(57)【要約】【課題】  溶融スラグの耐酸性を向上させる。【解決手段】  燃焼溶融炉５から排出される溶融スラグを水により急冷固化した溶融スラグを、選別装置２０により粒径１ｍｍ未満の溶融スラグを選別して燃焼溶融炉５に戻すことにより、燃焼溶融炉５における滞留時間を実質的に長くして、溶融スラグのシリカの網目構造を堅固ないし均質化し、製品としての溶融スラグの耐酸性を向上させる。【選択図】    図１ 
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
廃棄物を熱分解する熱分解反応器と、熱分解反応器から排出される熱分解ガスおよび熱分解残渣に含まれる可燃物を燃焼するとともに、熱分解ガスおよび熱分解残渣に含まれる不燃物を溶融して溶融スラグ化する燃焼溶融炉と、該燃焼溶融炉から排出される溶融スラグを水中に落下させて急冷固化する固化装置と、該固化装置から排出される細粒の溶融スラグを選別して前記燃焼溶融炉に戻して再溶融させる選別装置とを備えた廃棄物処理システムにおいて、前記選別装置は、粒径１ｍｍ未満の溶融スラグを選別して前記燃焼溶融炉に戻すことを特徴とする廃棄物処理システム。
【請求項２】
前記選別装置から排出される粒径１ｍｍ以上の溶融スラグの一部を粒径１ｍｍ未満に粉砕して前記燃焼溶融炉に戻して再溶融させる粉砕装置を設けてなる請求項１に記載の廃棄物処理システム。
【請求項３】
前記粉砕装置は、前記燃焼溶融炉から排出される溶融スラグの３０乃至６０％、望ましくは４５乃至５５％を前記燃焼溶融炉に戻すように粉砕量が調整されることを特徴とする請求項２に記載の廃棄物処理システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、廃棄物処理システムに係り、特に、燃焼溶融炉から排出される溶融スラグの品質を改善する技術に属する。
【背景技術】
【０００２】
廃棄物の処理システムの一例として、廃棄物を熱分解して生成される熱分解ガスおよび熱分解残渣に含まれる可燃物を燃焼し、この燃焼熱により熱分解ガスおよび熱分解残渣に含まれる不燃物を溶融させて溶融スラグ化し、この溶融スラグを固化して建材や舗装材の骨材として有効利用するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
また、溶融炉から排出される溶融スラグを水中に落下させて急冷固化して建材や舗装材の骨材を生成するにあたり、それらの骨材に好適な粒の大きさや形を得るため、急冷固化した溶融スラグをサイクロンに通して角を取るとともに、分離された細粒の溶融スラグを溶融炉に戻して再溶融する方法が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−２１９４１７号公報（第２−３頁、第１図）
【特許文献２】特開平１１−３７６６４号公報（第２頁、第１図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、建材や舗装材の骨材などに用いる溶融スラグは、耐酸性が要求されることがあるが、特許文献２に記載の溶融スラグは、耐酸性を向上させることについて考慮されていない。
【０００６】
本発明は、溶融スラグの耐酸性を向上させることを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、上記課題を解決するために、鋭意検討したところ、溶融スラグの耐酸性は、溶融スラグの結晶性、言い換えれば主成分であるシリカ（ＳｉＯ２）の結合構造である網目構造の堅固の程度、ないし均質の程度に関係することを知見した。例えば、溶融燃焼炉に投入される熱分解ガスおよび熱分解残渣に含まれる不燃物が、燃焼溶融炉で溶融されるためには一定の滞留時間が必要である。しかし、滞留時間により溶融の程度がばらつき、シリカの網目構造が堅固ないし均質でない溶融スラグが生成されることがある。
【０００８】
一方、燃焼溶融炉から排出される溶融スラグを水中に落下させて急冷固化する際に、溶融スラグは熱収縮を受けるため、シリカの網目構造が堅固でない部位で破砕されることが考えられる。
【０００９】
そこで、水により急冷固化させた溶融スラグを、後述するように所定ｐＨの塩酸に浸漬させて耐酸性を試験したところ、粒径１ｍｍ以上の溶融スラグのシリカの溶出率に対し、粒径０．６ｍｍ未満の溶融スラグは２．５倍の溶出率で、粒径０．６〜１ｍｍ未満の溶融スラグは１．５倍の溶出率であった。このことから、水中に落下させて急冷固化する際に、シリカの網目構造が堅固でない溶融スラグは、細かく破砕される傾向にあることが判った。
【００１０】
そこで、本発明は、燃焼溶融炉から排出される溶融スラグを水により急冷固化した溶融スラグを、選別装置により粒径１ｍｍ未満の溶融スラグを選別して燃焼溶融炉に戻すことを特徴とする。これにより、シリカの網目構造が堅固ないし均質でない溶融スラグが再溶融され、言い換えれば燃焼溶融炉における滞留時間を実質的に長くすることになる。その結果、シリカの網目構造が堅固ないし均質化され、製品としての溶融スラグの耐酸性を向上させることができる。
【００１１】
この場合において、燃焼溶融炉から排出される溶融スラグは、再溶融された溶融スラグと、再溶融されていない新たに溶融された溶融スラグとが混合されたものとなる。したがって、再溶融された溶融スラグの割合が多いほど、製品溶融スラグの平均の耐酸性が向上されることになる。そこで、選別装置から排出される粒径１ｍｍ以上の溶融スラグの一部を粒径１ｍｍ未満に粉砕して燃焼溶融炉に戻して再溶融させる粉砕装置を設けて、再溶融させる割合を増やすことが好ましい。ここで、１ｍｍ以下に粉砕して戻すのは、再溶融させやすくするためである。なお、粉砕装置は、燃焼溶融炉から排出される溶融スラグの３０乃至６０％、望ましくは４５乃至５５％を燃焼溶融炉に戻すように粉砕量を調整されるようにする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、溶融スラグの耐酸性を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の廃棄物処理システムの一実施形態について、図１を用いて説明する。図１は、本発明を適用してなる廃棄物処理プラントの全体構成図である。
【００１４】
図１において、熱分解反応器２は、例えば、回転ドラム式のものが用いられ、適当な大きさ（例えば、１５０ｍｍ）に破砕された廃棄物１が投入される。熱分解反応器２は、廃棄物１を低酸素雰囲気で加熱して熱分解し、熱分解ガスとチャーなどの可燃物および金属などの不燃物からなる熱分解残渣とを生成する。熱分解反応器２で生成された熱分解ガスは、熱分解ガスラインＬ３を介して燃焼溶融炉５に供給される。燃焼溶融炉５で発生した排ガス８は熱回収装置９にて熱回収された後、集塵装置１１に導かれてガス中の粉塵などが除去される。集塵装置１１から排出される排ガス１２に脱塩剤１３が添加され、例えばバグフィルタなどで構成された脱塩装置１４を通過する過程でガス中の塩素分などが分離される。脱塩装置１４から排出される排ガス１５は、誘引送風機１６を介して煙突１７から大気中に排出される。
【００１５】
一方、熱分解反応器２で生成された熱分解残渣は、熱分解残渣ラインＬ４を介して分別装置６に供給される。分別装置６は、熱分解残渣中の主としてチャーなどの可燃物を分別するものであり、例えば、篩による分別や流動分別などの周知の方法により細かい粉粒体が分別される。分別装置６で分別された熱分解残渣の粉粒体は、熱分解残渣ラインＬ７を介して燃焼溶融炉５に供給される。分別装置６の分別残には、金属片などの比較的大きな不燃物が含まれ、図示していない処理工程に送られる。
【００１６】
燃焼溶融炉５では、熱分解ガスおよび熱分解残渣に含まれる可燃物が燃焼され、その燃焼熱（例えば、１３００℃）で、熱分解ガスおよび熱分解残渣に含まれる不燃物が溶融される。これにより生成される溶融スラグは、燃焼溶融炉５の内壁を流下して炉底の排出口から溶融スラグの固化装置である水槽１９に排出される。水槽１９内の水中に落下した溶融スラグは、急冷固化されるとともに、熱収縮により粉砕される。
【００１７】
次に本発明の特徴部の構成について動作とともに説明する。まず、水槽１９で固化された溶融スラグは、図示していないコンベアなどの排出手段により水槽１９から選別装置２０に排出される。選別装置２０は、例えば篩などにより所定粒径（例えば、１ｍｍ）未満の溶融スラグを再溶融するために選別するようになっている。選別装置２０で選別された所定粒径未満の溶融スラグは、熱分解残渣ラインＬ７を介して燃焼溶融炉５に戻される。選別装置２０により選別された所定粒径以上の溶融スラグは、一部が粉砕装置１８に供給され、残りは製品２１として出荷される。粉砕装置１８により粉砕された溶融スラグは、熱分解残渣ラインＬ７を介して燃焼溶融炉５に供給される。このようにして燃焼溶融炉５に戻された溶融スラグは再度溶融され、新たに溶融された溶融スラグと共に炉底から水槽１９に排出される。
【００１８】
ここで、上記実施形態により再溶融された溶融スラグを含む製品２１の耐酸性が向上することに関して行った実験について説明する。まず、再溶融させていない溶融スラグＩと、再溶融させた溶融スラグＩＩとの耐酸性を比較する試験を行った。耐酸性試験の実験条件を表１に、実験結果を表２に示す。表２は、溶融スラグＩのシリカ抽出率を「１」として、溶融スラグＩＩのシリカ抽出率を比で示している。表２におけるシリカ抽出率は、メンブランフィルタでろ過したろ液中のシリカを定量し、ろ液中のシリカの量を溶融スラグに含まれるシリカの量で割った値を意味する。
表１
前処理                      粒径２ｍｍ以下に粉砕
塩酸濃度                    １規定（例えば、ｐＨ０．１）
溶融スラグと塩酸との混合比  ３：１００
温度                        ２５℃
浸漬時間                    ２時間
ろ過処理                    メンブランフィルタ
（孔径０．４５μｍ）
表２（シリカ抽出率の比）
溶融スラグＩ          溶融スラグＩＩ
実験１          １                  ０．４４
実験２          １                  ０．５７
実験３          １                  ０．２９
実験４          １                  ０．４７
上記実験結果によれば、水槽１９から排出される溶融スラグを再溶融させることにより、シリカの酸に対する抽出率（溶出率）が半減することが判る。つまり、溶融スラグを再溶融させることによりシリカの網目構造が堅固ないし均質化され、溶融スラグの耐酸性が向上することが判った。
【００１９】
したがって、上記実施形態において、溶融スラグの一部を循環させて再溶融していることから、燃焼溶融炉５から排出される溶融スラグの耐酸性が向上されることになる。なお、上記実施形態では、再溶融されていない新たに溶融された溶融スラグと、循環して再溶融された溶融スラグとが混合されるから、製品２１の溶融スラグの耐酸性はそれらの平均値となる。
【００２０】
そこで、製品２１の溶融スラグの耐酸性の平均値を所望値にするには、再溶融させる溶融スラグの循環量を調整する必要がある。溶融スラグは急冷固化により熱収縮を受けて破砕されるが、その破砕はシリカの網目構造が堅固で均質でない部位で発生すると考えられる。したがって、酸に対するシリカ抽出率は、微細な溶融スラグ程大きいと推定し、溶融スラグを一定の粒径に分けて上記と同様の耐酸性試験を行った。その結果を、表３に示す。
表３
溶融スラグの粒径分布              シリカ抽出率の比
０．６ｍｍ未満      １０重量％              １
０．６〜１ｍｍ未満  ２０重量％              ０．６
１ｍｍ以上          ７０重量％              ０．４
表３の結果から、推定どおり、粒径の細かい溶融スラグほど耐酸性が低く、シリカの網目構造が堅固ないし均質でないことが判った。したがって、粒径が細かいものを優先的に再循環させて再溶融することにより、製品溶融スラグの平均の耐酸性が増加するので好ましいことが判明した。特に、１ｍｍ以上の溶融スラグは全体の７０重量％を占め、かつシリカ抽出率の比が０．４であるから、少なくとも１ｍｍ未満の溶融スラグを再溶融させることが好ましいといえる。
【００２１】
そこで、本実施形態の選別装置２０は、粒径１ｍｍ未満の溶融スラグを選別して燃焼溶融炉５に戻すように構成することにより、製品溶融スラグの平均の耐酸性を効果的に向上させることができる。しかし、粒径１ｍｍ未満の溶融スラグは３０重量％程度であるから、製品２１の溶融スラグの平均の耐酸性を所望値に向上させるには限界がある。粒径１ｍｍ以上のものを適宜量戻して再溶融させることにより、製品溶融スラグの平均の耐酸性を向上させることができる。すなわち、燃焼溶融炉５から排出される溶融スラグ量をＱ、燃焼溶融炉５に戻す再循環量をｃ重量％とすると、製品２１の溶融スラグ量はｐ（＝１００−ｃ）重量％となる。上述した実験例によれば、再溶融された溶融スラグ単体のシリカ抽出率の比は０．４である。したがって、製品２１の耐酸性を表すシリカ抽出率の比Ｓは、次式（１）で表せる。
【００２２】
Ｓ＝（０．４・（ｃ／１００）・Ｑ＋１・（ｐ／１００）・Ｑ）／Ｑ
＝０．４・（ｃ／１００）＋１・（ｐ／１００）
＝１−０．６ｃ／１００                                  （１）
ここで、例えば、循環量をｃ＝８０％にすると、製品２１はｐ＝２０％となるから、式（１）から、Ｓ＝０．５２となる。しかし、燃焼溶融炉５で溶融させる量は再溶融させない場合に比べて５倍になり、燃焼溶融炉５の溶融負荷が大きくなるだけでなく、溶融スラグを扱う粉砕装置１８や水槽１９などの装置の容量も大きくなるので実用的でない。したがって、実用的には、溶融スラグの循環量を燃焼溶融炉５から排出される溶融スラグの３０乃至６０％、望ましくは４５乃至５５％になるように粉砕装置１８の粉砕量を調整することが望ましい。
【００２３】
粉砕装置１８で粉砕する理由は、燃焼溶融炉５において再溶融させやすくするためであり、例えば、粒径１ｍｍ未満に粉砕することが好ましい。粉砕装置１８は、例えば２軸の対面ローラなどで構成することができる。
【００２４】
なお、本実施形態では、粒径１ｍｍ未満の溶融スラグの重量割合が十分多い場合は、粉砕装置１８を省略することができる。さらに、熱回収装置９や集塵装置１１で回収した飛灰や粉塵などを燃焼溶融炉５に投入する構成にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明を適用してなる廃棄物処理プラントの一実施形態を示した全体構成図である。
【符号の説明】
【００２６】
２  熱分解反応器
５  燃焼溶融炉
１８  粉砕装置
１９  水槽
２０  選別装置
２１  製品
【図１】
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