JP2016087550A - 産業廃棄物の溶融処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 炉鉄の生成を抑制しつつ、溶融スラグ中のＳｉＯ_２濃度を適正な範囲にすることで安定的な操業を可能とする、産業廃棄物の溶融処理方法を提供する。
【解決手段】 産業廃棄物の溶融処理方法は、少なくとも金属鉄を含む産業廃棄物を溶融炉で溶融する産業廃棄物の溶融処理方法において、前記産業廃棄物に少なくとも銅製錬の転炉スラグを添加し、得られる溶融スラグにおけるＦｅ／ＳｉＯ_２（ｍａｓｓ％比）を０．４〜０．８の範囲に調整することを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、産業廃棄物の溶融処理方法に関する。

産業廃棄物を溶融炉で処理し、高温で溶融スラグを生成し、廃棄物を無害化する技術が開発されている。産業廃棄物には、高融点の金属鉄も含まれる。この金属鉄は、溶融しなかった場合には、炉鉄となって操業を妨げる要因となっている。そこで、溶融炉に銅製錬スラグを投入する技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００７−２０３１５４号公報

元来、産業廃棄物には、ＳｉＯ_２が多く含まれる。近年、種々の産業廃棄物を処理するため、産業廃棄物のＳｉＯ_２濃度が高い場合もある。その場合、特許文献１の技術を用い、銅製錬スラグを投入することで炉鉄の生成を抑制することはできても、生成された溶融スラグ中のＳｉＯ_２濃度が必要以上に高くなり、スラグの粘度が高くなったり、スラグの溶融温度が高くなることで安定的に操業することが困難である場合があることがわかった。

一方、アスベストは、微細な繊維状の針状結晶で、人体に吸引されると呼吸器官に癌等の障害を発生させる原因となることが知られている。アスベストは、構成成分に酸化ケイ素を有していることから、融点以上では溶解して無害なスラグとなるため、産業廃棄物を溶融炉で処理して高温で溶融スラグを生成する際にアスベストを一緒に添加し、溶融処理することが有効である。しかしながら、アスベストは構成成分に酸化ケイ素を有していることから、溶融スラグ中のＳｉＯ_２濃度が高くなる。

本発明は上記の課題に鑑み、炉鉄の生成を抑制しつつ、溶融スラグ中のＳｉＯ_２濃度を適正な範囲にすることで安定的な操業を可能とする、産業廃棄物の溶融処理方法を提供することを目的とする。

本発明に係る産業廃棄物の溶融処理方法は、少なくとも金属鉄を含む産業廃棄物を溶融炉で溶融する産業廃棄物の溶融処理方法において、前記産業廃棄物に少なくとも銅製錬の転炉スラグを添加し、得られる溶融スラグにおけるＦｅ／ＳｉＯ_２（ｍａｓｓ％比）を０．４〜０．８の範囲に調整することを特徴とする。前記転炉スラグにおけるＦｅ^３＋濃度は、１５ｍａｓｓ％〜３０ｍａｓｓ％としてもよい。前記溶融炉内にアスベストを投入することで、前記溶融スラグにおけるＦｅ／ＳｉＯ２（ｍａｓｓ％比）を０．４〜０．８の範囲に調整してもよい。前記アスベストの投入量：前記転炉スラグの投入量＝１〜１０：１としてもよい。前記溶融炉内における溶融前の溶融処理対象物の鉄品位を１５ｍａｓｓ％〜２５ｍａｓｓ％に調整してもよい。前記転炉スラグにおけるＳｉＯ_２濃度は、１５ｍａｓｓ％〜３０ｍａｓｓ％としてもよい。

本発明によれば、炉鉄の生成を抑制しつつ、溶融スラグ中のＳｉＯ_２濃度を適正な範囲にすることで安定的な操業が可能となる。

実施形態に係る産業廃棄物の溶融処理方法に用いる溶融炉の模式図である。

以下、本発明を実施するための実施形態について説明する。

（実施形態）
本実施形態において対象とする産業廃棄物は、少なくとも金属鉄を含み、焼却灰等、その他汚泥、鉱滓、プリント基板、パット屑、廃触媒、金属屑、廃ショット、研削屑、ダスト等を含む。表１に焼却灰の成分の一例を示す。表１で示すように、焼却灰には、金属鉄が含まれている。また、ＳｉＯ_２が多く含まれており、最近のものには３０ｍａｓｓ％を超えるものもある。

図１は、本実施形態に係る産業廃棄物の溶融処理方法に用いる溶融炉の模式図である。溶融炉は、特に限定されるものではないが、本実施形態においては、一例として、反射炉型リサイクル炉を用いる。

図１に示すように、溶融炉１００は、溶融部１０と湯溜り部２０とが連結された構造を有する。溶融部１０のバーナータイル３０には、重油等を燃料とするバーナー４０が設けられている。また、溶融部１０の天井部には、産業廃棄物などの溶融処理対象物５０の投入口６０が設けられている。バーナー４０は、燃焼熱を用いて溶融処理対象物５０を加熱する。例えば、バーナー４０は、溶融部１０内の温度を１３００℃〜１４００℃程度に保つ。それにより、溶融処理対象物５０が溶融する。

溶融した溶融処理対象物５０は、湯溜り部２０に流れ込む。湯溜り部２０では、溶融した溶融処理対象物５０は、マット浴７０とスラグ浴８０とに２層分離する。スラグ浴８０の比重はマット浴７０の比重よりも小さいため、スラグ浴８０はマット浴７０上に浮く。湯溜り部２０の天井には、アスベスト投入口７０が設けられている。アスベストは、スラグ浴８０に投入される。

本実施形態においては、溶融処理対象物５０として、産業廃棄物に銅製錬の転炉スラグを添加する。転炉スラグは、酸化第二鉄（Ｆｅ^３＋）を多く含む。それにより、下記式（１）および下記式（２）に従って金属鉄をスラグ化することができる。
Ｆｅ＋Ｆｅ_２Ｏ_３→３ＦｅＯ （１）
２ＦｅＯ＋ＳｉＯ_２→２ＦｅＯ・ＳｉＯ_２ （２）

ＳｉＯ_２は上記式のように、スラグ形成には不可避なものであるが、多すぎるとスラグの粘度を高くし、スラグの流動性を悪くする。また、スラグの溶融温度も高くなる。一方、Ｆｅ^３＋が少ないと金属鉄を効果的に酸化しにくく、Ｆｅ^３＋が多すぎると酸化第二鉄量が多くなって溶融処理対象物５０の融点が高くなってしまう。したがって、Ｆｅ／ＳｉＯ_２（ｍａｓｓ％比）を調整することが重量である。そこで、本実施形態においては、産業廃棄物に転炉スラグを添加し、得られる溶融スラグにおけるＦｅ／ＳｉＯ_２（ｍａｓｓ％比）を０．４〜０．８の範囲に調整する。それにより、炉鉄の生成を抑制しつつ、溶融スラグ中のＳｉＯ_２濃度が適正な範囲となって、安定的な操業が可能となる。

ところで、銅製錬の転炉スラグには、ＳｉＯ_２が１５〜３０ｍａｓｓ％程度しか含まれていない。そこで、産業廃棄物のＳｉＯ_２濃度が高い場合には（例えば３０ｍａｓｓ％を超えるような場合には）、Ｆｅ^３＋が多く、ＳｉＯ_２が少ない銅製錬の転炉スラグを鉄供給源として用いることが好ましい。例えば、１５ｍａｓｓ％〜３０ｍａｓｓ％のＦｅ^３＋濃度の転炉スラグを用いることが好ましい。また、溶融前の溶融処理対象物５０の全体の鉄品位を１５ｍａｓｓ％〜２５ｍａｓｓ％に調整することが好ましい。また、銅製錬の転炉スラグは、硫黄濃度が低いため、排ガス処理が容易となるという効果が得られる。転炉スラグにおける硫黄濃度は、０．１ｍａｓｓ％以下であることが好ましい。

ここで、銅製錬の転炉スラグは、自溶炉に繰り返す転炉スラグと自溶炉に繰り返さない転炉スラグ（鉄精鉱）とに分けられる。自溶炉に繰り返す転炉スラグは、銅品位が高く銅の回収に適している。一方、自溶炉に繰り返さない転炉スラグ（鉄精鉱）は、銅品位が低いため、貯蔵等に回される。すなわち、自溶炉に繰り返さない転炉スラグは、有効利用することが困難なスラグである。本実施形態においては、銅製錬の自溶炉に繰り返さない転炉スラグを用いることが好ましい。銅品位が低いことによって酸化第二鉄濃度が高く、炉鉄のスラグ化に有利であるとともに、有効利用が可能となって貯蔵設備の必要性を抑制できるからである。

銅製錬の自溶炉スラグ、銅製錬の自溶炉に繰り返す転炉スラグ、銅製錬の自溶炉に繰り返さない転炉スラグの成分の一例を表２に示す。自溶炉スラグは、Ｆｅ^３＋濃度が低くなっている。自溶炉に繰り返す転炉スラグは、Ｆｅ^３＋を多く含んでいるが、自溶炉に繰り返さない転炉スラグの方がより多くのＦｅ^３＋を含んでいる。以上のことから、自溶炉に繰り返さない転炉スラグを用いることが好ましい。ただし、自溶炉スラグ、自溶炉に繰り返す転炉スラグの使用を妨げることを意味するものではない。

次に、アスベストの投入について説明する。アスベストは、クリソタイル（白石綿：Ｍｇ_３Ｓｉ_８Ｏ_５（ＯＨ）_４、融点１５２１℃）、クロシドライト（青石綿：Ｎａ_２Ｆｅ_５Ｓｉ_８Ｏ_２２（ＯＨ）_４、融点１１９３℃）、及びアモサイト（茶石綿：（ＦｅＭｇ）_６Ｓｉ_８Ｏ_２２（ＯＨ）_２、融点１３９９℃）の総称である。アスベストは、微細な繊維状の針状結晶で、人体に吸引されると呼吸器官に癌等の障害を発生させる原因となることが知られている。しかしながら、アスベストは、上述の通り構成成分に酸化ケイ素を有していることから、融点以上では溶解して無害なスラグとなる。したがって、できるだけ多くのアスベストを溶融処理できることが好ましい。

そこで、本実施形態においては、アスベストを湯溜り部２０のスラグ浴８０に投入する。アスベストはＳｉＯ_２を含むため、溶融処理する場合には、スラグ浴８０中のＳｉＯ_２濃度が高くなる。したがって、アスベストを多く処理する場合には、銅製錬の転炉スラグを添加しつつ、Ｆｅ／ＳｉＯ_２（ｍａｓｓ％比）を０．４〜０．８の範囲に調整することが重要である。これにより、溶融対象処理物５０の金属鉄のスラグ化を図ることができる。例えば、アスベストの投入量：転炉スラグの投入量＝１〜１０：１とすることが好ましく、１〜３：１とすることがより好ましい。

本実施形態によれば、少なくとも金属鉄を含む産業廃棄物を溶融炉で溶融する産業廃棄物の溶融処理方法において、前記産業廃棄物に少なくとも銅製錬の転炉スラグを添加し、得られる溶融スラグにおけるＦｅ／ＳｉＯ_２（ｍａｓｓ％比）を０．４〜０．８の範囲に調整することで、炉鉄の生成を抑制しつつ、溶融スラグ中のＳｉＯ_２濃度を適正な範囲にすることで安定的な操業が可能となる。

（実施例）
上記実施形態に従って溶融処理対象物に対して溶融処理を行った。産業廃棄物として、ＳｉＯ_２を３２ｍａｓｓ％、Ｆｅを８ｍａｓｓ％含むものを用いた。転炉スラグとして、表２で示した濃度範囲の、自溶炉に繰り返さない転炉スラグを用いた。産業廃棄物に転炉スラグを添加することで、溶融処理対象物の全体の鉄品位を１５ｍａｓｓ％〜２５ｍａｓｓ％に調整した。その結果、溶融スラグにおけるＦｅ／ＳｉＯ_２（ｍａｓｓ％比）を０．４〜０．８の範囲に調整することができた。

得られたスラグの成分分析の結果を表３に示す。表３に示すように、産業廃棄物中の金属鉄をＦｅＯとして回収できていることが確認された。

（比較例）
転炉スラグの代わりに自溶炉スラグを用いた場合には、溶融スラグ中のＳｉＯ_２濃度が高くなり、粘度が高くなっていることが確認された。

以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明は係る特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

１０ 溶融部
２０ 湯溜り部
３０ バーナータイル
４０ バーナー
５０ 溶融処理対象物
６０ 投入口
７０ マット浴
８０ スラグ浴
１００ 溶融炉

Claims (6)

1. 少なくとも金属鉄を含む産業廃棄物を溶融炉で溶融する産業廃棄物の溶融処理方法において、
   前記産業廃棄物に少なくとも銅製錬の転炉スラグを添加し、得られる溶融スラグにおけるＦｅ／ＳｉＯ_２（ｍａｓｓ％比）を０．４〜０．８の範囲に調整することを特徴とする産業廃棄物の溶融処理方法。
2. 前記転炉スラグにおけるＦｅ^３＋濃度は、１５ｍａｓｓ％〜３０ｍａｓｓ％であることを特徴とする請求項１記載の産業廃棄物の溶融処理方法。
3. 前記溶融炉内にアスベストを投入することで、前記溶融スラグにおけるＦｅ／ＳｉＯ２（ｍａｓｓ％比）を０．４〜０．８の範囲に調整することを特徴とする請求項１または２記載の産業廃棄物の溶融処理方法。
4. 前記アスベストの投入量：前記転炉スラグの投入量＝１〜１０：１とすることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の産業廃棄物の溶融処理方法。
5. 前記溶融炉内における溶融前の溶融処理対象物の鉄品位を１５ｍａｓｓ％〜２５ｍａｓｓ％に調整することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の産業廃棄物の溶融処理方法。
6. 前記転炉スラグにおけるＳｉＯ_２濃度は、１５ｍａｓｓ％〜３０ｍａｓｓ％であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の産業廃棄物の溶融処理方法。

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