産業廃棄物の溶融処理法
【課題】本発明は、硫化鉄などの特別な補助原料を使用せずに、また燃焼を強化せずに、金属鉄含有率が高い産業廃棄物をスラグ化するとともに有価金属をマットとして回収する方法を提供することを目的とする。
【解決手段】少なくとも金属鉄を含有する産業廃棄物を反射炉型リサイクル炉で溶融処理し、スラグ及びマットを生成する産業廃棄物の溶融処理法において、
前記産業廃棄物の中の鉱滓として銅製錬スラグを使用し、含有する金属鉄を酸化し、未溶解残渣と成る事を防止し、操業を円滑にする産業廃棄物の溶融処理法。
【解決手段】少なくとも金属鉄を含有する産業廃棄物を反射炉型リサイクル炉で溶融処理し、スラグ及びマットを生成する産業廃棄物の溶融処理法において、
前記産業廃棄物の中の鉱滓として銅製錬スラグを使用し、含有する金属鉄を酸化し、未溶解残渣と成る事を防止し、操業を円滑にする産業廃棄物の溶融処理法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、少なくとも金属鉄を含む焼却灰等、その他汚泥、鉱滓、プリント基板、パット屑、廃触媒、金属屑、廃ショット、研削屑、ダスト等の産業廃棄物を反射炉型リサイクル炉で溶融処理する方法に関するものである。
【０００２】
近年、リサイクリングは一大産業となっている。その幾つかを挙げると、貴金属回収に特化した、硝酸溶解から始まる湿式プロセスや、鉄と銅を磁力選別分離する電子部品のリサイクルプロセスなどがある。また鉄スクラップは、古くから転炉などでリサイクルされているが、最近は鉄スクラップからの脱銅などの技術開発が行われている。
特許文献１：特開平１０−１７９５０号はアルミニウム系産業廃棄物の処理に関し、アルミニウムを溶解した際に発生するスラグ中に含有される金属アルミニウムを金属原料として回収し、またスラグをアルミナ原料としてリサイクルする場合は、スラグ中に含有される金属アルミニウムを酸化する処理が行われる。このリサイクル処理を行う反射炉又はロータリーキルンで発生するスラグはAl2O3含有量が非常に高い特長を有している。
これらのリサイクリングに対して本発明法は産業廃棄物を、低アルミナ・鉄含有スラグとして無害化し、また銅などの有価金属をマットとして回収する分野に属する。
【背景技術】
【０００３】
非特許文献１：資源と素材、1997, Vol.113 No.12,リサイクリング大特集号、第1175頁に掲載されたリサイクル処理のフローを図１及び２として再掲する。図１はクリーンZ炉における処理フローを示し、また図２は反射炉型リサイクル炉における処理フローを示す。
【０００４】
特許文献２：特開２００３−１８１４１２号公報は、上記産業廃棄物をアスベストとともに反射炉型リサイクル炉でスラグ化し、溶融処理する方法に関するものである。産業廃棄物に含まれる汚泥とは、脱水汚泥、めっき汚泥、研磨汚泥、下水汚泥などである。脱水汚泥はCa,Feを主成分とする。めっき汚泥はCu,Fe,S,Caを主成分とする。プリント基板はCuとプラスチックから構成される。鉱滓はAl2O3粉など、パットはブレーキパッド等である。廃ショットはショットブラスト用投射粒の廃材である。ダストは煤塵である。
【０００５】
さらに、上記以外に、紙屑、木屑、建設廃材、金属屑などの各種廃棄物の処理が可能であり、貴金属系、アルミニウム系、鉄系などの独自のリサイクル処理が行われている以外の廃棄物を処理することができる。これらの産業廃棄物を処理して生成するスラグの組成(質量％)は、処理物の種類により依存するが、アスベスト添加前の状態で、SiO2: 28〜35%, CaO:8〜 12%, Fe 20〜35%, Al2O3: 9〜 13%の例が挙げられている。
【０００６】
特許文献３：特開２００１−２０１０３２号公報は反射炉型リサイクリング炉の操業例
として次のものが示されている。メッキスラッジ類−37.5 〜44.2% 中和汚泥20.0%、ダスト類−18.5〜25.1 %,焼却灰類―8.6%；スラグ温度：約1300℃〜1500℃弱。
【特許文献１】特開平１０−１７９５０号公報
【特許文献２】特開２００３−１８１４１２号公報
【特許文献３】特開２００１−２０１０３２具公報
【非特許文献１】資源と素材、1997, Vol.113 No.12,リサイクリング大特集号、第1175頁
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
以上説明したように、産業廃棄物を溶解炉で処理し、1300〜1400℃で溶融スラグを生成し、廃棄物を無害化することができる。特許文献３より最近の操業におけるスラグの組成例（質量％）を次表に示す。しかしながら焼却灰は融点が1400℃程度あり、また1500℃以上の融点の金属鉄も含んでいるので、焼却灰は溶融することが困難であった。特に、金属鉄は、炉鉄となって操業を妨げるのでFeOが少なくなっている。
【０００８】
【表１】
【０００９】
焼却灰のスラグ化が困難である理由は、次表に示すように、金属鉄含有率（質量％）が多く、かつAl2O3含有率が高いことに起因している。スラグ化されない未溶解物を分析した結果も次表に示す。
【００１０】
【表２】
【００１１】
上述した難点の回避対策として、金属鉄は、硫化鉄（FeS2）と反応させ、硫化鉄(FeS)として溶解することがあったが、硫化鉄（FeS2）はリサイクル材料でないために、鉄溶解のために特に購買する必要があり、さらにマットの銅品位を低下させる。
さらに、重油バーナの燃焼量を増し、1500℃以上の高温に加熱し、鉄を溶解することができるが、炉内を高温にすると、反射炉の天井、側壁の耐火物が損傷するという問題があった。
したがって、本発明は、硫化鉄などの特別な補助原料を使用せずに、また燃焼を強化せずに、金属鉄含有率が高い産業廃棄物をスラグ化するとともに有価金属をマットとして回収する方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、少なくとも金属鉄を含有する産業廃棄物を反射炉型リサイクル炉で溶融処理し、スラグ及びマットを生成する産業廃棄物の溶融処理法において、前記産業廃棄物の中の鉱滓として銅製錬スラグを使用し、含有する金属鉄を酸化し、未溶解残渣と成る事を防止し、操業を円滑にする産業廃棄物の溶融処理法を提供する。
以下、本発明法を詳しく説明する。
【００１３】
日本で産出する銅製錬スラグには自溶炉スラグ、転炉スラグなどがある。これらのうち自溶炉スラグはセメント原料、サンドブラスト、土地造成などに再利用されており、転炉スラグは選鉱して自溶炉に繰り返され、自溶炉に繰り返されない転炉スラグ、即ち鉄精鉱は自溶炉スラグなどと同様にリサイクルされる。しかしながら、上記用途における銅製錬スラグの需要は減っているために、リサイクルされずに貯蔵に回される割合が多くなっている。
銅自溶炉スラグ及び転炉スラグの代表的分析値を次に示す。
【００１４】
【表３】
【００１５】
これら銅製錬スラグは酸化鉄（Fe3+）含有率が高いために次の反応により金属鉄をスラグ化でき、またAl2O3含有率が低いために、スラグの温度を低く保つことができる。
Fe + Fe2O3 → 3FeO・・・・・・・・・・・・・(1)
2FeO + SiO2 → 2FeO・SiO2 ・・・・・・・・・・(2)
【００１６】
反応式(1)においては、金属鉄を三酸化二鉄で酸化し、一酸化鉄とする。この反応のためには、酸化第二鉄を多く含有する銅転炉スラグ（鉄精鉱）が有効である。次に、反応式(2)においては、高融点溶融物を低融点の銅製錬スラグに溶融し、低融点のスラグとする。
この際、アルミナ含有率が高いと、スラグの融点が高くなるために、アルミナ含有率が低い自溶炉スラグなどの銅製錬スラグを使用する。
これら銅製錬スラグ中のSiO2, CaO,Al2O3自体は反射炉でスラグ中に移行する。
本発明においては、銅自溶炉スラグを焼却灰に対して0.5〜1.1倍、好ましくは等量の銅転炉スラグの鉄精鉱は焼却灰の30〜35％添加して、産業廃棄物全体と混合した状態でリサイクル炉に装入して、特許文献２及び３にて本出願人が開示した方法により、重油バーナー、酸素バーナーなどにより燃焼を行う。銅製錬スラグが焼却灰に対して著しく少なくなると、焼却灰中の金属鉄溶解が困難となり、一方、焼却灰に対して著しく多くなると、リサイクル炉で使用される重油の量が多くなるので、上記割合の範囲で銅製錬スラグを使用することが好ましい。
【００１７】
本発明の実施態様として、亜鉛製錬産出の酸化鉄、あるいは三酸化二鉄(Fe2O3)形態の 鉄鉱石を付加的に添加することにより、銅製錬スラグ中でのFe3+の不足量を補うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
続いて、本出願人のリサイクル炉における処理例を説明する。
図３は、反射炉の概念的断面図に示し、図中、１はバーナータイル、２は重油等を燃料とするバーナー、3a,3b,3c,3dは銅製錬スラグ、汚泥、焼却灰などの混合物の投入口、４は溶融部であり、1300〜 1400℃の温度に保たれる。さらに、図４において、５は湯溜り部、６はスラグ浴、７はマット浴、８はアスベストの投入口である。バーナー２の近傍に特許文献３で提案された酸素ランスを付設することができる。
【００１９】
比較例
銅製錬スラグを添加しない従来の方法で産業廃棄物の処理を行った。原料の処理量は130〜140トン/日であり、このうち焼却灰の処理量は10 〜15トン/日である。重油の使用量は750〜 900リットル/日であり、酸素の使用量は700〜 800Nm3/hである。
スラグ温度は1350〜1380℃であった。
【００２０】
実施例
銅製錬スラグを焼却灰に対して0.５〜1.0の割合で添加して産業廃棄物の処理を行った。原料の処理量は130〜155トン/日であり、このうち焼却灰の処理量は15 〜25トン/日である。重油の使用量は750〜 900リットル/日であり、酸素の使用量は700〜 800Nm3/hである。この操業においては、比較例よりも焼却灰の処理量が多くなった。
スラグ温度は1320〜1360℃であった。
【産業上の利用可能性】
【００２１】
以上説明したように、本発明法によると、操業を不安定にすることなく、焼却灰の処理量を増やすことができる。
また、銅製錬スラグをリサイクルする新たな方法が創出されたので、銅製錬スラグのリサイクル率を高めることができる。
生成したスラグは低融点であるため、銅との分離もよく、水砕し、スラグセメント、などとして製品化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】産業廃棄物処理により排ガスと焼却灰を生成するプロセスのフローチャートである。
【図２】焼却灰などの産業廃棄物を処理してスラグ化するプロセスのフローチャートである。
【図３】産業廃棄物を溶融してスラグ化するリサイクル炉の図面である。
【符号の説明】
【００２３】
１ バーナータイル
２ バーナー
３ 投入口
４ 溶融部
５ 湯溜り部
６ スラグ浴
７ マット浴
８ アスベスト投入口
【技術分野】
【０００１】
本発明は、少なくとも金属鉄を含む焼却灰等、その他汚泥、鉱滓、プリント基板、パット屑、廃触媒、金属屑、廃ショット、研削屑、ダスト等の産業廃棄物を反射炉型リサイクル炉で溶融処理する方法に関するものである。
【０００２】
近年、リサイクリングは一大産業となっている。その幾つかを挙げると、貴金属回収に特化した、硝酸溶解から始まる湿式プロセスや、鉄と銅を磁力選別分離する電子部品のリサイクルプロセスなどがある。また鉄スクラップは、古くから転炉などでリサイクルされているが、最近は鉄スクラップからの脱銅などの技術開発が行われている。
特許文献１：特開平１０−１７９５０号はアルミニウム系産業廃棄物の処理に関し、アルミニウムを溶解した際に発生するスラグ中に含有される金属アルミニウムを金属原料として回収し、またスラグをアルミナ原料としてリサイクルする場合は、スラグ中に含有される金属アルミニウムを酸化する処理が行われる。このリサイクル処理を行う反射炉又はロータリーキルンで発生するスラグはAl2O3含有量が非常に高い特長を有している。
これらのリサイクリングに対して本発明法は産業廃棄物を、低アルミナ・鉄含有スラグとして無害化し、また銅などの有価金属をマットとして回収する分野に属する。
【背景技術】
【０００３】
非特許文献１：資源と素材、1997, Vol.113 No.12,リサイクリング大特集号、第1175頁に掲載されたリサイクル処理のフローを図１及び２として再掲する。図１はクリーンZ炉における処理フローを示し、また図２は反射炉型リサイクル炉における処理フローを示す。
【０００４】
特許文献２：特開２００３−１８１４１２号公報は、上記産業廃棄物をアスベストとともに反射炉型リサイクル炉でスラグ化し、溶融処理する方法に関するものである。産業廃棄物に含まれる汚泥とは、脱水汚泥、めっき汚泥、研磨汚泥、下水汚泥などである。脱水汚泥はCa,Feを主成分とする。めっき汚泥はCu,Fe,S,Caを主成分とする。プリント基板はCuとプラスチックから構成される。鉱滓はAl2O3粉など、パットはブレーキパッド等である。廃ショットはショットブラスト用投射粒の廃材である。ダストは煤塵である。
【０００５】
さらに、上記以外に、紙屑、木屑、建設廃材、金属屑などの各種廃棄物の処理が可能であり、貴金属系、アルミニウム系、鉄系などの独自のリサイクル処理が行われている以外の廃棄物を処理することができる。これらの産業廃棄物を処理して生成するスラグの組成(質量％)は、処理物の種類により依存するが、アスベスト添加前の状態で、SiO2: 28〜35%, CaO:8〜 12%, Fe 20〜35%, Al2O3: 9〜 13%の例が挙げられている。
【０００６】
特許文献３：特開２００１−２０１０３２号公報は反射炉型リサイクリング炉の操業例
として次のものが示されている。メッキスラッジ類−37.5 〜44.2% 中和汚泥20.0%、ダスト類−18.5〜25.1 %,焼却灰類―8.6%；スラグ温度：約1300℃〜1500℃弱。
【特許文献１】特開平１０−１７９５０号公報
【特許文献２】特開２００３−１８１４１２号公報
【特許文献３】特開２００１−２０１０３２具公報
【非特許文献１】資源と素材、1997, Vol.113 No.12,リサイクリング大特集号、第1175頁
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
以上説明したように、産業廃棄物を溶解炉で処理し、1300〜1400℃で溶融スラグを生成し、廃棄物を無害化することができる。特許文献３より最近の操業におけるスラグの組成例（質量％）を次表に示す。しかしながら焼却灰は融点が1400℃程度あり、また1500℃以上の融点の金属鉄も含んでいるので、焼却灰は溶融することが困難であった。特に、金属鉄は、炉鉄となって操業を妨げるのでFeOが少なくなっている。
【０００８】
【表１】
【０００９】
焼却灰のスラグ化が困難である理由は、次表に示すように、金属鉄含有率（質量％）が多く、かつAl2O3含有率が高いことに起因している。スラグ化されない未溶解物を分析した結果も次表に示す。
【００１０】
【表２】
【００１１】
上述した難点の回避対策として、金属鉄は、硫化鉄（FeS2）と反応させ、硫化鉄(FeS)として溶解することがあったが、硫化鉄（FeS2）はリサイクル材料でないために、鉄溶解のために特に購買する必要があり、さらにマットの銅品位を低下させる。
さらに、重油バーナの燃焼量を増し、1500℃以上の高温に加熱し、鉄を溶解することができるが、炉内を高温にすると、反射炉の天井、側壁の耐火物が損傷するという問題があった。
したがって、本発明は、硫化鉄などの特別な補助原料を使用せずに、また燃焼を強化せずに、金属鉄含有率が高い産業廃棄物をスラグ化するとともに有価金属をマットとして回収する方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、少なくとも金属鉄を含有する産業廃棄物を反射炉型リサイクル炉で溶融処理し、スラグ及びマットを生成する産業廃棄物の溶融処理法において、前記産業廃棄物の中の鉱滓として銅製錬スラグを使用し、含有する金属鉄を酸化し、未溶解残渣と成る事を防止し、操業を円滑にする産業廃棄物の溶融処理法を提供する。
以下、本発明法を詳しく説明する。
【００１３】
日本で産出する銅製錬スラグには自溶炉スラグ、転炉スラグなどがある。これらのうち自溶炉スラグはセメント原料、サンドブラスト、土地造成などに再利用されており、転炉スラグは選鉱して自溶炉に繰り返され、自溶炉に繰り返されない転炉スラグ、即ち鉄精鉱は自溶炉スラグなどと同様にリサイクルされる。しかしながら、上記用途における銅製錬スラグの需要は減っているために、リサイクルされずに貯蔵に回される割合が多くなっている。
銅自溶炉スラグ及び転炉スラグの代表的分析値を次に示す。
【００１４】
【表３】
【００１５】
これら銅製錬スラグは酸化鉄（Fe3+）含有率が高いために次の反応により金属鉄をスラグ化でき、またAl2O3含有率が低いために、スラグの温度を低く保つことができる。
Fe + Fe2O3 → 3FeO・・・・・・・・・・・・・(1)
2FeO + SiO2 → 2FeO・SiO2 ・・・・・・・・・・(2)
【００１６】
反応式(1)においては、金属鉄を三酸化二鉄で酸化し、一酸化鉄とする。この反応のためには、酸化第二鉄を多く含有する銅転炉スラグ（鉄精鉱）が有効である。次に、反応式(2)においては、高融点溶融物を低融点の銅製錬スラグに溶融し、低融点のスラグとする。
この際、アルミナ含有率が高いと、スラグの融点が高くなるために、アルミナ含有率が低い自溶炉スラグなどの銅製錬スラグを使用する。
これら銅製錬スラグ中のSiO2, CaO,Al2O3自体は反射炉でスラグ中に移行する。
本発明においては、銅自溶炉スラグを焼却灰に対して0.5〜1.1倍、好ましくは等量の銅転炉スラグの鉄精鉱は焼却灰の30〜35％添加して、産業廃棄物全体と混合した状態でリサイクル炉に装入して、特許文献２及び３にて本出願人が開示した方法により、重油バーナー、酸素バーナーなどにより燃焼を行う。銅製錬スラグが焼却灰に対して著しく少なくなると、焼却灰中の金属鉄溶解が困難となり、一方、焼却灰に対して著しく多くなると、リサイクル炉で使用される重油の量が多くなるので、上記割合の範囲で銅製錬スラグを使用することが好ましい。
【００１７】
本発明の実施態様として、亜鉛製錬産出の酸化鉄、あるいは三酸化二鉄(Fe2O3)形態の 鉄鉱石を付加的に添加することにより、銅製錬スラグ中でのFe3+の不足量を補うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
続いて、本出願人のリサイクル炉における処理例を説明する。
図３は、反射炉の概念的断面図に示し、図中、１はバーナータイル、２は重油等を燃料とするバーナー、3a,3b,3c,3dは銅製錬スラグ、汚泥、焼却灰などの混合物の投入口、４は溶融部であり、1300〜 1400℃の温度に保たれる。さらに、図４において、５は湯溜り部、６はスラグ浴、７はマット浴、８はアスベストの投入口である。バーナー２の近傍に特許文献３で提案された酸素ランスを付設することができる。
【００１９】
比較例
銅製錬スラグを添加しない従来の方法で産業廃棄物の処理を行った。原料の処理量は130〜140トン/日であり、このうち焼却灰の処理量は10 〜15トン/日である。重油の使用量は750〜 900リットル/日であり、酸素の使用量は700〜 800Nm3/hである。
スラグ温度は1350〜1380℃であった。
【００２０】
実施例
銅製錬スラグを焼却灰に対して0.５〜1.0の割合で添加して産業廃棄物の処理を行った。原料の処理量は130〜155トン/日であり、このうち焼却灰の処理量は15 〜25トン/日である。重油の使用量は750〜 900リットル/日であり、酸素の使用量は700〜 800Nm3/hである。この操業においては、比較例よりも焼却灰の処理量が多くなった。
スラグ温度は1320〜1360℃であった。
【産業上の利用可能性】
【００２１】
以上説明したように、本発明法によると、操業を不安定にすることなく、焼却灰の処理量を増やすことができる。
また、銅製錬スラグをリサイクルする新たな方法が創出されたので、銅製錬スラグのリサイクル率を高めることができる。
生成したスラグは低融点であるため、銅との分離もよく、水砕し、スラグセメント、などとして製品化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】産業廃棄物処理により排ガスと焼却灰を生成するプロセスのフローチャートである。
【図２】焼却灰などの産業廃棄物を処理してスラグ化するプロセスのフローチャートである。
【図３】産業廃棄物を溶融してスラグ化するリサイクル炉の図面である。
【符号の説明】
【００２３】
１ バーナータイル
２ バーナー
３ 投入口
４ 溶融部
５ 湯溜り部
６ スラグ浴
７ マット浴
８ アスベスト投入口
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも金属鉄を含有する産業廃棄物を反射炉型リサイクル炉で溶融処理し、スラグ及びマットを生成する産業廃棄物の溶融処理法において、
前記産業廃棄物の中の鉱滓として銅製錬スラグを使用し、含有する金属鉄を酸化し、未溶解残渣と成る事を防止し、操業を円滑にすることを特徴とする産業廃棄物の溶融処理法。
【請求項１】
少なくとも金属鉄を含有する産業廃棄物を反射炉型リサイクル炉で溶融処理し、スラグ及びマットを生成する産業廃棄物の溶融処理法において、
前記産業廃棄物の中の鉱滓として銅製錬スラグを使用し、含有する金属鉄を酸化し、未溶解残渣と成る事を防止し、操業を円滑にすることを特徴とする産業廃棄物の溶融処理法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２００７−２０３１５４（Ｐ２００７−２０３１５４Ａ）
【公開日】平成１９年８月１６日（２００７．８．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−２２８１０（Ｐ２００６−２２８１０）
【出願日】平成１８年１月３１日（２００６．１．３１）
【出願人】（５９１００７８６０）日鉱金属株式会社 (545)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年８月１６日（２００７．８．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年１月３１日（２００６．１．３１）
【出願人】（５９１００７８６０）日鉱金属株式会社 (545)
【Ｆターム（参考）】
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