(57)【要約】【課題】比重分離された溶融スラグ層と金属層が再度混じることなく、溶融スラグのみを溶融して溶融スラグ中に残存する金属類を確実に比重分離することができる溶融された焼却灰の比重分離方法を提供する。【解決手段】スラグ層２１の周囲に位置する回収容器７の外側に誘導加熱コイル２３を設置し、誘導加熱コイル２３に高周波電圧を印加して溶融スラグ２１のみを鉄２０の融点以上に誘導加熱して溶融スラグ２１中に残存する金属（鉄、銅など）を溶融し、溶融金属（鉄、銅など）を溶融スラグ２１から融点以下に加熱されている鉄２１と銅１９の各層に比重により積層分離する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
廃棄物を焼却処理した後に残った焼却灰を加熱して溶融処理し、溶融された焼却灰を、比重によりスラグ層と金属層とに積層分離して回収する比重分離方法であって、
前記スラグ層の周囲に該スラグ層と非接触で配置した誘導加熱体により、前記スラグ層のみを前記金属層の融点以上に誘導加熱して前記スラグ層中に残存する少なくとも前記金属層と同じ金属を溶融し、該溶融金属を前記スラグ層から融点以下に加熱されている前記金属層に比重により積層分離する、
ことを特徴とする溶融された焼却灰の比重分離方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、廃棄物を焼却処理した後に残った焼却灰を加熱して溶融処理した後における、溶融された焼却灰の比重分離方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般家庭ごみや産業廃棄物等の大部分は焼却処理され、その後に残る灰（以下、焼却灰という）の殆どは埋め立て処理されているが、近年、埋立地の確保が難しくなってきている。このため、近年、この焼却灰を溶融して再利用可能な資源として回収する処理の必要性が高まっている。
【０００３】
このため、最近では、このような焼却灰を誘導加熱方式により溶融して、溶融したスラグ及び金属を単一の容器内で比重分離させることにより、再利用可能な資源として回収する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
また、非金属リッチな廃棄物を安価な非導電性セラミックキャニスタを用いて溶融できるように、このキャニスタの内側に誘導加熱体を設けて未溶融非金属を溶融する炉が提案されている（例えば、特許文献２参照。）。
【特許文献１】特開２００１−２５９５６７号公報
【特許文献２】特開２００２−１３９２８０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、上記特許文献１では、比重分離された溶融スラグ中には金属類（鉄や銅など）がまだ多く残存している。また、この溶融スラグ中の銅、鉄などの金属を比重分離によって回収するために、上記特許文献２の発明を利用して、分離された溶融スラグ層と金属層の中に誘導加熱体を位置させ、この誘導加熱体による誘導加熱によって溶融スラグを金属の溶融温度以上に加熱して、溶融スラグ中に残存している銅、鉄などの金属を比重分離することが考えられる。
【０００６】
しかしながら、上記特許文献２の発明では、誘導加熱体が未溶融非金属層と非金属溶融層の一部まで位置している、即ち、誘導加熱体が比重分離された溶融スラグ層と金属層の一部まで位置することにより、溶融スラグ層と金属層の一部がこの金属層の金属の溶融温度以上に加熱されることによって、溶融スラグ層と金属層近傍では対流が発生し、比重分離されていた溶融スラグ層と金属層が再度混じってしまう。
【０００７】
更に、上記特許文献２の発明では、誘導加熱体が未溶融非金属層と非金属溶融層の一部まで位置しているので誘導加熱体に溶融物が付着し、繰り返し使用すると加熱効率が低下する。
【０００８】
そこで本発明は、比重分離された溶融スラグ層と金属層が再度混じることなく、溶融スラグのみを溶融して溶融スラグ中に残存する金属類を確実に比重分離することができる溶融された焼却灰の比重分離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】
【０００９】
上記目的を達成するために本発明は、廃棄物を焼却処理した後に残った焼却灰を加熱して溶融処理し、溶融された焼却灰を、比重によりスラグ層と金属層とに積層分離して回収する比重分離方法であって、前記スラグ層の周囲に該スラグ層と非接触で配置した誘導加熱体により、前記スラグ層のみを前記金属層の融点以上に誘導加熱して前記スラグ層中に残存する少なくとも前記金属層と同じ金属を溶融し、該溶融金属を前記スラグ層から融点以下に加熱されている前記金属層に比重により積層分離することを特徴としている。
【００１０】
（作用）
本発明によれば、スラグ層を誘導加熱体により金属層の融点以上に誘導加熱することにより、スラグ層中に残存する金属層と同じ金属を溶融させて、溶融金属をスラグ層から融点以下に加熱されている金属層に比重により積層分離することができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、スラグ層の周囲に該スラグ層と非接触で配置した誘導加熱体により、スラグ層のみを金属層の融点以上に誘導加熱してスラグ層中に残存する少なくとも金属層と同じ金属を溶融し、溶融金属をスラグ層から融点以下に加熱されている金属層に比重により積層分離することによって、溶融された焼却灰から残存金属が殆どないスラグ層と純度の高い金属層とを分離回収することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明を図示の実施形態に基づいて説明する。図１は、本発明の実施形態に係る比重分離方法を適用した焼却灰を加熱溶融処理する溶融装置に備えた比重分離装置を示す概略断面図である。
【００１３】
本実施形態における溶融装置は、内部に誘導加熱用コイル（以下、コイルという）１を配置した横長で円筒状の溶融炉２と、焼却灰３が貯留されるホッパ４と、ホッパ４内に貯留された焼却灰３を圧縮しブロック状に固めて溶融炉２内に投入する焼却灰固形化装置５とを備えている。また、溶融炉２の排出口２ａ側の後方（図の右側）には、本実施形態における比重分離装置２４が設置されている。
【００１４】
比重分離装置２４は、溶融炉２内でコイル１による誘導加熱で焼却灰３を加熱溶融して得られる溶融物６を回収する回収容器７と、回収容器７の外周外側に溶融物６を比重分離して得られた溶融スラグ２１を誘導加熱するための誘導加熱体としての誘導加熱コイル２３を備えている（比重分離装置２４の詳細については後述する）。
【００１５】
溶融炉２の先端側（図の左側）の上部には、焼却灰固形化装置５に一端側が接続された導入管８の他端側（先端側）が溶融炉２内に位置するようにして接続されている。溶融炉２は、導入管８が接続された先端側がその後端側（図の右側）に対して上方に位置するように傾けて設置されている。溶融炉２の下部には、その長手方向に沿って溶融炉２を設置面９に対して傾斜させて保持させるため保持部材１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄが設置面９との間に設けられている。溶融炉２の後端側の保持部材１０ｄは溶融炉２を上下方向に回動自在に支持し、溶融炉２の先端側の保持部材１０ａ、１０ｂ、１０ｃは上下方向に伸縮自在であり、保持部材１０ａ、１０ｂ、１０ｃの伸縮によって溶融炉２の傾斜角を所定角度（例えば３°〜５°程度）の範囲で調整することができる。
【００１６】
溶融炉２内の中央部には、その長手方向に沿って横長で円筒状の溶融管１１が設けられており、溶融管１１も溶融炉２と同様の傾斜角度で傾斜している。溶融管１１の先端側（図の右側）の上部には、導入管８の先端が連結されており、焼却灰固形化装置５でブロック状に固化されたブロック状焼却灰３ａが導入管８を通して溶融管１１内に投入される。また、溶融管１１の導入管８が連結されている先端部には、導入管８を通して投入されたブロック状焼却灰３ａを溶融管１１の後側（図の右側）に向けて送り込む焼却灰送り機構２２が設けられている。
【００１７】
溶融管１１の後端は、溶融炉２の後端内壁に接続されており、この位置における溶融炉２の後端面には排出口２ａが形成されている。溶融炉２の後端面の外側には、排出口２ａから排出される溶融スラブ６を回収容器７内に送るための送り板１２が設けられている。
【００１８】
コイル１は、溶融管１１の外周上にその長手方向に沿って、ブロック状焼却灰３ａの移動方向（図の左側から右側）に対して上流側から下流側に向けて巻き状態が疎から密になるように、溶融管１１の略中央近傍から後方（排出口２ａ側）に向けて排出口２ａ近傍まで連続して螺旋状に巻かれており、コイル１を水冷冷却するコイル冷却容器１３内に設置されている。即ち、コイル１の長手中心軸は、溶融管１１の長手中心軸に対してコイル１の上流側（排出口２ａと反対側）が下方に傾斜しており、コイル１内で発生する磁束Ｂの中心軸が溶融管１１の長手中心軸に対して下方に傾斜して向くことになる。なお、コイル１の一巻きの傾斜は、下流（後端）側に向かい傾斜している。
【００１９】
これにより、コイル１の長手中心軸に対して下半分側で発生している磁束Ｂはもちろん、コイル１の長手中心軸に対して上半分側で発生している磁束Ｂも効果的に溶融管１１内の下側を移動するブロック状焼却灰３ａに対して貫通させることができ、ブロック状焼却灰３ａを効率よく加熱溶融することができる。
【００２０】
また、コイル１は、溶融管１１の長手中心軸に対して下流側（排出口２ａ側）での巻き状態が密となっており、かつコイル１の排出口２ａに近接する最下流側が溶融管１１の下面に位置しているので、コイル冷却容器１３内において最後までブロック状焼却灰３ａを効率よく加熱溶融することができる。
【００２１】
溶融管１１の略中央付近（ブロック状焼却灰３ａの移動方向（図の左側から右側）に対してコイル１の上流側）の上部には、ブロック状焼却灰３ａ中に残存している可燃性ガスや飛灰を回収して燃焼させる２次燃焼器１４が接続されている。２次燃焼器１４には、配管１５を介して２次燃焼器１４の燃焼によって排出される排ガス中の灰を回収するバグフィルター１６が接続されている。なお、バグフィルター１６の先には、ブロック状焼却灰３ａ中に残存している可燃性ガスや飛灰を２次燃焼器１４に吸引させるブロア（不図示）等が接続されている。
【００２２】
ホッパ４内に貯留される焼却灰３は、本実施形態では廃車からエンジン、車体等のリサイクル可能な部材を選別して取り除いた残りのインパネ、シート、タイヤ、ガラス等の廃車ガラをシュレッダーによって細かく粉砕して得られたシュレッダーダストに含まれる樹脂成分を減容処理した後に残った残渣を、燃焼炉（不図示）で焼却処理した後に残る焼却灰である。この焼却灰３中には、金属類（Ｆｅ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｚｎ、Ｐ、Ｓ、Ｃｄ、Ａｓ、Ｐｂ等）が含まれており、質量％ではＦｅ（鉄）、Ｃｕ（銅）が多く含まれている。
【００２３】
また、ホッパ４には、貯留される焼却灰３に炭素源とシリコン源の両方又はシリコン源のみを添加するための供給口１７が設けられている。
【００２４】
次に、本実施形態に係る溶融装置による焼却灰の溶融処理について説明する。
【００２５】
上記したシュレッダーダストに含まれる樹脂成分を減容処理した後に残った残渣を燃焼炉（不図示）で焼却処理した後に残る焼却灰３をホッパ４に投入して貯留する。この際、供給口１７から焼却灰３にカルシウム源（消石灰（ＣａＯ）、石灰石（ＣａＣＯ3）等）とシリコン源（ＳｉＯ2等）の両方又はシリコン源のみをそれぞれ所定の割合で添加して攪拌し、コイル１の誘導加熱による焼却灰３の加熱溶融後に得られるスラブの塩基度が１．１〜１．６となるように調整する。本実施形態では、カルシウム源として貝殻を粉状に粉砕した物を用い、シリコン源として砂を用いた。なお、カルシウム源が焼却灰３中に既に含有されている場合には、焼却灰３にシリコン源のみを添加すればよい。
【００２６】
本願発明者の実験によれば、焼却灰３中の鉄（Ｆｅ）と銅（Ｃｕ）の含有量に対して、カルシウム源が４〜５％程度、シリコン源が１．５％程度未満となるように成分調製することによって、溶融される焼却灰３中のＦｅとＣｕとを効率よく分離することができた。
【００２７】
即ち、本願発明者の実験によれば、カルシウム源が焼却灰３中の鉄（Ｆｅ）と銅（Ｃｕ）の含有量に対して約４％未満であると、カルシウム源がほとんど焼却灰３中の鉄に関与してしまい、焼却灰３中の銅に関与すべきカルシウム源がなくなってしまった。また、カルシウム源が焼却灰３中の鉄（Ｆｅ）と銅（Ｃｕ）の含有量に対して約５％を超えると、カルシウム源の一部が溶融せずに、溶融する焼却灰の中を浮遊し、更に、カルシウム源が気化して二酸化炭素が発生し易くなる。また、本願発明者の実験によれば、シリコン源が焼却灰３中の鉄（Ｆｅ）と銅（Ｃｕ）の含有量に対して約１．５％を超えると、カルシウム源とシリコン源が関与し、セラミクス（ＳｉＣ）が発生してしまう。
【００２８】
そして、焼却灰３中の鉄（Ｆｅ）と銅（Ｃｕ）の含有量に対して、カルシウム源が４〜５％程度、シリコン源が１．５％程度未満となるように、カルシウム源（本実施形態では貝殻を粉状に粉砕した物）とシリコン源（本実施形態では砂）を添加した焼却灰３を、焼却灰固形化装置５に供給して圧縮し、ブロック状に固化する。この際、焼却灰固形化装置５は焼却灰３を硬く固める必要はなく、作業者が手で解せる程度のブロック状焼却灰３ａに固めればよい。
【００２９】
焼却灰固形化装置５で固化されたブロック状焼却灰３ａは、導入管８を通して溶融炉２内の溶融管１１の前側（図の左側）に順次投入される。溶融管１１内の下面に投入されたブロック状焼却灰３ａは、焼却灰送り機構２２によって溶融管１１の後側（図の右側）に押し込まれ、後方に向けて下方に傾斜している溶融管１１内を滑るようにして溶融管１１の後側にゆっくり移動していく。なお、ブロック状焼却灰３ａの滑りが悪いときには、保持部材１０ａ、１０ｂ、１０ｃを伸ばして溶融管１１の傾斜角を少し大きくする。この際、溶融炉２内の溶融管１１と２次燃焼器１４間に接続されている排ガス管１８が、溶融管１１の傾斜に伴う高さ変位に応じて伸縮する。
【００３０】
この際、高周波電源（不図示）から接続されているコイル１に高周波電流を印加し、コイル１内でその中心軸方向に沿って磁束（磁界）Ｂを発生させ、この磁束Ｂが溶融管１１内の下面上を後側（排出口２ａ側）に移動するブロック状焼却灰３ａ中の金属（主に鉄）を貫通することによって渦電流が誘導され、この渦電流による抵抗加熱（ジュール熱）により前記金属が加熱（高周波誘導加熱）されて、ブロック状焼却灰３ａ全体が加熱される。
【００３１】
即ち、磁束Ｂはコイル１の先端側（導入管８側）の前方（溶融管１１の中央付近より少し前方側）まで発生しており、導入管８から投入されて後方側に移動するブロック状焼却灰３ａは、コイル１内に入る前の溶融管１１の中央付近から連続的に加熱される（予備加熱）。この予備加熱時には、ブロック状焼却灰３ａはまだ完全に溶融していない。
【００３２】
この加熱（予備加熱）によってブロック状焼却灰３ａは少しずつ溶融されながら移動していき、これに伴ってブロック状焼却灰３ａ内に残存していた可燃性ガスが発生する。
【００３３】
発生した可燃性ガス及び飛灰は、ブロア（不図示）の駆動によって排ガス管１８を介して２次燃焼器１４内に吸引され、２次燃焼器１４内で加熱したパンチングメタル（不図示）によって燃焼される。このときのパンチングメタルの温度は１２００℃程度であり、発生した可燃性ガス及び飛灰をほぼ完全に燃焼させる。
【００３４】
２次燃焼器１４で可燃性ガス及び飛灰を燃焼させた後に発生する排ガスは、配管１５で水冷されながらバグフィルター１６に導入される。バグフィルター１６は、導入される排ガス中から飛煤を回収する。飛煤が回収された排ガスは、蒸気洗浄塔（不図示）等に送り込まれて洗浄され、排ガス中に僅かに残留している粉塵を吸着除去した後に、ブロア（不図示）の駆動によって煙突から大気中に排出される。
【００３５】
そして、上記予備加熱状態にあるブロック状焼却灰３ａが溶融管１１の傾斜によって更に後方側に移動していくと、高周波電流が印加されたコイル１によってコイル１内ではその長手中心軸方向に沿って磁束（磁界）Ｂが発生しており、この磁束Ｂがコイル１内に位置する溶融管１１内の下面上を移動するブロック状焼却灰３ａ中の金属（主に鉄）を貫通することによって渦電流が誘導され、この渦電流による抵抗加熱（ジュール熱）により前記金属が加熱（高周波誘導加熱）されて、ブロック状焼却灰３ａ全体が加熱溶融される。
【００３６】
ところで、本実施形態では、上記したようにコイル１は螺旋状に巻かれているので、コイル１の長手中心軸は、溶融管１１の長手中心軸に対してコイル１の上流側（排出口２ａと反対側）が下方に傾斜しており、コイル１内で発生する磁束Ｂの中心軸が溶融管１１の長手中心軸に対して下方に傾斜している。
【００３７】
よって、コイル１の長手中心軸に対して下半分側で発生している磁束Ｂはもちろん、コイル１の長手中心軸に対して上半分側で発生している磁束Ｂも効果的に溶融管１１内の下面上を移動するブロック状焼却灰３ａ中の金属（主に鉄）に対して貫通させることができ、ブロック状焼却灰３ａに対する加熱効率を高めることができる。
【００３８】
また、上記したようにコイル１は、溶融管１１の長手中心軸に対して下流側（排出口２ａ側）での巻き状態が密となっており、かつコイル１の排出口２ａに近接する最下流側が溶融管１１の下面に位置している（コイル１の一巻きの傾斜は、下流側に向かい傾斜している）ので、コイル１の下流側近傍における溶融管１１内の下面上を移動する溶融状態の焼却灰（溶融物）は、含有している鉄が溶融する温度より若干高い１７５０℃程度まで加熱される。
【００３９】
そして、加熱溶融された焼却灰は溶融物６となって排出口２ａから排出され、送り板１２を通して比重分離装置２４の回収容器７内に回収される。回収容器７内に回収された溶融物６は比重分離され、下から銅１９、鉄２０、溶融スラグ２１の順に積層状態に堆積する。
【００４０】
次に、本発明の実施形態における比重分離装置２４について説明する。
【００４１】
この比重分離装置２４は、回収容器７内で比重分離により最上部に積層された溶融スラグ２１の位置に対応するようにして、溶融物６を回収する回収容器７の外周外側に、この溶融スラグ２１を誘導加熱するための誘導加熱コイル２３を備えている。誘導加熱コイル２３は、図２に示すように、その下面は溶融スラグ２１の下に隣接する鉄２０の層との境部分よりも上側に位置し、かつその上面は溶融スラグ２１の略最上部に位置している。なお、コイル２３の上面は、溶融スラグ２１の最上部よりも上方に位置していてもよい。また、誘導加熱コイル２３の内周側は、回収容器７の外周面と非接触状態で設置されている。
【００４２】
本実施形態では、図２に示すように、回収容器７の内周面とその外側に位置する誘導加熱コイル２３の内周面との水平距離をＡ、溶融スラグ２１と鉄２０の層との境部分と誘導加熱コイル２３の下面間の垂直距離をＢとしたときに、Ｂ／Ａが０．２〜１の範囲となるように誘導加熱コイル２３を設置した。
【００４３】
次に、本発明の実施形態に係る比重分離装置２４による比重分離方法について説明する。
【００４４】
誘導加熱コイル２３に接続されている高周波電源（不図示）から高周波電流を印加し、誘導加熱コイル２３内でその中心軸方向に沿って磁束（磁界）を発生させ、この磁束が回収容器７内の溶融スラグ２１中の金属（主に鉄）を貫通することによって渦電流が誘導され、この渦電流による抵抗加熱（ジュール熱）により前記金属が加熱（高周波誘導加熱）されて、溶融スラグ２１全体が含有している鉄が溶融する温度より若干高い１７５０℃程度まで加熱される。
【００４５】
この際、誘導加熱コイル２３によって溶融スラグ２１の層のみが誘導加熱されるが、このときに発生する熱によって、溶融スラグ２１の下で比重分離されている銅１９、鉄２０の各層はある程度加熱されることにより、銅１９、鉄２０の各層は固まることなく融点以下の温度に保持されている。なお、銅１９、鉄２０の各層の部分では、銅１９と鉄２０が溶融する温度には達しないので、銅１９、鉄２０の各層の境付近、及び鉄２０と溶融スラグ２１の各層の境付近では対流が発生することはなく、銅１９と鉄２０が混じることはなく、かつ溶融スラグ２１に鉄２０混じることもない。
【００４６】
よって、溶融スラグ２１の層内でのみ対流が発生して、溶融スラグ２１の層内に残存していた金属（主に鉄と銅（銅は鉄よりも融点が低））のみが溶融され、その下の銅１９、鉄２０の各層に比重分離されてそれぞれ回収される。これにより、溶融した焼却灰（溶融物）は、回収された回収容器７内で残存金属が殆どない溶融スラグ２１、純度の高い鉄２０、銅１９の各層に比重分離される。
【００４７】
そして、回収容器７の側壁に設けた各取出し口（不図示）から高純度に分離された溶融状態の鉄２０と銅１９をそれぞれ流出させ、専用の容器（不図示）に回収する。また、最上層の溶融スラグ２１は、すくって専用の容器（不図示）に回収し、取出した溶融スラグ２１を所定の成形鋳型（不図示）に注入して形成された鋳造スラグ（不図示）を、炉内で所定温度（例えば１０００℃程度）で所定時間（例えば１時間程度）加熱し、その後冷やすことによって人工岩石を生成することができる。
【００４８】
また、溶融スラグ２１を誘導加熱する誘導加熱コイル２３は、回収容器７の外周外側に設置されているので、誘導加熱コイル２３は溶融スラグ２１が付着して劣化することない。
【００４９】
ところで、本実施形態では、予め焼却灰３中にカルシウム源（本実施形態では貝殻を粉状に粉砕した物）とシリコン源（本実施形態では砂）をそれぞれ所定の割合で添加して、溶融スラグ２１の塩基度が１．１〜１．６となるように調整しているので、溶融スラグ２１の融点が高くなり、溶融した焼却灰（溶融物）中のＣｌ、Ｎａ、Ｋ等の低融点化合物の溶融スラグ２１中への溶出を大幅に低減することができる。
【００５０】
また、上述した実施形態では、廃車からエンジン、車体等のリサイクル可能な部材を選別して取り除いた残りのインパネ、シート、タイヤ、ガラス等の廃車ガラをシュレッダーによって細かく粉砕して得られたシュレッダーダストに含まれる樹脂成分を減容処理した後に残った残渣を焼却処理した後に残る焼却灰を溶融処理する例について説明したが、生活ごみや産業廃棄物等を焼却処理した後の焼却灰についても同様に本発明を適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明の実施の形態における焼却灰の溶融処理を行う溶融装置に備えた比重分離装置を示す概略断面図。
【図２】本発明の実施の形態における比重分離装置の誘導加熱コイルの位置を示す概略断面図。
【符号の説明】
【００５２】
１        コイル
２        溶融炉
３        焼却灰
６        溶融物
７        回収容器
１１      溶融管
１４      ２次燃焼器
１６      バグフィルター
１９      銅
２０      鉄
２１      溶融スラグ
２３      誘導加熱コイル
２４      比重分離装置
【図１】
2006136772.tif 000003
【図２】
2006136772.tif 000004