JP2005042202A

JP2005042202A - 廃活性炭処理方法及び装置

Info

Publication number: JP2005042202A
Application number: JP2004279024A
Authority: JP
Inventors: Makoto Gocho; 誠牛腸; Hiromi Nakamura; 博巳中村; Koichi Kimura; 康一木村
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2004-09-27
Filing date: 2004-09-27
Publication date: 2005-02-17

Abstract

【課題】廃活性炭の成分及び性状、並びに吸着物質等を考慮した上で、廃活性炭を資源として有効利用できる廃活性炭の処理方法を提供する。
【解決手段】廃活性炭は、活性炭に各種吸着物質が吸着された形で発生する。市場の廃活性炭の８０％以上は、吸着物質が鉄鋼製造上問題ないこと、逆に廃活性炭を資源として有効利用できることに着目し、製鉄所で廃活性炭を焼結原料として有効利用した。焼結原料に混合した廃活性炭中のＳｉＯ₂、ＣａＯ、Ａｌ₂Ｏ₃は、高炉スラグとして有効利用される。また、廃活性炭中のＣ及び吸着物質中の（Ｃ，Ｈ）は、燃料、還元剤となり、粉コークスの代替として有効利用される。
【選択図】図１

Description

本発明は、上・下水の水処理、空気浄化等に適用された使用済みの活性炭（廃活性炭）を処理する廃活性炭処理方法及び装置に関する。

活性炭は、上・下水、工業用水等の水処理、大気汚染や悪臭等の空気浄化等のみならず、食品製造メーカ等の製造プロセスに幅広く利用されている。このような活性炭は、ヤシガラ、石炭等を原料とし、賦活処理して製造されるのが普通であり、形状も粒状、粉末状、繊維状等様々である。活性炭は、表面あるいは細孔内に各種物質を吸着するので、使用により徐々に吸着性能が悪くなる。このため、安価な活性炭は再生利用されることなく、１回限りの使い捨てとされる。また、再生処理、乾留処理により付着物質を除去して再生利用される活性炭もあるが、再生利用の繰り返しにより性能が低下し、目標となる吸着性能を達成することができなくなる。従来、このような使用済みの活性炭は、焼却処理や埋め立て処理されていた。

しかしながら、廃活性炭を焼却処理や埋め立て処理するとエネルギー資源として有効利用することができない。また、廃活性炭には灰分が含まれているので、単に焼却するだけだと、灰分に顕熱が奪われてスラグが生じる。このスラグの処理も問題になる。

そこで、本発明は、廃活性炭の成分及び性状、並びに吸着物質等を考慮した上で、廃活性炭を資源として有効利用できる廃活性炭の処理方法及び処理装置を提供することを目的とする。

本発明者は、廃活性炭の成分及び性状、並びに吸着物質を調査した。その結果の分析例を表１に示す。

廃活性炭は、活性炭に各種吸着物質が吸着された形で発生する。市場の廃活性炭の８０％以上は、吸着物質が鉄鋼製造上問題ないこと、逆に廃活性炭を資源として有効利用できることに本発明者は着目し、製鉄所で廃活性炭を焼結原料として有効利用する廃活性炭の処理方法を発明した。具体的には、本発明は、焼結原料に廃活性炭を添加し、混合装置を用いて、水と必要に応じて生石灰を加えて焼結原料を造粒し、擬似粒子を形成せしめ、当該原料を焼結機に供給し、粗粒部は熱源として微粉部は鉱石の還元剤として機能せしめることによって、低融点鉱物の融液生成を促進し焼結反応に役立たせることを特徴とする廃活性炭処理方法により、上述した課題を解決した。

この発明によれば、焼結原料に混合した廃活性炭中のＳｉＯ₂，ＣａＯ，Ａｌ₂Ｏ₃は、焼結鉱製造時スラグバインダーとして寄与し、これにより焼結原料が焼結鉱として塊成化される。したがって、廃活性炭中のＳｉＯ₂，ＣａＯ，Ａｌ₂Ｏ₃は、最終的には高炉スラグとして有効利用される。また、廃活性炭中のＣ及び吸着物質中の（Ｃ，Ｈ）は、燃料、還元剤となり、粉コークスの代替として有効利用される。

また、本発明は、焼結原料に廃活性炭を混合する廃活性炭混合手段と、この廃活性炭を混合した焼結原料を焼結する焼結機とを備え、前記廃活性炭混合手段は、廃活性炭及び焼結原料を造粒する混合装置の前で廃活性炭を焼結原料に添加し、前記混合装置で廃活性炭及び焼結原料を造粒して廃活性炭を焼結原料とともに混合造粒することを特徴とする廃活性炭処理装置により、上述した課題を解決した。ここで、混合装置には、パッグミル、ドラムミキサー等が用いられる。

廃活性炭を焼結原料と一緒に造粒すると、擬似粒子が形成される。これにより、焼結機の原料層の通気性が悪化するのを防止でき、焼結反応を均一かつ十分に進行することができる。また、既存の混合装置を利用することで、新たな設備を設けることなく、焼結原料に廃活性炭を混合することができる。

本発明によれば、焼結原料に廃活性炭を混合し、この廃活性炭を混合した焼結原料を焼結したので、焼結原料に混合した廃活性炭中のＳｉＯ₂，ＣａＯ，Ａｌ₂Ｏ₃が、焼結鉱製造時スラグバインダーとして寄与し、これにより焼結原料が焼結鉱として塊成化される。したがって、廃活性炭中のＳｉＯ₂，ＣａＯ，Ａｌ₂Ｏ₃は、最終的には高炉スラグとして有効利用される。また、廃活性炭中のＣ及び吸着物質中の（Ｃ，Ｈ）は、燃料、還元剤となり、粉コークスの代替として有効利用される。

以下、添付図面に基づいて、本発明の一実施形態における廃活性炭処理装置について説明する。図１は廃活性炭処理装置の概略構成図を示すものである。この廃活性炭処理装置は、廃活性炭を焼結鉱製造用原料（以下焼結原料という）に混合する廃活性炭混合手段としての廃活性炭混合装置１と、廃活性炭を混合した焼結原料を焼結する焼結機２とを備える。

廃活性炭混合装置１は、焼結原料を種類毎に貯蔵する複数の原料槽３と、原料槽３内の焼結原料を所定量切り出す原料切り出し装置４と、切り出された焼結原料を搬送する焼結原料輸送コンベヤ５と、廃活性炭及び焼結原料を造粒する混合装置としてのドラムミキサー７ａ，７ｂとを備える。ドラムミキサー７ａ，７ｂは、直列に２基配置された第１ドラムミキサー７ａ及び第２ドラムミキサー７ｂとから構成される。この廃活性炭混合装置１は、廃活性炭及び焼結原料を造粒するドラムミキサー７ａ，７ｂの前で廃活性炭を焼結原料に添加し、ドラムミキサー７ａ，７ｂで廃活性炭及び焼結原料が造粒されて廃活性炭を焼結原料に付着する。

排出業者から排出された廃活性炭は、フレコン詰めでトラック等により焼結工場の保管庫に保管される。ここから所定量のフレコン１５は、ホイスト１６等の吊上げ手段により吊り上げられ、フレコン内の廃活性炭が活性炭投入ホッパー１７に移される。活性炭投入ホッパー１７内の廃活性炭は、切出し装置によって切出され、チェーンコンベヤ１９を介して焼結原料に添加される。廃活性炭のうち粒度の大きいものは、粉コークスに添加され、ロッドミル１８で粉砕され、原料槽３に供給される。

廃活性炭は、混合した焼結原料（以下混合原料という）と一緒に回転する第１ドラムミキサー７ａに供給される。第１ドラムミキサー７ａは廃活性炭と混合原料とを混合・造粒する。第１ドラムミキサー７ａには原料を造粒するための温水または冷水添加装置が設置され、混合原料中の水分を一定値にコントロールしている。温水または冷水添加装置は、原料水分が概そ７〜８％になるように水を添加している。第１ドラムミキサー７ａ内を原料が転動しながら進む際、添加された水の表面張力により、微粉が粗粒に付着し擬似粒子が形成される。第１ドラムミキサー７ａである程度造粒された原料は、第２ドラムミキサー７ｂに供給され、さらに造粒が継続される。第２ドラムミキサー７ｂは造粒をさらに促進する目的で使用されている。

一般に、混合原料を焼結機で焼成する際、微粉が多いと、焼結機上の原料の通気性が悪化し、焼成速度が低下するので、生産性が低下する。この対策として原料ホッパーと焼結機の間に大型の回転ドラムミキサーを通常２機設置し、原料成分の均一化を図るとともに造粒することにより、微粉を減らし、平均粒径を大きくしている。焼結原料としては、例えば約５５％の鉄鉱石粉、約１５％の所内回収ダスト、約１４％の返鉱（焼結鉱のうち成品にするには粒径の小さすぎるもの）、そして、約１４％の石灰石、生石灰、じゃもん岩、ドロマイト等）と約３％のコークス粉（燃料）を使用する。焼結原料の粒度は原料の種類によって各々異なるが、混合したもの（以下混合原料という）の粒度構成は、例えば表２の如くである。

この表から、造粒前は、混合原料のうち粒径が０．２５ｍｍから０．１２５ｍｍである細粒が１０％、さらに細かい０．１２５ｍｍ（１２５μｍ）以下の微粉が６％を占めることがわかる。一方、造粒完了後の混合原料の粒度構成は、０．２５ｍｍから０．１２５ｍｍの細粒が５％と減少し、１２５μｍ以下の微粉が皆無となっている。また、造粒前後で混合原料の平均粒径は２．１ｍｍから２．５ｍｍに増加している。なお、生産性向上のために、焼結原料の石灰石の一部を活性度の高い生石灰に代替し、造粒性を高める場合もある。

図１に示すように、造粒された混合原料及び廃活性炭は、原料供給装置１１を経て焼結機本体１２のパレット上に装入される。点火炉１３は混合原料表面のコークスに均一に着火する。焼結機本体１２はパレットを自動的に排鉱側に送る。パレットの下部には風箱が設けられていて、排風装置によって下側に風を吸引しているので、焼結原料中に混合されている粉コークスの大部分は下記反応式（１）によって燃焼し、原料鉱石粒子の溶融反応に必要な熱を供給する。

またコークス粉のごく一部分は擬似粒子に取り込まれ、下記反応式（２）及び／又は（３）によって粉鉱石の一部を還元し、下記反応式（４）によって低融点の融液を生成する。この融液を介して焼結反応が促進され、全体が塊成化される。

焼結鉱製造過程での粉コークス（Ｃ）の役割
１）熱源：燃料としての働き（大きい粒度の物）
Ｃ＋Ｏ₂→ＣＯ₂＋Ｑ（発熱）・・・（１）
２）低融点の融液生成：
（Ａ）低塩基度側：上記１）の熱により還元剤として働く（小さい粒度の物）
Ｆｅ₂Ｏ₃＋２Ｈ→２ＦｅＯ＋Ｈ₂Ｏ・・・（２）
Ｆｅ₂Ｏ₃＋Ｃ→２ＦｅＯ＋ＣＯ・・・（３）
２ＦｅＯ＋ＳｉＯ₂→２ＦｅＯ・ＳｉＯ ₂ ファイアライト（ＭＰ＝１１７０℃）…（４）
（Ｂ）高塩基度側：上記１）の熱により
ＣａＯ＋２Ｆｅ₂Ｏ₃→ＣａＯ・２Ｆｅ ₂ Ｏ ₃ カルシウムフェライト（ＭＰ＝１２３０℃）…（５）
１）の熱により２）の低融点融液が生成され、冷却過程において原料粒子を結合し、焼結鉱を生成する（単なる加熱のみでは焼結反応が生じない）。

廃活性炭のうち、破砕炭は０．２〜５ｍｍ、粉末炭は０．００１〜２ｍｍ、成形炭は１〜１０ｍｍの大きさを有する。廃活性炭のうち粒度の小さいものは、そのまま、粒度の大きいものは、上述のようにロッドミル等で整粒後、焼結機に投入される。廃活性炭中のＣ及び吸着物質中の（Ｃ，Ｈ）のうち、粒度の大きいものは反応式（１）によって燃焼し、原料鉱石粒子の溶融反応に必要な熱を供給する。粒度の細かいものは、反応式（２）及び／又は（３）によって粉鉱石の一部を還元する。したがって、廃活性炭中のＣ及び吸着物質中の（Ｃ，Ｈ）を粉コークスの代替として有効利用することができる。また、廃活性炭中の廃活性炭中のＳｉＯ₂，ＣａＯ，Ａｌ₂Ｏ₃は、焼結鉱製造時スラグバインダーとして寄与し、これにより焼結原料が焼結鉱として塊成化される。したがって、廃活性炭中のＳｉＯ₂，ＣａＯ，Ａｌ₂Ｏ₃は、最終的には高炉スラグとして有効利用される。

図２は、廃活性炭処理装置に廃トナーを供給する廃トナー供給装置６を示す。この廃トナー供給装置６は、上記廃活性炭に加えて廃トナーを焼結原料に添加する。

本発明者等は、トナーの成分および性状を調査した。その結果、トナーには、主に樹脂からなるトナーＢと、樹脂に鉄粉を添加したトナーＡとの２種類が存在することがわかった。表３は、トナーＡとトナーＢとの成分、物性、製造比率を示したものである。

この表に示すように、市場の７０〜８０％を占めるトナーＡの成分は、磁性を与えるための４０〜５０％重量の鉄粉と、５０〜６０％重量の樹脂からなる。トナーＡの成分は、より具体的には、スチレンアクリル樹脂３５％，ポリエステル樹脂１７％，ポリオレフィン３％，鉄粉（マグネタイト）４４％，染料（青色）１％とからなり、主に一成分現像法の黒色トナーとして用いられる。トナーＢの成分は、９０％重量の樹脂と顔料とからなり、主に二成分現像法のカラートナーとして用いられる。また、トナーＡとトナーＢの物性を比較すると、比重はトナーＡがトナーＢよりも鉄分を含むので若干大きく、融点はトナーＡ，トナーＢいずれも略等しく、水溶性はトナーＡ，トナーＢともほとんどないことがわかった。そして、トナーＡ，トナーＢの性状は、いずれも粒子径が数〜十数μｍの超微粒子である。なお、トナーＡには、鉄粉を８５〜９０％重量含むものも存在する。

本発明者は、トナーＡ，Ｂいずれも粒子径が数〜十数μｍの超微粒子であることに着目し、焼結原料に廃トナーを混合し、この廃トナーを混合した前記焼結原料を焼結する際、廃トナーを鉱石の還元剤として有効利用した。

焼結原料に混合した廃トナー中の鉄粉は鉄源として有効利用される。また、廃トナーは粒子径が数〜十数μｍの超微粒子であるため、混合装置にて焼結原料を造粒する際、擬似粒子の中に廃トナーの大半が取り込まれ、廃トナーの樹脂成分（Ｃ，Ｈ）を鉄鉱石の還元剤として機能させることができる。鉄鉱石の還元によりファイヤライト（２ＦｅＯ・ＳｉＯ₂）なる低融点鉱物が生成し、その融液は冷却に際し原料のバインダーとして働き、この結果原料が焼結鉱として塊成化される。したがって、廃トナーはケミカルリサイクルとして焼結反応に有効に用いられることになる。

廃トナーを焼結原料輸送コンベヤ５上に供給する廃トナー供給装置６は、フレコンまたはローリー車で搬入された廃トナーを貯蔵するホッパー８と、このホッパー８内の廃トナーを一定量切り出す定量切出し装置としてのロータリーフィーダー９と、切り出された廃トナーを焼結原料輸送コンベヤ５上に搬送する廃トナー搬送装置としてのチェーンコンベヤ１０とで構成される。ここで、廃トナーが粉塵爆発を起こす可能性があるので、ホッパー８には静電気対策が取られている。

廃トナーは、混合された焼結原料（以下混合原料という）と一緒に回転する第１ドラムミキサー７ａに供給される。第１ドラムミキサー７ａは廃トナーと混合原料とを混合・造粒する。上述のように、第１ドラムミキサー７ａには原料を造粒するための温水または冷水添加装置が設置され、混合原料中の水分を一定値にコントロールしている。

廃トナーは、第１ドラムミキサー７ａの前で焼結原料に添加される。そして、第１及び第２ドラムミキサー７ａ，７ｂが廃トナーおよび焼結原料を造粒し、廃トナーを焼結原料に付着する。廃トナーを粗粒原料に付着すると、擬似粒子が形成される。これにより、焼結機２の原料層の通気性が悪化するのを防止でき、焼結反応を均一かつ十分に進行することができる。また、既存の第１及び第２ドラムミキサー７ａ，７ｂを利用することで、新たな設備を設けることなく、焼結原料に廃トナーを混合することができる。

図１に示すように、造粒された混合原料および廃トナーは、原料供給装置１１を経て焼結機本体１２のパレット上に装入される。点火炉１３は混合原料表面のコークスに均一に着火する。焼結機本体１２はパレットを自動的に排鉱側に送る。パレットの下部には風箱が設けられていて、排風装置によって下側に風を吸引しているので、焼結原料中に混合されている粉コークスの大部分は上記反応式（１）によって燃焼し、原料鉱石粒子の溶融反応に必要な熱を供給する。

上述のように、コークス粉のごく一部分は擬似粒子に取り込まれ、上記反応式（２）及び／又は（３）によって粉鉱石の一部を還元し、上記反応式（４）によって低融点の融液を生成する。この融液を介して焼結反応が促進され、全体が塊成化される。このとき廃トナーはコークス粉に比較すると十分小さい（廃トナー径＝０．００１〜０．０１０ｍｍφ、粉コークス径＝平均２ｍｍφ下記表４参照）ので、ほぼ全量が擬似粒子に取り込まれ、還元剤として粉コークスの代替となることを発見した。また、廃トナーの鉄分は鉄源として有効利用できる。

発明の実施例を以下に示す。焼結原料に廃活性炭を添加し、第１ドラムミキサー（直径４．２ｍ、長さ１４ｍ、回転速度６ｒｐｍ）に混合原料水分が８％になるように８０℃の温水を必要量添加し、造粒後さらに第２ドラムミキサー（直径５ｍ、長さ１８．５ｍ、回転速度４．８ｒｐｍ）にて造粒し、焼結鉱を製造した。廃活性炭の添加前後で表２に示した造粒後の原料粒度に変化はなく、廃活性炭は全量擬似粒子に取り込まれた。

コークスの発熱量８０００ｃａｌ／ｇに対して、廃活性炭の発熱量は３０００〜５０００ｃａｌ／ｇである。したがって、廃活性炭を１ｇ添加すると、粉コークスの添加量を０．４〜０．６ｇ（平均０．５）低減することができる。

廃活性炭中のＳｉＯ₂，ＣａＯ，Ａｌ₂Ｏ₃も焼結鉱として有効利用されている。表５に示すように、生産性や成品焼結鉱の性状（強度、還元指数、還元粉化指数）は、廃活性炭の前後で全く変化がみられず、本発明の有効性が立証された。

なお、この実施例では廃活性炭の全量を第１ドラムミキサーの手前で添加したが、その一部または全量を第２ドラムミキサーの手前で添加しても同等の効果が得られた。

本発明の一実施形態における廃活性炭混合装置を示す概略図である。上記廃活性炭供給装置に廃トナーを供給する廃トナー供給装置を示す概略図である。

符号の説明

１…廃活性炭混合装置（廃活性炭混合手段）
２…焼結機
７ａ…第１ドラムミキサー（一次混合装置）
７ｂ…第２ドラムミキサー（二次混合装置）

Claims

焼結原料に廃活性炭を添加し、混合装置を用いて、水と必要に応じて生石灰を加えて焼結原料を造粒し、擬似粒子を形成せしめ、当該原料を焼結機に供給し、擬似粒子内にとりこまれた廃活性炭を熱源及び鉱石の還元剤として機能せしめることによって、低融点鉱物の融液生成を促進し焼結反応に役立たせることを特徴とする廃活性炭処理方法。
焼結原料に廃活性炭を混合する廃活性炭混合手段と、この廃活性炭を混合した焼結原料を焼結する焼結機とを備え、
前記廃活性炭混合手段は、廃活性炭及び焼結原料を造粒する混合装置の前で廃活性炭を焼結原料に添加し、前記混合装置で廃活性炭及び焼結原料を造粒することを特徴とする廃活性炭処理装置。