(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
セメント原料をキルンで焼成してセメントクリンカーを製造する際に、前記キルンから排出されるキルン排ガスから放射性セシウムを含むダストを分離する工程と、
前記ダストを水洗及び固液分離することで、スラッジとろ液とを形成する工程と、
前記ろ液から晶析法により放射性セシウムを回収する工程とを備えた、放射性セシウムの回収方法。
【請求項２】
前記分離する工程は、
窯尻ダクトから前記キルン排ガスの少なくとも一部を抽気する工程と、
抽気した前記キルン排ガスを冷却する工程と、
冷却した前記キルン排ガスをサイクロンで分級して、細粒成分を前記ダストとして分離する工程を含む、請求項１に記載の放射性セシウムの回収方法。
【請求項３】
前記分離する工程は、
プレヒータートップサイクロン、電気集塵機、バグフィルター、及びスタビライザーの少なくとも１つにおいて、前記キルン排ガスから前記ダストを分離する工程を含む、請求項１に記載の放射性セシウムの回収方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放射性セシウムの回収方法に関し、より特定的には、セメントクリンカーの製造装置において放射性セシウムを回収する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
セメントクリンカーの製造装置において、セメントクリンカーは、石灰石、粘土、珪石等のセメント原料がキルン内で焼成されることによって製造されている。斯かるセメントクリンカーの製造においては、キルンから排出されるキルン排ガス中のダストもセメント原料として利用される。このような技術として、例えば、特開２０１１−８４４２５号公報（特許文献１）には、集塵設備によってキルン排ガスから分離されたダストがセメント原料として利用され、キルン内に返送されていることが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−８４４２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
近年、原子力発電所の周辺においては、放射性セシウムを含有する廃棄物、その副産物など（以下、Ｃｓ含有物とも記す）が大量に発生する可能性がある。そこで、セメント製造装置におけるセメントクリンカーの製造において、Ｃｓ含有物を燃料等として利用することが検討されている。
【０００５】
しかしながら、このようなＣｓ含有物を燃料等として用いた場合、放射性セシウムがキルン内で加熱されて気化するため、キルン排ガス中には、放射性セシウムが含有されることになる。斯かるキルン排ガスがキルンから排出された後、温度低下により、キルン排ガス中の放射性セシウムは、気化した状態からダストに析出（付着）することになる。
【０００６】
このような放射性セシウムを含有するダストが、上記特許文献１のようにセメント原料としてキルン内に返送されると、放射性セシウムがダストから揮発し、キルン排ガスに再度含有されることになる。このため、セメントクリンカーの製造を継続的に行うと、キルン排ガス中の放射性セシウムの含有量が経時的に増加し、これに伴って、キルンに返送されるダスト中の放射性セシウムの含有量も経時的に増加することになる。
【０００７】
このように、ダストに付着した放射性セシウムは、ダストと共にキルン内に返送されるため、放射性セシウムを効率的に回収することが困難である。
【０００８】
そこで、本発明は、セメントクリンカーの製造装置において放射性セシウムを効率的に回収することができる、放射性セシウムの回収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】
【０００９】
本発明の放射性セシウムの回収方法は、セメント原料をキルンで焼成してセメントクリンカーを製造する際に、該キルンから排出されるキルン排ガスから放射性セシウムを含むダストを分離する工程と、該ダストを水洗及び固液分離することで、スラッジとろ液とを形成する工程と、該ろ液から晶析法により放射性セシウムを回収する工程とを備えている。
【００１０】
本発明の放射性セシウムの回収方法によれば、セメント原料をキルンで焼成する際に発生するキルン排ガスから分離するダストに放射性セシウムが含有されており、このダストを水洗及び固液分離することにより、放射性セシウムを含むろ液を形成することができ、このろ液を晶析することにより、放射性セシウムを析出させることができる。したがって、セメントクリンカーの製造装置において、放射性セシウムを効率的に回収することができる。
【００１１】
上記放射性セシウムの回収方法において好ましくは、上記分離する工程は、窯尻ダクトからキルン排ガスの少なくとも一部を抽気する工程と、抽気したキルン排ガスを冷却する工程と、冷却したキルン排ガスをサイクロンで分級して、細粒成分を上記ダストとして分離する工程を含む。
【００１２】
放射性セシウムは粒径が小さいダストに析出しやすいので、窯尻ダクトのキルン排ガスをサイクロンで分級して、細粒成分をダストとして用いることにより、窯尻ダクトのキルン排ガスから放射性セシウムを効率的に回収できる。また、窯尻ダクトのキルン排ガスはセメントクリンカーの製造装置において放射性セシウムの濃度が高いため、窯尻ダクトからキルン排ガスの少なくとも一部を抽気することで、窯尻ダクトのキルン排ガス中の放射性セシウム濃度を低減できる。
【００１３】
上記放射性セシウムの回収方法において好ましくは、上記分離する工程は、プレヒータートップサイクロン、電気集塵機、バグフィルター、及びスタビライザーの少なくとも１つにおいて、キルン排ガスからダストを分離する工程を含む。
【００１４】
プレヒータートップサイクロン、電気集塵機、バグフィルター、及びスタビライザーのキルン排ガスは、温度が低下しているので、気化した放射性セシウムの多くがダストに析出する。このため、これらの少なくとも１つにおいて分離されたダストを用いることで、放射性セシウムをより効率的に回収することができる。
【発明の効果】
【００１５】
以上説明したように、本発明によれば、セメントクリンカーの製造装置において放射性セシウムを効率的に回収することができる、放射性セシウムの回収方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】実施の形態における放射性セシウムの回収方法に使用されるセメントクリンカーの製造装置を概略的に示す模式図。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、図面に基づいて本発明の一実施の形態を説明する。
【００１８】
本実施の形態における放射性セシウムの回収方法は、セメントクリンカーを製造する際に用いるセメント原料や燃料として、放射性セシウムを含有する廃棄物等のＣｓ含有物を利用するものである。Ｃｓ含有物としては、放射性セシウムを含有していれば特に限定されず、放射性セシウムを含有する土壌、汚泥、木材やプラスチック類等の瓦礫類が挙げられる。放射性セシウムとしては、質量数が１３４のもの、または、１３７のものが挙げられる。また、セメント原料としては、特に限定されるものではなく、一般的なセメントを製造する際に用いられる原料を用いることができる。例えば、石灰石、粘土、珪石等をセメント原料として用いることができる。
【００１９】
ここで、Ｃｓ含有物中の放射性セシウムは、加熱されることによって揮発し、温度低下によって析出するものである。放射性セシウムの斯かる性質については、以下の方法で確認された。具体的には、１０００℃で仮焼したセメント原料に放射性セシウムと略同一の性状を有する塩化セシウムを１００ｐｐｍ添加し、均一に混合した。得られる混合物の所定量を２つの白金容器に採取し、一方には蓋をして密閉し、他方には蓋をせずに開放状態にした。そして、２つの容器を１４５０℃で３０分加熱して混合物を焼成した後、室温まで急冷した。その後、焼成された各混合物に対して、ＩＣＰ−ＭＳを用いてセシウム濃度の測定を行った。測定結果では、密閉した容器では、セシウム濃度が５０ｐｐｍであるのに対し、開放状態の容器では、１ｐｐｍ以下であった。これにより、放射性セシウムは、加熱することで揮発し、温度低下によって析出することが認められた。
【００２０】
本実施の形態における放射性セシウムの回収方法に使用されるセメントクリンカーの製造装置は特に限定されず、一般公知のものを使用することができるが、以下、図１を参照してセメントクリンカーの製造装置の一例について説明する。
【００２１】
図１に示すように、本実施の形態の製造装置１は、セメント原料を焼成してセメントクリンカーを形成するキルン２と、該キルン２に供給される前のセメント原料を予備加熱する予備加熱設備３と、該予備加熱設備３に供給されるセメント原料を貯蔵する貯蔵設備４と、キルン２から排出されるキルン排ガスからダストを分離する集塵設備５と、セメント原料を供給する原料供給設備６とを備えている。
【００２２】
キルン２としては、特に限定されるものではなく、例えば、乾式キルン、湿式キルン、レポール式キルン、ＳＰ式キルン、ＮＳＰ式キルン、流動床キルン等を用いることができる。
【００２３】
予備加熱設備３としては、セメント原料を予備加熱するプレヒーター３ａと、予備加熱されたセメント原料の仮焼を行う仮焼炉３ｂとを備えるものを用いることができる。プレヒーター３ａは、特に限定されないが、複数のサイクロンを多段に接続したニューサスペンションプレヒータ等を用いることができる。
【００２４】
集塵設備５としては、粒径の比較的大きいダストをキルン排ガスから分離する沈降室５ａと、粒径の比較的小さいダストをキルン排ガスから分離する電気集塵機５ｂ及びバグフィルター５ｃと、該電気集塵機５ｂに供給されるキルン排ガスの温度調整を行うスタビライザー５ｄとを備えたものを用いることができる。
【００２５】
続いて、上記製造装置１を使用して、放射性セシウムを回収する方法について説明する。
【００２６】
上記のような製造装置１では、キルン排ガスは、キルン２から排出された後、予備加熱設備３（仮焼炉３ｂおよびプレヒーター３ａ）を通過することで、セメント原料と熱交換して温度低下する。予備加熱設備３から排出されたキルン排ガスの温度としては、特に限定されるものではなく、例えば、４５０℃以下であることが好ましく、４００℃以下であることが好ましい。
【００２７】
予備加熱設備３（具体的には、プレヒーター３ａ）から排出されたキルン排ガスは、集塵設備５へ送られる。集塵設備５（本実施の形態では、沈降室５ａ）に送られる直前のキルン排ガスの温度としては、特に限定されるものではないが、４００℃以下であることが好ましく、３５０℃以下であることがより好ましい。
【００２８】
集塵設備５に送られたキルン排ガスは、初めに沈降室５ａに供給される。該沈降室５ａでは、比較的大きい粒径のダストがキルン排ガスから分離される。具体的には、沈降室５ａでは、レーザー回析式粒度分布計で測定される粒径が０．５ｍｍ以上のダストがキルン排ガスから分離されることが好ましく、粒径が０．１ｍｍ以上のダストがキルン排ガスから分離されることがより好ましい。
【００２９】
沈降室５ａから排出されたキルン排ガスは、スタビライザー５ｄを通過することで温度調整された後、電気集塵機５ｂに送られ、次いで、バグフィルター５ｃに送られる。電気集塵機５ｂに送られる直前のキルン排ガスの温度としては、特に限定されるものではないが、３００℃以下であることが好ましく、２５０℃以下であることがより好ましい。また、電気集塵機５ｂに送られる直前のキルン排ガスの温度としては、５０℃以上であることが好ましく、１００℃以上であることがより好ましい。バグフィルター５ｃに送られる直前のキルン排ガスの温度としては、２００℃以下であることが好ましく、１５０℃以下であることがより好ましい。
【００３０】
電気集塵機５ｂ、及び、バグフィルター５ｃでは、比較的小さい粒径のダストがキルン排ガスから分離される。具体的には、電気集塵機５ｂでは、レーザー回析式粒度分布計で測定される粒径が１００μｍ以上のダストがキルン排ガスから分離されることが好ましく、１μｍ以上のダストがキルン排ガスから分離されることがより好ましい。また、バグフィルター５ｃでは、粒径が１０μｍ以上のダストがキルン排ガスから分離されることが好ましく、０．１μｍ以上のダストがキルン排ガスから分離されることがより好ましい。
【００３１】
集塵設備５（具体的には、沈降室５ａ、電気集塵機５ｂ、バグフィルター５ｃ、及び、スタビライザー５ｄ）で分離されたダストは、貯蔵設備４に送られて貯蔵される。該ダストは、原料供給設備６から貯蔵設備４に供給されたセメント原料と共に、セメント原料としてキルン２（具体的には、予備加熱設備３に供給された後でキルン２）に供給される。つまり、キルン排ガス中のダストは、キルン２から排出された後、セメント原料としてキルン２へ返送される。このように、本実施の形態に係るセメントクリンカーの製造装置１における放射性セシウムの回収方法では、キルン排ガス中のダストもセメント原料として使用される。
【００３２】
集塵設備５でダストが分離されたキルン排ガスは、煙突等の排気設備（図示せず）によって製造装置１の外部に排出されたり、一部が原料供給設備６に送られて、セメント原料を乾燥させるために利用されたりしてもよい。
【００３３】
本実施の形態の製造装置１においてセメントクリンカーを製造する際に、セメント原料や燃料としてＣｓ含有物を使用すると、セメント原料として返送されるダストに放射性セシウムが含有される。具体的には、セメント原料や燃料としてＣｓ含有物を使用すると、キルン２内で放射性セシウムが気化し、キルン排ガスの成分として放射性セシウムがキルン２から排出される。キルン排ガスは、キルン２から集塵設備５までの経路で温度低下することになる。斯かる温度低下に伴って、揮発していた放射性セシウムがキルン排ガス中のダストに析出（付着）する。このため、セメント原料としてキルンに供給されるダストには、放射性セシウムが含有されることになる。
【００３４】
ここで、上述したように、キルン排ガスから分離されたダストには、放射性セシウムが含有されている。このため、斯かるダストがセメント原料としてキルン２に供給されると、キルン２内で放射性セシウムが再び気化することになる。そして、ダストから揮発した放射性セシウムと、セメント原料として使用されたＣｓ含有物から揮発した放射性セシウムとが、キルン排ガスの成分としてキルン２から排出されることになる。このため、セメントクリンカーの製造を継続的に行うと、キルン排ガス中の放射性セシウムの含有量が増加することになる。そして、キルン排ガス中の放射性セシウムは、上述のように、キルン排ガスの温度低下に伴って、ダストに析出（付着）することになる。このため、キルン排ガス中の放射性セシウムの含有量が経時的に増加すると、キルン排ガスから分離されたダスト中の放射性セシウムの含有量も経時的に増加することになる。
【００３５】
このため、本実施の形態では、セメントクリンカーの製造装置１において、放射性セシウムを回収する必要がある。以下、放射性セシウムの回収方法について詳細に説明する。
【００３６】
まず、上述したようにセメント原料をキルン２で焼成してセメントクリンカーを製造する際に、キルン２から排出されるキルン排ガスから、放射性セシウムを含むダストを分離する。この工程は、例えば以下のように実施される。
【００３７】
具体的には、キルン２から排出されるキルン排ガスの少なくとも一部を抽気する。製造装置１において抽気する位置は特に限定されないが、キルン２の窯尻からボトムサイクロン３ａ２（プレヒータ３ａの最下段のサイクロン）に至るまでのキルン排ガスの経路より、燃焼ガスの一部を抽気することが好ましい。このようにキルン排ガスを抽気する位置として、例えば脱塩バイパス、窯尻ダクトなどからキルン排ガスを抽気することができ、窯尻ダクトからキルン排ガスを抽気することが好ましい。なお、窯尻ダクトは、キルン２におけるセメント原料の入口、つまりキルン２の上流側に配置されている。
次いで、抽気した排ガスを冷却する。冷却する温度は、特に限定されないが、例えば８５０℃以下、好ましくは７００℃以下である。その後、冷却したキルン排ガスをサイクロンで分級して細粒成分をダストとして得る。放射性セシウムは細粒に付着するので、分級により、放射性セシウムが付着したダストを容易に得ることができる。
【００３８】
また、分離する別の方法として、例えば、プレヒーター３ａ、集塵設備５（本実施の形態では、沈降室５ａ、電気集塵機５ｂ、バグフィルター５ｃ及びスタビライザー５ｄ）などにおいて、キルン排ガスからダストを分離する。プレヒーター３ａ及び集塵設備５は、固体状物質と気体状物質とに分離可能であるので、キルン排ガスからダストとガスとが容易に得られる。
特に、プレヒータートップサイクロン３ａ１、電気集塵機５ｂ、バグフィルター５ｃ、及びスタビライザー５ｄの少なくとも１つにおいて、キルン排ガスからダストを分離することが好ましい。ここで分離されるダストは、比較的粒径が小さく、表面積が大きく、放射性セシウムが付着しやすいため、放射性セシウムを高濃度で含有している。このため、このように分離されるダストを回収することで、放射性セシウムを効率的に回収することができる。
【００３９】
なお、プレヒータートップサイクロン３ａ１とは、プレヒーター３ａの最上段のサイクロンであり、予備加熱設備３においてキルン排ガスの経路におけるセメント原料と熱交換する最終のサイクロンである。このため、プレヒーター３ａのうち、プレヒータートップサイクロン３ａ１から排出されるキルン排ガスは、他のプレヒーター３ａよりも温度が低い。プレヒータートップサイクロン３ａ１からダストを取り出す場合には、放射性セシウムを含まないダストの量を低減するために、高効率のサイクロンを用いて、微粉側を捕集回収することが好ましい。
【００４０】
これらの分離する方法は、それぞれ単独で実施されてもよく、組み合わせて実施されてもよい。
【００４１】
次に、得られたダストを水洗及び固液分離することで、スラッジとろ液とを形成する。この工程は、例えば以下のように実施される。
【００４２】
具体的には、ダストには、銅、鉛、亜鉛などの重金属やアルカリ金属などが塩化物の形態で含まれており、またカルシウム、ナトリウムなどが塩化物、酸化物、水酸化物の形態で含まれている。このダストを水洗し、スラリー状の混合物をフィルタープレスで固液分離する。なお、水洗とは、ダストと水とを混合することも含む。これにより、水に溶解しなかった成分からなる第１の脱水ケーキ（固体状）と、アルカリ金属、重金属、塩化カリウム、塩化ナトリウム、放射性セシウムを含む第１のろ液（液体状）とを形成する。この第１のろ液についてｐＨを調整して、さらにフィルタープレスで固液分離する。これにより、重金属を水酸化物として沈殿させた沈殿物を含む第２の脱水ケーキ（固体状）と、塩化カリウム、塩化ナトリウム、放射性セシウムを含む第２のろ液（液体状）とを形成する。少なくとも２回のフィルタープレスにより、固液分離して、第１及び第２の脱水ケーキ、つまりスラッジと、第２のろ液とを形成することができる。
【００４３】
なお、水洗及び固液分離する方法は、上述した方法に特に限定されない。また、フィルタープレスする場合には、その回数に特に制限はない。
【００４４】
また、第１及び第２の脱水ケーキは、廃棄してもよいが、第１の脱水ケーキをセメント原料として再利用することが好ましい。
【００４５】
次に、ろ液から晶析法により放射性セシウムを回収する。この工程を実施すると、塩化カリウム、塩化ナトリウムなどが先に結晶化するので、放射性セシウムをろ液に溶解した状態で回収することができる。
【００４６】
以上の工程を実施することにより、セメントクリンカーを製造する製造装置１において、放射性セシウムを効率的に回収することができる。
【００４７】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した実施の形態ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００４８】
１  製造装置、２  キルン、３  予備加熱設備、３ａ  プレヒーター、３ａ１  プレヒータートップサイクロン、３ｂ  仮焼炉、４  貯蔵設備、５  集塵設備、５ａ  沈降室、５ｂ  電気集塵機、５ｃ  バグフィルター、５ｄ  スタビライザー、６  原料供給設備。
【図１】
0005831814.tif 000002