JP5289825B2

JP5289825B2 - バナジウム回収装置

Info

Publication number: JP5289825B2
Application number: JP2008138370A
Authority: JP
Inventors: 隆一阿川
Original assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Priority date: 2008-05-27
Filing date: 2008-05-27
Publication date: 2013-09-11
Anticipated expiration: 2028-05-27
Also published as: JP2009287052A

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設備の大型化を招来してしまい、できるだけ小さな設備での効率的なバナジウムの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、焼却灰を収容する収容部と、収容部内の焼却灰に含まれるバナジウムを気化させる気化手段と、気化手段により気化されたバナジウムを回収する回収手段と、を備え、回収手段は、気化手段により気化されたバナジウムを固体に相転移させる冷却部を有し、冷却部は、気化手段により気化されたバナジウムに接してバナジウムを気体から固体に相転移させる冷却水を貯留すると共に、冷却水中でバナジウムを沈殿分離する沈殿槽であることを特徴とする。

収容部内の焼却灰を、気化手段によって例えば６００℃〜８００℃程度にまで加熱すると、焼却灰中のバナジウムは気化し、回収手段で回収される。本構成では、ＰＨ調整を伴う湿式処理によりバナジウムを回収する従来装置に比べて構造が単純になり、設備もコンパクト化できてバナジウムの効率的な回収が可能になり、資源の有効利用が可能となる。さらに、焼却灰中のバナジウムはデポ付着やチューブ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残留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る。さらに、焼却灰を生成する焼却炉の排熱を気化手段の熱源として利用することもでき、設備のコンパクト化、エネルギー効率の向上を図り易い構成になっている。

さらに、気化されたバナジウムを冷却部によって凝固させて回収できるため、バナジウムを固体として効率よく回収できる。

さらに、冷却水でバナジウムを冷却することで、バナジウムを気体から固体に容易に相転移させることができ、さらに沈殿槽に貯留された冷却水中で固体状のバナジウムが沈殿分離されるため、純度の高い固体状のバナジウムを容易に回収できるようになる。

さらに、収容部内を減圧する減圧手段を更に備えると好適である。収容部内を減圧することで、バナジウムの気化が促進され、バナジウムの回収効率の向上を期待できる。

さらに、沈澱槽を有する冷却部と減圧手段とを備えている構成において、減圧手段は、沈殿槽から引き抜かれた冷却水を沈殿槽内に噴射するエジェクタと、収容部とエジェクタとを連通するダクト管と、を有すると好適である。エジェクタによって収容部内を減圧するので、収容部内を気密に保持し易く、さらに、ダクト管を通過してエジェクタに到達した気体状のバナジウムは、エジェクタによって攪拌されながら冷却水に効率よく接して冷却されるため、気体から固体に効率よく相転移する。従って、沈殿槽内での沈殿分離される時間も短縮され、純度の高い固体状のバナジウムを効率よく回収できるようになる。

さらに、収容部は、焼却灰と共に鉄化合物を収容し、収容部内で生成されたバナジウムフェライトを含む残留物を排出する残留物排出部と、残留物排出部から排出された残留物のうち、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、を更に備えると好適である。バナジウムフェライトを含む磁性物を回収できるため、焼却灰からのバナジウムの回収効率を一層向上させることができる。さらに、磁性物除去後の他の物質である非磁性物は、例えば、循環流動層焼却炉の流動媒体やセメント原料として再利用できる。

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２Ａ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）などを受け入れて収容する回転炉（収容部）３と、回転炉３で気化されたバナジウムＶをメイクアップ水中で沈殿分離する沈殿槽（冷却部）５と、回転炉３から排出されたバナジウムフェライトＶｆ含有の残留物Ｒｅ（図２参照）を磁選する磁力選別器（磁選手段）６とを備えている。

回転炉３は、縦型でもよいが、本実施形態では横型を採用している。回転炉３は、円筒形の胴体部７の外周に歯車（図示せず）が設けられ、胴体部７は図示しないモータによって回転される。胴体部７は、焼却灰Ａｓの受入れ側から排出側へ焼却灰Ａｓを移動させることができるように、受入れ側から排出側に向けて下方に傾斜されている。胴体部７内には、攪拌翼８が設けられている。

胴体部７の受入れ側には、焼却灰Ａｓと鉄化合物（Ｆｅ_３Ｏ_４等）が投入されるホッパ９が設けられ、ホッパ９の下部にはスクリューコンベヤからなる攪拌供給器１１が設けられている。攪拌供給器１１は、胴体部７の受入れ側の端部に接続されており、焼却灰Ａｓ及び鉄化合物を胴体部７に供給する。

胴体部７の外周には、バナジウムＶを気化させるための加熱源としてのスチームが流動するチャンバ１３が設けられており、チャンバ１３には、スチームの流入口１３ａと流出口１３ｂとが設けられている。スチームは、焼却灰Ａｓの排出元であるボイラ設備１の排熱を利用しており、対流伝熱によって焼却灰Ａｓを加熱することでエネルギーの有効利用を図っている。チャンバ１３の外側には、回転炉３内の焼却灰Ａｓを補助的に加熱する電気ヒータ１５が配置されている。チャンバ１３及び電気ヒータ１５によって気化手段１７は構成され、回転炉３内の焼却灰Ａｓは、気化手段１７によって６００℃〜８００℃程度に保持される。なお、チャンバ１３内のスチームによって６００℃〜８００℃程度の温度を維持できるようであれば、電気ヒータ１５は無くても良い。

回転炉３の胴体部７の排出部側には、テーパ状に縮径したバナジウム排出部１９が取り付けられている。バナジウム排出部１９は沈殿槽５に連通するダクト管２０に接続されている。なお、回転炉３の胴体部７とバナジウム排出部１９との間には、焼却灰Ａｓの移動を規制する多孔板２１が設けられており、多孔板２１に対して胴体部７側の下部には残留物Ｒｅを排出する粉体流出部（残留物排出部）２３が設けられている。粉体流出部２３には、残留物Ｒｅをコンベヤなどの移送手段によって磁力選別器６に移送するための粉体移送ラインが接続されている。

沈殿槽５は本発明の回収手段に相当し、沈殿槽５には、バナジウムＶの冷却及び洗浄のためのメイクアップ水（冷却水）Ｗが貯留されており、メイクアップ水Ｗの導入管２７ａ及び排出管２７ｂが接続されている。さらに、沈殿槽５には、メイクアップ水Ｗの循環ライン２９が接続されている。循環ライン２９は、メイクアップ水を沈殿槽５内に噴射するエジェクタ３０と、エジェクタ３０と沈殿槽５の下部とを連通するメイクアップ水移送管３１と、沈殿槽５内のメイクアップ水Ｗを引き抜いて所定圧でエジェクタ３０に送り込むポンプ３２とを備えている。エジェクタ３０には、ダクト管２０が接続されており、沈殿槽５から引き抜かれたメイクアップ水Ｗをエジェクタ３０が噴射することで、エジェクタ３０に連通するダクト管２０には負圧が発生し、回転炉３内は減圧される。エジェクタ３０及びダクト管２０は減圧手段２２を構成する。

回転炉３内の焼却灰Ａｓに含有されるバナジウムＶは、６００℃〜８００℃程度まで昇温されることで気化される。さらに、エジェクタ３０によって回転炉３内は減圧されているためバナジウムＶの気化は促進される。気体状のバナジウムＶはダクト管２０を通ってエジェクタ３０に到達し、エジェクタ３０で攪拌されながらメイクアップ水Ｗに効率よく接して冷却され、メイクアップ水と一緒に沈殿槽５内に噴射される。メイクアップ水Ｗによって冷却されたバナジウムＶは、気体から固体に相転移して沈殿槽５内に沈殿する。沈殿槽５の底部にはバナジウムＶの排出口４０が設けられている。沈殿槽５で回収されるバナジウムＶは純度が高く、後処理の負担も少ないため効率よく再利用を図ることができる。

一方で、回転炉３内には、焼却灰Ａｓと一緒に鉄化合物（Ｆｅ₃Ｏ_４）が投入されており、焼却灰Ａｓ中のバナジウムは、６００℃〜８００℃程度まで加熱された鉄化合物（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。従って、回転炉３内で気体状にならなかったバナジウムＶは、焼却灰Ａｓ中に残留し、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

バナジウムフェライトＶｆを含む残留物Ｒｅは、粉体流出部２３及び粉体移送ラインを通って磁力選別器６に移送される。図２に示されるように、磁力選別器６は、残留物Ｒｅ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３３と、この磁選用ホッパ３３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３５と、この磁気ドラム３５の周面に摺接することで磁気ドラム３５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３７と、磁気ドラム３５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３９とを備えている。なお、スクレーパ３７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４１（図１参照）に移送される。磁力選別器６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３９に回収された灰分などの非磁性物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２Ａ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と鉄化合物とを回転炉３に投入し、気化手段１７によって焼却灰Ａｓ及び鉄化合物を６００℃〜８００℃の範囲で加熱する。さらに、エジェクタ３０を作動させて回転炉３内を減圧し、バナジウムＶを気化させて沈殿槽５に送り込む。沈殿槽５では、気体状のバナジウムＶをメイクアップ水（冷却水）Ｗで冷却して気体から固体に相転、すなわち凝固させ、さらに、沈殿槽５内でメイクアップ水Ｗから沈殿分離させて固体状のバナジウムＶを適宜に回収する。

また、回転炉３から排出されたバナジウムフェライトＶｆ含有の残留物Ｒｅを磁力選別器６による磁気選別によってバナジウムフェライトＶｆと非磁性物Ｎｍとに分離し、それぞれを回収する。

以上のバナジウム回収装置２Ａによれば、ＰＨ調整を伴う湿式処理によりバナジウムＶを回収するような装置に比べて工程も少なくて済み、構造が単純であり、設備もコンパクト化できてバナジムウムＶの効率的な回収が可能になる。さらに、焼却灰Ａｓ中のバナジウムＶは伝熱管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除去後の残留物Ｒｅによって伝熱管への付着や腐食という問題は生じ難くなる。さらに、焼却灰Ａｓを生成するボイラ設備１の排熱を気化手段１７の熱源として利用するので、コンパクト、且つエネルギー効率の高い装置を実現できる。

さらに、バナジウム回収装置１Ａは、メイクアップ水Ｗ中でバナジウムＶを沈殿分離する沈殿槽５を有している。従って、メイクアップ水Ｗによる冷却によって、バナジウムＶを気体から固体に容易に相転移させることができ、バナジウムＶを固体として効率よく回収できる。特に、固体状のバナジウムＶは、沈殿槽５内のメイクアップ水Ｗ中で沈殿分離されるため、純度の高い固体状のバナジウムＶを容易に回収できるようになる。

さらに、バナジウム回収装置１Ａは減圧手段２２を備えており、回転炉３内を減圧することで、バナジウムＶの気化が促進され、バナジウムＶの回収効率を向上できる。特に、減圧手段２２はエジェクタ３０及びダクト管２０を有しており、エジェクタ３０によって回転炉３内を減圧するので、回転炉３内を気密に保持し易い。さらに、ダクト管２０を通過してエジェクタ３０に到達した気体状のバナジウムＶは、エジェクタ３０によって攪拌されながらメイクアップ水Ｗに効率よく接して冷却されるため、気体から固体に効率よく相転移する。従って、沈殿槽５内での沈殿分離される時間も短縮され、純度の高い固体状のバナジウムＶを効率よく回収できるようになる。

（第２実施形態）
次に、図３を参照して第２実施形態に係るバナジウム回収装置を説明する。図３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る。なお、第２実施形態に係るバナジウム回収装置において、第１実施形態に係るバナジウム回収装置と同様の部材や要素については、同一の符号を付して詳細な説明を省略する。

バナジウム回収装置２Ｂは、ボイラ設備１から排出された焼却灰（フライアッシュやボトムアッシュ）Ａｓ及び鉄化合物（Ｆｅ_３Ｏ_４等）を受け入れる回転炉（収容部）４３と、回転炉４３から排出されたバナジウムＶを回収する沈殿槽（冷却部）４５と、回転炉４３から排出された残留物Ｒｅを磁選する磁力選別器（磁選手段）６とを備えている。

回転炉４３の胴体部４７の受入れ側には、焼却灰Ａｓと鉄化合物が投入されるホッパ９が設けられ、ホッパ９の下部にはスクリューコンベヤからなる攪拌供給器１１が設けられている。攪拌供給器１１は、胴体部４７の受入れ側の端部に接続されており、焼却灰Ａｓ及び鉄化合物を胴体部４７に供給する。また排出側には気化したバナジウムＶが排出されるバナジウム排出部４９が設けられている。また、胴体部４７の下部には、残留した焼却灰Ａｓが排出される粉体流出部５１が形成されており、粉体流出部５１は、磁力選別器６まで残留物Ｒｅを移送する粉体移送ラインに接続されている。磁力選別器６まで移送された残留物Ｒｅは、磁力選別器６によって磁性物であるバナジウムフェライトＶｆと非磁性物Ｎｍである灰分などが分離回収され、それぞれ有効利用される。

バナジウム排出部４９は沈殿槽４５に連通するダクト管５３に接続されている。ダクト管５３は、沈殿槽４５の上部に直接的に接続されている。沈殿槽４５には、メイクアップ水Ｗの循環ライン５５が接続されている。循環ライン５５は、沈殿槽４５の上部に設けられたノズル５７と、このノズル５７と沈殿槽４５の下部とを連通するメイクアップ水移送管５９と、メイクアップ水移送管５９を介して沈殿槽４５内のメイクアップ水Ｗを引き抜いて所定圧でノズル５７に送り込むポンプ６１とを備えている。ノズル５７から噴霧されたメイクアップ水Ｗは、気体状のバナジウムＶに接触し、バナジウムＶを冷却して気相から固相に相転移させる。沈殿槽４５内でメイクアップ水Ｗ中に沈殿分離されたバナジウムＶは純度の高い状態で回収できる。沈殿槽４５は回収手段に相当する。

本実施形態に係るバナジウム回収装置２Ｂによれば、水性スラリーをＰＨ調整しながらバナジウムＶを抽出させるような装置に比べて構造が単純になり、設備もコンパクト化できてバナジウムＶの効率的な回収が可能になる。なお、第１実施形態のバナジウム回収装置２Ａとは異なり、回転炉４３内を減圧するための減圧手段は設けていないため、バナジウムＶを気体から固体に相転移させて回収できる量は低減すると考えられるが、その分、磁力選別器６によってバナジウムＶをバナジウムフェライトＶｆとして回収できる。

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、収容部は回転炉に限定されず、固定炉などであってもよい。また、バナジウムを気化させるための加熱源としては電気ヒータやスチームを用いた態様に限定されず、バーナなどを用いて収容部内を加熱してバナジウムを気化させるようにしても良い。また、収容部では鉄化合物を受け入れることなく焼却灰のみを受け入れると共に、磁選手段を設けることなく気体状のバナジウムを主体的に回収する装置であってもよい。また、冷却部は、気化されたバナジウムを冷却水に直接接触させて気体から固体に相転移させる態様に限定されず、間接的に気体状のバナジウムを冷却して気体から固体に相転移させるようにしてもよい。

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。本発明の第２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。

符号の説明

２Ａ，２Ｂ…バナジウム回収装置、３，４３…回転炉（収容部）、５、４５…沈殿槽（冷却部、回収手段）、６…磁力選別器（磁選手段）、１７…気化手段、２０…ダクト管、２２…減圧手段、３０…エジェクタ、Ａｓ…焼却灰、Ｎｍ…非磁性物、Ｒｅ…残留物、Ｖ…バナジウム、Ｖｆ…バナジウムフェライト、Ｗ…メイクアップ水（冷却水）。

Claims

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、
前記焼却灰を収容する収容部と、
前記収容部内の焼却灰に含まれるバナジウムを気化させる気化手段と、
前記気化手段により気化されたバナジウムを回収する回収手段と、
を備え、
前記回収手段は、前記気化手段により気化されたバナジウムを固体に相転移させる冷却部を有し、
前記冷却部は、前記気化手段により気化されたバナジウムに接して前記バナジウムを気体から固体に相転移させる冷却水を貯留すると共に、前記冷却水中で前記バナジウムを沈殿分離する沈殿槽であることを特徴とするバナジウム回収装置。
前記収容部内を減圧する減圧手段を更に備え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。
前記収容部内を減圧する減圧手段を更に備え、
前記減圧手段は、
前記沈殿槽から引き抜かれた冷却水を前記沈殿槽内に噴射するエジェクタと、
前記収容部と前記エジェクタとを連通するダクト管と、を有す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。
前記収容部は、前記焼却灰と共に鉄化合物を収容し、
前記収容部内で生成されたバナジウムフェライトを含む残留物を排出する残留物排出部と、
前記残留物排出部から排出された残留物のうち、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、を更に備えることを特徴とする請求項１又は３に記載のバナジウム回収装置。