JP7084883B2 - ごみ焼却灰の資源化方法及び資源化装置 - Google Patents
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Description
本発明は、都市ごみ等を焼却した際に発生するごみ焼却灰（主灰）を資源化する方法及び装置に関する。
都市ごみ等を焼却した際に発生する焼却灰（以下「ごみ焼却灰」という。）は、従来、そのほとんどが最終処分場で埋め立て処理されていたが、最終処分場の枯渇の虞に鑑み、近年、セメント原料等として有効利用されている。
ごみ焼却灰には塩素が平均で１．２％程度存在し、この塩素がセメント品質の低下や、セメント製造装置の安定運転を妨げるため、セメント原料として利用するには、予め塩素を除去する必要がある。
そこで、例えば、特許文献１には、焼却灰に水を加えて焼却灰中の粒子を破砕しながら撹拌して焼却灰スラリーとする解砕工程と、その焼却灰スラリーを選別用篩に通して過大固形物を除去する異物除去工程と、選別用篩を通過した焼却灰スラリーを水切り用篩により脱水する脱水工程と、脱水工程を経た焼却灰をすすぎ洗浄するすすぎ洗浄工程とを有する焼却灰の洗浄方法等が記載されている。
また、特許文献２には、ごみ焼却灰に水を添加して解泥しながら撹拌してスラリー化し、焼却灰スラリーを２回分級して得られた微粒子スラリーに酸性ガス又は酸を添加して脱塩を行う方法等が記載されている。
さらに、特許文献３には、ごみ焼却灰を脱塩する洗浄方法として、予め磁着物を取り除いた焼却灰をスラリー化し、焼却灰スラリーを粗粒子含有スラリーと細粒子含有スラリーとに分級する方法等が記載されている。
ごみ焼却灰には貴金属が含まれていることが知られているが、上記特許文献１～３に記載のように、ごみ焼却灰に脱塩等の処理を施した後セメント原料等として再利用すると共に、鉄等の磁性金属を回収しているが、貴金属の回収までは行われていない。
また、破砕、風力選別、乾式比重選別等からなる物理選別工程でごみ焼却灰から貴金属を回収することができるが、ごみ焼却灰を脱塩処理した後、貴金属を上記物理選別により回収するには、脱塩処理後のごみ焼却灰を乾燥させる必要があり、多大なエネルギーコストがかかる。
そこで、本発明は、上記従来の技術における問題点に鑑みてなされたものであって、ごみ焼却灰を脱塩してセメント原料として利用すると共に、ごみ焼却灰から効率よく貴金属を回収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、ごみ焼却灰の資源化方法であって、ごみ焼却灰に水を添加してスラリー化し、該ごみ焼却灰スラリーを粗粒子を含むスラリーと、微粒子を含むスラリーに分離し（第１の分級）、前記粗粒子を含むスラリーを湿式比重選別（第１の湿式比重選別）して貴金属を回収し、前記微粒子を含むスラリーを脱塩した後、セメント原料として利用することを特徴とする。
本発明によれば、ごみ焼却灰の微粒子を含むスラリーを脱塩してセメント原料として利用すると共に、粗粒子を含むスラリーから湿式比重選別によって乾燥処理を行わずに貴金属を回収するため、エネルギーコストを低く抑えながら効率よく貴金属を回収することができる。
上記ごみ焼却灰の資源化方法において、前記ごみ焼却灰スラリーを分級して分離された微粒子を含むスラリーをさらに分級し（第２の分級）、該第２の分級によって分離された粗粒子を含むスラリーを湿式比重選別（第２の湿式比重選別）して貴金属を回収し、前記第２の分級によって分離された微粒子を含むスラリーを脱塩した後、セメント原料として利用することができる。これにより、第２の分級によって得られる粗粒子スラリーからも貴金属を回収することができる。
また、前記第１の分級によって分離された粗粒子を含むスラリーを湿式粉砕し、該粉砕された粗粒子を含むスラリーから湿式磁力選別によって磁着物を除去し、該磁着物が除去された粗粒子を含むスラリーをさらに分級し（第３の分級）、該第３の分級によって分離された粗粒子を含むスラリーについて前記第１の湿式比重選別を行うことができる。これにより、鉄等を除去すると共に、湿式比重選別で回収される重産物に貴金属を濃縮させることができる。
さらに、前記第２の分級によって分離された粗粒子を含むスラリーから湿式磁力選別によって磁着物を除去し、該磁着物が除去された粗粒子を含むスラリーについて前記第２の湿式比重選別を行うことができる。これにより、鉄等を除去すると共に、湿式比重選別で回収される重産物に貴金属を濃縮させることができる。
また、本発明は、ごみ焼却灰の資源化装置であって、ごみ焼却灰に水を添加してスラリー化するスラリー化装置と、該スラリー化装置でスラリー化されたごみ焼却灰スラリーを粗粒子を含むスラリーと、微粒子を含むスラリーに分離する分級装置（第１の分級装置）と、該分級装置で分離された前記粗粒子を含むスラリーを湿式比重選別する湿式比重選別装置（第１の湿式比重選別装置）と、前記分級装置で分離された前記微粒子を含むスラリーを脱塩する脱塩装置とを備えることを特徴とする。
本発明によれば、ごみ焼却灰の微粒子を含むスラリーを脱塩してセメント原料として利用すると共に、粗粒子を含むスラリーから湿式比重選別装置によって乾燥処理を行わずに貴金属を回収するため、エネルギーコストを低く抑えながら効率よく貴金属を回収することができる。
また、上記ごみ焼却灰の資源化装置は、前記第１の分級装置でごみ焼却灰スラリーを分級して分離された微粒子を含むスラリーをさらに分級する分級装置（第２の分級装置）と、該第２の分級装置によって分離された粗粒子を含むスラリーを湿式比重選別する湿式比重選別装置（第２の湿式比重選別装置）とを備え、前記脱塩装置は、前記第２の分級装置によって分離された微粒子を含むスラリーを脱塩することができる。これにより、第２の分級装置によって得られる粗粒子スラリーからも貴金属を回収することができる。
さらに、上記ごみ焼却灰の資源化装置は、前記第１の分級装置で分離された前記粗粒子を含むスラリーを湿式粉砕する湿式粉砕装置と、該湿式粉砕装置で粉砕された粗粒子を含むスラリーから磁着物を除去する湿式磁力選別装置と、該湿式磁力選別装置で磁着物が除去された粗粒子を含むスラリーをさらに分級する分級装置（第３の分級装置）とを備え、該第３の分級装置によって分離された粗粒子を含むスラリーを前記第１の湿式比重選別装置に供給することができる。これにより、湿式磁力選別装置で鉄等を除去すると共に、湿式比重選別装置で回収される重産物に貴金属を濃縮させることができる。
さらに、上記ごみ焼却灰の資源化装置は、前記第２の分級装置によって分離された粗粒子を含むスラリーから磁着物を除去する湿式磁力選別装置を備え、該湿式磁力選別装置によって磁着物が除去された粗粒子を含むスラリーを前記第２の湿式比重選別装置に供給することができる。これにより、湿式磁力選別装置で鉄等を除去すると共に、第２の湿式磁力選別装置で回収される重産物に貴金属を濃縮させることができる。
以上のように、本発明によれば、ごみ焼却灰を脱塩してセメント原料として利用すると共に、ごみ焼却灰から効率よく貴金属を回収することができる。
次に、本発明に係るごみ焼却灰の資源化装置（以下「資源化装置」という。）の一実施の形態について、図１を参照しながら説明する。尚、図１において破線の矢線は液体の流れを、一点鎖線の矢線は気体の流れを、実線の矢線は固体（スラリーを含む）の流れを各々示している。
この資源化装置１は、受け入れたごみ焼却灰（以下「主灰」という。）ＢＡを貯蔵する主灰タンク２と、主灰ＢＡに水Ｗ等を添加して解泥しながら撹拌してスラリー化するスラリー化装置３と、スラリー化装置３からの主灰スラリーＳ１を粗粒子を含むスラリーＳ２と、微粒子を含むスラリーとに分離する第１分級装置４と、第１分級装置４で分離した微粒子を含むスラリーをさらに粗粒子を含むスラリーＳ３と、微粒子を含むスラリーＳ４とに分級する第２分級装置５と、粗粒子を含むスラリーＳ２、Ｓ３及び微粒子を含むスラリーＳ４を各々処理する処理装置とで構成される。
スラリー化装置３は、主灰ＢＡに水を添加して解泥しながら撹拌して主灰スラリーＳ１を生成するために設けられる。
第１分級装置４は、スラリー化装置３からの主灰スラリーＳ１を粗粒子を含むスラリーＳ２と、微粒子を含むスラリーとに分離するために設けられ、２ｍｍ程度を分級点とする。
第２分級装置５は、第１分級装置４で分離した微粒子を含むスラリーをさらに粗粒子を含むスラリーＳ３と、微粒子を含むスラリーＳ４とに分離するために設けられ、０．７ｍｍ程度を分級点とする。
第１分級装置４で分離された粗粒子を含むスラリーＳ２の処理装置は、スラリーＳ２を湿式粉砕する湿式粉砕装置６と、湿式粉砕されたスラリーＳ５から磁着物を除去する湿式磁力選別装置７と、磁着物が除去されたスラリーＳ６を粗粒子を含むスラリーＳ７と、微粒子を含むスラリーＳ８とに分離する第３分級装置８と、第３分級装置８で分離された粗粒子を含むスラリーＳ７を湿式比重選別する湿式比重選別装置９とで構成される。第３分級装置８は、８ｍｍ程度を分級点とする。
第２分級装置５で分離された粗粒子を含むスラリーＳ３の処理装置は、スラリーＳ３から磁着物を除去する湿式磁力選別装置１０と、磁着物が除去されたスラリーＳ１０を湿式比重選別する湿式比重選別装置１１と、重産物が除去されたスラリーＳ１１を固液分離する固液分離装置１５とで構成される。
第２分級装置５で分離された微粒子を含むスラリーＳ４の処理装置は、スラリーＳ４を湿式粉砕する湿式粉砕装置１２と、湿式粉砕されたスラリーＳ１２を酸性ガスＧと反応させる反応槽１３と、反応槽１３に酸性ガスＧを導入する酸性ガス導入装置１４と、反応槽１３からのスラリーＳ１３を固液分離する固液分離装置１５とで構成される。
第１～第３分級装置４、５、８には、湿式篩等を用いることができる。
湿式粉砕装置６、１２には、湿式のローラーミル、ハンマーミル、ピンミル、ロッドミル、振動ミル等を用いることができる。
湿式磁力選別装置７、１０には、湿式ドラム型磁選機、湿式マグネットフィルタ型磁選機等を用いることができる。
湿式比重選別装置９、１１には、ジグ選別機、薄流選別機等を用いることができる。
酸性ガス導入装置１４は、反応槽１３に酸性ガスＧを導入するために設けられ、導入する酸性ガスには、ＣＯ2を多く含むセメントキルンの排ガスやＳＯ2を多く含む塩素バイパス設備の排ガスを利用することができる。
反応槽１３は、湿式粉砕されたスラリーＳ１２を酸性ガスＧと反応させるために設けられ、バッチ式や連続式の曝気槽等を用いることができる。
次に、上記構成を有する資源化装置１を用いた、本発明に係るごみ焼却灰の資源化方法について、図１を参照しながら説明する。
まず、スラリー化装置３において、主灰ＢＡに水Ｗを添加して解泥しながら撹拌して主灰スラリーＳ１を生成する。スラリー化装置３に投入する主灰ＢＡは、任意の状態のものを使用することができるが、受け入れ後に予め大塊を除去し、磁力選別、２５ｍｍ以上の篩い目の篩選別により異物が除去されていることが好ましい。
スラリー化にあたり、主灰ＢＡに対して０．１倍～２．０倍の量の水を使用する。解泥するのは、受け入れた主灰ＢＡが水分によって凝集しているため、そのままでは分級が困難だからである。
次に、スラリー化装置３からの主灰スラリーＳ１を第１分級装置４に供給し、粒径２ｍｍを超える粗粒子を含むスラリーＳ２と、粒径２ｍｍ以下の微粒子を含むスラリーに分離する。
粒径２ｍｍを超える粗粒子を含むスラリーＳ２を湿式粉砕装置６に供給し、湿式粉砕する。湿式粉砕されたスラリーＳ５を湿式磁力選別装置７に供給し、磁着物を除去する。磁着物を除去したスラリーＳ６を第３分級装置８に供給し、粒径８ｍｍを超える粗粒子を含むスラリーＳ７と、粒径８ｍｍ以下の微粒子を含むスラリーＳ８に分離し、スラリーＳ７を湿式比重選別装置９に供給し、スラリーＳ８を第１分級装置４に戻す。
湿式比重選別装置９において、スラリーＳ７から貴金属を含む重産物を回収し、残りの軽産物スラリーＳ９をセメント焼成装置２０の仮焼炉に投入する。
上記粒径２ｍｍ以下の微粒子を含むスラリーを第２分級装置５に供給し、さらに粒径０．７ｍｍを超える粒子を含むスラリーＳ３と、粒径０．７ｍｍ以下の粒子を含むスラリーＳ４に分離する。
粒径０．７ｍｍを超える粒子を含むスラリーＳ３を湿式磁力選別装置１０に供給し、磁着物を除去する。磁着物を除去したスラリーＳ１０を湿式比重選別装置１１に供給し、スラリーから貴金属を含む重産物を回収し、残りの軽産物スラリーＳ１１を固液分離装置１５に供給して固液分離した後、ケークＣをセメント焼成装置２０の仮焼炉に投入する。
第２分級装置５で分離された粒径０．７ｍｍ以下の粒子を含むスラリーＳ４を湿式粉砕装置１２に供給し、湿式粉砕する。その後、反応槽１３に供給し、反応槽１３において酸性ガス導入装置１４からの酸性ガスＧと反応させ、主灰ＢＡに含まれるフリーデル氏塩を分解する。粒径０．７ｍｍ以下の粒子を含むスラリーＳ４を対象とするのは、粒径の小さい粒子に塩素分が多く含まれているからであり、湿式粉砕するのは、表面積を大きくして反応性を高めるためである。
尚、フリーデル氏塩とは、化学式で表すと、３ＣａＯ・Ａｌ2Ｏ3・ＣａＣｌ2・１０Ｈ2Ｏであり、下記のように、アルミン酸三石灰（３ＣａＯ・Ａｌ2Ｏ3）が水和反応の際に塩化物イオンを取り込んで生成される塩である。
３ＣａＯ・Ａｌ2Ｏ3＋ＣａＣｌ2＋１０Ｈ2Ｏ→３ＣａＯ・Ａｌ2Ｏ3・ＣａＣｌ2・１０Ｈ2Ｏ
３ＣａＯ・Ａｌ2Ｏ3＋ＣａＣｌ2＋１０Ｈ2Ｏ→３ＣａＯ・Ａｌ2Ｏ3・ＣａＣｌ2・１０Ｈ2Ｏ
スラリーに酸性ガスＧとしてセメントキルンの排ガスを吹き込むと、下式に示すように、フリーデル氏塩を分解することができる。
３ＣａＯ・Ａｌ2Ｏ3・ＣａＣｌ2・１０Ｈ2Ｏ＋３ＣＯ2→３ＣａＣＯ3＋２Ａｌ（ＯＨ）3＋ＣａＣｌ2＋７Ｈ2Ｏ
３ＣａＯ・Ａｌ2Ｏ3・ＣａＣｌ2・１０Ｈ2Ｏ＋３ＣＯ2→３ＣａＣＯ3＋２Ａｌ（ＯＨ）3＋ＣａＣｌ2＋７Ｈ2Ｏ
また、スラリーに酸性ガスＧとして塩素バイパス設備の排ガスを吹き込むと、下式に示すように、フリーデル氏塩を分解することができる。
３ＣａＯ・Ａｌ2Ｏ3・ＣａＣｌ2・１０Ｈ2Ｏ＋ＸＳＯ4 2-→３ＣａＯ・Ａｌ2Ｏ3・３ＣａＳＯ4・３２Ｈ2Ｏ＋ＹＣｌ-
３ＣａＯ・Ａｌ2Ｏ3・ＣａＣｌ2・１０Ｈ2Ｏ＋ＸＳＯ4 2-→３ＣａＯ・Ａｌ2Ｏ3・３ＣａＳＯ4・３２Ｈ2Ｏ＋ＹＣｌ-
この際、反応槽１３内のｐＨは４～１０．５に調整する。
酸性ガスＧとの反応を終えたスラリーＳ１３は、固液分離装置１５へ導入され、ケーク洗浄水（新規水）Ｗ１によって洗浄された後、又は洗浄されながら脱水される。脱水後のケークＣは、セメント原料としてセメント焼成装置２０の仮焼炉に投入する。また、固液分離装置１５の排水Ｗ３は、排水処理後放流し、一部の排水Ｗ２をスラリー化装置３へ戻して循環使用する。また、固液分離装置１５で分離されたろ液Ｆ１もスラリー化装置３へ戻して再使用することができる。この際、ろ液Ｆ１の電気伝導度を測定してろ液Ｆ１の塩素濃度を管理しながら、上記排水Ｗ２の循環量を決定することが好ましい。
以上のように、本実施の形態によれば、主灰ＢＡを脱塩してセメント原料として再利用すると共に、貴金属を含む重産物を湿式比重選別装置９、１１で回収することができ、乾燥処理をする必要もないので、主灰ＢＡから効率よく貴金属を回収することができる。
尚、上記実施の形態においては、第１分級装置４の分級点を２ｍｍ程度、第２分級装置５の分級点を０．７ｍｍ程度、第３分級装置８の分級点を８ｍｍ程度としたが、セメント資源化装置１の運転状況等に応じてこれらの分級点を適宜変更することができる。但し、第２分級装置５の分級点は、効果的に塩素除去を行うため、１ｍｍ以下であることが好ましい。
また、第１分級装置～第３分級装置４，５、８において散水しながら分級することで、粗粒子に付着した微粒子を粗粒子から分離させたり、粗粒子の水洗をある程度行うこともできるため、より効果的に塩素分を低減することができ、粗粒子の水洗設備を別途設ける必要もない。散水量は、処理する主灰ＢＡの量の１～４倍に調整する。
さらに、反応槽１３に酸性ガスＧを導入せずに、硫酸、硝酸、酢酸、ギ酸等の酸を添加してもよい。
また、反応槽１３に酸性ガスＧや酸だけでなく、Ｏ3等の酸化性ガスを導入し、ＣＯＤを低下させて後段の排水処理の負荷を軽減することもできる。反応槽１３に酸化性ガスを導入せずに、槽を多段化し、酸性ガスＧや酸化性ガスを別々に導入することもできる。
さらにまた、スラリーＳ９及びケークＣをセメント原料としてセメント焼成装置２０の仮焼炉に投入したが、スラリーＳ９等を調合原料として利用することもできる。
また、第１分級装置４で分離した粗粒子を含むスラリーＳ２、及び第２分級装置５で分離した粗粒子を含むスラリーＳ３を各々処理する処理装置は、上記実施の形態で示す構成とすることが好ましいが、必ずしも上記構成に限定されず、種々の装置構成とすることができ、最終的に湿式比重選別装置９、１１で重産物側に貴金属を回収することができればよい。
１ セメント資源化装置
２ 主灰タンク
３ スラリー化装置
４ 第１分級装置
５ 第２分級装置
６ 湿式粉砕装置
７ 湿式磁力選別装置
８ 第３分級装置
９ 湿式比重選別装置
１０ 湿式磁力選別装置
１１ 湿式比重選別装置
１２ 湿式粉砕装置
１３ 反応槽
１４ 酸性ガス導入装置
１５ 固液分離装置
２０ セメント焼成装置
２ 主灰タンク
３ スラリー化装置
４ 第１分級装置
５ 第２分級装置
６ 湿式粉砕装置
７ 湿式磁力選別装置
８ 第３分級装置
９ 湿式比重選別装置
１０ 湿式磁力選別装置
１１ 湿式比重選別装置
１２ 湿式粉砕装置
１３ 反応槽
１４ 酸性ガス導入装置
１５ 固液分離装置
２０ セメント焼成装置
Claims (8)
- ごみ焼却灰に水を添加してスラリー化し、
該ごみ焼却灰スラリーを粗粒子を含むスラリーと、微粒子を含むスラリーに分離し（第１の分級）、
前記粗粒子を含むスラリーを湿式比重選別（第１の湿式比重選別）して貴金属を回収し、
前記微粒子を含むスラリーを脱塩した後、セメント原料として利用することを特徴とするごみ焼却灰の資源化方法。 - 前記ごみ焼却灰スラリーを分級して分離された微粒子を含むスラリーをさらに分級し（第２の分級）、
該第２の分級によって分離された粗粒子を含むスラリーを湿式比重選別（第２の湿式比重選別）して貴金属を回収し、
前記第２の分級によって分離された微粒子を含むスラリーを脱塩した後、セメント原料として利用することを特徴とする請求項１に記載のごみ焼却灰の資源化方法。 - 前記第１の分級によって分離された粗粒子を含むスラリーを湿式粉砕し、
該粉砕された粗粒子を含むスラリーから湿式磁力選別によって磁着物を除去し、
該磁着物が除去された粗粒子を含むスラリーをさらに分級し（第３の分級）、
該第３の分級によって分離された粗粒子を含むスラリーについて前記第１の湿式比重選別を行うことを特徴とする請求項１又は２に記載のごみ焼却灰の資源化方法。 - 前記第２の分級によって分離された粗粒子を含むスラリーから湿式磁力選別によって磁着物を除去し、
該磁着物が除去された粗粒子を含むスラリーについて前記第２の湿式比重選別を行うことを特徴とする請求項２又は３に記載のごみ焼却灰の資源化方法。 - ごみ焼却灰に水を添加してスラリー化するスラリー化装置と、
該スラリー化装置でスラリー化されたごみ焼却灰スラリーを粗粒子を含むスラリーと、微粒子を含むスラリーに分離する分級装置（第１の分級装置）と、
該分級装置で分離された前記粗粒子を含むスラリーを湿式比重選別する湿式比重選別装置（第１の湿式比重選別装置）と、
前記分級装置で分離された前記微粒子を含むスラリーを脱塩する脱塩装置とを備えることを特徴とするごみ焼却灰の資源化装置。 - 前記第１の分級装置でごみ焼却灰スラリーを分級して分離された微粒子を含むスラリーをさらに分級する分級装置（第２の分級装置）と、
該第２の分級装置によって分離された粗粒子を含むスラリーを湿式比重選別する湿式比重選別装置（第２の湿式比重選別装置）とを備え、
前記脱塩装置は、前記第２の分級装置によって分離された微粒子を含むスラリーを脱塩することを特徴とする請求項５に記載のごみ焼却灰の資源化装置。 - 前記第１の分級装置で分離された前記粗粒子を含むスラリーを湿式粉砕する湿式粉砕装置と、
該湿式粉砕装置で粉砕された粗粒子を含むスラリーから磁着物を除去する湿式磁力選別装置と、
該湿式磁力選別装置で磁着物が除去された粗粒子を含むスラリーをさらに分級する分級装置（第３の分級装置）とを備え、
該第３の分級装置によって分離された粗粒子を含むスラリーを前記第１の湿式比重選別装置に供給することを特徴とする請求項５又は６に記載のごみ焼却灰の資源化装置。 - 前記第２の分級装置によって分離された粗粒子を含むスラリーから磁着物を除去する湿式磁力選別装置を備え、
該湿式磁力選別装置によって磁着物が除去された粗粒子を含むスラリーを前記第２の湿式比重選別装置に供給することを特徴とする請求項６又は７に記載のごみ焼却灰の資源化装置。
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