JPH0655155A - 廃棄物の焼却による生成物を環境的に許容でき，特に建築用途に利用できる生成物に加工する方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 重金属，及び／または重金属化合物で汚染さ
れた，主として無機の廃棄物の焼却による生成物，及び
／またはそのような生成物に類似する物質を，加工し
て，混合セメントのような高品位の鉱物結合材として利
用可能であり，しかも，環境的に許容できる生成物を得
ることを目的とする。 【構成】 反応器内に存在する全溶融物を，還元を行う
前に，反応器内に存在する実質上全ての金属と金属化合
物が酸化物となるまで，酸素，及び／または酸素化合物
を含むガスを吹き入れて強力に攪拌して酸化させること
を特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は，重金属や重金属化合物
で汚染された，主として無機の廃棄物の焼却による生成
物，またはそのような生成物に類似する物質を，反応器
内で溶融と溶融加熱処理することにより，環境的に許容
できる生成物に加工する方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術及び問題点】重金属などで汚染された廃棄
物の焼却生成物等を反応器内で溶融加熱処理し，還元す
ることによって環境的に許容できる生成物に加工する方
法は，１９９１年１１月１０〜１４日，オランダのマー
ストリヒトにおいて，Ｇｏｕｍａｎｓ，ｖａｎ ｄｅｒ
Ｓｌｏｏｔ，及びＡａｌｂｅｒｓにより編集された，
「Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ｔｈｅ Ｉｎｔｅｒ
ｎａｔｉｏｎａｌ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ Ｅｎ
ｖｉｒｏｎｍｅｎｎｔａｌ Ｉｍｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ
ｏｆ Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｗｉｔｈ Ｗａｓ
ｔｅ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ（廃物物質を伴う建造物の環
境についての国際会議の議事録）」の中の「Ｗａｓｔｅ
Ｍａｔｅｒｉａｌｓ ｉｎ Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏ
ｎ（建造物における廃棄物質）」において発表された，
「Ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ａｎｄ Ａｐｐｌｉｃａｔｉ
ｏｎ ｏｆ ａ Ｕｓｅｆｕｌ Ｓｌａｇ ｆｒｏｍ
Ｉｎｏｒｇａｎｉｃ Ｗａｓｔｅ Ｐｒｏｄｕｃｔｓ
ｗｉｔｈ ａ Ｓｍｅｌｔｉｎｇ Ｐｒｏｃｅｓｓ（精
錬プロセスでの無機廃物生成物からの有用なスラグの生
産と利用）」（Ｆ．Ｊ．Ｍ Ｌａｍｅｒｓ他）によって
知られている。

【０００３】しかし，この方法はフライアッシュに対し
てだけしか適用できないものである。有用なポゾラン反
応特性または水硬反応特性を持ったスラグを生産するた
めには，石灰石，好ましくはアルミナもしくはアルミナ
を含んだ化合物を添加する必要がある。なぜならば，フ
ライアッシュにそれらの反応特性を生じさせるのには，
珪素や珪酸煙を高い比率で含みすぎているからである。

【０００４】他方，フライアッシュは，例えば火格子に
おける発生物（ｇｒａｔｅ ｔｈｒｏｗ−ｏｆｆ））や
ふるい分けられた物のような，重廃棄物の燃焼による生
成物に関連して生ずる特有の問題は引き起こさない。即
ち，このような廃棄物の燃焼生成物は，いまだ相当の量
（例えば５ｗｔ％以上）の，一部のみしか燃焼されてい
ない，若しくは完全には燃焼されていない有機廃棄物質
を含んでいる。従って，Ｌａｍｅｒｓの論文に開示され
たこの方法は，廃棄物の燃焼生成物の処分という問題を
完全には解決していない。

【０００５】例えば，ＷＯ−９１／０２８２４に開示さ
れているように，廃棄物の燃焼生成物を完全燃焼させる
目的で，ランスを通して溶融物内に酸素を含有したガス
を吹き入れることによって，溶融した冶金学上の廃排生
成物を酸化させる手段も，検討されている。

【０００６】しかし，この方法は，ランスの周囲を除い
て，溶融物中を常に還元状態にしなければならない。ま
た，この方法は，揮発性の成分要素とそれらの化合物を
ガス相に逃がすといった目的を達成し，更にそれらを析
出させ，及び／または後者を洗い流すものであるが，他
の成分要素とそれらの化合物はスラグ中に集められてし
まい，後者を有毒にさせるか，もしくは少なくとも以下
に述べる条例の規制範囲内に容認されないものとなって
しまう。

【０００７】廃棄物の焼却による生成物及び／またはそ
の類似物をどのように処分するかは，全ての工業国にお
いて重大な関心事である。廃棄物の焼却生成物は有毒ガ
スと溶出液を生み出す。そして，危険な廃物の焼却によ
る生成物は間違いなく有毒である。有毒な生成物の発生
が増え続ける限り，増大するそれら有毒生成物をふさわ
しい廃棄場に貯蔵していくことは，ますます困難にな
る。このような問題は，とりわけ，硫黄化合物及び／ま
たはハロゲン化合物を含んだ有毒性の高い物質を処理す
ることににおいて現れる。

【０００８】チューリッヒのような平均的な町の典型的
な廃棄物の焼却設備において，年間で，約３０万トン乃
至４０万トンの廃棄物が焼却されなければならない。１
０００ｋｇの廃棄物から約３５０ｋｇの廃棄物の焼却に
よる生成物が生まれる。この生成物は，約３００ｋｇの
火格子における発生物，約４０ｋｇのフィルター塵，煙
道ガスをより念入りに浄化することによって生じる約１
０ｋｇの生成物の順で構成される。

【０００９】これまで，このスラグは，簡単な機械的処
理をすることが可能であったのと同様に，スクラップと
有機物質についての制約を受けなった。そして，場合に
より分別し，若しくはセメントによって安定化した後
に，道路建造物に利用されていた。

【００１０】しかし，道路建造物内に処分できる量より
も更に多くの廃棄物の焼却生成物が生じている。それは
別にしても，上記の廃棄物の焼却生成物をどう処分する
かといった問題は，環境汚染といった問題と切り離すこ
とはできない。

【００１１】最近のスイス国の「工業廃物規制」は，原
則として，廃棄物の焼却生成物を建築材料に利用するこ
とを不可能ならしめている。建造物用途の例外として，
道路，広場，及びダムの建造物との関連においてのみに
限定して，使用が認められているに過ぎない。そして，
この廃棄物の焼却生成物の使用は，汚染物質の記録簿の
ようなものに記載されなければならない。

【００１２】建築材料として使用することが可能な廃棄
物の焼却生成物は，環境汚染が実質的にこの「工業廃物
規制」の範囲内となる，いわゆる地殻の特性，もしくは
岩盤の特性を備えたものとしなければならない。

【００１３】廃棄物焼却設備からでたもの（固体と気体
の形態における廃棄物の焼却生成物）を解毒することに
ついては，既に色々な計画の課題になっている。

【００１４】有毒若しくは環境的に害のある構成物質を
含んでおり，または，それらの要因となる，危険性のあ
る廃物を処分するために，高温加熱若しくは焼却した状
態にすること，最初に廃棄物を５００乃至９００℃に高
温加熱することが，ＤＥ−Ｃ−３,６０８,００５によっ
て知られている。ここで発生したガスは，１４００乃至
１６００℃に保たれた鉄，鋼，銅，金属酸化物，塩など
の溶融物内を通り抜ける空気や蒸気と同様に，酸化剤と
一緒に通り抜けていく。ニッケル，銅，ヒ素は，要素若
しくは化合物として融解鉄の中に溶解する。そして，マ
ンガン，クロムは，溶解スラグ中に，酸化物の形態で集
められる。

【００１５】例えば，鉛，すず，亜鉛，カドミウム，水
銀のような，溶融温度において高い蒸気圧を持つ重金
属，そして硫黄化合物，若しくはハロゲン化合物は，不
活性ガスへの添加において，それらが主として水素と一
酸化炭素を含有し，燃料として使用できるような方法に
よって不純物を取り除かれたガスと共に逃げる。結果と
して，エネルギーを供給しないで，全体の過程を大いに
処理することができる。残った有毒物質は，最終的にス
ラグの中に固定され，厳しい条件無しで廃棄場に投棄す
ることができるようになる。

【００１６】とはいっても，廃棄場に投棄できるだけで
ある。スラグを他の用途に利用することについては，そ
の有毒物質が原因となるため，考慮していない。そし
て，従来の廃棄物焼却設備から出された有毒性スラグの
処分が何等検討されていないのにもかかわらず，ＤＥ−
Ｃ−３,６０８,００５によって知られている方法は，危
険性廃物の熱分解から生ずるガスを処理することを条件
としている。

【００１７】炭素を含有した，若しくは有機の，危険性
廃物を処分するために，１０００℃以上の高温におい
て，鉄を含有する溶融金属のような熱流体の中にそれら
を導入する手段，及び廃棄物を酸化させるために，高温
溶融物の中に酸化ガスを添加する手段が，ＥＰ−Ｃ−１
７５,２０７によって知られている。それらが解毒され
た後に，不活性ガスへの添加において，発生したガス
は，主に水素と一酸化炭素を含有している。有害物質を
含有する金属やダイオキシンを除去することに関して何
等指示が与えられていないにもかかわらず，この方法
は，ダイオキシンのような危険もしくは有機な物を完全
に破壊することを目的としている。

【００１８】また，このＥＰ−Ｃ−１７５,２０７によ
って，廃棄物を溶融鉄と接触させる手段が公知である。
従来の廃棄物焼却設備から出された有毒性スラグの処理
が提案されていないにもかかわらず，この方法におい
て，廃棄物は直接的な処理を必要とする危険な廃物その
ものである。

【００１９】熱溶融物の中の廃棄物を酸化すると共に，
溶融スラグ中の残留灰を吸収することによって危険な廃
物を処分するために，変換器の中のスラグ中に廃物を導
入し，粉末にした石炭または使いきった油と，酸化ガス
を添加する手段が，ＪＰ−Ａ−５４−７８,８６６によ
って知られている。不活性ガスへの添加において，発生
したガスは，主に水素と一酸化炭素を含有している。
鉄，カルシウム，リンをスラグから除去し，それらを溶
融合金として沈澱させるために，溶融スラグを還元雰囲
気中においている。この溶融合金は，鉄含有分とカルシ
ウム酸化物及びリン酸化物の部分に分けられる。スラグ
を再利用する場合は，鉄含有分は鉄製造業で利用でき，
カルシウム酸化物及びリン酸化物の部分は化学肥料とし
て利用される。有毒な物質を含む金属やスラグの除去に
ついて指示を与えていないにもかかわらず，この方法
は，危険な有機物の完全な滅亡を方向付けている。この
ＪＰ−Ａ−５４−７８,８６６によって，廃棄物を溶融
鉄に接触させる手段が知られている。しかし，従来の廃
棄物焼却設備から出された有毒性スラグの処理が提案さ
れていないにもかかわらず，この方法において，廃棄物
は直接的な処理を必要とする危険な廃物そのものであ
る。

【００２０】セメントの製造において廃棄物の焼却によ
るスラグをクリンカーと一緒に使用する手段が，ＥＰ−
Ｃ−１６２,２１５によって知られている。廃棄物は，
セメントクリンカーの冷却から退出した熱空気において
燃焼される。こうして１０００乃至１４００℃にされた
熱ガスの中で，生の粗セメントが燃焼される。このガス
の一部は，揮発性の重金属を濃縮させ，そこから除去す
るために，クリンカーロータリーキルンの入り口から出
される。廃棄物の焼却によるスラグは，水で冷却され，
潜在的な水硬性を示し，セメントに混ぜることができ
る。

【００２１】しかし，更に必要とされる何らかの適用を
しないでは，スラグがセメントに混ぜられないために，
この方法は，全ての有毒物質をスラグから除去すること
を確実にするものではない。従って，この方法にあって
は，従来の廃棄物焼却設備からのスラグは，焼却との共
存を考慮しない更なる加工をしなければならない。しか
し，従来の廃棄物焼却設備からの有毒なスラグの処理は
提案されていない。

【００２２】塩基性の廃棄物スラグを，鋳鉄の酸素処理
からポルトランドセメントに還元する手段が，ＢＥ−Ａ
−８６８,４３０によって知られている。スラグ中の酸
化鉄と酸化マンガンを還元すると共に，マンガンを含有
する鉄をスラグの下方に分けるために，アルミニウムと
ケイ素が溶融スラグに添加され，高還元雰囲気にされ
る。溶融スラグの組成をポルトランドセメントの組成に
合わせるために，還元後，石灰石がスラグに添加され
る。

【００２３】しかし，この方法においても，更に必要と
される何らかの適用をしないで，スラグをセメントに混
ぜることはできず，全ての有毒物質をスラグから除去す
ることを確実にするものではない。この方法において
も，従来の廃棄物焼却設備からの有毒なスラグの処理は
提案されていない。

【００２４】全体的にみれば，以上に言及した公知の方
法の目的は，粒状ガラスの形状をした溶脱しない性質を
備えた，廃棄場に投棄される廃棄物の焼却残留物を生成
することにある。

【００２５】しかして，環境的に許容できると共に，建
築目的という条件無しでも使用でき，しかも，「工業廃
物規制」に厳密に定義されているような地殻の品質若し
くは岩盤の品質を備えた生成物を得るために，廃棄物の
焼却による固体状の生成物を処理する方法は，まだ知ら
れていない。

【００２６】

【発明が解決しようとする課題】従って，本発明の目的
は，重金属，及び／または重金属化合物で汚染された，
主として無機の廃棄物の焼却による生成物，及び／また
はそのような生成物に類似する物質を，加工する方法を
提案することにある。即ち，スラグ中に集めた物質を，
潜在的に水硬性またはポゾラン特性を持ち，例えば混合
セメントのように高品位の鉱物結合材として利用可能で
あり，しかも，スイス国の「工業廃物規制」に完全に則
って，環境汚染の問題を引き起こさない，建築用途のた
めの原材料若しくは建築材料であるために，他に必要な
処理を施さないでも例えばセメントやコンクリートに添
加することが可能な，環境的に許容できる生成物に加工
するものである。

【００２７】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に，本発明は， ・揮発性の金属と金属化合物を気相に逃がしてから，そ
れらを析出させ，及び／または金属化合物を洗い落と
し， ・少なくとも，鉄よりも電気的に陽性な全ての金属成分
が，酸化物から金属自体に変化するまで，金属成分の化
合物を還元し， ・鉄と鉄の中に溶解している金属を，反応器内で鉄が溶
融している状態において集め， ・鉄に溶解しない成分と化合物を，反応器内の溶融鉄上
方のスラグ溶融物中に集め，及び／または溶融鉄下方の
少なくとも一つの重金属溶融物中に集めて，溶融鉄と分
離し， ・ポゾラン反応特性または水硬反応特性を得るために
に，反応器から取り出した溶融スラグを急冷する方法に
おいて，反応器内に存在する全溶融物を，還元を行う前
に，反応器内に存在する実質上全ての金属と金属化合物
が酸化物となるまで，酸素，及び／または酸素化合物を
含むガスを吹き入れて強力に攪拌して酸化させることを
特徴とするものである。

【００２８】なお，酸化段階の間に，反応器内に存在す
る溶融物の鉄含有量を，鉄または鉄化合物の添加によっ
て調節することができる。また，少なくとも酸化の終了
時においては，反応器内に存在する溶融物の温度を１４
５０℃以上，好ましくは約１５００℃に保つことができ
る。

【００２９】そして，酸化段階に続く還元段階におい
て，酸化鉄も，少なくとも部分的に金属に変化すること
ができる。また，酸化段階に続く還元段階において，個
体金属を分別抽出させるため，及び，重金属の，または
溶融鉄よりも下方の溶融物の，溶融金属を含んだ層を沈
澱形成させるために，抽出溶媒を採用することもでき，
こうして，反応器から溶融金属を分別して取り出すよう
にしてもよい。

【００３０】また，この還元段階における還元を，鉄に
より，好ましくはスクラップ鉄によって，及び／または
廃棄物の焼却による生成物の一部，若しくは水素を用い
て行わせることができる。また，この還元に続いて，ア
ルミニウム，及び／またはカルシウム，及び／またはフ
ェロシリコンを添加して還元処理を行うこともできる。

【００３１】溶融スラグの急冷を，流体，好ましくは
水，水蒸気，空気，及び／または酸素との熱交換によっ
て行うことができ，その熱交換で温められた流体は，ま
だ熱溶融していない廃棄物の焼却による生成物，及び／
またはそれに類似する物質の予備的な加熱処理に利用す
ることができる。更に，その予備的な加熱処理に利用し
た流体を上記急冷に利用するようにしてもよい。

【００３２】酸化させる段階では，原則として，例えば
酸素，空気，蒸気，二酸化炭素，更に酸化用に調整され
たバーナー火炎などの種々の酸化剤を用いることができ
る。固体酸化物も，原則として使用できるはずである。

【００３３】還元させる段階では，原則として，例えば
水素，一酸化炭素，メタン，更に還元用に調整されたバ
ーナー火炎等，更にカルシウム，マグネシウム，ケイ
素，アルミニウム，鉄等のいわゆる母材（ｂｅｓｅ ｍ
ｅｔａｌ），あるいはカソードの電気化学反応などの種
々の手段を用いることができる。固体還元物，とりわけ
石炭，粉末グラファイトなども，原則として使用できる
はずである。廃棄物の焼却残留物中にまだ存在する有機
物も還元剤の役割をすることができる。

【００３４】

【作用】本発明は，重金属や重金属化合物で汚染され
た，主として無機の廃棄物の焼却による生成物，または
そのような生成物に類似する物質を，溶融加熱処理する
ことにより，環境的に許容できる生成物に加工する方法
において，鉄を含んだ溶融物を利用するものである。こ
の溶融物における鉄の含有量は，鉄または鉄化合物の添
加によって調整できる。

【００３５】溶融物は，反応器内が１３００℃以上とな
ったときに初めて溶融を開始する。そして，反応器内に
存在する全金属と金属化合物が酸化物となるまで，酸素
を含むガスを吹き入れて強力に攪拌し，溶融物を酸化さ
せる。少なくとも酸化の終了時においては，溶融物の温
度を１４５０℃以上，好ましくは約１５００℃に保つと
よい。

【００３６】続いて，焼却により生成された廃棄物，
鉄，スクラップ鉄，水素等を用いて，溶融物を還元す
る。なお，アルミニウム，カルシウム，フェロシリコン
の何れか一つ以上を添加して還元処理を更に続けるよう
にしてもよい。

【００３７】しかして，溶融金属が反応器内の下方に分
別され，溶融スラグが上の層に分離されて回収される。
加熱のためのエネルギーは，熱交換と流体の再循環によ
って省力化することができる。

【００３８】本発明方法によって加工処理が可能な，上
記廃棄物の焼却による生成物の例としては，例えば，火
格子における発生物，ふるい分けられた物，火格子スラ
グ，飛散塵，フィルター塵，煙道ガス浄化の残留物，及
び／または廃棄物の焼却による類似の残留物をあげるこ
とができる。

【００３９】なお，本願の明細書において使用される
「廃棄物（ｒｅｆｕｓｅ）」なる語は，一部の地域で
「廃棄物（ｒｅｆｕｓｅ）」の代わりに一般的に使用さ
れている「廃物（ｗａｓｔｅ）」なる語と同じ意味を持
つものである。

【００４０】また，本発明方法によって加工処理が可能
な，上記生成物に類似する物質の例としては，例えば，
スラグ，灰，塵埃，汚染物質，使いきった触媒，使用済
みのガラス製品，鋳物砂，スクラップ金属等，環境に対
する危険の可能性に関して，廃棄物の焼却による生成物
と化学組成と特性が同様の物質をあげることができる。

【００４１】本発明方法によれば，廃棄物の焼却による
生成物，またはそのような生成物に類似する物質は，汚
染物質（重金属，鉄，塩化物，硫酸塩，有機物）がなく
なるまでの間，それらが潜在的に水硬性やポゾラン特性
を生ずるような酸化と還元雰囲気において溶融加熱処理
される。

【００４２】

【実施例】本発明の実施例を，図面を参照に，以下によ
り詳細に説明する。図１は，本発明方法を図示記して示
したフローチャートである。図２は，本発明方法の各処
理段階を行う変換器を示す縦断面図である。

【００４３】本発明方法を実施するために，ここに例と
してあげられる最初の生成物は，廃棄物の焼却による生
成物であり，例えば，６００乃至９００℃にされた廃棄
物焼却設備の火格子の上において得ることができる。こ
の生成物がそれ自身で冷却されるのであれば，潜在的な
水硬性やポゾラン特性は得ることはできない。また，ほ
とんどの場合は部分的に均質にならない。なぜなら，ス
クラップ鉄を含んでいるからである。

【００４４】しかしながら，通常は，この廃棄物の焼却
による高温生成物は約８０℃まで，水の注入によって冷
却され，一時的に大容器に溜められて更に冷却される。

【００４５】こうして冷却された廃棄物の焼却による生
成物の水分含有量は，注入水量の約２５％であり，還元
する時までの間に，大容器に一時的に溜めておきなが
ら，１５乃至２０％にすることができる。

【００４６】廃棄物焼却設備の火格子の上に生ずるよう
な，典型的な廃棄物の焼却生成物は，約１０ｗｔ％の金
属鉄と約５ｗｔ％の金属アルミニウムを含有している。
鉄やアルミニウムの塊のように見分けがつく金属物質を
取り除いた後に，得られる廃棄物の焼却残留物の構成
は，おおよそ以下のようになっている。

【００４７】ＳｉＯ2 ４８.６ｗｔ％ Ａｌ2Ｏ3 １０.０ｗｔ％ Ｆｅ2Ｏ3 ５.５ｗｔ％ ＣａＯ １７.０ｗｔ％ ＭｇＯ ２.８ｗｔ％ ＳＯ3 １.６ｗｔ％ Ｋ2Ｏ １.２ｗｔ％ ＴｉＯ2 １.０ｗｔ％ Ｍｎ2Ｏ3 ０.１ｗｔ％ Ｐ2０5 ０.６ｗｔ％ Ｃｌ ０.３ｗｔ％ Ｆ ０.１ｗｔ％ Ｃｄ ５.７ｐｐｍ Ｈｇ ０.１ｐｐｍ Ｔｌ ＜ １.０ｐｐｍ Ｎｉ １３１ｐｐｍ Ｃｒ ４５０ｐｐｍ Ｃｕ １２８５ｐｐｍ Ｐｂ ２３３４ｐｐｍ Ｓｎ １９７ｐｐｍ Ｚｎ ３０２５ｐｐｍ 発火における損失 ７.９ｗｔ％ その他 ０.１ｗｔ％ 有機の炭素 ０.５ｗｔ％ 無機の二酸化炭素 １.２ｗｔ％ｐｈ １１.３

【００４８】これと比較すると，「工業廃物規制」は，
特に以下のことを守らなければならないことを明らかに
している。即ち， Ｃｄ ＜ ５０ｐｐｍ Ｃｕ，Ｐｂ，Ｎｉ ＜ ５００ｐｐｍ Ｚｎ ＜ １０００ｐｐｍ

【００４９】上記の廃棄物の焼却残留物部分の発火にお
ける大きな損出は，確実に１１以上のｐｈ値をもった，
（蒸気に含有される）水から形成された水酸化物に主に
起因するものである。銅，鉛，亜鉛の集合物は，「工業
廃物規制」によって定義された限界を越えている。

【００５０】本発明方法の基本的な考えは，一方で酸化
剤によって，他方で還元剤によって，廃棄物の焼却残留
物の酸化還元反応を制御することである。これにより，
処理されたスラグ中に含有される重金属化合物において
重要な還元を生じさせることができる。

【００５１】最初の局面において，廃棄物の焼却残留物
は酸化させられる。温度が上昇するうちに，約１０００
℃付近において，徐々に固体が溶融物に混合されてい
く。こうして形成された溶融物内に存在する鉄は，同時
に酸化されて最初にヘマタイト（ｈｅｍａｔｉｔｅ）に
なる。

【００５２】４Ｆｅ＋３Ｏ2 → ２Ｆｅ2Ｏ3

【００５３】従って，１ｔｏｎの廃棄物の焼却残留物
（１００ｋｇの金属鉄）は，約４３ｋｇ（３０ｍ³）の
純粋酸素，または１５０ｍ³の空気を必要とする。

【００５４】温度が上昇すると，ヘマタイトはマグネタ
イト（ｍａｇｎｅｔｉｔｅ）と酸素に分解する。

【００５５】６Ｆｅ2Ｏ3 → ４Ｆｅ3Ｏ4＋Ｏ2

【００５６】約１３００℃以上の溶融温度において，マ
グネタイトはウスタイト（ｗｕｅｓｔｉｔｅ）と酸素に
分解する。

【００５７】２Ｆｅ3Ｏ4 → ６ＦｅＯ＋Ｏ2

【００５８】カスケードにおいてこれらの反応を実施し
ている間に，ふさわしい制御を行うことにより，酸素を
再生することができる。そして，全体的に反応は以下の
ようになる。

【００５９】２Ｆｅ＋Ｏ2 → ２ＦｅＯ

【００６０】こうして，１ｔｏｎの溶融物（１００ｋｇ
の金属鉄）は，まだ約２９ｋｇ（２０ｍ³）だけのの純
粋酸素，または１００ｍ³だけの空気を必要とする。

【００６１】第２番目の局面において，こうして形成さ
れた重金属の酸化化合物，特に銅，カドミウム，ニッケ
ル，鉛の化合物は，それらの反応エンタルピーに対応し
て溶融物の中で還元される。

【００６２】 ＣｕＯ＋Ｈ2 → Ｃｕ＋Ｈ2Ｏ または ＣｕＯ＋Ｆｅ → Ｃｕ＋ＦｅＯ ＣｄＯ＋Ｈ2 → Ｃｄ＋Ｈ2Ｏ または ＣｄＯ＋Ｆｅ → Ｃｄ＋ＦｅＯ ＮｉＯ＋Ｈ2 → Ｎｉ＋Ｈ2Ｏ または ＮｉＯ＋Ｆｅ → Ｎｉ＋ＦｅＯ ＰｂＯ＋Ｈ2 → Ｐｂ＋Ｈ2Ｏ または ＰｂＯ＋Ｆｅ → Ｐｂ＋ＦｅＯ

【００６３】こうして形成されたＦｅＯは，溶融物内に
おいて珪酸塩とすぐに発熱反応して，鉄かんらん石とな
る（ついでにいうと，この反応は，連続酸化にも適用さ
れる）。

【００６４】２Ｆｅ＋ＳｉＯ2 → Ｆｅ2ＳｉＯ4

【００６５】最初に，溶融物内に２５００ｐｐｍの銅，
１２ｐｐｍのカドミウム，２００ｐｐｍのニッケル，５
０００ｐｐｍの鉛を最大に含有している場合は，結果的
に，１ｔｏｎの溶融物に対して１４０ｇ（１.５ｍ³）の
水素が必要になる。

【００６６】コンクリート技術に関連して検討すれば，
もし，溶融物に含有される酸化鉄も捕捉的に還元される
のであれば，それに対応して水素消費量も増加させる。

【００６７】ＦｅＯ＋Ｈ2 → Ｆｅ＋Ｈ2Ｏ

【００６８】溶融部内に１５ｗｔ％のＦｅＯがある場
合，１ｔｏｎの溶融物に対して４ｋｇ（４７ｍ³）の水
素が要求されるという結果となる。

【００６９】溶融物の明確な加熱容量は，起こり得る全
ての発熱反応を無視すれば，約１.５ｋＪ／ｋｇ／Ｋで
ある。水の蒸発エンタルピーは，約２７００ｋＪ／ｋｇ
である。溶融物には，１５００℃においてウスタイトに
酸化される，約１０ｗｔ％の金属鉄が含有されている。
対応する燃焼エンタルピーは６４００ｋＪ／ｋｇであ
る。そして，約５ｗｔ％の金属アルミニウムは４２００
０ｋＪ／ｋｇの燃焼エンタルピーをもっている。これら
の金属の燃焼と未燃炭素の燃焼から，利用可能な加熱が
生じる。

【００７０】廃棄物の焼却設備の火格子に発生した廃棄
物の焼却残留物を最初の生成物として利用する場合は，
著しい加熱超過といった結果を生ずる。かかる事情によ
り，純粋な加熱処理に対するエネルギーが不要となる。

【００７１】溶融物を酸化温度まで昇温させる予備加熱
と加熱の間に，水銀，亜鉛，カドミウム，鉛，すずの金
属分，及びそれらの揮発性化合物の部分は，急速に気化
する。残った重金属化合物は，溶融物内で還元される。
たとえば亜鉛，鉛などの揮発性金属は，ガス相に逃げ
る。その他の，例えば，ニッケル，銅，鉄などの溶融還
元された金属は，溶融スラグには不溶解である。従っ
て，個体の溶融金属，またはそれらの溶融合金が，溶融
スラグから沈澱することによって，直ちに分離すること
ができる。

【００７２】この沈澱は，溶融スラグに抽出剤（ｅｘｔ
ｒａｃｔａｎｔｓ，回収剤）を添加することによって付
加的に促進させることができる。即ち，こうして還元さ
れた金属は，まとまるのに一定の時間が必要な，微細に
拡散した金属のしずくとなって，スラグ中に出現する。
還元段階の間に形成された金属を容易に溶解できる一定
の溶融金属に直面して，上記の金属相がある意味の液液
抽出の役割をなし，微細に拡散している金属のしずく
は，加速されて望みのまとまりとなる。

【００７３】還元段階で形成される銅，ニッケル，す
ず，亜鉛をまとめるか，若しくはそれらを合金化させる
のにふさわしい抽出剤の例として，金属鉛があげられ
る。また，還元段階で形成される銅，ニッケル，すずを
まとめるのにふさわしい抽出剤の例として，鉄があげら
れる。

【００７４】更に，酸化還元電位の基準に則って制御さ
れたそのような抽出剤の添加は，還元段階において形成
された金属が，溶融スラグ中に連続的に現れることを可
能にする。こうして，それらを溶融金属相に区別して，
回収できるようになる。

【００７５】溶融スラグにおいて，酸化クロムは酸化鉄
の後にのみ還元されるので，例えば，全ての酸化鉄を鉄
に還元させてから，溶融スラグ中の高い酸化クロムの含
有量を下げることもできることが言及される。

【００７６】スラグからクロムを除去するためのより可
能性のある手段は，還元段階の間に，反応器内に塩素を
導入することである。揮発性の高い塩化クロムが，少な
くともクロムの一部から形成される。そして，この塩化
クロムはスラグ上方のガス相に逃げる。必要な塩素は塩
素ガス，塩化物，塩化化合物，特に，例えばトリクロロ
エチレンのような塩化溶剤の形態で，反応器の中に導入
することができる。

【００７７】以下に述べるように，処理段階の順序は，
図１のフローチャートに図示されている。同時に，製鋼
産業において利用されている形式の，電気アークで加熱
される反応器が，本発明方法を実施するための好適な反
応器の例として，図２に示されている。以下に詳細に述
べるように，図２に示されたこの反応器は，その内部に
おいてガスを溶融物の内部に吹き込めるように構成され
ている。

【００７８】本方法の最初において，従来の廃棄物焼却
設備において生ずる廃棄物の焼却による生成物は，廃棄
物の焼却残留物と粗大なスクラップ鉄に分別される。可
能であれば，この処理段階は，廃棄物焼却設備において
既に行っておくことようにしてもよい。

【００７９】こうして得られた廃棄物の焼却残留物は，
自ら冷却された残留物となって，比較的乾燥したものと
なるか，あるいは，水で約８０℃まで冷却されて，一時
的に大容器に貯留された残留物となり，比較的湿ったも
のとなる。この廃棄物に焼却残留物は，例えば，電気ア
ークによって加熱できる上記の反応器の中に投入され
る。

【００８０】廃棄物の焼却残留物から分別された粗大な
スクラップ鉄は，後述する処理段階を実施するために利
用される。廃棄物から生じるスクラップ鉄の量が不十分
の場合には，後述する還元段階において都合のよい溶融
鉄が得られるように，例えば，スクラップ，鉄，鋳鉄，
合金，その他同様の形態の鉄，若しくは１または２以上
の酸化鉄の形態をした鉄化合物を，廃棄物の焼却残留物
や反応器内の溶融物中に付加的に添加するようにしても
よい。

【００８１】反応器上流側の予備加熱装置において，与
えられた廃棄物の焼却残留物はエネルギーを回収する目
的のために，予備加熱される。この目的のために必要な
熱は，実際は，例えば水，空気，蒸気などの流体と，本
方法の最終的な生成物との間の熱交換により，少なくと
も部分的に回収される。なぜならば，この生成物が（後
述するように）急冷されるときにおいて，熱回収に利用
される流体の温度が，熱交換後において，例えば，約１
０００℃になるからである。図１において「±加熱」と
示したように，好適な熱の状態を継続させるために，本
方法の全体的な熱バランス次第で，過剰の熱エネルギー
を，この流体から取り出したり，供給したりすることも
できる。この廃棄物の焼却残留物の加熱によって退出し
たガスは，例えば約２００℃において，湿った状態で現
れる。このガスは有毒でなく，既に述べたような本方法
の最終段階での溶融物の急冷にとって必要でない場合に
は，大気中に放出することもできる。なお，以上の記述
に相当する流体の循環については，図１に示されてい
る。

【００８２】次の処理段階において，溶融物は酸化され
る。即ち，少なくとも全ての鉄が酸化される程度の酸化
が行われる。酸素が酸化剤として用いているが，既に述
べたように，他の酸化剤を用いることもできる。製鋼所
において知られた手段であるように，酸素は，例えば，
パイプを通して下から反応器内に吹き込まれる。この酸
化の間に，鉄とアルミニウムの燃焼エンタルピーが増
し，反応器の内容物を，例えば１５００℃程度まで徐々
に加熱して，溶融させる。この処理段階は，本質的に費
用がかかる，残留物からの鉄の除去を完了してからは，
経済的にも有利なり，不要になる。更に，溶融酸化鉄
は，例えば，溶融スラグの粘性を都合のよい方法によっ
て減らすことのできるＣａＯと同様に，フラックスとし
て作用する。この処理段階の温度は，好ましくは１３０
０℃以上である。なぜなら，溶融スラグの粘性が，これ
よりも低い温度では高すぎるからである。少なくとも酸
化を終了するときにおいては，１４５０℃以上の温度，
例えば上述したような１５００℃の温度であることが望
ましい。

【００８３】既に先において述べたように，重金属化合
物を含んでいるガスは，予備加熱をしている間に予備加
熱装置から逃げ，酸化される間に反応器から逃げる。こ
れらのガスは，重金属を回収することによって，更に必
要であれば，硫黄化合物及び／またはハロゲン化合物を
結合することによって浄化され，危険性のない不活性ガ
スだけを周囲に放出するようになる。なお，ガスの浄化
処理手段は公知であり，従って，詳細は省略する。

【００８４】次の処理段階は，先の酸化段階と実質的に
等しい温度において実施されるものであり，反応器の内
容物を還元する。そして，少なくとも鉄よりも電気的に
陽性の全ての金属が酸化物の状態から金属に変わるま
で，還元を行う。また，鉄化合物の少なくとも一部は還
元させる。こうして残される金属は，例えば，銅，亜
鉛，ニッケル，更に鉄自体である。

【００８５】既に述べたような廃棄物の燃焼残留物から
分別されたスクラップ鉄は，この還元段階において，一
番目の還元剤として用いられ，上述の付加的に添加され
る鉄は，二番目の還元剤として用いられる。しかし，上
述したように，他の還元剤も，この段階における還元剤
として用いることができる。少なくとも，付加的な還元
剤として用いることができ，特に，廃棄物の焼却残留
物，及び／または水素を還元剤として用いることができ
る。

【００８６】この還元段階において，鉄が溶融物中に沈
澱し，溶融鉄として下方に回収される。一緒に残ってい
る大体の金属は，鉄との合金の形態となって，溶融鉄内
に回収される。溶融鉄と溶融合金上層の溶融スラグの中
に不溶解性である。従って，鉄と合金は，反応器内の下
側に容易に分離される。

【００８７】既に述べたように，沈澱を促進させるため
に，必要であれば，抽出溶媒（回収剤），なかでも鉛，
そして鉄，銅，その他同様の抽出溶媒を反応器に導入す
ることができる。更に，還元された金属を分別して得る
ために，それら金属の酸化還元電位のベース上に形成し
て出現させる手段として，異なる抽出溶媒を続けて反応
器に導入するようにしてもよい。

【００８８】最初の生成物として用いた廃棄物の燃焼残
留物のクロム含有量が高い場合においては，溶融物の酸
化段階において塩化処理をすることに加えて，溶融物を
還元させる段階において，このクロムを還元させて，更
に，溶融合金に変換させるために，上述したような，金
属アルミニウム，及び／またはカルシウム，及び／また
はフェロシリコンを添加することによる後処理を実施を
するようにしてもよい。なお，この後処理も還元であ
り，従って，図１に示される還元段階に含まれるもので
ある。

【００８９】溶融された鉄あるいは溶融された金属と称
される溶融鉄は，反応器から採取することができる。

【００９０】上述したように，種々の金属が反応器に添
加されている場合には，溶融金属が連続的に沈澱し，更
に，対応する金属分留を得る手段として，それら金属の
酸化還元電位の相違に基づいた層の大多数において，反
応器から採取することができる。

【００９１】図２に反応器の例として示された，電気ア
ークによって加熱される変換器は，最初に溶融スラグを
注ぎ出し，その次に溶融合金を注ぎ出すことができるよ
うに，傾動自在になっている。溶融合金を毎回注ぎ出さ
ないのであれば，即ち，反応器に廃棄物の焼却残留物を
装填して一回の処理を行った毎に，溶融合金は注ぎ出さ
ないが，処理された溶融スラグだけは毎回注ぎ出すので
あれば，重金属成分に富んだ鉄合金が反応器の下部に次
第に集められるようになる。そして，この合金は，最初
に溶融物中に存在していた金属，とりわけ，鉄，銅，亜
鉛，ニッケルを含み，これらの金属を回収するために，
経済的に有利な方法において更に処理されることができ
る。

【００９２】反応器から溶融状態で注ぎ出されたスラグ
は急冷されて，粒状にされる。このスラグは，潜在的な
水硬性，及び／またはポゾラン特性を備えている。そし
て，汚染因子の含有量が充分に低く，こうして，スイス
国に適用される「工業廃物規制」を満たすようになる。
かくして，それらの使用は環境的にも，異議の無いもの
となる。

【００９３】既に前に示し，図１にも示したように，こ
のスラグを急冷させるための流体として，予備加熱に用
いた外気と湿った空気の混合気を利用できる。スラグの
急冷と粒状形成は，廃棄物の焼却残留物を低汚染コンク
リートで品位の高い鉱物結合剤として提供するための，
予備の工程としての任務を果たし，こうして提供される
鉱物結合剤は，例えば，混合セメントとして利用でき，
セメント，及び／またはコンクリートとと容易に混合で
き，あらゆる要望においても利用できるようになる。

【００９４】簡潔に説明すると，本発明方法は以下の三
つの相を形成している。 ・特に，不活性（大気中の）金属，硫黄化合物，ハロゲ
ン化合物を有するガス相 ・環境の点において異議の無い，潜在的な水硬性，及び
／またはポゾラン特性を備えているスラグ ・好ましくは，個々の金属の分留に分別された不揮発性
金属と共に，鉄を含有するような金属相

【００９５】以上に説明した反応器としての変換器の作
用は，以下の五つの連続する工程に区別できる。 ・廃棄物の焼却残留物の予備加熱装置への予備加熱のた
めの装填 ・廃棄物の焼却残留物の酸化，溶融物の生成 ・溶融物の還元，そして，好ましくは，クロムを還元さ
せる後処理 ・金属相のしずくの集結と変換器下部におけるそれらの
沈澱，好ましくは，連続する分留 ・変換器からの，処理されたスラグと金属相の分別注ぎ
出し，スラグを鉱物結合剤として提供するための処理，
金属相の処理，熱の回収

【００９６】図２は，電気アークによって加熱される上
述の変換器を，溶融物内にガスが吹き込まれる位置にお
いて切断した，縦断面図を示している。前に簡潔に説明
した通りの溶融物の酸化と還元の処理工程は，図示され
た変換器においてなされる。電気アークのための電極
は，図２には示されていない。なぜならば，それらは変
換器から引き抜かれており，図示された処理工程におい
て取り除かれているからである。

【００９７】変換器１は床上において，ローラ機構２に
よって指示されており，傾動可能に設けてある。変換器
１には全溶融物３が入れられている。全溶融物３は，前
に簡潔に説明したような二つの相を含んでいる。溶融鉄
を含有する溶融金属４は，より重い相として，変換器１
の下部に集められている。溶融スラグからなる上層５は
より軽い相として存在する。こうして，溶融金属４と層
５の間に境界面６が形成されている。ライン７を通って
供給されたガスは，二相溶融物系に形成されたこの全溶
融物３の中に，パイプ機構８を介して吹き込まれるよう
になっている。二相溶融物系を分かりやすく図示するた
めに，図２は，ガスが吹き込まれておらず，全溶融物３
中に二つの相４，５が互いに分別された静止状態を示し
ており，境界面６を形成することによって，一方の相が
他方の相の上に現れた状態になっている。しかし，ガス
がパイプ機構８を介して全溶融物３の中に吹き込まれる
と，全溶融物３は攪拌されて，分散された状態となり，
こうして，分別された相４，５は存在しなくなり，図示
できないものとなる。

【００９８】図２に示されるように，上に浮かんだ溶融
スラグの相５，及び必要であれば溶融金属４も，変換器
１を緩やかに傾動させることによって，変換器１の開口
部９から注ぎ出すことができる。こうして，溶融スラグ
５及び溶融金属４は，例えば，運搬のために好適なとり
べに注ぎ込まれ，あるいは，更なる処理に直接移送する
ための好適なパイプに注入される。しかして，上に浮か
んだ相５と溶融金属４は互いに分別され，それぞれ，更
に処理されるようになる。

【００９９】変換器１の開口部９におけるガスの放出を
妨げる装置自体は公知であるので，図示していない。

【０１００】本発明方法を実施するための反応器の他の
実施例として，例えば，ＴＢＲ変換器，ショットドラム
（ｓｈｏｔ−ｄｒｕｍ）加熱炉，ＬＤるつぼ，いわゆる
ＫＩＶＣＥＴ鉛精錬加熱炉，その他，製鋼所において知
られているような平炉（Ｓｉｅｍｅｎｓ−Ｍａｒｔｉｎ
ｆｕｒｎａｃｅｓ），ガラス溶融タンク等を用いるこ
ともできる。

【０１０１】

【発明の効果】重金属化合物と少なくとも鉄の一部を，
酸化させて還元させることによって，本発明は以下の利
点を奏することができる。

【０１０２】本発明方法は，種々のスラグ，灰，塵埃，
汚染された物質，使いきった触媒，使用済みのガラス製
品，鋳型砂，金属スクラップなどの様々な材料について
適用できる。

【０１０３】廃棄場に投棄されなければならない生成物
の代わりに，市場価値をもった生成物を生産できる。即
ち，汚染物質の含有量が低いために利用可能なもの，例
えば混合セメントのような鉱物結合材として，また一
方，重金属に富み，金属，とりわけ廃棄物の焼却生成物
として初めに与えられた鉄，銅，亜鉛，ニッケルを含有
する，少なくとも一の金属合金として得ることができ，
更に，価値のある金属を再生させることもできる。

【０１０４】反応器内に存在する溶融金属の酸化とそれ
に続いて起きる，例えば金属酸化物の珪酸塩との反応は
熱を発生し，加熱に寄与する。こうして，汚れの無い熱
エネルギーの要求を最適化させるようになる。

【０１０５】なお，焼却設備から漏れるガスの量は，空
気中に存在する他のガスに比べて重大なものとはならな
い。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明方法を示したフローチャート

【図２】変換器を示す縦断面図

【符号の説明】

１ 変換器 ２ ローラ機構 ３ 全溶融物 ４ 溶融金属 ５ 溶融スラグ ６ 境界面 ７ ライン ８ パイプ機構 ９ 開口部

Claims (13)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 重金属，及び／または重金属化合物で汚
   染された，主として無機の廃棄物の焼却による生成物，
   及び／またはそのような生成物に類似する物質を，反応
   器内においてそれら廃棄物の焼却による生成物，及び／
   またはその類似物質を溶融と溶融加熱処理することによ
   り，そして，好ましくは後の乾燥処理，及び／または予
   備的な加熱処理を行うことにより，環境的に許容できる
   生成物に加工する方法であって， ・揮発性の金属と金属化合物を気相に逃がしてから，そ
   れらを析出させ，及び／または金属化合物を洗い落と
   し， ・少なくとも，鉄よりも電気的に陽性な全ての金属成分
   が，酸化物から金属に変化するまで，金属成分の化合物
   を還元し， ・鉄と鉄の中に溶解している金属を，反応器内で鉄が溶
   融している状態において集め， ・鉄に溶解しない成分と化合物を，反応器内の溶融鉄上
   方のスラグ溶融物中に集め，及び／または溶融鉄下方の
   少なくとも一つの重金属溶融物中に集めて，溶融鉄と分
   離し， ・ポゾラン反応特性または水硬反応特性を得るために
   に，反応器から取り出した溶融スラグを急冷する方法に
   おいて，反応器内に存在する全溶融物を，還元を行う前
   に，反応器内に存在する実質上全ての金属と金属化合物
   が酸化物となるまで，酸素，及び／または酸素化合物を
   含むガスを吹き入れて強力に攪拌して酸化させることを
   特徴とする，廃棄物の焼却生成物の加工方法。
2. 【請求項２】 酸化段階の間に，反応器内に存在する溶
   融物の鉄含有量を，鉄または鉄化合物の添加によって調
   節することを特徴とする，請求項１の廃棄物の焼却生成
   物の加工方法。
3. 【請求項３】 少なくとも酸化の終了時においては，反
   応器内に存在する溶融物の温度を１４５０℃以上に保つ
   ことを特徴とする，請求項１の廃棄物の焼却生成物の加
   工方法。
4. 【請求項４】 少なくとも酸化の終了時においては，反
   応器内に存在する溶融物の温度を約１５００℃に保つこ
   とを特徴とする，請求項３の廃棄物の焼却生成物の加工
   方法。
5. 【請求項５】 酸化段階に続く還元段階において，酸化
   鉄も，少なくとも部分的に金属に変化することを特徴と
   する，請求項１の廃棄物の焼却生成物の加工方法。
6. 【請求項６】 酸化段階に続く還元段階において，個体
   金属を分別抽出させるため，及び，重金属の，または溶
   融鉄よりも下方の溶融物の，溶融金属を含んだ層を沈澱
   形成させるために，抽出溶媒を用いることを特徴とす
   る，請求項１の廃棄物の焼却生成物の加工方法。
7. 【請求項７】 反応器から溶融金属を分別して取り出す
   ことを特徴とする，請求項６の廃棄物の焼却生成物の加
   工方法。
8. 【請求項８】 還元段階における還元を，鉄により，好
   ましくはスクラップ鉄により行わせることを特徴とす
   る，請求項１の廃棄物の焼却生成物の加工方法。
9. 【請求項９】 還元段階における還元を，廃棄物の焼却
   による生成物の一部を用いて行わせることを特徴とす
   る，請求項１の廃棄物の焼却生成物の加工方法。
10. 【請求項１０】 還元段階における還元を，水素により
    行わせることを特徴とする，請求項１の廃棄物の焼却生
    成物の加工方法。
11. 【請求項１１】 鉄，及び／または廃棄物の一部，及び
    ／または水素による上記還元段階の後に，アルミニウ
    ム，及び／またはカルシウム，及び／またはフェロシリ
    コンを添加する事によって，還元させる後処理を行うこ
    とを特徴とする，請求項８，９，１０の何れかの廃棄物
    の焼却生成物の加工方法。
12. 【請求項１２】 溶融スラグの急冷を，流体，好ましく
    は水，水蒸気，空気，及び／または酸素との熱交換によ
    って行い，その熱交換で温められた流体を，まだ溶融し
    ていない廃棄物の焼却による生成物，及び／またはそれ
    に類似する物質の予備加熱に利用することを特徴とす
    る，請求項１の廃棄物の焼却生成物の加工方法。
13. 【請求項１３】 上記予備加熱に利用した流体を上記急
    冷に利用することを特徴とする，請求項１２の廃棄物の
    焼却生成物の加工方法。