特開 2022-103074 水洗方法およびセメント原料の製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022103074

(43)【公開日】2022-07-07

(54)【発明の名称】水洗方法およびセメント原料の製造方法

(51)【国際特許分類】

   B09B 3/70 20220101AFI20220630BHJP

   B09B 3/00 20220101ALI20220630BHJP

   C04B 7/38 20060101ALI20220630BHJP

【ＦＩ】

B09B3/00 304G

B09B3/00 ZAB

C04B7/38

【審査請求】有

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021192223

(22)【出願日】2021-11-26

(31)【優先権主張番号】P 2020217424

(32)【優先日】2020-12-25

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(71)【出願人】

【識別番号】000183266

【氏名又は名称】住友大阪セメント株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002734

【氏名又は名称】特許業務法人藤本パートナーズ

(72)【発明者】

【氏名】門野 壮

(72)【発明者】

【氏名】田渕 亮丞

(72)【発明者】

【氏名】森川 卓子

(72)【発明者】

【氏名】岡田 豊

【テーマコード（参考）】

4D004

【Ｆターム（参考）】

4D004AA36

4D004AA37

4D004AB06

4D004AC05

4D004BA02

4D004CA13

4D004CA40

4D004CB05

4D004CC03

4D004CC12

(57)【要約】

【課題】より少ない水量で、主灰、飛灰および／または塩素バイパスダストから塩素を除去できる（換言すれば、同じ水量であってもより多くの塩素を除去できる）水洗方法を提供することを課題とする。
【解決手段】水洗方法は、第一被水洗物を水洗する第一水洗工程と、第二被水洗物を水洗する第二水洗工程と、を備えており、第一被水洗物は、主灰を含み、第二被水洗物は、飛灰および塩素バイパスダストの少なくとも一方を含み、第二水洗工程は、第一水洗工程で使用した水を用いて行う。
【選択図】 図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

第一被水洗物を水洗する第一水洗工程と、
第二被水洗物を水洗する第二水洗工程と、
を備えており、
第一被水洗物は、主灰を含み、
第二被水洗物は、飛灰および塩素バイパスダストの少なくとも一方を含み、
第二水洗工程は、第一水洗工程で使用した水を用いて行う、
水洗方法。

【請求項2】

第二被水洗物の質量に基づいて、第一水洗工程での水の使用量を設定する、
請求項１に記載の水洗方法。

【請求項3】

第一水洗工程での水の使用量は、第二被水洗物の質量の１～１５倍である、
請求項１または２に記載の水洗方法。

【請求項4】

第一水洗工程および第二水洗工程で使用し得る水の全量に基づいて、第一被水洗物および第二被水洗物の質量を設定する、
請求項１に記載の水洗方法。

【請求項5】

第一洗浄工程で第一被水洗物を水洗する水は、硫酸を含む、
請求項１乃至４の何れか一項に記載の水洗方法。

【請求項6】

請求項１乃至５の何れか一項に記載の水洗方法を用いた水洗工程を備える、
セメント原料の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、主灰、飛灰および塩素バイパスダストの水洗方法、該水洗方法を用いたセメント原料の製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

ごみ焼却炉等の焼却設備で発生する焼却灰には、焼却炉の底などから回収される主灰と、焼却排ガスに含まれる飛灰とがある。このような焼却灰は、近年、セメント原料として有効利用されている。また、セメント原料を焼成するキルンから排出されるガスの一部を抽気した抽気ガスに含まれるダスト（所謂、塩素バイパスダスト）もセメント原料として有効利用されている。

【0003】

このような焼却灰や塩素バイパスダストは、塩素を含むものであるため、そのままセメント原料として利用すると、得られるセメントに塩素が多く含有されることになり、セメントの品質に悪影響を及ぼす。そこで、焼却灰や塩素バイパスダストは、水洗処理を行って塩素を除去した後で、セメント原料として利用するのが一般的である（特許文献１参照）。

【0004】

水洗処理を行う方法としては、主灰、飛灰、および、塩素バイパスダストのそれぞれを新しい水で洗浄する方法や、主灰、飛灰、および、塩素バイパスダストを混合した状態で新しい水で洗浄する方法が採用されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２０１６－７７９７６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかしながら、上記のような水洗方法において、多量の水を用いれば、より多くの塩素を除去することが可能であるものの、多量の排水処理が必要となる。このため、処理設備への負荷、環境保全の観点から、より少ない水量で塩素を除去できる（換言すれば、同じ水量であってもより多くの塩素を除去できる）水洗方法が要求されている。

【0007】

そこで、本発明は、主灰と、飛灰および／または塩素バイパスダストとから、より少ない水量で塩素を除去できる（換言すれば、同じ水量であってもより多くの塩素を除去できる）水洗方法、および、該水洗方法を用いた水洗工程を備えるセメント原料の製造方法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】

【0008】

本発明に係る水洗方法は、
第一被水洗物を水洗する第一水洗工程と、
第二被水洗物を水洗する第二水洗工程と、
を備えており、
第一被水洗物は、主灰を含み、
第二被水洗物は、飛灰および塩素バイパスダストの少なくとも一方を含み、
第二水洗工程は、第一水洗工程で使用した水を用いて行う。

【0009】

本発明に係る水洗方法は、第二被水洗物の質量に基づいて、第一水洗工程での水の使用量を設定してもよい。

【0010】

本発明に係る水洗方法では、第一水洗工程での水の使用量は、第二被水洗物の質量の１～１５倍であることが好ましい。

【0011】

本発明に係る水洗方法は、第一水洗工程および第二水洗工程で使用し得る水の全量に基づいて、第一被水洗物および第二被水洗物の質量を設定してもよい。

【0012】

本発明に係る水洗方法では、第一洗浄工程で第一被水洗物を水洗する水は、硫酸を含むことが好ましい。

【0013】

本発明に係るセメント原料の製造方法は、上記の水洗方法を用いた水洗工程を備える。

【発明の効果】

【0014】

本発明によれば、より少ない水量で塩素を除去できる（換言すれば、同じ水量であってもより多くの塩素を除去できる）水洗方法、および、該水洗方法を用いた水洗工程を備えるセメント原料の製造方法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】［実施例］の試験結果を示したグラフ。

【発明を実施するための形態】

【0016】

以下、本発明の一実施形態について説明するが、本発明は、以下の実施形態に限定されるものではない。

【0017】

本実施形態に係る水洗方法は、第一被水洗物を水洗する第一水洗工程と、第二被水洗物を水洗する第二水洗工程と、を備える。第一水洗工程で水洗する第一被水洗物の質量と、第二水洗工程で水洗する第二被水洗物の質量との比率（第一被水洗物：第二被水洗物）としては、特に限定されず、好ましくは１０：１～１：１０であり、より好ましくは１：１～５：１である。

【0018】

第一被水洗物は、主灰を含むものであり、主灰のみからなるものであってもよい。第一被水洗物に含み得る主灰以外の灰、副産物としては、特に限定されず、例えば、バイオマス燃焼灰、ペーパースラッジ灰等が挙げられる。第一被水洗物における主灰の質量割合としては、特に限定されず、例えば、１０質量％～１００質量％であってもよく、５０質量％～１００質量％であってもよい。

【0019】

なお、主灰とは、ごみ焼却炉等の焼却設備から発生する焼却灰のうち焼却設備から排出される排ガスに含まれない粒状物をいう。主灰の粒径としては、特に限定されず、例えば、０．１μｍ～１００ｍｍであってもよく、１μｍ～５０ｍｍであってもよい。なお、粒径は、ＪＩＳ Ｚ ８８１５ ふるい分け試験方法通則に規定する方法で１ｍｍのふるいを通過しない粒子と通過する粒子とを選別し、通過しない粒子に対してはＪＩＳ Ｚ ８８１５ ふるい分け試験方法通則に規定する方法で粒径を測定し、通過する粒子に対してはＪＩＳ Ｚ ８８２５ 粒子径解析－レーザ回折・散乱法に規定する方法で粒径を測定する。また、主灰中の塩素の含有量としては、特に限定されず、設備や処理物によって大きく変動するが、例えば、０．１％～５％であってもよく、０．５％～２％であってもよい。なお、塩素の含有量は、ＪＩＳ Ｒ ５２０２ セメントの化学分析方法（１８塩素 １８．１電位差滴定法）に準拠して測定することができる。

【0020】

第二被水洗物は、飛灰および塩素バイパスダストの少なくとも一方を含むものであり、飛灰および塩素バイパスダストの少なくとも一方のみからなるものであってもよい。第二被水洗物に含み得る飛灰および塩素バイパスダスト以外のダスト類としては、特に限定されず、例えば、溶融飛灰等が挙げられる。第二被水洗物における飛灰および／または塩素バイパスダストの質量割合としては、特に限定されず、例えば、１０質量％～１００質量％であってもよく、５０質量％～１００質量％であってもよい。

【0021】

なお、飛灰とは、ごみ焼却炉等の焼却設備から発生する焼却灰のうち焼却設備から排出される排ガスに含まれる粒状物をいう。このため、飛灰は、例えば、バグフィルタ等の集塵設備で回収することができ、その粒度としては、特に限定されず、例えば、０．１μｍ～１ｍｍであってもよく、１μｍ～０．５ｍｍであってもよい。なお、粒径は、ＪＩＳ ８８２５ 粒子径解析－レーザ回折・散乱法に規定する方法で測定することができる。また、飛灰は、塩素の含有量が主灰よりも高い。具体的には、飛灰中の塩素の含有量としては、特に限定されず、例えば、５％～４０％であってもよく、１０％～３５％であってもよい。なお、塩素の含有量は、ＪＩＳ Ｒ ５２０２ セメントの化学分析方法（１８塩素 １８．１電位差滴定法）に準拠して測定することができる。

【0022】

塩素バイパスダストとは、セメント原料を焼成してセメントクリンカを製造するキルンから排出されるキルン排ガスの一部を抽気した抽気ガスに含まれる粒状物をいう。このため、塩素バイパスダストは、例えば、バグフィルタや電気集塵機等の集塵設備で回収することができ、その粒度としては、例えば、０．１μｍ～５００μｍであってもよく、０．５μｍ～１００μｍであってもよい。なお、粒径は、ＪＩＳ ８８２５ 粒子径解析－レーザ回折・散乱法に規定する方法で測定することができる。また、塩素バイパスダストは、塩素の含有量が主灰よりも高い。塩素バイパスダスト中の塩素の含有量としては、特に限定されず、例えば、２％～５０％であってもよく、５％～３０％であってもよい。なお、塩素の含有量は、ＪＩＳ Ｒ ５２０２ セメントの化学分析方法（１８塩素 １８．１電位差滴定法）に準拠して測定することができる。

【0023】

第一水洗工程は、主灰を新しい水（以下、新水とも記す）に分散混合することで行う。第一水洗工程での新水の使用量としては、特に限定されず、例えば、第一被水洗物に対して１～８倍であることが好ましく、２～５倍であることがより好ましい。また、第一水洗工程での新水の使用量は、第二被水洗物の質量に基づいて設定してもよい。具体的には、第一水洗工程での新水の使用量は、第二被水洗物の質量の１～１５倍であることが好ましく、３～１０倍であることがより好ましい。第一水洗工程を行う時間としては、特に限定されず、例えば、１０～１２０分であることが好ましく、３０～６０分であることがより好ましい。第一水洗工程における第一被水洗物の質量は、第一水洗工程および第二水洗工程で使用し得る水（即ち、新水）の全量に基づいて設定してもよい。

【0024】

第一洗浄工程で第一被水洗物を水洗する水は、硫酸を含むことが好ましい。硫酸を含む水は、水に硫酸を添加することで形成することができる。水への硫酸の添加量は、主灰１００ｇに対して、濃硫酸換算で、好ましくは０．５質量％～２０質量％、より好ましくは０．８質量％～１５質量％、さらに好ましくは８．６質量％～１３質量％である。硫酸を含む水の硫酸濃度としては、特に限定されず、好ましくは０．０６～２０％であり、より好ましくは１～６．５％である。硫酸濃度は、ＪＩＳ Ｋ ０１０２ 工場排水試験方法（４１．硫酸イオン（ＳＯ_４ ^２－））に基づいて測定することができる。

【0025】

第二水洗工程は、第一水洗工程で使用した水（以下、使用済み水とも記す）を用いて行う。使用済み水は、第一水洗工程で主灰と新水とが混合されてなる第一スラリーを脱水する第一脱水工程を行うことで得ることができる。つまり、使用済み水としては、第一脱水工程で得られるろ液を用いることができる。第二水洗工程は、飛灰および塩素バイパスダストの少なくとも一方を使用済み水に分散混合させることで行う。第二水洗工程での使用済み水の使用量としては、特に限定されず、例えば、第二被水洗物に対して１～２０倍であることが好ましく、３～１０倍であることがより好ましい。また、第二水洗工程での使用済み水の使用量は、第一脱水工程で得られる使用済み水の全量であってもよく、使用済み水の１０～９０質量％であってもよく、３０～９０質量％であってもよい。第二水洗工程を行う時間としては、特に限定されず、例えば、３０～１８０分であることが好ましく、６０～１８０分であることがより好ましい。第二水洗工程における第二被水洗物の質量は、第一水洗工程および第二水洗工程で使用し得る水（即ち、新水）の全量に基づいて設定してもよい。

【0026】

第一洗浄工程で第一被水洗物を水洗する水が、上記のように硫酸を含む場合、第二水洗工程で使用する上記の使用済み水は、硫酸を含む。使用済み水の硫酸濃度としては、特に限定されず、好ましくは０～５％であり、より好ましくは０～０．５％である。硫酸濃度は、ＪＩＳ Ｋ ０１０２ 工場排水試験方法（４１．硫酸イオン（ＳＯ_４ ^２－））に基づいて測定することができる。

【0027】

本実施形態に係る水洗方法は、上記のように第一水洗工程で得らえる第一スラリーを脱水する第一脱水工程と、第二水洗工程で飛灰および塩素バイパスダストの少なくとも一方と使用済み水とが混合されてなる第二スラリーを脱水する第二脱水工程とを備えてもよい。上述のように第一脱水工程で得られるろ液は、使用済み水として第二水洗工程で使用することができる。また、第二脱水工程で得られるろ液は、主灰に由来する塩素と、飛灰および／または塩素バイパスダストに由来する塩素とを含む。このため、第二脱水工程で得られるろ液は、排水処理設備に供給されて塩素の除去等の処理を行うことが好ましい。各脱水工程では、振動篩、フィルタープレス、ベルトプレス、遠心分離機等の公知の脱水機を用いることができる。

【0028】

第一脱水工程および第二脱水工程で得られる固形分（脱水ケーキ）は、セメント原料として用いることができる。つまり、本実施形態に係るセメント原料の製造方法は、上記の水洗方法を用いた水洗工程と、各脱水工程とを備える。脱水ケーキは、所定の水分率となるまで乾燥させてセメント原料として使用することが好ましい。

【0029】

以上のように、本実施形態に係る水洗方法およびセメント原料の製造方法によれば、主灰、飛灰、および、塩素バイパスダストから、より少ない水量で塩素を除去できる（換言すれば、同じ水量であってもより多くの塩素を除去できる）。

【0030】

なお、本発明に係る水洗方法およびセメント原料の製造方法は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。

【実施例0031】

次に、実施例および比較例を挙げて本発明についてさらに具体的に説明するが、本発明は、以下の実施例に限定されるものではない。

【0032】

＜使用材料＞
・主灰（一般ごみ焼却場から回収したもの）
・ばいじん（一般ごみ焼却場から回収したもの）
・水（新水）

【0033】

１．第一試験
＜実施例１～７＞
＜第一水洗工程＞
主灰を新水に拡散混合することで、主灰を水洗した。水洗時間は３０分とした。主灰の質量、新水の使用量については、下記表１に示す。

【0034】

＜脱水工程＞
第一水洗工程で得られた第一スラリーを吸引ろ過装置とろ紙（５Ａ）を用いて脱水し、ろ液（使用済み水）と第一脱水ケーキとを得た。使用済み水および第一脱水ケーキの質量については下記表１に示す。

【0035】

＜塩素含有量の測定＞
第一脱水ケーキ中の塩素の含有量をＪＩＳ Ｒ ５２０２ セメントの化学分析方法（１８塩素 １８．１電位差滴定法）に準拠して測定した。測定結果については、下記表１に示す。

【0036】

＜第二水洗工程＞
上記の使用済み水にばいじんを拡散混合することで、ばいじんを水洗した。水洗時間は６０分とした。ばいじんの質量、使用済み水の使用量については、下記表１に示す。

【0037】

＜脱水工程＞
第二水洗工程で得られた第二スラリーを吸引ろ過装置とろ紙（５Ａ）を用いて脱水し、ろ液と第二脱水ケーキとを得た。ろ液および第二脱水ケーキの質量については下記表１に示す。

【0038】

＜塩素含有量の測定＞
第二脱水ケーキ中の塩素の含有量をＪＩＳ Ｒ ５２０２ セメントの化学分析方法（１８塩素 １８．１電位差滴定法）に準拠して測定した。測定結果については、下記表１に示す。

【0039】

＜比較例１～７＞
第一水洗工程でばいじんを水洗し、第二水洗工程で主灰を水洗したこと以外は、実施例と同様に、各水洗工程および脱水工程を行い、塩素含有量の測定を行った。測定結果については、下記表２に示す。

【0040】

＜比較例８～１４＞
主灰とばいじんとをそれぞれ別々に新水を用いて水洗したこと以外は、実施例と同様に、各水洗工程および脱水工程を行い、塩素含有量の測定を行った。測定結果については、下記表３に示す。

【0041】

＜比較例１５～２１＞
主灰とばいじんとを混合した混合灰を、新水を用いて水洗したこと以外は、実施例と同様に、水洗工程および脱水工程を行い、塩素含有量の測定を行った。測定結果については、下記表４に示す。

【0042】

上記の各実施例および各比較例について、新水の使用量と塩素の全含有量とをまとめて下記表５に示す。

【0043】

２．第二試験
第一試験の第一水洗工程で使用する新水として、３５％硫酸を添加した水を用いたこと以外は、各実施例および各比較例と同様に、各水洗工程および脱水工程を行い、塩素含有量の測定を行った。また、第一試験の比較例８～２１の水洗工程で使用する新水として、３５％硫酸を添加した水を用いたこと以外は、各比較例と同様に、各水洗工程および脱水工程を行い、塩素含有量の測定を行った。硫酸の添加率および塩素含有量の測定結果については、下記表５に示す。なお、硫酸の添加率は、主灰１００ｇに対して添加した３５％硫酸（比重１．２３）の質量割合を濃硫酸換算したものである。また、各実施例の第一水洗工程で使用する水、および第一水洗工程より排出される水（上記の使用済み水（第二水洗工程で使用する水））の硫酸濃度（ＳＯ_４ ^２－）については、下記表６，７に示す。

【0044】

【表1】

【0045】

【表2】

【0046】

【表3】

【0047】

【表4】

【0048】

【表5】

【0049】

【表6】

【0050】

【表7】

【0051】

＜まとめ＞
表５と図１のグラフを見ると、新水の使用量が同一である場合の塩素含有量を比較すると、実施例の方が比較例よりも塩素含有量が低くなることが認められる。
また、各実施例の塩素含有量を基準として、各比較例の塩素含有量を見ると、各実施例の塩素含有量と同等の塩素含有量にするには、各比較例において各実施例よりも多くの新水が必要になることが認められる。
つまり、本発明のように、第一水洗工程において主灰の水洗で使用した使用済み水を第二水洗工程において飛灰および／または塩素バイパスダストの水洗で使用することで、より少ない水量で、主灰、飛灰および／または塩素バイパスダストから塩素を除去できる、（換言すれば、同じ水量であってもより多くの塩素を除去できる）ことが認められる。

【0052】

また、表５から、各実施例および各比較例の洗浄水として硫酸を含む水を用いた場合については、各実施例の方が各比較例よりも硫酸使用時塩素減少率が高いことが認められる。つまり、第一水洗工程で主灰を洗浄する水が硫酸を含むことで、より効果的に塩素含有量を低減することができる。

【図1】

【手続補正書】

【提出日】2022-04-05

【手続補正1】

【補正対象書類名】特許請求の範囲

【補正対象項目名】全文

【補正方法】変更

【補正の内容】

【請求項1】

第一被水洗物を水洗する第一水洗工程と、
第二被水洗物を水洗する第二水洗工程と、
を備えており、
第一被水洗物は、主灰を含み、
第二被水洗物は、飛灰および塩素バイパスダストの少なくとも一方を含み、
第二水洗工程は、第一水洗工程で使用した水を用いて行い、
第一水洗工程で第一被水洗物を水洗する水は、硫酸を含む、
水洗方法。

【請求項2】

第二被水洗物の質量に基づいて、第一水洗工程での水の使用量を設定する、
請求項１に記載の水洗方法。

【請求項3】

第一水洗工程での水の使用量は、第二被水洗物の質量の１～１５倍である、
請求項１または２に記載の水洗方法。

【請求項4】

第一水洗工程および第二水洗工程で使用し得る水の全量に基づいて、第一被水洗物および第二被水洗物の質量を設定する、
請求項１に記載の水洗方法。

【請求項5】

第一水洗工程で第一被水洗物を水洗する水の硫酸濃度は、０．０６～２０％である請求項１乃至４の何れか一項に記載の水洗方法。

【請求項6】

請求項１乃至５の何れか一項に記載の水洗方法を用いた水洗工程を備える、
セメント原料の製造方法。