(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
下記の工程を備えたことを特徴とする金属加工屑の予備処理方法。
（ａ）粒状金属加工屑を脱水・脱油する工程と、
（ｂ）金属加工屑が互いに絡まりあって形成されている綿状金属加工屑を脱水・脱油し次いで分断・解砕する工程と、
（ｃ）前記脱水・脱油した粒状金属加工屑と前記脱水・脱油後分断・解砕した綿状金属加工屑を混合する工程と、
（ｄ）前記混合した金属加工屑を大気中で山積みし、自己酸化による発熱と形態の変化過程を制御しながら乾燥・養生する工程。
【請求項２】
前記粒状金属加工屑及び綿状金属加工屑の脱水・脱油工程が、金属加工屑を山積みし、該山積みの下方から水分・油分を流出させる工程であることを特徴とする請求項１記載の金属加工屑の予備処理方法。
【請求項３】
前記綿状金属加工屑の分断・解砕をケージミルで行うことを特徴とする請求項１または２記載の金属加工屑の予備処理方法。
【請求項４】
前記粒状金属加工屑と分断・解砕した綿状金属加工屑を混合する工程が、さらに油分分解酵素又は油分分解バクテリアを用いて油分を分解する工程を備えたことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の金属加工屑の予備処理方法。
【請求項５】
前記乾燥・養生する工程が、前記山積みした粒状金属加工屑と綿状金属加工屑の混合物に、定期的に空気又は窒素ガスの吹き付け・吹込みを行いつつ転置、移動、混合、展延、分割を含む攪拌操作を行うことを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の金属加工屑の予備処理方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、鉄鋼の機械加工工程で発生する長径３ｍｍ以下の金属加工屑、特に従来廃棄物として埋立処理されてきた金属研削屑または金属研磨屑（以下両者を「金属加工屑」という。）を、再資源化することを目的とする塊成化処理する技術に関し、特に原料である金属加工屑の予備処理方法に関する。ここで、金属加工屑には、長径３ｍｍ以下の粒状金属加工屑と長径３ｍｍ以下の範囲の金属加工屑が互いに絡まりあって形成される長径１００ｍｍ以下の綿状研削屑とがあり、本発明では両者を対象とする。
【０００２】
【従来の技術】
近年、金属スクラップの再資源化が地球資源の保護及び地球環境保護の点からも注目されている。鉄鋼においても、塊状の鉄鋼スクラップの再資源化は著しく進展している。また、鉄鋼製造工程において大量に発生する鉄鉱石粉、転炉ＯＧダスト、焼結返鉱粉、還元鉄粉、磁選粉等の取扱いが容易でない種々の粉状の鉄分ついても再資源化が進んでいる。
【０００３】
粉状の鉄分を再資源化する技術としては、特公開６２−１５８８１２号公報が開示されている。この発明は、金属粉体を樹脂バンイダーで固めてブリケットとし、高炉、転炉、電気炉等に投入する方法であり、鉄粉と粉炭などの粉状粒子をカルボキシ・メチルセルロース（ＣＭＣ）や、ポリビニル・アルコール（ＰＶＡ）などの特殊なバインダーを用いて、高速混練してブリケット化する方法である。
【０００４】
また、特開平９−２４１７６６号公報には、鉄分を有効に回収すべく、高炉・転炉・電気炉等に投入する金属粉体を原料とするブリケットの製造方法が開示されている。この発明は、製鉄工程等で発生する鉄鉱石粉等の粉状の鉄分に熱可塑性廃プラスチックをバインダーとして添加してブリケットに製造する方法である。
【０００５】
一方、鉄鋼の機械加工工程においても大量の金属加工屑が発生する。これらの金属加工屑は、加工時に使用する切削油、研磨油及び水分を多量に含有し、また加工屑は粒径の小さい微粒を多く含有するため、その貯蔵、輸送、処理などの取扱いに際して、油分・水分の漏出や微粉ダストの飛散など、環境上また衛生上好ましいものではなかった。
【０００６】
この金属加工屑は、多量の鉄分を含有しているが、その形状・性状ゆえにそのままでは再利用が困難であり、これまでは廃棄物として埋立処理されてきており、鉄資源の有効利用という点から問題となっていた。特に、長径３ｍｍ以下の範囲の金属加工屑が互いに絡まりあって形成されている長径１００ｍｍ以下の綿状の金属加工屑は、粒状の加工屑に比して、特に再利用が困難であった。このため、金属加工屑の再利用に関しては、その技術困難性ゆえに、まだ新しい技術が開発されていないのが現状である。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
金属加工屑は油脂分と水分を多量に含有しかつ粒径が微細であるため、前記特開平９−２４１７６６号公報に開示されたような、粉体金属を原料として廃プラスチックバインダーを用いてブリケットに成型（塊成化）する方法をそのまま適用するのことは容易ではない。特に、以下に述べるように粒状及び綿状の金属加工屑に起因する種々の解決すべき課題があり、これを解決しなければ金属加工屑の再利用を実現することができない。
【０００８】
（１）原料加工屑の混錬性及び成型性の生産性向上
バインダーとして廃プラスチックを利用する場合、原料中の水分を蒸発除去しその水分含有量を５％以下にしないとバインダー効果が得られない。また、原料中に含まれる油分は、混合加工屑の強度を低下させ製造ライン詰まりを発生させ易いこと、或いは、成型後の成品ブリケットの強度を低下させ山積みした際に成品の粉化が進み易いこと等の問題を生じる。また、再資源化に利用する金属加工屑は微細であるため、水分・油分を多量に保持し易く、脱水・脱油しにくい特質がある。従って、原料中に含まれる水分・油分を経済的に除去して、これに起因する混練・昇温工程の生産性の低下、成型品の品質低下の課題を改善する必要がある。
【０００９】
（２）綿状金属加工屑の混練性向上
金属加工屑には、長径３ｍｍ以下の範囲の金属加工屑が互いに絡まりあって形成されている長径１００ｍｍ以下の綿状の金属加工屑が含まれるが、この綿状加工屑は、スポンジ状を呈し見掛比重（嵩密度）も小さい。従って、金属加工屑中の綿状加工屑の比率が高いと、粒状品と綿状品との攪拌・混練が十分に行われず、攪拌時の摩擦熱が減少して水分の蒸発を遅らせるとともに成型した塊成化物の歩留まりを低下させる。従って、綿状加工屑に起因するこの課題を解決し、金属加工屑の混錬性を向上し生産性を高める必要がある。
【００１０】
（３）綿状金属加工屑の成型性向上
綿状加工屑は、一般にスプリングバックと考えられる反発作用を生じてロール成型が困難である。バインダーが５％以上となるとその粘弾性と流動性が高くなり、ロール成型の困難性が一層助長される。従来技術ではバインダーの含有量を１〜９％に規制しているが、バインダー量が５％以上の場合の成型性を改善する必要がある。また、綿状加工屑の比率が高いと、嵩密度を高めるために高い圧縮力を必要とし成型設備が巨大化する。従って、綿状品を粒状品に形態を変質させ、綿状金属加工屑の成型性向上を図る必要がある。
【００１１】
（４）原料金属加工屑の酸化・発熱の防止
金属加工屑は、一般に０．０５ｍｍから０．５ｍｍの極めて微粒の粒子状を呈するため、粒子径がより大きな粒子（例えば１ｍｍから１０ｍｍ程度の金属粉末等）と比較した場合にその酸化挙動が異なる。このため、加工屑原料の取扱い中に「異常発熱」が生じ易く、特に綿状品での異常発熱の発生が顕著である。異常発熱は、金属加工屑の燃焼や火災発生につながり防災保安上重大な事態に至る場合が多いこと、及び原料中の金属成分の多くを酸化物に変化させるため再資源化に際しての有効歩留の低下を引き起こすこと、等の問題を生ずるのでこれを解決する必要がある。
【００１２】
このように金属加工屑の再利用を実現するためには、金属加工屑について解決すべき課題が多くある。これらは以下の６点に集約される。
（１）金属加工屑中の水分の除去・低減
（２）金属加工屑中の油分の除去・低減・分解
（３）綿状金属加工屑の高密度化及び低圧縮比化（加工屑形態を綿状から粒状にする。）
（４）原料金属加工屑の酸化皮膜形成と安定化
（５）酸化反応の抑制
（６）乾燥・養生工程における乾燥速度の向上
【００１３】
これらの課題を解決する技術はこれまで開示されていない。そこで、本発明者らはこれらの課題を解決するために鋭意研究した結果、金属加工屑を塊成化して再資源化を図るためには、金属加工屑の塊成化に際しての加工屑の予備処理がきわめて重要な役割を果たすことを見出し、金属加工屑の適切な予備処理方法及び金属加工屑の脱水装置の発明を完成するに至った。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
発明の第１の態様は、下記の工程を備えたことを特徴とする金属加工屑の予備処理方法である。
（ａ）粒状金属加工屑を脱水・脱油する工程と、
（ｂ）金属加工屑が互いに絡まりあって形成されている綿状研削屑を脱水・脱油し次いで分断・解砕する工程と、
（ｃ）前記脱水・脱油した粒状金属加工屑と前記脱水・脱油後分断・解砕した綿状金属加工屑を混合する工程と、
（ｄ）前記混合した金属加工屑を大気中で山積みし、自己酸化による発熱と形態の変化過程を制御しながら乾燥・養生する工程。
【００１５】
発明の第２の態様は、前記粒状金属加工屑及び綿状金属加工屑の脱水・脱油工程が、金属加工屑を山積みし、該山積みの下方から水分・油分を流出させる工程であることを特徴とする金属加工屑の予備処理方法である。
【００１６】
発明の第３の態様は、前記綿状金属加工屑の分断・解砕をケージミルで行うことを特徴とする金属加工屑の予備処理方法である。
【００１７】
発明の第４の態様は、前記粒状金属加工屑と分断・解砕した綿状金属加工屑を混合する工程が、さらに油分分解酵素又は油分分解バクテリアを用いて油分を分解する工程を備えたことを特徴とする金属加工屑の予備処理方法である。
【００１８】
発明の第５の態様は、前記乾燥・養生する工程が、前記山積みした粒状金属加工屑と綿状金属加工屑の混合物に、定期的に空気又は窒素ガスの吹き付け・吹込みを行いつつ転置、移動、混合、展延、分割を含む攪拌操作を行うことを特徴とする金属加工屑の予備処理方法である。
【００２０】
【発明の実施の形態】
本発明では、従来投棄されていた金属加工屑を対象とする。この金属加工屑は長径３ｍｍ以下のものであり、これには綿状研削屑と粒状研削屑とがある。粒状研削屑は一般に塊成化し易いため再資源化は容易であると考えられるが、綿状研削屑は上述したように塊成化するのが困難である。そこで、本発明では、この両者を混合して処理することとした。
【００２１】
本発明の実施形態を図１により説明する。機械加工工場や圧延ミルなどにおいて発生する長径（加工屑は一般に長径と短径があるが、長径を基準とする）３ｍｍ以下の範囲の粒状金属加工屑（以下粒状品という）２に対して、まず含まれている油分を含む水分の脱水・脱油４を行う。一方、長径３ｍｍ以下の範囲の金属加工屑が互いに絡まりあって形成されている長径１００ｍｍ以下の綿状金属加工屑（以下綿状品ともいう）６は、含まれている油分を含む水分の脱水・脱油８を行った後分断・解砕１０する。
【００２２】
次に分断・解砕した綿状金属加工屑１０と粒状金属加工屑６を混合１２し、大気中に山積み１３し、山積み中に加工屑の酸化による自己発熱作用により形態・性状の変化過程を制御して異常発熱と焼結・固化を抑制するため、乾燥・養生１４を促進する。なお、かかる予備処理した金属加工屑は、次に、バインダーとしての廃プラスチック１７に配合１６し、混錬１８し、成形２０を行って成品２２としての塊成化物を得る。以下に本発明を具体的に説明する。
【００２３】
これまで廃棄処理されてきた金属加工屑を再資源化するためには、加工屑中に含まれる油分を含む水分を除去するとともに、嵩密度が小さくかつ廃プラスチックとの混錬を妨げる綿状加工屑を粒状体に変質することが重要である。前者については、前述したように、バインダーとして廃プラスチックを利用する場合のバインダー効果を高めるためである。また、後者については、金属加工屑中の綿状加工屑の比率が高いと、原料の攪拌が困難になり原料の混練が十分に行われず成型品の製造歩留まりが低下するためである。
【００２４】
金属加工屑は一般に多くの水分を含んでおり、例えば図２に示すようにロート状のコンクリート床２４に粒状金属加工屑２又は綿状金属加工屑６を各々山積みし、油と水２８を中心のフィルタ２５を通過させ、側構２６に集水して行うことができる。集水した水分と油分を含む混合水２８を貯蔵するピット３０に溜めおき、静置すると比重差により水分と油分は分離するため、各々をポンプ３２で汲みだし、それぞれタンク３４、３６に貯蔵し処理することができるので、環境汚染を防止することができる。また、水分は、異常発熱や粉塵発生を抑えるための散水としても再利用が可能である。
【００２５】
上述の脱水・脱油工程により、金属加工屑中の水分・油分を減少させることができるが、水分・油分を実害のない程度にまで除去するのは困難である。特に、油分には粘度が高いものもあり、これが加工屑に付着すると後のプレス等の工程で除去することが困難であるとともに、この金属加工屑に付着した油分は、塊成化物の強度を低下させる等の問題を引き起こす。
【００２６】
油分を問題が生じない程度にまで低減する方法として、物理的な方法や化学的な方法も考えられるが、設備が大規模となること及び油分低減の限界等から採用が難しい。そこで、本発明では、生化学的な方法、すなわち、油分分解酵素又は油分分解バクテリア１５を用いることとした。バクテリアを用いて油分を分解する場合には、適度の水分と酸素が必要となるが、本発明のプロセスにおいては、上記脱水後の金属加工屑には水分が１０〜１０数％含まれるため、水分の条件としては好適である。また、次述する乾燥・養生の工程で、掻き揚げや空気の吹込みを行うため、酸素の条件も満たされる。
【００２７】
図３に、油分分解バクテリアの効果を示す。ここで、バクテリアは粘土質粉末の担体中に保存した形で供給し、水分は、パグミルに原料を通過させる際複数の噴霧ノズルから微細な霧滴を原料の加工屑に吹き付け、混合屑の全体に水分を均一に浸透・分散させた。これにより、混合した金属加工屑中の水分の著しい増加を招くことなく、バクテリアに適度の水分を付与することができる。図から明らかなように、バクテリアを添加すると、又はバクテリアの添加と空気の吹込みを併用すると、金属加工屑中の油分はその後の工程に支障を生じない量にまで低減している。
【００２８】
一方、綿状加工屑（綿状品）は、長径３ｍｍ以下の微細な繊維状の研削屑が互いに絡まりあって、全体として長径１００ｍｍ以下の綿状またはスポンジ状に成形された状態となっている。図４は山積み１３した粒状品と綿状品からなる混合物１２中の綿状品の割合が乾燥・養生日数でどのように変化するかを示す図である。図に示すように、５日間程度の乾燥・養生を行うと、綿状品は金属繊維の表面から内部に向かって酸化反応が進み、展性・延性に富む金属形態から、粒状品に変化する。
【００２９】
ここで、乾燥・養生とは、金属加工屑の混合品を酸化により自己発熱させ、特に綿状品の形態・性状を変化させつつ乾燥する工程である。例えば、混合した金属加工屑原料に対して、定期的にショベルによって山積みの上下左右の転置、移動、攪拌、混合、展延、分割などの操作を少なくとも３日、望ましくは５日から１０日間程度実施する。
【００３０】
その際、乾燥速度を促進することは塊成化物の品質向上の点からも、また金属加工屑原料ヤードの能力向上の点からも重要である。本発明者等が行った試算によれば、現状の５倍の乾燥速度が得られれば、現状と同じヤード面積において、現状の３００トン／月から１４００トン／月までの加工屑の処理が可能となる。かかる乾燥速度の向上には、原料の掻き揚げ操作が有効であるが、この際に空気の吹込みを併用すると効果が向上する。また、空気を１００℃程度に加熱して吹込むと、乾燥効果がより向上する。なおここでは、混合品についての乾燥・養生する工程を述べたが、乾燥・養生は混合前の綿状加工屑の段階で行っても良い。
【００３１】
酸化作用を受けた金属繊維は、外部からの力で容易に分断するため、ショベルの掻き揚げによる落下衝撃力や、攪拌などの応力が加わると容易に分断される。また、酸化作用を受ける過程で絡まり合った金属屑間で接合作用も生じ、造粒化や粗大化も生じるため分断作用と合わせて全体として嵩密度の増加効果を伴う粒状化が起こる。かかる山積みした金属加工屑原料に対しする定期的な配替えは、含有水分の減少にもつながる。
【００３２】
一方、金属加工屑原料の酸化が促進されると、それに伴って酸化発熱現象が生じ、異常燃焼や火災発生を引き起こすおそれがある。従って、ショベルによる掻き揚げに際して、（イ）冷却空気の吹き付け・吹込み（強制冷却）により、内部に蓄積した熱の放熱・放散・抜熱を図ることが必要である。また、（ロ）不活性な窒素ガスを吹込むことにより、酸化反応を抑えることができる。さらに、（ハ）酸化反応を抑えるべく、原料粒子に安定な酸化皮膜を形成して、異常発熱を抑えることも可能である。これにより、酸化反応速度を抑制して異常燃焼や火災発生を防ぐことができ、防災・保安上の対策を講じることができる。また、併せて原料中の鉄成分の酸化ロスを減少することも可能となる。
【００３３】
【実施例】
図５として示す表１に比較例と本発明の実施例の製造条件を示す。機械加工工場で発生した長径３ｍｍ以下の範囲の粒状品及び綿状品金属加工屑をまず脱水・脱油した。綿状品金属加工屑は、更に繊維の絡まりをケージミルにより分断・解砕をおこなった。その後両加工屑を混合したが、この状態で混合物中の綿状品の比率は７０％（相対比率）であり、また水分・油分は２７％（体積比率）であった。
【００３４】
次に、実施例２から４では、混合した金属加工屑に対して、油分分解バクテリアを添加した。バクテリアは粘土質粉末の担体中に保存した形で供給し、水分は、パグミルに原料を通過させる際複数の噴霧ノズルから微細な霧滴を原料の加工屑に吹き付け、全体に均一水分を浸透・分散させた。
【００３５】
更に、酸化促進による綿状品から粒状品への形態変化と含有水分の乾燥・養生を行うべく、混合した金属加工屑原料に対して、ショベルによる掻き揚げ操作を最大１０日間行った。またその際、冷却空気の吹き付け・吹込みを行った。この金属加工屑に予備処理を施した最終状態における水分・油分の含有量は６％（体積比率）以下となっている。
【００３６】
このような予備処理を施した混合加工屑原料に、廃プラスチックをバインダーとして添加した。廃プラスチックは、バインダー効果の発現温度を低くし、かつハンドリング性を高めるため、微細粒状に加工・調整し、２％添加した。次に、この両者を高速攪拌機で混練・昇温を行った。このとき、粒子の長径を０．１〜１ｍｍに調整することにより、廃プラスチックの温度を材料の軟化点に近づけ成形温度を下げるようにした。混錬した成型原料は、ロール成形加工又は押出成型を行った。
【００３７】
比較例は、混合加工屑に対して油分分解バクテリアを添加することなく混合加工屑を山積みし、またショベルによる掻き揚げ操作を行うことなくそのまま放置した場合である。最大１０日間放置しても、水分・油分の減少は僅かであり、また、綿状品から粒状品への形態変化は若干進行するが、綿状品の比率が高いため、成型歩留まりは不十分である。
【００３８】
一方、ショベルによる掻き揚げ操作を１.５日から２日に一回施した発明例の場合は、酸化反応の促進により綿状品は外部からの小さな力でも容易に分断し、粒状品への形態変化が進展した。５日間経過で、綿状品比率は初期の７０％から３０％以下に減少している。また、水分量も６％程度に減少している。その結果、成形歩留は９０％であった。また、成品であるブリケットの品質を示す圧潰強度は９０、トロンメル指数は９７であった。この金属加工屑の塊成化物は、高炉、転炉、電気炉等、キュポラ等の精練溶解炉や焼結炉、また溶融炉原料として、十分に再利用できるものであった。
【００３９】
【発明の効果】
本発明の予備処理を施すことにより、多量の鉄分を含有しているが、その形状・性状ゆえに従来廃棄物として埋立処理されてきた金属加工屑を、生産性を確保し経済的に、かつ作業環境及び防災保安対策に配慮しつつ、塊成化処理することが出来る。従って、高炉、転炉、電気炉等、キュポラ等の精練溶解炉や焼結炉、また溶融炉に投入して金属資源として再利用できるので、金属資源の有効利用、環境保全への貢献の観点で効果が大きい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施態様のフロー図である。
【図２】金属加工屑の脱水・脱油工程の１例を示す図である。
【図３】油分分解バクテリアを添加した場合の混合金属加工屑中の油分量の変化を示す図である。
【図４】混合金属加工屑の乾燥・養生日数と品質の変化を示す図である。
【図５】比較例と実施例の製造条件を表として示す図である。
【符号の説明】
２  粒状金属加工屑（原料金属加工屑）
４  脱水・脱油工程
６  綿状金属加工屑（原料金属加工屑）
８  脱水・脱油工程
１０  解砕・分断工程
１２  混合工程
１３  混合金属加工屑の山積み工程
１４  乾燥・養生工程
１５  油分分解酵素・バクテリア添加工程
１６  バインダー配合工程
１７  バインダー（廃プラスチック）選択工程
１８  混錬工程
２０  成形工程
２２  成品
２４  コンクリート床
２５  フィルタ
２６  側溝
２８  油・水
３０  貯蔵ピット
３２  汲み出しポンプ
３４  貯蔵タンク（水分）
３６  貯蔵タンク（油分）
【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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