JP3738606B2

JP3738606B2 - 廃トナー処理方法および装置

Info

Publication number: JP3738606B2
Application number: JP17627799A
Authority: JP
Inventors: 博巳中村; 誠牛膓
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 1999-06-23
Filing date: 1999-06-23
Publication date: 2006-01-25
Anticipated expiration: 2019-06-23
Also published as: JP2001003063A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子写真法による複写機やプリンターなどから回収した廃トナーや、トナー製造工場などで発生した廃トナーを処理する廃トナー処理方法および装置に関する。
【０００２】
【従来技術】
電子写真法に用いられるトナーは、通常熱可塑性樹脂を基材とし、加熱により軟化・溶融して用紙に接着し、冷却によって強固に固着する。このトナーには、一成分現像法に用いられるトナーと、二成分現像法に用いられるトナーとが存在する。後者のトナーは、熱可塑性樹脂に着色剤および数種の添加剤を混合したもので、主にカラートナーとして用いられる。前者のトナーは、熱可塑性樹脂に磁性体としての酸化鉄の微粉末を添加したもので、主に黒色トナーとして用いられる。これらのトナーは、いずれも、粒子径が数〜十数μの超微粒子である。
【０００３】
ＯＡ機器の普及に伴い、トナーの使用量が増大する一方で、トナー製造工場で発生した廃トナーや、複写機やプリンターの使用済カセットなどから回収した廃トナーの処理が問題となってきている。
【０００４】
従来、このような廃トナーは大部分が埋立て処分されていた。これに対して、廃トナーを埋立て処分することなく、エネルギー資源として有効利用するための技術として以下のものが知られている。
【０００５】
▲１▼廃トナーが良質な燃料となりうるため、廃トナーを燃料として炉内空間で燃焼させる廃プラスチック燃焼装置（特開平７−１１９９２２号公報参照）。
【０００６】
▲２▼廃トナーをタール滓と混合し、廃トナーをバインダーにして成型炭を製造し、成型炭をコークス炉へ装入して廃トナーを熱分解する廃トナーの処理方法（本出願人が出願した特願平１０−３６８６２３号参照）。
【０００７】
▲３▼廃トナーの処理方法ではないが、廃プラスチックの処理方法として、粒径０．５〜２０．０ｍｍの廃プラスチックを焼結原料の上に廃プラスチック層として装入し、点火炉で点火して下方吸引する廃プラスチックの処理方法（特開平８−１６５５２６号公報参照）。
【０００８】
▲４▼上記▲３▼と同様に廃プラスチックを焼結機で処理する方法として、粒径０．５〜２０．０ｍｍの廃プラスチックを点火炉上部に設置した廃プラスチック噴射装置の噴射口から点火バーナーの火炎へ噴射し、点火バーナーで燃焼することにより原料層の表面に着火する焼結機の点火方法（特開平８−２５３８２４号公報参照）。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来技術には以下の問題点がある。
【００１０】
▲１▼市場の７０〜８０％を占める一成分現像法に用いられるトナーには、上述のように酸化鉄が含まれている。廃プラスチック燃焼装置にあっては、トナー中の樹脂分をエネルギー資源として有効利用できるが、トナー中の鉄分を資源として有効利用図ることができない。また、廃トナーを処理するために、設備費の高い廃プラスチック燃焼装置を新たに製造する必要もある。さらに、トナーはその性状が非常に微細な超微粉であるので、通常のハンドリングでは飛散がひどく、その取扱いが困難である。
【００１１】
▲２▼廃トナーをタール滓と混合する方法にあっては、廃トナーの大量処理に適さない、タール滓の粘性のコントロールが難しい等の問題がある。
【００１２】
▲３▼廃プラスチックの処理方法にあっては、焼結原料の上に廃プラスチック層の代わりに廃トナー層を装入すると、Ｃガス等を焚いている点火炉で超微粉の廃トナーが舞い上がり粉塵爆発を起こすおそれがある。また、下方から吸引すると、廃トナーが焼結原料層を通過してしまい、このため、廃トナーの鉄分が回収されないことがある。さらに、下方から吸引すると、廃トナーが焼結原料層につまってしまい、焼結原料層の通気性が悪くなり、焼結鉱に焼きムラが生じることもある。
【００１３】
▲４▼焼結機の点火方法にあっては、廃プラスチックの代わりに廃トナーを廃プラスチック噴射装置の噴射口から点火バーナーの火炎へ噴射すると、超微粉の廃トナーが点火炉で舞い上がり、粉塵爆発を起こすおそれがある。また、噴射口から廃トナーを気相に近い状態で噴射するのには設備的に困難が伴う。
【００１４】
そこで、本発明は、トナーの成分および性状等を考慮したうえで、廃トナーを資源として有効利用でき、しかも、超微粉である廃トナーのハンドリングが容易な廃トナー処理方法および処理装置を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
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１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。
【００１６】
【表１】

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。
【００１７】
本発明者は、市場の７０〜８０％を占めるトナーＡが４０〜５０％重量鉄粉を含むこと、およびトナー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、製鉄所で廃トナーを有効利用すること、具体的には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請求項１記載の廃トナー処理方法を発明した。
【００１８】
この発明によれば、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できる。また、廃トナー中の樹脂の一部は燃焼し、粉コークスの代替えとして有効利用でき、残りはガス化して焼結機の排風装置に吸引される。廃トナーの樹脂分がガス化しても、廃トナーは超微粒子であり、焼結原料に均一に分散されているので、焼結鉱に悪影響を及ぼすおそれがない。また、廃トナーを焼結原料に混合して焼結するので、廃トナーが飛散することなく、廃トナーのハンドリングが容易になる。
【００１９】
また、請求項１の発明は、前記廃トナーを造粒装置の前で前記焼結原料に添加し、前記造粒装置で前記廃トナーおよび前記焼結原料を造粒して、前記廃トナーを前記焼結原料に付着することを特徴とする。ここで、造粒装置には、パッグミル、ドラムミキサー等が用いられる。
【００２０】
廃トナーを焼結原料と一緒に造粒して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、既存の造粒装置を利用することで、新たな設備を設けることなく、焼結原料に廃トナーを混合することができる。
【００２１】
さらに、請求項２の発明は、請求項１に記載の廃トナー処理方法において、前記廃トナーを１次造粒装置の前で前記焼結原料に添加し、１次造粒装置および２次造粒装置で前記廃トナーおよび前記焼結原料を造粒して、前記廃トナーを前記焼結原料に付着することを特徴とする。
【００２２】
この発明によれば、１次、２次の造粒装置で造粒するので、廃トナーおよび焼結原料の造粒をさらに促進することができる。
【００２３】
請求項３の発明は、請求項１に記載の廃トナー処理方法において、前記廃トナーの一部または全量を２次造粒装置の前で添加し、２次造粒装置で前記廃トナーおよび前記焼結原料を造粒して、前記廃トナーを前記焼結原料に付着することを特徴とする。
【００２４】
この発明によれば、廃トナーを焼結原料と一緒に造粒して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、既存の造粒装置を利用することで、新たな設備を設けることなく、焼結原料に廃トナーを混合することができる。
【００２５】
請求項４の発明は、請求項１ないし３いずれかに記載の廃トナー処理方法において、前記焼結原料に前記廃トナーを質量比０．５％以下添加することを特徴とする。特に、廃トナーを質量比０．１％以下添加するのが望ましい。
【００２６】
表１に示すように、トナーは種類によって成分が大きく異なり、廃トナー中の樹脂比率の最大バラツキは４０％（５０〜９０％）ある。混合原料中の樹脂成分のバラツキを通常の粉コークスの増減操作量である０．２％以内に抑えるためには廃トナーの混合原料への配合率は０．５％以下とすべきである。この場合の樹脂成分のバラツキは最大でも０．５％×４０％＝０．２％となる。混合原料への配合率を０．１％以下とすれば、樹脂成分の配合率のバラツキは最大でも０．０４％にすぎず、廃トナーが成品焼結鉱へ及ぼす影響をほとんど無視できる。また、廃トナーの樹脂成分は２００〜３００℃で一部ガス化し、これが燃焼せずに電気集塵器に吸引されると集塵機の火災を引き起こすおそれがあるが、０．５％以下の配合率では廃ガス中の油脂分の実測値は１ｐｐｍ程度の増加にすぎず、火災を引き起こすおそれもなくなる。
【００２７】
請求項５の発明は、焼結原料に廃トナーを混合する廃トナー混合手段と、前記廃トナーが混合された前記焼結原料を焼結する焼結機とを備えることを特徴とする廃トナー処理装置により、上述した課題を解決した。
【００２８】
この発明によれば、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できる。また、廃トナー中の樹脂の一部は燃焼し、粉コークスの代替えとして有効利用でき、残りはガス化して焼結機の排風装置に吸引される。廃トナーの樹脂分がガス化しても、廃トナーは超微粒子であり、焼結原料に均一に分散されているので、焼結鉱に悪影響を及ぼすおそれがない。また、廃トナーを焼結原料に混合して焼結するので、廃トナーが飛散することなく、廃トナーのハンドリングが容易になる。
【００２９】
さらに、請求項５の発明は、前記廃トナー混合手段は、廃トナーを貯蔵するホッパーと、このホッパー内の廃トナーを一定量切り出す定量切出し装置と、切り出された廃トナーを焼結原料輸送コンベヤ上に搬送する廃トナー搬送装置と、前記廃トナーおよび前記焼結原料を造粒する造粒装置を備えることを特徴とする。ここで、造粒装置には、パッグミル、ドラムミキサー等が用いられる。
【００３０】
廃トナーを焼結原料と一緒に造粒して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、既存の造粒装置を利用することで、新たな設備を設けることなく、焼結原料に廃トナーを混合することができる。
【００３１】
【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トナー処理装置について説明する。図１は廃トナー処理装置の概略構成図を示すものである。この廃トナー処理装置は、廃トナーを焼結鉱製造用原料（以下焼結原料という）に混合する廃トナー混合手段としての廃トナー混合装置１と、廃トナーを混合した焼結原料を焼結する焼結機２とを備える。
【００３２】
廃トナー混合装置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、この焼結原料輸送コンベヤ５に廃トナーを供給する廃トナー供給装置６と、廃トナーおよび焼結原料を造粒する造粒装置としてのドラムミキサー７ａ，７ｂとで構成される。この廃トナー混合装置１では、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および第２ドラムミキサー７ｂを備える。
【００３３】
図２は、廃トナー供給装置６を示したものである。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。
【００３４】
廃トナー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は廃トナー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。
【００３５】
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。
【００３６】
【表２】

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。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。
【００３７】
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が燃焼し、原料鉱石粒子の焼結反応および溶融反応が促進する。
【００３８】
このとき、廃トナー中の鉄分は、鉄源として有効利用される。廃トナー中の樹脂の一部はコークスとして有効利用される。廃トナーは廃プラの一種であるが、廃プラの特徴として２００〜３００℃の雰囲気中でガス化して飛んでしまうことがある。廃プラをいきなり１０００℃の雰囲気中におくと全部燃焼するが、徐々に温度が上がる雰囲気中におくと必ずしも燃焼しない。このため、廃トナーの一部は燃焼するが、残りはガス化して排風装置１３に吸引される。廃トナーの樹脂分がガス化しても、廃トナーは超微粒子であり、焼結原料に均一に分散されているので、焼結鉱に悪影響を与えるおそれがない。
【００３９】
ところで、混合原料に対する粉コークスの配合率は、上述のように、概ね３％程度が一般的である。この粉コークスの配合率は非常に重要であり、混合原料の成分、特にダスト中のカーボン量や含水量等により、通常１回の操作量として±０．２％程度増減する。配合率が過多の場合は原料が過溶融となり、通気性悪化に起因した生産性低下や、成品焼結鉱の還元性状の悪化が生じる。一方、配合率が不足する場合は、原料の焼結不足から成品焼結鉱の冷間強度低下や成品焼結鉱の還元粉化性状の悪化が生じる。
【００４０】
一方、トナーは種類によって成分が大きく異なり、廃トナー中の樹脂比率の最大バラツキは表１に示すように４０％（５０〜９０％）程度ある。混合原料中の樹脂成分のバラツキを通常の粉コークスの増減操作量である０．２％以内に抑えるためには廃トナーの混合原料への配合率は０．５％以下とすべきである。この場合の樹脂成分のバラツキは最大でも０．５％×４０％＝０．２％となる。さらに、混合原料への配合率を０．１％以下とすれば、樹脂成分の配合率のバラツキは最大でも０．０４％にすぎず、廃トナーが成品焼結鉱へ及ぼす影響はほとんど無視できる。廃トナーの樹脂成分は２００〜３００℃で一部ガス化し、これが燃焼せずに電気集塵機１４に吸引され、電気集塵機１４の火災を引き起こすおそれがあるが、０．５％以下の配合率では廃ガス中の油脂分の実測値は１ｐｐｍ程度の増加にすぎず、火災を引き起こすおそれもなくなる。一方、工業的には０．１％の配合率でも、混合原料の６００Ｔ／Ｈ程度の処理が可能な焼結機を使用すると、最大月間４３２Ｔ（６００Ｔ／Ｈ×０．１％×７２０Ｈ／月＝４３２Ｔ）の処理が可能である。したがって、処理必要量１００〜２００／月に対して充分な能力を有する。
【００４１】
【実施例】
発明の実施例を以下に示す。６００Ｔ／Ｈの焼結原料に０．６Ｔ／Ｈの廃トナーを添加し（配合率０．１％）、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。廃トナーの添加前後で表２に示した造粒後の原料粒度に変化はなく、廃トナーは全量擬似粒子に取り込まれた。
【００４２】
また、表３に示すように、廃トナーを０．６Ｔ／Ｈ添加した場合、粉コークス配合率は３％から２．９５％に低下し、０．０５％低減することができた。
【００４３】
【表３】

廃トナー中の鉄分も焼結鉱として有効利用されている。表４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、廃トナー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。
【００４４】
【表４】

なお、この実施例では廃トナーの全量を第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。
【００４５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、焼結原料に廃トナーを混合し、この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、廃トナー中の樹脂の一部は燃焼し、粉コークスの代替えとして有効利用でき、残りはガス化して排風装置に吸引される。廃トナーの樹脂分がガス化しても、廃トナーは超微粒子であるので、焼結原料に均一に分散することができ、焼結鉱に影響を与えることがない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態における廃トナー混合装置を示す概略図である。
【図２】本発明の一実施形態における焼結機を示す概略図である。
【符号の説明】
７ａ第１ドラムミキサー（一次造粒装置）
７ｂ第２ドラムミキサー（二次造粒装置）
２焼結機
１廃トナー混合装置（廃トナー混合手段）
８ホッパー
９ロータリーフィーダー（定量切出し装置）
５焼結原料輸送コンベヤ
１０チェーンコンベヤ（廃トナー搬送装置）

Claims

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ことからなり、前記廃トナーを造粒装置の前で前記焼結原料に添加し、前記造粒装置で前記廃トナーおよび前記焼結原料を造粒して、前記廃トナーを前記焼結原料に付着することを特徴とする廃トナー処理方法。
前記廃トナーを１次造粒装置の前で前記焼結原料に添加し、１次造粒装置および２次造粒装置で前記廃トナーおよび前記焼結原料を造粒して、前記廃トナーを前記焼結原料に付着することを特徴とする請求項１記載の廃トナー処理方法。
前記廃トナーの一部または全量を２次造粒装置の前で添加し、２次造粒装置で前記廃トナーおよび前記焼結原料を造粒して、前記廃トナーを前記焼結原料に付着することを特徴とする請求項１に記載の廃トナー処理方法。
前記焼結原料に前記廃トナーを質量比０．５％以下添加することを特徴とする請求項１ないし３いずれかに記載の廃トナー処理方法。
焼結原料に廃トナーを混合する廃トナー混合手段と、この廃トナーを混合した前記焼結原料を焼結する焼結機とを備える廃トナー処理装置であって、前記廃トナー混合手段は、前記廃トナーを貯蔵するホッパーと、このホッパー内の前記廃トナーを一定量切り出す定量切出し装置と、切り出された廃トナーを焼結原料輸送コンベヤ上に搬送する廃トナー搬送装置と、前記廃トナーおよび前記焼結原料を造粒する造粒装置とを備えることを特徴とする廃トナー処理装置。