(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
廃棄物の水洗(水浸出)工程、水洗工程から得た脱水ケーキを酸浸出する工程、酸浸出した固形分をアルカリ浸出する工程、酸浸出濾液およびアルカリ浸出濾液から金属類を回収する工程を有する処理方法において、脱水ケーキを酸浸出またはアルカリ浸出する際に、スラリー水分量の３０〜７０％の水分を脱水ケーキに加え、これをミキサーで解砕してスラリー化したものを浸出槽に移し、残りの水分でミキサーを洗浄し、その洗浄排水を浸出槽に加えて目的の固液比のスラリーとし、これに酸またはアルカリを加えて含有金属類を浸出させることを特徴とする廃棄物脱水ケーキの処理方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、各種の廃棄物に含まれる銅、亜鉛、鉛などの重金属類を分離除去する処理工程において、固液分離によって得た脱水ケーキをスラリー化する際に、その分散効果に優れた処理方法に関する。
【０００２】
【従来技術とその問題点】
ゴミ焼却設備や下水汚泥焼却設備などから排出される煤塵や焼却灰、飛灰、あるいは各種産業廃棄物、またセメントキルンや煤塵の高温処理工程から排出されるダストなど各種の煤塵や焼却灰ないし飛灰(ダスト)には塩素と共に数％程度の銅、鉛、亜鉛等の重金属類が含まれており、これらの廃棄物をそのまま埋立処理すると鉛などの重金属類が溶出して環境汚染を引き起こす問題があり、これらの金属類をできるだけ分離除去することが求められている。
【０００３】
そこで、この廃棄物を水浸出した後に、脱水ケーキを硫酸で処理して銅や亜鉛を溶出させ、その浸出濾液からこれらの金属を回収し、一方、硫酸浸出スラリーの固形分をアルカリ浸出して鉛分を液中に溶出させ、これを沈澱させて分離することにより、廃棄物から重金属類を効率よく分離除去して無害化する処理方法が本発明者等によって提案されている（特願平11-235370号、特願平11-224302号）。この処理方法は廃棄物に含まれている銅や鉛、亜鉛を効率よく分離でき、しかもアルカリ浸出スラリーの固形分をセメント原料として利用できる利点を有する。
【０００４】
このような処理方法において、水浸出スラリーや硫酸浸出スラリーを固液分離した脱水ケーキは粘土状の固い塊であるため、粗く砕いた程度では十分にスラリー化できない。例えば、水浸出の脱水ケーキを粗く砕いた状態で硫酸浸出槽に加えると、ケーキの表面だけが反応し、カルシウム分が硫酸によって石膏に変化してケーキの表面を覆い、銅や亜鉛などの溶出が不十分になる。
【０００５】
【発明の解決課題】
本発明は、このような従来の問題を解決した処理方法を提供するものであり、ミキサーを用いて脱水ケーキを解砕すると共に、適量の水分を分割して加えることによって解砕された固形分が十分に分散されたスラリーとし、その処理効果を高めたものである。
【０００６】
【課題を解決する手段】
本発明は、廃棄物の脱水ケーキをスラリー化する際、スラリーの水分量を調整し、これをミキサーで解砕してスラリー化したものを浸出槽に移し、残りの水分でミキサーを洗浄し、その洗浄排水を浸出槽に加えて目的の固液比のスラリーとする廃棄物脱水ケーキの処理方法に関する。
【０００７】
本発明は、具体的には、廃棄物の水洗(水浸出)工程、水洗工程から得た脱水ケーキを酸浸出する工程、酸浸出した固形分をアルカリ浸出する工程、酸浸出濾液およびアルカリ浸出濾液から金属類を回収する工程を有する処理方法において、脱水ケーキを酸浸出またはアルカリ浸出する際に、スラリー水分量の３０〜７０％の水分を脱水ケーキに加え、これをミキサーで解砕してスラリー化したものを浸出槽に移し、残りの水分でミキサーを洗浄し、その洗浄排水を浸出槽に加えて目的の固液比のスラリーとし、これに酸またはアルカリを加えて含有金属類を浸出させることを特徴とする廃棄物脱水ケーキの処理方法である。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を実施形態に基づいて詳細に説明する。なお、本発明において％は質量％である。本発明の処理方法を含む廃棄物処理の一例を図１に示す。図示する廃棄物処理方法は、水洗(水浸出)工程とその排水処理工程、水洗工程で得た脱塩ケーキの酸浸出工程、酸浸出濾液から銅および亜鉛を回収する工程、酸浸出の固形分をアルカリ浸出する工程、アルカリ浸出濾液から鉛を回収する工程によって形成されている。塩素および銅、鉛、亜鉛などの重金属類を含む廃棄物を水洗処理工程において水性懸濁液(スラリー)とし、塩素分を洗浄水に溶出させて脱塩する。この脱塩(脱水)ケーキを解砕して酸出工程に導き、硫酸等を加えてスラリー化し、銅分および亜鉛分を液中に溶出する。この酸浸出スラリーの液分から銅および亜鉛を回収する。一方、酸浸出スラリーの固形分をアルカリ浸出工程に導き、苛性ソーダ等を加えてスラリー化し、鉛分を液中に溶出させる。このアルカリ浸出スラリーを固液分離し、その固形分(水酸化カルシウム主体)をセメント原料として利用する。さらにその濾液から鉛を回収する。
【０００９】
本発明は上記処理方法において脱水ケーキを硫酸浸出ないしアルカリ浸出する際に、ミキサーを用いて脱水ケーキを解砕すると共に、適量の水分を分割して加えることによって解砕された固形分が十分に分散されたスラリーとし、さらに所定量の水でミキサーを洗浄し、その洗浄排水を加えることによって目的の固液比の浸出スラリーとする。以下、各処理工程を詳しく説明する。
【００１０】
(Ｉ)水洗(水浸出)工程
本発明によって処理される廃棄物は、例えば、ゴミ焼却設備や下水汚泥焼却設備などから排出される煤塵や焼却灰、飛灰、あるいは各種産業廃棄物、またセメントキルンや煤塵の高温処理工程から排出されるダストなど各種の煤塵や焼却灰ないし飛灰を含む。これらの廃棄物には塩化カルシウムなどの塩素化合物が多量に含まれており、例えば、塩素含有量が２０％程度のものが多数ある。水洗処理工程はこの廃棄物を水洗し塩素分を洗浄水に溶出させて脱塩する工程である。具体的には、廃棄物をスラリー槽に入れ、これに温水等を加えてスラリーとし、塩素分を水に溶出させる。次にこのスラリーをフィルタープレス等の固液分離手段に導いて濾過し、脱水(脱塩)ケーキを得る。
【００１１】
この水洗工程において、廃棄物の水性スラリー(水性懸濁液)のｐＨを８.５〜１３の範囲に維持して水洗するのが好ましい。廃棄物の水性スラリーのｐＨをこの範囲に保って水洗処理することにより銅、鉛および亜鉛の溶出を抑制し、これらを固形分に残留させる一方で、塩素分を選択的に溶出させて脱塩することができる。なお、この脱水ケーキをその５０wt％以上の水量で洗浄することによって残留塩素を２％以下に低減することができる。この洗浄排水は水浸出槽に循環して再利用すると良い。
【００１２】
水洗工程の排水は、硫酸第一鉄等を添加して液中に含まれる微量のクロムやセレンを水酸化鉄の沈澱と共に共沈させて除去し、さらに必要に応じて高分子凝集剤を加えて濾過性を高め、また液分のＣＯＤが高い場合には次亜塩素酸ソーダ等を添加してＣＯＤを低減した後に排水する。
【００１３】
(II)酸浸出工程
脱水(脱塩)ケーキに酸を加えて銅および亜鉛を溶出させる。この酸浸出において、最終的なスラリーの水分量のうち、その３０〜７０％の水分を脱水ケーキに加え、これをミキサーで解砕してスラリー化する。ミキサーの形式や名称は限定されない。固形分に水分を加えてスラリーにできるものであれば良い。例えば、ハイスピーダー(太平洋機工社製品)、パルパー(石川島産業機械社製品)、ヘンシェルミキサー(三井三池化工機社製品)、アキシャルミキサー(杉山重工社製品)、スーパーミキサー(カワタ社製品)などを用いることができる。上記水分を加えて脱水ケーキをスラリー化し、これを浸出槽に移し、残りの水分でミキサーを洗浄し、その洗浄排水を浸出槽に加えて目的の固液比となるように調整する。これに硫酸等を加えて硫酸浸出スラリーとし、銅および亜鉛を浸出させる。脱水ケーキに最初に加える水分量が最終的なスラリーの水分量の３０％未満であると、水分量が少ないために脱水ケーキの粉末が多くなりスラリーにならない。また、７０％より多い水分量ではミキサーの洗浄に用いる水分量が少なく、ミキサー内部に残留するスラリーの量が多くなる。
【００１４】
なお、ここで用いる酸は脱塩ケーキに残留する鉛分を不溶化する一方で銅や亜鉛をスラリー中に浸出させる酸が適当であり、具体的には硫酸が好ましい。また硫酸浸出スラリーの固液比は５００g/l以下が適当であり、さらにｐＨ１〜４の酸性スラリーが好ましい。スラリーのｐＨが４より高いと銅の浸出効率が低下することがあるので好ましくない。またｐＨが１より低いと次工程のアルカリ処理の負担が増す。この硫酸浸出スラリーを固液分離し、その濾液から銅および亜鉛を分離、回収する。固形分(脱水ケーキ)はアルカリ浸出工程に導く。
【００１５】
(III)アルカリ浸出工程
酸浸出スラリーを固液分離して得た固形分(脱水ケーキ)にアルカリを加えてスラリーとし、鉛分(主に硫酸鉛)を浸出させる。この場合も酸浸出と同様にしてスラリー化すると良い。すなわちスラリー水分量の３０〜７０％の水分を脱水ケーキに加え、これをミキサーで解砕してスラリー化したものを浸出槽に移し、さらに残りの水でミキサー内を洗浄し、その洗浄排水を浸出槽に加えて目的の固液比とるように調整する。これにアルカリを添加し、アルカリ浸出スラリーにする。このアルカリは苛性ソーダが好適である。苛性ソーダの濃度は１mol/l以上、好ましくは２mol/l以上が適当である。また、スラリーの固液比は２００g/l以下が適当であり、１００g/l以下が好ましい。スラリーはｐＨ１３.５以上が適当である。このアルカリ処理によって固形分中の硫酸鉛は分解して液中に溶出する。鉛の溶出率はスラリーのｐＨに比例して増加し、ｐＨ１２.５付近では２０％程度であるが、ｐＨ１３.５以上では概ね７０％以上である。一方、スラリーのｐＨが１３.５未満の場合には石膏が殆ど分解されず、これより高いアルカリ域において水酸化カルシウムに転じる。従って、固形分に含まれるカルシウムをセメント原料として利用するには、浸出スラリーのｐＨを１３.５以上の高アルカリ域に調整して石膏を分解し、硫酸根を除去するのが適当である。
【００１６】
アルカリ浸出スラリーを固液分離した固形分は水酸化カルシウムを主体とし、硫酸根が除去されているのでセメント原料として好適である。さらに鉛は溶出して濾液に含まれるので、この固形分には鉛が実質的に含まれておらず、また銅や亜鉛も予め除去されているのでこれらの重金属類をセメント原料に持ち込む虞がない。回収した固形分を洗浄し、その洗浄排水をアルカリ浸出槽に循環して再利用する。
【００１７】
(IV)溶存金属の分離・回収
硫酸浸出スラリーの濾液には銅および亜鉛が溶存している。これに銅よりイオン化傾向が大きい亜鉛などの粉末を添加して銅を析出させる。この添加量は液中の銅よりもやや過剰に添加するのが好ましい。なお、この添加量が多過ぎると析出した銅に亜鉛粉末等が混入するので好ましくない。この添加量は液中の銅濃度に対して１.１当量程度が適当である。析出した銅は沈澱するので固液分離して回収する。なお、液中にカルシウムが含まれている場合でも、カルシウムは亜鉛よりもイオン化傾向が大きく、亜鉛粉末の添加によって析出しないので高品位の銅を回収することができる。銅を回収した後の濾液には硫酸によって溶出した亜鉛や銅回収の際に添加した亜鉛が溶解しているので、苛性ソーダ等を添加し、濾液をｐＨ９.５〜１２に調整することによって亜鉛を水酸化物に転じて沈澱させ、これを固液分離して亜鉛を回収する。
【００１８】
また、アルカリ浸出スラリーを固液分離した濾液には鉛が溶存しているので、水硫化ソーダなどの硫化剤を加えて液中の鉛を硫化物に転じて沈澱させる。硫化剤の添加量は液中の鉛含有量に対して１〜２当量が適当である。これを濾過して硫化鉛を回収する。硫化鉛を分離した濾液は強アルカリ(pH13前後)であるので、これを亜鉛回収工程のアルカリ源や水浸出工程のアルカリ源として再利用することができる。
【００１９】
このような硫酸浸出スラリーの濾液とアルカリ浸出スラリーの濾液を別系統で処理する方法に代えて、これらの濾液を混合し、混合した濾液のｐＨを９〜１２に調整することにより、液中の銅、鉛、亜鉛などを水酸化物ないし硫酸塩として共沈させて回収してもよい。なお、廃棄物中にセレンが微量含まれている場合、硫酸浸出およびアルカリ浸出によって液中に溶出したセレンはこの濾液の混合によって上記ｐＨ域で銅、鉛、亜鉛と一緒に共沈する。
【００２０】
【実施例】
本発明を実施例によって以下に具体的に示す。
〔実施例１〕
セメントキルンダスト２０kgに水６７Lを加えて水性スラリーとし、スラリーの液性をｐＨ１２に調整して水浸出を行った。このスラリーをフィルタープレスで濾過し脱塩(脱水)ケーキを得た。この脱水ケーキ７kgをミキサー(ハイスピーダ：太平洋機工社製品)に入れ、さらに５.２５Lの水(スラリー水分量の５０％)を加え、４５０rpmで３分間攪拌し、水性スラリー１０.９Lを得た。このスラリーを浸出槽に移し、さらにミキサー内部を５.２５Lの水で洗浄し、その洗浄排液を浸出槽に加えた。これに硫酸(９８％濃度)４９０mlを加えて固液比２５０g/lの硫酸浸出スラリー１６.５Lを得た。この硫酸浸出スラリーを固液分離し、その濾液中の銅および亜鉛濃度を測定したところ、銅１８５００ppm、亜鉛９１００ppmであった。
【００２１】
〔比較例１、２〕
ミキサーを用いずに脱塩ケーキをハンマーで粗く砕いて浸出槽に入れた以外は実施例１と同様にして硫酸浸出スラリーを調製したところ、ケーキを砕いた塊の表面が石膏で覆われており、液中の銅および亜鉛濃度は銅５５００ppm、亜鉛３３０００ppmであり、これらの浸出効果が低かった（比較例１）。
また、最初にスラリーの全水分量を脱水ケーキに加え、これをミキサーで解砕した以外は実施例１と同様にして脱水ケーキをスラリー化したところ、ミキサー内部に多量のスラリーが残留した。また、この残留スラリーを３Lの水で洗浄し、この洗浄排水を浸出槽に加え、実施例１と同様にして硫酸浸出スラリーを調製したところ、スラリーの固液比が２００g/lと高く、固液分離の負担が増した（比較例２）。
【００２２】
〔実施例２〕
実施例１で得た硫酸浸出スラリーを固液分離し、その固形分３.３kgをミキサー(ハイスピーダ：太平洋機工社製品)に入れ、さらに１１.５Lの水(スラリー水分量の５０％)を加え、４５０rpmで２分間攪拌し、水性スラリー１３.５kgを得た。このスラリーを浸出槽に移し、さらにミキサー内部を１１.５Lの水で洗浄し、その洗浄排液を浸出槽に加えた。これに苛性ソーダ(４８％濃度)２.５Lを加えて固液比１００g/lのアルカリ浸出スラリー２２Lを得た。この硫酸浸出スラリーを固液分離して水酸化カルシウム２.３kgを回収した。
一方、硫酸浸出スラリーの濾液１２Lと、アルカリ浸出スラリーの濾液２１Lを混合し、ｐＨ１１に調整して沈澱物を生成させ、これを固液分離した。この沈澱物をＸ線回折によって分析したところ、水酸化銅、水酸化亜鉛、水酸化鉛、および硫酸鉛を主体とするものであった。
【００２３】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、廃棄物の処理方法において、脱水ケーキを硫酸浸出ないしアルカリ浸出する際に、ミキサーを用いて脱水ケーキを解砕すると共に、適量の水分を分割して加えることによって解砕された固形分が十分に分散されたスラリーとし、さらに所定量の水でミキサーを洗浄し、その洗浄排水を加えることによって目的の固液比の浸出スラリーを得ることができる。従って、廃棄物を効率よく処理することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の処理方法を示す工程図
【図１】
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