JP3843109B2 - 針状スラグの選別方法、及びスラグの振動分離装置 - Google Patents

Description

本発明は、針状スラグの選別方法、針状スラグの測定方法、スラグの性状制御方法、及びスラグの振動分離装置に関する。
なお、選別対象とするスラグは廃棄物（ゴミ、焼却灰等の溶融対象物）、石炭、鉄鋼を溶融して得られる溶融スラグである。

灰溶融炉は、ごみ焼却灰の有効利用を図るためのものであり、灰溶融炉により溶融した焼却灰は、低沸点の揮散物や、金属類及びその他成分のスラグに分け、無害化するとともに、そのリサイクルを図っている。こうした、焼却灰の減容化のために、焼却灰の溶融炉のニーズが増加してきている。この溶融スラグの処理方法として、溶融スラグを水槽に流し込んで水砕スラグ化する方法がある。

例えば、灰溶融炉で溶融された溶融スラグは、灰溶融炉の出滓口から流下し、その下部に配設された水槽に流下する。溶融スラグは水槽の内部では、水砕水により冷却され、水砕スラグが生成される。それらの水砕スラグには、粒子状スラグ、針状スラグの両者が含まれて生成される。

上記の水砕スラグ５は、主として土木材料や砂の代替品として人工骨材等に使用される。ここで、水砕スラグ中の針状スラグの含有量は、水砕スラグの性状を大きく左右する。すなわち、水砕スラグ中の針状スラグの含有量は極力少ないほうがよく、本願出願人も、かかる水砕スラグの性状を向上させるための改良を行っている（特許文献１）。
上記改良は、主としてその強度的側面に着目したものである。しかし、針状スラグは、取扱者の身体に突き刺さる等のハンドリング上の問題もあった。
このため、針状スラグの含有量の少ない良好な水砕スラグであるかどうかの判定を行ったり、針状スラグを除去して水砕スラグの性状を向上させたりするにあたって、針状スラグを、効率的に選別する方法が要請されていた。
特開２０００−１８５５４

そこで本発明は、上記要請に鑑み、水砕スラグ中の針状スラグと粒子状スラグを効率的に分離するようにした針状スラグの選別方法、針状スラグの測定方法、、スラグの性状制御方法、及びスラグの振動分離装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明に係る針状スラグの選別方法は、溶融対象物を溶融した溶融スラグを冷却して得られるスラグを、分離用容器の傾斜面に載置し、振動を加えることにより、粒子状スラグに上下方向の循環運動を起こさせると共に、針状スラグの少なくとも一部を上記循環運動に加わらないように運動させ、上記スラグを針状スラグリッチ画分と粒子状スラグリッチ画分とに分離すること（ステップ１１０）を含むことを特徴とする。

また、本発明に係る針状スラグの選別方法は、他の実施の形態で、溶融対象物を溶融した溶融スラグを水中に流し込み、該溶融スラグを水砕水で冷却して得られるスラグを、第１の分離用篩により針状スラグを含まない画分と、針状スラグを含む画分とに分け（ステップ１０６）、針状スラグを含む画分を分離用容器の傾斜面に載置し、振動を加えることにより、上記針状スラグを含む画分を、針状スラグリッチ画分と粒子状スラグリッチ画分とに分離すること（ステップ１１０）を含むことを特徴とする。この形態の場合、上記粒子状スラグリッチ画分（ステップ１１０により得られるもの）をさらに、分離用容器の傾斜面に載置し、振動を加えることにより、上記粒子状スラグリッチ画分を、針状スラグリッチ画分（試料１）と粒子状スラグリッチ画分（残試料）とに分離することとし、粒子状スラグリッチ画分（ステップ１１２で得られるもの）を繰り返し上記分離用容器による分離操作にかけることができる。
また、以上の形態では、上記粒子状スラグリッチ画分（試料２）を、さらに第２の分離用篩にかけ（ステップ２００）、さらに、針状スラグリッチ画分（ステップ２０２で得られる試料１）と、粒子状スラグリッチ画分（ステップ２０２で得られもの）とに分離し、得られる粒子状スラグリッチ画分を繰り返し、第２の分離用篩にかけて、針状スラグリッチ画分（ステップ２０２で得られる試料１）と、粒子状スラグリッチ画分（終了ステップ２０６で得られるもの）とに分離することができる。

また、本発明に係る針状スラグの選別方法は、その最も好適な実施の形態で、溶融対象物を溶融した溶融スラグを冷却して得られるスラグを、第１の分離用篩により針状スラグを含まない画分と、針状スラグを含む画分とに分け（ステップ１０６）、針状スラグを含む画分を分離用容器の傾斜面に載置し、振動を加えることにより、上記針状スラグを含む画分を、針状スラグリッチ画分と粒子状スラグリッチ画分とに分離し（ステップ１１０）、この分離用容器による分離操作を繰り返し、この分離用容器による分離操作で得られる粒子状スラグリッチ画分（試料２）を第２の分離用篩による分離操作（ステップ２００）にかけ、針状スラグリッチ画分（ステップ２０２で得られる試料１）と粒子状スラグリッチ画分（終了ステップ２０６で得られるもの）とに分離し、この第２の分離用篩による分離操作で得られる針状スラグリッチ画分（ステップ２０２で得られる試料１）と、上記分離用容器による分離操作で得られる針状スラグリッチ画分（ステップ１１０で得られる試料１）とをさらに第３の分離用篩による分離操作（ステップ３００）にかけることを特徴とする。

本発明に係る針状スラグの選別方法では、スラグを予め乾燥処理しておくことができる。また、上記針状スラグの選別方法は、上記針状スラグを含まない画分と最終的に得られる粒子状スラグリッチ画分とを粒子状スラグとして秤量し、最終的に得られる針状スラグリッチ画分を針状スラグとして秤量するようにした針状スラグの測定方法として利用することができる。また、この測定方法は、針状スラグが増加したと検知したときは、水砕水の温度及び／又はスラグの温度を上昇させるようにするスラグの性状制御方法に利用することができる。
また、本発明は、さらに別の側面で上記針状スラグの選別方法に使用されるスラグの振動分離装置であり、該振動分離装置は、溶融対象物を溶融した溶融スラグを冷却して得られるスラグを載置するための傾斜面を備えた分離用容器を備え、該分離用容器を振動させるための振動装置をさらに備えたことを特徴とする。

本発明によれば、水砕スラグ中の針状スラグと粒子状スラグを効率的に分離するようにした針状スラグの選別方法、針状スラグの測定方法、スラグの性状制御方法、及びスラグの振動分離装置が提供される。

以下に添付図面に示した実施の形態を参照しながら、本発明に係る針状スラグの選別方法、針状スラグの測定方法、スラグの性状制御方法、及びスラグの振動分離装置を説明する。

まず、水砕スラグを得る方法についてその一実施の形態を、図１〜図３について説明する。
この水砕スラグの製造方法は、溶融対象物を溶融した溶融スラグを水槽中に投入し、水砕スラグ化する水砕スラグの製造方法であって、前記水槽中の水温を３０〜７０℃の範囲に保ってスラグを冷却し、粒子状の水砕スラグを得るようにしている。

図1に示すプラズマアーク式灰溶融炉１は、耐火材に囲まれた炉室７を内部に設け、炉室７の天井壁には断面が円筒形のプラズマ電極８が垂下され、該プラズマ電極８は天井壁に対して、上下動できる構成になっている。また、プラズマ電極８の先端と対向する灰溶融炉の炉底壁には、炉底電極９を設置し、これらの電極８，９間に、プラズマアーク１０発生用の直流電源１１を接続している。

灰溶融炉１の側壁には、溶融スラグ２の出滓口３が取付けられ、出滓口３の直下には、冷却水である水砕水１２を溜めている水槽４を配置している。水槽４内には水砕コンベア１４が配設され、水槽４から水砕スラグ５を次工程に移送することができる。水槽４には、水砕水１２を導入する供給管１５を設けると共に、水砕水１２を排出するための排出管１７を設けている。これらの管１５，１７は、水砕水冷却塔２０に接続され、供給管１５と水砕水冷却塔２０の間には、流量調整弁１６が設けられている。

水槽４には、水砕水１２の温度を検出するための温度センサー１８を取付け、温度センサー１８には水砕水１２の温度を調整する制御装置１９を設け、制御装置１９は流量調整弁１６の開度を温度センサー１８の検出温度に応じて、任意に制御できる構成になっている。なお、上記プラズマ式アーク溶融炉１、水槽４及び水砕水冷却塔２０については、その他公知の付帯設備を備えているが、その詳細な説明は省略する。

次に、図1に示す装置の作用を説明する。灰溶融炉１の炉室７には、焼却灰の定量供給装置２１に接続された灰投入口から焼却灰が投入される。次いで、灰溶融炉１の炉室７を還元雰囲気にした状態で、円筒状のプラズマ電極８の窒素供給用の孔から、プラズマ作動用の窒素ガスを供給するとともに、直流電源１１により電圧を電極８，９間に印加する。すると、該電極８，９間にプラズマアーク１０が発生し、炉室７は１０００℃以上の雰囲気となり、焼却灰が加熱される。焼却灰は加熱されて溶融スラグ２となり、炉底に溜まった後、スラグ排出部の出滓口３から排出し、後流側の水槽４に流下する。

水槽４では、水砕水１２が３０〜７０℃に維持され、この状態で溶融スラグ２が水砕水１２に冷却される。溶融スラグ２は、水砕水１２が一定の温度以上に維持されているので、急激に冷却されることなく、溶融スラグ２が水砕スラグ５となるときに、図２に示す粒子状スラグ５ａになり、図３に示す針状スラグ５ｂの割合が減る。

次に、図４〜図９について、本発明に係る針状スラグの選別方法の一実施の形態を説明する。
特に限定されるものではないが、図１〜図３について説明したような製造方法によって得られた水砕スラグをその処理対象として説明する。
なお、溶融スラグ２の冷却方法は冷却方式に限定されるものではなく、例えば空冷方式、水冷方式、水冷・空冷併用方式も可能である。したがって、水砕スラグ以外のスラグをその処理対象とする場合も本発明に含まれる。
まず、本実施の形態では、水砕スラグ１００を乾燥させる（ステップ１０２）。
乾燥させるには強制送風乾燥、加熱乾燥、天日乾燥といった手段が考えられるが特に限定されるものではない。

次いで、分離用篩にかける（ステップ１０４）。そして、針状スラグを全く含まないものと確認された画分と、針状スラグを含むものと確認された画分とに分ける（ステップ１０６）。針状スラグを全く含まないものと確認された画分は、針状スラグを含まない画分であり、その後の処理は行わない。

次いで、針状スラグを含むものと確認された画分、すなわち針状スラグを含む画分を、図５に示すような分離用容器５１の傾斜面に載置し、振動を加える（ステップ１０８）。傾斜角は、０°より大きく４５°以下とし、好ましくは針状スラグリッチ画分５３が滑り運動を起し粒子状スラグリッチ画分５４に飲み込まれる事により効率低下を招かない１０°以下が良い、振動方向は任意であるが、好ましくは水平成分を含む振動方向が良い、振動時間は、１０秒以上（１０秒未満では繰返し操作が過多となる）とし、好ましくは３０秒から２分とする。振動数は１００Ｈｚ未満で好ましくは５０Ｈｚ未満。なお、分離用容器５１は、振動篩を振動させる際に用いる振動装置５２上に載置し、加振することができる。また、図５中、振動方向成分としての鉛直成分と水平成分とを併せて示している。
なお、このような分離用容器５１を振動装置５２上に載置した装置は、本発明に係るスラグの振動分離装置の一実施の形態を構成する。

このように振動を加えることにより、針状スラグを含む画分は、図６、図７に示すように、針状スラグリッチ画分５３（図４の試料１）と粒子状スラグリッチ画分５４（図４の残試料）とに分離する（図４のステップ１１０）。本発明者らが確認したところによれば、図６、図７に示すように、粒子状スラグは、粒子状スラグリッチ画分５４の山部分５５に密集し、上下方向に循環運動（矢印５６）を繰り返しており、針状スラグに代表される非球状スラグは、一部山部分５５に飲み込まれるものの、他の部分は、山部分５５の外周部５６で上記循環運動に加わらず、別途に存在していた。なお、図６は、分離用容器５１の傾きを便宜上省略して表している。

本実施の形態では、山部分５５を粒子状スラグリッチ画分５４（図４の残試料）として、ステップ１１２で針状スラグが無くなったと判断されるまで、ステップ１０８に残試料を戻して、分離用容器５１を用いた分離操作を繰り返す。針状スラグが無くなった試料２は、よりグレードの上がった粒子状スラグリッチ画分であり、図８に示す分離用篩を用いた分離操作に再度かけられる。

図８の分離操作では、分離用篩を用いた分離操作を行う（ステップ２００）。この分離操作の後、篩上のスラグを確認し、針状スラグを含むかどうかを確認する（ステップ２０２）。針状スラグを含むものと確認された画分は、針状スラグリッチ画分であり、試料１として、図９の分離操作にさらにかける。針状スラグを含まないものと確認された画分は、粒子状スラグリッチ画分であり、処理は終了する。篩を通過した画分について、針状スラグがあった場合には、分離用篩を用いた分離ステップ２００に戻す（ステップ２０４）。この戻し操作は、篩を通過したサンプルに針状スラグが含まれなくなるまで繰り返される。この図８での分離操作で篩を通過し針状スラグが確認されなかった画分は、最終的な粒子状スラグリッチ画分となる。

図４の分離操作からの試料１と、図８の分離操作からの試料１とは、共に図９の分離用篩による分離操作にかけられる。
図９の分離操作では、分離用篩を用いた分離操作を行う（ステップ３００）。この分離操作の後、篩上のスラグを確認し、針状スラグを含むかどうかを確認する（ステップ３０２）。針状スラグを含むものと確認された画分は、針状スラグリッチ画分であり、最終試料１となる。この針状スラグリッチ画分は、繰り返し行われる操作による合計分となる。針状スラグを含まないものと確認された画分は、粒子状スラグリッチ画分であり、処理は終了する。篩を通過した画分について、針状スラグがあった場合には、分離用篩を用いた分離ステップ３００に戻す（ステップ３０４）。この戻し操作は、篩を通過したサンプルに針状スラグが含まれなくなるまで繰り返される。この図９での分離操作で篩を通過し針状スラグが確認されなかった画分は、最終的な粒子状スラグリッチ画分となる。なお、最終的な粒子状スラグリッチ画分は、図８と図９における繰り返し操作ごとに集積される画分の総計に図４の針状スラグなしとされた画分の総計であり、終了ステップ２０６、３０６で得られる画分の総計に図４の針状スラグなしとされた画分を加えた合計である。

図４〜図９について説明した実施の形態で、図４の分離用篩による分離操作は、分離用容器による分離操作の負担を軽減する分離操作である。すなわち、この分離用篩による分離操作では、まず、針状スラグを全く含まない画分を分離し、後の操作の負担を軽減している。そして、針状スラグを含む画分を分離用容器による分離操作にかけている。この分離用容器による分離操作は、厳密ではないものの高速で分離を可能とする。そして、図８、図９で再度篩を用いた分離操作を実施している。これらの分離操作は、もっぱら、針状スラグの分離をより高度に行うための操作である。

図４〜図９について説明した実施の形態は、水砕スラグ中の針状スラグを分離する針状スラグの選別方法であるが、この形態に係る選別方法を用い、針状スラグリッチ画分と、粒子状スラグリッチ画分とを秤量すれば、針状スラグの含有量を迅速かつ正確に測定することができる。また、そのようにして迅速かつ正確に針状スラグの含有量を測定できれば、その結果により、針状スラグが増加したと検知したときは、水砕水の温度及び／又はスラグの温度を上昇させるようにすることができる。例えば、図１の実施の形態で、３０〜７０℃の温度範囲であっても、さらに最適な制御を行うように温度の上下をコントロールして、水砕スラグの性状についてその制御を行うことができる。

異なる工場で得られた水砕スラグＡ，Ｂ，Ｃについて、分離用篩を用いて各試料の分離操作を行った。水砕スラグＡについては、摩砕前後のものについても分離操作を行った。１．４４ｍｍメッシュの篩上画分、１．４４ｍｍメッシュの篩を通過し、０．５９ｍｍメッシュの篩上画分、０．５９ｍｍメッシュの篩を通過し、０．３３５ｍｍメッシュの篩上画分、０．３３５メッシュを通過した画分に分けた。その結果を表１に示す。

これらの試料について、図４〜図９で示した分離操作を行い、秤量を行った。結果を表２に示す。なお、最終試料は、４０ｇ、分離用容器の傾斜角度は、７度、振動数は、３０Ｈｚ、振動時間は１分とした。なお、分離操作に先立って水分は、３％以下とした。

表２から了解されるように、０．５９ｍｍより上の大きさの粒子は、針状スラグを含まない。したがって、図４の分離用篩を用いた操作では、０．５９ｍｍメッシュで残るものを、針状スラグを含まない画分すればよいことが確認される。なお、表１、表２の結果に基づいて、各分離操作後の針状スラグ含有率を算出した。結果を表３に示す。

この表３から了解されるように、水砕スラグＡを例とし、摩砕前のもので、図４の分離用篩による篩い前に全体で、０．５質量％であった針状スラグの含有量は、篩い後に、７．３質量％に上昇している。したがって、針状スラグを分離する後の分離用容器による分離操作（振動操作）の効率が良くなっている。また、振動操作後には、さらに針状スラグの含有量が高まり（２６．５質量％）、より正確に分離を行うことを意図した図８、図９での分離操作の負担を軽減していることが了解される。

この実施例からも了解されるように、図４から図９について説明した針状スラグの選別方法は、分離用篩による分離操作と、分離用容器による分離操作を組み合わせて、効率的に針状スラグを選別している。

なお、本実施例からは、例えば、本発明を、針状スラグを実機での分離操作そのものに実施した場合、諸条件によって、繰り返し操作を適宜省略したり、図４の分離操作のみを行うようにしても、本発明の効果を十分期待することができることが了解される。

本発明の適用対象となる水砕スラグの製造を行う製造装置の一実施の形態を説明する概念図である。 図１の製造装置によって得られる粒子状スラグを説明する模式図である。 図１の製造装置によって得られる針状スラグを説明する模式図である。 本発明に係る針状スラグの選別方法について、その一実施の形態の一部を説明するフロー図である。 本発明に係る針状スラグの選別方法に使用する分離用容器を説明する概念図である。 分離用容器内で、針状スラグと粒子状スラグを分離する操作を説明する部分縦断面図である。 分離用容器内で、針状スラグと粒子状スラグを分離する操作を説明する部分平面図である。 本発明に係る針状スラグの選別方法について、その一実施の形態の一部を説明するフロー図である。 本発明に係る針状スラグの選別方法について、その一実施の形態の一部を説明するフロー図である。

符号の説明

１ プラズマアーク式灰溶融炉
２ 溶融スラグ
３ 出滓口
４ 水槽
７ 炉室
８ プラズマ電極
９ 炉底電極
１１ 直流電源
１２ 水砕水
１４ 水砕コンベア
１５ 供給管
１６ 流量調節弁
１８ 温度センサー
１９ 制御装置
２０ 水砕水冷却塔
２１ 焼却灰定量供給装置
５１ 分離用容器
５３ 針状スラグリッチ画分
５４ 粒子状スラグリッチ画分

Claims (7)

1. 溶融対象物を溶融した溶融スラグを冷却して得られるスラグを、分離用容器の傾斜面に載置し、振動を加えることにより、粒子状スラグに上下方向の循環運動を起こさせると共に、針状スラグの少なくとも一部を上記循環運動に加わらないように運動させ、上記スラグを針状スラグリッチ画分と粒子状スラグリッチ画分とに分離すること（ステップ１１０）を含むことを特徴とする針状スラグの選別方法。
2. 溶融対象物を溶融した溶融スラグを冷却して得られるスラグを、第１の分離用篩により針状スラグを含まない画分と、針状スラグを含む画分とに分け（ステップ１０６）、針状スラグを含む画分を分離用容器の傾斜面に載置し、振動を加えることにより、上記針状スラグを含む画分を、針状スラグリッチ画分と粒子状スラグリッチ画分とに分離すること（ステップ１１０）を含むことを特徴とする針状スラグの選別方法。
3. 上記粒子状スラグリッチ画分（ステップ１１０により得られるもの）をさらに、分離用容器の傾斜面に載置し、振動を加えることにより、上記粒子状スラグリッチ画分を、針状スラグリッチ画分（試料１）と粒子状スラグリッチ画分（残試料）とに分離することとし、粒子状スラグリッチ画分（ステップ１１２で得られるもの）を繰り返し上記分離用容器による分離操作にかけることを特徴とする請求項２に記載の針状スラグの選別方法。
4. 請求項１〜請求項３のいずれかで得られる上記粒子状スラグリッチ画分（試料２）を、さらに第２の分離用篩にかけ（ステップ２００）、さらに、針状スラグリッチ画分（ステップ２０２で得られる試料１）と、粒子状スラグリッチ画分（ステップ２０２で得られもの）とに分離し、得られる粒子状スラグリッチ画分を繰り返し、第２の分離用篩にかけて、針状スラグリッチ画分（ステップ２０２で得られる試料１）と、粒子状スラグリッチ画分（終了ステップ２０６で得られるもの）とに分離するようにしたことを特徴とする針状スラグの選別方法。
5. 溶融対象物を溶融した溶融スラグを冷却して得られるスラグを、第１の分離用篩により針状スラグを含まない画分と、針状スラグを含む画分とに分け（ステップ１０６）、針状スラグを含む画分を分離用容器の傾斜面に載置し、振動を加えることにより、上記針状スラグを含む画分を、針状スラグリッチ画分と粒子状スラグリッチ画分とに分離し（ステップ１１０）、この分離用容器による分離操作を繰り返し、この分離用容器による分離操作で得られる粒子状スラグリッチ画分（試料２）を第２の分離用篩による分離操作（ステップ２００）にかけ、針状スラグリッチ画分（ステップ２０２で得られる試料１）と粒子状スラグリッチ画分（終了ステップ２０６で得られるもの）とに分離し、この第２の分離用篩による分離操作で得られる針状スラグリッチ画分（ステップ２０２で得られる試料１）と、上記分離用容器による分離操作で得られる針状スラグリッチ画分（ステップ１１０で得られる試料１）とをさらに第３の分離用篩による分離操作（ステップ３００）にかけることを特徴とする針状スラグの選別方法。
6. スラグを予め乾燥処理するようにしたことを特徴とする請求項１〜５のいずれかの針状スラグの選別方法。
7. 溶融対象物を溶融した溶融スラグを冷却して得られるスラグを載置するための傾斜面を備えた分離用容器を備え、該分離用容器を振動させるための振動装置をさらに備えたことを特徴とする請求項１〜５のいずれかの針状スラグの選別方法に使用されるスラグの振動分離装置。

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