JP2012002492A - 有価金属回収装置 - Google Patents

Abstract

【課題】クリーンな排気ガスを排出することができる有価金属回収装置を提供する。
【解決手段】燃焼空間２０を有する燃焼室２と、燃焼室２内に配置され、かつ、有底で上部に開口を有し被処理物を収容する加熱容器１１と、燃焼室２内に燃焼ガスを供給する第１の燃焼バーナ３と、燃焼室２の上方に突設され、加熱容器１１の上部開口１１ａを密閉するタワー５と、タワー５とガス導出路６を介して連通し、被処理物を加熱したときに発生する未燃ガスが導出されるガス処理室７と、ガス処理室７に燃焼ガスを供給する第２の燃焼バーナ８と、ガス処理室７で生成される燃焼ガスを燃焼室２内に導入するガス導入路９と、燃焼室２内の燃焼ガスを外部に排出する煙道４と、加熱容器１１に設けられ、燃焼室２の上部とタワー５の内部とを連通する連通部１３とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、廃棄物などの被処理物に含まれる有価金属を回収するための有価金属回収装置に関する。

近年の産業廃棄物などの増加に伴い、産業廃棄物に含まれる貴金属、銅、アルミニウムのような有価金属を高品位かつ高歩留まりで回収することが求められている。廃棄物中に含まれる有価金属を効率良く回収することができる装置として、例えば、特許文献１に開示された有価金属回収装置が知られている。

この有価金属回収装置１００は、図７に示すように、燃焼室１０１を有する装置本体１０２と、燃焼室１０１に加熱気体を供給する燃焼バーナ１０３と、燃焼室１０１で生成された燃焼ガスを外部に排出する煙道１０４と、燃焼室１０１に収容される廃棄物を収容可能な加熱容器１０５とを備えている。加熱容器１０５は、上部の開口が蓋体１０６により開閉可能に覆われており、加熱容器１０５には、蓋体１０６を閉じた状態で燃焼室１０１の上部と連通する連通部１０７が備えられている。

上記した構成の有価金属回収装置１００では、燃焼バーナ１０３から燃焼室１０１に高温の燃焼ガスを供給することにより、加熱容器１０５内の廃棄物が加熱される。これにより、加熱容器１０５において廃棄物の溶融が開始するとともに、廃棄物に含まれる可燃性物質（油、塗料、プラスチック、ゴム、布、紙、木材など）による未燃ガスが、連通部１０７から燃焼室１０１に導出される。この未燃ガスは、燃焼室１０１において燃焼ガスと混合して燃焼され、煙道１０４から排出される。

この有価金属回収装置１００によると、加熱容器１０５の上部開口が蓋体１０６により閉じられているために、内部が無酸素状態または低酸素状態となるので、加熱容器１０５内の廃棄物は還元雰囲気で燃焼される。その結果、溶融する金属の酸化を抑制したうえで、有価金属を効率よく回収することができるようになっている。

国際公開第２００６−０３５５７０号公報

しかしながら、上述した廃棄物中の可燃性物質の未燃ガスは、一般に燃えにくく、よって、廃棄物中に可燃性物質が多く含まれている場合には、特許文献１に記載の有価金属回収装置１００を使用しても、未燃ガスを完全に燃焼させることは難しく、煙道１０４から排出される排気ガス中に未燃ガスが混入するおそれがある。また、煙道１０４において、残留する未燃ガスを完全に燃焼させたうえで排出するのではランニングコストが嵩む。そのため、排気ガスを高効率でクリーンにする点からはさらに改良の余地があった。

本発明は、上記した問題に着目してなされたもので、クリーンな排気ガスを高効率で排出することができる有価金属回収装置を提供することを目的とする。

本発明の前記目的は、被処理物に含まれる有価金属を回収するための有価金属回収装置であって、耐火材からなる周壁と床面とによって取り囲まれた燃焼空間を有する燃焼室と、前記燃焼室内に配置され、かつ、有底で上部に開口を有し被処理物を収容する加熱容器と、前記燃焼室内に加熱気体を供給する第１の燃焼バーナと、前記燃焼室の上方に突設され、前記加熱容器の上部開口を閉じる筒状のタワーと、前記タワーとガス導出路を介して連通し、被処理物を加熱したときに発生する未燃ガスが導出されるガス処理室と、前記ガス処理室に加熱気体を供給する第２の燃焼バーナと、前記ガス処理室で生成される燃焼ガスを前記燃焼室内に導入するガス導入路と、前記燃焼室内の燃焼ガスを外部に排出する煙道とを備える有価金属回収装置により達成される。

本発明の好ましい一実施態様においては、前記加熱容器は、前記燃焼室の上部と前記タワーの内部とを連通する連通部を備えていることを特徴としている。

本発明の好ましい他の実施態様においては、前記タワー内に加熱気体を供給する第３の燃焼バーナをさらに備え、前記タワーは、本体部と、前記本体部の下部に設けられ、前記本体部よりも大きな内径を有する下部タワーとを備えており、前記第３の燃焼バーナは、前記下部タワー内に加熱気体を導入するように備えられていることを特徴としている。

本発明のさらに好ましい他の実施態様においては、前記タワー内には、前記タワーの本体部の内周面との間に隙間が形成されるように筒状の内筒管が設けられているとともに、前記内筒管の外側を加熱気体が流れるように前記第３の燃焼バーナが配置されており、前記内筒管の外周面には、前記第３の燃焼バーナにより供給される加熱気体を前記内筒管内に導入するスリット状の開口が形成されていることを特徴としている。

本発明のさらに好ましい他の実施態様においては、前記下部タワー内には、リング状のしきい部材が設けられているとともに、前記しきい部材の外側を加熱気体が流れるように前記第３の燃焼バーナが配置されており、前記しきい部材には、前記しきい部材の内外を連通する連通部が形成されていることを特徴としている。

本発明のさらに好ましい実施態様においては、前記第２の燃焼バーナは、前記ガス処理室の内部において、前記ガス導出路のガス導出口の近傍に配置されていることを特徴としている。

本発明のさらに好ましい実施態様においては、前記燃焼室、前記ガス処理室、および前記タワーの少なくとも何れか一つは、その内部に外部から支燃性ガスを導入可能な給気口を備えることを特徴としている。

本発明のさらに好ましい実施態様においては、前記ガス導出路には、支燃性ガスを供給する補助給気手段が、ガス吐出口が前記ガス処理室に向けて取り付けられていることを特徴としている。

本発明の有価金属回収装置によれば、クリーンな排気ガスを高効率で排出することができる。

本発明の一実施形態に係る有価金属回収装置の概略構成を示す縦断面図である。 本発明の他の実施形態に係る有価金属回収装置の煙道の内部構成を示す縦断面図である。 本発明の他の実施形態に係る有価金属回収装置の概略構成を示す縦断面図である。 図３の有価金属回収装置のタワー内の概略構成を示す横断面図である。 本発明の他の実施形態に係る有価金属回収装置の概略構成を示す縦断面図である。 図５の有価金属回収装置のタワー内の概略構成を示す横断面図である。 従来の有価金属回収装置の断面図である。

以下、本発明の実態形態について添付図面を参照して説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る有価金属回収装置１の断面図である。図１に示すように、有価金属回収装置１は、内部に燃焼空間２０を有する燃焼室２と、燃焼室２に取り付けられた第１の燃焼バーナ３および煙道４と、燃焼室２の上方に突設された筒状のタワー５と、タワー５とガス導出路６を介して連通されるガス処理室７と、ガス処理室７に取り付けられた第２の燃焼バーナ８と、ガス処理室８と燃焼室２とを連通するガス導入路９とを備えている。

燃焼室２は、鉄製のケーシング２１に耐火材２２が内張りされた上部開口の箱状体により構成されており、この耐火材２２よりなる周壁２３と床面２４とによって取り囲まれた空間が燃焼空間２０となっている。燃焼室２の床面２４には支持台１０が設置されており、この支持台１０上に加熱容器１１が載置されている。燃焼室２の周壁２３の上部位置には、ガス排気口２５が形成されており、このガス排気口２５に煙道４が接続されている。煙道４は、ガス排気口２５から水平に延びた配管が屈曲して鉛直上方に延びるように形成されている。

また、燃焼室２の周壁２３には、外部から燃焼用空気を導入するための給気口２６が形成されている。給気口２６は、本実施形態においては、平面視円形状の燃焼室２に対し周方向に沿って略等間隔に３カ所形成され、かつ、それぞれの箇所において上下３段に形成されている。各給気口２６から導入される空気の流量は、給気口２６に接続されるパイプ内に設置されたバルブ２６ａの開度調整により個別に制御可能である。

なお、給気口２６の形成方向は、本実施形態においては、燃焼室２の径方向に略一致させているが、燃焼室２の内部で旋回流が生じ易くするために、燃焼室２の接線方向に沿って給気口２６を形成してもよい。また、給気口２６の形成箇所や個数なども本実施形態に限定されるものではなく、必要な空気導入量などによって適宜設定可能である。さらに、第１の燃焼バーナ３から十分な空気を燃焼室２内に導入することができる場合には、必ずしも給気口２６を設ける必要はない。

支持台１０は、中央部に空洞を有する筒状に形成され、その下面が燃焼室２の床面２４と当接し、その上面が加熱容器１１の底面と当接することにより、加熱容器１１を支持している。支持台１０の上面および下面には、それぞれ等角度位置（例えば９０度等間隔の位置）に、径方向に沿って延びる溝部１０ａがそれぞれ凹設されている。各溝部１０ａは、支持台１０内部の空洞と支持台１０の外部とを連通する連通部として機能しており、第１の燃焼バーナ３から燃焼室２内に噴射された高温の燃焼ガスが各溝部１０ａを通って支持台１０内部に導入されることにより、加熱容器１１は外周からだけでなく、その底部からも加熱されるようになっている。

加熱容器１１は、有底で上部に開口１１ａを有しており、その内部に廃棄物を収容可能である。加熱容器１１の素材としては、熱伝導性が良好な材料からなることが好ましく、本実施形態においては、その主要部が、黒鉛坩堝からなる容器により構成されている。黒鉛坩堝は、非鉄金属溶解用の坩堝炉に多用されており、鱗状黒鉛および炭化珪素を主成分とし、熱伝導率が高く、かつ、優れた耐酸化性、耐熱性および耐熱衝撃性を有し、低温から高温までの広い温度範囲で優れた耐久性を発揮する。

加熱容器１１の周囲には、燃焼室２の周壁２３との間に周隙２７が形成され、周隙２７は燃焼室２の周壁２３下部に配置された第１の燃焼バーナ３から噴射される燃焼ガスの上昇通路となる。また、加熱容器１１の上方には、燃焼室２の上面に着脱可能に固定される上蓋１２が備えられている。

上蓋１２は、上面中央部が上方に突出するリング状の部材であり、上方に突出する部分の上端面が水平面とされている。加熱容器１１の上面には、１または複数の溝部が凹設されている。加熱容器１１の上面が、セラミックファイバなどのクッション材（図示せず）を介してリング状の上蓋１２の下面と当接することにより、前記溝部が連通部１３として機能し、燃焼室２の上部と後述するタワー５の内部とを連通させる。

連通部１３の大きさや数は特に限定されないが、加熱容器１１で生成された塵や灰などが排出されないように、なるべく小さいことが好ましく、その数も必要最小限であることが好ましい。また、連通部１３にフィルタを設けることによって、塵や灰などの排出を確実に防止してもよい。フィルタとしては、セラミックファイバなどからなるバルク状、フェルト状、シート状、メッシュ状の通気性部材を例示することができる。また、燃焼室２で生じる燃焼ガスの流れによって加熱容器１５内の塵灰などが飛散しないように、連通部１３の周囲近傍に、必要に応じて邪魔板などを取り付けてもよい。

連通部１３の形状は、必ずしも本実施形態のように溝部である必要はない。例えば、加熱容器１１の側壁に形成した貫通孔を連通部１３とすることもできる。また、上蓋１２の下面に突部を設け、この突部が加熱容器１１の上面と当接することにより形成される隙間を連通部１３としてもよい。

第１の燃焼バーナ３および第２の燃焼バーナ８は、予備燃焼を行うパイロットバーナと、本燃焼を行うメインバーナとを備える公知の構成であり、燃料パイプ３０，８０および燃焼用給気パイプ３１，８１を介してそれぞれ供給する燃料および燃焼用空気の流量（空気比）を適宜調整することにより、燃焼負荷や燃焼温度を制御することができる。

第１の燃焼バーナ３は、燃焼室２の周壁２３の下方位置に取り付けられており、燃焼ガスが、加熱容器１１の周囲を旋回しながらガス排気口２５から排出されるように、加熱容器１１の接線方向に向けて配置されている。第１の燃焼バーナ３およびガス排気口２５の配置は、必ずしも本実施形態のものに限定されないが、第１の燃焼バーナ３から燃焼室２に噴射された燃焼ガスが、燃焼室２内において十分撹拌され、かつ、ガス排気口２５から排出されるまでの燃焼時間を十分確保することができるような配置であることが好ましい。なお、第２の燃焼バーナ８の詳細については後述する。

燃焼室２の上方には、円筒状の本体部５０を有するタワー５が突設されている。本体部５０の下端は、上蓋１２の上端に固定手段（図示せず）により密着固定することができるようになっており、これにより、タワー５は、燃焼室２の上方に突出する状態で加熱容器１１の開口１１ａを密閉する。

本体部５０の上部には、軸線が斜め上方に延びる投入部５１が設けられている。投入部５１は、アルミニウム切粉などの有価金属を含む廃棄物を加熱容器１１内に投入するための投入蓋５２が先端に設けられており、投入された廃棄物は、投入部５１の傾斜した内周面に沿って本体部５０に案内されて、加熱容器１１内に落下する。

本体部５０の上部には、ガス排気口５３が形成されており、このガス排気口５３にガス導出路６が接続されている。ガス導出路６は、ガス排気口５３から水平に延びた配管が屈曲して鉛直下方に延びるように形成されており、その先端のガス導出口６０がガス処理室７の上面に設けられたガス給気口７４に連結されて、タワー５とガス処理室７とを連通している。加熱容器１１の加熱により、廃棄物から発生してタワー５内部を上昇する水蒸気や有機系物質などの未燃ガスは、ガス排気口５３からガス導出路６を介してガス処理室７内に流入させることができるようになっている。

なお、ガス導出路６の途中に、タワー５とガス処理室７との間で未燃ガスを循環させるための循環ファンを設け、その回転に伴う吸引力によって強制的に循環流を生じさせることにより、タワー５内部の未燃ガスをガス処理室７に導出させるように構成してもよい。

ガス処理室７は、鉄製のケーシング７１に耐火材７２が内張りされた箱状体により構成されており、内部に処理空間７０を有しているとともに、その上部が平板状の蓋体７３により塞がれている。この蓋体７３にはガス給気口７４が設けられており、ガス給気口７４にガス導出路６が接続されている。

蓋体７３には、ガス給気口７４の近傍位置に、蓋体７３の内外を連通するガス導入口７３ａが形成されている。このガス導入口７３ａに、第２の燃焼バーナ８が取り付けられており、ガス処理室７の内部には、処理空間７０に臨ませて配置された第２の燃焼バーナ８から燃焼ガスが噴射される。ここで、ガス導入口７３ａとガス給気口７４とは連通空間７５を介して連通しており、第２の燃焼バーナ８から燃焼ガスがガス処理室７に噴射されると、噴射されるガス流によるエゼクタ効果で、タワー５からガス導出路６を介して連通空間７５に導出された未燃ガスが、燃焼ガスとともにガス処理室７に吸引されて、ガス処理室７内で燃焼ガスと混合される結果、未燃ガスは、ガス処理室７において燃焼される。

このように、本実施形態では、第２の燃焼バーナ８により燃焼ガスが噴射されると、連通空間７５の内部は、燃焼ガスの噴射によるエゼクタ効果により負圧状態になるため、ガス導出路６の未燃ガスがガス給気口７４から連通空間７５に吸引されて、燃焼ガスとともにガス処理室７に噴射される。よって、ガス導出路６において、上流側から下流側への未燃ガスの循環流が生じる結果、タワー５内部の未燃ガスは、ガス導出路６からガス処理室７にスムーズに導出されるようになっている。

上記した本実施形態の構成によれば、タワー５内部の未燃ガスをガス処理室７に導出させるための動力源が特別不要であるため、ガス処理室７の小型化が可能であるとともに、ランニングコストの低減化を図ることができる。なお、ガス処理室７における第２の燃焼バーナ８の配置は、必ずしも上記した実施形態に限られるものではなく、ガス処理室７の内部において、ガス給気口７４（ガス導出路６のガス導出口６０）の近傍に配置されていれば、適宜変更可能である。

ガス処理室７の周壁７５には、外部から燃焼用空気を導入するための給気口７６が形成されている。給気口７６は、本実施形態においては、平面視円形状のガス処理室７に対し周方向に沿って略等間隔に３カ所形成され、かつ、それぞれの箇所において上下３段に形成されている。各給気口７６から導入される空気の流量は、給気口７６に接続されるパイプ内に設置されたバルブ７６ａの開度調整により個別に制御可能である。なお、給気口７６の形成方向は、本実施形態においては、ガス処理室７の径方向に略一致させているが、ガス処理室７の内部で旋回流が生じ易くするために、ガス処理室７の接線方向に沿って給気口７６を形成してもよい。また、給気口７６の形成箇所や個数なども本実施形態に限定されるものではなく、必要な空気導入量やガス処理室７の形状などによって適宜設定可能である。さらに、第２の燃焼バーナ８から十分な空気をガス処理室７内に導入することができる場合には、必ずしも給気口７６を設ける必要はない。

ガス処理室７の下部には、ガス排気口７７が形成されており、このガス排気口７７にガス導入路９が接続されている。ガス導入路９は、その先端が燃焼室２の下部に設けられたガス給気口２８に連結されており、ガス処理室７と燃焼室２とを連通して、ガス処理室７で発生した燃焼ガスを、燃焼室２内に導入させることができるようになっている。なお、ガス導入路９の途中に、燃焼室２とガス処理室７との間で燃焼ガスを循環させるために、例えば循環ファンなどの循環流を生じさせる循環装置を設け、強制的に循環流を生じさせることにより、ガス処理室７内部の燃焼ガスを燃焼室２に導入させるように構成してもよい。

次に、以上のように構成された有価金属回収装置１を用いて、廃棄物を加熱処理する方法を具体的に説明する。例えば、アルミ、銅、亜鉛などの非鉄金属を含む廃棄物に、油、有機塗料、プラスチック、ゴム、布、紙、木材などの可燃性廃棄物を伴う廃棄物を加熱処理する場合、本実施形態の加熱処理装置１を用いて、以下に示すように廃棄物に含まれる非鉄金属を溶融させて有価金属として回収することができる。

まず、タワー５の投入蓋５２を開放し、開口１１ａから加熱容器１１内に、上述したような可燃性廃棄物を伴う廃棄物を投入する。次に、投入蓋５２を閉じた後、第１の燃焼バーナ３を作動させて、第１の燃焼バーナ３から燃焼室２内に高温の燃焼ガスを供給する。燃焼室２内部に供給された燃焼ガスは、加熱容器１１を加熱しつつ、周隙２７内を上昇し、加熱容器１１上端の連通部１３からタワー５内に入る。第１の燃焼バーナ３によって加温される燃焼室２の内部温度は、回収する有価金属の溶融温度を考慮して適宜設定すればよく、例えば、廃棄物がアルミ飲料缶やアルミ切粉などのようなアルミニウム材を含む場合、約９００℃に設定することができる。燃焼室２の内部温度は、温度センサ（図示せず）などでモニタリングしながら第１の燃焼バーナ３におけるメインバーナおよびパイロットバーナのオン／オフ制御や、給気口２６のバルブ２６ａの開度調整などにより、燃焼量や空気比を調節して所望の温度に設定可能である。

加熱容器１１は、上部開口１１ａがタワー５により閉じられているために、内部が無酸素状態または低酸素状態となっている。よって、加熱容器１１が加熱されることにより、加熱容器１１内の廃棄物に含まれる有価金属は、還元雰囲気で溶融される。本実施形態においては、加熱容器１１を支持する支持台１０に通気部１０ａが形成されているので、燃焼ガスは、加熱容器１１の側壁だけでなく底部とも接触し、加熱容器１１の全体を効率よく加熱することができる。このような加熱容器１１の伝熱を利用した間接加熱により廃棄物を還元雰囲気で加熱することで、廃棄物に含まれる有価金属の酸化を抑制した状態で、有価金属を容易に回収することができる。なお、加熱容器１１に、必要に応じてヤシの実やプラスチックなどの炭化を促進する材料を投入し、還元雰囲気を強化するようにしてもよい。

有価金属以外の油、塗料、プラスチックなどの可燃性廃棄物については、加熱容器１１の加熱により熱分解し、ガス状となって加熱容器１１内に放出され、その一部は、連通部１３からタワー５内部に流入する燃焼ガスと混合されて、タワー５内において燃焼する。一方、加熱容器１１の加熱により廃棄物から発生したガスの大部分は、未燃ガスとして、タワー５上部のガス排気口５３からガス導出路６を介してガス処理室７に導出される。

この未燃ガスは、ガス処理室７内で、第２の燃焼バーナ８からの燃焼ガス、および、必要に応じて導入される給気口７６からの燃焼用空気と混合されることにより燃焼されて、燃焼ガスとなる。この際、第２の燃焼バーナ８の燃焼ガスの噴射に伴ってガス処理室７に未燃ガスが吸引されること（エゼクタ効果）によって、連通空間７５、すなわち、ガス導出路６の下流側が負圧となるために、タワー５から導出される未燃ガスは、ガス導出路６を通ってガス処理室７にスムーズに導出されるようになっている。

第２の燃焼バーナ８から供給される燃焼ガスの温度は、未燃ガスやダイオキシン類などの完全燃焼を促す観点から８００℃以上であることが好ましく、８５０℃以上であることがより好ましい。また、給気口７６からガス処理室７内に導入する気体は、空気以外に、酸素など他の支燃性ガスであってもよく、これによって、ガス処理室７内における未燃ガスの完全燃焼を促すことができる。

ガス処理室７にて燃焼された燃焼ガスは、第２の燃焼バーナ８の燃焼ガスとともにガス排気口７７からガス導入路９を経て、燃焼室２に供給される。ガス処理室７から燃焼室２に導入された燃焼ガスは、第１の燃焼バーナ３から供給される燃焼ガスと合流し、加熱容器１１を加熱する熱源として有効利用された後、煙道４から排出される。また、上記燃焼ガスの一部は、加熱容器１１を加熱しつつ、周隙２７内を上昇し、加熱容器１１上端の連通部１３からタワー５内に入って、廃棄物から発生した未燃ガスを燃焼させるための熱源として有効利用される。

なお、ガス処理室７から燃焼室２に導入されるガスの中に、ガス処理室７において燃焼し切れなかった未燃ガスが一部含まれている場合には、この未燃ガスは、第１の燃焼バーナ３によって燃焼室２に供給された燃焼ガスにより燃焼される。このように、ガス処理室７から燃焼室２に導入されるガス中に未燃ガスが万一含まれていたとしても、燃焼室２内にて燃焼を完結させることができ、廃棄物から発生する未燃ガスの完全燃焼を促すことができる。

本実施形態の有価金属回収装置１によれば、廃棄物の燃焼により廃棄物から発生する未燃ガスは、タワー５において、連通部１３を介して導入された燃焼ガスと混合して燃焼され（一次燃焼）、さらに、ガス処理室７において第２の燃焼バーナ８により供給された燃焼ガスと混合して燃焼され（二次燃焼）、加えて、燃焼室２において第１の燃焼バーナ３により供給された燃焼ガスと混合して燃焼された後（三次燃焼）に、煙道４から排出される。よって、本実施形態においては、装置全体において、未燃ガスの燃焼時間を十分確保することができ、この結果、未燃ガスの完全燃焼を促すことができるので、煙道４から排出される排気ガスをクリーンな状態に確実に維持することができ、煙、臭気、塵灰などの排出を防止することができる。

さらに、未燃ガスの燃焼により発生する高温の燃焼ガスを、燃焼室２に循環させて加熱容器１１の加熱などに有効利用しているので、サーマルリサイクルにより、第１の燃焼バーナ３の消費燃料などを低減することができ、廃棄物から有価金属を効率よく回収できるだけでなく、可燃性廃棄物の燃焼熱も資源として有効回収できる。

以上、本発明の一実施形態について詳述したが、本発明の具体的な態様は上記実施形態に限定されない。例えば、タワー５の周壁５４に、外部から支燃性ガスとして燃焼用空気を導入するための給気口５５を形成してもよい。図２において、給気口５５は、平面視円形状のタワー５に対し周方向に沿って略等間隔に３カ所形成され、かつ、それぞれの箇所において上下３段に形成されている。各給気口５５から導入される空気の流量は、給気口５５に接続されるパイプ内に設置されたバルブ５５ａの開度調整により個別に制御可能である。

なお、給気口５５の形成方向は、タワー５の径方向に略一致させてもよいし、タワー５の内部で旋回流が生じ易くするために、タワー５の接線方向に沿って形成してもよい。また、給気口５５の形成箇所や個数なども本実施形態に限定されるものではなく、必要な空気導入量などによって適宜設定可能である。

この給気口５５からタワー５内に燃焼用空気を供給することにより、廃棄物から発生した未燃ガスを、ガス処理室７内や燃焼室２内の他、タワー５内部でも積極的に燃焼させることができるので、装置全体として、未燃ガスの完全燃焼化を確実に図ることが可能になり、煙道４からの排気ガスをクリーンな状態に維持し、煙、臭気、塵灰などの排出を防止することができる。

また、ガス導出路６に、図２に示すように、空気、予熱空気、酸素などの支燃性ガスを導入するための補助給気手段９０を設けてもよい。この補助給気手段９０は、ブロワなどの加圧空気供給源（図示せず）に接続された補助給気管９１を備えており、補助給気管９１の先端のガス吐出口９２は、ガス処理室７の方に向けられている。補助給気管９１の途中には、制御弁９３が介在されており、この制御弁９３の開度調整により、支燃性ガスをガス導出路６内に所望の流量で供給することができる。

この実施形態においては、補助給気菅９１からガス導出路６に支燃性ガスを供給することで、ガス処理室７に向けてガス導出路６を通過する未燃ガスを積極的に燃焼させることができる。加えて、ガス吐出口９２がガス処理室７の方に向けられており、補助給気菅９１の支燃性ガスの供給により、ガス導出路６において、上流側から下流側へガスの流れが生じる結果、ガス導出路６内の未燃ガスがガス処理室７に向けてスムーズに導出される。

図３は、本発明の他の実施形態に係る有価金属回収装置１´の断面図である。本実施形態の有価金属回収装置１´も、図３に示すように、内部に燃焼空間２０を有する燃焼室２と、燃焼室２に取り付けられた第１の燃焼バーナ３および煙道４と、燃焼室２の上方に突設された筒状のタワー５と、タワー５とガス導出路６を介して連通されるガス処理室７と、ガス処理室７に取り付けられた第２の燃焼バーナ８と、ガス処理室８と燃焼室２とを連通するガス導入路９とを備えている。なお、本実施形態の有価金属回収装置１´において、上記した実施形態の有価金属回収装置１の構成と同一の部位については、同一の符号を付することで説明を省略する。

本実施形態では、タワー５は、円筒状の本体部５０と、本体部５０よりも大きい内径（断面積）を有する下部タワー５６とにより構成されている。本体部５０の下端は、下部タワー５６の上端に固定手段（図示せず）により固定されているとともに、下部タワー５６の下端は、燃焼室２の上面に固定手段（図示せず）により固定されている。加熱容器１１の上面は、本実施形態では、水平面とされており、セラミックファイバなどのクッション材（図示せず）を介して下部タワー５６の下面と隙間なく当接している。

下部タワー５６の内部には、第３の燃焼バーナ５７が設けられている。第３の燃焼バーナ５７は、予備燃焼を行うパイロットバーナと、本燃焼を行うメインバーナとを備える公知の構成であり、燃料パイプおよび燃焼用給気パイプを介してそれぞれ供給される燃料および燃焼用空気の流量（空気比）を適宜調整することにより、燃焼負荷や燃焼温度を制御することができる。この第３の燃焼バーナ５７は、下部タワー５６内の本体部５０よりも外側の内径が拡径した拡径空間５８に設けられており、燃焼ガスが円状の下部タワー５６の接線方向に排出されて、下部タワー５６の内壁の側周面に沿って旋回するように、そのガス排出口６８の向きが決められている。

また、下部タワー５６の内部には、第３の燃焼バーナ５７が設けられている拡径空間５８と、本体部５０の内部空間と連続する内部空間５９との間の境目部分に、リング状のしきい部材６１が設けられている。このしきい部材６１の上面および下面には、径方向に沿って延びる複数の溝部６２がそれぞれ凹設されている。しきい部材６１は、その上面および下面が、下部タワー５６の内壁の上面および下面とそれぞれ当接するように配置されているが、各溝部６２は、このとき、しきい部材６１内部の内部空間５９としきい部材６１外部の拡径空間５９とを連通する連通部として機能し、第３の燃焼バーナ５７から拡径空間５９内に噴射された高温の燃焼ガスが各溝部６２を通って下部タワー５６の内部空間５９に導入されるようになっている。

なお、図３では、しきい部材６１の上面および下面に溝部６２を設け、この溝部６２を介して下部タワー５６の内部空間５９と拡径空間５９とを連通させているが、必ずしもこれに限られるものではなく、例えば、しきい部材６１の側壁に貫通孔を形成し、この貫通孔を介して下部タワー５６の内部空間５９と拡径空間５９とを連通させることもできる。

本実施形態の有価金属回収装置１´では、加熱容器１１が第１の燃焼バーナ３によって加熱されることにより、加熱容器１１内の廃棄物に含まれる有価金属は溶融される一方、有価金属以外の油、塗料、プラスチックなどの可燃性廃棄物は熱分解し、ガス状となって加熱容器１１内に放出され、未燃ガスとしてタワー５内に入る。タワー内５に放出された未燃ガスは、まず、下部タワー５６の拡径空間５９から各溝部６２を介して下部タワー５６の内部空間５９および本体部５０内部に流入する第３の燃焼バーナ５７からの燃焼ガスと混合されて、燃焼する。タワー５で発生する燃焼ガスおよび燃焼し切れなかった未燃ガスの混合ガスは、タワー５上部のガス排気口５３からガス導出路６を介してガス処理室７に導出される。

ガス処理室７内に導入されると、次に、第２の燃焼バーナ８からの燃焼ガスおよび必要に応じて導入される給気口７６からの燃焼用空気と混合されることにより、混合ガス中の未燃ガスは燃焼されて、燃焼ガスとなる。そして、ガス処理室７にて燃焼された燃焼ガスおよび燃焼し切れなかった未燃ガスは、ガス排気口７７からガス導入路９を経て、燃焼室２に供給される。燃焼室２に供給された混合ガス中の未燃ガスは、最後に、第１の燃焼バーナ３から供給される燃焼ガスと混合されて燃焼する。これにより、未燃ガスは完全燃焼し、燃焼室２に供給された混合ガス中の燃焼ガスとともに加熱容器１１を加熱する熱源として有効利用された後、煙道４から排出される。

本実施形態の有価金属回収装置１´によれば、廃棄物の燃焼により廃棄物から発生する未燃ガスは、タワー５において、第３の燃焼バーナ５７からの燃焼ガスによって燃焼され（一次燃焼）、さらに、ガス処理室７において第２の燃焼バーナ８からの燃焼ガスによって燃焼され（二次燃焼）、加えて、燃焼室２において第１の燃焼バーナ３からの燃焼ガスによって燃焼された後（三次燃焼）に、煙道４から排出される。よって、本実施形態においても、装置全体において、未燃ガスの燃焼時間を十分確保することができ、この結果、未燃ガスの完全燃焼を促すことができるので、煙道４から排出される排気ガスをクリーンな状態に確実に維持することができ、煙、臭気、塵灰などの排出を防止することができる。

さらに、未燃ガスの燃焼により発生する高温の燃焼ガスを、燃焼室２に循環させて加熱容器１１の加熱などに有効利用しているので、サーマルリサイクルにより、第１の燃焼バーナ３の消費燃料などを低減することができ、廃棄物から有価金属を効率よく回収できるだけでなく、可燃性廃棄物の燃焼熱も資源として有効回収できる。

図５は、図３の有価金属回収装置１´の変形例の断面図を示す。図５に示す有価金属回収装置１´では、タワー５内に、しきい部材６１に代わって、両端が開口した円筒状の内筒管６３が配備されている。内筒管６３は、タワー５の本体部５０の内径よりも小さい外径を有しており、内筒管６３の周囲には、本体部５０の内周壁との間に空隙６７が形成されている。この内筒管６３は、上部にフランジ部６４が形成されており、フランジ部６４を介して、タワー５の本体部５０内に吊り下げ状態で支持されている。内筒管６３の下部は、下部タワー５６まで延びている。

内筒管６３の周面には、スリット状の給気口６５が開設されている。図６に示すように第３の燃焼バーナ５７から排出される燃焼ガスは、下部タワー５６の内壁の側周面に沿って旋回するように流れ、その一部が内筒管６３の下部開口６６から内筒管６３内に流入するとともに、その大部分は、内筒管６３と本体部５０との間の空隙６７内を上昇し、内筒管６３の給気口６５から内筒管６３内に流入するようになっている。

この実施形態においては、加熱容器１１に加熱により発生する未燃ガスは、内筒管６３内に放出される。内筒管６３内に放出された未燃ガスは、内筒管６３の各給気口６５および下部開口６６を介して内筒管６３内に流入する第３の燃焼バーナ５７からの燃焼ガスと混合されて、燃焼する。そして、タワー５で発生する燃焼ガスおよび燃焼し切れなかった未燃ガスの混合ガスは、タワー５上部のガス排気口５３からガス導出路６を介してガス処理室７に導出される。

なお、その後の未燃ガスの処理については、上記した図３の実施形態と同様であるので、ここでは詳細な説明は省略するが、この実施形態においても、廃棄物の燃焼により廃棄物から発生する未燃ガスは、タワー５において、第３の燃焼バーナ５７からの燃焼ガスによって燃焼され（一次燃焼）、さらに、ガス処理室７において第２の燃焼バーナ８からの燃焼ガスによって燃焼され（二次燃焼）、加えて、燃焼室２において第１の燃焼バーナ３からの燃焼ガスによって燃焼された後（三次燃焼）に、煙道４から排出される。よって、未燃ガスの完全燃焼を促すことができる結果、煙道４から排出される排気ガスをクリーンな状態に確実に維持することができ、煙、臭気、塵灰などの排出を防止することが可能である。

図１、図２、図３、および図５に示す有価金属回収装置１，１´において、投入部５１は、本体部５０に対して複数設けてもよい。例えば、複数の投入部５１を本体部５０の中心から放射状に配置することで、廃棄物を加熱容器１１内に均一に分散落下させることが容易になる。また、投入部５１を本体部５０の側壁に設ける変わりに、本体部５０の上部から被処理物が落下するように配置してもよい。

また、投入部５１は、投入蓋５２と、図１、図２、図３および図５において一点鎖線で示すように内蓋４０との二重蓋を備え、この二重蓋により、投入部５１を開閉するように構成してもよい。投入蓋５２と内蓋４０との間には、廃棄物を貯留可能な貯留部４１が形成されている。内蓋４０は、タワー５の本体部５０の内方に向かって開閉可能に設けられており、内蓋４０が閉じられていると、貯留部４１とタワー５の本体部５０とが遮断される一方、図１、図３および図５において鎖線で示すように、内蓋４０を開くと、貯留部４２とタワー５の本体部５０とが連通する。

この実施形態において、廃棄物を投入するには、内蓋４０を閉じた状態で投入蓋５２を開放することで、貯留部４１に廃棄物を貯留可能となる。そして、投入蓋５２を密閉し、内蓋４０を開放すると、貯留部４１に貯留されていた廃棄物が、加熱容器１１内に落下する。このように、この実施形態においては、廃棄物を投入する際には、常に内蓋４０を閉じた状態にすることで、投入蓋５２の開放によって、炉内の未燃ガスが外部に放出されることを防止することができる。なお、内蓋４０の開閉を、投入蓋５２の開閉に機械的に連動するように構成することで、未燃ガスの放出を確実に防止することが可能である。

また、上記した各実施形態においては、加熱容器１１が黒鉛坩堝により構成されているが、亜鉛や低融点アルミニウム合金材などのように溶融温度が低い廃棄物を溶融させる場合には、安価で熱伝導性が良好な鉄製の容器からなる加熱容器１１を使用することもできる。なお、加熱容器１１としては、その他に、耐火セラミック製や鉄以外の金属製の容器などを使用することもできる。

１ 有価金属回収装置
２ 燃焼室
３ 第１の燃焼バーナ
４ 煙道
５ タワー
６ ガス導出路
７ ガス処理室
８ 第２の燃焼バーナ
９ ガス導入路
１１ 加熱容器
１３ 連通部
２０ 燃焼空間
２３ 周壁
２４ 床面
２６ 給気口
５１ 投入部
５２ 投入蓋
５５ 給気口
５６ 下部タワー
５７ 第３の燃焼バーナ
６１ しきい部材
６３ 内筒管
６５ スリット
６８ ガス排出口
７６ 給気口
６０ ガス導出口
９０ 補助給気手段
９２ ガス吐出口

Claims (8)

1. 被処理物に含まれる有価金属を回収するための有価金属回収装置であって、
   耐火材からなる周壁と床面とによって取り囲まれた燃焼空間を有する燃焼室と、
   前記燃焼室内に配置され、かつ、有底で上部に開口を有し被処理物を収容する加熱容器と、
   前記燃焼室内に加熱気体を供給する第１の燃焼バーナと、
   前記燃焼室の上方に突設され、前記加熱容器の上部開口を閉じる筒状のタワーと、
   前記タワーとガス導出路を介して連通し、被処理物を加熱したときに発生する未燃ガスが導出されるガス処理室と、
   前記ガス処理室に加熱気体を供給する第２の燃焼バーナと、
   前記ガス処理室で生成される燃焼ガスを前記燃焼室内に導入するガス導入路と、
   前記燃焼室内の燃焼ガスを外部に排出する煙道とを備える有価金属回収装置。
2. 請求項１に記載の有価金属回収装置であって、
   前記加熱容器は、前記燃焼室の上部と前記タワーの内部とを連通する連通部を備えていることを特徴とする有価金属回収装置。
3. 請求項１に記載の有価金属回収装置であって、
   前記タワー内に加熱気体を供給する第３の燃焼バーナをさらに備え、
   前記タワーは、本体部と、前記本体部の下部に設けられ、前記本体部よりも大きな内径を有する下部タワーとを備えており、
   前記第３の燃焼バーナは、前記下部タワー内に加熱気体を導入するように備えられていることを特徴とする有価金属回収装置。
4. 前記タワー内には、前記タワーの本体部の内周面との間に隙間が形成されるように筒状の内筒管が設けられているとともに、前記内筒管の外側を加熱気体が流れるように前記第３の燃焼バーナが配置されており、前記内筒管の外周面には、前記第３の燃焼バーナにより供給される加熱気体を前記内筒管内に導入するスリット状の開口が形成されていることを特徴とする請求項３に記載の有価金属回収装置。
5. 前記下部タワー内には、リング状のしきい部材が設けられているとともに、前記しきい部材の外側を加熱気体が流れるように前記第３の燃焼バーナが配置されており、前記しきい部材には、前記しきい部材の内外を連通する連通部が形成されていることを特徴とする請求項３に記載の有価金属回収装置。
6. 前記第２の燃焼バーナは、前記ガス処理室の内部において、前記ガス導出路のガス導出口の近傍に配置されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の有価金属回収装置。
7. 前記燃焼室、前記ガス処理室、および前記タワーの少なくとも何れか一つは、その内部に外部から支燃性ガスを導入可能な給気口を備えることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の有価金属回収装置。
8. 前記ガス導出路には、支燃性ガスを供給する補助給気手段が、ガス吐出口が前記ガス処理室に向けて取り付けられていることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の有価金属回収装置。

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