JP2000510528A - 金属基成分を含む微細分離材の処理方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 製鋼炉からの煙塵のような微細分離材が成分の再生のために処理される。ホッパー１１で材料はペレット化される。ペレットは乾燥機１６で乾燥され、第一のロータリーキルン２１へ給送され、そこで焼結されて非常に固いペレットを形成するようになされる。この処理の間、揮発成分は放出されて捕集される。焼結されたペレットはスクリーニングされて微細分離材を除去され、微細に分離されて洗浄された無煙炭３５のような還元剤とともに第二のロータリーキルン３１へ給送される。ペレットの還元は第二成分を放出させ、第二成分はその後キルン内で酸化され、微細分離酸化物として捕集される。元のペレットは一体性を保持して、本質的に海綿鉄となる。

Description

【発明の詳細な説明】 金属基成分を含む微細分離材の処理方法 本発明は成る範囲の金属基成分を含む微細分離材を処理する方法に関する。本 発明は特に、しかし限定することなく、電気炉での製鋼により発生する煙塵の処 理に適用できる。 典型的な電気炉または他の製鋼炉では、毎年数千トンの煙塵が発生する。この 煙塵の組成は炉へ給送される材料によって変化し、通常はその材料は古い自動車 を含めて広範のスクラップ金属から成るか、それらを含む。煙塵は約４０％の非 鉄金属化合物と、約５０％の鉄化合物（主に酸化物）とを含み、残部は脈石材で ある。非鉄金属成分は通常は酸化鉛および酸化亜鉛が主であるが、典型的には幾 分かの塩化亜鉛、塩化銅、塩化カドミウム、塩化カリウム、塩化ナトリウムおよ び酸化カドミウムを含む。カリウムおよびナトリウムの酸化物も存在する。塩基 性酸素炉から生じた煙塵は通常は高比率の鉄化合物を含むが、かなりの比率の非 鉄材も存在する。 歴史的に煙塵は投棄されてきたが、これはかなりの金額の出費を伴い、また多 くの成分の有毒性によって環境上受入れ難く成ってきている。本発明は煙塵のよ うな物質から成分を再生する処理に関する。本発明は主として、汚染物質の廃棄 を防止する手段、または貴重な非鉄金属を抽出する手段、または製鋼過程で再使 用のために鉄を回収する手段として考えられることができる。主な目的は環境に 依存する。 煙塵を固体炭素質材料および有機結合剤とともに混合し、そしてこの混合材を ペレット化（ペレタイジング）してそれらのペレットを加熱することは、ＥＰ２ ７５８６３Ａで既に周知である。鉄および鉛が金属形態となるように還元される ときに幾つかの成分が放出され、液体金属として排出される。鉛は重力を利用し て鉄から分離することができるが、幾分かの鉛は鉄溶液中に残存するのを避けら れない。また、鉄の溶融状態を得るために非常に高い温度を使用しなければなら ず、溶融形態の金属を抽出するにはロータリーキルンを傾斜させるような設備 を必要とするので連続作業にとっては都合が悪い。 本発明の目的は、煙塵または他の微細分離材を一層実用的な方法で連続分離す る処理方法を提供することである。 本発明は或る範囲の金属基成分を含む微細分離材を処理する方法に関し、この 方法は材料をペレット化すること、ペレットを乾燥し、ペレットから揮発性の第 一の成分が放出されるような或る温度および滞留時間によってそれらのペレット を撓結させて非常に強力なペレットを形成すること、および還元剤の存在する中 でペレットを加熱し、これにより一つ以上の第二の成分が還元されて揮発物質の 形態となって放出されて、一つ以上の還元された第三の成分を残すようにするこ とを含む。この方法は、ペレットの溶融を引き起こそうとする微細分離材を還元 相から排除して、ペレットが還元のために使用される温度で一体性を保持できる ようにすることを特徴とする。 微細分離材を避けることは、ペレットを溶融させずに有効な還元を行うために 十分高い温度を選択できるようにする。これは、材料の好ましい取扱い性と、こ の方法で作動されるプラントの長寿命化とをもたらす。 還元および焼結はロータリーキルンで行われるのが好ましい。 ペレットは撓結段階と還元段階との中間においてスクリーニングされて、微細 分離材を除去される。 無煙炭のような固体還元剤が使用されるならば、例えば洗浄した無煙炭を使用 するなどして微細分離還元剤を回避することが重要である。 本発明は製鋼炉から生じた煙塵に適用でき、その場合には通常は、主たるすな わち実質的に単独の第三の成分は鉄となる。この鉄は海綿鉄の形態をなし、これ は取扱うのに都合よく、また炉へ再給送するのにも都合がよい。 典型例においては、撓結時に放出された揮発成分、すなわち第一成分はさまざ まな金属酸化物および塩化物である。酸化鉛および塩化鉛も主な成分である。一 般的な酸化亜鉛もペレットに残存する。 還元段階の間、酸化亜鉛は還元されて金属形態となり、放出されるが、これに おいてその放出物は再び酸化され、酸化亜鉛塵として捕集できる。捕集された物 質は約９０％の酸化亜鉛を含み、残部の大半は石炭灰である。この酸化亜鉛は別 途の処理を施すことなくこの純度レベルにおいて商業上有用な製品とすることが できる。 本発明の一実施例が添付図面を参照して説明されるが、添付図面は本発明を実 施するプラントの図解的な図面である。本発明は鋼製品加工場（a steel works ）から離れた試験プラントに基づいて良好に作動した。図面は鋼製品加工場で使 用するための試験プラントの簡単な応用例に基づいている。製造プラントは図示 プラントよりも一層複雑である。本質的にこのプラントは３つの部分、すなわち ペレット化段階Ｐ、焼結段階Ｓ、および還元段階Ｒより成る。 電気製鋼炉から生じた塵はホッパー１１で捕集され、結合剤１３および水１４ とともにホッパー１１からロータリー式ペレット化パン１２へ供給される。ベン トナイトは適当な結合剤であり、４重量％の混合剤がベントナイトの適当比率で ある。得られた生ペレット（green pellet）はスクリーン１５へ給送され、この スクリーン１５が過小寸法のペレットを分離してペレット化装置へ戻すようにし て、約１０〜１５ｍｍの径を有す大きなペレットを選定してさらなる処理を行う ようにする。制限範囲のペレット寸法は、ペレット化された材料の引き続く処理 に対して或る程度の均一性を与えるために重要となる。必要に応じて、煙塵の事 前洗浄が洗浄ユニット１０で行われる。事前洗浄の必要性または所望の度合いが 以下に説明される。 生ペレットはその後乾燥機１６で乾燥されるが、この乾燥機１６は典型的には 約３００〜４００℃の暖気を使用しており、この空気はプラントの他の部分にお ける廃熱で加熱されている。 焼結段階Ｓは基本的に、水平に対して約１度または数度の角度をなす軸線を有 するロータリーキルン２１を含んで成り、ロータリーキルンが回転される間、高 所の入口端部から給送されたペレットがキルンを通って低所の出口端部へと徐々 に降下されつつ処理されるようになされる。このキルンは中央バーナー２２を通 る出口端部からのガスによって燃焼を行われる。他のいずれかの燃料がガスの代 わりに使用できる。過剰量の空気がキルンに与えられ、その雰囲気が還元ではな く酸化されるようになされる。キルンで達せられる最高温度は、約１０５０〜１ ２００℃である。廃ガスフード２３はキルンの入口端部に示されているが、同様 な廃ガスフードが出口端部にも配置され得る。 エネルギーを節約するとともに熱衝撃を軽減するために依然として上昇温度に あるのが好ましい乾燥したペレットは、キルン２１の入口端部へ給送される。そ れらの温度はキルンを通過するときに上昇される。この加熱がペレットを焼結さ せ、また次の処理段階において必要とされる、崩壊に対する非常に強力な抵抗力 を備えるようになす。ＡＳＴＭ規格の高炉ペレットの崩壊試験によって強度が測 定でき、この試験はペレットの９５％が規格試験後に無傷で保持されることを要 求する。比較すれば、試験プラントにおける硬化されたペレットの９８％はこの 規格試験で無傷で保持された。高炉ペレットに対する最低要求値は本発明で使用 される現実的な最低値となろう。しかしながら本質的な要求値は、以下に説明す るような処理の休止部において完全性を保持することである。焼結は酸化雰囲気 中で行われる。ペレットが加熱されると、最初の塵に存在する１０５０〜１２０ ０℃の温度で揮発するそれらの成分は放出される。一般的にこの処理は物理的な 蒸発であるが、幾つかの物質は金属形態で放出され、キルン内の雰囲気中で酸化 される。 ペレットの第一成分を形成するこれらの物質は廃ガスによってガス洗浄機また はバッグフィルタへ運ばれて捕集され、また廃ガスを浄化して大気中へ解放する ようになされる。第一成分はその後の貴重物質の抽出用に販売でき、または従来 技術を用いてプラントの図示していない追加部分において貴重物質に分離され得 る。 試験プラントで使用された塵によれば、酸化鉛および塩化鉛は焼結段階でペレ ットから放出された物質の５０％におよぶ量と計算された。第一成分にかなりの 量で存在する他の揮発物質は、ハロゲン、またカドミウム、銅、カルシウム、カ リウム、ナトリウムおよび亜鉛の酸化物および硫酸塩である。また少量の酸化カ リウムおよび酸化ナトリウムも存在し得る。酸化亜鉛も煙塵の重要な物質である が、一般的にこの物質は揮発性でなく、ペレット中に留まる。少量の酸化亜鉛が 焼結段階の廃ガスで捕集され得る。これは多分少量の亜鉛が揮発物質の形態で存 在するからであろう。 最初の煙塵にかなりの量の塩化物が存在することは、ダイオキシンの形成およ び放出を防止するための特別な対策を要求する。典型的に煙塵中に存在する塩化 金属は塩化鉛も含めて可溶性であり、塩素が初期段階で物質から洗い出されるよ うになす。煙塵の一例は洗浄前に２．１％の塩素を含有するが、洗浄後は塩素は たったの０．１％であることが見出された。洗浄物質は水の大半を除去するよう にプレスされ、これによりペレット化のために適当な水含有量を有するようにな される。 考慮される揮発性金属化合物の全てまたは大半を除去するために、ペレットは 数時間にわたって１１００℃またはそれに近い温度に保持されねばならない。９ ００〜１２００℃の間の他の温度も幾つかの状況のもとでは許容できる。キルン の長さおよび傾斜、その回転速度、およびキルンに沿った温度勾配は、揮発性物 質の全ての実質的な量を蒸発させる結果をもたらすように調節されねばならない 。 キルン２１を離れる焼結済みペレットに加えて、摩損または粗砕によってペレ ットから除かれた他の物質も存在する。これらのバラバラの状態の物質はスクリ ーン２５においてペレットから分離され、焼結段階Ｓにおける作業が完結される 。 還元段階Ｒは、廃ガス捕集フード３２，３３を各端部に備えた別の傾斜したロ ータリーキルン３１を基本とする。１重量部の無煙炭に対して約２重量部のペレ ットの比率で、ホッパー３４からの焼結済みペレットとホッパー３５からの無煙 炭とが、さらに幾分かのドロマイト微粉とともにキルンの入口（上側）端部へ給 送される。無煙炭は低価格の還元剤として適当であり、これはペレットとともに 都合よく取扱うことができ、また一般に購入でき、また製鋼における他の目的に 関して常に使用されている。高い灰の溶融点を有する無煙炭または他の石炭が以 下に説明する理由で選定されねばならない。微細分離還元剤を回避することが重 要である。無煙炭が使用されるならば、微粉を除去するために無煙炭を洗浄しな ければならない。スクラップ自動車の切り刻んだタイヤや瀝青炭を含めて他の還 元剤を代替使用できる。自動車タイヤに含まれるかなりの量の酸化亜鉛は再生亜 鉛の更なる供給源となり、また自動車タイヤに含まれる比較的多量の燐は障害と ならない。還元剤としてのさらに他の代替例は装荷材（burden）を通じて給送さ れる天然ガスであり、これらおいて天然ガスは部分的に酸化されて一酸化炭素と なった後、空気で燃焼されて所要の熱を発生する。ドロマイトはあらゆる硫黄も 吸収するのに十分な量で存在しなければならない。ドロマイト微粉は、無煙炭ま たはペレットから生じる微粉と関連する以下に引用する問題を生じるほど十分な 量では存在しない。 還元段階の開始時においてペレットは本質的に焼結された酸化鉄であり、かな りの量の酸化亜鉛を含有し、また他の粒状物質を含有する。エネルギー変換のた めに、焼結プロセスからの上昇温度にある間にペレットを還元キルン３１へ給送 するのが好ましいが、或る程度の温度の低下、また大気温度までもの温度の低下 は都合のよいスクリーニングおよびペレットの取扱いのために、また焼結段階お よび還元段階における生産量を合致させるために保存期間が必要ならば、必要と なる。 キルン３１は典型的にはガスバーナーまたはオイルバーナー３６によって温度 を上昇されるが、プラントが温度に達したならば、全必要燃料の大半は還元プロ セスの間の還元剤の燃焼によって与えられる。ガスまたはオイルをの代わりに、 またはそれに加えて、空気の流れで運ばれた微細分離無煙炭または瀝青炭がキル ン温度を高め、その上昇温度に保持するために使用される。このような微細分離 固体燃料はその空気流内で即座に燃焼されて装荷材内にそのようないかなる固体 物質も蓄積するのを防止しなければならない。還元剤の約１５％はこのようにし て与えられる。この還元剤はまた高い溶融温度を有する灰を形成するように選択 されねばならない。 燃焼のためにガスまたは微細分離無煙炭とともに導入される空気に加えて、付 加的な空気が無煙炭の燃焼のためにキルンの長さに沿って必要とされる。これは 例えばキルンの長さに沿って間隔を隔てられた羽口３７で与えられる。 キルン内の装荷材は約１１００℃の温度に上昇される。１０８０℃が理想的で ある。９００〜１１５０℃の範囲の温度が或る状況で許容できる。ペレット内の 酸化亜鉛（初期ペレットにおける第二の成分）が還元され、キルン内の温度で揮 発する金属となる。キルン内の雰囲気は金属亜鉛を再度酸化するのに十分な酸化 性を保持される。その後これは廃ガスによってフード３２，３３を通して運び去 られ、バッグフィルタ３８内で廃ガスから分離される。酸化亜鉛は高純度を有し 、またバッグフィルタで捕集された固体生成物は約９０％の酸化亜鉛および１０ ％ の石炭灰となる。石炭灰を有する酸化亜鉛は商業上の有用な製品として販売する ことができ、または石炭灰が例えば浮遊プロセスによって分離されて酸化亜鉛の 純粋形態を生じるようになされる。酸化亜鉛中の他のいずれかの汚染物質がかな りの量で存在することはありそうもない。還元プロセスを完遂するために、数時 間におよぶ滞留が必要とされる。キルンの長さおよび傾斜、その回転速度および 温度勾配は所要の還元を達成できるように設定される。 ペレットの主部を形成している回収すべき第三の成分である酸化鉄もまた還元 されてペレット内部に保持される海綿鉄のような金属の形態になされる。還元段 階後の海綿鉄を個々のペレットに維持することが非常に重要である。ペレットが 互いに溶解を開始するならば、それらも溶解してキルンの表面に付着する傾向を 示す。このような溶融が開始されたならば、多数のペレットが互いに溶融して、 溶融または半溶融質量体を非常に速やかに形成する傾向が生じる。これが生じる と、この処理に共されるプラントの寿命は非常に短くなり、製造された鉄は取扱 うのが非常に困難になる。有効な還元を行うために必要な温度は、特別に注意し ないかぎり溶融が生じそうな温度である。微細分離材、特に焼結段階においてペ レットに生じるような物質は、ペレット自体よりも格段に溶融傾向が大きく、ま た互いにペレットを溶融させる傾向を有する。したがってこのような微細分離材 の全てを回避することが重要である。微細分離還元剤の回避もまた重要であるが 、基本的に不可欠ではない。勿論、還元剤の酸化によって形成された高い溶融温 度を有する灰は、考慮された温度で装荷材を溶融させるような重態な性質を有す る種類のものではない。 このプロセスは多くの場合に間欠的に遂行される。何故なら、このプラントの 能力が製鋼プラントからの煙塵の発生に見合うとは思われないからである。鉄の 溶融質量体に対抗して個々のペレットを保持することは、プラントが停止されて 規則的な間隔で再始動されるならば、一層重要となる。 キルンの出口端部をチャー（char）とともに離れるペレットは非酸化性雰囲気 の中で冷却され、大気に露出されることで再び酸化されるのを防止するようにな される。その後ペレットはチャーから磁気的に分離される。得られたペレットは 約６０％〜７０％の鉄であり、他の重要な物質としてマンガン、シリカ、カルシ ウム、およびマグネシアを有する。製鋼においてはマガジンおよびシリカがとも にかなりの量を必要とされるので、海綿鉄のペレットは電気アーク炉へ戻される ことができる。 典型的な例では、電気アーク炉から生じる煙塵は炉内で生産される鋼の重量の 約１．５％である。この１．５％から約０．７５％（約半分）が海綿鉄に変化さ れる。 煙塵から再生できる物質の典型的な指針として、１ｋｇの煙塵はほぼ以下の量 の他物質を生産するようにみられる。すなわち、海綿鉄（約３０％の不純物を含 む）５００ｇｍ、鉛化合物５０ｇｍ、酸化亜鉛３００ｇｍ、他の有用な酸化金属 および塩化金属１０ｇｍ、廃棄する不活性チャーおよび灰１５０ｇｍである。 本発明の使用は有毒物質の埋蔵または廃棄を回避することで、鉛および亜鉛の 新規の供給源（virgin sources）の使用を回避することで、また鋼製品加工場へ 付加的に鉄をリサイクルすることによって、環境上の利益を有する。 本発明の主な使用は電気アーク炉の煙塵、または他の製鋼炉から発生する煙塵 の処理のように見られるが、本発明は他の形態の廃棄物質を処理することにも使 用できる。 上述した形式のプラントが通常は製鋼炉の現場に配置され、その一体部分とし て製鋼プラントに一体化されることが考えられる。しかしながら上述した形式の 一つのプラントを多数の製鋼プラントのために稼動するように戦略的に配置する ことができる。また、全体的なプロセスを一つのプラントで遂行することは本質 的なことでない。例えば、煙塵は製鋼プラントでペレット化されて乾燥された後 、焼結高および還元段階が遂行される他の場所へ移送されることができる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，Ｌ Ｕ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ， ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，Ｓ Ｚ，ＵＧ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＺ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，ＨＵ，Ｉ Ｌ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＫ ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ， ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，Ｒ Ｕ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ (71)出願人 フィリップ インターナショナル ディベ ラップメンツ，インコーポレイテッド バルバドス国セント マイケル，ウイルデ イ，バルバドス ビルディング (72)発明者 クラーク，アラン，ダグラス イギリス国 エスエイ２ ６ビーディ カ ーマセンシャー，ラネリイ，ラノン，ヘオ ル モーライス 11

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １． 材料をペレット化すること、ペレットを乾燥させること、ペレットから 揮発性の第一成分が放出されるような或る温度および滞留時間でそれらのペレッ トを焼結させて非常に強力なペレットを形成すること、および還元剤の存在する 中でペレットを加熱し、これにより一つ以上の第二の成分が還元されて揮発形態 となって放出されて、一つ以上の還元された第三の成分が残されるようにするこ とを含む或る範囲の金属基成分を含む微細分離材を処理する方法であって、ペレ ットを溶融させようとする微細分離材を還元相から排除して、ペレットが還元の ために使用される温度で一体性を保持できるようにすることを特徴とする方法。 ２． 請求の範囲第１項に記載されたプロセスであって、還元がロータリーキ ルンで行われるプロセス。 ３． 請求の範囲第１項または第２項に記載されたプロセスであって、焼結が ロータリーキルンで行われるプロセス。 ４． 請求の範囲第１項から第３項までのいずれか一項に記載された方法であ って、焼結されたペレットが焼結段階と還元段階との間でスクリーニングされて 微細分離材を除去されるようになされた方法。 ５． 請求の範囲第１項から第４項までのいずれか一項に記載されたプロセス であって、第二の成分が主として酸化亜鉛であるプロセス。 ６． 請求の範囲第５項に記載されたプロセスであって、酸化亜鉛が還元され て亜鉛となり、この亜鉛が放出された後に酸化され、その後廃ガスから捕集され るプロセス。 ７． 請求の範囲第１項から第６項までのいずれか一項に記載されたプロセス であって、第一の成分がかなりの量の酸化鉛を含むプロセス。 ８． 請求の範囲第１項から第７項までのいずれか一項に記載されたプロセス であって、微細分離材が製鋼炉から生じた煙塵であるプロセス。 ９． 請求の範囲第８項に記載されたプロセスであって、煙塵が水中で事前洗 浄され、ペレット化される前に溶融し得る成分を除去するようになされるプロセ ス。 １０． 請求の範囲第１項から第９項までのいずれか一項に記載されたプロセス であって、還元剤が無煙炭のような石炭であるプロセス。 １１． 請求の範囲第１項から第１０項までのいずれか一項に記載されたプロセ スであって、ペレットが９００〜１２００℃の範囲の温度で焼結されるプロセス 。 １２． 請求の範囲第１項から第１１項までのいずれか一項に記載されたプロセ スであって、ペレットが９００〜１２００℃の範囲の温度で還元されるプロセス 。 １３． 請求の範囲第１項から第１２項までのいずれか一項に記載されたプロセ スであって、第三の成分が主として鉄であり、ペレットが優先的に海綿鉄となる プロセス。