(57)【要約】【課題】セメントキルン内で揮発した鉛を効率よくセメントキルン系外へ排出することができ、セメントクリンカの鉛含有率を低下させ、都市ごみ焼却灰等のセメント製造工程での受入れ量を増加させる。【解決手段】セメントキルン２内に５０％粒子径が１０μｍ以下のＳｉＯ2成分含有粒子を吹き込み、セメントキルンの窯尻２ａから最下段サイクロン４に至るまでのセメントキルン排ガス流路より燃焼ガスの一部を抽気し、抽気した燃焼ガスＧに含まれるダストを分級し、分級によって分離した鉛を含む微粉ダストＦをセメントキルンの系外に除去する。ＳｉＯ2成分含有粒子をセメントキルン内のＰｂＯ揮発領域に吹き込むことが好ましく、ＳｉＯ2成分含有粒子として石炭灰を用いることができる。燃焼ガスの抽気から鉛を含む微粉ダストのセメントキルン系外への除去までの工程を該セメントキルンに付設された塩素バイパスシステムを用いて行うことができる。【選択図】図１
2011079716.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
セメントキルン内に５０％粒子径が１０μｍ以下のＳｉＯ2成分含有粒子を吹き込み、
前記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セメントキルン排ガス流路より燃焼ガスの一部を抽気し、
該抽気した燃焼ガスに含まれるダストを分級し、
該分級によって分離した鉛を含む微粉ダストを該セメントキルンの系外に除去することを特徴とするセメントクリンカ中の鉛低減方法。
【請求項２】
前記ＳｉＯ2成分含有粒子を、前記セメントキルン内のＰｂＯ揮発領域に吹き込むことを特徴とする請求項１に記載のセメントクリンカ中の鉛低減方法。
【請求項３】
前記ＳｉＯ2成分含有粒子が石炭灰であることを特徴とする請求項１又は２に記載のセメントクリンカ中の鉛低減方法。
【請求項４】
前記燃焼ガスの抽気から鉛を含む微粉ダストのセメントキルン系外への除去までの工程を、該セメントキルンに付設された塩素バイパスシステムを用いて行うことを特徴とする請求項１、２又は３に記載のセメントクリンカ中の鉛低減方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、セメントクリンカ中の鉛低減方法に関し、特に、都市ごみ焼却灰等の廃棄物の受入れ量を増加させながらセメントクリンカ中の鉛を低減する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
都市ごみ焼却灰、建設発生土、鉱さいなどの廃棄物は、セメント原料としての再利用や、無害化処理のニーズが高く、また実際にこれら再利用、無害化処理が行われつつある。しかし、これらの廃棄物の中にはセメントの忌避成分である塩素（Ｃｌ）と鉛（Ｐｂ）を含有しているものがあり、セメント原料として再利用し、セメント中の鉛含有量が多い場合には、溶出し、環境汚染に繋がる虞がある。このため、セメント製造工程での上記廃棄物の受入れ量には限界があり、許容量を超えて受け入れようとした場合には、何らかの方法で忌避成分を系外に除去しなければならない。
【０００３】
忌避成分の一つの塩素については、これまで多くの検討がなされ、その受入れ許容量を大幅に向上させてきた。一方、鉛については、過剰な鉛をセメントキルンで揮発させた後、塩素バイパスシステムを通してセメント工程から排出し、別途処理する方法が提案されている（特許文献１参照）。
【０００４】
ところで、特許文献２には、ごみ焼却炉の排ガス中の鉛等の重金属類を効率よく低減するとともに、排ガス処理に用いる添加剤の量をできるだけ減らすため、重金属吸着剤として比表面積の大きい珪藻土、アルミナ、シリカ、活性炭等を担体とする吸着剤を用いる技術が開示されている。
【０００５】
また、特許文献３には、都市ごみ焼却炉等で発生する排気ガスに含まれるダイオキシンなどの有害有機物や重金属を効率的に除去して安定化させるため、特定の物質からなる粉体状の焼却炉煙道吹込剤等が提案されている。
【０００６】
上記特許文献２、３に記載の技術は、鉛等を除去するにあたって物理的な吸着機構を利用したものであって、都市ごみ焼却炉等の排ガス中に吸着剤を供給するものである。
【０００７】
また、特許文献４には、セメントキルンの窯前部から石炭灰をセメントキルン中に直接吹き込み、該石炭灰中に含まれる未燃カーボンを燃焼させるとともに、残部の灰分をセメントクリンカ中に混合して焼成するセメントの製造方法が提案されている。
【０００８】
さらに、特許文献５には、汎用普通ポルトランドセメント製造ラインを使用し、簡単かつ経済的に、中性化し難いコンクリートを得るための低発熱セメントを製造するにあたり、セメントキルン窯前等へ珪素含有物質を投入する方法が開示されている。
【０００９】
上記特許文献４、５に記載の技術は、石炭灰及び珪素含有物質をセメントクリンカ中に取り込み、クリンカ焼成物の一部として排出するものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００６−３４７７９４号公報
【特許文献２】特開平１０−１０９０１６号公報
【特許文献３】特開平１１−９９６３号公報
【特許文献４】特開平６−３２９４５３号公報
【特許文献５】特開２００４−２９９９５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかし、都市ごみ焼却灰等の廃棄物に含まれる忌避成分の鉛を除去するにあたり、セメントキルン内における鉛の揮発率を向上させただけでは、鉛をセメントキルンから十分に排出させる（回収する）ことができず、鉛がセメントキルン内で濃縮し、鉛を含有する都市ごみ焼却灰等のセメント製造工程での受入れ量を期待した程増加させることができない場合があることが判明した。
【００１２】
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、セメントクリンカ中の鉛の量を低減し、鉛を含有する都市ごみ焼却灰等の廃棄物のセメント製造工程での受入れ量を増加させることなどを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記目的を達成するため、本発明者らは、鋭意研究を重ねた結果、セメントキルン内における鉛の挙動、すなわち、鉛の揮発から該セメントキルン系外への排出までのメカニズムと、鉛の形態を調査し、この鉛の挙動に基づいた対策を講じることにより、セメントキルン内で揮発した鉛を効率よくセメントキルン系外へ排出することができ、鉛を含有する都市ごみ焼却灰等の廃棄物をセメント製造工程でより多く受け入れることができることを見出した。
【００１４】
上記調査の結果、Ｐｂはセメントキルン内でＰｂＯ、ＰｂＳ、ＰｂＣ１2の形態で揮発し、ＰｂＳは、Ｏ2との反応によって一部はＰｂＳＯ4となり、一部はＰｂＯ［２ＰｂＳ＋３Ｏ2→２ＰｂＯ＋２ＳＯ2］となり、揮発形態としては比較的ＰｂＯの形態が多いことが判明した。そして、ＰｂＯは、セメントキルン排ガス気流中でＳｉＯ2成分含有ダストと反応し易い。しかし、セメントキルンのダストは、１０μｍ以下の粒子は少なく、１０μｍを超える粗粉ダストの割合は９０％程度もある。このため、たとえセメントキルン内でのＰｂの揮発率を向上させても、１０μｍ以下の微粒子のみをセメントキルン系外に除去する塩素バイパスシステムからは、塩素バイパスダストとしてのＰｂ回収量が期待通りに増加することがなく、却ってＰｂ回収率としては低下する場合が生じていた。
【００１５】
そこで、セメントキルン内に５０％粒子径が１０μｍ以下のＳｉＯ2成分含有粒子を吹き込み、揮発したＰｂＯと反応させることによって、反応後の生成物を微粒とし、塩素バイパスダストとして塩素バイパスシステムから排出することが可能となる。
【００１６】
すなわち、本発明は、セメントクリンカ中の鉛低減方法であって、セメントキルン内に５０％粒子径が１０μｍ以下のＳｉＯ2成分含有粒子を吹き込み、前記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セメントキルン排ガス流路より燃焼ガスの一部を抽気し、該抽気した燃焼ガスに含まれるダストを分級し、該分級によって分離した鉛を含む微粉ダストを該セメントキルンの系外に除去することを特徴とする。ここで、５０％粒子径とは、メディアン径とも呼ばれ、レーザー回折式粒度分布測定装置等によって測定された粒度分布に基づいて算出される。
【００１７】
そして、本発明によれば、セメントキルン内に吹き込まれた５０％粒子径が１０μｍ以下のＳｉＯ2成分含有粒子が揮発したＰｂＯと反応し、抽気ガスに含まれるダストを分級して得られた鉛を含む微粉ダストをセメントキルンの系外に除去するため、従来のようにＰｂＯとＳｉＯ2成分との反応による生成物がセメントキルンに戻ることがなく、揮発したＰｂＯを効率よくセメントキルンの系外に除去することができる。その結果、セメントクリンカの鉛含有率を低下させることができ、鉛を含有する廃棄物のセメント製造工程での受入れ量を増加させることが可能となる。
【００１８】
上記セメントクリンカ中の鉛低減方法において、前記ＳｉＯ2成分含有粒子を、前記セメントキルン内のＰｂＯ揮発領域に吹き込むことができる。これにより、吹き込んだＳｉＯ2成分含有粒子を効率よくＰｂと反応させることができ、より多くのＰｂを系外に除去することができる。
【００１９】
上記セメントクリンカ中の鉛低減方法において、前記ＳｉＯ2成分含有粒子を石炭灰とすることができ、廃棄物として石炭灰を有効利用しながらセメントクリンカ中の鉛の量を低減することができる。
【００２０】
上記セメントクリンカ中の鉛低減方法において、前記燃焼ガスの抽気から鉛を含む微粉ダストのセメントキルン系外への除去までの工程を、該セメントキルンに付設された塩素バイパスシステムを用いて行うことができる。これにより、通常セメントキルンに付設されている塩素バイパスシステムを利用してセメントクリンカの鉛含有率を低減することができる。
【発明の効果】
【００２１】
以上のように、本発明によれば、セメントキルン内で揮発した鉛を効率よくキルン系外へ排出することができ、セメントクリンカの鉛含有率を低下させ、都市ごみ焼却灰等のセメント製造工程での受入れ量を増加させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明にかかるセメントクリンカ中の鉛低減方法を用いた場合のセメント焼成装置における鉛の挙動を説明するための概略図である。
【図２】従来のセメント焼成装置における鉛の挙動を説明するための概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
次に、本発明を実施するための形態について説明するが、その前に、従来のセメント焼成装置における鉛の挙動について、図２を参照しながら説明する。
【００２４】
セメント焼成装置１は、セメントキルン２と、仮焼炉３と、最下段サイクロン４を備えるプレヒータ（不図示）と、塩素バイパスシステム１１等から構成され、塩素バイパスシステム１１は、セメントキルン２の窯尻２ａから燃焼排ガスの一部を冷却しながら抽気するプローブ１２と、抽気ガスＧを、粗粉Ｃと、微粉（塩素バイパスダスト）Ｆとに分離するサイクロン１３等を備える。
【００２５】
セメント焼成装置１では、最下段サイクロン４を含むプレヒータでセメント原料の予熱を行い、仮焼炉３で仮焼し、セメントキルン２の主バーナー（不図示）から微粉炭等の主燃料を吹き込んでセメント原料を焼成し、得られたセメントクリンカをクリンカクーラー（不図示）で冷却する。
【００２６】
また、塩素バイパスシステム１１において、プローブ１２で窯尻２ａからセメントキルン２の燃焼排ガスの一部を冷却しながら抽気し、サイクロン１３によって抽気ガスＧを粗粉Ｃと、微粉Ｆとに分離し、サイクロン１３で分離した塩素含有率の低い粗粉Ｃをセメントキルン２に戻し、塩素含有率の高い微粉Ｆをセメントキルン２の系外に除去する。
【００２７】
上記運転において、本発明者らの調査により、セメント原料及び燃料に含まれていたＰｂは、セメントキルン２内でＰｂＯ、ＰｂＳ、ＰｂＣ１2の形態で揮発し、ＰｂＳは、セメントキルン２内のＯ2との反応によって一部はＰｂＳＯ4となり、一部はＰｂＯ［２ＰｂＳ＋３Ｏ2→２ＰｂＯ＋２ＳＯ2］となる。このため、揮発形態としては比較的ＰｂＯの形態が多いことが判った。
【００２８】
揮発したＰｂＯは、セメントキルン２の燃焼排ガス気流中に存在するＳｉＯ2成分含有ダストと反応し易い。しかし、セメントキルン２内のダストは、１０μｍ以下の粒子は少なく、１０μｍを超える粗粉ダストの割合は９０％程度であり、微粉ダストの割合は１０％程度である。そのため、反応によって生じた（ＰｂＯ）2ＳｉＯ2の一部は、仮焼炉３から最下段サイクロン４に移動し、最下段サイクロン４においてセメント原料中に取り込まれて再度窯尻２ａを介してセメントキルン２に戻される。また、プローブ１２で抽気されたセメントキルン２の燃焼排ガス（抽気ガスＧ）に含まれる（ＰｂＯ）2ＳｉＯ2は、サイクロン１３によって粗粉Ｃ側に分離された後、窯尻２ａを介してセメントキルン２に戻される。
【００２９】
以上のように、セメントキルン２内で揮発したＰｂＯは、（ＰｂＯ）2ＳｉＯ2としてそのほとんどがセメントキルン２に戻されるため、セメントキルン２内でＰｂの揮発率を向上させたとしても、微粉Ｆと共にセメントキルン２の系外に除去されるＰｂは僅かであり、却ってＰｂ回収率の低下を招く場合があり、セメントキルン２内で揮発したＰｂＯを効率よくセメントキルン２系外へ排出することができなかった。
【００３０】
次に、本発明にかかるセメントクリンカ中の鉛低減方法について図１を参照しながら説明する。尚、本発明においても、セメント焼成装置１の基本構成及びマテリアルフローは、図２に示した従来のものと同様であるため、図２と同じ装置、物質等については、同一の参照番号及び符号を付して説明を省略する。
【００３１】
本発明では、セメントキルン２内に５０％粒子径が１０μｍ以下のＳｉＯ2成分含有粒子を吹き込み、セメントキルン２内で揮発したＰｂＯと反応させる。これにより、発生した（ＰｂＯ）2ＳｉＯ2は、吹き込んだＳｉＯ2成分含有粒子と同様、反応後も微粒である。微粒としての（ＰｂＯ）2ＳｉＯ2の一部は、仮焼炉３から最下段サイクロン４に移動し、最下段サイクロン４においてセメント原料中に取り込まれて再度セメントキルン２に戻されるものも存在するが、その他の（ＰｂＯ）2ＳｉＯ2は、プローブ１２による抽気ガスＧに含まれ、サイクロン１３によって微粉Ｆ側に分離された後、塩素バイパスダストとしてセメントキルン２の系外に除去される。
【００３２】
ＳｉＯ2成分含有粒子は、好ましくは窯前から、セメントキルン２のセメントキルン２に着地させないように吹き込み、ＳｉＯ2成分含有粒子がガス中でＰｂＯと反応し、さらにガス流に乗ってプローブ１２に達する必要がある。そのため、浮遊性が良好であることが求められ、５０％粒子径が１０μｍ以下のＳｉＯ2成分含有粒子を用いる。尚、１０μｍ以下というのは、分級処理の設定から決められたものであるが、日本の環境基準の測定の対象になるものの定義によれば、浮遊粒子状物質の定義は、粒径１０μｍ以下のものとされているため、浮遊可能な粒度とも合致している。
【００３３】
吹き込まれるＳｉＯ2成分含有粒子としては、珪石（シリカ）粉、長石粉、珪藻土、石炭灰、焼成粘土、籾殻灰、高炉スラグ粉砕物等が挙げられる。本発明では、ＳｉＯ2成分とＰｂＯとを反応させるものであるため、吹き込まれるＳｉＯ2成分含有粒子のＳｉＯ2含有率が高い方が望ましい。ＳｉＯ2含有率としては、好ましくは５０％以上、さらに好ましくは６０％以上である。一方、上記ＳｉＯ2成分含有粒子の中では、リサイクル原料の活用、コストの観点から石炭灰を有効利用することができる。国内で発生する石炭灰のＳｉＯ2含有率は、５０％〜７０％と言われており、本発明に十分利用できる。また、石炭灰の平均粒子径は、５〜１０μｍであるため、吹き込まれるＳｉＯ2成分含有粒子の粒度に関する条件を満足している。
【００３４】
尚、セメントキルン２内でＰｂＯの揮発を促進するため、還元雰囲気で揮発させる還元揮発を行うことが好ましく、還元揮発のための手法は、特に限定されないが、例えば、可燃物をセメント原料と混合してセメントキルン２に供給したり、セメントキルン２の１０００℃以上の温度領域に可燃物を投入することが挙げられる。この還元揮発が行われる領域は、還元剤となる可燃物が投入されてＰｂＯが揮発している領域に相当し、セメントキルン２内の１２００℃付近の領域と考えられる。尚、この還元揮発に、塩化カルシウムなどの塩素源を添加することにより鉛を揮発させる塩化揮発を併用することも可能である。
【００３５】
以上のように、本実施の形態においては、石炭灰等、５０％粒子径が１０μｍ以下のＳｉＯ2成分含有粒子をセメントキルン２内に吹き込み、セメントキルン２内で揮発したＰｂＯと反応させ、発生した微粒としての（ＰｂＯ）2ＳｉＯ2を含むセメントキルン２の燃焼ガスの一部を塩素バイパスシステム１１のプローブ１２によって抽気した後、サイクロン１３によって微粉Ｆ側に分離し、塩素バイパスダストとしてセメントキルン２の系外に除去するため、従来、粗大なＳｉＯ2との反応によって生じ、サイクロン１３によって粗粉Ｃ側に分離された後、窯尻２ａを介してセメントキルン２に戻されていたＰｂＯをセメントキルン２の系外に除去することができるため、その分、ＰｂＯの除去効率を高めることができる。
【００３６】
尚、上記実施の形態においては、セメントキルン２に付設されている塩素バイパスシステム１１を利用してセメントクリンカの鉛含有率を低減したが、塩素バイパスシステム以外にも、セメントキルン２の窯尻２ａから最下段サイクロン４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、上記と同様の方法にてクリンカの鉛含有率を低減することもできる。
【００３７】
最後に、背景技術の欄で紹介した特許文献２〜５に記載の発明と、本発明とを比較すると、特許文献２、３に記載の技術は、鉛等を除去するにあたって物理的な吸着機構を利用したものであって、本発明のように、Ｐｂ成分（主にＰｂＯ）とＳｉＯ2成分との化学反応（化学的な結合）を利用したものではない。このため、特許文献２、３では、吸着剤を高温の焼成炉へ供給するのではなく、あくまでも排ガス中へ供給している。本発明は、セメントキルン２内の高温環境でのＰｂ成分とＳｉＯ2成分との化学的な反応を利用した鉛除去技術であり、低温の排ガスにＳｉＯ2成分を含む粒子を供給しても本発明の効果を奏することはない。
【００３８】
また、特許文献４には、セメントキルンの窯前部から石炭灰をセメントキルン中に直接吹き込む技術が開示され、特許文献５には、セメントキルン窯前等へ珪素含有物質を投入する方法が開示されているが、これらの技術は、石炭灰及び珪素含有物質をセメントクリンカ中に取り込み、クリンカ焼成物の一部として排出するものであって、石炭灰等に含まれるＳｉＯ2成分がＰｂＯ成分と結合して排ガス中のダストとして排出されることは示唆されておらず、吹き込まれる物質の粒度の設定に関する記載もなく、本発明とは本質的に異なる。
【符号の説明】
【００３９】
１  セメント焼成装置
２  セメントキルン
２ａ  窯尻
３  仮焼炉
４  最下段サイクロン
１１  塩素バイパスシステム
１２  プローブ
１３  サイクロン
【図１】
2011079716.tif 000003
【図２】
2011079716.tif 000004