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JP7503010B2 - Method and apparatus for removing alkali metals - Google Patents

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JP7503010B2
JP7503010B2 JP2021023622A JP2021023622A JP7503010B2 JP 7503010 B2 JP7503010 B2 JP 7503010B2 JP 2021023622 A JP2021023622 A JP 2021023622A JP 2021023622 A JP2021023622 A JP 2021023622A JP 7503010 B2 JP7503010 B2 JP 7503010B2
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Description

本発明は、アルカリ金属除去方法及びアルカリ金属除去装置に関する。特に、本発明は、木質バイオマスの燃焼灰をセメント原料等として有効利用するための、アルカリ金属除去方法及びアルカリ金属除去装置に関する。 The present invention relates to an alkali metal removal method and an alkali metal removal device. In particular, the present invention relates to an alkali metal removal method and an alkali metal removal device for effectively utilizing combustion ash of wood biomass as a cement raw material, etc.

樹木の幹や枝、切削チップ、おが粉、樹皮、木質ペレット、PKS(palm kernel shell)、建築廃材等の木質バイオマスについては、発電用ボイラ等の燃料とする技術開発に並行して、木質バイオマスの燃焼で発生する燃焼灰(以後、「木質バイオマス灰」と称する場合がある。)の有効利用技術についても開発が進められている。 As for wood biomass, such as tree trunks and branches, cutting chips, sawdust, bark, wood pellets, PKS (palm kernel shells), and construction waste, in parallel with the development of technology to use it as fuel for power generation boilers, etc., development is also underway for the effective use of combustion ash (hereinafter sometimes referred to as "wood biomass ash") generated by the combustion of wood biomass.

木質バイオマス灰は、例えば石炭灰やごみ焼却灰等と比較すると、アルカリ金属、特にカリウムの含有量が多いことが特徴である。そのため、例えば、多量に発生する石炭灰やごみ焼却灰の有効利用を可能にしているセメント原料化技術を木質バイオマス灰に適用する場合、セメントがアルカリ金属成分を忌避成分とするために木質バイオマス灰からアルカリ金属を除去することが必要となる。更に、木質バイオマス灰の飛灰からアルカリ金属が除去できれば、石炭灰(フライアッシュ)がそうであるように、木質バイオマス灰の飛灰をコンクリート混和材やセメント混合材とする用途開発等も可能になる。 Compared to coal ash and waste incineration ash, for example, wood biomass ash is characterized by its high content of alkali metals, especially potassium. For this reason, for example, when applying cement raw material technology that enables the effective use of large amounts of coal ash and waste incineration ash to wood biomass ash, it is necessary to remove the alkali metals from the wood biomass ash so that cement will avoid the alkali metal components. Furthermore, if the alkali metals can be removed from wood biomass ash fly ash, it will be possible to develop applications for wood biomass ash fly ash as a concrete admixture or cement mixture, just like coal ash (fly ash).

木質バイオマス灰からアルカリ金属成分を除去する技術として、例えば、下記特許文献1には、バグフィルタで集塵された木質バイオマス灰(飛灰)を、所定の分級点で分級してカリウム濃度の高い微粉燃焼灰を分別して回収する、燃焼装置及び燃焼灰処理方法が開示されている。 As a technique for removing alkali metal components from woody biomass ash, for example, Patent Document 1 below discloses a combustion device and a combustion ash processing method in which woody biomass ash (fly ash) collected by a bag filter is classified at a predetermined classification point to separate and recover fine combustion ash with a high potassium concentration.

特開2017-122550号公報JP 2017-122550 A

しかしながら、木質バイオマス灰の飛灰は、全ての粒度の灰にアルカリ金属が存在するため、微粉に存在するアルカリ金属を除去するだけではセメント原料等とするには不十分である。 However, since alkali metals are present in all particle sizes of wood biomass fly ash, simply removing the alkali metals present in the fine powder is insufficient for use as a cement raw material, etc.

上記の課題に鑑み、本発明は、木質バイオマス灰の飛灰(以後、「バイオマス灰」と称する場合もある。)からアルカリ金属を効率的に除去してセメント原料等として有効利用するための、アルカリ金属除去方法及びその方法の実施に用いるアルカリ金属除去装置を提供することを目的とする。 In view of the above problems, the present invention aims to provide an alkali metal removal method and an alkali metal removal device for use in carrying out the method, for efficiently removing alkali metals from fly ash of wood biomass ash (hereinafter sometimes referred to as "biomass ash") and effectively utilizing the alkali metals as a cement raw material, etc.

本発明者らは、鋭意研究の結果、バイオマス灰に含まれるアルカリ金属には水溶性のものと水に難溶性(以後、単に「難溶性」と称する。)なものの2種類が存在すること、並びに、バイオマス灰のうち粒度の小さい微粉側には水溶性のアルカリ金属が多く存在する一方、粒度の大きい粗粉側には難溶性のアルカリ金属が多く存在することを見出した。 As a result of extensive research, the inventors have discovered that there are two types of alkali metals contained in biomass ash: water-soluble and poorly soluble in water (hereinafter simply referred to as "poorly soluble"). They have also discovered that water-soluble alkali metals are abundant in the fine powder side of biomass ash, which has a small particle size, while poorly soluble alkali metals are abundant in the coarse powder side, which has a large particle size.

更に、本発明者らは、難溶性のアルカリ金属は、塩素源と一緒に加熱する処理(いわゆる「塩化焙焼」)によって水溶性塩(アルカリ金属塩化物)に変化させられることを見出した。 Furthermore, the inventors have found that poorly soluble alkali metals can be converted into water-soluble salts (alkali metal chlorides) by heating them together with a chlorine source (so-called "chlorination roasting").

そして、本発明者らは、上記の新たな知見から、バイオマス灰の粗粉に含まれる難溶性のアルカリ金属を塩化焙焼を用いて水溶性塩とした後、バイオマス灰の微粉と共に水洗することで、効果的且つ効率的にバイオマス灰に含まれるアルカリ金属を除去できることを見出した。 Based on the above new findings, the inventors have discovered that the alkali metals contained in the biomass ash can be effectively and efficiently removed by converting the poorly soluble alkali metals contained in the coarse powder of the biomass ash into water-soluble salts using chlorination roasting, and then washing the salts together with the fine powder of the biomass ash with water.

すなわち、本発明は、木質バイオマスの燃焼灰の飛灰からアルカリ金属を除去する方法であって、
前記飛灰を微粉と粗粉に分級する工程(a)と、
前記工程(a)で得られた前記粗粉を塩素源と共に加熱して加熱処理物を得る工程(b)と、
前記工程(a)で得られた前記微粉と、前記工程(b)で得られた前記加熱処理物とを水洗する工程(c)とを含むことを特徴とする。
That is, the present invention is a method for removing alkali metals from fly ash of combustion ash of woody biomass, comprising the steps of:
(a) classifying the fly ash into fine powder and coarse powder;
A step (b) of heating the coarse powder obtained in the step (a) together with a chlorine source to obtain a heat-treated product;
The method is characterized by including a step (c) of washing the fine powder obtained in the step (a) and the heat-treated product obtained in the step (b) with water.

上記方法によれば、工程(a)によって予めバイオマス灰(飛灰)が微粉と粗粉とに分級される。上述したように、バイオマス灰の微粉には水溶性のアルカリ金属が多く含まれるため、そのまま水洗することでアルカリ金属を除去できる。また、バイオマス灰の粗粉には難溶性を示すアルカリ金属が多く含まれるが、工程(b)において塩素源と共にこの粗粉が加熱されることで塩化焙焼が行われ、かかるアルカリ金属は水溶性塩に変化する。この結果、バイオマス灰の微粉側に含まれるアルカリ金属と、バイオマス灰の粗粉側に含まれるアルカリ金属の双方を、工程(c)に係る水洗処理によって水に溶解させて除去できる。 According to the above method, biomass ash (fly ash) is previously classified into fine powder and coarse powder in step (a). As described above, the fine powder of biomass ash contains a large amount of water-soluble alkali metals, so the alkali metals can be removed by simply washing with water. The coarse powder of biomass ash also contains a large amount of poorly soluble alkali metals, but in step (b), this coarse powder is heated together with a chlorine source to carry out chlorination roasting, and the alkali metals are converted into water-soluble salts. As a result, both the alkali metals contained in the fine powder side of the biomass ash and the alkali metals contained in the coarse powder side of the biomass ash can be dissolved in water and removed by the water washing treatment in step (c).

前記工程(a)は、5μm以上30μm以下を分級点として分級する工程であるものとしても構わない。 The step (a) may be a step of classifying the particles with a classification point of 5 μm or more and 30 μm or less.

上記方法によれば、排出元が異なるバイオマス灰であっても、ほとんどのバイオマス灰について全体量の20質量%以上50質量%以下に相当する微粉を確保することができる。言い換えれば、工程(b)に係る加熱処理を行う対象となる粗粉は、バイオマス灰の全体量に対して50質量%以上80質量%以下に相当する。つまり、バイオマス灰の全体を加熱する必要がないため、高い加熱効率でアルカリ金属の除去が可能となる。 According to the above method, even if the biomass ash comes from different sources, fine powder equivalent to 20% by mass or more and 50% by mass or less of the total amount of biomass ash can be obtained for most biomass ash. In other words, the coarse powder to be subjected to the heat treatment in step (b) corresponds to 50% by mass or more and 80% by mass or less of the total amount of biomass ash. In other words, since there is no need to heat the entire biomass ash, alkali metals can be removed with high heating efficiency.

前記工程(b)は、650℃以上1200℃以下の温度で加熱する工程であるものとしても構わない。 Step (b) may be a heating step at a temperature of 650°C or more and 1200°C or less.

上記方法によれば、バイオマス灰の粗粉に含まれる難溶性のアルカリ金属を、高い割合で水溶性塩に変化できる。加熱温度が650℃未満である場合には、温度が低いために塩化焙焼が生じ難くなることがある。また、加熱温度が1200℃を超える場合には、バイオマス灰の部分的な溶融や大径化が生じて塩化焙焼の反応速度が遅くなることがある。 The above method can convert a high percentage of sparingly soluble alkali metals contained in the coarse powder of biomass ash into water-soluble salts. If the heating temperature is less than 650°C, chlorination roasting may not occur easily due to the low temperature. If the heating temperature exceeds 1200°C, partial melting and enlargement of the biomass ash may occur, slowing down the reaction rate of chlorination roasting.

なお、本発明者らの鋭意研究の結果、バイオマス灰の粗粉にはカリウムがカリ長石(KAlSi38)の形態で含まれる場合があることが分かった。特に、カリ長石成分を多く含む場合には、1000℃~1200℃の温度で加熱することによって、アルカリ金属塩に変化させやすくなる。 As a result of intensive research by the present inventors, it was found that the coarse powder of biomass ash may contain potassium in the form of potassium feldspar (KAlSi 3 O 8 ). In particular, when the powder contains a large amount of potassium feldspar, it is easily converted into an alkali metal salt by heating at a temperature of 1000°C to 1200°C.

前記工程(b)は、酸素濃度10%以下の雰囲気下で加熱する工程であるものとしても構わない。 Step (b) may be a step of heating in an atmosphere with an oxygen concentration of 10% or less.

本発明者らの鋭意研究の結果、塩化焙焼を低酸素濃度の雰囲気で行うことで、アルカリ金属を更に高効率で除去できることを新たに見出した。この理由は、低酸素濃度の雰囲気で塩化焙焼を行うことで、塩素の揮発が抑制された結果、アルカリ金属をアルカリ金属塩化物に変化させやすくなったものと考えられる。詳細は、「発明を実施するための形態」の項で、実施例を参照しつつ後述される。 As a result of intensive research by the inventors, it was newly discovered that alkali metals can be removed more efficiently by performing chlorination roasting in an atmosphere with a low oxygen concentration. The reason for this is believed to be that performing chlorination roasting in an atmosphere with a low oxygen concentration suppresses the volatilization of chlorine, making it easier to convert alkali metals into alkali metal chlorides. Details will be described later in the section "Mode for carrying out the invention" with reference to the examples.

なお、塩化焙焼の際の雰囲気中の酸素濃度は、10%以下とするのがより好ましく、5%以下とするのが特に好ましい。なお、雰囲気に含まれる酸素以外の気体としては、典型的には窒素であるが、二酸化炭素等、他の気体が含まれていても構わない。 The oxygen concentration in the atmosphere during chlorination roasting is preferably 10% or less, and more preferably 5% or less. The gas other than oxygen contained in the atmosphere is typically nitrogen, but other gases such as carbon dioxide may also be contained.

前記工程(b)で利用される前記塩素源は、廃プラスチック及び無機化合物塩素が混入された可燃性廃棄物を含むものとしても構わない。 The chlorine source used in step (b) may include waste plastics and combustible waste mixed with inorganic chlorine.

上記方法によれば、塩素含有率が高いためにリサイクル用途に乏しい廃棄物等を、バイオマス灰に含まれるアルカリ金属の除去のために有効活用できる。 The above method makes it possible to effectively utilize waste materials that have a high chlorine content and therefore are poorly suited for recycling, in order to remove alkali metals contained in biomass ash.

前記工程(b)で利用される前記塩素源は、80mm以下の大きさであるものとしても構わない。 The chlorine source used in step (b) may be 80 mm or less in size.

上記大きさの塩素源を工程(b)に係る加熱処理で利用することで、粗粉に含まれる難溶性のアルカリ金属を高い割合で水溶性塩に変化できる。塩素源の大きさが80mmよりも大きい場合、工程(b)に係る加熱処理中に塩素源からの塩素の揮発が十分に生じず、バイオマス灰の塩化焙焼が生じ難くなることがある。なお、この塩素源の大きさとは、篩いの目開きの大きさであって、大きさが80mm以下とは目開き80mmの篩いを通過するものを指す。 By using a chlorine source of the above size in the heat treatment in step (b), a high percentage of the poorly soluble alkali metals contained in the coarse powder can be converted into water-soluble salts. If the size of the chlorine source is larger than 80 mm, chlorine may not be sufficiently volatilized from the chlorine source during the heat treatment in step (b), making it difficult to chlorinate the biomass ash. The size of the chlorine source refers to the size of the sieve openings, and a size of 80 mm or less refers to one that passes through a sieve with an opening of 80 mm.

前記工程(b)は、前記粗粉の全アルカリ金属成分のモル量(A)に対する、前記塩素源の全塩素のモル量(B)の比率(B/A)が、1以上5以下の範囲内で混合された、前記粗粉と前記塩素源との混合物を加熱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 heating a mixture of the coarse powder and the chlorine source in which the ratio (B/A) of the molar amount (B) of the total chlorine in the chlorine source to the molar amount (A) of the total alkali metal components in the coarse powder is in the range of 1 to 5.

上記方法によれば、粗粉に含まれる難溶性のアルカリ金属の多くを効率的に水溶性塩に変化させることができる。前記B/Aの値が5を超えると、塩化焙焼に寄与しない塩素が残存してしまい、一部の塩素源を無駄にするおそれがある。また、前記B/Aの値が1を下回る場合には、工程(b)の完了後に得られた加熱処理物にも、依然として難溶性のアルカリ金属が一定程度含まれるおそれがある。 According to the above method, most of the sparingly soluble alkali metals contained in the coarse powder can be efficiently converted into water-soluble salts. If the value of B/A exceeds 5, chlorine that does not contribute to chlorination roasting remains, and some of the chlorine source may be wasted. Also, if the value of B/A is below 1, the heat-treated product obtained after completion of step (b) may still contain a certain amount of sparingly soluble alkali metals.

前記アルカリ金属除去方法は、前記工程(a)で得られた前記粗粉を粉砕して粗粉粉砕物を得る工程(d)を有し、
前記工程(b)は、前記工程(d)で得られた前記粗粉粉砕物を前記塩素源と共に加熱する工程であるものとしても構わない。
The alkali metal removal method includes a step (d) of pulverizing the coarse powder obtained in the step (a) to obtain a pulverized coarse powder,
The step (b) may be a step of heating the coarsely pulverized product obtained in the step (d) together with the chlorine source.

粗粉には、難溶性のアルカリ金属が全体的に満遍なく含まれていることが想定される。上記方法のように、加熱工程(b)の前に粉砕処理(d)を行うことでアルカリ金属の露出面積が増加するため、加熱工程(b)において塩素含有物に含まれる塩素との反応性が向上し、より高効率でアルカリ金属塩化物に変化させることができる。 It is assumed that the coarse powder contains poorly soluble alkali metals evenly throughout. As in the above method, by performing the grinding process (d) before the heating step (b), the exposed area of the alkali metal increases, improving its reactivity with the chlorine contained in the chlorine-containing material in the heating step (b), and enabling it to be converted to alkali metal chloride more efficiently.

また、本発明に係るアルカリ金属除去装置は、木質バイオマスの燃焼灰の飛灰からアルカリ金属を除去するための装置であって、
前記飛灰を微粉と粗粉に分級する分級装置と、
前記分級装置で得られた前記粗粉を塩素源と共に加熱して加熱処理物を得る加熱装置と、
前記分級装置で得られた前記微粉と、前記加熱装置で得られた前記加熱処理物とを水洗する水洗装置とを備えることを特徴とする。
The alkali metal removal apparatus according to the present invention is an apparatus for removing alkali metals from fly ash generated by combustion of woody biomass, comprising:
A classifier for classifying the fly ash into fine powder and coarse powder;
a heating device for heating the coarse powder obtained by the classifier together with a chlorine source to obtain a heat-treated product;
The present invention is characterized by including a water washing device for washing the fine powder obtained by the classifying device and the heat-treated product obtained by the heating device with water.

上記装置によれば、難溶性のアルカリ金属を多く含むバイオマス灰の粗粉に対して選択的に塩化焙焼を適用することが可能となり、バイオマス灰からのアルカリ金属の除去を効率的に行うことができる。 The above-mentioned device makes it possible to selectively apply chlorination roasting to coarse biomass ash powder that contains a large amount of sparingly soluble alkali metals, allowing efficient removal of alkali metals from biomass ash.

前記分級装置は、サイクロン型エアセパレータ等の回転羽根付きの遠心式空気分級機で構成されていても構わない。 The classification device may be a centrifugal air classifier with rotating blades, such as a cyclone-type air separator.

かかる構成によれば、バイオマス灰の分級点の調整が容易化されると共に、分級処理を連続的に行うことが可能となる。 This configuration makes it easier to adjust the classification point of the biomass ash and allows the classification process to be carried out continuously.

前記加熱装置がロータリーキルンで構成されていても構わない。 The heating device may be a rotary kiln.

かかる構成によれば、加熱装置内において、バイオマス灰の粗粉と塩素源が良好に混合され、且つ、均質に加熱されるため、アルカリ金属の塩化焙焼を効率的に生じさせることが可能であるとともに、そのような加熱処理を連続的に実施できる。なお、前記ロータリーキルンの燃焼方式は特に限定されず、内燃式でも外熱式であっても構わない。 With this configuration, the coarse biomass ash powder and the chlorine source are mixed well and heated homogeneously in the heating device, making it possible to efficiently produce chlorinated roasting of alkali metals and to carry out such heating treatment continuously. The combustion method of the rotary kiln is not particularly limited, and may be either an internal combustion type or an external heat type.

前記アルカリ金属除去装置は、前記加熱装置に対して、酸素濃度10%以下の燃焼用ガスを導入するガス源を備えるものとしても構わない。 The alkali metal removal device may be equipped with a gas source that introduces combustion gas having an oxygen concentration of 10% or less to the heating device.

かかる構成によれば、加熱装置内で粗粉と塩化物とを加熱する際の雰囲気を低酸素濃度にできるため、粗粉に含まれるアルカリ金属を、高効率でアルカリ金属塩化物に変化させることができる。 With this configuration, the atmosphere in which the coarse powder and chlorides are heated in the heating device can be made to have a low oxygen concentration, so the alkali metals contained in the coarse powder can be converted to alkali metal chlorides with high efficiency.

前記アルカリ金属除去装置は、前記分級装置で得られた前記粗粉を粉砕する粉砕装置を備え、
前記加熱装置は、前記粉砕装置で粉砕された状態の前記粗粉を前記塩素源と共に加熱するものとしても構わない。
the alkali metal removal device includes a pulverizer that pulverizes the coarse powder obtained by the classification device,
The heating device may be one that heats the coarse powder pulverized by the pulverizer together with the chlorine source.

本発明によれば、バイオマス灰からアルカリ金属を効率的に除去できる。これにより、例えばバイオマス灰をセメント原料等に活用することができる。 According to the present invention, alkali metals can be efficiently removed from biomass ash. This allows the biomass ash to be used as a raw material for cement, for example.

本発明に係るアルカリ金属除去方法の手順を模式的に示すフローチャートである。1 is a flow chart showing a schematic procedure of an alkali metal removal method according to the present invention. 本発明に係るアルカリ金属除去装置の一構成例を模式的に示すブロック図である。1 is a block diagram showing a schematic configuration example of an alkali metal removal device according to the present invention. 本発明に係るアルカリ金属除去装置の別の構成例を模式的に示すブロック図である。FIG. 4 is a block diagram showing a schematic configuration example of an alkali metal removal device according to the present invention. 本発明に係るアルカリ金属除去方法の手順の別の例を模式的に示すフローチャートである。4 is a flow chart showing another example of the procedure of the alkali metal removal method according to the present invention. 加熱雰囲気と加熱温度を異ならせて真砂土を加熱したときの、カリウム除去率の結果を示すグラフであり、後述の表8の結果に対応する。1 is a graph showing the results of potassium removal rate when granite soil is heated in different heating atmospheres and at different heating temperatures, and corresponds to the results in Table 8 described below. 加熱雰囲気を異ならせて塩化カルシウムを加熱したときのTG曲線である。TG curves obtained when calcium chloride was heated in different heating atmospheres. 加熱雰囲気に含まれる酸素濃度を異ならせてバイオマス灰の粗粉を加熱したときの、カリウム除去率と酸素濃度の関係を示すグラフであり、後述の表9の結果に対応する。1 is a graph showing the relationship between the potassium removal rate and the oxygen concentration when biomass ash coarse powder is heated with different oxygen concentrations in the heating atmosphere, and corresponds to the results in Table 9 described below.

本発明が適用されるバイオマス灰は、アルカリ金属(Na,K)を塩化物、炭酸塩、硫酸塩、又はケイ酸塩ガラスとして含有し、R2O換算(R2O=Na2O+0.658×K2O)で3質量%以上50質量%以下程度含んでいる。このアルカリ金属の態様の内、塩化物、炭酸塩、硫酸塩は水溶性であり、ケイ酸塩ガラスは難溶性である。 Biomass ash to which the present invention is applicable contains alkali metals (Na, K) as chlorides, carbonates, sulfates, or silicate glass, and contains about 3% by mass to 50% by mass calculated as R2O ( R2O = Na2O + 0.658 x K2O ). Of these alkali metal forms, chlorides, carbonates, and sulfates are water-soluble, while silicate glass is sparingly soluble.

そして、アルカリ金属の水溶性塩である塩化物、炭酸塩、及び硫酸塩はバイオマス灰の微粉側に多く存在し、難溶性のケイ酸塩ガラスはバイオマス灰の粗粉側に多く存在している。 The water-soluble salts of alkali metals, such as chlorides, carbonates, and sulfates, are found in large amounts in the fine powder portion of biomass ash, while sparingly soluble silicate glass is found in large amounts in the coarse powder portion of biomass ash.

本発明のアルカリ金属除去方法によれば、バイオマス灰に含まれるアルカリ金属の濃度を、上記R2O換算で2.0質量%以下、より典型的には1.5質量%以下にまで低減できるので、バイオマス灰をセメント原料等として有効利用することが可能となる。なお、バイオマス灰中のアルカリ金属の濃度は、周知の方法で測定することができ、例えば、JIS R 5204「セメントの蛍光X線分析方法」に準拠した方法などが好ましく例示される。 According to the method for removing alkali metals of the present invention, the concentration of alkali metals contained in biomass ash can be reduced to 2.0 mass% or less, more typically 1.5 mass% or less, calculated as R2O , making it possible to effectively utilize the biomass ash as a cement raw material, etc. The concentration of alkali metals in biomass ash can be measured by a well-known method, and a preferred example of such a method is one that complies with JIS R 5204 "Method for fluorescent X-ray analysis of cement."

以下、本発明についてより具体的に図面を参照しつつ説明する。ただし、本発明は、これら図面とともに説明する態様に限定されるものではない。 The present invention will now be described in more detail with reference to the drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments described with these drawings.

図1は、本発明に係るアルカリ金属除去方法の手順を模式的に示すフローチャートである。また、図2は、図1に示すアルカリ金属除去方法を実施する装置(以下、「アルカリ金属除去装置」と称する。)の一例を模式的に示すブロック図である。図2において、バイオマス灰等の固体及び水等の液体の流れを矢印付きの実線で示し、気体の流れを矢印付き破線で示している。後述する図3においても同様である。 Figure 1 is a flow chart showing the steps of the alkali metal removal method according to the present invention. Figure 2 is a block diagram showing an example of an apparatus (hereinafter referred to as "alkali metal removal apparatus") for carrying out the alkali metal removal method shown in Figure 1. In Figure 2, the flows of solids such as biomass ash and liquids such as water are shown by solid lines with arrows, and the flows of gas are shown by dashed lines with arrows. The same applies to Figure 3 described below.

図1に示すように、本発明に係るアルカリ金属除去方法は、分級処理工程S1、加熱処理工程S2、及び水洗処理工程S3を含む。 As shown in FIG. 1, the alkali metal removal method according to the present invention includes a classification process S1, a heat treatment process S2, and a water washing process S3.

また、図2に示すように、本発明に係るアルカリ金属除去装置1は、分級装置3、加熱装置7、及び水洗装置9を備えて構成される。 As shown in FIG. 2, the alkali metal removal device 1 according to the present invention is configured with a classification device 3, a heating device 7, and a water washing device 9.

以下、図1に示す各工程での処理内容につき、適宜図2を参照しながら詳述する。 The processing steps in each step shown in Figure 1 will be described in detail below, with reference to Figure 2 as appropriate.

(分級処理工程S1)
分級処理工程S1は、供給されたバイオマス灰BA1を、水溶性のアルカリ金属塩を多く含む微粉BA2と、難溶性のアルカリ金属塩を多く含む粗粉BA3とに分離し、各別に回収する工程である。図2に示すアルカリ金属除去装置1では、分級装置3によって分級処理工程S1が実行される。
(Classification process S1)
In the classification process S1, the supplied biomass ash BA1 is separated into a fine powder BA2 containing a large amount of water-soluble alkali metal salts and a coarse powder BA3 containing a large amount of sparingly soluble alkali metal salts, and each is separately recovered. In the alkali metal removal device 1 shown in FIG. 2, the classification process S1 is performed by a classifier 3.

ここで、バイオマス灰の微粉BA2(以下、単に「微粉BA2」と略記する。)とは、定められた分級点よりも粒径の細かいバイオマス灰を指し、バイオマス灰の粗粉BA3(以下、単に「粗粉BA3」と略記する。)とは、前記分級点よりも粒径の粗いバイオマス灰を指す。分級処理工程S1において定められる分級点は、好ましくは5μm以上30μm以下であり、より好ましくは5μm以上20μm以下であり、特に好ましくは5μm以上10μm以下である。 Here, biomass ash fine powder BA2 (hereinafter simply abbreviated as "fine powder BA2") refers to biomass ash with a finer particle size than the determined classification point, and biomass ash coarse powder BA3 (hereinafter simply abbreviated as "coarse powder BA3") refers to biomass ash with a coarser particle size than the classification point. The classification point determined in the classification process S1 is preferably 5 μm or more and 30 μm or less, more preferably 5 μm or more and 20 μm or less, and particularly preferably 5 μm or more and 10 μm or less.

本明細書において、バイオマス灰の粒径とは、断りのない限り、エチルアルコールを溶媒として用いたレーザ回折粒度分布測定法による測定値を指す。なお、入手できる一般的なバイオマス灰の粒径は、燃料であるバイオマスの種類、バイオマスを燃焼するボイラの形式や運転方法によって異なるが、レーザ回折粒度分布測定法によるD50値が15μm以上35μm以下であって、粒径の最大値(D100)は150μm以上1000μm以下である。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。 In this specification, unless otherwise specified, the particle size of biomass ash refers to a measurement value obtained by a laser diffraction particle size distribution measurement method using ethyl alcohol as a solvent. The particle size of commonly available biomass ash varies depending on the type of biomass fuel and the type and operation method of the boiler that burns the biomass, but the D50 value obtained by the laser diffraction particle size distribution measurement method is 15 μm to 35 μm, and the maximum particle size ( D100 ) is 150 μm to 1000 μm. The D50 value means the particle size at 50% cumulative in the volume-based particle size distribution.

分級装置3としては、乾式で、バイオマス灰BA1を上述したようなμmオーダー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1μm以上20μm以下の粒径での分級を得意とする点から、サイクロン型エアセパレータやターボクラシファイヤ等、回転羽根付きの遠心式空気分級機の使用が好ましい。図2に示す実施形態では、分級装置3がサイクロン型エアセパレータで構成されている場合が図示されている。 The classifier 3 is not particularly limited as long as it is a dry type device that can classify the biomass ash BA1 at the classification points on the order of μm as described above. For example, an inertial classifier, a centrifugal classifier, a gravity classifier, etc. can be suitably used. In particular, it is preferable to use a centrifugal air classifier with rotating blades, such as a cyclone air separator or a turbo classifier, because they are good at classifying particles with a particle size of 1 μm or more and 20 μm or less. In the embodiment shown in Figure 2, the classifier 3 is illustrated as being composed of a cyclone air separator.

分級装置3には、バイオマス灰BA1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BA1を定量的に分級装置3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BA1の状態に応じて適宜に使用するようにしてもよい。 The classification device 3 may be provided with a storage tank for the biomass ash BA1. In addition, a supply device may be provided for supplying a quantitative amount of the biomass ash BA1 from the storage tank to the classification device 3. These storage tanks and supply devices may be used appropriately depending on the condition of the received biomass ash BA1.

この分級処理工程S1が、工程(a)に対応する。 This classification process step S1 corresponds to step (a).

(加熱処理工程S2)
加熱処理工程S2は、分級処理工程S1で分級されることで得られた粗粉BA3を塩素源CLと共に加熱する工程である。この加熱処理工程S2により、粗粉BA3に含まれる難溶性のアルカリ金属塩が、水溶性のアルカリ金属塩(アルカリ金属塩化物)に変化する。図2に示すアルカリ金属除去装置1では、加熱装置7によって加熱処理工程S2が実行される。
(Heat treatment step S2)
The heat treatment step S2 is a step of heating the coarse powder BA3 obtained by classification in the classification step S1 together with a chlorine source CL. The heat treatment step S2 converts poorly soluble alkali metal salts contained in the coarse powder BA3 into water-soluble alkali metal salts (alkali metal chlorides). In the alkali metal removal device 1 shown in FIG. 2, the heat treatment step S2 is performed by a heating device 7.

図2に示すアルカリ金属除去装置1は、受入れた塩素源CLを加熱装置7へ供給するための塩素源供給装置5を備えている。塩素源CLとしては、塩素を含んだものであれば特に限定されないが、廃ポリ塩化ビニル等のモノマー中に有機塩素を少なくとも一つ含む廃プラスチックや、塩化カルシウム等の無機化合物塩素が混入する可燃性廃棄物を好適に利用できる。塩素源供給装置5には、受入れた塩素源CLの貯槽が付設されていてもよい。 The alkali metal removal device 1 shown in FIG. 2 is equipped with a chlorine source supply device 5 for supplying the received chlorine source CL to the heating device 7. The chlorine source CL is not particularly limited as long as it contains chlorine, but suitable materials include waste plastics such as waste polyvinyl chloride that contain at least one organic chlorine in the monomer, and combustible waste that contains inorganic chlorine compounds such as calcium chloride. The chlorine source supply device 5 may be provided with a storage tank for the received chlorine source CL.

塩素源CLは、塩素を0.8質量%以上含有するのが好ましく、1.2質量%以上含有するのがより好ましく、2質量%以上含有するのが特に好ましい。なお、ここでいう塩素源CL中の塩素の濃度は、周知の方法で測定することができ、例えば、JIS R 5204「セメントの蛍光X線分析方法」に準拠した方法を利用することができる。 The chlorine source CL preferably contains 0.8% by mass or more of chlorine, more preferably 1.2% by mass or more, and particularly preferably 2% by mass or more. The concentration of chlorine in the chlorine source CL can be measured by a known method, for example, a method conforming to JIS R 5204 "Method for X-ray fluorescence analysis of cement".

塩素源CLは、加熱装置7において粗粉BA3との良好な混合状態を形成しつつ塩素源CLからの塩素の揮発を十分に生じさせてアルカリ金属の塩化揮発を効率的に生じさせる観点から、好ましくは80mm以下の大きさであり、より好ましくは40mm以下の大きさであり、特に好ましくは10mm以下の大きさである。なお、塩素源CLの大きさとは、塩素源CLが通過する最小の篩いの目開きを指す。 The chlorine source CL is preferably 80 mm or less in size, more preferably 40 mm or less in size, and particularly preferably 10 mm or less in size, from the viewpoint of efficiently volatilizing the alkali metal chloride from the chlorine source CL by forming a good mixed state with the coarse powder BA3 in the heating device 7 and sufficiently volatilizing the chlorine from the chlorine source CL. Note that the size of the chlorine source CL refers to the smallest sieve opening through which the chlorine source CL passes.

上記の観点から、塩素源供給装置5に付設された貯槽の上流側に、受入れた塩素源CLから粗大物を除去するための分級装置や粗大物を所定の粒度にするための粉砕分級装置が付設されていてもよい。これらの分級装置や粉砕分級装置は、受入れた塩素源CLの状態に応じて適宜に使用するようにしてもよい。 From the above viewpoint, a classification device for removing coarse objects from the received chlorine source CL and a crushing and classification device for reducing the coarse objects to a predetermined particle size may be attached upstream of the storage tank attached to the chlorine source supply device 5. These classification devices and crushing and classification devices may be used appropriately depending on the condition of the received chlorine source CL.

塩素源供給装置5には、排出量調整バルブ等の排出量調整装置が付設されて加熱装置7への塩素源CLの供給量を調整することが可能になっている。したがって、この排出量調整装置を適切に制御することで、加熱装置7に供給される塩素量を適切に管理することが可能になる。 The chlorine source supply device 5 is provided with an emission control device such as an emission control valve, making it possible to adjust the amount of chlorine source CL supplied to the heating device 7. Therefore, by appropriately controlling this emission control device, it is possible to appropriately manage the amount of chlorine supplied to the heating device 7.

より具体的には、加熱処理工程S2で処理される粗粉BA3と塩素源CLの割合は、単位時間中に加熱処理工程に供せられる粗粉BA3中の全アルカリ金属成分のモル量(A)に対する、単位時間中に加熱処理工程に供せられる塩素源CL中の全塩素のモル量(B)の比率(B/A)の値が1以上5以下となるように、設定されるのが好ましい。なお、前記比率(B/A)の値は、2以上5以下であるのがより好ましい。比率(B/A)の値が1.5を下回ると、塩素量が少ないために粗粉BA3中のアルカリ金属成分のうち、塩素と反応できないアルカリ金属成分が多く残存してしまう場合がある。また、逆に比率(B/A)の値が5を超えると、揮発、散逸する塩素量が多くなって設備の腐食の進行を早めてしまう場合がある。 More specifically, the ratio of the coarse powder BA3 and the chlorine source CL treated in the heat treatment step S2 is preferably set so that the ratio (B/A) of the molar amount (A) of the total alkali metal components in the coarse powder BA3 subjected to the heat treatment step during a unit time to the molar amount (B) of the total chlorine in the chlorine source CL subjected to the heat treatment step during a unit time is 1 or more and 5 or less. The value of the ratio (B/A) is more preferably 2 or more and 5 or less. If the value of the ratio (B/A) is less than 1.5, the amount of chlorine is small, so that a large amount of alkali metal components that cannot react with chlorine may remain among the alkali metal components in the coarse powder BA3. On the other hand, if the value of the ratio (B/A) exceeds 5, the amount of chlorine that volatilizes and dissipates increases, which may accelerate the progression of corrosion of the equipment.

加熱装置7は、上述したように、粗粉BA3と塩素源CLとを一緒に加熱する。具体的には、塩素源供給装置5からは塩素源CLが、分級装置3の排出口3bからは粗粉BA3が、それぞれ加熱装置7に供給され、加熱装置7において塩素源CLと粗粉BA3とが一緒に加熱される。これにより、粗粉BA3内のアルカリ金属と塩素源CLから揮発した塩素とが反応して水溶性のアルカリ金属塩が生成される。 As described above, the heating device 7 heats the coarse powder BA3 and the chlorine source CL together. Specifically, the chlorine source CL is supplied from the chlorine source supply device 5, and the coarse powder BA3 is supplied from the outlet 3b of the classifier 3 to the heating device 7, and the chlorine source CL and the coarse powder BA3 are heated together in the heating device 7. As a result, the alkali metal in the coarse powder BA3 reacts with the chlorine volatilized from the chlorine source CL to produce a water-soluble alkali metal salt.

加熱処理工程S2における加熱温度は、粗粉BA3中のアルカリ金属と塩素源CL中の塩素による塩化焙焼を効率的に生じさせつつ、粗粉BA3を溶融させない観点から、650℃~1200℃が好ましく、800℃~1200℃がより好ましい。加熱温度が650℃未満であると塩化焙焼の反応が不十分となり、場合によっては水溶性アルカリ金属塩が生成しないか、生成効率が低くなることがある。一方、加熱温度が1200℃を超えると、粗粉BA3に部分的な溶融や大径化が生じて水溶性アルカリ金属塩の生成効率が低下する場合がある。 The heating temperature in the heat treatment step S2 is preferably 650°C to 1200°C, more preferably 800°C to 1200°C, from the viewpoint of efficiently causing chlorination roasting by the alkali metal in the coarse powder BA3 and the chlorine in the chlorine source CL while not melting the coarse powder BA3. If the heating temperature is less than 650°C, the chlorination roasting reaction will be insufficient, and in some cases, water-soluble alkali metal salts may not be produced or the production efficiency may be low. On the other hand, if the heating temperature exceeds 1200°C, partial melting or enlargement of the coarse powder BA3 may occur, reducing the efficiency of production of water-soluble alkali metal salts.

なお、後述するように、粗粉BA3に含まれるアルカリ金属の存在形態によっては、より好ましい温度条件が異なる。粗粉BA3には、アルカリ金属が長石の形態で含まれる場合があり、この形態での存在量が多い場合には、800℃程度の温度条件では塩化焙焼による効果が十分には得られないことがあるため、1000℃~1200℃とするのがより好ましい。ただし、粗粉BA3に含まれるカリ長石の含有量によっては、800℃程度でも粗粉BA3に含まれるアルカリ金属をアルカリ金属塩に効率的に変化させることができるため、加熱温度については800℃~1200℃の範囲内で適宜調整されるものとしても構わない。 As described below, the more preferable temperature conditions vary depending on the form of the alkali metal contained in the coarse powder BA3. Coarse powder BA3 may contain alkali metals in the form of feldspar, and if the amount of alkali metal present in this form is large, the effect of chlorination roasting may not be sufficient at temperatures of around 800°C, so a temperature of 1000°C to 1200°C is more preferable. However, depending on the amount of potassium feldspar contained in coarse powder BA3, the alkali metal contained in coarse powder BA3 can be efficiently converted to an alkali metal salt even at around 800°C, so the heating temperature may be adjusted appropriately within the range of 800°C to 1200°C.

加熱処理工程S2における加熱時間は、加熱温度に応じて10分間以上2時間以下の範囲内で適宜設定すればよい。この加熱時間は、粗粉BA3中のアルカリ金属と塩素源CL中の塩素とを十分に反応させる観点から、加熱温度が高い場合には短く、加熱温度が低い場合には長くする必要がある。具体的には、加熱温度が650℃の場合は30分間以上2時間以下、加熱温度が1000℃の場合は10分間以上30分間以下とするのが好適である。 The heating time in the heat treatment step S2 may be set appropriately within a range of 10 minutes to 2 hours depending on the heating temperature. From the viewpoint of sufficiently reacting the alkali metal in the coarse powder BA3 with the chlorine in the chlorine source CL, this heating time needs to be short when the heating temperature is high and long when the heating temperature is low. Specifically, when the heating temperature is 650°C, it is preferable to set the heating time to 30 minutes to 2 hours, and when the heating temperature is 1000°C, it is preferable to set the heating time to 10 minutes to 30 minutes.

加熱装置7内の雰囲気は、特に制限されず、酸化雰囲気でも還元雰囲気でもよい。図2に示す例では、吸気ファン33から燃焼用の大気G1が加熱装置7内に送り込まれている。 The atmosphere inside the heating device 7 is not particularly limited and may be an oxidizing atmosphere or a reducing atmosphere. In the example shown in FIG. 2, air G1 for combustion is sent into the heating device 7 from the intake fan 33.

ただし、本発明者らの鋭意研究の結果、この加熱処理工程S2が特に800℃以上のような高温下で行われる場合には、加熱時の雰囲気を低酸素濃度にすることで、アルカリ金属をより高い効率でアルカリ金属塩化物に変化させられることを新たに見出した。具体的には、雰囲気中の酸素濃度を10%以下とするのが好ましく、5%以下とするのがより好ましい。なお、雰囲気中の酸素濃度の下限値は0%であり、典型的には窒素雰囲気である。 However, as a result of intensive research by the present inventors, it has been newly discovered that when this heat treatment step S2 is carried out at a high temperature, particularly at 800°C or higher, the alkali metal can be converted to an alkali metal chloride with higher efficiency by setting the atmosphere during heating to a low oxygen concentration. Specifically, the oxygen concentration in the atmosphere is preferably 10% or less, and more preferably 5% or less. The lower limit of the oxygen concentration in the atmosphere is 0%, and is typically a nitrogen atmosphere.

この理由として、本発明者らは、雰囲気中に含まれる酸素が多い場合(例えば大気雰囲気)には、以下の(1)式の反応が支配的になり、雰囲気中に含まれる酸素が少ない場合(例えば窒素雰囲気)には、以下の(2)式の反応が支配的になるためと考えている。なお、以下の(1)式及び(2)式では、塩素源CLの例としてCaCl2(塩化カルシウム)を挙げている。実施例を参照して後述されるように、Cl2(塩素)の揮発速度よりもCaCl2の揮発速度の方が遅いことが確認された。
CaCl2(s) + 1/2O2(g) → CaO(s) + Cl2(g) …(1)
CaCl2(s) → CaCl2(g) …(2)
The inventors believe that the reason for this is that when the atmosphere contains a lot of oxygen (e.g., air atmosphere), the reaction of the following formula (1) becomes dominant, and when the atmosphere contains little oxygen (e.g., nitrogen atmosphere), the reaction of the following formula (2) becomes dominant. Note that in the following formulas (1) and (2), CaCl2 (calcium chloride) is given as an example of the chlorine source CL. As will be described later with reference to the examples, it has been confirmed that the volatilization rate of CaCl2 is slower than that of Cl2 (chlorine).
CaCl2 (s) + 1/ 2O2 (g) → CaO(s) + Cl2 (g) ... (1)
CaCl2 (s) → CaCl2 (g) … (2)

ここで、(1)式の反応によって塩素の揮発が顕著になるのは、加熱温度が特に850℃を超えるような高温になった場合であり、1000℃を超えるとより顕著に現れる。つまり、加熱処理工程S2は、800℃以上、より典型的には1000℃以上のような高温下で行われる場合には、雰囲気を低酸素濃度とするのが好ましい。 Here, the volatilization of chlorine by the reaction of formula (1) becomes significant when the heating temperature is particularly high, exceeding 850°C, and becomes even more significant when the heating temperature exceeds 1000°C. In other words, when the heat treatment step S2 is performed at a high temperature of 800°C or higher, more typically 1000°C or higher, it is preferable to have an atmosphere with a low oxygen concentration.

加熱装置7における水溶性のアルカリ金属塩の生成反応を効率的に生じさせるために、粗粉BA3と塩素源CLは十分に混合された状態で加熱されることが望ましい。かかる観点から、加熱装置7を内燃式ロータリーキルンで構成することができる。焼成炉が回転運動するロータリーキルンであれば、被加熱処理物である粗粉BA3と塩素源CLとの混合及び撹拌を物理的且つ連続的に行いながら、加熱処理を行うことが可能である。 In order to efficiently generate the reaction that produces the water-soluble alkali metal salt in the heating device 7, it is desirable to heat the coarse powder BA3 and the chlorine source CL in a state of being thoroughly mixed. From this perspective, the heating device 7 can be configured as an internal combustion rotary kiln. If the firing furnace is a rotary kiln that rotates, it is possible to perform the heat treatment while physically and continuously mixing and stirring the coarse powder BA3 and the chlorine source CL, which are the objects to be heated.

加熱装置7(典型的にはロータリーキルン)における加熱雰囲気を大気G1とする場合には、加熱装置7に対して燃焼用空気としての大気G1が吸気ファン33から供給される。ロータリーキルンでは、吸気ファン33によって内燃バーナ31の燃焼用空気として用いられた大気G1が、キルン内部を粗粉BA3と塩素源CLの流れに対して向流する方向に流れた後、燃焼排ガスG2としてキルン外に排出される。 When the heating atmosphere in the heating device 7 (typically a rotary kiln) is the atmosphere G1, the atmosphere G1 is supplied to the heating device 7 as combustion air from the intake fan 33. In the rotary kiln, the atmosphere G1 used as the combustion air for the internal combustion burner 31 by the intake fan 33 flows inside the kiln in a countercurrent direction to the flow of the coarse powder BA3 and the chlorine source CL, and is then discharged outside the kiln as combustion exhaust gas G2.

また、加熱雰囲気を低酸素濃度の気体(例えば窒素)とする場合には、図3に示すように、ガス源34から吸気ファン33を通じて低酸素濃度のガスG1aが加熱装置7内に送り込まれる。ここでいうガス源34としては、空気から酸素を分離する空気分離装置としても構わないし、他の燃焼炉からの排ガスが排出されるガス排出路としても構わない。更に、図2に示すように、加熱装置7に対して吸気ファン33を通じて大気を流入させながら、吸気量と燃料の焚量を調整することで、加熱装置7内の雰囲気の酸素濃度を低下させるものとして構わない。 When the heating atmosphere is a gas with a low oxygen concentration (e.g., nitrogen), as shown in FIG. 3, a gas G1a with a low oxygen concentration is sent from a gas source 34 through an intake fan 33 into the heating device 7. The gas source 34 may be an air separation device that separates oxygen from air, or a gas exhaust path through which exhaust gas from another combustion furnace is discharged. Furthermore, as shown in FIG. 2, the oxygen concentration of the atmosphere in the heating device 7 may be reduced by adjusting the amount of intake air and the amount of fuel burned while air is introduced into the heating device 7 through the intake fan 33.

なお、加熱装置7は、粗粉BA3と塩素源CLとの混合物を650℃~1200℃の温度範囲で加熱できるものであれば特に限定されず、固定炉、ストーカ炉、ロータリーキルン、流動床炉、竪型炉、多段炉等の加熱炉が使用できる。なかでも、物理的撹拌が行えるという観点からは、上記のロータリーキルンが好ましい。 The heating device 7 is not particularly limited as long as it can heat the mixture of the coarse powder BA3 and the chlorine source CL in the temperature range of 650°C to 1200°C, and a heating furnace such as a fixed furnace, a stoker furnace, a rotary kiln, a fluidized bed furnace, a vertical furnace, or a multi-tier furnace can be used. Among these, the above-mentioned rotary kiln is preferable from the viewpoint of physical stirring.

なお、アルカリ金属及び塩素は、加熱処理の際には共に揮発しやすい成分であることから、燃焼排ガスG2にアルカリ金属と塩素が含まれる場合がある。よって、例えば、加熱装置7の排気系の煙道中で、温度がアルカリ金属の塩化物の凝固点を下回る箇所において、当該塩化物の析出が生じる場合がある。かかる塩化物は、回収して肥料等に用いることも可能である。 In addition, since alkali metals and chlorine are both components that tend to volatilize during heat treatment, the combustion exhaust gas G2 may contain alkali metals and chlorine. Therefore, for example, in the flue of the exhaust system of the heating device 7, at locations where the temperature is below the freezing point of the chloride of the alkali metal, precipitation of the chloride may occur. Such chlorides can be recovered and used as fertilizer, etc.

また、加熱装置7には、供給された粗粉BA3の貯槽が付設されていてもよい。さらに、かかる貯槽から粗粉BA3を定量的に加熱装置7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、供給された粗粉BA3の状態に応じて適宜に使用するようにしてもよい。 The heating device 7 may also be provided with a storage tank for the supplied coarse powder BA3. Furthermore, a supply device may be provided for supplying a quantitative amount of the coarse powder BA3 from the storage tank to the heating device 7. These storage tanks and supply devices may be used appropriately depending on the state of the supplied coarse powder BA3.

加熱装置7からは、難溶性のアルカリ金属が水溶性塩に変化した粗粉BA3と、塩素源CLの焼却残渣との混合物である加熱処理物P1が排出される。排出された加熱処理物P1は、水洗装置9に送出される。 The heating device 7 discharges the heat-treated material P1, which is a mixture of coarse powder BA3 in which sparingly soluble alkali metals have been converted into water-soluble salts, and the incineration residue of the chlorine source CL. The discharged heat-treated material P1 is sent to the water washing device 9.

この加熱処理工程S2が、工程(b)に対応する。 This heat treatment step S2 corresponds to step (b).

(粉砕処理工程S1a)
図4に示すように、分級処理工程S1によって分級された粗粉BA3に対して、粒度を細かくするための粉砕処理工程S1aが行われた後に、加熱処理工程S2に送られるものとしても構わない。図3に示すアルカリ金属除去装置1は、この粉砕処理工程S1aの実行が予定されている例が模式的に示されており、粉砕装置4によって粉砕処理工程S1aが実行される。
(Crushing process S1a)
As shown in Fig. 4, the coarse powder BA3 classified by the classification process S1 may be subjected to a pulverization process S1a for reducing the particle size, and then sent to a heat treatment process S2. The alkali metal removal device 1 shown in Fig. 3 is a schematic example in which the pulverization process S1a is scheduled to be performed, and the pulverization process S1a is performed by a pulverizer 4.

粗粉BA3には、難溶性のアルカリ金属塩が全体的に満遍なく含まれていることが想定される。加熱処理工程S2の前にこの粉砕処理工程S1aが実行されることで、アルカリ金属の露出面積が増加するため、加熱処理工程S2において塩素源CLに含まれる塩素との反応性が向上し、より高効率でアルカリ金属塩化物に変化させることができる。粉砕処理工程S1aによって粗粉BA3が粉砕されることで得られた粗粉粉砕物BA3aが、加熱処理工程S2に供される。ただし、この粉砕処理工程S1aを加熱処理工程S2の前段で行うか否かは任意である。 It is assumed that the coarse powder BA3 contains poorly soluble alkali metal salts evenly throughout. By carrying out this pulverization process S1a before the heat treatment process S2, the exposed area of the alkali metal increases, improving its reactivity with the chlorine contained in the chlorine source CL in the heat treatment process S2, and enabling it to be converted to alkali metal chloride more efficiently. The pulverized coarse powder BA3a obtained by pulverizing the coarse powder BA3 in the pulverization process S1a is subjected to the heat treatment process S2. However, it is optional whether or not this pulverization process S1a is carried out before the heat treatment process S2.

粉砕処理工程S1aによって粉砕された後の粗粉粉砕物BA3aの粒径は、好ましくは5mm以下、より好ましくは4mm以下、特に好ましくは3mm以下である。粗粉粉砕物BA3aの粒径の下限値に特に制限はないが、後段で実行される上記の加熱処理工程S2において、燃焼排ガスによって粗粉粉砕物BA3aが加熱装置7の加熱炉の外に排出されないようにする観点から、1μm以上である。 The particle size of the coarsely ground product BA3a after being ground in the grinding process S1a is preferably 5 mm or less, more preferably 4 mm or less, and particularly preferably 3 mm or less. There is no particular lower limit to the particle size of the coarsely ground product BA3a, but it is 1 μm or more from the viewpoint of preventing the coarsely ground product BA3a from being discharged outside the heating furnace of the heating device 7 by the combustion exhaust gas in the above-mentioned heating process S2 executed in the latter stage.

粉砕装置4は、粒径が5mm以下となるように、塊状の粗粉BA3を粉砕することが望ましく、その設備仕様は塊状の粗粉BA3の性状に応じて適宜設定すればよい。粉砕装置4は、複数の装置の組み合わせであってもよい。 The crushing device 4 desirably crushes the lump-shaped coarse powder BA3 to a particle size of 5 mm or less, and the equipment specifications may be set appropriately according to the properties of the lump-shaped coarse powder BA3. The crushing device 4 may be a combination of multiple devices.

具体的には、粉砕装置4としては、チューブミル、竪型ローラーミル、ジョークラッシャ、ジャイレトリクラッシャ、コーンクラッシャ、インパクトクラッシャ、ロールクラッシャ及びエアロフォールミル等が好適に使用できる。なお、これらの装置を複数組合せて粉砕装置4とする場合、各粉砕機の間に分級機を併設して閉回路粉砕システムを構築することによって、粒度の揃った粗粉粉砕物BA3aを効率的に得ることができる。この場合の分級機としては、所定の分級点で粗粉粉砕物BA3aを分級できるものであれば特に限定されず、篩い(面内運動篩い、振動篩い)、重力式分級機、慣性力式分級機、サイクロン等の遠心式分級機、サイクロンエアセパレータ等の回転羽根付きの遠心式分級機等が好適に使用できる。なかでも、設備の簡便性と操作、調整の容易性からサイクロンエアセパレータ等の回転羽根付きの遠心式分級機が好ましい。粉砕装置4として、分級機や篩い網が内蔵された粉砕機を用いることもできる。 Specifically, the crushing device 4 can be suitably used with a tube mill, a vertical roller mill, a jaw crusher, a gyratory crusher, a cone crusher, an impact crusher, a roll crusher, an aerofoil mill, or the like. When a plurality of these devices are combined to form the crushing device 4, a classifier is provided between each crusher to construct a closed circuit crushing system, thereby efficiently obtaining a coarsely crushed product BA3a with a uniform particle size. In this case, the classifier is not particularly limited as long as it can classify the coarsely crushed product BA3a at a predetermined classification point, and a sieve (in-plane motion sieve, vibrating sieve), a gravity classifier, an inertia force classifier, a centrifugal classifier such as a cyclone, a centrifugal classifier with a rotating blade such as a cyclone air separator, or the like can be suitably used. Among them, a centrifugal classifier with a rotating blade such as a cyclone air separator is preferred because of the simplicity of the equipment and the ease of operation and adjustment. A grinding machine with a built-in classifier or sieve can also be used as the grinding device 4.

この粉砕処理工程S1aが、工程(d)に対応する。 This grinding process step S1a corresponds to step (d).

(水洗処理工程S3)
水洗処理工程S3は、分級処理工程S1において分離回収された微粉BA2と、加熱処理工程S2で得られた加熱処理物P1とを水洗する工程である。この水洗処理工程S3により、微粉BA2及び加熱処理物P1に含まれる水溶性のアルカリ金属塩が溶解除去される。図2に示すアルカリ金属除去装置1では、水洗装置9によってこの水洗処理工程S3が実行される。
(Water washing process S3)
The water washing process S3 is a process for washing the fine powder BA2 separated and recovered in the classification process S1 and the heat-treated product P1 obtained in the heat treatment process S2 with water. This water washing process S3 dissolves and removes water-soluble alkali metal salts contained in the fine powder BA2 and the heat-treated product P1. In the alkali metal removal device 1 shown in FIG. 2, this water washing process S3 is performed by a water washing device 9.

この水洗処理工程S3で用いられる溶媒としては、水が好ましい。 Water is the preferred solvent used in this water washing process S3.

水洗装置9では、分級装置3で分離回収されて排出口3aから供給された微粉BA2、及び/又は加熱装置7から供給された加熱処理物P1と、水W1とを混合してスラリーLr1を生成した後、スラリーLr1の撹拌を継続して、微粉BA2及び/又は加熱処理物P1中の水溶性のアルカリ金属塩を水に溶解させる。 In the water washing device 9, the fine powder BA2 separated and recovered by the classification device 3 and supplied from the discharge port 3a, and/or the heat-treated material P1 supplied from the heating device 7, are mixed with water W1 to generate slurry Lr1, and the slurry Lr1 is then continuously stirred to dissolve the water-soluble alkali metal salts in the fine powder BA2 and/or the heat-treated material P1 in the water.

一例として、図2に示す水洗装置9には、微粉BA2と加熱処理物P1の供給ホッパ11、及び水W1の供給装置13が付設されている。また、水洗装置9には、微粉BA2及び/又は加熱処理物P1と水W1の混合、並びに、前記混合によって生成されたスラリーLr1を攪拌するためのスラリー攪拌装置35が付設されている。スラリー攪拌装置35としては、例えば、一般的な、パドル型やスクリュー型のものを用いればよく、図2に示す実施形態では撹拌翼を備えている。 As an example, the water washing device 9 shown in FIG. 2 is provided with a supply hopper 11 for the fine powder BA2 and the heat-treated material P1, and a supply device 13 for water W1. The water washing device 9 is also provided with a slurry agitator 35 for mixing the fine powder BA2 and/or the heat-treated material P1 with the water W1, and for agitating the slurry Lr1 produced by the mixing. As the slurry agitator 35, for example, a general paddle type or screw type may be used, and in the embodiment shown in FIG. 2, it is provided with an agitator blade.

供給ホッパ11の上流側に、受入れた加熱処理物P1中の大径物を適当な大きさに粉砕するための粉砕装置が付設されていてもよい。この粉砕装置は、加熱処理工程S2から供給された加熱処理物P1の状態に応じて適宜に使用するようにしてもよい。 A crushing device may be provided upstream of the supply hopper 11 to crush large-diameter objects in the received heat-treated object P1 to an appropriate size. This crushing device may be used appropriately depending on the condition of the heat-treated object P1 supplied from the heat treatment process S2.

水溶性のアルカリ金属塩の水への溶解度は非常に高く、また水温を変えてもその溶解度は大きく変わらない。このため、水洗処理工程S3で用いられる溶媒としては、常温の水を、微粉BA2と加熱処理物P1との混合物(以下、「水洗処理物」と称する場合がある。)の合量(質量)の3倍量以上、好ましくは4倍量以上、より好ましくは5倍量以上の量だけ用いればよい。 The solubility of water-soluble alkali metal salts in water is very high, and the solubility does not change significantly even if the water temperature is changed. For this reason, room temperature water is used as the solvent in the water washing process S3 in an amount of at least three times, preferably at least four times, and more preferably at least five times the total amount (mass) of the mixture of fine powder BA2 and heat-treated product P1 (hereinafter sometimes referred to as the "water-washed product").

水洗処理工程S3における、水洗処理物と水からなるスラリーLr1の撹拌時間は、10分以上が好ましく、15分以上がより好ましく、20分以上が特に好ましい。通常、水溶性アルカリ金属塩は水に非常に溶けやすいので、スラリーLr1の撹拌に特段の条件は必要とならない。 In the water washing process S3, the stirring time of the slurry Lr1 consisting of the washed material and water is preferably 10 minutes or more, more preferably 15 minutes or more, and particularly preferably 20 minutes or more. Usually, water-soluble alkali metal salts are highly soluble in water, so no special conditions are required for stirring the slurry Lr1.

かかる水洗処理工程S3によって、バイオマス灰BA1が分級されてなる、微粉BA2及び粗粉BA3の双方に含まれていたアルカリ金属が、いずれも水に溶解される。アルカリ金属が水に溶解された状態のスラリーLr1は、後段に設置された固液分離装置17によって、含水率が有効に低減されてセメント原料等として利用可能な固体物(ケーキC1)と排水W3とに分離される。 By this water washing process S3, the alkali metals contained in both the fine powder BA2 and the coarse powder BA3, which are obtained by classifying the biomass ash BA1, are dissolved in water. The slurry Lr1 in which the alkali metals are dissolved in water is separated by the solid-liquid separator 17 installed downstream into a solid material (cake C1) that has a reduced moisture content and can be used as a cement raw material, etc., and wastewater W3.

スラリーLr1を固液分離装置17に輸送する際には、スラリー用渦巻きポンプ、ピストンポンプ、及び、モーノポンプ、ホースポンプ等の汎用のスラリー液用輸送装置(不図示)を用いればよい。 When transporting the slurry Lr1 to the solid-liquid separation device 17, a general-purpose slurry liquid transport device (not shown) such as a slurry centrifugal pump, piston pump, mono pump, or hose pump may be used.

固液分離装置17としては、フィルタープレス、加圧葉状濾過装置、スクリュープレス、ベルトプレス、ベルトフィルター等の汎用のろ過装置等を用いればよい。図2に示す実施形態では、固液分離装置17がフィルタープレスで構成されている場合が図示されている。 As the solid-liquid separator 17, a general-purpose filter such as a filter press, a pressurized leaf filter, a screw press, a belt press, or a belt filter may be used. In the embodiment shown in FIG. 2, the solid-liquid separator 17 is illustrated as being composed of a filter press.

固液分離装置17には、洗浄水W2の供給装置15が付設されており、輸送されたスラリーLr1を、水洗処理物のケーキC1(固相)と、アルカリ金属を含む排水W3(液相)とに分離する。このとき、ケーキC1は洗浄水W2で洗浄されつつ分離される。洗浄水W2としては、常温の水を、水洗処理物の質量の3倍量以上、好ましくは4倍量以上、より好ましくは5倍量以上の量だけ用いればよい。 The solid-liquid separator 17 is equipped with a supply device 15 for washing water W2, which separates the transported slurry Lr1 into a cake C1 (solid phase) of the washed product and wastewater W3 (liquid phase) containing alkali metals. At this time, the cake C1 is separated while being washed with the washing water W2. As the washing water W2, room temperature water may be used in an amount of at least three times, preferably at least four times, and more preferably at least five times the mass of the washed product.

固液分離装置17によって分離されたケーキC1は、アルカリ金属成分の濃度が2.0質量%以下、より典型的には1.5質量%以下にまで低減されているので、セメント原料等に有効に利用することができる。ここでいうアルカリ金属の濃度とは、周知の方法での分析値、例えば、JIS R 5204「セメントの蛍光X線分析方法」に準拠した方法による分析値や、酸分解試料についてのICP発光分光分析法による分析値を指す。 The cake C1 separated by the solid-liquid separator 17 has an alkali metal component concentration reduced to 2.0% by mass or less, more typically 1.5% by mass or less, and can be effectively used as a cement raw material, etc. The alkali metal concentration here refers to an analytical value obtained by a known method, for example, an analytical value obtained by a method conforming to JIS R 5204 "Method of X-ray fluorescence analysis of cement," or an analytical value obtained by ICP atomic emission spectrometry on an acid-digested sample.

この水洗処理工程S3が、工程(c)に対応する。 This water washing process step S3 corresponds to step (c).

通常、バイオマス灰BA1に含有される全アルカリ金属成分の内、水溶性塩の形態をとるアルカリ金属成分は、モル換算で、全体100%中の25%以上45%以下であり、難溶性塩の形態をとるアルカリ金属成分は、全体100%中の55%以上75%以下である。 Of the total alkali metal components contained in biomass ash BA1, alkali metal components in the form of water-soluble salts typically account for 25% to 45% of the total, in molar terms, and alkali metal components in the form of sparingly soluble salts typically account for 55% to 75% of the total, in molar terms.

また、バイオマス灰BA1に含有される全アルカリ金属成分の内、粒径30μm以下のバイオマス灰、すなわち微粉BA2中に含有される全アルカリ金属成分は、モル換算で、全体100%中の40%以上60%以下であり、その内、70%以上90%以下が水溶性のアルカリ金属成分である。 Of the total alkali metal components contained in biomass ash BA1, the total alkali metal components contained in biomass ash with a particle size of 30 μm or less, i.e., fine powder BA2, is 40% to 60% of the total 100% in molar terms, and of that, 70% to 90% are water-soluble alkali metal components.

したがって、分級処理工程S1においてバイオマス灰BA1から微粉BA2と粗粉BA3に分級した後、水洗処理工程S3において微粉BA2に対して水洗することによって、バイオマス灰BA1に含有される全アルカリ金属成分の内30%以上50%以下を除去することができる。 Therefore, after classifying the biomass ash BA1 into fine powder BA2 and coarse powder BA3 in the classification process S1, the fine powder BA2 is washed with water in the water washing process S3, thereby removing 30% to 50% of the total alkali metal components contained in the biomass ash BA1.

なお、分級処理工程S1におけるバイオマス灰BA1の分級点を10μmとした場合には、分級処理工程S1で分級された粒径10μm以下の微粉BA2に対して水洗処理工程S3において水洗することで、バイオマス灰BA1に含有される全アルカリ金属成分の内20%以上35%以下を除去することができる。 When the classification point of biomass ash BA1 in classification process S1 is set to 10 μm, fine powder BA2 with a particle size of 10 μm or less classified in classification process S1 is washed with water in water washing process S3, thereby removing 20% to 35% of the total alkali metal components contained in biomass ash BA1.

更に、粗粉BA3に多く含まれる、難溶性塩の形態をとるアルカリ金属成分については、塩素源CLと共に加熱されることで塩化焙焼され、水溶性塩に変化させられる。この結果、水洗処理工程S3において水洗することで、その多くが除去される。 Furthermore, the alkali metal components contained in the coarse powder BA3 in the form of sparingly soluble salts are chlorinated and roasted by heating together with the chlorine source CL, and are converted into water-soluble salts. As a result, most of them are removed by washing with water in the water washing process S3.

以下、本発明についてさらに詳細に説明するために具体的な試験例を示すが、本発明はこれら試験例の態様に限定されるものではない。 Specific test examples are presented below to explain the present invention in more detail, but the present invention is not limited to the aspects of these test examples.

(検証1)
バイオマス灰BA1として、PKSを主燃料とするバイオマス発電プラント(循環流動層ボイラ)の排ガス集塵機(バグフィルタ)で捕集された飛灰を用いた。下記表1には、アルカリ金属については酸分解試料のICP発光分光分析法による分析で、その他の化学成分にはペレット試料の蛍光X線分析法による分析で得られた、バイオマス灰BA1の化学組成を示す。なお、表1内の「R2O」とは、上述したように、本組成物中の全アルカリ金属成分量として「R2O=Na2O+0.658×K2O」で算定された値を示す。
(Verification 1)
Biomass ash BA1 was collected by a dust collector (bag filter) from a biomass power plant (circulating fluidized bed boiler) that uses PKS as the main fuel. Table 1 below shows the chemical composition of biomass ash BA1, with alkali metals obtained by analyzing an acid-decomposed sample by ICP emission spectrometry, and other chemical components obtained by analyzing a pellet sample by X-ray fluorescence spectrometry. Note that " R2O " in Table 1 indicates the value calculated as the total amount of alkali metal components in this composition by " R2O = Na2O + 0.658 x K2O ", as described above.

また、表1に示すバイオマス灰BA1のレーザ回折・散乱法に基づく粒度分布を測定したところ、D10値が4.4μm、D50値が19.5μm、D90値が63.5μmであった。 Furthermore, when the particle size distribution of the biomass ash BA1 shown in Table 1 was measured based on a laser diffraction/scattering method, the D10 value was 4.4 μm, the D50 value was 19.5 μm, and the D90 value was 63.5 μm.

Figure 0007503010000001
Figure 0007503010000001

塩素源CLとしては、バイオマス灰の粗粉BA3中のアルカリ金属成分R2Oの含有量A(mol)に対する塩素源CL中の塩素含有量B(mol)の比率、B/A=2となる量の、目開き1mmの篩いを全通した廃ポリ塩化ビニルの破砕物が用いられた。 As the chlorine source CL, crushed waste polyvinyl chloride that had been completely passed through a sieve with 1 mm mesh was used in an amount such that the ratio of the chlorine content B (mol) in the chlorine source CL to the content A (mol) of the alkali metal component R2O in the biomass ash coarse powder BA3 was B/A = 2.

実施例における、分級処理工程S1、加熱処理工程S2、及び水洗処理工程S3の主要操作因子は、以下のように設定された。 In the examples, the main operating parameters for the classification process S1, the heat treatment process S2, and the water washing process S3 were set as follows:

(分級処理工程S1)
バイオマス灰BA1の分級点:10μm
(Classification process S1)
Biomass ash BA1 classification point: 10 μm

(加熱処理工程S2)
粗粉BA3と塩素源CLの混合物に対する加熱温度と加熱時間:950℃±25℃×15分間
(Heat treatment step S2)
Heating temperature and heating time for the mixture of coarse powder BA3 and chlorine source CL: 950°C ± 25°C x 15 minutes

(水洗処理工程S3)
水W1の使用量:微粉BA2と加熱処理物P1との混合物の質量の4倍
撹拌時間:10分間
固液分離装置17での洗浄水W2の使用量:ケーキC1の質量の4倍
(Water washing process S3)
Amount of water W1 used: 4 times the mass of the mixture of fine powder BA2 and heat-treated product P1 Stirring time: 10 minutes Amount of washing water W2 used in solid-liquid separator 17: 4 times the mass of cake C1

比較例として、全ての粒度のバイオマス灰BA1に水洗処理工程S3のみを行った。このときの操作因子は以下のように設定された。
水W1の使用量:微粉BA2と加熱処理物P1との混合物の質量の4倍
撹拌時間:10分間
固液分離装置17での洗浄水W2の使用量:ケーキC1の質量の4倍
As a comparative example, only the water washing treatment step S3 was carried out on biomass ash BA1 of all particle sizes. The operating parameters at this time were set as follows:
Amount of water W1 used: 4 times the mass of the mixture of fine powder BA2 and heat-treated product P1 Stirring time: 10 minutes Amount of washing water W2 used in solid-liquid separator 17: 4 times the mass of cake C1

各工程を経た後のバイオマス灰が含有する全アルカリ金属成分量(R2O)を、酸分解試料のICP発光分光分析法で確認した。分析結果を表2に示す。なお、表2中の質量割合とは、バイオマス灰BA1が100質量%に対する、微粉BA2と粗粉BA3への分級割合(質量%)を示す値である。 The total amount of alkali metal components ( R2O ) contained in the biomass ash after each process was confirmed by ICP atomic emission spectroscopy of the acid decomposition sample. The analysis results are shown in Table 2. The mass ratio in Table 2 indicates the classification ratio (mass %) of fine powder BA2 and coarse powder BA3 relative to 100 mass % of biomass ash BA1.

Figure 0007503010000002
Figure 0007503010000002

表2から分かるとおり、単に全粒度のバイオマス灰BA1に対して水洗処理工程(S3)を実行した場合、処理前のバイオマス灰BA1に含まれるアルカリ金属の割合が4.3質量%であったのに対し、処理後のケーキC1に含まれるアルカリ金属の割合が2.8質量%となり、低下割合は35質量%程度であった。 As can be seen from Table 2, when the water washing treatment process (S3) was simply performed on the whole-grain biomass ash BA1, the proportion of alkali metals contained in the biomass ash BA1 before treatment was 4.3% by mass, whereas the proportion of alkali metals contained in the cake C1 after treatment was 2.8% by mass, a decrease of approximately 35% by mass.

これに対し、本発明のアルカリ金属除去方法によれば、全量を水洗処理する前に、全体の7割を加熱処理するだけで、処理後のケーキC1に含まれるアルカリ金属の割合を1.4質量%にまで低下できており、処理前のバイオマス灰BA1と比較して含有アルカリ金属の割合を70質量%程度減少できている。これにより、ケーキC1に含まれるアルカリ金属の割合を、比較例よりも大幅に低下できていることが分かる。すなわち、本発明のアルカリ金属除去方法によれば、粗粉BA3に多く含まれる難溶性のアルカリ金属を塩化焙焼によって水溶性のアルカリ金属塩に変化させた後に水洗処理が行われたことで、比較例よりもアルカリ金属を多く除去できたものと考えられる。 In contrast, according to the alkali metal removal method of the present invention, the proportion of alkali metals contained in the cake C1 after treatment can be reduced to 1.4% by mass simply by heating 70% of the total before washing the entire amount with water, and the proportion of contained alkali metals can be reduced by about 70% by mass compared to the biomass ash BA1 before treatment. This shows that the proportion of alkali metals contained in cake C1 can be significantly reduced compared to the comparative example. In other words, according to the alkali metal removal method of the present invention, it is believed that the poorly soluble alkali metals contained in large amounts in coarse powder BA3 are converted into water-soluble alkali metal salts by chlorination roasting before the water washing process is performed, which allows more alkali metals to be removed than in the comparative example.

なお、表2において、バイオマス灰BA1に含まれるアルカリ金属成分量の割合よりも、分級処理工程S1実行後に得られた微粉BA2に含まれるアルカリ金属成分量の割合が上昇しているのは、相対的に粗粉BA3よりも微粉BA2にアルカリ金属成分が多く含まれていることによるものである。ただし、上記のとおり、微粉BA2に含まれるアルカリ金属には水溶性のアルカリ金属塩が多く含まれているため、後段に実施される水洗処理工程S3によって、その多くが除去される。 In Table 2, the proportion of alkali metal components contained in the fine powder BA2 obtained after the classification process S1 is higher than the proportion of alkali metal components contained in the biomass ash BA1 because the fine powder BA2 contains more alkali metal components than the coarse powder BA3. However, as mentioned above, the alkali metals contained in the fine powder BA2 contain a large amount of water-soluble alkali metal salts, and most of these are removed by the water washing process S3 carried out later.

(検証2)
バイオマス灰BA1に対して、分級点を10μmとして分級処理工程S1を実施し、得られた粗粉BA3に対して異なる2パターンの加熱条件で加熱処理工程S2を行った後、水洗処理工程S3を実行した。
(Verification 2)
The biomass ash BA1 was subjected to a classification process S1 with a classification point of 10 μm, and the resulting coarse powder BA3 was subjected to a heat treatment process S2 under two different heating conditions, and then a water washing process S3 was carried out.

加熱処理工程S2で投入された塩素源CLの種類及び量は、検証1と同様とした。また、水洗処理工程S3の実施条件は、撹拌時間を30分間とした点を除いて検証1と共通とした。 The type and amount of chlorine source CL added in the heating process S2 was the same as in Verification 1. The conditions for the water washing process S3 were the same as in Verification 1, except that the stirring time was 30 minutes.

表3には、原粉としてのバイオマス灰BA1、分級処理工程S1で得られた微粉BA2及び粗粉BA3について、アルカリ金属については酸分解試料のICP発光分光分析法による分析で、その他の化学成分にはペレット試料の蛍光X線分析法による分析で得られた、それぞれの化学組成を示す。 Table 3 shows the chemical composition of the biomass ash BA1 as raw powder, the fine powder BA2 obtained in the classification process S1, and the coarse powder BA3. The alkali metals were determined by analysis of the acid-digested samples using ICP atomic emission spectrometry, and the other chemical components were determined by analysis of the pellet samples using X-ray fluorescence spectrometry.

Figure 0007503010000003
Figure 0007503010000003

また、表4には原粉としてのバイオマス灰BA1、分級処理工程S1で得られた微粉BA2及び粗粉BA3のそれぞれに対するXRD解析結果を示す。なお、表4では、XRD解析の結果、存在が確認されたものを「○」、微量に存在が確認されたものを「△」、存在が全く確認されなかったものを「×」と表記している。 Table 4 also shows the results of XRD analysis for the biomass ash BA1 as the raw powder, the fine powder BA2 obtained in the classification process S1, and the coarse powder BA3. In Table 4, the results of the XRD analysis indicate that the substance was present, "○", that a trace amount of the substance was present, "△", and that no substance was present at all, "×".

Figure 0007503010000004
Figure 0007503010000004

表5に、本検証実験で得られた結果を示す。 Table 5 shows the results obtained in this verification experiment.

Figure 0007503010000005
Figure 0007503010000005

なお、表5において、K除去率は以下の(3)式で算定された値が採用された。後述する他の検証においても算定方法は共通である。
K除去率=[d1-{(1-d2)-d3}×d4]/d1 …(3)
ただし、(3)式内の各記号は、それぞれ以下の値である。
d1: 加熱処理前のアルカリ金属含有物(バイオマス灰の粗粉BA3。後述する検証4では真砂土)に含まれるK(カリウム)の含有率(濃度)
d2: 加熱処理工程S2によるアルカリ金属含有物の重量減少率
d3: 水洗処理工程S3によるアルカリ金属含有物の重量減少率
d4: 固液分離後に得られたケーキC1に含まれるKの含有率(濃度)
In Table 5, the K removal rate was calculated using the following formula (3). The calculation method is the same for other verifications described later.
K removal rate = [d1 - {(1 - d2) - d3} x d4] / d1 ... (3)
Here, the symbols in the formula (3) have the following values.
d1: Content (concentration) of K (potassium) contained in the alkali metal-containing material (coarse biomass ash powder BA3; in Verification 4 described below, granite soil) before heat treatment
d2: Weight reduction rate of the alkali metal-containing material due to the heat treatment step S2; d3: Weight reduction rate of the alkali metal-containing material due to the water washing treatment step S3; d4: Content (concentration) of K contained in the cake C1 obtained after solid-liquid separation.

なお、実験で利用されたバイオマス灰の粗粉BA3の、処理前のK含有率d1=3.4%であった。 The K content d1 of the coarse biomass ash powder BA3 used in the experiment before treatment was 3.4%.

表5の結果によれば、加熱処理工程S2において、雰囲気を窒素とし、且つ加熱温度を高めることで、アルカリ金属としてのK(カリウム)が効率的に除去できることが示唆される。 The results in Table 5 suggest that by using a nitrogen atmosphere and increasing the heating temperature in the heat treatment step S2, K (potassium) as an alkali metal can be efficiently removed.

この理由の一つとして、表4に示すように、粗粉BA3には微粉BA2と比べてK(カリウム)が長石(カリ長石)の形態で多く存在していることが考えられる。カリ長石を多く含むバイオマス灰以外の材料として真砂土が存在するが、真砂土についても、後述する検証4の結果が示すように、加熱温度を1000℃以上に高めることでK除去率が高められることが分かる。 One of the reasons for this is thought to be that coarse powder BA3 contains more K (potassium) in the form of feldspar (potassium feldspar) than fine powder BA2, as shown in Table 4. Other than biomass ash, there is also granite soil which contains a lot of potassium feldspar. As shown in the results of verification 4 described below, it is also found that the K removal rate can be increased for granite soil by increasing the heating temperature to 1000°C or higher.

なお、バイオマス灰BA1は、バイオマスが流動床炉で焼却されることで得られるのが一般的である。そして、この流動床で用いられる流動砂がバイオマス灰BA1に含まれる結果、流動砂由来のカリ長石がバイオマス灰BA1に混在しているものと推察される。流動砂は粒径が比較的大きいため、分級処理工程S1を経た後の粗粉BA3側に分配されやすい(表4参照)。 Biomass ash BA1 is generally obtained by incinerating biomass in a fluidized bed furnace. Since the fluidized sand used in this fluidized bed is contained in the biomass ash BA1, it is presumed that potassium feldspar derived from the fluidized sand is mixed into the biomass ash BA1. Since the particle size of the fluidized sand is relatively large, it is easily distributed to the coarse powder BA3 side after the classification process S1 (see Table 4).

(検証3)
カリ長石を含むアルカリ金属含有物を塩素源CLと共に加熱する際の温度の影響について、真砂土を用いて検証を行った。表6には、アルカリ金属については酸分解試料のICP発光分光分析法による分析で、その他の化学成分にはペレット試料の蛍光X線分析法による分析で得られた、検証に用いられた真砂土の化学組成を示す。
(Verification 3)
The effect of temperature when alkali metal-containing material including potassium feldspar is heated with a chlorine source CL was examined using decomposed granite soil. Table 6 shows the chemical composition of the decomposed granite soil used in the examination, obtained by analyzing the alkali metals by ICP atomic emission spectrometry of an acid digested sample, and by analyzing the pellet sample by X-ray fluorescence spectrometry for other chemical components.

Figure 0007503010000006
Figure 0007503010000006

また、表7には、この真砂土のXRD解析の分析結果を示す。表7によれば、真砂土においても、バイオマス灰の粗粉BA3と同様に、カリウムが長石(カリ長石)の形態で存在していることが確認される。なお、表7では、XRD解析の結果、存在が多数確認されたものを「◎」、存在が確認されたものを「○」、微量に存在が確認されたものを「△」と表記している。 Table 7 shows the results of the XRD analysis of this sand. Table 7 confirms that the sand also contains potassium in the form of feldspar (potassium feldspar), just like the biomass ash coarse powder BA3. In Table 7, the results of the XRD analysis indicate that potassium was present in large quantities with a "◎", that it was present with a "○", and that it was present in trace amounts with a "△".

Figure 0007503010000007
Figure 0007503010000007

上記のアルカリ金属含有物としての真砂土に対し、真砂土に含まれるアルカリ金属成分としてのカリウムの含有量(mol)に対する2倍のモル数を有する塩素含有物(CaCl2試薬粉末)を混合した後、温度及び雰囲気を表7に示す条件に設定した状態で、恒温電気炉に60分間静置して加熱処理物P1とした。その後、検証1と同様の条件で水洗・固液分離処理を行い、ケーキC1を得た。 The above-mentioned masami soil as an alkali metal-containing material was mixed with a chlorine-containing material ( CaCl2 reagent powder) having twice the molar amount of potassium contained (mol) as an alkali metal component in the masami soil, and then the mixture was left to stand in a thermostatic electric furnace for 60 minutes with the temperature and atmosphere set to the conditions shown in Table 7 to obtain a heat-treated product P1. Thereafter, water washing and solid-liquid separation were performed under the same conditions as in Verification 1 to obtain a cake C1.

そして、得られたケーキC1について、アルカリ金属成分の含有量を、酸分解試料のICP発光分光分析法による分析で求めた。この結果を表8及び図5に示す。なお、真砂土の処理前のK含有率d1=3.6%であった。 The content of alkali metal components in the resulting cake C1 was determined by analyzing the acid-digested sample using ICP atomic emission spectrometry. The results are shown in Table 8 and Figure 5. The K content d1 of the granite before treatment was 3.6%.

Figure 0007503010000008
Figure 0007503010000008

なお、表8において、試験条件を識別するための水準符号として、#B11や#B21等を用いているが、符号の#の次のアルファベットは、アルカリ金属含有物として利用されたサンプルの種別を示しており、「B」は真砂土に対応する。なお、後述する表9においては、#A11、#A21等の水準符号が用いられれるが、符号の#の次のアルファベット「A」は、アルカリ金属含有物として利用されたサンプルがバイオマス灰(粗粉BA3)であることを示すものである。 In Table 8, level codes such as #B11 and #B21 are used to identify the test conditions, and the alphabet following the # in the code indicates the type of sample used as the alkali metal-containing material, with "B" corresponding to granite. In Table 9 described below, level codes such as #A11 and #A21 are used, and the alphabet "A" following the # in the code indicates that the sample used as the alkali metal-containing material is biomass ash (coarse powder BA3).

また、アルファベットの次に表示される数字(1,2)は、加熱時の雰囲気を示しており、「1」が大気雰囲気を含む15%以上の酸素濃度の場合に対応し、「2」が窒素雰囲気を含む10%以下の酸素濃度の場合に対応する。なお、最も末尾に付された数字は、相互を区別するための識別子に対応する。以下の表9においても同様である。 The numbers (1, 2) displayed after the alphabet indicate the atmosphere during heating, with "1" corresponding to an oxygen concentration of 15% or more, including air, and "2" corresponding to an oxygen concentration of 10% or less, including nitrogen. The last number corresponds to an identifier for distinguishing between them. The same applies to Table 9 below.

表8は、アルカリ金属含有物として真砂土を用いた場合において、塩素源CLの混合量を共通とした上で、加熱雰囲気を大気とした場合(水準#B11~#B14)と、加熱雰囲気を窒素とした場合(水準#B21~#B24)とで、それぞれ加熱温度を800℃~1200℃で変化させたときの、カリウムの除去量の比較結果が示されている。図5は、表8の結果をグラフ化したものである。 Table 8 shows the comparative results of the amount of potassium removed when the heating temperature was changed from 800°C to 1200°C for the cases where the amount of chlorine source CL mixed was the same when using decomposed granite soil as the alkali metal-containing material, and the heating atmosphere was air (levels #B11 to #B14) and nitrogen (levels #B21 to #B24). Figure 5 is a graph of the results of Table 8.

水準#B12と水準#B22、水準#B13と水準#B23、及び水準#B14と水準#B24をそれぞれ対比すると、加熱温度が1000℃以上の場合には、加熱温度及び塩素源CLの混合量が同一であっても、大気雰囲気より窒素雰囲気の方がカリウム除去率が高いことが分かる。 Comparing level #B12 with level #B22, level #B13 with level #B23, and level #B14 with level #B24, it can be seen that when the heating temperature is 1000°C or higher, the potassium removal rate is higher in a nitrogen atmosphere than in an air atmosphere, even if the heating temperature and the mixed amount of chlorine source CL are the same.

これに対し、加熱温度が800℃の場合、水準#B11と水準#B21を対比すると、大気雰囲気と窒素雰囲気とで、カリウム除去率に実質的な差が認められない。この結果は、真砂土の場合、カリウムがカリ長石の形態で多く存在していることから、800℃では塩素との反応速度が低く、雰囲気による反応量の差が生じなかったことに由来するものと推定される。 In contrast, when the heating temperature is 800°C, comparing level #B11 and level #B21, no substantial difference in the potassium removal rate is observed between air and nitrogen atmospheres. This result is presumably due to the fact that in the case of granite, potassium is present in large amounts in the form of potassium feldspar, and so the reaction rate with chlorine is slow at 800°C, resulting in no difference in the amount of reaction due to the atmosphere.

つまり、表8及び図5の結果から、アルカリ金属を除去する対象物(アルカリ金属含有物)として真砂土を用いる場合、言い換えればカリ長石の形態でカリウムが多く含まれる材料を用いる場合には、加熱温度を1000℃以上とした上で、且つ加熱雰囲気を低酸素濃度とするのが好適であることが分かる。 In other words, from the results of Table 8 and Figure 5, when using granite as the material from which alkali metals are to be removed (alkali metal-containing material), in other words when using a material that contains a lot of potassium in the form of potassium feldspar, it is preferable to set the heating temperature to 1000°C or higher and to set the heating atmosphere to a low oxygen concentration.

この検証3の結果は、検証2の結果とも整合する。すなわち、検証2において、窒素雰囲気で且つ加熱温度を1000℃とした場合(水準#2)は、大気雰囲気で且つ加熱温度を950℃とした場合(水準#1)よりも、カリウムの除去率が向上した。この理由は、表4に示すように、粗粉BA3にはカリ長石の形態でカリウムが一定程度含まれているためであると考えられる。 The results of this verification 3 are consistent with the results of verification 2. That is, in verification 2, when the nitrogen atmosphere was used and the heating temperature was set to 1000°C (level #2), the potassium removal rate was improved compared to when the air atmosphere was used and the heating temperature was set to 950°C (level #1). The reason for this is thought to be that, as shown in Table 4, coarse powder BA3 contains a certain amount of potassium in the form of potassium feldspar.

(検証4)
検証3の結果から、加熱温度を高温とし、且つ低酸素濃度の雰囲気とすることで、アルカリ金属(特にカリウム)の除去率が向上した理由について、検証した。
(Verification 4)
From the results of verification 3, the reason why the removal rate of alkali metals (particularly potassium) was improved by setting the heating temperature to a high temperature and creating an atmosphere with a low oxygen concentration was verified.

塩素源CLとしての例である塩化カルシウムを熱重量示差熱分析装置(TG-DTA)に設置し、大気雰囲気と窒素雰囲気の2パターンでそれぞれ温度を変化させながら重量の変化の態様を計測した。この結果をTG曲線として図6に示す。なお、図6において横軸は温度[℃]を示し、縦軸は、処理前のサンプルの重量に対する、重量の減少量(処理後重量-処理前重量)の比率を示している。 Calcium chloride, an example of a chlorine source CL, was placed in a thermogravimetric differential thermal analyzer (TG-DTA) and the change in weight was measured while changing the temperature in two patterns, air and nitrogen atmosphere. The results are shown as a TG curve in Figure 6. In Figure 6, the horizontal axis indicates temperature [°C] and the vertical axis indicates the ratio of the weight loss (weight after treatment - weight before treatment) to the weight of the sample before treatment.

図6によれば、800℃近傍まで加熱した場合、温度上昇による重量の減少はほとんど生じていない。しかし、850℃を超えるような温度条件になると、窒素雰囲気に比べて大気雰囲気の場合には、温度上昇に伴う重量の減少率が高いことが分かる。特に800℃~1300℃の範囲内においては、窒素雰囲気で塩化カルシウムを加熱した場合、大気雰囲気の場合よりも重量の減少量は少ない。なお、窒素雰囲気の場合であっても、1200℃を超えるような温度条件下であれば、温度が上昇するに伴って重量の減少率は高まっていることが確認される。 According to Figure 6, when heated to around 800°C, there is almost no weight loss due to temperature increase. However, when the temperature exceeds 850°C, the rate of weight loss due to temperature increase is higher in an air atmosphere than in a nitrogen atmosphere. In particular, when calcium chloride is heated in a nitrogen atmosphere within the range of 800°C to 1300°C, the amount of weight loss is less than in an air atmosphere. It has been confirmed that even in the case of a nitrogen atmosphere, the rate of weight loss increases as the temperature increases under temperature conditions exceeding 1200°C.

大気のように酸素を多く含む雰囲気下で塩化カルシウムを加熱した場合、上述した(1)式の反応が支配的となり、塩素が揮発したことで重量が減少したものと考えられる。念の為、(1)式を再掲する。
CaCl2(s) + 1/2O2(g) → CaO(s) + Cl2(g) …(1)
When calcium chloride is heated in an atmosphere containing a lot of oxygen, such as air, the reaction of formula (1) above becomes dominant, and it is believed that the weight is reduced by the evaporation of chlorine.
CaCl2 (s) + 1/ 2O2 (g) → CaO(s) + Cl2 (g) ... (1)

一方で、酸素濃度が低い又は酸素を含まない雰囲気(ここでは窒素雰囲気)で塩化カルシウムを加熱した場合、上述した(2)式の反応が支配的となり、加熱対象物である塩化カルシウム自体が揮発したことで重量が減少したものと考えられる。念の為、(2)式を再掲する。
CaCl2(s) → CaCl2(g) …(2)
On the other hand, when calcium chloride is heated in an atmosphere with a low oxygen concentration or without oxygen (here, a nitrogen atmosphere), the reaction of the above formula (2) becomes dominant, and it is considered that the calcium chloride itself, which is the object to be heated, volatilizes, resulting in a weight loss.
CaCl2 (s) → CaCl2 (g) … (2)

そして、図6の結果からは、塩素の揮発速度が、塩化カルシウムの揮発速度よりも速いことを示唆するものである。つまり、例えば加熱処理工程S2において塩素源CLと粗粉BA3(又はその粉砕物BA3a)の混合物を1000℃程度で加熱することを想定すると、加熱装置7の加熱炉が大気雰囲気である場合には、塩素源CLから塩素が揮発しやすく、粗粉BA3に含まれるアルカリ金属との反応効率が低下してしまうことを意味する。これに対し、加熱装置7の加熱炉が窒素雰囲気である場合には、塩素の揮発が抑制される結果、塩素源CLに含まれる塩素と粗粉BA3に含まれるアルカリ金属との接触確率を高く維持することができ、アルカリ金属塩化物を高効率で生成できることが分かる。なお、この検証では、塩素源CLとしてCaCl2(塩化カルシウム)を用いる場合を取り上げたが、MgCl2(塩化マグネシウム)、BaCl2(塩化バリウム)の場合であっても、同様の結果が得られる。 The results of FIG. 6 suggest that the volatilization rate of chlorine is faster than that of calcium chloride. In other words, assuming that the mixture of the chlorine source CL and the coarse powder BA3 (or its pulverized product BA3a) is heated at about 1000° C. in the heat treatment step S2, when the heating furnace of the heating device 7 is in an air atmosphere, chlorine is easily volatilized from the chlorine source CL, and the reaction efficiency with the alkali metal contained in the coarse powder BA3 is reduced. On the other hand, when the heating furnace of the heating device 7 is in a nitrogen atmosphere, the volatilization of chlorine is suppressed, and the contact probability between the chlorine contained in the chlorine source CL and the alkali metal contained in the coarse powder BA3 can be maintained high, and it can be seen that the alkali metal chloride can be generated with high efficiency. In this verification, the case where CaCl 2 (calcium chloride) is used as the chlorine source CL is taken up, but the same results can be obtained even when MgCl 2 (magnesium chloride) or BaCl 2 (barium chloride) is used.

(検証5)
加熱雰囲気に含まれる酸素濃度の影響を検証した。具体的には、検証2と同様の粗粉BA3に対し、加熱温度及び塩素源CLの混合量を共通とした上で(加熱温度800℃、Cl/K=1)、加熱雰囲気に含まれる酸素濃度を0%~21%の範囲内で変化させたときの、カリウムの除去量を比較した。この結果を表9及び図7に示す。なお、図7は、表9の結果をグラフ化したものである。
(Verification 5)
The effect of the oxygen concentration in the heating atmosphere was examined. Specifically, for the same coarse powder BA3 as in Examination 2, the heating temperature and the mixed amount of the chlorine source CL were kept the same (heating temperature 800°C, Cl/K=1), and the amount of potassium removed was compared when the oxygen concentration in the heating atmosphere was changed within the range of 0% to 21%. The results are shown in Table 9 and FIG. 7. FIG. 7 is a graph of the results in Table 9.

Figure 0007503010000009
Figure 0007503010000009

なお、表9において、雰囲気中の酸素濃度が0%の場合とは窒素雰囲気に対応し、雰囲気中の酸素濃度が21%の場合とは大気雰囲気に対応する。 In Table 9, an oxygen concentration of 0% in the atmosphere corresponds to a nitrogen atmosphere, and an oxygen concentration of 21% in the atmosphere corresponds to an air atmosphere.

図7によれば、雰囲気中の酸素濃度を0%~10%の範囲内で変化させると、酸素濃度が増加するに連れて、ほぼ線形的にK除去率が低下していることが分かる。これに対し、酸素濃度が10%を超えると、K除去率の低下の程度は緩和されることが分かる。特に、酸素濃度が15%以上の場合には、K除去率の値について大気雰囲気の場合と大きな差が生じないことが分かる。 Figure 7 shows that when the oxygen concentration in the atmosphere is changed within the range of 0% to 10%, the K removal rate decreases almost linearly as the oxygen concentration increases. In contrast, when the oxygen concentration exceeds 10%, the degree of decrease in the K removal rate is mitigated. In particular, when the oxygen concentration is 15% or higher, there is no significant difference in the K removal rate value compared to the air atmosphere.

つまり、表9及び図7の結果からは、酸素濃度を10%以下として加熱処理を行うことで、加熱処理工程S2で利用される塩素源CLの量が同一であっても、カリウム除去率を高められることが分かる。この結果は、雰囲気中の酸素濃度を低くしたことで上記(1)式よりも(2)式の反応が支配的となった結果、塩素の揮発の進行が抑制されて塩素と粗粉BA3に含まれるアルカリ金属との接触確率が高く維持されて、アルカリ金属塩化物を高効率で生成できたことを示唆するものである。 In other words, the results of Table 9 and Figure 7 show that by performing heat treatment with an oxygen concentration of 10% or less, the potassium removal rate can be increased even if the amount of chlorine source CL used in the heat treatment step S2 is the same. This result suggests that by lowering the oxygen concentration in the atmosphere, the reaction of formula (2) becomes more dominant than the reaction of formula (1) above, and as a result, the progress of chlorine volatilization is suppressed, the probability of contact between chlorine and the alkali metal contained in the coarse powder BA3 is maintained at a high level, and alkali metal chlorides can be produced with high efficiency.

なお、この検証5では、加熱温度が800℃として行われているが、検証2の結果(表5参照)及び検証3の結果(表8、図5参照)に鑑みると、加熱処理工程S2において粗粉BA3を塩素源CLと共に加熱する場合、加熱温度を1000℃以上にした上で、雰囲気の酸素濃度を10%以下とすることで、カリウムの除去率を更に高められることが示唆される。 In this verification 5, the heating temperature was 800°C. However, in consideration of the results of verification 2 (see Table 5) and verification 3 (see Table 8 and Figure 5), it is suggested that when the coarse powder BA3 is heated together with the chlorine source CL in the heat treatment step S2, the potassium removal rate can be further increased by setting the heating temperature to 1000°C or higher and the oxygen concentration of the atmosphere to 10% or less.

1 :アルカリ金属除去装置
3 :分級装置
3a :排出口
3b :排出口
4 :粉砕装置
5 :塩素源供給装置
7 :加熱装置
9 :水洗装置
11 :供給ホッパ
13 :水供給装置
15 :洗浄水供給装置
17 :固液分離装置
31 :内燃バーナ
33 :吸気ファン
35 :スラリー攪拌装置
BA1 :バイオマス灰
BA2 :微粉
BA3 :粗粉
BA3a :粗粉粉砕物
C1 :ケーキ
CL :塩素源
G1 :大気
G1a :ガス
G2 :燃焼排ガス
Lr1 :スラリー
P1 :加熱処理物
W1 :水
W2 :洗浄水
W3 :排水
1: Alkali metal removal device 3: Classification device 3a: Discharge outlet 3b: Discharge outlet 4: Crushing device 5: Chlorine source supply device 7: Heating device 9: Water washing device 11: Supply hopper 13: Water supply device 15: Washing water supply device 17: Solid-liquid separation device 31: Internal combustion burner 33: Intake fan 35: Slurry stirring device BA1: Biomass ash BA2: Fine powder BA3: Coarse powder BA3a: Coarse powder crushed material C1: Cake CL: Chlorine source G1: Air G1a: Gas G2: Combustion exhaust gas Lr1: Slurry P1: Heat treatment material W1: Water W2: Washing water W3: Wastewater

Claims (13)

木質バイオマスの燃焼灰の飛灰からアルカリ金属を除去する方法であって、
前記飛灰を微粉と粗粉に分級する工程(a)と、
前記工程(a)で得られた前記粗粉を塩素源と共に加熱して加熱処理物を得る工程(b)と、
前記工程(a)で得られた前記微粉と、前記工程(b)で得られた前記加熱処理物とを水洗する工程(c)とを含むことを特徴とする、アルカリ金属除去方法。
A method for removing alkali metals from fly ash of woody biomass combustion ash, comprising the steps of:
(a) classifying the fly ash into fine powder and coarse powder;
A step (b) of heating the coarse powder obtained in the step (a) together with a chlorine source to obtain a heat-treated product;
A method for removing an alkali metal, comprising: a step (c) of washing with water the fine powder obtained in the step (a) and the heat-treated product obtained in the step (b).
前記工程(a)は、5μm以上30μm以下を分級点として分級する工程であることを特徴とする請求項1に記載のアルカリ金属除去方法。 The method for removing alkali metals according to claim 1, characterized in that step (a) is a step of classifying the particles with a classification point of 5 μm or more and 30 μm or less. 前記工程(b)は、650℃以上1200℃以下の温度で加熱する工程であることを特徴とする請求項1又は2に記載のアルカリ金属除去方法。 The method for removing alkali metals according to claim 1 or 2, characterized in that step (b) is a step of heating at a temperature of 650°C or more and 1200°C or less. 前記工程(b)は、酸素濃度10%以下の雰囲気下で加熱する工程であることを特徴とする、請求項1~3のいずれか1項に記載のアルカリ金属除去方法。 The method for removing alkali metals according to any one of claims 1 to 3, characterized in that step (b) is a step of heating in an atmosphere with an oxygen concentration of 10% or less. 前記工程(b)で利用される前記塩素源は、廃プラスチック及び無機化合物塩素が混入された可燃性廃棄物を含むことを特徴とする請求項1~4のいずれか1項に記載のアルカリ金属除去方法。 The method for removing alkali metals according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the chlorine source used in step (b) includes waste plastics and combustible waste mixed with inorganic chlorine. 前記工程(b)で利用される前記塩素源は、80mm以下の大きさであることを特徴とする請求項1~5のいずれか1項に記載のアルカリ金属除去方法。 The method for removing alkali metals according to any one of claims 1 to 5, characterized in that the chlorine source used in step (b) has a size of 80 mm or less. 前記工程(b)は、前記粗粉の全アルカリ金属成分のモル量(A)に対する、前記塩素源の全塩素のモル量(B)の比率(B/A)が、1以上5以下の範囲内で混合された、前記粗粉と前記塩素源との混合物を加熱する工程であることを特徴とする、請求項1~6のいずれか1項に記載のアルカリ金属除去方法。 The method for removing alkali metals according to any one of claims 1 to 6, characterized in that step (b) is a step of heating a mixture of the coarse powder and the chlorine source in which the ratio (B/A) of the molar amount (B) of the total chlorine in the chlorine source to the molar amount (A) of the total alkali metal components in the coarse powder is in the range of 1 to 5. 前記工程(a)で得られた前記粗粉を粉砕して粗粉粉砕物を得る工程(d)を有し、
前記工程(b)は、前記工程(d)で得られた前記粗粉粉砕物を前記塩素源と共に加熱する工程であることを特徴とする、請求項1~7のいずれか1項に記載のアルカリ金属除去方法。
The step (d) includes pulverizing the coarse powder obtained in the step (a) to obtain a pulverized coarse powder,
The method for removing an alkali metal according to any one of claims 1 to 7, wherein the step (b) is a step of heating the coarsely pulverized product obtained in the step (d) together with the chlorine source.
木質バイオマスの燃焼灰の飛灰からアルカリ金属を除去するための装置であって、
前記飛灰を微粉と粗粉に分級する分級装置と、
前記分級装置で得られた前記粗粉を塩素源と共に加熱して加熱処理物を得る加熱装置と、
前記分級装置で得られた前記微粉と、前記加熱装置で得られた前記加熱処理物とを水洗する水洗装置とを備えることを特徴とする、アルカリ金属除去装置。
An apparatus for removing alkali metals from fly ash of woody biomass combustion ash, comprising:
A classifier for classifying the fly ash into fine powder and coarse powder;
a heating device for heating the coarse powder obtained by the classifier together with a chlorine source to obtain a heat-treated product;
An alkali metal removal apparatus comprising a water washing device for washing with water the fine powder obtained by the classifying device and the heat-treated product obtained by the heating device.
前記分級装置が回転羽根付きの遠心式空気分級機で構成されることを特徴とする請求項9に記載のアルカリ金属除去装置。 The alkali metal removal device according to claim 9, characterized in that the classification device is composed of a centrifugal air classifier with rotating blades. 前記加熱装置がロータリーキルンで構成されることを特徴とする請求項9又は10に記載のアルカリ金属除去装置。 The alkali metal removal device according to claim 9 or 10, characterized in that the heating device is composed of a rotary kiln. 前記加熱装置に対して、酸素濃度10%以下の燃焼用ガスを導入するガス源を備えたことを特徴とする、請求項9~11のいずれか1項に記載のアルカリ金属除去装置。 The alkali metal removal device according to any one of claims 9 to 11, characterized in that it is provided with a gas source for introducing combustion gas having an oxygen concentration of 10% or less into the heating device. 前記分級装置で得られた前記粗粉を粉砕する粉砕装置を備え、
前記加熱装置は、前記粉砕装置で粉砕された状態の前記粗粉を前記塩素源と共に加熱することを特徴とする、請求項9~12のいずれか1項に記載のアルカリ金属除去装置。
A crushing device is provided for crushing the coarse powder obtained by the classifying device,
13. The alkali metal removal apparatus according to claim 9, wherein the heating device heats the coarse powder pulverized by the pulverizer together with the chlorine source.
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