JP3842692B2 - 還元金属の製造方法及び金属酸化物の還元設備 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃焼式の炉の中で金属酸化物（酸化鉄など）と還元剤とを加熱して、還元金属（還元鉄など）を製造するのに有用な方法、及びそのための設備に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
還元鉄（金属鉄）の製造方法として、炉内で酸化鉄を炭材と共に加熱して還元する方法が知られており、前記炉は電気的エネルギーによって加熱する電気炉や、燃料の燃焼熱によって加熱する燃焼式の炉などが知られている。
【０００３】
燃焼式の炉を用いる方法として、例えば、回転炉床炉内において酸化鉄と炭材との塊成物（炭材内装ペレット）をバーナーで加熱することによって、還元鉄を製造する方法が知られている（特開平１１−０６１２１６号公報など）。図３は前記回転炉床炉を用いた還元鉄の製造方法を説明するための装置概略図である。この装置は、リング状の回転炉床２と、この炉床２をカバーするための炉体３とで構成された回転炉床炉１を備えており、前記回転炉床２は駆動手段（図示せず）によって適当な速度で回転（自転）可能である。炭材内装ペレット７は、前記回転炉床炉１に形成された原料供給口５から炉内に供給され、前記回転炉床２の上に乗って炉内を回転方向に移動しながら加熱され、還元される。還元した鉄ペレット７は、回転方向下流側に設けられた排出手段（この例では、ベルトコンベア式排出手段）８によって炉外へと排出される。
【０００４】
そして前記回転炉床炉２では、加熱手段としてバーナー４を採用している。このバーナー４は、炉体３の壁面に回転方向に沿って複数個形成されており、炉内のペレット７を略均等に加熱可能である。なおバーナー加熱によって発生した排ガス（燃焼ガス）は、炉体３の適当な箇所に形成された排ガスライン６から排出され、図示しない廃熱回収設備（熱交換器など）によって除熱した後、調温器で温調し、バグフィルターで除塵してから大気中に放出する。
【０００５】
しかし前記のようにバーナー加熱によって酸化鉄を還元する場合、汎用燃料（市販ガス、重油、微粉炭など）を大量に使用する必要がある。すなわち汎用燃料の燃焼熱を大量に消費する必要があり、コストパフォーマンスが低い。
【０００６】
一方、有機物を加熱して炭化する方法においては、有機物の加熱によって発生する乾留ガスを前記加熱に用いるバーナーの燃料として使用する方法が知られている（特開２００１−３０６２号公報）。また図４に示すような方法も知られている。この図４の例では、炭化装置として外熱式キルン１０を用いており、炭化の為の原料（有機物）を炭化炉（キルン）に投入している。そして炭化原料から発生する乾留ガスを燃焼炉で燃焼させた後、燃焼ガスの一部は調温塔及びバグフィルターを通じて外部に排出する一方、残りの燃焼ガスは、炭化炉１０に形成された熱交換器１１に供給することによって炭化原料の加熱に利用している。しかし、乾留ガスの燃焼によって発生する熱量は、有機物の炭化に必要な熱量よりも大きい。そのため発生熱量の全てを有効に利用することはできず、熱量の一部は無駄になっている。
【０００７】
なお特開２０００−３０９７８０号公報には、廃棄物に大量の熱を供給して乾留・熱分解反応を行わせ、熱分解固形物とガス状分解物とをそれぞれ燃料として再利用する方法が開示されている。しかし、その利用方法については開示されていない。さらには前記公報では、炭素質の固体生成物と、水素又は低級炭化水素等のガス状生成物を生じないように、キルンを２段で用いている。この場合、設備が複雑になってコストパフォーマンスが低下する。また炭素質固体生成物の含有量が少ないため、得られる熱分解固形物を還元剤として使用するのは困難である。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記の様な事情に着目してなされたものであって、その目的は、コストパフォーマンスに優れた還元金属の製造方法及びそのための設備を提供することにある。
【０００９】
本発明の他の目的は、熱効率に優れ、汎用燃料の燃焼熱の消費を低減できる還元金属（還元鉄など）の製造方法、及びそのための設備を提供することにある。
【００１０】
本発明のその他の目的は、原料（金属酸化物、還元剤など）の調製を効率化できる還元金属の製造方法及びそのための設備を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、前記課題を解決するために鋭意研究を重ねた結果、炭化炉と還元炉とを組合わせれば、還元金属の製造コストを著しく低減できることを突き止めた。より詳細には、有機物の炭化処理の際に発生する乾留ガスを、金属還元に使用する前記バーナー加熱の燃料として用いると、汎用燃料（市販ガス、重油、微粉炭など）の使用量を大幅に抑制できることを突き止めた。汎用燃料の使用量を大幅に抑制できるのは、有機物を炭化する場合とは異なり、金属を還元する場合には大量の熱が必要となるためと思われる。すなわち、炭化設備と金属還元設備とのトータルとして総合的に熱効率を高めることができ、還元金属の製造コストを著しく低減できることを突き止めた。
【００１２】
一方、炭化炉と還元炉とを組合わせる場合に、炭化炉に金属酸化物を投入しておくと、炭化炉で通常使用する砂などの熱媒体を使用する必要がなくなり、砂の分離が不要となること、さらには炭化物と金属酸化物とを混合するための特別の工程を設ける必要がなくなることなどによって原料（金属酸化物、還元剤など）の調製を効率化でき、炭化設備と金属還元設備とのトータルとして考えた場合、還元金属の製造コストを著しく低減できることを突き止めた。
【００１３】
そして上記知見を元に本発明を完成した。
【００１４】
すなわち上記目的を達成し得た本発明の還元金属の製造方法とは、金属酸化物と還元剤とを含む混合物をバーナーで加熱し、前記金属酸化物を還元することによって還元金属を製造する方法において、前記バーナーに供給する燃料として有機物含有成分（都市若しくは産業廃棄物、該廃棄物を固形燃料化処理したものなど）を炭化する際に発生する乾留ガスを用いる点に要旨を有するものである。前記バーナーで発生した排ガスの顕熱は、前記炭化のための熱として利用するのが好ましい。前記有機物含有成分の炭化によって生成した炭化物は、前記還元剤として使用するのが好ましい。
【００１５】
また本発明の還元金属の製造方法には、有機物含有成分を炭化炉で炭化するに際して、金属酸化物を熱媒体として共存させ、前記炭化炉から排出される炭化物と金属酸化物との混合物を還元炉で還元する方法も含まれる。
【００１６】
本発明には、有機物含有成分を炭化して乾留ガスを発生させるための炭化炉と、金属酸化物と還元剤とを含む混合物をバーナーで加熱して前記金属酸化物を還元するための還元炉（移動炉床炉など）とで構成され、前記炭化炉からの乾留ガスを前記バーナーに供給するためのラインを備えている金属酸化物の還元設備も含まれる。好ましくは、バーナーの燃焼ガスを排出するための排ガスラインが、熱交換可能に前記炭化炉に接続している。また好ましくは前記還元炉に、炭化炉から排出された炭化物を供給するためのラインが接続している。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照しながら本発明をより詳細に説明するが、本発明はもとより図示例に限定される訳ではなく、前・後記の趣旨に適合し得る範囲で適当に変更を加えて実施することも可能であり、それらはいずれも本発明の技術的範囲に包含される。また各図において共通する構成部分については、同一の符号を付して重複説明を避ける。
【００１８】
図１は本発明の一例について説明するための設備概念図である。この設備は、有機物含有成分を炭化するための炭化炉（この例では、ロータリーキルン）１０と、金属酸化物を還元するための還元炉（この例では、回転炉床炉）１とで構成されている。
【００１９】
前記炭化炉１０は、有機物含有成分を供給するための供給口１６ａと、図示しない加熱手段（バーナーなどの燃焼式加熱手段、ヒーターなどの電気的加熱手段など）を備えている。そして前記供給口１６ａから投入した有機物含有成分を加熱（乾留）、例えば、３００〜８００℃に加熱（乾留）して炭化物を製造する。なお加熱の効率を高めるため、有機物含有成分と共に慣用の熱媒体（砂など）を炭化炉１０に投入することが多い。加熱（乾留）によって発生した乾留ガスは、前記炭化炉１０に接続する乾留ガスライン１２を通じて排出される。なお乾留ガスライン１２の途中には乾留ガスを一旦貯めておくためのガスホルダを設けてもよく、乾留ガスは、ある程度冷却されてもよい。
【００２０】
一方、還元炉１は、回転炉床２、この炉床２をカバーする炉体３、炉１に原料［金属酸化物（酸化鉄など）と還元剤（炭素質還元剤など）との塊成物］を供給するための供給口５、燃料の燃焼熱によって前記原料を加熱（例えば、１０００〜１５００℃に加熱）するためのバーナー４、加熱によって還元された金属（還元鉄など）を排出するための排出手段８、及びバーナーからの排ガス（燃焼ガス）を排出するための排ガスライン６を備えている点で、上述の従来の還元炉１と同様である。
【００２１】
そして本発明では、前記バーナー４には、汎用燃料（市販ガス、重油、微粉炭など）の供給ラインの他に、炭化炉１０から抜き取った乾留ガスの一部又は全部（この例では全部）を前記バーナー４へ移送するための乾留ガスライン１２が接続している。そのため、バーナーの燃料として乾留ガスを使用することができ、汎用燃料（市販ガス、重油、微粉炭など）の使用量を著しく抑制できる。さらには前記乾留ガスには、多量の熱が顕熱として蓄積されている場合があり、この顕熱をバーナー４を介して回転炉床炉１内に供給することによって熱効率をさらに高めることができる場合がある。その場合、汎用燃料の使用量をさらに低減できる。一方、乾留ガスと汎用燃料とを併用しているため、乾留ガスの量や質が変動しても汎用燃料の量等を調整することによって加熱をコントロールでき、性状の変動し易い有機物含有成分（例えば、後述の廃棄物）を処理するのにも適している。なお乾留ガスと汎用燃料とは、同一のバーナーに供給する必要はなく、それぞれ異なるバーナーに供給してもよい。
【００２２】
乾留ガスを還元炉１の燃料として用いるだけで、上述したように、熱効率を高めて汎用燃料の使用量を著しく低減できるものの、好ましくは前記図１に示すように、還元炉１で発生した排ガスの顕熱も有効利用する。すなわちバーナーで燃焼した燃料の排ガスの一部又は全部（図１の例では一部）は、排ガスライン６から分岐する加熱ライン（第２の排ガスライン）１３を通じて前記炭化炉１０に向かうようになっている。そして前記炭化炉１０に形成された熱交換器１１に、前記排ガスを供給することによって有機物含有成分を加熱することができる。そのため、還元炉からの排ガスの顕熱も有効に利用でき、さらに熱効率を高めることができる。
【００２３】
なお還元炉からの排ガスの顕熱は、前記熱交換器１１とは異なる他の熱交換器を介して利用してもよい。すなわち排ガスを、一旦、前記他の熱交換器に導いて他の流体（空気、水蒸気など）を加熱し、前記加熱された流体を炭化炉の熱交換器１１に供給して熱源として利用してもよい。炭化炉を加熱した後の流体は、前記他の熱交換器で加熱して再度炭化炉の熱源に再利用してもよい。他の流体として空気を利用する場合、炭化炉を加熱した後の空気は、燃焼用の空気（例えば、還元炉のバーナー４に前記燃料と共に供給する空気）として使用してもよい。他の流体として水蒸気を利用する場合、熱交換器としてはボイラーが使用できる。他の熱交換器を使用すると、還元炉の排ガスではなく清浄な流体を炭化炉（すなわち炭化炉の熱交換器１１）に供給することができるため、炭化炉の損傷を防止できる。
【００２４】
炭化炉１０に供給されなかった残りの排ガスは、調温器及びバグフィルターを通じて、大気中に放出される。また、炭化炉１０の熱源として利用した排ガスは、前記炭化炉１０に供給されなかった排ガスと前記調温塔内で混合され、バグフィルターを通じて大気中へと放出される。なお炭化炉１０に供給した排ガスと、供給しなかった排ガスとは必ずしも同じ調温塔及びバグフィルターで処理する必要はなく、異なる調温塔及びバグフィルターで処理してもよい。
【００２５】
なお排ガスの顕熱を炭化炉の熱源に利用しない場合には、排ガスを冷却（例えば、スクラバーで冷却）してもよい。
【００２６】
前記炭化炉１０の原料として使用する有機物含有成分としては、加熱（乾留）によって炭化し、乾留ガスを発生する限り特に限定されず、木材、樹脂、揮発成分の多い石炭などが使用できる。好ましい有機物含有成分には、都市廃棄物［都市ゴミとして自治体が回収した可燃性ゴミ（生ゴミ、紙類、プラスチック類など）など］、産業廃棄物（廃プラスチック、廃タイヤ、廃木材、シュレッダーダストなど）などの廃棄物；前記廃棄物を固形燃料化処理したもの［例えば、前記可燃性ゴミを固形燃料化処理したもの（ＲＤＦ）など］などが含まれる。処理に苦慮している廃棄物を炭化炉１０の原料として使用することによって、環境への負荷を軽減できる。
【００２７】
一方、前記還元炉１の原料として用いる金属酸化物（酸化鉄など）と還元剤（炭素質還元剤など）は、混合物であってもよいが、前記混合物を塊成化した塊成物であるのが好ましい。塊成物を使用するのは、金属酸化物を効率よく還元するためである。前記塊成物は、混合状態を維持したまま還元してもよく、塊成物の表面に還元金属の皮膜（外皮）が形成する程度に若干溶融させてから還元してもよい。還元金属外皮を形成する還元としては、例えば、特開平９−２５６０１７号公報に記載されているような還元が挙げられる。この特許公報の例では、塊成物を加熱し、この塊成物に含まれる還元剤から発生する還元性ガス（ＣＯガス）によって金属酸化物（酸化鉄など）を還元する。より詳細には、加熱還元の初期過程で生成する還元金属が塊成物の表面で拡散接合して、還元金属外皮を形成するようにしている。そしてこの外皮内のＣＯガス濃度を高め、内部から金属酸化物を還元している。内部で生成する還元金属は、前記外部の内面側に逐次付着して成長する。この公報の方法によれば、高純度の還元金属（金属鉄など）を製造することができる。
【００２８】
塊成物の形状は、還元剤を内装（内包）している限り特に限定されず、塊状、粒状、ブリケット状、ペレット状、棒状などの種々の形状が採用できる。
【００２９】
金属酸化物と還元剤とを塊成化する場合、粉末状金属酸化物と粉末状還元剤とを粉末状結合剤（ベントナイトなど）と共に混合し、適当な塊成化手段（プレス器など）で塊成化することが多い。
【００３０】
前記還元剤としては、金属酸化物（酸化鉄など）を還元するのに慣用されている還元剤［石炭、コークス、チャーなど；特にそれらの粉砕物、又は粉状コークス（コークスブリーズ）］を用いてもよいが、好ましくは前記有機物含有成分を炭化炉１０で炭化したもの（炭化物）を用いる。炭化物を用いると、炭化炉１０からの排出物（乾留ガス、炭化物）の全てを還元炉（回転炉床炉など）１で使用することができ、設備の効率をさらに高めることができる。また炭化物は、これまで路盤材などの限られた用途にしか利用されていないが、この炭化物を還元剤として利用することによって、慣用の還元剤の使用量を低減でき、製造コストを低減できる。特に、一般には還元剤として高価なコークスブリーズを使用することが多いものの、本発明ではコークスブリーズの使用量を低減できるため、製造コストを大幅に低減できる。
【００３１】
なお炭化炉１０で炭化物を製造する場合、上述したように、熱媒体（砂など）を使用することがある。前記炭化物を還元炉１での還元剤として使用する場合には、前記砂を分離除去しておくのが望ましい。
【００３２】
また炭化物を還元炉１での還元剤として使用する場合、炭化炉１０の熱媒体として金属酸化物（酸化鉄など）を用いてもよい。金属酸化物を熱媒体として用いると、熱媒体を除去することなく前記炭化物を還元炉１の原料として使用できる。また金属酸化物によって炭化炉内のタール分を炉外に排出することができ、タール分が炉内に付着するのを防止できる。さらに金属酸化物と炭化物とは、炭化炉１０内で既に混合されているため、これらの混合工程を別に設ける必要がない。
【００３３】
なお金属酸化物と有機物含有成分とは予め混合してから炭化炉に投入してもよく、混合することなく別々に投入してもよい。また前記炭化炉に投入した金属酸化物は、前記炭化物と共に還元炉１に投入して還元するが、この際、必要により他の金属酸化物及び／又は他の還元剤を還元炉１に投入してもよい。
【００３４】
炭化炉１０からの炭化物を還元炉１での還元剤として使用すると共に、炭化炉１０で熱媒体として金属酸化物（酸化鉄など）を用いる場合、それだけで還元金属の製造コストを下げることができるため、乾留ガスの利用（乾留ガスによる還元炉１の加熱）は必ずしも必要ではなく、汎用燃料のみで還元炉１を加熱してもよい。
【００３５】
炭化炉１０に金属酸化物と有機物含有成分とを投入する場合、得られる混合物は粉砕しなくてもよいが、粉砕するのが望ましい。粉砕によって粒径の小さな炭化物（例えば、粒径３ｍｍ以下、好ましくは粒径１ｍｍ以下の炭化物）の割合を大きくする程（例えば、粒径の小さな炭化物の割合を、炭化物の全質量に対して、９０質量％以上、好ましくは９５質量％以上にすると）、造粒効率を高めることができ、また後工程である還元工程での還元効率を高めることができる。なお金属酸化物と炭化物との塊成化の観点からも、前記混合物の粒径を小さくするのが望ましいものの、粒径５ｍｍ程度の塊が含まれていても塊成化は可能である。また特に圧縮成形によって塊成化する場合は粒度分布がある方が塊成化が容易になる場合もあり、塊成化の観点からも粉砕は必ずしも必要ではない。
【００３６】
炭化炉１０からの炭化物と金属酸化物とは、冷間で塊成化してもよいが、好ましくは熱間で塊成化する。熱間で塊成化すると、炭化物に含まれるタール分の粘着性が高まるため、前記タール分を結合剤（バインダー）として使用できる。そのため慣用の結合剤（ベントナイトなど）が不要になるか又は使用量を低減できる。
【００３７】
図２は、前記図１の変更例を示す設備概念図であり、上述の▲１▼炭化炉１０で得られた炭化物を還元剤として使用する点、▲２▼金属酸化物を炭化炉１０に投入する点、及び▲３▼炭化炉１０からの炭化物と金属酸化物とを塊成化する点で前記図１の例と異なっている。
【００３８】
すなわち図２の設備は、▲１▼炭化炉１０からの固形排出物（この例では、炭化物及び金属酸化物）を還元炉２に移送するためのライン１４が形成されている点、▲２▼炭化炉１０の供給口１６ｂは、有機物含有成分のみならず、金属酸化物をも投入可能に形成されている点、及び▲３▼前記ライン１４の途中に、前記固形排出物を塊成化するための塊成化手段（この例では、ブリケット化用プレス）１５が配設されている点で図１の設備と異なり、その他の点では図１の設備と共通する。
【００３９】
前記図２の装置を用いると、炭化炉１０内で有機物含有成分を炭化しながら金属酸化物と混合でき、この混合物は塊成化手段１５で塊成化された後、ライン１４を通じて還元炉１に供給でき、この還元炉１内で金属酸化物を還元金属へと還元できる。
【００４０】
塊成化手段としてブリケット化用プレス（シリンダープレス、ロールプレス、リングローラプレスなど）を用いるのは、軟化した有機物を圧縮することによって容易に塊成化できるためである。なお塊成化手段としては、プレス機の他、押出成形機、転動型造粒機（パンペレタイザー、ドラムペレタイザーなど）などの公知の種々の機器が使用できる。
【００４１】
なお図１に対して前記▲１▼〜▲３▼の変更を全て行う必要はなく、変更部分に応じて、前記▲１▼供給口１６ｂ、▲２▼ライン１４、及び▲３▼塊成化手段１５を適宜省略してもよい。
【００４２】
図１及び図２の設備において、乾留ガスライン１２には、脱塩素系ガス装置や脱硫装置を取り付ける必要は通常ないものの、脱塩素系ガス装置及び／又は脱硫装置を取り付けてもよい。すなわち図１及び図２で使用しているような還元炉［金属酸化物と還元剤との塊成物をバーナーで加熱して還元する炉（回転炉床炉など）］では、炭化炉１０と組合わせることなく単独で操業する場合でも、排ガス中に塩素系ガス（塩素、塩化水素など）や硫黄酸化物が含まれることが多く、排ガス系は塩素系ガスや硫黄酸化物に対する耐久性に元々優れている。そのため炭化炉１０と組合わせて乾留ガスを使用する場合でも、乾留ガスに脱塩素装置や脱硫装置を取り付ける必要は通常ない。例えば、乾留ガス中の塩素系ガス（特に塩化水素）の濃度が２０００ｐｐｍ以下（容量基準）、好ましくは１５００ｐｐｍ以下（容量基準）、さらに好ましくは１０００ｐｐｍ以下（容量基準）の場合、脱塩素系ガスを行う必要はない。
【００４３】
しかしながら、有機物含有成分の種類によっては、乾留ガス中の塩素系ガス量や硫黄酸化物量が多くなる場合がある。例えば、有機物含有成分として塩素含有樹脂（塩化ビニル、塩化ビニリデンなど）を用いる場合、乾留ガス中の塩素系ガス濃度が高くなる。その場合には排ガス系が腐食する虞があるため、乾留ガスライン１２には、脱塩素系ガス装置や脱硫装置を取り付けるのが望ましい。
【００４４】
脱塩素系ガス装置や脱硫装置としては、湿式、乾式を問わず慣用の除去装置が使用できる。例えば、アルカリ（石灰、消石灰、ソーダなど）を用いた除去装置、活性炭を用いた除去装置などが使用できる。好ましい装置には、消石灰及び／又は活性炭を用いた乾式の除去装置、消石灰を用いた湿式の除去装置、塩素系ガスを選択的に除去できる装置が含まれる。
【００４５】
消石灰及び／又は活性炭を用いた乾式装置の場合、例えば、消石灰及び／又は活性炭と乾留ガスとを接触させ（例えば、乾留ガス中に消石灰及び／又は活性炭を吹き込み）、吸着や固定などによって塩素系ガス及び硫黄酸化物を消石灰及び／又は活性炭中に取り込み、消石灰及び／又は活性炭を除塵設備で除去することによって塩素系ガス及び硫黄酸化物を除くことができる。
【００４６】
消石灰を用いた湿式の除去装置の場合、消石灰スラリーと乾留ガスとを接触（例えば、脱硫塔内で接触）させることによって、塩素系ガス及び硫黄酸化物を除くことができる。
【００４７】
塩素系ガスを選択的に除去する場合、例えば、塩素系ガス除去塔に乾留ガスを通じて塩素系ガスを選択的に除去する。塩素系ガスを除去した乾留ガスは、中和タンクに通して硫黄酸化物を除去した後、還元炉に供給する。一方、選択除去した塩素系ガスは、塩酸として回収する。
【００４８】
特に好ましい除去装置には、塩素系ガスを選択的に除去する装置が含まれる。この装置を用いれば、乾留ガス中の有害成分である塩素系ガスを、有価物である塩酸として回収できる。
【００４９】
本発明で用いる炭化炉は、乾留ガスを発生できる限り前記キルンに限定されず、公知の種々の炉が使用できる。好ましい炭化炉には、有機物含有成分を熱媒体と共に加熱する炉、例えば、有機物含有成分と熱媒体とを炉体の回転によって混合しながら加熱する炉（ロータリーキルンなど）、有機物含有成分と熱媒体とに下方から熱風を供給して加熱する炉（流動層式の炉など）、熱媒体の存在下で有機物含有成分を加熱して溶融する炉（溶融浴槽など）が挙げられる。
【００５０】
炭化炉の温度は、有機物含有成分を炭化できる限り特に限定されないが、生成物（炭化物と熱媒体との混合物）の粉砕性、炭化物の製造効率などを考慮して適宜設定するのが望ましい。すなわち炭化炉の温度を高くする程、粉砕性を高くできるため、炭化炉の温度を、例えば、３５０℃以上、好ましくは５００℃以上とするのが望ましい。なお炭化炉の温度は、通常、１０００℃以下程度である。
【００５１】
炭化時間（炭化炉内での滞留時間）は、上記炭化炉の温度に応じて、炭化物を製造可能な範囲で適宜設定できるが、例えば、２０分以上、好ましくは４０分以上である。なお炭化時間が長くなり過ぎると、熱媒体として金属酸化物を使用したときには、一旦生成した炭化物が金属酸化物の還元に消費されてしまう。すなわち還元炉に炭化物と金属酸化物を移送する前に、還元反応が始まる（予備還元）。予備還元自体は本発明の効果を減じるものではないが、還元反応は還元炉で行う方が効率的であるため、還元用炭素量を確保するという観点から、炭化時間を長くし過ぎないのが望ましい。炭化時間は、例えば、７０分以下、好ましくは６０分以下程度である。なお上記炭化時間は一応の目安であり、炭化温度が高くなる程、炭化時間は短くなり、炭化温度が低くなる程、炭化時間は長くなる傾向がある。炭化温度と炭化時間の評価は、設備費や操業費も考慮した費用対効果で最終的には決定すべきである。
【００５２】
また本発明で用いる還元炉は、乾留ガスを燃料として使用して金属酸化物を還元できる限り特に限定されず、種々の公知の炉が使用できる。また前記還元炉で使用する金属酸化物及び還元剤も、必ずしも塊成化しておく必要はない。
【００５３】
好ましい還元炉は、金属酸化物と還元剤との塊成物を還元するのに適した炉、特に前記塊成物をバーナーで加熱し、塊成物の表面に還元金属外皮を形成させ、更に塊成物内の金属酸化物を還元するのに適した炉が挙げられる。これらの炉を用いれば、還元金属を高純度で得ることができる。
【００５４】
前記好ましい還元炉には、塊成物の形状を崩すことなく還元できる炉、例えば、特開平１０−１０２１１４号公報、特開平１０−１０２１１５号公報、特開平１０−１０２１１６号公報、特開平１０−１０２１１７号公報、特開平１０−１０２１１８号公報などに開示されている炉、移動炉床炉（回転炉床炉など）などが挙げられる。
【００５５】
【実施例】
以下、実施例を挙げて本発明をより具体的に説明するが、本発明はもとより下記実施例によって制限を受けるものではなく、前・後記の趣旨に適合し得る範囲で適当に変更を加えて実施することも勿論可能であり、それらはいずれも本発明の技術的範囲に包含される。
【００５６】
実施例１
図２に示す装置を用い、製鉄ダスト７００ｋｇ、廃木材４００ｋｇを炭化炉１０の供給口１６ｂから投入した。得られた炭化物と製鉄ダストとの混合物をプレス機１５で塊成化し、回転炉床式還元炉１に供給した。炭化炉１０からの乾留ガスと汎用燃料（天然ガス）とはバーナー４において空気と混合した。そして前記還元炉１内で燃焼させ、前記塊成物を加熱して製鉄ダストを還元した。還元炉１からの排ガスの一部（下記表１において排ガスＡと表示）は、炭化炉１０に供給して熱源として利用し、残部（下記表１において排ガスａと記載）は調温塔で熱交換（冷却）し、前記バーナー４に供給する空気の加熱（予熱）に利用した。炭化炉１０で熱を供給した後の排ガス（下記表１において排ガスａと記載）は、炭化炉１０に供給しなかった排ガス（下記表１において排ガスＢと記載）と共に調温塔で混合し、バグフィルタを通じて大気に放出した。
【００５７】
前記操業において、バーナー４で燃焼させる乾留ガス量、汎用燃料の使用量、及び予熱空気の使用量、並びに排ガス量をエネルギーとして下記表１に示す。
【００５８】
【表１】

【００５９】
比較例１
図３に示す装置を用い、製鉄ダスト７００ｋｇとコークスブリーズ１００ｋｇとの塊成物を原料供給口５から投入した。汎用燃料（天然ガス）と予熱空気とをバーナー４で混合し、前記還元炉１内で燃焼させ、前記塊成物を加熱して製鉄ダストを還元した。汎用燃料及び予熱空気の使用量と排ガスの発生量をエネルギーとして下記表２に示す。
【００６０】
【表２】

【００６１】
表１及び表２より明らかなように、本件発明によれば製鉄ダスト７００ｋｇを還元するに当たり、汎用燃料の使用量を３．８ＧＪに相当する分だけ低減できる。
【００６２】
実施例２
図２に示す装置を用い、炭化炉１０としては外熱式ロータリーキルンを採用した。有機物含有成分としては木材チップを、熱媒体（金属酸化物）としては電気炉ダストを用いることとし、木材チップを単独で、又は電気炉ダストと混合した後で炭化炉１０に投入し、４００℃、６００℃、又は８００℃で１時間加熱した。炭化炉から生成物を排出し、木材チップ１ｋｇ当たりの炭化炉内に残留したタール分（流出液）の量を測定した。結果を表３に示す。
【００６３】
【表３】

【００６４】
表３から明らかなように、金属酸化物としての電気炉ダストを木材チップに共存させることによってタール分を格段によく除去できた。これは、タール分を電気炉ダストに付着させることができたためと思われる。
【００６５】
実施例３
実施例２と同様にして木材チップと電気炉ダストとを炭化炉１０に投入し［木材チップ：電気炉ダスト＝２：３（質量比）］、４００℃、６００℃、又は８００℃で１時間炭化した。生成混合物を炭化炉１０から排出し、回転速度６０ｒｐｍのボールミルで３分間粉砕した。粒径１ｍｍ以下の成分の割合を、粉砕前後で測定した。結果を表４に示す。
【００６６】
【表４】

【００６７】
表４より明らかなように、炭化温度が高いほど、生成混合物の粉砕が容易になる。また炭化温度が４００℃程度でも、粒径１ｍｍ以下への粉砕が可能である。
【００６８】
実施例４
実施例２と同様にして木材チップと電気炉ダストとを炭化炉１０に投入し［木材チップ：電気炉ダスト＝２：３（質量比）］、温度６００℃で炭化した。経時的に生成混合物をサンプリングし、電気炉ダストを分離除去した後、残った炭化物中の炭素量を測定した。炭素量の経時変化を表５に示す。
【００６９】
【表５】

【００７０】
表５より明らかなように、炭化時間４０分程度で炭素量は最大となり、以降は炭素量が低下していく。炭化時間が長くなると、金属酸化物（電気炉ダスト）の予備還元反応が起こり、炭化物中の炭素が消費されるためと考えられる。上述したように、予備還元反応自体は本発明の効果を減じるものではないものの、効率性の点からは炭化時間を長くし過ぎないのが望ましい。
【００７１】
【発明の効果】
有機物の炭化処理の際に発生する乾留ガスを、金属還元に使用するバーナー加熱の燃料として用いる態様では、乾留ガスの保有する熱量を有効に利用できるため、熱効率を高めることができ、汎用燃料の消費量を低減できる。
【００７２】
炭化炉において熱媒体として金属酸化物を用いる態様では、炭化炉からの炭化物と金属酸化物とをそのまま還元炉の原料として使用できるため、汎用の熱媒体（砂など）の分離工程や金属酸化物と還元剤との混合工程を省略でき、原料（金属酸化物、還元剤など）の調製を効率化できる。
【００７３】
従って本発明によれば、還元金属の製造コストを著しく低減できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１は本発明の金属酸化物の還元設備の一例を示す概略概念図である。
【図２】 図２は本発明の金属酸化物の還元設備の他の例を示す概略概念図である。
【図３】 図３は従来の還元炉を示す概略概念図である。
【図４】 図４は従来の炭化炉を示す概略概念図である。
【符号の説明】
１…還元炉
４…バーナー
１２…乾留ガスライン
１３…排ガスライン
１４…炭化炉から排出された炭化物を還元炉に供給するためのライン

Claims (9)

1. 有機物含有成分を炭化炉で炭化するに際して、金属酸化物を熱媒体として共存させ、前記炭化炉から排出される炭化物と金属酸化物との混合物から塊成物を形成し、前記塊成物に含まれる前記金属酸化物を移動炉床炉で還元することを特徴とする還元金属の製造方法。
2. 前記有機物含有成分を炭化する際に発生する乾留ガスを前記移動炉床炉に設けられたバーナーに供給することを特徴とする請求項１記載の製造方法。
3. 前記バーナーで発生した排ガスの顕熱を、前記炭化のための熱として利用する請求項１又は２に記載の製造方法。
4. 前記有機物含有成分の炭化によって生成した炭化物を還元剤として使用する請求項１〜３のいずれかに記載の製造方法。
5. 前記有機物含有成分として、都市若しくは産業廃棄物又は該廃棄物を固形燃料化処理したものを使用する請求項１〜４のいずれかに記載の製造方法。
6. 金属酸化物と共存した状態で有機物含有成分を加熱して炭化物を生成する炭化炉と、前記炭化物と前記金属酸化物から塊成物を形成する塊成化手段と、前記塊成物を加熱することにより前記塊成物に含まれる前記金属酸化物を還元する移動炉床炉とを有する還元設備。
7. 前記移動炉床炉がバーナーを備え、前記バーナーの燃焼ガスを排出するための排ガスラインが前記移動炉床炉から延出しており、この排ガスラインが熱交換可能に前記炭化炉に接続している請求項６記載の還元設備。
8. 前記移動炉床炉に、炭化炉から排出された炭化物を供給するためのラインが接続している請求項６又は７に記載の還元設備。
9. 前記炭化炉で発生する乾留ガスを前記移動炉床炉に設けられたバーナーに供給するガスラインを有する請求項６〜８のいずれかに記載の還元設備。

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