JP2020511584A - 汚泥や水を含む土壌の調整のため、及び酸の中和のためのバインダーの生産方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、汚泥／浚渫土及び水を含む土壌を調整するため、及び、酸の中和のために、スラグからバインダーを生産する方法に関する。本発明によれば、廃棄物焼却炉からのスラグは粉砕され、その後、金属が除去され、粉砕された前記スラグは、２．０−３．０ｍｍ以上の部分、及び、２．０−３．０ｍｍ未満の部分に分粒される。前記０／２０−０／３．０ｍｍの部分は、乾燥機の中で、最終含水率が１．５重量％−２．５重量％未満になるように乾燥され、その結果、前記スラグのポゾラン特性が復活する。前記乾燥機からの産出物は、さらに高速衝撃式ミルで粉砕され、安定した立方体の粒状組織となり、また、このプロセスで解放された金属が除去され、前記バインダーを形成する０／５００−０／７５０μｍの部分が、前記粉砕されたスラグから分離される。【選択図】図１

Description

本発明は、浚渫土／浚渫汚泥、及び、水を含む土壌のような、廃棄物焼却プラントからの汚泥の調整のため、及び酸の中和のためのバインダーの生産方法に関するものである。

本発明は、特に、ＭＷＩＰスラグとして知られる都市ゴミ焼却プラントからのスラグ用のバインダーの生産に関するものである。しかしながら、本発明は、原則として、さらに他の熱廃棄物処理から生ずるスラグにも関係している。以下、スラグに関して説明するが、スラグについての制限はない。
「調整」とは、スラグの特性を変更するかもしくは維持する処置を意味する。

排水量の大きな大型船が通過できるようにするために、特定の水域、特に港のエリアや湾への流入域を浚渫することは、慣習的に行われている。浚渫土は、しばしば汚染されており、そのまま使用することができないため、廃棄しなければならない。
この浚渫土は、浚渫した後は湿っており、それから流出した水が地下水に混入してはならないので、この流出水も回収しなければならない。

更に、浚渫土は強度が弱いので、固体の状態であっても、小さな傾斜角度でのみしか堆積することはできない。水が絶えず漏れ出るので、浚渫層の間に、複数の砂の排水層を設けることが必要であり、これらの複数の砂の層と複数の排水管は、水の流出を良くするために、互いに位置がずれていることが必要である。埋立処分地の上の浚渫土の層の厚さは、僅か、約６００〜８００ｍｍであることが知られている。この浚渫土の層の間に、厚さおよそ２００〜３００ｍｍの排水層を設ける必要がある。そのため、特に、長時間にわたって水が漏れ出ることとなり、複雑で大規模な埋立地が必要となる。

浚渫土の投棄は問題である。例えば、ハンブルク市では、喫水の深い船が港の繋留設備に到達できるようにするために、ハンブルク港及びエルベ川を絶えず浚渫しなければならない。この浚渫土もまた、汚染されている。しかしながら、ハンブルク市では、利用可能な土地は限られており、そのため、浚渫土の大規模な埋立地を形成することは容易ではない。
しかも、追加の排水層のために、埋め立て地の大部分に不活性砂が必要となる。そのため、全体として、比較的少量の浚渫土を投棄するのに、かなり広いエリアを用意しなければならない。しかし、ハンブルク市においては、このようなエリアとして利用しうる土地は、ごく限られている。

本発明の目的は、浚渫土を凝固させて、より大きな傾斜角度を形成することができるようにする、浚渫土の調整用の安価なバインダーを提供することにある。

本発明によれば、廃棄物焼却プラントからのスラグを砕き、砕かれたこのスラグを、２．０または３．０ｍｍ以上の部分、及び、２．０または３．０ｍｍ未満の部分に分粒する。分離された小さな０／２．０ｍｍまたは０／３．０ｍｍの部分を、乾燥機内で、最終含水率が１．５重量％−２．５重量％未満になるまで乾燥させる。その結果、スラグのポゾラン特性（ｐｏｚｚｏｌａｎｉｃ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ）が維持される。この乾燥機からの産出物を、さらに、高速衝撃式ミルで砕いて、安定した立方体の粒状組織とする。そして、この粉砕されたスラグから、バインダーを形成する０／５００〜０／７５０μｍの部分を分離させる。

都市ゴミ焼却プラント（ＭＷＩＰ）からのスラグは、セメントの構成成分に相当する構成成分として、とりわけ、ＣａＯ（酸化カルシウム、生石灰）、Ａｌ_２Ｏ_３＋Ｆｅ_２Ｏ_３（酸化アルミニウム＋鉄（ＩＩＩ）の酸化物）、及び、ＳｉＯ_２（二酸化ケイ素、石英）を含んでいることが知られている。
このようなスラグを乾燥させることにより、このスラグのポゾラン特性を維持または再活性化させることができ、従って再利用できることが分かった。そのため、スラグは、乾燥させた後、浚渫土を設定／調整するのに使用できる、ポゾラン特性を有している。
浚渫土と都市ごみ焼却プラントからのスラグの双方は、例えばハンブルク市において空間的に互いに十分な量だけ利用可能であり、従って、これら２種類の廃棄物を、簡単かつ安価に堆積することができる。

前記２．０ｍｍの部分または３．０ｍｍの部分の境界は、使用される篩によって定義される、粒界の限界値とみなされる。前記特定範囲は、さらに、例えば０／２．５ｍｍの部分のように、粒界境界の中間値を含んでいる。

スラグを、第一の粉砕／処理の前に約２．５〜３．５か月間保管することは、好ましいことである。「か焼」として知られているこのプロセスは、スラグの再利用の法律によって一般に義務づけられている。

特に、金属を含有した物質を乾燥前のスラグの処理プロセス中に除去することは、好ましいことである。それにより、そうでなければ埋立地に埋められる再利用可能な金属が、スラグから取り出されるので、さらに、バインダーの生産プロセスも、経済的に有利なものとなる。

更に、分離された０／２．０または０／３．０ｍｍの部分は、ドラム乾燥機の中で乾燥させるのが良い。この乾燥は、並流法によって行なわれるのが望ましい。この並流乾燥により、ポゾラン特性が均一かつ良好に維持されるのが分った。
前記乾燥は、ドラム内の温度２７０℃〜３３０℃で行なわれる。特に、砕かれたスラグのポゾラン特性を維持する処理を促進するために、バーナーゾーンの外側のドラム内の温度は、３００℃を超えないようにされる。

本発明のさらなる実施例においては、前記乾燥後、分離された０／２．０または０／３．０ｍｍの部分から、さらに、金属を含有した物質を、少なくとも部分的に除去させる。これにより、スラグからの産出物として、回収された金属を加えることができ、その結果、バインダーの生産コストをさらに下げることができる。

前記スラグは、乾燥機の下流に、不規則に割れた粒子の形で存在している。乾燥の後、高速衝撃式ミル内でスラグの粉砕を行うのが好ましい。その結果、不規則な焼結集合体は、砕かれてコンパクトな立方体形の粒子になる。この混合物から、０／５００または０／７５０μｍの部分が、バインダーとして分離される。これは、従来のグレーディング方法で実行できる。高速衝撃式ミルによって生成されたコンパクトな立方体形の粒子は、非常に混和しやすいので、このバインダーは、単純な混合装置を使用して、浚渫土と混合させることができる。

乾燥させると、必然的に、フィルタダストを生じるが、このダストは、既知のフィルタ装置によって収集できる。フィルタダストは、スラグと同じ化学組成を有している。従って、乾燥行程から出たフィルタダストはバインダーに供給される。いかなる場合でも、バインダーは、０／５００または０／７５０μｍの部分を含み、この部分は、粒子が一般に５０μｍ未満である収集されたフィルタダストのサイズと一致する。従って、スラグの、＜５００または＜７５０μｍの部分は、完全にバインダーとして使用することができる。

本発明は、さらに、前記方法によって処理された、ゴミ焼却プラントからのスラグの＜５００μｍ〜＜７５０μｍの部分からなるバインダーにも関する。このバインダーは、廃棄物から製造されるので、安価であり、大量に利用可能である。

更に、本発明は、湿った固体の浚渫土に、上記方法によって生産されたバインダーが添加され、混合され、あるいは調整された、埋立可能な物質の混合物にも関する。
「固体」とは、浚渫土がシャベルでカットされさらに移送することができる状態である。このバインダー含有量は、１０重量％と４０重量％の間、特に、２０重量％と３０重量％の間にあるようにされる。このバインダーは、廃棄物やゴミ焼却プラントのスラグから、低費用で生産することができる。湿った浚渫土とバインダーを一緒にすることにより、比較的急な傾斜角度での埋立てを可能にするのに十分な強度を有する、埋立可能な混合物が生成される。更に、前記物質の混合物の膨潤挙動は低いため、その体積は、比較的一定のまま維持される。従って、埋め立ては容易である。

急勾配の傾斜角度にも適用可能であるので、かなり多量の浚渫土を、１つのエリアに堆積させることができる。更に、バインダーのサイズとその立方形状により、浚渫土中の水は、毛細管に浸透し、バインダーによって逃げないように束縛される。従って、個々の埋立地層の間に、排水管による排水層を提供することは、もはや必要ではない。そのため、埋立コストを著しく下げることができる。更に、水が拘束されているため、調整された浚渫土から水を受け止めることは、もはや必要ではない。

更に、浚渫土とバインダーとの混合物は、７日後には、既に、バインダーのない浚渫土に比べて、著しく低い含水量になった。この含水量は、２８日後には、さらに低下した。これらの測定値は、次の表１に示す。

次の表２で示すように、バインダーを加えると、堆積した浚渫土の圧縮強度は著しく向上する。

更に、次の表３に示すように、傾斜角度を決定する浚渫土とバインダーとの堆積混合物のベーン剪断強度が増加する。

上記測定値の各表により、２８日後には、埋め立てられる物質の混合物が、高い圧縮強度及び高いベーン剪断強度を有していることが示されている。これは、埋立地を急な傾斜角度で満たすのに十分な値である。また、含水率が低く、水分が調整時に既に拘束されており、逃げないので、追加の排水層を設ける必要はない。従って、狭いエリアに、多量の浚渫土を堆積することができる。バインダーの生産コストは、埋め立てコストの節減と、スラグから回収された再生資源によって償われる。

さらに、前記バインダーは、一次アルミニウムの生産で生じる赤泥等の、産業汚泥の調整及び凝固にも適している。
前記赤泥と前記バインダーを調整した後、この物質の混合物も、より効率的に埋め立てることができる。
石油生産に伴う掘削泥水も、前記バインダーで調整した後、同様に、埋め立て可能となる。

バインダーの別の用途は、１０．０−１１．５の高いｐＨと、その微細粒子構造、および低残留水分という特性により、それを、化学産業からの酸性廃棄物の中和剤として使用することにある。この高いｐＨ値は、スラグの形成に関連した含有量と、基本的な特性を備えた石灰（Ｃａ（ＯＨ）_２）によるスラグの洗浄に起因する。これにより、スラグの含水率も決まる。

本発明による方法を示す概念図である。

以下、本発明を、概略図を参照しながら、より詳細に説明する。

廃棄物焼却プラントに由来するスラグ１１は、最初に、２．５〜３．５か月の所定期間、中間貯蔵施設１２に蓄えられる。続いて、スラグは、第一の破砕装置、例えば衝撃式ミル１３内で粉砕される。金属成分は、砕かれたスラグから、公知の分離装置１４で分離される。鉄金属は、磁気セパレーターを使用して分離することができる。これらの金属１５を、さらなる使用のために送る。

このようにして清潔になったスラグは、第一の分粒ステーション１６へ送られ、そこで、スラグは、３．０ｍｍ以上の部分と３．０ｍｍ未満の部分とに分粒される。３．０ｍｍ以上の部分１７は、別の使用のために、排出される。

３．０ｍｍ未満の部分は、ドラム乾燥機１８へ供給され、その中でスラグは、並流法により、含水率が、＜１．５重量％〜＜２．０重量％になるように、乾燥される。バーナー１９の温度が約６００℃の時、ドラム中の温度は、約３００℃である。これらの温度による乾燥プロセスは、スラグのポゾラン特性を復活させる。乾燥の間に発生した水蒸気２０は、フィルタ・システム（図示せず）で引き出される。

乾燥され排出された固体は、さらに、第二の破砕装置２１で粉砕される。これは、安定した立方体形の粒子を形成するために、例えば、高速衝撃式ミルで行うことができ、亀裂を生じた不安定な焼結塊が粉砕され、安定した立方体の粒子が形成される。さらに、粒子の破壊に伴い、その中に含まれていた金属の放出も起こる。

このようにして砕かれたスラグは、さらに、金属分離装置２２に供給される。ここで、非鉄金属及び鉄金属２３はスラグから取り除かれ、さらなる使用のために送られる。

その後、残りのスラグは、第二の分粒装置２４内で、７５０μｍ超の部分、及び、７５０μｍ以下の部分に分離される。７５０μｍ超の部分２５は、別の使用のために放出される。

０／７５０μｍの部分には、所望のポゾラン特性及び粒状組織がある。この部分は、混合装置２６において、乾燥装置１８のフィルタ・ユニットからのフィルタダスト２７と混合される。この混合物は、バインダー２８を形成する。

バインダー２８は、混合プラントの浚渫土と混合され、次に、埋立処分地へ輸送することができる。これにより、浚渫土及びバインダーから作られた物質の混合物は、強固なものとなる。設定により、もはや、水が漏れ出すリスクや、環境上汚染する材料が押し流されるリスクはなくなる。

１１ スラグ
１２ 中間貯蔵施設
１３ 第一の破砕装置
１４ 分離装置
１５ 金属
１６ 第一の分粒ステーション
１７ ３．０ｍｍ以上の部分
１８ 乾燥装置（ドラム乾燥機）
１９ バーナー
２０ 水蒸気
２１ 第二の破砕装置
２２ 金属分離装置
２３ 非鉄金属及び鉄金属
２４ 第二の分粒装置
２５ ７５０μｍ超の部分
２６ 混合装置
２７ フィルタダスト
２８ バインダー

Claims (13)

1. 汚泥や水を含む土壌の調整のため及び酸の中和のために、都市ゴミ焼却プラントからのスラグ（ＭＷＩＰスラグ）から、バインダーを生産する方法であって、
   廃棄物焼却プラントからのスラグ（１１）を粉砕し、
   前記粉砕されたスラグを、２．０〜３．０ｍｍ以上の部分、及び２．０〜３．０ｍｍ未満の部分へ分粒し、
   分粒された前記０／２．０または０／３．０ｍｍ未満の部分を、乾燥機により、１．５重量％−２．５重量％未満の最終含水率まで乾燥させることにより、前記スラグのポゾラン特性を維持させ、
   前記乾燥機からの産出物をさらに粉砕し、さらに、
   前記粉砕されたスラグから、バインダー（２８）を形成する０／５００μｍの部分〜０／７５０μｍの部分を分離することを特徴とする方法。
2. 前記最初の粉砕の前に、前記スラグは、約２．５〜３．５か月間保存されていることを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 前記乾燥の前に、前記砕かれたスラグから、解砕により、前記金属を含有する物質を、少なくとも部分的に取り除くことを特徴とする請求項１または２のいずれか１項に記載の方法。
4. 前記０／２．０ｍｍ〜０／３．０ｍｍ未満の部分の乾燥は、ドラム乾燥機（１８）の中で行なわることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法。
5. 前記乾燥は、並流法により行なわれることを特徴とする請求項４に記載の方法。
6. 前記乾燥は、２７０℃〜３３０℃の前記ドラムの中で行なわれることを特徴とする請求項４〜５のいずれか１項に記載の方法。
7. 前記乾燥の後、解砕により、前記０／２．０〜０／３．０ｍｍ未満の部分から、前記金属を含有する物質を、少なくとも部分的に削除することを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の方法。
8. 前記乾燥の後、高速インパクト・クラッシャー、あるいは高速衝撃式ミル（２１）により、安定した立方体の粒状組織への粉砕を実行することを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の方法。
9. 前記乾燥からのフィルタダストを、前記バインダーに供給することを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の方法。
10. 請求項１〜９のいずれか１項に記載の方法によって処理された、前記廃棄物焼却プラントからの５００−７５０μｍ以下の部分の前記スラグからなるバインダー。
11. 湿った固形汚泥／浚渫土に、請求項１〜９のいずれか１項に記載の方法によって生成されたバインダーが加えられ、混合／調整されていることを特徴とする埋立可能な物質の混合物。
12. 前記バインダーの含有量は、１０重量％と４０重量％の間、特に、２０重量％と３０重量％の間にあることを特徴とする請求項１１に記載の埋立可能な物質の混合物。
13. 酸性廃棄物の中和のために、請求項１〜９のいずれか１項に記載の方法によって生成されたバインダーの使用。

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