JP3714140B2 - 廃活性炭処理方法及び装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、上・下水の水処理、空気浄化等に適用された使用済みの活性炭(廃活性炭)を処理する廃活性炭処理方法及び装置に関する。
【0002】
【従来技術】
活性炭は、上・下水、工業用水等の水処理、大気汚染や悪臭等の空気浄化等のみならず、食品製造メーカ等の製造プロセスに幅広く利用されている。このような活性炭は、ヤシガラ、石炭等を原料とし、賦活処理して製造されるのが普通であり、形状も粒状、粉末状、繊維状等様々である。活性炭は、表面あるいは細孔内に各種物質を吸着するので、使用により徐々に吸着性能が悪くなる。このため、安価な活性炭は再生利用されることなく、1回限りの使い捨てとされる。また、再生処理、乾留処理により付着物質を除去して再生利用される活性炭もあるが、再生利用の繰り返しにより性能が低下し、目標となる吸着性能を達成することができなくなる。従来、このような使用済みの活性炭は、焼却処理や埋め立て処理されていた。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、廃活性炭を焼却処理や埋め立て処理するとエネルギー資源として有効利用することができない。また、廃活性炭には灰分が含まれているので、単に焼却するだけだと、灰分に顕熱が奪われてスラグが生じる。このスラグの処理も問題になる。
【0004】
そこで、本発明は、廃活性炭の成分及び性状、並びに吸着物質等を考慮した上で、廃活性炭を資源として有効利用できる廃活性炭の処理方法及び処理装置を提供することを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、廃活性炭の成分及び性状、並びに吸着物質を調査した。その結果の分析例を表1に示す。
【0006】
【表1】
【0007】
廃活性炭は、活性炭に各種吸着物質が吸着された形で発生する。市場の廃活性炭の80%以上は、吸着物質が鉄鋼製造上問題ないこと、逆に廃活性炭を資源として有効利用できることに本発明者は着目し、製鉄所で廃活性炭を焼結原料として有効利用する廃活性炭の処理方法を発明した。具体的には、本発明は、焼結原料に廃活性炭及び廃トナーを添加し、混合装置を用いて、水と必要に応じて生石灰を加えて焼結原料を造粒し、擬似粒子を形成せしめ、当該原料を焼結機に供給し、粗粒部は熱源として微粉部は鉱石の還元剤として機能せしめることによって、低融点鉱物の融液生成を促進し焼結反応に役立たせることを特徴とする廃活性炭処理方法により、上述した課題を解決した。
【0008】
この発明によれば、焼結原料に混合した廃活性炭中のSiO2,CaO,Al2O3は、焼結鉱製造時スラグバインダーとして寄与し、これにより焼結原料が焼結鉱として塊成化される。したがって、廃活性炭中のSiO2,CaO,Al2O3は、最終的には高炉スラグとして有効利用される。また、廃活性炭中のC及び吸着物質中の(C,H)は、燃料、還元剤となり、粉コークスの代替として有効利用される。
【0009】
また、本発明は、焼結原料に廃活性炭及び廃トナーを混合する廃活性炭混合手段と、この廃活性炭及び廃トナーを混合した焼結原料を焼結する焼結機とを備え、前記廃活性炭混合手段は、廃活性炭、廃トナー及び焼結原料を造粒する混合装置の前で廃活性炭及び廃トナーを焼結原料に添加し、前記混合装置で廃活性炭、廃トナー及び焼結原料を造粒して廃活性炭及び廃トナーを焼結原料とともに混合造粒することを特徴とする廃活性炭処理装置により、上述した課題を解決した。ここで、混合装置には、パッグミル、ドラムミキサー等が用いられる。
【0010】
廃活性炭を焼結原料と一緒に造粒すると、擬似粒子が形成される。これにより、焼結機の原料層の通気性が悪化するのを防止でき、焼結反応を均一かつ十分に進行することができる。また、既存の混合装置を利用することで、新たな設備を設けることなく、焼結原料に廃活性炭を混合することができる。
【0011】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面に基づいて、本発明の一実施形態における廃活性炭処理装置について説明する。図1は廃活性炭処理装置の概略構成図を示すものである。この廃活性炭処理装置は、廃活性炭を焼結鉱製造用原料(以下焼結原料という)に混合する廃活性炭混合手段としての廃活性炭混合装置1と、廃活性炭を混合した焼結原料を焼結する焼結機2とを備える。
【0012】
廃活性炭混合装置1は、焼結原料を種類毎に貯蔵する複数の原料槽3と、原料槽3内の焼結原料を所定量切り出す原料切り出し装置4と、切り出された焼結原料を搬送する焼結原料輸送コンベヤ5と、廃活性炭及び焼結原料を造粒する混合装置としてのドラムミキサー7a,7bとを備える。ドラムミキサー7a,7bは、直列に2基配置された第1ドラムミキサー7a及び第2ドラムミキサー7bとから構成される。この廃活性炭混合装置1は、廃活性炭及び焼結原料を造粒するドラムミキサー7a,7bの前で廃活性炭を焼結原料に添加し、ドラムミキサー7a,7bで廃活性炭及び焼結原料が造粒されて廃活性炭を焼結原料に付着する。
【0013】
排出業者から排出された廃活性炭は、フレコン詰めでトラック等により焼結工場の保管庫に保管される。ここから所定量のフレコン15は、ホイスト16等の吊上げ手段により吊り上げられ、フレコン内の廃活性炭が活性炭投入ホッパー17に移される。活性炭投入ホッパー17内の廃活性炭は、切出し装置によって切出され、チェーンコンベヤ19を介して焼結原料に添加される。廃活性炭のうち粒度の大きいものは、粉コークスに添加され、ロッドミル18で粉砕され、原料槽3に供給される。
【0014】
廃活性炭は、混合した焼結原料(以下混合原料という)と一緒に回転する第1ドラムミキサー7aに供給される。第1ドラムミキサー7aは廃活性炭と混合原料とを混合・造粒する。第1ドラムミキサー7aには原料を造粒するための温水または冷水添加装置が設置され、混合原料中の水分を一定値にコントロールしている。温水または冷水添加装置は、原料水分が概そ7〜8%になるように水を添加している。第1ドラムミキサー7a内を原料が転動しながら進む際、添加された水の表面張力により、微粉が粗粒に付着し擬似粒子が形成される。第1ドラムミキサー7aである程度造粒された原料は、第2ドラムミキサー7bに供給され、さらに造粒が継続される。第2ドラムミキサー7bは造粒をさらに促進する目的で使用されている。
【0015】
一般に、混合原料を焼結機で焼成する際、微粉が多いと、焼結機上の原料の通気性が悪化し、焼成速度が低下するので、生産性が低下する。この対策として原料ホッパーと焼結機の間に大型の回転ドラムミキサーを通常2機設置し、原料成分の均一化を図るとともに造粒することにより、微粉を減らし、平均粒径を大きくしている。焼結原料としては、例えば約55%の鉄鉱石粉、約15%の所内回収ダスト、約14%の返鉱(焼結鉱のうち成品にするには粒径の小さすぎるもの)、そして、約14%の石灰石、生石灰、じゃもん岩、ドロマイト等)と約3%のコークス粉(燃料)を使用する。焼結原料の粒度は原料の種類によって各々異なるが、混合したもの(以下混合原料という)の粒度構成は、例えば表2の如くである。
【0016】
【表2】
【0017】
この表から、造粒前は、混合原料のうち粒径が0.25mmから0.125mmである細粒が10%、さらに細かい0.125mm(125μm)以下の微粉が6%を占めることがわかる。一方、造粒完了後の混合原料の粒度構成は、0.25mmから0.125mmの細粒が5%と減少し、125μm以下の微粉が皆無となっている。また、造粒前後で混合原料の平均粒径は2.1mmから2.5mmに増加している。なお、生産性向上のために、焼結原料の石灰石の一部を活性度の高い生石灰に代替し、造粒性を高める場合もある。
【0018】
図1に示すように、造粒された混合原料及び廃活性炭は、原料供給装置11を経て焼結機本体12のパレット上に装入される。点火炉13は混合原料表面のコークスに均一に着火する。焼結機本体12はパレットを自動的に排鉱側に送る。パレットの下部には風箱が設けられていて、排風装置によって下側に風を吸引しているので、焼結原料中に混合されている粉コークスの大部分は下記反応式▲1▼によって燃焼し、原料鉱石粒子の溶融反応に必要な熱を供給する。
【0019】
またコークス粉のごく一部分は擬似粒子に取り込まれ、下記反応式▲2▼及び/又は▲3▼によって粉鉱石の一部を還元し、下記反応式▲4▼によって低融点の融液を生成する。この融液を介して焼結反応が促進され、全体が塊成化される。
【0020】
【式1】
【0021】
廃活性炭のうち、破砕炭は0.2〜5mm、粉末炭は0.001〜2mm、成形炭は1〜10mmの大きさを有する。廃活性炭のうち粒度の小さいものは、そのまま、粒度の大きいものは、上述のようにロッドミル等で整粒後、焼結機に投入される。廃活性炭中のC及び吸着物質中の(C,H)のうち、粒度の大きいものは反応式▲1▼によって燃焼し、原料鉱石粒子の溶融反応に必要な熱を供給する。粒度の細かいものは、反応式▲2▼及び/又は▲3▼によって粉鉱石の一部を還元する。したがって、廃活性炭中のC及び吸着物質中の(C,H)を粉コークスの代替として有効利用することができる。また、廃活性炭中の廃活性炭中のSiO2,CaO,Al2O3は、焼結鉱製造時スラグバインダーとして寄与し、これにより焼結原料が焼結鉱として塊成化される。したがって、廃活性炭中のSiO2,CaO,Al2O3は、最終的には高炉スラグとして有効利用される。
【0022】
図2は、廃活性炭処理装置に廃トナーを供給する廃トナー供給装置6を示す。この廃トナー供給装置6は、上記廃活性炭に加えて廃トナーを焼結原料に添加する。
【0023】
本発明者等は、トナーの成分および性状を調査した。その結果、トナーには、主に樹脂からなるトナーBと、樹脂に鉄粉を添加したトナーAとの2種類が存在することがわかった。表3は、トナーAとトナーBとの成分、物性、製造比率を示したものである。
【0024】
【表3】
【0025】
この表に示すように、市場の70〜80%を占めるトナーAの成分は、磁性を与えるための40〜50%重量の鉄粉と、50〜60%重量の樹脂からなる。トナーAの成分は、より具体的には、スチレンアクリル樹脂35%,ポリエステル樹脂17%,ポリオレフィン3%,鉄粉(マグネタイト)44%,染料(青色)1%とからなり、主に一成分現像法の黒色トナーとして用いられる。トナーBの成分は、90%重量の樹脂と顔料とからなり、主に二成分現像法のカラートナーとして用いられる。また、トナーAとトナーBの物性を比較すると、比重はトナーAがトナーBよりも鉄分を含むので若干大きく、融点はトナーA,トナーBいずれも略等しく、水溶性はトナーA,トナーBともほとんどないことがわかった。そして、トナーA,トナーBの性状は、いずれも粒子径が数〜十数μmの超微粒子である。なお、トナーAには、鉄粉を85〜90%重量含むものも存在する。
【0026】
本発明者は、トナーA,Bいずれも粒子径が数〜十数μmの超微粒子であることに着目し、焼結原料に廃トナーを混合し、この廃トナーを混合した前記焼結原料を焼結する際、廃トナーを鉱石の還元剤として有効利用した。
【0027】
焼結原料に混合した廃トナー中の鉄粉は鉄源として有効利用される。また、廃トナーは粒子径が数〜十数μmの超微粒子であるため、混合装置にて焼結原料を造粒する際、擬似粒子の中に廃トナーの大半が取り込まれ、廃トナーの樹脂成分(C,H)を鉄鉱石の還元剤として機能させることができる。鉄鉱石の還元によりファイヤライト(2FeO・SiO2)なる低融点鉱物が生成し、その融液は冷却に際し原料のバインダーとして働き、この結果原料が焼結鉱として塊成化される。したがって、廃トナーはケミカルリサイクルとして焼結反応に有効に用いられることになる。
【0028】
廃トナーを焼結原料輸送コンベヤ5上に供給する廃トナー供給装置6は、フレコンまたはローリー車で搬入された廃トナーを貯蔵するホッパー8と、このホッパー8内の廃トナーを一定量切り出す定量切出し装置としてのロータリーフィーダー9と、切り出された廃トナーを焼結原料輸送コンベヤ5上に搬送する廃トナー搬送装置としてのチェーンコンベヤ10とで構成される。ここで、廃トナーが粉塵爆発を起こす可能性があるので、ホッパー8には静電気対策が取られている。
【0029】
廃トナーは、混合された焼結原料(以下混合原料という)と一緒に回転する第1ドラムミキサー7aに供給される。第1ドラムミキサー7aは廃トナーと混合原料とを混合・造粒する。上述のように、第1ドラムミキサー7aには原料を造粒するための温水または冷水添加装置が設置され、混合原料中の水分を一定値にコントロールしている。
【0030】
廃トナーは、第1ドラムミキサー7aの前で焼結原料に添加される。そして、第1及び第2ドラムミキサー7a,7bが廃トナーおよび焼結原料を造粒し、廃トナーを焼結原料に付着する。廃トナーを粗粒原料に付着すると、擬似粒子が形成される。これにより、焼結機2の原料層の通気性が悪化するのを防止でき、焼結反応を均一かつ十分に進行することができる。また、既存の第1及び第2ドラムミキサー7a,7bを利用することで、新たな設備を設けることなく、焼結原料に廃トナーを混合することができる。
【0031】
図1に示すように、造粒された混合原料および廃トナーは、原料供給装置11を経て焼結機本体12のパレット上に装入される。点火炉13は混合原料表面のコークスに均一に着火する。焼結機本体12はパレットを自動的に排鉱側に送る。パレットの下部には風箱が設けられていて、排風装置によって下側に風を吸引しているので、焼結原料中に混合されている粉コークスの大部分は上記反応式▲1▼によって燃焼し、原料鉱石粒子の溶融反応に必要な熱を供給する。
【0032】
上述のように、コークス粉のごく一部分は擬似粒子に取り込まれ、上記反応式▲2▼及び/又は▲3▼によって粉鉱石の一部を還元し、上記反応式▲4▼によって低融点の融液を生成する。この融液を介して焼結反応が促進され、全体が塊成化される。このとき廃トナーはコークス粉に比較すると十分小さい(廃トナー径=0.001〜0.010mmφ、粉コークス径=平均2mmφ下記表4参照)ので、ほぼ全量が擬似粒子に取り込まれ、還元剤として粉コークスの代替となることを発見した。また、廃トナーの鉄分は鉄源として有効利用できる。
【0033】
【表4】
【0034】
発明の参考例を以下に示す。焼結原料に廃活性炭を添加し、第1ドラムミキサー(直径4.2m、長さ14m、回転速度6rpm)に混合原料水分が8%になるように80℃の温水を必要量添加し、造粒後さらに第2ドラムミキサー(直径5m、長さ18.5m、回転速度4.8rpm)にて造粒し、焼結鉱を製造した。廃活性炭の添加前後で表2に示した造粒後の原料粒度に変化はなく、廃活性炭は全量擬似粒子に取り込まれた。
【0035】
コークスの発熱量8000cal/gに対して、廃活性炭の発熱量は3000〜5000cal/gである。したがって、廃活性炭を1g添加すると、粉コークスの添加量を0.4〜0.6g(平均0.5)低減することができる。
【0036】
廃活性炭中のSiO2,CaO,Al2O3も焼結鉱として有効利用されている。表5に示すように、生産性や成品焼結鉱の性状(強度、還元指数、還元粉化指数)は、廃活性炭の前後で全く変化がみられず、本発明の有効性が立証された。
【0037】
【表5】
【0038】
なお、この参考例では廃活性炭の全量を第1ドラムミキサーの手前で添加したが、その一部または全量を第2ドラムミキサーの手前で添加しても同等の効果が得られた。
【0039】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、焼結原料に廃活性炭及び廃トナーを混合し、この廃活性炭及び廃トナーを混合した焼結原料を焼結したので、焼結原料に混合した廃活性炭中のSiO2,CaO,Al2O3が、焼結鉱製造時スラグバインダーとして寄与し、これにより焼結原料が焼結鉱として塊成化される。したがって、廃活性炭中のSiO2,CaO,Al2O3は、最終的には高炉スラグとして有効利用される。また、廃活性炭中のC及び吸着物質中の(C,H)は、燃料、還元剤となり、粉コークスの代替として有効利用される。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態における廃活性炭混合装置を示す概略図である。
【図2】上記廃活性炭供給装置に廃トナーを供給する廃トナー供給装置を示す概略図である。
【符号の説明】
1…廃活性炭混合装置(廃活性炭混合手段)
2…焼結機
7a…第1ドラムミキサー(一次混合装置)
7b…第2ドラムミキサー(二次混合装置)
Claims (2)
- 焼結原料に廃活性炭及び廃トナーを添加し、混合装置を用いて、水と必要に応じて生石灰を加えて焼結原料を造粒し、擬似粒子を形成せしめ、当該原料を焼結機に供給し、擬似粒子内にとりこまれた廃活性炭及び廃トナーを熱源及び鉱石の還元剤として機能せしめることによって、低融点鉱物の融液生成を促進し焼結反応に役立たせることを特徴とする廃活性炭処理方法。
- 焼結原料に廃活性炭及び廃トナーを混合する廃活性炭混合手段と、この廃活性炭及び廃トナーを混合した焼結原料を焼結する焼結機とを備え、
前記廃活性炭混合手段は、廃活性炭、廃トナー及び焼結原料を造粒する混合装置の前で廃活性炭及び廃トナーを焼結原料に添加し、前記混合装置で廃活性炭、廃トナー及び焼結原料を造粒することを特徴とする廃活性炭処理装置。
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