(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
多結晶シリコン製造工程で発生する汚泥中に含まれる塩素成分を低減させてセメント原料を製造するセメント原料化処理方法であって、上部を開放状態とした攪拌槽内で前記汚泥と水とを攪拌することにより、スラリー状態を形成する攪拌工程と、前記攪拌槽に堆積した汚泥中に含まれる固形物を取り出し、該固形物を解砕して前記攪拌槽に投入する解砕工程と、前記スラリーを脱水して水分を除去することによりセメント原料を製造する脱水工程とを備えることを特徴とするセメント原料化処理方法。
【請求項２】
多結晶シリコン製造工程で発生する汚泥中に含まれる塩素成分を低減させてセメント原料を製造する装置であって、前記汚泥と水とを攪拌することにより、スラリー状態を形成する、上部を開放状態とした攪拌槽と、前記攪拌槽の底部に堆積した汚泥中に含まれる固形物を取り出し、該固形物を解砕する解砕機と、前記解砕機から抜き出した処理物を前記攪拌槽に投入する循環配管と、前記スラリーを脱水して水分を除去することによりセメント原料を製造する脱水機とを備えることを特徴とするセメント原料製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、多結晶シリコン製造工程で発生する汚泥をセメント原料として再利用するためのセメント原料化処理方法及びセメント原料製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
多結晶シリコン製造工程では、原料である金属シリコンを出発原料としてクロロシラン類の蒸留、精製により高純度のクロロシランや高純度のシリコンが製造されているが、一方で、その製造過程では金属塩化物や比較的沸点が高いクロロシラン系ポリマーなどの副生成物も形成されることから、有用な物質を回収するなどの方法が行われている。しかし、最終的に利用が難しい残渣物は、廃棄処分されている（特許文献１）。このような残渣物は、安全に処理するために加水分解等による処理や中和処理が行われる場合、大量の汚泥が生じることとなる。このため、これらの汚泥を利用する方法の１つとして、汚泥をセメント原料の一部として利用することが検討されている。
【０００３】
しかし、上述したように、多結晶シリコン製造過程で発生する残渣物にはクロロシラン系ポリマーなども含まれているため、処理過程で生じる塩素化合物が多く含有されている。このような塩素化合物が多く含まれるものをセメント原料として使用すると、セメント原料製造処理過程で使用されるプレヒーター内で原料が濃縮することにより閉塞を起こす要因となるため、残渣物を水洗することにより残渣物中に含まれる塩素化合物の回収処理が行われている（特許文献２）。
なお、特許文献２には、廃棄物（残渣物）を流動化させる程度の水を添加すると共に、攪拌槽中で懸濁させて、廃棄物中の塩素を溶出させ、これをベルトフィルターもしくはフィルタープレスで濾過することにより、脱塩ケーキを生成して、その脱塩ケーキをセメント原料に使用することが記載されている。
また、都市ゴミの焼却灰や下水汚泥などを主な原料として製造されるエコセメントは、近年の廃棄物のリサイクルができる技術として利用が増えており、日本工業規格（ＪＩＳ）等でもその規制値０．０３５％以下が決められている。しかし、原料中に含まれる塩素イオンは鉄筋の腐食につながるため、できるだけ低く抑えることが望ましい。
このように、クロロシラン系ポリマー等を水処理した汚泥をセメント原料に使用する場合にも、処理過程で加水分解により汚泥中に塩素成分が多く含まれるため、これを低減する必要がある。また、汚泥中に含まれる塩素成分の多くは、塩化ナトリウムなどの塩化物水溶液として存在していることが成分分析の結果から確認されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開昭６２‐２７７１９３号公報
【特許文献２】特許第４２１０４５６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、多結晶シリコン製造工程で発生する残渣物中には、クロロシラン系ポリマー以外にも金属塩化物や多結晶シリコン微粉末などの製造過程で生じる副産物や、多結晶シリコン加工時の切削粉なども含まれる場合があり、塊状の固形物が形成されやすくなることから、その後の処理において発生する汚泥を特許文献２のように攪拌して濾過するだけでは十分に塩素成分を低減することができない。
【０００６】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、多結晶シリコン製造工程で発生する汚泥に含まれる塩素成分を十分に低減させ、セメント原料として再利用するセメント原料化処理方法及びセメント原料製造装置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】
【０００７】
本発明は、多結晶シリコン製造工程で発生する汚泥中に含まれる塩素成分を低減させてセメント原料を製造するセメント原料化処理方法であって、上部を開放状態とした攪拌槽内で前記汚泥と水とを攪拌することにより、スラリー状態を形成する攪拌工程と、前記攪拌槽に堆積した汚泥中に含まれる固形物を取り出し、該固形物を解砕して前記攪拌槽に投入する解砕工程と、前記スラリーを脱水して水分を除去することによりセメント原料を製造する脱水工程とを備えることを特徴とする。
【０００８】
汚泥と水とを攪拌することで流動化させ、スラリー状態とすることで、汚泥中に含まれる塩素成分を効率よく溶出させるとともに、攪拌槽の底部に堆積した汚泥中に含まれる形状の大きな固形物を取り出し、その固形物を解砕して小径化させた後に攪拌工程に戻すことで塩素成分を溶出し易くしており、洗浄効率を向上させている。
また、上述のように、汚泥中に多結晶シリコン加工時の多結晶シリコン切削粉等が含まれる場合、攪拌時に多結晶シリコン切削粉と水とが接触すると水素が発生するが、攪拌槽を開放状態に設けたので、攪拌中の槽内の水素濃度が高くなることを防止できる。さらに、攪拌工程と解砕工程とを組み合わせることで、汚泥中の固形物に含まれる多結晶シリコン切削粉と水との接触を効率的に行うことができる。したがって、攪拌槽内及び工程系内で水素濃度が高くなることを防止でき、水素爆発等のトラブルが発生することを未然に防止することができる。
【０００９】
本発明のセメント原料製造装置は、多結晶シリコン製造工程で発生する汚泥中に含まれる塩素成分を低減させてセメント原料を製造する装置であって、前記汚泥と水とを攪拌することにより、スラリー状態を形成する、上部を開放状態とした攪拌槽と、前記攪拌槽の底部に堆積した汚泥中に含まれる固形物を取り出し、該固形物を解砕する解砕機と、前記解砕機から抜き出した処理物を前記攪拌槽に投入する循環配管と、前記スラリーを脱水して水分を除去することによりセメント原料を製造する脱水機とを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、汚泥と水とを攪拌することで流動化させ、スラリー状態とした後に、そのスラリー状態の汚泥中に含まれる固形物を取り出して解砕し、攪拌工程に戻すこととしたので、解砕機の閉塞等を防止できるとともに、小径化した固形物から塩素成分を十分に低減することができる。また、多結晶シリコン切削粉を含む汚泥においては、開放状態の攪拌槽で攪拌することで、汚泥中に含まれる多結晶シリコン切削粉が水と接触することで発生する水素を除去することができるので、攪拌槽内および工程系内で水素濃度が高くなることを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施形態のセメント原料製造装置を示す概略図である。
【図２】図１に示す攪拌槽を説明する概略図であり、（ａ）が側断面図、（ｂ）が上面図である。
【図３】図１に示す解砕機を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明のセメント原料化処理方法の実施形態について説明する。
図１は、セメント原料製造装置の全体の概略構成を示している。セメント原料製造装置１００は、汚泥と水とを攪拌することにより、汚泥中に含まれる塩素成分を溶出させたスラリー状態を形成する攪拌槽１０と、この攪拌槽１０の下部に堆積した汚泥中に含まれる固形物を取り出し、その固形物を解砕する解砕機２０と、解砕後の処理物が送られる貯留容器２１と、貯留容器２１から処理物を取り出して再度、攪拌槽１０に導入する循環配管２２と、攪拌槽１０から排出されるスラリーを水で希釈して洗浄する水槽３０と、水槽３０を通過したスラリーを脱水して水分を除去することによりセメント原料を製造する脱水機４０とを備えている。
【００１３】
攪拌槽１０に供給される汚泥は、多結晶シリコン製造工程で発生する汚泥を、脱水機等で水分を除去して固形化したものであり、このような汚泥には、塩素成分（塩素イオン）が多く存在している。
攪拌槽１０は、図２に示すように、上部が開放状態の容器１３と回転羽根を有する攪拌器１５とで構成されており、この容器１３に、汚泥と水（例えば、工業用水）とを投入し、これらを攪拌器１５で攪拌することにより、汚泥中に含まれる塩素成分を溶出させてスラリー状態を形成することができる。
また、容器１３には、その深さ方向に３枚のバッフル板１４が１８０°間隔で２列備えられている。このようにバッフル板１４を配置することで、攪拌器１５の回転羽根によって発生する旋回流を制御し、上下方向の循環流と下部放射流とを形成することができる。これにより、槽内で汚泥と水とを効率よく攪拌できるようになっている。
なお、これらバッフル板１４の容器側面からの高さｈは、容器１３の内周径Ｄに対して７／１００〜１／５程度に設定されており、固形物の細粒化や分散を生じさせ易くなっている。また、最も下方に配置されるバッフル板１４と容器１３の底面との間には、間隙ｓが設けられており、容器１３の下部に汚泥が堆積することを防止している。この間隙ｓが狭いと汚泥が堆積するばかりでなく、容器１３の底部にある汚泥中の固形物が旋回流により容器１３内で攪拌される際に凝集しやすくなり、旋回流を妨げる原因にもなる。また、間隙ｓが広いと、容器１３の底部にある汚泥中の固形物がバッフル板１４に衝突しにくくなり、固形物の解砕が促進されなくなることから、処理時間がかかることになる。このため、間隔ｓは、２０ｍｍ以上に設定することが望ましく、より好ましくは３０ｍｍ〜７０ｍｍ程度に設定することが望ましい。
なお、スラリーを水槽３０に送り出す排出口１２ａは、容器１３の内底面より、容器１３内に投入される水位の０．０３倍以上上方に設けられており、この排出口１２ａから排出されるスラリーに、形状の大きな固形物が含まれないようにしている。排出口１２ａの位置が低いと、大きい固形物が排出口１２ａに入ることがあり、排出口１２ａを塞いでスラリーの排出を妨げることとなり、安定したスラリーの排出ができなくなる。また、排出口１２ａが容器１３の底面に対して高い位置にあると、汚泥中の比較的小さい粒径のスラリーが優先的に排出されるため、容器１３の底部に比較的粒径の大きいスラリーが集まりやすく、容器１３内で塩素成分のばらつきが生じやすくなる。このため、排出口１２ａの容器１３の底面からの高さは、容器１３内に投入される水位の０．２倍までが望ましい。
【００１４】
解砕機２０は、図３に示すように、ローター２５により回転させられる回転羽根２６と、その回転羽根２６の間に配置された固定羽根２７とにより構成されている。解砕機２０の上部から供給される汚泥中に含まれる固形物を、これら羽根２６，２７によって解砕して小径化するものである。
羽根２６，２７はそれぞれ間隔をあけて配置されており、攪拌槽１０から取り出された汚泥中に含まれる固形物を例えば数ｍｍ以下の大きさに解砕することができる。この場合、固形物を細かく解砕することで塩素成分を溶出し易くしており、洗浄効率を向上させることができる。
なお、固形物を細かく解砕するほど塩素成分の溶出を容易にでき、汚泥の洗浄効率を向上させることができるため、より細かく解砕することが好ましいが、一方で、細かく解砕するほど解砕にかける時間が長くなってしまう。そのため、固形物の解砕の大きさは、必要とする洗浄効率と時間との関係で適宜設定するとよい。
そして、解砕機２０の下部から抜き出された解砕後の処理物（スラリーと解砕物との混合物）は、開放状態の貯留容器２１に送られ、ポンプ２３によって循環配管２２を通じて攪拌槽１０に戻される。
【００１５】
水槽３０は、攪拌槽１０から排出される汚泥から溶出した塩素成分を含むスラリーを水で希釈して洗浄するものである。なお、水槽３０には、攪拌槽１０の上流側に配置された水槽５０から工業用水が供給されるようになっており、この工業用水によりスラリーが希釈、洗浄される。また、工業用水は、汚泥よりも塩素イオン濃度が十分に低い水である。例えば、汚泥の塩素イオン濃度が５０００ｐｐｍ〜２００００ｐｐｍに対して、工業用水の塩素イオン濃度は５ｐｐｍ〜８５０ｐｐｍとされる。
【００１６】
脱水機４０は、水槽３０を通過して希釈、洗浄されたスラリーから水分を除去することにより脱水ケーキを製造するものであり、例えばフィルタープレスを用いることができる。
なお、図１及び図２に示す符号１１，１２は配管に設けられた開閉バルブである。
【００１７】
次に、このセメント原料製造装置１００により、セメント原料を製造する方法について説明する。
図１に示すセメント原料製造装置１００においては、攪拌槽１０の容器１３内に汚泥を投入するとともに、水槽５０から工業用水を供給して、所定時間、汚泥と工業用水との攪拌を行い流動化させて攪拌洗浄処理を行う（攪拌工程）。そして、図２に示すように、汚泥と工業用水とを攪拌して流動化させた後に、容器１３の下部に設けられたバルブ１１を開放状態とし、抜出口１１ａから堆積した汚泥を解砕機２０に送り、この汚泥中に含まれる固形物を解砕した後に、その処理物を攪拌槽１０に戻して循環させる（解砕工程）。これにより、汚泥中に含まれる塩素成分が溶出し易くするとともに、固形物中に多結晶シリコン切削粉等が含まれる場合は、水素が発生する。なお、水素は、開放状態に設けられた攪拌槽１０の容器１３の上部から放散される。
【００１８】
汚泥と工業用水とを１０分間程度攪拌した後に、攪拌槽１０の容器１３の下部に設けられたバルブ１２を開き、排出口１２ａから水槽３０にスラリーを送る。この際、水槽５０から水槽３０へ工業用水が供給される。そして、スラリーと工業用水とを混合して希釈、洗浄された後に、脱水機４０へ希釈、洗浄されたスラリーを供給し、脱水することにより塩素成分を含む水分を除去して脱水ケーキを製造する（脱水工程）。
このようにして製造された脱水ケーキは、十分に塩素成分が低減されており、セメント原料の一部として使用することができる。
【００１９】
上述したように、本実施形態のセメント原料製造装置１００においては、汚泥と水とを攪拌して流動化させ、汚泥中に含まれる塩素成分を溶出させるとともに、攪拌槽１０の下部に堆積した汚泥中に含まれる形状の大きな固形物を取り出し、その固形物を解砕して小径化させた後に攪拌工程に戻すことにより塩素成分を溶出し易くしており、洗浄効率を向上させることができる。
【００２０】
また、形状の大きな固形物の解砕を、汚泥と水とを攪拌し流動化させた後に行うことにより、解砕機の閉塞等を防止でき、効率的に解砕させることができる。
さらに、汚泥中に多結晶シリコン加工時の多結晶シリコン切削粉が含まれる場合、攪拌時に多結晶シリコン切削粉と水とが接触すると水素が発生するが、攪拌槽の上部を開放状態に設けたので、攪拌中の槽内の水素濃度が高くなることを防止できる。さらに、攪拌工程と解砕工程とを組み合わせることで、汚泥中の固形物に含まれる多結晶シリコン切削粉等と水との接触を効率的に行うことができ、水素を円滑に除去することができる。したがって、攪拌槽内や各工程系内で水素濃度が高くなることを防止でき、水素爆発等のトラブルが発生することを未然に防止することができる。
【実施例】
【００２１】
次に、本発明のセメント原料化処理方法の実施例について説明する。
表１に示す条件の汚泥と工業用水とを攪拌槽の容器に投入して１０分間の攪拌を行い流動化させた後に、容器下部に堆積した汚泥を約３００ｌずつ取り出して、汚泥中に含まれる固形物を解砕し、攪拌槽に戻す作業を７回行った。そして、攪拌後のスラリー状態の汚泥を取り出し、脱水機により０．５ＭＰａＧの圧力をかけて約１時間の打ち込みを行い、スラリーを脱水して脱水ケーキを製造した。得られた脱水ケーキの成分及び濾過された濾液の成分は、表２に示す。なお、表１及び表２の塩素イオン濃度の測定は、イオンクロマトグラフにより行った。
そして、本実施例で使用した解砕機においては、固定羽根及び回転羽根同士の間隔は、１７ｍｍに設定した。また、攪拌槽は、内径が１．２６ｍの容器を用い、その容器内で最も下方に配置されるバッフル板と、容器の底面との間の間隙ｓを５０ｍｍに設定し、排出口１２ａを容器の内底面から１５ｃｍ上方位置に配置した。そして、容器の約１．４ｍ水位まで汚泥と工業用水とを投入して攪拌を行った。
【００２２】
【表１】
0005772576.tif 000002
【００２３】
【表２】
0005772576.tif 000003
【００２４】
表２の結果からわかるように、処理後の脱水ケーキは、処理前の汚泥と比べて、塩素イオン濃度が大幅に低減しており、本発明によれば、汚泥中に含まれる塩素成分を大幅に低減できることが確認できた。また、解砕機や循環配管系等の閉塞は生じなかった。
試料４，５では、試料１〜３で用いた工業用水よりも塩素イオン濃度の高い工業用水を用いたが、この工業用水は投入される汚泥の塩素イオン濃度に比べて十分に低いものであり、このような工業用水を用いた場合でも、塩素成分を十分に低減できることがわかった。したがって、塩素イオン濃度の高い工業用水を用いた場合でも、エコセメント等に使用できるレベルの塩素イオン濃度の低減が可能であることがわかった。
【００２５】
なお、本発明は上記実施形態の構成のものに限定されるものではなく、細部構成においては、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
上記実施形態では、一定量の汚泥を取り出して解砕したものを攪拌槽に戻していたが、水槽３０内のスラリーおよび脱水後の脱水ケーキを連続的にモニタリングしながら、これらの処理を自動的に連続して行う構成としてもよい。
【符号の説明】
【００２６】
１０  攪拌槽
１１，１２  開閉バルブ
１１ａ  抜出口
１２ａ  排出口
１３  容器
１４  バッフル板
１５  攪拌器
２０  解砕機
２１  貯留容器
２２  循環配管
２３  ポンプ
２５  ローター
２６  回転羽根
２７  固定羽根
３０，５０  水槽
４０  脱水機
１００  セメント原料製造装置  
【図１】
0005772576.tif 000004
【図２】
0005772576.tif 000005
【図３】
0005772576.tif 000006