３６章：燃焼灰の無害化処理と資源化

    作成2012.05.30
    　有機化合物の多くは燃焼により気体に変化しますが、無機化合物の多くは燃焼により気体とはならず灰としてのこります。


  1. 燃焼灰の主成分
    燃焼灰はあらゆる種類の無機化合物の混合物と考えることはできます。全ての無機化合物を列記することは困難ですが、主 な元素の物性と酸化物、水酸化物、酸、炭酸塩を整理した表を表36-1に示します。

    表36-1　燃焼灰の主な元素の物性と酸化物、水酸化物、酸、炭酸塩
    − − 密度 融点 沸点 酸化物 密度 融点 沸点 水溶性 水酸or酸 酸性 炭酸塩 水溶性
    元素名 記号 g/cm3 ℃ ℃ 化学式 g/cm3 ℃ ℃ ｇ/L 化学式 アルカリ性 化学式 ｇ/L
    リチウム Li 0.512 181 1342 Li2O 2.01 1570 2600 水と反応 LiOH 強アルカリ Li2CO3 1.33
    ベリリウム Be 1.85 1287 2469 BeO 3.02 2570 3900 0.2 Be(OH)2 弱アルカリ BeCO3 0.36
    ホウ素 B 2.08 3927 3927 B2O3 1.85 480 1680 2.2 H3BO3 弱酸性 − −
    ナトリウム Na 0.968 98 883 Na2O 2.27 1132 1950 水と反応 NaOH 強アルカリ Na2CO3 21.6
    マグネシウム Mg 1.74 650 1091 MgO 3.65 3600 − 0.0086 Mg(OH)2 弱アルカリ MgCO3 0.101
    アルミニウム Al 2.7 660 2519 Al2O3 4.03 2032 2977 不溶 Al(OH)3 酸・塩基に溶解 Al2(CO3)3 不安定
    ケイ素 Si 2.33 1414 2355 SiO2 2.2 1650 − 不溶 − 中性 − −
    リン P 1.82 44 281 P2O5 2.39 340 360 水と反応 H3PO4 強酸性 − −
    カリウム K 0.86 63 759 K2O 2.35 350（分解） 分解 水と反応 KOH 強アルカリ K2CO3 112
    カルシウム Ca 1.55 842 1484 CaO 3.55 2572 2850 水と反応 Ca(OH)2 弱アルカリ CaCO3 0.015
    スカンジウム Sc 2.99 1541 2836 Sc2O3 4.5 2000 − 酸に溶解 H3O3Sc ？ Sc2(CO3)3. ？
    チタン Ti 4.51 1663 3287 TiO2 構造による 1870 − 不溶 − 中性 − −
    バナジウム V 6 1910 3407 V2O5 3.56 690 − 0.8 H2O2V ？ − −
    クロム Cr 7.19 1907 2671 Cr2O3 5.22 2435 − 不溶 Cr2O（OH）4 ？ 特定不可 不溶
    マンガン Mn 7.2 2061 2061 MnO2 5.03 535（分解） 分解 不溶 Mn(OH)2 酸・塩基に溶解 MnCO3 0.065
    鉄 Fe 7.87 1538 2862 Fe2O3 5.24 1566（分解） 分解 不溶 Fe(OH)2 ？ CFeO3 ？
    コバルト Co 8.9 1495 2927 CoO 6.1 1933 − 強酸に溶解 Co(OH)2 ？ CCoO3 ？
    ニッケル Ni 8.91 2913 2913 NiO 6.67 1984 − 酸に溶解 Ni(OH)2 酸・塩基に溶解 NiCO3 0.0093
    銅 Cu 8.94 1085 2562 CuO 6.31 1201 2000 酸・塩基に溶解 Cu(OH)2 塩基に溶解 CuCO3 不溶
    亜鉛 Zn 7.14 420 907 ZnO 5.61 1975（分解） 分解 1.6 Zn(OH)2 ？ ZnCO3 ？
    ガリウム Ga 5.91 30 2403 Ga2O3 6.44 1900 − 酸に溶解 Ga(OH)3 酸・塩基に溶解 ？ ？
    ゲルマニウム Ge 5.32 938 2833 GeO2 6.24 400 ？ 不溶 − 中性 − −
    ヒ素 As 5.73 615（昇華） 615 As2O3 3.74 312 465 20 As(OH)3 両性 − −
    セレン Se 4.81 221 685 SeO2 3.95 315（昇華） 315 73.3 H2SeO4 強酸性 − −
    臭素 Br 3.1 -7.2 59 − − − − − HBｒ 強酸性 − −
    ルビジウム Rb 1.53 39 688 Rb2O 3.72 500 ？ 水と反応 RbOH 強アルカリ Rb2CO3 225
    ストロンチウム Sr 2.64 777 1382 SrO 4.7 2430 3000 水と反応 Sr(OH)2 強アルカリ SrCO3 0.0011
    銀 Ag 10.49 962 2162 Ag2O 7.14 280（分解） 分解 酸・塩基に溶解 − − − −
    カドミウム Cd 8.65 321 767 CdO 8.15 1559（昇華） 1559 0.049 Cd(OH)2 ？ CdCO3 ？
    ヨウ素 I 4.93 114 184 − − − − − HI 強酸性 − −
    セシウム Cs 1.93 28 671 Cs2O 4.36 390 分解 水と反応 CsOH 強アルカリ Cs2CO3 260.5
    バリウム Ba 3.51 727 1897 BaO 5.72 1923 2000 3.48 Ba(OH)2 強アルカリ BaCO3 0.0024
    白金 Pt 21.45 1768 3825 − − − − − − − − −
    金 Au 19.3 1064 2856 Au2O3 3.6 160（分解） 分解 塩酸硝酸に溶解 Au(OH)3 100℃以下で分解 − −
    水銀 Hg 13.53 -39 630 HgO 11.14 500（分解） 分解 不溶 − − ＣＨｇ２Ｏ３ ？
    鉛 Pb 11.34 327 1749 PbO 9.53 886 不溶 Pb(OH)2 弱アルカリ PbCO3 0.0001

    　表36-1には、主な元素の密度（比重）、融点、沸点が記載してあります。ここで特に重要な値は鉄(Fe)の融点1538℃です。鉄(Fe)は主要構造体の主成分であり、 1538℃以上で溶解し 流れ出します。燃焼温度を1550℃に設定した場合以下の3状態に分類されます。
      （１）気体化する元素
      臭素、ヨウ素、リン、ヒ素、水銀、セシウム、セレン、ルビジウム、カリウム、カドミウム、ナトリウム、亜鉛、マグネシウム、リチウム、ストロンチウム、カルシウムなど
      （２）液体化する元素
      ガリウム、鉛、アルミニウム、バリウム、ゲルマニウム、銀、金、銅、ベリリウム、ケイ素、コバルト、鉄、スカンジウムなど
      （３）個体のままの元素
      チタン、白金、クロム、バナジウム、マンガン、ニッケル、ホウ素など


  2. 気体化元素の分類
    　気体化した元素を冷却すると特定の温度で液体または個体に変化します。この特性を利用して、混合物を特定の元素に分類できます。


  3. 液体化元素の分類
    　液体化した元素は比重の違いから重たい元素は下、軽い元素が上に集まります。この特性を利用して、混合物を特定の元素に分類できます。


  4. 個体のままの元素の分類
    　 1538℃以上で液体化、気体化しない元素は限られます。個体のままの元素は化学的な処理をほどこし分類します。


  5. 酸化物
    　燃焼は十分な酸素を供給して行います。このため、多くの元素の表面は酸化されます。酸化物の物性は変化します。
    　

  6. 　アルカリ金属は水に溶かすとアルカリ性となります。またハロゲン元素は酸となります。全体としては、アルカリ金属が多く、全体ではアルカリ性となります。

  7. 炭酸塩
    　燃焼で発生する有害物質の無害化において、大量の水酸化カルシウム（Ｃａ（ＯＨ）2）が必要となります。水酸化カルシウム（Ｃａ（ＯＨ）2）製造の過程で大量の二酸化炭素が発生します。 　二酸化炭素を大気中に放出するのは好ましくありません。水に二酸化炭素を溶かすと炭酸になります。炭酸は金属と反応し炭酸塩となり個体に変化します。 　この操作により、二酸化炭素の放出を大幅に減少できます。　

  8. なぜ？福島原子力発電所の事故で放射能が拡散したか？
    　放射能汚染で問題となっているのは、放射性セシウムと放射せいヨウ素です。なぜでしょう？
    　セシウムの沸点は671℃、ヨウ素の沸点は184℃です。水素爆発では高温ガスが発生し、　セシウムとヨウ素は気体に変化します。気体となった セシウムとヨウ素は大気中に拡散し、冷却され微細な個体に変化します。個体となったセシウムとヨウ素は雨とともに地上に降りそそぎます。
    　 　木の葉、雨水の流れ道には、高濃度の放射性セシウムとヨウ素がたまります。


  9. 　放射性汚染物質から、セシウムとヨウ素を取り除くことは可能か？
    　セシウムとヨウ素は特定の温度で気体化します。この性質を利用して、放射性汚染物質から、セシウムとヨウ素を取り除くことが可能です。


  10. 家電製品のリサイクル法は国家戦略の怠慢です。
    　廃棄物は物質であり資源です。資源の処理に多額の費用が発生するのは、仕組みに問題があると考えるべきです。現在は、製造、販売、輸送は分 業化されており、リサイクルの責任を製造に求めるのは無理があるとかんがえられます。リサイクルは資源の活用であり、重要な国家戦略です。
    1. 個人的なテレビの廃棄処理事例
      　テレビの廃棄処理には費用が発生するわけですが、完全な弁別処理を行うと一般危険物として廃棄処理ができます。具体的に実施してみますと
      ・工具を使ってカバー、骨組み、電子回路、ブラウン管に分解します。
      ・ブラウン管についているコイル類をはずします。（銅線と樹脂に分けられます。）
      ・ブラウン管の電子銃のガラスが薄いので、ハンマーでたたくと割れて空気がはいります。
      ・ブラウン管のガラスを粉砕し、ガラスと金属に分けます。
      ・最終的に「樹脂」「金属、電子回路」「ガラス」に分別し、一般危険物として廃棄処理します。
      　手作業で大まかには分別可能ですが、電子回路は複雑で材料別に分けることは不可能です。厳密にいうならば、手作業で完全な分別は不可能であるということです。
      　もっと効率の良い処理方法があるはずです。

    2. 製造企業責任で完全なリサイクル処理は可能か？
      　この課題に関して、はなはだ疑問を感じます。家電製品を製造する技術とリサイクル技術は別物です。もし、むりやり製造企業責任でリサイクル処理を行うとしたら、個人的 なテレビの廃棄処理事例と類似の作業となり、人件費が発生してしまいます。従って、リサイクル処理にコストが発生することになります。しかも、完全な分別は困難なはず です。家電製品の国際競争はコストが重要です。リサイクル処理に余分なコストが発生するとしたら、コスト競争に敗れ衰退するでしょう。

    3. 大規模リサイクル処理プラントの必要性
      　複雑な部品で構成された廃棄物を手作業で分別するのは効率が悪く、しかも不完全となります。あらゆる廃棄物を効率的、安全、無公害でリサイクルするプラントが必要です。
      　あらゆる廃棄物は1550℃程度まで加熱すれば、ほとんど分解するか溶解してしまいます。分解（気体化）あるいは溶解（液体化）してから分別すれば、精度良く資源を取り出せリサイクルが容易となります。
      　このような性能を持つ大型プラントを企業で運営するのは困難であり、国家戦略が不可欠となります。

    4. 大規模リサイクル処理プラントの放射性汚染物質処理への活用
      　もし、大規模リサイクル処理プラントが現時点で完成していたならば、放射性汚染物質から、セシウムとヨウ素を取り除くことはたやすいことです。
      　しかし、大規模リサイクル処理プラントの完成には多額の費用と期間がかかります。現状技術では、セシウムの放射線が半減するのに30年、1/4には60年待つきりありません。
      　もし、拡散した放射能を除害処理できないならば除害処理が完成するまで、原子力発電は再開すべきではありません。








３７章：リサイクルプラントの課題と1550℃燃焼炉の基本構造

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