JP3484453B2 - ロックウール用スラグの製造方法およびロックウールの製造方法 - Google Patents

ロックウール用スラグの製造方法およびロックウールの製造方法

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    • Y02P40/50Glass production, e.g. reusing waste heat during processing or shaping
    • Y02P40/57Improving the yield, e-g- reduction of reject rates

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  • Processing Of Solid Wastes (AREA)
  • Manufacture, Treatment Of Glass Fibers (AREA)
  • Curing Cements, Concrete, And Artificial Stone (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、廃棄物の焼却灰、
特に都市ごみ焼却灰や下水汚泥焼却灰から、断熱材また
は各種フィルターに有用なロックウールを製造する方法
に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、大都市圏を中心とした都市ごみや
下水汚泥などの一般廃棄物および産業廃棄物の急速な増
加に伴って、これらの廃棄物の焼却処理施設から発生す
る焼却灰も増加している。このため、焼却灰を処分する
最終埋立て処分場が切迫している等の社会問題が生じて
いる。そこで、焼却灰をスラグ化して減容化する溶融処
理技術が開発され、一部実用化されている。また、溶融
処理技術とともに、焼却灰を路盤材および建材等の原料
として有効利用する技術も検討されている。
【0003】焼却灰を有効利用する技術の一つとして、
焼却灰を原料として、断熱材や各種フィルターに有用な
材料であるロックウールを製造する技術が考えられてい
る。より具体的には、焼却灰を溶融して溶融スラグを生
成し、この溶融スラグからロックウールを製造する。焼
却灰からロックウールを製造する技術については、例え
ば、特開昭52−11557号公報に、焼却灰をスラグ
ウール化して有害金属の放出防止を図ることが示されて
いる。また、特開昭51−99877号公報には、焼却
灰から生成した溶融スラグに高圧空気を噴射してウール
化する設備を付設した溶解炉が示されている。
【0004】しかし、上述の文献に示されている方法お
よび装置においては、焼却灰の溶融スラグからウールを
製造する歩留まりが低かった。歩留まりが低いのは、都
市ごみ焼却灰や下水汚泥焼却灰に含まれている鉄分が、
溶融スラグ中で溶融金属粒子、すなわち粒鉄として介在
すると、繊維が切れやすくなるために溶融スラグのウー
ル化が阻害されるからである。溶融金属の影響を少なく
してウール化の歩留まりを向上させるためには、ウール
径を大きくすれば良いことが分かっている。しかし、ウ
ール径を大きくすると、繊維としてのしなりが悪くな
る、ウールとしての断熱効果が低下する、ウールを断熱
マットなどに成形することができなくなる等の問題が生
じる。
【0005】上述のような理由から、ロックウールを製
造するための繊維化設備を付設した焼却灰の溶融設備は
提案されてはいたが、最適なウール径を有するロックウ
ールを工業的に歩留まり良く製造するまでには至ってい
なかった。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、最適なウー
ル径を有するロックウールを歩留まり良く製造すること
を可能にするロックウール用スラグを製造する方法、お
よびこのスラグからロックウールを製造する方法を提供
する。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、(a)
焼却灰を還元雰囲気中で溶融し、焼却灰中の鉄分を金属
鉄に還元して、溶融金属が分散した溶融スラグを生成す
る工程と、(b)生成した溶融スラグを2時間以上溶融
状態に保持して、溶融スラグ中の粒径が0.5μm以上
の溶融金属を沈降させ、溶融スラグ中に粒径が0.5μ
mを下回る溶融金属を残す工程とを含むことを特徴とす
るロックウール用スラグの製造方法が提供される。
【0008】また、本発明によれば、(a)焼却灰を還
元雰囲気中で溶融し、焼却灰中の鉄分を金属鉄に還元し
て、溶融金属が分散した溶融スラグを生成する工程と、
(b)生成した溶融スラグを2時間以上溶融状態に保持
して、溶融スラグ中の粒径が0.5μm以上の溶融金属
を沈降させ、溶融スラグ中に粒径が0.5μmを下回る
溶融金属を残す工程と、(c)溶融スラグをウール化す
る工程とを含むことを特徴とするロックウールの製造方
法が提供される。本発明のロックウールの製造方法にお
いては、前記(a)〜(c)の工程を連続して行うこと
が好ましい。
【0009】
【発明の実施の形態】以下、本発明を詳細に説明する。
【0010】まず、本発明においては、焼却灰を溶融炉
中において還元雰囲気で溶融して溶融スラグを生成す
る。焼却灰としては、都市ごみや下水汚泥などの一般廃
棄物および産業廃棄物を焼却処理したときに発生する焼
却灰、例えば都市ごみ焼却灰や下水汚泥焼却灰などが挙
げられる。これらの焼却灰には、必ず金属鉄などの鉄分
が存在している。例えば、都市ごみ焼却灰には、一般的
に、SiO2 が約50重量%、CaOが約20重量%、
Al2 3 が約15重量%、Na2 Oが約5重量%、T
−Fe(Total Fe)が約10重量%存在してい
る。溶融温度としては、例えば1400℃以上の温度を
用いる。上記組成の都市ごみ焼却灰スラグは、都市ごみ
の発生場所および発生時期によって若干異なるが、14
00℃以上で溶融状態となる。また、下水汚泥焼却灰ス
ラグも1400℃以上で溶融する。溶融は還元雰囲気中
で行うので、溶融炉の炉壁レンガの損傷が少ない。その
ため、炉壁レンガに安価なカーボン質のレンガ等を用い
ることができる。焼却灰を還元雰囲気中で溶融すること
によって、焼却灰に含まれる鉄分が金属鉄まで還元され
て、溶融金属の粒子(粒鉄)として溶融スラグ中に分散
する。分散した溶融金属は、後述するように、溶融スラ
グを保持することによって沈降分離させる。
【0011】なお、溶融スラグ中の溶融金属をスラグか
ら取り除く方法としては、上述した方法のほかに焼却灰
を酸化雰囲気中で溶融する方法もある。すなわち、酸化
雰囲気中で溶融することによって鉄分を完全に酸化させ
て酸化鉄に転化し、スラグに溶解せしめる。しかし、こ
の方法では、酸化雰囲気中で溶融するため溶融炉の炉壁
レンガの損傷が激しく、安価なカーボン質のレンガを用
いることができない。また、スラグ中の鉄分を金属鉄資
源として回収することが難しい。
【0012】本発明においては、次に、上述のように生
成した溶融スラグを溶融状態で保持する。溶融スラグを
溶融したままで保持、つまり滞留することによって、ス
ラグ中に分散している溶融金属が沈降する。溶融スラグ
の比重は、一般的に約2.8であり、溶融金属の比重
は、一般的に約7である。そのため、溶融金属は溶融ス
ラグ中で徐々に沈降する。溶融金属の沈降速度は、スト
ークスの法則に従って、粒径の大きいものほど大きく、
粒径の小さいものほど小さい。そのため、粒径の大きい
溶融金属ほど先に沈降し、粒径の小さい溶融金属が溶融
スラグ中に残る。こうして、沈降によって粒径の大きい
溶融金属を分離することができる。溶融スラグを保持す
る時間は、例えば2時間以上であることが好ましい。2
時間以上保持することによって、溶融スラグ中に存在す
る溶融金属のうち、粒径が0.5μm以上の溶融金属が
沈降して、粒径が0.5μmを下回る溶融金属がスラグ
中に残る。言い換えれば、溶融スラグ中の0.5μm以
上の粒径の溶融金属を、沈降分離することができる。
【0013】以上の工程により、ロックウールを製造す
るための溶融スラグを焼却灰から製造することができ
る。
【0014】次に、本発明においては、上述の溶融スラ
グから連続してロックウールを製造する。ロックウール
の製造方法としては、溶融スラグを圧縮空気で吹き飛ば
すことによってスラグをウール化する方法、高速回転さ
せたスラグ液滴発生装置によって溶融スラグからスラグ
液滴を発生させたのちに、このスラグ液滴を高速ガスで
ウール化する方法、または、高速回転するスピナーに溶
解スラグを直接滴下し、ウール化する方法などがある。
【0015】ロックウールのウール径は、溶融スラグへ
送る圧縮空気または高速ガス等の送風量、および送風時
の溶融スラグの温度などによって調製することができ
る。ロックウールのウール径は、一般に5μm程度が最
適とされている。上述のように溶融スラグをウール化す
るときに、溶融スラグ中に散在する溶融金属はウール間
に存在する介在物となる。介在物の大きさがウール径と
比べてある程度大きくなるとウールは介在物のところで
切れてしまうために、ウールを製造する歩留まりが著し
く低下する。
【0016】本発明においては、前述したように、例え
ば溶融金属の大きさが0.5μmを下回る溶融スラグか
らロックウールを製造する。そのため、5μm程度の径
を有するウールを溶融スラグから製造しても、溶融金属
の大きさはウール径のほぼ10分の1以下であるため
に、溶融金属によってウールが切れることが少ない。す
なわち、最適である5μm程度のウール径を有するロッ
クウールを歩留まり良く製造することができる。
【0017】上述したように、本発明においては、粒径
が大きい溶融金属を含まない溶融スラグを容易に得るこ
とができる。そのため、焼却灰溶融炉から溶融スラグを
得たのち、このスラグを冷却することなく既存のロック
ウール製造設備へ送って、ロックウール原料として利用
することができる。すなわち、焼却灰の溶融から連続し
てロックウールの製造を行うことができる。
【0018】また、ロックウール製造設備である繊維化
(ウール化)設備を灰溶融炉のスラグ取出し側に取付
け、取出したスラグを直接ウール化することによって、
本発明の効果がより一層明確になる。すなわち、溶融ス
ラグを冷却することなく連続してウール化するため、ス
ラグを再加熱するためのエネルギーを必要とせず、ウー
ル化に必要なエネルギーはスラグに送風する動力だけで
ある。つまり、灰溶融炉から排出される熱量を最大限に
利用することができる。そのため、スラグを再加熱して
ロックウールを製造する従来の方法に比べて約1/3の
エネルギー消費で済むため、安価に従来品と同程度の品
質を有するロックウールを製造することができる。まさ
に、省エネルギーと廃棄物の有効利用とが組合った効果
をなす。
【0019】また、本発明においては、沈降によって分
離した溶融金属を金属鉄資源として回収して再利用する
ことが可能である。さらに、沈降した溶融金属に重金属
などを吸収させることが可能であるので、溶融スラグか
ら重金属などの有害金属を取り除くことも可能である。
【0020】
【実施例】(実施例1)A市から発生した都市ごみ焼却
灰を、炭素電極を用いた抵抗加熱式電気炉で還元雰囲気
にて1400℃で溶融して溶融スラグを生成した。生成
した溶融スラグを、溶融状態で0.5時間〜12.0時
間のあいだ保持した。保持したのち、約20℃/分の速
度で冷却して非晶質スラグを製造し、このスラグの組成
を湿式分析によって分析した。下表1に、スラグ中のT
−Feの分析結果と溶融スラグの保持時間との間の関係
を示す。
【0021】
【表1】
【0022】表1に示すように、保持時間が2時間以上
になると、スラグ中のT−Feの値が急激に減少するこ
とが分かった。なお、スラグ中の他の成分については、
保持時間にあまりよらずに、ほぼSiO2 が53重量
%、CaOが28重量%、Al 2 3 が19重量%、N
2 Oが4重量%、MgOが3重量%、K2 Oが1重量
%であることが、分析によって分かった。
【0023】また、スラグのSEM写真を撮影して、こ
の写真から粒鉄の粒径を測定したところ、保持時間が2
時間以上のスラグにおいては、粒鉄の最大粒径が0.5
μmを下回っていることが分かった。
【0024】次に、スラグを電気式抵抗炉で再溶融して
1500℃まで昇温したのち、炉の下部に取付けたスラ
グ排出口からスラグを流し出した。次に、流し出したス
ラグを圧縮空気で吹き飛ばすことによってウール化し
た。ウール化の際にウール径が5μm程度になるよう
に、圧縮空気の風量等を調整した。
【0025】得られた綿状のウールとだま状のショット
と呼ばれる不良品を回収し、ウール化率、すなわち歩留
まりを測定した。ウール化率は、ウールとショットとを
合わせた全体の重量に対するウールの重量の割合(重量
%)で表わす。ウール化率の測定結果も上表1に示す。
表1に示すように、1400℃での保持時間が2時間以
上になると、ウール化率が急激に上がることが分かっ
た。また、得られたウールは平均のウール径が5μmの
良好なものであった。
【0026】(実施例2)A市から発生した都市ごみ焼
却灰を、炭素電極を用いた抵抗加熱式電気炉で還元雰囲
気にて1400〜1500℃で溶融して溶融スラグを生
成した。生成した溶融スラグを2時間以上保持した。保
持したのち、炉の上部に取付けたスラグ排出口からスラ
グを取出した。取出したスラグを、高速回転しているお
椀状のスラグ液滴発生装置に送ってスラグ液滴を発生さ
せた。発生したスラグ液滴を高速ガスで吹き飛ばすこと
によってウール化した。なお、ウール化の際にウール径
が5μm程度になるように、高速ガスの風量等を調整し
た。
【0027】得られたウールとショットを回収し、前述
のようにしてウール化率を測定したところ、ウール化率
は88%と高い値を示した。また、得られたウールは平
均のウール径が5μmの良好なものであった。
【0028】
【発明の効果】以上、詳述したように、本発明によっ
て、最適なウール径を有するロックウールを歩留まり良
く製造することを可能にするロックウール用スラグの製
造方法、およびこのスラグからロックウールを製造する
方法が提供される。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 横井 芳博 東京都港区芝大門1丁目1番26号 ニチ アス株式会社内 (56)参考文献 特開 昭52−123304(JP,A) 特開 昭53−94460(JP,A) 特開 平6−144892(JP,A) 特開 平8−133800(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B09B 3/00 - 5/00 C03B 37/00 - 37/16

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 (a)焼却灰を還元雰囲気中で溶融し、
    焼却灰中の鉄分を金属鉄に還元して、溶融金属が分散し
    た溶融スラグを生成する工程と、 (b)生成した溶融スラグを2時間以上溶融状態に保持
    して、溶融スラグ中の粒径が0.5μm以上の溶融金属
    を沈降させ、溶融スラグ中に粒径が0.5μmを下回る
    溶融金属を残す工程とを含むことを特徴とするロックウ
    ール用スラグの製造方法。
  2. 【請求項2】 (a)焼却灰を還元雰囲気中で溶融し、
    焼却灰中の鉄分を金属鉄に還元して、溶融金属が分散し
    た溶融スラグを生成する工程と、 (b)生成した溶融スラグを2時間以上溶融状態に保持
    して、溶融スラグ中の粒径が0.5μm以上の溶融金属
    を沈降させ、溶融スラグ中に粒径が0.5μmを下回る
    溶融金属を残す工程と、 (c)溶融スラグをウール化する工程とを含むことを特
    徴とするロックウールの製造方法。
  3. 【請求項3】 前記(a)〜(c)の工程を連続して行
    うことを特徴とする請求項2に記載のロックウールの製
    造方法。
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