JP3527149B2 - 産業廃棄物処理方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、産業廃棄物処理方
法に関するものであり、特に金属含有産業廃棄物を高温
溶融炉内で溶融する際に、この溶融によって溶出する溶
融金属をスラグから分離して回収し得るようにした産業
廃棄物処理方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】自動車や家庭電化製品などの金属含有産
業廃棄物を処理する一方法として、これらの産業廃棄物
を高温の溶融炉で溶融する方法が用いられている。この
溶融による処理方法の一例を図２により説明する。図２
において前記産業廃棄物Ｗ1 またはその解砕物Ｗ2 はロ
ータリーキルン６０の基部に設けられた導入口６２から
導入され、この基部に設置された第１バーナー６３によ
って熱風が供給され、例えば１４００℃以上の温度で溶
融される。この溶融によって産業廃棄物中の可燃物は熱
分解されてガス化し、一方、金属を含む不燃性物質はロ
ータリーキルン内の前記温度によって溶融状態または半
溶融状態の流動体Ｆになる。

【０００３】生成したガス成分はロータリーキルンの開
放端部６５から２次燃焼室３に送られ、この２次燃焼室
３で更に第２バーナー３４からの熱風と空気供給管３５
からの空気の供給を受けて高温で燃焼されて例えばダイ
オキシンや悪臭物質などが分解され、２次燃焼室の排出
口３３から燃焼ガスＧとして排出される。この燃焼ガス
Ｇは、図示しないが更に熱交換工程、ダイオキシン再生
成防止のためのクエンチ工程、煤塵・有害ガス除去工程
などを経て大気中に放出される。

【０００４】ロータリーキルン内に生成した流動体Ｆ
は、このロータリーキルンの胴部６１の傾斜に沿って流
動し、開放端部６５から水砕ピット４に排出される。水
砕ピット４に導入された流動体Ｆは、この水砕ピット４
内で水冷されると共に破砕され、結晶性または非結晶性
の砕塊Ｒとなり、コンベア４２によって搬出される。こ
の砕塊Ｒは従来から埋立てや建設資材などの土木建設用
として用いられている。

【０００５】前記産業廃棄物の処理方法において、溶融
によってロータリーキルン内に生成する流動体Ｆは、一
般に金属とスラグとの混成物である。このスラグの組成
は通常、ＳｉＯ₂ ／Ａｌ₂Ｏ₃／ＣａＯを主成分とするも
のであって、一例を挙げれば、ＳｉＯ₂ が３２〜４５重
量％、Ａｌ₂Ｏ₃が１０〜３０重量％、ＣａＯが７〜１４
重量％を占め、残部がＦｅ酸化物などとなっている。こ
の組成を有するスラグは溶融温度が高くしかも溶融物の
粘度が高いので、例えば前記のロータリーキルン６０内
を水砕ピット４に向けて流動させるためには炉内温度を
１４００℃以上とする必要があった。またこの高温に耐
えるため、ロータリーキルンの内張り耐火物としてはア
ルミナ系耐火煉瓦が用いられていた。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】前記の産業廃棄物処理
方法において、得られた砕塊ＲにはＦｅを始めとしてＣ
ｕ、Ａｕ、Ａｇなどの有用な、または高価な金属が含ま
れている。しかし、これまでそれら有用金属の回収は試
みられていなかった。その理由は、ロータリーキルン内
における前記流動体Ｆの粘度が、前記スラグの高溶融温
度・高粘度に起因して極めて高いので、ロータリーキル
ン内で溶融金属と溶融スラグとが混成体を形成して分離
せず、この流動体Ｆを水砕ピット４で解砕した後に得ら
れる砕塊Ｒを選別して金属を回収する作業が経済的に引
き合わなかったからである。高温のため、スラグ中で酸
化も促進され、特にＣｕが酸化され、溶融金属層が形成
され難かったこともある。また前記の産業廃棄物処理方
法では、前記のようにロータリーキルン内における流動
体Ｆの溶融温度が高いことに起因して、ロータリーキル
ンの内壁が熔損しやすく、溶融炉の耐用期間が短いとい
う問題もあった。本発明は前記の課題を解決するために
なされたものであって、従ってその第一の目的は、金属
含有産業廃棄物を溶融炉内に導入して溶融するに際し
て、この溶融によって溶出する溶融金属をスラグから分
離して回収し得るようにした産業廃棄物処理方法を提供
することにある。また本発明の第二の目的は、溶融炉の
熔損を防止して溶融炉の耐用期間を延長することにあ
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】前記の課題を解決するた
めに本発明は、金属を含有する産業廃棄物（以下、単に
「産業廃棄物」という）をロータリーキルン式溶融炉内
に導入して溶融する溶融工程と、この溶融工程により生
成された、溶融金属および溶融スラグからなる流動体を
冷却、破砕する冷却破砕工程とを有する産業廃棄物処理
方法であって、前記溶融工程は、この溶融によって生成
するスラグの溶融温度が１４００℃以下となるように、
このスラグの塩基度（ＣａＯ／ＳｉＯ_２重量比）を調整
し前記溶融スラグの流動性を増大させることにより、前
記溶融炉内で前記溶融金属と前記溶融スラグとをこれら
の比重差により分離し、前記冷却破砕工程は、前記溶融
金属と前記溶融スラグとを互いが分離した状態で、前記
溶融炉から流下させ、水砕ピットの水槽内で冷却破砕
し、金属とスラグとを別の砕塊として得る産業廃棄物処
理方法を提供する。

【０００８】一般に前記産業廃棄物をロータリーキルン
式溶融炉内に導入して溶融すると、産業廃棄物に含まれ
ていた金属が溶出すると共にスラグが生成する。このス
ラグは、その塩基度を特定範囲内に調整すると、結晶組
成の変化が起こって溶融温度が１４００℃以下に低下す
る。そして溶融温度が１４００℃以下となる結晶組成の
領域では、溶融スラグの粘度が著しく低下することがわ
かった。従って、スラグの溶融温度が１４００℃以下と
なるようにその塩基度を調整すれば、溶融スラグの粘度
が低下して流動性が増し、温度低下とともに溶融金属が
スラグの下層となって酸素と接触しなくなるため、その
酸化が防止され、ロータリーキルン式溶融炉内で溶融ス
ラグと溶融金属とがその比重差によって良好に分離する
ようになる。ロータリーキルン式溶融炉内で溶融金属と
溶融スラグとが良好に分離していれば、この溶融炉から
水砕ピットなどに導入して冷却解砕した際に、金属とス
ラグとが互いに異なる砕塊として得られるので、例えば
磁気選鉱法などによって金属砕塊を選別し、高い回収率
で金属を回収することができる。また、ロータリーキル
ン式溶融炉であれば、傾斜した回転筒状溶融炉の上方端
部から産業廃棄物を導入し加熱溶融することにより、溶
融金属と溶融スラグとが良好に分離した状態で下方の開
放端部から連続的に排出されるので、容易かつ連続的に
金属を回収することができる。

【０００９】前記において、スラグの塩基度は、０．３
５〜１．３５の範囲内に調整することが好ましい。各種
産業廃棄物から生成するスラグの元来の溶融温度は、前
記のように概略１４００℃以上であるが、個別にはその
産業廃棄物の組成により異なっている。しかし、いずれ
の産業廃棄物においても、スラグの塩基度を前記範囲内
に調整すれば、その溶融温度を１４００℃以下に降下さ
せることができる。塩基度が０．３５未満では、スラグ
の溶融温度を１４００℃以下にすることが困難である。
塩基度が１．３５を越えると、この調整のために要する
スラグ溶融剤の量が多くなって排出されるスラグ量が多
くなり運転効率が低下する。

【００１０】前記スラグの塩基度は、ＣａＯを含むスラ
グ溶融剤の添加により調整することが好ましい。一般
に、自動車や家庭電化製品などの金属含有産業廃棄物を
溶融したときに生成するスラグの塩基度（ＣａＯ／Ｓｉ
Ｏ₂ 重量比）は、０．１５〜０．３程度である。これ
を、スラグの溶融温度を１４００℃以下とする塩基度
（０．３５〜１．３５）と比較するとＣａＯが不足して
いる。従って、ＣａＯを含むスラグ溶融剤を溶融炉に添
加することにより塩基度を前記０．３５〜１．３５の範
囲内に調整することができる。ＣａＯを含むスラグ溶融
剤の例としては、例えば石灰石、消石灰、ＣａＯを含む
中和沈澱物、または他の製造工程で得られるＣａＯに富
むスラグなどを挙げることができる。

【００１１】前記溶融炉内には、Ｃ（炭素）を含む還元
剤を添加してもよい。前記産業廃棄物を溶融炉内で溶融
するに際して、少なくとも溶融物は、金属の酸化による
スラグへの移行を防ぐために還元雰囲気下に置くことが
好ましい。産業廃棄物中に有機物質などのＣ成分（可燃
物）が多く含まれている場合はこれら未燃焼のＣ成分が
溶融炉内の溶融物に溶け込み還元雰囲気を形成するので
問題ないが、既に焼却処理されたものとか、少ない場合
は、産業廃棄物の処理量に対して２重量％〜２０重量％
程度のＣを含む還元剤を添加すれば、有価金属を還元で
き、溶融金属が酸化によってスラグ側に移行することに
よる金属の損失を防止することができる。Ｃを含む還元
剤の例としては、好ましくはコークス、他に粉炭、石
炭、有機物廃材などを挙げることができる。

【００１２】前記溶融炉内の少なくとも前記スラグが接
触する部分は、ＭｇＯを主成分とする塩基性マグネシア
系耐火材で被覆することが好ましい。前記のようにスラ
グの溶融温度を１４００℃以下とするためにＣａＯを含
むスラグ溶融剤を添加して塩基度を高くすると、従来か
ら溶融炉の内壁に用いられているアルミナ系耐火材は、
その耐火材中のＡｌ₂Ｏ₃成分と前記スラグ溶融剤中のＣ
ａＯとが反応して低融点化合物を形成し、炉の耐久性を
低下させる。炉壁の耐火材として前記のＭｇＯを主成分
とする塩基性マグネシア系耐火材を用いれば、塩基度を
高くしても炉壁が侵食されることはなく、溶融炉の耐久
性が向上する。

【００１３】

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を用いて説明する。図１は本発明の方法に用いる産業廃
棄物溶融装置の一例を示している。この溶融装置は、基
本的には図２に示した従来の溶融装置と同様であるが、
ただしロータリーキルンの内壁が塩基性マグネシア系煉
瓦、具体的にはマグネシア・クロミア煉瓦で覆われてい
る。

【００１５】図１において、この産業廃棄物溶融装置は
概略、搬入機構１と、ロータリーキルン２と、２次燃焼
室３と、水砕ピット４とからなっている。搬入機構１
は、処理する産業廃棄物の状態に応じて、大型の産業廃
棄物Ｗ1 を搬入する機構１１と、解砕されたまたは小型
の産業廃棄物Ｗ2 をコンベアで搬入する機構１２とを備
えている。ロータリーキルン２は、円筒状の胴部２１が
基部から開放端部２５に向けて下方に傾斜するように設
置され、回転機構２４，２４によって円筒の中心軸を回
転軸として回転するようになっている。この胴部２１の
内壁は、前記のようにマグネシア・クロミア煉瓦で覆わ
れている。また胴部２１の中間部には、図示しないが中
間加熱設備が設けられている。ロータリーキルン２の基
部には産業廃棄物Ｗ1 ，Ｗ2 の導入口２２と、第１バー
ナー２３とが設けられ、下方の開放端部２５は２次燃焼
室３の下端部に開放されている。

【００１６】２次燃焼室３は立設された管体であって、
下端部には水砕ピット４に通じる流動体の排出口３１が
設けられ、その上方の管壁に、前記ロータリーキルンの
開放端部２５を受ける開口３２が形成されている。ま
た、２次燃焼室３の上部には排出口３３が設けられて、
図示しない排ガス後処理装置とダクトで連結されてい
る。この２次燃焼室３の中間部には、排ガスを高温で燃
焼するための第２バーナー３４と空気供給管３５とが設
けられている。前記排ガス後処理装置は、熱交換器、ダ
イオキシン再生成防止のためのクエンチ装置、煤塵・有
害ガス除外装置などを含み、これらの装置を経由した排
ガスは最終的に大気中に放出される。水砕ピット４は、
ロータリーキルンの開放端部２５から排出された流動体
を冷却し破砕する水槽４１と、破砕された砕塊Ｒを搬出
するコンベア４２とを有している。

【００１７】次に前記産業廃棄物溶融装置を用いる本発
明の一実施形態について説明する。先ずロータリーキル
ン２の胴部２１を回転し、第１バーナー２３を点火して
胴部２１内部を１４００℃以下の適温、例えば１３５０
℃に加熱しておく。次に、例えば廃自動車のプレス解砕
体（産業廃棄物Ｗ2 ）をコンベア付きの搬入機構１２に
よってロータリーキルンの基部に搬送し、導入口２２か
ら胴部２１内に導入する。なお、プレス解砕体は、ロー
タリーキルン方式では、形状は特に問題とせず、粉体状
でも一体物でも投入できるものであれば、溶融処理可能
である。他の溶融炉方式（例えばガス化溶融炉）では、
形状に関して前処理が重要とされ、ペレット状化が好ま
れ、一体物やプレス品は不適切とされている。

【００１８】このとき、産業廃棄物Ｗ2 の導入量に対応
して、予め計算された量の消石灰をスラグ溶融剤として
同時に搬入機構１２から導入する。導入する消石灰の量
は、溶融によって生成するスラグＳの溶融温度が１４０
０℃以下、例えば１３５０℃になるように、スラグＳの
塩基度（ＣａＯ／ＳｉＯ₂ 重量比）を調整できる量であ
って、予めスラグＳの組成分析によって計算される。

【００１９】消石灰と共にロータリーキルン２内に導入
された産業廃棄物Ｗ2 は、第１バーナー２３の熱風によ
って溶融され、可燃物は分解されてガス化し、一方、金
属を含む不燃性物質はロータリーキルン内の前記温度に
よって溶融状態または半溶融状態の流動体Ｆとなる。

【００２０】生成したガス成分はロータリーキルン２の
開放端部２５から２次燃焼室３に送られ、この２次燃焼
室３で、更に第２バーナー３４からの熱風と空気供給管
３５からの空気の供給を受けて高温で燃焼され、例えば
ダイオキシンや悪臭物質などが分解され、排出口３３か
ら燃焼ガスＧとして後処理工程に向けて排出される。

【００２１】ロータリーキルン２内に形成された前記流
動体Ｆは、胴部２１の傾斜に沿って流動しながら、この
間に消石灰の添加によって塩基度が上昇して流動性が増
したスラグＳと、Ｆｅを主成分とし他の金属を含む溶融
金属Ｍとが比重差によって分離する。この溶融金属Ｍと
溶融スラグＳは、互いに分離した状態でロータリーキル
ンの開放端部２５から流下し、水砕ピット４の水槽４１
内で冷却され破砕され砕塊Ｒとなる。このとき、金属と
スラグとは別の砕塊として得られる。得られた砕塊Ｒは
コンベア４２によって搬出される。得られた砕塊Ｒは、
例えば磁気選鉱装置などによって、金属の砕塊とスラグ
の砕塊とに容易に分別することができる。

【００２２】（試験例）図１に示した産業廃棄物溶融装
置において、産業廃棄物Ｗ2 として廃自動車のプレス解
砕体を用い、スラグ溶融剤として消石灰を用い、このと
きの塩基度を表１に示すように種々に変化させて、溶融
温度１３５０℃で溶融を行った。磁気選鉱装置によって
金属砕塊を分別し、各塩基度におけるＣｕ回収率を測定
した。結果を表１に示す。

【００２３】

【表１】

【００２４】表１から明らかなように、スラグ溶融剤を
添加してスラグの塩基度を０．３５〜１．３５の範囲内
で変化させた場合には、いずれも９０重量％以上の高い
Ｃｕ回収率が得られた。これに比べ、塩基度が０．３５
未満の場合は、Ｃｕ回収率が低く、溶融炉内において溶
融金属とスラグとが十分に分離していないことを示して
いる。

【００２５】

【発明の効果】本発明の産業廃棄物処理方法は、処理物
の形状を問わずに処理可能であるとともに、溶融によっ
て生成するスラグの溶融温度が１４００℃以下となるよ
うにこのスラグの塩基度を調整するものであるので、金
属含有産業廃棄物を溶融炉内に導入して溶融するに際し
て、金属とスラグとを容易に分離することができ、有用
金属または高価金属が有利に回収できるようになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の産業廃棄物処理方法に用いられる溶
融装置の一実施形態を示す断面図

【図２】 従来の産業廃棄物処理方法に用いられる溶融
装置の一例を示す断面図

【符号の説明】

１，１１，１２：搬入機構 ２：ロータリーキルン ２１：胴部 ２２：導入口 ２３：第１バーナー ２４；回転機構 ２５：開放端部 ３：２次燃焼室 ４：水砕ピット ４１；水槽 ４２：コンベア Ｗ1 ：産業廃棄物 Ｗ2 ：産業廃棄物またはその解砕物 Ｆ：流動体 Ｓ：スラグ Ｍ：溶融金属 Ｒ：砕塊

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 荻野 文彦 香川県香川郡直島町4049番地１ 三菱マ テリアル株式会社 直島製錬所内 (72)発明者 岩田 昇 東京都品川区北品川５丁目９番11号 住 友重機械工業株式会社内 (72)発明者 石河 是孝 東京都品川区北品川５丁目９番11号 住 友重機械工業株式会社内 (56)参考文献 特開 平９−108651（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−155728（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−293580（ＪＰ，Ａ) 特開 平11−1725（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B09B 3/00

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 金属を含有する産業廃棄物をロータリー
   キルン式溶融炉内に導入して溶融する溶融工程と、この
   溶融工程により生成された、溶融金属および溶融スラグ
   からなる流動体を冷却、破砕する冷却破砕工程とを有す
   る産業廃棄物処理方法であって、 前記溶融工程は、この溶融によって生成するスラグの溶
   融温度が１４００℃以下となるようにこのスラグの塩基
   度（ＣａＯ／ＳｉＯ_２重量比）を調整し前記溶融スラグ
   の流動性を増大させることにより、前記溶融炉内で前記
   溶融金属と前記溶融スラグとをこれらの比重差により分
   離し、 前記冷却破砕工程は、前記溶融金属と前記溶融スラグと
   を互いが分離した状態で、前記溶融炉から流下させ、水
   砕ピットの水槽内で冷却破砕し、金属とスラグとを別の
   砕塊として得 ることを特徴とする産業廃棄物処理方法。
2. 【請求項２】 前記スラグの塩基度を、０．３５〜１．
   ３５の範囲内に調整することを特徴とする請求項１記載
   の産業廃棄物処理方法。
3. 【請求項３】 前記スラグの塩基度を、ＣａＯを含むス
   ラグ溶融剤の添加により調整することを特徴とする請求
   項１または請求項２に記載の産業廃棄物処理方法。
4. 【請求項４】 前記溶融炉内に、Ｃ（炭素）を含む還元
   剤を添加することを特徴とする請求項１〜請求項３のい
   ずれかに記載の産業廃棄物処理方法。
5. 【請求項５】 前記溶融炉内の少なくとも前記スラグが
   接触する部分を、ＭｇＯを主成分とする塩基性マグネシ
   ア系耐火材で被覆することを特徴とする請求項１〜請求
   項４のいずれかに記載の産業廃棄物処理方法。