(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ごみや産業廃棄物等を焼却した際に生成される飛灰や焼却灰等の被溶解物（Ｘ）を溶融炉（１）に投入して加熱することにより溶融状態に導くものであって、
被溶解物を溶融化する工程と、
溶融物に上方が正極で下方が負極となる直流通電を行ない、溶融物の上層部を塩類の沸点以下に且つ溶融物を溶融状態の維持温度以上に保持して、溶融状態の塩類の電気分解を行なう工程と、
電気分解により生成された分解ガスを溶融炉から排出処理するとともに電気分解により生成された金属または金属酸化物をスラグ相（Ｂ）または金属相（Ｃ）に含浸させる工程と、
を有することを特徴とする焼却灰溶融炉における溶融塩の分解方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、焼却灰溶融炉における溶融塩の分解方法に係り、特に、ごみや産業廃棄物等を焼却した際の飛灰等を溶融処理した際に生成される溶融塩を分解して安定化及び無害化を図る技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
都市ごみ等の被焼却物を焼却するための焼却炉の例として、実開平３−５６０２７号「流動床式焼却炉」が提案されている。
また、飛灰（ダスト）を溶融炉で溶融処理する関連技術例として、以下の提案がなされている。
▲１▼特開昭５８−０３０３８２号「ダストの処理方法」
▲２▼特開昭５８−０４０７９１号「出滓方法」
▲３▼特開昭６０−０５３７８０号「直接通電式溶融処理炉の電極挿入制御装置」
▲４▼特開昭６０−０５４７８０号「ダストの溶融処理炉」
▲５▼特公昭６３−０５１７５５号「ダストの処理方法」
▲６▼特開昭６３−３１５１８７号「焼却炉排ガスの処理法」
▲７▼特開平０２−０９９１８４号「重金属含有ダストの無害化処理方法」
これらの技術では、都市ごみ等の焼却炉から排出される飛灰（ダスト）を溶融炉で溶融処理してダストの溶融固化を行なう際に、溶融時に生じる諸問題を解決するようにしている。
【０００３】
例えば従来技術例▲１▼▲４▼▲５▼にあっては、飛灰（ダスト）を溶融によりスラグ化させて、減容化及び無害化を図るようにようにしている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、飛灰（ダスト）中に含まれる塩素化合物等の塩類は、溶融処理しただけではスラグ化せず、スラグとともにあるいは塩類として出滓されてしまうため、塩類の水への可溶性に基づいて、廃棄処分後に有害成分が溶出してしまう等の解決すべき課題が残されている。
【０００５】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、焼却灰を溶融処理した際に生成される溶融塩を、溶融炉の内部で金属または金属酸化物とガス成分とに分解して回収し、安定化及び無害化を図ることを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
ごみや産業廃棄物等を焼却した際に生成される飛灰や焼却灰等の被溶解物を溶融炉に投入して加熱することにより溶融状態に導く場合に、被溶解物を溶融化する工程と、溶融物に上方が正極下方が負極となる直流通電を行ない溶融状態の塩類の電気分解を行なう工程と、電気分解により生成された分解ガスを溶融炉から排出処理するとともに電気分解により生成された金属または金属酸化物をスラグ相または金属相に含浸させる工程とを有する技術が採用される。
電気分解時には、溶融物の上層部を塩類の沸点以下に、かつ溶融物を溶融状態の維持温度以上に保持する技術が採用される。
溶融物の上層部を形成する塩相に、上部電極を位置させた状態で電気分解を行なう技術が付加される。
また、これらの技術に、上下に配した上部電極及び下部電極間のアーク放電により被溶解物を溶融状態に導く工程と、溶融層の抵抗発熱により溶融範囲を拡大する工程と、上部電極及び下部電極間の直流通電により溶融状態の塩類の電気分解を行なう工程とを有する技術が付加される。
上部電極及び下部電極は、アーク放電による被溶解物の加熱と、溶融層の抵抗発熱による加熱とを兼用する技術や、溶融炉の外部操作で上部電極を昇降させる技術が採用される。
【０００７】
【作用】
焼却灰等の被溶解物は、溶融炉の内部に供給され、加熱により溶融状態に導かれる。
この際に、上部電極及び下部電極の間でアーク放電を行なって、アーク熱により被溶解物を溶融状態に導き、溶融物が形成された後にあっては、溶融物に直接通電して抵抗発熱を生じさせると、溶融範囲が拡大する。
抵抗加熱の際に、上部電極及び下部電極の間隔を広げて、その間に介在する溶融物に直接通電して温度を上昇させ、溶融状態の保持を行なう。
上部電極を正極、下部電極を負極とする定電流の直流通電を行なうと、溶融物内に一定のイオン流が流れて、溶融物に含まれる塩類の電気分解が生じる。
塩類の大部分は、金属及び金属酸化物とガス成分とに分解され、金属及び金属酸化物にあっては、スラグ相または溶融金属相に含浸吸収され、ガス成分にあっては、溶融物から分離上昇して溶融炉の外に排出される。
溶融物の上層部に塩相が形成されている場合にあっては、上部電極による直接通電がなされて塩類の分解性が向上し、金属成分及びガス成分の分離が促進される。
塩類から分離した金属成分は、スラグに取り込まれて出滓後の固化処理により安定化状態となる。
【０００８】
【実施例】
以下、本発明に係る焼却灰溶融炉における溶融塩の分解方法について、その実施状況を示す図１及び図２に基づいて説明する。
図において、符号Ｘは被溶解物、Ａは塩相、Ｂはスラグ相、Ｃは金属相、１は溶融炉、２は給電手段、３は電極昇降手段、４は被溶解物供給手段（飛灰供給手段）、５は排ガス処理手段、６は昇降ガイド、１１は炉壁、１２Ａは上部電極、１２Ｂは下部電極、１３は飛灰投入口、１４はシール装置、１５は排ガス口、１６Ａは塩出滓口，１６Ｂはスラグ出滓口、１６Ｃはメタル出滓口である。
【０００９】
前記溶融炉１には、被溶解物Ｘを供給するための被溶解物供給手段４と、発生したガス成分を炉外に排出して適宜処理を行なうための排ガス処理手段５とが、飛灰投入口１３及び排ガス口１５を介在して接続され、天井部分と底部とに上下方向に対向した状態の上部電極１２Ａ及び下部電極１２Ｂが配され、上部電極１２Ａの貫通部分にシール装置１４が配されるとともに、炉壁１１の側部に塩相Ａ，スラグ相Ｂ及び金属相Ｃの取り出しを必要に応じて行なうための塩出滓口１６Ａ，スラグ出滓口１６Ｂ及びメタル出滓口１６Ｃが配される。
【００１０】
前記給電手段２は、直流低電圧大電流（または交直両方の低電圧大電流）を発生させるとともに電圧及び電流を連続的に調整し得る電源部を有し、大容量ケーブル，ブスバー，可撓性を有する編組線，接続導体等から構成される給電路２１により上部電極１２Ａ及び下部電極１２Ｂに接続される。
そして、上部電極１２Ａが正極（＋極）に接続され、下部電極１２Ｂが負極（−極）に接続される。
【００１１】
前記電極昇降手段３は、駆動力を発生させる駆動源３１と、駆動力伝達系３２を構成するピニオン３３及び該ピニオン３３に噛み合うラックギヤ３４とを有しており、該ラックギヤ３４が上部電極１２Ａに一体に取り付けられる。
【００１２】
前記被溶解物供給手段（飛灰供給手段）４は、従来技術例として挙げた実開平３−５６０２７号「流動床式焼却炉」等によってごみや産業廃棄物等を焼却した際に生成された飛灰を被溶解物Ｘとして、必要に応じて、例えば連続的に溶融炉１の内部に送り込むものである。
【００１３】
前記排ガス処理手段５は、排ガス口１５に接続され、溶融炉１から排出される排ガス中に含まれる可燃性ガスの燃焼機能、排ガスの温度を低下させるための熱交換機能、排ガスに残留している固形分を捕集する固形分捕集機能、排ガス中に残されているガス状のＣｌ２  ，ＮＯｘ，ＳＯｘ，ＨＣｌ，Ｈ２  Ｏ，ＣＯ，ＣＯ２  等を捕集するガス処理器機能等を有しており、無害化処理を施した後に排ガスを大気放出等により処理するものが適用される。
【００１４】
前記上部電極１２Ａにあっては、炭素、Ｐｔ及びＰｔ，Ｔｅ，Ａｇなどを含む合金等が適用されて例えば丸棒状に形成され、前記下部電極１２Ｂにあっては、炭素、Ｐｔ、Ｆｅ、Ｐｂ、Ｎｉ及びこれらの合金等が適用されて例えば板状や皿状に形成される。
【００１５】
以下、溶融炉１による被溶解物Ｘの溶解、スラグ相Ｂの生成、塩相Ａの分解等について説明する。
【００１６】
溶融炉１の起動時にあっては、給電手段２の作動により上部電極１２Ａ及び下部電極１２Ｂの間に給電を行なって、溶融炉１の内部に投入された飛灰等の被溶解物Ｘを溶融状態に導くのであるが、この際に、電極昇降手段３の作動により上部電極１２Ａを下げて、下部電極１２Ｂまたはその上に一部残されているベースメタルに接触させてアークを発生させ、このアーク熱によりその近傍の被溶解物Ｘまたはベースメタルを溶融状態に導く。
【００１７】
被溶解物Ｘの溶融物がアーク熱により溶解されて、溶融物の量が多くなるとともに、溶融物の導電性が抵抗発熱可能な状態まで高まったら、上部電極１２Ａを溶融物の上層位置まで徐々に上げる等の上部電極１２Ａの位置調整を行なう。
【００１８】
次いで、上部電極１２Ａと下部電極１２Ｂとの間の通電により溶融物に抵抗発熱を生じさせ、直流電流の増大及び温度上昇により溶融範囲を拡大するとともに、溶融状態の保持を行なう。この際の電流密度は、溶融物の組成に基づくものであるが、概略０．０１〜１００Ａ／ｃｍ２  とされる。
【００１９】
溶融範囲の拡大後に、上部電極１２Ａを正極、下部電極１２Ｂを負極とする直流通電が、定電流状態で行なわれていると、溶融物内に一定のイオン流が流れて、イオンの移動状態が安定するために、溶融物に含まれる塩類の電気分解が生じる。
【００２０】
塩類がＮａＣｌの場合であると、図２に示すように、以下の反応によって、金属ナトリウムと塩素ガスが生成される。
Ｎａ＋  ＋ｅ−  →Ｎａ
２Ｃｌ−  →Ｃｌ２  ＋２ｅ−
通常の場合、塩類の大部分は後述するように、金属及び金属酸化物とガス成分とに分解される。
【００２１】
溶融炉１の内部において、熱供給が一定していると、図１に示すように、投入した被溶解物Ｘの下に、比重差に基づいて塩相Ａ、スラグ相Ｂ及び金属相Ｃが分離形成される。
前述の金属及び金属酸化物にあっては、その比重差、還元条件等によりスラグ相Ｂまたは金属相Ｃに含浸吸収されて、取り込まれた状態となる。
【００２２】
なお、溶融物の上層部に、塩相Ａが分離形成されている場合にあっては、上部電極１２Ａの下端部を塩相Ａの中に設定し、塩相Ａへの直接通電を行なうことが合理的である。
この場合にあっては、溶融物の上層部、つまり塩相Ａの温度を塩類の沸点以下に、かつスラグ相Ｂを溶融状態の維持温度以上に保持するように給電手段２からの直流電流が調整され、塩類の分解性の向上により金属成分及びガス成分の分離が促進される。
【００２３】
一方、分解によって生成されたガス成分にあっては、溶融物から分離上昇して、排ガス口１５を経由して排出されるとともに、排ガス処理手段５に送り込まれて必要な処理がなされる。
【００２４】
そして、塩類の分解によって、塩相Ａやスラグ相Ｂから分離した金属成分は、スラグや金属相Ｃに取り込まれた状態で出滓され、その後の固化処理により安定化状態となる。
【００２５】
〔溶融炉内部の温度管理について〕
前述したように、溶融物の上層部の温度を塩類の沸点以下に、かつスラグ相Ｂを溶融状態の維持温度以上に保持するように、電流の調整が実施されるが、被溶解物Ｘは、ごみや産業廃棄物等を焼却した際の飛灰等であるために、その組成成分のばらつきが大きく、厳密には組成成分を勘案して調整すべきである。
しかし、焼却灰等を対象とする場合には、塩の種類、溶融状態で分離する金属、スラグ中に固溶する塩及び酸化物の傾向が以下の通りであるため、溶融炉１の内部の温度勾配を加味するとよい。
【００２６】
〔塩の種類〕
ａ）アルカリ金属、アルカリ土類金属の塩化物
ＮａＣｌ（沸点：１４１３℃），ＫＣｌ（沸点：１５００℃），ＣａＣｌ２  （沸点：１６００℃），ＭｇＣｌ２  （沸点：１４１２℃）は、溶融状態となる塩の中で最も含有量が多く、全体の７０％以上を占める。
ｂ）アルカリ金属、アルカリ土類金属の硫酸塩
例えばＮａＳＯ４  ，Ｋ２  ＳＯ４  ，ＣａＳＯ４  ，ＭｇＳＯ４  ，ＢａＳＯ４  
ｃ）その他の塩化物及び硫酸塩
Ｆｅ，Ｐｂ，Ｚｎ，Ｃｕ，Ｃｄ，Ｎｉ，Ｍｎ，Ｃｒ，Ｓｉ，Ａｌ，Ｈｇ，Ａｓ等の金属の塩化物及び硫酸塩が含有されるが、含有量が少なく、全体で溶融状態となる塩の１０％以下である。
ｄ）その他の硝酸塩、炭酸塩、燐酸塩等の含有量は、ごく微量である。
【００２７】
〔溶融状態で分離する金属〕
下部電極１２Ｂには、耐火物の保護等のために、予めベースメタルを堆積させることが好ましいが、電気分解によって溶融塩が分解、還元されて析出した以下の金属が、ベースメタルに含浸して取り込まれる。
例えば、Ｆｅ，Ｃｒ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｚｎ，Ｃｄ，Ｎａ，Ｋ，Ｃａ，Ｍｇ，Ｍｎ，Ａｓ，Ｈｇ
【００２８】
〔スラグ中に固溶する塩及び酸化物〕
溶融塩を電気分解すると、正極側でＣｌ２  ，ＳＯ２  ，ＣＯ２  等のガスが、また、負極側では還元されて金属が析出するが、その中で酸化され易い金属は、酸化金属の状態でスラグ中に固溶する。
【００２９】
〔溶融炉の内部の温度勾配〕
上部電極１２Ａ及び下部電極１２Ｂにより上下方向に電流を流して溶融物を加熱する場合であると、下部電極１２Ｂの近傍に主たる発熱部が生じて、溶融物の温度が、下部電極１２Ｂの近傍で高くなり（例えば１４００℃程度）、上部電極１２Ａの回りでは温度が相対的に低くなる（例えば１２００℃程度）温度勾配が発生するため、前述したように、全体の大部分を占めるアルカリ金属やアルカリ土類金属の塩化物の沸点を勘案して、溶融物の上層部及び塩相Ａの温度を１２００℃程度に管理することが有効である。
【００３０】
分離したスラグ相Ｂ及び金属相Ｃは、必要に応じてスラグ出滓口１６Ｂ及びメタル出滓口１６Ｃから流下させることにより取り出されて、固化等の処理がなされる。
【００３１】
一方、飛灰の溶融時には、飛灰中に含まれている揮発性ガス分が、飛灰とともに持ち込まれた空気等の排ガスとともに、排ガス口１５から排ガス処理手段５に送り込まれる。
排ガス処理手段５にあっては、前述したように排ガス中に含まれる可燃性ガス、固形分、ＮＯｘ，ＳＯｘ，ＨＣｌ等の酸性ガスを捕集する等の無害化処理が行なわれる。
【００３２】
〔他の実施態様〕
本発明に係る焼却灰溶融炉における溶融塩の分解方法にあっては、前述した都市ごみ等の飛灰だけでなく、炉底灰、産業廃棄物の焼却灰、石炭灰、下水汚泥焼却灰等の溶融処理に対しても適用可能である。
また、図１及び図２例では、溶融炉１の内部の電極を、上下に配される上部電極１２Ａ、下部電極１２Ｂのみとしたが、水平方向に抵抗加熱用電極を配する等の技術を付加することも可能である。
【００３３】
【発明の効果】
本発明に係る焼却灰溶融炉における溶融塩の分解方法によれば、以下のような効果を奏する。
（１）  焼却灰を溶融炉に投入して溶融処理する工程と、溶融状態の溶融塩を電気分解する工程と、電気分解により生成された分解ガスを溶融炉から取り出すとともに電気分解により生成された金属または金属酸化物を、スラグまたは金属相に取り込む工程とを有することにより、塩類中の金属成分を金属または金属酸化物として、スラグやベースメタルに取り込ませて回収し、安定化及び無害化を図ることができる。
（２）  上記の溶融塩の電気分解により、溶融塩のまま溶融炉から排出される量を低減することができるとともに、排ガス等とともに揮散する金属類の量を著しく減少させて、溶融炉の故障発生要因を少なくし、溶融塩処理の費用を軽減することができる。
（３）  下部電極を負極とすることにより、還元により金属を析出させるとともに、酸化され易い金属を酸化金属の状態として、スラグ中に効率よく取り込ませることができる。
（４）  電気分解時に、溶融物の上層部を塩類の沸点以下に、かつ溶融物を溶融状態の維持温度以上に保持することにより、溶融塩の揮散を抑制して、電気分解性を向上させることができる。
（５）  塩相に、上部電極を位置させた状態で電気分解を行なうことにより、溶融塩を集中的に電気分解することができる。
（６）  アーク放電により被溶解物を溶融状態に導く工程と、溶融層の抵抗発熱により溶融範囲を拡大する工程との組み合わせにより、溶融塩の電気分解までの工程の時間短縮を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る焼却灰溶融炉における溶融塩の分解方法の実施状況を示すブロック図を併記した正断面図である。
【図２】図１の溶融炉における溶融物の分解例を示すモデル図である。
【符号の説明】
Ｘ  被溶解物
Ａ  塩相
Ｂ  スラグ相
Ｃ  金属相
１  溶融炉
２  給電手段
３  電極昇降手段
４  被溶解物供給手段（飛灰供給手段）
５  排ガス処理手段
６  昇降ガイド
１１  炉壁
１２Ａ  上部電極
１２Ｂ  下部電極
１３  飛灰投入口
１４  シール装置
１５  排ガス口
１６Ａ  塩出滓口
１６Ｂ  スラグ出滓口
１６Ｃ  メタル出滓口
２１  給電路
３１  駆動源
３２  駆動力伝達系
３３  ピニオン
３４  ラックギヤ
【図１】
0003582117.tif 000002
【図２】
0003582117.tif 000003