JP2000512687A - 鉛塩の回収を含むフライアッシュ／ａｐｃ残留物の処理 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、塩化物、硫酸塩、ならびにカルシウム、カリウム、およびナトリウムからなる群から選ばれた土アルカリ金属、ならびに鉛からなる群から選ばれた重金属を含むフライアッシュ／ＡＰＣの残留物の処理のための方法に関する。残留物は、前記残留物を危険でない材料として廃棄できるように、乾燥／半乾燥の石灰の注入を利用する空気汚染制御プロセスから得られるものである。本方法は、以下の一連の工程を含む。（ａ）可溶化された鉛塩および塩化カルシウムを含む残留物のスラリーを形成するために、フライアッシュ／ＡＰＣの残留物（２０）を水（５０）によって洗浄し攪拌する；（ｂ）約１１．８を上回るｐＨを有し可溶化された鉛塩および塩化カルシウムを含むろ液（４６）を除去するために残留物のスラリーをろ過（４２）する：および（ｃ）カルシウムが富化された第１のろ過ケーク（４４）を回収する。次に、可溶化された鉛塩を以下の副工程によってろ液から除去する：（ｉ）ｐＨを約１０ないし１１に下げるために十分な塩酸（５８）をろ液へ加える；（ｉｉ）白から黄色へと色の変化が起こるまでろ液を攪拌する；（ｉｉｉ）ｐＨを約７ないし８に下げるために、攪拌されたろ液に十分な塩酸をさらに加える。（ｉｖ）塩化カルシウムを含むブライン（８６）を除去するために、ろ液をろ過（８２）する；および（ｖ）鉛が富化された黄色の色の第２のろ過ケーク（８４）を回収する。

Description

【発明の詳細な説明】 鉛塩の回収を含むフライアッシュ／ＡＰＣ残留物の処理 技術分野 本発明は、空気汚染制御（ＡＰＣ）技術に関する。より特には、本発明は、乾 燥／半乾燥の石灰の注入を利用する空気汚染制御プロセスから得られるフライア ッシュ／空気汚染制御プロセスの残留物を、灰の残留物を危険でない（ｎｏｎ− ｈａｚａｒｄｏｕｓ）材料として廃棄できるように処理するプロセスに関する。 背景 １９７０年代後期から１９８０年代初頭にかけて、都市固形廃棄物（ＭＳＷ） の焼却を実施することによる排出について持たれた関心のために、焼却炉のより 効率的な運転条件および改善された空気汚染制御技術が開発された。そして、排 出を最小限にするためのこの向上した能力によって、より多くの量の汚染された 残留物が現代の空気汚染制御（ＡＰＣ）システムにおいて捕捉されるようになっ ている。焼却することによって、典型的に、廃棄する材料の全体積の９０％が減 少し、都市固形廃棄物（ＭＳＷ）の重量の６０ないし７５％が減少することが、 一般的に認められている。 都市廃棄物を焼却することによって、一般的に次の生成物が生成されることが 認められている、すなわち、ボトムアッシュおよびフライアッシュである。都市 廃棄物の焼却によって生成される全ての灰の７０ないし９５％は、ボトムアッシ ュであると見なされている。ボトムアッシュには、典型的に２％を下回る可燃物 が含まれている。都市固形廃棄物の焼却を行う温度が極度に高いために（典型的 に約１０００℃）、ボトムアッシュを比較的熱安定性があり化学的に不活性なも のとして残したまま、有機化合物は事実上完全に解離し、金属種のあるものは揮 発する。典型的に、ボトムアッシュは比較的不溶性であり、全質量の約５％のみ が水に溶ける。 廃棄物の焼却による生成物の残りは、フライアッシュとして分類される（ｃｌ ａｓｓｉｆｉｅｄ）。フライアッシュは、水に良く溶ける。例えば、熱回収シス テムからの灰の３０％までが、水に溶ける。フライアッシュからの浸出液（ｌｅ ａｃｈａｔｅｓ）中で測定される最も一般的な種は、塩および他の煙道ガスの反 応生成物、特に塩化物および硫酸化合物である。フライアッシュによっては、水 に溶ける部分の重量のほとんど４０％が塩化物のみによって占められ得る。従っ て、フライアッシュが廃棄されるならば、フライアッシュが地下水と接触し得る というような汚染の危険性がフライアッシュによってもたらされる。フライアッ シュは、地下の廃鉱に、または埋立て地（ｌａｎｄｆｉｌｌ ｓｉｔｅｓ）の特 殊な容器（ｃｅｌｌ）の中に「貯蔵」することを必要とする危険な廃棄物である と考えられる。その代わり、フライアッシュは、危険でない材料として廃棄する のならば、廃棄の前に処理されなければならない。 運転される焼却炉からの分類された残留物を廃棄するための環境的に受け入れ られる手段が欠如しているということについての社会および政府の関心のために 、都市固形廃棄物（ＭＳＷ）または廃棄物エネルギー（ｅｎｅｒｇｙ−ｆｒｏｍ −ｗａｓｔｅ）（ＥＦＷ）の工場が広範に受け入れられ普及（ｐｒｏｌｉｆｅｒ ａｔｉｏｎ）することが緩和されている。容易に水に溶ける塩および潜在的に溶 解性である微量な金属の濃度が高いために、世界中のほとんどの国において、Ｅ ＦＷ焼却炉の空気汚染制御（ＡＰＣ）ユニット操作の中で生成される残留物は分 類されていると考えられる。これらのような関心がある結果、ＡＰＣ残留物を廃 棄することは、新しいＥＦＷ焼却設備を受け入れることを制限する主要な問題の 一つとなっている。 ますます厳しくなる空気排出規制を遵守するために、現代の空気汚染制御（Ａ ＰＣ）システムは、焼却炉の煙道ガスを冷却し化学的に状態調整するように設計 されている。ＭＳＷを焼却しているときに形成される塩化水素（ＨＣｌ）および 二酸化硫黄（ＳＯ₂）のガスは、ガスの温度を１５０℃未満に下げるように加湿 されている。焼却炉の排ガスを冷却することによって、蒸気の汚染物の凝縮が促 進され、ある化学反応が高められる。このように化学的に状態調整することは、 一般的に、酸性のガスの吸収剤として作用し、また揮発性の化合物を凝縮させる ための反応性の表面をもたらすために、粉末の水和石灰または他のある形態の苛 性アルカリ溶液を煙道ガスの流れの中へ注入することによって容易に行われる。 ＡＰＣシステムには、２つの主要なタイプがある、すなわち、ｉ）湿った石灰の 注入、および、ｉｉ）乾燥または半乾燥（ｓｅｍｉ−ｄｒｙ）の石灰の注入であ る。乾燥および半乾燥の石灰を注入するＡＰＣシステムにおける酸性のガスを中 性化する反応によって、主として、塩化カルシウム（ＣａＣｌ₂）および硫化カ ルシウム（ＣａＳＯ₄）塩の廃棄物残留物の流れがもたらされる。ＡＰＣ残留物 中に存在する過剰の石灰およびＣａＣｌ₂の溶解性は制限されていないため、水 と接触するとすぐに固体マトリックスから放たれる。事実、ＡＰＣの灰の残留物 の中には、その８５％までが水に溶けるものもある。さらに、化学的に状態調整 する際に石灰を加えることの化学量論比は１を上回っているので、ＡＰＣの灰の 残留物はアルカリ性が高く、また、ある鉛化合物のような両性の金属化合物を可 溶化する可能性が非常に増加する。結果として、これらの残留物からの浸出液に は、アルミニウム、鉛、クロムおよび亜鉛を含む微量な金属および塩が高い濃度 で含まれ得る。 今日、危険なＡＰＣ残留物を廃棄することは、新しいＭＳＷ焼却炉が受け入れ られ普及することを制限する主要な問題の一つとなっている。埋立ての固体廃棄 物を転用する（ｄｌｖｅｒｓｉｏｎ）こと、およびＭＳＷ焼却炉からエネルギー を回収することから得られる利点は、危険なＡＰＣ残留物を廃棄する際に取らな ければならない予防策のために否定されると主張されている。土壌および地下水 が浸出液によって汚染される危険性があるために、長期に渡り環境についての関 心を呼んでいる。これらの関心に応えるために、世界中の立法者は、一般的に、 ＡＰＣ残留物を廃棄の前に事前処理することを勧める指針を草案することで応え ている。規制の指針は、都市焼却炉から発生する２つの灰の流れの異なる特徴に 基いている。典型的には、焼却炉の設計、運転および空気汚染制御（ＡＰＣ）シ ステムのタイプは、それぞれ残留物の特徴に影響する。特に、これらの要素は、 微量な金属をボトムアッシュおよびフライアッシュ残留物の間で区分けする（ｐ ａｒｔｉｔｉｏｎｉｎｇ）こと、およびフライアッシュ残留物の全体的な溶解性 の、原因となっている（サウェル（Ｓａｗｅｌｌ）、エス・イー（Ｓ．Ｅ．）お よびティー・ダブリュ・コンスタブル（Ｔ．Ｗ．Ｃｏｎｓｔａｂｌｅ）の、国の 焼却炉試験および評価プログラム：都市廃棄物焼却炉からの残留物に関する特性 把握および処理の研究の概要 （Ｔｈｅ Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｉｎｃｉｎｅｒａｔ ｏｒ Ｔｅｓｔｉｎｇ ａｎｄ Ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ Ｐｒｏｇｒａｍ：ＡＳ ｕｍｍａｒｙ ｏｆ ｔｈｅ Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｔ ｒｅａｔｍｅｎｔ Ｓｔｕｄｉｅｓ ｏｎ Ｒｅｓｉｄｕｅｓ ｆｒｏｍ Ｍｕ ｎｉｃｉｐａｌ Ｗａｓｔｅ Ｉｎｃｌｎｅｒａｔｏｒｓ ）、環境カナダレポー ト（Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ Ｃａｎａｄａ Ｒｅｐｏｒｔ ）、１９９３を参照 のこと）。フライアッシュ／ＡＰC残留物の混合物は、溶解性が高い（６５％ま で溶解する）。対照的に、ボトムアッシュは約５％のみの溶解性である。従って 、ボトムアッシュは一般的に埋立て地で廃棄することが許容できるものと分類さ れている。一方、フライアッシュ／ＡＰＣ残留物は、高い濃度の容易に溶解する 塩、および潜在的に溶解性である微量な金属のために、危険な廃棄物と分類すべ きであると考えられている。分類されていない廃棄物を貯蔵または廃棄すること と比較して、分類された危険な廃棄物の発生（および貯蔵／廃棄）に関しては、 将来の重要な責任についての考慮およびかなりのコストがかかる。カナダでは、 カナダ環境閣僚会議（ｔｈｅ Ｃａｎａｄｉａｎ Ｃｏｕｎｃｉｌ ｏｆ Ｍｉ ｎｉｓｔｅｒｓ ｏｆ ｔｈｅ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ）（ＣＣＭＥ）が、廃 棄の前の処理を可能にするために、ＡＰＣシステムの残留物は焼却炉の残りの灰 の流れとは別に収集して処理すべきであるということを規定した指針を発行した 。 （都市固体廃棄物焼却炉についての運転および排出の指針（Ｏｐｅｒａｔｉｎｇ ａｎｄ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ Ｇｕｉｄｅｌｉｎｅｓ ｆｏｒ Ｍｕｎｉｃｉｐ ａｌ Ｓｏｌｉｄ Ｗａｓｔｅ Ｉｎｃｉｎｅｒａｔｏｒｓ ）、レポート、ＣＣ ＭＥ−ＴＳ／ＷＭ−ＴＲＥ００３、１９８９、６月を参照のこと。） 廃棄されたのち、固体廃棄物は、雨水、氷が張っていない地表の水（ｏｐｅｎ ｓｕｒｆａｃｅ ｗａｔｅｒ）、地下水のような浸出剤（ｌｅａｃｈａｎｔ）と 接触し得る。廃棄物が水と接触することを防ぐために廃棄物を隔離することが試 みられているが、水との接触を完全に防ぐことはほとんど不可能である。従って 、廃棄された廃棄物中の成分によっては、浸出剤の中に溶解し得るものがある。 水は、大気、地上水、および地下水の中で絶えず循環しているため、固体廃棄物 が 浸出したのちに廃棄物の溶解した成分が輸送されることは、広域に渡る環境的な 意味を有し得る。浸出について最も重要な固体廃棄物の種類としては、焼却炉、 フライおよび他の燃焼の灰；物理的および化学的廃水処理作業からのスラッジ、 およびケーク；汚染された土壌；鋳造工場でのスラグ；鉱山の廃石；タンクの底 のスラッジ等が挙げられる。これらの廃棄物は、乾燥粉末、スラリ、およびスラ ッジの形態で廃棄され、広い範囲の有機および無機の成分を含み得る。環境に対 して潜在的に危険である成分は、名付けられた（ｔｅｒｍｅｄ）汚染物となって おり、飲料水の中に存在するそれらは飲用水の品質標準を越えてはならない。ひ とたび、汚染物が浸出剤と接触すると、浸出が続き得る。浸出は、汚染物を可動 化する物理的および化学的反応とともに、汚染物を廃棄物から運び去る輸送のメ カニズムを包含している。廃棄の目的に対して材料を危険であるまたは危険でな いとする分類において、汚染物質が浸出する傾向は考慮すべき最も重要なもので ある。例えば、鉛は汚染のパラメーター（ｃｏｎｔａｍｉｎａｔｉｖｅ ｐａｒ ａｍｅｔｅｒ）であると考えられているが、もし、鉛が酸化鉛（ｌｅａｄ ｏｘ ｉｄｅ）のような不溶性の化合物中に存在していると、それは水中での浸出に対 して耐性が高いため、廃棄材料中に著しい量で存在していてもそれほど関心は高 くない。対照的に、塩化物の形態の鉛は、容易に（地下水のような）浸出液に溶 解するので、著しい量の塩化鉛が存在することによって廃棄材料は危険なものと なる。従って、浸出試験が標準の試験モードに従って成分の危険な性質を決定す るために行われ、また材料の分類は規制による浸出液の限界に基いている。この ような規制の一例は、廃棄物管理アクト（Ａｃｔ．）のもとでの英国コロンビア 規制（Ｂｒｉｔｉｓｈ Ｃｏｌｕｍｂｉａ Ｒｅｇｕｌａｔｉｏｎ）１３２／９ ２である。この規制においては、浸出テストのプロトコル（ｐｒｏｔｏｃｏｌｓ ）が規定されており、規制による浸出の限界が確立されている。廃棄物の廃棄領 域に置かれるべき灰の残留物のサンプルが、上述のテストプロトコルに従ってテ ストされる。そして、汚染の成分の濃度が規定された規制による浸出の限界を越 えないときには、材料は危険でないと分類され、それに応じて廃棄される。危険 な材料は、それなりにテストされて分類されるが、廃棄の前にさらに処理される か、または分類された危険な廃棄物として廃棄されて、特殊な貯蔵プロトコルに 供さ れなければならない。 世界的に、様々な方法が廃棄物エネルギー焼却炉のＡＰＣ残留物を処理するこ とを試みて用いられている。最も一般的に試みられている方法は、熱処理または ガラス化；金属の回収；および危険な化合物の安定化または凝固化である。ＡＰ Ｃ残留物の化学マトリックスが複雑であるために、これらの技術は一般に費用が かかり、そしてほとんどについて最終的に埋立て地に廃棄される廃棄物の量を著 しく減少させるものではない。 ガラス化には、一般的に、汚染物を化学的に不活性なマトリックスの中に取入 れるために、灰を１２００℃を越える温度にさらすことが含まれている。しかし 、ガラス化の技術は、典型的には、混合された灰またはボトムアッシュについて 用いられ、フライアッシュのみについて用いられることはない。加えて、ガラス 化のプロセスは、エネルギー集約型（ｅｎｅｒｇｙ−ｉｎｔｅｎｓｉｖｅ）であ り、汚染物を溶融させておくために他の材料を加えることが度々必要となる。結 局、全規摸（ｆｕｌｌ−ｓｃａｌｅ）の運転によるものは、ほとんどがコストが 非常に高いものとなっている。最後に、おそらくより重要なこととして、ＡＰＣ の灰の残留物の中で重要である汚染物は揮発性であり、高温のプロセスにさらさ れると再蒸発する傾向にある。つまり、ガラス化の処理プロセスから排出される 排ガスには、大気中へ排出される前に、さらに空気汚染制御の処理を施すことが 必要であるため、処理プロセスの本来の目的を否定していることになる。 現時点では、（ＨＣｌのような）酸、（ＮａＣｌを含む）塩、およびＡＰＣ残 留物からの石膏を回収するいくつかの知られた試験規模（ｔｅｓｔ−ｓｃａｌｅ ）のシステムがある。しかし、これらの回収システムは、一般的に、湿った石灰 を注入する空気汚染制御システムから生成される湿った残留物に限定されている 。これらの方法が、乾燥または半乾燥のＡＰＣシステムの残留物を処理できるこ とは、証明されていない。 理想的には、ＡＰＣの灰の残留物中に典型的に存在する鉛、亜鉛のようないく つかの金属の濃度が与えられたときに、これらの残留物から金属を回収すること によって著しい利益を得ることができる。不幸なことに、現時点では、ＡＰＣの 残留物の化学が複雑であるために、残留物中に存在する多くの微量な金属を再処 理または再利用する上で十分に純粋な形態で単離して蓄積することは、非常に難 しい。例外の一つは、水銀の回収である。ドイツ「３Ｒ」プロセスとして当該分 野において一般に知られているプロセスによって、ＡＰＣの残留物から水銀を回 収することができる。しかし、このプロセスは、湿ったスクラバーのシステムを 応用することからの残留物に対してのみ使用することができるという点で、制限 されている。現在のところ、乾燥または半乾燥のＡＰＣの灰の残留物を処理する ために運転されている市販の金属回収システムは、知られていない。 凝固とは、一般的に、水と接触するために利用される表面領域を減少させるこ とで汚染物の浸出を低減するためにＡＰＣの残留物をポゾランの（セメント様の ）材料と混合するプロセスを意味する（物理的なカプセル封入（ｅｎｃａｐｓｕ ｌａｔｉｏｎ））。また、凝固という用語は、微量な金属の溶解性を制限する非 常に緩衝処理された（ｂｕｆｆｅｒｅｄ）環境を維持することを意味する（化学 的な安定化）。これは、比較的経済的なプロセスである；しかし、凝固技術は全 体としては効果的でないことが、研究者によって観察されている。（ハルトレ する新しい展望（”Ｎｅｗ Ｐｅｒｓｐｅｃｔｉｖｅｓ ｏｎ ｔｈｅ Ｍａｎ ａｇｅｍｅｎｔ ｏｆ Ｒｅｓｉｄｕｅｓ ｆｒｏｍ ＭＳＷ Ｉｎｃｉｎｅｒ ａｔｉｏｎ ｉｎ Ｓｗｅｄｅｎ”）」第７回国際再利用会議の議事録、国際廃 棄物管理 、（Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ｔｈｅ ７^th Ｉｎｔｅｒｎａｔ ｉｏｎａｌ Ｒｅｃｙｃｌｉｎｇ Ｃｏｎｇｒｅｓｓ、Ｗaｓｔｅ Ｍａｎａｇ ｅｍｅｎｔ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ ）、ケィ．ジェイ．トーメ−コズミエ ンスキー（Ｋ．Ｊ．Ｔｈｏｍｅ−Ｋｏｚｍｉｅｎｓｋｙ）編集、イィ．エフ−ベ ルラグ ファー エネルギエ−ウント ウムウェルトテクニク ジ−エムビ−エ イチ（ＥＦ−ＶＲＥＲＬＡＧ ｆｕｒ Ｅｎｅｒｇｉｅ−ｕｎｄ Ｕｍｗｅｌｔ ｔｅｃｈｎｉｋ Ｇｍｂｈ）発行、ベルリン、ドイツ、１９９２を参照のこと） 。ＡＰＣの残留物の実質的な割合が溶解性の塩化物の塩からなるために、塩の浸 出による固体マトリックスの耐久性および構造的な一体性（ｉｎｔｅｇｒｉｔｙ ）の欠如によって重要な問題が発生する。さらに、マトリックスのアルカリ性が 高 いために、鉛（Ｐｂ）および亜鉛（Ｚｎ）化合物のような両性の金属化合物の侵 食がもたらされる可能性がある。知られている入手可能な安定化プロセスの一つ においては、溶解性の鉛（Ｐｂ）を不溶性の鉛ホスフェート化合物に転化するた めに多量のりん酸をＡＰＣ残留物に加えることを必要とする。このプロセスは鉛 の溶解性を低減する上では相当に効果的ではあるが、このプロセスは塩の浸出を 防がない。さらに、このプロセスにおいては約４０重量％（の酸＋水）が残りの 処理された残留物に加えられ、そしてこの量の増加によつて、埋立て貯蔵のスペ ースおよび関連するコストに対する要求が同時に増加する。 目的 本発明の目的は、フライアッシュおよび危険なＡＰＣ残留物を、世界的に認め られている危険でない廃棄物の基準を満たす材料に転化するための方法を提供す ることである。 より特には、本発明の目的は、危険な廃棄物処理の量、コスト、および責任の 懸念を低減するために、空気汚染制御装置からのフライアッシュ／ＡＰＣ残留物 を処理する方法を提供することである。 本発明のさらなる目的は、市販のグレードのＣａＣｌ₂液（ｌｉｑｕｏｒ）； 再利用する上で適切な形態の鉛；およびコンクリート、セラミックレンガもしく はアスファルト製品に対する添加剤（ａｄｊｕｎｃｔ）として販売することがで きるかまたは危険でない廃棄物材料として廃棄することができるカルシウムおよ びシリケートが富化された危険でない残留物、を含む様々な副産物の流れを回収 するために、フライアッシュ／ＡＰＣ残留物を処理する方法を提供することであ る。 さらに、本発明の目的は、廃棄物の焼却中に発生する蒸気を利用するために、 都市廃棄物焼却設備と組み合わせることができる方法を提供することである。 さらに、本発明の目的は、焼却設備の全体に対するエネルギーの利用および効 率を改善するフライアッシュ／ＡＰＣ残留物を処理する方法を提供することであ る。 さらに、本発明の目的は、既知の／競争力のあるＡＰＣ残留物処理の他の方法 と比較して競争力のある運転コストを有し、また、特定の（ｉｄｅｎｔｉｆｉｅ ｄ）商業市場を有する回収された副産物を販売することにより潜在的な収入があ る、フライアッシュ／ＡＰＣ残留物を処理する経済的な方法を提供することであ る。 本発明の概要 塩化物、硫酸塩、カルシウムおよびカリウムおよびナトリウムからなる群から 選ばれた土アルカリ金属（ｅａｒｔｈ ａｌｋａｌｉ ｍｅｔａｌｓ）、ならび に鉛からなる群から選ばれた重金属を含むフライアッシュ／ＡＰＣの残留物を処 理する方法が提供される。本方法は、一連の工程によって特徴づけられる：（ａ ）可溶化された鉛塩および塩化カルシウムを含むスラリーを形成するために、フ ライアッシュ／ＡＰＣの残留物を水によって洗浄し攪拌する；（ｂ）約１１．８ を上回るｐＨを有し可溶化された鉛塩および塩化カルシウムを含むろ液を除去す るために残留物のスラリーをろ過する；および（ｃ）カルシウムが富化された第 １のろ過ケークを回収する。次に、ろ液から鉛塩を除去するために、（ｄ）一連 の副工程によってろ液をさらに処理する：（ｉ）ろ液のｐＨを約１０ないし１１ に下げるために十分な塩酸をろ液に加える；（ｉｉ）透明から白そして黄色への 色の変化が起こるまでろ液を攪拌する；（ｉｉｉ）ｐＨを約７ないし８に下げる ために攪拌されたろ液に十分な塩酸をさらに加える。（ｉｖ）次に、塩化カルシ ウムを含むブラインを除去するためにろ液をろ過する；そして（ｖ）鉛が富化さ れた黄色の色の第２のろ過ケークを回収する。最後に、選択した濃度および純度 を有する塩化カルシウムの液を生成するために、ブラインを濃縮して精製する。 図の簡単な説明 図１は、（１）灰の洗浄および脱水；（２）金属の沈殿：および（３）蒸発に よる塩化カルシウムのブラインの精製および濃縮の３つの工程を取入れた本発明 に係るフライアッシュ／ＡＰＣの残留物を処理する方法の概要を表わす概略的な 流れ図である。 図２は、灰の洗浄および脱水の工程（１）をより詳細に表わすために拡大され た概略的な流れ図である。 図３は、金属の沈殿の工程（２）をより詳細に表わすために拡大された概略的 な流れ図である。 図４は、精製および濃縮の工程（３）をより詳細に表わすために拡大された概 略的な流れ図である。 図５は、工程（２）で得られた黄色い沈殿物の重量パーセントの温度に対する プロットを表わすサーモグラフ分析図である。 最良の形態の詳細な説明 本発明に係る方法によって処理される灰の残留物には、都市廃棄物の焼却中に 生成されるフライアッシュ／ＡＰＣの残留物、および乾燥または半乾燥の石灰を 注入する空気汚染制御（ＡＰＣ）プロセスによって生成し得るフライアッシュ／ ＡＰＣの残留物の両方が含まれる。灰の残留物には、典型的に、アルミナ、シリ ケート、塩化カルシウム、および微量な金属の塩、特に鉛塩が含まれる。本説明 の目的および後述する請求項にとって、フライアッシュの残留物およびＡＰＣの 残留物の間には、それ以上の区別はない。 図１を参照して、本発明に係るフライアッシュ／ＡＰＣ残留物を処理する方法 を概略的にまとめる。一般に、本方法は以下の３つの主要な単位処理（ｕｎｉｔ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ）に分けることができる。 （１）カルシウムが富化された第１のろ過材（ｆｉｌｔｅｒ）およびろ液を得 るためにフライアッシュ／ＡＰＣの残留物を洗浄したのちに固／液相の分離をす ることを含む第１の工程； （２）ｐＨを調整する２つの段階によって促進される沈殿によって金属を回収 する、特に鉛を回収するためにろ液を処理する（ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ）ことを 含む第２の工程； （３）濃縮され精製された塩化カルシウムのブラインを回収するために残りの ブラインを蒸発によって濃縮することを含む第３の工程。 （１）フライアッシュ／ＡＰＣの残留物の洗浄−固／液相の分離 図２に拡大して表わした第１のプロセスの工程を参照するが、ほとんどの焼却 炉は現存する空気汚染制御の残留物をトラックで積み込むシステム（ｔｒｕｃｋ ｌｏａｄｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ）を有しており、このシステムは、フライアッシ ュ／ＡＰＣの残留物を本発明に係るプロセスのラインに導入するための基盤とし て使用することに適応させることができる。典型的に、フライアッシュ／ＡＰＣ の残留物２０は、灰のサイロ２２の中に投棄されて灰２０がプロセスに必要とな るまで貯蔵される。次に、残留物２０は灰のサイロ２２からフィーダー２６を通 って放出される。処理システムに導入される残留物２０の規定されたバッチ量を 測定するために、ウェイフィーダー３０がフィーダー２６の下流に設置されてい る。灰の残留物２０は、ウェイフィーダー３０によって、バッチ混合タンク３２ に物理的に運ばれる。 バッチ混合タンク３２は、駆動する（ｐｏｗｅｒｅｄ）プロペラ３４によって 動作する攪拌システムを含むチャンバーまたはタンクとして、概略的に表わされ ている。このような装置の様々なものが、当該技術分野において知られており、 また本発明に係るシステムに利用することができる。攪拌タンクまたは混合チャ ンバーを図に表わしている本発明に係るプロセスのほかの場所において、同様の 記号を用いる。攪拌システムを必要とするそれぞれの箇所において、櫂またはプ ロペラによらないで攪拌するものを含む様々な装置を使用することができること は、当該技術分野に精通するものには良く理解されることである。 本発明の第１の洗浄工程は、灰の残留物２０を洗浄するためにプロセス水３６ をフライアッシュ／ＡＰＣの残留物に導入することを必要とする。プロセス水３ ６と灰の残留物２０は、適切な大きさのバッチ混合タンク３２内で、約２．５： １ないし６：１の液体対固体（ｌｉｑｕｉｄ−ｔｏ−ｓｏｌｉｄ）（Ｌ／Ｓ）の 比で混合することが好ましい。バッチ混合タンク３２内に導入するプロセス水３ ６の量は、混合するための正しい液体／固体（ｌｉｑｕｉｄ／ｓｏｌｉｄ）の比 を保証するために、レベルスイッチまたはフローメーター（図示せず）によって 制御する。プロセス水３６は、焼却設備の飲料水の供給５０と、塩化カルシウム のブラインの精製および濃縮の間に発生する蒸発からの戻りの凝縮液３６との組 合わせとして洪給することができる。蒸発については、後により詳しく説明する 。 フライアッシュ／ＡＰＣの残留物２０と混合するためのプロセス水３６には、い かなる事前処理またはポンプ装置も必要ではない。 バッチ混合タンク３２内で、灰の残留物２０およびプロセス水３６を、混合攪 拌器３４を用いて攪拌する。攪拌は、残留物のスラリー３８を形成するためにプ ロセス水３６と残留物２０をすっかり混合する上で十分な時間の間、続けられる 。攪拌する時間は、約２ないし１０分であることが好ましい。残留物のスラリー ３８の正確な化学的な含有量（ｃｈｅｍｉｃａｌ ｃｏｎｔｅｎｔ）は、最初に 焼却した材料の性質と残留物２０を生成する個々の空気汚染制御方法の影響を大 きく受けて、微量な量の多くの異なる物質を含み得るとともに、元の残留物２０ の化学的な含有量によって変化する。一般に、両性の鉛および亜鉛の化合物、お よび主に塩化カルシウムを含む溶解性の高い塩、塩化ナトリウムおよび塩化カリ ウムが、残留物のスラリー３８の液体の成分の中で可溶化されている。少量の他 の物質も液体の成分の中に存在しているが、塩化カルシウムが塩化ナトリウムよ りもはるかに高い濃度で存在しながら、溶解した材料の大部分が塩化カルシウム および塩化ナトリウムによって構成されている。 バッチ混合タンク３２での攪拌ののちに、残留物のスラリー３８はその後のプ ロセスのためにバッチ混合タンク３２からポンプによって輸送される。図２にお いて、参照番号４０の記号は一般にポンプを表わすために用いる。従来の様々な ポンプシステムを使用することができ、残留物のスラリー３８に対して適切な既 知のポンプシステムを選択することは、当該技術分野に精通する者にとっては自 明のことである。ポンプシステムを表わすために、同様の記号を図の全体に渡っ て用いる。それぞれの場合において、使用可能な（ｏｐｅｒａｂｌｅ）ポンプの 特徴を持つ個々のポンプシステムを選択することは、当該技術分野に精通する者 にとっては自明のことである。 本発明に係るプロセスの連続する次の工程は、残留物のスラリー３８からろ液 を除去するためにスラリー３８をろ過することである。残留物のスラリー３８は 、周囲温度に保たれている。残留物のスラリー３８はアルカリ性が高いので、ア ルカリ性条件に対処する仕様となっているフィルタープレス装置が必要となる。 それゆえ、一連のプロセシングシックナー（ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｔｈｉｃｋ ｅ ｎｅｒｓ）（著しいエネルギーの入力を必要とする）を用いる代わりに、簡単な ろ過装置を用いて残留物３８の液／固相の分離を行うことができる。示している 好ましい態様においては、液／固相の分離を促進するために、バッチ混合タンク ３２から、コーキングされ（ｃａｕｌｋｅｄ）、ガスケットされ（ｇａｓｋｅｔ ｅｄ）、くぼみが作られた（ｒｅｃｅｓｓｅｄ）フィルタープレートプレス４２ へと、残留物のスラリー３８が供給されている。このフィルタープレスの動作は 約０．５時間を要し、このろ過工程は本発明に係る残留物の処理システムの全体 の速度を制限する工程となっている。固体材料からなる第１のろ過ケークは、フ ィルタープレス４２からの出力として生成される。第１のろ過ケーク４４は、カ ルシウムが富化されており、典型的に、硫酸塩、カーボネート、アルミナ、およ びシリケートを含む他の種を含んでいる。ろ液４６は保持されて、後述するよう に、その後のプロセスのためにろ液収容タンク４８へと向けられる。第１のろ過 ケーク４４の塩化物および溶解性の鉛の含有量をさらに減らすために、第１のろ 過ケーク４４は水の供給５０からの飲料水によってすすがれることが好ましい。 すすぐために用いる水の量は、処理する元のフライアッシュ／ＡＰＣの残留物の 化学的な組成の性質によって変化する。すすぎは、第１のろ過ケーク４４中の塩 化物の濃度が所定の範囲内となるまで続けることが好ましい。第１のろ過ケーク 中の塩化物量は、約５０００ｐｐｍを下回ることが好ましい。この濃度は、導電 率のプローブをろ液４６の流れに直列に設置することによって、間接的に決定す ることができる。カルシウムが富化された第１のろ過ケーク４４から塩化物が洗 い出されるときに、ろ液４６の塩化物の濃度の変化を反映して、導電率のブロー ブはろ液４６の導電率の変化を検出する。水蒸気５０の流れを、従来のプロセス フロー制御の方式に従って、第１のろ過ケーク４４をすすぐために引き起こす。 第１のろ過ケーク４４をすすいだ後には、すすぎの水には著しい量の塩化物およ び溶解性の鉛化合物が含まれている。この使用後のすすぎの水５５は、ろ液４６ とともにフィルタープレスを通ってフラッシュされる。バルブ５７は、すずぎの 水５５の流れを方向付けてバッチ混合タンク３２に再循環して戻してフライアッ シュ／ＡＰＣ残留物２０のさらなるバッチを最初に洗浄するために、任意に起動 させられる。 適切な大きさの廃棄のビン（ｂｉｎ）５２をフィルタープレス４２の下に収容 するために、フィルタープレス４２は高い位置に設置することが好ましい。次に 、すすがれた第１のろ過ケーク４４に、ケーク４４の水分を約３５ないし４５重 量％に下げるために、空気源５４から空気を送る。空気の送風ののち、第１のろ 過ケーク４４を、フィルタープレス４２から放出する。こうして、ろ過ケーク４ ４は、分類されないコンクリートの骨材の材料（ｃｏｎｃｒｅｔｅ ａｇｇｒｅ ｇａｔｅ ｍａｔｅｒｉａｌ）として販売する上で、または危険でない廃棄物と して従来の埋立て地で廃棄する上で、適切な品質となる。 表１に、上述した本発明のプロセスに従って生成されたカルシウム、シリケー ト、およびアルミナによって富化された第１のろ過ケーク４４の分析を与える。 ２つのサンプルを第１のろ過ケーク４４から取り、様々なアルカリ金属、重金属 、および他の非金属のパラメーターの存在を分析した。得られた結果により、著 しい量のカルシウムがろ過ケーク４４において回収されていることが明らかに示 されている。一方、鉛の濃度は、約６０００ｍｇ／ｋｇの元の灰の濃度から約２ ３００ないし２５００ｍｇ／ｋｇへと著しく減少している。 ろ過ケーク４４が分類されていないかまたは危険でないと考えられる限り、ケ ーク４４を従来の埋立て地で廃棄する、または（コンクリート、セラミック、レ ンガ、またはアスファルト製品に対する添加剤のような）一般の建築の骨材とし て用いることができる。ろ過ケークの個々の組成は、重要な重金属または塩化物 の汚染がないことと比較して、ケークを一般の建築の骨材として使用する上では それほど重要ではない。例えば、上述の確認した英国コロンビア規制１３２／９ ２のもとで規定されている標準の浸出試験が、第１のろ過ケーク４４から取られ たサンプルに対して行われ、浸出液中に含まれている鉛の値が５ｐｐｍを下回っ ていることが見出されている。このレベルは、危険でない廃棄物として指定され るために許容される最大レベルであることが、規制において定められている。浸 出試験の結果を表１にまとめる。サンプリングおよび浸出液の試験および分析に ついてのさらに詳しいことについては、後述する。 フィルタープレス４２から回収されたろ液４６は、ろ液収容タンク４８へと輸 送される。代わりに、もしいくらかの残留物の固体がろ液４６の中に残っている ときには、その固体を、さらなる灰２２とともに再び処理するために、バルブ５ ７によって再び方向付けてバッチ混合タンク３２へと再循環して戻すことができ る。ろ液収容タンク４８は、ろ液収容タンク４８が溢れてしまう可能性を防ぐた めに、フィルタープレス４２からの放出との間で、高レベルでの連動（ａ ｈｉ ｇｈ ｌｅｖｅｌ ｉｎｔｅｒｌｏｃｋ）（図示せず）を備えていることが好ま しい。 （２）金属を回収するためのろ液の処理 本発明に係るプロセスの第２の工程を、主に図３を参照して説明する。工程１ の灰を洗浄するプロセスの間、液／固相の分離の後にろ液４６ａの溶液の中に亜 鉛および鉛のようなある微量の金属が可溶化して残っている。放出されたどんな 廃水の流れ、または本発明に係るプロセスの第３の工程への供給においても、こ れらの微量な金属は望ましくない汚染物であるので、ろ液４６ａからこれらの金 属を除去する必要がある。溶液から無機金属を除去する一般的な方法は、ｐＨの 調整によって化学的に沈殿させることである。混合物中の個々の種の溶解度は、 非常に複雑である。様々な種の沈殿する速度および程度は、以下のものを含む多 数のパラメーターに依存する：すなわち、混合物中の様々な種の相対的な溶解度 係数および濃度、混合を維持する温度および圧力である。本発明において、ろ液 ４６ａから鉛の化合物を優先的に沈殿させる上で必要な時間およびｐＨ条件の特 有の設定（ｕｎｌｑｕｅ ｓｅｔ）が決定されている。 ろ液４６ａは、もともとは、多量の石灰を加えることを含む空気汚染制御方法 から生成された灰の残留物２０に水を加えることで得られていたため、このろ液 ４６ａはアルカリ性が高く、ｐＨは典型的に１２以上である。フィルタープレス ４２から回収されたろ液４６ａは、典型的には外見は透明で無色である。本発明 に係る化学的な沈殿によって金属を回収するために、最初に、ｐＨを約１１．８ 以上から、約１０．０ないし１１．０へと下げるためにろ液４６ａへ塩酸（ＨＣ ｌ）を加える。これは以下のようにして行われる。ろ液４６ａを、ろ液収容タン ク４８からプロセスライン５６に沿ってポンプによって輸送する。源５８からの 濃縮されたＨＣｌを、好ましくは管（ｑｕｉｌｌ）（図示せず）を用いて、箇所 ６０においてプロセスライン５６内へと導入する。この工程で用いる塩酸は、非 常に濃縮されており、約１０ないし１２Ｎ（規定）である。ろ液の流れ４６ａを 濃縮されたＨＣｌ酸５８とともに箇所６０において注入したのち、混合および対 応する金属化合物の沈殿を最大にするために、組合わされた流れを即座に混合用 の遠心力のポンプ（ｃｅｎｔｒｉｆｕｇａｌ ｐｕｍｐ）６１へと供給すること が好ましい。この組み合わされた流れ６３は、さらなる金属の沈殿を促進するた めに、攪拌器６６を備えた遅い混合タンク６４へとポンプによって輸送する。遅 い混合タンク６４の攪拌器６６は、攪拌器６６の攪拌器ブレードが空にならない （ｄｏ ｎｏｔ ｒｕｎ ｄｒｙ）ことを保証するために、タンクの低いレベル での遮断（図示せず）と制御連動（ｃｏｎｔｒｏｌ ｉｎｔｅｒｌｏｃｋｅｄ） していることが好ましい。遅い混合タンク６４にろ液４６ａを受け入れる十分な 容量がある前に混合用の遠心力のポンプがろ液４６ａのバッチを輸送する可能性 を防ぐために、遅い混合タンク６４は、さらに混合用の遠心力のポンプ６１と制 御連動している。 源５８から添加された濃縮されたＨＣｌとともにろ液４６ａを含んでいる組合 わされた流れ６３は、遅い混合タンク６４において攪拌される。混合時間の必要 な継続時間は、遅い混合タンク６４での混合物の色を観察することによって決定 することができる。もともとの透明なろ液４６から白そして黄色へと顕著な色の 変化が起こる。典型的に、これらの色の変化が完了する上での経過時間は、約５ ないし１０分である。 また、流れ６３のｐＨを精密に調整する上で必要な希釈されたＨＣｌを作製す るために、源５８からの濃縮されたＨＣｌを用いることが好ましい。この目的の ために使用することができる濃縮されたＨＣｌを一定に供給することを保つこと が必要である。これは、このタイプの強酸のための従来のどんな貯蔵プロトコル を用いても行うことができる。このようなプロトコルの一つには、２４０キログ ラム（約２００リットル）のバレルドラム（図示せず）の中にＨＣｌを得ること が含まれている。このプロトコルを用いて、濃縮されたＨＣｌの供給を酸バレル ラック（図示せず）を用いて源５８として貯蔵することができる。事前に決定し た塩酸を源５８から酸のライン５９を通してプロセスライン５６の注入の管の注 入点６０へポンプによって輸送するために、計量された酸のポンプ（ｍｅｔｅｒ ｅｄ ａｃｉｄ ｐｕｍｐ）６８を用いることが好ましい。混合の遠心力のポン プ６１が作動せずに酸のポンプ６８が始動することがないように、遠心力の混合 ポンプ６１と計量された酸のポンプ６８とは制御連動していることが好ましい。 酸のライン５９は、耐薬品性の塩素化ポリ塩化ビニル（ＣＰＶＣ）またはガラス 繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）から造られていることが好ましい。 源５８からのさらなる濃縮されたＨＣｌ酸を、計量された濃縮された酸のライ ン７４を通って別個の稀釈酸のタンク７０へと定期的に流している。稀釈酸のタ ンク７０は、源５０からの飲料水のための計量された水の入口７２を備えている 。稀釈酸のタンクは、ガラス繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）から造られ、耐蝕 性のライナーを有していることが好ましい。稀釈酸のタンク７０は、酸のベント ガスを捕らえるためのスクラバー（図示せず）、および希釈されたＨＣｌが正確 な割合に混合されることを保証するための遅いスピードの攪拌器を備えているこ とが好ましい。攪拌器は、攪拌器ブレードが空になることを防ぐために、低いレ ベルでの遮断（図示せず）と連動している。濃縮されたＨＣｌを希釈することは 、希釈されたＨＣｌの酸の溶液７６を供給するために、稀釈酸のタンク７０内で 行われる。 希釈されたＨＣｌの酸の溶液７６は、稀釈酸のタンク７０から稀釈酸のライン ７７を通って、遅い混合タンク６４内へとポンプによって輸送され、遅い攪拌が 約１０分以下の間、続けられる。このように添加された稀釈された塩酸７６は、 約２Ｎの濃度を有していることが好ましい。２Ｎの塩酸７６を添加することによ って、遅い混合タンク６４内の混合物のｐＨが約７．０ないし８．０の終点へと 下がる。 時間が遅延する２つのステップのｐＨ調整のこの方法は、特に、主にオキシ塩 化鉛（ｌｅａｄ ｏｘｙｃｈｌｏｒｉｄｅ）であると思われる黄色の金属の沈殿 物７８を沈殿させるが、黄色の沈殿物７８は、典型的な連続したｐＨ調整による アプローチにおける別の方法では、沈殿しない。複雑な化学的組成のＡＰＣの残 留物が与えられたときには、他の種が実際には存在し、得られた黄色の着色の原 因となっている可能性がいくらか残る。出願人による今までのテストは、この点 に関して、決定的なものとはなっていない。黄色の沈殿物を特徴づけることにつ いては、さらに詳細に以下に説明する。 黄色の金属の沈殿物７８を含む反応混合物は、連続して固体を除去するために 、くぼみが作られたプレートフィルタープレス８２へプロセスライン７９を通っ てポンプ８０によって供給されることが好ましい。鉛が富化された第２のろ過ケ ーク８４が、フィルタープレス８２から回収される。第２のろ過ケーク８４は、 フライアッシュ／ＡＰＣの残留物２０の元々の鉛の含有量の約５０％を上回る値 を示す。第２のろ過ケーク８４は本発明に係る方法の副産物であり、鉛の製錬（ ｓｍｅｌｔ）に使用するための化学的に受け入れられる供給原料となることが分 かっている。第２のろ過ケーク８４は、必要に応じてフィルタープレス８２から 手作業で回収される。十分な量の第２のろ過ケーク８４の材料が、周期的な除去 およびオフサイトの鉛の製錬所（ｓｍｅｌｔｅｒ）または保管所への輸送のため に蓄積されるまで、フィルタープレス８２からの鉛が富化された第２のろ過ケー ク８４を貯蔵するための適切な大きさの廃棄ビン８５を使用する。下表２に、本 発明に係る方法によって生成された鉛が富化された第２のろ過ケークについて行 った分析をまとめる。 表 ２ 金属の沈殿物の分析 注）特に指示がなければ、重量％である。 金属の沈殿物には＜５％（ｗ／ｗ）のセルロースの ろ過を助ける材料が含まれ得る。 第２のろ過ケーク８４を形成するために黄色の金属の沈殿物７８の混合物をろ 過する間、フィルタープレス８２からのブライン８６が予備タンク８７へと流れ ることが可能となっている。黄色の沈殿物７８を含む混合物をフィルタープレス ８２へと運ぶポンプ８０は、予備タンク８７が溢れてしまうことを防ぐために、 予備タンク８７の高いレベルでの遮断センサーと制御連動していることが好まし い。最初のフィルタープレスの動作によって除去されなかったどんな残留する黄 色の金属の沈殿物７８をも除去するために、ブライン８６を（図示しない再循環 ラインによって）フィルタープレス８２を通して再循環させることができる。さ らに、ブライン８６をさらにろ過することが、予備タンク８７の下流にある第２ のフィルター８８において行われることが好ましい。ろ過装置は、微粒子のフィ ルター（典型的には＜１μｍの気孔の大きさ）または活性炭のろ過装置からなる ことができる。第２のろ過の間に回収される、鉛が富化されたどんな第２のろ過 ケークも、前述したように引き続いて除去するために貯蔵ビン８５へと輸送され る。 （３）残留するブラインの蒸発濃縮 工程２の金属の沈殿ののち、回収されたブラインの溶液８６ａは、主に塩化カ ルシウム（ＣａＣｌ₂）、塩化ナトリウム（ＮａＣｌ）、および塩化カリウム（ ＫＣｌ)の塩からなる。塩化カルシウムは、ブライン８６ａ中で最も多い塩であ り、濃縮された形態で工業上の価値（ｃｏｍｍｅｒｃｉａｌ ｖａｌｕｅ）を有 する。 本発明に係るプロセスの第３の工程が記載されている図４を参照する。上述し たように、ブライン８６ａ中の塩化カルシウムの量をさらに濃縮するために、金 属の沈殿の工程からのブライン８６ａをプロセスライン８９を通して輸送して蒸 発器９０へと供給する。蒸発器９０において、ブライン８６ａから水蒸気９５を 蒸発させるためにブライン８６ａを加熱する。 ある温度範囲に渡って、典型的なブラインの溶液から、カルシウム、ナトリウ ム、マグネシウム、およびカリウムを塩化物として相対的に（ｒｅｌａｔｉｖｅ ）沈殿させることに対して、著しいデータが既に存在している。ＫＣｌおよびＮ ａＣｌの両方の溶解度は、塩化カルシウム（ＣａＣｌ₂）のそれよりも低く、そ の 結果、蒸発器の温度が高くなるにつれ、ＫＣｌおよびＮａＣｌは結晶質固体とし て溶液からの沈殿を優先的に始める。蒸発は、塩気のある水または海の水から飲 料水（蒸留物）を生成するラインにおいて良く確立されているプロセスであり、 そして、より重要なこととして、工業上のグレードの塩化カルシウムの液を生成 するために用いる方法として良く知られている。本発明に係る方法の蒸発の工程 においては、市場性のあるブラインの溶液の副産物が生成され、これは以下のＣ ａＣｌ₂の規格を満足していることが好ましい：（ｉ）少なくとも３０％のＣａ Ｃｌ₂の溶液；（２）ＮａＣｌとして測定されるアルカリ金属の汚染が８％を下 回る：および（３）他の汚染物が１００ｐｐｍを下回る。これらの規格は、市場 性のある塩化カルシウムのブラインの溶液についての標準である。典型的なＣａ Ｃｌ₂の市場での販売（ｃｏｍｍｅｒｃｉａｌ ｓａｌｅｓ）の規格を、本発明 に係る方法によって得られたＣａＣｌ₂と比較して、下表３に載せる。 表 ３ 塩化カルシウムのブラインの特徴 濃縮されたＣａＣｌ₂のブラインの溶液９３が、このようにして蒸発器の中で 生成され、そして、蒸発器９０からプロセスラインを通って絶縁された円錐形の 底のブラインの貯蔵タンク９２へと輸送されることが好ましい。このブライン貯 蔵タンク９２は、濃縮された塩化カルシウムのブライン９３の典型的な商業上の トラック輸送の量（典型的には３５０００リットル）を貯蔵できる適切な大きさ であることが好ましい。ブライン貯蔵タンク９２は、任意の必要なトラックまた は鉄道車両の積込みおよびポンプの装置を、備えていることが好ましい。ブライ ン貯蔵タンク９２は、濃縮されたブライン９３がすでに概説した所望の濃度の規 格を満たさないときに、このブライン９３をポンプ９１を用いてプロセスライン ９７を通して規格外れ用の（ｏｆｆ−ｓｐｅｃ）タンク９４へと手作業で流せる ように、弁を使用している。規格外れ用のタンク９４は、規格外れの材料をバッ チ混合タンク３２内へとブリードして返して、灰の残留物２０のさらなるバッチ を洗浄するためのプロセス水として使用するために、必要なプロセス配管（図示 せず）を有していることが好ましい。このように、もし濃縮されたブライン９３ がいくらかでも所望のＣａＣｌ₂の濃度に達しないときには、それを本発明に係 るプロセスを通して再び再利用することができる。 約２０００Ｌ／時間のブラインの溶液８６ａを蒸発によって濃縮するためには 、蒸気源９９からの１時間あたり約３０００ｋｇの蒸気が必要であると見積もら れる。従来の都市廃棄物エネルギーの焼却設備のほとんどすべては、蒸発器９０ のための蒸気９９の源として用いることが好ましい蒸気を発生させる。焼却設備 の蒸気のいくらかを、蒸発器９０を動作させるためにこのような方法で利用する ことは、従来の焼却炉の運転の全体としてのエネルギーの効率を実際に増加させ る。 また、本発明に係るプロセスとともに動作する都市廃棄物の焼却炉（図示せず ）へのボイラー給水用水を予備加熱するために、蒸発器９０からの水蒸気９５を 凝縮器９８とともに熱源１０６として使用することが好ましい。ボイラー給水用 水を予備加熱することによって、焼却炉の蒸気の発生サイクルの効率が高まる。 同様に、蒸発器９０へ供給するブライン８６ａを予備加熱して蒸発器９０の効率 を高めて必要な蒸気を減らすために、水蒸気９５を凝縮器９８とともに熱源１０ ６として用いることができる。また、バッチ混合タンク３２においてさらなるバ ッチの灰の残留物２０を洗浄するために再循環して再使用する目的で、蒸気９５ の温度を下げ、そして凝縮器９８からの凝縮した蒸気１０１をプロセス水３６中 へと取り入れるために貯蔵タンク９６へと輸送することが好ましい。さらに、プ ロセス水３６をアルカリ性のフライアッシュ／ＡＰＣの残留物２０と混合すると きの苛性脆化の問題を最少化するために、凝縮した蒸気を周囲温度に近づくよう に冷却することが好ましい。凝縮した蒸気９５を再利用することによって、本発 明に係るプロセスの工程１において灰の残留物２０を洗浄するために必要な新鮮 なプロセス水５０が減少する。 上述したように、蒸発器９０においてＫＣｌおよびＮａＣｌが結晶質固体１０ ０として溶液から優先的に沈殿する。これらの結晶質固体１００は、定期的に蒸 発器９０を下方にブローすることによって、除去される。下方へのブローの流れ （図示せず）は、結晶質固体１００を除去するために、振動ふるい（図示せず） へと方向付けられる。そして、固体１００は、周期的に廃棄するために、または ロードソルト（ｒｏａｄ ｓａｌｔ）として使用するために、ビン１０２内へと 投棄される。同様に、ブライン貯蔵タンク９２に周期的に集まり得る残りのＫＣ ｌおよびＮａＣｌ結晶も、除去したのち、廃棄するために廃棄ビン１０２内へ投 棄しても良い。 重金属（特に、鉛）、加えてカルシウムおよび塩化物イオンを含む様々なパラ メーターの存在を追跡するために、本発明に係る方法の様々なプロセスの流れの 分析を行っている。これらの分析の結果を表１にまとめる。この表が示すように 、未処理のＡＰＣの灰の残留物２０は著しい濃度の鉛および塩化カルシウムを有 している。洗浄された残留物（すなわち、第１のろ過ケーク４４）の鉛の濃度は 著しく下がっている。金属の沈殿物（すなわち、鉛が富化された黄色の第２のろ 過ケーク８４）の鉛の濃度は約６６０，０００ｐｐｍであり、２つの段階のｐＨ 調整によって微量の鉛のほとんどがろ液４６から回収されていることを反映して いる。鉛が富化された第２のろ過ケーク８４中にある黄色の沈殿した金属の固体 を除去したのちには、残りのろ液８６には低い濃度の鉛および著しい濃度の塩化 カルシウムが含まれている。塩化カルシウムの濃度は、蒸発の工程によって生成 されたＣａＣｌ₂のブライン９３中においてさらに増加する。 都市廃棄物の焼却炉のフライアッシュのような廃棄物材料を危険でない材料と して廃棄するためには、存在するある微量の金属のレベルがある許容できる値の 限界を下回っていなければならない。例えば、上述したように、英国コロンビア 規制における危険でないものの分類（ｎｏｎ−ｈａｚａｒｄｏｕｓ ｃｌａｓｓ ｉｆｉｃａｔｉｏｎ）に対しては、浸出液中に存在する鉛のレベルは１００万部 あたり５部を下回らなければならない。本発明に係る方法が、カルシウムが富化 された第１のろ過ケーク４４を生成するために用いられた。このろ過ケーク４４ は、廃棄物管理アクト（Ａｃｔ．）のもとでの英国コロンビア規制１３２／９２ の特別廃棄物排出方法（Ｓｐｅｃｉａｌ Ｗａｓｔｅ Ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ Ｐｒｏｃｅｄｕｒｅ）（ＳＷＥＰ）のもとで定められたテストプロトコルに従っ て、浸出液のテストに供された。（上述した）様々なプロセスの流れでの濃度テ ストおよび浸出液のテストの結果を表１にまとめる。第１のろ過ケーク４４につ いての浸出液の鉛のテストによって、規制において確立されている５ｐｐｍの制 限内にある浸出液の鉛の濃度が得られた。同様にヒ素、カドミウム、亜鉛等の他 のパラメーターの浸出液のレベルも、許容できる値の限界内にあった。こうして 、カルシウム、アルミナおよびシリケートが富化された第１のろ過ケーク４４は 、上述のように確認した規制のもとで危険でない材料として分類される。 本発明に係る方法の工程２の２つの段階のｐＨ調整によって優先的に沈殿した 特別の鉛の化合物は、オキシ塩化鉛であると思われる。表４（下に示す）に、ろ 液４６ａのｐＨ調整の一つの段階および上述した２つの段階の方法の間に生ずる 沈殿生成物の比較をまとめる。分析は、同一の量の未処理の灰を第１のろ過ケー クを回収するために洗浄してろ過したものを用いて行った。等しい量のろ液を、 等しい量の濃縮された塩酸によって処理した。標準の１つの段階のｐＨ調整制御 のテストによって、白い沈殿物が発生した。沈殿物を分析して、著しい濃度の鉛 および塩化物が含まれていることが見出された。対照的に、２つの段階のｐＨ調 整によって、黄色の固体の沈殿物が繰り返して生成された。そして、この沈殿物 の分析によって、著しくより高い濃度の鉛が示されたが、塩化物のイオンの濃度 は、１つの段階のｐＨ調整において得られたものの５０％以下であった。 黄色の沈殿物についてサーモグラフ分析を行い、結果を図５のグラフに示す。 黄色の沈殿物のサンプルを加熱して、サンプルの重量の損失のパーセントを温度 に対してプロットした。グラフには２つの線が示されている。線１は、温度に対 するパーセントの質量の損失を示すカーブである。線２は、温度または特に化合 物の著しい蒸発が起こる温度に対する重量損失の導関数を表わしている。線２の 第１のスパイクは、約２００ないし２５０℃にある。このスパイクは、線１のわ ずかなくぼみ（ｄｉｐ）に対応しており、水和の水の放出（ｄｒｉｖｉｎｇ−ｏ ｆｆ）を反映している。線２の第２のスパイクは、約７００℃ないし８００℃で 起こっている。質量損失のカーブ（線１）は、この温度範囲において大きく低下 する。この結果は、この範囲において著しい量の沈殿物が損失することに密接に 対応している。オキシ塩化鉛（ＰｂＣｌ₂・２ＰｂＯ）の融点は６９３℃を上回 るものである。サーモグラフ分析によって、オキシ塩化鉛が黄色の沈殿物のテス トサンプル中に存在する支配的な化合物であることが示される。このように、Ｈ Ｃｌを用いた２つの段階の沈殿の間にろ液４６ａから優先的に沈殿する種は、オ キシ塩化鉛であると思われる。沈殿物をオキシ塩化鉛であると特徴付けることは 、金属の沈殿のプロセスの間に観察される黄色への色の変化と一致するものであ る。また、この特徴付けは、鉛が富化された第２のろ過ケーク８４を除去するた めに固／液相の分離をしたのちに、著しい濃度の塩化カルシウム（塩化物イオン ）および低い濃度の鉛を含むろ液が回収されるという事実とも一致する。 材料の大部分を危険でないものとして分類可能にするために、本発明によって 鉛塩を除去し回収するためにＡＰＣのフライアッシュ／ＡＰＣの残留物を処理す る有効な方法が提供されることが分かる。さらに、本方法によって、再利用可能 で潜在的に市場性のある鉛製錬所への供給材料および塩化カルシウム液を回収す ることがもたらされる。上述した例は、この発明の原理の応用を説明するためだ けのものであることを理解されたい。当該技術分野に精通する者にとって、本発 明の原理を具現化する他の変形を考え出すことは容易なことである。従って、本 発明は、請求項の範囲内において、具体的に開示したこと以外において実施する ことができる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｃ０２Ｆ 1/62 Ｃ２２Ｂ 3/00 Ａ Ｃ２２Ｂ 3/04 Ｂ０９Ｂ 3/00 ３０４Ｇ // Ｃ２２Ｂ 13/00 ＺＡＢ 26/00 Ｃ２２Ｂ 13/04 (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，Ｌ Ｕ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ， ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，Ｓ Ｄ，ＳＺ，ＵＧ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ， ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，Ｇ Ｂ，ＧＥ，ＨＵ，ＩＬ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ， ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，Ｎ Ｚ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ ，ＳＫ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ， ＵＺ，ＶＮ (72)発明者 ヘザリントン、スティーブン・エー カナダ国、エル７エス・１エックス１、オ ンタリオ、バーリントン、770 ハガー・ アベニュー・ナンバー 103

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．塩化物、硫酸塩、カルシウムおよびカリウムおよびナトリウムからなる群か ら選ばれた土アルカリ金属、ならびに鉛からなる群から選ばれた重金属を含むフ ライアッシュ／ＡＰＣの残留物を処理する方法であって、 （ａ）可溶化された鉛塩および塩化カルシウムを含む残留物のスラリーを形成す るために、フライアッシュ／ＡＰＣの残留物を水によって洗浄し攪拌する； （ｂ）約１１．８を上回るｐＨを有し可溶化された鉛塩および塩化カルシウムを 含むろ液を除去するために残留物のスラリーをろ過する；および （ｃ）カルシウムが富化されたろ過ケークを回収する の一連の工程を有することを特徴とする方法。 ２．ろ過工程（ｂ）をスクリーンフィルタープレスを用いて行うことを特徴とす る請求項１記載の方法。 ３．可溶化された鉛塩および塩化カルシウムを含む水性液の廃棄物溶液から鉛塩 を回収する方法であって、前記廃棄物溶液はフライアッシュを洗浄することによ って得られており、前記方法は、 （ｉ）廃棄物溶液のｐＨを約１０ないし１１に下げるために十分な塩酸を廃棄物 溶液に加える； （ｉｉ）白から黄色への色の変化が起こるまで廃棄物溶液を攪拌する； （ｉｉｉ）ｐＨを約７ないし８に下げるために攪拌された廃棄物溶液に十分な塩 酸をさらに加える； （ｉｖ）塩化カルシウムを含むブラインを除去するために廃棄物溶液をろ過する ； （ｖ）鉛が富化された黄色の色のろ過ケークを回収する の一連の工程を有することを特徴とする方法。 ４．塩化物、硫酸塩、カルシウム、カリウムおよびナトリウムからなる群から選 ばれた土アルカリ金属、ならびに、鉛からなる群から選ばれた重金属を含むフラ イアッシュ／ＡＰＣの残留物を処理する方法であって、 （ａ）可溶化された鉛塩および塩化カルシウムを含む残留物のスラリーを形成す るために、フライアッシュ／ＡＰＣ残留物を水によって洗浄し攪拌する； （ｂ）約１１．８を上回るｐＨを有し可溶化された鉛塩および塩化カルシウムを 含むろ液を除去するために残留物のスラリーをろ過する；および （ｃ）カルシウムが富化された第１のろ過ケークを回収する； （ｄ）可溶化された鉛塩を以下の副工程によってろ液から回収する； （ｉ）ろ液のｐＨを約１０ないし１１に下げるために十分な塩酸をろ液に加える ； （ｉｉ）白から黄色への色の変化が起こるまでろ液を攪拌する； （ｉｉｉ）ｐＨを約７ないし８に下げるために攪拌されたろ液に十分な塩酸をさ らに加える； （ｉｖ）塩化カルシウムを含むブラインを除去するためにろ液をろ過する；およ び （ｖ）鉛が富化された黄色の色の第２のろ過ケークを回収する の一連の工程を有することを特徴とする方法。 ５．ろ過工程（ｂ）をスクリーンフィルタープレスを用いて行うことを特徴とす る請求項４記載の方法。 ６．カルシウムが富化された第１のろ過ケークを水によってすすぐ副工程（ｃ） （ｉ）をさらに有することを特徴とする請求項４記載の方法。 ７．以下の工程によって工程（ｄ）（ｉｖ）の塩化カルシウムを含むブラインの 溶液を濃縮し精製して、塩化カルシウムの濃度を選択したレベルまで上げブライ ンの溶液から汚染物を除去することを特徴とする請求項４記載の方法； （ｅ）塩化カルシウムのブラインがら水を蒸発させるためにブラインを加熱する ； （ｆ）塩化カルシウムのブラインから塩化ナトリウムおよび塩化カリウムを優先 的に沈殿させるためにブラインを冷却する；および （ｇ）濃縮された塩化カルシウムのブラインを回収する。 ８．フライアッシュ／ＡＰＣの残留物および水を攪拌する工程（ａ）が、約２な いし１０分の継続時間を有することを特徴とする請求項４記載の方法。 ９．ろ液の攪拌工程（ｄ）（ｉｉ）が、白から黄色への色の変化を得るために約 ５ないし１０分の継続時間を有することを特徴とする請求項４記載の方法。 １０．（ａ）ないし（ｄ）の工程を周囲温度で行うことを特徴とする請求項４記 載の方法。 １１．工程（ｄ）（ｉ）の塩酸が約１０ないし１２Ｎの濃度を有することを特徴 とする請求項４記載の方法。 １２．工程（ｄ）（ｉｉｉ）の塩酸が約２Ｎの濃度を有することを特徴とする請 求項４記載の方法。 １３．洗浄および攪拌の工程（ａ）を、約２．５：１ないし６：１の水とフライ アッシュ／ＡＰＣの残留物の重量比によって行うことを特徴とする請求項４記載 の方法。 １４．第１のろ過ケークが１００万部あたり約５．０部を下回る濃度の浸出可能 な鉛を有することを特徴とする請求項４記載の方法。 １５．鉛が富化された第２のろ過ケークが５０重量％を上回る濃度の鉛を有する ことを特徴とする請求項４記載の方法。 １６．鉛が富化された第２のろ過ケークがオキシ塩化鉛として沈殿した鉛を含む ことを特徴とする請求項４記載の方法。 １７．鉛が富化された第２のろ過ケークを回収する工程（ｃ）をフィルタープレ スを用いて行うことを特徴とする請求項４記載の方法。 １８．工程（ｇ）で回収された塩化カルシウムのブラインが３０重量％を上回る 濃度の塩化カルシウムを有することを特徴とする請求項６記載の方法。 １９．工程（ａ）のフライアッシュ／ＡＰＣの残留物を洗浄するために、加熱工 程（ｇ）のブラインから蒸発した水を再利用することを特徴とする請求項６記載 の方法。 ２０．工程（ａ）のフライアッシュ／ＡＰＣの残留物を洗浄するために、カルシ ウムが富化された第１のろ過ケークをすすぐ副工程（ｃ）（ｉ）で用いた水を再 利用することを特徴とする請求項４記載の方法。 ２１．廃棄物焼却炉によって生じた蒸気を塩化カルシウムのブラインを濃縮し精 製する加熱工程（ｅ）のための熱源として用いることを特徴とする請求項６記載 の方法。 ２２．工程（ｅ）において塩化カルシウムのブラインから蒸発した水を、加熱工 程（ｅ）において前記ブラインを予備加熱するための熱源として再利用すること を特徴とする請求項６記載の方法。 ２３．工程（ｅ）において塩化カルシウムのブラインがら蒸発した水を、蒸気ボ イラーにおいて供給水の貯えを予備加熱するための熱源として再利用することを 特徴とする請求項６記載の方法。