(57)【要約】【課題】廃棄物のばらつきによる燃焼状態の変動を抑制して、炉本体の寿命延長を図ることができるロータリーキルン炉を用いた廃棄物の処理方法を提供する。【解決手段】ロータリーキルン炉１を用いた廃棄物の処理方法であって、ロータリーキルン炉１の炉本体２に、廃棄物と含水スラッジとを投入するとともに、炉本体２の内部温度を測定し、その温度データに基いて炉本体２内部への前記含水スラッジの投入量及び前記廃棄物の投入量のうち少なくとも一方を調整し、炉本体２内部の温度分布を制御することを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロータリーキルン炉を用いた廃棄物の処理方法であって、
前記ロータリーキルン炉の炉本体に、廃棄物と含水スラッジとを投入するとともに、
前記炉本体の内部温度を測定し、その温度データに基いて前記炉本体内部への前記含水スラッジの投入量及び前記廃棄物の投入量のうち少なくとも一方を調整し、前記炉本体内部の温度分布を制御することを特徴とする廃棄物の処理方法。
【請求項２】
前記含水スラッジと前記廃棄物がそれぞれ単独で前記炉本体に投入されることを特徴とする請求項１に記載の廃棄物の処理方法。
【請求項３】
前記炉本体に、前記含水スラッジと前記廃棄物との混合物を投入し、前記温度データに基いて前記含水スラッジと前記廃棄物との混合比を調整することにより、前記炉本体内部の温度分布を制御することを特徴とする請求項１に記載の廃棄物の処理方法。
【請求項４】
前記炉本体に、前記含水スラッジと前記廃棄物との混合物と、前記含水スラッジとをそれぞれ投入することを特徴とする請求項１に記載の廃棄物の処理方法。
【請求項５】
前記炉本体に、前記含水スラッジと前記廃棄物との混合物と、前記含水スラッジと、前記廃棄物と、をそれぞれ投入することを特徴とする請求項１に記載の廃棄物の処理方法。
【請求項６】
ロータリーキルン炉を用いた金属の製造方法であって、
前記ロータリーキルン炉の炉本体に、金属を含む廃棄物と含水スラッジとを投入するとともに、前記炉本体の内部温度を測定し、その温度データに基いて前記炉本体内部への前記含水スラッジの投入量及び前記廃棄物の投入量のうち少なくとも一方を調整し、前記炉本体内部の温度分布を制御しながら燃焼させ、前記炉本体の出口から流下させられる溶融物から金属を分離回収することを特徴とする金属の製造方法。
【請求項７】
請求項６に記載された金属の製造方法によって製造され、銅：０〜８５質量％、金：０〜２００ｇ／Ｔ、銀：０〜２０００ｇ／Ｔ、残部が鉄及び不可避不純物からなることを特徴とする金属。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば可燃物付スクラップ等の廃棄物をロータリーキルン炉の炉本体の内部に投入し、炉本体内部で廃棄物を燃焼、溶融させて処理するロータリーキルン炉を用いた廃棄物の処理方法及び金属の製造方法並びに金属に関する。
【背景技術】
【０００２】
産業廃棄物等を処理する方法として、ロータリーキルン炉を用いた廃棄物の処理方法が広く利用されている。例えば自動車のシュレッダーダストや廃家電品をはじめとする金属を含有する産業廃棄物を処理する場合には、炉本体の内部に投入された廃棄物のうち、例えばウレタンなどの可燃物をガス化し、金属を含む不燃物を溶融して溶融スラグとする。ここで形成された溶融スラグは、炉本体の出口から排出され、冷却器で水冷されるとともに破砕されて砕塊が生成され、生成された砕塊の中から、鉄（Ｆｅ）をはじめとして銅（Ｃｕ）、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）などの有用または高価な金属を回収する。一方、生成されたガスは、二次燃焼室で高温に燃焼され、悪臭物質などが分解されて二次燃焼室から排出される。その後、熱交換工程、クエンチ工程、煤塵・有害ガス除去工程などを経て大気中に排出される。
【０００３】
このようなロータリーキルン炉においては、燃焼バーナーによる燃焼により炉本体の内部が例えば１２００℃程度の高温状態となるため、炉本体は、高温に耐え得る耐火物層とこの耐火物層を支持する炉体シェルとの２重構造をなしている。この耐火物層は、前述のように高温雰囲気下におかれることになるため、耐火物層の損傷や劣化を抑制することにより、この炉本体の寿命延長を図ることが可能となる。
そこで、特許文献１には、炉本体の内部温度を推定し、内部温度が安定するように操業する方法が開示されている。
【特許文献１】特開２００４−２０１０５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、可燃物を含有する廃棄物は様々な性状をなしており、例えば、硬質、軟質、重量、フィルム状、発泡材等があり、これらの混合状態も異なっている。このため、廃棄物の燃焼状態は大きくばらつくことになる。これらの廃棄物を粉砕して炉本体に投入しても、可燃物の量によって投入口から加熱により着火する燃焼帯がばらついてしまい、炉本体の内部温度分布が変動してしまう。また、可燃物を含有する廃棄物は、炉本体に投入されると短時間で燃焼してガス化することになるが、この燃焼によって炉本体の一部が局所的に加熱され、その熱衝撃によって耐火物層に溶損やスポーリングが生じてしまう。
【０００５】
本発明は、前述した状況に鑑みてなされたものであって、廃棄物のばらつきによる燃焼状態の変動を抑制して、炉本体の寿命延長を図ることができるロータリーキルン炉を用いた廃棄物の処理方法及び金属の製造方法、並びにロータリーキルン炉を用いた金属の製造方法によって製造される金属を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この課題を解決するために、本発明の廃棄物の処理方法は、ロータリーキルン炉を用いた廃棄物の処理方法であって、前記ロータリーキルン炉の炉本体に、廃棄物と含水スラッジとを投入するとともに、前記炉本体の内部温度を測定し、その温度データに基いて前記炉本体内部への前記含水スラッジの投入量及び前記廃棄物の投入量のうち少なくとも一方を調整し、前記炉本体内部の温度分布を制御することを特徴としている。
【０００７】
この構成の廃棄物の処理方法においては、炉本体に、廃棄物と含水スラッジとがそれぞれ単独で投入されることになる。含水スラッジを炉本体内部に投入した場合には、スラッジ中の水分の蒸発及びスラッジ自体の加熱に熱が使用されることになり、廃棄物の昇温が遅くなる。これにより、廃棄物の燃焼が緩やかになり、燃焼帯が大きく広がって炉本体内部の局所的な温度上昇が抑制され、耐火物層の劣化を防止できる。一方、廃棄物を炉本体内部に投入した場合には、燃焼が促進され、炉本体内部温度を上昇する。
このように含水スラッジの投入量及び前記廃棄物の投入量のうち少なくとも一方を調整することで炉本体の内部温度を調整でき、炉本体の寿命延長を図ることができる。
【０００８】
ここで、前記含水スラッジと前記廃棄物とをそれぞれ単独で前記炉本体に投入してもよい。
この場合、炉本体の内部温度が高温になったタイミングで含水スラッジを単独で炉本体に投入することにより、発熱量を低減させて炉本体の内部温度を低下させることができる。一方、炉本体の内部温度が低温になったタイミングで廃棄物を単独で炉本体に投入することにより、発熱量を増加させて炉本体の内部温度を上昇させることができる。このようにして炉本体の内部温度を安定させることが可能となる。
さらに、含水スラッジ又は廃棄物をそれぞれ単独で投入するので、内部温度の変化に応じて炉本体内部での廃棄物と含水スラッジとの存在割合を即座に変更することができ、炉本体の内部温度の調整をすばやく行うことができる。
【０００９】
また、前記炉本体に、前記含水スラッジと前記廃棄物との混合物を投入し、前記温度データに基いて前記含水スラッジと前記廃棄物との混合比を調整することにより、前記炉本体内部の温度分布を制御するように構成しても良い。
この場合、廃棄物と含水スラッジとを予め混合させることで廃棄物のばらつきによる燃焼状態の変動を抑えることが可能となり、炉本体の内部での温度上昇を抑制することができる。
【００１０】
さらに、前記炉本体に、前記含水スラッジと前記廃棄物との混合物と、前記含水スラッジとをそれぞれ投入するように構成しても良い。
この場合、廃棄物と含水スラッジとを予め混合させることで廃棄物のばらつきによる燃焼状態の変動を抑えることができるとともに、含水スラッジを単独で投入することによって内部温度の変化に応じて炉本体内部での廃棄物と含水スラッジとの存在割合を即座に変更することができる。
【００１１】
また、前記炉本体に、前記含水スラッジと前記廃棄物との混合物と、前記含水スラッジと、前記廃棄物と、をそれぞれ投入するように構成してもよい。
この場合、廃棄物と含水スラッジとを予め混合させることで廃棄物のばらつきによる燃焼状態の変動を抑えることができるとともに、含水スラッジを単独で投入することによって内部温度の変化に応じて炉本体内部での廃棄物と含水スラッジとの存在割合を即座に変更することができる。また、廃棄物自体も単独で炉本体に投入できるので、炉本体の内部温度を即座に上昇させることもできる。
【００１２】
本発明の金属の製造方法は、ロータリーキルン炉を用いた金属の製造方法であって、
前記ロータリーキルン炉の炉本体に、金属を含む廃棄物と含水スラッジとを投入するとともに、前記炉本体の内部温度を測定し、その温度データに基いて前記炉本体内部への前記含水スラッジの投入量及び前記廃棄物の投入量のうち少なくとも一方を調整し、前記炉本体内部の温度分布を制御しながら燃焼させ、前記炉本体の出口から流下させられる溶融物から金属を分離回収することを特徴とする。
また、本発明の金属は、前述の金属の製造方法によって製造され、銅：０〜８５質量％、金：０〜２００ｇ／Ｔ、銀：０〜２０００ｇ／Ｔ、残部が鉄及び不可避不純物からなることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、廃棄物のばらつきによる燃焼状態の変動を抑制して、炉本体の寿命延長を図ることができるロータリーキルン炉を用いた廃棄物の処理方法及び金属の製造方法、並びにロータリーキルン炉を用いた金属の製造方法によって製造される金属を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下に、本発明の実施形態について添付した図面を参照にして説明する。図１に、本発明の実施形態である廃棄物の処理方法及び金属の製造方法に用いられるロータリーキルン炉を示す。
このロータリーキルン炉１は、廃棄物及び含水スラッジが投入される炉本体２と、この炉本体２の内部で燃焼する燃焼バーナー（図示なし）と、炉本体２の内部温度を測定する温度測定手段４と、炉本体２から排出される排気ガスが導入される二次燃焼室（図示なし）と、炉本体２の内部で生成したスラグが冷却される冷却器（図示なし）と、炉本体２に廃棄物及び含水スラッジを投入するための投入部１０と、を備えている。
ここで、廃棄物としては、例えば自動車のシュレッダーダストや、廃家電品、プリント基板などが挙げられる。なお、本実施形態では、金属を含む廃棄物を処理する。
【００１５】
炉本体２は、軸線に沿って延びる円筒状をなしており、上流側の端面には蓋部５が設けられ、この蓋部５に前記燃焼バーナーが配設されている。また、下流側の端面は開口され、前記二次燃焼室及び前記冷却器へと連通されている。
炉本体２の内部温度を測定する温度測定手段４は、炉本体２の内部に挿入される検出部７と炉本体２に配設された送信機８と炉本体２とは分離して配設された受信機９とを備えており、この送信機８は炉本体２とともに軸線を中心として回転されながら測定した温度データを逐次受信機９へと送信するように構成されている。
【００１６】
投入部１０は、廃棄物が貯留される廃棄物用ホッパー１１と、廃棄物を炉本体２へ投入する廃棄物投入部１２と、含水スラッジが貯留されるスラッジ用ホッパー１３と、含水スラッジを炉本体２へ投入するスラッジ投入部１４と、廃棄物と含水スラッジとを混合する混合槽１５と、混合物を炉本体２へ投入する混合物投入部１６とを備えている。つまり、炉本体２には、廃棄物を単独で投入する廃棄物投入部１２と、含水スラッジを単独で投入するスラッジ投入部１４と、廃棄物と含水スラッジとの混合物を炉本体２へ投入する混合物投入部１６との３系統の投入部が設けられているのである。
【００１７】
廃棄物用ホッパー１１は、廃棄物投入部１２及び混合槽１５に配管１７で接続されており、この配管１７に複数の弁１８Ａ、１８Ｂが設けられている。また、スラッジ用ホッパー１３は、スラッジ投入部１４及び混合槽１５とに配管１９で接続されており、この配管１９に複数の弁２０Ａ、２０Ｂが設けられている。
また、投入部１０には、温度測定手段４による炉本体２の内部温度の測定データに応じて弁１８Ａ、１８Ｂを操作して廃棄物の投入量を調整する廃棄物投入量調整部２１と、弁２０Ａ、２０Ｂを操作して含水スラッジの投入量を調整するスラッジ投入量調整部２２とを備えている。
【００１８】
なお、本実施形態においては、廃棄物用ホッパー１１には、集荷された様々な性状の廃棄物を粉砕したものが貯留されている。スラッジ用ホッパー１３には、スラグ、排水汚泥、煙灰等、銅製錬所等から排出されたものが貯留されている。ここで、スラッジの厚みは１〜１００ｍｍ、スラッジを構成する粒径サイズは数十μｍ〜数ｃｍ、好ましくは数百μｍ〜数ｍｍとされている。これらは、スラッジ用ホッパー１３内で水分１０〜５０％、好ましくは１０〜３０％に調整されている。
さらに、混合槽１５では、廃棄物と含水スラッジとが重量比で、廃棄物／含水スラッジ＝９．５〜０．５となるように混合されている。なお、この混合比率は廃棄物の性状に合わせて設定することが好ましい。
【００１９】
また、前記二次燃焼室には、炉本体２から排出される排気ガスをさらに燃焼するための二次バーナーが配設されている。
また、前記冷却器は、炉本体２で溶解された不燃物成分（金属等）で構成されたスラグを冷却する水冷手段を備えている。
【００２０】
次に、このロータリーキルン炉１による廃棄物の処理方法及び金属の製造方法の手順について説明する。
炉本体２を軸線を中心として回転させるとともに、燃焼バーナー３を点火して炉本体２の内部を８００〜１２００℃程度に加熱する。さらに、前記二次燃焼室の二次バーナーを点火するとともに、前記冷却器の水冷手段に冷却水を流通する。
【００２１】
この状態で、弁１８Ａ、１８Ｂを開けて廃棄物投入部１２を介して廃棄物を炉本体２の内部に投入する。すると、廃棄物に含有された可燃物が燃焼して炉本体２の内部温度が上昇する。炉本体２の内部温度が十分に上昇したら、廃棄物投入部１２からの投入を中断し、廃棄物と含水スラッジとの混合物を混合物投入部１６を介して炉本体２の内部に投入する。
【００２２】
炉本体２の内部に投入された混合物は、可燃物が分解されてガス化するとともに、金属を含む不燃性成分が溶融状態または半溶融状態のスラグとなる。また、含水スラッジの水分が蒸発されるとともに、スラッジ自体も加熱される。
生成したガス成分は、炉本体２の下流側開口部から前記二次燃焼室に送られ、二次バーナーによってさらに高温に燃焼され、排出口から煤煙処理工程（図示なし）に向けて排出される。また、炉本体２の内部で生成したスラグは、炉本体２の下流側開口部から流下し、前記冷却器で冷却されて破砕され、例えば磁気選鉱装置（図示なし）、テーブル浮選などの比重分離装置、篩い分けなどによって金属の砕塊とスラグの砕塊とに分別され、有用な金属が回収、製造される。ここで、本実施形態である金属の製造方法によって製造される金属は、銅：０〜８５質量％、金：０〜２００ｇ／Ｔ、銀：０〜２０００ｇ／Ｔ、残部が鉄及び不可避不純物からなる。この金属の好ましい濃度は、鉄：１５〜８０質量％、銅：２０〜８５質量％、金：１０〜２００ｇ／Ｔ、銀：２００〜２０００ｇ／Ｔである。また、この金属は燃え残りの炭素含有量が少なく、金属濃度の均一性が高いという特徴を有している。そして、この金属は、例えば銅製錬炉に投入することによって、銅、金、銀をそれぞれ分離して回収することが可能となる。
【００２３】
このようにして廃棄物の処理を実施している際には、温度測定手段４によって炉本体２の内部温度を測定し、送信機８から受信機９へと測定データを送信する。この測定データに基いて廃棄物投入量調整部２１と、スラッジ投入量調整部２２とによって廃棄物及び含水スラッジが炉本体２の内部に投入される。詳述すると、炉本体２の内部温度が低下した場合には、廃棄物投入量調整部２１によって弁１８Ｂを開放して廃棄物を単独で投入し、燃焼を促進する。一方、炉本体２の内部温度が上昇した場合には、スラッジ投入量調整部２２によって弁２０Ｂを開放して含水スラッジを単独で投入し、炉本体２内部の燃焼を抑制する。これにより、炉本体２の内部温度を調整する。
【００２４】
このような構成とされた本発明の実施形態であるロータリーキルン炉１を用いた廃棄物の処理方法及び金属の製造方法においては、炉本体２に廃棄物を投入する廃棄物投入部１２と含水スラッジを投入するスラッジ投入部１４によって、廃棄物及び含水スラッジが炉本体２の内部に投入されるので、廃棄物の急激な燃焼を防止して炉本体２内部の局所的な温度上昇を抑制することができ、耐火物層の劣化を防止して炉本体２の寿命延長を図ることができる。
【００２５】
また、炉本体２の内部温度を測定する温度測定手段４による測定データに応じて含水スラッジの投入量を調整するスラッジ投入量調整部２２と、廃棄物の投入量を調整する廃棄物投入量調整部２１とを備えているので、含水スラッジの投入量及び廃棄物の投入量と調整することで、炉本体２の内部温度を調整することが可能となり、安定した操業を行うことができる。
【００２６】
また、廃棄物と含水スラッジを混合する混合槽１５と、この混合槽１５で混合された混合物を炉本体２の内部に投入する混合物投入部１６とを備え、炉本体２に廃棄物と含水スラッジとを予め混合した混合物を投入することで廃棄物の性状のばらつきを抑えて、燃焼状態を安定化することができる。
【００２７】
さらに、本実施形態では、混合物投入部１６とスラッジ投入部１４と廃棄物投入部１２とがそれぞれ別体に配設され、３系統の投入部を有しているので、含水スラッジ及び廃棄物を炉本体２の内部にそれぞれ単独で投入することができる。したがって、炉本体２の内部温度が高温又は低温になったタイミングで含水スラッジ又は廃棄物を炉本体２に投入することにより、炉本体２の内部温度を低下又は上昇させることができる。また、含水スラッジ及び廃棄物を単独で投入できるので、内部温度の変化に応じて炉本体２内部での廃棄物と含水スラッジとの存在割合を即座に変更することができ、炉本体２の内部温度の調整をすばやく行うことができる。
【００２８】
以上、本発明の実施形態であるロータリーキルン炉を用いた廃棄物の処理方法及び金属の製造方法について説明したが、本発明はこれに限定されることはなく、その発明の技術的思想を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
例えば、廃棄物の性状や含水スラッジの性状については、実施形態に限定されることはなく、様々な性状のものを適用することができる。
【００２９】
また、混合槽において廃棄物と含水スラッジとを混合して炉本体に投入するものとして説明したが、これに限定されることはなく、廃棄物及び含水スラッジをそれぞれ単独で炉本体の内部に投入するような構成としてもよい。この場合、含水スラッジと廃棄物とを予め混合していないため、炉本体の内部温度の上昇が認められた場合にのみ含水スラッジを投入することが可能となる。これにより、炉本体２への廃棄物の投入割合を大きくして処理効率を向上させることができるとともに、含水スラッジによるエネルギーロスを小さく抑えることが可能となる
また、炉本体の内部で生成したスラグは、冷却・破砕後、金属とスラグに分別するものとして説明したが、破砕後、分別せずに全てを銅製錬炉に投入することも可能である。
【００３０】
さらに、本実施形態において製造される金属の組成は、処理する廃棄物に含まれる金属の割合によって変動することになるが、銅：０〜８５質量％、金：０〜２００ｇ／Ｔ、銀：０〜２０００ｇ／Ｔ、残部が鉄及び不可避不純物からなるものであればよい。
【実施例】
【００３１】
次に、本発明の効果を確認するために行った確認実験について説明する。
〔実施例１〕
約８ｃｍから１０ｃｍのシュレッダーダストを２０ｍｍ程度に粉砕し、風力選別により可燃物と不燃物とに選別した。このようにして選別された可燃物と水分２０％の含水スラッジとを混合槽で混合した。混合比率（重量比）はシュレッダーダスト７０％、含水スラッジ３０％とした。この混合物をロータリーキルン炉の炉本体（直径０．６ｍ、長さ３ｍ）に投入し、炉本体を１ｒｐｍで回転させながら燃焼させ、炉本体の内部温度の分布を測定した。また、炉本体下流側に形成された溶融スラグを炉本体下流側開口部から流下させ、冷却器中で冷却・破砕した後、生成物を比重分離装置にかけて金属のみを回収した。このとき得られた金属は、鉄：５５質量％、銅：４５質量％、銀：５００ｇ／Ｔ、金：６５ｇ／Ｔの組成であった。
〔実施例２〕
混合比率をシュレッダーダスト８０％、含水スラッジ２０％とした混合物をロータリーキルン炉の炉本体に投入し、炉本体を１ｒｐｍで回転させながら燃焼させ、炉本体の内部温度の分布を測定した。
〔実施例３〕
シュレッダーダストと含水スラグとを混合せずに、それぞれ単独で連続的に炉本体に投入し、炉本体を１ｒｐｍで回転させながら燃焼させ、炉本体の内部温度の分布を測定した。このときの投入量の割合をシュレッダーダスト７０％、含水スラッジ３０％とした。
〔実施例４〕
シュレッダーダストと含水スラグとを混合せずに、それぞれ単独で１分間隔で炉本体に投入し、炉本体を１ｒｐｍで回転させながら燃焼させ、炉本体の内部温度の分布を測定した。このときの投入量の割合をシュレッダーダスト７０％、含水スラッジ３０％とした。
〔比較例〕
シュレッダーダストを単独で炉本体に投入して燃焼させ、炉本体の内部温度の分布を測定した。
【００３２】
これらの温度測定結果を図２及び図３に示す。比較例では、投入口の近くで大きく温度上昇して炉本体の下流側では温度が低くなっている。つまり、シュレッダーダストが投入した直後に一気に燃焼して燃焼帯が広がらずに局所的に温度が上昇してしまった。
一方、実施例１、２、３、４では、最高温度も低く炉本体内部での温度分布が比較的緩やかであることが確認される。また、実施例１と実施例２とを比較すると、含水スラッジの割合が多いと最高温度が低くなることが確認された。
【００３３】
さらに、実施例１、２と実施例３、４とを比較すると、予め含水スラッジとシュレッダーダストとを混合した場合と、炉本体にそれぞれ単独で投入した場合とでは大きな差が認められず、どちらも炉本体の局所的な温度上昇を抑えることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の実施形態である廃棄物の処理方法及び金属の製造方法に用いられるロータリーキルン炉を示す説明図である。
【図２】実施例の結果を示すグラフである。
【図３】実施例の結果を示すグラフである。
【符号の説明】
【００３５】
１  ロータリーキルン炉
２  炉本体
３  燃焼バーナー
４  温度測定手段
１０  投入部
１２  廃棄物投入部
１４  スラッジ投入部
１５  混合槽
１６  混合物投入部
２１  廃棄物投入量調整部
２２  スラッジ投入量調整部
【図１】
2009063286.tif 000003
【図２】
2009063286.tif 000004
【図３】
2009063286.tif 000005