(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
撹拌機を備えた処理槽内に粒径１００μｍ以下の廃トナー、微粉コークス、又は微粉状活性炭を投入した後、撹拌機の撹拌羽根を周速３〜１５ｍ／ｓで回転させながら、ポリビニルアルコール、ポリアクリルアマイド、カルボキシメチルセルロース、ポリエチレンイミン、水溶性アクリレート、メチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、澱粉、加工澱粉、カゼイン、及び膠から選ばれる水溶性高分子の水溶液を連続的又は断続的に処理物１ｋｇに対する撹拌機の撹拌動力が０．２〜０．８ｋｗに達するまで添加し、撹拌混合する廃トナー、微粉コークス、又は微粉状活性炭の凝集化物の製造方法。
【請求項２】
撹拌機が流動式攪拌混合機である請求項１に記載の廃トナー、微粉コークス、又は微粉状活性炭の凝集化物の製造方法。
【請求項３】
水溶性高分子の水溶液の濃度が０．５〜３質量％である請求項１に記載の廃トナー、微粉コークス、又は微粉状活性炭の凝集化物の製造方法。
【請求項４】
請求項１乃至３の何れかに記載の製造方法によって得られる、廃トナー、微粉コークス、又は微粉状活性炭の凝集化物。
【請求項５】
請求項４に記載の廃トナー、微粉コークス、又は微粉状活性炭の凝集化物を、セメント焼成キルン及び製鉄所高炉の補助燃料として又はセメントの副原料として使用する、廃トナー、微粉コークス、又は微粉状活性炭の凝集化物の利用方法。
【請求項６】
撹拌機を備えた処理槽内に粒径１００μｍ以下の廃トナー、微粉コークス、又は微粉状活性炭を投入した後、撹拌機の攪拌羽根を周速３〜１５ｍ／ｓで回転させながら、ポリビニルアルコール、ポリアクリルアマイド、カルボキシメチルセルロース、ポリエチレンイミン、水溶性アクリレート、メチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、澱粉、加工澱粉、カゼイン、及び膠から選ばれる水溶性高分子の濃度０．５〜３質量％の水溶液を連続的又は断続的に添加することにより、廃トナー、微粉コークス、又は微粉状活性炭を凝集させる凝集化処理における水溶性高分子の添加量の決定方法であって、処理物１ｋｇに対する撹拌機の攪拌動力が０．２〜０．８ｋｗに達した時点で水溶性高分子の添加を停止する、水溶性高分子の添加量の決定方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、廃棄物の処理に関し、特に、微粉状廃棄物を再利用可能な物質とする技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
産業廃棄物の多くは最終的に埋立て処分されたり、焼却処分されることが多い。しかし、これらの処分に適さない廃棄物も少なくない。
【０００３】
その一つとして微粉状の廃棄物がある。ここで、微粉状廃棄物とは実質的に水分を含まない微細な固形物を言うが、特に、粒径が小さくなる程、また比重の小さいもの程、飛散し易くハンドリングが困難となる。従って、再資源化が困難である。
【０００４】
この微粉状廃棄物の代表例として複写機やプリンター等の画像形成装置で使用されるトナーが挙げられる。
【０００５】
近年、再資源化の観点からできる限りトナーを再利用する工夫がなされるようになった。しかし、トナー製造設備の保守点検時あるいは画像形成装置のトナー容器の交換時に発生したトナーは一般に不純物を伴うので、再利用できない廃トナーとなる。
【０００６】
この廃トナーはＯＡ機器の普及した現在、国内全体では莫大な量となるのでこれを合理的に処理する方法が求められるようになっている。トナーの主成分は炭素又は樹脂類であるので、これを焼却処分することが考えられる。しかし微粉状態でそのまま燃焼することは、爆発的な燃焼となって危険性を伴い或は不完全な燃焼により未燃焼の微粉が排ガス中に混入する等の問題を伴う。そこで他の燃料と混合して使用することが考えられる。例えば、石炭や石油と混合して燃焼することや、ＲＤＦと称される廃棄物燃料に混入させることも考えられるが、その混合方法や燃焼技術については、未だ確立されていない。
【０００７】
尚、廃トナー以外の微粉状廃棄物の例としては、廃トナーと同様に可燃性の廃棄物である、コークス工場から排出される微粉コークス、乾式排ガス処理装置から排出される微粉状活性炭などが挙げられる。
【０００８】
また、石炭焚きボイラから排出される飛灰等の無機質の微粉状廃棄物も、廃トナー以外の微粉状廃棄物の例として挙げられる。これらの廃トナー以外の微粉状廃棄物も、上記の廃トナーと同様の問題を抱えている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明者らは、上記の諸問題を解決すべく、トナー等の微粉状廃棄物を有効利用する技術について鋭意研究した。
【００１０】
本発明者らは、まず微粉状廃棄物のハンドリング性を改善する方法として、微粉状廃棄物の成型又は造粒による方法を考えた。これらの方法のうち、比較的簡単な方法は撹拌造粒である。即ち、撹拌機を備えた処理槽内に処理物を投入し、水又はバインダーを添加しながら撹拌造粒する方法である。得られる造粒物の粒径は１〜３０ｍｍ程度であり、比較的しっかりとした硬い性状となるのが特徴である。
【００１１】
しかしながら、撹拌造粒は処理物の種類によって操作条件が大きく異なり、最適条件を求めるために多くのテストを繰り返し行う必要がある。操作条件とは、バインダーの種類、添加量、撹拌機の回転数、処理時間等である。また、添加する水又はバインダーの使用量が多く、処理時間も５〜３０分と比較的長時間を要するものである。従って、このような処理は廃棄物の処理としてはコストの面で採用し難いものであった。
【００１２】
本発明者らは、撹拌造粒の上記問題を改善すべく研究を重ねた結果、微粉状廃棄物質に少量の水溶性高分子水溶液を添加して微粉状廃棄物質を凝集化することにより、著しくハンドリング性が向上することを発見した。
【００１３】
これらの研究結果、微粉状廃棄物を水溶性高分子の水溶液と混合することによって得る生成物質、即ち微粉状廃棄物の凝集化物、その製造方法、及びその利用方法を想到するに至った。この生成物質はハンドリングが容易であり又、簡単な製造設備で得ることができる。また、前記生成物質の利用方法にあっては、セメント焼成キルン及び製鉄所高炉の補助燃料又はセメントの副原料として有効に再資源化を図ることができる。
【００１４】
本発明は上記研究結果に基づきを完成するに至ったものである。
【００１５】
従って、本発明においては、上記の諸問題を解決し、微粉状廃棄物の再利用処理を行う微粉状廃棄物の処分処理において、ハンドリング等の容易な処理であり、有効に再資源化を図ることができる、微粉状廃棄物からの生成物質、その製造方法、及びその利用方法を提供することを目的とするものである。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、
〔１〕    水溶性高分子と微粉状廃棄物とを必須成分とすることを特徴とする微粉状廃棄物の凝集化物を提案するものであり、
〔２〕    〔１〕に記載の微粉状廃棄物が可燃性物質であることを含む。
【００１７】
また、本発明は、
〔３〕    水溶性高分子水溶液と微粉状廃棄物とを攪拌することにより凝集化させることを特徴とする微粉状廃棄物の凝集化物の製造方法、
〔４〕    水溶性高分子水溶液と微粉状廃棄物とを混合、及び凝集化するに際し、前記水溶性高分子水溶液と前記微粉状廃棄物とを、撹拌機を備えた処理槽を用いて、撹拌混合及び撹拌凝集化する〔３〕に記載の製造方法、
〔５〕    撹拌羽根の周速が１５ｍ／ｓ以下である〔４〕に記載の製造方法、
〔６〕    処理物１ｋｇに対する撹拌動力が０．２〜０．８ｋｗである〔４〕に記載の製造方法、並びに、
〔７〕    処理槽内に微粉状廃棄物を投入した後、水溶性高分子水溶液を連続的又は断続的に所定の動力に達するまで添加し、撹拌混合する〔４〕に記載の製造方法を提案するものである。
【００１８】
更に、本発明は、
〔８〕    〔３〕乃至〔７〕の何れかに記載の製造方法によって得られる微粉状廃棄物の凝集化物を提案するものである。
【００１９】
更にまた、本発明は、
〔９〕    〔１〕、〔２〕又は〔８〕に記載の微粉状廃棄物の凝集化物を、セメント焼成キルン及び製鉄所高炉の補助燃料として又はセメントの副原料として使用する微粉状廃棄物の凝集化物の利用方法を提案するものである。
【００２０】
以下、本発明を詳細に説明する。
【００２１】
【発明の実施の形態】
本発明の微粉状廃棄物の凝集化物は、水溶性高分子と微粉状廃棄物とを必須成分とする混合物の凝集化物からなる。
【００２２】
本発明の凝集化物の一方の構成物質である微粉状廃棄物は、平均粒子径が１００μｍ以下であり、多くは１０μｍ以下のものである。具体的には、廃トナーを始め、コークス工場から排出される微粉コークス、乾式排ガス処理装置から排出される微粉状活性炭、粉体塗料製造工場あるいは塗装現場から排出される廃粉体塗料等の可燃性の微粉状廃棄物、並びに、石炭焚きボイラから排出される飛灰等の無機質の微粉状廃棄物が例示できる。
【００２３】
本発明の凝集化物のもう一方の構成物質である水溶性高分子としては、ポリビニルアルコール、ポリアクリルアマイド、カルボキシメチルセルロース、ポリエチレンイミン、水溶性アクリレート、メチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース等の合成高分子と、澱粉、加工澱粉、カゼイン、膠等の天然高分子がある。ただし、燃焼によって塩素分等の有害物質が発生しない水溶性高分子が好ましい。
【００２４】
これらの水溶性高分子は、凝集化処理に有効で、入手し易いものである。また、下述するように操作性、即ちハンドリング性の点について重ねた本発明者らの研究から、これら水溶性高分子の水溶液の濃度は例えば０．５〜３質量％と低濃度で利用することができ、しかも、これら水溶性高分子の水溶液の添加量が少量で良いものであることも見いだした。従って、これらの水溶性高分子は、凝集化処理に有効であるばかりでなく、経済的なものとして使用することができるので好ましいものである。
【００２５】
ここで、凝集化とは微粉粒子を多数の粒子の集合体とすることをいい、これによって個々の微粉粒子が単独で挙動するのではなく、集合体として挙動することになる。
【００２６】
本発明においては、集合体の大きさは１ｍｍ以下、特に３０〜５００μｍでも十分であり、また強い結合力を必要としない。このようなものでもフラッシングの発生がなくなると共に流動性も良くなりハンドリング性が大幅に向上する。
【００２７】
処理槽における撹拌条件について、撹拌羽根の形状は、一般的な形状のものを使用することが可能である。また羽根の周速については比較的遅い速度（緩やかな撹拌）でも良いことが確認された。即ち周速としては、一般的な粉粒体の混合等に用いられる２０〜３０ｍ／ｓでも凝集化には問題はないが、多くの場合に１５ｍ／ｓ以下、特に３〜１５ｍ／ｓの周速を採用することができる。周速は撹拌機の所要動力に大きく影響するので経済的に処理できるものである。この場合、撹拌及び混合するための装置は特に限定されるものではなく、例えば、堅型円筒形の容器の底部に撹拌羽根を備えたものを使用することができる。
【００２８】
凝集化処理の操作条件の中で最も困難なのは、水溶性高分子の添加量である。水溶性高分子水溶液の添加量は微粉廃棄物の粒度分布、平均粒子径、水分量、流動性などの物性により、さらに水分性高分子の種類により様々であり、予め決定することは不可能である。
【００２９】
一般に粒子が細かければ細かい程、粒子表面積の総和は大きくなり、これらの細かい粒子同士を凝集する為に必要な水溶性高分子の量は増える傾向にある。そのため、粒度の違いに応じて水溶性高分子の添加量を加減し、必要以上に多く投入しないように操作することは困難なものである。
【００３０】
しかし、この問題は、撹拌機動力と水溶性高分子の最適添加量との間に一定の関係があることを発見し、解決することができた。
【００３１】
すなわち、処理槽の中に微粉状廃棄物を所定量投入した後、水溶性高分子を連続的或は断続的に添加しつつ撹拌混合すると、撹拌動力は水溶性高分子水溶液の添加量の増加と共に増加する。そして、水溶性高分子水溶液の最適添加量は撹拌動力によって判定することができる。
【００３２】
例えば撹拌羽根の周速が１５ｍ／ｓ以下、特に３〜１５ｍ／ｓの場合、最適添加量は処理物１ｋｇに対する撹拌動力が０．２〜０．８ｋｗの範囲内となる。従って、１〜３回の確認テストを行うことで、簡単に添加量を決定することができる。
【００３３】
水溶性高分子を必要以上に多く投入した場合、微粉状廃棄物は急激に２０〜１００ｍｍの団子状の大きな塊となり、これに伴ってモーター負荷が一気に過負荷となり、制御不能となる場合が多い。その上、微粉状廃棄物が容器の槽壁、蓋、槽底に大きく付着・成長したり、さらには、それらが堅く固着したりする。逆に水分性高分子の量が少ない場合は充分な凝集化に至らず、たとえ凝集化しても長時間放置しておくと水分が蒸発し、再粉塵化しやすい。
【００３４】
また、水溶性高分子水溶液の添加に要する時間は短時間でよく、多くの場合、水溶性高分子水溶液を添加しながらの微粉状廃棄物の攪拌凝集化処理は３分以内、特に０．５〜３分で行うことができる。
【００３５】
必要があれば、水溶性高分子水溶液の添加停止後、更に撹拌を続けることにより凝集化処理を完全なものとすることができる。
【００３６】
これに要する時間も２〜５分でよい。処理時間を長くしても効果は少なく、むしろ処理物の温度が上昇して処理物中の低融点又は低軟化点のものがメルトする可能性もあるからである。
【００３７】
以上の結果、本発明の凝集化処理は、非常に簡単な操作により、また短時間に処理することができる。具体的には以下の通りである。
（１）まず微粉状廃棄物を所定量計量の上、処理槽内へ投入する。
（２）次に処理槽内の撹拌機を回転させながら水溶性高分子の水溶液を定量的に連続投入する。
（３）撹拌機のモータ負荷電流値は微粉状廃棄物が水溶性高分子の水溶液と混合し、凝集化されて徐々に上がってゆく。所定の負荷電流に達した時点で処理を停止する。負荷電流値は微粉状廃棄物の性状、攪拌装置の形状、寸法等にようり異なり、実施に際して適宜決定すべき運転条件であるが、一般的に攪拌羽根の周速１５ｍ／ｓ以下、特に３〜１５ｍ／ｓの場合は、０．２〜０．８ｋｗが好ましい。
（４）必要があれば、水溶性高分子水溶液の添加停止後、更に撹拌機を回転させて混合する。
（５）凝集された生成物質を処理槽から排出する。
【００３８】
【実施例】
以下、本発明を実施例により、具体的に説明するが、本発明は実施例により限定されるものではない。
【００３９】
（実施例１）
凝集化物の構成物質である処理物として、下記処理物（微粉状廃棄物）と、下記添加物（水溶性高分子）とを、下記処理機を用いて、下記処理条件で、攪拌混合処理及び攪拌造粒処理を行った。その結果、下記処理結果に示す運転状況になり、同処理結果に示す性状の製品を得た。
【００４０】
１）処理物（微粉状廃棄物）  廃トナー
２）添加物（水溶性高分子）  ポリビニールアルコール（ＰＶＡ２１７）
３）処理機                  内容積２０Ｌ撹拌混合機（三井鉱山（株）ＦＭ２０Ｃ／Ｉ）
４）処理条件
処理物の処理量    廃トナー  ５ｋｇ
添加物濃度        ＰＶＡ２１７の２％水溶液
処理圧力          大気圧
処理温度          外部からの加熱、冷却は行わない
撹拌羽根の周速    １０．２５ｍ／ｓ
５）処理結果
最大出力（添加物投入から停止時まで）  ４．１ｋｗ
添加物投入攪拌時間及び投入量          １分間    １．８ｋｇ
添加物投入後の撹拌時間                ２分間
製品の性状          平均粒径  処理後３０μｍ（処理前１０μｍ）
得られた凝集物をセメント焼成キルンに供給して、補助燃料として使用できることを確認した。
【００４１】
【発明の効果】
本発明の凝集化物は、水溶性高分子と微粉状廃棄物との混合物の凝集化物であり、このものは粉塵化せず、燃やす場合爆発などを起こすことなくハンドリングが容易である。
【００４２】
また、本発明の凝集化物の製造方法は、水溶性高分子水溶液と微粉状廃棄物とを混合、及び凝集化して凝集化物を製造するもので、上記のハンドリングが容易な凝集化物を、（１）製造条件の決定が容易、（２）所要動力の低減、（３）短時間の製造が可能、（４）簡単な操作で製造が可能等の容易な処理で製造することができる。
【００４３】
更に、本発明の利用方法は、上記凝集化物をセメント焼成キルン及び製鉄所高炉の補助燃料として又はセメント副原料として使用するもので、微粉状廃棄物を極めて有効に再資源化できるものである。