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技術 焼却フライアッシュ及びほかの廃棄物の処理方法

出願人 東海大学
発明者 魏玉麟
出願日 2018年3月26日 (3年7ヶ月経過) 出願番号 2018-058213
公開日 2019年7月25日 (2年4ヶ月経過) 公開番号 2019-122949
状態 拒絶査定
技術分野 固体廃棄物の処理
主要キーワード 石化燃料 捕獲装置 低エネルギー消費 溶融生成物 浸出操作 減量効果 回転窯 経済的利益
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2019年7月25日)のものです。
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図面 (15)

課題

廃棄物処理コストを大幅に削減させ、環境への二次汚染を回避できる焼却フライアッシュ及びほかの廃棄物の処理方法の提供。

解決手段

鉄含有化合物カルシウム化合物フッ化カルシウム、フッ化カルシウムを含有する物質酸化カルシウムアルカリ金属化合物及びガラスからなる群から選ばれる、少なくとも1種の添加物と廃棄物を800〜1100℃の温度で溶融反応させて、溶融生成物を得る、焼却フライアッシュ及びほかの廃棄物の処理方法。

概要

背景

台湾では、都市ゴミ処理方式として、主に焼却方式が使用されており、ゴミ焼却処理によりボトムアッシュフライアッシュが発生してしまい、その内、ボトムアッシュの発生量がゴミ焼却処理量の約15〜20%、フライアッシュ発生量がゴミ焼却処理量の約3〜8%である。従来、ボトムアッシュについては再利用技術により処理されているが、フライアッシュは硬化埋立法によってしか処理できない。

台湾環境保護庁の2016年の統計によれば、1年間あたりに国内の大型焼却炉が約29.6万トンのフライアッシュを発生させ、このフライアッシュには、ダイオキシン含有量環境保護法規による標準(<1.0ng I−TEQ/g)を超えないものの、環境保護法規による標準(TCLP重金属毒性固有浸出操作)を超える有害物質、たとえば鉛、カドミウム等の重金属が含まれているため、各焼却プラント化学薬品セメント等の硬化剤を添加することでフライアッシュを硬化させた後に埋め立てるしかない。しかし、硬化後のフライアッシュは体積も重量も増加してしまい、輸送コストを増加するだけでなく、埋立処分場の空間の深刻な不足を引き起こし、さらに、フライアッシュが硬化されても、埋立地長期放置すると、重金属を放出して土壌地下水汚染する恐れがある。

フライアッシュを処理する問題を解決するために、台湾の県市の地方政府は、フライアッシュを溶融することで環境に無害物質にするような高温溶融を用いたフライアッシュ処理計画を立てているが、高温溶融法運転温度が1300℃以上でなければならないことから、装置や操作のコストの高騰を引き起こし、実用に適さない。

概要

廃棄物処理のコストを大幅に削減させ、環境への二次汚染を回避できる焼却フライアッシュ及びほかの廃棄物の処理方法の提供。鉄含有化合物カルシウム化合物フッ化カルシウム、フッ化カルシウムを含有する物質、酸化カルシウムアルカリ金属化合物及びガラスからなる群から選ばれる、少なくとも1種の添加物と廃棄物を800〜1100℃の温度で溶融反応させて、溶融生成物を得る、焼却フライアッシュ及びほかの廃棄物の処理方法。

目的

本発明の主な目的は、800〜1100℃の溶融温度で廃棄物を処理でき、廃棄物処理のコストを大幅に削減させる、焼却フライアッシュ及びほかの廃棄物の処理方法を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

少なくとも1種の添加物廃棄物を800〜1100℃の温度で溶融反応させて、溶融生成物を得る焼却フライアッシュ及びほかの廃棄物の処理方法であって、該添加物は鉄含有化合物カルシウム化合物フッ化カルシウム、フッ化カルシウムを含有する物質酸化カルシウムアルカリ金属化合物及びガラスからなる群から選ばれることを特徴とする処理方法。

請求項2

塩化カルシウムを含む廃棄物を提供するステップaと、少なくとも1種の添加物を提供して、該廃棄物と所定の比率で混合して、混合物を得るステップbと、該混合物を800〜1100℃の温度で溶融反応させるステップcと、溶融生成物を得るステップdとを備える請求項1に記載の焼却フライアッシュ及びほかの廃棄物の処理方法。

請求項3

該ステップcと該ステップdの間に、該ステップcで得られた生成物を冷却させるステップc1をさらに備える請求項2に記載の焼却フライアッシュ及びほかの廃棄物の処理方法。

請求項4

該廃棄物は焼却フライアッシュ及び電気めっきスラッジからなる群から選ばれる請求項1、2又は3に記載の焼却フライアッシュ及びほかの廃棄物の処理方法。

請求項5

該溶融生成物はフッ化塩化カルシウム、フッ化カルシウム及び塩化カルシウムからなる群から選ばれる請求項4に記載の焼却フライアッシュ及びほかの廃棄物の処理方法。

請求項6

該ステップcの反応時間が5〜60分間である請求項2に記載の焼却フライアッシュ及びほかの廃棄物の処理方法。

請求項7

該廃棄物が焼却フライアッシュである場合、該廃棄物と該添加物の重量比率が1:5.7〜1:0.4である請求項4に記載の焼却フライアッシュ及びほかの廃棄物の処理方法。

請求項8

該添加物がフッ化カルシウムを含有する物質である場合、該廃棄物と該添加物の重量比率が1:2.3〜1:0.4である請求項7に記載の焼却フライアッシュ及びほかの廃棄物の処理方法。

請求項9

該添加物がフッ化カルシウムである場合、該廃棄物と該添加物の重量比率が1:1.5〜1:0.4である請求項7に記載の焼却フライアッシュ及びほかの廃棄物の処理方法。

請求項10

該添加物にはガラス及びフッ化カルシウムを含有する物質が含まれる場合、該廃棄物、フッ化カルシウムを含有する物質及びガラスの重量比率が1:1:2〜1:1:0.2である請求項7に記載の焼却フライアッシュ及びほかの廃棄物の処理方法。

請求項11

該添加物には酸化カルシウム及びフッ化カルシウムを含有する物質が含まれる場合、該廃棄物、フッ化カルシウムを含有する物質及び酸化カルシウムの重量比率が1:2.4:0.6〜1:1.7:0.6である請求項7に記載の焼却フライアッシュ及びほかの廃棄物の処理方法。

請求項12

該添加物にはガラス、鉄スラグ及びカルシウム化合物が含まれる場合、該廃棄物、カルシウム化合物及び鉄スラグの重量比率が1:1:3.33:1.33〜1:1:1.33:3.33である請求項7に記載の焼却フライアッシュ及びほかの廃棄物の処理方法。

請求項13

該ステップcと該ステップdの間に、該ステップcで得られた生成物を所定形状にするステップc1をさらに備える請求項2に記載の焼却フライアッシュ及びほかの廃棄物の処理方法。

技術分野

0001

本発明は、廃棄物の処理再利用方法、特に焼却フライアッシュ及びほかの廃棄物の処理方法に関する。

背景技術

0002

台湾では、都市ゴミ処理方式として、主に焼却方式が使用されており、ゴミ焼却処理によりボトムアッシュとフライアッシュが発生してしまい、その内、ボトムアッシュの発生量がゴミ焼却処理量の約15〜20%、フライアッシュ発生量がゴミ焼却処理量の約3〜8%である。従来、ボトムアッシュについては再利用技術により処理されているが、フライアッシュは硬化埋立法によってしか処理できない。

0003

台湾環境保護庁の2016年の統計によれば、1年間あたりに国内の大型焼却炉が約29.6万トンのフライアッシュを発生させ、このフライアッシュには、ダイオキシン含有量環境保護法規による標準(<1.0ng I−TEQ/g)を超えないものの、環境保護法規による標準(TCLP重金属毒性固有浸出操作)を超える有害物質、たとえば鉛、カドミウム等の重金属が含まれているため、各焼却プラント化学薬品セメント等の硬化剤を添加することでフライアッシュを硬化させた後に埋め立てるしかない。しかし、硬化後のフライアッシュは体積も重量も増加してしまい、輸送コストを増加するだけでなく、埋立処分場の空間の深刻な不足を引き起こし、さらに、フライアッシュが硬化されても、埋立地長期放置すると、重金属を放出して土壌地下水汚染する恐れがある。

0004

フライアッシュを処理する問題を解決するために、台湾の県市の地方政府は、フライアッシュを溶融することで環境に無害物質にするような高温溶融を用いたフライアッシュ処理計画を立てているが、高温溶融法運転温度が1300℃以上でなければならないことから、装置や操作のコストの高騰を引き起こし、実用に適さない。

発明が解決しようとする課題

0005

本発明の主な目的は、800〜1100℃の溶融温度で廃棄物を処理でき、廃棄物処理のコストを大幅に削減させる、焼却フライアッシュ及びほかの廃棄物の処理方法を提供することである。

0006

本発明の別の目的は、環境に無害で、回収して再利用することのできる最終固体生成物を安定的に生産でき、後続処理に必要な空間を減少させるだけでなく、環境への二次汚染を回避できる焼却フライアッシュ及びほかの廃棄物の処理方法を提供することである。

課題を解決するための手段

0007

さらに、上記目的を達成させるために、本発明は、少なくとも1種の添加物と廃棄物を800〜1100℃の温度で溶融反応させて、溶融生成物を得る焼却フライアッシュ及びほかの廃棄物の処理方法であって、該添加物は鉄含有化合物フッ化カルシウム、フッ化カルシウムを含有する物質、酸化カルシウムカルシウム化合物ガラス又はアルカリ金属化合物であることを特徴とする処理方法を開示する。

0008

さらに、本発明による焼却フライアッシュ及びほかの廃棄物の処理方法は、塩化カルシウムを含有する廃棄物を提供するステップaと、
少なくとも1種の添加物を提供して、該廃棄物と所定の比率で混合して、混合物を得るステップbと、
該混合物を800〜1100℃の温度で溶融反応させるステップcと、
溶融生成物を得るステップdとを備える。

0009

該ステップdによる該溶融生成物を石、瓦礫又は鉱物に類似した固体にするために、本発明による焼却フライアッシュ及びほかの廃棄物の処理方法は、該ステップcと該ステップdの間に、該ステップcで得られた生成物を冷却させるステップc1をさらに備える。

0010

本発明の実施例では、該廃棄物は焼却フライアッシュ又は電気めっきスラッジである。

0011

該廃棄物の組成成分及び該添加物の組成成分によって、該溶融生成物が変化し、たとえばフッ化塩化カルシウム、フッ化カルシウム、塩化カルシウム又は/及びその他成分がある。

0012

該混合物の量によって、該ステップcにおける溶融反応の時間が異なり、一般的に、必要な反応時間は約5〜60分間であり、好ましくは10分間以下である。

0013

本発明による焼却フライアッシュ及びほかの廃棄物の処理方法に必要な溶融温度を800〜1100℃にするために、該廃棄物と該添加物は所定比率で混合され、且つ、溶融温度は添加物の組成、添加物や該廃棄物に関連する。一例として、該廃棄物が焼却フライアッシュである場合、該廃棄物と該添加物の比率は1:5.7〜1:0.4である。

0014

好ましくは、該廃棄物が焼却フライアッシュであり、且つ該添加物がフッ化カルシウムを含有する物質である場合、該廃棄物と該添加物の比率は1:2.3〜1:0.4である。

0015

好ましくは、該廃棄物が焼却フライアッシュであり、且つ該添加物がフッ化カルシウムである場合、該廃棄物と該添加物の比率は1:1.5〜1:0.4である。

0016

好ましくは、該廃棄物が焼却フライアッシュであり、且つ該添加物がガラス及びフッ化カルシウムを含有する物質を含有する場合、該廃棄物、フッ化カルシウムを含有する物質及びガラスの比率は1:1:2〜1:1:0.2である。

0017

好ましくは、該廃棄物が焼却フライアッシュであり、且つ該添加物が酸化カルシウム及びフッ化カルシウムを含有する物質を含有する場合、該廃棄物、フッ化カルシウムを含有する物質及び酸化カルシウムの比率は1:2.4:0.6〜1:1.7:0.6である。

0018

好ましくは、該添加物にはガラス、鉄スラグ及びカルシウム化合物が含まれる場合、該廃棄物、カルシウム化合物及び鉄スラグの重量比率は1:1:3.33:1.33〜1:1:1.33:3.33であり、溶融温度は約800〜850℃である。具体的に、鉄スラグは過鉄酸カリウムから合成されるものである。

0019

また、本発明の別の実施例では、該ステップcと該ステップdの間に、該ステップcで得られた生成物を所定形状にするステップc1をさらに備える。

図面の簡単な説明

0020

本発明の一実施例による焼却フライアッシュ及びほかの廃棄物の処理方法により得られた溶融生成物である。
表2中の番号1の溶融生成物についての100X倍率での電子顕微鏡観察結果である。
表2中の番号1の溶融生成物についての倍率10000Xでの電子顕微鏡観察結果である。
表2中の番号2の溶融生成物についての倍率1000Xでの電子顕微鏡観察結果である。
表2中の番号2の溶融生成物についての倍率10000Xでの電子顕微鏡観察結果である。
表2中の番号3の溶融生成物についての倍率50Xでの電子顕微鏡観察結果である。
表2中の番号3の溶融生成物についての倍率10000Xでの電子顕微鏡観察結果である。
表2中の番号4の溶融生成物についての倍率50Xでの電子顕微鏡観察結果である。
表2中の番号4の溶融生成物についての倍率100Xでの電子顕微鏡観察結果である。
表2中の番号4の溶融生成物についての倍率10000Xでの電子顕微鏡観察結果である。
番号H−1〜H−3の溶融生成物の重金属毒性固有浸出操作法による分析結果である。
番号W−1及びW−2の溶融生成物の重金属毒性固有浸出操作法による分析結果である。
番号S−1〜S−3の溶融生成物の重金属毒性固有浸出操作法による分析結果である。
番号H−11〜H−12の溶融生成物の重金属毒性固有浸出操作法による分析結果である。

実施例

0021

本発明による焼却フライアッシュ及びほかの廃棄物の処理方法は、焼却フライアッシュと少なくとも1種の添加物を所定比率で混合することによって、約800〜1100℃の温度で溶融反応させて、固体溶融生成物が得られ得、該溶融生成物は回収して再利用することが可能であり、それによって、効果的に汚染を削減させる効果を奏する。

0022

また、本発明で言われる焼却フライアッシュは、ゴミを焼却処理した後に残った廃棄物であり、従来の文献に示されるように、焼却フライアッシュの組成には、たとえば塩化カルシウム、酸化カルシウム、水酸化カルシウム等の塩化物、及び、たとえばアルカリ金属又はアルカリ土類金属のようなほかの化合物が主に含まれている。

0023

本発明の一実施例による焼却フライアッシュ及びほかの廃棄物の処理方法は、下記ステップを含む。

0024

ステップa、焼却フライアッシュを提供する。

0025

ステップb、少なくとも1種の添加剤を提供して、該焼却フライアッシュと0.4:1〜3:1の比率で混合して、フライアッシュ混合物を得る。
該添加物がフッ化カルシウムを含有する物質である場合、該廃棄物と該添加物の比率は1:2.3〜1:0.4であり、
該添加物がフッ化カルシウムである場合、該廃棄物と該添加物の比率は1:1.5〜1:0.4であり、
該添加物にガラス及びフッ化カルシウムを含有する物質が含まれる場合、該廃棄物、フッ化カルシウムを含有する物質及びガラスの比率は1:1:2〜1:1:0.2であり、
該添加物に酸化カルシウム及びフッ化カルシウムを含有する物質が含まれる場合、該廃棄物、フッ化カルシウムを含有する物質及び酸化カルシウムの比率は1:2.4:0.6〜1:1.7:0.6である。

0026

ステップc、該フライアッシュ混合物を、800〜1100℃の溶融操作温度で、約5〜60分間溶融処理する。

0027

ステップd、該ステップcで得られた生成物を冷却させる。

0028

ステップe、溶融生成物を得る。

0029

上記ステップによって、本発明による焼却フライアッシュ及びほかの廃棄物の処理方法は、重金属又は有害物質を含有する廃棄物、たとえば焼却フライアッシュ、電気めっきスラッジ等の物質と、少なくとも1種の添加物とを混合して、温度1000〜1100℃で低温共晶反応を発生させ、環境保護法規に合致し且つ環境に無害な該溶融生成物を得ることができる。具体的に、冷却された該溶融生成物は固体物質になり、図1に示すように、直接埋立処分又は回収再利用が可能である。

0030

また、本発明による焼却フライアッシュ及びほかの廃棄物の処理方法では、ステップbは、本発明が属する技術分野の当業者が公知する方式、たとえば回転混合撹拌混合により混合を行い、もしくは、たとえば回転窯スパイラルミキサータンブリング可能な容器等の装置を補助として均一に混合する。

0031

ステップcの溶融反応は電力バイオマス燃料石化燃料(fossil fuel、化石燃料とも呼ばれる)、可燃性廃棄物等をエネルギーとする溶融炉内で行われる。溶融反応形態として、該フライアッシュ混合物の量に応じて連続式反応又は分回式溶融が使用される。

0032

本発明の別の実施例では、該焼却フライアッシュとカルシウム、ガラス及び鉄スラグを含有する添加物とを混合してフライアッシュ混合物を得て、カルシウム泥はフッ化カルシウムを含有する汚泥であり、焼却フライアッシュ、カルシウム泥、ガラス及び鉄スラグの重量比率は約1:1:3.33:1.33〜1:1:1.33:3.33であり、該フライアッシュ混合物は約800〜850℃の温度で溶融反応を行うことができ、降温冷却後、硬くて極めて難溶な固体溶融生成物になる以外、ステップは上記実施例と同様である。

0033

当業者でれば、本発明による焼却フライアッシュ及びほかの廃棄物の処理方法に基づいて、それぞれ適切な装置を選択し又は適切な装置を設計でき、一例として、回転窯などの撹拌装置及び溶融炉を一体に組み立てることで、自動的且つ連続的に廃棄物を処理できるようにする。

0034

また、ステップcの溶融反応際、揮発性生成物及び極めて少量の二次フライアッシュを発生させ、該二次フライアッシュは従来の空気汚染処置用捕獲装置によって収集されて、次の溶融反応用の廃棄物とされることができ、ただし、本発明による焼却フライアッシュ及びほかの廃棄物の処理方法を実際に実施したところ、2〜8%のみの原料揮発され又は二次フライアッシュになり、言い換えれば、本発明による焼却フライアッシュ及びほかの廃棄物の処理方法は、92%以上より高い廃棄物を処理でき、すなわち、本発明による方法は廃棄物減量効果を果たす。

0035

ステップdでは、当業者が公知する技術によって冷却させ、たとえば、大気に晒されて自然冷却させたり、高速水冷させたり、又は強制的に空気を導入して冷却させたり、溶融炉に入れて自然降温させたりする。

0036

また、本発明の別の実施例による焼却フライアッシュ及びほかの廃棄物の処理方法では、該ステップcと該ステップdの間に、該ステップcで得られた生成物を所定形状にするステップc1をさらに備える以外、ステップは上記実施例と同様である。

0037

一例として、該ステップc1は、造粒機構を利用して該ステップcで得られた生成物を粒子にする。

0038

以下、本発明による焼却フライアッシュ及びほかの廃棄物の処理方法の効果を証明するために、表を参照しながら更に説明する。

0039

実例1:異なる配合比率のフライアッシュ混合物の溶融操作温度

0040

下表1に示される配合比率で溶融試験を行った結果、異なる配合比率のフライアッシュ混合物の溶融温度はそれぞれ下表1に示される。

0041

表1 異なる組成のフライアッシュ混合物の溶融反応結果

0042

上表1の結果から明らかなように、焼却フライアッシュと添加物を1:3〜1:0.4の重量比率で混合した場合、溶融操作温度を効果的に1000〜1100℃に低下でき、且つ、添加物にフッ化カルシウムを含有する物質とガラスが含まれる場合、溶融温度をガラスを含有しない場合よりも低下させ、さらに、焼却フライアッシュ、フッ化カルシウムを含有する物質及びガラスの混合比率が1:1:0.86〜1:1:1.33である場合は最適であった。

0043

実例2:由来の異なるフライアッシュ組成物の溶融温度の検出

0044

由来の異なるフライアッシュの組成が異なるため、本発明による方法は、フライアッシュの由来に関わらず、溶融操作温度を低下させる効果があることを証明するために、それぞれ後里、文山、新店焼却プラント由来のフライアッシュをカルシウム泥及び/又はガラス及び/又は鉄スラグとともに所定温度で10分間焼結し、それぞれ由来の異なるフライアッシュ組成物の溶融操作温度を測定し、下表2−表4に示す。

0045

表2:後里由来のフライアッシュ組成物の溶融操作温度

0046

表3:文山由来のフライアッシュ組成物の溶融操作温度

0047

表4:新店由来のフライアッシュ組成物の溶融操作温度

0048

上表2−表4から明らかなように、由来の異なるフライアッシュをカルシウム泥を含有する添加物と混合すると、融点を効果的に低下でき、且つ、添加物に鉄スラグが含まれる場合、フライアッシュ混合物の溶融操作温度は約800℃まで低下でき、つまり、フライアッシュと添加物の重量比率が1:5.67であり、且つ、該混合物に含まれる鉄スラグ、フライアッシュ、カルシウム泥、ガラス及び鉄スラグの重量比率が約1:1:3.33:1.33〜1:1:1.33:3.33である場合、フライアッシュ混合物の溶融操作温度は1000℃以下に低下される。

0049

以上から明らかなように、本発明による焼却フライアッシュ及びほかの廃棄物の処理方法によって由来の異なるフライアッシュを処理することによって、すべての溶融操作温度を効果的に低下させて、廃棄物処理のコストを削減できる。

0050

実例3:溶融生成物の構造分析

0051

それぞれ下表5に記載の重量比率で、後里由来のフライアッシュと添加物を配合してフライアッシュ組成物を得て、その溶融操作温度で溶融反応させた後、それぞれ電子顕微鏡観察でその構造を観察して、結果を図2−5に示す。

0052

表5:フライアッシュ組成物の組成及び溶融操作温度

0053

図2−5の結果から明らかなように、溶融生成物は固体状で、且つ構造が緩んだ粉末ではなく、それから明らかなように、本発明による焼却フライアッシュ及びほかの廃棄物の処理方法は、フライアッシュ混合物を低エネルギー消費量で固体生成物に変換でき、このように、フライアッシュによる環境汚染を削減できるとともに、廃棄物の体積を効果的に減少できる。

0054

実例4:溶融生成物の毒性検出

0055

それぞれ表2−表4中の番号H−1〜H−3、H−11、H−12、S−1〜S−3、W−1〜W−2の配合比率で、フライアッシュ混合物を製造して、それぞれの溶融操作温度で溶融反応を約10分間行った後、それぞれ各フライアッシュ混合物の溶融生成物について重金属毒性固有浸出操作(TCLP)方法により分析した。各該溶融生成物から得られた重金属濃度を我が国の従来の法規に規定された基準値と比較して、結果を図6図9に示し、ここで、我が国の環境保護法規規に規定された廃棄物における重金属標準は以下のとおりである。銅15mg/L;鉛5mg/L;カドミウム1mg/L;クロム5mg/L;バリウム100mg/L;砒素5mg/L;水銀0.2mg/L;亜鉛ニッケル規範無し)。

0056

図6図9の結果から明らかなように、異なる配合比率のフライアッシュ混合物が溶融反応を行って低温で生じた溶融生成物において、重金属の含有量がすべて台湾環境保護法規による標準以下であった。上記結果から明らかなように、本発明による焼却フライアッシュ及びほかの廃棄物の処理方法は、低温環境において短時間内で溶融反応を行うことで、廃棄物中の重金属を化学変換、鉱物化又は無害化させるとともに、有機汚染物を除去し、環境保護法規(TCIP標準)に合致した溶融生成物を生産でき、さらに資源回収再利用を可能にし、たとえば砂石の代わりとして使用できる。

0057

以上のとおり、本発明による焼却フライアッシュ及びほかの廃棄物の処理方法は、800〜1100℃の溶融操作温度で共晶及び環合反応を発生させて、環境に無害な溶融生成物を生産でき、以下の利点がある。
まず、溶融温度を大幅に低下させて、廃棄物を処理するためのエネルギー及びコストを削減できる。
次に、エネルギーの使用量を低下させることで、温室効果ガスの排出量を減少できる。
さらに、溶融生成物の体積が小さく且つ砂石の代わりとして再利用可能であり、埋立処分のコストを減少又は除去できるだけでなく、経済的利益がある。
最後に、溶融生成物は環境汚染性がなく、環境への二次汚染を招くことがない。

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