JPH09292109A

JPH09292109A - 飛灰溶融炉の前処理装置

Info

Publication number: JPH09292109A
Application number: JP13075096A
Authority: JP
Inventors: Yoshiaki Shimizu; 由章清水; Tomio Suzuki; 富雄鈴木; Takahiro Kuno; 貴洋久野; Yasuo Azuma; 康夫東; Shigeyoshi Tagashira; 成能田頭
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 1996-04-26
Filing date: 1996-04-26
Publication date: 1997-11-11

Abstract

(57)【要約】【課題】飛灰溶融炉から得られるスラグ中の重金属濃
度を低減する技術、具体的には、溶融工程中における飛
灰造粒物内の還元雰囲気をより強力なものとし、重金属
の揮散を促進させることができるような前処理装置を提
供する。【解決手段】焼却施設より発生した飛灰を溶融する設
備の前工程に設けられた、飛灰と水を混練する混練機
（４）と、混練した飛灰を造粒する造粒機（６）と、造
粒した飛灰を硬化させる養生機（７）とを主たる構成機
器とする前処理装置において、飛灰に炭素源又は炭化水
素源を添加する装置を前記混練機（４）に設けた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、都市ゴミや産業廃
棄物、さらには下水処理汚泥等の廃棄物の焼却炉から排
出される排ガスに同伴する飛灰の無害化，減容化を目的
とする飛灰溶融設備の前処理装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】この種の前処理装置については、特開平
７−２０８７１９号公報に開示の技術が知られている。
即ち、この先行技術に係る前処理装置の要旨は、図３に
示すように、飛灰と水を混練する混練機１３と、混練し
た飛灰を造粒する造粒機１４と、造粒した飛灰を硬化さ
せる通気養生装置１５を主要機器として構成される点に
ある。１２は、灰ホッパー，１６は造粒物供給装置であ
る。そして、この前処理装置によれば、得られた造粒物
を後続の飛灰溶融炉で処理した場合、その飛灰溶融炉か
らの飛散灰量を少なくできると共に、スラグ化率を大幅
に向上させることができる旨、開示されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記の飛灰
溶融炉で得られたスラグについては、その物性から各種
の建設基礎資材等としての有効利用が可能とされてお
り、本発明者等も、従前よりそのスラグを粗砕原料とし
た路盤材，コンクリート製品等について、種々の試作実
験を行ってきた。しかし、この過程で、粗砕原料たるス
ラグの物性として、物理構造的には問題はないが、化学
構造的な面で問題のあることが分かってきた。即ち、ス
ラグには飛灰に由来する重金属が含まれているが、この
重金属が微量ながら溶出し、その溶出濃度がいわゆる土
壌環境基準値を上回っていることがあり、このようなス
ラグを粗砕原料として大量に使用し続けると、土壌を汚
染し、新たな公害を引き起こすおそれがあることが分か
ってきた。そこで、飛灰溶融炉から得られるスラグが化
学構造的な面でも問題のない安全なものとし、粗砕原料
等への有効利用を不安なく一層促進することができるよ
うな技術の開発が要望されている。具体的には、先行例
に係る前処理装置が飛灰溶融炉でのスラグ化率の向上に
は寄与しているものの、飛灰溶融炉から得られるスラグ
中の重金属濃度の低減化の点では何ら改善されている訳
ではない。そこで、スラグ中の重金属濃度を低減化でき
る技術の開発が要望されている。

【０００４】本発明者等は、まず、飛灰に含まれる重金
属は一般に酸化物の形態をしていること、また飛灰中に
は塩素が含まれていることに着目した。そして、溶融工
程中における造粒物内の雰囲気として、還元雰囲気が形
成され進行するような状態が確保できれば、その造粒物
内で、蒸発しやすい性質の金属塩化物の生成を助長し、
その分、重金属の蒸発が促進され回収スラグからの重金
属溶出濃度を土壌環境基準値以下に確実に抑えることが
できるはずとの考えに立って、そのような還元雰囲気を
形成し進行させることができる有効な手段を確立すべく
鋭意検討を続けてきたが、一定の成果を見るに至ったの
で、ここに開示するものである。即ち、本発明は、飛灰
溶融炉から得られるスラグ中の重金属濃度を低減する技
術、具体的には、上記のように溶融工程中における造粒
物内の還元雰囲気をより強力なものとし、重金属の還元
蒸発（以下「揮散」という）を促進させることができる
ような前処理装置を提供することを目的としたものであ
る。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成し得た本
発明は、焼却施設より発生した飛灰を溶融する設備の前
工程に設けられた、飛灰と水を混練する混練機と、混練
した飛灰を造粒する造粒機と、造粒した飛灰を硬化させ
る養生機とを主たる構成機器とする前処理装置におい
て、飛灰に炭素源又は炭化水素源を添加する装置を前記
混練機に設けたことを特徴としたものである。

【０００６】即ち、本発明は、飛灰に予め炭素源又は炭
化水素を添加して混練・造粒して得られた造粒物を加熱
した場合、造粒物内に強力な還元雰囲気を形成させるこ
とができ、重金属の揮散の進行度を高め、造粒物を加熱
溶融した後のスラグ中の重金属濃度を低減させることが
できる事実を確認した上でなされたものであり、以下そ
の物理化学的作用の原理を図２に基づき具体的に説明す
る。

【０００７】図２は、本発明により重金属の揮散が促進
される原理を模式的に示したものである。ごみ、下水汚
泥や塩素系の産業廃棄物等に含まれる各種の重金属は、
一般に酸化物の形態をしており、また、その産業廃棄物
の飛灰中には塩素が含まれている。従って、その飛灰に
炭素源等を添加した混合物には、重金属の酸化物（図で
は例としてＰｂＯを示している），塩素，炭素及び大気
中に存在する酸素が混在することとなる。この混合物を
造粒して得られた造粒物Ｂを加熱すると、まず第一に炭
素の酸化反応（図では矢印の動き）が進行する。この
とき、造粒物Ｂ内は外部から隔離された環境にあるた
め、外部から造粒物Ｂ内への酸素の拡散速度は非常に遅
い。従って、造粒物Ｂの加熱が続行するにつれて、前記
の炭素の酸化反応の進行により、造粒物Ｂ内の酸素濃度
が著しく低下し、強力な還元雰囲気となるため、重金属
酸化物の還元反応（図では矢印の動き）が生じる。反
応式で言えば、２Ｐｂ＋Ｃ→２Ｐｂ＋ＣＯ₂である。

【０００８】この重金属酸化物の還元反応の進行によ
り、還元された重金属は周囲の塩素と反応し（図中矢印
の動き）、重金属塩化物を生成する（図中矢印の動
き）。反応式で言えば、Ｐｂ＋２Ｃｌ→ＰｂＣｌ₂であ
る。この重金属塩化物は、表１に例示するように、重金
属単体と比較して蒸気圧がはるかに高く、非常に揮散し
やすい性質をもっている。

【０００９】

【表１】

【００１０】従って、図３に示した従来の前処理装置で
得られた造粒物を加熱溶融処理する過程で生じる重金属
の揮散の程度に比べて、本発明に係る前処理装置で得ら
れる造粒物Ｂを加熱溶融処理する過程で生じる重金属の
揮散は一層促進されることになるため、造粒物Ｂを加熱
溶融した後のスラグ中の重金属濃度を大きく低減するこ
とができる。この結果、スラグからの重金属溶出濃度を
土壌環境基準値以下に抑えることが可能となるのであ
る。

【００１１】本発明で、飛灰に添加すべき炭素源又は炭
化水素源としては、原料コスト及びハンドリングの容易
性等の点からすると、微粉炭の使用が好ましいが、これ
以外にも例えば活性炭，木くず等が使用可能である。さ
らに、活性炭の場合について言えば、原料製品としての
活性炭に限られず、その吸着特性が一定の処理のために
有効に活用された後の、つまりその吸着処理設備から排
出された、いわば使用済みの活性炭を使用することも可
能である。

【００１２】例えば、焼却炉排ガスに活性炭を吹き込ん
だ後、両者をバグフィルターに導入し、排ガス中のダイ
オキシンや重金属等の吸着除去に供された後、バグフィ
ルターの底部から排出される活性炭を含むバグフィルタ
ー排出灰も、炭素源として使用可能である。特にバグフ
ィルター灰を炭素源して利用するときは、従来、バグフ
ィルター灰の個別処理に要していた施設や費用を省略す
ることができ、一石二鳥の利益が得られる。また、「飛
灰に炭素源等を添加する装置を混練機に設ける」とは、
直接間接を問わず、結果的に混練機内で飛灰と炭素源と
が一緒になるように供給形態を実現できる装置であれ
ば、すべて採用可能であることを意味する。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づき説明する。図１は、本発明に係る飛灰溶融炉の
前処理装置を示す概略説明図である。

【００１４】図１において、前処理装置は、溶融炉Ｍの
前工程として設けられ、焼却灰サイロ１，微粉炭サイロ
２，混練機４，造粒機６及び養生機７を主たる機器とし
て構成されている。３，５は共にコンベヤであり、８は
スクリュウーフィーダである。各種の焼却施設より発生
した飛灰は、一旦、飛灰サイロ１に貯留される。この飛
灰サイロ１には、微粉炭サイロ２が並設され、微粉炭が
貯留される。これらの各サイロ１，２から定量的に切り
出された飛灰と微粉炭は、そのままコンベヤ３によって
混練機４のホッパー４ａに投入される。ホッパー４ａに
投入された飛灰と微粉炭は、別途配管９からホッパー４
ａに供給される少量の水と一緒にホッパーシュート４ｂ
から混練部へ送られる。

【００１５】混練部は、バレル４ｃ内に複数のパドル４
ｄが付いた回転軸４ｅを配置して構成されており、シュ
ート４ｂからバレル４ｃ内に供給された飛灰，微粉炭及
び水は、パドル４ｄの回転により均一に混合され且つ練
られながら前方に送られ、バレルシュート４ｆから排出
される。バレルシュート４ｆから排出された被混練物
は、コンベヤ５によって造粒機６まで搬送され、投入さ
れる。造粒機６は、回転軸６ａを中心としてその上部で
縁付き円板（以下パンという）６ｂが傾斜した状態で回
転するように構成されている。このため、パン６ｂの上
部に投入された前記被混練物は、下部に転がり落ちるま
でに、別途配管１０から供給される少量の水の助けを得
ながら、パン６ｂ上を、いわば小さな雪玉が転がること
によって大きく成長するのと同じ原理でほぼ球状に形成
され、造粒物となる。造粒機６で得られた造粒物は、養
生機７で搬送される間に硬化され強度を付与された後、
スクリュウーフィーダ８のホッパー８ａに投入される。
ホッパー８ａ内に投入された造粒物は、シュート８ｃか
ら溶融炉Ｍ内へ定量投入され、加熱溶融処理に供され
る。

【００１６】シュート８ｃから溶融炉Ｍ内へ定量投入さ
れるときの造粒物の性状は、上述したように重金属の酸
化物，塩素，炭素及び酸素が混在した状態にある。従っ
て、このような造粒物が溶融炉Ｍ内で加熱溶融される
と、まず第一に炭素の酸化反応が進行するが、このと
き、造粒物内は外部から隔離された環境にあるため、外
部から造粒物内への酸素の拡散速度は非常に遅い。従っ
て、造粒物の加熱溶融が続行するにつれて、前記の炭素
の酸化反応の進行により、造粒物内の酸素濃度が著しく
低下し、強力な還元雰囲気となるため、重金属酸化物の
還元反応が生じる。

【００１７】この重金属酸化物の還元反応の進行によ
り、還元された重金属は周囲の塩素と反応し、重金属塩
化物を生成するが、この重金属塩化物は、重金属単体等
の他の形態と比較して蒸気圧がはるかに高く、非常に揮
散しやすい性質をもっている。従って、図３に示した従
来の前処理装置で得られた造粒物を加熱溶融処理する過
程で生じる重金属の揮散の程度に比べて、本実施形態に
係る前処理装置で得られる造粒物を加熱溶融処理する過
程で生じる重金属の揮散は一層促進されることになるた
め、加熱溶融処理後のスラグ中の重金属濃度を大きく低
減することができる。この結果、スラグからの重金属溶
出濃度を土壌環境基準値以下に抑えることが可能となる
のである。

【００１８】

【実施例】上記の実施形態に係る前処理装置を使用し、
混練機４に飛灰と微粉炭の両者を投入して得られた造粒
物を溶融した後のスラグ（本発明例）と、混練機４に焼
却灰のみを投入して得られた造粒物を溶融した後のスラ
グ（従来例）と、前処理装置を使用せずに焼却灰を直接
溶融炉に投入して得られたスラグ（比較例）のそれぞれ
について、スラグ化率とスラグからのＰｂ溶出濃度を調
べた。その結果を示したものが表２である。

【００１９】

【表２】

【００２０】表２から明らかなように、飛灰を直接溶融
した場合は、飛灰中の微細な粒子が溶融炉排ガスに同伴
して持ち運ばれるため、その分、溶融量が減り、スラグ
化率が低くなっていることが分かる。また、Ｐｂ溶出濃
度は０．０３（ｍｇ／ｌ）で、Ｐｂの土壌環境基準溶出
濃度（０．０１ｍｇ／ｌ以下）を大きく上回っており、
安全性に欠け、有効利用には適さないスラグであること
が明白である。また、従来例の場合は、造粒効果によっ
て確かにスラグ化率は向上しているが、Ｐｂ溶出濃度は
０．０３（ｍｇ／ｌ）で、比較例と同様、土壌環境基準
値を上回っているため、やはり、安全性に欠け、二次公
害を引き起こすおそれがあって、大量に有効利用する上
では非常に問題がある。一方、本発明例によるスラグの
場合、そのスラグ化率が高いことはもちろん、スラグか
らのＰｂ溶出の痕跡は見られなかった。従って、本実施
形態に係る前処理装置で得られた造粒物を溶融処理した
後のスラグを建設骨材等の粗砕原料として大量に使用し
ても、重金属溶出による土壌汚染という二次公害を引き
起こす心配はない。

【００２１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明は、焼却施
設より発生した飛灰を溶融する設備の前工程に設けられ
た、飛灰と水を混練する混練機と、混練した飛灰を造粒
する造粒機と、造粒した飛灰を硬化させる養生機とを主
たる構成機器とする前処理装置において、飛灰に炭素源
又は炭化水素源を添加する装置を前記混練機に設けたも
のである。従って、このような前処理装置における一連
の機器を経た後の造粒物を溶融設備での溶融処理に付し
た場合、造粒物内で強力な還元雰囲気が形成される。こ
の結果、重金属の還元蒸発を促進させ、溶融処理後のス
ラグ中の重金属濃度を大きく低減させることができる。
従って、建設資材等の粗砕原料として物理構造的にも化
学構造的にも安定したスラグの製造を可能とし得る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る飛灰溶融炉の前処理装置を示す概
略説明図である。

【図２】前処理装置で得られた造粒物が加熱溶融される
ときの造粒物内における重金属の揮散が促進される原理
を説明するための模式図である。

【図３】従来の前処理装置を示す概略説明図である。

【符号の説明】

１飛灰サイロ２微粉炭サイロ３，５コンベヤ４混練機６造粒機７養生機８スクリュウーフィーダＭ溶融炉

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者東康夫兵庫県神戸市西区高塚台１丁目５番５号株式会社神戸製鋼所神戸総合技術研究所内 (72)発明者田頭成能兵庫県神戸市西区高塚台１丁目５番５号株式会社神戸製鋼所神戸総合技術研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】焼却施設より発生した飛灰を溶融する設
備の前工程に設けられた、飛灰と水を混練する混練機
（４）と、混練した飛灰を造粒する造粒機（６）と、造
粒した飛灰を硬化させる養生機（７）とを主たる構成機
器とする前処理装置において、飛灰に炭素源又は炭化水
素源を添加する装置を前記混練機（４）に設けたことを
特徴とする飛灰溶融炉の前処理装置。