JP4526520B2

JP4526520B2 - 産業廃棄物溶融処理設備及び産業廃棄物溶融処理方法

Info

Publication number: JP4526520B2
Application number: JP2006235176A
Authority: JP
Inventors: 良次宮林; 光政星
Original assignee: Nippon Mining and Metals Co Ltd
Current assignee: Nippon Mining Holdings Inc
Priority date: 2005-12-15
Filing date: 2006-08-31
Publication date: 2010-08-18
Anticipated expiration: 2026-08-31
Also published as: JP2007301546A

Description

本発明は、産業廃棄物溶融処理設備及び産業廃棄物溶融処理方法に関し、さらに詳しくは、アスベストを主とする産業廃棄物を無害化処理する産業廃棄物溶融処理設備及び産業廃棄物溶融処理方法に関する。

アスベストは、クリソタイル（白石綿：Ｍｇ_３Ｓｉ_８Ｏ_５（ＯＨ）_４−融点１５２１℃―）、クロシドライト（青石綿：Ｎａ_２Ｆｅ_５Ｓｉ_８Ｏ_２２（ＯＨ）_４―融点１１９３℃―）、及びアモサイト（茶石綿：（ＦｅＭｇ）_６Ｓｉ_８Ｏ_２２（ＯＨ）_２）の総称である。アスベストは、微細な繊維状の針状結晶で、人体に吸引されると呼吸器官に癌等の障害を発生させる原因となることが知られている。そのため、これまでは十分な飛散防止処理を施した上で埋め立て手処理等によって処分されていたが、強い発ガン性のために土中に埋めるのではなく溶融等の手段によって無害化する処理法が種々提案されていた。

提案された従来のアスベストの処理方法として、例えば、特許第３０８５９５９号に開示された処理方法は、アスベストそのものを処理する方法でなく、バインダーを利用する方法であったために処理コストが嵩むこと、また、特開平７−１７１５３６号公報に開示された処理方法は、電気炉を利用するものであったため高価な電力を多量に必要となること等の問題点があった。そのため、本発明の出願人は汚泥、鉱滓、燃え殻、プリント基板、パット屑，廃触媒、金属屑、廃ショット、研削屑、ダストなどの産業廃棄物を横型炉に装入し、該炉に設けられたバーナにより溶融し、湯溜り部にスラグ浴を形成するとともに、アスベストをスラグ浴に投入して、スラグ浴中に溶解することを特徴とするアスベストの無害化処理方法を発明し提案した（特開２００３−１８１４１２号公報（特許文献１））。

特開２００３−１８１４１２号公報

特許文献１で提案したアスベストの無害化処理方法によれば、バインダーやＣａＦ_２等の補助剤や電力等を使用することなく効果的にアスベストを無害化することが可能となった。
しかし、特許文献１で提案したアスベストの無害化処理方法は、溶融炉の炉短辺に設けられたサイドバーナによって産業廃棄物を加熱、溶融させた溶融物中にアスベストを主とする産業廃棄物を投入し、その保有熱でアスベストを主とする産業廃棄物を溶融させていたがサイドバーナからの距離が遠く、アスベストを多量に溶融させることが困難であった。この場合、アスベストを多量に処理しようとしてサイドバーナで炉内を高温すると炉の天井や側壁に配置された耐火物を損傷してしまう虞がある。
また、溶融物中に高融点物が析出すると溶融ゾーンが狭く小さくなるので、酸素ランスにより酸素を吹き付けることにより溶融物中のＦｅ、Ｓを燃焼させ、溶解していたが、この作業は人手を要する作業であった。加えて、そのようにして得た溶融物は粘性が高く、分離した銅を巻き込むため、繰り返して処理する必要があった。

そこで、本発明は、これらの問題点を解決し、これまでよりもアスベストを主とする産業廃棄物を多量に処理することが可能で、しかも、高融点の廃棄物も安定して処理することができる産業廃棄物溶融処理設備及び産業廃棄物溶融処理方法を提供することを目的とする。
また、従来の処理方法に比べて処理量当たりの消費燃料を節減可能な産業廃棄物溶融処理設備及び産業廃棄物溶融処理方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために請求項１に記載の本発明は、溶融炉の一端に配置されたサイドバーナと、汚泥、鉱滓、燃え殻、プリント基板、パット屑、廃触媒、金属屑、廃ショット、研削屑、ダスト等の廃棄物を装入するために前記溶融炉の上部に設けられた装入口と、サイドバーナとは反対側に位置する炉底部を廃棄物が装入される位置の炉床部よりも低く形成した湯溜り部であって、サイドバーナで溶融した廃棄物の溶融物によってスラグ浴が形成される湯溜り部と、湯溜り部の上部側に位置する溶融炉の中央部天井に設けられたアスベストを主とする産業廃棄物を投入するための投入口と、投入口を挟んで溶融炉の天井に配置された二以上の酸素バーナとを備え、装入口から装入された廃棄物をサイドバーナによって溶融して湯溜り部にスラグ浴を形成し、このスラグ浴の上部からアスベストを主とする産業廃棄物を投入しつつ酸素バーナによってスラグ浴に向かって焔を放射して溶融炉内に１，５００℃以上の高温部を局部的に形成することによりスラグ浴の温度を１，３５０〜１，４００℃とすると共に、アスベストを主とする産業廃棄物を直接、且つ、炉内壁を反射した熱によってスラグ浴中に溶融させるようにしたことを特徴とする産業廃棄物溶融処理設備を提供する。

上記課題を解決するために請求項２に記載の本発明は、請求項１に記載の産業廃棄物溶融処理設備において、酸素バーナは、焔の放射方向を変えることが可能に構成されていることを特徴とする。

上記課題を解決するために請求項３に記載の本発明は、溶融炉の上部に設けられた装入口から装入された汚泥、鉱滓、燃え殻、プリント基板、パット屑，廃触媒、金属屑、廃ショット、研削屑、ダスト等の廃棄物を当該溶融炉の一端に配置されたサイドバーナによって溶融し、サイドバーナとは反対側に位置する炉底部を廃棄物が装入される位置の炉床部よりも低く形成した湯溜り部にスラグ浴を形成させ、このスラグ浴の上部側に位置する溶融炉の中央部天井に設けた投入口からアスベストを主とする産業廃棄物を投入しつつ投入口を挟んで溶融炉の天井に配置された二以上の酸素バーナによってスラグ浴に向かって焔を放射して溶融炉内に１，５００℃以上の高温部を局部的に形成することによりスラグ浴の温度を１，３５０〜１，４００℃とすると共に、アスベストを主とする産業廃棄物を直接、且つ、炉内壁を反射した熱によってスラグ浴中に溶融させることを特徴とする産業廃棄物溶融処理方法を提供する。

上記課題を解決するために請求項４記載の本発明は、請求項３に記載の産業廃棄物溶融処理方法において、スラグは、アスベストを主とする産業廃棄物の融点よりも低いことを特徴とする。

上記課題を解決するために請求項５記載の本発明は、請求項３又は４に記載の産業廃棄物溶融処理方法において、スラグは、銅精錬スラグであることを特徴とする。

本発明に係る産業廃棄物溶融処理設備及び産業廃棄物溶融処理方法によれば、従来よりもアスベストを主とする産業廃棄物を多量に処理することが可能で、しかも、高融点の廃棄物であって安定して処理することができるという効果がある。また、アスベストを含む高融点の溶融物を低融点のスラグ等に溶融させるために産出物の性状が安定した製品とすることができるという効果がある。
また、従来の処理方法に比べて処理用当たりの消費燃料を節減することができるという効果がある。

以下、本発明に係る産業廃棄物溶融処理設備及び産業廃棄物溶融処理方法について図面を参照しつつ詳細に説明する。尚、はじめに本発明の第一の態様である産業廃棄物溶融処理設備について説明し、その後に第二の態様である産業廃棄物溶融処理方法について説明する。図１は本発明に係る産業廃棄物溶融処理設備の一実施形態を示す側面断面図、図２はその平面図、図３はその正面断面図である。

図示された産業廃棄物溶融処理設備１は、横型炉の一つである反射炉を基にして形成されている。反射炉は、マット、金属のいずれを生成する際にも用いられ、金属の乾式精錬にも用いられる。反射炉の内側は主として、マグネサイト、クロム・マグネサイト等の塩基性の耐熱性レンガ１０で構築されている。産業廃棄物溶融処理設備１の炉短辺の一端にはバーナ１５が横一列に３つ配置されている。バーナ１５は、例えば、重油や廃油、天然ガス等の燃料を燃焼することによって炉内に向かって長い焔１６を吹き出すようになっている。産業廃棄物溶融処理設備１の上部側の両側部には長手方向に沿って産業廃棄物４０を炉内に装入するための装入口１１、１１が並んで設けられている。装入口１１から装入された産業廃棄物４０はこの焔１６によって直接或いは天井や内壁に反射した熱により溶融される。

装入される産業廃棄物４０は、汚泥、鉱滓、燃え殻、プリント基板、パット屑、廃触媒、金属屑、廃ショット、研削屑、ダスト等である。ここで、「汚泥」は「脱水汚泥」、「めっき汚泥」、「研磨汚泥」、「下水汚泥」等であり、「脱水汚泥は」Ｃａ、Ｆｅを主成分とする。「めっき汚泥」はＣｕ、Ｆｅ、Ｓ、Ｃａを主成分とする。また、「燃え殻」は焼却残渣等である。「「プリント基板」はＣｕとプラスチックから構成される。「鉱滓」はＡｌ_２Ｏ_３粉等であり、「パット屑」はブレーキパッド等である。「廃ショット」はショットブラスト用投射粒等の廃材である。「ダスト」は煤塵である。被処理物が有価金属を含有する場合は硫化鉄を添加してマットを生成し、有価金属をマット中に捕捉することができる。尚、上記汚泥等以外にもスラグとして再利用可能な産業廃棄物を処理することもできる。

産業廃棄物溶融処理設備１の炉底部は、産業廃棄物４０が装入される位置の炉床部よりもバーナ１５とは反対側の炉底部が低く形成された湯溜り部１３となっており、その間は傾斜面とされている。これによりバーナ１５の焔によって溶融された産業廃棄物４０は溶融状態のまま炉底部を流れ、湯溜り部１３に溜まるようになっている。湯溜り部１３に溜まった溶融状態の産業廃棄物４０は有価金属を含む比重の高いマット浴３とその上層に形成されるスラグ浴５とに分離される。

一方、スラグ浴が形成される湯溜り部１３の上部側に位置する炉の中央部の天井にはアスベストを主とする産業廃棄物５０を投入する投入口２０が設けられている。そして、投入口２０の近傍には天井バーナ２５が配設されている。この天井バーナ２５は、酸素バーナであり、酸素バーナは燃料を燃焼させるための支燃性ガスが酸素なので空気のように燃焼に寄与しない窒素を含まないことから高温燃焼が可能となる。そして、この天井バーナ２５に重油や廃油、天然ガス等の燃料を供給して燃焼することによって溶融炉内に１，５００℃以上の高温部を局部的に形成させる。これにより、投入口２０から投入されたアスベストを主とする産業廃棄物５０は、直接、且つ、炉内壁を反射した熱によってスラグ浴中に溶融されることとなる。また、天井バーナ２５は、炉の天井から下側に位置するスラグ浴に向かって焔を放射して局所的に高温部を形成させているので炉の側壁や天井部に熱負荷を与えることがなく設備の寿命を長く保持することも可能となる。さらに、天井バーナ２５は図示しない放射口を揺動可能に形成されており、焔の放射方向が変更可能とされている。一方、アスベストを含む産業廃棄物５０には結合剤を含有した難溶融性のアスベスト、例えば、スレート、アスベストパッキン等（非飛散性石綿廃棄物）、高融点のものもあるが、湯溜り部１３の上部側に投入口２０を設けると共に、その近傍に天井バーナ２５を配置することによってそのような難溶融性のアスベストも効果的に溶融することができ、湯溜り部１３をより大きく維持することが可能となる。また、天井バーナ２５は、１基に限らず複数配置することもできる。例えば、図４に示すように、投入口２０を挟んで左右の両側に所定の間隔を隔てて２基の天井バーナ２５を配置することができる。尚、２基に限らずそれ以上配置することも可能である。

ここで、スラグ浴は、アルミナ含有率の低い銅精錬スラグ、例えば、溶鉱炉スラグや自溶炉スラグを用いることもできる。溶鉱炉スラグ及び自溶炉スラグの組成は、概略として、ＳｉＯ_２：３０〜３５％、ＦｅＯ：２５〜３０％、Ｆｅ_３Ｏ_４：５〜１０％、Ａｌ_２Ｏ_３：４〜８％、ＣａＯ：１０〜１５％であり、その溶融温度は１，０７５〜１，１２５℃となっている。この点、アスベストを主とする産業廃棄物５０よりも低融点ではあるが、アスベストの主成分は塩基性のＭｇＯで、ここに酸性のＳｉＯ_２等が接触すると、低融点の化合物が生成される。これにより１５００℃を超える融点を持つ高融点のアスベストを主とする産業廃棄物５０であってもそれよりも低融点のスラグに溶かし込むことが可能となり、熔融物を全体として低融点の組成とすることができる。この溶融物は低融点であるため銅との分離性がよく、水砕し、スラグとして製品化することもできる。

次に、本発明に係る産業廃棄物溶融処理方法について上記した産業廃棄物溶融処理設備１の作用と共に説明する。図５は本発明に係る産業廃棄物溶融処理方法の一実施形態のフローチャートである。
初めに、産業廃棄物溶融処理設備１の上部に設けられた装入口１１から汚泥、鉱滓、燃え殻、プリント基板、パット屑，廃触媒、金属屑、廃ショット、研削屑、ダスト等の廃棄物４０を装入する。そして、炉の側壁に配置されたサイドバーナ１５によって溶融して湯溜り部１３にスラグ浴５を形成する（ステップＳ１）。形成されたスラグ浴５中に投入口２０からアスベストを主とする産業廃棄物５０を投入する（ステップＳ２）。このとき投入口２０の近傍に配設された天井バーナ２５によって溶融炉内に１，５００℃以上の高温部を局部的に形成させてアスベストを主とする産業廃棄物５０をスラグ浴５中に溶融させる（ステップＳ３）。スラグ浴５中に投入されたアスベストを主とする産業廃棄物５０は溶融されて無害化される。

本発明に係る産業廃棄物溶融処理設備及び産業廃棄物溶融処理方法について実施前の処理実績と実施後の処理実績を対比した結果を以下に示す。尚、本実施例は１基の天井バーナを用いて行なった。
［アスベスト処理量］
実施前：１ｔ／日
実施後：４ｔ／日
［重油使用量］
実施前：サイドバーナ；７５０〜９００リットル／ｈ
：天井バーナ；なし
実施後：サイドバーナ；７５０〜８５０リットル／ｈ
：天井バーナ；５０リットル／ｈ×１基
［酸素使用量］（９５％酸素）
実施前：サイドバーナ；７００〜８００Ｎｍ^３／ｈ
：天井バーナ；なし
実施後：サイドバーナ；７００〜８００Ｎｍ^３／ｈ
：天井バーナ；１００Ｎｍ^３／ｈ
［酸素ランスによる溶解］
実施前：１回／日
実施後：０〜２回／週
［側壁、天井レンガの損傷］
実施前：３００ｍｍ／年
実施後：１５０ｍｍ／年
［アスベスト投入サイクル］
実施前：５０ｋｇ／２時間（バッチ）
実施後：１００〜２００ｋｇ／２時間（バッチ、連続）
［スラグ温度］
実施前：１，３００〜１，３５０℃
実施後：１，３００〜１，３５０℃

上記のように、本発明の実施後は実施前よりもアスベストを含む産業廃棄物を大量に処理できるようになった。また、実施後は同じ重油の使用量でも１日当たりの処理量が実施前の４倍になった。また、酸素ランスによる溶解作業は実施前には１日１回の作業が必要であったものが少なくとも１週間に１回程度となり作業者の負担が大幅に軽減された。さらに耐熱性レンガの損傷の程度も実施後は実施前よりも半分程度に軽減された。

次に、実施前の処理実績と天井バーナを２基用いた場合の実施後の処理実績を対比したものを以下に示す。
［アスベスト処理量］
実施前：１ｔ／日
実施後：７〜８ｔ／日
［重油使用量］
実施前：サイドバーナ；７５０〜９００リットル／ｈ
：天井バーナ；なし
実施後：サイドバーナ；７５０〜８５０リットル／ｈ
：天井バーナ；５０リットル／ｈ×２基
［酸素使用量］（９５％酸素）
実施前：サイドバーナ；７００〜８００Ｎｍ^３／ｈ
：天井バーナ；なし
実施後：サイドバーナ；７００〜８００Ｎｍ^３／ｈ
：天井バーナ；１００〜２００Ｎｍ^３／ｈ
（５０〜１００）Ｎｍ^３／ｈ（１基当たり）
［酸素ランスによる溶解］
実施前：１回／日
実施後：０〜１回／週
［側壁、天井レンガの損傷］
実施前：３００ｍｍ／年
実施後：１５０ｍｍ／年
［アスベスト投入サイクル］
実施前：５０ｋｇ／２時間（バッチ）
実施後：３００〜６００ｋｇ／２時間（バッチ、連続）
［スラグ温度］
実施前：１，３００〜１，３５０℃
実施後：１，３５０〜１，４００℃

上記のように、天井バーナを２基使用した場合には、１基の場合と比べて１日当たりの処理量はほぼ同じ重油の使用量でありながらその約２倍となり、実施前に対しては約８倍となった。スラグ温度も天井バーナが１基の場合よりも高温になり、実施前に比べてアスベストを含む産業廃棄物をさらに大量に処理ですることができた。また、酸素ランスによる溶解作業は１週間以上行なわなくても操業に影響がなく、数週間に１回程度行なえばよく、天井バーナが１基の場合よりもさらに作業者の負担が軽減された。また、耐熱性レンガの損傷の程度も実施後は実施前よりも半分程度に軽減された。

本発明に係る産業廃棄物溶融処理設備の一実施形態を示す側面断面図である。図１の産業廃棄物溶融処理設備の平面図である。図１の産業廃棄物溶融処理設備の正面断面図である。天井バーナを２基設けた産業廃棄物溶融処理設備の正面断面図である。本発明に係る産業廃棄物溶融処理方法の一実施形態を示すフローチャートである。

符号の説明

１産業廃棄物溶融処理設備
３スラグ浴
５マット浴
１０耐熱性レンガ
１１装入口
１５サイドバーナ
１６焔
２０投入口
２５天井バーナ
２６焔
４０産業廃棄物
５０アスベストを主とする産業廃棄物

Claims

溶融炉の一端に配置されたサイドバーナと、
汚泥、鉱滓、燃え殻、プリント基板、パット屑、廃触媒、金属屑、廃ショット、研削屑、ダスト等の廃棄物を装入するために前記溶融炉の上部に設けられた装入口と、
前記サイドバーナとは反対側に位置する炉底部を前記廃棄物が装入される位置の炉床部よりも低く形成した湯溜り部であって、前記サイドバーナで溶融した前記廃棄物の溶融物によってスラグ浴が形成される湯溜り部と、
前記湯溜り部の上部側に位置する前記溶融炉の中央部天井に設けられたアスベストを主とする前記産業廃棄物を投入するための投入口と、
前記投入口を挟んで前記溶融炉の天井に配置された二以上の酸素バーナと、
を備え、
前記装入口から装入された前記廃棄物を前記サイドバーナによって溶融して前記湯溜り部にスラグ浴を形成し、このスラグ浴の上部からアスベストを主とする産業廃棄物を投入しつつ前記酸素バーナによって前記スラグ浴に向かって焔を放射して前記溶融炉内に１，５００℃以上の高温部を局部的に形成することにより前記スラグ浴の温度を１，３５０〜１，４００℃とすると共に、前記アスベストを主とする産業廃棄物を直接、且つ、炉内壁を反射した熱によって前記スラグ浴中に溶融させるようにしたことを特徴とする産業廃棄物溶融処理設備。
請求項１に記載の産業廃棄物溶融処理設備において、
前記酸素バーナは、焔の放射方向を変えることが可能に構成されていることを特徴とする産業廃棄物溶融処理設備。
溶融炉の上部に設けられた装入口から装入された汚泥、鉱滓、燃え殻、プリント基板、パット屑，廃触媒、金属屑、廃ショット、研削屑、ダスト等の廃棄物を当該溶融炉の一端に配置されたサイドバーナによって溶融し、前記サイドバーナとは反対側に位置する炉底部を前記廃棄物が装入される位置の炉床部よりも低く形成した湯溜り部にスラグ浴を形成させ、このスラグ浴の上部側に位置する前記溶融炉の中央部天井に設けた投入口からアスベストを主とする産業廃棄物を投入しつつ前記投入口を挟んで前記溶融炉の天井に配置された二以上の酸素バーナによって前記スラグ浴に向かって焔を放射して前記溶融炉内に１，５００℃以上の高温部を局部的に形成することにより前記スラグ浴の温度を１，３５０〜１，４００℃とすると共に、前記アスベストを主とする産業廃棄物を直接、且つ、炉内壁を反射した熱によって前記スラグ浴中に溶融させることを特徴とする産業廃棄物溶融処理方法。
請求項３に記載の産業廃棄物溶融処理方法において、
前記スラグは、前記アスベストを主とする産業廃棄物の融点よりも低いことを特徴とする産業廃棄物溶融処理方法。
請求項３又は４に記載の業廃棄物溶融処理方法において、
前記スラグは、銅精錬スラグであることを特徴とする産業廃棄物溶融処理方法。