JP3580074B2 - アルミニウムドロス残灰の処理方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
アルミニウム溶解工程等で生成されるアルミニウムドロスの処理方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
通常アルミニウムの製造工程では、溶解炉におけるアルミニウムの溶解時や保持炉において、残留アルミニウム、アルミニウムの酸化物、窒化物、塩化物等を含んだアルミニウムドロスが生成される。
このアルミニウムドロスは、再度回転羽根式のしぼり機等により、さらに４０％程度のアルミニウム成分の回収がなされて、残留金属アルミニウムを５０重量％以下、一般には３０重量％程度含むアルミニウムドロス残灰とされたのち、産業廃棄物として廃棄処理されることが殆どであるが、このアルミニウムドロス残灰中に残存する窒化アルミニウム等が水と反応し、
ＡｌＮ＋３Ｈ_２Ｏ → ＡＬ（ＯＨ）_３ ＋ＮＨ_３
で表わされるように、室温のもとで湿気、雨水等の水分により加水分解してアンモニアを発生し、悪臭等の公害を生じることから、その無公害化処理ならびに再利用が種々検討されている。
【０００３】
そこで、本発明者等は、先に上記アルミニウムドロス残灰を１０００℃以上の温度範囲で加熱処理することにより、残留金属アルミニウムを、
２Ａｌ＋３／２・Ｏ_２ → Ａｌ_２Ｏ_３
で表されるように、酸化してアルミナとし、かつ窒化アルミニウムも、
２ＡｌＮ＋３／２・Ｏ_２ → Ａｌ_２Ｏ_３ ＋Ｎ_２
で表されるようにアルミナと窒素ガスに化学変化させるとともに、上記塩素成分を効率的に気化して除去することにより、上記アルミニウムドロス残灰を無公害化処理することができるとの知見を得た。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、アルミニウムドロス残灰は比較的細かい粒子であって、金属アルミニウムを含んだ酸化物粒子と回収できなかった金属アルミニウム粒子とによって構成されており、上記金属アルミニウムの含有量は、上述したように高い場合には４０％以上残存している。
このため、上記アルミニウムドロス残灰を回転炉内においてゆっくり回転させながら、上述したような高い温度範囲で加熱処理を行なおうとすると、金属アルミニウムを含んだ粒子が互いに溶着し、結果的に大きな粒状の焼結体を生じようとし、この大きな塊が数センチの厚さで上記回転炉の内壁面のほぼ全周にわたって付着してしまうという現象をみた。
【０００５】
そして、加熱処理終了後にこの塊を突き棒によって崩して調査したところ、上記塊は、その表面部が溶融金属アルミニウムが酸化され、急激に温度が上昇して半溶融した固い緻密なアルミナ主体の焼結層で覆われてしまっており、この結果上記塊の内部においては、この緻密な表面層によって、金属アルミニウムおよび窒化アルミニウムが充分酸化されず残存してしまうとともに、塩化物も気化されずに残存していることが認められ、よって上記加熱処理によっては、所望の無害化処理を円滑に行なうことが難しいという結論をみた。
【０００６】
そこで、本発明者等は、上記アルミニウムドロス残灰を加熱処理する際に、回転炉内に、当該アルミニウムドロス残灰とともに破砕用のボールを投入し、一緒に加熱処理したところ、アルミニウムドロスの固形化を防止したり、あるいは生成した固形物ないし回転炉の内壁面に付着したアルミニウムドロスの破砕に、一定の効果が得られた。
ところが、上記処理方法においては、ボールとして耐熱性を有し、かつ化学的に安定なものを使用する必要がある。このため、先ず、上記破砕用のボールとして、アルミナを主体とするボールを用いたところ、上記加熱温度において極めて割れ易いという問題点を生じた。そこで、上記ボールとして窒化ケイ素（ＳｉＮ）性のものを用いたところ、摩耗が生じるとともに、高価であるために不経済であるという問題点を生じた。
【０００７】
加えて、ボールによって破砕する場合には、当該ボールが大きいと、重量が嵩むうえに、アルミニウムドロス残灰に対する接触面積が相対的に小さく、かつ接触が大きな鈍角となって全体的に破砕を行うことが難しく、反面上記ボールが小さいと、アルミニウムドロス残灰に対する接触角度がより小さくなるとともに、全体としての接触面積が増加するものの、各ボールの重量が小さくなって個々のボールによる充分な破砕を行うことが難しくなるため、ボールの径および重量の選択が極めて難しいことが判明した。
さらに、上記加熱と並行して破砕を行なうと、焼成により得られたアルミナが微細粒子化して、バーナの火炎により飛散し、排気ダクトから排出されてフィルタ等に捕集される等、その回収率が低下するという問題点もあった。
【０００８】
本発明は、このような従来のアルミニウムドロス残灰の処理方法が有する課題を有効に解決すべくなされたもので、簡易な方法で、効率的かつ確実にアルミニウムドロス残灰中に含まれる金属アルミニウムおよび窒化アルミニウムを酸化するとともに、塩化物も気化させることができて当該アルミニウムドロス残灰の無害化処理を行なうことが可能となるアルミニウムドロス残灰の処理方法を提供することを目的とするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の本発明に係るアルミニウムドロス残灰の処理方法は、アルミニウムドロス残灰を、加熱バーナによって１０００℃以上の温度範囲で焼成して、上記アルミニウムドロス残灰中の残留金属アルミニウムを酸化するとともに、窒素成分および塩素成分を除去するに際して、回転炉内に焼成した後の上記アルミニウムドロスの一部を残留させ、これに新たなアルミニウムドロス残灰を加えて焼成することを特徴とするものである。なお、ここで回転炉とは、バッチ式に焼成処理する回転炉および連続的に焼成処理するロータリーキルンの双方を含むものである。
【００１０】
この際に、請求項２に記載の発明は、予め新たなアルミニウムドロス残灰と、焼成後のアルミニウムドロスとを混合した後に、上記回転炉内に投入することを特徴とするものである。
また、請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の発明において、残留金属アルミニウムの平均含有量が１０％以下になるように、新たな上記アルミニウムドロス残灰と焼成後の上記アルミニウムドロスとを混合して焼成することを特徴とするものである。
【００１１】
また、請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれかに記載の発明において、上記焼成後のアルミニウムドロスに、新たなアルミニウムドロス残灰を加えて行う焼成を連続的に繰り返すことを特徴とするものであり、さらに請求項５に記載の発明は、上記請求項１〜４のいずれかに記載のアルミニウムドロス残灰が、５０重量％以下の金属アルミニウムを含むことを特徴とするものである。
【００１２】
請求項１ないし５のいずれかに記載のアルミニウムドロス残灰の処理方法にあっては、回転炉内に焼成した後のアルミニウムドロスの一部を残留させ、これに新たなアルミニウムドロス残灰を加えて焼成することにより、これらが回転炉内で攪拌され、焼成後のアルミニウムドロスが固形流動物として新たなアルミニウムドロス残灰の間に入り込んで焼成が行われるために、新たなアルミニウムドロス残灰中の金属アルミニウムを含んだ粒子が互いに溶着するのを防止して、大きな粒状の焼結体を生じることが妨げられる。
この結果、新たなアルミニウムドロス残灰を、内部に至るまでその焼成効率を上昇させることができ、よって効率的かつ確実に金属アルミニウムおよび窒化アルミニウムを酸化するとともに、塩化物も気化させることができる。加えて、残留しているアルミニウムドロスについては、いわゆる２次焼成されることになるために、上述した焼成による無害化効果を一層促進させることができる。
【００１３】
このように、本発明に係るアルミニウムドロス残灰の処理方法によれば、簡易な方法で、効率的かつ確実にアルミニウムドロス残灰中に含まれる金属アルミニウムおよび窒化アルミニウムを酸化するとともに、塩化物も気化させることができ、よって当該アルミニウムドロス残灰を無害化して、セメントの原材料や骨材として再利用を図ることが可能になる。
ここで、上述した新たなアルミニウムドロス残灰と焼成後のアルミニウムドロスとの混合は、回転炉内に焼成後のアルミニウムドロス残灰を残留させて、これに新たなアルミニウムドロス残灰を投入した後に、当該回転炉内において混合してもよく、あるいは請求項２に記載の発明のように、予め新たなアルミニウムドロス残灰と、焼成後のアルミニウムドロスとを混合した後に、上記回転炉内に投入してもよい。
【００１４】
この際に、新たに加えるアルミニウムドロス残灰の量に対して、回転炉内にどの程度の量の焼成後アルミニウムドロスを残留させるかは、主として新たに投入するアルミニウムドロス残灰中に含まれる残留金属アルミニウムの量との関係によって決定されるものである。ちなみに、本発明者等による各種の実験によれば、残留金属アルミニウムの平均含有量が１０％以下になるように、新たな上記アルミニウムドロス残灰と焼成後の上記アルミニウムドロスとを混合して焼成すれば好適であることが判明した。すなわち、回転炉から取り出される処理後のアルミニウムドロス中における１０ｍｍ以上の粒子は、当該粒子内に未焼成の芯部分が残存している可能性が高いので、破砕後に再焼成の必要がある。この点、請求項３に記載の発明によれば、当該処理後のアルミニウムドロス中における１０ｍｍ以下の粒子の量を、全体の量の約１／２以上にすることができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明に係るアルミニウムドロス残灰の処理方法の一実施形態を行なうための処理装置を示すもので、図中符号１がアルミニウムドロス残灰の処理装置を示すものである。
この処理装置１は、アルミニウムドロス残灰Ｄが投入されるとともに、このアルミニウムドロス残灰Ｄを攪拌しつつ加熱するロータリーキルン（回転炉）２と、未処理のアルミニウムドロス残灰Ｄが貯留されるとともに、このアルミニウムドロス残灰Ｄを、ロータリーキルン２にその一端側から投入するドロス残灰ホッパー３と、ロータリーキルン２の他端側に配設され、その内部を加熱する酸素バーナ（バーナ）４と、この酸素バーナ４に燃料油および酸素を送る供給設備５と、前記酸素バーナ４およびロータリーキルン２の他端部開口部を覆って配置された回収ボックス６とによって概略構成されたものであり、上記ロータリーキルン２は、耐熱煉瓦によって構成された炉壁が鉄板によって覆われている。
【００１６】
上記ロータリーキルン２は、一端側が上方となるように所定角度で傾斜して設けられており、この傾斜と軸線回りの回転に伴って、一端側から投入されたアルミニウムドロス残灰Ｄを攪拌するとともに、他端側へ向けて搬送するようになっている。また、ロータリーキルン２の他端側には、排気ダクト７が連設されている。
なお、図中符号８は、上記ロータリーキルン２を回転させるためのモータであり、このモータ８によって、上記ロータリーキルン２は、通常の加熱時に約０．１ｒｐｍで回転駆動され、さらに酸素バーナ４によって内部の加熱雰囲気が１２００℃以上の温度に昇温した後に、１０ｒｐｍ程度の高速回転あるいは０．２ｒｐｍ程度の低速保持回転数で回転駆動されるようになっている。また、符号１０は、焼成後のアルミニウムドロスを再びロータリーキルン２内に投入するための、ホッパーである。
【００１７】
次いで、このように構成された処理装置１の作用とともに本発明のアルミニウムドロス残灰の処理方法の一実施形態について説明する。
まず、予めロータリーキルン２内において焼成した後のアルミニウムドロスの一部を、当該ロータリーキルン２内に残留させるか、あるいは焼成したアルミニウムドロスの全量を一旦ロータリキルン２から回収し、その一部をホッパー１０から再びロータリーキルン２内に導入し、さらにドロス残灰ホッパー３より新たなアルミニウムドロス残灰Ｄを投入した後に、ロータリーキルン２を軸回りに０．１ｒｐｍ程度で回転させつつ、酸素バーナ４によって内部を昇温させて行く。そして、ロータリーキルン２内の温度が１２００℃になったところで、上記回転数を０．２ｒｐｍ程度の一定の回転速度に保持することによって、内部のアルミニウムドロス残灰を焼成する。なお、要すれば、この低速回転数で保持する前に、一旦１０ｒｐｍ程度の高速回転で内部のアルミニウムドロスを攪拌する。
【００１８】
これにより、内部のアルミニウムドロス残灰は、高温の雰囲気中においてゆっくりと攪拌されつつ焼成される。この際に、新たなアルミニウムドロス残灰Ｄは、焼成後の残留アルミニウムドロスとともにロータリーキルン２の回転によって上方へ掻き上げられたのちに落下させられる操作を繰り返し受けて攪拌される。これにより、焼成後のアルミニウムドロスが固形流動物として新たなアルミニウムドロス残灰Ｄの間に流動的に介在されつつ上記焼成が行われる。この結果、新たなアルミニウムドロス残灰中の残留金属アルミニウムを含んだ粒子が互いに溶着するのを防止して、大きな粒状の焼結体を生じることが妨げられる。また、当該残留アルミニウムドロスは、新たなアルミニウムドロス残灰とともに再び焼成され、無害化効果が一層促進される。
【００１９】
このようにして、上記加熱雰囲気中において、アルミニウムドロス残灰は、その残留アルミニウムおよび窒化アルミニウムの酸化および塩化物の気化が効率的かつ確実に促進されつつ、ロータリーキルン２の傾斜によって順次他端側へ送り込まれてゆく。
そして、上記加熱が完了した後に、以上の加熱処理によりロータリーキルン２の他端部まで搬送されたアルミニウムドロス残灰Ｄは、αーアルミナとスピネルとになる。このようにして焼成されたアルミニウムドロスは、その一部が上記ロータリーキルン２内に残留され、他の部分がロータリーキルン２から回収ボックス６へ落とし込まれて回収され、無害化処理されるとともに、例えばセメントの酸化アルミニウム原料や骨材等として再利用される。
次いで、焼成された上記アルミニウムドロスの一部が残存するロータリーキルン２内に、新たなアルミニウムドロス残灰Ｄを加えて投入し、繰り返し上述した焼成を行う。
【００２０】
以上のように、上記アルミニウムドロス残灰の処理方法によれば、ロータリーキルン２を用いてアルミニウムドロス残灰Ｄを焼成処理する際に、残留アルミニウムの酸化が発生する１０００℃以上の上記加熱雰囲気において、上記ロータリーキルン２内に焼成した後のアルミニウムドロスの一部を残留させ、これに新たなアルミニウムドロス残灰Ｄを加えて焼成しているので、新たなアルミニウムドロス残灰中の金属アルミニウムを含んだ粒子が互いに溶着するのを防止して、大きな粒状の焼結体を生じることを防止することができる。
【００２１】
この結果、新たなアルミニウムドロス残灰を、内部に至るまでその焼成効率を上昇させることができ、よって効率的かつ確実に金属アルミニウムおよび窒化アルミニウムを酸化するとともに、塩化物も気化させることができる。加えて、残留しているアルミニウムドロスについては、いわゆる２次焼成されることになるために、上述した焼成による無害化効果を一層促進させることができる。
なお、上記焼成においては、予め新たなアルミニウムドロス残灰と、焼成後にロータリーキルン２から取り出した上記アルミニウムドロスとの一部を混合した後に、これらをホッパー３または１０から上記ロータリーキルン２内に投入してもよい。
【００２２】
【実施例】
図１に示す処理装置を用いて、アルミニウムドロス残灰の加熱処理、すなわち焼成を行なった。ここで、アルミニウムドロス残灰として、本発明に係る実施例としては、いずれも平均粒径が１ｍｍ以下で、残留金属アルミニウムの含有量が３０％のものを用いた。また、比較例としては、残留金属アルミニウムの含有量がこれよりも低い１０％のものを用いた。
先ず、本発明に係るアルミニウムドロスの処理方法の第１の実施例として、図２に示すように、ロータリーキルン内に、一旦焼成された残留アルミニウムドロスに対して、その約１／５の量の新たなアルミニウムドロス残灰を投入して、同図に示す条件により焼成を行ったところ、目視において炉壁への付着も見られず、かつ処理後のアルミニウムドロスのほぼ全部が１０ｍｍ以下の細かい粒子となる良好な無害化処理を行うことができた。
【００２３】
次いで、新たに投入するアルミニウムドロス残灰の量と、焼成後の残留アルミニウムドロスの量との比を、約１：２になるようにして、両者を焼成したところ、同様に目視において炉壁への付着がなく、かつその１／２以上が１０ｍｍ以下の細かい粒子となる良好な無害化処理を行うことができた。
これに対して、焼成後の残留アルミニウムドロスに新たに投入するアルミニウムドロス残灰を、約１：１の比率になるように投入して、両者を焼成したところ、逆に処理後のアルミニウムドロスにおける１０ｍｍ以上の粒子が、１０ｍｍ以下の粒子の約２倍含まれており、充分な焼成を行うことができなかった。この結果、残留金属アルミニウムの含有量が３０％以上のアルミニウムドロス残灰の処理を行う場合には、残留させる焼成後アルミニウムドロスの量を、より増加させる必要があることが判明した。
【００２４】
次に、本発明に係るアルミニウムドロスの処理方法の量産化の実施例として、図２に示したものと同様の３種類の比率で、焼成後の残留アルミニウムドロスに新たなアルミニウムドロス残灰を投入する焼成を、連続して２チャージまたは３チャージ行った。図３は、この実験結果を示すものである。また、この実験においては、各チャージにおいて１２００℃に昇温した後に、１０分間ロータリーキルンを１０ｒｐｍの高速回転させて両者の攪拌を行った。
同図から、新たなアルミニウムドロス残灰と残留アルミニウムドロスとの比率が約１：５の場合は、同様に炉壁への付着がなく、かつ処理後におけるアルミニウムドロスのほぼ全部が１０ｍｍ以下の粒子となる良好な焼成が行われたことが判る。また、上記比率が約１：２の場合においても、ほぼ良好な焼成が行われ、特に連続して行った場合に、経時的に焼成効果が向上することが判明した。さらに、上記比率が約１：１の場合においても、温度上昇後の高速回転による攪拌の効果により、ほぼ良好な焼成を行うことができ、量産化が可能であることが判明した。
【００２５】
次いで、比較例として、図４に示すように、上記実施例よりも処理条件のよい残留金属アルミニウムの含有量が１０％のアルミニウムドロス残灰のみを、同様のロータリーキルンに１５０ｋｇまたは３００ｋｇ投入して、同様の回転数および加熱温度によって焼成処理を行った。
この結果、同図に見られるように、投入アルミニウムドロス残灰における残留金属アルミニウムの量が、上記第１および第２の実施例の場合と比較して大幅に少ないにも拘らず、いずれの場合も目視により炉壁への付着が多く見られるとともに、処理後のアルミニウムドロスにあっても１０ｍｍ以上の未焼成と見られる粒子が多く存在しており、充分な焼成処理を行うことが出来なかった。
【００２６】
以上の実験から、本発明に係るアルミニウムドロス残灰の処理方法によれば、一旦焼成された後のアルミニウムドロスに、新たなアルミニウムドロス残灰を投入して焼成することにより、残留アルミニウムおよび窒化アルミニウムの酸化および塩化物の気化を効率的かつ確実に行ない得ることが確認された。
【００２７】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１ないし５のいずれかに記載のアルミニウムドロス残灰の処理方法によれば、回転炉内に焼成した後のアルミニウムドロスの一部を残留させ、これに新たなアルミニウムドロス残灰を加えて焼成することにより、残留アルミニウムドロスが固形流動物として新たなアルミニウムドロス残灰の間に介在されつつ焼成が行われることにより、新たなアルミニウムドロス残灰中の金属アルミニウムを含んだ粒子が互いに溶着するのを防止して、大きな粒状の焼結体を生じることを防止することができるため、新たなアルミニウムドロス残灰を、内部に至るまでその焼成効率を上昇させることができるとともに、残留しているアルミニウムドロスについても、２次焼成されることになるために、よって効率的かつ確実に金属アルミニウムおよび窒化アルミニウムを酸化するとともに、塩化物も気化させることができる。
【００２８】
この際に、特に請求項３に記載の発明のように、残留金属アルミニウムの平均含有量が１０％以下になるように、新たな上記アルミニウムドロス残灰と焼成後の上記アルミニウムドロスとを混合して焼成すれば、処理後のアルミニウムドロス中における１０ｍｍ以下の粒子の量を、全体の量の約１／２以上にすることができ、よって確実に上記焼成効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の方法の一実施形態を実施するための処理装置を示す要部を断面視した概略正面図である。
【図２】本発明に係るアルミニウムドロス残灰の処理方法の第１の実施例を示す図表である。
【図３】本発明に係るアルミニウムドロス残灰の処理方法の第２の実施例を示す図表である。
【図４】比較例の実験結果を示す図表である。
【符号の説明】
１ 処理装置
２ ロータリーキルン（回転炉）
Ｄ アルミニウムドロス残灰

Claims (5)

1. アルミニウムドロス残灰を、加熱バーナによって１０００℃以上の温度範囲で焼成して、上記アルミニウムドロス残灰中の残留金属アルミニウムを酸化するとともに、窒素成分および塩素成分を除去するアルミニウムドロス残灰の処理方法において、
   回転炉内に焼成した後の上記アルミニウムドロスの一部を残留させ、これに新たなアルミニウムドロス残灰を加えて焼成することを特徴とするアルミニウムドロス残灰の処理方法。
2. 予め新たな上記アルミニウムドロス残灰と、焼成後の上記アルミニウムドロスとを混合した後に、上記回転炉内に投入することを特徴とする請求項１に記載のアルミニウムドロス残灰の処理方法。
3. 残留金属アルミニウムの平均含有量が１０％以下になるように、新たな上記アルミニウムドロス残灰と焼成後の上記アルミニウムドロスとを混合して焼成することを特徴とする請求項１または２に記載のアルミニウムドロス残灰の処理方法。
4. 焼成後の上記アルミニウムドロスに、新たな上記アルミニウムドロス残灰を加えて行う焼成を、連続的に繰り返すことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載のアルミニウムドロス残灰の処理方法。
5. 上記アルミニウムドロス残灰は、５０重量％以下の金属アルミニウムを含むことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のアルミニウムドロス残灰の処理方法。

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