焼却灰処理システム
【課題】産業廃棄物を焼却した後の焼却灰をより高リサイクル率で処理することのできるシステムを提供する。
【解決手段】焼却灰を破砕するための破砕機と、破砕機によって破砕された焼却灰から鉄等の磁性物を分別するための磁選機と、磁選機によって磁性物を分別した後の焼却灰を更に粉砕するための乾式ボールミルとを備えた産業廃棄物の焼却灰処理システムであって、該ボールミルの排出口には内側篩と外側篩が重ねて設けられており、内側篩は粉砕媒体から被粉砕物を分離することのできる形状及び大きさの篩目を有し、外側篩は内側篩の篩目よりも小さく、且つ所定の大きさ以下の被粉砕物のみを排出することができる寸法の目開きを有し、更に前記所定の大きさ以下の被粉砕物を排出した後には外側篩は通過できないが内側篩は通過できる被粉砕物を排出することができるように外側篩が着脱可能となっている焼却灰処理システム。
【解決手段】焼却灰を破砕するための破砕機と、破砕機によって破砕された焼却灰から鉄等の磁性物を分別するための磁選機と、磁選機によって磁性物を分別した後の焼却灰を更に粉砕するための乾式ボールミルとを備えた産業廃棄物の焼却灰処理システムであって、該ボールミルの排出口には内側篩と外側篩が重ねて設けられており、内側篩は粉砕媒体から被粉砕物を分離することのできる形状及び大きさの篩目を有し、外側篩は内側篩の篩目よりも小さく、且つ所定の大きさ以下の被粉砕物のみを排出することができる寸法の目開きを有し、更に前記所定の大きさ以下の被粉砕物を排出した後には外側篩は通過できないが内側篩は通過できる被粉砕物を排出することができるように外側篩が着脱可能となっている焼却灰処理システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、産業廃棄物を焼却処理した際に排出される焼却灰をセメント原料等としてリサイクルするために分別処理するシステムに関する。
【０００２】
現在、廃油、廃溶剤、廃プラスチック、金属くず、医療廃棄物、建設廃材などの産業廃棄物は一般に焼却処理されている。焼却後に生成する焼却灰は従来埋立処分されていたが、近年では、資源・環境保護の観点から焼却灰に含まれる有価物を有効利用しようとする取り組みが進展している。具体的には焼却灰に含まれる鉄分を分別回収したり、或いは生石灰、アルミナ及びシリカをセメント原料に利用したりしている。
【０００３】
斯かる焼却灰を処理する際には破砕機、磁選機、篩分機といった各種の処理装置が組み合わされて処理システムが構築されるのが通常である。
【０００４】
例えば、特開２００６−１６７５１３号公報（特許文献１）には、焼却灰中に鉄塊のような硬い粗大物が混入することによる不都合を回避するために、クリンカ等の柔らかい粗大物のみを破砕し、クリンカ破砕機で破砕されない粗大物を処理システムから除去する手段を採用したことを特徴とする灰分回収システムが記載されており、このシステムでは圧縮破砕機、大型分級手段、大型異物排出手段、中小分級手段、回収手段及び磁気選別機等が採用されている。
【０００５】
特開２００１−１２９５１１号公報（特許文献２）には、焼却灰が未燃有機物を多く含むことによる問題点を指摘し、焼却灰中に含まれているメタンの発生源となる未燃有機物を除去し、ダイオキシン類の分解・安定化処理を行い、各種重金属物質の溶解度を抑えるために自然界に存在する硫化物に転換させて安定焼却灰とすることにより、焼却灰をセメント等の補助材として有効活用して、８００℃〜９００℃の温度で簡単にしかも効率よく焼却灰を処理するとともに、その有効利用を図ることのできる焼却灰の処理装置を提供することを目的とした発明が記載されている。この発明では焼却灰の受入供給設備、乾燥設備、粉砕設備、反応設備等を組み合わせて焼却灰の処理装置を構築している。
【０００６】
特開２００１−２５３７３５号公報（特許文献３）には、篩を用いた粗大物除去プロセス、磁性物を除去する磁性物除去プロセス、ボールミルを用いた粉砕プロセス、乾燥プロセスを順に組み合わせた焼却残渣前処理プロセスを伴う、都市ごみ焼却残渣を主原料とした特殊セメントの製造方法が記載されている。
【０００７】
さて、本発明に最も近いと考えられる従来の焼却灰の処理システムについて説明する。該処理システムは実際に現場で採用されてきたものであり、破砕機、磁選機、篩分機を組み合わせて構築されている。図２に、該処理システムのフローを示す。ロータリーキルン式焼却炉から排出された産業廃棄物の焼却灰（燃えがら）はまずコンタクトクーラーにより冷却される。その後、焼却灰は第一篩分機に導入され、目開きを８ｍｍとして篩上と篩下に分けられる。このとき、導入された焼却灰の重量を３００ｔ／月とするならば、典型的には篩上が２００ｔ／月、篩下が１００ｔ／月であった。篩下はセメントメーカにて受け入れ可能であり、セメント原料としてリサイクルされる。一方、篩上は破砕機に送られて破砕される。次いで、破砕された焼却灰は磁選機に導入されて鉄等の磁性物が分別される。このとき、磁性物は典型的には３０ｔ／月、残部は１７０ｔ／月であった。分別された磁性物はシュレッダー鉄としてリサイクル可能である。その後、残部は第二篩分機に導入され、目開きを１２ｍｍとして篩上と篩下に分けられる。このとき、典型的には篩上が７０ｔ／月、篩下が１００ｔ／月であった。篩下はセメントメーカにて受け入れ可能であり、セメント原料としてリサイクルされる。一方、篩上は小塊状の焼却灰や非磁性物のメタル類が混在しているためセメント原料としてリサイクルできず、埋め立て処理される。
【特許文献１】特開２００６−１６７５１３号公報
【特許文献２】特開２００１−１２９５１１号公報
【特許文献３】特開２００１−２５３７３５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
このように、従来行ってきた処理システムでは埋め立て処分しなくてはならない分がかなりの割合で生じてしまうことから、よりリサイクル率の高い焼却灰処理システムの開発が望まれる。よって、本発明は産業廃棄物を焼却した際に排出される焼却灰をより高リサイクル率で処理することのできるシステムを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者は上記課題を克服するために鋭意研究したところ、乾式ボールミルが非鉄分を中心とするミックスメタルとセメント原料分の分別に有用であることを見出した。すなわち、破砕及び磁選を行った後の焼却灰を、乾式ボールミルに投入して粉砕すると、Ｆｅ2Ｏ3、ＣａＯ、Ａｌ2Ｏ3、ＳｉＯ2といったセメント原料として有用な成分は軟質であるから微細に粉砕され、ミックスメタルとしてリサイクル可能なＦｅ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｃｕといった成分は硬質であるから一定程度にまでしか粉砕されないことに起因して、これらを上手く分別することができることを見出した。
そして、分別操作は、ボールミルから排出された焼却灰を篩分機に別途投入して行うのではなく、ボールミルの排出口に二重構造の篩を設置することで簡便に行うことができることを見出した。
【００１０】
従って、本発明は一観点において、焼却灰を破砕するための破砕機と、破砕機によって破砕された焼却灰から鉄等の磁性物を分別するための磁選機と、磁選機によって磁性物を分別した後の焼却灰を更に粉砕するための乾式ボールミルとを備えた産業廃棄物の焼却灰処理システムであって、該ボールミルはその排出口に内側篩と外側篩が重ねて設けられており、内側篩は粉砕媒体から被粉砕物を分離することのできる篩目を有し、外側篩は内側篩の篩目よりも小さく、且つ所定の大きさ以下の被粉砕物のみを排出することができる篩目を有し、更に前記所定の大きさ以下の被粉砕物を排出した後には外側篩は通過できないが内側篩は通過できる被粉砕物を排出することができるように外側篩が着脱可能となっている焼却灰処理システムである。
【００１１】
本発明に係る焼却灰処理システムの一実施形態においては、ボールミルの排出口に設けられた前記外側篩の篩目の目開き寸法が５〜１２ｍｍである。
【００１２】
本発明に係る焼却灰処理システムの更に別の一実施形態においては、磁選機の後段で乾式ボールミルの前段に篩分機を更に備える。該篩分機は磁選機によって磁性物を分別した後の焼却灰を分級し、該篩分機によって篩上に分類された焼却灰は乾式ボールミルに投入される。
【００１３】
本発明に係る焼却灰処理システムの更に別の一実施形態においては、前記篩分機の篩目の目開き寸法は１２ｍｍ以下である。
【００１４】
本発明に係る焼却灰処理システムの更に別の一実施形態においては、ボールミルの排出口に設けられた前記外側篩の目開き寸法が８ｍｍであり、前記篩分機の目開き寸法は１２ｍｍである。
【００１５】
本発明に係る焼却灰処理システムの別の一実施形態においては、粉砕媒体であるボールの直径は３０〜１２０ｍｍである。
【００１６】
本発明に係る焼却灰処理システムの更に別の一実施形態においては、焼却炉から排出された焼却灰は篩分機を通過せずに破砕機に投入される。
【００１７】
また、本発明は別の一観点において、焼却灰を破砕する第一工程と、破砕された焼却灰を磁性物と非磁性物に分別して磁性物を系外に排出する第二工程と、非磁性物を上述した乾式ボールミルに導入する第三工程と、該ボールミルを所定時間稼働させながら又は稼働後に外側篩を通過できる被粉砕物を排出する第四工程と、外側篩を取り外す第五工程と、該ボールミルを所定時間稼働させながら又は稼働後に外側篩は通過できないが内側篩は通過できる被粉砕物を排出する第六工程とを含む産業廃棄物の焼却灰処理方法である。
【００１８】
本発明に係る焼却灰処理方法の一実施形態においては、第二工程と第三工程の間に、非磁性物を篩分けして篩下を系外に排出し、篩上を乾式ボールミルに導入する工程を更に含む。
【００１９】
本発明に係る焼却灰処理方法の一実施形態においては、第四工程における前記ボールミルの稼働時間が１５〜３０時間である。
【００２０】
本発明に係る焼却灰処理方法の別の一実施形態においては、第六工程における前記ボールミルの稼働時間が０．１〜３時間である。
【００２１】
本発明に係る焼却灰処理方法の別の一実施形態においては、第四工程及び第六工程における前記ボールミルの回転速度が１０〜４０ｒｐｍである。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば焼却灰のリサイクル率を向上させることが可能となる。更に、本発明は埋め立て費用が節約でき、シュレッダー鉄やミックスメタルは売却可能であることから経済的にも有利である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
対象となる産業廃棄物
本発明が対象としている産業廃棄物には燃えがら、汚でい、廃油、廃酸、廃アルカリ、廃プラスチック、紙くず、木くず、繊維くず、動植物残査、ゴムくず、金属くず、ガラス／陶磁器くず、鉱さい、建設廃材、ばいじんなどの普通産業廃棄物のほか、医療廃棄物も含まれる。この中でも、非鉄のメタルと一緒に混在している廃棄物を前処理することなくそのまま焼却処理できるという理由により、特に廃油、廃プラスチック、木くず、金属くずなど非鉄のメタルと混在しやすい廃棄物が好適に処理可能である。すなわち、非鉄容器に残る廃油、廃プラスチック、木くず及び金属くずなどが混在した廃棄物を前処理によって各素材に分別することは可能であるが、貴金属のように高付加価値があるわけではないので、前処理は逆にコスト高や処理工程の複雑化を招いてしまう。しかしながら、本発明を利用すればそのような産業廃棄物をそのまま焼却炉に投入すればよく、簡便に有価物を分離回収することができる。そのため、例えば小型医療機器や小型分析機器を分解せずにそのまま焼却炉に投入しても有価物の分離回収が可能である。
【００２４】
焼却炉
産業廃棄物を処理する焼却炉の種類によって焼却灰の性状は若干変化するが、本発明に係る焼却灰処理システムに導入する焼却灰は、公知の任意の焼却炉から排出されるものであって良い。例えば、ストーカー炉、流動床炉又はキルン炉から排出される焼却灰を処理可能であり、粗大な廃棄物を直接そのまま焼却処理できるという理由から、特にロータリーキルンから排出される焼却灰を好適に処理可能である。また、粗大で複合体の廃棄物を直接そのまま焼却処理するため、ロータリーキルンの運転条件は高温燃焼と低速回転とすることが好ましい。
【００２５】
また、焼却炉に投入される産業廃棄物に関しては、意図的にセメント原料として有用な成分、すなわち、Ｆｅ2Ｏ3、ＣａＯ、Ａｌ2Ｏ3、ＳｉＯ2などを多く含むものの比率を高く（例えばＦｅ2Ｏ3＋ＳｉＯ2を合計で２５〜４５重量％）、塩素の比率を低く（例えば０．６％重量未満）とすることにより、よりセメント原料として好適となる。
【００２６】
破砕機
焼却炉からコンタクトクーラーを経て排出されたばかりの焼却灰は、粗大なものが多く、また、種々の成分が混合しており、一部は溶融して互いに結合しているので、後の工程における分別効率を高め、又はボールミルの負担を軽減するためにも破砕しておくのが好ましい。破砕機では焼却灰を概ね３０〜１００ｍｍの大きさにまで破砕するのが通常であり、好ましくは３０〜５０ｍｍの大きさに破砕する。使用する破砕機には特に制限はなく、例えば、一軸破砕機、二軸破砕機、三軸破砕機、又は四軸破砕機を使用することができるが、鉄および非鉄のメタル類が混在しているため竪型の高速せん断破砕機を使用するのが好ましい。
【００２７】
磁選機
磁選機は、破砕機を通過した焼却灰から鉄等の磁性物を分別するために使用する。磁選機を破砕機の後段に設置するのは、焼却後の鉄及び非鉄のメタルに焼却灰が付着すると売却できないからである。そこで、予め破砕することで焼却灰の付着を落とした後に磁選機で鉄とその他に分類する。公知の任意の磁選機を使用して良く、例えば、永久磁石式や電磁石式の磁選機が使用可能であり、電磁石式の吊り下げ磁選機を好適に使用することができる。
【００２８】
乾式ボールミル
ボールミルは、焼却灰中に含まれるセメント原料分とミックスメタルの硬さの違いを利用して両者を分別する役割を果たす。磁性物を分別した後の焼却灰を乾式ボールミルに導入してボールミルを稼働すると、セメント原料分は軟質であるから細かく粉砕されるが、ミックスメタルは硬質であるから一定程度にまでしか粉砕されない。従って、粉砕後に一定以上の大きさの焼却灰を篩分けすれば、セメント原料分とミックスメタル（主に非鉄金属分であるが、磁選機で取りきれなかった鉄分も含まれる）が効率的に分別されることとなる。
【００２９】
本発明では、セメント原料としての含水率の制約や冬季の凍結の問題から乾式のボールミルを採用する。乾式のボールミルであれば水平軸式でも垂直軸式でも構わない。また、連続式及びバッチ式の何れを使用しても良いが、工業的には連続式が好ましい。
但し、本発明において使用するボールミルは排出口に格子（グレート）を設けたいわゆるグレートディスチャージ型ボールミルである。そして、その排出口には内側篩（内側グレート）と外側篩（外側グレート）が重ねて設けられており、内側篩は粉砕媒体から被粉砕物を分離することのできる形状や大きさの篩目を有する。外側篩は内側篩の篩目よりも小さく、且つ所定の大きさ以下の被粉砕物のみを排出することができる形状や大きさの篩目を有する。更に、前記所定の大きさ以下の被粉砕物を排出した後には外側篩は通過できないが内側篩は通過できる被粉砕物を排出することができるように外側篩が着脱可能となっている。
ここで、「外側篩が着脱可能」であるとは、外側篩が完全にボールミルから分離されてしまう場合に限らない。外側篩の移動によって内側篩を露出したり被覆したりできる場合にはすべて「外側篩が着脱可能」であるといえる。例えば、簡単に外れるのを防ぐために外側篩はボールミル本体にボルト固定する方法が挙げられる。
【００３０】
被粉砕物を排出できる限り、排出口の位置には特に制限はないが、ボールミルの稼働中に連続的に被粉砕物を排出できる位置、例えば水平軸式のボールミルであればミル（ドラム）胴体中央部に設置されるのが通常である。排出口はボールミルの回転に伴ってドラムと一緒に回転し、排出口が下を向くときに重力によって被粉砕物が排出される。このとき、被粉砕物が飛散するのを防止するためにドラム周辺を防塵カバーで覆うのがよい。排出口の大きさは処理量により適宜設定すればよい。排出口及びこれに設けられた二重構造の篩の位置関係を図３に例示的に示す。また、図４にはこれらの位置関係をミルの断面から示した。
【００３１】
本発明者の検討結果によれば、ボールミルにて粉砕した焼却灰を外側篩によって分級する際には、外側篩の篩目の目開き寸法を５〜１２ｍｍ、好ましくは６〜１０ｍｍ、より好ましくは７〜９ｍｍ、最も好ましくは８ｍｍとしたときにセメント原料分とミックスメタルが高効率で分離されることが分かった。
従って、本発明に係る焼却灰処理システムの一実施形態においては、ボールミルの排出口に設置された外側篩の目開き寸法が５〜１２ｍｍ、好ましくは６〜１０ｍｍ、より好ましくは７〜９ｍｍ、最も好ましくは８ｍｍである。
【００３２】
本発明においては、目開き寸法は一つ一つの篩目が形成する正方形の一辺の長さを指すことが原則である。しかしながら、本発明では篩目の形状は正方形に限られるものではなく、例えば長方形、菱形又は円形でもよい。従って、本発明においては目開き寸法をｘｍｍと定義したときには、その篩がＪＩＳ Ｚ８８０１−１に従う目開き寸法ｘｍｍの篩と実質的に同等の篩分け特性を有する篩目を有することを指すものとする。
【００３３】
内側篩の篩目は大き過ぎると粉砕媒体が落下してしまうため、粉砕媒体が通過できない程度に小さな寸法の目開きであることが必要である。一方、内側篩の篩目を小さくして行くにつれ、ボールミルから排出されずにボールミル内に残存する焼却灰の量が増大していく。異常なほど大きな焼却灰を除けば、ボールミルに投入した焼却灰はボールミル内に残存しないことが望ましい。よって、内側篩の篩目は粉砕媒体が通過できず、粉砕された焼却灰が通過できるような形状及び大きさを有するものであれば特に制限はない。そのような形状には限定的ではないが真円形、楕円形などの円形；正方形、長方形、菱形、平行四辺形などの四角形が挙げられる。また、寸法は一つの一つ篩目が形成する孔を球形の粉砕媒体が通過してしまわないように、選択した形状に合わせて適宜設定すればよい。例えば篩目の形状が真円であればその直径をボールの直径よりも小さくすればよく、長方形であれば、少なくとも短辺をボールの直径よりも小さくすればよい。
【００３４】
本発明者は、ボールミルに投入される焼却灰の大きさにもよるが、粉砕媒体であるボールの直径は３０〜１２０ｍｍ、好ましくは５０〜１００ｍｍとするのが焼却灰の粉砕に効果的であることを経験的に見出した。従って、本発明に係る焼却灰処理システムの別の一実施形態においては、粉砕媒体であるボールの直径は３０〜１２０ｍｍ、好ましくは５０〜１００ｍｍである。また、異なる直径のボールを同一のボールミル内に混在させても良い。これにより粗砕と粉砕が同時に行えるようになる。
【００３５】
ボールミルの具体的な稼働方法の一例を挙げる。焼却灰を乾式ボールミルに導入する。焼却灰の導入はボールミルを稼働させながら行うこともできる。ボールミルを所定時間稼働させながら又は稼働後に外側篩を通過できる被粉砕物を排出する（第一稼働）。次いで、ボールミルを停止して外側篩を取り外して内側篩を露出させる。再度ボールミルを所定時間稼働させながら又は稼働後に外側篩は通過できないが内側篩は通過できる被粉砕物を排出する（第二稼働）。なお、被粉砕物の排出はミルを稼働させながら行うのが便宜である。
【００３６】
焼却灰の処理量やミルの大きさにもよるが、第一稼働におけるボールミルの稼働時間は一般に１５〜３０時間であり、典型的には２０〜２５時間であり、より典型的には２２〜２４時間である。また、第二稼働におけるボールミルの稼働時間は０．１から３時間であり、典型的には０．３〜２時間であり、より典型的には０．５〜１．５時間である。ボールミルの回転速度は一般には１０〜４０ｒｐｍであり、典型的には１５〜３０ｒｐｍであり、より典型的には１７〜２５ｒｐｍである。
【００３７】
篩分機
本システム上流に設置される破砕機を通過した焼却灰の中には、ボールミルによって更に粉砕するまでもなくセメントメーカによって引き取り可能な大きさの焼却灰も高い比率で含まれており、磁選機を通過した焼却灰の全量をボールミルに投入するのは無駄となるケースも多い。よって、ボールミルへ投入する前に篩分機でセメントメーカによって引き取り可能な微細な焼却灰を予め分別しておくのが好ましい。
従って、本発明に係る焼却灰処理システムの更に別の一実施形態においては、磁選機によって磁性物を分別した後の焼却灰を分級するための篩分機が乾式ボールミルの前段に設置される。
【００３８】
焼却灰からセメント原料としてセメントメーカによって引き取り可能な焼却灰は大きさが概ね１２ｍｍ以下のものであり、これらは予めすべて分別しておくのが効率的である。従って、該篩分機は１２ｍｍ以下の目開き寸法を有するのが好ましく、１０〜１２ｍｍの目開き寸法を有するのがより好ましく、１２ｍｍの目開き寸法を有するのが最も好ましい。なお、これまでの実績からみて、ミックスメタルまでもセメント原料分と一緒に目開き寸法１２ｍｍの篩を通過してしまうことはなく、あったとしても僅かである。
【００３９】
また、焼却炉からコンタクトクーラーを経て出てきた焼却灰には破砕機を通過するまでもなくセメントメーカによって引き取り可能な大きさの焼却灰も含まれていることから、破砕機の前段に篩分機を設置して、予めセメントメーカによって引き取り可能な微細な焼却灰を分別してもよい。しかしながら、この上流段階での篩分けは粉塵発生によって作業環境を悪化させる程度が甚だしく、集塵装置を設置することにより作業環境を改善することは可能であるけれども、必ずしも好ましい形態とは言えない。よって、本発明に係る焼却灰処理システムの更に別の一実施形態においては、焼却炉から排出された焼却灰は篩分機を通過せずに破砕機に投入される。
【００４０】
焼却灰処理システム
以下、本発明に係る焼却灰処理システムの好適な実施形態について図１を参照しながら説明する。
該処理システムは、破砕機、磁選機、篩分機、及び乾式ボールミルを組み合わせて構築されている。各工程においては、粉塵防止のため局所集塵が適宜行われる（例：バグフィルター）。図１に、該処理システムのフローを示す。ロータリーキルン式焼却炉から排出された産業廃棄物の焼却灰（燃えがら）はまずコンタクトクーラーにより冷却される。その後、焼却灰は破砕機に導入されて破砕される。次いで、破砕された焼却灰は磁選機に導入されて鉄分等の磁性物が分別される。分別された磁性物はシュレッダー鉄としてリサイクル可能である。その後、残部は篩分機に導入され、目開きを１２ｍｍとして篩上と篩下に分けられる。篩下はセメントメーカにて受け入れ可能であり、セメント原料としてリサイクルされる。一方、篩上は乾式ボールミルに導入され、充分な時間だけ粉砕した後、外側篩（目開き８ｍｍ）を通過することが可能な小型焼却灰を排出する。小型焼却灰を排出した後、外側篩を取り外し、内側篩（２０×３００ｍｍの長方形状の篩目）を通過することが可能な中大型焼却灰を別の受け皿に排出する。小型焼却灰はセメントメーカにて受け入れ可能であり、セメント原料としてリサイクルされる。一方、中大型焼却灰はミックスメタルとして売却可能である。
【００４１】
なお、当然のことながら、実操業においては、各工程における焼却灰の分別は必ずしも１００％の分別率で実施できるわけではない。よって、本システムから排出されるシュレッダー鉄及びミックスメタルも必ずしも高品位のものばかりではないが、実質的に１００％をリサイクル業者にて引き取ってもらうことが可能である。そのため、焼却灰の埋め立てコストを大幅に削減することができる。リサイクル業者によって引き取られたシュレッダー鉄及びミックスメタルはリサイクル業者によって更に精製プロセスが行われることになろう。
【実施例】
【００４２】
図１に示す焼却灰処理システムを実際に稼働させたときの条件及び結果を示す。
【００４３】
条件
＜焼却炉に投入する産業廃棄物＞
汚 泥：５００ｔ/月
廃油 ：６００ｔ/月
廃プラスチック：４００ｔ/月
金 属 く ず： ５０ｔ/月
＜焼却炉＞
方式：ロータリーキルン式
処理能力：１２０ｔ/日
回転数：０．０５〜０．２７ｒｐｍ
＜焼却炉から生じる焼却灰＞
合計：３００ｔ／月
＜破砕機＞
メーカ：（株）クボタ
型式：ＫＥ−４００
方式：竪型せん断
処理能力：１〜２ｔ/ｈ
電動機：１５０ｋｗ×２台
＜篩分機＞
メーカ：荏原工械（株）
型式：ＭＬ−５１０
方式：密閉篩分装置
処理能力：３０ｔ/ｈ
目開き：１２ｍｍ（篩目は正方形状）
＜ボールミル＞
メーカ：（株）マキノ
方式：乾式、水平軸式、連続式
ボール寸法：５０ｍｍ及び１００ｍｍを半々程度混在
ミル寸法：９００ｍｍ径×１８００ｍｍ胴体長さ
回転数：２０ｒｐｍ
動力：１１ｋｗ×５０Ｈｚ×６Ｐ
排出口位置：図３のとおり
内側篩：篩目は２０×３００ｍｍの長方形状
外側篩：目開き８ｍｍ（篩目は正方形状）
処理容量：０．３３ｍ3
処理能力：０．５ｔ/ｈ
【００４４】
ボールミルは、被粉砕物を１２時間かけて投入しながら、ミルを２３時間連続稼働した。その間、８ｍｍアンダーの被粉砕物は内側篩及び外側篩を通過して徐々に排出される。その後、外側篩を取り外し、内側篩を露出させて更に１時間連続稼働させ、その間に８ｍｍオーバーの被粉砕物をすべて排出する。
【００４５】
物質収支
図１に示す括弧内の数値は焼却灰３００ｔ／月を本システムにて処理したときの物質収支である。３００ｔ／月の焼却灰のうち、まず３０ｔ／月は磁選機によってシュレッダー鉄として回収できた。磁選機により分別されない非磁性分は２７０ｔ／月であった。非磁性分を篩分機で１２ｍｍアンダーと１２ｍｍオーバーのものに分けた結果、１２ｍｍアンダーのものは１６０ｔ／月であり、セメント原料として回収できた。乾式ボールミルへ投入した１２ｍｍオーバーのものは１１０ｔ／月であった。乾式ボールミルへ投入した１１０ｔ／月のうち、８ｍｍアンダーにまで粉砕されたものは１００ｔ／月であり、セメント原料分として回収できた。残部は１０ｔ／月であり、ミックスメタルとして回収できた。
以上をまとめると、３００ｔ／月の焼却灰は、２６０ｔ／月のセメント原料、３０ｔ／月のシュレッダー鉄、１０ｔ／月のミックスメタルに分別することができた。これらはすべてリサイクル業者に引き取り可能であり、埋め立て処理分は不要であった。
【００４６】
分別物の性状
本システムの稼働中に、磁選機を通過した後の非磁性分、篩分機で篩上に分類された１２ｍｍオーバー分、並びに乾式ボールミルから排出された８ｍｍアンダー分及び８ｍｍオーバー分をサンプリングし、成分分析を行った。表１に分析結果を示す。これにより、乾式ボールミルによって、セメント原料分とミックスメタルが高効率で分別できたことが理解できる。
【００４７】
【表１】
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明に係る焼却灰処理システムのフロー図である。
【図２】従来の焼却灰処理システムのフロー図である。
【図３】ボールミルの排出口、外側篩及び内側篩の位置関係を示す模式図である。
【図４】ミル胴体の概略断面図である。
【符号の説明】
【００４９】
１１ 焼却灰
１２ ミル
１３ 内側篩
１４ 外側篩
１５ 防塵カバー
１６ 排出口
１７ 受け皿
１８ 粉砕された焼却灰
【技術分野】
【０００１】
本発明は、産業廃棄物を焼却処理した際に排出される焼却灰をセメント原料等としてリサイクルするために分別処理するシステムに関する。
【０００２】
現在、廃油、廃溶剤、廃プラスチック、金属くず、医療廃棄物、建設廃材などの産業廃棄物は一般に焼却処理されている。焼却後に生成する焼却灰は従来埋立処分されていたが、近年では、資源・環境保護の観点から焼却灰に含まれる有価物を有効利用しようとする取り組みが進展している。具体的には焼却灰に含まれる鉄分を分別回収したり、或いは生石灰、アルミナ及びシリカをセメント原料に利用したりしている。
【０００３】
斯かる焼却灰を処理する際には破砕機、磁選機、篩分機といった各種の処理装置が組み合わされて処理システムが構築されるのが通常である。
【０００４】
例えば、特開２００６−１６７５１３号公報（特許文献１）には、焼却灰中に鉄塊のような硬い粗大物が混入することによる不都合を回避するために、クリンカ等の柔らかい粗大物のみを破砕し、クリンカ破砕機で破砕されない粗大物を処理システムから除去する手段を採用したことを特徴とする灰分回収システムが記載されており、このシステムでは圧縮破砕機、大型分級手段、大型異物排出手段、中小分級手段、回収手段及び磁気選別機等が採用されている。
【０００５】
特開２００１−１２９５１１号公報（特許文献２）には、焼却灰が未燃有機物を多く含むことによる問題点を指摘し、焼却灰中に含まれているメタンの発生源となる未燃有機物を除去し、ダイオキシン類の分解・安定化処理を行い、各種重金属物質の溶解度を抑えるために自然界に存在する硫化物に転換させて安定焼却灰とすることにより、焼却灰をセメント等の補助材として有効活用して、８００℃〜９００℃の温度で簡単にしかも効率よく焼却灰を処理するとともに、その有効利用を図ることのできる焼却灰の処理装置を提供することを目的とした発明が記載されている。この発明では焼却灰の受入供給設備、乾燥設備、粉砕設備、反応設備等を組み合わせて焼却灰の処理装置を構築している。
【０００６】
特開２００１−２５３７３５号公報（特許文献３）には、篩を用いた粗大物除去プロセス、磁性物を除去する磁性物除去プロセス、ボールミルを用いた粉砕プロセス、乾燥プロセスを順に組み合わせた焼却残渣前処理プロセスを伴う、都市ごみ焼却残渣を主原料とした特殊セメントの製造方法が記載されている。
【０００７】
さて、本発明に最も近いと考えられる従来の焼却灰の処理システムについて説明する。該処理システムは実際に現場で採用されてきたものであり、破砕機、磁選機、篩分機を組み合わせて構築されている。図２に、該処理システムのフローを示す。ロータリーキルン式焼却炉から排出された産業廃棄物の焼却灰（燃えがら）はまずコンタクトクーラーにより冷却される。その後、焼却灰は第一篩分機に導入され、目開きを８ｍｍとして篩上と篩下に分けられる。このとき、導入された焼却灰の重量を３００ｔ／月とするならば、典型的には篩上が２００ｔ／月、篩下が１００ｔ／月であった。篩下はセメントメーカにて受け入れ可能であり、セメント原料としてリサイクルされる。一方、篩上は破砕機に送られて破砕される。次いで、破砕された焼却灰は磁選機に導入されて鉄等の磁性物が分別される。このとき、磁性物は典型的には３０ｔ／月、残部は１７０ｔ／月であった。分別された磁性物はシュレッダー鉄としてリサイクル可能である。その後、残部は第二篩分機に導入され、目開きを１２ｍｍとして篩上と篩下に分けられる。このとき、典型的には篩上が７０ｔ／月、篩下が１００ｔ／月であった。篩下はセメントメーカにて受け入れ可能であり、セメント原料としてリサイクルされる。一方、篩上は小塊状の焼却灰や非磁性物のメタル類が混在しているためセメント原料としてリサイクルできず、埋め立て処理される。
【特許文献１】特開２００６−１６７５１３号公報
【特許文献２】特開２００１−１２９５１１号公報
【特許文献３】特開２００１−２５３７３５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
このように、従来行ってきた処理システムでは埋め立て処分しなくてはならない分がかなりの割合で生じてしまうことから、よりリサイクル率の高い焼却灰処理システムの開発が望まれる。よって、本発明は産業廃棄物を焼却した際に排出される焼却灰をより高リサイクル率で処理することのできるシステムを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者は上記課題を克服するために鋭意研究したところ、乾式ボールミルが非鉄分を中心とするミックスメタルとセメント原料分の分別に有用であることを見出した。すなわち、破砕及び磁選を行った後の焼却灰を、乾式ボールミルに投入して粉砕すると、Ｆｅ2Ｏ3、ＣａＯ、Ａｌ2Ｏ3、ＳｉＯ2といったセメント原料として有用な成分は軟質であるから微細に粉砕され、ミックスメタルとしてリサイクル可能なＦｅ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｃｕといった成分は硬質であるから一定程度にまでしか粉砕されないことに起因して、これらを上手く分別することができることを見出した。
そして、分別操作は、ボールミルから排出された焼却灰を篩分機に別途投入して行うのではなく、ボールミルの排出口に二重構造の篩を設置することで簡便に行うことができることを見出した。
【００１０】
従って、本発明は一観点において、焼却灰を破砕するための破砕機と、破砕機によって破砕された焼却灰から鉄等の磁性物を分別するための磁選機と、磁選機によって磁性物を分別した後の焼却灰を更に粉砕するための乾式ボールミルとを備えた産業廃棄物の焼却灰処理システムであって、該ボールミルはその排出口に内側篩と外側篩が重ねて設けられており、内側篩は粉砕媒体から被粉砕物を分離することのできる篩目を有し、外側篩は内側篩の篩目よりも小さく、且つ所定の大きさ以下の被粉砕物のみを排出することができる篩目を有し、更に前記所定の大きさ以下の被粉砕物を排出した後には外側篩は通過できないが内側篩は通過できる被粉砕物を排出することができるように外側篩が着脱可能となっている焼却灰処理システムである。
【００１１】
本発明に係る焼却灰処理システムの一実施形態においては、ボールミルの排出口に設けられた前記外側篩の篩目の目開き寸法が５〜１２ｍｍである。
【００１２】
本発明に係る焼却灰処理システムの更に別の一実施形態においては、磁選機の後段で乾式ボールミルの前段に篩分機を更に備える。該篩分機は磁選機によって磁性物を分別した後の焼却灰を分級し、該篩分機によって篩上に分類された焼却灰は乾式ボールミルに投入される。
【００１３】
本発明に係る焼却灰処理システムの更に別の一実施形態においては、前記篩分機の篩目の目開き寸法は１２ｍｍ以下である。
【００１４】
本発明に係る焼却灰処理システムの更に別の一実施形態においては、ボールミルの排出口に設けられた前記外側篩の目開き寸法が８ｍｍであり、前記篩分機の目開き寸法は１２ｍｍである。
【００１５】
本発明に係る焼却灰処理システムの別の一実施形態においては、粉砕媒体であるボールの直径は３０〜１２０ｍｍである。
【００１６】
本発明に係る焼却灰処理システムの更に別の一実施形態においては、焼却炉から排出された焼却灰は篩分機を通過せずに破砕機に投入される。
【００１７】
また、本発明は別の一観点において、焼却灰を破砕する第一工程と、破砕された焼却灰を磁性物と非磁性物に分別して磁性物を系外に排出する第二工程と、非磁性物を上述した乾式ボールミルに導入する第三工程と、該ボールミルを所定時間稼働させながら又は稼働後に外側篩を通過できる被粉砕物を排出する第四工程と、外側篩を取り外す第五工程と、該ボールミルを所定時間稼働させながら又は稼働後に外側篩は通過できないが内側篩は通過できる被粉砕物を排出する第六工程とを含む産業廃棄物の焼却灰処理方法である。
【００１８】
本発明に係る焼却灰処理方法の一実施形態においては、第二工程と第三工程の間に、非磁性物を篩分けして篩下を系外に排出し、篩上を乾式ボールミルに導入する工程を更に含む。
【００１９】
本発明に係る焼却灰処理方法の一実施形態においては、第四工程における前記ボールミルの稼働時間が１５〜３０時間である。
【００２０】
本発明に係る焼却灰処理方法の別の一実施形態においては、第六工程における前記ボールミルの稼働時間が０．１〜３時間である。
【００２１】
本発明に係る焼却灰処理方法の別の一実施形態においては、第四工程及び第六工程における前記ボールミルの回転速度が１０〜４０ｒｐｍである。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば焼却灰のリサイクル率を向上させることが可能となる。更に、本発明は埋め立て費用が節約でき、シュレッダー鉄やミックスメタルは売却可能であることから経済的にも有利である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
対象となる産業廃棄物
本発明が対象としている産業廃棄物には燃えがら、汚でい、廃油、廃酸、廃アルカリ、廃プラスチック、紙くず、木くず、繊維くず、動植物残査、ゴムくず、金属くず、ガラス／陶磁器くず、鉱さい、建設廃材、ばいじんなどの普通産業廃棄物のほか、医療廃棄物も含まれる。この中でも、非鉄のメタルと一緒に混在している廃棄物を前処理することなくそのまま焼却処理できるという理由により、特に廃油、廃プラスチック、木くず、金属くずなど非鉄のメタルと混在しやすい廃棄物が好適に処理可能である。すなわち、非鉄容器に残る廃油、廃プラスチック、木くず及び金属くずなどが混在した廃棄物を前処理によって各素材に分別することは可能であるが、貴金属のように高付加価値があるわけではないので、前処理は逆にコスト高や処理工程の複雑化を招いてしまう。しかしながら、本発明を利用すればそのような産業廃棄物をそのまま焼却炉に投入すればよく、簡便に有価物を分離回収することができる。そのため、例えば小型医療機器や小型分析機器を分解せずにそのまま焼却炉に投入しても有価物の分離回収が可能である。
【００２４】
焼却炉
産業廃棄物を処理する焼却炉の種類によって焼却灰の性状は若干変化するが、本発明に係る焼却灰処理システムに導入する焼却灰は、公知の任意の焼却炉から排出されるものであって良い。例えば、ストーカー炉、流動床炉又はキルン炉から排出される焼却灰を処理可能であり、粗大な廃棄物を直接そのまま焼却処理できるという理由から、特にロータリーキルンから排出される焼却灰を好適に処理可能である。また、粗大で複合体の廃棄物を直接そのまま焼却処理するため、ロータリーキルンの運転条件は高温燃焼と低速回転とすることが好ましい。
【００２５】
また、焼却炉に投入される産業廃棄物に関しては、意図的にセメント原料として有用な成分、すなわち、Ｆｅ2Ｏ3、ＣａＯ、Ａｌ2Ｏ3、ＳｉＯ2などを多く含むものの比率を高く（例えばＦｅ2Ｏ3＋ＳｉＯ2を合計で２５〜４５重量％）、塩素の比率を低く（例えば０．６％重量未満）とすることにより、よりセメント原料として好適となる。
【００２６】
破砕機
焼却炉からコンタクトクーラーを経て排出されたばかりの焼却灰は、粗大なものが多く、また、種々の成分が混合しており、一部は溶融して互いに結合しているので、後の工程における分別効率を高め、又はボールミルの負担を軽減するためにも破砕しておくのが好ましい。破砕機では焼却灰を概ね３０〜１００ｍｍの大きさにまで破砕するのが通常であり、好ましくは３０〜５０ｍｍの大きさに破砕する。使用する破砕機には特に制限はなく、例えば、一軸破砕機、二軸破砕機、三軸破砕機、又は四軸破砕機を使用することができるが、鉄および非鉄のメタル類が混在しているため竪型の高速せん断破砕機を使用するのが好ましい。
【００２７】
磁選機
磁選機は、破砕機を通過した焼却灰から鉄等の磁性物を分別するために使用する。磁選機を破砕機の後段に設置するのは、焼却後の鉄及び非鉄のメタルに焼却灰が付着すると売却できないからである。そこで、予め破砕することで焼却灰の付着を落とした後に磁選機で鉄とその他に分類する。公知の任意の磁選機を使用して良く、例えば、永久磁石式や電磁石式の磁選機が使用可能であり、電磁石式の吊り下げ磁選機を好適に使用することができる。
【００２８】
乾式ボールミル
ボールミルは、焼却灰中に含まれるセメント原料分とミックスメタルの硬さの違いを利用して両者を分別する役割を果たす。磁性物を分別した後の焼却灰を乾式ボールミルに導入してボールミルを稼働すると、セメント原料分は軟質であるから細かく粉砕されるが、ミックスメタルは硬質であるから一定程度にまでしか粉砕されない。従って、粉砕後に一定以上の大きさの焼却灰を篩分けすれば、セメント原料分とミックスメタル（主に非鉄金属分であるが、磁選機で取りきれなかった鉄分も含まれる）が効率的に分別されることとなる。
【００２９】
本発明では、セメント原料としての含水率の制約や冬季の凍結の問題から乾式のボールミルを採用する。乾式のボールミルであれば水平軸式でも垂直軸式でも構わない。また、連続式及びバッチ式の何れを使用しても良いが、工業的には連続式が好ましい。
但し、本発明において使用するボールミルは排出口に格子（グレート）を設けたいわゆるグレートディスチャージ型ボールミルである。そして、その排出口には内側篩（内側グレート）と外側篩（外側グレート）が重ねて設けられており、内側篩は粉砕媒体から被粉砕物を分離することのできる形状や大きさの篩目を有する。外側篩は内側篩の篩目よりも小さく、且つ所定の大きさ以下の被粉砕物のみを排出することができる形状や大きさの篩目を有する。更に、前記所定の大きさ以下の被粉砕物を排出した後には外側篩は通過できないが内側篩は通過できる被粉砕物を排出することができるように外側篩が着脱可能となっている。
ここで、「外側篩が着脱可能」であるとは、外側篩が完全にボールミルから分離されてしまう場合に限らない。外側篩の移動によって内側篩を露出したり被覆したりできる場合にはすべて「外側篩が着脱可能」であるといえる。例えば、簡単に外れるのを防ぐために外側篩はボールミル本体にボルト固定する方法が挙げられる。
【００３０】
被粉砕物を排出できる限り、排出口の位置には特に制限はないが、ボールミルの稼働中に連続的に被粉砕物を排出できる位置、例えば水平軸式のボールミルであればミル（ドラム）胴体中央部に設置されるのが通常である。排出口はボールミルの回転に伴ってドラムと一緒に回転し、排出口が下を向くときに重力によって被粉砕物が排出される。このとき、被粉砕物が飛散するのを防止するためにドラム周辺を防塵カバーで覆うのがよい。排出口の大きさは処理量により適宜設定すればよい。排出口及びこれに設けられた二重構造の篩の位置関係を図３に例示的に示す。また、図４にはこれらの位置関係をミルの断面から示した。
【００３１】
本発明者の検討結果によれば、ボールミルにて粉砕した焼却灰を外側篩によって分級する際には、外側篩の篩目の目開き寸法を５〜１２ｍｍ、好ましくは６〜１０ｍｍ、より好ましくは７〜９ｍｍ、最も好ましくは８ｍｍとしたときにセメント原料分とミックスメタルが高効率で分離されることが分かった。
従って、本発明に係る焼却灰処理システムの一実施形態においては、ボールミルの排出口に設置された外側篩の目開き寸法が５〜１２ｍｍ、好ましくは６〜１０ｍｍ、より好ましくは７〜９ｍｍ、最も好ましくは８ｍｍである。
【００３２】
本発明においては、目開き寸法は一つ一つの篩目が形成する正方形の一辺の長さを指すことが原則である。しかしながら、本発明では篩目の形状は正方形に限られるものではなく、例えば長方形、菱形又は円形でもよい。従って、本発明においては目開き寸法をｘｍｍと定義したときには、その篩がＪＩＳ Ｚ８８０１−１に従う目開き寸法ｘｍｍの篩と実質的に同等の篩分け特性を有する篩目を有することを指すものとする。
【００３３】
内側篩の篩目は大き過ぎると粉砕媒体が落下してしまうため、粉砕媒体が通過できない程度に小さな寸法の目開きであることが必要である。一方、内側篩の篩目を小さくして行くにつれ、ボールミルから排出されずにボールミル内に残存する焼却灰の量が増大していく。異常なほど大きな焼却灰を除けば、ボールミルに投入した焼却灰はボールミル内に残存しないことが望ましい。よって、内側篩の篩目は粉砕媒体が通過できず、粉砕された焼却灰が通過できるような形状及び大きさを有するものであれば特に制限はない。そのような形状には限定的ではないが真円形、楕円形などの円形；正方形、長方形、菱形、平行四辺形などの四角形が挙げられる。また、寸法は一つの一つ篩目が形成する孔を球形の粉砕媒体が通過してしまわないように、選択した形状に合わせて適宜設定すればよい。例えば篩目の形状が真円であればその直径をボールの直径よりも小さくすればよく、長方形であれば、少なくとも短辺をボールの直径よりも小さくすればよい。
【００３４】
本発明者は、ボールミルに投入される焼却灰の大きさにもよるが、粉砕媒体であるボールの直径は３０〜１２０ｍｍ、好ましくは５０〜１００ｍｍとするのが焼却灰の粉砕に効果的であることを経験的に見出した。従って、本発明に係る焼却灰処理システムの別の一実施形態においては、粉砕媒体であるボールの直径は３０〜１２０ｍｍ、好ましくは５０〜１００ｍｍである。また、異なる直径のボールを同一のボールミル内に混在させても良い。これにより粗砕と粉砕が同時に行えるようになる。
【００３５】
ボールミルの具体的な稼働方法の一例を挙げる。焼却灰を乾式ボールミルに導入する。焼却灰の導入はボールミルを稼働させながら行うこともできる。ボールミルを所定時間稼働させながら又は稼働後に外側篩を通過できる被粉砕物を排出する（第一稼働）。次いで、ボールミルを停止して外側篩を取り外して内側篩を露出させる。再度ボールミルを所定時間稼働させながら又は稼働後に外側篩は通過できないが内側篩は通過できる被粉砕物を排出する（第二稼働）。なお、被粉砕物の排出はミルを稼働させながら行うのが便宜である。
【００３６】
焼却灰の処理量やミルの大きさにもよるが、第一稼働におけるボールミルの稼働時間は一般に１５〜３０時間であり、典型的には２０〜２５時間であり、より典型的には２２〜２４時間である。また、第二稼働におけるボールミルの稼働時間は０．１から３時間であり、典型的には０．３〜２時間であり、より典型的には０．５〜１．５時間である。ボールミルの回転速度は一般には１０〜４０ｒｐｍであり、典型的には１５〜３０ｒｐｍであり、より典型的には１７〜２５ｒｐｍである。
【００３７】
篩分機
本システム上流に設置される破砕機を通過した焼却灰の中には、ボールミルによって更に粉砕するまでもなくセメントメーカによって引き取り可能な大きさの焼却灰も高い比率で含まれており、磁選機を通過した焼却灰の全量をボールミルに投入するのは無駄となるケースも多い。よって、ボールミルへ投入する前に篩分機でセメントメーカによって引き取り可能な微細な焼却灰を予め分別しておくのが好ましい。
従って、本発明に係る焼却灰処理システムの更に別の一実施形態においては、磁選機によって磁性物を分別した後の焼却灰を分級するための篩分機が乾式ボールミルの前段に設置される。
【００３８】
焼却灰からセメント原料としてセメントメーカによって引き取り可能な焼却灰は大きさが概ね１２ｍｍ以下のものであり、これらは予めすべて分別しておくのが効率的である。従って、該篩分機は１２ｍｍ以下の目開き寸法を有するのが好ましく、１０〜１２ｍｍの目開き寸法を有するのがより好ましく、１２ｍｍの目開き寸法を有するのが最も好ましい。なお、これまでの実績からみて、ミックスメタルまでもセメント原料分と一緒に目開き寸法１２ｍｍの篩を通過してしまうことはなく、あったとしても僅かである。
【００３９】
また、焼却炉からコンタクトクーラーを経て出てきた焼却灰には破砕機を通過するまでもなくセメントメーカによって引き取り可能な大きさの焼却灰も含まれていることから、破砕機の前段に篩分機を設置して、予めセメントメーカによって引き取り可能な微細な焼却灰を分別してもよい。しかしながら、この上流段階での篩分けは粉塵発生によって作業環境を悪化させる程度が甚だしく、集塵装置を設置することにより作業環境を改善することは可能であるけれども、必ずしも好ましい形態とは言えない。よって、本発明に係る焼却灰処理システムの更に別の一実施形態においては、焼却炉から排出された焼却灰は篩分機を通過せずに破砕機に投入される。
【００４０】
焼却灰処理システム
以下、本発明に係る焼却灰処理システムの好適な実施形態について図１を参照しながら説明する。
該処理システムは、破砕機、磁選機、篩分機、及び乾式ボールミルを組み合わせて構築されている。各工程においては、粉塵防止のため局所集塵が適宜行われる（例：バグフィルター）。図１に、該処理システムのフローを示す。ロータリーキルン式焼却炉から排出された産業廃棄物の焼却灰（燃えがら）はまずコンタクトクーラーにより冷却される。その後、焼却灰は破砕機に導入されて破砕される。次いで、破砕された焼却灰は磁選機に導入されて鉄分等の磁性物が分別される。分別された磁性物はシュレッダー鉄としてリサイクル可能である。その後、残部は篩分機に導入され、目開きを１２ｍｍとして篩上と篩下に分けられる。篩下はセメントメーカにて受け入れ可能であり、セメント原料としてリサイクルされる。一方、篩上は乾式ボールミルに導入され、充分な時間だけ粉砕した後、外側篩（目開き８ｍｍ）を通過することが可能な小型焼却灰を排出する。小型焼却灰を排出した後、外側篩を取り外し、内側篩（２０×３００ｍｍの長方形状の篩目）を通過することが可能な中大型焼却灰を別の受け皿に排出する。小型焼却灰はセメントメーカにて受け入れ可能であり、セメント原料としてリサイクルされる。一方、中大型焼却灰はミックスメタルとして売却可能である。
【００４１】
なお、当然のことながら、実操業においては、各工程における焼却灰の分別は必ずしも１００％の分別率で実施できるわけではない。よって、本システムから排出されるシュレッダー鉄及びミックスメタルも必ずしも高品位のものばかりではないが、実質的に１００％をリサイクル業者にて引き取ってもらうことが可能である。そのため、焼却灰の埋め立てコストを大幅に削減することができる。リサイクル業者によって引き取られたシュレッダー鉄及びミックスメタルはリサイクル業者によって更に精製プロセスが行われることになろう。
【実施例】
【００４２】
図１に示す焼却灰処理システムを実際に稼働させたときの条件及び結果を示す。
【００４３】
条件
＜焼却炉に投入する産業廃棄物＞
汚 泥：５００ｔ/月
廃油 ：６００ｔ/月
廃プラスチック：４００ｔ/月
金 属 く ず： ５０ｔ/月
＜焼却炉＞
方式：ロータリーキルン式
処理能力：１２０ｔ/日
回転数：０．０５〜０．２７ｒｐｍ
＜焼却炉から生じる焼却灰＞
合計：３００ｔ／月
＜破砕機＞
メーカ：（株）クボタ
型式：ＫＥ−４００
方式：竪型せん断
処理能力：１〜２ｔ/ｈ
電動機：１５０ｋｗ×２台
＜篩分機＞
メーカ：荏原工械（株）
型式：ＭＬ−５１０
方式：密閉篩分装置
処理能力：３０ｔ/ｈ
目開き：１２ｍｍ（篩目は正方形状）
＜ボールミル＞
メーカ：（株）マキノ
方式：乾式、水平軸式、連続式
ボール寸法：５０ｍｍ及び１００ｍｍを半々程度混在
ミル寸法：９００ｍｍ径×１８００ｍｍ胴体長さ
回転数：２０ｒｐｍ
動力：１１ｋｗ×５０Ｈｚ×６Ｐ
排出口位置：図３のとおり
内側篩：篩目は２０×３００ｍｍの長方形状
外側篩：目開き８ｍｍ（篩目は正方形状）
処理容量：０．３３ｍ3
処理能力：０．５ｔ/ｈ
【００４４】
ボールミルは、被粉砕物を１２時間かけて投入しながら、ミルを２３時間連続稼働した。その間、８ｍｍアンダーの被粉砕物は内側篩及び外側篩を通過して徐々に排出される。その後、外側篩を取り外し、内側篩を露出させて更に１時間連続稼働させ、その間に８ｍｍオーバーの被粉砕物をすべて排出する。
【００４５】
物質収支
図１に示す括弧内の数値は焼却灰３００ｔ／月を本システムにて処理したときの物質収支である。３００ｔ／月の焼却灰のうち、まず３０ｔ／月は磁選機によってシュレッダー鉄として回収できた。磁選機により分別されない非磁性分は２７０ｔ／月であった。非磁性分を篩分機で１２ｍｍアンダーと１２ｍｍオーバーのものに分けた結果、１２ｍｍアンダーのものは１６０ｔ／月であり、セメント原料として回収できた。乾式ボールミルへ投入した１２ｍｍオーバーのものは１１０ｔ／月であった。乾式ボールミルへ投入した１１０ｔ／月のうち、８ｍｍアンダーにまで粉砕されたものは１００ｔ／月であり、セメント原料分として回収できた。残部は１０ｔ／月であり、ミックスメタルとして回収できた。
以上をまとめると、３００ｔ／月の焼却灰は、２６０ｔ／月のセメント原料、３０ｔ／月のシュレッダー鉄、１０ｔ／月のミックスメタルに分別することができた。これらはすべてリサイクル業者に引き取り可能であり、埋め立て処理分は不要であった。
【００４６】
分別物の性状
本システムの稼働中に、磁選機を通過した後の非磁性分、篩分機で篩上に分類された１２ｍｍオーバー分、並びに乾式ボールミルから排出された８ｍｍアンダー分及び８ｍｍオーバー分をサンプリングし、成分分析を行った。表１に分析結果を示す。これにより、乾式ボールミルによって、セメント原料分とミックスメタルが高効率で分別できたことが理解できる。
【００４７】
【表１】
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明に係る焼却灰処理システムのフロー図である。
【図２】従来の焼却灰処理システムのフロー図である。
【図３】ボールミルの排出口、外側篩及び内側篩の位置関係を示す模式図である。
【図４】ミル胴体の概略断面図である。
【符号の説明】
【００４９】
１１ 焼却灰
１２ ミル
１３ 内側篩
１４ 外側篩
１５ 防塵カバー
１６ 排出口
１７ 受け皿
１８ 粉砕された焼却灰
【特許請求の範囲】
【請求項１】
焼却灰を破砕するための破砕機と、破砕機によって破砕された焼却灰から磁性物を分別するための磁選機と、磁選機によって磁性物を分別した後の焼却灰を更に粉砕するための乾式ボールミルとを備えた産業廃棄物の焼却灰処理システムであって、該ボールミルは、その排出口に内側篩と外側篩が重ねて設けられており、内側篩は粉砕媒体から被粉砕物を分離することのできる篩目を有し、外側篩は内側篩の篩目よりも小さく、且つ所定の大きさ以下の被粉砕物のみを排出することができる篩目を有し、更に前記所定の大きさ以下の被粉砕物を排出した後には外側篩は通過できないが内側篩は通過できる被粉砕物を排出することができるように外側篩が着脱可能となっている焼却灰処理システム。
【請求項２】
磁選機の後段で乾式ボールミルの前段に篩分機を更に備え、該篩分機は磁選機によって磁性物を分別した後の焼却灰を分級し、該篩分機によって篩上に分類された焼却灰は乾式ボールミルに投入される請求項１記載の焼却灰処理システム。
【請求項３】
ボールミルの排出口に設けられた前記外側篩の篩目の目開き寸法が５〜１２ｍｍである請求項１又は２記載の焼却灰処理システム。
【請求項４】
前記篩分機の篩目の目開き寸法は１２ｍｍ以下である請求項２又は３に記載の焼却灰処理システム。
【請求項５】
ボールミルの排出口に設けられた前記外側篩の篩目の目開き寸法が８ｍｍであり、前記篩分機の篩目の目開き寸法は１２ｍｍである請求項２記載の焼却灰処理システム。
【請求項６】
粉砕媒体であるボールの直径が３０〜１２０ｍｍである請求項１〜５何れか一項記載の焼却灰処理システム。
【請求項７】
焼却炉から排出された焼却灰は篩分機を通過せずに破砕機に投入される請求項１〜６何れか一項記載の焼却灰処理システム。
【請求項８】
焼却灰を破砕する第一工程と、破砕された焼却灰を磁性物と非磁性物に分別して磁性物を系外に排出する第二工程と、非磁性物を請求項１で特定した乾式ボールミルに導入する第三工程と、該ボールミルを所定時間稼働させながら又は稼働後に外側篩を通過できる被粉砕物を排出する第四工程と、外側篩を取り外す第五工程と、該ボールミルを所定時間稼働させながら又は稼働後に外側篩は通過できないが内側篩は通過できる被粉砕物を排出する第六工程とを含む産業廃棄物の焼却灰処理方法。
【請求項９】
第二工程と第三工程の間に、非磁性物を篩分けして篩下を系外に排出し、篩上を乾式ボールミルに導入する工程を更に含む請求項８記載の焼却灰処理方法。
【請求項１０】
第四工程における前記ボールミルの稼働時間が１５〜３０時間である請求項８又は９記載の焼却灰処理方法。
【請求項１１】
第六工程における前記ボールミルの稼働時間が０．１〜３時間である請求項８〜１０何れか一項記載の焼却灰処理方法。
【請求項１２】
第四工程及び第六工程における前記ボールミルの回転速度が１０〜４０ｒｐｍである請求項８〜１１何れか一項記載の焼却灰処理方法。
【請求項１】
焼却灰を破砕するための破砕機と、破砕機によって破砕された焼却灰から磁性物を分別するための磁選機と、磁選機によって磁性物を分別した後の焼却灰を更に粉砕するための乾式ボールミルとを備えた産業廃棄物の焼却灰処理システムであって、該ボールミルは、その排出口に内側篩と外側篩が重ねて設けられており、内側篩は粉砕媒体から被粉砕物を分離することのできる篩目を有し、外側篩は内側篩の篩目よりも小さく、且つ所定の大きさ以下の被粉砕物のみを排出することができる篩目を有し、更に前記所定の大きさ以下の被粉砕物を排出した後には外側篩は通過できないが内側篩は通過できる被粉砕物を排出することができるように外側篩が着脱可能となっている焼却灰処理システム。
【請求項２】
磁選機の後段で乾式ボールミルの前段に篩分機を更に備え、該篩分機は磁選機によって磁性物を分別した後の焼却灰を分級し、該篩分機によって篩上に分類された焼却灰は乾式ボールミルに投入される請求項１記載の焼却灰処理システム。
【請求項３】
ボールミルの排出口に設けられた前記外側篩の篩目の目開き寸法が５〜１２ｍｍである請求項１又は２記載の焼却灰処理システム。
【請求項４】
前記篩分機の篩目の目開き寸法は１２ｍｍ以下である請求項２又は３に記載の焼却灰処理システム。
【請求項５】
ボールミルの排出口に設けられた前記外側篩の篩目の目開き寸法が８ｍｍであり、前記篩分機の篩目の目開き寸法は１２ｍｍである請求項２記載の焼却灰処理システム。
【請求項６】
粉砕媒体であるボールの直径が３０〜１２０ｍｍである請求項１〜５何れか一項記載の焼却灰処理システム。
【請求項７】
焼却炉から排出された焼却灰は篩分機を通過せずに破砕機に投入される請求項１〜６何れか一項記載の焼却灰処理システム。
【請求項８】
焼却灰を破砕する第一工程と、破砕された焼却灰を磁性物と非磁性物に分別して磁性物を系外に排出する第二工程と、非磁性物を請求項１で特定した乾式ボールミルに導入する第三工程と、該ボールミルを所定時間稼働させながら又は稼働後に外側篩を通過できる被粉砕物を排出する第四工程と、外側篩を取り外す第五工程と、該ボールミルを所定時間稼働させながら又は稼働後に外側篩は通過できないが内側篩は通過できる被粉砕物を排出する第六工程とを含む産業廃棄物の焼却灰処理方法。
【請求項９】
第二工程と第三工程の間に、非磁性物を篩分けして篩下を系外に排出し、篩上を乾式ボールミルに導入する工程を更に含む請求項８記載の焼却灰処理方法。
【請求項１０】
第四工程における前記ボールミルの稼働時間が１５〜３０時間である請求項８又は９記載の焼却灰処理方法。
【請求項１１】
第六工程における前記ボールミルの稼働時間が０．１〜３時間である請求項８〜１０何れか一項記載の焼却灰処理方法。
【請求項１２】
第四工程及び第六工程における前記ボールミルの回転速度が１０〜４０ｒｐｍである請求項８〜１１何れか一項記載の焼却灰処理方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２００９−５６３６２（Ｐ２００９−５６３６２Ａ）
【公開日】平成２１年３月１９日（２００９．３．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−２２４３２０（Ｐ２００７−２２４３２０）
【出願日】平成１９年８月３０日（２００７．８．３０）
【出願人】（５９１００７８６０）日鉱金属株式会社 (545)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年３月１９日（２００９．３．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年８月３０日（２００７．８．３０）
【出願人】（５９１００７８６０）日鉱金属株式会社 (545)
【Ｆターム（参考）】
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