(57)【要約】【課題】　金属含有産業廃棄物Ｗ１，Ｗ２をロータリーキルン式溶融炉２内に導入して溶融する際、この溶融によって溶出する溶融金属ＭをスラグＳから分離して回収することができる。【解決手段】　産業廃棄物Ｗ１,Ｗ２を溶融するロータリーキルン式溶融炉２と、この溶融炉２内で生成された溶融金属Ｍおよび溶融スラグＳからなる流動体Ｆを冷却破砕する冷却破砕手段４と、産業廃棄物Ｗ１,Ｗ２およびスラグ溶融剤を溶融炉２内に導入する搬入機構１とを備え、スラグ溶融剤を溶融炉２内へ導入することによって、溶融スラグＳの流動性を増大させ、溶融炉２内で溶融金属Ｍと溶融スラグＳとをこれらの比重差により分離する構成とされ、冷却破砕手段４は、溶融炉２から排出される流動体Ｆを冷却し破砕する水槽４１を備え、溶融金属Ｍと溶融スラグＳとを互いが分離した状態で溶融炉２から流下させ、水槽４１内で冷却破砕し、金属とスラグとを別の砕塊として得る。【選択図】　図１
2004090004.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属含有産業廃棄物を溶融するロータリーキルン式溶融炉と、
　該溶融炉内で生成された溶融金属および溶融スラグからなる流動体を冷却、破砕する冷却破砕手段とを備える産業廃棄物処理装置であって、
　前記産業廃棄物およびスラグ溶融剤を前記溶融炉内に導入する搬入機構を備え、
　前記スラグ溶融剤を前記溶融炉内へ導入することによって、該溶融炉内における前記産業廃棄物の溶融により生成するスラグの溶融温度が１４００℃以下となるようにこのスラグの塩基度（ＣａＯ／ＳｉＯ２重量比）を調整し、前記溶融スラグの流動性を増大させることにより、前記溶融炉内で前記溶融金属と前記溶融スラグとをこれらの比重差により分離する構成とされ、
　前記冷却破砕手段は、前記溶融炉から排出される前記流動体を冷却し破砕する水槽を備え、
　前記溶融金属と前記溶融スラグとを互いが分離した状態で前記溶融炉から流下させ、前記水槽内で冷却破砕し、金属とスラグとを別の砕塊として得る構成とされたことを特徴とする産業廃棄物処理装置。
【請求項２】
請求項１記載の産業廃棄物処理装置において、
　前記冷却破砕手段により得られた砕塊を金属の破塊とスラグの破塊とに分別する磁気選鉱装置を備えることを特徴とする産業廃棄物処理装置。
【請求項３】
前記スラグの塩基度を、０．３５〜１．３５の範囲内に調整することを特徴とする請求項１または２に記載の産業廃棄物処理装置。
【請求項４】
前記スラグの塩基度を、ＣａＯを含むスラグ溶融剤の添加により調整することを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載の産業廃棄物処理装置。
【請求項５】
前記溶融炉内に、Ｃ（炭素）を含む還元剤を添加することを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれかに記載の産業廃棄物処理装置。
【請求項６】
前記溶融炉内の少なくとも前記スラグが接触する部分を、ＭｇＯを主成分とする塩基性マグネシア系耐火材で被覆することを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれかに記載の産業廃棄物処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
　本発明は、産業廃棄物処理装置に関するものであり、特に金属含有産業廃棄物を高温溶融炉内で溶融する際に、この溶融によって溶出する溶融金属をスラグから分離して回収し得るようにした産業廃棄物処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
　自動車や家庭電化製品などの金属含有産業廃棄物を処理する一方法として、これらの産業廃棄物を高温の溶融炉で溶融する方法が用いられている。この溶融による処理方法の一例を図２により説明する。図２において前記産業廃棄物Ｗ1 またはその解砕物Ｗ２はロータリーキルン６０の基部に設けられた導入口６２から導入され、この基部に設置された第１バーナー６３によって熱風が供給され、例えば１４００℃以上の温度で溶融される。この溶融によって産業廃棄物中の可燃物は熱分解されてガス化し、一方、金属を含む不燃性物質はロータリーキルン内の前記温度によって溶融状態または半溶融状態の流動体Ｆになる。
【０００３】
　生成したガス成分はロータリーキルンの開放端部６５から２次燃焼室３に送られ、この２次燃焼室３で更に第２バーナー３４からの熱風と空気供給管３５からの空気の供給を受けて高温で燃焼されて例えばダイオキシンや悪臭物質などが分解され、２次燃焼室の排出口３３から燃焼ガスＧとして排出される。この燃焼ガスＧは、図示しないが更に熱交換工程、ダイオキシン再生成防止のためのクエンチ工程、煤塵・有害ガス除去工程などを経て大気中に放出される。
【０００４】
　ロータリーキルン内に生成した流動体Ｆは、このロータリーキルンの胴部６１の傾斜に沿って流動し、開放端部６５から水砕ピット４に排出される。水砕ピット４に導入された流動体Ｆは、この水砕ピット４内で水冷されると共に破砕され、結晶性または非結晶性の砕塊Ｒとなり、コンベア４２によって搬出される。この砕塊Ｒは従来から埋立てや建設資材などの土木建設用として用いられている。
【０００５】
　前記産業廃棄物の処理方法において、溶融によってロータリーキルン内に生成する流動体Ｆは、一般に金属とスラグとの混成物である。このスラグの組成は通常、ＳｉＯ２ ／Ａｌ２Ｏ３／ＣａＯを主成分とするものであって、一例を挙げれば、ＳｉＯ２が３２〜４５重量％、Ａｌ２Ｏ３が１０〜３０重量％、ＣａＯが７〜１４重量％を占め、残部がＦｅ酸化物などとなっている。この組成を有するスラグは溶融温度が高くしかも溶融物の粘度が高いので、例えば前記のロータリーキルン６０内を水砕ピット４に向けて流動させるためには炉内温度を１４００℃以上とする必要があった。またこの高温に耐えるため、ロータリーキルンの内張り耐火物としてはアルミナ系耐火煉瓦が用いられていた。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
　前記の産業廃棄物処理方法において、得られた砕塊ＲにはＦｅを始めとしてＣｕ、Ａｕ、Ａｇなどの有用な、または高価な金属が含まれている。しかし、これまでそれら有用金属の回収は試みられていなかった。その理由は、ロータリーキルン内における前記流動体Ｆの粘度が、前記スラグの高溶融温度・高粘度に起因して極めて高いので、ロータリーキルン内で溶融金属と溶融スラグとが混成体を形成して分離せず、この流動体Ｆを水砕ピット４で解砕した後に得られる砕塊Ｒを選別して金属を回収する作業が経済的に引き合わなかったからである。高温のため、スラグ中で酸化も促進され、特にＣｕが酸化され、溶融金属層が形成され難かったこともある。
　また前記の産業廃棄物処理方法では、前記のようにロータリーキルン内における流動体Ｆの溶融温度が高いことに起因して、ロータリーキルンの内壁が熔損しやすく、溶融炉の耐用期間が短いという問題もあった。
　本発明は前記の課題を解決するためになされたものであって、従ってその第一の目的は、金属含有産業廃棄物を溶融炉内に導入して溶融するに際して、この溶融によって溶出する溶融金属をスラグから分離して回収し得るようにした産業廃棄物処理方法を提供することにある。また本発明の第二の目的は、溶融炉の熔損を防止して溶融炉の耐用期間を延長することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
　前記の課題を解決するために本発明は、金属含有産業廃棄物を溶融するロータリーキルン式溶融炉と、該溶融炉内で生成された溶融金属および溶融スラグからなる流動体を冷却、破砕する冷却破砕手段とを備える産業廃棄物処理装置であって、前記産業廃棄物およびスラグ溶融剤を前記溶融炉内に導入する搬入機構を備え、前記スラグ溶融剤を前記溶融炉内へ導入することによって、該溶融炉内における前記産業廃棄物の溶融により生成するスラグの溶融温度が１４００℃以下となるようにこのスラグの塩基度（ＣａＯ／ＳｉＯ２重量比）を調整し、前記溶融スラグの流動性を増大させることにより、前記溶融炉内で前記溶融金属と前記溶融スラグとをこれらの比重差により分離する構成とされ、前記冷却破砕手段は、前記溶融炉から排出される前記流動体を冷却し破砕する水槽を備え、前記溶融金属と前記溶融スラグとを互いが分離した状態で前記溶融炉から流下させ、前記水槽内で冷却破砕し、金属とスラグとを別の砕塊として得る構成とされたことを特徴とする。
【０００８】
　一般に前記産業廃棄物をロータリーキルン式溶融炉内に導入して溶融すると、産業廃棄物に含まれていた金属が溶出すると共にスラグが生成する。このスラグは、その塩基度を特定範囲内に調整すると、結晶組成の変化が起こって溶融温度が１４００℃以下に低下する。そして溶融温度が１４００℃以下となる結晶組成の領域では、溶融スラグの粘度が著しく低下することがわかった。従って、スラグの溶融温度が１４００℃以下となるようにその塩基度を調整すれば、溶融スラグの粘度が低下して流動性が増し、温度低下とともに溶融金属がスラグの下層となって酸素と接触しなくなるため、その酸化が防止され、ロータリーキルン式溶融炉内で溶融スラグと溶融金属とがその比重差によって良好に分離するようになる。
　ロータリーキルン式溶融炉内で溶融金属と溶融スラグとが良好に分離していれば、この溶融炉から冷却破砕手段としての水砕ピットなどに導入して冷却解砕した際に、金属とスラグとが互いに異なる砕塊として得られるので、例えば磁気選鉱法などによって金属砕塊を選別し、高い回収率で金属を回収することができる。
　また、ロータリーキルン式溶融炉であれば、傾斜した回転筒状溶融炉の上方端部から産業廃棄物を導入し加熱溶融することにより、溶融金属と溶融スラグとが良好に分離した状態で下方の開放端部から連続的に排出されるので、容易かつ連続的に金属を回収することができる。
【０００９】
　前記において、前記冷却破砕手段により得られた砕塊を金属の破塊とスラグの破塊とに分別する磁気選鉱装置を備えることを特徴とする。
　この場合、金属の砕塊として、特に、銅および金などの貴金属を始めとする各種金属を高い回収率で確実に回収することができる。
　また、前記において、スラグの塩基度は、０．３５〜１．３５の範囲内に調整することが好ましい。
　各種産業廃棄物から生成するスラグの元来の溶融温度は、前記のように概略１４００℃以上であるが、個別にはその産業廃棄物の組成により異なっている。しかし、いずれの産業廃棄物においても、スラグの塩基度を前記範囲内に調整すれば、その溶融温度を１４００℃以下に降下させることができる。塩基度が０．３５未満では、スラグの溶融温度を１４００℃以下にすることが困難である。塩基度が１．３５を越えると、この調整のために要するスラグ溶融剤の量が多くなって排出されるスラグ量が多くなり運転効率が低下する。
【００１０】
　前記スラグの塩基度は、ＣａＯを含むスラグ溶融剤の添加により調整することが好ましい。
　一般に、自動車や家庭電化製品などの金属含有産業廃棄物を溶融したときに生成するスラグの塩基度（ＣａＯ／ＳｉＯ２ 重量比）は、０．１５〜０．３程度である。これを、スラグの溶融温度を１４００℃以下とする塩基度（０．３５〜１．３５）と比較するとＣａＯが不足している。従って、ＣａＯを含むスラグ溶融剤を溶融炉に添加することにより塩基度を前記０．３５〜１．３５の範囲内に調整することができる。ＣａＯを含むスラグ溶融剤の例としては、例えば石灰石、消石灰、ＣａＯを含む中和沈澱物、または他の製造工程で得られるＣａＯに富むスラグなどを挙げることができる。
【００１１】
　前記溶融炉内には、Ｃ（炭素）を含む還元剤を添加してもよい。
　前記産業廃棄物を溶融炉内で溶融するに際して、少なくとも溶融物は、金属の酸化によるスラグへの移行を防ぐために還元雰囲気下に置くことが好ましい。産業廃棄物中に有機物質などのＣ成分（可燃物）が多く含まれている場合はこれら未燃焼のＣ成分が溶融炉内の溶融物に溶け込み還元雰囲気を形成するので問題ないが、既に焼却処理されたものとか、少ない場合は、産業廃棄物の処理量に対して２重量％〜２０重量％程度のＣを含む還元剤を添加すれば、有価金属を還元でき、溶融金属が酸化によってスラグ側に移行することによる金属の損失を防止することができる。Ｃを含む還元剤の例としては、好ましくはコークス、他に粉炭、石炭、有機物廃材などを挙げることができる。
【００１２】
　前記溶融炉内の少なくとも前記スラグが接触する部分は、ＭｇＯを主成分とする塩基性マグネシア系耐火材で被覆することが好ましい。
　前記のようにスラグの溶融温度を１４００℃以下とするためにＣａＯを含むスラグ溶融剤を添加して塩基度を高くすると、従来から溶融炉の内壁に用いられているアルミナ系耐火材は、その耐火材中のＡｌ２Ｏ３成分と前記スラグ溶融剤中のＣａＯとが反応して低融点化合物を形成し、炉の耐久性を低下させる。炉壁の耐火材として前記のＭｇＯを主成分とする塩基性マグネシア系耐火材を用いれば、塩基度を高くしても炉壁が侵食されることはなく、溶融炉の耐久性が向上する。
【発明の効果】
【００１３】
　本発明の産業廃棄物処理装置は、処理物の形状を問わずに処理可能であるとともに、溶融によって生成するスラグの溶融温度が１４００℃以下となるようにこのスラグの塩基度を調整するものであるので、金属含有産業廃棄物を溶融炉内に導入して溶融するに際して、金属とスラグとを容易に分離することができ、有用金属または高価金属が有利に回収できるようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
　以下、本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。
　図１は本発明の産業廃棄物処理装置の一例を示している。この処理装置は、基本的には図２に示した従来の処理装置と同様であるが、ただしロータリーキルンの内壁が塩基性マグネシア系煉瓦、具体的にはマグネシア・クロミア煉瓦で覆われている。
【００１５】
　図１において、この産業廃棄物処理装置は概略、搬入機構１と、ロータリーキルン式溶融炉２と、２次燃焼室３と、水砕ピット（冷却破砕手段）４とからなっている。
　搬入機構１は、処理する産業廃棄物の状態に応じて、大型の産業廃棄物Ｗ１を搬入する機構１１と、解砕されたまたは小型の産業廃棄物Ｗ２をコンベアで搬入する機構１２とを備えている。
　ロータリーキルン式溶融炉２は、円筒状の胴部２１が基部から開放端部２５に向けて下方に傾斜するように設置され、回転機構２４，２４によって円筒の中心軸を回転軸として回転するようになっている。この胴部２１の内壁は、前記のようにマグネシア・クロミア煉瓦で覆われている。また胴部２１の中間部には、図示しないが中間加熱設備が設けられている。
　ロータリーキルン式溶融炉２の基部には産業廃棄物Ｗ１，Ｗ２の導入口２２と、第１バーナー２３とが設けられ、下方の開放端部２５は２次燃焼室３の下端部に開放されている。
【００１６】
　２次燃焼室３は立設された管体であって、下端部には水砕ピット４に通じる流動体の排出口３１が設けられ、その上方の管壁に、前記ロータリーキルンの開放端部２５を受ける開口３２が形成されている。また、２次燃焼室３の上部には排出口３３が設けられて、図示しない排ガス後処理装置とダクトで連結されている。この２次燃焼室３の中間部には、排ガスを高温で燃焼するための第２バーナー３４と空気供給管３５とが設けられている。前記排ガス後処理装置は、熱交換器、ダイオキシン再生成防止のためのクエンチ装置、煤塵・有害ガス除外装置などを含み、これらの装置を経由した排ガスは最終的に大気中に放出される。
　水砕ピット４は、ロータリーキルンの開放端部２５から排出された流動体を冷却し破砕する水槽４１と、破砕された砕塊Ｒを搬出するコンベア４２とを有している。
【００１７】
　次に前記産業廃棄物処理装置を用いる本発明の一実施形態について説明する。
　先ずロータリーキルン２の胴部２１を回転し、第１バーナー２３を点火して胴部２１内部を１４００℃以下の適温、例えば１３５０℃に加熱しておく。
　次に、例えば廃自動車のプレス解砕体（産業廃棄物Ｗ２）をコンベア付きの搬入機構１２によってロータリーキルンの基部に搬送し、導入口２２から胴部２１内に導入する。なお、プレス解砕体は、ロータリーキルン方式では、形状は特に問題とせず、粉体状でも一体物でも投入できるものであれば、溶融処理可能である。他の溶融炉方式（例えばガス化溶融炉）では、形状に関して前処理が重要とされ、ペレット状化が好まれ、一体物やプレス品は不適切とされている。
【００１８】
　このとき、産業廃棄物Ｗ２の導入量に対応して、予め計算された量の消石灰をスラグ溶融剤として同時に搬入機構１２から導入する。導入する消石灰の量は、溶融によって生成するスラグＳの溶融温度が１４００℃以下、例えば１３５０℃になるように、スラグＳの塩基度（ＣａＯ／ＳｉＯ２ 重量比）を調整できる量であって、予めスラグＳの組成分析によって計算される。
【００１９】
　消石灰と共にロータリーキルン２内に導入された産業廃棄物Ｗ２は、第１バーナー２３の熱風によって溶融され、可燃物は分解されてガス化し、一方、金属を含む不燃性物質はロータリーキルン内の前記温度によって溶融状態または半溶融状態の流動体Ｆとなる。
【００２０】
　生成したガス成分はロータリーキルン２の開放端部２５から２次燃焼室３に送られ、この２次燃焼室３で、更に第２バーナー３４からの熱風と空気供給管３５からの空気の供給を受けて高温で燃焼され、例えばダイオキシンや悪臭物質などが分解され、排出口３３から燃焼ガスＧとして後処理工程に向けて排出される。
【００２１】
　ロータリーキルン２内に形成された前記流動体Ｆは、胴部２１の傾斜に沿って流動しながら、この間に消石灰の添加によって塩基度が上昇して流動性が増したスラグＳと、Ｆｅを主成分とし他の金属を含む溶融金属Ｍとが比重差によって分離する。この溶融金属Ｍと溶融スラグＳは、互いに分離した状態でロータリーキルンの開放端部２５から流下し、水砕ピット４の水槽４１内で冷却され破砕され砕塊Ｒとなる。このとき、金属とスラグとは別の砕塊として得られる。得られた砕塊Ｒはコンベア４２によって搬出される。
　得られた砕塊Ｒは、例えば磁気選鉱装置などによって、金属の砕塊とスラグの砕塊とに容易に分別することができる。
【００２２】
（試験例）
　図１に示した産業廃棄物処理装置において、産業廃棄物Ｗ２として廃自動車のプレス解砕体を用い、スラグ溶融剤として消石灰を用い、このときの塩基度を表１に示すように種々に変化させて、溶融温度１３５０℃で溶融を行った。磁気選鉱装置によって金属砕塊を分別し、各塩基度におけるＣｕ回収率を測定した。結果を表１に示す。
【００２３】
【表１】
2004090004.tif 000003
【００２４】
　表１から明らかなように、スラグ溶融剤を添加してスラグの塩基度を０．３５〜１．３５の範囲内で変化させた場合には、いずれも９０重量％以上の高いＣｕ回収率が得られた。これに比べ、塩基度が０．３５未満の場合は、Ｃｕ回収率が低く、溶融炉内において溶融金属とスラグとが十分に分離していないことを示している。
【産業上の利用可能性】
【００２５】
　金属含有産業廃棄物を溶融炉内に導入して溶融するに際して、この溶融によって溶出する溶融金属をスラグから分離して回収することができるとともに、溶融炉の熔損を防止して溶融炉の耐用期間を延長することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の産業廃棄物処理装置の一実施形態を示す断面図である。
【図２】従来の産業廃棄物処理装置の一例を示す断面図である。
【符号の説明】
【００２７】
　１，１１，１２：搬入機構
　２：ロータリーキルン式溶融炉
　２１：胴部
　２２：導入口
　２３：第１バーナー
　２４；回転機構
　２５：開放端部
　３：２次燃焼室
　４：水砕ピット（冷却破砕手段）
　４１：水槽
　４２：コンベア
　Ｗ１：産業廃棄物
　Ｗ２：産業廃棄物またはその解砕物
　Ｆ：流動体
　Ｓ：スラグ
　Ｍ：溶融金属
　Ｒ：砕塊
【図１】
2004090004.tif 000004
【図２】
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