JP7708618B2 - CEMENT PRODUCTION METHOD, CEMENT PRODUCTION SYSTEM, AND PRODUCTION METHOD FOR HARDENED CEMENT PRODUCT - Google Patents
CEMENT PRODUCTION METHOD, CEMENT PRODUCTION SYSTEM, AND PRODUCTION METHOD FOR HARDENED CEMENT PRODUCTInfo
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Description
本発明はセメント製造方法及びセメント製造システムに関し、特にバイオマス灰をセメント原料等に利用したセメント製造方法及びセメント製造システムに関する。また、本発明は、バイオマス灰を利用したセメント硬化物の製造方法に関する。 The present invention relates to a cement production method and a cement production system, and in particular to a cement production method and a cement production system that utilizes biomass ash as a cement raw material. The present invention also relates to a method for producing hardened cement using biomass ash.
都市ゴミの焼却等により発生する焼却灰は、近年、処分場が逼迫しつつあることを背景に、セメント原料等として資源化することが望まれている。また、再生可能エネルギーの普及に向けた各所事業体における諸般の取り組みにより、バイオマス発電設備の建設や運開が進んでおり、バイオマス発電で発生する焼却灰(バイオマス灰)の発生量も増大している。このため、バイオマス灰についても、都市ゴミ等の焼却灰と同様に、セメント原料等として資源化することが期待されている。 In recent years, with disposal sites becoming increasingly scarce, it is hoped that the incineration ash generated by the incineration of municipal waste will be recycled as a raw material for cement, etc. In addition, due to various initiatives by various business entities to promote the spread of renewable energy, the construction and operation of biomass power generation facilities is progressing, and the amount of incineration ash (biomass ash) generated from biomass power generation is also increasing. For this reason, it is hoped that biomass ash will also be recycled as a raw material for cement, etc., in the same way as incineration ash from municipal waste, etc.
このような課題に関連して、例えば、下記非特許文献1では、バイオマス灰をセメント混和材に適用することが検討されている。 In relation to these issues, for example, the following non-patent document 1 considers the use of biomass ash as a cement admixture.
上記非特許文献1では、バイオマス灰がそのままセメント混和材として使用されている。しかしながら、この方法によれば、得られたセメントを利用したコンクリートやモルタル等のセメント硬化物の強度が大きく低下するという問題がある。 In the above-mentioned Non-Patent Document 1, biomass ash is used as it is as a cement admixture. However, this method has the problem that the strength of the hardened cement products such as concrete and mortar using the obtained cement is significantly reduced.
本発明は、生成されるセメント硬化物の強度低下を抑制しつつ、バイオマス灰を有効に活用できる、セメント製造方法及びセメント製造システムを提供することを目的とする。 The present invention aims to provide a cement production method and cement production system that can effectively utilize biomass ash while suppressing a decrease in the strength of the resulting hardened cement.
本発明に係るセメント製造方法は、
バイオマス灰を、粗粉と細粉に分級する工程(a)と、
前記工程(a)で得られた前記細粉を、セメントキルンに投入されるセメントクリンカ原料、前記セメントキルンから得られたセメントクリンカ、又は前記セメントクリンカに対する粉砕処理後のセメント、の少なくともいずれかに対して投入する工程(b)とを有することを特徴とする。
The method for producing cement according to the present invention comprises the steps of:
A step (a) of classifying biomass ash into coarse powder and fine powder;
and a step (b) of feeding the fine powder obtained in the step (a) to at least one of a cement clinker raw material to be fed into a cement kiln, cement clinker obtained from the cement kiln, or cement after a crushing treatment of the cement clinker.
バイオマス灰は活性が低いが、粒度の小さい細粉ほど活性が高く、アルカリ金属含有量も高い。このため、上記方法のように、バイオマス灰を分級した後に得られる細粉が、セメントクリンカ原料やセメントクリンカ(以下、両者をまとめて「セメント原料」と称することがある。)、又はセメントに対して混合されることで、ポゾラン反応が活性化する。従って、分級前のバイオマス灰(以下、「原灰」という。)をセメント原料やセメントに投入した場合よりも、セメント硬化物の強度が高められる。 Biomass ash has low activity, but the finer the particle size, the more active it is and the higher the alkali metal content. For this reason, as in the above method, the fine powder obtained after classifying biomass ash is mixed with cement clinker raw materials, cement clinker (hereinafter, both may be collectively referred to as "cement raw materials"), or cement, activating the pozzolanic reaction. As a result, the strength of the hardened cement is increased compared to when unclassified biomass ash (hereinafter, referred to as "raw ash") is added to cement raw materials or cement.
上記工程(b)の具体的な方法としては、セメントクリンカの原料の調合のための混合機や粉砕機など原料調合系統設備への投入、セメントキルン(ロータリーキルン)前のプレヒータトップや仮焼炉への投入、セメントキルン窯尻への投入、セメントキルン窯前への投入、焼成して得られたセメントクリンカを冷却するためのクリンカクーラへの投入、セメントクリンカを粉砕するための粉砕装置(ミル)への投入、混合セメント製造用の混合機への投入、コンクリートミキサへの投入等が挙げられる。すなわち、工程(a)で得られたバイオマス灰の細粉は、セメント製造の際の種々の段階に投入が可能であり、セメントクリンカ原料や、セメント混合材、セメント混和材として好適に使用され得る。 Specific methods for the above step (b) include feeding into raw material mixing equipment such as mixers and grinders for mixing the raw materials for cement clinker, feeding into the preheater top or calciner in front of a cement kiln (rotary kiln), feeding into the bottom of a cement kiln, feeding into the front of a cement kiln, feeding into a clinker cooler for cooling the cement clinker obtained by burning, feeding into a grinding device (mill) for grinding cement clinker, feeding into a mixer for producing mixed cement, feeding into a concrete mixer, etc. In other words, the fine powder of biomass ash obtained in step (a) can be fed into various stages during cement production and can be suitably used as a cement clinker raw material, a cement mixture, or a cement admixture.
なお、以下において、本明細書では「混合材又は混和材」と記載することによる冗長を回避する観点から、単に「混合材」と記載した場合には、セメント製造段階にかかわらずセメントクリンカ又はセメントに対して投入される材料を指すものとする。 In the following, in order to avoid redundancy by using the term "mixture or admixture," when the term "mixture" is used, it refers to a material that is added to cement clinker or cement, regardless of the cement production stage.
この工程(a)は、水が添加されておらず水和物の形成反応が進行していない状態のバイオマス灰(好ましくは乾灰)に対して実行されるのが好ましい。例えば、バイオマス灰が湿灰であって、凝集したり水和物が形成されている状態の場合には、分級を行った場合においても、粗粉側にも塩素が多く含まれる可能性がある。 This step (a) is preferably performed on biomass ash (preferably dry ash) to which water has not been added and to which the hydrate formation reaction has not progressed. For example, if the biomass ash is wet ash and has aggregated or formed hydrates, there is a possibility that the coarse powder will contain a large amount of chlorine even after classification.
本明細書において、「乾灰」とは、バイオマス灰のうち乾燥された状態で回収され、分級処理を行うまでに水が添加されておらず、凝集したり水和物が形成されていないものを指す。また、前記の乾灰は、分級処理を行う前に水が添加されても、水が多く添加され分散された状態であり、長期間の保管により水和物が形成されていない場合も含む。また、本明細書において、「湿灰」とは、例えば焼却炉の炉底から排出される焼却残留物である主灰や集塵機等で回収された飛灰を、水冷又は散水されたことで水分を含む状態で回収されたものや、それを乾燥したものを指す。一般的に、湿灰は含水率が15質量%以上である。 In this specification, "dry ash" refers to biomass ash that is collected in a dry state, to which no water has been added before classification, and to which no aggregation or hydrates have been formed. The above-mentioned dry ash also includes cases in which water has been added before classification, but in which a large amount of water has been added and the ash is dispersed, and no hydrates have been formed due to long-term storage. In this specification, "wet ash" refers to, for example, bottom ash, which is the incineration residue discharged from the bottom of an incinerator, or fly ash collected by a dust collector, which has been collected in a state containing moisture due to being cooled with water or sprayed with water, or which has been dried. Generally, wet ash has a moisture content of 15% by mass or more.
前記セメント製造方法は、前記バイオマス灰を水洗する工程(c)を有し、
前記工程(b)は、前記工程(c)によって水洗された後の前記細粉を投入する工程としても構わない。
The method for producing cement includes a step (c) of washing the biomass ash with water,
The step (b) may be a step of adding the fine powder after it has been washed with water in the step (c).
本発明者らの検討によれば、バイオマス灰は、セメントやコンクリートにおいて有害となる成分が含まれていたり、易反応性のカルシウム成分の存在により品質の安定性が悪く、このためにセメント原料等としての資源化に制約を受ける懸念があった。これに対し、上記方法によれば、水洗工程(c)を経たバイオマス灰がセメント原料(セメントクリンカ原料、セメントクリンカ)又はセメントに投入されるため、投入されるバイオマス灰はセメント忌避成分である塩素が効率よく除去されており、セメント硬化物としてのコンクリートの鉄筋腐食が抑制できる。また、環境汚染のおそれのあるセレンやクロム等の重金属類や、易反応性の酸化カルシウムや水酸化カルシウムが除かれて、セメントの品質を均質化できる。水洗工程(c)を経たバイオマス灰をクリンカ原料に用いた場合は、プレヒーターや窯尻、キルンへの低融点物質の付着による閉塞が抑制される。 According to the study by the inventors, biomass ash contains harmful components in cement and concrete, and has poor quality stability due to the presence of easily reactive calcium components, which has led to concerns about restrictions on its use as a resource for cement raw materials, etc. In contrast, according to the above method, biomass ash that has undergone the water washing process (c) is added to cement raw materials (cement clinker raw materials, cement clinker) or cement, so that the added biomass ash has efficiently removed chlorine, which is a cement-repellent component, and can suppress corrosion of reinforcing bars in concrete as a hardened cement product. In addition, heavy metals such as selenium and chromium that may pollute the environment, and easily reactive calcium oxide and calcium hydroxide are removed, making it possible to homogenize the quality of the cement. When biomass ash that has undergone the water washing process (c) is used as a clinker raw material, clogging due to adhesion of low-melting point substances to the preheater, kiln bottom, and kiln is suppressed.
この水洗工程(c)は、バイオマス灰に水を加えてスラリーにする工程(c1)と、このスラリーに対して水洗水を供給して水洗する工程(c2)と、水洗後のスラリーを脱水する工程(c3)とを有するのが好適である。スラリーにした後に水洗し、その後に脱水することで脱水物を得るため、塩素、及び重金属を取り除くことができる。 This washing step (c) preferably includes a step (c1) of adding water to the biomass ash to form a slurry, a step (c2) of supplying washing water to the slurry to wash it, and a step (c3) of dewatering the slurry after washing. The slurry is washed with water after it is made, and then dewatered to obtain a dehydrated product, which allows the removal of chlorine and heavy metals.
前記工程(c)は、前記工程(a)で得られた前記細粉のみを水洗するものとしても構わない。 Step (c) may involve washing only the fine powder obtained in step (a).
本発明者らの検討によれば、バイオマス灰を分級した後に得られる粗粉と細粉を対比すると、バイオマス灰に含まれる塩素分の多くは細粉に含まれることが確認された。このため、上記方法によれば、水洗に利用される水量を抑制しながら、効率的にバイオマス灰に含まれる塩素を除去できる。 According to the inventors' research, when comparing the coarse powder and fine powder obtained after classifying biomass ash, it was confirmed that most of the chlorine contained in the biomass ash is contained in the fine powder. Therefore, according to the above method, it is possible to efficiently remove the chlorine contained in the biomass ash while suppressing the amount of water used for washing.
前記セメント製造方法は、前記工程(c)の実行中又は前記工程(c)の実行後に、前記バイオマス灰を酸化処理する工程(d)を有するものとしても構わない。 The cement production method may include a step (d) of oxidizing the biomass ash during or after the step (c).
上記方法によれば、水洗時のpHが酸性側に調整されるため、塩素をより効率的に取り除くことができる。また、バイオマス灰中に易反応性の酸化カルシウムや水酸化カルシウムが大量に含まれる場合であっても、炭酸カルシウムや硫酸カルシウムの形態に漏れなく置換できるため、セメントの流動性等の品質を均質化させることができる。 According to the above method, the pH during washing is adjusted to the acidic side, so chlorine can be removed more efficiently. In addition, even if the biomass ash contains a large amount of easily reactive calcium oxide or calcium hydroxide, it can be completely replaced with calcium carbonate or calcium sulfate, so the quality of the cement, such as its fluidity, can be homogenized.
工程(d)としては、バイオマス灰の水洗中に酸溶液を添加したり、二酸化炭素(CO2)含有ガスを吹き込むものとしても構わないし、水洗処理後のバイオマス灰に対してCO2含有ガスを吹き込むものとしても構わない。特に、CO2含有ガスとして、セメントキルンの燃焼排ガスや塩素バイパスの抽気ガス、バイオマスの焼却設備やバイオマス発電所の燃焼排ガスを用いることで、これらのガスに含まれるCO2を炭酸カルシウムに変化させてバイオマス灰に固定できるため、CO2排出量の削減効果も期待できる。加えて、前記排ガスに含まれる硫黄酸物(SOx)等の有害ガスについても、硫酸カルシウムに変化させてバイオマス灰に固定化できる。 In step (d), an acid solution may be added during the washing of the biomass ash, or a gas containing carbon dioxide (CO 2 ) may be blown into the biomass ash after the washing process. In particular, by using combustion exhaust gas from a cement kiln, chlorine bypass extraction gas, or combustion exhaust gas from a biomass incineration facility or a biomass power plant as the CO 2 -containing gas, the CO 2 contained in these gases can be converted to calcium carbonate and fixed in the biomass ash, so that a reduction in CO 2 emissions can be expected. In addition, harmful gases such as sulfur acids (SO x ) contained in the exhaust gas can be converted to calcium sulfate and fixed in the biomass ash.
また、特に工程(d)において、工程(c)に係る水洗中にバイオマス灰を炭酸化処理することで、水洗後の廃液に多く含まれるカルシウム分が炭酸カルシウムとして析出できるため、スケールの発生が抑制される。これにより、排水処理のための配管等が閉塞するのを抑制できる。 In addition, particularly in step (d), by subjecting the biomass ash to a carbonation treatment during the water washing in step (c), the calcium content contained in the wastewater after water washing can be precipitated as calcium carbonate, thereby suppressing the generation of scale. This makes it possible to suppress blockage of pipes for wastewater treatment, etc.
前記セメント製造方法は、前記工程(c)の実行中に、前記バイオマス灰に含まれる未燃カーボンを除去する工程(e)を有するものとしても構わない。 The cement production method may also include a step (e) of removing unburned carbon contained in the biomass ash during the execution of the step (c).
バイオマス灰には、多くの未燃カーボンが含まれる可能性がある。このため、カーボンを多く含むバイオマス灰をセメントクリンカ原料として使用する場合には、プレヒータの高温化を招くおそれがあり、混合材として使用する場合はコンクリートの黒ずみや、減水剤がカーボンに吸着することによる流動性の低下を招くおそれがある。 Biomass ash can contain a large amount of unburned carbon. For this reason, when biomass ash that contains a lot of carbon is used as a cement clinker raw material, it may cause the preheater to become too hot, and when used as an admixture, it may cause the concrete to darken or the water-reducing agent to adsorb to the carbon, resulting in a decrease in fluidity.
これに対し、上記方法によれば、水洗中に未燃カーボンが除去できるため、前述したような課題の招来を抑制できる。具体的には、油や界面活性剤等の脱未燃炭素剤を混合して浮遊選鉱を行うことで、含有されている未燃カーボンの量を低下するものとして構わない。 In contrast, the above method can remove unburned carbon during washing, preventing the problems mentioned above. Specifically, the amount of unburned carbon contained can be reduced by mixing a carbon removal agent such as oil or a surfactant and performing flotation.
前記工程(b)は、前記セメントキルンから得られたセメントクリンカ、又は前記セメントクリンカに対する粉砕処理後のセメントの少なくともいずれかに対して投入する工程であるものとしても構わない。 The step (b) may be a step of adding the cement to at least either the cement clinker obtained from the cement kiln or the cement obtained after the cement clinker has been crushed.
この方法によれば、バイオマス灰を分級した後に得られる細粉が混合材として用いられるため、分級前のバイオマス灰を混合材として用いる場合よりもセメント硬化物の強度が高くなる。 According to this method, the fine powder obtained after classifying the biomass ash is used as an admixture, so the strength of the hardened cement product is higher than when unclassified biomass ash is used as an admixture.
前記工程(b)は、前記細粉に加えて、潜在水硬性物質及びポゾランの少なくとも一種を混合する工程としても構わない。 Step (b) may also be a step of mixing at least one of a latent hydraulic substance and a pozzolan in addition to the fine powder.
セメント製造の際にバイオマス灰の分級後の細粉が投入されると、アルカリ金属含有量の高いセメントが生成され得る。このセメントと骨材を混合してコンクリートを生成すると、骨材中のアルカリ反応性鉱物(非晶質シリカ等)とアルカリ金属とが反応して吸水性のアルカリシリカゲルが発生し、コンクリートにひび割れ等を招くおそれがある(アルカリ骨材反応)。 When fine powder from classified biomass ash is added during cement production, cement with a high alkali metal content can be produced. When this cement is mixed with aggregate to produce concrete, alkali-reactive minerals (such as amorphous silica) in the aggregate react with the alkali metals to produce water-absorbent alkali silica gel, which can cause cracks in the concrete (alkali aggregate reaction).
これに対し、上記方法によれば、高炉スラグ等の潜在水硬性物質や、ポゾラン(珪石粉末、石粉等の天然ポゾランや、フライアッシュ、焼成粘土等の人工ポゾランを含む)が細粉と併せて投入されるため、アルカリ骨材反応を抑制できる。 In contrast, the above method uses latent hydraulic substances such as blast furnace slag and pozzolans (including natural pozzolans such as silica powder and stone powder, and artificial pozzolans such as fly ash and calcined clay) added together with fine powder, which can suppress the alkali-aggregate reaction.
ただし、コンクリートの製造の際に混合される骨材として、アルカリ骨材反応が生じにくい骨材を利用することで、潜在水硬性物質やポゾランを混合することなく、アルカリ骨材反応を抑制することは可能である。 However, by using aggregate that is less likely to cause alkali-aggregate reaction as the aggregate mixed in the concrete production process, it is possible to suppress the alkali-aggregate reaction without mixing in latent hydraulic substances or pozzolans.
前記工程(a)は、20μm以上100μm以下を分級点として分級する工程とするのが好適である。これにより、特に塩素や硫黄が細粉側に支配的に分配されるため、効率的である。 The step (a) is preferably a step of classifying the powder with a classification point of 20 μm or more and 100 μm or less. This is efficient because chlorine and sulfur in particular are distributed predominantly to the fine powder side.
本発明に係るセメント製造システムは、
バイオマス灰を粗粉と細粉に分級する分級設備と、
セメントクリンカ原料を焼成してセメントクリンカを生成するセメントキルンと、
前記セメントキルンから得られた前記セメントクリンカを粉砕してセメントを生成する粉砕設備とを備え、
前記分級装置で得られた前記細粉が、前記セメントクリンカ原料、前記セメントキルンから得られた前記セメントクリンカ、又は前記粉砕設備から得られた前記セメントの少なくともいずれかに対して投入されることを特徴とする。
The cement manufacturing system according to the present invention comprises:
A classification facility that separates biomass ash into coarse and fine powders;
a cement kiln for burning cement clinker raw materials to produce cement clinker;
and a grinding facility for grinding the cement clinker obtained from the cement kiln to produce cement,
The fine powder obtained by the classification device is added to at least one of the cement clinker raw material, the cement clinker obtained from the cement kiln, or the cement obtained from the grinding facility.
上記システムによれば、バイオマス灰を分級した後に得られる細粉がセメント原料やセメントに対して投入されるため、原灰をセメント原料やセメントに混合した場合よりも、セメント硬化物の強度を高めることができる。 According to the above system, the fine powder obtained after classifying the biomass ash is added to the cement raw materials or cement, which increases the strength of the hardened cement compared to when raw ash is mixed with the cement raw materials or cement.
また、本発明に係るセメント硬化物の製造方法は、
バイオマス灰を、粗粉と細粉に分級する工程(a)と、
前記工程(a)で得られた前記細粉と、粉砕処理後のセメントと、水とを投入する工程(b)とを有することを特徴とする。
The method for producing a hardened cement product according to the present invention further comprises the steps of:
A step (a) of classifying biomass ash into coarse powder and fine powder;
The method is characterized by comprising a step (b) of adding the fine powder obtained in the step (a), the cement after the pulverization treatment, and water.
この方法によっても、上述したのと同様の理由により、分級前の原灰を投入した場合よりも、強度の高いセメント硬化物を得ることができる。セメント硬化物としては、コンクリートやモルタルが挙げられる。いずれの場合も、細粉、セメント、水に加えて、適切な骨材が適宜投入されるものとしても構わない。なお、これらを投入した後は、例えばコンクリートミキサ内で混合されるものとしても構わない。 For the same reasons as described above, this method also makes it possible to obtain a hardened cement product with higher strength than when raw ash before classification is added. Examples of hardened cement products include concrete and mortar. In either case, appropriate aggregate may be added in addition to the fine powder, cement, and water. After these are added, they may be mixed in a concrete mixer, for example.
本発明によれば、生成されるセメント硬化物の強度低下を抑制しつつ、セメント製造の際にバイオマス灰を有効に活用することが可能となる。 The present invention makes it possible to effectively utilize biomass ash in cement production while suppressing the decrease in strength of the resulting hardened cement product.
[バイオマス灰]
本発明は、セメント製造の際にバイオマス灰を用いる技術に関する。まず、本発明が適用されるバイオマス灰について説明する。
[Biomass ash]
The present invention relates to a technique for using biomass ash in cement production. First, the biomass ash to which the present invention is applied will be described.
本発明が適用されるバイオマス灰としては、広く一般にバイオマスの焼却灰であるものを含み、例えば草木竹の焼却灰や食品残渣の焼却灰を含む。バイオマス灰は、水溶性のアルカリ金属塩化物、アルカリ金属硫酸塩、アルカリ金属炭酸塩を含んでいる。バイオマス灰は、都市ごみ焼却灰や塩素バイパスダストに比べて、アルカリ金属硫酸塩、アルカリ金属炭酸塩の占める割合が多く、アルカリ塩素物濃度は低いという利点を有する。 Biomass ash to which the present invention is applicable broadly and generally includes biomass incineration ash, such as ash from plants and bamboo, and ash from food waste. Biomass ash contains water-soluble alkali metal chlorides, alkali metal sulfates, and alkali metal carbonates. Compared to municipal waste incineration ash and chlorine bypass dust, biomass ash has the advantage of having a higher proportion of alkali metal sulfates and alkali metal carbonates, and a lower concentration of alkali chlorides.
バイオマス灰は焼却灰であるので、石炭灰と同様にポゾラン反応性を有するガラス成分を含んでいる。バイオマス灰のうち、草木竹の焼却灰は、K2Oの含有率が比較的高く、カリウム(K2O)の半分以上はそのガラス相に包埋されて含まれている。従って、バイオマス灰は混合材として用いた場合の活性が高いので、セメント製造時に利用するのが好ましい。 Biomass ash is incineration ash, so it contains glass components with pozzolanic activity like coal ash. Among biomass ash, the incineration ash of grass and bamboo has a relatively high content of K2O , with more than half of the potassium ( K2O ) embedded in the glass phase. Therefore, biomass ash has high activity when used as an admixture, so it is preferable to use it in cement production.
バイオマス灰のK2Oの含有率は、2質量%~10質量%であることが好ましく、3質量%~8質量%であることがより好ましく、3質量%~5質量%であることが更により好ましい。バイオマス灰のK2O含有率が2質量%未満であると、混合材として用いた場合のセメントの強度が低くなる可能性があり、また、そもそもセメントに添加する材料としての必要な量が確保できないおそれがある。一方、バイオマス灰のK2O含有率が10質量%を超えると、セメントクリンカの原料として用いた場合の使用量が制限されたり、混合材として用いた場合のアルカリ骨材反応の発生が増加するおそれがある。 The K 2 O content of the biomass ash is preferably 2% by mass to 10% by mass, more preferably 3% by mass to 8% by mass, and even more preferably 3% by mass to 5% by mass. If the K 2 O content of the biomass ash is less than 2% by mass, the strength of the cement may be reduced when used as an admixture, and there is a risk that the necessary amount of the material to be added to the cement may not be secured in the first place. On the other hand, if the K 2 O content of the biomass ash exceeds 10% by mass, the amount of use when used as a raw material for cement clinker may be limited, or the occurrence of alkali aggregate reaction may increase when used as an admixture.
バイオマス灰に含まれる全アルカリ濃度は、R2O換算(R2O=Na2O+0.658×K2O)で2質量%~11質量%が好ましく、3質量%~6質量%がより好ましい。また、バイオマス灰に含まれる硫黄酸化物(SO3)濃度は、0.5質量%~6質量%が好ましく、1質量%~5質量%がより好ましい。 The total alkali concentration in the biomass ash is preferably 2% by mass to 11% by mass, and more preferably 3% by mass to 6% by mass, calculated as R2O ( R2O = Na2O + 0.658 x K2O ). The sulfur oxide ( SO3 ) concentration in the biomass ash is preferably 0.5% by mass to 6% by mass, and more preferably 1% by mass to 5% by mass.
バイオマス発電所では、バイオマスと石炭との混焼を行う場合もあるが、本発明が適用されるバイオマス灰には、そのような混焼を行う場合に生じる灰も含まれる。ただし、一般に石炭を燃焼した石炭灰はK2O含有率が低くなるので、混焼時の石炭の使用量によりバイオマス灰の活性が異なる。そのため、セメント製造時の混合材として資源化する観点からは、石炭との混焼である場合、燃料中のバイオマスの比率が50質量%以上のものから得られた灰であることが好ましい。 In biomass power plants, biomass and coal may be mixed and burned, and the biomass ash to which the present invention is applied includes ash generated when such mixed combustion is performed. However, since coal ash obtained by burning coal generally has a low K2O content, the activity of the biomass ash varies depending on the amount of coal used during mixed combustion. Therefore, from the viewpoint of recycling as a mixture for cement production, when mixed with coal, it is preferable that the ash is obtained from a fuel with a biomass ratio of 50 mass% or more.
本発明が適用されるバイオマス灰としては、草木竹の焼却灰のなかでもパーム椰子殻を燃料として得られたパーム椰子殻灰(PKS灰)も好適に例示される。パーム椰子殻はパーム油生産の副産物であり、天然バイオマス・エネルギー産業で主に使用されている。パーム椰子殻は、灰分の少ない黄褐色の繊維状物質で、その粒径は5mm~40mm程度であり、発熱量は4000Kcal/kg程度であるため、再生可能資源を用いたエネルギー生産において、パーム椰子殻は、近年、バイオマス発電の燃料としての利用が増えている。 As biomass ash to which the present invention can be applied, palm kernel shell ash (PKS ash) obtained by using palm kernel shells as fuel, among the incineration ash of plants and bamboo, is a suitable example. Palm kernel shells are a by-product of palm oil production and are mainly used in the natural biomass energy industry. Palm kernel shells are a yellowish-brown fibrous material with low ash content, with particle sizes of about 5 mm to 40 mm and a calorific value of about 4000 Kcal/kg. Therefore, in energy production using renewable resources, palm kernel shells have been increasingly used as fuel for biomass power generation in recent years.
一般に、バイオマス発電の燃焼炉には、ストーカ式や流動床式があるが、流動床式である循環流動床式や加圧式流動床式の燃焼炉では炉内で脱硫を行うために石灰石が投入される。そこで、そのような燃焼炉からのバイオマス灰には、カルシウム成分や硫黄成分が多く含まれており、例えばCaO含有率は、一般に5質量%~45質量%となっている。また、投入した石灰石由来のCa化合物の形態として、CaO(生石灰)、Ca(OH)2(消石灰)、CaCO3(石灰石)、CaSO4(石膏)等の形態が含まれる。 Generally, combustion furnaces for biomass power generation are of the stoker type and the fluidized bed type, but in the case of the circulating fluidized bed type and the pressurized fluidized bed type, which are fluidized bed types, limestone is added to perform desulfurization in the furnace. Therefore, the biomass ash from such combustion furnaces contains a large amount of calcium and sulfur components, and for example, the CaO content is generally 5% to 45% by mass. In addition, the form of Ca compounds derived from the added limestone includes CaO (quicklime), Ca(OH) 2 (slaked lime), CaCO 3 (limestone), CaSO 4 (gypsum), etc.
本発明が適用されるバイオマス灰のCaO含有率は、混合材として資源化した場合のセメントの強度の観点から、10質量%~40質量%であることが好ましく、15質量%~30質量%であることがより好ましい。 The CaO content of the biomass ash to which the present invention is applied is preferably 10% by mass to 40% by mass, and more preferably 15% by mass to 30% by mass, from the viewpoint of the strength of the cement when it is recycled as a mixed material.
本発明が適用されるバイオマス灰の灰種別としては、バイオマス発電の燃焼炉等で炉底に燃え残る主灰であっても構わないし、燃焼排ガスに含まれて気体として浮遊する煤塵を集塵機により収集して得られる飛灰であっても構わない。このうち飛灰は、アルカリ金属や塩素濃度がより高い上に、水洗により塩素が分離しやすく、効率的なため好ましい。 The type of biomass ash to which the present invention is applicable may be bottom ash remaining at the bottom of a combustion furnace for biomass power generation, or fly ash obtained by collecting soot dust suspended as a gas contained in combustion exhaust gas using a dust collector. Of these, fly ash is preferred because it has higher concentrations of alkali metals and chlorine, and chlorine can be easily separated by washing with water, making it more efficient.
また、バイオマス灰は、乾灰であることが好ましい。一度水を噴霧されたバイオマス灰は、粒状になったり、生成した水和物に塩素が取り込まれて、分級や水洗により塩素が分離しにくい場合がある。乾灰としては、例えば、粉末X線回折法により水和物であるフリーデル氏塩、またはエトリンガイトが検出されないことが好ましい。または、含水率が10質量%以下であることが好ましく、5%質量以下であることがより好ましい。または、強熱減量が10%以下であることが好ましい。含水率は、105℃で乾燥した際の質量減少率として求めることができる。また、強熱減量は、105℃で乾燥された対象物を975℃で加熱した際の質量減少率として求めることができる。 Also, the biomass ash is preferably dry ash. Once water has been sprayed on the biomass ash, it may become granular, or chlorine may be incorporated into the hydrates that are produced, making it difficult to separate the chlorine by classification or washing with water. For example, it is preferable that the dry ash does not contain Friedel's salt or ettringite, which are hydrates, detected by powder X-ray diffraction. Alternatively, the moisture content is preferably 10% by mass or less, and more preferably 5% by mass or less. Alternatively, the loss on ignition is preferably 10% or less. The moisture content can be determined as the mass loss rate when dried at 105°C. Also, the loss on ignition can be determined as the mass loss rate when an object dried at 105°C is heated at 975°C.
また、強熱減量から炭酸カルシウムによる脱炭酸量を差し引いて、バイオマス灰中の水和物の構造水量を水和物生成量として求めてもよい。当該水和物生成量は、5%以下が好ましく、3%以下であることがより好ましい。 The amount of structural water in the hydrates in the biomass ash may also be calculated as the amount of hydrates produced by subtracting the amount of decarbonation by calcium carbonate from the loss on ignition. The amount of hydrates produced is preferably 5% or less, and more preferably 3% or less.
バイオマス灰の粒度は、例えば、セメントの強度がより高くなる、メジアン径(D50)が200μm以下であることが好ましく、150μm以下であることがより好ましく、90μm以下であることが更に好ましい。粒度は、レーザー回折・散乱式の粒度分布測定装置が使用でき、例えば、マイクロトラック・ベル社製 MW3300EXII にてエタノールを分散媒とし、1分間の超音波分散後に測定すること等により測定することができる。なお、D50値とは、体積基準の粒度分布において累積50%での粒径を意味する。 The particle size of the biomass ash is preferably 200 μm or less in median diameter (D 50 ), more preferably 150 μm or less, and even more preferably 90 μm or less, which increases the strength of the cement. The particle size can be measured using a laser diffraction/scattering particle size distribution measuring device, for example, a MW3300EXII manufactured by Microtrac-Bell, using ethanol as a dispersion medium, and measuring after ultrasonic dispersion for 1 minute. The D 50 value means the particle size at 50% cumulative in the volume-based particle size distribution.
[第一実施形態]
セメント製造方法及びセメント製造システムの第一実施形態について説明する。図1は、本実施形態におけるセメント製造方法の処理フローを模式的に示す図面である。図2は、本実施形態におけるセメント製造システムの構造を模式的に示すブロック図である。
[First embodiment]
A first embodiment of a cement production method and a cement production system will be described. Fig. 1 is a diagram showing a process flow of the cement production method in this embodiment. Fig. 2 is a block diagram showing a structure of the cement production system in this embodiment.
図2に示すセメント製造システム1は、セメントクリンカ原料Y1が貯槽された原料槽3と、バイオマス灰B1が貯槽された粉体貯槽5と、クリンカ製造設備10と、分級設備20と、粉砕設備30とを備える。クリンカ製造設備10は、セメントクリンカ原料Y1を焼成してセメントクリンカCn1を生成する設備であり、焼成用のセメントキルン12と、セメントキルン12に投入する前にセメントクリンカ原料Y1を事前に加熱するプレヒータ11と、焼成後のセメントクリンカCn1を冷却するクリンカクーラ13とを備える。 The cement production system 1 shown in FIG. 2 includes a raw material tank 3 in which cement clinker raw material Y1 is stored, a powder storage tank 5 in which biomass ash B1 is stored, a clinker production facility 10, a classification facility 20, and a crushing facility 30. The clinker production facility 10 is a facility that burns the cement clinker raw material Y1 to produce cement clinker Cn1, and includes a cement kiln 12 for burning, a preheater 11 that heats the cement clinker raw material Y1 in advance before it is charged into the cement kiln 12, and a clinker cooler 13 that cools the burned cement clinker Cn1.
図1に示すように、本実施形態のセメント製造方法は、バイオマス灰B1を分級する工程S10と、分級された後のバイオマス灰B1をセメント原料等に投入又は添加する工程S20とを有する。なお、以下では、投入又は添加工程を「投入」工程と総称する。 As shown in FIG. 1, the cement production method of this embodiment includes a step S10 of classifying biomass ash B1, and a step S20 of feeding or adding the classified biomass ash B1 to a cement raw material or the like. In the following, the feeding or adding steps are collectively referred to as the "feeding" step.
(分級工程S10)
粉体貯槽5に貯槽されたバイオマス灰B1は、分級設備20によって、所定の分級点を基準として粒度の粗い粗粉B1Cと、粒度の細かい細粉B1Fとに分級される。分級工程S10において定められる分級点は、好ましくは20μm以上100μm以下であり、より好ましくは30μm以上90μm以下であり、特に好ましくは38μm以上75μm以下である。
(Classification step S10)
The biomass ash B1 stored in the powder storage tank 5 is classified into a coarse powder B1C having a coarse particle size and a fine powder B1F having a fine particle size based on a predetermined classification point by the classification equipment 20. The classification point determined in the classification step S10 is preferably 20 μm or more and 100 μm or less, more preferably 30 μm or more and 90 μm or less, and particularly preferably 38 μm or more and 75 μm or less.
分級設備20としては、バイオマス灰B1を上述したようなμmオーダの分級点で分級できる装置であれば特に限定されず、例えば、ふるい、慣性分級装置、遠心分級装置、重力式分級装置等が好適に使用でき、特に分級精度の観点から、サイクロン型エアセパレータやふるい分け装置等の使用が好ましい。水洗を行う場合は、湿式で行うと効率的である。 The classification equipment 20 is not particularly limited as long as it is a device that can classify the biomass ash B1 at the classification points on the order of μm as described above. For example, a sieve, an inertial classifier, a centrifugal classifier, a gravity classifier, etc. can be suitably used, and from the viewpoint of classification accuracy, it is particularly preferable to use a cyclone-type air separator or a sieving device. If washing with water is performed, it is more efficient to do it in a wet manner.
流動床式である焼却炉には、流動媒体としての石英を主成分とした砂と脱硫用の石灰石が投入される。そこで、そのような焼却炉からのバイオマス灰の飛灰には、比較的粗粒な溶融固化や凝集したガラスや砂由来物と、比較的細粒な揮発したアルカリ金属塩や前述の石灰石由来物とが含まれる。そこで、バイオマス灰を粒度分布を頻度で表した場合の、細粒側の山と粗粒側の山の間を分級点とすると、塩素分、硫黄分、カルシウム分を効率よく分離することができる。 Fluidized bed incinerators are fed with sand, mainly composed of quartz, as a fluidizing medium, and limestone for desulfurization. The biomass ash fly ash from such incinerators contains relatively coarse molten solidified or agglomerated glass and sand-derived materials, as well as relatively fine volatilized alkali metal salts and the aforementioned limestone-derived materials. If the particle size distribution of biomass ash is expressed as a frequency, and the classification point is set between the peaks on the fine and coarse sides, the chlorine, sulfur, and calcium components can be efficiently separated.
図3は、後述する実施例1のバイオマス発電施設P1から焼却飛灰の粒度分布を示すグラフである。図3のグラフによれば、細粒側と粗粒側にそれぞれ山が現れていることが確認される。細粒側は、石灰類、アルカリ金属塩に由来するものであり、粗粒側は、石英やガラスに由来するものであると考えられる。よって、これらの山の間の領域(谷の領域)の粒度を分級点として分級することで、塩素分、硫黄分、カルシウム分を効率よく分離できることが分かる。 Figure 3 is a graph showing the particle size distribution of incineration fly ash from biomass power generation facility P1 in Example 1 described below. The graph in Figure 3 confirms that peaks appear on both the fine and coarse particle sides. The fine particle side is thought to be derived from limestone and alkali metal salts, while the coarse particle side is thought to be derived from quartz and glass. Therefore, it can be seen that chlorine, sulfur, and calcium can be efficiently separated by classifying the particle size of the area between these peaks (valley area) as the classification point.
分級設備20には、バイオマス灰B1の貯槽が付設されていてもよい。さらに、かかる貯槽からバイオマス灰B1を定量的に分級設備20に供給するための供給装置が付設されていてもよい。これらの貯槽や供給装置は、受入れたバイオマス灰B1の状態に応じて適宜に使用するようにしてもよい。 The classification equipment 20 may be provided with a storage tank for the biomass ash B1. In addition, a supply device may be provided for supplying a quantitative amount of the biomass ash B1 from the storage tank to the classification equipment 20. These storage tanks and supply devices may be used appropriately depending on the condition of the received biomass ash B1.
分級工程S10における分級の目安としては、細粉B1Fの活性度指数、細粉B1Fの収率、細粉B1Fや粗粉B1Cの塩素濃度、硫黄酸化物濃度、酸化カルシウム濃度等が挙げられる。 Indicators for classification in the classification step S10 include the activity index of the fine powder B1F, the yield of the fine powder B1F, the chlorine concentration, sulfur oxide concentration, and calcium oxide concentration of the fine powder B1F and coarse powder B1C, etc.
分級工程S10で得られる細粉B1Fの活性度指数は、バイオマス灰(原灰)B1より高い値となり、典型的には7日で70%以上、28日で65%以上となり、より典型的には7日で75%以上、28日で70%以上となる。 The activity index of the fine powder B1F obtained in the classification step S10 is higher than that of the biomass ash (raw ash) B1, typically 70% or more in 7 days and 65% or more in 28 days, and more typically 75% or more in 7 days and 70% or more in 28 days.
バイオマス灰B1(B1C,B1F等)に含まれる活性度指数については、周知の方法で測定することができ、例えば、JISA 6201:2015「コンクリート用フライアッシュ」に準拠した方法が好ましく例示される。 The activity index contained in biomass ash B1 (B1C, B1F, etc.) can be measured by a known method, and a preferred example is a method that complies with JIS A 6201:2015 "Fly ash for concrete."
細粉B1Fの収率は、10%~80%であることが好ましく、20%~70%であることがより好ましく、30%~60%であることが更に好ましい。細粉B1Fの収率は、分級工程S10の実行前のバイオマス灰B1の全質量に対する、得られた細粉B1Fの全質量の割合として構わない。 The yield of fine powder B1F is preferably 10% to 80%, more preferably 20% to 70%, and even more preferably 30% to 60%. The yield of fine powder B1F may be the ratio of the total mass of the obtained fine powder B1F to the total mass of the biomass ash B1 before the classification process S10 is performed.
粗粉B1Cに対する細粉B1Fの塩素濃度比は、4以上であることが好ましく、8以上であることがより好ましく、12以上であることが更に好ましい。細粉B1Fの塩素濃度は、例えば典型的には0.2質量%~2質量%となり、より典型的には0.3質量%~1.5質量%となる。一方、粗粉B1Cの塩素濃度は、典型的には0.01質量%~0.2質量%にまで低減され、より典型的には0.02質量%~0.1質量%にまで低減される。 The chlorine concentration ratio of the fine powder B1F to the coarse powder B1C is preferably 4 or more, more preferably 8 or more, and even more preferably 12 or more. The chlorine concentration of the fine powder B1F is, for example, typically 0.2% by mass to 2% by mass, and more typically 0.3% by mass to 1.5% by mass. On the other hand, the chlorine concentration of the coarse powder B1C is typically reduced to 0.01% by mass to 0.2% by mass, and more typically 0.02% by mass to 0.1% by mass.
バイオマス灰B1(B1C,B1F等)に含まれる塩素濃度については、周知の方法で測定でき、例えば、酸分解処理した後、電位差滴定法により測定する方法等が好ましく例示される。 The chlorine concentration in biomass ash B1 (B1C, B1F, etc.) can be measured by known methods, such as a method in which the chlorine concentration is measured by potentiometric titration after acid decomposition treatment.
粗粉B1Cに対する細粉B1Fの全アルカリ濃度比は、R2O換算(R2O=Na2O+0.658×K2O)で1.05以上であることが好ましく、1.1以上であることがより好ましく、1.2以上であることが更に好ましい。細粉B1Fの全アルカリ濃度は、例えば典型的には2質量%~10質量%となり、より典型的には3質量%~8質量%となる。一方、粗粉B1Cの全アルカリ濃度は、典型的には0.5質量%~6質量%にまで低減され、より典型的には2質量%~5質量%にまで低減される。 The ratio of the total alkali concentration of the fine powder B1F to that of the coarse powder B1C is preferably 1.05 or more, more preferably 1.1 or more, and even more preferably 1.2 or more, calculated as R 2 O (R 2 O = Na 2 O + 0.658 x K 2 O). The total alkali concentration of the fine powder B1F is typically 2% by mass to 10% by mass, and more typically 3% by mass to 8% by mass. On the other hand, the total alkali concentration of the coarse powder B1C is typically reduced to 0.5% by mass to 6% by mass, and more typically reduced to 2% by mass to 5% by mass.
バイオマス灰B1(B1C,B1F等)に含まれる全アルカリ濃度については、周知の方法で測定することができ、例えば、JISR 5204「セメントの蛍光X線分析方法」に準拠した方法等が好ましく例示される。 The total alkali concentration contained in biomass ash B1 (B1C, B1F, etc.) can be measured by known methods, such as a method conforming to JIS R 5204 "Method for X-ray fluorescence analysis of cement."
粗粉B1Cに対する細粉B1Fの硫黄酸化物濃度比は、5以上であることが好ましく、10以上であることがより好ましく、20以上であることが更に好ましい。細粉B1Fの硫黄酸化物濃度は、例えば典型的には1質量%~6質量%となり、より典型的には2質量%~5質量%となる。一方、粗粉B1Cの硫黄酸化物濃度は、典型的には0.01質量%~2質量%にまで低減され、より典型的には0.05質量%~1質量%にまで低減される。 The sulfur oxide concentration ratio of the fine powder B1F to the coarse powder B1C is preferably 5 or more, more preferably 10 or more, and even more preferably 20 or more. The sulfur oxide concentration of the fine powder B1F is, for example, typically 1% to 6% by mass, and more typically 2% to 5% by mass. On the other hand, the sulfur oxide concentration of the coarse powder B1C is typically reduced to 0.01% to 2% by mass, and more typically 0.05% to 1% by mass.
バイオマス灰B1(B1C,B1F等)に含まれる硫黄酸化物濃度については、周知の方法で測定することができ、例えば、蛍光X線装置による検量線法等が好ましく例示される。 The concentration of sulfur oxides contained in biomass ash B1 (B1C, B1F, etc.) can be measured by known methods, such as a calibration curve method using an X-ray fluorescence device.
粗粉B1Cに対する細粉B1Fの酸化カルシウム濃度比は、1.5以上であることが好ましく、2以上であることがより好ましく、3以上であることが更に好ましい。細粉B1Fの酸化カルシウム濃度は、例えば典型的には8質量%~40質量%となり、より典型的には15質量%~35質量%となる。一方、粗粉B1Cの酸化カルシウム濃度は、典型的には3質量%~15質量%にまで低減され、より典型的には5質量%~10質量%にまで低減される。 The calcium oxide concentration ratio of the fine powder B1F to the coarse powder B1C is preferably 1.5 or more, more preferably 2 or more, and even more preferably 3 or more. The calcium oxide concentration of the fine powder B1F is, for example, typically 8% by mass to 40% by mass, and more typically 15% by mass to 35% by mass. On the other hand, the calcium oxide concentration of the coarse powder B1C is typically reduced to 3% by mass to 15% by mass, and more typically reduced to 5% by mass to 10% by mass.
バイオマス灰B1(B1C,B1F等)に含まれる酸化カルシウム濃度については、周知の方法で測定することができ、例えば、蛍光X線装置による検量線法等が好ましく例示される。 The calcium oxide concentration contained in biomass ash B1 (B1C, B1F, etc.) can be measured by known methods, such as the calibration curve method using an X-ray fluorescence device.
この分級工程S10が、工程(a)に対応する。 This classification process S10 corresponds to process (a).
(投入工程S20)
分級工程S10で得られた細粉B1Fは、セメントクリンカの原料としてや、セメントクリンカ又はセメントに混合材として投入(添加)される。図2の例では、細粉B1Fが、クリンカ製造設備10から得られるセメントクリンカCn1、及び必要に応じて石膏と共に粉砕設備30において混合して粉砕処理が行われることで、混合セメントが生成される場合が一例として図示されている。その際、必要に応じて散水や粉砕助剤が添加される。
(Feeding process S20)
The fine powder B1F obtained in the classification step S10 is input (added) as a raw material for cement clinker or as an admixture to cement clinker or cement. In the example of Fig. 2, the fine powder B1F is mixed with the cement clinker Cn1 obtained from the clinker production facility 10 and, if necessary, gypsum in the grinding facility 30, and is subjected to a grinding process to produce a mixed cement. At that time, water is sprayed or a grinding aid is added as necessary.
細粉B1Fは、粗粉B1Cと比べて粒度が細かいため高い反応性を示す。このため、分級工程S10後に得られた細粉B1Fを回収し、セメント混合材に用いるのが好適である。これにより、ポゾラン反応が活性化して、セメント硬化物の強度が高められる。 The fine powder B1F has a finer particle size than the coarse powder B1C and therefore exhibits high reactivity. For this reason, it is preferable to recover the fine powder B1F obtained after the classification step S10 and use it in a cement mixture. This activates the pozzolanic reaction and increases the strength of the hardened cement.
粉砕設備30としては、チューブミル等の仕上げ工程で利用される一般的なミルが利用できる。ミルは仕上げ粉砕機とも呼ばれ、円筒状のドラムの中で鋼鉄のボールと、セメントクリンカCn1、及び必要に応じて付加される石膏がドラムの回転によって互いに衝突しながら粉砕される。石膏を使用する場合、その石膏は、特に限定されるものではなく、例えば、天然二水石膏、排煙脱硫石膏、リン酸石膏、チタン石膏、フッ酸石膏等が例示できる。これらは単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。 As the pulverizing equipment 30, a general mill used in the finishing process such as a tube mill can be used. The mill is also called a finishing pulverizer, and in a cylindrical drum, steel balls, cement clinker Cn1, and gypsum, which is added as necessary, are pulverized while colliding with each other as the drum rotates. When gypsum is used, the gypsum is not particularly limited, and examples include natural gypsum dihydrate, flue gas desulfurization gypsum, phosphate gypsum, titanic gypsum, and hydrofluoric gypsum. These may be used alone or in combination of two or more types.
細粉B1Fは、セメント原料の一部と置換するものであり、セメント原料の質量に対して0.5質量%~30質量%添加することが好ましい。また、石膏は、SO3換算で好ましくは1.5質量%~5.0質量%添加することが、セメントの強度発現性および流動性を向上する上で好ましい。 The fine powder B1F is used to replace a part of the cement raw material, and is preferably added in an amount of 0.5% to 30% by mass relative to the mass of the cement raw material. In addition, it is preferable to add gypsum in an amount of 1.5% to 5.0% by mass, calculated as SO3 , in order to improve the strength development and fluidity of the cement.
別の方法として、分級工程S10で得られた細粉B1Fをクリンカクーラ13に直接投入しても構わない。投入方法としては、クリンカクーラ13内の所望の温度の位置に、クリンカクーラ13の上部から落下させる方法が挙げられる。投入量は、セメントの質量に対して0.5質量%~20質量%程度となるように設定されるのが好ましい。なお、クリンカクーラ13として、エアクエンチングクーラーを使用すれば、クリンカクーラ13内の所定の位置に細粉B1Fを投入できるので、好適である。 As an alternative method, the fine powder B1F obtained in the classification step S10 may be directly fed into the clinker cooler 13. One method of feeding is to drop it from the top of the clinker cooler 13 at a position within the clinker cooler 13 at the desired temperature. The amount fed is preferably set to about 0.5% to 20% by mass relative to the mass of cement. Note that it is preferable to use an air quenching cooler as the clinker cooler 13, since this allows the fine powder B1F to be fed into a predetermined position within the clinker cooler 13.
細粉B1Fをクリンカクーラ13に投入する場合、セメントクリンカCn1の製造とは直接関係のない熱エネルギーを利用して水分を蒸発除去することができ好都合である。また、クリンカクーラ13内に粉塵が大量に発生することを防ぐ意味から、細粉B1Fは含水率を好ましくは50質量%以下とし、塊状か粒状のまま投入することが好ましい。 When the fine powder B1F is fed into the clinker cooler 13, it is convenient to evaporate and remove the moisture using thermal energy that is not directly related to the production of cement clinker Cn1. Also, in order to prevent a large amount of dust from being generated inside the clinker cooler 13, it is preferable that the fine powder B1F has a moisture content of 50% by mass or less and is fed in the form of lumps or granules.
なお、図2には図示していないが、この回収された細粉B1Fは、セメントクリンカCn1が粉砕設備30において粉砕された後に得られるセメントに対して混合されても構わない。この混合のタイミングは、粉砕設備30の後段においてセメントが貯槽されるセメントサイロまでの経路上であっても構わないし、セメントサイロ内であっても構わないし、更には、セメントを利用する際のコンクリート練り混ぜ工程時であっても構わない。細粉B1Fが高い反応性を示すことから、細粉B1Fの混合のタイミングに関わらず、セメント硬化物の強度を高める効果が得られる。ただし、より厳密にいえば、細粉B1Fは、セメントクリンカCn1が粉砕設備30において粉砕された後に得られるセメントに対して混合する場合よりも、セメントクリンカCn1又は粉砕設備30に投入する場合の方が、より粒度が細かく反応性が高くなるので好ましい。 Although not shown in FIG. 2, the recovered fine powder B1F may be mixed with the cement obtained after the cement clinker Cn1 is crushed in the crushing equipment 30. The timing of this mixing may be on the route to the cement silo in which the cement is stored downstream of the crushing equipment 30, or may be in the cement silo, or may even be during the concrete mixing process when the cement is used. Since the fine powder B1F exhibits high reactivity, the effect of increasing the strength of the hardened cement product can be obtained regardless of the timing of mixing the fine powder B1F. However, more strictly speaking, it is preferable that the fine powder B1F is added to the cement clinker Cn1 or the crushing equipment 30, since the fine powder B1F has a finer particle size and is more reactive than when it is mixed with the cement obtained after the cement clinker Cn1 is crushed in the crushing equipment 30.
一方、分級工程S10後に得られた粗粉B1Cは、細粉B1Fと比べて反応性が低く、アルカリ金属濃度、カルシウム濃度、塩素濃度、硫黄濃度についても細粉B1Fより低減される。このため、図2に示すように、セメントクリンカ原料Y1と共にクリンカ製造設備10で利用することができる。例えばクリンカ製造設備10における、セメントクリンカ原料Y1の調合のための混合機への投入、プレヒータ11や仮焼炉への投入、セメントキルン12の窯尻や窯前への投入等が可能であり、様々なセメント製造段階に投入可能なセメントクリンカCn1の原料として好適に使用され得る。 On the other hand, the coarse powder B1C obtained after the classification step S10 has a lower reactivity than the fine powder B1F, and has a lower alkali metal concentration, calcium concentration, chlorine concentration, and sulfur concentration than the fine powder B1F. For this reason, as shown in FIG. 2, it can be used in the clinker production facility 10 together with the cement clinker raw material Y1. For example, it can be fed into a mixer for mixing the cement clinker raw material Y1 in the clinker production facility 10, fed into a preheater 11 or a calciner, fed into the kiln end or kiln front of the cement kiln 12, and can be suitably used as a raw material for cement clinker Cn1 that can be fed into various stages of cement production.
また、上述したように、分級工程S10によって粗粉B1Cは塩素濃度が大きく低減される。更に硫黄分も大きく低減されるため、プレヒータや窯尻、キルンへの低融点物質の付着による閉塞が抑制される。別途、粉砕をして反応性を高めたうえで、細粉B1Fと同様にセメント混合材として利用しても構わない。 As mentioned above, the chlorine concentration of the coarse powder B1C is greatly reduced by the classification process S10. Furthermore, the sulfur content is greatly reduced, which suppresses blockages caused by adhesion of low-melting-point substances to the preheater, kiln bottom, and kiln. After separately crushing to increase reactivity, it can be used as a cement admixture in the same way as the fine powder B1F.
この投入工程S20が、工程(b)に対応する。 This input step S20 corresponds to step (b).
[第二実施形態]
セメント製造方法及びセメント製造システムの第二実施形態について、第一実施形態と異なる箇所を中心に説明する。図4は、本実施形態におけるセメント製造方法の処理フローを模式的に示す図面である。図5は、後述する水洗工程S30の詳細な処理フローの一例を模式的に示す図面である。図6は、本実施形態におけるセメント製造システムの構造を模式的に示すブロック図である。
[Second embodiment]
A second embodiment of a cement production method and a cement production system will be described, focusing on differences from the first embodiment. Fig. 4 is a diagram showing a process flow of the cement production method in this embodiment. Fig. 5 is a diagram showing an example of a detailed process flow of a water washing step S30 described later. Fig. 6 is a block diagram showing a structure of a cement production system in this embodiment.
図6に示す本実施形態のセメント製造システム1は、第一実施形態と比較して、水洗設備40を備える点が異なる。水洗設備40は、バイオマス灰B1を水洗する設備であり、バイオマス灰B1に含まれる塩素等のセメント忌避成分の濃度を低下する目的で設けられている。水洗設備40の詳細な構造の一例については、図7を参照して後述される。 The cement production system 1 of this embodiment shown in FIG. 6 differs from the first embodiment in that it includes a water washing facility 40. The water washing facility 40 is a facility for washing the biomass ash B1 with water, and is provided for the purpose of reducing the concentration of cement-repellent components, such as chlorine, contained in the biomass ash B1. An example of the detailed structure of the water washing facility 40 will be described later with reference to FIG. 7.
(水洗工程S30)
バイオマス灰B1は、水洗設備40によって水洗処理が行われる。より詳細には、図5に示すように、バイオマス灰B1をスラリー化する工程S31と、スラリーを水洗する工程S32と、脱水する工程S33とが実行される。
(Water washing step S30)
The biomass ash B1 is subjected to a water washing process by the water washing equipment 40. More specifically, as shown in Fig. 5, a step S31 of forming a slurry from the biomass ash B1, a step S32 of washing the slurry with water, and a step S33 of dehydrating the slurry are performed.
一例として、図7に示す水洗設備40には、収容されたバイオマス灰B1に水W1を加えてスラリーLr1にして水洗するための粉体溶解槽43と、水洗後に粉体溶解槽43から排出されたスラリーLr2を脱水するための固液分離装置46と、固液分離装置46で分離された脱水物Ck1を搬送するための搬送装置47を備えている。 As an example, the water washing equipment 40 shown in FIG. 7 includes a powder dissolution tank 43 for adding water W1 to the stored biomass ash B1 to form slurry Lr1 for water washing, a solid-liquid separation device 46 for dewatering the slurry Lr2 discharged from the powder dissolution tank 43 after water washing, and a transport device 47 for transporting the dehydrated material Ck1 separated by the solid-liquid separation device 46.
更に、図7に示す水洗設備40の例では、粉体溶解槽43には、バイオマス灰B1を供給するための粉体供給装置41と、水W1を供給するための液体供給装置42が付設されている。また、バイオマス灰B1と水W1の混合、及び、その混合によって生成されたスラリーLr1の攪拌のために、攪拌翼を備えたスラリー攪拌装置44が付設されている。 In the example of the water washing equipment 40 shown in FIG. 7, the powder dissolution tank 43 is provided with a powder supplying device 41 for supplying biomass ash B1 and a liquid supplying device 42 for supplying water W1. In addition, a slurry mixing device 44 equipped with a mixing blade is provided for mixing the biomass ash B1 and the water W1 and for mixing the slurry Lr1 produced by the mixing.
粉体溶解槽43では、バイオマス灰B1と水W1を混合撹拌してスラリーLr1を生成するスラリー化工程S31、及びそのスラリーLr1中で塩素等のセメント忌避成分を液相に溶出させる水洗工程S32が行われる。そのためのスラリー攪拌装置44としては、例えば、パドル型やスクリュー型の一般的な撹拌装置を使用することができる。 In the powder dissolution tank 43, a slurrying process S31 is carried out in which the biomass ash B1 and water W1 are mixed and stirred to produce a slurry Lr1, and a water washing process S32 is carried out in which cement-repellent components such as chlorine are dissolved in the slurry Lr1 into the liquid phase. As the slurry stirring device 44 used for this purpose, for example, a general stirring device such as a paddle type or a screw type can be used.
スラリー化工程S31における、バイオマス灰B1と水W1との質量比(W1/B1)は、2~10が好ましく、3~7がより好ましく、4~5が特に好ましい。質量比(W1/B1)が2よりも小さいと、バイオマス灰B1からの塩素等の水溶性成分の溶出が不十分となる等、改質効果が不十分となる場合がある。また、質量比(W1/B1)が10よりも大きいと、排水W3の量が多くなってしまう。 In the slurrying step S31, the mass ratio (W1/B1) of biomass ash B1 to water W1 is preferably 2 to 10, more preferably 3 to 7, and particularly preferably 4 to 5. If the mass ratio (W1/B1) is less than 2, the modification effect may be insufficient, such as insufficient elution of water-soluble components such as chlorine from the biomass ash B1. Furthermore, if the mass ratio (W1/B1) is greater than 10, the amount of wastewater W3 will be large.
水洗工程S32は、スラリーLr1を所定時間静置又は攪拌することによりなされる。これにより、バイオマス灰B1の溶解性成分がスラリーの液相に溶出した状態のスラリーLr2が得られる。 The water washing step S32 is performed by leaving the slurry Lr1 to stand or stirring it for a predetermined period of time. This results in a slurry Lr2 in which the soluble components of the biomass ash B1 have dissolved into the liquid phase of the slurry.
水洗工程S32の所要時間は、バイオマス灰B1を水W1で十分に改質するため、30分間以上とすることが好ましく、45分間以上がより好ましい。また、温度条件は、高い程、バイオマス灰B1からの塩素等の水溶性成分の溶出効率がよくなるが、処理に係るコストの観点からは、5℃~50℃とすることが好ましく、25℃~50℃がより好ましい。 The time required for the water washing step S32 is preferably 30 minutes or more, more preferably 45 minutes or more, in order to sufficiently modify the biomass ash B1 with the water W1. In addition, the higher the temperature condition, the more efficient the elution of water-soluble components such as chlorine from the biomass ash B1 becomes, but from the viewpoint of the cost of treatment, a temperature of 5°C to 50°C is preferable, more preferably 25°C to 50°C.
水洗工程S32の後、塩素等のセメント忌避成分がスラリー中で液相に溶出された状態となったスラリーLr2は、粉体溶解槽43から排出され、固液分離装置46に移送される。スラリーLr2の移送には、スラリー用渦巻きポンプ、ピストンポンプ、モーノポンプ等の通常のスラリー液用輸送装置(不図示)を用いればよい。 After the water washing step S32, the slurry Lr2 in which the cement-repellent components such as chlorine have been dissolved into the liquid phase in the slurry is discharged from the powder dissolution tank 43 and transferred to the solid-liquid separation device 46. A normal slurry liquid transport device (not shown), such as a slurry centrifugal pump, piston pump, or mono pump, may be used to transport the slurry Lr2.
固液分離装置46では、スラリーLr2を固液分離して脱水物Ck1を得る(脱水工程S33)。固液分離装置46としては、フィルタープレス、加圧葉状ろ過装置、スクリュープレス、ベルトプレス、ベルトフィルター、沈降分離等の通常のろ過装置等を用いることができる。 In the solid-liquid separation device 46, the slurry Lr2 is separated into solid and liquid to obtain the dehydrated product Ck1 (dehydration process S33). As the solid-liquid separation device 46, a typical filtration device such as a filter press, a pressurized leaf filter, a screw press, a belt press, a belt filter, or a sedimentation separator can be used.
脱水工程S33においては、スラリーLr2中に含まれる塩素等の水溶性成分が液相と共に残留することを防ぐため、脱水物の水分は20質量%~90質量%とすることが好ましく、30質量%~70質量%とすることがより好ましい。 In the dehydration step S33, in order to prevent water-soluble components such as chlorine contained in the slurry Lr2 from remaining in the liquid phase, the moisture content of the dehydrated product is preferably 20% to 90% by mass, and more preferably 30% to 70% by mass.
スラリーLr2の液相に溶出させた成分は排水W3へと除かれるので、得られる脱水物Ck1は、原灰に比べて塩素等のセメント忌避成分の量が低下される。一方で、排水W3には、原灰に含まれていた重金属類等も溶出されているので、適宜に水質浄化処理を行った後に環境中に放流してもよい。 The components dissolved in the liquid phase of the slurry Lr2 are removed into the wastewater W3, so the resulting dehydrated product Ck1 has a reduced amount of cement-repellent components such as chlorine compared to the raw ash. On the other hand, the heavy metals and other substances contained in the raw ash have also been dissolved into the wastewater W3, so it may be discharged into the environment after undergoing appropriate water purification treatment.
なお、図7に示すように、固液分離装置46に水洗浄装置49を付設し、脱水物Ck1に対して水W2を加えた後に再度脱水するものとしても構わない。これによれば、スラリーLr2の液相がほとんど水に置き換わるので、溶出させた成分をより確実に除去ができる。 As shown in FIG. 7, a water washing device 49 may be attached to the solid-liquid separator 46, and water W2 may be added to the dehydrated material Ck1 before it is dehydrated again. In this way, most of the liquid phase of the slurry Lr2 is replaced with water, so that the eluted components can be removed more reliably.
この水洗工程S30が、工程(c)に対応する。 This water washing step S30 corresponds to step (c).
水洗工程S30を経て得られた脱水物Ck1は、バイオマス灰B1が改質された状態であり(改質バイオマス灰B2)、塩素等のセメント忌避成分が減じられ、且つ、セメントの強度発現性や流動性に影響を及ぼす易反応性の酸化カルシウムや水酸化カルシウムの含有量が十分に減じられている。よって、この改質バイオマス灰B2を用いて、第一実施形態と同様に、分級、混合の各工程を行うことで、セメント混合材としての品質を均質に保つことが容易となる。特に、カルシウム成分を含む石灰石が投入された流動床式燃焼炉から排出されたバイオマス灰B1を用いることで、上記効果を顕著に実現できる。 The dehydrated material Ck1 obtained through the water washing process S30 is in a modified state of biomass ash B1 (modified biomass ash B2), and the content of cement-repellent components such as chlorine has been reduced, and the content of easily reactive calcium oxide and calcium hydroxide that affect the strength expression and fluidity of cement has been sufficiently reduced. Therefore, by using this modified biomass ash B2 and carrying out the classification and mixing processes as in the first embodiment, it is easy to maintain a uniform quality as a cement mixture. In particular, by using biomass ash B1 discharged from a fluidized bed combustion furnace into which limestone containing calcium components has been added, the above effect can be significantly achieved.
なお、脱水工程S33で得られる排水W3は、イオン交換樹脂、膜分離、銀や鉛イオンによる沈殿形成等の周知の方法で含有塩素イオンを低減した状態で、セメントクリンカCn1に混合しても構わない。これにより、鉄筋腐食を生じる塩素を除去しながら、排水W3に含まれる強度増進効果を示すアルカリ金属を有効活用できる。本実施形態のように、水洗工程S30を実行して得られる改質バイオマス灰B2は、水洗によって活性が低くなるので、水洗後の排水W3をセメント添加剤として添加することで改質バイオマス灰B2の活性低下という弱点を補うことができる。 The wastewater W3 obtained in the dehydration process S33 may be mixed with the cement clinker Cn1 after the chloride ion content has been reduced by known methods such as ion exchange resins, membrane separation, and precipitation with silver or lead ions. This makes it possible to effectively utilize the alkali metals contained in the wastewater W3, which have a strength-enhancing effect, while removing the chloride that causes rebar corrosion. As in this embodiment, the activity of the modified biomass ash B2 obtained by performing the water washing process S30 is reduced by water washing, so the weak point of the reduced activity of the modified biomass ash B2 can be compensated for by adding the washed wastewater W3 as a cement additive.
特に、バイオマス灰B1は、都市ごみ焼却灰よりも低塩素濃度のため、排水W3に含まれる塩素の分離が容易であり、且つ排水W3には多くのアルカリ金属硫酸塩や炭酸塩が得られる。このため、クリンカクーラ13から粉砕設備30までの経路上において、排水W3を投入することで、セメント添加剤としてより多くのアルカリ金属を活用することもできる。 In particular, since biomass ash B1 has a lower chlorine concentration than municipal waste incineration ash, it is easy to separate the chlorine contained in wastewater W3, and a large amount of alkali metal sulfates and carbonates can be obtained from wastewater W3. Therefore, by introducing wastewater W3 on the route from the clinker cooler 13 to the crushing equipment 30, more alkali metals can be used as cement additives.
クリンカクーラ13から粉砕設備30の間に排水W3を投入することで、乾燥や固形化することなく、セメントクリンカCn1の冷却用や粉砕設備30内の温度調整用の散水を兼ねながら、セメント添加剤として利用できる。より具体的な投入箇所としては、セメント製造設備における、400℃以下のクリンカクーラ13や、その後の輸送機、粉砕設備30が挙げられる。400℃を超えると瞬時に蒸発するのでセメントに含まれにくくなり、粉砕設備30より後段であるとセメントに水分が残り風化や水和の影響により品質が悪化するおそれがある。 By feeding wastewater W3 between the clinker cooler 13 and the grinding equipment 30, it can be used as a cement additive while also serving as water for cooling the cement clinker Cn1 and for adjusting the temperature inside the grinding equipment 30, without drying or solidifying. More specific feeding points include the clinker cooler 13 at 400°C or less in the cement manufacturing facility, and the subsequent transport equipment and grinding equipment 30. If it exceeds 400°C, it will evaporate instantly and will not be easily incorporated into the cement, and if it is fed after the grinding equipment 30, moisture will remain in the cement and there is a risk of the quality deteriorating due to the effects of weathering and hydration.
なお、乾燥等を行って水分を減らした状態で排水W3をクリンカクーラ13から粉砕設備30の間に投入しても構わない。これによれば、セメントを風化等させることなくセメント添加剤としてより多くのアルカリ金属を活用できる。特に、排水W3に対して乾燥固化を行えば、粉砕されたセメントやコンクリート混練時にも投入でき、任意の量を容易に添加することもできる。 It is also possible to feed the wastewater W3 between the clinker cooler 13 and the crushing equipment 30 after reducing the moisture content by drying or other methods. This allows more alkali metals to be used as cement additives without causing the cement to weather. In particular, if the wastewater W3 is dried and solidified, it can be fed into crushed cement or during concrete mixing, and any amount can be easily added.
含有塩素イオンを低減する手段としては、特に両性イオン交換樹脂やナノろ過膜によるものが好ましい。これによれば、選択的に硫酸イオン・炭酸イオンと塩素イオンを分離でき、硫酸イオン・炭酸イオン濃度が高くなり塩素イオン濃度が低くなった水と、硫酸イオン・炭酸イオン濃度が低くなり塩素イオン濃度が高くなった水を得ることができる。 The most preferred means for reducing the amount of chloride ions is the use of amphoteric ion exchange resins or nanofiltration membranes. This allows selective separation of sulfate ions, carbonate ions, and chloride ions, resulting in water with high sulfate ion and carbonate ion concentrations and low chloride ion concentrations, and water with low sulfate ion and carbonate ion concentrations and high chloride ion concentrations.
バイオマス灰B1の水洗後に得られる排水W3には、セレンと六価クロムが含まれる場合が多い。上記の両性イオン交換樹脂やナノろ過膜を利用することで、硫酸イオンと同様の形態を示すセレンと六価クロムが塩素濃度の低い水側に分離される。塩素濃度が高い水は処分されるが、当該水はセレンと六価クロム濃度も低く、排水処理が容易となる。また、乾燥することなく水量を減らす(アルカリ金属濃度を高める)ことができ、クリンカクーラ13から粉砕設備30の間に投入する場合は、同じ散水量でセメント添加剤としてより多くのアルカリ金属を活用できる。 Wastewater W3 obtained after washing biomass ash B1 often contains selenium and hexavalent chromium. By using the above-mentioned amphoteric ion exchange resin or nanofiltration membrane, selenium and hexavalent chromium, which have the same form as sulfate ions, are separated into water with a low chlorine concentration. Water with a high chlorine concentration is disposed of, but this water also has low concentrations of selenium and hexavalent chromium, making wastewater treatment easier. In addition, the amount of water can be reduced (the alkali metal concentration can be increased) without drying, and when it is introduced between the clinker cooler 13 and the crushing equipment 30, more alkali metals can be used as cement additives with the same amount of water sprayed.
以上のように、水洗水から得られた排水W3(セメント添加剤)と、水洗された改質バイオマス灰B2をセメント混合材を同時に利用できるので、バイオマス灰B1を余すことなく利用できる。これにより、処分される排水量やその排水処理負荷を削減する効果も期待できる。 As described above, the wastewater W3 (cement additive) obtained from the washing water and the washed modified biomass ash B2 can be used simultaneously as a cement mixture, so the biomass ash B1 can be used without waste. This is expected to have the effect of reducing the amount of wastewater to be disposed of and the wastewater treatment load.
なお、本実施形態において、水洗工程S30と共に、酸化工程S41や未燃カーボン除去工程S42を実行することも可能である(図8A,図8B参照)。これらの工程は、水洗工程S30の実行と並行して行われても構わないし、水洗工程S30の実行後に行われても構わない。なお、酸化工程S41と未燃カーボン除去工程S42は、いずれか一方だけが行われても構わない。 In this embodiment, it is also possible to execute the oxidation process S41 and the unburned carbon removal process S42 together with the water washing process S30 (see Figures 8A and 8B). These processes may be executed in parallel with the execution of the water washing process S30, or may be executed after the execution of the water washing process S30. It is also possible to execute only one of the oxidation process S41 and the unburned carbon removal process S42.
図8Aは、本実施形態において、酸化工程S41及び未燃カーボン除去工程S42の双方が実行される場合における処理フローを模式的に示す図面であり、図8Bはこの場合における水洗設備40の構造を図7にならって模式的に示す図面である。なお、図8Bには、水洗設備40と共に、ガス供給装置51及び浮遊選鉱装置53についても図示されている。 Figure 8A is a diagram showing a schematic process flow in the present embodiment in which both the oxidation process S41 and the unburned carbon removal process S42 are performed, and Figure 8B is a diagram showing a schematic structure of the water washing equipment 40 in this case, following Figure 7. Note that Figure 8B also shows the gas supply device 51 and the flotation device 53, along with the water washing equipment 40.
(酸化工程S41)
酸化工程S41は、バイオマス灰B1を酸化する工程である。一例として、水洗工程S30において、粉体溶解槽43内にpH調整剤を加えて水洗を行うことで実行できる。これにより、水洗工程S30と酸化工程S41とが並行して行われる。
(Oxidation step S41)
The oxidation step S41 is a step of oxidizing the biomass ash B1. As an example, the oxidation step S41 can be performed by adding a pH adjuster to the powder dissolution tank 43 in the water washing step S30 and washing with water. In this way, the water washing step S30 and the oxidation step S41 are performed in parallel.
水洗の際のpHを酸性側に調整することで、pH調整しない場合に比べて、バイオマス灰B1に含まれる塩素をより効率よく水溶できる。また、バイオマス灰B1中に含まれるカルシウム成分を、遅速反応性の炭酸カルシウムやセメント製造時にセメントクリンカCn1に添加される硫酸カルシウムの形態へと安定化させやすくなり、水洗工程S30後に得られる改質バイオマス灰B2が、品質変動の小さいセメント混合材として好適となる。 By adjusting the pH during water washing to the acidic side, the chlorine contained in the biomass ash B1 can be dissolved in water more efficiently than when the pH is not adjusted. In addition, the calcium components contained in the biomass ash B1 can be more easily stabilized into the form of slow-reacting calcium carbonate or calcium sulfate that is added to cement clinker Cn1 during cement production, making the modified biomass ash B2 obtained after the water washing process S30 suitable as a cement admixture with little quality variation.
酸化工程S41における、スラリーLr1のpH条件としては、pH4~13であることが好ましく、pH5~12であることがより好ましい。 The pH condition of the slurry Lr1 in the oxidation step S41 is preferably pH 4 to 13, and more preferably pH 5 to 12.
pH調整剤としては、スラリーLr1のpHを酸性側に調整できるものであれば特に制限はなく、例えば、硫酸等の酸溶液やCО2含有ガス等が挙げられる。CО2含有ガスとしては、セメントキルン12の燃焼排ガスや、バイオマスの焼却設備やバイオマス発電所の燃焼排ガスを利用できる。これらの排ガスには二酸化炭素(CО2)が含まれているので、その燃焼排ガスをスラリーLr1に吹き込むことにより、pHを酸性側に調整できる。これによれば、バイオマス灰B1中に含まれるカルシウム成分を炭酸化して炭酸カルシウムの形態へとより安定化させやすくなる。 There are no particular limitations on the pH adjuster as long as it can adjust the pH of the slurry Lr1 to the acidic side, and examples include an acid solution such as sulfuric acid and a CO2 - containing gas. As the CO2- containing gas, the combustion exhaust gas from the cement kiln 12, or the combustion exhaust gas from a biomass incineration facility or a biomass power plant can be used. Since these exhaust gases contain carbon dioxide ( CO2 ), the pH can be adjusted to the acidic side by injecting the combustion exhaust gas into the slurry Lr1. This makes it easier to carbonate the calcium component contained in the biomass ash B1 and stabilize it in the form of calcium carbonate.
図8Bでは、一例として、ガス供給装置51からCО2含有ガスG1が粉体溶解槽43内のスラリーLr1に供給される場合が図示されている。この場合、ガス供給装置51は、前述した、セメントキルン12の燃焼排ガスや、バイオマスの焼却設備やバイオマス発電所の燃焼排ガス等を粉体溶解槽43に供給するための装置に対応する。 8B shows, as an example, a case where a CO2 - containing gas G1 is supplied from a gas supply device 51 to a slurry Lr1 in a powder dissolution tank 43. In this case, the gas supply device 51 corresponds to the device for supplying the combustion exhaust gas from the cement kiln 12, the combustion exhaust gas from a biomass incineration facility, a biomass power plant, or the like to the powder dissolution tank 43.
CО2含有ガスG1は二酸化炭素が含まれていればよいが、効率的な炭酸化を促すためには、二酸化炭素濃度は10%以上が好ましく、20%以上がより好ましい。また、燃焼排ガスのなかでも、特にクリンカ製造設備10の塩素バイパスダストを捕集後のガスには硫黄酸化物(SOx)等の有害ガスが含まれるので、このガスをスラリーLr1に吹き込むことで、硫黄酸化物を固定化する効果も期待できる。 The CO2- containing gas G1 may contain carbon dioxide, but in order to promote efficient carbonation, the carbon dioxide concentration is preferably 10% or more, and more preferably 20% or more. In addition, since the combustion exhaust gas, particularly the gas after collecting the chlorine bypass dust from the clinker manufacturing facility 10, contains harmful gases such as sulfur oxides ( SOx ), blowing this gas into the slurry Lr1 can be expected to have the effect of fixing the sulfur oxides.
このようにクリンカ製造設備10の燃焼排ガスを用いれば、その場で二酸化炭素を含有する燃焼排ガスを得てバイオマス灰B1の改質に利用でき、改質されたバイオマス灰B2はセメント混合材として利用できる。また、バイオマスの焼却設備やバイオマス発電所の燃焼排ガスを用いれば、その場で得た二酸化炭素を含有する燃焼排ガスを用いてバイオマス灰B1を改質でき、これをクリンカ製造設備10や粉砕設備30等のセメント製造設備に輸送すれば、すぐさまセメント混合材として利用できる。 In this way, by using the combustion exhaust gas from the clinker production facility 10, it is possible to obtain combustion exhaust gas containing carbon dioxide on-site and use it to reform the biomass ash B1, and the reformed biomass ash B2 can be used as a cement admixture. Also, by using the combustion exhaust gas from a biomass incineration facility or a biomass power plant, it is possible to reform the biomass ash B1 using the combustion exhaust gas containing carbon dioxide obtained on-site, and if this is transported to a cement production facility such as the clinker production facility 10 or the crushing facility 30, it can be immediately used as a cement admixture.
更に、水洗工程S30において、粉体溶解槽43内にアミン系二酸化炭素回収装置から得た廃液を加えて水洗を行ってもよい。工場等の排ガスから二酸化炭素を回収するためのアミン二酸化炭素回収装置では、通常、劣化したアミン類を含む液は廃棄されるが、この方法によればその廃液を有効に活用できる。 Furthermore, in the water washing step S30, the waste liquid obtained from the amine-based carbon dioxide recovery device may be added to the powder dissolution tank 43 to perform water washing. In an amine carbon dioxide recovery device for recovering carbon dioxide from exhaust gases from factories, etc., the liquid containing degraded amines is usually discarded, but this method allows the waste liquid to be effectively utilized.
アミン類は、二酸化炭素と反応して炭酸イオンの生成を促進する作用があることが知られており、効率よくカルシウム成分の炭酸化を進めることができる。また、アミン類は、粉砕設備30においてセメントクリンカCn1を粉砕する際に、粉砕助剤として機能することも知られている。アミン類としては、分子内にアミノ基とヒドロキシル基を有するものであり、特に、粉砕助剤として使用されるアミン類としては、例えば、モノエタノールアミン(MEA)、ジエタノールアミン(DEA)、トリエタノールアミン(TEA)、ジグリコールアミン(DGA)、ジイソプロパノールアミン(DIPA)、メチルジエタノールアミン(MDEA)等が挙げられる。従って、添加した廃液から持ち込まれたアミン類が取り込まれた改質バイオマス灰B2は、後工程での粉砕助剤としての機能性の付与が期待できるため、セメント混合材として好適となる。 Amines are known to react with carbon dioxide to promote the production of carbonate ions, and can efficiently promote the carbonation of calcium components. Amines are also known to function as grinding aids when grinding cement clinker Cn1 in the grinding equipment 30. Amines have an amino group and a hydroxyl group in the molecule, and examples of amines used as grinding aids in particular include monoethanolamine (MEA), diethanolamine (DEA), triethanolamine (TEA), diglycolamine (DGA), diisopropanolamine (DIPA), and methyldiethanolamine (MDEA). Therefore, the modified biomass ash B2 that incorporates amines brought in from the added waste liquid is expected to be functional as a grinding aid in the subsequent process, making it suitable as a cement admixture.
なお、脱水工程S33を経て得られる脱水物Ck1に対して、CО2含有ガスG1を吹き込むものとしても構わない。これによれば、脱水物Ck1中に残る易反応性のカルシウム成分が炭酸化され、得られる改質バイオマス灰B2の更なる品質の均質化を図ることができ、セメント混合材として好適となる。また、脱水物Ck1中に含まれる水分の乾燥にも役立つ。 In addition, CO2- containing gas G1 may be blown into the dehydrated material Ck1 obtained through the dehydration step S33. This allows the easily reactive calcium components remaining in the dehydrated material Ck1 to be carbonated, and the quality of the resulting modified biomass ash B2 can be further homogenized, making it suitable as a cement admixture. It is also useful for drying the moisture contained in the dehydrated material Ck1.
ガスの吹込み手段(ガス供給装置51)としては、脱水物Ck1をCО2含有ガスと接触できればよく、その方法は問わない。例えば、脱水物Ck1を充填した容器にCО2含有ガスを流通させたり、排ガス煙道中に脱水物Ck1を通過させたりする等の手段を使用できる。また、上記したスラリーLr1への吹込みと同様に、セメントキルン12の燃焼排ガスや、バイオマスの焼却設備やバイオマス発電所の燃焼排ガスを、脱水物Ck1に吹き込むものとしても構わない。 The gas injection means (gas supply device 51) may be any method that can bring the dehydrated material Ck1 into contact with the CO2- containing gas. For example, a CO2- containing gas may be passed through a container filled with the dehydrated material Ck1, or the dehydrated material Ck1 may be passed through an exhaust gas duct. In addition, as in the above-mentioned injection into the slurry Lr1, the combustion exhaust gas from the cement kiln 12 or the combustion exhaust gas from a biomass incineration facility or a biomass power plant may be injected into the dehydrated material Ck1.
この酸化工程S41が、工程(d)に対応する。 This oxidation step S41 corresponds to step (d).
(未燃カーボン除去工程S42)
未燃カーボン除去工程S42は、バイオマス灰B1に含まれる未燃カーボンを除去する工程である。バイオマス灰B1には、多くの未燃カーボンが含まれるので、セメントクリンカCn1の原料として使用する場合にはプレヒータ11の高温化を招く場合があり、また混合材として使用する場合にはコンクリートの黒ずみや流動性の低下を招く場合がある。
(Unburned carbon removal step S42)
The unburned carbon removal step S42 is a step of removing unburned carbon contained in the biomass ash B1. Since the biomass ash B1 contains a large amount of unburned carbon, when the biomass ash B1 is used as a raw material for the cement clinker Cn1, it may cause the preheater 11 to become too hot, and when the biomass ash B1 is used as an admixture, it may cause the concrete to become dark and the fluidity to decrease.
具体的には、水洗工程S30の実行時に、脱未燃炭素剤供給装置52から粉体溶解槽43内に、油や界面活性剤等の脱未燃炭素剤D1を加えた状態で撹拌等の処理を行う方法が採用できる。得られたスラリーLr2aは、浮遊選鉱装置53において、例えば所定の起泡剤を添加して浮遊選鉱処理が行われ、未燃カーボンを含むフロスと、未燃カーボンが除去又は低減されたテールとに分離される。そして、テールとしてのスラリーLr2bが固液分離装置46に送られて固液分離される。 Specifically, when the water washing step S30 is performed, a method can be adopted in which an unburned carbon removal agent D1 such as oil or a surfactant is added from the unburned carbon removal agent supply device 52 to the powder dissolution tank 43, and processing such as stirring is then performed. The obtained slurry Lr2a is subjected to a flotation process in the flotation device 53, for example by adding a specified foaming agent, and is separated into a froth containing unburned carbon and a tail in which unburned carbon has been removed or reduced. The tail slurry Lr2b is then sent to the solid-liquid separation device 46 and separated into solid and liquid.
これにより、水洗工程S30と未燃カーボン除去工程S42とが並行的、連続的に行われる。 This allows the water washing process S30 and the unburned carbon removal process S42 to be carried out in parallel and continuously.
この未燃カーボン除去工程S42が、工程(e)に対応する。 This unburned carbon removal process S42 corresponds to process (e).
(分級工程S10)
第一実施形態で上述した方法と同様の方法を採用することで、改質バイオマス灰B2は、粗粉B2Cと細粉B2Fとに分級される。
(Classification step S10)
By employing a method similar to that described above in the first embodiment, the modified biomass ash B2 is classified into coarse powder B2C and fine powder B2F.
なお、水洗工程S30と分級工程S10は同時に行うものとしても構わない。具体的には、水ふるい、液体サイクロン、遠心分離、等の方法が挙げられる。 The water washing step S30 and the classification step S10 may be performed simultaneously. Specific examples include water sieving, liquid cyclone, and centrifugal separation.
水洗工程S30及び分級工程S10を経て得られる細粉B2Fの活性度指数は、バイオマス灰(原灰)B1より高い値となり、典型的には7日で70%以上、28日で65%以上となり、より典型的には7日で73%以上、28日で68%以上となる。 The activity index of the fine powder B2F obtained through the water washing step S30 and the classification step S10 is higher than that of the biomass ash (raw ash) B1, typically 70% or more in 7 days and 65% or more in 28 days, and more typically 73% or more in 7 days and 68% or more in 28 days.
この細粉B2Fの塩素濃度は、例えば典型的には0.01質量%~0.2質量%まで低減され、より典型的には0.02質量%~0.1質量%まで低減される。 The chlorine concentration of this fine powder B2F is typically reduced to, for example, 0.01% to 0.2% by mass, and more typically reduced to 0.02% to 0.1% by mass.
この細粉B2Fの全アルカリ金属濃度は、例えば典型的には1質量%~8質量%まで低減され、より典型的には3質量%~6質量%まで低減される。 The total alkali metal concentration of this fine powder B2F is typically reduced to, for example, 1% to 8% by mass, and more typically reduced to 3% to 6% by mass.
この細粉B2Fの硫黄酸化物濃度は、例えば典型的には0.5質量%~4質量%まで低減され、より典型的には1質量%~3質量%まで低減される。 The sulfur oxide concentration of this fine powder B2F is typically reduced to, for example, 0.5% to 4% by mass, and more typically reduced to 1% to 3% by mass.
この細粉B2Fのセレンの溶出量は、例えば典型的には0.002mg/L~0.02mg/L、より典型的には0.005mg/L~0.01mg/Lにまで低減される。 The amount of selenium leaching from this fine powder B2F is typically reduced to 0.002 mg/L to 0.02 mg/L, more typically 0.005 mg/L to 0.01 mg/L, for example.
この細粉B2Fの六価クロム溶出量は、例えば典型的には0.01mg/L~0.1mg/L、より典型的には0.02mg/L~0.05mg/Lにまで低減される。 The amount of hexavalent chromium leaching from this fine powder B2F is typically reduced to 0.01 mg/L to 0.1 mg/L, more typically 0.02 mg/L to 0.05 mg/L, for example.
上記したセレン(Se)及び六価クロム(Cr6+)の溶出量は、周知の方法で測定できる。測定方法の好適な一例としては、JISK 0058-1「スラグ類の化学物質試験方法-第1部:溶出試験方法 5.利用有姿による試験」に準拠し検液を作成した後、セレン(Se)についてはICP質量分析法によって、六価クロム(Cr6+)についてはジフェニルカルバジド吸光光度法によって、それぞれ測定する方法が挙げられる。 The amounts of eluted selenium (Se) and hexavalent chromium (Cr 6+ ) can be measured by known methods. A suitable example of the measurement method is to prepare a test solution in accordance with JIS K 0058-1 "Testing methods for chemical substances in slags - Part 1: Leaching test method 5. Testing as used", and then measure selenium (Se) by ICP mass spectrometry and hexavalent chromium (Cr 6+ ) by diphenylcarbazide absorptiometry.
また、後述する実施例で示されるように、水洗工程S30によってセメントの強度発現性や流動性に影響を及ぼす易反応性の酸化カルシウムや水酸化カルシウムの含有量が十分に減じられ、カルシウム成分が炭酸カルシウムの形態へと安定化しており、品質変動を抑制することができる。 In addition, as shown in the examples described below, the water washing step S30 sufficiently reduces the content of easily reactive calcium oxide and calcium hydroxide, which affect the strength development and fluidity of the cement, and stabilizes the calcium component in the form of calcium carbonate, thereby suppressing quality fluctuations.
例えば、水洗工程S30後の改質バイオマス灰B2の水酸化カルシウムの含有量は、典型的には0.5質量%以下、より典型的には0.1質量%以下である。 For example, the calcium hydroxide content of the modified biomass ash B2 after the water washing step S30 is typically 0.5% by mass or less, more typically 0.1% by mass or less.
また、例えば、改質バイオマス灰B2の硫酸カルシウム(石膏)の含有量は、典型的にはSO3換算で0.5質量%以上、より典型的には3質量%以上である。 Also, for example, the calcium sulfate (gypsum) content of the modified biomass ash B2 is typically 0.5 mass% or more, and more typically 3 mass% or more, calculated as SO3 .
なお、上記した塩素濃度は、周知の方法で測定でき、例えば、酸分解処理した後、電位差滴定法により測定する方法等が好ましく例示される。 The chlorine concentration can be measured by known methods, such as a method of measuring the chlorine concentration by potentiometric titration after acid decomposition.
また、上記した水酸化カルシウムの含有量は、周知の方法で測定でき、例えば、DSC(示差操作熱量計)による400℃付近の脱水に熱量の測定により求める方法等が好ましく例示される。 The calcium hydroxide content can be measured by known methods, such as a method of determining the amount of heat required for dehydration at around 400°C using a DSC (differential scanning calorimeter).
また、上記した硫酸カルシウム(石膏)の含有量は、周知の方法で測定でき、例えば、X線粉末回折のパターンから、リートベルト法により定量する方法等が好ましく例示される。 The content of calcium sulfate (gypsum) can be measured by known methods, such as a method of quantitatively determining the amount of calcium sulfate by the Rietveld method based on the X-ray powder diffraction pattern.
(投入工程S20)
第一実施形態で上述した方法と同様の方法を採用できる。つまり、投入の手順については、第一実施形態における細粉B1Fを水洗工程S30を経て得られる細粉B2Fに、粗粉B1Cを水洗工程S30を経て得られる粗粉B2Cに、それぞれ置き換えればよい。
(Feeding process S20)
The same method as described above in the first embodiment can be adopted. That is, the procedure of feeding may be such that the fine powder B1F in the first embodiment is replaced with the fine powder B2F obtained through the water washing step S30, and the coarse powder B1C is replaced with the coarse powder B2C obtained through the water washing step S30.
特に、本実施形態では、投入工程S20の前に水洗工程S30が実行されているため、分級後に得られる細粉B2Fは、第一実施形態で得られた細粉B1Fと比べて水分を含む可能性がある。従って、細粉B2Fに含まれる水分が、石膏の変質等を防ぐための粉砕設備30内の温度制御に利用できる。なお、細粉B2Fに含まれる水分が過剰である場合には、沈降分離等で簡易的に脱水可能であるし、逆に水分が不足する場合には適切な量を粉砕設備30に散水すればよい。 In particular, in this embodiment, since the water washing step S30 is performed before the feeding step S20, the fine powder B2F obtained after classification may contain more moisture than the fine powder B1F obtained in the first embodiment. Therefore, the moisture contained in the fine powder B2F can be used to control the temperature in the grinding equipment 30 to prevent deterioration of the gypsum. If the fine powder B2F contains too much moisture, it can be easily dehydrated by settling separation, etc., and conversely, if there is a shortage of moisture, an appropriate amount of water can be sprayed on the grinding equipment 30.
第一実施形態で上述したのと同様、分級後に得られる細粉B2Fは、クリンカクーラ13に直接投入することもできる。クリンカクーラ13内の温度は、通常は200~1200℃であり、その投入位置に応じて加熱温度を選択することができる。ただし、上記の酸化工程S41が実行される場合には、特に改質バイオマス灰B2にはCO2が固定化されることで得られるCaCO3が多く含まれる。この場合には、改質バイオマス灰B2に含有されているCaCO3が分解して生石灰(CaO)を生成したり、二酸化炭素を放出したりすることがないよう、クリンカクーラ13内の200℃~800℃の低温部分に投入することが好ましい。 As described above in the first embodiment, the fine powder B2F obtained after classification can also be directly charged into the clinker cooler 13. The temperature in the clinker cooler 13 is usually 200 to 1200°C, and the heating temperature can be selected according to the charging position. However, when the above-mentioned oxidation step S41 is performed, the modified biomass ash B2 contains a large amount of CaCO3 obtained by fixing CO2 . In this case, it is preferable to charge the modified biomass ash B2 into a low-temperature part of the clinker cooler 13 at 200°C to 800°C so that the CaCO3 contained in the modified biomass ash B2 does not decompose to generate quicklime (CaO) or release carbon dioxide.
なお、本実施形態の方法で得られる改質バイオマス灰B2は、水洗工程S30が実行されることでアルカリ金属含有量は低減しているものの、依然として石炭灰よりはアルカリ金属含有量が高いことが想定される。このため、この改質バイオマス灰B2をセメントクリンカCn1の原料として用いるとアルカリ金属含有量の高いセメントが製造される場合がある。また、排水W3から得られるセメント添加剤の主成分はアルカリ金属塩である。従って、これらがコンクリートに多く含まれると骨材によってはアルカリ骨材反応を起こす可能性がある。 Although the alkali metal content of the modified biomass ash B2 obtained by the method of this embodiment is reduced by performing the water washing process S30, it is still expected to have a higher alkali metal content than coal ash. For this reason, if this modified biomass ash B2 is used as a raw material for cement clinker Cn1, cement with a high alkali metal content may be produced. In addition, the main component of the cement additive obtained from the wastewater W3 is alkali metal salt. Therefore, if these are contained in large amounts in concrete, there is a possibility that an alkali-aggregate reaction will occur depending on the aggregate.
そこで、アルカリ骨材反応の可能性を低減するために、改質バイオマス灰B2と共に高炉スラグ等の潜在水硬性物質、フライアッシュ、火山灰、火山岩、焼成粘土等のポゾラン物質を投入(添加)するものとしても構わない。なお、このような潜在水硬性物質やポゾラン物質の投入(添加)は、第一実施形態のように水洗工程S30を行わない場合における細粉B1Fを用いる場合にも適用可能である。 Therefore, in order to reduce the possibility of alkali-aggregate reaction, latent hydraulic substances such as blast furnace slag, and pozzolanic substances such as fly ash, volcanic ash, volcanic rock, and burnt clay may be introduced (added) together with the modified biomass ash B2. Note that the introduction (addition) of such latent hydraulic substances and pozzolanic substances is also applicable when using fine powder B1F without performing the water washing process S30 as in the first embodiment.
[第三実施形態]
セメント製造方法及びセメント製造システムの第三実施形態について、第一実施形態及び第二実施形態と異なる箇所を中心に説明する。図9は、本実施形態におけるセメント製造方法の処理フローを模式的に示す図面である。図10は、本実施形態におけるセメント製造システムの構造を模式的に示すブロック図である。
[Third embodiment]
A third embodiment of the cement production method and the cement production system will be described, focusing on differences from the first and second embodiments. Fig. 9 is a diagram showing a process flow of the cement production method in this embodiment. Fig. 10 is a block diagram showing a structure of the cement production system in this embodiment.
本実施形態では、第二実施形態と比較して、水洗工程S30が分級工程S10の後に行われている点のみが異なり、他は第二実施形態と共通する。本実施形態では、水洗工程S30は、分級工程S10によって分級された細粉B1Fに対してのみ行われる。 This embodiment is different from the second embodiment only in that the water washing step S30 is performed after the classification step S10, and is otherwise the same as the second embodiment. In this embodiment, the water washing step S30 is performed only on the fine powder B1F classified by the classification step S10.
バイオマス灰B1に対して分級工程S10で分級されることで得られる粗粉B1Cと細粉B1Fとを比較すると、塩素分の多くは、粗粉B1Cよりも細粉B1Fに含まれる。このため、本実施形態によれば、バイオマス灰B1に含まれる塩素等のセメント忌避成分を、水洗工程S30の実施に必要な水分量を削減しながら、効率的に減少できる。 Comparing the coarse powder B1C and fine powder B1F obtained by classifying biomass ash B1 in the classification process S10, more chlorine is contained in the fine powder B1F than in the coarse powder B1C. Therefore, according to this embodiment, the cement-repellent components such as chlorine contained in biomass ash B1 can be efficiently reduced while reducing the amount of water required to perform the water washing process S30.
なお、本実施形態においても、第二実施形態と同様に、酸化工程S41や未燃カーボン除去工程S42を実行するものとしても構わない。他は上記各実施形態と共通するため、説明が割愛される。 In this embodiment, as in the second embodiment, the oxidation step S41 and the unburned carbon removal step S42 may be performed. The rest is the same as in the above embodiments, so the explanation is omitted.
[別実施形態]
以下、別実施形態につき説明する。
[Another embodiment]
Another embodiment will be described below.
〈1〉図11に示すように、分級設備20においてバイオマス灰B1が分級されることで得られる粗粉B1Cと細粉B1Fのうち、粗粉B1Cに対して水洗設備40によって水洗されるものとしても構わない。分級工程S10によって粗粉B1Cは塩素や硫黄の含有濃度が低下されており、更に水洗工程S30によって、これらの濃度が更に低下されている。このため、セメントクリンカCn1の原料として活用できる。 <1> As shown in FIG. 11, of the coarse powder B1C and fine powder B1F obtained by classifying biomass ash B1 in classification equipment 20, the coarse powder B1C may be washed with water in water washing equipment 40. The chlorine and sulfur content of the coarse powder B1C is reduced by the classification process S10, and these concentrations are further reduced by the water washing process S30. Therefore, it can be used as a raw material for cement clinker Cn1.
なお、この場合、水洗工程S30で得られる排水W3は、もともと塩素が少ない粗粉B1Cに対する水洗後に得られたものであるため、含有塩素濃度が低い状態である。従って、第二実施形態で上述したような、含有塩素イオンを低減する手段を講じることなく、排水W3をセメントクリンカCn1に混合しても構わない。 In this case, the wastewater W3 obtained in the water washing step S30 has a low chlorine concentration because it is obtained after washing the coarse powder B1C, which originally contains little chlorine. Therefore, the wastewater W3 may be mixed with the cement clinker Cn1 without taking measures to reduce the chlorine ion content, as described above in the second embodiment.
一方、細粉B1Fについては、必要に応じて別途の水洗処理が行われた後、セメントクリンカCn1やセメントに混合されるものとしても構わない。 On the other hand, the fine powder B1F may be subjected to a separate water washing process if necessary, and then mixed with the cement clinker Cn1 or cement.
〈2〉図12に示すように、分級設備20においてバイオマス灰B1が分級されることで得られた細粉B1Fに対して、水洗設備40によって水洗された後、得られた改質バイオマス灰B2FがセメントクリンカCn1の原料として利用されても構わない。具体的には、セメントクリンカの原料の調合のための混合機や粉砕機など原料調合系統設備への投入、セメントキルン前のプレヒータトップや仮焼炉への投入、セメントキルン窯尻への投入、セメントキルン(ロータリーキルン)窯前の高温部への投入、が挙げられる。細粉B1F側には、粗粉B1Cと比べて塩素や硫黄が高濃度に含まれるものの、水洗されることでバイオマス灰B1に含まれる塩素や硫黄の含有濃度が低下されているため、セメントクリンカCn1の原料として活用できる。 As shown in FIG. 12, the fine powder B1F obtained by classifying the biomass ash B1 in the classification equipment 20 may be washed with water in the water washing equipment 40, and the resulting modified biomass ash B2F may be used as a raw material for cement clinker Cn1. Specifically, the fine powder B1F may be fed into raw material mixing equipment such as a mixer or pulverizer for mixing the raw materials for cement clinker, fed into the preheater top or calciner before the cement kiln, fed into the bottom of the cement kiln, or fed into the high temperature part before the cement kiln (rotary kiln). Although the fine powder B1F contains higher concentrations of chlorine and sulfur than the coarse powder B1C, the concentration of chlorine and sulfur contained in the biomass ash B1 is reduced by washing with water, so it can be used as a raw material for cement clinker Cn1.
これにより、水洗しない場合よりプレヒータや窯尻、キルンへの低融点物質の付着による閉塞が抑制され、またセメントクリンカCn1の塩素含有量も低減される。また、セメントクリンカCn1のアルカリ金属含有量が高くなり、強度の高いセメントを得ることができる。特に粗粉B1Cをセメント混合材として投入した場合や、高炉スラグ等の潜在水硬性物質、フライアッシュ、火山灰、火山岩、焼成粘土等のポゾラン物質を添加した場合は、セメントクリンカから供給されたアルカリ金属により、これらの混合材の反応が活性化される。 This prevents clogging of the preheater, kiln bottom, and kiln caused by low-melting-point substances adhering to them, and also reduces the chlorine content of the cement clinker Cn1, compared to when water washing is not performed. It also increases the alkali metal content of the cement clinker Cn1, making it possible to obtain a stronger cement. In particular, when coarse powder B1C is added as a cement admixture, or when latent hydraulic substances such as blast furnace slag, or pozzolanic substances such as fly ash, volcanic ash, volcanic rock, and burnt clay are added, the alkali metals supplied from the cement clinker activate the reaction of these admixtures.
一方、分級工程S10で得られた粗粉B1Cについては、バイオマス灰B1よりも塩素の含有率が低下できているため、セメントクリンカCn1やセメントへの混合材として利用できる。図12では、粗粉B1Cが粉砕設備30で粉砕された後に混合される場合が例示されている。 On the other hand, the coarse powder B1C obtained in the classification process S10 has a lower chlorine content than the biomass ash B1, and can therefore be used as an admixture for cement clinker Cn1 or cement. Figure 12 illustrates an example in which the coarse powder B1C is mixed after being crushed in the crushing equipment 30.
〈3〉上記第三実施形態(図9、図10参照)において、分級工程S10及び水洗工程S30を経て得られた、水洗後の細粉(改質バイオマス)B2Fについても、粗粉B1Cと同様に、セメントクリンカCn1の原料としてクリンカ製造設備10で利用されるものとしても構わない(図13参照)。 〈3〉 In the third embodiment (see Figures 9 and 10), the fine powder (modified biomass) B2F obtained after the classification process S10 and the water washing process S30 may also be used in the clinker production facility 10 as a raw material for cement clinker Cn1, similar to the coarse powder B1C (see Figure 13).
〈4〉上記各実施形態では、粉砕設備30においてセメントクリンカCn1が粉砕されることでセメントが製造される過程までを説明した。しかし、投入工程S20として、各実施形態において得られたバイオマス灰の細粉(B1F,B2F)を、セメント及び水に対して投入、混練することで、コンクリートやモルタル等のセメント硬化物を製造する方法に利用しても構わない。 〈4〉 In each of the above embodiments, the process of producing cement by crushing the cement clinker Cn1 in the crushing equipment 30 has been described. However, in the input step S20, the fine powder of biomass ash (B1F, B2F) obtained in each embodiment may be input to cement and water and kneaded to produce a hardened cement product such as concrete or mortar.
[実施例1]
パーム椰子殻を燃料にして循環流動床炉による発電を実施しているバイオマス発電施設P1から焼却飛灰BA-1(粒度D50(頻度)が47.2μm、975℃における強熱減量(ig.loss)が4.17%)を入手し、これを分級することによるバイオマス灰の成分組成に与える影響を検討した。パーム椰子殻と石炭の混合燃料中の石炭の含有率は10質量%であった。なお、この焼却飛灰の粒度分布(レーザー回析式粒度分布測定装置:マイクロトラック・ベル製MT3300EX IIを利用)は、図3に示した通りである。
[Example 1]
Incineration fly ash BA-1 (particle size D50 (frequency) 47.2 μm, ignition loss at 975°C (ig.loss) 4.17%) was obtained from biomass power generation facility P1, which uses palm kernel shells as fuel to generate electricity in a circulating fluidized bed furnace, and the effect of classifying this on the component composition of the biomass ash was examined. The coal content of the palm kernel shell and coal mixed fuel was 10 mass%. The particle size distribution of this incineration fly ash (laser diffraction particle size distribution measuring device: Microtrac Bell MT3300EX II was used) is shown in Figure 3.
《試験方法》
以下、試験方法を説明する。
Test Method
The test method is described below.
〈1.分級〉
表1に示す分級点となるように設定された目開きのふるい(スピンエアシーブ:セイシン企業製SAR-75/200)を用いてふるいに掛け、ふるい通過分として細粉B1Fを、ふるい残分として粗粉B1Cを得た。この処理が分級工程S10に対応する。なお、この分級点は、図3に示した粒度分布に基づいて設定されたものである。試験では、32μm、45μm、及び90μmの3種類の分級点において、それぞれバイオマス灰B1が分級された。なお、以下では、バイオマス灰B1が分級前であることを明確にするために、「原灰B1」と表記することがある。
<1. Classification>
The biomass ash B1 was sieved using a sieve (Spin Air Sieve: SAR-75/200 manufactured by Seishin Enterprises) with openings set to obtain the classification points shown in Table 1, and fine powder B1F was obtained as the sieve-passing portion, and coarse powder B1C was obtained as the sieve residue. This process corresponds to the classification step S10. The classification points were set based on the particle size distribution shown in FIG. 3. In the test, biomass ash B1 was classified at three classification points of 32 μm, 45 μm, and 90 μm. In the following, biomass ash B1 may be referred to as "raw ash B1" in order to clarify that it is before classification.
分級後のバイオマス灰の粒度分布は表1の通りである。なお、表1には、バイオマス発電施設P1とは別のバイオマス発電施設P2から入手した焼却飛灰BA-2に対して、45μmを分級点として分級した後に得られた粗粉B1Cについても併せて示されている。粒度分布は、レーザー回析式粒度分布測定装置(マイクロトラック・ベル製MT3300EX II)によって、測定された。 The particle size distribution of the biomass ash after classification is shown in Table 1. Table 1 also shows the coarse powder B1C obtained after classifying incineration fly ash BA-2 obtained from biomass power generation facility P2, which is separate from biomass power generation facility P1, with a classification point of 45 μm. The particle size distribution was measured using a laser diffraction particle size distribution measuring device (Microtrac Bell MT3300EX II).
〈2.化学組成分析〉
焼却飛灰BA-1由来の原灰B1(#1)、各粗粉B1C(#2,#4)、及び各細粉B1F(#3,#5)、原灰B1を以下の方法で湿灰化したもの(#1W)、湿灰化した原灰B1(#1W)を45μmで分級した粗粉B1C(#2W)のそれぞれに対し、化学成分を測定した。また、原灰B1を20μmを分級点として分級した粗粉B1C(#9)及び細粉B1F(#10)を得て、これらに対しても同様に化学成分を測定した。更に、原灰B1(#1)及び45μmで分級した細粉B1F(#3)に対しては、以下の方法で水洗処理を施したものを準備し(#1Wp,#3Wp)、同様に化学成分を測定した。
<2. Chemical composition analysis>
The chemical components of raw ash B1 (#1), each coarse powder B1C (#2, #4), and each fine powder B1F (#3, #5) derived from incineration fly ash BA-1, the raw ash B1 was wet-ashed by the following method (#1W), and the wet-ashed raw ash B1 (#1W) was classified at 45 μm to obtain coarse powder B1C (#2W). The raw ash B1 was also classified at a classification point of 20 μm to obtain coarse powder B1C (#9) and fine powder B1F (#10), and the chemical components of these were also measured. Furthermore, the raw ash B1 (#1) and the fine powder B1F (#3) classified at 45 μm were prepared by washing with water by the following method (#1Wp, #3Wp), and the chemical components were measured in the same manner.
湿灰化の方法は、次の通りである。原灰B1(符号#1)に対して、外割で20質量%(含水率16.7質量%)の水を添加した後に20℃で3日間保管し、105℃で乾燥させることで湿灰とした。この方法で湿灰化された原灰B1が「符号#1W」に対応し、この湿灰化された原灰#1Wを分級して得られた粗粉B1Cが「符号#2W」に対応する。なお、湿灰化した原灰B1(#1W)を分級するに際しては、エアジェットシーブ(ホソカワミクロン社製、e200LS)が用いられた。 The wet ashing method is as follows. 20% by mass of water (moisture content 16.7% by mass) was added to raw ash B1 (code #1), which was then stored at 20°C for three days and dried at 105°C to produce wet ash. Raw ash B1 wet ashed in this manner corresponds to "code #1W", and the coarse powder B1C obtained by classifying this wet ashed raw ash #1W corresponds to "code #2W". An air jet sieve (e200LS, manufactured by Hosokawa Micron Corporation) was used to classify the wet ashed raw ash B1 (#1W).
水洗処理の方法は、次の通りである。この処理が水洗工程S30に対応する。
(手順1)バイオマス灰(B1,B1F)100gと水道水400gをビーカーに投入し、スラリーにして、攪拌機にて400rpmで30分間攪拌した。このとき、水洗時にCO2ガスを流入してpH調整を行う場合には、pHメータで液中pHを監視しながら流量を調整した。
(手順2)攪拌を停止後、ブフナーロートを使用して濾別し、得られた濾紙上のケーキに対して更に水道水400gを投入してスラリーを洗浄後、回収した。
(手順3)回収したケーキを自然乾燥後、質量を測定し、各種分析を行った。
The water washing treatment is carried out as follows. This treatment corresponds to the water washing step S30.
(Step 1) 100 g of biomass ash (B1, B1F) and 400 g of tap water were put into a beaker, made into a slurry, and stirred with a stirrer at 400 rpm for 30 minutes. At this time, when pH adjustment was performed by introducing CO2 gas during water washing, the flow rate was adjusted while monitoring the pH in the liquid with a pH meter.
(Step 2) After stopping the stirring, the mixture was filtered using a Buchner funnel, and 400 g of tap water was added to the resulting cake on the filter paper to wash the slurry, which was then recovered.
(Step 3) The collected cake was naturally dried, and then its mass was measured and various analyses were carried out.
また、得られた粗粉に対しては、ボールミルを用いて粉砕を行った。 The resulting coarse powder was then pulverized using a ball mill.
《分析》
化学成分の測定は、以下の方法で行われた。
準備された各試料(#1~#5,#9~#10,#1W,#2W,#1Wp,#3Wp)に対し、蛍光X線装置(リガク社製、ZSX Primus II)を用いて、検量線(石炭灰)法によって化学成分を測定した。その結果を表2に示す。なお、それぞれの強熱減量は、JIS R 5202 「セメントの化学分析方法」に準じた方法で測定した。
"analysis"
The chemical components were measured by the following methods.
The chemical components of each of the prepared samples (#1-#5, #9-#10, #1W, #2W, #1Wp, #3Wp) were measured by the calibration curve (coal ash) method using an X-ray fluorescence analyzer (Rigaku Corporation, ZSX Primus II). The results are shown in Table 2. The ignition loss of each sample was measured according to JIS R 5202 "Methods for chemical analysis of cement."
また、焼却飛灰と得られた試料の炭酸化カルシウム量は、窒素雰囲気中で試料約50mgを昇温速度20℃/分にて1000℃まで昇温したときの600℃~700℃付近の質量減少量を求め、試薬との重量減少との比率により求めた(NETZSCH社製 TG-DTA 2000SR を利用)。その結果、原灰B1の炭酸カルシウム量は5.5%、湿灰化したもの(#1W)では5.6%であった。
水和物生成量は、上記強熱減量より上記炭酸化カルシウム量から揮発する脱炭酸分を除いたものとした。その結果、原灰B1の水和物生成量は1.8%、湿灰化したもの(#1W)では6.0%であった。
The amount of calcium carbonate in the incineration fly ash and the obtained samples was calculated by measuring the mass loss at around 600°C to 700°C when about 50 mg of the sample was heated to 1000°C at a heating rate of 20°C/min in a nitrogen atmosphere, and calculating the ratio of the mass loss to the weight loss of the reagent (using TG-DTA 2000SR manufactured by NETZSCH). As a result, the calcium carbonate amount of the raw ash B1 was 5.5%, and that of the wet ashed sample (#1W) was 5.6%.
The amount of hydrates formed was calculated by subtracting the amount of decarbonated calcium carbonate volatilized from the amount of calcium carbonate from the ignition loss. As a result, the amount of hydrates formed in raw ash B1 was 1.8%, and in the case of the wet ashed material (#1W), it was 6.0%.
表2によれば、乾灰である原灰B1を、粒度分布を頻度で表した場合の細粒側の山と粗粒側の山の間を分級点として分級すると、細粉(B1F)側に塩素成分と硫黄成分(SO3)のほとんどが含まれた。また、これを水洗することで(B2F)効率的に塩素成分が除去できていることが確認された。このため、特に水洗後の細粉については、セメント混合材として好適であることが分かる。 According to Table 2, when raw ash B1, which is dry ash, is classified using the point between the peaks on the fine side and the peaks on the coarse side when the particle size distribution is expressed as frequency, most of the chlorine and sulfur components ( SO3 ) are contained in the fine powder (B1F). It was also confirmed that the chlorine components can be efficiently removed by washing this with water (B2F). For this reason, it can be seen that the fine powder after washing in particular is suitable as a cement admixture.
一方、原灰を分級した粗粉(B1C)側のアルカリ金属の減少量は小さいが、塩素成分と硫黄成分をほとんど含まない上、原灰と比べてCaOが減少し、SiO2が増加している。よって、粗粉は石炭灰の化学組成に近くなり、セメントクリンカの原料として好適であることが分かる。 On the other hand, the reduction in alkali metals in the coarse powder (B1C) obtained by classifying raw ash is small, but it contains almost no chlorine or sulfur components, and has a reduced amount of CaO and an increased amount of SiO2 compared to raw ash. Therefore, the coarse powder has a chemical composition close to that of coal ash, and is suitable as a raw material for cement clinker.
また、原灰B1を湿灰化したもの(#1W)と、これを45μmで分級した粗粉B1C(#2W)とを対比すると、分級による塩素濃度の低下の程度は低いことが確認される。これは、原灰B1が湿灰化されたことで凝集と水和反応が生じており、生成された水和物に塩素(Cl)分が取り込まれた結果、分級による除去率が低下したものと推定される。原灰B1を湿灰化したもの(#1W)は水和反応が生じており、乾灰である原灰B1よりも強熱減量が増加していた。 In addition, when comparing the wet ashing of raw ash B1 (#1W) with the coarse powder B1C (#2W) that was classified at 45 μm, it was confirmed that the degree of reduction in chlorine concentration due to classification was low. This is presumably because coagulation and hydration reactions occurred when raw ash B1 was wet ashed, and chlorine (Cl) was absorbed into the hydrates that were produced, resulting in a reduction in the removal rate due to classification. Hydration reactions occurred in the wet ashing of raw ash B1 (#1W), and the loss on ignition was greater than that of raw ash B1, which is dry ash.
〈3.物理試験〉
焼却飛灰BA-1由来の原灰B1(#1)、分級点を45μmとして得られた粗粉B1C(#2)及び細粉B1F(#3)につき、ブレーン比表面積、フロー値比、及び活性度指数を、JIS A 6201「コンクリート用フライアッシュ」の附属書Cに準拠した方法で、測定した。更に、粗粉B1C(#2)に対しては細粉B1Fと同等程度の粒度になるようにミルで粉砕し、同様にブレーン比表面積、フロー値比、及び活性度指数を測定した。なお、粗粉B1Cを粉砕して得られた粉砕物(#2C)は、例えば、図12において、分級後の粗粉B1Cが粉砕設備30で粉砕されたもの(便宜上、符号「B1Cp」と称する。)を模擬したものである。この測定結果を表3に示す。
3. Physical Testing
The Blaine specific surface area, flow value ratio, and activity index of the raw ash B1 (#1) derived from the incineration fly ash BA-1, the coarse powder B1C (#2) obtained with a classification point of 45 μm, and the fine powder B1F (#3) were measured by a method conforming to Appendix C of JIS A 6201 "Fly ash for concrete". Furthermore, the coarse powder B1C (#2) was pulverized in a mill to have a particle size equivalent to that of the fine powder B1F, and the Blaine specific surface area, flow value ratio, and activity index were measured in the same manner. The pulverized material (#2C) obtained by pulverizing the coarse powder B1C is, for example, a simulation of the coarse powder B1C after classification pulverized in the pulverizing equipment 30 in FIG. 12 (for convenience, referred to as "B1Cp"). The measurement results are shown in Table 3.
表3によれば、原灰B1を分級した細粉B1Fを混合材として用いた場合は、原灰B1よりも活性度指数が高くなることが確認された。なお、粗粉B1Cは塩素を含まず、ブレーン比表面積が4000cm2/g以上になるまで粉砕を行えば(B1Cp)、原灰よりも反応性の高いポゾラン混合材として利用できることが明らかとなった。 According to Table 3, it was confirmed that when fine powder B1F, which is obtained by classifying raw ash B1, is used as an admixture, it has a higher activity index than raw ash B1. It was also revealed that coarse powder B1C does not contain chlorine, and if it is pulverized until the Blaine specific surface area reaches 4000 cm2 /g or more (B1Cp), it can be used as a pozzolanic admixture with a higher reactivity than raw ash.
[実施例2]
木質バイオマス(間伐材)を燃料にして循環流動床炉による発電を実施しているバイオマス発電施設P2から飛灰(粒度D50(頻度)が45.3μm、750℃における強熱減量(ig.loss)が2.3%)を入手し、これを水洗すること、及びその水洗の際の酸化工程(特には炭酸化工程)の有無が成分組成に与える影響を検討した。
[Example 2]
Fly ash (particle size D50 (frequency) 45.3 μm, ignition loss at 750°C (ig.loss) 2.3%) was obtained from biomass power generation facility P2, which uses woody biomass (thinned wood) as fuel to generate electricity in a circulating fluidized bed furnace. The effects of washing this with water and the presence or absence of an oxidation process (particularly a carbonation process) during the washing process on its component composition were examined.
《試験方法》
以下の手順で試験を行った。
(手順1)バイオマス灰100gと水道水400gをビーカーに投入し、スラリーにして、攪拌機にて400rpmで30分間攪拌した。このとき、水洗時にCO2ガスを流入してpH調整を行う場合には、pHメータで液中pHを監視しながら流量を調整した。
(手順2)攪拌を停止後、ブフナーロートを使用して濾別し、得られた濾紙上のケーキに対して更に水道水400gを投入してスラリーを洗浄後、回収した。
(手順3)回収したケーキを自然乾燥後、質量を測定し、各種分析を行った。
Test Method
The test was carried out in the following procedure.
(Step 1) 100 g of biomass ash and 400 g of tap water were put into a beaker, made into a slurry, and stirred with a stirrer at 400 rpm for 30 minutes. At this time, when pH adjustment was performed by introducing CO2 gas during water washing, the flow rate was adjusted while monitoring the pH in the liquid with a pH meter.
(Step 2) After stopping the stirring, the mixture was filtered using a Buchner funnel, and 400 g of tap water was added to the resulting cake on the filter paper to wash the slurry, which was then recovered.
(Step 3) The collected cake was naturally dried, and then its mass was measured and various analyses were carried out.
以下の表4は、各水洗条件の水準を示す。 Table 4 below shows the levels for each water washing condition.
《分析》
得られた試料につき、それぞれ以下の方法で分析を行った。
Clの定量:試料を硝酸分解処理した後、電位差滴定法により測定した。
K,Naの定量:試料を酸分解処理した後、ICP発光分光分析法により測定した。
Se,Cr6+の溶出試験:JIS K 0058-1「スラグ類の化学物質試験方法-第1部:溶出試験方法 5.利用有姿による試験」に準拠した方法で検液を作成した後、SeについてはICP質量分析法によって、Cr6+はジフェニルカルバジド吸光光度法によってそれぞれ測定した。
C,Mg,Al,Si,P,S,Ca,Feの定量:40℃乾燥処理を施した試料を蛍光X線装置(FP法:ファンダメンタルパラメータ法)によって測定した。測定結果を表5及び表6に示す。
"analysis"
The obtained samples were analyzed by the following methods.
Quantitative determination of Cl: After a sample was decomposed with nitric acid, the content was measured by potentiometric titration.
Quantitative determination of K and Na: After subjecting a sample to acid decomposition treatment, the contents were measured by ICP emission spectrometry.
Leaching test for Se and Cr6 + : Test solutions were prepared in accordance with JIS K 0058-1 "Testing methods for chemical substances of slags - Part 1: Leaching test method 5. Testing as used", and then Se was measured by ICP mass spectrometry and Cr6 + was measured by diphenylcarbazide absorptiometry.
Quantitative determination of C, Mg, Al, Si, P, S, Ca, and Fe: Samples dried at 40° C. were measured using a fluorescent X-ray analyzer (FP method: fundamental parameter method). The measurement results are shown in Tables 5 and 6.
表5によれば、原灰を水洗することにより塩素のほとんどが有効に除かれ、混合材として用いた場合のセメントを水硬化した後、鉄筋等への腐食作用のおそれがないと評価される許容基準の0.035質量%以下を満たすことが確認された。つまり、水洗後のバイオマス灰を分級した場合、細粉側及び粗粉側の双方にも塩素がほとんど含まれないことが分かる。 According to Table 5, most of the chlorine is effectively removed by washing the raw ash with water, and it has been confirmed that when used as an admixture, after the cement hardens with water, the content meets the allowable standard of 0.035% by mass or less, which is evaluated as having no risk of corroding reinforcing bars, etc. In other words, when the biomass ash after washing is classified, it is found that there is almost no chlorine in either the fine or coarse powder side.
また、表5によれば、原灰に含まれる水溶性セレンや六価クロムも水洗により有効に除かれており、混合材として用いた場合の重金属類の溶出のおそれが低減することが明らかとなった。 In addition, according to Table 5, the water-soluble selenium and hexavalent chromium contained in the raw ash were effectively removed by washing with water, and it was revealed that the risk of leaching of heavy metals is reduced when the raw ash is used as an admixture.
表6に示すように、このバイオマス灰は、SiO2やCaOが主要な構成成分であり、反応性の高いポゾラン混合材として有用であることが明らかとなった。 As shown in Table 6, this biomass ash is composed mainly of SiO2 and CaO, and it has become clear that it is useful as a highly reactive pozzolanic admixture.
水準2-2の結果によれば、CO2ガスを吹き込みながら水洗を行うことで、水洗後のバイオマス灰のCO2含有率が上昇することが明らかとなった。よって、pH調整のための成分は、水洗の操作後にはその少なくとも一部が灰中に固定化され、炭酸カルシウムが生成されたものと考えられる。また、CO2ガスを吹き込みながら水洗を行うことで、水酸化カルシウムが消失していた。表6において、水酸化カルシウムの含有量が0.01%未満であることは、検出限界未満であることを意味している。 According to the results of Level 2-2, it was revealed that washing with water while blowing in CO2 gas increased the CO2 content of the biomass ash after washing. Therefore, it is considered that at least a part of the components for adjusting the pH was fixed in the ash after the washing operation, and calcium carbonate was generated. In addition, calcium hydroxide disappeared by washing with water while blowing in CO2 gas. In Table 6, a calcium hydroxide content of less than 0.01% means that it is below the detection limit.
下記表7には、XRD法(X線回折法)により灰中のカルシウム成分の存在形態を調べた結果を示す。 Table 7 below shows the results of investigating the form of calcium in the ash using the XRD method (X-ray diffraction method).
表6及び表7によれば、原灰ではカルシウム成分の形態として、CaO(生石灰)、Ca(OH)2(消石灰)、CaCO3(石灰石)、CaSO4(石膏)の各Ca化合物の存在が確認された。これに対して、pH調整せずに水洗した水準2-1では、CaO(生石灰)の存在は消失し、Ca(OH)2(消石灰)の存在の減少が確認された。また、CO2ガスを吹込みながらpH9の条件で水洗した水準2-2では、CaO(生石灰)とCa(OH)2(消石灰)の存在が消失したことが確認された。 According to Tables 6 and 7, the presence of each Ca compound, CaO (quicklime), Ca(OH) 2 (slaked lime), CaCO3 (limestone), and CaSO4 (gypsum), was confirmed as the form of calcium component in the raw ash. In contrast, in level 2-1, where washing was performed without pH adjustment, the presence of CaO (quicklime) disappeared, and the presence of Ca(OH) 2 (slaked lime) was reduced. In level 2-2, where washing was performed under a pH 9 condition while injecting CO2 gas, the presence of CaO (quicklime) and Ca(OH) 2 (slaked lime) disappeared.
[実施例3]
木質ペレットおよびパーム椰子殻を燃料にしてストーカ炉による発電を実施しているバイオマス発電施設P3から焼却飛灰(粒度D50(頻度)が20.0μm、750℃における強熱減量(ig.loss)6.1%)を入手して、実施例2と同様の試験を行った。その結果を表8及び表9に示す。なお、水準3-2では、水洗時にpH調整のための硫酸が添加されている。
[Example 3]
Fly ash (particle size D50 (frequency) 20.0 μm, ignition loss at 750° C. (ig. loss) 6.1%) was obtained from biomass power generation facility P3, which uses wood pellets and palm kernel shells as fuel to generate electricity in a stoker furnace, and the same test as in Example 2 was conducted. The results are shown in Tables 8 and 9. In level 3-2, sulfuric acid was added during water washing to adjust the pH.
表8によれば、原灰を水洗することにより塩素のほとんどが有効に除かれ、混合材として用いた場合のセメントを水硬化した後、鉄筋等への腐食作用のおそれがないと評価される許容基準0.035質量%以下を満たすことが確認された。つまり、水洗後のバイオマス灰を分級した場合、細粉側及び粗粉側の双方にも塩素がほとんど含まれないことが分かる。 According to Table 8, it was confirmed that most of the chlorine is effectively removed by washing the raw ash with water, and when used as an admixture, after the cement hardens with water, it meets the allowable standard of 0.035% by mass or less, which is evaluated as having no risk of corroding reinforcing bars, etc. In other words, when the biomass ash after washing is classified, it is found that there is almost no chlorine in either the fine or coarse powder side.
また、表8によれば、原灰に含まれる水溶性セレンや六価クロムも水洗により有効に除かれており、混合材として用いた場合の重金属類の溶出のおそれが低減することが明らかとなった。 In addition, according to Table 8, the water-soluble selenium and hexavalent chromium contained in the raw ash were effectively removed by washing with water, and it was revealed that the risk of leaching of heavy metals is reduced when the raw ash is used as an admixture.
表9に示すように、このバイオマス灰は、SiO2やCaOが主要な構成成分であり、反応性の高いポゾラン混合材として有用であることが明らかとなった。更に、硫酸を添加して水洗を行うことでSO3含有率が上昇することが明らかとなった。よって、pH調整のための硫酸成分は、水洗の操作後にはその少なくとも一部が灰中に固定化されているものと考えられる。 As shown in Table 9, this biomass ash is mainly composed of SiO2 and CaO, and it is clear that it is useful as a highly reactive pozzolanic admixture. Furthermore, it was clear that the SO3 content increases by adding sulfuric acid and washing with water. Therefore, it is considered that at least a part of the sulfuric acid component for adjusting the pH is fixed in the ash after the water washing operation.
1 :セメント製造システム
3 :原料槽
5 :粉体貯槽
10 :クリンカ製造設備
11 :プレヒータ
12 :セメントキルン
13 :クリンカクーラ
20 :分級設備
30 :粉砕設備
40 :水洗設備
41 :粉体供給装置
42 :液体供給装置
43 :粉体溶解槽
44 :スラリー攪拌装置
46 :固液分離装置
47 :搬送装置
49 :水洗浄装置
51 :ガス供給装置
52 :脱未燃炭素剤供給装置
53 :浮遊選鉱装置
B1 :バイオマス灰
B1C :粗粉
B1F :細粉
B2 :(改質)バイオマス灰
B2C :(改質)粗粉
B2F :(改質)細粉
Ck1 :脱水物
Cn1 :セメントクリンカ
D1 :脱未燃炭素剤
G1 :CО2含有ガス
Lr1 :スラリー
Lr2(Lr2a,Lr2b) :スラリー
W1,W2 :水
W3 :排水
Y1 :セメントクリンカ原料
1: Cement manufacturing system 3: Raw material tank 5: Powder storage tank 10: Clinker manufacturing equipment 11: Preheater 12: Cement kiln 13: Clinker cooler 20: Classification equipment 30: Crushing equipment 40: Water washing equipment 41: Powder supply device 42: Liquid supply device 43: Powder dissolving tank 44: Slurry agitator 46: Solid-liquid separator 47: Conveyor device 49: Water washing device 51: Gas supply device 52: Unburned carbon removal agent supply device 53: Flotation device B1: Biomass ash B1C: Coarse powder B1F: Fine powder B2: (Modified) biomass ash B2C: (Modified) Coarse powder B2F: (Modified) Fine powder Ck1: Dehydrated material Cn1: Cement clinker D1: Unburned carbon removal agent G1: CO2- containing gas Lr1 : Slurry Lr2 (Lr2a, Lr2b) : Slurry W1, W2 : Water W3 : Drainage Y1 : Cement clinker raw material
Claims (9)
前記工程(a)で得られた前記細粉を、セメントキルンに投入されるセメントクリンカ原料、前記セメントキルンから得られたセメントクリンカ、又は前記セメントクリンカに対する粉砕処理後のセメント、の少なくともいずれかに対して投入する工程(b)と、
前記バイオマス灰を水洗する工程(c)とを有し、
前記工程(b)は、前記工程(c)によって水洗された後の前記細粉を投入する工程であることを特徴とする、セメント製造方法。 A step (a) of classifying the biomass ash into coarse powder and fine powder with a classification point of 20 μm or more and 100 μm or less ;
(b) adding the fine powder obtained in the step (a) to at least one of a cement clinker raw material to be added to a cement kiln, a cement clinker obtained from the cement kiln, or a cement obtained after a grinding treatment of the cement clinker ;
and (c) washing the biomass ash with water;
A method for producing cement, wherein the step (b) is a step of adding the fine powder after being washed with water in the step (c) .
セメントクリンカ原料を焼成してセメントクリンカを生成するセメントキルンと、
前記セメントキルンから得られた前記セメントクリンカを粉砕してセメントを生成する粉砕設備と、
前記バイオマス灰を水洗する水洗設備とを備え、
前記水洗設備によって水洗された後の前記細粉が、前記セメントクリンカ原料、前記セメントキルンから得られた前記セメントクリンカ、又は前記粉砕設備から得られた前記セメントの少なくともいずれかに対して投入されることを特徴とする、セメント製造システム。 A classification device that classifies the biomass ash into coarse powder and fine powder with a classification point of 20 μm or more and 100 μm or less ;
a cement kiln for burning cement clinker raw materials to produce cement clinker;
a grinding facility for grinding the cement clinker obtained from the cement kiln to produce cement ;
and a water washing facility for washing the biomass ash with water .
A cement production system, characterized in that the fine powder after being washed by the water washing equipment is added to at least one of the cement clinker raw material, the cement clinker obtained from the cement kiln, or the cement obtained from the grinding equipment.
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