(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
都市ごみ、コークスおよび石灰石を廃棄物直接溶融炉に装入して廃棄物を直接溶融し、スラグ中の石灰分と珪酸分の比率を０．５以上とした溶融状態のスラグと金属を冷却して、砂状の粒子とし、得られた砂状の粒子を磁力選別し、金属を回収し、回収した金属を冶金炉の冷鉄源の一部として他の鉄源と混合使用し、スラグは砂として土木資材に利用する廃棄物中の金属の利用方法であって、
前記砂状の粒子から金属を磁力選別して回収した金属中の水分を２％以下に乾燥し、
前記砂状の粒子から磁力選別して回収した、Ｃｕ含有量最大５質量％の金属を電気炉の冷鉄源として、前記回収した金属１質量部当たり鉄スクラップ５０質量部以上の割合で混合使用することを特徴とする廃棄物中の金属の利用方法。
【請求項２】
都市ごみ、コークスおよび石灰石を廃棄物直接溶融炉に装入して廃棄物を直接溶融し、スラグ中の石灰分と珪酸分の比率を０．５以上とした溶融状態のスラグと金属を冷却して、砂状の粒子とし、得られた砂状の粒子を磁力選別し、金属を回収し、回収した金属を冶金炉の冷鉄源の一部として他の鉄源と混合使用し、スラグは砂として土木資材に利用する廃棄物中の金属の利用方法であって、
前記砂状の粒子から金属を磁力選別して回収した金属中の水分を２％以下に乾燥し、
前記砂状の粒子から磁力選別して回収した、Ｃｕ含有量最大５質量％の金属を転炉または高炉の冷鉄源として、前記回収した金属１質量部当たり溶銑及び鉄スクラップ１００質量部以上の割合で混合使用することを特徴とする廃棄物中の金属の利用方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、都市ごみ、産業廃棄物などの廃棄物から金属を分離して有効利用する方法に関するものである。同時に廃棄物処理の観点から、焼却灰等の処分場の問題の解決を図るものである。
【０００２】
【従来の技術】
図４は従来の廃棄物処分方法の別の例を示すブロック図で、廃棄物を破砕装置で破砕後、磁力選別機で磁力選別して金属を回収して電気炉等の冶金炉の冷鉄源として有効利用し、残渣は埋立処分するものである。
【０００３】
また、図５は従来の廃棄物処分方法の一例を示すブロック図で、廃棄物を焼却炉で焼却し、発生した焼却灰を磁力選別機で磁力選別して金属を回収して電気炉等の冶金炉の冷鉄源として有効利用し、残渣は埋立処分する方法である。
【０００４】
さらに、廃棄物を焼却処理した焼却灰を溶融して固化した後、磁選機で金属を分離回収し、重機のバランスウェートに有効利用する方法が特開平９−１９６３５２号公報に開示されている。
【０００５】
一方、大半の廃棄物は焼却方式で処理されているが、焼却方式では焼却灰の処分場を必要とする等の欠点がある。特に大都市圏では焼却灰の処分場の確保が困難であり、廃棄物の焼却灰を減容化、さらには再資源化が可能な方式で処理する必要性が高まっている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
都市ごみや産業廃棄物の中の金属を、廃棄物を破砕した後に磁選機で金属を分離回収する従来の方法では、ごみの中の金属はプラスチックその他の非金属類と絡み合い一体となっているものが多いため、分離が困難であり、回収した金属の中に廃棄物が混入し、冶金炉に金属以外の廃棄物が混入し、ダイオキシンその他の有害ガスを発生するなどの欠点があるだけでなく、廃棄物の破砕処理は爆発事故などの危険性もある。
【０００７】
また、廃棄物を焼却処理して、焼却灰の中から磁選機で金属を分離回収する方法では、金属が酸化していること、回収した金属に焼却灰が付着して冶金炉に廃棄物由来の焼却灰を持ち込むこと等の問題がある。さらに、焼却灰の処分場が必要なことも問題である。
【０００８】
特開平９−１９６３５２号公報に開示されている方法は、廃棄物を焼却処理した焼却灰を溶融して固化した後、磁選機で金属を分離回収し、重機のバランスウェートに有効利用する方法であるが、今後の回収金属の増加を考慮するとバランスウェート以外の用途も開発する必要がある。
【０００９】
廃棄物を溶融固化後、磁選機で分離回収した金属を鉄源として利用する場合、回収した金属に含まれる様々な金属が、製品品質に悪影響を及ぼす恐れがある。例えば、Ｃｕ，Ｎｉ，Ｃｒ等は製品品質に悪影響を及ぼすが、冶金炉で除去することが困難である。さらに、これらの金属がどの程度含まれ、どの程度変動するか不明であり、これを知るために回収する金属の成分を毎日測定して管理することは費用と労力がかかる等の問題があるため、従来は冷鉄源として利用されなかった。
【００１０】
そこで、本発明は、都市ごみや産業廃棄物等の廃棄物中の金属を冷鉄源として有効利用することができるとともに、焼却灰の処分場の問題も併せて解決することができる廃棄物中の金属の利用方法を提供するものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、都市ごみ、コークスおよび石灰石を廃棄物直接溶融炉に装入して廃棄物を直接溶融し、スラグ中の石灰分と珪酸分の比率を０．５以上とした溶融状態のスラグと金属を冷却して、砂状の粒子とし、得られた砂状の粒子を磁力選別し、金属を回収し、回収した金属を冶金炉の冷鉄源の一部として他の鉄源と混合使用し、スラグは砂として土木資材に利用する廃棄物中の金属の利用方法であって、前記砂状の粒子から金属を磁力選別して回収した金属中の水分を２％以下に乾燥し、前記砂状の粒子から磁力選別して回収した、Ｃｕ含有量最大５質量％の金属を電気炉の冷鉄源として、前記回収した金属１質量部当たり鉄スクラップ５０質量部以上の割合で混合使用することを特徴とする。
【００１２】
また、本発明は、都市ごみ、コークスおよび石灰石を廃棄物直接溶融炉に装入して廃棄物を直接溶融し、スラグ中の石灰分と珪酸分の比率を０．５以上とした溶融状態のスラグと金属を冷却して、砂状の粒子とし、得られた砂状の粒子を磁力選別し、金属を回収し、回収した金属を冶金炉の冷鉄源の一部として他の鉄源と混合使用し、スラグは砂として土木資材に利用する廃棄物中の金属の利用方法であって、前記砂状の粒子から金属を磁力選別して回収した金属中の水分を２％以下に乾燥し、前記砂状の粒子から磁力選別して回収した、Ｃｕ含有量最大５質量％の金属を転炉または高炉の冷鉄源として、前記回収した金属１質量部当たり溶銑及び鉄スクラップ１００質量部以上の割合で混合使用することを特徴とする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明では、廃棄物を直接溶融炉で溶融する。前述のとおり、廃棄物を溶融・固化後、磁選機で分離回収した金属を鉄源として利用する場合、回収した金属に含まれる様々な金属が製品品質に悪影響を及ぼす恐れがある。本発明の実施例で対象とした廃棄物の性状を表１に示す。
【００１４】
【表１】
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表２に廃棄物を直接溶融し乾燥しスラグ除去した金属に含まれる各種微量元素の測定結果を示す。
【００１５】
【表２】
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冷鉄源として利用する場合、これら微量元素の中で、特に、Ｃｕ，Ｎｉ，Ｃｒが製品品質に悪影響を及ぼすが、冶金炉で除去することが非常に困難であるため、Ｃｕ，Ｎｉ，Ｃｒの変動範囲の年間を通した変動範囲を調査した。その結果を表３に示す。金属の成分は、乾燥し、スラグ除去した後の金属成分である。
【００１６】
【表３】
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表３に示すように、Ｃｕが１．８〜４．５質量％（以下％は質量％）、Ｎｉが０．１〜０．３％、Ｃｒが０．３〜０．４％であった。年間を通してＣｕの含有量は５％以下、Ｎｉ，Ｃｒは１％以下であった。すなわち、都市ごみの場合収集形態が変わらなければ、これらの微量成分の変動は一定の範囲内にあることが調査の結果わかった。
【００１７】
また、Ｃｕは含有量が高いため管理する必要があり、電気炉の場合、棒鋼用の溶鋼のＣｕ含有量は０．４％以下とする必要がある。すなわち、Ｃｕの含有量が高いと、棒鋼を圧延する時、圧延時の割れや傷が発生する。これを防止するためには、電気炉で使用する鉄スクラップと混合する回収金属の量を調節することによって、溶鋼の中の銅の含有量を管理することができる。電気炉で使用されている鉄スクラップ中のＣｕ含有量は０．３％で、廃棄物から回収した金属中のＣｕは２．０〜５．０％である。以上の知見から、アーク式電気炉で使用する場合、廃棄物から回収した金属に対して既存の鉄スクラップを５０倍以上使用することにより製品品質を満足することができる。すなわち、回収した金属中のＣｕが最大の５％の場合で、製品棒鋼のＣｕは０．３９％であり、年間を通して棒鋼の製品品質を満足する。本実施形態はアーク式電気炉の場合であるが、転炉または高炉で使用する場合は、製品のＣｕ含有量はアーク式電気炉の場合よりも低くする必要があるが、廃棄物から回収した金属に対して、溶銑や鉄スクラップ等の既存の鉄源を１００倍以上使用することによって製品品質を満足することができる。
【００１８】
廃棄物を溶融した溶融物を水砕した場合、回収した金属は３〜５％の水分を含んでいる。回収した金属を冶金炉で使用する場合、溶融状態の鉄の中に水分を含んだ金属を装入すると水蒸気爆発の危険性がある。そこで、本発明では水分を２％以下に乾燥させることによって、水蒸気爆発の危険性を防止できる。
【００１９】
【実施例】
実施例１
本発明の一実施例を図１および図２を用いて説明する。図１は本発明の方法を都市ごみに適用した実施例を示すブロック図、図２は本発明における溶融処理を示すブロック図である。
本実施例では廃棄物の溶融炉としては、コークスを用いて廃棄物を直接溶融処理する公知の方式を採用した。
【００２０】
図２に示すように、溶融炉１の炉上部から、廃棄物および副原料としてコークスおよび石灰石が溶融炉１に装入される。廃棄物としては表１に示す性状の都市ごみを装入した。溶融炉１の下部周辺に設けられた羽口２から空気および酸素が供給される。
廃棄物の処理量は５６０ｋｇ／ｈ、コークスおよび石灰石は廃棄物の約６％、空気は５２０Ｎｍ３／ｈ、酸素は３０Ｎｍ３／ｈである。
【００２１】
溶融炉１に装入された廃棄物およびコークス等は炉内で充填層を形成し、炉下部の羽口２から吹き込まれた空気および酸素により、コークスおよび廃棄物の一部が燃焼する。燃焼により発生した燃焼ガスは溶融炉内を炉底部から上昇し、燃焼ガスの顕熱により廃棄物を予熱、乾燥、熱分解する。廃棄物の乾燥、熱分解の過程で発生した水蒸気、熱分解ガスおよび微細なダストはガス排出管４から排出される。
【００２２】
一方、廃棄物の灰分および非燃焼物とコークス、石灰は高温に加熱され炉底部へと下りていき、羽口２から吹き込まれた空気および酸素でコークスが燃焼し、灰分および非燃焼物は１４００℃から１５５０℃に加熱され溶融状態となって、スラグ排出孔３から炉外へ排出される。石灰石はスラグの塩基度、すなわちスラグ中の石灰分ＣａＯと珪酸分ＳｉＯ２の比率を０．５以上とし、溶融状態のスラグの流動性の調整のために添加する。
【００２３】
スラグ排出孔３から排出された溶融状態のスラグおよび金属は水砕設備５に投入され、砂状の細かい粒子となる。粒子状のスラグと金属は掻き上げ装置６によって排出され、金属とスラグの混合物は磁選機で分離され、金属は冷鉄源として冶金炉で利用し、スラグは砂として土木資材に有効利用した。
【００２４】
磁選分離した金属の量はごみの約３％だった。また、磁選直後の金属中には水分が３〜５％、スラグが５％程度含まれていたが、廃棄物や焼却灰から金属を磁選回収する場合と比較して、金属成分は高濃度であり、わずかに混入するスラグは無害であるため問題はない。
【００２５】
図１に示すように、回収した金属を電気炉で鉄スクラップと混合して溶解し、溶鋼から連続鋳造装置でビレットを作った後、圧延して棒鋼を製造した。電気炉で溶解する場合、廃棄物から分離回収した金属に対して鉄スクラップを重量比で１：５０を混合した。廃棄物から回収した金属中の銅は３．０％、鉄スクラップ中の銅は０．３％、製品の棒鋼中の銅の含有量は０．３９％であり、製品品質を満足した。
【００２６】
本実施例はアーク式電気炉の場合であるが、転炉で使用する場合は廃棄物から回収した金属に対して、溶銑や鉄スクラップ等の既存の鉄源を１００倍以上使用することによって、同様に製品品質を満足することができた。
【００２７】
実施例２
図３は本発明の方法の別実施例を示すブロック図である。
廃棄物を直接溶融した後、水砕装置で冷却・固化した後、磁選機で金属とスラグに分離回収した後、該金属を乾燥装置で乾燥するものである。乾燥装置としてはロータリーキルン方式を採用し、熱源としては廃棄物直接溶融炉のガス排出管から排出したガスを燃焼させ、発生した熱をボイラで回収することによって発生した蒸気を使用した。
【００２８】
磁選後の金属は３〜５％の水分を含んでいた。回収した金属を冶金炉で使用する場合、溶融状態の鉄の中に水分を含んだ金属を装入すると水蒸気爆発の危険性がある。本発明で水分を２％以下に乾燥させることによって、水蒸気爆発の危険性を防止できた。
【００２９】
【発明の効果】
本発明によって、以下の効果を実現することができる。
（１）発明の方法によって回収した金属を、冶金炉の冷鉄源とし有効利用する場合、従来の冷鉄源に対して廃棄物から分離した金属を、成分に応じて混合量を調節することによって、鉄鋼製品の品質を確保するこできる。
（２）廃棄物を直接溶融し冷却して固化し、金属を磁力選別することにより、回収した金属中に含まれるスラグは５％程度であり、廃棄物や焼却灰金属を磁選回収する場合と比較して金属成分の濃度が高い。
特に、廃棄物や磁選分離した金属の中には可燃性のプラスチック等が含まれており、炉で使用する場合、ダイオキシン等の有害物を生ずる恐れがあるが、本発明の方法によって分離回収した金属には、わずかに混入するスラグは無害であるため冶金炉で使用する場合問題がない。
（３）廃棄物を直接溶融して水で冷却し固化した金属を磁力選別した後、金属中の水分を乾燥することによって炉で使用した場合、水蒸気爆発の危険性を防止できる。
（４）本発明によって廃棄物から回収した金属を冶金炉で有効利用した場合、冶金炉での鉄鋼製品の生産量が非常に大きく、将来的にも受入量に関して心配がない。
（５）本発明によって廃棄物から回収した金属を有効利用すると共に、スラグを土木資材等に有効利用することができるため焼却灰の埋立処分場が不要となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の方法を都市ごみに適用した実施例を示すブロック図である。
【図２】  本発明における溶融処理を示すブロック図である。
【図３】  本発明の方法の別実施例を示すブロック図である。
【図４】  従来の廃棄物処分方法の別の例を示すブロック図である。
【図５】  従来の廃棄物処分方法の一例を示すブロック図である。
【符号の説明】
１：溶融炉
２：羽口
３：スラグ排出孔
４：ガス排出管
５：水砕設備
６：掻き上げ装置
７：磁選機
【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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