JPH10109077A

JPH10109077A - 溶融飛灰から重金属を回収する方法

Info

Publication number: JPH10109077A
Application number: JP26311296A
Authority: JP
Inventors: Keisuke Nakahara; 啓介中原; Tsuyoshi Nakao; 強仲尾; Masahiro Sudo; 雅弘須藤; Takuya Shinagawa; 拓也品川
Original assignee: NKK Corp; Nippon Kokan Ltd
Current assignee: JFE Engineering Corp
Priority date: 1996-10-03
Filing date: 1996-10-03
Publication date: 1998-04-28

Abstract

(57)【要約】【課題】飛灰を浸出処理して重金属が濃縮された残渣
を得る最初の段階で、ｐＨ７未満にすると、亜鉛の溶出
が起こるので、この濾液から亜鉛を回収する処理をしな
ければならない。また、上記の処理で得た残渣から亜鉛
を溶出させて回収する際に、塩酸を用いてｐＨ調整する
と、鉛の溶出が起こるので、亜鉛濃縮物の品位が低下す
る。【解決手段】溶融飛灰に水を加え、ｐＨ７〜１１のス
ラリーを調製し、このスラリーを固液分離して可溶性塩
類を含む溶液と重金属類が濃縮された残渣とに分け、こ
の残渣に水と硫酸を加えてｐＨ４〜６のスラリーを調製
し、このスラリーを固液分離して亜鉛を含む溶液と鉛を
含む残渣とに分け、この残渣を鉛の精錬原料として回収
する。そして、上記亜鉛を含む溶液にアルカリおよび硫
化剤を加えて亜鉛を沈澱させ、この沈澱物を分離して亜
鉛の精錬原料として回収する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ごみ焼却残渣を溶
融処理した際に捕集される飛灰（以下、溶融飛灰と言
う）から重金属を回収する方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】都市ごみや産業廃棄物などを焼却した際
に発生する焼却残渣の多くは埋め立て処分されている
が、埋立地の確保が困難になるにしたがって、その減容
化が要望されてきた。また、焼却残渣のうち、燃焼排ガ
スと共に飛散して集塵機で捕集されたもの（焼却飛灰）
は、鉛などの重金属を含んでおり、特別管理一般廃棄物
に指定されているので、その廃棄処分に際しては、重金
属を無害化する処理をしなければならない。このため、
焼却炉から直接取り出された焼却灰を減容化すると共
に、飛灰を無害化する必要が生じている。

【０００３】このような問題に対処し、焼却残渣の減容
化と重金属の不溶化・無害化を同時に行うことができる
技術として、焼却残渣を溶融する処理方法が開発されて
いる。この溶融処理においては、上記焼却飛灰、または
焼却炉から直接排出された残渣、または上記両者を混ぜ
て成分調整したものを溶融炉へ投入して溶融させ、この
溶融物を固化させる処理が行われ、重金属が安定な状態
になって無害化されると共に、処理物が減容化される。

【０００４】ところで、焼却残渣には、沸点が低い塩化
ナトリウム、塩化カリウムなどの塩類や亜鉛、鉛などの
重金属が含まれており、このような焼却残渣を溶融する
と、その溶融温度が非常に高いので、相対的に沸点が低
い重金属の多くは上記塩類と一緒に揮散し、排ガスと共
に飛散する。そして、これらの低沸点物は飛散中に凝縮
し、集塵処理された際に捕集される溶融飛灰の中に集め
られる。このため、溶融飛灰は焼却残渣中の低沸点物が
濃縮された状態になっており、その中には、亜鉛、鉛な
どの重金属や上記アルカリ塩類が多量に含まれている。

【０００５】このように、溶融飛灰中には多量の重金属
が含まれているので、この重金属を資源として回収する
方法（特開平８−１１７７２４号公報）が提案されてい
る。図４はその処理方法を示す図である。

【０００６】この方法においては、焼却炉や溶融炉から発生する飛灰に水を加えてスラリ
ーにし、鉱酸を添加してｐＨ３〜７に調整した後、固液
分離して重金属を含む残渣と可溶性塩類を含む濾液とに
分離する（第１工程）。

【０００７】第１工程で得た残渣をリパルプし、ｐＨ
を３よりも低く調整して亜鉛を主体とする重金属を溶出
させ、固液分離して鉛を主体とする残渣と濾液に分離す
る（第２工程）。この処理で得られた残渣は鉛の製錬原
料として回収される。

【０００８】第１工程で得られた濾液と第２工程で得
られた濾液を混合し、これに中和剤を添加して亜鉛を主
体とする重金属の水酸化物を沈澱させるとともに、さら
に必要に応じて硫化剤を添加して重金属の硫化物を沈澱
させ、これらの沈澱物を濾別して亜鉛を主体とする残渣
を得る（第３工程）。この処理で得られた残渣は亜鉛の
製錬原料として回収される。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記の従来方
法においては、焼却飛灰や溶融飛灰を浸出処理する最初
の段階（第１工程）で、鉱酸を添加してｐＨ３〜７に調
整した後、固液分離するが、その浸出処理条件が適切で
はないので、以後の処理工程において、種々の不都合が
生ずる。さらに、ｐＨ調整のために添加する鉱酸の種類
が特定されておらず、適切な酸類を使用しないことによ
る問題も起こる。

【００１０】すなわち、亜鉛や鉛などの重金属を回収し
ようとする場合、酸を加えてｐＨが酸性領域になるよう
にすると、重金属が可溶性になり、その溶出が起こる。
このため、飛灰中の亜鉛や鉛が可溶性塩類を含む濾液と
残渣の双方に分配される。特に、ｐＨを６付近よりも小
さい範囲にすると、極めて多量の重金属が溶出する。こ
のようにして、重金属の溶出が起こるので、第３工程に
おいては、第１工程の濾液と第２工程濾液を混合し、そ
の双方の濾液に含まれる重金属（亜鉛）を回収する処理
を行わなければならない。この結果、亜鉛を回収する際
の処理液量が非常に増加してしまう。

【００１１】ところで、焼却飛灰や溶融飛灰を浸出処理
して重金属を回収する方法においては、飛灰やその浸出
残渣あるいは沈澱物よりなるスラリーを濾過する操作が
行われるが、飛灰や沈澱物は微細な粒子であるので、そ
の際の濾過速度は非常に小さい。このため、重金属回収
プロセスにおいては、その濾過を如何に効率よく実施す
ることができるか、否かによって、プロセス全体の処理
効率が左右される。従って、第３工程における処理液量
が増加すると、濾過操作の負荷が非常に大きくなり、こ
れが重金属回収プロセス全体の処理効率を低下させてい
る。

【００１２】また、亜鉛や鉛などの重金属を回収しよう
とする場合、酸を加えてｐＨが酸性領域になるようにす
ると、重金属が可溶性になり、その溶出が起こる。この
際、硫酸を加えてｐＨ調整した場合には、亜鉛は溶出す
るが、鉛の溶出は微量にとどまる。しかし、塩酸を添加
した場合には、亜鉛と鉛の双方が溶出するようになる。
このため、飛灰中の亜鉛や鉛が可溶性塩類を含む濾液と
残渣の双方に分配される。特に、ｐＨを６付近よりも小
さい範囲にすると、極めて多量の亜鉛や鉛が溶出する。
このようにして、第１工程で分離された亜鉛を含む濾液
中に多量の鉛が混入してしまうので、この濾液を沈澱処
理して得た亜鉛濃縮物の品位が低下する。

【００１３】本発明は、上記従来技術の問題点を解消
し、濾過操作の負荷を軽減させることができると共に、
亜鉛濃縮物の品位低下が起こらない、溶融飛灰から重金
属を回収する方法を提供することを目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、請求項１の発明に係る方法は、ごみ焼却残渣を溶
融処理した際に捕集される飛灰に水を加え、必要に応じ
てアルカリを加えて、ｐＨ７〜１１のスラリーを調製
し、このスラリーを固液分離して可溶性塩類を含む溶液
と重金属が濃縮された残渣とに分け、この重金属が濃縮
された残渣に水を加え、さらに硫酸を加えてｐＨ４〜６
のスラリーを調製し、このスラリーを固液分離して亜鉛
を主体とする重金属を含む溶液と鉛を主体とする重金属
を含む残渣とに分けることを特徴としている。

【００１５】また、請求項２の発明に係る方法は、請求
項１の方法において、亜鉛を主体とする重金属を含む溶
液にアルカリおよび硫化剤を加えて亜鉛を主体とする重
金属を沈澱させ、この沈澱物を分離することを特徴とし
ている。

【００１６】表１は、ごみ焼却炉で発生した焼却残渣を
電気抵抗式溶融炉で溶融した際に、集塵機で捕集された
溶融飛灰の分析値の一例である。この表のように、溶融
飛灰はその大部分がＮａ，Ｋ，Ｃｌ，Ｐｂ，Ｚｎによっ
て占められており、Ｓｉ，Ａｌ，Ｆｅ，Ｃａなどの成分
および他の重金属類（以下、他の灰分成分と言う）はご
く僅かしか含まれていない。このように、溶融飛灰の成
分は、Ｎａ，Ｋ，Ｃｌで表されているアルカリ金属の塩
化物と、Ｚｎ，Ｐｂよりなる重金属の酸化物と、他の灰
分成分とに分類される構成になっている。

【００１７】溶融飛灰を水や溶液で浸出して上記重金属
を製錬原料として回収しようとする場合、上記のよう
に、他の灰分成分はその含有率が非常に少ないので、必
ずしも、分離・除去しなければならないものではない。
そこで、本発明においては、まず、可溶性塩類であるア
ルカリ金属の塩化物を溶出させて除去して、亜鉛および
鉛を主体とする重金属を含む残渣を取り出す処理を行
い、次いで、この残渣を亜鉛分と鉛分とに分別する処理
を行う。

【００１８】そして、溶融飛灰を浸出処理して可溶性塩
類を除去する際には、ｐＨ値を適切な範囲に調整するこ
とによって、重金属の溶出を抑え、分離・除去される可
溶性塩類溶液中の重金属濃度を、その回収をする価値が
ない程度の低濃度に留めるようにする。

【００１９】図２および図３は、表１の分析に供したも
のと同じ溶融飛灰の溶出試験結果に基づいて作成したも
のであり、図２は亜鉛の溶出特性を示し、図３は鉛の溶
出特性を示す。図２および図３において、★はｐＨ調整
をしなかった場合（溶媒：精製水、溶出液のｐＨ６．
２）の値であり、実線は塩酸を添加してｐＨ調整した場
合の溶出濃度の変化、点線は硫酸を添加してｐＨ調整し
た場合の溶出濃度の変化を示す。

【００２０】図２によれば、ｐＨ値を６．２付近よりも
低くすると、亜鉛の溶出量は急激に増大する。また、図
３によれば、酸の種類によって、鉛の溶出濃度は異なる
が、ｐＨ値が６．２よりも低くなると（塩酸添加の場
合）、鉛の溶出濃度は急激に上昇する。

【００２１】このため、本発明においては、可溶性塩類
を溶出・除去する処理を行う際のｐＨ値を７以上にし、
亜鉛および鉛の溶出濃度が極めて低い値になるようにす
る。

【００２２】ところで、溶融飛灰中に含まれている亜鉛
や鉛の形態は、溶融処理された際の条件によって異な
り、電気抵抗式溶融炉のような還元雰囲気で溶融した場
合の溶融飛灰中の亜鉛や鉛は殆どが酸化物の形態になっ
ているが、酸化雰囲気で溶融処理した場合の溶融飛灰に
は、酸化物の形態のものの外に可溶性の塩化物などが含
まれている。このため、亜鉛および鉛の一部が塩化物の
形態で含まれている溶融飛灰を浸出処理した際の溶出特
性は、図２および図３の結果とは若干異なる。

【００２３】しかし、ｐＨ値を７以上にすれば、亜鉛や
鉛が塩化物の形態で含まれていても、それらの濃度は非
常に低い値に抑えられる。すなわち、ｐＨ７における亜
鉛の溶出濃度は５０mg/l程度、鉛の溶出濃度は５mg/l程
度であり、その溶出量は極めて少ないので、溶融飛灰中
の亜鉛や鉛の殆どは浸出残渣に残留する。このため、溶
融飛灰を浸出処理した溶液は排水処理がなされた後に放
流可能な状態になる。

【００２４】なお、亜鉛および鉛は両性金属であり、ｐ
Ｈ値を１２以上にすると、水酸化錯体となって溶解して
しまうので、溶融飛灰を浸出処理する際のｐＨの上限は
１１程度にすべきである。

【００２５】また、本発明において、可溶性塩類が除去
された残渣中の亜鉛を溶出させて亜鉛含有溶液と鉛含有
残渣とに分別する処理を行う際には、ｐＨを４〜６の範
囲に調整すると共に、その際に添加する酸の種類を特定
している。図３に示すように、酸の種類によって、鉛の
溶出濃度が著しく異なる。すなわち、硫酸を添加した場
合には、鉛はＰｂＳＯ₄の形態で存在するので、ｐＨを
１．０まで下げても、鉛の溶出濃度は非常に低い範囲に
抑えられ、ほぼ一定の値（分析値は２０〜３０mg/l）に
なっているのに対し、塩酸を添加した場合には、ｐＨ値
が６．２よりも低くなると、鉛の溶出濃度は急激に上昇
する。

【００２６】このように、残渣中の亜鉛を溶出させ、亜
鉛分と鉛分を分別しようとする場合、塩酸を加えてｐＨ
調整すると、多量の鉛が溶出して亜鉛を含む溶液中に混
入し、その溶液から得た亜鉛濃縮物のＺｎ含有率が低下
するので、本発明においては、ｐＨ調整用の酸として
は、硫酸を使用する。

【００２７】上述のように、浸出処理によって、溶融飛
灰中の亜鉛および鉛を効率よく回収しようとする場合に
は、各浸出段階におけるｐＨ値を適切な範囲に調整する
必要があり、また、酸を添加してｐＨ調整を行う際に
は、硫酸を使用する必要がある。

【００２８】なお、本発明においては、可溶性塩類を除
去した残渣から亜鉛を溶出させて分離する処理を行う際
のｐＨ値が４〜６の範囲に限定されているが、このｐＨ
値の範囲は次のようにして決められた。図２に示すよう
に、ｐＨ値を６よりも低い範囲にすれば、亜鉛の殆どが
溶出する。このため、ｐＨ値を必要以上に下げても、酸
の消費量が増加し、さらに、後の亜鉛回収工程においけ
る中和剤の使用量が増加するだけであるので、ｐＨ調整
値は亜鉛の溶出操作に支障を生じない範囲に止めるべき
である。そこで、本発明においては、上記処理における
ｐＨ値の下限を４程度としている。

【００２９】

【発明の実施の形態】図１は本発明の処理方法を示す図
である。本発明は、溶融飛灰を浸出処理して可溶性塩類
を溶出・除去し、亜鉛および鉛を主とする重金属が濃縮
された残渣を得る工程、この残渣を浸出処理して残渣中
の亜鉛を溶出させ、鉛を主とする残渣（鉛濃縮物）を得
る工程、上記の亜鉛を溶出させた溶液から亜鉛の沈澱物
（亜鉛濃縮物）を得る工程よりなる。

【００３０】溶融飛灰を浸出処理する工程においては、
まず、溶融飛灰に水を加えてスラリーにし、さらに必要
に応じて苛性ソーダなどのアルカリを添加してｐＨを７
〜１１に調整した後、所定時間攪拌し、溶融飛灰中の可
溶性塩類を溶出させる。そして、このスラリーを固液分
離して、可溶性塩類の溶液を分離し、亜鉛および鉛を主
とする重金属が濃縮された残渣を得る。

【００３１】なお、分離された溶液は、排水処理された
後、放流されるか、または塩類を回収する工程へ送られ
る。分離された溶液に含まれている塩類は、その大部分
がＮａＣｌとＫＣｌであるので、回収工程において、蒸
発乾固等の処理が行われて粉末化される。この粉末は工
業塩として供給することができる。また、上記重金属が
濃縮された残渣は、鉛分と亜鉛分に分別することなく、
鉛・亜鉛同時製錬用の原料として供給することもでき
る。

【００３２】次いで、重金属が濃縮された残渣を浸出処
理する工程においては、この残渣に水を加えてスラリー
にし、硫酸を加えてｐＨ４〜６に調整した後、所定時間
攪拌し、残渣中の亜鉛を溶出させる。そして、このスラ
リーを固液分離して、亜鉛を含む溶液を分離し、鉛を主
とする重金属を含む残渣を得る。この残渣は鉛濃縮物と
して回収され、製錬原料に供される。

【００３３】そして、亜鉛を溶出させた溶液から亜鉛濃
縮物を得る工程においては、この溶液にアルカリおよび
硫化剤を添加して亜鉛を硫化物として沈澱させ、この沈
澱物を分離し、亜鉛を主とする重金属を含む残渣を得
る。この残渣は亜鉛濃縮物として回収され、製錬原料に
供される。

【００３４】

【実施例】図１に示す処理方法の順序に従って、溶融飛
灰中の亜鉛および鉛を回収する試験を実施した。

【００３５】ごみ焼却残渣を電気抵抗式溶融炉で溶融し
た際に捕集された溶融飛灰（分析値は表１に示す）１０
ｋｇに水１００リットルを加えてスラリーにし、このス
ラリーに苛性ソーダを添加してｐＨ９に調整すると共
に、３０分間攪拌して溶融飛灰中の可溶性塩類を溶出さ
せた。そして、このスラリーをフィルタープレスで濾過
し、残渣Ａ₁と溶液Ｂ₁に分けた。得られた残渣Ａ₁は
７．４ｋｇで、その含水率は３９％であった。また、溶
液Ｂ₁は１０２ｋｇであった。上記残渣の分析値は表２
に、溶液の分析値は表３示す。なお、残渣の分析値は乾
ベースにて示す。残渣Ａ₁（亜鉛・鉛濃縮物）は、Ｐｂ
を約２３％、Ｚｎを約４８％含有しており、鉛・亜鉛同
時製錬用の原料として供給しうるものであった。そし
て、溶液Ｂ₁はＺｎの含有量も非常に少なく、また、有
害金属であるＰｂの濃度も排水基準値以下であるので、
酸を加えてｐＨ７付近に調整すれば、放流可能のもので
あった。

【００３６】次に、上記残渣Ａ₁に水２９リットルを加
えてスラリーにし、これに２０％硫酸を添加してｐＨ５
に調整した。このｐＨ調整時には、２０％硫酸を約１
６．２ｋｇ添加した。このスラリーを３０分間攪拌した
後、濾過し、残渣Ａ₂４．５ｋｇ（鉛濃縮物）と溶液Ｂ
₂４８．１ｋｇを得た。残渣Ａ₂の含水率は４６％であ
った。残渣Ａ₂は、表２のように、Ｐｂ約４４％、Ｚｎ
約８％を含有し、鉛の製錬原料として供給しうるもので
あった。溶液Ｂ₂には、表３のように、Ｚｎ４％と、Ｐ
ｂ３０mg/lが含まれていた。

【００３７】そして、溶液Ｂ₂に２０％の水硫化ソーダ
１２．３ｋｇと苛性ソーダを加えてｐＨ９に調整すると
共に、３０分間攪拌した後、濾過し、残渣Ａ₃（亜鉛濃
縮物）６．１ｋｇと溶液Ｂ₃５６．６ｋｇを得た。残渣
Ａ₃の含水率は４６％であった。残渣Ａ₃は、表２のよ
うに、Ｚｎ含有率が約６２％、Ｐｂ含有率が０．１％未
満のものであり、亜鉛の製錬原料として供給しうるもの
であった。

【００３８】溶液Ｂ₃は、表３に示すように、有害金属
濃度が排水基準値以下であり、酸を加えてｐＨ７付近に
調整すれば、放流可能のものであった。

【００３９】残渣Ａ₂、残渣Ａ₃の分析値と溶融飛灰の
分析値から求めた重金属の回収率は、Ｚｎが９６％、Ｐ
ｂがほぼ１００％で、極めて良好な値であった。

【００４０】

【表１】

【００４１】

【表２】

【００４２】

【表３】

【００４３】

【発明の効果】本発明においては、亜鉛および鉛を回収
するために、溶融飛灰を浸出処理して可溶性塩類を除去
するに際し、ｐＨ値を適切な範囲に調整するので、亜鉛
の溶出が起こらず、亜鉛の殆どは残渣中に残留する。こ
のため、溶融飛灰を浸出処理した際に分離された溶液か
ら亜鉛を回収する処理を行う必要がないので、後の亜鉛
回収工程における処理液量が減少し、濾過操作の負荷が
軽減される。

【００４４】また、本発明においては、ｐＨ調整用の酸
として硫酸を使用するので、鉛の溶出が起こらず、亜鉛
回収工程で得られる亜鉛濃縮物の品位低下が起こらな
い。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の処理方法を示す図である。

【図２】溶融飛灰中の亜鉛の溶出特性を示す図である。

【図３】溶融飛灰中の鉛の溶出特性を示す図である。

【図４】従来技術の処理方法を示す図である。

フロントページの続き (72)発明者品川拓也東京都千代田区丸の内一丁目１番２号日本鋼管株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ごみ焼却残渣を溶融処理した際に捕集さ
れた飛灰に水を加え、必要に応じてアルカリを加えてｐ
Ｈ７〜１１のスラリーを調製した後、このスラリーを固
液分離し、可溶性塩類が溶出した溶液と重金属が濃縮さ
れた残渣とに分け、この重金属が濃縮された残渣に水を
加え、さらに硫酸を加えてｐＨ４〜６のスラリーを調製
し、このスラリーを固液分離して亜鉛を主体とする重金
属を含む溶液と鉛を主体とする重金属を含む残渣とに分
けることを特徴とする溶融飛灰から重金属を回収する方
法。
【請求項２】亜鉛を主体とする重金属を含む溶液にア
ルカリおよび硫化剤を加えて亜鉛を主体とする重金属を
沈澱させ、この沈澱物を分離することを特徴とする請求
項１に記載の溶融飛灰から重金属を回収する方法。