(57)【要約】【課題】焼却灰（焼却主灰及び焼却飛灰）から塩素分、重金属及びダイオキシン類を効率的に除去することができ、かつ、これら塩素分等を除去した後の残渣を、生コンクリート工場におけるセメントとの混練用材料として用いることのできる処理方法を提供する。【解決手段】  本発明の処理方法は、焼却飛灰に対して、水洗による塩素分の除去処理、及び、浮遊選鉱による重金属の除去処理を行なった後、固液分離して、固形分を得る飛灰処理工程と、該固形分を、焼却飛灰の発生源である焼却炉に返送する固形分返送工程とを含む。焼却主灰は、水洗による塩素分の除去処理、及び、塩素分以外の所定の物質の除去処理を行なった後、セメントとの混練用材料（細骨材または混和材）として用いられる。本発明の処理方法は、溶融スラグ及び溶融飛灰に対しても適用することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
飛灰に対して、水洗による塩素分の除去処理、及び、浮遊選鉱による重金属の除去処理を行なった後、固液分離して、固形分を得る飛灰処理工程を含むことを特徴とする飛灰の処理方法。
【請求項２】
飛灰に対して、水洗による塩素分の除去処理、及び、浮遊選鉱による重金属の除去処理を行なった後、固液分離して、固形分を得る飛灰処理工程と、
該固形分を、前記飛灰の発生源である加熱炉に返送する固形分返送工程と
を含むことを特徴とする飛灰の処理方法。
【請求項３】
前記飛灰として焼却飛灰を用いる請求項１又は２に記載の飛灰の処理方法と、
焼却主灰に対して、水洗による塩素分の除去処理、及び、塩素分以外の所定の物質の除去処理を行ない、セメントとの混練用材料を得る主灰の処理方法と
を含むことを特徴とする焼却灰の処理方法。
【請求項４】
前記主灰の処理方法における前記塩素分以外の所定の物質の除去処理が、熱処理、異物の除去、磁気選鉱、及び浮遊選鉱の中から選ばれる１つ以上の処理を含む請求項３に記載の焼却灰の処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、飛灰の処理方法、特に、焼却炉で発生する焼却飛灰や、溶融炉で発生する溶融飛灰から、塩素分、重金属等を除去し、最終的に得られる残渣をコンクリート等の材料として利用するための処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
家庭ごみ等の廃棄物を焼却炉で燃焼させた際に得られる焼却主灰（炉底の残渣）及び焼却飛灰（排ガス中の煤塵）は、可溶性の塩素分や、鉛、亜鉛等の重金属を含むため、埋め立て等の処分をする前に、これらの塩素分や重金属等を除去しなければならない。
特に、焼却飛灰は、焼却主灰よりも高い含有率で塩素分や鉛、亜鉛等の重金属を含むことに加えて、ダイオキシン類を含むことがあるため、塩素分除去手段、重金属除去手段、及びダイオキシン類の除去手段を用いて処理する必要がある。
このような背景の下、従来より、焼却灰の処理方法として、種々の方法が提案されている。
【０００３】
例えば、焼却飛灰等を非酸化性雰囲気下で、塩素、炭素材料（例えば、活性炭）、および水分の存在下で加熱することにより、焼却飛灰等に含まれる金属分（例えば、鉛）を還元して炭素材料表面に析出させることを特徴とする焼却飛灰等の処理方法が、提案されている（特許文献１）。
この処理方法の実施形態例は、塩化ナトリウム等の塩を回収する工程（塩分回収工程）、及び排ガスを洗浄塔に導いて水洗し、急冷してダイオキシン類の再合成を抑制する工程（排ガス処理工程）を含むものである。
この処理方法は、溶融固化による埋立処理と比較して、エネルギーの消費量が少なく、かつ、焼却飛灰の硫酸浸出等による処理方法と比較して、鉛等の回収率が高く、ダイオキシン類の除去も可能であるという利点を有する。
【０００４】
また、焼却飛灰に含まれている銅及び鉛を浮遊選鉱によって回収する工程等を含む、焼却飛灰からの重金属類の回収方法が提案されている（特許文献２）。
この方法は、多種の薬品を使用することなく、比較的簡単な手法で効率良く、重金属類を分離回収することができるという利点を有する。
【特許文献１】特開２００３−３９０４６号公報
【特許文献２】特開平８−３６５５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
現在、焼却灰（焼却主灰及び焼却飛灰）の大半は、無害化処理後に埋立て処分されている。しかし、埋立処分場の確保が困難になりつつあること、及び、焼却灰の成分がセメント原料に近似していること等の理由から、焼却灰をセメントクリンカの原料として用いることが行なわれている。
ここで、焼却灰をセメントクリンカの原料として用いるためには、焼却灰を輸送可能な範囲内にセメント工場がなければならない。
【０００６】
この点、焼却灰を、セメント製造工場におけるセメントクリンカの原料ではなく、生コンクリート工場におけるセメントとの混練用材料（例えば、骨材や混和材）として用いることができれば、近くにセメント工場がない地域でも、焼却灰の再資源化を図ることができ、好都合である。
ここで、焼却灰をセメントとの混練用材料として用いるには、焼却灰に含まれている塩素分、重金属、ダイオキシン類等を除去しておくことが必要である。
溶融炉内生成物（溶融スラグ及び溶融飛灰）についても、上述の焼却灰（焼却主灰及び焼却飛灰）と同様の事情がある。
なお、本明細書において、焼却主灰（焼却炉内の残渣）及び溶融スラグ（溶融炉内の残渣）は、加熱炉内残渣と称する。焼却飛灰（焼却炉からの排ガス中の煤塵）及び溶融飛灰（溶融炉からの排ガス中の煤塵）は、飛灰と称する。加熱炉内残渣及び飛灰は、加熱炉内生成物と称する。
そこで、本発明は、焼却灰等の加熱炉内生成物から塩素分、重金属、ダイオキシン類を効率的に除去することができ、かつ、これら塩素分等を除去した後の残渣を、生コンクリート工場におけるセメントとの混練用材料として用いることのできる処理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】
【０００７】
本発明者は、上記課題を解決するために鋭意検討した結果、飛灰に対して、水洗による塩素分の除去処理、及び、浮遊選鉱による重金属の除去処理を行なった後、固液分離して、固形分を得ることによって、塩素分及び重金属を効率的に除去することができること、及び、前記固形分を焼却炉等の加熱炉に返送することによって、前記固形分に含まれているダイオキシン類を加熱分解することができること、さらには、焼却炉等の加熱炉の炉底から排出される残渣（焼却主灰や溶融スラグ）に対して、必要に応じて所定の処理を行なうことによって、セメントとの混練用材料が得られること等に想到し、本発明を完成した。
【０００８】
すなわち、本発明は、以下の［１］〜［４］の処理方法を提供するものである。
［１］  飛灰に対して、水洗による塩素分の除去処理、及び、浮遊選鉱による重金属の除去処理を行なった後、固液分離して、固形分を得る飛灰処理工程を含むことを特徴とする飛灰の処理方法。
［２］  飛灰に対して、水洗による塩素分の除去処理、及び、浮遊選鉱による重金属の除去処理を行なった後、固液分離して、固形分を得る飛灰処理工程と、該固形分を、前記飛灰の発生源である加熱炉に返送する固形分返送工程とを含むことを特徴とする飛灰の処理方法。
［３］  前記飛灰として焼却飛灰を用いる前記［１］又は［２］の飛灰の処理方法と、焼却主灰に対して、水洗による塩素分の除去処理、及び、塩素分以外の所定の物質の除去処理を行ない、セメントとの混練用材料を得る主灰の処理方法とを含むことを特徴とする焼却灰の処理方法。
［４］  前記主灰の処理方法における前記塩素分以外の所定の物質の除去処理が、熱処理、異物の除去、磁気選鉱、及び浮遊選鉱の中から選ばれる１つ以上の処理を含む前記［３］の焼却灰の処理方法。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の飛灰の処理方法によれば、飛灰に含まれている塩素分及び重金属を効率的に除去することができる。このうち、水洗による塩素分の除去処理で発生する濾液は、適正な排水処理を施した後、排水される。重金属は、非鉄精錬原料として利用することができる。
また、飛灰から塩素分等を除去して得られる固形分に含まれているダイオキシン類は、当該固形分が焼却炉に返送されることから、焼却炉内で加熱分解され、消滅する。
一方、焼却主灰に対して特定の処理を行なうことによって、焼却主灰に含まれている塩素分、重金属等を効率的に除去することができる。このうち、塩素分及び重金属は、焼却飛灰から回収される塩素分及び重金属と同様に、各種の塩類及び非鉄精錬原料として利用することができる。
また、焼却主灰から塩素分等を除去して得られる残渣は、生コンクリート工場におけるセメントとの混練用材料として用いることができる。
溶融スラグは、生コンクリート工場におけるセメントとの混練用材料として用いることができる。
このように、本発明の処理方法によれば、焼却灰（例えば、焼却飛灰）や、溶融炉内生成物（例えば、溶融飛灰）から、塩素分、重金属及びダイオキシン類を効率的に除去することができ、しかも、最終的に得られる残渣（具体的には、焼却主灰や溶融スラグに由来するもの）をセメントとの混練用材料として用いることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明の飛灰の処理方法は、飛灰を処理するための飛灰処理工程と、飛灰処理工程で得られた固形分を、前記飛灰の発生源である加熱炉（例えば、焼却炉、溶融炉等）に返送するための固形分返送工程を含む。
一方、飛灰と共に発生する加熱炉内の残渣（例えば、焼却主灰、溶融スラグ等）は、必要に応じて適宜処理した後、セメントとの混練用材料として用いられる。
以下、処理対象物が焼却灰（焼却主灰及び焼却飛灰）である場合と、処理対象物が溶融炉内生成物（溶融スラグ及び溶融飛灰）である場合の各々について、本発明の処理方法を工程毎に詳しく説明する。
【００１１】
［Ａ．焼却灰を処理する場合］
図１は、本発明の処理方法の一例を示すフロー図である。
［前工程］
本工程は、焼却炉内で廃棄物を燃焼して、焼却主灰及び焼却飛灰を得る工程である。
ここで、廃棄物としては、可燃性廃棄物を含むものであればよく、具体的には、家庭ごみ等の一般廃棄物や、可燃性の産業廃棄物等が挙げられる。
廃棄物は、通常、塩化ビニル樹脂等の塩素含有合成樹脂や、食品残渣等の塩素含有物質を含む。廃棄物に含まれている塩素は、焼却炉内で鉛、亜鉛、カルシウム、カリウム等と共に塩化揮発し、排ガス中の焼却飛灰の成分となる。
本発明の処理対象物である焼却灰は、焼却炉の炉底から排出される焼却残渣である焼却主灰と、焼却炉からの排ガス中の煤塵である焼却飛灰を含むものである。
このうち、焼却飛灰の成分組成の一例は、酸化物換算の質量割合で、カルシウム３６％、カリウム６％、ナトリウム５％、塩素１８％、銅０．１％、鉛０．３％、亜鉛１．４％である。
【００１２】
焼却主灰は、更なる熱処理を要する成分（生ごみ等）や、陶器片等の比較的寸法の大きな異物や、鉄、クロム等の磁性材料を含む金属成分や、鉛、亜鉛等の浮遊選鉱の対象となり得る重金属や、塩化物（塩化カルシウム、塩化ナトリウム、塩化カリウム等）等を含む。
焼却炉の排ガス中には、塩化水素、SOX、NOX等の酸性ガスが含まれている。本発明においては、これらの酸性ガスを中和するために、煙道にアルカリ剤を投入することが好ましい。アルカリ剤の好ましい例としては、消石灰（Ca(OH)2）、生石灰（CaO）、炭酸カルシウム、炭酸水素ナトリウム等が挙げられる。中和に用いられずに残ったアルカリ剤の一部は、後述の主灰処理工程で最終的に得られる残渣の中に残り、セメントとの混練用材料として用いられることがある。
焼却炉内の温度は、重金属の塩化揮発が生じる温度であればよく、例えば、８００℃以上、好ましくは８００〜１，４００℃、より好ましくは９００〜１，３００℃である。なお、この温度下においては、後述のようにダイオキシン類も分解されて消滅する。
焼却炉からの排ガス中に含まれている焼却飛灰は、バグフィルター等の集塵装置によって捕集された後、次に説明する飛灰処理工程で処理される。
【００１３】
［飛灰処理工程］
本工程は、焼却飛灰に対して、水洗による塩素分の除去処理、及び、浮遊選鉱による重金属の除去処理を行なった後、固液分離して、固形分を得る工程である。
ここで、水洗による塩素分の除去処理は、焼却飛灰と水を水槽内で混合してスラリーとし、焼却飛灰中の水溶性成分（Ｋ、Na、Cl等）を液中に溶出させるものである。
焼却飛灰と水とからなるスラリー1リットル中の焼却飛灰の質量（固液比）は、焼却飛灰からの水溶性成分の溶出の促進、及び、水の効率的な使用等の観点から、好ましくは１００〜５００ｇ／リットル、より好ましくは２００〜４００ｇ／リットルである。該固液比が１００ｇ／リットル未満では、水量が多く、不経済であることに加えて、スラリーを固液分離するのに要する時間が増大するなど処理効率が低下し、該固液比が５００ｇ／リットルを超えると、塩素分等を十分に溶出させることができないことがある。
スラリーは、通常、焼却飛灰からの水溶性成分の溶出を促進させるために、所定時間（例えば、１０〜６０分間程度）攪拌される。
【００１４】
本工程において、スラリーのｐＨは、好ましくは６〜１１、より好ましくは７〜１０．５、特に好ましくは８〜１０の範囲内に調整される。該ｐＨをこの数値範囲内に調整すれば、鉛、亜鉛、銅等の重金属を液中に溶出させることなく、カリウム、ナトリウム、塩素（塩化物イオン）等の特定の成分のみを溶出させることができる。
なお、スラリーのｐＨを上記数値範囲内に調整するためのｐＨ調整用薬剤としては、塩酸等の無機酸や、水酸化ナトリウム等のアルカリ化剤が用いられる。
攪拌後のスラリーは、ベルトフィルター等の固液分離手段を用いて、塩素分等が除去された固形分と、液分とに分離される。このうち、液分は、排水基準以下にするための適切な排水処理工程を経た後、系外に排出される。
【００１５】
本工程において、スラリーに含まれている鉛、亜鉛等の重金属は、浮遊選鉱によって分離回収される。具体的には、（ａ）焼却飛灰と水とからなるスラリーを固液分離して固形分（塩素分等を除去したもの）を得た後、この固形分と水を混合してスラリーとし、得られたスラリーを対象にして、浮遊選鉱によって重金属を分離回収する方法、（ｂ）焼却飛灰と水とからなるスラリー（塩素分等を含むもの）を対象にして、浮遊選鉱によって重金属を分離回収する方法、等の方法を採用することができる。
前記（ａ）の方法は、塩素分の除去処理と重金属の除去処理を分けて行なう方法であり、前記（ｂ）の方法は、塩素分の除去処理後に固液分離しないで、引き続き重金属の除去処理を連続して行なう方法である。
【００１６】
浮遊選鉱は、粒子の表面の性質（疎水性、親水性）を人為的に調節して、特定の粒子を分離回収する方法であり、具体的には、分離対象となる特定の粒子を含むスラリーの中に、起泡剤、捕収剤等の所定の薬剤を加えて、送気して泡立たせ、気泡の表面に特定の粒子（疎水性の粒子）を付着させて、この気泡を浮上させ分離回収する方法である。
鉛を浮遊選鉱で回収する方法としては、例えば、（ａ）飛灰及び水をボールミル等の粉砕機に入れて、磨鉱粉砕した後、粉砕した飛灰と、捕収剤（例えば、ジエチルジチオカルバミン酸ナトリウム）と、起泡剤（例えば、「日香＃１２５」（商品名）（日本香料（株）製））を浮遊選鉱機に投入して浮遊選鉱を行ない、鉛精鉱を得る方法、（ｂ）浮遊選鉱の前に、水硫化ナトリウムを用いて飛灰に含まれている鉛を硫化しておくこと、及び、捕収剤としてアミルザンセートを用いること以外は、前記（ａ）と同様にして、鉛精鉱を得る方法、等が挙げられる。
【００１７】
亜鉛を浮遊選鉱で回収する方法としては、飛灰及び水をボールミル等の粉砕機に入れて、磨鉱粉砕した後、粉砕した飛灰と、捕収剤（例えば、ザンセート類、エローフロート類等）と、起泡剤（例えば、パイン油、ＭＩＢＣ（メチルイソブチルカルビノール）、ポリグリコール等）と、活性剤（例えば、硫酸銅）を浮遊選鉱機に投入して浮遊選鉱を行ない、亜鉛精鉱を得る方法等が挙げられる。
銅を浮遊選鉱で回収する方法としては、活性剤を用いない以外は前記の亜鉛の場合と同様の方法が挙げられる。
上述のいずれの方法においても、浮遊選鉱における水の量は、例えば、容積比で飛灰の３〜６倍である。捕収剤の量は、使用する捕収剤の種類によっても異なるが、通常、飛灰１ｋｇ当たり、０．５〜１０ｇである。起泡剤の量は、使用する起泡剤の種類によっても異なるが、通常、飛灰１ｋｇ当たり、５〜１００ｍｇである。
浮遊選鉱による鉛等の重金属の回収率は、通常、５０〜７０％程度である。
浮遊選鉱で回収した鉛、亜鉛、銅等の金属は、非鉄精錬原料として利用することができる。
上述の処理（塩素分及び重金属の除去）を行なった後、ベルトフィルター等の固液分離手段を用いて、スラリーを固液分離すると、固形分が得られる。この固形分の中には、微量のダイオキシン等が含まれている。
【００１８】
［固形分返送工程］
本工程は、飛灰処理工程で得られた固形分を焼却炉に返送する工程である。
飛灰処理工程で得られた固形分の中には、浮遊選鉱で除去されずに残った重金属（鉛、亜鉛等）、及び、塩素を含む廃棄物に由来する微量のダイオキシン類が含まれている。本工程は、この固形分を焼却炉に返送して、焼却炉内で加熱し、重金属を再度、塩化揮発させると共に、ダイオキシン類を加熱分解させるものである。
なお、ダイオキシン類を確実に加熱分解させるために、固形分は、焼却炉のバーナーの近傍の高温領域に投入するのが好ましい。
【００１９】
［主灰処理工程］
本工程は、焼却工程で得られた焼却主灰に対して、水洗による塩素分の除去処理、及び、塩素分以外の所定の物質の除去処理を行ない、最終的に処理後の残渣として、セメントとの混練用材料を得る工程である。
ここで、水洗による塩素分の除去処理の方法は、上述の焼却飛灰を対象とした塩素分の除去処理の方法と同様である。なお、焼却主灰中の可溶性塩素分の含有率は、通常、０．５〜３質量％程度である。
塩素分以外の所定の物質の除去処理は、例えば、熱処理、異物の除去、磁気選鉱、及び浮遊選鉱の中から選ばれる１つ以上の処理を含むものである。
【００２０】
このうち、熱処理は、焼却主灰中に残存している生ごみ等の未燃物を再度、加熱して、燃焼させるものである。
異物の除去は、陶器片のような比較的寸法の大きな不燃物を分別して除去するものである。異物の除去手段の例としては、振動ふるい、トロンメル等が挙げられる。
磁気選鉱は、鉄、クロム等の磁性材料からなる金属片等を磁力によって集め、除去するものである。磁気選鉱の手段の例としては、焼却施設で用いられている磁力選別機であるベルトタイプマグネティックセパレーター等が挙げられる。
浮遊選鉱は、上述の飛灰処理工程における浮遊選鉱と同様の方法によって行なわれる。
塩素分の除去、熱処理、異物の除去、磁気選鉱、及び浮遊選鉱の各処理の順序は、特に限定されないが、処理の効率等の観点から、好ましい処理順序の一例として、塩素分の除去、熱処理、異物の除去、磁気選鉱、浮遊選鉱の順が挙げられる。
本工程で最終的に得られる残渣は、塩素分及び鉛、亜鉛等の重金属の含有率が小さいため、セメントとの混練用材料（細骨材、混和材等）として用いることができる。
【００２１】
［Ｂ．溶融スラグ及び溶融飛灰を処理する場合］
溶融飛灰は、上述の焼却飛灰と同様にして処理される。
一方、溶融スラグは、処理を行なわずに、そのままセメントとの混練用材料として用いられる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の処理方法の一例を示すフロー図である。
【図１】
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