JP2003526008A - 焼結方法及び焼結床組成物 - Google Patents
焼結方法及び焼結床組成物Info
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Abstract
Description
廃棄物を凝集し焼結する方法に関する。本発明は、製鋼鉄廃棄物又は亜鉛製錬廃
棄物の凝集粒子を含有する焼結床組成物にも関する。
物は一般に製錬廃棄物と呼ばれ、主として、ミルスケール、さらに微粉、炉ダス
ト、平炉ダスト、塩基性酸素ダスト、平炉ダスト、高炉煙道ダスト、スパークボ
ックス微粉、グリット室ダストを始めとする各種ダスト、及び製錬所の様々な段
階で生ずるスラッジが含まれる。これらの副生物は、場合によってはかなりの量
の鉄や亜鉛を含んでいることがあり、その残部は炭素、石灰、スラグ、シリカな
ど様々な物質からなる。製錬廃棄物の大きな粒子はふるい分けして、高炉に戻す
ことができるが、細かい粒子は凝集しないと再利用できない。
ロセスは基本的に製錬所のリサイクルセンターであり、副生材料を有効利用して
鋼及び/又は亜鉛の歩留まりを上げることができる。従来の焼結プロセスでは、
コークスや無煙炭などの燃料粉末とほぼ均質に混合した廃棄材料を水を噴霧しな
がらドラム中でタンブルすることで凝集(塊成化)する。湿式凝集材料を次に焼
結装置の移動式グレートに送り、焼結床と呼ばれる一様な均質床にする。グレー
トのヘッド又は供給端近くで焼結床の表面を点火し、混合物が移動式グレートに
沿って移動するにつれて混合物中を通過するように空気を引いて、下向燃焼によ
り燃料を燃やす。グレートが排出端に向かって移動するにつれて、焼結床の燃焼
前面は順次下向きに移動する。これにより十分な熱と1300℃〜1500℃程
度の温度が得られ、微粒子が互いに焼結して多孔性クリンカとなる。
が高いことが重要である。焼結床の高さ、したがって所定の時間内に焼結できる
材料の量は、凝集水が蒸発する際に発生し、焼結床の透過性を塞ぐおそれのある
微粉により制限される。
ことのできる凝集剤が必要とされている。
製錬廃棄物を凝集し焼結する方法は、(a)上記廃棄物、鉱石又は精鉱を、ケイ
酸ナトリウム、水溶性ポリマー及び油の水性エマルジョンからなる群から選択さ
れる焼結凝集剤及び燃焼燃料源と混合して、凝集粒子を含む凝集した焼結性混合
物を形成し、(b)上記焼結性混合物を焼結装置のグレート上で焼結床へと形成
し、(c)焼結床を点火して凝集粒子を焼結するのに十分な温度を生じさせる工
程を含む。
る群から選択される焼結凝集剤を含有する、製鋼鉄廃棄物又は亜鉛製錬廃棄物の
凝集粒子を含有する焼結床組成物が提供される。
及び油の水性エマルジョンからなる群から選択される。
ス類に由来するものが好ましい。ケイ酸ナトリウムは典型的には、酸化ナトリウ
ム(Na2O)と二酸化ケイ素(SiO2)とを任意の比率で混合した溶液である
。適当なケイ酸ナトリウムの例としては、ケイ酸ナトリウムD、ケイ酸ナトリウ
ムK及びケイ酸ナトリウムN(すべてPQ社から市販されている)がある。本発
明のケイ酸ナトリウムは通常、SiO2対Na2Oの重量比が約1.6〜約3.9
の範囲にある。好ましくはSiO2対Na2Oの重量比が約2〜約3.2の範囲に
ある。ケイ酸ナトリウムは水溶液として塗工するのが好ましい。かかる水溶液の
固形分レベルは好ましくは約10%〜50%の範囲、より好ましくは約25%〜
約40%の範囲にある。
ル誘導体、及び水溶性セルロース誘導体がある。ポリエーテル及びその誘導体と
しては、ポリエチレンオキシド、ポリプロピレンオキシド及びポリエチレンオキ
シド−ポリプロピレンオキシド共重合体が好ましい。ポリエチレンオキシド及び
その誘導体は次の一般式で表される。
キルであり、nは約5〜約100000である。ポリプロピレンオキシド及びそ
の誘導体は次の一般式で表される。
キルであり、mは約5〜約100000である。ポリエチレンオキシド−ポリプ
ロピレンオキシド共重合体及びその誘導体は次の一般式で表される。
り、p及びqは約5〜約100000の整数である。
ポリエチレングリコールなどのポリエチレンオキシド化合物である。ポリエチレ
ンオキシド材料、ポリエチレングリコール及びメトキシポリエチレングリコール
は比較的非揮発性かつ熱安定性である。その物理的形態は粘稠な液体からワック
ス状固体まである。本発明のポリエチレンオキシドポリマー及びその誘導体は、
分子量が好ましくは約200〜約5000000の範囲、より好ましくは約10
0000〜約1000000の範囲にある。
市販されている。好ましい化合物としては、Polyox(商標)WSRN75
0として入手できるポリエチレンオキシド(Mw=300000)及びCarb
owax(商標)3350として入手できるポリエチレングリコール(Mw=3
350)がある。
性及び特性を改良することができる。かかる添加剤としては、リグノスルホネー
ト、湿潤剤、溶液安定剤(アルコール)、熱安定剤(酸化防止剤)、可塑剤など
がある。アニオン、カチオン及び/又はノニオン系界面活性剤を使用して、ポリ
エチレンオキシド化合物の濡れ性を改良することができる。
ル及びエステルがある。使用する材料の分子量は特に限定されないが、通常約1
0000〜約500000の範囲にある。かかる好ましい材料の例としては、ヒ
ドロキシエチルセルロース(HEC)、ヒドロキシプロピルセルロース(HPC
)、水溶性エチルヒドロキシエチルセルロース(EHEC)、カルボキシメチル
セルロース(CMC)、カルボキシメチルヒドロキシエチルセルロース(CMH
EC)、ヒドロキシプロピルヒドロキシエチルセルロース(HPHEC)、メチ
ルセルロース(MC)、メチルヒドロキシプロピルセルロース(MHPC)、メ
チルヒドロキシエチルセルロース(MHEC)、カルボキシメチルメチルセルロ
ース(CMMC)及びこれらの混合物がある。水溶性セルロース誘導体としては
、メチルセルロース、メチルヒドロキシプロピルセルロース及びヒドロキシエチ
ルセルロースが特に好ましい。
とともに使用することもできる。ある温度条件では可塑剤が有用である。かかる
可塑剤としては、例えば、ジエチレングリコール、プロピレングリコール、トリ
エタノールアミン、グリセロール及びソルビトールがある。蔗糖やグリセロール
のような添加剤を用いて、セルロース誘導体の水溶液のゲル化温度を下げること
ができ、これも条件によっては有利である。
。かかる水溶液の固形分レベルは、好ましくは約0.1%〜約25%の範囲、よ
り好ましくは約0.5%〜約10%の範囲にある。
水エマルジョンに乳化することのできる油であり、例えばアスファルト、米国特
許第4571116号(その開示内容は援用によって本明細書の内容の一部をな
す)に記載された種類のエクステンダー油、重質プロセス油及び軽質プロセス油
がある。重質プロセス油は、Kittleの米国特許第4561905号(その
開示内容は援用によって本明細書の内容の一部をなす)に記載された種類のもの
である。すなわち、重質プロセス油には、カットバック・アスファルト、すなわ
ちアスファルトを適度に重質な油、例えばNo.3燃料油、比較的高粘度の釜残
燃料油、例えばNo.6燃料油などに溶解したものがある。重質プロセス油は、
約600〜7000SUSの範囲の粘度を有するものとしても定義できる。重質
プロセス油の一例に、Sun Oil社から販売されているHydrolene
(商標)90がある。この製品はSUS粘度が38℃で約3500である低揮発
性芳香族油である。「低粘度プロセス油」として分類される油が好ましい。これ
らはSUS粘度が38℃で測定して約60〜600である。SUS粘度が約20
0〜400であるものが特に好ましい。これらは、商標名Shellflex(
商標)、Tellura(商標)及びTufflo(商標)にて市販されている
。
知のかつ市販のアニオン、カチオン又はノニオン系界面活性剤が有効である。ア
ニオン及びノニオン系界面活性剤が最適である。適当なアニオン系界面活性剤の
例としては、アルキルアリールスルホン酸、アルキルスルホン酸、アルケニルス
ルホン酸、スルホン化アルキッド、硫酸モノグリセリド及び硫酸脂肪エステルが
ある。また、長鎖α−オレフィンスルホネート、アルケニルスルホン酸の水溶性
塩、アルキルアリールスルホン酸の水溶性塩、ラウリル硫酸ナトリウムの水溶性
塩などが挙げられる。ノニオン系界面活性剤としては、例えば、アルキルフェノ
ールのエチレンオキシド縮合物、脂肪酸のエチレンオキシド縮合物、脂肪酸アミ
ドなどがある。他の使用可能な界面活性剤も当業者に周知である。
、油エマルジョンの性能を高めることができる。かかる水不溶性弾性ポリマーを
含有する油エマルジョンは、米国特許第4780233号(その開示内容は援用
によって本明細書の内容の一部をなす)に開示、説明されている。本発明に有用
なエラストマーが、米国特許第4551261号及び同第2854347号(い
ずれもその開示内容は援用によって本明細書の内容の一部をなす)に記載されて
いる。本発明に用いるポリマーとしては、ブタジエンとモノオレフィン系単量体
、例えばスチレン、メチルスチレン、ジメチルスチレン、アクリロニトリルなど
との共重合体を含む合成ゴム状ポリマーが好適である。メチル、エチル及びブチ
ルアクリレートとアクリロニトリルとの或いはスチレンとの共重合体も適当であ
る。可塑化ポリ酢酸ビニル、可塑化ポリ塩化ビニル、可塑化ポリスチレン、可塑
化置換ポリスチレン及び可塑化ポリオレフィン(例えばポリエチレン、ポリイソ
ブチレンなど)も適当である。水不溶性エラストマーを油エマルジョンの1成分
として用いる場合、通常、存在する油の重量に基づいて約0.1重量%より多く
使用する必要はない。
ディスク造粒機ミキサなどのミキサで均質に混合する。燃料は典型的には粉末状
のコークス又は石炭、特に無煙炭又はコークブリーズ(粉コークス)である。通
常、混合中にミキサの内容物に水を噴霧して原料の凝集(塊成化)を助ける。ミ
キサは小さな団塊又は凝集粒子、好ましくは粒度約6mm〜約25mmの粒子を
生成するように運転する。ミキサ滞留時間は、原料の丸くなり易さに応じて、変
わる。ミキサ滞留時間を約1分〜約5分とするのが望ましい。
本発明の実施に当たり、最も好ましくは、原料をミキサに入れた後に、凝集剤を
添加する。凝集剤を添加するのに、凝集剤をミキサに噴霧する水に溶解するかそ
の水と混合するのが好都合である。しかし、凝集剤を噴霧水とは別々に、或いは
噴霧水の代わりに添加することもできる。
、使用する凝集剤の種類など種々の因子に依存する。しかしながら、有効量は、
焼結性混合物の乾燥重量に基づく乾燥基準で約0.0001重量%〜約5重量%
であるのが好ましいことを確かめた。使用量が、約0.005重量%〜約2重量
%であるのがより好ましく、約0.001重量%〜約1重量%であるのが特に好
ましい。
均質な床を形成すること、そしてその床の圧密化を避けることが必須である。焼
結床の高さは、床材料が乾燥する際に形成される微粉又はダストの量により制限
される。微粉は焼結床の穴を塞ぎ透過性を下げるので、焼結床の高さを制限する
。その結果、焼結床の高さを高くするためには、微粉の量を最小限に抑える必要
がある。凝集剤が微粉のレベルを大幅に下げることは本発明の大きな利点であり
、したがって、凝集剤の使用が、高さの高い焼結床の使用を可能にし、しかもそ
の焼結床が、本発明の焼結凝集剤を含有しない点以外は同じ焼結床と比較して、
圧密化が少なく、透過性に優れ、より迅速かつ均一な焼結可能であることが確認
された。
Claims (55)
- 【請求項1】 鉄鉱石、亜鉛鉱石、鉄精鉱、亜鉛精鉱、製鋼鉄廃棄物及び亜
鉛製錬廃棄物を凝集し焼結する方法であって、 (a)上記廃棄物、鉱石又は精鉱を、ケイ酸ナトリウム、水溶性ポリマー及び
油の水性エマルジョンからなる群から選択される焼結凝集剤及び燃焼燃料源と混
合して、凝集粒子を含む凝集した焼結性混合物を形成し、 (b)上記焼結性混合物を焼結装置のグレート上で焼結床へと形成し、 (c)焼結床を点火して凝集粒子を焼結するのに十分な温度を生じさせる 工程を含んでなる、凝集及び焼結方法。 - 【請求項2】 前記凝集粒子の粒度が約6mm〜約25mmである、請求項
1記載の方法。 - 【請求項3】 前記廃棄物が、ミルスケール、プレシピテータダスト、鋼滓
微粉、フィルタケーキ、鉄鉱石、フェロアロイ鉱石及び微粉からなる群から選択
される製鋼鉄廃棄物である、請求項1記載の方法。 - 【請求項4】 前記廃棄物が、ミルスケール、プレシピテータダスト、スラ
グ微粉、フィルタケーキ、亜鉛鉱石及び微粉からなる群から選択される亜鉛製錬
廃棄物である、請求項1記載の方法。 - 【請求項5】 前記燃焼燃料源がコークス及び石炭からなる群から選択され
る、請求項1記載の方法。 - 【請求項6】 前記焼結温度が約1100℃〜約1500℃である、請求項
1記載の方法。 - 【請求項7】 前記焼結凝集剤がケイ酸ナトリウムを含む、請求項1記載の
方法。 - 【請求項8】 前記焼結凝集剤が水溶性ポリマーを含む、請求項1記載の方
法。 - 【請求項9】 前記焼結凝集剤が水溶性セルロース誘導体及び水溶性ポリエ
ーテルからなる群から選択される水溶性ポリマーを含む、請求項1記載の方法。 - 【請求項10】 前記焼結凝集剤が、 (a)次式のポリエチレンオキシド及びポリエチレンオキシド誘導体 R−(CH2CH2O)n−R1 (式中、Rは−OH又はC1−C6アルコキシであり、R1は−H又はC1−C6ア
ルキルであり、nは約5〜約100000である)、 (b)次式のポリプロピレンオキシド及びその誘導体 【化1】 (式中、Rは−OH又はC1−C6アルコキシであり、R1は−H又はC1−C6ア
ルキルであり、mは約5〜約100000である)、及び (c)次式のポリエチレンオキシド−ポリプロピレンオキシド共重合体及びそ
の誘導体 【化2】 (式中、Rは−OH又はC1−C6アルコキシであり、R1は−H又はC1−C6で
あり、p及びqは約5〜約100000の整数である) からなる群から選択される水溶性ポリエーテルを含む、請求項1記載の方法。 - 【請求項11】 前記ポリエーテルが式R−(CH2CH2O)n−R1(式中
、Rは−OH又は−OCH3であり、R1は−H又は−CH3であり、nは約5〜
約100000である)のポリエチレンオキシドである、請求項10記載の方法
。 - 【請求項12】 前記ポリエーテルが分子量約100000〜約50000
00のポリエチレンオキシドである、請求項10記載の方法。 - 【請求項13】 前記ポリエーテルが分子量約100000〜約10000
00のポリエチレンオキシドである、請求項10記載の方法。 - 【請求項14】 前記焼結凝集剤が、ヒドロキシエチルセルロース(HEC
)、ヒドロキシプロピルセルロース(HPC)、水溶性エチルヒドロキシエチル
セルロース(EHEC)、カルボキシメチルセルロース(CMC)、カルボキシ
メチルヒドロキシエチルセルロース(CMHEC)、ヒドロキシプロピルヒドロ
キシエチルセルロース(HPHEC)、メチルセルロース(MC)、メチルヒド
ロキシプロピルセルロース(MHPC)、メチルヒドロキシエチルセルロース(
MHEC)、カルボキシメチルメチルセルロース(CMMC)及びこれらの混合
物からなる群から選択される水溶性セルロース誘導体を含む、請求項1記載の方
法。 - 【請求項15】 前記焼結凝集剤がメチルセルロースを含む、請求項1記載
の方法。 - 【請求項16】 前記焼結凝集剤がメチルヒドロキシプロピルセルロースを
含む、請求項1記載の方法。 - 【請求項17】 前記焼結凝集剤がヒドロキシエチルセルロースを含む、請
求項1記載の方法。 - 【請求項18】 前記焼結凝集剤が含油水性エマルジョンを含む、請求項1
記載の方法。 - 【請求項19】 前記焼結凝集剤が油の水性エマルジョンを含み、該油がア
スファルト、エクステンダー油、重質プロセス油及び軽質プロセス油からなる群
から選択される、請求項1記載の方法。 - 【請求項20】 前記焼結凝集剤が軽質プロセス油の水性エマルジョンを含
む、請求項1記載の方法。 - 【請求項21】 前記水性エマルジョンがさらに水不溶性弾性ポリマーを含
む、請求項18記載の方法。 - 【請求項22】 前記水不溶性弾性ポリマーがポリイソブチレンである、請
求項21記載の方法。 - 【請求項23】 前記焼結凝集剤を前記焼結性混合物の乾燥重量に基づく乾
燥基準で約0.0001%〜約5%のレベルで使用する、請求項1記載の方法。 - 【請求項24】 前記焼結凝集剤を前記焼結性混合物の乾燥重量に基づく乾
燥基準で約0.0005%〜約2%のレベルで使用する、請求項1記載の方法。 - 【請求項25】 前記焼結凝集剤を前記焼結性混合物の乾燥重量に基づく乾
燥基準で約0.001%〜約1%のレベルで使用する、請求項1記載の方法。 - 【請求項26】 さらに製鋼鉄廃棄物を水と混合する工程を含む、請求項1
記載の方法。 - 【請求項27】 前記混合をボールドラム又はディスク造粒機ミキサで行う
、請求項1記載の方法。 - 【請求項28】 前記焼結凝集剤を水と混合してから廃棄物に添加する、請
求項1記載の方法。 【請求項28】 前記焼結凝集剤がケイ酸ナトリウムであって、前記焼結性
混合物の乾燥重量に基づく乾燥基準で約0.0001%〜約5%のレベルで使用
する、請求項1記載の方法。 - 【請求項29】 前記焼結凝集剤が、ヒドロキシエチルセルロース(HEC
)、ヒドロキシプロピルセルロース(HPC)、水溶性エチルヒドロキシエチル
セルロース(EHEC)、カルボキシメチルセルロース(CMC)、カルボキシ
メチルヒドロキシエチルセルロース(CMHEC)、ヒドロキシプロピルヒドロ
キシエチルセルロース(HPHEC)、メチルセルロース(MC)、メチルヒド
ロキシプロピルセルロース(MHPC)、メチルヒドロキシエチルセルロース(
MHEC)、カルボキシメチルメチルセルロース(CMMC)及びこれらの混合
物からなる群から選択される水溶性セルロース誘導体であって、前記焼結性混合
物の乾燥重量に基づく乾燥基準で約0.0001%〜約5%のレベルで使用する
、請求項1記載の方法。 - 【請求項30】 前記焼結凝集剤が、式R−(CH2CH2O)n−R1(式中
、R及びR1は同一でも異なるものでもよく、−H、−OH又は−OCH3であっ
て、nは約13〜約2000である)のポリエチレンオキシド化合物であって、
前記焼結性混合物の乾燥重量に基づく乾燥基準で約0.0001%〜約5%のレ
ベルで使用する、請求項1記載の方法。 - 【請求項31】 前記焼結凝集剤が含油水性エマルジョンであり、該エマル
ジョンを、前記焼結性混合物の乾燥重量に基づく乾燥基準で約0.0001%〜
約5%のレベルの油を与える量で使用する、請求項1記載の方法。 - 【請求項32】 前記焼結凝集剤を前記廃棄物との混合時に水に溶解する、
請求項1記載の方法。 - 【請求項33】 前記焼結床が、圧密化も透過性の低下も伴わない状態で、
焼結凝集剤を含まないこと以外は同じ焼結床よりも深さが大きい、請求項1記載
の方法。 - 【請求項34】 請求項1記載の方法で製造した焼結体。
- 【請求項35】 請求項28記載の方法で製造した焼結体。
- 【請求項36】 請求項29記載の方法で製造した焼結体。
- 【請求項37】 請求項30記載の方法で製造した焼結体。
- 【請求項38】 請求項31記載の方法で製造した焼結体。
- 【請求項39】 ケイ酸ナトリウム、水溶性ポリマー及び油からなる群から
選択される焼結凝集剤を含有する、製鋼鉄廃棄物又は亜鉛製錬廃棄物の凝集粒子
を含有する焼結床組成物。 - 【請求項40】 凝集させた製鋼鉄廃棄物を含有する、請求項39記載の焼
結床組成物。 - 【請求項41】 凝集させた亜鉛製錬廃棄物を含有する、請求項39記載の
焼結床組成物。 - 【請求項42】 凝集粒子の粒度が約6mm〜約25mmである、請求項3
9記載の焼結床組成物。 - 【請求項43】 さらに、コークス及び石炭からなる群から選択される燃焼
燃料源を含有する、請求項39記載の焼結床組成物。 - 【請求項44】 焼結凝集剤がケイ酸ナトリウムを含む、請求項39記載の
焼結床組成物。 - 【請求項45】 焼結凝集剤が水溶性セルロース誘導体及び水溶性ポリエチ
レンオキシド化合物からなる群から選択される水溶性ポリマーを含む、請求項3
9記載の焼結床組成物。 - 【請求項46】 焼結凝集剤が式R−(CH2CH2O)n−R1(式中、Rは
−OH又は−OCH3であり、R1は−H又は−CH3であり、nは約5〜約10
0000である)のポリエチレンオキシド化合物を含む、請求項39記載の焼結
床組成物。 - 【請求項47】 R及びR1が−OHであり、分子量が約100000〜約
5000000である、請求項46記載の焼結床組成物。 - 【請求項48】 R及びR1が−OHであり、分子量が約100000〜約
1000000である、請求項46記載の焼結床組成物。 - 【請求項49】 前記焼結凝集剤が、ヒドロキシエチルセルロース(HEC
)、ヒドロキシプロピルセルロース(HPC)、水溶性エチルヒドロキシエチル
セルロース(EHEC)、カルボキシメチルセルロース(CMC)、カルボキシ
メチルヒドロキシエチルセルロース(CMHEC)、ヒドロキシプロピルヒドロ
キシエチルセルロース(HPHEC)、メチルセルロース(MC)、メチルヒド
ロキシプロピルセルロース(MHPC)、メチルヒドロキシエチルセルロース(
MHEC)、カルボキシメチルメチルセルロース(CMMC)及びこれらの混合
物からなる群から選択される水溶性セルロース誘導体を含む、請求項39記載の
焼結床組成物。 - 【請求項50】 前記焼結凝集剤が油を含む、請求項39記載の焼結床組成
物。 - 【請求項51】 前記焼結凝集剤がアスファルト、エクステンダー油、重質
プロセス油及び軽質プロセス油からなる群から選択される油を含む、請求項39
記載の焼結床組成物。 - 【請求項52】 前記焼結凝集剤がプロセス油を含む、請求項39記載の焼
結床組成物。 - 【請求項53】 前記焼結凝集剤がさらに水不溶性弾性ポリマーを含む、請
求項50記載の焼結床組成物。 - 【請求項54】 前記水不溶性弾性ポリマーがポリイソブチレンである、請
求項53記載の焼結床組成物。 - 【請求項55】 前記焼結床は、圧密化及び透過性の低下なしで、焼結装置のグレート上での深さ
が、焼結凝集剤を含有しない以外は同じ焼結床より大きい、 前記焼結床が、圧密化も透過性の低下も伴わない状態で、焼結凝集剤を含まない
こと以外は同じ焼結床よりも焼結装置のグレート上での深さが大きい、請求項3
9記載の焼結床組成物。
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