JP4939729B2 - 磁性・非磁性物分離方法、磁性・非磁性物分離装置及び廃棄物溶融処理設備 - Google Patents

Description

本発明は、都市ごみ焼却工場や産業廃棄物焼却工場における溶融炉から排出される溶融物を水砕固化した水砕スラグから磁性物を分離する磁性・非磁性物分離方法、磁性・非磁性物分離装置及び該磁性・非磁性物分離装置を備えた廃棄物溶融処理設備に関するものである。

都市ごみ焼却工場や産業廃棄物焼却工場における溶融炉から発生するメタルとスラグは、ドラム型磁選機の上部からメタルとスラグの混合物を供給して、磁性物であるメタルをドラム表面に磁力で捕捉させて回収することにより、磁性物であるメタルと非磁性物であるスラグを分離していた。

都市ごみ又は都市ごみ焼却灰を溶融処理した場合、溶融物として、磁性物であるメタルと非磁性物であるスラグが混合した状態で溶融炉の出口（出滓口）より排出される。このように混合状態の溶融物は、通常、溶融炉の下方部に位置した水砕水槽に落下し、水砕された後、水砕水槽内の溶融物分離コンベアで排出され、更にドラム型磁選機でメタルとスラグが分離され、スラグは土木資材（骨材等）、溶融メタルは金属資源としてリサイクルされている。

しかし、溶融物分離コンベアより排出された溶融物は濡れ状態であるため（含水率約１０％）、磁選機のドラム表面に水膜を形成する。そしてこの水の表面張力によりドラム表面にスラグが付着した状態を保持するため、ドラム表面の磁束密度が低下するという問題が起る。また、更にドラム表面に付着した非磁性物であるスラグが磁性物として回収されるため、磁選機での分離効率は極めて悪かった。

図１は従来のドラム型磁選機の概略構成を示す図である。図１（ａ）は側断面図、図１（ｂ）は内部正面図である。図示するように、ドラム型磁選機１００はケーシング１０１内に回転する回転ドラム１０２が配設され、該回転ドラム１０２の下方に仕切板１０３が配設され、該仕切板１０３で区分されたケーシング１０１の一方（図では右側）が磁性物排出シュート１０４、他方（図では左側）が非磁性物排出シュート１０５となっている。回転ドラム１０２の内部に断面扇形状の磁石１０６がその円弧部の外周面が回転ドラム１０２の内周面に接近して配設固定されている。また、ケーシング１０１の頂部にはメタルとスラグの混合物が投入される投入ホッパー１０７が設けられている。

上記構成のドラム型磁選機において、投入ホッパー１０７に投入されたメタルとスラグの混合物１１０は回転している回転ドラム１０２の上部（この部分の回転ドラム１０２の内部には磁石１０６が位置していない）に落下する。磁性物であるメタル１０８の一部は落下の衝撃により、飛散し、一部は磁石１０６の磁力により回転ドラム１０２の表面に吸引され、磁石１０６の磁力が作用しない位置まで移動し、ここで回転ドラム１０２の表面から離脱し、磁性物排出シュート１０４に落下する。また、非磁性物であるスラグ１０９は非磁性物排出シュート１０５に落下する。

投入ホッパー１０７に投入されたメタルとスラグの混合物は溶融炉から排出された後、水砕されているから濡れ状態（含水率約１０％）にあるから、上記のようにドラム型磁選機１００の回転ドラム１０２の表面に水膜を形成する。そしてこの水膜の表面張力により回転ドラム１０２の表面にスラグが付着した状態となるので、表面の磁束密度が低下し、更に本来、非磁性物であるスラグ１０９が磁性物であるメタル１０８が排出される磁性物排出シュート１０４に落下し、磁性物として回収されるため。ドラム型磁選機１００での分離効率は極めて悪くなる。
特開平８−１８７４８５号公報

本発明は、上記のように従来のドラム型磁選機で濡れ状態の磁性物であるメタルと非磁性物であるスラグの混合物を分離した場合、分離効率は極めて悪くなるという問題を解決し、濡れ状態にある磁性物と非磁性物の混合物であっても磁性物と非磁性物を効率良く分離できる磁性・非磁性物分離方法、磁性・非磁性物分離装置及び該磁性・非磁性物分離装置を備えた廃棄物溶融処理設備を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため請求項１に記載の発明は、ケーシング内に配置されたドラム型磁選機を具備し、ドラム型磁選機の上方に設けた投入ホッパーからドラム型磁選機に供給される溶融水砕固化された濡れ状態である磁性物と非磁性物の混合物から磁性物と非磁性物を分離する磁性・非磁性物分離方法において、ケーシング内のドラム型磁選機のドラム下方に仕切板が配置され、該仕切板で仕切られた一方側が磁性物排出シュート、他方側が非磁性物排出シュートとなっており、ケーシング内のドラム型磁選機のドラム下方に設けたノズルから、非磁性物排出シュート上方のドラム表面に圧力空気をドラムの単位長当り１〜５（ｍ ³ ／ｍｉｎ／ｍ）の風量にて接線方向に吹き付け、ドラム型磁選機で分離された磁性物を磁性物排出シュートに、非磁性物を非磁性物排出シュートに落下させて磁性物と非磁性物を分離することを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の磁性・非磁性物分離方法において、混合物の供給速度に応じてドラム型磁選機のドラムの周速度を変化させることを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、ケーシング内に配置されたドラム型磁選機を具備し、ドラム型磁選機の上方に設けた投入ホッパーからドラム型磁選機に供給される溶融水砕固化された濡れ状態である磁性物と非磁性物の混合物から磁性物と非磁性物を分離する磁性・非磁性物分離装置において、ケーシング内のドラム型磁選機のドラム下方に仕切板が配置され、該仕切板で仕切られた一方側がドラム型磁選機で分離された磁性物が落下する磁性物排出シュート、他方側がドラム型磁選機で分離された非磁性物が落下する非磁性物排出シュートとなっており、ケーシング内のドラム型磁選機のドラム下方に非磁性物排出シュート上方のドラム表面へドラムの接線方向にドラムの単位長当り１〜５（ｍ ³ ／ｍｉｎ／ｍ）の風量の圧力空気を吹き付ける圧力空気吹付手段を設けたことを特徴とする。

請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の磁性・非磁性物分離装置において、混合物の供給速度を検出し、該検出した混合物の供給速度に応じてドラム型磁選機のドラムの回転速度を制御する制御手段を設けたことを特徴とする。

請求項５に記載の発明は、廃棄物を溶融する溶融炉、該溶融炉から排出される溶融物を水砕固化した水砕スラグを製造するスラグ製造装置、該スラグ製造装置から排出された水砕スラグを磁性物と非磁性物に分離する磁性・非磁性物分離装置を備えた廃棄物溶融処理設備において、磁性・非磁性物分離装置に、請求項３又は４に記載の磁性・非磁性物分離装置を用いることを特徴とする。

請求項１又は３に記載の発明によれば、ドラム型磁選機のドラム下方に設けたノズルから、非磁性物排出シュート上方のドラム表面に圧力空気をドラムの単位長当り１〜５（ｍ ³ ／ｍｉｎ／ｍ）の風量にて接線方向に吹き付けることにより、混合物が濡れ状態でも回転ドラム表面に形成された水膜が破壊され、その表面張力が低下するから、該ドラム表面に付着した非磁性物が効率良く吹き飛ばされると共に、回転ドラム表面の磁束密度の低下もないことから、分離された磁性物への非磁性物の混入率を小さくできる。

請求項２又は４に記載の発明によれば、混合物の供給速度に応じてドラム型磁選機のドラムの周速度を変化させるので、分離された磁性物への非磁性物の混入率を更に小さくできる。

請求項５に記載の発明によれば、廃棄物溶融処理設備のスラグ製造装置から排出された水砕スラグを磁性物と非磁性物に分離する磁性・非磁性物分離装置に請求項３又は４のいずれか１項に記載の磁性・非磁性物分離装置を用いるので、廃棄物から磁性物を高効率で回収できる廃棄物溶融処理設備を提供できる。

以下、本発明の実施の形態例を図面に基づいて説明する。図２は本発明に係る磁性・非磁性物分離装置のドラム型磁選機の構成例を示す図である。図２（ａ）は側断面図、図２（ｂ）は内部正面図である。図示するように、ドラム型磁選機１０はケーシング１１内に回転する回転ドラム１２が配設され、該回転ドラム１２の下方に仕切板１３が配設され、該仕切板１３で区分されたケーシング１１の一方（図では右側）が磁性物排出シュート１４、他方（図では左側）が非磁性物排出シュート１５となっている。回転ドラム１２の内部に断面扇形状の磁石１６がその円弧部の外周面が回転ドラム１２の内周面に接近して配設固定されている。また、ケーシング１１の頂部には溶融水砕固化されたメタルとスラグの混合物２０が投入される投入ホッパー１７が設けられている。また、回転ドラム１２の下方には圧力空気２１を噴出するエアノズル２２を設け、該エアノズル２２から圧力空気２１を非磁性物排出シュート１５側の上方で且つ回転ドラム１２の表面の接線方向に噴出するようになっている。

また、回転ドラム１２は図３に示すように、モータ２３で回転駆動されるようになっており、該モータ２３はモータ駆動装置２４で駆動されるようになっている。また、モータ駆動装置２４には制御装置２５から制御信号Ｓが入力され、モータ駆動装置２４は該制御信号Ｓに基づいてモータ２３を指令された回転速度で駆動するようになっている。また、制御装置２５にはドラム型磁選機１０に供給される溶融水砕固化されたメタルとスラグの混合物２０の供給速度を検出するための各種センサ２６−１〜２６−ｎが接続されており、制御装置２５は該センサ２６−１〜２６−ｎからの出力により混合物２０の供給速度を演算して求め、この供給速度に応じて回転ドラム１２の周速を変化させることができるようになっている。

上記構成のドラム型磁選機において、投入ホッパー１７に投入されたメタルとスラグの混合物２０は回転している回転ドラム１２の上部に落下する。混合物２０は上記のように濡れ状態（含水率約１０％）にあるから、回転ドラム１２の表面に水膜を形成し、水の表面張力により回転ドラム１２の表面にスラグ１９が付着した状態となると共に、メタル１８は磁石１６の磁力により回転ドラム１２の表面に吸引される。回転ドラム１２の表面には上記のようにその接線方向にエアノズル２２から圧力空気２１が吹き付けられているから、付着したスラグが吹き飛ばされて回転ドラム１２の表面から離脱し、非磁性物排出シュート１５に落下する。また、磁性物であるメタル１８は磁石１６の磁力が作用しない位置で回転ドラム１２の表面から離脱し、磁性物排出シュート１４に落下する。

上記のように、回転ドラム１２の表面に付着したスラグ１９はエアノズル２２から噴出された圧力空気２１により吹き飛ばされるから、磁性物排出シュート１４に落下するメタル１８にはスラグ１９の混入率は極めて小さくなる。また、回転ドラム１２の表面に付着したスラグ１９が除去されることにより、回転ドラム１２の表面の磁石１６による磁気吸引力が低下することなく、磁性物であるメタル１８は確実に回転ドラム１２の表面に吸引され、磁力が作用しない位置で離脱するから、混合物２０からのメタル１８の分離率が向上する。また、回転ドラム１２の周速は上記のように混合物２０の供給速度に応じて変化させるようになっているから、後に実験結果で示すように分離されたメタル１８のスラグ混入率を低減させることができる。

図４は本発明に係る磁性・非磁性物分離装置を使用する廃棄物溶融処理設備の全体構成例を示す図である。図示するように廃棄物溶融処理設備は、溶融炉３０、スラグ分離コンベア４０、スラグヤード５０を具備する。溶融炉３０はプラズマトーチ３１を具備し、焼却灰投入口３２から投入された焼却灰３３をプラズマトーチ３１から発せられるプラズマアーク３４の高温で溶融し、出滓口３５から溶融した磁性物であるメタルと非磁性物であるスラグの混合物３７を排出するようになっている。焼却灰３３の溶融に伴って発生するガスは排ガス３９となってガス出口３６から排出される。

出滓口３５から排出された混合物３７はシュート３８を通ってスラグ分離コンベア４０の水砕水槽４１内に落下する。該水砕水槽４１に落下した混合物３７は水砕水槽４１内の水と接触し、水砕され、固化する。なお、混合物３７をシュート３８内で水と接触させ、水砕された混合物を水砕水槽４１内に落下させる場合もある。水砕水槽４１内で水砕固化した混合物２０はコンベア４２でドラム型磁選機１０の投入ホッパー１７に運ばれ投入される。ドラム型磁選機１０では混合物２０は、上記のように磁性物であるメタル１８と非磁性物であるスラグ１９に分離される。分離されたメタル１８は磁性物排出シュート１４から排出され、メタルバケット２７に収容され、再利用される。また、分離されたスラグ１９はスラグ搬送コンベア２８によりスラグヤード５０に運ばれる。

ドラム型磁選機１０に供給される水砕固化されたメタルとスラグの混合物２０の供給速度（ｔ／ｈ）を検出するための各種センサ２６−１〜２６−ｎ（図３参照）としては、例えば溶融炉３０の出滓口３５やシュート３８の近傍に、出滓口３５から排出される混合物３７やシュート３８内を落下する混合物３７を監視する監視カメラを設け、制御装置２５で該監視カメラからの画像信号を画像処理し、供給される混合物２０の供給速度を検出する方法がある。また、監視カメラに替えてサーモカメラを設置し、制御装置２５で該サーモカメラの出力信号を処理し、混合物２０の供給速度を検出するようにしてもよい。また、出滓口３５やシュート３８の近傍に、１個又は複数個の温度計を設け、この温度計の出力信号を処理し、混合物２０の供給速度を検出するようにしてもよい。また、スラグ分離コンベア４０の水砕水槽４１の１又は複数箇所に水温を測定する温度計を設け、該温度計の出力信号を処理し、混合物２０の供給速度を検出するようにしてもよい。

図５は水砕水槽にて水砕冷却された混合物（メタル５０％、スラグ５０％）を供給速度０．５ｔ／ｈ、１．０ｔ／ｈ、２．０ｔ／ｈの条件で、図２に示す構成のドラム型磁選機１０に供給し、磁性物（メタル）と非磁性物（スラグ）を分離した場合の磁性物側（磁性物排出シュート１４側）のスラグ混入率（％）を示す図である。この時の回転ドラム１２の周速は５０ｍ／ｍｉｎに固定している。また、回転ドラム１２の表面に下方に設置したエアノズル２２から接線方向にエア（圧力空気）を吹き付けて付着したスラグを除去する場合と、エアを吹き付けない場合を示す。従来のように、エアを吹き付けない場合の磁性物側スラグ混入率が１３％、１８％、２７％であるのに対して、エアを吹き付け、回転ドラム１２の表面に付着したスラグを除去した場合の磁性物側スラグ混入率が１．６％、１．９％、２．０％となる。図から明らかなように、回転ドラム１２の表面にエアを吹き付けた場合、即ち本発明によれば磁性物側スラグ混入率が大幅に改善されることがわかる。なお、このときのエア吹き付け量は、回転ドラム１２の単位長当り１〜５（ｍ ^３ ／ｍｉｎ／ｍ）吹き付け圧力は５００〜１０００ｋＰａである。

図６は上記実施例１と同様の混合物（メタル５０％、スラグ５０％）を供給速度０．５ｔ／ｈ、１．０ｔ／ｈ、１．５ｔ／ｈの条件で図２に示す構成のドラム型磁選機１０に供給し、回転ドラム１２のドラム周速を変化させて磁性物（メタル）と非磁性物（スラグ）を分離した場合の磁性物側（磁性物排出シュート１４側）のスラグ混入率（％）を示す図である。曲線Ａが１．５ｔ／ｈ、曲線Ｂが１．０ｔ／ｈ、曲線Ｃが０．５ｔ／ｈをそれぞれ示す。図示するように、ドラム周速を５０ｍ／ｍｉｎ〜２００ｍ／ｍｉｎに変化させることにより、混合物の供給速度０．５ｔ／ｈ、１．０ｔ／ｈ、１．５ｔ／ｈのいずれの場合もスラグ混入率が改善される。

図７は上記実施例１と同様の混合物（メタル５０％、スラグ５０％）を供給速度０．５ｔ／ｈ、１．０ｔ／ｈ、１．５ｔ／ｈの条件で図２に示す構成のドラム型磁選機１０に供給し、回転ドラム１２の周速を変化させて磁性物（メタル）と非磁性物（スラグ）を分離した場合の磁性物側（磁性物排出シュート１４側）のスラグ混入率（％）を示す図である。ここでは、回転ドラム１２の表面に下方に設置したエアノズル２２から接線方向に空気を吹き付けて付着したスラグを除去している。曲線Ａが１．５ｔ／ｈ、曲線Ｂが１．０ｔ／ｈ、曲線Ｃが０．５ｔ／ｈをそれぞれ示す。図示するように、回転ドラム１２の表面に接線方向に空気を吹き付けて付着スラグを除去し、回転ドラム１２の周速を速くすることにより、磁性物側のスラグ混入率が大幅に改善されることがわかる。

図８は混合物として、（１）メタル２５％、スラグ７５％、（２）メタル５０％、スラグ５０％、（３）メタル７５％、スラグ２５％の３種類の混合物を供給速度１．０ｔ／ｈで図２に示す構成のドラム型磁選機１０に供給し、磁性物側のスラグ混入率を１．０％以下にするための回転ドラム１２の周速を求めた。（１）の場合は周速１２５ｍ／ｍｉｎ、（２）の場合は周速８０ｍ／ｍｉｎ、（３）の場合は周速５０ｍ／ｍｉｎで、磁性物側のスラグ混入率が１．０％以下になる。これにより、メタルの含有率に応じてドラム型磁選機１０の回転ドラム１２の周速を変化させることにより磁性物側のスラグ混入率を低減させることができることがわかる。

図９は図４に示すような構成の廃棄物溶融処理設備において、出滓口３５の近傍に監視カメラを設置し、該監視カメラで溶融炉３０の炉体を傾動させ炉体内に滞留している溶融物が出滓口３５から排出される状態を撮影し、図３の制御装置２５で該監視カメラからの画像信号を画像処理し、溶融物の排出速度を検出し、その排出速度に応じて、図３のドラム型磁選機１０の回転ドラム１２の周速を変化させた場合と、変化させない場合で磁性物（メタル）と非磁性物（スラグ）を分離させた場合の磁性物側のスラグ混入率を示す図である。図示するように、従来のように回転ドラム１２の周速を１００ｍ／ｍｉｎで一定にした場合、磁性物側のスラグ混入率が２６％であるのに対し、本発明のように回転ドラム１２の周速を５０ｍ／ｍｉｎ〜１００ｍ／ｍｉｎの範囲で可変した場合、磁性物側のスラグ混入率が３．３％と大幅に改善できる。

以上本発明の実施形態を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲、及び明細書と図面に記載された技術的思想の範囲内において種々の変形が可能である。例えば、図２に示すドラム型磁選機１０ではドラム下方に設置したエアノズルから、回転ドラム１２の表面に接線方向に圧力空気２１を噴出したが、回転ドラム１２の表面に付着した非磁性物であるスラグを効果的に除去できるのであれば、接線方向に限定されるものではない。また、混合物の供給速度に応じて回転ドラム周速を変えること、回転ドラム表面に圧力空気を吹き付けること、回転ドラム表面に下方から接線方向に圧力空気を吹き付けることの二つ以上を組合せて、本発明に係る磁性・非磁性物分離方法及び装置を構成してもよい。

従来のドラム型磁選機の構成を示す図で、図１（ａ）は側断面図、図１（ｂ）は内部正面図である。 本発明に係るドラム型磁選機の構成を示す図で、図２（ａ）は側断面図、図２（ｂ）は内部正面図である。 本発明に係るドラム型磁選機の駆動制御部の構成例を示す図である。 本発明に係る磁性・非磁性物分離装置を使用する廃棄物溶融処理設備の全体構成例を示す図である。 本発明に係るドラム型磁選機と従来のドラム型磁選機の磁性物側スラグ混入率の比較例を示す図である（実施例１）。 本発明に係るドラム型磁選機における磁性物側スラグ混入率とドラム周速の関係を示す図である（実施例２）。 本発明に係るドラム型磁選機における磁性物側スラグ混入率とドラム周速の関係を示す図である（実施例３）。 ドラム型磁選機における磁性物側スラグ混入率を所定の値にするための磁性物と非磁性物の混合割合とドラム周速の関係を示す図である（実施例４）。 ドラム型磁選機におけるドラム周速一定（従来技術）とドラム周速可変（本願発明）の場合の磁性物側スラグ混入率を示す図である（実施例５）。

符号の説明

１０ ドラム型磁選機
１１ ケーシング
１２ 回転ドラム
１３ 仕切板
１４ 磁性物排出シュート
１５ 非磁性物排出シュート
１６ 磁石
１７ 投入ポッパー
１８ メタル
１９ スラグ
２０ 混合物
２１ 圧力空気
２２ エアノズル
２３ モータ
２４ モータ駆動装置
２５ 制御装置
２６ センサ
２７ メタルバケット
２８ スラグ搬送コンベア
３０ 溶融炉
３１ プラズマトーチ
３２ 焼却灰投入口
３３ 焼却灰
３４ プラズマアーク
３５ 出滓口
３６ ガス出口
３７ 混合物
３９ 排ガス
４０ スラグ分離コンベア
４１ 水砕水槽
４２ コンベヤ
５０ スラグヤード

Claims (5)

1. ケーシング内に配置されたドラム型磁選機を具備し、前記ドラム型磁選機の上方に設けた投入ホッパーから前記ドラム型磁選機に供給される溶融水砕固化された濡れ状態である磁性物と非磁性物の混合物から磁性物と非磁性物を分離する磁性・非磁性物分離方法において、
   前記ケーシング内の前記ドラム型磁選機のドラム下方に仕切板が配置され、該仕切板で仕切られた一方側が磁性物排出シュート、他方側が非磁性物排出シュートとなっており、
   前記ケーシング内の前記ドラム型磁選機のドラム下方に設けたノズルから、前記非磁性物排出シュート上方の前記ドラム表面に圧力空気を前記ドラムの単位長当り１〜５（ｍ ³ ／ｍｉｎ／ｍ）の風量にて接線方向に吹き付け、
   前記ドラム型磁選機で分離された磁性物を前記磁性物排出シュートに、非磁性物を前記非磁性物排出シュートに落下させて磁性物と非磁性物を分離することを特徴とする磁性・非磁性物分離方法。
2. 請求項１に記載の磁性・非磁性物分離方法において、
   前記混合物の供給速度に応じて前記ドラム型磁選機のドラムの周速度を変化させることを特徴とする磁性・非磁性物分離方法。
3. ケーシング内に配置されたドラム型磁選機を具備し、前記ドラム型磁選機の上方に設けた投入ホッパーから前記ドラム型磁選機に供給される溶融水砕固化された濡れ状態である磁性物と非磁性物の混合物から磁性物と非磁性物を分離する磁性・非磁性物分離装置において、
   前記ケーシング内の前記ドラム型磁選機のドラム下方に仕切板が配置され、該仕切板で仕切られた一方側が前記ドラム型磁選機で分離された磁性物が落下する磁性物排出シュート、他方側が前記ドラム型磁選機で分離された非磁性物が落下する非磁性物排出シュートとなっており、
   前記ケーシング内の前記ドラム型磁選機のドラム下方に前記非磁性物排出シュート上方の前記ドラム表面へ前記ドラムの接線方向に前記ドラムの単位長当り１〜５（ｍ ³ ／ｍｉｎ／ｍ）の風量の圧力空気を吹き付ける圧力空気吹付手段を設けたことを特徴とする磁性・非磁性物分離装置。
4. 請求項３に記載の磁性・非磁性物分離装置において、
   前記混合物の供給速度を検出し、該検出した混合物の供給速度に応じて前記ドラム型磁選機のドラムの回転速度を制御する制御手段を設けたことを特徴とする磁性・非磁性物分離装置。
5. 廃棄物を溶融する溶融炉、該溶融炉から排出される溶融物を水砕固化した水砕スラグを製造するスラグ製造装置、該スラグ製造装置から排出された水砕スラグを磁性物と非磁性物に分離する磁性・非磁性物分離装置を備えた廃棄物溶融処理設備において、
   前記磁性・非磁性物分離装置に、請求項３又は４に記載の磁性・非磁性物分離装置を用いることを特徴とする廃棄物溶融処理設備。

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