JP2011184759A - スクラップの処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 熔錬炉の待機時間内にスクラップを処理して有価金属を回収する方法を提供する。
【解決手段】 熔体を排出してから次の熔体を受け入れるまでの待機時間内に熔錬炉１を用いてスクラップを処理する方法であって、木材類、紙類、ウエス類、油付きスクラップ類、及びゴム類からなる群より選ばれた１種類以上を含む易燃性スクラップ２を熔錬炉１に装入した後、該易燃性スクラップ２の上に重なるように、塩化ビニル樹脂類、廃触媒類、濾布類、含水ケーク類、及びプリント基板類からなる群より選ばれた１種類以上を含む難燃性スクラップ３を装入する。難燃性スクラップ３の装入量は、質量基準で易燃性スクラップ２の装入量の３／２０以下であることが好ましい。
【選択図】 図１

Description

本発明は、銅製錬の操業に際して使用される転炉や電気炉を含む熔錬炉において、スクラップ類から有価金属を回収する方法に関する。

銅製錬の操業に際して使用される転炉や電気炉を含む熔錬炉では、例えば自熔炉で得られた銅品位６０〜６７重量％程度の銅マットを装入し、銅品位を更に高めて９８重量％程度の粗銅を得ている。

熔錬炉中で起こる主要な反応は、銅マット（以下熔体という場合がある）に含まれる硫化銅成分の酸素による脱硫、すなわち発熱反応である。この反応中は熔錬炉の炉内温度は１２００℃以上となり、反応を終えた熔体を熔錬炉から排出して数時間が経過しても、その炉壁温度は４００℃以上となっている。このように、熔錬炉内やその前段の自熔炉内では４００〜１２００℃程度の高温状態が保たれているため、この高温の熱を利用してスクラップ等の廃棄物の処理を行うことがある。

例えば、特許文献１には、スクラップを自熔炉に投入してスクラップに含まれる有価金属をリサイクルする技術が公開されている。また、特許文献２には、製鋼用転炉に可燃性廃棄物を装入し、高温の炉壁温度を利用して可燃性廃棄物を着熱させ、その燃焼熱を有効に利用する技術が公開されている。

特開平０９−０７８１５１号公報 特開２００４−２３２０２４号公報

ところで、熔錬炉では、反応中の炉内温度を最適範囲に制御する必要がある。そのための一つの方法として、炉内温度を低下させる材料（以下、冷材という）を装入し、反応中に炉内が過熱するのを抑制することが行なわれている。この冷材には、後工程の電解工程から発生するアノードスクラップ（粗銅を主成分としている）や、それ以外の工場内や市中から回収された有価金属を含むスクラップ（以下、雑スクラップという）などが使用されている。雑スクラップには様々な種類があり、そのサイズも小石程度から４０ｃｍ四方程度、更には１.４ｍ四方程度のものまであり、様々である。

アノードスクラップは、基本的に９８％程度の銅品位であって、性状にほとんどばらつきがないので、転炉の操業中であっても冷剤として特に問題なく利用できるが、様々な材料の混合物である雑スクラップは、易燃性のものや難燃物のものが混在することがあり、性状にばらつきがある。よって、雑スクラップは、炉内の熔体に投入するのではなく、熔体を排出してから次の熔体が装入されるまでの転炉の待機時間内に処理することが一般的である。

すなわち、転炉では銅マットをバッチで処理するため、炉が空になる待機時間が必然的に生じる。この待機時間を利用して、スクラップを処理することができる。この待機時間は、通常１５０分〜４００分程度である。尚、待機時間のうち、スクラップの処理が完了してからその転炉内に自熔炉から運ばれてきた銅マットが入れられるまでの時間を、特に空炉時間と称している。

この空炉時間の長さは、スクラップの種類や処理量によって様々に変動するので、工程上問題になることがある。例えば、燃焼しやすい易燃性のスクラップの場合は、装入直後に燃え尽き、あるいは長くても２０分程度以内で燃え終わるので、空炉時間には余裕が生じる。これに対して、水付き濾布や塩ビ管といった水分を多量に含むスクラップやハロゲン系プラスチックを含むスクラップは、雑スクラップのなかでも特に難燃性であり、容易に燃焼しないため、待機時間内に処理しきれない場合が生じうる。すなわち、空炉時間がほとんどなくなって、次工程以降に影響を及ぼすことがある。

更に、このような難燃性のスクラップは、着火性が悪くてなかなか燃え終わらないだけでなく、水分を含むものは、水蒸気爆発が発生して設備を破損するおそれもある。また、ハロゲン系プラスチックを含んでいるものは、着火時期の予想が困難であるため、思わぬ時に急激に着火し、その際、大きな火炎があがって、その火炎が装入口の外にまで及ぶことがあり、装入口付近の設備に悪影響を及ぼすおそれがある。具体的には、スクラップを装入するためのクレーンや油圧装置の機械油、潤滑油などに引火するといった設備不具合の原因となり得る。

このように、燃焼処理が容易でないだけでなく、設備保全上の問題、更には安全上の問題が発生するおそれがあるため、通常、難燃性のスクラップは熔錬炉で処理することが出来なかった。本発明は、このような状況を解決するためになされたものであり、難燃性のスクラップであっても熔錬炉の待機時間内に問題なく処理することができるスクラップの処理方法を提供することを課題とする。

本発明者らは、上記課題を解決するために、銅転炉においてスクラップを処理する際に、スクラップを易燃性のものと難燃性のものとに区別したうえで、これらを所定の方法で転炉内に装入することによって転炉の待機時間内に処理することができることを見出し、本発明を完成するに至った。

すなわち、本発明のスクラップの処理方法は、熔体を排出してから次の熔体を受け入れるまでの待機時間内に熔錬炉を用いてスクラップを処理する方法であって、木材類、紙類、ウエス類、油付きスクラップ類、及びゴム類からなる群より選ばれた１種類以上を含む易燃性スクラップを熔錬炉に装入した後、該易燃性スクラップの上に重なるように、塩化ビニル樹脂類、廃触媒類、濾布類、含水ケーク類、及びプリント基板類からなる群より選ばれた１種類以上を含む難燃性スクラップを装入することを特徴としている。

上記本発明のスクラップの処理方法においては、難燃性スクラップの装入量が、質量基準で易燃性スクラップの装入量の３／２０以下であることが好ましい。また、難燃性スクラップは、シュート付き取り鍋を使用して熔錬炉に装入されることが好ましい。更に、易燃性スクラップ及び難燃性スクラップが装入される際の熔錬炉の炉壁温度は、４００〜１２００℃であることが望ましい。

本発明によれば、これまで処理が出来なかった難燃性スクラップを転炉で処理することが可能となるため、その工業的価値は極めて大きい。

本発明のスクラップの処理方法の一具体例を示す模式図である。 本発明とは異なる方法でスクラップを処理したときの模式図である。 本発明のスクラップの処理方法の他の具体例を示す模式図である。

本発明のスクラップの処理方法は、熔体を排出してから次の熔体を受け入れるまでの待機時間内に熔錬炉を用いてスクラップを処理する方法である。その際、処理するスクラップを易燃性のものと難燃性のものに分別して熔錬炉に投入する。易燃性スクラップとは、木材類、紙類、ウエス類、油付きスクラップ類、及びゴム類からなる群より選ばれた１種類以上を含むものである。

それぞれ具体的に説明すると、木材類とは、工場内で廃棄されるパレット（フォーリフト運搬用の木製台）等の木材を主成分とする廃材のことである。これらの木材類には、工場内のチリが付着しており、このチリに有価金属が含まれている。紙類とは、工場内で廃棄される書類、バインダー等の紙を主成分とする廃棄物である。これらの紙類には、綴じ具などに有価金属が含まれている。

ウエス類とは、工場内で廃棄される布であり、特に機械油汚れをふき取った布のことである。これらのウエス類には、工場内のチリが付着しており、このチリに有価金属が含まれている。油付きスクラップ類とは、上記のウエスが含まれることもあるが、市中から回収された機械油の付着した金属製の部品のことである。例えば、ラジエータのフィンやエアコンの配管などである。ゴム類とは、工場内で廃棄されたり市中から回収された、ゴムを主成分とする「ごみ」のことである。これらゴム類には硫黄が含まれている。

一方、難燃性スクラップは、塩化ビニル樹脂類、廃触媒類、濾布類、含水ケーク類、及びプリント基板類からなる群より選ばれた１種類以上を含むものである。それぞれ具体的に説明すると、塩化ビニル樹脂類とは、工場内で廃棄されたり市中から回収された、塩ビ製の資材や配管類のことである。例えば、雨どいや塩ビ配管、塩ビ継手などである。この雨どいには、留め金に有価金属が含まれている。また、塩ビ配管にはアノードスライムなどの澱物が固着しており、この澱物に有価金属が含まれている。廃触媒類とは、例えば自動車触媒等の廃棄された触媒であって、基材が塩ビやカーボン等のものである。これら廃触媒類には、表面に白金などの貴金属が担持されている。

濾布類とは、布製の濾材であり、水分を多く含み、未乾燥のものである。この濾布類は微粒子で目詰まりしており、その微粒子に有価金属が含まれている。含水ケーク類とは、上記濾布で固液分離された固形成分である。通常、工程内で繰り返される澱物であり、有価金属が含まれている。含水ケーク類は、濾布に付着したまま廃棄される場合もある。プリント基板類とは、廃棄された電子機器などに搭載されている電子基板（ポリ塩化ビニル）である。この電子基板は、通常、引火点５７５℃、発火点６８５℃である。これらプリント基板類には、配線や搭載されている部品に有価金属が含まれている。

本発明のスクラップの処理方法では、上記した易燃性スクラップ及び難燃性スクラップを熔錬炉に投入する際、先ず易燃性スクラップを熔錬炉に装入した後、装入された易燃性スクラップの上に重なるように難燃性スクラップを装入する。これにより、理想的な燃焼状態を得ることができる。また、難燃性スクラップは易燃性スクラップの炎で焙焼されるので、水付きスクラップなどを処理する場合であっても、乾燥など前処理を行う必要がなくなる。

図１（ａ）〜（ｆ）は、本発明のスクラップの処理方法の一具体例を示す模式図であり、スクラップが理想的に燃焼している様子が示されている。具体的に説明すると、図１（ａ）は、熔体の排出を終え、次の熔体を受け入れるまで待機中の空の熔錬炉１が示されている。図１（ｂ）は、この空の熔錬炉１に、装入口１ａから易燃性スクラップ２が装入された状態を示している。図１（ｃ）は、易燃性スクラップ２が、４００〜１２００℃程度の高温状態にある熔錬炉１の炉壁の熱により発火し、火炎５をあげて燃えている状態を示している。図１（ｄ）は、この燃えている易燃性スクラップ２の上に重なるように、難燃性スクラップ３を投入した直後の状態を示している。この時、易燃性スクラップ２の火勢は減退している。

図１（ｅ）は、図１（ｄ）の状態からある程度時間が経過した時の状態を示しており、易燃性スクラップ２の火炎５によって難燃性スクラップ３が温められて次第に燃え始め、その火勢が強まりつつある状態が示されている。図１（ｆ）は、易燃性スクラップ２及び難燃性スクラップ３の燃焼がほぼ完了して火勢が徐々に弱まっている状態が示されており、易燃性スクラップ２と難燃性スクラップ３はほとんど燃え尽きて有価金属６が残留している。

上記した方法でスクラップを処理することによって、空の熔錬炉の待機時間と、炉壁の４００〜１２００℃程度の高温とを有効に利用してスクラップを燃焼処理し、そこから有価金属を回収することができる。また、この処理方法では、熔錬炉の炉外に炎が漏れ出すことが無いので、安全上の問題が発生することもない。

上記の理想的な燃焼を行うには、先に熔錬炉に装入した易燃性スクラップの上に重なるように難燃性スクラップを装入する必要がある。このように装入されなかった場合は、図２（ａ）〜（ｅ）に模式的に示すように、理想的な燃焼状態から外れてしまう。具体的に説明すると、図２（ａ）は、図１（ａ）と同様に待機中の空の熔錬炉１が示されている。図２（ｂ）は、熔錬炉１の装入口１ａを側方へ傾けて、熔錬炉１の斜め上方から取り鍋７に入った易燃性スクラップ２を装入している様子が示されている。図２（ｃ）は、易燃性スクラップの装入が完了した状態を示している。易燃性スクラップ２は、熔錬炉１の炉壁の熱により発火し、火炎５をあげて燃えている。

図２（ｄ）は、図２（ｂ）と同様に、熔錬炉１の斜め上方から取り鍋７に入った難燃性スクラップ３を装入している様子が示されている。難燃性スクラップ３は、易燃性スクラップ２の手前側に偏在して装入されている。すなわち、難燃性スクラップ３は、易燃性スクラップ２の上に重なるように装入されていない。

図２（ｅ）は、熔錬炉１内の奥にある易燃性スクラップ２は、熔錬炉１の炉壁の熱により発火し、火炎５をあげて激しく燃えているものの、難燃性スクラップ３は易燃性スクラップ２の手前側に偏在しているので、火炎５が難燃性スクラップ３の加熱にはあまり寄与していない状態が示されている。また、この図２（ｅ）の場合は、前述した図１（ｅ）とは異なり、難燃性スクラップ３の投入によって易燃性スクラップ２の火勢が減退することがないので、その火勢はますます強くなり、難燃性スクラップ３が燃えているかどうかを確認するのが困難になる。図２（ｆ）は、易燃性スクラップ２はほぼ燃焼が完了しているが、難燃性スクラップ３は燃焼が完了しておらず一部がそのまま未燃物４として残っている様子が示されている。

このような非理想的な燃焼状態にならないようにするためには、先に熔錬炉に装入した易燃性スクラップの上に確実に難燃性スクラップが重なるようにスクラップを装入し、難燃性スクラップを偏在させないことが重要であり、易燃性スクラップの上に均等にばら撒かれた状態となるように難燃性スクラップを装入するのがより好ましい。そのようにスクラップを装入する方法としては、コンベアを用いてスクラップを炉内に投入する方法と、スクラップを収容する容器（以降、取り鍋と称する）にスクラップを入れてクレーンで搬送し、炉内に投入する方法がある。

コンベアを用いて投入する場合は、スクラップがコンベアの隙間に挟まったりベルトを痛めたりしないように、スクラップを構成する塊の大きさや重量を制限する必要がある。塊の形状にも制限があり、棒状のもの、幅広のもの、シート状のものは、搬送中にコンベア内部に巻き込まれる恐れがあるため、適当な形状となるように粉砕等の前処理を行う必要がある。一般に、難燃性スクラップは、コンベアからの装入が難しい形状である。この前処理をしない場合は、取り鍋及びそれを搬送するクレーンを用いて装入することになる。

ところで、転炉は、炉体を傾転させることで、１つの炉口を装入口、排出口、及び煙突につながる排気口の３種類の用途に切り替えている。炉の上方には、排ガスを煙突に送るためのダクト配管が設けられているので、装入口や排出口として炉口を使用する場合は、側方で使用する。このように、クレーンを用いて装入する場合は、炉の上方に設けられた排ガス配管との干渉を避けるため、側壁側から投入することになる。

従って、クレーンを用いて装入する場合は、上記図２（ａ）〜（ｅ）のような非理想的な燃焼状態になりやすい。更に、難燃性スクラップの形状や比重などによっては、図１のような理想的な状態に難燃性スクラップを投入できない場合もある。そこで、クレーン及び取り鍋を用いて装入する場合は、取り鍋の縁部に外側に延びる樋状の供給手段（以降、シュートと称する）を設け、このシュートを介して難燃性スクラップを炉内に投入すれば、図３（ａ）〜（ｄ）に示すように、易燃性スクラップの上に難燃性スクラップを簡単に重ねることができる。

具体的に説明すると、図３（ａ）〜（ｃ）は、図２（ａ）〜（ｃ）と同様であり、熔錬炉１の装入口１ａを側方へ傾け、その斜め上方の取り鍋７から易燃性スクラップ２を装入するまでが示されている。装入された易燃性スクラップ２は熔錬炉１の底部中央で炉壁の熱により発火して火炎５をあげて燃えている。尚、この易燃性スクラップ２の装入の際は、後述するシュート付きの取り鍋を使う必要はない。図３（ｄ）は、
難燃性スクラップ３をシュート付きの取り鍋８を使って炉内に投入する様子が示されている。

図３（ｄ）から分かるように、シュート８ａを介して難燃性スクラップ３を投入することによって、熔錬炉１の底部中央に難燃性スクラップ３を落下させることが可能となるので、易燃性スクラップ２の上に難燃性スクラップ３を簡単に重ねることができる。尚、投入された難燃性スクラップ３は、易燃性スクラップ２から立ち上る火炎５に包まれるようになるのがより望ましい。図３（ｅ）は、難燃性スクラップ３が易燃性スクラップ２の上をほぼ均一に覆っており、両スクラップが全体的に均一に燃焼している様子が示されている。図３（ｆ）は、図１（ｆ）と同様に、易燃性スクラップ２と難燃性スクラップ３はほとんど燃え尽きて有価金属６が残留している。

シュート８ａの形や大きさは、難燃性スクラップ３の形状や、装入口１ａの大きさによって適宜定めればよく、先に投入される易燃性スクラップ２の上に重なるように、熔錬炉１内の底部中央を狙って難燃性スクラップ３を投下させることができるのであれば、特に限定されるものではない。これにより、難燃性スクラップの装入位置の偏りが軽減される。

易燃性スクラップと難燃性スクラップとをバランスよく燃焼させて、待機時間内に良好に処理を完了させるためには、易燃性スクラップの装入量と難燃性スクラップの装入量の比率を適切に調整するのが望ましい。なぜなら、難燃性スクラップの装入量が易燃性スクラップの装入量より多すぎると、難燃性スクラップの予熱までは可能であったとしても、発火に至らなかったり、発火しても燃え残りが生じたりするからである。

この場合は、後工程の銅マット装入時に、これら未燃物が急激に燃焼して、前述したような保全上又は安全上の問題が発生するおそれがある。一方、難燃性スクラップの装入量が易燃性スクラップの装入量より少ない場合は、このような問題は起こらないが、難燃性スクラップを効率よく処理することができなくなる。

易燃性スクラップの装入量と難燃性スクラップの装入量の適切な比率は、難燃性スクラップの装入量が、質量基準で前記易燃性スクラップの装入量の３／２０以下であるのが好ましい。例えば、易燃性スクラップである油つきスクラップを２.９トン装入し、その上に重なるように難燃性スクラップである電子基板を０.３トン装入することによって、これら両スクラップを良好に処理することができる。

尚、前述したように、難燃性スクラップは着火性が悪いが、熔体と混ざると急激に反応するので、難燃性スクラップが燃え尽きた後に熔体を装入するのが望ましい。易燃性スクラップと難燃性スクラップが均等に混ざっている場合は、赤熱した状態で鎮火していれば燃え尽きていると判断することができる。また、難燃性スクラップが偏って投入された場合は、炉を何度か大きく傾転させて、拡散・混合を図ることができる。

難燃性スクラップの一種である電子基板０.３トンの装入量に対して易燃性スクラップの一種である、廃棄された電子機器などに搭載されている電子基板（ポリ塩化ビニル）の装入量を様々に変えた試料１〜７のスクラップを準備した。これら試料１〜７のスクラップを、待機中の熔錬炉で別々に処理した。尚、処理の際は、先に易燃性スクラップを投入し、その上に難燃性スクラップが重なるように投入した。また、試料４〜６では、シュート付き取り鍋を使用して難燃性スクラップを投入した。これら処理の結果を、スクラップの装入量と共に下記の表１に示す。尚、待機時間は、ガス処理設備が別の転炉で使用されているために生じたものである。

上記表１から分かるように、試料１〜６の難燃性スクラップと易燃性スクラップとの組み合わせでは、全て待機時間内に良好に処理することができた。特に、試料４〜６では簡単に難燃性スクラップを易燃性スクラップの上に均一に覆うことができ、より速やかにスクラップを燃焼することができた。これら試料１〜６の処理の結果より、３基の転炉を用いて１操業日毎に９回の待機時間があるような操業をしている場合は、２.７トン／日の難燃性スクラップを処理することが可能となることが分った。一方、試料７では、難燃性スクラップの装入量が、質量基準で易燃性スクラップの装入量の３／２０を超えていたので、難燃性スクラップを燃焼させることはできたものの、待機時間内に燃焼処理を終えることができなかった。

１ 熔錬炉
１ａ 装入口
２ 易燃性スクラップ
３ 難燃性スクラップ
４ 未燃物
５ 火炎
６ 有価金属
７ 取り鍋
８ シュート付き取り鍋
８ａ シュート

Claims (4)

1. 熔体を排出してから次の熔体を受け入れるまでの待機時間内に熔錬炉を用いてスクラップを処理する方法であって、木材類、紙類、ウエス類、油付きスクラップ類、及びゴム類からなる群より選ばれた１種類以上を含む易燃性スクラップを熔錬炉に装入した後、該易燃性スクラップの上に重なるように、塩化ビニル樹脂類、廃触媒類、濾布類、含水ケーク類、及びプリント基板類からなる群より選ばれた１種類以上を含む難燃性スクラップを装入することを特徴とするスクラップの処理方法。
2. 前記難燃性スクラップの装入量が、質量基準で前記易燃性スクラップの装入量の３／２０以下であることを特徴とする、請求項１に記載のスクラップの処理方法。
3. 前記難燃性スクラップは、シュート付き取り鍋を使用して熔錬炉に装入されることを特徴とする、請求項１または２に記載のスクラップの処理方法。
4. 前記易燃性スクラップ及び難燃性スクラップが装入される際の炉壁温度が、４００〜１２００℃であることを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載のスクラップの処理方法。

Images