JP4828848B2 - 製錬炉用廃材ブリケットの製造方法および該方法によって製造される製錬炉用廃材ブリケット - Google Patents

Description

本発明は、製錬炉用廃材ブリケットの製造方法および該方法によって製造される製錬炉用廃材ブリケットに関する。

金属合金の製造においては、金属合金の溶製もしくはその副原料の溶製に、電気製錬炉等の高炉型冶金炉を用いて製錬工程がとられることがある。金属合金の一種であるたとえばステンレス鋼では、その主成分としてクロム（Ｃｒ）を含有し、またいわゆるニッケル（Ｎｉ）系と呼ばれるものではＮｉを含有するので、製錬工程が採られる場合、製錬工程において、Ｃｒと鉄（Ｆｅ）との合金屑やＮｉ含有ペレットなどが、Ｃｒ原料およびＮｉ原料として用いられる。しかしながら、近年これらの原料は、需要に対する供給が逼迫していることから、価格が高騰するとともに入手自体が困難な状況にある。

このような現状から、たとえばＮｉについては、Ｎｉ含有廃触媒から油脂分を除去して鉄鋼原料として使用することが提案されており（たとえば、特許文献１参照）、また他の先行技術ではＮｉ含有廃触媒とともに金属製造工程において発生した研削屑等の金属質廃材から油脂分を除去して鉄鋼原料として使用することが提案されている（たとえば、特許文献２参照）。

しかしながら、Ｎｉ含有廃触媒および金属質廃材は、その形状が粉粒状または泥状を呈するので、このような形状の物を製錬原料として製錬炉に投入すると、炉内の通風を阻害して炉況が悪化するとともに、Ｎｉ含有廃触媒および金属質廃材自体が集塵されることによって歩留が低下するという問題がある。

特許文献１および特許文献２では、Ｎｉ含有廃触媒および金属質廃材から油脂分を揮発させるために、キルンまたは誘導加熱炉などの加熱炉で油脂分の気化温度以上に加熱し、加熱炉に不活性ガスを導入・排気し、排ガスとともに気化した油脂分を炉へ排出するけれども、この排ガスによってＮｉ含有廃触媒および金属質廃材が飛散することを防止するために、Ｎｉ含有廃触媒および金属質廃材を製団（ブリケット化）することが提案されている。

Ｎｉ含有廃触媒および金属質廃材を製団することによって、これらを製錬原料として用いる場合における製錬炉内の通風維持および歩留向上が期待できる。しかしながら、特許文献１および特許文献２では、油脂分除去時の急速加熱による崩壊防止のために、Ｎｉ含有廃触媒および金属質廃材の製団に結合剤として、高価なピッチ、セメントまたは水ガラスが用いられるので、このような結合剤で製団されたＮｉ含有廃触媒および金属質廃材を製錬原料に用いると、製鋼コストが極めて高くなるという問題がある。

特開平６−２７９８７６号公報 特開平７−３４１４５号公報

本発明の目的は、熱間強度に優れて製錬炉の炉況安定に寄与することができ、安価に製造することのできる製錬炉用廃材ブリケットの製造方法および該方法によって製造される製錬炉用廃材ブリケットを提供することである。

ここで、廃材とは、油脂分、水分等を含み、粉状、細粒状の形状を有し、そのまま製錬炉に投入すれば、歩留の低下および／または炉況悪化を引起す原料を総称する。

本発明は、金属成分を含有する廃材を製錬炉の原料として使用するために塊状化する製錬炉用廃材ブリケットの製造方法において、
５ｍｍ以下の粒子が油脂分と混在して泥状になったＮｉ含有廃触媒と、混練物全体に対して８〜２０重量％含有される量のベントナイト、デンプンおよびパルプ廃液のいずれか1種以上の結合剤とを混練する混練工程と、
混練工程において混練された混練物をブリケットに製団する製団工程と、
結合剤がベントナイトまたはデンプンを含むときは製団されたブリケットを強制乾燥する乾燥工程に付し、
結合剤がパルプ廃液を含むときは製団されたブリケットを自然養生する養生工程に付すことを特徴とする製錬炉用Ｎｉ含有廃触媒ブリケットの製造方法である。

また本発明は、前記の製造方法によって製造されることを特徴とする製錬炉用Ｎｉ含有廃触媒ブリケットである。

本発明によれば、５ｍｍ以下の粒子が油脂分と混在して泥状になったＮｉ含有廃触媒と結合剤とを混練し、混練物をブリケットに製団し、製団されたブリケットを自然養生または強制乾燥して製錬炉用廃材ブリケットが製造されるので、熱間強度に優れ製錬炉の炉況を安定化させ、集塵等によって消耗することなく歩留を向上することのできる製錬炉用Ｎｉ含有廃触媒ブリケットを得ることができる。

また、結合剤が、混練物全体に対して好適範囲に含有されるので、熱間強度に優れ、製錬用原料として有用な量の金属成分を含有する製錬炉用Ｎｉ含有廃触媒ブリケットを製造することができる。

また、結合剤として、ベントナイト、デンプンおよびパルプ廃液からなる群より選択される１または２以上が用いられるので、製団後製錬炉へ装入されるまでの装入前強度および熱間強度に優れる製錬炉用Ｎｉ含有廃触媒ブリケットを安価に製造することができる。

また、Ｎｉ含有廃触媒を製錬用原料として用いることが可能になるので、高価なＮｉをリサイクルして有効活用することができる。

また本発明の製錬炉用Ｎｉ含有廃触媒ブリケットによれば、製錬炉の炉況を安定化させ、歩留を向上し、製鋼コストを抑制することができる。

本発明は、金属成分を含有する廃材を製錬炉の原料として使用するために塊状化する製錬炉用廃材ブリケットの製造方法において、
５ｍｍ以下の粒子が油脂分と混在して泥状になったＮｉ含有廃触媒と、混練物全体に対して８〜２０重量％含有される量のベントナイト、デンプンおよびパルプ廃液のいずれか1種以上の結合剤とを混練する混練工程と、
混練工程において混練された混練物をブリケットに製団する製団工程と、
結合剤がベントナイトまたはデンプンを含むときは製団されたブリケットを強制乾燥する乾燥工程に付し、
結合剤がパルプ廃液を含むときは製団されたブリケットを自然養生する養生工程に付すことを特徴とする製錬炉用Ｎｉ含有廃触媒ブリケットの製造方法である。

金属成分を含有する粉粒状廃材はＮｉを含有する粉粒状廃材である。製錬炉の原料となり得るＮｉ含有廃材としては、たとえば以下のようなものがある。食品または薬剤を製造するときの反応促進に用いられるＮｉ系触媒が、繰返し使用されて、触媒活性を喪失した使用済みＮｉ含有廃触媒。

ここで粉粒状とは、その大きさが特に厳密に規定されるものではないけれども、おおよそ５ｍｍ未満のものを指し、さらに、おおよそ５ｍｍ未満の粒子が油脂分と混在してスラジ（泥）状になったものをも含めた意味に用いる。

結合剤として、ベントナイト、デンプンおよびパルプ廃液からなる群より選択される１または２以上が用いられることが好ましい。本発明によって製造される製錬炉用Ｎｉ含有廃触媒ブリケット（以下、Ｎｉ含有廃触媒ブリケットを廃材ブリケットという）は、製錬用原料として使用されるので、製錬炉に装入された後、炉内で乾燥され、加熱され、焼結される過程を緩慢に進行するので、急速加熱に起因する割れおよび崩壊の懸念が少ない。したがって、急速加熱に起因する割れおよび崩壊に耐え得る特性を有するピッチ、セメント、水ガラスなどの高価な結合剤を用いる必要がないので、安価なベントナイト、デンプン、パルプ廃液から選択される１または２以上を結合剤とすることによって、充分な熱間強度を発現し、炉況を安定化することが可能である。

また結合剤は、混練物全体に対して８〜２０重量％含有されることが好ましい。粉粒状廃材と結合剤とを含む製錬炉用廃材ブリケットは、製錬炉に装入されるまでに重機などで取扱われるので製団後の装入前強度が必要とされ、また製錬炉内へ装入されたときに炉内の通風を確保するために加熱された状態での熱間強度が必要とされる。結合剤の含有量が８重量％未満では、上記の装入前強度および熱間強度を充分に得ることができない。結合剤の含有量が２０重量％を超えると、製錬炉用廃材ブリケット中に含有されるＮｉの量が少なくなるので、製錬用原料として効率が低下する。したがって、混合物に対する結合剤の含有量を８〜２０重量％とした。

以下製錬炉用廃材ブリケットの製造方法の各工程について説明する。
混練工程では、前述した好適範囲の含有量になるように計量したＮｉ含有粉粒状廃材と結合剤とを、たとえばミックスマーラー（浸透工業製）などの混練機によって混練する。製団工程では、混練工程で生成された混練物が、たとえば加圧ロール型製団機、パンペレタイザー型製団機、ミキサー型製団機などによってブリケットに製団される。製団されるブリケットの大きさは、たとえば５〜１００ｍｍである。養生工程では、製団されたブリケットを、たとえば屋内で３日間放置して自然養生する。

なお、製団後の養生工程は、上記の自然養生に限定されることなく、たとえば熱風乾燥機などの乾燥装置内へブリケットを装入して強制乾燥する乾燥工程に置換えられてもよい。使用される結合剤の種類との対応では、結合剤にパルプ廃液を用いる場合、自然養生することが好ましく、結合剤にベントナイトおよび／またはデンプンを用いる場合、強制乾燥することが好ましい。結合剤に応じた養生または強制乾燥することによって、製錬炉用廃材ブリケットが優れた装入前強度を発現することができる。

以下本発明の実施例について説明する。
本実施例では、結合剤であるパルプ廃液、ベントナイト、デンプンの含有量が種々に異なる製錬炉用廃材ブリケットを作製し、作製した製錬炉用廃材の特性を評価した。

（混合物の材料）
粉粒状廃材として、粒径が５ｍｍ以下の大きさのものの混入率が９０重量％以上であるＮｉを含有する廃触媒を用いた。結合剤としては、上記のパルプ廃液、ベントナイト、デンプンを使用し、それぞれ含有量を変化させた。混合物全体に対する結合剤の含有量は、本発明の実施例では８〜２０重量％の範囲で変化させ、本発明を外れる比較例では３〜７重量％の範囲で変化させた。

（混合）
上記の材料を各組成比になるように準備し、アイリッヒミキサーで３分間それぞれ混合した。

（混練）
混合工程で生成された混合物を、加圧式混練機であるミックスマーラー（浸透工業製）で３分間混練した。

（製団）
混練工程で生成された混練物を、加圧ロール型製団機（株式会社ケイハン製）で、３０ｍｍ×３０ｍｍ×１２ｍｍサイズのひし形形状を有するブリケットに製団した。

（養生）
実施例および比較例ともに結合剤としてパルプ廃液を含有するブリケットについては、製団後、３日間天日乾燥して養生した。

（強制乾燥）
実施例および比較例ともに結合剤としてベントナイトまたはデンプンを含有するブリケットについては、製団後、６０℃×７ｈｒの条件にて強制乾燥した。

（評価方法）
（ａ）落下強度：養生（天日乾燥）後のブリケットのサンプルを５ｋｇ採取し、落下強度の指標である塊状率を測定した。ここで、落下強度とは、サンプル５ｋｇを２ｍの高さからコンクリートの床面に落下させる試験を４回繰返し、大きさが１０ｍｍ超えである粒子の残存率である塊状率を重量％で求めたものである。塊状率とは、落下試験後のサンプル５ｋｇを篩いにかけ、大きさが１０ｍｍ以下である粒子の重量ｗ［ｋｇ］を測定し、該重量ｗを用いて式（１）で得られる百分率を言う。塊状率の大きい方が、落下強度に優れると評価し、合格基準を塊状率９０．０％超えとした。
塊状率［％］＝１００×（１−ｗ／５） …（１）

（ｂ）電気製錬炉における使用試験
養生後または強制乾燥後のブリケットを、原料ブリケットとともに電気製錬炉に投入した。投入量は、落下強度に係る塊状率が９０％超えである本発明の実施例のブリケットについては合計約３，０００ｋｇｆ、塊状率が９０％以下である比較例のブリケットについては合計約１，５００ｋｇｆであった。実施例または比較例のブリケットと、表１に配合を示す原料ブリケットとを投入した状態で、電気製錬操業を行い、操業を通じて電気製錬炉に備わる集塵装置で収集したダストのＮｉ濃度を分析した。このＮｉ濃度を製錬炉用廃材ブリケットの飛散ロスの指標とし、Ｎｉ濃度が低いほど飛散ロスが少なく良好であると評価した。

（試験結果）
表２に塊状率の測定結果と、ダスト中のＮｉ濃度を分析した結果とを合わせて示す。まず塊状率については、結合剤であるパルプ廃液、ベントナイト、デンプンのいずれかが本発明範囲である８〜２０重量％の範囲で含有される実施例のブリケットは、９０．０％超えの値、すなわち落下強度が合格基準を満足するけれども、本発明範囲外である８重量％未満の結合剤しか含有しない比較例のブリケットは、最大でも８５．６％であり合格基準に達しなかった。

ダスト中のＮｉ濃度については、本発明の実施例のブリケットを用いて操業した場合の分析結果は０．４％であったけれども、比較例のブリケットを用いて操業した場合の分析結果は１．８％であった。したがって、比較例のように落下強度が劣るブリケットでは、炉内でのダスト状の飛散および炉に投入するまでのハンドリング等による飛散が多くなるのに比べて、本発明の実施例のブリケットでは飛散が顕著に抑制されていることが判る。

以上に述べたように、本実施の形態では、粉粒状廃材がＮｉ含有廃材であるけれども、これに限定されることなく、たとえばクロムを含有する廃材であってもよい。

Claims (2)

1. 金属成分を含有する廃材を製錬炉の原料として使用するために塊状化する製錬炉用廃材ブリケットの製造方法において、
   ５ｍｍ以下の粒子が油脂分と混在して泥状になったＮｉ含有廃触媒と、混練物全体に対して８〜２０重量％含有される量のベントナイト、デンプンおよびパルプ廃液のいずれか1種以上の結合剤とを混練する混練工程と、
   混練工程において混練された混練物をブリケットに製団する製団工程と、
   結合剤がベントナイトまたはデンプンを含むときは製団されたブリケットを強制乾燥する乾燥工程に付し、
   結合剤がパルプ廃液を含むときは製団されたブリケットを自然養生する養生工程に付すことを特徴とする製錬炉用Ｎｉ含有廃触媒ブリケットの製造方法。
2. 前記請求項１の製造方法によって製造されることを特徴とする製錬炉用Ｎｉ含有廃触媒ブリケット。