JP2009226347A - 燃え殻の脱塩素化方法 - Google Patents

Abstract

【課題】燃え殻処理における塩素除去率をより高め、燃え殻の有効利用を図ることができる燃え殻の脱塩素化方法の提供。
【解決手段】燃え殻に金属の硫酸塩を添加し混合した後、該混合物を４００℃以下から１０００℃まで昇温しながら加熱処理することを特徴とする燃え殻の脱塩素化方法である。該金属の硫酸塩が、硫酸鉄、硫酸銅、及び硫酸亜鉛のいずれかである態様、昇温速度が５℃／分以上５０℃／分以下である態様、該金属の硫酸塩の添加量が、燃え殻１００質量部に対し５質量部〜３０質量部である態様、などが好ましい。
【選択図】なし

Description

本発明は、燃え殻処理における塩素除去率をより高め、燃え殻の有効利用を図ることができる燃え殻の脱塩素化方法に関する。

都市ごみや産業廃棄物の量は年々増加の一途をたどりその量は膨大なものとなっている。これを減容化する一つの手段として焼却処理が行われている。この焼却処理の結果、新たに、燃え殻（焼却して残った焼却灰、排気ガスと一緒に運ばれ各種集塵機で捕捉された飛灰、各種汚泥が脱水焼却されて残った汚泥焼却灰、各種加熱処理で残った残渣等）が発生又は生成される。

この燃え殻は初期の各種廃棄物の量に比較すれば相当な減容化ができてはいるものの、放置すると有害塩素化合物（ダイオキシン類、ＰＣＢ等）を含有し環境に悪影響を与えるおそれがあることから、ガラス固化などの手段によって性質の安定化を行って埋設するなどの手段によって処理されている。
また、このガラス固化のように溶融固化処理の他に、高温（例えば１０００℃）で加熱処理して脱塩素化を行うことも提案されている（特許文献１及び２参照）。

一般的には、高温で処理すれば、有害塩素化合物（ダイオキシン類、ＰＣＢ等）は分解することは知られている。しかし、有害塩素化合物は分解しても、煙突から排出された後、冷却過程で再合成されて新たにダイオキシン類が生成することも言われている。
このような分解、再合成のメカニズムは複雑であり、再現性も難しく、検証が困難なこともあって、ダイオキシン類の発生の主要因である塩化水素を除去することによってダイオキシン類の発生を防止することも提唱されている。
この処理手段は、排ガス中の塩化水素を、消石灰、炭酸カルシウム等を添加して処理するもので、処理後の灰類の処理時には、専らガラスで溶融固化処理をして埋設しているのが現状である。

このように燃え殻自体は有害な塩素化合物を含んでおり、該燃え殻をガラス固化時の加熱によって処理する場合には塩化水素を発生する。また、埋設する場合には、埋設場所の確保も困難な状況となっており、新たな燃え殻の脱塩素化方法の早期確立が強く望まれているのが現状である。

特開２００１−１４５８６３号公報 特開平１１−１９６１６号公報

本発明は、従来における諸問題を解決し、以下の目的を達成することを課題とする。即ち、本発明は、燃え殻処理における塩素除去率をより高め、燃え殻の有効利用を図ることができる燃え殻の脱塩素化方法を提供することを目的とする。

前記課題を解決するための手段としては以下の通りである。即ち、
＜１＞ 燃え殻に金属の硫酸塩を添加し混合した後、該混合物を４００℃以下から１０００℃まで昇温しながら加熱処理することを特徴とする燃え殻の脱塩素化方法である。
＜２＞ 金属の硫酸塩が、硫酸鉄、硫酸銅、及び硫酸亜鉛のいずれかである前記＜１＞に記載の燃え殻の脱塩素化方法である。
＜３＞ 昇温速度が５℃／分以上５０℃／分以下である前記＜１＞から＜２＞のいずれかに記載の燃え殻の脱塩素化方法である。
＜４＞ 金属の硫酸塩の添加量が、燃え殻１００質量部に対し５質量部〜３０質量部である前記＜１＞から＜３＞のいずれかに記載の燃え殻の脱塩素化方法である。
＜５＞ １０００℃まで昇温した後、１０００℃に保持して１０分間〜１時間加熱処理する前記＜１＞から＜４＞のいずれかに記載の燃え殻の脱塩素化方法である。

本発明によると、従来における諸問題を解決することができ、燃え殻処理における塩素除去率をより高め、燃え殻の有効利用を図ることができる燃え殻の脱塩素化方法を提供することができる。

本発明の燃え殻の脱塩素化方法は、燃え殻に金属の硫酸塩を添加し混合した後、該混合物を４００℃以下から１０００℃まで昇温しながら加熱処理する。

−燃え殻−
前記燃え殻としては、焼却施設から排出される焼却残渣を意味し、例えば電気業、パルプ・紙・紙加工品製造業、化学工業などで、火力発電所の石炭ボイラーから発生する石炭がら、灰かす、炉清掃掃出物、一般廃棄物や産業廃棄物の焼却処理後の残渣などが挙げられる。
前記燃え殻は、粉砕し、粒径をある程度揃えることが、金属の硫酸塩との混合効率を高めることができる点で好ましい。
前記粉砕は、例えばジョークラッシャー、ボールミルなどにより行うことができ、粒径を０．５ｍｍ以下とすることが好ましい。

−金属の硫酸塩−
前記金属の硫酸塩としては、硫酸鉄、硫酸銅、及び硫酸亜鉛のいずれかが好ましく、これらの中でも、薬剤コストと、リサイクル品としての燃え殻の品質の点から硫酸鉄が特に好ましい。
硫酸ナトリウムは脱塩素化の効果がなく、硫酸は、非水溶性塩素濃度を低減できるが、全塩素濃度の低下は少ないものである。
前記金属の硫酸塩は、燃え殻との混合効率を高める点から、粒子状であることが好ましい。
前記金属の硫酸塩の添加量は、前記燃え殻１００質量部に対し５質量部〜３０質量部であることが好ましく、１０質量部〜２０質量部がより好ましい。前記添加量が、５質量部未満であると、大きな脱塩素効果が得られないことがあり、３０質量部を超えると、未反応の硫酸鉄が分解して排ガス中の亜硫酸ガス濃度が増加することがある。

−混合−
前記燃え殻と前記金属の硫酸塩との混合は、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、例えば水平回転円筒混合機、パグミル、鋤板混合機、スクリューコンベヤ、などにより行うことができる。

−加熱処理−
前記燃え殻に前記金属の硫酸塩を添加し、混合した混合物を４００℃以下から１０００℃まで昇温しながら加熱処理する。前記加熱処理の温度が４００℃を超えると、添加した金属硫酸塩の分解反応が起こり、脱塩素化反応が不十分となることがあり、１０００℃を超えると、処理に大きなエネルギーが必要となって非効率的であり、また灰全体が溶融して炉内の耐火物を損耗する危険性がある。
より好適には、４５０℃〜６００℃において全塩素濃度が低下し、７００℃〜１０００℃で非水溶性塩素濃度が低下するような２段階の加熱処理をするのがよい。
前記昇温速度は、５℃／分〜５０℃／分であることが好ましく、１０℃／分〜２０℃／分であることがより好ましい。
次に、１０００℃まで昇温した後、１０００℃に保持し、１０分間〜１時間加熱処理することが好ましい。これにより、燃え殻中の塩素がさらに低減しうる。
前記加熱処理は、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、例えばロータリーキルン、流動床炉、バッチ式固定床炉などにより行うことができる。

ここで、ＦｅＳＯ_４添加加熱による脱塩素化の原理は、現時点では明らかでないが、図１に示すように推察できる。
まず、燃え殻に硫酸鉄を添加し、混合した後、加熱処理する。温度が３５０℃付近で硫酸鉄が溶融しはじめ、燃え殻粒子表面でＳＯ_４と水溶性Ｃｌが接触する。温度が４００℃〜７００℃の間では、燃え殻粒子表面でＳとＣｌが置換し、Ｃｌが揮発する。燃え殻粒子内部にＳＯ_４が浸透し、非水溶性Ｃｌと接触する。
次に、温度が７００℃〜１０００℃では、燃え殻粒子表面からのＣｌ揮発が継続し、非水溶性ＣｌとＳＯ_４が反応し、水溶性化する。このようにして燃え殻の脱塩素化が行われる。

本発明の燃え殻の脱塩素化方法により得られた燃え殻は、有害な塩素が従来法より大幅に除去され、より無害化されているので、例えば、セメント原料、路盤材、コンクリート用骨材などに有効利用を図ることができる。

以下、本発明の実施例を説明するが、本発明は、これらの実施例に何ら限定されるものではない。

（実施例１〜２及び比較例１〜７）
図２に示すフローにしたがって、産業廃棄物の焼却炉から採取した燃え殻を、表１の条件で調整した実施例１〜２及び比較例１〜７の試料を、ボックス炉で加熱処理した。なお、燃え殻はＣｌ濃度調整のためＮａＣｌを添加した。

次に、各加熱処理物について、Ｃｌ濃度、非水溶性Ｃｌ濃度、及びＣｌ残留率を以下のようにして測定した。結果を表２及び図３に示す。

＜Ｃｌ濃度及びＣｌ残留率の測定＞
ここで言うＣｌ濃度の測定には、重量法を用いた。即ち、得られた燃え殻を粉砕機等により微粉砕した後、硝酸,フッ酸等で溶解し、その液に硝酸銀を添加して得られる塩化銀の白色沈殿の重量を測定することにより、燃え殻の塩素濃度を求めるものである。Ｃｌ残留率については、得られた燃え殻の灰分と塩素濃度の掛け合わせにより、処理前の塩素量に対する処理後の塩素量の比率を算出した。

＜非水溶性Ｃｌ濃度の測定＞
非水溶性Ｃｌ濃度の測定には、次の方法を用いた。即ち、得られた燃え殻を粉砕機等により微粉砕した後、沸騰水中で３０分間保持し、ろ別する。得られた残渣を乾燥した後、前述したＣｌ濃度の測定と同様に重量法により塩素濃度を測定する。得られた水洗後のＣｌ濃度を非水溶性Ｃｌ濃度とした。

表２及び図３の結果から、ＦｅＳＯ_４及びＺｎＳＯ_４添加による全Ｃｌ濃度低下、及び非水溶性Ｃｌ濃度低下の効果が明らかであった。これに対して、Ｎａ_２ＳＯ_４、Ｎａ_２ＳＯ_４、Ｎａ_２ＣＯ_３、ＣａＣＯ_３、Ｃａ（ＯＨ）_２等の添加剤による効果は認められなかった。

また、実施例１の試料について、常温、７００℃到達、１０００℃到達、及び１０００℃３０分間保持した際の全Ｃｌ濃度、非水溶性Ｃｌ濃度、及びＣｌ残留率を求めた。結果を図４に示す。

図４の結果から、脱塩素化の大部分は昇温過程で起こっていることが分かった。また、７００℃までは非水溶性Ｃｌ濃度は低減せず、７００℃から１０００℃への昇温過程で非水溶性Ｃｌ濃度が低減することが分かった。

本発明の燃え殻の脱塩素化方法は、燃え殻に含まれる有害な塩素の除去能を向上しうるので、例えばセメント原料、路盤材、コンクリート用骨材などとして有効利用を図ることができる。

図１は、本発明の燃え殻の脱塩素化のメカニズムを示す説明図である。 図２は、実施例における燃え殻の脱塩素化方法のフロー図である。 図３は、実施例及び比較例の測定結果を示すグラフである。 図４は、実施例１の昇温過程でのＣｌ濃度の変化を示すグラフである。

Claims (5)

1. 燃え殻に金属の硫酸塩を添加し混合した後、該混合物を４００℃以下から１０００℃まで昇温しながら加熱処理することを特徴とする燃え殻の脱塩素化方法。
2. 金属の硫酸塩が、硫酸鉄、硫酸銅、及び硫酸亜鉛のいずれかである請求項１に記載の燃え殻の脱塩素化方法。
3. 昇温速度が５℃／分以上５０℃／分以下である請求項１から２のいずれかに記載の燃え殻の脱塩素化方法。
4. 金属の硫酸塩の添加量が、燃え殻１００質量部に対し５質量部〜３０質量部である請求項１から３のいずれかに記載の燃え殻の脱塩素化方法。
5. １０００℃まで昇温した後、１０００℃に保持して１０分間〜１時間加熱処理する請求項１から４のいずれかに記載の燃え殻の脱塩素化方法。

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