JPH04100583A - ６価クロム化合物の還元処理方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、６価クロム化合物を還元して３価ないし２価
クロム化合物を含む溶融固化物、またはクロムを含有す
る合金とすることにより、無害化もしくは資源化する６
価クロム化合物の還元処理方法に関するものである。

〔従来の技術〕

メツキ工場等の６価クロム含有排水の処理は、先ずｐＨ
１ｉ整の上、還元側を用いて６価クロムを還元し、水酸
化クロムとして凝集沈澱させ、フィルタプレス等で濾過
脱水してスラッジケーキとし、次いでこれを乾燥後、コ
ンクリート固化または溶融固化して６価クロムイオンの
溶出を防止するようにしている。

還元沈澱処理においては厳密な管理が必要で、老化メツ
キ液等の６価クロム濃厚廃液は通常の希薄排水に少量ず
つ混入して処理しなければならない。

また一般に行われているコンクリート固化は、アルカリ
性で行われ、３価クロムイオンが溶出性の６価クロムイ
オンに変化することとなるため、必ずしも安定した無害
化処理とは言いがたい。

また６価クロム化合物を含むダストや汚泥等はアーク式
電気炉等で溶融しているが、還元性雰囲気で操業しても
積極的に還元する能力はなく、従ってその熔融固化物の
６価クロムイオンの溶出防止効果にも限界がある。

〔発明が解決しようとする課題〕

本発明はかかる従来の問題点に鑑みてなされたもので、
６価クロム化合物を含む固体または液状物質を直接加熱
、溶融、還元して無害化でき、また安定な無機質溶融固
化物またはクロム含有合金としてクロム資源の回収がで
き、さらに６価クロム化合物含有廃棄物の安定無害化、
並びにその用途の提供をすることのできる６価クロム化
合物の還元処理方法を得ることを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

本発明にかかる６価クロム化合物の還元処理方法は、本
件発明者のうちの一人が先に特開昭６３−１３０２６９
号公報に開示した３本、６本、１２本等の多数電橋に多
相交流電源の各相電圧を印加して、各電極間に複数のア
ーク放電を発生させると共に、黒鉛電極等の酸化分解で
生じる強還元性を有する非移行性プラズマアークを電極
先端部より噴射させる多相交流プラズマアーク発生装置
を用い、これによって６価クロムを３価クロムないし金
属状態まで還元するようにしたものである。

また、この発明は、還元力は温度とともに指数関数的に
増大すること、及び還元反応を完全にするための高温に
おける保持時間の必要性を考慮し、該アークの最高温熱
流部を通過させるようにしたものである。

また、この発明は、例えば、坩堝内に被処理物を装入し
、これに対し直接に上記プラズマアークを反応完了まで
照射して熔融還元させるようにしたものである。

また、６価クロム化合物を含む固体または液体状物質を
、鉄等の金属やその酸化物、鉱石等とともに加熱、溶融
、還元すれば、クロムを含む合金が得られる。

〔作用〕

この発明においては、多数の電極の各々に多相交流電源
の各相電圧を印加しアーク放電させると、アーク電流に
より生じた磁場の作用で電極間に生成したプラズマアー
クが電極の先端より噴射する。

このプラズマアークは相手方電極等の対極物へ向けて移
行するタイプのものではない非移行性のもので、炉床や
坩堝内に装入した被処理物が酸化物などの非導電性のも
のであっても直接照射することができる。

また、被処理物が多少湿潤状態であっても、加熱時掻端
な飛散がなければ照射処理することができる。

か（して、６価クロム化合物、例えばＣｒ０ｚは容易に
還元されてＣ「、０ユないしＣｒＯとなり、その溶融固
化物として回収される。

また、６価クロム化合物を含むダスト、汚泥等の廃棄物
等は溶融還元されて、Ｃｒ、０．等が無機質に固溶した
熔融固化物として得られる。この場合、無機質がアルカ
リ性とならぬようけい砂等を添加して溶融還元すれば極
めて安定な処理物となる。さらに、被処理物は多少湿潤
状態でも照射可能で、６価クロム濃厚廃液等を砂等の無
機物質に湿潤し同様に加熱、熔融、還元して安定な熔解
固化物とすることができる。

上記のように、黒鉛電極を使用して空気中でアーク放電
すると、電極の酸化で生じた一酸化炭素は次の反応によ
って（ｃｏ）”、ｃ”のイオンを生じて掻めて還元性に
冨むプラズマアークを発生する。

ＣＯ＋ｅ−＋　（ＣＯ）”　＋ｅ−＋ｃ”　＋ＣＯＣＯ
＋　ｅ−＋Ｃ”　十〇−＋ｅ−＋Ｃ”　＋○＋２ｅこの
場合プラズマアークの生成に際し、アルゴンガス等のプ
ラズマ生成ガスの送入は全く必要としない。

生じたＣＯとＣによってＣｒｙ、等は次式によって還元
される。

４　Ｃｒ　０３　＋６　ＣＯ−”２　ＣｒＺ　ｏ、　＋
ａ　Ｃ０ｚＣｒｚ　Ｏ，＋ＣＯ−２ＣｒＯ＋Ｃ０ｚＴＣ
ｒＯ＋１０Ｃ−＋Ｃｒ７Ｃ３＋７ＣＯＣｒｚ　０３　＋
　Ｃｒｔ　Ｃ３→９Ｃｒ＋３ＣＯ３Ｃｒ　Ｏ＋　Ｃｒ　
ｑ　Ｃｓ　　→１０　Ｃｒ　＋　３　ＣＯ〔実施例〕 以下、この発明の実施例を図について説明する。

第１図は本発明の第１の実施例を示し、これは多相交流
プラズマアーク発生装置を用いて被処理物を坩堝に装入
して還元処理する間歇式処理炉の概要説明図である。該
アーク発生装置は６本の黒鉛電８ｉ１，２，３．１Ａ、
２Ａ、３Ａと三相交流電源７よりなる。

６本の電極は逆円錐形状を形成するよう、かつ電極先端
部９で収束するよう、上方から見て等角度（６０”）で
放射状に並んでいる。各電極は電極送り機構（図省略）
によって進退自在となっており、電極の消耗に対して調
整される。

また、４，５．６は３相交流出力の電流位相調整装置で
アークの強さ加減を調整するためのもの１０は６本の黒
鉛電極１．２，３．ＩＡ、２Ａ、３Ａ間で複数のアーク
が得られると同時に、電極先端部９で下方に向けて噴出
するように得られる、非移行性プラズマアーク、１２は
被処理物である６価クロム化合物、１１はこれを収納す
る坩堝である。

ここで、本多相多電極プラズマアーク発生装置により発
生されるマルチアークは、以下の特色を有するものであ
る。

■　大気中２液体中、真空中を問わずマイナス電子イオ
ンを帯びた超高温のアークが発生する。

■　スイッチＯＮと同時に４０００°Ｃ以上の熱源を得
られるため、高融点物質でも溶融、溶解できる。

■　電極の先端に回転磁界が発生するため、被照射物に
たいする電気的攪拌作用が期待できる。

■　３の倍数で相数、！極数を増やすことが可能で電極
径を太くするとともに、負荷を流を増大して大容量の物
質でも短時間で処理できる。

■　３相、６相等の多相交流を用いており、各相の合計
ｔｖＬは常に０となり、アース線が不要のため、アーク
は相手電極等の対極を必要としない非移行性のものとな
り、従って金属以外の物質でも、これを相手電極とする
必要がないため、電導性を有しない耐火物等をも直接加
熱、焼結、溶融させることができる。

■　複数の電極の中心部にニュートラル電極を設けるこ
とにより、さらに強力なプラズマアークが発生する。

■　上記のニュートラル電極を設けるかわりに、この中
心部から溶剤またはガス等を放出することもできる。

次に動作について説明する。

第１図の装置において、電流位相調整装置４゜５．６か
らの３相交流ＮＲの各相電圧（３相交流出力をそのまま
かけてよいが、アークの強さを調整したいときは該出力
の位相制御を若干行う）を、電極１．ＩＡ、電極２．２
Ａ、電極３．３Ａにそれぞれ供給すると、該計６つのｔ
８ｉ相互間に複数のアーク、即ちマルチアークが発生す
るとともに、これらの電極先端部９より非移行性プラズ
マアーク１０が噴射される。このマルチアークが照射さ
れる位置に、坩堝１１に収容して被処理物である６価ク
ロム化合物１２を置いておくと、該６価クロム化合物１
２は超高温に加熱溶融され、その還元が行われる。

このように、多数の電極の各々に多相交流電源の各相電
圧を印加しアーク放電させると、アーク電流により生じ
た磁場の作用でｔ８ｉ間に生成したプラズマアーク１０
が電極の先端部９より噴射する。このプラズマアーク１
０は相手電極等の対橿物へ向けて移行するタイプのもの
ではない非移行性のもので、炉床や坩堝１１内に装入し
た被処理物１２が酸化物などの非導電性のものであって
も直接照射することができる。

また、被処理物１２が多少湿潤状態であっても、加熱時
極端な飛散がなければプラズマアーク１０を照射処理す
ることができる。

かくして、６価クロム化合物、例えばＣｒｕｘは容易に
還元されてＣｒｚＯｉないしＣｒＯとなり、その溶融固
化物として回収される。

また、６価クロム化合物を含むダスト汚泥等の廃棄物等
は溶融還元されて、ＣｘＯｓ等が無機質に固溶した溶融
固化物として得られる。この場合、無機質がアルカリ性
とならぬよう、けい砂その他けい酸塩鉱物を添加して溶
融還元すれば、クロム低級酸化物の固溶した酸性の熔解
固化物となり極めて安定な処理物をえることができる。

さらに、被処理物は多少湿潤状態でも照射可能で、６価
クロム濃厚廃液等を砂等の無機物質に湿潤し、同様に加
熱、溶融、還元して安定な熔解固化物とすることができ
る。

また、６価クロム化合物を含む廃棄物を鉄等の金属また
はその酸化鉱石等とともに多相交流プラズマアークで溶
融処理すれば、溶融鉄や優先還元された溶融鉄中に還元
されたクロムが溶解して鉄−クロム合金が作られる。か
くして、無害化のみならずクロム資源の回収をも行うこ
とができる。

次に、第２図は本発明の第２の実施例を示し、これは上
記多相交流プラズマアークに、多数電極の集束する中心
部において、固体粉状または液体霧状の被処理物を供給
する機構を付加し、被処理物がプラズマアークの最高温
熱流を通過して還元処理されるようにした本発明の第２
の実施例の連続式処理炉の概要説明図である。

すなわち、装入口１３に装入された被処理物である６価
クロム化合物は、基底にある定量供給装置１４によって
装入とい１５から送入管１６を通過して定量ずつアーク
先端部９の中心に上方から供給され、プラズマアークｌ
Ｏの中心に導入されて、該プラズマアークの最高温熱流
を通過する間に加熱、溶融、還元され、さらにアーク先
端にある耐火材障壁１７上の高温蓄熱部に行き当たって
還元反応が補完される。

なお以上の装置において、処理炉はいずれも吸塵装置に
よって吸引され、６価クロム化合物の有害粉塵やガスに
よる作業者への危害を防止した。

作業環境測定の結果、作業位置における雰囲気中でもま
た吸塵フィルター表面の付着物にも６価クロムＣｒ”°
は検出されなかった。

上記のように６本の電極を使用した場合、６本の電極は
６０°間隔で非常に近接して配置されているので、電極
先端集束部には電極径に相当する円が内接する大きさの
空間があり、そこに向かって上方より被処理物が供給さ
れると、アーク電流によって生じた磁場の作用で該被処
理物は下方へ噴射されるアーク中心へ導入され、その噴
射力によってアークの最高温熱流に沿って通過して、そ
の間に効果的に加熱、溶融、還元される。さらにアーク
は、耐火材障壁１７に行き当たってそれを加熱し、高温
蓄熱部分を形成するから、被処理物の還元は完全に行わ
れる。

なお上記実施例では、多相多電極アーク発生装置として
３相６を極を用いた場合を説明したが、これは３相３電
掻、６相６ｉｉ極としてもよく、またさらに上述のよう
に３の倍数で相数、電極数を増やすこともできる。

また上記実施例では黒鉛！橋を用いたが、これは他の電
極を用いてもよいものである。ただし、この場合は強還
元性雰囲気を形成するために、酸化炭素雰囲気、水素雰
囲気等の還元性雰囲気を用意する必要がある。

〔実験例〕

実験例１：６価クロム廃液の処理 試験に供した６価クロム廃液中のクロム分析値は第１表
に示す通りである。

第１表＝６価クロム廃液のクロム分析値この廃液２００
ｍｊ２を黒鉛坩堝中の温石綿廃棄物３００ｇに加えて湿
潤し、多相多電掻交流プラズマアーク（φ１３黒鉛電極
６本使用）を装備する第１図に示す間歇式処理炉中にお
いて電力水準７０ｋＷで２分間照射して加熱、溶融、還
元し、２８３ｇの熔解固化物を得た。

熔解固化物は還元されたＣｒ、Ｏ，ないしＣｒＯを固溶
する石綿鉱物組成の褐色ガラス状物質である。このクロ
ム含有量は８．２０％で、産業廃棄物検定方法（環境庁
告示第１３号）による６価クロム溶出試験では０．Ｏ５
ｐｐｍ以下の結果を得た。埋め立て判定基準１．５５ｐ
ｐｍ以下に比較して十分満足のいく結果であり、Ｃｒ’
°０．５５ｐｐｍの溶出試験値は本検定試験における検
出限界値であることから６価クロムは殆ど完全にＣｒ２
Ｏ，ないしＣｒＯに還元されたものと考えられる。また
石綿の繊維特性は消滅して同時に無害化された。

実験例２：６価クロム含有ダストの処理試験に供したダ
ストの化学組成は第２表に示すとおりである。

第２表：６価クロム含有ダストの化学組成なおこのダス
トの粒度は１３０−２５０メツシユでＣｒ”溶出試験値
は３，９５０ｐｐｍである。

このダストを第２図に示す連続式処理炉の装入口１３に
入れ、定量供給装置１４によって４ｇ／秒の供給速度で
とい１５．装入管１６を介して電極先端中心部９に供給
するとともに、多相交流プラズマアーク１０（φ１３黒
鉛電極６本使用）を照射すると、ダストはプラズマアー
クの中心最高温熱流部を通過中に加熱、溶融、還元され
、さらにアーク先端にある耐火材障壁１７上の高温蓄熱
部に行き当たって還元反応が補完される。ダスト供給中
の４分間は電力水準７０ｋＷでプラズマアーりを照射し
、ダストの供給中止後さらにアーク照射を３０秒間継続
した。

処理後得られた溶融固化物は黒色ガラス状で、重量は８
２２ｇであった。ただし還元された鉄と思われる約Ｑ、
５ｍｍ径の金属粒子が散見された。

この溶融固化物について産業廃棄物検定方法による６価
クロム溶出試験を行い、Ｑ、Ｏ５ｐｐｍ以下の結果を得
た。従って実験例１と同様６価クロムは殆ど完全にＣｒ
ｚＯｎないしＣｒＯにまで還元され、無害化されたもの
と考えられる。

実験例３：６価クロム含有ダストからのクロム資源回収
処理 実験例２で使用したダス）５００ｇに石灰（Ｃａｏ）１
００ｇを加えてるつぼに入れ、電力水準７０ｋＷで第１
図に示す間歇式処理炉中で３．５分間多相交流プラズマ
アークを照射して加熱、溶融、還元し、２２９ｇの金属
塊と１１６ｇのスラグを得た。スラグについて産業廃棄
物検定方法による６価クロム溶出試験を行い、０、Ｏ５
ｐｐｍ以下の結果を得た。従って実験例１．２と同様６
価クロムは完全に還元されたものと考えられる。

また金属部分についてクロムの定置分析を実施したとこ
ろ１６．０３％の値を得た。

従ってダスト中に存在していたＣｒｚｏｉ　　Ｃｒ　Ｏ
，Ｃｒ　Ｏｓの酸化物は多相交流プラズマアークの照射
処理によって還元され、優先的に還元された鉄に溶解し
て合金を作る。

この実験例においては６価、３価、２価のクロム酸化物
と３価及び２価の酸化鉄が共存するダストを使用したが
、６価クロム酸化物を適当な金属酸化物または金属と共
に溶融還元するようにすれば、クロム合金として回収す
ることができる。

〔発明の効果〕 以上説明した通り、本発明にかかる６価クロム化合物の
還元処理方法によれば、３本、６本、１２本等の多数の
黒鉛等の電極を用いた多相交流プラズマアーク発生装置
を使用して、強還元性、非移行性のプラズマアークを空
気中で容易に発生させ、該非移行性のプラズマアークを
、６価クロム化合物を含有する非導電性の固体物質に直
接照射するようにし、あるいはさらに、逆円錐状に配列
された多数電極の集束する中心部に、粉末状または噴霧
状液体の６価クロム化合物を上方から供給することによ
り、電極先端部から下方へ噴射されるアーク中心の最高
温熱流部に導かれて効果的に加熱、溶融９還元すること
ができ、かくして、被処理物中の６価クロム化合物、例
えばＣｒ　Ｏ，はＣｒ２Ｏ，ないしＣｒＯに還元され、
けい砂その他けい酸塩鉱物と共融すれば、クロム低級酸
化物の固溶した酸性の熔解固化物となり極めて安定無害
な性状とすることができる。

また、６価クロム化合物を含む廃棄物を鉄等の金属また
はその酸化鉱石等とともに多相交流プラズマアークで溶
融処理すれば、溶融鉄や優先還元された溶融鉄中に還元
されたクロムが溶解して鉄−クロム合金が作られる。か
くして、無害化のみならずクロム資源の回収を行うこと
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の第１の実施例による６価クロム化合
物の還元処理方法を実施する、多相交流プラズマアーク
発生装置を用いた間欠式処理炉の概要説明図、第２図は
この発明の第２の実施例による６価クロム化合物の還元
処理方法を実施する、多相交流プラズマアーク発生装置
を用いた連続式処理炉の概要説明図である。 図において、１．ＩＡ、２．２Ａ、３．３Ａは黒鉛電橋
、４，５．６は電流調整装置、７は三相交流電源、８は
電極接続部、９は電極先端部、１０は非移行性プラズマ
アーク、１１はるつぼ、１２は被処理物、１３は装入口
、１４は定量供給装置、１５は装入とい、１６は装入管
、１７は耐火材障壁である。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）多数の電極の各々に多相交流電源の各相電圧を印
   加して各電極間に複数のアーク放電を発生させると共に
   、非移行性プラズマアークを電極先端部より噴射させ、 該アークを６価クロム化合物に照射させる、あるいは該
   アーク中に６価クロム化合物を供給することによって６
   価クロム化合物を還元することを特徴とする６価クロム
   化合物の還元処理方法。
2. （２）上記非移行性プラズマアークは、黒鉛電極の酸化
   分解によって生じる強還元性を有するものである請求項
   １記載の６価クロム化合物の還元処理方法。
3. （３）６価クロム化合物を含む固体または液体状物質を
   、多数電極の集束するプラズマアークの最高温熱流が通
   過する中心部に供給するようにした請求項１記載の６価
   クロム化合物の還元処理方法。
4. （４）６価クロム化合物を含む固体または液体状物質を
   、上記プラズマアークで加熱、溶融、還元して３価クロ
   ムまたは２価クロム化合物を含む無機質溶融固化物とし
   て安定無害化することを特徴とする請求項１記載の６価
   クロム化合物の還元処理方法。
5. （５）６価クロム化合物を含む固体または液状物質を、
   金属もしくは金属酸化物とともに加熱、溶融、還元して
   クロムを含有する合金として回収することを特徴とする
   請求項１記載の６価クロム化合物の還元処理方法。