(57)【要約】【課題】  溶融スラグの耐酸性を向上する。【解決手段】  廃棄物を熱分解して生成された可燃成分を燃焼して灰分を溶融スラグ化する燃焼溶融炉１を備えた廃棄物処理装置において、燃焼溶融炉１から排出された溶融スラグが導入されるスラグ改質炉５と、スラグ改質炉５にＳｉＯ２を供給するＳｉＯ２供給装置２１を設けたことにより、溶融スラグのＳｉＯ２濃度を高めることができ、ＳｉＯ２の結晶格子を緻密にできるので耐酸性を向上できる。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
廃棄物処理で発生した灰分にＳｉＯ２を添加して加熱して溶融する溶融スラグの製造方法。
【請求項２】
廃棄物処理で発生した灰分を高温で溶融してなる溶融スラグにＳｉＯ２を添加し、前記高温よりも高い温度で加熱して溶融する溶融スラグの製造方法。
【請求項３】
前記溶融スラグのＳｉＯ２濃度が５０重量％以上、好ましくは５５重量％以上になるように前記ＳｉＯ２を添加することを特徴とする請求項１または２に記載の溶融スラグの製造方法。
【請求項４】
廃棄物の熱分解で生成される可燃成分を燃焼して灰分を溶融スラグ化して排出する燃焼溶融炉を備えた廃棄物処理装置において、前記燃焼溶融炉にＳｉＯ２を供給することを特徴とする廃棄物処理装置。
【請求項５】
廃棄物処理で発生した灰分を高温で溶融してなる溶融スラグにＳｉＯ２を添加して前記高温よりも高い温度で加熱して溶融するスラグ改質炉を備えた廃棄物処理装置。
【請求項６】
前記スラグ改質炉に供給される前記溶融スラグは、廃棄物の熱分解で生成される可燃成分を燃焼して灰分を溶融する燃焼溶融炉から排出されることを特徴とする請求項５に記載の廃棄物処理装置。
【請求項７】
前記スラグ改質炉は、電気炉であることを特徴とする請求項５に記載の廃棄物処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、溶融スラグの製造方法、およびこの製造方法を実現する廃棄物処理装置に係り、特に、溶融スラグの品質を改善する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
廃棄物処理装置の一例として、特許文献１に示すように、廃棄物を熱分解して生成される可燃成分を燃焼して灰分を溶融スラグ化し、この溶融スラグを固化して建材や舗装材の骨材として有効利用するものが知られている。
【０００３】
また、カーシュレッダーダストやカーシュレッダーダストの焼却飛灰をはじめとする産業廃棄物を直接燃焼溶融した場合、溶融スラグ中の鉛含有量が高くなりスラグの有効利用が難しいという問題がある。
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−２８０６１４号公報（第２−３頁、第１図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
建材や舗装材の骨材などに用いられる溶融スラグは、骨材としての強度および耐酸性が要求されるが、特許文献１では耐酸性を向上する点について考慮されていない。
【０００６】
本発明は、溶融スラグの耐酸性を向上させることを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明は、廃棄物処理で発生した灰分またはその灰分を溶融した溶融スラグにＳｉＯ２を添加して溶融することを特徴とする。
【０００８】
すなわち、本発明者らは、溶融スラグのＳｉＯ２濃度と耐酸性との関係を実験した結果、溶融スラグ中のＳｉＯ２濃度と耐酸性との間に相関関係があることを知見した。一方、一般的な廃棄物処理で発生した溶融スラグは、ＳｉＯ２濃度が低いために耐酸性が十分に得られないことが判った。灰分のＳｉＯ２濃度を高めることにより、生成される溶融スラグのＳｉＯ２の結晶格子を緻密にできるので耐酸性を向上させることができるものと認められる。そこで、別途ＳｉＯ２を添加することにより溶融スラグの耐酸性を向上させることができる。
【０００９】
このような方法を具体的に実現する廃棄物処理装置は、例えば、廃棄物を熱分解して生成された可燃成分を燃焼して灰分を溶融スラグ化する燃焼溶融炉にＳｉＯ２を供給する構成とすることができる。
【００１０】
また、これに代えて、スラグ改質炉を設け、このスラグ改質炉で溶融スラグを溶融するとともにＳｉＯ２を添加して加熱して溶融する構成にできる。
【００１１】
一般に、溶融スラグのＳｉＯ２濃度が高いと溶融温度が上昇するから、十分に溶融させて結晶格子を緻密化するには、廃棄物処理で発生した灰分を高温で溶融してなる溶融スラグにＳｉＯ２を添加して、さらに高い温度で加熱して溶融することが望ましい。特に、スラグ改質炉を用いる場合、減容化された溶融スラグのみを処理すればよいから小型の炉で実施できるので経済的である。この場合、スラグ改質炉を電気炉で形成すれば、還元雰囲気で溶融スラグを生成できるから、酸化による炉の劣化を抑制できるので好ましい。
【００１２】
また、耐酸性を評価する酸の溶解率を実験したところ、図５に示すようにＳｉＯ２濃度が５０重量％付近になるまで顕著に酸溶解率が減少することを知見した。そこで、ＳｉＯ２の添加量は、溶融スラグのＳｉＯ２濃度が５０重量％以上、望ましくは５５重量％以上になるようにすることが好ましい。なお、一般的な廃棄物の溶融スラグのＳｉＯ２濃度は、例えば４０〜４８重量％である。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、溶融スラグの耐酸性を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の一実施形態の溶融スラグの製造方法を適用してなる廃棄物処理装置について、図１を用いて説明する。図１は、スラグ改質炉を備えた廃棄物処理装置の全体構成図である。
【００１５】
廃棄物処理装置は、廃棄物を、例えば回転ドラム式や流動層式などの周知の方法により低酸素雰囲気で加熱して熱分解し、この熱分解により発生した熱分解ガスが供給される燃焼溶融炉１を備えている。燃焼溶融炉１において、熱分解ガスが燃焼されるとともに熱分解ガスに同伴する不燃微粒子が溶融される。燃焼排ガスは、例えば熱回収、集塵、脱塩などの排気工程を経て清浄化され、大気中に放出される。一方、溶融された不燃微粒子の溶融スラグは、炉底から排出される。
【００１６】
すなわち、燃焼溶融炉１は、縦型円筒状に形成され、頂部に熱分解ガスと燃焼用空気とを供給するバーナが設けられている。燃焼溶融炉１の底部は、溶融スラグを排出する排出口が形成され、さらに、燃焼排ガスを抜き出す煙道が連結されている。この煙道は、鉛直方向に立ち上げて設けられ、排気工程に連結されている。また、煙道内に、例えば熱回収ボイラ３などを配置することができる。燃焼溶融炉１の排出口は、スラグ改質炉５を介して水槽７に連結されている。水槽７は上部に搬出口８が形成されている。水槽７の底部には、例えばベルトコンベアなどの周知の搬出装置９が設けられている。搬出装置９の出側は、搬出口８を挿通して外部に臨ませて配置されている。
【００１７】
次に、本実施形態の特徴部であるスラグ改質炉の構成について図１を参照して説明する。スラグ改質炉５は、容器状に形成され、この容器を挿通して内部に達する２本の電極１１が設けられている。２本の電極１１には電源１３が接続されている。スラグ改質炉５の上部には、溶融スラグを投入するスラグ投入口１５、ＳｉＯ２を投入するＳｉＯ２投入口１７および排気口１９が形成されている。スラグ投入口１５は燃焼溶融炉１の排出口に連結され、排気口１９は排気工程に連結されている。また、ＳｉＯ２投入口１７は、ＳｉＯ２供給装置２１が連結されている。容器底部には、溶融した金属類を排出するメタル排出口２３と、このメタル排出口２３よりも高い位置に形成された溶融スラグのスラグ排出口２５とが形成されている。スラグ排出口２５は、スラグ排出口２５よりも高い堰部２７を有する排出流路２９を介して水槽７上部に連結されている。
【００１８】
ＳｉＯ２供給装置２１は、例えば、ＳｉＯ２を貯留するホッパと、このホッパからＳｉＯ２を払い出す払出機を備えて構成されている。ホッパには、例えば、４号ないし８号の粉粒状の珪砂または粒径１ｍｍ以下に粉砕したガラスカレットなどが貯留されている。払出機としては、例えばロータリーフィーダやスクリューフィーダなどの払出し量が調整可能な周知のものが用いられている。
【００１９】
このように構成された特徴部の動作について溶融スラグ製造過程とともに説明する。まず、燃焼溶融炉１では、熱分解ガスが燃焼され、炉内が例えば１３００℃に加熱される。この燃焼熱により灰分が溶融されて溶融スラグとなり、燃焼溶融炉１の内壁を流下して炉底の排出口からスラグ改質炉５に排出される。
【００２０】
一方、スラグ改質炉５には、ＳｉＯ２供給装置２１からＳｉＯ２が供給される。これにより、溶融スラグにＳｉＯ２が添加されてＳｉＯ２濃度が高まる。なお、ＳｉＯ２の添加量は、事前試験やシミュレーションなどにより溶融スラグのＳｉＯ２濃度が５０重量％以上、望ましくは５５重量％以上になるように設定する。スラグ改質炉５の温度は、ＳｉＯ２が添加されて濃度が上昇した溶融スラグを溶融できる温度、例えば１５００℃になるように電源１３の電力を調整する。
【００２１】
このように本実施形態によれば、燃焼溶融炉１で生成された溶融スラグに別途ＳｉＯ２を添加して溶融スラグのＳｉＯ２濃度を高めることにより、溶融スラグのＳｉＯ２の結晶格子を緻密にでき耐酸性を向上させることができる。したがって、骨材として十分な耐酸性を有する溶融スラグを得ることができる。
【００２２】
本実施形態の効果について、図２に示した試験データを参照して説明する。図２は、縦軸に溶融スラグの酸溶解率（％）を、横軸にＳｉＯ２濃度（ｗｔ％）を表し、ガラスカレットを添加したスラグ、８号珪砂を添加したスラグ、および添加していないスラグにおけるＳｉＯ２濃度と耐酸性との関係について示したグラフである。ここでは、粒径約２ｍｍの溶融スラグの供試試料を乾燥秤量し、溶融スラグと１規定（例えば、ｐＨ０．１）の塩酸１００ｍｌとが重量体積比３％になるように混合し１時間浸湯した後、ろ過残渣を乾燥秤量して酸溶解試験前後の重量変化を酸溶解率として求め、耐酸性を評価した。これによれば、溶融スラグの酸溶解率は、ＳｉＯ２濃度が５０重量％付近になるまで顕著に上昇し、ＳｉＯ２濃度が５０重量％において２％以下となった。さらに、ＳｉＯ２濃度が５５重量％においては１％以下となった。このように、本実施形態の製造方法により製造される高ＳｉＯ２濃度の溶融スラグは、例えばＳｉＯ２濃度が４０〜４８重量％程度の一般的な溶融スラグに比べて良好な耐酸性を示す。
【００２３】
なお、図２の試験では、溶融スラグの粒径が約２ｍｍの試料を用いたが、一般の例えば水砕された溶融スラグの粒径は１ｍｍ程度である。したがって、表面積の関係から試験で用いた溶融スラグよりも粒径の小さい溶融スラグの方が溶けやすく、溶けることによって粒子が崩壊しやすい傾向にあることを考慮し、酸溶解率が２％以下になるように、つまり、ＳｉＯ２濃度が５０％以上になるようにＳｉＯ２の添加量を設定することが望ましい。さらに、スラグ中のＳｉＯ２濃度を５５％以上にして酸溶解率を１％以下にすれば実質的に重金属類の溶出を抑制できるので一層好ましい。
【００２４】
また、一般に、溶融スラグのＳｉＯ２濃度が高くなると溶融温度が上昇するから、十分に溶融させて結晶格子を緻密化するには、通常の溶融温度よりもさらに高い温度、例えば１５００℃程度に加熱して溶融することが望ましい。この点、本実施形態のようにスラグ改質炉を用いれば、減容化された溶融スラグのみを処理すればよいから小型の炉で実施できるので経済的である。また、スラグ改質炉２０を電気炉で形成することにより、還元雰囲気で溶融スラグを生成できるから、酸化によって炉が劣化するのを抑制できるので好ましい。
【００２５】
また、本実施形態では、燃焼溶融炉１の燃料として熱分解ガスの他に補助燃料を供給するようにしてもよい。この補助燃料として、例えば廃棄物を熱分解して得られたチャーなどを用いることもできる。
【００２６】
また、本実施形態では、スラグ改質炉５は電気炉で形成されているので、炉内を還元雰囲気で運転することができる。これによれば、酸化による炉の劣化を抑制できるので好ましい。なお、酸化劣化を抑制する効果を無視するならば、電気炉に代えて周知の燃焼炉を用いることもできる。
【００２７】
また、本発明は、ＳｉＯ２を添加する位置を、スラグ改質炉５ではなく、少なくともスラグ改質炉５の上流側にすればよく、例えば、燃焼溶融炉１の頂部に直接ＳｉＯ２を供給する構成とすることもできる。さらにこの場合、燃焼溶融炉１がＳｉＯ２濃度の高い溶融スラグを生成することが可能な温度に上昇できるならば、スラグ改質炉５を省略することもできる。
【００２８】
また、本実施形態では、スラグ改質炉５を燃焼溶融炉１に併設した構成について説明したが、これに限らず、スラグ改質炉５を単体で設け、固化された溶融スラグをスラグ改質炉５で再溶融させて品質を改善するようなシステムとしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の一実施形態の溶融スラグの製造方法を適用してなる廃棄物処理装置の断面図である。
【図２】縦軸に溶融スラグの酸溶解率（％）を、横軸にＳｉＯ２濃度（ｗｔ％）を表し、ＳｉＯ２濃度と耐酸性との関係について示したグラフである。
【符号の説明】
【００３０】
１  燃焼溶融炉
５  スラグ改質炉
７  水槽
１１  電極
１３  電源
２１  ＳｉＯ２供給装置
【図１】
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【図２】
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