JP2017128808A - Method for recovering zinc from zinc-containing waste substance - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for recovering zinc from a waste substance containing zinc, applicable to an actual electric furnace dust or zinc chloride-based waste substance, which are complex system, mainly containing oxide containing many impurities.SOLUTION: A method has a temperature increasing process (S1) for heating chloride gas and the waste substance to a predetermined temperature in advance, a selective chlorination process (S2) for conducting a selective chlorination reaction of a zinc component, which is an endothermic reaction, by reacting the chloride gas and the waste substance of which the temperature is increased to the predetermined temperature to produce coarse zinc chloride steam, a molten salt producing process (S3) for concentrating the coarse zinc chloride steam to obtain coarse zinc chloride and then purifying the coarse zinc chloride to obtain a molten salt, and a molten salt electrolysis process (S4) for electrolyzing the molten salt as an electrolysis bath to precipitate zinc.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、亜鉛含有廃棄物からの亜鉛の回収方法に関し、特に、電炉ダストや塩化亜鉛系廃棄物などの亜鉛成分を含有する廃棄物からの亜鉛の回収方法に関する。  The present invention relates to a method for recovering zinc from zinc-containing waste, and more particularly, to a method for recovering zinc from waste containing zinc components such as electric furnace dust and zinc chloride-based waste.

亜鉛は化学的活性の高い金属であり、酸素や塩素、硫黄、その他多くの物質と反応する。融点は419℃、沸点は906℃と何れも低く、溶融し易く蒸発し易い金属であり、鉱石としては硫化物が大部分を占める。  Zinc is a highly chemically active metal that reacts with oxygen, chlorine, sulfur and many other substances. The melting point is 419 ° C. and the boiling point is 906 ° C., both of which are low melting metals that are easy to melt and evaporate, and sulfides occupy most of the ores.

通常の製錬工程においては、先ず硫化物の鉱石を焙焼して酸化物とし、これを硫酸に溶解させて硫酸亜鉛とし電解によって金属を得る水溶液電解法と、焙焼した酸化物を炭素還元して得た金属亜鉛蒸気を液体鉛のスプラッシュコンデンサーで急冷して液体の金属を得るISP(Imperial Smelting Process)法がある。前者は電解前に水溶液中の不純物を徹底的に除去する必要がある。後者は製錬後の金属亜鉛に鉛やカドミウムを含むため、更なる精溜が必要であり、エネルギー多消費型で製品純度もやや劣る。  In the usual smelting process, sulfide ore is first roasted into oxides, and this is dissolved in sulfuric acid to make zinc sulfate, and an aqueous electrolysis method is obtained by electrolysis, and the roasted oxides are reduced by carbon. There is an ISP (Imperial Melting Process) method in which the metal zinc vapor obtained in this way is rapidly cooled with a liquid lead splash condenser to obtain a liquid metal. The former requires thorough removal of impurities in the aqueous solution before electrolysis. Since the latter contains lead and cadmium in the smelted metal zinc, further rectification is required, and the product purity is slightly inferior due to the high energy consumption type.

亜鉛は、今のところ廉価な金属ではあるものの、地殻中の賦存量が銅やニッケルよりも少ない希少な資源である。まとまった量を産出する有力鉱山の閉山も予想されており、中長期的には量の不足と価格の高騰が予想されるため回収の重要性は高い。  Although zinc is an inexpensive metal at present, it is a rare resource with less abundance in the crust than copper and nickel. Closure of a prominent mine that produces a large amount is also expected, and recovery is highly important because it is expected that the amount will be insufficient and the price will rise in the medium to long term.

金属としての亜鉛は、ダイキャスト合金やアルミニウム合金の添加元素、電池の負極等としての用途があるものの、最大の用途は鋼製品の防錆メッキ用である。何れの用途においても金属のままでの亜鉛の回収は行われておらず、回収率は他の金属と比較して非常に低い。これは鉄等の防錆のためには亜鉛が犠牲陽極として働き、環境中に拡散する運命にあることが大きな理由である。  Although zinc as a metal has applications as an additive element of a die-cast alloy or an aluminum alloy, a negative electrode of a battery, etc., the greatest use is for rust-proof plating of steel products. In any application, recovery of zinc as it is is not performed, and the recovery rate is very low compared to other metals. This is mainly because zinc acts as a sacrificial anode for rust prevention of iron and the like and is destined to diffuse into the environment.

その中で殆ど唯一の回収ルートと言えるのは、鉄スクラップを溶解して鋼材を作る電炉から発生する電炉ダストである。電炉ダストは電炉で生産される鋼材の2%程度発生し、亜鉛を20〜30%含む貴重な亜鉛資源である。これには鉄も同程度かそれ以上含まれ、さらに、塩素も数%含まれる上に鉛やカドミウム等の重金属も存在するため、有害産業廃棄物とされている。表1に蛍光X線分析による電炉ダストの組成分析の一例を示す。亜鉛と鉄の酸化物が主体であり塩素や鉛、アルカリ金属も含まれている。  Among them, the only recovery route is electric furnace dust generated from an electric furnace that melts iron scrap to make steel. Electric furnace dust is a valuable zinc resource that generates about 2% of steel produced in the electric furnace and contains 20-30% zinc. This is equivalent to or more than iron, and contains several percent of chlorine, and also contains heavy metals such as lead and cadmium, and is considered hazardous industrial waste. Table 1 shows an example of composition analysis of electric furnace dust by fluorescent X-ray analysis. It is mainly composed of zinc and iron oxides, and contains chlorine, lead, and alkali metals.

Figure 2017128808
Figure 2017128808

この電炉ダスト中の亜鉛は殆どが酸化物の状態で含まれているが、その大部分が酸化鉄との化合物であるジンクフェライト(亜鉛酸鉄)という硫酸に溶け難い形態であり、しかも塩素を含むことから、そのままでは現行の製錬法である水溶液電解法を適用することができない。塩素が含まれ、鉄も多いことから、ISP法への適用も困難である。  Most of the zinc contained in this electric furnace dust is contained in the form of oxides, but most of it is in a form that is hardly soluble in sulfuric acid called zinc ferrite (iron zincate), which is a compound with iron oxide. Since it contains, the aqueous solution electrolysis method which is the present smelting method cannot be applied as it is. Since it contains chlorine and contains a lot of iron, it is difficult to apply to the ISP method.

このため、電炉ダストを一旦ウェールズ法(Waelz法)と呼ばれる、ロータリーキルンで炭材と共に加熱して亜鉛も鉄も一旦炭素還元し、蒸気圧の差を利用して亜鉛を金属蒸気として蒸発させ、冷却時に再酸化された酸化亜鉛を回収する等によって粗酸化亜鉛を製造してから既存の亜鉛製錬工程に送る方法が一般的である。  For this reason, electric furnace dust is once heated together with carbonaceous materials in a rotary kiln, called the Welsh method (Waelz method), and both zinc and iron are once carbon-reduced. Zinc is evaporated as metal vapor using the difference in vapor pressure and cooled. A method is generally used in which crude zinc oxide is produced by, for example, recovering zinc oxide that has been reoxidized and then sent to an existing zinc smelting process.

しかし、ウェールズ法では、塩素、鉛、カドミウム等も気相に移行するために、粗酸化亜鉛にはこれらがかなり含まれる。このため、鉱石処理の製錬工程にはない付加的な工程が必要となり、技術的な困難とコストの増加を招く。  However, in the Welsh process, chlorine, lead, cadmium, and the like are also transferred to the gas phase. This necessitates an additional process that is not present in the ore processing smelting process, resulting in technical difficulties and increased costs.

このように、電炉ダストは貴重な亜鉛資源であるにもかかわらず、塩素や重金属が含まれるため産業廃棄物として扱われ、現行でほぼ唯一の処理設備であるウェールズ法も高コストであり増設される機運にない。このため発生した電炉ダストの全量処理は難しく、一定量が化学処理を施した上で埋立処分されている。  In this way, even though electric furnace dust is a valuable zinc resource, it is treated as industrial waste because it contains chlorine and heavy metals, and the Wales method, which is currently the only treatment facility, is also expensive and expanded. There is no momentum. For this reason, it is difficult to treat the entire amount of the generated electric furnace dust, and a certain amount is disposed in landfill after being subjected to chemical treatment.

このような状況下で、特許文献1は、従来法とは根本的に異なる電炉ダストを原料とする亜鉛製造方法を提唱した。この亜鉛製造方法は、電炉ダストを高温で塩化ガス(塩素あるいは塩素と酸素の混合ガスあるいは塩素と空気の混合ガス)と反応させることによって酸化亜鉛あるいはジンクフェライト中の亜鉛分を選択的に塩化し、塩化亜鉛として気体状で取り出すというものである。この際、遊離の酸化鉄およびジンクフェライト中の鉄分は大部分が酸化物残渣として分離される。次いで、得られた塩化亜鉛あるいはこれにアルカリ塩化物などを混合した溶融塩に還元剤を添加して亜鉛より貴な元素を還元・除去し、最後に、得られた溶融塩を電気分解して金属亜鉛と塩素を得るものである。尚、塩化亜鉛は融点320℃、沸点727℃の溶融し易く、蒸発し易い物質である。  Under such circumstances, Patent Document 1 has proposed a zinc production method using electric furnace dust that is fundamentally different from the conventional method. This zinc production method selectively chlorinates zinc content in zinc oxide or zinc ferrite by reacting electric furnace dust with chlorination gas (chlorine or a mixed gas of chlorine and oxygen or a mixed gas of chlorine and air) at a high temperature. The zinc chloride is taken out in the gaseous state. At this time, most of the free iron oxide and iron content in zinc ferrite are separated as oxide residues. Next, a reducing agent is added to the obtained zinc chloride or molten salt mixed with alkali chloride to reduce and remove noble elements from zinc, and finally the obtained molten salt is electrolyzed. Metal zinc and chlorine are obtained. Zinc chloride is a substance that has a melting point of 320 ° C. and a boiling point of 727 ° C. and is easily melted and easily evaporated.

この溶融塩電解において金属を液体状態で得ようとすると、通常は電解浴と陰極金属の界面が水平であるために、アルミニウム電解の例を引くまでもなく、膨大な面積を必要とする。これを回避するために電極を複数枚、縦に配置して個々の電極板の片側が正極、反対側が負極となるようにする工夫が行われ、これをバイポーラ電極と称する(電解槽全体としてはマルチポーラ電解槽とも称する。)。  In the molten salt electrolysis, when an attempt is made to obtain a metal in a liquid state, the interface between the electrolytic bath and the cathode metal is usually horizontal, so that an enormous area is required without taking an example of aluminum electrolysis. In order to avoid this, a plurality of electrodes are arranged vertically so that one side of each electrode plate is a positive electrode and the opposite side is a negative electrode, which is called a bipolar electrode (as an entire electrolytic cell) Also called a multipolar electrolytic cell.)

特許文献2には、溶融塩を塩化亜鉛とする電解槽の構造に関する技術が開示されているが、この技術は、前項で述べたバイポーラ型電極を用いる点に特徴がある。  Patent Document 2 discloses a technique related to the structure of an electrolytic cell using zinc chloride as a molten salt, but this technique is characterized in that the bipolar electrode described in the previous section is used.

国際公開第2015/030235号International Publication No. 2015/030235 特開2014−25134号公報JP 2014-25134 A

「塩化物を経由する電炉ダストからの亜鉛のリサイクリング」資源・素材2013(札幌)講演資料C5−3、p487−488“Recycling of zinc from electric furnace dust via chloride” Resources and materials 2013 (Sapporo) Lecture document C5-3, p487-488 「選択塩化法による電炉ダストからの亜鉛回収法の開発」東北大学大学院工学研究科・プレスリリース、平成26年3月5日“Development of Zinc Recovery Method from Electric Furnace Dust Using Selective Chlorination”, Graduate School of Engineering, Tohoku University, press release, March 5, 2014

金属によって酸化物と塩化物のどちらが安定であるかは、後述する図7の斜め線の位置で決まる。亜鉛は鉄よりも塩化物が安定であり、酸化亜鉛は酸化鉄よりも優先的に塩化される。これが選択塩化法の原理であるが、安定な化合物であるジンクフェライト中の酸化亜鉛に適用できるかどうかは必ずしも明確でなかった。  Whether the oxide or chloride is stable depending on the metal is determined by the position of the oblique line in FIG. 7 described later. Zinc is more stable in chloride than iron, and zinc oxide is preferentially salified over iron oxide. This is the principle of the selective chlorination method, but it was not always clear whether it could be applied to zinc oxide in zinc ferrite, which is a stable compound.

そこで、非特許文献1に示すように、合成ジンクフェライトを用いて実験した結果、酸化亜鉛と酸化鉄の混合物と同様に、ジンクフェライトも塩化ガスとの反応によって塩化亜鉛を生成することが明らかとなり、亜鉛がジンクフェライトとして存在することは選択塩化法の妨げとはならないことが確認された。もっとも、特許文献1および非特許文献1に開示される技術は、ジンクフェライトが電炉ダストの主要成分でありかつ処理が困難である点に着目して、東北大学において合成された化学的・結晶学的にほぼ純粋な、単純系であるジンクフェライトのみを用いた実験室規模の装置による塩化実験結果に基づいて電炉ダストからの亜鉛の回収を考案したものである(非特許文献1、特許文献1[0049]等参照)。  Therefore, as shown in Non-Patent Document 1, as a result of experiments using synthetic zinc ferrite, it became clear that zinc ferrite generates zinc chloride by reaction with chloride gas as well as a mixture of zinc oxide and iron oxide. It has been confirmed that the presence of zinc as zinc ferrite does not interfere with the selective chlorination method. However, the techniques disclosed in Patent Document 1 and Non-Patent Document 1 are based on chemical and crystallography synthesized at Tohoku University, focusing on the fact that zinc ferrite is a major component of electric furnace dust and is difficult to treat. The recovery of zinc from electric furnace dust was devised based on the results of a chlorination experiment using a laboratory-scale apparatus using only zinc ferrite, which is almost pure and simple (Non-patent Document 1, Patent Document 1). [0049] etc.).

そのため、多くの不純物を含む複雑系である実際の電炉ダストに適用するためには、他に解決すべき課題が存在する。たとえば、塩化工程(特許文献1)において行われる、電炉ダストに含まれるジンクフェライトあるいは酸化亜鉛を塩化ガスによって塩化亜鉛に転換する反応は(後述の(1)式においてMが亜鉛の場合)吸熱反応であるため、反応速度の低下によって持続的な反応が維持できなくなってしまうという問題が生じる。この点、特許文献1に開示される技術は、少量の反応物(ジンクフェライトのみ)を大きな熱容量を持つ炉内で行わせる実験室レベルの実験結果に基づくものであったため、この反応停止の問題が全く考慮されていなかった。  Therefore, there are other problems to be solved in order to apply to actual electric furnace dust which is a complex system containing many impurities. For example, in the chlorination step (Patent Document 1), the reaction of converting zinc ferrite or zinc oxide contained in electric furnace dust into zinc chloride with chloride gas (when M is zinc in the formula (1) described later) is an endothermic reaction. Therefore, there arises a problem that a continuous reaction cannot be maintained due to a decrease in the reaction rate. In this regard, the technique disclosed in Patent Document 1 is based on a laboratory level experimental result in which a small amount of reactant (only zinc ferrite) is performed in a furnace having a large heat capacity. Was not considered at all.

本発明は、特許文献1に記載された合成ジンクフェライトを用いた実験に基づく発明に基礎を置きながら、特許文献1では未解決であった課題を新たに見出してなされたもので、多くの不純物を含む複雑系である実際の電炉ダストや塩化亜鉛系廃棄物にも適用することができる、亜鉛を含有する廃棄物から亜鉛を回収する方法を提供することを目的とする。  The present invention is based on the invention based on the experiment using the synthetic zinc ferrite described in Patent Document 1, and has been made by finding a new problem that has not been solved in Patent Document 1, and includes many impurities. It is an object of the present invention to provide a method for recovering zinc from waste containing zinc, which can be applied to actual electric furnace dust and zinc chloride waste that are complex systems including the above.

本発明の亜鉛含有廃棄物からの亜鉛の回収方法は、亜鉛を含有する廃棄物から亜鉛を回収する方法であって、塩化ガスと前記廃棄物のそれぞれを所定の温度まで予め加熱する昇温工程と、所定の温度まで昇温された前記塩化ガスと前記廃棄物とを反応させることにより、吸熱反応である亜鉛分の選択塩化反応を持続的に行わせて粗塩化亜鉛蒸気を生成する選択塩化工程と、当該粗塩化亜鉛蒸気を凝縮して粗塩化亜鉛を得た後、当該粗塩化亜鉛を精製して溶融塩を得る溶融塩生成工程と、前記溶融塩を電解浴として電解することにより亜鉛を析出させる溶融塩電解工程とを備えることを特徴とする。  The method for recovering zinc from zinc-containing waste according to the present invention is a method for recovering zinc from waste containing zinc, and a temperature raising step of heating each of the chloride gas and the waste to a predetermined temperature in advance. And reacting the chlorinated gas heated to a predetermined temperature with the waste, thereby selectively performing a selective chlorination reaction of zinc as an endothermic reaction to generate crude zinc chloride vapor. A step of condensing the crude zinc chloride vapor to obtain the crude zinc chloride, and then purifying the crude zinc chloride to obtain a molten salt; And a molten salt electrolysis step for precipitating the material.

本発明によれば、多くの不純物を含む複雑系である実際の電炉ダストや塩化亜鉛系廃棄物にも適用することができ、亜鉛含有廃棄物から高純度の亜鉛を効率的に回収することができる。  According to the present invention, it can be applied to actual electric furnace dust and zinc chloride waste that are complex systems containing many impurities, and it is possible to efficiently recover high-purity zinc from zinc-containing waste. it can.

本発明の一実施の形態を示す工程図である。It is process drawing which shows one embodiment of this invention. 本発明を適用して電炉ダストから亜鉛を回収する流れの一実施の形態を模式的に示した図である。It is the figure which showed typically one Embodiment of the flow which collects zinc from electric furnace dust by applying this invention. 塩化ガスの加熱装置の一例である電熱ヒーターの模式図であり、(a)は斜視図、(b)はb−b断面図、(c)はc−c断面図であり、図(a)(b)中の太矢印は塩化ガスの流れを示す。It is a schematic diagram of the electric heater which is an example of the heating apparatus of a chloride gas, (a) is a perspective view, (b) is bb sectional drawing, (c) is cc sectional drawing, Figure (a) The thick arrow in (b) indicates the flow of chloride gas. 溶融塩電解工程を実現する電解浴槽の一例を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows an example of the electrolytic bath which implement | achieves a molten salt electrolysis process. 低位置側の浴槽に収容された電解浴としての溶融塩を高位置側の浴槽に移送するための装置の模式図である。It is a schematic diagram of the apparatus for conveying the molten salt as an electrolytic bath accommodated in the low position side bathtub to the high position side bathtub. 加熱機能を備えた実験室的選択塩化装置の一例を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows an example of the laboratory selective chlorination apparatus provided with the heating function. 1200K(927℃)における亜鉛および鉄の酸素―塩素ポテンシャル図である。It is an oxygen-chlorine potential diagram of zinc and iron at 1200 K (927 ° C.).

本発明は特許文献1に記載された合成ジンクフェライトを用いた実験に基づく発明に基礎を置きながら、実際の電炉ダストを用いた実験における諸現象を解析した結果等に基づいて考案された発明である。すなわち、特許文献1に開示される技術では実現困難な、多くの不純物を含む複雑系である実際の電炉ダストなどの廃棄物からの亜鉛の回収を実現する方法である。  The present invention is an invention devised based on the results of analyzing various phenomena in an experiment using an actual electric furnace dust while being based on the invention based on the experiment using the synthetic zinc ferrite described in Patent Document 1. is there. That is, this is a method for realizing recovery of zinc from waste such as actual electric furnace dust, which is a complex system containing many impurities, which is difficult to realize with the technology disclosed in Patent Document 1.

以下、本発明が前提とする選択塩化の熱力学的な原理に触れたうえで、本発明が回収対象とする廃棄物の1つである電炉ダストの特性や性状について述べ、その後、本発明の各工程(S1〜S4)について説明する。  Hereinafter, after touching the thermodynamic principle of selective chlorination assumed by the present invention, the characteristics and properties of electric furnace dust, which is one of the wastes to be recovered by the present invention, will be described. Each process (S1-S4) is demonstrated.

図7は、1200K(927℃)における亜鉛および鉄の酸素―塩素ポテンシャル図である。図の縦軸は雰囲気中の酸素分圧の対数値であり、横軸は塩素分圧の対数値である。両者の値の組み合わせにより、金属元素が酸化物あるいは塩化物あるいは金属状態であるかが決定される。すなわち、酸素分圧が高く塩素分圧の低い領域(図の左上側)では酸化物が安定であり、その逆の領域(図の右下側)では塩化物が安定となる。両分圧が共に低い領域(図の左下側)では金属状態となる。酸化物と塩化物の変換は(1)式の化学反応式で示される。Mは金属元素を表す。
2MO+2Cl=2MCl+O (1)
FIG. 7 is an oxygen-chlorine potential diagram of zinc and iron at 1200 K (927 ° C.). The vertical axis in the figure is the logarithmic value of the oxygen partial pressure in the atmosphere, and the horizontal axis is the logarithmic value of the chlorine partial pressure. The combination of both values determines whether the metal element is in the oxide, chloride or metal state. That is, the oxide is stable in the region where the oxygen partial pressure is high and the chlorine partial pressure is low (upper left in the figure), and the chloride is stable in the opposite region (lower right in the figure). In a region where both partial pressures are low (lower left side in the figure), the metal state is obtained. The conversion of oxide and chloride is represented by the chemical reaction formula (1). M represents a metal element.
2MO + 2Cl 2 = 2MCl 2 + O 2 (1)

図7の中程にある、右上から斜めに左下に至る幅を持った領域では、亜鉛は塩化物、鉄は酸化物が安定である。雰囲気をこの領域に制御することによって酸化亜鉛は塩化亜鉛に転換される。すなわち、(1)式においてMが亜鉛の場合には反応は右側に進行する一方、鉄では逆に左側に進行するので酸化鉄は塩化されずにそのまま残る。これが選択塩化法の原理である。図の右上の「田」印および「+」印は、それぞれガス全体の圧力を1気圧のまま、塩素に空気を50%および80%混合した雰囲気であり、このように特段に精密な制御を行わずとも単純な混合による塩化ガスでも十分に選択塩化の範囲に入る。塩化ガスが純塩素であれば鉄の塩化も懸念されるが、(1)式のMが亜鉛である反応によって酸素が副生されるので、選択塩化の範囲を外れることはない。また、塩素濃度が極端に低い(1%程度以下)場合でなければ、反応は十分に進行する。  In the middle of FIG. 7, in the region having a width from the upper right to the lower left, the chloride is stable for zinc and the oxide for iron is stable. By controlling the atmosphere in this region, zinc oxide is converted to zinc chloride. That is, in the formula (1), when M is zinc, the reaction proceeds to the right side, whereas with iron, the reaction proceeds to the left side. Therefore, the iron oxide remains without being salified. This is the principle of the selective chlorination method. The “field” and “+” marks in the upper right of the figure are the atmospheres in which 50% and 80% of air is mixed with chlorine while maintaining the pressure of the whole gas at 1 atm. Even if it is not carried out, chlorination gas by simple mixing is sufficiently within the range of selective chlorination. If the chlorination gas is pure chlorine, iron chlorination is also a concern, but oxygen is by-produced by the reaction in which M in formula (1) is zinc, so that it does not fall outside the range of selective chlorination. In addition, unless the chlorine concentration is extremely low (about 1% or less), the reaction proceeds sufficiently.

他の金属についても上述の図7と同様な線が描け考察が可能である。アルミニウムや珪素、チタン等は鉄よりも更に酸化物が安定であり電炉ダスト中では酸化物として存在し、かつ塩化性の雰囲気でもそのまま酸化物として留まる。一方、亜鉛よりも塩化物が幾分安定な金属としては、鉛、カドミウム、カルシウム等があり、これらは塩化物としても酸化物としても存在する。極端なものはアルカリ金属であり、この場合は塩化物が極めて安定であり殆どが塩化物として存在する。すなわち、電炉ダストに元々含まれる塩素は優先的にアルカリ金属と結合しており、それでも余剰の塩素は、電炉ダストの種類に応じ、鉛、カドミウム、カルシウム等と結合している。  With respect to other metals, the same lines as in FIG. 7 can be drawn and considered. Aluminum, silicon, titanium, and the like are more stable in oxide than iron, exist as an oxide in electric furnace dust, and remain as an oxide even in a chloride atmosphere. On the other hand, metals that are somewhat more stable in chloride than zinc include lead, cadmium, calcium, and the like, which exist both as chloride and oxide. Extreme ones are alkali metals, in which the chlorides are very stable and most exist as chlorides. That is, the chlorine originally contained in the electric furnace dust is preferentially combined with the alkali metal, and the surplus chlorine is still combined with lead, cadmium, calcium and the like depending on the type of the electric furnace dust.

図1は本発明の一実施の形態を示す工程図であり、図2は本発明を適用して電炉ダストから金属亜鉛を回収する流れの一実施の形態を模式的に示した図である。なお、以下では、主として電炉ダストを原材料とした場合の亜鉛を回収する方法の説明を行っているが、電炉ダスト以外の亜鉛含有廃棄物についても、同様の工程を適用することができる。  FIG. 1 is a process diagram showing an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a diagram schematically showing an embodiment of a flow for recovering metallic zinc from electric furnace dust by applying the present invention. In the following, a method of recovering zinc mainly using electric furnace dust as a raw material will be described, but the same steps can be applied to zinc-containing waste other than electric furnace dust.

<水洗工程> 前述のとおり、実際の電炉ダストにはナトリウムやカリウム等のアルカリ金属が塩化物として含まれているが、これらは塩化亜鉛の沸点以上の温度においても蒸発せず、これを放置すると、後述する選択塩化工程(S2)で生成した塩化亜鉛を吸収し、低融点で蒸気圧の低い融体を形成する。融体は、粉末である電炉ダストを濡らして隙間を塞ぎ、塩化ガスの通気性を阻害して塩化亜鉛の収率を下げるのみならず、低温では凝固して残渣に固着するために、予め除去することが好ましい。<Washing process> As mentioned above, the actual electric furnace dust contains alkali metals such as sodium and potassium as chlorides, but these do not evaporate even at temperatures above the boiling point of zinc chloride, and leave them alone. The zinc chloride produced in the selective chlorination step (S2) described later is absorbed, and a melt having a low melting point and a low vapor pressure is formed. The melt is pre-removed not only to wet the electric furnace dust, which is a powder, but to close the gap, impede the permeability of chloride gas and reduce the yield of zinc chloride, and to solidify at low temperatures and adhere to the residue. It is preferable to do.

そこで、昇温工程(S1)に先立つ前処理として、電炉ダストなどの廃棄物中に主として塩化物として含まれているアルカリ金属、並びに、水溶性の他の化合物の水洗を行うことにより、選択塩化工程(S2)における低融点融体の生成の問題を解決する。これは選択塩化法で実際に起こる現象を考察して得られるものであり、特許文献1においては実際の電炉ダストではなく試薬級の合成ジンクフェライトを用いたために検討が及ばなかった点である。  Therefore, as a pretreatment prior to the temperature raising step (S1), selective chlorination is carried out by washing the alkali metal mainly contained as a chloride in waste such as electric furnace dust and other water-soluble compounds with water. The problem of the formation of a low melting point melt in the step (S2) is solved. This is obtained by considering the phenomenon that actually occurs in the selective chlorination method, and in Patent Document 1, it was not studied because reagent grade synthetic zinc ferrite was used instead of actual electric furnace dust.

具体的には、電炉ダスト中に含まれ選択塩化の障害となる塩化ナトリウムや塩化カリウムが水溶性であることを利用し、電炉ダストに水を加えて洗浄することにより、これらの成分の一部ないし全部を溶解・除去する(水洗工程)。塩化鉛の水への溶解度は小さいが、アルカリ塩化物や塩化カルシウム、塩化カドミウムの溶解度は大きい。従って、これらは塩化物になっている限り、水洗によって除去することができる。このような水洗工程を経ることにより、選択塩化工程において低融点融体の形成を防止し、低融点融体によって塩化ガスの通気性を阻害するトラブルを未然に防止することが可能となる。また、処理すべき電炉ダストが数%減量するために、選択塩化工程の負荷を低減させる効果も得られる。図2において、上記水洗工程を実現する手段として水洗装置11を記載している。  Specifically, by utilizing the fact that sodium chloride and potassium chloride, which are contained in the electric furnace dust and interfere with selective chlorination, are water-soluble, by adding water to the electric furnace dust and washing it, a part of these components can be obtained. Dissolve or remove all (water washing process). The solubility of lead chloride in water is small, but the solubility of alkali chloride, calcium chloride, and cadmium chloride is large. Therefore, as long as they are chlorides, they can be removed by washing with water. By passing through such a water washing step, it is possible to prevent the formation of a low melting point melt in the selective chlorination step and to prevent troubles that impede the permeability of the chloride gas by the low melting point melt. Moreover, since the electric furnace dust to be processed is reduced by several percent, an effect of reducing the load of the selective chlorination step can be obtained. In FIG. 2, the water washing apparatus 11 is described as a means for realizing the water washing step.

ここで、水洗工程の実験例について述べる。実際の電炉ダストは幾分かの水分を含むので、水洗工程に先立って、この水分量を評価すべく乾燥処理を行った。実験で用いた電炉ダストの場合、150℃で乾燥すると約4%減量した。次いで、2〜3倍量の水で水洗することによって、元の電炉ダストの約7%が減量した。この約7%分がアルカリ塩化物等の可溶性塩である。水洗に用いた洗浄水の溶質成分は大部分がアルカリ塩化物等であるが、洗浄後の洗浄水には、鉛やカドミウムが最大で50ppm程度含まれていた。  Here, an experimental example of the water washing step will be described. Since the actual electric furnace dust contains some moisture, a drying process was performed to evaluate the amount of moisture prior to the water washing step. In the case of electric furnace dust used in the experiment, the weight was reduced by about 4% when dried at 150 ° C. Then, by washing with 2-3 times the amount of water, about 7% of the original electric furnace dust was reduced. About 7% of this is soluble salts such as alkali chlorides. Most of the solute components in the washing water used for washing are alkali chlorides and the like, but the washing water after washing contained about 50 ppm of lead and cadmium at the maximum.

そこで、鉛やカドミウムの塩類の溶解度積に関する考察に基づいて、洗浄水に炭酸ナトリウムおよび水酸化カルシウムを加えたpH=11〜12程度の条件で処理することで、何れも0.1ppmの排水規制値以下まで低減させることができた。排水は弱アルカリ性である。これを、選択塩化工程(S2)の排ガスあるいは無機酸等で中和し、放流できるレベルになることを確認した。図2においては、これらの除染工程を実現する手段として除染装置12を記載している。  Then, based on the consideration about the solubility product of the lead and cadmium salts, by treating the wash water with sodium carbonate and calcium hydroxide under the condition of pH = 11-12, both are regulated to 0.1 ppm drainage. It was possible to reduce to below the value. The drainage is weakly alkaline. This was neutralized with exhaust gas or inorganic acid in the selective chlorination step (S2), and it was confirmed that it could be discharged. In FIG. 2, the decontamination apparatus 12 is described as means for realizing these decontamination processes.

図2においては、電炉ダストを水洗装置11により水洗し、この水洗装置11から排出されたアルカリ塩化物や塩化カルシウム等を含有する塩化物水溶液は、除染装置12において除染されて、放流されることが模式的に示されている。水洗された電炉ダストは、次の昇温工程(S1)を実現する加熱装置13に搬送される。  In FIG. 2, the electric furnace dust is washed with water by the water washing device 11, and the aqueous chloride solution containing alkali chloride, calcium chloride, etc. discharged from the water washing device 11 is decontaminated by the decontamination device 12 and discharged. This is schematically shown. The water-washed electric furnace dust is conveyed to the heating device 13 that realizes the next temperature raising step (S1).

<昇温工程(S1)> 通常の燃焼反応等は発熱反応であるために、低温の反応物を装入しても加熱され反応温度が維持されるが、後述の選択塩化工程(S2)において行われる亜鉛分の選択的な塩化反応、即ち、電炉ダストに含まれるジンクフェライトあるいは酸化亜鉛を塩化ガス(塩素あるいは塩素と酸素の混合ガスあるいは塩素と空気の混合ガス)によって塩化亜鉛に転換する反応は吸熱反応である。そのため、外部からの熱の補給がなければ温度が低下し、反応速度の低下によって持続的な反応が維持できなくなることから、反応物である電炉ダストおよび塩化ガスの両者を事前に加熱しておくことが必要となる。<Temperature raising step (S1)> Since a normal combustion reaction or the like is an exothermic reaction, the reaction temperature is maintained even when a low-temperature reactant is charged, but in the selective chlorination step (S2) described later. Selective chlorination reaction of zinc content, that is, reaction to convert zinc ferrite or zinc oxide contained in electric furnace dust into zinc chloride by chlorination gas (chlorine, chlorine-oxygen mixed gas or chlorine-air mixed gas) Is an endothermic reaction. Therefore, if the heat is not replenished from the outside, the temperature will decrease, and a sustained reaction cannot be maintained due to a decrease in the reaction rate, so both the electric furnace dust and chloride gas, which are reactants, are heated in advance. It will be necessary.

そこで、本発明においては、塩化ガスと前記廃棄物のそれぞれを所定の温度まで予め加熱し、後述する選択塩化工程(S2)において、所定の温度まで昇温された前記塩化ガスと前記廃棄物とを反応させることにより、吸熱反応である亜鉛分の選択塩化反応を持続的に行わせて粗塩化亜鉛蒸気を生成することとしている。図2においては、電炉ダストを昇温する手段として加熱装置13を記載し、塩化ガスを昇温する手段として加熱装置14を記載している。  Therefore, in the present invention, each of the chloride gas and the waste is heated in advance to a predetermined temperature, and in the selective chlorination step (S2) described later, the chloride gas and the waste that have been heated to a predetermined temperature. In this way, a selective zinc chloride reaction, which is an endothermic reaction, is continuously carried out to produce crude zinc chloride vapor. In FIG. 2, the heating device 13 is described as a means for raising the temperature of the electric furnace dust, and the heating device 14 is indicated as a means for raising the temperature of the chloride gas.

この点、特許文献1に開示される技術は、少量の反応物を大きな熱容量を持つ炉内で行わせる実験室レベルの実験結果に基づくものであったため、この反応停止の問題が全く考慮されていなかった。そこで、本発明においては、塩化ガスおよび水洗した電炉ダストを所定の温度(例えば、後述する選択塩化反応が生じる反応温度)まで予め加熱することにより、選択塩化法の工業的利用を実現可能とするものである。  In this regard, since the technique disclosed in Patent Document 1 is based on a laboratory-level experiment result in which a small amount of reactant is performed in a furnace having a large heat capacity, the problem of this reaction stoppage is completely taken into consideration. There wasn't. Therefore, in the present invention, industrial utilization of the selective chlorination method can be realized by preliminarily heating the chlorinated gas and the water-washed electric furnace dust to a predetermined temperature (for example, a reaction temperature at which a selective chlorination reaction described later occurs). Is.

しかしながら、加熱方法としてガスバーナー等の火炎を用いると、燃焼ガスは還元性であるために、図7の「田」印および「+」の位置は酸素ポテンシャルの低い下方に移動して、鉄も塩化物安定領域に入って塩化鉄となり、塩化亜鉛とともに蒸発するため、亜鉛と鉄の分離が困難になるという問題が生じてしまう。更に、そのような還元性ガスが塩素と反応することで、ダイオキシンが発生する可能性が高いという問題も生じてしまう。  However, if a flame such as a gas burner is used as the heating method, the combustion gas is reducible, so the positions of the “field” and “+” in FIG. Since it enters the chloride stable region and becomes iron chloride and evaporates together with zinc chloride, there arises a problem that it becomes difficult to separate zinc and iron. Furthermore, when such a reducing gas reacts with chlorine, there also arises a problem that dioxins are likely to be generated.

そこで、本発明においては、燃焼によらずに塩化ガスを加熱する方法として、例えば、図3に示すような電熱ヒーター15を塩化ガス気流中に設置して塩化ガスを直接加熱する方法を採ることができる。一般に、空気中で用いられる炭化珪素製又は金属製の電熱ヒーターは高温の塩化ガスに対する耐食性はないが、高温の塩化ガスに対する耐食性を有する石英16で被覆することにより、かかる電熱ヒーターを用いることができる。この石英被覆のヒーターは1000℃での使用にも十分に耐えることが実証されている。炭化珪素や金属のヒーターを石英等で保護した電熱ヒーターを加熱装置として用いることによって、反応における酸素分圧の低下を抑制しながら昇温することができ、さらにダイオキシンの発生も防止される。  Therefore, in the present invention, for example, a method of directly heating the chloride gas by installing an electric heater 15 as shown in FIG. Can do. In general, silicon carbide or metal electric heaters used in the air have no corrosion resistance against high-temperature chlorination gas, but it is possible to use such electric heaters by coating with quartz 16 having corrosion resistance against high-temperature chlorination gas. it can. This quartz-coated heater has been proven to withstand 1000 ° C. use. By using an electric heater in which a silicon carbide or metal heater is protected by quartz or the like as a heating device, the temperature can be raised while suppressing a decrease in oxygen partial pressure in the reaction, and generation of dioxins is also prevented.

<選択塩化工程(S2)> 選択塩化工程(S2)においては、所定の温度まで昇温された塩化ガスと前記廃棄物とを反応させることにより、吸熱反応である酸化亜鉛の選択塩化反応(酸化亜鉛を選択的に塩化させる反応)を持続的に行わせて粗塩化亜鉛蒸気を生成する。図2においては、この選択塩化工程を実現する手段として、塩化炉17が模式的に記載されている。電炉ダストを高温で塩化ガスと反応させることによって、酸化亜鉛あるいはジンクフェライト中の亜鉛分を選択的に塩化・蒸発させ、塩化亜鉛(塩化物蒸気)として気体状で取り出す一方、鉄はFe等の酸化物のままで残渣として固体状で残す。このFe等酸化物は、鉄源として利用可能である。<Selective Chlorination Step (S2)> In the selective chlorination step (S2), the chloride gas heated to a predetermined temperature is reacted with the waste, thereby allowing a selective chlorination reaction (oxidation) of zinc oxide, which is an endothermic reaction. A reaction of selectively chlorinating zinc) is carried out continuously to produce crude zinc chloride vapor. In FIG. 2, a chlorination furnace 17 is schematically shown as means for realizing this selective chlorination step. By reacting electric furnace dust with chloride gas at a high temperature, the zinc content in zinc oxide or zinc ferrite is selectively chlorinated and evaporated to take out in gaseous form as zinc chloride (chloride vapor), while iron is Fe 2 O. The oxide such as 3 remains as a residue as a solid. This oxide such as Fe 2 O 3 can be used as an iron source.

図6は加熱機能を備えた実験室的選択塩化装置の一例を示す模式図である。装置60は電炉ダスト61が収容される石英製反応容器62を有しており、反応容器62の周囲には加熱装置63が配置されている。図6に示す装置60を用いた本願発明者の実験によれば、粉体状の電炉ダスト61を反応容器62の多孔質板64の底部に5cm程度盛っておき、下から1000℃程度の反応ガス(塩素濃度を概ね20〜50%程度、残りを空気としたもの)を通過させたところ、電炉ダスト61の下半分が反応した段階でも上部に抜けるガス中の塩素濃度は十分に低くなることが確認された。本実験により、明確な反応界面が存在するため、化学反応が律速段階ではないことが確認されたといえ、選択塩化を実用上十分な速度で行わせることが可能である。  FIG. 6 is a schematic view showing an example of a laboratory selective chlorination apparatus having a heating function. The apparatus 60 has a quartz reaction vessel 62 in which electric furnace dust 61 is accommodated, and a heating device 63 is disposed around the reaction vessel 62. According to the experiment of the present inventor using the apparatus 60 shown in FIG. 6, the powdered electric furnace dust 61 is deposited on the bottom of the porous plate 64 of the reaction vessel 62 by about 5 cm, and the reaction at about 1000 ° C. is performed from the bottom. When gas (the chlorine concentration is about 20 to 50%, the rest is air) is passed, the chlorine concentration in the gas that escapes to the top is sufficiently low even when the lower half of the electric furnace dust 61 reacts. Was confirmed. In this experiment, since there is a clear reaction interface, it can be said that the chemical reaction is not at the rate-determining stage, and selective chlorination can be performed at a practically sufficient rate.

このように未反応電炉ダストを少量でも残した状態で反応を行った場合には、生成ガス中の塩素濃度は十分に低いことから、反応終了後の排ガス、粗塩化亜鉛の蒸気、固体残渣の顕熱を、反応前の電炉ダストおよび塩化ガスの加熱に用いることも十分に可能であり、省エネルギーのためにも好ましい。  In this way, when the reaction is carried out with a small amount of unreacted electric furnace dust left, the chlorine concentration in the product gas is sufficiently low, so the exhaust gas after completion of the reaction, crude zinc chloride vapor, solid residue Sensible heat can be sufficiently used for heating the electric furnace dust and chloride gas before the reaction, which is preferable for energy saving.

選択塩化工程(S2)においては、塩化ガスとして塩素と酸素の混合物あるいは塩素と空気の混合物が利用可能であり、その許容濃度範囲も広いことを考慮すれば、安全のために塩化反応容器の内圧を外部の大気圧よりも僅かに低くして塩化ガスが外部に漏れないようにすることができる。なぜなら、外気が僅かに反応容器内に侵入して塩素濃度が少々変わっても、(1)式の反応への影響は非常に小さいからである。  In the selective chlorination step (S2), it is possible to use a mixture of chlorine and oxygen or a mixture of chlorine and air as the chlorination gas, and considering that the allowable concentration range is wide, the internal pressure of the chlorination reaction vessel for safety. Can be made slightly lower than the atmospheric pressure outside so that the chloride gas does not leak outside. This is because even if the outside air slightly enters the reaction vessel and the chlorine concentration slightly changes, the influence on the reaction of formula (1) is very small.

<溶融塩生成工程(S3)> 本工程(S3)においては、選択塩化工程により生成された粗塩化亜鉛蒸気を凝縮して粗塩化亜鉛を得た後、当該粗塩化亜鉛を精製して電解浴としての溶融塩(精製溶融塩)を得る。粗塩化亜鉛と排ガスとを分離するための凝縮は凝縮槽18で行われ、精製は浄液槽19で行われる。選択塩化工程(S2)により生成された粗塩化亜鉛蒸気には僅かながら、鉄、鉛、カドミウム、その他の亜鉛より貴な金属が主に塩化物の形で含まれており、これらは溶融塩電解工程(S4)において亜鉛より優先的に還元・析出し亜鉛の純度を下げてしまうために、電解の前に徹底的に除去する必要がある。そこで、本工程(S3)の浄液槽19においては、粗塩化亜鉛に対して、塩化ナトリウム等の支持塩を混合した溶融塩に還元剤を加えて、亜鉛よりも貴な金属を還元・除去して溶融塩を精製する。<Molten salt production step (S3)> In this step (S3), the crude zinc chloride vapor produced in the selective chlorination step is condensed to obtain crude zinc chloride, and then the crude zinc chloride is purified to obtain an electrolytic bath. To obtain a molten salt (refined molten salt). Condensation for separating the crude zinc chloride and the exhaust gas is performed in the condensing tank 18, and purification is performed in the liquid purification tank 19. The crude zinc chloride vapor generated by the selective chlorination step (S2) contains a small amount of iron, lead, cadmium, and other metals that are more precious than zinc, mainly in the form of chlorides. In the step (S4), it is necessary to remove thoroughly before electrolysis in order to reduce and precipitate preferentially over zinc and lower the purity of zinc. Therefore, in the liquid purification tank 19 in this step (S3), a reducing agent is added to the molten salt obtained by mixing a supporting salt such as sodium chloride with respect to the crude zinc chloride to reduce and remove a metal that is more precious than zinc. To refine the molten salt.

この点、特許文献1には、選択塩化法で得られた粗塩化亜鉛中の鉄や鉛やカドミウム等を塩化亜鉛から除去するための方法として還元精製工程と蒸留精製工程とが開示されているが、本願発明者が追加検討したところによれば、後者の蒸留精製工程は、そのまま電解工程に導入できるほど塩化亜鉛の純度を高められるものではなく、不純物が大量に含まれる場合に適用されるべき粗い分離であるため省略することもできる。  In this regard, Patent Document 1 discloses a reduction purification process and a distillation purification process as a method for removing iron, lead, cadmium, and the like in crude zinc chloride obtained by a selective chlorination method from zinc chloride. However, according to an additional study by the present inventor, the latter distillation purification process does not increase the purity of zinc chloride so that it can be directly introduced into the electrolysis process, and is applied when impurities are contained in large quantities. Since it is a rough separation, it can be omitted.

還元除去に用いる還元剤としては、亜鉛粉末の使用を基本とするが、亜鉛とマグネシウムの粉末を適宜、混合して用いることがより望ましい。第1の理由として、亜鉛粉末のみを還元剤として用いた場合、亜鉛より貴な金属の塩化物だけを還元する点では都合が良いが、亜鉛粉末が溶融・凝集しないように還元温度を亜鉛の融点419℃以下に設定しなければならず、塩の溶融を維持するためには概ね350℃以上の温度が必要である。この温度の範囲では鉄は固体だが鉛やカドミウムが液体となり、還元物を濾過・除去する際に目詰まりを起こしやすく不利であるからである。  As a reducing agent used for reduction and removal, the use of zinc powder is fundamental, but it is more desirable to use a mixture of zinc and magnesium powder as appropriate. The first reason is that when only zinc powder is used as a reducing agent, it is convenient in terms of reducing only noble metal chlorides than zinc, but the reduction temperature is set so that the zinc powder does not melt or aggregate. The melting point must be set to 419 ° C. or lower, and a temperature of approximately 350 ° C. or higher is necessary to maintain the melting of the salt. This is because in this temperature range, iron is solid, but lead and cadmium become liquid, which tends to cause clogging when the reduced product is filtered and removed, which is disadvantageous.

また、第2の理由として、固体亜鉛粉末に鉛やカドミウムが固溶すればよいが、鉛やカドミウムが液体として亜鉛粉末の表面を覆ってしまうと、亜鉛との接触が阻まれ、還元反応が進行しなくなる恐れがあるからである。特に、鉛は、亜鉛に対して殆ど固溶せず、亜鉛を少量溶かした液体となって表面を覆うことが予想され、鉛を多く含む電解浴では鉛を十分に除去できない恐れがある。  The second reason is that lead or cadmium only needs to be dissolved in the solid zinc powder. However, if lead or cadmium covers the surface of the zinc powder as a liquid, contact with zinc is hindered, and the reduction reaction occurs. This is because there is a risk of not progressing. In particular, lead is hardly dissolved in zinc and is expected to cover the surface as a liquid in which a small amount of zinc is dissolved. There is a possibility that lead cannot be removed sufficiently in an electrolytic bath containing a large amount of lead.

そこで別の還元剤として活性なマグネシウムに注目すると、これは鉛とは共晶型の状態図を示し固溶範囲も広いので、還元剤としては亜鉛とマグネシウムの粉末を適宜、混合して用いることが望ましいといえる。なお、マグネシウムが溶融塩中に塩化物として溶け込んでも、亜鉛よりも卑なので電解に影響を与えることはない。このように、選択塩化工程で得られる粗塩化亜鉛を混合した溶融塩から貴な不純物金属を除く還元剤としてマグネシウム粉末を併用することによって、精製の効率が向上し、不純物濃度の一層の低減と工程の迅速化が実現され、電解によって得られる亜鉛の純度も向上する。  Therefore, when focusing on active magnesium as another reducing agent, it shows a phase diagram of eutectic type with lead and has a wide solid solution range. Therefore, as a reducing agent, powder of zinc and magnesium should be used as appropriate. Is desirable. In addition, even if magnesium dissolves in the molten salt as chloride, it does not affect electrolysis because it is lower than zinc. Thus, by using magnesium powder together as a reducing agent that removes the noble impurity metal from the molten salt mixed with the crude zinc chloride obtained in the selective chlorination step, the purification efficiency is improved and the impurity concentration is further reduced. Speeding up of the process is realized, and the purity of zinc obtained by electrolysis is also improved.

還元剤を用いて精製する際には、塩化亜鉛の性質が問題となる。すなわち、塩化亜鉛は、溶融状態において溶融石英等と同様に原子レベルで網目状構造と言われる特異な性質を示し、低温においては、水飴のように粘度が高くねっとりとしており、流動性も導電性も低く、一方では蒸発し易い等、他の塩化物と大きく異なる。他方、温度を高くすれば、流動性や導電性はかなり改善されるが、それでも金属亜鉛の融点419℃でも水の200倍程度の粘度を示す。不純物を除去するための還元は前述のとおり、亜鉛の融点以下で行われるので、高粘度のために還元剤の金属粉末との混合が良好に行われない。  When purifying using a reducing agent, the nature of zinc chloride becomes a problem. In other words, zinc chloride exhibits a unique property called a network structure at the atomic level in the molten state like fused quartz, and at low temperatures, it has a high viscosity and stickiness like water tank, and its fluidity is also conductive. It is very different from other chlorides, such as being easy to evaporate on the other hand. On the other hand, if the temperature is increased, the fluidity and conductivity are considerably improved. However, even when the melting point of metallic zinc is 419 ° C., the viscosity is about 200 times that of water. As described above, the reduction for removing impurities is performed at a temperature lower than the melting point of zinc. Therefore, due to the high viscosity, the reducing agent is not well mixed with the metal powder.

塩化亜鉛の高粘度の問題を解決する方法は、支持塩(一般にはアルカリ塩化物やアルカリ土類塩化物)との混合である。混合によって、前記の網目状構造は分断され、粘度は大幅に低下する。  A method for solving the problem of high viscosity of zinc chloride is mixing with a supporting salt (generally alkali chloride or alkaline earth chloride). By mixing, the network structure is divided and the viscosity is greatly reduced.

ところで、特許文献1では電解浴として、塩化亜鉛だけの場合とアルカリ塩化物またはアルカリ土類塩化物の支持塩を加えた混合塩の場合を候補としているが(特許文献1[0061]参照)、混合塩の組成が示されていないため支持塩を加えた場合の最適条件を探索する必要がある。  By the way, in patent document 1, although the case of only zinc chloride and the case of the mixed salt which added the support salt of alkali chloride or alkaline-earth chloride as an electrolytic bath is made into a candidate (refer patent document 1 [0061]), Since the composition of the mixed salt is not shown, it is necessary to search for the optimum condition when the supporting salt is added.

この点、本願発明者の実験によれば、塩化ナトリウムを質量比で15%程度混合すれば、380℃で塩化亜鉛の粘度の約1/30程度まで低下して、還元剤との良好な混合と反応の促進が実現できることが確認された。塩化ナトリウムを加えるのであれば、塩化亜鉛−塩化ナトリウム系の状態図より明らかな溶融温度、文献値による混合溶融塩の粘度、導電率、金属亜鉛の融点等から、塩化ナトリウムの含有量が質量比で3〜46%の組成範囲が好適であり、電解温度は420〜550℃の範囲が好適である。  In this regard, according to the experiment of the present inventor, if sodium chloride is mixed at a mass ratio of about 15%, the viscosity is reduced to about 1/30 of the viscosity of zinc chloride at 380 ° C. It was confirmed that the reaction can be promoted. If sodium chloride is added, the content of sodium chloride is the mass ratio based on the melting temperature apparent from the phase diagram of the zinc chloride-sodium chloride system, the viscosity of the mixed molten salt according to literature values, the conductivity, the melting point of metallic zinc, etc. The composition range of 3 to 46% is preferable, and the electrolysis temperature is preferably in the range of 420 to 550 ° C.

電解浴としての溶融塩(塩化亜鉛)に支持塩を混合することの効果は、後述の溶融塩電解工程(S4)における導電率にも及ぶ。支持塩としての塩化ナトリウムを電解浴中に質量比で15%程度混合すれば、電解温度と想定される450℃において、導電率は単味の塩化亜鉛の数十倍となる。さらに粘度も水よりやや高い程度にまで低下させ得る。これにより、電解時の電解浴抵抗は大幅に低下するために大電流を流すことが可能となって、生産性が大幅に向上する。当然ながら省エネルギー効果も大きく、更に陽極から発生する塩素ガスの泡切れの改善等の効果もあって、効率的な電解が可能となる。  The effect of mixing the supporting salt with the molten salt (zinc chloride) as the electrolytic bath extends to the electrical conductivity in the molten salt electrolysis step (S4) described later. If sodium chloride as a supporting salt is mixed in the electrolytic bath by about 15% by mass, the conductivity is several tens of times that of plain zinc chloride at 450 ° C., which is assumed to be the electrolysis temperature. Furthermore, the viscosity can be lowered to a slightly higher degree than water. As a result, the electrolytic bath resistance during electrolysis is greatly reduced, so that a large current can flow and productivity is greatly improved. Naturally, the energy saving effect is great, and further, there is an effect such as improvement of the bubble breakage of chlorine gas generated from the anode, so that efficient electrolysis is possible.

<溶融塩電解工程(S4)> 精製された溶融塩を電解浴として、バイポーラ型電極を有する電解槽20を用いて、電解により亜鉛を析出させて、亜鉛を液体状態で得る。<Molten salt electrolysis step (S4)> Using the purified molten salt as an electrolytic bath, zinc is deposited by electrolysis using an electrolytic bath 20 having a bipolar electrode to obtain zinc in a liquid state.

図4は溶融塩電解工程を実現する電解槽20の一例を示す模式図である。電解槽20は、液体亜鉛の汲み出し口21が設けられた絶縁性の電解槽本体22と、塩素の排出口23が設けられ電解槽本体22に組み付けられる上蓋24とを有する。排出口23には通気管25が取り付けられている。電解槽本体22には、所定の高さ位置に、絶縁性(セラミックス製等)の仕切り板26が略水平方向に組み込まれており、仕切り板26の上面には所定角傾けた状態の複数の電極板28が所定の間隔で配置されている。電解槽20は、所定の高さ位置まで、電解浴としての溶融塩で満たされている。仕切り板26の下側には液体亜鉛のメタルプール29が形成されている。  FIG. 4 is a schematic diagram showing an example of an electrolytic cell 20 that realizes a molten salt electrolysis process. The electrolytic cell 20 has an insulating electrolytic cell main body 22 provided with a liquid zinc pumping port 21 and an upper lid 24 provided with a chlorine discharge port 23 and assembled to the electrolytic cell main body 22. A vent pipe 25 is attached to the discharge port 23. In the electrolytic cell main body 22, an insulating (ceramics or the like) partition plate 26 is incorporated in a substantially horizontal direction at a predetermined height position, and the upper surface of the partition plate 26 has a plurality of states inclined at a predetermined angle. Electrode plates 28 are arranged at a predetermined interval. The electrolytic cell 20 is filled with a molten salt as an electrolytic bath up to a predetermined height position. A liquid zinc metal pool 29 is formed below the partition plate 26.

仕切り板26には複数の径の小さな貫通孔27が設けられており、仕切り板26の上側で溶融塩の電解が行われ、これにより生成された塩素33(正極での発生塩素)は上昇して上方の排出口23から通気管25を通じて捕集され、液体亜鉛32(負極での液体析出亜鉛)は仕切り板26に形成された貫通孔27を通じてメタルプール29に溜まり、汲み出し口21から随時液体状態で汲み取られる構成となっている。図示しないが、電解槽20には溶融塩電解液の供給口が設けられており、溶融塩生成工程(S3)の処理を経た溶融塩が、随時供給されるようになっている。  The partition plate 26 is provided with a plurality of through holes 27 having a small diameter, and the molten salt is electrolyzed on the upper side of the partition plate 26, and the chlorine 33 (chlorine generated at the positive electrode) generated thereby rises. The liquid zinc 32 (liquid deposited zinc at the negative electrode) is collected in the metal pool 29 through the through hole 27 formed in the partition plate 26 and is liquidated from the pumping port 21 at any time. It is configured to be pumped in the state. Although not shown, the electrolytic cell 20 is provided with a supply port for a molten salt electrolyte, and the molten salt that has been subjected to the processing of the molten salt generation step (S3) is supplied as needed.

電極板28は、黒鉛製のバイポーラ型の電極である。バイポーラ型の電極とは、通常は正負の2枚で構成される電解槽の正負一組の電極の間に1枚以上挟み込まれた導電性の板であり、本来の正の電極に向かった面が負極となり、本来の負の電極に向かった面が正極となるものであって、電極として機能するものである。このため、特に析出する金属が液体の場合に大きな効果を発揮し生産性の大幅な向上が実現できる。  The electrode plate 28 is a graphite bipolar electrode. A bipolar electrode is a conductive plate that is sandwiched between at least one pair of positive and negative electrodes of an electrolytic cell usually composed of two positive and negative electrodes, and faces the original positive electrode. Becomes the negative electrode, and the surface facing the original negative electrode becomes the positive electrode, and functions as an electrode. For this reason, especially when the deposited metal is a liquid, a great effect is exhibited and a significant improvement in productivity can be realized.

これらの電極板28を仕切り板26のうえに所定角および所定の間隔で配置するために、電解槽本体22の側壁内側には、所定角および所定の間隔おきに凹状の取付け溝(図示しない)が形成されている。これらの取付け溝に板状の電極板28を差し込むことにより、各電極板28は、所定角および所定の間隔で配置される。最も端に配置される電極板28a、28bには導電線30a、30bが接続されており、図示する場合にあっては、左端の電極板28aが黒鉛正極、右端の電極板28bが黒鉛負極となっている。  In order to dispose these electrode plates 28 on the partition plate 26 at a predetermined angle and a predetermined interval, concave mounting grooves (not shown) are formed on the inner side of the side wall of the electrolytic cell body 22 at a predetermined angle and a predetermined interval. Is formed. By inserting the plate-like electrode plates 28 into these mounting grooves, the respective electrode plates 28 are arranged at a predetermined angle and a predetermined interval. Conductive wires 30a and 30b are connected to the electrode plates 28a and 28b arranged at the end. In the illustrated case, the left electrode plate 28a is a graphite positive electrode, and the right electrode plate 28b is a graphite negative electrode. It has become.

これらの電極板28は何枚配置しても良いが、相互に一定の距離を空けて配置するのが望ましい。相互の距離が接近し過ぎると、各電極板28の負極側で析出した液体亜鉛32と、各電極板28の正極側で発生した塩素33とが再反応を起こしてしまうからである。負極側で析出した液体亜鉛32を効率的に回収すべく、各電極板28の負極面側の下方に径の小さな貫通孔27が形成されており、仕切り板26には、この貫通孔27を中心とする窪みが形成されており、負極面上に析出した液体亜鉛32を貫通孔27に向けて集合させ、貫通孔27から電解槽20下部のメタルプール29に流下させる構成となっている。  Any number of these electrode plates 28 may be arranged, but it is desirable to arrange them at a certain distance from each other. If the mutual distance is too close, the liquid zinc 32 deposited on the negative electrode side of each electrode plate 28 and the chlorine 33 generated on the positive electrode side of each electrode plate 28 cause a re-reaction. In order to efficiently recover the liquid zinc 32 deposited on the negative electrode side, a through hole 27 having a small diameter is formed below the negative electrode surface side of each electrode plate 28. The partition plate 26 is provided with the through hole 27. A recess is formed at the center, and the liquid zinc 32 deposited on the negative electrode surface is gathered toward the through hole 27 and flows down from the through hole 27 to the metal pool 29 below the electrolytic cell 20.

ところで、バイポーラ電極では、電極板の両側で電極反応を起こすためには、隣り合った電極板の間に電解電圧に相当する電圧(例えば、塩化亜鉛の電解では450℃で約1.6V)が必要となる。ここで、電解槽底部に液体金属のメタルプールが形成されれば、金属の抵抗は溶融塩よりも桁違いに小さいため、メタルプールを通過する漏洩電極が発生してしまう。この漏洩電流は、電解浴の導電率が高く抵抗が小さくなるほど増大する。  By the way, in the bipolar electrode, in order to cause an electrode reaction on both sides of the electrode plate, a voltage corresponding to an electrolysis voltage (for example, about 1.6 V at 450 ° C. for zinc chloride electrolysis) is required between the adjacent electrode plates. Become. Here, if a metal pool of liquid metal is formed at the bottom of the electrolytic cell, the resistance of the metal is orders of magnitude smaller than that of the molten salt, so that a leakage electrode that passes through the metal pool is generated. This leakage current increases as the conductivity of the electrolytic bath increases and the resistance decreases.

しかしながら、特許文献2に開示されるような電解槽を、特許文献1に開示される亜鉛の回収方法に用いることは困難である。特許文献2のように電極板間の距離が接近し過ぎていると、電極板の負極側で析出した液体亜鉛と電極板の正極側で発生した塩素とが再反応を起こしてしまうという問題が生じ易いからである。さらに電極反応の起こるべき厚い黒鉛電極を回避して電解浴中を流れる漏洩電流が大きくなって電流効率が低下する。かかる問題は、本願発明のように、生産性を向上すべく支持塩を加えて電解浴の抵抗を小さくした場合には、尚のこと顕在化する。  However, it is difficult to use the electrolytic cell disclosed in Patent Document 2 in the zinc recovery method disclosed in Patent Document 1. If the distance between the electrode plates is too close as in Patent Document 2, there is a problem that the liquid zinc deposited on the negative electrode side of the electrode plate and the chlorine generated on the positive electrode side of the electrode plate cause a re-reaction. It is because it is easy to occur. Furthermore, a thick graphite electrode where an electrode reaction should occur is avoided, and a leakage current flowing in the electrolytic bath is increased, resulting in a decrease in current efficiency. Such a problem becomes more apparent when the resistance of the electrolytic bath is reduced by adding a supporting salt to improve productivity as in the present invention.

そこで、本実施の形態においては、電極板28の上端を電解浴に沈めないか沈める深さを最小とし、また、電極下端部に絶縁性のセラミックス等の仕切り板26を設置し、電流の流れる溶融塩の経路を可能な限り狭めることにより、電極板28を回避して通過しようとする漏洩電流の発生を極小化するものとした。設備の小型化と低コスト化を図るために用いるバイポーラ型の電極板28を有する電解槽20に、絶縁性の仕切り板26を採用することによって、電極板28の下側を通過する漏洩電流は大きく減少する。仕切り板26に設けられるのは貫通孔27であり、これは亜鉛の小液滴を通過させるに足るだけの小径であるから、電解槽20底部に形成されるメタルプール29を通る漏洩電流も極小化される。このため、電流効率を低下させることなく一電解槽あたりの電極枚数を増やせるために、設備の小型化と高い生産性を得ることができる。  Therefore, in the present embodiment, the upper end of the electrode plate 28 is not submerged in the electrolytic bath, or the depth at which it is submerged is minimized, and a partition plate 26 made of insulating ceramics is installed at the lower end of the electrode so that current flows. By narrowing the path of the molten salt as much as possible, the generation of leakage current that tries to pass through the electrode plate 28 is minimized. By adopting an insulating partition plate 26 in the electrolytic cell 20 having the bipolar electrode plate 28 used to reduce the size and cost of the equipment, the leakage current passing under the electrode plate 28 is reduced. Decrease significantly. The partition plate 26 is provided with a through hole 27, which has a small diameter sufficient to allow a small droplet of zinc to pass therethrough, so that the leakage current passing through the metal pool 29 formed at the bottom of the electrolytic cell 20 is also minimal. It becomes. For this reason, in order to increase the number of electrodes per electrolytic cell without lowering the current efficiency, the equipment can be downsized and high productivity can be obtained.

電解によって正極に発生した塩素33は、電解槽20の上蓋24に設けた通気管25を通じて捕集され、選択塩化工程(S2)において再利用することができる。この際、安全のため電解槽20内部の圧力は大気圧よりも僅かに低くしておくことが望ましい。なお、外気が僅かに電解槽20内に侵入して塩素濃度が少々変わっても、前述のとおり、選択塩化工程における塩素の許容濃度範囲が広いため、(1)式の反応への影響は非常に小さく、選択塩化工程に影響を与えることは殆どない。  Chlorine 33 generated in the positive electrode by electrolysis is collected through the vent pipe 25 provided in the upper lid 24 of the electrolytic cell 20, and can be reused in the selective chlorination step (S2). At this time, it is desirable to keep the pressure inside the electrolytic cell 20 slightly lower than the atmospheric pressure for safety. Even if the outside air slightly enters the electrolytic cell 20 and the chlorine concentration is slightly changed, as described above, the allowable concentration range of chlorine in the selective chlorination step is wide, so the influence on the reaction of the formula (1) is extremely high. And has little effect on the selective chlorination step.

溶融塩電解工程(S4)を経て塩化亜鉛濃度の低下した電解浴(電解尾液)は、電解により回収された亜鉛を補給するため吸収槽35に移送され、粗塩化亜鉛の溶解に用いられる。その後、浄液槽19において精製され、再度、電解槽20に供給される。このように、溶融塩は、電解槽20と浄液槽19との間を循環するが、溶融塩は高温のため、既往の亜鉛製錬所の水溶液電解浴に用いるような通常のポンプの使用は極めて困難である。なお、特許文献2の電解槽は高純度塩化亜鉛を対象としており、電解によって消費された塩化亜鉛は補充するだけであって、精製を考慮していないものと思われる。  The electrolytic bath (electrolytic tail solution) whose zinc chloride concentration has been reduced through the molten salt electrolysis step (S4) is transferred to the absorption tank 35 to replenish zinc recovered by electrolysis, and used for dissolving crude zinc chloride. Then, it refine | purifies in the liquid tank 19 and is supplied to the electrolytic cell 20 again. In this way, the molten salt circulates between the electrolytic bath 20 and the cleaning bath 19, but since the molten salt is at a high temperature, use of a normal pump such as that used in an aqueous solution electrolytic bath of a conventional zinc smelter is used. Is extremely difficult. Note that the electrolytic cell of Patent Document 2 is intended for high-purity zinc chloride, and zinc chloride consumed by electrolysis is merely replenished, and it is considered that purification is not considered.

そこで、高温の溶融塩を循環させる、できるだけ低コストの方法の一例として、図5に示すようなガスによるリフトアップ方法を考案した。図5は、低位置側の浴槽に収容された電解浴としての溶融塩を高位置側の浴槽に移送するための装置の模式図である。溶融塩移送装置40は、低い位置にある浴槽45から高い位置にある浴槽46に液体状の溶融塩を移送するための装置であり、浴槽45、46間には移送管43が配置されている。低い位置にある浴槽45には溶融塩が収容されており、この溶融塩に浸るように移送管43の下端が配置されている。また、この浴槽45には、移送管43の下端にガスを吹き込むためのガス吹き込み管41が配置されている。ガス吹き込み管41から吐出されたガス(気泡)47は、移送管43を通って浮上する。移送管43の上端は、高い位置にある浴槽46内に向けて配置され、浴槽46に溶融塩を注ぎ込むことができるようになっている。  Therefore, a gas lift-up method as shown in FIG. 5 has been devised as an example of a low-cost method for circulating a high-temperature molten salt. FIG. 5 is a schematic view of an apparatus for transferring molten salt as an electrolytic bath accommodated in a low-position side bath to the high-position side bath. The molten salt transfer device 40 is a device for transferring a liquid molten salt from a lower tub 45 to a higher tub 46, and a transfer pipe 43 is disposed between the tubs 45, 46. . The molten salt is accommodated in the bathtub 45 in the lower position, and the lower end of the transfer pipe 43 is disposed so as to be immersed in the molten salt. The bathtub 45 is provided with a gas blowing pipe 41 for blowing gas into the lower end of the transfer pipe 43. The gas (bubbles) 47 discharged from the gas blowing pipe 41 floats through the transfer pipe 43. The upper end of the transfer pipe 43 is arranged in the bathtub 46 at a high position so that the molten salt can be poured into the bathtub 46.

溶融塩移送装置40は、移送管43の下端からガスを吹き込むことによって、ガス(気泡)47が浮上する際に液体を押し上げる現象を利用したものであり、日常生活では金魚の水槽等に簡易な水循環装置として使われるものと同じ原理である。上方から下方への移送は重力による自然流下により、下方から上方への移送はガスによるリフトアップという簡易かつ低コストな方法による。溶融塩電解工程(S4)が行われる電解浴槽と溶融塩生成工程(S3)で用いられる浴槽が高低差を設けて配置されている場合において、高位置側の浴槽と低位置側の浴槽との間における溶融塩の循環を可能にするものである。なお、本発明の適用において、溶融塩の循環方法が図5に示される方法に限られないことは言うまでもない。  The molten salt transfer device 40 utilizes a phenomenon in which gas is blown from the lower end of the transfer pipe 43 to push up the liquid when the gas (bubble) 47 rises. It is the same principle used as a water circulation device. Transfer from the top to the bottom is by a natural flow due to gravity, and transfer from the bottom to the top is by a simple and low-cost method such as lift-up by gas. In the case where the electrolytic bath in which the molten salt electrolysis step (S4) is performed and the bathtub used in the molten salt generation step (S3) are arranged with a height difference, there is a difference between the high-position side bathtub and the low-position side bathtub. It is possible to circulate the molten salt between them. Needless to say, in the application of the present invention, the molten salt circulation method is not limited to the method shown in FIG.

ここで、選択塩化工程(S2)から溶融塩電解工程(S4)までの実験例について述べる。図6に示す石英製の装置62の石英製多孔質板64上に100g程度の水洗後の電炉ダスト61を装入し、空気を流しながら昇温したところ、温度が1000℃に達しても特段の変化は見られなかったが、流す空気に塩素ガスを50%程度混合したところ、直後から顕著な変化が現れた。すなわち、電炉ダスト61から煙のようなものが立ち上ることが確認され、この煙状のものは反応容器62の上部の低温部にて液体となって反応容器62の内側に液滴として付着する。液滴がある程度の量になると石英製の冷却凝集管65に流れていき、そこで凝固する。未反応の電炉ダストが十分にある状態では、排気には塩素は殆ど検出されない。冷却凝集管65に捕集されたものは、黄褐色に着色した粗塩化亜鉛である。着色の原因は、不純物である塩化鉄の色と考えられる。一方、多孔質板64上に残った残渣は、本来の電炉ダストの色である茶褐色から黒色に近い色に変化した。  Here, experimental examples from the selective chlorination step (S2) to the molten salt electrolysis step (S4) will be described. When about 100 g of water-washed electric furnace dust 61 is placed on the quartz porous plate 64 of the quartz device 62 shown in FIG. 6 and the temperature is raised while flowing air, even if the temperature reaches 1000 ° C. However, when about 50% of chlorine gas was mixed with the flowing air, a remarkable change appeared immediately after. That is, it is confirmed that smoke such as smoke rises from the electric furnace dust 61, and this smoky thing becomes liquid at the low temperature portion at the top of the reaction vessel 62 and adheres as droplets to the inside of the reaction vessel 62. When the amount of droplets reaches a certain level, it flows into the cooling aggregation tube 65 made of quartz and solidifies there. In the state where there is enough unreacted electric furnace dust, almost no chlorine is detected in the exhaust. What is collected in the cooling aggregation tube 65 is crude zinc chloride colored yellowish brown. The cause of coloring is considered to be the color of iron chloride, which is an impurity. On the other hand, the residue remaining on the porous plate 64 changed from a brown color, which is the original color of the electric furnace dust, to a color close to black.

ところで、特許文献1はジンクフェライトを用いての800℃の実験のみに基づいているが、この温度が最適とは限らないので適当な反応温度を探索する必要がある。そこで、温度を変えて塩化実験を行ったところ、700℃未満では反応速度が不十分で未反応物が残った。反応速度は温度を高くするほど速くなるが、1000℃を超えると頭打ちになり、1100℃以上では反応管の保温が困難になり、耐火物の耐久性も低下する。本塩化反応は吸熱性であるために部分的には最適温度を超える温度が求められることもあるので、本発明を産業上利用する際には、反応温度は700〜1100℃の間が望ましい。実験的な検討によれば、700〜1100℃の範囲であれば、それらのバランスの範囲にあり、装置や操業の条件に応じて選択することができる。  By the way, although patent document 1 is based only on the 800 degreeC experiment using a zinc ferrite, since this temperature is not necessarily optimal, it is necessary to search for suitable reaction temperature. Therefore, when the temperature was changed and the chlorination experiment was conducted, the reaction rate was insufficient at less than 700 ° C., and unreacted substances remained. The reaction rate increases as the temperature increases, but reaches a peak when the temperature exceeds 1000 ° C., and if it exceeds 1100 ° C., it becomes difficult to keep the reaction tube warm, and the durability of the refractory decreases. Since this chlorination reaction is endothermic, a temperature exceeding the optimum temperature may be required in part. Therefore, when the present invention is industrially used, the reaction temperature is preferably between 700 and 1100 ° C. According to experimental examination, if it is the range of 700-1100 degreeC, it exists in the range of those balances, and can be selected according to the conditions of an apparatus or operation.

得られた粗塩化亜鉛を分析したところ、鉄が約0.5%含まれている外に鉛やカドミウムが最大3%程度含まれていた。一方、残渣は大部分が酸化鉄である。亜鉛が0.5%程度含まれていたが、鉛やカドミウムは検出されなかった。残りの成分は珪素やアルミニウム等の土壌構成元素であり、鉄が50%以上含まれる酸化物なので、鉄鉱石よりはやや品位が低いものの無償であれば電炉等の鉄源として活用できる。  When the obtained crude zinc chloride was analyzed, it contained about 0.5% of lead and cadmium in addition to about 0.5% of iron. On the other hand, most of the residue is iron oxide. About 0.5% zinc was contained, but lead and cadmium were not detected. The remaining components are soil constituent elements such as silicon and aluminum, and are oxides containing 50% or more of iron. Therefore, although they are slightly lower in quality than iron ore, they can be used as iron sources for electric furnaces if they are free of charge.

実験により得られた黄褐色の粗塩化亜鉛に塩化ナトリウムを質量比で10%程度混合・溶融した溶融塩に400℃以下の温度で亜鉛粉末を加えて撹拌することにより、黒色の沈澱が生じ、溶融塩は無色透明になった。黒色沈澱には鉛とカドミウムが含まれていた。この無色透明な溶融塩を電解浴として、石英製の電解装置の中で黒鉛電極を用いて約450℃で電解することにより99.9%を超える純度の金属亜鉛を得た。尚、電解浴の精製を十分に行えば99.99%以上の純度の金属亜鉛が得られることが確認されている。  By adding and stirring zinc powder at a temperature of 400 ° C. or less to a molten salt obtained by mixing and melting sodium chloride in a tan brown crude zinc chloride obtained by an experiment with a mass ratio of about 10%, a black precipitate is produced. The molten salt became colorless and transparent. The black precipitate contained lead and cadmium. Using this colorless and transparent molten salt as an electrolytic bath, electrolysis was performed at about 450 ° C. using a graphite electrode in a quartz electrolytic device to obtain metallic zinc having a purity exceeding 99.9%. In addition, it has been confirmed that zinc zinc having a purity of 99.99% or more can be obtained if the electrolytic bath is sufficiently purified.

本発明は、電炉ダストのみに限られることなく、(ア)亜鉛を塩化物として含む廃棄物、(イ)化学産業で含塩素有機化合物からの脱塩素工程で排出される塩化亜鉛を含有する廃棄物、(ウ)亜鉛を酸化物として含む廃棄物にも適用することができる。とくに、(ウ)については選択塩化工程から適用することもできる。  The present invention is not limited to electric furnace dust, but (a) waste containing zinc as a chloride, and (b) waste containing zinc chloride discharged in a dechlorination step from a chlorine-containing organic compound in the chemical industry. This can also be applied to wastes containing (c) zinc as an oxide. In particular, (c) can also be applied from the selective chlorination step.

溶融塩電解工程(S3)については、選択塩化工程(S2)で得られた塩化物に替えて、他の工業プロセスから排出される亜鉛を主として塩化物の形で含む廃棄物を用いてもよい。塩化物系廃棄物を溶融塩電解法に適用することによって、選択塩化工程で不足する塩素を補う効果も得られる。  For the molten salt electrolysis step (S3), instead of the chloride obtained in the selective chlorination step (S2), waste containing zinc discharged mainly from other industrial processes in the form of chloride may be used. . By applying the chloride-based waste to the molten salt electrolysis method, the effect of supplementing the chlorine deficient in the selective chlorination step can be obtained.

本発明は、多くの不純物を含む複雑系である実際の電炉ダストや塩化亜鉛系廃棄物などの亜鉛を含有する廃棄物に適用することができ、当該廃棄物から高純度の金属亜鉛を回収することができる。  INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be applied to waste containing zinc such as actual electric furnace dust and zinc chloride waste that is a complex system containing many impurities, and recovers high-purity metallic zinc from the waste. be able to.

11 水洗装置
12 排気口
13 加熱装置
14 加熱装置(電熱加熱)
15 電熱ヒーター
16 石英
17 塩化炉
18 凝縮槽
19 浄液槽
20 電解槽
21 汲み出し口
22 電解槽本体
23 排出口
24 上蓋
25 通気管
26 仕切り板
27 貫通孔
28 電極板
28a 左端に配置される電極板
28b 右端に配置される電極板
29 メタルプール
30a 黒鉛正極への導電線
30b 黒鉛負極への導電線
31 塩化亜鉛を含む溶融塩電解浴
32 液体亜鉛
33 塩素
35 吸収槽
40 溶融塩移送装置
41 ガス吹き込み管
42 気泡
43 移送管
44 吐出された溶融塩
45 低位置にある浴槽
46 高位置にある浴槽
47 ガス(気泡)
60 装置
61 電炉ダスト
62 石英製反応容器
63 加熱装置
64 石英製多孔質板
65 石英製冷却凝集管
11 Flushing device 12 Exhaust port 13 Heating device 14 Heating device (electric heating)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 15 Electric heater 16 Quartz 17 Chlorination furnace 18 Condensation tank 19 Purifying tank 20 Electrolysis tank 21 Pumping out port 22 Electrolytic tank main body 23 Outlet 24 Upper cover 25 Vent pipe 26 Partition plate 27 Through-hole 28 Electrode plate 28a Electrode plate arrange | positioned at the left end 28b Electrode plate 29 arranged at right end Metal pool 30a Conductive wire 30b to graphite positive electrode Conductive wire 31 to graphite negative electrode 31 Molten salt electrolytic bath 32 containing zinc chloride Liquid zinc 33 Chlorine 35 Absorption tank 40 Molten salt transfer device 41 Gas injection Pipe 42 Bubble 43 Transfer pipe 44 Discharged molten salt 45 Bath 46 in low position Bath 47 in high position Gas (bubble)
60 Apparatus 61 Electric furnace dust 62 Quartz reaction vessel 63 Heating apparatus 64 Porous quartz plate 65 Quartz cooling aggregation tube

Claims (9)

亜鉛を含有する廃棄物から亜鉛を回収する方法であって、
塩化ガスと前記廃棄物のそれぞれを所定の温度まで予め加熱する昇温工程と、
所定の温度まで昇温された前記塩化ガスと前記廃棄物とを反応させることにより、吸熱反応である亜鉛分の選択塩化反応を持続的に行わせて粗塩化亜鉛蒸気を生成する選択塩化工程と、
当該粗塩化亜鉛蒸気を凝縮して粗塩化亜鉛を得た後、当該粗塩化亜鉛を精製して溶融塩を得る溶融塩生成工程と、
前記溶融塩を電解浴として電解することにより亜鉛を析出させる溶融塩電解工程とを備えることを特徴とする亜鉛含有廃棄物からの亜鉛の回収方法。
A method for recovering zinc from waste containing zinc,
A temperature raising step of preheating each of the chloride gas and the waste to a predetermined temperature;
A selective chlorination step of reacting the chlorinated gas heated to a predetermined temperature with the waste to cause a selective chlorination reaction of zinc as an endothermic reaction to generate crude zinc chloride vapor; ,
After the crude zinc chloride vapor is condensed to obtain crude zinc chloride, a molten salt production step for obtaining the molten salt by refining the crude zinc chloride;
A method for recovering zinc from zinc-containing waste, comprising a molten salt electrolysis step of depositing zinc by electrolyzing the molten salt as an electrolytic bath.
前記昇温工程に先立って、前記廃棄物中に主として塩化物として含まれているアルカリ金属ならびに水溶性の他の化合物を水洗除去することを特徴とする請求項1記載の亜鉛含有廃棄物からの亜鉛の回収方法。  Prior to the temperature raising step, the alkali metal and other water-soluble compounds mainly contained as chlorides in the waste are washed away with water. Zinc recovery method. 前記昇温工程は、前記塩化ガスを電熱で加熱することにより酸素分圧の低下を抑制しながら昇温することを特徴とする請求項1または2記載の亜鉛含有廃棄物からの亜鉛の回収方法。  The method for recovering zinc from zinc-containing waste according to claim 1 or 2, wherein the temperature raising step is performed by heating the chloride gas with electric heat while suppressing a decrease in oxygen partial pressure. . 前記溶融塩電解工程は、電解浴としての溶融塩を収容する電解浴槽本体と、径の小さな貫通孔が複数設けられ当該電解浴槽本体の所定の高さ位置に略水平に組み込まれる絶縁性の仕切り板と、前記仕切り板の上面に傾斜して配置される複数のバイポーラ型の電極板とを有する電解浴槽を用いるものとし、電解により析出された亜鉛を前記貫通孔を通過させて前記仕切り板の下側に溜めることを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載の亜鉛含有廃棄物からの亜鉛の回収方法。  The molten salt electrolysis step includes an electrolytic bath main body that stores molten salt as an electrolytic bath, and an insulating partition that is provided with a plurality of small-diameter through-holes and is incorporated substantially horizontally at a predetermined height position of the electrolytic bath main body. An electrolytic bath having a plate and a plurality of bipolar-type electrode plates disposed on the upper surface of the partition plate, and the zinc deposited by electrolysis is allowed to pass through the through-hole and the partition plate The method for recovering zinc from zinc-containing waste according to any one of claims 1 to 3, wherein the zinc is stored at a lower side. 前記昇温工程は、前記塩化ガスと前記廃棄物のそれぞれを選択塩化反応が生じる700℃以上1100℃以下の温度に達するまで昇温することを特徴とする請求項1から4のいずれか1項に記載の亜鉛含有廃棄物からの亜鉛の回収方法。  5. The temperature raising step raises the temperature of each of the chlorinated gas and the waste until reaching a temperature of 700 ° C. or higher and 1100 ° C. or lower at which a selective chlorination reaction occurs. A method for recovering zinc from zinc-containing waste as described in 1. 前記溶融塩生成工程における粗塩化亜鉛の精製は、前記粗塩化亜鉛に対して支持塩を加えることにより前記粗塩化亜鉛の粘度を下げつつ導電率を高めたうえで、還元剤を加えることにより亜鉛よりも貴な金属を還元・除去することを特徴とする請求項1から5のいずれか1項に記載の亜鉛含有廃棄物からの亜鉛の回収方法。  The purification of the crude zinc chloride in the molten salt production step is performed by adding a supporting salt to the crude zinc chloride to increase the conductivity while reducing the viscosity of the crude zinc chloride, and then adding a reducing agent to the zinc. The method for recovering zinc from zinc-containing waste according to any one of claims 1 to 5, wherein a more noble metal is reduced and removed. 前記還元剤として亜鉛粉末を用いること、または、前記還元剤として亜鉛粉末とマグネシウム粉末とを適宜混合したものを用いることを特徴とする請求項6記載の亜鉛含有廃棄物からの亜鉛の回収方法。  The method for recovering zinc from a zinc-containing waste according to claim 6, wherein zinc powder is used as the reducing agent, or zinc powder and magnesium powder are appropriately mixed as the reducing agent. 前記支持塩として塩化ナトリウム等のアルカリ塩化物あるいはアルカリ土類塩化物を用いること、特に、塩化ナトリウムを支持塩とする場合には当該塩化ナトリウムの含有量を質量比で3〜46%の組成範囲とし前記溶融塩電解工程における電解温度を420〜550℃の範囲とすることを特徴とする請求項6または7記載の亜鉛含有廃棄物からの亜鉛の回収方法。  Use of an alkali chloride or alkaline earth chloride such as sodium chloride as the supporting salt, particularly when sodium chloride is used as the supporting salt, the content of sodium chloride is a composition range of 3 to 46% by mass ratio. The method for recovering zinc from zinc-containing waste according to claim 6 or 7, wherein the electrolysis temperature in the molten salt electrolysis step is in the range of 420 to 550 ° C. 前記溶融塩電解工程が行われる電解浴槽と前記溶融塩生成工程で用いられる浴槽が高低差を設けて配置されている場合において、高位置側の浴槽と低位置側の浴槽とを結ぶ移送管の下端部側からガスを吹き込むことによって、低位置側の浴槽に収容された溶融塩を高位置側の浴槽に移送することを特徴とする請求項1から8のいずれか1項に記載の亜鉛含有廃棄物からの亜鉛の回収方法。  In the case where the electrolytic bath in which the molten salt electrolysis step is performed and the bathtub used in the molten salt generation step are arranged with a height difference, a transfer pipe connecting the high-position side bathtub and the low-position side bathtub The zinc-containing material according to any one of claims 1 to 8, wherein the molten salt contained in the low-position side bathtub is transferred to the high-position side bathtub by blowing gas from the lower end side. How to recover zinc from waste.
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