JP7117199B2 - 燃焼灰の処理方法および再使用方法 - Google Patents
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Description
特許文献3には、硫黄を含む添加物を添加した廃棄物から、分離選別装置で金属化合物を分離する方法が開示されている。
[1] 燃焼工程にて燃料を燃焼して発生した燃焼灰に対し、1.0テスラ以上の磁力で磁選を行い、前記燃焼灰からケイ素化合物を除去する磁選工程を有する燃焼灰の処理方法。
[2] 前記磁選工程において、磁選に用いる磁石がネオジム磁石または電磁石である、前記[1]に記載の燃焼灰の処理方法。
[3] 前記燃焼工程において、燃料を燃焼する燃焼温度が1300℃以上2000℃以下である、前記[1]または[2]に記載の燃焼灰の処理方法。
[4] 前記燃焼工程において、ボイラー燃焼炉、電気炉、ロータリーキルン、溶鉱炉または高炉で燃料を燃焼する、前記[1]~[3]のいずれかに記載の燃焼灰の処理方法。[5] 燃焼灰に対し1.0テスラ以上の磁力で磁選を行い、前記燃焼灰からケイ素化合物を除去する磁選工程を経て得られたケイ素化合物除去済みの燃焼灰を燃焼することを特徴とする燃焼灰の再使用方法。
本発明に係る燃焼灰の処理方法は、燃焼灰から1.0テスラ以上の磁力で磁選を行い、ケイ素化合物を除去する磁選工程を含む。また、燃料を燃焼させて燃焼灰を生成する燃焼工程や、前記磁選工程を経た灰を燃焼する前記燃焼灰の再使用工程を含んでいてもよい。前記再使用工程を含む燃焼灰の処理方法は、燃焼灰の再使用方法として把握することができる。
本工程で使用できる燃料としては、石油コークス、重油などの石油系燃料、および石炭などの石炭系燃料等を挙げることができる。前記燃料は、火力発電所などにおいて燃焼され、発電など種々の目的のために使用される。燃料の燃焼に用いられる装置としては、たとえばボイラー燃焼炉、電気炉、ロータリーキルン、溶鉱炉、高炉等が挙げられる。
燃焼灰には、前述のとおり、未燃焼カーボン、ケイ素化合物、ニッケル化合物、鉄化合物などの金属化合物、および硫安(硫酸アンモニウム)などが含まれる。ケイ素化合物は、ボイラー等に対する熱伝導率の低下などの弊害をもたらすので、燃焼灰を燃料として再使用する場合には、燃焼灰からケイ素化合物を除去することが必要である。
燃焼灰中に含まれるケイ素化合物の量は、使用される燃料の種類や燃焼方法などによって変動はあるものの、通常、ケイ素元素換算で0.1~2.5質量%の範囲である。
燃焼工程は、酸化雰囲気であれば特に限定されない。
磁選工程においては、前記燃焼灰からケイ素化合物を磁選により除去する。前述のとおり、前記燃焼工程において得られた燃焼灰においては、ケイ素化合物が磁性金属に付着されていて、燃焼灰に磁選を行うことにより、ケイ素化合物が磁性金属とともに磁着され、ケイ素化合物が効率的に除去される。
磁選工程における磁選の磁力としては、1.0テスラ以上であり、好ましくは1.2テスラ以上、より好ましくは1.5テスラ以上である。1.0テスラ以上の場合、燃焼灰中の微粒金属を良好な磁選効率にて分離でき、ケイ素化合物の磁選を効率よく分離することができる。磁力の上限は、好ましくは4.0テスラである。
再使用工程においては、前記磁選工程にて燃焼灰からケイ素化合物を除去した灰を、燃焼炉へ投入し燃料として再使用する。
磁選工程にてケイ素化合物を除去した灰は、25mJ/kg以上の熱量を持ち、炉ボイラーに対して熱伝導率の低下を引き起こす灰中のケイ素化合物濃度も0.6質量%以下と低いことから、燃料として活用することができる。
実施例中の「非磁着物」は、燃焼灰が磁場領域に接触したときに磁石に付着しなかった成分、「磁着物」は、燃焼灰が磁場領域に接触したときに磁石に付着した成分である。
ケイ素元素の残存率(%)=[非磁着物中のケイ素元素質量/(非磁着物中のケイ素元素質量+磁着物中のケイ素元素質量)]×100
ケイ素元素の除去率(%)=[磁着物中のケイ素元素質量/(非磁着物中のケイ素元素質量+磁着物中のケイ素元素質量)]×100
ケイ素元素の定量は以下の方法で行った。
(1)5分間で190℃まで上昇させ、5分間190℃に維持した。
(2)2分間で210℃まで上昇させ、5分間210℃に維持した。
(3)2分間で230℃まで上昇させ、25分間230℃に維持した。
(4)1分間で100℃まで下げ操作を終了した。
(5)上記一連の分解操作を2回繰り返した。
石油系燃料である石油コークス20.0gを蒸発皿に載せ電気炉(ヤマト科学株式会社製、FP410)に入れ、酸化雰囲気にて燃焼温度500℃で6.5時間燃焼し、燃焼灰を得た。得られた燃焼灰を室温まで冷却した後、ディスポトレー(アズワン株式会社製、DT-2)に1.4テスラのネオジム磁石(株式会社サンギョウサプライ製、マグネットバー、直径25mm、長さ150mm、12,000G(14,000G)、耐熱温度120℃)を置き、燃焼灰をネオジム磁石にふりかけ、非磁着物を振り落とした。振り落とされた非磁着物をネオジム磁石にふりかけ、振り落とす手順を、新たな磁着物が生じなくなるまで繰り返し、非磁着物と磁着物に分離した。非磁着物と磁着物をそれぞれ電気炉(ヤマト科学株式会社製、FP410)に入れ、110℃にて2時間乾燥した。得られた非磁着物および磁着物の質量を測定し、上記方法によりケイ素元素を定量し、上記式に従い、ケイ素元素の残存率および除去率を求めた。結果を表1に示す。
石油コークス20.0gを燃焼温度1,000℃で3時間燃焼して燃焼灰を得た点以外は、実施例1と同様に行い、ケイ素元素の残存率および除去率を求めた。結果を表1に示す。
石油系燃料をボイラーにて燃焼温度1400℃で6秒間燃焼させて、発生した排ガスから電気集塵機で燃焼飛灰を捕集した。前記燃焼温度は、サーモグラフィカメラ(フリアーシステムズジャパン株式会社製、FLIR(登録商標) E95)を用いて、ボイラー内の過熱器からの放射光を受けて測定したときに得られた温度とした。この燃焼飛灰20.0gを100mLのポリプロピレン製ボトル(株式会社サンプラテック製、アイボーイ)に入れ、純水60.0gを加え、25質量%スラリー溶液とした。スラリー溶液を攪拌後、溶液に1.4テスラのネオジム磁石(株式会社サンギョウサプライ製、マグネットバー、直径25mm、長さ150mm、12,000G(14,000G)、耐熱温度120℃)を入れ、約5秒後液面より上に持ち上げた。磁着物が磁着したネオジム磁石をチャック付きポリ袋(株式会社生産日本社製、ユニパックH-8、ポリエチレン製)内に挿入し、ポリ袋でネオジム磁石に磁着した磁着物をポリ袋内にこそぎ落とし、磁着物をスラリーから分離した。上記一連の磁選操作を、新たな磁着物が生じなくなるまで繰り返し、非磁着物と磁着物を分離した。得られた非磁着物および磁着物の質量を測定し、上記方法によりケイ素元素を定量し、上記式に従い、ケイ素元素の残存率および除去率を求めた。結果を表1に示す。
実施例3と同様の操作で得られた燃焼飛灰750.0gを容量0.003m3のポリプロピレンボトル(瑞穂化成工業株式会社製、)に入れ、純水2.25kgを加え、25質量%スラリー溶液とした。このスラリー溶液を攪拌後、1.4テスラの高勾配磁選機(日本エリーズマグネチックス株式会社製、L-4)に投入し、磁選を行った。高勾配磁選機下部より、マトリックスを通過した非磁着物を回収し、マトリックスに付着していた磁着物は、高勾配磁選機の磁場を切った後に、マトリックスを純水で洗浄し、回収した。得られた非磁着物および磁着物の質量を測定し、上記方法によりケイ素元素を定量し、上記式に従い、ケイ素元素の残存率および除去率を求めた。結果を表1に示す。
高勾配磁選機の磁力を表1に記載の通りに変更した点以外は実施例4と同様の操作を行い、ケイ素元素の残存率および除去率を求めた。結果を表1に示す。
図1および2より、磁着物ではケイ素が鉄、ニッケルの近傍に存在すること、一方で非磁着物ではケイ素が鉄、ニッケルの近傍には存在しないことが判る。
Claims (6)
- 燃焼工程にて燃料を燃焼して発生した燃焼灰に対し、1.0テスラ以上の磁力で磁選を行い、前記燃焼灰からケイ素化合物を除去する磁選工程を有し、前記燃料が石油系燃料である、燃焼灰の処理方法。
- 前記磁選工程において、磁選に用いる磁石がネオジム磁石または電磁石である、請求項1に記載の燃焼灰の処理方法。
- 前記燃焼工程において、燃料を燃焼する燃焼温度が1300℃以上2000℃以下である、請求項1または2に記載の燃焼灰の処理方法。
- 前記燃焼工程において、ボイラー燃焼炉、電気炉、ロータリーキルン、溶鉱炉または高炉で燃料を燃焼する、請求項1~3のいずれかに記載の燃焼灰の処理方法。
- 前記燃焼灰に含まれるケイ素化合物が、ケイ素元素換算で0.1~2.5質量%である、請求項1~4のいずれか1項に記載の燃焼灰の処理方法。
- 石油系燃料を燃焼して発生した燃焼灰に対し1.0テスラ以上の磁力で磁選を行い、前記燃焼灰からケイ素化合物を除去する磁選工程を経て得られたケイ素化合物除去済みの燃焼灰を燃焼することを特徴とする燃焼灰の再使用方法。
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