Login| Sign Up| Help| Contact|

Patent Searching and Data


Title:
PROCESS FOR PRODUCING CEMENT
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2009/113388
Kind Code:
A1
Abstract:
Heavy metals including lead are efficiently separated from cement production steps without exerting any influence on cement quality while ensuring the safety of the cement production apparatus and avoiding an increase in environmental burden. A combustible substance containing at least 20 mass% carbon matter is supplied to that region in a cement kiln which has a temperature of 900-1,300°C. A kiln discharge gas passage extending from the bottom of the cement kiln to a lowermost-stage cyclone is bled of part of the combustion gas, and the dust contained in the combustion gas is collected. Heavy metals are separated from the dust collected.In the region of the cement kiln, the heavy metals can be volatilized at a volatilization ratio of 80% or higher. When the carbon matter content in the combustible substance is expressed by α mass% and the amount of the carbon-matter-containing combustible substance to be introduced into the cement kiln is expressed by β kg per ton of clinker production, then the product of α and β preferably is 30 to 5,000.

Inventors:
TERASAKI, Jun-ichi (TAIHEIYO CEMENT CORPORATION 5378, Mikajiri, Kumagaya-sh, Saitama 43, 36008, JP)
寺崎 淳一 (〒43 埼玉県熊谷市三ヶ尻5378 太平洋セメント株式会社技術部内 Saitama, 36008, JP)
SAITO, Shinichiro (TAIHEIYO CEMENT CORPORATION 5378, Mikajiri, Kumagaya-sh, Saitama 43, 36008, JP)
齋藤 紳一郎 (〒43 埼玉県熊谷市三ヶ尻5378 太平洋セメント株式会社技術部内 Saitama, 36008, JP)
Application Number:
JP2009/053321
Publication Date:
September 17, 2009
Filing Date:
February 25, 2009
Export Citation:
Click for automatic bibliography generation   Help
Assignee:
TAIHEIYO CEMENT CORPORATION (8-1 Akashi-cho, Chuo-ku Tokyo, 18, 10485, JP)
太平洋セメント株式会社 (〒18 東京都中央区明石町8番1号 Tokyo, 10485, JP)
TERASAKI, Jun-ichi (TAIHEIYO CEMENT CORPORATION 5378, Mikajiri, Kumagaya-sh, Saitama 43, 36008, JP)
寺崎 淳一 (〒43 埼玉県熊谷市三ヶ尻5378 太平洋セメント株式会社技術部内 Saitama, 36008, JP)
SAITO, Shinichiro (TAIHEIYO CEMENT CORPORATION 5378, Mikajiri, Kumagaya-sh, Saitama 43, 36008, JP)
International Classes:
C04B7/60; A62D3/38; B09B3/00; C04B7/44; A62D101/22; C04B7/00; A62D3/00; B09B3/00
Attorney, Agent or Firm:
NAKAI, Jun (#210 Win Shinjuku Wakamatsucho, 25-17 Wakamatsuch, Shinjuku-ku Tokyo 56, 16200, JP)
Download PDF:
Claims:
 20質量%以上の炭素分を含有する可燃物を、セメントキルンの900℃以上1300℃以下の領域に供給し、
 該セメントキルンの窯尻から最下段サイクロンに至るまでのキルン排ガス経路より燃焼ガスの一部を抽気し、
 該燃焼ガスに含まれるダストを集塵し、
 集塵したダストから重金属類を分離することを特徴とするセメント製造方法。
 セメントキルンの前記領域において、80%以上の揮発率で前記重金属類を揮発させることを特徴とする請求項1に記載のセメント製造方法。
 前記可燃物の炭素分含有率をα質量%とし、前記セメントキルンへ投入する前記炭素分を含有する可燃物の量をクリンカ生産量1t当たりβkgとした場合、αとβの積を30以上5000以下とすることを特徴とする請求項1又は2に記載のセメント製造方法。
 前記抽気した燃焼ガスからダストを集塵するに当たり、乾式集塵機又は湿式集塵機を用いることを特徴とする請求項1、2又は3に記載のセメント製造方法。
 前記可燃物をセメントキルンの900℃以上1300℃以下の領域に供給するに当たり、該可燃物をセメントキルンの窯尻へ投入するか、炭素含有物質を時間差で分解する様温度で分解する物質に覆われた状態で前記セメントキルンに付設されたプレヒータへ投入するか、又は前記可燃物をセメントキルンの胴体部に設けた入口から直接キルン内へ投入するかのいずれかの方法を用いることを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載のセメント製造方法。
 前記可燃物を、コークス、コールタールピッチ、タイヤ、石炭、無煙炭、瀝青炭、亜炭、褐炭、黒鉛、難燃性プラスチック、フェノール樹脂、フラン樹脂、熱硬化性樹脂、セルロース、木炭、廃トナー、ミックスコークス、ファインコークス、電極くず、活性コークス、炭化物及びフライアッシュに含まれる未燃カーボンからなる群より選択される1又は2以上とすることを特徴とする請求項1乃至5のいずれかに記載のセメント製造方法。
 前記可燃物を、造粒又は/及び分級により粒度調整をした後、前記セメントキルン内に投入することを特徴とする請求項1乃至6のいずれかに記載のセメント製造方法。
 前記可燃物の粒径が1mm以上50mm以下であることを特徴とする請求項7に記載のセメント製造方法。
Description:
セメント製造方法

 本発明は、セメント製造方法に関し、特 、セメントキルンの窯尻から最下段サイク ンに至るまでのキルン排ガス流路より、燃 ガスの一部を抽気したガスに含まれるダス から鉛等の重金属類を分離する方法に関す 。

 従来、セメント中の鉛(Pb)は固定化される ため、土壌への溶出はないと考えられてきた 。しかし、近年のセメント製造装置における リサイクル資源の活用量の増加に伴い、セメ ント中の鉛の量も増加し、これまでの含有量 を大幅に上回りつつある。濃度増加に伴い土 壌への溶出の可能性もあるため、セメント中 の鉛濃度をこれまでの含有量程度まで低減す る必要がある。

 また、近年、廃棄物のセメント原料化又 燃料化によるリサイクルが推進され、廃棄 の処理量が増加するに従い、セメントキル に持ち込まれる塩素、硫黄、アルカリ等の 発成分の量も増加し、塩素バイパスダスト 発生量も増加している。塩素バイパスダス は、セメント粉砕工程で利用しているが、 の発生量の増加や、鉛を含む重金属類のセ ント許容濃度の超過が予測されることから 余剰の塩素バイパスダストの利用方法の開 が求められていた。

 上記の点に鑑み、例えば、特許文献1には 、セメント製造工程に供給される廃棄物中の 塩素分及び鉛分を効果的に分離除去するため 、廃棄物の水洗工程と、濾別した固形分のア ルカリ溶出工程と、この濾液から鉛を沈澱さ せて分離する脱鉛工程と、脱鉛した濾液から カルシウムを沈澱させて分離する脱カルシウ ム工程と、この濾液を加熱して塩化物を析出 させて分離回収する塩分回収工程とを有する 廃棄物の処理方法が開示されている。

 また、特許文献2には、飛灰等の廃棄物か ら鉛及び亜鉛を分別して除去するに当たって 、カルシウムイオンを含む溶液を混合してス ラリーを得た後、固液分離して、亜鉛を含む 固形分と、鉛を含む水溶液とを得る工程と、 鉛を含む水溶液に硫化剤を添加した後、固液 分離して、硫化鉛と、カルシウムイオンを含 む溶液とを得る工程等を含む廃棄物の処理方 法が記載されている。

 さらに、特許文献3には、セメント製造工 程で発生する塩素バイパスダスト等から重金 属類を回収するため、セメント製造工程から 重金属類含有ダストとして分離し、該重金属 類含有ダストから、セメントキルン燃焼ガス の一部を抽気し、抽気した燃焼ガスに含まれ るダストを集塵し、タリウム、鉛、セレンか ら選択される1つ以上を除去又は回収する方 が記載されている。

日本特開2003-1218号公報

日本特開2003-201524号公報

日本特開2006-347794号公報

 しかし、上記特許文献に記載の従来技術 おいては、塩素バイパスダスト等に含まれ 鉛等の重金属類を除去しているが、塩素バ パスダストを通じて系外に除去される重金 類の割合は、全体の30%程度に過ぎず、たと 、塩素バイパスダスト中の重金属類を100%除 去したとしても、残りの70%程度は、依然とし てセメントキルンから排出されるクリンカに 取り込まれるため、セメントの重金属類含有 率を低下させるのは容易ではない。そこで、 セメントキルン内の重金属類の揮発を促進し 、塩素バイパスダスト等への重金属類の濃縮 率を高めることが重要である。

 例えば、重金属類の揮発技術には、塩化 発法と還元揮発法が知られている。しかし 一般的に行われる塩化揮発法をセメント焼 工程に適用すると、セメント製造において 識的な量を遙かに上回る量の塩素を投入す 必要がある。一方、還元揮発法を適用する は、セメントの色が黄色を呈することとな ため、セメントの品質面で問題となる。

 また、重金属類の揮発率を上昇させるた 、例えば、セメントキルンの窯尻部の酸素 度を抑え、COガスを発生させるような雰囲 を形成する方法もあるが、COガスの発生によ り、セメントキルンの燃焼排ガスの集塵に用 いる電気集塵機の爆発の危険が生ずるととも に、COガスの系外への排出による環境負荷の 加が懸念される。

 そこで、本発明は、上記従来の技術にお る問題点に鑑みてなされたものであって、 メントの品質に影響を与えることなく、セ ント製造装置の安全性も確保し、環境負荷 増加も回避しながら、セメント製造工程か 重金属類を効率よく分離することを目的と る。

 本発明者らは、上記目的を達成するため 鋭意研究を重ねた結果、炭素分含有率が所 の値以上の可燃物をセメントキルン内に投 することにより、該セメントキルンを含む 成工程内で重金属類の揮発率を高めること できることを見出した。

 本発明は、かかる知見に基づいてなされ ものであり、20質量%以上の炭素分を含有す 可燃物を、セメントキルンの900℃以上1300℃ 以下の領域に供給し、該セメントキルンの窯 尻から最下段サイクロンに至るまでのキルン 排ガス経路より燃焼ガスの一部を抽気し、該 燃焼ガスに含まれるダストを集塵し、集塵し たダストから重金属類を分離することを特徴 とする。尚、炭素分とは、燃焼に寄与する成 分であり、分離することができる重金属類は 、鉛、亜鉛、カドミウム、アンチモン、セレ ン、砒素、タリウムである。

 上記可燃物を、セメントキルンの900℃未 の部分に投入した場合は、重金属類が効率 く揮発する領域に到達する前に大部分が燃 し、重金属類の揮発率を十分に高めること 難しく、一方、1300℃以上の部分に投入する と、セメントの色が黄色を呈することとなる ため、セメントの品質面で問題となる。上記 温度域に可燃物を投入することによって、セ メントキルン内の窯尻部での重金属類の揮発 率を効果的に向上させることができ、塩素バ イパスシステムを利用して塩素バイパスダス トへの重金属類の濃縮率を高めることにより 、セメント製造工程からの重金属類除去率を 上昇させることができる。

 上記セメント製造方法において、セメン キルンの前記領域において、80%以上の揮発 で前記重金属類を揮発させることができる

 また、上記セメント製造方法において、 記可燃物の炭素分含有率をα質量%とし、前 セメントキルンへ投入する前記炭素分を含 する可燃物の量をクリンカ生産量1t当たりβ kgとした場合、αとβの積を30以上5000以下とす ることができる。αとβの積が30未満の場合に は、重金属類の揮発率を十分に高めることが 難しく、一方、αとβの積が5000を超える場合 は、それ以上の炭素分を投入しても重金属 の揮発率が頭打ちとなり、また、有価で購 する場合には、該可燃物の使用に要するコ トの増大も招くため現実的ではない。

 さらに、上記セメント製造方法において 前記抽気した燃焼ガスからダストを集塵す に当たり、乾式集塵機又は湿式集塵機を用 ることができる。

 上記セメント製造方法において、前記可 物をセメントキルンの900℃以上1300℃以下の 領域に供給するに当たり、該可燃物をセメン トキルンの窯尻へ投入するか、炭素含有物質 を時間差で分解する様温度で分解する物質に 覆われた状態で前記セメントキルンに付設さ れたプレヒータへ投入するか、又は前記可燃 物をセメントキルンの胴体部に設けた入口か ら直接キルン内へ投入するかのいずれかの方 法を用いることができる。

 また、上記セメント製造方法において、 記可燃物を、コークス、コールタールピッ 、タイヤ、石炭、無煙炭、瀝青炭、亜炭、 炭、黒鉛、難燃性プラスチック、フェノー 樹脂、フラン樹脂、熱硬化性樹脂、セルロ ス、木炭、廃トナー、ミックスコークス、 ァインコークス、電極くず、活性コークス 炭化物及びフライアッシュに含まれる未燃 ーボンからなる群より選択される1又は2以 とすることができる。

 さらに、上記セメント製造方法において、 記可燃物を、造粒又は/及び分級により粒度 調整をした後、前記セメントキルン内に投入 することができる。可燃物が小径であるとキ ルンを通過するガスにより低温側に飛散する ため、重金属類の揮発温度領域への供給量が 減少し、効率的な揮発率を確保できない。目 安として、可燃物粒径をd p とし、投入部のガス風速をV p としたとき、ストークスの沈降速度式、d x 2 =(18×μ×V p )/((ρ p g )×g)から求められるd x が、d p <d x となる場合には、d x 以上の粒径となるように粒度を造粒や分級に より調整した方が好ましい。ここで、μはガ 粘度、ρ p は可燃物密度、ρ g はガス密度、gは重力加速度である。また、 大粒径については、大き過ぎるとセメント の混入やセメント鉱物を形成する焼成帯ま 燃焼が終了せず、セメントの色が黄色を呈 ることとなり、セメントの品質面で問題と ることが懸念されるため、それらに影響し い大きさにすることが好ましい。

 上記セメント製造方法において、前記可 物の粒径を1mm以上50mm以下とすることができ る。可燃物の粒径が1mm未満の場合には、重金 属類の揮発温度領域への供給量が減少し、効 率的な揮発率を確保できず、一方、可燃物の 粒径が50mmを超える場合には、重金属類のセ ントへの混入や、セメントの色が黄色を呈 てセメントの品質面で問題となることが懸 される。

 以上のように、本発明によれば、セメン の品質に影響を与えず、セメント製造装置 安全性を確保し、環境負荷の増加も回避し がら、セメント製造工程から重金属類を効 よく分離することができる。

  次に、本発明の実施の形態について図 を参照しながら説明する。尚、以下の説明 おいては、本発明にかかるセメント製造方 によって重金属類の一つである鉛を分離す 場合を例にとって説明する。

 図1は、本発明にかかるセメント製造方法 を適用したセメント製造装置を示し、このセ メント製造装置1は、セメントキルン(以下「 ルン」と略称する)2の窯尻2a(仮焼炉3及び最 段サイクロン4が備えられている端部)に可 物Cを投入するための投入装置5を備える。

 一方、図2に示すように、キルン2には、 素バイパス装置10が備えられ、キルン2の窯 2aから最下段サイクロン4(図1参照)に至るま のキルン排ガス流路からの抽気ガスは、プ ーブ11において冷却ファン12からの冷風によ て冷却された後、分級機13に導入され、粗 ダストと、微粉及びガスとに分離される。 粉ダストは、キルン系に戻され、塩化カリ ム(KCl)等を含む微粉(塩素バイパスダスト)は 集塵機14で回収される。尚、集塵機14から排 出された排ガスは、ファン15を経てキルン2に 付設されたプレヒータ、又はプレヒータの出 口等の排ガス流路に戻される。

 次に、上記セメント製造装置1を用いた本 発明にかかるセメント製造方法について説明 する。

 図1において、キルン2におけるセメント 成中に、可燃物Cを投入装置5によってキルン 2の窯尻2aに投入する。この可燃物Cは、炭素 を20質量%以上含有するものであって、例え 、コークス、コールタールピッチ、タイヤ 石炭、無煙炭、瀝青炭、亜炭、褐炭、黒鉛 難燃性プラスチック、フェノール樹脂、フ ン樹脂、熱硬化性樹脂、セルロース、木炭 廃トナー、ミックスコークス、ファインコ クス、電極くず、活性コークス、炭化物及 フライアッシュに含まれる未燃カーボン等 用いられる。このような炭素分含有率を有 る可燃物Cを投入する理由は次の通りである

 図3は、電気炉を用いた鉛の揮発率の試験 結果を示すグラフであり、電気炉内にセメン ト製造工程より採取したキルン2に入る前の 料(最下段サイクロン4から排出された原料)10 00に対しコークス(固定炭素87%=α)を50添加し(50 kg/t-cli.に相当=β、α×β=4350)、焼成した場合と 、最下段サイクロン4から排出された原料の を入れて焼成した場合とを比較している。 図より明らかなように、コークスを入れた 合には、焼成温度が900℃~1300℃の領域で鉛の 揮発率が大幅に上昇している。この温度範囲 は、キルン2の窯尻2aから中央部程度までに相 当する。

 キルン2で揮発した鉛は、図2において、 ローブ11によって抽気されたガスに含まれ、 抽気ガスは、プローブ11において冷却された 、分級機13に導入され、粗粉ダストと、微 及びガスとに分離され、微粉が集塵機14で回 収される。この微粉には、鉛がより多く揮発 した分、鉛が従来よりも多く濃縮されている ため、この鉛を分離することによりセメント 製造工程から鉛を効率よく除去し、キルン2 製造されるセメントクリンカの鉛含有率を 下させることができる。

 表1に示すように、実施例として可燃物A( 定炭素分30質量%)、比較例として可燃物B(固 炭素分17質量%)を用い、両者をキルン2の窯 2aに投入装置5を用いて投入し、鉛揮発率を 較した。

 表2に示すように、実施例として、可燃物 Aの投入量を3水準にわたって変化させ、各水 について3日間試験を行い、キルン2に入る の原料(a)とキルン2の通過後のクリンカ(製品 )(b)を採取し、次式にて鉛揮発率を算出した (1-b/a)×100%。尚、この式において、aは原料の 鉛含有率、bはクリンカの鉛含有率を示す。 方、比較例として、可燃物Bの投入量を3水準 にわたって変化させ、各水準について3日間 験を行い、実施例と同様に鉛揮発率を測定 た。尚、本比較例においては、可燃物Aの投 量を一定に維持した。

 表2の実施例及び比較例とも、試験時におけ るキルン2のクリンカ生産量は、285t/hであっ ため、可燃物Aの投入量が、水準1の2t/hの場 には、
 2000kg/hí285t/h=7kg/t-cli.となる。
従って、実施例の水準1では、7kg/t-cli.=α、可 物Aの固定炭素30%=βとすると、α×β=210とな 。
また、同様に計算すると、実施例の水準2で 、3.5kg/t-cli.=α、可燃物Aの固定炭素30%=βとす と、α×β=105となる。

 上記試験結果を図4に示す、同図から明ら かなように、比較例では、水準1乃至3におい 、鉛揮発率に変化が見られないのに対し、 施例では、水準1から水準3に向かうにつれ 、すなわち、可燃物Aの投入量を低下させる 従って、鉛揮発率が徐々に低下している。 れにより、固定炭素分30質量%の可燃物の投 が鉛揮発率の上昇に寄与することが判る。

 次に、表3に示すように、実施例として、 クリンカ生産量85t/hのキルン2に可燃物C(固定 素87%=α)の投入量を4水準にわたって変化さ 、比較例として、キルン2に可燃物Cを投入せ ずに、キルン2に入る前の原料(a)とキルン2を 過した後のクリンカ(製品)(b)を採取し、上 計算式を用いて鉛揮発率を測定した。同表 ら明らかなように、比較例では鉛揮発率が80 %に達していないのに対し、実施例では可燃 Cの投入量の増加に伴って鉛揮発率が向上し いる。

 尚、上記実施の形態においては、可燃物C を投入装置5によってキルン2の窯尻2aへ投入 たが、炭素含有物質を時間差で分解する様 度で分解する物質に覆われた状態でキルン2 付設されたプレヒータへ投入してもよく、 レヒータへ投入した炭素含有物質がキルン2 の900℃以上1300℃以下の領域に達した際に20質 量%以上の炭素分を含有することで上記と同 の効果を奏する。また、可燃物Cをキルン2の 胴体部に設けた入口から直接キルン2内へ投 することもできる。

 また、上記実施の形態においては、塩素 イパスダストから鉛を分離する場合を例示 たが、鉛、亜鉛、カドミウム、アンチモン セレン、砒素、タリウムについても上記と 様の要領にて分離することができる。

本発明にかかるセメント製造方法を実 するための装置の一例を示す概略図である セメント焼成炉に付設される塩素バイ ス装置の全体構成を示すフローチャートで る。 電気炉を用いた鉛の揮発率の試験結果 示すグラフである。 本発明にかかるセメント製造方法の試 結果を示すグラフである。

符号の説明

1 セメント製造装置
2 セメントキルン
2a 窯尻
3 仮焼炉
4 最下段サイクロン
5 投入装置
10 塩素バイパス装置
11 プローブ
12 冷却ファン
13 分級機
14 集塵機
15 ファン