JP2000282154A

JP2000282154A - 廃棄物溶融スラグからの金属回収方法

Info

Publication number: JP2000282154A
Application number: JP9111299A
Authority: JP
Inventors: Osamu Mukai; 修向井; Kenji Yasuda; 賢士保田; Yoshihide Kawamura; 義秀川村; Kiichi Nagaya; 喜一長屋
Original assignee: Hitachi Zosen Corp; Japan Waste Research Foundation; Hitachi Shipbuilding and Engineering Co Ltd
Current assignee: Japan Waste Research Foundation; Kanadevia Corp
Priority date: 1999-03-31
Filing date: 1999-03-31
Publication date: 2000-10-10

Abstract

(57)【要約】【課題】焼却もしくは溶融法による廃棄物処理プラン
トの排ガス中のダイオキシン除去に使用された廃活性炭
の確実かつ安全な処理法を提供する。廃棄物溶融スラグ
中の金属回収に必要な還元用炭素源を確実に供給する方
法を提供する。金属として回収される鉄と銅を混合状態
で無くそれぞれ別々に回収し、有価金属として有効に再
利用する方法を提供する。【解決手段】廃棄物を高熱処理し、生ずる溶融スラグ
中の金属成分を還元し、得られた金属を例えば比重差に
よりスラグから分離回収する。廃棄物の高熱処理によっ
て、廃棄物は、高温焼却、高温溶融および／または加熱
ガス化される。金属成分の還元は、還元剤として炭素系
物質を用いて行うのが好ましい。炭素系物質は、廃棄物
の高熱処理排ガス中の有害物質除去処理に用いた廃活性
炭であってよい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、廃棄物溶融スラグ
からの金属回収方法に関する。

【０００２】近年、廃棄物処理の安全性と資源リサイク
ルが強く求められ、埋立て処分地の容量減少に伴う廃棄
物処理後のアウトプットの減容の必要性から、廃棄物の
ガス化溶融法、溶融キルン法、従来法による廃棄物処理
プラントからの副生物の溶融処理など、廃棄物を高温溶
融させ、ダイオキシンなどの有害物質の発生を抑制する
と共に、処理後のアウトプットを容積の小さな溶融スラ
グにする方法が開発され、実用化の段階に入っている。
この廃棄物の溶融処理によって生成したスラグ中には、
被処理廃棄物の種類によって異なるが、一般的に数〜２
０％程度の鉄、銅などの有価金属成分が含まれている。
従って、溶融スラグからこれらを金属として回収再利用
すると共に、金属分離後のスラグをセメント製造用添加
物に利用すれば、完全な資源のリサイクルが達成できる
ことになる。

【０００３】

【従来の技術】従来の廃棄物処理は、ほとんど焼却処理
によってなされ、処理温度は焼却残渣が溶融しない温度
であった。また、処理温度が低いために排ガス中に未燃
分が残り、廃棄物中に含まれる塩素化合物に由来する塩
素系物質と反応し、ダイオキシンなど有機塩素系有害物
質が発生していた。この対策として、焼却炉の運転条件
の改善（温度、滞留時間等のガイドラインの設定）や、
ダイオキシンの排出規制などが導入された。

【０００４】これに対し、前述のように、廃棄物を溶融
処理する方法が開発され、十分な高温と滞留時間を与え
ることにより、ダイオキシン排出抑制の問題と焼却残渣
の減容問題を一挙に解決する方法が指向されている。さ
らに、溶融スラグからの金属回収と金属分離後のスラグ
のセメント材料への利用も研究開発されている。これら
の技術動向の中で、本発明に関係する従来技術のポイン
トは、以下の通りである。

【０００５】(1) 従来の一般的廃棄物焼却処理プラント
では、排ガスからのダイオキシンの吸着除去のために活
性炭を使用している。ダイオキシンの吸着によって活性
炭の吸着能が一定以下になると活性炭を再生するか、廃
棄、焼却処分する。

【０００６】また、溶融タイプの処理設備の場合は、ダ
イオキシン類除去のための負荷は軽減されるが、排ガス
の最終処理のためにやはり活性炭が使用されている。一
方、有機塩素系特定管理産業廃棄物を処理する設備の場
合、ダイオキシン対策と共に、未分解有機性揮発物質の
処理のために活性炭が使用されている。

【０００７】(2) 溶融スラグ中の金属の還元に使用され
る還元剤としては、熱分解炉の場合、熱分解コークスが
使用されている。

【０００８】(3) 従来、溶融スラグから有価金属を回収
する際、廃活性炭等の炭素系還元剤が使用されている。
溶融状態にあるスラグに炭素系還元剤を供給した場合、
通常の廃棄物溶融スラグから溶融状態の鉄と銅が比重差
によって溶融スラグから分離回収される。しかし、鉄と
銅は金属が混じり合った合金の状態で回収されるので、
有価金属として再利用するにはこれらを再分離する必要
がある。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記実状に
鑑み、つぎの３つの課題を有する。

【００１０】(1) 焼却もしくは溶融法による廃棄物処理
プラントの排ガス中のダイオキシン除去に使用された廃
活性炭の確実かつ安全な処理法を提供する。

【００１１】(2) 廃棄物溶融スラグ中の金属回収に必要
な還元用炭素源を確実に供給する方法を提供する。

【００１２】(3) 金属として回収される鉄と銅を混合状
態で無くそれぞれ別々に回収し、有価金属として有効に
再利用する方法を提供する。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明による、廃棄物溶
融スラグからの金属回収方法は、廃棄物を高熱処理し、
生ずる溶融スラグ中の金属成分を還元し、得られた金属
を例えば比重差によりスラグから分離回収する金属回収
方法である。

【００１４】廃棄物の高熱処理によって、廃棄物は、高
温焼却、高温溶融および／または加熱ガス化される。

【００１５】金属成分の還元は、還元剤として炭素系物
質を用いて行うのが好ましい。

【００１６】炭素系物質は、廃棄物の高熱処理排ガス中
の有害物質除去処理に用いた廃活性炭であってよい。排
ガス中の有害物質は、例えばダイオキシン、ＰＣＢ等の
有機塩素系有害物質や、水銀のような無機系有害物質で
ある。

【００１７】また、上記金属回収方法において、還元剤
としての炭素系物質を、被還元金属種に応じて溶融温度
を異にする複数の還元ゾーンに分割して供給し、各ゾー
ンごとに異種金属を回収することも好ましい。

【００１８】

【発明の実施の形態】本発明を以下の実施例を用いて具
体的に説明する。

【００１９】実施例１図１は、溶融キルンタイプの廃棄物処理設備を示すもの
である。本実施例では処理すべき廃棄物としてシュレッ
ダーダストを対象とする。シュレッダーダストはホッパ
ー(1) から廃棄物処理設備の溶融キルン部(2) に投入さ
れる。溶融キルン(2) の内部では、シュレッダーダスト
は自己の持つ可燃分の燃焼熱と、助燃バーナ(3) からの
熱によって、燃焼、熱分解または溶融し、溶融スラグ
(4) と排ガス(5) になる。排ガス(5) は２次燃焼室(6)
内で充分な滞留時間を与えられ、これによってガス中の
未燃分はほぼ完全に燃焼される。その後、排ガスは調温
塔(7) に入り、ノズル(8) からの噴霧水によって９００
℃付近から１７０℃付近まで急冷され、バグフィルター
(9) に入る。バグフィルター(9) では、排ガス中に含ま
れるダスト類が出口(10)から除去される。排ガス中に塩
化水素が多く含まれている場合には、バグフィルター
(9) の上流で消石灰が吹き込まれ、生成した塩化カルシ
ウムがダストと共にバグフィルター(9) で除去される。
さらに、バグフィルター(9) を通気したガスは、活性炭
が充填されている活性炭塔(11)に入り、ガス中に含まれ
る微量のダイオキシン類が活性炭に吸着除去される。次
いで、ガス中のダイオキシン濃度として０．１（ｎｇ／
Ｎｍ³）以下に浄化されたガスは、誘引送風機(16)から
煙突(17)を経て大気中に排出される。活性炭塔(11)へ
は、そのホッパー(12)から活性炭が供給され、塔底部か
らはダイオキシンを吸着して吸着能力の低下した廃活性
炭が抜き出される。この実施例では、廃活性炭発生量は
被処理物であるシュレッダーダスト１ｋｇあたり５〜１
３ｇである。

【００２０】一方、溶融キルン(2) の内部において高熱
処理によって生じた溶融スラグ(4)は、溶融状態で還元
分離槽(14)に入る。還元分離槽(14)は溶融スラグが１３
００〜１４００℃に維持されるように補助バーナと電気
ヒータ（いずれも図示省略）により加熱されている。還
元分離槽(14)に入る溶融スラグの量は、処理された廃棄
物１ｋｇあたり約０．４４ｋｇである。また、このスラ
グの組成分析値は例えば表１に示すようなものである。

【００２１】

【表１】

【００２２】還元分離槽(14)のホッパー(15)には、活性
炭塔(11)の塔底部から廃活性炭が送られ、ここから槽内
へ供給される。この廃活性炭は、下記式に示すように、
槽内においてスラグ中の金属酸化物を還元する反応を生
じ、結果として金属を生成する。

【００２３】（反応例）２Ｆｅ₂Ｏ₃＋３Ｃ＝４Ｆｅ＋３ＣＯ₂ ２ＣｕＯ＋Ｃ＝２Ｃｕ＋ＣＯ₂

【００２４】還元分離槽(14)内において、溶融スラグは
比重差によって溶融金属層(19)と溶融残渣層(18)に分離
する。金属と残渣はそれぞれ金属取出し口(20)と残渣取
出し口(21)から取り出され、冷却されて、回収金属は金
属資源、残渣はセメント添加物としてリサイクル利用さ
れる。

【００２５】廃活性炭中に含まれていたダイオキシン
は、還元分離槽(14)内で活性炭が燃焼する時に高温に曝
され完全分解するので、ＣＯ₂、ＨＣｌ、Ｈ₂Ｏとし
て、２次燃焼室(6) 側に移動して無害化される。

【００２６】ここで、溶融スラグに対する還元剤として
の活性炭の添加量と、回収した金属の量との間には、本
発明者等の行った実験によると、図２に示すような関係
があることが判っている。また、回収した金属の成分を
分析した例を表２に示す。

【００２７】

【表２】

【００２８】この例の場合、溶融スラグ１ｋｇ中のＦｅ
とＣｕはそれぞれである。これに対し、還元分離槽(14)内の温度を１４０
０（℃）とし、溶融スラグの滞留時間を１時間とし、活
性炭を溶融スラグの２．４％添加した場合の例では、Ｆｅ＝３５．８ｇＣｕ＝１３．２ｇである。

【００２９】ここに示した例では、溶融スラグの滞留時
間は１時間であるが、スラグに含まれているＦｅの約５
５％とＣｕの９４％が金属として回収されている。実際
には、溶融スラグの滞留時間の増加に従って、Ｆｅの析
出量が増加し、最高で７０％のＦｅが回収された。

【００３０】図２から明らかなように、スラグに対する
還元剤炭素の量として２．４％以上が好ましいが、これ
は被処理廃棄物の中の被還元金属含有量によっても異な
って来る。ちなみに、本実施例では、廃棄物処理量１ｋ
ｇあたり溶融スラグが約０．４４ｋｇ生成し、これに廃
活性炭を５〜１３ｇ供給するのであるから、還元剤炭素
の添加量は、約１％から３％の範囲である。従って、同
添加量２．４％以下の条件では、廃プラスチック等の還
元剤源を若干量追加することになるが、この場合でもダ
イオキシン吸着活性炭の無害化処理法として有効である
ことには変わりはない。

【００３１】実施例２図３において、この実施例では、還元分離槽(14)の長さ
中間部に堰(22)が立設され、還元分離槽(14)は堰(22)に
よって上流ゾーン(14a)と下流ゾーン(14b)に区分されて
おり、これらのゾーン(14a)(14b)にそれぞれ上流ホッパ
ー(15a)と下流ホッパー(15b) が設けられている。活性
炭塔(11)の塔底部から出た廃活性炭は上流ホッパー(15
a)と下流ホッパー(15b) へそれぞれ送られ、これらから
槽内へ供給される。この廃活性炭は、実施例１の式に示
すように、槽内においてスラグ中の金属酸化物を還元す
る反応を生じ、結果として金属を生成する。

【００３２】ここで、溶融スラグに対する還元剤として
の炭素系物質の添加量と、スラグの溶融温度と、金属の
析出量との間には、本発明者等の行った実験によると、
図４に示すような関係があることが判っている。

【００３３】図４は溶融スラグに対する炭素の添加率を
変えて１３００℃と１４００℃で１時間保持した場合の
溶融スラグからのＦｅとＣｕの析出量を調べた実験結果
を示すものである。この図から明らかなように、添加率
が１．２％で１３００℃の場合はＣｕのみが析出し、温
度の上昇と添加率の増加に伴い、Ｆｅの析出が起こって
いる。

【００３４】この実験結果に従って、還元分離槽(14)
の上流ゾーン(14a)では溶融温度を１３００℃に維持
し、下流ゾーン(14b) では溶融温度を１４００℃に維持
すると共に、上流ホッパー(15a)と下流ホッパー(15b)
に、それぞれスラグに対して１．２％に相当する廃活性
炭を供給する。

【００３５】その結果、図４(a)から判るように、上流
ゾーン(14a)では上流ホッパー(15a)からスラグに対して
１．２％に相当する廃活性炭が供給されるので、溶融ス
ラグ中のＣｕのみが還元され、比重差によって槽底に析
出し、溶融金属Ｃｕ層(19a)とその上の溶融残渣層(18a)
が生じる。この金属Ｃｕは金属Ｃｕ取出し口(20a)から
取出される。他方、上流ゾーン(14a) 内の溶融残渣は堰
(22)を越えて、１４００℃に維持された下流ゾーン(14
b) に入る。

【００３６】下流ゾーン(14b) においても、下流ホッパ
ー(15b) からスラグに対して１．２％に相当する廃活性
炭が供給され、溶融スラグ中のＦｅが還元され、比重差
によって槽底に析出し、溶融金属Ｆｅ層(19b) とその上
の溶融残渣(18b) が生じる。金属Ｆｅは金属Ｆｅ取出し
口(20b)から取出され、溶融残渣は残渣取出し口(21)か
ら取出される。

【００３７】こうして取出し口(20a)(20b)からそれぞれ
取出された金属Ｃｕと金属Ｆｅは、冷却されて、回収金
属は金属資源、残渣はセメント添加物としてリサイクル
利用される。

【００３８】なお、この実施例では、処理すべき廃棄物
としてシュレッダーダストを対象としたが、スラグに対
する炭素系物質の添加率は、当然、被処理廃棄物の中の
被還元金属含有量によって異なるものであり、本発明の
思想は、還元剤としての炭素系物質の添加を被還元金属
元素の種類に応じて分割して行うことにある。

【００３９】この実施例のその他の構成を実施例１のも
のと同じである。

【００４０】

【発明の効果】請求項１〜３記載の発明によれば、廃棄
物を処理しながら有用な金属資源を回収することができ
ると共に、焼却もしくは溶融法による廃棄物処理プラン
トの排ガス中のダイオキシン除去に使用された廃活性炭
を完全かつ容易に処理することができる。

【００４１】請求項４記載の発明によれば、廃棄物を処
理しながら有用な複数種の金属資源をそれぞれ別々に回
収し、有価金属として有効に再利用することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１を示すフローシートであ
る。

【図２】溶融スラグに対する還元剤としての炭素添加
量と、回収した金属の量との間の関係を示すグラフであ
る。

【図３】本発明の実施例２を示すフローシートであ
る。

【図４】溶融スラグに対する炭素の添加量と、スラグ
の溶融温度と、金属の析出量との間の関係を示すグラフ
である。

【符号の説明】

２：溶融キルン部４：溶融スラグ５：排ガス６：２次燃焼室７：調温塔９：バグフィルター１１：活性炭塔１４：還元分離槽１５：ホッパー１８，１８ａ，１８ｂ：溶融残渣層１９：溶融金属層２０：金属取出し口２１：残渣取出し口１４ａ：上流ゾーン１４ｂ：下流ゾーン１５ａ：上流ホッパー１５ｂ：下流ホッパー１９ａ：溶融金属Ｃｕ層１９ｂ：溶融金属Ｆｅ層２０ａ：金属Ｃｕ取出し口２０ｂ：金属Ｆｅ取出し口２２：堰

フロントページの続き (72)発明者保田賢士大阪市住之江区南港北１丁目７番89号日立造船株式会社内 (72)発明者川村義秀大阪市住之江区南港北１丁目７番89号日立造船株式会社内 (72)発明者長屋喜一大阪市住之江区南港北１丁目７番89号日立造船株式会社内Ｆターム(参考） 4K001 AA09 AA10 BA14 BA22 EA05 FA07 GA12 GB02 GB09 HA01

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】廃棄物を高熱処理し、生ずる溶融スラグ
中の金属成分を還元し、得られた金属をスラグから分離
回収する、廃棄物溶融スラグからの金属回収方法。
【請求項２】金属成分の還元を、還元剤として炭素系
物質を用いて行う、請求項１記載の金属回収方法。
【請求項３】炭素系物質が、廃棄物の高熱処理排ガス
中の有害物質除去処理に用いた廃活性炭である、請求項
１または２記載の金属回収方法。
【請求項４】炭素系物質を、被還元金属種に応じて溶
融温度を異にする複数の還元ゾーンに分割して供給し、
各ゾーンごとに異種金属を回収する、請求項２または３
記載の金属回収方法。