JP3759559B2 - ポリマー含有廃棄物処理用熱媒体およびポリマー含有廃棄物の処理方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、廃自動車や廃家電製品のような金属やその他の無機物と多種類のプラスチックが互いに入り組んだ複雑形状物やこれらの破砕物であるシュレッダーダスト等のポリマー含有廃棄物を迅速、簡便に処理する為の熱媒体と、それを用いたポリマー含有廃棄物の処理方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、産業廃棄物や一般廃棄物としてプラスチック等の合成樹脂類が増加しており、その処理が社会的、環境上、大きな問題となっている。特に、廃自動車や廃家電製品から発生するシュレッダーダストはさまざまな物質からなる混合物であり、プラスチックの他、金属、ゴム、木、紙、ガラス等が含まれ、かつ嵩密度が低く非常に取り扱いにくい廃棄物である。その構成成分であるプラスチックは燃焼時に発生する発熱量が高く、焼却処理した場合に焼却炉の炉壁を傷める等の問題から専用の焼却設備を必要とすることや、ダスト中に含まれる亜鉛や鉛等の有害な金属もその回収・固定化技術が必要となる等の問題があった。かかる状況下で現状は投棄処理されているが、投棄は埋め立て地の地盤の低下をもたらすとともに、環境上好ましくない。また、昨今では処理費の高騰とともに埋め立て地用の用地確保が社会問題となりつつあり、このため、投棄によらない無機材料含有ポリマー、例えばシュレッダーダストの大量処理方法の開発が切望されている。
【０００３】
この廃プラスチックの処理方法として、植物性油、鉱物性油を加熱して廃プラスチックを投入して軟化溶解させ、浮上したプラスチックを取り出し、溶解プラスチックに廃油を加え液状化し液化燃料と固形燃料とに分離する廃プラスチックの処理方法（特開平４−２７０７９３号公報）や、食用油廃液を媒体としてポリエチレン等接着性を有する樹脂を金属素材から除去し、金属を採り出す方法（特開平５−１４７０４１号公報）が知られている。また同様な方法として、廃プラスチックを廃エンジンオイル、廃潤滑油、廃洗浄油、廃溶剤等の廃油と混合して１００〜２００℃で３０〜１２０分加熱して廃プラスチック中に含まれるポリエチレン、ポリプロピレンおよびポリスチレンを抽出し、得られた抽出廃油を燃料として用いる廃プラスチックの処理方法（特開平９−２６８２９７号公報）も知られている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記先行技術は、樹脂と金属の複合物から特定の媒体によってプラスチックを分離し、プラスチック等の再利用を行うものであるが、例えば分離したプラスチックを高炉用還元材として利用するにはハンドリング性の向上など多くの問題がある。さらに、経済的に金属、無機物、プラスチックおよび媒体を分離・回収するには媒体との効率的な分離、再生が不可欠であるが、上記先行技術ではこの点も考慮されていない。
【０００５】
具体的には、特開平４−２７０７９３号公報、特開平５−１４７０４１号公報、特開平９−２６８２９７号公報に記載の方法では、プラスチック成分、例えばポリエチレン、ポリプロピレンやポリスチレン等をこれらが分解しない温度で廃油等の炭化水素油に溶解させるために、次第にその炭化水素油の粘度が高くなり、また、媒体の酸化が起きて次第に粘度が上昇して、固液分離操作が行い難くなったり、燃料油として用いる際にも、処理油自体に粘りが生じて配管内面等に凝集し閉塞等を誘引し、その取扱いにも問題がある。さらに、分離回収したポリマーを高炉用還元材等として再利用する場合には安定して気流輸送等の移送可能なものでなければならないが、ポリマー表面に残存する媒体が粘りを有しているため、べとついて凝集して閉塞等を誘引するため、その後のハンドリング性が良くない。
【０００６】
本発明は、ポリマー含有廃棄物から金属等の無機材料成分とポリマーと媒体とを分離し、ポリマー等の再利用を進める際に障害となるハンドリング性の悪さを改善すると共に固液分離をもスムーズに行うことのできる廃棄物処理用の媒体と廃棄物の処理方法を提供し、分離物の再利用を促進することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するべくなされたものであり、ポリマー含有廃棄物を浸漬してポリマー成分と無機物に分離する熱媒体であって、該熱媒体が石油系または石炭系重油とピッチおよび／または軟化点上昇剤の混合物で、かつ軟化点が５０〜１５０℃であり、かつポリマー含有廃棄物を浸漬してポリマー成分と無機物に分離する温度における粘度が２００ｃｐ以下であることを特徴とするポリマー含有廃棄物処理用熱媒体と、
上記熱媒体を、その沸点以下で２００〜４００℃に加熱するとともに、その中にポリマー含有廃棄物を浸漬して、ポリマー成分を無機物から分離することを特徴とするポリマー含有廃棄物の処理方法によってかかる目的を達成したものである。
【０００８】
【発明の実施の形態】
ポリマー含有廃棄物は無機物を含有しており、その無機物は鉄、銅、アルミニウム、亜鉛、鉛、ニッケル、クロム等の金属、これらのいずれかを主成分とする合金等の金属材料、カーボンブラック、タルク、炭酸カルシウム、シリカ、ガラス繊維等の骨材やガラス等の非金属無機材料のいずれであってもよい。廃ポリマーはポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリ塩化ビニル等のプラスチック類の他、ブタジエン、イソプレンゴム等合成ゴムや天然ゴムも対象になる。含有状態も各材料が組み合わさった複合材料の他、各材料が混ざり合った混合材料であってもよい。
【０００９】
本発明を適用し得るポリマー含有廃棄物の種類は問わないが、例えば、廃自動車、廃家電製品、廃ＯＡ機器等が適用可能である。こられのポリマー含有廃棄物はそのままでも処理可能であるが、それらから発生するシュレッダーダストなどが好ましく適用可能である。シュレッダーダストとは廃車や廃家電製品をシュレッダー、ギロチン、シャーなどで粉砕して金属を回収した後の破片状の廃棄物である。その主成分はプラスチック、繊維、鉄、銅、アルミ、ゴム、ガラス等である。
【００１０】
熱媒体として使用される材料は、ポリマー含有廃棄物の浸漬温度で液体として存在し、分離されたポリマーに高炉操業上有害となるアルカリ塩等有害成分の混入が無く、この浸漬温度では少なくともほとんど分解せずにその粘度等の物理的性質が変化しないこと、分離されたポリマーがこの熱媒体に溶解せずにかつ均一に分散するものが望ましい。また、ポリマーの分離操作にはその粘度が低いことが望ましい。さらに、分離されたポリマーを高炉用還元材として利用する場合、分離されたポリマーが移送管内管に付着せず、気流輸送が可能な性状が必要となる。これらの条件を満たすものは該熱媒体の軟化点４０℃以上を有するものである。熱媒体の粘度は高温粘度計で測定が可能であるが、本発明の浸漬温度２００〜４００℃において２００ｃｐ以下である。これより高い粘度では粘度が高いためにポリマー含有廃棄物からポリマーおよび無機物の分離が困難となるからである。軟化点はＲ＆Ｂ測定法（ＪＩＳ−８８０６）によって測定が可能であるが、好ましくは５０℃以上、特に好ましくは６０℃以上であり、上限は１５０℃以下、特に好ましくは１１０℃以下である。軟化点が５０℃より低い場合は、回収されるポリマーの表面に付着した溶融液体である熱媒体が粘調なためにポリマー同志および配管に付着して、その移送が困難になるからである。他方、１５０℃より高いものでは処理時の粘度が高いためにポリマーの回収が困難になる。
【００１１】
本発明で用いられる石油系または石炭系重油は、例示すれば、減圧重油、エチレンボトム、コールタール重油、石炭液化油重油などである。また、ピッチはコールタール中ピッチ、硬ピッチ、石炭液化油残渣、石油系の改質ピッチ等あるいはこれらのいずれかの混合物、軽質油分量の調整したもの、重合処理したものである。また、石油系または石炭系重油は廃油であってもよい。ピッチを混合してポリマー含有廃棄物処理用熱媒体を調製する場合は、ピッチを石油系または石炭系重油に対して５〜９５重量％添加することが望ましく、特に１０〜９０重量％の範囲で添加することが望ましい。添加する量が低いと軟化点を５０℃以上に調整できないためである。また、添加する量が多いと浸漬温度における粘度が高くなり、固液分離に問題となる。本発明では、石油系または石炭系重油に軟化点上昇剤を添加して所望のポリマー含有廃棄物処理用熱媒体を調製することも可能である。軟化点上昇剤としては炭化水素化合物の架橋を促進する架橋剤やゲル化作用を示すゲル化剤などが挙げられる。例示すれば、フェニレンジアミン、過酸化ベンゾイル、アゾビスイソブチロニトリル、塩化アルミニウム等の架橋剤、Ｎ−ドデカノイル−Ｌ−グルタミン酸−α、γ−ジブチルアミド等のゲル化剤がある。軟化点上昇剤の添加量は石油系または石炭系重油に対して０．１重量％〜２０重量％、特に１重量％〜１０重量％の範囲で添加することが望ましい。添加量が低いと軟化点を５０℃以上に調整できず、一方、添加する量が多い場合は添加量に対してその効果が少なく経済的でないからである。石油系または石炭系重油に軟化点上昇剤を添加してポリマー含有廃棄物処理用熱媒体とする場合は、処理に先立ち、予め１００〜２００℃程度で熱処理して軟化点を上昇させておくことも可能である。
【００１２】
浸漬温度と時間は通常ポリマーの溶融、分解が十分に進行するように定められ、これはポリマーおよび軟化点上昇剤の種類、使用量によって異なるが、２００〜４００℃程度、好ましくは２５０〜３５０℃で、０．５〜３０分間程度、好ましくは１．５〜１５分程度が適当である。この時、ポリマーの種類により分解挙動は異なるが、おおむね、溶融し、一部、ガス化が生起する。ポリ塩化ビニル系樹脂の場合には塩素はそのほぼ全量がＨＣｌとして除去できる。溶融したポリマーは本発明で使用される熱媒体中ではその溶解性が低いために浮上分離、ないしは凝集、分散される。回収したプラスチックはそのまま、あるいは含有する熱媒体を分離して高炉用還元材として用いることができる。また、回収したポリマーを１０ｍｍ程度の大きさに粉砕して使用することも可能である。高炉への吹き込みは従来の羽口への微粉炭吹き込み等の方法で可能である。高炉羽口への移送方法はエアーによる気流輸送が一般的であるが、本発明では回収したポリマーは貯蔵時の凝集や移送時の移送管壁への付着による閉塞等は起こらず、安定な移送が可能である。
【００１３】
次に浸漬槽から沈降する金属やその他の無機材料を取り出す。主要金属は通常、鉄分であるので、磁選機を用いて浸漬槽から鉄分を選別、回収するのが良い。取り出した鉄分から付着している熱媒体はハンマリングで剥離するか、水蒸気吹き付けによって除去する。浸漬槽に沈降する銅や亜鉛等の金属は槽から抜き出して回収する。なお、空容積が大きいときは回収した鉄分を溶解する溶解炉の効率的使用のためにプレス等で適当な大きさまで圧縮するのが良い。カーボンブラック等の非鉄無機材料粉末は熱媒体中に分散浮遊しているのでろ別して回収する。
【００１４】
【実施例】
［実施例１］
中心に外径２０ｍｍφ、長さ２０ｍｍの棒鋼を外径３０ｍｍφ、内径２０ｍｍφ、長さ２０ｍｍのプラスチック（ポリプロピレン、ポリエチレン）で包んだ金属複合プラスチックを熱間成型で作製し、これをポリマー含有廃棄物試料として本発明方法で以下のように処理した。
【００１５】
沸点が３５０℃以上のコールタール重油に対して軟化点が１１０℃であるコールタール中ピッチを８０重量％添加して調整した熱媒体（２８０℃における溶融粘度が１２０ｃｐ、Ｒ＆Ｂ法で測定した軟化点が７５℃）をポリマー含有廃棄物処理用熱媒体として用い、窒素流通下、２８０℃に加熱、充満させた反応炉に試料を浸漬し、５分間熱処理を実施した。熱処理後、プラスチックは液面に浮上しているのでこれを回収した。その後、沈降している棒鋼を引き上げた。表１に得られたプラスチックの回収率とその様態、棒鋼の分離率の結果を示す。
【００１６】
［実施例２］
ポリマー含有廃棄物処理用熱媒体として、沸点３５０℃以上のコールタール系重油に塩化アルミニウムを１０重量％添加し、窒素中で２００℃，５時間処理して得られた２５０℃における溶融粘度が１００ｃｐ、軟化点６５℃の熱媒を用いた以外は実施例１と同様な方法で無機複合材料含有廃ポリマーを処理してプラスチックと棒鋼を得た。表１に結果を示す。
【００１７】
［実施例３］
ポリマー含有廃棄物処理用熱媒体として沸点３５０℃以上のコールタール系重油にＮ−ドデカノイル−Ｌ−グルタミン酸−α、γ−ジブチルアミドを１０重量％添加した２５０℃における溶融粘度が１００ｃｐ、軟化点５５℃の熱媒を用いた以外は実施例１と同様な方法で無機複合材料含有廃ポリマーを処理してプラスチックと棒鋼を得た。表１に結果を示す。
【００１８】
［実施例４］
実施例１と同じポリマー含有廃棄物処理用熱媒体を用いて廃車から取り外したプラスチックを８．５重量％含有するドア（７ｋｇ）を本発明の方法で以下のように処理した。熱媒体を窒素流通下、２８０℃に加熱、充満させた反応炉に試料を浸漬し、５分間熱処理を実施した。熱処理後、プラスチックは液面に浮上しているのでこれを回収した。その後、ドアを引き上げ、洗浄チャンバーに移送し、密閉下で水蒸気を吹き付けて熱媒体を除去した。なお、このドアに付着した炭素量は０．１重量％以下であった。浮上分離したプラスチックを回収し、ろ過分別した。回収したプラスチックは常温で粘着性が無く、容易に気流輸送が可能なものであった。また、プラスチックの回収率は９２重量％であった。
【００１９】
次に、回収したプラスチックは１０ｍｍ以下に粉砕した後、貯蔵タンク、気流輸送ライン、吹き込みランスからなる廃プラスチック吹き込み設備により、空気気流輸送し銑鉄に対して４０ｋｇ／トンの比率で高炉に吹き込み、溶銑と溶滓を排出した。貯蔵中および気流輸送中は棚ずりや輸送管閉塞等のトラブルも無く、吹き込み作業は安定操業が可能であった。なお、コークス比、微粉炭吹き込み比はそれぞれ４００ｋｇ／トン、６０ｋｇ／トンとした。得られた溶銑は廃プラスチックの吹き込みを実施しない場合（４４０ｋｇ／トン）とその出銑量、性状ともに変化がなく、コークスの低減が可能であった。また、高炉ガス冷却設備にも操業上の影響は認められなかった。
【００２０】
［実施例５］
プラスチックを４０重量％、鉄を１０重量％含有するシュレッダーダストを本発明の方法で以下のように処理した。実施例１と同じポリマー含有廃棄物処理用熱媒体を窒素流通下、２８０℃に加熱、充満させた浸漬槽にシュレッダーダストを投入し、５分間熱処理を実施した。熱処理後、プラスチックは液面に浮上しているのでこれをスクレーパーで回収した。その後、沈降する残渣をチェインコンベアで回収し、振動篩で熱媒体を除去し、磁選機で鉄を回収した。回収率は９５重量％であった。一方、回収したプラスチックは常温で粘着性が無く、容易に気流輸送が可能なものであった。また、プラスチックの回収率は９２重量％であった。次に、回収したプラスチックは実施例４と同様な方法で高炉に吹き込み、溶銑と溶滓を排出した。貯蔵中および気流輸送中は棚ずりや輸送管閉塞等のトラブルも無く、吹き込み作業は安定操業が可能であった。
【００２１】
［比較例１］
熱媒体として、２８０℃における溶融粘度が１００ｃｐであり、軟化点が３５℃である石油系減圧蒸留残油を用いた以外は実施例１と同様な方法でポリマー含有廃棄物試料を処理して棒鋼とプラスチックを得た。結果を表１に示す。本発明の実施例に比べ、プラスチックの分離性が悪い上に、室温でその表面は粘着性があり凝集していた。また残油は非常に粘調な液体であった。
【００２２】
［比較例２］
熱媒体として、２８０℃における溶融粘度が１００ｃｐであり、軟化点が３５℃である石油系減圧蒸留残油を用いた以外は実施例４と同様な方法で処理して、ドアとプラスチック含有残油を回収した。ろ過分別したプラスチック量はドアに含有されるプラスチックに対して５５％の収率であった。また、室温でもその表面は粘着性があって凝集しており、粉砕性も低かった。なお、廃プラスチック吹き込み設備で得られたプラスチックを吹き込むことを検討したが、貯蔵タンク壁に付着したり、移送管内部に閉塞をおこしたため、その吹き込みを断念した。
【００２３】
［比較例３］
熱媒体として、２８０℃における溶融粘度が２３０ｃｐであり、軟化点が１５５℃である石油系減圧蒸留残油を用いた以外は実施例５と同様な方法でシュレッダーダストを処理して残渣とプラスチックの分別を試みたが、粘度が高いためにその分別が困難であった。しかも、プラスチックには無機物の他に溶融した熱媒体が付着しており、回収されたプラスチックは高炉吹き込みには問題があった。
【００２４】
【表１】

【００２５】
【発明の効果】
本発明によりポリマー含有廃棄物から、ポリマー成分、無機物および熱媒体が容易に分離でき、それぞれ有用物として再利用することが可能となる。

Claims (2)

1. ポリマー含有廃棄物を浸漬してポリマー成分と無機物に分離する熱媒体であって、該熱媒体が石油系または石炭系重油とピッチおよび／または軟化点上昇剤の混合物で、かつ軟化点が５０〜１５０℃であり、かつポリマー含有廃棄物を浸漬してポリマー成分と無機物に分離する温度における粘度が２００ｃｐ以下であることを特徴とするポリマー含有廃棄物処理用熱媒体
2. 請求項１に記載の熱媒体を、その沸点以下で２００〜４００℃に加熱するとともに、その中にポリマー含有廃棄物を浸漬して、ポリマー成分を無機物から分離することを特徴とするポリマー含有廃棄物の処理方法