JP2001354459A

JP2001354459A - 廃棄物中の金属の利用方法

Info

Publication number: JP2001354459A
Application number: JP2000171180A
Authority: JP
Inventors: Hidemi Osano; 秀実小佐野; Nobuyoshi Nishihara; 信義西原; Yasuo Ino; 泰夫伊能
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2000-06-07
Filing date: 2000-06-07
Publication date: 2001-12-25

Abstract

(57)【要約】【課題】都市ごみ、産業廃棄物、汚泥、都市ごみの焼
却灰、最終処分場に埋め立てた廃棄物を掘り起こした廃
棄物中の金属を有効利用する方法の提供。【解決手段】廃棄物を廃棄物溶融炉１で溶融した後、
冷却固化設備３で冷却して固化し、得られた溶融固化物
を磁選機４で磁力選別し、回収した金属をセメント原料
のうちの鉄源として使用することを特徴とする。溶融固
化物のうちスラグはアスファルト骨材やコンクリート二
次製品の骨材等に利用する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、都市ごみ、産業廃
棄物、汚泥、都市ごみの焼却灰、最終処分場に埋め立て
た廃棄物を掘り起こした廃棄物等を溶融処理した後、溶
融固化物に含まれる金属を回収して有効利用する廃棄物
中の金属の利用方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】現状は、大半の廃棄物は焼却方式で処理
されているが、焼却方式では焼却灰の処分場を必要とす
る等の欠点がある。また、資源化可能な方法として、廃
棄物の焼却炉で焼却した焼却灰を溶融する方法、または
廃棄物を直接溶融する方法があり、製造された溶融固化
物はスラグと金属に磁選分離され、スラグはアスファル
ト骨材やコンクリート二次製品の骨材等に、金属は重機
のバランスウェートに有効利用されている。また、溶融
固化物の有効利用方法として、セメント原料の主にＳｉ
Ｏ_２、ＣａＯ、Ａｌ_２Ｏ_３源として供給する方法が特開
平９−２３４４５１号公報や特開平１１−２６８９４８
号公報に開示されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】溶融固化物をアスファ
ルト骨材やコンクリート二次製品の骨材等に利用する場
合、金属分が混じると製品表面に赤錆が発生したり、錆
びにより体積が膨張し、製品が割れる等の問題が生じる
ため、磁選処理しスラグ分と金属分に分離し、スラグ分
のみをアスファルト骨材やコンクリート二次製品の骨材
等に利用するが、金属鉄として１％以下であることが望
ましい。この様にして金属分を除かれたスラグは有価で
引き取られ、市場も大きいため安定的に引き取られる。

【０００４】一方、分離された金属分は、重機のバラン
スウェートに有効利用されているものの、今後溶融炉の
設置数が増え回収金属の増加を考慮するとバランスウェ
ート以外の用途も開発する必要がある。

【０００５】また、溶融固化物をセメントのＳｉＯ_２、
ＣａＯ、Ａｌ_２Ｏ_３原料として利用する場合、溶融固化
物中のスラグ分に含まれるアルカリ分が多く、セメント
品質に悪影響を及ぼす。溶融物中には、日本工業規格Ｒ
５２１０による方法で（１）式で示される全アルカリが
１〜１０％程度である。

【０００６】Ｎａ_２Ｏｅｑ＝Ｎａ_２Ｏ＋０．６５８Ｋ_２Ｏ・・・・（１）Ｎａ_２Ｏｅｑ：ポルトランドセメント中の全アルカリ含
有率（％）Ｎａ_２Ｏ：ポルトランドセメント中の酸化ナトリウ
ム含有率（％）Ｋ_２Ｏ：ポルトランドセメント中の酸化カリウム
含有率（％）ポルトランドセメントの規格値では、全アルカリ量とし
て０．７５％以下となっており、セメント原料としての
混合量が大幅に制限される。また、全アルカリ量として
０．７５％を越えてスラグを配合した場合、エコセメン
ト等として規格外で使われる例があるが、鉄筋等の構造
物など日本工業規格に則った方法では使用できず、利用
範囲も限定される。

【０００７】そこで、本発明は、廃棄物を溶融処理した
後の溶融固化物をスラグ分と金属分とに分離し、スラグ
分の再利用に当たっての付加価値を高めるのは勿論、分
離した金属分を更に有効に活用せんとする廃棄物中の金
属の利用方法を提供するものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、廃棄物を溶融
した後冷却して固化し得られた溶融固化物を磁力選別し
回収した金属をセメント原料のうちの鉄源として使用す
ることを特徴とする。溶融固化物のうちスラグは従来通
りアスファルト骨材やコンクリート二次製品の骨材等に
利用し、金属は、ほぼ全国に分散して製造所があり金属
分を大量に必要とするセメント原料のうちの鉄源とする
ことで、廃棄物の処分場を不要とすることができる。ま
た、金属分のみをセメント原料とするため、アルカリの
問題は起こらず、鉄原料の全てを回収した金属から供給
できるとともに、日本工業規格を満足するポルトランド
セメントをつくることができる。

【０００９】

【発明の実施の形態】一般にセメントの原料は、石灰
石、粘土、珪石と、銅からみ、転炉スラグあるいは製鉄
ダスト等の鉄源とで構成され、セメントの種類に応じて
原料を配合する。種類毎のセメントの代表的な成分を表
１に示す。

【００１０】

【表１】セメントの製造は図１に示すように、原料工程、焼成工
程、仕上げ工程の３工程に大別される。原料工程は、原
料貯蔵場から石灰石、粘土、珪石、鉄原料などを原料乾
燥機に入れ乾燥した後、原料ミルで微粉砕し、エアブレ
ンディングサイロの中で均一に混合する。次の焼成工程
は、原料配合物をサスペンションプレヒーターを通して
ロータリーキルンに供給し、充分に焼成した後冷却し、
セメントクリンカーとするまでの工程である。最後の仕
上げ工程は、クリンカーに適量の石膏を加え、仕上げミ
ルで微粉砕して製品とする工程である。

【００１１】本発明は、廃棄物を溶融処理した後の溶融
固化物をスラグ分と金属分とに分離し、スラグ分の再利
用に当たっての付加価値を高めるは勿論、更に分離した
金属分を上記したセメント原料のうちの鉄源として活用
せんとするものである。

【００１２】本発明では、図２に示すように、廃棄物溶
融炉１を用いて廃棄物を溶融処理して溶融物として出湯
口２より排出し、排出された溶融物を冷却固化設備３で
冷却固化して溶融固化物とする。なお溶融炉としては、
表面溶融炉、コークスベッド式溶融炉、アーク式溶融
炉、電気抵抗式溶融炉、プラズマ式溶融炉等の灰溶融
炉、あるいは流動床型、キルン型等の熱分解ガス化炉、
ガス改質型の溶融炉、コークスベッド式直接溶融炉等が
使用できる。

【００１３】次に、溶融固化物を磁選機４によりスラグ
と金属とに分離し、スラグはスラグホッパ５に、金属は
金属ホッパ６にそれぞれ回収される。金属分を除いたス
ラグ分はアスファルト骨材やコンクリート二次製品の骨
材等とし有価で安定的に引き取られる。本発明は、更に
分離した金属分をセメント原料の鉄源として有効に活用
せんとするものである。

【００１４】本発明にあっては、回収した金属はセメン
トの原料工程に供給する。原料工程では原料ミルで微粉
砕し、９０μｍ以下の粒径の通過重量が概ね７０％以上
であることが望ましいため、鉄原料として供給するのは
数ミリ程度と粒径の小さい水砕によって得られた金属が
望ましい。また、溶融炉の設置場所や原料の仮置き場や
セメント工場内等の図１に示す３工程以外の場所で、事
前に９０μｍ以下の粒径の通過重量が概ね７０％以上に
破砕を行いエアブレンディングサイロに供給したり、焼
成工程に直接供給することも可能である。

【００１５】金属の破砕機としては回転容器の中にボー
ル又はロッドを被破砕物と共に装入するボールミル又は
ロッドミル、振動容器の中にボール又はロッドを被破砕
物と共に装入する振動ボールミル又は振動ロッドミル、
回転ローラーで被破砕物を破砕するパンミル又はローラ
ーミル、高速回転するハンマーで破砕するハンマーミ
ル、高速回転する円盤に植え込まれたピンで破砕するピ
ンミル、互いに逆方向に回転するリス車状のローターで
破砕するケージミル、スクリューにより被破砕物単独又
は媒体とともに撹拌して破砕する撹拌摩砕ミル、高速の
気流中に被破砕物を流動させて破砕する流体エネルギー
ミル等が使用することができる。当然、溶融炉の設置場
所や原料の仮置き場等のセメント工場以外の場所で破砕
した金属を原料工程の頭から供給しても何ら問題ない。
金属の供給量は、酸化鉄Ｆｅ_２Ｏ_３換算で合計３％程度
である。

【００１６】原料の均一性の確保や、セメントクリンカ
ーを製造する反応時間を短時間で速やかに終わらせると
いう意味では、上記方法で金属を供給するのが望ましい
が、ロータリーキルンは充分に大きいため、撹拌能力が
高く、滞留時間が長く、また温度も高いため、簡易的に
金属を供給したい場合には、水砕によって得られた金属
のように粒径が小さければ、上記した原料工程を経ずに
無加工で直接サスペンションプレヒータや、ロータリー
キルンに供給することも可能である。

【００１７】

【実施例】（実施例１）廃棄物を溶融処理する実施例と
して、シャフト型直接溶融炉を用いて廃棄物を処理し、
磁力選別により金属を回収してセメント原料のうちの鉄
源として利用する図を図３に示す。廃棄物としては都市
ごみを使用した。表２に溶融処理した都市ごみの性状を
示す。

【００１８】

【表２】図３において、廃棄物溶融炉１の下部に設けられた羽口
８から空気および酸素が供給される。廃棄物の処理量は
５６０ｋｇ／ｈ、コークスおよび石灰石は廃棄物の約６
％、空気は５２０Ｎｍ^３／ｈ、酸素は３０Ｎｍ^３／ｈで
ある。廃棄物溶融炉に装入された廃棄物およびコークス
等は、炉内で充填層を形成し、羽口８から吹き込まれた
空気および酸素により、コークスおよび廃棄物の一部が
燃焼する。燃焼ガスは、廃棄物溶融炉内を炉底部から
上昇し、燃焼ガスの顕熱により廃棄物を予熱、乾燥、熱
分解する。廃棄物の乾燥、熱分解の過程で発生した水蒸
気、熱分解ガスおよび微細なダストはガス排出管７から
排出される。

【００１９】一方、廃棄物の灰分、非燃焼物、コーク
ス、石灰は、高温に加熱され炉底部へと下がっていき、
羽口８から吹き込まれた空気および酸素でコークスが燃
焼し、灰分および非燃焼物は１５００℃から１７００℃
に加熱され溶融状態となって、出湯口２から炉外へ排出
される。

【００２０】出湯口２から排出した溶融物は、冷却固化
設備３で水砕固化し砂状の溶融固化物となる。溶融固化
物は磁選機４に供給してスラグと金属に磁力分離し、ス
ラグはスラグホッパ５に、金属は金属ホッパ６にそれぞ
れ回収する。スラグホッパ５に回収したスラグは、コン
クリート二次製品の骨材として有効利用した。溶融炉よ
り得られた金属の成分を表３に示す。

【００２１】

【表３】日本工業規格Ｒ５２１０による方法で金属の全アルカリ
を算出すると最大値でも０．１４％となり充分少なく、
全アルカリに関して問題ないことを確認した。上記の化
学成分を調査のうえ、セメントの鉄源として、その全て
を溶融炉から得られた金属で供給し、製品としてセメン
トを得た。金属は、図１の原料工程の原料貯蔵場に供給
した。該セメントは、全アルカリが０．６８％であり、
製品として日本工業規格Ｒ５２１０を満足していた。む
しろ他のセメント原料の方がアルカリを多く供給してい
た。

【００２２】また、セメントに悪影響を与える成分とし
てＣｒやＣｕ等が挙げられるが、溶融炉より得られた金
属のＣｒ、Ｃｕの含有量は無視できる程少なく問題にな
ることはなかった。更に、金属を直接サスペンションプ
レヒータや、ロータリーキルンに供給したが、未反応残
渣は発生せず、上記方法で製造したセメントと遜色ない
製品ができた。

【００２３】（実施例２）廃棄物を溶融処理する実施例
として、シャフト型直接溶融炉を用いて廃棄物を処理
し、金属を磁力選別した後破砕し、セメント原料のうち
の鉄源として利用する図を図４に示す。廃棄物としては
表２と同様の都市ごみを使用した。

【００２４】図４において、実施例１と同様に、廃棄物
を廃棄物溶融炉１で溶融処理し、冷却固化設備３で水砕
固化した後、磁選機４でスラグと金属に分離する。スラ
グはスラグホッパ５に回収し、コンクリート二次製品の
骨材として有効利用した。

【００２５】一方、分離された金属は、振動ロッドミル
方式の破砕機９で、９０μｍ以下の粒径の通過重量が概
ね８０％以上になるまで繰り返し破砕した後、金属ホッ
パ６に回収した。破砕後、鉄分の表面が酸化し若干発熱
するため、適宜冷却した。

【００２６】回収した金属はセメント原料のうちの鉄源
として有効利用するため、金属の供給箇所として、原料
工程の貯蔵場に供給する場合、エアブレンディングサイ
ロに供給する場合、サスペンションプレヒータに供給す
る場合、あるいはロータリーキルンに供給する場合を選
び、それぞれで製造した。この結果、どの場合も全アル
カリ等の有害成分に関する問題もなく、製品として出荷
できた。

【００２７】

【発明の効果】（１）現状は、大半の廃棄物は焼却方式
で処理されているが、焼却方式では焼却灰の処分場を必
要とする等の欠点がある。しかし、本発明では、廃棄物
の焼却炉で焼却した焼却灰を溶融、または廃棄物を直接
溶融する方法により、製造された溶融固化物はスラグと
金属に磁選分離し、スラグはアスファルト骨材やコンク
リート二次製品の骨材等に、金属はセメント原料のうち
の鉄源として有効利用することで最終処分場を不要にで
きる。

【００２８】（２）廃棄物を溶融したスラグをセメント
原料に使用する場合、含有するアルカリ分が多く、セメ
ント品質に悪影響を及ぼすが、本発明で回収した金属を
セメント原料のうちの鉄源として使用した場合そのよう
な問題はなく、日本工業規格Ｒ５２１０を満足するた
め、通常のオオルトランドセメントとして流通できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】セメントの製造工程を示す図である。

【図２】本発明において、廃棄物を溶融処理をした後、
スラグと金属を分離する装置を示す図である。

【図３】本発明において、廃棄物をシャフト炉方式の直
接溶融炉で溶融処理をした後、スラグと金属を分離する
装置を示す図である。

【図４】本発明において、廃棄物をシャフト炉方式の直
接溶融炉で溶融処理をした後、スラグと金属を分離し、
金属分は破砕する装置を示す図である。

【符号の説明】

１：廃棄物溶融炉２：出湯口３：冷却固化設備４：磁選機５：スラグホッパ６：金属ホッパ７：ガス排出管８：羽口９：破砕機

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者伊能泰夫北九州市戸畑区大字中原46−59 新日本製鐵株式会社エンジニアリング事業本部内Ｆターム(参考） 4D004 AA36 AA41 AB03 BA05 CA04 CA09 CA29 CA32 CA45 CB09 CB13 CB32 CB33 CB34 DA02 DA03 DA06 4K001 AA10 BA14 BA24 CA04 DA05

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】廃棄物を直接溶融し冷却し固化して得ら
れた溶融固化物を磁力選別し回収した金属、または廃棄
物を焼却炉で焼却した後に焼却残渣を溶融し冷却し固化
して得られた溶融固化物を磁力選別し回収した金属を、
セメント原料のうちの鉄源として使用することを特徴と
する廃棄物中の金属の利用方法。
【請求項２】前記磁力選別し回収した金属を、破砕処
理した後セメント原料のうちの鉄源として使用すること
を特徴とする請求項１記載の廃棄物中の金属の利用方
法。