(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
スラグを磁選機ドラムに供給してスラグに含まれるメタルを回転するドラムに磁着させて分離し、回転するドラムのスラグ飛散方向に設けた振動板にスラグを衝突させて回収し、回収したスラグを破砕処理することを特徴とするスラグの改質方法。
【請求項２】
メタルが付着したスラグを破砕処理した後、破砕したスラグを磁選機ドラムに供給してスラグに含まれるメタルを回転するドラムに磁着させて分離し、回転するドラムのスラグ飛散方向に設けた振動板にスラグを衝突させて回収することを特徴とするスラグの改質方法。
【請求項３】
スラグを磁選機ドラムに供給してスラグに含まれるメタルを回転するドラムに磁着させて分離し、回転するドラムのスラグ飛散方向に設けた振動板にスラグを衝突させて回収し、回収したスラグにアルカリを添加した後、破砕及び攪拌処理を行い、溶出液pHが９．５〜１１．５のスラグとすることを特徴とするスラグの改質方法。
【請求項４】
メタルが付着したスラグにアルカリを添加して破砕及び攪拌処理を行った後、該スラグを磁選機ドラムに供給してスラグに含まれるメタルを回転するドラムに磁着させて分離し、回転するドラムのスラグ飛散方向に設けた振動板にスラグを衝突させて回収し、溶出液pHが９．５〜１１．５の回収スラグとすることを特徴とするスラグの改質方法。
【請求項５】
磁選処理した後に破砕処理して得られたスラグ、又は破砕処理した後に磁選処理して得られたスラグにアルカリを添加した後、攪拌処理を行い、溶出液pHが９．５〜１１．５のスラグとする請求項１又は２記載のスラグの改質方法。
【請求項６】
請求項３、４又は５記載の方法でスラグを改質した後、一定期間放置又は養生することでスラグの安定性・品質を向上させることを特徴とするスラグの改質方法。
【請求項７】
磁選処理した後に破砕処理して得られたスラグ、又は破砕処理した後に磁選処理して得られたスラグに石灰と水を添加した後、攪拌しながら６０〜１００℃で熱水処理を行う請求項１又は２記載のスラグの改質方法。
【請求項８】
スラグをpH１０以上、水／スラグ比０．０３〜０．５０となるように石灰と水で調整した後、一軸又は二軸でパドル型の攪拌翼を有し、蒸気を熱源として供給し壁面のみ又は壁面及びパドル軸を加温できるようにした熱水処理装置に投入し、スラグを攪拌しながらスラグ温度を６０〜１００℃とし、０．１〜２時間処理する請求項７記載のスラグの改質方法。
【請求項９】
熱水処理装置でスラグを処理する際に、装置の入口部及び中間部の少なくともいずれかからスラグに水又は温水を加える請求項８記載のスラグの改質方法。
【請求項１０】
熱水処理後のスラグの水／スラグ比を０．０２〜０．１５とする請求項８又は９記載のスラグの改質方法。
【請求項１１】
スラグの磁選処理に際し、スラグを磁束密度１５００〜６０００ガウス、５０〜５００m／分の周速で回転している磁選機ドラムに供給し、回転するドラムのスラグ飛散方向に設けた振動板にスラグを衝突させて回収するとともに、スラグに含まれるメタルをドラムに磁着させて分離し、ドラム下部に設けたスクレーパでメタルを掻き取ることにより回収する請求項１〜１０のいずれかに記載のスラグの改質方法。
【請求項１２】
スラグの破砕処理に際し、スラグを衝撃式破砕機に供給して処理する請求項１、２、５〜１１のいずれかに記載のスラグの改質方法。
【請求項１３】
両側の固定打撃板の間に歯間隔２０〜６０mmの回転打撃板を有する衝撃式破砕機を周速３０〜６０m／sで運転し、回転している打撃板にスラグが略鉛直に落下するように供給するとともに、破砕機内部に散水して破砕処理を行い、粗粒率が１．５〜３．５のスラグとする請求項１２記載のスラグの改質方法。
【請求項１４】
処理前のスラグに散水し、水／スラグ比が０．１５〜０．５０となるようにした後、請求項１〜１３のいずれかに記載の方法で処理を行うことを特徴とするスラグの改質方法。
【請求項１５】
振動式又はスクリュー式のスラグ供給装置と、
スラグ供給装置から供給されたスラグを回転している磁選機ドラムに供給してスラグに含まれるメタルをドラムに磁着させ、ドラム下部に設けたスクレーパでメタルを掻き取って回収し、回転するドラムのスラグ飛散方向に設けた振動板にスラグを衝突させて落下させ回収する磁選機と、
回収したスラグを破砕する衝撃式破砕機とを包含してなることを特徴とするスラグの改質装置。
【請求項１６】
振動式又はスクリュー式のスラグ供給装置と、
スラグ供給装置から供給されたメタルと一体となったスラグを破砕する衝撃式破砕機と、
衝撃式破砕機で破砕したスラグを回転している磁選機ドラムに供給してスラグに含まれるメタルをドラムに磁着させ、ドラム下部に設けたスクレーパでメタルを掻き取って回収し、回転するドラムのスラグ飛散方向に設けた振動板にスラグを衝突させて落下させ回収する磁選機とを包含してなることを特徴とするスラグの改質装置。
【請求項１７】
振動式又はスクリュー式のスラグ供給装置と、
スラグ供給装置から供給されたスラグを回転している磁選機ドラムに供給してスラグに含まれるメタルをドラムに磁着させ、ドラム下部に設けたスクレーパでメタルを掻き取って回収し、回転するドラムのスラグ飛散方向に設けた振動板にスラグを衝突させて落下させ回収する磁選機と、
回収したスラグにアルカリ物質を添加して破砕及び攪拌処理を行うアルカリ供給手段を備えた振動式破砕機とを包含してなることを特徴とするスラグの改質装置。
【請求項１８】
振動式又はスクリュー式のスラグ供給装置と、
スラグ供給装置から供給されたメタルと一体となったスラグにアルカリ物質を添加して破砕及び攪拌処理を行うアルカリ供給手段を備えた振動式破砕機と、
破砕及びpH調整を行ったスラグを回転している磁選機ドラムに供給してスラグに含まれるメタルをドラムに磁着させ、ドラム下部に設けたスクレーパでメタルを掻き取って回収し、回転するドラムのスラグ飛散方向に設けた振動板にスラグを衝突させて落下させ回収する磁選機とを包含してなることを特徴とするスラグの改質装置。
【請求項１９】
請求項１５又は１６記載の装置の後段に、スラグ供給手段とアルカリ供給手段とを備えた攪拌装置を設けたことを特徴とするスラグの改質装置。
【請求項２０】
請求項１５又は１６記載の装置の後段に、一軸又は二軸でパドル型の攪拌翼を有し、ジャケット構造の装置壁面又は装置壁面及びパドル軸に蒸気を供給して加温できる構成とし、スラグ供給手段、石灰供給手段、水供給手段及びスラグ排出手段を備えた熱水処理装置を設けたことを特徴とするスラグの改質装置。
【請求項２１】
熱水処理装置の入口部及び中間部の少なくともいずれかに水又は温水の供給手段を設けた請求項２０記載のスラグの改質装置。
【請求項２２】
熱水処理装置におけるスラグ供給手段及びスラグ排出手段の少なくともいずれかがスクリューフィーダである請求項２０又は２１記載のスラグの改質装置。
【請求項２３】
衝撃式破砕機が、両側に固定された固定打撃板と、その中間に設けられた回転方向に歯間隔２０〜６０mmで突出した歯を有する略円筒形状の回転打撃板とを備えた構成である請求項１５、１６、１９〜２２のいずれかに記載のスラグの改質装置。
【請求項２４】
衝撃式破砕機の内部に適宜散水できる散水装置を設けた請求項１５、１６、１９〜２３のいずれかに記載のスラグの改質装置。
【請求項２５】
磁選機における振動板が、ゴム、プラスチック等の柔軟な材料からなり衝突するスラグで振動させるもの、又は金属等の硬い材料を裏面からバイブレータ、空気もしくは音波等で振動させるものである請求項１５〜２４のいずれかに記載のスラグの改質装置。
【請求項２６】
磁選機における振動板において、適宜散水可能な散水装置を設けた請求項１５〜２５のいずれかに記載のスラグの改質装置。
【請求項２７】
処理前のスラグに散水する散水装置を設けた請求項１５〜２６のいずれかに記載のスラグの改質装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ごみ焼却残渣、石炭灰、下水汚泥、シュレッダーダスト、建設汚泥等の廃棄物の溶融処理により生成するメタルを含むスラグ、金属精錬によって副生するスラグ等に対し、磁選処理、破砕処理、熱水処理等を組み合わせることにより、品質が安定した優れたスラグ、メタルに改質する方法及び装置に関するものである。本発明による改質スラグは、土木資材、建設資材、水産資材等として利用でき、メタルは銅原料、電磁シールドパネル原料等として利用することができる。
【０００２】
【従来の技術】
磁選処理については、例えば、特開昭６０−１９１６３３号公報に、鋳物用再生砂を磁選して磁着砂と非磁着砂とに分離する場合の磁場の強さと磁着砂の比率との関係が検討されており、スラグや廃鋳物砂等の磁選処理で磁束密度を高くして磁化物（メタル）を多く分離できることが記載されている。また、特開昭５９−１５４１４７号公報には、磁選ドラムの回転数を高くして着磁力の弱い低品位の着磁スラグを遠心力で離脱させ、高品位の着磁スラグ（メタル）を多く分離することが記載されている。しかし、磁束密度とドラム回転数の両方を最適化して磁選処理を行うこと、及び回収するスラグ等の材料の衝突板を振動式とする技術は開示されていない。
【０００３】
破砕処理については、例えば、特開２０００−２９００４９号公報、特開平１１−２１８３８８号公報など、スラグや砕砂等を衝撃式破砕機で処理する技術が多数知られているが、スラグの供給位置、散水、破砕機の歯間隔、周速を調整して破砕処理する方法は知られていない。
【０００４】
熱水処理については、特開平９−２９９９２１号公報に、水／スラグ比０．２〜２．０、石灰によりpHを９〜１２．５とし、６０〜１００℃で攪拌処理を行いながら、０．５〜５時間処理する方法が記載されているが、水／スラグ比を０．０３〜０．５とすること、攪拌処理を一軸又は二軸のパドルで行うこと、蒸気を装置外壁部だけでなく攪拌パドルの軸にも投入すること、処理後の水／スラグ比を０．０２〜０．１５とすることは開示されていない。
また、スラグのpHをアルカリで調整し、常温で攪拌処理して溶出液pHが９．５〜１１．５のスラグとするpH調整処理は、先行文献に開示されていない。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
磁選処理において、磁束密度を高くした場合、スラグに付着した水によりスラグとメタルの付着性が高まることで、ドラムから離脱して回収されるスラグが少なくなって、スラグ回収率が低くなり、メタルの品質も低下する。また、ドラム回転数（周速）を大きくした場合、遠心力が大きくなってドラムに磁着する量が減り、メタル側に回収されるメタルが少なくなって、スラグ中のメタル量が多くなり、スラグの品質が低下する。
また、図９に示すように、磁選機１０において、磁束密度を高くし、ドラム１２を高速で回転した場合、スラグ飛散方向に設けた固定板１４にスラグを衝突させて回収するに際し、固定板１４へのスラグの堆積量が増加し、スラグ排出口１６が閉塞しやすくなるとともに、次工程へのスラグの安定供給を妨げ、装置の安定運転ができなくなる。
また、スラグに対するメタル割合が多い場合は、ドラムを高速回転するとドラムの摩耗量が多くなり装置の耐久性に問題が生じる。
【０００６】
衝撃式破砕機では、スラグを略鉛直に投入しないとスラグ供給部付近へのスラグの付着が進行し、装置の安定運転が妨げられる。また、周速、歯間隔を調整しないと、所定の粒度、粒形のスラグを得ることができない。さらに、スラグの水分が１５％以下の場合は、スラグを破砕する際に、破砕機内部に付着が進行し、運転が困難となる。
【０００７】
スラグの熱水処理において、処理前の水／スラグ比が０．０３未満であると、有効熱伝導度が小さくなり、昇温速度が遅くなるとともに熱水処理時に水が不足し、水和反応が十分進行しない。また、処理後の水／スラグ比が０．０２未満となる場合、有効熱伝導度が小さくなり、高温での保持時間が短くなるとともに反応生成物が分解し、処理後のスラグの品質が安定しない。一方、処理前の水／スラグ比が大きいと、余剰の水分を加熱しなければならず、熱源として多くの蒸気が必要となり、処理コストの増大につながる。処理後の水／スラグ比が大きいと、タンクへの貯蔵時、あるいはストックヤードへの貯蔵時に高pHの余剰水が多く発生するため、排水処理が必要となる。
また、処理前の水／スラグ比が０．１０程度の場合、あるいは処理中に水分が揮発することにより水／スラグ比が０．１０程度となった場合、スラグの付着力が高まり、装置内で閉塞が起こるおそれがある。また、装置内にスラグが付着して、装置の有効容積が減少する場合がある。
【０００８】
また、スラグの溶出液pHは、通常、６〜９．５程度であり、pH調整処理を行わないとＰｂ等の重金属が溶出してスラグの安全性が確保できない場合がある。
さらに、廃棄物等を溶融処理してスラグを生成させる溶融炉の形式などによって、生成物はスラグとメタルが分離した状態、あるいはスラグにメタルが付着した状態となる。これらを同一システムの装置で処理しようとすると、両方の状態に対応したシステムとはならず、装置の安定運転ができず、スラグ、メタルの品質も確保できない。
【０００９】
本発明は上記の諸点に鑑みなされたもので、本発明の目的は、メタルを含むスラグであって、スラグとメタルが分離した状態、スラグにメタルが付着した状態のそれぞれの場合について、磁選処理、破砕処理、熱水処理、pH調整処理等を最適に組み合わせるとともに、磁選機、破砕機、熱水処理装置、攪拌装置等のそれぞれの構造及び運転条件などを適正化することにより、要求される品質や安全性等を備えたスラグ、メタルに改質し、改質スラグの土木資材等への利用促進を図ること、及びメタルの精錬原料等への利用促進を図ることを可能とする改質方法及び装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明のスラグの改質方法は、簡便な処理方法として、スラグを磁選機ドラムに供給してスラグに含まれるメタルを回転するドラムに磁着させて分離し、回転するドラムのスラグ飛散方向に設けた振動板にスラグを衝突させて回収し、回収したスラグを破砕処理するように構成されている（図１参照）。
【００１１】
また、本発明の方法は、簡便な処理方法として、メタルが付着したスラグを破砕処理した後、破砕したスラグを磁選機ドラムに供給してスラグに含まれるメタルを回転するドラムに磁着させて分離し、回転するドラムのスラグ飛散方向に設けた振動板にスラグを衝突させて回収することを特徴としている（図２参照）。
【００１２】
また、本発明の方法は、安全性の向上したスラグとするために、スラグを磁選機ドラムに供給してスラグに含まれるメタルを回転するドラムに磁着させて分離し、回転するドラムのスラグ飛散方向に設けた振動板にスラグを衝突させて回収し、回収したスラグにアルカリを添加した後、破砕及び攪拌処理を行い、溶出液pHが９．５〜１１．５のスラグとすることを特徴としている（図７参照）。
【００１３】
また、本発明の方法は、安全性の向上したスラグとするために、メタルが付着したスラグにアルカリを添加して破砕及び攪拌処理を行った後、該スラグを磁選機ドラムに供給してスラグに含まれるメタルを回転するドラムに磁着させて分離し、回転するドラムのスラグ飛散方向に設けた振動板にスラグを衝突させて回収し、溶出液pHが９．５〜１１．５の回収スラグとすることを特徴としている（図８参照）。
【００１４】
本発明の方法においては、安全性の向上したスラグとするために、磁選処理した後に破砕処理して得られたスラグ、又は破砕処理した後に磁選処理して得られたスラグにアルカリを添加した後、攪拌処理を行い、溶出液pHが９．５〜１１．５のスラグとすることが好ましい（図５、図６参照）。
【００１５】
これらの方法（図５〜図８参照）でスラグを改質した後、一定期間（例えば、半日以上）放置又は養生することでスラグの安定性・品質を向上させることができる。
【００１６】
また、本発明の方法においては、より安全性、品質の向上したスラグとするために、磁選処理した後に破砕処理して得られたスラグ、又は破砕処理した後に磁選処理して得られたスラグに石灰と水を添加した後、攪拌しながら６０〜１００℃で熱水処理を行うことが好ましい。この場合、スラグをpH１０以上、水／スラグ比０．０３〜０．５０となるように石灰と水で調整した後、一軸又は二軸でパドル型の攪拌翼を有し、蒸気を熱源として供給し壁面のみ又は壁面及びパドル軸を加温できるようにした熱水処理装置に投入し、スラグを攪拌しながらスラグ温度を６０〜１００℃とし、０．１〜２時間処理することがより好ましい（図３、図４参照）。また、熱水処理装置でスラグを処理する際には、スラグ温度の保持、スラグの安全性、品質の確保などのために、装置の入口部及び中間部の少なくともいずれかからスラグに水又は温水を加えることが好ましい。また、熱水処理後のスラグの水／スラグ比を０．０２〜０．１５とすることが好ましい。
【００１７】
また、これらの方法においては、スラグの磁選処理に際し、スラグを磁束密度１５００〜６０００ガウス、５０〜５００m／分の周速で回転している磁選機ドラムに供給し、回転するドラムのスラグ飛散方向に設けた振動板にスラグを衝突させて回収するとともに、スラグに含まれるメタルをドラムに磁着させて分離し、ドラム下部に設けたスクレーパでメタルを掻き取ることにより回収することが好ましい。さらに、振動板に適宜散水することで、振動板へのスラグ付着をより防止できる。
【００１８】
また、これらの方法においては、スラグの破砕処理に際し、スラグを衝撃式破砕機に供給して処理することが好ましい。この場合、スラグの角張りを除去し、粗粒率を適正化するため、両側の固定打撃板の間に歯間隔２０〜６０mmの回転打撃板を有する衝撃式破砕機を周速３０〜６０m／sで運転し、回転している打撃板にスラグが略鉛直に落下するように供給するとともに、破砕機内部に散水して破砕処理を行い、粗粒率が１．５〜３．５のスラグとすることがより好ましい。
【００１９】
上述したように、磁選処理においては、スラグ、メタルの回収率、品質を向上させるために、磁束密度１５００〜６０００ガウスのドラムを、回転数５０〜５００m／分で回転させることが好ましい。磁束密度が１５００ガウス未満であると、メタルがドラムに磁着する力が弱くメタルの十分な除去ができず、スラグ中のメタル量が多くなる。磁束密度が６０００ガウスを超えると、装置コストや運転コストが高くなるだけでなく、スラグ側に回収されるスラグが少なくなりスラグ回収率が低下する。また、ドラム回転数（周速）が５０m／分未満であると、水分によるスラグとメタルの付着力に比して遠心力が小さすぎてスラグの回収率が低くなる。一方、ドラム回転数が５００m／分を超えると、ドラムの耐久性が低下するとともに、遠心力が大きくなってドラムに磁着しないメタルが多くなり、メタルの回収率及びスラグの品質が低くなる。
【００２０】
また、磁選機ドラムのスラグ飛散方向に設けたスラグ回収用の衝突板を振動式とする。スラグを振動板に衝突させて回収することで、スラグの付着・堆積によるスラグ排出口の閉塞等が防止でき、装置の安定運転が確保できる。振動方法としては、一例として、柔軟な材料（ゴム、プラスチックなど）で板を構成し、衝突するスラグで振動させる方法と、金属等の堅い材料の裏側をバイブレータ、空気、音波などで振動させる方法が考えられる。また、スラグに対するメタル量が多い場合には、装置の耐久性を向上させるために、ドラムの材質を耐摩耗鋼、セラミックス等とすることが好ましい。
【００２１】
破砕処理について、衝撃式破砕機の歯間隔、周速は、用途等によって要求されるスラグ、メタルの粒度によって異なるが、スラグ、メタルの品質を向上させるためには、回転打撃板の歯間隔２０〜６０mm、周速３０〜６０m／sで運転することが好ましい。歯間隔を６０mmより大きくすると、所定の粒度の確保が困難となる。周速を大きくすると粒子の角張りが減少する。
また、破砕機のスラグ供給部付近でのスラグの付着を防止して安定運転を確保するために、スラグ供給位置を供給口鉛直上方とすることが好ましい。また、スラグ供給部に適宜散水し、破砕機内部での付着スラグの成長を防止することが好ましい。散水方法としては、一例として、破砕機モータの電力値が上昇した場合に散水する、あるいはタイマーなどにより一定間隔で散水する方法がある。この場合、歯間隔を小さくすると、わずかの付着でも安定運転が困難となるため、歯間隔は２０mm以上必要である。
【００２２】
熱水処理においては、スラグの安全性、品質を確保するために、水／スラグ比を処理前に０．０３〜０．５０に調整し、処理後に０．０２〜０．１５とすることが好ましい。処理前の水／スラグ比が０．０３未満であると、熱水処理時に水が不足するとともに、高い温度の確保が難しくなり、水和反応が十分進行しない。また、処理後の水／スラグ比が０．０２未満となる場合、高い温度での保持時間が短くなり、また、反応生成物が分解するため、処理後のスラグの品質が安定しない。一方、処理前の水／スラグ比が大きいと、余剰の水分を加熱しなければならず、熱源として多くの蒸気が必要となり、処理コストの増大につながるので、処理前の水／スラグ比は０．５０以下、望ましくは０．２０以下とする。処理後の水／スラグ比が大きいと、タンクへの貯蔵時、あるいはストックヤードへの貯蔵時に高pHの余剰水が多く発生して排水処理が必要となるので、装置内で余剰水分を揮発させ、処理後の水／スラグ比を０．１５以下、望ましくは０．１０以下とする。
処理前後の水／スラグ比の調整は、熱水処理装置内の温度を測定することで行うことができる。装置内のスラグの水分量が増減すると、熱特性が変化するため温度が変化する。これにより、装置内の温度から水／スラグ比を把握することが可能となる。一方、処理前のスラグの水／スラグ比を０．１５〜０．５０に調整することにより、後工程での付着トラブルの防止や適宜散水の省略、補給水の減少を図ることができる。
【００２３】
また、熱水処理装置の攪拌翼の形状をパドル型にすることで、装置内を押し出し流れとしスラグの滞留時間を確保するとともに、攪拌能力を向上させ、熱伝導の効率化、スラグの品質、安定性の均一化を図ることができる。さらに、装置の途中で水又は温水を加えることで、処理したスラグの乾燥を防ぐとともに、熱伝導の向上を図ることができる。
また、熱水処理装置の外面に蒸気を流すだけでなく、パドル型の攪拌翼を取り付けたパドル軸の中にも蒸気を流すことにより、昇温速度の増大とともに装置内でのスラグの閉塞とパドルや軸へのスラグの付着が防止できる。さらに、パドル軸を並列に二軸設けた装置とすることで、攪拌能力が向上してスラグの閉塞とパドルや軸へのスラグの付着がより低減される。
また、熱水処理装置の入口及び／又は出口にスクリューフィーダを設けることで、定量でのスラグの供給・排出が行えるとともに、シール性を保持して装置内が飽和水蒸気雰囲気に保たれる。また、装置の入口又は途中で温水を加えることで、装置内の熱伝導の向上を図ることができ、装置の小型化によるイニシャルコストの低減が可能となる。
【００２４】
また、常温でのpH調整処理では、Ｐｂ等の重金属の溶出を防止してスラグの安全性を確保するために、消石灰、生石灰、水酸化マグネシウム、酸化マグネシウム、セメント、鉄鋼スラグ粉末等のアルカリ物質を加え、スラグのpHを９．５〜１１．５とすることが好ましい。処理後に、常温で半日以上置くことで、水和反応が進行し、安全性が確保され、品質も向上する。
【００２５】
本発明のスラグの改質装置は、簡便な処理装置として、振動式又はスクリュー式のスラグ供給装置と、スラグ供給装置から供給されたスラグを回転している磁選機ドラムに供給してスラグに含まれるメタルをドラムに磁着させ、ドラム下部に設けたスクレーパでメタルを掻き取って回収し、回転するドラムのスラグ飛散方向に設けた振動板にスラグを衝突させて落下させ回収する磁選機と、回収したスラグを破砕する衝撃式破砕機とを包含してなることを特徴としている（図１参照）。
【００２６】
また、本発明の装置は、簡便な処理装置として、振動式又はスクリュー式のスラグ供給装置と、スラグ供給装置から供給されたメタルと一体となったスラグを破砕する衝撃式破砕機と、衝撃式破砕機で破砕したスラグを回転している磁選機ドラムに供給してスラグに含まれるメタルをドラムに磁着させ、ドラム下部に設けたスクレーパでメタルを掻き取って回収し、回転するドラムのスラグ飛散方向に設けた振動板にスラグを衝突させて落下させ回収する磁選機とを包含してなることを特徴としている（図２参照）。
【００２７】
また、本発明の装置は、安全性の向上したスラグとするために、振動式又はスクリュー式のスラグ供給装置と、スラグ供給装置から供給されたスラグを回転している磁選機ドラムに供給してスラグに含まれるメタルをドラムに磁着させ、ドラム下部に設けたスクレーパでメタルを掻き取って回収し、回転するドラムのスラグ飛散方向に設けた振動板にスラグを衝突させて落下させ回収する磁選機と、回収したスラグにアルカリ物質を添加して破砕及び攪拌処理を行うアルカリ供給手段を備えた振動式破砕機とを包含してなることを特徴としている（図７参照）。
【００２８】
また、本発明の装置は、安全性の向上したスラグとするために、振動式又はスクリュー式のスラグ供給装置と、スラグ供給装置から供給されたメタルと一体となったスラグにアルカリ物質を添加して破砕及び攪拌処理を行うアルカリ供給手段を備えた振動式破砕機と、破砕及びpH調整を行ったスラグを回転している磁選機ドラムに供給してスラグに含まれるメタルをドラムに磁着させ、ドラム下部に設けたスクレーパでメタルを掻き取って回収し、回転するドラムのスラグ飛散方向に設けた振動板にスラグを衝突させて落下させ回収する磁選機とを包含してなることを特徴としている（図８参照）。
【００２９】
また、pH調整を行って安全性の向上したスラグとするために、上記の磁選機の後に衝撃式破砕機を設けた装置、又は衝撃式破砕機の後に磁選機を設けた装置の後段に、スラグ供給手段とアルカリ供給手段とを備えた攪拌装置を設けることが好ましい（図５、図６参照）。
【００３０】
また、より安全性、品質の向上したスラグとするために、上記の磁選機の後に衝撃式破砕機を設けた装置、又は衝撃式破砕機の後に磁選機を設けた装置の後段に、一軸又は二軸でパドル型の攪拌翼を有し、ジャケット構造の装置壁面又は装置壁面及びパドル軸に蒸気を供給して加温できる構成とし、スラグ供給手段、石灰供給手段、水供給手段及びスラグ排出手段を備えた熱水処理装置を設けることが好ましい（図３、図４参照）。この場合、熱水処理装置の入口部及び中間部の少なくともいずれかに水又は温水の供給手段を設けることが好ましい。また、熱水処理装置におけるスラグ供給手段及びスラグ排出手段の少なくともいずれかをスクリューフィーダとすることが好ましい。
【００３１】
また、これらの装置において、衝撃式破砕機は、両側に固定された固定打撃板と、その中間に設けられた回転方向に歯間隔２０〜６０mmで突出した歯を有する略円筒形状の回転打撃板とを備えた構成とすることが好ましい。また、衝撃式破砕機の内部に適宜散水できる散水装置を設けることが好ましい。
【００３２】
また、これらの装置において、磁選機における振動板は、ゴム、プラスチック等の柔軟な材料からなり衝突するスラグで振動させるもの、又は金属等の硬い材料を裏面からバイブレータ、空気もしくは音波等で振動させるものとすることができる。さらに、振動板には適宜散水できる装置を備えたものとすることができる。
【００３３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について説明するが、本発明は下記の実施の形態に何ら限定されるものではなく、適宜変更して実施することが可能なものである。図１は、本発明の実施の第１形態によるスラグの改質方法を実施する装置の概略構成を示している。本実施の形態は、メタルを含有するスラグが、スラグとメタルが分離した状態であって、簡便な処理によるスラグ、メタルの利用を目指すものである。図１に示すように、スラグ供給装置１８によりメタルを含有するスラグが磁選機２０に供給される。スラグ供給装置としては、振動式又はスクリュー式の供給装置を用いることが好ましい。図１では、一例として、振動式のスラグ供給装置を図示している。
【００３４】
スラグは磁束密度１５００〜６０００ガウスで、５０〜５００m／分の周速で回転しているドラム２２に供給され、スラグに含まれるメタルはドラムに磁着して回収され、さらにドラム下部に設けたスクレーパ２４で掻き取ることにより回収される。なお、スクレーパとしては、板状の掻取り部材の他に、ブラシ状のもの等を用いることが可能である。２６は固定磁石である。一方、スラグはドラム２２のスラグ飛散方向（周速方向）に設けた振動板２８に衝突させて回収される。振動板２８を振動させる方法は、一例として、柔軟な材料（ゴム、プラスチックなど）で板を構成し、衝突するスラグで振動させる方法と、金属等の堅い材料の裏側をバイブレータ、空気、音波などで振動させる方法等が考えられる。また、スラグに対するメタル量が多い場合には、装置の耐久性を向上させるために、ドラムの材質を耐摩耗鋼、セラミックス等とすることが好ましい。また、図示していないが、振動板２８に適宜散水できる散水装置を設けて、スラグの付着をより確実に防止できる構成とすることも可能である。
【００３５】
回収したスラグは衝撃式破砕機３０に供給され破砕処理される。衝撃式破砕機３０は、例えば、左右両側に固定された固定打撃板３２と、その中間に設けられた略円筒形状で回転方向と略垂直の法線方向に所定の歯間隔で突出した歯を有する回転打撃板３４とを備えた構成である。衝撃式破砕機の歯間隔、周速は、用途等によって要求されるスラグ、メタルの粒度によって異なるが、スラグ、メタルの品質を向上させるためには、回転打撃板３４の歯間隔２０〜６０mm、周速３０〜６０m／sで運転することが好ましい。また、スラグの供給位置は供給口鉛直上方とし、回転打撃板３４上にスラグが略鉛直に落下するように供給される。この場合、散水装置（図示略）により破砕機３０の内部に適宜散水して破砕処理が行われる。散水方法としては、一例として、破砕機モータの電力値が上昇した場合に散水する、あるいはタイマーなどにより一定間隔で散水する方法等がある。衝撃式破砕機３０で破砕処理されたスラグは、例えば、粗粒率が１．５〜３．５のスラグとなって回収される。３６はコンベア等の搬送手段である。
【００３６】
図２は、本発明の実施の第２形態によるスラグの改質方法を実施する装置の概略構成を示している。本実施の形態は、メタルを含有するスラグが、スラグにメタルが付着した状態であって、簡便な処理によるスラグ、メタルの利用を目指すものである。図２に示すように、スラグ供給装置１８によりメタルを含有するスラグが衝撃式破砕機３０に供給され破砕処理される。本実施の形態では、スラグとメタルが一体となった状態であるので、まず破砕処理が行われる。破砕処理されたスラグ、メタルは磁選機２０に供給され、スラグとメタルとに分離される。スラグ供給装置１８、衝撃式破砕機３０、磁選機２０等の構成、運転条件などは、実施の第１形態の場合と同様である。
【００３７】
図３は、本発明の実施の第３形態によるスラグの改質方法を実施する装置の概略構成を示している。本実施の形態は、メタルを含有するスラグが、スラグとメタルが分離した状態であって、より安全性、品質の向上したスラグの利用を目指すものである。図３に示すように、スラグ供給装置１８によりメタルを含有するスラグが磁選機２０に供給される。磁選機２０で分離回収されたスラグは衝撃式破砕機３０で破砕処理される。ここまでは実施の第１形態と同様である。磁選処理、破砕処理されたスラグは、スラグ供給装置３８から熱水処理装置４０に供給される。
【００３８】
スラグは、消石灰、生石灰等と水を添加してpH１０以上、水／スラグ比０．０３〜０．５０となるように調整された後、一軸又は二軸でパドル型の攪拌翼４２を有し、ジャケット構造の装置壁面４４又は装置壁面４４及びパドル軸４６に水蒸気を供給して加温できる構成の熱水処理装置４０に供給される。熱水処理装置４０内では、パドル型の攪拌翼４２によりスラグが十分に攪∂され、装置壁面４４及びパドル軸４６内に供給した蒸気を熱源として、スラグ温度６０〜１００℃で０．１〜２時間の熱水処理が行われる。この場合、パドル軸を並列に二軸設けた装置とすることが好ましい。熱水処理したスラグはスラグ排出装置４８から排出される。そして、熱水処理後のスラグの水／スラグ比は０．０２〜０．１５とすることが好ましい。この場合、図示を省略しているが、処理したスラグの乾燥を防ぐために、装置の途中で水又は温水を加えることが可能である。なお、予め処理前のスラグに散水して水／スラグ比が０．１５〜０．５０となるようにした後、上述したような処理を行うことも可能である。
【００３９】
また、熱水処理装置４０での処理前後の水／スラグ比は、温度センサー５０で装置内の温度を計測することにより把握可能である。装置内のスラグの水分量が増減すると、熱特性が変化するため温度が変化する。これにより、装置内の温度から水／スラグ比を把握することができ、水／スラグ比を調整することが可能となる。図３では、一例として、温度センサー５０を入口部、中間部、出口部の３箇所に設置しているが、設置箇所は特に限定されるものではない。なお、補助的な方法として、処理前後のスラグの目視により水／スラグ比を調整することができる。
また、図示を省略しているが、装置内の入口側の昇温部分を小さくするために、装置の入口等で温水を加えることが可能である。また、スラグ供給装置３８及び／又はスラグ排出装置４８をスクリューフィーダとすることが好ましい。これにより、定量でのスラグの供給・排出が行えるとともに、シール性を保持して装置内が飽和水蒸気雰囲気に保たれる。図３では、一例として、スラグ排出装置４８をスクリューフィーダとしている。
【００４０】
図４は、本発明の実施の第４形態によるスラグの改質方法を実施する装置の概略構成を示している。本実施の形態は、メタルを含有するスラグが、スラグにメタルが付着した状態であって、より安全性、品質の向上したスラグの利用を目指すものである。図４に示すように、スラグ供給装置１８によりメタルを含有するスラグが衝撃式破砕機３０に供給され破砕処理される。本実施の形態では、スラグとメタルが一体となった状態であるので、まず破砕処理が行われる。破砕処理されたスラグ、メタルは磁選機２０に供給され、スラグとメタルとに分離される。ここまでは実施の第２形態と同様である。破砕処理、磁選処理されたスラグは、スラグ供給装置３８から熱水処理装置４０に供給される。スラグは熱水処理装置４０で処理され改質スラグが得られる。熱水処理装置４０の構成、運転条件などは、実施の第３形態の場合と同様である。
【００４１】
図５は、本発明の実施の第５形態によるスラグの改質方法を実施する装置の概略構成を示している。本実施の形態は、メタルを含有するスラグが、スラグとメタルが分離した状態であって、安全性の向上したスラグの利用を目指すものである。図５に示すように、スラグ供給装置１８によりメタルを含有するスラグが磁選機２０に供給される。磁選機２０で分離回収されたスラグは衝撃式破砕機３０で破砕処理される。ここまでは実施の第１形態と同様である。磁選処理、破砕処理されたスラグは、スラグ供給装置３８から攪拌処理装置５２に供給される。
【００４２】
スラグは、消石灰、生石灰、水酸化マグネシウム、酸化マグネシウム、セメント、鉄鋼スラグ粉末等のアルカリ物質と水を添加した後、攪拌処理装置５２に供給され、常温で０．５〜１２０分間攪拌処理が行われ、溶出液pHが９．５〜１１．５となるようにpH調整されたスラグとなる。この場合、攪拌処理装置５２の構成は特に限定されず、例えば、１軸又は２軸のパドル式、スクリュー式など種々の形式の装置を採用することが可能である。５４はアルカリ供給装置である。また、処理後のスラグを常温で半日以上置くことで、水和反応が進行し、安全性が確保され、品質も向上する。
【００４３】
図６は、本発明の実施の第６形態によるスラグの改質方法を実施する装置の概略構成を示している。本実施の形態は、メタルを含有するスラグが、スラグにメタルが付着した状態であって、安全性の向上したスラグの利用を目指すものである。図６に示すように、スラグ供給装置１８によりメタルを含有するスラグが衝撃式破砕機３０に供給され破砕処理される。本実施の形態では、スラグとメタルが一体となった状態であるので、まず破砕処理が行われる。破砕処理されたスラグ、メタルは磁選機２０に供給され、スラグとメタルとに分離される。ここまでは実施の第２形態と同様である。破砕処理、磁選処理されたスラグは、スラグ供給装置３８から攪拌処理装置５２に供給される。スラグは攪拌処理装置５２でpH調整され改質スラグが得られる。攪拌処理装置５２で常温でのpH調整処理を行う場合の構成などは、実施の第５形態の場合と同様である。
【００４４】
図７は、本発明の実施の第７形態によるスラグの改質方法を実施する装置の概略構成を示している。本実施の形態は、メタルを含有するスラグが、スラグとメタルが分離した状態であって、安全性の向上したスラグの利用を目指すものである。図７に示すように、スラグ供給装置１８によりメタルを含有するスラグが磁選機２０に供給される。磁選機２０の構成、運転条件などは、実施の第１形態の場合と同様である。磁選機２０で分離回収されたスラグは、消石灰、生石灰、水酸化マグネシウム、酸化マグネシウム、セメント、鉄鋼スラグ粉末等のアルカリ物質と水を添加した後、例えば、振動式破砕機５６に供給され、常温で破砕処理が行われる。振動式破砕機５６では、スラグの破砕処理と同時に攪拌処理も行われ、溶出液pHが９．５〜１１．５となるようにpH調整されたスラグが得られる。なお、破砕処理とpH調整処理が同時に行える装置として、本実施の形態では、振動式破砕機を用いているが、他の装置を採用することも勿論可能である。また、処理後のスラグを常温で半日以上置くことで、水和反応が進行し、安全性が確保され、品質も向上する。
【００４５】
図８は、本発明の実施の第８形態によるスラグの改質方法を実施する装置の概略構成を示している。本実施の形態は、メタルを含有するスラグが、スラグにメタルが付着した状態であって、安全性の向上したスラグの利用を目指すものである。図８に示すように、スラグ供給装置１８によりメタルを含有するスラグが、例えば、振動式破砕機５６に供給される。スラグはアルカリ物質と水を添加した後、振動式破砕機５６に供給され、常温で破砕処理が行われる。振動式破砕機５６では、スラグの破砕処理と同時に攪拌処理も行われ、溶出液pHが９．５〜１１．５となるようにpH調整されたスラグが得られる。破砕処理とpH調整処理については、実施の第７形態の場合と同様である。振動式破砕機５６からのスラグ、メタルは、磁選機２０に供給され、スラグとメタルとに分離される。磁選機２０の構成、運転条件などは、実施の第１形態の場合と同様である。
【００４６】
【実施例】
実施例１
プラズマ溶融炉で都市ごみ焼却灰を溶融処理して得られた水砕スラグ２００kgを用意した。この水砕スラグは、メタル３．５％を含有し、粗粒率４．０、含水率１２％で、スラグとメタルは分離した状態である。プラズマ溶融炉による水砕スラグ２００kgを磁束密度３０００ガウスのドラムを２５０m／分で回転させた磁選機に投入した。磁選機ドラムのスラグ飛散方向に設けたゴム板にスラグを衝突させてスラグを回収し、ドラムに磁着したメタルはスクレーパで掻き取って回収した。その結果、スラグ１９２．７kg（メタル０．３kg含有）、メタル７．３kg（スラグ０．６kg含有）を得た。
【００４７】
実施例２
実施例１によるスラグを、歯間隔４０mm、周速４５m／sの衝撃式破砕機で破砕処理した。破砕後の粗粒率は２．６５、ＪＩＳ  Ａ  １１０９（細骨材の比重及び吸水率試験方法）による吸水率は０．２５％であり、環境庁告示４６号による溶出試験におけるＰｂ溶出量は０．００８mg／L（pH：９．０）で、基準値を満足した。
【００４８】
実施例３
実施例２によるスラグ１００kgに、水と消石灰を加え、水／スラグ比０．１５、消石灰／スラグ比０．０００５とし、２軸パドル式でジャケット構造の外壁部及びパドル軸に蒸気を流して加熱する構造の熱水処理装置に供給し、９５℃で１時間処理した。処理後のスラグの吸水率は１．０１％であり、Ｐｂ溶出量は０．００１mg／Lであった。
【００４９】
実施例４
実施例２によるスラグ１００kgに、水と消石灰を加え、水／スラグ比０．１５、消石灰／スラグ比０．０００２５とし、攪拌装置（１軸パドル式）に供給して常温で１分間攪拌処理を行った後、常温で２４時間放置した。処理後のスラグの吸水率は０．３５％であり、Ｐｂ溶出量は０．００５mg／L（pH：１０．５）であった。
【００５０】
実施例５
バーナ溶融炉で都市ごみ焼却灰を溶融処理して得られた水砕スラグ２００kgを用意した。この水砕スラグは、メタル２．８％を含有し、粗粒率４．２、含水率１４％で、スラグにメタルが付着した状態である。バーナ溶融炉による水砕スラグ２００kgを歯間隔５０mm、周速５０m／sの衝撃式破砕機で破砕処理した。その後、スラグ１００kgを磁束密度５０００ガウスのドラムを３００m／分で回転させた磁選機に供給した。磁選機ドラムのスラグ飛散方向に設けた振動板にスラグを衝突させてスラグを回収し、ドラムに磁着したメタルはスクレーパで掻き取って回収した。振動板はステンレス製で裏側からバイブレータで振動させる構成である。その結果、回収したスラグは９６．９kg（メタル０．２kg含有）で、メタルは３．１kg（スラグ０．５kg含有）であった。
【００５１】
比較例１
実施例５と同じ水砕スラグ１００kgを磁束密度１３００ガウスのドラムを４５m／分で回転させた磁選機に供給した。磁選機ドラムのスラグ飛散方向に設けた固定金属板にスラグを衝突させてスラグを回収し、ドラムに磁着したメタルはスクレーパで掻き取って回収した。その結果、回収したスラグは９６．０kg（メタル１．０kg含有）で、メタルは４．０kg（スラグ２．２kg含有）であった。また、固定金属板にスラグが大量に付着し、閉塞寸前であった。
【００５２】
【発明の効果】
本発明は上記のように構成されているので、つぎのような効果を奏する。
（１）  メタルを含むスラグであって、スラグとメタルが分離した状態、スラグにメタルが付着した状態のそれぞれの場合について、磁選処理、破砕処理、熱水処理、pH調整処理等を最適に組み合わせるとともに、磁選機、破砕機、熱水処理装置、攪拌装置等のそれぞれの構造及び運転条件などを適正化することにより、要求される品質や安全性等を備えたスラグ、メタルに改質することができる。
（２）  磁選機の磁束密度、周速、構造を適正化することにより、高効率で磁選処理ができ、スラグ、メタルの品質が向上する。
（３）  衝撃式破砕機の構造、運転条件を適正化することにより、スラグを土木資材等に適した粒度に破砕処理でき、スラグの品質が向上する。
（４）  磁選処理、破砕処理の後に、熱水処理あるいは常温でのpH調整処理を行うことにより、スラグの安全性、品質が向上する。この場合、スラグは川砂相当の品質となり、土木資材、建設資材、水産資材等への利用促進が期待できる。また、メタルの品質が向上し、銅原料、電磁シールドパネル原料等への利用促進が期待できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の第１形態によるスラグの改質方法を実施する装置を示す概略構成説明図である。
【図２】本発明の実施の第２形態によるスラグの改質方法を実施する装置を示す概略構成説明図である。
【図３】本発明の実施の第３形態によるスラグの改質方法を実施する装置を示す概略構成説明図である。
【図４】本発明の実施の第４形態によるスラグの改質方法を実施する装置を示す概略構成説明図である。
【図５】本発明の実施の第５形態によるスラグの改質方法を実施する装置を示す概略構成説明図である。
【図６】本発明の実施の第６形態によるスラグの改質方法を実施する装置を示す概略構成説明図である。
【図７】本発明の実施の第７形態によるスラグの改質方法を実施する装置を示す概略構成説明図である。
【図８】本発明の実施の第８形態によるスラグの改質方法を実施する装置を示す概略構成説明図である。
【図９】従来の磁選機を示す概略構成説明図である。
【符号の説明】
１０、２０  磁選機
１２、２２  ドラム
１４  固定板
１６  スラグ排出口
１８、３８  スラグ供給装置
２４  スクレーパ
２６  固定磁石
２８  振動板
３０  衝撃式破砕機
３２  固定打撃板
３４  回転打撃板
３６  搬送手段
４０  熱水処理装置
４２  パドル型の攪拌翼
４４  ジャケット構造の装置壁面
４６  パドル軸
４８  スラグ排出装置
５０  温度センサー
５２  攪拌処理装置
５４  アルカリ供給装置
５６  振動式破砕機
【図１】
0003652638.tif 000002
【図２】
0003652638.tif 000003
【図３】
0003652638.tif 000004
【図４】
0003652638.tif 000005
【図５】
0003652638.tif 000006
【図６】
0003652638.tif 000007
【図７】
0003652638.tif 000008
【図８】
0003652638.tif 000009
【図９】
0003652638.tif 000010