(57)【要約】【課題】焼却装置や焼結装置からの排ガスからそれに含まれる塩化水素、硫黄酸化物、窒素酸化物、ダイオキシン等の有機塩素化合物などの有害ガスを低コストで効率的に除去しうる素材を提供する。【解決手段】平均粒径が１〜１００μｍ、かつマイクロポア比表面積が２０ｍ２／ｇ以上である変性黄土粒子粉末であって、黄土を粉砕して平均粒径１〜１００μｍの粒子粉末としたのち、開放系中で２００〜６００℃に加熱することにより製造する。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
平均粒径が１〜１００μｍ、かつマイクロポア比表面積が２０ｍ２／ｇ以上である変性黄土粒子粉末。
【請求項２】
マイクロポア比表面積が４０ｍ２／ｇ以上である請求項１記載の変性黄土粒子粉末。
【請求項３】
平均粒径が２〜５０μｍである請求項１又は２記載の変性黄土粒子粉末。
【請求項４】
黄土を粉砕して平均粒径１〜１００μｍの粒子粉末としたのち、開放系中で２００〜６００℃に加熱することを特徴とする請求項１又は２記載の変性黄土粒子粉末の製造方法。
【請求項５】
黄土を平均粒径２〜５０μｍに粉砕する請求項４記載の製造方法。
【請求項６】
加熱を外熱式回転管状炉で行う請求項４又は５記載の製造方法。
【請求項７】
外熱式回転管状炉の傾斜度、炉内滞留時間を調整する請求項６記載の製造方法。
【請求項８】
傾斜度５〜１０°、炉内滞留時間１〜３０分の範囲とする請求項７記載の製造方法。
【請求項９】
平均粒径１〜１００μｍの黄土粒子粉末を粒状分散媒層上に供給し、該粒子粉末を、該分散媒層の下方より供給される、水分を含まない２００〜６００℃の加熱空気に搬送させて上昇させながら加熱することを特徴とする請求項１又は２記載の変性黄土粒子粉末の製造方法。
【請求項１０】
頂部及び底部に開口を有する竪型炉本体と、その下方側において固定された通気性の多孔支持板と、該多孔支持板上に層状に敷設された粒状分散媒と、該粒状分散媒の層の上方に先端部を臨ませて配設された黄土粒子粉末のフィーダーとからなる竪型炉、この竪型炉に加熱空気が吹き込まれるようにその底部の開口部に接続された熱風ブロアー、及び変性された黄土粒子粉末が収容されるようにその頂部の開口部に接続された受器を備えたことを特徴とする変性黄土粒子粉末の製造装置。
【請求項１１】
請求項１、２又は３記載の変性黄土粒子粉末を含有してなる排ガス処理剤。
【請求項１２】
排ガスが焼結装置又は焼却装置からの排ガスである請求項１１記載の排ガス処理剤。
【請求項１３】
請求項１１記載の排ガス処理剤を空気に搬送させて排ガスと接触させることを特徴とする排ガス処理方法。
【請求項１４】
平均粒径１〜１００μｍの黄土粒子粉末を粒状分散媒層上に供給し、該粒子粉末を、該分散媒層の下方より供給される、水分を含まない２００〜６００℃の加熱空気に搬送させて上昇させながら加熱変性して調製された変性黄土粒子粉末の搬送流を排ガス流路に導入させることを特徴とする排ガス処理方法。
【請求項１５】
排ガスが焼結装置又は焼却装置からの排ガスである請求項１３又は１４記載の排ガス処理方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、マイクロポアに富む変性黄土粒子粉末、その製造方法、その製造装置、それを含有してなる排ガス処理剤及び該処理剤を用いた排ガス処理方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、鉱石、中でも鉄鉱石の焼結炉等の各種焼結装置や、ごみ焼却炉等の各種焼却装置から排出される排ガスに含まれる塩化水素、硫黄酸化物、窒素酸化物、ダイオキシン等の有機塩素化合物などの有害ガスの吸着・分解等の除去処理については、種々の提案がなされている。
【０００３】
例えば、粉塵含有ガス中に含まれる有機ハロゲン化物を、金属酸化物をベースとする固体触媒と酸素の存在下に所定温度で接触させて酸化分解する方法がある（特許文献１、２参照）。しかしながら、この方法は大量の粉塵ガスを触媒と接触させるための装置が必要であり、処理コストの高騰を免れないという問題がある。
【０００４】
また、樹脂基材に還元剤やそれとアルミニウム化合物を添加してなる塩素化物発生防止用樹脂組成物とともに、ごみを焼却してダイオキシン類等の塩素化物の生成を防止する方法がある（特許文献３参照）。しかしながら、この方法は添加物としての塩素化物発生防止用樹脂組成物が高価であるし、また、焼却を添加物の共存下に行うことから焼却後の灰の成分組成が変化するため再利用に支障をきたすという問題がある。
【０００５】
また、可燃廃棄物を、カルシウム化合物と、酸化鉄粒子及び／又は含水酸化第二鉄粒子との共存下で燃焼する方法がある（特許文献４、５参照）。しかしながら、この方法は燃焼を添加物の共存下に行うことから、燃焼後の灰の成分組成が変化するため再利用に支障をきたすし、また、鉄鉱石焼結炉に適用した場合においては不純物を含まない酸化鉄粒子や含水酸化第二鉄粒子を大量に共存させる必要があり、処理コストの高騰を免れないという問題がある。
【０００６】
また、ごみの焼却を、所定粒径の酸化鉄粉末や含水酸化鉄粉末からなる鉄化合物触媒を焼却炉の燃焼室や再燃焼室に噴霧添加して燃焼ガスと接触させて行う方法がある（特許文献６、７参照）。しかしながら、この方法は噴霧添加する鉄化合物触媒の粒径が微細なため回収が困難であり、回収装置にコストがかかるという問題がある。
【０００７】
【特許文献１】
特開平１１−１８８２３５号公報（特許請求の範囲等）
【特許文献２】
特開平１１−１８８２３６号公報（特許請求の範囲等）
【特許文献３】
特開２００１−２８４６号公報（特許請求の範囲等）
【特許文献４】
特開平８−２７０９２４号公報（特許請求の範囲等）
【特許文献５】
特開平９−８９２２８号公報（特許請求の範囲等）
【特許文献６】
特開平１１−２６７５０７号公報（特許請求の範囲等）
【特許文献７】
特開２０００−２９７９１１号公報（特許請求の範囲等）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、このような従来の焼却装置や焼結装置からの排ガスの処理技術が有する欠点を克服し、このような排ガスからそれに含まれる塩化水素、硫黄酸化物、窒素酸化物、ダイオキシン等の有機塩素化合物などの有害ガスを低コストで効率的に除去しうる素材、その実用的な製造方法、その製造装置、それを含有してなる排ガス処理剤及び該処理剤を用いた排ガス処理方法を提供することを課題とするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
この課題は、天然資源として活用度の低い黄土に、これを粉砕し、加熱等で変性するという簡単な処理を施すことにより、マイクロポアを増加させ、その比表面積を高めうること、こうして得られた変性黄土粒子粉末が上記排ガス処理の素材に適合しうること等の知見に基づき、以下のとおりの本発明により達成された。
【００１０】
すなわち、本発明は、次のとおりのものである。
（１）平均粒径が１〜１００μｍ、かつマイクロポア比表面積が２０ｍ２／ｇ以上である変性黄土粒子粉末。
（２）マイクロポア比表面積が４０ｍ２／ｇ以上である前記（１）記載の変性黄土粒子粉末。
（３）平均粒径が２〜５０μｍである前記（１）又は（２）記載の変性黄土粒子粉末。
（４）黄土を粉砕して平均粒径１〜１００μｍの粒子粉末としたのち、開放系中で２００〜６００℃に加熱することを特徴とする前記（１）又は（２）記載の変性黄土粒子粉末の製造方法。
（５）黄土を平均粒径２〜５０μｍに粉砕する前記（４）記載の製造方法。
（６）加熱を外熱式回転管状炉で行う前記（４）又は（５）記載の製造方法。
（７）外熱式回転管状炉の傾斜度、炉内滞留時間を調整する前記（６）記載の製造方法。
（８）傾斜度５〜１０°、炉内滞留時間１〜３０分の範囲とする前記（７）記載の製造方法。
（９）平均粒径１〜１００μｍの黄土粒子粉末を粒状分散媒層上に供給し、該粒子粉末を、該分散媒層の下方より供給される、水分を含まない２００〜６００℃の加熱空気に搬送させて上昇させながら加熱することを特徴とする前記（１）又は（２）記載の変性黄土粒子粉末の製造方法。
（１０）頂部及び底部に開口を有する竪型炉本体と、その下方側において固定された通気性の多孔支持板と、該多孔支持板上に層状に敷設された粒状分散媒と、該粒状分散媒の層の上方に先端部を臨ませて配設された黄土粒子粉末のフィーダーとからなる竪型炉、この竪型炉に加熱空気が吹き込まれるようにその底部の開口部に接続された熱風ブロアー、及び変性された黄土粒子粉末が収容されるようにその頂部の開口部に接続された受器を備えたことを特徴とする変性黄土粒子粉末の製造装置。
（１１）前記（１）、（２）又は（３）記載の変性黄土粒子粉末を含有してなる排ガス処理剤。
（１２）排ガスが焼結装置又は焼却装置からの排ガスである前記（１１）記載の排ガス処理剤。
（１３）前記（１１）記載の排ガス処理剤を空気に搬送させて排ガスと接触させることを特徴とする排ガス処理方法。
（１４）平均粒径１〜１００μｍの黄土粒子粉末を粒状分散媒層上に供給し、該粒子粉末を、該分散媒層の下方より供給される、水分を含まない２００〜６００℃の加熱空気に搬送させて上昇させながら加熱変性して調製された変性黄土粒子粉末の搬送流を排ガス流路に導入させることを特徴とする排ガス処理方法。
（１５）排ガスが焼結装置又は焼却装置からの排ガスである前記（１３）又は（１４）記載の排ガス処理方法。
本発明において、平均粒径とは体積基準での累積分布の５０％に相当する粒子径を意味する。また、マイクロポアとは孔径２ｎｍ以下の微細孔を意味し、従って、マイクロポア比表面積とは、このような微細孔の比表面積を意味する。なお、メソポアとは、孔径が２ｎｍを超え、５０ｎｍ以下である細孔を意味する。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明の変性黄土粒子粉末は、平均粒径が１〜１００μｍ、好ましくは２〜５０μｍで、しかもマイクロポア比表面積が２０ｍ２／ｇ以上、好ましくは４０ｍ２／ｇ以上の変性黄土である。この平均粒径が１μｍ未満では粉末が微細すぎて取り扱いにくくなるし、また、１００μｍを超えても粒子が大きすぎて処理剤としての活性能が低下する。また、マイクロポア比表面積が２０ｍ２／ｇ未満では有害ガス、中でも有機塩素化合物の除去処理能が低下する。
【００１２】
この変性黄土粒子粉末は、その成分組成としてＴ．Ｆｅ５０〜７０質量％、ＳｉＯ２６〜１２質量％、ＣａＯ０．３〜３．０質量％、Ａｌ２Ｏ３０．３〜３．０質量％を有するものが好ましい。
【００１３】
本発明の変性黄土粒子粉末は、黄土を粉砕して平均粒径１〜１００μｍの粒子粉末としたのち、開放系中で２００〜６００℃に加熱するか、或いは平均粒径１〜１００μｍの黄土粒子粉末を、タンク状や塔状等の適当な形態の竪型炉内に配設した粒状分散媒層上に供給し、該粒子粉末を、該分散媒層の下方より供給される、水分を含まない２００〜６００℃の加熱空気に搬送させて上昇させながら加熱することによって製造することができる。粒状分散媒層上の加熱空気の上昇流速度は、通常１０〜１００ｃｍ／秒、好ましくは２０〜５０ｃｍ／秒の範囲で選ばれる。
また、粉砕の前に乾燥するのが好ましい。
【００１４】
この製造原料に用いられる黄土は特に制限されず、例えば鉄分に富む火山噴出物層から、水に可溶性の鉄分が地下水に溶出し、湧水として地表に現れたときに酸化作用等で沈殿した含水鉄分に富む黄色土、各種鉱石を採掘する際に産出される鉄分を含んだ表土などが挙げられるが、好ましくは、その成分組成としてＴ．Ｆｅ４０〜６０質量％、ＳｉＯ２５〜１０質量％、ＣａＯ０．２〜２．０質量％、Ａｌ２Ｏ３０．２〜２．０質量、水分１０〜３０質量％を有するものが好ましい。
【００１５】
黄土の粉砕には、鉱石用の各種粉砕機、例えばボールミル、ロッドミル、ジェットミル等が用いられるが、中でもロッドミルを用いるのが好ましい。
粉砕により調製された黄土粒子粉末の平均粒径は、例えばレーザー回折式粒度分布測定法によって求められる。
【００１６】
この黄土粒子粉末の加熱は、開放系、例えば製造装置の一端に出口を開口して水分等を逃散させうるようにした系等で行われ、加熱温度は通常２００〜６００℃、好ましくは３００〜６００℃、加熱時間は通常０．１秒〜１０時間、好ましくは０．２秒〜５時間、より好ましくは１秒〜２時間の範囲である。加熱温度が２００℃未満では変性が不十分で所期の結果が得られにくいし、また、６００℃を超えても却って所期の結果が得られにくい。また、加熱時間が０．１秒未満では加熱不足のため黄土粒子粉末の温度が十分上がらず、均一に熱処理しにくくなって所期の結果が得られにくいし、また、１０時間を超えても却って所期の結果が得られにくく、生産性が低下する傾向がある。
この加熱を密閉系、例えば蓋をした坩堝中で行うと、黄土の加熱脱水に起因する水蒸気も系内に含まれ、所期の結果が得られないが、開放系での加熱のため、このような水蒸気は系外に排出され、所期の結果が得られるようになる。
【００１７】
加熱装置としては、例えばトレーや平底パン等の皿状開放容器に層状に広げた所定粉末を加熱するための電気炉のような電熱ヒーターも用いられるが、回転炉、熱風吹込炉等、中でも外熱式回転管状炉、分散媒介在型熱風吹込炉等を用いるのが好ましい。
この外熱式回転管状炉においては、適宜、その傾斜度、炉内滞留時間を調整するのがよく、中でも傾斜度５〜１０°、炉内滞留時間１〜３０分の範囲とするのが好ましい。外熱式回転管状炉は、炉内に加熱源として内熱式では通常用いられるような燃料を特に要しないために、燃料の燃焼に起因して水蒸気を生じたり、細孔生成に支障を来たしたりするなどのトラブルを引き起こすようなことがないし、また、炉内のガス流速が小さいために、微粉末の飛散が少なく、熱回収も容易であるなどの種々の点で有利である。
また、分散媒介在型熱風吹込炉としては、黄土粒子粉末をスクリュウーフィーダー等のフィーダーで粒状分散媒層上に供給し、該粒子粉末を、該分散媒層の下方より、熱風ブロアー等を用いて供給される、水分を含まない２００〜６００℃の加熱空気に搬送させて上昇させながら加熱するものが好ましい。粒状分散媒層は、例えば竪型炉の適所に配設した、粒状分散媒は通さない、通気性の多孔支持板上に粒状分散媒を層状に堆積、敷設することにより形成される。
【００１８】
本発明の変性黄土粒子粉末の製造装置の１例としては、頂部及び底部に開口を有する竪型炉本体と、その下方側において固定された通気性の多孔支持板と、該多孔支持板上に層状に敷設された粒状分散媒と、該粒状分散媒の層の上方に先端部を臨ませて配設された黄土粒子粉末のフィーダーとからなる竪型炉、この竪型炉に加熱空気が吹き込まれるようにその底部の開口部に接続された熱風ブロアー、及び変性された黄土粒子粉末が収容されるようにその頂部の開口部に接続された受器を備えた装置が挙げられ、この竪型炉としては、炉本体を、筒体と、それに向けて開口部から拡開し連なる頂部及び底部とからなる一体構造のものとするとともに、上記多孔支持板を、筒体下部から底部にかけての適当な個所においてその内周面に固定したものが好ましい。
また、上記製造装置の別の例としては、両端部に開口を有する開放型外熱式回転管状炉と、該回転管状炉の一端部に先端部を臨ませて配設された黄土粒子粉末のフィーダーと、変性された黄土粒子粉末が収容されるように該回転管状炉の他端部に接続された受器とを備えた装置などが挙げられる。
【００１９】
この製造装置の１例の模式図を図１に示す。図１において、１は炉本体で、大径の筒体、好ましくは円筒体と、それに向けて開口部から拡開し連なる頂部及び底部とからなる一体構造のものであり、筒体下端或いは底部上端の内壁周面に多孔支持板２が内接して固定され、多孔支持板２上には粒状分散媒３が層状に堆積、敷設されて粒状分散媒層が形成され、炉本体に加熱空気を吹き込む熱風ブロアー４が炉本体の底部の開口部に配管を介して接続され、粒状分散媒層の上方に先端部を臨ませて黄土粒子粉末のフィーダー４が配設され、フィーダー４の基端部にはホッパー５が付設され、フィーダーで粒状分散媒層上に供給される黄土粒子粉末を加熱空気に搬送させて上昇させながら加熱して得られる所期の変性物を収容する受器６が炉本体の頂部の開口部に配管を介して接続されている。
加熱空気に搬送させた黄土粒子粉末の上昇速度については、所期の変性物を生成しうるに足る炉内滞留時間になるように調整される。
【００２０】
本発明の変性黄土粒子粉末は、鉄鉱石等の鉱石の焼結炉等の各種焼結装置や、ごみ焼却炉等の各種焼却装置などから排出される排ガスに含まれる塩化水素、硫黄酸化物、窒素酸化物、ダイオキシン等の有機塩素化合物などの有害ガスの吸着・分解等の除去処理能を有し、かかる排ガス処理剤として有用である。
また、他の排ガス処理剤、例えば消石灰、活性炭等と併用してもよい。
【００２１】
このような排ガス処理剤を用いて処理される排ガスについては特に制限されないが、鉄鉱石等の鉱石の焼結炉等の各種焼結装置や、ごみ焼却炉等の各種焼却装置などから排出される排ガス、中でも鉄鉱石焼結装置やゴミ焼却装置から排出される排ガスが好ましい。
【００２２】
このような排ガス処理剤を用いて排ガスを処理する方法については特に制限されないが、好ましくは、排ガス処理剤を空気に搬送させ、排ガス流路に導入させるなどして排ガスと接触させるか、或いは平均粒径１〜１００μｍの黄土粒子粉末を粒状分散媒層上に供給し、該粒子粉末を、該分散媒層の下方より供給される、水分を含まない２００〜６００℃の加熱空気に搬送させて上昇させながら加熱変性して調製された変性黄土粒子粉末の搬送流を煙道、排ガスダクト等の排ガス流路に導入させるのがよい。
加熱空気に搬送させた黄土粒子粉末の上昇速度については、所期の変性物を生成しうるに足る炉内滞留時間になるように調整される。
【００２３】
【実施例】
次に、実施例および比較例により本発明をさらに詳細に説明するが、本発明は、これらの例によってなんら限定されるものではなく、本発明の技術思想の範囲を逸脱しない限り、その実施の形態を任意に変更しうるものである。
【００２４】
製造例１
表１に示す組成を有する黄土（熊本県阿蘇郡阿蘇町狩尾産出）をロータリードライヤー（商品名、大川原製作所社製、乾燥機）で１００℃で乾燥し、バイブロミル（商品名、安川電気社製、粉砕機）で粉砕し、累積分布（通過百分率）で１０％粒径２．６μｍ、５０％粒径１０μｍ、９０％粒径２６μｍの黄土粒子粉末を調製した。この粉末について、その比表面積は、メソポアで５０ｍ２／ｇ、マイクロポアで１０ｍ２／ｇであり、マイクロポアの比表面積が低かった。
【００２５】
【表１】
2005000819.tif 000002
【００２６】
実施例１
製造例１の黄土粒子粉末を原料粉末とし、これを定量供給機（商品名、宇部興産機械社製、スクリュウフィーダ）により外熱式キルン［商品名、宇部興産機械社製、外熱式回転管状炉（直径２００ｍｍ、長さ２０００ｍｍ、ヒーター加熱型）］の入口に１０ｋｇ／分で連続的に供給し、該炉の傾斜度及び単位時間当りの回転数（例えばｒｐｍ）を調整して炉の入口から出口までの炉内滞留時間を１．６分、２．１分、２．７分、８．２分又は１６分とし、該炉の内温を３００℃、４００℃又は５００℃に保持して、種々加熱処理した。このようにして得られた種々の変性黄土粒子粉末の比表面積と加熱温度との関係を図２にグラフで示す。
【００２７】
実施例２
図１に示す装置として、炉本体における筒体を円筒（内径４ｃｍ、長さ４５ｃｍ）とし、粒状分散媒層における粒状分散媒として、ケイ砂（粒径６００μｍ以上、層厚１０ｍｍ）、多孔支持板として目開き５００μｍのステンレス鋼製網をそれぞれ用いた。
粒状分散媒層上に実施例１と同様の原料粉末を０．４ｃｍ３／秒で連続的に供給し、該分散媒層の下方より熱風ブロアーから吹き込まれる、水分を含まない各加熱温度の加熱空気に搬送させて３８ｃｍ／秒の速度で上昇させながら加熱変性した。得られた各変性黄土粒子粉末について、その比表面積を、メソポアとマイクロポアとで求めた。その結果を表２に示す。
【００２８】
【表２】
2005000819.tif 000003
【００２９】
実施例３
実施例１と同様の原料粉末を用い、その１０ｇを１２０×１８０ｍｍの矩形状ステンレス鋼製平皿様開放容器に入れ、表３に示す各加熱処理温度まで１０℃／分の昇温速度で昇温させ、各加熱処理温度で１時間保持したのち、１０℃／分の降温速度で冷却した。得られた各変性黄土粒子粉末について、その比表面積を、メソポアとマイクロポアとで求めた。その結果を表３に示す。
【００３０】
【表３】
2005000819.tif 000004
【００３１】
比較例１
実施例１と同様の原料粉末を用い、その１０ｇを３０ｍｌ蓋付き磁製坩堝に入れ、表４に示す加熱処理温度まで１０℃／分の昇温速度で昇温させ、各加熱処理温度で１時間保持したのち、１０℃／分の降温速度で冷却した。得られた各処理粉末について、その比表面積を、メソポアとマイクロポアとで求めた。その結果を表４に示す。
【００３２】
【表４】
2005000819.tif 000005
【００３３】
実施例４
有害ガスとして塩化水素、硫黄酸化物、窒素酸化物及びダイオキシンをそれぞれ１００ｐｐｍ、５０ｐｐｍ、１００ｐｐｍ及び８ｎｇＴＥＱ／Ｎｍ３の濃度で含むごみ焼却炉における煙道の排ガスに対して、実施例２と同様にして調製された、変性黄土粒子粉末の加熱空気搬送流を、変性黄土粒子粉末として排ガス１ｍ３当り、０．７ｃｍ３の用量で吹き込んだ。
このようにして処理された排ガスについて、塩化水素、硫黄酸化物、窒素酸化物及びダイオキシンの濃度を調べたところ、それぞれ７０ｐｐｍ、１０ｐｐｍ、７０ｐｐｍ及び１ｎｇＴＥＱ／Ｎｍ３と低下していた。
【００３４】
【発明の効果】
本発明の変性黄土粒子粉末は、平均粒径が１〜１００μｍと適度であり、かつマイクロポア比表面積が高く、そのため、鉄鉱石等の鉱石の焼結炉等の各種焼結装置や、ごみ焼却炉等の各種焼却装置などから排出される排ガスから、それに含まれる塩化水素、硫黄酸化物、窒素酸化物、ダイオキシン等の有機塩素化合物などの有害ガスを低コストで効率的に除去しうる排ガス処理剤として有用である。また、本発明の製法によれば、天然資源として活用度の低い黄土に簡単な処理を施すことによりマイクロポアを増加させ、その比表面積を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の変性黄土粒子粉末の製造装置の１例の模式図。
【図２】実施例１の各種変性黄土粒子粉末の比表面積と加熱温度との関係を示すグラフ。
【符号の説明】
１  炉本体
２  多孔支持板
３  粒状分散媒
４  熱風ブロアー
５  フィーダー
６  ホッパー
７  受器
【図１】
2005000819.tif 000006
【図２】
2005000819.tif 000007