JP2006212569A - Slurry concentrating method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、比重差の大きい複数種類の粉体を含むスラリーを、高濃度に濃縮するためのスラリーの濃縮方法に関するものである。 The present invention relates to a slurry concentration method for concentrating a slurry containing a plurality of types of powder having a large specific gravity difference to a high concentration.
製鉄業では、多量の鉄を高温雰囲気や化学溶媒の中で扱うことから、酸化鉄などを含むダスト類やスラジ類を大量に発生している。まず、高炉・転炉法による一貫製鉄所での鉄鋼製造業は、鉄鉱石の焼結工程、高炉の還元工程、転炉の製錬工程、熱間圧延工程、鉄鋼製品の酸洗工程、メッキ工程などから構成されている。これらの工程からは、酸化鉄を中心とするダストや排水中の鉄化合物の沈殿物などが大量に発生している。また、電気炉法による製鉄業においても、連続鋳造工程、熱間圧延工程、その他の工程から、鉄分を含んだ沈殿物が多量に発生している。 In the steel industry, a large amount of iron is handled in a high-temperature atmosphere or a chemical solvent, so a large amount of dust and sludge containing iron oxide and the like are generated. First of all, the steel manufacturing industry in the integrated steelworks using the blast furnace / converter method consists of iron ore sintering process, blast furnace reduction process, converter smelting process, hot rolling process, pickling process of steel products, plating It consists of processes. From these steps, a large amount of dust, mainly iron oxide, and precipitates of iron compounds in the wastewater are generated. Also in the steel industry using the electric furnace method, a large amount of precipitates containing iron is generated from the continuous casting process, hot rolling process, and other processes.
一般的に、これらの鉄スラリーの処理は、沈殿ピット又はシックナーにて、鉄スラリーの粉体濃度を上げた後に、各種の脱水機を用いて、水分を低下させて、鉄スラジとして、水処理の系外に出している。 In general, these iron slurries are treated with precipitation pits or thickeners, and after increasing the powder concentration of the iron slurries, various dehydrators are used to lower the water content, resulting in water treatment as iron sludge. Out of the system.
これら製鉄所で発生するスラリーのうち、例えば転炉ガスは、非燃焼式のガス処理装置、いわゆるOG装置で集められて、集塵された後に、発電や鋼材の加熱の燃料ガスとして使用される。OG装置は、ベンチュリースクラバー方式の集塵装置を有しており、水をかけながら、ダストを集塵する。集塵水の中の転炉ダストは、まず、一次沈降槽で、粗粒分を分離して、シックナーに注がれる。シックナー内では、微粒転炉ダストを沈殿させて、濃度が濃くなったものを脱水機で、水分が20〜30%に脱水する。 Among the slurries generated at these steelworks, converter gas, for example, is collected by a non-combustion gas processing device, so-called OG device, and collected, and then used as fuel gas for power generation and heating of steel materials. . The OG device has a venturi scrubber type dust collector and collects dust while applying water. The converter dust in the collected water is first separated into coarse particles in a primary settling tank and poured into a thickener. In the thickener, fine converter dust is precipitated and the concentrated one is dehydrated to 20-30% with a dehydrator.
大量の微粒転炉ダストを使用するためには、高炉にリサイクルすることが有効である。しかし、微粒転炉ダストには、亜鉛が含まれており、そのままでは、高炉で使用することが制限されている。この問題に対する対応として、微粒転炉ダストを脱亜鉛処理すれば、高炉でも使用できる。回転炉床法を用いれば、脱亜鉛率が90%以上と高く、また、還元鉄を得られるため、脱亜鉛プロセスとして用いられている例が増加している。 In order to use a large amount of particulate converter dust, it is effective to recycle to a blast furnace. However, fine converter dust contains zinc, and its use in a blast furnace is restricted as it is. As a countermeasure against this problem, if the fine converter dust is dezinced, it can be used in a blast furnace. If the rotary hearth method is used, the dezincification rate is as high as 90% or more, and reduced iron can be obtained. Therefore, examples of being used as a dezincification process are increasing.
回転炉床法は、固定した耐火物の天井および側壁の下で、中央部を欠いた円盤状の耐火物の炉床がレールの上を一定速度で回転する型式の焼成炉を主体とするプロセスであり、酸化金属の還元や製鉄ダストの処理に用いられる。微粒転炉ダストなどの酸化鉄を含有する粉体を回転炉床式還元炉で使用するには、粉体原料を単独で、または、他の酸化鉄を含む粉体との混合物を、粉コークス等の炭素を含む粉体と混合して、球形ペレットを製造する。 The rotary hearth method is a process mainly consisting of a type of firing furnace in which a disk-shaped refractory hearth lacking a central part rotates on a rail at a constant speed under a fixed refractory ceiling and side walls. It is used for the reduction of metal oxides and the treatment of iron dust. In order to use iron oxide-containing powder such as fine-grain converter dust in a rotary hearth reduction furnace, the powder raw material alone or a mixture with other iron oxide-containing powder can be used. It is mixed with a powder containing carbon such as spherical pellets.
特許文献1には、金属酸化物を含むダストおよびスラジを還元処理する回転炉床式還元炉による酸化金属の還元設備が記載されている。水分を多く含み、スラリー状態となっている原料粉体(酸化金属を含む粉体と炭素を含む粉体の混合物)を良く混合する装置として、混合槽と撹拌装置を設置する。スラリー状態となっている原料粉体を、短時間で均一に撹拌するためには、水分を多量に含んでいる必要がある。混合する際のスラリー含有水分が粉体質量に対して100%以上であれば、流動性が高く、均一混合の時間が短くなるとともに、撹拌の動力も少なくて済む。混合したスラリーを脱水機に送る。脱水機にて、含有水分が粉体質量の16〜26%の範囲になるよう脱水する。平均粒径が120μm以下の微粉からなるスラリーの脱水の場合は、脱水物の水分を16〜26%とすることは、一般的な脱水機では困難であり、特殊な脱水機を用いる。この場合に用いる脱水機として、水分を含む粉体混合物を受ける帯状フィルターとこれを挟み込んで圧縮する双ロールを有する脱水機を用いることは有効である。
特許文献2には、微粉転炉ダストを回転炉床法で還元する発明が記載されている。まず、転炉ガスとともに発生した微粒転炉ダストは、ベンチユリースクラバーにて集塵される。この転炉ダストと水のスラリーを粗粒分離装置で、大きな粒子を分離した後に、シックナーでダストを濃縮し、脱水機で水分を20〜35質量%とする。この微粒転炉ダストをスラリー備蓄槽と粉コークス備蓄槽から供給される他スラッジ類や粉コークスとを混合槽で混合して、水分が55質量%以上(つまり、スラリー濃度45質量%以下)の混合スラリーにする。この混合スラリーを脱水装置で脱水する。脱水後の水分は17〜27質量%とする。この脱水物を成形装置で10〜40mm程度の円筒、または粒状の成形体を製造する。回転炉床式還元炉にこの成形体を供給して、焼成還元する。
特許文献1に記載の方法では、酸化金属を含む粉体と炭素を含む粉体を混合する際のスラリー含有水分を粉体質量に対して100%以上(つまりスラリー濃度50質量%以下)としている。この方法では、スラリー濃度50質量%以下の幅広い濃度のスラリーを脱水する必要があり、脱水機は、脱水対象とするスラリーのスラリー濃度が低いほど(含有水分が多いほど)生産能力が低下するため、スラリー濃度が低い場合にも回転炉床へ安定して原料を供給できるよう脱水機を多数設置する必要があった。そのため脱水機の設備費及び運転費用が増大してしまうという問題があった。
In the method described in
特許文献2に記載の方法では、微粉転炉ダストスラリーを一度脱水機を用いて水分を20〜35%とし、その後混合槽で粉コークスと混合し、脱水装置で脱水している。即ち、脱水処理を2回行うことが必要であり、脱水処理のための設備費及び運転費用の増大を招くこととなる。微粉転炉ダストを脱水処理せずに用いる方法も記載されているが、この場合には含有水分の少ない炭素源や他のダストを大量に用いない限り、混合後の水分を55%以下(つまり、スラリー濃度45質量%以上)にすることができない。
In the method described in
酸化金属を含む粉体と炭素を含む粉体を混合する際のスラリーは高い含有水分とし、混合したスラリーの粉体を沈殿させて濃縮することができれば、水分含有量の少ないスラリーを用いて脱水を行うので、脱水機の生産能力を高めることができる。また、脱水工程を2回行うことが不必要となり、あるいは含有水分の少ない炭素源や他のダストを大量に用いる必要もない。 The slurry when mixing the powder containing metal oxide and the powder containing carbon has a high water content, and if the powder of the mixed slurry can be precipitated and concentrated, dehydration is performed using a slurry with a low water content. As a result, the production capacity of the dehydrator can be increased. Further, it is not necessary to perform the dehydration step twice, or it is not necessary to use a large amount of carbon source or other dust having a low water content.
ところが、酸化金属のように比重の高い粉体と、炭素源のように比重の低い粉体とを混合したスラリーについて、沈降槽で沈殿させて濃縮しようとすると、比重の高い粉体の沈降速度は比重の低い粉体の沈降速度よりも速く、比重の高い粉体が先に沈降するため、沈降槽内で沈降物が分離してしまい、正常な混合物を得ることができなくなる。回転炉床法などの還元炉の安定操業のためには、原料中の酸化金属と炭素源(還元剤)の含有比率が常に適正な値となるような原料を調整する必要があるが、沈降槽での濃縮によって、原料中の酸化金属と炭素源の含有比率が適正な値をはずれ、かつ、変動するため、還元炉内での還元反応が経時的に変化して、ときには還元率が低下したり、またときには反応ガスが過剰になるなどの問題があった。また、濃縮後のスラリー濃度が高いので、沈降槽底部の濃縮スラリー排出配管が閉塞し、濃縮スラリーの排出が困難となることがあった。 However, when a slurry in which a powder with a high specific gravity such as metal oxide and a powder with a low specific gravity such as a carbon source are mixed is precipitated in a settling tank and concentrated, the sedimentation rate of the powder with a high specific gravity is set. Is faster than the sedimentation rate of the powder having a low specific gravity, and the powder having a high specific gravity settles first, so that the sediment is separated in the sedimentation tank, and a normal mixture cannot be obtained. For stable operation of a reduction furnace such as the rotary hearth method, it is necessary to adjust the raw material so that the content ratio of metal oxide and carbon source (reducing agent) in the raw material is always an appropriate value. Concentration in the tank causes the content ratio of the metal oxide and carbon source in the raw material to deviate and fluctuate, so that the reduction reaction in the reduction furnace changes over time and sometimes the reduction rate decreases. Or sometimes the reaction gas becomes excessive. Moreover, since the concentration of the slurry after concentration is high, the concentrated slurry discharge pipe at the bottom of the settling tank is blocked, and it may be difficult to discharge the concentrated slurry.
本発明は、低比重粉体と高比重粉体とを含むスラリーを濃縮し、良好な混合状態で高濃度の濃縮スラリーを得ることのできるスラリーの濃縮方法を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a slurry concentration method capable of concentrating a slurry containing a low specific gravity powder and a high specific gravity powder and obtaining a high concentration concentrated slurry in a good mixed state.
なお本発明において、スラリー濃度(質量%)とは、100%から含水率(質量%)を引いた値を意味する。 In the present invention, the slurry concentration (mass%) means a value obtained by subtracting the moisture content (mass%) from 100%.
本発明者らは、低比重粉体と高比重粉体とを含むスラリーを濃縮する場合において、スラリー中に凝集剤を添加した上で所定の適切な条件で攪拌を行い、その後沈降槽で凝集した粉体を沈降させることととすれば、低比重粉体と高比重粉体とが沈降時に分離することがなく、所定の高い濃度のスラリーを得られることを見出した。 In the case of concentrating a slurry containing a low specific gravity powder and a high specific gravity powder, the present inventors add a flocculant to the slurry and then stir under predetermined appropriate conditions, and then agglomerate in a sedimentation tank. It was found that if the powder thus prepared is allowed to settle, the low specific gravity powder and the high specific gravity powder do not separate at the time of sedimentation, and a slurry having a predetermined high concentration can be obtained.
本発明者らはまた、沈降槽におけるスラリー滞留時間に適正時間範囲があり、滞留時間をこの適正時間範囲内に制御することにより、濃縮後のスラリー濃度を高く維持しつつ、沈降槽底部の濃縮スラリー排出配管が閉塞することなく、良好に濃縮スラリーの排出が可能になることを見出した。 The inventors also have an appropriate time range for the slurry residence time in the settling tank, and by controlling the residence time within this appropriate time range, the concentration of the slurry after concentration is kept high while concentrating at the bottom of the settling tank. It was found that the concentrated slurry can be discharged well without blocking the slurry discharge piping.
本発明は上記知見に基づいてなされたものであり、即ち、その要旨とするところは以下の通りである。
(1)固体分の30質量%以上が粒径10μm以下の粒子であり、低比重粉体と高比重粉体とを含み、高比重粉体は真比重が低比重粉体の2倍以上であるスラリーを濃縮する方法において、凝集剤を添加したスラリーを、凝集反応槽2内にて攪拌翼3を回転することによって下記式(1)で計算されるレイノルズ数Reが1500以上となるように旋回流を形成して攪拌し、その後沈降槽5にて凝集した粉体を沈降させることを特徴とするスラリーの濃縮方法。
Re=ρ×n×d2/μ (1)
ただし、ρ:液密度(kg/m3)、n:攪拌翼の回転速度(sec-1)、d:攪拌翼の直径(m)、μ:液粘度(kg/m・sec)である。
(2)低比重粉体として微粉炭、コークス粉の少なくとも1種を含み、前記高比重粉体として酸化鉄、酸化クロム、酸化ニッケル、酸化マンガンの少なくとも1種を含むことを特徴とする上記(1)に記載のスラリーの濃縮方法。
(3)スラリー濃度が20〜40質量%のスラリーを処理してスラリー濃度45〜55質量%に濃縮する際に、沈降槽5におけるスラリーの滞留時間を一定時間範囲に制御することを特徴とする上記(1)又は(2)に記載のスラリーの濃縮方法。
(4)沈降槽5における滞留時間が所定の時間を超えた場合、沈降槽下部から濃縮スラリーを抽出して再度沈降槽へ投入することを特徴とする上記(3)に記載のスラリーの濃縮方法。
(5)沈降槽5における濃縮スラリーと上澄み液との界面レベルを検出又は推定し、該界面レベルが予め設定した上限を超えた場合は沈降槽5へのスラリー送給を停止し、予め設定した下限を下回った場合は沈降槽5へのスラリー送給を再開することを特徴とする上記(3)又は(4)に記載のスラリー濃縮方法。
(6)凝集剤として、弱アニオン系高分子凝集剤あるいはノニオン系高分子凝集剤を、スラリー中の固形物質質量に対して0.01〜0.07質量%添加することを特徴とする上記(1)乃至(5)のいずれかに記載のスラリーの濃縮方法。
(7)低比重粉体と高比重粉体の一方又は両方として、鉄鋼製造工程において発生するダストあるいはスラジを含むことを特徴とする上記(1)乃至(6)のいずれかに記載のスラリーの濃縮方法。
The present invention has been made based on the above findings, that is, the gist thereof is as follows.
(1) 30% by mass or more of the solid content is particles having a particle size of 10 μm or less, including low specific gravity powder and high specific gravity powder, and the high specific gravity powder has a true specific gravity more than twice that of the low specific gravity powder. In a method of concentrating a slurry, the Reynolds number Re calculated by the following formula (1) is 1500 or more by rotating the stirring
Re = ρ × n × d 2 / μ (1)
Where ρ: liquid density (kg / m 3 ), n: rotation speed of the stirring blade (sec −1 ), d: diameter of the stirring blade (m), μ: liquid viscosity (kg / m · sec).
(2) The low specific gravity powder includes at least one of pulverized coal and coke powder, and the high specific gravity powder includes at least one of iron oxide, chromium oxide, nickel oxide, and manganese oxide. The method for concentrating a slurry according to 1).
(3) When a slurry having a slurry concentration of 20 to 40% by mass is processed and concentrated to a slurry concentration of 45 to 55% by mass, the residence time of the slurry in the
(4) When the residence time in the
(5) The interface level between the concentrated slurry and the supernatant liquid in the
(6) As a flocculant, a weak anionic polymer flocculant or a nonionic polymer flocculant is added in an amount of 0.01 to 0.07% by mass with respect to the mass of the solid substance in the slurry. The slurry concentration method according to any one of 1) to (5).
(7) The slurry according to any one of (1) to (6) above, wherein dust or sludge generated in a steel manufacturing process is included as one or both of the low specific gravity powder and the high specific gravity powder. Concentration method.
本発明は、低比重粉体と高比重粉体とを含むスラリーを濃縮する場合において、スラリー中に凝集剤を添加した上で凝集反応槽で所定のレイノルズ数の範囲で旋回流を形成して攪拌を行うことにより、その後沈降槽で凝集した粉体を沈降させるに際し、低比重粉体と高比重粉体とが沈降時に分離することがなく、所定の高い濃度のスラリーを得ることができる。 In the present invention, when a slurry containing a low specific gravity powder and a high specific gravity powder is concentrated, a swirling flow is formed in a range of a predetermined Reynolds number in an aggregation reaction tank after adding a flocculant to the slurry. By stirring, when the powder aggregated in the sedimentation tank is subsequently settled, the low specific gravity powder and the high specific gravity powder are not separated at the time of sedimentation, and a slurry having a predetermined high concentration can be obtained.
本発明はまた、沈降槽でのスラリー滞留時間を適正時間範囲内に制御することにより、濃縮後のスラリー濃度を高く維持しつつ、沈降槽底部の濃縮スラリー排出配管が閉塞することなく、良好に濃縮スラリーを排出することが可能になる。 In the present invention, the slurry residence time in the settling tank is controlled within an appropriate time range so that the concentrated slurry discharge pipe at the bottom of the settling tank is not blocked while maintaining the slurry concentration after concentration high. The concentrated slurry can be discharged.
図1に基づいて本発明のスラリー濃縮方法の説明を行う。 The slurry concentration method of the present invention will be described based on FIG.
本発明が濃縮の対象とするスラリーは、固体分の30質量%以上が粒径10μm以下の粒子であり、低比重粉体と高比重粉体とを含み、高比重粉体は真比重が低比重粉体の2倍以上である。 The slurry to be concentrated by the present invention is a particle having a solid content of 30% by mass or more and a particle size of 10 μm or less, and includes a low specific gravity powder and a high specific gravity powder, and the high specific gravity powder has a low true specific gravity. It is more than twice the specific gravity powder.
沈降槽5においてスラリー中の粉体粒子を沈降させてスラリーを濃縮するに際し、粉体粒子の沈降速度は粒子径の2乗に比例し、真比重に比例する。従って、スラリーが低比重粉体と高比重粉体とを含み、高比重粉体は真比重が低比重粉体の2倍以上である場合には、高比重粉体は低比重粉体に比較して沈降速度が2倍以上大きく、高比重粉体が先に沈降する。そのため、このように比重の異なる2種類の粉体を含むスラリーにおいては、沈降槽内で沈降物が分離してしまう。
When the powder particles in the slurry are settled in the
本発明はこのようなスラリーにおいて分離を起こさずにスラリー濃縮を実現することを目的としているので、低比重粉体と高比重粉体とを含み、高比重粉体は真比重が低比重粉体の2倍以上のスラリーに限定することとした。 Since the present invention aims to achieve slurry concentration without causing separation in such a slurry, it includes a low specific gravity powder and a high specific gravity powder, and the high specific gravity powder has a true specific gravity and a low specific gravity powder. The slurry was limited to twice or more of the slurry.
本発明は、固体分の30質量%以上が粒径10μm以下の粒子であるスラリーを対象とす。このように粒径が小さい粉体を含有するスラリーにおいて、本発明の効果が発揮されるからである。即ち、スラリーの沈降濃縮においては、小粒径(特に10μm以下)の粉体ほど沈降しにくい(上澄み液と一緒に流出しやすい)うえ、小粒径の粉体の比率が高くなる(30%を超える)と、それらが沈降できずに流出した場合に、濃縮スラリーの成分が大きく変化してしまうこととなるからである。 The present invention is directed to a slurry in which 30% by mass or more of the solid content is particles having a particle size of 10 μm or less. This is because the effect of the present invention is exhibited in the slurry containing the powder having such a small particle diameter. That is, in the sedimentation and concentration of the slurry, the smaller the particle size (especially, 10 μm or less), the more difficult it is to settle (they tend to flow out together with the supernatant), and the proportion of the small particle size powder is high (30% This is because the components of the concentrated slurry greatly change when they flow out without being settled.
本発明のスラリー濃縮方法においては、スラリーに凝集剤を添加し、凝集反応槽内にてスラリーを攪拌してスラリー中の固体分を凝集し、その後沈降槽にて凝集した粉体を沈降させることにより、スラリーを濃縮する。図1に示す場合においては、凝集剤供給装置4から供給される凝集剤が、凝集反応槽2において濃縮前スラリーに供給される。凝集した凝集物には高比重粉体と低比重粉体とが均一に混合するため、凝集物相互間の比重差が存在しないので、その後の沈殿槽内で均一な沈降物を得ることが可能となる。
In the slurry concentration method of the present invention, a flocculant is added to the slurry, the slurry is agitated in the agglomeration reaction tank to agglomerate solids in the slurry, and then the agglomerated powder is settled in the sedimentation tank. To concentrate the slurry. In the case shown in FIG. 1, the coagulant supplied from the
本発明においては、凝集反応槽2内にて攪拌翼3を回転することによってスラリーを攪拌する。通常は、円筒状の凝集反応槽2を準備し、凝集反応槽2の軸心と一致する回転軸を有する攪拌翼3を用いて攪拌を行う。攪拌翼3は、プロペラ型、パドル型、らせん型、いかり型、くし型、タービン型が使用可能であるが、穏やかな攪拌とせん断効果の少ないパドル型やいかり型が好適である。攪拌翼3の回転によって凝集反応槽2内に水平面内で旋回する旋回流を発生させ、スラリーを旋回させつつ、凝集反応槽2の底部から上部へ徐々にスラリーを移動させる。そのため、新しいスラリーは凝集反応槽2の底部から供給され、凝集反応槽2の上部からオーバーフローして沈降槽5に供給される。
In the present invention, the slurry is stirred by rotating the
本発明では、攪拌する際に下記式(1)で計算されるレイノルズ数Reが1500以上となるように旋回流を形成して攪拌することを特徴とする。
Re=ρ×n×d2/μ (1)
ただし、ρ:液密度(kg/m3)、n:攪拌翼の回転速度(sec-1)、d:攪拌翼の直径(m)、μ:液粘度(kg/m・sec)である。
In the present invention, the stirring is performed by forming a swirl flow so that the Reynolds number Re calculated by the following formula (1) is 1500 or more when stirring.
Re = ρ × n × d 2 / μ (1)
Where ρ: liquid density (kg / m 3 ), n: rotation speed of the stirring blade (sec −1 ), d: diameter of the stirring blade (m), μ: liquid viscosity (kg / m · sec).
レイノルズ数Reが小さすぎると、高比重粉体と低比重粉体とが凝集した凝集物が凝集反応槽2の底部に堆積してしまう。レイノルズ数Reが1500以上であれば、凝集物が堆積することなく、良好に凝集反応を終えて凝集反応槽上部からスラリーと共に排出されることとなる。
If the Reynolds number Re is too small, an aggregate obtained by agglomerating the high specific gravity powder and the low specific gravity powder is deposited on the bottom of the
また、レイノルズ数Reが大きすぎると、凝集した粒子が破壊され、凝集効果を発揮させることができなくなる。レイノルズ数Reが2100以下であれば、凝集した粒子が破壊されることなく、本発明の凝集効果を発揮させることができる。 On the other hand, if the Reynolds number Re is too large, the agglomerated particles are destroyed and the aggregating effect cannot be exhibited. If the Reynolds number Re is 2100 or less, the aggregated effect of the present invention can be exhibited without destroying the aggregated particles.
本発明は、低比重粉体として微粉炭、コークス粉の少なくとも1種を含み、前記高比重粉体として酸化鉄、酸化クロム、酸化ニッケル、酸化マンガンの少なくとも1種を含むこととすると好ましい。このような配合のスラリーにおいては、低比重粉体としてコークス粉を用いた場合の真比重は1.8〜1.9程度、高比重粉体として酸化鉄を用いた場合の真比重は5.2程度であり、高比重粉体と低比重粉体の真比重の比が2倍以上となる。このため、従来のスラリー濃縮方法では均一な濃縮ができず、本発明方法を用いることによりはじめて均一な濃縮が可能となるからである。 In the present invention, it is preferable that the low specific gravity powder includes at least one of pulverized coal and coke powder, and the high specific gravity powder includes at least one of iron oxide, chromium oxide, nickel oxide, and manganese oxide. In the slurry having such a composition, the true specific gravity when coke powder is used as the low specific gravity powder is about 1.8 to 1.9, and the true specific gravity when iron oxide is used as the high specific gravity powder is 5. The ratio of the true specific gravity of the high specific gravity powder and the low specific gravity powder is twice or more. For this reason, the conventional slurry concentration method cannot perform uniform concentration, and it is possible to perform uniform concentration only by using the method of the present invention.
本発明においては、スラリー濃度が20〜40質量%のスラリーを処理してスラリー濃度45〜55質量%に濃縮する際に、沈降槽5におけるスラリーの滞留時間を一定時間範囲に制御することとすると好ましい。
In the present invention, when the slurry having a slurry concentration of 20 to 40% by mass is processed and concentrated to a slurry concentration of 45 to 55% by mass, the residence time of the slurry in the
低比重粉体と高比重粉体とを含むスラリーを均一に混合するためには、濃縮前のスラリー濃度が20〜40質量%であると好ましい。濃縮前のスラリー濃度が低すぎると、沈降槽5において十分に高い濃度にスラリーを濃縮することが困難となるが、スラリー濃度が20質量%以上であれば十分な濃縮を行うことができる。また、濃縮前のスラリー濃度が高すぎると、スラリー中の固体分を均一に混合することが困難となるが、スラリー濃度が40質量%以下であれば均一混合を行うことが可能となる。
In order to uniformly mix the slurry containing the low specific gravity powder and the high specific gravity powder, the slurry concentration before concentration is preferably 20 to 40% by mass. If the slurry concentration before concentration is too low, it becomes difficult to concentrate the slurry to a sufficiently high concentration in the
本発明は、濃縮後のスラリー濃度を45〜55質量%とする。濃縮後のスラリー濃度が低すぎると、その後の脱水工程において十分に効率の良い脱水を行うことが困難となるが、濃縮後のスラリー濃度が45質量%以上あれば、良好な効率で脱水を行うことが可能となる。また、濃縮後のスラリー濃度が高すぎると、沈降槽5の底部からスラリーを排出することが困難となって配管が閉塞する可能性が高くなるが、濃縮後のスラリー濃度が55質量%以下であれば、配管が閉塞することなく良好な作業を行うことが可能となる。
In the present invention, the concentration of the slurry after concentration is 45 to 55% by mass. If the concentration of the slurry after concentration is too low, it will be difficult to perform sufficiently efficient dewatering in the subsequent dewatering step. However, if the concentration of the slurry after concentration is 45% by mass or more, dewatering is performed with good efficiency. It becomes possible. Further, if the concentration of the slurry after concentration is too high, it becomes difficult to discharge the slurry from the bottom of the
本発明は、スラリー濃縮後のスラリー濃度好適範囲が45〜55質量%と非常に狭いので、この好適範囲に保持するための制御を行うことが重要である。本発明においては、沈降槽5におけるスラリーの滞留時間を一定時間範囲に制御することにより、濃縮後のスラリー濃度を好適範囲に維持することを特徴とする。
In the present invention, the preferable range of the slurry concentration after the concentration of the slurry is very narrow as 45 to 55% by mass, and therefore it is important to perform control for maintaining this preferable range. In the present invention, the slurry concentration in the
濃縮後のスラリー濃度は、沈降槽5におけるスラリーの滞留時間によって変動する。滞留時間が長いほど濃縮後のスラリー濃度は高くなり、滞留時間が短いほどスラリー濃度は低くなる。そして、滞留時間が30分以上60分以内であれば、濃縮後のスラリー濃度を45〜55質量%の好適範囲内に制御できることを見出した。ここで、沈降槽におけるスラリーの滞留時間とは、沈降槽5の内容積をスラリー流入量11(m3/hr)で除した値を意味する。
The concentration of the slurry after concentration varies depending on the residence time of the slurry in the
スラリー濃度45〜55質量%(含水率45〜55質量%)に濃縮したスラリーを沈降槽5から抜き出し、その後脱水機7で脱水して含水率を17〜27%に低下させる。本発明においては、脱水機7に投入する段階でスラリー濃度が45〜55質量%まで濃縮されているので、従来に比較して脱水後の含水率を下げることができるとともに、脱水機7の処理能力を向上させることができ、脱水機7の設置台数の減少あるいは脱水機7の小型化を実現することができる。
The slurry concentrated to a slurry concentration of 45 to 55% by mass (water content 45 to 55% by mass) is extracted from the
本発明のスラリー濃縮方法で濃縮したスラリーをさらに脱水するための脱水機7としては、脱水後の水分が標記の値になるものであれば、いずれの型式でも良いが、濾布上にスラリーを注ぎ、このスラリーと濾布を上下一対の圧搾ロールで搾る型式の脱水機、フィルタープレス式脱水機、真空ドラム式脱水機、または、遠心分離式脱水機が良い。
The
上記のとおり、沈降槽5におけるスラリーの滞留時間とは、沈降槽5の内容積をスラリー流入量11(m3/hr)で除した値を意味する。沈降槽5の内容積は一定であるから、スラリーの滞留時間はスラリー流入量11によって定まる。従って、濃縮前のスラリーの供給量12が低下すると、それに伴ってスラリー流入量11も低下し、スラリーの滞留時間が長くなる。滞留時間が好適範囲上限を超えると、濃縮後のスラリー濃度が高くなり過ぎ、沈降槽の底部からスラリーを排出することが困難になる可能性がある。
As described above, the residence time of the slurry in the
本発明においては、沈降槽5における滞留時間が所定の時間を超えた場合、沈降槽下部から濃縮スラリーを抽出して再度沈降槽へ投入することにより、上記問題を解決した。即ち、濃縮前のスラリー供給量が低下して沈降槽5における滞留時間が所定の時間を超えた場合、沈降槽下部から濃縮スラリーを抽出して再度沈降槽へ投入することとする。再度投入するスラリーの量を循環量13とすれば、沈降槽5へのスラリー流入量11はスラリー供給量12と循環量13を足した値となり、その結果沈降槽における滞留時間を短くし、好適な滞留時間に戻すことができる。その結果、濃縮後のスラリー濃度を好適な濃度範囲に維持することが可能となる。
In the present invention, when the residence time in the
沈降槽内において、底部に沈殿した濃縮スラリーと上澄み液との界面(以下「スラリー界面17」という。)が存在する。このスラリー界面17が一定の上限位置を超えて高い位置となると、濃縮後のスラリー濃度が高くなり過ぎ、沈降槽5の底部からスラリーを排出することが困難となることが判明した。つまり、スラリー界面17を把握することができれば、このスラリー界面17が一定の上限を超えた場合に、濃縮後のスラリー濃度を低減する対応を図ることにより、濃縮後のスラリー濃度を一定の好適範囲に維持することが可能となる。
In the settling tank, there is an interface (hereinafter referred to as “
脱水装置7の運転状態(運転台数、脱水速度など)にあわせてスラリー排出量15を変化させるため、それにあわせてスラリー供給量12を変化させる必要がある。本発明おいては、沈降槽5における濃縮スラリーと上澄み液との界面レベル(スラリー界面17)を検出又は推定し、スラリー界面レベルが予め設定した上限を超えた場合は沈降槽へのスラリー送給を停止し、予め設定した下限を下回った場合は沈降槽へのスラリー送給を再開することにより、スラリー供給量とスラリー排出量のバランスを保ち、かつ濃縮後のスラリー濃度を好適範囲に保つことを可能とした。
In order to change the
転炉ダストなどのシックナー(沈降槽)では、連続的にダストを含んだ排水が流入し、沈降槽内のスラリー界面が設定値を超えた際に沈降槽底部よりスラリーを排出することで濃縮スラリーを得ることができる。この場合、濃縮スラリーの排出は間欠となってしまうため、連続的に脱水機に供給するためには濃縮スラリーの貯留設備(水槽、攪拌装置、ポンプ)が必要となる。しかし、本発明では、沈降槽の底部から濃縮スラリーを連続的に排出できるよう、沈降槽内のスラリー界面を検出又は推定して、間欠でスラリーを沈降槽へ供給することで、濃縮スラリーの貯留設備が不要となった。 In thickeners (sedimentation tanks) such as converter dust, concentrated slurry flows by draining slurry from the bottom of the sedimentation tank when the waste water containing dust continuously flows in and the slurry interface in the sedimentation tank exceeds the set value. Can be obtained. In this case, since the discharge of the concentrated slurry is intermittent, a storage facility for the concentrated slurry (water tank, stirring device, pump) is required to supply the dehydrator continuously. However, in the present invention, the concentrated slurry is stored by intermittently supplying the slurry to the settling tank by detecting or estimating the slurry interface in the settling tank so that the concentrated slurry can be continuously discharged from the bottom of the settling tank. Equipment is no longer needed.
スラリー界面17については、超音波を用いた界面計によって検出することが可能である。また、以下の方法でスラリー界面を推定することが可能である。
The
一般的に沈降槽5の槽中央部には、センターウェル6と呼ばれる円形筒部分が配置され、このセンターウェル6内にスラリーが供給される。センターウェル6内の液面19レベルは、センターウェル外側の液面18レベルよりも高くなり、レベル差が生じることがある。そして、沈降槽内のスラリー界面17が高くなるほど、このレベル差が大きくなることが判明した。従って、予め液面レベル差とスラリー界面17との関係を把握しておくことにより、センターウェル内外の液面レベル差を検出してこれからスラリー界面レベルを推定することが可能である。なお、センターウェル外側の液面18レベルは通常は一定に保持されるので、センターウェル内の液面19レベルのみを検出することにより、センターウェル内外の液面レベル差を計測することが可能である。
In general, a circular cylinder portion called a
本発明で用いる凝集剤としては、弱アニオン系高分子凝集剤あるいはノニオン系高分子凝集剤を用いると好ましい。弱アニオン系高分子凝集剤が好ましい理由は、酸化金属粒子の表面は正に帯電しているため、負に帯電した高分子凝集剤が凝集に有効に作用するためである。ノニオン系高分子凝集剤が好ましい理由は、電荷が正/負の中間であるため、比較的広範囲の粉体に使用可能であるからである。 As the flocculant used in the present invention, it is preferable to use a weak anionic polymer flocculant or a nonionic polymer flocculant. The reason why the weak anionic polymer flocculant is preferable is that the surface of the metal oxide particles is positively charged, so that the negatively charged polymer flocculant effectively acts on the aggregation. The reason why the nonionic polymer flocculant is preferable is that it can be used for a relatively wide range of powders because the charge is intermediate between positive and negative.
これら凝集剤の添加量としては、スラリー中の固形物質質量に対して0.01〜0.07質量%添加すると好ましい。凝集剤添加量が少なすぎると粉体粒子の凝集が不十分となり、沈降槽内で分離して、低比重で小粒径の粉体が上澄液へ多量に流出してしまうが、スラリー中の固形物質質量に対して0.01質量%以上添加すればその問題は発生しない。また、凝集剤添加量が多すぎると凝集物が大きくなりすぎて、凝集反応槽内に堆積したり、濃縮後のスラリー濃度が高くなりすぎて、沈降槽底部の排出配管が閉塞してしまうが、添加量をスラリー中の固形物質質量に対して0.07質量%以下とすればその問題は発生しない。 The amount of the flocculant added is preferably 0.01 to 0.07% by mass relative to the mass of the solid substance in the slurry. If the amount of the flocculant added is too small, the powder particles will be insufficiently aggregated and separated in the sedimentation tank, and a low specific gravity and small particle size powder will flow out to the supernatant in large quantities. If 0.01 mass% or more is added with respect to the mass of the solid substance, the problem does not occur. In addition, if the amount of the flocculant added is too large, the aggregate becomes too large and accumulates in the agglomeration reaction tank, or the concentration of the slurry after concentration becomes too high, and the discharge pipe at the bottom of the sedimentation tank is blocked. If the addition amount is 0.07% by mass or less with respect to the mass of the solid substance in the slurry, the problem does not occur.
本発明においては、低比重粉体と高比重粉体の一方又は両方として、鉄鋼製造工程において発生するダストあるいはスラジを含むこととすると特に好ましい。鉄鋼製造工程からは、酸化鉄を中心とするダストや排水中の鉄化合物の沈殿物などが大量に発生している。また鉄鋼製造工程からは、微粉炭や粉コークスなどの炭素源がダストやスラッジとして発生している。これらのダストやスラッジのうち炭素源を多く含むものを低比重粉体とし、酸化鉄を多く含むものを高比重粉体として含有するスラリーを用いて本発明のスラリー濃縮方法を適用することにより、炭素源と酸化鉄源とを含む高濃縮スラリーを効率よく生成することができるので、この高濃縮スラリーをさらに脱水して還元鉄製造の原料とすることが可能となる。 In the present invention, it is particularly preferable that one or both of the low specific gravity powder and the high specific gravity powder include dust or sludge generated in the steel manufacturing process. From the steel manufacturing process, dust, mainly iron oxide, and precipitates of iron compounds in wastewater are generated in large quantities. In addition, carbon sources such as pulverized coal and powdered coke are generated as dust and sludge from the steel manufacturing process. By applying the slurry concentration method of the present invention using a slurry containing a large amount of carbon source among these dust and sludge as a low specific gravity powder and using a slurry containing a high specific gravity powder containing a lot of iron oxide, Since a highly concentrated slurry containing a carbon source and an iron oxide source can be efficiently produced, the highly concentrated slurry can be further dehydrated and used as a raw material for producing reduced iron.
低比重粉体としてコークス粉を含むスラリーと、高比重粉体として酸化鉄を含むスラリーとを混合し、スラリーを濃縮し、脱水して還元鉄製造原料を製造するに際し、本発明を適用した。酸化鉄を含むスラリーは、製鉄製造工程のうち転炉ガスの湿式集塵工程で発生した微粉転炉ダストを用いている。低比重粉体としてのコークス粉の真比重は1.8であり、高比重粉体としての酸化鉄の真比重は5.2であり、両者の比重差は2倍以上となっている。 The present invention was applied when a slurry containing coke powder as a low specific gravity powder and a slurry containing iron oxide as a high specific gravity powder were mixed, and the slurry was concentrated and dehydrated to produce a reduced iron production raw material. The slurry containing iron oxide uses fine powder converter dust generated in the wet dust collection process of the converter gas in the iron manufacturing process. The true specific gravity of the coke powder as the low specific gravity powder is 1.8, the true specific gravity of the iron oxide as the high specific gravity powder is 5.2, and the specific gravity difference between the two is more than twice.
濃縮前スラリー中において、全固体分のうち、コークス粉の比率は13〜15.5質量%であり、酸化鉄の比率は70.1〜72.6質量%であった。また、固体分のうち、粒径10μm以下の粒子の比率は54質量%であった。濃縮前スラリー中のスラリー濃度は25質量%前後である。 In the slurry before concentration, the ratio of coke powder was 13 to 15.5% by mass and the ratio of iron oxide was 70.1 to 72.6% by mass in the total solid content. Moreover, the ratio of the particle | grains with a particle size of 10 micrometers or less among solid content was 54 mass%. The slurry concentration in the slurry before concentration is around 25% by mass.
図1に示す装置を用いてスラリーの濃縮を行った。まず凝集剤供給装置4から凝集剤を添加したスラリーを凝集反応槽2内で攪拌翼3を回転することによって攪拌し、その後沈降槽5で粉体を沈降させて濃縮し、濃縮したスラリーを取り出して脱水機7に供給した。
The slurry was concentrated using the apparatus shown in FIG. First, the slurry to which the coagulant is added from the
凝集反応槽2は、内径が1.2m、内容積が1.7m3であり、その中に配置した直径1.1mの攪拌翼3を用いてスラリーを攪拌する。攪拌翼3は、2枚羽根の翼を有している。攪拌翼3の回転速度を53rpm〜90rpmで変化させることにより、式(1)で計算されるレイノルズ数を1350〜2290で変化させた。レイノルズ数Re計算のための液密度(ρ)は1259kg/m3とし、液粘度(μ)は1.0kg/m・secとした。
The
凝集剤としてはノニオン系高分子凝集剤(具体的にはテデフロックTKI−318(TDE製))を用い、凝集剤添加量はスラリー中の固形分質量に対し0.02%とした。 As the flocculant, a nonionic polymer flocculant (specifically, Tedeflok TKI-318 (manufactured by TDE)) was used, and the amount of flocculant added was 0.02% with respect to the solid content mass in the slurry.
沈降槽5は、内容積が46.0m3であり、槽の中央にセンターウェル6が配置され、このセンターウェル6内にスラリーが供給される。スラリーの滞留目標時間は30〜60分とした。スラリーの供給量が57m3/hrであり、滞留時間実績は48.4分となる。
The
沈降槽内のスラリー界面レベル検出については、センターウェル内の液面19レベルを測定し、この液面レベルからスラリー界面レベルを推定することによって検出した。
(本発明例)
凝集反応槽2の攪拌翼回転数を65rpmとし、式(1)で計算されるレイノルズ数Reを1650としてスラリーの濃縮を行った。
The slurry interface level in the settling tank was detected by measuring the
(Example of the present invention)
The slurry was concentrated by setting the stirring blade rotation speed of the
スラリー濃縮を開始してから4時間の間、1時間毎に濃縮前後のスラリーを採取してスラリー濃度と成分の評価を行った。結果を表1に示す。表1から明らかなように、4時間にわたって、濃縮後のスラリー濃度を45〜55質量%の良好な範囲に保持し、また濃縮後スラリー中のFe含有量とC含有量を均一に保持することができた。 The slurry before and after the concentration was collected every hour for 4 hours after the start of the slurry concentration, and the slurry concentration and the components were evaluated. The results are shown in Table 1. As is clear from Table 1, the concentration of the slurry after concentration is maintained in a favorable range of 45 to 55 mass% over 4 hours, and the Fe content and C content in the slurry after concentration are uniformly maintained. I was able to.
(比較例1)
凝集反応槽の攪拌翼回転数を90rpmとし、式(1)で計算されるレイノルズ数Reを2290としてスラリーの濃縮を行った。
(Comparative Example 1)
The slurry was concentrated by setting the rotation speed of the stirring blade of the agglomeration reaction tank to 90 rpm and the Reynolds number Re calculated by the formula (1) to 2290.
レイノルズ数Reが大きすぎるため、凝集反応槽内で凝集した粒子が破壊される結果となった。そのため、沈降槽内で炭素分が沈降しきれず、オーバーフロー水へ炭素粉体が流出し、表2に示すように、濃縮スラリー中の炭素成分比率が低下する結果となった。 Since the Reynolds number Re was too large, the particles aggregated in the aggregation reaction tank were destroyed. Therefore, the carbon content could not be completely settled in the settling tank, and the carbon powder flowed into the overflow water, resulting in a decrease in the carbon component ratio in the concentrated slurry as shown in Table 2.
(比較例2)
凝集反応槽の攪拌翼回転数を53rpmとし、式(1)で計算されるレイノルズ数Reを1350としてスラリーの濃縮を行った。
(Comparative Example 2)
The slurry was concentrated by setting the rotation speed of the stirring blade of the agglomeration reaction tank to 53 rpm and the Reynolds number Re calculated by the formula (1) to 1350.
レイノルズ数Reが低すぎるため、凝集反応槽の底部にスラリーが堆積してしまい、攪拌不能となった。 Since the Reynolds number Re was too low, slurry was deposited at the bottom of the agglomeration reaction tank, and stirring became impossible.
実施例1の本発明例と同様の条件のもと、スラリーを濃縮し、脱水して還元鉄製造原料を製造した。凝集反応槽入口のスラリー濃度は32.3%であった。また、濃縮後のスラリー濃度を45〜55%の範囲とするためには、沈降槽におけるスラリーの滞留時間を30〜60分の範囲に制御すればよいことがわかっている。 Under the same conditions as in the inventive example of Example 1, the slurry was concentrated and dehydrated to produce a reduced iron production raw material. The slurry concentration at the inlet of the coagulation reaction tank was 32.3%. Moreover, in order to make the slurry density | concentration after concentration into the range of 45-55%, it turns out that what is necessary is just to control the residence time of the slurry in a settling tank in the range for 30 to 60 minutes.
表3に結果を示す。 Table 3 shows the results.
表3のNo.1〜3は、沈降槽下部から濃縮スラリーを抽出して再度沈降槽へ投入する「循環」を行っていない。スラリーの供給量が変動することにより、沈降槽での滞留時間が変動した。No.1は滞留時間が23分と短く、濃縮後スラリー濃度が42.6%と目標スラリー濃度に満たなかった。No.2は滞留時間が55分と良好であり、濃縮後スラリー濃度も良好範囲であった。No.3は滞留時間が長すぎ、濃縮後スラリー濃度が高すぎた。 No. in Table 3 No. 1 to 3 do not perform “circulation” in which the concentrated slurry is extracted from the lower part of the settling tank and is again charged into the settling tank. The residence time in the settling tank fluctuated due to fluctuations in the amount of slurry supplied. No. No. 1 had a residence time as short as 23 minutes, and the slurry concentration after concentration was 42.6%, which was less than the target slurry concentration. No. No. 2 had a good residence time of 55 minutes, and the slurry concentration after concentration was also in a good range. No. No. 3 had too long a residence time, and the slurry concentration after concentration was too high.
そこで表3のNo.4においては、No.3と同一のスラリー供給量において、「循環」を行った。その結果、沈降槽での滞留時間が良好範囲となり、濃縮後スラリー濃度も良好範囲とすることができた。 Therefore, No. in Table 3 In No. 4, no. “Circulation” was performed at the same slurry supply amount as in No. 3. As a result, the residence time in the sedimentation tank was in a good range, and the slurry concentration after concentration could be in the good range.
1 原料槽
2 凝集反応槽
3 攪拌翼
4 凝集剤供給装置
5 沈降槽
6 センターウェル
7 脱水機
11 スラリー流入量
12 スラリー供給量
13 循環量
14 オーバーフロー水
15 スラリー排出量
16 スラリー
17 スラリー界面
18 液面
19 液面
P ポンプ
DESCRIPTION OF
Claims (7)
凝集剤を添加したスラリーを、凝集反応槽内にて攪拌翼を回転することによって下記式(1)で計算されるレイノルズ数Reが1500以上となるように旋回流を形成して攪拌し、その後沈降槽にて凝集した粉体を沈降させることを特徴とするスラリーの濃縮方法。
Re=ρ×n×d2/μ (1)
ただし、ρ:液密度(kg/m3)、n:攪拌翼の回転速度(sec-1)、d:攪拌翼の直径(m)、μ:液粘度(kg/m・sec)である。 30% by mass or more of the solid content is a particle having a particle size of 10 μm or less, and includes a low specific gravity powder and a high specific gravity powder. The high specific gravity powder is a slurry having a true specific gravity that is twice or more that of the low specific gravity powder. In the method of concentrating,
The slurry to which the flocculant is added is stirred by forming a swirling flow so that the Reynolds number Re calculated by the following formula (1) is 1500 or more by rotating the stirring blade in the aggregation reaction tank, A method for concentrating a slurry, wherein the powder aggregated in a settling tank is allowed to settle.
Re = ρ × n × d 2 / μ (1)
Where ρ: liquid density (kg / m 3 ), n: rotation speed of the stirring blade (sec −1 ), d: diameter of the stirring blade (m), μ: liquid viscosity (kg / m · sec).
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