特開 2023-35105 炭酸カルシウム生成方法及びシステム

(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】P2023035105

(43)【公開日】2023-03-13

(54)【発明の名称】炭酸カルシウム生成方法及びシステム

(51)【国際特許分類】

   C01F 11/18 20060101AFI20230306BHJP

   C01D 7/32 20060101ALI20230306BHJP

   B09B 3/70 20220101ALN20230306BHJP

【ＦＩ】

C01F11/18 A

C01D7/32

B09B3/00 304H

B09B3/00 304G

B09B3/00 304A

【審査請求】未請求

【請求項の数】10

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021141723

(22)【出願日】2021-08-31

【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）令和２年度～令和３年度、国立研究開発法人新エネルギー・産業技術総合開発機構「カーボンリサイクル・次世代火力発電等技術開発／次世代火力発電技術推進事業／カーボンリサイクル技術の共通基盤技術開発／カルシウム含有廃棄物からのＣａ抽出およびＣＯ２鉱物固定化技術の研究開発」委託研究、産業技術力強化法第１７条の適用を受ける特許出願

(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

(71)【出願人】

【識別番号】304020177

【氏名又は名称】国立大学法人山口大学

(71)【出願人】

【識別番号】504145342

【氏名又は名称】国立大学法人九州大学

(74)【代理人】

【識別番号】100116687

【弁理士】

【氏名又は名称】田村 爾

(74)【代理人】

【識別番号】100098383

【弁理士】

【氏名又は名称】杉村 純子

(74)【代理人】

【識別番号】100155860

【弁理士】

【氏名又は名称】藤松 正雄

(72)【発明者】

【氏名】菊池 定人

(72)【発明者】

【氏名】中村 丞吾

(72)【発明者】

【氏名】大泉 理紗

(72)【発明者】

【氏名】小西 正芳

(72)【発明者】

【氏名】比嘉 充

(72)【発明者】

【氏名】谷口 育雄

【テーマコード（参考）】

4D004

4G076

【Ｆターム（参考）】

4D004AA07

4D004AA12

4D004AB03

4D004AC05

4D004BA06

4D004CA34

4D004CA35

4D004CC12

4G076AA16

4G076AB18

4G076AB26

4G076BA13

4G076BC02

4G076BE11

4G076DA02

4G076DA16

4G076DA30

(57)【要約】

【課題】
カルシウム含有廃棄物を利用し、純度の高い炭酸カルシウムを生成することが可能な炭酸カルシウム生成方法及びシステムを提供すること。
【解決手段】
カルシウム含有廃棄物から炭酸カルシウムを生成する炭酸カルシウム生成方法において、カルシウム含有廃棄物に塩酸水を添加して、カルシウムを溶解させ、カルシウムイオンを含む水溶液を生成するカルシウム溶解工程と、前記カルシウムイオンを含有する水溶液の水素イオン濃度指数を調整し、Ｓｉ、Ａｌ、Ｍｇ、及び重金属からなる群より選ばれる少なくとも一つを含む成分を該水溶液から分離する分離工程と、該分離工程を経て得られた水溶液と、炭酸カリウム及び／又は炭酸ナトリウムを含む水溶液とを用いて、炭酸カルシウムを生成する炭酸カルシウム回収工程とを有することを特徴とする。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

カルシウム含有廃棄物から炭酸カルシウムを生成する炭酸カルシウム生成方法において、
カルシウム含有廃棄物に塩酸水を添加して、カルシウムを溶解させ、カルシウムイオンを含む水溶液を生成するカルシウム溶解工程と、
前記カルシウムイオンを含有する水溶液の水素イオン濃度指数を調整し、Ｓｉ、Ａｌ、Ｍｇ、及び重金属からなる群より選ばれる少なくとも一つを含む成分を該水溶液から分離する分離工程と、
該分離工程を経て得られた水溶液と、炭酸カリウム及び／又は炭酸ナトリウムを含む水溶液とを用いて、炭酸カルシウムを生成する炭酸カルシウム回収工程とを有することを特徴とする、炭酸カルシウムの生成方法。

【請求項2】

請求項１に記載の炭酸カルシウム生成方法において、該塩酸水は、塩化カリウム及び／又は塩化ナトリウムを含む水溶液をバイポーラ膜電気透析処理により生成され、前記塩化カリウム及び／又は塩化ナトリウムは、該炭酸カルシウム回収工程で生成される塩化カリウム及び／又は塩化ナトリウムを含む水溶液の少なくとも一部を使用することを特徴とする、炭酸カルシウムの生成方法。

【請求項3】

請求項２に記載の炭酸カルシウム生成方法において、該バイポーラ膜電気透析処理により水酸化カリウム及び／又は水酸化ナトリウムを含む水溶液を生成し、前記水酸化カリウム及び／又は水酸化ナトリウムを含む水溶液に二酸化炭素を接触させ、炭酸カリウム及び／又は炭酸ナトリウムを含む水溶液を生成し、前記炭酸カリウム及び／又は炭酸ナトリウムを含む水溶液を該炭酸カルシウム回収工程に用いることを特徴とする、炭酸カルシウムの生成方法。

【請求項4】

請求項３に記載の炭酸カルシウム生成方法において、該二酸化炭素は、セメント製造設備から排出される二酸化炭素を使用することを特徴とする、炭酸カルシウムの生成方法。

【請求項5】

請求項１乃至４のいずれかに記載の炭酸カルシウム生成方法において、該カルシウム含有廃棄物には、セメント製造設備の脱塩バイパス部分から得られる脱塩ダストを含むことを特徴とする、炭酸カルシウムの生成方法。

【請求項6】

カルシウム含有廃棄物から炭酸カルシウムを生成する炭酸カルシウム生成システムにおいて、
カルシウム含有廃棄物に塩酸水を添加して、カルシウムを溶解させ、カルシウムイオンを含む水溶液を生成するカルシウム溶解手段と、
前記カルシウムイオンを含有する水溶液の水素イオン濃度指数を調整し、Ｓｉ、Ａｌ、Ｍｇ、及び重金属からなる群より選ばれる少なくとも一つを含む成分を該水溶液から分離する分離手段と、
該分離手段を経て得られた水溶液と、炭酸カリウム及び／又は炭酸ナトリウムを含む水溶液とを用いて、炭酸カルシウムを生成する炭酸カルシウム回収手段とを有することを特徴とする、炭酸カルシウムの生成システム。

【請求項7】

請求項６に記載の炭酸カルシウム生成システムにおいて、該塩酸水は、塩化カリウム及び／又は塩化ナトリウムを含む水溶液からバイポーラ膜電気透析処理手段により生成され、前記塩化カリウム及び／又は塩化ナトリウムは、該炭酸カルシウム回収手段で生成される塩化カリウム及び／又は塩化ナトリウムを含む水溶液の少なくとも一部を使用することを特徴とする、炭酸カルシウムの生成システム。

【請求項8】

請求項７に記載の炭酸カルシウム生成システムにおいて、該バイポーラ膜電気透析処理手段により水酸化カリウム及び／又は水酸化ナトリウムを含む水溶液を生成し、前記水酸化カリウム及び／又は水酸化ナトリウムを含む水溶液に二酸化炭素を接触させ、炭酸カリウム及び／又は炭酸ナトリウムを含む水溶液を生成し、前記炭酸カリウム及び／又は炭酸ナトリウムを含む水溶液を該炭酸カルシウム回収手段に用いることを特徴とする、炭酸カルシウムの生成システム。

【請求項9】

請求項８に記載の炭酸カルシウム生成システムにおいて、該二酸化炭素は、セメント製造設備から排出される二酸化炭素を使用することを特徴とする、炭酸カルシウムの生成システム。

【請求項10】

請求項６乃至９のいずれかに記載の炭酸カルシウム生成システムにおいて、該カルシウム含有廃棄物には、セメント製造設備の脱塩バイパス部分から得られる脱塩ダストを含むことを特徴とする、炭酸カルシウムの生成システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、炭酸カルシウム生成方法及びシステム、特に、カルシウム含有廃棄物から炭酸カルシウムを生成する炭酸カルシウムの生成方法及び生成システムに関する。

【背景技術】

【0002】

炭酸カルシウムは、プラスチック、紙、塗料などの充填材、また農薬・肥料などの土壌改良剤、食品添加物や化粧品原料など、幅広い産業分野で利用されている。
炭酸カルシウムは、水酸化カルシウム水溶液に二酸化炭素を吹き込むことで合成したり、塩化カルシウム等のカルシウムイオンを含む水溶液と炭酸ナトリウム水溶液を混合させることで合成される。

【0003】

近年では、特許文献１に示すように、温室効果ガスである二酸化炭素を削減するため、二酸化炭素を固定化するプロセスの中で炭酸カルシウムを生成する場合がある。特許文献１では、大量のカルシウム等を供給するため、廃コンクリートや鉄鋼スラグ等の廃材や岩石などカルシウム含有廃棄物が利用されている。

【0004】

特許文献１では、カルシウム含有廃棄物からカルシウムを溶解させる方法として硝酸が利用されるが、この段階でカルシウムのみが溶出されるだけでなくマグネシウムなどの他の元素も水溶液中に溶解する。特許文献１では、硝酸カルシウムや硝酸マグネシウムなどを含む水溶液に、水酸化ナトリウムと二酸化炭素とを接触して生成される炭酸ナトリウムの水溶液を導入し、炭酸カルシウムや炭酸マグネシウムを析出させている。

【0005】

また、特許文献１では、硝酸や水酸化ナトリウムの生成には、炭酸カルシウム等の析出工程で発生する硝酸ナトリウムを利用し、この硝酸ナトリウムをバイポーラ膜電気透析処理を行うことも開示している。

【0006】

しかしながら、カルシウム含有廃棄物を用いる場合には、廃棄物自体がカルシウム以外の多くの不純物を含んでおり、生成する炭酸カルシウム自体の純度が低くなるという課題があった。
しかも、プラスチックなどの充填材などでは、高い純度の炭酸カルシウムの生産が求められていた。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【特許文献1】特開２０１２－９６９７５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

本発明が解決しようとする課題は、上述したような問題を解決し、カルシウム含有廃棄物を利用し、純度の高い炭酸カルシウムを生成することが可能な炭酸カルシウム生成方法及びシステムを提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0009】

上記課題を解決するため、本発明の炭酸カルシウム生成方法及びシステムは、以下の技術的特徴を有する。
（１） カルシウム含有廃棄物から炭酸カルシウムを生成する炭酸カルシウム生成方法において、カルシウム含有廃棄物に塩酸水を添加して、カルシウムを溶解させ、カルシウムイオンを含む水溶液を生成するカルシウム溶解工程と、前記カルシウムイオンを含有する水溶液の水素イオン濃度指数を調整し、Ｓｉ、Ａｌ、Ｍｇ、及び重金属からなる群より選ばれる少なくとも一つを含む成分を該水溶液から分離する分離工程と、該分離工程を経て得られた水溶液と、炭酸カリウム及び／又は炭酸ナトリウムを含む水溶液とを用いて、炭酸カルシウムを生成する炭酸カルシウム回収工程とを有することを特徴とする。

【0010】

（２） 上記（１）に記載の炭酸カルシウム生成方法において、該塩酸水は、塩化カリウム及び／又は塩化ナトリウムを含む水溶液をバイポーラ膜電気透析処理により生成され、前記塩化カリウム及び／又は塩化ナトリウムは、該炭酸カルシウム回収工程で生成される塩化カリウム及び／又は塩化ナトリウムを含む水溶液の少なくとも一部を使用することを特徴とする。

【0011】

（３） 上記（２）に記載の炭酸カルシウム生成方法において、該バイポーラ膜電気透析処理により水酸化カリウム及び／又は水酸化ナトリウムを含む水溶液を生成し、前記水酸化カリウム及び／又は水酸化ナトリウムを含む水溶液に二酸化炭素を接触させ、炭酸カリウム及び／又は炭酸ナトリウムを含む水溶液を生成し、前記炭酸カリウム及び／又は炭酸ナトリウムを含む水溶液を該炭酸カルシウム回収工程に用いることを特徴とする。

【0012】

（４） 上記（３）に記載の炭酸カルシウム生成方法において、該二酸化炭素は、セメント製造設備から排出される二酸化炭素を使用することを特徴とする。

【0013】

（５） 上記（１）乃至（４）のいずれかに記載の炭酸カルシウム生成方法において、該カルシウム含有廃棄物には、セメント製造設備の脱塩バイパス部分から得られる脱塩ダストを含むことを特徴とする。

【0014】

（６） カルシウム含有廃棄物から炭酸カルシウムを生成する炭酸カルシウム生成システムにおいて、カルシウム含有廃棄物に塩酸水を添加して、カルシウムを溶解させ、カルシウムイオンを含む水溶液を生成するカルシウム溶解手段と、前記カルシウムイオンを含有する水溶液の水素イオン濃度指数を調整し、Ｓｉ、Ａｌ、Ｍｇ、及び重金属からなる群より選ばれる少なくとも一つを含む成分を該水溶液から分離する分離手段と、該分離手段を経て得られた水溶液と、炭酸カリウム及び／又は炭酸ナトリウムを含む水溶液とを用いて、炭酸カルシウムを生成する炭酸カルシウム回収手段とを有することを特徴とする。

【0015】

（７） 上記（６）に記載の炭酸カルシウム生成システムにおいて、該塩酸水は、塩化カリウム及び／又は塩化ナトリウムを含む水溶液からバイポーラ膜電気透析処理手段により生成され、前記塩化カリウム及び／又は塩化ナトリウムは、該炭酸カルシウム回収手段で生成される塩化カリウム及び／又は塩化ナトリウムを含む水溶液の少なくとも一部を使用することを特徴とする。

【0016】

（８） 上記（７）に記載の炭酸カルシウム生成システムにおいて、該バイポーラ膜電気透析処理手段により水酸化カリウム及び／又は水酸化ナトリウムを含む水溶液を生成し、前記水酸化カリウム及び／又は水酸化ナトリウムを含む水溶液に二酸化炭素を接触させ、炭酸カリウム及び／又は炭酸ナトリウムを含む水溶液を生成し、前記炭酸カリウム及び／又は炭酸ナトリウムを含む水溶液を該炭酸カルシウム回収手段に用いることを特徴とする。

【0017】

（９） 上記（８）に記載の炭酸カルシウム生成システムにおいて、該二酸化炭素は、セメント製造設備から排出される二酸化炭素を使用することを特徴とする。

【0018】

（１０） 上記（６）乃至（９）のいずれかに記載の炭酸カルシウム生成システムにおいて、該カルシウム含有廃棄物には、セメント製造設備の脱塩バイパス部分から得られる脱塩ダストを含むことを特徴とする。

【発明の効果】

【0019】

本発明は、カルシウム含有廃棄物から炭酸カルシウムを生成する炭酸カルシウム生成方法（生成システム）において、カルシウム含有廃棄物に塩酸水を添加して、カルシウムを溶解させ、カルシウムイオンを含む水溶液を生成するカルシウム溶解工程（カルシウム溶解手段）と、前記カルシウムイオンを含有する水溶液の水素イオン濃度指数を調整し、Ｓｉ、Ａｌ、Ｍｇ、及び重金属からなる群より選ばれる少なくとも一つを含む成分を該水溶液から分離する分離工程（分離手段）と、該分離工程（分離手段）を経て得られた水溶液と、炭酸カリウム及び／又は炭酸ナトリウムを含む水溶液とを用いて、炭酸カルシウムを生成する炭酸カルシウム回収工程（炭酸カルシウム回収手段）とを有するため、純度の高い炭酸カルシウムを容易に得ることができる。
特に、水素イオン濃度指数を調整するだけで、様々な不純物を容易に除去することができるため、炭酸カルシウムの生成工程を複雑化させることもない。
また、得られた残渣物は、セメント製造に利用することも可能である。

【図面の簡単な説明】

【0020】

【図1】本発明の炭酸カルシウム生成方法のフロー図である。

【図2】本発明の炭酸カルシウム生成方法を用いた二酸化炭素固定化方法を示す図である。

【図3】一般ごみ焼却施設Ａで採取したフライアッシュ（ＦＡ１）におけるＣａ抽出率の時間変化を示すグラフである。

【図4】ＦＡ１におけるＫ抽出率の時間変化を示すグラフである。

【図5】ＦＡ１におけるＣｒ抽出率の時間変化を示すグラフである。

【図6】ＦＡ１におけるＰｂ抽出率の時間変化を示すグラフである。

【図7】ＦＡ１におけるＳｉ抽出率の時間変化を示すグラフである。

【図8】ＦＡ１におけるＡｌ抽出率の時間変化を示すグラフである。

【図9】ＦＡ１におけるＭｇ抽出率の時間変化を示すグラフである。

【図10】一般ごみ焼却施設Ｂで採取したフライアッシュ（ＦＡ２）におけるＣａ抽出率の時間変化を示すグラフである。

【図11】生コン工場Ａの排水工程で採取した生コンスラッジ（ＣＳ１）におけるＣａ抽出率の時間変化を示すグラフである。

【図12】生コン工場Ｂの排水工程で採取した生コンスラッジ（ＣＳ２）におけるＣａ抽出率の時間変化を示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0021】

以下、本発明の炭酸カルシウム生成方法及びシステムについて、図面を参照しながら、好適例を用いて詳細に説明する。
本発明は、図１に示すように、カルシウム（Ｃａ）含有廃棄物から炭酸カルシウムを生成する炭酸カルシウム生成方法（炭酸カルシム生成システム）において、カルシウム含有廃棄物に塩酸水を添加して、カルシウムを溶解させ、カルシウムイオンを含む水溶液を生成するカルシウム溶解工程（カルシウム溶解手段）と、前記カルシウムイオンを含有する水溶液の水素イオン濃度指数を調整し、Ｓｉ、Ａｌ、Ｍｇ、及び重金属からなる群より選ばれる少なくとも一つを含む成分を該水溶液から分離する分離工程（分離手段）と、該分離工程（分離手段）を経て得られた水溶液と、炭酸カリウム及び／又は炭酸ナトリウムを含む水溶液とを用いて、炭酸カルシウムを生成する炭酸カルシウム回収工程（炭酸カルシウム回収手段）とを有することを特徴とする。
なお、図１中、二重線矢印は固体の流れ、一重線矢印は液体の流れを示す。また、以下の説明では、炭酸カルシウムの生成方法を中心に説明する。

【0022】

本発明に使用されるＣａ含有廃棄物としては、一般ごみや産廃ごみなどの焼却灰、火力発電所等から排出されるフライアッシュ、スラグ、廃コンクリート、生コンスラッジ、バイオ灰などがある。
特に、後述するように、セメント製造設備における脱塩バイパス部分から得られる脱塩ダストは、塩化カリウム成分を含有するため、本発明に好適に用いることが可能である。

【0023】

Ｃａ含有廃棄物は、粒度を１０００μｍ以下、より好ましくは５００μｍ以下、１００μｍ以上の範囲に調整される。これにより、Ｃａを抽出し易くすることが可能となる。

【0024】

Ｃａ溶解工程（Ｃａ溶解手段）では、粒度調整したＣａ含有廃棄物に塩酸水を添加して、好ましくは、水素イオン濃度指数をｐＨ５以下、ｐＨ０．５以上の範囲になるようにする。
この際に、必要に応じて洗浄水を添加してもよい。洗浄は、固液分離の際、固形分に含まれる液体を清水と置換するために実施されるものである。
Ｃａ含有廃棄物からのＣａ抽出に要する反応時間としては、１２０分以下、より好ましくは３０分以上、６０分以下である。また、多段階で、特に多段向流で溶解抽出を行うことも可能である。

【0025】

Ｃａを抽出する際の塩酸を含む水溶液の温度は、常温以上が好ましく、より好ましくは２０℃以上、７０℃以下の範囲である。後述するバイポーラ膜電気透析（ＢＭＥＤ）処理で利用する膜が有機膜であるため、前記水溶液の温度は、当該膜の耐熱温度も考慮して設定される。

【0026】

Ｃａ溶解工程（Ｃａ溶解手段）で、残渣と水溶液に分離し、当該残渣は、例えば、セメント製造設備において、セメント原料として使用することが可能である。

【0027】

Ｃａ溶解工程（Ｃａ溶解手段）で得られたＣａイオンを含有する水溶液は、Ｃａ以外の不純物イオンを含んでおり、分離工程（分離手段）では、水素イオン濃度指数を調整することで、不純物イオンを分離する。
Ｃａ溶解工程（Ｃａ溶解手段）から得られたＣａイオンを含有する水溶液のｐＨを、例えば、ｐＨ５～６に、水酸化ナトリウム又は水酸化カリウムを用いて調整することで、Ｃａイオンを含有する水溶液中に含まれるＳｉやＡｌイオンを、ゲルとして除去することが可能である。また、必要に応じて、清水等の洗浄水を添加して、固形分を洗浄することも可能である。これらのゲルはセメント原料として利用することができる。

【0028】

次いで、ＳｉやＡｌイオンを除去した後のＣａイオン含有水溶液のｐＨを、例えばｐＨ７～１０に、水酸化ナトリウム又は水酸化カリウムを用いて調整することで、ＰｂやＣｒイオンなどの重金属を分離することができる。また、必要に応じて、清水等の洗浄水を添加することも可能であり、かかる洗浄により、固形分を洗浄する。
なお、重金属を除去する前に、必要に応じて、Ｃａイオン含有水溶液に凝集剤を添加することも可能である。例えば、高分子凝集剤または無機凝集剤があげられる。無機凝集剤としては、ポリ硫酸第二鉄、等の鉄塩、または硫酸アルミニウム、ポリ塩化アルミニウム、等のアルミ塩がある。高分子凝集剤としては、アニオン、ノニオン、カチオン性等のｐＨおよび粒子性状により適したものを用いればよく、ポリアクリルアミド系、ポリアクリル酸ソーダ系、ポリアクリル酸エステル系等がある。

【0029】

さらに、前記重金属イオンが除去されたＣａイオン含有水溶液のｐＨを１１～１２に、水酸化ナトリウム又は水酸化カリウムを用いて調整することで、含有されるＭｇイオンを、ゲルとして除去することが可能となる。また、必要に応じて、清水等の洗浄水を添加することも可能であり、かかる洗浄により、固形分を洗浄する。

【0030】

Ｃａイオン含有水溶液から、上記不要な不純物を分離除去した水溶液に、炭酸カリウム及び／又は炭酸ナトリウムを含む水溶液を添加することで、高純度の炭酸カルシウムが生成され、炭酸カルシウムと、塩化カリウム及び／又は塩化ナトリウム水溶液とに分離される。実際に、熱分析装置（ＴＧ）を用いて、５５０℃～８００℃の重量減少から炭酸カルシウムの純度を計算すると、９５．７％の値が得られた。
得られた炭酸カルシウムは、上述したプラスチック、紙、塗料などの充填材（フィラー）、また農薬・肥料などの土壌改良剤、食品添加物や化粧品原料などに利用され、本発明では、炭酸マグネシウムなどの不純物を含まない、純度の高い炭酸カルシウムが得られる。
また、これらの炭酸カルシウムは、セメント原料として利用できるだけでなく、セメントの増量材としても利用可能である。

【0031】

図２は、図１の炭酸カルシウム生成方法に、二酸化炭素を固定化する工程方法を組み込んだものである。
なお、図２中、二重線矢印は固体の流れ、一重線矢印は液体の流れ、点線は気体の流れを示す。
Ｃａ溶解工程（Ｃａ溶解手段）で使用する塩酸水は、塩化カリウム及び／又は塩化ナトリウムを含む水溶液をバイポーラ膜電気透析（ＢＭＥＤ）処理（ＢＭＥＤ処理手段）により生成している。
また、この塩化カリウム及び／又は塩化ナトリウムは、図１の炭酸カルシウム回収工程（炭酸カルシウム回収手段）で生成される塩化カリウム及び／又は塩化ナトリウムを含む水溶液が使用可能である。

【0032】

炭酸カルシウム回収工程（炭酸カルシウム回収手段）（図２で「Ｃａ回収」と表示）で発生する塩化カリウム及び／又は塩化ナトリウムは、必要に応じて、ＭＦ膜（ろ過膜）により微粒子を除去し、ＲＯ膜（逆浸透膜）により水溶液を濃縮するなどの前処理を施されることも可能である。

【0033】

バイポーラ膜電気透析（ＢＭＥＤ）は電気で動作し、塩酸水以外に同時に水酸化カリウム及び／又は水酸化ナトリウムを含む水溶液を生成する。

【0034】

水酸化カリウム及び／又は水酸化ナトリウムを含む水溶液に二酸化炭素を接触させ、二酸化炭素を吸収し、炭酸カリウム及び／又は炭酸ナトリウムを含む水溶液を生成させる。
この炭酸カリウム及び／又は炭酸ナトリウムを含む水溶液は、図１の炭酸カルシウム回収工程（炭酸カルシウム回収手段）に用いることが可能である。
当該二酸化炭素は、火力発電設備などの燃焼排ガスや、セメント製造設備での排ガスに含まれている二酸化炭素を使用することができ、また、大気中の二酸化炭素を直接吸収させて利用することも可能である。

【0035】

利用するＣａ含有廃棄物としては、上述したもの以外に、セメント製造設備の脱塩バイパス部分から得られる脱塩ダストも好適に利用することが可能である。
これは、脱塩ダストが塩化カリウムを含有しており、矢印Ａで示すように、Ｃａ溶解工程で利用することで、塩化カリウムを含む水溶液が生成される。
このため、図２の工程を循環する水溶液中には、塩化カリウムが塩化ナトリウムよりも多くなる。
塩化カリウムは炭酸カルシウム回収工程（炭酸カルシウム回収手段）（Ｃａ回収）を経てバイポーラ膜電気透析（ＢＭＥＤ）手段に導入される。塩化カリウムの濃度が高くなるに従い、ＢＭＥＤでの電流効率が向上し、省電力化にも寄与する。

【0036】

また、Ｃａ含有廃棄物にはＮａを含むため、図２のように循環利用を続けると、Ｎａイオン濃度が上昇することとなる。このため、Ｎａイオン濃度を一定となるように、Ｃａ回収からＢＭＥＤに至る経路の途中でブロー排水を行う。一方、このブロー排水は、塩化カリウムも排出するため、処理プロセス（処理システム）における塩化カリウム（ＫＣｌ）が不足することとなる。これを補うには、塩化カリウムを含む脱塩ダストをＣａ含有廃棄物として利用することがより効果的である。

【0037】

また、脱塩ダストは、図２の矢印Ｂで示すように、水洗いして塩化カリウムを含む水溶液を生成し、不純物などを除去する水処理を施した後に、分離工程と炭酸カルシウム回収工程との間に供給するよう構成することも可能である。なお、図２の処理プロセスで、脱塩ダストから得られた塩化カリウムを含む水溶液は、ブロー排水からＢＭＥＤに至る経路の途中に導入することも可能である。
水洗いした脱塩ダストは脱水し、脱水ケーキをセメント原料としてセメント製造プロセスに戻すことも可能である。

【0038】

図３乃至図９は、一般ごみ焼却施設Ａで採取したフライアッシュ（ＦＡ１）からのＣａ等の抽出率の時間変化を示したものである。なお、抽出率とは、「廃棄物に含有されている成分の全量に対する溶解した成分量の比」を意味する。
フライアッシュの粒度を１５０μｍ（図３のみ）と５００μｍとし、水溶液の温度を常温（２０℃）と４０℃（図３のみ）で、水素イオン濃度指数をｐＨ０．５，１，２，３，６における抽出率を測定した。
図３はＣａ、図４はＫ、図５はＣｒ、図６はＰｂ、図７はＳｉ、図８はＡｌ、図９はＭｇを各々示している。

【0039】

図３を参照すると、Ｃａ抽出に必要なｐＨは３以下である。
Ｃａの抽出率は３０分以降、特に６０分以降は、反応時間（経過時間）による変化が緩やかになっており、Ｃａ溶解抽出は３０分以降にほぼ完了していることが理解される。
また、一般的な傾向として、ｐＨ１と３の場合を比較すると、粒度が小さくなるに従い、抽出率が高くなっており、ｐＨ１の場合を比較すると、水溶液の温度が高いほど、抽出率が高くなることが理解される。

【0040】

図４乃至図９を参照すると、Ｋ，Ｃｒ，Ｐｂ，Ｓｉ，Ａｌ，Ｍｇのいずれにおいても、ｐＨ３以下の場合、３０分経過後では、十分な溶解が見られる。このため、Ｃａに対するこれらの不純物イオンを効果的に除去することが不可欠となる。

【0041】

図１０は一般ごみ焼却施設Ｂから採取されたフライアッシュ（ＦＡ２）、図１１は生コン工場Ａの排水工程から採取された生コンスラッジ（ＣＳ１）、図１２は生コン工場Ｂの排水工程から採取された生コンスラッジ（ＣＳ２）であり、各々のサンプルのＣａ抽出率の時間変化を示すグラフである。
水溶液のｐＨを０．５，１，３，６とし、粒度を１５０μｍ，５００μｍ、水溶液温度を常温（２０℃），４０℃に設定している。

【0042】

図１０のフライアッシュも図３と同様に、ｐＨ３以下、より好ましくはｐＨ１以下でＣａ抽出率が高くなっている。
図１１や図１２の生コンスラッジでは、ｐＨ６以下でもＣａ抽出率が高くなっている。
いずれも３０分経過後は、抽出率の変化は緩やかになっている。また、粒度が小さい方が、また水溶液の温度が高い方が溶出率は高くなる傾向がある。

【産業上の利用可能性】

【0043】

以上説明したように、本発明によれば、カルシウム含有廃棄物を利用し、純度の高い炭酸カルシウムを生成することが可能な炭酸カルシウム生成方法及びシステムを提供することが可能となる。
また、得られた残渣をセメント原料等に利用することが可能である。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】