(57)【要約】【課題】廃棄物（粗大ゴミ、不燃ごみ、産業廃棄物等）を熱分解した後のガス化残渣から、Ｃｕ、Ｐｂ、Ｚｎ等の有価金属を効率的に回収する。【解決手段】廃棄物を５０〜１５０ｍｍに破砕する破砕工程（Ｓ１）と、鉄およびアルミニウムの選別工程（Ｓ２）と、約４５０℃で熱分解してガス化残渣を得る熱分解工程（Ｓ３）と、ガス化残渣の冷却工程（Ｓ４）と、粒径１ｍｍ以下のガス化残渣（主として熱分解カーボン）を選別回収する一次選別工程（Ｓ５）と、粒径１〜６ｍｍ範囲のガス化残渣を選別する二次選別工程（Ｓ６）とを備えた。粒径１〜６ｍｍ範囲には銅、亜鉛、鉛等の有価物が偏在するので、これらの有価物を効率的に回収できる。二次選別手段としては、振動篩、回転篩等や、風力分級式で個々の有価物に適した風力を採用して目的の重金属を選別できる。【選択図】        図７
2004290733.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
廃棄物を破砕し、鉄およびアルミを除去した後、該破砕した廃棄物を熱分解して分解ガスとガス化残渣とを生成し、該ガス化残渣のうち一定範囲の大きさのガス化残渣を選別することにより、該ガス化残渣中の有価物である銅、亜鉛、鉛の少なくとも１種以上を回収することを特徴とするガス化残渣からの有価物回収方法。
【請求項２】
廃棄物を大きさ５０〜１５０ｍｍに破砕する工程と、該破砕した廃棄物から鉄およびアルミを除去回収する工程と、該鉄およびアルミを除去した廃棄物を熱分解反応器に投入し、約４５０度で間接加熱して分解ガスとガス化残渣とに熱分解する工程と、該ガス化残渣を約３０〜８０℃に冷却する工程と、該冷却したガス化残渣中から大きさ１ｍｍ以下の熱分解カーボンを除去する工程と、該熱分解カーボンを除去したガス化残渣から、大きさ１〜６ｍｍのガス化残渣を選別する工程と、を備えたガス化残渣からの有価物回収方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は廃棄物のガス化残渣からの有価物回収方法に係り、特に、廃棄物、すなわち粗大ゴミ、不燃ごみ、産業廃棄物などから生成したガス化残渣に含まれる銅（Ｃｕ）、亜鉛（Ｚｎ）、鉛（Ｐｂ）等の重金属類を効果的に回収する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、粗大ごみ、不燃ごみ、産業廃棄物などと称される廃棄物には、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｐｂ等の重金属類が含まれているものが多々ある。これらの重金属類は、目視されるときは手選別によって回収されることもあるが、例えばゴムや樹脂などとの複合物として廃棄物中に存在することが多く、そのまま焼却処理されるのが通常である。
【０００３】
これらの重金属類は、有害物質として環境汚染の原因の一つでもあるため、ごみ処理技術には、一例として、鉄やアルミニウムを回収した後の破砕ごみを熱分解した後、熱分解残渣を高性能な溶融炉で溶融し、ごみに含まれている重金属類を溶融スラグ中に閉じ込めるという方法が採用されている。
【０００４】
しかしながら、これらの重金属類は、それぞれ資源として有用な金属であり、ごみ中から取り出して有価物としてリサイクルし再利用することが期待されている。特許文献１には次のような手順で金属類を回収する技術が開示されている。（特許文献１参照）。
【０００５】
▲１▼  廃棄物を最大粒径が約１５０ｍｍになるように粗粉砕する
▲２▼  磁選機により鉄系金属を回収する
▲３▼  乾燥炉で１００〜１５０℃に加熱し、含水率１０％程度に乾燥する
▲４▼  熱分解炉で４００〜５００℃に加熱して熱分解する
▲５▼  熱分解残渣を冷却装置で１００℃以下に冷却する
▲６▼  熱分解残渣をロールミル、ハンマーミル、ボールミル等で粉砕する
▲７▼  粉砕した残渣を振動篩などにより、粒径１０ｍｍ以上、１〜１０ｍｍ、１ｍｍ以下の３種に分級する。
【０００６】
特許文献１の段落〔００１５〕〔００１６〕には、廃棄物性状に合わせて粉砕器を適当に選択することにより、大半の金属類を粒径１０ｍｍ以上、ほぼ全ての非金属不燃物類と可燃物を粒径１０ｍｍ以下とするとともに、大半の可燃物の粒径を１ｍｍ以下にできると記載されている。
【０００７】
【特許文献１】
特開２０００−８８２１９号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記特許文献１に記載の例は、次のような相違点および問題点を含んでいる。▲１▼あらかじめ、銅、鉛、亜鉛を回収する目的で、プロセスフローが組まれていないため、これらの有価金属がチャー側に他の成分といっしょに回収されてしまう。▲２▼チャー側に回収されたこれらの有価金属は燃焼溶融炉でスラグ化されるため、これらの有価金属を分離して回収することが非常に困難である。▲３▼よって本発明では、これらの有価金属をその粗粒分布に着目して効率よく分離回収することに成功した。
【０００９】
本発明の目的は、廃棄物（粗大ゴミ、不燃ごみ、産業廃棄物等）を熱分解した後のガス化残渣から、これら銅、鉛、亜鉛等の有価金属を効率的に回収することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、廃棄物を大きさ５０〜１５０ｍｍに破砕する工程と、該破砕した廃棄物から鉄およびアルミを除去回収する工程と、該鉄およびアルミを除去した廃棄物を熱分解反応器に投入し、約４５０度で間接加熱して分解ガスとガス化残渣とに熱分解する工程と、該ガス化残渣を約３０〜８０℃に冷却する工程と、該冷却したガス化残渣中から大きさ１ｍｍ以下の熱分解カーボンを除去する工程と、該熱分解カーボンを除去したガス化残渣から、大きさ１〜６ｍｍの残渣を選別する工程と、を備えたガス化残渣からの有価物回収方法によって達成される。
【００１１】
本発明者らは、廃棄物を破砕し、鉄やアルミニウムを選別回収した後、熱分解反応器に投入して生成したガス化残渣を分析した結果、一定範囲の大きさのガス化残渣中にＣｕ、Ｚｎ、Ｐｂ等の有価物が偏在しているのを見い出した。これは、ゴムや樹脂など金属以外のものに被覆されたり合体したりして、複合物として廃棄物中に存在していたこれらの重金属類が、熱分解反応によって被覆物のない無垢な金属または合金としてガス化残渣中に含まれることになったからであると思われる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明の実施形態の概要は、ごみなどの廃棄物を破砕し、鉄およびアルミを選別除去し、次いで熱分解した後のガス化残渣から、特定範囲の大きさの残渣物を選別することにより、該範囲中に偏在するＣｕ、Ｐｂ、Ｚｎ等の有価物を効率的に回収するようにしたものである。
【００１３】
以下、本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。図１は本発明の一実施形態を示すフローである。なお、本発明が対象とするごみは、いわゆる生ごみを除く粗大ごみや不燃ごみなどの廃棄物で、焼却炉に直接投入して燃やすごみ以外のごみの殆どを対象にできる。
【００１４】
ここで、本発明が対象とするごみの種類を定義すると、▲１▼  粗大ごみとは、自治体が回収する家電、家具などの粗大ごみ、▲２▼  不燃ごみとは、自治体が回収するビンやカン類などの焼却に不適なごみとなり、これらのごみを本発明の対象として処理できる。ここでは、これらのごみを廃棄物と称することにする。
【００１５】
まず、本発明者らが実施した実験およびその結果を説明する。ある自治体ごみ処理施設において粗大ごみおよぴ不燃ごみを破砕し、それぞれから磁選機により鉄を除去した、破砕粗大ごみ試料（Ａ１と称す）と、破砕不燃ごみ試料（Ｂ１と称す）を採取した。
【００１６】
Ａ１およびＢ１のそれぞれの一部を、ロータリーキルン式加熱炉（直径０．２５ｍ、長さ２ｍ、加熱温度４５０℃、滞留時間６０分、酸素濃度２％以下）で間接的に加熱し、分解ガスとガス化残渣とに熱分解した。以下ではＡ１のガス化残渣をＡ２、Ｂ１のガス化残渣をＢ２と略称する。Ａ１は７ｋｇ（含水率１１．７％）、Ｂ１は６ｋｇ（含水率１０．８％）を熱分解し、それぞれ１．７３ｋｇのＡ２と、２．３０ｋｇのＢ２が得られた。
【００１７】
これらの試料Ａ１、Ａ２、Ｂ１、Ｂ２を、手ふるいにより、大きさ１ｍｍ以下、１〜５．６６ｍｍ、５．６６ｍｍ以上の３種類に選別した。また、５．６６ｍｍ以上の試料の物理組成は、木・紙、プラスチック、鉄、非鉄、ガラス、石、炭等が測定された。
【００１８】
表１に、熱分解前後の粒度分布および物理組成を示す。５．６６ｍｍ以上に含まれていた木・紙、プラスチックは、熱分解によりその割合が減少し、５．６６ｍｍ以下の小粒径分および鉄の割合が多くなっている。
【００１９】
【表１】
2004290733.tif 000003
【００２０】
次いで、３種類にふるい分けした各試料について、銅（Ｃｕ）、亜鉛（Ｚｎ）、鉛（Ｐｂ）の含有量を測定した。各試料は前処理として、電気炉で６００℃、２時間強熱し、残渣をＨＮＯ３：ＨＣｌ＝１：１の混酸で酸分解後、原子吸光光度計を用いて含有量を測定した。ただし、５．６６ｍｍ以上に含まれた鉄および非鉄金属の粒子は、蛍光Ｘ線分析装置を用いて金属含有量の分析を行なった。
【００２１】
図１に、Ａ１およびＡ２における粒径別Ｃｕ含有量の分布を、図２に、Ｂ１およびＢ２における粒径別Ｃｕ含有量の分布を示す。図１に示すように、粗大ごみでは、熱分解前には５．６６〜１６ｍｍに多く見られたＣｕが、熱分解後は、１〜５．６６ｍｍの範囲に偏在していることがわかる。
【００２２】
また、不燃ごみでは、図２に示すように、熱分解前には、５．６６ｍｍ以上に広く散在していたＣｕが、熱分解後は、２〜５．６６ｍｍに顕著に集中して存在していることがわかる。なお、粗大ごみおよび不燃ごみ共に、１ｍｍ以下では熱分解前後で殆ど含有量の変化はない。
【００２３】
図３に、Ａ１およびＡ２における粒径別Ｚｎ含有量の分布を、図４に、Ｂ１およびＢ２における粒径別Ｚｎ含有量の分布を示す。図３に示すように、粗大ごみでは、熱分解前後で存在範囲は変化せず、５．６６〜１６ｍｍの範囲に存在している。しかし、不燃ごみでは、図４に示すように、熱分解前に５．６６〜１６ｍｍに集中していたものが、熱分解後は、２ｍｍ以下に偏在していることがわかる。
【００２４】
図５に、Ａ１およびＡ２における粒径別Ｐｂ含有量の分布を、図６に、Ｂ１およびＢ２における粒径別Ｐｂ含有量の分布を示す。粗大ごみでは、熱分解前には５．６６〜１６ｍｍの範囲に存在しているが、熱分解後は、０．５〜５．６６ｍｍに偏在している。また、不燃ごみでは、熱分解前には、平均的に散在していたものが、熱分解後は、１〜２ｍｍを中心に、０．５〜２ｍｍに偏在している。
【００２５】
以上の実験から、粗大ごみおよび不燃ごみのガス化残渣には、１〜６ｍｍの範囲にＣｕが偏在していることがわかった。また、Ｚｎは、特に不燃ごみにおいて、１〜２ｍｍに集中していることがわかった。また、Ｐｂは、粗大ごみでは、０．５〜５．６６ｍｍに、不燃ごみでは、０．２５〜２ｍｍの範囲に偏在していることがわかった。
【００２６】
したがって、それぞれの粒径範囲のガス化残渣を選別するという単純な作業によって、容易にかつ効率的に、これらの重金属類を有価物として回収できる。また、一方では、これらの重金属類を回収することによって、環境汚染等の原因となる物質を除去できることにもなる。
【００２７】
次に、本発明の一実施形態を、図７のフローを参照して説明する。まず、破砕工程（Ｓ１）では、廃棄物を５０〜１５０ｍｍの大きさに破砕する。本例では、回転するハンマと衝撃板とによる衝撃や、回転刃により廃棄物を砕く高速もしくは低速回転式の破砕機が好ましい。ただし、せん断式破砕機を使用することも可能である。
【００２８】
次に、鉄およびアルミニウムの選別工程（Ｓ２）では、破砕した廃棄物の中から、永久磁石または電磁石の磁力を用いた磁選機によってまず鉄を選別する。次に、鉄を取り除いた廃棄物中のアルミニウムに、電磁作用でうず電流を発生させ、磁束との相互作用でアルミニウムに偏向力を与えて選別する。
【００２９】
次の熱分解工程（Ｓ３）では、破砕され、鉄およびアルミニウムを除去した廃棄物を、低酸素で、かつ若干負圧にした雰囲気で、約３００〜６００℃、通常約４５０℃で間接加熱していわゆる蒸し焼きにすると、ごみ中の水分が蒸発した分解ガスと熱分解残留物であるガス化残渣とに分解する。本例では横型回転ドラム式の熱分解反応器を使用する。
【００３０】
このガス化残渣の組成は、廃棄物の種類によって種々異なるが、日本国内の都市ごみの場合、本発明者らの知見によれば、
大部分が比較的細粒の可燃分            １０〜６０％
比較的細粒の灰分                        ５〜４０％
粗粒金属成分                            ７〜５０％
粗粒瓦礫、陶器、コンクリート等        １０〜６０％
より構成されていることが判明している。
【００３１】
次に、冷却工程（Ｓ４）では、熱分解工程で約４５０℃の比較的高温でガス化残渣が排出され、冷却装置により約６０℃に冷却される。冷却装置としては横型回転ドラム式の間接冷却方式が好適である。後段の選別工程におけるガス化残渣の取り扱いや、また、ガス化残渣中に含まれる熱分解カーボンは高カロリーの燃料として利用できることを考慮すれば、乾燥を維持する間接冷却方式が好ましい。
【００３２】
次に、一次選別工程（Ｓ５）で、熱分解カーボンを選別回収する。ごみ中の可燃物は熱分解工程を経ると、殆どの可燃物が粒径１ｍｍ以下の熱分解カーボン、あるいはチャーとも呼ばれる炭化物となる。この熱分解カーボンは高カロリーの燃料として利用される。
【００３３】
次に、二次選別工程（Ｓ６）で有価物を選別する。本発明者らの分析によれば、前述のとおり、銅、亜鉛、鉛等の有価物は、大きさ１〜６ｍｍ範囲のガス化残渣中に偏在しており、６ｍｍ目篩を採用することにより、本発明が目的とする有価物リッチの残渣を得ることができる。
【００３４】
なお、上記選別に使用する篩は、振動篩、回転篩などが好適であるが、本発明はこれに限定されない。例えば風力分級式で、個々の有価物に適した風速を採用することにより、目的とする重金属を選別することもできる。また、遠心式、磁選式等の分別機を使用してもよい。
【００３５】
次に、有価物リッチの残渣を回収した残りの篩目６ｍｍを超えるガス化残渣は、主としてガレキ、ガラス、陶器等であり、種々の処理方法があるが、本実施形態では、非金属不燃物処理工程（Ｓ７）において、例えば、ロール式、チューブミル式、ロッドミル式、ボールミル式等の粉砕機を用いて、粒径１ｍｍ以下に微粉砕し、熱分解カーボンとともに、燃焼溶融炉で内で１３００℃程度の高温域で燃焼溶融して溶融スラグとする。
【００３６】
なお、上記フローは一例で、鉄およびアルミニウムの選別を熱分解前に行なっているが、これを熱分解後のガス化残渣に対して実施してもよい。また、上記フローでは、粗大および不燃ごみ等を含む廃棄物一般について、大きさ１〜６ｍｍのガス化残渣を選別することにより、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｐｂ等の有価物を多量に回収できるが、さらに、ごみや重金属の種別に応じて、含有率の高い有価物を、単に篩目を選別するという単純な作業で、容易にかつ効率的に回収できる。
【００３７】
例えば、不燃ごみを集約して扱った場合、粒径０．２５〜２ｍｍのガス化残渣を集中して選別することによりＺｎおよびＰｂを選択的に回収できる。同様に、粗大ごみを集約して扱った場合、粒径０．５〜５．６６ｍｍのガス化残渣を集中して選別することによりＰｂを選択的に回収できる。
【００３８】
【発明の効果】
本発明によれば、廃棄物を熱分解したガス化残渣を、単に篩目を選択して選別するという極めて単純な作業で、廃棄物中に含まれる銅、亜鉛、鉛等の有価物を選択的に回収できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明における粗大ごみの熱分解工程前後の粒径別Ｃｕ含有量の分布図。
【図２】本発明における不燃ごみの熱分解工程前後の粒径別Ｃｕ含有量の分布図。
【図３】本発明における粗大ごみの熱分解工程前後の粒径別Ｚｎ含有量の分布図。
【図４】本発明における不燃ごみの熱分解工程前後の粒径別Ｚｎ含有量の分布図。
【図５】本発明における粗大ごみの熱分解工程前後の粒径別Ｐｂ含有量の分布図。
【図６】本発明における不燃ごみの熱分解工程前後の粒径別Ｐｂ含有量の分布図。
【図７】本発明の一実施形態を示すフロー図。
【図１】
2004290733.tif 000004
【図２】
2004290733.tif 000005
【図３】
2004290733.tif 000006
【図４】
2004290733.tif 000007
【図５】
2004290733.tif 000008
【図６】
2004290733.tif 000009
【図７】
2004290733.tif 000010