(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
焼却炉、溶融炉、またはロータリキルンのいずれかからの高温下にある１０００℃以上の排ガスを１５０〜９００℃に冷却して生成した鉄、珪素、アルミニウムの粒子を分離除去する第１工程、
次いで残りのガス中から生成した粒子及び微細粒子を飛灰として捕集する第２工程、
得られた飛灰に酸またはアルカリの少なくとも一種以上を添加して重金属を分離する第３工程、
とから成ることを特徴とする排ガス中の飛灰の処理方法。
【請求項２】
焼却炉、溶融炉、またはロータリキルンのいずれかからの高温下にある１０００℃以上の排ガスを５００〜６００℃に冷却して生成した鉄、珪素、アルミニウムの粒子を分離除去する第１工程、
次いで残りのガス中から生成した粒子及び微細粒子を飛灰として捕集する第２工程、
得られた飛灰に酸またはアルカリの少なくとも一種以上を添加して重金属を分離する第３工程、
とから成ることを特徴とする排ガス中の飛灰の処理方法。
【請求項３】
上記飛灰がＳｉ  １．１％以下の飛灰であり、上記分離除去を分級機を用いて行なうことを特徴とする請求項１または２記載の排ガス中の飛灰の処理方法。
【請求項４】
上記第１工程で分離除去した粒子を焼却炉、溶融炉、またはロータリキルンのいずれかに戻すことを特徴とする請求項１，２または３記載の排ガス中の飛灰の処理方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は排ガス中の飛灰の処理方法、特に、都市ごみ焼却工場や産業廃棄物焼却工場等における焼却炉および溶融炉もしくはセメントキルンから発生する有害物を含めた各種重金属を含有する焼却灰または飛灰の無害化処理による重金属のリサイクル方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、事業場や一般家庭から排出されるゴミ（「都市ゴミ」または「一般廃棄物」と称されている）は、都市ゴミ焼却場に集められて焼却処分されるが、その際に焼却炉から発生する燃えがらや飛灰は最終処分場に堆積されていた。
【０００３】
しかしながら、近年、堆積場確保の困難性や、堆積される飛灰に含まれている水銀、鉛、亜鉛、カドミウム、砒素などの重金属やダイオキシン類の有害性が問題視されている。
【０００４】
そのため、上記有害物質の安定化を図るためセメント固化法や薬剤処理法等が開発され実用化されているが、セメント固化法等によると埋立容積を減らすことができないため、堆積場の確保に関する問題点は未解決のままであった。また、飛灰とセメントとの混練処理により、飛灰に含まれている重金属の溶出はなくなる（環境庁告示第１３号法による溶出試験）と報告されているが、酸性雨等の影響を考えた場合、セメントと混練した飛灰中の重金属類は必ずしも安定であるとはいいきれないものである（菊地猛著「プラズマによるゴミ焼却灰の溶融処理による焼却残渣の無害化と生成スラグの資源化」ＰＰＭ１９９２／５）と報告されている。
【０００５】
一方、焼却炉からの燃えがらや飛灰を溶融処理することにより、減容化やダイオキシン類の熱分解による無害化を図ることができるという報告がある（永田勝也著「都市ゴミ焼却炉におけるダイオキシン対策の現状と動向」廃棄物学会誌第３巻第３号）。
【０００６】
しかしながら、上記溶融処理によると、蒸気圧の大きい鉛やカドミウム等の重金属は、炉内で揮発して排ガス中に入り、排ガスに入った重金属は排ガス処理設備内で凝縮し、再び飛灰となってしまうという問題点があった。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
そこで本発明は、上述従来の技術の問題点を解決し、飛灰中に含まれている重金属を安定な形で固定しながら積極的に分離回収し、環境汚染の問題を生じることなくリサイクルによる有価金属の有効利用が可能な焼却炉および溶融炉からの焼却灰または飛灰の処理方法を提供することを目的とする。
【０００８】
本発明者達は上記目的を達成すべく鋭意研究したところ、従来法によって得られた飛灰中には処理目的とする重金属分の他、表１に示すように鉄、珪素、アルミニウム等の粒径の大きい無機物も多く含有され、この無機物が重金属の分離回収に相当の悪影響を及ぼすことが判明し、これらを前工程で除去することによって飛灰中の重金属を効率よく回収できることを見出し、本発明方法を提供することができた。
【０００９】
【表１】
0003855207.tif 000002
【００１０】
表１はジグザグ分級機（ＭＵＬＴＩ−ＰＬＥＸ：ドイツ製）を使用して得たＡ焼却工場産飛灰中の不純物濃縮率を示す。
【００１１】
本発明方法において処理対象とする飛灰は、都市ごみ、焼却工場や産業廃棄物焼却工場等における焼却炉または溶融炉もしくはセメントキルンから発生する各種重金属を含有する飛灰（以下、元飛灰という）である。
【００１２】
これらの元飛灰の組成は、鉛・亜鉛・銅の他、鉄、珪素、アルミニウム、カリウム、ナトリウム、塩素等を含有しているが、重金属を鉛残渣と亜鉛澱物とに分離したときに、これらの元素の一部、詳しくは鉄と無機物である珪素、アルミニウム等が不純物として含有されるため、リサイクル原料としても品位を下げる要因となっていた。
【００１３】
また、これらの不純物は１０μｍ〜２０μｍ以上の粗粒子として多く見られ、これらの粗粒子が含有されたまま従来方法で鉛残渣と亜鉛澱物を回収した場合の品位は共に３０％以下であり、非鉄製錬原料としては不十分な品位であった（比較例参照）。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明方法における第１の発明は、焼却炉、溶融炉、またはロータリキルンのいずれかからの高温下にある１０００℃以上の排ガスを１５０〜９００℃に冷却して生成した鉄、珪素、アルミニウムの粒子を分離除去する第１工程、次いで残りのガス中から生成した粒子及び微細粒子を飛灰として捕集する第２工程、得られた飛灰に酸またはアルカリの少なくとも一種以上を添加して重金属を分離する第３工程、とから成ることを特徴とする。
【００１５】
第２の発明は、焼却炉、溶融炉、またはロータリキルンのいずれかからの高温下にある１０００℃以上の排ガスを５００〜６００℃に冷却して生成した鉄、珪素、アルミニウムの粒子を分離除去する第１工程、次いで残りのガス中から生成した粒子及び微細粒子を飛灰として捕集する第２工程、得られた飛灰に酸またはアルカリの少なくとも一種以上を添加して重金属を分離する第３工程、とから成ることを特徴とする。
【００１６】
第３の発明においては、上記飛灰がＳｉ  １．１％以下の飛灰であり、上記分離除去を分級機を用いて行なうことを特徴とする。
【００１７】
上記第１工程で分離除去した粒子は、焼却炉、溶融炉、またはロータリキルンのいずれかに戻す。
【００１８】
【実施例】
以下本発明の実施例を説明する。
【００１９】
本発明方法においては、前記焼却炉や溶融炉等で発生する１０００℃以上の高温排ガスを１５０〜９００℃の範囲に冷却して鉄、珪素、アルミニウム系の高沸点化合物を晶出させて生成した粒子を分離除去する（第１工程）が、これによって第３工程である分離濃縮工程で妨害する化合物の含有量を少なくすることができる。
【００２０】
この場合、上記高沸点化合物を除去する手段としては、冷却塔に水噴射やフリーエアを入れるなどして高沸点化合物を晶出させたり、粗い粒子を除去する手段としては、サイクロン分級機やジグザグ分級機を用いているが、これらの高沸点化合物や粗い粒子以外のものは、そのまま排ガスと共に移動する。
【００２１】
次いで、上記排ガス中から微細粒子を主とする元飛灰をバクフィルター等で捕集して、処理原料とする（第２工程）。
【００２２】
このため本発明方法では、元飛灰が揮散する過程で、温度調整し、分級機を設置する等して、粗粒とそれ以下の細粒とに分け、鉄、珪素、アルミニウムを主とする粗粒を分離すると共に、細粒からなる元飛灰中の重金属分を製錬原料として回収する。
【００２３】
上記第２工程で得られた元飛灰を水に溶解してｐＨが３〜７の範囲になるように攪拌して、重金属分を含む残渣と、塩類含有濾液とに分別する。次いで、得られた残渣をリパルプして塩酸又は硫酸を加えｐＨを３．０よりも低く、好ましくは１．０前後に調整して鉛以外の重金属を浸出溶解させ、鉛を主体とする残渣と、亜鉛や銅など溶解重金属分を含む濾液とに分別する。
【００２４】
次いで、上記塩類含有濾液と浸出溶解液とを混ぜ、これに対して中和剤として水酸化ナトリウム、炭酸ナトリウムまたは水酸化カルシウムの少なくとも一種を添加してそのｐＨを７．０以上、好ましくは７．５〜８．５に調整することにより、亜鉛を主とする重金属を水酸化合物として生成させ、その液中に重金属が小量残留している場合には、さらに、硫化ナトリウム、水硫化ナトリウムまたは硫化水素などの硫化剤を添加して残留する重金属を硫化物として沈澱させ濾過分別して亜鉛澱物と最終中和濾液を得る（第３工程）。
【００２５】
従って、本発明の方法では、元飛灰に含まれる重金属を主に鉛を含有する残渣と、主に亜鉛、銅を含有する水酸化物および硫化物とに分けて回収することができるため、それぞれ非鉄製錬原料として活用できるものである。
【００２６】
（実施例１）
【００２７】
Ｂゴミ焼却工場産ＥＰ灰４６０ｋｇを１３０ＫＶＡのジロー式試験電気炉に装入し１３５０℃で溶融を行なった。この場合、電気炉からの煙道途中に冷却チャンバーを取付け、該チャンバー内にフリーエアーを入れて排ガスを２００℃前後に急冷して、鉄、珪素、アルミニウム系の高沸点化合物を晶出させて分離した（第１工程）。
【００２８】
次いで、上記工程から得られた排ガスをバグフィルターを通すことによってガス中に含まれている細い粒子からなる低沸点化合物を主とする元飛灰の全量２７．１ｋｇを回収した（第２工程）。得られた元飛灰の品位を表２に示す。
【００２９】
【表２】
0003855207.tif 000003
【００３０】
次いで、先ず２リットルビーカーに蒸留水１リットルを入れ攪拌しながら上記表２に示す元飛灰５０ｇを添加してスラリーとし、硫酸を添加しながらｐＨを４に維持しつつ１０分間攪拌した後、固液分離した（重金属分離）。
【００３１】
上記で得られた残渣を蒸留水１リットルでリパルプしたものに硫酸を添加してｐＨが１になるようにｐＨ調整を行なった後、１０分間攪拌し、得られた鉛残渣を固液分離して回収したが、その残渣品位を表３に示す（鉛残渣分離）。
【００３２】
【表３】
0003855207.tif 000004
【００３３】
次いで、上記重金属分離と鉛残渣分離操作によって得られた濾過液を混合した後、２００ｇ／リットルに調整した水酸化ナトリウム水溶液を添加してｐＨ７．０まで中和し、さらに１０ｇ／リットルに調整した水硫化ナトリウム液を酸化還元電位で−１００ｍＶ（Ａｇ／ＡｇＣｌ電極基準）まで添加し亜鉛を主とする重金属の水酸化物澱物およびその他の硫化物澱物を生成させ、固液分離して残渣と最終濾過液とに分離し、残渣は洗浄して亜鉛澱物として分離回収したが、その澱品位を表３に併せて示した（亜鉛澱物分離）。
【００３４】
上記表３に示すように、鉛残渣と亜鉛澱物との品位は、非鉄製錬原料として充分であった。
【００３５】
（実施例２）
【００３６】
Ｂゴミ焼却工場産ＥＰ灰４６０ｋｇを、１３０ＫＶＡのジロー式試験電気炉に装入し、１３５０℃で溶融を行なった。この場合、電気炉からの煙道途中にサイクロン分級機を取付、分級機手前でフリーエアーを入れ、排ガス温度を５００〜６００℃に低下させると共に流速を調整することにより、分級点を３０〜４０μｍに設定して、分級点以上の粗粒子と鉄、珪素、アルミニウム系の高沸点化合物を晶出させて分離した（第１工程）。
【００３７】
次いで、上記工程から得られた排ガスをバグフィルターを通すことによってガス中に含まれていて細い粒子からなる低沸点化合物を主とする元飛灰の全量２３．２ｋｇを回収した（第２工程）。得られた元飛灰の品位を表４に示す。
【００３８】
【表４】
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【００３９】
第２工程で得られた元飛灰を原料とした他は、実施例１に示す手段で重金属分離処理を行ない、表５に示すような鉛残渣と亜鉛澱物とを得ることができたが、これらは何れも非鉄製錬原料として充分であった。
【００４０】
【表５】
0003855207.tif 000006
【００４１】
（比較例１）
【００４２】
Ｂゴミ焼却工場産ＥＰ灰４６０ｋｇを実施例２に示すように１３０ＫＶＡのジロー式試験電気炉に装入し、１３５０℃で溶融を行ない、発生した元飛灰や高沸点化合物等を併せてバグフィルターで飛灰原料として２８．９ｋｇ回収した。その品位を表６に示す。
【００４３】
【表６】
0003855207.tif 000007
【００４４】
得られた飛灰原料５０ｇを実施例１に示す手段で重金属分離処理を行ない、目的とする鉛残渣を亜鉛澱物を得、その品位を表７に示したが、これらの結果から明らかなように、鉛残渣と亜鉛澱物の品位は共に３０％以下であり、これらを非鉄製錬原料として使用するには不充分であった。
【００４５】
【表７】
0003855207.tif 000008
【００４６】
【発明の効果】
上述のように本発明方法によれば元飛灰に含まれている重金属を安定な形で分離することができ、また、分離された鉛を含む残渣と亜鉛を主とする重金属の水酸化澱物は、それぞれ鉛及び亜鉛を資源として活用できるものであるため、有害な重金属を処分場に埋立てることなく安全な処分を行なうことができる。