(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する際に、抽気箇所の近傍に塩化鉛を吹き込み、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化合物を含む微粉ダストＦをセメントキルンの系外に除去する。揮発したＰｂＯと反応してＳｉＯ2の粗大粒子の表面に生成された鉛化合物（ＰｂＯ）2ＳｉＯ2と、硫酸鉛の存在下、塩化鉛とを反応させることにより低粘性の鉛化合物を生成し、ＳｉＯ2の粗大粒子の表面から剥離した低粘性の鉛化合物３［（ＰｂＯ）2ＳｉＯ2］・３ＰｂＳＯ4・ＰｂＣｌ2を含む微粉ダストを分級によりセメントキルンの系外に除去する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
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する際に、該抽気箇所の近傍に塩化鉛を吹き込み、
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化合物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】
前記鉛化合物は、前記塩化鉛と前記セメントキルン内のダストとが反応して生じたものである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】
前記鉛化合物は、ＳｉＯ2を含む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】
前記塩化鉛の吹き込み量が、塩素を基準として、該セメントキルンから排出されるクリンカ１トン当たり、２ｇ以上５０ｇ以下である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。
【請求項５】
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乃至４のいずれか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】
また、特許文献２には、セメントキルン内での鉛の揮発を促進してセメントクリンカ中の鉛濃度を低減するため、セメントキルンの窯前から、塩素含有物質を吹き込む技術が開示されている。ここで、塩素含有物質として、塩素と、カルシウム又はマグネシウムとの化合物を含む廃棄物、例えば、焼却飛灰、廃生石灰等を吹き込むことができ、クリンカ１トンあたり、０．３５ｋｇ以下の塩素含有物質を、セメントキルンにおいて、原料温度が１１００℃以上の温度域、又はセメントキルンのキルン長（Ｌ）と内径（Ｄ）から算出されるＬ／Ｄが、該セメントキルンの排出端から１以上８以下の領域に吹き込むことが好ましい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−３４７７９４号公報
【特許文献２】特開２００７−２３８３５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
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。
【０００７】
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】
【０００８】
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。
【０００９】
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成分含有粒子と反応し易い。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。
【００１０】
そこで、塩素バイパスシステム等において、セメントキルンの窯尻等の抽気箇所の近傍にＰｂＣ１2を吹き込み、揮発したＰｂＯと反応してＳｉＯ2成分を含有する１０μｍを超える粗大粒子（以下、「ＳｉＯ2の粗大粒子」と記載）の表面に生成された鉛化合物と、ＰｂＳＯ4の存在下、ＰｂＣ１2とを反応させることによって低粘性化し、反応後の鉛化合物をＳｉＯ2の粗大粒子の表面から剥離させて微粒として塩素バイパスシステムから排出した。
【００１１】
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する際に、該抽気箇所の近傍に塩化鉛を吹き込み、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化合物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。
【００１２】
そして、本発明によれば、揮発したＰｂＯと反応してＳｉＯ2の粗大粒子の表面に生成された鉛化合物と、硫酸鉛の存在下、塩化鉛とを反応させることにより低粘性の鉛化合物を生成し、ＳｉＯ2の粗大粒子の表面から剥離した低粘性の鉛化合物を含む微粉ダストを分級により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粗大な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減することができ、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。
【００１３】
上記セメントクリンカ中の鉛低減方法において、前記鉛化合物を、前記塩化鉛と前記セメントキルン内のダストとが反応して生じたものとすることができる。また、この鉛化合物は、ＳｉＯ2を含むものとすることができる。
【００１４】
上記セメントクリンカ中の鉛低減方法において、前記塩化鉛の吹き込み量を、塩素を基準として、該セメントキルンから排出されるクリンカ１トン当たり、２ｇ以上５０ｇ以下とすることができ、従来の塩化揮発の塩素源として塩素を投入する場合に比較して少量の添加量で済む。
【００１５】
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】
【００１６】
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】
【００１７】
【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】
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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成分含有粒子と反応し易い。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。
【００２４】
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としてセメントキルン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。
【００２５】
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。
【００２６】
本発明では、セメントキルン２の窯尻２ａ近傍に塩化鉛（ＰｂＣｌ2）を吹き込む。吹き込まれたＰｂＣｌ2は、セメントキルン２内において熱で分解することなく、そのままＰｂＣｌ2として浮遊し、ＰｂＳＯ4の存在下、ＳｉＯ2の粗大粒子の表面に生成された（ＰｂＯ）2ＳｉＯ2と反応する。これにより、低粘性の３［（ＰｂＯ）2ＳｉＯ2］・３ＰｂＳＯ4・ＰｂＣｌ2が生成され、ＳｉＯ2の粗大粒子の表面から剥離する。そして、脱落した３［（ＰｂＯ）2ＳｉＯ2］・３ＰｂＳＯ4・ＰｂＣｌ2は、少なくともＳｉＯ2の粗大粒子より微粒であるため、３［（ＰｂＯ）2ＳｉＯ2］・３ＰｂＳＯ4・ＰｂＣｌ2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、その他は、プローブ１２による抽気ガスＧに含まれ、その大部分がサイクロン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。
【００２７】
セメントキルン２の窯尻２ａ内に吹き込む塩化鉛の量は、塩素を基準として（塩素換算で）、セメントキルンから排出されるクリンカ１トン当たり、２ｇ以上５０ｇ以下とすることができる。尚、本発明では、塩化鉛を吹き込むものの、鉛の塩素揮発を起こさせているのではない。従来の塩化揮発では、当量のＰｂ以上の過剰な塩素を投入し、クリンカ中の鉛を揮発させ、ＰｂＣｌ2として除去していたが、本発明では、クリンカ中からの鉛の揮発は、還元揮発によるものであり、吹き込んだＰｂＣｌ2は、低粘性の化合物を生成させる役割を担っている。そのため、塩化揮発の塩素源として塩素を投入する場合のクリンカ１トン当たり３５０ｇ程度と比較して少量の添加量で済む。
【００２８】
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。また、ＰｂＳＯ4の存在も反応には重要であり、セメントキルン２内でＰｂＳの揮発を促進するためにも還元揮発を行うことが好ましい。
【００２９】
以上のように、本実施の形態においては、ＳｉＯ2の粗大粒子との反応によって生じた（ＰｂＯ）2ＳｉＯ2を、ＰｂＳＯ4の存在下、ＰｂＣｌ2と反応させ、反応によって生じた３［（ＰｂＯ）2ＳｉＯ2］・３ＰｂＳＯ4・ＰｂＣｌ2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、ＳｉＯ2の粗大粒子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）2ＳｉＯ2をセメントキルン２の系外に除去することができ、その分、ＰｂＯの除去効率を高めることができる。
【００３０】
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、抽気する際に、該抽気箇所の近傍に塩化鉛を吹き込み、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。
【００３１】
最後に、背景技術の欄で紹介した特許文献２に記載の発明と、本発明とを比較すると、特許文献２に記載の技術は、鉛等を除去するにあたってセメントキルンの窯前から塩素含有物質を吹き込む技術である。しかしながら、この技術は、セメントキルン内の鉛の揮発を促進するものであって、揮発した鉛（主にＰｂＯ）とＳｉＯ2成分との反応物と、塩素含有物質との反応を考慮して、セメントキルンの窯尻の抽気箇所近傍に塩素含有物質を吹き込む本発明とは本質的に異なるものである。
【符号の説明】
【００３２】
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】
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【図２】
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