(57)【要約】      （修正有）【課題】アスベスト溶融に必要な１，７００〜１，８００℃の温度帯を、無機物廃材を利用した化学反応によって人工的に、常時何処でも簡易且つ手軽に安定的に発生させることが出来る超高温領域生成物質を提供する。【解決手段】酸化鉄粉末とアルミドロス粉末を主原料としたテルミット剤をコンニャク廃材で丸薬とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸化鉄粉末とアルミドロス粉末をコンニャク飛粉で混合密着させる行程と、該混合物を  ペレット化する事を特徴としたテルミット剤。
【請求項２】
酸化鉄粉末とアルミドロス粉末を水ガラスで混合密着させる行程と、該混合物をペレット化する事を特徴としたテルミット剤。
【請求項３】
酸化鉄粉末とアルミドロス粉末とコンニャク飛粉を主剤として他の粘着剤若しくはポリマーを混合密着させる行程と、該混合物をペレット化する事を特徴としたテルミット剤。
【請求項４】
酸化鉄粉末とアルミドロス粉末の混合比率が重量比で、１００：（２〜３０）であることを特徴とする請求項１並びに請求項２に記載のテルミット剤。
【請求項５】
酸化鉄粉末とアルミドロス粉末とコンニャク飛粉、いずれも廃材である事を特徴とするテルミット剤。
【請求項６】
酸化鉄粉末とアルミドロス粉末とコンニャク飛粉粉末、若しくは水ガラスの３品それぞれが、界面接触している形状がすくなくともテルミット剤全体の１％以上占める事を特徴とする請求項１に記載のテルミット剤。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、無機物廃材を利用して超高温領域の温度環境を作るために発熱する新燃料を開発する事により、溶融化若しくは常温下では処理できない有害無機物の無害化処理を可能とする新燃料の製造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】  テルミット剤に関する従来技術では酸化鉄粉末やアルミドロス粉末などの主原料の取り扱いが難しく、実際の利用に際しては、それぞれの混合比率に応じた、小さな袋詰めが主流である。しかし袋詰の場合、有機性の袋が溶融炉内では優先的に反応し燃焼するがその際当然周辺の酸素を消費する。その酸素消費量を出来る限り少量に抑える為に袋材は限りなく薄物にする。その為、被溶融対象物が固体から液状に変化する溶融炉内の溶融箇所に届く前に、ほとんどの袋が破袋し、テルミット反応を必要とする実際の溶融すべき箇所では既に袋中のテルミット剤はそれぞれの物質が分散して被溶融物質中に分散され、単なる単体の無機物粉末に過ぎないものとなり、テルミット剤としては実質上機能しない、単なる粉体に過ぎない状態がほとんどであるという欠点がある。【０００３】  今日、テルミット剤として実践で使用されている分野としては、ほとんどが灰溶融炉の分野であり、これ等の灰溶融炉では灰がクレーンなどによりホッパーに投入され磁選機や破砕機やベルトコンベアやスクリューコンベアなどを経由して溶融炉に搬送されるが、テルミット剤はこのいずれかの過程で被溶融物質中に投入され、その後溶融炉内に入る。しかしテルミット剤は溶融炉内における最終工程とも言うべくバーナー直下に届くまでには、溶融炉内に限ってもプッシャーに押されて灰の中に混合されながら到達するが、灰そのものが一般の食品パウダーのようにソフト感には程遠く、元々廃棄物の燃えカスであるが為、常時破袋環境にあるため、テルミット剤の袋がまともに届く方が不思議なくらい、正常でないのが実際の現場である。【０００４】  先願特許においてもテルミットに関するものは炉体の構造例えば特開２０００−９７４２５廃棄物溶融装置や特開２００３−５６９８９テルミット式溶融炉の炉内温度制御方法及び炉内温度制御装置、或いはテルミット剤の固化方法としては特開２００５−２８８４５３固形状テルミット剤及び固形状テルミット剤製造装置などが唯一あるが、これは水を利用した固化方法であり水の使用は当然アルミ粉体の水和反応を招き当然目的とすべきエネルギーの劣化を事前に招く大きな欠点があると共に、アルミ粉体それぞれの固体周囲を水酸化アルミの皮膜が包み込む事となり、発熱エネルギー劣化の原因となる。酸化鉄粉末とアルミドロス粉末の反応は酸化還元反応であり、これは両者の界面接触時、初めて本来の効果が期待されるものでありアルミの水による酸化皮膜は当然、効果並びにエネルギーの損失を招くものである。【０００５】
【特許文献１】特開２０００−９７４２５廃棄物溶融装置
【特許文献２】特開２００３−５６９８９テルミット式溶融炉の炉内温度制御方法及び炉内温度制御装置、
【特許文献３】特開２００５−２８８４５３固形状テルミット剤及び固形状テルミット剤製造装置などがあるが、特許文献１並びに特許文献２は溶融装置に関するものであり特許文献３は水を利用したテルミット剤の固化方法であり、水の使用は当然アルミ粉体の酸化反応を招き使用前の酸化皮膜は当然エネルギーの損失と劣化を招くものである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】  本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、アスベストのような特殊な無機物を無害化するための溶融には超高温域の特別な温度を必要とする。無機物類で最も市場性のある鉄でさえ１，５００度前後の温度を必要とし、その熱源にはコークスの酸素燃焼を必要とするが、アスベストはそれ以上の溶融温度を要求する。この超高温域を人工的に作り出すには重油バーナーで１，４００℃前後、ガスバーナーでおよそ１，７００℃が限度と言ったところでありアスベスト溶融にはかなり困難な温度帯である。本案はアスベスト溶融に必要な１，７００〜１，８００℃の温度帯を、無機物廃材を利用した化学反応によって人工的に、常時何処でも簡易且つ手軽に安定的に発生させることが出来る超高温領域生成物質を作り出そうとするものである。
【問題を解決するための手段】
【０００７】  本発明者は、上記課題に関して鋭意研究を行った結果、次の知見を得た。
即ち、テルミット剤の一方を占める超微粒子で飛散性の高い乾燥酸化鉄粉末、これは稀少金属チタンを抽出した時の廃材残土そのものであり、他方アルミドロスは回収した古アルミ製品やアルミ廃材を再溶解した際に発生する超微粒子の上澄み残渣を乾燥したものであり再利用からの除外品、不純物の多い正に廃材いわゆる通称アルミドロスと呼ばれるものでこれ等いずれも廃材の利用である。化学反応式で、酸化鉄ＦＥ２０３＋アルミＡＬ→純鉄Ｆｅ＋ＡＬ２０３にあるように実証試験においても混合比率は重量ベースで酸化鉄３に対しアルミドロスは１が理想的であるがそれほど精密に測る必要も無く重量比以外に、かさ比でも結果にほとんど差はないようである。
【０００８】  酸化鉄粉末とアルミドロス粉末を水溶液で固化した場合アルミの水和反応によりアルミが劣化する欠点がある、又ポリマー系接着剤或いは溶液系接着剤ではアルミの粒子そのものの外周がコーティングされる為、テルミット反応という界面接触反応を期待するにはかなりのエネルギーの損失がある。
【０００９】そこで本発明では酸化鉄粉末とアルミドロス粉末と植物系であるコンニャクの廃材粉末通称コンニャク飛粉を混合し、顕微鏡による画面拡大したところ、酸化鉄粉末とアルミドロス粉末とコンニャク飛粉、三者それぞれが理想的な三角形状の界面接触をしており、ポリマー系接着剤などのコーティングによるエネルギー劣化の恐れも無く、テルミット剤充填に有機性材料の袋を利用したに燃焼損失や、コーティング剤による界面接触反応を無くすという損失も無く理想的な素早い酸化還元反応が確認された。
【００１０】よって酸化鉄粉末とアルミドロス粉末とを、コンニャク飛粉をバインダーとして純粋なテルミット玉による助燃発熱剤の完成を見ることが出来た。
【００１１】その他有効な粘着、接着成分として想定される糊・接着剤としては、水や溶剤が蒸発した後に固化・接着の機能を持つもの、たとえばニカワ、澱粉、糖蜜、天然ゴム、カゼインおよびＰＶＰ、ＰＥＯ、ＭＣ、ＣＭＣ等の有機質糊材もその可能性がある。
【００１２】  テルミット丸薬剤を焼却灰に混合して、溶融炉内で加熱溶融した時、テルミット反応が同時に生起され、テルミット反応熱が発生、更に、爆発的な衝撃波も発生して混合物は撹乱される。加熱炉内の加熱により、溶融対象物は表面溶融され、表層部だけが溶融されるに過ぎないが、テルミット丸薬を焼却灰に混入する事によってテルミット反応の爆発的な撹乱作用で溶融対象物の下層部分が表層に上がり上下均等に加熱され、溶融層の深さが深くなり、この結果、溶融炉のバーナー加熱だけによる溶融に比べて時間当たりの混合物の溶融能力が増加する。テルミット丸薬剤の添加によって、その能力アップ度は表面溶融炉のバーナー単独に比較して、１２０〜１７０％溶融量が多くなる。
【００１３】  テルミット丸薬剤は、アルミ成分を含む原料と酸化鉄成分を含む原料とを混合したものからなる。アルミ成分を含む原料とは、飲料用の廃アルミ缶やアルミ地金の再溶解時に発生するアルミ残灰いわゆるアルミドロスなどのアルミ成分を含む廃棄物が有効であるが、これのみに限定されるものではない。
【００１４】  酸化鉄成分を含む原料とは、鉄屑、鉄錆、などの一般的な金属廃材や製鉄工業で発生する転炉ダストや高炉ダストなどの集塵灰、更には磁性酸化鉄製造時に副産物として発生する酸化鉄汚泥やチタン抽出残土、ボーキサイトから水酸化アルミニウムを製造する際の赤泥などが有効であるが、何らこれのみに限定されるものではない。これらの原料は単一種類のまま使用してもよいし、あるいは出発原料の異なる二種以上を適宜混ぜ合わせて使用してもよい。
【００１５】  酸化鉄含有原料として磁性酸化鉄製造時に副生する酸化鉄汚泥を使用する場合には、天日乾燥等で含有水分量を５〜１％程度に乾燥すれば良い。また出来るだけ均一均等な成分バランスを持つ丸薬製造の為には更にアルミニウム原料との混合を良くするために、塊状物を細かく粉砕しておくことが好ましい。
【００１６】  アルミニウム含有原料と酸化鉄含有原料を主原料とするテルミット丸薬の反応組成物中のアルミ含有量は５％以上が好ましい。５％未満ではテルミット発熱反応が起き難いので好ましくない。アルミニウムと酸化鉄の混合比率は、アルミニウム含有量１に対して酸化鉄含有量２．５〜３．０の比率が好ましく、また混合物の中に酸化チタン３〜１２重量％、酸化マンガン１〜３重量％含有させることが好ましい。アルミ原料と酸化鉄原料に酸化チタンと酸化マンガンがすでに含まれて入るとき、アルミ原料と酸化原料を混合後、酸化チタンと酸化マンガンの不足分を新たに追加して加えれば良い。酸化チタンと酸化マンガンの添加方法は、酸化チタンと酸化マンガンそのものを添加しても良いし、あるいは酸化チタン、酸化マンガン成分を含有するものを添加しても良い。酸化チタン、酸化マンガンを含む廃棄物の粉粒体を添加するのも有効である。
【００１７】  アルミニウム含有原料と酸化鉄含有原料の比率が上限を超えると酸化鉄が過多となってテルミット発熱反応が起き難くなるので好ましくない。また、下限値未満では、アルミが過多になって反応生成物にアルミニウムが残存するので好ましくない。
酸化チタン含有量が下限値未満ではテルミット反応生成物の粘性が高くて溶流性が悪くなり連続操業できなくなるので好ましくない。又、上限を超えて含有させてもそれ以上の溶流性の改善効果は見込めない。これら組成物の混合方法については、たとえば、フレットミルや高速混合機、ミキサーなど通常の撹拌混合機を用いて混合すればよく、酸化チタン、酸化マンガンなどの添加、混合方法についても特別な限定があるわけではない。
【００１８】  テルミット剤を丸薬にする理由としては、顆粒、造粒成形すると、粉粒体あるいは袋詰状態に比べて密度が高いため、燃焼熱の伝播速度が速く、より高い発熱効果が得られる。
顆粒あるいは造粒成形の方法は、組成物を構成しているアルミニウム成分が水分と反応しやすいので、乾式成形の方が好ましい。
乾式成形方法に付いては、ブリケットマシンによる高圧成形、あるいは粘着性の無機バインダーなどを添加する方法でも良いが、コンニャク飛粉の粘性を利用すると比較的安価で何よりも全て廃材利用である処が時流にかなって良い。
【発明の効果】
【００１９】本発明のテルミット剤の丸薬・顆粒化により、生産の規格化、合理化、量産化はもとより、運送や搬送の規格化或いは利用する現場での扱いやすさ、新燃料として安定した市場の確保が可能となる。又廃材の利用は限りある資源の有効利用でもあり、特に酸化鉄並びにアルミは、地球上の資源としてはどちらも含有量１位２位を占める自然界資源の燃料化であることは今後熱の世界に一石を投じるものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】  以下に本発明実施の形態を、丸薬製造機や玉型菓子製造機或いはペレット製造機など既存の装置や機器でそのまま生産が可能となり大量生産による価格の廉価と安定化は大量消費への道が開け、新燃料として新たな市場が開けると共に超高温域が安定的に供給できる事となり、今後の新技術の開発が見込まれる。なお本実施の形態は、発明の趣旨をよりよく理解して頂くために具体的に説明するものであり、本発明がこれのみに限定されるものでないことはもちろんである。
【実施例】
【００２１】  実施例１、ペレット製造機に酸化鉄粉末とアルミドロス粉末と若干湿ったコンニャク飛粉とを混合し投入するだけでそのままテルミット剤の丸薬の製造が容易に可能であった。その後、天日で一日足らずで乾燥し、翌日には直ちに溶接用ガスバーナーを使って反応テストをした結果、正眼視出来ない白色に輝く発熱反応が見られた。その時若干の発熱による焼煙が見られたが通常の有機物の燃焼に比較し煙はほとんど無く、マッチを着火したときの硝煙に等しく正に化学反応であることの確証が得られた。【００２２】  実施例２、テルミット丸薬剤のペレット化
アルミ原料：アルミ地金の再溶解時に発生したアルミ残灰を乾燥したものを使用した。
酸化鉄成分：南方から輸入した赤土素材のチタン抽出残土の赤泥を乾燥後使用した。
補助原料：酸化チタン、酸化マンガンの廃棄物を粉砕したものを使用した。上記アルミ原料、酸化鉄成分、補助原料を下記の成分組成（ｗｔ％）に調合して、これにコンニャク飛粉を５％を混合して、ペレタイザーで直径８ｍｍ、長さ１０〜１２ｍｍの大きさのペレットを作った。
テルミット丸薬剤の概算成分組成
アルミ成分    ：２３％
酸化鉄成分    ：５８％
酸化チタン    ：  ５％
酸化マンガン  ：  ２％
コンニャク飛粉：１０％【００２３】  上記、酸化鉄とアルミドロス約３：１の割合に混合したテルミット丸薬剤のペレットを、表面溶融炉で溶融テストした。
図１は、本実施例で使用した表面溶融炉の説明図である。
図中、１は被溶融原料であり発熱添加剤としてのテルミット丸薬はいわゆる酸化鉄とアルミドロスの混合比３：１を１０％のコンニャク飛粉で混合しペレット化したものである。【００２４】  被溶融原料１は、プッシャーで溶融炉２内に押し込む。
炉内に押し込まれた溶融原料１は溶融されながら傾斜炉床から下に流れ落ちる。
バーナーの燃料にはＡ重油を使用した。【００２５】  被溶融テスト剤としては、溶融温度１，４００℃〜１，４５０℃以上を必要とする焼却飛灰を使用した為、テスト剤としてはバーナー火炎で吹き飛ばされ炉内に粉塵が飛び散り、炉外に漏出する恐れもあり、環境上好ましくない為、水ガラスで固化した為、バーナー火炎で飛ばされることも無く、炉内で沈静して加熱ができ、炉外に粉塵が漏出することも無かった。【００２６】  溶融で最も難しいと言われている焼却飛灰を表面溶融炉で溶融する時は、１４５０℃以上加熱する必要があり、１００ｋｇの溶融スラグを得るのに要した時間は僅かでも、炉内温度の溶融環境を整える為３０時間かかった。一方、１００ｋｇの焼却飛灰に、１０ｋｇのペレット化したテルミット丸薬剤を混合してバーナー加熱したところ、炉内温度が１，６５０℃に到達してからは全量溶融にわずか０５時間しか、かからなかった。又、後日の再現性を維持するため、赤外線カメラで溶融温度体を撮影した結果、白色の温度帯が別紙１，７００℃以上あることも判明しテルミット剤の効用の確認が出来た。【００２７】  最も心配した案件の一つはテルミット剤の飛散であるが、本発明により超高温域においてもテルミット剤の飛散を防止することができた。又溶融という超高温域で次なる問題として挙げられる最大の不安材料は、溶融炉内炉床の耐火材の耐熱性であったが、テルミット剤中のアルミが酸化した結果、アルミナに化学変化し炉床のコーティング剤の役目を果たすという思わぬ好結果をもたらした。アルミナの溶融温度は約２，０００℃であり、結果として経済的に極めて低いコストで処理できることが判明した。今ひとつ心配した案件として溶融炉への搬送途中に於ける焼却飛灰等の粉塵の飛散であるが、水ガラスによる被溶融原料の荒コーティングで飛散が防止でき、コンニャク飛粉によるテルミット剤の丸薬化によりテルミット剤の飛散も防げる事が判明した。以上の結果、最も難しいと言われている溶融対象物の焼却飛灰が、完全にガラス化して、無害化されており、スラグの溶出試験の分析結果も合格であった。
【産業上の利用可能性】
【００２８】  以上詳述した様に、本発明は、使用する材料全てが廃材利用と言う極めて低コストで完全無公害溶融できるものであり、本来、廃棄する為に処分費を必要とする物質の有効利用であり、今後の静脈産業界に多大の貢献をなすものである。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】図１は、表面溶融熱炉にテルミット丸薬を投入する概要図である。
【図２】図２は、本発明のテルミット剤の形状説明図である。
【図３】図３は、本発明の酸化鉄粒子とアルミドロス粒子がコンニャク飛粉粒子と、界面接着した理想的な状態を顕微鏡レベルに拡大した状態である。
【図４】図４は溶融炉内の温度を赤外線カメラで撮影した結果１，８００℃帯が確認できた写真である。
【符号の説明】
【００３０】  １、被溶融対象物（焼却灰等）
２、溶融炉
３、加熱バーナー
４、溶融スラグ
５、丸薬状のテルミット剤をコンベアで被溶融対象物に混入する状態である
６、酸化鉄粉末とアルミドロス粉末をコンニャク飛粉で混合接着し丸薬にした状態
７、酸化鉄粉末とアルミドロス粉末をコンニャク飛粉で混合しペット化した状態
８、コンニャク飛粉粒子
９、酸化鉄粒子
１０、アルミ粒子
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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