JP2019002616A - 焼却灰の溶融処理装置および貴金属回収方法 - Google Patents

Abstract

【課題】十分に混合された材料を溶融炉内に投入し、焼却灰の安定処理及び安定操業を行うことができる焼却灰の溶融処理装置を提供する。【解決手段】溶融炉２と、溶融炉２の上方に配設されて溶融炉２にコークス８及び焼却灰９を含む材料を投入するための材料投入手段３と、を備えた焼却灰の溶融処理装置１であって、材料投入手段３は、材料が供給される材料投入用筒体１０１と、材料投入用筒体１０１の下部の開口部１０２を内側から開閉可能な蓋部材１０３と、材料投入用筒体１０１の平面視における中心に配置されて鉛直方向上方に延び、蓋部材１０３と一体化された鉛直状ロッド１０４と、材料投入用筒体１０１を、鉛直状ロッド１０４の中心軸を中心として回転させる回転駆動機構１１１と、鉛直状ロッド１０４を上下方向に移動させる上下動機構１１２と、を有する。【選択図】図２

Description

本発明は、焼却灰の溶融処理装置、およびその溶融処理装置を用いた貴金属回収方法に関するものである。

一般に、コークス等の燃料を用いて焼却灰を溶融させる溶融処理装置は、溶融炉と、溶融炉の上方に配置される材料投入用筒体とを備えている。そして、材料投入用筒体から溶融炉へ、焼却灰及びコークス等の材料が投入され、溶融炉で焼却灰を溶融する。

焼却灰及びコークス等の材料を溶融炉内で均一燃焼させるためには、これらの材料が均一になるように十分に混合することが必要であり、偏った分布で溶融炉に投入されると、焼却灰が十分に溶融されない部分が存在してしまう。

例えば特許文献１には、溶融炉と、溶融炉の上方に配置された材料投入用筒体とを備えた溶融処理装置が開示されている。この溶融処理装置は、材料投入用筒体の中央に鉛直状ロッドが内装され、この鉛直状ロッドには、材料投入用筒体の下部の開口部を内部から開閉可能な蓋部材と、材料投入用筒体内の材料を攪拌する仕切板が設けられている。鉛直状ロッドは、軸心廻りの回転及び上下方向の移動が可能となっており、鉛直状ロッドを回転させて仕切板で材料を攪拌した後に、溶融炉の上方で材料投入用筒体の開口部を開き、材料が溶融炉内へ投入される。

特許３３４４９４３号公報

ところが、鉛直状ロッドを回転させて攪拌する場合には、仕切板や鉛直状ロッドの近傍で材料が混合されるに留まるため、溶融炉内に投入する材料全体が十分には混合されない。殊に、材料の投入は、通常、材料投入用筒体の中央から外れた外周付近の上部から行われるため、投入した材料は、材料投入用筒体の底部の偏った位置に貯留されやすく、鉛直状ロッドの回転では、十分な攪拌が困難である。そのため、溶融炉内での均一燃焼が行えず、焼却灰が十分に溶融されない部分が存在することがあり、焼却灰の安定処理及び安定操業が困難となるという問題があった。

そこで、本発明は、十分に混合された材料を溶融炉内に投入し、焼却灰の安定処理及び安定操業を行うことができる焼却灰の溶融処理装置、およびその溶融処理装置を用いた貴金属回収方法を提供することを目的とする。

本発明者らは、鉛直状ロッドを回転させるのではなく、材料投入用筒体を、鉛直状ロッドの中心軸を中心として回転させて材料投入用筒体内の材料を攪拌することにより、材料が十分に攪拌され、焼却灰の安定処理及び安定操業を行うことができることを見出し、本発明を完成するに至った。

すなわち、本発明は、溶融炉と、前記溶融炉の上方に配設されて前記溶融炉にコークス及び焼却灰を含む材料を投入するための材料投入手段と、を備えた焼却灰の溶融処理装置であって、前記材料投入手段は、前記材料が供給される材料投入用筒体と、前記材料投入用筒体の下部の開口部を、前記材料投入用筒体の内側から開閉可能な蓋部材と、前記材料投入用筒体の平面視における中心に配置されて鉛直方向上方に延び、前記蓋部材と一体化された鉛直状ロッドと、前記材料投入用筒体を、前記鉛直状ロッドの中心軸を中心として回転させる回転駆動機構と、前記鉛直状ロッドを上下方向に移動させ、前記蓋部材の上昇時に前記開口部を開状態とし、前記蓋部材の下降時に前記開口部を閉状態とする上下動機構と、を有することを特徴とする、焼却灰の溶融処理装置を提供する。

前記回転駆動機構は、前記材料投入用筒体の外部に設置された駆動力源と、前記材料投入用筒体の外周に設けられたガイド部材と、前記ガイド部材の外周に設けられ、前記駆動力源からの回転力を、前記ガイド部材を介して前記材料投入用筒体に伝動する伝動部材とで構成されてもよい。また、前記回転駆動機構は、回転速度、回転方向、または回転角度のうち、いずれか一つ以上が変更可能であることが好ましい。

また、本発明によれば、溶融処理装置を用いて、廃棄物の焼却灰から貴金属を回収する方法であって、前記焼却灰に対して磁力選別を行う磁選工程と、前記磁選工程で磁着物を除去された焼却灰に、石炭、コークス及びコークス代替物の中から選択される少なくとも１種の燃料を添加し、前記材料投入手段から前記溶融炉へ投入して、前記溶融炉で加熱する溶融工程と、前記溶融工程で得られた溶湯をモールドに移し、その後冷却して、前記溶湯からスラグ相とメタル相からなる固形物を得る冷却工程と、前記メタル相から貴金属を回収する貴金属回収工程と、を有することを特徴とする、貴金属回収方法が提供される。

本発明によれば、材料投入用筒体自体を、鉛直状ロッドの中心軸を中心として回転させ、材料投入用筒体内の材料を攪拌するため、偏って貯留された材料でも十分に攪拌することができる。したがって、均一に混合された材料を溶融炉内に投入することができ、焼却灰の安定処理及び安定操業を行うことができる。

本発明の実施形態にかかる溶融処理装置の材料投入時の状態を示す縦断面図である。 図１の材料投入手段の概略を示す図である。 本発明の実施形態にかかる貴金属回収方法の手順を示すフローチャートである。 本発明の異なる実施形態にかかる貴金属回収方法の手順を示すフローチャートである。

以下、本発明の実施の形態を、図を参照して説明する。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能構成を有する要素においては、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

図１は、本発明の実施形態にかかる焼却灰の溶融処理装置を示す。溶融処理装置１は、溶融炉２を備えており、コークス８を燃料に用いて、焼却灰９を溶融炉２内で溶融させる。焼却灰９は、ゴミ焼却炉等から発生するものであり、主灰と飛灰とからなる。溶融炉２には、例えば５ｍｍ以上の焼却灰９がコークス８とともに投入され、略楕円体状に造粒したものを投入してもよい。溶融炉２の上方には、材料を投入するための材料投入手段３が設けられている。

溶融炉２は、下端部が順次縮径した略円筒状の炉本体１１と、炉本体１１の下部の開口部を塞ぐ炉床１２とを備えている。炉床１２は、炉本体１１内側の上面が傾斜面１３とされ、傾斜面１３の下端側に、底面が傾斜面１３となる出滓口１４が開口している。

炉本体１１の下端部は、コークス８が燃焼するコークス燃焼部２１であり、コークス燃焼部２１の上方は、例えば略楕円体状に小塊化された焼却灰９と、成分調整用に用いられる石灰石などを含む材料が溶融される溶融部２２であり、さらにその上方は、材料を加熱する加熱部２３である。

コークス燃焼部２１には、熱風が供給される第１の送風路３１の一端が連結され、第１の送風路３１は、炉本体１１の外周に沿って配置されている風箱３２と、風箱３２と炉本体１１とを連結する連通管３３を備えている。第１の送風路３１には、図示しない熱風供給源から熱風が供給される。熱風供給源としては、例えば、排ガスを燃焼する燃焼室と、その燃焼室からの高温の排ガスの熱で冷風を熱風に交換する熱交換器とを備えたものでもよい。第１の送風路３１のコークス燃焼部２１側の開口部は、炉床１２の傾斜面１３の近傍に配置される。このようにして、第１の送風路３１は、コークス燃焼部２１に、コークス８を燃焼させるための熱風を供給することができる。

また、炉本体１１の上部には、上述の熱風供給源に連結された連結管１５が形成されている。連結管１５から炉本体１１の壁面内には、耐火材１６が被覆されている。さらに、コークス燃焼部２１の外周側には、水冷ジャケット部１７が形成されている。

材料投入手段３は、図２に示すように、コークス８及び焼却灰９を含む材料が供給される材料投入用筒体１０１と、その下部の開口部１０２を材料投入用筒体１０１の内側から開閉する蓋部材１０３と、材料投入用筒体１０１内に挿入され、蓋部材１０３と一体化された鉛直状ロッド１０４と、を備えている。本実施形態において、材料投入用筒体１０１は、上部が円筒状で下部が截頭錐体状である。

蓋部材１０３は、材料投入用筒体１０１の下部形状に沿って、先端に向かって順次縮径するいわゆるコーン形状であり、上面の中心に鉛直状ロッド１０４が立設されている。すなわち、鉛直状ロッド１０４は、材料投入用筒体１０１の平面視における中心に配置される。鉛直状ロッド１０４は、蓋部材１０３から鉛直上方に延び、上端部が、材料投入用筒体１０１の上壁１０５よりも上方へ突出している。

さらに、材料投入手段３は、鉛直状ロッド１０４の中心軸を中心として材料投入用筒体１０１を回転させる回転駆動機構１１１と、鉛直状ロッド１０４を上下方向に移動させる上下動機構１１２とを備えている。

回転駆動機構１１１は、例えば図２に示すように、材料投入用筒体１０１の外部に設置された駆動力源１１３と、材料投入用筒体１０１の外周に設けられたガイド部材１１４と、ガイド部材１１４の外周にはめ込まれたチェーンまたはベルト等の帯状の伝動部材１１５とを有する構成でもよい。この場合、駆動力源１１３からの回転力が伝動部材１１５に伝動され、さらにガイド部材１１４を介して材料投入用筒体１０１に伝動され、材料投入用筒体１０１が回転する。ガイド部材１１４は、鉛直状ロッド１０４に対して垂直方向に設けることが好ましい。駆動力源１１３としては、電動機、エアシリンダ、油圧シリンダなどが用いられる。材料投入用筒体１０１は、全体が回転する必要はなく、上部と下部の側壁を別体として例えば截頭錐体状の下部のみが回転するようにしてもよい。この場合には、大きな駆動力を要することなく効果的に材料投入用筒体１０１内の材料を攪拌することができる。また、蓋部材１０３の上面側に、図２に示すような攪拌板１１６を設けることにより、材料投入用筒体１０１の回転時に、効果的に材料を攪拌できる。回転駆動機構１１１は、上記の構成には限らない。

また、上下動機構１１２は、例えば図２に示すように、材料投入用筒体１０１の上壁１０５の上方に設けられ、鉛直状ロッド１０４の上端部に連結された上下動用シリンダ１１７を備えている。この上下動用シリンダ１１７により鉛直状ロッド１０４を上昇させると、鉛直状ロッド１０４とともに蓋部材１０３が上昇して開口部１０２が開状態となり、鉛直状ロッド１０４を下降させると、蓋部材１０３が下降して開口部１０２が閉状態となる。

次に、この材料投入手段３を用いて、溶融炉２内にコークス８及び焼却灰９を含む材料を投入する方法を説明する。

まず、図示しない投入バケット等から、コークス８及び焼却灰９を含む材料を材料投入用筒体１０１に投入する。この際、上下動機構１１２により鉛直状ロッド１０４を下降させて、鉛直状ロッド１０４と一体化された蓋部材１０３が開口部１０２を閉じた状態とする。これにより、材料投入用筒体１０１に投入された材料は、蓋部材１０３上に堆積する。

次に、回転駆動機構１１１を駆動させて材料投入用筒体１０１を回転させる。すなわち、駆動力源１１３が伝動部材１１５を介してガイド部材１１４へ伝達する駆動力により、材料投入用筒体１０１を回転させる。このとき、鉛直状ロッド１０４は回転せず、材料投入用筒体１０１内の材料のうち、内壁と接触する部分が、材料投入用筒体１０１の回転とともに随時移動するため、投入された材料が偏って山状に堆積されても、次第に均されて十分に攪拌される。回転駆動機構１１１による回転速度は変更可能であり、例えばバッチ毎に回転速度を変更してもよい。

その後、上下動機構１１２を駆動して鉛直状ロッド１０４および蓋部材１０３を上昇させ、開口部１０２を開状態とすると、材料投入用筒体１０１内の材料が、溶融炉２内に落下する。

その後、再び上下動機構１１２を駆動して鉛直状ロッド１０４および蓋部材１０３を下降させ、開口部１０２を閉状態とし、上述の工程を繰り返すことによって、順次、材料投入用筒体１０１に供給された材料を攪拌し均一化して溶融炉２に投入することができる。

以上のように、本発明によれば、材料投入用筒体１０１内の材料が、材料投入用筒体１０１自身の回転によって攪拌されつつ、順次開口部１０２の開閉操作を行うことができ、溶融炉２内に、十分に攪拌された材料が投入されるので、溶融炉２の材料を均一に燃焼させることができる。

なお、材料投入用筒体１０１の回転は、一方向のみであってもよいし、正逆二方向に回転してもよい。この場合、例えば、材料投入用筒体１０１を、モータや減速機等を備えた回転駆動機構１１１により正逆二方向に回転するようにすればよい。また、１回の回転角度の規制等の変更は自由であり、材料投入用筒体１０１の回転は、いわゆる間欠的であってもよいし、連続的であってもよい。

材料投入用筒体１０１内の材料を攪拌する際、鉛直状ロッド１０４のように攪拌用の部材を回転させて攪拌する場合、その攪拌部材が接触している材料しか攪拌されないが、本発明によれば、材料投入用筒体１０１自体を回転させることで、材料全体が効果的に攪拌される。

次に、上記の溶融処理装置１を用いて廃棄物の焼却灰から貴金属を回収する方法について、図３に基づいて説明する。

まず、焼却灰を磁力選別する磁選工程を行う（ステップＳ１）。次に、磁選工程で溶融不適物である磁着物を除去された焼却灰９に、石炭、コークス又はコークス代替物から選択される任意の燃料を添加し、材料投入手段３によってこれらを溶融炉２へ投入し、溶融炉２内で加熱する溶融工程を行う（ステップＳ２）。コークス代替物としては、例えばバイオコークスや使用済の黒鉛電極などが用いられる。

その後、溶融工程で得られた溶湯をモールドに移し、冷却する冷却工程を行う（ステップＳ３）。冷却工程により、スラグ相とメタル相から成る固形物が得られ、貴金属回収工程により、このメタル相から貴金属を回収する（ステップＳ４）。

以上のように、焼却灰９の溶融処理前に、磁着物を除去してから貴金属を回収することで、貴金属回収の処理コストが抑制され、回収率が向上する。

また、図４は、異なる貴金属回収方法の手順である。図３の実施形態と同様に磁選工程を行い（ステップＳ１）、磁選工程後の焼却灰を乾燥させる乾燥工程（ステップＳ１１）、乾燥後の焼却灰に対して再び磁力選別を行う乾燥後磁選工程（ステップＳ１２）、その焼却灰にバインダーを混合してブリケット化する固化工程（ステップＳ１３）を経て、図３の実施形態と同様の溶融工程（ステップＳ２）、冷却工程（ステップＳ３）を行う。そして、冷却工程で得られた固形物からスラグ相とメタル相とを分離する分離工程（ステップＳ１４）を行い、スラグ相を粉砕して人工骨材とする人工骨材製造工程（ステップＳ１５）、メタル相から貴金属を回収する貴金属回収工程（ステップＳ４）を有する。

以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到しうることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

本発明の実施例として、材料投入手段３を用いて材料を投入した。材料投入バケットから、１回あたり、焼却灰４５０ｋｇ、コークス５０ｋｇからなる材料を材料投入用筒体１０１へ投入した。駆動力源１１３により、４ｒｐｍの回転数、最大２０秒間でランダムに秒数を変更して材料投入用筒体１０１を回転させて材料を攪拌した。その後、蓋部材１０３を上昇させて開口部１０２を開状態とし、材料５００ｋｇを溶融炉２へ投入した。この結果、時間あたり４．５トンの焼却灰を安定して溶融し続けることができた。

また、溶融炉内の溶湯をモールド内に注入し冷却後、得られた固化物を離型し、固化物内のスラグ相とメタル相とを分離し、貴金属を回収した。このときのメタル相中に含まれる金濃度を測定したところ、１５０ｇ／ｔ程度の品位であった。

また、比較例として、鉛直状ロッド１０４を回転させる投入装置を使用し、鉛直状ロッド１０４の回転数を１０ｒｐｍで２０秒間とした以外は、上記実施例と同様に材料を投入した。その結果、溶融炉２内の材料レベルに偏りが生じて、水平方向の温度分布が不均一となり、溶融状態が安定せず、十分に溶融していない部分が見られた。この状態を解消するためには、投入間隔を広げるとともに投入量も減らす調整が必要であり、実施例と同様の溶融物を得ようとしても、時間あたり４トンの焼却灰しか溶融できなかった。

また、本発明の実施例と同様に、メタル相より貴金属を回収した。このときのメタル相中に含まれる金濃度を測定したところ、７０ｇ／ｔ程度の品位であった。

本発明は、複数種類の原料からなる材料を炉内に投入する際に適用できる。

１ 溶融処理装置
２ 溶融炉
３ 材料投入手段
８ コークス
９ 焼却灰
１０１ 材料投入用筒体
１０２ 開口部
１０３ 蓋部材
１０４ 鉛直状ロッド
１１１ 回転駆動機構
１１２ 上下動機構
１１３ 駆動力源
１１４ ガイド部材
１１５ 伝動部材

Claims (4)

1. 溶融炉と、前記溶融炉の上方に配設されて前記溶融炉にコークス及び焼却灰を含む材料を投入するための材料投入手段と、を備えた焼却灰の溶融処理装置であって、
   前記材料投入手段は、
   前記材料が供給される材料投入用筒体と、
   前記材料投入用筒体の下部の開口部を、前記材料投入用筒体の内側から開閉可能な蓋部材と、
   前記材料投入用筒体の平面視における中心に配置されて鉛直方向上方に延び、前記蓋部材と一体化された鉛直状ロッドと、
   前記材料投入用筒体を、前記鉛直状ロッドの中心軸を中心として回転させる回転駆動機構と、
   前記鉛直状ロッドを上下方向に移動させ、前記蓋部材の上昇時に前記開口部を開状態とし、前記蓋部材の下降時に前記開口部を閉状態とする上下動機構と、
   を有することを特徴とする、焼却灰の溶融処理装置。
2. 前記回転駆動機構は、前記材料投入用筒体の外部に設置された駆動力源と、前記材料投入用筒体の外周に設けられたガイド部材と、前記ガイド部材の外周に設けられ、前記駆動力源からの回転力を、前記ガイド部材を介して前記材料投入用筒体に伝動する伝動部材とで構成されていることを特徴とする、請求項１に記載の焼却灰の溶融処理装置。
3. 前記回転駆動機構は、回転速度、回転方向、または回転角度のうち、いずれか一つ以上が変更可能であることを特徴とする、請求項１または２のいずれか一項に記載の焼却灰の溶融処理装置。
4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載の溶融処理装置を用いて、廃棄物の焼却灰から貴金属を回収する方法であって、
   前記焼却灰に対して磁力選別を行う磁選工程と、
   前記磁選工程で磁着物を除去された焼却灰に、石炭、コークス及びコークス代替物の中から選択される少なくとも１種の燃料を添加し、前記材料投入手段から前記溶融炉へ投入して、前記溶融炉で加熱する溶融工程と、
   前記溶融工程で得られた溶湯をモールドに移し、その後冷却して、前記溶湯からスラグ相とメタル相からなる固形物を得る冷却工程と、
   前記メタル相から貴金属を回収する貴金属回収工程と、
   を有することを特徴とする、貴金属回収方法。

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