流動床式ガス化溶融炉における最終処分量低減～金属類回収量の向上～
Reduction of Final Disposal Volume in Fluidized Bed Gasiﬁcation and Melting
Furnace ～ Improved Metal Recovery ～小野雄基＊
Yuki Ono

島 孝一＊
Koichi Shima

鈴木崇之＊
Takayuki Suzuki

青木 勇＊＊
Isamu Aoki

循環型社会への移行が押し進められており，廃棄物処理分野でも焼却処理時に発生するエネルギ利用のみではなく，資源化物を回収し再利用することが求められている。当社の流動床式ガス化溶融炉は，流動床炉においてごみをガス化し，後段の溶融炉にて化石燃料を使わずに飛灰を溶融処理し，スラグとして回収することを特長としている。金属類は酸化されずに流動層底部から不燃物として排出されることから，分別回収後，資源として再利用することが可能である。金属類の回収量を増加させるための不燃物処理フローに関して検討し，磁選機の多段化，非鉄選別機の高性能化および篩選別機の目開き最適化を行った。これらを組合わせることにより，回収物の金属割合を90％以上とし，高純度の金属類を回収できる新規フローを開発した。
With society transitioning to a recycling basis, it has become necessary in the field of waste treatment not
only to use the energy generated in the process of waste incineration but also to recover and recycle
resources. Our fluidized bed gasification and melting furnace is capable of gasifying refuse in a fluidized bed
furnace and melting fly ash into slag in a subsequent melting furnace without using fossil fuels. Furthermore,metals are discharged as incombustibles from the bottom of the fluidized bed without being oxidized, so themetals can be separated, collected and recycled as resources. Research was subsequently conducted into theincombustibles treatment flow in order to increase the recovery of metals and resulted in the development ofa multi-stage magnetic separator, enhanced performance of the non-ferrous metal separator and optimized
mesh size for the sieving machine. These improvements combined to create a new treatment flow that
increased metal recovery by over 90 % and allowed metals of a higher degree of purity to be recovered.

Key Words：
流動床式ガス化溶融炉

Fluidized bed gasification and melting furnace

金Metal recovery

属類

収

最終処分量削減

Reduction of final disposal Volume

循

Recycling society

環型

環境プラント技術本部 装置技術部 技術企画室

社会

神鋼環境ソリューション技報

20
＊回

＊＊

環境プラント技術本部 装置技術部

Vol. 16 No. 2（2020 ／ 3）

【セールスポイント】
・廃棄物の保有する熱エネルギを利用することで外部燃料を使用せずに廃棄物のガス化，高温燃焼，灰の溶融処理を一貫して行うことのできる経済的な処理方式である。
・多種多様な性状の廃棄物に適用可能であり，掘起しごみや他所灰の処理により，最終処分場の負荷を軽減可能である。
・金属類を未酸化状態で回収し，有効利用することが可能である。

まえがき

中の金属を不燃物として回収できることも大きな特1991年の廃棄物処理法改正により，廃棄物の排出長である４）。処分場再生事業を例にとれば，現在よ抑制と分別・再生（再資源化）が法律の目的としてりも選別機能が不十分であった過去の処理物を溶融加えられ，社会システムはそれまでの大量消費型か処理することになり，この場合不燃物中に多くの有ら循環型へ移行している。近年では，廃棄物として価資源が含まれている可能性がある。したがって，回収されるものに有用価値を見出し，社会で再利用

不燃物からの金属類の選別とスラグ化という流動床する仕組みの構築が進み，循環型社会の高度化が進式ガス化溶融炉の資源再生機能は，資源の有効活用んでいる。一方，気候変動に起因した災害が多発しと最終処分量低減につながるため，今後ますます重生活環境が脅かされることもあり，社会の持続可能要になってくる。

性を高めることが国際的な共通課題となっている。

今回，流動床式ガス化溶融炉の資源再生機能向上

社会システムの中で廃棄物処理は，静脈産業としを目的として，不燃物選別処理の高度化の開発を行て包括的に資源循環と持続可能性を高める上で重要い，従来よりも回収物の品位を向上できる結果が得な役割を担っている。廃棄物中には金属類に代表さられた。これらの成果は新規設備だけでなく，資源れる有用な資源が含まれており，廃棄物から分別回回収の強化を希望する既存設備へも適用でき，リサ収されたこれらの資源は，廃棄物処理施設から循環イクル分野で広く活用することができる５）。本報でシステムへ再供給されている。また太陽光やバイオは，不燃物から高純度で金属類を回収する方法につマスといった再生可能エネルギの利用は拡大していいて提案する。

るが，未だにエネルギ自給率が低い我が国にとっ1.て，廃棄物発電は，全国に広く分散し持続可能社会を構成するエネルギ供給拠点として期待される。

1. 1

不燃物処理フロー

従来の不燃物処理フロー

従来の不燃物処理フローを図１に示す。まず磁選

このように廃棄物処理施設に対する新たな期待が機と非鉄選別機にて，それぞれ鉄分と非鉄金属類が高まる一方で，継続して課題となっているのが最終有価物として回収される。鉄分に高い純度が要求さ処分場の延命化である。最終処分場の残存容量は平れる場合には，回収した鉄分を砂分離スクリーンに成22年19 452万 t か ら 平 成28年16 777万 t へ と 減 少

通して砂を分離し，鉄分の純度を高めている。非鉄傾向にある。最終処分場へ搬入される最終処分物の選別機を通過した不燃物からは，不燃物スクリーン削減により，最終処分場の延命化を図ってはいるもで粒度の大きいその他金属類を Mix メタルとしてのの，残余年数は17年程度で推移し大きな改善は期回収する。スクリーン通過物は不燃物貯留槽で一次１）待できない状況である 。資源の再循環や有効利用貯留した後，定量的に粉砕機へ投入される。不燃物による最終処分量の削減は，継続して取組むべき喫中のがれき類は，ここで細かく粉砕される。最終処緊の課題である。

理工程で粉砕物スクリーンを通過した粉砕物は，ガ当社の流動床式ガス化溶融炉は，化石燃料に対すス化炉から排出される熱分解ガスに同伴された飛灰るダイベストメント（投資撤退）が進む中，ごみのとともに溶融炉へ供給され，溶融スラグとなる。粉エネルギで発電とともに灰のスラグ化を実現できる

砕物スクリーン上から回収された不燃物は，金属類処理方式として注目され，実績を積重ねている。現残渣として排出される。この金属類残渣は，スクリ在は，最終処分場の掘起こしごみの処理による処分ーンの篩目を通過しなかったがれきの一部が金属類場再生や他施設灰のスラグ化まで適用範囲を拡大さと混在した状態で回収される。このような従来の不せている

２），３）。またガス化方式に流動床を採用していることから，流動床での比重差分離によりごみVol. 16 No. 2（2020 ／ 3）

燃物処理工程を見直し，回収する有価金属類の純度向上を実現することが望まれる。

神鋼環境ソリューション技報

21

不燃物

不燃物

磁選機

鉄分

砂分離スクリーン

磁選機

鉄分

砂分離スクリーン

磁選機
非鉄選別機

非鉄金属類

非鉄選別機
（高性能型）

非鉄金属類

不燃物スクリーン

Mix メタル a不燃物スクリーンMix メタル A

砂

不燃物貯留槽砂

不燃物貯留槽粗粉砕機
Mix メタル B

粗粉砕物スクリーン
粉砕機

粉砕機

粉砕物スクリーン

Mix メタル c

粉砕物

追加機器
仕様変更機器

粉砕物
図１

1. 2

Mix メタル C

粉砕物スクリーン

図２

従来フロー

新規の不燃物処理フロー

表１

今回新しく検討した不燃物処理フローを図２に示組す。各追加機器の目的について，以下に記載する。
１）磁選機の追加

新フロー

不燃物原料の組成

成割合（重量％）19 ％～22 ％0.49 ％～0.51 ％3.5 ％～4.2 ％6.3 ％～13 ％61 ％～71 ％鉄
銅
アルミニウムその他金属がれき類

磁選機を２段設置し，接触回数を増やすことによって鉄分をより多く回収する。
２）非鉄選別機の性能向上
非鉄金属類については，高性能型の非鉄選別機の採用により資源化物回収量を向上させる。
３）粗粉砕機および粗粉砕物スクリーンの追加

4020することで，スクリーン上から回収される Mix メ

2.

2. 1

試験結果

計
合8下2.
8以

2.
2〜13.

13.226.

26.5〜

メタルの品位を向上させる。

5〜53以

上

タル中に混入するがれき類の同伴量を低減し，Mix505

クリーン，粉砕物スクリーンの篩目幅を適正に選定

6037.の他金属類とがれき類の粒径差に応じて粗粉砕物ス

金属類

37.

ことで，がれき類の粒径を段階的に小さくする。そ

金属類以外

8053〜

ロールクラッシャ）を設置し，２段粉砕処理をする

100

割合（重量％）

粉砕機（ロッドミル）の前段に粗粉砕機（ダブル粒度分布（mm）

不燃物原料の組成

図３

不燃物原料の粒度分布（２回のサンプル平均値）

実施設の不燃物原料を対象として，試験を行った。
実サンプルを２回採取し，組成と粒度分布を調査し上の大きいサイズも含まれていた。金属類に対してた結果をそれぞれ表１と図３に示す。がれき類が約

がれき類（金属類以外）は全体的に粒度が小さく，61 ％～71 ％ともっとも多く，次いで鉄が20 ％前後

26.5 mm 以下がほぼ全量を占め，その内訳は26.5～であり，アルミニウムが４ ％前後であった。金属

13.2 mm が１割程度，13.2～2.8 mm が７割以上，2.8類の粒度分布については2.8 mm 以上がほぼ全量をmm 以下が２割程度という粒度分布であった。

占め，その内の約７割が26.5～2.8 mm で，53 mm 以22

不燃物原料の調査結果より，まずは金属の中でも神鋼環境ソリューション技報

Vol. 16 No. 2（2020 ／ 3）

多く含まれる鉄分，アルミについて，それぞれ磁選

2. 4

不燃物スクリーン，粗粉砕処理および粗粉砕機，非鉄選別機により分別回収を行うこととした。

物スクリーン，粉砕処理および粉砕物スクリー

さらに，53 mm 以上の粒度のものについては，金ンの篩分け特性

属類の割合が100 ％であったことから，１段目の不不燃物スクリーンの回収物の組成を図７に示す。

燃物スクリーンの篩目は53 mm を採用し，回収金不燃物を前段で磁選機と非鉄選別機で選別処理した属類の純度を上げるとともに，後段に設置する粗粉後，不燃物スクリーンで篩分けを行った結果，回収砕機への負荷を軽減した。

物（Mix メタル A）の組成は，約92 ％が金属類で2. 2

磁選機による選別特性あり，金属類を高純度で回収することができた。

１段目磁選機の回収物，１段目＋２段目磁選機の今回，一定粒度までがれきを粉砕することがで回収物の粒度分布をそれぞれ図４と図５に示す。１

き，かつ，安定して連続処理することが可能である段目と２段目の回収物量の比率は，１段目が96.4ことから，粗粉砕機としてダブルロールクラッシャ％，２段目が3.6 ％であり，鉄分の多くは１段目磁を採用した。前段の不燃物スクリーンの目幅を53選機で回収されていた。図４と図５を比較すると粒mm としたことから，投入物の粒径は約53 mm 以下

度分布にはほとんど差が無く，13.2 mm 以上の粒子となる。ロール間に滞留物が残りにくい間隙としの割合が50 ％以上を占め，4.75 mm 以上の粒子のて，ダブルロールクラッシャの間隙は10 mm とし割合が90 ％以上を占めていた。

た。不燃物スクリーンを通過した不燃物を粗粉砕機

非鉄選別機による選別性能に投入してがれき類を粉砕し，後段の粗粉砕物スク

2. 3

非鉄選別機による回収物の粒度分布を図６に示

リーン上の回収物における金属類の割合を評価しす。非鉄選別機の回収物の粒度分布は13.2 mm 以上た。篩目幅16 mm，22.4 mm の粗粉砕物スクリーンの粒子が占める割合が60 ％で，組成割合では非鉄上の回収物中の金属類と金属類以外の割合を図８，金属が全量の約85 ％を占めていた。また，非鉄金

図９に示す。回収物（Mix メタル B）中の金属類の属の大部分は非磁性物であるステンレスであった。

割合は，篩目幅16 mm の場合86.9 ％であったのに100その他

80割合（重量％）

鉄604020鉄604020

粒度分布（mm）

図４1000以計

2.

合

下0

１段目＋２段目磁選機の回収物の粒度分布

Mix メタル A

100

その他
非鉄金属

割合（重量％）

604020

がれき類

80

その他金属
ステンレス

60

鉄4020

非鉄選別機回収物の粒度分布

Vol. 16 No. 2（2020 ／ 3）

計
合8下2.
8以2.
〜.5〜
2613.2

13.25.5〜37

粒度分布（mm）

粒度分布（mm）

図６26.

537.
53〜

計
合下2.
0以2.
08〜2.

4.
75〜2.

8

75
13.2〜4.

上2以13.

上0053以割合（重量％）2.

粒度分布（mm）

図５

１段目磁選機の回収物の粒度分布

80

2.
8〜

2.
8
4.
75〜

2〜

4.
75

上13.2
以

計
合

2.

0以

下02.
2.
8〜

2.
8
4.
75
〜

13.

2〜

13.2
以4.
75

0

上0

その他

80

13.

割合（重量％）

100

図７

不燃物スクリーン回収物組成（篩目幅53 mm）

神鋼環境ソリューション技報23Mix メタル B

Mix メタル B

2.513.1

金属類
金属類以外

金属類
金属類以外

86.9

図８97.5

粗粉砕物スクリーン回収物組成（篩目幅16 mm）

5.8

図９

粗粉砕物スクリーン回収物組成（篩目幅22.4 mm）

Mix メタル C

6.8

Mix メタル（Total）

金属類
金属類以外

金属類
金属類以外

94.2

図1093.2

図11粉砕物スクリーン回収物組成（篩目幅２ mm）

Mix メタルの組成

対し，篩目幅22.4 mm の場合は97.5 ％に向上した。

抑えられ，Mix メタル中の金属類の割合は93.2 ％と不燃物を粗粉砕した上で，不燃物の粒度分布に応じ高い純度となった。施設によって，地域性を反映して粗粉砕物スクリーンの篩目幅を適正に選択するこて不燃物の組成や粒度分布は異なるが，それらの入とで，スクリーン回収物中の金属類の純度を大幅に口条件に応じて粗粉砕処理や粉砕処理，各スクリー向上できることが示された。

ンの篩目幅を最適化することにより，Mix メタルの粗粉砕物スクリーンを通過した不燃物を，粉砕機でさらに細粒化する試験を実施した。粉砕機を通過後に粉砕物スクリーンで篩分けした，スクリーン上の純度を向上できると考えられる。

む

すび

選別機器の追加や選別性能の高い機器の採用によ

回収物（Mix メタル C）の組成を図10に示す。回収り，金属類濃度が90 ％を超える高い純度の Mix メ

物中の金属類の割合は94.2 ％で高い純度が得られた。

タルを回収できる最適な不燃物処理フローを構築し粗粉砕機および後段の粗粉砕物スクリーンによるた。一方で，地域によっては高純度でなくても回収がれきの粉砕と金属類の回収では，粗粉砕機のローした金属類をリサイクルできる場合もある。機器のル間隙間と粗粉砕物スクリーンの目幅を調整するこ追加は初期コストのアップにもつながるので，不燃とで，純度の高い金属類を回収することができるこ

物処理の導入には，本研究成果を基に，地域の要請とがわかった。また，粗粉砕物スクリーンにより金に適したフローを提案してまいりたい。

属類を回収することで後段の粉砕機（ロッドミル）

最後に，本試験にあたりご協力頂きました上伊那に投入される金属量は低減され，より効率的にがれ広域連合の関係者の方々にお礼申し上げます。

き類の粉砕処理を行うことが可能となった。また，［参考文献］
１）環境省報道発表資料（2019）２）黒岡ら：神鋼環境ソリューション技報，16（1）p.2631（2019）３）細田：神鋼環境ソリューション技報，13（2）p.2-11（2017）
４）小松原ら：神鋼環境ソリューション技報，13（1）p.21-26（2016）５）小野ら：第41回全国都市清掃研究・事例発表会 講
演論文集Ⅱ－4－81（2020）

本フローの最終工程に設けた粉砕物スクリーンで，回収する金属類の純度が向上することも明らかになった。
2. 5

トータル Mix メタルの組成

不燃物スクリーン，粗粉砕物スクリーン，粉砕物スクリーンの回収物を全て混合した Mix メタルの組成を図11に示す。金属類以外の混入率は6.8 ％に
24

神鋼環境ソリューション技報

Vol. 16 No. 2（2020 ／ 3）