JP2006307268A

JP2006307268A - スラグフューミングにおけるダスト回収方法

Info

Publication number: JP2006307268A
Application number: JP2005129886A
Authority: JP
Inventors: Junichi Takahashi; 純一高橋
Original assignee: Sumitomo Metal Mining Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Metal Mining Co Ltd
Priority date: 2005-04-27
Filing date: 2005-04-27
Publication date: 2006-11-09

Abstract

【課題】亜鉛及び／又は鉛製錬の熔錬炉から産出されるスラグのスラグフューミングにおいて、低ハロゲン含有量のダストを回収する方法を提供する。
【解決手段】亜鉛及び／又は鉛製錬の熔錬炉から産出されるスラグのスラグフューミングにおいて、生成されたハロゲン族元素を含むフューミングガスから亜鉛と鉛を含むダストを捕集する際に、該フューミングガスを冷却し、ダスト捕集装置でのガス温度を２００〜１３００℃に保持しながら低ハロゲン含有量のダストを捕集することを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、スラグフューミングにおけるダスト回収方法に関し、さらに詳しくは、亜鉛及び／又は鉛製錬の熔錬炉から産出されるスラグのスラグフューミングにおいて、生成されたハロゲン族元素を含むフューミングガスから亜鉛と鉛を含むダストを回収する際に、低ハロゲン含有量のダストを回収する方法に関する。

亜鉛、鉛製錬において、ＩｍｐｅｒｉａｌＳｍｅｌｔｉｎｇＰｒｏｃｅｓｓと呼ばれる亜鉛と鉛を同時に製錬する熔鉱炉法が広く用いられている。前記熔鉱炉法において熔鉱炉で発生するスラグの処理方法としては、スラグを熔鉱炉の前床に導いて含銅粗鉛と炉鉄を粗分離した後に水砕して、セメント原料用等の製品スラグを得る方法が用いられている。この際、一般には、前記スラグは、亜鉛含有量が高く、かつ鉛とともにスパイスの成分であるヒ素、アンチモンその他の金属を含むため、スラグフューミング炉に装入してフューミングを行った後に水砕処理される（例えば、特許文献１参照。）。

ところで、前記スラグフューミングとは、熔融状態のスラグを加熱還元することによって、スラグに含まれる亜鉛、鉛等の金属を揮発させるものである。これによって、スラグから亜鉛と鉛を回収するとともに不純物金属を除去することができるので、清浄化されたスラグが得られる。一般に、スラグフューミング処理は、ガス吹き込み用のランス又は炉下部に羽口を備えた加熱炉を用いて行われる。例えば、ガス吹き込み用のランスを備えた炉を用いて、該炉内に装入したスラグにランスを浸漬してランス先端から重油、微粉炭等の炭素質燃料と空気を噴出させることにより、スラグ中の金属を還元してフュームとして揮発させる処理である。ここで、処理後のスラグは炉底部から抜き出される。一方、揮発された亜鉛、鉛等の金属（フューム）を含むフューミングガスは、炉頂部へ移動される途中で空気を加えられ、フュームが酸化され亜鉛と鉛を含むダストとして煙道に設置されたダスト捕集装置により回収される。その後、回収されたダストは、亜鉛と鉛を有効に使用するため、例えば、熔鉱炉法では焼結工程の原料の一部として繰り返される。

しかしながら、スラグ中にフッ素、塩素などのハロゲン族元素が含有されている場合には、スラグフューミング処理において、これらが回収の主目的金属である亜鉛、鉛とともに揮発され、ダスト捕集装置で捕集された亜鉛と鉛を含むダスト中に濃縮されて含有されるという問題があった。このハロゲン族元素の揮発は、フューミングに際して吹込まれた炭素質燃料に含有される水素元素とスラグ中のハロゲン族元素が反応して、フッ化水素、塩化水素ガス等を生成する反応が副次的に生じることによるものである。

すなわち、高ハロゲン含有量のダストを焼結工程に繰返した場合、ハロゲン族元素が焼結工程で揮発して排ガス処理系統への負荷を増加させるという問題、又はハロゲン族元素の含有量が高い焼結塊が熔鉱炉内へ投入されると設備の腐食を増加させる原因となり熔鉱炉操業を困難にさせるという問題があった。

以上の状況から、亜鉛及び／又は鉛製錬の熔錬炉から産出されるスラグのスラグフューミング方法において、塩素、フッ素等のハロゲン含有量が低いダストを回収する方法が求められている。
特開平１１−２６９５６７号公報（第１頁、第２頁）

本発明の目的は、上記の従来技術の問題点に鑑み、亜鉛及び／又は鉛製錬の熔錬炉から産出されるスラグのスラグフューミングにおいて、生成されたハロゲン族元素を含むフューミングガスから亜鉛と鉛を含むダストを回収する際に、低ハロゲン含有量のダストを回収する方法を提供することにある。

本発明者らは、上記目的を達成するために、亜鉛及び／又は鉛製錬の熔錬炉から産出されるスラグのスラグフューミングにおいて、生成されたハロゲン族元素を含むフューミングガスから亜鉛と鉛を含むダストを捕集する方法について、鋭意研究を重ねた結果、特定のガス温度に保持しながらダストを捕集したところ、捕集されたダストのハロゲン含有量を低下させることができることを見出し、本発明を完成した。

すなわち、本発明の第１の発明によれば、亜鉛及び／又は鉛製錬の熔錬炉から産出されるスラグのスラグフューミングにおいて、生成されたハロゲン族元素を含むフューミングガスから亜鉛と鉛を含むダストを捕集する際に、該フューミングガスを冷却し、ダスト捕集装置でのガス温度を２００〜１３００℃に保持しながら低ハロゲン含有量のダストを捕集することを特徴とするスラグフューミングにおけるダスト回収方法が提供される。

また、本発明の第２の発明によれば、第１の発明において、前記ダスト捕集装置は、サイクロンであることを特徴とするスラグフューミングにおけるダスト回収方法が提供される。

また、本発明の第３の発明によれば、第１の発明において、前記ダスト捕集装置に続いて、さらに、フューミングガスの温度が２００℃未満に制御された低温部用ダスト捕集装置を設けて２段式でダストの捕集を行なうことを特徴とするスラグフューミングにおけるダスト回収方法が提供される。

本発明のスラグフューミングにおけるダスト回収方法は、亜鉛及び／又は鉛製錬の熔錬炉から産出されるスラグのスラグフューミングにおいて、低ハロゲン含有量の亜鉛及び鉛を含むダストを回収することができ、このダストを焼結工程に繰返し処理する際に、排ガス処理系統でのハロゲンの負荷を軽減すること等、コストの削減に大きく寄与することができるので、その工業的価値は極めて大きい。さらに、ダスト捕集装置としてサイクロンを使用すれば、２００℃以上の温度のガスから亜鉛と鉛を含むダストを捕集することができるので、より有利である。

以下、本発明のスラグフューミングにおけるダスト回収方法を詳細に説明する。
本発明のスラグフューミングにおけるダスト回収方法は、亜鉛及び／又は鉛製錬の熔錬炉から産出されるスラグのスラグフューミングにおいて、生成されたハロゲン族元素を含むフューミングガスから亜鉛と鉛を含むダストを捕集する際に、該フューミングガスを冷却し、ダスト捕集装置でのガス温度を２００〜１３００℃に保持しながら低ハロゲン含有量のダストを捕集することを特徴とする。

本発明において、スラグフューミングにおいて生成されたハロゲン族元素を含むフューミングガスから亜鉛と鉛を含むダストを捕集する際に、ダスト捕集装置でのガス温度を所定温度に保持しながらダストを捕集することに重要な意義を有する。これによって、ハロゲン含有量が少ない亜鉛と鉛を含むダストが得られる。

すなわち、亜鉛と鉛を含むダストを捕集するダスト捕集装置のガス温度を高温度に保持することにより、フューミングガス中に含まれる塩化水素、フッ化水素等のハロゲン化水素化物、あるいはそれらよりガス中で生成されたハロゲン化鉛等のハロゲン化合物が、酸化亜鉛と酸化鉛を主成分として含むダストに付着あるいは混入するのを抑制して、ガス状あるいは微細粒子のままダスト捕集装置を通過させる。

ここで、本発明のダスト回収方法に関わるスラグフューミング方法と得られたフューミングガスのガス温度とハロゲン化合物の挙動について、以下に説明する。
上記スラグフューミング方法としては、例えば、ガス吹き込み用のランスを備えたスラグフューミング炉を用いて、炉内に装入したスラグ融体にランスを浸漬してランス先端から重油、天然ガス、微粉炭等と酸素含有ガスを噴出するガス吹錬を行い、これらを混合撹拌するとともに、融体内を還元性雰囲気として、亜鉛、鉛、ヒ素、アンチモン等を金属状態へ還元する。

ここで、金属化された亜鉛の大部分と鉛の一部をフューミングガス中に揮発させる。この際、ハロゲン族元素も揮発される。その後、フューミングガスは、炉頂部へ移動される途中で空気を加えられ、亜鉛、鉛等のフュームが酸化されダストとして煙道に設置されたダスト捕集装置により回収される。

上記方法で、スラグ温度は、通常１１００℃以上最高１５００℃程度に加熱されるので、生成されたフューミングガスの温度は同様の高温度である。その後、フューミングガスは、フュームを酸化して酸化亜鉛と酸化鉛として回収するために、スラグフューミング炉内で空気を加える等の手段によって１３００℃以下に冷却された後に、ダスト捕集装置を設置した煙道へ導かれる。

この際、フューミングガス中に含まれるハロゲン化合物のうち、フッ化水素、塩化水素の沸点はそれぞれ１９．９℃、−８５．１℃と低いので、露点以上の温度であればダスト捕集装置をガス状で通過し、固体状で回収される亜鉛と鉛を含むダストと同伴することはない。しかしながら、フューミングガス中に空気を吹込み、亜鉛、鉛等のフュームを酸化して固体状にする際に、鉛の一部がフッ化水素又は塩化水素と反応して、フッ化鉛（ＰｂＦ_２)、塩化鉛（ＰｂＣｌ_２）等のハロゲン化鉛化合物が生成する。ここで、フッ化鉛、塩化鉛の沸点は、それぞれ１２９０℃、９５０℃であるので、一旦生成されるとフューミングガス中で固体化されるが、フューミングガス中のハロゲン濃度が低いので微細粒子が生成される。しかも、ガス温度が高い程、酸化亜鉛と酸化鉛を主成分として含むダストへの付着あるいは混入が抑制されるので、回収されたダスト中のハロゲン化物の割合はダスト捕集装置のガス温度が高い程低下する。

本発明において、スラグフューミングに用いるスラグとしては、特に限定されるものではなく、亜鉛及び／又は鉛製錬において産出されるスラグが用いられるが、例えば亜鉛、鉛のほかにヒ素又はヒ素及びアンチモンを含有する還元性雰囲気で形成されたスラグが挙げられる。ここで、スラグ組成は、ＦｅＯ−ＳｉＯ_２−Ａｌ_２Ｏ_３−ＣａＯ−ＺｎＯ−ＰｂＯ系の比較的低融点である組成に調製されている。

本発明において、スラグフューミングの方法としては、特に限定されるものではなく、一般的な方法のほか、スラグ中のヒ素及びアンチモンを捕集するために銅源共存下で行なう方法からのフューミングガスにも適用することができる。

本発明で用いるダスト捕集装置でのガス温度は、２００〜１３００℃であり、３００〜６００℃が設備装置の耐熱性の面から好ましい。ここで、低ハロゲン含有量の亜鉛及び鉛を含むダストを回収することができる。すなわち、ガス温度が２００℃未満では、ダストのハロゲン含有量が低減されない。一方、１３００℃を超えると、ダスト捕集効率が低下し、排ガス処理設備の損傷が著しく増大する原因となる。

上記ダスト捕集装置としては、特に限定されるものではないが、高温ガスからの固形物の分離回収が効率的に行なえるサイクロン、特にセラミックス等で内張りした高温用サイクロンが好ましい。

本発明で用いるダスト捕集装置の配置としては、特に限定されるものではないが、フューミングガスの温度が２００〜１３００℃に制御された高温部用に続いて、さらに、フューミングガスの温度が２００℃未満に制御された低温部用を設ける２段式が好ましい。ここで、高温部用ダスト捕集装置で、低ハロゲン含有量の亜鉛及び鉛を含むダストを回収し、その後、低温部用ダスト捕集装置で、高温部用ダスト捕集装置で未回収の亜鉛及び鉛を含むダストを回収する。低温部用ダスト捕集装置で回収されたダストは、ハロゲン含有量が高いので、焼結工程への直接的な繰返しは行なわず脱ハロゲン等の別途処理を行うことが好ましい。なお、低温部用ダスト捕集装置としては、バッグフィルター方式のものが用いられる。

上記配置において、ダストの捕集割合としては、主にガス流速とガス温度の調整により、高温部用ダスト捕集装置において全ダストの２０〜９８重量％が捕集される。

以下に、本発明の実施例及び比較例によって本発明をさらに詳細に説明するが、本発明は、これらの実施例によってなんら限定されるものではない。なお、実施例及び比較例で用いた金属の分析方法は、ＩＣＰ発光分析法で行った。
また、実施例及び比較例で用いた原料スラグは、熔鉱炉から産出されたスラグを用いた。表１にその化学組成を示す。

また、実施例及び比較例で用いたスラグのフューミング方法は、下記の通りである。
［フューミング方法］
図１のスラグフューミング装置を用いた。図１に示すように、スラグフューミング装置は、外熱式の電気炉９によって加熱され、温度制御用熱電対６によって温度が制御される。ここで、まず、反応に用いるアルミナるつぼ７に原料調合物を装入し、るつぼ保持用レンガ８の上に載せたセラミック外るつぼ５の中にアルミナるつぼ７を設置する。次に、加熱されて熔融状態の融体に撹拌窒素用吹き込み管３により窒素を吹きこみ、測温用熱電対４で反応温度を測定しながらスラグフューミングを行う。
なお、発生するダストは、保温したダスト回収用保温セラミック管１０を通じて、電気炉外部に設置したダスト回収用サイクロン１ならびにダスト回収用バッグフィルター２で回収される。この際に、ダスト回収用保温セラミック管１０の保温材量を調整し、サイクロン入口ガス温度測定用温度計１２の温度が適正値になるように制御する。フリーエアー導入口１１のバルブ開閉量を調整することにより、サイクロン内ガス通過速度を調整するとともに、バッグフィルター温度を、バッグが燃焼しない十分に低い温度に保つ。

（実施例１）
スラグに銅源を添加して、銅共存下でのスラグフューミングを行なった。
アルミナるつぼ内に、上記原料スラグ５００ｇと金属銅（銅品位９９．９９重量％）１００ｇとともに炉内への混入酸素による酸化分を考慮したコークス（全炭素品位８７．５重量％）２８ｇを添加した原料調合物を入れた。次に、上記フューミング方法にしたがって、窒素雰囲気下において１３５０℃に加熱し、熔融後３０分保持した後、窒素ガスで浴内を５０分撹拌した。撹拌終了後３０分保持し、その後、スラグと銅合金をサンプリングした。なお、フューミングの間、サイクロン入り口温度を２５０〜３５０℃の範囲に、バッグフィルター入口温度を１５０〜２００℃の範囲に制御しながら、サイクロン及びバッグフィルターで揮発したダストを回収した。その後、得られたサイクロン及びバッグフィルターのダストの化学組成を分析した。結果を表２に示す。

（比較例１）
サイクロン入り口温度を１５０〜２００℃の範囲に制御したこと以外は実施例１と同様に行い、得られたサイクロン及びバッグフィルターのダストの化学組成を分析した。結果を表２に示す。

表２より、実施例１では、フューミングのガス温度を２５０〜３５０℃に制御してサイクロンでダストを回収することで本発明の方法に従って行なわれたので、より低温部のバッグフィルターからのダスト、及び比較例１でフューミングのガス温度を１５０〜２００℃に制御してサイクロンで得られたダストに比べて、ハロゲン含有量が低減されることが分かる。

以上より明らかなように、本発明のスラグフューミングにおけるダスト回収方法は、亜鉛及び／又は鉛製錬における熔錬炉から産出されるスラグ、例えば熔鉱炉法により熔鉱炉から産出されるスラグを加熱還元し、亜鉛と鉛を揮発し回収するスラグフューミング方法において、ハロゲンの含有量が少ない亜鉛と鉛を含むダストを得ることができるので、ダストの溶錬炉への繰り返しに際してハロゲンの負荷を軽減しコストの削減に寄与するものとして有用である。

実施例に用いたスラグフューミング装置の概念図である。

符号の説明

１ダスト回収用サイクロン
２ダスト回収用バッグフィルター
３撹拌窒素用吹き込み管
４測温用熱電対
５セラミック外るつぼ
６温度制御用熱電対
７アルミナるつぼ
８るつぼ保持用レンガ
９電気炉
１０ダスト回収用保温セラミック管
１１フリーエアー導入口
１２サイクロン入口ガス温度測定用温度計

Claims

亜鉛及び／又は鉛製錬の熔錬炉から産出されるスラグのスラグフューミングにおいて、生成されたハロゲン族元素を含むフューミングガスから亜鉛と鉛を含むダストを捕集する際に、該フューミングガスを冷却し、ダスト捕集装置でのガス温度を２００〜１３００℃に保持しながら低ハロゲン含有量のダストを捕集することを特徴とするスラグフューミングにおけるダスト回収方法。
前記ダスト捕集装置は、サイクロンであることを特徴とする請求項１に記載のスラグフューミングにおけるダスト回収方法。
前記ダスト捕集装置に続いて、さらに、フューミングガスの温度が２００℃未満に制御された低温部用ダスト捕集装置を設けて２段式でダストの捕集を行なうことを特徴とする請求項１に記載のスラグフューミングにおけるダスト回収方法。