CN101680044A - 还原处理装置及还原处理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及还原处理装置及还原处理方法。向供给有含锌氧化铁或氧化锌或氧化铁的还原炉(2)内，供给作为还原材料有效以及产生还原所需要的热量并作为加热材料发挥功能的废弃物ASR、家电粉碎粉末、废塑料、从废弃物获得的RDF、RPF、污泥、油泥、木屑、纤维屑、橡胶屑、动植物性残渣中的至少一种，将其作为热源，在不使用助燃料的状态下，进行还原处理，该方法能够降低处理成本(不使用助燃料这部分的运行成本的降低)，并将锌还原和/或将氧化铁还原而获得金属铁。

Description

还原处理装置及还原处理方法
技术领域
本发明涉及将含锌氧化铁或氧化锌或氧化铁进行还原处理的装置及还原处理的方法。
背景技术
目前已知使用回转窑的含锌氧化铁的脱锌方法：将含有含锌氧化铁的例如铸铁厂产生的粉末作为被处理物，制作以该被处理物和还原含锌氧化铁中的锌氧化物和氧化铁的例如焦炭等碳材料(还原材料)为主体的混合物原料，将该混合物原料装入炉内环境温度为1100℃以上的回转窑的炉内，用重油-氧喷灯(燃料燃烧装置)加热，利用碳材料将含锌氧化铁中的锌氧化物还原，并使其蒸发，从而获得可装入例如高炉等还原炉中的含铁物(例如参照专利文献1)。
专利文献1：日本特开2002-241850号公报
在此，在上述专利文献1的方法中，期望降低处理成本。另外，在还原处理的对象不是含锌氧化铁而是氧化锌或氧化铁的情况下，也同样地期望降低处理成本。
发明内容
本发明是为了解决这种课题而完成的发明，其目的在于提供在下述情况下能够降低处理成本的还原处理装置及还原处理方法：通过对含锌氧化铁或氧化锌或氧化铁以及还原材料进行加热处理，将锌还原和/或将氧化铁还原，从而获得金属铁。
本发明的还原处理装置是通过在还原炉中对含锌氧化铁或氧化锌或氧化铁以及还原材料进行加热处理，将锌还原和/或将氧化铁还原，从而获得金属铁的还原处理装置，其特征在于，向还原炉中导入同时作为还原材料和加热材料的ASR、家电粉碎粉末、废塑料、RDF、RPF、污泥、油泥、木屑、纤维屑、橡胶屑、动植物性残渣中的至少一种，将其作为热源，在不使用助燃料的状态下，进行还原处理。
另外，本发明的还原处理方法是通过在还原炉中对含锌氧化铁或氧化锌或氧化铁以及还原材料进行加热处理，将锌还原和/或将氧化铁还原，从而获得金属铁的还原处理方法，其特征在于，供给同时作为还原材料和加热材料的ASR、家电粉碎粉末、废塑料、RDF、RPF、污泥、油泥、木屑、纤维屑、橡胶屑、动植物性残渣中的至少一种，将其作为热源，在不使用助燃料的状态下，进行还原处理。
根据这样的还原处理装置及还原处理方法，向供给有含锌氧化铁或氧化锌或氧化铁的还原炉内供给作为还原材料有效以及产生还原所需要的热量并作为加热材料发挥功能的废弃物ASR、家电粉碎粉末、废塑料、由废弃物获得的RDF、RPF、污泥、油泥、木屑、纤维屑、橡胶屑、动植物性残渣中的至少一种，将其作为热源，在不使用助燃料的状态下，进行还原处理，因此能够降低处理成本(不使用助燃料的这部分运行成本的降低)，并将锌还原和/或氧化铁还原，从而获得金属铁。
在此，可采用各种还原炉来作为还原炉，但优选回转窑，所述回转窑即使是从粉碎粉末制造者排出的状态的ASR，也能够容易地投入，并且能够在炉内形成合适的还原环境。
另外，当向还原炉供给含有Ca的物质时，还原炉内的碱度上升，从而防止在还原炉内产生烧块。
另外，当含锌氧化铁或氧化锌或氧化铁在造粒后被投入还原炉时，能够降低飞灰率并提高防飞散效果。
如此根据本发明，能够降低处理成本。
附图说明
图1是表示具备本发明的实施方式的还原处理装置的设备的构成图。
图2是表示炉内温度与金属化率、脱锌率之间的关系的图。
图3是表示还原材料ASR的还原功能的经时变化、在追加供给ASR的情况下的经时变化、以及与焦炭比较的线图。
图4是表示排出物的锌除去率的经时变化的线图。
符号说明
2：回转窑(还原炉、还原处理装置)
2e：还原材料供给装置
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的还原处理装置及还原处理方法的优选实施方式进行说明。图1是表示具备本发明的实施方式的还原处理装置的设备的构成图。在此，还原处理装置被用作含锌氧化铁的还原处理装置。
如图1所示，设备100具备：电炉(电气炉)1；导入所述电炉1的电炉粉末和还原材料并进行加热处理的回转窑(还原炉)2；与所述回转窑2的出口2f连接并使燃烧结束的二次燃烧塔3；导入来自所述二次燃烧塔3的废气并进行热交换的锅炉(热回收装置)4；用来冷却来自所述锅炉4的废气的气体冷却塔5；导入来自该气体冷却塔5的废气并进行固气分离的旋风器6；捕集来自所述旋风器6的废气中的粉末的前段袋式过滤器7a；向来自前段袋式过滤器7a的废气供给作为废气处理剂的消石灰、活性炭的废气处理剂供给装置10；和与比所述废气处理剂的供给位置更下游处连接且捕集来自前段袋式过滤器7a的废气中的粉末的后段袋式过滤器7b。
另外，设备100还具备：从由回转窑2的出口2f排出的排出物中筛选铁的磁选机8，和从用所述磁选机8除去了铁后得到的排出物中筛选铜的铜筛选机9。
电炉1用来在例如1500～1700℃的炉内温度下，以铁废料为原料使其熔融以制造钢，从所述电炉1会产生作为飞灰的电炉粉末。该电炉粉末的代表性的性状示于表1。
[表1]
单位：％-干燥
    T-Fe     M-Fe     FeO     Fe2O3     Zn
    22.12     0.76     1.09     29.32     30.69
如表1所示，电炉粉末中总铁成分(T-Fe)的含有率为22％左右、金属铁(M-Fe)的含有率为0.8％左右、氧化铁的含有率为30％左右、锌的含有率为30％左右，并含有大量含锌氧化铁。因此，电炉粉末在这样的性状下，通过废弃物处理，被非铁精炼厂回收。
回转窑2具有圆筒状的旋转主体部2a并被横向放置，其被按照从成为入口侧的前部(图示左侧)向着成为出口侧的后部(图示右侧)朝下方呈规定倾斜的方式配置。此外，作为回转窑2，也有水平放置的。该回转窑2的主体部2a的前端部被作为固定部的前支撑部2b关闭，并且按自由旋转的方式被支撑，所述主体部2a的后端部被插入到作为固定部的二次燃烧塔3中，并按自由旋转的方式被支撑。
在前支撑部2b贯通设置有将来自电炉1的电炉粉末导入炉内的导入管2c，并且贯通设置有使用被导入炉内的燃烧用空气来燃烧例如重油等燃料的燃料燃烧装置2d。所述燃料燃烧装置2d为在起炉时将炉内预热到后述的炉内的还原温度的装置，并如下构成：当炉内升温至还原温度并开始进行处理时(开始实际运转时)，停止其驱动。并且，炉内温度通过设置在出口2f附近的温度传感器(温度信息获得手段)12来检测。另外，在导入管2c设有还原材料供给装置2e。该还原材料供给装置2e为在不停止回转窑2的运转的情况下对炉内吹入还原材料并供给至规定位置的装置。而且，在前支撑部2b贯通设置有用来对炉内喷洒(喷雾)冷却水的冷却水喷雾装置13。
另外，回转窑2具备控制手段15，所述控制手段15依据温度传感器12所检测到的温度，控制冷却水喷雾装置13的驱动，从而使炉内的温度达到恒定。所述控制手段15通过调整设置于用来将冷却水供给至冷却水喷雾装置13的冷却水管线上的阀14的开闭及其开度来控制喷雾量，使炉内的温度达到恒定。
在此，由上述还原材料供给装置2e供给的还原材料在此为ASR(来自汽车的粉碎粉末)，其是汽车回收法(自動車リサイクル法)规定具有处理义务的材料。该ASR为未筛选或经筛选的ASR，代表性的性状示于表2。
[表2]
单位：％
    水分     灰分     挥发成分     固定碳
    16.9     28.5     50.8     3.8
如表2所示，ASR中氢、烃等挥发成分的含有率较多、为50％左右，固定碳的含有率较少、为4％左右。另外，该ASR中含有较多的铜。
供给有这些电炉粉末、ASR的回转窑2以如下方式实际运转：为了使炉内成为还原环境，出口2f的废气中O2浓度为5％-干燥以下，并且为了防止铜熔融，炉的还原温度为800～1080℃。通过在所述温度下的运转，在回转窑2内进行固体还原(在未熔融的固体状态下的还原)。
在这样的回转窑2中，首先，在起炉时，驱动燃料燃烧装置2d，使燃料燃烧，产生高温的燃烧气体及火焰，由此将炉内预热，使炉内温度升温至800～1080℃。然后，当炉内温度升温至800～1080℃时，停止所述驱动，开始进行实际运转。
在所述实际运转时，主体部2a以规定的速度旋转，一边将经由导入管2C被供给至炉内的电炉粉末从入口侧向着出口2f搬送，一边将其加热。另外，加热经由还原材料供给装置2e被供给至炉内的ASR，产生进行还原所需要的热量，可有效地作为还原材料和加热材料发挥功能，进行燃烧处理(加热处理)。
通过所述ASR的还原作用，锌被还原并从电炉粉末中的含锌氧化铁中分离，同时氧化铁被还原而获得金属铁。此时，由于炉的还原温度被设为1080℃以下，因此可防止熔点为1083℃的铜熔融而附着在铁上。另外，由于炉的还原温度设为800℃以上，因此金属化率(氧化铁的铁成分中成为金属铁的比率)及脱锌率(锌的除去比率)均提高(性能提高)。
图2是表示炉内温度与金属化率、脱锌率之间的关系的图。在此图中，横轴为回转窑2内的温度，纵轴为金属化率、脱锌率的比例(％)，圆形符号表示金属化率，方形符号表示脱锌率。由图可知，若炉内温度为800℃以上，则金属化率、脱锌率均被提高大约40％以上，达到令人满意的还原性能。
另外，在上述实际运转时，即使在上述热源(加热材料；还原材料)的性状存在变动的情况下，也可以通过控制手段15控制冷却水喷雾装置13的驱动，使炉内的温度维持恒定。因此，可进行期望的还原处理。
而且，含有铁、铜的排出物从出口2f流下并被排出。另一方面，从含锌氧化铁分离的锌挥发，作为微粒径的粉末飞散，并随着废气飞散至位于比二次燃烧塔3的窑出口2f更上方的二次燃烧室3a。
在此，电炉粉末(含锌氧化铁)与ASR的配合比优选为1∶1～1∶10，特别优选为1∶4。
从窑出口2f排出的排出物用磁选机8筛选铁，所述铁作为电炉1的原料被供给。如前所述，由于该铁没有铜熔融，因此可有效地用作防止品位降低的原料。另外，如前所述，在该电炉粉末1产生的电炉粉末被供给至回转窑2，并反复进行该过程。
另外，从窑出口2f排出并用磁选机8除去了铁的排出物用铜筛选机9筛选铜，该铜被有效地用作铜精炼厂的原料来供给。
另一方面，在二次燃烧室3a，废气中的未燃烧成分被完全燃烧，挥发的锌变为氧化锌等，作为浓缩有锌的高锌浓度的粉末移动至后段。
该粉末与废气一起通过锅炉4，此时，在锅炉4进行热回收，可实现将之有效地用作热源。通过锅炉4后的废气在气体冷却塔5被冷却至规定温度后到达旋风器6，在该旋风器6进行固气分离，规定重量的粉末(固态物)从废气中分离并被捕集。在该旋风器6被捕集的粉末为高锌浓度的粉末。
另一方面，通过旋风器6后的废气从前段袋式过滤器7a通过，此时，未在旋风器6被捕集的粉末在前段袋式过滤器7a被捕集。在该前段袋式过滤器7a被捕集的粉末也为上述的高锌浓度的粉末。
对于通过此前段袋式过滤器7a后的废气，由废气处理剂供给装置10供给消石灰、活性炭，废气中的氯成分、硫成分等有害物质与消石灰结合，并且废气中的二噁英等有害物质被活性炭吸附，包含与该有害物质结合了的消石灰和吸附了二噁英等有害物质的活性炭的废气通过后段袋式过滤器7b，此时，包含消石灰物及活性炭的粉末在后段袋式过滤器7b被捕集。对在该后段袋式过滤器7b被捕集的粉末进行掩埋处理等，从后段袋式过滤器7b中通过、并进行了脱盐、脱硫、脱二噁英后的经净化的气体经由后段的烟囱11释放到大气中。
另一方面，关于在旋风器6和前段袋式过滤器7a被捕集并回收的高锌浓度的粉末，由于锌浓度为50～80％，因此可非常有效地用作锌精炼厂的粗锌矿的原料。另外，在来自电炉1的电炉粉末中，锌浓度为30％左右。
此外，这里，可以在回转窑2的后段设置旋风器6和二段袋式过滤器7a、7b，以在旋风器6和前段袋式过滤器7a捕集回收不含有氯成分、硫成分、废气处理剂的高锌浓度的粉末，并供至锌精炼厂；但也可以在回转窑2的后段设置旋风器6和一段袋式过滤器7a，并且向旋风器6与袋式过滤器7a之间的废气管线供给废气处理剂，仅在旋风器6捕集回收不含有氯成分、硫成分、废气处理剂的高锌浓度的粉末并供至锌精炼厂；另外，还可以在回转窑2的后段仅设置二段袋式过滤器7a、7b，并且向袋式过滤器7a、7b之间的废气管线供给废气处理剂，仅在前段袋式过滤器7a捕集回收不含有氯成分、硫成分、废气处理剂的高锌浓度的粉末并供至锌精炼厂，总之，能够将在比最下游的袋式过滤器更靠上游处捕集的粉末作为锌精炼厂的原料进行供给，从而实现锌的有效利用。
如此，在本实施方式中，向供给有含锌氧化铁的回转窑2内，供给作为还原材料有效以及产生还原所需要的热量并作为加热材料发挥功能的废弃物ASR，将其作为热源，不使用燃料燃烧装置2d、即在不使用助燃料的状态下，进行还原处理，因此能够降低处理成本(不使用助燃料这部分运行成本的降低)，并能够从含锌氧化铁还原分离锌，并且还原氧化铁而获得金属铁。
在此，使用表1所示性状的电炉粉末、表2所示性状的ASR，本发明者们使用图1所示设备得到的实验结果示于表3。表3表示来自回转窑2的排出物的性状。
[表3]
单位：％-干燥
    T-Fe     M-Fe     FeO     Fe2O3     Zn
    65.1     59.5     7.2     ＜0.01     2.6
如表3所示，能够确认排出物中，总铁成分(T-Fe)的含有率为65％左右、金属铁(M-Fe)的含有率为60％左右、氧化铁的含有率为7％左右、锌的含有率为2％左右，金属铁的含有率大幅提高，并且，锌的含有率大幅降低。
此外，也可以将处理了含锌氧化铁的回转窑2用作例如1200～1300℃左右的氧化熔融炉，将从排出物中除去了铁和铜后得到的残渣熔融，如此将来自氧化熔融炉即回转窑2的熔渣有效地用作道路用路基材料、混凝土用骨材。
在此，从排出物中除去了铁和铜后得到的残渣中，含有大量的碳、二氧化硅、氧化铝、氧化钙等。因此，也可以将从排出物中除去了铁和铜后得到的残渣供给至电炉1，如此，将碳制成焦炭代替品(加碳材料)来发挥其功能，将二氧化硅、氧化铝、氧化钙等熔融，并且将来自电炉1的熔渣有效地用作例如道路用路基材料、混凝土用骨材。
另外，也可以筛选从回转窑2排出的排出物，仅从筛上的排出物分别用磁选机8筛选铁、用铜筛选机9筛选铜，并将铁作为电炉1的原料供给、将铜作为铜精炼厂的原料供给，如此，分别有效地利用了所筛选的铁和铜，并且提高了铁和铜的操作性(handling)。
另外，也可以将进行了含锌氧化铁的处理的回转窑2用作例如1200～1300℃左右的氧化熔融炉，将从排出物中除去了铁和铜后得到的筛上的排出物熔融，如此，将来自氧化熔融炉即回转窑2的熔渣有效地用作例如道路用路基材料或混凝土用骨材，并且提高供给至氧化熔融炉即回转窑2的排出物的操作性。
另外，也可以将从排出物中除去了铁和铜后得到的筛上的排出物供给至电炉1，如此，将碳制成焦炭代替品(加碳材料)来发挥其功能，并且将二氧化硅、氧化铝、氧化钙等熔融，将来自电炉1的熔渣有效地用作例如道路用路基材料或混凝土用骨材，且提高供给至电路1的排出物的操作性。
另外，由于ASR如前所述固定碳少且挥发成分多，因此具有与固定碳的块体即焦炭不同的还原材料的特性。图3是表示还原材料ASR的还原功能的经时变化、在追加供给ASR的情况下的经时变化、以及与焦炭比较的线图。
在图3中，横轴表示时间，纵轴表示金属化率(M-Fe/T-Fe)。图中的实线表示在950℃的还原温度下，将电炉粉末与ASR的配合比设为1∶4时的金属化率的经时变化；图中的虚线表示在950℃的还原温度下，将电炉粉末与ASR的配合比设为1∶4，并在中途追加供给ASR，以及将电炉粉末与ASR的配合比设为1∶10时的金属化率的经时变化。另外，图中的一点虚线表示焦炭的情况。
如图3的实线所示，由于ASR的固定碳少且挥发成分多，因此具有还原功能开始作用的时间虽快、但仅维持1～3小时的特性。因此，在回转窑2中的含锌氧化铁的滞留时间优选为1～3小时。
另外，图4是表示排出物的锌除去率的经时变化的线图。在图4中，横轴表示时间，纵轴表示排出物的锌除去率。图中的实线表示在950℃的还原温度下，将电炉粉末与ASR的配合比设为1∶4时的排出物的锌除去率的经时变化。如图4所示，由锌除去率也可以得知，在回转窑2中的含锌氧化铁的滞留时间优选为1～3小时。
如此，由于ASR作为还原材料的功能短，因此为了经时地维持作为还原材料的功能，优选向回转窑2追加供给ASR。如此，当追加供给ASR时，如图3的虚线所示，确认还原功能被大幅延长。在这样追加供给ASR的情况下，优选向回转窑2内的ASR的功能消失的部位，使用上述还原材料供给装置2e吹入ASR。
另外，当预先向回转窑2供给焦炭时，如图3所示，当将固定碳的块体即焦炭与ASR比较时，由于具有虽然还原功能开始作用得慢、但可长期间维持的特性，因此即使在ASR的功能经时消失后，焦炭作为还原材料也可长期地发挥功能。
以上，基于该实施方式具体地说明了本发明，但本发明并不限于上述实施方式，例如在上述实施方式中，将含有大量含锌氧化铁的电炉粉末作为被处理物，提高铁及锌的回收率，从而使所回收的铁及锌得到有效利用，但也可以例如是在带有电炉的设备即废水处理设备中产生的淤渣，或在压延设备中产生的轧屑等，总之，只要是含有含锌氧化铁的物质即可。另外，特别优选将还原对象设为含锌氧化铁，但在用氧化锌或氧化铁代替含锌氧化铁作为还原对象的情况下也同样适用。而且，在氧化锌的情况下，与上述含锌氧化铁的情况相同，锌被还原并能够作为高锌浓度的粉末回收，另外，在氧化铁的情况下，与上述含锌氧化铁的情况相同，氧化铁被还原，能够以防止品位降低的金属铁的形式回收。
另外，在上述实施方式中，将由汽车回收法规定了处理义务并且含有大量铜的ASR作为还原材料和加热材料，使得在满足汽车回收法的同时，进一步地发挥特别是防止铜熔融附着到金属铁上的上述实施方式的作用、效果，可以使用作为还原材料有效以及产生还原所需要的热量并作为加热材料发挥功能的废弃物ASR、家电粉碎粉末、废塑料、从废弃物获得的RDF(Refuse Derived Fuel，废弃物衍生燃料)、RPF(Refuse Paper and PlasticFuel，废纸、废塑料衍生燃料)、污泥、油泥、木屑、纤维屑、橡胶屑、动植物性残渣中的至少一种。其中，这些材料也可以不是RPF这样的经成形、均质化的材料，另外，若为ASR，则为从粉碎粉末制造者排出的状态即可。并且，即使是从粉碎粉末制造者排出的状态的ASR，在将还原炉设为回转窑2的情况下，也能够容易地投入该回转窑2中。
另外，虽然使用回转窑2作为下述炉，但只要是作为还原炉发挥功能的炉，则也可为例如是竖炉或高温气化炉等，所述炉为：即使是从粉碎粉末制造者排出的状态的ASR，也能够容易地投入，并且能够在炉内形成合适的还原环境。
另外，当向还原炉供给例如生石灰、消石灰、石灰石等含有Ca的物质时，还原炉内的碱度上升，从而能够防止还原炉内产生烧块。
另外，当将要导入还原炉的含锌氧化铁或氧化锌或氧化铁造粒后导入到还原炉时，能够降低飞灰率并提高防飞散效果。
需要说明的是，在上述实施方式中，虽然是利用温度传感器12直接检测炉内的温度，但只要能够获得温度相关的信息即可。
如此根据本发明，能够降低处理成本。

Claims (5)

1、一种还原处理装置，其是通过在还原炉中对含锌氧化铁或氧化锌或氧化铁以及还原材料进行加热处理，将锌还原和/或将氧化铁还原，从而获得金属铁的还原处理装置，其特征在于，
向所述还原炉中导入同时作为所述还原材料和加热材料的ASR、家电粉碎粉末、废塑料、RDF、RPF、污泥、油泥、木屑、纤维屑、橡胶屑、动植物性残渣中的至少一种，将其作为热源，在不使用助燃料的状态下，进行还原处理。
2、如权利要求1所述的还原处理装置，其特征在于，所述还原炉为回转窑。
3、如权利要求1所述的还原处理装置，其特征在于，向所述还原炉供给含有Ca的物质。
4、如权利要求1所述的还原处理装置，其特征在于，所述含锌氧化铁、所述氧化锌或所述氧化铁在被造粒后导入所述还原炉中。
5、一种还原处理方法，其是通过在还原炉中对含锌氧化铁或氧化锌或氧化铁以及还原材料进行加热处理，将锌还原和/或将氧化铁还原，从而获得金属铁的还原处理方法，其特征在于，
供给同时作为所述还原材料和加热材料的ASR、家电粉碎粉末、废塑料、RDF、RPF、污泥、油泥、木屑、纤维屑、橡胶屑、动植物性残渣中的至少一种，将其作为热源，在不使用助燃料的状态下，进行还原处理。
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