JP2006199529A - スラグ処理方法及び装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 アルミニウム含有スラグを手間をかけずにコンクリート骨材としても使用できるように形成する。
【解決手段】 廃棄物溶融スラグＷを対象として処理する水砕スラグ処理方法において、スラグＷ中のアルミニウムに、皮膜形成自在な流体Ｒを接触させてアルミニウム表面から水素ガスが発生し難い皮膜を形成する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、廃棄物溶融スラグを対象として処理するスラグ処理方法、及び、装置に関する。

従来、この種のスラグの製造における溶融対象物としては、例えば、焼却灰（乾灰・湿灰）、ばいじん（飛灰）、プラスチック系ごみ、汚泥、破砕不燃物、汚染土壌、埋立廃棄物、不法投棄物等、さまざまなものがあり、これらを溶融させて取り出されたスラグを使用して、各種資材の再生原料が形成されている。
製造されたスラグは、目的に合わせて粒度選別等が施され、粒度調整されたものを再生原料として使用している。
一方、これらスラグは、上述のようなさまざまな溶融対象物を原料としているため、アルミニウム、鉄、銅等の金属物質やその化合物を含んでおり、スラグの使用用途によってはこれらの異物が支障を来す場合がある。例えば、アスファルトの骨材として利用する場合は、金属鉄の含有量の制限があり、コンクリートの骨材として利用する場合は、アルミニウムからのガス発生に起因するモルタルの膨張率の制限がある。
従って、従来は、スラグからこれらの含有物を除去するための処理としてスラグを細かく破砕して比重分離や磁力選別等を行っていた（例えば、特許文献１〜３参照）。

特開平１０−１５６３２９号公報（図１〜３） 特開２０００−２７２９３８号公報（図１） 特開２００３−２６０４３８号公報

上述した従来のスラグ処理技術によれば、金属物質やその化合物等の含有物を除去するために非常に手間が掛かることに加えて、特にアルミニウムに関しては、上述のような比重分離や磁力選別では除去しきれない危険性があり、スラグ中にアルミニウムが混入したままになってしまう。このようなスラグを、例えば、コンクリート骨材として使用した場合、セメントのアルカリ分と前記スラグ中の活性なアルミニウムとが反応して水素ガスが発生することで膨張し、コンクリートの強度の低下を招く原因となり易く、コンクリート骨材としては使用が制限される問題点がある。

従って、本発明の目的は、上記問題点を解消し、利用範囲が制約されないで、例えば、コンクリート骨材としても使用できるスラグを手間を掛けずに形成できるスラグ処理技術を提供するところにある。

本発明の第１の特徴構成は、廃棄物溶融スラグを対象として処理するスラグ処理方法において、前記スラグ中のアルミニウム表面に皮膜形成自在な流体を、前記スラグにシャワー状に掛けることで接触させてアルミニウム表面から水素ガスが発生し難い皮膜を形成するところにある。

本発明の第１の特徴構成によれば、前記流体をスラグ中のアルミニウムに接触させることで表面にアルカリと反応し難い皮膜を形成するから、例えば、処理済みのスラグをコンクリート骨材として使用しても、前記皮膜によってセメントのアルカリをブロックでき、スラグ中のアルミニウムが反応して膨張するといったことが抑制でき、コンクリート骨材としても使用することが可能となる。また、他の用途で使用できることは勿論のことである。
そして、処理プロセスは、スラグに前記流体を接触させると言った極めてシンプルなものであるから、大きな手間を掛けずに上述の処理を実施することができる。
また、例えば、スラグのストックヤードをそのまま利用して、積載された状態のスラグへ前記流体をシャワー状に掛けるだけの簡単な操作で処理を行うことが可能となるから、別に処理用の施設を建設する必要が無く、イニシャルコストの低減化を図ることが可能となる。
また、前記流体は、シャワー状にして掛けることで、積載されたスラグの隅々まで流体を行き渡らせることが可能となり、また活性なアルミニウムに水酸化アルミニウムの皮膜を造ることができる空気中の二酸化炭素や、活性なアルミニウムを酸化することで酸化アルミニウムの皮膜を造ることができる酸素を取り込め、より効率よくスラグの処理を行うことができる。

本発明の第２の特徴構成は、前記スラグへの前記流体の接触は、間欠的に行われるところにある。

本発明の第２の特徴構成によれば、本発明の第１の特徴構成による上述の作用効果を叶えることができるのに加えて、前記流体の接触が間欠的に行われるから、スラグ中のアルミニウム表面に、前記流体と、空気中の酸素や二酸化炭素とが交互に接触する状態を積極的に作ることができ、その結果、前記アルミニウム表面の不活性化をより効率よく行うことが可能となる。

本発明の第３の特徴構成は、廃棄物溶融スラグを対象として処理するスラグ処理方法において、前記スラグ中のアルミニウムに皮膜形成自在な流体を、前記スラグに間欠的に接触させてアルミニウム表面から水素ガスが発生し難い被膜を形成するところにある。

本発明の第３の特徴構成によれば、前記流体の接触が間欠的に行われるから、スラグ中のアルミニウム表面に、前記流体と、空気中の酸素や二酸化炭素とが交互に接触する状態を積極的に作ることができ、その結果、前記アルミニウム表面の不活性化をより効率よく行うことが可能となる。

本発明の第４の特徴構成は、前記流体は、循環使用されるところにある。

本発明の第４の特徴構成によれば、本発明の第１〜３の何れかの特徴構成による上述の作用効果を叶えることができるのに加えて、使用する流体の量を少なくすることができると共に、排出処理を必要とする使用済みの流体の量も少なくできるから、より経済的にスラグの処理を進めることが可能となる。

本発明の第５の特徴構成は、前記流体は、アルミニウム表面へ酸化アルミニウムの膜や、水酸化アルミニウムの膜を形成することのできるものであるところにある。

本発明の第５の特徴構成によれば、本発明の第１〜４の何れかの特徴構成による上述の作用効果を叶えることができるのに加えて、流体の一例としては水を挙げることができるが、水は極めて安全性・経済性・調達性が高い流体であるから、安全に且つ経済的にスムーズにスラグの処理作業を進めることが可能となる。
因みに、前記スラグに水を接触させるに伴って、水が空気中の二酸化炭素を含んで炭酸水となってスラグ内のアルミニウムと反応してアルカリに対して不活性な皮膜（例えば、水酸化アルミニウム）が生成されたり、アルミニウムそのものが水中の活性な酸素で酸化されてアルミニウム酸化物（例えば、酸化アルミニウム）に変化し、やはりアルカリに対して不活性な皮膜が生成されるから、コンクリート骨材として使用しても従来のようにアルカリとの反応でアルミニウムが膨張すると言ったことが抑制される。
その結果、当該スラグを、コンクリート骨材としても問題なく使用することが可能となる。
また、流体の異なる例としては、炭酸カルシウム溶液が挙げられるが、前記スラグのアルミニウムに炭酸カルシウム溶液を接触させるに伴って、溶液中の水酸基等とアルミニウムとが反応してアルカリに対して不活性な皮膜（例えば、水酸化アルミニウム）が生成されるから、コンクリート骨材として使用しても従来のようにアルカリとの反応でアルミニウムが膨張すると言ったことが抑制される。
その結果、当該スラグを、コンクリート骨材としても問題なく使用することが可能となる。
また、流体の異なる例としては、消石灰溶解液を挙げることができるが、前記スラグ中のアルミニウムに消石灰溶解液を接触させるに伴って、溶解液中の水酸化カルシウムとアルミニウムとが反応してアルカリに対して不活性な皮膜（例えば、ヒドロオクソアルミン酸カルシウム）が生成されるから、コンクリート骨材として使用しても従来のようにアルカリとの反応でアルミニウムが膨張すると言ったことが抑制される。
その結果、当該スラグを、コンクリート骨材としても問題なく使用することが可能となる。
本発明の第６の特徴構成は、廃棄物溶融スラグを対象として処理するスラグ処理方法において、前記スラグを屋外で保管することで雨ざらしにし、前記スラグに雨水を接触させて前記スラグ中のアルミニウム表面にアルカリと反応し難い皮膜を形成するところにある。

本発明の第６の特徴構成によれば、特別な処理装置を使用しなくても、自然の雨や露等の水をスラグ中のアルミニウムに接触させることによって上述の水とスラグ中のアルミニウムとの反応によってアルミニウム表面にアルカリに不活性な皮膜を形成することが可能となり、コンクリート骨材として使用しても従来のようにアルカリとの反応でアルミニウムが膨張すると言ったことが抑制される。そして、水の供給そのものは、自然サイクルによる間欠運転となる。
その結果、イニシャルコストの増加を抑えて経済的に、コンクリート骨材として使用する場合、特に制限されることなく使用することが可能なスラグを製造することが可能となる。

本発明の第７の特徴構成は、廃棄物溶融スラグを収容する収容部が設けられ、前記収容部のスラグ中のアルミニウムに対して、皮膜形成自在な流体を接触させる流体接触手段が設けられているところにある。

本発明の第７の特徴構成によれば、上述の本発明の第１〜６の各スラグ処理方法を、当該装置によって、より好ましい状態で実施することができるようになる。
即ち、収容部に収容したスラグに、前記流体接触手段を用いて前記流体を接触させることが可能となり、その結果、金属物質やその化合物等の含有物を含んだスラグであっても、前記含有物を不活性な皮膜で覆った状態に処理することができ、スラグ中の含有金属が、例えば、アルカリ等と反応して膨張すると言ったことが生じ難い製品とすることができ、当該スラグを、コンクリート骨材としても問題なく使用することが可能となる。

以下に本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。

図１は、溶融スラグ製造設備Ｙを示すものであり、本発明のスラグ処理方法及び装置は、この溶融スラグ製造設備Ｙの中で活かされている。
以下、本発明のスラグ処理方法及び装置に関する実施形態について説明する。
溶融スラグ製造設備Ｙは、溶融炉１を設けて構成してあり、その溶融炉１は、投入された溶融対象物２を加熱溶融（例えば、１２５０〜１４００℃の雰囲気下で溶融）して、生成した溶融物３を水砕スラグ（廃棄物溶融スラグの一例）Ｗとして取り出すように構成してあり、前記溶融対象物２を加熱して溶融処理する主室１Ａが設けられるとともに、その主室１Ａのスラグ排出口４下方に、主室１Ａで生成した溶融物３と共に、同じく主室１Ａで生成した燃焼生成ガス５を受け入れる二次室１Ｂが設けられ、前記二次室１Ｂにガス排出路６を接続して構成されている。そして、二次室１Ｂの下方には、溶融物３が落下する位置に、溶融物３を急冷して水砕スラグ化する水槽７が設けられると共に、水槽７内で固化した水砕スラグＷを篩装置８に搬送する第一搬送機構９が設けられている。
そして、篩装置８は、予め設定された選別粒度によって水砕スラグＷを選別し、前記選別粒度より大きい水砕スラグＷ１と、その選別粒度より小さい水砕スラグＷ０とに分離することができるように構成されている。また、篩装置８の下流側には、選別粒度より大きい水砕スラグＷ１を、別に設定する調整粒度以下になるように粉砕する粉砕装置１０と、粉砕した水砕スラグＷ２を、前記主室１Ａに搬送投入して再溶融させる第二搬送機構１１が設けられている。
一方、前記選別粒度より小さい水砕スラグＷ０は、水砕スラグ処理装置Ｓに搬送され、安定化処理を施されて溶融スラグ製品となる。

次に、水砕スラグ処理装置Ｓについて詳しく説明する。
水砕スラグ処理装置Ｓは、図１、図２に示すように、水砕スラグＷを収容するストックヤード（収容部１２に相当）１２Ａが設けられ、前記ストックヤード１２Ａに積載された水砕スラグＷに対して、水（皮膜形成自在な流体Ｒの一例）Ｒ１を散布自在なシャワーノズル（流体接触手段の一例）１３、及び、散布された水を一時的に溜める循環水タンク１４、及び、図には示さないが循環水タンク１４とストックヤード１２Ａ間の水の循環を図るポンプや配管等の送液手段等が設けられて構成されている。

前記ストックヤード１２Ａは、図に示すように、側部に設けられた壁１２ａによって複数の部屋に区切られており、部屋の上方には屋根や天井は設けずに、屋外で水砕スラグＷを保管するように構成されている。
従って、前記シャワーノズル１３から散水することによって水砕スラグＷに水が接触することに加えて、雨や露等が直接に積載された水砕スラグＷに降り注がれることによっても、前記水砕スラグＷに水が接触することができる。そして、水砕スラグＷに水Ｒ１が接触することによって、水砕スラグ中のアルミニウムの表面には水酸化アルミニウムや酸化アルミニウム等のアルカリと反応し難い性質を備えた皮膜が生成される。よって、水砕スラグＷが、例えば、セメントのようなアルカリ性の物質と接触しても、そのアルカリは、前記皮膜によってブロックされ、水砕スラグＷ中のアルミニウムがアルカリと反応して膨張すると言った現象が生じるのを未然に防ぐことが可能である。
尚、前記循環水タンク１４には、一次側の給水系が連通接続されている。
また、ストックヤード１２Ａから流出する水は、排水溝１２ｂに集まった後、循環水タンク１４に戻され、循環水タンク１４から再度、ストックヤード１２Ａの水砕スラグＷ上に注がれる。即ち、循環使用できるように構成されている。また、消費された水は、その循環系を切り替えて、例えば、ＰＨ調整等を施した後、系外へ排水される。

本実施形態の水砕スラグ処理技術によれば、大規模な専用のスラグ処理設備を設けなくても、通常の設備を利用しながら、水砕スラグの安定化処理を施すことが可能となる。そして、例えば、アルカリの影響が強いコンクリート骨材として当該水砕スラグを使用しても、従来問題となっていた膨張による品質低下等が生じ難くなり、その結果、イニシャルコストの増加を抑えて経済的に、コンクリート骨材としても問題なく使用することが可能な水砕スラグを製造することが可能となる。

〔別実施形態〕
以下に他の実施の形態を説明する。

〈１〉 前記収容部１２は、先の実施形態で説明したストックヤード１２Ａに限るものではなく、例えば、図３に示すように、タンク等の収容容器１２Ｂで構成するものであってもよい。この場合、収容容器１２Ｂの底部に、排水機構を設け、そこからの排水を循環タンク１４に戻して循環使用するように構成してもよい。また、プールのような凹部で収容部を構成するものであってもよい。
また、前記流体を溶融スラグに接触させる方法は、シャワーリングに限るものではなく、水槽内に溶融スラグを収容しておき、前記流体を浸漬させる方法であってもよい。
そして、シャワーリングや浸漬の何れの場合も、溶融スラグへの前記流体の接触は、連続的に行うことに替えて、間欠的に行ってもよい。
間欠運転によるシャワーリングの別の実施形態として、ヤード上に１８ｔ程度のスラグ（例えば、粒径５ｍｍ以下）を山状（例えば、平面で３ｍ×４ｍで高さ１．１ｍ程度）に積載し、水量１３ｍ3 毎時で１５秒間のシャワーリングを５分間隔で行うような方法が一例として挙げられ、この方法によれば、限られたスペースの中でスラグの山を崩さずに安定したシャワーリングを実施でき、本発明による作用効果を良好に発揮することが可能となる。
〈２〉 前記流体Ｒは、先の実施形態で説明した水に限るものではなく、例えば、炭酸カルシウム水溶液であったり、消石灰溶解液であってもよく、要するに、水砕スラグＷに接触してその表面にアルカリと反応し難い皮膜を形成するものであればよく、それらを含めて皮膜形成自在な流体と総称する。
但し、流体Ｒとして炭酸カルシウム溶液を用いる場合は、炭酸カルシウムを水と混合する手段を備えるのが好ましい。同様に、流体Ｒとして消石灰溶解液を用いる場合は、消石灰を水と混合する手段を備えるのが好ましい。

〔実施例〕
以下に、当該水砕スラグ処理による効果の確認を行った結果を示す。
対象として水砕スラグは、未処理の水砕スラグと、流体Ｒとして水を循環接触させて処理した水砕スラグと、流体として消石灰溶解液を循環接触させて処理した水砕スラグとであり、夫々について、アルカリと接触させた際の水砕スラグ内のアルミニウムの膨張率の測定を行った。その結果は、表１のとおりである。
尚、流体を用いた水砕スラグ処理は、水砕スラグ１ｔに対して、毎時３６リットルの流体Ｒを間欠噴霧する方法で実施し、膨張率の測定は、２４時間処理経過後、４８時間処理経過後、７２時間処理経過後において実施した。

この結果から見られるように、未処理の水砕スラグにおいては、２．５パーセントもの膨張が見られるのに対して、水・消石灰溶解液の何れの流体を使用した処理においても、膨張率は減少が見られ、効果が確認できるものであった。

尚、上述のように、図面との対照を便利にするために符号を記したが、該記入により本発明は添付図面の構成に限定されるものではない。また、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々なる態様で実施し得ることは勿論である。

水砕スラグ製造設備を示す概念図 水砕スラグ処理装置を示す平面図 別実施形態の水砕スラグ処理装置を示す平面図

符号の説明

１ 溶融炉
２ 溶融対象物
７ 水槽
１２ 収容部
１２Ｂ 収容容器
１３ シャワーノズル（流体接触手段の一例）
Ｒ 皮膜形成自在な流体
Ｗ 廃棄物溶融スラグ

Claims (7)

1. 廃棄物溶融スラグを対象として処理するスラグ処理方法であって、
   前記スラグ中のアルミニウム表面に皮膜形成自在な流体を、前記スラグにシャワー状に掛けることで接触させてアルミニウム表面から水素ガスが発生し難い皮膜を形成するスラグ処理方法。
2. 前記スラグへの前記流体の接触は、間欠的に行われる請求項１に記載のスラグ処理方法。
3. 廃棄物溶融スラグを対象として処理するスラグ処理方法であって、
   前記スラグ中のアルミニウムに皮膜形成自在な流体を、前記スラグに間欠的に接触させてアルミニウム表面から水素ガスが発生し難い皮膜を形成するスラグ処理方法。
4. 前記流体は、循環使用される請求項１〜３の何れか一項に記載のスラグ処理方法。
5. 前記流体は、アルミニウム表面へ酸化アルミニウムの膜や、水酸化アルミニウムの膜を形成することのできるものである請求項１〜４の何れか一項に記載のスラグ処理方法。
6. 廃棄物溶融スラグを対象として処理するスラグ処理方法であって、
   前記スラグを屋外で保管することで雨ざらしにし、前記スラグに雨水を接触させて前記スラグ中のアルミニウム表面から水素ガスが発生し難い皮膜を形成するスラグ処理方法。
7. 廃棄物溶融スラグを収容する収容部が設けられ、前記収容部のスラグ中のアルミニウムに対して、皮膜形成自在な流体を接触させる流体接触手段が設けられているスラグ処理装置。

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