JP5925542B2 - 廃トナーの燃料化方法 - Google Patents

Description

本発明は、レーザプリンタや電子写真式複写機等で使用された廃トナーの燃料化方法に関するものである。

レーザプリンタや電子写真式複写機等において使用され、使用後に廃棄処分されている廃トナー、あるいは製造過程で廃棄される不良品トナーなどの廃トナーは、年々増加する傾向にある。これらの廃トナーは、通常、産業廃棄物として埋め立て地などにて埋め立て処分されているが、費用がかかるばかりでなく、埋め立て地の確保も近年においては困難となってきていることから、廃トナーの有効な利用方法が求められている。

ここで、廃トナーは、主に顔料と合成樹脂で形成された微粒子であって、粒径は数μｍから数十μｍの範囲である。一般的な廃トナーの例では、顔料が５〜２０重量％、合成樹脂が７０〜９０重量％、粒径が１〜２０μｍである。合成樹脂としては、スチレンアクリル樹脂、ポリエステル樹脂、ポリエチレン樹脂などの熱可塑性樹脂が用いられている。

廃トナーの有効な利用方法として、特許文献１には、プラスチック製品の焼却灰や木粉など産業廃棄物の粉体に、上記熱可塑性樹脂を主成分とする廃トナーを混ぜて加熱することにより溶融し、該廃トナーを産業廃棄物の粉体の結合材として利用することが記載されている。
また、特許文献２には、廃トナーに植物油、動物油等の混合分散液、好ましくは産業廃棄物として処理されている廃油を混合し、廃トナーを、発塵性を抑えた液体燃料として使用することが記載されている。

特開平５−３１７８３１号公報 特開２００７−３３２１８２号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載の方法は、廃トナーを産業廃棄物の粉体の結合材として利用するもので、年々増加する廃トナーの排出量に比べて利用量には限界があるとともに、廃トナーの溶融に多くの熱エネルギーを必要とすることから、未だ、充分な利用方法ではなかった。
また、上記特許文献２に記載された方法は、廃トナーの混合分散に用いる廃油によっては、廃トナー中の合成樹脂を溶かし（例えば、コールタールを含む廃油は、廃トナー中に含まれるスチレンアクリル樹脂、ポリエステル樹脂などを溶かす。）、その粘性を高めてしまう虞があり、タンク内部での固結や配管の閉塞の危険性があるため、安心して利用できる燃料を提供できるものではなかった。

本発明は、上述した背景技術が有する課題に鑑みなされたものであって、その目的は、廃トナーを大量に使用することができ、しかも安価に安心して使用することのできる廃トナーの燃料化方法を提案することにある。

上記した目的を達成するため、本発明は、次の〔１〕〜〔５〕に記載の廃トナーの燃料化方法とした。
〔１〕廃トナーと、廃油と、木質系バイオマスとを混合し、固体燃料とする廃トナーの燃料化方法であって、上記廃トナーと上記廃油とを混合した後、該混合物を上記木質系バイオマスと混合することを特徴とする、廃トナーの燃料化方法。
〔２〕上記廃トナー１重量部と、上記廃油２〜１０重量部と、上記木質系バイオマス３〜１０重量部とを混合することを特徴とする、上記〔１〕に記載の廃トナーの燃料化方法。
〔３〕上記廃油が、廃重質油、廃インク、廃塗料、廃溶剤のいずれか一種以上であることを特徴とする、上記〔１〕又は〔２〕に記載の廃トナーの燃料化方法。
〔４〕上記木質系バイオマスが、廃畳の破砕物、稲藁の破砕物、木材チップ、木粉、おが屑、紙屑のいずれか一種以上であることを特徴とする、上記〔１〕〜〔３〕のいずれかに記載の廃トナーの燃料化方法。
〔５〕上記〔１〕〜〔４〕のいずれかに記載の廃トナーの燃料化方法により得られた固体燃料を、セメントキルンの窯前部、窯尻部及び仮焼炉のいずれか一箇所以上から投入し、該固体燃料を、セメント製造用燃料として利用することを特徴とする、廃トナーの燃料化方法。

上記した本発明によれば、使用済みトナー、製造過程で排出される不良品トナーなどの廃トナーを、燃料として大量に使用することが可能となる。また、廃トナーの燃料化にあたっては、加熱や成形等の処理を行うことなく、廃棄物である廃油と木質系バイオマスとを該廃トナーに混合するものであるため、安価に製造できるとともに、得られた固体燃料は、粉塵爆発の危険がなく、タンク内部での固結や配管の閉塞等の危険性もない、燃料としての安全性や取扱性が良好なものとなる。

以下、上記した本発明に係る廃トナーの燃料化方法を実施するための形態について、詳細に説明する。

本発明に係る廃トナーの燃料化方法は、廃トナーと、廃油と、木質系バイオマスとを混合し、固体燃料とするものである。

本発明において言う廃トナーは、従来廃棄されていたトナーの総称であり、レーザプリンタや電子写真式複写機等において使用され、使用後に回収された使用済みトナー、あるいは製造過程で廃棄される不良品トナーなどであり、磁性及び非磁性のいずれのものでもよく、また黒トナー、カラートナーを問わない。
これらの廃トナーは、先にも記載したように、顔料が５〜２０重量％、合成樹脂が７０〜９０重量％、粒径が１〜２０μｍであり、高い発熱量、具体的には、磁性トナーでは５，０００〜６，０００ｃａｌ／ｇ、非磁性トナーでは９，０００〜１０，０００ｃａｌ／ｇの発熱量を有し、産業廃棄物として処分せずに、その有効利用が期待されているものである。

一方、本発明において用いる廃油としては、廃重質油（例えばＡ重油、Ｃ重油等の燃料廃油、石油精製工程、廃油再生工程等で得られる残渣油、あるいは天然タール、オイルシェール油、タールサンド系油、更には、コークス製造の際に副生されるコールタール、アントラセン油、ナフタリン油、クレオソート油等、あるいは石炭液化油、低温乾留タール等）、廃ワイヤソーオイル、廃塗料、廃インク、廃溶剤、廃グリース、等の単独、或いはこれらの二種以上の混合物を挙げることができる。上記した中でも、スチレンアクリル樹脂、ポリエステル樹脂、ポリエチレン樹脂などの合成樹脂を溶かす廃油、具体的には、廃重質油、廃インク、廃塗料、廃溶剤のいずれか一種以上が、本発明において好適に用いられる。
これは、これらの合成樹脂を溶かす廃油は、廃トナーと混合した場合に、該廃トナー中のスチレンアクリル樹脂等の合成樹脂を溶かし、その粘性を上昇させる虞があるため、従来の単に廃油と混合して液体燃料とする廃トナーの燃料化技術等においては、その使用が躊躇されていたものであるためである。

また、本発明で用いる木質系バイオマスの例としては、畳（使用済みの廃畳）の破砕物、稲藁の破砕物、木材チップ（例えば、建設廃木材の破砕物）、木粉、おが屑、紙屑（新聞紙、段ボール、古雑誌等）が挙げられる。
なお、本明細書において木質系バイオマスとは、燃料等として利用可能な、木質由来の有機質資源（ただし、化石燃料を除く。）の総称である。

上記畳の破砕物の材料となる廃畳は、稲藁を畳床の材料とした本畳を対象とする。これは、ポリスチレンフォーム板、インシュレーションボード等を畳床の材料とする建材畳や藁サンド畳は、含まれるポリスチレン等の合成樹脂が混合する廃油によって溶ける憂いがあり、吸収材として好ましくないためである。
上記木材チップは、最大粒径（篩の残分が５質量％以内となる目開き寸法）が５ｍｍを超え、１００ｍｍ以下である木材の破砕物または粉砕物をいう。
上記木粉とは、最大粒径（篩の残分が５質量％以内となる目開き寸法）が５ｍｍ以下である木材の粉砕物をいう。
また、上記おが屑は、通常、０．５〜５ｍｍ程度の粒度分布を有するものである。上記紙屑としては、例えば古雑誌、古新聞の切断品、オフィス等で発生するシュレッダー切断紙等が挙げられる。

また、本発明において用いる上記木質系バイオマスの粒径は、製造した固体燃料の使用方法によって相違したものとなるが、例えばセメントキルンのバーナーで使用する場合には、平均粒径（篩の残分が５０質量％以内となる目開き寸法）が０．５ｍｍ以上であることが好ましく、最大粒径（篩の残分が５質量％以内となる目開き寸法）が１０ｍｍ以下、好ましくは５ｍｍ以下、より好ましくは３ｍｍ以下である。これは、平均粒径が０．５ｍｍ未満では、粒子系全体が微細化するため、流動性、分散性が低下し、混合する廃トナー及び廃油のハンドリング性の向上等の効果を得ることが困難となる。逆に最大粒径が１０ｍｍを超えると、火炎（フレーム）を形成しにくく、燃料が着地した後も燃焼を継続するため、セメントクリンカーの品質を低下させる虞があり、好ましくない。
一方、製造した固体燃料を、例えばセメントキルンの仮焼炉に投入して使用する場合には、スクリューコンベヤー、バケットエレベーター、ベルトコンベヤー等の機械式搬送手段にて搬送が可能であり、かつ２重のフラップダンパー、ロータリーフィーダ等の機械式投入手段を用いて投入が可能な、機械トラブルが起こらないサイズであればよく、この場合の上記木質系バイオマスの最大粒径は、１００ｍｍ以下、好ましくは５０ｍｍ以下である。

上記各材料の混合割合は、廃トナー１重量部と、上記廃油２〜１０重量部と、上記木質系バイオマス３〜１０重量部が適当である。
これは、廃油の配合量が２重量部未満では、廃トナーを分散、混合させることができず、廃トナーの発塵性を抑えることができない。逆に廃油の配合量が１０重量部を超えると、得られる固体燃料の粒子表面に多くの油が残留し、管路等における付着が懸念される。かかる観点から、廃油の混合割合は、廃トナー１重量部に対して、上記したように２〜１０重量部が好ましく、４〜９重量部が特に好ましい。
一方、木質系バイオマスの配合量が３重量部未満では、得られる固体燃料の付着性を改善する効果が顕著に認めらない。逆に１０重量部を超える木質系バイオマスを配合すると、灰分が増加し燃料品位を落とすことになるので好ましくない。かかる観点から、木質系バイオマスの混合割合は、上記したように３〜１０重量部が好ましく、５〜８重量部が特に好ましい。

上記各材料の混合は、廃トナーの発塵性を考慮し、安全に混合操作を行う観点から、先ず廃トナーと廃油とを混合し、廃トナーの発塵性を抑えた状態で、該廃トナーと廃油との混合物に木質系バイオマスを混合することとする。

なお、上記混合操作に際して、廃トナーの飛散による粉塵爆発が懸念される場合は、混合機内に窒素、アルゴン等の不活性ガスを封入し、該混合機内において混合操作を行うことが好ましい。また、混合機は、単に攪拌羽根が設けられているものではなく、その混合容器自体をも回転する構造のものを使用することが好ましい。これは、廃油のように粘稠性の高い材料と木質系バイオマス等のかさ密度の低い材料とを良好に混合できるとともに、容器が回転することにより飛散した廃トナーを再び巻き込むことができ、確実に廃トナーを廃油及び木質系バイオマスに混合できるために好ましい。このような容器自体をも回転する構造の混合機としては、アイリッヒ社製のインテンシブミキサー等が挙げられる。

上記廃トナーと、廃油及び木質系バイオマスとの混合操作により得られる固体燃料は、廃トナーが分散した廃油が木質系バイオマスに吸収、担持されていることから、廃トナーの発塵性が抑えられた固体燃料となるとともに、付着性が大幅に改善された、少なくとも機械式搬送及び機械式投入に何らの支障がないハンドリング性を有する固体燃料となる。この際、廃トナーと、合成樹脂を溶かす廃油とを混合した場合においても、廃油に溶けた合成樹脂は、廃油とともに木質系バイオマスに吸収、担持されることとなるため、何ら流動性等に支障のない固体燃料が得られる。
なお、固体燃料の付着性は、直径１２０ｍｍ、長さ１５０ｍｍのステンレス製円筒状容器（容量：１．７Ｌ）に試料を１００ｇ投入し、該円筒状容器を軸芯を中心として４６ｒｐｍの回転数で２０分間回転させ、容器内壁に付着する試料の重量を測定することにより定量化することができ、この方法で測定した付着量が、５０重量％を超えない場合には機械式搬送及び機械式投入に支障がなく、５重量％を超えない場合には管路による空気圧送が可能であることが判明している。

上記した本発明に係る廃トナーの燃料化方法によって得られた固体燃料は、発塵性がなく、付着性が大幅に改善され、しかも高い発熱量を有するものであるため、例えばセメント製造設備であるキルンの窯尻部或いは仮焼炉に投入し、また、キルンの窯前部のバーナーより吹き込むことにより、良好に燃料として使用することができる。
この際、スクリューコンベヤー、バケットエレベーター、ベルトコンベヤー等の機械式搬送手段を用いた搬送、また２重のフラップダンパー、ロータリーフィーダ等の機械式投入手段を用いた投入に対処可能な固体燃料、或いは管路を介しての空気圧送に対処可能な固体燃料に、廃トナーに混合する廃油の種類、木質系バイオマスの粒径、更には混合する廃油と木質系バイオマスの配合量等によって、容易に調整することができる。

以上、本発明に係る廃トナーの燃料化方法の実施の形態を説明したが、本発明は、何ら既述の実施の形態に限定されず、特許請求の範囲に記載した本発明の技術的思想の範囲内において、種々の変形及び変更が可能であることは当然である。

試験例

１．使用材料
〔１〕トナー（模擬廃トナーとして使用）
（ａ）黒トナー
顔料（カーボンブラック）；１５重量％、スチレンアクリル樹脂；８０重量％
平均粒径；８μｍ
（ｂ）カラー（シアン）トナー
顔料（銅化合物）；１０重量％、ポリエステル樹脂；８５重量％
平均粒径；５μｍ
〔２〕油（合成樹脂を溶解する性状を有する模擬廃油として使用）
タール８０重量％、インク（油性・黒）２０重量％の混合物
〔３〕木質系バイオマス
本畳の破砕物
本畳の破砕物は、次の方法にて調整した。
一軸式破砕機（ロストルの目開き：１５ｍｍ）を用いて本畳を破砕し、平均粒径が ０．５ｍｍ以上であり、かつ、目開き寸法が１０ｍｍである篩の残分が５質量％以下 である本畳の破砕物を調製した。

２．液体燃料の製造
全量２００ｇとなるように、上記トナーと油を、重量内割比１対９、及び２対８でそれぞれ容器内に入れ、攪拌混合を行った。なお、攪拌混合は、小型パドルミキサーにて２分間混合することによって行った。
得られた液体燃料の性状は、表１の通りであった。

３．固体燃料の製造
上記各液体燃料と本畳の破砕物とを１対１の重量割合で混合し、固体燃料を製造した。
なお、混合は、ペール缶内でハンドミキサーを用いて約２分間攪拌混合することにより行った。
得られた各固体燃料について、その付着量を測定した。
付着量の測定は、直径１２０ｍｍ、長さ１５０ｍｍのステンレス製円筒状容器（容量：１．７Ｌ）に試料を１００ｇ投入し、該円筒状容器を軸芯を中心として４６ｒｐｍの回転数で２０分間回転させ、容器内壁に付着する試料の重量を測定し、付着割合（重量％）を算出することにより行った。
測定した付着量を、表１に併記する。

４．まとめ
上記した試験例から、トナーと油とを混合し、発塵を抑えた液体燃料とする場合、トナーの配合量が１０重量％程度であれば、流動性に問題はなく、液体燃料として使用可能であるが、トナーの配合量が２０重量％では、粘性が高すぎ、液体燃料としての使用が困難となることが分かる。
一方、各液体燃料に更に木質系バイオマスを混合し、固体燃料とした場合には、トナーを２０重量％配合したものであっても、その付着量は５重量％以下であり、管路を介した空気圧送に何ら支障のないものであり、十分に燃料として使用できるものとなることが分かる。

Claims (5)

1. 廃トナーと、廃油と、木質系バイオマスとを混合し、固体燃料とする廃トナーの燃料化方法であって、上記廃トナーと上記廃油とを混合した後、該混合物を上記木質系バイオマスと混合することを特徴とする、廃トナーの燃料化方法。
2. 上記廃トナー１重量部と、上記廃油２〜１０重量部と、上記木質系バイオマス３〜１０重量部とを混合することを特徴とする、請求項１に記載の廃トナーの燃料化方法。
3. 上記廃油が、廃重質油、廃インク、廃塗料、廃溶剤のいずれか一種以上であることを特徴とする、請求項１又は２に記載の廃トナーの燃料化方法。
4. 上記木質系バイオマスが、廃畳の破砕物、稲藁の破砕物、木材チップ、木粉、おが屑、紙屑のいずれか一種以上であることを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載の廃トナーの燃料化方法。
5. 請求項１〜４のいずれかに記載の廃トナーの燃料化方法により得られた固体燃料を、セメントキルンの窯前部、窯尻部及び仮焼炉のいずれか一箇所以上から投入し、該固体燃料を、セメント製造用燃料として利用することを特徴とする、廃トナーの燃料化方法。