JPH1028953A - 含重金属廃棄物の揮発回収処理方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 含重金属産業廃棄物を従来技術の処理過程で
発生する未利用の副生廃棄物類と共に処理して有価金属
類を回収し、固形物をガラス状にスラッグ化することに
より、有害重金属溶出による二次公害を防止でき、特に
コストダウンを図ることができる複合技術のプロセスを
提案する。 【解決手段】 含高発熱量の産業廃棄物の燃焼熱により
高温に加熱された回転炉に、重金属固形廃棄物を還元剤
と共に装入し、該固形廃棄物を溶融させスラッグ化する
と同時に有価重金属類を還元揮発させて回収する含重金
属廃棄物の揮発回収処理方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、含重金属廃棄物の
揮発回収処理方法に関し、詳しくは、鉛，亜鉛等の重金
属類を含有する産業廃棄物の処理方法で特にコストダウ
ンが図れると共に、従来技術の処理過程で発生する未利
用の副生廃棄物即ち焼却残渣やクリンカー等を同時に溶
融させ、ガラス状にスラッグ化することにより、溶出に
よる二次公害を防止できる複合技術のプロセスに関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】従来から広汎な冶金産業に使用されてい
る工業炉、特に製鉄用高炉の二次灰や、製鋼用電気炉等
から排出するガスの処理工程の集塵装置で捕集されるダ
スト中には多量の鉛，亜鉛等が含有されている。

【０００３】これらを産業廃棄物として埋立処理するた
めには、重金属類の溶出による二次汚染が防止できる固
化処理と広大な管理型埋立用地が必要となるので、その
多くは公害防止と資源の再利用の目的から従来技術によ
る冶金プロセスによりこれらの処理が行われている。

【０００４】即ち、従来技術としては、還元雰囲気中で
鉛，亜鉛を還元揮発させて回収する回転炉によるウェル
ツ法や、竪型炉によるＭＦ法等のほか、塩化剤を添加し
非鉄金属分を塩化物として揮発回収する回転炉による光
和法等が使用されている。

【０００５】従来法による冶金プロセスは炉内反応帯を
約１０００℃以上の高温に保つため、多量の熱源や還元
剤等の添加剤を必要とし、資源の再利用だけの目的から
では経済的採算は取れ難い。従ってこれらの多くは、地
球環境汚染防止上有害な重金属を含有する産業廃棄物の
公害対策処理事業の一環として行われている。

【０００６】具体例として製鋼用電気炉から発生する多
量の鉛，亜鉛を含有する集塵ダストは、各社の発生工場
から大型のウェルツ法によるキルン設備を持つ処理会社
に集荷され、重金属の還元処理による回収と残渣の無害
化が委託処理されている。

【０００７】このプロセスの委託処理費中には、処理原
料トン当たりに必要とする還元剤のコークス粉約３００
Ｋｇや重油燃料約３５ｌの消費がコスト上の大きな負担
となっている。

【０００８】一方、微量の重金属や有害物質を含有し高
発熱量をもつ有機系産業廃棄物の油泥類や樹脂類は、減
容と二次公害防止のための中間処理法として、上記プロ
セスと類似した回転炉による焼却プロセスによって委託
処理されている。

【０００９】このプロセスは、高温で有害物を熱分解さ
せて無害化する方法であり、炉内温度約８５０〜９５０
℃で処理した後、焼却残渣をアッシュとして排出するア
ッシュ方式が埋立処分の中間処理技術として多用されて
いる。

【００１０】最近の傾向は炉内温度約１３００〜１４０
０℃で処理してアッシュを溶融し、有害元素や重金属類
が溶出しないガラス状のスラッグとして排出する方式が
実用化されている。

【００１１】これらのプロセスでの必要な熱量の殆どは
廃棄物自身の持つ発熱量で熱バランスがとられている
が、粘性が強く扱い難い物質の廃棄物であるため、高額
な委託処理費を必要としている。

【００１２】有限な地球資源から抽出されて使用目的を
果たした産業廃棄物中の有価金属類は、産業界に有効に
再利用し、石油資源の利用過程で発生する炭化水素系廃
棄物等の有する発熱量は更に有効に地球環境汚染防止技
術の熱源に活用されるべきであり、本発明の開発が待た
れていた。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記のよう
な従来技術の問題点を解決し、含重金属産業廃棄物を従
来技術の処理過程で発生する未利用の副生廃棄物類と共
に処理して有価金属を回収し、反応残渣の固形物をガラ
ス状にスラッグ化することにより有害重金属類の溶出に
よる二次公害を防止し、更に特にコストダウンも図るこ
とができる複合技術のプロセスを提案するものである。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明は高発熱量を有し
有害元素を含有する有機系産業廃棄物の油泥類や樹脂類
の熱分解に使用されるスラッグ排出型回転炉方式を基本
技術とし、該炉内の雰囲気を強還元性として非鉄金属酸
化物類の還元反応を促進させ、鉛，亜鉛等を排ガス中に
揮発させた後、後述するガス処理装置により効率的に回
収してリサイクルする複合還元プロセスを提供するもの
である。

【００１５】即ち本発明は、含高発熱量の産業廃棄物の
燃焼熱により高温に加熱された回転炉内に、含重金属固
形廃棄物を還元剤と共に装入し、該固形廃棄物を溶融さ
せてスラッグ化すると同時に重金属類を還元揮発させて
回収する含重金属廃棄物の揮発回収処理方法である。

【００１６】上記含高発熱量産業廃棄物が石油資源の利
用過程で発生する油泥，廃樹脂等の炭化水素系廃棄物類
であることが好ましく、上記回転炉がスラッグ排出型ロ
ータリーキルンであり、還元剤に下水処理廃棄物である
活性汚泥を乾燥処理して得られる顆粒等を使用すること
がリサイクルの一環として好ましいのである。

【００１７】

【作用】本発明の目的を達成するために使用される回転
炉は、耐火物を内張りし、一方端に処理原料及び燃料と
なる有機系産業廃棄物の油泥類や樹脂類の装入装置を備
え、他方端に排ガスとスラッグの排出処理装置を備えた
並流型ロータリーキルンを使用する。

【００１８】起動時、灯油により昇温された炉内は有機
系産業廃棄物の熱分解による可燃分の燃焼により１２５
０〜１３００℃程度に保たれる。一方製鋼用電気炉から
発生する多量の鉛，亜鉛を含有する集塵ダスト等のよう
な重金属類を酸化物として含有する固形産業廃棄物と約
３０ｗｔ％（重量比）の還元剤を潤式ミル又は混練ミキ
サーにより予め混合し、ドラム型成型機又はデスク型ペ
レタイザーにより塊状化された原料は連続的に炉内に供
給される。

【００１９】原料中の金属酸化物は、強還元性雰囲気で
急速な吸熱還元反応を起こして還元され、鉛，亜鉛等の
非鉄金属は金属蒸気として揮発する。

【００２０】炉内の溶融物は、予め熱源の油泥類や樹脂
類及び還元原料の化学組成から計算され、所定の硅酸度
を保つに必要な硅酸分が配合されているので流動性のよ
いスラッグとなって水中に排出されて粒状化される。

【００２１】キルンからの排出ガスは二次燃焼室に導入
され、二次空気の供給を受けて未燃分は燃焼し、揮発し
た金属蒸気は酸化されて微細な金属フュームとなる。

【００２２】本発明に係るプロセスは、装入物が全て産
業廃棄物なので、少量の硫化物やハロゲン化物等の混入
もあるので、ダストにも複雑な化合物が形成される。二
次燃焼後の排ガスは９５０〜１０００℃程度となり、顕
熱回収のため廃熱ボイラーに導かれる。

【００２３】この排ガス中には金属フュームやダストの
ほか、少量の半溶融状態のスラッグ細片が混入し、付着
性が強くなる。従って、廃熱回収ボイラーは強制循環型
のものを使用し、その輻射伝熱部は特殊な設計による懸
垂構造の水管壁群により構成されていて、効果的な槌打
装置によりダストの付着が防止できる。

【００２４】また、亜硫酸ガスや塩酸ガスによる水管の
腐食防止のためには水管表面温度を腐食性ガスの露点よ
り高くできるような蒸気圧力（約３０Ｋｇ／ｃｍ^２）を
選定する必要がある。腐食性ガスの露点より高い温度
（３５０〜４００℃）で廃熱回収ボイラーの対流伝熱部
を通過した排ガスは、乾式電気集塵装置により含有する
揮発金属の酸化物とダストが除去され、湿式スクラバー
の増湿部に導入される。

【００２５】ここで循環液の散水により飽和温度（６５
〜７５℃）まで断熱冷却されると同時に、排ガスに同伴
されるダスト及び金属フューム類は高効率で循環液中に
捕集され一部は循環液中に溶解する。排ガスは、増湿部
に続く洗浄部の充填物層で大量の循環液により洗浄され
る。この循環系には循環液の冷却装置が組み込まれてお
り、排ガスは洗浄部出口で約４０℃まで冷却された後湿
式電気集塵装置によりミストを除去し、大気中に放散さ
れる。

【００２６】次に、本発明に使用する還元剤の一例は、
下水処理設備で多量に発生して廃棄されている含水率の
高い活性汚泥を乾燥して顆粒状としたものである。この
乾燥方法はジェットバーナー装置（灯油と燃焼空気を理
論値で燃焼させた高温の中性焔を水冷ノズルにより噴出
させる）の火焔ジェット流によるため、還元剤として適
当な化学組成と物性を有する顆粒が得られる。その一例
を示せば、全水分１０．２％，灰分３６．０％，揮発分
４８．２％，固定炭素１５．８％，全硫黄０．８２８
％，塩素０．０４１％，低位発熱量は約３７３０Ｋｃａ
ｌ／Ｋｇあり、灰分の組成は微量の重金属を含むが硅酸
スラッグに適している。

【００２７】下水処理設備で多量に発生している廃棄物
を、工夫された乾燥システムによって簡単な処理を施す
ことにより、含有する高分子凝集剤が固定炭素分となり
反応性の良い還元剤として有効に活用できる。該還元剤
を使用することにより、更にコストダウンをすることが
できる。次に本発明の実施の形態を図を参照にして説明
する。

【００２８】

【発明の実施の形態】

実施例 図１は本発明に係る一実施例のプロセスフローを示す概
要図、図２は重金属を含む処理原料（含重金属産業廃棄
物）の予備処理工程に使用される塊状化システムを示
し、図３は還元剤に関する乾燥ジェットバーナーシステ
ムの説明図である。

【００２９】図１に示されるプロセスフローは、有機系
産業廃棄物の含有する可燃分の燃焼熱を利用して高温に
加熱された回転炉内に、重金属を含有する固形廃棄物類
を還元剤と共に装入し、固形廃棄物を溶融してスラグ化
すると同時に、重金属の還元揮発反応を起こさせること
を特徴とする。図１に示されるプロセスの中心は、装入
側の固定されたエンドウォール７を備え、８の駆動歯車
によって回転する並型回転炉９と、連結する二次燃焼室
１０によって構成されたスラッグ排出型ロータリーキル
ンである。微量の重金属や有害元素を含有し、高発熱量
を持つ有機系産業廃棄物の油泥類や廃樹脂類は、種類別
に区画された貯蔵ピット１に受け入れられる。

【００３０】一方、鉛，亜鉛等の重金属を含む処理原料
は、図２に示す予備処理工程において還元剤、珪酸鉱物
及びバインダーとしてのリグニン酸等と配合され、塊状
化システムにより炭団状に成型されて貯蔵ピット１に送
られる。これら処理原料と高発熱量のある油泥類とはク
ラブクレーン２によりブレンドされ、フィードホッパー
３により定量的に二重ゲート４からエンドウォール７を
経てスラッグ排出型ロータリーキルン９に連続的に装入
される。

【００３１】重油により予熱された炉内は、これら装入
原料の熱分解と燃焼により１２５０〜１３００℃に保た
れる。固形分は溶融して低融点のスラグを生成し水冷コ
ンベヤー１３により排出される。炉内の還元反応により
揮発した金属蒸気は、排ガスに同伴されて二次燃焼室１
０に導入され、二次燃焼空気１４の吹き込みにより酸化
物となり、同時に未燃分の酸化燃焼が行われる。

【００３２】二次燃焼室上部１５では廃液類のスプレー
により排ガスの温度調整がおこなわれ、廃熱ボイラー１
６の入口ガス温度は９５０〜１０００℃に調節される。
輻射伝熱室１７及び対流伝熱室１８を通過し、給水加熱
器１９及び熱交換器２０で４００℃まで冷却された排ガ
スは、乾式電気集塵装置２１により揮発した重金属の酸
化物とダストが分離捕集される。

【００３３】この排ガスはターボモーター２５により駆
動する吸引ファン２４を経て湿式スクラバー増湿部２６
で断熱冷却され、飽和温度になった排ガスは洗浄部２７
で循環液により洗浄されると同時に約４０℃まで過冷却
される。排ガス中に同伴するミストは湿式電気集塵装置
２８により除去され、白煙防止装置２９で再加熱された
排ガスは大気に放出される。

【００３４】還元揮発した鉛，亜鉛等の重金属の一部は
酸化物や硫酸化物として廃熱ボイラー１６、熱交換器２
０の下部に慣性沈降により分離され、大部分の微細なも
のは乾式電気集塵装置２１により捕集される。湿式スク
ラバーの循環液中に溶解した重金属化合物は、従来技術
の硫化ソーダ添加による硫化物やＰＨ値の調整による水
酸化物の澱物として回収される。

【００３５】図２は重金属を含む処理原料の予備処理と
して行う塊状化システムの概略フローを示す。重金属類
（鉛，亜鉛等）を含有する産業廃棄物の処理原料５１，
還元剤５２，硅酸鉱５３は失々の貯蔵ビンから所定の配
合比率で計量して切り出されてドラム型ミキサー５５に
より混合される。塊状化のバインダーとして製紙パルプ
産業の廃棄物であるリグニン液を使用し、貯蔵タンクか
ら所定量が送られ、ドラム型ミキサー５５内に散布され
る。これらの原料は潤式ボールミル５６により混煉れた
後、加圧式成型機５７により炭団状のブリケットに成型
され、コンベヤー５８により区画された原料貯蔵ピット
１に送られる。

【００３６】図３は、活性汚泥乾燥に使用するジェット
バーナーシステムの参考図を示す。燃料灯油６１は燃焼
空気６２と水冷構造のジェットバーナー６３内で完全燃
焼した後、先端ノズルから反応タンク６４内に噴出し、
温度１２００〜１４００℃，流速１２００ｍ／ｓｅｃの
火炎ジェット流６６を形成する。含水率の高い活性汚泥
は、装入装置６８により反応タンク６４内に送られ高温
不活性ガスの強烈な渦流により瞬間的に水分は蒸発して
還元剤に適する顆粒状乾粉となる。

【００３７】表１は、産業廃棄物である鉛，亜鉛を多量
に含有する製鋼用電気弧光炉集塵ダストを原料とした本
発明による鉛，亜鉛の還元揮発プロセスの実施例であ
り、物量および重金属類のバランス表である。製鋼用電
気弧光炉集塵ダストに還元剤のほか、硅酸鉱，リグニン
酸を配合し産業廃棄物の油泥と廃樹脂類を主たる熱源と
している。回収される産物としては、有価重金属を非鉄
製錬所で受入可能な品位とした粗酸化亜鉛及び回収ケー
クとガラス状のスラッグとなり、亜鉛及び鉛の実収率は
何れも９４％以上が得られた。スラッグの重金属溶出試
験結果は基準値をクリアーできたので路盤材や建材等へ
の用途開発が期待できる。

【００３８】

【表１】

【００３９】表２は、下水汚泥をジェットバーナーシス
テムにより乾燥して得られる顆粒状乾粉の燃料試験値と
一般炭との比較表である。

【表２】

【００４０】

【発明の効果】本発明は上記のように構成されているの
で、次のような効果がある。 １．有機系産業廃棄物の無害化処理と同時に、その高発
熱量を利用した重金属の還元揮発反応が従来技術に遜色
ない効率で可能なことが実証され、大幅なコストダウン
を可能とした。 ２．スラッグ排出型ロータリーキルンの基本技術も併用
するので、還元揮発反応後の残さは溶融してガラス状の
スラッグとなり、当該廃棄物処理の資源化リサイクルが
可能となった。 ３．下水処理廃棄物を含重金属廃棄物処理の冶金反応用
還元剤として活用し、地球環境汚染防止の総合的な廃棄
物の資源化リサイクルに寄与することができた。 ４．今後、炭化水素系産業廃棄物の熱分解による処理技
術は単なる焼却による減容手段ではなく、本発明に係る
スラッグ排出型回転炉方式を使用した重金属回収プロセ
スが主流となるであろう。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る一実施例を示すプロセス概要図で
ある。

【図２】本発明に係る重金属を含む処理原料（含重金属
廃棄物）の予備処理として行う塊状化システムの概略フ
ローである。

【図３】本発明に係る下水処理廃棄物を乾燥塊状化する
ジェットバーナーシステムの説明図である。

【符号の説明】

１−貯蔵ピット ２−バケットクレーン ３−供給ホッパー ４−二重ゲート ５−リフト装置 ６−バレル投入口 ７−フロントエンドウォール ８−ロータリーキルン ９−キルン排出端 １０−二次燃焼室 １１−キルン燃焼空気ファン １２−熱交換空気ファン １３−スラッグ水冷コンベヤー １４−二次燃焼空気噴出口 １５−冷却用廃液噴出口 １６−廃熱回収ボイラー １７−輻射伝熱部 １８−対流伝熱部 １９−給水加熱装置 ２０−熱交換器 ２１−乾式電気集塵装置 ２２−ダスト回収コンベヤー ２３−ダスト調湿装置 ２４−吸引ファン ２５−ターボモーター ２６−スクラバー増湿部 ２７−スクラバー洗浄部 ２８−湿式電気集塵装置 ２９−白煙防止用再加熱装置 ３０−排気筒 ３１−循環液タンク ３２−添加剤 ３３−中和反応層 ３４−沈降層 ３５−給液タンク ３６−ろ過液タンク ３７−上澄液タンク ３８−ろ過機 ３９−スラッグピット ４０−ダストピット ４１−廃水処理技術 ４２−廃水貯槽 ４３−廃油貯槽 ４４−油泥バレルコンベヤー ５１−処理原料 ５２−還元剤 ５３−硅酸鉱 ５４−リグニン酸 ５５−ドラム型ミキサー ５６−潤式ボールミル ５７−加圧式成型機 ５８−コンベヤー ６１−燃料灯油 ６２−燃焼空気 ６３−ジェットバーナー ６４−反応タンク ６５−燃焼室 ６６−火炎ジェット流 ６７−乾燥気流 ６８−装入装置

【表１】

【表２】

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｂ０９Ｂ 3/00 ３０４Ｈ

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 含高発熱量の産業廃棄物の燃焼熱により
   高温に加熱された回転炉内に、含重金属固形廃棄物を還
   元剤と共に装入し、該固形廃棄物を溶融させスラッグ化
   すると同時に重金属類を還元揮発させて回収することを
   特徴とする含重金属廃棄物の揮発回収処理方法。
2. 【請求項２】 前記含高発熱量の産業廃棄物が石油資源
   の利用過程で発生する油泥，廃樹脂等の炭化水素系廃棄
   物である請求項１記載の含重金属廃棄物の揮発回収処理
   方法。
3. 【請求項３】 前記回転炉がスラッグ排出型ロータリー
   キルンである請求項１又は２記載の含重金属廃棄物の揮
   発回収処理方法。
4. 【請求項４】 前記還元剤が下水処理廃棄物である活性
   汚泥を乾燥処理して得られる顆粒である請求項１，２又
   は３記載の含重金属廃棄物の揮発回収処理方法。