JP7359533B2

JP7359533B2 - 廃棄物の分別装置及び分別方法、並びに、廃棄物の処理システム及び処理方法

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Publication number: JP7359533B2
Application number: JP2018148365A
Authority: JP
Inventors: 健史藤井; 哲生井関; 正英田邉
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Priority date: 2018-08-07
Filing date: 2018-08-07
Publication date: 2023-10-11
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Also published as: JP2020022931A

Description

本開示は、廃棄物の分別装置及び分別方法、並びに、廃棄物の処理システム及び処理方法に関する。

炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）は、軽量及び高強度といった炭素繊維の特性を利用して、日用品、パソコン、家電、自動車、航空機、スポーツ用品及び建築土木分野等の様々な用途に使用されている。これらの製品の廃棄処分で生じるシュレッダーダストには、炭素繊維を含む場合がある。このような炭素繊維を含む廃棄物の処理方法として、セメントキルンを利用して焼却処理を行う技術が知られている。このような技術においては、焼却処理の前に、廃棄物を例えば３ｍｍ以下の粒子径となるように粉砕している。

特許文献１では、ＣＦＲＰを粉砕する際の発塵を抑制しつつ粉砕性を向上させるために、界面活性剤の水溶液を添加することが提案されている。また、特許文献２では、ＣＦＲＰを所定条件で加熱処理して粉砕性を向上し、加熱処理後に粉砕して得られた粉砕物をセメント製造装置の燃料として用いる技術が提案されている。

特開２０１８－５１９８８号公報特開２０１７－６６３８３号公報

廃棄物に含有される炭素繊維は強度が高く且つ燃え難い一方で、同じ廃棄物に含有されるプラスチック等は炭素繊維よりも強度が低く燃えやすい。このように、炭素繊維を含有する廃棄物は、特性が大きく異なる成分を含有するため、これらを特性が異なる成分毎に分別できれば、廃棄物処理の円滑化が期待できる。

そこで、本開示は、炭素繊維を含有する廃棄物を円滑に処理することを可能にする廃棄物の分別装置及び分別方法を提供する。また、炭素繊維を含有する廃棄物を円滑に処理することが可能な廃棄物の処理システム及び処理方法を提供する。

本開示の一側面に係る廃棄物の分別装置は、炭素繊維を含有する複数の廃棄物を含む廃棄物群を帯電させる帯電部と、静電気力で廃棄物の落下軌道を変えることによって廃棄物群を分別する分別部と、を備える、廃棄物の分別装置を提供する。

上記分別装置は、廃棄物群を帯電させる帯電部を備える。分別部では、静電気力で廃棄物の落下軌道を変えることによって廃棄物群を分別する。炭素繊維は、通常、プラスチック、ゴム、紙屑等の廃棄物成分よりも高い導電性を有するため、炭素繊維の有無に応じて帯電性が異なる。この分別装置は、帯電性による静電気力の違いを利用して、炭素繊維を含有する廃棄物を含む廃棄物群を効率良く分別することができる。分別後は、廃棄物の含有成分に応じて適切な処理を施すことが可能になる。例えば、炭素繊維を含む帯電し難い廃棄物（第１廃棄物）から炭素繊維を回収して炭素繊維をリサイクルしてもよい。一方、帯電し易い廃棄物は、加熱処理又は粉砕処理を施してよい。帯電し易い廃棄物（第２廃棄物）は、廃棄物に含まれる成分の中で強度が高く且つ燃え難い炭素繊維が低減されていることから、加熱処理又は粉砕処理の設備負荷を低減することができる。

このように、分別された廃棄物毎に下流側の装置構成を任意に設定することが可能となり、それぞれの廃棄物に適した処理を行うことができる。そして、第１廃棄物と第２廃棄部の分別を、静電気力で落下軌道を変えることによって行っていることから、廃棄物を簡便に分別することができる。したがって、この分別装置は、炭素繊維を含有する廃棄物を円滑に処理することを可能にする。

上記帯電部は、電界中において廃棄物を帯電させる電界発生装置、又は、廃棄物を摩擦によって帯電させる摩擦発生装置を備えてもよい。また、上記分別部は、廃棄物の落下軌道を静電気力で変更する帯電ドラム又は帯電板を備えてもよい。このような構成とすることによって、シンプルな設備構成で廃棄物を帯電させ分別することができる。

上記分別装置は、帯電部の上流側に、廃棄物を乾燥する乾燥部を備えてもよい。乾燥部を有することによって、水分によって分別精度が低下することを十分に抑制することができる。乾燥部は、セメントクリンカ製造装置から発生する廃熱を利用することが好ましい。これによって分別装置のエネルギー効率を十分に高くすることができる。

本開示の一側面に係る廃棄物の処理システムは、上述の分別装置と、炭素繊維を含む廃棄物の少なくとも一部を酸処理又は加熱処理する後処理部を備える。この廃棄物の処理システムは、上述の分別装置を備えることから、炭素繊維を含有する廃棄物を円滑に処理することができる。

本開示の一側面に係る廃棄物の分別方法は、炭素繊維を含有する複数の廃棄物を含む廃棄物群を帯電させること、及び、静電気力で廃棄物の落下軌道を変えることによって廃棄物群を分別すること、を有する。

上記分別方法では、廃棄物群を帯電させ、静電気力で廃棄物の落下軌道を変えることによって廃棄物群を分別する。炭素繊維は、通常、プラスチック、ゴム、紙屑等の廃棄物成分よりも高い導電性を有するため、炭素繊維の有無に応じて帯電性が異なる。この分別方法は、帯電性による静電気力の違いを利用して、炭素繊維を含有する廃棄物を含む廃棄物群を効率良く分別することができる。分別後は、廃棄物の含有成分に応じて適切な処理を施すことが可能になる。例えば、炭素繊維を含む帯電し難い廃棄物（第１廃棄物）から炭素繊維を回収して炭素繊維をリサイクルしてもよい。一方、帯電し易い廃棄物は、加熱処理又は粉砕処理を施してよい。帯電し易い廃棄物（第２廃棄物）は、廃棄物に含まれる成分の中で強度が高く且つ燃え難い炭素繊維が低減されていることから、加熱処理又は粉砕処理の作業負荷を低減することができる。

このように、分別された廃棄物毎に下流側のプロセスを任意に選択することが可能となり、それぞれの廃棄物に適した処理を行うことができる。そして、第１廃棄物及び第２廃棄物の分別は、帯電性の違いに応じて行うことから、廃棄物を簡便に分別することができる。したがって、この分別方法は、炭素繊維を含有する廃棄物を円滑に処理することを可能にする。

上記分別方法では、廃棄物群を帯電させる前に廃棄物群を乾燥させてもよい。廃棄物群を乾燥することによって、水分によって分別精度が低下することを十分に抑制することができる。乾燥は、セメントクリンカ製造装置から発生する廃熱を利用することが好ましい。これによって分別方法のエネルギー効率を十分に高くすることができる。

本開示の一側面に係る廃棄物の処理方法は、炭素繊維を含有する複数の廃棄物を含む廃棄物群を帯電させること、静電気力で廃棄物の落下軌道を変えること、及び、分別して得られた炭素繊維を含有する廃棄物の少なくとも一部に酸処理又は加熱処理を施すこと、を有する。

この廃棄物の処理方法は、上述の分別方法で廃棄物群を分別して得られる炭素繊維を含む廃棄物に対して、酸処理又は加熱処理を施している。これによって、炭素繊維を含む廃棄物を円滑に処理することができる。

上記処理方法では、廃棄物群を帯電させる前に廃棄物群を乾燥させてもよい。廃棄物群を乾燥することによって、水分によって分別精度が低下することを十分に抑制することができる。乾燥は、セメントクリンカ製造装置から発生する廃熱を利用することが好ましい。これによって処理方法のエネルギー効率を十分に高くすることができる。

本開示によれば、炭素繊維を含有する廃棄物を円滑に処理することを可能にする廃棄物の分別装置及び分別方法を提供することができる。また、炭素繊維を含有する廃棄物を円滑に処理することが可能な廃棄物の処理システム及び処理方法を提供することができる。

廃棄物の分別装置の一例を示す模式図である。廃棄物の分別装置の別の例を示す模式図である。廃棄物の分別装置のさらに別の例を示す模式図である。廃棄物の分別装置のさらに別の例を示す模式図である。廃棄物の処理システムの一例を示す模式図である。廃棄物の処理システムの別の例を示す模式図である。廃棄物の処理システムに備えられる加熱処理部の一例を示す模式図である。

以下、場合により図面を参照して、本発明の一実施形態について説明する。ただし、以下の実施形態は、本発明を説明するための例示であり、本発明を以下の内容に限定する趣旨ではない。説明において、同一要素又は同一機能を有する要素には同一符号を用い、場合により重複する説明は省略する。また、上下左右等の位置関係は、特に断らない限り、図面に示す位置関係に基づくものとする。更に、各要素の寸法比率は図示の比率に限られるものではない。

一実施形態に係る廃棄物の分別装置は、炭素繊維を含有する複数の廃棄物を含む廃棄物群を帯電させる帯電部と、静電気力で廃棄物の落下軌道を変えることによって廃棄物群を分別する分別部と、を備える。分別部は、廃棄物群を、炭素繊維を含有する第１廃棄物と炭素繊維を含有しない第２廃棄物とに分別してもよい。また、分別部は、例えば廃棄物の帯電性に応じて、廃棄物群を３つ以上に分別してもよい。例えば、分別部は、相当量の金属分を含む廃棄物群を分別する場合、帯電性に応じた静電気力によって、第１廃棄物として金属成分を含む廃棄物、第２廃棄物として炭素繊維を含む廃棄物、第３廃棄物として金属成分及び炭素繊維以外の成分（絶縁成分）を主成分とする廃棄物に分別してもよい。分別部は、廃棄物を搬送する搬送部を備え、搬送部によって搬送された廃棄物群の落下軌道を静電気力で変えることによって廃棄物群を分別してもよい。

廃棄物に含まれる炭素繊維としては、アクリル繊維又はピッチを原料として高温で炭化して作製されたものが挙げられる。廃棄物は、炭素繊維強化複合材（ＣＦＲＰ）を含んでもよいし、含んでいなくてもよい。炭素繊維複合材としては、炭素繊維がポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン等の熱可塑性樹脂と複合されたもの（熱可塑性ＣＦＲＰ）、及びフェノール樹脂、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂と複合されたもの（熱硬化性ＣＦＲＰ）が挙げられる。

廃棄物は、日用品、パソコン、家電、自動車、航空機、スポーツ用品及び建築土木分野等に由来するものであってよい。これらの廃棄物は、自動車及び家電等の廃棄で生じるシュレッダーダストであってよい。廃棄物は、炭素繊維のみならず、プラスチック等の樹脂成分を含んでいてよい。廃棄物は、炭素繊維及び樹脂成分の他に、金属及びゴム等の異物を含んでもよい。

図１は、本実施形態の廃棄物の分別装置の一例を示す模式図である。分別装置１００は、炭素繊維を含有する複数の廃棄物を含む廃棄物群５０を廃棄物の帯電性による静電気力の違いに応じて分別する。分別装置１００は、炭素繊維を含有する複数の廃棄物を含む廃棄物群５０を帯電させる帯電部１０と、静電気力で廃棄物の落下軌道を変えることによって廃棄物群５０を第１廃棄物５１と第２廃棄物５２に分別する分別部３０とを備える。

炭素繊維を含有する複数の廃棄物を含む廃棄物群５０は、帯電部１０において帯電する。帯電の極性は特に限定されない。帯電部１０としては、電界発生装置を備えるものが挙げられる。電界発生装置による電界内を、廃棄物群５０が通過することによって、廃棄物群５０に含まれる廃棄物が帯電する。廃棄物群に含まれる炭素繊維は、通常樹脂内に埋め込まれている。このように樹脂と樹脂内に埋め込まれた炭素繊維を含む廃棄物の電気抵抗率は、例えば、１×１０^－１［Ω・ｍ］以下である。これに対し、炭素繊維を含まないプラスチック等の絶縁体で構成される廃棄物の電気抵抗率は１×１０^６［Ω・ｍ］以上である。このように、廃棄物は、含有成分によって電気抵抗率が大きく異なることから、廃棄物群５０が電界内を通過すると、含有成分によって帯電性が異なる。

帯電部１０に備えられる電界発生装置は公知のものを用いることが可能であり、例えば、高電圧が印可される針状電極と導電体とを備え、両者間でコロナ放電界を形成するものが挙げられる。帯電部１０は電界発生装置を備えるものに限定されず、例えば回転ドラム又は振動器等の摩擦発生装置を備えるものであってもよい。この場合、廃棄物を回転ドラム又は振動器中で動かして生じる摩擦によって静電気を発生させ、帯電させることができる。このような方式によっても、廃棄物はその含有成分によって帯電性が異なることとなる。廃棄物を十分に帯電させる観点から、摩擦発生装置の内壁は絶縁体で構成されることが好ましい。

帯電した廃棄物を含む廃棄物群５０は、分別部３０の搬送部をなすコンベア３６上（図１の左側）に供給される。コンベア３６上に供給された廃棄物群５０は、コンベア３６によって、図１中、分別部３０の帯電ドラム３２に向かって搬送される。コンベア３６は帯電ドラム３２の下方に配置される。これによって、帯電ドラム３２の回転面の下側に廃棄物群５０が供給される。このように回転面の下側に廃棄物群５０を供給することによって、回転面と廃棄物群５０とが直接接触しなくても廃棄物群５０を分別することができる。廃棄物群５０の全てが回転面に接触する場合に比べて、回転面の傷付き及び汚れの付着を抑制することができる。したがって、帯電ドラム３２のメンテナンス頻度を低減し、安定的に廃棄物群５０を分別することができる。このような観点から、廃棄物群５０が搬送されている間は、廃棄物群５０と帯電ドラム３２の回転面との間に隙間が確保されることが好ましい。

帯電ドラム３２の回転面は、廃棄物とは反対極に帯電している。コンベア３６によって廃棄物群５０が帯電ドラム３２の下方に到達すると、帯電ドラム３２の回転面とは反対極に帯電し、当該回転面との電位差が大きい第２廃棄物５２は、静電気的な引力によって回転面に付着する。その後、帯電ドラム３２の回転面とともに回転し、回転面に沿って設けられたスクレーパ３４によって回転面から剥がされて落下し、第２収容部６２に収容される。スクレーパ３４は例えば掻き落としブラシ等であってもよい。

一方、帯電していない第１廃棄物５１、又は帯電ドラム３２の回転面とは反対極に帯電しているが第２廃棄物５２よりも回転面との電位差が小さい第１廃棄物５１は、帯電ドラム３２の回転面と第１廃棄物５１間の静電引力よりも重力の方が大きいため、帯電ドラム３２の回転面に付着することなく落下し、第１収容部６１に収容される。このように、廃棄物群５０に含まれる第１廃棄物５１及び第２廃棄物５２は、それぞれの帯電性（帯電ドラム３２の回転面との電位差）に応じて、第１廃棄物５１と第２廃棄物５２とが分別され別々の収容部に収容される。このようにして、廃棄物群５０は、第１廃棄物５１と第２廃棄物５２とに分別される。第１収容部６１と第２収容部６２には、それぞれに収容された第１廃棄物５１と第２廃棄物５２とが電気的に中性になるようにアースが接続されていてもよい。

炭素繊維を含む廃棄物とともにプラスチック、紙屑等の絶縁体からなる廃棄物を含む廃棄物群５０を分別すると、炭素繊維を含む廃棄物は、絶縁体からなる廃棄物に比べて帯電し難いため、第１廃棄物５１として回収される傾向にある。一方、絶縁体からなる廃棄物は、炭素繊維を含む廃棄物よりも帯電し易いため、第２廃棄物５２として回収される傾向にある。すなわち、炭素繊維を含む第１廃棄物５１は、プラスチック、ゴム、紙屑等を含む第２廃棄物５２よりも高い導電性を有することから、このような廃棄物成分を含む廃棄物群５０を分別すると、第２廃棄物５２よりも第１廃棄物５１の方が炭素繊維の含有量が高くなる。

ただし、第２廃棄物５２は炭素繊維を含んでいてもよい。第１収容部６１に収容された第１廃棄物５１全体と、第２収容部６２に収容された第２廃棄物５２全体とを対比して、第１廃棄物５１全体の方が第２廃棄物５２全体よりも炭素繊維の含有量が高ければ、分別装置１００は、炭素繊維を含む廃棄物の処理の円滑化に寄与する。

分別装置１００は、廃棄物群５０を分別することによって、炭素繊維を含有する廃棄物の処理を円滑にすることができる。このため、分別後の廃棄物の含有成分に応じて適切な処理を施すことが可能になる。廃棄物群５０の分別を、帯電性の違いに基づいて行っていることから、廃棄物を小さいサイズに破砕しなくても廃棄物群を簡便に分別することができる。このように、分別装置１００は、炭素繊維を含有する廃棄物を円滑に処理することを可能にする。

図２は、廃棄物の分別装置の別の例を示す模式図である。分別装置１０１は、炭素繊維を含有する複数の廃棄物を含む廃棄物群５０を帯電させる帯電部１０と、廃棄物の帯電性の違いに応じて廃棄物群５０を分別する、帯電板３０Ａを有する分別部と、を備える。

分別装置１０１は、帯電ドラム３２の代わりに帯電板３０Ａを備える点で分別装置１００と異なる。分別装置１００と異なる部分を中心に以下に説明する。帯電板３０Ａは、正の電荷又は負の電荷を有することによって帯電している。帯電部１０によって帯電した廃棄物群５０は、コンベア３６によって搬送され、コンベア３６の出口から落下する。帯電板３０Ａは、コンベア３６の出口付近に設置されている。このため、廃棄物がコンベア３６の出口から落下する際に、帯電板３０Ａと廃棄物との間に静電気的な引力又は斥力が発生する。このため、廃棄物の帯電性に応じて、廃棄物の落下軌道が異なることとなる。

帯電板３０Ａは、正極性又は負極性に帯電している。廃棄物の極性と帯電板３０Ａの極性が逆の場合、廃棄物と帯電板３０Ａとの間には静電気的な引力が生じる。第１廃棄物５１よりも帯電板３０Ａとの電位差が大きい第２廃棄物５２は、第１廃棄物５１よりも帯電板３０Ａ側に引き寄せられながら下方に落下する。このようにして、第２廃棄物５２はコンベア３６出口から落下する際の落下軌道が変わる。帯電板３０Ａによって落下軌道が大きく変わる第２廃棄物５２は、コンベア３６の出口から離れて配置される第２収容部６２に落下する。

一方、帯電板３０Ａとの電位差が小さい第１廃棄物５１は、帯電板３０Ａによって落下軌道が全く又は殆ど変わることなく、コンベア３６出口から下方に落下する。第１廃棄物５１は、第２収容部６２よりもコンベア３６側に配置される第１収容部６１に落下する。このようにして、廃棄物群５０に含まれる廃棄物は、静電気力によって第１廃棄物５１と第２廃棄物５２に分別される。

帯電した廃棄物の極性と帯電板３０Ａの極性は同じであってもよい。この場合、帯電した廃棄物と帯電板３０Ａとの間には静電気的な斥力が生じる。第１廃棄物５１よりも帯電板３０Ａとの電位差が大きくなるように帯電している第２廃棄物５２は、第１廃棄物５１よりも帯電板３０Ａから離れる方向に移動しながら下方に落下する。このようにして、第１廃棄物５１及び第２廃棄物５２はコンベア３６出口から落下する際の落下軌道が変わる。この場合、第１廃棄物５１が収容される第１収容部６１と第２廃棄物５２が収容される第２収容部６２の位置関係は、図２に示されるものとは逆になる。

分別装置１０１による分別は、帯電部１０と、帯電板３０Ａ及び搬送部（コンベア３６）を有する分別部と、を備えるシンプルな装置構成で行うことができる。分別装置１０１は、炭素繊維を含有する廃棄物を円滑に処理することを可能にする。

図３は、廃棄物の分別装置のさらに別の例を示す模式図である。分別装置１０２は、炭素繊維を含有する複数の廃棄物を含む廃棄物群５０を帯電させる帯電部１０と、廃棄物の帯電性に応じて廃棄物群５０を分別する分別部をなす帯電板３０Ｂと、を備える。

分別装置１０２は、帯電板３０Ｂによる静電気力が鉛直下方に落下する廃棄物群５０に作用するように構成されている点で分別装置１０１と異なる。分別装置１０１と異なる部分を中心に以下に説明する。帯電板３０Ｂは、帯電部１０よりも下側で、廃棄物群５０が落下する経路の傍に配置され、静電気力によって廃棄物の落下軌道を変更可能に構成される。

帯電板３０Ｂは、正極性又は負極性に帯電している。帯電部１０によって帯電した廃棄物群５０は、帯電部１０の出口から落下する。自由落下する廃棄物群５０には、帯電板３０Ｂの傍を通過する際、帯電板３０Ｂによって静電気的な引力又は斥力が発生する。この静電気力によって、廃棄物の落下軌道が変化する。

帯電した廃棄物の極性と帯電板３０Ｂの極性が逆の場合、廃棄物と帯電板３０Ｂとの間には静電気的な引力が生じる。第１廃棄物５１よりも帯電板３０Ｂとの電位差が大きい第２廃棄物５２は、第１廃棄物５１よりも帯電板３０Ｂ側に引き寄せられながら下方に落下する。このようにして、第２廃棄物５２はコンベア３６出口から落下する際の落下軌道が変わる。帯電板３０Ｂによって落下軌道が大きく変わる第２廃棄物５２は、帯電板３０Ｂ側に配置される第２収容部６２に落下する。

一方、静電気力によって落下軌道が、全く又は殆ど変らない第１廃棄物５１は、ほぼそのまま自由落下して帯電板３０Ｂから離れて配置される第１収容部６１に落下する。このようにして、廃棄物群５０に含まれる廃棄物は、互いに帯電性が異なる第１廃棄物５１と第２廃棄物５２に分別される。

本例の変形例では、廃棄物群５０が落下する経路を挟むようにして一対の帯電板を設けてもよい。一対の帯電板の一方に正の電圧を印加するとともに、他方に負の電圧を印加することによって、一対の帯電板を互いに逆の極性に帯電させて、廃棄物の落下軌道を変えてもよい。これによって、廃棄物群５０に作用する静電気力が一層大きくなり、廃棄物の落下軌道をより大きく変えることが可能となる。したがって、廃棄物群５０の分別の精度を向上することができる。

分別装置１０２による分別は、帯電部１０、及び帯電板３０Ｂを備えるシンプルな装置構成で行うことができる。分別装置１０２は、炭素繊維を含有する廃棄物を円滑に処理することを可能にする。

図４は、廃棄物の分別装置のさらに別の例を示す模式図である。分別装置１０３は、炭素繊維を含有する複数の廃棄物を含む廃棄物群５０を乾燥する乾燥部１２と、廃棄物群５０を帯電させる帯電部１０と、静電気力で廃棄物の落下軌道を変えることによって廃棄物群５０を第１廃棄物５１と第２廃棄物５２に分別する分別部３０とを備える。すなわち、分別装置１０３は、乾燥部１２を備える点で図１の分別装置１００と異なる。乾燥部１２以外の要素については、分別装置１００の説明内容を適用できる。

乾燥部１２を設けることによって、分別装置１０３で分別される廃棄物群５０が湿っていても、帯電部１０で廃棄物を十分帯電させることができる。廃棄物群５０の一部が湿っている場合、廃棄物群５０の一部のみを乾燥部１２で乾燥し、廃棄物群５０の他部は乾燥部１２をバイパスしてもよい。乾燥部１２における廃棄物群５０の乾燥温度は例えば４５℃～９５℃である。

乾燥部１２の熱源については特に制限は無く、セメントクリンカ製造装置における各種焼成炉又は発電設備等から発生する廃熱を利用してもよい。廃熱を利用することで廃棄物群５０の乾燥に要する燃料コストを低減することができる。

一実施形態に係る廃棄物の処理システムは、分別装置と、炭素繊維を含む廃棄物の少なくとも一部を酸処理又は加熱処理する後処理部を備える。後処理部は、炭素繊維を含む第１廃棄物を酸で処理する酸処理部と、第１廃棄物よりも炭素繊維の含有量が少ない第２廃棄物を加熱処理する加熱処理部とを備えてよい。廃棄物処理システムに備えられる分別装置は、上述の分別装置１００，１０１，１０２，１０３のいずれかであってよいし、その変形例のいずれかであってもよい。酸処理部は、廃棄物に含まれる樹脂成分を酸によって溶解するタンクであってよい。処理システムは、酸処理部で得られるスラリーから炭素繊維を含む固形分を分離する濾過部を備えてもよい。加熱処理部は、廃棄物を燃料として消費する加熱炉であってよいし、廃棄物を処理するキルンであってもよいし、廃棄物を炭化する炭化炉であってもよい。

図５は、廃棄物の処理システムの一例を示す模式図である。処理システム２００は、廃棄物の破砕装置８０と、分別装置１００と、炭素繊維を含む第１廃棄物５１を酸処理する酸処理部７１と、酸処理して得られるスラリーを濾過する濾過部７５と、第１廃棄物５１よりも炭素繊維の含有量が少ない第２廃棄物５２を加熱処理する加熱処理部７２と、を備える。

破砕装置８０は、炭素繊維を含有する廃棄物を所定のサイズ以下となるように破砕する。処理システム２００は、分別装置１００を備えることから、廃棄物を円滑に処理することができる。本例では破砕装置８０を備えているが、別の例では破砕装置を備えていなくてもよい。

破砕装置８０で破砕された廃棄物は、分別装置１００に導入される。分別装置１００では、分別装置１００に導入された廃棄物が、炭素繊維を含む第１廃棄物と、第１炭素物よりも炭素繊維の含有量が少ない第２廃棄物とに分別される。第１収容部６１に収容された第１廃棄物は、酸処理部７１に導入される。酸処理部７１はタンクを備え、第１廃棄物と酸とを接触させ、第１廃棄物に含まれる樹脂成分等を溶解させる。酸としては、硫酸等を用いることができる。酸処理時には必要に応じて電気分解処理を行って樹脂の分解を促進してもよい。

酸処理部７１では、樹脂成分が溶解し、第１廃棄物に含まれていた炭素繊維を固形分とするスラリーが得られる。このスラリーは例えばフィルターを備える濾過部７５に導入される。濾過部７５はフィルタープレスであってよい。スラリーは、濾過部７５において、炭素繊維残渣と液体分として樹脂リッチ分とに分離される。炭素繊維残渣は、炭素繊維として再利用してもよいし、炭化炉に導入して還元雰囲気下で蒸し焼きにし、炭化燃料としてもよい。炭化燃料は、セメント原燃料としてもよいし、バーナ燃焼用又は仮焼炉用の燃料としてもよい。樹脂リッチ分は、例えばセメントクリンカ製造装置の仮焼炉又はキルン窯前で燃焼してもよい。

第２収容部６２に収容された第２廃棄物は、加熱処理部７２に導入される。加熱処理部７２は、例えば、加熱炉、炭化炉及びキルンの少なくとも一つを備えてよい。加熱炉では、酸化雰囲気下で第２廃棄物を燃焼して炭化残渣にしてもよい。炭化炉では、還元雰囲気下で第２廃棄物を蒸し焼きにして炭化燃料としてもよい。このようにして得られる炭化残渣及び炭化燃料は、セメント原燃料としてもよいし、バーナ燃焼用又は仮焼炉用の燃料としてもよい。加熱炉の排熱はセメントクリンカ製造装置のキルンにて排熱回収してもよい。第２廃棄物は、キルンの窯前で燃焼してもよい。

処理システム２００は、炭素繊維を含む廃棄物を分別装置１００で分別することによって、廃棄物の処理を円滑にすることができる。また、廃棄物の有効活用を図ることができる。処理システム２００は、変形例において、分別装置１００に代えて分別装置１０１又は分別装置１０２を備えてもよい。これらの変形例によっても、廃棄物の処理を円滑にすることができる。

図６は、廃棄物の処理システムの別の例を示す模式図である。処理システム２０１は、廃棄物の破砕装置８０と、分別装置１００と、炭素繊維を含む第１廃棄物５１を酸処理する酸処理部７１Ａと、酸処理して得られるスラリーを濾過する濾過部７５と、濾過部７５で得られた固形物を加熱処理する加熱部７６と、第１廃棄物５１よりも炭素繊維の含有量が少ない第２廃棄物５２を加熱処理する加熱処理部７２と、を備える。すなわち、酸処理部７１Ａ及び加熱部７６を備える点で図５の処理システム２００とは異なる。処理システム２００と共通する要素については、処理システム２００で説明した内容を適用することができる。

処理システム２０１は、廃棄物が熱硬化性ＣＦＲＰと熱可塑性ＣＦＲＰを含む場合に好適に用いることができる。このような廃棄物を分別装置１００で分別すると、第１収容部６１に収容された第１廃棄物は熱硬化性ＣＦＲＰと熱可塑性ＣＦＲＰを含む。

第１廃棄物は、第１収容部６１から酸処理部７１Ａに導入される。酸処理部７１Ａは例えばタンクを備えており、当該タンク内において第１廃棄物５１と酸とが接触し、第１廃棄物５１に含まれる熱硬化性樹脂等が溶解する。第１廃棄物５１は熱硬化性ＣＦＲＰ及び熱可塑性ＣＦＲＰを含むため、第１廃棄物５１は、少なくとも炭素繊維、熱硬化性樹脂及び熱可塑性樹脂の３成分を含む。酸処理部７１Ａにおいて、上記３成分のうち、まず酸との接触により加水分解可能な成分（主に熱硬化性樹脂）が、炭素繊維から脱離する。酸処理時には必要に応じて電気分解処理を行って樹脂成分の分解を促進してもよい。

酸処理部７１Ａにおいて、熱硬化性樹脂が溶解し、炭素繊維及び熱可塑性樹脂を主たる固形分とするスラリーが得られる。このスラリーを濾過部７５に導入し、炭素繊維及び熱可塑性樹脂の含有量が第１廃棄物よりも大きい固形分と、熱硬化性樹脂の含有量（熱硬化性樹脂由来の成分を含む含有量）が第１廃棄物よりも大きい溶解成分（熱硬化性樹脂リッチ分）とに分別される。ここで得られる固形分は、第１廃棄物よりも炭素繊維及び熱可塑性樹脂の含有量が大きくなっている。この固形分は、加熱部７６に導入され、熱可塑性樹脂が溶融する温度以上に加熱される。これによって、熱可塑性樹脂と炭素繊維とを分離することができる。このようにして、第１廃棄物が、炭素繊維残渣と、熱可塑性樹脂の含有量が固形分よりも大きい溶解成分（熱可塑性樹脂リッチ分）とに分別される。

上述のとおり、処理システム２０１は、酸処理部７１Ａ、濾過部７５及び加熱部７６を備えるため、廃棄物が熱硬化性ＣＦＲＰ及び熱可塑性ＣＦＲＰを含む場合であっても、強度が高く且つ燃え難い炭素繊維と、強度が比較的低く燃え易い樹脂成分とを分別し、その後の処理を円滑にすることが可能となる。

図７は、処理システム２００及び２０１に備えられる加熱処理部の一例を示す模式図である。加熱処理部７２は、検出器９０と、加熱炉９１と、炭化炉９２とを備える。検出器９０は、第２廃棄物中の炭素繊維の有無、又は含有量を検出し、炭素繊維の含有量に応じて、第２廃棄物の後処理の方法を選択できるように構成される。

第２廃棄物中に炭素繊維が含まれていない、又は僅かである場合（例えば、第２廃棄物中の炭素繊維の含有量が、第２廃棄物全量を基準として５質量％以下）、セメントの品質への影響が少ないことから、そのままキルン窯前バーナの燃料として供給してもよい。第２廃棄物中に炭素繊維が含まれており、その含有量が第２廃棄物全量を基準として５質量％超である場合には、セメントの品質に影響を及ぼすことも懸念されることから、第２廃棄物は加熱炉９１又は炭化炉９２に導入される。

加熱炉９１では、酸化雰囲気下で第２廃棄物を燃焼させ炭化残渣としてもよい。加熱炉９１における燃焼を調整するために、必要に応じて、加熱炉９１内に、アルカリ金属及びアルカリ土類金属等の無機塩を添加してもよい。加熱炉の排熱はセメントクリンカ製造装置のキルンにて排熱回収してもよい。

炭化炉９２では、還元雰囲気下で第２廃棄物を蒸し焼きにし炭化して炭化燃料としてもよい。樹脂成分は炭化によって脆化するため、燃料として用いる際の粉砕等による粒度調整等が容易となる。

加熱炉９１及び炭化炉９２において得られる炭化残渣及び炭化燃料は、セメント原燃料として用いることができる。当該セメント原燃料は仮焼炉に供給してもよい。

上述の廃棄物の処理システム２００及び２０１によって得られる第２廃棄物及び樹脂リッチ分に含まれる炭素繊維を十分に低減することができる。したがって、キルンへ燃料として導入しても、炭素繊維由来の粉塵が電気集塵機に侵入し、電気集塵機の荷電減少及び集塵性能の低下の問題が生じ難い。

廃棄物の分別方法の一例は、図４の分別装置１０３を用いて実施することができる。この例の分別方法は、炭素繊維を含有する複数の廃棄物を含む廃棄物群を乾燥させる乾燥工程と、乾燥した廃棄物群を帯電させる帯電工程と、静電気力で廃棄物の落下軌道を変えて廃棄物群を分別する分別工程と、を有する。

乾燥工程では、廃棄物群を例えば４５～９５℃に加熱して廃棄物群に含まれる水分を低減する。これによって、水分による帯電性の低下を抑制し、廃棄物を一層高い精度で分別することができる。帯電工程では、帯電部１０において廃棄物群５０を帯電させる。帯電の極性は特に限定されない。帯電工程で帯電された廃棄物群５０は、搬送部をなすコンベア３６上に導入される。

分別工程では、コンベア３６で、図４中左側から右側に向かって搬送され、落下する廃棄物群５０に対して静電気力を作用させて落下軌道を変更し、これによって炭素繊維を含有する第１廃棄物５１と第１廃棄物５１よりも炭素繊維の含有量が小さい第２廃棄物５２に分別する。これらの分別は、分別部に備えられる帯電ドラム３２によって行うことができる。

上記分別方法の変形例では、分別装置１０３の代りに分別装置１００、１０１又は１０２を用いてもよい。上記例（分別装置１０１，１０２）及び変形例の分別方法によれば、廃棄物群５０の落下軌道を静電気力で変えることによって第１廃棄物５１と第２廃棄物５２に分別し、その後の処理手順を互いに異ならせることができる。これによって、それぞれの含有成分に適した処理を行うことが可能となる。したがって、炭素繊維を含有する廃棄物の処理を円滑にして資源の有効利用を図ることができる。

廃棄物の処理方法は、図５の処理システム２００又は図６の処理システム２０１を用いて実施することができる。処理システム２００を用いる場合、廃棄物の処理方法は、上述の分別工程の後に、第１廃棄物を酸処理する酸処理工程と、第２廃棄物を加熱処理する加熱処理工程と、を有する。

酸処理工程では、第１廃棄物５１と酸とを接触させ、第１廃棄物５１に含まれる樹脂成分等を溶解させる。酸としては、硫酸等を用いることができる。必要に応じて電気分解処理を行って樹脂の分解を促進してもよい。酸処理工程では、樹脂成分が溶解し、炭素繊維を固形分とするスラリーが得られる。このスラリーを分離するために濾過工程を行ってもよい。濾過工程では、スラリーを、炭素繊維残渣と、樹脂リッチ分に分離する。炭素繊維残渣と樹脂リッチ分は、処理システム２００の説明内容と同様にして処理することができる。

加熱処理工程では、第２廃棄物を、加熱炉又はキルンで加熱して燃焼処理してもよいし、炭化炉で炭化処理してもよい。加熱炉では、酸化雰囲気下で第２廃棄物を燃焼して炭化残渣にしてもよい。炭化炉では、還元雰囲気下で第２廃棄物を蒸し焼きにして炭化燃料としてもよい。このようにして得られる炭化残渣及び炭化燃料は、処理システム２００の説明内容と同様にして処理することができる。

処理システム２０１を用いる場合、酸処理工程で熱硬化性樹脂の全部又は大部分が溶解し、炭素繊維及び熱可塑性樹脂を主たる固形分とするスラリーが得られる。このスラリーを濾過して、炭素繊維及び熱可塑性樹脂の含有量が第１廃棄物よりも大きい固形分と、熱硬化性樹脂の含有量（熱硬化性樹脂由来の成分を含む含有量）が第１廃棄物よりも大きい溶解成分（熱硬化性樹脂リッチ分）とに分別される。上記炭素繊維及び熱可塑性樹脂の含有量が第１廃棄物よりも大きい固形分は、加熱工程において、熱可塑性樹脂が溶融する温度以上に加熱することで、熱可塑性樹脂と炭素繊維とを分離する。このようにして、第１廃棄物が、炭素繊維残渣と、熱硬化性樹脂リッチ分と、熱可塑性樹脂リッチ分とに分別される。

上述の廃棄物の処理方法では、廃棄物群５０を帯電性による静電気力の違いに応じて第１廃棄物５１と第２廃棄物５２に分別している。そして、分別された第１廃棄物と第２廃棄物とにそれぞれ異なる後処理を施している。このように、第１廃棄物と第２廃棄物をシンプルな手法で分別し、それぞれ別個の後処理を施していることから、炭素繊維を含む廃棄物を円滑に処理することができる。

以上、幾つかの実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に何ら限定されるものではない。

本開示によれば、炭素繊維を含有する廃棄物を円滑に処理することを可能にする廃棄物の分別装置及び分別方法が提供される。また、炭素繊維を含有する廃棄物を円滑に処理することが可能な廃棄物の処理システム及び処理方法が提供される。

１０…帯電部、１２…乾燥部、３０…分別部、３２…帯電ドラム、３４…スクレーパ、３０Ａ，３０Ｂ…帯電板、３６…コンベア、５０…廃棄物群、５１…第１廃棄物、５２…第２廃棄物、６１…第１収容部、６２…第２収容部、７１…酸処理部、７２…加熱処理部、７５…濾過部、８０…破砕装置、１００，１０１，１０２，１０３…分別装置、２００…処理システム。

Claims

炭素繊維を含有する複数の廃棄物を含む廃棄物群を帯電させる帯電部と、
静電気力で前記廃棄物の落下軌道を変えることによって前記廃棄物群を分別する分別部と、を備え、
前記分別部は、静電気的な引力又は斥力によって前記廃棄物の落下軌道を変える帯電ドラムと、前記帯電ドラムに廃棄物を供給する搬送部と、を有し、前記搬送部の出口が前記帯電ドラムの下方に配置されている、廃棄物の分別装置。
前記廃棄物群の一部は前記帯電ドラムに接触することなく分別される、請求項１に記載の廃棄物の分別装置。
前記帯電部は、電界中において前記廃棄物を帯電させる電界発生装置、又は、前記廃棄物を摩擦によって帯電させる摩擦発生装置を備える、請求項１又は２に記載の廃棄物の分別装置。
前記帯電部の上流側に、前記廃棄物を乾燥する乾燥部を備える、請求項１～３のいずれか一項に記載の廃棄物の分別装置。
前記乾燥部は、セメントクリンカ製造装置から発生する廃熱を利用する、請求項４に記載の廃棄物の分別装置。
請求項１～５のいずれか一項に記載の前記分別装置と、前記炭素繊維を含む廃棄物の少なくとも一部を酸処理又は加熱処理する後処理部を備える、廃棄物の処理システム。
炭素繊維を含有する複数の廃棄物を含む廃棄物群を帯電させること、及び、
帯電ドラムの静電気的な引力又は斥力で前記廃棄物の落下軌道を変えることによって前記廃棄物群を分別すること、を有し、
帯電させた前記廃棄物群を前記帯電ドラムに向かって搬送する搬送部の出口が前記帯電ドラムの下方に配置されている、廃棄物の分別方法。
前記廃棄物群を帯電させる前に前記廃棄物群を乾燥させること、を有する、請求項７に記載の廃棄物の分別方法。
請求項７又は８に記載の分別方法で分別して得られた前記炭素繊維を含有する廃棄物の少なくとも一部に酸処理又は加熱処理を施すこと、を有する、廃棄物の処理方法。