JP2008208300A - 金属粉末の燃料化方法及び燃料化システム - Google Patents

Abstract

【課題】新たな廃棄物の発生や設備の劣化等を伴うことなく、安全かつ最大限に金属廃棄物を再利用する。
【解決手段】金属廃棄物としての金属粉末を他の固体燃料と混合し、混合燃料をセメント焼成用の燃料としてセメント焼成炉に導入して燃焼させる。他の固体燃料は、油性スラッジ、バイオマス、肉骨粉でもよく、セメントキルン９の窯前部、窯尻部２４及び仮焼炉２２等に導入することができる。金属廃棄物を処理するのと同時に、金属廃棄物を熱エネルギーを得るための資源として有効利用することができ、金属粉末を燃焼させたときに発生する金属酸化物は、セメント原料の一部となり、セメント中に取り込まれる。金属粉末を他の固体燃料と混合するため、金属粉末が搬送配管等に接触する頻度を低減することができ、搬送配管等の摩耗を防止することができる。金属粉末と酸素の接触頻度を低減することもできるため、粉塵爆発の危険性を大幅に低減することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、金属粉末の燃料化方法及び燃料化システムに関し、特に、金属廃棄物を有効に再利用する方法及びシステムに関する。

従来、機械製品や家電製品等には金属が多用され、それらが廃棄されれば金属廃棄物が発生し、また、その製造過程でも、金属加工の際の加工くずが廃棄物となる。金属部材の加工や研磨の際や、金属が気中から凝縮したとき、液中に析出したときなどは、比表面積の大きな粉末状態で金属の廃棄物が得られることがある。金属廃棄物のうち、純度が高いものは、金属資源として回収され、再利用されるが、廃棄物中には様々な不純物が混入していることが多く、それらは、埋め立て処理等によって処理される。しかしながら、その処理限度量は逼迫しており、廃棄物発生量のさらなる増大が見込まれる今日では、循環システムの確立が強く望まれている。

そこで、例えば、特許文献１には、生活・産業廃棄物としてのアルミドロス及びアルミ灰等を主原料とし、これに石灰質原料、珪酸塩質原料、硫酸塩質原料及び鉄原料から選択される１種又は２種以上の成分補正用原料を用いたアーウイン系セメントの製造方法が提案されている。

特開平９−３０９７５０号公報

ところで、金属は発熱量が高いため、廃棄物処理された金属粉末を燃料として用いれば、熱エネルギーを得るための資源として有効利用することができる。しかしながら、金属粉末を燃焼させると、金属酸化物が発生し、これらは燃焼灰として排出されるため、新たな廃棄物を発生させることになる。

また、金属粉末の燃焼には高温の燃焼炉を用いるが、その炉内雰囲気下では、金属粉末や金属酸化物が炉内各所に付着するため、伝熱効率の低下や、設備の劣化等を招くという問題がある。例えば、金属粉末をボイラーで燃焼させ、熱回収しようとすると、ボイラー水管に高温の金属粒子が融着し、それによって水管が劣化するため、破裂事故を誘発する虞がある。

さらに、金属は、粉末状にすると、反応性が高くなるため、その取扱いの際に粉塵爆発を引き起こす虞があり、廃棄物処理に多大な危険が伴うことになる。また、金属粉末の各粒子は、角張った非球体形状を有することが多いため、搬送配管等が著しく摩耗するという問題もある。

そこで、本発明は、上記従来の技術における問題点に鑑みてなされたものであって、新たな廃棄物の発生や設備の劣化等を伴うことなく、安全かつ最大限に金属廃棄物を再利用することが可能な金属粉末の燃料化方法等を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明は、金属粉末の燃料化方法であって、金属粉末を他の固体燃料と混合し、該混合燃料をセメント焼成用の燃料としてセメント焼成炉に導入し、該セメント焼成炉で燃焼させることを特徴とする。ここで、前記金属粉末を廃棄物として排出されたものとすることもできる。

そして、本発明によれば、金属廃棄物としての金属粉末をセメント焼成用の燃料に用いるため、金属廃棄物を処理するのと同時に、熱エネルギーを得るための資源として有効利用することが可能となる。また、金属粉末を燃焼させたときに発生する金属酸化物は、セメント原料の一部となり、最終的にはセメント中に取り込まれるため、新たな廃棄物を発生させることなく、金属廃棄物を再利用することができる。さらに、セメント焼成炉の内壁は、耐火レンガによって保護されているのに加え、原料粉末層やコーティングで被覆されているため、高温の金属粒子が融着したとしても、設備が劣化するのを回避することができる。加えて、金属粉末を固体燃料と混合して用いるため、搬送配管等の摩耗を防止することができるとともに、粉塵爆発の危険性を大幅に低減することが可能となる。

上記金属廃棄物の処理方法において、前記他の固体燃料に、油性スラッジ、バイオマス、肉骨粉、廃トナー、重油灰、活性炭粉末、廃プラスチック粉末及び有機蒸留残渣粉末よりなる群から選択される１以上を用いることができる。これにより、上述のとおり、搬送配管の磨耗防止、粉塵爆発の危険性低減の効果があると同時に、他の固体燃料の持つ発熱量を有効活用することができる。

上記金属廃棄物の処理方法において、前記金属粉末と前記他の固体燃料との混合比を、質量比で１：１０乃至１０：１にすることができる。この混合比が１：１０を下回ると、金属粉末を燃料として用いる効果が十分に得られず、１０：１を上回ると、他の固体燃料の併用による搬送配管の磨耗防止、粉塵爆発の危険性低減の効果が得られなくなる。

上記金属廃棄物の処理方法において、前記混合燃料を、セメントキルンの窯前部、窯尻部及び仮焼炉よりなる群から選択される１以上の箇所から導入することができ、金属粉末をセメント焼成用の燃料として、効率良く使用することが可能となる。

また、本発明は、金属粉末の燃料化システムであって、金属粉末を貯蔵する第１貯蔵手段と、他の固体燃料を貯蔵する第２貯蔵手段と、前記金属粉末と前記他の固体燃料とを混合する混合手段と、該混合手段で混合された混合燃料を搬送する搬送手段と、搬送された混合燃料を用いてセメント原料を焼成するセメント焼成炉とを備えることを特徴とする。本発明によれば、前記発明と同様に、新たな廃棄物の発生や設備の劣化等を伴うことなく、安全かつ最大限に金属廃棄物を再利用することが可能となる。

以上のように、本発明によれば、新たな廃棄物の発生や設備の劣化等を伴うことなく、安全かつ最大限に金属廃棄物を再利用することが可能な金属粉末の燃料化方法等を提供することができる。

次に、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。

図１は、本発明にかかる金属粉末の燃料化システムの第１の実施形態を示し、この燃料化システム１は、大別して、主燃料槽２と、第１貯蔵槽３と、第２貯蔵槽４と、第１混合器５と、副燃料槽６と、第２混合器７と、バーナ８と、セメントキルン９と、クリンカクーラ１０等で構成され、セメント焼成設備の一部として構成される。

主燃料槽２は、主燃料を一時的に貯蔵するために備えられ、石炭を乾燥粉砕した微粉炭が貯蔵される。また、主燃料槽２には、主燃料槽２から排出された微粉炭を圧送するためのブロワ１１と、微粉炭を第２混合器７に導入するための管路１２とが付設される。

第１貯蔵槽３は、廃棄物としてセメント製造工場に持ち込まれた金属粉末を一時的に貯蔵するために備えられ、この第１貯蔵槽３に貯蔵される金属粉末は、セメント焼成用の燃料の一部として用いられる。該金属粉末としては、細かく砕いた鉄粉、アルミニウム粉及びシリコン粉の他、金属加工の際に発生する切断くず、切削くず、研磨くず、ダライ粉、新断及びメカス、アルミニウムのリサイクル処理時等に発生するアルミドロス粉、並びにＷＳＯ（ワイヤーソーオイル）固形分等を用いることができる。尚、第１貯蔵槽３に貯蔵される金属粉末の粒度は、凝集、固結の低減、粉塵爆発の防止、搬送の安定性等の観点から、平均粒径で０．０１μｍ以上１０００μｍ以下であることが好ましく、１０μｍ以上３００μｍ以下であることがより好ましい。

第２貯蔵糟４は、金属粉末以外の固体燃料を一時的に貯蔵するために備えられ、この固体燃料も、上記金属粉末と同様に、セメント焼成用の燃料の一部として用いられる。該固体燃料には、可燃性の廃棄物粉体を用いることが好ましく、油性スラッジ、バイオマス、肉骨粉、廃トナー、重油灰、活性炭粉末、廃プラスチック粉末及び有機蒸留残渣粉末等を用いることができ、また、それらのうちの２種以上を混合した混合物を用いることもできる。中でも、廃棄物の有効利用と、燃料としての適性の観点から、油性スラッジ、バイオマス又は両者の混合物を用いることが好ましい。ここに、油性スラッジは、油中に沈殿する汚泥であり、例えば、重油スラッジ、原油スラッジ等である。また、バイオマスは、燃料等として利用可能な生物由来の有機質資源（但し、化石燃料を除く）であり、例えば、廃畳の粉砕物、建設廃木材の粉砕物、木粉及びおが屑が含まれる。

第１混合器５は、第１貯蔵槽３から導入される金属粉末と、第２貯蔵槽４から導入される他の固体燃料とを混合し、第１混合燃料を生成する。金属粉末と固体燃料との混合比は、質量比で１：１０〜１０：１であることが好ましく、１：２〜２：１であることがより好ましい。金属粉末の含有割合が１：１０未満の場合には、金属粉末を燃料として用いる効果が十分に得られないという不具合が生じ、１０：１を超える場合には、固体燃料の併用による搬送配管の磨耗防止、粉塵爆発の危険性低減の効果が得られなくなるという不具合が生じる虞がある。この第１混合器５は、管路１４と、第２貯蔵槽４からの管路の合流点の他、この合流点と副燃料槽６との間に配置してもよい。

副燃料槽６は、第１混合器５で生成された第１混合燃料を一時的に貯蔵するために備えられる。この副燃料槽６には、第１混合燃料を第２混合器７に供給するためのブロワ１５と、管路１６とが付設される。

第２混合器７は、主燃料糟２から導入される微粉炭と、副燃料糟６から導入される第１混合燃料とを混合し、第２混合燃料を生成する。第２混合燃料中での第１混合燃料の含有割合は、金属粉末の窯前燃料全体に対する燃料代替率が、発熱量換算で０．１％以上９０％以下になる程度であることが好ましく、１０％以上５０％以下になる程度であることがより好ましい。尚、第２混合器７も、管路１２、１６の合流点の他、管路１２、１６の合流点とバーナ８との間に配置してもよい。

上記構成を有する金属粉末の燃料化システム１では、微粉炭、金属粉末及び他の固体燃料を各々、主燃料槽２、第１貯蔵槽３及び第２貯蔵槽４に貯蔵した後、セメントキルン９の運転時に、第１及び第２貯蔵槽３、４の金属粉末及び他の固体燃料を第１混合器５に供給する。次いで、第１混合器５において、両燃料を混合して第１混合燃料を生成し、副燃料槽６に供給する。尚、セメントキルン９の運転に先立って、金属粉末及び他の固体燃料を混合しておき、第１混合燃料を副燃料槽６に予め貯蔵しておくようにしてもよい。

次いで、主燃料槽２の微粉炭と、副燃料槽６の第１混合燃料とを第２混合器７に供給し、第２混合器７において、両燃料を混合して第２混合燃料を生成する。微粉炭、金属粉末及び他の固体燃料は、各々、着火点等が異なるが、第２混合器７でそれらを混合することにより、セメント焼成炉での均一な燃焼を図ることができる。そして、所定の管内流速を維持した上で、第２混合燃料をバーナ８に供給し、バーナ８からセメントキルン９内に吹き込んでセメント焼成に利用する。

上記構成によれば、金属廃棄物としての金属粉末をセメント焼成用の燃料に用いるため、金属廃棄物を処理するのと同時に、熱エネルギーを得るための資源として有効利用することが可能となる。

尚、金属粉末を燃焼させた際に金属酸化物が発生するが、発生した金属酸化物は、焼成過程でセメント原料の一部となり、最終的にはセメント中に取り込まれる。従って、新たな廃棄物を発生させることなく、金属廃棄物を再利用することができる。特に、金属粉末が、鉄粉、アルミニウム粉及びシリコン粉である場合には、それらの酸化物はセメントの主要成分であるため、多量の金属粉末を導入することができ、より多くの金属廃棄物を処理することが可能となる。

また、金属粉末中に不純物が混入していたとしても、不純物が、廃油、廃プラスチック等の可燃物であったり、水等の蒸散するものであれば、別途分離処理を行うことなく、そのままセメント焼成用の燃料として用いることができ、処理コストを低く抑えることが可能である。

さらに、金属粉末をセメント焼成燃料の一部に用いることにより、主燃料である微粉炭の使用量を減らすことができるため、ＣＯ₂の排出量を削減することができ、セメント製造の面から見ても有効である。また、金属粉末に微量の重金属、塩素等が混入していても、セメント焼成炉であれば、塩素バイパスシステムで系外に排出することができるため、セメント品質の低下を招く虞がない。

さらに、セメントキルン９の内壁は、耐火レンガによって保護されているのに加え、原料粉末層やコーティングで被覆されているため、高温の金属粒子が融着したとしても、設備が劣化するのを回避することができる。

また、金属粉末を他の固体燃料と混合する過程で、金属粉末が他の固体燃料の油分や油脂類の中に混入又は付着するため、金属粉末の各粒子が油分等によって被膜される。これにより、金属粉末と酸素の接触頻度を低減することができ、粉塵爆発の危険性を大幅に低減することが可能となる。また、この場合、金属粉末が搬送配管等に接触する頻度を低減することもできるため、搬送配管等が摩耗するのを防止することができる。

次に、本発明にかかる金属粉末の燃料化システムの第２の実施形態について、図２を参照しながら説明する。

この燃料化システム２０は、大別して、セメントキルン９と、プレヒータ２１と、仮焼炉２２と、バーナ２３等で構成され、第１の実施形態と同様に、セメント焼成設備の一部として構成される。

プレヒータ２１及び仮焼炉２２は、従来のセメント製造装置と同様の機能を有し、プレヒータ２１に供給されたセメント原料は、プレヒータ２１で予熱され、仮焼炉２２で仮焼された後、セメントキルン９にて焼成される。

第１の実施形態では、セメントキルン９の窯前部から金属粉末を吹き込む場合について説明したが、本実施の形態では、矢印Ａで示すように、微粉炭、金属粉末及び他の固体燃料を混合した燃料をバーナ２３に供給し、仮焼炉２２から吹き込む。尚、燃料を吹き込むにあたって、図１に示した主燃料槽２、第１貯蔵槽３、第２貯蔵槽４、第１混合器５、副燃料槽６及び第２混合器７等を使用することができる。

本実施の形態でも、金属粉末をセメント焼成用の燃料に用いることができ、金属粉末を他の固体燃料と混合して使用するため、第１の実施形態と同様に、新たな廃棄物の発生や設備の劣化等を伴うことなく、安全かつ最大限に金属廃棄物を再利用することが可能となる。

尚、上記実施形態では、金属粉末と他の固体燃料とを混合した燃料を仮焼炉２２で使用する際に、バーナ２３を介して微粉炭とともに吹き込んでいるが、必ずしも微粉炭とともに吹き込む必要はなく、金属粉末と他の固体燃料とを混合した燃料をバーナ２３とは別のバーナを用いて吹き込んでもよく、さらに、空気とともに金属粉末と他の固体燃料とを混合した燃料を吹き込まなくとも、シュート等を用いてそのまま投入するようにしてもよい。

次に、本発明にかかる金属粉末の燃料化システムの第３の実施形態について、図３を参照しながら説明する。この処理システム３０も、第２の実施形態と同様の全体構成を有し、セメント焼成設備の一部として構成される。

第２の実施形態では、微粉炭、金属粉末及び他の固体燃料を混合した燃料をバーナ２３に供給し、仮焼炉２２へ吹き込んでいたが、本実施の形態では、図３の矢印Ｂで示すように、シュート３３等を用いてセメントキルン９の窯尻部３４に金属粉末及び他の固体燃料を混合した燃料をそのまま投入する。

本実施の形態でも、金属粉末をセメント焼成用の燃料に用いることができるため、上記実施形態と同様に、新たな廃棄物の発生や設備の劣化等を伴うことなく、金属廃棄物を最大限に再利用することが可能となる。

尚、セメント焼成炉において、上記３つの実施形態のいずれか１つを実施してもよく、３つの実施形態から選択される２つを組み合わせて実施してもよく、すべての実施形態を同時に実施してもよい。

本発明にかかる金属粉末の燃料化システムの第１の実施形態を示す概略図である。 本発明にかかる金属粉末の燃料化システムの第２の実施形態を示す概略図である。 本発明にかかる金属粉末の燃料化システムの第３の実施形態を示す概略図である。

符号の説明

１ 金属粉末の燃料化システム
２ 主燃料槽
３ 第１貯蔵槽
４ 第２貯蔵槽
５ 第１混合器
６ 副燃料槽
７ 第２混合器
８ バーナ
９ セメントキルン
１０ クリンカクーラ
１１ ブロワ
１２ 管路
１３ ブロワ
１４ 管路
１５ ブロワ
１６ 管路
２０ 金属粉末の燃料化システム
２１ プレヒータ
２２ 仮焼炉
２３ バーナ
２４ 窯尻部
３０ 金属粉末の燃料化システム
３３ シュート
３４ 窯尻部

Claims (6)

1. 金属粉末を他の固体燃料と混合し、該混合燃料をセメント焼成用の燃料としてセメント焼成炉に導入し、該セメント焼成炉で燃焼させることを特徴とする金属粉末の燃料化方法。
2. 前記金属粉末は、廃棄物として排出されたものであることを特徴とする請求項１に記載の金属粉末の燃料化方法。
3. 前記他の固体燃料は、油性スラッジ、バイオマス、肉骨粉、廃トナー、重油灰、活性炭粉末、廃プラスチック粉末及び有機蒸留残渣粉末よりなる群から選択される１以上であることを特徴とする請求項１又は２に記載の金属粉末の燃料化方法。
4. 前記金属粉末と前記他の固体燃料との混合比が、質量比で１：１０乃至１０：１であることを特徴とする請求項１、２又は３に記載の金属粉末の燃料化方法。
5. 前記混合燃料を、セメントキルンの窯前部、窯尻部及び仮焼炉よりなる群から選択される１以上の箇所から導入することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の金属粉末の燃料化方法。
6. 金属粉末を貯蔵する第１貯蔵手段と、
   他の固体燃料を貯蔵する第２貯蔵手段と、
   前記金属粉末と前記他の固体燃料とを混合する混合手段と、
   該混合手段で混合された混合燃料を搬送する搬送手段と、
   搬送された混合燃料を用いてセメント原料を焼成するセメント焼成炉とを備えることを特徴とする金属粉末の燃料化システム。