JPH10113647A - ゴミ焼却灰からの有価金属の回収方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】都市ゴミ溶融処理物から有価金属を効率よく回
収する方法を提供する。 【解決手段】ゴミ焼却灰を加熱溶融する際に、溶融金属
に含まれる鉄分のスラグ化には不足するがケイ素を酸化
してスラグ化するのに十分な量の空気を溶融物の金属層
に導入して加熱溶融し、溶融物を粉砕後、磁選により鉄
分を分離回収する一方、磁選残留物を重力分離してスラ
グ分から金属分を回収する。或いは、鉄分の酸化を促す
のに十分な量の空気を導入して金属層中の鉄をスラグ化
し、溶融粉砕物を磁選工程を経ずに重力分離して金属分
を回収する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、都市ゴミの焼却灰
に含まれる銅などの有価金属を鉄と分離して効率よく回
収する方法に関する。

【０００２】

【従来技術とその課題】都市から排出されるゴミの量は
増加の一途を辿っており、ゴミ処理問題が深刻化してい
る。従来、ゴミは焼却後、埋立て処理されていたが、ゴ
ミの量が急増して埋立て地の確保が難しいことや、２次
公害の防止および資源の再利用などを図る必要から、ゴ
ミの焼却灰についても、これを溶融して減容化する処理
方法が実施され始めている。その一例として、ゴミを分
別後、粉砕して、磁性物とアルミ類、不燃物と可燃物に
分離し、鉄屑などの磁性物やアルミ類は資源として回収
すると共に可燃物は焼却炉で燃焼処理し、焼却灰は溶融
炉に送り、焼却炉で生じた熱を給湯や暖冷房に利用する
一方この熱を利用して発電を行い、溶融炉の焼却灰をア
ーク放電、抵抗炉等、プラズマ炉などにより溶融処理す
ることにより無害化すると共に減容化するゴミ処理シス
テムが実用化されている。

【０００３】

【発明の解決課題】このような処理システムでは、都市
ゴミの焼却灰を１３００〜１６００℃で溶融処理するこ
とにより、焼却灰をスラグ化して容量が半減させてい
る。現在の処理システムでは、この溶融スラグを水砕し
て粒状化し、埋立て処理などにより最終的に処分してい
る。ところで、上記溶融スラグはその大部分がケイ酸ス
ラグであるが、５〜２０％程度の金属分を含んでいる。
現在の処理システムではスラグ中の金属分はケイ酸分と
一体に水砕され破棄処分されており、資源の有効利用を
図る観点からは上記金属成分を回収して再利用すること
が望まれる。

【０００４】上記溶融スラグの金属分は大半が鉄である
ことから、最近の処理施設では、溶融スラグを水砕し磁
選機で鉄分を回収しているが、鉄以外の銅などはスラグ
と共に廃棄されており、銅などの回収がなされていな
い。一般に溶融スラグには１５〜２５％程度の銅が含ま
れており、鉄と共に銅を効率良く分離回収することが求
められる。

【０００５】

【課題の解決手段】本発明は、都市ゴミ等の焼却灰溶融
スラグ処理における従来の上記問題を解決したものであ
って、上記溶融スラグ中の鉄と銅の合金化を極力抑制し
て鉄と銅を効率良く分離回収できるようにした回収方法
を提供することを目的とする。

【０００６】即ち、本発明によれば以下の回収方法が提
供される。 （１） ゴミ焼却灰を加熱溶融することによりスラグ化
し、次いで加熱して得た溶融物を粉砕し、この溶融粉砕
物から磁選により鉄分を分離除去する一方、残留した溶
融粉砕物を重力分離して非鉄金属分をスラグから回収す
ることを特徴とするゴミ焼却灰からの有価金属の回収方
法。

【０００７】本発明は、上記回収方法について、より具
体的な以下の方法を含む。 （２）ゴミ焼却灰を加熱溶融する際に、溶融金属に含ま
れる鉄分のスラグ化には不足するがケイ素を酸化してス
ラグ化するのに十分な量の空気を溶融物の金属層に導入
して加熱溶融する上記(1)に記載の回収方法。 （３） ゴミ焼却灰１００kgに対して、酸素量が０.２〜
１.０kgとなる量の空気を、溶融物の金属層中に吹き込
んで該溶融金属中の全ケイ素をスラグ化する上記(1)に
記載の回収方法。

【０００８】さらに本発明は、以下の回収方法を含む。 （４）ゴミ焼却灰を加熱溶融後、水または海水で水砕す
る、上記(1)〜(3)のいずれかに記載の回収方法。

【０００９】

【発明の実施形態】以下、図面を参照して本発明を詳細
に説明する。本発明は、ゴミ焼却灰を加熱溶融してスラ
グ化し、次いで、この加熱して得た溶融物を粉砕し、こ
の溶融粉砕物から磁選により鉄分を分離除去する一方、
残留した溶融粉砕物を重力分離して非鉄金属分をスラグ
から回収することを特徴とするゴミ焼却灰からの有価金
属の回収方法である。本発明の上記処理方法において
は、溶融粉砕物を磁選して鉄分を分離除去した後に更に
重力分離により、スラグ分と非鉄金属分を分離し、非鉄
金属分に含まれる銅などを回収する。

【００１０】さらに、本発明においては、上記溶融処理
の際に、鉄と銅を効率良く分離回収できるように、ゴミ
焼却灰を空気導入下で加熱溶融する。すなわち、本願の
第２発明は、ゴミ焼却灰を空気導入下で加熱溶融するこ
とにより、溶融金属に含まれる鉄分の酸化を抑制しつつ
ケイ素の酸化を促してスラグ化し、次いで加熱して得た
溶融物を粉砕し、この溶融粉砕物から磁選により鉄分を
分離回収する一方、残留した溶融粉砕物を重力分離して
非鉄金属分をスラグから回収することを特徴とするゴミ
焼却灰からの有価金属の回収方法である。

【００１１】本発明の方法において、上記ゴミ焼却灰は
清掃工場で発生する都市ゴミの焼却灰や、これらの集塵
灰に代表される一般ゴミを焼却して生じたものである。
焼却方法や焼却設備の種類は問わない。上記ゴミ焼却灰
を溶融炉に導入して加熱溶融する。溶融炉の種類および
溶融方法は限定されない。一例として縦電極型電気抵抗
炉による溶融処理の模式図を図１に示す。図示するよう
に、溶融炉内は、ゴミ焼却灰１０が溶融して生じた溶融
メタル層１１と溶融スラグ層１２が分離積層した状態に
なっており、これら溶融スラグ１２および溶融メタル１
１は炉底から各々抜き出される。電極１３は溶融スラグ
層１２に挿入されており、このスラグ層が導体となって
電気抵抗熱により上記焼却灰１０が加熱溶融される。ま
た、焼却灰１０は溶融スラグ層１２を覆うように供給さ
れ、これにより揮発物の量が抑制される。溶融スラグ１
２はケイ酸質を主体としたものである。一方、溶融メタ
ル層１１は底部の銅を含む比重の大きな金属分１１ａ
と、その上側の鉄が積層した部分１１ｂに分離してい
る。

【００１２】通常、図示するように、溶融炉内で鉄と銅
は比重差によって分離し、炉底に銅が溜まり、その上に
鉄が堆積した状態になっている。ところが、単純に焼却
灰を溶融してスラグ化したものは銅が鉄と合金を形成
し、磁選回収時に銅が鉄に取り込まれて除去されるので
銅の回収効率を高めることが難しい。この理由は、ゴミ
焼却灰の溶融スラグは焼却灰に含まれる炭素によってケ
イ酸の一部が還元される等の原因から微量の金属ケイ素
が混在しており、この金属ケイ素が存在すると溶融炉内
の銅が鉄に取り込まれて合金化するからである。本発明
者等はゴミ焼却灰の溶融スラグについて検討を進めた結
果、溶融炉内における鉄と銅の合金化とその原因を突き
止め、本願第２発明において、ゴミ焼却灰を空気導入下
で加熱溶融することにより金属ケイ素の生成を防止し、
鉄と銅の合金化を防止して効率良く鉄と銅とを分離回収
出来るようにし、銅の回収効率を高めた。

【００１３】すなわち、本願第２発明は、上記溶融処理
工程において、空気導入下でゴミ焼却灰を加熱溶融する
ことにより、溶融メタル層１１の鉄分の酸化を回避しつ
つ、ケイ素の酸化を促してスラグ化する。具体的には、
溶融メタル層１１の鉄分のスラグ化には不足するがケイ
素を酸化してスラグ化するのに十分な量の空気を溶融メ
タル層に導入して加熱溶融することにより、ケイ酸の還
元による金属ケイ素の発生を回避してスラグ化を図る。
一例として、供給する空気量は、ゴミ焼却灰１００kgに
対して概ね酸素量が０.２〜１.０kgとなる量の空気であ
る。空気は溶融メタル層１１の下層１１ａに供給するの
が好ましい。空気導入手段としては、例えば、炉底に空
気吹込管１４を設ければ良い。

【００１４】ケイ素は鉄よりも酸化し易いので、この空
気の導入により、溶融メタル層１１に含まれる金属質の
ケイ素が酸化され、二酸化ケイ素となってスラグ化し、
上側の溶融スラグ層１２に移行する。一方、鉄は一部は
酸化されるが大部分は酸化されず、金属分として溶融メ
タル層１１の上部に残る。なお、金属質ケイ素の含有量
に比べて鉄の含有量は格段に多いので、過剰量の空気に
よって多少の鉄が酸化されても、あまり大きな影響には
ならない。従って、未酸化の金属質ケイ素が残留しない
ように、ケイ素を酸化するのに必要な最小限の空気量よ
り過剰な量の空気を導入すれば良い。このように、本願
第２発明においては、空気量は鉄分の全てを酸化するに
は不足する量とし、鉄分をクッションに用いて、空気量
を厳密に制御しなくても良い操作上の利点を有してい
る。

【００１５】溶融処理後、上記溶融スラグ層および溶融
メタル層を各々抜き出し、あるいは一体に抜き出し、こ
れら高温の溶融物に水や海水を噴射し、あるいは溶融物
を水や海水に投入して水砕すれば良い。粉砕物の大きさ
は０.５〜３mm程度が適当である。既に述べたように、
溶融物はメタル層１１とスラグ層１２とに分離している
ので、溶融粉砕物は金属質のものとスラグ質のものとに
粉砕される。この溶融粉砕物を磁選工程に送り、金属質
のうち鉄を主体とするもの磁選によって分離回収する。

【００１６】一方、磁選により残留した溶融粉砕物を重
力分離して主に銅を含む非鉄金属分をスラグから分離回
収する。重力分離手段としては一般に利用されているサ
イクロン、テーブル風力分級等を適用することができ
る。重力を利用した他の分級方法でもかまわない。溶融
粉砕物のうちスラグの比重３〜４、メタルの比重６〜７
であるので、スラグ質のものと非鉄金属質のものは各々
比重差に応じて分離され、非鉄金属質の部分を効率よく
回収することができる。

【００１７】

【実施例】本発明の実施例を比較例と共に以下に示す。実施例１ ストーカ型ゴミ焼却炉から排出された焼却灰を溶融炉に
導入し、１５００℃に加熱して溶融した後に、この溶融
物を水砕工程に導き、水を噴射して急冷水砕して平均粒
経約１.５mmの水砕物を得た。この水砕物を磁選機にか
けて鉄分を回収し、さらに残留物を重力分離して非鉄金
属部分を回収した。磁選回収分の回収量と鉄、銅の品位
を表１に示した。また、重力分離（液体サイクロ＋テー
ブル分級機）による非鉄金属分の回収量および金属成分
の品位を表１に示した。

【００１８】実施例２および比較例 ストーカ型ゴミ焼却炉から排出された焼却灰について、
溶融炉内で焼却灰を１５００℃に加熱して溶融減容する
際に、焼却灰１００Kgに対して表１に示す量の空気を導
入して焼却灰を溶融した後に、この溶融物を水砕工程に
導き、水を噴射して急冷水砕し、平均粒経約１.５mmの
水砕物を得た。この水砕物を磁選機にかけて鉄分を回収
し、さらに残留物を重力分離して非鉄金属部分を回収し
た。磁選回収分の回収量と鉄、銅の品位を表１に示し
た。また、重力分離（液体サイクロ＋テーブル分級機）
による非鉄金属分の回収量および金属成分の品位を表１
に示した。一方、比較例として、空気を導入しない他は
実施例１と同様にして鉄と非鉄金属を回収した。この結
果を表１に纏めて示した。

【００１９】比較例では、磁選によって回収したメタル
中に銅が含まれるものの、回収率が低く品質も低い。ま
た重力分離を行わないため、鉄を除く銅を含む大部分の
メタルはスラグとともに廃棄されている。一方、本実施
例では磁選によって鉄分が回収され、また重力分離によ
って銅品位の高い非鉄金属分が回収される。しかも空気
導入下で溶融処理を行った実施例２では、磁選による鉄
分回収部分には銅の混入量が少なく、鉄と銅とが効率よ
く分離回収された。

【００２０】

【００２１】

【発明の効果】本発明の回収方法によれば都市ゴミなど
の一般ゴミ焼却灰の溶融スラグから銅などの有価金属を
効率よく回収することができる。しかも本願第２発明の
回収方法は、溶融炉に所定量の空気を導入して溶融処理
した後に、水砕物を磁選して重力分離し、あるいは直接
に重力分離する方法であるので既存の溶融設備の大がか
りな変更を必要とせず、処理コストも極めて低く実施し
易いうえに、銅などの有価金属を効率良く回収できる利
点を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】 溶融炉の模式図

【符号の説明】

１０：ゴミ焼却灰、１１：溶融メタル層、１２：溶融ス
ラグ層、１３：電極

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ゴミ焼却灰を加熱溶融することによりス
   ラグ化し、次いで加熱して得た溶融物を粉砕し、この溶
   融粉砕物から磁選により鉄分を分離除去する一方、残留
   した溶融粉砕物を重力分離して非鉄金属分をスラグから
   回収することを特徴とするゴミ焼却灰からの有価金属の
   回収方法。
2. 【請求項２】 ゴミ焼却灰を加熱溶融する際に、溶融金
   属に含まれる鉄分のスラグ化には不足するがケイ素を酸
   化してスラグ化するのに十分な量の空気を溶融物の金属
   層に導入して加熱溶融する請求項１に記載の回収方法。
3. 【請求項３】 ゴミ焼却灰１００kgに対して、酸素量が
   ０.２〜１.０kgとなる量の空気を、溶融物の金属層中に
   吹き込んで該溶融金属中の全ケイ素をスラグ化する請求
   項１に記載の回収方法。
4. 【請求項４】 ゴミ焼却灰を加熱溶融後、水または海水
   で水砕する、請求項１から３のいずれかに記載の回収方
   法。