JP5198409B2 - 排ガスダストの処理方法 - Google Patents
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Description
本発明は排ガスダストの処理方法に関し、特に真空精錬炉から排出される非酸化の可燃性ダストの発火を防止するための排ガスダストの処理方法に関する。
ＡＯＤ炉に真空排気系を設けたような真空精錬炉では、排出される排ガスダストは、２００〜３００℃程度の比較的低温で酸化発熱し自然発火して燃え広がる性質の可燃性ダストである。従来は、真空排気系のサイクロンセパレータ、ガスクーラ、集塵装置等にそれぞれ付設されたホッパーに集積されたダストを、ボックスで受けて電気炉に搬送し投入して有価金属を回収している。しかし、搬送途中で往々にして排ガスダストが発火して操業効率を低下させていた。なお、特許文献１には、集塵機で捕集した電気炉の不燃性の排ガスダストを造粒機でペレットに成形し、このペレットを電気炉へ気体輸送で戻して処理するダスト処理方法が示されている。
ところで、特許文献１に示されている方法ではダストの搬送は自動化されるものの、真空精錬炉からの可燃性ダストにこの方法を適用する場合には、搬送途中での発火を防止するために、集塵機から有価金属回収用の還元炉までの搬路全てを不活性ガス雰囲気でシールする必要があるため設備コストが甚大になるという問題がある。
そこで、本発明はこのような課題を解決するもので、真空精錬炉から排出され捕集された可燃性ダストを、低温発火をしない安全なものにして設備コストの低減を実現した排ガスダストの処理方法を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明の処理方法では、真空精錬炉から排出される可燃性ダストを捕集し、捕集された当該可燃性ダストを水中に浸漬してスラリーとなし、当該スラリーに硝弗酸を添加してＣｒ6+を還元し、その後前記スラリーを脱水して難燃性のスラッジとすることを特徴としている。
本発明の処理方法によって得られたスラッジはその発火温度が４００℃以上となって難燃化される。したがって、スラッジとしてから造粒し還元用電気炉等へ搬送するまでの工程は不活性ガス雰囲気でシールする必要がなくなるから設備コストの増大が抑えられる。
ここで、本発明の処理を施した後の粉体は、粒径が１μｍ以下の金属、酸化物、水酸化物からなる粒子を合計９０質量％以上含有するダストに、ＭｎＯ，ＭｇＯ成分を７０重量％以上含有し、結晶構造が岩塩型、スピネル型、ないし非晶質であり、金属はＭｎ，Ｍｇ，Ｆｅ，Ｃｒ成分のうちいずれか１種ないし２種以上を含有する有価金属原料である。そして、本発明の処理を施した後のスラッジは、全体の５０重量％以下の水分を含有したものである。
以上のように、本発明の排ガスダストの処理方法によれば、真空精錬炉から排出され捕集された可燃性ダストが、低温発火をしない安全なものになるから、有価金属回収用の還元炉までのダストの搬路全てを不活性ガス雰囲気でシールする必要は無くなり、これにより設備コストを大幅に低減することができる。
（実施形態）
図１には本発明のダスト処理方法を実施するための装置構成の一例を示す。図１において、ＡＯＤ炉に真空排気系を設けた真空精錬炉１には伸縮継手２１を介して、エジェクタに至る排ガス流路２が接続されており、排ガス流路２には上流側よりサイクロンセパレータ３１、ガスクーラ３２、およびバグフィルタ３３１を内蔵した集塵装置３３が設けられている。そして、これらサイクロンセパレータ３１、ガスクーラ３２、集塵装置３３で捕集された可燃性の排ガスダストが、それぞれの下部に設置されたホッパ３１１，３２１，３２２，３３２を経てスクリューコンベア４１上に排出される。
図１には本発明のダスト処理方法を実施するための装置構成の一例を示す。図１において、ＡＯＤ炉に真空排気系を設けた真空精錬炉１には伸縮継手２１を介して、エジェクタに至る排ガス流路２が接続されており、排ガス流路２には上流側よりサイクロンセパレータ３１、ガスクーラ３２、およびバグフィルタ３３１を内蔵した集塵装置３３が設けられている。そして、これらサイクロンセパレータ３１、ガスクーラ３２、集塵装置３３で捕集された可燃性の排ガスダストが、それぞれの下部に設置されたホッパ３１１，３２１，３２２，３３２を経てスクリューコンベア４１上に排出される。
上記排ガスダストは凡そ、ＭｎＯおよびＭｇＯの酸化物微粒子と、数十ｎｍ以上のＭｎ−Ｆｅ−Ｃｒ−Ｍｇ系の金属微粒子とで構成されている。このようなダストが発火するメカニズムは、Ｍｎリッチな金属微粒子が発火源となってＭｎＯを主体とする酸化物微粒子が燃焼するものと推定され、その発火温度は後述のように木材よりも低く、可燃性のダストである。また、この燃焼反応は連鎖的に起こり、ダスト全体に広がる傾向がある。
スクリューコンベア４１上へ排出された排ガスダストは、後段のスクリューコンベア４２を経て、水を貯留したダストボックス４３内へ搬送されてその水中へ投入される。ダストボックス４３の容量の一例は約１．２ｍ3であり、これに約半分の水を貯留しておく。そして当該ダストボックス４３が満杯になる程度に排ガスダストを投入して、水中に１時間程度浸漬させる。ここで、ダストボックス４３の容積は１〜３ｍ3とし、これに水を５０〜７０体積％貯留した状態で排ガスダストを水と同体積投入して１時間以上浸漬すると良い。なお、上記スクリューコンベア４１，４２は実際には気密性のカバーで覆われ、その内部は不活性ガス雰囲気として搬送途中での非ガスダストの発火を防止している。
水中に浸漬されることによって排ガスダストは以下の反応を生じる。
Ｍ＋２Ｈ2Ｏ＝Ｍ（ＯＨ）2＋Ｈ2
３Ｆｅ＋４Ｈ2Ｏ＝Ｆｅ3Ｏ4＋４Ｈ2
Ｆｅ＋Ｃｒ2Ｏ3＋Ｈ2Ｏ＝ＦｅＣｒ2Ｏ4＋Ｈ2
Ｆｅ＋２Ｃｒ＋４Ｈ2Ｏ＝ＦｅＣｒ2Ｏ4＋４Ｈ2
ＭＯ＋Ｈ2Ｏ＝Ｍ（ＯＨ）2
３ＦｅＯ＋Ｈ2Ｏ＝Ｆｅ3Ｏ4＋Ｈ2
上記反応式中でＭはＭｎないしＭｇである。反応式より知られるように、水中に浸漬されることによって、排ガスダスト中の発火源となる金属微粒子や酸化物微粒子が消失する。これにより、後述のような難燃性のスラッジが得られる。
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上記反応式中でＭはＭｎないしＭｇである。反応式より知られるように、水中に浸漬されることによって、排ガスダスト中の発火源となる金属微粒子や酸化物微粒子が消失する。これにより、後述のような難燃性のスラッジが得られる。
ここで、上記反応式によれば反応後は水素ガスが生じるが、発明者の実験によれば、その濃度は水面から２，３ｃｍ上方の、水面に近い位置でも１〜２体積％程度であり、水素爆発限界濃度である４〜７５体積％の範囲に入ることは無い。この場合、水との反応は大気開放雰囲気で行われるから、水素ガスが充満することは無く、水素爆発のおそれは全く無い。
排ガスダストを水に浸漬したスラリーはその後、図１に示すように排水処理設備５に投入されて、ここで廃硝弗酸が添加されてＣｒ6+が還元され、続いてフィルタープレスによって水分が５０質量％以下になるように脱水される。脱水して得たスラッジは酸洗スケール等と共に造粒ライン６へ供給されてペレット化される。ペレットは還元用電気炉へ搬送され、ここへ投入されて有価金属が回収される。
水中浸漬の後、脱水して得たスラッジの難燃性の程度は、スラッジを縦型抵抗炉内に装入してその発火温度を測定することによって確認した。これを図２に示し、発火温度は４００℃程度（図中の矢印点）になっている。これに対して、水中浸漬する前の排ガスダストの発火温度は図５に示すように、試料温度が急上昇する直前の２３７℃（図中の矢印点）と木材の発火温度（２６０℃）よりも低い。このように、可燃性の排ガスダストを水中浸漬処理することによってその発火温度を十分高くすることができるから、排ガスダストから得た脱水スラッジをペレット化して還元用電気炉へ搬送し投入するまでの工程は不活性ガス雰囲気でシールする必要がなくなり、設備コストの高騰を抑えることができる。
（参考例）
図３にはダスト処理方法を実施するための装置構成の他の例を示す。図３において、上記実施形態と同様の真空精錬炉１（図１参照）の排ガス流路２に設けたサイクロンセパレータ３１、ガスクーラ３２、集塵装置３３で捕集された排ガスダストが、それぞれの下部に連結されたホッパ３１１，３２１，３２２，３３２を経てスクリューコンベア４４上に排出される。排ガスダストはフライトコンベア４５を経て回転炉４６に投入され、ここで発火温度（２３７℃）以上に加熱されて燃焼させられる。ここで、回転炉４６の装入側の温度は３００〜８００℃とし、排出側の温度は３００℃以下とするのが良い。加熱処理後の粉体は直接、ないしダストボックス４７を経て圧空搬送管７１内に供給される。なお、上記スクリューコンベア４４およびフライトコンベア４５は実際には気密性のカバーで覆われ、その内部を不活性ガス雰囲気として搬送途中でのダストの発火を防止している。
図３にはダスト処理方法を実施するための装置構成の他の例を示す。図３において、上記実施形態と同様の真空精錬炉１（図１参照）の排ガス流路２に設けたサイクロンセパレータ３１、ガスクーラ３２、集塵装置３３で捕集された排ガスダストが、それぞれの下部に連結されたホッパ３１１，３２１，３２２，３３２を経てスクリューコンベア４４上に排出される。排ガスダストはフライトコンベア４５を経て回転炉４６に投入され、ここで発火温度（２３７℃）以上に加熱されて燃焼させられる。ここで、回転炉４６の装入側の温度は３００〜８００℃とし、排出側の温度は３００℃以下とするのが良い。加熱処理後の粉体は直接、ないしダストボックス４７を経て圧空搬送管７１内に供給される。なお、上記スクリューコンベア４４およびフライトコンベア４５は実際には気密性のカバーで覆われ、その内部を不活性ガス雰囲気として搬送途中でのダストの発火を防止している。
圧空搬送管７１には一端にコンプレッサー７２が連結されて、管内に圧縮空気が流通させられており、その途中にサイクロンセパレータ７３と、バグフィルタを内蔵した集塵装置７４が直列に設けられている。圧空搬送管７１内に供給された粉体は圧縮空気によってサイクロンセパレータ７３および集塵装置７４へ搬送され、ここで捕集される。捕集された粉体は、一端にコンプレッサー８２が連結された圧空搬送チューブ８１によって造粒ライン６へ送られ、ここで酸洗スケール等と共にペレット化される。ペレットは還元用電気炉へ搬送され、ここへ投入されて有価金属が回収される。
加熱処理後の粉体の難燃性の程度は、燃焼後の排ガスダストを縦型抵抗炉内に装入してその発火温度を測定することによって確認した。これを図４に示す。これによると、４００℃以上に加熱しても発火は認められない。このように、可燃性の排ガスダストを加熱処理することによって不燃性のものにすることができるから、排ガスダストを加熱処理して得た粉体をペレット化して還元用電気炉へ搬送し投入するまでの工程は不活性ガス雰囲気でシールする必要がなくなり、設備コストの高騰を抑えることができる。
１…真空精錬炉、２…排ガス流路、３１…サイクロンセパレータ、３２…ガスクーラ、３３…集塵装置、４３…ダストボックス、４６…回転炉、５…排水処理設備、６…造粒ライン、７１…圧空搬送管、７３…サイクロンセパレータ、７４…集塵装置、８１…圧空搬送チューブ。
Claims (1)
- 真空精錬炉から排出される可燃性ダストを捕集し、捕集された当該可燃性ダストを水中に浸漬してスラリーとなし、当該スラリーに硝弗酸を添加してＣｒ6+を還元し、その後前記スラリーを脱水して難燃性のスラッジとすることを特徴とする排ガスダストの処理方法。
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