JP2002130646A

JP2002130646A - 焼却灰の溶融処理方法

Info

Publication number: JP2002130646A
Application number: JP2000326330A
Authority: JP
Inventors: Hajime Suzuki; 一鈴木; Sumio Yamada; 純夫山田; Yoshihide Kato; 嘉英加藤
Original assignee: Kawasaki Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2000-10-26
Filing date: 2000-10-26
Publication date: 2002-05-09

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明は、焼却灰を迅速に溶解して、従来より
格段に安価な操業コストで、従来並みの「減容化」及び
「無害化」が達成可能な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】焼却灰を反応容器へ装入、加熱して、溶融
処理するに際して、前記反応容器内に装入された焼却灰
にＡｌ含有物質を添加する。その際、前記添加を、焼却
灰層の上へ投入、及び／又は形成された溶融スラグに浸
漬したランスを介し、キャリア・ガスを用いての吹き込
みで行う。

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、焼却灰が含有する重金属の分
離を早め、従来より迅速な溶融処理を行なう技術に関す
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し難いという問
題がある。例えば、上記した電気炉を利用する場合に
は、莫大な電力費の削減が課題となる。また、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、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。

【０００５】

【表１】

【０００６】したがって、今後の焼却灰の溶融処理に関
しては、従来より経済的に有利な処理技術の出現が望ま
れる。

【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、焼却灰を迅速に溶解して、従来より格段に安価
な操業コストで、従来並みの「減容化」及び「無害化」
が達成可能な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
成するため鋭意研究し、操業コストを低減するには、焼
却灰の溶融処理時間の短縮が１つの手段と考えた。処理
量が増やせて、電力や耐火物の原単位が低減できるから
である。そして、その具現化に鋭意努力を重ね、本発明
を完成させた。

【０００９】すなわち、本発明は、焼却灰を反応容器へ
装入、加熱して、溶融処理するに際して、前記反応容器
内に装入された焼却灰にＡｌ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、前記添加は、焼却灰層の上への投
入、又は形成された溶融スラグに浸漬したランスを介
し、キャリア・ガスを用いての吹き込みのいずれで行っ
ても良い。また、前記Ａｌ含有物質が、２０質量％以上
の金属Ａｌを含有するのが好ましく、さらに前記キャリ
ア・ガスを不活性ガスとするのが良い。加えて、使用す
る反応容器は、電気炉に限らず、転炉、平炉及び取鍋か
ら選ばれるいずれか一つであっても良い。

【００１１】本発明では、焼却灰にＡｌを添加するよう
にしたので、焼却灰を溶融して形成された高温の溶融ス
ラグが含有する重金属の酸化物を迅速に還元し、該スラ
グからの重金属の分離が促進されるようになる。その結
果、従来より迅速な焼却灰の溶融処理が可能となり、反
応容器がいかなる形式であっても、耐火物原単位が低減
するし、特に反応容器が電気炉の場合には、処理速度の
向上により電力原単位の低減が達成でき、安価な操業が
できるようになる。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、図１を参照して本発明の実
施の形態について説明する。

【００１３】まず、従来の焼却灰の溶融処理方法を、反
応容器に交流アーク電気炉を用いた例で説明する。始め
に、電気炉３内に所定量の焼却灰を装入して、充填層を
形成させる。そして、直ちに通電してアーク２で焼却灰
を溶融し、溶融スラグ６及び高温の溶融金属浴５を形成
する。なお、図１には電極１が１本しか描かれていない
が、紙面と垂直方向に３本あり、それらの間にアーク２
が発生する。その後、一定時間の経過後に溶融スラグ６
のみを電気炉３から排出し、再度溶融金属浴５上に焼却
灰を投入し、以下同様の操作を繰り返すことで、焼却灰
を溶融処理する。その際、焼却灰中の揮発性物質は蒸発
し、排ガスに伴われて炉外へ排出されるが、そのうち重
金属を多く含む凝縮物はダストとして回収される。

【００１４】発明者は、かかる従来の焼却灰の溶融処理
方法において、最も処理時間に影響を与える現象につい
て検討を行った。その結果、焼却灰が含有する重金属の
分離であることがわかった。つまり、重金属は、焼却灰
の中に酸化物、塩化物、炭酸化物等で含有されている
が、焼却灰の溶融で一旦溶融スラグ６に入ってから、所
謂スラグ−メタル間反応で還元されて金属となり、蒸発
したり、溶融金属浴５へ沈降して分離する。このスラグ
−メタル間反応はそれほど迅速なものでない。そのた
め、通常の操業では、作業者が焼却灰の完全溶融を肉眼
観察で判断し、その後一定時間を経過してから溶融スラ
グ６を電気炉３から排出するようにしている。この経過
時間が短か過ぎると、重金属分の多い溶融スラグ６を排
出することになり、スラグの無害化が達成できないから
である。

【００１５】そこで、この溶融スラグ６からの重金属の
分離を迅速にすれば、焼却灰の溶融処理時間の短縮が図
れると考え、対策を鋭意検討した。そして、Ａｌ含有物
質を添加して重金属酸化物等の還元を促進させることを
想到し、このことを本発明としたのである。

【００１６】本発明では、Ａｌ含有物質の添加方法を特
に限定しない。溶融スラグ６及び／又は溶融金属浴５中
にＡｌが入れば良いからである。しかし、具体的には、
焼却灰層の上に投入したり、あるいは、図１に示すよう
に、溶融スラグ６中の浸漬させたランス７を介して、キ
ャリア・ガス８で吹き込むようにするのが良い。キャリ
ア・ガス８の吹き込みは、溶融スラグ６や溶融金属浴５
を攪拌し、スラグ−メタル反応やＡｌでの還元反応の迅
速化にも寄与する。勿論、上添加と同時に吹き込むよう
にしても良い。ランス７としては、金属精錬で実用され
ているものを借用すれば良い。

【００１７】添加するＡｌ含有物質９は、金属Ａｌを含
有していれば如何なる物質でも良く、２０質量％以上の
金属Ａｌを含有することが好ましい。これは十分高い還
元能及び熱源としての能力を確保するためである。具体
的なＡｌ含有物質としては比較的安価に入手可能なＡｌ
の精錬滓を挙げることができる。また、Ａｌ含有物質の
粒度についても、本発明では、特に限定しない。Ａｌは
融点が低く、大きいものでも溶解が早いからである。し
かし、あまり細粒では、上投入時に飛散して直ちにダス
トになり、投入歩留まりが低く、操業上の障害となる。
さらに、添加するＡｌ含有物質の量は、溶融処理する焼
却灰の量及び重金属含有量やＡｌ含有物質中の金属Ａｌ
量に応じて定めれば良い。つまり、還元すべき量が多い
ほど、Ａｌ添加量を増加させることになる。具体的に
は、試験操業、過去のデータ解析で定めるのが好まし
い。

【００１８】なお、吹き込みに用いるキャリア・ガス８
は、アルゴン、窒素等の不活性ガスが好ましい。酸素を
含む酸化性ガス（具体的には、空気、酸素ガス、ＣＯ₂
ガス等）では、吹き込み前にＡｌが酸化され、還元能を
失うからである。

【００１９】次に、本発明に係る溶融処理方法の実施に
用いる反応容器３は、耐火物４が内張りされ、高温（１
５００℃以上）の溶融物質を保持可能なものであれば、
工業界に存在する各種の炉が使用できる。例えば、電気
炉であれば、製鋼、非鉄金属精錬、ガラス製造、カーバ
イトの製造等、交流、直流を問わず、アーク炉、電気抵
抗炉等がある。また、転炉、取鍋、平炉、反射炉、縦型
炉、流動層炉等も利用できる。要するに、焼却灰を高温
で溶解し、溶融物を一定時間保持できれば良いからであ
る。ここで、電気炉以外の反応容器では、焼却灰の加熱
源の確保が必要になるが、それは、形成される高温の溶
融金属と添加するＡｌの燃焼により付加することができ
る。熱源が不足なら、炭材の添加を行っても良い。

【００２０】また、これら反応容器３には、排ガス処理
装置（図示せず）を備えていることが必須である。焼却
灰の溶融時には、ダストや揮発性物質（重金属を含む）
の蒸気が発生するので、それらを分離回収する各種集塵
機やコンデンサ等の凝縮装置が必要だからである。勿
論、いずれの装置も精錬業等で現在実用されている公知
のもので十分である。

【００２１】

【実施例】（実施例１）図１に示すような上部に３本
の電極１を備えた交流アーク電気炉（生産能力６０ト
ン）３を用いて、本発明に係る焼却灰の溶融処理を行っ
た。予め、３０トンの焼却灰を装入してその充填層を形
成し、直ちに通電して溶融を開始した。その後、１トン
のＡｌ精錬滓（金属Ａｌ：５０質量％含有）を焼却灰充
填層の上に投入した。なお、焼却灰は、表１に示した組
成で、予め乾燥してあるものである。

【００２２】処理時間１００分で焼却灰が溶融したの
で、３分間待って直ちに溶融スラグのみを電気炉３から
排出した。処理に要した電力原単位は、８２０ｋＷｈ／
灰トンであり、耐火物原単位は、５ｋｇ／ｔであった。（実施例２）収容能力６０トンの取鍋（図示せず）に、
予め２０トンの溶銑を装入し、溶銑の浴を形成させた。
その後、排ガス処理装置の下に該取鍋を配置し、直ち
に、２５トンの焼却灰を上添加し、さらにその上に２ト
ンのＡｌの精錬滓（金属Ａｌ：２０質量％含有）を投入
し、焼却灰９の溶融処理を開始した。

【００２３】処理時間１００分で焼却灰が迅速に溶融し
たので、溶融スラグのみを該取鍋から排出した。電力原
単位は７８０ｋＷｈ／灰トン、耐火物原単位は４ｋｇ／
ｔであった。（実施例３）実施例１に用いた電気炉３に、３５トンの
焼却灰を装入して充填させ、その後通電して該焼却灰の
溶融を開始した。ある程度の溶融スラグ６が形成されて
から、該溶融スラグ６中にランス７の先端を浸漬すると
共に、該ランス７を介して窒素ガス８を用いてＡｌ精錬
滓９（金属Ａｌ：７０質量％含有）を吹き込んだ。窒素
ガスの流量は２Ｎｍ³／分、Ａｌ精錬滓の吹きこみ量は
０．８ｔである。

【００２４】処理時間５０分で焼却灰が迅速に溶融した
ので、溶融スラグ６のみを該電気炉３から排出した。処
理に要した電力原単位は６９５ｋＷｈ／灰トンで、耐火
物原単位は４ｋｇ／ｔあった。（従来例１）実施例１に用いた電気炉に３０トンの焼却
灰を装入して充填させ、その後通電して該焼却灰を溶融
した。処理時間１２０分で焼却灰が溶融したので、直ち
に溶融スラグのみを該電気炉３から排出した。電力原単
位は、１０７０ｋＷｈ／灰トン耐火物原単位は、１０ｋ
ｇ／ｔであった。

【００２５】以上述べた実施結果より、本発明によれ
ば、従来より短い時間で大量の焼却灰９が溶融できるこ
とが確認できた。また、電力原単位、耐火物原単位も低
減することが明らかである。さらに、表２に示すよう
に、得られたスラグから有害物質の溶出試験を平成３年
環境庁告示第４６号に定める方法によって行ったとこ
ろ、有害物資の溶出は認められなかった。

【００２６】

【表２】

【００２７】

【発明の効果】以上述べたように、本発明により、焼却
灰の溶融処理が、従来より迅速になり、安価な操業コス
トで、且つ従来並みの「減容化」及び「無害化」が可能
になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施に利用した交流アーク電気炉を示
す図である。

【符号の説明】１電極２アーク３反応容器（電気炉、取鍋等）４耐火物５溶融金属浴（溶銑等）６溶融スラグ７ランス８キャリア・ガス（アルゴン、窒素ガス等）９Ａｌ（Ａｌ精錬滓）

───────────────────────────────────────────────────── 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 9/10 １０２Ｂ０９Ｂ 3/00 ＺＡＢ // Ｃ２２Ｂ 5/04 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 CA29 CB04 CB31 CC01 CC11 DA03 DA20 4K001 AA10 BA24 EA04 HA03

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】焼却灰を反応容器へ装入、加熱して、溶
融処理するに際して、前記反応容器内に装入された焼却
灰にＡｌ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。
【請求項２】前記添加を、焼却灰層の上へ投入、及び
／又は形成された溶融スラグに浸漬したランスを介し、
キャリア・ガスを用いての吹き込みで行うことを特徴と
する請求項１記載の焼却灰の溶融処理方法。
【請求項３】前記Ａｌ含有物質が、２０質量％以上の
金属Ａｌを含有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。
【請求項４】前記キャリア・ガスを不活性ガスとする
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の焼却
灰の溶融処理方法。