JP5086500B2 - 鉄、亜鉛、鉛を含む二次原料の利用方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
当該発明は、慣例上、転動法（rolling process、または、ウェルツ法（Waelz process）という）のために装備された回転式管形炉において、塩基性に調整された転動スラグ（rolling slag 又は、Waelz slag）を用いて、鉄、亜鉛、鉛、望ましくは製鋼ダストを含む二次原料を利用する方法に関する。
【０００２】
【従来技術及び発明が解決しようとする課題】
亜鉛および鉛を含む物質は、転動法においてコークスの粉炭（炭素担体）と混合され、向流原理に基づいて作動する回転式管形炉に充填されることが知られている。炉の中心線の傾きと炉の回転によって、物質は炉のより深端部へと移動する。対向する空気流は数回にわたってバーナで熱せられ、負荷物から生じたガスを酸化し、これによってガスの温度が上昇して、炉室および負荷物が加熱される。
【０００３】
炉を通過する際に、負荷物はその成分が変化する。つまり、金属鉄がまず形成され、これによって炭素は還元可能な酸化鉄と反応し、結果として生じる酸化炭素及び固体炭素が次に酸化亜鉛と反応して金属亜鉛を形成し、さらに鉛及びその化合物が相応して反応して、最終的に蒸気圧比に応じてすべてのものが蒸発する。金属鉄は過剰な炭素によって炭化する。転動スラグと呼ばれる固体残留物は、過剰なコークス、浸炭された金属鉄、およびスラグを形成する酸化物の残り、さらには少量の亜鉛を含んでいる。炎管ガスは炉を通る途中で含有する遊離酸素を失う。理想的な転動操作において、炎管ガスはガスの出口では酸素も一酸化炭素も含んでいない。
【０００４】
すでに知られている塩基性法（basic processes）において、転動スラグはその溶離液値と物性の確立に特徴づけられるが、このことは転動スラグの利用を廃棄ゴミの建設物といった２〜３の少ない適用分野に限定してしまっている。
【０００５】
すでに知られていて、塩基性に調整されている転動法の付加的な欠点には以下のものがあげられる。
１．コークスの高成長による高エネルギー消費、
２．高級可燃物を使った頻繁な付加的燃焼による、より高いエネルギーの消費、
３．転動スラグ内部に存在する５〜１０％の残留コークスおよび金属鉄（一次運転の９０％より多い）によるエネルギーの浪費、
４．鉄スポンジ中の炭素の高含有量によって起きる、炉壁における鉄を含んだ足場の発生、又は排出部付近における鉄ペレットの発生、
以上の欠点を避けるために、すなわちスラグの出口に高温な空気を吹き起こすことにより、転動スラグを酸化させるための提案を提示する。
【０００６】
米国特許３６６５２２号の方法においては、高温な空気が回転式管形炉の出口部分に吹き起こされる。この高温な空気は、分離した復熱炉装置において７００度から７５０度に過熱されるが、このために必要なエネルギーを過程そのものから調達することはない。頂部吹き起こし部分における温度は、２０００度まで上がることもあるが、これは反応相手の流動温度から引き起こされることもある。転動スラグは少なくとも部分的に溶け、微粒状になる。この方法は、硫化鉄鉱を含む鉱石に使用されるのが望ましい。
【０００７】
前記方法の原理とほぼ一致するものとして、欧州特許０６５４５３８号による転動方法が知られている。ここでも又、エネルギー利用において、転動スラグが酸化可能な成分を含むように、５００度から１０００度に加熱された高温な空気が、回転式管形炉の出口部分内部へと吹き付けられている。過剰な炭素及び金属鉄を燃やすことによって、転動スラグの温度は１２００度から１５００度に上がる。しかしながら、これだけでは依然として砕けやすさが残り、溶解した形で流出することはない。従って、この方法は塩基性操作モードとの組み合わせにおいてのみ使用することが可能である。炉のガス室における温度分布を制限するためには、炉の煙道（負荷物の充填側）における炎管ガスが、一酸化炭素および亜鉛の蒸気を他の成分以外にもまだ含んでいるように、すなわち燃焼の見地から見て化学量論的な量を下回る量であるように、空気量を調整する必要がある。従って、制御されたその後の燃焼が必要となるのである。この方法において高温な空気を準備するには、面倒な方法を駆使するしかないのである。その後の燃焼から出る排ガスは、燃焼空気を予備過熱するのに使われ、このために非理想的な状態（ダスト、塩化物、鉛）の元で作動する特別な復熱炉が必要となる。この復熱炉のための技術的な解決方法はまだ知られていない。
【０００８】
当該発明の目的は、一般的に装備された転動プラント（Waelz plant）において塩基性に調整されたスラグを使って、正当な技術費用で転動法を実行するための方法を開示することにある。当該方法は、従来のものより低い転動スラグの温度で作動し、回転式管形炉外部からの空気を使って、排ガスを引き続いて燃焼することなく作動することにある。付け加えて、転動法のエネルギーバランスを改良し、使用される回転式管形炉の処理量をふやすことにある。さらに、スラグをより多様な方法で利用可能にできるよう、スラグの品質を改良することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
当該発明によると、上記目的は請求項１による方法で解決される。より望ましい実施例については従属クレームで説明する。
【００１０】
当該発明による方法において、二次的な原料は鉄、亜鉛および鉛を含み、望ましくは製鋼ダストを含んでいて、負荷物及びガスの雰囲気を考慮した対向流の原理に基づき作動する回転式管形炉内で、塩基性に調整された転動スラグを使って処理される。前記原料は、反応性炭素担体微粒子と混合及び／又は凝集され、前記炭素の量は、負荷物中の全炭素消費反応に対する化学量論的な量をはるかに下回る量であり、さらに、付加的な炭素担体租粒子が、前記凝集物間に分散され、全炭素量は、１１５０℃未満の転動温度における負荷物中の全炭素消費反応に必要な量の８０％未満となっている。炭素比が以下の様に調整されることが好ましい。すなわち、引き続いて酸化が行われない場合でも、前記転動スラグは、遊離炭素を含有しない（１％より少ない）こと、炉に供給される空気の総量は、あらゆる被酸化性ガスの成分から見て、ある時は化学量論的な量であり、またある時は化学量論的な量を上回る量であり、すなわちその後に特別制御の燃焼を行わなくてもよいようにすること、金属鉄の量を２０％以下に望ましくは１０％以下に減少させるような量の冷たい空気（cold air、従来のものより低い温度の空気、つまり、従来技術で説明した高温の空気hot airに対するもの、炉の周りの空気など高温にされていないもの）を、炉が定常運転に達したときに炉の出口付近で転動スラグに供給すること、さらに、石膏沈殿析出物のような石灰とマグネシウムを含有した廃棄物を添加することにより、ＭｇＯ≧０．１％ＣａＯの高マグネシウム量を用いて、前記転動スラグの塩基度が高くなるように調整されること、である。
【００１１】
【発明の実施の形態および効果】
当該発明によると、炭素担体微粒子はおよそ０〜６ｍｍの直径、望ましくは０〜４ｍｍの直径、さらに望ましくは２ｍｍより小さい直径を持っている。当該発明によると、炭素担体粗粒子はおよそ０〜１６ｍｍ、望ましくは０〜１２ｍｍ、さらに望ましくは１０ｍｍより小さい直径を持つ。
【００１２】
当該方法は以下の利点を有する。つまり、全空気量の３０〜４０％の冷たい空気を計画的に導入することで、炉の出口において付加的に必要とされる熱を十分カバーすることができる。この冷たい空気によって金属鉄の酸化及びそれに関連する熱の生成を促すことができる。転動スラグの温度は、この空気量を調節することで、１１５０度より低く調整することができる。吸収される空気量は既知の方法により炎管で調節される。炉の煙道における炎管ガスは０．５〜２％の酸素を含むように設計されている。
【００１３】
上記方法に従って炉の体制が整う。ここで、固体層、つまり炉の負荷物内の炭素の量は、あらゆる炭素消費反応に対する炭素の必要性という見地から見て、化学量論的な量を下回る量である一方、ガス室におけるあらゆる成分の全燃焼を許可しているため、炎管ガスの遊離酸素を伴う燃焼という見地から見ると、化学量論的な量でもあり、化学量論的な量を超える量でもあるといえる。
【００１４】
反応性があり、微粒子化された炭素担体を使用することによって、この原理の有用性が高まる。その反応性炭素担体微粒子は、少量の揮発性物質を含んでもよい。また、微粒子化された原料及びその混合物と混合及び／又は凝集された後に炉内部に充填されてもよい。
【００１５】
前記原理の有用性は、さらに、塩基性混合物として廃棄石膏も使用可能にしている点により、炉が主として無故障運転となるという点で、高くなる。後者は、付加的に、形成金属鉄の低炭素含有量と、その影響による溶解点の上昇によって改良される。
【００１６】
上述した操作モードに従って、前記原理は、主として付加的な熱を必要とすることもなく、より小さい炉の通常操作をも可能にしている。
【００１７】
実施に際しては技術に、注意深く成分を調整し混合することで、又凝集プラントを使用することで効果があがる。さらに、空気供給装置の組み立てには、ファン、測定及び制御システム、さらに移動可能な送風口を要する。結果として生成される転動スラグは、廃棄ゴミを使った建築物あるいはアスファルトの副成分（sub-bases）といった分野に使用可能である。これらは表面的に高密度に燒結され、炭素を含まず（１％未満）、少量の金属鉄のみを含んでいる。これらの溶離液値は合法的な規定に応ずるものである。
【００１８】
砕けやすい転動スラグは、炉から排出されると、水力ビームで粒状化されるか急冷される。
【００１９】
当該発明による方法において、回転式管形炉のエネルギーバランスと使用される回転式管形炉の処理量は炭素担体の量を減らすことで、又、炉の出口における金属鉄の潜在エネルギーを利用することで改良される。
【００２０】
【発明を実施するための最良の形態】
亜鉛及び鉛を含む製鋼ダストは、２ｍｍより小さい粒径の石油コークス、微粒子化された硫酸カルシウム（CaSO₄）を含有する混合物および水によってペレット状にされる。石油コークスの比率は、上記ペレットが鉄、亜鉛、及び鉛を含む化合物を減らすのに必要な炭素のおよそ７０％を含むよう設定される。湿度は１０％〜１２％である。これらのペレットに対し、粒径にしておよそ１０ｍｍより小さい粗い粒子の炭素担体が加えられる。全炭素量は鉄、亜鉛、及び鉛を含む化合物を減らすのに必要とされる炭素量のおよそ７５％にあたる。
【００２１】
前記自己流動性ペレットは、長さ３８．５ｍ、傾斜度３％における内径２．５ｍの回転式管形炉内で炭素担体粗粒子とともに処理される。送風口が炉のフードを貫通し、これによって、空気は２ｍを超える長さのノズルを経由してスラグ上に吹きつけられる。スラグ中に含まれる鉄が主に酸化され、残留炭素は１％より少なく、スラグの温度は１１００℃となるように、上記空気量は調整される。全空気量は、廃ガスが一酸化炭素を含まないように、すべてのガス成分が酸化するのに関して化学量論的な量を保つように制御される。
【００２２】
スラグは粒状化され、その物性の確立及び確立過程における溶離液の質のために、例えばアスファルトの副成分あるいは廃棄ゴミの衛生設備におけるガス浸透性層の形成に使用することが可能である。スラグ中に含まれる金属鉄の量はおよそ５重量％である。
【００２３】
排ガスはダスト室内でおおよそ浄化される。引き続いて行われる排ガスの冷却及び掃除により、およそ６３％の亜鉛を含む転動酸化物が得られる。

Claims (4)

1. 供給物及びガスの雰囲気を考慮して向流原理に基づき作動する回転式管形炉内で、塩基性に調整された転動スラグと共に、鉄、亜鉛及び鉛を含む二次的な原料を利用する方法であって、
   前記原料は、直径６ｍｍ以下の反応性炭素担体微粒子と混合、凝集され、
   さらに、付加的な直径１６ｍｍ以下の炭素担体粗粒子が、前記凝集物間に分散され、
   全炭素量が、１１５０℃未満の転動温度における供給物中の全炭素消費反応に必要な量の８０％未満となっており、
   前記炉が安定作動状態に到達すると同時に、前記炉の出口付近において、全鉄成分のうち金属鉄の量を２０％未満に減少させるような量の非加熱の空気を前記転動スラグに供給するとともに、
   あらゆる被酸化性ガスの成分を考慮して、その後に特別制御の燃焼を行わなくてもよいように、化学量論的な量あるいは化学量論的な量を上回る量の空気総量を前記炉に供給するようにしたことを特徴とする方法。
2. 前記二次的な原料が製鋼ダストを含むものである請求項１記載の方法。
3. 引き続いて酸化が行われない場合でも、前記炭素量が、前記転動スラグが遊離炭素を含有しない（＜１％）ように調整される請求項１又は２記載の方法。
4. 前記全鉄成分のうちの金属鉄の量を１０％未満に減少させる請求項１記載の方法。