JP6511503B1

JP6511503B1 - 有機ハロゲン化物および重金属を含有する処理対象物の処理方法

Info

Publication number: JP6511503B1
Application number: JP2017227713A
Authority: JP
Inventors: 修一波多江; 浩充菅野; 宗良西山; 真充荒木; 宏人吉岡
Original assignee: Mitsui Mining and Smelting Co Ltd
Current assignee: Mitsui Mining and Smelting Co Ltd
Priority date: 2017-11-28
Filing date: 2017-11-28
Publication date: 2019-05-15
Anticipated expiration: 2037-11-28
Also published as: JP2019093372A

Abstract

【課題】煙道閉塞を抑制することを可能とする、有害な有機ハロゲン化物および重金属を含有する廃棄物等の処理方法の提供。【解決手段】溶鉱炉を用いた有機ハロゲン化物および重金属を含有する処理対象物を含む被処理物の処理方法であって、溶鉱炉４は溶融部２０、炉頂空間２４、回収部２２および排出部２８を備え、被処理物は少なくとも鉛および亜鉛を含み、被処理物における鉛の含有量が、被処理物中の鉛と亜鉛の合計重量に対して、０．１重量％以上２０重量％以下であり、溶融部２０で被処理物の少なくとも一部を溶融する工程と、炉頂空間２４で有機ハロゲン化物を分解する工程と、排出部２８から排出された一酸化鉛および酸化亜鉛を含む粉状生成物を回収する工程と、溶融部２０から溶融物を回収する工程とを含む。【選択図】図３

Description

本発明は、溶鉱炉において有害な有機ハロゲン化物および重金属を含有する処理対象物を処理する方法に関するものである。

近年、ポリ塩化ビフェニル（ＰＣＢ）やダイオキシン類などの有害な有機ハロゲン化物を含有する廃棄物の処理が問題になっている。このような有害な有機ハロゲン化物を含有する廃棄物としては、たとえば、１９６０年代半ばから１９７０年代前半までの間にＰＣＢおよび鉛等が含有された塗料が用いられていた橋梁等の塗膜屑や、微量のＰＣＢ汚染絶縁油によって汚染された廃電気機器等（例えば、トランス、コンデンサ、ＯＦケーブル）の重金属を含有する低濃度ＰＣＢ廃棄物が知られている。

前記橋梁等の塗膜屑は、ＰＣＢが含有された塗料が用いられていた橋梁等を再塗装する際に発生する。再塗装では、まず、鉛やＰＣＢを含有する既存の塗膜を剥がした後、新たに別の安全な塗料が塗布される。このような再塗装を行った場合、橋梁のような大きな建造物においては、剥がした塗膜が多量に発生するため、その処理が問題となっていた。

この問題を解決する手段として、焼却炉を有する処理装置により塗膜屑を焼却することでＰＣＢを無害化しつつ、発生した飛灰を分別して鉛を回収する処理方法（たとえば、特許文献１参照）や、熱分解炉に塗膜屑を供給し、塩素または塩素化合物の存在下かつ還元雰囲気下で、燃焼、ガス化、溶融から選ばれる少なくとも１つの処理を行うことで、ＰＣＢを無害化しつつ、鉛の塩化物を飛灰ダストとして回収する処理方法（たとえば、特許文献２参照）などが知られている。

特開２０１７−６４６５２号公報特開２０１６−１９９４７号公報

上記のとおり、特許文献１および２に記載された処理方法では、鉛は塩化揮発を利用して飛灰に濃縮されているが、ＰＣＢ等の有害な有機ハロゲン化合物を高温（例えば８５０℃以上）で分解する必要がある処理方法において、塩化鉛（ＰｂＣｌ₂）の融点５０１℃は比較的低融点であるため、塩化鉛等の塩化物が排ガス冷却工程において速やかに固化せず、発生した飛灰が煙道に付着して堆積し、煙道閉塞が起こることがある。

本発明の目的は、有害な有機ハロゲン化物および重金属を含有する廃棄物等を処理して有機ハロゲン化物を無害化しつつ重金属を回収する方法において、煙道閉塞を抑制することを可能とする処理方法を提供することである。

本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意検討を行った。その結果、溶鉱炉を用いて有機ハロゲン化物および重金属を含有する処理対象物を含む被処理物を処理する方法において、鉛を塩化物（ＰｂＣｌ₂）ではなく高融点（８８６℃）の酸化物（ＰｂＯ）として回収するとともに、被処理物中の鉛の含有量を、被処理物中の鉛と亜鉛の合計重量に対して、特定の範囲に調整することにより、上記課題を解決できることを見出し、本発明を完成するに至った。本発明の態様の例を以下に示す。

［１］溶鉱炉を用いた、有機ハロゲン化物および重金属を含有する処理対象物（Ａ）を含む被処理物の処理方法であって、
前記溶鉱炉は、溶融部、炉頂空間、回収部および排出部を備え、
前記被処理物は少なくとも鉛および亜鉛を含み、かつ、前記被処理物における鉛の含有量が、前記被処理物中の鉛と亜鉛の合計重量に対して、０．１重量％以上２０重量％以下であり、
前記溶融部で前記被処理物の少なくとも一部を溶融する工程と、
前記炉頂空間で前記有機ハロゲン化物を分解する工程と、
前記排出部から排出された一酸化鉛および酸化亜鉛を含む粉状生成物を回収する工程と、
前記溶融部から溶融物を回収する工程と
を含むことを特徴とする処理方法。

［２］前記被処理物における鉛の含有量が、前記被処理物中の鉛と亜鉛の合計重量に対して、０．１重量％以上１０重量％以下であることを特徴とする項［１］に記載の処理方法。

［３］前記被処理物における重金属濃度が、前記被処理物の全重量に対して、１５重量％以上４５重量％以下であり、かつ、前記被処理物における塩素濃度が、前記被処理物の全重量に対して、４重量％以下であることを特徴とする項［１］または［２］に記載の処理方法。

［４］前記被処理物における重金属濃度が２５重量％以上３５重量％以下であり、かつ、前記被処理物における塩素濃度が２重量％以下であることを特徴とする項［３］に記載の処理方法。

［５］前記処理対象物（Ａ）を装入する際の前記炉頂空間の温度が８５０℃以上１３００℃以下であり、かつ、前記炉頂空間における生成ガスの滞留時間が２秒以上１０秒以下であることを特徴とする項［１］〜［４］の何れか一項に記載の処理方法。

［６］前記処理対象物（Ａ）を装入する際の前記炉頂空間の温度が９５０℃以上１１００℃以下であり、かつ、前記炉頂空間における生成ガスの滞留時間が３秒以上５秒以下であることを特徴とする項［５］に記載の処理方法。

［７］前記炉頂空間の雰囲気におけるＣＯ濃度（単位：体積％）とＣＯ₂濃度（単位：体積％）の比［ＣＯ／ＣＯ₂］が０．１以上４以下であることを特徴とする項［１］〜［６］の何れか一項に記載の処理方法。

［８］前記炉頂空間の雰囲気におけるＣＯ濃度（単位：体積％）とＣＯ₂濃度（単位：体積％）の比［ＣＯ／ＣＯ₂］が０．１以上２以下であることを特徴とする項［７］に記載の処理方法。

［９］前記処理対象物（Ａ）に含まれる重金属が鉛および／または銅を含むことを特徴とする項［１］〜［８］の何れか一項に記載の処理方法。

［１０］前記処理対象物（Ａ）に含まれる有機ハロゲン化物がポリ塩化ビフェニル（ＰＣＢ）を含むことを特徴とする項［１］〜［９］の何れか一項に記載の処理方法。

［１１］前記処理対象物（Ａ）が、前記被処理物に含まれる他の処理対象物（Ｂ）とは別個に前記溶鉱炉に装入されることを特徴とする項［１］〜［１０］の何れか一項に記載の処理方法。

［１２］前記処理対象物（Ａ）が、容器に密閉された状態で、前記他の処理対象物（Ｂ）とは異なる装入口から装入されることを特徴とする項［１１］に記載の処理方法。

［１３］前記他の処理対象物（Ｂ）が、亜鉛および鉛を含有する団鉱であることを特徴とする項［１１］または［１２］に記載の処理方法。

本発明によれば、有害な有機ハロゲン化物および重金属を含有する廃棄物等を溶鉱炉で処理して有機ハロゲン化物を無害化しつつ重金属を回収する方法において、煙道閉塞を抑制することができる。

処理対象物を団鉱とする処理フローの一例を説明するための図である。本発明の処理方法に用いられる処理装置の一例の概略構成図である。図２の処理装置の要部拡大図である。

本発明の処理方法は、溶鉱炉を用いた、有機ハロゲン化物および重金属を含有する処理対象物（Ａ）を含む被処理物の処理方法である。
［被処理物］
本発明の処理方法において、被処理物とは、有機ハロゲン化物および重金属を含有する処理対象物（Ａ）と他の処理対象物（Ｂ）とを含む処理対象物全体のことを意味する。

前記被処理物は、少なくとも鉛および亜鉛を含み、かつ、前記被処理物における鉛の含有量が、前記被処理物中の鉛と亜鉛の合計重量に対して、０．１重量％以上２０重量％以下、好ましくは０．１重量％以上１０重量％以下である。前記被処理物における鉛の含有量を前記範囲内に調整することにより、発生する粉状生成物の付着性が緩和され、効果的に煙道の閉塞を抑制することが可能となる。これは次の理由によるものと考えられる。上述したように一酸化鉛は塩化鉛よりも高融点であるが、炉頂空間を経て排出部から排出される高温のガス等には液体状態の一酸化鉛が含まれている場合もあり、その割合が高くなると発生する粉状生成物の付着性が高くなる傾向にある。一方、酸化亜鉛の融点（１９７５℃）は一酸化鉛の融点（８８６℃）よりもさらに高く、生成した時点で固体となる。そのため、生成する酸化亜鉛の割合を高くすることにより、液体状態の一酸化鉛が酸化亜鉛に吸着されて酸化亜鉛と一酸化鉛の混合物となり、混合物の付着性が弱くなると考えられる。なお、前記被処理物における鉛の含有量は、後述する処理対象物（Ａ）および他の処理対象物（Ｂ）の量を調整することにより、前記範囲内とすることができる。

各処理対象物中の重金属等の含有量は、系統サンプリングなどのランダムサンプリングで試料を採取した後、例えば、蛍光Ｘ線分析法、アルカリ融解前処理のＩＣＰ発光分光分析法により測定することができる。

前記被処理物に含まれる重金属濃度は、前記被処理物の全重量に対して、好ましくは１５重量％以上４５重量％以下、より好ましくは２５重量％以上３５重量％以下である。前記被処理物に含まれる重金属濃度を前記範囲内に調整することにより、重金属を高濃度で回収することができる。ここで、連続操業方式における被処理物の全重量とは、一定の時間で処理される各処理対象物の合計の重量であり、一定の時間としては、各処理対象物の量、操業体制および分析体制などに応じて、例えば８時間、１２時間または２４時間とすることができ、特に限定されるものではない。前記被処理物に含まれる重金属濃度は、後述する処理対象物（Ａ）および他の処理対象物（Ｂ）の量を調整することにより、前記範囲内とすることができる。

前記被処理物に含まれる重金属としては、鉛および亜鉛以外は特に限定されないが、例えば、金、銀、銅、鉄、錫、インジウム、アンチモン、ビスマス、セレン、テルル、白金、パラジウム、ニッケル、マンガン、クロム、カドミウム、水銀、ヒ素などが挙げられる。鉛および亜鉛以外の重金属は、前記被処理物に含まれていなくてもよく、１種のみが含まれていてもよく、２種以上が含まれていてもよい。なお、重金属の明確な定義はないが、一般的には、比重が４〜５以上の金属元素をいう。また、前記被処理物は、マグネシウム、カルシウム、アルミニウム等の軽金属を含んでいてもよい。

前記被処理物に含まれる塩素濃度は、前記被処理物の全重量に対して、好ましくは４重量％以下、より好ましくは２重量％以下である。前記被処理物に含まれる塩素濃度を前記範囲内に調整することにより、鉛および亜鉛等の重金属と塩素との結合を妨げて重金属の塩化物の発生（すなわち塩化揮発反応）を抑制し、重金属（特に鉛および亜鉛）を酸化物として回収することができる。その結果、炉頂空間を経て排出部から排出されたガス等を冷却した際に、一酸化鉛および酸化亜鉛が速やかに固化するため、煙道の閉塞を抑制することができる。なお、被処理物中の塩素は、塩化ナトリウムや塩化水素として揮発され、排ガスの冷却時や脱硫時に除去される。前記被処理物に含まれる塩素濃度は、後述する処理対象物（Ａ）および他の処理対象物（Ｂ）の量を調整することにより、前記範囲内とすることができる。

各処理対象物中の塩素濃度は、系統サンプリングなどのランダムサンプリングで試料を採取した後、例えば、蛍光X線分析法、燃焼前処理のイオンクロマトグラフ法により測定することができる。

＜処理対象物（Ａ）＞
前記処理対象物（Ａ）は、有機ハロゲン化物および重金属を含有するものであれば特に限定されない。

前記処理対象物（Ａ）に含まれる有機ハロゲン化物は、炭素−ハロゲンの共有結合を有する有機化合物であれば特に限定されないが、例えば、ＰＣＢ、ダイオキシン類、臭素化ダイオキシン類、有機塩素系農薬などが挙げられる。

前記処理対象物（Ａ）に含まれる有機ハロゲン化物の濃度は、特に限定されないが、法令等で定められている場合には、その範囲内である。例えば低濃度ＰＣＢ廃棄物の場合、５，０００ｍｇ／ｋｇ以下である。

前記処理対象物（Ａ）に含まれる重金属としては、特に限定されないが、例えば、金、銀、銅、鉛、亜鉛、鉄、錫、インジウム、アンチモン、ビスマス、セレン、テルル、白金、パラジウム、ニッケル、マンガン、クロム、カドミウム、水銀、ヒ素などが挙げられる。前記処理対象物（Ａ）には、このような重金属が１種のみ含まれていてもよく、２種以上の重金属が含まれていてもよい。

前記処理対象物（Ａ）に含まれる重金属濃度は、特に限定されないが、例えば０．１重量％〜８０重量％の範囲である。
前記処理対象物（Ａ）の具体的な態様としては、特に限定されないが、ＰＣＢおよび鉛を含有する塗膜屑、ＰＣＢおよび銅を含有するＯＦケーブル、トランス、コンデンサ、種々のＰＣＢ付着物などが挙げられる。これらを１種単独で用いても、２種以上を用いてもよい。本発明の処理方法では、前記処理対象物（Ａ）として、重金属が鉛および／または銅を含む態様、有機ハロゲン化物がＰＣＢを含む態様、ならびに、有機ハロゲン化物がＰＣＢを含み、かつ、重金属が鉛および／または銅を含む態様を好適に処理することができる。

＜他の処理対象物（Ｂ）＞
本発明における被処理物は、通常、上記処理対象物（Ａ）以外の他の処理対象物（Ｂ）を含む。他の処理対象物（Ｂ）としては、特に限定されるものではなく、様々な処理対象物を用いることができるが、例えば、製鋼煙灰や溶融飛灰などの重金属を含有する廃棄物などが挙げられる。ここで、製鋼煙灰とは、製鋼用電気炉で鉄屑等を溶解して鋼を製造する際に発生する、主に鉛、亜鉛および鉄などの重金属を含有する煙灰であり、溶融飛灰とは、廃棄物をガス化溶融炉や灰溶融炉で溶融処理する際に発生する、主に鉛や亜鉛などの重金属を含有する飛灰である。

他の処理対象物（Ｂ）に含まれる重金属としては、特に限定されないが、例えば、金、銀、銅、鉛、亜鉛、鉄、錫、インジウム、アンチモン、ビスマス、セレン、テルル、白金、パラジウム、ニッケル、マンガン、クロム、カドミウム、水銀、ヒ素などが挙げられる。前記他の処理対象物（Ｂ）には、このような重金属が１種のみ含まれていてもよく、２種以上の重金属が含まれていてもよい。

前記他の処理対象物（Ｂ）における重金属濃度は、前記被処理物の重金属濃度を前述した範囲に調整することができれば特に限定されない。
前記他の処理対象物（Ｂ）は、溶鉱炉への投入する際の取り扱い性や操業安定性を考慮して、団鉱としてもよい。団鉱とは、粉状の鉱物等を固めて塊状にしたものである。団鉱の製造方法の一例を以下に示す。

まず、団鉱となる原料を、処理に適した組成、形状、強度にする必要がある。団鉱の主な原料としては、例えば、製鋼煙灰や溶融飛灰などの廃棄物、珪石などのフラックス、石炭、および他の処理原料（例えば汚泥等）などが挙げられる。これら原料を、図１に示すように、混合し、乾燥し、粉砕した後、製団機（図示せず）で圧縮成型して団鉱を製造する。この製団（前処理）により、他の処理対象物（Ｂ）を溶融処理に適した形状および強度にすることができる。

本発明の処理方法では、前記他の処理対象物（Ｂ）として、亜鉛および鉛を含有する団鉱を好適に処理することができる。なお、前記他の処理対象物（Ｂ）のより具体的な組成については、スラグ融点、スラグ流動性、メタル回収率、還元性、熱量、排ガス性状などの多くの制約条件から決定され、前処理時の原料の混合割合で調整される。

しかし、各種原料の組成やそのバラツキ度合により、混合割合だけでは全体組成を調整できない場合がある。特に重要な制約条件として挙げられるのものとして排ガス性状がある。すなわち、排ガス中に低融点の塩化物が存在すると、排ガス冷却時に液体として存在し、煙道に強固に付着・堆積し、煙道を閉塞させることになる。このような塩化物を生成させないためには、原料中から塩素を除去または低減することが望ましい。

塩素を除去または低減する方法としては、例えば、溶融飛灰（高塩素含有）をｐＨ１０以上１２以下で洗浄して脱水する脱塩素処理が挙げられる。脱塩素処理後の溶融飛灰では、塩素の大部分が除去されている。一部は塩化ナトリウムなどの形態で残留するが、被処理物全体でみれば、前処理時の原料の混合割合を調整することで、前述した被処理物中の塩素濃度条件を満たすことができる。

なお、塗膜屑やＯＦケーブルなどのＰＣＢ廃棄物は、上述した前処理を実施すると、作業環境中にＰＣＢが飛散するので、通常、後述するように、団鉱とは別個に樹脂製の密閉容器等に入れられて溶鉱炉に装入される。一方、前記処理対象物（Ａ）に含まれる有機ハロゲン化物が、ＰＣＢのように作業環境中への飛散が問題になる化合物以外のものである場合、前記処理対象物（Ａ）を前記他の処理対象物（Ｂ）とともに団鉱としてもよい。

［処理装置］
以下、本発明の処理方法に用いられる処理装置について説明する。
図２は、本発明の処理方法に用いることができる処理装置の一例を示す概略図である。図２に示すように、処理装置２は、溶鉱炉４、ボイラー６、冷却塔８、バグフィルタ１０、ファン１２、脱硫塔１４、および煙突１６によって構成されている。前記被処理物を溶鉱炉４で処理することにより、有機ハロゲン化物を無害化しつつ重金属を回収し、溶鉱炉４で生成したガス（排ガス）等はボイラー６における廃熱回収によって冷却され、さらに冷却塔８でダイオキシン類の再合成を防止するため水を噴霧して２００℃以下に急冷される。その後、排ガス中に含まれる粉状生成物をバグフィルタ１０で回収し、粉状生成物回収後の排ガスは脱硫塔１４で洗浄されて、煙突１６から外気に排出される。なお、本発明の解決課題として煙道閉塞の抑制を挙げているが、処理装置２における煙道とは、ボイラー６から煙突１６に至るまでの排ガス等の通り道をいい、閉塞が起こりやすのは、ボイラー６からバグフィルタ１０までの煙道である。

＜溶鉱炉の構成＞
以下、本発明の処理方法に用いられる溶鉱炉の構成について説明する。
図３は、図２に示す処理装置２において、溶鉱炉４とボイラー６の部分を拡大した図である。溶鉱炉４は、図３に示すように、溶融部２０、炉頂空間２４、回収部２２および排出部２８を備える。より具体的には、溶鉱炉４は、鉛直方向に延びる縦長の立体形状を有し、団鉱５等の処理対象物を装入する装入部４ａ、ＰＣＢ廃棄物等の処理対象物を装入する別の装入口２６、炉頂部３０、前記被処理物の少なくとも一部を溶融する溶融部２０、炉底から溶融物を排出する溶融物排出部２１、前記溶融部２０の上方に位置し、生成ガス（排ガス）を滞留させる炉頂空間２４、前記炉頂空間２４を経た排ガス等をボイラー６に排出する排出部２８を備えている。また、溶鉱炉４には、溶融部２０に空気等の気体を送り込む供給部３２が羽口１８を介して接続され、溶鉱炉４の近傍には、炉底から排出された溶融物を回収する回収部２２が配置されている。

［処理方法］
本発明の処理方法は、前記溶融部２０で前記被処理物の少なくとも一部を溶融する工程（以下「溶融工程」ともいう。）と、前記炉頂空間２４で前記有機ハロゲン化物を分解する工程（以下「分解工程」ともいう。）と、前記排出部２８から排出された一酸化鉛および酸化亜鉛を含む粉状生成物を回収する工程（以下「回収工程１」ともいう。）と、前記溶融部２０から溶融物を回収する工程（以下「回収工程２」ともいう。）とを含むことを特徴とする。

本発明の処理方法において、前記処理対象物（Ａ）を装入する際の前記炉頂空間２４の温度は、好ましくは８５０℃以上１３００℃以下、より好ましくは９５０℃以上１１００℃以下であり、かつ、前記炉頂空間２４における生成ガス（排ガス）等の滞留時間は、好ましくは２秒以上１０秒以下、より好ましくは３秒以上５秒以下である。これにより有機ハロゲン化物を的確に分解することができる。前記炉頂空間２４の温度は、例えば、熱電対により測定することができ、吹き込む空気等の量、温度、酸素濃度などにより調整することができる。また、前記炉頂空間２３における生成ガスの滞留時間は、炉頂空間の容積を時間当たりの生成ガス量で除して算出することができ、吹き込む空気等の量、酸素濃度などにより調整することができる。

また、本発明の処理方法において、前記炉頂空間２３の雰囲気におけるＣＯ濃度（単位：体積％）とＣＯ₂濃度（単位：体積％）の比［ＣＯ／ＣＯ₂］（以下「ＣＯ／ＣＯ₂比」ともいう。）は、好ましくは０．１以上４以下、より好ましくは０．１以上２以下である。これにより、酸化反応が促進され、鉛および亜鉛の酸化物をより確実に生成することができる。前記炉頂空間２４におけるＣＯ／ＣＯ₂比は、市販の煙道排ガス測定装置（例えば、ＨＯＲＩＢＡ製煙道排ガス分析装置「ENDA-5000」等）を用いてガス濃度を測定して算出することができ、吹き込む空気等の量、酸素濃度などにより調整することができる。

本発明の処理方法では、前記処理対象物（Ａ）は、前記他の処理対象物（Ｂ）と一緒に溶鉱炉４に装入されてもよく、また、前記他の処理対象物（Ｂ）とは別個に溶鉱炉４に装入されてもよい。別個に溶鉱炉４に装入する場合、前記処理対象物（Ａ）は、容器に密閉された状態で前記他の処理対象物（Ｂ）とは異なる装入口２６から装入されてもよい。上述したように、前記処理対象物（Ａ）がＰＣＢ廃棄物の場合、ＰＣＢの飛散による作業者の曝露を防止する観点や、処理対象物（Ｂ）と混合するのに形状が適さない場合があることなどから、容器に密閉された状態で、前記他の処理対象物（Ｂ）とは異なる装入口２６から装入することが好ましい。なお、前記処理対象物（Ａ）として、ＰＣＢ廃棄物とともに、例えばダイオキシン類等を含む処理対象物も処理する場合、ダイオキシン類等を含む処理対象物については、ＰＣＢ廃棄物とともに容器に密閉された状態で前記他の処理対象物（Ｂ）とは異なる装入口２６から溶鉱炉４に装入してもよく、また、ＰＣＢ廃棄物とは別に、前記他の処理対象物（Ｂ）とともに団鉱５として処理してもよい。

以下、前記処理対象物（Ａ）がＰＣＢ廃棄物であり、かつ、前記他の処理対象物（Ｂ）が団鉱として処理される場合に基づいて、前記各工程をより具体的に説明するが、各工程は密接に関連しているため、いずれかの工程で説明している事項の一部が、他の工程に属する事項である場合も存在する。それゆえ、本発明の処理方法は、後述する内容に限定されるものではなく、本明細書全体の記載および技術常識を総合的に考慮して判断されるべきものである。

＜溶融工程＞
団鉱５が装入部４ａに装入されると、溶鉱炉４が加熱され、供給部３２から羽口１８を介して好ましくは１００〜２５０℃、より好ましくは１５０〜２５０℃に予熱された空気等の気体が溶融部２０に吹き込まれる。これにより、溶融部２０内の温度が１１５０℃以上で溶融状態が維持され、好ましくは１２００〜１４００℃以上で、スラグ、マットおよびメタルの層分離が良好になる。溶融部２０内の温度が１４００℃よりも高くなると、炉体の損耗が著しくなる傾向にある。なお、羽口１８から吹き込まれる気体は、空気の他に、酸素や酸素富化空気でもよい。酸素濃度を高めることで、カーボンと酸素の反応が促進される。

団鉱５が溶融部２０内で溶融された状態で羽口１８から空気が吹き込まれると、下記反応式１に示すように、団鉱５に含まれるカーボン（石炭）と空気が反応してＣＯガスを発生し、溶融部２０が還元雰囲気になる。
２Ｃ＋Ｏ₂ →２ＣＯ … 反応式１

団鉱５が溶融部２０に装入された後、密閉容器に入れられたＰＣＢ廃棄物が団鉱５とは別の装入口２６から直接炉頂空間２４に装入される。このＰＣＢ廃棄物の処理は単独では行われず、団鉱５の処理と並行して行われる。ＰＣＢ廃棄物が炉頂空間２４に装入されると、ＰＣＢ廃棄物に含まれる鉛や銅などの重金属は、溶融部２０で団鉱５とともに溶融される。なお、ここで、ＰＣＢ廃棄物を密閉容器に入れるのは、装入するまでの運搬中にＰＣＢ廃棄物が飛散することを防止するためである。また、別の装入口２６から装入することで、容器が長時間高温に晒されて破損することを防止できる。

＜分解工程＞
ＰＣＢ廃棄物が炉頂空間２４に装入されると、ＰＣＢ廃棄物に含まれるＰＣＢは揮発し、上述した温度範囲に維持された炉頂空間２４で２秒以上滞留して分解され、無害化される。滞留時間の上限は、特に限定されないが、装置の大きさ等を考慮すると、通常、１０秒以下である。

ここで、ＰＣＢ等の有機ハロゲン化物の「分解」とは、有害な有機ハロゲン化物を化学反応によって無害な物質（例えば、二酸化炭素、水、塩化水素等）に変えることを意味し、「無害化」とは、法令の基準値以下にすること、具体的には、有機ハロゲン化物がＰＣＢの場合、前記処理装置から排出される排ガス中に含まれるＰＣＢの量が０．１ｍｇ／ｍ³以下であること、また前記処理装置から排出される排水中に含まれるＰＣＢの量が０．００３ｍｇ／Ｌ以下であることを意味する。

＜回収工程１＞
前記溶鉱炉４では、前記溶融工程および前記分解工程において種々のガス（排ガス）等が発生し、溶融部２０に吹き込まれた空気等とともに、排出部２８から排出される。

上述したように溶融部２０は還元雰囲気になるため、前記被処理物中に含まれる酸化亜鉛（ＺｎＯ）は、下記反応式２に示すように、還元揮発し、亜鉛の金属蒸気が発生する。
ＺｎＯ＋ＣＯ → Ｚｎ（ｇ）＋ＣＯ₂ …反応式２
なお、上述の反応式１と反応式２を組み合わせると、下記反応式３のようになる。
ＺｎＯ＋２Ｃ＋Ｏ₂ → Ｚｎ（ｇ）＋ＣＯ＋ＣＯ₂ … 反応式３

また、炉頂空間２４に二次空気を導入することにより、下記反応式４、５に示すように、亜鉛の金属蒸気およびＣＯガスが酸化され、亜鉛蒸気は酸化亜鉛（ＺｎＯ）となる。
Ｚｎ（ｇ）＋１／２Ｏ₂ → ＺｎＯ … 反応式４
ＣＯ＋１／２Ｏ₂ → ＣＯ₂ … 反応式５

同様に、前記被処理物中に含まれる鉛成分は炉頂空間２４において一酸化鉛（ＰｂＯ）となる。なお、炉頂空間２４の雰囲気におけるＣＯ／ＣＯ₂比は、上述した範囲となるように管理する。

ここで、酸化亜鉛（ＺｎＯ）は融点１９７５℃であり、一酸化鉛（ＰｂＯ）は融点８８６℃であり、これらの融点は、塩化亜鉛（ＺｎＣｌ₂）の融点２７５℃および塩化鉛（ＰｂＣｌ₂）の融点５０１℃に比べて高く、排ガスの冷却過程で素早く固化するため、煙道への付着力が弱くなり、煙道からの脱落が容易となり、煙道の閉塞を防止できる。

このように、排出部２８から排出される排ガス中には、一酸化鉛および酸化亜鉛が含まれており、これらは固化して粉状生成物に含まれ、バグフィルタ１０で回収される。回収された粉状生成物（粗酸化亜鉛）は、亜鉛濃度が６０％前後、鉛濃度が５％前後となり、亜鉛製錬所で製錬原料として供用される。

＜回収工程２＞
溶融部２０で溶融された溶融物は、スラグ、マットおよびメタルに分離する。スラグとは、溶融した金属から分離して浮かび上がる物質のことをいい、主に鉄、シリコン、カルシウムの酸化物であり、溶融物排出部２１からセトラー等の回収部２２に排出される。マットとは、炉中で溶け合って生成する金属硫化物の混合物のことをいい、主に銅の硫化物を含み、同じく溶融物排出部２１から回収部２２に排出される。メタルとは、金属状態の物質のことをいい、主に亜鉛と鉛から成り、溶融部２０で還元された後に生成される。鉛や亜鉛などのメタルは揮発するが、揮発しなかった金属成分は、スラグやマットに溶解または懸濁し、これらとともに溶融物排出部２１から回収部２２に排出される。

排出された溶融物は回収部２２（セトラー）で、再度、スラグおよびマットに分離され、各々回収される。
スラグは水砕で粗粒とした後、セメント原料などとして再資源化される。マットは冷却固化されたのち、銅製錬所で銅、金、銀などの製錬原料として供用される、銅濃度は原料組成により変化するが１０％前後である。

本発明の処理方法によれば、溶鉱炉４の炉頂空間２４を利用してＰＣＢを無害化すること、重金属を高濃度で回収して製錬原料とすること、鉄はスラグとしてセメント原料化すること、亜鉛と鉛を還元揮発して酸化させることにより煙道への付着を抑制し、粗酸化亜鉛として回収して製錬原料とすることを同時に達成することができる。

以下、実施例に基づいて本発明をより詳細に説明するが、本発明は下記実施例に限定されるものではない。
［実施例１］
製鋼煙灰１７６ｔ、脱塩処理済みの溶融飛灰１４０ｔ、珪石１６ｔ、石炭７６ｔ、および他の処理原料１６０ｔを混合、乾燥および粉砕し、製団機により直径１００ｍｍ程度の団鉱５５０ｔを製造した。得られた団鉱の蛍光Ｘ線分析法での分析品位を表１に示す。

図３に示すような三井式亜鉛半溶鉱炉（ＭＦ炉）を含む、図２に示すような処理装置を用いて、供給部３２から羽口１８を介して２００℃に予熱された空気を溶融部２０に吹き込んで溶融部２０の温度を１２００℃以上にし、上記で得られた団鉱１５０ｔを装入部４ａから溶鉱炉４に６時間かけて装入するとともに、表２に示す品位の塗膜屑６ｔを樹脂製の容器に密閉された状態で装入口２６から溶鉱炉４に６時間かけて装入した。なお、団鉱と塗膜屑からなる被処理物における鉛の含有量は、被処理物中の鉛と亜鉛の合計重量に対して、８．１重量％であった。また、前記被処理物における重金属濃度および塩素濃度は、被処理物の全重量に対して、それぞれ３１．４重量％および１．７重量％であった。

表２に示す塗膜屑のＰＣＢ含有量は、環境省ガイドライン「低濃度ＰＣＢ含有廃棄物に関する測定方法（第３版）」に記載の方法で測定し、鉛および塩素の含有量は、蛍光Ｘ線分析法で測定した。

炉頂空間２４において、温度を約１０００℃に維持し、ＣＯ／ＣＯ₂比を０．２〜１．３に管理し、溶鉱炉内で発生したガスの滞留時間が約４秒となるように調整した。排出部２８から排出された排ガス等は、ボイラー６における廃熱回収により冷却され、さらに冷却塔８で急冷された後、粉状生成物（粗酸化亜鉛）をバグフィルタ１０で回収した。一方、溶融部２０で溶融された溶融物を、溶融物排出部２１から回収部２２（セトラー）に排出し、スラグおよびマットに分離させた後、それぞれを回収した。回収された粗酸化亜鉛、マットおよびスラグの品位および量を表３に示す。なお、被処理物の処理終了後の煙道には、粉状生成物は僅かに付着している程度であり、しかも簡単に脱落させることができた。

２処理装置
４溶鉱炉
４ａ装入部
５団鉱
６ボイラー
８冷却塔
１０バグフィルタ
１２ファン
１４脱硫塔
１６煙突
１８羽口
２０溶融部
２１溶融物排出部
２２回収部
２４炉頂空間
２６装入口
２８排出部
３０炉頂部
３２供給部

Claims

溶鉱炉を用いた、有機ハロゲン化物および重金属を含有する処理対象物（Ａ）を含む被処理物の処理方法であって、
前記溶鉱炉は、溶融部、炉頂空間、回収部および排出部を備え、
前記被処理物は少なくとも鉛および亜鉛を含み、かつ、前記被処理物における鉛の含有量が、前記被処理物中の鉛と亜鉛の合計重量に対して、０．１重量％以上２０重量％以下であり、
前記被処理物における塩素濃度が、前記被処理物の全重量に対して、４重量％以下であり、
前記溶融部で前記被処理物の少なくとも一部を溶融する工程と、
前記炉頂空間で前記有機ハロゲン化物を分解する工程と、
前記排出部から排出された一酸化鉛および酸化亜鉛を含む粉状生成物を回収する工程と、
前記溶融部から溶融物を回収する工程と
を含むことを特徴とする処理方法。
前記被処理物における鉛の含有量が、前記被処理物中の鉛と亜鉛の合計重量に対して、０．１重量％以上１０重量％以下であることを特徴とする請求項１に記載の処理方法。
前記被処理物における重金属濃度が、前記被処理物の全重量に対して、１５重量％以上４５重量％以下であることを特徴とする請求項１または２に記載の処理方法。
前記被処理物における重金属濃度が２５重量％以上３５重量％以下であり、かつ、前記被処理物における塩素濃度が２重量％以下であることを特徴とする請求項３に記載の処理方法。
前記処理対象物（Ａ）を装入する際の前記炉頂空間の温度が８５０℃以上１３００℃以下であり、かつ、前記炉頂空間における生成ガスの滞留時間が２秒以上１０秒以下であることを特徴とする請求項１〜４の何れか一項に記載の処理方法。
前記処理対象物（Ａ）を装入する際の前記炉頂空間の温度が９５０℃以上１１００℃以下であり、かつ、前記炉頂空間における生成ガスの滞留時間が３秒以上５秒以下であることを特徴とする請求項５に記載の処理方法。
前記炉頂空間の雰囲気におけるＣＯ濃度（単位：体積％）とＣＯ₂濃度（単位：体積％）の比［ＣＯ／ＣＯ₂］が０．１以上４以下であることを特徴とする請求項１〜６の何れか一項に記載の処理方法。
前記炉頂空間の雰囲気におけるＣＯ濃度（単位：体積％）とＣＯ₂濃度（単位：体積％）の比［ＣＯ／ＣＯ₂］が０．１以上２以下であることを特徴とする請求項７に記載の処理方法。
前記処理対象物（Ａ）に含まれる重金属が鉛および／または銅を含むことを特徴とする請求項１〜８の何れか一項に記載の処理方法。
前記処理対象物（Ａ）に含まれる有機ハロゲン化物がポリ塩化ビフェニル（ＰＣＢ）を含むことを特徴とする請求項１〜９の何れか一項に記載の処理方法。
前記処理対象物（Ａ）が、前記被処理物に含まれる他の処理対象物（Ｂ）とは別個に前記溶鉱炉に装入されることを特徴とする請求項１〜１０の何れか一項に記載の処理方法。
前記処理対象物（Ａ）が、容器に密閉された状態で、前記他の処理対象物（Ｂ）とは異なる装入口から装入されることを特徴とする請求項１１に記載の処理方法。
前記他の処理対象物（Ｂ）が、亜鉛および鉛を含有する団鉱であることを特徴とする請求項１１または１２に記載の処理方法。