ガス化溶融条件における重金属放出挙動に対する炭素成分の影響

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本研究では,廃棄物ガス化溶融炉内において灰粒子とともに存在する多量の未燃カーボン粒子が灰中の重金属成分揮発性に与える影響の評価を自的として,焼却灰にカーボン粒子を添加した模擬溶融試料を用いた炭素成分含有焼却灰溶融条件での重金属放出特性を実験および数値計算により検討した。灰試料にはシュレッダダスト流動層燃焼焼却灰を使用,カーボン粒子添加量は元灰試料の5,15,30wt%とした。その加熱溶融には小型高周波誘導加熱装置を利用した。溶融試料の元素分析の結果から,Ca, Fe, Ti, Ni等の灰中主成分元素はカーボン添加量や溶融温度に関わらず各金属のほぼ100%がスラグに残存するのに対して,Zn, Pbの揮発性重金属は1200℃以下でカーボン添加によりガス側に金属が放出する傾向が強くなることが分かった。また,SEM/EDXによる観察から,カーボン含有量5%時の溶融状態は複数の相に分かれることが確認され,一部はAl, Ca, Si等の主成分が結晶化している状態であり,一部はFe, Cuが析出していた。一方,炭素含有量30%時には溶融しないで粒子状を保つ傾向にあり,カーボン粒子が金属の溶融性を阻害すると示唆された。数値計算による検討としては,汎用の平衡計算ソフトウェアFactsageVer.5を用いて,溶融平衡条件の重金属形態予測を行った。まず揮発性元素のPb, Znは100%気相に放出されることが分かった。低揮発性元素の中ではCa, Mg, Cuが1400℃で10%程度の気相塩化物を生成した。一方,揮発性金属の気相への移行に対するカーボン添加の影響は平衡計算上ではほとんど見られなかった。ただし,FeおよびSiに関する溶融成分の量と形態に影響を与えた。したがって,実験における揮発性重金属放出量は,主成分の溶融形態おび溶融物中の滞留時間に支配されるものと示唆された。