JPH11503492A - 工業プロセス及び廃棄物焼却において生じる残留物の処理方法 - Google Patents

工業プロセス及び廃棄物焼却において生じる残留物の処理方法

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JPH11503492A JP53061696A JP53061696A JPH11503492A JP H11503492 A JPH11503492 A JP H11503492A JP 53061696 A JP53061696 A JP 53061696A JP 53061696 A JP53061696 A JP 53061696A JP H11503492 A JPH11503492 A JP H11503492A
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グラウヴィラー,マルクス
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レフィスタ・リサイクリング・アクチェンゲゼルシャフト
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Abstract

(57)【要約】 重金属及び/又は重金属化合物で汚染された、工業プロセス及び廃棄物処理から生じる残留物を、二段還元法に附して、再使用可能金属含有及びシリコン含有合金を生成する。第一還元工程では、炭素又は炭素発生手段を還元手段として用いて、シリコンよりも標準電位が大きいシリコン及び金属の化合物を還元する。還元された金属を分離した後、アルミニウムを酸化状態で含有する得られた残留物を、続いて塩溶融物とし、この塩溶融物を溶融塩電解からなる第二還元工程に附してアルミニウム及びシリコン溶融物を得る。本方法は、廃棄物焼却装置からのフィルター残留物に特に適当である。

Description

【発明の詳細な説明】 工業プロセス及び廃棄物焼却において生じる残留物の処理方法 本発明は、工業プロセス及び廃棄物焼却中に生じる残留物を、特にフィルター アッシュ及び/又は類似物の二段還元により処理して、再使用可能な金属及びシ リコン含有合金を回収する方法に関する。 廃棄物焼却装置付近の有害物質による汚染を減少させるために、これらの装置 には、いわゆる「煙道ガス清浄フィルター」が設けられている。これらの装置で 連続した煙道ガスの清浄化から生じるダスト及び生成物は、重金属でひどく汚染 されており、有毒である(表1参照)。同様な成分を有する類似物質、即ち、鋳 物砂、スクラップ、ダスト、水酸化物スラッジ、汚染された土壌も、有毒であり 、したがって環境にとって有害であるので、同様に、総称「フィルターアッシュ 」に属するとしてみなされるべきである。現在のところ、いわゆる「フィルター アッシュ」は、上記有毒物質を抽出して再使用できるように、通常の湿式化学リ サイクル法を用いて処理されている。 上記した残留物、アッシュ及びダストについては、3種の処理原理が今日知ら れている: a)有毒フィルターアッシュを不動態化するか、それぞれ固定化して非滲出性 物質とすること。この手法では、重金属はまだ有毒でイオン化形態で存在する。 これに属するものには、好ましくはセメント又はクレーを用いた固定化法がある 。また、金属を安定な耐滲出性ガラスマトリックスに埋め込む熱(溶融)プロセ スもこの部類に属する。 b)重金属を、適当な水ひ又はそれぞれの蒸留法及び溶出物又はそれぞれの留 出物の別個の処理により、ほとんど不活性なマトリックスから抽出すること。重 金属が枯渇した不活性マトリックスは、もし有毒有機化合物が予め破壊されてい るならば、再処理に送ることができる。分離された金属化合物は、まだ有毒であ り、特殊廃棄物とみなされる。したがって、さらにコンデ ィショニングしなければ処分できない。 c)重金属イオンを還元して金属とすること。この方法では、再使用できる金 属物が有毒物質及び化合物から抽出される。この種の公知の方法では、燃焼残留 物を鉄溶融物中においてまず酸化した後、1300℃以上の温度又は1450℃ 以上の温度で還元することにより処理する。 重金属の市場が減少していることと、エネルギー集約的なコストのかかるプロ セスであることから、この種の処理は経済的な面から現在ではあまり好ましくな い。さらに、処理後でも、成分は一部分有毒な形態のままである。したがって、 フィルターアッシュの処理問題について他の解決法、即ち、有毒及び環境的に関 連のある成分を経済的且つ環境に優しい再処理が可能であり、上記の如き欠点の ない解決法が必要とされている。 前記残留物は、もしアルミニウム炉において溶融塩電解に附するならば、経済 的に処理できることが見出された。さらに、重金属は、炭素を用いて先に還元す ると経済的に還元及び抽出でき、電気エネルギーの必要量が減少することが見出 された。 したがって、本発明の目的は、煙道ガス清浄化に由来する、重金属及び/又は 重金属化合物及び/又は類似物により汚染された主に無機物を処理して再使用可 能な金属並びに金属及び/又はシリコン含有合金を回収する方法を提供すること である。 フィルターアッシュ等の残留物を二段還元することによる本発明の方法により 、以下の利点が得られる: −アッシュ、フィルターアッシュ、ダスト、鋳物砂、スラッジ、汚染土壌等の 多種の原料に適用できる。 −製品を最終埋め立て処理する代わりに、主に市場性のある製品が、特殊廃棄 物、即ち、シリコン含有及び金属含有合金から回収され、とりわけ自動車製作及 びスチール工業において脱酸化手段として使用でき、且つそこで多量に必要とさ れるが、一次材料としても使用できる。 −有毒な重金属が、固定法の場合のように多少なりともマトリックスに堅 固に結合されるだけでなく、非毒性の還元状態とされる。 −適当な物質により燃焼由来の残留物の溶融温度を低下することにより、エネ ルギーが節約できる。 −電気還元中に電流を最も消費するのはシリコンであり(表1で比較されたい )、還元電流のほぼ80%に達する。もしシリコンを安価な石炭及び/又は炭化 カルシウムで還元するならば、高価な電流が節約できるので、プロセスコストが 減少し、経済的により有利となる。 −排出ガス清浄化に使用される材料、コークス、石炭ダスト又は活性炭は、装 入後、還元手段としての役割を果たす。 −生じるスラグを、購入予定者の要望に合った特性が確実に得られる物質と混 合できる。 磁性粒子を、まず適度な強度の磁石により前精製フィルターアッシュ又は他の 残留物から除去するのが有利である。材料は、乾燥するのが好ましい。乾燥工程 は、必要に応じて、最も容易に揮発する化合物及び元素が留去されるように制御 できる。磁性粒子を除去する目的は、主に、鉄が最終生成物、とりわけ、アルミ ニウム合金の品質を低下させるので、最終生成物を鉄から分離することである。 もし鉄がシリコン鉄として分離されるならば、問題はない。還元前に乾燥するの は、少なくとも部分的に陽極で望ましくないフッ化水素が形成する水分を除去す ることである。一定条件下では、水素を使用して還元することもできる。 第一還元工程では、フィルターアッシュを、石炭及び/又は炭化物と混合した 後、必要に応じて、アッシュの溶融温度を減少させる物質混合物と混合し、反応 器に入れる。以下では、石炭は、石炭、石炭ダスト、コークス、無煙炭又は木炭 を意味し、炭化カルシウムが、例えば、炭化物として適当である。第一還元工程 は、好ましくは固形物の形態で行なう。フィルターアッシュは大きな表面積を有 するので、固体状態での反応によく適している。 もし第一還元工程の前、最中又は後に、ガラスの溶融温度を低下させることが 知られているアルカリ酸化物、アルカリ硼酸塩又はそれらの混合物を2 〜20重量%添加するならば、第二還元工程でのフィルターアッシュにおけるガ ラス粒子の溶融温度が低下し、電気消費が減少し、留去される揮発物質が減少す る。 留去された亜鉛、鉛、錫、カドミウム及び水銀の金属又は金属化合物は、凝縮 して戻すことができる。吸着剤として、コークス、石炭ダスト又は活性炭は、還 元手段としての使用後に使用するには問題がある。この第一工程では、もっと貴 な石炭還元性元素、即ち、銅、ニッケル、鉛、鉄、亜鉛及びシリコンの蒸発され ない部分が還元される。還元は好ましくは反応器中で行ない、化石燃料、例えば 、石炭、油又は電気アークにより、必要温度まで加熱する。それにより、石炭及 び炭化物は還元手段としての役割を果たし、表2に示す物質を還元できる。スラ グ中の残りの電気還元性の基本元素は、ほとんどの部分、酸化アルミニウムから なる。残留物からの上記元素は、電流により第二還元工程において共融塩溶融物 から還元的に回収される。このことはアルミニウム製造から知られており、この 溶融物は氷晶石を含んでなる。フッ化ナトリウム及び/又は塩化ナトリウム、フ ッ化マグネシウム若しくはフッ化アルミニウムを添加することにより、電解条件 、特に導電率が、電気抵抗損失により、最適浴温度、好ましくは800〜130 0℃となるように制御される。これらの添加物を制御して添加することにより、 フィルターアッシュの溶融物への溶解度を最適とすることができる。添加物を添 加しないと溶融塩電解により溶融物の温度が上昇し、したがってエネルギー消費 量も増加する。これにより、非還元性廃棄物の品質が低下する。一方、添加物の 量を増加すると、溶融温度が低下し、したがって、電気消費量が低下するだけで なく、非還元性廃棄物の品質が増加する。添加される添加物の品質は、処理され る廃棄物及び有効エネルギーに合わせて調整される。非還元性材料及び化合物は 、流体又は固体スラグとして除去でき、意図するさらなる用途に応じて、おそら くまだ流動状態で、さらなる化合物又は元素と混合して、購入予定者の要望に応 じた特性を得ることができる。2つの還元工程の反応器は、アルミニウム工業に 使用されているのと類似している相応に適合させ た溶融浴でよく、必要に応じて、第一還元工程用にさらなる加熱手段を備えても よい。もし2つの還元を別個に実施するならば、第一工程の反応器は、溶融るつ ぼ、溶鉱炉又は流動床キルンからなることができ、エネルギーは、還元手段の酸 化から得られるが、追加の部分的に外部の熱源により得ることもできる。 上記の二段法(シリコンのレドックス電位までの石炭及び/又は炭化カルシウ ムによる第一還元、アルミニウムまでの電流による第二還元)を実施することに より、金属及びシリコンのリサイクルが可能となる。本発明の方法により、アル ミニウムよりも貴であるか、アルミニウムと同等に貴であり且つ前に蒸発又はそ れらの揮発化合物の留去により除去しなかった全ての元素及び金属を還元された 非毒性の形態で回収できる。したがって、本発明の方法は、数多くの有毒重金属 /金属化合物を非毒性金属合金又はそれぞれのシリコン含有合金として材料サイ クルに戻す点で他の方法と異なる。本発明の二段法により、電気でのみ実現され る一工程溶融塩電解法に対してかなりの改良ができる。即ち、本発明の方法では 、電気エネルギーの必要量は、残留物全体を一工程電気還元するのに必要とする 電気エネルギーの約15%でしかない。したがって、エネルギーをほぼ80%節 約でき、したがって、経済的にかなり改善された方法である。今日まで、フィル ターアッシュ及び類似物の場合、基本元素をアルミニウムと同じ程度に低いレド ックス電位で還元できる還元法が存在しなかった。同時に、本発明の方法は、い ずれの有機物質も酸化により破壊できる。 主に第二還元工程後に生じるスラグだけでなく、別個に実施した第一還元工程 の生成物にも、コンクリート工業に原料と使用するにはまだ不十分である添加物 を添加できる。市況に応じて、例えば、酸化鉄又は酸化シリコン等のガラス形成 物質を、溶融スラグに添加して、スラグが、各法規制に従うようにすることがで きる。 表に示したのは、静電フィルターアッシュについてのデータである。組成 %は、BUSリポートNo.62(BUS=Federal Office f or Environmental Protection;継承組織:Fed eral Office for the Environment,Fore st and Agriculture(スイス ベルン))からのものである 。 銅からはじまりアルミニウムで終わる列を完全に埋めてあるものには、還元さ れることができる元素が含まれる。マグネシウムからバリウムまでの元素は、ア ルミニウム還元中には還元されず、重金属が濃縮されたスラグに残存する。さら に、元素の価数及びアッシュ1kg当りのモル数が示されている(他の項目も示 されている)。このデータから、還元に必要な電子等量を計算できる。シリコン は、最大の電子、ほぼ80%を必要とする。 表に示したのは、静電フィルターアッシュについてのデータである。組成%は 、BUSリポートNo.62からのものである。 レドックス電位の減少順に区分した表示の還元性元素のうち、約85重量%は 、より安価な炭素及び/又は炭化カルシウムでうまく還元でき、残りの約15% は、溶融塩電解により還元されなければならない。それにより、シリコンは、最 大電子、ほぼ80%を必要とする。炭素還元工程を設けることにより、電気消費 量が著しく減少し、プロセスコストがかなり低下してより経済的となる。クロム は、必要温度で炭化物も形成されるので、炭素によっては還元できない。 実施例: 実験室試験において、廃棄物焼却装置の乾燥静電フィルターアッシュ1000 gを、木炭とともに反応器に入れ、加熱する。粉末状フィルターアッシュにおい て、以下の反応が生じる: 164.89kcal+SiO2+2C→Si+2CO 十分に長い反応時間及び十分な反応温度で、鉛、カドミウム及び亜鉛等の揮発 元素が蒸発し、コールドトラップにおいて一部分が凝縮により回収される。 残留物は、表2に示した値にほぼ相当する粉末状の主に還元された非揮発性元 素を含有する。主にアルミニウムは、酸化された形態で残存する。 このようにして得られた材料は、アルミニウム工業において知られている共融 塩溶融物から電流により第二還元工程で還元により回収される。この溶融物は、 氷晶石及びさらにフッ化アルミニウム及びフッ化ナトリウム等のアルミニウム製 造において使用される物質を含んでなる。 フィルターアッシュ/酸化アルミニウム比約40/60の場合には、アルミニ ウム炉での還元では、合金に対して約20重量%のフッ化物(Na3AlF6+A lF3として)を必要とする。これにより、非還元性部分(表1参照)は、スラ グとして流体で除去され、形成された合金は、吸引装置により、溶融還元浴から 吸引除去される。 別法として、第二還元工程を、アルミニウム工業から公知の添加物を減少させ た量で用いるか、第一還元工程からの溶融残留物のみを用いて、溶融物において 実施してもよい。添加物を添加しないと、溶融物は、使用されるフィルターアッ シュに応じて、温度が約1450℃±80℃である。
【手続補正書】特許法第184条の8第1項 【提出日】1997年4月25日 【補正内容】 請求の範囲 1.廃棄物処理中に生じ且つ重金属及び/又は重金属化合物で汚染された残留 物並びに工業ブロセス及び廃棄物処理中に生じ且つ重金属及び/又は重金属化合 物で汚染された含有金属化合物を二段還元処理して再使用可能な金属含有及びシ リコン含有合金を形成する方法であって、 a)第一還元工程を、炭素又は炭素発生手段を還元手段として用いて、シリコ ンよりも大きな標準電位を有するシリコン及び金属の化合物が還元され、得られ た金属が分離され、その後、酸化状態でアルミニウムを含有する残留物を塩溶融 物とする条件下で実施し、そして b)酸化状態でアルミニウムを含有する得られた塩溶融物を、第二還元工程に 附し、この第二還元工程において溶融塩電解を実施してアルミニウムを抽出し、 アルミニウムとシリコンとを含有する溶融物を得る、 ことを特徴とする方法。 2.前記第一還元工程において、石炭、コークス、木炭、のこ屑、炭化物化合 物又はそれらの混合物を還元手段として使用することを特徴とする、請求の範囲 第1項に記載の方法。 3.前記第二還元工程に際して、被処理残留物に対して、融点を低下させる物 質、例えばアルカリ酸化物及び/又はアルカリ硼酸塩、の混合物を、総重量に対 して好ましくは20重量%以下添加することを特徴とする、請求の範囲第1項又 は第2項に記載の方法。 4.前記第二還元工程において、前記第一還元工程における還元金属から分離 された残留物を、氷晶石とNaFを主成分とする塩溶融物とすることを特徴とす る、請求の範囲第1項〜第3項のいずれか1項に記載の方法。 5.前記第一還元工程中にエスケープする揮発性金属、化合物、蒸気及び塩を 、コークス、石炭ダスト、フィルターアッシュ又は酸化アルミニウムの向流によ り吸着した後、金属に関して、一部分を還元チャンバーに戻し、一部分を反応系 から取り出すことを特徴とする、請求の範囲第1項〜第4項の いずれか1項に記載の方法。 6.アルミニウム溶融物を含み、還元されず且つアルミニウムに固溶しない元 素及び化合物が存在するかもしれない塩溶融物を、反応器において集め 【手続補正書】特許法第184条の8第1項 【提出日】1997年6月11日 【補正内容】 明細書 工業プロセス及び廃棄物焼却において生じる残留物の処理方法 本発明は、廃棄物処理中に生じるフィルターアッシュを、特に得られる金属化 合物の二段還元により処理して、再使用可能な金属及びシリコン含有合金を回収 する方法に関する。 廃棄物焼却装置付近の有害物質により生じる汚染を減少させるために、これら の装置には、いわゆる「煙道ガス清浄フィルター」が設けられている。これらの 装置でさらなる煙道ガスの清浄化から生じるダスト及び生成物は、重金属でひど く汚染されており、有毒である(表1参照)。現在のところ、いわゆる「フィル ターアッシュ」は、上記有毒物質を抽出して再使用できるように、通常の湿式化 学リサイクル法を用いて処理されている。 上記した残留物、アッシュ及びダストについては、3種の処理原理が今日知ら れている: a)有毒フィルターアッシュを不動態化するか、それぞれ固定化して非滲出性 物質とすること。この手法では、重金属はまだ有毒でイオン化形態で存在する。 これに属するものには、好ましくはセメント又はクレーを用いた固定化法がある 。また、金属を安定な耐滲出性ガラスマトリックスに埋め込む熱(溶融)プロセ スもこの部類に属する。 b)重金属を、適当な水ひ又はそれぞれの蒸留法及び溶出物又はそれぞれの留 出物の別個の処理により、ほとんど不活性なマトリックスから抽出すること。重 金属が枯渇した不活性マトリックスは、もし有毒有機化合物が予め破壊されてい るならば、再処理に送ることができる。分離された金属化合物は、まだ有毒であ り、特殊廃棄物とみなされる。したがって、さらにコンディショニングしなけれ ば処分できない。 c)重金属イオンを還元して金属とすること。この方法では、再使用できる金 属物が有毒物質及び化合物から抽出される。この種の公知の方法では、 燃焼残留物を鉄溶融物中においてまず酸化した後、1300℃以上の温度又は1 450℃以上の温度で還元することにより処理する。 重金属の市場が減少していることと、エネルギー集約的なコストのかかるプロ セスであることから、この種の処理は、経済的な面から現在ではあまり好ましく ない。さらに、処理後でも、成分は一部分有毒な形態のままである。したがって 、フィルターアッシュの処理問題について他の解決法、即ち、有毒及び環境的に 関連のある成分を経済的且つ環境に優しい再処理が可能であり、上記の如き欠点 のない解決法が必要とされている。 前記残留物は、もしアルミニウム炉において溶融塩電解に附するならば、経済 的に処理できることが見出された。さらに、重金属は、炭素を用いて先に還元す ると経済的に還元及び抽出でき、電気エネルギーの必要量が減少することが見出 された。 したがって、本発明の目的は、廃棄物処理中に生じ且つ重金属及び/又は重金 属化合物により汚染されたフィルターアッシュを、得られた金属化合物を二段還 元処理して再使用可能な金属並びに金属及び/又はシリコン含有合金を形成する 方法を提供することである。この方法は、請求項1の特徴部分に記載した特徴を 有する。 フィルターアッシュ等の残留物を二段還元することによる本発明の方法により 、以下の利点が得られる: −アッシュ、フィルターアッシュ、ダスト、鋳物砂、スラッジ、汚染土壌等の 多種の原料に適用できる。 −製品を最終埋め立て処理する代わりに、主に市場性のある製品が、特殊廃棄 物、即ち、シリコン含有及び金属含有合金から回収され、とりわけ自動車製作及 びスチール工業において脱酸化手段として使用でき、且つそこで多量に必要とさ れるが、一次材料としても使用できる。 −有毒な重金属が、固定法の場合のように多少なりともマトリックスに堅
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Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1.含有される金属化合物を還元して再使用可能な金属含有及びシリコン含有 合金を形成することによる、重金属及び/又は重金属化合物で汚染された工業プ ロセス中及び廃棄物処理中に生じる残留物を処理する方法であって、第一還元工 程を炭素又は炭素発生手段を還元手段として用いて実施して、シリコンよりも大 きな標準電位を有するシリコン及び金属の化合物を還元し、得られた金属を部分 的に分離した後、酸化状態にあるアルミニウムを含有する残留物を塩溶融物とし 、この塩溶融物を第二還元工程に附し、この第二還元工程において溶融塩電解を 実施してアルミニウムを抽出し、アルミニウムとシリコンとを含有する溶融物を 得る、ことを特徴とする方法。 2.前記第一還元工程において、石炭、コークス、木炭、のこ屑、炭化物化合 物又はそれらの混合物を還元手段として使用することを特徴とする、請求の範囲 第1項に記載の方法。 3.前記第二還元工程に際して、被処理残留物に対して、融点を低下させる物 質、例えばアルカリ酸化物及び/又はアルカリ硼酸塩、の混合物を、総重量に対 して好ましくは20重量%以下添加することを特徴とする、請求の範囲第1項又 は第2項に記載の方法。 4.前記第二還元工程において、前記第一還元工程における還元金属から分離 された残留物を、氷晶石とNaFを主成分とする塩溶融物とすることを特徴とす る、請求の範囲第1項〜第3項のいずれか1項に記載の方法。 5.前記第一還元工程中にエスケープする揮発性金属、化合物、蒸気及び塩を 、コークス、石炭ダスト、フィルターアッシュ又は酸化アルミニウムの向流によ り吸着した後、金属に関して、一部分を還元チャンバーに戻し、一部分を反応系 から取り出すことを特徴とする、請求の範囲第1項〜第4項のいずれか1項に記 載の方法。 6.アルミニウム溶融物を含み、還元されず且つアルミニウムに固溶しない元 素及び化合物が存在するかもしれない塩溶融物を、反応器において集め た後、アルミニウム溶融物から分離することを特徴とする、請求の範囲第1項〜 第5項のいずれか1項に記載の方法。 7.原料として使用される残留物から、磁性化合物を、必要に応じて前記第一 還元工程及び残留物の還元後にも、強力磁石により除くことを特徴とする、請求 の範囲第1項〜第6項のいずれか1項に記載の方法。 8.前記原料を予備乾燥することを特徴とする、請求の範囲第1項〜第7項の いずれか1項に記載の方法。 9.原料として使用する残留物を還元の前に加熱して、水銀及びカドミウム等 の揮発性金属ハロゲン化物及び元素を蒸発及び分離することを特徴とする、請求 の範囲第1項〜第8項のいずれか1項に記載の方法。 10.塩化ナトリウム及び/又はフッ化アルミニウムをさらなる添加物として 溶融塩電解用の塩溶融物に添加して、導電度の制御により浴温が800〜130 0℃であるように電熱発生を制御し、且つ溶融物へのフィルターアッシュの溶解 度を増加し、そして反応器の条件を得られる金属及び/又はシリコン含有合金を さらなる使用に最適とするように調整することを特徴とする、請求の範囲第1項 〜第9項のいずれか1項に記載の方法。 11.前記第一還元工程を、前記第二還元工程と、局部的に別個に行なうか、 局部的に結合して行なうことを特徴とする、請求の範囲第1項〜第10項のいず れか1項に記載の方法。 12.鉄、及び/又はシリコン鉄及び/又はシリコン又はさらなる合金を前記 第一還元工程から別個に除去することを特徴とする、請求の範囲第1項〜第11 項のいずれか1項に記載の方法。 13.前記第一還元工程後の残留物を、工業的に運転されるアルミニウム溶融 物電解炉に導き、前記第二還元工程を、アルミニウム製造及びそのための必要な 要件に準じた通常の原料といっしょに実施することを特徴とする、請求の範囲第 1項〜第12項のいずれか1項に記載の方法。 14.前記第一還元工程後で且つ前記第二還元工程前の残留物を、種々の物質 又は化合物、例えば、金属、スクラップ、スラッジ、ダスト、酸化アル ミニウム若しくはクレー及び/又は他物質を用いて濃縮することを特徴とする、 請求の範囲第1項〜第12項のいずれか1項に記載の方法。 15.溶融塩電解後に生じる非還元性スラグを固体又は流体として反応器から 取り出し、それに前記スラグをコンクリート用原料として使用するのに適当とす るガラス形成物質又は化合物及び元素を添加することを特徴とする、請求の範囲 第1項〜第14項のいずれか1項に記載の方法。
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