JP2001347278A

JP2001347278A - 飛灰と飛灰の有効利用方法

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Publication number: JP2001347278A
Application number: JP2000170014A
Authority: JP
Inventors: Hitoshi Masuda; 均桝田; Kaoru Saruta; 薫猿田
Original assignee: Dowa Mining Co Ltd
Current assignee: Dowa Holdings Co Ltd
Priority date: 2000-06-07
Filing date: 2000-06-07
Publication date: 2001-12-18
Anticipated expiration: 2020-06-07
Also published as: JP4231935B2

Abstract

(57)【要約】【課題】重金属類と共に、カルシウム、マグネシウム
等アルカリ土類金属及び塩素を含む飛灰を格別の処理を
行うことなく再利用でき、したがって飛灰の処理費用も
余り掛からず、重金属の回収も可能とする経済的な利用
手段を提供する。【解決手段】排水処理等において飛灰を中和剤として
用い、また、廃棄物の重金属固定用のバインダーとして
用いる。飛灰を水洗して塩素分を除去した後に用いると
効果的である。ｐＨが１０〜１２の水で洗浄するとさら
に効果的である。中和剤としての飛灰は塩素分が５％以
下とするのが望ましい。飛灰は、分級して細粒分をペレ
ット化して用いるのが好ましい。この飛灰は、中和作用
と共に排水中などの重金属を固定する作用をも有し、特
に鉄化合物と飛灰を混合して用いると鉄塩による共沈作
用により、重金属を効果的に固定し除去することができ
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、都市ごみ焼却施設
や産業廃棄物焼却場等における焼却炉や溶融炉あるいは
汚泥を処理するセメントキルン等から発生する銅等重金
属および塩類等を含有する飛灰およびその好適な利用方
法に関する。

【０００２】

【従来の技術】通常、「都市ごみ」または「一般廃棄
物」と称されている一般事業所や一般家庭から排出され
るごみは都市ごみ焼却施設や産業廃棄物焼却場等に集め
られ、焼却処分されている。その際に焼却炉からの排ガ
ス中に塩化水素ガス等有害酸性ガスが含まれるため、中
和処理のため多量の消石灰等中和剤が投入されており、
焼却炉から発生する飛灰には鉄、銅、鉛、亜鉛およびカ
ドミウム等の重金属の他、多量のカルシウム、ナトリウ
ム等の塩化物、酸化物等塩類が含まれている。

【０００３】このような飛灰については、含有重金属の
有害性の問題があり、飛灰は硫酸による中和処理、セメ
ント固化処理あるいは溶融炉等によるスラグ化処理を施
され、安定化され減容化された後、最終堆積処分場に堆
積されるようになっている。すなわち、硫酸の添加で含
有カルシウムを石膏化して重金属を共に固定化して堆積
処分し、あるいは重金属類を硫化剤等で不溶化した上で
にセメント固化して堆積処分したり、あるいは溶融炉に
おける溶融処理によってスラグ成分と共に重金属をスラ
グ化し、無害化と減容化を図った上で堆積処分したりす
るするようになってきている。

【０００４】しかしながら、硫酸中和処理においては硫
酸の使用量が多く、また、セメント固化処理においては
重金属不溶化のための薬剤使用量が多くかかるというコ
スト的な問題があり、溶融スラグ化処理の場合では、溶
融時、蒸気圧の高い鉛、亜鉛およびカドミウム等の重金
属やカルシウム等塩類が炉内で再ガス化し、排ガス処理
設備の中で凝縮して再び飛灰となるので、新たな処理を
必要とするという問題があった。

【０００５】このため、予め飛灰を水洗して含まれてい
る塩分を除去しておくことにより、セメント固化に供し
ても塩分の溶出が起こらないようにする手段（特開平１
−２３１９８１号公報）、あるいは、予め飛灰を水洗し
て塩分を除去しておくことにより、高温溶融炉における
塩類の再ガス化を抑え、二次飛灰の生成を抑制する手段
（特開平７−８８４５６号公報）等も提唱されている
が、いずれの手段においても、依然として不溶化や減容
化のための中間処理費用が多く、堆積処分費の手当を必
要とし、また、最終堆積処分場の確保も難くなってきて
いる状況にあり、さらにまた、殆どの場合、有用重金属
の資源化は望めない状況にある。

【０００６】上記の状況に鑑み、重金属類と共に、カル
シウム、ナトリウム等アルカリ土類金属およびアルカリ
金属ならびに塩素を含む飛灰を格別の処理手段によるこ
となく再利用でき、したがって飛灰処理費用が殆どかか
らず、飛灰のための埋立て地等堆積処分場を必要とせ
ず、銅、亜鉛等有用重金属の回収も可能とする経済的な
飛灰の利用手段の提供を目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明者等は、飛灰に多量に含まれるカルシウム等
アルカリ土類金属塩類（主として水酸化物）に着目し、
鋭意研究の結果、飛灰を工場等における排水処理施設に
おいて中和剤、また、重金属固定剤として利用すること
ができることを見出し、さらにそのための好適な飛灰処
理手段を見出したものである。

【０００８】すなわち、本発明は、第１に、飛灰を中和
剤として用いることを特徴とする飛灰の有効利用方法で
あり、第２に、前記飛灰が水洗した飛灰であるこおとを
特徴とする前記第１に記載の飛灰の有効利用方法であ
り、第３に前記飛灰が水洗して含有塩素化合物を塩素換
算で５重量％以下とした飛灰であることを特徴とする前
記第１に記載の飛灰の有効利用方法であり、第４に、前
記飛灰が分級による細粉側部分の飛灰であることを特徴
とする前記第１〜前記第３のいずれかに記載の飛灰の有
効利用方法であり、第５に、飛灰を重金属含有廃棄物の
重金属固定用のバインダーとして用いることを特徴とす
る飛灰の有効利用方法であり、第６に、前記飛灰が水洗
した飛灰であることを特徴とする前記第５に記載の飛灰
の有効利用方法であり、第７に、前記飛灰が分級による
細粉側部分の飛灰であることを特徴とする前記第５また
は前記第６に記載の飛灰の有効利用方法であり、第８
に、中和剤または重金属固定剤のうち少なくとも１つの
用途に用いられる飛灰であることを特徴とする飛灰であ
り、第９に、前記飛灰が塩素が５重量％以下で、粒径が
１ｍｍ以下であることを特徴とする前記第８に記載の飛
灰である。

【０００９】

【発明の実施の形態】都市ごみ焼却場あるいは産業廃棄
物焼却場等の焼却炉や溶融炉からの飛灰には、酸化カル
シウム、水酸化カルシウム（消石灰）等の多量のカルシ
ウムや酸化マグネシウム等の塩基性物質が多く含まれる
と共に、多量の塩素が塩化カルシウムや塩化カリウム等
塩化物態で含まれているのが一般である。

【００１０】このカルシウム含有飛灰は、そのまま中和
剤、例えば排水処理用中和剤として使用できるが、予め
水洗処理を行うことにより、水溶性塩化物を溶出させて
分離除去し、飛灰の塩素を５重量％以下にまで低減して
おくことができ、また、酸化カルシウムを消石灰に転換
させることができ、工場排水処理施設における中和剤と
してそのカルシウム分を有効に利用することができる。

【００１１】なお、飛灰中の塩素がはじめから５重量％
以下であれば、特には飛灰の水洗を行う必要はないが、
飛灰の含有塩素が５重量％以上になると、排水等に投入
して中和残渣を得た際、塩素が沈殿した重金属中に多量
に入り込み、後の工程、例えば、製錬工程への投入に望
ましくないことになる。また、飛灰の含有塩素が５重量
％以上であると、鉄化合物等の重金属含有廃棄物とのバ
インダーとして用いる場合、吸湿性が高まり、十分に重
金属を固定するのが困難になることもある。さらに飛灰
自体の吸湿性を高め、ハンドリングを面倒にすることも
ある。

【００１２】また、このカルシウム含有飛灰は、排水処
理施設において有効に利用することができる。すなわ
ち、排水中において、重金属が飛灰による中和作用によ
って水酸化物として固定され、凝集して沈降する。この
場合、飛灰に酸化鉄等鉄化合物を混合し、排水に供する
ことにより、鉄化合物が飛灰中の消石灰との反応により
水酸化鉄を生成し、この水酸化鉄が、共沈作用により
銅、亜鉛、鉛等の排水中に溶存する少量重金属を巻き込
んで中和残渣となるので、一層効果的に排水を無害化す
ることができる。得られた中和残渣は、例えば非鉄製錬
所における湿式処理工程において、水でリパルプした
後、酸性液によりｐＨ３程度とし、再溶解し、有用重金
属の回収に利用することができる。したがって、このカ
ルシウム含有飛灰は、直接非鉄製錬所の排水処理施設に
おいて利用するのが有利であるといえる。

【００１３】また、この飛灰は、重金属含有廃棄物の重
金属固定剤としても用いることができる。具体的には、
この飛灰をバインダーとして上記廃棄物と混合し、ペレ
ット状に造粒することで、廃棄物中の重金属を固定でき
る。

【００１４】水洗した飛灰は、細粉の方が反応性の上か
らも好ましいので、適当な篩目例えば１ｍｍ角目の篩で
分級する。この分級は、飛灰水洗工程内で効率的に行う
ことができる。この細粉飛灰を重金属固定用のバインダ
ーとして用いると、より効果的である。混合ペレット
は、例えば、湿飛灰の湿度を適当レベルに抑えた状態
で、あるいは乾燥飛灰に水を散布した状態でまたは散布
しながら、廃棄物と混合し、押出造粒機等造粒機にかけ
ることにより製造することができる。

【００１５】以上のように、カルシウム含有飛灰は、排
水処理用中和剤として、ＣａＣＯ₃、Ｃａ（ＯＨ）₂ 等
カルシウム化合物に代わる用途がある。また、重金属含
有廃棄物の重金属固定剤として、廃棄物中の重金属の溶
出を防止する用途がある。また、このカルシウム含有飛
灰は、必要に応じ、上記カルシウム化合物と混用して上
記両用途に適用することも可能である。

【００１６】

【実施例１】純水による飛灰の水洗試験を行った。表１
に分析値を示す飛灰Ａは、某自治体の一般都市ごみ焼却
場からの一次飛灰である。この飛灰Ａには、亜鉛、鉄等
の重金属と共に、３１．９％のカルシウム、１７．３％
の塩素の他アルカリ金属が塩類として含有されていた。
純水１リットルに前記飛灰を乾量で１００ｇを添加して
攪拌した。ｐＨは１２程度となったがその状態で１時間
洗浄した後、濾過した。

【００１７】濾過洗浄液量は１２３０ｃｃ、洗浄残渣量
は湿重量で１１０．６ｇ、乾重量で６９．５ｇであり、
付着水分は３７．２％であった。洗浄残渣と濾過洗浄液
の分析結果を表１に示した。すなわち、重金属類と、Ｃ
ａ，Ｍｇは殆どが残渣中に残ったが、塩素は殆どが洗浄
濾液に移行した。塩素のバランスシートを図１に示し
た。飛灰（元鉱）中の塩素は、濾過洗浄液に９５．５％
移行し、洗浄残渣に移行した塩素は、付着水の分を合わ
せて４．６％であった。水洗浄による飛灰からの塩素除
去効果が確かめられた。

【００１８】

【表１】

【００１９】

【実施例２】飛灰の水洗における洗浄水についてｐＨの
影響をみるための試験を行った。実施例１の場合と同じ
飛灰Ａを用いた。純水１リットルに、乾量で１００ｇの
飛灰Ａを添加し、攪拌すると共に、希硫酸で中和しなが
ら、この洗浄液のｐＨを約１２から１０に下げた。その
状態で１時間洗浄した後、濾過した。

【００２０】濾過洗浄液量は、１３００ｃｃ、洗浄残渣
量は、湿重量で１７４．２ｇ、乾重量で１０３．１ｇで
付着水分は４０．８％であった。洗浄残渣と濾過洗浄液
の分析結果を表１に併記した。すなわち、重金属類やカ
ルシウム、酸化マグネシウムは同様に残渣中に固定さ
れ、塩素は純水の場合よりもさらに濾過洗浄液側に移行
した。塩素のバランスシートを図２に示した。飛灰中の
塩素は、洗浄濾液に９５．５％移行し、洗浄残渣に移行
した塩素は、付着水の分を合わせて４．５％であった。
すなわち、純水による洗浄の場合と比べ、塩素の除去効
果は同程度である。

【００２１】以上のように、実施例１における純水のみ
による高アルカリ状態での飛灰の水洗、実施例２におけ
る稀硫酸でｐＨを１０に調整した水による飛灰の水洗の
両試験での塩素洗浄効率は、両者とも９５％以上であ
り、満足できるものと思われる。ただし、洗浄残渣の発
生量はｐＨ１０の場合において多くなる。これは硫酸使
用によるＣａＳＯ₄ 量の増加に起因していると考えられ
る。このことはまた、この洗浄残渣の運搬コストに影響
を与えるものと思われる。また、この濾過洗浄液は、Ｃ
ｕ，Ｐｂ，Ｃｄ，Ｈｇ，Ａｓの溶出が認められ、また、
ＣＯＤの値も高い結果となるっているが、この飛灰を以
下に示す排水処理の中和剤または廃棄物の重金属固定用
のバインダーとして用いることにより、飛灰自身の無害
化はもとより、対象排水あるいは対象廃棄物の無害化に
も役立つという顕著な効果を奏する。

【００２２】

【実施例３】某工場の排水処理施設では、工場内排水が
酸性排液であることから、炭酸カルシウムと水酸化カル
シウムを中和剤として、２段で中和処理している。すな
わち、第１段の処理で原排水をｐＨ＝４〜５程度まで中
和し、引き続き第２段の処理でｐＨ＝１０程度まで中和
するようにしている。また、第２段の処理による中和残
渣は重金属類を多く含むので、再溶解に供し、重金属の
回収・再利用を図っており、排水は別途廃水処理に供し
て放流するようにしている。そこで、酸性排液を対象と
した上記の２段中和処理において、炭酸カルシウムや水
酸化カルシウムの代わりに飛灰を中和剤として利用する
試験を行った。

【００２３】(1) 表２に含有成分を示す前記工場の第１
段中和用原排液（酸性排液）を中和元液として、３００
０ｃｃを採取した。この中和元液に乾燥状態の飛灰を中
和剤として、攪拌しながら添加し、ｐＨを５程度まで中
和した後、固液分離した。飛灰は、実施例１のものと同
一の飛灰Ａを使用したが、この中和に乾重量で７６．３
ｇを消費した。得られた中和液（濾液）の量は２８５０
ｃｃで、中和残渣量は、湿重量で２５９．７ｇ，乾重量
で９０．１ｇであった。得られた中和液と中和残渣を成
分分析した結果を表２に示した。

【００２４】

【表２】

【００２５】(2) 次いで、第２段処理における中和元液
として、表２に含有成分を示す前記工場の第２段中和用
原廃液を３０００ｃｃ採取した。この第２段中和元液に
乾燥状態の飛灰を攪拌しながら添加し、ｐＨを１０程度
になるまで中和した後、固液分離した。飛灰は、実施例
１のものと同じ飛灰Ａを用いたが、この中和には、乾重
量で、１２３．９ｇを消費した。得られた中和液量は２
６５０ｃｃで、中和残渣量は、湿重量で５４１ｇ、乾重
量で２００．７ｇであった。この中和液と中和残渣を成
分分析した結果を表２に併記した。

【００２６】(3) 上記の第２段中和残渣は水と希硫酸の
添加で再溶解し、工場系内の湿式処理工程に循環的に戻
した。この第２段中和残渣を７００ｃｃの水でリパルプ
した後、ステンレス攪拌羽根で攪拌しながら希硫酸の添
加でｐＨ＝３とし、１時間溶解させた。なお、反応温度
は４０℃、攪拌速度は４００ｒｐｍとした。固液分離し
て得られた溶解液（濾液）の量は６７０ｃｃで、発生残
渣量は湿重量で２９８．６であった。なお、溶解液中の
Ｃｒは、攪拌に使用したステンレス攪拌羽根の溶解によ
り増えたものである。以上の結果から、前記工場の２段
排水処理工程においてそれぞれ中和剤として飛灰を使用
した結果、飛灰が中和剤として従来のカルシウム化合物
に代わり得る効力を有することがわかった。

【００２７】

【実施例４】次に、各種飛灰が、重金属を含有する廃棄
物の重金属固定剤として有効であるかどうかの調査を行
った。すなわち、廃棄物として酸化鉄を例にとり、発生
場所の異なる飛灰Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄを洗浄することなく、
湿重量で５０ｇの酸化鉄Ｆｅ₂Ｏ₃に対し、５〜１５ｇ
（１０〜３０％）の割合で添加混合した後、押出造粒機
を用いてペレットとし、１日養生後、溶出試験を行っ
た。その結果を表３に示した。なお、参考例として、飛
灰に代えて消石灰を２．５ｇ（５％）添加したものにつ
いても表示した。その結果、Ｃｄ以外の元素について
は、いずれも溶出基準値を満たした。Ｃｄについては、
ｐＨが１０．０以上において、溶出が抑えられることが
わかった。すなわち、溶出基準値を満たすようにするに
は酸化鉄に対する飛灰の配合割合を上げ、溶出液のｐＨ
を１０〜１２に上げるのが好ましいことがわかる。

【００２８】

【表３】

【００２９】

【実施例５】飛灰Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄを水洗浄した後乾燥さ
せて使用した他は、実施例４の場合と同様にして、酸化
鉄と混合して排水処理に供した。得られた結果を表４に
示した。ｐＨ域に関係なく、排水基準値を満たし得るこ
とがわかる。飛灰Ｂについては、３０％濃度では処理排
水に対応しきれていないが、４０％濃度とし、ｐＨを上
げることで対処することができた。すなわち、飛灰と酸
化鉄等鉄化合物との混合使用による鉄塩の共沈作用を利
用した重金属の固定化は有効であり、特に、飛灰として
水洗浄した飛灰を使用することで、鉄塩と重金属の共沈
作用は顕著になった。

【００３０】

【表４】

【００３１】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、排水処理等において飛灰を中和剤として用
い、また、廃棄物の重金属固定用のバインダーとして用
いることにより、特別に中和用ないし重金属固定用のカ
ルシウム化合物等を使用することなく廃棄物に相当する
飛灰を利用でき、処理費の節減が図れるという効果を奏
し、飛灰の発生元のごみ焼却施設側においても、従来の
飛灰処理にかかった処理費用、埋立て地に係る費用が軽
減されるという効果を奏する。さらに、飛灰中の有用重
金属を排水処理工程において溶解残渣として回収できる
ので資源損失を防止することができるという効果を奏す
る。

【００３２】また、水、好ましくはｐＨ１０〜１２にｐ
Ｈ調整した水で洗浄して予め塩素を低減、好ましくは５
％以下まで低減した飛灰を中和剤として用いる本発明に
よれば、排水処理時における塩素による排水中への重金
属の溶出作用を防止でき、重金属の回収損失を抑えるこ
とができると共に、飛灰中における塩化物による吸湿性
を抑制し、利便上の不利が避けられるという効果を奏す
る。細粉をペレットに加工した飛灰を用いる本発明によ
れば、使用、運搬、保存等において飛灰の利便性が向上
するという効果を奏し、排水処理等において、飛灰を鉄
化合物と混合して重金属固定剤として用いる本発明によ
れば、重金属を効率的に溶解残渣として固定できるとい
う効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】飛灰を純水により水洗した場合の洗浄液と残渣
における塩素のバランスシートを示す図である。

【図２】飛灰をｐＨ１０の水で洗浄した場合の洗浄液と
残渣における塩素のバランスシートを示す図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｂ０９Ｂ 3/00 Ｂ０９Ｂ 3/00 ＺＡＢ 5/00 ３０４ＧＣ０２Ｆ 1/62 5/00 ＮＦターム(参考） 2E191 BA02 BB00 BC02 BD01 4D004 AA37 AB03 BA06 CA10 CA34 CA40 CA45 DA02 DA03 DA10 4D038 AA08 AB66 AB68 AB69 AB70 AB71 AB73 AB74 BB13 BB17

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】飛灰を中和剤として用いることを特徴と
する飛灰の有効利用方法。
【請求項２】前記飛灰が水洗した飛灰であることを特
徴とする請求項１に記載の飛灰の有効利用方法。
【請求項３】前記飛灰が水洗して含有塩素化合物を塩
素換算で５重量％以下とした飛灰であることを特徴とす
る請求項１に記載の飛灰の有効利用方法。
【請求項４】前記飛灰が分級による細粉側部分の飛灰
であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載
の飛灰の有効利用方法。
【請求項５】飛灰を重金属含有廃棄物の重金属固定用
のバインダーとして用いることを特徴とする飛灰の有効
利用方法。
【請求項６】前記飛灰が水洗した飛灰であることを特
徴とする請求項５記載の飛灰の有効利用方法。
【請求項７】前記飛灰が分級による細粉側部分の飛灰
であることを特徴とする請求項５または６に記載の飛灰
の有効利用方法。
【請求項８】中和剤または重金属固定剤のうち少なく
とも１つの用途に用いられる飛灰であることを特徴とす
る飛灰。
【請求項９】前記飛灰が塩素が５重量％以下で、粒径
が１ｍｍ以下であることを特徴とする請求項８に記載の
飛灰。