JPH10296206A - 廃棄物溶融スラグの処理方法 - Google Patents

廃棄物溶融スラグの処理方法

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JPH10296206A
JPH10296206A JP10692397A JP10692397A JPH10296206A JP H10296206 A JPH10296206 A JP H10296206A JP 10692397 A JP10692397 A JP 10692397A JP 10692397 A JP10692397 A JP 10692397A JP H10296206 A JPH10296206 A JP H10296206A
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JP
Japan
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slag
waste
furnace
heavy metals
molten
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Application number
JP10692397A
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English (en)
Inventor
Nobuyoshi Nishihara
信義 西原
Hidemi Osano
秀実 小佐野
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Nippon Steel Corp
Original Assignee
Nippon Steel Corp
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Publication date
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    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02WCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
    • Y02W30/00Technologies for solid waste management
    • Y02W30/50Reuse, recycling or recovery technologies
    • Y02W30/91Use of waste materials as fillers for mortars or concrete

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  • Processing Of Solid Wastes (AREA)
  • Curing Cements, Concrete, And Artificial Stone (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、重金属が溶出しない土木資材、道
路舗装材、コンクリート骨材等に利用することが可能な
スラグの製造方法を提供すること。 【解決手段】 廃棄物を還元性雰囲気で溶融したスラグ
を、溶融状態で酸化性雰囲気のガスに晒した後スラグを
冷却して固化することにより、スラグ中に溶け込む重金
属の含有量を抑制し、更に微量溶け込んだ重金属を難溶
性の物質に変えることを特徴とする廃棄物溶融スラグの
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、都市ごみ、産業廃
棄物、汚泥などの廃棄物を直接溶融してスラグを製造す
る方法、及び廃棄物を一旦焼却して灰とした後に溶融し
てスラグを製造する方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】現状は、大半の廃棄物は焼却方式で処理
されているが、焼却方式では焼却灰の処分場を必要とす
る等の欠点がある。特に大都市圏では焼却灰の処分場の
確保が困難であり、廃棄物を直接溶融する方法または、
廃棄物の焼却灰を溶融して減容化、さらには再資源化が
可能な方式で処理する必要性が高まっている。しかも、
廃棄物を溶融したスラグを再資源化するためには、天然
の砂や砕石並の物理性状(強度、粒度分布)を有してい
ること、及び化学性状を有していることが必要である。
特に化学性状としては、スラグ中の重金属が溶出しない
ことが安全性の観点から必要である。そこで、スラグの
性状を改善する方法としては、特公平8−29312号
公報に、廃棄物を溶融した後、溶融炉雰囲気圧力の沸騰
温度よりも2〜50℃低い範囲で±10℃に維持され、
かつ、pH8.0〜13.0に調整された熱水中に融液
を流下・冷却してスラグを得ることを特徴とするスラグ
の製造方法が開示されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】上記の特公平8−29
312号公報の方法は、天然砂並の高強度で、表面に凹
凸を有し、土木建築資材等として適正粒度分布を有した
品質の安定したスラグを得ることができるスラグの製造
方法を提供することを目的としている。すなわち、天然
の砂に近い物理性状を有するスラグを得ることを目的と
しており、重金属の溶出特性等の化学性状に関しては記
載されていない。埋め立てや海洋投棄が主な処分方法で
ある焼却灰等より、再資源化を目的とするスラグは重金
属の溶出特性等の化学性状に関して厳しい管理が必要で
ある。本発明は、重金属が溶出しない天然砂並の化学的
に安定したスラグを得ることのできるスラグの製造方法
を提供することを目的とする。
【0004】
【課題を解決するための手段】現状の溶融方式におい
て、定常操業時に製造したスラグからの重金属の溶出は
みられず、安定した製品が得られるが、立ち上げ時等の
炉体温度の低い非定常操業時に、平成6年度環境庁告示
25号の基準内であるが微量検出されることがある。課
題を解決するための本発明の特徴手段は、廃棄物を還元
性雰囲気で溶融し、溶融状態のまま酸化性雰囲気のガス
に晒した後スラグを冷却して固化することにより、スラ
グからの重金属の溶出を防止することにある。
【0005】本発明は、還元性雰囲気で溶融することで
有害な重金属類をガス化し、スラグ中への含有量を少な
くすると共に、酸化性雰囲気のガスに晒すことで微量に
含有する重金属類を難溶性の酸化物に変え、更にスラグ
中の珪酸SiO2 の三次元的網目構造に組み込まれるこ
とにより溶出は防止される。従って、本発明の方法で製
造したスラグは、土木資材等に使用した場合、重金属が
溶出すること無く安全に使用することができる。
【0006】
【実施例】
(実施例1)廃棄物を溶融処理する実施例として、コー
クスを用いて廃棄物を直接溶融処理する場合を図1に示
す。図1において、溶融炉1の炉上部から、廃棄物及
び、副原料としてコークスおよび石灰石が溶融炉1に装
入される。廃棄物としては都市ごみを処理した。都市ご
みの性状を表1に示す。
【0007】
【表1】
【0008】溶融炉1の下部周辺に設けられた羽口2か
ら空気および酸素が供給される。廃棄物の処理量は56
0kg/h、コークスおよび石灰石は廃棄物の約6%、
空気は520Nm3 /h、酸素は30Nm3 /hであ
る。溶融炉に装入された廃棄物およびコークス等は炉内
で充填層を形成し、炉下部の羽口2から吹き込まれた空
気および酸素により、コークスおよび廃棄物の一部が燃
焼する。該燃焼ガスは溶融炉内を炉底部から上昇し、燃
焼ガスの顕熱により廃棄物を予熱、乾燥、熱分解する。
廃棄物の乾燥、熱分解の過程で発生した水蒸気、熱分解
ガスおよび微細なダストはガス排出管4から排出され
る。
【0009】一方、廃棄物の灰分および非燃焼物とコー
クス、石灰は高温に加熱され炉底部へと下りていき、羽
口から吹き込まれた空気および酸素でコークスが燃焼
し、灰分および非燃焼物は1300℃から1450℃に
加熱され溶融状態となる。炉内の発生ガスのCO濃度
は、約14〜20%の還元性雰囲気であり、スラグ中の
大部分の鉛はガスとなって揮散する。スラグ排出口から
排出された溶融状態のスラグは酸化桶3に受け、スラグ
内部に直接空気を吹き込みながら30秒間滞留させた
後、水砕設備5に投入され、砂状の細かい粒子となる。
また、溶融状態のスラグ中には溶融メタルが含まれてい
るが、メタルもスラグと同様に細かい粒子状となる。粒
子状のスラグとメタルは掻き上げ装置6によって排出さ
れ、湿式磁選機7へ供給されてスラグとメタルに分離さ
れる。
【0010】本実施例の方法で製造されたスラグはイン
ターロッキングブロック等のコンクリート2次製品の骨
材や土木資材などとして利用する。本実施例によって得
たスラグは、鉛含有量が10〜30mg/kgに抑制さ
れ、かつ酸化性雰囲気時にスラグ中に微量残留した鉛は
スラグ中に固定化され、溶出試験では、0.005mg
/リットル以下すなわち定量下限以下で、鉛の溶出はみ
られなかった。立ち上げ、立ち下げ等の非定常状態で、
炉況不安定の場合も0.005mg/リットル以下で、
鉛の溶出はみられなかった。表2に、実施例を示す。本
実施例に示すスラグ1は、立ち上げ時の非定常状態に上
記方法で製造したスラグである。スラグ2は、スラグ1
と同じ非定常状態のスラグであるが、酸化桶3での酸化
処理を行わなかった。スラグ3は炉況の安定した定常状
態のスラグであるが、酸化桶3での酸化処理を行わなか
った。
【0011】
【表2】
【0012】(実施例2)廃棄物を溶融処理する実施例
として、電気炉を用いて焼却灰を処理する場合を図2に
示す。図2において、溶融炉8の炉上部から廃棄物を投
入する。廃棄物としては実施例1と同じ都市ごみの焼却
灰を処理した。廃棄物の処理量は、100kg/h、電
極9は黒鉛電極、電力は250kWhである。溶融炉に
投入された廃棄物は、ジュール熱により発熱し、130
0℃から1450℃に加熱され溶融状態となる。溶融状
態のスラグは間欠的にスラグ排出口10から炉外へ排出
する。
【0013】スラグ排出口を閉塞し、スラグが炉内に滞
留状態の時、溶融炉内の圧力を若干大気圧より高くする
ことにより炉内流入空気を無くして、炉内雰囲気をCO
濃度で約14%の還元性雰囲気にし10分間保持した。
その後、溶融炉内の圧力を若干大気圧より低くすること
により、点検口のパージ空気および炉内流入空気によ
り、炉内ガス雰囲気を酸素濃度約9%の酸化性雰囲気に
し10分間保持した。廃棄物の溶融の過程で発生した水
蒸気、熱分解ガス、微細なダスト、パージ空気、流入空
気は排出管11から排出される。スラグ排出口から排出
された溶融状態のスラグは水砕設備12に投入され、砂
状の細かい粒子となる。また、溶融状態のスラグ中には
溶融メタルが含まれているが、メタルもスラグと同様に
細かい粒子状となる。粒子状のスラグとメタルは掻き上
げ装置13によって排出され、湿式磁選機14へ供給さ
れてスラグとメタルに分離される。本実施例の方法で製
造されたスラグは、インターロッキングブロック等のコ
ンクリート2次製品の骨材や土木資材などとして利用で
きる。
【0014】表3に実施例を示す。本実施例におけるス
ラグ1は、上記方法で製造したスラグである。廃棄物中
に含まれる鉛1310mg/kgは還元性雰囲気時に積
極的に揮発し、スラグ中の鉛含有量は、30mg/kg
に抑制され、かつ酸化性雰囲気時にスラグ中に微量残留
した鉛は酸化鉛としてスラグ中に固定化され、溶出試験
では、0.005mg/リットル以下すなわち定量下限
以下で、鉛の溶出はみられなかった。表3に示すスラグ
2は炉内ガスCO濃度を14%にした還元性雰囲気で溶
融したスラグ、スラグ3は炉内ガスO2 濃度を9%にし
た酸化雰囲気で溶融したスラグである。環告25号によ
る溶出試験結果では、それぞれ0.006mg/リット
ル、0.012mg/リットルであった。なお、炉内を
上記に記載したごとく還元性雰囲気に保った状態でスラ
グを連続的に出湯した後、酸素を吹き込むことで雰囲気
を酸化性に保った酸化桶に約30秒間スラグを滞留させ
ることにより同様の効果を得ることができた。
【0015】
【表3】
【0016】(実施例3)廃棄物を溶融処理する実施例
として、熱分解・ガス化溶融方式を用いて廃棄物を処理
する場合を図3に示す。廃棄物としては、実施例1と同
じ都市ごみを使用した。図3において流動ガス化炉15
に廃棄物を800kg/hで投入し、炉内に空気を吹き
込みながら流動・燃焼させる。流動・燃焼によって発生
した熱分解ガスと未燃炭素を含む流動層飛灰は、ガス管
16を通りサイクロン17によりそれぞれに分離され
る。鉄、銅、アルミ等の比重の高い物質は流動ガス化炉
15の下部より排出する。
【0017】分離された流動層飛灰は、旋回燃焼溶融炉
18に炉上部の投入口19から定量的に供給する。熱源
はサイクロンにより分離された熱分解ガスとし、炉上部
のガスバーナ20から酸素を25%から30%に富化し
た空気と共に吹き込んだ。空気の吹き込み量は、空気比
μ1 <1にし、還元性雰囲気を維持する様に調整した。
旋回燃焼溶融炉18に吹き込まれた廃棄物は1200℃
から1400℃に加熱され溶融状態となりスラグ化し、
還元性雰囲気に調整された還元ゾーンの炉壁を液滴状で
滴下する。スラグ中の大部分の鉛は還元ゾーンで揮発
し、燃焼ガスと共に旋回しながら炉内を下降する。
【0018】溶融炉の中段の二次空気吹き込み口21か
ら炉全体の空気比μ2 >1になるように空気を吹き込み
酸化性雰囲気にした。還元ゾーンを滴下してきたスラグ
は酸化ゾーンに入って、炉壁を液滴状で滴下する間に充
分に酸化され、微量含有する鉛は酸化鉛として固定化さ
れる。更に本実施例では、補助的にスラグ溜め22によ
り炉内でのスラグ滞留時間を増やした。スラグはスラグ
排出口23から排出し、水砕設備24に投入され、砂状
の細かい粒子となる。粒子状のスラグは、掻き上げ装置
25によって排出される。燃焼ガスは、排出管26から
排出される。
【0019】表4に実施例を示す。本実施例におけるス
ラグ1は上記方法で製造したスラグである。還元ゾーン
で鉛含有量が30mg/kgに抑制され、かつスラグ中
に微量残留した鉛は酸化ゾーンで酸化鉛としてスラグ中
に固定化されることにより溶出試験では、0.005m
g/リットル以下すなわち定量下限以下で鉛の溶出はみ
られなかった。表4に示すスラグ2は、ガスバーナ20
の空気の吹き込み量を空気比1以上に調整し、溶融炉内
を全体が酸化性雰囲気の状態で製造した。
【0020】
【表4】
【0021】なお、溶出試験方法及び分析方法は平成6
年環境庁告示第25号にしたがって行った。また、鉛以
外の重金属としては、砒素、水銀、カドミウム、六価ク
ロム、セレンに関しても分析したが、処理前及び後とも
に定量下限以下であり、溶出はみられなかった。さら
に、処理の前後でスラグの物理性状を比較したが差異は
なく、コンクリート2次製品の骨材、土木資材として有
効利用した場合、支障はなかった。
【0022】
【発明の効果】本発明によって、以下の効果を実現する
ことができる。 (1)還元性雰囲気で溶融したスラグを、溶融状態で酸
化性雰囲気に移行した後スラグを冷却固化することによ
り、スラグからの重金属などの溶出を防止することが可
能である。重金属の溶出を防止することによって、スラ
グの再資源化を図ることができる。 (2)また、実施例が示すごとく、如何なる溶融炉にお
いても還元性雰囲気、酸化性雰囲気の順で廃棄物を溶融
することにより、スラグからの重金属の溶出を防止する
ことが可能である。
【0023】(3)還元性雰囲気、酸化性雰囲気の順で
廃棄物を溶融したスラグは、物理性状が悪化することは
なく、コンクリート2次製品の骨材、土木資材として有
効利用する場合、支障はない。 (4)廃棄物のスラグを再資源化することにより、スラ
グの処分場が不要となるだけでなく、天然砂の採掘によ
る自然破壊を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例を示すブロック図である。
【図2】本発明の実施例を示すブロック図である。
【図3】本発明の実施例を示すブロック図である。
【符号の説明】
1 溶融炉 2 羽口 3 酸化桶 4 ガス排出管 5 水砕設備 6 掻き上げ装置 7 磁選機 8 溶融炉 9 電極 10 スラグ排出口 11 ガス排出管 12 水砕設備 13 掻き上げ装置 14 磁選機 15 流動ガス化溶融炉 16 ガス管 17 サイクロン 18 旋回燃焼式溶融炉 19 投入口 20 ガスバーナ 21 空気吹き込み口 22 スラグ溜め 23 スラグ排出口 24 水砕設備 25 掻き上げ装置 26 排出管

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 廃棄物及び廃棄物焼却後の灰を還元性雰
    囲気で溶融することにより廃棄物中の重金属を排ガス中
    に揮散させ、廃棄物中の不燃物を溶融したスラグ中に溶
    け込む重金属の含有量を低減した後、溶融状態のスラグ
    中に酸化性ガスを表面に吹き付ける、または溶融スラグ
    内部に吹き込むことによって重金属を酸化することによ
    り、スラグ中に溶け込んだ微量の重金属を難溶性の物質
    に変えることを特徴とする廃棄物溶融スラグの処理方法
  2. 【請求項2】 廃棄物及び廃棄物焼却後の灰を還元性雰
    囲気で溶融することにより廃棄物中の重金属を排ガス中
    に揮散させ、廃棄物中の不燃物を溶融したスラグ中に溶
    け込む重金属の含有量を低減した後、溶融状態のスラグ
    を酸化性雰囲気の炉内に保持して重金属を酸化すること
    により、スラグ中に溶け込んだ微量の重金属を難溶性の
    物質に変えることを特徴とする廃棄物溶融スラグの処理
    方法
  3. 【請求項3】 廃棄物及び廃棄物焼却後の灰を還元性雰
    囲気で溶融することにより廃棄物中の重金属を排ガス中
    に揮散させ、廃棄物中の不燃物を溶融したスラグ中に溶
    け込む重金属の含有量を低減した後、溶融状態のスラグ
    を酸化性雰囲気の炉内の炉壁を液滴状で滴下させ、また
    は薄膜状で流下させて重金属を酸化することにより、ス
    ラグ中に溶け込んだ微量の重金属を難溶性の物質に変え
    ることを特徴とする廃棄物溶融スラグの処理方法
  4. 【請求項4】 酸化性雰囲気を作る為のガスとして空
    気、または酸素、オゾン等の酸化性ガスを富化した空
    気、空気を添加した燃焼排ガス、酸素が残留する燃焼排
    ガスから選ばれたガスに溶融状態のスラグを晒して、ス
    ラグ中の重金属を難溶性の物質に変える請求項2又は3
    記載の廃棄物溶融スラグの処理方法。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1999042623A1 (de) * 1998-02-18 1999-08-26 'holderbank' Financiere Glarus Ag Verfahren zum granulieren und zerkleinern von flüssigen schlacken sowie einrichtung zur durchführung dieses verfahrens
JP2008195578A (ja) * 2007-02-14 2008-08-28 Yoshinaga Kazuhisa 結合材
JP2008273805A (ja) * 2007-05-07 2008-11-13 Yoshinaga Kazuhisa 透水性コンクリート組成物

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