JP2006348367A

JP2006348367A - 金属酸化物の資源化方法

Info

Publication number: JP2006348367A
Application number: JP2005178839A
Authority: JP
Inventors: Masahiro Kudo; 正浩工藤
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2005-06-20
Filing date: 2005-06-20
Publication date: 2006-12-28

Abstract

【課題】金属酸化物を含有するダスト、汚泥等から大量の排ガスを発生させることなく金属資源を効率よく回収することができ、最終廃棄物を大幅に減少させることができる金属酸化物の資源化方法を提供する。
【解決手段】マイクロ波を透過し得るセラミックファイバー等からなる耐火容器４の内部に、金属酸化物を含有する被処理物Ｗとコークス等の炭素系物質Ｃとを収納し、マイクロ波を照射して炭素系物質Ｃを発熱させるとともに、炭素系物質Ｃにより金属酸化物を還元し、耐火容器４の内部から金属資源として回収する。還元によりガス化した亜鉛等の低沸点金属は、ガス中から金属資源として回収する。
【選択図】図１

Description

本発明は、金属酸化物を含有するダスト、汚泥等から金属資源を回収するとともに、その無害化及び減容化を図ることができる金属酸化物の資源化方法に関するものである。

金属を扱う工場からは、金属酸化物を含有するダスト、汚泥等が発生する。例えば製鉄工場からは多量の製鋼ダストが発生するが、これは工場内において中和等の処理及び造粒化が行われ、行政許可を得たうえで最終処分されている。ところがそのためには多くの処理費用を要するうえに、金属酸化物はそのまま廃棄され資源化されていない場合が多い。

また、金属酸化物を含有するダスト、汚泥等が水分や油分を含有する場合には、ガスバーナやオイルバーナを用いた加熱処理が行われているが、燃焼用空気が必要であるので大量の排ガスが発生し、排ガス処理にも多額の費用を要するという問題がある。

このほか、亜鉛のような低沸点金属の酸化物を含有するダストについては、特許文献１に示されるようにダストをコークスで被覆して焼結機で移送しながら還元して気体化させ、集塵機で粗酸化亜鉛として回収する方法が知られている。しかしこの方法も大量の燃焼ガスが発生し、排ガス処理に多額の費用を要するという問題がある。
特開平６−３０１９８号公報

本発明は上記した従来の問題点を解決し、金属酸化物を含有するダスト、汚泥等から大量の排ガスを発生させることなく金属資源を効率よく回収することができ、最終廃棄物を大幅に減少させることができる金属酸化物の資源化方法を提供することを目的とするものである。

上記の課題を解決するためになされた本発明は、マイクロ波を透過し得る耐火容器の内部に金属酸化物を含有する被処理物と炭素系物質とを収納し、マイクロ波を照射して炭素系物質を発熱させるとともに、炭素系物質により金属酸化物を還元し、耐火容器の内部から金属資源を回収することを特徴とするものである。

なお、還元によりガス化した金属は、ガス中から金属資源として回収することができる。マイクロ波を透過し得る耐火容器として、外周がセラミックファイバーにより断熱されたセラミック容器を使用することが好ましく、炭素系物質としてコークスを使用することが好ましい。

本発明によれば、マイクロ波を透過し得る耐火容器の内部に金属酸化物を含有する被処理物とコークス等の炭素系物質とを混合して収納し、マイクロ波を照射して炭素系物質を発熱させることにより耐火容器の内部を高温とし、炭素系物質により金属酸化物を還元する。このように炭素系物質を耐火容器の内部で直接発熱させるので、金属酸化物を熱効率よく還元することができ、マイクロ波の出力調節によって還元温度も自由に設定可能である。

またオイルバーナやガスバーナで加熱していた従来法とは異なり、本発明方法では排ガスの発生量は非常に少なく、排ガス処理は容易である。還元された金属は耐火容器の底部から、あるいは亜鉛や鉛のような低沸点金属の場合にはガス中から金属資源として回収され、有効利用が可能である。しかも処理後に耐火容器の内部に残る残渣はごく微量であるから、従来に比較してその最終処分も容易となる。

以下に本発明の好ましい実施形態を示す。
図１は第１の実施形態を示す図であり、１はマイクロ波加熱炉の炉体、２はその外部に設置されたマイクロ波発振装置である。このマイクロ波発振装置２としては、一般的に使用されている周波数２.４５ＧＨｚのマイクロ波を発生できる装置を使用することができ、発生したマイクロ波は導波管３により誘導されて炉体１の内部に照射される。

この炉体１の内部には、マイクロ波を透過し得るとともに、１４００℃以上の高温に耐え得る材質からなる耐火容器４が設置されている。その形状は任意であるが、マイクロ波の照射効率を考慮すると円筒形とすることが好ましい。耐火容器４としては、外周がセラミックファイバー４ａにより断熱されたセラミック容器４ｂを使用することが好ましい。また耐火容器４はセラミックファイバー等の材質からなる蓋５を備えていることが好ましい。セラミック容器４ｂの材質は例えばアルミナ−シリカ系であり、最高使用温度が高温となるほどアルミナ含有量の高いものが好ましい。セラミックファイバー４ａの材質は、最高使用温度が１６００℃に達する場合にはアルミナ７２％、シリカ２８％のセラミック、最高使用温度がそれよりも低温である場合にはアルミナ４８％、シリカ５２％のセラミックなど、適宜の材質を選択すればよい。炭化珪素は耐火性に優れるが、マイクロ波を吸収するので好ましくない。なお、蓋５には排ガス排出管６を設け、炉体１の外部の排ガス処理装置７に接続することが好ましい。

この耐火容器４の内部に、金属酸化物を含有するダスト、汚泥等の被処理物Ｗと、炭素系物質Ｃとが混合されて充填される。被処理物Ｗとしては、前記したように製鋼ダストが代表的なものである。炭素系物質Ｃとしては粒状のコークスを使用することが好ましいが、必ずしもこれに限定されるものではなく、カーボン粉末やカーボンフレーク等であってもよい。炭素系物質Ｃと被処理物Ｗとの混合比は、処理速度を高めるためには重量比で炭素系物質Ｃを被処理物Ｗと同等以上とすることが好ましい。しかし１処理あたりの炭素系物質Ｃの消耗量は微小であるので、繰り返し使用することができる。

このように、金属酸化物を含有する被処理物Ｗと炭素系物質Ｃとを混合状態で収納した耐火容器４にマイクロ波を照射すれば、マイクロ波は耐火容器４の壁面を透過してマイクロ波吸収性に優れた炭素系物質Ｃに到達し、炭素系物質Ｃを発熱させるとともに、その近傍の被処理物Ｗをも高温に加熱する。加熱温度は被処理物Ｗの性状により調節すればよいが、製鋼ダストの場合には１３００〜１４００℃とすることが好ましい。

この結果、高温に加熱された炭素系物質Ｃが金属酸化物を還元し、還元された金属は耐火容器４の底部に溜まる。またこれと同時にＣＯまたはＣＯ_２ガスが発生するが、排ガス排出管６から外部に引き出し公知の排ガス処理装置７で無害化処理したうえで放出すればよい。さらに被処理物Ｗ中に含有されるシリカ、カルシア等の無機物質は残渣として耐火容器４内に残留するが、その重量は処理前の被処理物Ｗの１/１０以下であり、しかも無害化されている。

処理に要する時間は耐火容器４に充填される被処理物Ｗの量によって異なるが、例えば２〜３時間程度で十分であり、放冷後に耐火容器４の底部から金属資源（たとえば鉄）と残渣を取り出し、炭素系物質Ｃは再度使用することができる。発生ガス量は少量であり、従来のような大規模な排ガス処理設備は不要である。また残渣も少量であるうえ無害化されているので、最終処分が容易である。なおこの実施形態ではバッチ処理としたが、耐火容器４の底部から連続的に金属を流出させることも可能である。

図２は第２の実施形態を示す図であり、その基本構成は図１と同様である。しかしこの実施形態では、被処理物Ｗに含まれる金属酸化物の多くが酸化亜鉛のような低沸点金属の酸化物であるため、加熱還元した際に低沸点金属が蒸気となってガス中に飛散し、耐火容器４の内部に残留しない。そこでこの実施形態では排ガス排出管６の先端に集塵機８を設け、排ガス排出管６を流れる間に凝結した金属粒子を集塵機８で回収する点が異なる。この方法によっても、金属酸化物を熱効率よく還元することができる。なお、製鋼ダストのように各種の金属酸化物を含有する場合には、鉄などの金属は耐火容器の底部から、また亜鉛などの金属はガス中から回収される。

図３は第３の実施形態を示すもので、連続処理を行う場合を示している。図３ではステンレス製の炉体１の内部に耐火容器４が収納され、両者間をセラミックファイバー４ａにより断熱している。耐火容器４の内部には粗粒の炭素系物質Ｃが充填されており、上部のホッパ９から被処理物Ｗが定量供給される。還元された金属は耐火容器４の傾斜底面に沿って流出孔１０から外部に流出し、冷却容器１１等の内部で凝固される。なお１２は測温用の熱電対、１３は排ガス燃焼管である。
以下に本発明の実施例を示す。

アルミナ８５％、シリカ１５％のセラミックからなる耐火容器の内部に、粒径１０ｍｍ以下のコークス１５００ｇｒと非処理物である製鋼ダスト５００ｇｒとを混合して充填し、出力が４.５ｋＷのマイクロ波発振装置を用いて２.４５ＧＨｚのマイクロ波を照射し、内部を１４６０〜１５００℃に加熱した。１５０分間の処理後、放冷して内容物の重量を測定したところ、マグネットに吸着された鉄分は１９６ｇｒ、残渣は３８ｇｒ、コークスは１１８６ｇｒであった。すなわち、製鋼ダスト５００ｇｒ中の３９.２％が鉄資源として回収され、５３.２％がガス化され、７.６％が残渣となったことになる。なお、製鋼ダストと残渣の組成は表１の通り（単位は質量％）である。またガス中から粗酸化亜鉛または亜鉛として、約８０ｇｒが回収できた。

アルミナ８５％、シリカ１５％のセラミックからなる耐火容器の内部に、粒径１０ｍｍ以下のコークス２０００ｇｒと非処理物である金属汚泥１０００ｇｒとを混合して充填し、出力が４.５ｋＷのマイクロ波発振装置を用いてマイクロ波を照射し、内部を１４６０〜１５００℃に加熱した。１５０分間の処理後、放冷して内容物の重量を測定したところ、マグネットに吸着された鉄分は８２０ｇｒ、残渣は８０ｇｒ、コークスは１５５０ｇｒであった。すなわち、金属汚泥１０００ｇｒ中の８２％が鉄資源として回収され、８％が残渣となったことになる。なお、金属汚泥と残渣の組成は表２（単位は質量％）の通りである。

以上に説明したように、本発明によれば金属酸化物を含有するダスト、汚泥等から大量の排ガスを発生させることなく金属資源を効率よく回収することができ、最終廃棄物を大幅に減少させることができる利点がある。このため本発明は金属工場からの廃棄物処理に適したものである。

第１の実施形態を示す断面図である。第２の実施形態を示す断面図である。第３の実施形態を示す断面図である。

符号の説明

１マイクロ波加熱炉の炉体
２マイクロ波発振装置
３導波管
４耐火容器
４ａセラミックファイバー
４ｂセラミック容器
５蓋
６排ガス排出管
７排ガス処理装置
８集塵機
９ホッパ
１０流出孔
１１容器
１２熱電対
１３排ガス燃焼管
Ｗ被処理物
Ｃ炭素系物質

Claims

マイクロ波を透過し得る耐火容器の内部に金属酸化物を含有する被処理物と炭素系物質とを収納し、マイクロ波を照射して炭素系物質を発熱させるとともに、炭素系物質により金属酸化物を還元し、耐火容器の内部から金属資源を回収することを特徴とする金属酸化物の資源化方法。
還元によりガス化した金属は、ガス中から金属資源として回収することを特徴とする請求項１に記載の金属酸化物の資源化方法。
マイクロ波を透過し得る耐火容器として、外周がセラミックファイバーにより断熱されたセラミック容器を使用することを特徴とする請求項１に記載の金属酸化物の資源化方法。
炭素系物質としてコークスを使用することを特徴とする請求項１に記載の金属酸化物の資源化方法。