(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
シュレッダーダストを収容し周囲が水冷される炉と、前記炉内に収容されたシュレッダーダストに湯種の存在下に酸素または空気を吹き込んで前記シュレッダーダストを燃焼し溶解させるランスと、前記シュレッダーダストの溶解で発生した内容物が３層に比重分離した層中の中層の溶鉄より重い下層と溶鉄より軽い上層とを排出する前記炉に上下２段に設けられた羽口と、前記炉の上部に取り付けられた前記ダストの燃焼で発生する排ガスを排出する排ガスダクトと、前記排ガスダクトの途中をＵ字状に曲げた形状に設けられ、その曲げ部の上流側に設けられた水冷ジャケットによる冷却で前記排ガス中の重金属酸化物を析出して回収するドレン部と、前記排ガスダクトの末端を挿入したアルカリ水溶液が満たされる洗浄槽とを備えることを特徴とするシュレッダーダストの処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、シュレッダーダストの処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、使用済み自動車や家電製品等の廃棄物の処理法として、廃棄物を部分的に解体して回収可能物を取り除いた後、部分的に解体された廃棄物を種湯の存在する溶解炉に供給すると共に、溶解炉に石炭、酸素を供給して、廃棄物中の鉄分を溶解して溶鉄を作り、その溶鉄の一部を種湯として溶解炉に残し、残りの溶鉄を別の精錬炉に移して、精錬炉で酸素吹錬により純鉄に精錬する廃棄物の処理方法が知られている（特開平１１−３３５７４７）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、回収可能物を取り除いた後の廃棄物をシュレッダーに掛けて、小片に切断したシュレッダーダストの処理に、上記処理方法を適用することが考えられているが、上記方法は、溶解炉および精錬炉の少なくとも２つ以上の炉が必要で、飛灰、排ガス処理等設備が大がかりになり、またコストも増大する問題があった。
【０００４】
本発明の課題は、大がかりな設備を使用しなくても、シュレッダーダストを効率的、低コストで処理することが可能なシュレッダーダストの処理装置を提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明は、シュレッダーダストの処理装置であって、シュレッダーダストを収容し周囲が水冷される炉と、前記炉内に収容されたシュレッダーダストに湯種の存在下に酸素または空気を吹き込んで前記シュレッダーダストを燃焼し溶解させるランスと、前記シュレッダーダストの溶解で発生した内容物が３層に比重分離した層中の中層の溶鉄より重い下層と溶鉄より軽い上層とを排出する前記炉に上下２段に設けられた羽口と、前記炉の上部に取り付けられた前記ダストの燃焼で発生する排ガスを排出する排ガスダクトと、前記排ガスダクトの途中をＵ字状に曲げた形状に設けられ、その曲げ部の上流側に設けられた水冷ジャケットによる冷却で前記排ガス中の重金属酸化物を析出して回収するドレン部と、前記排ガスダクトの末端を挿入したアルカリ水溶液が満たされる洗浄槽とを備えることを特徴とする。
本発明の装置を用いた処理によれば、種湯である溶鉄が入った炉内にシュレッダーダストを投入し、シュレッダーダスト投入後の種湯に酸素または空気を吹き込んで、シュレッダーダスト中の有機物を燃焼させることにより、シュレッダーダスト中に含有する金属分、無機分および燃焼残渣を溶解し、酸素または空気の吹き込み後、炉内の溶解した内容物を静置して、比重により溶鉄の層、該溶鉄より重い層、および該溶鉄より軽い層の３層に分離し、炉から前記溶鉄の層を除く各層を除去した後、炉に残存した溶鉄に酸素または空気を再度吹き込で溶鉄を精錬する。
【０００６】
本発明では、前記溶鉄より重い層が銅を主体とし、前記溶鉄より軽い層はガラス質のスラグが主体とする。また種湯を入れてない炉で予め少量の屑鉄を溶解するか、または前記精錬後の溶鉄の一部を高温状態を保持したまま残すことにより、前記炉内に種湯を用意するようにすることができる。前記炉からの排ガスを排出するダクトの一部を水冷して排ガス中の重金属酸化物を除去すると共に、前記酸化物除去後の排ガスをアルカリ洗浄液に通して、排ガス中のハロゲンガスおよびハロゲン化水素ガス分を除去することができる。
【０００７】
本発明によれば、１つの炉を用いてシュレッダーダストの溶解、および得られた溶鉄の精錬を行うので、溶解炉および精錬炉の２つの炉を用いることなく、シュレッダーダストを効率的に処理することができる。したがって、シュレッダーダストの処理設備が簡易になると共に、処理コストを低減することができる。また上記の溶鉄より重い銅を主体とする層を再度炉に入れ、酸素を吹き込むことにより、約９５〜９７％で分離された銅の純度を９９％以上の高純度に精製することもできる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を詳述する。
【０００９】
図１は、本発明の一実施の形態のシュレッダーダストの処理装置を示す説明図である。
【００１０】
図１において、符号１は耐火煉瓦等で作られた耐熱性の炉で、炉１は本体部１ａに続く上部１ｂが上に向けて縮小した茄子型の形状を有し、炉１の上部１ｂにはシュレッダーダストを投入する装入部２が開閉自在に設けられ、装入部２には図示しないホッパーが配置されている。炉１の上端は開口され、この上端の開口３には、炉１からの排ガスを排出するダクト（煙道）４が取り付けられている。炉１は酸素吹き込みランス５を昇降自在に備え、このランス５は、排出ダクト４を貫いて開口３から炉１内に挿入されている。
【００１１】
炉本体部１ａには、縦方向に沿って羽口１９ａ、１９ｂ等の複数個の羽口（排出口）が設けられると共に、炉本体部１ａの周囲には、炉本体部１ａの加熱を防ぐために、水を通水することにより炉本体部１ａを冷却する水冷筒壁６が設けられている。この水冷筒壁６から排水される熱水を有効利用するために、水冷筒壁６の排水側は、発電機のタービンに熱水を導く導管に接続されている。
【００１２】
上記のダクト４は途中をＵ字状に曲げられ、排ガス中のＰｂ、Ｚｎ、Ｓｎ等の重金属の酸化物の蒸気を冷却して析出させ、これら酸化物を酸化物灰１３として堆積、回収するドレン部７に形成されている。ドレン部７のＵ字の上流側部分の周囲には排ガスを冷却する水冷ジャケット８が設けられ、ドレン部７のＵ字の下部には酸化物灰１３の取り出し部（図示せず）が設けられる。ダクト４の末端は、排ガス中のＣｌ2を主とするハロゲンガス分を除去するアルカリ洗浄槽９内に挿入され、洗浄槽９にはＮａ2ＣＯ3、ＮａＯＨあるいはＮＨ4ＯＨなどのアルカリ水溶液１０が満たされている。本例ではＮａ2ＣＯ3（炭酸ソーダ）水溶液を満たした。
【００１３】
炉１でシュレッダーダストを処理するに当たっては、予め炉１内に種湯である少量の溶鉄を入れておく。この種湯は、炉１内に少量の屑鉄を投入してアーク加熱や抵抗加熱により溶解して準備することができる。あるいはシュレッダーダストの連続バッチ処理開始後であれば、処理により得られた溶鉄の一部を炉１内に高温のまま残して、これを種湯とすることができる。
【００１４】
本実施の形態では、図１の処理装置を使用し図２のようにしてシュレッダーダストを処理する。
【００１５】
図２（ａ）に示すように、種湯１１が入った炉１内に図示しないホッパーより装入部２を経てシュレッダーダスト１２を投入し、種湯１１上にシュレッダーダスト１２を堆積する。このときの種湯１１の温度は約１４００℃〜１６５０℃である。このとき、図１の水冷筒壁６に通水することにより、炉１の本体部１ｂの外面は冷却されている。
【００１６】
ついで図２（ｂ）に示すように、炉１内に挿入したランス５を降下して、ランス５の先端をシュレッダーダスト１２の堆積層内下部に位置させ、もしくはランス５を更に降下して種湯１１の層に浸漬し、その状態でランス５を通って種湯１１中に酸素または空気を高圧で吹き込む。酸素を吹き込む場合には、これを充填した高圧酸素ボンベから酸素をランス５に供給することにより、種湯１１に高圧で吹き込む。空気を吹き込むには、コンプレッサーで空気を圧縮してランス５に供給することにより、空気を種湯１１に高圧で吹き込む。
【００１７】
炉１に投入するシュレッダーダスト１２は、使用済み自動車や家電製品等の廃棄物から回収可能物を取り除いた後、廃棄物をシュレッダーに掛けて小片に切断したものであり、おおよその成分が、ガラス：２５〜３０％、鉄（Ｆｅ）、鉛（Ｐｂ）、亜鉛（Ｚｎ）、錫（Ｓｎ）、銅（Ｃｕ）、クロム（Ｃｒ）、ニッケル（Ｎｉ）等の重金属：５〜１５％、プラスチック：３０〜４０％、土砂等：残部であり、シュレッダーダスト中の塩素分は約３％ある。
【００１８】
上記の種湯１１中への酸素または空気の高圧吹き込みにより、種湯１１とその上のシュレッダーダスト１２とが攪拌され、酸素存在下にシュレッダーダスト１２が種湯１１により加熱されることで、シュレッダーダスト１２中のプラスチックを主とする有機物が分解して発火、燃焼し、種湯１１とシュレッダーダスト１２との混合物の温度が約１６００〜１７００℃に上昇して、シュレッダーダスト１２の層が下から順次溶解していく。
【００１９】
これにより、シュレッダーダスト１２中のＦｅ分やＣｕ分等は溶融物となり、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｎｉ等の重金属は酸化されて鉄よりも軽い酸化物となる。Ｐｂ、Ｚｎ、Ｓｎ等は融点が低いため金属として蒸発し、その後、酸化されて酸化物となり、排ガスと共に炉１からダクト４を通って排出される。また含塩素プラスチック（例えばポリ塩化ビニル）などからは、熱分解により塩素等のハロゲンが放出されるが、このとき処理温度が１６００〜１７００℃の高温なので、ダイオキシン等の有害なハロゲン化合物を発生することがない。放出された塩素等のハロゲンは、Ｃｌ2等のガス状のハロゲンやＨＣｌ等のハロゲン化水素ガスとなって排ガスと共に排出される。シュレッダーダスト１２中のガラス、砂成分はガラス化する。
【００２０】
炉１からの排ガスはダクト４のドレン部７で冷却され、排ガスに含まれていたＰｂ、Ｚｎ等の酸化物が排ガスから除去されて、酸化物灰１３としてドレン部７の内壁に堆積する。
【００２１】
排ガス中に含まれていた塩素ガス等のハロゲンガスや塩化水素等のハロゲン化水素ガスは、ダクト４の末端から洗浄槽９内のアルカリ洗浄液１０中に吹き込まれ、洗浄液のＮａ2ＣＯ3で中和してＮａＣｌ等の中性塩に無害化され、排ガス中から除去される。ハロゲンを除去された排ガスは、その後、洗浄槽９から放出ダクト２０を通じて大気中に放出される。
【００２２】
上記の酸素あるいは空気の吹き込みを所定時間行って、シュレッダーダスト１２を十分に溶解し、鉄分を初めとする金属分が溶融したら、図２（ｃ）に示すように、酸素の吹き込みを止めてランス５を上方に引き上げ、炉１内の溶解した内容物を静置して比重により分離する。静置時間は１０〜３０分程度であり、その間に溶融金属の大きな温度低下がある場合には、必要に応じて抵抗加熱等による加熱操作を行ってもよい。
【００２３】
静置により、ＦｅとＣｕとが比重の違いにより分離して、Ｆｅより重いＣＵが沈む。Ｃｒ、Ｃｏ、Ｎｉ等の重金属の酸化物はガラス化し、スラグとなって浮上するする。ガラス分は浮上してＣｒ等の酸化物と共にスラグを形成する。重金属のＴｉ、Ａｌ等も、上記の酸素、空気の吹き込みにより鉄よりも軽い酸化物となり、スラグとして浮上する。したがって、沈むのは殆どＣｕのみとなる。
【００２４】
この場合、予めまたは溶解中もしくは溶解後、Ｆｅに対するＳｉ、Ｃの濃度がある所定範囲となるように調整しておくと、ＦｅとＣｕとの分離が容易になり、分離を高効率に進めることができる。溶解中もしくは溶解後に、溶融金属中のＳｉ、Ｃの濃度を調整するためには、溶融金属をサンプリングして溶融金属中のＳｉ、Ｃの濃度を検出し、必要量のＳｉ、Ｃ源を溶融金属に添加すればよい。
【００２５】
Ｆｅ、Ｃｕはデンドライト成長により凝固し、Ｃｕ／Ｆｅ、Ｆｅ／Ｃｕのα固溶率はそれぞれ３．５％、４．０％である。本発明者らが試験した結果の一例を挙げると、Ｆｅに対しＣが４〜５％、好ましくは６％強、Ｓｉが１．５％未満、好ましくは１％となるように、溶融金属中にＣ、Ｓｉを含有させておけば、ＦｅとＣｕを効率よく分離でき、Ｆｅ層中のＣｕ量を約１．５％未満に分離できることが分かった。ＦｅとＣｕの境界層では、Ｆｅ７８％、Ｃｕ２１％程度である。
【００２６】
これにより、炉１内の溶解した内容物は、下から、溶鉄よりも重い層１４（主としてＣｕからなる。Ｃｕの純度は約９５〜９７％である）と、溶鉄の層１５、溶鉄よりも軽い層１６（主としてガラス分からなる）の３層に分離される。
【００２７】
そこで、内容物の静置を始めて所定時間経過後、溶鉄より重い層１４の下部に位置する炉１の羽口１９ａを開口して、層１４の構成物であるＣｕ等を排出し、溶鉄より軽い層１６の下部に位置する炉１の羽口１９ｂを開口して、羽口１９ｂから掻き取り具（シックナー）を挿入するなどして、層１６の構成物であるガラス分等を排出し、炉１内に溶鉄の層１５のみを残す。
【００２８】
排出されたＣｕ等は、それらを単独で別の精錬炉に入れ、酸素を吹き込むことにより、９９％以上の高純度に精製することができる。さらにＣｕの他Ａｇ、Ａｕを比重分離して、Ａｇ、Ａｕ等を回収することができる。もちろん、炉１が空いたときに、炉１を用いてＣｕ等の精錬をすることもできる。またガラス分はそのまま還元処理したり、これにシュレッダーダストを混入してから酸素導入して還元処理することにより再度金属とし、静置により比重分離すれば、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｗ、Ｃｒ等も回収することができ、さらに残りのＡｌ2Ｏ3、ＳｉＯ2、ＣａＯを主体とするガラス分は、ロックウエル等や人造岩石に加工して、有効利用を図ることが可能で、全て利用することができる。
【００２９】
ついで、図２（ｄ）に示すように、炉１内に残された溶鉄１７に対しランス５を降下して、ランス５の先端を溶鉄１７の直上もしくは溶鉄１７に浸漬した位置に位置させ、ランス５を通って溶鉄１７中に酸素（Ｏ2）（空気でもよい）を高圧で再度吹き込み、温度１６００〜１７８０℃で溶鉄１７を精錬する。
【００３０】
この精錬によって、溶鉄１７中に残存しているＰｂ、Ｚｎ等の重金属が蒸気となり、ついで酸化物となって更に除去され、溶鉄１７が高純度な純鉄に精製される。図２（ｂ）のところで述べたように、Ｐｂ等の重金属酸化物は、ダクト４のドレン部７で排ガスを冷却することによって、排ガス中から酸化物灰１３として取り除かれ、ドレン部７の内壁に堆積する。また排ガス中の塩素ガスを初めとするハロゲンガスや塩化水素等のハロゲン化水素ガスは、洗浄槽９のアルカリ洗浄液１０によって中和して除去される。
【００３１】
上記の再度の酸素あるいは空気の吹き込みを所定時間行って、溶鉄１７を十分に精錬したら、図２（ｅ）に示すように、酸素、空気の吹き込みを止めてランス５を上方に引き上げ、ついで炉１の下部の羽口１９ｂを開口して、炉１内に得られた純鉄１８を重量圧で排出する。排出された純鉄１８は、図示しない取鍋に受けて鋳型に運搬し、鋳型に注入して鉄塊（インゴット）に鋳造し、鉄源として利用する。連続してシュレッダーダストをバッチ処理する場合は、純鉄１８を全部排出せずに一部を炉１内に高温のまま残し、つぎのシュレッダーダスト処理の種湯として使用する。
【００３２】
ドレン部７に堆積したＰｂＯ等の酸化物灰１３は、ドレン部７の図示しない取り出し部を定期的に開けて回収し、製造業者に戻してＰｂ等に再生し、有効利用する。またシュレッダーダストの処理中、炉１の本体部１ａの水冷筒壁６から出てくる熱水は、発電機のタービンを回して発電し、熱水の持つエネルギーを有効利用する。
【００３３】
本実施の形態の装置は、以上のように使用され、つぎのような効果を有する。
（１）１つの炉を用いてシュレッダーダストの溶解、および得られた溶鉄の精錬を行うので、溶解炉および精錬炉の２つ以上の炉を用いることなく、シュレッダーダストを効率的に処理することができる。したがって、シュレッダーダストの処理設備が簡易になると共に、処理コストを低減することができる。
【００３４】
なお、従来、使用済み自動車や家電製品の廃棄物処理において銅の精錬まで行う場合、これまでは廃棄物の溶解炉で鉄と銅の分離ができないとされていたため、溶解炉による廃棄物の溶解後、第２の炉（鉄精錬炉）を用いた鉄の精錬、鉄から除去された銅についての第３の炉（銅精錬炉）を用いた精錬を行わなければならず、鉄と銅とを分離してそれぞれを単独で処理することが難しかったが、本発明では、溶融金属中のＦｅに対するＳｉ量、Ｃ量を調整をすることにより、上記したように、鉄と銅とを容易に分離して処理することが可能となった。
（２）１６００〜１７８０℃の高温でシュレッダーダストを処理しているので、シュレッダーダスト中の含塩素プラスチック等からダイオキシン等の有害なハロゲン化合物が発生することがない。
（３）シュレッダーダストの溶解後、溶鉄の層、Ｃｕ等の溶鉄よりも重い層、ガラス分である溶鉄よりも軽い層を比重により分離して、Ｃｕ等の金属やガラス分を炉から取り出しているので、これらの有効利用を図ることができる。
（４）炉からの排ガスを排出するダクトの途中を冷却することにより、ＰｂＯ、ＺｎＯ、ＳｎＯ等の金属酸化物を排ガス中から析出するので、これらの金属を回収することができる。
【００３５】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、溶解炉および精錬炉の２つの炉を要せず、１つの炉でシュレッダーダストを効率的に処理して純鉄を得ることができ、シュレッダーダストの処理設備が簡易になると共に、処理コストを低減することができる。また銅分やガラス分を分離できるので、これらを容易に処理して純銅、人造岩石を得ることができる。さらにこれまで得られなかった鉄純度９９％、銅純度９９％以上を得ることができ、後処理設設備が容易なシュレッダーダスト処理システムの構築が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の一実施の形態のシュレッダーダストの処理装置を示す説明図である。
【図２】  本発明の一実施の形態の処理装置による処理方法を示す説明図である。
【符号の説明】
１    炉
２    投入部
３    開口
４    排出ダクト
５    ランス
６    水冷筒壁
７    ドレン部
８    水冷ジャケット
９    アルカリ洗浄槽
１０  アルカリ水溶液
１１  種湯
１２  シュレッダーダスト
１３  酸化物灰
１４  溶鉄より重い層
１５  溶鉄の層
１６  溶鉄より軽い層
１７  溶鉄
１８  純鉄
１９ａ、１９ｂ  羽口
【図１】
0004043262.tif 000002
【図２】
0004043262.tif 000003