を含み、
フロー値が最下点となる含水率をａ（％）とすると、脱水後のスラリーの含水率ｘ（％）が、次式：ａ−５≦ｘ＜ａを満たす
ことを特徴とする、方法。
【請求項２】
加圧濾過をフィルタープレスにより行う請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記加圧濾過による脱水工程終了時から次の脱水工程開始までの間に、濾布の洗浄工程を実施する請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
前記スラリーが消石灰を含有する請求項１〜３の何れか一項に記載の方法。
【請求項５】
前記消石灰がカルシウムカーバイド電気炉の湿式集塵工程で捕集されたダスト中の消石灰である請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記スラリーがハイドロタルサイト及び／又は炭素分を含有する請求項１〜５の何れか一項に記載の方法。
【請求項７】
前記スラリーがハイドロタルサイトを１〜１０質量％及び／又は炭素分を１〜１５質量％含有する請求項６に記載の方法。
【請求項８】
請求項１〜７の何れか一項に記載の脱水方法を実施することを含むケーキの製造方法。
【請求項９】
請求項１〜７の何れか一項に記載の脱水方法を実施することを含む工業原料の製造方法。
【請求項１０】
前記スラリーが消石灰を含有し、前記工業原料はクリンカーの原料である請求項９に記載の製造方法。
【請求項１１】
請求項１０に記載の方法によって得られたクリンカーの原料をスクリューコンベアにより輸送する工程を経た後に焼成炉に供給する工程を実施することを含むクリンカーの製造方法。
【請求項１２】
クリンカーが、カルシウムサルフォアルミネートＣＳＡ（Ｃａｌｃｉｕｍｓｕｌｆｏａｌｕｍｉｎａｔｅ）又はセメントのクリンカーである請求項１１に記載のクリンカーの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は粘土、砂、湿式集塵工程で捕獲されたダスト等微粉を含んだ産業廃棄物、及び汚泥等のスラリーの脱水方法に関する。また、本発明は当該スラリーを原料として工業原料を製造する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、粘土、砂、湿式集塵工程で捕獲されたダスト等微粉を含んだ産業廃棄物、及び汚泥等のスラリーを再利用、或いはリサイクルして工業原料として使用する事は廃棄物削減、しいては地球環境保全の観点から重要である。しかしながら、これらスラリーの中にはチクソトロピー性を示すものがある。この場合、スラリーの粘性が経時的に上昇するために輸送等の取り扱いが難しく、再利用又はリサイクルして工業原料として使用する場合の障害となっていた。【０００３】
そこで、特開２０００−１６０１５２号公報（特許文献１）では、泥水式シールド工法、泥水式推進工法、及び泥水輸送方式を併用した土圧式シールド工法等の泥水トンネル掘削工法において、泥水を長時間静置した場合、泥水の粘性が著しく高くなり、再び低粘性の泥水に戻すためには、長時間でしかも強力な攪拌装置が必要となるという問題があったことに対して、掘削用泥水にオリゴリン酸塩を単独添加するか、又はオリゴリン酸塩と特定の不飽和カルボン酸重合体塩とを特定の割合で併用添加し、泥水中のオリゴリン酸塩を特定濃度に維持することによって、泥水粘度の上昇を経済的かつ的確に防止することが記載されている。またこれにより、土砂分離装置、特に遠心分離機の分級性能の低下が防止され、泥水比重の上昇を効率よく防止できるとともに、掘削効率を高めることができるが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−１６０１５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら特開２０００−１６０１５２号公報（特許文献１）の記載の方法は、添加剤を加える事は切削用泥水のチクソトロピー性を抑制する方法である為、制御が複雑であり、添加剤を加える事で高価であり、更には、切削用泥水のｐＨ等対象物質により添加剤効果が異なる化学的処理方法である為、普遍性に欠ける。【０００６】
本発明は上記事情に鑑みて創作されたものであり、添加剤を添加するという方法とは異なる方法により、チクソトロピー性を示すスラリーに対する輸送等の取り扱い性を簡便に向上させる方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者は上記課題を解決するために鋭意検討を重ねたところ、チクソトロピー性を示すスラリーであっても、含水率によってチクソトロピー性が発現する領域とチクソトロピー性が発現しない領域が存在することが分かった。また、スラリーの流動性の指標であるフロー値と含水率の関係に着目したところ、スラリーの含水率が低下していくにつれてフロー値が小さくなっていくが、含水率があるところまで低下すると今度はフロー値が急上昇することを見出した。本発明者の検討結果によれば、フロー値が最下点となる含水率よりも含水率が小さい領域ではスラリーはもはやチクソトロピー性を消失してケーキ状となり、安定して輸送が行えることが分かった。本発明は当該知見を基礎として完成したものであり、以下によって特定される。【０００８】
本発明は一側面において、チクソトロピー性領域を有するスラリーの脱水方法であって、当該スラリーを加圧濾過により、フロー値が最下点となる含水率よりも少ない含水率に脱水する工程を含む方法である。【０００９】
本発明に係るチクソトロピー性領域を有するスラリーの脱水方法は一実施形態において、フロー値が最下点となる含水率をａ（％）とすると、脱水後のスラリーの含水率ｘ（％）が、次式：ａ−５≦ｘ＜ａを満たす。【００１０】
本発明に係るチクソトロピー性領域を有するスラリーの脱水方法は別の一実施形態において、加圧濾過をフィルタープレスにより行う。【００１１】
本発明に係るチクソトロピー性領域を有するスラリーの脱水方法は更に別の一実施形態において、前記加圧濾過による脱水工程終了時から次の脱水工程開始までの間に、濾布の洗浄工程を実施する。【００１２】
本発明に係るチクソトロピー性領域を有するスラリーの脱水方法は更に別の一実施形態において、前記スラリーが消石灰を含有する。【００１３】
本発明に係るチクソトロピー性領域を有するスラリーの脱水方法は更に別の一実施形態において、前記消石灰がカルシウムカーバイド電気炉の湿式集塵工程で捕集されたダスト中の消石灰である。【００１４】
本発明に係るチクソトロピー性領域を有するスラリーの脱水方法は更に別の一実施形態において、前記スラリーがハイドロタルサイト及び／又は炭素分を含有する。【００１５】
本発明に係るチクソトロピー性領域を有するスラリーの脱水方法は更に別の一実施形態において、前記スラリーがハイドロタルサイトを１〜１０質量％及び／又は炭素分を１〜１５質量％含有する。【００１６】
本発明は別の一側面において、上記記載の脱水方法を実施することにより得られたケーキである。【００１７】
本発明は更に別の一側面において、上記記載の脱水方法を実施することを含む工業原料の製造方法である。【００１８】
本発明に係る工業原料の製造方法は一実施形態において、前記スラリーが消石灰を含有し、前記工業原料はクリンカーの原料である。【００１９】
本発明は更に別の一側面において、上記製造方法によって得られたクリンカーの原料をスクリューコンベアにより輸送する工程を経た後に焼成炉に供給する工程を実施することを含むクリンカーの製造方法である。【００２０】
本発明に係るクリンカーの製造方法は一実施形態において、クリンカーが、カルシウムサルフォアルミネートＣＳＡ（Ｃａｌｃｉｕｍｓｕｌｆｏａｌｕｍｉｎａｔｅ）又はセメントのクリンカーである。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、スラリーに添加剤を添加しなくても、チクソトロピー性を示すスラリーに対する輸送等の取り扱い性を簡便に向上させることができる。そのため、これまでは再利用又はリサイクルして工業原料として使用することが難しかった粘土、砂、湿式集塵工程で捕獲されたダスト等微粉を含んだ産業廃棄物、及び汚泥等のスラリーを有効活用できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明を利用してカルシウムカーバイド電気炉の湿式集塵工程で捕集された消石灰含有スラリーを脱水する方法のフロー図の一例を示す。
【図２】本発明に係る脱水方法を経て得られた消石灰ケーキをクリンカー焼成炉に輸送する方法のフロー図の一例を示す。
【図３】カルシウムカーバイド電気炉の湿式集塵工程で捕集された消石灰の含水率とフロー値の関係を示す図である。
【図４】アセチレン発生器で副生成された消石灰の含水率とフロー値の関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
本発明はチクソトロピー性領域を有するスラリーを処理対象とする。粘土やカルシウムカーバイド製造用電気炉から発生するダスト等のチクソトロピー性の発現に寄与する成分がスラリー中に含まれている場合であっても、一般に含水率が高い状態ではチクソトロピー性が発現せず、含水率が低下するにつれてチクソトロピー性が発現する。ある物質がチクソトロピー性を有しているかの厳密な判定は難しいため、本発明においては、含水率の低下と共にフロー値が低下する領域であって、フロー値が１５０ｍｍ以下の領域を「チクソトロピー性領域」と定義する。
【００２４】
チクソトロピー性領域を有するスラリーの具体例としては、限定的ではないが、粘土、砂、湿式集塵工程で捕獲されたダスト等微粉を含んだ産業廃棄物、及び汚泥等のスラリーが挙げられる。典型例としてはカルシウムカーバイド製造用電気炉から発生するダストを湿式集塵工程で捕獲して得られたスラリー（以下「電炉発生スラリー」という。）が挙げられる。
【００２５】
電炉発生スラリーは、一実施形態において、ハイドロタルサイトを含有しており、典型的には１〜１０質量％、より典型的には２〜８質量％含有しており、これがチクソトロピー性の発現に寄与していると考えられる。また、当該スラリーは、一実施形態において炭素分をグラファイトの形態で含有しており、典型的には１〜１５質量％、より典型的には５〜１５質量％含有しており、これがチクソトロピー性の発現に寄与していると考えられる。
【００２６】
カルシウムカーバイド製造用電気炉からは副産物としての消石灰を含むダストが大量に発生していたがチクソトロピー性を示すことから利用用途がなく一般に廃棄されていた。そのため、ダスト中に含まれる消石灰の利用方法を見つけ出すことは重要である。この消石灰をセメント原料として使用すれば、石灰石代替の石灰原料として使用可能であり、セメントキルンからのＣＯ2発生量を低減する事が可能となり、効用は大きいが、チクソトロピー性を有する為、セメント原料製造工程でのバケットエレベーターやスクリューコンベア等の輸送機器で輸送すると回転機械のトルク上昇、輸送機への付着による輸送停止が起こり、輸送機器のトラブル無く安定輸送する事が困難であり、その大量使用が阻まれていた。本発明によれば、上記のようなチクソトロピー性領域を有するスラリーに対する輸送等の取り扱い性を簡便に向上させる方法を提供することができる。
【００２７】
本発明者は、チクソトロピー性領域を有するスラリーについて、フロー値と含水率の関係に着目したところ、スラリーの含水率が低下していくにつれてフロー値が小さくなっていき、フロー値が１５０ｍｍ以下の領域では、スラリーはもはや塊状で一体性が高く、輸送機器に対して大きな負荷がかかる。しかしながら、含水率があるところまで低下すると今度はフロー値が急上昇することを見出した。そして、フロー値が最下点となる含水率よりも小さい含水率とすることによりチクソトロピー性は消失してケーキ状となり、安定して輸送が行えることが分かった。なお、フロー値の測定原理上、フロー値の下限は１００ｍｍである。
【００２８】
従って、本発明の一実施形態においては、チクソトロピー性領域を有するスラリーを加圧濾過により、フロー値が最下点となる含水率よりも少ない含水率に脱水する工程を実施する。フロー値は塑性流動性の指標であり、フロー試験（ＪＩＳ  Ｒ  ５２０１セメントの物理試験方法）により求められる。ただし、過度に脱水するのは無駄なエネルギーを消費することになり不経済であるので、フロー値が最下点となる含水率をａ（％）とすると、脱水後のスラリーの含水率ｘ（％）が、ａ−５≦ｘ＜ａを満たすように脱水することが好ましく、ａ−２≦ｘ＜ａを満たすように脱水することがより好ましい。含水率は、スラリーを１０５℃で乾燥脱水した時に減量蒸発する水を減量しない固形分で除した質量百分率で定義される（ＪＩＳ  Ａ  １１２５骨材の含水率試験方法及び含水率に基づく表面水率の試験方法）。
【００２９】
脱水を加圧濾過することとしたのは、真空濾過、減圧濾過、加熱乾燥等他の脱水方法では含水率を十分に低下させることが困難だからである。加圧濾過の方法としては、濾過室内に濾板が並び、間に濾布が挟まれていて、これに汚泥を圧入し、濾過、脱水を行うフィルタープレスが好ましい。また、加圧濾過による脱水工程終了時から次の脱水工程開始までの間に、濾布の洗浄を実施することで、濾布の目詰まりが防止されるので、継続的な処理が可能となる。また、濾布に付着したスラリーの成分が析出して目詰まりの原因となるので、濾布の洗浄後は濾布を乾燥させないで、水中に浸漬するなどして湿潤状態を保持することが好ましい。そのような方法としては、例えば特開２００１−２５６１２号公報に記載の方法が挙げられる。
【００３０】
本発明に係る脱水方法によって脱水されたスラリーは、もはやチクソトロピー性が消失しており、ケーキ状で輸送も容易であり、含有成分に応じて種々の工業原料として利用可能である。例えば、電炉発生スラリーを脱水してできた消石灰含有ケーキはクリンカーの製造原料として利用できる。クリンカーとは、一種又は二種以上の鉱物を含有する粉砕物をその成分の一部が溶融する（半融状態）まで焼成し、全体を塊状に焼きしめたものであり、その種類に特に制限はないが、例示的には、カルシウムサルフォアルミネートＣＳＡ（Ｃａｌｃｉｕｍｓｕｌｆｏａｌｕｍｉｎａｔｅ）、及びセメント等のクリンカーが挙げられる。カルシウムサルフォアルミネートは、典型的には化学組成としてＣａＯ、ＣａＳＯ4、及びＡｌ2Ｏ3を有し、主要鉱物としてＣａＯ、ＣａＳＯ4、３ＣａＯ・３Ａｌ2Ｏ3・ＣａＳＯ4（Ｙｅｅｌｉｍｉｔｅ、或いは、Ｈａｕｙｎｅと称され、ＣＡＳ  Ｎｏ．１２００５−２５−３で定義される化学物質）を含有する反応生成物質である。
【００３１】
図１に、カルシウムカーバイド製造用電気炉から排出されたダストがフィルタープレスによって脱水されるまでの一連の工程を模式的に示している。カルシウムカーバイド製造用電気炉１０１からのダストを含む排ガスは、スプレー塔、サイクロンスクラバー、ベンチュリスクラバー、及びタイゼンウォッシャー等の湿式集塵装置１０２により排ガスからダストを分離し、スラリーとして回収する。このスラリーは、沈降ピット１０３で沈降し、次いでシックナー１０４で滞留攪拌された後、フィルタープレス１０５に供給されて脱水を受け、消石灰ケーキとなる。フィルタープレス１０５から排出される濾液は沈降ピット１０３に繰り返して再利用可能である。
【００３２】
本発明に係る脱水方法によって得られたケーキは解砕により粉体として、例えばスクリューコンベアやバケットエレベーター等によって乾式輸送することが可能である。図２には、消石灰ケーキを乾式輸送してクリンカー焼成炉に投入する場合の工程例を模式的に示している。消石灰ケーキは消石灰受け入れホッパー２０１に投入されると、スクリューコンベア２０２及びバケットエレベーター２０３を経て消石灰タンク２０４に一時的に貯蔵される。その後、スクリューコンベア２０５によって原料粉砕乾燥機２０６に供給され、ここで所定の大きさに粉砕され、乾燥された後、セメントキルン等の焼成炉２０７に投入される。焼成炉の条件はクリンカーの種類によって適宜調節すればよいが、例えばＣＳＡを焼成する場合には１１００〜１３００℃程度の温度で焼成する。
【実施例】
【００３３】
以下、本発明の実施例について説明するが、これらは例示目的であって本発明が限定されることを意図するものではない。【００３４】
以下に、実施例及び比較例に使用した消石灰スラリーの由来を示す。
（１）石灰分
消石灰１：カルシウムカーバイド電気炉の湿式集塵工程で捕獲されたダストである。
消石灰２：カーバイド法によるアセチレンガスの製造工程で発生する副産消石灰である。
表１にこれら消石灰の組成及び平均粒径を示す。表中、化学成分はＪＩＳ  Ｒ５２０２（セメントの化学分析法）により測定した。但し、固定炭素はＪＩＳ  Ｍ８８１２（石炭類及びコークス類−工業分析方法）により測定し、ＣＯ2はＪＩＳ  Ｒ  ９０１１により測定した。含水率は赤外線水分計（ｋｅｔｔ社製型式ＦＤ６１０）によりＪＩＳ  Ａ  １１２５に準拠して測定した。Ｉｇｌｏｓｓは強熱減量であり、土の強熱減量試験方法（地盤工学会基準）ＪＧＳ０２２１：２００９により測定した。カーボン形態はＸ線回折により測定した。ハイドロタルサイトは、Ｘ線回折リートベルト法「ＳＩＲＯＱＵＡＮＴ  Ｖｅｒｓｉｏｎ２．５」（Ｓｉｅｔｒｏｎｉｃｓ社製）を用いて粉末Ｘ線回折により回折強度から定量した。平均粒径はＪＩＳ  Ｒ  １６２９（ファインセラミックス原料のレーザ回折・散乱法による粒子径分布測定方法）により測定した体積基準の積算分率における５０％径とした。表中、Ｆ−Ｃは固定炭素を意味する。【００３５】
【表１−１】
0005913348.tif 000002
【表１−２】
0005913348.tif 000003
【００３６】
＜消石灰１に対する試験＞
消石灰１のスラリーについてフィルタープレスによって脱水したときの含水率とフロー値の関係を調べたところ、図３に示す結果が得られた。図３より、含水率が１６９％から徐々に低下するにつれてフロー値が低下するが、６７％を下回ると急激にフロー値が上昇することが分かる。各含水率における消石灰１のスラリーの輸送性（スクリューコンベアの電流値）を評価したところ、含水率の低下と共にフロー値が低下していく領域において、フロー値が１５０ｍｍ以下から最下点に到達するまでは２０Ａ超を示したが、最下点の含水率である６７％よりも低い含水率では急激にスクリューコンベアの電流値が低下し、輸送性が顕著に向上した。【００３７】
消石灰１のスラリーを用いて表２に記載の各条件でフィルタープレスを１週間継続的に実施した。
※１：消石灰１＋石灰石は、消石灰１のスラリー１００質量部に対して篩の目開き２ｍｍ下の石灰石１０質量部を加え、見掛け固形分濃度を約２倍にしたフィルタープレスへの投入物を示す。
※２：フィルタープレスの形式について、Ａは株式会社石垣製の「ＩＳＤＮＣ−Ｒ型  濾板外寸（縦及び横の長さ）×室数：１５００×２５  ラースフィルター／全室同時開閉、全室単独濾布走行」であり、脱水工程終了後は濾布を水洗し、次の脱水工程開始までの間は濾室内に水が注水されて濾布を水中に浸漬する機能を有する。Ｂは株式会社マキノ製の「ＭＡＦＳ  濾板外寸（縦及び横の長さ）×室数：１００×３６  自動フィルタープレス」であり、濾室内に水が注水されて濾布を水中に浸漬する機能を有していない。
※４：実験番号６では、脱水後に更に乾燥機「サタケ社製二軸式多目的乾燥機  SRA」により、脱水後の消石灰ケーキを二軸スクリューコンベアにより押し出し、スクリュー側板ジャケット内に蒸気を供給し、表面温度２００[℃]として乾燥した。
※５：輸送工程では、ダンプトラックにより消石灰をホッパーで受け入れ、スクリューフィーダーにより消石灰を輸送した。このとき、実験番号４〜６においては含水率の低い消石灰を混合することでケーキの含水率を低下させた。
※６：輸送工程において、スクリュー軸のモーターの過負荷も無く、設備故障無く輸送可能であった場合を○とし、輸送工程において、スクリュー軸のモーターの電流過負荷変動が大きく、トルクが大きく、電流異常、軸破損等の設備故障を起し、１週間の間に輸送不可能となった場合を×とした。【００３８】
１週間操業後の結果を表２に示す。輸送不可能となった実験例ではそのときの結果を示す。
実験番号１では、試験終了時まで継続的にフロー値が最下点となる含水率よりも少ない含水率にまで脱水された。輸送工程における輸送も良好であった。
実験番号２では操業開始時はフロー値が最下点となる含水率よりも少ない含水率にまで脱水され、輸送も良好であったが、濾室内に水が注水されて濾布を水中に浸漬する機能を有していないフィルタープレスを使用したため、徐々にフィルタープレスの性能が悪化し、含水率が高くなるにつれてチクソトロピー性領域に入り、試験途中で輸送が不可能となった。
実験番号３では実験番号２に対して脱水前の固形分濃度を上昇させたが、実験番号２と同様に、徐々にフィルタープレスの性能が悪化し、含水率が高くなるにつれてチクソトロピー性領域に入り、試験途中で輸送が不可能となった。
実験番号４では、輸送工程で低含水率の消石灰を混合することでケーキの含水率を低くしたという点で実験番号２と異なる。全体的な含水率自体は低いので輸送上問題ないことが期待されたが、実験番号２と同様に、徐々にフィルタープレスの性能が悪化し、含水率が高くなってチクソトロピー性領域に入り、試験途中で輸送が不可能となった。理論によって本発明が限定されることを意図しないが、フィルタープレスの脱水力が低下するにつれて消石灰１がチクソトロピー性領域に入って一体性の高い塊となってしまったため、含水率の低い他の消石灰を加えても混合がうまくなされず、その影響を十分に排除できなかったことによると考えられる。
実験番号５では、脱水前の固形分濃度を上昇させ、更に輸送工程で低含水率の消石灰を混合することでケーキの含水率を低くしたという点で実験番号２と異なる。全体的な含水率自体は低いので輸送上問題ないことが期待されたが、実験番号２と同様に、徐々にフィルタープレスの性能が悪化し、含水率が高くなってチクソトロピー性領域に入り、試験途中で輸送が不可能となった。
実験番号６では、実験番号５に対して、脱水後に乾燥するという操作を行ったが、消石灰１の含水率が十分に低下しなかったために、やはりフィルタープレスの性能劣化に伴って、チクソトロピー性領域に入り、試験途中で輸送が不可能となった。【００３９】
【表２】
0005913348.tif 000004
【００４０】
＜消石灰２に対する試験＞
消石灰２のスラリーについてフィルタープレスによって脱水したときの含水率とフロー値の関係を調べたところ、図４に示す結果が得られた。図４より、含水率が８０％から徐々に低下するにつれてフロー値が低下し、含水率が４０％の付近でフロー値が最下点（約１６１ｍｍ）に達し、徐々にフロー値が上昇することが分かる。各含水率における消石灰２のスラリーは何れの含水率においてもチクソトロピー性を示さなかった。また、含水率に関わらずスクリューフィーダーによる輸送が可能であった。
【符号の説明】
【００４１】
１０１  カルシウムカーバイド製造用電気炉
１０２  湿式集塵装置
１０３  沈降ピット
１０４  シックナー
１０５  フィルタープレス
２０１  消石灰受け入れホッパー
２０２  スクリューコンベア
２０３  バケットエレベーター
２０４  消石灰タンク
２０５  スクリューコンベア
２０６  原料粉砕乾燥機
２０７  焼成炉
【図１】
0005913348.tif 000005
【図２】
0005913348.tif 000006
【図３】
0005913348.tif 000007
【図４】
0005913348.tif 000008