JP5832183B2 - 高炉発生物中の湿ダストの再活用方法 - Google Patents
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Description
ところが、湿ダストはFe源として焼結工程で利用するにしても、微粒であるため含水率が高く、脱水しても焼結操業への悪影響があることにも増して、一般にZnの含有量が多く、高炉内の炉材の損傷や炉壁付着物生成の助長の原因となるなどの悪影響が有り、焼結原料に使用等の方法による高炉原料としてのリサイクル使用が制約され、廃棄されることも多い。
それぞれを利用するために三者の分離を行なうとの概念は明瞭に示されているものの、その方法については「酸処理による金属酸化物の溶解、溶解残留物としてのC分の分離、その溶解酸液の炭酸ソーダによる中和などに留まり、教科書的な化学的手法以上の具体的な方法は示されていない。また酸、アルカリを使用する必要があることから、排水処理も含めて設備費、操業費が高くなる欠点を有す。
特許文献3には、湿式サイクロンの二段処理によるC及びFeとZn及びPbの分離方法が示されている。
特許文献4には、正の磁場勾配をもつ電磁サイクロンによるFeとZn分離の方法が示されている。
特許文献5には、分散剤使用のうえでの超音波処理及び負圧利用の特殊湿式サイクロンによるFeとZnの分離の方法が示されている。
特許文献6には、超音波処理及び液体サイクロン処理によるFeとZnの分離が示されている。
特許文献7には、液体サイクロンの二段処理によるFe及びCとZn及びPbの分離方法が示されているが、湿式磁選は行われておらず、FeとCがリッチな還元屑から更にFeとCを分離してそれぞれ独立して原料とすることについては開示されていない。
本発明はかかる事情に鑑みなされたもので、高炉排ガスの湿ダストに関して、鉄(Fe)、Zn、カーボン(C)の三者を、それぞれを有効に再活用するためにお互いに分離するための、簡易で実用的かつ有効な高炉発生物中の湿ダストの再活用方法を提供することを目的とする。
前記スラリー状とした湿ダストを撹拌しながら超音波処理を行った後、湿式磁選を行うことにより、「鉄含有回収物a」となる磁着物と非磁着物に分ける第2工程と、
前記非磁着物に対しては第1回目の湿式サイクロン処理を行なう第3工程と、
前記第1回目の湿式サイクロン処理の下側排出物に対して更に第2回目の湿式サイクロン処理を行なう第4工程とからなり、
前記第1回目の湿式サイクロン処理の上側排出物と前記第2回目の湿式サイクロン処理の上側排出物と合せたものを「亜鉛含有回収物c」とし、前記第2回目の湿式サイクロン処理の下側排出物を、「カーボン含有回収物d」とすることにより、前記湿ダストを前記「鉄含有回収物a」と前記「カーボン含有回収物d」と前記「亜鉛含有回収物c」の三部分に分離する。
また、本発明における「鉄含有回収物a」、「カーボン含有回収物d」、「亜鉛含有回収物c」は、それぞれ、以下の実施の形態及び図面に記載する「鉄主体回収物a」、「カーボン主体回収物d」、「亜鉛主体回収物c」と同一である。
(スラリー化の条件)
図1に示すように、製鉄用の高炉10において発生したダスト(排ガス)は、ダストキャッチャー11、湿式ベンチュリースクラバー12で集塵された直後は希薄なスラリー状のものであるので、通常は(即ち、従来は)ハンドリングしやすいように、シックナー13で沈降濃縮の後に脱水機(図示せず)で脱水する。
更には輸送や保管の便宜上から、脱水機で脱水を行いスラッジ状となった高炉湿ダストへ、再度水分を加えてスラリー化したものでも良い。
高炉湿ダストに含有されるFe分のかなりの部分は、強磁性物質である。一方、高炉湿ダストに含有されるC分ないしZn分は1テスラ以下の通常の磁束密度勾配での磁力選別では殆ど磁着されない。よってFe分を、C分及びZn分から分離するためには湿式磁選を適用することが好適である。
Znを主とする粒子のサイズは、8〜10μm以下のサイズが質量比率で6〜8割であり、Feを主とする粒子及びCを主とする粒子の6〜8割は15μmを超える粒子径を持つ。よって、計算50%分級粒径を8〜15μmに設計した湿式サイクロンを用いれば、Znを主とする粒子とFeを主とする粒子及びCを主とする粒子とを分級分離することができる。
実質的にFe分の多いスラリーをマクロ的に分離できる方法であれば、ドラム式湿式磁選、フィルター式湿式磁選等のどんな湿式磁選方式でも適用できる。また工業的に分離できる限りは、湿式磁選の具体的な方法や磁束密度などその条件は如何なる条件でも良い。
前述のようにZnを目的として利用する粒子のサイズ分布とFeを目的として利用する粒子やCを目的として利用する粒子のサイズ分布より、湿式サイクロン(第1回目、第2回目の湿式サイクロン処理17、18のいずれにおいても)の計算50%分級粒径は、 8〜15μm前後とすることが好ましい。
湿式サイクロンの計算50%分級粒径d50* [ μm] は、例えば前記した非特許文献1に記載されている(1)式を用いれば計算できる。
Dc;サイクロンの胴部の内径[cm]
Di;サイクロンの流入口の内径[cm]
De;サイクロンの上側排出口の内径[cm]
μ;液体の粘性[kg/m.sec]
ρp;粒子の密度[kg/m3 ]
ρ;液体の密度[kg/m3 ]
Q;サイクロンへの液体供給速度[ リットル/sec]
後述の実施例で示すように、スラリーの超音波処理なしでスラリー化した高炉湿ダストに「湿式磁選15と、湿式サイクロン処理2段17、18」を行なうことにより、Fe分、Zn分、C分それぞれを目的として利用する部分の三者に分離することが可能である。更に該スラリーに最初に超音波処理14を行なってから、「湿式磁選15と湿式サイクロン処理2段17、18」を行なうと、該処理なしの結果に比し、Fe分、Zn分、C分それぞれを目的として利用する部分の三者の分離の程度がより改善される。特にZnの収率が改善される。
超音波処理14は、実質的にスラリーに超音波が照射できれば良い。例えば、スラリー1m3当たりの1kWの超音波強度で2〜3分の超音波照射にても、超音波照射なしの場合に比してFeとCやZnの分離が改善される。より好適な条件は後述する。
照射する超音波の周波数は特に限定されないが、100kHz以下の比較的低い周波数の方がより好適である。
超音波照射を、バッチ式容器で行っても連続的な流路で行っても、いずれでも構わない。
バッチ式処理、連続処理いずれの場合にも、何らかの方法によって、十分なスラリー撹拌が必要である。超音波の加振力のみではスラリーの均一化、ひいては均一な超音波照射ができないためである。
超音波処理条件は、スラリー1m3 当たりのkWで表示した超音波強度と、分で表示した超音波照射時間の積で表される超音波処理パラメーターが、特に、20kW・ min/m3 未満では、この超音波処理パラメーターの値が増加するにつれて、各成分の分離結果が大きく向上する。この超音波処理パラメーターの値が20kW・ min/m3 以上の領域となると、これ以上に超音波処理パラメーターの値を増加しても各成分の分離状況はあまり変化しない。
このため、設備費と効果の効率バランスを考慮すると、工業的には超音波処理パラメーターの値が20kW・min/m3 以上との条件を満たすことが、特に、好適な条件と言える。
図2に示す過程によって、超音波処理14を行なった後に湿式磁選15を行い、その非磁着物を第1回目の湿式サイクロン処理17と第2回目の湿式サイクロン処理18、18aで二回処理する分離処理を行なった。
表2に示す組成の高炉湿ダストを用いた。
その後、湿式磁選15を行なった。湿式磁選15は、表面磁束密度0. 24テスラのドラム式磁選機で行った。
図2に示すフローのように、湿式磁選15の磁着物とサイクロン二段による分離物4種それぞれを個別に分析した。結果を表3に示す。
湿式磁選15の非磁着物は、サイクロン二段の処理を行なった。
サイクロン一段目の上側排出物の全て(それをサイクロン二段目で処理した際の上側、下側排出物、表3のNo2、3参照)とサイクロン一段目の下側排出物のサイクロン二段目処理での上側排出物(表3のNo4参照)は、原料の高炉湿ダストよりZn濃度が大幅に濃縮されており、Znを目的として利用する部分としてZn回収部分とすべきと判断した。量配分を計算してみると原料の高炉湿ダストより持ち込まれたZn総量のうち、2/3がこのZn回収部分に含まれる。
以上のように処理をしてその分離物を上記区分で分類すると、実質的にFe、Zn、Cの三者分離が実現できることが確認できた。
次に超音波処理の有無による分離挙動の差を確認した。
表4に示す高炉湿ダストを用いて、図3に示すフローで処理を行なった。超音波処理や湿式磁選の条件などは、実施例1と同様である。但しスラリー濃度は1%以下の希薄スラリーであった。
湿式磁選処理、サイクロン処理の前に超音波処理を行ったケースでは、実施例1と同様に、Znを目的として利用する部分には、原料の高炉湿ダストより持ち込まれたZn総量のうち約6割が分配されている。またCを目的として利用する部分には持ち込まれたC総量のうち8割以上が配分されている。
このことは、事前の超音波処理無しでも、湿式磁選とサイクロン二段処理により、C回収率、Zn回収率がやや低下するものの、実質的にFe、Zn、Cの三者分離が実現できていることが示されている。もちろん、事前に超音波処理を行うことがより好適である。
Claims (2)
- 製鉄用の高炉から発生する排ガスを、湿式集塵した際に捕集される湿ダストをスラリー状とする第1工程と、
前記スラリー状とした湿ダストを撹拌しながら超音波処理を行った後、湿式磁選を行うことにより、「鉄含有回収物a」となる磁着物と非磁着物に分ける第2工程と、
前記非磁着物に対しては第1回目の湿式サイクロン処理を行なう第3工程と、
前記第1回目の湿式サイクロン処理の下側排出物に対して更に第2回目の湿式サイクロン処理を行なう第4工程とからなり、
前記第1回目の湿式サイクロン処理の上側排出物と前記第2回目の湿式サイクロン処理の上側排出物と合せたものを「亜鉛含有回収物c」とし、前記第2回目の湿式サイクロン処理の下側排出物を、「カーボン含有回収物d」とすることにより、前記湿ダストを前記「鉄含有回収物a」と前記「カーボン含有回収物d」と前記「亜鉛含有回収物c」の三部分に分離することを特徴とする高炉発生物中の湿ダストの再活用方法。 - 請求項1記載の高炉発生物中の湿ダストの再活用方法において、前記超音波処理は、「スラリー1m3当たりのkWで表示した超音波強度」と「分で表示した超音波照射時間」の積で表される超音波処理パラメーターが、20kW・min/m3以上であることを特徴とする高炉発生物中の湿ダストの再活用方法。
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