(57)【要約】【課題】有機系廃棄物から還元材を生成し、この還元材を利用して金属酸化物を含む廃棄物を還元することができる還元装置及び還元方法を提供する。【解決手段】本発明は、金属酸化物を還元して金属を得る還元装置１であって、有機系廃棄物に高温ガスを供給して水分及び揮発分を蒸発させて炭化処理することにより炭化物６を生成する炭化処理装置２と、この生成された炭化物６と、金属酸化物を含む廃棄物８と、炭化物と廃棄物とを結合する結合材１０とを混練してペレット１４を成形するペレタイザー１２と、このペレタイザー１２で得られたペレットを高温雰囲気中で還元する回転床型還元炉１６と、を有することを特徴としている。【選択図】　　　図１
2004091883.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属酸化物を還元して金属を得る還元装置であって、
有機系廃棄物に高温ガスを供給して水分及び揮発分を蒸発させて炭化処理することにより炭化物を生成する炭化物生成手段と、
この生成された炭化物と、金属酸化物を含む廃棄物と、上記炭化物と上記廃棄物とを結合する結合材とを混練してペレットを成形するペレット成形手段と、
このペレット成形手段で得られた上記ペレットを高温雰囲気中で還元する還元手段と、
を有することを特徴とする還元装置。
【請求項２】
上記還元手段は、回転床型還元炉と、この回転床型還元炉に上記ペレットを投入するペレット投入手段と、回転床型還元炉に高温ガスを供給する熱源と、を備えている請求項１記載の還元装置。
【請求項３】
更に、上記還元手段から排出される排気ガスを上記炭化物生成手段に導入する第１排気ガス導入手段を有する請求項１又は請求項２に記載の還元装置。
【請求項４】
上記第１排気ガス導入手段は、排気ガスを所定の温度に冷却する冷却手段を備えている請求項３記載の還元装置。
【請求項５】
更に、上記炭化物生成手段から排出される排気ガスを上記還元手段に導入する第２排気ガス導入手段を有する請求項１乃至４の何れか１項記載の還元装置。
【請求項６】
上記炭化物生成手段の高温ガスは、約４５０℃乃至約６００℃である請求項１乃至５の何れか１項に記載の還元装置。
【請求項７】
上記炭化物生成手段は、固定炭素が７０％以上で灰分が５％以下である炭化物を生成する請求項１乃至６の何れか１項に記載の還元装置。
【請求項８】
上記還元手段の高温雰囲気は、少なくとも約１１００℃である請求項１乃至７の何れか１項に記載の還元装置。
【請求項９】
金属酸化物を還元して金属を得る還元方法であって、
有機系廃棄物に約４５０℃乃至約６００℃の高温ガスを供給して水分及び揮発分を蒸発させて炭化処理することにより炭化物を生成する炭化物生成工程と、
この生成された炭化物と、金属酸化物を含む廃棄物と、上記炭化物と上記廃棄物とを結合する結合材とを混練してペレットを成形するペレット成形工程と、
このペレット成形工程で得られた上記ペレットを少なくとも約１１００℃の高温雰囲気中で還元する還元工程と、
を有することを特徴とする還元方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は還元装置及び還元方法に係り、特に、金属酸化物を還元して金属を得る還元装置及び還元方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、例えば、特開２００１‐８１５１０号公報や特開２００１‐７３０２０号公報に記載されているように、金属酸化物を還元する還元装置が知られている。
この従来の還元装置を図２により具体的に説明する。図２に示すように、従来の還元装置４０は、鉄鉱石、石炭（還元材）、鉄鉱石と石炭を結合する結合材を混練してペレットにするペレタイザー４２を備え、さらに、このペレタイザー４２により得られたペレットを還元する円形状の回転床型還元炉４４を備えている。この回転床型還元炉４４は、外部燃料４６を熱源として高温に加熱され、ペレット中のカーボンと鉄鉱石中の酸化鉄が還元反応することにより鉄が生成されるようになっている。また、回転床型還元炉４４内で発生したガス４８は、排気ダクト（図示せず）によって系外に排出されるようになっている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の還元装置４０においては、還元材として使用される石炭に含まれる灰分が多いため、還元処理後のペレット中に含まれるスラグも多くなるという問題がある。
また、従来の還元装置４０では、熱源として外部燃料を利用しており、その分コストが高いという問題もある。
さらに、回転床型還元炉４４内で生じたガス４８は、排気ダクト（図示せず）から直接外部に排出されており、還元コストや周囲環境への影響等の面でも問題がある。
【０００４】
そこで、本発明は、上述した従来技術の問題を解決するためになされたものであり、有機系廃棄物から還元材を生成し、この還元材を利用して金属酸化物を含む廃棄物を還元することができる還元装置及び還元方法を提供することを目的としている。
また、本発明は、還元炉からの排気ガスを有効利用することによりコストを低減させることができる還元装置及び還元方法を提供することを目的としている。さらに、本発明は、還元炉における有害なガスの発生を抑制することができる還元装置及び還元方法を提供することを目的としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明は、金属酸化物を還元して金属を得る還元装置であって、有機系廃棄物に高温ガスを供給して水分及び揮発分を蒸発させて炭化処理することにより炭化物を生成する炭化物生成手段と、この生成された炭化物と、金属酸化物を含む廃棄物と、炭化物と廃棄物とを結合する結合材とを混練してペレットを成形するペレット成形手段と、このペレット成形手段で得られたペレットを高温雰囲気中で還元する還元手段と、を有することを特徴としている。
このように構成された本発明においては、先ず、炭化物生成手段が、有機系廃棄物の水分及び揮発分を高温ガスにより蒸発させて炭化処理し炭化物を生成し、次に、ペレット形成手段が、炭化物と、金属酸化物を含む廃棄物と、炭化物と廃棄物とを結合する結合材とを混練してペレットを成形し、さらに、還元手段が、ペレットを高温雰囲気中で還元し、金属酸化物中の金属が得られる。この結果、本発明の還元装置によれば、有機系廃棄物から生成された炭化物を還元材として利用しているため、従来還元材として使用していた石炭が不要となり、さらに、得られた金属中のスラグの量が従来のものよりも少なくなる。
【０００６】
また、本発明において、好ましくは、還元手段は、回転床型還元炉と、この回転床型還元炉にペレットを投入するペレット投入手段と、回転床型還元炉に高温ガスを供給する熱源とを備えている。
【０００７】
また、本発明は、好ましくは、更に、還元手段から排出される排気ガスを炭化物生成手段に導入する第１排気ガス導入手段を有する。
このように構成された本発明によれば、還元手段から排出される排気ガスを炭化生成手段の熱源として利用できるので、その分、コストを低減させることができる。
また、本発明において、好ましくは、排気ガス導入手段は、排気ガスを所定の温度に冷却する冷却手段を備えている。
このように構成された本発明によれば、冷却手段が併設されていることにより、炭化物生成手段に高温排ガス用の耐火材等を使用する必要がなく、設備コストを低減させることができる。
【０００８】
また、本発明は、好ましくは、更に、炭化物生成手段から排出される排気ガスを還元手段に導入する第２排気ガス導入手段を有する。
このように構成された本発明によれば、炭化物生成手段から排出される排気ガスを還元手段の熱源として利用できるので、その分、コストを低減させることができる。
【０００９】
また、本発明において、好ましくは、炭化物生成手段の高温ガスは、約４５０℃乃至約６００℃である。
また、本発明において、好ましくは、炭化物生成手段は、固定炭素が７０％以上で灰分が５％以下である炭化物を生成する。
【００１０】
また、本発明において、好ましくは、還元手段の高温雰囲気は、少なくとも約１１００℃である。
このように構成された本発明によれば、還元手段における有害なガス（ダイオキシン等）の発生を抑制することができる。
【００１１】
さらに、本発明は、金属酸化物を還元して金属を得る還元方法であって、有機系廃棄物に約４５０℃乃至約６００℃の高温ガスを供給して水分及び揮発分を蒸発させて炭化処理することにより炭化物を生成する炭化物生成工程と、この生成された炭化物と、金属酸化物を含む廃棄物と、炭化物と廃棄物とを結合する結合材とを混練してペレットを成形するペレット成形工程と、このペレット成形工程で得られたペレットを少なくとも約１１００℃の高温雰囲気中で還元する還元工程と、を有することを特徴としている。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明の還元装置及び還元方法の一実施形態について説明する。
図１は、本発明の一実施形態による還元装置を示す全体構成図である。この図１に示すように、本発明の実施形態による還元装置１は、炭化処理装置２を備え、この炭化処理装置２が、食品廃棄物、間伐材等林業廃棄物等を含む有機系廃棄物４を所定の温度の高温ガスにて水分を蒸発させて乾燥処理を行い、その揮発分を蒸発させる炭化処理を施して炭化物６を生成する。この炭化物６が還元材として作用する。
還元装置１は、ペレタイザー（又はブリケッター）１２を備え、このペレタイザー１２が、炭化処理装置６で生成された炭化物４と、鉄鋼ダスト、鋳物廃砂等の金属酸化物含有廃棄物８と、炭化物４と廃棄物８とを結合するためのベントナイト、有機系バインダ等の結合材１０とを混練し、ペレット１４にするようになっている。
還元装置１は、このペレット１２を還元するための円形状の回転床型還元炉１６を備えている。この回転床型還元炉１６は、ペレット１４を還元炉１６中に投入するためのペレット投入装置１８と、還元炉１６に高温ガスを供給するための外部熱源２０と、還元炉１６内で還元処理されたペレット、即ち、炭化物６内のカーボンと廃棄物８中の金属酸化物８が還元反応することにより生成したフェロクロム等の金属２２を回収する金属回収装置（図示せず）と、を備えている。
【００１３】
また、還元炉１６には、炉内の排ガスを排出する排気ダクト２４が設けられ、この排気ダクト２４は、分岐部２４ａにおいて、排気ガスを外部に排出する排気ダクト２４ｂと、排気ガスの一部を炭化処理装置２に供給する排気ダクト２４ｃに分岐している。この排気ダクト２４ｃには、排気ガスの温度を所定の温度まで冷却するための水スプレー等の冷却装置２６が設けられている。
さらに、炭化処理装置２には、炭化処理中に装置６内で生じた排気ガスを還元炉１６に供給するための排気ダクト２８が設けられている。
【００１４】
次に、上述した本発明の実施形態の還元装置１の動作を説明する。まず、有機系廃棄物４が炭化処理装置２に投入され、この炭化処理装置２において、好ましくは約４５０℃乃至約６００℃、最も好ましくは約５５０℃の高温ガスで水分を蒸発させる乾燥処理と、揮発分を蒸発させる炭化処理が行われ、その結果、固定炭素７０％以上で灰分が５％以下の炭化物６が得られる。この炭化物４は、従来使用されている石炭に比べて灰分が少ない。
【００１５】
つぎに、この炭化処理装置２で得られた炭化物６は、還元材として利用するためにペレタイザー１２に排出され、このペレタイザー１２において、金属酸化物含有廃棄物８と結合材１０と共に混練され、ペレット１４が生成される。
つぎに、このペレット１４は、ペレット投入装置１８によって還元炉１６内に投入され、還元炉１６内には、外部熱源２０から高温ガスが供給される。この高温ガスは、好ましくは約１０００℃乃至約１３５０℃、最も好ましくは約１３００℃である。
このとき、還元炉１６では、ペレット１４に含まれる炭化物６中のカーボンと廃棄物８中の金属酸化物とが還元反応し、フェロクロム等の有価金属２２が生成される。この有価金属２２は、金属回収装置（図示せず）によって回収され、リサイクル品として利用される。
上述したように、炭化物６は灰分が従来使用されている石炭に比べて少ないため、還元後のペレット中に含まれるスラグも、還元材として石炭を使用する従来の還元装置に比べて少なくなる。
なお、蒸気圧の高い亜鉛等の金属の酸化物は、金属回収装置（図示せず）によって還元後も金属酸化物として回収される。
このように、本実施形態による還元装置１によれば、炭化処理装置２で得られた炭化物６を還元炉１６における還元材として利用することができるため、従来還元材として使用していた石炭が不要となる。
【００１６】
また、還元炉１６では、約１０００℃乃至約１３５０℃の排気ガスが排気ダクト２４ｂから外部に排出されるが、排ガスの一部は、分岐部２４ａにおいて排気ダクト２４ｃから冷却装置２６を経由して炭化処理装置２に供給される。ここで、排気ガスは、冷却装置２６により、好ましくは約４５０℃乃至約６００℃、最も好ましくは約５５０℃まで冷却された後、炭化処理装置２に供給され、排気ガスが、炭化処理装置６の熱源として利用されるようになっている。
このように、本実施形態による還元装置１によれば、還元炉１６の排気ガスの一部を炭化処理装置２の熱源として利用しているため、その分、低コスト化が達成できる。
また、上述したように本実施形態による還元装置１では、冷却装置２６が併設されており、この冷却装置２６により、還元炉１６から排出された約１０００℃乃至約１３５０℃の排気ガスは、炭化処理装置２に供給される前に約５５０℃程度に落して使用される。このため、炭化処理装置２の設備において、約１０００℃乃至約１３５０℃の高温に耐え得る高温用耐火材等を使用する必要がなく、設備コストを低減させることができる。また、本実施形態による還元装置１では、このような高温用耐火材を使用した製作が難しいキルン炉等も十分適用可能となる。
【００１７】
さらに、炭化処理装置２の炭化処理中にも廃棄物８から揮発性ガスが蒸発し、このガスが、排気ダクト２８によって還元炉１６に供給され、還元炉１６中でこの揮発分が燃焼するようになっている。
このように、本実施形態による還元装置１によれば、炭化処理装置２の炭化処理中に廃棄物から蒸発する揮発性ガスを還元炉１６の熱源として利用しているため、その分、低コスト化が達成している。
また、本実施形態による還元装置１によれば、炭化処理装置２内で発生する排気ガスはダイオキシン等の有害ガスを含むが、この排気ガスは還元炉１６に排気された後、炉内で１０００℃以上で加熱されるため、ダイオキシンの発生を抑制することもできる。
【００１８】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の還元装置及び還元方法によれば、有機系廃棄物から還元材を生成し、この還元材を利用して金属酸化物を含む廃棄物を還元することができる。また、還元炉からの排気ガスを有効利用することによりコストを低減させることができる。さらに、還元炉における有害なガスの発生を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態による還元装置を示す全体構成図である。
【図２】従来の金属酸化物還元装置を示す構成図である。
【符号の説明】
１　還元装置
２　炭化処理装置
４　炭化物
６　炭化物
８　金属酸化物含有廃棄物
１０　結合材
１２　ペレタイザー
１４　ペレット
１６　回転床型還元炉
１８　ペレット投入装置
２０　外部熱源
２２　金属
２４　排気ダクト
２６　冷却装置
２８　排気ダクト
【図１】
2004091883.tif 000003
【図２】
2004091883.tif 000004