JP2001157886A - 無機質廃棄粉体の溶融処理方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】ゴミ焼却炉の焼却灰等の無機質廃棄粉体にテル
ミット反応剤を混合してバーナーで溶融する際、バーナ
ーの火炎でテルミット剤のアルミニウムが吹き飛ばされ
るのを防止できる方法を提供することを目的とする。 【解決方法】無機質廃棄粉体にテルミット反応剤を混合
してバーナーで溶融するに際して、該テルミット反応剤
を小分けにして袋に詰め、該袋を該粉体に混ぜて分散さ
せることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、無機質廃棄粉体の
溶融処理方法に係り、更に詳しくは、ゴミ焼却炉の焼却
灰等の無機質廃棄粉体にテルミット反応剤を混合してバ
ーナーで溶融する方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】周知のように家庭から排出される一般廃
棄物は加速的に増加し最終処分場の残余年数は逼迫して
いる。ゴミが地球を埋め尽す感がある。ゴミの減容化は
緊急の課題である。減容化には、焼却が最も効果的であ
るが、結果として焼却灰が発生する。この焼却灰は軽く
て飛散しやすく、埋めたてもままならず、まことに厄介
なものである。最近の傾向として焼却灰を溶融、硝子化
して減容化し、建設資材等に再利用することが試みられ
ている。焼却灰の溶融方法として、いろいろな方法が提
案されているが、本発明者らはテルミット反応熱とバー
ナー加熱を併用する方法を提案している。この方法は、
設備の建設費が安く、ダイオキシンの発生もなく、溶融
コストも安い特徴があり、小型の溶融設備としてまさし
く最適なものである。しかしながらバーナー加熱とテル
ミット反応剤を併用する際、焼却灰にテルミット反応剤
を単に混合して処理したとき、バーナーの火炎でテルミ
ット剤のアルミが吹き飛ばされて反応に寄与するアルミ
の歩留まりが悪い欠点があった。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】本発明はかかる状況に
鑑みてなされたもので、その目的は、アルミの飛散を防
止することができる新規な処理方法を提供することであ
る。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明者は上記課題に関
して鋭意研究を行った結果、以下の構成からなる方法に
よって問題の解決が可能であることを発見した。すなわ
ち、 （１）廃棄無機質粉体にテルミット反応剤を混合してバ
ーナー加熱して溶融するに際し、該テルミット反応剤を
小分けにして袋に詰め、該袋を該粉体に混ぜて分散させ
ることを特徴とする廃棄無機質粉体の溶融処理方法。 （２）廃棄無機質粉体にテルミット反応剤を混合してバ
ーナー加熱して溶融するに際し、該テルミット反応剤
は、廃アルミ缶の破砕片と酸化鉄成分を板状、あるいは
塊状にプレス圧着したものを用い、該圧着組成物を適度
の大きさに分割して焼却灰の中に混合、分散させること
を特徴とする廃棄無機質粉体の溶融処理方法。 （３）上記廃棄無機質粉体が焼却炉の焼却灰である上記
あるいはに記載の溶融処理方法。

【０００５】

【発明の実施の形態】本発明は焼却灰の溶融処理のほ
か、廃棄された無機質粉体の溶融処理全般に利用でき
る。本方法では、粉体の溶融は基本的にはバーナーの燃
焼熱で行うものである。粉体に混ぜられたテルミット剤
は、反応が始まったときに爆発的な衝撃波を発生して粉
体を撹乱してかき混ぜる作用がある。撹乱によって粉体
内部の温度を均一にする作用がある。バーナー加熱だけ
では粉体堆積層の表層部だけが溶融するに過ぎないが、
爆発的な撹乱作用で堆積層の下層部分が表層に上がり上
下均等に加熱され、溶融層の深さが深くなる。この結
果、バーナーの加熱熱量は同じでも、時間当たりの溶融
量が増加する特徴がある。テルミット剤の添加によっ
て、バーナー加熱単独の場合に比較して、１２０〜１５
０％溶融量が多くなる。

【０００６】テルミット剤を廃棄粉体に混合する割合
は、粉体１００に対してテルミット剤５〜３０の割合で
加える。上限値を超えて加えても溶融量の増加は期待で
きないので、上限値を越える添加は不経済である。また
溶融スラグの粘度が高くなり湯流れが悪くなるのでむし
ろ好ましくない。また溶融量の増加は、下限値以上の添
加から始まるので、少なくとも下限値以上添加すること
が好ましい。

【０００７】テルミット剤を粉体のまま廃棄粉体に混ぜ
ると、バーナー加熱の火炎でアルミ成分が吹き飛ばされ
て、アルミの歩留まりが低下する。テルミット剤は少量
ずつ小分けにして袋に詰めて、この袋を廃棄粉体に混ぜ
るようにすることが好ましい。概ね１００〜２００ｇ程
度にして袋に入れて混合するとアルミの歩留まりが向上
して粉体の溶融処理量が概ね１．４〜１．７倍に増加す
る。テルミット剤を小分けにして粉体の中に混ぜると、
粉体の中にアルミの小さなプールが無数発生し、ここに
酸化鉄が溶けこむように反応してテルミット反応が起こ
る。アルミのプールの個所で小さな爆裂が連鎖的に発生
して廃棄粉体は撹乱されて、上下均等に撹拌される。こ
の結果、廃棄粉体の溶融プールは深さがより深くなって
流れる。処理量が増加するのは溶融プールの深さが深く
なることが原因しているものと推察される。テルミット
剤を詰める袋は、樹脂製、紙製、要は燃えるものであれ
ばいかなる材料でも良い。

【０００８】テルミット剤は、アルミ成分を含む原料と
酸化鉄成分を含む原料を混合したものからなる。アルミ
成分含む原料とは、飲料用の廃アルミ缶やアルミ地金の
再溶解時に発生するアルミ残灰などのアルミ成分を含む
廃棄物が有効であるが、これのみに限定されるものでは
ない。酸化鉄成分を含む原料とは、鉄くず、鉄錆、など
の一般的な金属廃材や製鉄工業で発生する転炉ダストや
高炉ダストなどの集塵灰、更には磁性酸化鉄製造時に副
産物として発生する酸化鉄汚泥や、ボーキサイトから水
酸化アルミニウムを製造する際の赤泥などが有効である
が、何らこれのみに限定されるものではない。これらの
原料は単一種類のまま使用してもよいし、あるいは出発
原料の異なる二種以上を適宜混ぜ合わせて使用してもよ
い。

【０００９】上記したように、アルミニウム含有原料が
アルミ缶の粉砕片の場合、酸化鉄含有原料と混合したも
のを板状にプレス圧着したものを適度の大きさに分割し
て焼却灰の中に混合、分散させても良い。圧着片の厚さ
は、概ね３〜６ｍｍ程度、長さ５〜３０程度が良い。ア
ルミ缶の水分を蒸発させた圧着片には、粘着性の成分が
残存し、適度の強度が発現する。廃アルミ缶の粉砕片の
大きさは、裁断機によって５〜１０ｍｍ程度の小片に破
砕した後、更に１〜３ｍｍ以下に二次粉砕した程度のも
ので良い。酸化鉄含有原料として磁性酸化鉄製造時に副
生する酸化鉄汚泥を使用する場合には、天日乾燥等で含
有水分量を５〜１％程度に乾燥すれば良い。また更にア
ルミニウム原料との混合を良くするために、塊状物を細
かく粉砕しておくことが好ましい。

【００１０】アルミニウム含有原料と酸化鉄含有原料を
主原料とするテルミット反応組成物の中のアルミ含有量
は５％以上が好ましい。５％未満ではテルミット発熱反
応が起きないので好ましくない。アルミニウムと酸化鉄
の混合比率は、アルミニウム含有量１に対して酸化鉄含
有量２．５〜３．０の比率が好ましく、また混合物の中
に酸化チタン３〜１２重量％、酸化マンガン１〜３重量
％含有させることが好ましい。アルミ原料と酸化鉄原料
に酸化チタンと酸化マンガンがすでに含まれて入ると
き、アルミ原料と酸化原料を混合後、酸化チタンと酸化
マンガンの不足分を新たに追加して加えれば良い。酸化
チタンと酸化マンガンの添加方法は、酸化チタンと酸化
マンガンそのものを添加しても良いし、あるいは酸化チ
タン、酸化マンガン成分を含有するものを添加しても良
い。酸化チタン、酸化マンガンを含む廃棄物の粉粒体を
添加するのも有効である。

【００１１】アルミニウム含有原料と酸化鉄含有原料の
比率が上限を超えると酸化鉄が過多になってテルミット
発熱反応が起きなくなるので好ましくない。また、下限
値未満では、アルミが過多になって反応生成物にアルミ
ニウムが残存するので好ましくない。

【００１２】酸化チタン含有量が下限値未満ではテルミ
ット反応生成物の粘性が高くて溶流性が悪くなり連続操
業できなくなるので好ましくない。又、上限を超えて含
有させてもそれ以上の溶流性の改善効果は見込めない。
これら組成物の混合方法については、たとえば、フレッ
トミルや高速混合機、ミキサーなど通常の撹拌混合機を
用いて混合すればよく、酸化チタン、酸化マンガンなど
の添加、混合方法についても特別な限定があるわけでは
ない。

【００１３】テルミット剤を袋に詰めるとき、粉粒体の
ままでも実用に際しての問題はないが、顆粒状あるいは
造粒物に成形したほうがより好ましい。顆粒、造粒成形
すると粉粒体に比べて密度が高いために、燃焼熱の伝播
速度が速く、より高い発熱効果が得られる。顆粒あるい
は造粒成形の方法は、組成物を構成しているアルミニウ
ム成分が水分と反応しやすいので、乾式成形の方が好ま
しい。

【００１４】本発明組成物の乾式成形方法に付いては、
ブリケットマシンによる高圧成形、あるいは粘着性の無
機バインダー、たとえば、水ガラスなどを添加すれば、
容易に成形できる。

【００１５】

【実施例】実施例によって本発明を説明する。図１は、
バーナー加熱にテルミット反応熱を併用して焼却炉の焼
却灰を溶融する溶融炉に本発明を適用したときの説明図
である。反応炉には焼却灰ホッパーから焼却灰が、
溶融剤ホッパーからテルミット反応剤が供給され、混
合されてプッシャーで炉内に押し込まれる。押し込ま
れた焼却灰と溶融剤はバーナーで加熱され、テルミッ
ト反応開始温度（概ね９００〜１１００℃）に到達した
ところで発熱反応が始まり焼却灰と溶融剤の混合物の温
度が上昇し、バーナーで加熱されている表面部から溶け
始める。溶融した焼却灰と溶融剤の混合物は下に流れて
スラグの溜り場に溜り、水中に落下して凝固する。以
上の工程を逐次繰り返して処理が進行する。バーナー加
熱で発生する排ガスは、排ガス管を通ってガス冷却室
で水のシャワーをかけられて冷却される。冷却された
排ガスには粉塵が含まれており、バグフィルターで除
塵され、煙突を通って大気へ放出されることになる。

【００１６】実施例１ 下記組成のテルミット反応剤を使って焼却灰の溶融テス
トした。テルミット反応剤の組成は、下記の通りであ
る。 アルミ原料：アルミ地金の再溶解時に発生したアルミ残
灰を粉砕したもの 酸化鉄成分：ボーキサイトから水酸化アルミニウムを製
造する際の赤泥を使用 補助原料 ：酸化チタン、酸化マンガンの廃棄物を粉砕
したものを使用

【００１７】上記アルミ原料、酸化鉄原料、補助原料を
混合し、下記の組成（重量％）に調合した。 アルミ成分：１８％ 酸化鉄成分：４０％ 酸化チタン：５％ 酸化マンガン：２％ 上記混合物を１５０ｇずつポリエチレンの袋に入れて、
これをホッパーから焼却灰の１０重量％供給して混合
した。

【００１８】バーナー燃料は重油を使用し、１３００℃
で溶融した。溶融焼却灰とテルミット剤は低融点のスラ
グを生成し、溶流性に優れ焼却炉を止めるまで連続して
流れた。本発明方法は、上記テルミット反応剤をそのま
ま焼却灰に加えた場合に比較して、焼却灰を時間当たり
１．５倍溶融できた。

【００１９】実施例２ 下記テルミット反応剤を使用して焼却灰の溶融テストし
た。テルミット反応剤の組成は、下記の通りである。 アルミ原料：アルミ缶を３ｍｍ以下に粉砕したものを使
用 酸化鉄成分：磁性酸化鉄製造時に副製する酸化鉄汚泥を
使用 補助原料 ：酸化チタン、酸化マンガンの廃棄物を粉砕
したもの

【００２０】上記アルミ原料、酸化鉄原料、補助原料を
混合し、下記の組成（重量％）に調合した。 アルミ成分：１５％ 酸化鉄成分：３５％ 酸化チタン：５％ 酸化マンガン：２％ 上記混合物をプレスで厚さ４ｍｍの板に延伸圧着した。
これを５〜３０ｍｍの長さに切断して、ホッパーから
焼却灰の２０重量％供給して混合した。

【００２１】バーナー燃料は重油を使用し、１３５０℃
で溶融した。溶融焼却灰とテルミット剤は低融点のスラ
グを生成し、溶流性に優れ焼却炉を止めるまで連続して
流れた。本発明方法は、上記テルミット反応剤をそのま
ま焼却灰に加えた場合に比較して、焼却灰を時間当たり
１．７倍溶融できた。

【００２２】

【発明の効果】本発明は以下のような効果を有する。 アルミの歩留りが上がり、時間当たりの溶融量が大
幅に向上する。 連続溶融ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は本発明の実施例の説明図である。

【符号の説明】 …反応炉 …焼却炉ホッパー …溶融剤ホッパー …プッシャー …バーナー …スラグの溜り場 …排ガス管 …排ガス冷却室 …バグフィルター

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】無機質廃棄粉体にテルミット反応剤を混合
   してバーナー加熱して溶融するに際し、該テルミット反
   応剤を小分けにして袋に詰め、該袋を該粉体に混ぜて分
   散させることを特徴とする無機質廃棄粉体の溶融処理方
   法。
2. 【請求項２】無機質廃棄粉体にテルミット反応剤を混合
   してバーナー加熱して溶融するに際し、該テルミット反
   応剤は、廃アルミ缶の破砕片と酸化鉄成分を板状、ある
   いは塊状にプレス圧着したものを用い、該圧着組成物を
   適度の大きさに分割して焼却灰の中に混合、分散させる
   ことを特徴とする無機質廃棄粉体の溶融処理方法。
3. 【請求項３】上記廃棄粉体がゴミ焼却炉の焼却灰である
   請求項１あるいは２に記載の溶融処理方法。