JP5224490B2 - 炉からの煙塵の処理方法 - Google Patents

Description

本発明は、例えば亜鉛や鉛やカドミウムといったような物質を含有している製鋼プロセスからの煙塵といったような工業的プロセスからの煙塵に関し、分離を行うことによって有用な成分を回収するという、処理方法に関するものである。

従来の技術および発明が解決しようとする課題

例えば電気アーク炉といったようなある種の製鋼工程からの煙塵は、鉛やカドミウムの存在のために、有害廃棄物として分類されている。また、２０００年４月１０日付けで出版された Kevin Holliday 氏による“Value from EAF Dust -The ADPL Process”と題する文献においては、電気アーク炉ダストが、『ダスト１ｋｇあたりにつき数千ナノグラムのダイオキシンを含有している』ことが報告されている。しかしながら、電気アーク炉ダストは、様々な構成成分を経済的に分離することができるならば、有用な成分を含有している。亜鉛を含有しているような製鋼所や鋳造所のダストからの回収プロセスが、米国特許明細書第３，８５０，６１３号に開示されている。この文献の記載内容は、参考のため、ここに組み込まれる。煙塵は、コンパクトへと成形された後、亜鉛および鉛を還元するために加熱されて金属とされ、その後、その金属を揮発させる。そして、金属蒸気を酸素と結合させることにより、ガス搬送可能な金属酸化物を形成する。

煙塵を処理するために共通して使用されるプロセスは、米国特許明細書第４，５２５，２０８号に開示されているような Waelzプロセスである。この文献の記載内容は、参考のため、ここに組み込まれる。Waelz キルンプロセスにおいては、通常はコークスや石炭といった形態とされたカーボンを、煙塵に対して混合することによって、混合物を形成する。この混合物を、還元性雰囲気中で加熱することによって、金属亜鉛を揮発させる。金属亜鉛を再酸化することによって酸化亜鉛を形成し、高融点を有した安定材料を形成する。このプロセスは、向流タイプのロータリーキルン内において実行される。鉄は、取り出され、酸化亜鉛は、ガス搬送可能なものとしてキルン排気流と一緒に搬送される。熱の実質部分は、亜鉛を初期的に揮発させるために熱のすべてが必要とされない場合には、キルン内におけるカーボンと煙塵との混合物中のカーボンの燃焼によって生成される。キルン内における燃焼プロセスには、実質的な量の空気／酸素と、この空気の流通と、が必要とされ、燃焼プロセス自体が、キルン内においてかなりの量の乱流を生成する。この乱流の結果、実質的な量の鉄化合物やカルシウム化合物やシリコン化合物やアルミニウム化合物も、また、キルン内においてガス搬送可能なものとして形成され、これらが、潜在的に有用な亜鉛酸化物からなる排気流を汚染してしまう。

米国特許明細書第５，０１３，５３２号は、水素ガス流を使用することによって、電気アーク炉ダスト内に含有されている亜鉛を還元し、その後、金属亜鉛を揮発させ、金属亜鉛を再酸化することによって酸化亜鉛を形成するというプロセスが開示されている。コンパクト化された炉ダストとカーボンとの混合物から亜鉛や他の重金属を除去するためのプロセスは、米国特許明細書第５，１８６，７４１号に開示されている。この文献の記載内容は、参考のため、ここに組み込まれる。電気アーク炉ダストから亜鉛や鉛やカドミウムを取り出すとともに、ダスト中の鉄を金属化することによって鉄を製鋼工程へと戻すというプロセスは、米国特許明細書第５，６０１，６３１号に開示されている。この文献の記載内容は、参考のため、ここに組み込まれる。

上記のような煙塵の取扱い方法に加えて、煙塵の処理のための他の公知の方法においては、ロータリーキルンを加熱する。限定するものではないけれども、例えばキルンの外部におけるガス燃焼といったような、キルンの外部に配置された熱源によって、ロー夕リーキルンを加熱する。吸熱的化学反応（亜鉛やカドミウムを還元して金属蒸気の形態とする反応）のために必要なカーボンは、煙塵に対して混合されたコークスから供給される。しかしながら、キルン内に酸素がないことは、実質的にカーボンの燃焼を阻止し、本質的に、キルン内の煙塵に対して熱が供給されることがない。そのような間接加熱型ロータリーキルンプロセスは、１９９９年５月１７日付けの、 Karl Haase 氏による“First Experiencesand Results of the BSN-Process to Recover Zinc and Lead from EAF Dust”と題する文献に開示されている。

煙塵取扱いプロセスを、上述したものよりもずっと効率的なものへと進展させることができれば、有利である。そのような方法においては、プロセス中で消費されるエネルギーを低減させたり、また、様々な出力流内において分離された構成成分の純度を向上させたり、することが好ましい。また、例えばダイオキシンやフランといったような環境有害物質に対する処理能力が向上していることが理想的である。

課題を解決するための手段

上記目的、および、特定には列挙されていない他の目的は、亜鉛化合物と鉛化合物とカドミウム化合物とからなる第１グループの中の１つまたは複数の化合物と、鉄化合物と、を含有している煙塵を処理するための本発明による方法によって得られる。本発明による方法においては、煙塵を加熱することにより、第１グループをなす化合物の大部分をガス搬送可能なものとする。残部をなす煙塵に対して、炭素系材料を導入し、煙塵と炭素系材料との混合物を加熱することにより、第１グループをなす化合物の残部をガス搬送可能なものとしつつも、鉄の大部分をガス搬送不可能な状態に維持する。ガス搬送可能な化合物を、ガス搬送不可能な化合物から分離する。

本発明においては、また、鉛化合物と鉄化合物とを含有している煙塵を処理するための方法が提供される。この方法においては、煙塵を加熱することにより、鉛の大部分をガス搬送可能なものとする。残部をなす煙塵に対して、炭素系材料を導入する。煙塵と炭素系材料との混合物を加熱することにより、煙塵の付加的な構成成分をガス搬送可能なものとしつつも、鉄の大部分をガス搬送不可能な状態に維持する。ガス搬送可能な化合物を、ガス搬送不可能な化合物から分離する。

本発明においては、また、亜鉛化合物と鉛化合物とカドミウム化合物とからなる第１グループの中の１つまたは複数の化合物と、鉄化合物とシリコン化合物とカルシウム化合物とマグネシウム化合物とアルミニウム化合物とからなる第２グループの中の１つまたは複数の化合物と、を含有している煙塵を処理するための方法が提供される。この方法においては、煙塵を加熱することにより、第１グループをなす化合物の大部分をガス搬送可能なものとする。残部をなす煙塵に対して、炭素系材料を導入し、煙塵と炭素系材料との混合物を加熱することにより、第１グループをなす化合物の残部をガス搬送可能なものとしつつも、第２グループをなす化合物の大部分をガス搬送不可能な状態に維持する。ガス搬送可能な化合物を、ガス搬送不可能な化合物から分離する。

本発明においては、また、亜鉛化合物と鉛化合物とカドミウム化合物とからなる第１グループの中の１つまたは複数の化合物と、鉄化合物とシリコン化合物とカルシウム化合物とマグネシウム化合物とアルミニウム化合物とからなる第２グループの中の１つまたは複数の化合物と、を含有している煙塵を処理するための方法が提供される。この方法においては、煙塵と炭素系材料とを混合し、煙塵と炭素系材料との混合物を、非乱流条件下で加熱し、これにより、第１グループをなす化合物の大部分をガス搬送可能なものとしつつも、第２グループをなす化合物の大部分をガス搬送不可能な状態に維持し、ガス搬送可能な化合物と、ガス搬送不可能な化合物と、を分離する。

本発明の様々な目的や利点は、添付図面を参照しつつ、好ましい実施形態に関する以下の詳細な説明を読むことにより、当業者には明瞭となるであろう。

本発明による煙塵処理方法は、亜鉛化合物と鉛化合物とカドミウム化合物とからなる第１グループの中の１つまたは複数の化合物と、鉄化合物とシリコン化合物とカルシウム化合物とマグネシウム化合物とアルミニウム化合物とからなる第２グループの中の１つまたは複数の化合物と、を含有している煙塵から開始される。煙塵は、様々な起源のものとすることができるものの、典型的には、電気アーク炉（electric arc furnace,EAF）や塩基性酸素製鋼炉（basic oxygenfurnace,ＢＯＦ）や同様のプロセスを使用するような製鋼工程の副生成物とされる。煙塵は、炭素系材料と混合される。炭素系材料は、好ましくは、コークスとされる。しかしながら、当該技術分野においては周知なように、炭素系材料は、他の任意の適切な形態のカーボンとすることができる。煙塵と炭素系材料とからなる混合物は、非乱流条件下において加熱され、これにより、第１グループをなす化合物の大部分をガス搬送可能なものとしつつ、これと同時に、第２グループをなす化合物の大部分をガス搬送不可能な状況のままに維持する。ガス搬送可能な化合物は、ガス搬送不可能な化合物から、分離される。

図１においては、煙塵回収装置が、全体的に符号（１０）によって示されている。電気アーク炉から回収されたあるいは他の任意の起源から回収された煙塵は、亜鉛化合物と鉛化合物とカドミウム化合物とからなる第１グループの中の１つまたは複数の化合物を含有しているものであって、煙塵ホッパ（１１）へと供給される。例えばコークスといったような微細炭素系材料は、コークスホッパ（１２）へと供給される。煙塵とコークスとの双方が、混合機（１３）内へと導入され、混合された混合物が、供給ホッパ（１４）内に格納される。混合された混合物は、その後、供給機（１６）を介して供給される。供給機（１６）は、好ましくはスクリューコンベヤやスクリューフィーダとされ、外部加熱型円筒形レトルト（１８）の内部へと延出されている。レトルト（１８）は、断熱材によって内張りされた固定型加熱チャンバ（２４）内において回転するような、ロータリーキルンとすることができる。

円筒形レトルト（１８）内においては、炭素系材料が、亜鉛や鉛やカドミウムと反応し、これら亜鉛や鉛やカドミウムを金属の形態とする。金属亜鉛および金属カドミウムは、混合物から揮発または蒸発し、鉛は、約９８２℃（約１，８００°Ｆ）という典型的な動作温度において少し揮発性であるような酸化鉛として現れる。その後、これら蒸気は、レトルト内のガス状化合物と混合され、酸素および／または二酸化炭素と反応し、酸化亜鉛や酸化鉛や酸化カドミウムからなるガス搬送可能な粒子を形成する。当業者であれば、このようにして形成された時点での酸化亜鉛が、レトルト内のガス流内に容易に同伴され得るような非常に微細な粒子として存在することは、理解されるであろう。また、当業者であれば、亜鉛化合物や鉛化合物やカドミウム化合物がガス相として揮発する際には、煙塵内の鉄化合物やカルシウム化合物やシリコン化合物やアルミニウム化合物が、レトルト内の混合物中において固体として残存することは、理解されるであろう。非常に微細であってガス搬送可能な酸化亜鉛や酸化鉛や酸化カドミウムを含有したガスは、排気ガス流として、排気ダクト（３２）を通して供給端（３０）から導出される。残存している固体煙塵混合物は、円筒形レトルト（１８）中を通してレトルトの出口端（２０）を通過し、その後、処理済み材料が取り出され、所望に応じた取出のための取出ホッパ（２２）内に収集される。

また、上記プロセスが、吸熱的であり、そのため、エネルギー入力を継続する必要があることは、理解されるであろう。必要とされるエネルギーは、２つの供給源から、レトルト内における煙塵とカーボンとからなる混合材料に対して、供給される。必要とされるエネルギーの５０〜９０％を供給する主加熱源は、円筒形レトルト（１８）を同軸的に囲んでいるとともにレトルトが回転する際にレトルトに対して熱を供給する環状外側チャンバ（２４）である。例えば天然ガスと空気との混合物といったような、燃料と酸素との混合物が、一連のバーナ（２６）に対して供給され、環状燃焼チャンバ（１９）内において燃焼することによって、レトルトに対して熱を供給する。これに代えて、レトルトの外面に対して離間配置された電気加熱部材（図示せず）を、あるいは、レトルト自体を抵抗加熱部材として利用した電気加熱部材（図示せず）を、主加熱源として使用することによって、レトルトに対して熱を供給することができる。好ましくは、レトルト構造は、環状外側チャンバ（２４）からレトルト壁を通して熱を良好に伝達し得るように、構成されている。燃焼プロセスからの排気ガスは、排気筒（２８）を通して環状燃焼チャンバ（２４）から導出される。

必要とされるエネルギーの１０〜５０％をレトルト内の材料に対して供給する副加熱源は、混合物中の炭素系材料を部分的に燃焼させることによってもたらされている。円筒形レトルト（１８）は、閉塞されたシステムであり、レトルト内における燃焼は、ファン（３４）によってもたらされる低速空気流（あるいは、低速酸素流）によって支持されている。これにより、レトルト内においては、低速ガス流が生成されている。好ましい流れは、矢印（３６）で示す向きの流れである。すなわち、図に示すように、レトルトの出口端（２０）からレトルトの供給端（３０）へと向かう向きの流れである。この低速ガス流は、供給混合物の流れとは向流的である。しかしながら、ガス流は、レトルトに関して排気ガスを導出している端部と空気供給（３４）を行っている端部とを入れ替えることによって、レトルト内の混合物と同一方向に流すことができる。付加的には、空気（または酸素）は、所定の空気分散パターンに従って空気を分散させるようなオリフィス付きパイプや散布コンジット（３７）を使用することによって、レトルト内へと供給することができる。レトルト内へと空気を放出するための散布コンジットオリフィスは、好ましくは、散布コンジット（３７）の上流部分においてすなわち図１における右側部分においてオリフィスがより密集しているようにして、配置されている。

図１に示すように、レトルトからの排気ガス流は、典型的には約９８２℃（約１８００°Ｆ）という温度でもって、アフターバーナ（３８）によって、さらに処理される。これにより、供給混合物から放出されるような一酸化炭素や例えばダイオキシンやフランといったような有機材料を完全に燃焼させることができる。その後、排気流は、空気や水を使用することによって急冷機（４０）内において急冷され、バグハウス（４２）を通すことによって濾過される。バグハウス（４２）においては、排気ガスから粒状物質が除去され、粒状物処理流（４４）とされる。残りの排気流は、排気筒（４６）から放出することができる、あるいは、所望によっては他の処理を行うことができる。そのような他の処理は、残りの排気ガス流を他のアフターバーナに通した後に排気筒（４６）から放出するという付加的ステップを有することができる。このような他のアフターバーナは、図示されていないものの、アフターバーナ（３８）と同様のものとすることができ、その目的は、供給混合物から放出される例えばダイオキシンやフランといったような有機材料を燃焼させることである。この付加的なアフターバーナは、アフターバーナ（３８）に代えて使用することもでき、また、アフターバーナ（３８）と組み合わせて使用することもできる。

操作時には、円筒形レトルト（１８）内へと導入される炭素系材料と炉からの煙塵との典型的な混合物は、煙塵と炭素系材料との合計混合物中におけるカーボンの重量比率が約１５〜約３０％となるように設定される。しかしながら、他の組成比率とすることもできる。レトルトが、燃料と空気との混合物を使用することによってあるいは電気加熱を使用することによって環状外側チャンバにより、約９８２℃（約１，８００°Ｆ）という温度へと加熱される。レトルト内における滞留時間は、好ましくは、約３０分間〜約１２０分間という範囲内である。ただし、処理に必要な時間に関しては、多くの要因が影響を及ぼす。ファン（３４）によって円筒形レトルト（１８）に対して付与される空気は、供給混合体内の炭素系材料のいくらかを燃焼させるのに十分な量の酸素を供給する。空気の体積は、レトルト内の速度（ガス交換速度）が非常に小さく維持され得るよう、十分に小さなものとされる。好ましくは、標準温度および標準圧力で導入される空気の体積に関しておよびレトルトの横断面積あたりにおいて、約０．１５〜約０．６１ｍ／ｓｅｃ（約０．５〜約２フィート／ｓｅｃ）という範囲内とされる。

レトルト内におけるガス流速が小さいことは、本発明による方法の操作においては、大いなる利点である。商業的価値において本来的に望ましい回収成分は、酸化亜鉛の形態とされた亜鉛である。上述したように、この材料は、低速ガス流によって容易に同伴される（搬送され得る）。また、鉛化合物やカドミウム化合物も、ガス搬送可能なものとされ、低速ガス流によって搬送される。これに対し、バルク状の煙塵材料は、より大きくかつより重い粒子を含有しており、ガス流がなす乱流が最小である限りにおいては、ガス流によって搬送され得るものではない。鉄化合物やカルシウム化合物やシリコン化合物やマグネシウム化合物やアルミニウム化合物は、亜鉛回収流内に混入されないことが望ましい。したがって、これら化合物がガス搬送可能とならないことが大いに有利である。これら化合物は、レトルト内に残留し、その後、出口端（２０）から取り出されて取出ホッパ（２２）へと取り出されることが好ましい。レトルトの外部を通してプロセスのために必要な大部分の熱量を供給することによって、レトルトの内部で必要な燃焼量が最小化され、そのため、レトルト内におけるガスの量や速度や乱流化が極めて低減されていることがわかる。

本発明の操作時に可能なガス流の低減と乱流化の低減との目安として、本発明による方法と、典型的なWaelzキルンプロセスと、に関して質量流量の比較を行う。Waelzキルンプロセスにおいては、ＥＡＦダストと炭素とからなる混合物の導入量の質量単位に対しての、キルンからの排気の質量単位の比は、典型的には４であり、多くの場合、４よりも大きい。これに対し、本発明を使用した場合には、ＥＡＦダストと炭素とからなる混合物の導入量の質量単位に対しての、レトルトからの排気の質量単位の比は、好ましくは約０．５〜約２．５という範囲内であり、より好ましくは約１．０〜約２．０という範囲内である。

レトルト内における速度を低減できていることの他の目安として、Waelzキルンプロセスと本発明による方法との双方に関してのレトルト内におけるガス速度の比較を行う。Waelzキルンプロセスにおいては、ガスの正味の流速は、流通方向（３６）においては、少なくとも１．２２ｍ／ｓｅｃ（４．０フィート／ｓｅｃ）である。一方、本発明を使用した場合には、ガスの正味の流速は、約０．１５〜約０．４５ｍ／ｓｅｃ（約０．５〜約１．５フィート／ｓｅｃ）という範囲内である。正味の流速は、レトルトの横断面積あたりについて構成成分の質量流速を使用して計算した。

本発明を使用することによって得られるような、レトルトからの排気ガス流を低減できることの１つの利点は、アフターバーナ（３８）において燃焼させるべき質量が小さくできることである。このことは、プロセスの実行に際しての全体的エネルギー消費を低減させるという有益さをもたらす。また、アフターバーナ設備、および、急冷機（４０）や付加的分離機（４８）やバグハウス（４２）といったようなものを含めたすべての煙塵処理構成要素を、小さなサイズとすることができることにより、資本コストの節減を実現することができる。

操作時には、円筒形レトルト（１８）内へと導入する燃料と煙塵との典型的な混合物は、主要には、以下の表に示すように、亜鉛とカーボンと鉄とである。レトルトを通して処理され、取出ホッパ（２２）において取り出される材料は、主には、酸化鉄である。酸化カルシウムやアルミナやシリカも、また、多くの量で存在している。しかしながら、亜鉛成分やカドミウム成分や鉛成分は、実質的に分離されている。これに対し、煙材料（流れ４４）は、主には酸化亜鉛であり、鉄の量は痕跡量程度でしかない。この場合の酸化亜鉛といったような材料は、亜鉛精錬器に対しての有用な供給原料である。

以下の表に示すように、バグハウス内において収集された金属化合物は、主には酸化亜鉛であり、酸化鉛や酸化カドミウムや塩化物の量は少ない。

表からわかるように、回収された煙流（４４）内における鉄の量は、１％未満である。これに対し、Waelzキルンプロセスにおいては、煙流は、鉄によって汚染されており、鉄の典型的な量は、約２．５〜約７．５％という範囲である。したがって、回収されたままの状態における酸化亜鉛の純度は、本発明による方法によって、大幅に改良される。

円筒形レトルトを使用するものとして、本発明を例示してきたけれども、本発明による方法は、例えば炉やオーブンといったような他の加熱設備を使用して実行することができることは、理解されるであろう。その場合でも、煙塵は、乱流がない条件下で加熱され、低速のガス流が、実質的にすべての亜鉛やカドミウムや鉛を搬送するとともに、鉄や石灰やシリカやアルミナについては搬送しない。本発明の１つの利点は、例えば煙塵のペレット化やブリケッティングといったような凝集ステップを行う必要がないことである。しかしながら、本発明において、凝集ステップを行うこともできる。凝集ステップを行うことに代えて、煙塵は、単に炭素系材料と混合されるだけであり、その後、円筒形レトルト内へと導入される。

レトルトからの排気ガス流中の構成成分のいくつかは、アルカリ金属および金属塩化物である。そのような排気ガス流中のアルカリ金属は、典型的には、ナトリウムとカリウムとである。本発明の目的における金属塩化物には、塩化鉄や塩化亜鉛や塩化鉛や塩化カドミウムがある。これら塩化物が煙流（４４）から除去されていることが有利である。

典型的には、金属塩化物は、対応する金属酸化物よりも、揮発性が大きい。アルカリ金属の場合、酸化物と塩化物との双方が、酸化亜鉛や酸化鉛や酸化カドミウムよりも、揮発性が大きい。塩化物およびアルカリ金属が、酸化亜鉛や酸化鉛や酸化カドミウムから分離できれば有利である。そのため、付加的分離機（４８）を、プロセス内に挿入することができ、これにより、ガス状塩化物およびアルカリ金属化合物から、酸化亜鉛や酸化鉛や酸化カドミウムを分離することができる。典型的には、これは、分離機（４８）内のガス流を、塩化物およびアルカリ金属化合物が蒸気のままであるような約２６０℃（約５００°Ｆ）以上の温度に維持することによって行うことができる。約５３８℃（約１０００°Ｆ）以下の温度においては、亜鉛、鉛、および、カドミウムからなるグループから得られる酸化物は、固体のままである。よって、サイクロン分離機や他の適切な手段を使用することによって、これら酸化物を、蒸気状塩化物や蒸気状アルカリ金属化合物から除去することができる。得られる出力は、高純度酸化亜鉛流（４９）である。

第１グループをなす亜鉛と鉛とカドミウムとに由来する固体金属酸化物と、付加的グループをなす金属塩化物およびアルカリ金属酸化物に由来する１つまたは複数の化合物と、を含有したガス流が生成されることがわかる。このガス流は、金属塩化物およびアルカリ金属酸化物がガス状であり、かつ、固体金属酸化物が固体のままであるような、温度に維持される。固体金属酸化物は、金属塩化物およびアルカリ金属酸化物から分離される。

本発明の第２実施形態においては、排出ガスまたは排出流からの鉛の取出に関する改良が、レトルトに対しての炭素系材料（例えば、コークス）を、電気アーク炉ダストの導入とは個別的に導入することによって、実現されている。図２〜図４に示すように、煙塵ホッパ（５６）からの煙塵の供給は、煙塵供給機（６０）を使用することによって、レトルト（１８）の供給端（３０）内へと導入することにより、行われている。一方、例えばコークスといったような炭素系材料は、コークスホッパ（５８）から供給され、コークス供給機（６２）を使用することによって、レトルト（１８）に対し、レトルト（１８）の供給端（３０）からは下流側に十分に離間した位置へと導入されている。供給機（６０，６２）は、任意のタイプの供給機とすることができるものの、スクリューフィーダが好ましい。炭素系材料が、コークスである必要はなく、例えば石炭といったような任意のカーボン源とすることができる。コークス用スクリューフィーダがレトルト（１８）内へと延出される程度は、レトルト内の温度や、レトルトの供給端における煙塵の混合度合いや、レトルト内における煙塵の全体的前向き速度、を含むような複数の要因に依存する。

コークス用スクリューフィーダの懸架を、レトルトの内部の奥深くにおいて行い得るよう、懸架システム（６４）が設けられている。この懸架システム（６４）は、２つのスポーク型支持機構（６６）を備えている。各支持機構（６６）は、図３に示すように、複数のスポーク（６８）を有している。ただ１つの支持機構が図示されているだけであるけれども、２個以上の支持機構を設けることができることは、理解されるであろう。支持機構（６６）は、コークス用スクリューフィーダ（６２）を、回転レトルト（１８）に対して堅固に連結する。煙塵回収装置（１０）の動作時における熱膨張に適合可能とするために、各スポークとレトルトとの間における堅固な連結は、スロット付き連結とされている。図４に示すように、各スポーク（６８）は、レトルト（１８）の壁に対し、アンカープレート（７０）を介して連結されている。アンカープレート（７０）内におけるスロット（７２）は、連結ボルト（７４）がレトルト内において径方向に移動することを可能としている。これにより、装置の熱膨張および収縮に対して適合可能とされている。熱膨張に適合可能とするために、他の膨張機構を使用できることは、理解されるであろう。コークス用スクリューフィーダ（６２）が、レトルト（１８）の供給端壁（７６）を貫通している場所においては、スクリューフィーダを堅固に取り付けることによって、スクリューフィーダとレトルトとを一緒に回転させることができる。コークス用スクリューフィーダが、供給端（３０）の壁（７８）を貫通している場所においては、スリーブまたはカラー（８０）あるいは他の機構が設けられていて、ガスシールと、コークス用スクリューフィーダを回転可能とするための回転可能性と、がもたらされている。コークス用スクリューフィーダ（６２）の端部には、機械的断絶部（８２）が設けられていて、スクリューフィーダが回転することと、コークスホッパ（５８）が静止していることと、の間の調和が図られている。

上記においては、コークス用スクリューフィーダ（６２）をレトルトと一緒に回転するものとして説明したけれども、本発明の変形例においては、コークス用スクリューフィーダ（６２）を、静止型のものとして取り付けることができることは、理解されるであろう。その場合でも、支持機構（６６）は、回転レトルト（１８）に対して、堅固に取り付けられる。この変形例においては、静止型スクリューフィーダ（６２）は、図示しないカラーや他の機構によって、支持機構（６６）の中心においてスライド可能に取り付けられる。これにより、支持機構（６６）は、回転可能とされつつも、静止型スクリューフィーダ（６２）を懸架することができる。図示しないものの同様のスリーブまたはカラーは、コークス用スクリューフィーダがレトルト（１８）の供給端壁を貫通している場所においても必要とされる。（支持機構（６６）がレトルトと一緒に回転することによって、回転型とされたレトルトオーガー（８４）に対して適応することが有利である。支持機構が静止型とされていてレトルトの壁に対してスライド可能に係合する場合には、レトルトオーガー（８４）に対しての干渉を避けるための方法を、開発する必要がある。）

この第２実施形態における個別的供給（スクリューフィーダ（６０）による煙塵の導入と、スクリューフィーダ（６２）によるコークスの導入と、が個別的に行われること）の目的は、鉛がコークス中のカーボンと結合するよりも前に、煙塵中の鉛成分を加熱して蒸発させる機会を設けることである。煙塵中の鉛成分は、主には、塩化鉛の形態とされている。塩化鉛がレトルト内に導入されたときには、塩化鉛は、蒸気圧が比較的小さいことのために、迅速に蒸発する。しかしながら、上記第１実施形態の場合のように、塩化鉛がコークスからのカーボンと結合した場合には、塩化鉛は、蒸発するよりも前に、金属鉛へと還元される。その後、金属鉛は、レトルト内のガス状化合物と反応する。つまり、酸素および／または二酸化炭素と反応することによって、酸化鉛粒子を形成する。酸化鉛は、やや揮発性であり、蒸発することによって、バグハウス内に収集される。

第１実施形態とは異なり、第２実施形態においては、煙塵がコークスに対して実質的に接触するよりも前に、煙塵を、レトルト（１８）の供給端（３０）の近傍において加熱する。コークスと接触しないことにより、鉛は、塩化鉛のままで蒸発し、塩化鉛蒸気を形成する。第１実施形態による方法において生成される酸化鉛と、第２実施形態における塩化鉛と、では、蒸気圧に大きな差がある。そのため、第２実施形態による方法が使用された場合には、鉛を分離させるためにキルン内に滞留する必要がある滞留時間が、大幅に短縮される。

第１実施形態による方法と第２実施形態による方法との間における鉛分離の差を検証するために、これら２つの方法を模擬した実験を実験室内で行った。双方の方法に関して同じ煙塵を使用した場合に、煙塵に対してカーボンを一切添加しないときには、約９８２℃（約１，８００°Ｆ）という温度において、１５分後に煙塵から９７％の鉛が取り出されることがわかった。これに対し、煙塵に対してコークスを混合したときには、同じ条件下において、５０％未満の鉛しか取り出されないことがわかった。金属鉛の蒸気圧は、より小さく、蒸発によって分離するには、より高温とより長い滞留時間とを必要とする。

結局、亜鉛化合物や鉛化合物と鉄化合物とを含有した煙塵を、炭素系材料とは個別的に導入し、煙塵を加熱することによって、炭素系材料と煙塵とが混合されるよりも前に、大部分の鉛をガス搬送可能なものとすることができ、よって、より多くの鉛をガス搬送可能なものとすることができて、煙塵から取り出される鉛の量を、より多くの量とすることができることがわかる。

塩化鉛の形態でもって鉛を蒸発させることの利点に関して説明したけれども、他の鉛化合物が存在することもある。その場合でも、そのような鉛化合物とカーボンとが結合するよりも前に、蒸発させることが有利である。さらに、カーボンを導入するよりも前に、煙塵の亜鉛成分およびカドミウム成分を加熱することによって、また、亜鉛およびカドミウムの蒸発度合いを改良することもできる。

本発明の原理および実施態様に関して、好ましい実施形態を参照して説明した。しかしながら、本発明は、本発明の範囲を逸脱することなく、上記において説明した態様以外の態様で実施し得るものであることに、注意されたい。

一般化した煙塵処理装置を概略的に示す図である。 図１の装置を概略的に示す図であって、本発明に基づいた、入力材料の導入の様子を示している。 図２の装置を３−３線に沿って示す矢視断面図である。 図２の装置におけるオーガーのための支持システムの一部を示す図である。

１８ 外部加熱型円筒形レトルト（回転円筒形レトルト）
２４ 固定型加熱チャンバ（加熱容器、主加熱源）
３０ 供給端
７６ 供給端

Claims (9)

1. 亜鉛化合物と鉛化合物とカドミウム化合物とからなる第１グループの中の１つまたは複数の化合物と、鉄化合物とシリコン化合物とカルシウム化合物とマグネシウム化合物とアルミニウム化合物とからなる第２グループの中の１つまたは複数の化合物と、を含有している煙塵を処理するための方法であって、
   前記煙塵と炭素系材料とを混合し、
   前記煙塵と前記炭素系材料との混合物を、加熱容器内に導入し、
   主加熱源によって前記加熱容器を加熱するとともに、前記加熱容器内において前記炭素系材料を燃焼させることによって前記煙塵をさらに加熱し、
   前記主加熱源による加熱と前記炭素系材料の前記燃焼による前記加熱とにより、前記第１グループをなす化合物の大部分をガス搬送可能なものとしつつも、前記第２グループをなす化合物の大部分をガス搬送不可能な状態に維持し、
   前記主加熱源によって供給されるエネルギー量を、前記煙塵に対して供給される全エネルギーの２５〜９０％という範囲内とするとともに、前記炭素系材料の燃焼によって供給されるエネルギー量を、前記煙塵に対して供給される全エネルギーの１０〜７５％という範囲内とし、
   前記ガス搬送可能な化合物と、前記ガス搬送不可能な化合物と、を分離する、
   という方法において、
   前記煙塵と前記炭素系材料とからなる前記混合物の質量単位に対しての、加熱容器からの排気の質量単位の比を、０．５〜２．５という範囲内とすることを特徴とする方法。
   
2. 請求項１記載の方法において、
   前記主加熱源を、前記加熱容器の外部のものとすることを特徴とする方法。
   
3. 請求項１または２記載の方法において、
   前記主加熱源によって供給されるエネルギー量を、前記煙塵に対して供給される全エネルギーの５０〜７５％という範囲内とし、
   前記炭素系材料の燃焼によって供給されるエネルギー量を、前記煙塵に対して供給される全エネルギーの２５〜５０％という範囲内とすることを特徴とする方法。
   
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法において、
   前記加熱容器を、円筒形レトルトとすることを特徴とする方法。
   
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法において、
   分離されたガス搬送可能化合物の中から、亜鉛化合物を取り出すことを特徴とする方法。
   
6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載の方法において、
   前記煙塵と前記炭素系材料とからなる前記混合物の質量単位に対しての、加熱容器からの排気の質量単位の比を、１．０〜２．０という範囲内とすることを特徴とする方法。
   
7. 請求項１〜６のいずれか１項に記載の方法において、
   前記煙塵と前記炭素系材料とからなる前記混合物中における前記炭素系材料の量を、前記煙塵と前記炭素系材料とからなる前記混合物中の全体重量に対して、１０〜３０％という範囲内とすることを特徴とする方法。
   
8. 請求項１〜７のいずれか１項に記載の方法において、
   前記加熱容器から取り出された前記ガス搬送可能な化合物の鉄含有量を、重量で１％未満とすることを特徴とする方法。
   
9. 請求項１〜８のいずれか１項に記載の方法において、
   分離されたガス搬送可能化合物の中から、亜鉛化合物を取り出すことを特徴とする方法。

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