(57)【要約】【課題】    石炭灰、都市ゴミ焼却灰及び／又は下水汚泥焼却灰等のセメント原料に含まれる水溶性水銀を除去し、さらに、除去された水銀を簡便に処理するセメントの製造方法を提供する。【解決手段】    本発明は、石炭灰、都市ゴミ焼却灰及び／又は下水汚泥焼却灰等のセメント原料を、水を用いて洗浄することにより水溶性水銀を除去するセメントの製造方法である。この製造方法によれば、水洗という簡便な方法によりセメントキルン中の水銀を十分に低減させることが出来る。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
セメント原料を水で洗浄し、水溶性水銀を除去した後、セメント原料として使用することを特徴とするセメントの製造方法。
【請求項２】
前記セメント原料が、石炭灰、都市ゴミ焼却灰及び／又は下水汚泥焼却灰であることを特徴とする請求項１に記載のセメントの製造方法。
【請求項３】
前記セメント原料１００質量部に対して前記水５００〜１５００質量部を混合し、洗浄することを特徴とする請求項１又は２に記載のセメントの製造方法。
【請求項４】
請求項１又は３に記載の洗浄水をセメント仕上げミルに添加することを特徴とするセメントの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、セメント製造工程から排出される水銀の量を抑制するために、水溶性水銀をセメント製造工程から除去する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の、廃棄物最終処分場の受入れ可能量の逼迫により、廃棄物のセメント製造工程での処理が増加している。セメント工場では、汚泥、焼却灰、廃プラ、木屑、廃液など多様な廃棄物をセメント原燃料として処理しているが、それらの中には、水銀を含んでいるものがある。また、石灰石、粘土などの天然鉱物系のセメント原料にも水銀が含まれている。水銀は、沸点が低く、揮発性が高いので、プレヒーターに投入されたセメント原料に含まれる水銀は、プレヒーター内で揮発し、そのままキルン燃焼排ガスとともにプレヒーターを出る。しかし、揮発した水銀の大部分は、排ガス温度の低下により凝縮し、セメントキルンダストに付着する。このダストは最終的に集塵機で集塵され、再び原料として使われるので、セメント製造工程内で水銀は循環している。すなわち、セメント製造工程において水銀は、新たに原料から入ってくる水銀と工程内を循環している水銀が複雑な挙動を示し、集塵機で捕集しきれない一部の水銀が排ガスとして系外に排出されている。廃棄物原燃料からの水銀の持込が増加した場合、その循環量が多くなり、その結果、多量に水銀が排出される懸念がある。
【０００３】
セメントキルン排ガスからの水銀排出を抑制するための技術がいくつか考案されている。セメント製造に使用する原料や集塵ダストを加熱し、水銀成分を揮発させることにより除去する技術が考案されている（特許文献１、２参照）。
また、プレヒーター後の３５０℃以上の排ガスの一部を抽気し、それを１００℃以下に冷却することにより排ガス中の水銀を除去する技術が考案されている（特許文献３参照）。
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−３５５５３１号公報
【特許文献２】特開２００３−５５０１０号公報
【特許文献３】特開２００５−９７００５号公報
【０００５】
しかしながら、原料や集塵ダストを加熱処理する場合は、莫大な設備が必要の上、加熱により除去された水銀を処理するコストもかかる。また、排ガスを抽気する方法の場合は、抽気した排ガスを１００℃以下に冷却するための装置を設置しなければならず、さらに除去した水銀の処理の問題があった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、セメント原料に含まれる水溶性水銀を除去し、さらに、除去された水銀を簡便に処理するセメントの製造方法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】
本発明者らは、鋭意研究を重ねた結果、セメント原料に含まれる水銀の形態に注目し、セメント原料を洗浄処理することにより上記課題を解決することを見出し本発明を完成するに至った。
【０００８】
即ち、本発明は、セメント原料を洗浄処理することにより水溶性水銀を除去し、セメント原料とするセメントの製造方法に関する。本発明のセメント原料は、石炭灰、都市ゴミ焼却灰、及び／又は下水汚泥焼却灰であることが好ましい。また、セメント原料１００質量部に対して水５００〜１５００質量部を混合することが好ましい。また、洗浄水をセメント仕上げミルに添加することが好ましい。
【発明の効果】
【０００９】
本発明のセメントの製造方法によれば、セメント原料を水で洗浄することにより水銀含有量を低減することができ、また、大掛かりな設備の必要もない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明に係るセメントの製造方法の好適な実施形態について図面を用いて説明する。
【００１１】
図１は、本発明に係るセメントの製造方法が適用されるセメント製造設備の一例を示す概略図である
セメント原料は、乾燥、粉砕、混合後、プレヒーターに供給され、その後、セメントキルン１０を通して焼成されセメントクリンカーとなる。主なセメント原料は、石灰石、粘土、珪石などである。また、近年、石炭灰、都市ゴミ焼却灰などの焼却灰類、下水汚泥などの使用が増加している。セメント焼成燃料は石炭が使われているが、近年は、廃プラ、廃タイヤなどの廃棄物燃料の使用量が増加している。
【００１２】
プレヒーターは、セメントキルンの余熱を利用してセメント原料を予め加熱し、石灰石を脱炭酸させるものである。プレヒーターは通常、４段もしくは５段のサイクロン６ａ〜６ｅからなり、最上段サイクロン６ｅに投入されたセメント原料は、順次下段のサイクロン６ａに送られる。その間にセメント原料は加熱され、最終的にはキルン入口フッド４よりセメントキルン１に供給される。最上段のサイクロン６ｅの温度は約４００℃であるが、下段サイクロンに行くにつれて温度が上昇し、最下段のサイクロン６ａ内の温度は８００℃から９００℃となる。また、プレヒーターによるセメント原料の脱炭酸の割合をさらに高めるために、プレヒーターの下部に仮焼炉５を設置しているセメント工場が多い。通常、仮焼炉の内部の温度は約１０００℃である。
【００１３】
仮焼炉５を通ったセメント原料はキルン入口フッド４よりセメントキルン１に入り、焼成されセメントクリンカーになる。セメントキルンは通常ロータリーキルンが用いられており、原料の入口付近（キルン入口フッド側）の温度は、通常約１０００℃であるが、キルン内の最高温度は約１５００℃まで達する。セメントキルン１で焼成されたセメントクリンカーは、クリンカークーラーで冷却され、その後、仕上げ粉砕ミル３にて石こうとともに粉砕され、セメントとなる。
【００１４】
セメントキルンの燃焼排ガスは、プレヒーターを出た後に原料ミル７、調湿塔８、原料ドライヤー９などを通り、集塵機１０で除塵された後、大気へ放出される。プレヒーター後の排ガスの通る経路は工場により異なる。セメントキルン排ガスの除塵で使われる集塵機は、一般的に電気集塵機（ＥＰ）であるが、バグフィルターが使われることもある。プレヒーター出口の排ガスの温度は約４００℃であるが、原料ミル７、調湿塔８、原料ドライヤー９等で熱交換されるため、集塵機１０に入る前の排ガスの温度は通常１００℃程度である。
【００１５】
水銀は天然鉱物や廃棄物に微量含まれているものである。水銀を含むセメント原燃料の主なものは、石灰石、粘土、石炭、石炭灰、下水汚泥、都市ゴミ焼却灰などであり、これらの原燃料からセメント製造工程内に水銀が新規に持込まれる。持込まれる水銀の量は、原料の水銀含有量、原料使用量などにより変化している。また、廃棄物原料は水銀含有量の変動が大きく、それに伴い同じ原料調合でも、水銀持込量が変動している。
【００１６】
水銀の沸点は３５７℃である一方、プレヒーター出口の温度は約４００℃であることから、キルン送入原料に含まれる水銀はプレヒーターの中で揮発し、プレヒーター排ガスに含まれる。プレヒーター排ガスは、原料ミル７、調湿塔８、原料ドライヤー９等の工程を経由して、最終的に集塵機を通り系外に排出される。排ガスに含まれる水銀は、プレヒーター直後はガス状であるが、その後の排ガス温度の低下により、集塵機の前では水銀の大部分は凝縮し、ダストに付着する。そのため、ダストに付着した水銀は集塵機で捕集されるが、ガス状のまま残った一部の水銀は系外に排出されてしまう。一方、この集塵機で捕集された集塵ダストはセメント原料に混ぜられ、再度、セメント製造工程内に戻される。したがって、原燃料からセメント製造工程内に持込まれた水銀は、一部は系外に排出されるが、大部分がセメント製造工程内を循環している。この水銀の循環量と排出量のバランスは、使用原燃料、キルン運転条件などにより変動しており、水銀循環量がある限度を超えると、水銀の系外への排出が多くなると考えられる。
【００１７】
セメント原燃料に含まれる水銀は、金属水銀単体もしくは塩化水銀であると考えられる。金属水銀は水にほとんど溶解しないが、塩化水銀は水に溶解する水溶性である。したがって、水溶性である塩化水銀を予め洗浄除去することによりセメント製造工程内に持込まれる水銀量を低減することができ、水銀の排出を低減することができる。
【００１８】
本発明のセメント原料は、水銀が含まれているものであれば何でも良いが、水銀含有量の多いもの、使用量の多いものの方が効率的である。また、洗浄の効率を良くするためには、セメント原料はなるべく細かく粉砕されたものの方が好ましい。
また、セメント原料は、石炭灰、都市ゴミ焼却灰及び／又は下水汚泥焼却灰であることが好ましい。更に好ましいのは石炭灰である。石炭灰がこれらセメント原料中でも水洗浄に特に有効な理由は不明であるが、他のセメント原料に比べ、空隙率が高いため、水と接触する面積が大きいことが考えられる。また、石炭灰はセメント原料中でも使用量が多く、石炭灰の水銀量を低減させることにより、セメントキルン中の総水銀量を効果的に減少させることができる。
【００１９】
セメント原料の洗浄に使用する水は、工業用水、水道水、蒸留水などの通常の水で良い。水の使用量は、原料、ダストに含まれる水銀の濃度、塩化水銀の溶解度などを考慮して決定すればよい。セメント原料に含まれる塩化水銀が溶出し易くなるように、撹拌を加えるとさらに良い。水は石炭灰１００質量部に対して５００〜１５００質量部、好ましくは８００〜１２００質量部、使用することが好ましい。５００質量部未満であると、水銀の除去が不十分となる場合があり、１５００質料部を超えると、使用水量が膨大であり製造コスト上昇に繋がる。
【００２０】
セメントキルンで焼成されたセメントクリンカーは石こうとともに仕上げミル３にて粉砕され、最終製品のセメントとなる。セメント仕上げ粉砕時の温度は、摩擦熱などにより通常は１００℃以上になる。セメント仕上げに使われる石こうは、通常二水石こうであるが、温度が高くなると結晶水が脱水する。セメントに含まれる石こうの形態は、セメントの品質に影響を与えるため、粉砕時のミルの温度上昇を抑える必要がある場合がある。このため、セメントを冷却するためにミル内のセメントに直接散水することがある。このときの散水量は、セメントの粉砕量、クリンカー温度などにより異なる。セメント原料の洗浄に使用した水は、このセメントの冷却水として使用することができる。洗浄水に含まれる水銀は水溶性であるため揮発せず、そのままセメントに取り込まれる。セメントに取り込まれた水銀は、水和固化により硬化体に取り込まれるので環境には出ない。セメントへの散水量は、ミルの種類、大きさ、粉砕量、クリンカー温度などにより変化するので、最適粉砕温度になるように調整すれば良い。酸、アルカリ溶液の洗浄液を使用する場合は、セメント品質への影響を予め確認し、悪影響を与えるようであれば希釈などの対策を適宜採ればよい。
【００２１】
本発明のセメント原料の洗浄処理工程を図１に基づいて説明する。
図１に示すように、給水タンク１１の洗浄水と原料サイロ１３の原料は、混合機１２に投入され原料中の水銀は洗浄液によって除去される。水銀除去後の原料はサスペンションプレヒーター上部から投入される。混合機１２の洗浄水は仕上げ粉砕ミル３に投入され、セメントの冷却水として使用される。
【実施例】
【００２２】
以下に実施例及び比較例を挙げて、本発明の内容をより具体的に説明するが、本発明は、下記実施例に限定されるものではない。
【００２３】
予め水銀濃度を測定しておいた排出元の異なる石炭灰（銘柄Ａ、Ｂ、Ｃ）、及び都市ゴミ焼却灰（銘柄Ｄ）各５ｇを１００ｍＬビーカーに入れそこに蒸留水５０ｍＬを加え、マグネチックスターラーにて５分間撹拌した。撹拌後直ちに各種の灰と蒸留水の懸濁液をろ過した。ろ過残分を乾燥し、水洗処理後の各種の灰の水銀含有量分析を行った。水銀含有量の分析は、ＪＣＡＳ Ｉ−５１−２０００「ＩＣＰ発光分光分析及び電気加熱式原子吸光分析によるセメント中の微量成分の定量方法」に準じて行った。水洗処理前後の水銀含有量から、以下の式によりの洗浄による水銀の減少率を算出した。結果を表１に示す。
【００２４】
水銀減少率（％）＝（水洗処理前の水銀濃度−水洗処理後の水銀濃度）／（水洗処理前の水銀処理濃度）×１００
【００２５】
【表１】
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【００２６】
表１より、灰の銘柄により減少率が異なるが、水洗することにより灰の水銀含有量が低減していることがわかった。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明に係るセメントの製造方法が適用されるセメント製造設備の一例を示す概略図である。
【符号の説明】
【００２８】
１  セメントキルン
２  クリンカークーラー
３  仕上げ粉砕ミル
４  キルン入口フッド
５  仮焼炉
６ａ〜６ｅ  サイクロン
７  原料ミル
８  調湿塔
９  原料ドライヤー
１０  集塵機
１１  給水タンク
１２  混合機
１３  原料サイロ
【図１】
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