JP2002130645A - 焼却灰の溶融処理方法 - Google Patents

焼却灰の溶融処理方法

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JP2002130645A
JP2002130645A JP2000326329A JP2000326329A JP2002130645A JP 2002130645 A JP2002130645 A JP 2002130645A JP 2000326329 A JP2000326329 A JP 2000326329A JP 2000326329 A JP2000326329 A JP 2000326329A JP 2002130645 A JP2002130645 A JP 2002130645A
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melting
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ash
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一 鈴木
Sumio Yamada
純夫 山田
Yoshihide Kato
嘉英 加藤
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  • Gasification And Melting Of Waste (AREA)
  • Processing Of Solid Wastes (AREA)
  • Manufacture And Refinement Of Metals (AREA)
  • Refinement Of Pig-Iron, Manufacture Of Cast Iron, And Steel Manufacture Other Than In Revolving Furnaces (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】本発明は、従来並みの「減容化」及び「無害
化」が達成できるばかりでなく、溶融処理炉の内張り耐
火物の寿命延長が可能で、且つ得られたスラグの品質改
善にもなる焼却灰の溶融処理方法を提供することを目的
としている。 【解決手段】アルミナ系及び/又はマグネシア系耐火物
を内張りした反応容器に、焼却灰を装入して溶融させた
後、溶融金属、スラグ及び重金属ダストとして分離、回
収する焼却灰の溶融処理方法において、前記反応容器へ
の装入前又は溶融中の焼却灰へ、最終的に形成される溶
融スラグの塩基度(CaO/SiO2)が1.2〜2.
5の範囲になるように、CaO含有物質を添加する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、焼却灰の溶融処理
方法に係わり、詳しくは、焼却灰の溶融処理炉に内張り
する高価な耐火物の寿命延長を図ると共に、得られるス
ラグの品質を改善し、商品価値を高める技術である。
【0002】
【従来の技術】近年、都市ゴミを含む一般廃棄物、産業
廃棄物、下水スラッジ、シュレッダ・ダスト等の各種廃
棄物は、焼却処理され、その灰(焼却灰と称されてい
る)の多くは、埋め立て処分されている。しかしなが
ら、埋立地の確保が年々難しくなってきており、該埋立
地の延命化が強く叫ばれている。また、焼却灰には、重
金属等の人体へ有害な物質が含有されているので、埋め
立て処分したのでは、雨水で有害物質が周囲の土壌に流
出したり、地下水へ溶出して環境問題を起こす恐れがあ
る。そのため、従来より、焼却灰の容積を小さくする
「減容化処理」や、重金属等の有害物質の流出、溶出を
防止するための「無害化処理」が盛んに研究されてい
る。さらに、焼却灰を資源として再利用したり、リサイ
クルする技術の開発も行なわれるようになっている。
【0003】ところで、今迄に一般化している焼却灰の
「減容化処理」及び「無害化処理」技術の一つに、電気
炉を用いた溶融処理がある。例えば、特公昭57−55
476号公報は、「サブマージド・アーク炉内の溶融ス
ラグ上に焼却灰を順次投入して、溶融物からの熱影響を
受けない層高を有する焼却灰層を形成し、該層の焼却灰
を溶融スラグの電気抵抗熱により順次溶融すると共に、
この溶融処理時に焼却灰中から揮散する重金属類の揮発
性物質を上記焼却灰層において冷却捕捉するようにす
る」技術を提案している。また、特開平9−87728
号公報は、「電気炉において金属精錬を行なうと同時に
焼却灰を処理する方法であって、金属精錬に使用する原
料の一部として前記焼却灰を使用する」技術を開示して
いる。これらの技術を利用すれば、確かに焼却灰の「減
容化」及び「無害化」は達成されると思われる。
【0004】しかしながら、焼却灰の溶融処理は、いく
ら技術的に優れたものであっても、操業コストが高い
と、その技術は、経済的な見地より実用できないという
問題がある。一般的な焼却灰(所謂「主灰」)の組成を
表1に示すが、焼却灰には比較的多量のアルカリ金属元
素やハロゲン元素が含有されている。これらの成分が多
い溶融物は、炉体に内張りした耐火物を溶損し易く、炉
体の寿命は短くなる。そのため、炉体には、通常、高価
な耐火物(例えば、アルミナ系やマグネシア系の耐火
物)を内張りするに加え、頻繁に補修する必要もあり、
操業コストを著しく上昇させてしまう。前記2つの公報
には、耐火物に関する記載がなくて正確な予測はできな
いが、恐らく操業には多大な耐火物コストを要すると思
われる。
【0005】
【表1】
【0006】また、アルカリ金属元素等に富む溶融物
(以下、スラグという)は、凝固後にガラス化する傾向
があり、強度が不足して用途が制限されるという問題も
ある。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、かかる事情
に鑑み、従来並みの「減容化」及び「無害化」が達成で
きるばかりでなく、溶融処理炉の内張り耐火物の寿命延
長が可能で、且つ得られたスラグの品質改善にもなる焼
却灰の溶融処理方法を提供することを目的としている。
【0008】
【課題を解決するための手段】発明者は、上記目的を達
成するため、焼却灰の溶融処理で形成されるスラグの組
成に着眼した研究を鋭意重ね、その成果を本発明に具現
化した。
【0009】すなわち、本発明は、アルミナ系及び/又
はマグネシア系耐火物を内張りした反応容器に、焼却灰
を装入して溶融させた後、溶融金属、スラグ及び重金属
ダストとして分離、回収する焼却灰の溶融処理方法にお
いて、前記反応容器への装入前又は溶融中の焼却灰へ、
最終的に形成される溶融スラグの塩基度(CaO/Si
2)が1.2〜2.5の範囲になるように、CaO含
有物質を添加することを特徴とする焼却灰の溶融処理方
法である。
【0010】その際、前記CaO含有物質としては、生
石灰、転炉スラグ、軽焼ドロマイト及び石灰石から選ば
れた1種又は2種以上とするのが好ましく、また、前記
反応容器には、電気炉、転炉及び取鍋から選ばれたいず
れか1種を用いるのが好ましい。
【0011】本発明では、焼却灰を溶融処理するにあた
り、形成される溶融スラグの塩基度を反応容器の内張り
耐火物の溶損を抑制するに適した量だけ添加するように
したので、高価な耐火物の寿命が従来に比べ大幅に延長
できるようになる。また、得られたスラグのガラス化が
防止され、その強度が向上し、路盤材等の土木、建築材
料としての利用も可能となる。
【0012】
【発明の実施の形態】以下、発明をなすに至った経緯も
交え、本発明の実施の形態について説明する。
【0013】発明者が、多種の焼却灰の組成について検
討したところ、それらの塩基度(CaO/SiO2)は
0.8〜0.9の範囲、CaO/Al23は1.5〜
2.0の範囲にあることを知った。また、Na,K等の
アルカリ金属元素も、表1に示したように多く含有し、
且つ低融点(1200℃程度)である。従って、これで
は、生成する溶融スラグへの内張り耐火物を構成するA
23やMgOの溶解は避けられない。そこで、溶融で
生じるスラグの塩基度(CaO/SiO2)やCaO/
Al23をもっと高める必要があった。しかしながら、
その程度については何ら情報がない。そこで、発明者
は、内張り耐火物から採取した試料を種々の組成に調整
したスラグへ浸漬し、その溶損程度を調査する実験を鋭
意重ね、図2に示す結果を得た。なお、溶損速度は、一
定厚みの耐火物試料をスラグ中へ一定時間浸漬し、引き
上げ後の厚みを測定し、(元の厚み−測定厚み/浸漬時
間)として求めた。図2より、溶融で生じるスラグの塩
基度(CaO/SiO2)を1.2〜2.5の範囲にす
るのが良いことが明らかである。スラグ塩基度が1.2
未満では、耐火物のスラグへの溶解量が大きいので、下
限を1.2以上にする必要があった。しかし、2.5を
超えるようにすると、溶融スラグ中に未溶融のCaOが
残り、凝固後の用途に問題が生じる恐れがある。そのた
め、上限を2.5に抑えることとし、これらスラグ塩基
度の範囲を要件に本発明を完成させたのである。より好
ましくはCaO/SiO2が1.3〜2.5である。
【0014】焼却灰へ添加するCaO含有物質として
は、CaOが多く、アルカリ金属分の低いものであれ
ば、如何なる物質でも良い。ただし、生石灰、製鋼スラ
グ、軽焼ドロマイト及び石灰石が経済的な見地から好適
である。特に、製鋼スラグには、溶銑を転炉や電気炉で
精錬する際に発生する転炉スラグ及び電気炉スラグ、ス
テンレス鋼の製造に際し、予めCr鉱石等を転炉で溶融
還元する際に生じる溶融還元炉スラグ、鋼材の高級化志
向により、転炉や電気炉から出鋼後の溶鋼を別途処理
(二次精錬と称し、真空脱ガス精錬、取鍋精錬等があ
る)する時に発生する二次精錬スラグ、ステンレス鋼の
溶製時に発生するステンレス鋼スラグ、及び溶銑を製鋼
工程に送る前に、予め該溶銑から脱珪、脱燐、脱硫を行
う際に発生する所謂「溶銑予備処理スラグ」等がある。
そして、これら製鋼スラグを焼却灰の溶融処理での利用
は、製鋼スラグの再利用にもなるので、非常に望ましい
ことと考えられる。表2に、これら製鋼スラグの組成を
示しておく。
【0015】
【表2】
【0016】反応容器としては、焼却灰専用の炉を新設
しても良いし、工業界に多数存在する各種の既設炉を利
用しても良い。既設炉を利用する場合には、製鋼、ガラ
ス製造、カーバイトの製造との兼用になる。しかし、耐
火物の吹きつけ施工技術の発達した今日では、内張り耐
火物を焼却灰のための耐火物に変更することは容易であ
り、何ら問題がない。反応容器の種類としては、交流、
直流を問わず、アーク炉、電気抵抗炉等が良い。しか
し、転炉、取鍋等でも焼却灰の溶融処理は可能であり、
有効利用するのが好ましい。
【0017】なお、本発明による処理対象の焼却灰は、
都市ゴミ等の焼却で得た所謂「主灰」が中心であるが、
その焼却においてダストとして回収される「飛灰」も利
用して良い。
【0018】
【実施例】(実施例1)図1に示すような上部に1本の
電極1、炉底に3本の炉底電極2を備えた直流アーク電
気炉(生産能力80トン)3で、本発明に係る焼却灰の
溶融処理を行った。この電気炉3の炉体内部には、Mg
O系耐火レンガ8が積まれ、その上にMgO−ドロマイ
ト不定形耐火物4が湿式で施工されてある。
【0019】使用した焼却灰は、すでに表1に示した組
成のもので、予め電気炉廃熱を利用して乾燥してある。
この乾燥された焼却灰に、溶融後に形成されるスラグの
塩基度が2.0になるように、生石灰(CaO純度:9
8質量%)を添加し、混合物を準備した。そして、該混
合物を電気炉3に装入し、通電を開始した。通電開始し
てから30分で炉内雰囲気の温度は1550℃に昇温
し、焼却灰はすべて溶融し、炉底に溶融金属5、その上
にスラグ6が溜まった。その間、揮発金属の蒸気を含む
排ガスは、集塵装置を備えた排気処理系(図示せず)で
処理された。そこで、電気炉3を傾け、スラグ6を炉3
から排出すると共に、溶融金属5を回収した。この操業
は、何のトラブルも起きることなく円滑に行なわれた。
また、空になった電気炉の内張り耐火物の損耗状況を調
査し、その調査結果を平均溶損速度で評価した。さら
に、得られたスラグやダストについてそれらの性状調査
も行った。 (実施例2)表1の焼却灰だけを、実施例1と同様に電
気炉へ装入し、通電を開始した。通電後5分である程度
のスラグ6が形成されたので、溶融後に形成されるスラ
グ6の塩基度が1.3になるように、炉内へ転炉スラグ
及び軽焼ドロマイトの混合物を投入した。その後30分
で炉内雰囲気の温度は1550℃に昇温し、焼却灰はす
べて溶融し、炉底に溶融金属5、その上にスラグ6が溜
まった。そこで、電気炉3を傾け、スラグ6を炉3から
排出すると共に、溶融金属5を回収した。この操業も、
何のトラブルも起きることなく円滑に行なわれた。ま
た、空になった電気炉の内張り耐火物の損耗状況やスラ
グ等の性状も実施例1と同様に実施した。
【0020】(実施例3)実施例2と同様にして、Ca
O含有物質とその添加量だけを変更し塩基度が2.5と
なるようにして焼却灰の溶融処理を多数行った。そし
て、同様に耐火物の溶損、スラグ等の性状調査を行っ
た。
【0021】以上の実施例における調査結果を一括し
て、表3に示す。表3より、本発明によれば、耐火物の
溶損速度が従来の方法での結果に比べて、著しく低減で
きることが明らかである。なお、この場合、従来の方法
とは、CaO含有物質を添加しない溶融処理方法であ
る。
【0022】また、実施例1〜3で得られたスラグは従
来例で得られたスラグよりも強度が高いことが分かっ
た。
【0023】
【表3】
【0024】なお、上記実施例は、直流アーク電気炉で
焼却灰の溶融処理を行った場合であるが、本発明は、こ
れに限るものではない。つまり、電気炉が交流式、抵抗
加熱式であっても、また転炉、取鍋等であっても、本発
明は適用可能である。
【0025】
【発明の効果】以上述べたように、本発明により、従来
並みの「減容化」及び「無害化」でもって、高価な耐火
物の寿命が従来に比べ大幅に延長できるようになる。ま
た、得られたスラグのガラス化が防止され、その強度が
向上し、路盤材等の土木、建築材料としての利用も可能
となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施に利用した直流アーク電気炉を示
す図である。
【図2】耐火物の溶損実験結果を示す図である。
【符号の説明】
1 電極 2 炉底電極 3 電気炉 4 MgO−ドロマイト系不定形耐火物 5 溶融金属 6 スラグ 7 アーク 8 MgO系耐火レンガ
───────────────────────────────────────────────────── 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) C22B 7/02 B09B 3/00 ZAB 9/10 303L (72)発明者 加藤 嘉英 千葉県千葉市中央区川崎町1番地 川崎製 鉄株式会社技術研究所内 Fターム(参考) 3K061 NB02 NB03 NB06 NB20 NB21 4D004 AA36 AB03 BA02 CA12 CA29 CB04 CB08 CB31 CC11 DA03 DA20 4K001 AA08 AA09 AA30 BA14 DA05 EA04 GA06 GA16 GA18 KA06 4K002 AB04 AB10 AE02 4K014 CB03 CB05 CC07

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 アルミナ系及び/又はマグネシア系耐火
    物を内張りした反応容器に、焼却灰を装入して溶融させ
    た後、溶融金属、スラグ及び重金属ダストとして分離、
    回収する焼却灰の溶融処理方法において、 前記反応容器への装入前又は溶融中の焼却灰へ、最終的
    に形成される溶融スラグの塩基度(CaO/SiO2
    が1.2〜2.5の範囲になるように、CaO含有物質
    を添加することを特徴とする焼却灰の溶融処理方法。
  2. 【請求項2】 前記CaO含有物質を、生石灰、製鋼ス
    ラグ、軽焼ドロマイト及び石灰石から選ばれた1種又は
    2種以上とすることを特徴とする請求項1記載の焼却灰
    の溶融処理方法。
  3. 【請求項3】 前記反応容器を、電気炉、転炉及び取鍋
    から選ばれたいずれか1種とすることを特徴とする請求
    項1又は2記載の焼却灰の溶融処理方法。
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Cited By (3)

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