JP6493423B2 - 亜鉛の分離方法、亜鉛材料の製造方法および鉄材料の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、亜鉛の分離方法、亜鉛材料の製造方法および鉄材料の製造方法に関する。

代表的なベースメタルである鉄は、多様な産業分野で用いられている。鉄は、レアメタルと呼ばれる希少金属に比べると資源量は潤沢なものの、新興国の台頭に伴い、需給バランスが急激に変化している。その結果、良質な鉄鉱石資源が枯渇し、品位の劣る鉱石を使わざるを得ない状況になりつつある。

このような状況を鑑み、鉄鉱石を精錬するのみならず、鉄を含む多成分の金属で構成される産業廃棄物や製鉄所副生成物等を、鉄源として再資源化する試みがなされている。例えば、高炉ダスト、転炉ダスト、電炉ダスト等の製鉄ダストには鉄、亜鉛、炭素等が含まれ、製鉄原料として再資源化されている。しかし、製鉄ダスト中の亜鉛は高炉内で付着物を形成し、高炉操業に悪影響を及ぼすため、製鉄ダストの再資源化量は制限されてきた。

上記問題を解決するために、製鉄ダストから亜鉛を分離回収する技術が求められており、このような技術は乾式法と湿式法に大別される。ここで、乾式法は、製鉄ダストを高温で還元し、亜鉛を揮発させて分離回収する技術である（例えば、特許文献１参照）。

これに対して、湿式法による亜鉛の分離回収方法では、製鉄ダストを酸で処理した後、マグネシウム系アルカリで中和して亜鉛を回収する方法が行われている（例えば、特許文献２参照）。また、特許文献３では、酸で処理した製鉄ダストを磁力により磁着物および非磁着物に分離した後、非磁着物に含まれる亜鉛をアルカリで回収する方法が記載されている。

特開昭５２−６１１０８号公報 特開平７-２１６４７０号公報 特開２０１０−００１５２４号公報

特許文献１をはじめとする乾式法による亜鉛の分離回収では、大規模な高温還元装置が必要であり、亜鉛の含有量が数％程度の高炉ダストや転炉ダストでは、経済的に成立しないという課題があった。

また、特許文献２の亜鉛回収方法は、浸出した亜鉛を回収する際に、水酸化ナトリウムや水酸化カルシウム等に比べ高価であるマグネシウム系アルカリを使用する必要があり、コストの面で問題がある。

さらに、特許文献３の亜鉛回収方法は、磁力による選別が必要で処理工程が煩雑であることや、水硫化ナトリウムの薬剤費用が高価なことから、この方法でもコストの面で問題がある。また、水硫化ナトリウムは使用に際して硫化水素が発生するおそれがあり、安全性の確保にも課題がある。

そこで、本発明の目的は、簡便かつ低コストで製鉄ダストから亜鉛を分離することができる亜鉛の分離方法、亜鉛の製造方法および鉄材料の製造方法を提案することにある。

本発明者らは、上記課題を解決する方途について鋭意検討した。その結果、亜鉛を酸に浸出させる亜鉛浸出工程において、製鉄ダストを含む前記酸のｐＨを１．０以上に調整し、上記亜鉛浸出工程と、酸に浸出した亜鉛を沈殿させる亜鉛沈殿工程との間に、鉄を沈殿させる鉄沈殿工程を行うことが極めて有効であることを見出し、本発明を完成させるに至った。

本発明の要旨構成は以下の通りである。
（１）製鉄所で発生する製鉄ダストに酸を添加して前記製鉄ダストを含む前記酸のｐＨを１．０以上に調整し、前記製鉄ダストに含まれる亜鉛を前記酸に浸出させる亜鉛浸出工程と、該亜鉛浸出工程で得られた第１処理液に第１アルカリを添加して鉄を沈殿させる鉄沈殿工程と、該鉄沈殿工程で得られた第２処理液を固液分離する第１固液分離工程と、該第１固液分離工程で得られた第３処理液に第２アルカリを添加して亜鉛を沈殿させる亜鉛沈殿工程と、該亜鉛沈殿工程で得られた第４処理液を固液分離する第２固液分離工程とを含み、前記製鉄ダストは高炉ダストであり、前記亜鉛浸出工程と前記第１固液分離工程との間に、前記第１処理液を固液分離する第３固液分離工程をさらに含み、前記鉄沈殿工程は、前記第３固液分離工程で得られた第５処理液に含まれる鉄を沈殿させ、前記第１アルカリおよび前記第２アルカリの少なくとも一方が、水酸化カルシウムまたは水酸化ナトリウムであることを特徴とする亜鉛の分離方法。

（２）前記亜鉛浸出工程は、前記製鉄ダストを含む前記酸のｐＨを２．０以上３．０以下に調整して行う。前記（１）に記載の亜鉛の分離方法。

（３）前記亜鉛浸出工程における、前記製鉄ダストに含まれる亜鉛を前記酸に浸出させる時間を１５分以上１２０分以下とする、前記（１）または（２）に記載の亜鉛の分離方法。

（４）前記鉄沈殿工程は、前記第１アルカリが添加された前記第１処理液のｐＨを４．０以上６．０以下に調整して行う、前記（１）〜（３）のいずれか一項に記載の亜鉛の分離方法。

（５）前記鉄沈殿工程は、前記第１アルカリが添加された前記第１処理液のｐＨに応じて、酸化還元電位を制御して行う、前記（１）〜（４）のいずれか一項に記載の亜鉛の分離方法。

（６）前記亜鉛沈殿工程は、前記第２アルカリが添加された前記第３処理液のｐＨを８．０以上１２．０以下に調整して行う、前記（１）〜（５）のいずれか一項に記載の亜鉛の分離方法。

（７）前記第１固液分離工程で得られた鉄を回収する第１鉄回収工程、または／および前記第２固液分離工程で分離された亜鉛を回収する亜鉛回収工程をさらに含む、前記（１）〜（６）のいずれか一項に記載の亜鉛の分離方法。

（８）前記第３固液分離工程で得られた鉄を回収する第２鉄回収工程をさらに含む、前記（１）〜（７）のいずれか一項に記載の亜鉛の分離方法。

（９）製鉄ダストから、前記（１）〜（８）のいずれか一項に記載の亜鉛の分離方法に
より亜鉛を分離して回収することを特徴とする亜鉛材料の製造方法。

（１０）製鉄ダストから、前記（１）〜（８）のいずれか一項に記載の亜鉛の分離方法に
より鉄を分離して回収することを特徴とする鉄材料の製造方法。

本発明によれば、簡便かつ低コストで製鉄ダストから亜鉛を分離することができる。

本発明の一実施形態による亜鉛の分離方法のフローチャートを示す図である。 走査型電子顕微鏡による高炉ダストの観察画像、並びに亜鉛および鉄の元素マッピングを示す図である。 ２５℃の水溶液中における鉄の酸化還元電位とｐＨの状態図である。 ２５℃の水溶液中における亜鉛の酸化還元電位とｐＨの状態図である。 ｐＨと亜鉛の溶解度との関係を示す図である。 本発明の別の実施形態による亜鉛の分離方法のフローチャートを示す図である。 硫酸のｐＨと鉄および亜鉛の浸出率との関係を示す図である。 硫酸浸出前後の亜鉛化合物の割合を示す図である。 浸出時間と亜鉛浸出率との関係を示す図である。 浸出時間と鉄浸出率との関係を示す図である。 比較例の亜鉛の分離方法のフローチャートを示す図である。 鉄沈殿工程における鉄および亜鉛の沈殿率を示す図である。

（亜鉛の分離方法）
以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。図１は、本発明の一実施形態による亜鉛の分離方法のフローチャートを示している。本発明による亜鉛の分離方法は、製鉄所で発生する製鉄ダストに酸を添加して前記製鉄ダストを含む前記酸のｐＨを１．０以上に調整し、製鉄ダストに含まれる亜鉛を前記酸に浸出させる亜鉛浸出工程（ステップＳ１）と、該亜鉛浸出工程で得られた第１処理液に第１アルカリを添加して鉄を沈殿させる鉄沈殿工程（ステップＳ２）と、該鉄沈殿工程で得られた第２処理液を固液分離する第１固液分離工程（ステップＳ３）と、該第１固液分離工程で得られた第３処理液に第２アルカリを添加して亜鉛を沈殿させる亜鉛沈殿工程（ステップＳ４）と、該亜鉛沈殿工程で得られた第４処理液を固液分離する第２固液分離工程（ステップＳ５）とを含むことを特徴とする。

本発明者らは、製鉄ダストに含まれる亜鉛を簡便かつ低コストで分離できる方途について鋭意検討した。そのためにまず、製鉄ダストに含まれる亜鉛について詳細に調査した。図２は、走査型電子顕微鏡（Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ、ＳＥＭ）による高炉ダストの観察画像、並びに亜鉛および鉄の元素マッピングを示している。この図において、上の３つの画像は、径が１μｍ程度までの高炉ダスト粒子について、下の３つの図は、２０μｍ径程度の高炉ダスト粒子についてそれぞれ示している。

これらの図から、亜鉛は、高炉ダスト微粒子または高炉ダスト粒子の内部にはほとんど存在せず、表面に濃化して分散していることが分かる。また、特開平１０−２６７９１０号公報に記載された方法に基づき、ダストを塩化鉄（III）溶液とクエン酸の混合溶液中で撹拌し、溶解した亜鉛を定量することによりＺｎＯの割合を求めた結果、亜鉛の７０％程度がＺｎＯ態の酸化亜鉛として存在することが判明した。このＺｎＯ態の酸化亜鉛は、フェライトに含まれる亜鉛を溶かす場合に比べて弱い酸で溶かすことができる。

後の実施例で示すように、亜鉛の浸出率は、酸のｐＨの低下とともに上昇し、ｐＨ＝２で７０％に達し、ＺｎＯ態の酸化亜鉛のほぼ全ての亜鉛が浸出する。また、ｐＨが１の場合にも浸出率は増加せず、亜鉛の浸出率はｐＨ＝２で飽和する。こうした傾向は、転炉ダストの場合も同様であった。

また、上述のように、特許文献２に記載された技術においては、酸に浸出した亜鉛を沈殿させる際に、高価なマグネシウム系のアルカリを添加することにより、酸を効率よく中和して亜鉛を沈殿させている。本発明者らは、上述のような高価なアルカリを用いることなく、効率よく亜鉛を沈殿させる方途について鋭意検討した。その結果、亜鉛浸出工程の後に、処理液に含まれる鉄を沈殿させる鉄沈殿工程を行うことにより、その後の亜鉛沈殿工程において水酸化ナトリウム等の安価なアルカリを使用でき、しかも亜鉛を資源として再利用するのに十分な濃度に高めて分離できることを見出した。

すなわち、亜鉛浸出工程においては、亜鉛を酸に浸出させることを目的としているが、鉄の浸出を完全に防ぐことは困難であり、製鉄ダストに酸を添加して得られた第１処理液には、亜鉛イオンのみならず鉄イオンも含まれる。そこで、亜鉛浸出工程に続いて、第１処理液に含まれる鉄イオンを沈殿させることにより、第１固液分離工程で得られた第３処理液に含まれる鉄イオン濃度を低下させることができる。その結果、その後の亜鉛沈殿工程で沈殿した亜鉛中に鉄が混入することを抑制できるため、水酸化ナトリウム等の安価なアルカリを使用することができるようになるのである。

このように、本発明者らは、製鉄ダストに酸を添加して製鉄ダストを含む酸のｐＨを１．０以上に調整し、亜鉛浸出工程と亜鉛沈殿工程との間に鉄を沈殿させる鉄沈殿工程を行うことにより、簡便かつ低コストに亜鉛を分離できることを見出し、本発明を完成させたのである。以下、各工程について説明する。

まず、ステップＳ１において、製鉄所で発生する製鉄ダストに酸を添加して製鉄ダストを含む酸のｐＨを１．０以上に調整し、製鉄ダストに含まれる亜鉛を上記酸に浸出させる亜鉛浸出工程を行う。本工程は、鉄および亜鉛を含有する原料物質である製鉄ダストから酸により亜鉛のみを選択的に浸出する工程である。この際、鉄の浸出をできる限り抑制しつつ、亜鉛のみを選択的に浸出させることが肝要である。

本発明における製鉄ダストは、高炉、転炉、電炉等から発生した製鉄ダストである。中でも、転炉ダストまたは高炉ダストを用いることが好ましい。これらは、亜鉛の含有率が数質量％と低いが、鉄の表面に分散した亜鉛のうち、約７０％程度がＺｎＯ態の酸化鉄として存在し、上述のように、ｐＨが２以上の弱い酸で亜鉛を浸出させることができ、しかも亜鉛含有率が低いにもかかわらず、亜鉛沈殿工程において得られた亜鉛の含有率は、原料として再利用可能な程度の高純度なものとすることができる。

また、亜鉛の浸出のために使用する酸は、亜鉛を浸出させることができれば特に限定されない。例えば、塩酸、硫酸、硝酸等の一般的な酸を用いることができる。

浸出時の酸のｐＨは１．０以上に調整する。ｐＨが１．０を下回る場合には、鉄の浸出が増加してしまい、また薬剤の消費量が増加して処理コストが増加するためである。また、後述する実施例の図７に示すように、亜鉛の浸出率は、ｐＨが２．０で飽和して２．０を下回っても増加せず、薬剤の消費量のみが増加する。そこで、ｐＨは２．０以上とすることが好ましい。一方、ｐＨが５．０を上回ると、亜鉛が浸出しにくくなるため、５．０以下とすることが好ましい。また、３．０以下であれば、浸出率は６０％程度となり、原料として再利用するのに十分な濃度の亜鉛を浸出させることができる。そこで、亜鉛の浸出率と処理コストの点で、酸のｐＨを２．０以上３．０以下に調整することが特に好ましい。また、製鉄ダストと水分の固液比は、均一な混合ができれば任意の比率とすることができる。

また、浸出時間は、１５分以上１２０分以下とすることが好ましい。ここで、浸出時間を１５分以上とすることにより、亜鉛を十分に浸出させることができる。一方、浸出時間を１２０分以下とすることにより、鉄の浸出量を抑制しつつ亜鉛の浸出を効果的に行うことができる。後の実施例に示すように、特に好適な浸出時間は３０分以上９０分以下である。なお、反応温度については、水が凝固あるいは蒸発しない温度域で任意に設定することができる。

次いで、ステップＳ２において、上記亜鉛浸出工程で得られた第１処理液にアルカリ（第１アルカリ）を添加して鉄を沈殿させる鉄沈殿工程を行う。ステップＳ１での亜鉛浸出工程は、酸に亜鉛を浸出させることを目的としているが、一部の鉄が浸出するのを防止することは困難である。そのため、第１処理液には、亜鉛イオン以外に鉄イオンも含まれ、酸に亜鉛を浸出させた残渣に含まれる鉄の含有率が低下し、製鉄原料としての再資源化率も低下する。また、上記第１処理液に第１アルカリを添加し亜鉛を回収すると、亜鉛だけでなく鉄も同時に沈殿するため、鉄の混入により亜鉛原料としての価値が下がり、非経済的である点も課題である。

そこで、本発明においては、亜鉛浸出工程の後に、第１処理液に含まれる鉄を沈殿させる鉄沈殿工程を行う。この工程により、第１処理液から鉄を分離できるのみでなく、上述のように、後の亜鉛沈殿工程において、水酸化ナトリウム等の安価なアルカリを用いて亜鉛を沈殿させることができ、しかも資源として再利用するのに十分な純度の亜鉛を分離することができる。

本発明者らは、上記第１処理液から鉄のみを沈殿して分離させる条件について鋭意検討した結果、ｐＨが４．０以上６．０以下かつ酸化的条件とすることにより、第１処理液に浸出した鉄のみを沈殿させることができることを見出した。以下、上記知見を得るに至った詳細について説明する。

図３は、２５℃の水溶液中における鉄の酸化還元電位（ＯＲＰ）とｐＨの状態図を示している。また、図４は、亜鉛に関する状態図を示している。また、図３における網掛け部分は、鉄が沈殿する領域を示しており、図４における網掛け部分は亜鉛が沈殿する領域を示している。

図３および図４から、鉄が沈殿する領域と亜鉛が沈殿する領域はある程度重複しており、図３の太線で囲った領域以外では、鉄以外に亜鉛も沈殿してしまうことが分かる。しかしながら、本発明者らは、ｐＨが低く、ＯＲＰが酸化的条件下にある、図３の太線で囲った領域に、主に鉄が沈殿する領域が存在することに着目した。そして、鉄および亜鉛を含有する上記第１処理液のｐＨとＯＲＰを、図３の太線で囲った領域のｐＨとＯＲＰに調整することにより、鉄のみを沈殿させることができることに想到した。

本発明者らはさらに検討を進め、鉄沈殿工程における第１処理液の好適なｐＨは４．０以上６．０以下であることを見出した。ここで、ｐＨを４．０以上とすることにより、鉄を効率的に沈殿させることができる。また、ｐＨを６．０以下とすることにより、亜鉛を沈殿させることなく鉄のみを効率的に沈殿させることができる。

また、図３から明らかなように、鉄沈殿工程は、第１アルカリが添加された前記第１処理液のｐＨに応じて、酸化還元電位を制御して行うことが好ましい。第１処理液中の鉄は、一般に２価の鉄イオンで存在するのに対し、ｐＨ調整により鉄イオンを沈殿させるためには、浸出液のＯＲＰを上昇させ（酸化的雰囲気にさせ）、鉄イオンを３価にする必要があるためである。

第１処理液を酸化的雰囲気にする方法は、空気酸化あるいは酸化剤の添加等、処理コストを鑑みて任意の方法を選択することができる。空気酸化における空気の吹き込み量や酸化剤の最適添加量は、第１処理液のｐＨにより変動することから、第１処理液のｐＨに応じた適切な量を実験的に調べて規定することが好ましい。

また、第１処理液に添加する第１アルカリについては、水酸化カルシウム、水酸化ナトリウム等の一般的なアルカリを使用することができる。こうしたアルカリは安価に入手できるため、処理コストを低減することができる。

反応温度については、第１処理液が凝固あるいは蒸発しない温度域で任意に設定することができる。反応時間については、鉄の沈殿形成時間と処理効率とを鑑み、１５分以上１２０分以下とすることが好ましい。

続いて、ステップＳ３において、鉄沈殿工程で得られた第２処理液を固液分離する第１固液分離工程を行う。本工程は、主に亜鉛イオンを含むろ液と、亜鉛浸出工程における亜鉛浸出残渣および鉄沈殿工程において沈殿した固形分（鉄沈殿物）とを固液分離する工程である。

亜鉛浸出工程において生じた亜鉛浸出残渣の主な成分は鉄であり、第１処理液中に亜鉛が浸出したことから、焼結工程を経て製鉄原料として資源として再利用することができる。また、鉄沈殿工程において生じた固形分についても、高純度の鉄を含んでおり、亜鉛浸出残渣と同様に、焼結工程を経て製鉄原料として資源として再利用することができる。そこで、上記第１固液分離工程で分離した鉄（鉄沈殿物）を回収する第１鉄回収工程を行うことにより、分離した鉄を資源として再利用することができる。

固液分離手法については特に限定されず、例えば重力沈降分離、ろ過、遠心分離、フィルタプレス等の任意の手法を選択できる。

次に、ステップＳ４において、上記第１固液分離工程で得られた第３処理液に第２アルカリを添加して亜鉛を沈殿させる亜鉛沈殿工程を行う。本工程は、第１固液分離工程において得られたろ液である第３処理液にアルカリ（第２アルカリ）を添加し、亜鉛を沈殿させる工程である。

上述のように、本発明においては、亜鉛浸出工程の後に鉄沈殿工程を行い、沈殿した鉄を第１固液分離工程で分離しているため、上記第２アルカリについては、水酸化カルシウム、水酸化ナトリウム等の入手が容易な一般的なアルカリを使用することができる。

第３処理液のｐＨについては、８．０以上１２．０以下とすることが好ましい。ここで、ｐＨを８．０以上とすることにより、亜鉛を効率的に沈殿させることができる。また、ｐＨを１２．０以下とすることにより、一度沈殿した亜鉛を再度第３処理液に溶解させることなく、亜鉛を沈殿させることができる。

また、『「新・公害防止の技術と法規２０１６ 水質編−３−技術編」、公害防止の技術と法規編集委員会編、産業管理協会』に基づく事実より、ｐＨとＺｎの溶解度との関係は図５のように示される。図５から明らかなように、Ｚｎ²⁺として溶液に存在する亜鉛量はｐＨが９付近で最少となる一方、ＨＺｎＯ₂ ^-として溶液に存在する亜鉛量はｐＨが９以上で徐々に増加することから、亜鉛を効率よく沈殿させるのに特に好適なｐＨは９．０以上１１以下である。

また、反応温度については、第３処理液が凝固あるいは蒸発しない温度域で任意に設定することができる。さらに、反応時間については、亜鉛の沈殿形成時間と処理効率を鑑み、１５分以上１２０分以下とすることが好ましい。

最後に、ステップＳ５において、亜鉛沈殿工程で得られた第４処理液を固液分離する第２固液分離工程を行う。本工程は、亜鉛沈殿工程で得られた第４処理液と固形分（亜鉛沈殿物）を固液分離する工程である。第１固液分離工程と同様に、固液分離手法については特に限定されず、例えば重力沈降分離、ろ過、遠心分離、フィルタプレス等の任意の手法を選択できる。

こうして製鉄ダストから簡便かつ低コストで亜鉛を分離することができる。分離された亜鉛沈殿物は、亜鉛を４０％以上の高濃度で含有しており、亜鉛原料として価値が高い。そこで、上記第２固液分離工程で分離された亜鉛を回収する亜鉛回収工程を行うことにより、亜鉛製錬等を経て亜鉛原料として再資源化可能である。

なお、上記第１固液分離工程においては、亜鉛浸出工程で生じた亜鉛浸出残渣および鉄沈殿工程で生じた固形物を同時に固液分離しているが、図６に示すように、亜鉛浸出工程後に、亜鉛浸出残渣を固液分離する第３固液分離工程（ステップＳ１１）を行い、第１固液分離工程においては、鉄沈殿工程において生じた固形分のみを固液分離するように構成してもよい。その際の固液分離方法は、第１固液分離工程の場合と同様に、特に限定されず、重力沈降分離、ろ過、遠心分離、フィルタプレス等の任意の手法を選択できる。

第３固液分離工程を行う場合、第３固液分離工程で得られた鉄（亜鉛浸出残渣）を回収する第２鉄回収工程を行うことにより、亜鉛浸出残渣に対して焼結工程を行い、製鉄原料として資源として再利用することができる。

（亜鉛材料の製造方法）
本発明による亜鉛材料の製造方法は、製鉄ダストから、上記亜鉛の分離方法により亜鉛を分離して回収することを特徴とする。これにより、製鉄ダストに含まれる亜鉛を濃縮して、亜鉛含有率４０％以上の亜鉛材料を製造することができる。製造された亜鉛材料は、上記本発明による亜鉛の分離方法の第２固液分離工程において分離された固体の材料であり、例えば水酸化亜鉛、酸化亜鉛のいずれか、または両方を含む材料である。

（鉄材料の製造方法）
本発明による鉄材料の製造方法は、製鉄ダストから、上記亜鉛の分離方法により鉄を分離して回収することを特徴とする。これにより、製鉄ダストに含まれる鉄の全てを回収して再資源化することができる。製造された鉄材料は、上記本発明による亜鉛の分離方法の第１または第３固液分離工程において分離された固体の材料であり、例えば酸化鉄、金属鉄、水酸化鉄のいずれか、または２つ以上の成分を含む材料である。

＜亜鉛および鉄の浸出率＞
表１に示す組成を有する高炉ダストに水を加えて、高炉ダスト：水＝１：１０（重量比）になるように調整した後、３ｍｏｌ／Ｌの硫酸をｐＨ＝１、２、３、４、５になるように添加し、６０分間撹拌した後、鉄および亜鉛の浸出率を調査した。なお、実験中の反応ｐＨは、ｐＨコントローラにより一定になるように制御した。

図７に、硫酸のｐＨと鉄および亜鉛の浸出率との関係を示す。図７から、鉄および亜鉛の浸出率は、硫酸のｐＨの低下とともに上昇し、ｐＨ＝２でそれぞれ７％、７０％に達することが分かる。図８に、硫酸浸出前後の亜鉛化合物の割合を示す。一般に、亜鉛、酸化亜鉛、硫化亜鉛、亜鉛-鉄複合酸化物（ＺｎＦｅ₂Ｏ₄）のうち、酸に可溶な物質は、亜鉛および酸化亜鉛であるが、酸浸出後に高炉ダスト中の酸化亜鉛の割合が大きく減少し、ほぼ全量溶解した。したがって、特に好適なｐＨは２．０以上３．０以下であることが分かる。

ｐＨ＝２で浸出後、固液分離工程（第３固液分離工程）を行って得られた亜鉛浸出残渣の成分分析結果を表２に示す。この表に示すように、亜鉛の含有率は、一般に製鉄原料として再資源化可能といわれる０．４％を下回っていることから、製鉄原料として全量再資源化可能であることが分かる。

＜浸出時間＞
表１に示す組成を有する高炉ダストに水を加えて、高炉ダスト：水＝１：１０（重量比）になるように調整した後、３ｍｏｌ／Ｌの硫酸をｐＨ＝２になるように添加した。浸出時間を１５分、３０分、６０分、９０分、１２０分間とし、鉄および亜鉛の浸出率を比較した。なお、実験中の反応ｐＨは、ｐＨコントローラにより一定になるように制御した。

図９に浸出時間と亜鉛浸出率との関係、図１０に浸出時間と鉄浸出率との関係をそれぞれ示す。図９より、亜鉛は浸出開始から３０分後以降は浸出率にほとんど変化がないことが分かる。一方、図１０より、鉄は浸出開始から時間の経過とともに徐々に浸出率が上昇していることが分かる。したがって、鉄の浸出を抑制しつつ亜鉛を選択的に溶解させるのに特に好適な浸出時間は３０分以上９０分以内であることが分かった。

（発明例）
図６に示したフローに従って高炉ダストから亜鉛を分離した。すなわち、まず、表１に示した組成を有する高炉ダストに水を加えて、高炉ダスト：水＝１：１０（重量比）になるように調整した後、３ｍｏｌ／Ｌの硫酸をｐＨ＝２．０に調整し、高炉ダストに含まれる亜鉛を浸出させた（ステップＳ１）。次いで、亜鉛浸出工程で得られた第１処理液に対して、第３固液分離工程を行った（ステップＳ１１）。続いて、第３固液分離工程により得られた第５処理液に対して、鉄沈殿工程を行い、２．５ｍｏｌ／Ｌの水酸化ナトリウム水溶液をｐＨ＝５．０になるように添加し、その後、過酸化水素水を添加して、第５処理液に含まれる鉄を沈殿させた（ステップＳ２）。過酸化水素水の添加量は、第５処理液中の鉄濃度をあらかじめ定量し、全ての鉄イオンと反応するだけの量を添加し、６０分間撹拌した。その後、第１固液分離工程を行い、鉄沈殿工程で得られた第２処理液を固液分離した（ステップＳ３）。得られた第３処理液に、亜鉛沈殿工程を行い、２．５ｍｏｌ／Ｌの水酸化ナトリウム水溶液をｐＨ＝９．０になるように添加し、第３処理液に含まれる亜鉛を沈殿させた（ステップＳ４）。最後に、亜鉛沈殿工程で得られた第４処理液を固液分離する第２固液分離工程を行い、沈殿した亜鉛を分離した（ステップＳ５）。

（比較例）
発明例と同様に高炉ダストから亜鉛を分離した。ただし、図１１に示すフローで処理を行い、鉄沈殿工程を行わなかった。図１１に示したフローにおいて、ステップＳ２１、Ｓ２２、Ｓ２３およびＳ２４は、図１に示したフローにおけるステップＳ１、Ｓ３、Ｓ４およびＳ５にそれぞれ対応している。その他の処理は発明例と全て同じである。

＜鉄および亜鉛の沈殿率＞
鉄沈殿工程における鉄および亜鉛の沈殿率を図１２に示す。図１２に示すように、亜鉛をほとんど沈殿させることなく、鉄を完全に沈殿させて除去できることが分かる。

＜亜鉛含有率＞
また、第２固液分離工程で得られたろ液に、２．５ｍｏｌ／Ｌの水酸化ナトリウム水溶液をｐＨ＝９．０になるように添加し、６０分間撹拌して、亜鉛沈殿工程で沈殿した沈殿物の成分分析を行った。成分分析結果を表３に示す。表３から、得られた沈殿物は、亜鉛が４２．６％まで濃縮されており、亜鉛原料としての回収価値が高いとされる亜鉛含有率４０％を上回っており、製鉄ダストより分離した亜鉛を亜鉛原料として再資源化できることが分かる。

さらに、発明例および比較例について、亜鉛浸出工程における亜鉛浸出率、鉄再資源化率（処理前の高炉ダスト中の鉄に対する、亜鉛浸出残渣および鉄沈殿工程での沈殿物中の鉄の割合）、亜鉛沈殿工程での沈殿物中の亜鉛の含有率、総処理費用の観点で比較した。得られた結果を表４に示す。

＜発明例と比較例との比較＞
亜鉛の浸出率については、発明例および比較例のいずれも７０％と同じであった。しかし、比較例については、亜鉛浸出工程で浸出した鉄を回収することができないため、鉄の再資源化率が発明例に比べ低下した。また、比較例については、亜鉛沈殿工程で得られる沈殿物中の亜鉛含有率は、亜鉛原料として回収価値が高いとされる４０％を大きく下回っており、亜鉛原料としての価値は小さいことが分かった。この場合、亜鉛沈殿工程で得られた沈殿物は、産業廃棄物としての処理を余儀なくされるため、発明例に比して処理費用が１．５倍程度必要であり、比較例のような処理フローは経済的でない。このように、本発明により、製鉄ダストから簡便かつ低コストで亜鉛を分離することが可能となった。

本発明によれば、簡便かつ低コストで製鉄ダストから亜鉛を分離することができるため、製鉄業において有用である。

Claims (10)

1. 製鉄所で発生する製鉄ダストに酸を添加して前記製鉄ダストを含む前記酸のｐＨを１．０以上に調整し、前記製鉄ダストに含まれる亜鉛を前記酸に浸出させる亜鉛浸出工程と、該亜鉛浸出工程で得られた第１処理液に第１アルカリを添加して鉄を沈殿させる鉄沈殿工程と、該鉄沈殿工程で得られた第２処理液を固液分離する第１固液分離工程と、該第１固液分離工程で得られた第３処理液に第２アルカリを添加して亜鉛を沈殿させる亜鉛沈殿工程と、該亜鉛沈殿工程で得られた第４処理液を固液分離する第２固液分離工程とを含み、
   前記製鉄ダストは高炉ダストであり、
   前記亜鉛浸出工程と前記第１固液分離工程との間に、前記第１処理液を固液分離する第３固液分離工程をさらに含み、前記鉄沈殿工程は、前記第３固液分離工程で得られた第５処理液に含まれる鉄を沈殿させ、
   前記第１アルカリおよび前記第２アルカリの少なくとも一方が、水酸化カルシウムまたは水酸化ナトリウムであることを特徴とする亜鉛の分離方法。
2. 前記亜鉛浸出工程は、前記製鉄ダストを含む前記酸のｐＨを２．０以上３．０以下に調整して行う。請求項１に記載の亜鉛の分離方法。
3. 前記亜鉛浸出工程における、前記製鉄ダストに含まれる亜鉛を前記酸に浸出させる時間を１５分以上１２０分以下とする、請求項１または２に記載の亜鉛の分離方法。
4. 前記鉄沈殿工程は、前記第１アルカリが添加された前記第１処理液のｐＨを４．０以上６．０以下に調整して行う、請求項１〜３のいずれか一項に記載の亜鉛の分離方法。
5. 前記鉄沈殿工程は、前記第１アルカリが添加された前記第１処理液のｐＨに応じて、酸化還元電位を制御して行う、請求項１〜４のいずれか一項に記載の亜鉛の分離方法。
6. 前記亜鉛沈殿工程は、前記第２アルカリが添加された前記第３処理液のｐＨを８．０以上１２．０以下に調整して行う、請求項１〜５のいずれか一項に記載の亜鉛の分離方法。
7. 前記第１固液分離工程で得られた鉄を回収する第１鉄回収工程、または／および前記第２固液分離工程で分離された亜鉛を回収する亜鉛回収工程をさらに含む、請求項１〜６のいずれか一項に記載の亜鉛の分離方法。
8. 前記第３固液分離工程で得られた鉄を回収する第２鉄回収工程をさらに含む、請求項１〜７のいずれか一項に記載の亜鉛の分離方法。
9. 製鉄ダストから、請求項１〜８のいずれか一項に記載の亜鉛の分離方法により亜鉛を分離して回収することを特徴とする亜鉛材料の製造方法。
10. 製鉄ダストから、請求項１〜８のいずれか一項に記載の亜鉛の分離方法により鉄を分離して回収することを特徴とする鉄材料の製造方法。