(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
セメントキルン排ガスから抽出されたダストに水を加えてスラリー化し、前記スラリーを液体サイクロンに供給することで、粗粒と平均粒子径が２０μｍ以下の微粒に分離し、
前記微粒は、重力沈降槽に供給され、濃縮スラリーとして抜き出された後、脱水工程に供給され、
前記粗粒は、前記液体サイクロンで分離された後、前記重力沈降槽に供給されることなく前記脱水工程に供給され、
前記微粒の平均粒子径は、２０μｍ以下であり、４５μｍ篩残分が１０重量％以下であること
を特徴とするセメントキルン排ガスから抽出されたダストの処理方法。
【請求項２】
セメントキルン排ガスから抽出されたダストに水を加えてスラリー化するためのスラリー槽と、前記スラリーの固形分を粗粒と平均粒子径が２０μｍ以下の微粒に分離するための液体サイクロンとを備え、
前記微粒は、重力沈降槽に供給され、濃縮スラリーとして抜き出された後、脱水工程に供給され、
前記粗粒は、前記液体サイクロンで分離された後、前記重力沈降槽に供給されることなく前記脱水工程に供給され、
前記微粒の平均粒子径は、２０μｍ以下であり、４５μｍ篩残分が１０重量％以下であること
を特徴とするセメントキルン排ガスから抽出されたダストの処理システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、セメントキルン窯尻から排ガスの一部を抽気してセメント原料焼成系内の塩化アルカリ等のキルン内部で蒸発する揮発性成分を低減させ、揮発性成分が制御されたクリンカを製造するためのセメントキルン排ガスから抽出されたダストの処理方法および処理システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年循環型社会への貢献として、焼却灰等の塩素分を多く含む廃棄物をセメント原料化し、有効利用を進めている。これに伴い、セメント製造装置内に持ち込まれる塩化アルカリの量が増加してきている。このため、廃棄物から持ち込まれる塩化アルカリの増加に合わせ、セメントキルン窯尻部から排ガスの一部を抽気してセメント原料焼成系内の塩化アルカリ等を抜き出す塩素バイパスが多く設置されてきている。
【０００３】
一方、セメントの品質上、セメントに含有できる塩素量の上限は決まっている。このため、塩素バイパスによってセメント製造装置内から抜き出したダストをセメントへ戻せる量は制限される。そこで、セメント製造装置に戻せないダスト中の塩素を処理する方法として、セメント製造装置から抜き出した塩素を含むダストに水を加えて、塩素分を水に溶解し除去する水洗処理がある。
【０００４】
従来のセメントキルン排ガスから抽出されたダストの水洗処理方法は、当該ダストと水洗用の水を一定量で混合してスラリーとし、ダスト中の塩化アルカリが充分に溶出する時間ほど撹拌した後に、重力を利用して不溶のダスト分を沈降させダスト分が濃縮したものを脱水処理していた。しかし、スラリーを濃縮する槽（シックナー）内で、ダストの粒子同士が結び付いて塊状に固化し、シックナーの底部及び側壁面に成長した硬化物により排出口を閉塞させるため、硬化物除去作業を３〜５ヶ月に１回の頻度で行う必要があった。また、スラリーを次工程の脱水機に輸送するポンプや配管を閉塞させる問題が発生していた。
【０００５】
これに対応するため、特許文献１にはスケール等の付着による配管閉塞に対応するために、配管系統を２系列化し、一方が閉塞した場合、もう一方の系列に切替え、その間に閉塞を解除する方法が記載されている。しかし、設備の２系列化は設備費が高くなり、また、閉塞解除作業は従前と同様という課題が残る。
【特許文献１】２００１−１２９５１３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、セメントキルン排ガスから抽出されたダストの水洗処理を長期間、安定的に行うための処理方法及び処理システム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】
【０００７】
本発明者らは、セメントキルン排ガスから抽出されたダストの水洗処理において閉塞の原因であるダストの水硬性による塊状固化物の発生の抑制について鋭意研究した結果、本発明を完成するに至った。すなわち本発明は、セメントキルン排ガスから抽出されたダストに水を加えてスラリー化し、前記スラリーを液体サイクロンに供給し、粗粒と平均粒子径が２０μｍ以下の微粒に分級することを特徴とするセメントキルン排ガスから抽出されたダストの処理方法である。また、別の発明としては、セメントキルン排ガスから抽出されたダストに水を加えてスラリー化するためのスラリー槽と、前記スラリーの固形分を粗粒と平均粒子径が２０μｍ以下の微粒に分級するための液体サイクロンとを備えたセメントキルン排ガスから抽出されたダストの処理システムである。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、ダストを含むスラリーが長時間シックナー内に滞留することがなくなり、ダストの水硬性による塊状固化物の発生が抑制され、プロセスの長時間の安定運転が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明を詳細に説明する。本発明は、まずセメントキルン排ガスから抽出されたダスト（以下抽気ダストとする）に水を加えてスラリー化する。ここで、抽気ダストとは、セメントクリンカ原料を予熱、仮焼するプレヒータとクリンカ焼成するキルンとキルンで焼成されたクリンカを急冷するクリンカクーラで構成されているセメントクリンカ製造装置のプレヒータ下部からダストを含む排ガスを抽気して、冷却後、排ガスから分離捕集した固体である。
【００１０】
また、抽気ダストを抽出する方法としては、プレヒータ下部のライジングダクトと呼ばれる部分の壁面に接続した抽気管から１０００〜１２００℃のキルン排ガスを排気ファンにより抽気する。次に抽気ガスは冷却室に送られ、ここに吹き込まれる空気により冷却速度が６００〜８００℃／秒で急冷される。この急冷により排ガスの温度は、３００から６００℃となり、排ガスに含まれる揮発性アルカリ塩の融点以下に冷され固化する。その後、排気ファンで吸引されて集塵機へ送られガスと分離、捕集される。セメントキルン排ガスから抽出されたダストの化学組成としては、例えばＣａＯが３０から４０重量％、ＳＯ３が５から１０重量％、塩素が１０から２５重量％、Ｋ２Ｏが１５から３０重量％、その他の微量成分である。平均粒子径は、２０μｍ〜４０μｍである。
【００１１】
図１は、本発明を実施するための抽気ダストの処理システムの概略図を示す。抽気ダストは、ダスト受入れタンク１に投入する。ダスト受入れタンク１の下部から、スクリューコンベアなどのダスト抜き出し装置２により、ダストはスラリー槽３へ送られる。スラリー槽３には、水が供給される。水は工業用水を用いることができる。水の供給量は、ダストの重量に対して３から１０倍、好ましくは４から６である。スラリー槽３には、攪拌装置が設置されており、抽気ダストと水を攪拌することによりスラリー化される。これにより、抽気ダスト中の塩素分が水に溶解し抽気ダストが脱塩される。スラリー槽３における抽気ダストの滞留時間は、１〜３時間が好ましい。
【００１２】
スラリーは、圧送ポンプ９によって液体サイクロン８に輸送される。液体サイクロン８において、スラリー中の粗粒と平均粒子径が２０μｍ以下の微粒が分離される。ここで、粗粒とは平均粒子径が２０μｍを超えるものをいう。また、微粒は、平均粒子径が２０μｍ以下、好ましくは平均粒子径が２０μｍ以下で４５μｍ篩残分が１０重量％以下、より好ましくは平均粒子径が２０μｍ以下で４５μｍ篩残分が５重量％以下となるものをいう。また、分離とは粗粒と微粒を分離することをいい分級を含む概念である。
【００１３】
次に、本発明で用いられる液体サイクロンについて説明する。図２に液体サイクロンの概略図を示す。液体サイクロンはハイドロサイクロンとも呼ばれており、通常は水を媒体としたスラリーや混合液を旋回による遠心力を利用して分離・分級を行うものである。供給口１１から液体サイクロンに供給されたスラリーは、直胴部１２の塔内で旋回し、水より比重の大きい固形物質に働く遠心力により設定した閾値を境として下方旋回流によりコーン部１３から下部排出口１４から下部に排出される。また、比重の小さい物質は内筒１５から上方流により上部へと排出される。このとき供給流速は１〜２ｍ／ｓ以上で、圧力降下は４０ｋＰａ以上が必要である。
【００１４】
また、液体サイクロンは様々なサイズがあるので処理流量、分級粒度および濃度、下部流量と上部流量などからサイズが決定される。また、一般的には液体サイクロンの内径が小さいほど分級性能が高いので、用途に合わせて大型の液体サイクロンを使用するか、小型の液体サイクロンを多数組み合わせて処理量を調整する方法が使用されている。
【００１５】
本発明の場合は、粗粒分離後の上部分級液中の固体粒子（微粒）の平均粒子径が２０μｍ以下で、且つ、４５μｍ篩残分が１０重量％以下、好ましくは５重量%以下となるようにするためには、例えば液体サイクロンの下部絞りと上部内筒径の比は、２〜４倍とする。また、液体サイクロンを使用する利点は稼動部がなく目詰りなどの障害が起きにくいので保守管理がしやすいことも挙げられる。
【００１６】
液体サイクロン８で分離された水と微粒の混合物は、液体サイクロン８の頂部から槽４へ送られる。また、水と粗粒の混合物は、液体サイクロン８の底部から排出され槽６に送られる。槽４には、微粒の沈降を即すために微粒子に凝集剤を添加することもできる。槽４には、攪拌装置が設置され微粒が攪拌・混合される。槽４の溢流は、重力沈降槽５に供給される。重力沈降槽５としては、シックナーが挙げられる。重力沈降槽５の微粒は、重力沈降により底部に集められ、重力沈降槽５の底部から５〜４０重量％濃縮スラリーとしてスラリーポンプにより抜き出される。重力沈降槽５の上澄み液は、含有重金属類の除去等を行うため排水処理工程１０へ送り、無害化処理される。
【００１７】
重力沈降槽５の底部から抜き出された濃縮スラリーは、脱水装置７に送られ脱水される。脱水装置７としては、フィルタープレス式やベルトプレス式が挙げられる。脱水物である脱塩ダストは、セメント原料として再利用することができる。脱水した水は、槽４に供給し、循環水として利用される。
【００１８】
液体サイクロン８の底部から排出され槽６に送られた粗粒は、脱水装置７に送られ脱水される。脱水装置としては、フィルタープレス式やベルトプレス式が挙げられる。脱水物である脱塩ダストは、セメント原料として再利用することができる。脱水した水は、槽４に供給し、循環水として利用される。脱水装置７は、前述した微粒のものと共用することもできるし、微粒のものとは別の脱水装置を用いることもできる。
本発明により、塊状物が発生しないため、重力分離槽５から脱水装置７までの間の輸送配管及びポンプ等の閉塞などのトラブルを防止することができる。
【００１９】
別の実施形態として、図１に示すように、重力沈降槽５の底部から抜き出された濃縮スラリーと液体サイクロン８の底部から排出され槽６に送られた粗粒を槽６に供給し、微粒及び粗粒と混合し、混合物を脱水装置７に供給し脱水することにより脱塩ダストを得ることもできる。この脱塩ダストも、セメント原料として再利用することができる。脱水した水は、槽４に供給し、循環水として利用することができる。
【００２０】
液体サイクロン８で分離された粗粒は、前記重力沈降槽に供給することなく、直接脱水装置７に送り脱水される。これにより、塊状物による槽や配管の閉塞をより低減することができる。この結果、ダスト中の水硬性の高い微粒子を含むスラリーと、水硬性の低い粗粒子を含むスラリーに分離し、水硬性の低い粗粒子含むスラリーを直接脱水処理して短時間でプロセス系外に取り出すことにより、ダストの塊状水硬物の発生を抑制することを可能とした。
【実施例】
【００２１】
セメントキルン排ガスから抽出されたダストは、セメントキルン窯尻部からダストを含む１１００℃の排ガスを抽気した後、抽気排ガスと冷却用空気を直接接触させることにより３８０℃に冷却し、バッグフィルタ式集塵器でダストとガスを分離した。セメントキルン排ガスから抽出されたダストの化学組成は、例えばＣａＯが３７重量％、ＳＯ３が８重量％、塩素が１７重量％、Ｋ２Ｏが２０重量％、その他の微量成分である。平均粒子径は、２０〜３０μｍである。ここで、平均粒子径は、塩素バイパスダストをイオン交換水と混合攪拌して、堀場製作所(株)製レーザー回折／散乱式粒度分布測定装置ＬＡ−９１０を用いて粒度分布を測定して求めた。
【００２２】
セメントキルンの窯尻部から抽気したキルン排ガスを急冷して得られた上記ダストをスラリー槽１に投入した。スラリー槽１ではダストの重量に対して２倍、４倍および１０倍の水を投入し、撹拌混合してスラリー化した。混合時間は１０分であった。
【００２３】
本実施例で使用した液体サイクロン４（ＫＲＥＢＳ社製Ｕ２−１４３６）は、２ｉｎｃｈタイプのゴム製液体サイクロンを使用した。供給口径は1・１／４ｉｎｃｈ、上部絞り径（Ｖｏｒｔｅｘ径）７と下部絞り径（Ａｐｅｘ径）５の組合せは表１〜表３に示す通りであった。液体サイクロン４への液の供給圧力３は０.１〜０.２ＭＰａに設定した。スラリーはカスケードポンプ２を用いて液体サイクロンに供給された。各スラリー供給量は表中に示した。液体サイクロン４で分級された粗粒側スラリー６は液体サイクロンの下部から排出され、微粒側スラリー８は液体サイクロン上部から排出された。得られた粗粒スラリーと微粒スラリーを３０日間静置した。
【００２４】
表１から４に本実施例の実験条件及び結果を示した。３０日静置後の固化状態を確認するために、細長いスパテールをスラリー中に差込んで軟らかく貫通するか固化して貫通できないかを調べた。その結果、本実施例１〜１５の条件において分級された微粒側スラリーは、平均粒径が２０μｍ以下となっており、かつ、３０日静置後の固化状態は細長いスパテールがスラリー中に軟らかく貫通する状態であることが確認できた。
［比較例］
【００２５】
実施例１〜５で使用したダストをダスト重量の２倍の水と撹拌混合してスラリー化した。液体サイクロン４の上部絞り径を０.８ｉｎｃｈ、下部絞り径を０.１８７ｉｎｃｈ、供給圧力０.１ＭＰａとして分級を行った。供給量は、７．２７３ｔ／ｈであった。その結果を表１に併記した。微粒側スラリーは分級が粗くなっており平均粒径は２１μｍ程度となり、３０日静置後の固化状態は硬くスパテールが通り難い状態となっていた。
【００２６】
【表１】
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【００２７】
【表２】
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【００２８】
【表３】
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【００２９】
【表４】
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【００３０】
以上のことから、平均粒子径が２０μｍ以下であれば、閉塞等の要因である堆積物の塊状生成が防止できることがわかった。この原因は、以下のように推定される。粗粒子は、沈降性が高く、硬化する前に底部等に到達する為、硬化が底部でおこり近接する粗粒子とくっついて塊を生じる。一方、微粒子は、水硬性が高いが沈降性が低いため、底部に到達する前に水中で硬化し、水中では粒子が分散状態の為、塊状の固化物にならない。このため、スラリーから粗粒子が硬化する前に除去、脱水処理を行えば、塊の発生が回避できるものと考えられる。
【産業上の利用可能性】
【００３１】
本発明は、セメントキルン窯尻から排ガスを抽気してセメント原料焼成系内の塩化アルカリ等のキルン内部で蒸発する揮発性成分を低減させ、揮発性成分が制御されたクリンカを製造する際に利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明を利用したセメントキルン排ガスから抽出された塩素を多く含むダスト水洗処理装置の実施例の構成を示す概略図である。
【図２】液体サイクロンの一例の概略図である。
【符号の説明】
【００３３】
１ ダスト受入れタンク
２  ダスト抜き出し装置
３  スラリー槽
４  槽
５  重力沈降槽
６  槽
７  脱水装置
８  液体サイクロン
９  圧送ポンプ
１０  排水処理工程
１１  供給口
１２  直胴部
１３  コーン部
１４  下部排出口
１５  内筒
【図１】
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【図２】
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