JP4359090B2

JP4359090B2 - 亜鉛含有ダストの処理方法

Info

Publication number: JP4359090B2
Application number: JP2003192280A
Authority: JP
Inventors: 伸司黒瀬; 崇向江; 哲治茨城; 章次井村
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2003-07-04
Filing date: 2003-07-04
Publication date: 2009-11-04
Anticipated expiration: 2023-07-04
Also published as: JP2005021841A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、亜鉛を含む還元性金属酸化物を還元処理する回転炉床式還元炉、ロータリーキルン等の還元炉から発生する亜鉛含有ダストの処理方法に関し、とくに、亜鉛含有ダストから亜鉛製品原料や金属原料を得るための方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
鉄鉱石や製鉄工程での発生ダストの還元には、回転炉床式還元炉やロータリーキルンなどの還元炉が用いられている。これらの還元炉で、転炉ダストのような亜鉛を含む原料を還元する場合は、排ガス中から亜鉛を多く含むダストが回収される。例えば、ロータリーキルン式の還元炉からは、亜鉛を２０〜５０質量％、トータル鉄を１０〜２５質量％含むダストが回収される。また、回転炉床式還元炉では鉄含有物の飛散が少ないため、この還元炉からのダストは亜鉛比率が高く、亜鉛を３０〜６０質量％、トータル鉄を２〜１５質量％含むダストが回収される。
【０００３】
これらの還元炉から発生する亜鉛含有ダストからは、金属亜鉛や炭酸亜鉛が製造されている。金属亜鉛の製造方法としては、亜鉛含有ダストを他の原料と混合し、亜鉛溶鉱炉にて鉛との混合物を製造し、これを精製する方法（ＩＳＰ法）がある（例えば、特許文献１参照）。また、亜鉛含有ダストを硝酸溶液に溶解して、この溶液を電気分解する方法（湿式電気分解法）もある（例えば、特許文献２参照）。
【０００４】
一方、炭酸亜鉛を製造する場合は、亜鉛含有ダストをアンモニア水等のアルカリ溶液に溶解して、これを精製して炭酸亜鉛を製造する（例えば特許文献３参照）。
【０００５】
【特許文献１】
特開平９−１５７７６２号公報
【０００６】
【特許文献２】
特開２００３−１３２７５号公報
【０００７】
【特許文献３】
特開２００２−３０８６２１号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
還元炉から回収される亜鉛含有ダストを処理して亜鉛製品原料や金属亜鉛原料としてリサイクルする方法は、上記のとおりであるが、この亜鉛含有ダストは、亜鉛以外の不純物を多く含むことから、亜鉛製品原料や金属亜鉛原料を製造するためのコストが多くかかる問題があった。一般に、亜鉛含有ダストは、酸化鉄を１〜３０質量％、塩化ナトリウムなどの塩を５〜２５質量％含んでいる。このように、不純物を含むことの問題があった。
【０００９】
また、上記の従来技術では、酸化鉄を多く含む場合は、精錬工程での鉄残渣量が多く、その除去のために工程が複雑となることや、残渣処分費用が多くかかる問題があった。また、塩化物やフッ化物といったハロゲン化物を多く含んでいる場合は、特許文献１に記載されているようなＩＳＰ法では、炉内での塩素やフッ素が反応阻害をすることや設備の腐食の問題があった。特許文献２に記載されているような湿式電気分解法では、硝酸溶液にこの塩が溶解するため、電気分解反応が阻害される問題があった。
【００１０】
さらに、特許文献３に記載されているような、亜鉛含有ダストから、炭酸亜鉛を製造する方法においても問題があった。つまり、例えば、亜鉛含有量が３０〜４０質量％程度で、トータル鉄含有量が１０〜１５質量％の亜鉛含有ダストをそのまま炭酸亜鉛の原料として使用すると、炭酸亜鉛製造の過程で発生する鉄残渣処理費が過大となる。また、塩化ナトリウムなどの水溶性の不純物が処理溶液を汚染することから、これらの不純物を溶液から除去するための工程が複雑となる問題があった。
【００１１】
従来技術における上記の問題を解決するために、亜鉛含有ダストを篩い分けして、亜鉛濃度の高い部分を分別する方法もあるが、この方法ではダストの粒度構成に基づいて複数の篩いが必要となり、また篩い分けしたダストの回収設備及び集塵機等が必要となる等、設備費が過大となるという問題があった。
【００１２】
以上のとおり、従来技術による方法では、処理費用が高いことや処理工程が複雑となる問題があり、これらの問題を解決するための新しい技術が求められていた。
【００１３】
そこで、本発明が解決しようとする課題は、低コストかつ少ない処理工程で、亜鉛含有ダストから亜鉛製品原料や金属原料を得ることができる手段を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
亜鉛を含む還元性金属酸化物を還元処理する回転炉床式還元炉又はロータリーキルンから発生する亜鉛含有ダストをｐＨ７〜１２の範囲に調整した水と混合し、亜鉛含有ダストと水の質量比率を１対８〜４０の範囲に調整してスラリーを製造し、当該スラリーを攪拌して亜鉛含有ダスト中に含まれるアルカリ塩化合物を溶解した後、当該スラリーをハイドロサイクロンによって亜鉛濃縮粉体のスラリーと亜鉛の少ない粉体のスラリーとに分離し、前記亜鉛濃縮粉体を亜鉛製品の原料とし、かつ、前記亜鉛の少ない粉体を前記回転炉床式還元炉又は前記ロータリーキルンで還元処理する原料とすることを特徴とするものである。
【００１５】
さらに、本発明の亜鉛含有ダストの処理方法では、上記の方法で得られた亜鉛濃縮粉体のスラリーを脱水して、水分含有率が３５質量％以下の脱水物を製造し、その脱水物を再生金属亜鉛の原料としてあるいは炭酸亜鉛製造の原料として使用する。
【００１７】
【発明の実施の形態】
添付図面である図１を参照して本発明の実施の形態を説明する。
【００１８】
図１は、本発明の亜鉛含有ダストの処理方法を実施する処理設備の全体図である。同図に示す処理設備は、スラリー調合槽１と、スラリーポンプ２と、ハイドロサイクロン３と、分離された亜鉛の少ない粉体のスラリーを貯蔵する堆積ピット４と、堆積ピット４内の当該スラリーを脱水搬送するためのスクリューコンベア５とからなる。
【００１９】
まず、本発明では、回転炉床式還元炉やロータリーキルン式還元炉などの還元炉から発生する亜鉛含有ダストを処理する。以降、このダストを亜鉛含有ダストと称する。亜鉛含有ダストは、酸化亜鉛を主体とする粒子、酸化鉄等を主体とする粒子、及び、塩化ナトリウムなどを主体とする粒子の混合物であり、一般的に、その亜鉛含有量は２０〜６０質量％（トータル亜鉛換算）である。また、還元炉の原料として、高炉ガスダスト、転炉ダスト、電気炉ダスト等の粉体を還元する操業では、不純物として、トータル鉄を１〜２５質量％、塩化ナトリウム、塩化カリウム、フッ化ナトリウムなどの塩を１０〜２０質量％含むことが一般的である。以下の説明では、代表例として、還元炉で酸化鉄を還元した場合の処理方法を示す。
【００２０】
本発明では、まず、スラリー調合槽１の内部で、亜鉛含有ダストと水を混合して、スラリーを製造する。スラリーの亜鉛含有ダストと水の質量比率は１対８〜４０とする。スラリーの粒子濃度が高すぎる場合は、後工程のハイドロサイクロン３での粒子の分離効率が低下する問題がある。また、スラリーの粒子の濃度が低すぎる場合は、後工程での脱水処理での問題が生じるため、この混合比率とする。ここで、スラリーを良く撹拌して均一にする。この際に、塩化ナトリウムなどのアルカリ塩の溶解を促進させる必要がある場合は、撹拌時間を５〜２０分間とすると良い。この混合工程では、水のｐＨの調整に注意が必要である。なぜならば、亜鉛は両性酸化物であることから、低ｐＨでは、亜鉛イオンとして溶解し、また、高ｐＨでは、亜鉛錯イオンとして溶解する。従って、亜鉛の収率を上げるためには、ｐＨを７〜１２とするのが良い。
【００２１】
このように調合したスラリーを、スラリーポンプ２を用いて、湿式分離装置であるハイドロサイクロン３に送る。ハイドロサイクロン３の中では、遠心力を使用して、当該スラリー中の粒子を分離する。酸化亜鉛などの亜鉛含有粒子は、微粒子で、かつ、低比重であることから、ハイドロサイクロン３の内側に、また、酸化鉄などの粗粒で、かつ、高比重の粒子は、外側に集められる。この方法で分離された各々のスラリーを分離して、亜鉛濃縮粒子のスラリーと亜鉛の少ない鉄濃縮粒子のスラリーを得る。
【００２２】
亜鉛濃縮粒子のスラリーには、酸化亜鉛を多く含む粒子が集められ、粒子のトータル亜鉛濃度が５０〜６３質量％と上昇する。これは、スラリー混合と遠心分離操作により、アルカリ塩などの水溶性塩の不純物が、また、遠心分離操作により、高比重で粗粒の酸化鉄などが、分離されることが理由である。一方、鉄濃縮粒子のトータル亜鉛濃度が３〜１０質量％と低減されて、酸化鉄濃度が上昇し、トータル鉄換算で３０〜５０質量％となる。この鉄純度であれば、還元鉄の原料として使用することが可能となる。
【００２３】
この方法で分離した２種類のスラリーを、各々、亜鉛製品の原料、還元炉で還元する鉄原料として用いる。まず、亜鉛濃縮粒子のスラリーを脱水処理して、水分を低下させる。この操作で、亜鉛濃縮粒子に付着している水の水溶性塩の量を低下させることができる。亜鉛含有ダストに水溶性塩が多く含まれる場合は、脱水操作により、水分を３５質量％以下とすることで、水溶性塩の９０％以上を除去することが可能となる。この脱水物を亜鉛製品の原料とする。例えば、先に説明したＩＳＰ法や湿式電気分解法による金属亜鉛や、炭酸亜鉛などの亜鉛製品の原料として使用する。ＩＳＰ法における亜鉛溶鉱炉では、上記の純度の亜鉛濃縮粉体であれば、良質の原料として使用することができる。
【００２４】
一方、湿式電気分解法によって金属亜鉛を製造する際に、亜鉛含有ダストの水溶性塩の濃度が極めて高い場合などに水溶性塩の除去が不十分である場合は、亜鉛濃縮粒子を、再度、水洗して脱水することにより、原料となる亜鉛濃縮粉体（酸化亜鉛）を高純度化することもある。炭酸亜鉛を製造する場合は、亜鉛濃縮粉体をアンモニア水と炭酸ガスによって溶解させる。この溶液から、鉛、ニッケル、鉄などの不純物を除去した後に、アンモニアを気化して炭酸亜鉛を製造する。この際に、原料となる亜鉛濃縮粉体を再度、水洗して脱水することにより、これを高純度化することもある。
【００２５】
次に、亜鉛の少ない鉄濃縮粒子のスラリーを脱水して、酸化鉄が濃縮した粉体の脱水物を製造する。この鉄濃縮粒子を他の原料と混合して、もとの還元炉で還元する原料とする。鉄濃縮粒子からは大部分の亜鉛が除去されていることから、還元炉の自己ダストのリサイクルによる還元炉の亜鉛循環が解消される。このことにより、亜鉛含有ダストをリサイクル使用しても、製品である還元鉄に亜鉛濃縮しない効果的な処理が行える。回転炉床式還元炉では炉内での鉄からの脱亜鉛率が８０〜９７％と高いことから、本発明の方法が有効に機能する。また、回転炉床式還元炉よりも、脱亜鉛率が低いロータリーキルン式還元炉においては、更に効果的に還元鉄製品への亜鉛濃縮の問題が解消できる。
【００２６】
【実施例】
（実施例１）
以上に説明した図１の処理設備を使用した処理方法により、亜鉛含有ダストを処理した実施例を示す。先ず、亜鉛：２９質量％、トータル鉄：１８質量％、アルカリ塩：５．１質量％の回転炉床式還元炉から発生する亜鉛含有ダストを用いた。
【００２７】
スラリー調合槽１の内部で、スラリー濃度が５質量％となるようにこの亜鉛含有ダストと水を混合した。水のｐＨは８．８とした。水のｐＨ調整剤としては、炭酸ナトリウムを用いた。混合時間は１０分間とした。
【００２８】
次に、スラリーポンプ２を用いて、スラリー調合槽１で調合したスラリーをハイドロサイクロン３に送入した。ハイドロサイクロン３の上部側からスラリー状で排出された亜鉛濃縮粒子の亜鉛含有量は５５質量％、トータル鉄含有量は４質量％、また、アルカリ塩は１．２質量％であった。また、ハイドロサイクロン３の下部側からスラリー状で排出された鉄濃縮粒子のトータル鉄含有量は５６質量％、また、亜鉛含有量は７質量％であった。
【００２９】
亜鉛濃縮粒子は、そのままアンモニア水に溶解されて、炭酸亜鉛の原料として利用された。この結果、炭酸亜鉛製造の反応浴での鉄残渣の発生量は６質量％と極めて少なかった。他の元素の残渣量も少なかった。また、ハロゲン元素による炭酸化反応の阻害もなかった。一方、鉄濃縮粒子は、他の酸化鉄原料と混合されて、回転炉床式の還元炉の原料として、再度、還元処理されて、還元鉄の原料となった。
【００３０】
（比較例１）
実施例１と同じ亜鉛含有ダストをそのまま炭酸亜鉛の製造工程で使用した。この結果、反応浴での鉄残渣の発生量は２５質量％となり、この処分のための費用が多くかかった。また、塩素とフッ素が起因の炭酸化反応の阻害が起きた。
【００３１】
（実施例２）
亜鉛：４７質量％、トータル鉄：１１質量％、アルカリ塩：１８質量％の回転炉床式還元炉から発生する亜鉛含有ダストを用いた。スラリー調合槽１の内部で、スラリー濃度が８質量％となるようにこの亜鉛含有ダストと水を混合した。水のｐＨは９．３とした。水のｐＨ調整剤としては、炭酸ナトリウムを用いた。混合時間は１５分間とした。
【００３２】
次に、製造したスラリーをハイドロサイクロン３で処理した。分離処理の後、亜鉛濃縮粒子のスラリーを脱水して、水分が２８質量％の脱水物を製造した。この処理の結果、亜鉛濃縮粒子の亜鉛含有量は６１質量％、トータル鉄含有量は０．５質量％、また、アルカリ塩は２．３質量％であった。また、鉄濃縮粒子のスラリーも、水分：１９質量％まで脱水した。この処理の結果、鉄濃縮粒子のトータル鉄含有量は４３質量％、また、亜鉛含有量は１８質量％であった。
【００３３】
以上の処理で得られた亜鉛濃縮粒子をＩＳＰ法における亜鉛溶鉱炉で還元する原料として使用したところ、良質の金属亜鉛の生産が行えた。また、反応にともなうスラグ発生量も通常の原料を使用した場合と同じであった。また、鉄濃縮粒子を鉄鉱石粉とコークス粉と混合して、回転炉床式還元炉で還元して、還元鉄を製造して、これを電気炉の鉄原料とした。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の亜鉛含有ダストの処理方法を実施する処理設備の全体図である。
【符号の説明】
１スラリー調合槽
２スラリーポンプ
３ハイドロサイクロン
４堆積ピット
５スクリューコンベア

Claims

亜鉛を含む還元性金属酸化物を還元処理する回転炉床式還元炉又はロータリーキルンから発生する亜鉛含有ダストをｐＨ７〜１２の範囲に調整した水と混合し、亜鉛含有ダストと水の質量比率を１対８〜４０の範囲に調整してスラリーを製造し、当該スラリーを攪拌して亜鉛含有ダスト中に含まれるアルカリ塩化合物を溶解した後、当該スラリーをハイドロサイクロンによって亜鉛濃縮粉体のスラリーと亜鉛の少ない粉体のスラリーとに分離し、前記亜鉛濃縮粉体を亜鉛製品の原料とし、かつ、前記亜鉛の少ない粉体を前記回転炉床式還元炉又は前記ロータリーキルンで還元処理する原料とすることを特徴とする亜鉛含有ダストの処理方法。
請求項１に記載の亜鉛含有ダストの処理方法によって得られた亜鉛濃縮粉体のスラリーを脱水して、水分含有率が３５質量％以下の脱水物を製造し、その脱水物を再生金属亜鉛の原料としてあるいは炭酸亜鉛製造の原料として使用することを特徴とする亜鉛含有ダストの処理方法。