JP2019093358A - 金属含有廃棄物の処理装置及び処理方法 - Google Patents

金属含有廃棄物の処理装置及び処理方法 Download PDF

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【課題】廃衣服やシュレッダーダスト等の金属含有廃棄物から有価金属等を回収すると共に、燃料としての再利用を図る。【解決手段】セメントクリンカを冷却するクリンカクーラ3と、クリンカクーラの排ガスの一部Gがクーラ抽気ダクト7を介して導入される仮焼炉4と、クーラ抽気ダクトに金属含有廃棄物を投入する投入部7aと、クーラ抽気ダクトにおいて、投入部と仮焼炉の間に設けられ、金属含有廃棄物から分離した金属廃棄物W1を回収する回収部7bとを備える金属含有廃棄物の処理装置1。回収部は、入口側開口部7hにクーラ抽気ダクトのクリンカクーラ側部分が接続され、出口側開口部7iにクーラ抽気ダクトの仮焼炉側部分が接続され、クーラ抽気ダクトより横断面積が大きく形成され、底部に金属廃棄物を回収する重力式集じん装置とすることができる。【選択図】図1

Description

本発明は、金属類を含有する廃棄物の処理に関し、特に、廃衣服や、自動車シュレッダーダスト(Automobile Shredder Residue;ASR)等のシュレッダーダスト(Shredder Residue;SR)に対して適切な処理を施し、有価金属等を回収し、燃料としての再利用を図るための装置及び方法に関する。
現在、日本では不要となった衣服が年間94万トン程度排出されており、そのうちの約75%が焼却や埋め立てにより処分されている。このような廃衣服の処分量を削減すべく、各種リサイクルが行われている。例えば、廃衣服を工場等で用いられるウエスとして再利用したり、古着として国内で再利用したり、海外に輸出している。
しかし、近年、工場の海外移転によりウエスの国内需要が減少している。また、衣服の価格低下により国内外で古着の需要も減少している。そのため、今後ウエスや古着としての廃衣服のリサイクルを拡大していくことは難しい。
そこで、廃衣服のサーマルリサイクルが注目されている。サーマルリサイクルとは、廃棄物を単に焼却処理せず、焼却の際に発生する熱エネルギーを回収して有効活用することであり、様々な廃棄物について推進されている。
一方、工業用シュレッダーで廃家電や廃自動車を破砕し、金属等を回収した後に、産業廃棄物として捨てられる破片の混合物であるシュレッダーダスト(SR)は、シュレッダー工程の技術・施設や廃棄物の事前選別の状況によって組成が変わるため、必ずしも一定ではないが、主構成相は樹脂、発泡ウレタン、繊維、ゴム等に若干の金属やガラスである。
上記SRのうち、管理型処分場で処分する必要のあるものにはリサイクル活用が求められ、主にサーマルとケミカルの両分野でリサイクル技術の開発が進められている。例えば、特許文献1に記載のように、セメント産業においても燃料代替物としての活用が検討されている。また、SRには、鉄、非鉄金属、希少金属等の有価金属が含まれており、それを再利用するためには容易に回収できることが好ましい。
特開2014−205091号公報
廃衣服のサーマルリサイクルに際しては、燃焼性を向上させるため、廃衣服を破砕した後燃焼させている。しかし、破砕装置で廃衣服を破砕する際に廃衣服の繊維が毛羽立ち膨張したり、廃衣服の繊維が破砕装置の内部に絡まったりして、破砕装置を安定して運転することが困難になる場合がある。
また、廃衣服をそのまま破砕して燃料化した場合には、ファスナー等の装飾部品と繊維とが絡まった状態となっているため、装飾部品に含まれる銅(Cu)やアルミニウム(Al)等の有価金属を回収することも難しい。
一方、SRの燃料化に際しては、SR中の樹脂分(プラスチック、ウレタン、ゴム、合成繊維屑、ハーネス被覆等)は柔らかく(粘弾性が高く)、金属と複雑に絡み合っているため、そのままでは樹脂分の破砕、及び金属の分離回収が困難であり、燃料代替物としての活用も困難である。
そこで、本発明は、上記従来技術における問題点に鑑みてなされたものであって、廃衣服やシュレッダーダスト等の金属含有廃棄物から有価金属等を回収すると共に、有機物やカーボン等の可燃物のサーマルリサイクルを図ることを目的とする。
上記目的を達成するため、本発明は、金属含有廃棄物の処理装置であって、セメントクリンカを冷却するクリンカクーラと、該クリンカクーラの排ガスの一部がクーラ抽気ダクトを介して燃焼用空気として導入される仮焼炉と、前記クーラ抽気ダクトに金属含有廃棄物を投入する投入部と、前記クーラ抽気ダクトにおいて、前記投入部と前記仮焼炉の間に設けられ、前記金属含有廃棄物から分離した金属廃棄物を回収する回収部とを備えることを特徴とする。
本発明によれば、金属含有廃棄物をクリンカクーラの排ガスによって加熱することで、金属含有廃棄物に含まれる可燃物が燃焼したり、可燃物の炭化又は脆化により金属廃棄物と可燃物との絡み合いが解消され、加熱した金属含有廃棄物が金属廃棄物と、可燃物と無機物が主体の非金属廃棄物とに分離するか、分離が容易になるため、金属含有廃棄物から有価金属等を効率よく回収すると共に、可燃物をサーマルリサイクルすることが可能である。また、既存のセメント焼成装置を利用して、クーラ抽気ダクトに存在する熱と風力を活用し、金属を回収する設備を設置するだけであるので、新たな専用処理設備を設ける場合より効率が良く、コストも低減できる。さらに、可燃物が燃焼、炭化、脆化する際に発生する有害ガスもセメント製造設備にて処理されるので排ガス処理設備を新設する必要がない。
前記金属含有廃棄物の処理装置において、前記回収部を、入口側開口部に前記クーラ抽気ダクトのクリンカクーラ側部分が接続され、出口側開口部に前記クーラ抽気ダクトの仮焼炉側部分が接続され、前記クーラ抽気ダクトより横断面積が大きく形成され、底部に前記金属廃棄物を回収する重力式集じん装置とすることができる。これにより、回収部内を流れる金属含有廃棄物に含まれる金属廃棄物の重力を利用して金属廃棄物を回収することができる。
前記金属含有廃棄物の処理装置において、前記回収部を、入口側開口部に前記クーラ抽気ダクトのクリンカクーラ側部分が接続され、出口側開口部に前記クーラ抽気ダクトの仮焼炉側部分が接続され、前記入口側開口部から前記出口側開口部へ流れるガス流を底部側へ向け、底部に前記金属廃棄物を回収する慣性式集じん装置とすることができる。これにより、回収部内を流れる金属含有廃棄物の質量差を利用して金属廃棄物を回収することができる。
前記金属含有廃棄物の処理装置において、前記回収部を、ガス入口側開口部に前記クーラ抽気ダクトのクリンカクーラ側部分が接続され、ガス出口側開口部に前記クーラ抽気ダクトの仮焼炉側部分が接続されるサイクロンとし、前記金属含有廃棄物から分離した金属廃棄物を固体出口部より排出することができる。これにより、回収部内を流れる金属含有廃棄物の質量差を利用して金属廃棄物を回収することができる。
また、本発明は、金属含有廃棄物の処理方法であって、セメントクリンカを冷却するクリンカクーラと、該クリンカクーラの排ガスの一部がクーラ抽気ダクトを介して燃焼用空気として導入される仮焼炉とを備えるセメント焼成装置を用いて金属含有廃棄物を処理する方法であって、前記クーラ抽気ダクト内に前記金属含有廃棄物を投入し、前記クーラ抽気ダクト内で前記金属含有廃棄物から分離した金属廃棄物を前記クーラ抽気ダクトから回収し、前記クーラ抽気ダクトから回収されなかった非金属廃棄物を、前記クーラ抽気ダクトを介して前記仮焼炉に燃料として導入することを特徴とする。
本発明によれば、金属含有廃棄物をクリンカクーラの排ガスによって加熱することで、金属含有廃棄物に含まれる可燃物が燃焼したり、可燃物の炭化又は脆化により金属廃棄物と可燃物との絡み合いが解消され、加熱した金属含有廃棄物が金属廃棄物と、可燃物と無機物が主体の非金属廃棄物とに分離するか、分離が容易になるため、金属含有廃棄物から有価金属等を効率よく回収すると共に、可燃物をサーマルリサイクルすることが可能である。また、既存のセメント焼成装置を利用して、クーラ抽気ダクトに存在する熱と風力を活用し、金属を回収するだけであるので、効率が良く、コストも低減できる。さらに、可燃物が燃焼、炭化、脆化する際に発生する有害ガスもセメント製造設備にて処理することができる。
前記金属含有廃棄物の処理方法において、前記金属含有廃棄物を廃衣服又は/及びシュレッダーダストとすることができる。
以上のように、本発明によれば、廃衣服やシュレッダーダスト等の金属含有廃棄物から有価金属等を回収すると共に、有機物やカーボン等の可燃物のサーマルリサイクルを図ることができる。
本発明に係る金属含有廃棄物の処理装置の第1の実施形態を示す概略図である。 図1のA部拡大図である。 本発明に係る金属含有廃棄物の処理装置の第2の実施形態を示す概略図である。 本発明に係る金属含有廃棄物の処理装置の第3の実施形態を示す概略図である。
次に、本発明を実施するための形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
図1は、本発明に係る金属含有廃棄物の処理装置の第1の実施形態を示し、この処理装置1は、セメント焼成装置を利用したものであって、セメントクリンカを冷却するクリンカクーラ3と、クリンカクーラ3の排ガスの一部(三次空気、以下単に「クーラ排ガス」という。)Gがクーラ抽気ダクト7を介して燃焼用空気として導入される仮焼炉4と、クーラ抽気ダクト7に金属含有廃棄物Wを投入する投入部7aと、クーラ抽気ダクト7において、投入部7aと仮焼炉4の間に設けられ、金属含有廃棄物Wから分離した金属廃棄物W1を回収する回収部7b等を備える。ここで、金属含有廃棄物Wとは、少なくとも金属と可燃物が混合した廃棄物であり、例えば廃衣服、SR等である。
処理装置1は、さらに、セメント原料Mを予熱するプレヒータ5と、仮焼炉4で仮焼された原料を焼成するセメントキルン2等を備える。ここで、上記投入部7a及び回収部7bを備えるクーラ抽気ダクト7以外の構成要素は通常のセメント焼成装置に備えられるものである。
プレヒータ5は、通常4段に配置されたサイクロンで構成されるが、省略して2段のみを符号5a、5bで示す。このプレヒータ5は、原料シュート(不図示)から供給されたセメント原料Mを予熱する。
仮焼炉4は、仮焼用のバーナ(不図示)を備え、プレヒータ5の2段目サイクロン5bから供給されたセメント原料Mを仮焼する。
セメントキルン2は、主バーナ2aを備え、プレヒータ5の最下段サイクロン5aから窯尻2bに供給されたセメント原料Mを焼成する。
クーラ抽気ダクト7の投入部7aは、クーラ抽気ダクト7のクリンカクーラ3側に、金属含有廃棄物Wをクーラ抽気ダクト7へ投入するために設けられる。この投入部7aには、例えば、フラップダンパを複数段にわたって設けることで、金属含有廃棄物Wとして例えば廃衣服を処理する場合でも、クーラ抽気ダクト7への空気の侵入を防止しながら安定して投入することができる。投入部7aは、クリンカに金属含有廃棄物Wが混合しないようクーラ3からの立ち上がり部よりも水平部に設けるのが好ましい。クーラ抽気ダクト7に投入された金属含有廃棄物Wは、10m/s前後の風速によって下流側に運ばれるが、滞留しないようにクーラ抽気ダクト7は下流側に傾斜させるとよい。
回収部7bは、投入部7aよりも仮焼炉4側に、金属含有廃棄物Wから分離した金属廃棄物W1を回収するために設けられる。
回収部7bは、重力式集じん装置であり、例えば、図2に示すように、入口側開口部7hにクーラ抽気ダクト7のクリンカクーラ側部分が接続され、出口側開口部7iにクーラ抽気ダクト7の仮焼炉側部分が接続され、クーラ抽気ダクト7より横断面積の大きい円筒又は矩形部屋状に形成される。金属廃棄物W1は高比重であるので、回収部7bの断面積はクーラ抽気ダクト7の2倍以上で分離可能で、可燃物が下流側に搬送され、熱損失が大きくならないよう10倍以下とするのが好ましい。また、回収部7bの長さは、風速や金属の比重から求められる沈降速度を考慮して適宜決定すればよいが、回収効率と表面からの熱損失を考慮して、5〜30m程度とする。回収部7bの横断面は円形又は正方形状であり、クーラ抽気ダクト7の横断面は通常円形であるため、両者を接続するにあたってテーパー状又は角丸接続用のダクト部7c、7dが設けられる。
回収部7bの底部には、金属含有廃棄物Wから分離した比重の大きい金属廃棄物W1が通過可能なスリットや格子状に形成された開口部7fを有する板状部材7eが設けられる。開口部7fのスリットや格子の大きさは、金属廃棄物W1中の金属濃度が高められ、金属が仮焼炉4に流されないように、直径又は目開きを5〜50mmとするのが好ましい。可燃物は軽量であり、ガス流によって下流側に運ばれる。開口部7fに着地したものもガス流によって下流側に運ばれ、仮焼炉側部分のクーラ抽気ダクト7は水平になっているのでスムーズに仮焼炉に運ばれる。開口部7fの下方は鉢状に形成され、鉢上の金属廃棄物W1を排出する。
また、この回収部7bには、矩形板状に形成される邪魔板7gが設けられる。この邪魔板7gの一辺が回収部7bのクーラ側端部(図2で右端部)や天井部に固定され、邪魔板7g全体がクーラ抽気ダクト7の延設方向に対して垂直な面から仮焼炉側(図2で左側)に傾斜する。邪魔板7gは1枚でも複数枚でもよく、穴等が開いていてもよい。
次に、上記構成を有する金属含有廃棄物の処理装置1の動作について、図1及び図2を参照しながら説明する。
図1に示すように、セメント原料Mをプレヒータ5で予熱する。2段目サイクロン5bで予熱したセメント原料Mを仮焼炉4に供給して仮焼した後、最下段サイクロン5a及び原料シュート6を介してセメントキルン2の窯尻2bに供給する。窯尻2bに供給したセメント原料Mをセメントキルン2において主バーナ2aから吹き込んだ微粉炭等の燃焼熱で焼成し、生成したセメントクリンカをクリンカクーラ3に供給して冷却する。
上記運転に伴い、クーラ排ガスGがクーラ抽気ダクト7を介して仮焼炉4へ導入される。ここで、クーラ排ガスGが流れるクーラ抽気ダクト7に、投入部7aを介して金属含有廃棄物Wを投入し、金属含有廃棄物Wを加熱する。
図2に示すように、金属含有廃棄物Wの可燃物は、クーラ抽気ダクト7内で完全に燃焼してしまっても仮焼炉の熱源として利用され、金属廃棄物W1が分離されて回収部7bで回収できる。この場合、金属廃棄物W1から可燃物や無機物を分離する必要はない。金属含有廃棄物Wの可燃物が炭化、又は脆化した場合でも、金属含有廃棄物Wは、金属廃棄物W1と可燃物の絡み合いが解消され、金属含有廃棄物Wから分離した金属廃棄物W1が回収部7b内で落下し、開口部7fを通過して鉢上に回収される。金属廃棄物W1に非金属廃棄物W2が混合していたとしても、それらの絡み合いが解消されているので、後述する分離方法により容易に金属を分離することができる。一方、回収部7bで回収されなかった非金属廃棄物W2は、クーラ抽気ダクト7から仮焼炉4に流出して燃料として導入される。
金属含有廃棄物Wは、樹脂がダクトに融着して堆積しないように500℃以上、可燃物の燃焼により高温になり過ぎてクーラ抽気ダクト7が損傷しないように800℃以下の温度のクーラ排ガスGに投入するのが好ましい。金属含有廃棄物Wに金属アルミが含まれる場合には、クーラ抽気ダクト7内で溶融しないようにクーラ排ガスGの温度が700℃以下の箇所に投入するか、又は回収部7bに直接又はダクト部7cに投入するのが好ましい。また、クーラ排ガスGの温度を変更できない場合は、クーラ抽気ダクト7内や回収部7bにおける投入位置(滞留時間)を変更することにより調整し、所望の品位の可燃物が仮焼炉4に供給されるように、又は金属アルミが溶融しないようにすればよい。
ここで、回収部7b内に邪魔板7gを設けたため、金属が非金属廃棄物W2と共に仮焼炉4に導入されることを防止し、より確実に金属を開口部7fの下方の鉢上に回収することができる。
以上のように、本実施の形態によれば、セメント焼成装置のクーラ抽気ダクト7に投入部7a、回収部7bを設け、セメント焼成装置の通常運転を維持しながら、金属含有廃棄物Wから金属廃棄物W1を回収すると共に、非金属廃棄物W2を仮焼炉4において燃料として活用することが可能である。
次に、本発明に係る金属含有廃棄物の処理装置の第2の実施形態について、図3を参照しながら説明する。
この金属含有廃棄物の処理装置11は、上記処理装置1の回収部7bとは異なる回収部12を用いる。この回収部12は、慣性式集じん装置であり、ガス入口側開口部12aにクーラ抽気ダクト7のクリンカクーラ側部分が接続され、ガス出口側開口部12bにクーラ抽気ダクト7の仮焼炉側部分が接続され、中央上部がガス入口側開口部12aからガス出口側開口部12bへ流れるガス流を底部側へ向けるように曲管している。
上記回収部12を用いることで、クーラ抽気ダクト7における加熱により金属含有廃棄物Wから分離した金属廃棄物W1を慣性力を利用して底部に導き、回収固体出口部12cより排出して回収すると共に、ガス出口側開口部12bからクーラ排ガスGと共に排出された非金属廃棄物W2を仮焼炉4に導入し、燃料として活用することができる。
尚、回収部12として上記構成を有する慣性式集じん装置以外にも、ルーバ等を用いてクーラ排ガスGの流れを底部に導く型式のものも用いることができる。
次に、本発明に係る金属含有廃棄物の処理装置の第3の実施形態について、図4を参照しながら説明する。
この金属含有廃棄物の処理装置21は、上記処理装置1の回収部7bに代えてサイクロン22を用いる。サイクロン22は、ガス入口側開口部22aにクーラ抽気ダクト7のクリンカクーラ側部分が接続され、ガス出口側開口部22bにクーラ抽気ダクト7の仮焼炉側部分が接続される。
上記サイクロン22を用いることで、クーラ抽気ダクト7における加熱により金属含有廃棄物Wから分離した金属廃棄物W1を慣性力を利用してコーン部22cに導き、固体出口部22dより排出して回収すると共に、ガス出口側開口部22bからクーラ排ガスGと共に排出された非金属廃棄物W2を仮焼炉4に導入し、燃料として活用することができる。
尚、上記実施の形態で回収した金属廃棄物W1には、可燃物(炭化物、脆化物)、さらにはセラミックスや土砂等の無機物が混合している場合があるので、必要に応じて粒度調整を行い、風力選別機、竪ミル、エアテーブル等による選別により金属を回収する。さらに、金属にはシュレッダーダストに含まれる鉄や、衣服の装飾部品に含まれる銅やアルミニウム等の有価金属が含まれているため、磁力選別や、渦電流選別によりこれらの有価金属を回収する。また、振動式テーブル及び吹上送風機を備えるエアテーブルを用いれば、金属廃棄物W1から各種金属を一度に選別することもできる。回収された可燃物は燃料として有効利用し、無機物はセメント原料として有効利用すればよい。
また、上記実施の形態においては、クーラ抽気ダクト7において金属含有廃棄物Wから分離した金属廃棄物W1を回収するにあたって、重力式や慣性式の回収部7b、12やサイクロン22を用いたが、これらに限らず、金属廃棄物W1を回収することができれば他の構造や装置を用いることができる。
1 金属含有廃棄物の処理装置
2 セメントキルン
2a 主バーナ
2b 窯尻
3 クリンカクーラ
4 仮焼炉
5 プレヒータ
5a 最下段サイクロン
5b 2段目サイクロン
6 原料シュート
7 クーラ抽気ダクト
7a 投入部
7b 回収部
7c、7d ダクト部
7e 板状部材
7f 開口部
7g 邪魔板
7h 入口側開口部
7i 出口側開口部
11 金属含有廃棄物の処理装置
12 回収部
12a ガス入口側開口部
12b ガス出口側開口部
12c 固体出口部
21 金属含有廃棄物の処理装置
22 サイクロン
22a ガス入口側開口部
22b ガス出口側開口部
22c コーン部
22d 固体出口部
G クーラ排ガス
M セメント原料
W 金属含有廃棄物
W1 金属廃棄物
W2 非金属廃棄物

Claims (6)

  1. セメントクリンカを冷却するクリンカクーラと、
    該クリンカクーラの排ガスの一部がクーラ抽気ダクトを介して燃焼用空気として導入される仮焼炉と、
    前記クーラ抽気ダクトに金属含有廃棄物を投入する投入部と、
    前記クーラ抽気ダクトにおいて、前記投入部と前記仮焼炉の間に設けられ、前記金属含有廃棄物から分離した金属廃棄物を回収する回収部とを備えることを特徴とする金属含有廃棄物の処理装置。
  2. 前記回収部は、入口側開口部に前記クーラ抽気ダクトのクリンカクーラ側部分が接続され、出口側開口部に前記クーラ抽気ダクトの仮焼炉側部分が接続され、前記クーラ抽気ダクトより横断面積が大きく形成され、底部に前記金属廃棄物を回収する重力式集じん装置であることを特徴とする請求項1に記載の金属含有廃棄物の処理装置。
  3. 前記回収部は、入口側開口部に前記クーラ抽気ダクトのクリンカクーラ側部分が接続され、出口側開口部に前記クーラ抽気ダクトの仮焼炉側部分が接続され、前記入口側開口部から前記出口側開口部へ流れるガス流を底部側へ向けて底部に前記金属廃棄物を回収する慣性式集じん装置であることを特徴とする請求項1に記載の金属含有廃棄物の処理装置。
  4. 前記回収部は、ガス入口側開口部に前記クーラ抽気ダクトのクリンカクーラ側部分が接続され、ガス出口側開口部に前記クーラ抽気ダクトの仮焼炉側部分が接続されるサイクロンであって、前記金属含有廃棄物から分離した金属廃棄物が固体出口部より排出されることを特徴とする請求項1に記載の金属含有廃棄物の処理装置。
  5. セメントクリンカを冷却するクリンカクーラと、該クリンカクーラの排ガスの一部がクーラ抽気ダクトを介して燃焼用空気として導入される仮焼炉とを備えるセメント焼成装置を用いて金属含有廃棄物を処理する方法であって、
    前記クーラ抽気ダクト内に前記金属含有廃棄物を投入し、
    前記クーラ抽気ダクト内で前記金属含有廃棄物から分離した金属廃棄物を前記クーラ抽気ダクトから回収し、
    前記クーラ抽気ダクトから回収されなかった非金属廃棄物を、前記クーラ抽気ダクトを介して前記仮焼炉に燃料として導入することを特徴とする金属含有廃棄物の処理方法。
  6. 前記金属含有廃棄物は、廃衣服又は/及びシュレッダーダストであることを特徴とする請求項5に記載の金属含有廃棄物の処理方法。
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