JP3760353B2 - 塩化亜鉛と塩化鉛との混合ダストから鉛化合物を分離する方法 - Google Patents
塩化亜鉛と塩化鉛との混合ダストから鉛化合物を分離する方法 Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
主に製鋼煙灰に由来する塩化亜鉛と塩化鉛との混合ダストから、鉛化合物を分離する方法
【０００２】
【従来の技術】
鉄屑を電気炉にて溶解し鋼を製造する時に発生する製鋼煙灰には亜鉛や鉛が含まれている。製鋼煙灰をコークスと共に溶鉱炉または回転炉にて加熱し、亜鉛及び鉛成分を揮発させ、製鋼煙灰に含まれる不揮発性の鉄成分から分離して、亜鉛と鉛の酸化物と塩化物の混合物（粗酸化亜鉛）として回収している。この粗酸化亜鉛には塩素成分やアルカリ成分が含まれており、直接亜鉛製錬原料に使用する事はできず、本粗酸化亜鉛を更に酸化焙焼して、塩素分を含まない酸化亜鉛焼鉱にしている。本粗酸化亜鉛の酸化焙焼では揮発した亜鉛、鉛、カドミウム及びアルカリ（ナトリウム、カリウム）の塩化物をダストとして捕集している。
【０００３】
この塩化物のダストの処理方法としては、希硫酸にて亜鉛、カドミウム及びアルカリ金属成分を溶解し、塩化鉛を硫酸鉛とする方法が知られている。この方法では（１）式の反応で塩化鉛を硫酸鉛にするのであるが、本反応では硫酸が塩化鉛と反応した当量の塩酸が発生し、硫酸と塩酸が一定割合で平衡状態となり、本反応はそれ以上進行しなくなる。このため、塩化鉛を完全に硫酸鉛にするには１段の反応では不可能であり、硫酸による反応を数段に分けて行う必要がる。
ＫＰｂＣｌ3 ＋Ｈ2ＳＯ4 → ＰｂＳＯ4 ＋ＫＣｌ＋２ＨＣｌ （１）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
この反応はｐＨ１以下の強酸性溶液で行うため、１段目の亜鉛水溶液は酸性溶液であり、亜鉛化合物の製造に使用するには中和する必要がある。また鉛、鉄およびアルカリ成分等の不純分の溶解も多く、この溶液を原料として製造した亜鉛化合物の純度はこれら不純物で汚染されている。また製造した硫酸鉛は酸化鉛等への変換は出来ずにその用途は金属鉛製錬の原料に限られている。
２段目以降の水溶液は亜鉛や鉛等重金属を含んだ酸性の排水であり、その中和処理では重金属を含んだ汚泥が発生する問題があり、さらに全工程にて強酸性溶液を取り扱うため、濾過装置の腐食や作業は労働上危険なものである。
本発明は、斯かる欠点なく、塩化亜鉛と塩化鉛との混合ダストから鉛化合物を分離する方法である。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、次の二段階からなる塩化亜鉛と塩化鉛との混合ダストから鉛化合物を分離する方法である。
第一段階：塩化亜鉛と塩化鉛との混合ダストをｐＨ２から４の水溶液中で撹拌して、亜鉛成分を水溶液に溶解し、鉛成分を主体とする固体を濾過分離する。
第二段階：該固体をｐＨ８から１０のアルカリ水溶液中で撹拌して、固体の鉛化合物を濾過分離する。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下本発明を更に詳細に説明する。
(1) 塩化亜鉛と塩化鉛との混合ダスト（混合ダスト）について
該混合ダストとしては、種々の産業上の副生物があるが、実際的には次の揮発物がある。
製鋼煙灰から回収した粗酸化亜鉛は亜鉛５０〜６０％、鉛３〜１０％、カドミウム０．１％、塩素１０％、アルカリ（ナトリウムとカリウムの合計）５％を含み、亜鉛、鉛、カドミウム、アルカリ金属の酸化物と塩化物からなっている。このまま直接亜鉛や鉛の製錬原料にする事はできず、一般に、この粗酸化亜鉛を酸化焙焼して塩化物を揮発除去して酸化亜鉛焼鉱としている。この酸化焙焼では亜鉛、鉛、カドミウム及びアルカリ金属の塩化物が主体である揮発物が発生する。この揮発物は、亜鉛と鉛を各々１０〜２０％、カドミウム約０．３％、アルカリ金属（ナトリウムとカリウム合計）１０〜２０％を含み、主に亜鉛の塩化物と酸化物、鉛塩化物とナトリウム及びカリウムの塩化物の複合塩（ＮａＰｂＣｌ3 、ＫＰｂＣｌ3等）からなっている。この揮発物をこのまま廃棄する事はできず、亜鉛と鉛を分離濃縮して製錬するかまたは化合物の製造原料にする必要があり、本発明の混合ダストとして好ましく使用される。
【０００７】
(2) 操作方法について
第１段階：混合ダストを水でスラリー化した後に、硫酸または塩酸にてｐＨ２から４に調整する事により亜鉛とカドミウムを水溶液に抽出し、濾過により亜鉛成分を主体とした水溶液と、鉛成分を主体とする固体即ち不溶性の塩化鉛とナトリウム及びカリウムの塩化物の複合塩（ＮａＰｂＣｌ3、ＫＰｂＣｌ3等）を主成分とする固体の鉛成分に分離する。ここでｐＨを２から４としたのは２以下にすると鉛や鉄及びアルカリ成分の溶解が始まるためであり、ｐＨ４以上では亜鉛成分の完全な溶解抽出ができなくなるためである。
【０００８】
第２段階：第一段階で得られた鉛成分を主体とする固体を再度水でスラリー化して、水酸化ナトリウムまたは炭酸ナトリウム等のアルカリ水溶液でｐＨを８から１０に調整する。これにより、固体の鉛成分である鉛複合塩は、固体の鉛化合物である水酸化鉛または炭酸鉛等とアルカリ金属塩化物に分解し、アルカリ金属塩化物は水に溶解し重金属を含まないアルカリ塩化物水溶液となる。この反応は、（２）または（３）式に従うものと推察される。ここでｐＨを８以上としたのは（２）および（３）式の反応はｐＨ７から始まるが、８以下ではＰｂ2ＣＯ3Ｃｌ2等の塩基性化合物が残留するためである。１０以下としたのは１０以上にしてもアルカリ剤を消費することとなり特別な効果は得られないためである。アルカリ水溶液にはナトリウムやカリウム等アルカリ金属、カルシウム等アルカリ土類金属及びアンモニア性の水酸化及び炭酸塩等のスラリーまたは水溶液が使用できる。
KPbCl3 ＋ ２NaOH → Pb(OH)2 ＋ KCl ＋２NaCl （２）
KPbCl3 ＋ Na2CO3 → PbCO3 ＋ KCl ＋２NaCl （３）
ｐＨ調整後、濾過により水酸化鉛または炭酸鉛などの固体の鉛化合物を分離する。
【０００９】
第１段階で分離回収した亜鉛を主体とした水溶液は、鉛及び鉄が少なく、純度の良い水酸化亜鉛や炭酸亜鉛等の亜鉛化合物製造原料に使用できる。第２段階で得られるの固体の鉛化合物は、水酸化鉛及び炭酸鉛を主成分とし、酸化鉛等の化成品原料に使用できる。また同様に第二段階で得られるアルカリ塩化物水溶液は、ほとんど鉛等の重金属を含まず、アルカリ塩の回収や放流が可能である。本発明ではｐＨ値が２以上の弱酸性およびｐＨ値が１０以下の弱アルカリでの条件であり、その腐食性は弱く、作業も安全に実施できる。
【００１０】
【実施例】
以下この発明の実施例を詳細に説明する。
第一段階：粗酸化亜鉛の酸化焙焼で揮発した混合ダスト２４トンを水３２トンでスラリーとし、硫酸を１Ｋｇを添加してｐＨを３．５に調整して温度５０℃にて１時間撹拌して、亜鉛成分を主体とした水溶液を濾過分離し（母液と濾過ケーキの水洗液を含め５０トン）、鉛成分を主体とする固体である濾過ケーキ９．８トンを得た。
第二段階：次に第一段階で得られた濾過ケーキを水１５トンにて再度スラリーにして、２００ｇ／ｌ濃度の炭酸ナトリウム水溶液を添加してｐＨを９．０に調整して、温度５０℃にて２時間撹拌後に濾過分離し、固体の鉛化合物（炭酸鉛）８トンとアルカリ塩化物水溶液４０トンを回収した。
【００１１】
混合ダスト（揮発物）と亜鉛成分を主体とした水溶液、固体の鉛化合物（炭酸鉛）及びアルカリ塩化物溶液の組成を表１に示した。亜鉛を主体とした水溶液は鉛、鉄及びアルカリ成分の少ない亜鉛溶液にて純度の良い炭酸亜鉛や水酸化亜鉛等の製造に適していた。また固体の鉛化合物である炭酸鉛は酸化鉛化合物の製造に適しており、さらにアルカリ塩化物溶液はｐＨが９であり、重金属を含まず、このまま排水として放流が可能であり、必要ならアルカリ結晶塩の回収も可能であった。 参考のため結果を第１表にまとめた。
【００１２】
【表１】
【００１３】
［比較例］
従来実施していた硫酸法による塩化物揮発物の処理例を行った。
実施例と同じダスト２４トンを水３２トンでスラリーにした後に、硫酸を３００Ｋｇ添加して、ｐＨを１以下にして、１時間撹拌処理し、濾過分離し、亜鉛水溶液５０トンと塩化鉛と硫酸鉛の混合物を回収した。この塩化鉛と硫酸鉛の混合物を再度水でスラリーにして、硫酸を２トン添加して、濾過分離し、硫酸鉛と硫酸洗浄廃液を回収した。亜鉛水溶液、硫酸鉛、硫酸洗浄廃液の化学組成を第２表に示した。亜鉛水溶液は鉛、鉄及びアルカリ成分が高く、本溶液から回収した亜鉛化合物はこれら不純物で汚染された物となった。硫酸鉛は酸化鉛等の化合物製造の原料には使用できず、その利用は鉛金属の製錬原料に限定された。更に硫酸洗浄廃液はｐＨが１以下の酸性廃液であり、重金属を多く含み、中和処理を必要とし、又中和では重金属を含んだ汚泥が発生する問題を生じた。参考のため結果を第２表にまとめた。
【００１４】
【表２】
【００１５】
【発明の効果】
本方法は、強酸性溶液を使用せず、装置の腐食が少なく安全性が高い。
【発明の属する技術分野】
主に製鋼煙灰に由来する塩化亜鉛と塩化鉛との混合ダストから、鉛化合物を分離する方法
【０００２】
【従来の技術】
鉄屑を電気炉にて溶解し鋼を製造する時に発生する製鋼煙灰には亜鉛や鉛が含まれている。製鋼煙灰をコークスと共に溶鉱炉または回転炉にて加熱し、亜鉛及び鉛成分を揮発させ、製鋼煙灰に含まれる不揮発性の鉄成分から分離して、亜鉛と鉛の酸化物と塩化物の混合物（粗酸化亜鉛）として回収している。この粗酸化亜鉛には塩素成分やアルカリ成分が含まれており、直接亜鉛製錬原料に使用する事はできず、本粗酸化亜鉛を更に酸化焙焼して、塩素分を含まない酸化亜鉛焼鉱にしている。本粗酸化亜鉛の酸化焙焼では揮発した亜鉛、鉛、カドミウム及びアルカリ（ナトリウム、カリウム）の塩化物をダストとして捕集している。
【０００３】
この塩化物のダストの処理方法としては、希硫酸にて亜鉛、カドミウム及びアルカリ金属成分を溶解し、塩化鉛を硫酸鉛とする方法が知られている。この方法では（１）式の反応で塩化鉛を硫酸鉛にするのであるが、本反応では硫酸が塩化鉛と反応した当量の塩酸が発生し、硫酸と塩酸が一定割合で平衡状態となり、本反応はそれ以上進行しなくなる。このため、塩化鉛を完全に硫酸鉛にするには１段の反応では不可能であり、硫酸による反応を数段に分けて行う必要がる。
ＫＰｂＣｌ3 ＋Ｈ2ＳＯ4 → ＰｂＳＯ4 ＋ＫＣｌ＋２ＨＣｌ （１）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
この反応はｐＨ１以下の強酸性溶液で行うため、１段目の亜鉛水溶液は酸性溶液であり、亜鉛化合物の製造に使用するには中和する必要がある。また鉛、鉄およびアルカリ成分等の不純分の溶解も多く、この溶液を原料として製造した亜鉛化合物の純度はこれら不純物で汚染されている。また製造した硫酸鉛は酸化鉛等への変換は出来ずにその用途は金属鉛製錬の原料に限られている。
２段目以降の水溶液は亜鉛や鉛等重金属を含んだ酸性の排水であり、その中和処理では重金属を含んだ汚泥が発生する問題があり、さらに全工程にて強酸性溶液を取り扱うため、濾過装置の腐食や作業は労働上危険なものである。
本発明は、斯かる欠点なく、塩化亜鉛と塩化鉛との混合ダストから鉛化合物を分離する方法である。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、次の二段階からなる塩化亜鉛と塩化鉛との混合ダストから鉛化合物を分離する方法である。
第一段階：塩化亜鉛と塩化鉛との混合ダストをｐＨ２から４の水溶液中で撹拌して、亜鉛成分を水溶液に溶解し、鉛成分を主体とする固体を濾過分離する。
第二段階：該固体をｐＨ８から１０のアルカリ水溶液中で撹拌して、固体の鉛化合物を濾過分離する。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下本発明を更に詳細に説明する。
(1) 塩化亜鉛と塩化鉛との混合ダスト（混合ダスト）について
該混合ダストとしては、種々の産業上の副生物があるが、実際的には次の揮発物がある。
製鋼煙灰から回収した粗酸化亜鉛は亜鉛５０〜６０％、鉛３〜１０％、カドミウム０．１％、塩素１０％、アルカリ（ナトリウムとカリウムの合計）５％を含み、亜鉛、鉛、カドミウム、アルカリ金属の酸化物と塩化物からなっている。このまま直接亜鉛や鉛の製錬原料にする事はできず、一般に、この粗酸化亜鉛を酸化焙焼して塩化物を揮発除去して酸化亜鉛焼鉱としている。この酸化焙焼では亜鉛、鉛、カドミウム及びアルカリ金属の塩化物が主体である揮発物が発生する。この揮発物は、亜鉛と鉛を各々１０〜２０％、カドミウム約０．３％、アルカリ金属（ナトリウムとカリウム合計）１０〜２０％を含み、主に亜鉛の塩化物と酸化物、鉛塩化物とナトリウム及びカリウムの塩化物の複合塩（ＮａＰｂＣｌ3 、ＫＰｂＣｌ3等）からなっている。この揮発物をこのまま廃棄する事はできず、亜鉛と鉛を分離濃縮して製錬するかまたは化合物の製造原料にする必要があり、本発明の混合ダストとして好ましく使用される。
【０００７】
(2) 操作方法について
第１段階：混合ダストを水でスラリー化した後に、硫酸または塩酸にてｐＨ２から４に調整する事により亜鉛とカドミウムを水溶液に抽出し、濾過により亜鉛成分を主体とした水溶液と、鉛成分を主体とする固体即ち不溶性の塩化鉛とナトリウム及びカリウムの塩化物の複合塩（ＮａＰｂＣｌ3、ＫＰｂＣｌ3等）を主成分とする固体の鉛成分に分離する。ここでｐＨを２から４としたのは２以下にすると鉛や鉄及びアルカリ成分の溶解が始まるためであり、ｐＨ４以上では亜鉛成分の完全な溶解抽出ができなくなるためである。
【０００８】
第２段階：第一段階で得られた鉛成分を主体とする固体を再度水でスラリー化して、水酸化ナトリウムまたは炭酸ナトリウム等のアルカリ水溶液でｐＨを８から１０に調整する。これにより、固体の鉛成分である鉛複合塩は、固体の鉛化合物である水酸化鉛または炭酸鉛等とアルカリ金属塩化物に分解し、アルカリ金属塩化物は水に溶解し重金属を含まないアルカリ塩化物水溶液となる。この反応は、（２）または（３）式に従うものと推察される。ここでｐＨを８以上としたのは（２）および（３）式の反応はｐＨ７から始まるが、８以下ではＰｂ2ＣＯ3Ｃｌ2等の塩基性化合物が残留するためである。１０以下としたのは１０以上にしてもアルカリ剤を消費することとなり特別な効果は得られないためである。アルカリ水溶液にはナトリウムやカリウム等アルカリ金属、カルシウム等アルカリ土類金属及びアンモニア性の水酸化及び炭酸塩等のスラリーまたは水溶液が使用できる。
KPbCl3 ＋ ２NaOH → Pb(OH)2 ＋ KCl ＋２NaCl （２）
KPbCl3 ＋ Na2CO3 → PbCO3 ＋ KCl ＋２NaCl （３）
ｐＨ調整後、濾過により水酸化鉛または炭酸鉛などの固体の鉛化合物を分離する。
【０００９】
第１段階で分離回収した亜鉛を主体とした水溶液は、鉛及び鉄が少なく、純度の良い水酸化亜鉛や炭酸亜鉛等の亜鉛化合物製造原料に使用できる。第２段階で得られるの固体の鉛化合物は、水酸化鉛及び炭酸鉛を主成分とし、酸化鉛等の化成品原料に使用できる。また同様に第二段階で得られるアルカリ塩化物水溶液は、ほとんど鉛等の重金属を含まず、アルカリ塩の回収や放流が可能である。本発明ではｐＨ値が２以上の弱酸性およびｐＨ値が１０以下の弱アルカリでの条件であり、その腐食性は弱く、作業も安全に実施できる。
【００１０】
【実施例】
以下この発明の実施例を詳細に説明する。
第一段階：粗酸化亜鉛の酸化焙焼で揮発した混合ダスト２４トンを水３２トンでスラリーとし、硫酸を１Ｋｇを添加してｐＨを３．５に調整して温度５０℃にて１時間撹拌して、亜鉛成分を主体とした水溶液を濾過分離し（母液と濾過ケーキの水洗液を含め５０トン）、鉛成分を主体とする固体である濾過ケーキ９．８トンを得た。
第二段階：次に第一段階で得られた濾過ケーキを水１５トンにて再度スラリーにして、２００ｇ／ｌ濃度の炭酸ナトリウム水溶液を添加してｐＨを９．０に調整して、温度５０℃にて２時間撹拌後に濾過分離し、固体の鉛化合物（炭酸鉛）８トンとアルカリ塩化物水溶液４０トンを回収した。
【００１１】
混合ダスト（揮発物）と亜鉛成分を主体とした水溶液、固体の鉛化合物（炭酸鉛）及びアルカリ塩化物溶液の組成を表１に示した。亜鉛を主体とした水溶液は鉛、鉄及びアルカリ成分の少ない亜鉛溶液にて純度の良い炭酸亜鉛や水酸化亜鉛等の製造に適していた。また固体の鉛化合物である炭酸鉛は酸化鉛化合物の製造に適しており、さらにアルカリ塩化物溶液はｐＨが９であり、重金属を含まず、このまま排水として放流が可能であり、必要ならアルカリ結晶塩の回収も可能であった。 参考のため結果を第１表にまとめた。
【００１２】
【表１】
［比較例］
従来実施していた硫酸法による塩化物揮発物の処理例を行った。
実施例と同じダスト２４トンを水３２トンでスラリーにした後に、硫酸を３００Ｋｇ添加して、ｐＨを１以下にして、１時間撹拌処理し、濾過分離し、亜鉛水溶液５０トンと塩化鉛と硫酸鉛の混合物を回収した。この塩化鉛と硫酸鉛の混合物を再度水でスラリーにして、硫酸を２トン添加して、濾過分離し、硫酸鉛と硫酸洗浄廃液を回収した。亜鉛水溶液、硫酸鉛、硫酸洗浄廃液の化学組成を第２表に示した。亜鉛水溶液は鉛、鉄及びアルカリ成分が高く、本溶液から回収した亜鉛化合物はこれら不純物で汚染された物となった。硫酸鉛は酸化鉛等の化合物製造の原料には使用できず、その利用は鉛金属の製錬原料に限定された。更に硫酸洗浄廃液はｐＨが１以下の酸性廃液であり、重金属を多く含み、中和処理を必要とし、又中和では重金属を含んだ汚泥が発生する問題を生じた。参考のため結果を第２表にまとめた。
【００１４】
【表２】
【発明の効果】
本方法は、強酸性溶液を使用せず、装置の腐食が少なく安全性が高い。
Claims (3)
- つぎの二段階からなることを特徴とする塩化亜鉛と塩化鉛との混合ダストから鉛化合物を分離する方法
第一段階：塩化亜鉛と塩化鉛との混合ダストをｐＨ２から４の水溶液中で撹拌して、亜鉛成分を水溶液に溶解し、鉛成分を主体とする固体を濾過分離する。
第二段階：該固体をｐＨ８から１０のアルカリ水溶液中で撹拌して、固体の鉛化合物を濾過分離する。 - 二段階において、アルカリ水溶液が水酸化ナトリウム水溶液であり、固体の鉛化合物が水酸化鉛である請求項１記載の方法
- 二段階において、アルカリ水溶液が炭酸ナトリウム水溶液であり、固体の鉛化合物が炭酸鉛である請求項１記載の方法
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