JP4365652B2 - 焼却灰の溶融処理方法 - Google Patents
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Description
本発明は、廃棄物を焼却処理した後に残った焼却灰を加熱して溶融処理する焼却灰の溶融処理方法に関する。
一般家庭ごみや産業廃棄物等の大部分は焼却処理され、その後に残る灰（以下、焼却灰という）の殆どは埋め立て処理されているが、近年、埋立地の確保が難しくなってきている。
このため、最近では、埋立て処理するしかなかった焼却灰を溶融して、溶融鉄（溶融銑鉄）と溶融スラグとに分離し、溶融スラグから資源としてリサイクル可能な人工岩石を生成する処理方法が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
特開平９−１５６９９１号公報
ところで、上記特許文献１に開示されている処理方法では、焼却灰を溶融して溶融スラグと溶融銑鉄とに分離しているが、溶融銑鉄中には他の金属類も多く含有している。
特に、廃車からバンパー、エンジン、ガラス、タイヤ等のリサイクル可能な部材を選別して取り除いた残りの廃車ガラをシュレッダーによって細かく粉砕してシュレッダーダストとし、このシュレッダーダストを焼却処理した後に残る焼却灰等には、鉄と銅が多く含有されているので、この焼却灰を溶融して分離された溶融銑鉄中には銅が多く含有されていることにより、そのままでは精錬することができなかった。このため、溶融銑鉄中から銅を分離する工程等が必要となるので処理コストが高くなり、焼却灰をコスト的に資源として再利用することが難しかった。
また、焼却灰を溶融分離して得られる溶融スラグ中には、少しではあるが有害金属（Ｃｄ、Ａｓ、Ｐｂ等）が含有しているので、溶融スラグから生成される人工岩石中にも微量ではあるが有害金属が含有した状態となっている。
そこで本発明は、焼却灰を溶融処理した際に溶融した複数の金属を効率よく高純度に分離し、かつ溶融分離された溶融スラグ中の有害金属の含有を殆どなくすことができる焼却灰の溶融処理方法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は、廃棄物を焼却処理した後に残った焼却灰を加熱して溶融処理する焼却灰の溶融処理方法であって、焼却灰に炭素源とシリコン源を添加して焼却灰の成分を調製すると共に、塩基性酸化物と酸性酸化物をそれぞれ所定の割合で添加して焼却灰の塩基度を調製して、成分調製と塩基度調製された前記焼却灰を１６００〜１７００℃に加熱して溶融させ、溶融した前記焼却灰を比重によって下から順に銅、鉄、及び塩基度が１．１〜１．６に調製された溶融スラグの各層に溶融分離させることを特徴としている。
また、前記溶融スラグはＳｉＯ2、ＣａＯ、Ａｌ2Ｏ3、ＭｇＯを主成分とし、前記溶融スラグを取出して鋳型に鋳込んだ後に徐冷して結晶化し、塩基度が１．１〜１．６の人工岩石を生成することを特徴としている。
また、前記焼却灰は、廃車からリサイクル可能な部材を選別して取り除いた残りの廃車ガラをシュレッダーによって細かく粉砕してシュレッダーダストとし、このシュレッダーダスト又は該シュレッダーダストから樹脂成分を分解処理した後に残った残渣を焼却処理した後に残る焼却灰であることを特徴としている。
（作用）
請求項１に記載の発明によれば、焼却灰に炭素源とシリコン源を添加して焼却灰の成分を調製すると共に、塩基性酸化物と酸性酸化物をそれぞれ添加して焼却灰の塩基度を調製して、成分調製と塩基度調製された前記焼却灰を１６００〜１７００℃に加熱して溶融させることによって、溶融した焼却灰を比重によって下から順に銅、鉄、及び塩基度が１．１〜１．６に調製された溶融スラグの各層に溶融分離させることができるので、焼却灰から高純度の銅と鉄を取出すことができ、更に、溶融スラグの融点が高くなることによって溶融スラグ中の有害金属の含有をほとんどなくすことができる。
請求項１に記載の発明によれば、焼却灰に炭素源とシリコン源を添加して焼却灰の成分を調製すると共に、塩基性酸化物と酸性酸化物をそれぞれ添加して焼却灰の塩基度を調製して、成分調製と塩基度調製された前記焼却灰を１６００〜１７００℃に加熱して溶融させることによって、溶融した焼却灰を比重によって下から順に銅、鉄、及び塩基度が１．１〜１．６に調製された溶融スラグの各層に溶融分離させることができるので、焼却灰から高純度の銅と鉄を取出すことができ、更に、溶融スラグの融点が高くなることによって溶融スラグ中の有害金属の含有をほとんどなくすことができる。
また、請求項２に記載の発明によれば、溶融スラグから有害金属を殆ど含有しない人工岩石を生成することができる。
また、請求項３に記載の発明によれば、廃車からリサイクル可能な部材を選別して取り除いた残りの廃車ガラをシュレッダーによって細かく粉砕してシュレッダーダストとし、このシュレッダーダスト又は該シュレッダーダストの樹脂成分を分解処理した後に残った残渣を焼却処理した後に残る焼却灰を加熱して溶融処理することにより、鉄や銅を多く含有しているこれらの焼却灰から、鉄と銅を効率よく高純度に分離して回収することができる。
本発明の焼却灰の溶融処理方法によれば、焼却灰に炭素源とシリコン源を添加して焼却灰の成分を調製すると共に、塩基性酸化物と酸性酸化物をそれぞれ添加して焼却灰の塩基度を調製して、成分調製と塩基度調製された前記焼却灰を１６００〜１７００℃に加熱して溶融することによって、溶融した焼却灰を比重によって下から順に銅、鉄、及び塩基度が１．１〜１．６に調製された溶融スラグの各層に溶融分離させることによって、焼却灰から高純度の銅と鉄を取出すことができる。更に、溶融スラグの融点が高くなることによって溶融スラグ中の有害金属の含有をほとんどなくすことができるので、この溶融スラグを取出すことによって有害金属を殆ど含有しない人工岩石を生成することが可能となる。
以下、本発明を図示の実施の形態に基づいて説明する。
図１は、本発明の実施の形態に係る溶融処理方法によって焼却灰の溶融処理を行う溶融炉を示す概略断面図である。本実施の形態では、焼却灰の溶融手段として電気溶湯炉を用いた。
この溶融炉（電気溶湯炉）１の炉体２は耐火壁で囲まれており、炉体２の上部には焼却灰３を貯留した焼却灰投入機４が供給管５を介して接続されている。炉体２内には主電極６が上方から上下方向に移動自在に設置され、炉体２の底部には炉底電極７が設置されており、主電極６と炉底電極７間には直流電源（不図示）が接続されている。主電極６は、炉体２内に投入される焼却灰３の量に応じて上下方向に移動自在であり、その先端側を焼却灰３の中に挿入する。
供給管５には、投入される焼却灰３にＣ（炭素）源とＳｉ（シリコン）源を添加するための供給口８が設けられている。また、炉体２の上部には排気口１２が形成され、炉体２の下部には取出し口１３が形成されている。
本実施の形態における焼却灰３は、廃車からバンパー、エンジン、ガラス、タイヤ等のリサイクル可能な部材を選別して取り除いた残りの廃車ガラをシュレッダーによって細かく粉砕して得られた該シュレッダーダスト又は該シュレッダーダストの樹脂成分を分解処理した後に残った残渣を焼却処理した後に残る焼却灰である。この焼却灰３中には、金属類（Ｆｅ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｚｎ、Ｐ、Ｓ、Ｃｄ、Ａｓ、Ｐｂ等）が含まれており、質量％ではＦｅ、Ｃｕが多く含まれている。
次に、本実施の形態に係る溶融炉（電気溶湯炉）１による焼却灰３の溶融処理方法について説明する。
焼却灰投入機４に貯留した焼却灰３を、供給管５を通して溶融炉１の炉体２内に投入する。この際、炉体２内に投入される焼却灰３の量に応じて、供給口８から焼却灰３にＣ源とＳｉ源をそれぞれ所定量添加し、溶融時にＦｅとＣｕとが効率よく分離するように、焼却灰３中のＦｅに対するＣとＳｉの各割合が所定範囲となるように成分調製する。本願発明者の実験によれば、焼却灰３中のＦｅに対して、Ｃが４〜５％程度、Ｓｉが１．５％程度未満となるように成分調製することによって、溶融される焼却灰３中のＦｅとＣｕとを効率よく分離することができた。
更に、本実施の形態では、焼却灰３の溶融時に最上層に生成される溶融スラグ１１（図２参照）に金属不純物、特に有害金属（Ｃｄ、Ａｓ、Ｐｂなど）の含有割合が略ゼロとなるように、供給口８から焼却灰３中に塩基性酸化物（ＣａＯなど）と酸性酸化物（ＳｉＯ2など）をそれぞれ所定の割合で添加し、焼却灰３の塩基度を調製する（詳細は後述する）。
そして、直流電源（不図示）から主電極６と炉底電極７間に通電することにより、炉体２内に堆積している焼却灰３内でジュール熱が発生し、この熱によって焼却灰３が溶融する。このときの加熱温度を１６００〜１７００℃程度の高温に調整することによって、焼却灰３中の金属類は所定時間の加熱によって完全に溶融されてそれぞれ分離される。
炉体２内に供給される焼却灰３には、上記したように予めＣとＳｉがそれぞれ所定量添加されて成分調製されているので、図２に示すように、溶融した焼却灰３中の金属類は還元作用を受けて還元されてＦｅとＣｕに効率よく分離され、比重の重いＣｕ（Ｃｕ層９）が炉体２内の最下部に、その上にＦｅ（Ｆｅ層１０）がそれぞれ層をなして形成される。更に、Ｆｅ層１０の上には、ＳｉＯ2、ＣａＯ、Ａｌ2、ＭｇＯ等を主成分とする溶融スラグ１１の層が形成される。
また、上記したように本実施の形態では、焼却灰３中に塩基性酸化物（ＣａＯなど）と酸性酸化物（ＳｉＯ2など）をそれぞれ所定の割合で添加し、焼却灰３中の塩基度を調製している。具体的には、塩基度（塩基性酸化物：ＣａＯ、ＭｇＯ、ＦｅＯ、ＭｎＯ、…）／（酸性酸化物：ＳｉＯ2、Ｆｅ２Ｏ3、Ｃｒ２Ｏ3、…）を１．１〜１．６に調製し、自然界の石の塩基度（０．６〜０．９）よりも高くなるようにした。
焼却灰３中の塩基度を高めに調製することによって、溶融時に最上層に形成される溶融スラグ１１のスラグ融点が高くなり、溶融した焼却灰３中のＣｌ、Ｎａ、Ｋ等の低融点化合物の溶融スラグ１１中への溶出を大幅に低減することができる。
また、焼却灰３を溶融した際に放出される溶融飛灰中のＺｎ、Ｐ、Ｓ、Ｃｄ、Ａｓ、Ｐｂ等は気化して、炉体２の上部に設けた排気口１２から排ガスとして排出されるが、排気口１２の先に取付けた公知の排ガス処理装置（不図示）によって回収され、大気中に排出されることはない。
そして、焼却灰３がＣｕ層９、Ｆｅ層１０、溶融スラグ１１の３層に溶融分離されると、炉体２の下部に設けた取出し口１３を開いて溶融状態のＣｕ層９のＣｕを溶融受鍋（不図示）に排出する。Ｃｕ層９のＣｕを完全に排出すると、一旦取出し口１３を閉じ、その後再び取出し口１３を開いて溶融状態のＦｅ層１０のＦｅを別の溶融受鍋（不図示）に排出する。
溶融分離されたＣｕの純度を測定したところ、８９〜９４％程度の高純度であった。よって、取出したこのＣｕをＣｕ源材として利用することができるので、精錬して更に高純度に精製することができる。また、溶融分離されたＦｅの純度を測定したところ、８４〜８９％程度の高純度であった。よって、同様に取出したこのＦｅをＦｅ源材として利用することができるので、精錬して更に高純度に精製することができる。
そして、Ｃｕ、Ｆｅを完全に排出すると取出し口１３を閉じ、不図示の取出し口から溶融スラグ１１を溶融受鍋（不図示）に排出する。得られた溶融スラグ１１の組成（含有量（質量％））を調べたところ、図３に示すような結果が得られた。なお、図３に示した比較例は、本発明のように焼却灰３中の塩基度調製と、焼却灰３中のＦｅに対するＣとＳｉの各割合が所定範囲となるように成分調製を行っていない場合のデータである。
図３に示す結果から明らかなように、本実施の形態の場合は、溶融スラグ１１中の有害金属（Ｃｄ、Ａｓ、Ｐｂなど）、トータルのＦｅ（Ｔ−Ｆｅ）、Ｎａ、Ｋなどの含有量（質量％）が大幅に低減されている。
そして、取出した溶融スラグ１１を所定の成形鋳型（不図示）に注入して形成された鋳造スラグ（不図示）を、炉内で所定温度（例えば１０００℃程度）で所定時間（例えば１時間程度）加熱し、その後冷やすことによって、有害金属の含有率が極めて少ない組織の緻密な再結晶した人工岩石を生成することができた。
このように、本実施の形態に係る溶融処理方法によって焼却灰３を溶融することにより、焼却灰３からＣｕとＦｅを効率よく分離して高純度でそれぞれ取出すことができる。
更に、溶融スラグ１１中の有害金属（Ｃｄ、Ａｓ、Ｐｂなど）の含有量を大幅に低減することができるので、この溶融スラグ１１を成形鋳型に注入して形成された鋳造スラグを熱処理することによって、有害金属の含有率が極めて少ない人工岩石を生成することが可能となる。
上述した実施の形態では、焼却灰の溶融手段として電気溶湯炉を用いたが、これに限定されることなく、例えば高周波コイル等で加熱を行う溶融炉を用いることができる。
また、上述した実施の形態では、廃車からバンパー、エンジン、ガラス、タイヤ等のリサイクル可能な部材を選別して取り除いた残りの廃車ガラをシュレッダーによって細かく粉砕して得られたシュレッダーダスト又はこのシュレッダーダストの樹脂成分を分解処理した後に残った残渣を焼却処理した後に残る焼却灰を溶融処理する例について説明したが、生活ごみや産業廃棄物等を焼却処理した後の焼却灰についても同様に本発明を適用することができる。
１ 溶融炉
２ 炉体
３ 焼却灰
４ 焼却灰投入機
６ 主電極
７ 炉底電極
９ Ｃｕ層
１０ Ｆｅ層
１１ 溶融スラグ
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Claims (3)
- 廃棄物を焼却処理した後に残った焼却灰を加熱して溶融処理する焼却灰の溶融処理方法であって、
焼却灰に炭素源とシリコン源を添加して焼却灰の成分を調製すると共に、塩基性酸化物と酸性酸化物をそれぞれ所定の割合で添加して焼却灰の塩基度を調製して、成分調製と塩基度調製された前記焼却灰を１６００〜１７００℃に加熱して溶融させ、
溶融した前記焼却灰を比重によって下から順に銅、鉄、及び塩基度が１．１〜１．６に調製された溶融スラグの各層に溶融分離させる、
ことを特徴とする焼却灰の溶融処理方法。 - 前記溶融スラグはＳｉＯ2、ＣａＯ、Ａｌ2Ｏ3、ＭｇＯを主成分とし、前記溶融スラグを取出して鋳型に鋳込んだ後に徐冷して結晶化し、塩基度が１．１〜１．６の人工岩石を生成する、
ことを特徴とする請求項１に記載の焼却灰の溶融処理方法。 - 前記焼却灰は、廃車からリサイクル可能な部材を選別して取り除いた残りの廃車ガラをシュレッダーによって細かく粉砕してシュレッダーダストとし、このシュレッダーダスト又は該シュレッダーダストから樹脂成分を分解処理した後に残った残渣を焼却処理した後に残る焼却灰である、
ことを特徴とする請求項１に記載の焼却灰の溶融処理方法。
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