JP3619699B2

JP3619699B2 - Phosphorus recovery equipment and phosphorus recovery method

Info

Publication number: JP3619699B2
Application number: JP07574899A
Authority: JP
Inventors: 啓介中原; 浩山本; 拓也品川; 清吉田部井; 通郎桑山
Original assignee: Nippon Chemical Industrial Co Ltd; JFE Engineering Corp
Current assignee: Nippon Chemical Industrial Co Ltd; JFE Engineering Corp
Priority date: 1999-03-19
Filing date: 1999-03-19
Publication date: 2005-02-09
Anticipated expiration: 2019-03-19
Also published as: JP2000264611A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燐化合物を含有する溶融物から燐を回収する設備及び方法に係り、特に燐化合物を含有する廃棄物から燐を回収することを可能とする燐回収設備及び燐回収方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
下水汚泥焼却灰等の廃棄物は比較的高い濃度で燐を含有している。特開平９−１４５０３８号公報及び特開平１０−２７９３０１号公報は、そのような廃棄物から燐を回収する方法を開示している。
【０００３】
特開平９−１４５０３８号公報が開示する方法によると、廃棄物焼却灰からの燐の回収は以下に示すようにして行われる。まず、還元性ガスで満たされた密閉型電気炉内に、燐化合物を含有する廃棄物焼却灰と炭素源とを供給し、これらの溶融処理を行う。それにより、焼却灰中の燐化合物は還元され、燐ガスが生成される。次に、この燐ガスを含む排ガスに空気を接触させることにより五酸化燐を生成し、さらに、この五酸化燐を含む排ガスと水とを接触させる。その結果、五酸化燐は水に吸収され、燐酸を生成する。すなわち、特開平９−１４５０３８号公報が開示する方法によると、焼却灰中の燐は燐酸として回収される。なお、特開平９−１４５０３８号公報は、上記燐ガスを含む排ガスを温水スプレーを用いて冷却・凝縮することにより、焼却灰中の燐を黄燐として回収することも開示している。
【０００４】
また、特開平１０−２７９３０１号公報が開示する方法によると、廃棄物焼却灰からの燐の回収は以下に示すようにして行われる。まず、酸化性ガスで満たされた溶融炉内で、燐化合物を含有する廃棄物を還元性物質とともに加熱・溶融する。その結果、廃棄物中の燐化合物は還元されて燐となり、さらに酸化されて燐酸化物を生成する。特開平１０−２７９３０１号公報が開示する方法によると、このようにして生じた燐酸化物を含有する排ガスを冷却して燐酸化物を凝縮させること等により燐の回収が行われる。
【０００５】
このように、燐化合物を含む廃棄物から燐を回収する様々な方法が提案されている。しかしながら、既設の廃棄物処理設備の多くにおいては、溶融スラグと溶融メタルとの分離が行われるのみであり、燐の回収は行われていない。
【０００６】
これは、下水汚泥焼却灰や下水汚泥の溶融炉として普及している旋回溶融炉及び表面溶融炉等のように酸化性雰囲気下で溶融処理を行う溶融炉においては、下水汚泥焼却灰や下水汚泥中に含まれる燐化合物の多くは溶融過程において還元されず、下水汚泥焼却灰や下水汚泥を溶融することにより生成する溶融スラグ中にとどまるためである。したがって、既設の廃棄物処理設備を利用しつつ、廃棄物から燐を回収可能とすることが望まれている。
【０００７】
ところで、特開平９−１４５０３８号公報が開示する方法は、焼却灰中に含まれる燐を再利用可能とする点で有効であるが、以下に示す問題を有している。例えば、上記方法によると、焼却灰を電気炉内に供給する際に炉内でダストが舞い上がり、このダストは上記排ガスとともに電気炉から排出される。特に、下水汚泥等の焼却灰は微粉状であるため、電気炉から排出される排ガスはダストを高濃度で含有することとなる。
【０００８】
このようなダストの一部は、コットレル集塵機のような電気集塵機により排気ガスから除去可能である。しかしながら、上記ダストは極めて微細であるため、電気集塵機で完全に除去することは不可能である。そのため、上述した方法により排ガス中に含まれる燐ガスを燐酸或いは黄燐として回収する場合、燐酸或いは黄燐中へのダストの混入を避けることができない。
【０００９】
また、排ガス中のダストは、排ガス中に含まれる燐ガスを黄燐として回収する場合には、排ガスの凝縮を行う凝縮塔においてスラッジを生成し、一方、燐ガスを燐酸として回収する場合には、五酸化燐を水に吸収させるための吸収塔においてスラッジを生成する。このようなスラッジは高い濃度で燐分を含有し、特に燐ガスを黄燐として回収する場合には黄燐がスラッジに付着する。黄燐は空気中で発火や発煙を生ずるため、スラッジが含む黄燐を処理するためのコストが別途必要となるという問題を生じてしまう。
【００１０】
また、特開平９−１４５０３８号公報が開示する方法によると、廃棄物の溶融と燐ガスの生成とが同一の溶融炉内で行われる。そのため、この方法によると、酸素と接触した場合に爆発を生ずるおそれがある燐ガスの発生量を制御することは困難である。したがって、上記方法によると、排気ガスから燐分を回収する装置が故障した場合やその補修の際に、燐ガスの発生量を低減することができなかった。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、廃棄物から燐を高い純度で回収することを可能とする燐回収設備及び燐回収方法を提供することを目的とする。
【００１２】
また、本発明は、既設の廃棄物処理設備に適用可能な燐回収設備及び燐回収方法を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明は、溶融物供給口と排気口とを有し、溶融物供給口から供給された燐化合物を含有する溶融物を還元性雰囲気下で加熱することにより気化された燐を含む高温ガスを発生させる加熱炉、及び上記排気口から排気された高温ガスから上記気化された燐を黄燐或いは燐化合物として回収する燐回収手段を有することを特徴とする燐を回収する設備を提供する。
【００１４】
また、本発明は、燐化合物を含有する被溶融物を加熱して溶融物を形成する工程、上記溶融物を還元性雰囲気中で加熱して気化された燐を含有する高温ガスを発生させる工程、及びこの高温ガスから上記気化された燐を黄燐或いは燐化合物として回収する工程を有することを特徴とする燐を回収する方法を提供する。
【００１５】
本発明においては、上記高温ガスは、通常、上記溶融物を炭素源とともに加熱することにより生成される。この場合、本発明の設備は、通常、上記加熱炉に炭素源を供給する炭素源供給手段をさらに有する。また、この場合、高温ガスを発生させる工程における炭素源の供給量により上記気化された燐の発生量を制御することができる。
【００１６】
本発明において、被溶融物は、例えば、下水汚泥や下水汚泥焼却灰のように燐化合物を含有する廃棄物である。本発明によると、このような廃棄物を溶融してなる溶融物は、加熱炉に供給され、通常、加熱炉の底部から順に溶融メタル層、溶融スラグ層、及びガス層を形成する。溶融メタル、溶融スラグ、及び高温ガスは、それぞれ、溶融メタル排出口、溶融スラグ排出口、及び排気口から加熱炉の外部に排出される。溶融物供給口は、通常、ガス層と連絡するように加熱炉に設けられる。また、上記溶融物の加熱は、例えば、溶融スラグ層中に部分的に浸漬された電極とこの電極に接続された電源等からなる加熱手段により溶融スラグを加熱することにより行われる。
【００１７】
本発明の燐回収設備が既設の廃棄物処理設備と組み合わされる場合、通常、既設の廃棄物処理設備において燐化合物を含有する廃棄物の溶融物を形成し、この溶融物を上記加熱炉に供給する。また、本発明の燐回収設備は、既設の廃棄物処理設備と組み合わされることなく単独で使用される場合、上記溶融物を加熱炉に供給する溶融物供給手段をさらに有する。
【００１８】
本発明において、高温ガスの発生は、燐ガスと酸素との接触を防止するために、実質的に外気から隔離された空間内で行われることが好ましい。この実質的に外気から隔離された空間は、加熱炉の構造を工夫すること或いは加熱炉に不活性ガスを供給すること等により形成することができる。
【００１９】
例えば、溶融物供給口から加熱炉内に外気が侵入する場合、加熱炉内にガス層を水平方向に隣接する２つの領域に分割する隔壁を設け、これら領域の一方に溶融物を供給し、他方の領域から高温ガスを排気することにより、他方の領域を実質的に外気から隔離することができる。このとき、例えば、溶融スラグ層の上記他方の領域に対応する部分のみに炭素源を供給することにより、上記他方の領域に対して選択的に燐ガスを発生させることが可能となる。
【００２０】
また、溶融スラグをオーバーフローを利用して加熱炉から排出する場合、溶融スラグ排出口は加熱炉の内壁の溶融スラグ層とガス層との境界部に位置するため、溶融スラグ排出口から炉内に外気が侵入すること、或いは溶融スラグ排出口から高温ガスが炉外に排気されることがある。この場合、排気口を溶融物供給口と溶融スラグ排出口との間に位置させ、加熱手段を溶融物供給口と排気口との間に配置し、排気口と溶融スラグ排出口との間にガス層を水平方向に隣接する２つの領域に分割する隔壁を設けることにより、燐ガスと外気との接触を防止することができる。
【００２１】
また、ガス層に窒素ガス及びアルゴンガス等の不活性ガスを供給することによっても、燐ガスと外気との接触を防止することができる。すなわち、不活性ガス供給手段から供給される不活性ガスを、溶融物供給口等から加熱炉内に送り込むことにより、燐ガスと外気との接触を防止することができる。
【００２２】
本発明において、上記ガス層に不活性ガス及び還元性ガスのいずれか一方或いはこれらの混合ガスを供給することが好ましい。この場合、炉内に不活性ガス及び還元性ガスの少なくとも一方からなるガス流が形成される。したがって、このガス流が排気口へと向くように制御することにより、高温ガスの排気を促進することができる。
【００２３】
また、本発明において、上記高温ガスの発生は加熱炉の内壁の少なくとも一部を冷却しつつ行うことが好ましい。この場合、溶融スラグ層中の溶融スラグの一部が内壁表面で凝固されるため、溶融スラグによる炉壁の浸蝕を防止できる。
【００２４】
また、本発明において、溶融物の生成に伴って生ずるダストを、高温ガスを発生させる際に、溶融物とともに還元性雰囲気中で加熱することが好ましい。このようなダストは燐分を含有するため、燐の回収率を向上させることができるのとともに、ダストの処理が不要となる。
【００２５】
本発明において、高温ガスからの黄燐或いは燐酸の回収は、例えば、高温ガスを凝縮することにより気化された燐を黄燐に転化する凝縮器を用いて行うことができる。また、高温ガスからの黄燐或いは燐化合物の回収は、高温ガスと酸素を含むガスとを混合して気化された燐を五酸化燐に転化する五酸化燐生成手段と、高温ガスと酸素を含むガスとを混合してなる混合ガスを水と接触させることにより混合ガスに含まれる五酸化燐を水に溶解させて燐酸水溶液を生成する燐酸生成手段とを用いて行うことができる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明について図面を参照しながらより詳細に説明する。なお、それぞれの図面において共通する部材には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【００２７】
図１に、本発明の第１の実施形態に係る廃棄物から燐を回収する設備を概略的に示す。図１に示す回収設備は、密閉型電気抵抗式溶融炉１、除塵器１０、燃焼室１１、吸収塔１２、燐酸貯槽１３、ミスト捕集器１４、及びガス洗浄塔１５で主に構成されている。なお、図１において、燃焼室１１、吸収塔１２、及び燐酸貯槽１３は、燐回収手段を構成している。
【００２８】
参照番号５１は、下水汚泥焼却灰や下水汚泥等の廃棄物のような被溶融物を溶融する溶融炉を示している。この溶融炉５１は、上記廃棄物を溶融することにより得られた溶融物を溶融炉１に供給する溶融物供給手段である。溶融炉５１は、既設の廃棄物処理設備の一部であってもよく、また、本態様に係る燐回収設備の一部であってもよい。
【００２９】
被溶融物の溶融方式に特に制限はないが、溶融炉５１として、旋回溶融炉、表面溶融炉、プラズマ溶融炉、及びコークスベッド溶融炉等を用いることが好ましい。旋回溶融炉及び表面溶融炉等によると、酸化性雰囲気下で溶融が行われるため、溶融炉５１での燐ガスの発生が抑制される。すなわち、溶融炉５１において生成する溶融スラグは高濃度で燐分を含有することとなり、本発明の効果が顕著となる。溶融炉１に供給する溶融物としては、このような溶融スラグだけでなく、製鋼工程における脱燐処理で生成する脱燐スラグ等を用いてもよい。
【００３０】
溶融炉５１での溶融物の生成過程においては、燐の揮発を抑制するため、或いは溶融スラグの流動性を向上させるために、石灰等のカルシウム源を加えることができる。しかしながら、溶融炉５１で生成した溶融スラグ中のＳｉＯ_２に対するＣａＯの重量比が１を超える場合、後述する溶融炉１での燐ガスの発生が抑制されることがある。このような場合、溶融炉１において、溶融スラグ中のＳｉＯ_２に対するＣａＯの重量比が１以下となるように、珪石や石炭灰等の珪素源を添加することが好ましい。
【００３１】
溶融炉１は、溶融炉５１から溶融物供給部２６を経由して供給される溶融物を還元性雰囲気下で加熱して、気化された燐を含む高温ガスを発生させる加熱炉である。溶融炉１は密閉構造を有しており、その内壁にはカーボン系の耐火物からなる層が形成されている。また、溶融炉１の上部には、例えばグラファイトからなる電極２が電極昇降装置３により鉛直方向に移動可能に設置されている。電極２には電源４が接続されており、各電極に所望の電圧を印加することが可能である。
【００３２】
図１において、参照番号４１及び４２は、それぞれ、溶融スラグ層及び溶融メタル層を示している。旋回溶融炉や表面溶融炉等の酸化雰囲気下で溶融を行う溶融炉から排出される溶融物（溶融スラグ）は酸化鉄等を高濃度で含有している。この溶融物に含まれる酸化鉄等は溶融炉１内で還元されて溶融メタルを生成する。以上のようにして生成した溶融メタルは高い比重を有しているため、溶融炉１の底部に沈降する。また、溶融炉５１から供給される溶融物が溶融メタルを含有している場合は、これも溶融炉１の底部に沈降する。その結果、溶融炉１内で、金属鉄を主成分とする溶融メタル層４２は溶融スラグ層４１から分離する。したがって、溶融メタル層４２を構成する溶融メタル及び溶融スラグ層４１を構成する溶融スラグを、メタル排出口６及びスラグ排出口５からそれぞれ別々に炉外に排出することができる。
【００３３】
操業中の溶融炉１内において、電極２は、電極昇降装置３により溶融スラグ層４１への浸漬深さを制御され、且つ電源４から所定の電圧を印加される。このとき、溶融スラグ層４１は電気抵抗体として機能するため、溶融スラグ層４１は加熱される。溶融スラグ層４１の温度は、例えば１３００℃〜１６００℃に維持される。
【００３４】
溶融炉１には、通常、炭素源供給部２５からコークス等の炭素源が供給される。溶融炉１内では、溶融スラグ等の溶融物とコークス等の炭素源とが下記反応式に示す反応を起こし、燐ガスと一酸化炭素ガスを発生する。
【００３５】
２Ｐ_２Ｏ_５＋１０Ｃ→Ｐ_４＋１０ＣＯ
溶融炉１内における溶融スラグ層４１の上部空間、すなわちガス層は、このようにして生成する燐ガスと一酸化炭素ガスで満たされる。したがって、溶融炉１内において還元性雰囲気が維持される。
【００３６】
このようにして生成した燐ガス及び一酸化炭素ガスを含有する高温の排ガスの排気を促進するために、溶融炉１内にガス流を形成してもよい。これについて、図２を参照しながら説明する。
【００３７】
図２は、図１に示す設備の溶融炉１を簡略化及び拡大して示す断面図である。例えば、溶融物供給部２６から、溶融炉１で生成した溶融物とともに窒素ガス及びアルゴンガス等の不活性ガス或いは一酸化炭素ガスやプロパンガス等の還元性ガスを溶融炉１内に供給する。この場合、溶融炉１内において、溶融スラグ層２７の上部空間には溶融物供給部２６から排気口７へと向いたガス流が形成される。したがって、溶融炉１内で生成した燐ガス等を直ちに排気することが可能となる。
【００３８】
また、溶融物供給部２６の途中に上記不活性ガスを供給してもよい。溶融物供給部２６における不活性ガスのガス圧が十分に高い場合、排気口７からの燐ガスの排気を促進することができるだけでなく、外気が溶融炉１内に導入されるのを防止し、且つ溶融炉１内で生成した燐ガスが溶融物供給部２６から排気されるのを防止することができる。
【００３９】
燐ガスと外気とを隔離するために、図２に示す溶融炉の代わりに、図３及び図４に示す溶融炉を用いることができる。なお、図３及び図４は、それぞれ、本発明の第１の実施形態に係る設備において用いられる溶融炉を概略的に示す断面図である。
【００４０】
図３に示す溶融炉は、溶融スラグ層２７の上部空間を２分割する隔壁を有している。この隔壁の先端は溶融スラグ層２７に浸漬されているため、図３に示す溶融炉において、溶融物供給部２６から侵入する外気は、隔壁の右側の空間へは到達しない。また、図３に示す溶融炉において、燐ガスの発生は隔壁の右側の領域で行われる。したがって、図３に示す溶融炉によると、燐ガスを外気から隔離することができる。
【００４１】
図４に示す溶融炉は、図３に示す溶融炉と類似の構造を有しているが、図３に示す溶融炉とはスラグ排出口５の位置が異なっており、さらにスラグ排出口５と排気口７との間に隔壁を有している点で異なっている。図４に示す溶融炉においては、スラグ排出口５は溶融スラグ層２７の液面の位置に設けられている。すなわち、この溶融炉によると、オーバーフローを利用して溶融スラグの排出が行われる。この場合、溶融スラグの排出量の制御が不要となるため、上記設備の操業を簡略化することができる。しかしながら、溶融炉をこのような構造とした場合、スラグ排出口５から溶融炉内に外気が侵入するおそれがある。
【００４２】
図４に示す溶融炉においては、スラグ排出口５と排気口７との間に隔壁が設けられている。また、図４に示す溶融炉において、燐ガスの発生は２つの隔壁の間に挟まれた領域で行われる。したがって、図４に示す溶融炉によると、燐ガスを外気から隔離することができる。
【００４３】
図３及び図４に示す溶融炉において、溶融物供給部２６内やスラグ排出口５の近傍を窒素ガスやアルゴンガス等の不活性ガスで満たすことが好ましい。この場合、溶融炉のカーボン系耐火物等からなる内壁が酸化されるのを防止することができる。
【００４４】
また、図１〜図４に示す溶融炉における燐ガスの発生は、溶融炉の内壁の少なくとも一部を図示しない冷却手段により冷却しつつ行うことが好ましい。この場合、溶融スラグ層２７中の溶融スラグの一部が溶融炉の内壁上で凝固するため、図２〜図４に示すような凝固物層４３が形成される。その結果、溶融炉のカーボン系耐火物等からなる内壁が溶融物中の燐化合物との反応が抑制され、溶融炉の内壁が浸蝕されるのを防止することができる。
【００４５】
また、このような凝固物層４３を形成した場合、溶融物中に含まれる燐化合物の還元は、電極の他には炭素源供給部２５から供給される炭素源なくしては行われない。すなわち、炭素源供給部２５から供給する炭素源の量に応じて、燐ガスの発生量を正確に制御することができる。したがって、例えば、燐回収手段が故障して補修する必要がある場合、溶融炉１への炭素源の供給を停止することにより燐ガスの発生を極めて短い時間で抑制することができる。すなわち、燐ガスが大量に流出することにより生ずる爆発を防止することができる。
【００４６】
溶融炉１内で発生した燐ガス及び一酸化炭素ガスを含有する高温の排ガスは、排気口７から炉外に排気され、コットレル集塵機やサイクロン式集塵機のような除塵器１０へと送られる。
【００４７】
上述したように、従来、溶融炉１内では焼却灰が舞い上がり、溶融炉１からは排ガスとともに多量のダストが排気されていた。それに対し、本実施形態によると、溶融炉１には焼却灰ではなくその溶融物が供給されるので、溶融炉１内で焼却灰が飛散することはない。したがって、本実施形態によると、排気ガス中へのダストの混入を抑制することが可能となる。
【００４８】
除塵器１０では、排ガス中に含まれるダストが、例えば電気集塵やサイクロン集塵により排ガスから除去される。上述したように、溶融炉１から排気された排ガス中のダスト濃度は従来に比べて大幅に低減されている。したがって、除塵器１０でダストを除去された排ガスは、従来に比べて遥かに低減されたダスト濃度を有することとなる。
【００４９】
なお、除塵器１０は、上述した排ガスに対して十分な耐熱性を有するものであれば特に制限はない。また、除塵器１０には、その排ガスと接触する部分を、黄燐の沸点である２８０℃以上に加熱する加熱手段を設けることが好ましい。このような加熱手段を設けた場合、除塵器１０内で燐ガスが凝縮して液化或いは固化することを抑制することができる。さらに、溶融炉１から排気される排ガス中のダスト濃度が十分に低い場合、除塵器１０は必ずしも設ける必要はない。
【００５０】
除塵器１０でダストを除去された排ガスは、次に燃焼室１１へと送られる。燃焼室１１には、空気や酸素のような酸化性ガスが導入され、排ガス中に含まれる一酸化炭素ガス等の燃焼が行われる。このとき同時に、排ガス中に含まれる燐ガスも燃焼され、五酸化燐を生成する。
【００５１】
五酸化燐を含む排ガスは、吸収塔１２へと供給される。吸収塔１２では、燐酸水溶液が循環される。吸収塔１２に供給された排ガスは、吸収塔１２内の上部から噴霧される燐酸水溶液と接触し、その結果、排ガス中に含まれる五酸化燐は燐酸水溶液に吸収されて燐酸に転化する。
【００５２】
吸収塔１２では、循環される燐酸水溶液が所定濃度になるように水の供給量が制御される。このようにして生成した燐酸は、燐酸水溶液として吸収塔１２から排出され、燐酸貯槽１３に貯えられる。
【００５３】
一方、五酸化燐を除去された排ガスは、ミスト捕集器１４へと送られ、そこで燐酸ミストを除去される。燐酸ミストを除去された排ガスは、さらにガス洗浄塔１５へと送られる。ガス洗浄塔１５では、水を噴霧することにより排ガスの清浄化が行われる。以上のようにして清浄化した後、排ガスはガス洗浄塔１５から大気中に排気される。
【００５４】
以上説明した燐回収方法において、溶融炉５１での廃棄物の溶融に伴って生ずるダストから燐を回収することが好ましい。溶融炉５１での溶融過程において、廃棄物中に含まれる燐化合物の一部は、廃棄物中に含まれる炭素等の還元性物質により還元されて燐ガスを生成する。この燐ガスは溶融炉５１内で酸化されて酸化燐を生成する。溶融炉５１から排気される排ガスは、溶融炉５１内で飛散する廃棄物と上記酸化燐とをダストとして含有する。したがって、この排ガスから図示しない除塵器等を用いてダストを回収し、回収したダストを図示しないダスト供給手段を用いて溶融炉１に供給することにより、より多くの燐を回収することが可能となる。なお、ダスト供給手段は、例えば、溶融炉１に接続され溶融炉１内に上記回収したダストを供給するフィーダである。
【００５５】
また、溶融炉１に供給するダストは、特開平１０−２７９３０１号公報において開示される方法により得られるような燐酸化物を主体とする回収物であってもよい。このようなダストは、少量であれば溶融炉１にそのまま供給することができる。また、ダスト量が多い場合、ダストを造粒物或いは成型物に加工した後に供給することが好ましい。また、溶融炉１で生成した溶融スラグを冷却してなる固化スラグを溶融炉１に供給することもできる。
【００５６】
以上説明したように、本発明の第１の実施形態に係る方法によると、溶融炉１には焼却灰ではなくその溶融物が供給されるため、溶融炉１から排気される排ガスへのダストの混入が抑制される。そのため、吸収塔１２に供給される排ガス中のダスト濃度が低減される。したがって、上記方法により生成される燐酸水溶液はダストを殆ど含有しない。すなわち、上記方法によると、廃棄物から燐或いは燐酸を高い純度で回収することが可能となる。
【００５７】
また、上記排ガスはダストを殆ど含有しないため、上記方法によると、吸収塔１２等におけるスラッジ量を低減することができる。すなわち、上記方法によると、燐の回収に伴って生ずるスラッジ等の処理に費やすコストを低減することが可能となる。
【００５８】
さらに、上述したように、図１に示す設備において溶融炉１として既存の設備の一部を利用することができる。すなわち、上記方法によると、既設の廃棄物処理設備を利用しつつ燐を回収することが可能である。
【００５９】
また、上述した方法によると、廃棄物の溶融工程と、それにより生成した溶融物からの燐ガスの生成工程とが別々の溶融炉で行われる。そのため、燐回収手段が故障を生じた場合においても、溶融炉１への炭素源の供給量を減じることのみにより燐ガスの発生量を低減することができる。したがって、上記方法によると、燐の回収を安全に行うことを可能となる。
【００６０】
次に、図５を参照しながら、本発明の第２の実施形態について説明する。
【００６１】
図５は、本発明の第２の実施形態に係る廃棄物から燐を回収する設備を概略的に示す図である。図５に示す回収設備は、密閉型電気抵抗式溶融炉１、除塵器１０、凝縮器２０、燐貯槽２１、燃焼塔２２、吸収塔１２、燐酸貯槽１３、ミスト捕集器１４、及びガス洗浄塔１５で主に構成されている。すなわち、図５に示す回収設備は、燃焼室１１の代わりに、凝縮器２０、燐貯槽２１、及び燃焼等２２が設けられた点で図１に示す回収設備とは異なっている。なお、図５において、凝縮器２０、燐貯槽２１、燃焼塔２２、吸収塔１２、及び燐酸貯槽１３は、燐回収手段を構成している。
【００６２】
第２の実施形態によると、燐の回収は、例えば以下に示す方法により行われる。まず、第１の実施形態において説明したのと同様の方法により、溶融炉１内で燐ガスを含む排ガスを生成する。溶融炉１から排気された排ガスは、除塵器１０でダストを除去された後、凝縮器２０へと供給される。凝縮器２０内では水が噴霧され、凝縮器２０に供給された排ガスは噴霧された水により冷却される。その結果、排ガス中に含まれる燐ガスは凝縮して液体となり、凝縮器２０の底部から排出される。なお、凝縮器２０内は、回収された液状黄燐が固化しないように５０〜７０℃程度に維持する。
【００６３】
凝縮器２０から排出された液状黄燐は、燐貯槽２１へと送られる。燐貯槽２１内の液状黄燐は、次にポンプにより燃焼塔２２内へ噴霧される。このとき同時に、空気等の酸化性ガスを燃焼塔２２に導入することにより、五酸化燐を生成する。
【００６４】
五酸化燐を含む排ガスは、吸収塔１２へと供給される。吸収塔１２では、第１の実施形態において説明したのと同様の方法により、排ガス中に含まれる五酸化燐が燐酸水溶液に吸収されて燐酸に転化し、燐酸水溶液として回収される。また、五酸化燐を除去された排ガスは、第１の態様において説明したのと同様にして、ミスト捕集器１４及びガス洗浄塔１５へと順次供給され、大気中に排気される。
【００６５】
以上説明した第２の実施形態によると、第１の実施形態において説明したのと同様の効果を得ることができる。また、第２の実施形態においては、排ガス中に含まれる一酸化炭素等の可燃性ガスの燃焼は行われず、可燃性ガスと燐との分離が行われる。したがって、本実施形態によると、凝縮器２０から排気される可燃性ガスを燃料として利用することが可能となる。
【００６６】
次に、図６を参照しながら、本発明の第３の実施形態について説明する。
【００６７】
図６は、本発明の第３の実施形態に係る廃棄物から燐を回収する設備を概略的に示す図である。図６に示す回収設備は、密閉型電気抵抗式溶融炉１、除塵器１０、凝縮器２０、燐貯槽２１、燃焼室１１、及びガス洗浄塔１５で主に構成されている。なお、図６において、凝縮器２０及び燐貯槽２１は燐回収手段を構成している。
【００６８】
第３の実施形態によると、燐の回収は、例えば以下に示す方法により行われる。まず、第１の実施形態において説明したのと同様の方法により、溶融炉１内で燐ガスを含む排ガスを生成する。溶融炉１から排気された排ガスは、除塵器１０でダストを除去された後、凝縮器２０へと供給される。凝縮器２０内では、第２の態様において説明したのと同様の方法により、排ガス中に含まれる燐ガスが液状黄燐として回収される。
【００６９】
一方、燐ガスを除去され凝縮器２０から排気された排ガスは、燃焼室１１へと送られる。燃焼室１１内では、排ガス中に含まれる一酸化炭素ガス等の可燃性ガスの燃焼が行われる。燃焼室１１から排気される排ガスは、次にガス洗浄塔１５で清浄化された後、大気中に排気される。
【００７０】
以上説明した第３の実施形態によると、第１の実施形態において説明したのと同様の効果を得ることができる。また、第３の実施形態においては、第１及び第２の実施形態とは異なり、溶融物中に含まれる燐分を黄燐として回収することができる。なお、第３の実施形態においては、凝縮器２０から排気された排ガスを燃焼処理したが、第２の実施形態において説明したのと同様に燃料として利用してもよい。
【００７１】
以上説明した第１〜第３の実施形態においては、加熱炉として密閉型電気抵抗式溶融炉１を用いたが、外熱方式の密閉型高周波誘導式溶融炉等を用いることもできる。
【００７２】
【実施例】
以下、本発明の実施例について説明する。
【００７３】
（実施例）
図６に示す燐回収プラントを用い、以下に示す条件下で下水汚泥焼却灰から黄燐を回収した。なお、溶融炉１としては内径７００ｍｍの電気抵抗式溶融炉を用い、溶融炉５１としては旋回溶融炉を用いた。
【００７４】
下水汚泥焼却灰と石灰とを１００：１３の重量比で混合し、旋回溶融炉５１にはこの混合物を投入した。上記混合物を旋回溶融炉５１で溶融することにより生成した溶融物（溶融スラグ）は、旋回溶融炉５１の溶融スラグ排出口で凝固するのを防止するために加熱しつつ、とゆを介して溶融炉１に１００ｋｇ／ｈの速度で連続的に供給した。また、溶融炉１には、スクリューフィーダを用いて１０ｋｇ／ｈの速度でコークス粉を供給した。
【００７５】
凝縮器２０では、６０℃の温水を噴霧することにより排ガスを冷却し、それにより排ガスから回収した液状黄燐は凝縮器２０の底部に滞留させた。凝縮器２０から排気される排ガスは、燃焼室１１での空気を用いた燃焼、及びガス洗浄塔１５での清浄化を経た後、大気中に排気した。
【００７６】
この一連の操作の間、溶融炉１内の溶融スラグ層４１の温度を１３００〜１４００℃に維持し、溶融スラグは溶融炉１から間欠的に排出した。また、凝縮器２０の底部に滞留させた液状黄燐は、随時燐貯槽２１へと排出した。
【００７７】
以上のような条件で２４時間操業したところ、１７０ｋｇの液状黄燐を回収することができた。また、凝縮器２０においてスラッジの発生は確認されず、循環水の濁りも僅かであった。
【００７８】
試験に供した下水汚泥焼却灰、旋回溶融炉５１から排出したスラグ、及び電気抵抗式溶融炉１から排出したスラグの組成を下記表１に示す。また、回収した黄燐の組成を下記表２に示す。
【００７９】
【表１】

【００８０】
【表２】

上記表２に示すように、上述した方法により得られた黄燐の純度は９９．９５％であり、工業原料として十分に利用可能な品質であることが確認された。
【００８１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明においては、被溶融物の溶融と、それにより生成した溶融物からの燐ガスの発生とが別々に行われる。そのため、上記燐ガスを含む高温ガス中に、被溶融物の溶融に伴って発生するダストが混入することがない。したがって、本発明によると、廃棄物から燐或いは燐酸を高い純度で回収することが可能となる。また、本発明においては、被溶融物の溶融と溶融物からの燐ガスの発生とが別々に行われるため、例えば、既設の廃棄物処理設備で生成した溶融物について、新設した燐回収設備で燐を回収することが可能となる。
【００８２】
すなわち、本発明によると、廃棄物から燐を高い純度で回収することを可能とする燐回収設備及び燐回収方法が提供される。また、本発明によると、既設の廃棄物処理設備に適用可能な燐回収設備及び燐回収方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る燐回収設備を概略的に示す図。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る燐回収設備において用いられる加熱炉の一例を概略的に示す図。
【図３】本発明の第１の実施形態に係る燐回収設備において用いられる加熱炉の他の例を概略的に示す図。
【図４】本発明の第１の実施形態に係る燐回収設備において用いられる加熱炉のさらに他の例を概略的に示す図。
【図５】本発明の第２の実施形態に係る燐回収設備を概略的に示す図。
【図６】本発明の第３の実施形態に係る燐回収設備を概略的に示す図。
【符号の説明】
１，５１…溶融炉；２…電極；３…電極昇降装置；４…電源
５…スラグ排出口；６…メタル排出口；７…排気口
１０…除塵器；１１…燃焼室；１２…吸収塔；１３…燐酸貯槽
１４…ミスト捕集器；１５…ガス洗浄塔；２０…凝縮器
２１…燐貯槽；２２…燃焼塔；２５…炭素源供給部
２６…溶融物供給部；４１…溶融スラグ層；４２…溶融メタル層
４３…凝固物層[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an equipment and a method for recovering phosphorus from a melt containing a phosphorus compound, and more particularly to a phosphorus recovery equipment and a phosphorus recovery method that make it possible to recover phosphorus from waste containing a phosphorus compound.
[0002]
[Prior art]
Waste such as sewage sludge incineration ash contains phosphorus at a relatively high concentration. Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 9-145038 and 10-279301 disclose methods for recovering phosphorus from such waste.
[0003]
According to the method disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 9-145038, the recovery of phosphorus from waste incineration ash is performed as follows. First, waste incinerated ash containing a phosphorus compound and a carbon source are supplied into a sealed electric furnace filled with a reducing gas, and these are melted. Thereby, the phosphorus compound in the incineration ash is reduced, and phosphorus gas is generated. Next, phosphorus pentoxide is produced by bringing air into contact with the exhaust gas containing phosphorus gas, and further, the exhaust gas containing phosphorus pentoxide and water are brought into contact with each other. As a result, phosphorus pentoxide is absorbed in water to produce phosphoric acid. That is, according to the method disclosed in JP-A-9-145038, phosphorus in the incineration ash is recovered as phosphoric acid. JP-A-9-145038 also discloses recovering phosphorus in incinerated ash as yellow phosphorus by cooling and condensing the exhaust gas containing phosphorus gas using a hot water spray.
[0004]
Further, according to the method disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 10-279301, the recovery of phosphorus from waste incineration ash is performed as follows. First, a waste containing a phosphorus compound is heated and melted together with a reducing substance in a melting furnace filled with an oxidizing gas. As a result, the phosphorus compound in the waste is reduced to phosphorus and is further oxidized to form a phosphorus oxide. According to the method disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-279301, phosphorus is recovered by cooling the exhaust gas containing the phosphorus oxide thus generated to condense the phosphor oxide.
[0005]
As described above, various methods for recovering phosphorus from waste containing phosphorus compounds have been proposed. However, in many existing waste treatment facilities, only the separation of the molten slag and the molten metal is performed, and the recovery of phosphorus is not performed.
[0006]
This is because sewage sludge incineration ash and sewage sludge are used in melting furnaces that melt in an oxidizing atmosphere, such as swirl melting furnaces and surface melting furnaces that are widely used as sewage sludge incineration ash and sewage sludge melting furnaces. This is because most of the phosphorus compounds contained therein are not reduced in the melting process, but remain in the molten slag produced by melting the sewage sludge incineration ash and sewage sludge. Therefore, it is desired that phosphorus can be recovered from waste while utilizing existing waste treatment facilities.
[0007]
Incidentally, the method disclosed in JP-A-9-145038 is effective in that the phosphorus contained in the incinerated ash can be reused, but has the following problems. For example, according to the above method, when incinerated ash is supplied into the electric furnace, dust rises in the furnace, and the dust is discharged from the electric furnace together with the exhaust gas. In particular, since incinerated ash such as sewage sludge is in the form of fine powder, the exhaust gas discharged from the electric furnace contains a high concentration of dust.
[0008]
A part of such dust can be removed from the exhaust gas by an electric dust collector such as a Cottrell dust collector. However, since the dust is extremely fine, it cannot be completely removed by an electric dust collector. For this reason, when the phosphorus gas contained in the exhaust gas is recovered as phosphoric acid or yellow phosphorus by the above-described method, it is inevitable to mix dust into the phosphoric acid or yellow phosphorus.
[0009]
In addition, dust in exhaust gas, when recovering phosphorus gas contained in exhaust gas as yellow phosphorus, generates sludge in a condensation tower that condenses exhaust gas, while when recovering phosphorus gas as phosphoric acid, Sludge is generated in an absorption tower for absorbing phosphorus pentoxide into water. Such sludge contains a high concentration of phosphorus, and particularly when phosphorus gas is recovered as yellow phosphorus, yellow phosphorus adheres to the sludge. Since yellow phosphorus ignites and emits smoke in the air, there arises a problem that a separate cost is required for treating the yellow phosphorus contained in the sludge.
[0010]
Further, according to the method disclosed in JP-A-9-145038, melting of waste and generation of phosphorous gas are performed in the same melting furnace. Therefore, according to this method, it is difficult to control the generation amount of phosphorus gas that may cause an explosion when it comes into contact with oxygen. Therefore, according to the above method, the amount of phosphorus gas generated cannot be reduced when a device for recovering phosphorus from exhaust gas breaks down or during repair.
[0011]
[Problems to be solved by the invention]
The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a phosphorus recovery facility and a phosphorus recovery method capable of recovering phosphorus from waste with high purity.
[0012]
Another object of the present invention is to provide a phosphorus recovery facility and a phosphorus recovery method applicable to an existing waste treatment facility.
[0013]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, the present invention has a melt supply port and an exhaust port, and vaporizes by heating a melt containing a phosphorus compound supplied from the melt supply port in a reducing atmosphere. Recovering phosphorus, comprising: a heating furnace for generating a high-temperature gas containing phosphorus, and a phosphorus recovery means for recovering the vaporized phosphorus as yellow phosphorus or a phosphorus compound from the high-temperature gas exhausted from the exhaust port Provide facilities to do.
[0014]
The present invention also includes a step of heating a melt containing a phosphorus compound to form a melt, and a step of generating a high-temperature gas containing phosphorus vaporized by heating the melt in a reducing atmosphere. And a method of recovering phosphorus, comprising the step of recovering the vaporized phosphorus from the high-temperature gas as yellow phosphorus or a phosphorus compound.
[0015]
In the present invention, the high-temperature gas is usually generated by heating the melt together with a carbon source. In this case, the equipment of the present invention usually further includes a carbon source supply means for supplying a carbon source to the heating furnace. In this case, the amount of the vaporized phosphorus generated can be controlled by the amount of carbon source supplied in the step of generating the high temperature gas.
[0016]
In the present invention, the material to be melted is a waste containing a phosphorus compound such as sewage sludge or sewage sludge incineration ash. According to the present invention, a melt obtained by melting such waste is supplied to a heating furnace, and normally forms a molten metal layer, a molten slag layer, and a gas layer in order from the bottom of the heating furnace. Molten metal, molten slag, and high-temperature gas are discharged to the outside of the heating furnace from the molten metal discharge port, the molten slag discharge port, and the exhaust port, respectively. The melt supply port is usually provided in the heating furnace so as to communicate with the gas layer. Moreover, the said molten material is heated by heating molten slag with the heating means which consists of the electrode partially immersed in the molten slag layer, and the power supply etc. which were connected to this electrode, for example.
[0017]
When the phosphorus recovery facility of the present invention is combined with an existing waste treatment facility, a waste melt containing a phosphorus compound is usually formed in the existing waste treatment facility, and this melt is supplied to the heating furnace. To do. The phosphorus recovery facility of the present invention further has a melt supply means for supplying the melt to the heating furnace when used alone without being combined with the existing waste treatment facility.
[0018]
In the present invention, the generation of the high temperature gas is preferably performed in a space substantially isolated from the outside air in order to prevent contact between phosphorus gas and oxygen. The space substantially isolated from the outside air can be formed by devising the structure of the heating furnace or supplying an inert gas to the heating furnace.
[0019]
For example, when outside air enters the heating furnace from the melt supply port, a partition that divides the gas layer into two adjacent regions in the horizontal direction is provided in the heating furnace, and the melt is supplied to one of these regions, By exhausting the hot gas from the other region, the other region can be substantially isolated from the outside air. At this time, for example, by supplying a carbon source only to a portion corresponding to the other region of the molten slag layer, phosphorus gas can be selectively generated in the other region.
[0020]
When discharging molten slag from the heating furnace using overflow, the molten slag discharge port is located at the boundary between the molten slag layer and the gas layer on the inner wall of the heating furnace. Outside air may enter, or high temperature gas may be exhausted from the furnace through the molten slag outlet. In this case, the exhaust port is positioned between the melt supply port and the molten slag discharge port, the heating means is disposed between the melt supply port and the exhaust port, and the exhaust port is disposed between the melt slag discharge port. By providing a partition wall that divides the gas layer into two regions adjacent in the horizontal direction, contact between the phosphorus gas and the outside air can be prevented.
[0021]
Further, by supplying an inert gas such as nitrogen gas and argon gas to the gas layer, the contact between the phosphorus gas and the outside air can be prevented. That is, the inert gas supplied from the inert gas supply means is sent into the heating furnace from the melt supply port or the like, thereby preventing contact between the phosphorus gas and the outside air.
[0022]
In the present invention, it is preferable to supply one of an inert gas and a reducing gas or a mixed gas thereof to the gas layer. In this case, a gas flow composed of at least one of an inert gas and a reducing gas is formed in the furnace. Therefore, exhaust of high temperature gas can be promoted by controlling the gas flow so as to face the exhaust port.
[0023]
In the present invention, the generation of the high temperature gas is preferably performed while cooling at least a part of the inner wall of the heating furnace. In this case, since a part of the molten slag in the molten slag layer is solidified on the inner wall surface, the erosion of the furnace wall by the molten slag can be prevented.
[0024]
In the present invention, it is preferable to heat the dust generated as a result of the production of the melt in a reducing atmosphere together with the melt when generating the high-temperature gas. Since such dust contains a phosphorus content, it is possible to improve the recovery rate of phosphorus and it is not necessary to treat the dust.
[0025]
In the present invention, the recovery of yellow phosphorus or phosphoric acid from the high-temperature gas can be performed using, for example, a condenser that converts phosphorus vaporized by condensing the high-temperature gas into yellow phosphorus. Further, the recovery of yellow phosphorus or a phosphorus compound from a high temperature gas includes a phosphorus pentoxide generating means for converting vaporized phosphorus into phosphorus pentoxide by mixing a high temperature gas and a gas containing oxygen, and a high temperature gas and oxygen. It can be carried out by using a phosphoric acid producing means for producing a phosphoric acid aqueous solution by bringing phosphorus pentoxide contained in the mixed gas into water by bringing the mixed gas obtained by mixing the gas into contact with water.
[0026]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the drawings. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the member which is common in each drawing, and the overlapping description is abbreviate | omitted.
[0027]
FIG. 1 schematically shows a facility for recovering phosphorus from waste according to the first embodiment of the present invention. The recovery equipment shown in FIG. 1 is mainly composed of a sealed electric resistance melting furnace 1, a dust remover 10, a combustion chamber 11, an absorption tower 12, a phosphoric acid storage tank 13, a mist collector 14, and a gas cleaning tower 15. Yes. In FIG. 1, the combustion chamber 11, the absorption tower 12, and the phosphoric acid storage tank 13 constitute a phosphorus recovery means.
[0028]
Reference numeral 51 indicates a melting furnace for melting a material to be melted such as waste such as sewage sludge incineration ash or sewage sludge. The melting furnace 51 is a melt supply means for supplying a melt obtained by melting the waste to the melting furnace 1. The melting furnace 51 may be a part of an existing waste treatment facility, or may be a part of a phosphorus recovery facility according to this aspect.
[0029]
Although there is no particular limitation on the melting method of the material to be melted, it is preferable to use a swirl melting furnace, a surface melting furnace, a plasma melting furnace, a coke bed melting furnace or the like as the melting furnace 51. According to the swirl melting furnace, the surface melting furnace, and the like, melting is performed in an oxidizing atmosphere, so that generation of phosphorus gas in the melting furnace 51 is suppressed. That is, the molten slag generated in the melting furnace 51 contains phosphorus at a high concentration, and the effect of the present invention becomes remarkable. As the melt supplied to the melting furnace 1, not only such molten slag but also dephosphorized slag generated by dephosphorization treatment in a steelmaking process may be used.
[0030]
In the production process of the melt in the melting furnace 51, a calcium source such as lime can be added to suppress the volatilization of phosphorus or improve the fluidity of the molten slag. However, SiO in the molten slag produced in the melting furnace 51 ₂ When the weight ratio of CaO to 1 exceeds 1, generation of phosphorus gas in the melting furnace 1 described later may be suppressed. In such a case, in the melting furnace 1, the SiO in the molten slag ₂ It is preferable to add a silicon source such as silica or coal ash so that the weight ratio of CaO to 1 becomes 1 or less.
[0031]
The melting furnace 1 is a heating furnace that generates a high-temperature gas containing vaporized phosphorus by heating the melt supplied from the melting furnace 51 via the melt supply unit 26 in a reducing atmosphere. The melting furnace 1 has a sealed structure, and a layer made of a carbon-based refractory is formed on the inner wall thereof. In addition, an electrode 2 made of graphite, for example, is installed on the upper portion of the melting furnace 1 so as to be movable in the vertical direction by an electrode lifting device 3. A power source 4 is connected to the electrode 2 so that a desired voltage can be applied to each electrode.
[0032]
In FIG. 1,

reference numerals

41 and 42 denote a molten slag layer and a molten metal layer, respectively. A melt (melted slag) discharged from a melting furnace that melts in an oxidizing atmosphere such as a swirl melting furnace or a surface melting furnace contains iron oxide or the like at a high concentration. Iron oxide or the like contained in the melt is reduced in the melting furnace 1 to generate molten metal. Since the molten metal produced as described above has a high specific gravity, it settles at the bottom of the melting furnace 1. Further, when the melt supplied from the melting furnace 51 contains molten metal, it also settles at the bottom of the melting furnace 1. As a result, in the melting furnace 1, the molten metal layer 42 mainly composed of metallic iron is separated from the molten slag layer 41. Therefore, the molten metal constituting the molten metal layer 42 and the molten slag constituting the molten slag layer 41 can be separately discharged out of the furnace from the metal discharge port 6 and the slag discharge port 5.
[0033]
In the melting furnace 1 in operation, the electrode 2 is controlled to have a depth of immersion in the molten slag layer 41 by the electrode lifting device 3 and is applied with a predetermined voltage from the power source 4. At this time, since the molten slag layer 41 functions as an electric resistor, the molten slag layer 41 is heated. The temperature of the molten slag layer 41 is maintained at 1300 ° C. to 1600 ° C., for example.
[0034]
The melting furnace 1 is usually supplied with a carbon source such as coke from a carbon source supply unit 25. In the melting furnace 1, a melt such as molten slag and a carbon source such as coke undergo a reaction represented by the following reaction formula to generate phosphorus gas and carbon monoxide gas.
[0035]
2P ₂ O ₅ + 10C → P ₄ + 10CO
The upper space of the molten slag layer 41 in the melting furnace 1, that is, the gas layer, is filled with the phosphorus gas and the carbon monoxide gas thus generated. Therefore, a reducing atmosphere is maintained in the melting furnace 1.
[0036]
A gas flow may be formed in the melting furnace 1 in order to promote the exhaust of the high-temperature exhaust gas containing the phosphorus gas and carbon monoxide gas thus generated. This will be described with reference to FIG.
[0037]
FIG. 2 is a sectional view showing the melting furnace 1 of the facility shown in FIG. 1 in a simplified and enlarged manner. For example, an inert gas such as nitrogen gas and argon gas or a reducing gas such as carbon monoxide gas and propane gas is supplied into the melting furnace 1 from the melt supply unit 26 together with the melt generated in the melting furnace 1. In this case, in the melting furnace 1, a gas flow directed from the melt supply part 26 to the exhaust port 7 is formed in the upper space of the molten slag layer 27. Accordingly, it is possible to immediately exhaust the phosphorus gas generated in the melting furnace 1.
[0038]
Further, the inert gas may be supplied in the middle of the melt supply unit 26. When the gas pressure of the inert gas in the melt supply unit 26 is sufficiently high, not only can the exhaust of the phosphorus gas from the exhaust port 7 be promoted, but also the outside air is prevented from being introduced into the melting furnace 1. In addition, the phosphorus gas generated in the melting furnace 1 can be prevented from being exhausted from the melt supply unit 26.
[0039]
In order to isolate the phosphorus gas from the outside air, the melting furnace shown in FIGS. 3 and 4 can be used instead of the melting furnace shown in FIG. 3 and 4 are cross-sectional views schematically showing a melting furnace used in the facility according to the first embodiment of the present invention.
[0040]
The melting furnace shown in FIG. 3 has a partition that divides the upper space of the molten slag layer 27 into two. Since the tip of the partition wall is immersed in the molten slag layer 27, in the melting furnace shown in FIG. 3, the outside air entering from the melt supply unit 26 does not reach the space on the right side of the partition wall. In the melting furnace shown in FIG. 3, the generation of phosphorus gas is performed in the region on the right side of the partition wall. Therefore, according to the melting furnace shown in FIG. 3, phosphorus gas can be isolated from outside air.
[0041]
The melting furnace shown in FIG. 4 has a similar structure to the melting furnace shown in FIG. 3, but the position of the slag outlet 5 is different from that of the melting furnace shown in FIG. The difference is that a partition wall is provided between the exhaust port 7 and the exhaust port 7. In the melting furnace shown in FIG. 4, the slag discharge port 5 is provided at the liquid level of the molten slag layer 27. That is, according to this melting furnace, the molten slag is discharged using the overflow. In this case, since it is not necessary to control the discharge amount of the molten slag, the operation of the facility can be simplified. However, when the melting furnace has such a structure, outside air may enter the melting furnace from the slag discharge port 5.
[0042]
In the melting furnace shown in FIG. 4, a partition wall is provided between the slag discharge port 5 and the exhaust port 7. Further, in the melting furnace shown in FIG. 4, the generation of phosphorus gas is performed in a region sandwiched between two partition walls. Therefore, according to the melting furnace shown in FIG. 4, phosphorus gas can be isolated from the outside air.
[0043]
In the melting furnace shown in FIGS. 3 and 4, it is preferable to fill the melt supply unit 26 and the vicinity of the slag discharge port 5 with an inert gas such as nitrogen gas or argon gas. In this case, it is possible to prevent the inner wall made of a carbon-based refractory or the like of the melting furnace from being oxidized.
[0044]
Moreover, it is preferable to generate | occur | produce phosphorus gas in the melting furnace shown in FIGS. 1-4 while cooling at least one part of the inner wall of a melting furnace with the cooling means which is not shown in figure. In this case, since a part of the molten slag in the molten slag layer 27 is solidified on the inner wall of the melting furnace, a solidified layer 43 as shown in FIGS. 2 to 4 is formed. As a result, the reaction of the inner wall made of carbon-based refractory or the like of the melting furnace with the phosphorus compound in the melt can be suppressed, and the inner wall of the melting furnace can be prevented from being eroded.
[0045]
Further, when such a solidified layer 43 is formed, the reduction of the phosphorus compound contained in the melt cannot be performed without the carbon source supplied from the carbon source supply unit 25 in addition to the electrodes. That is, the amount of phosphorus gas generated can be accurately controlled according to the amount of carbon source supplied from the carbon source supply unit 25. Therefore, for example, when the phosphorus recovery means fails and needs to be repaired, the generation of phosphorus gas can be suppressed in a very short time by stopping the supply of the carbon source to the melting furnace 1. That is, an explosion caused by a large amount of phosphorus gas flowing out can be prevented.
[0046]
High-temperature exhaust gas containing phosphorus gas and carbon monoxide gas generated in the melting furnace 1 is exhausted from the exhaust port 7 to the outside of the furnace and sent to a dust remover 10 such as a Cottrell dust collector or a cyclone dust collector.
[0047]
As described above, conventionally, the incineration ash soared in the melting furnace 1, and a large amount of dust was exhausted from the melting furnace 1 together with the exhaust gas. On the other hand, according to this embodiment, since the molten product is supplied to the melting furnace 1 instead of the incinerated ash, the incinerated ash is not scattered in the melting furnace 1. Therefore, according to the present embodiment, it is possible to suppress dust from being mixed into the exhaust gas.
[0048]
In the dust remover 10, dust contained in the exhaust gas is removed from the exhaust gas by, for example, electric dust collection or cyclone dust collection. As described above, the dust concentration in the exhaust gas exhausted from the melting furnace 1 is greatly reduced as compared with the prior art. Therefore, the exhaust gas from which dust has been removed by the dust remover 10 has a dust concentration that is far reduced compared to the conventional case.
[0049]
In addition, if the dust remover 10 has sufficient heat resistance with respect to the exhaust gas mentioned above, there will be no restriction | limiting in particular. Moreover, it is preferable to provide the dust remover 10 with a heating means for heating the portion that comes into contact with the exhaust gas to 280 ° C. or higher, which is the boiling point of yellow phosphorus. When such a heating means is provided, it is possible to prevent the phosphorus gas from condensing and liquefying or solidifying in the dust remover 10. Furthermore, when the dust concentration in the exhaust gas exhausted from the melting furnace 1 is sufficiently low, the dust remover 10 is not necessarily provided.
[0050]
The exhaust gas from which dust has been removed by the dust remover 10 is then sent to the combustion chamber 11. An oxidizing gas such as air or oxygen is introduced into the combustion chamber 11 to burn carbon monoxide gas or the like contained in the exhaust gas. At the same time, the phosphorus gas contained in the exhaust gas is also burned to produce phosphorus pentoxide.
[0051]
The exhaust gas containing phosphorus pentoxide is supplied to the absorption tower 12. In the absorption tower 12, an aqueous phosphoric acid solution is circulated. The exhaust gas supplied to the absorption tower 12 comes into contact with the phosphoric acid aqueous solution sprayed from the upper part in the absorption tower 12, and as a result, phosphorus pentoxide contained in the exhaust gas is absorbed by the phosphoric acid aqueous solution and converted into phosphoric acid.
[0052]
In the absorption tower 12, the supply amount of water is controlled so that the circulating phosphoric acid aqueous solution has a predetermined concentration. The phosphoric acid thus produced is discharged from the absorption tower 12 as a phosphoric acid aqueous solution and stored in the phosphoric acid storage tank 13.
[0053]
On the other hand, the exhaust gas from which phosphorus pentoxide has been removed is sent to the mist collector 14 where the phosphoric acid mist is removed. The exhaust gas from which the phosphoric acid mist has been removed is further sent to the gas cleaning tower 15. In the gas cleaning tower 15, the exhaust gas is purified by spraying water. After cleaning as described above, the exhaust gas is exhausted from the gas cleaning tower 15 to the atmosphere.
[0054]
In the phosphorus recovery method described above, it is preferable to recover phosphorus from dust generated as the waste melts in the melting furnace 51. In the melting process in the melting furnace 51, a part of the phosphorus compound contained in the waste is reduced by a reducing substance such as carbon contained in the waste to generate phosphorus gas. The phosphorus gas is oxidized in the melting furnace 51 to generate phosphorus oxide. The exhaust gas exhausted from the melting furnace 51 contains the waste scattered in the melting furnace 51 and the phosphorus oxide as dust. Therefore, it is possible to collect more phosphorus from the exhaust gas by collecting dust using a dust remover (not shown) and supplying the collected dust to the melting furnace 1 using dust supply means (not shown). Become. The dust supply means is, for example, a feeder that is connected to the melting furnace 1 and supplies the collected dust into the melting furnace 1.
[0055]
The dust supplied to the melting furnace 1 may be a recovered material mainly composed of phosphorous oxide as obtained by the method disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 10-279301. Such dust can be supplied to the melting furnace 1 as it is in a small amount. In addition, when the amount of dust is large, it is preferable to supply the dust after it is processed into a granulated or molded product. Also, solidified slag formed by cooling the molten slag generated in the melting furnace 1 can be supplied to the melting furnace 1.
[0056]
As described above, according to the method according to the first embodiment of the present invention, since the molten material is supplied to the melting furnace 1 instead of the incinerated ash, the dust is discharged to the exhaust gas exhausted from the melting furnace 1. Mixing is suppressed. Therefore, the dust concentration in the exhaust gas supplied to the absorption tower 12 is reduced. Therefore, the phosphoric acid aqueous solution produced | generated by the said method hardly contains dust. That is, according to the above method, phosphorus or phosphoric acid can be recovered from waste with high purity.
[0057]
Further, since the exhaust gas contains almost no dust, the amount of sludge in the absorption tower 12 and the like can be reduced according to the above method. That is, according to the above method, it is possible to reduce the cost spent on the treatment of sludge and the like generated with the recovery of phosphorus.
[0058]
Furthermore, as described above, a part of the existing equipment can be used as the melting furnace 1 in the equipment shown in FIG. That is, according to the above method, it is possible to recover phosphorus while utilizing existing waste treatment facilities.
[0059]
Further, according to the above-described method, the waste melting step and the phosphorus gas generating step from the melt generated thereby are performed in separate melting furnaces. Therefore, even when the phosphorus recovery means fails, the amount of phosphorus gas generated can be reduced only by reducing the supply amount of the carbon source to the melting furnace 1. Therefore, according to the above method, phosphorus can be recovered safely.
[0060]
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
[0061]
FIG. 5 is a diagram schematically showing a facility for recovering phosphorus from waste according to the second embodiment of the present invention. The recovery equipment shown in FIG. 5 includes a sealed electric resistance melting furnace 1, a dust remover 10, a condenser 20, a phosphorus storage tank 21, a combustion tower 22, an absorption tower 12, a phosphoric acid storage tank 13, a mist collector 14, and a gas cleaning. Mainly composed of a tower 15. That is, the recovery facility shown in FIG. 5 is different from the recovery facility shown in FIG. 1 in that a condenser 20, a phosphorus storage tank 21, and combustion etc. 22 are provided instead of the combustion chamber 11. In FIG. 5, the condenser 20, the phosphorus storage tank 21, the combustion tower 22, the absorption tower 12, and the phosphoric acid storage tank 13 constitute a phosphorus recovery means.
[0062]
According to the second embodiment, the recovery of phosphorus is performed by the following method, for example. First, exhaust gas containing phosphorus gas is generated in the melting furnace 1 by the same method as described in the first embodiment. The exhaust gas exhausted from the melting furnace 1 is supplied to the condenser 20 after dust is removed by the dust remover 10. Water is sprayed in the condenser 20, and the exhaust gas supplied to the condenser 20 is cooled by the sprayed water. As a result, the phosphorous gas contained in the exhaust gas is condensed into a liquid and discharged from the bottom of the condenser 20. In addition, the inside of the condenser 20 is maintained at about 50 to 70 ° C. so that the recovered liquid yellow phosphorus is not solidified.
[0063]
The liquid yellow phosphorus discharged from the condenser 20 is sent to the phosphorus storage tank 21. The liquid yellow phosphorus in the phosphorus storage tank 21 is then sprayed into the combustion tower 22 by a pump. At the same time, phosphorus pentoxide is generated by introducing an oxidizing gas such as air into the combustion tower 22.
[0064]
The exhaust gas containing phosphorus pentoxide is supplied to the absorption tower 12. In the absorption tower 12, phosphorus pentoxide contained in the exhaust gas is absorbed into the phosphoric acid aqueous solution and converted into phosphoric acid by the same method as described in the first embodiment, and is recovered as the phosphoric acid aqueous solution. Further, the exhaust gas from which phosphorus pentoxide has been removed is sequentially supplied to the mist collector 14 and the gas cleaning tower 15 in the same manner as described in the first embodiment, and is exhausted into the atmosphere.
[0065]
According to the second embodiment described above, the same effect as described in the first embodiment can be obtained. In the second embodiment, the combustion of combustible gas such as carbon monoxide contained in the exhaust gas is not performed, and the combustible gas and phosphorus are separated. Therefore, according to the present embodiment, the combustible gas exhausted from the condenser 20 can be used as fuel.
[0066]
Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
[0067]
FIG. 6 is a diagram schematically showing a facility for recovering phosphorus from waste according to the third embodiment of the present invention. The recovery equipment shown in FIG. 6 mainly includes a sealed electric resistance melting furnace 1, a dust remover 10, a condenser 20, a phosphorus storage tank 21, a combustion chamber 11, and a gas cleaning tower 15. In FIG. 6, the condenser 20 and the phosphorus storage tank 21 constitute phosphorus recovery means.
[0068]
According to the third embodiment, phosphorus recovery is performed by the following method, for example. First, exhaust gas containing phosphorus gas is generated in the melting furnace 1 by the same method as described in the first embodiment. The exhaust gas exhausted from the melting furnace 1 is supplied to the condenser 20 after dust is removed by the dust remover 10. In the condenser 20, phosphorus gas contained in the exhaust gas is recovered as liquid yellow phosphorus by the same method as described in the second embodiment.
[0069]
On the other hand, the exhaust gas from which the phosphorus gas has been removed and exhausted from the condenser 20 is sent to the combustion chamber 11. In the combustion chamber 11, combustible gas such as carbon monoxide gas contained in the exhaust gas is burned. The exhaust gas exhausted from the combustion chamber 11 is then purified by the gas cleaning tower 15 and then exhausted to the atmosphere.
[0070]
According to the third embodiment described above, the same effects as those described in the first embodiment can be obtained. Further, in the third embodiment, unlike the first and second embodiments, the phosphorus content in the melt can be recovered as yellow phosphorus. In the third embodiment, the exhaust gas exhausted from the condenser 20 is burned, but it may be used as a fuel as described in the second embodiment.
[0071]
In the first to third embodiments described above, the sealed electric resistance melting furnace 1 is used as a heating furnace, but an external heating type sealed high frequency induction melting furnace or the like can also be used.
[0072]
【Example】
Examples of the present invention will be described below.
[0073]
(Example)
Using the phosphorus recovery plant shown in FIG. 6, yellow phosphorus was recovered from the sewage sludge incineration ash under the following conditions. The melting furnace 1 was an electric resistance melting furnace having an inner diameter of 700 mm, and the melting furnace 51 was a swirling melting furnace.
[0074]
Sewage sludge incinerated ash and lime were mixed at a weight ratio of 100: 13, and this mixture was charged into the swirl melting furnace 51. The melt (molten slag) generated by melting the mixture in the swirl melting furnace 51 is melted through the soy sauce while being heated to prevent solidification at the melt slag discharge port of the swirl melting furnace 51. Furnace 1 was continuously fed at a rate of 100 kg / h. Moreover, coke powder was supplied to the melting furnace 1 at a rate of 10 kg / h using a screw feeder.
[0075]
In the condenser 20, the exhaust gas was cooled by spraying hot water at 60 ° C., whereby the liquid yellow phosphorus recovered from the exhaust gas was retained at the bottom of the condenser 20. The exhaust gas exhausted from the condenser 20 was exhausted into the atmosphere after being combusted using air in the combustion chamber 11 and purified in the gas cleaning tower 15.
[0076]
During this series of operations, the temperature of the molten slag layer 41 in the melting furnace 1 was maintained at 1300 to 1400 ° C., and the molten slag was discharged from the melting furnace 1 intermittently. The liquid yellow phosphorus retained at the bottom of the condenser 20 was discharged to the phosphorus storage tank 21 as needed.
[0077]
When operated for 24 hours under the above conditions, 170 kg of liquid yellow phosphorus could be recovered. Moreover, generation | occurrence | production of sludge was not confirmed in the condenser 20, and the turbidity of circulating water was also slight.
[0078]
The composition of the sewage sludge incinerated ash subjected to the test, the slag discharged from the swirling melting furnace 51, and the slag discharged from the electric resistance melting furnace 1 is shown in Table 1 below. The composition of the collected yellow phosphorus is shown in Table 2 below.
[0079]
[Table 1]

[0080]
[Table 2]

As shown in Table 2 above, the purity of yellow phosphorus obtained by the above-described method was 99.95%, and it was confirmed that the quality was sufficiently usable as an industrial raw material.
[0081]
【The invention's effect】
As described above, in the present invention, melting of the material to be melted and generation of phosphorus gas from the melt generated thereby are performed separately. Therefore, the dust generated with the melting of the material to be melted is not mixed in the high-temperature gas containing the phosphorus gas. Therefore, according to the present invention, it is possible to recover phosphorus or phosphoric acid from waste with high purity. Further, in the present invention, melting of the melt and generation of phosphorus gas from the melt are performed separately. For example, for the melt generated in the existing waste treatment facility, It becomes possible to recover phosphorus.
[0082]
That is, according to the present invention, there is provided a phosphorus recovery facility and a phosphorus recovery method capable of recovering phosphorus from waste with high purity. In addition, according to the present invention, a phosphorus recovery facility and a phosphorus recovery method applicable to existing waste treatment facilities are provided.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram schematically showing a phosphorus recovery facility according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram schematically showing an example of a heating furnace used in the phosphorus recovery facility according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a diagram schematically showing another example of a heating furnace used in the phosphorus recovery facility according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a diagram schematically showing still another example of a heating furnace used in the phosphorus recovery facility according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a diagram schematically showing a phosphorus recovery facility according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a diagram schematically showing a phosphorus recovery facility according to a third embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF

SYMBOLS

1,51 ... Melting furnace; 2 ... Electrode; 3 ... Electrode raising / lowering device; 4 ... Power supply
5 ... Slag discharge port; 6 ... Metal discharge port; 7 ... Exhaust port
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Dust remover; 11 ... Combustion chamber; 12 ... Absorption tower; 13 ... Phosphoric acid storage tank
14 ... Mist collector; 15 ... Gas cleaning tower; 20 ... Condenser
21 ... Phosphorus storage tank; 22 ... Combustion tower; 25 ... Carbon source supply section
26 ... Melt supply part; 41 ... Molten slag layer; 42 ... Molten metal layer
43 ... coagulum layer

Claims

Heating having a melt supply port and an exhaust port and generating a high-temperature gas containing phosphorus vaporized by heating a melt containing a phosphorus compound supplied from the melt supply port in a reducing atmosphere furnace, and the phosphorus recovery equipment, characterized by comprising a phosphorus recovery means for recovering the vaporized phosphorus from the exhausted the hot gas from the exhaust port as a yellow phosphorus or phosphorus compound, the furnace the melt The molten slag discharge port is provided at the boundary between the molten slag layer and the gas layer formed when heated in a reducing atmosphere, and the gas layer communicates with the melt supply port. 1. A phosphorus recovery facility comprising a partition wall divided into three regions: a first region, a second region communicating with the exhaust port, and a third region communicating with the molten slag discharge port .

Melting a melt containing a phosphorus compound to produce the melt, and further comprising melt supply means for supplying the melt to the heating furnace through the melt supply port, The phosphorus recovery facility according to claim 1, further comprising a carbon source supply port for supplying a carbon source into the furnace.

3. The phosphorus recovery facility according to claim 1, wherein the phosphorus recovery means includes a condenser that converts the vaporized phosphorus into yellow phosphorus by condensing the high-temperature gas. 4.

The phosphorus recovery means mixes the high temperature gas and oxygen-containing gas to convert the vaporized phosphorus into phosphorus pentoxide, and mixes the high temperature gas and oxygen-containing gas. The phosphoric acid production | generation means which melt | dissolves the phosphorus pentoxide contained in the said mixed gas in the said water, and produces | generates phosphoric acid aqueous solution by contacting the mixed gas formed with water is provided. The phosphorus recovery facility according to 2.

The phosphorus recovery according to any one of claims 1 to 4, further comprising cooling means for cooling an inner wall of the heating furnace to solidify a part of the melt on the inner wall surface. Facility.

The phosphorus recovery facility according to any one of claims 1 to 5, further comprising an inert gas supply means for supplying an inert gas into the heating furnace.

The melt heated in the reducing atmosphere forms a molten metal layer, a molten slag layer, and a gas layer in order from the bottom in the heating furnace,
The gas layer further comprises a gas supply means for supplying either one of an inert gas and a reducing gas or a mixed gas thereof to promote exhaust of the high temperature gas. The phosphorus recovery facility according to any one of 5.

The phosphorus recovery facility according to any one of claims 1 to 7, further comprising a dust supply unit that supplies dust generated as a result of generation of the melt into the heating furnace.

Heating a melt containing a phosphorus compound to produce a melt containing a phosphorus compound; heating the melt in a reducing atmosphere to generate vaporized phosphorus-containing high-temperature gas; And a phosphorus recovery method comprising the step of recovering the vaporized phosphorus from the high temperature gas as yellow phosphorus or a phosphorus compound, wherein the step of generating the high temperature gas is a heating furnace that forms a space substantially isolated from the outside air In the step of generating the hot gas, the melt forms the hot gas, molten slag, and molten metal, and the molten slag is discharged from the heating furnace using overflow. A method for recovering phosphorus.

In the step of generating the high temperature gas, the molten material forms the high temperature gas, molten slag, and molten metal, and the step of generating the high temperature gas substantially forms a space isolated from the outside air. The phosphorus recovery method according to claim 9, wherein the phosphorus recovery method is performed while cooling at least a part of the inner wall of the heating furnace.

The step of generating a high-temperature gas includes heating the melt together with a carbon source in the reducing atmosphere, and the amount of vaporized phosphorus generated by the supply amount of the carbon source in the step of generating the high-temperature gas. 10. The method according to claim 9 or claim The phosphorus recovery method according to claim 10.

The step of generating the high-temperature gas is performed in a heating furnace, and a space in the heating furnace is substantially isolated from outside air by supplying an inert gas to the heating furnace. The phosphorus recovery method according to any one of claims 9 to 11.

The step of generating the high-temperature gas is performed in a heating furnace which is substantially isolated from the outside air and has a gas flow formed of at least one of an inert gas and a reducing gas or a mixed gas thereof. The phosphorus recovery method according to any one of claims 9 to 11.

The dust generated as a result of the production of the melt is heated in the reducing atmosphere together with the melt in the step of generating the high-temperature gas. The method for recovering phosphorus described in 1.