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JP7017855B2 - 焼却主灰の処理装置及び処理方法 - Google Patents

焼却主灰の処理装置及び処理方法 Download PDF

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Description

本発明は、焼却主灰から貴金属を回収すると共に、貴金属回収後の灰分を有効利用するための装置及び方法に関する。
都市ごみなどの廃棄物は焼却処理されており、焼却によって生ずる焼却主灰は、従来埋立処分場に埋立処分されている。しかし、近年では、埋立処分場が枯渇する虞があることに鑑み、焼却主灰を有効利用する試みがなされている。特に、焼却主灰から金属を回収した後灰分を有効利用する試みが積極的になされている。
例えば、特許文献１には、焼却主灰を乾式ボールミルで破砕してから篩で分級し、分級により得られた粗粒子側に金属を回収し、灰分から金属がある程度まで除去された微粒子をセメント原料として有効利用することが記載されている。
特開２００９－５６３６２号公報
しかし、焼却主灰には一般的な金属の他に金、銀及び銅等の貴金属も含まれており、焼却主灰をより有効に利用するためには、焼却主灰から貴金属を効率よく回収した後に灰分を利用することが望ましい。
そこで、本発明は、上記従来技術における問題点に鑑みてなされたものであって、焼却主灰から貴金属を効率よく回収すると共に、貴金属回収後の灰分を有効利用することを目的とする。
上記目的を達成するため、本発明は、焼却主灰の処理装置であって、焼却主灰を最大粒径５ｍｍ以下に破砕又は分級あるいはこれらの両方を行う破砕装置又は／及び分級装置と、該破砕装置又は／及び分級装置から排出された最大粒径５ｍｍ以下の焼却主灰を貴金属及び金属アルミニウムを含む導体と、灰分を含む不導体とに分離する、ドラムの回転数が４０００ｒｐｍ以上の渦電流選別装置と、該渦電流選別装置から排出された貴金属及び金属アルミニウムを含む導体を、貴金属を多く含む高比重物と、金属アルミニウムを多く含む低比重物とに分離するエアテーブルとを備えることを特徴とする。
本発明によれば、焼却主灰の最大粒径を５ｍｍ以下に調整した後、渦電流選別装置によって導体側に貴金属及び金属アルミニウム分を効率よく回収することができ、さらに比重差選別装置によって貴金属と金属アルミニウム分とを分離することで焼却主灰から貴金属や金属アルミニウム分を別々に効率よく回収することができる。残りの灰分は、セメント原料等に有効利用することができる。特に、選別処理前の焼却主灰に比べてアルミニウム分を低減しているため、セメント１トンを製造するために使用できる量を増やすことができる。
また、上記焼却主灰の処理装置において、前記焼却主灰に、団粒化を防止するための改質材を混合する混合装置をさらに備えることができ、焼却主灰に改質材を混合することにより、焼却主灰の団粒化を防止することができる。
また、上記焼却主灰の処理装置において、前記渦電流選別装置から排出された貴金属及び金属アルミニウムを含む導体を風力により重量物と軽量物とに分離する風力選別装置をさらに備え、該重量物を前記エアテーブルに供給し、貴金属を多く含む高比重物と金属アルミニウムを多く含む低比重物とに分離することができる。風力選別装置を備えることにより、さらに効率的に貴金属の回収を行うことができる。
さらに、本発明は、焼却主灰の処理方法であって、焼却主灰を最大粒径５ｍｍ以下に破砕又は／及び分級し、該破砕又は／及び分級で得られた最大粒径５ｍｍ以下の焼却主灰をドラムの回転数が４０００ｒｐｍ以上の渦電流選別装置を用いた渦電流選別により貴金属及び金属アルミニウムを含む導体と、灰分を含む不導体とに分離し、該渦電流選別で得られた貴金属及び金属アルミニウムを含む導体を、エアテーブルを用いた比重差選別により貴金属を多く含む高比重物と金属アルミニウムを多く含む低比重物とに分離することを特徴とする。
本発明によれば、焼却主灰から貴金属や金属アルミニウム分を効率よく別々に回収することができる。
また、上記焼却主灰の処理方法において、前記灰分をセメント用原料とすることができる。
また、上記焼却主灰の処理方法において、前記焼却主灰の破砕又は／及び分級の前に、前記焼却主灰に、団粒化を防止する改質材を混合することができる。これにより、焼却主灰の団粒化を防止することができる。
また、上記焼却主灰の処理方法において、前記渦電流選別で得られた貴金属及び金属アルミニウムを含む導体を、比重差選別する前に、風力選別により重量物と軽量物とに分離し、該重量物を前記エアテーブルを用いた比重差選別により貴金属を多く含む高比重物と金属アルミニウムを多く含む低比重物とに分離することができる。これにより、さらに効率的に貴金属の回収を行うことができる。
また、上記焼却主灰の処理方法において、前記改質材は、都市ごみの焼却飛灰、石炭飛灰、石灰石粉及び砂粉砕物から選択される少なくとも１つからなるものとすることができる。改質材としてこれらの成分を用いることにより、貴金属回収後に焼却主灰との混合物をセメント原料として利用することができる。
また、上記焼却主灰の処理方法において、前記改質材は、前記風力選別により選別された軽量物とすることができる。粗粒分及び水分が少ない軽量物を使用することにより、良好な団粒化防止効果を奏することができる。
また、上記焼却主灰の処理方法において、前記改質材を、前記焼却主灰１００質量部に対して１５質量部以上５０質量部以下加えることができる。これにより団粒化を効果的に防止することができる。
また、上記焼却主灰の処理方法において、前記改質材の粒径を０．１ｍｍ以下とすることができる。これにより団粒化を効果的に防止することができる。
以上のように、本発明によれば、焼却主灰から貴金属等を効率よく回収すると共に、残りの灰分を有効利用することができる。
本発明に係る焼却主灰の処理装置の第１実施形態を示す全体構成図である。 図１に示す処理装置に用いられる渦電流選別装置を示す概略図である。 図１に示す処理装置に用いられるエアテーブルを示す概略図である。 本発明に係る焼却主灰の処理装置の試験例で用いた装置を示す全体構成図である。 本発明に係る焼却主灰の処理装置の第２実施形態を示す全体構成図である。
次に、本発明を実施するための形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。尚、焼却主灰とは、都市ごみなどの可燃物をストーカ式や流動床式等の焼却炉で焼却した際に焼却炉の底に残留する灰（ボトムアッシュ）である。
図１は、本発明に係る焼却主灰の処理装置の第１実施形態を示し、この処理装置１は、受け入れた焼却主灰Ａ１を乾燥させる乾燥装置２と、乾燥装置２から排出された乾燥灰Ａ２を磁力選別する第１磁力選別装置３と、第１磁力選別装置３から排出された非磁性体Ｎ１を破砕する破砕装置４と、破砕装置４から排出された破砕物Ｃを磁力選別する第２磁力選別装置７と、第２磁力選別装置７から排出された非磁性体Ｎ２を渦電流選別する渦電流選別装置８と、渦電流選別装置８から排出された導体Ｅを風力選別する風力選別装置９と、風力選別装置９から排出された重量物Ｈ１を比重差選別するエアテーブル１０等を備える。
乾燥装置２は、焼却主灰Ａ１を乾燥させるために備えられる。乾燥装置２には、焼却主灰Ａ１を連続的に処理できるロータリーキルン式の熱風乾燥装置を用いるのが好ましい。また、乾燥装置２で焼却主灰Ａ１の乾燥に用いる熱源としては、セメント焼成装置で発生する熱を用いることができ、例えば、セメントキルン排ガス等のセメントキルンの排熱を用いることができる。焼却主灰Ａ１を好ましくは水分２０％以下まで乾燥させることで、乾燥装置２の後段の工程において処理対象物が団粒化するのを防止することができ、各工程において効率的な処理が可能となる。
第１磁力選別装置３は、乾燥灰Ａ２から鉄分等を含む磁性体Ｍ１を除去するために備えられる。第１磁力選別装置３としては、例えば、ドラム式磁選機や吊下式磁選機等を用いることができる。
破砕装置４は、第１磁力選別装置３からの非磁性体Ｎ１を５ｍｍ以下の任意の粒径に破砕するために備えられる。非磁性体Ｎ１を破砕することで、非磁性体Ｎ１中の貴金属付着粒子の表面から貴金属濃縮粒子を削り取ることができる。尚、本発明において、「Ａｍｍ以下の粒径」とは、篩であれば目開きＡｍｍの篩を用いた場合の通過分であるが、厳密に粒度分離をできない装置の場合は目開きＡｍｍの篩上に残る粒子の重量が１０％以下である場合を指す。
サイクロン５は、破砕装置４によって非磁性体Ｎ１が破砕される際に発生する粉塵を含む排ガスＧ１から集塵するために備えられ、この粉塵をダストＤ１として回収する。また、バグフィルタ６は、サイクロン５の排ガスＧ２から集塵するために備えられ、サイクロン５で回収できなかったダストＤ２を回収する。
また、第２磁力選別装置７は、破砕物Ｃから鉄分等を含む磁性体Ｍ２を除去するために備えられる。第２磁力選別装置７としては、例えば、ドラム式磁選機や吊下式磁選機等を用いることができる。
渦電流選別装置８は、第２磁力選別装置７からの非磁性体Ｎ２に電磁誘導を引き起こし、非磁性体Ｎ２を導体Ｅと不導体Ｉとに分離するために備えられる。渦電流選別装置８には、回転磁石式のものを用いることができ、例えば、図２に示すように、円柱状に形成され、Ｎ極とＳ極とが円柱側面の周方向に交互に設けられる磁石８ａと、磁石８ａを内部に収容するドラム８ｂと、ドラム８ｂに巻回されて非磁性体Ｎ２を搬送するベルトコンベヤ（移動式ベルト）８ｃと、非磁性体Ｎ２を導体Ｅと不導体Ｉとに分離する板状のセパレータ８ｄとを備えるものを用いることができる。
また、渦電流選別装置８のドラム８ｂの回転数は４０００ｒｐｍ以上にするのが好ましい。これにより、非磁性体Ｎ２から導体Ｅ側に貴金属及び金属アルミニウム分を効率よく回収することができる。特に、非磁性体Ｎ２の粒径が５ｍｍ以下である場合、ドラム８ｂの回転数を４０００ｒｐｍ以上にすることで、ドラム８ｂの回転数を４０００ｒｐｍ未満とする場合に比較して回収率を大きく向上させることができる。
図１に示すように、風力選別装置９は、渦電流選別装置８から排出された導体Ｅを風力によって重量物Ｈ１と軽量物Ｌ１とに分離するために備えられる。風力選別装置９は省略することも可能であるが、風力選別装置９を備えることにより、さらに効率的に貴金属の分離と回収を行うことが可能となる。
エアテーブル１０は、風力選別装置９から排出された重量物Ｈ１を比重差選別によって高比重物Ｈ２と低比重物Ｌ２とに分離するために備えられる。エアテーブル１０は、図３に示すように、所定の角度で傾斜すると共に空気流を通過させる複数の小通気口を有する振動式テーブル１０ａと、回転することで振動式テーブル１０ａの下面から上面に空気を供給する吹上送風機１０ｂ等を備える。
振動式テーブル１０ａの上面に供給された重量物Ｈ１は、振動式テーブル１０ａを通過する空気流によって振動式テーブル１０ａの上面から浮上した状態となり、振動式テーブル１０ａの傾斜方向に付与された振動により、比重の大きい高比重物Ｈ２が下層に、比重の小さい低比重物Ｌ２が上層に移動する。下層の高比重物Ｈ２は振動式テーブル１０ａの上面から摩擦力と振動力とを受けて斜め上方へ移動し、上層の低比重物Ｌ２は振動式テーブル１０ａの上面から摩擦力と振動力とを受けずに斜め下方へ押し流され、高比重物Ｈ２と低比重物Ｌ２とは振動式テーブル１０ａから別々に排出される。尚、エアテーブル１０に代えて、その他の比重差選別装置を用いることもでき、乾式と湿式のいずれの装置を用いることもできる。
次に、上記構成を有する焼却主灰の処理装置１の動作について図１を中心に参照しながら説明する。
受け入れた焼却主灰Ａ１を乾燥装置２に供給し、焼却主灰Ａ１の水分含有率が２０％程度以下になるまで乾燥する。次に、乾燥装置２から排出された乾燥灰Ａ２を、第１磁力選別装置３で磁力選別して磁性体Ｍ１と非磁性体Ｎ１とに分離する。また、第１磁力選別装置３から排出した非磁性体Ｎ１を破砕装置４で破砕する。さらに、サイクロン５で破砕装置４の排ガスＧ１から集塵すると共に、バグフィルタ６でサイクロン５の排ガスＧ２から集塵し、サイクロン５及びバグフィルタ６でダストＤ１、Ｄ２を各々回収する。
破砕装置４から排出された破砕物Ｃを第２磁力選別装置７で磁力選別して磁性体Ｍ２と非磁性体Ｎ２とに分離し、第２磁力選別装置７から排出された非磁性体Ｎ２を渦電流選別装置８で渦電流選別して貴金属及び金属アルミニウム分を多く含む導体Ｅと不導体Ｉとに分離する。
次に、渦電流選別装置８から排出された導体Ｅを風力選別装置９に供給して貴金属やアルミニウム分を含む重量物Ｈ１と、貴金属や金属アルミニウム分の少ない軽量物Ｌ１とに分離した後、風力選別装置９から排出された重量物Ｈ１をエアテーブル１０に供給して純度の高い貴金属を含む高比重物Ｈ２と純度の高いアルミニウム分を含む低比重物Ｌ２とに分離する。この際、サイクロン１１でエアテーブル１０から排出される排ガスＧ３から集塵すると共に、バグフィルタ１２でサイクロン１１の排ガスＧ４から集塵し、サイクロン１１及びバグフィルタ１２でダストＤ３、Ｄ４を各々回収する。
以上のように、渦電流選別装置８によって、非磁性体Ｎ２から貴金属や金属アルミニウム分が除去された灰分を不導体Ｉとして回収することができると共に、エアテーブル１０によって、純度の高い貴金属を高比重物Ｈ２として回収することなどが可能となる。
また、上記処理装置１で回収したものを各々有効に利用する。例えば、第１磁力選別装置３及び第２磁力選別装置７で除去した磁性体Ｍ１、磁性体Ｍ２には鉄分が多く含まれているため、製鉄用原料やセメント原料等の鉄分として利用することができる。また、サイクロン５及びバグフィルタ６で回収したダストＤ１、Ｄ２もセメント原料等に利用することができる。
さらに、渦電流選別装置８から排出された不導体Ｉや、風力選別装置９から排出された軽量物Ｌ１にも貴金属や金属アルミニウム分がほとんど含まれていないため、セメント原料等に利用する。
尚、図示を省略するが、エアテーブル１０から排出した高比重物Ｈ２から磁力選別によって鉄分等を除去し、貴金属の純度をさらに高めることもできる。
さらに、サイクロン１１及びバグフィルタ１２で回収したダストＤ３、Ｄ４には金属アルミニウム分が多く含まれているため、ダストＤ３、Ｄ４を組成に応じて金属アルミニウムのリサイクル原料やセメント原料として利用することができる。
尚、上記実施の形態では、破砕装置４の破砕物Ｃを第２磁力選別装置７に供給したが、破砕装置４に代えて篩等の分級装置を設け、この分級装置で粒径が５ｍｍ以下の所定範囲内にある粒子を各々第２磁力選別装置７に供給することもできる。この場合、所定の粒径より大きい粒子はセメント原料等として系外に排出してもよいし、破砕して所定範囲内の粒径となるようにしてもよい。
さらに、上記実施の形態では、破砕装置４の破砕物Ｃを第２磁力選別装置７に供給したが、破砕物Ｃを分級する篩等の分級装置を設け、この分級装置で破砕物Ｃを分級して粒径が５ｍｍ以下の所定範囲内に調整してもよい。
また、５ｍｍ以下の所定範囲内にある粒子群をさらに粒群毎に細分化し、これらの粒子群を各々第２磁力選別装置７に供給することでより回収精度を高めることができる。例えば、破砕装置４から排出された破砕物Ｃを第１の篩に供給し、粒径５ｍｍ以上の粒子群と粒径５ｍｍ未満の粒子群とに分離する。次に、第１の篩で得られた粒径５ｍｍ未満の粒子群を第２の篩に供給し、粒径３ｍｍ以上５ｍｍ未満の粒子群と粒径３ｍｍ未満の粒子群とに分離する。さらに、第２の篩で得られた粒径３ｍｍ未満の粒子群を第３の篩に供給し、粒径２ｍｍ以上３ｍｍ未満の粒子群と粒径２ｍｍ未満の粒子群とに分離する。また、第３の篩で得られた粒径２ｍｍ未満の粒子群を第４の篩に供給し、粒径１ｍｍ以上２ｍｍ未満の粒子群と粒径１ｍｍ未満の粒子群とに分離する。そして、粒径５ｍｍ以上の粒子群、粒径３ｍｍ以上５ｍｍ未満の粒子群、粒径２ｍｍ以上３ｍｍ未満の粒子群、粒径１ｍｍ以上２ｍｍ未満の粒子群及び粒径１ｍｍ未満の粒子群を、別々に第２磁力選別装置７に供給し、粒径範囲毎に処理してもよい。
このように処理することで、渦電流選別装置８で非磁性体Ｎ２から貴金属や金属アルミニウム分をさらに効率よく導体Ｅ側に回収することができる。また、エアテーブル１０で重量物Ｈ１に含まれる貴金属をさらに効率よく高比重物Ｈ２側に回収することができる。尚、上記分級点は５ｍｍ以下であれば適宜調整することができる。
また、渦電流選別装置８とエアテーブル１０との間に風力選別装置９を設けたが、必ず
しも風力選別装置９を設ける必要はなく、渦電流選別装置８から排出された導体Ｅを直接エアテーブル１０に導入することもできる。さらに、受け入れた焼却主灰Ａ１の水分含有率やその他の物理的性状によっては、渦電流選別装置８や、例示したエアテーブル１０等の比重差選別装置以外の装置については適宜省略することができる。
次に、本発明の第１実施形態に係る焼却主灰の処理装置の試験例について、図４を参照しながら説明する。
図４は試験例で用いた装置を示し、この処理装置２１は、受け入れた焼却主灰（都市ごみ焼却主灰）Ａ１を乾燥させる乾燥装置２２と、乾燥装置２２から排出された乾燥灰Ａ２を磁力選別する第１磁力選別装置２３と、第１磁力選別装置２３から排出された非磁性体Ｎ１を分級する篩２４と、篩２４から排出された細粒Ｐを磁力選別する第２磁力選別装置２５と、第２磁力選別装置２５で分離された非磁性体Ｎ２を渦電流選別する渦電流選別装置２６と、渦電流選別装置２６から排出された導体Ｅを比重差選別するエアテーブル２７等を備える。
焼却主灰Ａ１を内部温度が１０５℃の乾燥装置２２に供給し、水分含有率が０％（絶乾状態）になるまで乾燥させた。次に、乾燥した焼却主灰Ａ１を吊下式の第１磁力選別装置２３に供給して磁性体Ｍ１を除去し、得られた非磁性体Ｎ１を篩２４に供給して分級し、篩２４を通過した粒径５ｍｍ以下の細粒Ｐを回収した。さらに、細粒Ｐを第２磁力選別装置２５に通過させて磁性体Ｍ２を除去し、非磁性体Ｎ２を回収した。非磁性体Ｎ２をドラムの回転数が６０００ｒｐｍの渦電流選別装置（SGM社製渦電流選別機、型式TVIS）２６に供給して導体Ｅと不導体Ｉとに分離した。さらに、この導体Ｅをエアテーブル（TRIPLE/S DYNAMICS, INC.(USA)社製）２７で比重差選別して高比重物Ｈと低比重物Ｌとに分離した。
上述のようにして得られた細粒Ｐ、導体Ｅ、不導体Ｉ、高比重物Ｈ及び低比重物Ｌに含まれる成分を各々分析した。この成分のうち、金及び銀はＩＣＰ質量分析によって分析し、これら以外の成分は蛍光Ｘ線分析により分析した。尚、ＩＣＰ質量分析は、分析対象物を１００μｍ以下に粉砕したものを酸分解し、定量下限値０．１ｇ／ｌで定量分析した。また、蛍光Ｘ線分析は、分析対象物を１００μｍ以下に粉砕したものをファンダメンタルパラメータ法で半定量分析した。
上記試験において、細粒Ｐに対する導体Ｅの各成分の含有率について、金は３．２倍程度上昇し、銀は１０３倍程度上昇した。さらに、銅も１９倍程度の上昇が見られた。さらに、アルミニウム分は４．９倍程度まで含有率が上昇した。これらの結果により、焼却主灰を渦電流選別することにより、焼却主灰から貴金属及び金属アルミニウム分を効率よく回収できることが判った。一方、渦電流選別して得られた不導体Ｉについては、アルミニウム分の含有率が細粒Ｐの８６％程度まで減少した。
さらに、導体Ｅに対する高比重物Ｈの各成分の含有率について、金は１００倍程度、銀は２．１倍程度、銅は２．５倍程度まで上昇した。これらの結果により、焼却主灰を渦電流選別して得られた導体Ｅを比重差選別することにより、導体Ｅから貴金属が多く含まれる高比重物Ｈを効率よく回収できることが判った。尚、鉄の含有率は、細粒Ｐ、導体Ｅ、不導体Ｉ、高比重物Ｈ、低比重物Ｌのいずれも略々等しい濃度であった。
また、上記試験において、ドラムの回転数を３５００ｒｐｍとすると、導体Ｅは全く回収されなかった。よって、渦電流選別装置のドラムの回転数を４０００ｒｐｍ程度以上とするのが好ましい。
次に、本発明の第２実施形態に係る焼却主灰の処理装置について説明する。この処理装置では、焼却主灰に含有される水分に起因して生じる焼却主灰の団粒化を防止するため、焼却主灰に改質材を混合する。
例えば、都市ごみの焼却主灰は、水分を含有する湿灰であり、１５％から３５％の高い水分を含有する場合がある。こうした湿灰は、焼却主灰の処理装置内における振動や、処理装置を構成する各装置間を移動する際の落下等により団粒化され、粗大化することがある。そして、粗大化した焼却主灰は、焼却主灰の処理装置内で閉塞を生じる他、所定の粒度や比重差で選別することが困難になり、選別効率の低下を招く虞がある。
そのため、上述した第１実施形態に係る焼却主灰の処理装置１では、乾燥装置２を用いて焼却主灰の乾燥を行いこれらの問題の発生を防止しているが、乾燥装置２を用いることなく問題の発生を防止することができれば、省エネルギーや低コスト化の面で好ましい。
そこで、第２実施形態に係る焼却主灰の処理装置では、乾燥装置２が除かれ、その代わりに焼却主灰の団粒化を防止する改質材を混合するための各構成が追加されている。
図５は、本発明に係る焼却主灰の処理装置の第２実施形態を示す全体構成図である。第２実施形態に係る焼却主灰の処理装置３１は、第１篩選別装置３２、第１破砕装置３３、第１磁力選別装置３４、第２篩選別装置３５、混合装置３６、第２磁力選別装置３７、第２破砕装置３８、サイクロン３９、バグフィルタ４０、第３磁力選別装置４１、渦電流選別装置４２、風力選別装置４３、エアテーブル４４、サイクロン４５及びバグフィルタ４６を備える。尚、これらの装置は、焼却主灰Ａの性状や、混合される改質材の量や性状等に応じて適宜省略することが可能である。
焼却主灰の処理装置３１を構成する各装置のうち、第２磁力選別装置３７、第２破砕装置３８、サイクロン３９、バグフィルタ４０、第３磁力選別装置４１、渦電流選別装置４２、風力選別装置４３、エアテーブル４４、サイクロン４５及びバグフィルタ４６は、各々上述した第１実施形態に係る焼却主灰の処理装置１の第１磁力選別装置３、破砕装置４、サイクロン５、バグフィルタ６、第２磁力選別装置７、渦電流選別装置８、風力選別装置９、エアテーブル１０、サイクロン１１及びバグフィルタ１２と同一の構成を有するため、これらの構成についての詳細な説明は省略する。
第１篩選別装置３２は、粒径Ｘｍｍ（１５ｍｍ以上４０ｍｍ未満の範囲から選択される所定の粒径、以下同じ。）未満の粒子Ｐ１を通過させる篩により粒子の選別を行う選別装置である。第１選別装置３２に投入される焼却主灰Ａのうち、第１篩選別装置３２を通過した粒子Ｐ１は、後述する混合装置３６へと供給される。一方、第１篩選別装置３２を通過しなかった、粒径がＸｍｍ以上の粒子Ｐ２は、第１破砕装置３３へと供給される。粒径Ｘｍｍを１５～４０ｍｍから選択したのは、粒径Ｘｍｍを１５ｍｍ未満に設定すると、水分含有率の高い焼却主灰Ａの場合には、第１篩選別装置３２で篩い目が閉塞し易く、粒径Ｘｍｍを４０ｍｍ以上にすると、混合装置３６で塊を混合することになり、混合装置３６への負荷が大きくなると共に、４０ｍｍ以上の粒径のものがあまり多くないため、第１破砕装置３３から第２篩選別装置３５で処理する焼却主灰Ａの量が少なくなり、非効率となるからである。
第１破砕装置３３は、第１篩選別装置３２から供給された粒径Ｘｍｍ以上の粒子Ｐ２を、粒径Ｘｍｍ未満の任意の粒径に破砕するために備えられる。第１破砕装置３３による破砕物Ｃ１は、第１磁力選別装置３４へと供給される。
第１磁力選別装置３４は、破砕物Ｃ１中に含まれる鉄分等を含む磁性体Ｍ１を除去するために備えられる。第１磁力選別装置３４としては、例えば、ドラム式磁選機や吊下式磁
選機等を用いることができる。第１磁力選別装置３４により選別された非磁性体Ｎ１は、第２篩選別装置３５へと供給される。第１磁力選別装置３４により破砕物Ｃ１から磁性体Ｍ１を除去することにより、改質材による焼却主灰Ａの改質効果を高めることができる。
第２篩選別装置３５は、第１篩選別装置３２と同様に、粒径がＸｍｍ未満の粒子Ｐ３を通過させる篩により粒子の選別を行う選別装置である。第２篩選別装置３５を通過した、粒径がＸｍｍ未満の粒子Ｐ３は、混合装置３６へと供給される。一方、第２篩選別装置３５を通過しなかった、粒径がＸｍｍ以上の粒子Ｐ４は、系外に排出される。尚、粒子Ｐ４を系外に排出せず、第１破砕装置３３に供給してもよい。
混合装置３６は、第１篩選別装置３２及び第２篩選別装置３５から供給された、粒径がＸｍｍ未満の粒子Ｐ１及びＰ３と、改質材ＲＡとが投入されると共に、これらが混合されるミキサーである。
改質材ＲＡは、湿灰である都市ごみの焼却主灰の団粒化を防止するために焼却主灰に混合され、焼却主灰の粒子間に入り込むことで焼却主灰の粒子同士が団粒化することを防止する。また、貴金属等が回収された後の残りの灰分をセメント原料等に有効利用するには、改質材ＲＡをセメント原料等とすることのできる材料である必要がある。灰分をセメント原料に利用するには、改質材ＲＡとして、都市ごみの焼却飛灰、石炭飛灰、石灰石粉及び砂粉砕物等を用いる。また、改質材ＲＡとして、図５の風力選別装置４３により選別される軽量物Ｌ１を用いてもよい。軽量物Ｌ１は、粗粒分及び水分が少なく、良好な団粒化防止効果を奏することができる。これらの改質材ＲＡを単独で用いてもよく、あるいは２種類以上の改質材を混合して用いてもよい。
改質材ＲＡの粒径は、０．１ｍｍ以下である。改質材ＲＡの粒径が０．１ｍｍを超えると、十分な団粒化防止効果を得ることができない。
改質材ＲＡの混合割合は、焼却主灰Ａ１００質量部に対して１５質量部以上５０質量部以下、好ましくは２５質量部以上４５質量部以下である。改質材ＲＡの混合割合が２５質量部未満であると、団粒化防止効果が不十分である。一方、４５質量部を超えると、団粒化防止効果の向上は緩やかとなり、５０質量部を超えると団粒化防止効果は飽和し、回収物の金属品位も低下してしまう。
混合装置３６により粒子Ｐ１、Ｐ３と改質材ＲＡとが混合されて生成した混合物ＭＡは、第２磁力選別装置３７へと供給される。第２磁力選別装置３７以降の処理は上述した第１実施形態に係る焼却主灰の処理装置１と同様であり、貴金属等が回収される。
上述した構成を有する焼却主灰の処理装置３１によれば、焼却主灰から貴金属等を効率よく回収すると共に、残りの灰分を有効利用することができる。また、焼却主灰の団粒化を防止し、焼却主灰の処理装置３１内での閉塞や、選別効率の低下を効果的に防止することができる。
尚、第１篩選別装置３２、第１破砕装置３３、第１磁力選別装置３４及び第２篩選別装置３５は、改質材による改質効率の向上のために設けられている構成であるが、本発明においては必須の構成ではない。そのため、例えば焼却主灰の処理装置３１に投入される焼却主灰Ａの粒径が当初からＸｍｍ未満である場合や、改質材ＲＡの添加量を多くする場合等、状況に応じてこれらの構成を省略することができる。
次に、改質材ＲＡによる焼却主灰の団粒化防止に関する実験例について説明する。
表１は、３種類の焼却主灰Ａ～Ｃについて、水分量と図５に示す第一篩選別装置３２からエアテーブル４４による処理を行った場合の運転状況との関係についての実験結果を示す。各焼却主灰Ａ～Ｃは、各々ストーカ炉から発生した都市ごみ焼却主灰であり、２５ｍｍの篩を通過したものである。
Figure 0007017855000001
焼却主灰Ａについては、水分が２４％以上であると、第２破砕装置３８までに閉塞が生じて運転ができなくなった。焼却主灰Ａ水分２０％、及び焼却主灰Ｂ水分２２％である場合には、運転は可能であったが、やや団粒化が生じるために回収物の金属品位が低下していた。焼却主灰Ａ水分１１％以下、焼却主灰Ｂ水分１７％、及び焼却主灰Ｃ水分１８％では団粒化が生じなかった。このことから、焼却主灰の水分が上昇するほど団粒化が生じ易くなり、概ね２０％を超える水分量となると運転ができなくなる場合があることが判った。
次に、焼却主灰Ａ～Ｃのうち、焼却主灰Ａについては水分が２９％、焼却主灰Ｂについては水分が２２％、焼却主灰Ｃについては水分が１８％のものについて、団粒化を模擬してミキサーで混合撹拌した。
各焼却主灰１０００ｇを２０リットルの容器（直径１８５ｍｍ、高さ３８６ｍｍ）に入れた後、ＲＹＯＢＩ社製パワーミキサー（型番ＰＭ－３１１）を３００ｒｐｍで回転させ、混合物を１分間混合した。
次に、焼却主灰Ａ～Ｃについて、１ｍｍ、２ｍｍ、５ｍｍ、１０ｍｍの目の篩を使用して篩分けを実施した。篩分けは JIS A 1102に準拠して、手動によって、篩に上下動及び水平動を与えて試料を揺り動かすことで行った。そして、１ｍｍ未満、１ｍｍ以上２ｍｍ未満、２ｍｍ以上５ｍｍ未満、５ｍｍ以上１０ｍｍ未満、１０ｍｍ以上の各粒径の粒について質量割合を測定した。この測定結果を表２に示す。尚、ＪＩＳ Ａ １１０２：２０１４の骨材の篩分け試験方法では、公称目開き１．１８ｍｍ、２．３６ｍｍ、４．７５ｍｍ、９．５ｍｍ、２６．５ｍｍの篩を各々１ｍｍ、２ｍｍ、５ｍｍ、１０ｍｍ、２５ｍｍの篩と呼ぶことができ、本実験における篩の目の大きさはこの篩分け試験方法に則して設定されている。
Figure 0007017855000002
表２より、団粒化の模擬試験において、焼却主灰Ｂ水分２２％の結果から５ｍｍを超える粒子が３９％以下であれば、運転可能であると判断できることが判る。また、より好ましくは、焼却主灰Ｃ水分１８％の結果から５ｍｍを超える粒子が１９％以下であれば容易に運転可能であると判断できることが判る。
次に、実験に用いた改質材の粒径と成分を表３に示す。
Figure 0007017855000003
改質材として、ストーカ炉から生じた都市ごみ焼却飛灰であり粒径が０．１ｍｍ未満である飛灰Ａ、流動床炉から生じた都市ごみ焼却飛灰であり粒径が０．１ｍｍ未満である飛灰Ｂ、石炭灰であり粒径が０．１ｍｍ未満である飛灰Ｃ、セメント原料であり粒径が０．１ｍｍ未満である石灰石粉、セメント強さ試験（ＪＩＳ Ｒ ５２０１）用標準砂であり粒径が２ｍｍ未満である砂、及び同標準砂を粉砕したものであり粒径が０．１ｍｍ未満である砂粉砕品を用いた。
次に、表３に示す改質材を用いて改質材による団粒化の防止効果の実証実験を行った。尚、焼却主灰と所定量の改質材を上記と同様の要領で混合撹拌した。
Figure 0007017855000004
具体的には、焼却主灰Ａについては、飛灰Ａを１５％以上混合したもの、飛灰Ｂを１５％以上混合したもの、飛灰Ｃを２０％以上混合したもの、石灰石粉を２０％以上混合したもの、及び砂粉砕品を２０％以上混合したものについて、運転が可能であると判定された。このときの混合物中の水分量はいずれも１２％以下であった。
これらの結果より、改質材として都市ごみの焼却飛灰を用いる場合には、焼却主灰に対して１５％以上混合し、混合物の水分量を１２％以下にすることにより、焼却主灰の団粒化を防止できることが判った。また、改質材として石炭飛灰を用いる場合には、焼却主灰に対して２０％以上混合し、混合物の水分量を１２％以下にすることにより、焼却主灰の団粒化を防止できることが判った。さらに、改質材として砂粉砕品を用いる場合には、焼却主灰に対して２０％以上混合し、混合物の水分量を１２％以下にすることにより、焼却主灰の団粒化を防止し、効率よく焼却主灰から貴金属を回収できることが判った。
１ 焼却主灰の処理装置
２ 乾燥装置
３ 第１磁力選別装置
４ 破砕装置
５ サイクロン
６ バグフィルタ
７ 第２磁力選別装置
８ 渦電流選別装置
８ａ 磁石
８ｂ ドラム
８ｃ ベルトコンベヤ
８ｄ セパレータ
９ 風力選別装置
１０ エアテーブル
１０ａ 振動式テーブル
１０ｂ 吹上送風機
１１ サイクロン
１２ バグフィルタ
２１ 焼却主灰の処理装置
２２ 乾燥装置
２３ 第１磁力選別装置
２４ 篩
２５ 第２磁力選別装置
２６ 渦電流選別装置
２７ エアテーブル
３１ 焼却主灰の処理装置
３２ 第１篩選別装置
３３ 第１破砕装置
３４ 第１磁力選別装置
３５ 第２篩選別装置
３６ 混合装置
３７ 第２磁力選別装置
３８ 第２破砕装置
３９ サイクロン
４０ バグフィルタ
４１ 第３磁力選別装置
４２ 渦電流選別装置
４３ 風力選別装置
４４ エアテーブル
４５ サイクロン
４６ バグフィルタ
Ａ、Ａ１ 焼却主灰
Ａ２ 乾燥灰
Ｃ 破砕物
Ｃ１ 破砕物
Ｄ１～Ｄ４ ダスト
Ｅ 導体
Ｇ１～Ｇ４ 排ガス
Ｈ１ 重量物
Ｈ、Ｈ２ 高比重物
Ｉ 不導体
Ｌ１ 軽量物
Ｌ、Ｌ２ 低比重物
Ｍ～Ｍ３ 磁性体
ＭＡ 混合物
Ｎ～Ｎ３ 非磁性体
Ｐ、Ｐ１、Ｐ３ 細粒
Ｐ２ 粗粒
Ｒ 残分
ＲＡ 改質材

Claims (11)

  1. 焼却主灰を最大粒径５ｍｍ以下に破砕又は分級あるいはこれらの両方を行う破砕装置又は／及び分級装置と、
    該破砕装置又は／及び分級装置から排出された最大粒径５ｍｍ以下の焼却主灰を貴金属及び金属アルミニウムを含む導体と、灰分を含む不導体とに分離する、ドラムの回転数が４０００ｒｐｍ以上の渦電流選別装置と、
    該渦電流選別装置から排出された貴金属及び金属アルミニウムを含む導体を、貴金属を多く含む高比重物と、金属アルミニウムを多く含む低比重物とに分離するエアテーブルとを備えることを特徴とする焼却主灰の処理装置。
  2. 前記焼却主灰に、団粒化を防止するための改質材を混合する混合装置をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の焼却主灰の処理装置。
  3. 前記渦電流選別装置から排出された貴金属及び金属アルミニウムを含む導体を、風力により重量物と軽量物とに分離する風力選別装置をさらに備え、該重量物を前記エアテーブルに供給し、貴金属を多く含む高比重物と金属アルミニウムを多く含む低比重物とに分離することを特徴とする請求項１又は２に記載の焼却主灰の処理装置。
  4. 焼却主灰を最大粒径５ｍｍ以下に破砕又は／及び分級し、
    該破砕又は／及び分級で得られた最大粒径５ｍｍ以下の焼却主灰をドラムの回転数が４０００ｒｐｍ以上の渦電流選別装置を用いた渦電流選別により貴金属及び金属アルミニウムを含む導体と、灰分を含む不導体とに分離し、
    該渦電流選別で得られた貴金属及び金属アルミニウムを含む導体を、エアテーブルを用いた比重差選別により貴金属を多く含む高比重物と金属アルミニウムを多く含む低比重物とに分離することを特徴とする焼却主灰の処理方法。
  5. 前記灰分をセメント用原料とすることを特徴とする請求項４に記載の焼却主灰の処理方法。
  6. 前記渦電流選別で得られた貴金属及び金属アルミニウムを含む導体を、比重差選別する前に、風力選別により重量物と軽量物とに分離し、該重量物を前記エアテーブルを用いた比重差選別により貴金属を多く含む高比重物と金属アルミニウムを多く含む低比重物とに分離することを特徴とする請求項４又は５に記載の焼却主灰の処理方法。
  7. 前記焼却主灰の破砕又は／及び分級の前に、前記焼却主灰に、団粒化を防止する改質材を混合することを特徴とする請求項４、５又は６に記載の焼却主灰の処理方法。
  8. 前記改質材は、都市ごみの焼却飛灰、石炭飛灰、石灰石粉及び砂粉砕物から選択される少なくとも１つからなることを特徴とする請求項７に記載の焼却主灰の処理方法。
  9. 前記改質材は、前記風力選別により選別された軽量物であることを特徴とする請求項７に記載の焼却主灰の処理方法。
  10. 前記改質材は、前記焼却主灰１００質量部に対して１５質量部以上５０質量部以下加えられることを特徴とする請求項７、８又は９に記載の焼却主灰の処理方法。
  11. 前記改質材の粒径は、０．１ｍｍ以下であることを特徴とする請求項７乃至１０のいずれかに記載の焼却主灰の処理方法。
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