廃プラスチック粉砕物の製造方法および鉱石還元剤または固体燃料
【課題】廃プラスチックを加熱して溶融し、冷却固化した後、微粉砕して粉砕物を得る際に、廃プラスチックの粉砕性を向上させるとともに、粉砕物が鉱石還元材や固体燃料として好適に使用することのできる、廃プラスチック粉砕物の製造方法を提供すること。
【解決手段】廃プラスチックを溶融・混練した後、冷却・固化して固化体とし、該固化体を粉砕して廃プラスチックの粉砕物を製造する際に、廃プラスチックの溶融・混練の前および／または溶融・混練時に、廃プラスチック以外の固体粒状物を混合し、廃プラスチックと共に混練することを特徴とする、廃プラスチック粉砕物の製造方法を用いる。固体粒状物がバイオマス由来の有機物であること、溶融・混練を、押し出し機を用いて行なうことが好ましい。
【解決手段】廃プラスチックを溶融・混練した後、冷却・固化して固化体とし、該固化体を粉砕して廃プラスチックの粉砕物を製造する際に、廃プラスチックの溶融・混練の前および／または溶融・混練時に、廃プラスチック以外の固体粒状物を混合し、廃プラスチックと共に混練することを特徴とする、廃プラスチック粉砕物の製造方法を用いる。固体粒状物がバイオマス由来の有機物であること、溶融・混練を、押し出し機を用いて行なうことが好ましい。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、廃プラスチックを再生処理して鉱石還元剤や固形燃料等を製造するための、廃プラスチック粉砕物の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、廃プラスチックの有効利用のための一つの解決手段として、廃プラスチックから鉱石還元剤、固体燃料等を製造する方法が検討されている。これは、プラスチックを微粉化すると燃焼性が飛躍的に向上し、有用な燃料資源となり得るためである。
【０００３】
プラスチックを固体燃料に転化するこれまでの技術は、例えば、プラスチックを直接、粉砕機で微粉砕するものである（例えば、非特許文献１参照。）。しかし、この方法の場合、堅いプラスチックを１〜２mmの粒度にまでしか粉砕できず、しかも、この粉砕に多大の時間と費用を要し、また、繊維状やフィルム状のプラスチックは粉砕が困難なため、別途、溶融固化後に粉砕しなければならず、工程が複雑になるなどの問題があった。
【０００４】
また、廃プラスチックを微粉砕すると、発電用ボイラ等の燃焼炉として使用可能な燃料にすることができることが知られているが（例えば、特許文献１参照。）、特許文献１には特に粉砕方法の記載は無く、廃プラスチックそのものの粉砕性の向上に関する技術的開示は無い。
【０００５】
粒径２０００μｍ以下のプラスチックは固形燃料として優れており、乾式粉砕法や湿式粉砕法で製造することが知られている（例えば、特許文献２参照。）。特に、微粉末を得る方法としては、ジェットミルや振動ボールミルが好適であるとも言われているが、やはり、廃プラスチックそのものの粉砕性の向上に関する技術は知られていない。
【０００６】
一方、例えば家庭などから排出される廃プラスチックを高炉用還元剤などの還元剤や燃料として用いる場合、廃プラスチックにはポリ塩化ビニル（以下、ＰＶＣと記載する。）などの塩素含有プラスチックが混入しているため、そのまま用いると塩化水素などが発生し、炉が腐食するなどの問題がある。このため、ＰＶＣなどの塩素含有プラスチックを分離除去して造粒処理を施し粒状プラスチック成形物を得る技術（例えば、特許文献３参照。）が知られている。
【０００７】
また、塩素を含有する廃プラスチックに脱塩素処理を施した上で、廃プラスチックを微粉化する技術として、廃プラスチックを加熱、脱塩素処理、冷却固化した後、微粉砕して炉に投入する（例えば、特許文献４参照、特許文献５。）等の技術が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平７−１１９９２２号公報
【特許文献２】特開平４−３３２７９２号公報
【特許文献３】特開２００２−６７０２９号公報
【特許文献４】特開平１１−１９２４６９号公報
【特許文献５】特開２００６−２４１４４２号公報
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】「プラスチックス」 Ｖｏｌ.４７、Ｎｏ.７、ｐ６０、１９９６年
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
一般にプラスチックは耐衝撃性に優れるため、そのまま粉砕するのは非常に困難であり、特に０．５ｍｍ以下の粒径まで粉砕する場合、粉砕時間を長くすることや、何度か繰り返し粉砕機に投入する等の方法がとられる。この場合、粉砕機のタイプによっては粉砕中にプラスチックがせん断発熱により加熱状態になり、溶融したり、粉砕品が繊維状になったりするケースが認められる。この現象を防ぐために粉砕機あるいは粉砕物を冷却することが考えられるが、設備費や運転コストが増加する。
【００１１】
プラスチックを微粉砕する方法として、いわゆる凍結粉砕も有力な手段である。すなわち、一般のプラスチックが脆性破壊を起こす温度領域、たとえば零下数十度までプラスチックを冷却した後、粉砕する方法である。しかし、この方法は事前にプラスチックを冷却する必要があるため、設備費や運転コストが増加する。
【００１２】
前述した特許文献４、特許文献５に記載の方法をはじめとする、いわゆる廃プラスチックの溶融脱塩素法に従えば、脱塩素後のＰＶＣは炭素質化し、脆化するため、全体として粉砕性を向上することが可能である。しかし、廃プラスチックの組成によって、たとえばポリエチレンやポリプロピレンなどのポリオレフィンが大部分を構成する廃プラスチックでは、十分な粉砕性が得られないことがある。
【００１３】
したがって本発明の目的は、このような従来技術の課題を解決し、廃プラスチックを加熱して溶融し、冷却固化した後、微粉砕して粉砕物を得る際に、廃プラスチックの粉砕性を向上させるとともに、粉砕物が鉱石還元材や固体燃料として好適に使用することのできる、廃プラスチック粉砕物の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
このような課題を解決するための本発明の特徴は以下の通りである。
（１）廃プラスチックを溶融・混練した後冷却・固化して固化体とし、該固化体を粉砕して廃プラスチックの粉砕物を製造する際に、廃プラスチックの溶融・混練の前および／または溶融・混練時に、廃プラスチック以外の固体粒状物を混合し、廃プラスチックと共に混練することを特徴とする、廃プラスチック粉砕物の製造方法。
（２）固体粒状物がバイオマス由来の有機物であることを特徴とする、（１）に記載の廃プラスチック粉砕物の製造方法。
（３）溶融・混練を、押し出し機を用いて行なうことを特徴とする、（１）または（２）に記載の廃プラスチック粉砕物の製造方法。
（４）押し出し機が、二軸押し出し機であることを特徴とする、（３）に記載の廃プラスチック粉砕物の製造方法。
（５）篩を通過させて廃プラスチック粉砕物の粒度を調整することを特徴とする、（１）ないし（４）のいずれかに記載の廃プラスチック粉砕物の製造方法。
（６）（１）ないし（５）のいずれかに記載の方法で製造された廃プラスチック粉砕物からなることを特徴とする鉱石還元剤または固体燃料。
（７）目開き０．５ｍｍのふるいを通過することを特徴とする、（６）に記載の鉱石還元剤または固体燃料。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、複雑な粉砕設備を用いることなく廃プラスチックを微粉砕することが可能となり、廃プラスチックを原料として燃焼性に優れた固体燃料または鉱石還元剤等を製造することができる。
【００１６】
また、本発明の廃プラスチックの処理方法を用いることで、廃プラスチックの大量処理を、経済的に実施することができる。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明は、都市ゴミ、産業廃棄物、一般廃棄物などに含まれる廃プラスチックや容器包装材料、および電気製品、自動車などの解体の過程で発生する廃プラスチックなどを加熱溶融・混練後に冷却して固化体とし、該固化体を粉砕して、固形燃料や鉱石還元剤等を製造する技術に関するものである。廃プラスチックの粉砕性を向上させ、容易に微粉化するための方法として、多種類のプラスチックを溶融混練することが有効であることは知られているが、廃プラスチックに含まれるプラスチックの種類は様々であり、廃プラスチック混合物の構成によっては十分な粉砕性が得られないことがある。そこで本発明では、廃プラスチックの粉砕性を向上する方法について鋭意検討を行った。
【００１８】
廃プラスチックを加熱溶融、冷却、固化する際の加熱温度は、例えば特許文献４によれば、１５０〜４５０℃であり、より好ましくは２００〜４００℃、さらに好ましくは２５０〜３８０℃の温度範囲とされている。このような温度範囲で加熱することで、含有塩素は塩化水素として除去されるとともに、廃プラスチックや混在する紙や木材の一部が分解し、可燃性ガスとして排出される。このときに混練を加えることにより、廃プラスチックは、冷却・固化すると元の廃プラスチックに比べ脆化され、粉砕性が飛躍的に向上する。
【００１９】
廃プラスチックは一般にはポリエチレンやポリプロピレン、ポリスチレンなど、多種多様のプラスチックから構成されているが、これを溶融した状態で混練することにより、それぞれの種類のプラスチック同士をお互いに分散し、異種プラスチックの接触界面をより多く形成することが出来る。これらのプラスチックはほとんどの場合、非相溶（お互いに混じりあうだけで、溶け合わない）であるため、混練により高度に分散した廃プラスチックを冷却・固化すると、接着性の低い異種プラスチック界面が多数形成される。固化体に衝撃を加えた場合、異種プラスチック界面が破壊の起点となるため、容易に粉砕することが出来る。
【００２０】
しかし、廃プラスチックの組成が、たとえばポリエチレンやポリプロピレンのようなポリオレフィンが大部分を占める、等、同種のプラスチックの割合が大きい場合や、混練機の性能が低く、混練の度合いが十分でない場合、粉砕性を十分高めることが出来ない場合がある。
【００２１】
このような場合にも十分な粉砕性を確保し、粉砕物の粒径を小さくするために、本発明では固化体に固体粒状物を添加して、粉砕性を向上させる。
【００２２】
固化体に添加する固体粒状物としては、廃プラスチック以外の固体粒状物を用いるものとする。具体的には、石炭、コールタールピッチ、コークス粉、石油精製で発生する重質油、石油コークス等の、化石燃料由来の有機固体粒状物を用いることが好ましい。
【００２３】
また、固体粒状物として、籾殻、茶殻、コーヒー殻（滓）等の、農作物由来の廃棄物、木材、木炭や竹などの含リグニン植物など、いわゆるバイオマス固体を用いることが好ましい。特に、農作物由来の廃棄物や、間伐材・建築廃材などの廃木材を利用することは、地球環境保護の点からも有用である。
【００２４】
廃プラスチック以外の固体粒状物は、ほとんどの場合プラスチックと相溶しないため、溶融した廃プラスチックと混練し、冷却固化した後は破壊の起点となり、粉砕性を向上せしめることが出来るが、特にバイオマス中には灰分が含まれており、破壊の起点となり易いため好ましい。更に、籾殻は細長い形状になりやすく、また溶融した廃プラスチックを混練する際にさらに粉砕されるので、破壊の起点として効果的に用いることができる。
【００２５】
なお、この場合の固体粒状物の配合量は、廃プラスチック１００質量部に対して、固体粒状物１００質量部未満とすることが好ましい。固体粒状物が１００質量部以上では、混練処理後に廃プラスチックが粉化してハンドリングが困難になるからである。また、廃プラスチック１００質量部に対して、固体粒状物５質量部以上とすることが好ましい。固体粒状物添加の効果が、より良く発揮できるからである。
【００２６】
廃プラスチックの加熱および溶融は、押し出し機を用いて混練しながら行なうことが好ましい。押出し機を用いることで、廃プラスチックを加熱すると同時に混練を、効率的に行なうことができる。押し出し機は、二軸押し出し機を用いることで、より混練性を高めることができる。
【００２７】
製造した廃プラスチックの固化体を、粉砕することで、廃プラスチック粉砕物を製造し、鉱石還元剤や固体燃料を製造することができる。加熱溶融後に冷却、固化した固化体は粉砕性が向上し、通常の粉砕機を用いて、粒径２ｍｍ以下の微粉を、容易に製造することができる。粉砕した固化体は、篩を通過させて粒度を調整することが好ましい。篩いの篩目を適宜変更することで、粉砕後粒度を設定できる。例えば、本発明の製造方法を用いて、目開き０．５ｍｍのふるいを通過させることで、粒径０．５ｍｍ以下の廃プラスチック粉砕物である微粉を得ることができる。
【００２８】
以下に、本発明の一実施形態を、Ｉ．プラスチック、II.加熱溶融・混練工程、III.冷却固化工程、IV.粉砕工程の順に、さらに詳細に説明する。
【００２９】
〔Ｉ．プラスチック〕本発明の対象とするプラスチック、すなわち本発明における原料プラスチックとしては、都市ゴミ、産業廃棄物、一般廃棄物などに含まれる廃プラスチックや容器包装材料、および電気製品、自動車などの解体の過程で発生する廃プラスチックなどが例示される。
【００３０】
具体的には、ポリエチレン、ポリプロピレンなどのポリオレフィン、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、塩素化ポリエチレン、ポリスチレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリカーボネートおよびナイロンやその他の熱可塑性樹脂や熱硬化性樹脂など全てのものが適用可能であり、上記プラスチックの内のいずれか１種のみを用いることもできるし、２種以上を用いることもできる。
【００３１】
加熱処理すべきプラスチックの形状寸法は、粗く粉砕したものでよく、１０ｃｍ角程度の大きさで十分であり、一般的な廃プラスチックでは、改めて粉砕する必要がなく、回収されたままの状態で処理可能であり、フィルム状、シート状、繊維状のプラスチックもそのままの形で処理できる。もちろん、細かく粉砕してもかまわないがその分処理コストが高くなる。
【００３２】
〔II.溶融・混練工程〕溶融・混練工程としては、下記の工程が例示される。すなわち、廃プラスチックを反応器内や押出し機内等で溶融・混練する。溶融と同時に混練を行なうことで、プラスチック処理物の粉砕性を向上させることができる。このとき、廃プラスチックの溶融・混練の前および／または溶融・混練時に、廃プラスチック以外の固体粒状物を混合し、廃プラスチックと同時に混練することで、固体粒状物による破壊の起点の増加をはかる。
【００３３】
廃プラスチックの溶融・混練の前および／または溶融・混練時に、廃プラスチック以外の固体粒状物を混合し、廃プラスチックと共に混練することにより、冷却固化後の廃プラスチックの粉砕性を向上せしめることが出来る。溶融・混練前に混合する方法は、たとえばタンブラー等を使用することで達成できる。溶融・混練時に混合する方法としては、溶融・混練装置に廃プラスチックと固体粒状物を別々に供給し、装置内で混合してもよいし、どちらかを先に供給したのち、他方を供給してもよい。固体粒状物の融点が廃プラスチックの溶融開始温度よりも高い場合、先に廃プラスチックを供給し、ある程度の溶融状態を達成した後に固体粒状物を添加する方法が一般的である。
【００３４】
固体粒状物としては、石炭、コークス、アスファルト等の化石燃料、でんぷんやセルロース、リグニンなどの天然高分子、があげられる。また、籾殻のように、天然高分子中に酸化ケイ素が分散したような、これらの複合体でも効果が発現する。これら固体粒状物は、処理装置に導入できる大きさであれば使用可能である。
【００３５】
溶融・混練により廃プラスチック中の異種プラスチックがお互いに混ざり合うが、これらは溶け合うことはほとんど無く、お互いの相互作用が無いため、固化後にはわずかな衝撃でバラバラになりやすく、かつ、破壊の起点が発現するため、全体として耐衝撃性が失われる。さらに添加した固体粒状物により、破壊の起点の数が増加し、固化後の粉砕性が更に向上する。
【００３６】
溶融・混練処理はバッチ式でも良いし、連続式でも良い。また、バッチ切り替え等の中間型でもかまわない。連続式処理装置としては、押し出し機が好ましく、混練性の観点から、二軸押し出し機がより好ましい。
【００３７】
処理時間は０．５分〜３０時間が適当である。処理時間が０．５分未満の場合、反応器内の温度制御が困難となると共に溶融した廃プラスチック処理物を十分混練することが困難である。また、処理時間が３０時間を超える場合、処理効率が低下し経済的でない。
【００３８】
〔III.冷却固化工程〕溶融処理後の廃プラスチックを、溶融プラスチック搬送装置にて、溶融プラスチックをベルトクーラーに定量供給することにより、冷却固化を行なう。除熱量は加熱処理後の温度と十分に固化するまでの温度との間のエンタルピー量と、処理速度から計算され、例えば容器包装廃プラスチックを含む場合、冷却後の中心部温度が１１０℃程度になるように制御すれば十分である。
【００３９】
また、連続式の加熱溶融処理装置を用いる場合、装置出口でカットし、あるいはカットしないまま、空冷あるいは水中投入等の冷却を施すことができる。
【００４０】
〔IV.粉砕工程〕冷却固加工程を経た固化体は、所定の粒径となるように粉砕することが好ましい。前記した本発明の方法で得られた冷却固化体であるプラスチック処理物の粉砕は、未処理のプラスチックの粉砕に比較して極めて容易に行うことができる。すなわち、本発明の方法で得られたプラスチック処理物は、あらゆるタイプの粉砕機で粉砕可能であり、粉砕機として、例えばジョークラッシャー、ロールクラッシャー、ボールミル、遠心ミルなどを用いることができる。
【００４１】
粉砕後の粒径は、プラスチック処理物の使用目的に応じて決めればよく、所定の粒径となるように粒度調整を行えば、例えば、鉄鉱石などの鉱石還元剤、すなわち高炉など銑鉄を製造する竪型炉の還元剤などの原燃料や、ボイラ、キルンなどの燃焼用燃料、キュポラの燃料、コークス炉の原料として使用できる。また、上記した用途以外にも固体燃料として使用できる。竪型炉の還元剤である、炉吹き込み原料として用いる際には、粒径０．５ｍｍ以下とすることが好ましい。
【実施例１】
【００４２】
以下、本発明を実施例に基づいてさらに具体的に説明する。
【００４３】
〔比較例１〕一般廃棄物系容器包装廃プラスチックを１ｃｍ程度に粉砕した固体だけを二軸押し出し機にて３３５℃で溶融して、混練した。押し出し機のベントからは水分（水蒸気）のほか塩化水素ガスや有機物からなる排ガスが認められた。排ガスの成分にはテレフタル酸が検出された。これをそのまま空冷し、約３０ｍｍ程度の塊（固化体）を得た。
【００４４】
この固化体を（株）ホーライ製小型粉砕機（カッターミル）にて粗粉砕して、９ｍｍのスクリーンを通過させた。
【００４５】
この粗粉砕物をホソカワミクロン（株）製ＡＣＭパルベライザー（ハンマーミル）にて微粉砕した後、試験篩で分級試験を施し、粒度分布を測定した。結果を表１に示す。
【００４６】
【表１】
【００４７】
次に、粒度分布から平均粒径を算出した。まず、下記（１）式（Rosin-Rammler-Bennetの式）を変形して得られる下記（２）式に、分級試験で得られた４つのフラクションそれぞれの質量分率と篩い目の径を代入し、最小二乗法で下記式（２）の比例定数ｎ、ｂを求めた。
Ｒ（Dp）＝１００・exp｛−（Dp／De）ｎ｝・・・（１）
log｛log[１００／Ｒ（Dp）]｝＝ｎ・logDp＋log（ｂ）・・・（２）
上記式（１）、（２）中、Ｒ（Dp）は篩い目Dpの積算篩い上質量％、Deは粒度特性数〔Ｒ（Dp）は質量％に対応する数〕、ｎは均等数（粉粒体の粒度分布の均一性を評価する指数）、ｂは定数であり、粉粒体の微細性を評価する指数を示す。
【００４８】
求めたｎ、ｂから、Ｄ50（５０％通過篩径）を計算し、平均粒径を算出した。計算結果を表１に併せて示す。
【００４９】
比較例1では、平均粒径は５００μｍ以下であるが、５００μm以上の粒径の割合が３７．５ｍａｓｓ％であり、十分な微粉化が達成されていないことが分かる。
【００５０】
〔本発明例１〕一般廃棄物系容器包装廃プラスチックを１ｃｍ程度に粉砕した固体を７０質量部、微粉炭（銘柄：興隆庄）３０質量部を混合し、二軸押し出し機に供給した以外は比較例１と同様の操作を行った。粒度分布の測定結果、平均粒径の計算結果を表１に併せて示す。
【００５１】
微粉炭を添加した後溶融・混練処理を行なった本発明例の廃プラスチック粉砕物は、平均粒径が比較例１に比べて小さく、大部分が粒径５００μｍ以下であり、比較例１に比べて充分に微細なものであった。
【００５２】
〔本発明例２〕１ｃｍ程度に粉砕した一般廃棄物系容器包装廃プラスチック７０質量部と、籾殻３０質量部を混合し、二軸押出機に供給した以外は本発明例１と同様の操作を行った。粒度分布の測定結果、平均粒径の計算結果を表1に併せて示す。
【００５３】
廃プラスチック粉砕物の平均粒径は比較例１に比べて微細であり、大半が粒径５００μｍ以下であり、籾殻添加による粉砕性向上効果が認められた。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、廃プラスチックを再生処理して鉱石還元剤や固形燃料等を製造するための、廃プラスチック粉砕物の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、廃プラスチックの有効利用のための一つの解決手段として、廃プラスチックから鉱石還元剤、固体燃料等を製造する方法が検討されている。これは、プラスチックを微粉化すると燃焼性が飛躍的に向上し、有用な燃料資源となり得るためである。
【０００３】
プラスチックを固体燃料に転化するこれまでの技術は、例えば、プラスチックを直接、粉砕機で微粉砕するものである（例えば、非特許文献１参照。）。しかし、この方法の場合、堅いプラスチックを１〜２mmの粒度にまでしか粉砕できず、しかも、この粉砕に多大の時間と費用を要し、また、繊維状やフィルム状のプラスチックは粉砕が困難なため、別途、溶融固化後に粉砕しなければならず、工程が複雑になるなどの問題があった。
【０００４】
また、廃プラスチックを微粉砕すると、発電用ボイラ等の燃焼炉として使用可能な燃料にすることができることが知られているが（例えば、特許文献１参照。）、特許文献１には特に粉砕方法の記載は無く、廃プラスチックそのものの粉砕性の向上に関する技術的開示は無い。
【０００５】
粒径２０００μｍ以下のプラスチックは固形燃料として優れており、乾式粉砕法や湿式粉砕法で製造することが知られている（例えば、特許文献２参照。）。特に、微粉末を得る方法としては、ジェットミルや振動ボールミルが好適であるとも言われているが、やはり、廃プラスチックそのものの粉砕性の向上に関する技術は知られていない。
【０００６】
一方、例えば家庭などから排出される廃プラスチックを高炉用還元剤などの還元剤や燃料として用いる場合、廃プラスチックにはポリ塩化ビニル（以下、ＰＶＣと記載する。）などの塩素含有プラスチックが混入しているため、そのまま用いると塩化水素などが発生し、炉が腐食するなどの問題がある。このため、ＰＶＣなどの塩素含有プラスチックを分離除去して造粒処理を施し粒状プラスチック成形物を得る技術（例えば、特許文献３参照。）が知られている。
【０００７】
また、塩素を含有する廃プラスチックに脱塩素処理を施した上で、廃プラスチックを微粉化する技術として、廃プラスチックを加熱、脱塩素処理、冷却固化した後、微粉砕して炉に投入する（例えば、特許文献４参照、特許文献５。）等の技術が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平７−１１９９２２号公報
【特許文献２】特開平４−３３２７９２号公報
【特許文献３】特開２００２−６７０２９号公報
【特許文献４】特開平１１−１９２４６９号公報
【特許文献５】特開２００６−２４１４４２号公報
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】「プラスチックス」 Ｖｏｌ.４７、Ｎｏ.７、ｐ６０、１９９６年
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
一般にプラスチックは耐衝撃性に優れるため、そのまま粉砕するのは非常に困難であり、特に０．５ｍｍ以下の粒径まで粉砕する場合、粉砕時間を長くすることや、何度か繰り返し粉砕機に投入する等の方法がとられる。この場合、粉砕機のタイプによっては粉砕中にプラスチックがせん断発熱により加熱状態になり、溶融したり、粉砕品が繊維状になったりするケースが認められる。この現象を防ぐために粉砕機あるいは粉砕物を冷却することが考えられるが、設備費や運転コストが増加する。
【００１１】
プラスチックを微粉砕する方法として、いわゆる凍結粉砕も有力な手段である。すなわち、一般のプラスチックが脆性破壊を起こす温度領域、たとえば零下数十度までプラスチックを冷却した後、粉砕する方法である。しかし、この方法は事前にプラスチックを冷却する必要があるため、設備費や運転コストが増加する。
【００１２】
前述した特許文献４、特許文献５に記載の方法をはじめとする、いわゆる廃プラスチックの溶融脱塩素法に従えば、脱塩素後のＰＶＣは炭素質化し、脆化するため、全体として粉砕性を向上することが可能である。しかし、廃プラスチックの組成によって、たとえばポリエチレンやポリプロピレンなどのポリオレフィンが大部分を構成する廃プラスチックでは、十分な粉砕性が得られないことがある。
【００１３】
したがって本発明の目的は、このような従来技術の課題を解決し、廃プラスチックを加熱して溶融し、冷却固化した後、微粉砕して粉砕物を得る際に、廃プラスチックの粉砕性を向上させるとともに、粉砕物が鉱石還元材や固体燃料として好適に使用することのできる、廃プラスチック粉砕物の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
このような課題を解決するための本発明の特徴は以下の通りである。
（１）廃プラスチックを溶融・混練した後冷却・固化して固化体とし、該固化体を粉砕して廃プラスチックの粉砕物を製造する際に、廃プラスチックの溶融・混練の前および／または溶融・混練時に、廃プラスチック以外の固体粒状物を混合し、廃プラスチックと共に混練することを特徴とする、廃プラスチック粉砕物の製造方法。
（２）固体粒状物がバイオマス由来の有機物であることを特徴とする、（１）に記載の廃プラスチック粉砕物の製造方法。
（３）溶融・混練を、押し出し機を用いて行なうことを特徴とする、（１）または（２）に記載の廃プラスチック粉砕物の製造方法。
（４）押し出し機が、二軸押し出し機であることを特徴とする、（３）に記載の廃プラスチック粉砕物の製造方法。
（５）篩を通過させて廃プラスチック粉砕物の粒度を調整することを特徴とする、（１）ないし（４）のいずれかに記載の廃プラスチック粉砕物の製造方法。
（６）（１）ないし（５）のいずれかに記載の方法で製造された廃プラスチック粉砕物からなることを特徴とする鉱石還元剤または固体燃料。
（７）目開き０．５ｍｍのふるいを通過することを特徴とする、（６）に記載の鉱石還元剤または固体燃料。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、複雑な粉砕設備を用いることなく廃プラスチックを微粉砕することが可能となり、廃プラスチックを原料として燃焼性に優れた固体燃料または鉱石還元剤等を製造することができる。
【００１６】
また、本発明の廃プラスチックの処理方法を用いることで、廃プラスチックの大量処理を、経済的に実施することができる。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明は、都市ゴミ、産業廃棄物、一般廃棄物などに含まれる廃プラスチックや容器包装材料、および電気製品、自動車などの解体の過程で発生する廃プラスチックなどを加熱溶融・混練後に冷却して固化体とし、該固化体を粉砕して、固形燃料や鉱石還元剤等を製造する技術に関するものである。廃プラスチックの粉砕性を向上させ、容易に微粉化するための方法として、多種類のプラスチックを溶融混練することが有効であることは知られているが、廃プラスチックに含まれるプラスチックの種類は様々であり、廃プラスチック混合物の構成によっては十分な粉砕性が得られないことがある。そこで本発明では、廃プラスチックの粉砕性を向上する方法について鋭意検討を行った。
【００１８】
廃プラスチックを加熱溶融、冷却、固化する際の加熱温度は、例えば特許文献４によれば、１５０〜４５０℃であり、より好ましくは２００〜４００℃、さらに好ましくは２５０〜３８０℃の温度範囲とされている。このような温度範囲で加熱することで、含有塩素は塩化水素として除去されるとともに、廃プラスチックや混在する紙や木材の一部が分解し、可燃性ガスとして排出される。このときに混練を加えることにより、廃プラスチックは、冷却・固化すると元の廃プラスチックに比べ脆化され、粉砕性が飛躍的に向上する。
【００１９】
廃プラスチックは一般にはポリエチレンやポリプロピレン、ポリスチレンなど、多種多様のプラスチックから構成されているが、これを溶融した状態で混練することにより、それぞれの種類のプラスチック同士をお互いに分散し、異種プラスチックの接触界面をより多く形成することが出来る。これらのプラスチックはほとんどの場合、非相溶（お互いに混じりあうだけで、溶け合わない）であるため、混練により高度に分散した廃プラスチックを冷却・固化すると、接着性の低い異種プラスチック界面が多数形成される。固化体に衝撃を加えた場合、異種プラスチック界面が破壊の起点となるため、容易に粉砕することが出来る。
【００２０】
しかし、廃プラスチックの組成が、たとえばポリエチレンやポリプロピレンのようなポリオレフィンが大部分を占める、等、同種のプラスチックの割合が大きい場合や、混練機の性能が低く、混練の度合いが十分でない場合、粉砕性を十分高めることが出来ない場合がある。
【００２１】
このような場合にも十分な粉砕性を確保し、粉砕物の粒径を小さくするために、本発明では固化体に固体粒状物を添加して、粉砕性を向上させる。
【００２２】
固化体に添加する固体粒状物としては、廃プラスチック以外の固体粒状物を用いるものとする。具体的には、石炭、コールタールピッチ、コークス粉、石油精製で発生する重質油、石油コークス等の、化石燃料由来の有機固体粒状物を用いることが好ましい。
【００２３】
また、固体粒状物として、籾殻、茶殻、コーヒー殻（滓）等の、農作物由来の廃棄物、木材、木炭や竹などの含リグニン植物など、いわゆるバイオマス固体を用いることが好ましい。特に、農作物由来の廃棄物や、間伐材・建築廃材などの廃木材を利用することは、地球環境保護の点からも有用である。
【００２４】
廃プラスチック以外の固体粒状物は、ほとんどの場合プラスチックと相溶しないため、溶融した廃プラスチックと混練し、冷却固化した後は破壊の起点となり、粉砕性を向上せしめることが出来るが、特にバイオマス中には灰分が含まれており、破壊の起点となり易いため好ましい。更に、籾殻は細長い形状になりやすく、また溶融した廃プラスチックを混練する際にさらに粉砕されるので、破壊の起点として効果的に用いることができる。
【００２５】
なお、この場合の固体粒状物の配合量は、廃プラスチック１００質量部に対して、固体粒状物１００質量部未満とすることが好ましい。固体粒状物が１００質量部以上では、混練処理後に廃プラスチックが粉化してハンドリングが困難になるからである。また、廃プラスチック１００質量部に対して、固体粒状物５質量部以上とすることが好ましい。固体粒状物添加の効果が、より良く発揮できるからである。
【００２６】
廃プラスチックの加熱および溶融は、押し出し機を用いて混練しながら行なうことが好ましい。押出し機を用いることで、廃プラスチックを加熱すると同時に混練を、効率的に行なうことができる。押し出し機は、二軸押し出し機を用いることで、より混練性を高めることができる。
【００２７】
製造した廃プラスチックの固化体を、粉砕することで、廃プラスチック粉砕物を製造し、鉱石還元剤や固体燃料を製造することができる。加熱溶融後に冷却、固化した固化体は粉砕性が向上し、通常の粉砕機を用いて、粒径２ｍｍ以下の微粉を、容易に製造することができる。粉砕した固化体は、篩を通過させて粒度を調整することが好ましい。篩いの篩目を適宜変更することで、粉砕後粒度を設定できる。例えば、本発明の製造方法を用いて、目開き０．５ｍｍのふるいを通過させることで、粒径０．５ｍｍ以下の廃プラスチック粉砕物である微粉を得ることができる。
【００２８】
以下に、本発明の一実施形態を、Ｉ．プラスチック、II.加熱溶融・混練工程、III.冷却固化工程、IV.粉砕工程の順に、さらに詳細に説明する。
【００２９】
〔Ｉ．プラスチック〕本発明の対象とするプラスチック、すなわち本発明における原料プラスチックとしては、都市ゴミ、産業廃棄物、一般廃棄物などに含まれる廃プラスチックや容器包装材料、および電気製品、自動車などの解体の過程で発生する廃プラスチックなどが例示される。
【００３０】
具体的には、ポリエチレン、ポリプロピレンなどのポリオレフィン、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、塩素化ポリエチレン、ポリスチレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリカーボネートおよびナイロンやその他の熱可塑性樹脂や熱硬化性樹脂など全てのものが適用可能であり、上記プラスチックの内のいずれか１種のみを用いることもできるし、２種以上を用いることもできる。
【００３１】
加熱処理すべきプラスチックの形状寸法は、粗く粉砕したものでよく、１０ｃｍ角程度の大きさで十分であり、一般的な廃プラスチックでは、改めて粉砕する必要がなく、回収されたままの状態で処理可能であり、フィルム状、シート状、繊維状のプラスチックもそのままの形で処理できる。もちろん、細かく粉砕してもかまわないがその分処理コストが高くなる。
【００３２】
〔II.溶融・混練工程〕溶融・混練工程としては、下記の工程が例示される。すなわち、廃プラスチックを反応器内や押出し機内等で溶融・混練する。溶融と同時に混練を行なうことで、プラスチック処理物の粉砕性を向上させることができる。このとき、廃プラスチックの溶融・混練の前および／または溶融・混練時に、廃プラスチック以外の固体粒状物を混合し、廃プラスチックと同時に混練することで、固体粒状物による破壊の起点の増加をはかる。
【００３３】
廃プラスチックの溶融・混練の前および／または溶融・混練時に、廃プラスチック以外の固体粒状物を混合し、廃プラスチックと共に混練することにより、冷却固化後の廃プラスチックの粉砕性を向上せしめることが出来る。溶融・混練前に混合する方法は、たとえばタンブラー等を使用することで達成できる。溶融・混練時に混合する方法としては、溶融・混練装置に廃プラスチックと固体粒状物を別々に供給し、装置内で混合してもよいし、どちらかを先に供給したのち、他方を供給してもよい。固体粒状物の融点が廃プラスチックの溶融開始温度よりも高い場合、先に廃プラスチックを供給し、ある程度の溶融状態を達成した後に固体粒状物を添加する方法が一般的である。
【００３４】
固体粒状物としては、石炭、コークス、アスファルト等の化石燃料、でんぷんやセルロース、リグニンなどの天然高分子、があげられる。また、籾殻のように、天然高分子中に酸化ケイ素が分散したような、これらの複合体でも効果が発現する。これら固体粒状物は、処理装置に導入できる大きさであれば使用可能である。
【００３５】
溶融・混練により廃プラスチック中の異種プラスチックがお互いに混ざり合うが、これらは溶け合うことはほとんど無く、お互いの相互作用が無いため、固化後にはわずかな衝撃でバラバラになりやすく、かつ、破壊の起点が発現するため、全体として耐衝撃性が失われる。さらに添加した固体粒状物により、破壊の起点の数が増加し、固化後の粉砕性が更に向上する。
【００３６】
溶融・混練処理はバッチ式でも良いし、連続式でも良い。また、バッチ切り替え等の中間型でもかまわない。連続式処理装置としては、押し出し機が好ましく、混練性の観点から、二軸押し出し機がより好ましい。
【００３７】
処理時間は０．５分〜３０時間が適当である。処理時間が０．５分未満の場合、反応器内の温度制御が困難となると共に溶融した廃プラスチック処理物を十分混練することが困難である。また、処理時間が３０時間を超える場合、処理効率が低下し経済的でない。
【００３８】
〔III.冷却固化工程〕溶融処理後の廃プラスチックを、溶融プラスチック搬送装置にて、溶融プラスチックをベルトクーラーに定量供給することにより、冷却固化を行なう。除熱量は加熱処理後の温度と十分に固化するまでの温度との間のエンタルピー量と、処理速度から計算され、例えば容器包装廃プラスチックを含む場合、冷却後の中心部温度が１１０℃程度になるように制御すれば十分である。
【００３９】
また、連続式の加熱溶融処理装置を用いる場合、装置出口でカットし、あるいはカットしないまま、空冷あるいは水中投入等の冷却を施すことができる。
【００４０】
〔IV.粉砕工程〕冷却固加工程を経た固化体は、所定の粒径となるように粉砕することが好ましい。前記した本発明の方法で得られた冷却固化体であるプラスチック処理物の粉砕は、未処理のプラスチックの粉砕に比較して極めて容易に行うことができる。すなわち、本発明の方法で得られたプラスチック処理物は、あらゆるタイプの粉砕機で粉砕可能であり、粉砕機として、例えばジョークラッシャー、ロールクラッシャー、ボールミル、遠心ミルなどを用いることができる。
【００４１】
粉砕後の粒径は、プラスチック処理物の使用目的に応じて決めればよく、所定の粒径となるように粒度調整を行えば、例えば、鉄鉱石などの鉱石還元剤、すなわち高炉など銑鉄を製造する竪型炉の還元剤などの原燃料や、ボイラ、キルンなどの燃焼用燃料、キュポラの燃料、コークス炉の原料として使用できる。また、上記した用途以外にも固体燃料として使用できる。竪型炉の還元剤である、炉吹き込み原料として用いる際には、粒径０．５ｍｍ以下とすることが好ましい。
【実施例１】
【００４２】
以下、本発明を実施例に基づいてさらに具体的に説明する。
【００４３】
〔比較例１〕一般廃棄物系容器包装廃プラスチックを１ｃｍ程度に粉砕した固体だけを二軸押し出し機にて３３５℃で溶融して、混練した。押し出し機のベントからは水分（水蒸気）のほか塩化水素ガスや有機物からなる排ガスが認められた。排ガスの成分にはテレフタル酸が検出された。これをそのまま空冷し、約３０ｍｍ程度の塊（固化体）を得た。
【００４４】
この固化体を（株）ホーライ製小型粉砕機（カッターミル）にて粗粉砕して、９ｍｍのスクリーンを通過させた。
【００４５】
この粗粉砕物をホソカワミクロン（株）製ＡＣＭパルベライザー（ハンマーミル）にて微粉砕した後、試験篩で分級試験を施し、粒度分布を測定した。結果を表１に示す。
【００４６】
【表１】
【００４７】
次に、粒度分布から平均粒径を算出した。まず、下記（１）式（Rosin-Rammler-Bennetの式）を変形して得られる下記（２）式に、分級試験で得られた４つのフラクションそれぞれの質量分率と篩い目の径を代入し、最小二乗法で下記式（２）の比例定数ｎ、ｂを求めた。
Ｒ（Dp）＝１００・exp｛−（Dp／De）ｎ｝・・・（１）
log｛log[１００／Ｒ（Dp）]｝＝ｎ・logDp＋log（ｂ）・・・（２）
上記式（１）、（２）中、Ｒ（Dp）は篩い目Dpの積算篩い上質量％、Deは粒度特性数〔Ｒ（Dp）は質量％に対応する数〕、ｎは均等数（粉粒体の粒度分布の均一性を評価する指数）、ｂは定数であり、粉粒体の微細性を評価する指数を示す。
【００４８】
求めたｎ、ｂから、Ｄ50（５０％通過篩径）を計算し、平均粒径を算出した。計算結果を表１に併せて示す。
【００４９】
比較例1では、平均粒径は５００μｍ以下であるが、５００μm以上の粒径の割合が３７．５ｍａｓｓ％であり、十分な微粉化が達成されていないことが分かる。
【００５０】
〔本発明例１〕一般廃棄物系容器包装廃プラスチックを１ｃｍ程度に粉砕した固体を７０質量部、微粉炭（銘柄：興隆庄）３０質量部を混合し、二軸押し出し機に供給した以外は比較例１と同様の操作を行った。粒度分布の測定結果、平均粒径の計算結果を表１に併せて示す。
【００５１】
微粉炭を添加した後溶融・混練処理を行なった本発明例の廃プラスチック粉砕物は、平均粒径が比較例１に比べて小さく、大部分が粒径５００μｍ以下であり、比較例１に比べて充分に微細なものであった。
【００５２】
〔本発明例２〕１ｃｍ程度に粉砕した一般廃棄物系容器包装廃プラスチック７０質量部と、籾殻３０質量部を混合し、二軸押出機に供給した以外は本発明例１と同様の操作を行った。粒度分布の測定結果、平均粒径の計算結果を表1に併せて示す。
【００５３】
廃プラスチック粉砕物の平均粒径は比較例１に比べて微細であり、大半が粒径５００μｍ以下であり、籾殻添加による粉砕性向上効果が認められた。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
廃プラスチックを溶融・混練した後、冷却・固化して固化体とし、該固化体を粉砕して廃プラスチックの粉砕物を製造する際に、廃プラスチックの溶融・混練の前および／または溶融・混練時に、廃プラスチック以外の固体粒状物を混合し、廃プラスチックと共に混練することを特徴とする、廃プラスチック粉砕物の製造方法。
【請求項２】
固体粒状物がバイオマス由来の有機物であることを特徴とする、請求項１に記載の廃プラスチック粉砕物の製造方法。
【請求項３】
溶融・混練を、押し出し機を用いて行なうことを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の廃プラスチック粉砕物の製造方法。
【請求項４】
押し出し機が、二軸押し出し機であることを特徴とする、請求項３に記載の廃プラスチック粉砕物の製造方法。
【請求項５】
篩を通過させて廃プラスチック粉砕物の粒度を調整することを特徴とする、請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の廃プラスチック粉砕物の製造方法。
【請求項６】
請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の方法で製造された廃プラスチック粉砕物からなることを特徴とする、鉱石還元剤または固体燃料。
【請求項７】
目開き０．５ｍｍのふるいを通過することを特徴とする、請求項６に記載の鉱石還元剤または固体燃料。
【請求項１】
廃プラスチックを溶融・混練した後、冷却・固化して固化体とし、該固化体を粉砕して廃プラスチックの粉砕物を製造する際に、廃プラスチックの溶融・混練の前および／または溶融・混練時に、廃プラスチック以外の固体粒状物を混合し、廃プラスチックと共に混練することを特徴とする、廃プラスチック粉砕物の製造方法。
【請求項２】
固体粒状物がバイオマス由来の有機物であることを特徴とする、請求項１に記載の廃プラスチック粉砕物の製造方法。
【請求項３】
溶融・混練を、押し出し機を用いて行なうことを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の廃プラスチック粉砕物の製造方法。
【請求項４】
押し出し機が、二軸押し出し機であることを特徴とする、請求項３に記載の廃プラスチック粉砕物の製造方法。
【請求項５】
篩を通過させて廃プラスチック粉砕物の粒度を調整することを特徴とする、請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の廃プラスチック粉砕物の製造方法。
【請求項６】
請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の方法で製造された廃プラスチック粉砕物からなることを特徴とする、鉱石還元剤または固体燃料。
【請求項７】
目開き０．５ｍｍのふるいを通過することを特徴とする、請求項６に記載の鉱石還元剤または固体燃料。
【公開番号】特開２０１１−５６７８９（Ｐ２０１１−５６７８９Ａ）
【公開日】平成２３年３月２４日（２０１１．３．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２０８８６３（Ｐ２００９−２０８８６３）
【出願日】平成２１年９月１０日（２００９．９．１０）
【出願人】（０００００１２５８）ＪＦＥスチール株式会社 (8,589)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年３月２４日（２０１１．３．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年９月１０日（２００９．９．１０）
【出願人】（０００００１２５８）ＪＦＥスチール株式会社 (8,589)
【Ｆターム（参考）】
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