JP5259256B2 - バナジウム回収装置 - Google Patents

Description

本発明は、石油系燃料の燃焼によって生じるバナジウム含有の焼却灰からバナジウムを回収するバナジウム回収装置に関する。

ボイラ燃料として、石炭に替わる燃料として多種多様の燃料の適用が求められており、特に、品位の低い石油コークスの燃料としての適用が求められている。石油コークス中に含まれるバナジウムやアルカリ金属等は、低融点化合物生成によって伝熱管へのデポ付着や腐蝕という問題を引き起こす可能性がある。また、バナジウムは工具鋼等に添加されて使用される希少金属の一種でもある。そこで、ボイラから排出される焼却灰からバナジウムを回収する取り組みが従来からなされている。

例えば、特許文献１には、石油系燃料焼却灰を水などに浸して強酸の水性スラリーとし、この水性スラリーを固液分離した溶液を希釈し、アンモニアを添加して中性ないし弱アルカリ性に調整してバナジウムを析出させ、析出したバナジウムを固液分離するという各工程を経てバナジウムを回収する方法及び装置が記載されている。
特開２００２−１６６２４４号公報

しかしながら、従来の装置では、ボイラ等の燃焼炉の安全運転のために湿式処理によりバナジウムを回収しており、プロセスの複雑化に伴ってバナジウムの効率的な回収は困難であった。

本発明は、以上の課題を解決することを目的としており、焼却灰からバナジウムを効率的に回収するバナジウム回収装置を提供することを目的とする。

本発明は、石油系燃料の燃焼によって生じるバナジウム含有の焼却灰からバナジウムを回収するバナジウム回収装置において、焼却灰と鉄化合物との供給部と、供給部から供給された焼却灰と鉄化合物とを加熱して、バナジウムフェライトを生成する加熱炉と、加熱炉から排出された排出物のうち、バナジウムフェライトを含む磁性物を磁力選別によって非磁性物から分離する磁選手段と、を備えることを特徴とする

焼却灰及び鉄化合物を、加熱炉で例えば６００℃〜８００℃程度にまで加熱すると、焼却灰中のバナジウムは、加熱された鉄化合物の表面に接触することでバナジウムフェライトに変換される。バナジウムフェライトは磁性を帯びており、加熱炉から排出された排出物のうち、バナジウムフェライトを含む磁性物は、磁選手段に磁力選別されて非磁性物から分離される。その結果として、焼却灰中のバナジウムは、バナジウムフェライトとして効率よく回収でき、資源の有効利用が可能になる。さらに、焼却灰中のバナジウムは伝熱管などのデポ付着や腐食を引き起こす虞があるが、焼却灰から効率良くバナジウムを回収することで、バナジウム除去後の非磁性物を再利用してもデポ付着や腐食という問題は生じ難くなり、非磁性物を再利用できる適用範囲が広がる。

さらに、加熱炉は、筒状で軸線回りに回転する焙焼炉と、焙焼炉から排出された飛灰を二次燃焼させる二次燃焼室とを備えたキルン回転炉であると好適である。焼却灰と鉄化合物とを焙焼炉で加熱することで、焼却灰と鉄化合物との攪拌混合は促進され、焼却灰と鉄化合物との接触効率は高まるため、バナジウムフェライトの生成が促進されて回収効率を向上させることができる。

さらに、供給部は、焼却灰と鉄化合物との混合物を加熱炉に供給すると好適である。焼却灰と鉄化合物とは、加熱炉で加熱される前に混合物として加熱炉に供給されるため、加熱炉内で高温になった鉄化合物が効率良く焼却灰中のバナジウムに接触し、バナジウムフェライトの生成を促進できてバナジウムの回収効率は向上する。

本発明によれば、焼却灰からバナジウムを効率的に回収できる。

以下、本発明に係るバナジウム回収装置の好適な実施形態について図面を参照しながら説明する。図１は、本実施形態に係るバナジウム回収装置の断面を概略的に示す図であり、図２は磁力選別器を概略的に示す図である。

図１に示されるように、バナジウム回収装置２は、比較的小規模の焼却炉等（以下、「ボイラ設備」という）１に適応する。バナジウム回収装置２は、ボイラ設備１での石油系燃料の燃焼によって生じる焼却灰Ａｓ、すなわちフライアッシュ（「ＦＡ」ともいう）やボトムアッシュ（「ＢＡ」ともいう）とＦｅ_３Ｏ_４等の鉄化合物Ｆｅとを加熱してバナジウムフェライトＶｆを生成するキルン回転炉３（「ロータリーキルン」ともいう）と、焼却灰Ａｓと鉄化合物Ｆｅとの混合物Ｂを定量ずつキルン回転炉３に供給する定量供給装置（供給部）４と、キルン回転炉３から排出されたバナジウムフェライトＶｆ含有の焙焼鉱Ｒｓのうち、バナジウムフェライトＶｆを含む磁性物を磁力選別によって非磁性物Ｎｍから分離する磁力選別器（磁選手段）５と、を備えている。なお、焙焼鉱Ｒｓは本発明の排出物に相当する。

キルン回転炉（加熱炉）３は、縦型キルンもあるが、本実施形態では横型キルンを採用している。キルン回転炉３は、焼却灰Ａｓと鉄化合物Ｆｅとを焙焼する円筒形状の焙焼炉７と、焙焼炉７から排出される飛灰含有の排ガスを二次燃焼する二次燃焼室（「二次燃焼塔」ともいう）９とを備えている。

焙焼炉７の外周には歯車１０が設けられ、焙焼炉７は図示しないモータによって軸線Ｌ回りに回転する。焙焼炉７は、焼却灰Ａｓと鉄化合物Ｆｅとの混合物Ｂを受入れ側Ｕｓから排出側Ｄｓへ移動させることができるように、受入れ側Ｕｓから排出側Ｄｓに向けて下方に傾斜されている。焙焼炉７と二次燃焼室９とは、焙焼炉７が回転可能に且つ接合部の気密が保持されるように接合されている。混合物Ｂを酸化焙焼した後の焙焼鉱Ｒｓと排ガスとは、焙焼炉７の排出口から二次燃焼室９に導入され、焙焼鉱Ｒｓは落下し、排ガスは上昇する。排ガスは、二次燃焼室９で二次燃焼された後、図示しない例えば、廃熱回収設備、排ガス冷却設備、排ガス処理設備、集塵設備を経て無害化されて排出される。

焙焼炉７の受入れ側Ｕｓの端面であるフロントウォール１１には、定量供給装置４に連結される受入口が形成されている。また、フロントウォール１１には、加熱手段であるバーナ１３が貫通して配置されている。バーナ１３は、フロントウォール１１から焙焼炉７の排出側Ｄｓに向かって火炎を放射する。バーナ１３には、図示しない燃料ポンプによって燃料タンクから重油等の燃料が供給される。バーナ１３には、図示しないブロアを介して燃焼用空気が供給される。

定量供給装置４は、フロントウォール１１の受入口に接続されたシリンダ部４ａと、シリンダ部４ａ内を往復動する押出部４ｂと、押出部４ｂの往復動を駆動制御する供給器４ｃと、シリンダ部４ａ内に連通するホッパ４ｄとを備えている。ホッパ４ｄには、ボイラ設備１からの焼却灰Ａｓと鉄化合物Ｆｅとが投入される。ホッパ４ｄ内に堆積する焼却灰Ａｓと鉄化合物Ｆｅとは、シリンダ部４ａ内に落下する際に混合され、その混合物Ｂは、押出部４ｂの往復動によって定量ずつが焙焼炉７内に供給される。定量供給装置４は、スクリューコンベヤなどによって焼却灰Ａｓと鉄化合物Ｆｅとを攪拌混合しながら焙焼炉７内に供給する装置であってもよい。なお、焼却灰Ａｓと鉄化合物Ｆｅとを焙焼炉７へ供給する供給部は、別々の独立した装置であってもよい。

焙焼炉７内へ供給された焼却灰Ａｓと鉄化合物Ｆｅとの混合物Ｂは、供給当初からバーナ１３によって加熱される。その混合物Ｂは、焙焼炉７内において、攪拌されながら６００℃〜８００℃程度まで加熱され、受入れ側Ｕｓから排出側Ｄｓに移動する。焙焼炉７の受入れ側Ｕｓには、図示しない空気供給ラインが接続されており、焙焼炉７内で混合物Ｂが移動する方向と焙焼炉７に導入される空気とが並行になる。このようなガス流れを持つキルン回転炉３は並流式と呼ばれる。なお、本実施形態は並流式であるが、混合物Ｂの移動方向と焙焼炉７に導入される空気とが対向する向流式のキルン回転炉であってもよい。

焙焼炉７内の焼却灰Ａｓ中に含まれるバナジウムは、６００℃〜８００℃程度まで加熱された鉄化合物Ｆｅ（Ｆｅ₃Ｏ_４）の表面に接触することでバナジウムフェライトＶｆに変換される。なお、バナジウムＶがバナジウムフェライトＶｆに変換される化学変化は、ｘの範囲を０≦ｘ≦１としたとき、以下の式（１）及び式（２）によって説明される。

（式１）
ｘＶ^２＋＋（３−ｘ）Ｆｅ^２＋＋６ＯＨ^-→ＶｘＦｅ_３−ｘ（ＯＨ）_６
（式２）
Ｖ_ｘＦｅ_３−ｘ（ＯＨ）_６＋Ｏ_２→Ｖ_ｘＦｅ_３−ｘＯ_４

焙焼炉７での酸化焙焼が終了した焙焼鉱Ｒｓには、バナジウムから変換されたバナジウムフェライトＶｆが含まれている。焙焼鉱Ｒｓは焙焼炉７から二次燃焼室９に排出される。二次燃焼室９には、焙焼鉱Ｒｓと飛翔ダストとを分離するための二股式の第１排出口９ａ及び第２排出口９ｂが設けられている。焙焼鉱Ｒｓの出口となる第１排出口９ａは、焙焼炉７側に設けられ、飛翔ダストの出口となる第２排出口９ｂは、二次燃焼室９の傾斜した側面側に設けられている。焙焼鉱Ｒｓは、第１排出口９ａに達し、第１排出口９ａから排出される。一方、飛翔ダストは、二次燃焼室９で流速が落ちて落下し、第２排出口９ｂから排出される。飛翔ダストには、未燃焼分が多く含まれており、二股式の第１，第２排出口９ａ，９ｂを設けることで、飛翔ダストのみを回収でき、その飛翔ダストを再度焙焼炉７に投入するようにすることもできる。

第１排出口９ａには、磁力選別器５に接続されたスクリューコンベヤ１５（粉体移送部）が接続されている。スクリューコンベヤ１５の入口は、第１排出口９ａに接続されており、出口は磁力選別器５の磁選用ホッパ（図２参照）１７に接続されている。

図２に示されるように、磁力選別器５は、焙焼鉱Ｒｓが投入され、且つバイブレータにより振動が付与される磁選用ホッパ１７と、この磁選用ホッパ１７から流下する粉状のバナジウムフェライトＶｆを含む磁性物を吸着する左右一対の磁気ドラム１９と、この磁気ドラム１９の周面に摺接することで磁気ドラム１９の周面に吸着された粉状のバナジウムフェライトＶｆ（磁性物）を回収する左右一対のスクレーパ２１と、磁気ドラム１９の間から流下する灰分などの非磁性物Ｎｍを回収する非磁性物回収槽２３とを備えている。なお、スクレーパ２１によって掻き取られたバナジウムフェライトＶｆは、コンベヤなどの移送手段によってバナジウムフェライト回収槽２５（図１参照）に移送される。磁力選別器５では、バナジウムＶをＦ―Ｖ原料として回収できる。一方で、非磁性物回収槽２３に回収された灰分などの非磁性物Ｎｍはセメント原料として再利用でき、また、バナジウムＶの濃度が極めて少ないため、低融点化合物生成によるデポ付着や腐蝕などの問題も発生し難く、循環流動層焼却炉（ＣＦＢ）などの流動媒体として再利用できる。

次に、バナジウム回収装置２を利用したバナジウム回収方法について説明する。ボイラ設備１からの焼却灰Ａｓと鉄化合物Ｆｅとを定量供給装置４のホッパ４ｄに投入し、焼却灰Ａｓと鉄化合物Ｆｅとの混合物Ｂを定量ずつ焙焼炉７に送り込む。焙焼炉７では、バーナ１３によって混合物Ｂを６００℃〜８００℃の範囲で加熱し、焙焼炉７内でバナジウムフェライトＶｆ含有の焙焼鉱Ｒｓを生成する。次に、焙焼炉７内で生成された焙焼鉱Ｒｓを二次燃焼室９に投入し、焙焼鉱Ｒｓを飛翔ダストから分離させて磁力選別器５の磁選用ホッパ１７に投入する。次に、磁力選別器５による磁気選別によってバナジウムフェライトＶｆを含む磁性物と非磁性物Ｎｍとを分離し、バナジウムフェライトＶｆを含む磁性物を回収する。

以上のバナジウム回収装置２によれば、ＰＨ調整を伴う湿式処理でバナジウムＶを回収するような装置に比べて工程も少なくて済み、バナジムウムＶの効率的な回収が可能になる。特に、焼却灰Ａｓと鉄化合物Ｆｅとの混合物Ｂが定量供給装置４によって焙焼炉７に供給されるため、加熱された鉄化合物ＦｅとバナジウムＶとの接触効率は向上し、バナジウムフェライトＮｆの生成を促進できてバナジウムＶの回収効率は向上する。

特に、焼却灰Ａｓと鉄化合物Ｆｅとは、焙焼炉７で加熱される前に混合物Ｂとしてキルン回転炉３の焙焼炉７に供給されているため、焙焼炉７内で高温になった鉄化合物Ｆｅが効率良く焼却灰中のバナジウムＶに接触し、バナジウムフェライトＶｆの生成を促進できてバナジウムＶの回収効率は向上する。

さらに、焼却灰Ａｓ中のバナジウムＶは伝熱管などへの付着や腐食を引き起こす虞があるが、焼却灰Ａｓから効率良くバナジウムＶを回収することで、バナジウムＶ除去後の非磁性物Ｎｍによって伝熱管などへの付着や腐食という問題は生じ難くなり、非磁性物Ｎｍを再利用できる適用範囲が広がる。

以上、本発明をその実施形態に基づき具体的に説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。例えば、加熱炉は、バーナによって加熱するキルン回転炉に限定されず、例えば、ボイラ設備の廃熱を、スチームなどを介して対流伝熱及び熱伝導よって伝熱したり、電気ヒータなどによって加熱したりする加熱手段を備えた炉であってもよい。

本発明の第１実施形態に係るバナジウム回収装置の断面を概略的に示す図である。 本実施形態に係る磁力選別器を概略的に示す図である。

符号の説明

２…バナジウム回収装置、３…キルン回転炉（加熱炉）、７…焙焼炉、９…二次燃焼室、５…磁力選別器（磁選手段）、４…定量供給装置、Ａｓ…焼却灰、Ｆｅ…鉄化合物、Ｌ…焙焼炉の軸線、Ｎｍ…非磁性物、Ｒｓ…焙焼鉱（排出物）、Ｖ…バナジウム、Ｖｆ…バナジウムフェライト。

Claims (3)

1. 石油系燃料の燃焼によって生じるバナジウム含有の焼却灰からバナジウムを回収するバナジウム回収装置において、
   焼却灰と鉄化合物との供給部と、
   前記供給部から供給された前記焼却灰と前記鉄化合物とを加熱して、バナジウムフェライトを生成する加熱炉と、
   前記加熱炉から排出された排出物のうち、前記バナジウムフェライトを含む磁性物を磁力選別によって非磁性物から分離する磁選手段と、を備えることを特徴とするバナジウム回収装置。
2. 前記加熱炉は、筒状で軸線回りに回転する焙焼炉と、前記焙焼炉から排出された飛灰を二次燃焼する二次燃焼室とを備えたキルン回転炉であることを特徴とする請求項１記載のバナジウム回収装置。
3. 前記供給部は、前記焼却灰と前記鉄化合物との混合物を前記加熱炉に供給することを特徴とする請求項１または２記載のバナジウム回収装置。
   
   
   
   

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