(57)【要約】高温高水分のガス流から水銀を除去するのに好適な有効量の塩化銅（ＩＩ）を含む炭素ベースの吸着性粉体であって、前記塩化銅（ＩＩ）の有効量は、約１重量パーセントから約４５重量パーセントの範囲である。ガス流からの水銀の除去を高めるために、過マンガン酸カリウム、水酸化カルシウム、ヨウ化カリウム、硫黄などのさらなる添加物を前記粉体に添加できる。【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガス流から金属類および有機化合物を除去するために好適な吸着性粉体であって、前記粉体が炭素ベースの粉体と金属類および有機化合物を除去する有効量の塩化銅（ＩＩ）とを含む吸着性粉体。
【請求項２】
前記炭素ベースの粉体が、石炭系炭素、木材炭素、グラファイト系炭素、活性炭、ヤシ殻炭素、泥炭系炭素、石油コークス、合成ポリマー類、およびそれらの組合せからなる群から選択される請求項１に記載の吸着性粉体。
【請求項３】
前記塩化銅（ＩＩ）の有効量が約３重量パーセントから約１０重量パーセントである請求項２に記載の吸着性粉体。
【請求項４】
約９０重量パーセントから約９７重量パーセントの炭素ベースの粉体および約３重量パーセントから約１０重量パーセントの塩化銅（ＩＩ）を含む請求項３に記載の吸着性粉体。
【請求項５】
水酸化カルシウム、硫黄、過マンガン酸カリウム、ヨウ化カリウムおよびそれらの組合せからなる群から選択される成分をさらに含む請求項４に記載の吸着性粉体。
【請求項６】
０重量パーセントから約６２重量パーセントの水酸化カルシウム、０重量パーセントから約４重量パーセントの硫黄、０重量パーセントから約１５重量パーセントの過マンガン酸カリウム、０重量パーセントから約１０重量パーセントのヨウ化カリウム、約３重量パーセントから約１０重量パーセントの塩化銅（ＩＩ）、および吸着性粉体の総量が１００重量パーセントになるような残部重量パーセントの炭素ベースの粉体を含む請求項４に記載の吸着性粉体。
【請求項７】
約３５重量パーセントから約３８重量パーセントの炭素ベースの粉体、約５２重量パーセントから約６２重量パーセントの水酸化カルシウム、約５重量パーセントから約１０重量パーセントのヨウ化カリウム、約３重量パーセントから約１０重量パーセントの塩化銅（ＩＩ）を含む請求項６に記載の吸着性粉体。
【請求項８】
前記粉体が、約３５重量パーセントから約３８重量パーセントの炭素、約５２重量パーセントから約６２重量パーセントの水酸化カルシウム、約５重量パーセントから約１０重量パーセントの過マンガン酸カリウム、約３重量パーセントから約１０重量パーセントの塩化銅（ＩＩ）を含む請求項６に記載の吸着性粉体。
【請求項９】
前記粉体が、約３５重量パーセントから約３８重量パーセントの炭素、約５２重量パーセントから約６２重量パーセントの水酸化カルシウム、約１重量パーセントから約４重量パーセントの硫黄、約５重量パーセントから約１０重量パーセントの過マンガン酸カリウム、約３重量パーセントから約１０重量パーセントの塩化銅（ＩＩ）を含む請求項６に記載の吸着性粉体。
【請求項１０】
前記粉体が、約３５重量パーセントから約３８重量パーセントの炭素、約５２重量パーセントから約６２重量パーセントの水酸化カルシウム、約１重量パーセントから約４重量パーセントの硫黄、約３重量パーセントから約１０重量パーセントの塩化銅（ＩＩ）を含む請求項６に記載の吸着性粉体。
【請求項１１】
前記粉体が、約３５重量パーセントから約３８重量パーセントの炭素、約５２重量パーセントから約６２重量パーセントの水酸化カルシウム、約３重量パーセントから約１０重量パーセントの塩化銅（ＩＩ）を含む請求項４に記載の吸着性粉体。
【請求項１２】
前記粉体が、約３８重量パーセントの炭素、約５８重量パーセントの水酸化カルシウム、約４重量パーセントの硫黄、約４重量パーセントの塩化銅（ＩＩ）を含む請求項１０に記載の吸着性粉体。
【請求項１３】
石炭系炭素、木材炭素、グラファイト系炭素、活性炭、ヤシ殻炭素、泥炭系炭素、石油コークス、合成ポリマー類、およびそれらの組合せからなる群から選択される炭素ベースの粉体ならびに約３重量パーセントから約１０重量パーセントの塩化銅（ＩＩ）を含む、ガス流から金属類および有機化合物を除去するために好適な吸着性粉体。
【請求項１４】
前記粉体が、水酸化カルシウム、硫黄、過マンガン酸カリウム、ヨウ化カリウムおよびそれらの組合せからなる群から選択される成分をさらに含む請求項１３に記載の吸着性粉体。
【請求項１５】
前記粉体が、約３５重量パーセントから約３８重量パーセントの石炭系炭素、約５２重量パーセントから約６０重量パーセントの水酸化カルシウム、炭素基材に含浸させた約５重量パーセントから約１０重量パーセントのヨウ化カリウム、約５重量パーセントから約１０重量パーセントの塩化銅（ＩＩ）を含む請求項１４に記載の吸着性粉体。
【請求項１６】
前記金属が、水銀、鉛、ニッケル、亜鉛、銅、ヒ素、カドミウムおよびそれらの組合せからなる群から選択される請求項１５に記載の吸着性粉体。
【請求項１７】
前記有機化合物がフラン類およびダイオキシン類からなる群から選択される請求項１５に記載の吸着性粉体。
【請求項１８】
前記吸着性粉体が、石炭系炭素、木材炭素、グラファイト系炭素、活性炭、ヤシ殻炭素、泥炭系炭素、石油コークス、合成ポリマー類、およびそれらの組合せからなる群から選択される炭素ベースの粉体ならびに約５重量パーセントから約１０重量パーセントのヨウ化カリウムを含む、ガス流から金属類および有機化合物を除去するために好適な吸着性粉体。
【請求項１９】
石炭系炭素、木材炭素、グラファイト系炭素、活性炭、ヤシ殻炭素、泥炭系炭素、石油コークス、合成ポリマー類など、およびそれらの組合せからなる群から選択される炭素ベースの粉体ならびにガス流から水銀および有機化合物を除去するために好適な有効量の塩化銅（ＩＩ）を含有することを特徴とする吸着性粉体を用いてガス流から水銀および有機化合物を除去する方法であって：
ａ）固相の水銀含有汚染土壌フィードを回転式炉／ドラム内に入れるステップ；
ｂ）前記土壌フィードを含んだ前記炉／ドラムを加熱して、気体成分ならびに固体成分のサンプルを形成するステップ；
ｃ）前記土壌フィードの前記気体成分を排気ガスクリーニング装置／アフターバーナーへ移送し、ならびにクリーン土壌の固体成分を土壌冷却装置へ移送するステップ；
ｄ）前記汚染土壌フィードの前記気体成分を前記排気ガスクリーニング装置／アフターバーナー中で加熱するステップ；
ｅ）前記汚染土壌フィードの前記気体成分を冷却するステップ；
ｆ）前記吸着性粉体を前記気体成分に添加するステップ；
ｇ）前記粉体を含有した気体成分をバグハウスに移送するステップ；
ｈ）前記サンプルの実質的に水銀のない気体成分を大気中に放出させるステップ
を特徴とする方法。
【請求項２０】
塩化銅（ＩＩ）の有効量が約３重量パーセントから約１０重量パーセントである請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記炭素ベースの粉体が、石炭系炭素、木材炭素、グラファイト系炭素、活性炭、ヤシ殻炭素、泥炭系炭素、石油コークス、合成ポリマー類、およびそれらの組合せからなる群から選択される請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
約９０重量パーセントから約９７重量パーセントの炭素ベースの粉体ならびに約３重量パーセントから約１０重量パーセントの塩化銅（ＩＩ）を含む請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
水酸化カルシウム、硫黄、過マンガン酸カリウム、ヨウ化カリウムおよびそれらの組合せからなる群から選択される成分をさらに含む請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
０重量パーセントから約６２重量パーセントの水酸化カルシウム、０重量パーセントから約４重量パーセントの硫黄、０重量パーセントから約１５重量パーセントの過マンガン酸カリウム、０重量パーセントから約１０重量パーセントのヨウ化カリウム、約３重量パーセントから約１０重量パーセントの塩化銅（ＩＩ）、および吸着性粉体の総量が１００重量パーセントになるような残部重量パーセントの炭素ベースの粉体を含む請求項２２に記載の方法。
【請求項２５】
約３５重量パーセントから約３８重量パーセントの炭素ベースの粉体、約５２重量パーセントから約６２重量パーセントの水酸化カルシウム、約５重量パーセントから約１０重量パーセントのヨウ化カリウム、約３重量パーセントから約１０重量パーセントの塩化銅（ＩＩ）を含む請求項２４に記載の方法。
【請求項２６】
前記粉体が、約３５重量パーセントから約３８重量パーセントの炭素、約５２重量パーセントから約６２重量パーセントの水酸化カルシウム、約５重量パーセントから約１０重量パーセントの過マンガン酸カリウム、約３重量パーセントから約１０重量パーセントの塩化銅（ＩＩ）を含む請求項２４に記載の方法。
【請求項２７】
前記粉体が、約３５重量パーセントから約３８重量パーセントの炭素、約５２重量パーセントから約６２重量パーセントの水酸化カルシウム、約１重量パーセントから約４重量パーセントの硫黄、約５重量パーセントから約１０重量パーセントの過マンガン酸カリウム、約３重量パーセントから約１０重量パーセントの塩化銅（ＩＩ）を含む請求項２４に記載の方法。
【請求項２８】
前記粉体が、約３５重量パーセントから約３８重量パーセントの炭素、約５２重量パーセントから約６２重量パーセントの水酸化カルシウム、約１重量パーセントから約４重量パーセントの硫黄、約３重量パーセントから約１０重量パーセントの塩化銅（ＩＩ）を含む請求項２４に記載の方法。
【請求項２９】
前記粉体が、約３５重量パーセントから約３８重量パーセントの炭素、約５２重量パーセントから約６２重量パーセントの水酸化カルシウム、約３重量パーセントから約１０重量パーセントの塩化銅（ＩＩ）を含む請求項２２に記載の方法。
【請求項３０】
前記粉体が、約３８重量パーセントの炭素、約５８重量パーセントの水酸化カルシウム、約４重量パーセントの硫黄、約４重量パーセントの塩化銅（ＩＩ）を含む請求項２８に記載の方法。
【請求項３１】
石炭系炭素、木材炭素、グラファイト系炭素、活性炭、ヤシ殻炭素、泥炭系炭素、石油コークス、合成ポリマー類、およびそれらの組合せからなる群から選択される炭素ベースの粉体ならびに約３重量パーセントから約１０重量パーセントの塩化銅（ＩＩ）を含む、ガス流から金属類および有機化合物を除去するために好適な方法。
【請求項３２】
前記粉体が、水酸化カルシウム、硫黄、過マンガン酸カリウム、ヨウ化カリウムおよびそれらの組合せからなる群から選択される成分をさらに含む請求項３１に記載の方法。
【請求項３３】
前記粉体が、約３５重量パーセントから約３８重量パーセントの石炭系炭素、約５２重量パーセントから約６０重量パーセントの水酸化カルシウム、炭素基材に含浸させた約５重量パーセントから約１０重量パーセントのヨウ化カリウム、約５重量パーセントから約１０重量パーセントの塩化銅（ＩＩ）を含む請求項３２に記載の方法。
【請求項３４】
前記金属が、水銀、鉛、ニッケル、亜鉛、銅、ヒ素、カドミウムおよびそれらの組合せからなる群から選択される請求項３３に記載の方法。
【請求項３５】
前記有機化合物がフラン類およびダイオキシン類からなる群から選択される請求項３３に記載の方法。
【請求項３６】
ガス流を、石炭系炭素、木材炭素、グラファイト系炭素、活性炭、ヤシ殻炭素、泥炭系炭素、石油コークス、合成ポリマー類、およびそれらの組合せからなる群から選択される炭素ベースの粉体ならびに約５重量パーセントから約１０重量パーセントのヨウ化カリウムを含む吸着性粉体と接触させることを含む、ガス流から金属類および有機化合物を除去する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属および有機汚染物を、ガス流から除去するための有用な吸着性粉体に関する。前記吸着性粉体は典型的に、固体廃棄物の汚染物処理、たとえば、高効率灰化による汚染土壌処理に有用である。より具体的に本発明は、塩化銅（ＩＩ）を含有する吸着性粉体を用いて、高温高水分ガス流から水銀および他の金属、ダイオキシン類、フラン類ならびに他の有機化合物を捕捉することに関する。
【背景技術】
【０００２】
石炭火力発電所、石油精製所、化学物質精製所、石炭溶鉱炉、ごみ焼却設備、焼却炉、冶金作業、熱処理装置、ならびに他の微粒子および水銀排出設備による微粒子および全体的水銀排出には厳しい基準がある。同じこれらの制限が、汚染土壌の低温熱脱着（ＬＴＴＤ）処理の結果、大気に侵入し得る水銀蒸気に適用される。
【０００３】
これらの厳重な基準は、環境と社会を守るためにある。水銀を含有するガス類が放出されると、そのガス類は分散し、水銀は広い区域にわたって沈積する。分散した水銀は土壌中、または上水道中に蓄積し、そこで食物連鎖に組み込まれる可能性がある。水銀は水生生物、そして究極的には水銀で汚染された植物や動物を消費する人間にとって極めて有害である。したがって、環境から水銀を除去する、安全で効果的な方法を得ることが必要である。
【０００４】
典型的には、石炭火力発電所および廃棄物焼却炉関係における水銀蒸気の捕捉と処理の問題は以前に考慮された。たとえば、米国特許第３，１９３，９８７号は、水銀とアマルガムを形成する金属を含浸させた活性炭上に水銀含有蒸気を通すことを開示している。米国特許第４，０９４，７７７号は、本質的に、支持体、硫化銅および硫化銀からなる吸着性集合体上に水銀含有蒸気を通すことを開示している。米国特許第３，８７６，３９３号は、硫酸を含浸させた活性炭上に水銀含有蒸気を通すことを開示している。セレンもまた、蒸気からの水銀除去に使用されてきた。米国特許第３，７８６，６１９号は、活性成分として、セレン、硫化セレンまたは他のセレン化合物を含有する集合体上に水銀含有ガスを通すことを開示している。静電沈殿器および種々のろ過器が水銀除去のために伝統的に用いられてきたが、複雑な装置もまた開示されている（たとえば、米国特許第５，４０９，５２２号および米国特許第５，６０７，４９６号を参照）。
【０００５】
発電所のガス流から水銀を再捕捉する問題は、汚染土壌を処理する焼却炉から水銀を再捕捉する必要性と類似している。土壌処理施設で現在用いられている方法は低温熱脱着（ＬＴＴＤ）として知られている。ＬＴＴＤは汚染土壌を処理して水銀その他の汚染物を除去する主要な方法である。この方法では、汚染土壌が加熱炉、最も一般的には、回転式炉／ドラム中へ供給され、ここで土壌は伝導によって加熱される。加熱により土壌成分が揮発し、熱酸化剤を加えると、成分はＣＯ２、Ｃｌ２、ＮＯｘおよびＳＯｘ（式中ｘは１〜３）などの管理可能なガス類へと酸化される。
【０００６】
高温ガス流は引続き冷却される。流れは、水でクエンチできるが、これによって流れは冷却されると同時に水分含量が増加する。水クエンチングは効果の高い冷却法であるが、この処理によって、ガス流からの水銀除去の困難性が増大する。前記ガス流は、酸スクラバー、炭素吸着床、濃縮装置の使用および吸着性粉体の添加によって、金属類、ＨＣｌ、ＮＯｘおよびＳＯｘを減少、除去するために、さらに処理される。
【０００７】
吸着性粉体がガス流に注入されると、水銀や他の金属類は粉体中に存在する部分と結合して、それらをガス流から凝結させる。粉体結合水銀は、最後に適切な処分のためにバグハウスに捕集され、一方、クリーンなガス流は外の大気へと排気される。標準的なＬＴＴＤ法に伴う問題は、水銀などの一部の金属が流れから高効率では除去されず、ガス流と共に、結局は環境へ移動していくことである。他の方法では、複雑な機械や高価な吸着床が必要である。ＬＴＴＤおよび他の方法もまた、高水分ガス流からの水銀除去は、乾燥流からの水銀除去よりはるかに困難であるという制限をこうむっている。
【０００８】
現在利用できる吸着性粉体は有機物質、金属および他の汚染物を除去するが、効果的な水銀除去をしない。たとえば、炭素、水酸化カルシウムおよび硫黄からなる、利用できる１つの粉体（Ｓｏｒｂａｌｉｔｅ（商標））はガス流からＨＣｌを除去するが、水銀は約５５〜６５％しか除去しない。アルコール飽和石灰および活性炭からなる他の粉体（ＷＵＥＬＦＲＡｓｏｒｂ−Ｃ（商標））もまた、水銀除去には非効率的である。
【０００９】
いくつかの粉体は、硫黄またはヨウ素を含浸させた炭素を含む。７５℃以下の温度で、硫黄またはヨウ素含浸炭素基材の粉体は、９５％の水銀除去効率を示すが、硫黄含浸炭素で製剤化した粉体では、それらを添加するガス流が乾燥していることが必要である。
【００１０】
最後に前記の、および他の利用できる粉体の水銀除去効率は、非常に温度依存的であることが知られており、粉体の製剤化にさらなる制限を加えている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
したがって、汚染土壌の焼却、危険物質の処理、石炭および他の水銀放出源の燃焼によって発生した高温高水分のガス流から一般に金属類および他の有機化合物、特に水銀を効果的に除去する吸着性粉体に対する産業上の必要性がある。この粉末は安価であって、かつ使用が容易でなければならない。このような吸着性粉体は現在存在する処理設備で使用でき、再設備または既存の装置を変更しないで既存の装置を利用できることが理想である。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
粉体が、石炭系炭素、木材炭素、グラファイト系炭素、活性炭、ヤシ殻炭素、泥炭系炭素、石油コークス、合成ポリマー類など、およびそれらの組合せからなる群から選択される炭素ベースの粉体ならびに有効量（約３重量パーセントから約１０重量パーセント）の塩化銅（ＩＩ）を含有することを特徴とする、水銀、他の金属ならびに汚染物を、吸着性粉体を含むガス流から除去する吸着性粉体および方法が開示されている。場合によっては、硫黄、ヨウ化カリウム、過マンガン酸カリウム、水酸化カルシウムおよびそれらの組合せを前記粉体に添加することができる。
【００１３】
本発明はまた、石炭系炭素、木材炭素、グラファイト系炭素、活性炭、ヤシ殻炭素、泥炭系炭素、石油コークス、合成ポリマー類など、およびそれらの組合せからなる群から選択される炭素ベースの粉体ならびに有効量（約３重量パーセントから約１０重量パーセント）の塩化銅（ＩＩ）を含有することを特徴とする吸着性粉体を用いて、ガス流から水銀および有機化合物を除去する方法に関するものであって、前記方法は：
ａ）固相の水銀含有汚染土壌フィードを回転式炉／ドラム内に供給するステップ；
ｂ）前記土壌フィードを含んだ前記炉／ドラムを加熱して、気体成分ならびに固体成分のサンプルを形成するステップ；
ｃ）前記土壌フィードの前記気体成分を排気ガスクリーニング装置／アフターバーナーへ移送し、また、クリーン土壌の固体成分を土壌冷却装置へ移送するステップ；
ｄ）前記汚染土壌フィードの前記気体成分を前記排気ガスクリーニング装置／アフターバーナー中で加熱するステップ；
ｅ）前記汚染土壌フィードの前記気体成分を冷却するステップ；
ｆ）前記吸着性粉体を前記気体成分に添加するステップ；
ｇ）前記粉体を含有した気体成分をバグハウスに移送するステップ；
ｈ）前記サンプルの実質的に水銀のない気体成分を大気中に放出させるステップ
によって特徴づけられる。
【００１４】
場合によっては、硫黄、ヨウ化カリウム、過マンガン酸カリウム、水酸化カルシウムおよびそれらの組合せを前記粉体に添加することができる。
【００１５】
本発明は、以下の詳細な説明によってより完全に理解されるが、本発明を正確な開示として限定するものではない。本発明の精神に影響を及ぼさず、しかも添付の請求項で示されたそれらの範囲を超えないような変更および修飾を施すことができる。したがって、本発明は、付随する図面を特に参照してここで記載する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
高温高水分のガス流から金属および有機化合物を除去するのに好適な吸着性粉末を開示するものであって、前記金属は、水銀、鉛、ニッケル、亜鉛、銅、ヒ素、カドミウム、その他の重金属、およびそれらの組合せからなる群から選択され、前記有機化合物は、フラン類およびダイオキシン類からなる群から選択される。前記粉体が、炭素ベースの粉体および有効量の塩化銅（ＩＩ）、すなわち約９０重量パーセントから約９７重量パーセントの炭素ベースの粉体ならびに約３重量パーセントから約１０重量パーセントの塩化銅（ＩＩ）を含有するものとして特徴づけられる。
【００１７】
炭素ベースの粉体への塩化銅（Ｉ）および（ＩＩ）の添加により、高温高水分の蒸気流から金属類および有機化合物を除去するのに好適な効率が提供されることが判明した。除去法の操作条件に依存して、他の成分の添加により、金属除去効率を高めることができるが、種々の塩形態における銅の炭素ベースの粉体への添加は、種々のガス流からの金属除去効率に役立つ。
【００１８】
典型的には、前記炭素ベースの粉体の性能は、除去操作法の条件に依存して、水酸化カルシウム、硫黄、過マンガン酸カリウム、ヨウ化カリウムおよびそれらの組合せ、ならびに同様の化合物を添加することにより、さらに高めることができる。
【００１９】
本発明の一実施形態において、吸着性粉体は、０重量パーセントから約６２重量パーセントの水酸化カルシウム、０重量パーセントから約４重量パーセントの硫黄、０重量パーセントから約１５重量パーセントの過マンガン酸カリウム、０重量パーセントから約１０重量パーセントのヨウ化カリウム、約３重量パーセントから約１０重量パーセントの塩化銅（ＩＩ）、および吸着性粉体の総量が１００重量パーセントになるような残部重量パーセントの炭素ベースの粉体を含有することを特徴とする。本実施形態内では、約３５重量パーセントから約３８重量パーセントの炭素ベースの粉体、約５２重量パーセントから約６２重量パーセントの水酸化カルシウム、約５重量パーセントから約１０重量パーセントのヨウ化カリウム、約３重量パーセントから約１０重量パーセントの塩化銅（ＩＩ）を含有することを特徴とし、炭素ベースの粉体、水酸化カルシウム、ヨウ化カリウム、塩化銅（ＩＩ）を含むことを特徴とする粉体である。一方、他の実施形態は、約３５重量パーセントから約３８重量パーセントの炭素ベースの粉体、約５２重量パーセントから約６２重量パーセントの水酸化カルシウム、約５重量パーセントから約１０重量パーセントの過マンガン酸カリウム、約３重量パーセントから約１０重量パーセントの塩化銅（ＩＩ）を含有することを特徴とする、炭素ベースの、水酸化カルシウム、過マンガン酸カリウム、塩化銅（ＩＩ）の粉体である。本実施形態のさらに他の変形形態において、前記吸着性粉体は、約３５重量パーセントから約３８重量パーセントの炭素、約５２重量パーセントから約６２重量パーセントの水酸化カルシウム、１重量パーセントから約４重量パーセントの硫黄、約５重量パーセントから約１０重量パーセントの過マンガン酸カリウム、約３重量パーセントから約１０重量パーセントの塩化銅（ＩＩ）を含んでもよい。
【００２０】
本発明のさらに他の実施形態において、前記吸着性粉体は、約３５重量パーセントから約３８重量パーセントの炭素、約５２重量パーセントから約６２重量パーセントの水酸化カルシウム、約０重量パーセントから約４重量パーセントの硫黄、約３重量パーセントから約１０重量パーセントの塩化銅（ＩＩ）を含有するものとして特徴づけられる。本発明のさらなる他の実施形態において、前記粉体は、約３８重量パーセントの炭素、約５８重量パーセントの水酸化カルシウム、約４重量パーセントの硫黄、約４重量パーセントの塩化銅（ＩＩ）を含むものとして特徴づけられる。
【００２１】
本発明の一実施形態において、過マンガン酸カリウムならびにヨウ化カリウム含有粉体を、場合によっては、当業者らにとって明らかとなる炭素基材に含浸できる。本実施形態の一態様は、約３５重量パーセントから約３８重量パーセントの石炭系炭素、約５２重量パーセントから約６２重量パーセントの水酸化カルシウム、炭素基材に含浸させた約５重量パーセントから約１０重量パーセントのヨウ化カリウム、約５重量パーセントから約１０重量パーセントの塩化銅（ＩＩ）を含有するものとして特徴づけられる粉体である。しかし、同一のヨウ化カリウム成分を他の成分と混合して吸着性粉体を形成してもよい。
【００２２】
本発明はまた、本明細書中に記載された吸収性粉体を用いて、ガス流から水銀および有機化合物を除去する方法に関するものであり、前記方法は：
ａ）固相の水銀含有汚染土壌フィードを回転式炉／ドラム内に供給するステップ；
ｂ）前記土壌フィードを含んだ前記炉／ドラムを加熱して、気体成分ならびに固体成分のサンプルを形成するステップ；
ｃ）前記土壌フィードの気体成分を排気ガスクリーニング装置／アフターバーナーへ移送し、また、クリーン土壌の固体成分を土壌冷却装置へ移送するステップ；
ｄ）前記汚染土壌フィードの気体成分を前記排気ガスクリーニング装置／アフターバーナー中で加熱するステップ；
ｅ）前記汚染土壌フィードの気体成分を冷却するステップ；
ｆ）吸着性粉体を気体成分に添加するステップ；
ｇ）前記粉体を含有した気体成分をバグハウスに移送するステップ；
ｈ）前記サンプルの実質的に水銀のない気体成分を大気中に放出させるステップ
によって特徴づけられる。
【００２３】
水銀および他の金属、ダイオキシン類、フラン類および他の有機化合物除去のための吸着性粉体は、ある条件の範囲で効率的でなければならない。現在利用できる粉体は、水銀除去に都合のよい条件である高温高水分環境では十分に機能しない。
【００２４】
土壌から汚染物を効率的に除去するためには高温が必要である。汚染土壌から有機化合物、金属類および他の不純物を揮発させるためには約１８００°Ｆの温度が必要である。しかし、汚染土壌中に捕捉されている水銀は、約３００〜５００°Ｆで炭素上に最も効率的に吸着される。１８００°Ｆのオーブンから排出してくるガス流を冷却する最も実際的な方法は、前記ガス流内に水を注入することである。水注入は、ガス流を水銀除去に好都合な温度へと冷却するが、また、サンプルの水分含量を増加させて、利用できる水銀吸着性粉体の効率も低下させる。利用できる粉体の水銀吸収性は、高水分環境において劇的な影響を受ける。しかしながら、本発明の吸着性粉体は高水分環境でも効果的に作用する。
【００２５】
炭素源による実験により、水銀吸着には、石炭系炭素が木材炭素よりも優れていることが示された。多くの利用できる吸着性粉体では、成分として石炭系炭素ではなく、木材炭素を使用している。塩化銅（ＩＩ）は、ガス流からの水銀吸着を有意に高めることが観察され、本発明の鍵となる。塩化銅（ＩＩ）は塩素を供給し、排気ガス流中の元素水銀に対して銅を活性化する。元素水銀は塩素と反応して、塩化水銀と活性化銅を形成し、安定な水銀アマルガムを形成する。水銀の双方の形態とも、排気ガス流から容易に捕捉される。ＫＩ３含浸炭素もまた、粉体内に含まれた場合、水銀吸着を増加させることが判明した。
【００２６】
図１は、発明を実施するために使用される実際の方法と装置の模式図を示す。処理準備され、予めスクリーンされた汚染土壌フィード２を、土壌クリーニング装置４に入れる。汚染土壌を、約９００°Ｆ、または土壌から汚染物を完全に揮発させ、ガス状流ならびにクリーンな／改善された固体土壌成分を生成する温度に加熱する。土壌クリーニング装置４は回転式炉であることが好ましい。次にガス流を、土壌クリーニング装置４からダストリムーバ６へ通過させる、一方、供給土壌フィードの固体フラクションはいずれも、クリーン土壌冷却装置８へ移送され、そこで前記土壌は冷却され、再使用のため調製される。ダストリムーバ６は多管式ダストコレクタであることが好ましい。
【００２７】
ダストリムーバ６により、ガス流サンプルからいずれの粒子物質も除去した後、ガス流を排気ガスクリーニング装置１０内に導入する。前記排気ガスクリーニング装置において、揮発性汚染物を約１８００°Ｆの温度に最低２秒間の保持時間で加熱し、残留有機汚染物または他の汚染物の完全分解を確実にする。排気ガスクリーニング装置１０から、ガス流を次に冷却チャンバ１２を通過させ、そこでは水ポンプ（示さず）により水を冷却チャンバ１２に注入し、サンプル温度を約３６０°Ｆまで低下させる。この冷却法の結果、サンプルの水分含量が増加する。
【００２８】
次に、この高温高水分ガス流を、吸着剤貯蔵サイロ１４に貯蔵され、ガス流に注入される本発明の吸着性粉体と接触させる。この粉体製剤は、金属類、特に水銀および他の汚染物を除去するのに効果的である。
【００２９】
ガス流を吸着性粉体に接触させた後、粉体／ガス流混合物を続いてバグハウス１６に進める。吸着性粉体の炭素成分は、バグの壁上で捕集し、バグハウスを出るガスの微粒子フィルタとして作用する。バグハウス１６は、吸着性粉体混合物の微粒子水銀含有フラクションを捕集し、これは好適なバルク貯蔵設備２０に輸送され、引続き除去される。ガス状フラクションを、通気孔１８を介して外気へ放出させ、一方、残留ダスト微粒子フラクションを、吸着性粉体混合物２０の微粒子水銀フラクションと同様の手法で取り扱う。
（実施例１〜８４）
図１のシステムをシミュレートするために、ベンチスケールのバッチ型回転炉システムを利用して実施し、ガス状流からの揮発性水銀吸着能に関して種々の粉体を比較した。システム３１の模式図を図２に示す。４インチ径石英回転炉３２は、土壌を含ませるために利用し、絶縁貝殻型炉３３は、前記炉を間接的に加熱するために利用した。前記炉の４インチ径部分は、長さが１４インチであり、炉の回転時に土壌サンプルを混合させる側桁へこみを含んだ。可変速度モータ３４およびコントローラが炉を回転させた。掃流ガス３５を、シリンダから検定済みロータメータ付の炉に送って計測した。この方法では回転炉の背後に熱酸化炉３６（石英管を内蔵する別の炉）を置いた。回転炉内および熱酸化炉内の温度は別々のコントローラによって維持した。熱酸化炉の後に、クエンチ水３７をガス状流に注入して高温ガスの温度を低下させた。高水分クエンチガスを温度制御オーブン３８内に配置された吸着剤粉体フィルタ装置に通過させ、ここで揮発性水銀を、本発明の粉体により効率的に吸着させた。次にガスを、酸性過マンガン酸カリウムを含有する２本のインピンジャからなる洗浄装置３９へ導いた。
【００３０】
知られている水銀量を含有するいくつかの土壌サンプルを、小石や他の大きな粒子を除くために１／２インチでスクリーンした。サンプルを完全に混合し、おおよそ１キログラム仕込み量に分割した。これらの土壌サンプルは、約１４ｐｐｍから約１６ｐｐｍの水銀を含有することが判った。約０．１ｐｐｍから０．４ｐｐｍの水銀を含有するマグナス土壌の数キログラムサンプルを約１４ｐｐｍから約１６ｐｐｍの水銀を含有するサンプルと混合して、約４ｐｐｍから約６ｐｐｍの水銀を含有するサンプルを創製した。最終サンプルを１２０°Ｆ未満で風乾し、その中の大部分の自由水分を除いた。前記風乾土壌は、バッチシステムの一貫のある性能の提供に役立った。
【００３１】
吸着剤混合物は、その各選択された成分を別々に計量し、それらを一緒に混合することにより調製した。土壌約１ｋｇ当たり約４．０ｇの吸着剤混合物を各バッチ測定に用いた（受け入れた基準として１ｋｇの土壌、または約０．８８ｋｇの風乾土壌）。次に吸着剤混合物を１．５インチ径管（試験番号１〜２８）に詰め、またはその代わりに、１０２ｍｍ×１．６ｍｍフィルタホルダ（試験番号２９〜８４）に充填し、均等に配分し、それぞれ管またはフィルタホルダをフィルタオーブン内に入れた。
【００３２】
風乾土壌（約０．８８ｋｇ）を石英炉内に充填し、その総体正味重量を計り、前記炉をかまど内に入れた。少量の石英ウールをシステムの排気ガス末端に挿入し、土壌から水簸するダストをろ過し捕捉した。最終ガス洗浄器として２本のインピンジャをフィルタオーブンの背後に置き、吸着剤粉体を通過し得る水銀蒸気を捕捉した。約１００ｍｌの酸性過マンガン酸カリウム溶液を各インピンジャに添加し、それらを氷浴に入れ、擦合せガラス接続器でフィルタ出口に接続して、溶液を通しガス状流を通気させた。導入ガスを合わせて、１０容量％の酸素、３．２容量％の二酸化炭素、１００ｐｐｍの酸化窒素、１０ｐｐｍの二酸化硫黄および残りは窒素の組成物を得た。前記ガスは、全接続が完了後、炉に計測して入れ、ガス流量は、炉の入口１分間当たり４．０基準リットルで開始した。システム装置を目的の温度に予め加熱してから、ガスを熱酸化炉、水クエンチ部、フィルタオーブンを介して導入した。熱酸化炉の出口における水の添加は、試験番号１〜２７では０．２ｍｌ／分の速度、試験番号２８〜８４では１．５ｍｌ／分の速度であった（吸着剤フィルタに入るガス流中で約３０重量パーセントの水分）。
【００３３】
他に特定されない限り、実験条件は、以下のとおりであった：
【００３４】
【表１】
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【００３５】
目的の温度をガス取扱装置で達成した後、炉回転（１ｒｐｍ）と加熱４８０°Ｆ（９００℃）を開始し、熱酸化炉下流への水注入も開始した。土壌を必要な温度に加熱するまで約３０分を要し、土壌がその温度に到達した約１０分後に実験を中止した。実験全体を通して、温度とガス流量をモニタし、所望の設定点に制御した。各実験の終末時に処理土壌、吸着剤粉体および過マンガン酸カリウム溶液を回収し、水銀総量を分析した。水銀の物質収支と分布を、重量および分析結果に基づき計算した。本明細書中に示した水銀捕捉は、１００とオフガスインピンジャに報告される回収水銀のパーセントとの差として計算した。
【００３６】
表２から表８は以下の３種の基材の吸着剤粉体混合物を利用する試験番号１から８４で得られたデータを示す：
粉体番号１：３８％炭素＋５８％Ｃａ（ＯＨ）２＋４％硫黄
粉体番号２：３８％炭素＋５８％Ｃａ（ＯＨ）２＋４％硫黄＋１０％ＫＭｎＯ４
粉体番号３：３８％炭素＋６２％Ｃａ（ＯＨ）２＋１０％ＫＭｎＯ４
粉体に加えられた追加成分（重量パーセント）は表に載せている。各試験操作に関して、土壌サンプル重量、その中に含有する分析水銀量、およびサンプル中の全水銀量を記録した。「残留」は、加熱工程後の炉に残ったサンプル量を指し、水銀捕捉パーセントは、サンプルからの水銀除去効率を表す。「評価可能Ｈｇ量」は、物質収支により計算された水銀の全量である。
【００３７】
【表２】
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【００３８】
【表３】
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【００３９】
【表４】
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【００４０】
【表５】
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【００４１】
【表６】
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【００４２】
【表７】
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【００４３】
【表８】
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【００４４】
【表９】
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【００４５】
表に従って、試験番号２９と６２は、添加剤なしの粉体を利用しており（炭素３８重量％、水酸化カルシウム５２重量％、および硫黄４重量％）、水銀捕捉成績は、それぞれ６０％、５７．３％であった。試験番号３０、３９、４０の５％塩化銅（ＩＩ）（重量）添加での水銀捕捉効率は、８６．５％から９０．０％の範囲の成績であった。炉への仕込みに１０パーセントの塩化銅（ＩＩ）を添加した試験番号３３では、水銀捕捉の成績は９３％であった。５％の過マンガン酸カリウムおよび５％の塩化銅（ＩＩ）の添加物を含有した試験番号３２は、９３．８％の水銀捕捉効率を示した。試験番号５４から５８の５つの試験は、種々の水銀化合物を添加した土壌（水銀を含まない）を用いて実施し、炉の充填量中、約４〜５ミリグラムの水銀を達成した。添加化合物としては、ＨｇＣｌ２、ＨｇＳ、ＨｇＯ、Ｈ２ＳＯ４および水銀元素が挙げられ、また吸着性粉体としては、５％の塩化銅（ＩＩ）添加物が挙げられる。これらの実施例に関する水銀除去効率は、８３％から９１％の範囲であった。
【００４６】
試験番号３７と６９（反復例）は、ヨウ化カリウムを含浸させたＷｅｓｔａｔｅｓ石炭系炭素を利用し、それぞれ９９．３％、９９．６％の水銀捕捉効率を達成した。試験番号６４と６７で試験されたヨウ化カリウム混合物を含浸させたＷｅｓｔａｔｅｓ石炭系炭素では、それぞれ９８．３％、９８．７％の水銀捕捉効率を得た。試験番号７９Ａと７９Ｂは、ヨウ化カリウムを含浸させたＷｅｓｔａｔｅｓ石炭系炭素３８％、水酸化カルシウム５２％、塩化銅（ＩＩ）１０％を含有するものとして特徴づけられる吸着性粉体を含有し、塩化銅（ＩＩ）粉体の添加により、水銀捕捉は９９．６％に上昇した。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】水銀をガス流から除去するために、請求された吸着性粉体が使用できるＬＴＴＤ設備のデザインを示す模式的図解の立面図である。
【図２】ＬＴＴＦ設備のベンチスケールモデルを示す模式的図解の立面図である。
【図１】
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【図２】
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【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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