JP2005313009A - 亜鉛、鉛および塩素を含む物質の処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】溶融飛灰の如き亜鉛、鉛および塩素を含む物質を乾式で処理する方法であって、これら亜鉛、鉛および塩素を、乾式集塵機の運転に悪影響を与えたり、処理設備の腐食を促進させることのない潮解性のないダストとして回収することのできる方法を提供する。
【解決手段】（Ａ）亜鉛、鉛および塩素を含む物質に対して、塩素の含有率が１〜８質量％で、かつ、（アルカリ金属＋鉛）／塩素の化学当量比が１．２以上になるように成分の調整を行ない、かつ、還元剤を添加して、加熱用材料を調製する工程と、（Ｂ）加熱用材料を加熱炉内にて９００〜１，３００℃で加熱して、亜鉛、鉛および塩素を揮発成分として含む排ガスと、焼成物を得る工程と、（Ｃ）乾式集塵機を用いて、工程（Ｂ）の排ガスから、酸化亜鉛、塩化鉛およびアルカリ金属の塩化物を主成分とするダストを捕集する工程とを含む処理方法。
【選択図】なし

Description

本発明は、溶融飛灰や、溶融飛灰と他のダスト（例えば、焼却飛灰、鉄鋼ダスト等）の混合物のような亜鉛、鉛および塩素を含む物質の処理方法に関する。

可燃性廃棄物（例えば、広く一般家庭等から出される可燃ごみ）の焼却主灰（焼却残渣）や焼却飛灰等を溶融処理することで生じる溶融飛灰は、亜鉛、鉛等の重金属や塩素を高い含有率で含んでいる。また、鉄スクラップ等を製鋼炉で処理することで生じる鉄鋼ダストは、鉄以外に亜鉛を多く含んでいる。
溶融飛灰や、溶融飛灰と鉄鋼ダストの混合物等の亜鉛、鉛等を含む廃棄物は、亜鉛、鉛等の重金属を含むため、これらの重金属を除去した後に埋立て処分等を行なう必要がある。
亜鉛、鉛等の重金属の回収方法としては、湿式回収法および乾式回収法が知られている。
湿式回収法として、例えば、飛灰に水と中和剤を添加して液のｐＨを８〜１１に調整した後、固液分離する第一の工程と、得られた残渣に水を加えてリパルプしてｐＨを３以下に調整して亜鉛・銅を主成分とする重金属分を溶出せしめた後、鉛を主成分とする重金属を含む残渣を濾別する第二の工程と、第一の工程および第二の工程で得られた濾液に中和剤を添加し、ｐＨ７以上に中和して亜鉛を主成分とする重金属の水酸化物を生成させるなどする第三の工程とからなる焼却炉および溶融炉からの飛灰の処理方法が提案されている（特許文献１）。
湿式回収法は、熱源を用いずに各種重金属を分別回収することができるという長所を有する反面、大量の水を必要とし、処理工程が複雑であるなどの短所もある。

一方、乾式回収法としては、塩化揮発法、還元揮発法等が挙げられる。
塩化揮発法として、例えば、焼却灰または飛灰を塩素、塩素化合物又は塩素イオンの存在下で混練して、焼却灰または飛灰中に含まれる重金属類と亜鉛化合物等を塩化物とする塩素化工程と、この焼却灰または飛灰の混練物を６００〜９００℃に加熱して塩化亜鉛等とともに重金属類の塩化物を揮発除去する加熱除去工程とを有する焼却灰または飛灰の無害化処理方法が、提案されている（特許文献２）。
なお、塩化揮発法は、高沸点の金属を低沸点の塩化物として揮発させて除去するものであり、比較的低温度かつ低エネルギー負荷で重金属を回収することができること、および、微量の重金属であっても揮発させて回収することができる等の観点から、廃棄物から有害な重金属を回収する方法として、広く利用されている。
還元揮発法として、例えば、亜鉛を含有する鉄鋼ダストに炭素質還元剤を添加して還元焙焼し、亜鉛を揮発させ酸化亜鉛として回収する際に、特定の量の炭酸ナトリウムを添加して、酸化亜鉛の還元揮発量を増加させる方法が、提案されている（特許文献３）。
なお、ロータリーキルンを用いた還元揮発法は、ウェルツ法として知られている。
特開平８−１４１５３９号公報 特開２０００−３０１１０３号公報 特開２００３−３０１２２６号公報

溶融飛灰のような亜鉛、鉛および塩素を含む廃棄物は、所定の温度の加熱炉内で加熱すると、亜鉛、鉛および塩素を含む揮発成分を含む排ガスを発生する。この排ガスを加熱炉から乾式集塵機に導き、排ガス中のダストを捕集すると、塩化亜鉛、塩化鉛等を含むダストが得られる。
しかし、このダストに含まれる塩化亜鉛は、潮解性を有するため、乾式集塵機（例えば、バグフィルター）の濾布等の閉塞の原因となる。また、塩化亜鉛は、処理設備の腐食を促進させる原因ともなる。
そこで、本発明は、溶融飛灰の如き亜鉛、鉛および塩素を含む物質を乾式で処理する方法であって、これら亜鉛、鉛および塩素を、乾式集塵機の運転に悪影響を与えたり、処理設備の腐食を促進させることのない潮解性のないダストとして回収することのできる方法を提供することを目的とする。

本発明者は、上記課題を解決するために鋭意検討した結果、少なくとも亜鉛、鉛および塩素を含む物質に対して、塩素の含有率の調整と、（アルカリ金属＋鉛）／塩素の化学当量比の調整を行い、かつ、還元剤を添加して、加熱用材料を得た後、この加熱用材料を加熱炉内にて所定の温度で加熱して、亜鉛、鉛および塩素を揮発成分として含む排ガスを生じさせれば、この排ガス中に、酸化亜鉛、塩化鉛、アルカリ金属の塩化物等からなる潮解性のないダストが生成することとなり、このダストを乾式集塵機によって好適に回収することができることを見出し、本発明を完成した。
すなわち、本発明の亜鉛、鉛および塩素を含む物質の処理方法は、（Ａ）少なくとも亜鉛、鉛および塩素を含む物質に対して、塩素の含有率の調整と、（アルカリ金属＋鉛）／塩素の化学当量比の調整を行い、かつ、還元剤を添加して、加熱用材料を調製する材料調製工程と、（Ｂ）前記加熱用材料を加熱炉内にて所定の温度で加熱して、亜鉛、鉛および塩素を含む排ガスと、焼成物を得る加熱工程と、（Ｃ）乾式集塵機を用いて、前記排ガスから、酸化亜鉛および塩化鉛を主成分とするダストを捕集する重金属回収工程とを含むことを特徴とする。
前記工程（Ａ）において、前記加熱用材料の成分は、例えば、前記加熱用材料中の塩素の含有率が１〜８質量％で、かつ、（アルカリ金属＋鉛）／塩素の化学当量比が１．２以上になるように、調整される。
前記工程（Ｂ）における加熱温度は、好ましくは、９００〜１，３００℃である。

本発明の処理方法によれば、溶融飛灰の如き亜鉛、鉛および塩素を含む物質から、これら亜鉛、鉛および塩素を、乾式集塵機の運転に悪影響を与えたり、処理設備の腐食を促進させることのない潮解性のないダスト（酸化亜鉛を含むダスト）として回収することができると共に、亜鉛、鉛および塩素の含有率の小さなセメント原料等に用い得る焼成物を得ることができる。

以下、本発明の処理方法を工程毎に詳しく説明する。
［Ａ．材料調製工程］
本工程は、少なくとも亜鉛、鉛および塩素を含む物質に対して、塩素の含有率の調整と、（アルカリ金属＋鉛）／塩素の化学当量比の調整を行い、かつ、還元剤を添加して、加熱用材料を調製する工程である。
本発明の処理対象物である亜鉛、鉛および塩素を含む物質（以下、「亜鉛等含有物質」ともいう。）としては、例えば、亜鉛、鉛および可溶性塩素を含むダスト状の廃棄物が挙げられる。
亜鉛、鉛および可溶性塩素を含むダスト状の廃棄物としては、例えば、溶融飛灰や、溶融飛灰と他のダスト（例えば、焼却飛灰、鉄鋼ダスト等）の混合物等が挙げられる。
溶融飛灰の平均的な成分組成は、カルシウム３０質量％、ナトリウム９質量％、カリウム１０質量％、鉛２質量％、亜鉛５質量％、塩素２４質量％（ただし、塩素を除き、酸化物換算での質量割合を示す。）等である。
加熱用材料中の塩素の含有率は、好ましくは１〜８質量％、より好ましくは１〜７質量％、さらに好ましくは２〜６質量％、特に好ましくは３〜５質量％に調整される。該含有率が１質量％未満では、鉛、アルカリ金属等の塩化揮発が十分に進まず、焼成物中に残存する鉛等の含有率が大きくなることがある。該含有率が８質量％を超えると、後工程で捕集される排ガス中のダストが、塩化亜鉛を含んで潮解性を呈することがあり、乾式集塵機の濾布に付着するなどして、乾式集塵機の運転に悪影響を与えたり、あるいは、排ガスの流通路の内壁面等に付着するなどして、処理設備の腐食を促進させるおそれがある。
加熱用材料中の塩素の含有率を調整するための方法としては、（ａ）溶融飛灰の如き亜鉛等含有物質を適宜の比率で２つに分けて、その片方のみを水洗して塩素を除去した後、両者を混合して、塩素の含有率を所望の値に調整する方法、（ｂ）溶融飛灰の如き塩素の含有率の大きな物質と、鉄鋼ダストの如き塩素の含有率の小さな物質を適宜の比率で混合して、所望の塩素含有率を有する混合物を得る方法等が挙げられる。
なお、水洗によって塩素を除去する場合には、加熱炉での加熱の前に予熱工程を設けて、加熱用材料を乾燥させることが望ましい。また、この場合、水洗後の濾液に含まれる重金属の除去処理を要することがある。

加熱用材料における（アルカリ金属＋鉛）／塩素の化学当量比は、好ましくは１．２以上、より好ましくは
１．３以上、特に好ましくは１．４以上に調整される。該化学当量比が１．２未満では、後工程で捕集される排ガス中のダストが、塩化亜鉛を含んで潮解性を呈することがあり、乾式集塵機の運転に悪影響を与えたり、あるいは、処理設備の腐食を促進させるおそれがある。
該化学当量比の上限値は、好ましくは３．０以下、より好ましくは２．５以下、特に好ましくは２．０以下である。なお、該化学当量比が３．０を超えると、加熱後の焼成物中に残存する鉛またはアルカリ金属の量が多くなって、再処理を要するなどの不都合を生じることがある。
なお、化学当量とは、酸素０．５モルと反応する物質量をいう。例えば、アルカリ金属が１モル、鉛が１モル、塩素が３モル存在する場合、（アルカリ金属＋鉛）／塩素の化学当量比は、（１＋２）／３＝１と計算される。
該化学当量比を調整するための方法としては、（ａ）アルカリ金属含有物質を添加する方法、（ｂ）塩素の含有率の小さなダスト（例えば、鉄鋼ダスト）を添加する方法等が挙げられる。
このうち、（ａ）の方法で用いられるアルカリ金属含有物質としては、廃ガラス、建設混合廃棄物（具体的には、建築物を解体した際に発生する石膏ボード等を含む廃棄物）、汚染土壌（具体的には、重金属、ダイオキシン等で汚染された土壌）等のアルカリ金属含有廃棄物や、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム等のアルカリ金属含有炭酸塩等のアルカリ金属含有薬剤等が挙げられる。中でも、廃ガラスおよび建設混合廃棄物は、コストの削減、廃棄物の再資源化の促進等の観点から、好ましく用いられる。また、汚染土壌は、有害物質の除去の観点から、好ましく用いられる。

本工程で用いられる還元剤としては、活性炭、コークス、可燃性廃棄物（例えば、廃プラスチック、家電製品や自動車等のシュレッダーダスト、ゴミ固形燃料（ＲＤＦ）等）等の炭素質還元剤等が挙げられる。
なお、還元剤として廃プラスチック、シュレッダーダスト等の塩素含有物質を用いる場合には、該還元剤に含まれる塩素も考慮して、上述の塩素の含有率等の調整を図る必要がある。
本発明においては、処理対象物である亜鉛等含有物質に対して還元剤を添加することによって、加熱用材料の加熱で生じる排ガス中に、塩化亜鉛ではなく、酸化亜鉛を生じさせることができる。ただし、上述のように、酸化亜鉛を生成させるには、還元剤の添加のみでは不十分であり、塩素の含有率等の調整が必要である。
還元剤の配合量は、還元剤を除く加熱用材料の全成分１００質量部（乾燥質量）に対して、好ましくは
５〜４０質量部、より好ましくは１０〜３０質量部、特に好ましくは１５〜２５質量部である。該配合量が５質量部未満では、乾式集塵機で捕集される排ガス中のダストに塩化亜鉛が混在して、潮解性を呈することがある。該配合量が４０質量部を超えると、投入熱量が過剰になるため、焼成物の溶融によって亜鉛、鉛、塩素の揮発が阻害されること、および、還元剤が有価の場合、コスト高になることから、好ましくない。

［Ｂ．加熱工程］
本工程は、工程（Ａ）で得られた加熱用材料を加熱炉内にて所定の温度で加熱して、亜鉛、鉛および塩素を含む排ガスと、亜鉛、鉛および塩素を実質的に含まない焼成物を得る工程である。
加熱用材料は、通常、粉体または粒体の形態で加熱炉内に投入される。
本工程で用いる加熱炉としては、セメントクリンカ製造用のロータリーキルン等が挙げられる。このように既存の設備を利用すれば、本発明の処理に要するコストを抑制することができる。
加熱炉内の加熱温度は、好ましくは９００〜１，３００℃、より好ましくは１，０００〜１，３００℃、特に好ましくは１，１００〜１，２５０℃である。該温度が９００℃未満では、亜鉛、鉛、アルカリ金属および塩素が十分に揮発せず、これらの成分が焼成物中に残留することになる。該温度が１，３００℃を超えると、省エネルギーの観点から好ましくないばかりか、加熱用材料が溶融して、亜鉛、鉛、アルカリ金属等の揮発が抑制され、これらの成分が焼成物中に残留することになる。
本工程における加熱によって、加熱用材料に含まれる亜鉛、鉛、アルカリ金属、塩素等は、揮発成分となり、排ガスと共に加熱炉から排ガス流通路、さらには乾式集塵機へと導かれる。
一方、加熱炉で生成する焼成物は、カルシウム、珪素、アルミニウム等を主成分とし、亜鉛、鉛および塩素を実質的に含まない無害な無機物であるため、セメント原料等として用いることができる。
なお、焼成物中の亜鉛、鉛および塩素の含有率（ただし、亜鉛および鉛は、酸化物換算の値である。）は、各々、好ましくは、０．５質量％以下、より好ましくは０．２質量％以下、特に好ましくは０．１質量％以下である。

［Ｃ．重金属回収工程］
本工程は、加熱炉の外部に排ガス流通路を介して配設された乾式集塵機を用いて、工程（Ｂ）で生じた排ガスから、酸化亜鉛および塩化鉛を主成分とするダストを捕集する工程である。
本工程で捕集されるダストには、通常、塩化ナトリウム、塩化カリウム等のアルカリ金属の塩化物も含まれる。
乾式集塵機としては、例えば、バグフィルター等が挙げられる。乾式集塵機が設置される地点における排ガスの温度は、通常、１００〜２００℃である。
工程（Ａ）における加熱用材料中の塩素の含有率等が、調整されていない場合には、工程（Ｃ）で捕集されるダストが塩化亜鉛を含むこととなり、バグフィルターの濾布の閉塞や、処理設備の腐食の促進等を招くことになる。本発明では、成分調整された加熱用材料を用いているので、塩化亜鉛が生じず、このような問題は生じない。
ダストが潮解性を呈するかどうかは、捕集されたダストの目視観察（色および性状）や、乾式集塵機の集塵部（濾布）の前後における空気圧の変化等によって、容易に判定することができる。
捕集したダストは、例えば、湿式浸出法によって処理すれば、可溶性のアルカリ金属の塩化物を含む液分と、亜鉛、鉛等の重金属含有化合物を含む固形分に分別して回収することができる。このうち、液分については、加熱後に冷却させることによって、溶解度の差を利用して、塩化ナトリウム、塩化カリウム等を分別して回収することができる。固形分については、さらに処理を行なって各種の金属毎に分別した後、非鉄精錬原料として利用することができる。

以下、本発明を実施例に基づいて具体的に説明する。ただし、本発明は、これらの実施例によって限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載の範囲内において種々、実施形態の変更が可能である。
［実施例１〜４、比較例１〜８］
テストキルン（内径：１６５ｍｍ、長さ：２，８００ｍｍ）、およびテストキルンに排ガス流通路を介して接続されたバグフィルターを用いて、溶融飛灰と焼却飛灰を混合した試料（混合飛灰）を処理する実験を行なった。
混合飛灰中の亜鉛等の含有率を表１に示す。なお、表１中の値は、塩素を除き、酸化物換算の値である。
混合飛灰の水洗、廃ガラス（平均粒径１５μｍの粉砕物；表２に成分組成を示す。）の添加、および、還元剤である活性炭の添加を行ない、加熱用材料を調製した。
この際、加熱用材料中の塩素の含有率、および、（アルカリ金属＋鉛）／塩素の化学当量比は、表３に示すように調整した。また、活性炭の添加量は、乾燥状態にある混合飛灰と廃ガラスの混合物１００質量部に対し、２０質量部とした。
調製した加熱用材料は、造粒後、テストキルン内にて１，２００℃で加熱した。テストキルンで生じた排ガスをバグフィルターに導き、ダストを回収した。ダストが潮解性を有するか否かは、バグフィルターの前後における空気圧の変動の大きさ、および目視観察によって評価した。評価結果を表３に示す。ダスト中の成分の分析結果を表４に示す。
一方、テストキルンで生じた焼成物（残渣）の成分を分析した。結果を表４に示す。
表３から、塩素の含有率が８質量％以下で、かつ、（アルカリ金属＋鉛）／塩素の値が１．２以上であるとの条件を満たすことによって、潮解性のないダストが得られることがわかる。また、表４から、ダストの主成分が、亜鉛、鉛、アルカリ金属および塩素であること、および、キルン内の焼成残渣の主成分が、カルシウム、珪素、アルミニウム、鉄等であり、かつ、亜鉛、鉛、アルカリ金属および塩素をほとんど含まないことがわかる。

Claims (3)

1. （Ａ）少なくとも亜鉛、鉛および塩素を含む物質に対して、塩素の含有率の調整と、（アルカリ金属＋鉛）／塩素の化学当量比の調整を行い、かつ、還元剤を添加して、加熱用材料を調製する材料調製工程と、
   （Ｂ）前記加熱用材料を加熱炉内にて所定の温度で加熱して、亜鉛、鉛および塩素を含む排ガスと、焼成物を得る加熱工程と、
   （Ｃ）乾式集塵機を用いて、前記排ガスから、酸化亜鉛および塩化鉛を主成分とするダストを捕集する重金属回収工程と
   を含むことを特徴とする亜鉛、鉛および塩素を含む物質の処理方法。
2. 前記工程（Ａ）において、前記加熱用材料中の塩素の含有率が１〜８質量％で、かつ、（アルカリ金属＋鉛）／塩素の化学当量比が１．２以上になるように、前記加熱用材料の成分を調整する請求項１に記載の亜鉛、鉛および塩素を含む物質の処理方法。
3. 前記工程（Ｂ）における加熱温度が９００〜１，３００℃である請求項１又は２に記載の亜鉛、鉛および塩素を含む物質の処理方法。