(57)【要約】【課題】  廃棄物などを基に発生するスラグを処理するシステムにおいて、効率よくかつ最小限のエネルギーによってスラグの処理を行うことができるようにするとともに、システム上大きな課題となる重金属類の溶出を有効に抑制することができるスラグの処理方法および処理装置を提供すること。【解決手段】  スラグを水砕処理するに際し、鉄系化合物を含有する水溶液を用いることを特徴とする。また、スラグの水砕処理に用いる冷却水を循環系とし、かつ、該冷却水に鉄系化合物を添加することを特徴とする。ここで、前記水砕処理の直後に、スラグと鉄系化合物を適宜混合し、攪拌することを特徴とする。【選択図】  図１
2005139028.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
スラグを水砕処理するに際し、鉄系化合物を含有する水溶液を用いることを特徴とするスラグの処理方法。
【請求項２】
スラグの水砕処理に用いる冷却水を循環系とし、かつ、該冷却水に鉄系化合物を添加することを特徴とするスラグの処理方法。
【請求項３】
前記水砕処理の直後に、スラグと鉄系化合物を適宜混合し、攪拌することを特徴とする請求項１または２記載のスラグの処理方法。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載の処理方法を用いることを特徴とするスラグの処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スラグの処理方法および処理装置、特に水砕スラグからの重金属類の溶出を抑制する技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、廃棄物を焼却した際に生じる焼却灰や飛灰（焼却残渣）には、ダイオキシン類（ＤＸＮｓ）や有毒な重金属類が含まれている。これら焼却残渣の処理方法の１つである溶融固化は、無害化、長期安定化、減容化、さらにスラグのリサイクルによる減量化が可能であり、有効な手段である。溶融方法としては、熱分解ガスによるガス化溶融炉、電気式のプラズマ溶融炉、燃料式の表面溶融炉、コークスヘッド式の溶融炉などがあるが、溶融スラグ中には重金属類が含有されており、水砕スラグからの重金属類の溶出が認められることがある。また、重金属類を含む冷却水がスラグ表面に付着することに起因する重金属類の溶出があり問題となることがある。
【０００３】
従来、こうした重金属類の溶出の防止方法としては、スラグの洗浄を冷却水のよって行うとともにキレート洗浄水によって洗浄する方法（例えば特許文献１参照）や、分散剤を添加した洗浄水による洗浄と凝集剤を添加した洗浄水による洗浄とを組合せた方法（例えば特許文献２参照）が提案されている。
【０００４】
図４は、特許文献１におけるスラグ洗浄装置を備える廃棄物溶融処理設備の一例の概要を示す。廃棄物溶融処理炉Ｆから排出されるスラグＳを受け入れて洗浄する洗浄槽４１に、洗浄水の供給を受ける洗浄水供給部４２と、洗浄後のスラグを排出可能なスラグ排出機構４３と、前記洗浄水供給部４２から供給された洗浄水の一部を抜き出して排出する洗浄水排出機構４４とを備えたスラグ洗浄装置に於いて、前記洗浄水供給部４２からキレート剤を添加したキレート洗浄水を供給するように構成し、さらに、前記洗浄に使用した後のキレート洗浄水を、廃棄物処理炉から回収された飛灰の無害化処理用の処理剤として用いることによって、廃棄物溶融処理炉Ｆから排出されるスラグを洗浄後の排水の処理を容易としながら、前記スラグから容易に溶出可能な重金属類を除去することを図っている。
【０００５】
また、図５は、特許文献２におけるスラグ洗浄装置を備える廃棄物溶融処理方法を実施するためのブロック図を例示する。廃棄物溶融炉５１で廃棄物を溶融し、排出された溶融物を急冷し水砕固化する溶融物処理方法において、溶融物を水砕固化した後、界面活性作用または酸洗作用を有する分散剤が添加された冷却水洗槽５５での洗浄処理と、溶融物凝集剤が添加されている水洗槽５８において微粒子を凝集処理することによって、少量の添加剤で重金属類の溶出量をより低減させることができる廃棄物溶融炉５１のスラグの処理方法及びその装置を提供することを図っている。
【特許文献１】特開平１０−５６１６号公報
【特許文献２】特開２０００−２６３０１５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、上記のような重金属類の溶出の防止方法では、冷却水を循環して使用すると徐々に重金属類が濃縮することになり、スラグに残留した水分あるいは水砕過程において発生する懸濁物質のスラグへの付着によって、主としてスラグの表面に鉛などの重金属類の表出が生じることがある。こうしたスラグは、その後の処理工程あるいは処理後の利用において、新たな重金属類の溶出を生じる虞があり、土木資材等への利用ができなくなる虞がある。
【０００７】
また、上記のような溶出の防止方法に用いられるキレート剤や酸化剤あるいは分散剤などの薬品は高価なものも多く、また、重金属類が結合・凝集したこれらの薬剤を処理・保守する作業も必要となり、実働上の課題も多い。
【０００８】
そこで、本発明の目的は、廃棄物などを基に発生するスラグを処理するシステムにおいて、効率よくかつ最小限のエネルギーによってスラグの処理を行うことができるようにするとともに、システム上大きな課題となる重金属類の溶出を有効に抑制することができるスラグの処理方法および処理装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者らは、鋭意研究を重ねた結果、以下に示す処理方法および処理装置により上記目的を達成できることを見出し、本発明を完成するに到った。
【００１０】
本発明は、スラグの処理方法であって、スラグを水砕処理するに際し、鉄系化合物を含有する水溶液を用いることを特徴とする。本発明者は、スラグの処理プロセスにおいて、所定量の鉄系化合物を含有した冷却水を用いて水砕処理を行い、水砕処理時に生じる重金属類が多く含まれる懸濁物質を凝集し、除去することによって、スラグからの重金属類の溶出を効果的に防止することができることを見出した。これによって、高価なキレート剤などの薬剤を使わずに、効率よくかつ最小限のエネルギーによってスラグの処理を行い、システム上大きな課題となる重金属類の溶出を有効に抑制することができるスラグの処理方法を提供することができることとなった。
【００１１】
また、本発明は、スラグの処理方法であって、スラグの水砕処理に用いる冷却水を循環系とし、かつ、該冷却水に鉄系化合物を添加することを特徴とする。スラグの処理プロセスにおいて、鉄系化合物を含有した冷却水を用いた水砕による重金属類の溶出防止効果を確保するとともに、冷却水の循環系を形成することで、冷却水の有効利用とともに、鉄系化合物の過剰投入を防止することができる。特に、循環する冷却水中の鉄系化合物濃度、例えば、鉄イオン濃度などを測定・監視し、鉄系化合物の添加量を制御することによって、より効率的なスラグの処理方法を提供することができる。
【００１２】
上記スラグの処理方法であって、前記水砕処理の直後に、スラグと鉄系化合物を適宜混合し、攪拌することを特徴とする。水砕処理の直後の強制的な攪拌によって、スラグ粒子の冷却水との接触を活発化することができる。
【００１３】
本発明は、スラグの処理装置であって、上記いずれかに記載の処理方法を用いることを特徴とする。以上の処理方法はいずれも重金属類の溶出を有効に抑制することができることから、非常に優れたスラグの処理装置を構成することができる。
【発明の効果】
【００１４】
以上のように、本発明によって、高価なキレート剤などの薬剤を大量に使わずに、入手容易で安価な鉄系化合物によって、さらに効率よくスラグの処理を行い、システム上大きな課題となる重金属類の溶出を有効に抑制することができるスラグの処理方法および処理装置を提供することができることとなった。また、冷却水の循環系を形成することで、必要最小限の添加量で、重金属類の除去の確実性も高く、安全なスラグの有効利用を可能とし、水処理設備の省力化を図ることができる。さらに、水砕処理の直後の強制的な攪拌による磨砕効果によって、水砕処理後の重金属類溶出抑制効果をより一層高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
図１（Ａ）は、本実施形態に係る焼却残渣、詳細にはスラグの処理装置の概略全体構造を例示する。焼却残渣などの被溶融物１は、溶融炉２に供給され、１２００〜１６００℃の高温で溶融される。溶融物は冷却水を張ったスラグコンベア３内で水砕処理され粒状のスラグとなり、スラグコンベア３によってスラグピット４に搬出される。冷却器７を通過した冷却水は、鉄系化合物８を添加した後、スラグコンベア３内に導入され、水砕処理に供される。スラグコンベア３内から排出された冷却水は、一旦冷却水槽５に貯留した後、排出される。このとき、スラグコンベア３内において、スラグの洗浄およびスラグから溶出した重金属類等の凝集が行われ、水砕されたスラグは、重金属類の溶出の少ない状態でスラグピット４に搬出される。また、スラグコンベア３内においては、同時に懸濁物質の発生も生じ、多くの重金属類を含有するが、鉄系化合物８の凝集効果によってスラグ表面への懸濁物質の付着およびスラグの亀裂や細孔内への懸濁物質の吸着を軽減することができる。
【００１６】
ここで、鉄系化合物とは、水に溶解する鉄系化合物をいい、具体的には、塩化第一鉄（ＦｅＣｌ2 ）や塩化第二鉄（ＦｅＣｌ3 ）などが挙げられる。
【００１７】
本装置の特徴は、スラグの処理プロセスにおいて、所定量の鉄系化合物を含有した冷却水を用いて水砕処理を行うことによって、スラグからの重金属類の溶出を効果的に防止することができる点にある。つまり、スラグの処理プロセスにおいて従来２次的な処理として行っていた溶出防止処理を、鉄系化合物の優れた凝集特性に注目し、水砕処理という１次的処理段階で行うことによって、非常に効率的なスラグからの重金属類の溶出防止手段となることを案出した。これによって、高価なキレート剤などの薬剤を使わずに、効率よくかつ最小限のエネルギーによってスラグの処理を行い、システム上大きな課題となる重金属類の溶出を有効に抑制することができることとなった。
【００１８】
また、図２は、鉛の溶出を例にとり、冷却水中に塩化鉄（ＦｅＣｌ2 およびＦｅＣｌ3 ）を所定量投入し水砕処理を行ったときの塩化鉄の量とスラグからの鉛の溶出量の抑制率との相関を例示するものである。本発明者が実験的に冷却水に塩化鉄を添加しスラグからの溶出量の抑制率を測定した結果、冷却水中の塩化鉄の増加に従い溶出量の抑制率の増加がみられ、塩化鉄濃度が６００〜７００ｍｇ／Ｌを超えると溶出量の抑制率が高い値でほぼ安定する傾向がみられた。つまり、溶出量を抑制するには、冷却水中に含まれる塩化鉄の濃度を一定の濃度範囲に制御することが好適であり、具体的には、５００〜７００ｍｇ／Ｌにすることが非常に効果的であることを意味するものである。本発明は、こうした知見をもとに案出されたものである。
【００１９】
さらに、上記スラグの処理方法であって、前記水砕処理の直後に、スラグと鉄系化合物を適宜混合し、攪拌することが好適である。攪拌方法は、アジテータやスクリュー式などの機械式あるいは水ジェット式など、スラグと冷却水との均等な接触を図ることができれば、いずれの方式も使用可能である。水砕処理の直後の強制的な攪拌によって、スラグ粒子の冷却水との接触を活発化することができ、水砕処理後の重金属類溶出抑制効果をより一層高めることができる。
【００２０】
図１（Ｂ）は、スラグコンベア３内に入れた冷却水中に攪拌手段としてアジテータ１０を設けた装置を例示している。上部から滴下されるスラグを冷却水によって水砕すると同時あるいは直後にアジテータ１０によって攪拌され、スラグの洗浄、および鉄系化合物を含む冷却水による重金属類を含む懸濁物質の沈殿・捕集を促進することができる。
【００２１】
また、別の実施形態に係るスラグの処理装置の概略全体構造を、図３に例示する。上記装置における水砕処理に用いる冷却水を循環系とし、かつ、該冷却水に鉄系化合物を添加することを特徴としている。冷却水の循環系を形成することで、冷却水の有効利用を図るとともに、より効率的なスラグの処理方法を提供することができる。
【００２２】
具体的には、冷却水槽５に貯留した冷却水をポンプ９によって圧送し、順次ストレーナ６および冷却器７を介して再度水砕処理に供され、スラグコンベア３から冷却水槽５に戻るという循環系を形成している。鉄系化合物８の添加は、図１（Ａ）のように水砕処理直前の冷却水供給路に添加する方法以外に、図３に示すように、冷却水槽５に添加する方法が挙げられる。スラグコンベア３内での水砕では処理し切れなかったスラグ中の重金属類を、冷却水槽５内で新たに添加される鉄系化合物８によって再度洗浄・凝集することができるという効果が期待できる。なお、冷却水中の懸濁物質については、鉄系化合物の凝集効果によって形成された凝集物としてストレーナ６によって除去されるが、一部通過する所定の粒径以下の懸濁物質があれば、別途、ストレーナ６の後段（冷却器）に懸濁物質除去手段（図示せず）を設けて除去することが可能である。これによって、水砕されたスラグは、常に清浄に処理された冷却水槽５からの冷却水によって洗浄され、重金属類の溶出の少ない状態でスラグピット４に搬出される。さらに、本装置であっても、１の実施態様と同様、水砕処理の直後に、水砕と鉄系化合物を適宜混合し、攪拌することが好適である。
【００２３】
ストレーナ６としては、一般に耐蝕性の金属製の濾材が用いられるが、具体的には、スラグの種類によって適宜選択される。冷却器の位置も、図３のような位置に限定されるものではないが、懸濁物質などによる汚染を考慮すると、ストレーナ６の下流（懸濁物質除去手段が設けられた場合には、その下流）が好ましい。なお、懸濁物質除去手段としては、各種の手段を採ることが可能であり、例えば、凝集沈殿手段の追加、砂濾過、膜濾過などが挙げられる。また、これらの併用も効果的である。
【００２４】
また、本装置では、鉄系化合物濃度（例えば、鉄イオン濃度）測定手段１１を設けることも可能である。循環する冷却水中の鉄イオン濃度などを測定・監視し、鉄系化合物の添加量を制御することによって、鉄系化合物の過剰投入を防止することができる。これによって、鉄系化合物を含有した冷却水を用いた水砕による重金属類の溶出防止効果を確保するとともに、冷却水の循環系を形成することで、冷却水および鉄系化合物の有効利用を図るとともに、より効率的なスラグの処理方法を提供することができる。
【００２５】
ただし、本発明は、図３のフローに限定されず、水砕処理を新たな冷却水（鉄系化合物を含む場合を含む）によって行い（１次処理）、２次的に循環水系によって処理することも可能である。また、水砕処理を新たな冷却水（鉄系化合物を含む場合を含む）と混合して行うことも可能である。
【００２６】
さらに、冷却水中の懸濁物質および不純物を除去する清浄処理用流路を別途設けることも可能である。ストレーナ６や懸濁物質除去手段の負担が大きく圧力損失が大きくなった場合には、別途清浄処理用の循環系を有する方が、効率よく、重金属類の除去の確実性も高く処理することができる。また、同様に冷却水の循環系の一部を抜き取り清浄処理用の循環系に導入し、清浄処理後、冷却水槽５に戻すことも可能である。ポンプ９を共通で使用するとともに、冷却水の循環系には負荷をかけず、清浄処理された冷却水を冷却水槽５に供給することができる点優位である。
【００２７】
以上の処理方法は、いずれも重金属類の溶出を有効に抑制することができることから、スラグを水砕処理する手段を有することで、非常に優れたスラグの処理装置を構成することができる。つまり、本発明の処理装置によって、廃棄物などを基に発生するスラグを、効率よくかつ最小限のエネルギーによってスラグからの重金属類の溶出抑制処理を行うことができる。
【産業上の利用可能性】
【００２８】
以上のように、本発明の実施態様を、処理対象の一例として廃棄物を挙げて説明したが、本発明を適用することが可能な対象物は、これに限定されるものではなく、各種のスラグ、例えば、銅精錬の際に発生する銅スラグなどであってもよい。つまり、重金属類の溶出が懸念される水砕スラグを発生する技術分野、特に溶融技術などに関して本発明の適用が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の一の実施形態に係るスラグの処理方法を示す説明図
【図２】スラグからの重金属類の溶出特性を例示する説明図
【図３】本発明の他の実施形態に係るスラグの処理方法を示す説明図
【図４】従来技術に係る一のスラグの処理方法を示す説明図
【図５】従来技術に係る他のスラグの処理方法を示す説明図
【符号の説明】
【００３０】
１    被溶融物
２    溶融炉
３    スラグコンベア
４    スラグピット
５    冷却水槽
６    ストレーナ
７    冷却器
８    鉄系化合物
９    ポンプ
１０  攪拌手段（アジテータ）
１１  鉄系化合物濃度測定手段
【図１】
2005139028.tif 000003
【図２】
2005139028.tif 000004
【図３】
2005139028.tif 000005
【図４】
2005139028.tif 000006
【図５】
2005139028.tif 000007