JFE 塑料废弃物循环利用
炼铁过程中要利用铁矿石、煤炭、水、电力和燃料等资源。日本JFE 钢铁公司一直在实施各种技术措施，降低炼铁过程产生的环境负荷。经过长期的积累，JFE 已具备了钢铁技术与工程技术的综合实力，并在此基础上努力构建以节省资源、节能、环保为宗旨的环境友好型炼铁工艺流程。
此外，为减少对产业和社会的环境负荷积极地向社会提供环境友好型钢铁产品。 1991 年制定的《资源有效利用促进法》，明确提出将废弃物作为资源进行循环利用的思路。
2000 年6 月制定了《推进循环型社会基本法》，促进将废弃物作为“循环资源”进行循环利用，提出了废弃物减量化、再利用、再循环(3R)的原则。JFE 集团以循环事业为契机，于2000 年4 月全面实施了1995 年制定的《容器包装循环法》。
位于京滨地区的 JFE 东日本制铁所，从1996 年10 月开始，将聚氯乙烯以外的废塑料替代焦炭作为高炉还原剂。2000 年制定了《容器包装循环法》，将废塑料包装容器等废弃物也作为炼铁原料实现了再资源化。
塑料废弃物的再资源化
1 作为高炉铁矿石的还原剂
高炉炼铁通常使用焦炭作为还原剂，也可使用废塑料替代焦炭作为还原剂。废塑料经过破碎、造粒之后，从高炉下部风口部位喷吹进高炉后，生成还原性煤气CO 和H2，将铁矿石还原成铁。进行还原反应使用的煤气(约800kcal/Nm3)在高炉上部回收，用于炼铁厂内的加热炉和发电设备等。这样，在高炉内喷吹的废塑料，可全部在炼铁工艺流程中得到有效利用。另外，利用废塑料产生的H2 进行还原，与使用焦炭相比，可大幅减少CO2 的排放量。瓶子等固定形状的废塑料，由破碎机按照所需粒径进行破碎后可直接喷吹。由于废塑料膜粉碎后不能直接喷吹，必须进行造粒。聚氯乙烯等含有氯成分，它在高炉内热分解产生腐蚀高炉设备的HCl，因此必须去除聚氯乙烯塑料。
由于在 2400℃的高温风口周边吹入废塑料，所以不会产生二英类物质。由于高炉炉顶部分的低温区域造成强还原环境，在此不会发生二英生成及再合成反应。无偿使用废塑料作为铁矿石的还原剂，不仅可以减少炼铁流程中煤炭利用量，还可以抑制CO2 的排放量。可以说，高炉对废塑料的利用有效利用了化石资源，大大减少了环境负荷，是优异的循环系统和形成循环型社会的适宜工艺。
2 容器包装废塑料的处理
根据 2004 年4 月的《容器包装循环法》，开始了塑料容器包装的再商品化。为实现塑料容器包装再资源化，用于高炉原料化处理过程如图1 所示。高炉原料化设备的功能是:将自治体(日本专门从事循环经济的单位)收集、并经压缩打捆的标准物进行拆捆，用摇动式分选机分出固定形体、瓶子、薄膜，清除混入的异物；再通过人工对固定形体、瓶子的选取，将不适宜再资源化的东西清除后，用破碎机按照所需粒径进行破碎，成为高炉用还原剂。另外，薄膜类经破碎机所定粒径破碎后，由于薄膜密度差异，使用离心式密度分离装置将聚氯乙烯分离出去后，通过造粒机将薄膜按所定粒径造粒后作为高炉还原剂。为落实 2004 年4 月开始实施的包装容器再商品化，东日本制铁所京滨地区(川崎市)以及西日本制铁所福山地区(广岛)的两家钢铁厂，建设了高炉原料化设备。
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3 聚氯乙烯的加热脱氯处理
聚氯乙烯与氧气在隔绝的状态中，加热到300～400℃，发生热分解，生成HCl。利用这一性质，在图2 所示的外热式回转炉内，将聚氯乙烯与媒介物进行搅拌进行热分解，待热分解产物冷却后进行破碎，作为炼铁原料。媒介体是钢铁厂使用的粉状焦炭，防止分解物结块以及防止附着在回转炉内壁。由于回转炉内的还原环境，不会产生二英类物质。热分解煤气从回转炉排出后，随着高温燃烧，分解同时产生的碳氢化物，使碳氢化物不向环境排放。热分解产生的HCl 在吸收塔被水吸收后，经过精馏，回收工业用盐酸。回收的盐酸在制铁所内有效的进行用于钢材生产的酸洗作业。塑料处理促进会和聚氯乙烯工业环境协会共同成功的进行了此项试验，2004 年4 月正式开始实施，JFE 环境(株)于2005 年接手此事业。
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4 废塑料的热处理微粉化
废塑料经破碎机微粉化之后，产生热摩擦造成熔融软化。因此，当粉碎 1mm 以下时，需要冷冻破碎等特殊技术，作为废塑料再资源化技术，已经实现了实用化。同时在聚氯乙烯、混合塑料热处理脱氯技术开发也获得了非常重要的成果。
废塑料经过加热处理、脆化后，即使不经过冷冻处理，在常温下也可以实现微粉化。应用这一原理，建设了废塑料热处理微粉化工艺设备(APR:Advanced Plastic Recycling)，于2007 年4 月开始运行，其工艺流程见图3。
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APR 设备由对容器包装废塑料的熔融、脱氯和微粉碎系统构成。首先将混合的废塑料进行加热熔融、脱氯、混合后，冷却固化。在这个热处理过程中脆化的废塑料在常温下粉碎，制成粒径为200～400μm 的微粉塑料。这种微粉塑料与使用的废塑料颗粒相比，提高了高炉内的反应效果，从而进一步提高高炉对废塑料的利用效率。
另外，由于 APR 设备具有脱氯功能，废塑料容器包装材料的循环过程可以包括含氯元素的废塑料，也可有效利用这些残渣。
5 依靠煤气改质炉生产燃料煤气
JFE 的可燃性废弃物煤气化的熔融技术有两种，高温煤气直接熔融炉和利用热选择方式的煤气改质炉。日本循环(株)于1999 年9 月在东日本制铁所千叶地区的热选择方式煤气改质炉开始运转，处理的对象是可燃性废弃物和塑料容器包装材料，生产的燃料煤气供给炼铁厂，其工艺流程见图4。
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热选择方式的特征是，在约1200℃的高温中将可燃性废弃物燃气化，并经过燃气改质、精制过程，最大限度地限制二英类物质的产生。另外，产生的无机物渣体、金属、金属氢氧化物、硫磺等可以再资源化。
西日本制铁所仓敷地区的水岛埃克瓦库斯(株)参与了以一般废弃物和产业废弃物为对象的 PFI(民间资金活用事业)的燃气化事业，给炼铁厂供应燃料煤气。
利用废塑料制造混凝土用模板
塑料容器包装的废塑料中含有适宜作为循环材料用的优质塑料。选出这些优质塑料，清除杂质后，生产的再生树脂，可用于制造“混凝土定型用模板(NF 板)”。2002 年9 月，开始了这项工作，从2005 年开始，与高炉燃料化事业一样，JFE 环境(株)开始了这项工作。另外，从 2004 年9 月开始，如图5 所示，采取会员制销售，有价购买废模板，构建了混凝土模板的循环系统。这个循环系统从用废塑料生产混凝土定型用模板，到建设现场的数次使用，废模板回收，最后成为炼铁原料等。而且，再资源化产生的残渣，还可利用上述的APR 设备进行处理。
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废塑料再资源化的环境影响
1 对废弃物利用时CO2 排放量的处理
日本钢铁联盟(社)的地球变暖对策行动计划制定了钢铁业的能源减少目标，即同1990 年相比， 2010 年能源消费量减少10%(以粗钢产量1t 为标准进行计算)，同时作为附加措施，高炉要利用废塑料 100 万t。塑料废弃物等在炼铁工艺流程中替代原燃料加以利用，如前所述，可以减少矿石资源的利用，并避免了单纯的燃烧掩埋，达到抑制了CO2 的产生及延长废弃物处理场寿命的目的。
根据防止地球变暖对策的相关法律，2007 年开始实施对造成温室效应的燃气排放在一定量以上的企业进行燃气测算和报告的公示制度。这个制度把废弃物的高炉原料化与用于产品的生产用途进行区分，对使用能源产生的C02(能源起因)同其他用途产生的C02(非能源起因)加以区分，制成发生量报告。这个措施促使了经营者积极利用废弃物替代化石能源。
2 对再资源化产生环境负荷的评价
日本容器标准循环协会是第一家开始研究生命周期影响评估的，组建了关于塑料容器再商品化手段对环境负荷评估等研究委员会。2007 年6 月开始，该协会与环境省、经产省共同编制报告，即“塑料容器包装再商品化手段专门委员会”报告。
JFE 给予这个委员会全面协助，为塑料废弃物高炉原料化及环境负荷评估提供基础数据。表 1 列出了各种再商品化手段，这个报告记录了CO2 的减少效果和残渣产生量。高炉原料化手段的残渣产生量，使用1t 容器包装废塑料产生174kg 残渣，与其他化合物的循环方法相比并不多；同使用焦炭相比，每吨废塑料能减少3.3t C02，体现出高炉利用废塑料的显著效果。
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2008 年，容器包装废塑料的使用量为67 万t，其中用于材料循环的40 万t，用于化合物循环 27 万t。根据这些数据，可以计算出CO2 的减少效果和残渣的产生量。使用材料循环方法减少 CO255 万t，残渣产生量17 万t；而进行化合物循环，可减少CO282 万t，残渣产生量1 万t。因此进行化合物循环，CO2 减少效果极好，且残渣产生量很少。图 6 是过去三年再商品化带来环境负荷的变化，将2006 年设为100，三年间废弃物量增加了 13%，而CO2 减少量仅增加2%；2008 年较2007 年有所恶化，表现在残渣产生量急剧增长了30%，说明在循环利用推进的同时也增加了环境负荷。
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利用废塑料容器包装的环境影响
自治体收集的用于再资源化的容器包装废塑料，通过再商品化机构日本容器包装循环协会，将这些废弃物优先用于材料循环。
2006 年以来，材料循环占有率升高，原因是在2008 年，实行了为满足一定的再商品化品质率(氯元素含量在0.3%以下，占主要成分的90%以上)的优先中标权资格制度。这个制度的实施使优先材料循环占有率达到40%，非优先材料循环与化合物循环之间进行竞争，结果材料循环合计为59%，比2007 年增加了9%。
在各地区的中标情况中，最多的是关东地区，中标量(自治体收集量)合计为24 万t，材料比例占42%，这是较低的；而在西日本，特别是九州、四国等地(自治体收集量)分别在3～5 万t 之间；而材料循环比例在70%～90%之间，远高于全国平均59%的水平。表明各地区再商品化手段的水平有很大差别。
结束语
钢铁厂利用现有的生产工艺，将废弃物制成循环资源，实践证明作为炼铁原料是可行的。JFE 今后将继续加强技术开发，为构建资源循环型社会，有效利用枯竭的自然资源和为防止地球变暖采取积极的行动。
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