JP5862735B2 - 製鉄スラグの分離方法 - Google Patents

Description

本発明は、製鉄プロセス（特に、溶銑予備処理や転炉工程）で発生するスラグ（製鉄スラグ）の再資源化に関するものであって、製鉄スラグを鉄分とそれ以外のスラグ成分（非鉄分）に分離するためのスラグの分離方法に関するものである。

製鉄プロセス、特に溶銑予備処理や転炉工程においては、膨大なスラグ（製鉄スラグ）が発生する。これらのスラグは溶銑や溶鋼中の不純物や不要元素を除去するために加えられるカルシウム系添加剤が反応、生成したものであり、スラグ中には除去された元素化合物はもちろん、鉄分も多く含まれる。スラグの形態は多くは塊状であり、その大きさは大きいもので数百ｍｍのものもある。

上述したように、スラグには鉄分が多く含まれているため、従来からその再資源化の検討が盛んになされている。

例えば、スラグから鉄分を分離・回収して、転炉工程でスクラップと混ぜて冷鉄源化するために、まず、数百ｍｍの大型のスラグ塊をグリスリと呼ばれる篩い（グリスリ型篩い）で形状選別する。次に、グリスリ型篩いを通過した小型のスラグ塊は鉄分塊と非鉄分塊とが固着しているため、ハンマークラッシャやロッドミルで破砕を行って数百μｍ〜数十ｍｍの大きさにして鉄分と非鉄分との単体分離を促進させた上で、磁力選別装置によって鉄分と非鉄分を分離する。磁力選別装置は吊り下げ型やドラム型、プーリー型などが用いられる。

鉄分を単体分離させるために加熱し、その後の冷却時間をコントロールして破砕する場合もある。冷却時間によっては、鉄分塊を破砕せずに固着した非鉄分塊のみを破砕分離することが可能である。あるいは数十μｍ程度に微粒化することが可能である。

いずれの方法でも微粒化が進めば、鉄分と非鉄分との単体分離化が進むことはいうまでもない。

特開２００６−１４２１３６号公報 特開平１０−１３００４１号公報

製鉄スラグから分離される鉄分の濃度（以下、「分離濃度」と称する。）を向上させるには、鉄分と非鉄分との単体分離化を進める必要があるので、前述したように、微粒化が進めば単体分離化が進むことから、スラグ塊の機械的破砕を繰り返して粒径を小さくすることになる。あるいは熱処理によって、小粒径化させる場合もある。

一方、一般的に従来の磁力選別装置では粒径が小さくなると、図４に示すように、磁石と鉄分粒子（磁性粒子）との間に非鉄分粒子（非磁性粒子）が挟み込まれる抱き込み現象や、乾式微粒化による凝集現象によって、分離濃度を向上させることが困難になる。そのため、磁力選別装置への供給速度を極端に遅くし、層厚を薄くするなどの工夫が必要となる。しかし、製鉄スラグは時間あたり数トン〜数十トンを処理する必要があるので、供給速度を極端に遅くせざるを得ない磁力選別装置の利用は現実的ではない。

これに対して、特許文献１では、スラグ塊を破砕せずに鉄分と非鉄分を分離することも検討されているが、複雑な分離フロー構成となり、処理コスト増加の要因となる。

また、特許文献２では、乾式微粒化による凝集をさけるため、湿式プロセスも考案されているものの廃液処理費用が莫大となる。

本発明は、上記のような事情に鑑みてなされたものであり、製鉄プロセス（特に、溶銑予備処理や転炉工程）で発生する製鉄スラグの再資源化を図るために、製鉄スラグを鉄分（鉄成分）と非鉄分（非鉄成分）に効率よく分離することができる製鉄スラグの分離方法を提供することを目的とするものである。

前述したように、製鉄スラグからの鉄分の分離濃度を向上させるには、まず、製鉄スラグを微粒化して鉄分と非鉄分との単体分離化を進める必要がある。

次に、微粒化した製鉄スラグから鉄分と非鉄分を分離することになるが、製鉄スラグは大量処理（時間あたり数トン〜数十トン）が前提となるため、乾式処理が好ましい。しかし、乾式処理の場合、一般に３０μｍ以下の粉体は互いに凝集しあうため分離が困難と言われる。また、前述したように、一般的に磁力選別は粒子の抱き込み現象や粒子の凝集現象のために処理速度を遅くせざるを得ず、大量処理を前提とした場合に適用できない。

そこで、本発明者らは、上記の問題を解決するために鋭意検討を行った結果、微粒化した製鉄スラグを気流搬送した後、鉄分と非鉄分の比重差（鉄分の比重は７．６程度、非鉄分の比重は２．８程度）に基づく比重分離によって鉄分と非鉄分に分離することを着想した。すなわち、気流搬送によって、微粒化した製鉄スラグを攪拌して凝集を解いておき、その状態で、微粒化した製鉄スラグの比重分離を行えば、分離濃度を良好に保つことが可能となり、効率的に製鉄スラグの分離を行うことができるわけである。

上記の考え方に基づいて、本発明は以下の特徴を有している。

［１］製鉄スラグを微粒化する微粒化工程と、前記微粒化された製鉄スラグを気流搬送する気流搬送工程と、前記気流搬送された製鉄スラグを比重分離によって鉄分と非鉄分に分離する比重分離工程とを備えていることを特徴とする製鉄スラグの分離方法。

［２］気流搬送工程において、気流搬送経路を曲げることを特徴とする前記［１］に記載の製鉄スラグの分離方法。

［３］気流搬送工程において、気流搬送経路内に邪魔板を設置することを特徴とする前記［１］または［２］に記載の製鉄スラグの分離方法。

［４］気流搬送工程において、気流搬送経路の途中に開口を設け、その開口から補助気流を気流搬送経路内に送入することを特徴とする前記［１］〜［３］のいずれかに記載の製鉄スラグの分離方法。

［５］比重分離工程において、気流遠心分離装置を用いて比重分離を行うことを特徴とする前記［１］〜［４］のいずれかに記載の製鉄スラグの分離方法。

［６］比重分離工程において、水平重力分離装置を用いて比重分離を行うことを特徴とする前記［１］〜［４］のいずれかに記載の製鉄スラグの分離方法。

［７］比重分離工程において、慣性差分離装置を用いて比重分離を行うことを特徴とする前記［１］〜［４］のいずれかに記載の製鉄スラグの分離方法。

本発明においては、製鉄スラグを鉄分と非鉄分に分離するに際して、微粒化した製鉄スラグを気流搬送した後、比重分離によって分離するようにしているので、従来のように磁力選別によって分離する方法に比べて、製鉄スラグを効率よく鉄分と非鉄分に分離することができる。その結果、大量・高速に製鉄スラグの再資源化が可能となる。

本発明の実施形態における基本的な処理手順を示す図である。 本発明の実施形態１における処理手順を示す図である。 本発明の実施形態２における処理手順を示す図である。 従来技術（磁力選別）の問題点を示す図である。

本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。

図１は、本発明の一実施形態における基本的な処理手順を示すフロー図である。図１に示すように、本発明の一実施形態においては、（Ｓ１）製鉄スラグを微粒化する微粒化工程と、（Ｓ２）微粒化された製鉄スラグを気流搬送・攪拌する気流搬送（攪拌）工程と、（Ｓ３）気流攪拌された製鉄スラグを比重分離によって鉄分（重量側）と非鉄分（軽量側）に分離する比重分離工程とを備えている。

以下、各工程について説明する。

（Ｓ１）微粒化工程
微粒化工程においては、製鉄スラグを微粒化し、鉄分を単体分離する。微粒化が不十分だと後工程での分離濃度が向上しない。このため、平均粒径で数十μｍ〜数百μｍ程度まで微粒化する必要がある。

微粒化の方法として、第一の微粒化の方法は機械的粉砕である。製鉄スラグの機械的粉砕は、粗粉砕機であるハンマークラッシャやジョークラッシャで粗破砕した後、微粒化のためにボールミル、ロッドミル、ジェットミル、ピンミルなどを用いる。第二の微粒化の方法は、熱的粉砕（熱処理粉砕）である。製鉄スラグを１０００〜１３００℃程度に加熱後、徐冷する。

（Ｓ２）気流搬送（攪拌）工程
気流搬送（攪拌）工程においては、前記微粒化工程で微粒化された製鉄スラグ（微粒体）を気流搬送する。この気流搬送によって微粒体が気流内に分散し、微粒体の凝集が解かれる。すなわち、攪拌の効果が得られる。この効果で単体分離状態が実現する。

その際に、気流は微粒体を運搬するために必要な流速があれば十分であるが、気流搬送での攪拌効果を向上させるために、乱流を発生させることが好ましい。そのためには、気流搬送経路を曲げる（気流搬送経路として曲管を用いる）方法や、気流搬送経路内に邪魔板を設置する方法や、気流搬送経路の途中に開口を設けて補助気流（２次気流）を気流搬送経路内に送入する（開口から補助気流を気流搬送経路内に吸い込ます、あるいは、開口から補助気流を気流搬送経路内に噴射する）方法といった簡便な方法でよい。また、それらの方法を適宜組み合わせてもよい。

（Ｓ３）比重分離工程
比重分離工程においては、前記気流搬送（攪拌）工程で気流攪拌された製鉄スラグ（微粒体）に対して比重分離を行い、重量側に鉄分を分離し、軽量側に非鉄分を分離する。

その際に、前記気流搬送（攪拌）工程で気流により攪拌されたままの状態で比重分離を行うことが好適であるので、比重分離装置は気流を利用したものを用いる。気流を利用した比重分離装置（気流式乾式比重分離装置）としては、サイクロンをはじめとする気流遠心分離装置や、重力を利用する水平重力分離装置や、粉体の着地点差を利用する慣性差分離装置などの、気流を搬送媒体とする乾式比重分離装置であれば何でも良い。

気流遠心分離装置の場合、流速と分離装置の直径で分離粒径が決定される。分離装置の直径は容易に調整できないため、流速を調整して適切な分離粒径での分離を実現させる。

慣性差分離装置も同様であり、粉体をチャンバー内に放出する速度で適切な分離粒径を決定する。

上記のような気流式乾式比重分離方法以外の比重分離方法、たとえばジグ選別のような湿式比重分離方法では、高精度な分離が狙えるものの、大量・高速処理は難しい。また廃液処理の問題が生じる。

このようにして、この実施形態においては、製鉄スラグを鉄分と非鉄分に分離するに際して、微粒化した製鉄スラグを気流搬送・攪拌した後、気流式乾式比重分離によって分離するようにしているので、従来のように磁力選別によって分離する方法に比べて、製鉄スラグを効率よく鉄分と非鉄分に分離することができる。その結果、大量・高速に製鉄スラグの再資源化が可能となる。

次に、上記のような本発明の一実施形態における基本的な処理手順を具体化したものを、実施形態１、実施形態２として、それぞれ図２、図３に示す。

［実施形態１］
この実施形態１における処理手順を示すフロー図を図２（ａ）に示し、その処理手順の模式図を図２（ｂ）、（ｃ）に示す。以下、この実施形態１の各工程について述べる。

（Ｓ１）微粒化工程
図２（ａ）に示すように、熱処理粉砕によって製鉄スラグの微粒化を行う。すなわち、製鉄スラグを１２００℃に加熱後、徐冷することで、平均粒径３０μｍに微粒化する。

（Ｓ２）気流搬送（攪拌）工程
図２（ａ）に示すように、前記微粒化工程で微粒化された製鉄スラグ（微粒体）を気流搬送して攪拌する。その際に、図２（ｂ）に示すように、曲がった流路にして攪拌するようにしている。あるいは、図２（ｃ）に示すように、流路に邪魔板を設置して攪拌するようにしている。

（Ｓ３）比重分離工程
図２（ａ）、（ｂ）に示すように、前記気流搬送・攪拌工程で気流攪拌された製鉄スラグ（微粒体）をサイクロンによって比重分離し、重量側に鉄分を分離し、軽量側に非鉄分を分離する。

そして、重量側に分離された鉄分は、転炉工程でスクラップと混ぜて冷鉄源化する。一方、軽量側に分離された非鉄分は、バグフィルタ等で捕捉した後、リサイクルに活用する。

［実施形態２］
この実施形態２における処理手順を示すフロー図を図３（ａ）に示し、その処理手順の模式図を図３（ｂ）に示す。以下、この実施形態２の各工程について述べる。

（Ｓ１）微粒化工程
図３（ａ）に示すように、機械的粉砕によって製鉄スラグの微粒化を行う。すなわち、製鉄スラグをハンマークラッシャで粗破砕した後、ロッドミルで細破砕することによって、平均粒径３０μｍに微粒化する。

（Ｓ２）気流搬送（攪拌）工程
図３（ａ）に示すように、前記微粒化工程で微粒化された製鉄スラグ（微粒体）を気流搬送して攪拌する。その際に、図３（ｂ）に示すように、流路の途中に開口を設けて２次エアを流路内に吸い込ますことで、攪拌を強化するようにしている。

（Ｓ３）比重分離工程
図３（ａ）、（ｂ）に示すように、前記気流搬送・攪拌工程で気流攪拌された製鉄スラグ（微粒体）を水平重力分離装置によって比重分離し、重量側に鉄分を分離し、軽量側に非鉄分を分離する。

そして、重量側に分離された鉄分は、転炉工程でスクラップと混ぜて冷鉄源化する。一方、軽量側に分離された非鉄分は、リサイクルに活用する。

上記の本発明の一実施形態に基づいて、製鉄スラグの分離を行った。

すなわち、鉄分：非鉄分＝３０：７０の重量比の製鉄スラグを平均粒径３０μｍに微粒化した後、気流搬送・攪拌と気流式乾式比重分離によって重量側に鉄分を分離し、軽量側に非鉄分を分離するようにした。

その結果、重量側：軽量側＝３５：６５の重量比となり、重量側の鉄分純度は８６％、軽量側の非鉄分純度は９２％と極めて良好な結果が得られた。また、この際の処理量は約３０トン／時間であり、所望の処理速度での分離が実施できた。

Claims (7)

1. 製鉄スラグを平均粒径３０μｍ以下に微粒化する微粒化工程と、前記微粒化された製鉄スラグを気流搬送することによって攪拌して凝集を解く気流搬送工程と、前記気流搬送された製鉄スラグを比重分離によって鉄分と非鉄分に分離する、気流式乾式比重分離方法を用いた比重分離工程とを備えていることを特徴とする製鉄スラグの分離方法。
2. 気流搬送工程において、気流搬送経路を曲げることを特徴とする請求項１に記載の製鉄スラグの分離方法。
3. 気流搬送工程において、気流搬送経路内に邪魔板を設置することを特徴とする請求項１または２に記載の製鉄スラグの分離方法。
4. 気流搬送工程において、気流搬送経路の途中に開口を設け、その開口から補助気流を気流搬送経路内に送入することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の製鉄スラグの分離方法。
5. 比重分離工程において、気流遠心分離装置を用いて比重分離を行うことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の製鉄スラグの分離方法。
6. 比重分離工程において、水平重力分離装置を用いて比重分離を行うことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の製鉄スラグの分離方法。
7. 比重分離工程において、慣性差分離装置を用いて比重分離を行うことを特徴とする前記請求項１〜４のいずれかに記載の製鉄スラグの分離方法。

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