JP2696720B2 - 金属廃棄物の処理方法 - Google Patents

金属廃棄物の処理方法

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俊雄 松岡
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    • Y02WCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
    • Y02W30/00Technologies for solid waste management
    • Y02W30/50Reuse, recycling or recovery technologies
    • Y02W30/84Recycling of batteries or fuel cells

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、乾電池或いは製鋼ダスト等、複数の金属を
含有する金属廃棄物から有価金属を回収する金属廃棄物
の処理方法に関するものである。
[従来の技術] 家庭や工場から排出される廃棄物は年々増加の一途で
あり、その種類も多種多様で、適当な回収方法が見いだ
せずに埋立処分されているのが現状である。そのため処
分地の確保、有害金属の流出による公害問題等重大な社
会問題となってきた。
上記に鑑み、すでに低周波或いは高周波の電気加熱炉
を使用し、破砕した一次電池を電気加熱炉において400
〜500℃で数時間加熱して、固相部分,液相部分,気相
部分の三つの相に大別し、固相部分は引き続き800℃付
近で加熱した後磁選・濾過などにより鉄,カーボン,硫
酸マンガン溶液として回収し、液相部分は粗亜鉛であ
り、他の成分を除去した後塩化亜鉛溶液として回収し、
気相部分は水銀,カドミウムなどであり、キレート樹脂
で捕捉するなどして回収する金属廃棄物の回収方法、或
いは、焙焼炉を用いて石灰を加え混和して還元雰囲気で
焙焼し、適宜の処理によりそれぞれの成分に分離して回
収する方法等が提案されている。
しかし、これらの方法はいすれも単に金属廃棄物を無
害化処理することを主たる目的としたものであり、積極
的に回収を目的とした方法ではなかった。従って、排ガ
スの処理システムも単にガス中の重金属の環境への放出
を防止しているに過ぎず、効果的な回収方法ではなかっ
た。また、本出願人もすでに、特公昭63−25829号公報
に記載の如き、堅型シャフト炉を三つの区域に分け、上
から順に酸化炉,還元炉,溶融炉とし、それぞれの炉で
水銀,亜鉛,マンガン鉄合金などの処理を行ない、溶融
炉で発生したガスを還元炉の還元反応に利用した後、い
ったん炉外へ取り出し、必要な処理を施して酸化炉に導
入するようにした廃乾電池の処理方法を提案している
が、回収効率及び排ガスの完全無公害化の面から十分満
足すべきものとは言えなかった。
[発明が解決しようとする課題] 従来の熱冶金学的方法による金属廃棄物から有価金属
を回収する方法では、金属廃棄物の無害化については一
応の目的を達成できるものの、回収効率及びエネルギー
効率が悪く、経済的に実用可能な域にまでは達したもの
どはないと共にその処理の際に発生する排ガスの処理も
完全には行なわれておらず、これが二次廃棄物として公
害の原因になるおそれも皆無ではなかった。
[課題を解決するための手段] 本発明は、熱冶金学的な方法により金属廃棄物から有
価金属を回収する金属廃棄物の処理方法において、金属
廃棄物に含有される低沸点金属を気化する酸化処理炉
と、該酸化処理炉からの残さに含有される中沸点或いは
高沸点金属を溶融又は気化する溶融炉から夫々排出され
る排ガスを冷却・洗浄する循環水系を互に分離し、前記
酸化処理炉からの排ガスを処理する循環水系を酸化に保
ち、該排ガスに随伴する酸可溶物質を溶解し、酸不溶の
低沸点金属を回収すると共に、前記溶融炉からの排ガス
を処理する循環水系を弱アルカリ性に保ち、該排ガスに
随伴するダストを循環水に溶解させることなく、凝集・
沈澱させて回収し、前記酸化処炉に再循環させるように
したこと。更に望ましくは、酸化処理炉からの排ガスを
処理する循環水系の循環水の一部を溶融炉からの排ガス
を処理する循環水系に導入し、該循環水系のpH調整を行
なうようにしたことにより、金属廃棄物に含まれる酸不
溶の低沸点金属を酸化炉排ガス処理系(凝縮回収系)よ
り高濃度で回収し、後段の精製装置への負荷を最小に
し、省エネルギー化を図ること、及び、溶融炉の排ガス
処理系より排ガスに随伴した中沸点、高沸点金属酸化物
を効率よく凝集・沈澱させて回収し、上記低沸点金属精
製後の残さと共に処理炉へ再循環処理することによりプ
ロセスから発生した二次廃棄物は一切系外へは出さない
金属廃棄物の処理方法を提供するものである。
[実施例] 以下、本発明の一実施例を第1図に示したフローチャ
ートに沿って説明する。
1は酸化処理炉で、該炉は500℃以上に保たれており
金属廃棄物Fを装入すると、低沸点金属は蒸発し排ガス
と共に焼却炉2に送られる。焼却炉2では、前記廃棄物
F中に含有されている有機物質の熱分解により生成され
たガス状可燃分を完全に燃焼されてガス冷却洗浄器3に
送られる。
このガス冷却洗浄器3でガス中の低沸点金属は冷却さ
れて凝縮し、洗浄水と共にpH調整槽4に送られる。
pH調整槽4では、ガス冷却洗浄器3からの排水(洗浄
水)は廃棄物F中の塩素等により強酸を呈しているの
で、ここでアルカリ薬液によりpHを3〜4に調整した
後、沈澱槽5に送られる。沈澱槽5内で排水中の酸不溶
の低沸点金属Me3を沈澱させて回収し、図示しない後段
の精製装置に送ると共に、低沸点金属Me3を除去した水
は若干の酸可溶物質を含んだまま、熱交換器6を介して
洗浄水として前記ガス冷却洗浄器3に供給され循環使用
される。
なお、この低沸点金属Me3を除去した水は廃棄物の含
有により若干増加ずるので、増加分は後述する溶融炉排
ガス循環水系に排出される。また、前記ガス冷却洗浄器
3からの排ガスGは適宜処理して無公害化した後、大気
中に放出すると共に一部は前記酸化処理炉1に循環使用
する。
一方、前記酸化処理炉1で処理した残さは溶融炉7に
供給される。該溶融炉7は1300〜1500℃に保たれてお
り、該溶融炉7に装入された残さ中の中沸点金属は溶融
還元されて気化し、排ガスと共に中沸点金属凝縮器8に
導びかれる。また、前記残さ中の高沸点金属は溶融還元
され炉底に溜るので溶融金属Me1として取出し回収され
る。
この際、金属廃棄物F中に含有される難還元性金属酸
化物はスラグSlとして排出される。
そして、前記中沸点金属凝縮器8に導びかれた気化し
た金属(金属蒸気)は、該凝縮器8で冷却され、金属Me
2として凝縮し回収する。
中沸点金属凝縮器8で中沸点金属Me2を除去した排ガ
スはガス冷却洗浄器9に導びかれ洗浄された後、燃焼炉
10に送られ前記溶融炉7の還元生成物である一酸化炭素
COを燃焼して、前記酸化処理炉1の挿入ガスとして利用
する。
一方、前記冷却洗浄器9からの排水は、凝集剤添加槽
11を介して沈澱槽12に送られる。
該沈澱槽12で排水中の金属酸化物は沈殿し、スラジS
として取り出され、前記酸化処理炉1に再循環される。
また、沈澱槽12で金属酸化物を除去された排水は、pH
調整槽13に送られる。
該調整槽13では、前記冷却洗浄器9からの排水に前記
中沸点金属凝集器8からの排ガスに随伴した未回収の金
属酸化物及び前記金属廃棄物F中に含有されるアルカリ
成分が溶解・混入しており、元来強アルカリを呈するの
で、酸化薬液A2を添加し、沈澱槽12の出口でpH7〜9程
度の弱アルカリとなるように調整する。
この際、前記した酸化処理炉1の排ガス処理用循環水
系から排出される水も中和剤として作用する。
そして、この調整槽13からの排水はクーラー14を介し
て洗浄水として、前記冷却洗浄器9に循環させて使用す
ると共に、循環水の増加分は適宜処理して無公害化した
後、排水する。
次に、本発明を使用済み乾電池の処理方法に実施した
実験例を第2図に示すフローチャートに添って説明す
る。
この実験例に使用した炉は、処理能力が100kg/hのパ
イロット設備である。
なお、第2図中、第1図中に示したものと実質的に同
一の構成部分には同一の符号を符す。
1はシャフト炉で、該炉は500℃以上に保たれており
該炉に廃乾電池Fを装入すると、沸点の低い水銀は蒸発
し、排ガスと共に焼却炉2に送られる。焼却炉2では、
前記廃乾電池F中に含有されている有機物質の熱分解に
より生成されたガス状可燃分を完全に燃焼されてガス冷
却洗浄器3に送られる。
このガス冷却洗浄器3でガス中の水銀は冷却されて凝
縮し、洗浄水と共にpH調整槽4に送られる。
pH調整槽4では、ガス冷却洗浄器3からの排水(洗浄
水)が廃乾電池F中の塩素等により強酸を呈しているの
で、ここでアルカリ薬液として水酸化ナトリゥムA1を添
加し、pHを3〜4に調整した後、沈澱槽5に送られる。
沈澱槽5内で排水中の水銀Me3を沈澱させて回収し、
図示しない後段の精製装置に送ると共に、水銀Me3を除
去した水は若干の酸可溶物質を含んだまま、バッファタ
ンク21を経てホンプ22によりクーラー6を介して前記ガ
ス冷却洗浄器3に洗浄水として供給され循環使用され
る。
なお、この水銀Me3を除去した水は廃棄物の含有によ
り若干増加ずるので、増加分は後述する低周波誘導炉の
排ガス循環水系に排出される。
また、前記ガス冷却洗浄器3からの排ガスGは氷冷器
(チラー)15で冷却され、ミストエミネータ16でミスト
を除去して、ヒータ17で加熱した後、活性炭充填塔18で
排ガス中の残存水銀を除去した後、ブロアー19によって
一部は後述する燃焼炉に供給し、前記シャフト炉1に循
環させると共に、残りは集塵機20より大気中に放出す
る。
一方、前記シャフト炉1で処理した残さは低周波誘導
炉7に供給される。該低周波誘導炉7は1300〜1500℃に
保たれており、、該低周波誘導炉7に装入された残さ中
の亜鉛或はカドミューム等の中沸点金属は溶融還元され
て気化し、排ガスと共に中沸点金属凝縮器8に導びかれ
る。
また、前記残さ中の鉄、マンガン、鉛ニッケル或は銅
塔の高沸点金属は溶融還元され炉底に溜るので溶融金属
Me1として取出し回収される。
この際、廃乾電池F中に含有されるシリカ或はアルミ
ナ等の難還元性金属酸化物は、スラグSlとして排出され
る。
そして、前記中沸点金属凝縮器8に導びかれた前記の
気化した亜鉛或はカドミューム等は、該凝縮器8で冷却
され、固体金属Me2として凝縮し回収する。
中沸点金属凝縮器8で前記の亜鉛或はカドミューム等
の中沸点金属Me2を除去した排ガスはガス冷却洗浄器9
に導びかれ洗浄された後、燃焼炉10に送られ前記低周波
誘導炉7の還元生成物である一酸化炭素COを燃焼して、
前記シヤフト炉1の挿入ガスとして利用する。
一方、前記ガス冷却洗浄器9からの排水は、凝集剤添
加槽11に送られ、高分子凝集剤を添加されて沈澱槽12に
送られる。
該沈澱槽12で排水中の金属酸化物は沈殿し、スラジS
として取り出され、前記シャフト炉1に再循環される。
また、沈澱槽12で金属酸化物を除去された排水は、pH
調整槽13に送られる。
該調整槽13では、前記冷却洗浄器9からの排水に前記
中沸点金属凝集器8からの排ガスに随伴した未回収の金
属酸化物及び前記廃乾電池F中に含有されるアルカリ成
分が溶解・混入しており、元来強アルカリを呈するの
で、塩酸等の酸化薬液A2を添加し、沈澱槽12の出口でpH
7〜9程度の弱アルカリとなるよに調整する。
この際、前記した酸化処理炉ぬの排ガス処理用循環水系
から排出される水も中和剤として作用するので、酸性薬
液の低減が図れる。
そして、この調整槽13からの排水はポンプ24によって
クーラー14を介して洗浄水として、前記冷却洗浄器9に
循環させて使用すると共に、循環水の増加分は水処理装
置24で処理して排水槽25に一旦溜めた後、排水する。
本実験例による回収スラジ及び循環水中の重金属濃度
を測定した結果は、第1表に示す通りであつた。
第1表から明らかな通り、シャフト炉の循環水系から
の回収スラジの水銀含有量に対して低周波誘導炉の循環
水系からの回収スラッジの水銀含有量は極端に低く、水
銀はシャフト炉の循環水系で略完全に回収されている。
また、循環水中の重金属濃度は、シャフト炉の循環水
系の方が低周波誘導炉の循環水系よりも高いが、これは
一部を低周波誘導炉の循環水系に排出するだけで、シャ
フト炉の循環水系が実質的に閉ループを形成しているの
で問題はない。
上記の実験結果から解るように、排ガスの処理系をシ
ャフト炉の循環水系と低周波誘導炉の循環水系の2系列
に分離したことによって、回収スラッジ中の水銀濃度を
高めることができ、後段の水銀精製のエネルギー負荷等
が著しく低減できた。また、シャフト炉の循環水系と低
周波誘導炉の循環水系を分離しない場合、夫々に同じpH
の冷却洗浄水を供給するのは問題ないものの、各水系毎
の最適なpH調整を行うのは難しく、水系全体のpHを酸性
にすると酸可溶の重金属が多く溶解され循環水中の重金
属濃度が高く後段の水処理の負荷が大きくなる。
逆に、水系全体のpHをアルカリ性にすると循環水中の
重金属濃度は低くなるが、循環水系の各所にスケーリン
グを生じる可能性があるが、本実施例の如く、シャフト
炉の循環水系を酸性に、低周波誘導炉の循環水系をアル
カリ性にすることにより、スケーリングの発生の恐れが
無く、しかも、低周波誘導炉の循環水系からの排水の重
金属濃度を低くして、後段の水処理装置に送ることが出
来るので、処理水からの重金属除去の負荷も著しく低減
できた。
[発明の効果] 本発明によれば、酸化処理炉の排ガスを冷却洗浄する
循環水系と溶融炉及び中沸点金属凝縮器からの排ガスを
冷却洗浄する循環水系とを分離して、酸化処理炉の排ガ
スを冷却洗浄する循環水系で凝縮する低沸点金属と、中
沸点金属凝縮器からの排ガスを冷却洗浄する循環水系の
スラッジ(主として、中沸点及び高沸点金属酸化物)と
の混合を防止したので、低沸点金属を高濃度で回収して
後段の精製装置に送る量を減少させることが出来る。
酸化処理炉の排ガスを冷却洗浄する循環水系の循環水
を酸性に保つことにより、排ガスに随伴した酸可溶物質
を積極的に溶解して回収目的物である凝縮した酸不溶の
低沸点金属を循環水から効率良く回収すると共に、酸性
循環水により循環水系のスケーリングを防止できる。
また、溶融炉及び中沸点金属凝縮器の排ガス処理系の
循環水を弱アルカリ性に保つことにより、排ガスに随伴
するダスト(主として、未回収の中沸点金属及び高沸点
金属)を循環水に溶解させることなく凝集沈殿させ効率
良く回収すると共に、後段の排水からの重金属除去処理
の負荷を著しく低減できる。
更に、低沸点金属を沈澱分離した後の循環水の一部を
溶融炉排ガス系の循環水系に導入することにより、中和
剤として利用できるので、中和剤の節約も図れる等の効
果を有する。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明のフローチャート図、第2図は本発明を
使用済み乾電池の処理に適用したフローチャート図であ
る。 F:金属廃棄物、1:酸化処理炉 7:溶融炉、Me1:高沸点金属 Me2:中沸点金属、Me3:低沸点金属

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】熱冶金学的な方法により金属廃棄物から有
    価金属を回収する金属廃棄物の処理方法において、金属
    廃棄物に含有される低沸点金属を気化する酸化処理炉
    と、該酸化処理炉からの残さに含有される中沸点或いは
    高沸点金属を溶融又は気化する溶融炉から夫々排出され
    る排ガスを冷却・洗浄する循環水系を互に分離し、前記
    酸化処理炉からの排ガスを処理する循環水系を酸性に保
    ち、該排ガスに随伴する酸可溶物質を溶解し、酸不溶の
    低沸点金属を回収すると共に、前記溶融炉からの排ガス
    を処理する循環水系を弱アルカリ性に保ち、該排ガスに
    随伴するダストを循環水に溶解させることなく、凝集・
    沈澱させて回収し、前記酸化処炉に再循環させるように
    したことを特徴とする金属廃棄物の処理方法。
  2. 【請求項2】酸化処理炉からの排ガスを処理する循環水
    系の循環水の一部を溶融炉からの排ガスを処理する循環
    水系に導入し、該循環水系のpH調整を行なうようにした
    ことを特徴とする請求項1に記載の金属廃棄物の処理方
    法。
  3. 【請求項3】低沸点金属は沸点が500℃以下、中沸点金
    属は沸点が500〜1200℃、高沸点金属は沸点が1200℃以
    上であることを特徴とする請求項1に記載の金属廃棄物
    の処理方法。
  4. 【請求項4】低沸点金属は水銀、中沸点金属は亜鉛・カ
    ドミウム、高沸点金属は鉄・ニッケル・マンガン・銅・
    鉛であることを特徴とする請求項1に記載の金属廃棄物
    の処理方法。
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