(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
廃棄物、もしくは廃棄物を焼却した焼却残渣を表面溶融炉において溶融し、生成する溶融スラグを冷却水中に滴下してスラグ塊を生成し、スラグ塊を粉砕することにより適当粒度の粒体スラグを生成し、粒体スラグを上向流路内に投入し、上向流路内に作用流体の液流を所定速度で通液することによって重力に対抗する付勢力を持った流れの場を形成し、この流れの場において粒体スラグに含まれた金属粒子をスラグ粒子との比重差に基づいて沈降分離するに際し、粒体スラグの粒径を経験則によって金属類の比重により選択し、選択した粒体スラグの粒径に見合って作用流体の液流の所定速度を調整することを特徴とする金属回収方法。
【請求項２】
底面が上流側から下流側へ向けて傾斜面をなし、上流側の底部にバルブを設けた排出部を有し、下流側に排出口を設けた分離塔と、分離塔の上流側の内部に所定間隔で配置し、複数の上向流路を形成し、底部側で各上向流路の連通する複数の仕切板と、分離塔の下流側の底面に配置するコンベアと、各上向流路の底部に開口し、作用水を上向流で噴出する給水管と、所定の粒度に粉砕した粒体スラグを分離塔に投入するホッパーとを備えたことを特徴とする金属回収装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、産業廃棄物、都市ゴミ、一般ゴミ等の廃棄物を資源化する技術に係り、廃棄物から有価物を回収する金属回収方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、産業廃棄物、都市ゴミ、一般ゴミ等の廃棄物は、その焼却残渣や焼却残渣を溶融処理したスラグを最終埋立処分している。
【０００３】
しかし、埋立地処分は森林資源の減少や、海浜の減少による漁場の減少を伴うために、環境保全の点で埋立地の用地を確保することが困難となっており、これらの廃土は、処分場の確保をはじめ、環境保全の観点からも、再利用率の向上が求められている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、産業廃棄物、都市ゴミ、一般ゴミ等の廃棄物には有価物として金属類が含まれており、これらの金属類を回収して再資源化することは、埋立処分する処分量の減少を図り、資源の有効利用を図る上で重要である。
【０００５】
近年においては、金属類を予め分別回収しているが、他の材質の部材に組み込まれて分別することが困難で、焼却処分に至るものも多くある。
【０００６】
従来では、他の材質の部材に組み込また金属類を回収する場合に、廃棄物を破砕し、破砕物の中から磁力により鉄を選別したりしているが、他の金属類、特に銅を選別する有効な手段がなかった。
【０００７】
本発明は上記した課題を解決するもので、廃棄物から鉄、アルミ、銅等の金属類を回収することができる金属回収方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、本発明の金属回収方法は、廃棄物、もしくは廃棄物を焼却した焼却残渣を表面溶融炉において溶融し、生成する溶融スラグを冷却水中に滴下してスラグ塊を生成し、スラグ塊を粉砕することにより適当粒度の粒体スラグを生成し、粒体スラグを上向流路内に投入し、上向流路内に作用流体の液流を所定速度で通液することによって重力に対抗する付勢力を持った流れの場を形成し、この流れの場において粒体スラグに含まれた金属粒子をスラグ粒子との比重差に基づいて沈降分離する構成としたものである。
【０００９】
上記した構成により、前処理として適当な形状に破砕した廃棄物や焼却残渣を表面溶融炉で溶融すると、廃棄物に含まれた金属類および他の無機物が溶融して溶融スラグを生成する。この溶融スラグを冷却水中に滴下して生成するスラグ塊は、溶融により粒子状となった金属物を内包している。スラグ塊を粉砕により適当粒度、例えば０．８ｍｍ程度の粒子に精製すると、スラグ塊に内包されていた金属粒子がスラグから分離し、金属粒子とスラグ粒子からなる粒体スラグとなる。この金属粒子とスラグ粒子は成分の相違により比重が異なるものである。
【００１０】
重力に対抗する付勢力を持った流れの場を形成する上向流路内に、粒体スラグを置くと、粒体スラグの各粒子は流れ場における作用流体の液流から受ける付勢力と自身が受ける重力との差分で上昇、あるいは落下する。このとき、流れの場における液流の付勢力は、比重の小さいものほど大きく、比重の大ききものほど小さく影響を受けるので、比重の小さいスラグ粒子が上方に浮遊し、比重の大きい金属粒子が下方に滞留する。よって、液流の流速を適度な所定速度に調整することにより、ある粒径範囲内でスラグ粒子と金属粒子が層状に分離する。このため、スラグ粒子と金属粒子を容易に分けて回収することができる。
本発明の金属回収装置は、底面が上流側から下流側へ向けて傾斜面をなし、上流側の底部にバルブを設けた排出部を有し、下流側に排出口を設けた分離塔と、分離塔の上流側の内部に所定間隔で配置し、複数の上向流路を形成し、底部側で各上向流路の連通する複数の仕切板と、分離塔の下流側の底面に配置するコンベアと、各上向流路の底部に開口し、作用水を上向流で噴出する給水管と、所定の粒度に粉砕した粒体スラグを分離塔に投入するホッパーとを備えたものである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。始めに本発明の原理を説明する。図１〜図３において、分離塔１は内部に上向流路２を形成するものであり、底部に水等の流体を上向流で噴出する作用流体供給管３が連通し、上端部に排水管４が連通している。作用流体供給管３は基端側が供給ポンプ５の吐出側に連通し、供給ポンプ５は吸込側が貯溜タンク６に連通し、貯留タンク６に排水管４が連通している。分離塔１および貯溜タンク６には、作用流体としての水を貯溜し、所定の同じ粒径を有する金属粒子Ｍとスラグ粒子Ｓを投入している。金属粒子Ｍは、その比重がスラグ粒子Ｓの比重より大きいものである。
【００１２】
この状態で、供給ポンプ５を駆動して作用流体としての水を分離塔１の上向流路２に所定速度の上向流で通水すると、上向流路２には上向水流Ｆによって重力に対抗する付勢力を持った流れの場が形成される。
【００１３】
この流れの場に、双方の粒子Ｍ、Ｓを置くと、双方の粒子Ｍ、Ｓは上向水流Ｆの付勢力を受けて上方に浮遊する。
【００１４】
ところで、各粒子Ｍ、Ｓが液体中を沈降する場合に、その終末沈降速度は一例として次式で表すことができる。
【００１５】
【数１】
0003734373.tif 000002
一方、上向水流Ｆは重力の影響を受けて減速するので、流れの場における上向水流Ｆの付勢力は、上向流路２の下方ほど大きく、上方ほど小さくなる。したがって、図３に示すように、上向水流Ｆの速度が終末沈降速度に見合う位置において、各粒子Ｍ、Ｓは、流れの場における上向水流Ｆから受ける付勢力と自身が受ける重力と平衡し、比重の小さいスラグ粒子Ｓが上方に浮遊し、比重の大きい金属粒子Ｍが下方に滞留する。
【００１６】
しかし、粒径によっては、両者の最終沈降速度が等しくなる。このことを以下に説明する。
【００１７】
【表１】
0003734373.tif 000003
表１は金属粒子の１例としての銅粒子とスラグ粒子の粒径と最終沈降速度の関係を示すものであり、図４は銅粒子Ｍとスラグ粒子Ｓの各粒径における最終沈降速度を示すものである。
【００１８】
これらに示す関係において、粒径が０．８ｍｍ以下となると銅粒子Ｍとスラグ粒子Ｓの最終沈降速度が近づくので、上向水流Ｆの流れの場において銅粒子Ｍとスラグ粒子Ｓを分離することは困難となる。したがって、スラグ塊を粉砕して得る粒体スラグの粒径は金属類の比重によって適宜に選択することが必要であるが、この値は予め経験則によって求めることが可能であり、適値の粒径を選択する条件の下では、上向水流Ｆの流速を適度な所定速度に調整することにより、図２に示すように、スラグ粒子Ｓと金属粒子Ｍが層状に分離する。
【００１９】
次に、本発明において、廃棄物に施す前処理について説明する。始めに、廃棄物を直接に溶融し、もしくは廃棄物を焼却した焼却残渣を溶融する。廃棄物および焼却残渣は溶融炉に投入するに先立って破砕しておく。
【００２０】
この溶融処理は、表面溶融炉を使用して行う。この表面溶融炉は、炉体内に溶融対象物である廃棄物等を環状に堆積配置して内部に燃焼室を形成し、燃焼室に対面する廃棄物等の表面を炉底に向けて縮径するテーパ状に形成し、炉底に排出ポートを設けたものである。この表面溶融炉においては、廃棄物等が燃焼室に対面する表面層において溶融し、生成した溶融スラグを廃棄物等の表面を伝って排出ポートに導き、排出ポートから炉外の冷却水中に滴下してスラグ塊を生成する。このため、スラグ塊には、廃棄物等に含まれた金属類が粒子として含まれており、その形状は溶融したことによって球形に近い形状となっている。この金属類は銅が主なものであるが、鉄などの他の金属も含んでいる。
【００２１】
このスラグ塊を粉砕により適当粒度、例えば０．８ｍｍの粒径の粒子に精製すると、スラグ塊に内包されていた金属粒子がスラグから分離し、金属粒子Ｍとスラグ粒子Ｓからなる粒体スラグＭ／Ｓとなる。この金属粒子Ｍとスラグ粒子Ｓは成分の相違により比重が異なるものである。
（実施例１）
以下に本発明の実施例を説明する。図５において、分離塔１１は底部がロート状をなし、排出部１２に一対のロータリーバルブ１３、１４を設けている。分離塔１１の内部にはロート部１５を設けており、ロート部１５によって分離塔１１の内部領域を上部領域１６と下部領域１７とに区画し、上部領域１６を仕切板１８によって左右一対の室１６ａ、１６ｂに区画している。ロート部１５の開口１９は、鉛直方向に対して傾斜する斜めの切り口をなし、一方の室１６ｂの側に大きく開口しており、仕切板１８の下端は開口１９から所定距離だけ離れて位置している。一方の室１６ａにはロート部１５の上方位置において排出口２０を設けている。
【００２２】
分離塔１１の下部領域１７には、ロート部１５の下方に位置して、作用水を供給する給水管２１が連通しており、給水管２１は分離塔１１の周方向に向けて開口している。給水管２１は給水ポンプ２２を介して貯水タンク２３に連通している。
【００２３】
以下に、この装置において金属類を分離する手順を説明する。給水ポンプ２２を駆動して給水管２１から分離塔１１の下部領域１７に作用水を供給する。下部領域１７において作用水は旋回流となって流れ、ロート部１５の開口１９を通って上部領域１６に流入する。一方の室１６ａにおいて作用水は排出口２０から塔外に流出し、他方の室１６ｂにおいて作用水は所定高さまで充水し、一方の室１６ａにおける水面と他方の室１６ｂにおける水面との間に、給水圧力に見合う水頭差が生じる。
【００２４】
この状態で、ロート部１５の開口１９から上部領域１６に流入する作用水は、他方の室１６ｂにおいて給水圧力と水頭が平衡することにより、一方の室１６ａへのみ流入し、一方の室１６ａの内部に重力に対抗する付勢力を持った流れの場が形成される。この作用水の水流の流速は、給水ポンプ２２の吐出量を調整することにより制御可能であり、その流速は粒体スラグＳ／Ｍの最終沈降速度以上の適値に制御する。
【００２５】
次に、上述した粒体スラグＭ／Ｓを他方の室１６ｂに投入する。粒体スラグＭ／Ｓは、開口１９の付近において作用水の水流から付勢力を受けてロート部１５の内部に滞留し、水流に接する部位が順次に切り出され、仕切板１８と開口１９との間隙を通って一方の室１６ａに流入する。
【００２６】
一方の室１６ａに流入する粒体スラグＭ／Ｓは、作用水の流れの場において、粒体スラグＳ／Ｍに含まれた金属粒子Ｍとスラグ粒子Ｓとが比重差に基づいて沈降分離する。
【００２７】
このとき、金属粒子Ｍとスラグ粒子Ｓの離間距離は時間の経過に伴って大きくなる。一方、仕切板１８と開口１９との間隙においては、作用水が旋回流となって流れるので、金属粒子Ｍとスラグ粒子Ｓは旋回移動することによって、前記間隙における滞留時間が長くなり、金属粒子Ｍとスラグ粒子Ｓが離間するに必要な時間を確保することができ、金属粒子Ｍのほとんどが、一方の室１６ａに達する前に開口１９を通って下部領域１７に沈降し、スラグ粒子Ｓが上方に滞留する。滞留するスラグ粒子Ｓは排出口２０から作用水とともに外部に流出する。
【００２８】
分離塔１１の下部領域１７に沈降した金属粒子Ｍを排出する場合には、上方のロータリーバルブ１３を開放して、金属粒子Ｍを双方のロータリーバルブ１３、１４の間に導き、上方のロータリーバルブ１３を閉塞して後に、下方のロータリーバルブ１３を開放して行う。
（実施例２）
以下に本発明の実施例を説明する。図６において、分離塔３１は、底面が上流側から下流側へ向けて傾斜面をなし、上流側の底部に排出部３２を有し、排出部３２にロータリーバルブ３３を設けており、下流側に排出口３４を設けている。分離塔３１の上流側の内部には複数の仕切板３５を所定間隔で配置し、複数の上向流路３６、３７、３８を形成しており、各上向流路３６、３７、３８は底部側において連通している。下流側の底面には、スクリューコンベア３９を配置している。
【００２９】
各各上向流路３６、３７、３８の底部には、作用水を上向流で噴出する給水管４０、４１、４２が開口しており、各給水管４０、４１、４２は給水ポンプ４３に連通し、給水ポンプ４３は貯水槽４４に連通している。分離塔３１の上流側には篩４５を備えたホッパー４６を配置し、ホッパー４６の上方にコニカルミル４７を設けている。
【００３０】
この構成においては、給水ポンプ４３を駆動して給水管４０、４１、４２から分離塔３１の各上向流路３６、３７、３８に作用水を上向流で供給し、上向流路３６、３７、３８に作用水の水流による流れの場を形成する。分離塔３１の内部に作用水を所定高さまで充水する状態において、作用水は排出口３４から塔外へ流れ出でるので、分離塔３１の上部領域において上流側から下流側に水平流が生じる。
【００３１】
この状態で、スラグ塊をコニカルミル４７で所定の粒度に粉砕し、生成した粒体スラグを水とともにホッパー４６を通して分離塔３１に投入する。分離塔３１において粒体スラグは水平流の影響を受けて下流側に流れながら沈降し、各上向流路３６、３７、３８に流入する。
【００３２】
各上向流路３６、３７、３８における作用水の流れの場において、粒体スラグＳ／Ｍに含まれた金属粒子Ｍとスラグ粒子Ｓとが比重差に基づいて沈降分離する。上方に滞留するスラグ粒子Ｓは、各仕切板３５の上端縁を越流して順次に下流側に移動し、スクリューコンベア３９によって塔外へ排出される。下方に滞留する金属粒子Ｍは、底部側の連通口を通って順次に上流側に移動し、ロータリーバルブ３３の開放によって塔外へ排出する。
【００３３】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、重力に対抗する付勢力を持った流れの場を形成する上向流路内に、粒体スラグを置くことにより、比重の小さいスラグ粒子と比重の大きい金属粒子を層状に分離することができ、廃棄物から金属粒子を容易に回収することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の原理を説明する装置の模式図である。
【図２】本発明の原理を説明する装置の模式図である。
【図３】本発明の原理を説明する模式図である。
【図４】本発明の原理を説明する銅粒子とスラグ粒子の粒径と最終沈降速度の関係図である。
【図５】本発明の実施の形態における装置構成を示す模式図である。
【図６】本発明の他の実施の形態における装置構成を示す模式図である。
【符号の説明】
１１  分離塔
１２  排出部
１３、１４  ロタリーバルブ
１５  ロート部
１６  上部領域
１６ａ、１６ｂ  室
１７  下部領域
１８  仕切板
１９  開口
２０  排出口
２１  給水管
２２  給水ポンプ
２３  貯水タンク
【図１】
0003734373.tif 000004
【図２】
0003734373.tif 000005
【図３】
0003734373.tif 000006
【図４】
0003734373.tif 000007
【図５】
0003734373.tif 000008
【図６】
0003734373.tif 000009