JP5988534B2 - 高濃度スラリーの処理方法 - Google Patents

Description

本発明は、カルシウムイオンと炭酸イオンを含み、更に鉄を主成分とする粉粒物をＳＳ濃度で４０質量％以上含む高濃度スラリーを輸送する際のスケール付着を防止する方法に関する。

本発明の高濃度スラリーの処理方法は、製錬炉、精錬炉又は溶解炉において、湿式集塵ダストを含む粉粒物スラリーを炉の原材料（原料、副原料、還元剤など）として再利用する際の粉粒物スラリーの輸送ラインにおけるスケール付着防止技術として有用である。

鉄鋼等の製錬炉、精錬炉又は溶解炉では、炉から排出されるガスに大量のダストが飛散し、このダストはベンチュリースクラバーなどにより湿式集塵された後、リサイクルされている。しかし、水分を多量に含む湿式集塵ダストをそのまま溶融還元炉等の湯面に供給した場合、ダストとともに投入される水分が炉の熱効率を低下させてしまう。

そこで従来では、このような湿式集塵されたダストをリサイクルする場合、集塵ダストをシックナー等で濃縮して濃縮スラリーとし、この濃縮スラリーをフィルタプレスなどの脱水機により脱水後、解砕、乾燥、調湿、造粒、養生等の必要な処理を施した上で各々の炉にリサイクルしている。

しかし、湿式集塵ダストの沈降分離で得られる沈降スラリーは、製錬炉、精錬炉又は溶解炉の原材料由来のカルシウムイオンと湿式集塵用水に含まれているカルシウムイオン及び炭酸イオンを含み、更に鉄を主成分とする粉粒物を含むスラリーである。

このようなスラリーの中でも、粉粒物をＳＳ濃度で４０質量％以上含む高濃度スラリーとなると、スラリーをシックナー等の濃縮手段から脱水・乾燥手段等に輸送する輸送ラインにおいて、スケール付着による配管閉塞が発生し、スラリーの輸送が困難となり、著しい場合には、操業自体に悪影響を及ぼすこととなる。この配管閉塞は、スラリー中のカルシウムイオンと炭酸イオンとの反応で炭酸カルシウムが生成し、この炭酸カルシウムの析出物が鉄を主体とするＳＳ分を巻き込んで配管内壁等に付着することが原因である。

従来、このような高濃度スラリーのスケール障害を防止する技術としては、次のような方法がある。

（１） 析出抑制作用型のスケール防止剤を添加する方法
例えば、カルシウム系スケール防止剤としては、ホスホン酸やアクリル酸系ポリマーが用いられている（特許文献１）。しかし、この方法は、低〜中ＳＳ濃度のスラリーに対しては有効な手段であるが、高ＳＳ濃度のスラリーに対しては、スケール防止剤がＳＳに吸着されて消耗するため、効果が不安定となる。特に、滞留時間が長い処理水系ではスケール防止剤の消耗の影響を受けやすく、高ＳＳスラリーの輸送ラインでの処理には不向きである。

（２） 酸を注入して炭酸カルシウムの飽和溶解度を低減させる方法
この方法は、大量の酸が必要となり、不経済である上に、酸を取り扱うため作業上の安全性の面でも問題がある。

（３） ＥＤＴＡ（エチレンジアミン四酢酸）等のキレート剤を添加する方法
この方法は、カルシウムイオンの強制的な析出に有効であるが、コスト高となり適用が難しい。

従って、現状としては、配管閉塞の対策として、定期的にスラリーの輸送を停止して配管の洗浄を実施しているが、閉塞頻度が高くなると、操業停止期間が長くなり、生産効率の悪化を招く。

特開昭６３−１３７７９９号公報

本発明は上記従来の問題点を解決し、製鋼製造プロセス等で発生する高濃度スラリーの輸送ラインにおけるスケール障害を安価な処理剤で安全にかつ効果的に防止する方法を提供することを目的とする。

本発明（請求項１）の高濃度スラリーの処理方法は、 製錬炉、精錬炉又は溶解炉における湿式集塵ダストの濃縮スラリーであって、カルシウムイオンと炭酸イオンを含み、かつ鉄を主成分とする粉粒物をＳＳ濃度で４０質量％以上含む高濃度スラリーを輸送する輸送ラインにおけるスケール付着を防止する高濃度スラリーの処理方法において、該高濃度スラリーに炭酸塩及び／又は重炭酸塩を添加して輸送する高濃度スラリーの処理方法であって、該炭酸塩及び／又は重炭酸塩が、炭酸カリウム、炭酸ナトリウム、重炭酸ナトリウム及び重炭酸カリウムから選択される１種以上であり、該輸送ラインの途中に設けられた貯留槽にて、該炭酸塩及び／又は重炭酸塩と該高濃度スラリーとを混合することを特徴とする。

請求項２の高濃度スラリーの処理方法は、請求項１において、前記高濃度スラリーが、カルシウムイオンと炭酸イオンとを炭酸カルシウムの溶解度以上に含むことを特徴とする。

請求項３の高濃度スラリーの処理方法は、請求項１又は２において、前記炭酸塩が炭酸カリウムであることを特徴とする。

請求項４の高濃度スラリーの処理方法は、請求項１ないし３のいずれか１項において、前記高濃度スラリーは、前記輸送ラインを経て脱水および／又は乾燥された後、製錬炉、精錬炉又は溶解炉に装入されることを特徴とする。

本発明の高濃度スラリーの処理方法では、高濃度スラリーに炭酸塩及び／又は重炭酸塩（以下、これらを「（重）炭酸塩」と称す場合がある。）を添加して、スラリー中のカルシウムイオンを強制的に析出させることにより、炭酸カルシウムが析出し難いスラリーとする。即ち、スラリーに添加された（重）炭酸塩は、水中で炭酸イオンとなり、カルシウムイオンと反応し、強制的に炭酸カルシウムを生成させる。この炭酸カルシウムの生成は、水中で起きるため、配管閉塞の原因とはならず、（重）炭酸塩添加後のスラリーは炭酸カルシウム飽和指数が低減し、炭酸カルシウムが付着し難いスラリーとなることから、輸送ラインでのスケール付着及びそれに起因する配管閉塞が防止される。

スラリー中で一旦析出した炭酸カルシウムは容易には溶解しないため、薬剤の吸着消耗などによる効果の劣化を考慮する必要がなく、高ＳＳ濃度のスラリー中のスケール防止に適している。

なお、（重）炭酸塩は通常水中に含まれているものであり、また、（重）炭酸塩の添加で強制的な析出により生成する炭酸カルシウムもスラリー中に存在するものであり、本発明では、有害な金属や排水規制の対象となる物質を添加したり生成させたりすることなく、経済的な処理が可能である。

本発明によれば、高濃度スラリーの輸送ラインにおけるスケール付着を軽減することで、スケール障害を防止すると共に、洗浄頻度を低減して操業の安定化を図ることができる。

本発明の高濃度スラリーの処理方法の実施の形態を示す系統図である。 実施例１〜３及び比較例１〜４で用いた試験装置を示す構成図である。

以下に本発明の高濃度スラリーの処理方法の実施の形態を詳細に説明する。

本発明の高濃度スラリーの処理方法は、カルシウムイオンと炭酸イオンを含む水スラリーであって、更に鉄を主成分とする粉粒物をＳＳ濃度で４０質量％以上含む高濃度スラリーを輸送する輸送ラインにおけるスケール付着を防止するために、この高濃度スラリーに（重）炭酸塩を添加して輸送する方法である。ここで鉄を主成分とする粉粒物とは、Ｔｏｔａｌ Ｆｅ（全鉄）として４０質量％以上含有する粉粒物を指し、鉄の存在形態としては、金属鉄である場合の他、酸化物としても存在する。

本発明で処理対象とする高濃度スラリーは、代表的には、前述の製錬炉、精錬炉又は溶解炉等における湿式集塵ダストの濃縮スラリーであり、カルシウムイオンと炭酸イオンと、更に鉄を主成分とする粉粒物を高濃度で含むものである。

この高濃度スラリーの水質としては、例えば、次のような水質が挙げられる。
カルシウム硬度：２０〜６００ｍｇ／Ｌ
Ｍアルカリ度：１００〜２０００ｍｇ／Ｌ
ＳＳ濃度：４０〜６０質量％
ｐＨ：８〜１３

このような高濃度スラリーに添加する（重）炭酸塩としては、炭酸カリウム、炭酸ナトリウム、重炭酸ナトリウム、重炭酸カリウムを用いる。これらは１種を単独で用いても良く、２種以上を混合して用いても良い。

（重）炭酸塩の添加量は、処理対象とする高濃度スラリーの水質（スラリー析出傾向）によっても異なるが、高濃度スラリーに対して１００〜２０００ｍｇ／Ｌ、特に２５０〜５００ｍｇ／Ｌとすることが好ましい。（重）炭酸塩添加量が少な過ぎると十分なスケール析出防止効果を得ることができず、多過ぎると添加薬剤費が高くつき好ましくない。

（重）炭酸塩の添加形態としては、粉末で添加しても、水に溶解させて液体として添加しても良いが、スラリーとの均一混合性の面から液状で添加することが効果的である。

液状で添加する場合、水に対する溶解度の高いものを用いて、高濃度溶液として添加することが好ましく、この観点から、炭酸カリウムを用いることが、薬剤コストの低減にも繋がり有利である。なお、（重）炭酸塩を水溶液として添加する場合、１０〜５０質量％程度の濃度の水溶液として添加することが好ましい。

また、（重）炭酸塩を高濃度スラリーに添加するに当っては、撹拌を行って、（重）炭酸塩と高濃度スラリーとを十分に均一に混合することが好ましい。

本発明の高濃度スラリーの処理方法は、前述の如く、製錬炉、精錬炉又は溶解炉等における湿式集塵ダストの濃縮スラリーの処理に好適であり、この場合、例えば、図１に示す如く、シックナー１と、シックナー１で沈降分離して得られた濃縮スラリーを脱水する脱水機又はドライヤー等の乾燥機等３に輸送する配管１０（１０Ａ，１０Ｂ）の途中部分に貯留槽２を設け、この貯留槽２で（重）炭酸塩を添加して撹拌混合することが好ましい。

なお、この貯留槽２は、輸送配管１０の上流側に設けてスラリーに（重）炭酸塩を添加することが、配管閉塞の防止の面で好ましい。

なお、（重）炭酸塩は、この貯留槽２の上流側の配管で添加して、貯留槽２で撹拌混合するようにしても良い。

貯留槽２で（重）炭酸塩が十分に混合された高濃度スラリーは、スケール付着が起こり難い水質となっているため、その後の輸送配管１０Ｂにおいてスケール障害を引き起こすことなく、円滑に脱水機又は乾燥機等３に輸送され、脱水／乾燥された後、解砕、調湿、造粒、養生等の必要な処理を施した上で製錬炉、精錬炉又は溶解炉に導入される。

本発明者らの知見では、本発明を適用した結果、乾燥機３における乾燥トラブルは従来の１／５程度に削減でき、乾燥量ひいては精錬炉等での鉄生産量は３質量％程度向上させることが可能であった。

ただし、本発明はこのような製錬炉、精錬炉又は溶解炉から回収され、製錬炉、精錬炉又は溶解炉で再利用される高濃度スラリーに限らず、カルシウムイオンと炭酸イオンを含む水スラリーであって、更に鉄を主成分とする粉粒物をＳＳ濃度で４０質量％以上含む高濃度スラリーを輸送する場合であれば、あらゆる高濃度スラリーの処理に適用することができる。

以下に実施例及び比較例を挙げて本発明をより具体的に説明する。

［実施例１〜３、比較例１〜４］
（重）炭酸塩のスケール防止効果を確認するために、伝熱チューブを用いた加速試験を実施した。

＜試験サンプル＞
酸化鉄を主体とするＳＳ濃度４０質量％のシックナー排泥スラリーを採取し、試験サンプルとした。このスラリーの主な水質は次の通りである。
ＳＳ濃度：４０質量％
カルシウム硬度：２００ｍｇ／Ｌ
Ｍアルカリ度：８００ｍｇ／Ｌ
ｐＨ：１１．５（２０℃）

＜薬剤＞
添加薬剤としては、以下のものを用いた。
実施例１：炭酸カリウム
実施例２：炭酸ナトリウム
実施例３：重炭酸ナトリウム
比較例１：薬剤添加なし
比較例２：ヒドロキシエチリデンジホスホン酸
比較例３：ホスホノブタントリカルボン酸
比較例４：ポリアクリル酸

＜試験方法＞
１）図２に示す如く、伝熱ヒーター１１を挿入したビーカー１２に試験サンプルのスラリーＳを１Ｌ投入した。
２）薬剤を表１に示す所定量添加し、撹拌機１３で１時間攪拌した。ただし、炭酸カリウム、炭酸ナトリウム、重炭酸ナトリウムについては、炭酸イオン換算濃度としてほぼ同量添加した。また、比較例１では薬剤無添加とした。
３）ヒーター１１の電源を入れ、伝熱を開始した。
４）スラリー温度が８０℃程度となるように、温度調整を実施した。
５）伝熱開始１時間後に電源を切って伝熱を停止し、伝熱ヒーターに付着したスケールを採取し、１０５℃で２時間乾燥後、重量を測定した。

＜結果＞
試験結果を表１に示す。

表１より、（重）炭酸塩の添加によりスケール付着が大幅に低減されていることから、（重）炭酸塩の添加で高濃度スラリーの輸送ラインの配管閉塞を有効に防止することができることが分かる。

１ シックナー
２ 貯留槽
３ 脱水機又は乾燥機等
１１ 伝熱ヒーター
１２ ビーカー
１３ 撹拌機
Ｓ スラリー

Claims (6)

1. 製錬炉、精錬炉又は溶解炉における湿式集塵ダストの濃縮スラリーであって、カルシウムイオンと炭酸イオンを含み、かつ鉄を主成分とする粉粒物をＳＳ濃度で４０質量％以上含む高濃度スラリーを輸送する輸送ラインにおけるスケール付着を防止する高濃度スラリーの処理方法において、該高濃度スラリーに炭酸塩及び／又は重炭酸塩を添加して輸送する高濃度スラリーの処理方法であって、該炭酸塩及び／又は重炭酸塩が、炭酸カリウム、炭酸ナトリウム、重炭酸ナトリウム及び重炭酸カリウムから選択される１種以上であり、該輸送ラインの途中に設けられた貯留槽にて、該炭酸塩及び／又は重炭酸塩と該高濃度スラリーとを混合することを特徴とする高濃度スラリーの処理方法。
2. 請求項１において、前記高濃度スラリーが、カルシウムイオンと炭酸イオンとを炭酸カルシウムの溶解度以上に含むことを特徴とする高濃度スラリーの処理方法。
3. 請求項１又は２において、前記炭酸塩が炭酸カリウムであることを特徴とする高濃度スラリーの処理方法。
4. 請求項１ないし３のいずれか１項において、前記高濃度スラリーは、前記輸送ラインを経て脱水および／又は乾燥された後、製錬炉、精錬炉又は溶解炉に装入されることを特徴とする高濃度スラリーの処理方法。
5. 請求項１ないし４のいずれか１項において、シックナーで沈降分離して得られた前記濃縮スラリーを、シックナーから脱水機又は乾燥機に輸送する配管の途中部分で、前記炭酸塩及び／又は重炭酸塩を添加混合し、該炭酸塩及び／又は重炭酸塩が混合されたスラリーを脱水機又は乾燥機に輸送することを特徴とする高濃度スラリーの処理方法。
6. 請求項１ないし５のいずれか１項において、前記炭酸塩及び／又は重炭酸塩を水溶液として添加することを特徴とする高濃度スラリーの処理方法。

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