JP2009189964A

JP2009189964A - 微粒混合物の湿式磁気分離方法

Info

Publication number: JP2009189964A
Application number: JP2008033866A
Authority: JP
Inventors: Shinichiro Aoe; 信一郎青江; Yoichi Yoshinaga; 陽一吉永; Seiji Enoeda; 成治榎枝; Tomoyoshi Yamamoto; 友義山本
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2008-02-15
Filing date: 2008-02-15
Publication date: 2009-08-27

Abstract

【課題】磁性粒子と非磁製粒子が混合している微粒混合物（例えば、鉄分含有粒子と非鉄分粒子が混合している製鉄ダスト）に対して、的確に精度良く磁気分離を行うことができる微粒混合物の磁気分離方法を提供する。
【解決手段】予め微粒混合物を湿式攪拌によって解砕させる湿式解砕工程と、解砕された微粒混合物を磁石の表面に設けられた非磁性体の表面上に磁着させる磁着工程と、磁着した微粒混合物を洗浄して非磁性粒子を分別する洗浄工程と、磁石の磁力を除去して非磁性体の表面から磁性粒子を回収する回収工程とを備えたことを特徴とする微粒混合物の湿式磁気分離方法。
【選択図】図１

Description

本発明は、微細粒子が混ざりあっている混合物（微粒混合物）を選別分離する方法に関するものであり、例えば、製鉄所プロセスにおける製銑工程や製鋼工程等で発生するダスト廃棄物（製鉄ダスト）について、鉄分含有粒子（Ｆｅ０粒子等）と非鉄分粒子（酸化亜鉛粒子等）を選別分離して、製鉄原料として再利用可能なダストとする方法に関するものである。

通常、製銑工程で発生するダスト廃棄物（製銑ダスト、高炉ダスト）や製鋼工程で発生するダスト廃棄物（製鋼ダスト、転炉ダスト）は、以下のように処理されている。なお、高炉ダストおよび転炉ダストとも基本的な処理工程は同様なので、ここでは、転炉ダストを例に説明する。

転炉ダストは、転炉排ガスの集塵ダストであり、転炉排ガスを水噴してダストを湿式集塵し、その集塵水を沈殿槽で凝集して、フィルターなどで濾過脱水し、製鉄原料（焼結原料）等として再資源化・再利用されている。

この転炉ダストは、大部分が鉄分であり、強磁性体のＦｅ粒子、Ｆｅ０粒子、Ｆｅ_３Ｏ_４粒子から成り、一部、弱磁性体のＦｅ_２Ｏ_３粒子が含まれているとともに、転炉原料に利用したスクラップに由来する酸化亜鉛粒子（ＺｎＯ粒子）が存在する。従来は、転炉でのスクラップ利用は比較的少なかったため、転炉ダスト中の亜鉛濃度が低く、そのまま焼結原料等として活用されていた。

しかし、今後、スクラップの利用量が増加するようになった場合、転炉ダスト中に混入する酸化亜鉛粒子の量が増加して、転炉ダスト中の亜鉛濃度が高くなり、そのままでは転炉ダストを製鉄原料として再利用できなくなる恐れがある。すなわち、亜鉛は焼結機や高炉の運転に障害をもたらすからである。

この問題に対して、ロータリーキルン炉や回転炉床炉を用いて、転炉ダスト等にコークスなどの還元剤を添加して、転炉ダスト等を高温化で還元し、亜鉛を金属蒸気として除去、回収する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。また、転炉ダクトのガス通過系に磁気印加した筐体を設置して、転炉ダストを乾燥状態（乾式）で磁気選別し、磁性粒子（Ｆｅ０粒子等）と非磁性粒子（酸化亜鉛粒子等）を分離する方法が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
特開平０９−２２２２１７号公報特開昭５８−００６２５２号公報

前記特許文献１に記載されているような、ロータリーキルン炉や回転炉床炉を用いて、製鉄ダスト中の酸化亜鉛を加熱還元処理して、蒸発亜鉛を回収する方法は、時間処理能力１トンを超える大量のダスト処理を行うことは適しているが、運転に伴い、炉やダクト壁面に付着物が堆積し、メンテナンスコストがかかってしまう。そのため、加熱還元処理するダスト量を事前に減らすことがもとめられている。

加熱還元処理するダスト量を事前に減らす方法として、前記特許文献２に記載されているような、製鉄ダストを乾燥状態で磁気選別する方法が考えられる。

しかし、転炉ダストの性状を解析したところ、図３（ａ）に示すように、転炉ダスト中の個々のＺｎＯ粒子および鉄分含有粒子（ＦｅＯ粒子等）の平均粒径は１〜２μｍであるが、乾燥状態では、図３（ｂ）に示すように、それらの粒子が凝集して数１０〜１００μｍの粒径の２次粒子が形成されることが分かった。なお、高炉ダストについても、同様であり、個々の粒子の平均粒径は１０〜２０μｍであるが、乾燥状態では凝集して２次粒子が形成される。

したがって、このように個々の微細粒子が凝集して２次粒子が形成された状態では、磁性粒子（ＦｅＯ粒子等）と非磁性粒子（酸化亜鉛粒子）とに的確に磁気分離することは困難である。

本発明は、上記のような事情を鑑みてなされたものであり、磁性粒子と非磁製粒子が混合している微粒混合物（例えば、鉄分含有粒子と非鉄分粒子が混合している製鉄ダスト）に対して、的確に精度良く磁気分離を行うことができる微粒混合物の磁気分離方法を提供することを目的とするものである。

上記課題を解決するために、本発明は以下の特徴を有する。

［１］磁性粒子と非磁性粒子が混合している微粒混合物を磁気分離する方法であって、予め微粒混合物を湿式攪拌によって解砕させる湿式解砕工程と、解砕された微粒混合物を磁石の表面に設けられた非磁性体の表面上に磁着させる磁着工程と、磁着した微粒混合物を洗浄して非磁性粒子を分別する洗浄工程と、磁石の磁力を除去して非磁性体の表面から磁性粒子を回収する回収工程とを備えたことを特徴とする微粒混合物の湿式磁気分離方法。

［２］一方向に回転する非磁性体のドラムと、予め湿式攪拌によって解砕された微粒混合物を前記非磁性体ドラム上の所定の個所に投入するための投入装置と、投入された微粒混合物が前記非磁性体ドラム上に所定の周方向範囲で磁着するように配置された磁石と、前記非磁性体ドラム上に磁着した微粒混合物を洗浄するための洗浄装置と、洗浄後の微粒混合物を回収するための回収装置とを備えた湿式磁気分離装置を用いることを特徴とする前記［１］に記載の微粒混合物の湿式磁気分離方法。

［３］磁着工程と洗浄工程と回収工程を連続的に行うことを特徴とする前記［１］または［２］に記載の微粒混合物の湿式磁気分離方法。

［４］磁性粒子と非磁性粒子が混合している微粒混合物を磁気分離する装置であって、一方向に回転する非磁性体のドラムと、予め湿式攪拌によって解砕された微粒混合物を前記非磁性体ドラム上の所定の個所に投入するための投入装置と、投入された微粒混合物が前記非磁性体ドラム上に所定の周方向範囲で磁着するように配置された磁石と、前記非磁性体ドラム上に磁着した微粒混合物を洗浄するための洗浄装置と、洗浄後の微粒混合物を回収するための回収装置とを備えたことを特徴とする湿式磁気分離装置。

本発明においては、あらかじめ微粒混合物を湿式攪拌によって解砕してから磁気選別を行うようにしているので、乾燥状態では２次粒子に凝集していた微粒混合物が個々の微粒子に分解・分散された状態で磁気選別されることになる。そして、磁気選別において、磁着した微粒混合物を洗浄するようにしているので、洗浄液体の衝突力により、磁着した微粒混合物から非磁性粒子を放出することができる。その結果、微粒混合物を的確に精度良く磁性粒子と非磁性粒子に分離することができる。

本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、ここでは、転炉ダストを例にして述べる。

図１は、本発明の第一の実施形態における転炉ダストの湿式磁気分離方法の処理フローを模式的に示すものである。

前述したように、転炉ダストは、大部分が鉄分であり、強磁性体のＦｅ粒子、ＦｅＯ粒子から成り、一部、弱磁性体のＦｅ_２Ｏ_３粒子が含まれているとともに、非磁性体の酸化亜鉛粒子（ＺｎＯ粒子）が存在する。そして、乾燥状態では、個々の粒子が凝集して２次粒子が形成される。

そこで、この実施形態においては、あらかじめ転炉ダストを水中で攪拌（湿式攪拌）することによって個々の粒子を解砕してから、磁気選別によって磁性粒子（ＦｅＯ粒子等）と非磁性粒子（ＺｎＯ粒子）に分離するようにしている。

すなわち、以下の（Ｓ１）〜（Ｓ４）の各工程によって分離処理を行っている。

（Ｓ１）湿式解砕工程
転炉から発生する排ガスを湿式集塵して、転炉ダストを回収する。そして、その集塵水を沈殿槽で凝集させる。凝集させた転炉ダストをホッパーに投入し、ホッパー内に注水して、湿式攪拌する。これによって、転炉ダストが個々の粒子に解砕される。なお、攪拌はフロペラや循環流や超音波等によって行う。また、湿式攪拌して解砕した後、必要に応じて、再凝集を抑止するための薬品を投入してもよい。

（Ｓ２）磁着工程
次に、図１（ａ）に示すように、湿式攪拌により解砕された懸濁状態の転炉ダスト（微粒混合物）１を投入装置１１に供給する。そして、図１（ｂ）に示すように、裏面に磁石１３が配置された非磁性体１２の上に微粒混合物１を投入する。これによって、図１（ｃ）に示すように、裏面の磁石１３の磁力によって、非磁性体１２の上に微粒混合物１が磁着する。正確には、微粒混合物１中の磁性粒子２が非磁性体１２の上に磁着し、それらの磁性粒子２の間に非磁性粒子３が巻き込まれた状態となる。

（Ｓ３）洗浄工程
次に、図１（ｄ）に示すように、非磁性体１２の上に磁着した微粒混合物１を洗浄スプレー１４からの洗浄水１５によって洗浄する。洗浄水１５は、磁着した磁性粒子２間に巻き込まれた非磁性粒子２を叩き出して洗い流す。

（Ｓ４）回収工程
そして、図１（ｅ）に示すように、非磁性体１２の裏面から磁石１３を外して、非磁性体１２の上に磁着していた磁性粒子２を回収する。

このようにして、この実施形態において、あらかじめ微粒混合物を湿式攪拌によって解砕してから磁気選別を行うようにしているので、乾燥状態では２次粒子に凝集していた微粒混合物が個々の微粒子に分解・分散された状態で磁気選別されることになる。そして、磁気選別において、磁着した微粒混合物１を洗浄するようにしているので、洗浄水１５の衝突力により、磁着した微粒混合物１から非磁性粒子３を放出することができる。その結果、微粒混合物１を的確に精度良く磁性粒子２と非磁性粒子３に分離することができる。

次に、上記の磁着工程、洗浄工程、回収工程を連続的に行うために好適な湿式磁気分離装置を図２に示す。

この湿式磁気分離装置は、一方向に所定の速度で回転する非磁性体のドラム２２と、予め湿式攪拌によって解砕された微粒混合物１を非磁性体ドラム２２上の所定の個所に投入するための投入装置２１と、非磁性体ドラム２２の内部に固定配置されて、その磁力によって、投入された微粒混合物１を非磁性体ドラム２２上に所定の周方向範囲で磁着させるための磁石２３と、非磁性体ドラム２２上に磁着した微粒混合物１を洗浄するための洗浄装置（洗浄スプレー）２４と、洗浄後の微粒混合物（磁性粒子２）を回収するための回収装置（スクレーパー）２６とを備えている。

ここで、非磁性体ドラム２２の回転中心Ｏを通る水平線を基準にして、非磁性体ドラム２２の回転方向に沿って上方に向かう角度θによって、非磁性体ドラム２２上の角度位置を表すとすると、投入装置２１はθ＝４０°〜５０°の範囲内に非磁性体ドラム２２上に微粒混合物１を投入し、磁石２３はθ＝−８０°〜１００°の範囲で非磁性体ドラム２２上に微粒混合物１を磁着させ、洗浄スプレー２４はθ＝５０°〜６０°の範囲で非磁性体ドラム２２上に洗浄水２５を噴射し、スクレーパー２６はθ≒１５０°の位置で非磁性体ドラム２２上から磁性粒子２を回収するようになっている。

これによって、湿式解砕された微粒混合物１は、投入装置２１により非磁性体ドラム２２上に投入され、非磁性体ドラム２２内部に存在する磁石２３の磁力により非磁性体ドラム２２上に磁着する。このときに、磁着しなかった非磁性粒子３は、非磁性体ドラム２２の回転方向と逆方向に落下して非磁性物側に分別される。一方、非磁性体ドラム２２上に磁着した微粒混合物１は、非磁性体ドラム２２の回転で洗浄スプレー２４の位置に送られて、洗浄水２５により洗浄され、微粒混合物２に巻き込まれていた非磁性粒子３が洗い流がされる。非磁性粒子３を含んだ洗浄水２５は、非磁性体ドラム２２の回転方向と逆方向に落下して非磁性物側に分別される。そして、非磁性体ドラム２２の回転により、磁石２２の磁力が及ばない位置まで送られた微粒混合物（磁性粒子２）は、スクレーパー２６により非磁性体ドラム２２上から回収され、磁性粒側に分別される。

このようにして、この湿式磁気分離装置においては、湿式解砕された微粒混合物１を磁性粒子２と非磁性粒子３に連続的、定常的に分別することが可能である。

なお、ここでは、転炉ダストを例にして説明したが、高炉ダストにも同様に適用することができる。さらに、高炉ダストと転炉ダストを混合したダストにも適用することができる。また、製鉄ダストだけでなく、電気炉ダストに対しても用いることができる。

上記の本発明の一実施形態に基づいて、転炉ダストの湿式磁気分離処理を行った。なお、処理前の転炉ダストのＺｎ濃度は１．０％、Ｆｅ濃度は６０．０％であった。磁力は１０００Ｇとした。磁力選別の結果、磁性側で回収された微粒混合物のＺｎ濃度は０．２２％、Ｆｅ濃度は７０．８％であり、Ｚｎ濃度を大幅に希薄化することができた。Ｚｎ濃度が希薄化された磁性側の微粒混合物は、製鉄プロセスの鉄源として、利用することが可能となる。

本発明の一実施形態における転炉ダストの湿式磁気分離方法の処理フローを模式的に示す図である。本発明の一実施形態において用いるのに好適な湿式磁気分離装置を示す図である。転炉ダストの粒子に状態を示した図である。

符号の説明

１微粒混合物
２磁性粒子
３非磁性粒子
１１投入装置
１２非磁性体
１３磁石
１４洗浄スプレー
１５洗浄水
２１投入装置
２２非磁性体ドラム
２３磁石
２４洗浄装置（洗浄スプレー）
２５洗浄水
２６回収装置（スクレーパー）

Claims

磁性粒子と非磁性粒子が混合している微粒混合物を磁気分離する方法であって、予め微粒混合物を湿式攪拌によって解砕させる湿式解砕工程と、解砕された微粒混合物を磁石の表面に設けられた非磁性体の表面上に磁着させる磁着工程と、磁着した微粒混合物を洗浄して非磁性粒子を分別する洗浄工程と、磁石の磁力を除去して非磁性体の表面から磁性粒子を回収する回収工程とを備えたことを特徴とする微粒混合物の湿式磁気分離方法。
一方向に回転する非磁性体のドラムと、予め湿式攪拌によって解砕された微粒混合物を前記非磁性体ドラム上の所定の個所に投入するための投入装置と、投入された微粒混合物が前記非磁性体ドラム上に所定の周方向範囲で磁着するように配置された磁石と、前記非磁性体ドラム上に磁着した微粒混合物を洗浄するための洗浄装置と、洗浄後の微粒混合物を回収するための回収装置とを備えた湿式磁気分離装置を用いることを特徴とする請求項１に記載の微粒混合物の湿式磁気分離方法。
磁着工程と洗浄工程と回収工程を連続的に行うことを特徴とする請求項１または２に記載の微粒混合物の湿式磁気分離方法。
磁性粒子と非磁性粒子が混合している微粒混合物を磁気分離する装置であって、一方向に回転する非磁性体のドラムと、予め湿式攪拌によって解砕された微粒混合物を前記非磁性体ドラム上の所定の個所に投入するための投入装置と、投入された微粒混合物が前記非磁性体ドラム上に所定の周方向範囲で磁着するように配置された磁石と、前記非磁性体ドラム上に磁着した微粒混合物を洗浄するための洗浄装置と、洗浄後の微粒混合物を回収するための回収装置とを備えたことを特徴とする湿式磁気分離装置。