(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
焼却灰に水を加えて焼却灰スラリーにするスラリー化工程と、該焼却灰スラリーを分級手段に導入して該焼却灰スラリーの灰粒子を粒径５μm〜１００μmを分級点とする粗粒と細粒に分級し、該粗粒を含む粗粒スラリーと該細粒を含む細粒スラリーに分離する分級工程と、該粗粒スラリーを磁選手段に導入して磁着性粗粒を磁気分離する磁選工程とを有し、該磁着性粗粒に含まれている重金属類を該磁気分離によって除去することを特徴とする焼却灰の処理方法。
【請求項２】
分級工程において、分級手段として湿式サイクロンを用いる請求項１に記載する焼却灰の処理方法。
【請求項３】
分級工程において、平均粒径３０μm〜３０００μmの粗粒と、平均粒径１μm〜１００μmの細粒であって、粗粒の平均粒径が細粒の平均粒径より大きくなるように分級する請求項１または請求項２に記載する焼却灰の処理方法。
【請求項４】
スラリー化工程と分級工程の間に、焼却灰スラリー中の凝集フロックを沈降させて上澄水を排水し、沈降した凝集フロックを含む焼却灰濃縮スラリーを回収する濃縮工程と、該焼却灰濃縮スラリーに水を加えてスラリー濃度を調整する希釈工程を有し、希釈工程を経た焼却灰スラリーを分級工程に導入する請求項１〜請求項３の何れかに記載する焼却灰の処理方法。
【請求項５】
磁選工程において、粗粒スラリーおよび細粒スラリーをおのおの磁選手段に導入して磁着性粗粒および磁着性細粒を磁気分離する請求項１〜請求項４の何れかに記載する焼却灰の処理方法。
【請求項６】
磁着性粗粒を分離した粗粒スラリーを脱水して粗粒洗浄灰を回収し、さらに細粒スラリーを脱水して細粒洗浄灰を回収し、あるいは細粒スラリーを磁選して磁着性細粒を分離した後に細粒スラリーを脱水して細粒洗浄灰を回収する請求項１〜請求項５の何れかに記載する焼却灰の処理方法。
【請求項７】
焼却灰に水を加えて焼却灰スラリーにする撹拌槽、該焼却灰スラリーを粗粒スラリーと細粒スラリーに分離する湿式サイクロン、該粗粒スラリーに含まれる磁着性粗粒を磁気分離する磁選手段を有することを特徴とする焼却灰の処理装置。
【請求項８】
撹拌槽と湿式サイクロンの間に、焼却灰スラリー中の凝集フロックを沈降させる沈降槽と、沈降槽から抜き出した焼却灰濃縮スラリーに水を加えてスラリー濃度を調整する希釈槽が設けられている請求項７に記載する焼却灰の処理装置。
【請求項９】
該粗粒スラリー中の磁着性粗粒を磁気分離する磁選手段と共に、該細粒スラリー中の磁着性細粒を磁気分離する磁選手段が設けられている請求項７または請求項８に記載する焼却灰の処理装置。
【請求項１０】
磁着性粗粒を分離した粗粒スラリーを脱水する手段、および細粒スラリーを脱水する手段が設けられており、あるいは細粒スラリーから磁着性細粒を分離する磁選手段と共に細粒スラリーを脱水手段が設けられている請求項７〜請求項９の何れかに記載する焼却灰の処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、焼却灰に含まれる重金属類を分離する焼却灰の処理方法に関する。より詳しくは、焼却灰に含まれる重金属類を効率よく分離して焼却灰をセメント原料等に再利用できるようにする焼却灰の処理方法に関する。
【０００２】
都市ゴミ等の一般廃棄物や産業廃棄物、および下水汚泥の焼却によって発生する焼却灰（焼却や溶融で生じる主灰や飛灰、燃殻や煤塵）、あるいは埋め立て処分される灰、セメント工場から発生する塩素バイパスダストなどが大量に発生しており、これらを再資源化してセメント原料などに再利用することが求められている。
【０００３】
焼却灰をセメント原料等として利用できるように再資源化するには、焼却灰に含まれている瓦礫等を除去し、さらに異物や金属分や塩素を取り除く必要がある。塩素や金属分が含まれているとセメント原料に適さず、また異物は処理設備に悪影響を与える。
【０００４】
焼却灰に含まれている塩素は可溶性であるため、水洗にて溶出させて、除去することができる。重金属の除去は薬剤を用いた浸出処理が従来行なわれている。例えば、特許３９６２８５５号公報（特許文献１）には、飛灰を塩酸水溶液あるいは硝酸水溶液に加えて銅、鉛、カドミウム、亜鉛、カルシウムなどの重金属を溶出させて該飛灰含有スラリーを固液分離し、この液分にアルカリを加えて中和し、液中の重金属を水酸化物として沈殿させ、該沈殿物を回収してカルシウムを除去した後に該水酸化物沈殿物に硫酸を添加して重金属を溶解させ、鉛を硫酸鉛として残渣に残し、この硫酸液を回収して電気分解を行い、陰極に析出する銅、カドミウム、亜鉛を回収する方法が記載されている。
【０００５】
また、焼却灰には磁性材料と同じく強磁性体を示すフェライト粒子を含むことがある。磁鉄鉱のようなスピネル構造を持つ酸化鉄セラミックスはフェライトと呼ばれ、AFe2O4（A：Mn、Co、Ni、Cu、Cr、Zn等）に示される組成式を持つ。これらの強磁性体粒子は容易に磁着するため、磁気分離により焼却灰中の重金属を低減することができる。さらに、多くの場合には焼却灰の粒子は高次凝集塊を形成しており、カルシウム分やシリカ分などと共に鉄と親和性の高いマンガン、クロム、リン、バリウム等の重金属類が取り込まれているので、磁選によって重金属類を除去する以下の方法が知られている。
【０００６】
特開２０１４−０３０７９２号公報（特許文献２）には、焼却灰、鉄分、およびガラス類を含む焼却残渣を磁選機に通じて鉄分を除去し、さらにガラス類選別機に通じてガラス類を選別し、磁選機で選別された鉄分に固着する焼却灰を乾式処理して鉄分から分離させる焼却灰の分離処理装置が記載されている。
【０００７】
特開平１０−０１５５１９号公報（特許文献３）には、廃棄物を流動床炉で焼却処理して、灰化残渣と燃焼ガスに混入する飛灰を回収する廃棄物処理装置において、燃焼時の揮散銅分と当量の鉄分を含む廃棄物を供給して低温燃焼させて、捕集した焼ガス中の飛灰から、上記鉄の供給によって磁化した非鉄金属を磁気選別して除去し、さらに該飛灰を洗浄して重金属類および塩素分を除去して資源材にする処理方法が記載されている。
【０００８】
特許５３５９１９７号公報（特許文献４）には、クロムを含む廃棄物に水または塩基性溶媒を加えてスラリーにし、該廃棄物に含まれる塩素分を溶出させ、さらに該記スラリーを磁気選別手段に通じて該スラリーに含まれるクロム含有磁着性粒子を磁気分離し、脱水して、セメント原料に適する脱塩素脱クロム廃棄物にする処理方法が記載されている。
【０００９】
特許３１７８２５２号公報（特許文献５）には、飛灰を水洗して塩素分を除去した後に、該脱塩素飛灰スライムを解砕した後に磁選手段に通じて磁着性金属類を分離し、さらに浮遊選鉱によって非磁着性金属類を分離する焼却飛灰の処理方法が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特許３９６２８５５号公報
【特許文献２】特開２０１４−０３０７９２号公報
【特許文献３】特開平１０−０１５５１９号公報
【特許文献４】特許５３５９１９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
一般に焼却灰をスラリー化して湿式処理する場合、スラリー中の焼却灰は粒子どうしが結着した構造を形成しており、この中に重金属類が取り込まれているので、単純な磁気選別では重金属類を十分に除去することができない。
【００１２】
例えば、特許文献２の処理方法は、磁選機で鉄分を選別し、該鉄分に固着する焼却灰を乾式処理して分離させているが、凝集塊として取り込まれている重金属は除去できない。また、特許文献３の処理方法は、鉄分を供給して非鉄金属を磁化することによって磁気選別し、残渣の飛灰を洗浄して重金属類および塩素分を除去しているが、洗浄だけでは飛灰中の重金属を十分には除去できない。さらに特許文献４の処理方法は磁着性粒子を磁気選別することによって該磁着性粒子に含まれているクロムを同時に除去する方法であるが、クロム等の重金属は焼却灰の凝集塊に取り込まれているので、単純な磁気選別では磁着性粒子の物量が多く、選別効率が低下しやすい。
【００１３】
また磁気選別において、粒子に作用する磁力は粒子径に依存するため、粒子径が小さくなると磁気選別の効率は低下する。一般的に、磁気選別の適用粒子径の下限値はおよそ１０μmである。非常に強力な磁場を作用させることで、微細な磁性粒子の回収率を上げることも可能であるが、比表面積が大きい微粒子は凝集しやすいために非磁着粒子も随伴して分離しやすく、結果として洗浄灰の歩留まりが低下しやすい。これらの理由により、全ての焼却灰粒子を一括して磁気選別する方法は選別効率が低下しやすい。特許文献５の処理方法は脱塩素飛灰スライムを解砕して磁着しやすくしているが、解砕だけでは同様の理由から磁気選別の効率化においては十分ではない。
【００１４】
本発明は従来の処理方法における上記問題を克服したものであり、焼却灰の凝集塊を湿式で解砕して粗粒と細粒に分級した後に磁気選別することによって、磁着性粒子に取り込まれている重金属類を効果的に磁着性粒子と共に磁着させて重金属類の除去効果を格段に高めた処理方法と処理装置を提供する。なお、本発明においてチタン、クロム、バナジウム、マンガンなどの重金属とバリウムおよびリンを含めて重金属類と云う。
【００１５】
本発明は以下の構成を有する焼却灰の処理方法に関する。
〔１〕焼却灰に水を加えて焼却灰スラリーにするスラリー化工程と、該焼却灰スラリーを分級手段に導入して該焼却灰スラリーの灰粒子を粒径５μm〜１００μmを分級点とする粗粒と細粒に分級し、該粗粒を含む粗粒スラリーと該細粒を含む細粒スラリーに分離する分級工程と、該粗粒スラリーを磁選手段に導入して磁着性粗粒を磁気分離する磁選工程とを有し、該磁着性粗粒に含まれている重金属類を該磁気分離によって除去することを特徴とする焼却灰の処理方法。
〔２〕分級工程において、分級手段として湿式サイクロンを用いる上記[１]に記載する焼却灰の処理方法。
〔３〕分級工程において、平均粒径３０μm〜３０００μmの粗粒と、平均粒径１μm〜１００μmの細粒であって、粗粒の平均粒径が細粒の平均粒径より大きくなるように分級する上記[１]または上記[２]に記載する焼却灰の処理方法。
〔４〕スラリー化工程と分級工程の間に、焼却灰スラリー中の凝集フロックを沈降させて上澄水を排水し、沈降した凝集フロックを含む焼却灰濃縮スラリーを回収する濃縮工程と、該焼却灰濃縮スラリーに水を加えてスラリー濃度を調整する希釈工程を有し、希釈工程を経た焼却灰スラリーを分級工程に導入する上記[１]〜上記[３]の何れかに記載する焼却灰の処理方法。
〔５〕磁選工程において、粗粒スラリーおよび細粒スラリーをおのおの磁選手段に導入して磁着性粗粒および磁着性細粒を磁気分離する上記[１]〜上記[４]の何れかに記載する焼却灰の処理方法。
〔６〕磁着性粗粒を分離した粗粒スラリーを脱水して粗粒洗浄灰を回収し、さらに細粒スラリーを脱水して細粒洗浄灰を回収し、あるいは細粒スラリーを磁選して磁着性細粒を分離した後に細粒スラリーを脱水して細粒洗浄灰を回収する上記[１]〜上記[５]の何れかに記載する焼却灰の処理方法。
【００１６】
また、本発明は上記処理方法を実施する以下の処理装置に関する。
〔７〕焼却灰に水を加えて焼却灰スラリーにする撹拌槽、該焼却灰スラリーを粗粒スラリーと細粒スラリーに分離する湿式サイクロン、該粗粒スラリーに含まれる磁着性粗粒を磁気分離する磁選手段を有することを特徴とする焼却灰の処理装置。
〔８〕撹拌槽と湿式サイクロンの間に、焼却灰スラリー中の凝集フロックを沈降させる沈降槽と、沈降槽から抜き出した焼却灰濃縮スラリーに水を加えてスラリー濃度を調整する希釈槽が設けられている上記[７]に記載する焼却灰の処理装置。
〔９〕該粗粒スラリー中の磁着性粗粒を磁気分離する磁選手段と共に、該細粒スラリー中の磁着性細粒を磁気分離する磁選手段が設けられている上記[７]または上記[８]に記載する焼却灰の処理装置。
〔１０〕磁着性粗粒を分離した粗粒スラリーを脱水する手段、および細粒スラリーを脱水する手段が設けられており、あるいは細粒スラリーから磁着性細粒を分離する磁選手段と共に細粒スラリーを脱水手段が設けられている上記[７]〜上記[９]の何れかに記載する焼却灰の処理装置。
【００１７】
〔具体的な説明〕
本発明の処理方法は、焼却灰に水を加えて焼却灰スラリーにするスラリー化工程と、該焼却灰スラリーを分級手段に導入して該焼却灰スラリーの灰粒子を粒径５μm〜１００μmを分級点とする粗粒と細粒に分級し、該粗粒を含む粗粒スラリーと該細粒を含む細粒スラリーに分離する分級工程と、該粗粒スラリーを磁選手段に導入して磁着性粗粒を磁気分離する磁選工程とを有し、該磁着性粗粒に含まれている重金属類を該磁気分離によって除去することを特徴とする焼却灰の処理方法である。
本発明の処理方法に係る工程の一例を図１に示す。
【００１８】
本発明の処理方法において、焼却灰は、都市ゴミ等の一般廃棄物や産業廃棄物、および下水汚泥の焼却によって発生する焼却灰（焼却や溶融で生じる主灰や飛灰、燃殻や煤塵）、あるいは埋め立て処分される灰、セメント工場から発生する塩素バイパスダストなどを広く用いることができる。
【００１９】
〔焼却灰処理方法〕
スラリー化工程
本発明の処理方法は、スラリー化工程において、焼却灰に水を加えて焼却灰スラリーにする。スラリー化することによって焼却灰に含まれる可溶性塩類（NaCl、KCl、CaCl(OH)、CaCl２等）が溶出して焼却灰が脱塩される。また、焼却灰は該可溶性塩類が粒子どうしを結着して凝集塊を形成しているので、可溶性塩類が溶出することによって焼却灰粒子が分散しやすくなり、焼却灰スラリーを分級するのに都合がよい。
【００２０】
焼却灰に加える水量は焼却灰量に対して概ね１０〜２０質量倍が好ましい。特許文献２の処理方法では焼却灰スラリーをそのまま磁気選別するので、磁選の効果を維持するために、焼却灰に対する水量を４〜１０倍に制限しているが、水量が多いほうが脱塩に有利である。また、本発明では焼却灰スラリーを分級した後に磁選を行うので、スラリー化工程の水量が直接に磁選の負担を増すことがなく、焼却灰と水の量比は上記範囲が好ましい。洗浄水には工業用水や上水を使用することができ、あるいは下工程で使用した洗浄水を再利用することもできる。
【００２１】
本発明の処理方法は、好ましくは、スラリー化工程と分級工程の間に、焼却灰スラリーを沈降させて上澄水を排水し、沈降した濃縮スラリーを回収する濃縮工程と、該濃縮スラリーに水を加えてスラリー濃度を調整する希釈工程を有する。
【００２２】
濃縮工程
濃縮工程において、焼却灰スラリーを沈降槽に導入し、高分子凝集剤を加えて焼却灰スラリー中の凝集フロックを沈降させ、可溶性塩類が溶出した上澄液を排水し、凝集フロックが濃縮した焼却灰濃縮スラリーを回収する。該焼却灰濃縮スラリーの固形分濃度が初期の焼却灰スラリーの２〜１０倍程度になるように焼却灰の凝集フロックを沈降させて濃縮するとよい。
【００２３】
この濃縮処理によって焼却灰に含まれている可溶性塩類が水に溶出しやすくなる。具体的には、例えば、焼却灰に含まれている塩素量の４０〜９０wt％を溶出させて脱塩することができる。また、スラリーの水量を減じ、次工程の負担を軽減することができる。また、溶出したカルシウムや塩素を上澄液として系外に除去することによって、次工程以降において装置や配管のスケール生成や材質腐食などを低減することができる。
【００２４】
希釈工程
濃縮工程から抜き出された焼却灰濃縮スラリーは希釈工程に導入される。希釈工程において、焼却灰濃縮スラリーは次の分級処理に適するように、水を加えてスラリーの固形分濃度が調整される。例えば、希釈後のスラリー固形分濃度が１０〜１００g/Lに調整される。希釈後のスラリー水分量がこれより少ないとスラリーの流動性が低下し、該スラリーの分級処理に適さない。一方、希釈後のスラリー水分量がこれより多いと後工程の固液分離の負担が大きくなる。
【００２５】
分級工程
スラリー化工程から抜き出した焼却灰スラリー、または濃縮工程および希釈工程を経た焼却灰スラリーは分級工程に導入される。分級工程において、上記焼却灰スラリーは分級手段に導入され、該焼却灰粒子は粒径５μm〜１００μmを分級の境界（分級点）とする粗粒と細粒に分級され、該粗粒を含む粗粒スラリーと該細粒を含む細粒スラリーに分離される。例えば、平均粒径３０μm〜３０００μmの粗粒を含む粗粒スラリーと、平均粒径１μm〜１００μmの細粒を含む細粒スラリーであって、粗粒の平均粒径が細粒の平均粒径より大きくなるように分級する。
【００２６】
なお、焼却灰の性状、特に粒度分布は発生源や発生場所によって様々であり、同一の分級機を用いても焼却灰の種類自体が異なれば、細粒スラリー、粗粒スラリーの平均粒径は大きく変動する。例えば、全体的に粒度が細かい焼却灰を分級すれば、粗粒の平均粒径でも３０μm付近まで低下し、逆に全体的に粒度が粗い焼却灰を分級すれば、細粒の平均粒径でも１００μm付近まで上昇する。一般的には粗粒スラリーと細粒スラリーの平均粒径の範囲が重複しているのはこのためであるが、本発明の処理方法では、細粒と粗粒の平均粒径がおのおの上記範囲であって、かつ粗粒の平均粒径が細粒の平均粒径より大きくなるように分級する。
【００２７】
焼却灰の重金属類は酸化鉄等の磁着物と共に焼却灰の凝集構造に取り込まれているが、焼却灰の粒子を上記粒径範囲の粗粒と細粒に分級すると、上記重金属類は粗粒に含まれる割合が高くなる。従って、焼却灰スラリーを上記粒径範囲の粗粒スラリーと細粒スラリーに分級することによって重金属類の磁選効果を高めることができる。
【００２８】
焼却灰スラリーを分級せずに磁選すると、磁場が弱い場合には、粗粒の磁着性粒子のみしか選別できないため処理の効率が低い。一方、磁場が強い場合には微細の磁着性粒子も磁選されるが、微細粒子には非磁着性物が多く付随しているために、磁着物全体のシリカ分やカルシウム分の量が多くなり、重金属類の磁選効果は低下する。
【００２９】
分級手段として湿式サイクロンを用いると良い。湿式サイクロンに導入されたスラリーは、強いせん断力によって粒子の凝集構造が破壊されるため、粒子が分散しやすく、分級の精度が向上する。湿式サイクロンの一般的な適用粒子径の下限は数μｍ〜数百μｍであるので、粒径５μm〜１００μmを粗粒と細粒の分級点にすると良い。湿式サイクロンは市販品を用いることができる。
【００３０】
粗粒磁選工程
分級工程から抜き出された粗粒スラリーは粗粒磁選工程に導入される。粗粒磁選工程において、粗粒スラリーに含まれている磁着性粗粒は磁選手段に磁着されてスラリーから分離される。一般的な焼却灰を分級した粗粒スラリーについては、磁束密度１００〜２０００mTで磁選を行うとよい。磁選手段としては一般的な湿式磁選機を用いることができる。
【００３１】
焼却灰の細粒には重金属類の他にシリカ分などが多く含まれており、また細粒は粒径が小さ過ぎると磁着し難いので、焼却灰の磁着性粗粒を磁気分離することによって、重金属類の除去効果を高めることができる。
【００３２】
粗粒洗浄灰回収工程
磁着性粗粒が磁気分離された粗粒スラリーは非磁着性のシリカ分やカルシウム分が多いスラリーになる。該粗粒スラリーを脱水し、粗粒洗浄灰が回収される。脱水手段としてフィルタープレスあるいは遠心分離機を用いることができる。回収した粗粒洗浄灰には鉄分や重金属類が殆ど含まれていないので、セメント原料として好適である。
【００３３】
細粒洗浄灰回収工程
分級工程から抜き出された細粒スラリーは、脱水して細粒洗浄灰として回収される。細粒スラリーに高分子凝集剤を添加して凝集フロックを沈降させ、スラリーの固形分濃度を沈降前の固形分濃度の２〜１０倍にした濃縮細粒スラリーにして脱水するとよい。細粒スラリーを濃縮することによって脱塩効果を高めることができ、また脱水処理の負担を軽減することができる。
【００３４】
細粒スラリーに磁着性粒子が多く含まれている場合には、磁選して磁着性細粒を分離した後に脱水して細粒洗浄灰を回収してもよい。微粒子(細粒)は比表面積が大きいために、粒子どうしが凝集しやすく、この凝集体に非磁着性粒子が多く取り込まれている。従って、磁着性粒子を磁気選別しても非磁着性粒子が多く付随する。そのため、細粒スラリーは低い固体濃度とし、粒子間の凝集頻度を少なくする方がよい。細粒スラリーの固体濃度は５ｇ/L〜５０ｇ/L程度がよい。この固形分濃度は湿式サイクロンにより分離された細粒スラリーの濃度範囲にあるので都合がよい。
【００３５】
細粒スラリーの磁選手段は粗粒磁選手段と同種の磁選機を用いることができる。また磁束密度は粗粒磁選工程と同程度またはそれ以上の磁束密度が好ましい。磁着性粗粒に加えて、磁着性細粒を分離することによって最終的に含有される重金属類をさらに低減することができる。脱水手段は粗粒スラリーの脱水手段と同様のものを用いることができる。回収した粗粒洗浄灰には鉄分や重金属類が殆ど含まれていないので、セメント原料として用いることができる。
【００３６】
〔焼却灰処理装置〕
本発明の処理装置は、図１に示すように、焼却灰に水を加えて焼却灰スラリーにする撹拌槽１０、該焼却灰スラリーを粗粒スラリーと細粒スラリーに分離する湿式サイクロン１１、該粗粒スラリーに含まれる磁着性粗粒を磁気分離する粗粒磁選機１２、磁着性粗粒を分離した粗粒スラリーの脱水手段１３を有する。
【００３７】
本発明の処理装置は、好ましくは、撹拌槽１０と湿式サイクロン１１の間に、焼却灰スラリー中の凝集フロックを沈降させる沈降槽１４と、該沈降槽１４から抜き出した焼却灰濃縮スラリーに水を加えてスラリー濃度を調整する希釈槽１５が設けられている。
【００３８】
以下、撹拌槽１０、湿式サイクロン１１、粗粒磁選機１２、脱水手段１３を有する構成を処理装置Ｉと云う。沈降槽１３および希釈槽１４を省略することによって装置構成を簡略化することができる。上記処理装置Ｉに沈降槽１４および希釈槽１５を追加した構成を処理装置IIと云う。
【００３９】
本発明の処理装置は、好ましくは、細粒スラリーを濃縮する第二沈降槽１６、濃縮した細粒スラリーを脱水する手段１７が設けられている。または、上記第二沈降槽１６および脱水手段１７に代えて、湿式サイクロン１１から抜き出した細粒スラリーを磁選する細粒磁選機１８、磁着性細粒を分離した細粒スラリーを脱水する手段１９が設けられている。
上記処理装置Ｉに第二沈降槽１６および脱水手段１７を設けた構成を処理装置IIIと云う。上記処理装置Ｉに細粒磁選機１８および脱水手段１９を設けた構成を処理装置IVと云う。上記処理装置IIに第二沈降槽１６および脱水手段１７を設けた構成を処理装置Ｖと云う。上記処理装置IIに細粒磁選機１８および脱水手段１９を設けた構成を処理装置VIと云う。
【００４０】
処理装置Ｉ〜VIにおいて、焼却灰は撹拌槽１０に導入され、１０〜２０質量倍の水が添加されて撹拌混合され、焼却灰スラリーが形成される。処理装置Ｉ、III、IVでは撹拌槽１０から抜き出された焼却灰スラリーは湿式サイクロン１１に導入される。処理装置II、Ｖ、VIでは、焼却灰スラリーは沈降槽１３に導入され、高分子凝集剤が添加されて凝集フロックが沈降し、上澄水は排水され、焼却灰が濃縮した焼却灰濃縮スラリーが沈降槽１３から抜き出され、この濃縮焼却灰スラリーは希釈槽１４に導入され、水が加えられてスラリーの固形分濃度が分級処理に適する濃度に調整される。この濃度調整された焼却灰スラリーが湿式サイクロン１１に導入される。
【００４１】
処理装置Ｉ〜VIにおいて、焼却灰スラリーに含まれる凝集フロックは湿式サイクロン１１によって、凝集が破壊されるとともに、粒径５μm〜１００μmを分級点とする粗粒と細粒に分級され、該粗粒を含む粗粒スラリーと該細粒を含む細粒スラリーに分離される。湿式サイクロン１１から抜き出された粗粒スラリーは、粗粒磁選機１２に導入されて磁着性粗粒が磁気分離された後に脱水手段１５に導入されて粗粒洗浄灰が回収される。
【００４２】
一方、湿式サイクロン１１から抜き出された細粒スラリーは、処理装置III、Ｖでは第二沈降槽１６に導入され、該第二沈降槽１６から濃縮された細粒スラリーが抜き出され、この濃縮細粒スラリーが脱水手段１７によって脱水されて細粒洗浄灰が回収される。
【００４３】
処理装置IV、VIでは、湿式サイクロン１１から抜き出された細粒スラリーは細粒磁選機１８に導入されて磁着性細粒が磁気分離された後に脱水手段１９に導入されて細粒洗浄灰が回収される。
【発明の効果】
【００４４】
本発明の処理方法および処理装置によれば、焼却灰スラリーを粗粒スラリーと細粒スラリーに分級した後に磁選処理を行うので、磁着物に含まれる重金属類を効率よく分離することができる。また、焼却灰をスラリーにして処理するので、焼却灰に含まれる可溶性塩類が溶出し、該可溶性塩類は焼却灰粒子を結着する作用を有するので、該可溶性塩類が溶出することによって焼却灰粒子が分散しやすくなり、分級効果を高めることができる。
【００４５】
本発明の処理方法および処理装置は、分級手段として湿式サイクロンを用いることによって、その強力な剪断力によって焼却灰粒子の凝集構造が破壊され、焼却灰粒子が磁選に適する粒度に分級されるので、重金属類の分離効果を高めることができる。
【００４６】
一般に重金属類は分級した細粒よりも粗粒に多く取り込まれているので、本発明の処理方法および処理装置では、粗粒スラリーから磁着性粗粒を磁気分離することによって、十分な重金属類の除去効果を得ることができる。また、細粒スラリーから磁着性細粒を磁気分離することによって重金属の除去効果をさらに高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明の処理工程の一例を示す工程図。
【図２】実施例１の処理工程図。
【図３】実施例２の処理工程図。
【図４】実施例３の処理工程図。
【図５】実施例４の処理工程図。
【発明を実施するための形態】
【００４８】
本発明の実施例を比較例と共に以下に示す。各固形物中の元素濃度は蛍光X線元素分析装置（EDXL300、株式会社リガク製）を用いて測定した。
【００４９】
〔実施例１〕（スラリー化した後に濃縮希釈せずに分級して粗粒を磁選する）
産業廃棄物を焼却処理して発生した焼却灰１０kgを撹拌槽１０に入れ、洗浄水を加えて固形分濃度９５g/Lの焼却灰スラリーにし、１０分間混合撹拌した。撹拌後の固形分濃度は可溶成分が水に溶解したので６０g/Lに減少した。該焼却灰スラリーを湿式サイクロン１１に導入し、アンダーフロー側に粗粒スラリー４７Ｌを分級し、オーバーフロー側に細粒スラリー５８Ｌを分級した。このとき、粗粒スラリーの５０％粒子径は５３μｍであり、細粒スラリーの５０％粒子径は１４μｍであった。
湿式サイクロン１１から抜き出した粗粒スラリーを粗粒スラリー槽２０に導いて水を加え、スラリー濃度を調整した後に粗粒磁選機１２に導入し、磁束密度４００mTで湿式磁選を行い、粗粒磁着物を分離した。磁着物を分離した粗粒スラリーを脱水手段（遠心分離機）１３に入れて脱水し、粗粒洗浄灰を回収した。
一方、湿式サイクロン１１から抜き出した細粒スラリーを凝集槽２１に導いてアニオン系高分子凝集剤（商品名ダイヤフロックAP−825B）を添加し（槽内の凝集剤濃度０.５ppm）、撹拌混合した後に沈降槽２２に導き、固形分濃度が沈降前の５.４倍に濃縮するまで静置して固形分を沈降させ、固形分濃度１２０g/Lの細粒濃縮スラリーにし、上澄水を系外に排出した。沈降槽２２から抜き出した細粒濃縮スラリーをスラリー槽２３に導入してスラリー濃度を調整した後に脱水手段（フィルタープレス）１９で脱水し、細粒洗浄灰を回収した。回収した粗粒洗浄灰と細粒洗浄灰を混合して磁選処理洗浄灰とした。本例の処理工程を図２に示す。
【００５０】
〔実施例２〕（スラリー化した後に濃縮希釈せずに分級し、粗粒と細粒を磁選する）
実施例１と同様の条件と処理工程によって、粗粒磁着物を分離し、粗粒洗浄灰および細粒スラリーを回収した。この細粒スラリーを細粒磁選機１８に導入し、磁束密度４００mTで湿式磁選を行い、細粒磁着物を分離した。磁着物を分離した細粒スラリーを実施例１と同様に処理して細粒洗浄灰を回収した。回収した粗粒洗浄灰と細粒洗浄灰を混合して磁選処理洗浄灰とした。本例の処理工程を図３に示す。
【００５１】
〔実施例３〕（スラリー化した後に濃縮希釈して分級し、粗粒を磁選する）
産業廃棄物を焼却処理して発生した焼却灰１０kgを撹拌槽１０に入れ、洗浄水を加えて固形分濃度９５g/Lの焼却灰スラリーにし、１０分間混合撹拌した。撹拌後の固形分濃度は可溶成分が水に溶解したことによって６０g/Lに減少した。該焼却灰スラリーを凝集槽２４に導き、アニオン系高分子凝集剤（商品名ダイヤフロックAP−825B）を添加し（槽内の凝集剤濃度１ppm）、撹拌混合した後に沈降槽１４に導入し、固形分濃度が４.９倍に濃縮するまで静置して固形分を沈降させ、上澄水８０Ｌを排出し、焼却灰濃縮スラリーにした。この焼却灰濃縮スラリー２４Ｌ（固形分濃度は２９４g/L）を沈降槽１４から抜き出し、希釈槽１５に導入し、洗浄水を加えて固形分濃度５８g/Lの焼却灰スラリーにした。これを１０分間混合撹拌した後に湿式サイクロン１１に導入し、アンダーフロー側に一次粗粒スラリー６３Ｌを分級し、オーバーフロー側に一次細粒スラリー７４Ｌを分級した。このとき、一次粗粒スラリーの５０％粒子径は５４μｍであり、一次細粒スラリーの５０％粒子径は１４μｍであった。
該一次粗粒スラリーを湿式サイクロン１１から抜き出し、洗浄水を加えて１０分間混合撹拌し、固形分濃度４９g/Lの二次粗粒スラリーにした。該二次粗粒スラリーを粗粒磁選機１２に導入し、磁束密度４００mTで湿式磁選を行い、粗粒磁着物を分離した。磁着物を分離した粗粒スラリーを脱水手段（遠心分離機）１３に入れて脱水処理し、粗粒洗浄灰を回収した。
一方、湿式サイクロン１１から抜き出した細粒スラリーを凝集槽２１に導いてアニオン系高分子凝集剤（商品名ダイヤフロックAP−825B）を添加し（槽内の凝集剤濃度０.５ppm）、撹拌混合した後に沈降槽２２に導き、固形分濃度が沈降前の６.４倍に濃縮するまで静置して固形分を沈降させ、固形分濃度１１８g/Lの細粒濃縮スラリーにし、上澄水を系外に排出した。沈降槽２２から抜き出した細粒濃縮スラリーをスラリー槽２３に導入してスラリー濃度を調整した後に脱水手段（フィルタープレス）１９で脱水し、細粒洗浄灰を回収した。回収した粗粒洗浄灰と細粒洗浄灰を混合して磁選処理洗浄灰とした。本例の処理工程を図４に示す。
【００５２】
〔実施例４〕（スラリー化した後に濃縮希釈して分級し、粗粒と細粒を磁選する）
実施例３と同様の条件と処理工程によって、粗粒磁着物を分離し、粗粒洗浄灰および細粒スラリーを回収した。この細粒スラリーを細粒磁選機１８に導入し、磁束密度４００mTで湿式磁選を行い、細粒磁着物を分離した。磁着物を分離した細粒スラリーを実施例３と同様に処理して細粒洗浄灰を回収した。回収した粗粒洗浄灰と細粒洗浄灰を混合して磁選処理洗浄灰とした。本例の処理工程を図５に示す。
【００５３】
〔比較例１〕（（スラリー化した後に濃縮希釈、磁選を行わない）
産業廃棄物を焼却処理して発生した焼却灰１０kgを撹拌槽に入れ、洗浄水を加えて固形分濃度９５g/Lの焼却灰スラリーにし、１０分間混合撹拌した。撹拌後の固形分濃度は可溶成分が水に溶解したことによって６０g/Lに減少した。該焼却灰スラリーをフィルタープレスで脱水処理し、洗浄灰を回収した。
【００５４】
〔比較例２〕（スラリー化した後に分級せずに磁選を行う）
産業廃棄物を焼却処理して発生した焼却灰１０kgを撹拌槽に入れ、洗浄水を加えて固形分濃度９５g/Lの焼却灰スラリーにし、１０分間混合撹拌した。撹拌後の固形分濃度は可溶成分が水に溶解したことによって６０g/Lに減少した。この焼却灰スラリーを磁選機に導入し、磁束密度４００mTで湿式磁選を行い、磁着物を分離した。磁着物を分離した焼却灰スラリーをフィルタープレスで脱水処理したて磁選処理洗浄灰を回収した。
【００５５】
実施例１〜４、および比較例１、２の結果を表１に示す。表中、各重金属酸化物の数値は回収した非磁着物に含まれる酸化物量（単位はppm）である。
比較例１と実施例１〜４とを比較すると、実施例１〜４の重金属類の濃度は何れも比較例１よりも大幅に低減していることがわかる。また、比較例２と実施例１〜４を比較すると、分級した後に磁選を行うことによって、少ない磁着物量で洗浄灰中のFe、P、Ti、V、Cr、Mn、Ni、Baなどの金属類濃度をより効率的に低減できることがわかる。
実施例１，２と実施例３、４を比較すると、凝集体を沈降させて焼却灰を濃縮することによって重金属類の濃度をさらに低減できることがわかる。
【００５６】
【表１】
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【符号の説明】
【００５７】
１０−撹拌槽、１１−分級手段（湿式サイクロン）、１２−粗粒磁選機、１３−脱水手段、１４−沈降槽、１５−希釈槽、１６−第二沈降槽、１７−脱水手段、１８−細粒磁選機、１９−脱水手段、２０−スラリー槽、２１−凝集槽、２２−沈降槽、２３−スラリー槽。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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