(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
焼却灰を溶融処理する際に該焼却灰に１０〜３０％混合する酸化発熱反応性の溶融補助剤であって、該補助剤がアルミニウム成分を含む原料と酸化鉄成分を含む原料を主原料とする粉粒体の混合物であって、該混合物のアルミ含有量が５％以上、アルミ成分と酸化鉄成分の比率が、１：（２．０〜３．０）、かつ該混合物の中に、チタン酸化物３〜１２重量％、マンガン酸化物１〜３重量％含有してなることを特徴とする焼却灰の溶融補助剤。
【請求項２】
上記粉粒体の混合物が顆粒あるいは造粒成形されてなる請求項１に記載の焼却灰の溶融補助剤。
【請求項３】
上記アルミニウム成分を含有する原料が廃アルミ缶の粉砕物である請求項１あるいは２に記載の焼却灰の溶融補助剤。
【請求項４】
上記アルミニウム成分を含有する原料がアルミ残灰である請求項１あるいは２に記載の焼却灰の溶融補助剤。
【請求項５】
上記酸化鉄成分を含有する原料が磁性酸化鉄汚泥である請求項１〜４のいずれかに記載の焼却灰の溶融補助剤。
【請求項６】
上記酸化鉄成分を含有する原料が水酸化アルミナ製造時の赤泥である請求項１〜４のいずれかに記載の焼却灰の溶融補助剤。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、焼却灰を溶融処理する際に該焼却灰に混合する酸化発熱反応性の溶融補助剤に係り、更に詳しくは、アルミニウム含有廃棄物と酸化鉄含有汚泥を有効活用したテルミット発熱反応を利用した溶融補助剤に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
周知のように工場や家庭から排出される廃棄物は加速的に増加し最終処分場の残余年数は逼迫している。
ゴミが地球を埋め尽くす感がある。
ゴミの減容化は緊急の課題である。減容化には焼却が最も効果的であるが、結果として焼却灰が発生する。この焼却灰は軽くて飛散しやすく、埋め立てもままならず、まことに厄介なものである。
最近の傾向として焼却灰を溶融、ガラス化して減容化し、建設資材等に再利用することが試みられているが、溶融処理には膨大な設備投資を必要とし、また処理に大量のエネルギーを必要とするために処理コストが極めて高い欠点がある。安い設備費、安い処理コストで処理できる溶融装置、方法が求められている。
【０００３】
かかる状況に鑑みて、下記のようなことが試みられている。
すなわち、特開平７−３３１３５４号公報、又特開平９−６０８４４号公報に記載されているように、アルミニウム残灰あるいはアルミ缶を小片化、粉砕して酸化鉄と混合して、テルミット反応を利用して焼却灰を溶融処理することが記載されているが、しかしながらこれらの公報には、金属アルミのテルミット反応熱を利用して溶融処理するということが記載されているだけでテルミット反応剤の組成、特性、あるいは酸化鉄原料についての詳細な記載はまったくない。又溶融処理するとどのような効果が発生するかについての記載もない。現実、単に通常のテルミット反応剤を使って焼却灰を溶融処理したとき、テルミット反応後の反応生成物が急冷、凝固によって塊状化するために連続操業することが難しいのが現状である。
現状では実用化は困難である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記の問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、小型の溶融設備を使用しても安価でかつ長時間の連続操業を可能ならしめる新規な溶融補助剤を提供せんとするものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明者は上記課題に関して鋭意研究を行った結果、以下の構成からなる溶融補助剤によって解決が可能であることを発見した。
すなわち、
（１）焼却灰を溶融処理する際に該焼却灰に１０〜３０％混合する酸化発熱反応性の溶融補助剤であって、該補助剤がアルミニウム成分を含む原料と酸化鉄成分を含む原料を主原料とする粉粒体の混合物であって、該混合物のアルミ含有量が５％以上、アルミ成分と酸化鉄成分の比率が、１：（２．０〜３．０）、かつ該混合物の中に、チタン酸化物３〜１２重量％、マンガン酸化物１〜３重量％含有してなることを特徴とする焼却灰の溶融補助剤。
（２）上記粉粒体の混合物が顆粒あるいは造粒成形されてなる請求項１に記載の焼却灰の溶融補助剤。
（３）上記アルミニウム成分を含有する原料が廃アルミ缶の粉砕物である請求項１あるいは２に記載の焼却灰の溶融補助剤。
（４）上記アルミニウム成分を含有する原料がアルミ残灰である請求項１あるいは２に記載の焼却灰の溶融補助剤。
（５）上記酸化鉄成分を含有する原料が磁性酸化鉄汚泥である請求項１〜４のいずれかに記載の焼却灰の溶融補助剤。
（６）上記酸化鉄成分を含有する原料が水酸化アルミナ製造時の赤泥である請求項１〜４のいずれかに記載の焼却灰の溶融補助剤。
【０００６】
【発明の実施の形態】
本発明の溶融補助剤は電気加熱あるいはガス、石炭、石油等の燃料を使用した加熱手段で溶融処理する焼却灰に対して溶融補助剤として添加、混合する。
本発明の溶融補助剤は、それ自体では、焼却灰を溶融できないが、焼却灰に混ぜることによって焼却灰の溶流性を改善して連続操業を円滑ならしめ、かつ焼却炉の単位時間あたりの溶融処理能力を１０〜３０％改善する効果がある。
添加、混合する量は、１０〜３０重量％が好ましい。
下限値未満では単位時間あたりの溶融処理能力を改善する効果が発現しない。また上限を超えて添加しても溶融処理量の改善効果は変わらないので添加量は上限値でとどめたほうが好ましい。添加量が増えるとその分処理する焼却灰の量が相対的に減ってくるので添加量を上限値以上にすることは不利になる。
【０００７】
本発明のアルミニウム成分を含む原料とは、飲料用の廃アルミ缶やアルミ地金の再溶解時に発生するアルミ残灰などのアルミニウム含有廃棄物を意味する。
酸化鉄成分を含む原料とは、鉄くず、鉄錆、などの一般的な金属廃材や製鉄工業で発生する転炉ダストや高炉ダストなどの集塵灰、更には磁性酸化鉄製造時に副産物として発生する酸化鉄汚泥や、ボーキサイトから水酸化アルミニウムを製造する際の赤泥などの廃棄物である。これらの廃棄物は単一種類のまま使用してもよいし、あるいは出発原料の異なる二種以上を適宜混ぜ合わせて使用してもよい。
【０００８】
これらの廃棄物原料の純度、形状、粒度、含有水分などは出発原料の種類、処理法によって異なり、原料の混合、成分調整に先立ちそれぞれの原料事情に応じて前処理を行う必要がある。ここで前処理とは、含水物の場合には乾燥処理を、塊状物の場合には破砕、粉砕、分級処理などを施すことを意味する。
前処理方法の選択は、使用する廃棄物原料の純度、形状、含有水分などは多岐にわたるのでその都度最も効率的でかつ経済的な手段を適宜選択すれば良い。たとえば、アルミニウム含有原料として廃アルミ缶を使用する場合には、裁断機によって５〜１０ｍｍ程度の小片に破砕した後、更に１〜３ｍｍ以下に二次粉砕すれば、十分に目的は達成される。
又、酸化鉄含有原料としてを使用する場合には、天日乾燥等で含有水分量を５〜１％程度に乾燥すれば良い。また更にアルミニウム原料との混合を良くするために、塊状物を細かく粉砕しておくことが好ましい。
【０００９】
アルミニウム含有原料と酸化鉄含有原料を主原料とする粉粒体
の混合物の中のアルミ含有量は５％以上が好ましい。５％未満ではテルミット発熱反応が起きないので好ましくない。
アルミニウムと酸化鉄の混合比率は、アルミニウム含有量１に対して酸化鉄含有量２．０〜３．０の比率が好ましく、また混合物の中に酸化チタン３〜１２重量％、酸化マンガン１〜３重量％含有させることが好ましい。
アルミ原料と酸化鉄原料に酸化チタンと酸化マンガンがすでに含まれて入るときは、酸化チタンと酸化マンガンの不足分を新たに追加して加えれば良い。
酸化チタンと酸化マンガンの添加方法は、酸化チタンと酸化マンガンそのものを添加しても良いし、あるいは酸化チタン、酸化マンガン成分を含有するものを添加しても良い。酸化チタン、酸化マンガンを含む廃棄物を利用するのが最も好ましい。
【００１０】
アルミニウム含有原料と酸化鉄含有原料の比率が上限を超えると酸化鉄が過多になってテルミット発熱反応が起きなくなるので好ましくない。
また、下限値未満では、アルミが過多になって反応生成物にアルミニウムが残存するので好ましくない。
【００１１】
酸化チタン含有量が下限値未満ではテルミット反応生成物の粘性が高くて溶流性が悪くなり連続操業できなくなるので好ましくない。又、上限を超えて含有させてもそれ以上の溶流性の改善効果は見込めない。
これら組成物の混合方法については、たとえば、フレットミルや高速混合機、ミキサーなど通常の撹拌混合機を用いて混合すればよく、酸化チタン、酸化マンガンなどの添加、混合方法についても特別な限定があるわけではない。
【００１２】
これらの組成物の形状は粉粒体のままでも実用に際しての問題はないが、２〜３０ｍｍの大きさの顆粒状あるいは造粒物に成形したほうがより好ましい。顆粒、造粒成形すると粉粒体に比べて密度が高いために、燃焼熱の伝播速度が速く、より高い発熱効果が得られる。
成形体の大きさが下限値未満では燃焼熱が希釈されて高い発熱効果が得られない。又上限を超えると熱の偏析が起こり未溶解部分が発生するので好ましくない。
顆粒あるいは造粒成形の方法は、組成物を構成しているアルミニウム成分が水分と反応しやすいので、乾式成形の方が好ましい。
【００１３】
本発明組成物の乾式成形方法については、ブリケットマシンによる高圧成形、あるいは粘着性の無機バインダー、たとえば、水ガラスなどを添加すれば、容易に成形できる。
【００１４】
【実施例】
実施例によって本発明を説明する。
実施例１
テルミット発熱剤の組成
アルミ原料：アルミ缶を３ｍｍ以下に粉砕したものを使用
酸化鉄原料：磁性酸化鉄製造時に副生する酸化鉄汚泥を使用
上記アルミ原料と酸化鉄原料に補助原料として酸化チタン、酸化マンガンの廃棄物を粉砕したものを混合して下記の成分組成に調合した。
テルミット発熱剤の組成（重量％）
アルミニウム成分：１５％
酸化鉄成分      ：３５％
酸化チタン      ：５％
酸化マンガン    ：２％
顆粒成形
上記混合物に無機質のバインダーを混ぜて２〜３０ｍｍの大きさの玉状に成形して固めた後、ゴミ焼却炉の焼却灰に１５重量％添加、混合して重油バーナー焚きの溶融炉に装入し、１３００℃で溶融した。
溶融灰とテルミット反応生成物は低融点のスラグを生成し、溶流性に優れ焼却炉を止めるまで途切れることなく連続して流れた。また、重油バーナー焚き溶融炉の１日あたりの溶融能力は１５０ｋｇ／時間であるが、テルミット発熱反応剤を加えることにより、１８０ｋｇ／時間処理できた。溶融灰は時間あたり２０％多く処理できた。テルミット発熱反応剤の添加は溶融炉の能力アップ連続運転に著効があることが判明した。
【００１５】
実施例２
テルミット発熱剤の組成
アルミ原料：アルミ地金の再溶解時に発生したアルミ残灰を粉砕したものを使用
酸化鉄原料：ボーキサイトから水酸化アルミニウムを製造する際の赤泥を使用上記アルミ原料と酸化鉄原料に補助原料として酸化チタン、酸化マンガン廃棄物を粉砕したものを混合して下記の成分組成に調合した。
テルミット発熱剤の組成（重量％）
アルミニウム成分：１８％
酸化鉄成分      ：４０％
酸化チタン      ：５％
酸化マンガン    ：２％
造粒成形
上記混合物に水ガラスを混ぜて１０〜３０ｍｍの大きさの丸い玉に成形、乾燥して、固めた後、これをゴミ焼却炉の焼却灰に２０重量％添加、混合して重油バーナー焚きの溶融炉で１２８０℃で溶融した。
溶融灰とテルミット反応生成物は低融点の溶流性に優れたスラグを生成し、炉を停止するまで２４時間連続して操業できた。
また、時間あたり１５％多く処理できた
【００１６】
【発明の効果】
本発明テルミット発熱剤は以下のような効果を有する。
▲１▼焼却灰の溶融処理に際して低融点の溶流性に優れたスラグを生成し、炉を止めるまで連続操業ができる。
▲２▼焼却灰溶融炉の能力を１０〜３０％アップできる。
▲３▼廃棄物を発熱エネルギーに還元できる。
▲４▼アルミ残灰等、処置に困っている廃棄物を有用なものに変換できる。