(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属を含む廃棄物溶融スラグを破砕処理して金属粒子とスラグ粒子が混在する破砕スラグとなし、圧延処理によってアルミ等の延展性に優れた金属粒子をスラグ粒子に比べて大きな径の薄片に形成し、この薄片の金属を篩による分級によって分離して回収し、篩後の破砕スラグを比重分離処理して他の金属粒子を分離して回収し、残った破砕スラグを製品砂とする製砂システムにおいて、
比重分離処理を行う比重分離装置が、水平に対して所定角度に傾斜した回転軸心回りに回転し、円錐部を有する筒体をなす回転胴と、回転胴の下端側に位置する円錐部の頂部に形成した小径開口に接続する排出部と、回転胴の上端側の大径開口から回転胴内に挿入し、先端開口が円錐部の頂部に対向する分離対象物投入部と、分離対象物投入部の先端開口と円錐部の小径開口との間に配置する水流調整手段とを備え、
回転胴は胴内で沈降した分離物を回転軸心回りの回転に伴って小径開口側へ送り出す螺旋溝を内周面に有し、排出部は回転胴内へ所定流速、所定水量の分離作用水を供給する給水手段と、排出部に流入する分離物を排出する分離物排出手段とが接続し、水流調整手段は分離対象物投入部の先端開口に向けて拡径して開口した通水性を有するケーシング内に所定比重、所定形状をなして分離作用水の水流を所定流速に調整する抵抗体を保持してなることを特徴とする製砂システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は製砂システムに係り、都市ごみ焼却灰、シュレッダーダスト、埋立物等の一般廃棄物および産業廃棄物を原料とする廃棄物溶融スラグから製砂する技術に係るものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、都市ごみ焼却灰等の廃棄物は最終的に埋立処分を行っていたが、埋立処分場の建設による環境破壊、ならびに埋立地において浸出水中に有害物質が溶出することによる地下水中への有害物質の漏出を懸念するがために、新たに埋立処分場を確保することが困難となっている。このために、廃棄物を溶融炉において溶融処理して廃棄物溶融スラグを形成し、廃棄物の減容化ならびに有害成分の固定化を果たしている。
【０００３】
また、廃棄物溶融スラグの資源化を目的として、廃棄物溶融スラグを破砕して土木建設用骨材や窯業原料化する試みが行われている。ところで、都市ごみ焼却灰、シュレッダーダスト、産業廃棄物の埋立物等を原料とする廃棄物溶融スラグはアルミ、鉄、銅等の金属物質を含んでいる。この金属物は廃棄物溶融スラグの破砕物を土木建設用骨材や窯業原料として資源化する場合には不純物として存在するが、金属自体は有用なものであるので、金属を廃棄物溶融スラグから分離回収することができれば、廃棄物溶融スラグのより有効な再資源化を図ることができる。
【０００４】
この種の技術の公知のものとしては、例えば特開平１０−１５６３２９号公報、特開２０００−２７２９３８号公報、特開２０００−２０２３２１号公報に記載のものがある。例えば、図１１に示す構成では、原料の廃棄物を溶融して後に溶融炉から排出する水砕スラグ１０１をスラグ破砕機１０２で破砕して金属粒子とスラグ粒子が混在する破砕スラグを形成するとともに、アルミ等の延展性に優れた金属粒子を所定径の大きさの薄片に圧延し、破砕スラグを篩１０３により分級して薄片となったアルミ等の金属１０４を他の破砕スラグから分離して回収し、篩１０３の後の破砕スラグを磁選機１０５により磁力選別して鉄の金属粒子１０６を破砕スラグから分離して回収し、磁力選別後の破砕スラグを水−スラグ分離機１０７で固液分離して製品砂１０８としての破砕スラグを得る。回収した分離水は水処理設備１０９で処理後にスラグ破砕機１０２へ戻して利用する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、廃棄物溶融スラグには銅やＳＵＳ等の磁力選別が困難なものが含まれており、これらの成分が廃棄物溶融スラグの破砕物を土木建設用骨材や窯業原料として資源化する際に、品質を低下させる要因となっている。
【０００６】
本発明は上記した課題を解決するものであり、シュレッダーダストや産業廃棄物等を原料とする廃棄物溶融スラグの破砕スラグから有用金属を回収するとともに、土木建設用骨材や窯業原料に適した破砕スラグを得ることができる製砂システムを提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記した課題を解決するために、請求項１に係る本発明の製砂システムは、金属を含む廃棄物溶融スラグを破砕処理して金属粒子とスラグ粒子が混在する破砕スラグとなし、圧延処理によってアルミ等の延展性に優れた金属粒子をスラグ粒子に比べて大きな径の薄片に形成し、この薄片の金属を篩による分級によって分離して回収し、篩後の破砕スラグを比重分離処理して他の金属粒子を分離して回収し、残った破砕スラグを製品砂とする製砂システムにおいて、比重分離処理を行う比重分離装置が、水平に対して所定角度に傾斜した回転軸心回りに回転し、円錐部を有する筒体をなす回転胴と、回転胴の下端側に位置する円錐部の頂部に形成した小径開口に接続する排出部と、回転胴の上端側の大径開口から回転胴内に挿入し、先端開口が円錐部の頂部に対向する分離対象物投入部と、分離対象物投入部の先端開口と円錐部の小径開口との間に配置する水流調整手段とを備え、回転胴は胴内で沈降した分離物を回転軸心回りの回転に伴って小径開口側へ送り出す螺旋溝を内周面に有し、排出部は回転胴内へ所定流速、所定水量の分離作用水を供給する給水手段と、排出部に流入する分離物を排出する分離物排出手段とが接続し、水流調整手段は分離対象物投入部の先端開口に向けて拡径して開口した通水性を有するケーシング内に所定比重、所定形状をなして分離作用水の水流を所定流速に調整する抵抗体を保持してなることを特徴とするものである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図１において、原料スラグ１１１の廃棄物溶融スラグは、シュレッダーダストや各種汚泥等の産業廃棄物に由来する水冷スラグもしくは徐冷スラグ、前記産業廃棄物の廃棄埋立物に由来する水冷スラグもしくは徐冷スラグ、都市ごみ等の一般廃棄物に由来する水冷スラグもしくは徐冷スラグ、前記一般廃棄物の焼却灰に由来する水冷スラグもしくは徐冷スラグ、前記一般廃棄物に準じる廃棄物に由来する水冷スラグもしくは徐冷スラグの少なくとも何れかであり、適宜に組み合わせて用いる。
【００１２】
この原料スラグ１１１をスラグ破砕機１１２で多数度にわたる破砕処理と圧延処理を施す。スラグ破砕機１１２では、水平な回転軸廻りに回動する胴体の内部に、複数の可動体を水砕スラグ、緩衝流体である水とともに収納し、胴体の回動に伴って相互に接近離間し合う可動体の間において原料スラグ１１１の破砕処理と圧延処理を行う。原料スラグ１１１は内部に複数種類の物質を内包しており、破砕の進行に伴ってガラス質のスラグ粒子、アルミ、鉄等の金属粒子を含む破砕スラグとなる。金属粒子は延展性を有し、ガラス質のスラグ粒子は脆弱性を有するので、可動体による押圧力はガラス質のスラグ粒子に破砕作用を及ぼし、金属粒子に圧延作用を及ぼす。
【００１３】
このため、アルミ等の延展性に優れた金属粒子は大径化して薄片となり、鉄、銅、ＳＵＳ等の他の金属粒子と粒径において差別化され、ガラス質のスラグ粒子はその脆弱性によって小径化する。この破砕スラグを篩１１３によって分級して薄片のアルミ１１４を破砕スラグの他の粒子から分離して回収する。
【００１４】
篩１１３の後の破砕スラグを比重分離装置１１５で比重分離して他の鉄、銅、ＳＵＳ等の金属粒子１１６を分離して回収する。比重分離後に残ったガラス質のスラグ粒子の破砕スラグは水−スラグ分離機１１７において固液分離して製品砂１１８とし、分離水は水処理設備１１９を経てスラグ破砕機１１２に戻して循環利用する。
【００１５】
比重分離装置１１５としては種々のものが適用可能であるが、本実施の形態における比重分離装置１１５を以下に説明する。
図２〜図１０において、比重分離装置１１５は円錐部２を有する筒体をなす回転胴３を有しており、回転胴３は可動台４の上にローラ４ａを介して回転軸心回りに回転自在に保持している。回転胴３は下端側に位置する円錐部２の頂部に小径開口５を有し、上端側に大径開口６を有しており、小径開口５に接続した排出部７を軸受８を介して可動台４で保持し、排出部７に設けたスプロケット９をチェーン１０を介して回転駆動するモータ１１を可動台４に設けている。可動台４は前側部を回転軸１２を介して固定台１３で揺動自在に軸支し、後側部をシリンダー装置１４で昇降自在に保持しており、シリンダー装置１４の駆動により傾動して回転胴３を水平に対して所定角度に傾斜する姿勢に保持している。
【００１６】
回転胴３は、図３に示すように、内周面３ａに一条もしくは多条の螺旋溝１５を有しており、螺旋溝１５は胴内で沈降した分離物を回転軸心回りの回転に伴って小径開口５へ向けて送り出すものである。回転胴３の内部には円板状をなす複数の堰板１６を回転軸心方向に沿って適当間隔で平行に配置しており、図６に示すように、堰板１６は外周縁１６ａと回転胴３の内周面３ａとの間に分離物の通路をなす所定間隙を空けて配置し、外周縁１６ａの複数箇所において回転胴３の内周面３ａに固定している。
【００１７】
回転胴３の内部には希釈水を供給する手段をなす希釈水供給管１７を挿入しており、希釈水供給管１７に連通する噴出部１８を堰板１６で区画した回転胴３の各部ごとに配置している。また、大径開口６の付近には散水管１９を挿入しており、回転胴３の大径開口６の下側外部には排出ホッパー３ｂを設けている。
【００１８】
分離対象物投入部２０は上端側の大径開口６から回転胴３の内部に挿入し、先端開口２１が円錐部２の頂部に対向しており、回転胴３の軸心に対して同心もしくは回転胴３の軸心より大きな所定角度に傾斜する姿勢に配置する。分離対象物投入部２０はシュート部２２が、図８に示すように、内部の流路と直交する断面形状において下部から上部に向けて流路断面が増加する構造を有しており、シュート部２２の上端側にホッパー部２３を設けている。シュート部２２の断面形状は本実施の形態に限るものではなく、真円、楕円等の種々の形状がある。
【００１９】
分離対象物投入部２０の先端開口２１と円錐部２の小径開口５との間には水流調整手段として、分離対象物投入部２０の先端開口２１に向けて拡径して開口する網等の通水性を有するケーシング２４を配置するとともに、ケーシング２４の内部に所定比重、所定形状の複数の流動性を有する抵抗体２５を保持してなり、抵抗体２５としては球、多角形、格子状等の種々のものがある。
【００２０】
排出部７は内管２６と外管２７の二重管構造をなし、内管２６および外管２７にはそれぞれ別途に分離作用水を供給する手段をなす給水管２８、２９をバルブ３０、３１を介して接続している。給水管２８、２９は回転胴３の内部へ所定流速、所定水量の分離作用水を供給する。外管２７はロータリージョイント２７ａを介して回転胴３に接続し、途中に透明管２７ｂを配置している。排出部７は二重管構造に限らず、単管構造とすることも可能である。外管２７には分離物を排出する手段をなす分離物排出管３２を第１バルブ３３ａを介して接続し、分離物排出管３２の下端側に第２バルブ３３ｂを設けている。分離物排出管３２は第１バルブ３３ａ、第２バルブ３３ｂの間が貯留部３２ａをなし、貯留部３２ａに第３バルブ３３ｃを介して水補給管３４を接続している。
【００２１】
上記した構成において運転時には、モータ１１による駆動によってチェーン１０およびスプロケット９を介して回転胴３を回転軸心回りに回転駆動する。バルブ３０、３１を適当開度に開栓して給水管２８、２９から分離作用水を供給する。給水管２８の分離作用水は内管２６を通して直接に回転胴３の内部へ流入、給水管２９の分離作用水は後述する分離物に対抗しながら外管２７を通して回転胴３の内部へ流入し、円錐部２の小径開口５で合わさってケーシング２４に向けて噴出する。
【００２２】
分離対象物である篩１１３の後の破砕スラグを搬送水とともに分離対象物投入部２０のホッパー部２３からシュート部２２に供給する。
図８に示すように、シュート部２２では搬送水の流速はシュート部２２の内面に近い程に摩擦抵抗で遅くなり、内面から遠い流路の中心側および流路断面積の大きい上部側程に速くなる速度勾配が存在するので、比重の小さいガラス質の破砕スラグ（製品砂）１１８ほど水流の付勢力の影響を大きく受けて上方を流れ、比重の大きい金属成分の破砕スラグ１１６ほど水流の付勢力の影響が小さくて下方に沈降して流れ、シュート部２２において分離対象物が上下に大まかに分離される。
【００２３】
図９に示すように、シュート部２２から円錐部２のケーシング２４に流入したガラス質の破砕スラグ（製品砂）１１８、金属成分の破砕スラグ１１６は抵抗体２５およびケーシング２４に受け止められてシュート部２２の軸心方向に沿った速度がなくなり、分離作用水の水流の付勢力を受け全体が上方へ持ち上げられる。このとき、バルブ３０、３１の制御および抵抗体２５の存在によって所定流速に調整された分離作用水の水流により、比重の小さいガラス質の破砕スラグ（製品砂）１１８が上方へ持ち上げられ、比重の大きい金属成分の破砕スラグ１１６が沈降して分離される。分離された比重の大きい金属成分の破砕スラグ１１６はケーシング２４の網目を通って回転胴３の内周面に沈降し、回転胴３の回転に伴って螺旋溝１５が回転軸心周りに旋回することで小径開口５へ向けて搬送され、小径開口５から排出部７へ流入する。
【００２４】
分離作用水は円錐部２の小径開口５から大径開口６に向けて流れ、回転胴３の内周面に近い程に摩擦抵抗で遅くなり、内周面から遠い上部側程に速くなる速度勾配が存在する。このため、分離作用水の流れに乗って移動する分離対象物であるガラス質の破砕スラグ（製品砂）１１８、金属成分の破砕スラグ１１６は、比重の小さいガラス質の破砕スラグ（製品砂）１１８ほど水流の付勢力の影響を大きく受けて上方を流れ、比重の大きい金属成分の破砕スラグ１１６ほど水流の付勢力の影響が小さくて早期に沈降し、所定高さの堰板１６に阻止されて沈降する。
【００２５】
沈降した比重の大きい金属成分の破砕スラグ１１６は回転胴３の回転に伴って螺旋溝１５が回転軸心周りに旋回することで小径開口５へ向けて搬送され、小径開口５から排出部７へ流入する。比重の小さいガラス質の破砕スラグ（製品砂）１１８は分離作用水で搬送されて大径開口６から排出ホッパー３ｂへ流れ出る。大径開口６へ達する前に沈降した比重の小さいガラス質の破砕スラグ（製品砂）１１８は回転胴３の回転に伴って上方へ持ち上げられ、再び分離作用水の流れに乗って大径開口６へ向けて移動する。比重の大きな金属成分の破砕スラグ１１６は回転胴３の回転に伴って上方へ持ち上げられても早期に沈降し、堰板１６を超えることがない。
【００２６】
希釈水供給管１７を通して供給する希釈水は噴出部１８から堰板１６によって区画された各領域に流入し、各区画領域において分離作用水中の分離対象物の濃度を希釈し、分離対象物の流動性を高めて分離性能を高くする。また、散水管１９からの散水は大径開口６付近において分離作用水中の分離対象物の濃度を希釈し、分離対象物の流動性を高めて分離性能を高くする。
【００２７】
図１０に示すように、排出部７では外管２７を流れる分離作用水の流速に対して比重の大きなものがその流れに抗して流下し、比重の小さいものが分離作用水に持ち上げられて排出部７から円錐部２に戻されることで分離精度が向上する。
【００２８】
分離物排出管３２は通常時には第１バルブ３３ａを開栓し、第２バルブ３３ｂおよび第３バルブ３３ｃを閉栓した状態にあり、回転胴３から外管２７に流下する比重の大きなものは分離物排出管３２に流下して貯留部３２ａに滞留する。分離物の排出時にはバルブ３１を操作して給水管２９から外管２７に供給する分離作用水の流量および流速を増して回転胴３から排出部７へ分離物が流入することを抑制する状態で第１バルブ３３ａを閉栓し、第２バルブ３３ｂを開栓して貯留部３２ａに滞留する分離物を排出する。その後に第２バルブ３３ｂを閉栓し、第３バルブ３３ｃを開栓して水補給管３４から貯留部３２ａに水を充満させる。そして第３バルブ３３ｃを閉栓し、第１バルブ３３ａを開栓し、バルブ３１を操作して給水管２９から外管２７に供給する分離作用水の流量および流速を通常状態に戻す。
【００２９】
【発明の効果】
以上述べたように本発明によれば、アルミをその延展性によって大径化して鉄、銅、ＳＵＳ等の他の金属粒子と粒径において差別化し、ガラス質のスラグ粒子をその脆弱性によって小径化することで篩によるアルミの除去が可能となる。このアルミの除去によって残った破砕スラグの中で小径化したガラス質のスラグ粒子の比重が最も小さくなるので、ガラス質のスラグ粒子と鉄、銅、ＳＵＳ等の金属粒子とをその比重差によって分離することが可能となり、廃棄物溶融スラグから高品質の製砂を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態における製砂システムを示すフローシート図である。
【図２】同製砂システムにおける比重分離装置を示す全体断面図である。
【図３】同比重分離装置の要部拡大図である。
【図４】同比重分離装置の側面図である。
【図５】同比重分離装置の要部拡大図である。
【図６】図２のＡ-Ａ矢視断面図である。
【図７】図２のＢ-Ｂ矢視断面図である。
【図８】シュート部の断面図である。
【図９】同比重分離装置の作用を示す説明図である。
【図１０】同比重分離装置の作用を示す説明図である。
【図１１】従来の製砂システムを示すフローシート図である。
【符号の説明】
１    比重分離装置
２    円錐部
３    回転胴
３ａ  内周面
３ｂ  排出ホッパー
４    可動台
４ａ  ローラ
５    小径開口
６    大径開口
７    排出部
８    軸受
９    スプロケット
１０    チェーン
１１    モータ
１２    回転軸
１３    固定台
１４    シリンダー装置
１５    螺旋溝
１６    堰板
１６ａ  外周縁
１７    希釈水供給管
１８    噴出部
１９    散水管
２０    分離対象物投入部
２１    先端開口
２２    シュート部
２３    ホッパー部
２４    ケーシング
２５    抵抗体
２６    内管
２７    外管
２７ａ  ロータリージョイント
２７ｂ  透明管
２８、２９  給水管
３０、３１  バルブ
３２    分離物排出管
３２ａ  貯留部
３３ａ  第１バルブ
３３ｂ  第２バルブ
３３ｃ  第３バルブ
３４    水補給管
１１１    原料スラグ
１１２    スラグ破砕機
１１３    篩
１１４    アルミ質の破砕スラグ
１１５    比重分離装置
１１６    金属成分の破砕スラグ
１１７    水−スラグ分離機
１１８    製品砂
１１９    水処理設備
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
0004017403.tif 000009
【図９】
0004017403.tif 000010
【図１０】
0004017403.tif 000011
【図１１】
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