JP2009179543A - 金属粉末を含有する液体の燃料化方法及び燃料化システム - Google Patents

Abstract

【課題】金属粉末を含有する廃油等を処理するにあたり、新たな廃棄物の発生や設備の劣化等を伴うことなく、資源として再利用することを可能にする。
【解決手段】半導体工場等で発生した廃ワイヤソーオイルや、金属加工工場等で発生した廃切削油、廃研削油、廃研磨油等を貯蔵タンク２に一時的に貯蔵した後、セメントキルン５の仮焼炉７内に噴霧して燃焼させる。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、新たな廃棄物を発生させることなく、資源として再利用することが可能になる。仮焼炉としてＤＤ式仮焼炉を用い、金属粉末を含有する液体をＤＤ式仮焼炉のオリフィス部より下方から仮焼炉内に噴霧することができ、金属粉末を含有する液体の滞留時間を十分に確保し、液体に含まれる金属の粒径が比較的大きい場合でも効率よく燃焼させることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、金属粉末を含有する液体の燃料化方法及び燃料化システムに関し、特に、金属加工屑等を含有する廃油を燃料として有効に再利用する方法及びシステムに関する。

シリコンウエハは、半導体デバイスや太陽光電池等の材料として有用であり、その需要は年々増大しつつある。かかるシリコンウエハは、高純度シリコンの結晶体からウエハを切り出すことにより製造されるが、切断機の性能の観点から、近年においてはワイヤソーによる切り出しが主流になりつつある。

このワイヤソーによる切り出しにおいては、切削用媒体として、通常平均粒径１０〜５０μｍの炭化珪素研削粒と鉱油又は水とを含有するワイヤソーオイルが用いられる。このワイヤソーオイルは、繰り返し使用されるが、その使用度数が進むと、研削粒の摩耗屑やシリコン削屑等の混入量が多くなり、潤滑能力が低下して使用できなくなる。そして、使用できなくなった廃ワイヤソーオイルは、その大部分が産業廃棄物として焼却処理される。

また、機械加工工場では、多数の機械設備を運転して切削や研削等の金属加工が行われるが、その際、ワークを冷却、潤滑するために切削油、研削油、研磨油が多量に使用される。そして、これらの切削油等も循環使用されるが、劣化の程度が進んだものは、適宜抜き出され、その大部分が焼却処分される。

そこで、金属系の廃棄物を有効利用する観点から、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ばれる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、廃棄された廃ワイヤソーオイル等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。

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、金属粉末を含有する廃油等を処理するにあたり、新たな廃棄物の発生や設備の劣化等を伴うことなく、資源として再利用することが可能な金属粉末を含有する液体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、金属粉末を含有する液体の燃料化方法であって、金属粉末を含有する液体をセメント焼成工程の仮焼炉内に噴霧して燃焼させることを特徴とする。ここで、前記金属粉末を含有する液体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、金属粉末を含有する液体をセメント焼成工程の仮焼炉内に投入し、セメント原料を仮焼する際の燃料に用いるため、上記液体を熱エネルギーを得るための資源として再利用することが可能となる。また、この際、金属粉末を含有する液体を噴霧して投入するため、液体中の金属粉末が炉内に堆積したり、炉壁に付着するのを抑制することができ、これにより、上記液体を多量に投入して効率的に処理することが可能になる。さらに、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、資源として再利用することができる。

上記金属粉末を含有する液体の燃料化方法において、前記金属粉末を含有する液体として、シリコン削屑を含有する廃ワイヤソーオイル及び／又は金属加工屑を含有する廃切削油、廃研削油若しくは廃研磨油を用いることができる。特に、上記液体中に含まれる金属粉末が、シリコン粉、鉄粉及びアルミニウム粉である場合には、それらの酸化物は、セメントの主要成分であるため、上記液体を多量に投入することができ、より多くの金属廃棄物を処理することが可能になる。近年、セメント原燃料への廃棄物の使用量が増大しているが、特に焼却灰等のアルミナ質に富む廃棄物原料の使用量が増加し、セメントの化学成分の制約上、使用可能量の上限に近づいている。一方、シリカ質に富む原料については、まだ使用可能量に余裕がある場合も多い。この点で、本発明において、シリコン削屑を含有する廃ワイヤソーオイル等は、好適に用いることができる。

上記金属粉末を含有する液体の燃料化方法において、前記仮焼炉としてＤＤ式仮焼炉を用い、前記金属粉末を含有する液体を該ＤＤ式仮焼炉のオリフィス部より下方から該ＤＤ式仮焼炉内に噴霧することができる。これにより、ＤＤ式仮焼炉での金属粉末を含有する液体の滞留時間を十分に確保することができ、前記液体に含まれる金属の粒径が比較的大きい場合でも効率よく燃焼させることができる。

また、本発明は、金属粉末を含有する液体の燃料化システムであって、金属粉末を含有する液体を貯蔵する貯蔵手段と、該貯蔵手段で貯蔵された前記液体をセメント焼成工程の仮焼炉内に噴霧する噴霧手段とを備え、該噴霧手段によって噴霧された液体を前記仮焼炉内で燃焼させ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、資源として再利用することが可能になる。

以上のように、本発明によれば、金属粉末を含有する廃油等を処理するにあたり、新たな廃棄物の発生や設備の劣化等を伴うことなく、資源として再利用することが可能になる。

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を含有する液体の燃料化システムの一実施の形態を示し、この処理システム１は、大別して、貯蔵タンク２と、窒素発生装置３と、セメントキルン５と、プレヒータ６と、仮焼炉７と、バーナ８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。

貯蔵タンク２は、金属粉末を含有する液体を燃料として一時的に貯蔵するために備えられ、その後段には、貯蔵した液体を仮焼炉７まで導くためのポンプ２ａ及び管路２ｂが付設される。金属粉末を含有する液体としては、半導体工場等で発生した廃ワイヤソーオイルや、金属加工工場等で発生した廃切削油、廃研削油及び廃研磨油等を用いることができる。廃ワイヤソーオイルには、シリコン削屑やワイヤソーの摩耗屑等が多量に含まれており、また、廃切削油等には、多量の金属加工屑が含まれているため、これらの金属粉末を油分等の可燃性液体とともに燃料として用いる。尚、これらの廃油は、単独で用いてもよいし、２種以上を混合して用いてもよく、また、再生重油、廃溶剤、原油スラッジ、軽油残渣等の油泥を混ぜ合わせて用いることもできる。以下の説明では、金属粉末を含有する液体が廃ワイヤソーオイルである場合を例にとって説明する。

窒素発生装置３は、貯蔵タンク２に窒素ガスを供給し、貯蔵タンク２内の酸素濃度を所定値以下に保つために備えられる。上述のとおり、廃ワイヤソーオイルには多量の金属粉末が含まれるため、それらの金属粉末が廃油中の水分と反応して水素が発生し、爆発事故を誘発する虞がある。このため、貯蔵タンク２に窒素ガスを供給することにより、貯蔵タンク２内の酸素濃度を安全な濃度まで低減して防爆対策を図り、作業安全性を確保する。

セメントキルン５、プレヒータ６、仮焼炉７及びバーナ８は、何れも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６に供給されたセメント原料は、プレヒータ６で予熱され、仮焼炉７で仮焼された後、セメントキルン５にて焼成される。尚、図示の例は、仮焼炉７としてＤＤ式仮焼炉（商品名、株式会社神戸製鋼所、太平洋セメント株式会社製）を用いた場合を示し、この場合、セメントキルン５に付設されたクリンカクーラー（不図示）からの高温空気を仮焼炉７に導入するクーラー抽気ダクト１０の近傍にバーナ８を配置する。これにより、バーナ８から噴霧された廃ワイヤソーオイルは、高温で酸素濃度の高い領域で燃焼することができるとともに、仮焼炉７における滞留時間を十分に確保することができ、廃ワイヤソーオイルに含まれる比較的に粒径が大きい砥粒（ＳｉＣ）を効率よく燃焼させることができる。尚、ＤＤ式仮焼炉（商品名、株式会社神戸製鋼所、太平洋セメント株式会社製）以外にも、ＳＦ（商品名、石川島播磨重工業株式会社、太平洋セメント株式会社製）、ＭＦＣ（商品名、三菱重工業株式会社、三菱マテリアル株式会社製）、ＲＳＰ（商品名、川崎重工業株式会社、太平洋セメント株式会社製）、ＫＳＶ（商品名、川崎重工業株式会社製）等の仮焼炉を用いることもできる。

上記構成を有する燃料化システム１では、廃ワイヤソーオイルがセメント工場に持ち込まれると、貯蔵タンク２内に汲み入れ、窒素ガスの供給量を調整しながら貯蔵する。そして、セメントキルン５の運転時に、貯蔵タンク２内の廃ワイヤソーオイルをポンプ２ａ及び管路２ｂを介して仮焼炉７まで搬送し、その後、バーナ８の先端から仮焼炉７内に噴霧する。

廃ワイヤソーオイルの仮焼炉７内への投入方法には、噴霧する方法以外にも、滴下ノズル等を用いて滴下する方法があるが、液中の金属粉末が炉内で硬化して堆積したり、炉壁に付着してコーティングが発生する虞がある。実際、実機において、廃ワイヤソーオイルを仮焼炉７内へ滴下ノズルを用いて１ｔ／ｈ程度滴下したところ、金属粉末によるコーチングが生成され、燃料として有効に利用することができなかった。また、１ｔ／ｈから０．５〜０．３ｔ／ｈと滴下量を減らしても、コーチングの成長時間が遅れるだけで、同様に金属粉末によるコーチングが生成され、燃料としての有効利用が阻害された。

これに対し、廃ワイヤソーオイルを噴霧する場合には、液中の金属粉末が霧状に分散された状態で投入されるため、個々の金属粉末と火炎や熱風との接触効率が高められ、金属粉末が瞬時に酸化される。その結果、硬化した金属粉末が炉内に堆積したり、炉壁に付着するのが抑制され、廃ワイヤソーオイルを多量に投入することが可能になる。実機においても、廃ワイヤソーオイルを仮焼炉７内へ１ｔ／ｈ程度噴霧したところ、コーチングが生成されることなく、燃料として有効に利用できることが確認できた。

次に、廃ワイヤソーオイルのバーナ８からの噴霧量の調整例について、表１を参照しながら説明する。尚、同表は、バーナ８の燃料吹出し口に取り付けるバーナチップ（不図示）を変更するとともに、ポンプ２ａの吐出圧を段階的に変化させて、噴霧量を調整した例である。

以上のように、本実施の形態によれば、廃ワイヤソーオイルをセメントキルン５の仮焼炉７内に噴霧し、セメント原料を仮焼する際の燃料に用いるため、金属粉末を含有する廃油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可能となる。尚、仮焼炉７内において、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ため、新たな廃棄物を発生させることなく、資源として再利用することができる。特に、金属粉末が、シリコン粉、鉄粉及びアルミニウム粉である場合には、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、廃ワイヤソーオイルに金属粉末以外の物質が混入していたとしても、それらが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、別途の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。

本発明にかかる金属粉末を含有する液体の燃料化システムの一実施の形態を示すフローチャートである。

符号の説明

１ 金属粉末を含有する液体の燃料化システム
２ 貯蔵タンク
２ａ ポンプ
２ｂ 管路
３ 窒素発生装置
５ セメントキルン
６ プレヒータ
７ 仮焼炉
８ バーナ
１０ クーラー抽気ダクト

Claims (5)

1. 金属粉末を含有する液体をセメント焼成工程の仮焼炉内に噴霧して燃焼させることを特徴とする金属粉末を含有する液体の燃料化方法。
2. 前記金属粉末を含有する液体は、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に記載の金属粉末を含有する液体の燃料化方法。
3. 前記金属粉末を含有する液体は、シリコン削屑を含有する廃ワイヤソーオイル及び／又は金属加工屑を含有する廃切削油、廃研削油若しくは廃研磨油であることを特徴とする請求項１又は２に記載の金属粉末を含有する液体の燃料化方法。
4. 前記仮焼炉としてＤＤ式仮焼炉を用い、前記金属粉末を含有する液体を該ＤＤ式仮焼炉のオリフィス部より下方から該ＤＤ式仮焼炉内に噴霧することを特徴とする請求項１、２又は３に記載の金属粉末を含有する液体の燃料化方法。
5. 金属粉末を含有する液体を貯蔵する貯蔵手段と、
   該貯蔵手段で貯蔵された前記液体をセメント焼成工程の仮焼炉内に噴霧する噴霧手段とを備え、
   該噴霧手段によって噴霧された液体を前記仮焼炉内で燃焼させることを特徴とする金属粉末を含有する液体の燃料化システム。

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