(57)【要約】【課題】高石灰質ゴミ焼却炉焼却灰の溶融方法に係り、更に詳しくは、焼却飛灰等の高石灰質焼却灰を急速、大量溶融できる新規な方法を提供する。【解決方法】高石灰質焼却灰を加熱溶融するに際して、該灰をペレット化するとともに該灰のペレットにテルミット反応剤のペレットを、重量比で、８：（２〜８）の割合で混合して加熱することを特徴とする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
高石灰質ゴミ焼却炉焼却灰を加熱溶融するに際して、該焼却灰をペレット化するとともに該焼却灰のペレットにテルミット反応剤のペレットを混合して加熱することを特徴とする高石灰質ゴミ焼却炉焼却灰の溶融方法。
【請求項２】
上記高石灰質ゴミ焼却炉焼却灰がゴミ焼却炉集塵灰である請求項１に記載の高石灰質ゴミ焼却炉焼却灰の溶融方法。
【請求項３】
上記焼却灰をペレット化するに際して、結合剤として水を使用することを特徴とする請求項１あるいは２に記載の高石灰質ゴミ焼却炉焼却灰の溶融方法。
【請求項４】
上記焼却灰をペレット化するに際して、結合剤として珪酸質の無機質バインダーを使用することを特徴とする請求項１あるいは２に記載の高石灰質ゴミ焼却炉焼却灰の溶融方法。
【請求項５】
上記焼却灰とテルミット反応剤のペレットの混合比率が、重量比で、８：（２〜８）であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の高石灰質ゴミ焼却炉焼却灰の溶融方法。
【請求項６】
高石灰質ゴミ焼却炉焼却灰を加熱溶融するに際して、結合剤として珪酸質の無機質バインダーを使用して該焼却灰をペレット化して加熱することを特徴とする高石灰質ゴミ焼却炉焼却灰の溶融方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高石灰質ゴミ焼却炉焼却灰の溶融方法に係り、更に詳しくは、都市ゴミ等の廃棄物をゴミ焼却炉で焼却する際に排ガス処理施設から発生する集塵灰（焼却飛灰）や、あるいは石灰が多量に含まれているゴミ焼却炉焼却灰の溶融方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
都市ゴミ等の廃棄物をゴミ焼却炉で焼却して発生する排ガスには、煤塵、HCl、ダイオキシン、SOXなどの有害成分が含まれている。これらの有害成分を除去するため、従来は消石灰などの粉末を排ガス中に噴霧してCa化合物に転化して、集塵機で捕集している。
【０００３】
このような方法で分離除去された集塵灰（焼却炉飛灰）は、焼却灰と比較して有機塩素化合物やＰｂ，Ｚｎ、Ｃｄ等の重金属成分濃度が高いため「特別管理廃棄物」としての再生処理が必要とされており、溶融固化、セメント固化、薬剤処理、および溶媒抽出による安定化方法など各種の方法で処理されている。これらの処理方法の中で、通常の焼却灰に飛灰を混合して一緒に溶融固化する方法が最も広く利用されている（特許文献１）。
最近の傾向は、脱塩やダイオキシン規制対策が一段と強化されたために、排ガスの中に
添加する石灰（CaO）の添加量が著しく増加している。最近では飛灰中の30〜50％を石灰が占めるようになっている。
【０００４】
カルシウム（ＣａＯ）成分量が高いほど溶融温度を高くする必要がある。飛灰の様な高石灰質の焼却灰の溶融では、1350℃以上に加熱する必要がある。
商用の溶融炉では、炉の種類、たとえばバーナー溶融、電気溶融（プラズマ法、アーク法、ジュール熱法）を問わず、1300℃を超える温度環境に到達させるのに早いものでも約10時間、ジュール法などは20日間の立ち上がり時間要し、生産性が極めて悪いのが原状である。従ってこれら高石灰質の焼却灰を単独で溶融するのは実質不可能である。従って焼却灰に飛灰を少量混合して一緒に溶融固化する方法しか残されていないのが現状である。
以上のような理由で、未処理の飛灰は増加の一途をたどっている。
【０００５】
【特許文献１】特開平１０−１９２２８
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明はかかる問題点にかんがみてなされたもので、その目的は、高石灰質焼却灰のみ単独でも、大量かつ迅速に溶融することが出来る新規な方法を提供せんとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者は、上記問題に関して鋭意研究を行い、下記の知見を得た。
すなわち、
（１）高石灰質焼却灰を加熱溶融する際、焼却灰をペレット化するとともに該灰のペレットにテルミット反応剤のペレットを混合して加熱すると、溶融炉の種類を問わず、迅速に焼却灰の溶融温度に到達させることができることが判明した。
（２）上記高石灰質焼却灰とテルミット反応剤のペレットの混合比率は、重量比で、
８：（２〜８）の範囲が最も好ましいこと。
（３）上記高石灰質焼却灰をペレット化する際、結合剤として水が好ましいこと。また
（４）上記高石灰質焼却灰をペレット化する際、結合剤として珪酸質の無機質バインダーも好ましいこと。
（５）珪酸質の無機質バインダーを使用すると高石灰質焼却灰の溶融温度下げて溶融しやすくなること。
以上の知見を得た。
本発明は以上の知見に基づいてなされたものである。
次の構成からなるものである。
（１）高石灰質ゴミ焼却炉焼却灰を加熱溶融するに際して、該焼却灰をペレット化するとともに該焼却灰のペレットにテルミット反応剤のペレットを混合して加熱することを特徴とする高石灰質ゴミ焼却炉焼却灰の溶融方法。
（２）上記高石灰質ゴミ焼却炉焼却灰が集塵灰である上記（１）に記載の高石灰質ゴミ焼却炉焼却灰の溶融方法。
（３）上記焼却灰をペレット化するに際して、結合剤として水を使用することを特徴とする上記（１）あるいは（２）に記載の高石灰質ゴミ焼却炉焼却灰の溶融方法。
（４）上記焼却灰をペレット化するに際して、結合剤として珪酸質の無機質バインダーを使用することを特徴とする上記（１）あるいは（２）に記載の高石灰質ゴミ焼却炉焼却灰の溶融方法。
（５）上記焼却灰とテルミット反応剤のペレットの混合比率が、重量比で、８：（２〜８）であることを特徴とする上記（１）〜（４）のいずれかに記載の高石灰質ゴミ焼却炉焼却灰の溶融方法。
（６）高石灰質ゴミ焼却炉焼却灰を加熱溶融するに際して、結合剤として珪酸質の無機質バインダーを使用して該焼却灰をペレット化して加熱することを特徴とする高石灰質ゴミ焼却炉焼却灰の溶融方法。
【発明の効果】
【０００８】
高石灰質ゴミ焼却炉焼却灰単独でも、溶融炉の種類を問わず、全ての溶融炉の温度を焼却灰の溶融温度に迅速に到達させることができ、大量かつ安価に溶融できる。
飛灰の様な飛散性の微粉でも、火炎で飛散させることなく溶融できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
加熱炉としては、既存の溶融炉全て利用できる。たとえばバーナー溶融炉(表面溶融炉)、電気溶融炉(プラズマ炉、アーク炉、ジュール熱加熱炉)等、種類を問わず利用できる。
【００１０】
図１はバーナー加熱炉を使って焼却灰を溶融する時の模式図である。
図１で、傾斜炉床の上部に設けた被溶融物挿入口から、予め混合した溶融原料（被溶融物）をプッシャーで押し込む。炉内に押し込まれた原料は先に押し込まれた原料を後ろから押し、前に入れられた原料を炉床の坂を下に向かって押して流下させる。炉内天井部には、傾斜炉床に向かってバーナーが開口しており、火炎は炉床面に載った原料を加熱する。溶融原料は炉床の坂を下に向かって流れながら火炎で加熱されて溶融してスラグになって流れて湯口から下の水槽に落下する。あるいは図示していないスラグコンベヤ−の上に落ちて徐冷されながら外に搬出されることとなる。
傾斜炉床は凹曲面で、炉床面の上から下に向かって曲面の曲率半径は漸次小さくなって湯口に向かって収束している。このために炉床面を上から下に向かって流れ落ちるスラグは湯口に向かって一つの流れとなって収束して湯口から流れ落ちる。
【００１１】
高石灰質ゴミ焼却炉焼却灰をペレット化するとき、灰粉末を結合させる結合剤が必要となる。特に飛灰は微粉、飛散性でアーク、火炎で飛散してしまい溶融が難しい。
高石灰質ゴミ焼却炉焼却灰には石灰が含まれており、特に最近の傾向として、多量（30〜50％）に含まれているので、水と石灰との水和結合に着目して、灰に水を添加すると硬い高強度のペレットが得られる。このペレットは高温まで結合強度が保持でき、アーク、火炎に対しても安定して強度が保持でき、アーク、火炎による飛散防止に著効がある。水は最も好ましい結合剤である。
その他シリカを含む珪酸ソーダー、シリカゾル等の珪酸質の無機質バインダーも好適に使用できる。珪酸質の無機質バインダーは焼却灰の溶融温度を下げるのに著効がある。
水の添加量は、灰重量の３〜８％程度がよい。
珪酸質の無機質バインダーは５〜10％程度が良い。    
【００１２】
また高石灰質ゴミ焼却炉焼却灰には溶融軟化点を下げるためにベントナイト、カオリン、陶石粉末、その他シリカ成分を含む無機粉末を添加しても良い。添加量には特別な制約はないが、添加量を多くすると、相対的に飛灰の配合割合が少なくなるので経済的に不利になる。添加量は概ね５〜10％程度がよい。
【００１３】
テルミット反応剤は、アルミ成分を含む原料と酸化鉄成分を含む原料を混合したものからなる。
アルミ成分含む原料とは、飲料用の廃アルミ缶やアルミ地金の再溶解時に発生するアルミ残灰などのアルミ成分を含む廃棄物が有効であるが、これのみに限定されるものではない。
【００１４】
酸化鉄成分を含む原料とは、鉄クズ、鉄錆、などの一般的な金属廃材や製鉄工業で発生する転炉ダストや高炉ダストなどの集塵灰、更には磁性酸化鉄製造時に副産物として発生する酸化鉄汚泥や、ボーキサイトから水酸化アルミニウムを製造する際の赤泥などが有効であるが、何らこれのみに限定されるものではない。
これらの原料は単一種類のまま使用してもよいし、あるいは出発原料の異なる二種以上を適宜混ぜ合わせて使用してもよい。
【００１５】
上記したように、アルミニウム含有原料がアルミ缶の粉砕片の場合、酸化鉄含有原料と混合したものを板状にプレス圧着したものを適度の大きさに分割して焼却灰の中に混合、分散させても良い。
圧着片の厚さは、概ね3〜6mm程度、長さ5〜30程度が良い。
アルミ缶の水分を蒸発させた圧着片には、粘着性の成分が残存し、適度の強度が発現する。
廃アルミ缶の粉砕片の大きさは、裁断機によって5〜10mm程度の小片に破砕した後、更に1〜3mm以下に二次粉砕した程度のもので良い。
【００１６】
酸化鉄含有原料として磁性酸化鉄製造時に副生する酸化鉄汚泥を使用する場合には、天日乾燥等で含有水分量を5〜1%程度に乾燥すれば良い。また更にアルミニウム原料との混合を良くするために、塊状物を細かく粉砕しておくことが好ましい。
【００１７】
アルミニウム含有原料と酸化鉄含有原料を主原料とするテルミット反応組成物の中のアルミ含有量は5%以上が好ましい。5%未満ではテルミット発熱反応が起きないので好ましくない。
アルミニウムと酸化鉄の混合比率は、アルミニウム含有量1に対して酸化鉄含有量2.5〜3.0の比率が好ましく、また混合物の中に酸化チタン3〜12重量%、酸化マンガン1〜3重量%含有させることが好ましい。
アルミ原料と酸化鉄原料に酸化チタンと酸化マンガンがすでに含まれて入るとき、アルミ原料と酸化原料を混合後、酸化チタンと酸化マンガンの不足分を新たに追加して加えれば良い。
酸化チタンと酸化マンガンの添加方法は、酸化チタンと酸化マンガンそのものを添加しても良いし、あるいは酸化チタン、酸化マンガン成分を含有するものを添加しても良い。酸化チタン、酸化マンガンを含む廃棄物の粉粒体を添加するのも有効である。
【００１８】
アルミニウム含有原料と酸化鉄含有原料の比率が上限を超えると酸化鉄が過多になってテルミット発熱反応が起きなくなるので好ましくない。また、下限値未満では、アルミが過多になって反応生成物にアルミニウムが残存するので好ましくない。
【００１９】
酸化チタン含有量が下限値未満ではテルミット反応生成物の粘性が高くて溶流性が悪くなり連続操業できなくなるので好ましくない。又、上限を超えて含有させてもそれ以上の溶流性の改善効果は見込めない。これら組成物の混合方法については、たとえぱ、フレットミルや高速混合機、ミキサーなど通常の撹拝混合機を用いて混合すればよく、酸化チタン、酸化マンガンなどの添加、混合方法についても特別な限定があるわけではない。
【００２０】
テルミット剤をペレット化する時、そのまま乾式圧縮成形でもよいが、結合強度を更に高めるために結合剤を添加しても良い。
結合剤としては、各種でんぷん類、あるいはポバール等の多価アルコール類、ＭＣ、ＣＭＣ等の各種セルロース類等の有機質バインダーが適宜使用できる。
【００２１】
高石灰質ゴミ焼却炉焼却灰、テルミット反応剤のベレットの形状には特別な制約はない。粒状、顆粒状、小さく裁断した柱片状等々、いずれの形状でも良い。大きさは、５〜30mm程度のものが良い。
【００２２】
高石灰質焼却灰とテルミット反応剤のペレットの混合割合は、高石灰質焼却灰ペレット８重量部に対してテルミット反応剤のペレット（２〜８）重量部の割合で混合する。テルミット反応剤を上限以上添加しても溶融炉の立ち上がり速度を早くする効果は期待できないので上限以上の添加は不経済である。また溶融スラグの粘性が高くなり湯流れが悪くなるのでむしろ好ましくない。また下限値未満では溶融炉の立ち上がり速度が早くならないので好ましくない。なおここで、高石灰質焼却灰とテルミット反応剤を予め混合してペレット化することも考えられるが、この場合はテルミット反応剤を加える効果が得られない。
本発明の効果は、高石灰質焼却灰のペレットとテルミット反応剤のペレットを混合した時に初めて得られるものである。
【００２３】
本発明の高石灰質ゴミ焼却炉焼却灰とテルミット反応剤のペレットは、通常の焼却灰つまり低石灰質あるいは石灰質が含まれていない焼却灰と混合して溶融することも出来る。この時、焼却灰の混合割合は、０〜100％まで適宜自在である。つまり焼却灰100％から、ペレット100％（焼却灰：０％）まで適宜自在に調整できる。
通常の焼却灰と混合して溶融する時は、高石灰質焼却灰：テルミット反応剤のペレットの割合は、混合する焼却灰の割合に応じて、８：(２〜８)よりもテルミット反応剤の割合を適宜高くしても良い。
【００２４】
本発明の高石灰質ゴミ焼却炉焼却灰とは、焼却炉の集塵灰、および石灰質が多量に含まれる焼却灰を意味するもので集塵灰のみを意味するものではない。集塵灰のほか、石灰質が多量に含まれる焼却灰そのものも包含するものである。
【実施例１】
【００２５】
高石灰質ゴミ焼却炉焼却灰として飛灰を使用した。
飛灰のペレット化
CaOを30wt%含むゴミ焼却炉集塵灰(飛灰)にベントナイト５％を混合し、水５％添加
してペレタイザーで直径８mm、長さ10〜20mmのペレットを作った。硬くて手で折損できない強度を持つペレットが得られた。
【００２６】
テルミット反応剤のペレット化
アルミ原料：アルミ地金の再溶解時に発生したアルミ残灰を粉砕したものを使用した。
酸化鉄成分：ボーキサイトから水酸化アルミニウムを製造する際の赤泥を使用した。
補助原料：  酸化チタン、酸化マンガンの廃棄物を粉砕したものを使用した。
上記アルミ原料、酸化鉄成分、補助原料を下記の成分組成（wt％）に調合して、これにコーンスターチ(糊剤)  ３  ％を混合して、ペレタイザーで直径８mm、長さ10〜20mmの大きさのペレットを作った。
テルミット反応剤の成分組成
アルミ成分  ：18%
酸化鉄成分  ：40％
酸化チタン  ：５％
酸化マンガン：２％
【００２７】
上記飛灰のペレット、テルミット反応剤のペレットおよびゴミ焼却炉の焼却灰を下記の表１の配合割合に混合して、バーナー加熱炉（表面溶融焼却炉）、電気溶融炉（アーク炉）で溶融テストした。バーナーの燃料には重油を使用した。
加熱温度は、1350℃とした。
飛灰の粉末のみを溶融炉に入れて加熱すると飛灰が飛散して溶融することができなかった。飛灰のペレットを炉に装入して溶融すると溶融することができた。
アーク炉は、炉中に100kgのペレット化した飛灰を入れて溶融するのに要した時間は
10時間であった。
バーナー加熱炉で、100kgの溶融スラグを得るのに要した時間は、12時間かかった。
一方100kgの飛灰ペレットに50kgのテルミット反応剤のペレットを混合して、アーク
炉で溶融した時、３時間で全量溶融できた。バーナー加熱炉で150kgの溶融スラグを得るのに４時間かかった。
本発明方法は飛灰の飛散を防止し、急速溶融するのに極めて著効があることが判明した。
次に飛灰とテルミット反応剤のペレットの混合割合をかえてテストした。
飛灰ペレットは100kgとした。加熱炉は、バーナー加熱炉使用した。
【００２８】
【表１】
2005233568.tif 000003
【００２９】
テスト結果
溶融テストの結果を表２に示す。
評価は溶融スラグ100kg得るのに要した時間で比較した。
【００３０】
【表２】
2005233568.tif 000004
以上の結果より、本発明方法では溶融炉の溶融温度に到達する時間が極めて早く、短時間で大量に処理できることが判明した。
【産業上の利用可能性】
【００３１】
本発明は高石灰質ゴミ焼却炉焼却灰をガラス化して減容化、無害化できるものであり、捨て場に困っている灰処理に朗報をもたらす発明である。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】図１は、バーナー加熱炉を使って高石灰質ゴミ焼却炉焼却灰を溶融する時の模式図である。
【図１】
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