JPH07504968A - アースメルタ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 アースメルク 発明の背景 不当な環境汚染を生ずることな（廃棄物を効果的に処理し且つ廃棄するための装 置の必要性は多年にわたって認識されてきた。焼却炉は、都市の固体廃棄物を灰 にするために使用されており、そのような灰は、埋め立ての如き通常の手段によ って廃棄する必要がある。焼却炉は、医療廃棄物、低レベル核廃棄物、有機物又 は無機物の有害な廃棄物の如き一般に発生する他の形態の廃棄物に使用され、あ るいは提案されてきた。

例えば、米国特許第４．２９９，６１１号は、有害な物質を比較的無害な状態に 変換するための焼却炉を開示している。少なくともその一部が可燃性である原料 が、変換チャンバ、並びに、該チャンバの下部において融解しているガラスに導 かれる。廃棄物は、灰成分及び気体成分に分解される。灰の一部は融解したガラ スの中に沈殿し、その沈殿した灰は、冷却領域へ排出されて固体のガラス廃棄物 を形成する。上記廃棄物の金属部分は酸化されて金属酸化物になり、その後融解 したガラスの中に入る。

アスベスト廃棄物を廃棄するために他の多くの焼却炉型の装置が提案されている 。米国特許第４．８２０，３２８号においては、アスベストをカレット及び融解 促進剤と混合し、その混合物を燃焼炉の中の融解したガラスに導いてアスベスト を分解し、これにより、アスベストをガラスに変換している。融解したガラス及 び分解したアスベストは、燃焼炉から約１０００°Ｃで抜き出される。同様に、 米国特許第４，６７８．．４９３号においては、２室型の燃焼炉の中へアスベス トを導入することにより、アスベストをガラス質のガラスに変換している。ガラ スは、２室型の燃焼炉の中で原料及びカレットから形成され、上記２室型の燃焼 炉は米国特許第４，８３１，６３３号においては電気式又はガス燃焼式である。

最後に、電極を前進させるに従って炉の追加の部分の中に前進することができ、 これにより、炉のキャンペイン（休止期間）において必要とされる全部の電極材 料が上記キャンベインの最初に存在する必要のない、前進可能な酸化錫の電極が 米国特許第４，８９７，８５３号に開示されている。

焼却炉又は他の処理手段に投入される廃棄物材料は種々の形態を有する。そのよ うな廃棄物は、可燃性又は非可燃性、あるいは、固体又は液体である。処理手段 に入る時の廃棄物の形態に関係なく、廃棄物は、環境的な害を与えることな（利 用又は廃棄することのできる形態に変換されなければならない。廃棄物の化学組 成に応じて、廃棄物は、二酸化炭素又は水の如き無害な副生物に変換されなけれ ばならず、また、永続的に廃棄又は貯蔵できるように固定化（体積が大幅に減少 するのが好ましい）されなければならない。

有害な廃棄物の１つの発生源は、都市固体廃棄物の焼却により生ずる灰（ＭＳＷ 灰）である。アメリカ合衆国では、約１億８千万トンの都市固体廃棄物が毎年発 生しており、その量は、−人１日当たり約４ポンドである。その約１３％がリサ イクルされ、７３％が埋め立て地に廃棄され、１３％が焼却されて１年当たり約 １千万トンのＭＳＷ灰を出している。推計によれば、今世紀の終わり頃までには 、最大２５％のＭＳＷ灰が焼却されるとされている。焼却灰は、地下水に溶は込 む潜在的に有害な有機物及び重金属を時々含む。そのような灰の代表的な廃棄法 は、通常の埋め立て地への投棄、あるいは、特殊な灰廃棄場所への投棄である。

ある種の廃棄物は、効果的に融解させあるいはガラス化させることにより、毒性 及び廃棄上の問題を低減又は解消することができると言われている。しかしなが ら、従来技術のメルクは、高価な耐火材料を使用しなければならないために、高 い設備投資を必要とする問題があった。一般的に言えば、溶融鋳造耐火物のメル クは、大きな熱膨張を許容する必要がある機械的なフレームによって、適所に保 持される。装置に費用がかかることに加えて、耐火物材料は一般に、約３年間の 使用の後に「消耗」してしまう。メルクの中の高い還元雰囲気、あるいは、原料 の中に含まれる金属により、耐火物の床に金属の沈殿及び集積が生じ、これによ り、「ダウンワードドリリング（ｄｏｗｎｗａｒｄ−ｄｒｉｌｌｉｎｇ）Ｊとし て知られる現象により、耐火物材料の損傷が加速される。

現在の耐火物ライニングされたメルクの上記及び他の問題を解消するために、本 発明は、当業界に大幅な進歩を与える。本発明は、コストが比較的低く且つ寿命 が比較的長く、また、建造及び運転が容易な簡単な設計を有している。この設計 のために、そのような設備における制約は、現状の耐火物のメルクよりもかなり 少ない。上記観点から、本発明の目的は、環境的な害を与えることなく、大体的 な使用又は長期間の貯蔵に適した比較的無害な固化した融解状態に原料を変換す るための方法及び装置を提供することである。

本発明の別の目的は、容易且つ廉価に建造できると共に、原料の有害な成分を分 解するかあるいは排出された材料の中に化学的に結合させた状態で、原料をガラ ス又は岩石状の材料に変換する装置を提供することである。

上記及び他の目的は、以下の記載から明らかとなろう。

発明の摘要 本発明は、新規なメルクの設計並びにその運転方法に関する。メルクの設計は、 自然の土壌及び／又は岩石をその構造に利用するので、低コストである。本メル タは、廃棄物を融解するように基本的に設計されており、上記廃棄物は、都市固 体廃棄物（ＭＳＷ）　、都市固体廃棄物の焼却炉からの灰、医療廃棄物、有害な 化学廃棄物、有害な廃棄物で汚染された固体等の形態を取ることができる。

より詳細に言えば、本発明の装置の最も広い実施例は、融解ゾーンを定める掘削 領域と、該掘削領域の上方に延在し、排気ガスを閉じ込めると共に上記融解ゾー ンの中の最低温度を維持するカバーと、上記カバーを貫通する原料入口手段と、 原料（廃棄物）を加熱して融解した原料の融解プールを形成する手段と、その後 の処理及び利用又は廃棄のためにメルクから上記融解された原料を抜き出す手段 とを含んでいる。

本装置は、地面の下の領域を掘削することにより建造することが多いが、地面の 上方に建造することもできる。土壌を掘削する場合には、上記掘削領域は、融解 した材料が該掘削領域の壁部を急速に侵食する可能性を低減させるバックフィル 材料すなわち埋め戻し材料で被覆する必要がある。良好な耐火特性を有する土壌 又は岩石（例えば玄武岩）を掘削する場合には、上記埋め戻し材料の必要性は低 減する。地面の下に掘削を行う適当な場所がない場合には、本発明の装置は、よ り大きな掘削領域の中に設けた処理した土壌に掘削するか、あるいは、地面の上 の容器の中に収容された土壌に掘削することができる。後者の場合には、メルク は、移動可能なポータプル型の装置とすることができる。

好ましい実施例においては、掘削領域の周囲に収容壁を設けてメルクの寿命を延 ばす。上記収容壁には、メルクに隣接する土壌を冷却する冷却手段を設けること ができる。

本発明は、原料を融解することのできるどのような手段をも意図しているが、原 料を焼却又は燃焼させ、その結果化じた灰を融解させることもできる。汚染され た土壌の如き幾つかの原料は、燃焼させることなく最初から融解させる。可燃性 の原料と共に燃焼促進剤（例えば炭化水素）を吹き込むことにより、原料を完全 に燃焼させ、燃焼により生じた灰を融解するに十分な熱を発生させることができ る。

原料を灰にして（原料が最初から灰でないと仮定した場合）融解プールの中に融 解させた後に、上記融解プールの中に挿入された複数の電極が、原料の融解状態 を維持し且つ融解した原料を対流により混合する役割を果たし、これにより、種 々の液体成分の層化又は分離を防止する。原料は、沈積するか融解プールの上に 「浮遊」し、固体の原料は、原料と融解プールとの間でガス化されるか融解され る。

融解されまた気体化された原料は、次の処理を行うためにメルクから抜き出され る。融解した原料を抜き出すためには多くの周知の方法を用いることができるが 、本件出願人は、基型の構造により妥当な制御が行えるものと考える。例えば、 急冷を含む融解された原料の下流側の処理は、永続的な廃棄を行うために、ある いは、建築又は舗装用の材料の如き生産的な使用を行うために、再固化された原 料を調整するために必要などのような形態とすることもできる。

図面の簡単な説明 図１は、本発明の装置の概略図である。

図２は、本発明の装置の追加の特徴を示す概略図である。

図３は、本発明の電極の長手方向の概略断面図である。

好ましい実施例の詳細な説明 本発明の装置は、最初に図１の概略図を参照することによって最も良く説明する ことができる。アースメルク装置１０は、自然の土壌１２を掘削した領域の中に 設けられている。本件出願人は、アースメルク装置は、比較的乱れていない掘削 した土壌の中に効果的に建造することにしており、その理由は、そのような乱れ ていない土壌又は岩石の熱的な特性は、装置１０の中で原料を加熱するために最 適な絶縁をもたらすからである。しかしながら、そのような熱的な特性が必要と されないかあるいは適当ではない場合があり、そのような場合には、処理した土 壌又は選択した低コストの鉱石を用いて、アースメルクを建造するための基礎を もたらすことができる。適正な岩石層が概ね平面にあり、後に説明するように追 加のライニングを必要とすることなく、掘削して使用することができる場合があ る。例えば、火山活動によって生ずる玄武岩層が地表面にあることが多く、その ような玄武岩層を所定の形式で掘削して本発明のメルクを形成することができる 。収容手段の中に適正に収容される場合には、本発明のメルクを地面の上方に建 造することもできる。従って、「メルク」という用語を以下に用いた場合には、 そのような用語は、特に断らない限り、上述のいずれの環境のメルクをも意味す る。

後により詳細に説明するように、アースメルクは、処理した部分的な土壌を用い ることにより搬送可能である。掘削領域１４は、種々の形状で形成することがで きるが、水平面から約２０°乃至約６０６の安息角１８を有する側壁１６を備え た凹所が好ましい。掘削された空所の自然な安息角が、低コストで建造するため の極めて簡単な形態を許容する。後の運転の間に、その周囲に選択された材料を 単に追加することにより、必要に応じてライニングを更新することができる。

その後、追加された材料は、摩耗及び腐食した領域になる。掘削領域は、収容手 段２０によって包囲することができ、該収容手段は、少なくとも２フイートの収 容材料によって側壁１６から分離された金属壁の形態とすることができる。掘削 領域の地面の上方は、カバ一手段３０によって覆われている。カバー３０は、プ ロセスから発生する廃ガス及び熱を保持するに適した形状及び材料、並びに、後 に説明する他の特性を有するものとすることができる。

側壁１６は、より高い絶縁性を有するバックフィル材料すなわち埋め戻し材料３ ２、あるいは、自然の土壌よりも大きな耐食性を有する材料によって被覆するこ とができる。埋め戻し材料３２は、岩石又は土壌の如き、耐火性及び耐食性を有 する部分的に得られる自然の材料とすることができる。そのような材料は、一般 的には１５００°Ｃの温度までは融解せず、種々の濃度のアルミナ、シリカ、ジ ルコニア、マグネシウムを多く含んでいる。そうではなく、そのような埋め戻し 材料は、金属産業及びガラス産業からの廃棄レンガ及び耐火物とすることもでき る。その選定条件は、コスト、耐火性、並びに、処理される原料に対する耐食性 に依存する。勿論、メルクが適正な岩石層（例えば玄武岩層）の中に掘削された 場合には、自然の岩石層が必要な性質をもたらすので、埋め戻し材料は不必要で ある。

原料は、カバー３０を貫通する入口手段３４を介してメルクに入る。原料はメル クの中で融解し、これにより、原料の融解プール３６、並びに、より重たい金属 の比較的密度の高い融解プール３８が形成される。原料が最初に融解した後に、 その後導入された原料が過剰の原料４０を形成し、その過剰の原料はガラスのブ ール３６の上に「浮遊」する。空気入口手段４２が設けられ、該空気入口手段は 、過剰の原料４０の中に空気を導入して総ての又は一部の原料の酸化を促進する 。

幾つかの原料は、自由な金属を含むか、あるいは、融解プロセスの間に還元され て融解プールの下に符号３８で示すように沈積する。１つの方法は、そのような 沈積した金属を酸化させ、融解したガラス３６の中でより融解し易い酸化物にす ることである。これは、空気又は酸素に富む気体を導管４４を介して吹き込むこ とにより行うことができる。上記導管は、融解プール３８又は融解プール３６の 中へ直接挿入することができる。融解プール３６の中へ挿入した場合には、融解 したガラス３６が酸化され、その後、その酸化されたガラスが融解した金属３８ に接触してこれを酸化させる。上記導管を融解プール３６の中に挿入した場合に は、気体を導入することにより、その融解プールが撹拌され、従って、その中の 融解した材料を均質化させることができる。

原料が種々の形態を取ることができることは当業者には理解されよう。例えば、 原料は、人間が産出した廃棄物（例えば、医療廃棄物）ではなく、有害な化学物 質によって汚染された土壌とすることができる。そのような場合には、「ガラス のプール」は、一般に認識されている「ガラス」の定義には入らない。土壌の場 合には、「ガラスコは熔岩状の塊である。従つて、本明細書で使用する「ガラス 」という用語は、どのような形態であれ融解した原料を意味する。

原料は最初に、種々のプロセスによって融解させることができるが、ガラス化プ ロセスが開始した後には、電極によって活発に融解させることが最も効果的であ る。例えば、原料は最初に、燃焼バーナがらの熱ガスによって融解し、その後プ ロセスが開始した後に熱ガスを停止して電極４８．５ｏによって原料の融解を継 続させる。原料が可燃性を有する場合には、原料が着火し、これにより発生した 熱ガスはエアスペース４６の中に保持され、そのような燃焼によって生じた灰分 を予熱又は融解させるために使用される。

電極４８．５０は、電気エネルギを融解プール３６に分配し、融解ガラスのプー ル３６の融解した状態を保持する助けをする。しかしながら、本件出願人は、電 極の等しく重要な機能は、ガラスのプール３６の中に対流を生じてこれを維持す ることであると考える。そのような対流は、ガラスのプールを均質に維持し、該 プールの望ましくない層化すなわち層形成を防止する。電極は、最初にガラスの プール３８又は融解金属のプールを生じさせるために使用されるのではなく、そ のようなプールの融解した状態を維持し、原料の燃焼により生じた灰分を融解さ せるために用いることができる。燃焼又は注入により十分な熱が発生し、また、 融解ブール３６を撹拌する手段が設けられる場合には、電極は不必要となる。

融解された原料は、適宜な通常の手段によって引抜（ことができる。例えば、融 解ガラスのプール３６を堰５４から連続的に引抜いて更に処理することができ、 また、融解金属のプール３８をタップ５６から連続的又は間欠的に引抜（ことが できる。本発明の最適な作用は連続的なモードで生ずるものと考えられるが、原 料の投入、及び、融解ブールの引抜きに関してメルクをバッチ式に運転すること も可能である。

より詳細に説明すると、本発明の装置１ｏは、予め乱されていない土壌の掘削領 域に設けられる。平面５８は、メルク本体の上部を示している。乱されていない 土壌１２を掘削し、約４５°の角度を有する側壁１６を備えたコツプ型の凹所を 形成する。上記角度は約２０°乃至６０’とすることができるが、本件出願人は 、約４５°の角度の場合に低コストが得られることを見い出した。側壁の角度の 選定は、埋め戻し材料又は自然の材料の安息角、メルクの深さ、並びに、原料を 処理するに必要な最小表面積に依存する。次に、土壌１２に約１乃至３フイート の厚みまで選択された埋め戻し材料３２を被せる。

上記材料の厚みは、選択した埋め戻し材料、並びに、その予想される役割に依存 する。埋め戻し材料の耐食性が大きい場合には、埋め戻し材料は少なくて済む。

掘削領域の寸法は、装置の所望能力に依存する。例えば、１日当たり５０Ｆ・ン の原料を処理する能力を有するメルクは、約３２フイートの外径を有し、一方、 １日当たり１００トンの能力の場合には、約４０フイートの直径を必要とする。

上記直径は、原料の代表的な融解速度、原料の粘性、充填材料に対する腐食性、 電極の位置、並びに、融解した材料の中への電極の侵入深さを含む幾つかの変数 に依存する。メルクの寸法の一般的な性質は以下の通りである。電極を収容する 円の内側の面積は、原料を所望の速度で融解させるに十分なものでなければなら ない。代表的な原料は、１日当たり１トンを融解するのに３乃至６平方フイート の表面積を必要とする。また、電極の周囲の融解した材料の高い対流と内側の収 容材料との間の分離が選択される。壁部は、収容材料付近の融解した材料の概ね 静止した領域を維持するに十分なようになされる。これにより、腐食が低下し、 また、収容寿命が概ね制限されな（なる。融解したＭＳＷの灰分ガラスの場合に は、上記距離を約４乃至６フイートとすることを見い出している。別の融解した 材料及び別の電極の構造に関しては、上記距離を変えることができる。収容壁２ ０は、冷却された水、空気を搬送する環状の空間すなわち導管６０の如き冷却手 段、あるいは、他の熱伝達手段を含むことができる。収容壁２０が冷却される場 合には、腐食、並びに、融解した材料３６の潜在的な漏洩が実質的に阻止される 。

総ての場合に必要とされるものではないが、本件出願人は、冷却機能を有する収 容壁２０がメルクの寿命を大幅に延ばすものと考える。

信頼性を高め且つ寿命を延ばすために、冷却された収容壁は、少なくとも電極４ ８．５０の深さまで伸長させる必要がある。より堅実な方法は、冷却された壁部 を融解ブール３６．３８の底部まで伸長させることである。

収容壁２０は、メルク１０を完全に覆うカバー３０を平面５８の上方において支 持している。カバー３０の断面形状は適宜なものとすることができるが、最初の グレード５８のレベル付近でメルクを概ね水平に横断するカバーが、高い信頼性 をもたらすと共に、メルク内部へのアクセスを容易にするものと考えられる。

しかしながら、カバーは、グレードのレベルのかなり上方で例えばドーム状の形 態で伸長するように設計することもできる。

原料入口手段３４は一般に、原料の全投入量を処理することのできる大きな直径 の導管の形態を取る。連続運転の間に原料が最初に入口手段３４に供給されると 、原料は燃焼して灰になる。燃焼空気（及び、必要であれば、燃焼を助けるため の炭化水素）を加えることにより、原料が灰になるのを最初に助ける。メルクの 中の熱い空気（原料の燃焼により生じた空気、あるいは、メルクの中に吹き込ま れた空気）が、灰を融解状態にする。その後、過剰の原料４０がガラスのプール の上に堆積し、連続的に燃焼して灰になり、その後、ガラスのプールと接触する ことによりガラス化してガラスのプールの中へ入る。空気入口手段４２を介して 過剰の原料４０の内部に空気を供給し、原料４０の燃焼を助ける。

融解金属のタップ５６の如きタップが側壁１６を貫通し、下方の金属ブールであ る密度の高い融解ブール３８の中に伸長している。タップ５６は、上記プールの 中の融解した金属を、その上方のガラスのブール３６全体に影響を与えることな く、調節（引抜く）ことを可能とする。上記タップはまた、ガラス成分３６全体 を引抜くために使用することもできる。タップ５６には、入口端７２及び排出端 ７４が設けられている。排出端７４は、メルク１０に隣接して掘削された処理領 域７６の中に位置している。

処理領域７６はまた、ガラス３６及び金属３８をその後再利用又は廃棄するため に調整するために必要な装置を備えている。本明細書で説明し且つ図面に示す特 定の装置は単に例示的なものであり、当業者が他の実施例を考慮することができ ることを理解する必要がある。すなわち、処理領域は、過剰のガラスを符号８０ の点において最初に取り出すための連続的な排出手段５４を含む。この排出手段 ５４には、ガラスのプールの上方レベル５２を一定に保持してガラス化した材料 をガラスの表面５２の下から連続的に取り出す堰８０が設けられている。堰の出 口８６は、液体のガラス材料が冷却されて固化する冷却領域に排出する。例えば 、出口８６を通って出る液体ガラスの流れを水の流れによって分散させ、その後 急速に冷却する（例えば、急冷タンク９０の中に浸漬させることにより）形態に することができる。次に、そのガラスを例えばコンベア９２によって取り出し、 その後の処理を行う。

本件出願人は、ガラス化（融解）を原料の燃焼により生ずる熱によって行い、ま た、少なくとも２つの隔置された電極４８．５０によってガラスのプールに電流 を通すことにより融解ブールを均一で且つ層化しない状態に保持することにより 、原料の融解を極めて効果的に且つ技術的な問題がほとんどない状態で行えるも のと考える。上記電極（図３に詳細に示す）は、カバー３０を通って下方へ伸長 し、プール３６の温度を原料の融点よりも高い温度に保持するに十分な電流がプ ール３６を通過するようにガラスのプール３６の中へ十分に伸長している。

融解した材料に電流を通して該電流により融解した材料３６を加熱することは、 鉄及びクロームの酸化物の如き熱放射線を容易に吸収する成分を含む融解した材 料にとって重要である。そのような一般的な成分に関しては、輻射による熱の伝 達は高い温度において低く、融解物の表面５２から比較的短い距離において材料 が融解しない状態を生ずることがある。電極４８．５０は、適正な熱伝達を行う に必要十分な程度に挿入する必要がある。電極の下端部は、電気回路の短絡（シ ョート）並びに融解ブール３６の大きな加熱損失を避けるに十分なように、融解 余れ過ぎると、電極から過剰の対流が生じ、これにより、収容壁１８のより迅速 な摩食が生じてメルクの寿命を短くすることになる。融解した材料３６の深さに よるが、電極の底部から融解した金属３８の頂部までの距離は、（ｉ）問題とな るような短絡を防止するために２フイートよりも大きく、（１１）過度の対流腐 食を極力少な（するために融解した材料３６の深さの約半分であることが判明し た。

例えば、電極は、ガラスのプール３６の表面から下方へ約３フイート伸長させる ことができる。原料入口手段３４及び空気入口手段４４と同様に、電極は、これ ら電極とカバ一部材３０との間のシール手段９４によって、カバ一部材３０の中 に気密に固定される。

過剰なすなわち許容できない側壁の腐食が生じた場合には、追加の埋め戻し材料 を追加することによりその完全性を修復することができ、それ以前に埋め戻し材 料が使用されていない場合には、埋め戻し材料を側壁に初めて追加する。そのよ うな追加の埋め戻し材料は、装置を停止することにより行うことができ、また、 適正な手段（例えば、カバーを貫通するアクセスドア）が設けられている場合に は、装置を運転している間に埋め戻し材料を追加することができる。勿論、後者 の場合には、材料の融解ブールを介して追加するのに耐え得るように、埋め戻し 材料は耐火性を有するものとする必要がある。

カバー３０とガラスのプール３６の上面５２との間のエアスペース４６は、原料 の安息角、電極の間隔、並びに、収容壁の外方への広がりによって決定される。

多量の有機物を含む原料の場合には、上記エアスペース４６は一般に、数秒より も長いガス滞留時間が得られるようになされ、適正な酸化が行われた場合には、 有機物は完全に酸化する。

図２は、図１の本発明の装置を幾分より概略的に示している。都市の固体廃棄物 焼却炉からの焼却炉灰の如き原料が、「灰パイル」９６に集められている。この 灰は、一時的な貯蔵装置１００の中へ装填され、そこからコンベア１１０によっ て計量されて本発明の装置に入れられる。原料は、原料入口手段３４の上端にあ るホッパ１１２に入る。アルカリ塩類を用いたフラックス、シリカ、アルミナ又 はリン酸塩の如きガラス形成剤（ガラスフォーマ）の如きガラス化を促進するた めの化学物質を原料の流れに加え、融解したガラスが必要とされるリーチング（ 浸出＋Ｉｅａｃｈ）抵抗を確実に得るようにする。

鉄、ニッケル、銅、ヒ素、セレン、銀、アンチモン、鉛の如き金属を還元、沈殿 あるいは揮発させるための還元剤を用いることができる。還元剤は、メルク３８ の底部に溜まる密度の高い金属の形成及び集積を促進することができる。また、 上述の如き金属は、回収及び再使用を行うことのできる廃ガス装置に揮発させて 濃縮することができる。そのような金属の蓄積は、空気、又は酸素に富む他の気 体を融解金属のプール３８の中に吹き込むことにより低減又は除去することがで きる。

過剰の原料４０が、入口手段３４の中並びに融解ガラスのプール３６の上方に形 成される。過剰の融解したガラスは堰８０によって除去され、急冷の後にコンベ ア又はスクリュー９２によって除去される。

空気人口４２を介して空気がメルクの中へ導入され、原料の酸化を支援し、原料 の予熱を行い、過剰の原料４０のベッドの前後の圧力降下を極めて少な（する。

酸化物が支配的な融解物を処理するためには、湿分を除去し、有機物を分解及び 酸化させ、残りのチャーすなわち炭素を酸化させる必要がある。空気人口４２を 過剰の原料の中に入れることにより、最小のガス圧力によって上述の結果が得ら れ、同時に、原料の乾燥、酸化及び予熱を行うことができる。一般に可燃物が少 ない原料の融解は、石炭の如き化石燃料又は可燃性の固体廃棄物を原料に意図的 に加えることにより、より経済的に行うことができる。

入口手段４２に入る空気を予熱することにより、メルクの効率が改善される。

入口の空気は、メルクの廃ガスの流れの中に位置する熱交換手段（図示せず）に よって加熱することができる。この方法は、メルクのプロセスの効率を向上させ る。そうではな（、上記空気を予熱するに十分な熱量を有する空気流の中へ屁い る気体燃焼型のトーチをメルクの直ぐ上方に設けることもできる。

本発明の装置に使用される好ましい電極の設計は、多くのプロセス変数及び装置 変数に応じて選択される。代表的な電極の設計が図３に示されており、この電極 は、主本体部分１１８と、電気的なアタッチメント手段１２０と、シール９４． ９８と、シース１２２とを含む。電極４８の電気的な要素は、クレーン（図示せ ず）の如きオーバヘッド型のリフト手段によってホイストリング１２４に取り付 けることにより、上下されて適所に位！する。あまり望ましくはないが、電極を 上方から吊り下げるのではなく、ある角度をなしてガラスのプールの中へ挿入す ることができ、また、水平に整合させてガラスのプールの中へ入れることもでき る。冷却型の保護シース１２２、及び、冷却型の保護カラー１２３を設けた場合 には、電極は、エアスペース４６の中の電極の酸化温度よりも低い温度（「冷却 された」）に維持することができ、これにより、電極の有効寿命を延ばすことが できる。

複数の電気ケーブル及びクランプ１２６が電極４８の上端部に取り付けられてい る。主本体部分１１８は、石墨、モリブデン、又はタングステンの如き種々の耐 火性の材料から形成することができる。そのような電極は、比較的消尽せず、頻 繁な交換を必要としない。しかしながら、電極の交換は適時必要とされる。主本 体部分がカバー３０の上方に十分伸長している場合には、融解プール３６の中で 消尽した部分は、ホイストリング１２４によって主本体１１８を下降させること により簡単に修復することができる。

主本体部分のカバー３０の上方に伸長する部分が不十分である場合には、電源を 止めた後に、クランプ機構１２６によって主本体を固定し、電極のアタッチメン ト手段１２０を取り外して追加の主本体を接続する。電極を装置に復帰させるた めには、上述の手順を概ね逆の順序で繰り返す。

ガスシール９４．９８、並びに、シース１２２は、電極本体１１８を絶縁する。

この絶縁は、主本体１１８を急速に損失させようとする空気中の酸素が電極に接 近するのを阻止する。

当業者が本発明を再現できるように、本発明を十分に説明し且つ図面に示した。

しかしながら、当業者には明らかなように、本開示に基づき構造上又は作用上の 種々の変更が可能である。従って、本発明の範囲は、上に述べた本明細書の範囲 によって制限されるものではなく、添付の特許請求の範囲によって制限されるべ きものである。

口ＧＵＲＥ　３ 補正書の闘訳文提出書 （特許法第１８４条の８） 平成　６年　６月　９日

Claims (48)

【特許請求の範囲】
1. １．その後使用したりあるいは比較的無害な状態で安全に廃棄するために原料を 融解するための装置において、 （ａ）土壌又は岩石に掘削された掘削領域であって、側壁を有すると共に、前記 原料を融解するための融解ゾーンを定める前記掘削領域と、（ｂ）前記掘削領域 の上方に延在し、融解された原料と前記カバーとの間に空気が充填された空間を 定めるカバーと、（ｃ）前記原料を前記融解ゾーンへ導入するように前記カバー を貫通する原料入口手段と、 （ｄ）前記原料を加熱して前記融解ゾーンに原料の融解ブールを形成する加熱手 段と、 （ｅ）前記融解ゾーンから前記原料の融解プールを引き出すための手段と、を含 む前記装置。
2. ２．請求項１の装置において、当該装置は、土壌の表面から下方に掘削された比 較的乱されていない自然の土壌又は岩石に建造されることを特徴とする装置。
3. ３．請求項２の装置において、当該装置は、建造領域へ搬送され且つ比較的乱さ れていない自然の土壌の中に掘削された領域の中に保持された自然の土壌から建 造されることを特徴とする装置。
4. ４．請求項１の装置において、当該装置は、建造領域へ搬送され且つ土壌の表面 にあるいはその上方にある収容容器の中に保持された自然の土壌から建造される ことを特徴とする装置。
5. ５．請求項３の装置において、当該装置を通る水平面に対する前記側壁の角度が 、約２０°乃至約６０°であることを特徴とする装置。
6. ６．請求項４の装置において、当該装置を通る水平面に対する前記側壁の角度が 、約２０°乃至約６０°であることを特徴とする装置。
7. ７．請求項１の装置において、埋め戻し部分が、前記掘削領域の中の前記融解ゾ ーンを被覆することを特徴とする装置。
8. ８．請求項７の装置において、前記埋め戻し部分が、自然の土壌、鉱石、玉石／ 岩石、砂、粘土及び低級耐火物又は使用済みの耐火物材料、並びに、これらの混 合物から成る群から選択されることを特徴とする装置。
9. ９．請求項７の装置において、前記埋め戻し材料が、ガラスの融解プール、並び に、酸化物及び金属の融解プールを保有するように、前記埋め戻し部分が処理す べき原料に応じて選択されることを特徴とする装置。
10. １０．請求項１の装置において、収容壁が、前記掘削領域の一部を包囲し、該掘 削領域の表面下部分に隣接する部分に向かって下方へ伸長することを特徴とする 装置。
11. １１．請求項１０の装置において、前記収容壁は、少なくとも前記掘削領域の最 下方の部分の位置まで下方へ伸長することを特徴とする装置。
12. １２．請求項１０の装置において、前記収容壁は、前記掘削領域を包囲する土壌 を十分に冷却し、これにより、ガラスの融解ブール、並びに、酸化物及び金属の 融解プールが前記掘削領域の中に保有されるようにする冷却手段を含むことを特 徴とする装置。
13. １３．請求項１２の装置において、前記冷却手段は、前記収容壁の中に設けられ 、その中に分散される冷却剤を有する導管を含むことを特徴とする装置。
14. １４．請求項１の装置において、前記カバーは、当該装置の中に発生した気体を 排除する排出要素を含むことを特徴とする装置。
15. １５．請求項１の装置において、前記原料入口手段は、当該装置が前記原料を融 解するよりも大きな速度で原料を投入することができ、これにより、過剰の原料 が、前記融解ブールと前記カバーとの間の当該装置の空間の中に供給されること を特徴とする装置。
16. １６．請求項１５の装置において、気体入口手段が、前記原料入口手段と同軸状 に設けられることを特徴とする装置。
17. １７．請求項１６の装置において、前記気体入口手段が、前記過剰の原料の内部 に酸素を含む気体を供給することを特徴とする装置。
18. １８．請求項１の装置において、前記原料を加熱する手段が、前記原料を融解す るに十分な高い温度の気体を発生させて当該装置に導入するための気体燃焼型の 加熱源を含むことを特徴とする装置。
19. １９．請求項１の装置において、前記気体は、前記原料の融解プールの中へ注入 され、これにより、前記原料を混合すると共に、その原料の均質性を維持するこ とを特徴とする装置。
20. ２０．請求項１の装置において、前記原料は可燃性を有し、前記原料は、前記原 料の融解プールの上方においてメルタの中で燃焼して灰になることを特徴とする 装置。
21. ２１．請求項２０の装置において、前記原料と共に炭化水素が前記メルタに加え られ、混合されあるいは前記メルタの中に注入され、これにより、前記原料の予 熱、燃焼及び融解を助けることを特徴とする装置。
22. ２２．請求項１の装置において、前記原料を加熱する手段は、前記原料の融解プ ールの中に浸漬された複数の電極を備え、これら電極が、前記原料に電気エネル ギを分配することを特徴とする装置。
23. ２３．請求項２２の装置において、前記電極は、前記融解プールの中の融解され た原料を対流により均質な状態に保持することを特徴とする装置。
24. ２４．請求項２２の装置において、前記電極は、石墨、モリブデン、タングステ ン、炭化ケイ素、鉄、クロム、ニッケル及びニケイ化モリブデン並びにこれらの 組み合わせから選択された少なくとも１つの材料から構成されることを特徴とす る装置。
25. ２５．請求項２２の装置において、前記電極には保護シースが設けられ、該保護 シースは、前記原料の融解プールよりも上方の前記電極の部分温度を該電極の酸 化温度よりも低い温度まで冷却することを特徴とする装置。
26. ２６．請求項２２の装置において、前記電極は概ね垂直方向に配列されているこ とを特徴とする装置。
27. ２７．請求項２２の装置において、前記電極の少なくとも１つは、前記融解され た原料の中で水平方向に配列されていることを特徴とする装置。
28. ２８．請求項２２の装置において、前記電極は、前記融解された原料、並びに、 前記空気が充填された空間の中の空気によって消尽される犠牲電極であることを 特徴とする装置。
29. ２９．請求項１の装置において、当該装置は、前記融解ゾーンの最下方の部分か ら融解した金属を取り出すための金属排出タップを含むことを特徴とする装置。
30. ３０．その後生産的に使用したりあるいは比較的無害な状態で廃棄するために原 料を融解するための装置において、 （ａ）原料を融解するための融解ゾーンを形成する側壁が境界となる土壌の中に 形成された掘削領域と、 （ｂ）前記掘削領域の前記融解ゾーンを被覆する埋め戻し部分と、（ｃ）前記融 解ゾーンを実質的に包囲すると共に、少なくとも前記掘削領域の下部まで土壌の 中へ下方に伸長する収容壁と、（ｄ）前記掘削領域の上方に伸長するカバーであ って、該カバーと前記融解ゾーンとの間に空気が充填された空間を定めるカバー と、（ｅ）前記カバーを貫通し、前記融解ゾーンへ原料を導入することを可能に する原料入口手段と、 （ｆ）前記融解ゾーンに融解された原料のプールを維持するための複数の電極と 、 （ｇ）前記融解された原料のプールから融解された原料を引き出す手段と、を含 む前記装置。
31. ３１．請求項３０の装置において、前記掘削領域は岩石から掘削されることを特 徴とする装置。
32. ３２．請求項３０の装置において、前記埋め戻し材料が、自然の土壌、鉱石、玉 石／岩石、砂、粘土及び低級耐火物又は使用済みの耐火物材料、並びに、これら の混合物から成る群から選択されることを特徴とする装置。
33. ３３．請求項３０の装置において、前記収容壁には冷却手段が設けられ、該冷却 手段は、該収容壁に隣接する土壌の温度を前記側壁に隣接する土壌の温度よりも 低い温度に維持することを特徴とする装置。
34. ３４．請求項３０の装置において、前記原料入口手段は、前記原料の燃焼を助け る空気入口手段を含むことを特徴とする装置。
35. ３５．請求項３０の装置において、融解された原料を引き出す前記手段が堰を含 むことを特徴とする装置。
36. ３６．請求項３０の装置において、前記電極には、該電極を前記空気が充填され た空間の中の空気から遮蔽する保護スリーブが設けられることを特徴とする装置 。
37. ３７．請求項３０の装置において、前記原料の融解プールよりも大きな密度を有 する金属の融解プールが、前記原料の融解プールの下に形成されることを特徴と する装置。
38. ３８．請求項３７の装置において、酸素を含む気体を前記金属の融解プールの中 へ注入することにより、あるいは、酸素を含む気体を前記酸化物の融解プールの 中へ間接的に注入することにより、前記金属の融解プールの量を減少させること を特徴とする装置。
39. ３９．自然の土壌からアースメルタを構成して原料を廃棄する方法において、（ ａ）土壌又は岩石の領域を掘削して融解ゾーンを形成する工程と、（ｂ）前記掘 削された領域をカバーで覆う工程と、（ｃ）前記カバーを通して前記融解ゾーン の中へ廃棄物を供給する工程と、（ｄ）前記廃棄物を加熱して前記融解ゾーンの 中に融解された廃棄物の融解プールを形成する工程と、 （ｅ）前記融解ゾーンから融解された廃棄物を引き出す工程と、を含むことを特 徴とする方法。
40. ４０．請求項３９の方法において、比較的乱されていない自然の土壌又は岩石を 掘削する工種を更に含むことを特徴とする方法。
41. ４１．請求項３９の方法において、元々の供給源から離れている領域へ搬送され た土壌又は岩石を掘削する工程を更に含むことを特徴とする方法。
42. ４２．請求項３９の方法において、自然の土壌又は岩石よりも熱絶縁性及び耐食 性が改善された埋め戻し材料によって、前記融解ゾーンをライニングする工程を 更に含むことを特徴とする方法。
43. ４３．請求項３９の方法において、前記掘削領域を収容壁で包囲する工程を更に 含むことを特徴とする方法。
44. ４４．請求項４３の方法において、前記収容壁を冷却手段によって冷却する工程 を更に含むことを特徴とする方法。
45. ４５．請求項３９の方法において、廃棄物が前記融解ゾーンの中で燃焼するよう に、廃棄物を前記メルタに供給する工程を更に含むことを特徴とする方法。
46. ４６．請求項３９の方法において、前記廃棄物と共に炭化水素を導入し、これに より、前記廃棄物の予熱及び燃焼を助ける工程を更に含むことを特徴とする方法 。
47. ４７．請求項３９の方法において、前記掘削領域の中に埋め戻し材料を埋め戻す ことにより、前記掘削領域の腐食した部分を修復する工程を更に含むことを特徴 とする方法。
48. ４８．請求項４７の方法において、前記カバーを介して前記埋め戻し材料を埋め 戻す工程を更に含むことを特徴とする方法。