JP4130629B2 - 高温金属回収プロセス - Google Patents

Description

本発明は、金属を含有する粒子状ダストから有用な金属を回収するための方法及び装置に関し、より詳しくは、電気アーク炉ダストから金属を回収するための方法及び装置に関する。

大規模な一貫製鋼所の廃棄物の流れから、鉄単体や亜鉛や他の有用な金属を回収するための方法として、例えば、ミドレックス社のFASTMET（商標）プロセス、INMETCOプロセスやモーミー（Maumee）プロセスのような回転炉床式加熱炉プロセス、及びHorse HeadとBUS Waelzキルンのような回転キルンプロセスが、開発され市販されている。

これらのプロセスの設備能力は、年間に処理される廃棄物のうちの１００，０００から２００，０００メートルトンの範囲であると効率が良い。電気アーク炉技術に基づくミニミルは、一般に一貫製鋼所よりも能力が小さく、また、廃棄物の発生もかなり少なく、年間５，０００から３０，０００メートルトンの範囲である。電気アーク炉（ＥＡＦ）の運転による特殊なダスト廃棄物は、米国環境保護庁（US EPA）が、特殊な取り扱いや在庫管理やUS EPAにより認可された処理を必要とする有害廃棄物として、Ｋ０６１に分類している。これら特殊な取り扱いが要求され、また責任が伴うことにより、大規模な集中化されたＥＡＦダスト処理設備を操業することは、煩雑で好ましくないことになっている。Ｋ０６１に分類される廃棄物の高温金属回収処理（ＨＴＭＲ）は、US EPAによって、好ましい処理方法として規制対象から除外されている。

従って、望ましくは、発生したミニミルの廃棄物を、そのような廃棄物が生成される現場にて、効率的に熱処理する方法を提供できると良い。

１９９８年に、ミドレックスインターナショナル（Midrex International）ＢＶは、米国特許第５，７３０，７７５号（特許文献１）を取得したが、この特許は、FASTMET（登録商標）の商標名や登録商標で知られる改良方法及び装置を開示している。そして、この装置は、乾燥した酸化鉄及び炭素成形体から直接還元によって鉄を生成するものであり、炭素成形体を、炉床上に二層を超えない深さで積み重ね、約１３１６℃から１４２７℃まで炭素成形体を短時間で加熱することによって金属化する。特許文献１は、近年の技術水準を概ね理解するために、本明細書中に援用される。

現行の回転炉や回転キルンによるＨＴＭＲプロセスにおいては、投下資本の大半は、処理炉に装入するために必須の装入準備装置、処理炉自体の製造や組立、及び、生成物を取り扱う装置に関係している。
米国特許第５，７３０，７７５号明細書

本発明の主な目的は、金属酸化物の微粉を急速且つ効率良く還元し、そこから有用な金属を回収することを実現する改良方法を提供することにある。

この発明の他の目的は、ＥＡＦダストを処理するための簡易で安価な方法及び装置を提供することにある。
この発明の他の目的は、現場に設置可能な、又は十分に持ち運び可能な還元炉装置を提供することにある。
この発明の更なる目的は、可変速度で運転可能な微粉の還元炉を提供することにある。

この発明の他の目的は、ＥＡＦダストから、使用可能な亜鉛酸化物を回収するための手段を提供することにある。
この発明の他の目的は、有害廃液の処理が不要な方法を提供することにある。
この発明の他の目的は、有害固形廃棄物を発生しない方法を提供することにある。

この発明によって供されるのは、ＥＡＦダストから主として有用な金属を回収するための方法及び装置である。この金属を含むダストから有用な金属を回収する方法は、
ａ．金属を含有するダストと、炭素質の微粉とを混合して粒状混合物を形成する工程と、
ｂ．揮発性金属及びアルカリ金属を還元し、ガス状生成物とともにそこから放出させるために、該金属を含有するダストと炭素質の微粉との混合物を、十分な温度で且つ十分な時間をかけて直接燃焼させることによって加熱する工程と、
ｃ．該放出された金属及びガスを収集し、該金属を再酸化する工程と、
ｄ．該ガスから有用な金属を分離し、生産物としてそのプロセスから該有用な金属を取り出す工程と
を備えている。

前記水平トンネル炉は、周囲空気の侵入を防ぐべく密封されている。揮発性金属を収集するために、バグハウスが設けられている。

この発明に係るプロセスは、装入レッグ（feed leg）を通して、水平移動コンベアの上に、ＥＡＦダストと炭素質の微粉（炭塵、木炭、石油コークス等）とを単に混合した混合物を供給する。コンベアの動きによって、その装入量を制御し、該コンベアのパンに沿って均等に装入材料が供給されるようにする。前記パンは、「可動床」ではないので、供給エリアは常に冷えており、すなわち周囲温度である。これによって、回転炉プロセスに伴う複雑かつ高価な供給及び均しシステムを不要にしている。

前述したことから、金属酸化物の微粉を高速かつ効率良く還元し、そこから有用な金属を回収することを実現するための改良方法及び装置、現場に設置可能であるか又はトラックや鉄道によって十分に持ち運び可能な、ＥＡＦダストを処理するための簡易で安価な方法及び装置、可変速度で操作可能な微粉の還元炉であって、使用可能な亜鉛酸化物をＥＡＦダストから回収し、有害廃液の処理を必要とせず、有害固形廃棄物を生じない還元炉が発明されたことは直ちに明らかである。

前述の目的及び他の目的は、次の詳細な説明及び添付の図面を参照することによって、より容易に明らかとなるであろう。

図１に示すように、細長い還元炉１０は、装入若しくは供給端１２と、排出端１４とを有している。供給ホッパー１６は、還元炉の装入端１２と連係しており、この装入端は、スライドゲート２０によって調整される密封レッグ１８の傍らに有効に位置し得る。水平移動コンベア２２は、還元炉の下側部分に位置し、これによって、装入端からの供給材料は、調整された速度で還元炉内を移動する。バーナ２４は、図示のように、還元炉の側壁に位置しており、還元処理のために必要な熱を与える。煙道ガス排気管２６は、耐火ライニングされた還元炉の上壁に設けられている。

還元炉１０はトンネル炉であり、例えば、可撓性の接続具のような適宜なサイドシール２８を有し、このサイドシールは、還元炉の側部とコンベア２２の側部との間を密封する。

生成物は、還元炉から輸送容器９２へと排出され、生成物の排出は、スライドゲート９４によって調整される。

ＥＡＦダストは、集積貯蔵容器４０に集められ、その集積貯蔵容器４０から粉状の還元剤と共に混合コンベア４２へ送られる。この還元剤は、粉砕又は粉状にされた、石炭、石油コークス、又は木炭である。

排気管２６からの煙道ガスは、希釈用の空気Ａを加えられ、そしてこの希釈された煙道ガスは、経路４８を通ってフィルタ５０まで移動する。微粒子は、バグフィルタのようなフィルタから脱落し、そして容器５２に集められる。それから、該濾過され希釈されたオフガスは、排気用煙突５４を通して大気に排出される。

図１及び図７に示すように還元炉を地面に据え付けるだけではなく、図３に示すようにトラックに据え付けても良いし、また、一つ若しくはそれ以上の鉄道車両を介してレールに据え付けても良い。このプロセスの追加の構成要素も、すなわち、図４に示すバグフィルタ５０と送風機５６とを有する煙道ガス処理容器、図５に示すＥＡＦのサイロ又は集積貯蔵容器４０Ａ、及び図６に示す還元剤の集積貯蔵容器４４Ａもまた、トラックやレールに据え付けても良い。

還元炉を流れる材料の速度は、熱電対８８によって調整される。

この発明は、効率良くＥＡＦダストを熱処理するために、特に設計された安価な設備である。発明した還元プロセスは、ＥＡＦダストを熱処理するために、高温トンネル炉１０の中において水平移動コンベアを利用している。主たる目的は、高品質な粗亜鉛酸化物を回収することである。生成される金属鉄生成物は、吹き込み可能な微粉としてＥＡＦに利用しても良いし、あるいは、ブリケット設備にて練炭に成形しても良いし、現地の基準次第では埋め立てても良い。

水平コンベア２２は、工場で組み立てられて、そして、基礎及び現地での建て込みを最小として現場に設置される。水平移動コンベアは、ＥＡＦダストや炭素混合物を、低温の供給エリアから、バーナシステムによって１１００〜１２００℃に維持されつつ、加熱された「トンネルキルン」又は炉１０を通して搬送する。加熱ゾーンの保持時間は、１０〜２０分である。

前記加熱ゾーンの終端部で、水平コンベアのパンの下方に位置している熱電対８８は、ＥＡＦダスト及び炭素混合物の底部の層の温度を監視し、そして、水平コンベアの移動の頻度により制御することによって、目標値を維持する。水平コンベアの動きでは、ＥＡＦダスト混合物は混合されないので、底部の層の温度を監視することによって、還元と揮発性金属の放出が完了した時点が示される。それは、混合物の最下部が約１１００℃の温度に到達した時点である。また、これによって過熱によるコンベアのパンの損傷も防ぐ。

揮発性金属（亜鉛、鉛、カドミウム等）及びアルカリ金属（ナトリウムやカリウム）は、加熱下のＥＡＦダストから放出され、煙道ガス中で再酸化され、煙道ガスとともに還元炉から排出され、そしてバグフィルタによって捕獲される。該揮発性金属は、煙道ガスや、同じくバグフィルタで捕獲される金属硫化物から硫黄化合物を除去するため、ＳＯ_２の放出は規制され制限される。希釈空気（空気対煙道ガス比が約５：１）を導入することによって、煙道は、炉温（〜１１５０℃）からバグフィルタの入口の許容温度まで急速に冷却される。このように急速に冷却することで、ダイオキシン化合物の生成が防止される。煙道バーナは、低ＮＯｘとなるように設計されており、余剰酸素を最小限にしつつ運転され、ＮＯｘ生成を最小限にする。ＥＰＡ基準を満たすべく、排ガス規制装置を更に設ける必要はない。バグフィルタによって捕獲された微粒子には、多量の亜鉛酸化物（７０％を超える）が含まれており、貴重な亜鉛源として亜鉛精製業者に売却される。

還元鉄生成物は、還元炉から排出され、好ましくは、密閉容器９２に投入される。密閉容器が満杯になったら、スライドゲート９４は閉まり、密閉容器は取り外されて、他の密閉容器と交換される。密閉容器に集められた還元鉄生成物は、ＥＡＦ内へ噴射して再投入しても良いし、あるいは、ブリケット化してスクラップとともにＥＡＦへ供給しても良いし、または、場合によっては、単に、ゴミ埋め立て地に埋め立て処理しても良い。満杯の密閉容器は、単に周囲条件下で１２〜１８時間放置しておくことで冷却しても良いし、水槽に浸漬することで、より急速に冷却しても良い。

プラントの設備は、建設を容易にするために（また、最低限の土木工事で行うために）、単にコンクリートスラブの基礎上に、滑らせて据え付けても良い。

ベンチスケールテストによって、ＥＡＦダストの還元と亜鉛の放出とが、このプロセスによって表される条件下において実施可能であることがわかった。次の表は、このプロセスにおけるＥＡＦダストからの鉄単体の回収率を示している。

［表］

注：Ａは、７．３グラムの混合物を、１１００℃で１５分間加熱
Ｂは、非加熱の混合物で、混合比はＥＡＦダスト８４％に木炭１６％（粉砕して乾燥）
Ｃ乃至Ｅは、９グラムの混合物を、１１５０℃の炉温で加熱

代替の実施形態として、還元炉及び関連の設備は、図３乃至図６に示すような一連のトラックに据え付けても良く、その後に、これらは適宜な導管で連結される。上述したように、上記設備を、鉄道車両に据え付けても良い。

前述の説明や具体的な実施形態は、この発明やその原理の最良な形態の単なる例示であって、添付の特許請求の範囲によってのみ制限される当該発明の精神や範囲にもとることなく、当該技術分野の当業者によって、その装置に対する様々な変更や負荷をしても良いことは理解されるべきである。

発明したプロセスの概略図である。 還元炉、装入、及び排出の概略上面図である。 トラックに据え付けられた発明の処理炉の側面図である。 トラックに据え付けられた発明のフィルタの側面図である。 ＥＡＦダストのサイロ又は集積貯蔵容器の側面図である。 トラックに据え付けられた、粉状の還元剤の集積貯蔵容器の側面図である。 本発明のトンネル炉、及び関連する設備や支持材の側面図である。 図７の８−８線に沿って示す、トンネルキルンの断面図である。 楕円９０で示す図７の部分の拡大詳細図である。

符号の説明

１０ 還元炉、１２ 装入端、１４ 排出端、１６ 供給ホッパー、１８ 密封区間
２０ スライドゲート、２２ 水平移動コンベア、２４ バーナ、２６ 煙道ガス排気管、２８ サイドシール、４０集積貯蔵容器、４０Ａ 集積貯蔵容器、４２ 混合コンベア、４４Ａ 集積貯蔵容器、４８ 経路、５０ バグフィルタ、５２ 容器、５４ 排気用煙突、５６ 送風機、８８ 熱電対、９２ 輸送容器、９４ スライドゲート、Ａ 空気

Claims (12)

1. 金属を含有するダストから有用な金属を回収する方法であって、
   ａ．金属を含有するダストと、炭素質の微粉とを混合して粒状混合物を形成し、サイドシールにより側部が水平トンネル炉と密封接続された水平移動コンベアのパン全体にわたって均等にその粒状混合物を配給する工程と、
   ｂ．前記水平トンネル炉内で、前記粒状混合物を十分な温度で且つ十分な時間をかけて加熱し、揮発性金属及びアルカリ金属を還元して、ガス状生成物とともにそこから放出させる工程と、
   ｃ．該放出された金属及びガスを収集し、希釈空気を加えて前記得られた揮発性金属を再酸化する工程と、
   ｄ．該ガスから有用な金属を分離し、生産物としてそのプロセスから該有用な金属を取り出す工程と
   を備えた方法。
2. 前記炭素質の微粉は、炭塵、木炭、石油コークス、及びこれらの混合物からなる組から選択される請求項１に記載の方法。
3. 該金属を含有するダストは、電気アーク炉のダストである請求項１に記載の方法。
4. 前記の放出された揮発性金属と、アルカリ金属と、付随するガス状生成物とを、空気で希釈することによって冷却する工程を備える請求項１に記載の方法。
5. 前記の放出された揮発性金属及びアルカリ金属を、ダイオキシン化合物の生成を防ぐために、前記ガス状生成物中の硫黄と反応させる工程を備えている請求項１に記載の方法。
6. 前記金属を含有するダストと炭素質の微粉との混合物を、十分な温度で且つ十分な時間をかけて加熱し、その中に含まれている鉄を金属化鉄粒子に還元する工程と、前記金属化鉄粒子を収集する工程とを備える請求項１に記載の方法。
7. 前記温度を１１００〜１２００℃の範囲に維持する工程を備える請求項６に記載の方法。
8. 前記混合物を、１０〜２０分の間加熱する工程を備える請求項６に記載の方法。
9. 金属を含有する微粒のダストから有用な金属を回収するための装置であって、
   ａ．水平トンネル炉のチャンバーであって、サイドシールにより下部に配置された水平移動コンベアの側部と側部が密封接続された水平トンネル炉のチャンバーと、
   ｂ．前記水平移動コンベアのパン全体にわたって均等に、細かく分割された金属を含む微粒材料を配給するための手段と、
   ｃ．前記水平移動コンベア上の微粒材料を加熱するための手段と、
   ｄ．前記水平移動コンベア上の該微粒材料の温度を監視するための手段と、
   ｅ．前記水平移動コンベアの移動頻度を制御することによって温度設定点を維持するための手段と、
   ｆ．前記の金属を含む微粒材料の中で、有用な金属を金属化生成物まで還元するための手段と、
   ｇ．鉄を含んでいる細かく分割された金属含有微粒材料から揮発性金属を分離するための手段と、
   ｈ．前記金属化生成物を排出し、収集するための手段と、
   を備えている装置。
10. 揮発性金属及びアルカリ金属を冷却して取り出すための手段を備えている請求項９に記載の装置。
11. トラック台車を備え、前記水平トンネル炉のチャンバー及び前記水平移動コンベアはそのトラック台車に据え付けられている請求項９に記載の装置。
12. 鉄道車両を備え、前記水平トンネル炉のチャンバー及び前記水平移動コンベアとはその鉄道車両に据え付けられている請求項９に記載の装置。

Images